洗瓶机的推瓶机构

机械原理课程设计 1 目 录 1.设计题目.3 1.1 洗瓶机的主要功能介绍 .3 1.2 洗瓶机的工作原理 .3 1.2.1 洗瓶机的工作示意图 .3 1.2.2 洗瓶机的技术要求 .4 1.3 推瓶机构的设计要求 .3 1.4 推头运动路线的分析 .5 2.方案的设计及分析决策.6 2.1 凸轮连杆组合方案 .6 2.1.1 凸轮连杆组合机构方案一 .6 2.1.2 凸轮连杆组合机构方案二 .7 2.2 凸轮摇杆机构方案 .7 2.3 五杆组合机构方案 .8 2.4 方案的分析与决策 .8 3.尺寸综合.10 3.1 机构运动的尺寸分析确定 .10 3.1.1 设计推导的公式 .11 3.1.2 杆长的确定 .11 3.2 凸轮的设计 .12 3.2.1 摆动凸轮的设计 .12 3.2.2 直动凸轮的设计 .13 3.3 压力角的检验及机构尺寸的确定 .14 4.心得体会.15 5.参考文献.16 机械原理课程设计 2 1 设计题目：洗瓶机的推瓶机构 1.1 洗瓶机的主要功能介绍 随着社会的发展，生活节奏的加快人们对生活水平要求的越来越高，科技 也不断发展，在工业，生活中科技含量已经逐渐体现。本设计主要是针对自动 洗瓶机的推瓶机构进行设计。 自动洗瓶机目前已经广泛应用于啤酒及饮料生产线上。该机构的主传动是 由电机变频同步控制。进出瓶分别采用导辊和凸轮连杆组合机构来控制，该机 构结构简单、传动平稳、可靠、噪音小，并且有进出瓶自动回程功能。由导辊 的旋转及推头的推送，通过导辊上方的毛刷将瓶子的外侧刷洗干净。 1.2 洗瓶机的工作原理 洗瓶机如图 1.1 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。它的主要动作： 将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。 1.2.1 洗瓶机的工作示意图 机械原理课程设计 3 图 1.1 洗瓶机工作示意图 1.2.2 洗瓶机的技术要求 表 1.1 洗瓶机的技术要求 方案代号 瓶子尺寸 （长直径） mm，mm 工作行程 mm 生产率 个/s 急回系数 k 电动机转速 r/min A802006001531450 1.3 推瓶机构的设计要求 1.洗瓶机的推瓶机构：平面连杆机构等常用机构或组合机构。 2.推瓶机构应使推头 M 以接近匀速的速度推瓶，推进距离 L=600mm 然后推头快 速返回原位，准备第二个工作行程。 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 机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析。 4.机构的传动性能好，结构紧凑，制造方便。 5.编写设计说明书。 机械原理课程设计 4 1.4 推头运动路线的分析 分析设计要求可知：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，本说明书主要介绍洗瓶机的 推瓶机构。 根据设计要求，推头 M 可走图 2.1.1 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。由此可根据 其运动轨迹选择推瓶机构的设计方案。应该选择具有急回运动特性的机构。 图 1.2 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。 机械原理课程设计 5 2 方案的设计与分析决策 根据推头的运动轨迹分析得知推瓶机构主要是控制推头做急回运动，故选 择机构方案可从能实现急回运动的机构考虑。根据已学知识得知能做急回运动 的机构有曲柄滑块机构，凸轮机构，和连杆组合机构等。他们各自有自己的特 点。通过综合考虑列出如下几种机构作为参考方案： 2.1 凸轮连杆组合机构方案 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 2.1 和图 2.2 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。 2.1.1 方案一： 该机构利用一个凸轮机构和一个连杆机构组成复合机构控制使机构做急回 运动。 机械原理课程设计 6 图 2.1 凸轮连杆组合机构的方案一 2.1.2 方案二： 该机构实现 X，Y 方向的运动，分别采用了一个摆动推杆盘形凸轮机构和一 个只动推杆盘形凸轮机构组成了一个复合机构。 