洗瓶機(jī)設(shè)計說明書(共22頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上太原理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院作品設(shè)計說明書推瓶機(jī)2012/6/15 專業(yè)班級： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 同 組 人： 摘 要機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計是指機(jī)械工程領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新設(shè)計，它涉及到機(jī)械設(shè)計理論與方法的創(chuàng)新、制造工藝的創(chuàng)新、材料及其處理的創(chuàng)新、機(jī)械結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新、機(jī)械產(chǎn)品維護(hù)及其管理等許多領(lǐng)域的創(chuàng)新。機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計的內(nèi)容可分為三大類，即機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新、機(jī)構(gòu)應(yīng)用的創(chuàng)新設(shè)計和機(jī)構(gòu)組合的創(chuàng)新設(shè)計。本課程與機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計聯(lián)系起來，可以培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機(jī)對工程實(shí)際中各種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析和設(shè)計的能力，培養(yǎng)綜合運(yùn)用所學(xué)知識，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立思考與分析問題的能力

2、和創(chuàng)新能力。洗瓶機(jī)系統(tǒng)主要由推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成。其總體運(yùn)行思想是由進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)把瓶子送到兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子轉(zhuǎn)動。推瓶機(jī)構(gòu)的推頭將瓶子向前推進(jìn)時，導(dǎo)輥上方的轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)就把瓶子外面洗干凈。瓶子由出瓶機(jī)構(gòu)送出，然后進(jìn)入下一循環(huán)。我們設(shè)計了一個簡單的洗瓶機(jī)構(gòu)，由傳送帶作進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)，輸入瓶子后，由推頭推著瓶子的大端沿著兩個導(dǎo)輥的軸向移動，在推頭推動瓶子的同時，瓶子表面被轉(zhuǎn)刷洗凈 。當(dāng)走完導(dǎo)輥后，瓶子就順著出瓶軌道滑到箱子里面。由于專業(yè)知識不是很充足，所以設(shè)計過程有很多的缺陷，可能實(shí)用性不是太強(qiáng)，但是我們還是從當(dāng)中學(xué)到了很多知識。關(guān)鍵詞：洗瓶機(jī)；推瓶機(jī)構(gòu)；導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)；傳送帶；

3、推頭目錄一、二、機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計2 . 1分析技術(shù)要求2.2.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10一、設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計題目啊洗瓶機(jī)主要是由推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成。待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭M把瓶子推向前進(jìn)時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。如圖1所示。1.2洗瓶機(jī)的原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求啊（1）、瓶子尺寸：長度L=200mm，大端直徑D=80mm。 （2）、推進(jìn)距離S=600mm，推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推移接近均勻的速度推瓶

4、，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準(zhǔn)備進(jìn)入第二個工作循環(huán)。 （3）、按生產(chǎn)率的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。1.3設(shè)計任務(wù)啊 學(xué)生要根據(jù)慧魚搭接機(jī)構(gòu)進(jìn)行洗瓶機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計，并提出四種設(shè)計方案并經(jīng)分析比較后選定一種并設(shè)計。（1） 按上述動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖 ；（2） 進(jìn)行推瓶機(jī)構(gòu)、洗瓶機(jī)構(gòu)和導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)的選型；（3） 擬定機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方案，并進(jìn)行分析評價；（4） 繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖；（5） 對機(jī)械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)計算；（6） 控制程序設(shè)計；（7） 編寫設(shè)計說明書。二、機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計2.1 分析設(shè)計要求 啊 由題目可知：洗瓶機(jī)

5、主要由推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭M以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作循環(huán)。 根據(jù)設(shè)計要求，推頭M可走圖1 所示軌跡，而且推頭M在工作行程中應(yīng)作勻速直線運(yùn)動，在工作段前后可有變速運(yùn)動，回程時有急回。對這種運(yùn)動要求，若用單一的常用機(jī)構(gòu)是不容易實(shí)現(xiàn)的，通常要把若干個基本機(jī)構(gòu)組合起來，設(shè)計組合機(jī)構(gòu)。 在設(shè)計組合機(jī)構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機(jī)構(gòu)（基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)），而沿軌跡運(yùn)動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)主動件的運(yùn)動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機(jī)構(gòu)組合。2.2 推瓶機(jī)構(gòu)選擇 啊推瓶機(jī)構(gòu)的方案：根據(jù)前述設(shè)

