机械原理课程设计 洗瓶机的设计.doc

机械原理课程设计说明书设计题目 洗瓶机机电建工学院 机械设计制造及自动化专业机自091班19, 11,23号设计者 梅晓靖 洪裕 宋慧超指导老师 李盛宇 2011年 6月 3日目录1设计题目及要求31.1 工作原理及工艺动作过程31.2 原始数据及设计要求32设计任务43设计方案评价及选择 4 3.1设计方案一4 3.2设计方案二43.3设计方案三54系统运动方案设计5 4.1原动机类型的选择6 4.2减速器类型的选择6 4.3实现送瓶动作的机构选择74.3.1槽轮机构74.3.2棘轮机构74.3.3不完全齿轮齿条机构 8 4.4绘制系统运动循环图85所选方案的尺寸设计85.1推瓶机构85.2送瓶机构95.3传动轮系机构11 5.3.1设计说明11 5.3.2参数设计126机构总体分析137个人总结138参考文献14附：三维造型图一、设计题目及要求1.1 工作原理及工艺动作过程洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。为清洗圆形瓶子的外面，把待洗的瓶子放在两个同向转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶推向前进时，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。它的主要动作：将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。图1是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。图1 洗瓶机有关部件的位置示意图1.2 原始数据及设计要求设计推瓶机构时的原始数据和要求为图2 推头M的可走轨迹之一（1） 瓶子尺寸：大端直径d100mm，长D=200mm。（2） 推进距离l600mm。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。（2） 按生产率每分钟3个的要求，推程的平均速度v=40mm/s，急回系数K=3，即返回时的平均速度为工作行程的3倍。（3） 机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。（5） 电动机转速为1440r/min。二、 设计任务（1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；（2）进行推瓶机构的选型，以实现洗瓶动作要求；（3）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；（4）机械运动方案的评定和选择；（5）对执行机构进行运动尺寸计算；（6）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟；（7）画出机械运动方案简图；（8）编写设计计算说明书。 三、设计方案评价及选择 3.1设计方案一如图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。图3 凸轮铰链四杆机构的方案3.2设计方案二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度系统。图4 五杆组合机构的方案 3.3设计方案三 （最终选定方案） 推瓶部分选用方案三，因为此部分的原型为牛头刨床的刨刀部分，其优点为工作行程近似均匀，且制造较简单，且承受的负载能力大，而且题目要求行程速度系数比K=3，也就是说曲柄滑块机构的极位夹角为90度，运用这个机构就很容易实现了，而且题目要求推头的推程为600mm，此机构也很容易满足，而且结构紧凑，而且推杆只要保证在水平面运动，则推头几能很平稳地推进瓶子。图5 摆动导杆机构的方案四、系统运动方案的设计4.1原动机类型的选择在机械系统设计过程中，原动机的选择是非常重要的一个环节，因为它直接影响到动力输出的稳定性、系统运行效率和总体结构。现代机械中，常见的原动机有热机、电动机、液动机和气动机，各自具有不同的特点和应用。热机包括蒸汽机和内燃机，其应用范围相对单一，主要用于经常变换工作场所的机械设备和运输车辆。电动机在现代机械中应用最为广泛，尤其是交流异步电动机，其具有结构简单，价格低廉，动力源方便等优点，但功率系数较低，且调速不便，适用于运行环境比较稳定、调速范围窄的场合。