机械原理课程设计洗瓶机使用说明书

自动洗瓶机机构
说明书
机械工程学院机械设计及其自动化专业
08级机自2 班
设计者
指导教师郑立娟
2010 年 6 月30 日
目录
一．题目：自动洗瓶机机构 (4)
５.１洗瓶机构循环路线分析 (21)
５.2 洗瓶机机构循环图 (21)
六．洗瓶机总体结构简图及其工作原理 (23)
6.1 洗瓶机总体结构简图 (23)
6.2 洗瓶机工作原理 (23)
七．收获与体会 (24)
八．参考文献 (27)
1）给出工作原理，原始数据及设计要求。

2）根据工艺动作要求拟定运动循环图。

3）进行各部分传动机构的选型。

4）提出2～3种机械传动方案。

（画出草图）
5）进行方案的评定和选择。

6）对传动机构进行尺寸设计和计算。

7) 按比例画出运动简图。

8) 对典型机构进行运动和动力分析（可应用计算机
辅助分析手段，例如机构仿真）。

行程速比系数k=1.5。

4)按整个机构的工作要求，我们规定推进机构中原
动件曲柄素转为w=1rad/s。

5)机构传动性能良好，机构紧凑，制造方便。

二、设计方案的拟定和比较
自由度F=3n－2p l－p h=3×4－２×５－１=１
2.2 设计方案二：凸轮-全移动副四杆机构
图2—2
图2—3
自由度F=3n－2p l－p h=3×5－2×7=1
2.4 分析选择最终方案
由设计要求知：①推瓶机构应使推头平稳地接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，即回程是个急回运动；②按生产率的要求，我们规定返回时的推头平均速度为工作推进时的推头平均速度的1.5倍，即推头行程
速比系数k=1.5。

点：①该机构的运动副全为低副，并且运动副元素间便于润滑，故可传递较大载荷；②运动副元素的几何形状简单，便于加工制造；③运行过程中：推头右行时，速度较低且均匀，可以提高推瓶质量；推头左行时，由于有急回作用，速度较高，可提高生产率。

综合以上分析，
选择方案三为洗瓶机机构的最终方案。

图3—1
根据原始数据及设计要求知：推头推进距离
l =320mm ，推头行程速比系数k=1.5,设计六杆机构
原动件曲柄95AB l mm =，从动件70DE l mm =，如上图所示，机构的极位夹角1
180361
k k θ-=
⨯=+。

，摇杆摆角1==36DCD φθ=∠。

，铰链A 和铰链C 之间的
()1
cos18cos182
CD CD CD l l l =+
-。

505.1mm =
按照以上尺寸，用ProE 做出六杆机构的三维立体图演示运动情况，经验证，符合要求，说明设计的六杆机构各构件的尺寸大小合适。

3.2 六杆机构的运动学分析
用解析法对六杆机构进行运动学分析 由设计要求知：原动件曲柄的角位移
1ϕ＝1ωt ＝ωt ＝t
图3—2
（1） 杆CD 角位移分析。

机构的复数矢量方程为 1214i i l e se l ϕϕ+= ①
由此可得滑块位移S 和角位移2ϕ为 122
2
1
4141(2cos )S l l l l ϕ=+-
[]
211411arctan sin /(cos )l l l ϕϕϕ=--
（2）杆ＣＤ角速度分析。

将式①对时间求导，得
上式两端同乘以2
i e ϕ-，得
12.
..
()22
11
22220
i l e
S i iS s s ϕϕ--ω-ω+ω+ε+=
由上式可得滑块加速度..
S 和杆ＣＤ角加速度2ε为
..
22
11122cos()l S s ϕϕ=ω-+ω
.
2211122sin()2/l s
s ϕϕ⎡⎤ε=ω--ω⎢⎥⎣⎦
２.在图3—3中,设杆CD 的长度l CD =l 2,杆DE 的长
度l DE =l 3,点Ｏ与点Ｃ之间的距离l OC =l 5,点Ｏ与点Ｅ之间的距离l OE =h
（1）推杆位置分析， 机构的复数矢量方程为 3290325i i i he l e l e l ϕϕ++=。

