機械原理課程設(shè)計洗瓶機使用說明書

1、<p><b>　　自動洗瓶機機構(gòu)</b></p><p><b>　　說明書</b></p><p>　　機械工程 學院 機械設(shè)計及其自動化 專業(yè)</p><p><b>　　08級機自2 班</b></p><p><b>　　設(shè)計者 </b&g

2、t;</p><p>　　指導(dǎo)教師 鄭立娟 </p><p>　　2010 年 6 月 30 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一．題目：自動洗瓶機機構(gòu)4</p><p>　　1.1 工作原理及工藝動作過程4</p>

3、<p>　　1.2 設(shè)計任務(wù)4</p><p>　　1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求5</p><p>　　二．設(shè)計方案的擬定和比較5</p><p>　　2.1 設(shè)計方案一：凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)6</p><p>　　2.2 設(shè)計方案二：凸輪-全移動副四桿機構(gòu)6</p><p>　　2.3 設(shè)

4、計方案三：六桿機構(gòu)7</p><p>　　2.4 分析選擇最終方案7</p><p>　　三．六桿機構(gòu)的設(shè)計分析9</p><p>　　3.1 六桿機構(gòu)的尺寸設(shè)計9</p><p>　　3.2 六桿機構(gòu)的運動學分析10</p><p>　　3.3 六桿機構(gòu)推桿運動學分析的驗證15<

5、/p><p>　　四．槽輪機構(gòu)的分析20</p><p>　　五．洗瓶機機構(gòu)循環(huán)圖21</p><p>　?。?１ 洗瓶機構(gòu)循環(huán)路線分析21</p><p>　　５.2 洗瓶機機構(gòu)循環(huán)圖21</p><p>　　六．洗瓶機總體結(jié)構(gòu)簡圖及其工作原理23</p><p>　　6.1

6、洗瓶機總體結(jié)構(gòu)簡圖23</p><p>　　6.2 洗瓶機工作原理24</p><p>　　七．收獲與體會26</p><p><b>　　八．參考文獻28</b></p><p>　　一、題目：自動洗瓶機機構(gòu)</p><p>　　1.1 工作原理及工藝動作過程</p>

7、<p>　　為了清洗圓形瓶子外面，需要用推桿將瓶子推到指定位置，通過急回運動提高效率，利用刷子旋轉(zhuǎn)將瓶子清洗干凈。</p><p>　　1.2 設(shè)計任務(wù) </p><p>　　1）給出工作原理，原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求。</p><p>　　2）根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。</p><p>　　3）進行各部分傳動機構(gòu)的選型。<

8、;/p><p>　　4）提出2～3種機械傳動方案。（畫出草圖）</p><p>　　5）進行方案的評定和選擇。</p><p>　　6）對傳動機構(gòu)進行尺寸設(shè)計和計算。</p><p>　　7) 按比例畫出運動簡圖。</p><p>　　8) 對典型機構(gòu)進行運動和動力分析（可應(yīng)用計算機輔助分析手段，例如機構(gòu)仿真）。</

9、p><p>　　9) 提交項目說明書一份。</p><p>　　1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求</p><p>　　瓶子實際尺寸。大端直徑d=80mm，長200mm。</p><p>　　推頭推進實際距離l=320mm,推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入下一次工作循環(huán)。</p><p>　

10、　按生產(chǎn)率的要求，我們規(guī)定返回時的推頭平均速度為工作推進時的推頭平均速度的1.5倍，即推頭行程速比系數(shù)k=1.5。</p><p>　　按整個機構(gòu)的工作要求，我們規(guī)定推進機構(gòu)中原動件曲柄素轉(zhuǎn)為w=1rad/s。</p><p>　　機構(gòu)傳動性能良好，機構(gòu)緊湊，制造方便。。</p><p>　　二、設(shè)計方案的擬定和比較</p><p>　　2.

11、1 設(shè)計方案一：凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)</p><p><b>　　圖2—1</b></p><p>　　自由度F=3n－2pl－ph=3×4－２×５－１=１</p><p>　　2.2 設(shè)計方案二：凸輪-全移動副四桿機構(gòu)</p><p><b>　　圖2—2</b></p

12、><p>　　自由度F=3n－2pl－ph=3×4－2×4－2=2</p><p>　　2.3 設(shè)計方案三：六桿機構(gòu)</p><p><b>　　圖2—3</b></p><p>　　自由度F=3n－2pl－ph=3×5－2×7=1</p><p>　　2.4

