推瓶機(jī)構(gòu)課程設(shè)計(jì)推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、13 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) ------推瓶機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 目錄 一．設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求----------------------------------------3 二．功能分解-------------------------------------------------------4 三．機(jī)構(gòu)選用--------------------------------

2、-----------------------5 四．機(jī)構(gòu)組合-------------------------------------------------------7 五．傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)-------------------------------------------------8 六．運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)-------------------------------------------------9 七．機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)-------------------------------------------------------10 八．方案評(píng)價(jià)-------------------

3、------------------------------------13 九．設(shè)計(jì)心得-------------------------------------------------------13 十．參考資料-------------------------------------------------------14 洗瓶機(jī)方案設(shè)計(jì) 一．設(shè)計(jì)題目及設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)洗瓶機(jī)，主要有推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成，如圖 圖1 洗瓶機(jī)工作示意圖 當(dāng)M把瓶子向前推進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)著的刷子把瓶子外面洗凈，當(dāng)前一個(gè)瓶子洗刷完畢時(shí)，后一個(gè)待洗的

4、瓶子已經(jīng)送入導(dǎo)輥待推。 表1 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求 方案號(hào) 瓶子尺寸 （長(zhǎng)*直徑）mm 工作行程/mm 生產(chǎn)率/ （個(gè)/s） 急回系數(shù) K 電動(dòng)機(jī)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(shuō)明構(gòu)件非有效工作時(shí)間比例小，電動(dòng)機(jī)功率低，

5、節(jié)省能源。 二．功能分解 本機(jī)器的功能是自動(dòng)洗瓶。它的運(yùn)動(dòng)功能可分解為三種工藝動(dòng)作 1.推瓶 推頭M均勻速度推瓶，設(shè)計(jì)推瓶機(jī)構(gòu)，且構(gòu)件在工作行程中作勻速直線運(yùn)動(dòng)，在工作前后可有變速運(yùn)動(dòng)，回程時(shí)有急回特性。 2.轉(zhuǎn)瓶 導(dǎo)輥有齒輪帶動(dòng)，通過(guò)與瓶子之間的摩擦帶動(dòng)瓶旋轉(zhuǎn)。 3.刷瓶 刷子在輪系機(jī)構(gòu)帶動(dòng)下以恒速旋轉(zhuǎn)，用以洗刷瓶子。 注：以上三種動(dòng)作同時(shí)進(jìn)行，彼此的運(yùn)動(dòng)不發(fā)生干涉。 三、機(jī)構(gòu)選用 利用設(shè)計(jì)目錄并根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及相容性的要求，確定三個(gè)工藝動(dòng)作的執(zhí)行構(gòu)件——推頭、刷子、導(dǎo)輥，分別選擇相應(yīng)的機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)運(yùn)動(dòng)功能。 表2 洗瓶機(jī)的機(jī)構(gòu)選型 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工

6、藝動(dòng)作 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 推瓶 推頭M 曲線往復(fù)急回運(yùn)動(dòng) 凸輪—鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，五桿組合機(jī)構(gòu)，凸輪—全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu) 轉(zhuǎn)瓶 導(dǎo)輥 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 齒輪—帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 刷瓶 刷子 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 齒輪—帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 由于刷瓶與轉(zhuǎn)瓶功能的實(shí)現(xiàn)分別只有一種齒輪傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，方案的確定的關(guān)鍵是對(duì)推瓶執(zhí)行機(jī)構(gòu)組合的確定。 根據(jù)設(shè)計(jì)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(yùn)動(dòng)軌跡 作行程中應(yīng)做勻速直線運(yùn)動(dòng)，在工作段前后可有變速運(yùn)動(dòng)，回程是、時(shí)有急回特性。對(duì)于這種運(yùn)動(dòng)要求

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

8、為單自由度機(jī)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)精確，結(jié)構(gòu)緊湊。 3. 凸輪—全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu) 圖5 凸輪-全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)圖 如圖所示，全移動(dòng)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(dòng)速度和急回特征由凸輪控制。這個(gè)方案的缺點(diǎn)是因水平方向軌跡太長(zhǎng)，造成凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程過(guò)大，而使相應(yīng)凸輪尺寸過(guò)大。 綜上所述，五桿組合機(jī)構(gòu)方案優(yōu)點(diǎn)較多，為所選方案。 四. 機(jī)構(gòu)組合 根據(jù)機(jī)構(gòu)選用中選出的機(jī)構(gòu)，以及設(shè)計(jì)要求，我們選擇五桿組合機(jī)構(gòu)和齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的搭配。采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)如圖： A1 A3 A2 圖6 機(jī)構(gòu)組合的并

