新颖机械原理课程设计-洗瓶机

1、实用标准机械原理设计说明书洗瓶机起止日期：2015年5月21_日至2015 年5月28 日学生姓名班级学号成绩指导教师 刘杨机械与电子工程（系）2015年5月27 日目录设计任务书 3第1章工作原理和工艺动作分解 4第2章根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 5第3章执行机构选型 6第4章机械运动方案的选择和评定 8第5章机械传动系统的速比变速机构 10第6章机构运动简图 12第7章洗瓶机构的尺度设计 14第8章洗瓶机构速度与加速度分析 22第9章设计总结 25第10章参考资料26课程设计任务书2014 2015 学年第2 学期机械与电子工程学院(系、部)专业 班级课程名称：机械原理课程设计设

2、计题目：洗瓶机完成期限：自2015 年5月21日至2015 年5 月28 日共1 周一、设计的任务与主要技术参数将瓶子推入同时转动的导辐上，导辐带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辐前进，转动的刷子就 可以将瓶子刷干净。其工艺过程是：(1)将到位的瓶子沿着导辐推动；(2)瓶子推动过程利用导辐转动将瓶子转动；(3)作为清洗工具的刷子的转动；其余设计参数是：内 容 及 任 务子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。(1) 瓶子尺寸 大端直径 d=80mm ,长 l=200mm ;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(3)按生产率的要求，退成平均速度v

3、=45mm/s,返回时的平均速度为工作形成平均速度的3倍。(4)、电动机转速为 1440 r/min 。(5)、急回系数3。二、设计工作量要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运 动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运 动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比，作出机构运动简 图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。进度安起止日期6.4-6.56.6.-6.7工作内容构 思该 机械运动 方 案运动分析及作图文案大全6.8参考资料整理说明书1 朱理.机械原

4、理M.北京：高等教育出版社，2008: 15-2002 邹慧君.机械原理课程设计M.北京：高等教育出版社，2009: 15-250实用标准图1-4瓶子的运动文案大全指导教师：2015年5月27日第1章工艺动作分解和工作原理1、根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程及运动形式为:(1)需将瓶子推入导辗上，推头的运动轨迹如图1-1所示。返朋打程图1-1推瓶机构的推头轨迹图(2)导辗的转动带动瓶的转动，其运动简图如图1-2所示图1-2导辗的转动带动瓶的转动(3)刷子的转动。其转动形式大致如图1-3所示。图1-3刷子的转动(4)传送带的传动带动瓶子。其运动形式大致如图 1-4所示实用标准第2章.根据

5、工艺动作和协调要求拟定运动循环图拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、 相位，以 利于设计、装配和调试。3推头的设计要求，推头在长为600mm勺工作行程中， 作速度为45mm/s的匀速直线运动，在工作段前后有平均速度为 135mm/s的变 速运动，回程时具有k=3的急回特性。其总体的循环图如2-1所示进瓶机构匀速旋转洗瓶机构 （刷子）匀速旋转导辐机构1pro ,:1fc-4P-推瓶机构 （推头M）_-270T904r图2 - 1各机构的循环图文案大全第3章.执行机构选型由上述分析可知，洗瓶机机构有三个运动：一为实现推动瓶子到导辗机构上 的推瓶机构，二为实现清洗瓶子的刷子的旋转

6、机构；三是实现带动瓶子旋转的导 辗机构。止匕外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后应能作适当的调 整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节 （也可能是机构）。主加压机构设计过程：实现推瓶机构的基本运动功能：1）推头的行程是600mm速度是45mm/s所以推程白时间就是13.3s ,回程 的速度是推程速度的3倍，就是135mm/时间就是4.4s。以电动机作为原动力， 则推瓶机构应有运动缩小的功能2）因推瓶是往复运动，故机构要有运动交替的功能3）原动机的输出运动是转动，推头的运动是直移运动，所以机构要有运动转 换的功能取上述三种必须具备的功能来组成机构方案。若每一功能仅由一类基本机 构来实

7、现，如图3-1所示，可组合成3*3*3 =27种方案。图3-1各个机构的功能-技术矩阵图按给定的条件，尽量使机构简单等等要求来选择方案。 所以可以得出以下 三种机构的见图r. 7图3-2机构的方案第4章.机械运动方案的选择和评定根据第三章的分析，可以选出如下图 3-2所示的三种方案作为评选方案方案一摇杆机构方案二连杆机构方案三凸轮一校链四杆机构图4-1推瓶机构的方案构思图图3-2所示的推瓶运动机构方案中的优缺点方案一：方案一的结构简单，成本低。但组合机构行程过长，生产效率较 低不能满足要求。方案二：结构合理但运动轨迹不能满足要求，而且计算量要求过于复杂， 精确度不图。方案三：（最终采纳方案）凸

