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1、
機械原理課程設計說明書
學 院： 機 械 工 程 學 院
專 業(yè)： 材料成型與控制工程
班 級： XXXXXXXXXXXXXXX
學生姓名： XXXXXXXXXXXXXXX
指導教師： XX X X
二 零 XX 年 X 月XX 日
目錄
1.課程任務設計書...................................................................................... 3
2.洗瓶機簡介 ...........
2、...................................................................................4
3.方案的設計思路與評價................................................................. ...... 5
3.1推頭的設計....................................................................................... 5
3.1.1平面連桿機構..............
3、............................................................5
3.1.2凸輪鉸鏈四桿機構.................................................................5
3.1.3擺動導桿與連桿組合機構...................................................6
3.2洗瓶部分的設計方案..................................................................... 7
4、
4.尺寸計算......................................................................................... ...........7
4.1推瓶部分的尺寸設計......................................................................7
4.2輪系的設計........................................................................................8
5
5、.機構的運動分析與力分析....................................................................9
5.1整體的運動分析...............................................................................9
5.2機構任意兩個位置的運動分析...................................................11
5.2.1第一位置.........................................
6、..........................................11
5.2.2第二位置...................................................................................14
5.3機構任意兩個位置的動力分析.................................................. 16
5.3.1第一位置............................................................................
7、.......16
5.3.2第二位置...................................................................................18
5.4原動件受力分析.............................................................................. 21
6.機構動態(tài)仿真與三維立體圖...............................................................22
6.1推頭的動態(tài)仿真.....
8、......................................................................... 22
6.2整體的三維立體圖............ .............................................................23
7.機構的動態(tài)分析...................................................................................... 24
7.1推頭的速度曲線圖..................
9、........................................................24
7.2推頭的加速度曲線圖..................................................................... 24
8.心得感想......................................................................................... ...........25
9.參考文獻...................................
10、...................................................... ...........25
1．課程設計任務書
1.1設計題目： 洗瓶機
