《洗瓶机说明书》word版.doc

课 程 设 计 说 明 书（机械原理课程设计）题 目： 洗瓶机设计 学 院瓯江学院专业机械工程及自动化班 级机自二班指导教师学生姓名学 号2010年6月 目 录第一章 设计任务31.1 设计题目31.2洗瓶机的工作原理及工艺动作过程31.3原始数据及设计要求31.4设计任务31.5 组员分工 4第二章 机构方案的构思，比较及确定52.1急回特性的选择52.2清洗区域的构思62.3推动机构的确定 82.4清洗区域的确定92.5最终机构的确定 102.6尺寸计算 11第三章 虚拟样机实体建模与仿真153.1样机模型建立15第四章 虚拟样机仿真结果分析224.1仿真图样输出224.2虚拟样机仿真结果分析 26第五章 设计总结 285.1.小组工作总结 285.2设计过程总结 295.3设计展望 29参考资料31 第一章 设计任务1.1设计题目：洗瓶机设计洗瓶机是用来清洗瓶子外部污垢的专用机器。 1.2 洗瓶机的工作原理及工艺动作过程 为了清洗圆形瓶子外面，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：将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程利用导辊转动将瓶子旋转，以及将刷子转动。 1.3原始数据及设计要求 1）瓶子尺寸。大端直径d=80mm，长200mm； 2）推进距离l=600mm，推瓶机构应使推头以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速地返回原位，准备进入第二个工作循环； 3）按生产率的要求，推程平均速度为v=45mm/s，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍； 4）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。 1.4设计任务1）执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计，该机构最好具有急回运动特性。2）对选择的方案画出机构运动循环图。3）传动系统设计，按选定的电动机及执行机构运动参数拟订机械传动方案。4）对选择的方案进行尺寸设计。5）用ADAMS软件对机构进行运动仿真。6）用ADAMS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度、和加速度线图。7）在2号图纸上画出最终方案的机构运动简图。8）编写设计说明书。1.5组员分工组长： 任务：负责任务分配，ADAMS软件运动仿真及运动学分析，画运动简图，编写设计说明书资料查找。组员： 第二章 机构方案的构思及确定2.1急回特性的选择在洗瓶机这个机器的工作运动中，急回特性是一个很重要的参数，也正是利用这个特性能够使得推杆在推瓶时保持缓慢平稳，而在返回时能够快速回到工作起始点，这样一来，可以大大提高工作效率。所以我们首先考虑几种具有急回特性的机构方案，然后进行比较得出最佳结果。进过初步讨论后，我们列出以下几个具有急回特性的机构，并且对它们的特点进行了简单的分析，为后续的方案确定打下更好的基础。（1）、凸轮机构图1凸轮机构简图结构特点：要让凸轮机构实现一定的运动特点，可根据预期的运动趋向设计出凸轮的轮廓线，得到所需要的运动效果。此机构简单紧凑，运动特性明显，但是根据实际情况考虑，按照我们目前所学习的知识，对于凸轮廓线的设计，使其达到预期的运动轨迹有一定的难度，这是存在的问题。（2）、曲柄滑块机构图2曲柄滑块机构简图结构特点：这是一个急回特性很明显的机构，当曲柄与连杆分别处于两种共线位置时可以得出曲柄的极位夹角，从而求出行程速度变化系数K，K的计算公式如下所示为与凸轮机构不同的是，这里的运动副只有低副，机构形状简单，便于在adams软件中画出，在实际生产过程但中组装也很简便。但是在当做洗瓶机的推杆机构时，往往这样简单的曲柄滑块机构很难实现工作所要的预期效果，因为这样的机构所能达到的行程速度变化系数K不是任意值，因此如若要达到其他的K，则需要增加杆的数量，在原来曲柄滑块的基础上进行扩展，这就增加了工作的复杂性，而且还会降低系统工作的精确度，这个也是曲柄滑块运用到洗瓶机中的不足之所在。（3）、摆动导杆机构图3摆动导杆机构简图结构特点:曲柄的整转可以带动摆杆左右摆动，以实现推瓶的效果。