機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)-易拉罐自動回收裝置

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1、全套圖紙加扣3012250582 目錄 設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容及原始數(shù)據(jù) ……………………… 2 方案設(shè)計(jì)與討論 ……………………… 3 最終方案的選定 ……………………… 6 工作循環(huán)圖的擬定與傳動系數(shù) ……………………… 7 傳動機(jī)構(gòu)齒輪減速器的 ……………………… 9 設(shè)計(jì)計(jì)算與說明 擠壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與運(yùn)動分析 ……………………… 10 推罐裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ……………………… 12 計(jì)算機(jī)

2、輔助設(shè)計(jì) ……………………… 15 設(shè)計(jì)心得體會 ……………………… 23 備注 ……………………… 24 易拉罐自動回收裝置機(jī)械原理設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)要求、內(nèi)容以及原始數(shù)據(jù) （一）設(shè)計(jì)題目 ? 設(shè)計(jì)一種可以回收易拉罐空瓶的裝置，每當(dāng)將一個(gè)易拉罐塞入該裝置后能自動將其壓扁并放入底部，同時(shí)扔出一角硬幣。 ? 要求結(jié)構(gòu)合理，原理有創(chuàng)新，加工方便，成本適中。 （二）工作原理及工藝動作的簡述 1. 功能要求： “易拉罐自動回收裝置”主要是將飲用后的

3、空易拉罐自動壓扁，推罐裝置將其推入回收器皿中，便于回收處理，同時(shí)進(jìn)行付幣運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)有償回收。 2. 易拉罐自動回收裝置工藝動作分解如下（如圖（1）所示：） 一根斜向上的管道把擠壓裝置與投入口相連。易拉罐從管道落入擠壓裝置的沖擊基座，易拉罐被擠壓后，推罐裝置就會自動啟動將易拉罐按一個(gè)方向推出，使其落入存儲箱內(nèi)。同時(shí)推幣裝置隨之推出一枚硬幣。(要求一個(gè)原動機(jī)，工作平穩(wěn)，設(shè)計(jì)簡潔，環(huán)保經(jīng)濟(jì)） 圖（1）工作原理圖 （三）原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 因?yàn)槲覀兘M選擇的是創(chuàng)新題目，所以原始數(shù)據(jù)我們是通過查資料，實(shí)際測量等方式確定的。 1，通過實(shí)際測量，

4、易拉罐的平均高度為10-12cm，平均直徑為5-7cm。 2,擠壓后易拉罐的高度約為原高度的20%。 3，擠壓構(gòu)件擠壓要平穩(wěn)，有快速返回的運(yùn)動特征。行程速比系數(shù)K≥1.3。 4，推罐裝置要和擠壓裝置相互配合，為保證整個(gè)裝置的運(yùn)動平穩(wěn)性，在 擠壓過程中推罐裝置盡量靜止不動，所以推罐裝置應(yīng)有間歇運(yùn)動。 5，退幣裝置主要和推罐裝置配合，推出一個(gè)罐，退出一枚硬幣。 6，破壞率約為每分鐘70件。 7，壓塊移動總行程為200mm，擠壓行程為100mm。 8，推罐裝置推拉行程為150-250mm。 9，電動機(jī)的功率可選用1.5KW,1400r/min左右（如Y90L—4）。 二

5、、方案的討論與選定 通過查閱資料，結(jié)合上學(xué)期機(jī)械原理課程所學(xué)知識，我們按照先進(jìn)行功能分解、后機(jī)構(gòu)組合的思路，分別主要從擠壓，推罐兩個(gè)功能特點(diǎn)出發(fā)，構(gòu)思了如下兩個(gè)機(jī)構(gòu)的幾個(gè)方案： 推罐 機(jī)構(gòu) 凸輪式間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 不完全齒輪機(jī)構(gòu) 曲柄—滑塊機(jī)構(gòu) 擠壓機(jī)構(gòu) 凸輪—連桿 機(jī)構(gòu) 齒輪—連桿機(jī)構(gòu) 導(dǎo)桿—搖桿滑塊機(jī)構(gòu) 六連桿 機(jī)構(gòu) 擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu) 如上所示，推罐機(jī)構(gòu)共三種，擠壓機(jī)構(gòu)共五種。 則擠壓——推罐組合機(jī)構(gòu)方案總數(shù)應(yīng)為：3X5=15種。 下面是我們小組每個(gè)人都根據(jù)要求設(shè)計(jì)、遴選出的相對可

6、行性比較好的五個(gè)方案，如下所示,分別為: 方案一：擺動導(dǎo)桿擠壓機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu) 圖（2） 方案二：齒輪-滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和曲柄-導(dǎo)桿推罐機(jī)構(gòu) 圖（3） 方案三：曲柄-滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和曲柄-滑塊推罐機(jī)構(gòu) 圖（4） 方案四：曲柄連桿擠壓機(jī)構(gòu)和齒輪連桿推罐機(jī)構(gòu) 圖（5） 方案五：曲柄滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和凸輪連桿推罐機(jī)構(gòu) 圖（6） 方案一：擺動導(dǎo)桿擠壓機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)

