机械原理课程设计-易拉罐自动回收装置（全套图纸）

目录
设计要求、内容及原始数据 (2)
方案设计与讨论 (3)
最终方案的选定 (6)
工作循环图的拟定与传动系数 (7)
传动机构齿轮减速器的 (9)
设计计算与说明
挤压机构的结构与运动分析 (10)
推罐装置的结构设计 (12)
计算机辅助设计 (15)
设计心得体会 (23)
备注 (24)
易拉罐自动回收装置机械原理设计
一、设计要求、内容以及原始数据
（一）设计题目
•设计一种可以回收易拉罐空瓶的装置，每当将一个易拉罐塞入该装置后能自动将其压扁并放入底部，同时扔出一角硬币。

•要求结构合理，原理有创新，加工方便，成本适中。

（二）工作原理及工艺动作的简述
1. 功能要求：
“易拉罐自动回收装置”主要是将饮用后的空易拉罐自动压扁，推罐装置将其推入回收器皿中，便于回收处理，同时进行付币运动，实现有偿回收。

2. 易拉罐自动回收装置工艺动作分解如下（如图（1）所示：）
一根斜向上的管道把挤压装置与投入口相连。

易拉罐从管道落入挤压装置的冲击基座，易拉罐被挤压后，推罐装置就会自动启动将易拉罐按一个方向推出，使其落入存储箱内。

同时推币装置随之推出一枚硬币。

(要求一个原动机，工作平稳，设计简洁，环保经济）
入挤出控口
压装置
退币装置推罐装置
原动部分
储罐部分
口
制电路
图（1）工作原理图
（三）原始数据及设计要求
因为我们组选择的是创新题目，所以原始数据我们是通过查资料，实际测量等方式确定的。

1，通过实际测量，易拉罐的平均高度为10-12cm ，平均直径为5-7cm 。

2,挤压后易拉罐的高度约为原高度的20%。

3，挤压构件挤压要平稳，有快速返回的运动特征。

行程速比系数K ≥1.3。

4，推罐装置要和挤压装置相互配合，为保证整个装置的运动平稳性，在 挤压过程中推罐装置尽量静止不动，所以推罐装置应有间歇运动。

5，退币装置主要和推罐装置配合，推出一个罐，退出一枚硬币。

6，破坏率约为每分钟70件。

7，压块移动总行程为200mm ，挤压行程为100mm 。

8，推罐装置推拉行程为150-250mm 。

9，电动机的功率可选用1.5KW,1400r/min 左右（如Y90L —4）。

二、方案的讨论与选定
通过查阅资料，结合上学期机械原理课程所学知识，我们按照先进行功能分解、后机构
组合的思路，分别主要从挤压，推罐两个功能特点出发，构思了如下两个机构的几个方案：
如上所示，推罐机构共三种，挤压机构共五种。

则挤压——推罐组合机构方案总数应为：3X5=15种。

下面是我们小组每个人都根据要求设计、遴选出的相对可行性比较好的五个方案，如下所示,分别为:
方案一：摆动导杆挤压机构和槽轮机构 图（2）
方案二：齿轮-滑块挤压机构和曲柄-导杆推罐机构 图（3）
方案三：曲柄-滑块挤压机构和曲柄-滑块推罐机构 图（4）
方案四：曲柄连杆挤压机构和齿轮连杆推罐机构 图（5）
方案五：曲柄滑块挤压机构和凸轮连杆推罐机构 图（6）
方案一：摆动导杆挤压机构和槽轮机构
推罐 机构
凸轮式间歇运动机构
不完全齿轮机构
曲柄—滑块机构
挤压机构
凸轮—连杆
机构
齿轮—连杆机构
导杆—摇杆滑块机
构
六连杆 机构
摆动导杆机构
图（2）方案二：齿轮—滑块挤压机构和曲柄-导杆推罐机构
图（3）
方案三：曲柄-滑块挤压机构和曲柄-滑块推罐机构
图（4）方案四：曲柄连杆挤压机构和齿轮连杆推罐机构
图（5）
方案五：曲柄滑块挤压机构和凸轮连杆推罐机构
图（6）
三、最终方案
综合可行性、准确性和运动规律等方面因素，我们充分比较了这几个方案的优缺点，并考虑到目前知识、能力的限制，最终决定采用
方案三：曲柄-滑块挤压机构和曲柄-滑块推罐机构（图4）
因为这个方案里的机构相对简洁可行，易于实现，准确性较好，并且能进行准确计算，利于生产实践时减少工序，降低成本。