在这个机构中可以通过曲柄转向的的设置实现两种运动速度比，即前进时间大于返回时间和返回时间大于前进时间，如图3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。2.2清洗区域的构思当瓶子进入清洗区域后，可以以多种的运动方式实现清洗过程，可以是圆周运动，也可以是直线运动。经过小组各成员的讨论，列出以下几个方案进行比较，以便于得出最后结果。（1）、盘型清洗机构 图4盘型清洗机构结构特点：此机构是一个圆盘形机构，当瓶子由推动机构被推入到清洗区时，瓶子位于绿色的小转盘上，小转盘带动瓶子的转动，同时转盘旁的棕色毛刷也在转动，而且与瓶子的专项相反，瓶子与毛刷的相对运动使瓶子被清洗干净，此图上的喷水机构已忽略。（2）、皮带传输流水线清洗机构 图5 皮带传输流水线清洗示意图结构特点：这个机构运用了生产流水线水平传输带的工作原理。当瓶子被推入清洗区后，由传输带带动瓶子向前行，当瓶子到达刷子安装处时，有刷子的转动使瓶子与传输带之间产生相对的运动，这样一来就可以使瓶子的整个外表面与刷子接触到，以至于能够清洗干净瓶子的外表面。（3）、双导辊清洗机构图6（双导辊清洗机构主视图）图7（双导辊清洗机构左视图）结构特点：与机构方案2皮带轮流水线清洗机构相比较，刷子的结构与安装大致相似。不同的是，此机构中是利用底下的两个绿色的导辊的同向转动带动瓶子的转动，在推杆的的推动下使瓶子沿着轴线方向移动，当经过刷子安装处时，瓶子被刷子洗干净，最后有推杆把瓶子推出清洗区。2.3.推动机构的确定在以上所列出的三个推动机构中，经过比较与分析得出以下几点结论：（1）、凸轮机构简单紧凑，运动特性明显，而且一定的凸轮廓线能够实现预定的推杆运动，精确度高，但是不足的是对于凸轮廓线的外形尺寸的设计与计算存在一定的难度，会提高工作的复杂性，而且凸轮机构的运动存在一定的冲击，会在一定程度上影响工作的平稳性，故不采用这个推杆机构。（2）、曲柄滑块机构本身结构简单，而且根据设计任务的要求，如果要想达到行程速度变化系数K=3，那么则需要在原来的曲柄滑块基础上增加其他杆件，改变原有的曲柄滑块结构，这样一来就提高了设计的复杂性，而且还会使工作精度有所下降，故在此次设计任务中也不采用曲柄滑块机构作为推动机构。（3）、摆动导杆机构结构简单，易于制作。在运动过程中，如果各杆的长度设计合适，完全能够达到行程速度变化系数K=3的要求，而且能够很好的保证工作的平稳性和高效性。结论：关于推动机构的选择，经过小组讨论，最终选择摆动导杆机构作为推动机构。2.4 清洗区域的确定（1）、盘型清洗机构结构紧凑，是一种很不错的机构，但是这个机构的圆盘不适宜制作的很大，以免占有太大的运动空间。因此如果要增加工作效率的话，势必要提高盘旋转的速度，然而这样一来，工作的平稳性就很难得到保证了，也就是说，当大盘的转速过于快时，瓶子很有可能会摇晃起来，甚至偏离大圆盘，这是大圆盘型清洗机构存在的问题。（2）、皮带传输流水线清洗机构是根据生产车间的工作流水线而设计出来的一种运输机构，从而实现瓶子的清洗工作。与盘型清洗机构相似的是，皮带传输流水线清洗机构也存在工作平稳性难以控制的问题，当瓶子由皮带运输过程中，如若电机的转数过快，则很有容易使皮带上的瓶子发生相互碰撞，这样一来就会给工作产生重大的影响、造成严重的损失。（3）、双导辊清洗机构的选用是根据两根导辊的同向转动带动瓶子的转动这一原理而设计的，在这个机构中瓶子沿着本身轴线作直线运动，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。结论：进过分析与比较，最终决定采用第三个清洗机构。2.5最终机构的确定摆动导杆机构与双导辊清洗机构的结合，最终形成了一个完整的洗瓶机，它的立体图与平面主视图形如下：图8洗瓶机最终机构立体图1图9洗瓶机最终机构立体图2图10洗瓶机最终机构立体图平面主视图2.6尺寸的计算原始数据要求：（1）、瓶子尺寸。大端直径d=80mm，长200mm。 （2）、推进距离l=600mm，推瓶机构应使推头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，准备进入第二个工作循环。 （3）、按生产率的要求，推程平均速度为v=45mm/s，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍； （4）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。