13、 分析選擇最終方案</p><p>　　由設(shè)計要求知：①推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭平穩(wěn)地接觸和推進瓶子，然后推頭快速返回原位，即回程是個急回運動；②按生產(chǎn)率的要求，我們規(guī)定返回時的推頭平均速度為工作推進時的推頭平均速度的1.5倍，即推頭行程速比系數(shù)k=1.5。</p><p>　　設(shè)計的三種方案均能滿足以上的設(shè)計要求，但方案一的凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)在運動過程中，從動件1與連桿2共線時會形成死點，因此

14、要注意采取度過死點位置的措施，這樣會使機構(gòu)變得復(fù)雜，給制造帶來不便，故舍棄方案一；方案二的凸輪-全移動副四桿機構(gòu)由于水平方向軌跡太長，造成凸輪機構(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)凸輪尺寸過大，致使機構(gòu)占用空間過大，并且浪費材料，故舍棄方案二；方案三的六桿機構(gòu)不存在上面兩種方案的缺點，在滿足設(shè)計要求的前提下還有以下優(yōu)點：①該機構(gòu)的運動副全為低副，并且運動副元素間便于潤滑，故可傳遞較大載荷；②運動副元素的幾何形狀簡單，便于加工制造；③運行過程中：

15、推頭右行時，速度較低且均勻，可以提高推瓶質(zhì)量；推頭左行時，由于有急回作用，速度較高，可提高生產(chǎn)率。綜合以上分析，選擇方案三為洗瓶機機構(gòu)的最終方案。</p><p>　　三、六桿機構(gòu)的設(shè)計分析</p><p>　　3.1 六桿機構(gòu)的尺寸設(shè)計</p><p><b>　　圖3—1</b></p><p>　　根據(jù)原始數(shù)據(jù)及

16、設(shè)計要求知：推頭推進距離=320mm，推頭行程速比系數(shù)k=1.5,設(shè)計六桿機構(gòu)原動件曲柄，從動件，如上圖所示，機構(gòu)的極位夾角，搖桿擺角，鉸鏈A和鉸鏈C之間的距離，由幾何關(guān)系可知, mm,搖桿CD的長度mm，為使機構(gòu)的傳遞效率比較高，要求推桿在整個行程中有較小的壓力角。如圖所示當FG的中點位于導(dǎo)路所在直線上時，滿足上述要求。</p><p><b>　　導(dǎo)路至鉸鏈C的距離</b></p&

17、gt;<p>　　按照以上尺寸，用ProE做出六桿機構(gòu)的三維立體圖演示運動情況，經(jīng)驗證，符合要求，說明設(shè)計的六桿機構(gòu)各構(gòu)件的尺寸大小合適。</p><p>　　3.2 六桿機構(gòu)的運動學分析</p><p>　　用解析法對六桿機構(gòu)進行運動學分析</p><p>　　由設(shè)計要求知：原動件曲柄的角位移＝t＝t＝t</p><p>　

18、　1.在圖3—2中，設(shè)原動件曲柄長度lAB=l1，鉸鏈A與鉸鏈C之間的距離lAC=l4,點B與點C之間的距離lBC=S,</p><p><b>　　圖3—2</b></p><p><b>　　桿CD角位移分析。</b></p><p>　　機構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量方程為</p><p><b>

19、　?、?lt;/b></p><p>　　由此可得滑塊位移和角位移為</p><p>　?。?）桿ＣＤ角速度分析。</p><p>　　將式①對時間求導(dǎo)，得</p><p><b>　?、?lt;/b></p><p><b>　　上式兩端同乘以，得</b></p>

20、;<p>　　由上式可得滑塊速度和桿ＣＤ角速度為</p><p>　?。?）桿ＣＤ角加速度分析。</p><p>　　將式②對時間求導(dǎo)，得</p><p><b>　　③</b></p><p><b>　　上式兩端同乘以，得</b></p><p>　　由上式

21、可得滑塊加速度和桿ＣＤ角加速度為</p><p>　?。?在圖3—3中,設(shè)桿CD的長度lCD=l2,桿DE的長度lDE=l3,點Ｏ與點Ｃ之間的距離lOC=l5,點Ｏ與點Ｅ之間的距離lOE=h</p><p><b>　　圖3—3</b></p><p>　?。?）推桿位置分析，</p><p>　　機構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量方程為&

22、lt;/p><p><b>　?、?lt;/b></p><p>　　由上式可得推桿位移h和桿DE角位移</p><p>　?。?）推桿速度分析。將式④對時間求導(dǎo)，得</p><p><b>　　⑤</b></p><p><b>　　上式兩端同乘以，得</b>&

23、lt;/p><p>　　由上式可得推桿速度和桿DE角速度</p><p>　?。?）推桿加速度分析，將式⑤對時間求導(dǎo)，得</p><p><b>　　上式兩端同乘以，得</b></p><p>　　由上式可得推桿加速度和桿DE角加速度</p><p><b>　　分析完畢</b>

