機械原理課程設(shè)計之洗瓶機.doc

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目 錄 1、 設(shè)計任務(wù)書4 1.1 設(shè)計題目4 1.2 洗瓶機的技術(shù)要求4 1.3 設(shè)計任務(wù)5 1.4 原始數(shù)據(jù)5 2、 機械運動方案設(shè)計6 2.1 分析設(shè)計要求6 2.2 推瓶機構(gòu)選擇6 3、 進瓶裝置設(shè)計9 3.1 進瓶裝置簡圖9 3.2 槽輪機構(gòu)設(shè)計9 3.3 運動協(xié)調(diào)設(shè)計9 4、 洗瓶裝置設(shè)計10 4.1 洗瓶裝置簡圖10 4.2 洗瓶設(shè)計說明10 五、推瓶機構(gòu)設(shè)計11 5.1 推瓶起點設(shè)計11 5.2 推瓶終點設(shè)計12 六、洗瓶機總體方案設(shè)計13 6.1 方案一總體方案及運動說明13 6.2 方案二總體方案及運動說明15 七、方案評估16 7.1 方案評價比較16 7.2 最終選定方案16 八、課程設(shè)計總結(jié)19 參考文獻19 1、 設(shè)計任務(wù) 1.1設(shè)計題目 洗瓶機主要是由推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當推頭M把瓶子推向前進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。如圖1所示。 1.2 洗瓶機的技術(shù)要求： 表1.1 洗瓶機的技術(shù)要求 方案號 瓶子尺寸 （長直徑） mm，mm 工作行程 mm 生產(chǎn)率 個/min 急回系數(shù)k 電動機轉(zhuǎn)速 r/min A φ100200 600 3 3 1440 1.3 設(shè)計任務(wù) （1）.洗瓶機應(yīng)包括齒輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)。學生應(yīng)該提出兩種以上的設(shè)計方案并經(jīng)分析比較后選定一種進行設(shè)計。 （2）.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 （3）.畫出機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 （4）.設(shè)計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析。繪出運動線圖。 （5）.其他機構(gòu)的設(shè)計計算。 （6）.編寫設(shè)計計算說明書。 1.4 原始數(shù)據(jù) （1）、瓶子尺寸：長度L=100mm，直徑D=200mm。 （2）、推進距離S=600mm，推瓶機構(gòu)應(yīng)使推移接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環(huán)。 （3）、按生產(chǎn)率每分鐘3個的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （4）、電動機轉(zhuǎn)速為1440 r/min。 （5）、急回系數(shù)3。 二、機械運動方案設(shè)計 2.1 分析設(shè)計要求 由題目可知：洗瓶機主要由推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭M以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。 根據(jù)設(shè)計要求，推頭M可走圖1 所示軌跡，而且推頭M在工作行程中應(yīng)作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。 圖1 推頭M運動軌跡 對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)組合，起來，設(shè)計組合機構(gòu)。 在設(shè)計組合機構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構(gòu)（基礎(chǔ)機構(gòu)），而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機構(gòu)主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構(gòu)組合。 2.2 推瓶機構(gòu)選擇 推瓶機構(gòu)的方案：根據(jù)前述設(shè)計要求,推瓶機構(gòu)應(yīng)為一具有急回特性的機構(gòu),為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應(yīng)使推頭作直線運動,或者近似直線運動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。 推頭的運動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機構(gòu)主要有曲柄滑塊機構(gòu),曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)和曲柄擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。 運用前述設(shè)計的思想方法,再考慮到機構(gòu)的急回特性和推頭做往復(fù)直線運動的特點， 所以根據(jù)要求，本機構(gòu)采用了擺動導(dǎo)桿機構(gòu)。 2.2.1 凸輪－鉸鏈四桿機構(gòu)方案 如圖2所示，鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿2上點M走近似于所要求的軌跡，M點的速度由等速轉(zhuǎn)動的凸輪通過構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件，所以要注意度過死點的措施。 