液动机一般调速方便，且传动链较短，但需配备液压站，成本较高。当只需实现简单的运动变换时，气动机较为方便，其缺点是有一定的噪声。本设计中对原动机的要求为：运行环境稳定、结构简单、成本较低，综合以上各种原动机的特点，选择交流异步电动机作为洗瓶机的原动机。4.2减速器类型的选择减速器是指原动机与工作机之间独立封锁式传动装置，用来减低转速并相应地增大转矩。减速器种类繁多，一般可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。齿轮减速器的优点是结构简单，运转平稳，安装方便，其缺点是传动比的分配比较麻烦；而蜗杆减速器具有结构紧凑，传动比大，噪音低等优点，但容易引起发热、漏油、涡轮磨损等问题。行星齿轮减速器的主要特点有：结构紧凑、重量轻、体积小、传动比大等优点，但其结构比较复杂，制造和安装较为困难，成本也高。在本设计中，对减速器要求为：传动比较小，结构尽量简单，成本低廉，制造安装方便。综合以上各种减速器的优缺点，选择圆柱-圆锥齿轮减速器作为洗瓶机的减速器。4.3实现送瓶动作的机构选择为满足推头的运动规律，势必要求送瓶为间歇的，以免影响推头，所以此部分采用间歇机构。间歇机构包括槽轮机构、棘轮机构和不完全齿轮机构等。4.3.1槽轮机构图6 单销四槽外槽轮机构槽轮机构的特点是结构简单，工作可靠，易加工，转角准确，机械效率高。常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。4.3.2棘轮机构图7 棘轮机构棘轮机构的优点是结构简单，制造方便，能将连续转动转换成单向步进运动，但工作时常伴有振动，齿尖磨损，传动平稳性差，因此它的工作频率不能过高。4.3.3不完全齿轮齿条机构图8 不完全齿轮齿条机构不完全齿轮齿条机构的优点是结构简单，容易制造，允许选择的范围比棘轮机构和槽轮机构的大，因而设计灵活。其缺点是从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大，故一般只适用于低速、轻载的工作条件。综合以上分析，结合压盖机的工作条件，选择槽轮机构实现间歇运动。另外，为了保证箱子每装四瓶能够直线移动一次，还需将齿轮与槽轮固结，再通过齿轮齿条啮合实现箱子的间歇直线移动。4.4绘制系统运动循环图工作循环图如图9所示：推头推程回程下一循环刷子转动停止下一循环导辊转动停止下一循环图9 工作循环图五、所选方案的尺寸设计5.1 推瓶机构: 图见附录图10。由于要求满足行程系数比为3，故以牛头刨推头部分(及摆动导杆机构)的两极限置进行计算。如图:已知条件为：OAB=90，OBA=45，CE=600 (总推程，E为另一个极位)，CD=CE/2=300，所以BD=300，而摆杆长为BC=3002424.26，OA与AB的值可任意取。但两者是相等的，只要保证O为一个周转副即可，所以取OA=AB128.5，OB=181.6.但由于SOLIDWORKS所采用的造型限制。所以把CE这条线向上平移了。由于角不变,连杆长也不变,所以这种改变是不影响机构的行程系数比的。要求的工作行程的平均速度为45MM/S，而空回的速度为135MM/S，工作所用时间=600/4513.3秒，回来所用时间=600/1354.4秒，所以总时间应为17.7秒，因为题目中所要求的皆为平均速度，所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为18秒，即曲柄转一周的时间为18秒，所以其角速度为2/18=/9rad/s0.3491rad/s.5.2 送瓶机构图见附录图11。对于齿轮齿条组成的间歇送瓶机构，齿条上会每隔90mm固定安放一个隔架板(以相邻隔架板的中心来定,板宽约为10mm)，每两个隔架板中放一个瓶子，推头每进行一个来回,要让齿条移动送上下一个瓶子，但若齿条连续动则会影响推头的往复运动，所以送瓶机构要有间歇性。因为齿条每移动90mm给定耗时为0.5秒（0.5*135=67.5，只要推杆头的设计小于600-67.5+200=732.5，就能保证移动的齿条不会碰到推头，即安全。令200为齿条的宽度）。