8、轮设计合理，行程满足设计要求，生产效率满足，偏差小，故采纳此设 计方案。也只有方案三采用了凸轮机构如图 4-1所示。图4-2凸轮-钱链四杆机构实用标准图5-4文案大全第5章.机械传动系统的速比和变速机构总传动比计算：I 总=1440/3=480r/min(5-1)第一级为蜗 轮蜗杆，选取传动比为80.第二级为齿轮减速，传动比为 3. 第三级为锥齿轮传动，传动比为2。按照设计要求，每分钟要求清洗三个瓶子，所以在凸轮机构中分配轴2的转速为3r/min ,选取额定转速为1440r/min的电动机，总传动比I总 =1440/3=480r/min，传动系统采用3级减速机构，第一级为蜗轮蜗杆，选取传 动比

9、为80.第二级为齿轮减速，传动比为3.第三级为锥齿轮传动，传动比为2。具体计算如下：图5-2机械传动系统设计根据急回系数及工作行程设计了如图5-1、5-2机构所示，分析其速度。设已知行程S,急回系数为K ,回程时间为t,生产率为n个每分则工作行程时间 为3.5t ,加工一个工件的平均速度为T, T =60 , T =Kt+t = (K+1)t , 1=工 nK 1S推程速度V =一,而丫 =RW,其中R为曲柄的固定较至行程中点的距离进而求 t出曲柄角速度Wo又因为W=2nf =2n,所以曲柄转速门=变&=理四。602二二根据以上分析计算得到参数如下表 5-3的参数列表。从带轮1传动到锥齿轮8的

10、传动比扁=1440 = r2Z4 iae ,其中iae为所设计的行星轮4.88r1z3系的传动比，1 , 0 ,分别为带轮1和2的半径1440i1 =802z4 r51 z3 r6Z3 , Z4分别为啮合齿轮3,4的齿数,5,6分别为带轮5,6的半径。综合考虑，齿数分配如下：i18 -i ae ,中 i ae为渐开线齿轮行星传动比,4.88r1z3i 18=1440/3=300/150*600/30*120=480iii3 =i18;1440r24r530060180_i1 =3A= 二1813.345104.94.879208154480.1380r1z3 r61503040表5-3各参数列

11、表项目值电机转速（r/min） 推程位移（mm） 生产率（个/min） 平均每个耗时（s） 急回系数程用时（s）推程平均速度（mm/s） 曲柄较至中点距离（mm） 曲柄转速（r/min）总传动比根据以上分析，设计了如图5-4所示的传动机构：从电动机传出的动力经过 带轮1、2减速，传给一对渐开线圆柱齿轮3、4第二次减速，从齿轮4传出的动 力开始分支：一部分传给带轮5、6进一步减速输送给毛刷传动齿轮，各毛刷的 转速大小一致，另一部分由于速度仍然比较大，选用3K型的NGWN渐开线行星 轮系进一步减速。最终速度减为所需速度，直接由8处的动力带动曲柄摇杆机构 的曲柄转动。并且，

12、通过一对圆锥齿轮将速度变向，传递给两个导辗，其间的传动比都为1。如此，整个洗瓶机的传动机构设计便完成了。详见图 5-4所示15,毛刷臼12向lliUl不131410导辑1导轨第6章.洗瓶机的机构运动简图综合本组党飞、林尚旗同学的机构选型，做出洗瓶机的总体机构运动简图, 如图6-1所示图6-1洗瓶机的总体机构运动简图方案说明首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减 速，再经过带传动传给齿轮1,齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。导辗传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辗转动；再由齿轮 4带 动齿轮5,齿轮5又带动齿轮6使里面那根导辗转动。因为齿轮 4和齿轮6 大小一样，齿轮5主

13、要是保证两导辗转向一致，这样既保证速度一样，也保证 了旋转方向一样。进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮 4带动齿轮7,又由齿轮7带动的轴旋 转，再由轴带动蜗轮蜗杆B,然后蜗轮蜗杆B带动齿轮9,再由齿轮9带动问 歇机构槽轮完成瓶子的输进。洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮 6带动齿轮8,齿轮8带动轴转动， 再由轴带动蜗轮蜗杆C,然后再通过蜗轮10传给齿轮13,而齿轮13通过左右 各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15,这样也 保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿 轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。推瓶机构传动：由蜗

14、轮蜗杆A带动齿轮16,再由齿轮16传给凸轮的齿轮， 再由凸轮的齿轮带动凸轮-钱链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。实用标准文案大全第7章机构的尺度设计推瓶机构中凸轮一校链四杆机构方案如7-1所示，钱链四才f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7-1凸轮一钱链四杆机构的方案一、凸轮的基本参数1.凸轮的压力角表达式:2 .凸轮基圆半径的确定图示凸轮机构中，导路位于右 侧。运动规律确定之后，凸轮机构的 压力角a与基圆半径r0直接相关。P点为相对瞬心=ds/d 6由ABCP导:OP=