圖2 凸輪－鉸鏈四桿機構(gòu)的方案 2.2.2 五桿組合機構(gòu)方案 確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩自由度的連桿機構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點M的速度和機構(gòu)的急回特征，可通過控制該機構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的運動關(guān)系來得到，如用凸輪機構(gòu)、齒輪或四連桿機構(gòu)來控制等等。圖3所示為兩個自由度的五桿低副機構(gòu)，l、4為它們的兩個輸人構(gòu)件，這兩構(gòu)件之間的運動關(guān)系用凸輪、齒輪或四連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，從而將原來 兩自由度機構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。 圖3五桿組合機構(gòu)方案 2.2.3 最終選定推瓶方案 在這里通過比較分析，我選擇的是凸輪--鉸鏈四桿機構(gòu)的方案，因為它相對簡單，而且能達到預(yù)計的要求。 3、 進瓶裝置設(shè)計 3.1 進瓶裝置簡圖 圖3-1進瓶裝置簡圖 3.2 槽輪機構(gòu)設(shè)計 我設(shè)計的是當主動撥盤 （ 缺口圓盤）勻速轉(zhuǎn)一周， 從動槽輪轉(zhuǎn)90， 而傳動 帶的導(dǎo)桿也轉(zhuǎn)過90， 而 且要等于一個瓶子的長度 。 而所用時間是洗瓶裝置的 一個來回，即：T=20s則有： 主動撥盤角速度w=2π/20s =0.314rad/s. 3.3運動協(xié)調(diào)設(shè)計 在這里我選用的是槽輪間隙機構(gòu)來進行瓶子的進瓶主要構(gòu)件，負責把瓶子傳送到洗瓶裝置上。因為按照生產(chǎn)率為3/min得到每洗一個要20s，所以我設(shè)計主動撥盤轉(zhuǎn)一周所需時間為20s，這樣從動撥盤就每20s轉(zhuǎn)動90，再讓它轉(zhuǎn)過90時的路程等于一個瓶子的長度即200mm，則可以確定主動帶輪1的半徑R1，因為s=v1*R1=200mm，v1=W*R1，由3.2可知：W=0.314rad/s，所以R1≈100mm。 4、 洗瓶裝置設(shè)計 4.1 洗瓶裝置簡圖 4.2 洗瓶設(shè)計說明 我這里推頭特意設(shè)計成可以洗內(nèi)表面的刷子，它比瓶子的內(nèi)徑稍大一些，瓶子下來時，在推頭的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，內(nèi)刷子就可以很輕松的插入瓶內(nèi)，待到推頭的擋板抵到瓶口后就可以推著瓶子走了。隨著導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動，瓶子內(nèi)外表面都得到很好的清洗。 另外，值得注意的一點是，內(nèi)刷子因為要伸到瓶子里面，所以要選用軟一點刷子，方便輕易的伸到瓶里面而不影響瓶子移動。還有就是內(nèi)刷子的刷桿也要用軟一點橡膠棒，方便瓶子洗好時，借助重力好脫離內(nèi)刷子，順著出瓶軌道滑出，滑到裝瓶箱。 5、 推瓶裝置 5.1 推瓶起點設(shè)計 5.1.1起點時的簡圖 5.1.2 推瓶起點設(shè)計說明 上圖是剛剛開始推瓶時候，凸輪轉(zhuǎn)到最高點，推桿回到最左端，此時，剛好進瓶裝置送下一個瓶，內(nèi)刷子隨推桿插入瓶子內(nèi)，刷毛盡量選用軟性材料，方便內(nèi)刷子插入瓶內(nèi)，這樣隨著凸輪帶動推桿內(nèi)刷子先伸進瓶子內(nèi)，等推頭擋板抵到瓶口時，瓶子才受到推桿的推力，推頭才會推動瓶子運動，進行外表面的清洗，一直到導(dǎo)輥完。 5.2 推瓶終點設(shè)計說明 5.2.1 終點時設(shè)計簡圖 5.2.2 推瓶終點設(shè)計說明 上圖是推瓶到終點的時候，凸輪轉(zhuǎn)到最低點，推桿回到最右端，此時，瓶子在推桿的作用下，走到導(dǎo)輥末，在重力的作用下，瓶子沿內(nèi)刷子隨隨刷桿滑入瓶子出瓶軌道內(nèi)，刷桿和刷毛盡量選用軟性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道內(nèi)，這樣隨著凸輪帶動推桿內(nèi)刷子先退出瓶子內(nèi)，瓶子滑出內(nèi)刷子后，瓶子才落到出瓶滑道內(nèi)，推頭才會繼續(xù)做回復(fù)運動，不過要避免死點的產(chǎn)生，才能穩(wěn)定的進行下一個瓶子內(nèi)外表面的清洗，一直循環(huán)工作。 6、 洗瓶機總體方案設(shè)計 6.1 方案一總體方案及運動說明 6.1.1 方案一總體方案簡圖 6.1.2 方案一運動說明 首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導(dǎo)輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導(dǎo)輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。 進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。 洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表面。 推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿A帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪--鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復(fù)運動。 6.2 方案二總體方案及運動說明 6.2.1 方案二總體方案簡圖 6.2.2 方案二運動說明 首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構(gòu)間歇的送到導(dǎo)輥軌跡上，轉(zhuǎn)動的毛刷通過五桿組合機構(gòu)帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導(dǎo)桿的推動和旋轉(zhuǎn)下邊前進邊清洗內(nèi)表面，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進，再由外面轉(zhuǎn)動的刷子將瓶子外表面洗凈。 