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機械原理課程設(shè)計
推瓶機構(gòu)設(shè)計
學(xué)院 機電工程學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)號
姓名
任課教師
目錄
一、 設(shè)計題目及要求……………………………………3
二、 原始數(shù)據(jù)要求…………………………
2、……………4
三、 設(shè)計方案對比擬定…………………………………4
四、 機構(gòu)運動簡圖……………………………………….5
五、 運動尺寸設(shè)計……………………………………….6
六、 系統(tǒng)功能圖…………………………………………..8
七、 推瓶機構(gòu)圖（附圖）…….…………………………..8
八、 參考文獻….……………….………………………….8
一、 設(shè)計題目及要求
（一）、功能要求及工藝動作分解提示
1、總功能要求
實現(xiàn)推頭（動點）在工作行程中作直線勻速運動，在其前后作變速運動
3、，回程時有急回運動特征 。
2、工作原理及工藝動作分解提示
推瓶機推頭的運動軌跡要求如圖 1-1所示。洗瓶機有關(guān)部件的工作原理和工藝動作分解如圖1-2所示。待洗的瓶子放在兩個轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當推頭M把瓶子向前推進時，轉(zhuǎn)動著的刷子把瓶子外面洗凈。當一個瓶子將洗刷完時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。推瓶機系統(tǒng)的系統(tǒng)功能圖如圖1-3所示。
圖1-1
圖1-2
圖1-3
二、 原始數(shù)據(jù)要求
（一）、瓶子尺寸：大端直徑d = 80mm，長200mm；
（二）、推進距離 l = 600 mm ；
（三）、推程時速度要求為v = 45
4、mm / s ，返回時的平均速度為工作行程的3倍 ；
（四）、機構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便；
三、 設(shè)計方案對比擬定
執(zhí)行機構(gòu)運動方案：
（一）凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)方案（選定）：
如圖3-1所示，鉸鏈四桿機構(gòu)為一個自由度的機構(gòu)，其連桿2上的點M走近似于所要求的軌跡，點M的速度由等速轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。由于曲柄（構(gòu)件1）為從動件，故必須采取渡過死點的措施，這就要求添加其他構(gòu)件使其順利去除死點的干擾。
圖3-1
（二）、五桿組合機構(gòu)方案
5、：
如圖3-2所示為兩個自由度的5桿低副機構(gòu)，1、4為它們的兩個輸入構(gòu)件，這兩個構(gòu)件之間的運動關(guān)系用齒輪來實現(xiàn)，從而將原來兩自由度機構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。
圖3-2
（三）、凸輪滑塊組合機構(gòu)方案：
如圖3-3所示為兩個自由度的凸輪滑塊機構(gòu)，該機構(gòu)可精確實現(xiàn)預(yù)定軌跡要求。但是由于機構(gòu)工作行程要求為600mm，所以使用這樣的機構(gòu)必定會造成凸輪尺寸過大，所占用的空間過大，造成不必要的空間浪費。除此之外，凸輪機構(gòu)相對于連桿機構(gòu)的使用壽命短、使用能耗高以及其平衡難以保證等缺點都顯而易見。
圖3-3
綜上所述，三個方案
6、均可實現(xiàn)設(shè)計要求的功能。但是從要求的傳動性能上看，無凸輪機構(gòu)的五桿組合機構(gòu)方案更具有優(yōu)勢，但五桿機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜不易實現(xiàn)，且涉及到齒輪，機構(gòu)復(fù)雜，制造成本高。方案一結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，零件制造簡便，可實現(xiàn)設(shè)計要求功能，故選用凸輪四桿機構(gòu)方案。
四、機構(gòu)運動簡圖
所以該機構(gòu)自由度為1，即只需一個原動件可確定其他構(gòu)件的狀態(tài)。
五、運動尺寸設(shè)計
用作圖法對凸輪-四桿機構(gòu)進行設(shè)計：
（一） 、作出連桿機構(gòu)工作的軌跡圖
圖5-1
（1） 如圖5-1所示，畫出M點的工作要求軌跡為水平直線，長度為600m
7、m，并做出等分軌跡點M、、、、。
（2） 假設(shè)鉸鏈D位置，取連架桿AD為185mm做鉸鏈A的軌跡。
（3） 在鉸鏈A與M點的軌跡上取桿AM、、、、均為520mm。
（4） 分別在AM、、、、取連桿AB、、、、均為215mm。
（5） 連線和，并做其中垂線相交，即可得鉸鏈C的近似位置（即為鉸鏈B軌跡圓的圓心）。由作圖法可測量出機架DC長度為200mm，連架桿BC為300mm。
（6） 分別作連架桿BC、、、、，并分別做出其引桿、、、、，連架桿與引桿之間夾角為90，取引桿CF長度為110mm。
（二）、根據(jù)連架桿引桿軌跡設(shè)計凸輪
8、 圖5-2
(1) 如圖5-2所示，測量出相鄰兩狀態(tài)間引桿的夾角=28、=28、=20、=10。
(2) 計算凸輪轉(zhuǎn)角：按照返回速度為推瓶速度的3倍，計算出推頭從M點運動到點的過程占一個回程時間的3/4。所以推頭從M點運動到點的過程中，凸輪轉(zhuǎn)過了3/4的角度，即轉(zhuǎn)過了270。根據(jù)引桿的擺角與凸輪轉(zhuǎn)角對應(yīng)關(guān)系，可得：
(3) 利用反轉(zhuǎn)法設(shè)計凸輪實際輪廓線：①如圖所示，作以=70mm為半徑的基圓，在圓上且與圓心同一水平線。②用分割線將基圓從開始分為、、、、四份。③按點、、、、到基圓圓心距離r在其對應(yīng)的分割線上做凸輪軌跡點、、、、。④用勻加速曲線平滑連接、、、，用
9、加速度先增大后減小曲線平滑連接、，即得到凸輪輪廓曲線。
（三）、凸輪角速度的計算
設(shè)計要求推頭在推瓶軌跡上運動時速度應(yīng)為v = 45mm / s。
所以推頭在推瓶軌跡上的時間為：
t==13.3 s
即凸輪轉(zhuǎn)動270所需要的時間為13.3 s，
所以凸輪的角速度為：
rad/s，順時針方向。
(四)四桿機構(gòu)死點的避免
平面四桿機構(gòu)有曲柄的前提是必有周轉(zhuǎn)副存在，所以下面來確定周轉(zhuǎn)副是否存在：
由（一）可知四桿機構(gòu)兩短桿分別為185mm和200mm，兩長桿分別為215mm和300mm。
(185+300)（200
10、+215）不成立，不滿足滿足桿長條件。
所以該機構(gòu)無周轉(zhuǎn)副，為雙搖桿機構(gòu)，故不存在曲柄出現(xiàn)死點的現(xiàn)象。
（五）推頭返程分析
推頭到達點后，立即以較高的速度（平均速度為推程的3倍）返回，準備下一個瓶子的推程。再接觸到下一個瓶子之前推頭的加速度可能很大，故推頭與瓶子接觸之間必須加塑性緩沖材料以防止瓶子破碎。
六、系統(tǒng)功能圖
導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)
推頭減速返回
待洗瓶子放入
推頭推著瓶子做
V=45mm/s的勻速運動
旋轉(zhuǎn)刷子洗瓶
推瓶完成
推頭加速返回
七 推瓶機構(gòu)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。
八、參考文獻：
孫恒 陳作模 葛文杰 《機械原理》 高等教育出版社
專心---專注---專業(yè)
機械原理洗瓶機推瓶機構(gòu)設(shè)計(共10頁)