其简图如下
我们的分析如下：
1，采用连杆机构，运动平稳可靠，加工方便，成本低，易实现，充分体现了我们的设
计宗旨——环保经济。

2，因为挤压运动冲击较大，虚约束增加了运动的平稳性和挤压的均匀性。

3，连杆机构的运转速度高，承载能力大，具有较好的可调节性，调整方便，重量轻
便于移动，制造容易，工作可靠性高，噪声小。

4，退币机构和推罐机构连在一起，可以始终保持二者的配合。

该冲压机构是在四杆
机构的基础上，加一个连杆滑块机构组合而成的。

5，该挤压机构是在四杆机构的基础上，加一个连杆滑块机构组合而成的。

通过上学
期我们学习机械原理的知识，四杆机构的急回特性很容易通过设计计算得到。

6，推罐机构和挤压机构是同一个原动机，我们可以主要通过二者原动件的角度配合
来实现两个机构的运动配合。

四、工作循环图与传动系统
拟定的工作循环图如下
直线式运动循环图：
退币机构的运动
推罐机构的运动 冲头的运动
升 推 回
静止
推
回
放罐
压
易拉罐自动回收机传动系统图示如下：
图（9）
电动机
带轮机构
齿轮机构
曲柄摇杆滑块机构
垂直方向挤压
水平方向推罐
曲柄滑块机构 易拉罐自动回收机的传动系统
实
现挤压、推罐、退币
退币 二者同步配合
图（8）
电输入
设计内容
（1）减速器
设计计算
计算及说明
五、传动机构减速器的设计计算与说明
1、已知电动机的满载转速错误！未找到引用源。

=1400r/min，
输出的转速为错误！未找到引用源。

=70 r/min；
2、选用的电动机的型号为Y90L-4，
额定功率为1.5kw；
3、总传动比为i=
w
n
n
0=1400/70错误！未找到引用源。

=20
根据机械设计课程设计V带传动比推荐值为2~4，
选取
带
i错误！未找到引用源。

＝4、则减速器的传动比为：
错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=20/4=5
又根据机械设计课程设计中的传动比分配公式：
1
i=(1.1~1.5)
2
i⨯
设
2
1
2.1i
i=
可以求得
1
i=2.45；错误！未找到引用源。

=2.04。

4、根据具体的实际情况计算应该要的齿轮齿数并对其进行圆整，又由于齿数应
大于17，
所以我们先取错误！未找到引用源。

=18，错误！未找到引用源。

=26
由传动比算得：错误！未找到引用源。

=44，
4
Z=53；
验算减速器的传动比错误！未找到引用源。

=错误！未找到引用源。

=4.9835
≈
六：挤压机构的结构以及运动分析
首先是整体机构的自由度计算：
结果
错误！未找到引用
源。

=1400r/min
w
n错误！未找到引
用源。

=70 r/min
P=1.5kw
带
i错误！未找到引
用源。

＝4
错误！未找到引用
源。

=5
1
i=2.45 错误！未
找到引用源。

=2.04
错误！未找到引用
源。

=18，错误！
未找到引用源。

=26
错误！未找到引用
源。

=44，
4
Z=53
错误！未找到引用
源。

`i5
≈
图（１０）
两极圆柱齿
V带传动
(2)自由度计算
（3）连杆滑块部分设计计算
构件数：n=14，低副数错误！未找到引用源。

=20，虚约束数为3*3-4*2=1
故自由度F=3n-2l P错误！未找到引用源。

-1=3⨯14-2⨯20-1=1。

即机构的自由度为1，机构具有确定的运动。

接下来分别对这两个机构进行运动分析：
（一）连杆滑块部分
由挤压行程确定杆长机构：
由原始数据挤压行程,
200mm
l=
两个极限位置的夹角
;
,
60
2
1
l
l=
=
∂
自由度F=1
符合一个原动机要
求
图（１１）
复合铰链
虚约束
（4）四杆机构设计计算
mm
l
l
l
l
200
);
cos
1(
2
1
1
=
=
∂
-
=
，
（二）四杆机构的分析：
由题意给定的要求取k=1.4，
可以算出相对应的极位夹角
30
1
)1
(
180
=
+
-
=
k
k
θ
极限位置如图所示：
D
C
B
A,
,
,
1
1
为冲头在最高位置的极限位置，D
C
B
A,
,
,
2
2
为冲头在最低位置的
极限位置。

