洗瓶机设计说明书.

1、机械创新设计洗瓶机设计说明书 太原理工大学机械工程学院 亠作品设计说明书 推瓶机 2012615 专业班级: 学生姓名: 学 号: 指导教师: 同组人: i 机械创新设计洗瓶机设计说明书 摘要 机械创新设计是指机械工程领域内的创新设计，它涉及 到机械设计理论与方法的创新、制造工艺的创新、材料及其 处理的创新、机械结构的创新、机械产品维护及其管理等许 多领域的创新。机构创新设计的内容可分为三大类，即机构 的创新、机构应用的创新设计和机构组合的创新设计。本课 程与机械原理、机械设计联系起来，可以培养学生机械运动 方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构 进行分析和设计的能力，培养综合运

2、用所学知识，理论联系 实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。 洗瓶机系统主要由推瓶机构、导辊机构和转刷机构组 成。其总体运行思想是由进瓶机构把瓶子送到两个同向转动 的导辊上，导辊带动瓶子转动。推瓶机构的推头将瓶子向前 推进时，导辊上方的转刷机构就把瓶子外面洗干净。瓶子由 出瓶机构送出，然后进入下一循环。 我们设计了一个简单的洗瓶机构，由传送带作进瓶机 构，输入瓶子后，由推头推着瓶子的大端沿着两个导辊的轴 向移动，在推头推动瓶子的同时，瓶子表面被转刷洗净 当走完导辊后，瓶子就顺着出瓶轨道滑到箱子里面。由于专 业知识不是很充足，所以设计过程有很多的缺陷，可能实用 性不是太强，但是我们还是从当中

3、学到了很多知识。 关键词：洗瓶机；推瓶机构；导辊机构；转刷机构；传送带；推头 目录 摘要 2 一、设计任务 错误！未定义书签。 1.1设计题目 错误！未定义书签。 1.2洗瓶机的原始数据及技术要求 4 1.3设计任务 5 二、机械运动方案设计 5 2 . 1分析技术要求 5 2.2推瓶机构选择 6 221摆动导杆机构 7 2.2.2 五杆机构 8 2.2.3凸轮铰链四杆机构 9 2.2.4全移动副四杆机构 9 2.2.5曲柄摇杆机构 10 2.2.6 最终选定推瓶方案 11 三、洗瓶装置设计 11 3.1洗瓶装置简图 11 3.2洗瓶装置实物图 13 四、推瓶机构设计 14 4.1机构简介 1

4、4 4.2机构尺寸计算 14 4.3推瓶机构实物图 18 五、运动协调设计 19 六、推瓶洗瓶机构总体设计图 19 6.1总体机构简图 19 6.2总体实物图 19 七、方案评估 20 八、机械创新课程设计总结 21 一、设计任务 1.1设计题目 啊 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。 1.2洗瓶机的原始数据及技术要求 啊 （1 ）、瓶子尺寸：长度 L=200mm，大端直径 D=80mm。 （2

5、 ）、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。 1.3设计任务 啊学生要根据慧鱼搭接机构进行洗瓶机的机构设计，并提出 四种设计方案并经分析比较后选定一种并设计。 （1） 按上述动作要求拟定运动循环图； （2）进行推瓶机构、洗瓶机构和导辊转动机构的选型； （3）拟定机构的运动方案，并进行分析评价； （4）绘制机构运动简图； （5）对机械传动系统和执行机构进行运动学计算； (6) 控制程序设计； (7) 编

6、写设计说明书 二、机械运动方案设计 2.1分析设计要求 啊 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

7、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 啊 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、摆动导杆机构、凸轮机构和转 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

8、以根据要求，本机构 采用了曲柄摆动导杆机构。 2.2.1摆动导杆机构 这一机构很容易就满足了急回和行程要求，只要给定杆 ，适合的尺寸及固定铰链 1,3合适的距离即能满足要求。 对于生产率亦很容易实现，只要给曲柄一个适合的速度即 摆动导杆机构 该装置简单易行，很容易实现，并且急回特性容易更改，根 据要求很容易设计出符合要求的推瓶机构，效率较高。但是 导杆上的点运动轨迹并非是直线运动，需再搭接一滑块，结 构简单可靠。 2.2.2五杆机构 这一机构能够满足运动所需的轨迹，并且机构也十分简 单，但是这一机构的不足之处却也很明显，其机构的运行分 析十分的复杂，且不易得到匀速的运行，故在实际中应用较 少。