1.2工作原理及工藝動作過程
為了清洗圓形瓶子外面，需將瓶子推入同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉，推動瓶子沿導輥前進，轉動的刷子就將瓶子洗凈。
它的主要動作：將到位的瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程利用導輥轉動將瓶子旋轉以及將刷子轉動。
全套圖紙加153893706
1.3原始數據及設計要求
1）瓶子尺寸。大端直徑d=80mm，長l=200mm。
2）推進距離L=600
11、mm，推瓶機構應使推頭以接近均勻的速度推瓶，平衡地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環(huán)。
3）按生產率的要求，推程平均速度為=45mm∕s，返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍。
4）機構傳動性能良好，結構緊湊，制造方便。
1.4設計方案提示
1）推瓶機構一般要求推頭工作時作近似直線軌跡，回程時軌跡形狀不限，但不能反向撥動瓶子。由于上述運動要求，一般采用組合機構來實現。
2）洗瓶機構由一對同向轉動的導輥和三只刷子轉動的轉子所組成?？梢酝ㄟ^機械傳動系統來完成。
1.5設計任務
1）根據上述運動要求擬定運動循環(huán)圖。
2）進行推瓶機構和洗瓶機構的選型，實現
12、洗瓶動作要求。
3）機械運動方案的評定和選擇。
4）根據選定的電動機和執(zhí)行機構的運動參數擬定機械傳動方案。
5）畫出機械運動方案簡圖（機械運動示意圖）。
6）對機械傳動系統和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算。
1.6設計工作量
1、圖紙1張（機械運動方案簡圖）。
2、設計說明書一份。
2.洗瓶機簡介
隨著社會經濟的發(fā)展，玻璃瓶作為一種經濟實用的液體承載器皿開始在人們生活中大量出現。無論啤酒、白酒等酒類，還是醋、醬油等調味品，抑或輸液瓶藥品瓶等，到處都是玻璃瓶的身影。為了節(jié)約能源、降低成本，大多數企業(yè)都進行舊瓶的回收利用。這里就不得不面臨一個問題，就是玻璃瓶的清洗。因為無論是
13、盛裝飲品或者藥品，都要求瓶子的清潔衛(wèi)生。
傳統的生產當然主要是靠人工來清洗，但人工清洗效率較低且需要較多的勞動力資源，既不利于連續(xù)生產，也加大了企業(yè)的勞動力成本，這無疑是企業(yè)所無法接受的。
現代大型企業(yè)一般多采用超聲波式、回轉式、沖洗式等大型洗瓶設備，這些設備技術先進，生產效率高且洗瓶效果好，但是價格昂貴，產品維修困難，對于一些起步階段的民營企業(yè)、小企業(yè)甚至作坊式企業(yè)來說，并不是理想的選擇。
因此，我們迫切需要一種產品，既能快速高效地完成一整套洗瓶過程，又不需要一些復雜易損的高科技設備，價格低廉、能為廣大初級用戶所接受，成為他們提高生產效率的可靠助手，這也是我們設計的出發(fā)點。
目前國內
14、市場上洗瓶機有扭道式，箱式，滾筒式和立式多種，而且這些洗瓶機一般都是在大型企業(yè)里應用的。在工廠一般都是采用毛刷刷洗，并且為了提高清潔程度，不得不使用大量的水和化學清洗劑，這也加劇了后續(xù)漂洗工作的困難。
國內外關于針對家庭類容器清洗裝置的研究很少?，F在市面上有一些涮碗機，其動力裝置是類似與洗衣機一樣的波輪，一旦遇到難以清洗的器皿時，效果就會大大降低甚至有些容器根本無法清洗干凈?，F在也出現一些利用超聲波清洗的等新型清洗裝置，由于成本過高限制了其普及的程度，因此有必要進一步開展適用于家庭、飯店等經濟實用的、自動化程度更高的清洗機的研究。
3.方案的設計思路與評價
3.1推頭的設計
3
15、.1.1 平面連桿機構
此方案完全采用平面連桿設計，桿數較多，雖然容易制造，具有壓強小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優(yōu)點,但由于推程較長，必然會導致機構上的動載荷和慣性力難平衡，會有累積誤差，且效率低,它難以準確實現預期運動，設計計算復雜,桿多且穩(wěn)定性差而且推頭的回程軌跡為曲線，需額外耗一部分能量將其舉高,且在由回程轉工作時必然會與機架發(fā)生碰撞，故原不如讓推頭始終走直線，所以舍棄方案一 。
3.1.2 凸輪鉸鏈四桿機構
此洗瓶機的推瓶機構運用凸輪機構使推頭的運動可以由凸輪的外輪廓線來確定，而連桿機構可以使凸輪的推程放大，達到設計
16、題目要求的行程速度系數比K=3。
這種方案設計中：軌跡要求，傳動比要求，急回特征和系數要求均可滿足，但它會產生機構自鎖。原動件不是最短桿，當1,2桿重合，亦即在兩個極限位置。四桿機構出現死點，曲柄會被完全卡死，而解決機構自鎖問題通常只能采用飛輪或者引入其他機構。這一機構本身就有點復雜。加上解決機構自鎖的裝置后，其復雜性更大。
此外，凸輪的輪廓的設計有很大的難度，需要與四桿機構的運動嚴格一致，否則也會使四桿機構無法走完整個完整行程而失敗。再有，機構無法通過力封閉來帶動四桿機構，只能通過幾何封閉，這樣也會給機構帶來不必要的麻煩，比如說會增大機構內的摩擦，影響機構的質量及效率。實驗測量的誤差是無
17、法避免的，這點是很難達到標準的。
速度控制方面：由凸輪傳遞到推桿末端，需要有中間桿件的傳遞。這在設計速度的時候會帶來很大的麻煩，還需要分析中間桿件的速度。
從制造成本來看：這么復雜的機構，不僅材料要很多，工藝要求也較精細。特別是凸輪的生產，會比桿件的生產復雜得多。這會大大增加制造成本。
維修方面：任一零件壞了都將導致機器無法運轉，由于零件較多，機器壞的概率理論上增大。
設計方面：如此多的問題需要解決，在短短的2星期內很難完成。四桿機構、凸輪機構，四桿機構跟凸輪機構的配合，速度分析，機構自鎖等等，這些都是比較耗時間的。
綜合以上種種原因，我們最終放棄了這個方案。
3.1.3 擺
18、動導桿與連桿組合機構
此方案是一個擺動導桿與連桿組合機構。
這是我們最終的方案；此洗瓶機的推頭部分采用了牛頭刨床的核心思想，題目要求行程速度系數比K=3，也就是說曲柄滑塊機構的極位夾角為90度，運用這個機構就很容易實現了，而且題目要求推頭的推程為600mm，此機構也很容易滿足，而且結構緊湊，而且只要將導桿利用轉動副鏈接在另一個拐桿上，便能實現推頭在水平面運動，則推頭幾乎能很平穩(wěn)地推進瓶子。其優(yōu)點為工作行程近似均速,且制作較簡便,且承受的負載能力大.