9、聯(lián)示意圖 電動(dòng)機(jī)通過(guò)五桿組合機(jī)構(gòu)帶動(dòng)推頭M推動(dòng)瓶子，并通過(guò)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刷子與導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刷瓶與轉(zhuǎn)瓶的功能。由此可得出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖： 圖7 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)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(dǎo)輥，13是推頭M，14、16是皮帶輪，15是刷子。 圖8 機(jī)構(gòu)三維立體圖 五. 傳動(dòng)方案設(shè)計(jì) 機(jī)器的特點(diǎn)是刷子、導(dǎo)輥、推頭M的運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的，故分別通過(guò)三套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；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(jiǎn)單、成本低、安裝容易得帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。帶輪之間通過(guò)圓錐齒輪和直

10、齒圓柱齒輪與電動(dòng)機(jī)軸連接。 關(guān)于傳動(dòng)比問(wèn)題：刷子的轉(zhuǎn)速不能過(guò)高，否則會(huì)與瓶子摩擦產(chǎn)生過(guò)多的無(wú)用功，同時(shí)也會(huì)減緩瓶子的前進(jìn)速度。導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)速不能過(guò)低，否則不能保證瓶子洗凈，（當(dāng)然也不能過(guò)高，理由同上） 綜合考慮，取刷子轉(zhuǎn)速為n1=640r/min,導(dǎo)輥轉(zhuǎn)速n2=1200r/min,凸輪轉(zhuǎn)速經(jīng)計(jì)算得n3=1080r/min。 根據(jù)各傳動(dòng)比：i01=n0/n1=3/2,i02=n0/n2=4/5,i03=n0/n3=8/9,選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)齒輪的齒數(shù)和模數(shù)如下表 表3 齒輪參數(shù) 齒輪編號(hào) 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(gè)惰輪7。 六. 運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì) 由于刷子、導(dǎo)輥、凸輪三者運(yùn)動(dòng)是相互獨(dú)立的，因此機(jī)構(gòu)不存在時(shí)間上的協(xié)調(diào)問(wèn)題。所以只要保證各構(gòu)件的尺寸以滿足機(jī)構(gòu)空間上的協(xié)調(diào)即可。 七. 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 取B點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡 如圖：，這樣桿從導(dǎo)輥下部運(yùn)動(dòng)返回，不會(huì)與下一個(gè)瓶發(fā)生碰撞。設(shè)計(jì)時(shí)，減少BC桿長(zhǎng)則C點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(dāng)選（4）時(shí)，θ最大，但O過(guò)于靠近運(yùn)動(dòng)軌跡，所以設(shè)計(jì)的凸輪可能與導(dǎo)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(shí)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(yùn)動(dòng)所占的時(shí)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(jì) 定好O位置后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)圖線作圖，并通過(guò)計(jì)算可得出OA，AC桿長(zhǎng)，根據(jù)空間位置關(guān)系，確定CD、DE桿長(zhǎng)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(huà)出滾子的各位置圖，根據(jù)其包絡(luò)線可得凸

13、輪的實(shí)際輪廓線。（120到200之間是勻速運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)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(píng)價(jià) 所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能較好的按要求滿足需求，但在凸輪傳動(dòng)方面，因?yàn)槭怯米鲌D法所得，而且有一部分取的是近似值，所以誤差可能過(guò)于偏大?？赏ㄟ^(guò)兩種方法改進(jìn)： 一是用電腦編程用數(shù)值計(jì)算法來(lái)精確設(shè)計(jì)。 二是用作圖法時(shí)盡量減少誤差（如將基圓分得更細(xì)等） 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分，部分桿件過(guò)長(zhǎng)，會(huì)引起材料的浪費(fèi)，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力，從而導(dǎo)致桿件的破壞；由于空間的問(wèn)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(chǎng)合。 九、參考資料