6、計要求,推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)為一具有急回特性的機(jī)構(gòu),為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應(yīng)使推頭作直線運(yùn)動,或者近似直線運(yùn)動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運(yùn)動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運(yùn)動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。 推頭的運(yùn)動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機(jī)構(gòu)主要有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。運(yùn)用前述設(shè)計的思想方法,再考慮到機(jī)構(gòu)的急回特性和推頭做往復(fù)直線運(yùn)動的特點(diǎn)，所以根據(jù)要求，本機(jī)構(gòu)采用了曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。2.2.1 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)這一機(jī)構(gòu)很容易就滿足了急回和行程要求，只要給定桿，適合的尺寸及固定鉸鏈

7、1,3合適的距離即能滿足要求。對于生產(chǎn)率亦很容易實(shí)現(xiàn)，只要給曲柄一個適合的速度即可。 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)該裝置簡單易行，很容易實(shí)現(xiàn)，并且急回特性容易更改，根據(jù)要求很容易設(shè)計出符合要求的推瓶機(jī)構(gòu)，效率較高。但是導(dǎo)桿上的點(diǎn)運(yùn)動軌跡并非是直線運(yùn)動，需再搭接一滑塊，結(jié)構(gòu)簡單可靠。2.2.2五桿機(jī)構(gòu)這一機(jī)構(gòu)能夠滿足運(yùn)動所需的軌跡，并且機(jī)構(gòu)也十分簡單，但是這一機(jī)構(gòu)的不足之處卻也很明顯，其機(jī)構(gòu)的運(yùn)行分析十分的復(fù)雜，且不易得到勻速的運(yùn)行，故在實(shí)際中應(yīng)用較少。其簡圖如下： 五桿機(jī)構(gòu)2.2.3 凸輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)此洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)使推頭的運(yùn)動可以由凸輪的外輪廓線來確定，而連桿機(jī)構(gòu)可以使凸輪的推程放大，達(dá)到設(shè)計

8、題目要求的行程這種方案也可以滿足設(shè)計要求。軌跡要求，傳動比要求，急回特征和系數(shù)要求均可滿足。也沒有方案2.2.1中剛性沖擊、擺桿不做勻速直線運(yùn)動，自鎖問題。但這個方案雖然不會出現(xiàn)摩擦自鎖，但卻多了機(jī)構(gòu)自鎖。原動件不為最短桿，當(dāng)1,2桿重合，亦即在兩個極限位置。四桿機(jī)構(gòu)出現(xiàn)死點(diǎn)，曲柄會被完全卡死，如果不在設(shè)計中解決這一問題，其后果不亞于方案2.2.1自鎖所導(dǎo)致的。而解決機(jī)構(gòu)自鎖問題通常只能采用飛輪或者引入其他機(jī)構(gòu)。這一機(jī)構(gòu)本身就有點(diǎn)復(fù)雜。加上解決機(jī)構(gòu)自鎖的裝置后，其復(fù)雜性更大。 此外，凸輪的輪廓的設(shè)計有很大的難度，需要與四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動嚴(yán)格一致，否則也會使四桿機(jī)構(gòu)無法走完整個完整行程而失敗。再有，

9、機(jī)構(gòu)無法通過力封閉來帶動四桿機(jī)構(gòu)，只能通過幾何封閉，這樣也會給機(jī)構(gòu)帶來不必要的麻煩，比如說會增大機(jī)構(gòu)內(nèi)的摩擦，影響機(jī)構(gòu)的質(zhì)量及效率。2.2.4全移動副四桿機(jī)構(gòu)如圖所示，全移動副四桿機(jī)構(gòu)是兩自由度機(jī)構(gòu)，構(gòu)件2上的點(diǎn)M可精確再現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)件2的運(yùn)動速度和急回特征由凸輪控制。這個方案的缺點(diǎn)是因水平方向軌跡太長，造成凸輪機(jī)構(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)凸輪尺寸過大。2.2.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)這一連桿曲線具有對稱性。如圖所示，當(dāng)滿足BC=CD=CE時，其連桿上E點(diǎn)所生成的連桿曲線即為對稱連桿曲線，該連桿曲線的對稱軸垂直于機(jī)架AD。對稱連桿曲線有一段非常近似于圓弧或直線的線段，適合用作近似圓弧或直線的機(jī)構(gòu)。

