機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)洗瓶機(jī)使用說明書

1、自動洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)說明書機(jī)械工程學(xué)院機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動化專業(yè)08級機(jī)自2班設(shè)計(jì)者指導(dǎo)教師鄭立娟2010年6月30日目錄題目：自動洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)1.1 工作原理及工藝動作過程41.2 設(shè)計(jì)任務(wù)41.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求5二.設(shè)計(jì)方案的擬定和比較52.1 設(shè)計(jì)方案一：凸輪-錢鏈四桿機(jī)構(gòu)62.2 設(shè)計(jì)方案二：凸輪-全移動副四桿機(jī)構(gòu)62.3 設(shè)計(jì)方案三：六桿機(jī)構(gòu)72.4 分析選擇最終方案7三.六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析93.1 六桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)93.2 六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析103.3 六桿機(jī)構(gòu)推桿運(yùn)動學(xué)分析的驗(yàn)證154 .槽輪機(jī)構(gòu)的分析205 .洗瓶機(jī)機(jī)本勾循環(huán)圖215.1洗瓶機(jī)構(gòu)循環(huán)路線分析215.2洗瓶機(jī)機(jī)本勾

2、循環(huán)圖21六.洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡圖及其工作原理236.1 洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡圖236.2 洗瓶機(jī)工作原理237 .收獲與體會248 .參考文獻(xiàn)27一、題目：自動洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)1.1 工作原理及工營動作過程為了清洗圓形瓶子外面，需要用推桿將瓶子推到指定位置，通過急回運(yùn)動提高效率，利用刷子旋轉(zhuǎn)將瓶子清洗干凈。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)D給出工作原理，原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求。2）根據(jù)工藝動作要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖。3）進(jìn)行各部分傳動機(jī)構(gòu)的選型。4）提出23種機(jī)械傳動方案。（畫出草圖）5）進(jìn)行方案的評定和選擇。6）對傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)和計(jì)算。7）按比例畫出運(yùn)動簡圖。8）對典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動和動力分析（可應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助分析手段，

3、例如機(jī)構(gòu)仿真）。9）提交項(xiàng)目說明書一份1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求1）瓶子實(shí)際尺寸。大端直徑d=80mm,長200mm。2）推頭推進(jìn)實(shí)際距離l=320mm,推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準(zhǔn)備進(jìn)入下一次工作循環(huán)。3）按生產(chǎn)率的要求，我們規(guī)定返回時(shí)的推頭平均速度為工作推進(jìn)時(shí)的推頭平均速度的1.5倍，即推頭行程速比系數(shù)k=1.5o4）按整個機(jī)構(gòu)的工作要求，我們規(guī)定推進(jìn)機(jī)構(gòu)中原動件曲柄素轉(zhuǎn)為w=1rad/s。5）機(jī)構(gòu)傳動性能良好，機(jī)構(gòu)緊湊，制造方便。二、設(shè)計(jì)方案的擬定和比較2.1 設(shè)計(jì)方案一：凸輪-較鏈四桿機(jī)構(gòu)圖21自由度F=3n2pi-ph=3X42X51=12.2 設(shè)計(jì)

4、方案二：凸輪-全移動副四桿機(jī)構(gòu)圖22自由度F=3n-2pi-ph=3X42X42=22.3設(shè)計(jì)方案二：六桿機(jī)構(gòu)圖23自由度F=3n2piph=3X52X7=12.4分析選擇最終方案由設(shè)計(jì)要求知：推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭平穩(wěn)地接觸和推進(jìn)瓶子，然后推頭快速返回原位，即回程是個急回運(yùn)動；按生產(chǎn)率的要求，我們規(guī)定返回時(shí)的推頭平均速度為工作推進(jìn)時(shí)的推頭平均速度的1.5倍，即推頭行程速比系數(shù)k=1.5設(shè)計(jì)的三種方案均能滿足以上的設(shè)計(jì)要求，但方案一的凸輪-錢鏈四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，從動件1與連桿2共線時(shí)會形成死點(diǎn)，因此要注意采取度過死點(diǎn)位置的措施，這樣會使機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，給制造帶來不便，故舍棄方案一；方案二的凸輪-全