解：根据要求返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍； 根据要求：推程平均速度为v=45mm/s，推进距离l=600mm解：先算出推进600mm需要的时间t 根据极位夹角推进时曲柄转过的角度为再根据角度求出曲柄的角速度解： 在保证推程为600mm的基础上，不把滑块装在连杆的端点和运动时滑块不和到棍接触把连杆的长度设为800mm（优化运动） 图11曲柄机构简图曲柄机构如图11，2和是摇杆的两个极限位置，也就是连杆3位移为600mm始末位置，摇杆的极限位置正好和曲柄垂直，又因为极位夹角，所以摇杆极限位置时和曲柄构成正方形。根据图可知曲柄1不能碰到连杆3，也不能和B点接触，这样都会使滑块顶死。所以要确定曲柄1的长度。设曲柄的长度为，摇杆所夹是角为=。解： 滑块的宽度为40mm，滑块中心为铰链连接处。 所以之内都是可选的，为了节省材料选用曲柄长为80mm为了摇杆和滑块不脱离需确定摇杆长度。设摇杆长度为解： 为了便于计算和机构的美观选用 图12毛刷与导辊工作台瓶子的中心和连杆的中心重合，为使直径为80mm的瓶子不从两个导辊中间掉下来，所以两导辊之间的中心距要加以确定。设导辊为两半径为R=60。解： mm为了使导辊和瓶子之间产生较大的摩擦力、作图和计算的方便把设为141.4mm根据推程的要求导辊的长度设为600mm。毛刷的半径为30mm，并把毛刷的轴线连杆中心线之间的距离设为65mm，这样当瓶子经过毛刷的下面时毛刷是毛已经由5mm的厚度和瓶子接触了，毛刷安放在600mm导辊工作台的正上方且中心距为150mm。第三章 虚拟样机实体建模与仿真3.1 样机模型建立3.1.1创建样机几何模型1.启动ADAMS/View程序双击桌面上ADAMS/View 的快捷图标，打开ADAMS/View，在欢迎对话框中选择【Create a new model】，在模型名字Model Name 栏中输入：xipingmechanism 。2.设置工作环境（1）重力设置 在欢迎对话框的重力选项栏（Gravity）中选择【Earth Nomal （Global Y）】。（2）单位设置 在欢迎对话框的单位选项栏（Units）中选择MMKS 单位制。完成上述两项设置后，点击【OK】按钮，完成创建新模型，此时在ADAMS/View工作窗口的左上角现有模型的名称。（3）工作网格设置 在设置（Setting）菜单栏选择【Working Grid】命令，系统弹出设置网格对话窗，如图13所示。将网格的大小（Size）设置为1500，将网格的间距（Spacing）设置为30，点击【OK】按钮，完成工作网格设置。图13工作网格设置图图14创建设计点图3.创建设计点选择ADAMS/View 零件库中的设计点图标，主工具箱显示设计点选项，如图14所示。选取【Add to Ground】和【Dont Attach】，再点击【Point Table】按钮，系统弹出点的列表编辑器，连续按【Creat】按钮10次，创建10个设计点，修改点的坐标如图14所示，点击【OK】按钮，创建坐标为（-400，0，0）（-300，0，0）（200，0，0）（600，-187，0）（600，-300，0）（200，-70.7，-70.7）（200，-70.7，70.7）（-50，60，0）（-200，60，0）（-350，60，0），如图5.14 图15创建连杆4.创建构件 （1）创建连杆1 在ADAMS/View零件库中选择连杆图标，系统显示图15所示的窗口。在连杆设置栏中，选择【New Part】，输入“length=800，Width=30、Depth=20”，并选中该三项。在屏幕工作区用鼠标左键选择设计点：【Point_1】、【Point_3】,完成连杆1形体建模。（2）创建连杆2 选择连杆图标，在连杆设置栏中，选取【New Part】，输入“length=500，Width=30、Depth=20”，并选中该三项，用鼠标左键选择设计点【Point_3】、【Point_5】，选取【location】设置为0, 0, 52.4，完成连杆2形体建模。（3） 创建曲柄 选择连杆图标，在连杆设置栏中，选取【New Part】，输入“length=80，Width=30、Depth=20”，并选中该三项，用鼠标左键选择设计点【Point_4】、【Point_13】，完成曲柄形体建模。如图16图16创建曲柄 图17创建滑块1（4）创建滑块1 选择滑块图标，画出该图形，把槽宽尺寸改为30.42，槽深尺寸改为42.42，滑块总宽改为40，总长改为127.27，总高改为84.8，如图17。