机械原理课程设计洗瓶机.docx

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机械原理课程设计洗瓶机

1．设计题目：

洗瓶机3

1.1工作原理及工艺动作过程3

1.2原始数据及设计要求3

2．设计方案选择3

2.1设计方案一3

2.2设计方案二4

3．所选方案的尺寸设计5

3．1．1对于送瓶部分：

5

3．1．2对于间歇机构6

3．1．3对于轮系6

3.2运动循环图6

4．所选方案的机构运动运动简图7

5.所选运动方案布置图7

5．1AUTOCAD中作出的构思的方案图7

送瓶部分8

洗瓶部分8

三维造型图（外层机箱隐藏）9

上视图10

6.爆炸视图10

7．机构的运动学分析11

7．1推瓶部分的速度，加速度分析11

7．2推瓶部分摆杆的输出速度，加速度分析11

7．3推瓶部分的曲柄的速度，加速度分析12

8.小组总结12

9.参考资料13

1．设计题目：

洗瓶机

1.1工作原理及工艺动作过程

为了清洗圆形瓶子外面，需将瓶子推人同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。

它的主要动作：

将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。

1.2原始数据及设计要求

1）瓶子尺寸。

大端直径d=80mm，长2OOmm。

2）推进距离l=600mm，推瓶机构应使推头以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。

3）按生产率的要求，推程平均速度为u=45mm，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍。

4）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。

1.3设计任务

1）执行机构选型与设计:

构思出至少3种运动方案,并在说明书中画出运动方案草案,经对所用运动方案进行分析比较后,选择其中你认为比较好的方案进行详细设计,该机构最好具有急回运动特性.

2）传动系统的设计,齿轮机构、凸轮机构、连杆机构的设计，包括尺寸设计

3）用ADAMAS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真

4）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度现图。

5）画出最终方案的机构运动简图

6）撰写设计说明书。

2．设计方案选择

2.1设计方案一

推头部分

2.2设计方案二

2.3设计方案三

2.4最终设计方案

为满足推头的运动规律，势必要求送瓶为间歇的，以免影响推头，所以此部分采用间歇机构。

但毕竟齿条的长度是一定的，不可能造的太长，所以方案二中的棘轮机构的优点是其能够双向旋转，但棘轮机构运动时有较大的冲击和噪声，且运动精度较差，①，不适于运送玻璃瓶，所以放弃。

改用方案三中的槽轮机构，因为槽轮机构结构简单，外形尺寸小，其机械效率高，并能较平稳地、间歇地进行转位，同时为了克服齿条长度的问题，可采用两个相同的槽轮机构对称分布，转向相反，同时要加两个升降机构来保证一组不会在另一组运动时起到卡死齿条的副作用。

所以送瓶部分的最终方案为槽轮机构与齿轮齿条。

洗瓶部分，导辊是给定的。

加之为保证瓶子的安全，固瓶子只能平躺放置，无需再作其他设想。

另外为最大限度的防止瓶子乱滚，所以在齿条上要加放一个每格简距为90mm的轻质隔架。

推瓶部分选用方案三,因为此部分的原型为牛头刨床的刨刀部分,其优点为工作行程近似均速,且制作较简便,且承受的负载能力大.之所以舍弃前两种方案是应为参照课本的图解法

（2）可知由于极位夹角为直角,这是无法用书上所给的方法作出图的.另外，方案一中完全采用平面连杆设计，杆数较多，虽然容易制造，但由于推程较长，必然会导致机构上的动载荷和惯性力难平衡，会有累积误差，且效率低。

而且推头的回程轨迹为曲线，需额外耗一部分能量将其举高才能完成，且在由回程转工作时必然会与机架发生碰撞，故原不如让推头始终走直线，所以舍弃方案一

3．所选方案的尺寸设计

3．1．1对于送瓶部分：

由于要求满足行程系数比为3，故以牛头刨推头部分（及摆动导杆机构）的两极限置进行计算.如图:

已知条件为∠OAB=90°,∠OBA=45°,CE（总推程，E为另一个极位）=600,CD=CE/2=300,所以BD=300,而摆杆长为BC=300√2≈424.26,OA与AB的值可任意取,但两者是相等的，只要保证O为一个周转副即可,所以取OA=AB＝128.5,OB=181.6.但由于SOLIDWORKS所采用的造型限制,所以把CE这条线向上平移了,由于角不变,连杆长也不变,所以这种改变是不影响机构的行程系数比的.