5、移動副四桿機(jī)構(gòu)由于水平方向軌跡太長，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，致使機(jī)構(gòu)占用空間過大，并且浪費(fèi)材料，故舍棄方案二；方案三的六桿機(jī)構(gòu)不存在上面兩種方案的缺點(diǎn)，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下還有以下優(yōu)點(diǎn)：該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副全為低副，并且運(yùn)動副元素間便于潤滑，故可傳遞較大載荷；運(yùn)動副元素的幾何形狀簡單，便于加工制造；運(yùn)行過程中：推頭右行時(shí)，速度較低且均勻，可以提高推瓶質(zhì)量；推頭左行時(shí)，由于有急回作用，速度較高，可提高生產(chǎn)率。綜合以上分析，選擇方案三為洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)的最終方案。三、六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析3.1六桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)圖31根據(jù)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求知：推頭推進(jìn)距離l=320mm,推頭行程速比

6、系數(shù)k=1.5,設(shè)計(jì)六桿機(jī)構(gòu)原動件曲柄Iab95mm,從動件Ide70mm,如上圖所示，機(jī)構(gòu)的極位夾角工18036。，搖桿k1擺角DCD1=36,較鏈A和較鏈C之間的距離上上307.4mm，由幾何關(guān)系可知，sin-加82DD1l320mm,搖桿CD的長度_Icd-DG-2衛(wèi)-517.8mm,為使機(jī)構(gòu)的傳CD.sin18sin-sin22遞效率比較高，要求推桿在整個行程中有較小的壓力角。如圖所示當(dāng)FG的中點(diǎn)位于導(dǎo)路所在直線上時(shí)，滿足上述要求。1導(dǎo)路土皎鏈C的距曷ylCGlCFlCGCG2CFCG，1,，lCDcos18lCDlCDcos182505.1mm按照以上尺寸，用ProE做出六桿機(jī)構(gòu)的三

7、維立體圖演示運(yùn)動情況，經(jīng)驗(yàn)證，符合要求，說明設(shè)計(jì)的六桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸大小合適。3.2六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析用解析法對六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)分析由設(shè)計(jì)要求知：原動件曲柄的角位移1=1t=t=t1 .在圖32中，設(shè)原動件曲柄長度1ab=1i,較鏈A與錢鏈C之間的距離1ac=14，點(diǎn)B與點(diǎn)C之間的距離1bc=S,(1)桿CD角位移分析。機(jī)構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量方程為lieSel4由此可得滑塊位移S和角位移2為1S(l12l4221114cos1a2 arctan11sin1/(l411cos1)(2)桿CD角速度分析。將式對時(shí)間求導(dǎo)，得iliieiiiS2ei2Sei上式兩端同乘以ei2iliiei(i2)iS2

8、s由上式可得滑塊速度8和桿CD角速度2為Sliisin(12)2liicos(i2)/S(3)桿CD角加速度分析。將式對時(shí)間求導(dǎo)，得lii2eiiS22ei22is2ei2iS上式兩端同乘以ei2,得21(12)o2oliieS22is2iS2由上式可得滑塊加速度S和桿CD角加速度2為S11icos(i2)S2.22liisin(i2)2s2/s2.在圖33中，設(shè)桿CD的長度1cd=12，桿DE的長度lDE=l3，點(diǎn)。與點(diǎn)c之間的距離loc=l5，點(diǎn)。與點(diǎn)E之間的距離lOE=h圖33(1)推桿位置分析，機(jī)構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量方程為he190l3ei3l2e12%由上式可得推桿位移h和桿DE角位移3i2

9、22hl3l5l2cos2l2sin21222l3l5l2C0S23arctanl5l2cos2(2)推桿速度分析。將式對時(shí)間求導(dǎo)，得,190i3heils3e心i22e20i上式兩端同乘以e福(903)i13333il22ei(23)0由上式可得推桿速度飽訓(xùn):FDE角速度3*2l2sin23sin3212sin233cot3cosl3(3)推桿加速度分析,將式對時(shí)間求導(dǎo)，得i90i3.2ihei%3eI33e3i1222ei21222ei2ia上式兩端同乘以e由上式可得推桿加速度,i232ii1222e122e&件口才fDE角加速度3l32l2Sin223212cos23sin32l

