机械课程设计之洗瓶机

机械原理课程设计--洗瓶机学校：专业: 机械设计制造及其自动化班级：学号：：指导教师： 2013年6月17日目录前言 (1)目录 (2)1设计任务书 (3)1.1设计题目 (3)1.2 设计任务 (3)1.3 设计要求 (3)1.3.1 工作原理 (3)1.3.2 原始数据 (3)2机械运动方案设计 (4)2.1 分析设计要求 (4)2.2 推瓶机构选择 (4)2.2.1 凸轮－铰链四杆机构方案 (4)2.2.2 五杆组合机构方案 (5)2.2.3 曲柄摇杆机构 (5)2.3 运动方案的比较和拟定 (6)3 机械总体结构设计 (6)3.1机械总体结构的设计 (6)3.2 机械工作循环图的编制 (6)4 机械传动系统设计 (8)4.1 机械传动系统传动比的计算 (8)4.2 机械传动系统机构的设计 (9)5 执行机构和传动部件的结构设计 (9)5.1 计算分析 (9)5.2 结构设计 (9)6 主要零部件的设计计算 (10)6.1曲柄摇杆机构 (10)6.2传动机构 (12)7最终设计方案和机构简介 (13)8小结 (15)9致 (16)10参考文献 (17)11附录一 (18)12附录二 (19)13附录三 (20)页码右对齐1 设计任务书12表1-1 洗瓶机的技术要求（写自己的技术方案）方案号瓶子尺寸/（直径×长）/(mm,mm) 工作行程/(mm)生产率/(个/min)急回系数K电动机转速/(r/min)A φ100×200 600 3 3 1440B φ80×180 500 4 3.2 1440C φ60×150 420 5 3.5 960D φ60×18050053.514401.2 设计任务1.洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。

2.设计传动系统并确定其传动比分配。

3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。

4.设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。

也可以设计平面连杆机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析。

绘出运动线图。

5.其他机构的设计计算。

6.编写设计计算说明书。

7.学生可进一步完成：洗瓶机推瓶机构的计算机动态演示等。

1.3 设计要求 1.3.1 工作原理为了清洗瓶子，需将瓶子推入同向转动的导辊上，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。

它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。

1.3.2 原始数据（1）瓶子尺寸：长度L=180mm ，直径D=60mm 。

（2）推进距离S=500mm，推瓶机构应使推移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）按生产率每分钟5个的要求，推程的平均速度v=53.57mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的3.5倍。

（4）电动机转速为1440 r/min。

（5）急回系数3.5。

32 机械运动方案设计2.1 分析设计要求洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。

设计的推瓶机构应使推头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。

根据设计要求，推头M可走图2 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。

图2-1 推头M运动轨迹对这种运动要求，若用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把若干个基本机构组合，起来，设计组合机构。

在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构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机构组合。

2.2 推瓶机构选择推瓶机构的方案：根据前述设计要求,推瓶机构应为一具有急回特性的机构,为了提高工作效率,一是行程速比变化系数K尽量大一些;在推程(即工作行程)中,应使推头作直线运动,或者近似直线运动,以保证工作的稳定性,这些运动要求并不一定都能得到满足,但是必须保证推瓶中推头的运动轨迹至少为近似直线,以此保证安全性。

推头的运动要求主要是满足急回特性,能满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。

运用前述设计的思想方法,再考虑到机构的急回特性和推头做往复直线运动的特点，所以根据要求，有如下方案(如下图所示)2.2.1 凸轮－铰链四杆机构方案如图3所示，铰链四杆机构的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，M点的速度由等速转动的凸轮通过构件3的变速转动来控制。

由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意度过死点的措施。

2.2.2 五杆组合机构方案确定一条平面曲线需要两个独立变量。

因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。

点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。

图4 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4为它们的两个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由1c) d)图2-2-2 五杆组合机构的方案2.2.3 曲柄摇杆机构根据设计要求，一般可首先考虑满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足要求，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。

有如下方案：图 2-2-3 曲柄摇杆机构方案2.3 运动方案的比较和拟定(1）凸轮－铰链四杆机构方案：分析该方案可知，原动件是凸轮，而曲柄作为从动件，有死点，必须设计有足够的措施冲过死点。