要求的工作行程的平均速度为45MM/S,而空回的速度为135MM/S,工作所用时间=600/45≈13.3秒,回来所用时间=600/135≈4.4秒,所以总时间应为17.7秒,因为题目中所要求的皆为平均速度,所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为18秒,即曲柄转一周的时间为18秒,所以其角速度为2∏/18=∏/9rad/s≈0.3491rad/s.

对于齿轮齿条组成的间歇送瓶机构,齿条上会每隔90mm固定安放一个隔架板（以相邻隔架板的中心来定,板宽约为10mm）,每两个隔架板中放一个瓶子,推头每进行一个来回,要让齿条移动送上下一个瓶子,但若齿条连续动则会影响推头的往复运动,所以送瓶机构要有间歇性.因为齿条每移动90mm给定耗时为0.5秒（0.5*135=67.5,,只要推杆头的设计小于600-67.5+200=732.5,就能保证移动的齿条不会碰到推头,即安全,另:

200为齿条的宽度）所以齿条的线速度V=90/0.5=180mm/s,因为齿轮齿条啮合,所以齿轮分度圆上的线速度为180mm/s,根据V=ш*r,量得d=66.051,r=d/2=33.0255,所以其角速度为180/r=5.45rad/s,即与三个小齿轮相固结的轴的角速度为5.45,即槽轮的角速度为ш=5.45=（Л/2）/t′→t′≈0.28S

3．1．2对于间歇机构

槽轮的计算

对于槽轮机构t′为槽轮的运动时间,t"为主动拨盘转一周的总时间,且依据公式由t′/t"=1/4=>t"=2Л/ш=1.15S,所以带动拨盘转的轴的角速度ш′=2Л/（2Л/ш）=ш.依据生长情况,设定槽轮的槽数为4,主动拨盘的圆销数为1,根据实际机械所允许的安装的空间尺寸,确定中心距L为140,圆销半径r为10,再根据课本所给出的几何关系,由下列各式（4）求出其他尺寸:

φ=45=α

R=Lsinφ=Lsin（Л/z）=98.99

s=Lcosφ=98.99

h≥s-（L-R-r）=67.98

且拨盘轴的直径≤2（L-s）=82.02

轮槽轴的直径<2（L-R-r）=62.02

3．1．3对于轮系

初步的设计为尽量用一台电机驱动整个系统,用定轴轮系来实现不同的机构有不同的转速.设机箱上的齿轮1与曲柄同转速,设其角速度为Ш1,同理带动主动拨盘的轴是随机箱上的齿轮2转动的,设其角速度为Ш2,同样,为刷瓶子方便,设导辊的角速度与机箱上的齿轮3相同为Ш3,轮刷的角速度与机箱的齿轮4相同为Ш4.已算出Ш1≈0.35,Ш2≈5.45,所以齿轮1与齿轮2的传动比为0.35/5.45=7/109,由于机箱上所打的孔的尺寸所限,所以Ш3与Ш4的传动比为118/33,剩余图中所给的齿轮全是起到传递运动,改变运动方向的作用,所以方便起见,设其所有的传动比皆为1:

1.

3.2运动循环图

以曲柄转两周为一个计量圆

4．所选方案的机构运动运动简图

见附页

推头部分用到摆动导杆机构,作图法参照课本（4）

5.所选运动方案布置图

5．1AUTOCAD中作出的构思的方案图

图中从左到右依次为推头运动部分、送瓶部分与洗瓶部分.其中送瓶部分是指一齿轮齿条及槽轮机构（图中暂未画出）所组成的间歇机构

送瓶部分

齿轮齿条构成的横向送进机构,负责将瓶子送上导辊前的定位工作.,造型图如下

洗瓶部分

洗瓶部分的侧视图如下

三维造型图（外层机箱隐藏）

右视图

上视图

6.爆炸视图

7．机构的运动学分析

7．1推瓶部分的速度，加速度分析

左图为推头的速度曲线图，右图为推头的加速度曲线图

左图中分别选取了X、Y、Z轴，由图例可见,Y轴和Z轴的速度为零，对于X轴，其工作行程的速度峰值约为四十左右，而空回行程的峰值却高达200左右，行程系数比约为四，大于了所给要求，出现这种情况的原因可能是由于ADAMS造型时无法取到较为准确的值，因为计算出来的值会有无穷小数部分。