A，D点在同一水平线上，因为
30
=
θ，所以mm
l
AD
200
=，
mm
l
D
B
37
.
386
200
15
cos
2
1
=
⨯
⨯
= ;
mm
l
D
B
84
.
282
45
cos
200
2
=
=
;
;
1
CD
BD
D
B
l
l
l+
=
CD
BD
D
B
l
l
l-
=
2
;
mm
l
l200
1
=
=
极位夹角为30度
图（１３）
（5）推罐机构设计计算
∴mm
l
mm
l
CD
BD
76
.
51
;
61
.
334=
=;
按照设计要求的每分钟制造70件商品知n=70r/min，可求得
s
rad/
33
.7
=
ω
七．推罐机构设计
该机构由四杆机构和滑块组成；
1
1
1
1
,
,
,
,
,G
F
K
E
D
B组成极限位置1，
2
2
2
2
,
,
,
,
,G
F
K
E
D
B组成极限位置2；
为了达到间歇运动的目的，我们使mm
l
l
ED
BD
100
=
=，且ＢＫ两点在
同一垂直线上。

四杆机构极限位置的夹角
60
1
=
θ，
mm
l
BK
200
=
∴
Ｅ点和Ｆ点同属一个构件，
120
=
∠EKF；
mm
l
KF
200
=；mm
l
FG
300
=；
mm
l
BD
61
.
334
=
mm
l
CD
76
.
51
=
s
rad/
33
.7
=
ω
图（１４）
ＳＱ
（6）挤压机构和推罐机构的配合设计
mm
l
AC
450
=；mm
l
AB
200
=；
计算推罐滑块的行程：
()()
[]mm
l
l
l
SF
F
G
S
G
81
.
259
60
cos
200
200
450
3002
2
2
2
1
2
=
⨯
+
-
-
=
-
=
()mm
l
l
l
QG
SQ
SG
01
.
469
400
450
300
60
sin
2002
2
1
1
=
-
-
+
⨯
=
+
= ；
mm
l
l
l
SG
S
G
G
G
2.
209
81
.
259
01
.
469
2
1
2
1
=
-
=
-
=
2
1
G
G
l
的大小在题目要求规定范围内１５０－２５０ｍｍ之间，符合要求。

八、挤压机构和推罐机构二者运动的配合设计
要求冲头在挤压的过程中推罐滑块静止，冲头开始上升时，推罐滑块迅速推
罐，在冲头到达最高点之前，推罐滑块开始返回，并在开始下压时要保证拉回
Ｃ点，以便下一个易拉罐可以及时放置。

退币运动恰好与推罐运动相反，会有
一个急回的效果。

这部分我们主要通过对两个机构在曲柄部分固定角度的计
算使其达到相互配合的目的。

0 45 210 225 285 360
mm
l
BK
200
=
S
G
l
2
mm
81
.
259
=
2
1
G
G
l
符合要求
β
图（１５）
β
图（１６）
经过计算尝试，运动模拟最终确定 150=β
150=β
九．计算机辅助设计
我们采用MAD软件和Excel软件制作了相应的机构动画和数据结果图形，用于直观检验。

并通过MAD软件对机构各个部分的运动情况进行位移，速度，加速度等分析。

根据以上求得的所有数据用MAD软件绘制的机构运动示意图如下：
图（１７）
图（18）
图（19）
图（20）
图（21）
图（22）
结合MAD绘图功能和EXCEL软件处理数据后，得到以下数据和图表结果：
以下为ＭＡＤ软件生成的运动规律图：
冲头位移图：
冲头速度图：
冲头加速度图：
推罐位移图：
推罐速度图:
推罐加速度图：
以上图形横轴均为原动件转角（°）
十、设计心得体会
十一、备注
参考资料：
1.孙桓，陈作模，葛文杰。

机械原理。

北京：高等教育出版社
2.濮良贵，纪明刚. 机械设计. 北京：高等教育出版社
3.同济大学机械原理与设计教研室。

机械原理课程设计指导书。

上海：同济大
学出版社
4.韦林，周松鹤，唐晓弟. 理论力学. 上海：同济大学出版社
5.同济大学航空航天与力学学院基础力学教学研究部. 材料力学. 上海：同济
大学出版社
6.许连元，李强德，徐祖茂. 机械制图. 上海：同济大学出版社。