7、 圖（2） 方案二：齒輪—滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和曲柄-導(dǎo)桿推罐機(jī)構(gòu) 圖（3） 方案三：曲柄-滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和曲柄-滑塊推罐機(jī)構(gòu) 圖（4） 方案四：曲柄連桿擠壓機(jī)構(gòu)和齒輪連桿推罐機(jī)構(gòu) 圖（5） 方案五：曲柄滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和凸輪連桿推罐機(jī)構(gòu) 圖（6） 三、最終方案 綜合可行性、準(zhǔn)確性和運(yùn)動規(guī)律等方面因素，我們充分比較了這幾個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，并考慮到目前知識、能力的限制，最終決定采用 方案三：曲柄-滑塊擠壓機(jī)構(gòu)和曲柄-滑塊推罐機(jī)構(gòu)（圖4）

8、因?yàn)檫@個(gè)方案里的機(jī)構(gòu)相對簡潔可行，易于實(shí)現(xiàn)，準(zhǔn)確性較好，并且能進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，利于生產(chǎn)實(shí)踐時(shí)減少工序，降低成本。其簡圖如下 我們的分析如下： 1，采用連桿機(jī)構(gòu)，運(yùn)動平穩(wěn)可靠，加工方便，成本低，易實(shí)現(xiàn)，充分體現(xiàn)了我們的設(shè)計(jì)宗旨——環(huán)保經(jīng)濟(jì)。 2，因?yàn)閿D壓運(yùn)動沖擊較大，虛約束增加了運(yùn)動的平穩(wěn)性和擠壓的均勻性。 3，連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度高，承載能力大，具有較好的可調(diào)節(jié)性，調(diào)整方便，重量輕便于移動，制造容易，工作可靠性高，噪聲小。 4，退幣機(jī)構(gòu)和推罐機(jī)構(gòu)連在一起，可以始終保持二者的配合。該沖壓機(jī)構(gòu)是在四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，

9、加一個(gè)連桿滑塊機(jī)構(gòu)組合而成的。 5，該擠壓機(jī)構(gòu)是在四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，加一個(gè)連桿滑塊機(jī)構(gòu)組合而成的。通過上學(xué)期我們學(xué)習(xí)機(jī)械原理的知識，四桿機(jī)構(gòu)的急回特性很容易通過設(shè)計(jì)計(jì)算得到。 6，推罐機(jī)構(gòu)和擠壓機(jī)構(gòu)是同一個(gè)原動機(jī)，我們可以主要通過二者原動件的角度配合來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動配合。 四、工作循環(huán)圖與傳動系統(tǒng) 擬定的工作循環(huán)圖如下 退幣機(jī)構(gòu)的運(yùn)動 推罐機(jī)構(gòu)的運(yùn)動 沖頭的運(yùn)動 升 推 回 靜止 推 回 放罐 壓 直線式運(yùn)動循環(huán)圖： 圖（8） 易拉罐自動回收機(jī)傳動系統(tǒng)圖示如下： 電動機(jī) 帶輪機(jī)構(gòu) 齒輪機(jī)構(gòu) 曲柄搖

10、桿滑塊機(jī)構(gòu) 垂直方向擠壓 水平方向推罐 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 易拉罐自動回收機(jī)的傳動系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)擠壓、推罐、退幣 退幣 二者同步配合 圖（9） 設(shè)計(jì)內(nèi)容 （1）減速器 設(shè)計(jì)計(jì)算 (2)自由度計(jì)算 （3）連桿滑塊部分設(shè)計(jì)計(jì)算

11、 （4）四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 （5）推罐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 （6）擠壓機(jī)構(gòu)和推罐機(jī)構(gòu)的配合設(shè)計(jì) 計(jì)算及說明 五、傳動機(jī)構(gòu)減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算與說明 電動機(jī) 兩極

12、圓柱齒輪 1、 已知電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速=1400r/min， 輸出的轉(zhuǎn)速為=70 r/min； 2、 選用的電動機(jī)的型號為Y90L-4， 額定功率為1.5kw； 輸入 3、總傳動比為i==1400/70=20 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)V帶傳動比推薦值為2~4， 選?。?、則減速器的傳動比為： ==20/4=5 V帶傳動 又根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中的傳動比分配公 式： =(1.1~1.5) 圖（１０） 設(shè) 可以求得=2.45；=2.04。 4、 根據(jù)具體的實(shí)際情況計(jì)算應(yīng)該要的齒輪齒數(shù)并對其進(jìn)行圓整，又由于齒數(shù)應(yīng)大于17， 所以我們

