机械原理洗瓶机推瓶机构设计

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机械原理课程设计

推瓶机构设计

学院机电工程学院

专业机械设计制造及其自动化

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目录

一、设计题目及要求 (3)

二、原始数据要求 (4)

三、设计方案对比拟定 (4)

四、机构运动简图 (5)

五、运动尺寸设计 (6)

六、系统功能图 (8)

七、推瓶机构图（附图） (8)

八、参考文献 (8)

一、设计题目及要求

（一）、功能要求及工艺动作分解提示

1、总功能要求

实现推头（动点）在工作行程中作直线匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特征。

2、工作原理及工艺动作分解提示

推瓶机推头的运动轨迹要求如图1-1所示。洗瓶机有关部件的工作原理和工艺动作分解如图1-2所示。待洗的瓶子放在两个转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子把瓶子外面洗净。当一个瓶子将洗刷完时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。推瓶机系统的系统功能图如图1-3所示。

图1-1

图1-2

图1-3

二、原始数据要求

（一）、瓶子尺寸：大端直径d = 80mm，长200mm；

（二）、推进距离l = 600 mm ；

（三）、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；

（四）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便；

三、设计方案对比拟定

执行机构运动方案：

（一）凸轮铰链四杆机构方案（选定）：

如图3-1所示，铰链四杆机构为一个自由度的机构，其连杆2上的点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度由等速转动的凸轮驱动构件3的变速转动来控制。由于曲柄（构件1）为从动件，故必须采取渡过死点的措施，这就要求添加其他构件使其顺利去除死点的干扰。

图3-1

（二）、五杆组合机构方案：

如图3-2所示为两个自由度的5杆低

副机构，1、4为它们的两个输入构件，

这两个构件之间的运动关系用齿轮来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。

图3-2

（三）、凸轮滑块组合机构方案：

如图3-3所示为两个自由度的凸轮滑

块机构，该机构可精确实现预定轨迹要求。

但是由于机构工作行程要求为600mm，所以使用这样的机构必定会造成凸轮尺寸过大，所占用的空间过大，造成不必要的空间浪费。除此之外，凸轮机构相对于连杆机构的使用寿命短、使用能耗高以及其平衡难以保证等缺点都显而易见。

图3-3

综上所述，三个方案均可实现设计要求的功能。但是从要求的传动性能上看，无凸轮机构的五杆组合机构方案更具有优势，但五杆机构设计复杂不易实现，且涉及到齿轮，机构复杂，制造成本高。方案一结构简单、紧凑，零件制造简便，可实现设计要求功能，故选用凸轮四杆机构方案。

四、机构运动简图

⨯

+

⨯

⨯

F

（

≡）

1

1

1

3=

2

5

-4

所以该机构自由度为1，即只需一个原动件可确定其他构件的状态。

五、运动尺寸设计

用作图法对凸轮-四杆机构进行设计：

（一） 、作出连杆机构工作的轨迹图

图5-1

（1） 如图5-1所示，画出M 点的工作要求轨迹为水平直线，长度为600mm ，

并做出等分轨迹点M 、2M 、3M 、4M 、5M 。

（2） 假设铰链D 位置，取连架杆AD 为185mm 做铰链A 的轨迹。 （3） 在铰链A 与M 点的轨迹上取杆AM 、22M A 、33M A 、44M A 、55M A 均

为520mm 。

（4） 分别在AM 、22M A 、33M A 、44M A 、55M A 取连杆AB 、22B A 、33B A 、

44B A 、55B A 均为215mm 。

（5） 连线3BB 和54B B ，并做其中垂线相交，即可得铰链C 的近似位置（即

为铰链B 轨迹圆的圆心）。由作图法可测量出机架DC 长度为200mm ，

连架杆BC 为300mm 。

（6） 分别作连架杆BC 、C B 2、C B 3、C B 4、C B 5，并分别做出其引杆CF 、

2CF 、3CF 、4CF 、5CF ，连架杆与引杆之间夹角为90o ，取引杆CF

长度为110mm 。

（二）、根据连架杆引杆轨迹设计凸轮

图5-2

(1) 如图5-2所示，测量出相邻两状态间引杆的夹角1α=28o 、2α=28o 、

3α=20o 、4α=10o 。

(2) 计算凸轮转角：按照返回速度为推瓶速度的3倍，计算出推头从M 点运动到5M 点的过程占一个回程时间的3/4。所以推头从M 点运动到

5M 点的过程中，凸轮转过了3/4的角度，即转过了270o 。根据引杆

的摆角α与凸轮转角β对应关系，可得：

o o 4

3211

19.87270=⨯+++=

αααααβ

o o 4

3212

29.87270=⨯+++=

αααααβ

o o 4

3213

362.8270=⨯+++=

αααααβ

o o 4

3214

44.31270=⨯+++=

αααααβ

(3) 利用反转法设计凸轮实际轮廓线：①如图所示，作以o r =70mm 为半径的基圆，5F 在圆上且与圆心同一水平线。②用分割线将基圆从5F 开始分为1β、2β、3β、4β、o 590=β四份。③按点F 、2F 、3F 、4F 、

5F 到基圆圆心距离r 在其对应的分割线上做凸轮轨迹点1G 、2G 、3G 、

4G 、5G 。④用匀加速曲线平滑连接1G 、2G 、3G 、4G ，用加速度先

增大后减小曲线平滑连接5G 、1G ，即得到凸轮轮廓曲线。

（三）、凸轮角速度ω的计算

设计要求推头在推瓶轨迹上运动时速度应为v = 45mm / s 。

所以推头在推瓶轨迹上的时间为： t=

v

mm

600=13.3 s 即凸轮转动270o 所需要的时间为13.3 s ，

所以凸轮的角速度为：

πω15.0/27.8s

13.3 270o o

===s rad/s ，顺时针方向。

(四)四杆机构死点的避免

平面四杆机构有曲柄的前提是必有周转副存在，所以下面来确定周转副是否