推瓶机_机械原理课程设计报告书

《机械原理课程设计》说明书
课程设计题目 :推瓶机设计
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指导教师 :
日期: 2016年1月15日
目录
1.洗瓶机的工作原理及主要动作
1.1. 洗瓶机的工作示意图 (1)
1.2 原始数据 (1)
1.3. 推瓶的设计要求 (1)
2.系统功能图 (2)
3.推头运动路线的分析 (2)
4.方案的设计及分析 (3)
4.1 方案的设计 (3)
4.2 方案的分析与决策 (4)
5.推瓶机运动简图绘制 (5)
6.尺寸综合····································································5 6.1 运
动的尺寸分析确定 (5)
6.1.1 设计推导的公式 (5)
6.1.2 杆长的确定 (6)
6.2 分点与推杆的位置与凸轮参数的设计 (7)
6.3洗瓶机的运动循环图 (7)
7.凸轮的设计和廓线绘制························································8 7.1
摆动凸轮的设计 (8)
7.2 直动凸轮的设计 (9)
7.3 压力角的检验 (10)
7. 4 尺寸的确定 (10)
8.运动参数设计 (10)
9.推瓶机动力装置和传动系统的设计 (11)
10.心得体会 (12)
11.参考文献 (12)
1.洗瓶机的工作原理及主要动作
洗瓶机如图 2.1 所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。

当推头 M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。

当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。

它的主要动作：将到
位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。

1.1 洗瓶机的工作示意图
图 1.1洗瓶机工作示意图
1.2 原始数据
①瓶子尺寸：大端直径d=80mm，长 200mm。

②推进距离： 600mm。

1.3 推瓶的设计要求
1.洗瓶机的推瓶：平面连杆等常用或组合。

2.推瓶应使推头 M以接近匀速的速度推瓶，推进距离 L=600mm然后推头快速返回原位，准备第二个工作行程。

3.设计组合实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。

推程时速度要求为
v 45mm/ s ，返回时的平均速度为工作行程的 3 倍。

4.的传动性能好，结构紧凑，制造方便。

5.编写设计说明书。

2.系统功能图
推杆匀速推瓶
减速返回待洗瓶子放入
导辊带动瓶子转动
加速返回推瓶完成刷子旋转洗瓶
3.推头运动路线的分析
分析设计要求可知：洗瓶机主要由推瓶、导辊、转刷组成。

设计的推瓶应使推
头M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，准备第二个工作循环 . 在运动中，两个导辊以恒定的转速转动，带动瓶子转
动；刷子也以恒定的转速转动；推进距离：推杆带动的M 点推进距离为600mm。

推程时速度要求为 v 45mm/ s ，返回时的平均速度为工作行程的 3 倍。

根据设计要求，推头 M可走图 2.4 所示轨迹，而且推头 M在工作行程中应作匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程时有急回。

由此可根据其运动轨迹选择推瓶的设计方案。

应该选择具有急回运动特性的。

图 3.1推头M运动轨迹
对这种运动要求，若用单一的常用是不容易实现的，通常要把若干个基本组合，起来，设计组合。

在设计组合时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的（基础），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加组合。

4.方案的设计与分析决策
4.1 方案的设计
根据推头的运动轨迹分析得知推瓶主要是控制推头做推瓶和急回运动，故选择方案可从能实现急回运动的考虑。

根据已学知识得知能做急回运动的有曲柄滑
块，凸轮，和连杆组合等。

他们各自有自己的特点。

通过综合考虑列出如下作为参考方案：
方案一：如图 4.1, 所示凸轮一铰链四杆的连杆 2 上的 M点能基本实现所要求的轨迹 .
图 4.1
方案二：如图4.2 ，该方案的的运动由凸轮和四杆协调运动完成，这种组合可以很好的对推头进行控制，不仅结构简单，体积小，安装后便于调试，从经济上也比较合适
图 4.1双凸轮连杆组合
4.2 方案的分析与决策
方案一中由凸轮四杆组成，凸轮为原动件，通过滚子及连杆带动做运动。

其急回特性由凸轮控制。

在该方案中有5 个活动构件，其中有一个高副，自由度为1，有确定的运动。

但是它的杆比较多，容易产生误差，不能实现精确的运动。

方案二的运动由凸轮和四杆协调运动完成，这种组合可以很好的对推头进行
控制，不仅结构简单，体积小，安装后便于调试，从经济上也比较合适。

其中凸
轮轴能很好的协调推头的运动而且工作平稳。

其缺点是四杆的低副之间存在间隙，会产生累计误差。

要准确的实现给定运动规律及运动轨迹，凸轮是首选，因为盘形凸轮轮廓就
是根据从动件运动规律来设计的，而任意平面轨迹总可以用
X=x( )
Y=y( )
表示，因此把两个凸轮组合起来就可以准确实现轨迹。