13、先取 =18，=26 由傳動比算得：=44，=53； 驗(yàn)算減速器的傳動比==4.983 六：擠壓機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)以及運(yùn)動分析 首先是整體機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算： 圖（１１） 虛約束 復(fù)合鉸鏈 構(gòu)件數(shù)：n=14，低副數(shù)=20，虛約束數(shù)為3*3-4*2=1 故自由度F=3n-2-1=314-220-1=1。 即機(jī)構(gòu)的自由度為1，機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動。 接下來分別對這兩個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析： （1） 連桿滑塊部分 由擠壓行程確定桿長機(jī)構(gòu)： 由原始數(shù)據(jù)擠壓行程 兩個(gè)極限位置的夾角 ， （二）四桿機(jī)構(gòu)的分析：

14、由題意給定的要求取k=1.4， 可以算出相對應(yīng)的極位夾角 極限位置如圖所示： 圖（１３） 為沖頭在最高位置的極限位置，為沖頭在最低位置的極限位置。 A，D點(diǎn)在同一水平線上，因?yàn)?，所以? ; ; ; ; 按照設(shè)計(jì)要求的每分鐘制造70件商品知n=70r/min，可求得 七．推罐機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) Ｑ Ｓ 圖（１４） 該機(jī)構(gòu)由四桿機(jī)構(gòu)和滑塊組成； 組成極限位置1，組成極限位置2； 為了達(dá)到間歇運(yùn)動的目的，我們使，且ＢＫ兩點(diǎn)在　　　　　　　　　　　　同一垂直線上。四桿機(jī)構(gòu)極限位置的夾角， Ｅ點(diǎn)和Ｆ點(diǎn)同屬

15、一個(gè)構(gòu)件，； ；； ；； 計(jì)算推罐滑塊的行程： ； 　的大小在題目要求規(guī)定范圍內(nèi)１５０－２５０ｍｍ之間，符合要求。 八、擠壓機(jī)構(gòu)和推罐機(jī)構(gòu)二者運(yùn)動的配合設(shè)計(jì) 圖（１５） 要求沖頭在擠壓的過程中推罐滑塊靜止，沖頭開始上升時(shí)，推罐滑塊迅速推罐，在沖頭到達(dá)最高點(diǎn)之前，推罐滑塊開始返回，并在開始下壓時(shí)要保證拉回Ｃ點(diǎn)，以便下一個(gè)易拉罐可以及時(shí)放置。退幣運(yùn)動恰好與推罐運(yùn)動相反，會有一個(gè)急回的效果。這部分我們主要通過對兩個(gè)機(jī)構(gòu)在曲柄部分固定角度 的計(jì)算使其達(dá)到相互配合的目的。 0 45

16、 210 225 285 360 圖（１６） 經(jīng)過計(jì)算嘗試，運(yùn)動模擬最終確定 結(jié)果 =1400r/min =70 r/min P=1.5kw ＝4 =5 =2.45 =2.04 =18， =26 =44，=53 自由度F=1 符合一個(gè)原動機(jī)要求

17、 極位夾角為30度 符合要求 九．計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) 我們采用MAD軟件和Excel軟件制作了相應(yīng)的機(jī)構(gòu)動畫和數(shù)據(jù)結(jié)果圖形，用于直觀檢驗(yàn)。并通過MAD軟件對機(jī)

18、構(gòu)各個(gè)部分的運(yùn)動情況進(jìn)行位移，速度，加速度等分析。根據(jù)以上求得的所有數(shù)據(jù)用MAD軟件繪制的機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖如下： 圖（１７） 圖（18） 圖（19） 圖（20）

19、 圖（21） 圖（22） 結(jié)合MAD繪圖功能和EXCEL軟件處理數(shù)據(jù)后，得到以下數(shù)據(jù)和圖表結(jié)果： 以下為ＭＡＤ軟件生成的運(yùn)動規(guī)律圖： 沖頭位移圖：

20、 沖頭速度圖： 沖頭加速度圖： 推罐位移圖： 推罐速度圖: 推罐加速度圖： 以上圖形橫軸均為原動件轉(zhuǎn)角（°） 十、設(shè)計(jì)心得體會 十一、備注 參考資料： 1. 孫桓，陳作模，葛文杰。機(jī)械原理。北京：高等教育出版社 2. 濮良貴，紀(jì)明剛. 機(jī)械設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社 3. 同濟(jì)大學(xué)機(jī)械原理與設(shè)計(jì)教研室。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書。上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 4. 韋林，周松鶴，唐曉弟. 理論力學(xué). 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 5. 同濟(jì)大學(xué)航空航天與力學(xué)學(xué)院基礎(chǔ)力學(xué)教學(xué)研究部. 材料力學(xué). 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 6. 許連元，李強(qiáng)德，徐祖茂. 機(jī)械制圖. 上海：同濟(jì)大學(xué)出版社 24