24、</p><p>　　3.3 六桿機構(gòu)推桿運動學分析的驗證</p><p>　　選取一系列時間t的值，分別代入3.2中求出的推桿位移、速度、加速度關(guān)系式中，求出對應(yīng)的一系列推桿位移、速度、加速度的值，用描點法分別作出推桿位移、速度、加速度與時間t的關(guān)系圖像，經(jīng)驗證與用ProE生成的六桿機構(gòu)推桿位移、速度、加速度與時間t的關(guān)系圖像一致，說明用解析法對六桿機構(gòu)進行的運動學分析是正確的。&

25、lt;/p><p>　　以下分別是用ProE做出六桿機構(gòu)的三維立體圖后生成的推桿位移、速度、加速度與時間的關(guān)系圖像以及推桿運動學分析圖像。</p><p><b>　　四、槽輪機構(gòu)的分析</b></p><p><b>　　圖4—1</b></p><p>　　如圖4—1所示，設(shè)為槽輪每次運動時所轉(zhuǎn)過的

26、轉(zhuǎn)角，為槽輪轉(zhuǎn)動時主動撥盤所轉(zhuǎn)過的角度。由槽輪上均勻分布的徑向槽的數(shù)目z=4，可得</p><p>　　=－=－2/z=/2</p><p>　　設(shè)計主動撥盤的角速度和原動件曲柄的角速度相同皆為1，轉(zhuǎn)動一周的時間為2/1=6.28s,故槽輪的轉(zhuǎn)動時間為6.28/4=1.57s，即主動撥盤轉(zhuǎn)動一周過程中，槽輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)動90°。</p><p><b&g

27、t;　　五、洗瓶機機構(gòu)循環(huán)</b></p><p>　?。?１ 洗瓶機構(gòu)循環(huán)路線分析 </p><p>　　1.首先確定執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)時間T執(zhí)。即可選取推瓶機構(gòu)中原動件曲柄進行研究，其運動循環(huán)時間T執(zhí)=2π/w=2π/1rad=6.28s</p><p>　　2.確定組成運動循環(huán)的各個區(qū)域：</p><p>　?。?）推瓶機

28、構(gòu)：根據(jù)原始數(shù)據(jù)中推頭行程速比系數(shù)k=1.5,即可確定推瓶機構(gòu)運動循環(huán)時間分配為T執(zhí)=T推程+T回程=3.77+2.51=6.28s與此相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角（即分配轉(zhuǎn)角）φ推程φ回程=216°+144°=360°</p><p>　?。?）洗瓶機構(gòu)：主動撥盤的角速度和原動件曲柄的角速度相同皆為1，轉(zhuǎn)動一周的時間為2/1=6.28s,主動撥盤轉(zhuǎn)動一周過程中，槽輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)動90°，對

29、應(yīng)的轉(zhuǎn)動時間為1.57s</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)刷機構(gòu)：始終進行轉(zhuǎn)動</p><p>　?。?２ 洗瓶機構(gòu)循環(huán)圖 </p><p><b>　　圖5—1</b></p><p>　　六、洗瓶機總體結(jié)構(gòu)簡圖及其工作原理</p><p>　　6.1 洗瓶機總體結(jié)構(gòu)簡圖</p>

30、<p><b>　　圖6—1</b></p><p>　　6.2 洗瓶機工作原理</p><p>　　洗瓶機總體機構(gòu)簡圖如上，用一個電動機帶動齒輪變速箱，通過齒輪變速箱中齒輪系來獲得不同的轉(zhuǎn)速，曲柄原動件和槽輪機構(gòu)中的主動撥盤的轉(zhuǎn)速一致，帶動瓶子轉(zhuǎn)動的底盤和轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速一致。傳送帶作為運輸瓶子的導(dǎo)軌，這樣可以減小送瓶的阻力，有利于平穩(wěn)送瓶的實現(xiàn)。以下是洗

31、瓶機的工作原理：</p><p>　　曲柄原動件和槽輪機構(gòu)的主動撥盤以勻速轉(zhuǎn)動，二者轉(zhuǎn)動一周的時間皆為6.28s，即一個循環(huán)的時間為6.28s。推桿推動瓶子，并在在傳送帶的輔助下經(jīng)3.77s將瓶子送到轉(zhuǎn)盤固定瓶子的槽中，然后推桿返回，經(jīng)2.51s返回原位置。與此同時槽輪機構(gòu)的主動撥盤帶動槽輪，槽輪帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動勻速轉(zhuǎn)過90°，歷經(jīng)1.57s將瓶子送到轉(zhuǎn)刷處，瓶子在底盤的帶動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)刷以相同的轉(zhuǎn)速緊貼瓶子