【location】设置为（240.0, -30.0, 94.8）。同样方法设置一个相同大小的滑块，【location】设置为（483.44, -273.44, 94.8）。同样方法设置一个高为40，宽为60，长为120的滑块并与【Marker1】用固联与【Point_1】，【location】设置为（-460.0, -10.0, 60.0），如图18。图18创建滑块（5）刷子创建 选择圆柱图标，选取【New Part】，输入“length=80，radius=30”并选中该两项，用鼠标左键选择设计点【Point_8】。要同样的方法创建另外两个圆柱，分别用鼠标左键选择设计点【Point_9】和【Point_10】。 （6）创建导辊 选择圆柱图标，选取【New Part】，输入“length=600，radius=60” 并选中该两项，用鼠标左键选择设计点【Point_6】。同样方法创建另一个圆柱，用鼠标左键选择设计点【Point_7】。如图19 图19创建导辊3.1.2添加样机约束副(1) 添加曲柄和地基间的转动副。在约束工具库中选择转动副图标，在转动副设置栏中，选取【1Locate】和【Normal to Grid】。用鼠标左键选择【Point_4】，完成添加。（2）添加连杆和地面之间的转动副。在约束工具库中选择转动副图标，在转动副设置栏中，选取【1Locate】和【Normal to Grid】。用鼠标左键选择【Point_4】，同样方法用鼠标左键选择【Point_5】。（3）添加导辊、刷子和地面的转动副。在约束工具库中选择转动副图标，在转动副设置栏中，选取【1Locate】和【Normal to Grid】。用鼠标左键选择【Point_6】，同样方法用鼠标左键分别选择【Point_7】、【Point_8】、【Point_9】、【Point_10】。（4）添加连杆和滑块之间的转动副。选取【2 Bod-1 Loc】和【Pick Body】。用鼠标分别选取【PART 6】、【PART 4】和【Point_13】。同样方法【PART5】、【PART 2】和【Point_3】。（5）添加连杆和滑块之间的移动副，选取移动副图标。在移动副设置栏中，选取【2 Bod-1 Loc】、【Pick Feature】和【Pick Body】，用鼠标分别选取【PART 6】、【PART3】和【Point_13】。同样方法【PART5】、【PART 3】和【Point_3】。如图20。 图20添加连杆和滑块之间的移动副（6）添加连杆和地面之间的移动副，选择【1 Location】和【Pick Feature】。用鼠标选取3.1.3创建样机运动和动力在ADAMS/View运动工具库中选择转动的运动图标，在转动设置栏中设置Speed的数值为20.25/S。选择转动副【Joint1】，添加曲柄的转动。用相同方法在转动设置栏中设置Speed的数值为90/S。选择转动副【Joint3】、【Joint4】、【Joint5】、【Joint6】、【Joint7】，如图21。图21创建样机运动和动力第四章 虚拟样机仿真结果分析4.1仿真图样输出说明：洗瓶机的初始位置为推杆将要回程时的那一点推杆的形成图、速度图、加速度图的仿真运动结果如下：把鼠标移动到推杆,点击鼠标右键, 弹出如图所示选项框 在Part:PART_3这一栏里选择Measure弹出选项框,在Component这一栏里设置如图所示, ，在characteristic这一栏里设置如图所示，点击Apply，输出推杆质心处的位移S对时间t的图象如图22所示。图22 输出推杆质心处的位移S对时间t的图象再将characteristic这一栏里设置成，点击apply，输出推杆质心处的速度v对时间t的图像如图23所示。图23输出推杆质心处的速度v对时间t的图像再将characteristic这一栏里设置成，然后点击apply，输出推杆质心处的加速度a对时间t的图像如图24所示。图24 输出推杆质心处的加速度a对时间t的图像再把Component设置成时，重复上述操作输出推杆质心处的S对时间t的图象如图24所示。图24 输出推杆质心处的S对时间t的图象推杆质心处的v对时间t的图像如图25所示。图25 推杆质心处的v对时间t的图像推杆质心处的a对时间t的图像如图26所示。图26 推杆质心处的a对时间t的图像接着把Component设置成重复上次操作输出推杆质心处的S对时间t的图象如图27所示。图27 输出推杆质心处的S对时间t的图象推杆质心处的v对时间t的图像如图28所示。 