机械原理课程设计-洗瓶机.doc

机械原理课程设计-洗瓶机院 系： 工学院机械系 专 业： 机械工程及自动化 年 级： 2009级 学生姓名： 学 号： 指导教师： 同 组 人： 2011年10月机械原理课程设计说明书 目录 一、 设计任务书31、1 设计题目31、2 设计任务41、3 设计要求4二、洗瓶机流程分析及运动方案设计52、1 流程分析52、2 运动方案设计-6三、机械总体结构设计9四、执行机构和传动部件的结构设计11五、洗瓶机的流程分析12六、两种方案的评价比较136、1 第一种方案146、2 第二种方案15 6、3 最佳选定方案17七、 设计总结18一、设计任务书1、1 设计题目图1 洗瓶机工作示意图 设计洗瓶机。如图1 所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头m把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。洗瓶机的技术要求见表1。表1 洗瓶机的技术要求方案号瓶子尺寸（长直径）mm，mm工作行程mm生产率个/min急回系数k电动机转速r/mina1002006003314401、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）.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。（3）.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。（4 ）.其他机构的设计分析。（5）.编写设计计算说明书。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=100mm，直径d=200mm。 （2）推进距离s=600mm，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3个的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。 （4）电动机转速为1440 r/min。（5）急回系数3。二、洗瓶机流程分析及运动方案设计2、1 流程分析洗瓶机的流程分为五个流程：进瓶、清洗瓶内表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶。2、2 运动方案设计（1）、进瓶机构选择进瓶需要实现的是将瓶子从相应的位置间歇送到推瓶机构上。为实现此运动，本方案将瓶子放入胶性皮带上，利用槽轮机构带动皮带运动来实现。如下图2所示： 图2（2）、清洗瓶内表面机构设计 清洗瓶内表面只需向瓶中送入带有毛刷的导轮上，利用齿轮的旋转带动毛刷旋转，进行清洗。为实现这个流程，我把此流程安排在导辊上来实现。即在瓶子滑下斜坡到导辊的轨迹上时，导辊匀速前进的同时，毛刷插进瓶子，推动瓶子，利用转动的毛刷清洗瓶内表面。，为实现此运动我采用了齿轮轮来实现，导辊要既有前进，又要有转动，就要求导辊有伸缩旋转的作用，我利用钓鱼竿原理来实现，如下：图3（3）、推瓶机构设计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4 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4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。a、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，本机构采用五杆组合机构（由凸轮、齿轮和连杆机构组合而成）。b、五杆组合机构方案结构特点：铰链带动齿轮转动，齿轮带动涡轮转动，根据涡轮的转动，结合杆组，从而实现推头的急回运动。即前进时间大于返回时间和返回时间大于前进时间。 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，图3 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度系统（如下图所示）。图5如图上所示，杆4的上升运动可以使推头在水平面上正常的工作，使推杆机构达到工作的平稳性与高效性。另外，此机构结构简单，安全性高，急回特性显著，便于制作，但是要注意预防死点的发生，以免出现顶死现象(4)、清洗区方案设计当瓶子进入清洗区域后，可以以多种的运动方式实现过程，可以是圆周运动，也可以是直线运动。所以我们可以用双辊清洗机构，其根据两根导棍的同时同向转动带动瓶子的转动这一原理设计的，在这个机构中瓶子沿着本身轴线做直线运动，在工作效率上较其他机构具有一定的优势，而且能够很好的保证工作的平稳性。如下图所示：（5） 、送瓶机构的设计 送瓶机构要实现的是将清洗干净的瓶子匀速的送到指定的位置。我在推瓶的 末端设计一个瓶子滑落的斜面台，将洗好的瓶子随斜台滑到有一定摩擦的皮带上，再由皮带送走瓶子如图7示： 图7三、机械总体结构设计 图8 为了实现进瓶、清洗瓶内表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶，首先需将瓶子放入胶带上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上，转动的毛刷通过五杆组合机构带动毛刷插入瓶子，毛刷在导杆的推动和旋转下边前进边清洗内表面，推动瓶子沿导辊前进，再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净。它的主要运动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，最后滑入送瓶机构送出。要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:(1)皮带做间歇直线运动；(2)瓶子由皮带到导辊的滑动；(3)内表面毛刷匀速推进和自身旋转； (4)推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置; (5)在推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动; (6)同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外表面就清洗干净; (7)在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外. (8)瓶子离开皮带,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环.（9）洗好的瓶子由斜面滑下，进入匀速转动的皮带送出；四、执行机构和传动部件的结构设计本机构由导辊和刷子组成：（1）刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗污垢。 （2）导辊的运动由定轴带轮来完成，两个带轮的同向旋转带动导辊的同向转动，而带动瓶子转动。导辊的俯视图如下：（3）推瓶机构和洗瓶机构组合本机构采用了五杆组合机构（ 如下页图示 ），齿轮机构，瓶子的运动分为直线运动和转动，直线运动由五杆组合机构来完成，瓶子的转动由同向转动的导辊来完成。利用瓶子的运动来清洗瓶子的内外表面。 刷子的运动由完成不同的功能来决定。清洗瓶子的刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗表面污垢。（4）传动机构最终选用的机构中刷子的转动轴、导辊的轴、执行机构主动件的轴两两垂直。