而四杆在运动规律、运动轨迹设计中是用逼近的办法来做的，所以较难准确实现。

在方案中，利用了两个凸轮分别控制 X 和 Y 方向上的运动，且连杆不是很多，设计中要求速度也不是很快，所以该方案比较准确。

5.推瓶机运动简图绘制
6. 尺寸综合6.1.1 设计推导的公式
l1L M
l1cos 1L cos 2M x
l 2 sin1L sin2M y
M x2M y2l122M x l1 cos 1 2M y l1 sin 1 L2
A cos 1
B sin1
C 0
其中： A2M x l1, B2M y l1 ,C L2M x2M y2l12
B B2A2
C 2
1
2arctan A C
arctan M y l1 sin1
2
M x l1 cos1 l1l 2l 3
l1 cos 1L cos 2E
l sin
1l
2
sin
3
r s l
3
,l 'r
s
10
3arctan
l 'l 3l1 sin1
E l1 cos1
l '(E l1 cos1 ) tan2l1 sin 1 l 3
6.1.2 杆长的设计及确定
1. 为了满足传动角的一定要求可以初步设计确定杆在两个特殊位置（推头位移最大和最小时 , 并且最大与最小的差值大于等于600mm）所形成的这一夹角所在的围。

2. 杆长 l 2与中心距和基圆大小有关，根据压力角的围可以大概设计出杆l2的长度。

3.同理杆 l 3的杆长与另外一个凸轮的基圆有关系，同样在保证满足压力角
的许可围设计杆 l 3的长度。

4.根据凸轮压力角和基圆半径的关系，使压力角在许用围。

根据前述推导公式可计算得
L=900mm l 1=700mm l 3=600mm l 2=135mm
1 =133o
2 =26o
3 =47o
E=200mm F=140mm
6.2 分点和推杆的位置及凸轮参数的设计
分点和推杆的位置图
设计中要求推杆在推进过程中的速度为45mm/s,推进行程为600mm，然后做急回运动，工作条件为轻载有急回，因此由推杆和凸轮的的运动规律，设计如下的参数：
摆动凸轮：
摆动凸推程角：远休止：回程角：进休止：基圆半推程：滚轮半
轮1804010040径：90mm 60mm径：10mm
直动凸轮：
直动凸轮推程角：远休止：回程角：进休止：推基圆半260206020程:60mm径：70mm
6.3. 洗瓶机的运动循环图
洗瓶机的运动循环图如下：
推杆带动的 M点急回近似匀速直线运动急回（mm/s）
摆动凸轮（转角 /推程：远休止： 180-220回程： 220-320进休止：度）0-180320-360直动凸轮 ( 转角 /推程：远休止： 260-280回程： 280-340进休止：度)0-260340-360导辊（ r/min ）匀速转动
刷子 (r/min)匀速转动
7.凸轮的设计与廓线的绘制
7.1.摆动凸轮的设计
摆动凸轮的位移线图：
根据位移线图画出的凸轮的廓线：
7.2. 直动凸轮的设计
直动凸轮的位移线图如下：
由位移线图画出的凸轮廓线如下：
7.3 压力角的检验
实际设计中规定压力角的许用值 [ ɑ] 。

对摆动从动件，通常取 [ ɑ]=30 o，对于直动
从动件，通常取 [ ɑ]=35 o— 45o。

回程程时，由于推杆运动是力封闭的，不存在自
锁的问题，所以压力角的许用 [ ɑ]=70 o-80 o, 滚子接触、润滑良好和支撑有较好刚
性时取数据上限否则取下限。

现通过移动从动件和摆动从动件凸轮廓线中可以得出：移动从动件在运动中最大压力角ɑ =21o<[ ɑ]；摆动从动件在一个周期的最大压力角
ɑ=15o<[ ɑ]。

7.4 尺寸的确定
杆件代号l 1l 2l 3L
设计参数值 (mm)700135600900
摆动凸推程角：远休止：回程角：进休止：基圆半推程：滚轮半
轮1804010040径：90mm 60mm径：10mm
直动凸轮推程角：远休止：回程角：进休止：推基圆半260206020程:60mm径：70mm
8.运动参数设计
已知，推程中 V=45mm/s,回程时 V=135mm/s,所以整个运动周期为： T=t( 推
程 )+t( 回程 ) ，所以周期约为 T=16.30s, 所以凸轮的角速度为 0.368rad/s.
9.推瓶机动力装置和传动系统的设计
9.1 动力装置的选用
因为在推瓶机的运动为轻载有急回的运动，因此查电动机参数对照表后，选用功率为 0.75kw，转速为 910rad/min 的电动机。

9.2 传动系统的设计
电动机的转速为 910rad/min, 即 15.16rad/s, 而凸轮所需的转速为 0.368rad/s. 因此从电动机到凸轮的传动过程中需要对电动机的转速进行减速，减速的传动比
为 i=15.16/0.368=41.2. 设计为三级减速 . 传动系统的示意图如下：
传动系统的齿轮参数：
齿轮
齿数模数分度圆直径
（mm）Z120240
Z2802160
Z320240
Z4802160
Z520240
Z6522102
10.心得体会
在这一周的的课程设计中，我从一开始学习设计推杆，凸轮，查找资料，确
定它们的参数；然后利用用制图画运动简图，凸轮的位移线图，凸轮的轮廓线图等，最后检验我设计的参数是否合理。

在这一周的课程设计中，我学会了把课本上的知识与实际得运用。

课本上的很多知识都很抽象，比如凸轮的轮廓线和基圆半径的确定等一些凸轮的参数的计算公式，计算起来也很繁琐，需利用电脑软件计算，通过对这些公式的运用，加深了我对这些知识的理解。

通过用 CAD画凸轮的廓线，让我更加清晰的认识凸轮的工作原理，同时也锻炼了我的计算机绘图的能力。

在设计中，摆动凸轮的设计比较难。

11.参考文献
1.《机械原理》——恒，作模，葛文杰主编 - 高等教育2
《机械原理课程设计指导书》——戴娟主编 - 高等教育。