10、2Sin2322313212sin23212cos23cot3212cos233.3六桿機(jī)構(gòu)推桿運(yùn)動學(xué)分析的驗(yàn)證選取一系列時(shí)間t的值，分別代入3.2中求出的推桿.位移h、速度h、加速度h關(guān)系式中，求出對應(yīng)的一系列.推桿位移h、速度h、加速度h的值，用描點(diǎn)法分別作出.推桿位移h、速度h、加速度h與時(shí)間t的關(guān)系圖像，經(jīng)驗(yàn)證與用ProE生成的六桿機(jī)構(gòu)推桿位移h、速度卜、加速.度h與時(shí)間t的關(guān)系圖像一致，說明用解析法對六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動學(xué)分析是正確的。以下分別是用ProE做出六桿機(jī)構(gòu)的三維立體圖后生成的推桿位移、速度、加速度與時(shí)間的關(guān)系圖像以及推桿運(yùn)動學(xué)分析圖像。4-3圖像圖系關(guān)間時(shí)一移位桿推一

11、63;國-XwDo-Wa=OEotrcrMtloomoo-g一口口¥0。(G;-apQ4心由*L像圖系關(guān)間時(shí)一度速桿推63圖像圖系關(guān)間時(shí)一度速加桿推四、槽輪機(jī)構(gòu)的分析圖41如圖4-1所示，設(shè)i為槽輪每次運(yùn)動時(shí)所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角，2為槽輪轉(zhuǎn)動i時(shí)主動撥盤所轉(zhuǎn)過的角度。由槽輪上均勻分布的徑向槽的數(shù)目z=4,可得i=-2=2/z=/2設(shè)計(jì)主動撥盤的角速度和原動件曲柄的角速度相同皆為1rad/s,轉(zhuǎn)動一周的時(shí)間為2/1=6.28s,故槽輪的轉(zhuǎn)動時(shí)間為6.28/4=1.57s,即主動撥盤轉(zhuǎn)動一周過程中，槽輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)動90°。五、洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)循環(huán)5.1洗瓶機(jī)構(gòu)循環(huán)路線分析1 .首先確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)

12、的運(yùn)動循環(huán)時(shí)間T執(zhí)。即可選取推瓶機(jī)構(gòu)中原動件曲柄進(jìn)行研究，具運(yùn)動循環(huán)時(shí)間T執(zhí)=2兀/w=2兀/1rad=6.28s2 .確定組成運(yùn)動循環(huán)的各個區(qū)域：(1)推瓶機(jī)構(gòu)：根據(jù)原始數(shù)據(jù)中推頭行程速比系數(shù)k=1.5,即可確定推瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)時(shí)間分配為T執(zhí)=T推程+T回程=3.77+2.51=6.28s與此相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角(即分配轉(zhuǎn)角)小推程小回程=216°+1440=360°(2)洗瓶機(jī)構(gòu)：主動撥盤的角速度和原動件曲柄的角速度相同皆為1rad/s,轉(zhuǎn)動一周的時(shí)間為2/1=6.28s,主動撥盤轉(zhuǎn)動一周過程中，槽輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)動90°,對應(yīng)的轉(zhuǎn)動時(shí)間為1.57s(3)轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)：始終進(jìn)

13、行轉(zhuǎn)動5.2洗瓶機(jī)構(gòu)循環(huán)圖圖5-1六、洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡圖及其工作原理6.1洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡圖轉(zhuǎn)動的底盤和轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速一致。傳送帶作為運(yùn)輸瓶子的導(dǎo)軌，這樣可以減小送瓶的阻力，有利于平穩(wěn)送瓶的實(shí)現(xiàn)。以下是洗瓶機(jī)的工作原理：曲柄原動件和槽輪機(jī)構(gòu)的主動撥盤以1rad/s勻速轉(zhuǎn)動，二者轉(zhuǎn)動一周的時(shí)間皆為6.28s,即一個循環(huán)的時(shí)間為6.28s。推桿推動瓶子，并在在傳送帶的輔助下經(jīng)3.77s將瓶子送到轉(zhuǎn)盤固定瓶子的槽中,然后推桿返回,經(jīng)2.51s返回原位置。與此同時(shí)槽輪機(jī)構(gòu)的主動撥盤帶動槽輪，槽輪帶動轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動勻速轉(zhuǎn)過90°,歷經(jīng)1.57s將瓶子送到轉(zhuǎn)刷處，瓶子在底盤的帶動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)刷以相同的轉(zhuǎn)速緊