10、圖示機(jī)構(gòu)在ab段能非常近似等速的精確直線運(yùn)動。可利用這一段來完成我們的推瓶機(jī)構(gòu)的需要。下面逐項(xiàng)分析該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。從連桿曲線看：中間有一較長的近似直線的線段，且這一段連桿末端運(yùn)動近似勻速。這就不會產(chǎn)生在工作過程中，推桿與瓶子脫離的可能，能滿足設(shè)計中勻速直線的要求，急回特性，只需要使1、2桿兩個重合位置之間的夾角為90°即可。無機(jī)械自鎖現(xiàn)象：主動件為曲柄，在兩個極限位置，連桿與曲柄重合，發(fā)生自鎖時，曲柄能自行解決這一現(xiàn)象。使機(jī)構(gòu)正常循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。速度控制：因連桿與搖桿的周期一樣。曲柄轉(zhuǎn)一圈，連桿剛好走一個來回，即完成一次推瓶工作。要滿足相關(guān)的工作效率要求，只要使曲柄的速度滿足一定的要求即可。

11、因曲柄是做圓周運(yùn)動，只要算電動機(jī)與曲柄的速度比即可求得傳動比。機(jī)械效率高：整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈很簡單，沒有其他冗余的部分。鏈接上只有幾個必要地鉸鏈，摩擦降到最小。沖擊為柔性沖擊。由圖中的連桿曲線，我們知道在兩個極限位置有一定的弧度。在與瓶子接觸時將慢慢進(jìn)入，為柔性約束。對瓶子沖擊很小，不至于破壞瓶子。機(jī)構(gòu)只由四桿機(jī)構(gòu)組成，零件少，每個零件都是桿件，加工制造簡單，制造成本低。2.2.6最終選定推瓶方案 我們選擇的是方案2.2.4，它相對簡單，具有很多其他方案不具有的優(yōu)點(diǎn)，而且能達(dá)到預(yù)計的要求，運(yùn)行速度也較為均勻，且在實(shí)驗(yàn)室中易于組裝。三、洗瓶裝置設(shè)計啊3.1 洗瓶裝置簡圖洗瓶裝置的特點(diǎn)是刷子、導(dǎo)輥的運(yùn)

12、動是相互獨(dú)立的，故分別通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)由電動機(jī)帶動；此外，由于刷子和導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速不需太精確，故選用結(jié)構(gòu)簡單、成本低、安裝容易得帶傳動機(jī)構(gòu)（由于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的原因，我們用齒輪機(jī)構(gòu)代替帶傳動）。關(guān)于傳動比問題：刷子的轉(zhuǎn)速不能過高，否則會與瓶子摩擦產(chǎn)生過多的無用功，同時也會減緩瓶子的前進(jìn)速度。導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速不能過低，否則不能保證瓶子洗凈（當(dāng)然也不能過高，理由同上）。通過分析討論，我們?nèi)∷⒆拥霓D(zhuǎn)速n1=700r/min，導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速n2=90r/min，再根據(jù)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為 1440r/min可得： 由此可得符合要求的轉(zhuǎn)速。下面是實(shí)物圖展示：3.2 洗瓶裝置實(shí)物圖sa洗瓶機(jī)構(gòu)實(shí)物圖四、推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計4.1 機(jī)構(gòu)簡

13、介此機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的變形，圖中AB為曲柄，BE為連桿，CD為連架桿，為了更加方便使推頭沿直線移動，我們在該曲柄搖桿機(jī)構(gòu)后面又加入一級桿組 ，這樣推頭可以滿足直線運(yùn)動的要求。曲柄AB以合適的速度轉(zhuǎn)動，便可使推頭近似勻速的推動瓶子進(jìn)行洗滌過程。給各根桿以合適的尺寸，便可滿足運(yùn)動位移的要求，并能產(chǎn)生快速退回運(yùn)動，從而既提高洗滌質(zhì)量，又可提高生產(chǎn)率。4.2 機(jī)構(gòu)尺寸計算設(shè)BC=CE=CD=R,AB=r，ab與AD間距離為h。為了使推塊能夠快速退回，我們?nèi)∏B桿機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)K=3，即 由此可得 a =90°，即極位夾角為90°，由此畫出機(jī)構(gòu)運(yùn)動的兩個極限位置，根據(jù)兩極限位