所以齿条的线速度V=90/0.5=180mm/s，因为齿轮齿条啮合,所以齿轮分度圆上的线速度为180mm/s，根据V=*r，量得d=66.051，r=d/2=33.0255，所以其角速度为180/r=5.45rad/s，即与三个小齿轮相固结的轴的角速度为5.45，即槽轮的角速度为=5.45=(/2)/tt0.28S。对于槽轮机构t为槽轮的运动时间,t为主动拨盘转一周的总时间,且依据公式由t/t=1/4=t=2/=0.94S,所以带动拨盘转的轴的角速度=2/(2/)=.依据生长情况,设定槽轮的槽数为4,主动拨盘的圆销数为1,根据实际机械所允许的安装的空间尺寸,确定中心距L为140,圆销半径r为10,再根据课本所给出的几何关系,由下列各式(4)求出其他尺寸: =45=R=Lsin=Lsin(/z)=98.99s=Lcos=98.99hs-(L-R-r)=67.98且拨盘轴的直径2(L-s)=82.02轮槽轴的直径2(L-R-r)=62.025.3传动轮系机构5.3.1 设计说明：图见附录图12初步的设计为尽量用一台电机驱动整个系统,用定轴轮系来实现不同的机构有不同的转速电机转动，经由一蜗杆带动蜗轮1，蜗轮1进过传动齿轮2带动刷子1转动，最后经由传动齿轮4、6带动刷子2、3。图见附录图13该图为附录图12的俯视图，蜗轮1、平面齿轮10、锥齿轮11三个齿轮共轴，蜗轮1带动三个刷子。齿轮10经由传递齿轮9链接到齿轮8，同轴圆盘8为推瓶机构（如附录图10）主动件。锥齿轮11带动锥齿轮12，同轴齿轮12带动导辊2转动，导辊1、2之间用一个传递齿轮14连接。特别说明：平面齿轮1和锥齿轮11为不完全齿轮，有齿和无齿的范围比例为15：5.5.3.2 参数设计：传动比：i16 17=2:1 i17 1=18:1 i12=2:1 i23=2:1 i34=1:2 i45=2:1 i56=1:2 i67=2:1 i10 9=2:1 i98=9:1 i11 12=1:1 i12 13=2:1 i13 14=1:1 i14 15=1:1齿轮齿数：z16=20 z17=40 z17=2 z1=36 z2=72 z3=144 z2=72 z5=144 z6=72 z7=72 z10=20 z9=40 z8=360 z11=40 z12=40 z12=30 z13=60 z14=60 z15=60 六、机构总体方案分析设计推杆时采用了曲柄摇杆的循环运动，经过跟另外几种运动方式的比较，并结合该机构的具体要求，最后决定由曲柄摇杆机构来实现推杆的推瓶的往复运动。设计进瓶机构时考虑到要求有一定的间歇运动，我们用了槽轮机构，可并用圆锥齿轮来实现换向，然后通过和齿轮的啮合来传递，再在齿轮上安装一个直动滚子从动件间隔板机构,用从动件间隔板的直线往复运动实现送瓶。设计刷子和导辊机构时，因为只能用一个电动机驱动，所以要用一系列齿轮来进行传动和变速。齿轮的计算过程和整体连接花费我们很多的时间，最后经过复习课本并查阅机械设计手册获取了需要的内容。该机构的急回系数为3，推头推程的平均速度为40mm/s,速度波动不大，基本符合要求，且推程近乎直线，推头机构设计简单，合理。传动系统为间歇机构，节省能源，大多采用齿轮机构，传动比精度高。 设计过程中遇到了许多麻烦。对于设计中涉及到的一些标准件选用，因之前学的不够扎实，以致于不得不翻阅大量的书籍，这其中浪费了许多时间。某些尺寸搭配不太合理，有些齿轮间传动比也不太合理。因为是第一次设计，所以对设计的一些常识还不是很了解，但我相信我会在今后设计的路上逐渐丰满自己的羽翼！七、小组总结经过这次的课程设计,我们又温习了一下机械原理课上所学的知识,并且尝试着把自己所学的书本知识和实践相结合.在最初进行设计时,我们曾主观认为这些东西是很简单的,因为我们都可以从各种不同的渠道找到很多相似的设计，但在我深入设计后才发现,自己所给出的设计草图是很粗糙的,又因为基础知识学得不够扎实而浪费了不少时间,最后经过对机构各部分的分析和比较，加上老师的指导，终于可以把一些原先没有想到的问题解决掉，可见做任何事都是不能看表面就断定它的,都得一步步认真细致的完成,才能事半功倍. 同时在进行课程设计时,我们又额外学到了不少的东西,例如间歇机构中的槽轮机构的用途以及设计, 又比如设计减速机构时，考虑到应选用经济成本相对较低，而且具有传动效率高,结构简单,传动比大的特点,可满足具有较大传动比的工作要求，故我们就采用复合轮系来实现我设计的传动，可以克服周转轮系传动比高，效率低的特点。在实践中学到的东西更容易让我们牢记，只有经过亲身的体会才能明白它的真正意义。另外,经过这次实习,我们真正