機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)洗瓶機(jī)使用說明書.doc
自動(dòng)洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)
說明書
機(jī)械工程 學(xué)院 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 專業(yè)
08級(jí)機(jī)自2 班
設(shè)計(jì)者
指導(dǎo)教師 鄭立娟
2010 年 6 月 30 日
目 錄
一.題目:自動(dòng)洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu) 4
1.1 工作原理及工藝動(dòng)作過程 4
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 4
1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求 5
二.設(shè)計(jì)方案的擬定和比較 5
2.1 設(shè)計(jì)方案一:凸輪-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu) 6
2.2 設(shè)計(jì)方案二:凸輪-全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu) 6
2.3 設(shè)計(jì)方案三:六桿機(jī)構(gòu) 7
2.4 分析選擇最終方案 7
三.六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 9
3.1 六桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì) 9
3.2 六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 10
3.3 六桿機(jī)構(gòu)推桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的驗(yàn)證 15
四.槽輪機(jī)構(gòu)的分析 20
五.洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)循環(huán)圖 21
5.1 洗瓶機(jī)構(gòu)循環(huán)路線分析 21
5.2 洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)循環(huán)圖 21
六.洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及其工作原理 23
6.1 洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 23
6.2 洗瓶機(jī)工作原理 24
七.收獲與體會(huì) 26
八.參考文獻(xiàn) 28
一、題目:自動(dòng)洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)
1.1 工作原理及工藝動(dòng)作過程
為了清洗圓形瓶子外面,需要用推桿將瓶子推到指定位置,通過急回運(yùn)動(dòng)提高效率,利用刷子旋轉(zhuǎn)將瓶子清洗干凈。
1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)
1)給出工作原理,原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求。
2)根據(jù)工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
3)進(jìn)行各部分傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選型。
4)提出2~3種機(jī)械傳動(dòng)方案。(畫出草圖)
5)進(jìn)行方案的評(píng)定和選擇。
6)對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)和計(jì)算。
7) 按比例畫出運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。
8) 對(duì)典型機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力分析(可應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助分析手段,例如機(jī)構(gòu)仿真)。
9) 提交項(xiàng)目說明書一份。
1.3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求
1) 瓶子實(shí)際尺寸。大端直徑d=80mm,長(zhǎng)200mm。
2) 推頭推進(jìn)實(shí)際距離l=320mm,推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子,然后推頭快速返回原位,準(zhǔn)備進(jìn)入下一次工作循環(huán)。
3) 按生產(chǎn)率的要求,我們規(guī)定返回時(shí)的推頭平均速度為工作推進(jìn)時(shí)的推頭平均速度的1.5倍,即推頭行程速比系數(shù)k=1.5。
4) 按整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作要求,我們規(guī)定推進(jìn)機(jī)構(gòu)中原動(dòng)件曲柄素轉(zhuǎn)為w=1rad/s。
5) 機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能良好,機(jī)構(gòu)緊湊,制造方便。。
二、設(shè)計(jì)方案的擬定和比較
2.1 設(shè)計(jì)方案一:凸輪-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)
圖2—1
自由度F=3n-2pl-ph=34-25-1=1
2.2 設(shè)計(jì)方案二:凸輪-全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)