所以通过带轮传动来实现各方向的改变 五、洗瓶机流程分析 按生产率的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回时的均速度为工作时的平均速度的三倍。工艺动作分推瓶和洗瓶两部分，具体过程如下： (1)电动机转动的同时，通过最末端齿轮带动皮带做间歇直线运动； (2)通过皮带末端的槽轮将瓶子由皮带滑到导辊的轨迹上；(3)在由旋转的推头将将瓶子内表面刷刷净，同时带动瓶子向前运动； (4) 推头作直线近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置； (5) 在推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动；(6) 同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时,瓶子的外表面就清洗干净；(7) 在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外；(8)瓶子洗净后离开导辊,而五杆机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环。(9)洗好的瓶子由斜面滑下，进入匀速转动的皮带送出；六、两种洗瓶机设计方案评估6、1 第一种方案图：为了实现进瓶、清洗瓶内表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶，首先需将瓶子放入胶带上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上，转动的毛刷通过五杆组合机构带动毛刷插入瓶子，毛刷在导杆的推动和旋转下边前进边清洗内表面，推动瓶子沿导辊前进，再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净。它的主要运动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，最后滑入送瓶机构送出。要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:(1)皮带做间歇直线运动；(2)瓶子由皮带到导辊的滑动；(3)内表面毛刷匀速推进和自身旋转； (4)推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置; (5)在推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动; (6)同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外表面就清洗干净;(7)在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外. (8)瓶子离开皮带,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环.（9）洗好的瓶子由斜面滑下，进入匀速转动的皮带送出； 6.2 方案二总体方案简图 方案二运动说明首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮1，齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。 导辊传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辊转动；再由齿轮4带动齿轮5，齿轮5 又带动齿轮6使里面那根导辊转动。因为齿轮4和齿轮6大小一样，齿轮5主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮4带动齿轮7，又由齿轮7带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆b，然后蜗轮蜗杆b带动齿轮9，再由齿轮9带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮6带动齿轮8，齿轮8带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆c，然后再通过蜗轮10传给齿轮13，而齿轮13通过左右各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆a带动齿轮16，再由齿轮16传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。3、 两种方案评价比较： （1）、运动链的长短:两种方案都比较简单，运动链的长度也差不多，但方案二构件数目少一些，简单一点。 （2）、机构的排列顺序：两种方案的排列顺序都不是很合理，方案一中，有涡轮蜗杆传动，以传动动力为主，应该将涡轮蜗杆机构布置在高速级，齿轮机构在低速级，但方案一中有严格按照这样分布。方案二中有带传动时（进瓶与出瓶机构），这种摩擦传动外廓尺寸较大的机构一般安排在运动链的起始端，而其没有，也不是十分合理。 （3）、传动比分配：两个用的构件差不多，但是方案二中洗瓶刷子用带传动，其现实制作麻烦，且误差大，所以方案一传动比更合理一些。 （4）、运动副的形式：两种方案用的运动副都差不多，在推瓶机构上，方案一、二中都很好，但方案二精度更高一些。但方案一中简单一些，成本低。 （5）、机械效率：在这方面方案一中大多采用齿轮传递，精度较高。而方案二中含有带传动等效率低的机构，所以机械效率比方案一稍低一些。 6、3 最后选定方案方案二总体方案简图 方案二运动说明首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮1，齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。 导辊传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辊转动；再由齿轮4带动齿轮5，齿轮5 又带动齿轮6使里面那根导辊转动。因为齿轮4和齿轮6大小一样，齿轮5主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮4带动齿轮7，又由齿轮7带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆b，然后蜗轮蜗杆b带动齿轮9，再由齿轮9带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮6带动齿轮8，齿轮8带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆c，然后再通过蜗轮10传给齿轮13，而齿轮13通过左右各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆a带动齿轮16，再由齿轮16传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。 通过仔细评估比较，最终选定方案二，其设计更合理，进瓶机构的槽轮机构也更符合设计，设计也更严谨一些。七、设计总结 机械原理设计课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的一个重要环节。通过了课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。 此次机械原理课程设计题目很有意义考察的知识点也很全面，有凸轮设计及结构分析，还有援助齿轮，圆锥齿轮的设计及电动机的选择等，还有cad制图，以及