由于工作行程要直线或近似直线，所以杆长有一定的设计限制，为设计满足要求的急回系数，还需设计合适的凸轮轮廓曲线。

（2）五杆组合机构方案在五杆机构中，有两个输入构件，按照预定的轨迹要求和急回系数，设计杆长和基础构件的轮廓曲线。

设计的方法主要为解析法和图解法，前者精确但计算复杂，后者相对简单但有一定的误差。

总体难度较大。

（3）曲柄摇杆机构该机构此机构有较好的急回运动特性，可达到题目要求的回程速度是推程速度的3.5倍。

可设计出满足要求的机构运动方案。

综上所述，采用曲柄摇杆机构的方案显然较有优势，省去了设计凸轮轮廓曲线的繁杂。

有较强的可操作性。

23 机械总体结构设计3.1机械总体结构的设计选用曲柄摇杆作为执行机构，利用给定的电动机，通过多级减速达到预定的速度传动。

设计了如下图3-1所示总体机械机构如图3-1所示，整个机械系统的动力由一个转速为1440r/min的电机提供，经过带轮1.2的一次减速传递到一对渐开线圆柱齿轮进行二次减速，然后根据不同的需要将速度分成两支：一支直接传递给带动毛刷的齿轮，以带动毛刷转动，此速度相对于曲柄所需的转速显然大得多，另一分支，因速度相对于曲柄所需的速度来说仍然较高，采用行星轮系再次减速，在传递给曲柄。

但是两导辊也需要动力，故而根据需要采用了一对相同的圆锥齿轮，将速度变向，其大小与曲柄的转速相同。

如此整个洗瓶机的整体结构设计方案便定下来了。

3.2 机械工作循环图的编制根据设计要求，我们采用的是曲柄摇杆机构。

曲柄作为原动件即输入构件，我们就以曲柄所转过的角度为参照依据，设计其它构件的工作行程。

根据设计要求，工作行程是500mm,急回系数是3.5，两导辊匀速的转动，主要是负责翻转瓶子，上方的毛刷在整个清洗过程中是一直以一定的速度运数转动的。

根据急回系数，我们推算了带动推杆转动的曲柄的转角。

在整个工作行程中，曲柄转角为280°，剩余的80°为回程时所转角度。

综合考虑各执行构件的协调配合，设计了机械的工作循环图如下：曲柄转角0°90°180°270°280°360°[键入文字] [键入文字]11234568910711行星轮系导辊毛刷121314对图进行编辑图 3-1机械结构总体设计方案1-- 2-- 3-- 写清楚图中零件名称把下页文字提上4 机械传动系统设计4.1 机械传动系统传动比的计算根据急回系数及工作行程设计了如上图机构，分析其速度。

设已知行程S ，急回系数为K ，回程时间为t ，生产率为n 个每分则工作行程时间为3.5t ，加工一个工件的平均速度为T ， 60T n=，(1)T Kt t K t =+=+，1T t K =+。

推程速度SV t=，而V RW =，其中R 为曲柄的固定铰至行程中点的距离进而求出曲柄角速度W 。

又因为2260n W f ππ==，所以曲柄转速60302W Wn ππ==。

根据以上分析计算得到参数如下表4的参数列表。

从带轮1传动到锥齿轮8的传动比24181314404.88ae r z i i r z ==，其中ae i 为所设计的行星轮系的传动比，1r ，2r ，分别为带轮1和2 的半径。

2451136144080r z r i r z r 6==，3z ，4z 分别为啮合齿轮3,4的齿数，5r ，6r 分别为带轮5,6的半径。

综合考虑，齿数分配如下：24181314404.88ae r z i i r z ==，其中ae i 为渐开线齿轮行星传动比，1814403006073.872954.8815030i ==⨯⨯=；11318i i =；245113614403006018018801503040r z r i r z r 6===⨯⨯=；不留白[键入文字] [键入文字]表 4-1各参数列表项目值电机转速（r/min) 1440推程位移(mm) 500生产率(个/min) 5平均每个耗时(s) 12急回系数K 3.5推程用时(s) 2.666666667推程平均速度(mm/s) 53.57142857曲柄铰至中点距离(mm) 104.9曲柄转速(r/min) 4.879208154总传动比295.134.2 机械传动系统机构的设计根据以上分析，设计了如下图所示的传动机构：从电动机传出的动力经过带轮1、2减速，传给一对渐开线圆柱齿轮3、4第二次减速，从齿轮4传出的动力开始分支：一部分传给带轮5、6进一步减速输送给毛刷传动齿轮，各毛刷的转速大小一致，另一部分由于速度仍然比较大，选用3K型的NGWN型渐开线行星轮系进一步减速。

最终速度减为所需速度，直接由8处的动力带动曲柄摇杆机构的曲柄转动。

并且，通过一对圆锥齿轮将速度变向，传递给两个导辊，其间的传动比都为1。

如此，整个洗瓶机的传动机构设计便完成了。

详见图4-2所示。

15 执行机构和传动部件的结构设计5.1 计算分析根据设计要求推进距离S=500mm，推瓶机构应使推移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。