15、v/ =ds/dt / d 6 /dt tg a =(OP-e)/BC =(ds/d 6-e)/(s0+s)其中：so=(r 2o-e 2)1/23 .基圆半径受到以下三方面的限制： 基圆半径rb应大于凸轮轴的半径rs ;应使机构的最大压力角a max小于或等于许用压力角a； 应使凸轮实际廓线的最小曲率半径大于许用值，即p smin ps4.滚子半径的确定rr - Pmin *s工程上：最小曲率半径的许用值ps（一般3-5mm二、凸轮机构的组成实用标准1 .凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有 作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多 是

16、从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构 件所组成的高副机构。2 .凸轮机构中的作用力直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆的作用力F和推杆所受的载荷(包括推杆的自重和弹簧压力等)G的关系为F = G / cos( a+()1) - (l+2b/l)sin( a+(|)1)tan 小 23 .凸轮机构的压力角推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点 的速度方向之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力角，用a表示在凸轮机构中，压力角a是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下，压力角a愈大，则分母越小，作用力

17、 F将愈大；如果压力 角大到使作用力将增至无穷大时，机构将发生自锁，而此时的压力角特称为临界 压力角 a c ,即 a c = arctan1/(1+2b/l)tan 小 2-小 1为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角a max小于临界压力角a C 0在生产实际中，为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构 的最大压力角a max应小于某一许用压力角a。其值一般为：推程对摆动推杆取a =35。45o ;回程时通常取a =70。80。其中凸轮设计原理如图7-2。图7-2凸轮设计原理文案大全实用标准4 .根据以上设计内容确定出凸轮设计曲线图如线图（图 7-3）所示文案大全x = r

18、0s sin、y = r0 s cos、图7-3凸轮设计曲线图凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作速度来确定的，初步定基圆半径ro=50m沟槽宽20mm凸轮厚25mm,孔r=15mm滚子半径rr=10mmi凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为：5 .求凸轮理论轮廓曲线：a）推程阶段6 01=2160 =1.2兀s/二01 sin 2二、1/、。/2二=h，/二sin 4/ 2二 I1 = 0,1.2 二 1b）远休阶段 602 =36o=n/5%=7.5 J = 0尸/5】c）回程阶段匹3=72。=2n/54 .45.5s3 = 10h 3 3 / - ,03 3 - 1

19、5h ; 3 / 03 6h 3 / 03二270h、33/二3 -1215h、34/二34 1458h、35/二5 飞二 0,2二/5】d）近休阶段为2=36o=n/5 s4=064 = b/5e）推程段的压力角和回程段的压力角二=arcta将以上各相应值代入式（A）计算理论轮廓曲线上各点的坐标值。在计算中 时应注意：在推程阶段取6=初，在远休阶段取6= a。1 *3,在回程阶段取。=与1 +白02 * % ,在近休阶段取白01 +。02 * %3 +白根据推瓶机构原理，推瓶机构所需达到的工作要求来设计凸轮，凸轮的基本尺寸在近休时尺寸为50mm达到最远距离是尺寸为180.9mm6 .求工作轮

20、廓曲线： 有公式的 x=xrcosFy=y - rrsinF其中.sin0 =(dx/d6yRdx/dJ +y/d/cosB =-(dy/dy4dx/df +(dy/dj,.,而 小 h 芭工=型 1 cos(4g ),sina+(r0+s)cos6idx/d6 = (dx/dgSin 6i +(o+s Cos?J,一一一 ,. . .=3 2h 1cos461 j cos61(r0 + s Jsin 61dy/d6=(ds/d6cos6i -(ro+sS= j11 012)远休阶段b，冗/5dx/d、. = ro s cos 二 / 2 、2dy/dy = - ro s sin 二 / 2、

21、23)回程阶段0,2H/5dx/d、, = ds/d、, sin、3 一 厂1r。 s cos、3 二=810h、32/二 3 -4860h 33/二4 7290h、34/二5 sin、3 一 广r0 s cos、3 二dy/d . = 810h32/二3 -4860h、33/二 4 7290h、34/二 5 cos、3+以)7.r0 s sin、3 二4)近休阶段0尸/51dx/d、. = r0 s cos4二 /3 1dy/d s sin 4二 /3、4计算结果可以得凸轮工作轮廓曲线个点的坐标见下表7-1 :表7-16xyF xF y0 o5 o10 o0.04.3598.70550.04

