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1、13 機械原理課程設(shè)計 機械原理課程設(shè)計說明書 ------推瓶機構(gòu)設(shè)計 目錄 一．設(shè)計題目及設(shè)計要求----------------------------------------3 二．功能分解-------------------------------------------------------4 三．機構(gòu)選用--------------------------------

2、-----------------------5 四．機構(gòu)組合-------------------------------------------------------7 五．傳動方案設(shè)計-------------------------------------------------8 六．運動協(xié)調(diào)設(shè)計-------------------------------------------------9 七．機構(gòu)設(shè)計-------------------------------------------------------10 八．方案評價-------------------

3、------------------------------------13 九．設(shè)計心得-------------------------------------------------------13 十．參考資料-------------------------------------------------------14 洗瓶機方案設(shè)計 一．設(shè)計題目及設(shè)計要求 設(shè)計洗瓶機，主要有推瓶機構(gòu)、導輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成，如圖 圖1 洗瓶機工作示意圖 當M把瓶子向前推進時，轉(zhuǎn)動著的刷子把瓶子外面洗凈，當前一個瓶子洗刷完畢時，后一個待洗的

4、瓶子已經(jīng)送入導輥待推。 表1 洗瓶機的技術(shù)要求 方案號 瓶子尺寸 （長*直徑）mm 工作行程/mm 生產(chǎn)率/ （個/s） 急回系數(shù) K 電動機轉(zhuǎn)速n0/（r/min） A Φ100*200 600 15 3 1440 B Φ80*180 500 16 3.2 1440 C Φ60*150 420 18 3.5 960 我們選用C方案，由于它工作行程短，節(jié)約空間，結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)率高，急回系數(shù)高，說明構(gòu)件非有效工作時間比例小，電動機功率低，

5、節(jié)省能源。 二．功能分解 本機器的功能是自動洗瓶。它的運動功能可分解為三種工藝動作 1.推瓶 推頭M均勻速度推瓶，設(shè)計推瓶機構(gòu)，且構(gòu)件在工作行程中作勻速直線運動，在工作前后可有變速運動，回程時有急回特性。 2.轉(zhuǎn)瓶 導輥有齒輪帶動，通過與瓶子之間的摩擦帶動瓶旋轉(zhuǎn)。 3.刷瓶 刷子在輪系機構(gòu)帶動下以恒速旋轉(zhuǎn)，用以洗刷瓶子。 注：以上三種動作同時進行，彼此的運動不發(fā)生干涉。 三、機構(gòu)選用 利用設(shè)計目錄并根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟及相容性的要求，確定三個工藝動作的執(zhí)行構(gòu)件——推頭、刷子、導輥，分別選擇相應(yīng)的機構(gòu)以實現(xiàn)各項運動功能。 表2 洗瓶機的機構(gòu)選型 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工

6、藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 推瓶 推頭M 曲線往復急回運動 凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)，五桿組合機構(gòu)，凸輪—全移動副四桿機構(gòu) 轉(zhuǎn)瓶 導輥 回轉(zhuǎn)運動 齒輪—帶輪傳動機構(gòu) 刷瓶 刷子 回轉(zhuǎn)運動 齒輪—帶輪傳動機構(gòu) 由于刷瓶與轉(zhuǎn)瓶功能的實現(xiàn)分別只有一種齒輪傳動來實現(xiàn)的，因此，方案的確定的關(guān)鍵是對推瓶執(zhí)行機構(gòu)組合的確定。 根據(jù)設(shè)計要求，推頭M可走圖所示軌跡，而且推頭M在工 圖 圖2 推頭M運動軌跡 作行程中應(yīng)做勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程是、時有急回特性。對于這種運動要求

7、，若采用單一機構(gòu)不容易實現(xiàn)，通常的機構(gòu)組合有； 1. 凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)方案 圖3 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)圖 如圖，鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿2上的點M走近似于所要求的軌跡，點M的速度有等速轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速運動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件，所以要注意采取度過死點的措施。該機構(gòu)的缺點是凸輪獨立于連桿機構(gòu)，占用空間較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。 2. 五桿組合機構(gòu)方案 圖4 五桿組合機構(gòu)圖 確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩個自由度的連桿機構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。如圖，點M的速度和機構(gòu)的急回特征，可通過凸輪控制該機構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件1和4間的運動關(guān)系來得到。機構(gòu)

8、為單自由度機構(gòu)，運動精確，結(jié)構(gòu)緊湊。 3. 凸輪—全移動副四桿機構(gòu) 圖5 凸輪-全移動副四桿機構(gòu)圖 如圖所示，全移動副四桿機構(gòu)是兩自由度機構(gòu)，構(gòu)件2上的點M可精確再現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)件2的運動速度和急回特征由凸輪控制。這個方案的缺點是因水平方向軌跡太長，造成凸輪機構(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)凸輪尺寸過大。 綜上所述，五桿組合機構(gòu)方案優(yōu)點較多，為所選方案。 四. 機構(gòu)組合 根據(jù)機構(gòu)選用中選出的機構(gòu)，以及設(shè)計要求，我們選擇五桿組合機構(gòu)和齒輪傳動機構(gòu)的搭配。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖： A1 A3 A2 圖6 機構(gòu)組合的并