④
由上式可得推杆位移h 和杆DE 角位移3ϕ
()12
22
352222
cos sin h l l l l ϕϕ⎡⎤=---⎣⎦ ()12
22
35223522
cos arctan cos l l l l l ϕϕϕ⎡⎤
---⎣
⎦=-
（2）推杆速度分析。

将式④对时间求导，得
3322
90223333222220i i i i i e il e l e il e l e h ϕϕϕϕ+ε-ω+εω-ω=
上式两端同乘以3
i e
ω-，得
()
()
(
)
3
2323..
90223333222220
i i i e
il l il e l e h ϕϕϕϕϕ---+ε-ω+εω-ω=。

由上式可得推杆加速度h 和杆DE 角加速度3ε ()()22..
33222322233
sin cos sin l l l h ϕϕϕϕφω+ε-+ω-=
()()()()222332223222332223222333
sin cos cot cos sin l l l l l l ϕϕϕϕϕϕϕϕϕ⎡⎤ω+ε-+ω--ε-+ω-⎣
⎦ε= 分析完毕
以下分别是用ProE做出六杆机构的三维立体图后生成的推杆位移、速度、加速度与时间的关系图像以及推
杆运动学分析图像。

推杆位移—图3
推杆速度—图3
推杆加速度—
推杆运动
图4—1
如图4—1所示，设1φ为槽轮每次运动时所转过的转角，2φ为槽轮转动1φ时主动拨盘所转过的角度。

由槽轮上均匀分布的径向槽的数目z=4，可得
1φ=π－2φ=π－2π/z=π/2
设计主动拨盘的角速度和原动件曲柄的角速度相
同皆为1rad s ，转动一周的时间为2π/1=6.28s,故槽轮
2.确定组成运动循环的各个区域：
（1）推瓶机构：根据原始数据中推头行程速比系数k=1.5,即可确定推瓶机构运动循环时间分配为T执=T推程+T回程=3.77+2.51=6.28s与此相应的曲柄转角（即分配转角）φ推程φ回程=216°+144°=360°
（2）洗瓶机构：主动拨盘的角速度和原动件曲柄的角速度相同皆为1rad s，转动一周的时间为2 /1=6.28s,主动拨盘转动一周过程中，槽轮相应的转动90°，对应的转
动时间为1.57s
图5—1
用一个电动机带动齿轮
曲柄原动件和槽轮机构中的主动拨盘的转速一致，带动瓶子转动的底盘和转刷的转速一致。

传送带作为运输瓶子的导轨，这样可以减小送瓶的阻力，有利于平稳送瓶的实现。

以下是洗瓶机的工作原理：
ωrad s 曲柄原动件和槽轮机构的主动拨盘以1
=
匀速转动，二者转动一周的时间皆为6.28s，即一个循环
的时间为6.28s。

推杆推动瓶子，并在在传送带的辅助下
置，两个瓶子在转刷的转动下洗瓶4.71s。

推杆返回原位置后推送第三个瓶子，到达指定位置后，推杆再次返回，转盘再次转动90°，第三个瓶子到达第一次洗瓶位置进行洗瓶过程，第二个瓶子到达第二次洗瓶位置进行第二次洗瓶过程，第三个瓶子到达退瓶位置推出转盘，完成洗瓶过程，洗瓶时间共计9.42s。

以此类推，进行洗瓶过程。

七、收获与体会
经过这次的课程设计,我们又温习了一下机械原理
样会使机构变得复杂，给制造带来不便；凸轮-全移动副四杆机构由于水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大，致使机构占用空间过大，并且浪费材料；六杆机构不存在上面两种方案的缺点，在满足设计要求的前提下还具有以下优点：①该机构的运动副全为低副，并且运动副元素间便于润滑，故可传递较大载荷；②运动副元素的几何形状简单，便于加工制造；
③运行过程中：推头右行时，速度较低且均匀，可以提高
推瓶质量；推头左行时，由于有急回作用，速度较高，可
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
八、参考文献
1.机械原理/安子军主编.-北京：国防工业出版社，2009.8
2.机械原理课程设计／陆凤仪主编. ——机械工业出版社， 2002.
3.画法几何与机械制图/贾春玉，郑长民主编．—2版. 北
京：中国标准出版社，2008。