洗瓶机课程设计说明书.doc

学号成绩课程设计说明书设计名称 洗瓶机设计时间 系 别 机械与汽车工程系专 业 机械设计制造及其自动化班 级 姓 名 指导教师 2017 年 1 月 3 日16目录一、设计任务31.1设计题目31.3 设计任务31.4 原始数据4二、机械运动方案设计42.1 分析设计要求42.2 推瓶机构选择52.2.1 凸轮铰链四杆机构方案52.2.2 凸轮-移动副四导杆机构方案52.2.3 摆动导杆机构方案62.3 最终选定推瓶方案7三、运动循环图的设计73.1洗瓶机运动循环图的设计：7四、凸轮机构的设计94.1 凸轮的设计94.2 凸轮的设计11五、传动系统的设计125.1 确定传动方案125.2 各传动比的分配13六、课程设计总结15一、设计任务1.1设计题目 洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。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。如图1所示。1.3 设计任务 1）执行机构选型与设计：构思至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经队所有运动方案进行分析评价后，选择其中的最优方案进行详细设计。2）机构运动协调设计：对选择的方案画出机构运动循环图。3）传动系统的设计4）对系统运动方案进行机构的尺寸综合。5）用UG软件队机构系统进行运动仿真。6）用UG软件对机构系统进行运动学分析，并画出输出机构的位移，速度和加速度曲线。7）画出最终方案的机构运动简图1.4 原始数据（1）、瓶子尺寸：长度L=240mm，直径D=85mm。 （2）、推进距离S=800mm，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2个的要求，推程的平均速度v=50mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的2倍。 （4）、电动机转速为1440 r/min。 （5）、急回系数2。二、机械运动方案设计2.1 分析设计要求由题目可知：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1 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,凸轮机构和曲柄摆动导杆机构。 2.2.1 凸轮铰链四杆机构方案 如图2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。图2 凸轮铰链四杆机构的方案 2.2.2 凸轮-移动副四导杆机构方案 如图3所示，全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的M点可精确再现给定的轨迹，构件2 的运动速度和急回特性由凸轮控制。这个机构方案的缺点是由水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。图3凸轮-移动副四导杆机构方案 2.2.3 摆动导杆机构方案 结构特点：曲柄的整转可以带动摆杆左右摆动，以实现推瓶的作用。在这个机构中可以通过曲柄转向的设置实现两种速度比，即前进时间大于返回时间和返回时间大于前进时间。 如图所示，若清洗区位于摆动导杆右侧时，则当曲柄为顺时针转动时，可以实现推瓶推瓶时间长，返回时间 长的效果，可以达到工作的平稳性与高效性。另外，此机构结构简单，急回特性显著，便于制作。2.3 最终选定推瓶方案在这里通过比较分析，我们小组选择的是凸轮-移动副四导杆机构的方案，因为它相对简单，而且能达到预计的要求。三、运动循环图的设计要满足要求，周期循环机器的各执行构件每经过一定时间间隔后位移速度和加速度便重复一次，完成一个运动循环。机器运动循环至少包括一个工作行程和一个空间行程，有的执行机构还有一个停歇阶段，其大致可表示为： 由题意可知，推程平均速度r=50mm/s，l=800mm，所以推头从起点到终点再回到起点的时间为24s。 3.1洗瓶机运动循环图的设计：（1）确定执行机构的运动循环时间如图1所示，洗瓶机只有一个执行机构推头M，以推头M的运动位置作为其他构件的运动先后次序的基准，所以先绘制推头M的运动循环图。