圖2—2
自由度F=3n-2pl-ph=34-24-2=2
2.3 設(shè)計(jì)方案三:六桿機(jī)構(gòu)
圖2—3
自由度F=3n-2pl-ph=35-27=1
2.4 分析選擇最終方案
由設(shè)計(jì)要求知:①推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭平穩(wěn)地接觸和推進(jìn)瓶子,然后推頭快速返回原位,即回程是個(gè)急回運(yùn)動(dòng);②按生產(chǎn)率的要求,我們規(guī)定返回時(shí)的推頭平均速度為工作推進(jìn)時(shí)的推頭平均速度的1.5倍,即推頭行程速比系數(shù)k=1.5。
設(shè)計(jì)的三種方案均能滿足以上的設(shè)計(jì)要求,但方案一的凸輪-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中,從動(dòng)件1與連桿2共線時(shí)會(huì)形成死點(diǎn),因此要注意采取度過死點(diǎn)位置的措施,這樣會(huì)使機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜,給制造帶來不便,故舍棄方案一;方案二的凸輪-全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)由于水平方向軌跡太長(zhǎng),造成凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程過大,而使相應(yīng)凸輪尺寸過大,致使機(jī)構(gòu)占用空間過大,并且浪費(fèi)材料,故舍棄方案二;方案三的六桿機(jī)構(gòu)不存在上面兩種方案的缺點(diǎn),在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下還有以下優(yōu)點(diǎn):①該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副全為低副,并且運(yùn)動(dòng)副元素間便于潤(rùn)滑,故可傳遞較大載荷;②運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀簡(jiǎn)單,便于加工制造;③運(yùn)行過程中:推頭右行時(shí),速度較低且均勻,可以提高推瓶質(zhì)量;推頭左行時(shí),由于有急回作用,速度較高,可提高生產(chǎn)率。綜合以上分析,選擇方案三為洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)的最終方案。
三、六桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析
3.1 六桿機(jī)構(gòu)的尺寸設(shè)計(jì)
圖3—1
根據(jù)原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求知:推頭推進(jìn)距離=320mm,推頭行程速比系數(shù)k=1.5,設(shè)計(jì)六桿機(jī)構(gòu)原動(dòng)件曲柄,從動(dòng)件,如上圖所示,機(jī)構(gòu)的極位夾角,搖桿擺角,鉸鏈A和鉸鏈C之間的距離,由幾何關(guān)系可知, mm,搖桿CD的長(zhǎng)度mm,為使機(jī)構(gòu)的傳遞效率比較高,要求推桿在整個(gè)行程中有較小的壓力角。如圖所示當(dāng)FG的中點(diǎn)位于導(dǎo)路所在直線上時(shí),滿足上述要求。
導(dǎo)路至鉸鏈C的距離
按照以上尺寸,用ProE做出六桿機(jī)構(gòu)的三維立體圖演示運(yùn)動(dòng)情況,經(jīng)驗(yàn)證,符合要求,說明設(shè)計(jì)的六桿機(jī)構(gòu)各構(gòu)件的尺寸大小合適。
3.2 六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
用解析法對(duì)六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
由設(shè)計(jì)要求知:原動(dòng)件曲柄的角位移=t=t=t
1.在圖3—2中,設(shè)原動(dòng)件曲柄長(zhǎng)度lAB=l1,鉸鏈A與鉸鏈C之間的距離lAC=l4,點(diǎn)B與點(diǎn)C之間的距離lBC=S,
圖3—2
(1) 桿CD角位移分析。
機(jī)構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量方程為
①
由此可得滑塊位移和角位移為
(2)桿CD角速度分析。
將式①對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得
②
上式兩端同乘以,得
由上式可得滑塊速度和桿CD角速度為
(3)桿CD角加速度分析。
將式②對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得
③
上式兩端同乘以,得
由上式可得滑塊加速度和桿CD角加速度為
2.在圖3—3中,設(shè)桿CD的長(zhǎng)度lCD=l2,桿DE的長(zhǎng)度lDE=l3,點(diǎn)O與點(diǎn)C之間的距離lOC=l5,點(diǎn)O與點(diǎn)E之間的距離lOE=h
圖3—3
(1)推桿位置分析,
機(jī)構(gòu)的復(fù)數(shù)矢量方程為
④
由上式可得推桿位移h和桿DE角位移
(2)推桿速度分析。將式④對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得
⑤
上式兩端同乘以,得
由上式可得推桿速度和桿DE角速度
(3)推桿加速度分析,將式⑤對(duì)時(shí)間求導(dǎo),得
上式兩端同乘以,得
由上式可得推桿加速度和桿DE角加速度
分析完畢
3.3 六桿機(jī)構(gòu)推桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析的驗(yàn)證