但由速度图可以看出推头有着很明显的急回特性，工作行程所耗的时间与空回行程的耗时比为3：

1。

工作行程的速度变化比较均匀，而空回行程的速度变化十分剧烈。

这一点也可由右图的X轴加速度曲线来印证处。

7．2推瓶部分摆杆的输出速度，加速度分析

左图为推瓶部分的摆杆的输出端的速度与角速度图

右图为推瓶部分的摆杆的输出端的加速度与角加速度图

左图包括X、Y、Z轴的速度图以及X轴的角速度，由图可见除却Z轴外，剩余的速度都有着较大的变化。

且急剧变化处皆处于推头的空回行程内。

但角速度在空回行程内变化较平缓，而在工作行程内有一次非常急剧的变化。

参照右图的加速度图和角加速度图可以得出同样的结论。

7．3推瓶部分的曲柄的速度，加速度分析

8.小组总结

经过这次的课程设计,第一:

我又温习了一下机械原理课上所学的知识,并且尝试着把自己所学的书本知识和实践相结合.其次,在最初进行设计时,我曾主观认为这些东西是很简单的,但在我造完型后才发现,自己所给出的设计草图是很粗糙的,例如最初的设想是在机箱的一边板上集中排布齿轮,以便于只用一个电机来驱动,（各组不同的转速比通过齿轮的啮合传动来实现）,并且由机箱板上的齿轮带着与其固结的相应的轴来转来进一步分别带动导辊刷子以及间歇机构来转,实际上由于运动是在箱体的一边输入的,而例如导辊的端面是与机箱的那一面垂直的,如果只用一根轴,是无法完成所预想的任务的,这势必要求使用相应的方法来达到运动的换向,例如本设计中使用了直伞齿轮以及万向节.但这些东西的使用在实际生产中势必会增加成本.装配完后,我认为本方案还是有很多的不足之处,例如,完全可以把本方案中的机箱侧边的齿轮全部移到导辊的正对面,另外再使用一些带轮传动,这样就可以避免使用伞齿轮这样的零件,而且可以在紧贴导辊的出瓶处,横向加一个齿轮齿条机构或着是皮带轮之类的机构,来实现洗瓶后运瓶下线的目的.

而在具体的装配过程中,最初我一直以为只要将各个零件之间的运动关系满足就好,进而在一开始时就忽略了装配前的种种定位,以至于在装配过程中出现问题时很难更改,只好全部删除,重新装配.浪费了不少时间,可见做任何事都是不能图快的,都得一步步认真细致的完成,才能事半功倍.

同时在进行课程设计时,我又额外学到了不少的东西,例如间歇机构中的槽轮机构的用途以及设计.,而且在实践中学到的东西更容易让我牢记.而且在三维造型软件方面,也掌握到了一些以前不了解的一些窍门以及功能.

另外,经过这次实习,我真正感受到了实践的重要性,有一些想出来的东西我总是自然而然的认为它们正确,等到真正把自己所想的东西造出来时才发现,它们根本不能动,更不用说按给定规律动,可见以前的一些东西我掌握的过于浅薄.而且这种设计很能考察我们的分析问题、解决问题的能力,以及全方位考虑问题的能力.例如，平行放置的两导辊的转动方向如何，这一类的细节问题在一开始时我都忽略了不少。

还有，经过这次设计实践，我体会到了交流的重要性。

一个人的思路总会有些狭窄，就像刚开始我看我自己的设计总认为一定行得通，十分自信，但在造完型后和别的组的同学相互交流观摩之后，才恍然发现自己的设计存在着不少的漏洞，以至最后花大量的时间来修缮，但还不能把方案做的尽善尽美。

如果这一步放在设计的初期就进行的话，就能利于我更好地完成任务。

所以下次设计时我一定会重视与别人交流，多汲取别人想法中的精华，争取把任务完成的更好。

9.参考资料

〔1〕孙恒陈作模主编，机械原理（第六版）413页，北京；高等教育出版社，2001

（2）孙恒陈作模主编，机械原理（第六版）224页，北京；高等教育出版社，2001

（3）孙恒陈作模主编，机械原理（第六版）422页，北京；高等教育出版社，2001

（4）孙恒陈作模主编，机械原理（第六版）204页，北京；高等教育出版社，2001