3.2洗瓶部分的設計方案
導輥是給定的,加之為保證瓶子的安全，故瓶子只能平躺放置，無需再作其他設想。
4.尺
19、寸計算
4.1推瓶部分的尺寸設計
由返回時的速度是推程時的速度的3倍，可以得出行程系數比為3，可計算得到極位夾角為90度，所以機構的兩個極限位置如上圖所示。
已知AE=600 mm，∠BOD=90°，CE=CA.
計算可得AC=2AF=300×2=424.26 mm
OB和OD的長取150mm，所以OC=212.13mm
工作行程的平均速度為45MM/S,而空回的速度為135MM/S,所以工作所用時間=600/45≈13.3秒, 回來所用時間=600/135≈4.4秒,所以總時間應為17.7秒,因為題目中所要求的皆為平均速度, 所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為18秒。
20、
4.2輪系的設計
一般電機的轉速為1440r／min,其軸上裝有齒數為10的齒輪1，與齒數為50的齒輪2嚙合，將其速度降至288r／min.
通過齒數為2的蝸桿3與齒數為42的渦輪4嚙合，將速度降至14r／min,再通過傳動比為1∶4的皮帶1將速度降至所需要的3.4r／min.
導軌的速度設定為48r／min,通過傳動比為1∶6的皮帶2就可以實現。
刷子的速度設定為72r/min，通過傳動比為1∶4的皮帶3就可以實現。
齒輪
模數
齒數
1
2
10
2
2
50
3（蝸桿）
2
2
4（渦輪）
2
42
皮帶輪
半徑（mm）
皮帶1
輪
21、1
25
輪2
100
皮帶2
輪3
20
輪4
120
皮帶3
輪5
25
輪6
100
5.機構的運動分析與力分析
5.1 整體運動分析
取機構在左極限位置時推頭的位移為X=0，可得出推頭隨搖桿OB轉動的位移函數：
可得其位移圖像，如下圖：
對位移函數求一次導數，可得其速度函數，圖像如下圖：
對位移函數求二次導數，可得其加速度函數，其圖像如圖：
5.2機構任意兩個位置運動分析
5.21 第一位置（105°OAB′C′D′）
①速度分析
根據原動件1的角速度ω，可求得點B2的速度為
VB2=VB1=ω1·LOB
22、=0.36×150= 54 mm／s
AB′=350mm
對于2和3構成的移動副，有
VB3 = VB2 + VB3B2
方向： ⊥AB ⊥OB ∥AB
大?。? ？ ω1?LOB ？
對與4和5構成的構件
VD = VC4 = VC5 + VC4C5
方向： 水平 ⊥AC ∥CD
大?。? ？ 已知 ？
②加速度分析
方向：
23、B→A ⊥AB B→O ∥AB ⊥AB(逆時針)
大?。? ? ?