由于实际的生产率为2.5个/min，即洗瓶机凸轮轴的转速为2.5r/min，凸轮轴每转一周即完成一个瓶子的清洗，所需的时间为：T=1/2min=30s。（2）确定组成执行机构运动循环的各区段根据工艺要求，推头M的运动循环由如下四段组成：推头M推程运动时间；推头M向下运动时间；推头M回城运动时间；推头向上运动时间。因此，M的运动循环周期，相应的凸轮轴转角分别为：。（3）确定洗瓶机各区段运动时间及转角为保证清洗质量，取推头M推程的运动时间，相应分配的夹角。为保证推头M平稳的离开瓶子，取推头M向下运动的时间，相应分配的夹角。为了节省时间，推头M有急会k=2，则，相应分配的夹角。为了保证推头M平稳的接触瓶子，取推头M向上运动的时间，相应分配的夹角。（4）绘制出执行机构的运动循环图根据以上计算的结果，绘制出直角坐标式运动循环图，如图4所示。 图4推头M速度曲线图推头M位移曲线图四、凸轮机构的设计4.1 凸轮的设计 从动件的行程h=800mm，在推程阶段和回程阶段分辨以匀速运动和加速运动，且有，凸轮的角速度rad/s，凸轮机构偏距e=0，滚子半径，基圆半径=。 轮廓线方程为： 从动件在不同阶段的位移方程： 则： 此凸轮机构中的凸轮是外凸轮，凸轮的实际轮廓线方程： 4.2 凸轮的设计 此从动件的行程h=80mm，在推程和返程与凸轮1相同，且，凸轮的角速度，基圆半径，凸轮机构偏心距e=0。 轮廓线方程为： 从动件在不同阶段的位移方程： 于是 五、传动系统的设计5.1 确定传动方案 合理的传动方案，应能满足工作机的性能要求、工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、加工方便、成本低廉、效率高和使用维护方便等。要同时满足这些要求，常常是困难的。因此，应统筹兼顾，保证重点要求。当采用多级传动式应该合理的选择传动零件和他们之间的传动次序，扬长避短，力求方案和合理。 根据要求，洗瓶机的生产效率为2个/min，而凸轮每旋转一周完成一次洗瓶过程，因此凸轮的转速为n=2r/min，给定的电动机转速为n=1440r/min，故总传动比： ，因总传动比较大，选择蜗杆减速器。又由于凸轮尺寸较大，导致减速器的输出轴与凸轮的中心距离很大，故二者之间选择带传动。而两个凸轮之间的运动要保持严格的协调，即要时刻保持精准的相对转动位置，不能打滑，因此，选择链传动。导辊轴线的方向垂直于减速器输出轴的方向，因此，采用锥齿轮传动改变传动的方向。刷子的轴与减速器输出轴同向，然而他们之间的轴间距很大，因此也选择带传动。而各毛刷之间要保持相同的转速和转向，他们之间采用齿轮传动。洗瓶机机构运动简图如图所示：3111092875.2 各传动比的分配传动转装置的总传动比可根据电动机的满载转速和工作机轴的转速，由算出，在前文已经算出。然后将总传动比合理的分配给各级传动。总传动比等于各级传动比的连乘，即当设计多级传动系统装置时，分配传动比是一个重要的过程，往往由于传动比分配不当，造成尺寸不紧凑、结构不协调、成本高、维修不方便等问题。电机带动1轴转动，经过蜗轮蜗杆减速器达到减速和改变运动方向的作用，把运动传递给2轴，2轴经过带传动机构把运动传递给凸轮，凸轮用链传动机构把运动传递给凸轮。总传动比；取，则；取，则。 电机带动1轴转动，经过涡轮蜗杆传动机构，把运动传递给2轴，2轴利用带传动机构带动刷子3转动，刷子3利用齿轮依次带动后面的两个刷子以等速同向方式转动。总传动比；取；则。 电机带动1轴转动，经过涡轮蜗杆传动机构，把运动传递给2轴，2轴再把运动传动给锥齿轮7，7把运动传递给锥齿轮8，齿轮8经过联轴器把运动传递给圆柱齿轮9，9又将运动传递给齿轮10和齿轮11，使它们等速同向转动。总传动比；取，；则。六、课程设计总结 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是洗瓶机，在为期半年的设计过程中我与组员在一边学习一边进步，从一开始方案的构想到机构的确定，再到机构的计算和UG建模仿真，组员们一起讨论一边设计。在我看来大三这学期的课程设计是对我们过往知识的巩固和再学习，不论是机械原理、机械设计还是UG。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践