選取一系列時(shí)間t的值,分別代入3.2中求出的推桿位移、速度、加速度關(guān)系式中,求出對(duì)應(yīng)的一系列推桿位移、速度、加速度的值,用描點(diǎn)法分別作出推桿位移、速度、加速度與時(shí)間t的關(guān)系圖像,經(jīng)驗(yàn)證與用ProE生成的六桿機(jī)構(gòu)推桿位移、速度、加速度與時(shí)間t的關(guān)系圖像一致,說明用解析法對(duì)六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是正確的。
以下分別是用ProE做出六桿機(jī)構(gòu)的三維立體圖后生成的推桿位移、速度、加速度與時(shí)間的關(guān)系圖像以及推桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖像。
推桿位移—時(shí)間關(guān)系圖像
圖3—4
推桿速度—時(shí)間關(guān)系圖像
圖3—5
推桿加速度—時(shí)間關(guān)系圖像
圖3—6
推桿運(yùn)動(dòng)學(xué)分析圖像
圖3—7
四、槽輪機(jī)構(gòu)的分析
圖4—1
如圖4—1所示,設(shè)為槽輪每次運(yùn)動(dòng)時(shí)所轉(zhuǎn)過的轉(zhuǎn)角,為槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)主動(dòng)撥盤所轉(zhuǎn)過的角度。由槽輪上均勻分布的徑向槽的數(shù)目z=4,可得
=-=-2/z=/2
設(shè)計(jì)主動(dòng)撥盤的角速度和原動(dòng)件曲柄的角速度相同皆為1,轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間為2/1=6.28s,故槽輪的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為6.28/4=1.57s,即主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中,槽輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)90。
五、洗瓶機(jī)機(jī)構(gòu)循環(huán)
5.1 洗瓶機(jī)構(gòu)循環(huán)路線分析
1.首先確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間T執(zhí)。即可選取推瓶機(jī)構(gòu)中原動(dòng)件曲柄進(jìn)行研究,其運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間T執(zhí)=2π/w=2π/1rad=6.28s
2.確定組成運(yùn)動(dòng)循環(huán)的各個(gè)區(qū)域:
(1)推瓶機(jī)構(gòu):根據(jù)原始數(shù)據(jù)中推頭行程速比系數(shù)k=1.5,即可確定推瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)時(shí)間分配為T執(zhí)=T推程+T回程=3.77+2.51=6.28s與此相應(yīng)的曲柄轉(zhuǎn)角(即分配轉(zhuǎn)角)φ推程φ回程=216+144=360
(2)洗瓶機(jī)構(gòu):主動(dòng)撥盤的角速度和原動(dòng)件曲柄的角速度相同皆為1,轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間為2/1=6.28s,主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)一周過程中,槽輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)90,對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為1.57s
(3)轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu):始終進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)
5.2 洗瓶機(jī)構(gòu)循環(huán)圖
圖5—1
六、洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖及其工作原理
6.1 洗瓶機(jī)總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圖6—1
6.2 洗瓶機(jī)工作原理
洗瓶機(jī)總體機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如上,用一個(gè)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)齒輪變速箱,通過齒輪變速箱中齒輪系來獲得不同的轉(zhuǎn)速,曲柄原動(dòng)件和槽輪機(jī)構(gòu)中的主動(dòng)撥盤的轉(zhuǎn)速一致,帶動(dòng)瓶子轉(zhuǎn)動(dòng)的底盤和轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)速一致。傳送帶作為運(yùn)輸瓶子的導(dǎo)軌,這樣可以減小送瓶的阻力,有利于平穩(wěn)送瓶的實(shí)現(xiàn)。以下是洗瓶機(jī)的工作原理:
曲柄原動(dòng)件和槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)撥盤以勻速轉(zhuǎn)動(dòng),二者轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間皆為6.28s,即一個(gè)循環(huán)的時(shí)間為6.28s。推桿推動(dòng)瓶子,并在在傳送帶的輔助下經(jīng)3.77s將瓶子送到轉(zhuǎn)盤固定瓶子的槽中,然后推桿返回,經(jīng)2.51s返回原位置。與此同時(shí)槽輪機(jī)構(gòu)的主動(dòng)撥盤帶動(dòng)槽輪,槽輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)勻速轉(zhuǎn)過90,歷經(jīng)1.57s將瓶子送到轉(zhuǎn)刷處,瓶子在底盤的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)刷以相同的轉(zhuǎn)速緊貼瓶子逆向轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行第一次洗瓶過程,洗瓶時(shí)間為4.71s。