14、置的幾何關(guān)系可知：根據(jù)相似三角形可得：根據(jù)要求，我們需要推桿的行程是600mm，即d=600mm，這樣可以用h的函數(shù)來表示R和r。即這樣便可得出 R=203.1mm，r=122.5mm通過計算可得出 AD=154.5mm便可滿足設(shè)計要求。按生產(chǎn)率的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。以這樣的速度進(jìn)行清洗工作，則每洗一個瓶子所需的時間為所以，每分鐘所洗的瓶子數(shù)為因?yàn)榍哭D(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，推頭便往返一次，即完成一次清洗過程，所以應(yīng)使曲柄每分鐘轉(zhuǎn)3.375r即可我們可以選擇合適的電動機(jī)，選用齒輪系作為傳動系，并選取合適的傳動比（大傳動比時可選蝸輪蝸桿傳動）。綜上所

15、述，通過給每根桿以適當(dāng)?shù)某叽缂斑m當(dāng)?shù)乃俣?，便可以滿足清洗的要求。運(yùn)用SAM軟件，我們對我們的計算數(shù)據(jù)和方案進(jìn)行了驗(yàn)證。滿足了急回條件，在行程中，軌跡也類似直線（有計算誤差沒排除）。另外，在SAM軟件中，我們對推桿頂端水平方向的速度進(jìn)行了分析（如下圖）。在前3/4段，推桿的速度接近勻速，且速度相對較小平滑，可以避免桿頭與瓶子分離，或者產(chǎn)生剛性沖擊，滿足我們的要求。而在后1/4段，速度急劇變化，達(dá)到了急回的效果，并且根據(jù)仿真圖像中可以看到這樣設(shè)計的效果很理想，只需改善一下尺寸，使圖像更平滑就可以了。的4.3推瓶機(jī)構(gòu)實(shí)物圖推瓶機(jī)構(gòu)實(shí)物圖五、運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計由于刷子，導(dǎo)輥及推瓶機(jī)構(gòu)的運(yùn)動是相互獨(dú)立的，因此

16、機(jī)構(gòu)上并不存在運(yùn)動協(xié)調(diào)問題，所以不需要進(jìn)行運(yùn)動協(xié)調(diào)的驗(yàn)算。六、推瓶洗瓶機(jī)構(gòu)總體設(shè)計圖6.1總體機(jī)構(gòu)簡圖裝置的機(jī)構(gòu)簡圖6.2總體實(shí)物圖裝置總體實(shí)物圖七、方案評估該機(jī)構(gòu)能夠初步完成推瓶洗瓶運(yùn)動，此機(jī)構(gòu)具有以下優(yōu)點(diǎn)： 連桿曲線：中間有一較長的近似直線的線段，且這一段連桿末端運(yùn)動近似勻速。這就不會產(chǎn)生在工作過程中，推桿與瓶子脫離的可能，能滿足設(shè)計中勻速直線的要求。急回特性，只需要使1、2桿兩個重合位置之間的夾角為90°即可。無機(jī)械自鎖現(xiàn)象：主動件為曲柄，在兩個極限位置，連桿與曲柄重合，發(fā)生自鎖時，曲柄能自行解決這一現(xiàn)象，使機(jī)構(gòu)正常循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。速度控制：因連桿與搖桿的周期一樣。曲柄轉(zhuǎn)一圈，連桿剛

17、好走一個來回，即完成一次推瓶工作。要滿足相關(guān)的工作效率要求，只要使曲柄的速度滿足一定的要求即可。因曲柄是做圓周運(yùn)動，只要算電動機(jī)與曲柄的速度比即可求得傳動比。機(jī)械效率高：整個機(jī)構(gòu)運(yùn)動鏈很簡單，沒有其他冗余的部分。鏈接上只有幾個必要地鉸鏈，摩擦降到最小。沖擊為柔性沖擊：由圖中的連桿曲線，我們知道在兩個極限位置有一定的弧度。在與瓶子接觸時將慢慢進(jìn)入，為柔性約束。對瓶子沖擊很小，不至于破壞瓶子。機(jī)構(gòu)只由四桿機(jī)構(gòu)組成，零件少，每個零件都是桿件，加工制造簡單，制造成本低。但是該機(jī)構(gòu)也存在不可忽視的缺點(diǎn)：（1）機(jī)械結(jié)構(gòu)的運(yùn)行行程較短，若達(dá)到所需行程，需較大結(jié)構(gòu)尺寸；（2）結(jié)構(gòu)尺寸具體大小設(shè)計困難，只能根據(jù)實(shí)際情況擇優(yōu)選擇。八、機(jī)械創(chuàng)新課程設(shè)計總結(jié)啊啊機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計課程是機(jī)械原理