图28 推杆质心处的v对时间t的图像推杆质心处的a对时间t的图像如图29所示。图29 推杆质心处的a对时间t的图像再把Component设置成，重复上述操作输出。推杆质心处的S对时间t的图象如图30所示。图30 推杆质心处的S对时间t的图象推杆质心处的v对时间t的图像如图31所示。图31 推杆质心处的v对时间t的图像推杆质心处的a对时间t的图像如图32所示图32 推杆质心处的a对时间t的图像完成模拟仿真以后,点击图标,弹出一个对话框在Filename一栏里将文件名改为model_1bin如图33所示图33最后点击图标,完成保存。 4.2虚拟样机仿真结果分析1. 在X轴上：基本上能够实现明显的急回特性，但是从理论上来说，回程与推程的S-t图像应该是斜直线，从图上得到的是曲线，根据我们的机构来看，这可能是由于约束处的松动引起的，也可能是由于存在刚性冲击所引起的。从速度图与加速度图来看，回程的实际曲图像与理论图像较为接近，误差不大。但是推程时的速度图与加速度图的实际图像与理论图像却相差很大，经过分析，我们认为是由于回程时间过于短暂而导致的结果，在很短的时间内看不出速度与加速度的真实图像，也不排除是约束处松动所造成的结果。2. 在Y轴上：S-t图像存在着上下波动性，这就更加能够证明是约束处松动的影响所致。速度图像与加速度图像基本上存在着与X轴上相同的特点，在推程与回程转变的瞬间，图像上存在着一个转折点，这个是由于回程与推程的突然转变所致的。3. 在Z轴上，理论上来说，所有的运动图像应该是接近于水平线，而且应该是跟图像上的横轴重合。从S-t图来看，实际图像基本与理论图像一致。但是在速度与加速度的图像上，在推程与回程的转变点有一个波动，这也很有可能的约束处松动所致。综上所述，实际图像与理论图像存在着一定的差距，存在着误差，改进方法之一就是把各构件的尺寸做得更加精确，把各构件的约束处做得更加精密。第五章 设计总结5.1.小组工作总结这次的课程设计是进入大学以来的第一次利用专业知识进行的一次设计任务，它涉及到许多机械设计原理方面的知识，在参与设计的过程中又把过去学的一些专业知识从新复习巩固了一遍。虽然在设计过程中遇到了很多的问题，通过对书本的再次学习以及全小组成员的努力，最终我们克服了这些难题。我们先对推动机构进行了设计。此机构的设计是个十分重要的部分，经过这个基础的设计，为我们在下一步中对机构的建立打下了良好的基础。然后对洗瓶的其他部分进行了设计。恰当地运用在课堂上学到的知识，我们相当圆满的完成了这个设计。完成准备工作之后，我们小组的所有成员开始真正的设计工作。摆在我们面前的困难有很多，特别是要使用一款完全陌生的纯英文软件。不过经过大家的共同努力，我们小组跨过了重重障碍，出色地完成了任务。通过这次课程设计，使我们对于一个机械的设计过程有了更加深刻的认识和了解，让我们对于如何设计一个实用的机器有了一个更加理性的认识和分析。同时在设计过程中，我们对很多应用软件的功能和使用上也有了一个更深刻的认识，让我们可以更加熟练的应用专业的三维造型和分析软件，通过模拟分析来帮助我们完成设计任务。更重要的一点是在这次的设计实习之中使得我们更加深刻的理解到了一个团队的价值和意义。在一个项目的制作过程之中，是需要很多的人的配合和合作才能够完成的，即使一个人的能力再强，水平再高，但是离开了队友的支持和配合也恐怕是孤掌难鸣。在这样的团队中大家互相学习，互相配合，取长补短，发挥各自的特点和优势，为小组的设计贡献自己的一份力量。通过这次的设计过程，使得我们更加深刻的体会到了团队的价值和意义，领会了团队的精神和意识。在这次设计中,同样我们也充分认识到了作为设计者，必需严谨务实，要充分考虑到方案的可行性。设计是一种既要求想象力又要求严密逻辑思维的学科。我们也更加意识到了知识特别是专业知识的重要性。我们完全有理由相信我们会在以后的学习中更加努力学习专业知识，也相信我们会设计出更好更完美的机械。5.2设计过程总结本次课程设计我们小组首次使用了Adams软件，对洗瓶机的机构进行运动仿真设计。在机构的设计中我们学会了如何对Adams软件的操作界面进行简单的设置，对机构的框架的简单设计，如何将搭建好的机构与机架连接在一起。如何用各种铰链把各个连杆连接起来。当然在设计的过程中如何进行成功的仿真是完成本次课程设计的关键。在进行仿真之前我们必须对之前做的机构进行仔细地检查，以免在仿真的时候出现不必要的错误，例如没有对远东机构添加动力、没有漏下必须的约束等等。当所有的工作一切都就绪了以后，将仿真过程的时间和步长都调整好，进行仿真，得出我们所需的数据。机