推桿返回后隨即推送下一個(gè)瓶子歷經(jīng)3.77s到轉(zhuǎn)盤固定瓶子的槽中,推桿返回,此時(shí)第一個(gè)瓶子的第一次洗瓶過程結(jié)束。轉(zhuǎn)盤再次勻速轉(zhuǎn)動(dòng)90,將第一個(gè)瓶子送到第二次洗瓶位置,將第二個(gè)瓶子送到第一個(gè)洗瓶位置,兩個(gè)瓶子在轉(zhuǎn)刷的轉(zhuǎn)動(dòng)下洗瓶4.71s。推桿返回原位置后推送第三個(gè)瓶子,到達(dá)指定位置后,推桿再次返回,轉(zhuǎn)盤再次轉(zhuǎn)動(dòng)90,第三個(gè)瓶子到達(dá)第一次洗瓶位置進(jìn)行洗瓶過程,第二個(gè)瓶子到達(dá)第二次洗瓶位置進(jìn)行第二次洗瓶過程,第三個(gè)瓶子到達(dá)退瓶位置推出轉(zhuǎn)盤,完成洗瓶過程,洗瓶時(shí)間共計(jì)9.42s。以此類推,進(jìn)行洗瓶過程。
七、收獲與體會(huì)
經(jīng)過這次的課程設(shè)計(jì),我們又溫習(xí)了一下機(jī)械原理課上所學(xué)的知識(shí),并且嘗試著把自己所學(xué)的書本知識(shí)和實(shí)踐相結(jié)合.在最初進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),我們?cè)饔^認(rèn)為這些東西是很簡(jiǎn)單的,但是一步步的深入設(shè)計(jì)后,才發(fā)現(xiàn)每一步都需要縝密的的思考與精密的計(jì)算,扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)是很必要的。
在設(shè)計(jì)過程中,我們考慮過三種方案,分別為:凸輪-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)、凸輪-全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)、六桿機(jī)構(gòu)。但凸輪-鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中,從動(dòng)件1與連桿2共線時(shí)會(huì)形成死點(diǎn),要注意采取度過死點(diǎn)位置的措施,這樣會(huì)使機(jī)構(gòu)變得復(fù)雜,給制造帶來不便;凸輪-全移動(dòng)副四桿機(jī)構(gòu)由于水平方向軌跡太長(zhǎng),造成凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的行程過大,而使相應(yīng)凸輪尺寸過大,致使機(jī)構(gòu)占用空間過大,并且浪費(fèi)材料;六桿機(jī)構(gòu)不存在上面兩種方案的缺點(diǎn),在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下還具有以下優(yōu)點(diǎn):①該機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副全為低副,并且運(yùn)動(dòng)副元素間便于潤(rùn)滑,故可傳遞較大載荷;②運(yùn)動(dòng)副元素的幾何形狀簡(jiǎn)單,便于加工制造;③運(yùn)行過程中:推頭右行時(shí),速度較低且均勻,可以提高推瓶質(zhì)量;推頭左行時(shí),由于有急回作用,速度較高,可提高生產(chǎn)率。所以,最后我們選擇了六桿機(jī)構(gòu)。
在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的同時(shí),我們又額外學(xué)到了不少的東西,例如間歇機(jī)構(gòu)中的槽輪機(jī)構(gòu)的用途以及設(shè)計(jì).,而且在實(shí)踐中學(xué)到的東西更容易讓我牢記.而且在三維造型軟件方面,也掌握到了一些以前不了解的一些竅門以及功能.
另外,經(jīng)過這次實(shí)習(xí),我真正感受到了實(shí)踐的重要性,有一些想出來的東西我總是自然而然的認(rèn)為它們正確,等到真正把自己所想的東西造出來時(shí)才發(fā)現(xiàn),它們根本不能動(dòng),更不用說按給定規(guī)律動(dòng),可見以前的一些東西我掌握的過于淺薄.而且這種設(shè)計(jì)很能考察我們的分析問題、解決問題的能力,以及全方位考慮問題的能力.例如,平行放置的兩導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動(dòng)方向如何,這一類的細(xì)節(jié)問題在一開始時(shí)我都忽略了不少。
還有,經(jīng)過這次設(shè)計(jì)實(shí)踐,我體會(huì)到了交流的重要性。一個(gè)人的思路總會(huì)有些狹窄,就像剛開始我看我自己的設(shè)計(jì)總認(rèn)為一定行得通,十分自信,但在造完型后和別的組的同學(xué)相互交流觀摩之后,才恍然發(fā)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)存在著不少的漏洞,以至最后花大量的時(shí)間來修繕,但還不能把方案做的盡善盡美。如果這一步放在設(shè)計(jì)的初期就進(jìn)行的話,就能利于我更好地完成任務(wù)。所以下次設(shè)計(jì)時(shí)我一定會(huì)重視與別人交流,多汲取別人想法中的精華,爭(zhēng)取把任務(wù)完成的更好。
八、參考文獻(xiàn)
1.機(jī)械原理/安子軍主編.-北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2009.8
2.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)/陸鳳儀主編. ——機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.
3.畫法幾何與機(jī)械制圖/賈春玉,鄭長(zhǎng)民主編. —2版. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008