9、其简图如下： 五杆机构 2.2.3凸轮铰链四杆机构 此洗瓶机的推瓶机构运用凸轮机构使推头的运动可以 由凸轮的外轮廓线来确定，而连杆机构可以使凸轮的推程放 大，达到设计题目要求的行程这种方案也可以满足设计要 求。轨迹要求，传动比要求，急回特征和系数要求均可满足 也没有方案2.2.1中刚性冲击、摆杆不做匀速直线运动，自 锁问题。 图2凸轮一狡链四杆机构的方案 但这个方案虽然不会出现摩擦自锁，但却多了机构自 锁。原动件不为最短杆，当1,2杆重合，亦即在两个极限位 置。四杆机构出现死点，曲柄会被完全卡死，如果不在设计 中解决这一问题，其后果不亚于方案2.2.1自锁所导致的。 而解决机构自锁问题通常只能

10、采用飞轮或者引入其他机构。 这一机构本身就有点复杂。加上解决机构自锁的装置后，其 复杂性更大。 此外，凸轮的轮廓的设计有很大的难度，需 要与四杆机构的运动严格一致，否则也会使四杆机构无法走 完整个完整行程而失败。再有，机构无法通过力封闭来带动 四杆机构，只能通过几何封闭，这样也会给机构带来不必要 的麻烦，比如说会增大机构内的摩擦，影响机构的质量及效 率。 2.2.4全移动副四杆机构 如图所示，全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2 上的点M可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回 特征由凸轮控制。 这个方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构 从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。

11、2.2.5曲柄摇杆机构 这一连杆曲线具有对称性。如图所示，当满足BC=CD=CE 时，其连杆上E点所生成的连杆曲线即为对称连杆曲线，该 10 机械创新设计洗瓶机设计说明书 连杆曲线的对称轴垂直于机架AD。对称连杆曲线有一段非常 近似于圆弧或直线的线段，适合用作近似圆弧或直线的机 构。图示机构在 ab段能非常近似等速的精确直线运动。可 利用这一段来完成我们的推瓶机构的需要。下面逐项分析该 机构的优点。 从连杆曲线看：中间有一较长的近似直线的线段，且这 一段连杆末端运动近似匀速。这就不会产生在工作过程中， 推杆与瓶子脱离的可能，能满足设计中匀速直线的要求，急 回特性，只需要使1、2杆两个重合位置之

12、间的夹角为90 即可。无机械自锁现象：主动件为曲柄，在两个极限位置， 连杆与曲柄重合，发生自锁时，曲柄能自行解决这一现象。 使机构正常循环运转。速度控制：因连杆与摇杆的周期一样。 曲柄转一圈，连杆刚好走一个来回，即完成一次推瓶工作。 要满足相关的工作效率要求，只要使曲柄的速度满足一定的 要求即可。因曲柄是做圆周运动，只要算电动机与曲柄的速度比即可求得传动比。 机械效率高：整个机构运动链很简单， 没有其他冗余的部分。链接上只有几个必要地铰链，摩擦降 到最小。冲击为柔性冲击。由图中的连杆曲线，我们知道在 两个极限位置有一定的弧度。在与瓶子接触时将慢慢进入， 为柔性约束。对瓶子冲击很小，不至于破坏瓶

13、子。机构只由 四杆机构组成，零件少，每个零件都是杆件，加工制造简单， 制造成本低。 226最终选定推瓶方案 我们选择的是方案224，它相对简单，具有很多其他方 案不具有的优点，而且能达到预计的要求，运行速度也较为 均匀，且在实验室中易于组装。 对稱白线 24 3.1洗瓶装置简图 刷子 得：G=3 ._ 24 34_ 35 16 i35 = 353 导辊 可 推块 洗瓶装置的特点是刷子、导辊的运动是相互独立的，故 分别通过齿轮传动机构由电动机带动；此外，由于刷子和导 辊的转速不需太精确，故选用结构简单、成本低、安装容易 得带传动机构（由于实验室设备的原因，我们用齿轮机构代 替带传动）。 关于传动