9、聯(lián)示意圖 電動機通過五桿組合機構(gòu)帶動推頭M推動瓶子，并通過齒輪傳動機構(gòu)帶動刷子與導輥轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)刷瓶與轉(zhuǎn)瓶的功能。由此可得出機構(gòu)運動簡圖： 圖7 機構(gòu)運動簡圖 1、2、3、4、5、6、7是圓柱齒輪，8、9、10、11是圓錐齒輪，12是導輥，13是推頭M，14、16是皮帶輪，15是刷子。 圖8 機構(gòu)三維立體圖 五. 傳動方案設(shè)計 機器的特點是刷子、導輥、推頭M的運動是相互獨立的，故分別通過三套傳動機構(gòu)由電動機帶動；此外，由于刷子和導輥的轉(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構(gòu)。帶輪之間通過圓錐齒輪和直

10、齒圓柱齒輪與電動機軸連接。 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速度。導輥的轉(zhuǎn)速不能過低，否則不能保證瓶子洗凈，（當然也不能過高，理由同上） 綜合考慮，取刷子轉(zhuǎn)速為n1=640r/min,導輥轉(zhuǎn)速n2=1200r/min,凸輪轉(zhuǎn)速經(jīng)計算得n3=1080r/min。 根據(jù)各傳動比：i01=n0/n1=3/2,i02=n0/n2=4/5,i03=n0/n3=8/9,選擇適當?shù)臉藴数X輪的齒數(shù)和模數(shù)如下表 表3 齒輪參數(shù) 齒輪編號 模數(shù) 齒數(shù) 節(jié)圓直徑/mm 1 4 30 120 2 4 45 180 3 4

11、 25 100 4 4 20 80 5 4 36 144 6 4 32 128 7 4 20 100 其中，為了避免齒輪發(fā)生可能的碰撞，在齒輪5與齒輪6之間增加一個惰輪7。 六. 運動協(xié)調(diào)設(shè)計 由于刷子、導輥、凸輪三者運動是相互獨立的，因此機構(gòu)不存在時間上的協(xié)調(diào)問題。所以只要保證各構(gòu)件的尺寸以滿足機構(gòu)空間上的協(xié)調(diào)即可。 七. 機構(gòu)設(shè)計 取B點的運動軌跡 如圖：，這樣桿從導輥下部運動返回，不會與下一個瓶發(fā)生碰撞。設(shè)計時，減少BC桿長則C點的運動軌跡接近于B。 確定鉸鏈O的位置：（4種選法） 圖9 鉸鏈位置比較圖 依圖可知（3）、（4）的極位

12、夾角比（1）、（2）較大，應(yīng)在（3）、（4）中選得。當選（4）時，θ最大，但O過于靠近運動軌跡，所以設(shè)計的凸輪可能與導軌發(fā)生空間上的沖突，故選（3）較合適，以增大極位夾角，減少非工作行程時間。 在極位夾角相等的情況下：如圖（5）、（6） 圖10 鉸鏈位置最終選擇圖 （5）圖中O偏左，故其勻速運動所占的時間比例較大，所以（5）更合適，可以更好的提高工作效率。 圖11 凸輪設(shè)計 定好O位置后，根據(jù)運動圖線作圖，并通過計算可得出OA，AC桿長，根據(jù)空間位置關(guān)系，確定CD、DE桿長及凸輪的基圓半徑，再根據(jù)反轉(zhuǎn)作圖法可得凸輪理論輪廓線，畫出滾子的各位置圖，根據(jù)其包絡(luò)線可得凸

13、輪的實際輪廓線。（120到200之間是勻速運動區(qū)） 圖12 凸輪位移圖線 圖13 凸輪加速度圖 圖14 凸輪速度圖 根據(jù)作圖，最后可定得各桿長度：OA=8，AC=62，BC=8.7，CD=70.5，DE=20。凸輪基圓半徑=9.2。 八、方案評價 所設(shè)計的機構(gòu)能較好的按要求滿足需求，但在凸輪傳動方面，因為是用作圖法所得，而且有一部分取的是近似值，所以誤差可能過于偏大。可通過兩種方法改進： 一是用電腦編程用數(shù)值計算法來精確設(shè)計。 二是用作圖法時盡量減少誤差（如將基圓分得更細等） 機構(gòu)傳動部分，部分桿件過長，會引起材料的浪費，同時會產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導致桿件的破壞；由于空間的問題引入了惰輪，加大的制造成本；帶輪容易摩擦起電，不宜用于易燃易爆場合。 九、參考資料