ω3 = = 0.147 rad／s
=7.56 mm／s2
LAB = 350 mm
= 0.362×150 =19.44 mm／s2
=2×0.36×16.33=5.88 mm／s2
5.22第二位置（285°OAB″C″D″）
①速度分析
根據原動件1的角速度ω，可求得點B2的速度為
VB2=VB1=ω1·LOB=0.36×150=
24、 54 mm／s
AB″= 111.29 mm
對于2和3構成的移動副，有
VB3 = VB2 + VB3B2
方向： ⊥AB ⊥OB ∥AB
大?。? ？ ω1?LOB ？
對與4和5構成的構件
VD = VC4 = VC5 + VC4C5
方向： 水平 ⊥AC ∥CD
大?。? ？ 已知 ？
②加速度分析
方向： B→A ⊥AB
25、 B→O ∥AB ⊥AB(逆時針)
大?。? ? ?
ω3 = = 0.147 rad／s
= 2.4 mm／s2
LAB = 111.29mm
= 0.362×150 =19.44 mm／s2
=2×0.36×51.5=37.08 mm／s2
5.3機構任意兩個位置動力分析
5.31第一位置
①構件4和5組成的桿組，分析受力情況，如圖所示
在此桿組中受到4桿慣性力PI4,重力G4，支反力R64，鉸鏈反力R35，工作
26、阻力Fr.
已知Fr= 10N G4=20N
PI4= -m×a4=
列出力的平衡方程： = 0 有
PI4 + G4 + R64 + R35 + Fr = 0
方向均已知，作圖如下：
②構件2和3組成的桿組，分析受力情況，如圖所示：
在此桿組中受到構件5對3的反作用力R53,重力G3，轉動慣量M,慣性力PI3，R12。
已知 G3=100N J=1 ㎏·㎡
M=-J×ε=
PI3=-m×a3=
M與PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI=
對A點取距，由平衡關系得
27、 = 0
5.32第二位置
構件4和5組成的桿組，分析受力情況，如圖所示
桿組中受到4桿慣性力PI4,重力G4，支反力R64，鉸鏈反力R35，由于回程無工作阻力。
已知 G4=20N
PI4= -m×a4=
方向均已知，如下圖所示：
構件2和3組成的桿組，分析受力情況，如圖所示：
在此桿組中受到構件5對3的反作用力R53,重力G3，轉動慣量M,慣性力PI3，R12。
對A點取距，由平衡關系得 = 0
已知
28、 G3=100N J=1 ㎏·㎡
M=-J×ε=
PI3=-m×a3=
M與PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI=
5.4原動件受力分析
由以上分析可得知原動件所需力大小，如圖，
第一位置
第二位置
6.機構的動態(tài)仿真與三維立體圖
6.1推頭的動態(tài)仿真
6.2整體的三維立體圖
7.機構的動態(tài)分析
對機構進行三維模擬運動，追蹤推頭的位移，得到推頭的速度加速度曲線如下：
速度曲線：
加速
29、度曲線：
以上兩圖和設計時計算的速度加速度曲線輪廓吻合。
8.心得感想
機械原理課程設計接近尾聲，經過幾天的奮戰(zhàn)我們的課程設計終于完成了，課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我們今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是
為明天能穩(wěn)健的在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎。
說實話，課程設計真的有點累．然而，當我們一著手整理自己的設計成果，漫漫回味這一周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然
30、這是我剛學會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感 悟． 通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致．也讓我體會到了合作與雙贏的快樂。只有自己親手設計東西才知道這其中的緣由，所以也真正認識到學好機械原理的重要性。
9.參考文獻
1.《機械原理》 安子軍 國防工業(yè)出版社
2.《機械原理課程設計指導》 龔溎義 機械工業(yè)出版社
3.《機械原理課程設計》 曲繼方 機械工業(yè)出版社
4.《機械原理課程設計》 劉毅 華中科技大學出版社
機械原理課程設計洗瓶機推瓶機構設計（全套圖紙）