14、比问题：刷子的转速不能过高，否则会与瓶子 摩擦产生过多的无用功，同时也会减缓瓶子的前进速度。导 辊的转速不能过低，否则不能保证瓶子洗净（当然也不能过 高，理由同上）。 通过分析讨论，我们取刷子的转速n仁700r/min ， 的转速 n2=90r/min，再根据电动机的转速为1440r/min 由此可得符合要求的转速。下面是实物图展示: 3.2洗瓶装置实物图 sa 剧子 il 导親_ 洗瓶机构实物图 四、推瓶机构设计 4.1机构简介 此机构为曲柄摇杆机构的变形，图中AB为曲柄，BE 为连杆，CD为连架杆，为了更加方便使推头沿直线移动，我 们在该曲柄摇杆机构后面又加入一H级杆组，这样推头可 以满足

15、直线运动的要求。曲柄 AB以合适的速度转动，便可 使推头近似匀速的推动瓶子进行洗涤过程。给各根杆以合适 的尺寸，便可满足运动位移的要求， 并能产生快速退回运动， 从而既提高洗涤质量，又可提高生产率。 4.2机构尺寸计算 设BC=CE=CD=R,AB=rab与AD间距离为h。为了使推块 能够快速退回，我们取曲柄连杆机构的行程速比系数K=3, 180 a c 即 3 180 - a 由此可得 错误！未找到引用源。=90，即极位夹角为90， 由此画出机构运动的两个极限位置，根据两极限位置的几何 关系可知： 2 2 (2R+r) +(2R-r) =d2(d为E点的水平行程 ab) 根据相似三角形可得：

16、 2R r 2R-r =dh 根据要求，我们需要推杆的行程是600mm，即d=600mm， 这样可以用h的函数来表示 R和r。即 R2=22500+75h r2=90000-300h 这样便可得出R=203.1mm, r=122.5mm 通过计算可得出AD=154.5mm 便可满足设计要求。 按生产率的要求，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。以这样的速度进行 清洗工作，则每洗一个瓶子所需的时间为 ti = 600 + 45 600 45 3 = 17.78s 所以，每分钟所洗的瓶子数为 n= 60 =3.375 取整数 n=3 17.78 因为曲柄每转

17、一转，推头便往返一次，即完成一次清洗 过程，所以应使曲柄每分钟转 3.375r即可我们可以选择合适 的电动机，选用齿轮系作为传动系， 并选取合适的传动比（大 传动比时可选蜗轮蜗杆传动）。综上所述，通过给每根杆以 适当的尺寸及适当的速度，便可以满足清洗的要求。 运用SAM软件，我们对我们的计算数据和方案进行了验 证。满足了急回条件，在行程中，轨迹也类似直线（有计算 误差没排除）。另外，在SAM软件中，我们对推杆顶端水平 方向的速度进行了分析（如下图）。 机构运 动循环 图： 在前3/4段，推杆的速度接近匀速，且速度相对较小 平滑，可以避免杆头与瓶子分离，或者产生刚性冲击，满 足我们的要求。而在后

18、 1/4段，速度急剧变化，达到了急回 的效果，并且根据仿真图像中可以看到这样设计的效果很 理想，只需改善一下尺寸，使图像更平滑就可以了 4.3推瓶机构实物图 电机、 齿轮2 曲桐 推瓶机构实物图 五、运动协调设计 由于刷子，导辊及推瓶机构的运动是相互独立的，因此 机构上并不存在运动协调问题，所以不需要进行运动协调的 验算。 六、推瓶洗瓶机构总体设计图 6.1总体机构简图 6.2总体实物图 装置的机构简图 装置总体实物图 七、方案评估 该机构能够初步完成推瓶洗瓶运动，此机构具有以下优 点：连杆曲线：中间有一较长的近似直线的线段，且这 一段连杆末端运动近似匀速。这就不会产生在工作过程中， 推杆与瓶子脱离的可能，能满足设计中匀速直线的要求。 急回特性，只需要使1、2杆两个重合位置之间的夹角为 90 即可。无机械自锁现象： 主动件为曲柄，在两个极限位置， 连杆与曲柄重合，发生自锁时，曲柄能自行解决这一现象， 使机构正常循环运转。速度控制：因连杆与摇杆的周期一 样。曲柄转一圈，连杆刚好走一个来回，即完成