32、逆向轉(zhuǎn)動進行第一次洗瓶過程，洗瓶時間為4.71s。推桿返回后隨即推送下一個瓶子歷經(jīng)3.77s到轉(zhuǎn)盤固定瓶子的槽中，推桿返回，此時第一個瓶子的第一次洗瓶過程結(jié)束。轉(zhuǎn)盤再次勻速轉(zhuǎn)動90°，將第一個瓶子送到第二次洗瓶位置，將第二個瓶子送到第一個洗瓶位置，兩個瓶子在轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)動下洗瓶4.71s。推桿返回原位置后推送第三個瓶子，到達指定位置后，推桿再次返回，轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動90°，第三個瓶子到達第一次洗瓶位置進行洗瓶過程，第二個瓶子

33、到達第二次洗瓶位置進行第二次洗瓶過程，第三個瓶子到達退瓶位置推出轉(zhuǎn)盤，完成洗瓶過程，洗瓶時間共計9.42s。以此類推，進行洗瓶過程。</p><p><b>　　七、收獲與體會</b></p><p>　　經(jīng)過這次的課程設(shè)計,我們又溫習了一下機械原理課上所學的知識,并且嘗試著把自己所學的書本知識和實踐相結(jié)合.在最初進行設(shè)計時,我們曾主觀認為這些東西是很簡單的,但是一步

34、步的深入設(shè)計后，才發(fā)現(xiàn)每一步都需要縝密的的思考與精密的計算，扎實的基礎(chǔ)知識是很必要的。</p><p>　　在設(shè)計過程中，我們考慮過三種方案，分別為：凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)、凸輪-全移動副四桿機構(gòu)、六桿機構(gòu)。但凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)在運動過程中，從動件1與連桿2共線時會形成死點，要注意采取度過死點位置的措施，這樣會使機構(gòu)變得復(fù)雜，給制造帶來不便；凸輪-全移動副四桿機構(gòu)由于水平方向軌跡太長，造成凸輪機構(gòu)從動件的行程過大，而

35、使相應(yīng)凸輪尺寸過大，致使機構(gòu)占用空間過大，并且浪費材料；六桿機構(gòu)不存在上面兩種方案的缺點，在滿足設(shè)計要求的前提下還具有以下優(yōu)點：①該機構(gòu)的運動副全為低副，并且運動副元素間便于潤滑，故可傳遞較大載荷；②運動副元素的幾何形狀簡單，便于加工制造；③運行過程中：推頭右行時，速度較低且均勻，可以提高推瓶質(zhì)量；推頭左行時，由于有急回作用，速度較高，可提高生產(chǎn)率。所以，最后我們選擇了六桿機構(gòu)。</p><p>　　在進行課程設(shè)

36、計的同時,我們又額外學到了不少的東西,例如間歇機構(gòu)中的槽輪機構(gòu)的用途以及設(shè)計.,而且在實踐中學到的東西更容易讓我牢記.而且在三維造型軟件方面,也掌握到了一些以前不了解的一些竅門以及功能.</p><p>　　另外,經(jīng)過這次實習,我真正感受到了實踐的重要性,有一些想出來的東西我總是自然而然的認為它們正確,等到真正把自己所想的東西造出來時才發(fā)現(xiàn),它們根本不能動,更不用說按給定規(guī)律動,可見以前的一些東西我掌握的過于淺薄

37、.而且這種設(shè)計很能考察我們的分析問題、解決問題的能力,以及全方位考慮問題的能力.例如，平行放置的兩導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動方向如何，這一類的細節(jié)問題在一開始時我都忽略了不少。</p><p>　　還有，經(jīng)過這次設(shè)計實踐，我體會到了交流的重要性。一個人的思路總會有些狹窄，就像剛開始我看我自己的設(shè)計總認為一定行得通，十分自信，但在造完型后和別的組的同學相互交流觀摩之后，才恍然發(fā)現(xiàn)自己的設(shè)計存在著不少的漏洞，以至最后花大量的時間來修

38、繕，但還不能把方案做的盡善盡美。如果這一步放在設(shè)計的初期就進行的話，就能利于我更好地完成任務(wù)。所以下次設(shè)計時我一定會重視與別人交流，多汲取別人想法中的精華，爭取把任務(wù)完成的更好。</p><p><b>　　八、參考文獻</b></p><p>　　1.機械原理/安子軍主編.-北京：國防工業(yè)出版社，2009.8</p><p>　　2.機械原理