14、貼瓶子逆向轉(zhuǎn)動進(jìn)行第一次洗瓶過程，洗瓶時(shí)間為4.71s。推桿返回后隨即推送下一個瓶子歷經(jīng)3.77s到轉(zhuǎn)盤固定瓶子的槽中，推桿返回，此時(shí)第一個瓶子的第一次洗瓶過程結(jié)束。轉(zhuǎn)盤再次勻速轉(zhuǎn)動90°,將第一個瓶子送到第二次洗瓶位置，將第二個瓶子送到第一個洗瓶位置，兩個瓶子在轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)動下洗瓶4.71s。推桿返回原位置后推送第三個瓶子，到達(dá)指定位置后，推桿再次返回，轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動90°,第三個瓶子到達(dá)第一次洗瓶位置進(jìn)行洗瓶過程，第二個瓶子到達(dá)第二次洗瓶位置進(jìn)行第二次洗瓶過程，第三個瓶子到達(dá)退瓶位置推出轉(zhuǎn)盤，完成洗瓶過程，洗瓶時(shí)間共計(jì)9.42s。以此類推，進(jìn)行洗瓶過程。七、收獲與體會經(jīng)過這次

15、的課程設(shè)計(jì)，我們又溫習(xí)了一下機(jī)械原理課上所學(xué)的知識，并且嘗試著把自己所學(xué)的書本知識和實(shí)踐相結(jié)合.在最初進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，我們曾主觀認(rèn)為這些東西是很簡單的，但是一步步的深入設(shè)計(jì)后，才發(fā)現(xiàn)每一步都需要縝密的的思考與精密的計(jì)算，扎實(shí)的基礎(chǔ)知識是很必要的。在設(shè)計(jì)過程中，我們考慮過三種方案，分別為：凸輪-錢鏈四桿機(jī)構(gòu)、凸輪-全移動副四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)。但凸輪-錢鏈四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，從動件1與連桿2共線時(shí)會形成死點(diǎn)，要注意采取度過死點(diǎn)位置的措施，這樣會使機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜，給制造帶來不便；凸輪-全移動副四桿機(jī)構(gòu)由于水平方向軌跡太長，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，致使機(jī)構(gòu)占用空間過大，并且浪費(fèi)

16、材料；六桿機(jī)構(gòu)不存在上面兩種方案的缺點(diǎn)，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下還具有以下優(yōu)點(diǎn)：該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動副全為低副，并且運(yùn)動副元素間便于潤滑，故可傳遞較大載荷；運(yùn)動副元素的幾何形狀簡單，便于加工制造；運(yùn)行過程中：推頭右行時(shí)，速度較低且均勻，可以提高推瓶質(zhì)量；推頭左行時(shí)，由于有急回作用，速度較高，可提高生產(chǎn)率。所以，最后我們選擇了六桿機(jī)構(gòu)。在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的同時(shí)，我們又額外學(xué)到了不少的東西，例如間歇機(jī)構(gòu)中的槽輪機(jī)構(gòu)的用途以及設(shè)計(jì).,而且在實(shí)踐中學(xué)到的東西更容易讓我牢記.而且在三維造型軟件方面，也掌握到了一些以前不了解的一些竅門以及功能.另外，經(jīng)過這次實(shí)習(xí)，我真正感受到了實(shí)踐的重要性,有一些想出來的東西我總是自然而然的認(rèn)為它們正確等到真正把自己所想的東西造出來時(shí)才發(fā)現(xiàn)，它們根本不能動，更不用說按給定規(guī)律動，可見以前的一些東西我掌握的過于淺薄.而且這種設(shè)計(jì)很能考察我們的分析問題、解決問題的能力,以及全方位考慮問題的能力.例如，平行放置的兩導(dǎo)輾的轉(zhuǎn)動方向如何，這一類的細(xì)節(jié)問題在一開始時(shí)我都忽略了不少。還有，經(jīng)過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，我體會到了交流的重要性。一個人的思路總會有些狹窄，就像剛開始我看我自己的設(shè)計(jì)總認(rèn)為一定行得通，十分自信，但在造完型后和別的組的同學(xué)相互交流觀摩之后，