要實現(xiàn)上述分功能,有下列工藝動作過程: (1)皮帶做間歇直線運動； (2)瓶子由皮帶到導(dǎo)輥的滑動； (3)內(nèi)表面毛刷勻速推進和自身旋轉(zhuǎn)； (4)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導(dǎo)輥推到指定的位置; (5)推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動; (6)同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉(zhuǎn)動,當瓶子沿導(dǎo)輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈; (7)在瓶子移動過程中,內(nèi)刷子同時在瓶子內(nèi)轉(zhuǎn)動,動作結(jié)束,則刷子移出瓶外. (8)瓶子離開皮帶,而推瓶機構(gòu)急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環(huán). (9)洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉(zhuǎn)動的皮帶送出. 七、方案評估 7.1方案評價比較 （1）、運動鏈的長短:兩種方案都比較簡單，運動鏈的長度也差不多，但方案構(gòu)件數(shù)目少一些，簡單一點。 （2）、機構(gòu)的排列順序：兩種方案的排列順序都不是十分合理，方案一中，有部分渦輪蝸桿傳動，以傳動動力為主，應(yīng)該將渦輪蝸桿機構(gòu)布置在高速級，齒輪機構(gòu)在低速級，但方案一中沒有嚴格按照這樣分布。方案二中有帶傳動時（進瓶與出瓶機構(gòu)），這種摩擦傳動外廓尺寸較大的機構(gòu)一般安排在運動鏈的起始端，而其沒有，也不是十分合理。 （3）、傳動比分配：兩個用的構(gòu)件差不多，但是方案二中洗瓶刷子用帶傳動，其現(xiàn)實制作麻煩，且誤差大，所以方案一傳動比更合理一些。 （4）、運動副的形式：兩種方案用的運動副都差不多，但在總體設(shè)計上方案一明顯比方案二更精確，齒輪運用更恰當，布局也更合理。 （5）、機械效率：在這方面方案一中大多采用齒輪傳遞，而且布局更合理，所以精度較高。而方案二中含有帶傳動等效率低的機構(gòu)，所以機械效率比方案一稍低一些。 7.2 最終選定方案 通過仔細評估比較，最終選定方案一，其設(shè)計更合理，可行性更高，而且布局上也明顯比方案二合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計也更嚴謹一些。在數(shù)據(jù)處理上也比方案一清楚明了，所以最終通過評估決定選方案一作為最終選定方案. 最終選定方案： 方案一 方案一總體方案簡圖 6.1.2 方案一運動說明 首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導(dǎo)輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導(dǎo)輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。 進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。 洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表面。 推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿A帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪--鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復(fù)運動。 八、課程設(shè)計總結(jié) 機械原理設(shè)計課程設(shè)計是機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)教學活動中不可或缺的一個重要環(huán)節(jié)。通過了課程設(shè)計使我從各個方面都受到了機械設(shè)計的訓練，對機械的有關(guān)各個零部件有機的結(jié)合在一起得到了深刻的認識。 此次機械原理課程設(shè)計題目很有意義考察的知識點也很全面，有凸輪設(shè)計及結(jié)構(gòu)分析，還有齒輪的設(shè)計及電動機的選擇等，還有CAD制圖，以及各種設(shè)計方案的比較，這不僅培養(yǎng)了我綜合應(yīng)用大學幾年里所學的理論知識和生產(chǎn)實際知識解決工程實際問題的能力，還培養(yǎng)出了我們的團隊合作精神。全體組員共同探討，雖然只有兩個人，但是解決了許多個人無法解決的問題。同時，我深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應(yīng)用方面的不足。由于這次設(shè)計時間緊迫，有很多地方還有不足，有待改進，今后的學習過程中，我會更加認真努力學習！ 由于在設(shè)計方面我們沒有經(jīng)驗，理論知識學的不牢固，在設(shè)計中難免會出現(xiàn)這樣那樣的問題，如：在選擇計算齒輪組時可能會出現(xiàn)誤差，如果是聯(lián)系緊密或者循序漸進的計算誤差會更大，在查表和計算上精度不夠準，也在這次設(shè)計中認識到自己的不足以及專業(yè)方面知識的欠缺，希望以后加以改進。 參考文獻 [1] 裘建新. 機械原理課程設(shè)計. 北京. 高等教育出版社，2010.7. [2] 孫恒,陳作模,葛文杰. 機械原理. 7版. 北京. 高等教育出版社，2006.5. [3] 濮良貴，紀名剛. 機械設(shè)計. 8版. 北京. 高等教育出版社，2006.5.