图 2.2 凸轮连杆组合机构的方案二 2.2 凸轮摇杆机构方案： 机械原理课程设计 7 图 2.3 凸轮摇杆机构方案 2.3 五杆组合机构方案： 图 2.4 五杆机构方案 2.4 方案的分析与决策 方案一中机构由凸轮四杆机构组成，凸轮为原动件（由电机带动） ，通过滚 子及连杆带动机构做运动。其急回特性由凸轮控制。在该方案中有 5 个活动构 件，其中有一个高副，自由度为 1，有确定的运动。但是它的杆比较多，容易 产生误差，不能实现精确的运动。 方案二的运动由凸轮机构和四杆机构协调运动完成，这种组合可以很好的 对推头进行控制，不仅结构简单，体积小，安装后便于调试，从经济上也比较 机械原理课程设计 8 合适。其中凸轮轴能很好的协调推头的运动而且工作平稳。其缺点是四杆机构 的低副之间存在间隙，会产生累计误差。 方案三的运动和急回特性主要也是靠凸轮来控制，但是这种控制相当不精 确，只适用于行程较小的运动，如果行程过大的话，凸轮的尺寸必须做的很大， 从经济和实用的角度来看都不太合适。 方案四的机构是一个五杆机构，杆 1 为原动件。这种控制结构简单，制造 方便，但在控制运动方面却有很大的欠缺，急回运动特性不明显。机构中杆件 较多冲击震动较大，不能实现精确运动。 要准确的实现给定运动规律及运动轨迹，凸轮机构是首选，因为盘形凸轮 轮廓就是根据从动件运动规律来设计的，而任意平面轨迹总可以用 X=x( ) Y=y( ) 表示，因此把两个凸轮机构组合起来就可以准确实现轨迹。而四杆机构在运动 规律、运动轨迹设计中是用逼近的办法来做的，所以较难准确实现。 在方案二中，利用了两个凸轮分别控制 X 和 Y 方向上的运动，且连杆不是 很多，设计中要求速度也不是很快，所以综上所述选择方案二为最后设计的方 案。如图所示： 图 2.5 凸轮连杆组合机构 机械原理课程设计 9 3 尺寸综合 3.1 机构运动示意图 机械原理课程设计 10 3.1 洗瓶机推瓶机构运动简图 3.1.1 设计推导的公式 1lL M 1 l 1 cos 2 cosL x M y MLl 212 sinsin 2 1111 2 1 22 sin2cos2LlMlMlMM yxyx 0sincos 11 CBA 机械原理课程设计 11 311211 11 113 2 0 302211 2211 321 11 11 2 222 1 2 1 222 11 sintan)cos( cos sin arctan ,sinsin coscos cos sin arctan arctan2 ,2,2 lllEl lE lll srllsrll Ell lll lM lM CA CABB lMMLClMBlMA x y yxyx 其中： 3.1.2 杆长的设计及确定 1.为了满足传动角的一定要求可以初步设计确定杆 l1 和 l4 在两个特殊位 置（推头位移最大和最小时）所形成的这一夹角所在的范围。 2.杆长 l2 与中心距和基圆大小有关，根据压力角的范围可以大概设计出杆 l2 的长度。 3.同理杆 l3 的杆长与另外一个凸轮的基圆有关系，同样在保证满足压力角 的许可范围设计杆 l3 的长度。 根据前述推导公式可计算得 l4=900mm l1=700mm l3=600mm l2=135mm 1=133 2=26 3=47 E=200mm F=140mm 3.2 凸轮的设计 对应 C 点的工作行程时：0=200， 远休止角01=30； 对应 C 点的回程时： 0=100 近休止角02=30 机械原理课程设计 12 图 3.2 分点与推杆的工作位置 3.2.1 摆动凸轮的设计 图 3.3 摆动凸轮的角位移线图 机械原理课程设计 13 图 3.4 摆动推杆盘形凸轮廓线 3.2.2 直动凸轮的设计 图 3.5 直动推杆的位移线图 机械原理课程设计 14 图 3.6 直杆推动盘形凸轮廓线 3.3 压力角的检验及机构尺寸的确定 实际设计中规定压力角的许用值。对摆动从动件，通常取=40 50，对于直动从动件，通常取=3038。滚子接触、润滑良好和支撑有较 好刚性时取数据上限否则取下限。现通过移动从动件和摆动从动件凸轮廓线中 测得：移动从动件 =17，摆动从动件 =12。都符合许用值，且符合 设计要求。 3.4 机构尺寸的最终确定 表 3.1 机构杆件设计参数 杆件代号 l1l2l3l4 设计参数值(mm) 700135600900 表 3.2 凸轮的设计参数 参数名称推程角