22、9.82649.3700.03.60240.039.85539.455350 o-8.68249.2467.40939.392355 o-4.35849.81039.847360 o0.050.0-6.946-3.4860.040.0三、银链四杆机构尺寸设计钱链四杆机构按照给定的急回要求设计，利用解析法求解此类问题时，主要利用机构在极为是的特性。又已知的行程速比系数K和摇杆摆角小=69度，在由图7-4查的最小传动角的最大值 maxY min及0的大小在计算各杆的长度。图7-4摇杆摆角少的变化查表可知 maxy min=45o , 0 =75o 贝U：0 =180o (K-1)/ (K+1) =

23、90o , a/d=sin( */2)sin( 9/2+B)/cos( P/2-8/2)中白邛 ab/d= sin( /2)sin( 6 /2+ 0 )/sin( /2- 6 /2),(c/d) 2 =(a/d+b/d) 2+1-2(a/d+b/d)cos 0选定机架长度d就可以确定其他各干长度。根据推瓶的行程来确定各杆的长度及摆角大小，摇杆所转的角度*=69度，行程速比系数K=&得L1=477.64mm L2=290.22mm L3=577.3mm L3a=229.3mmL4=500mmL4a=200mm图7-5钱链四杆机构解析连杆机构中的运动副一股均为低副。 其运动元素为面接触，压力较小，

24、承载 能力较大，润滑较好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何 封闭。能很好的保证工作可靠性。对于四杆机构来说，当其银链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了，用 作图法进行设计，就是利用各校链之间的相对运动的几何关系， 通过作图法确定 各校链的位置，从而得出各杆的长度。图解法的优点是直观，简单，快捷，对三 个设计位置下的设计十分方便，其设计精度也能满足工作要求。根据第3章四杆 机构的尺寸来设计钱链四杆机构。连杆材料为45#钢调制处理，杆粗为20mm根据各干长度尺寸现用 CADB件 绘制连杆机构图如下，这三幅图分别为连杆滑块在凸轮上转到近休时连杆机构的 位置（图7-6所示，连杆滑块

25、转到凸轮远休时连杆机构的位置（图 7-7）所示。图7-6图7-7凸轮较链四杆机构组合运动图图7-8是通过连杆在凸轮上的滚子推动连杆， 钱链四杆机构的摆杆2运动到 了任意位置的各杆的位置关系图。图7-8凸轮-钱链四杆机构的位置关系图速度分析如图7-9所示有 Vpi2 -Vb1 -Vb22 P7P3 =3 瓦瓦 P3P3,03 =切2（顺）P2 P23Ve=L*GE* 3 = 45mm/s得 3= 7.8 X10-2 rad/sVb=L*HB* 3 = 38.7mm/s7-9Vp24 =Vg1 =Vg32 而L=4 P4P4LP3PI3 4 一 0 2（逆）瞬心法速度分析耻24加速度矢量图如图7-

26、11所小由Ve =45mm/s近似匀速运动，但是缶3不为0,所以存在角加速度aacB= JL* bc2 2=a cJlBC= JL * n2c/ l BCa 3 =a c/lCD=/L * n3c/ l CD图7-10图解法速度分析ns图7-11图解法加速度分析第8章，推瓶机构速度与加速度分析洗瓶机推头的速度曲线及说明：速度曲线如图所示：在推头开始运动的一段时间时，速度略有上升，在推头 推进的途中，推头的速度基本保持匀速运动，稍微有点波动，可能就是因为我门 的推头结构不紧凑和不够完善而造成的。在推头运动13.3s前进到极位时，推头的速度急速上升，上升到前进速度的3倍，然后再运动4.4秒后到达开

27、始位置，速度下降到零，然后进入下一个周期 从速度图来看，我们的机构基本达到了预期的效果，但可能在机构造型是有300.Q剂Q1S0 01M050.D0.DEthkug Ceiwer MKharism抽。15.020DIW (sec)2007-01-M些零件尺寸不是特别精确而影响了运动结果。OJ0也访田.LBStJ?un加速度曲线及说明：下图为此机构的加速度仿真曲线。从图中可以看出，在机构开始运动时，推 头是有加速度的，这必然会对刚放上来的瓶子有冲击， 所以我们在放瓶子的时候 就应避开这个时后让放瓶子的位置离推头的初始位置一段距离，这样瓶子就会避免冲击了。在加速度第一次到达零之后，基本保持不变，略微有所波动，基本达到了 题目要求的推头推出速度为匀速的45mms,然后在推到极位后，加速度急速上升 又急速下降。但有一个不太明白为什么加速度有两次上升两次下降才进行下一个 周期。位移曲线及说明：可能是在模拟时推头不是从坐极限位置开始运动， 所以在曲线开始的时候有所