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1、0 机 械原 理 设计说明书 洗瓶机 起止日期： 2015 年 5 月 21 日 至 2015 年 5 月 28 日 学生姓名 班级 学号 成绩 指导教师刘杨 机械与电子工程（系）机械与电子工程（系） 2015 年年 5 月月 27 日日 目录 1 / 28 Remove Demo Watermark from 1 设计任务书 3 第 1 章 工作原理和工艺动作分解 4 第 2 章 根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 5 第 3 章 执行机构选型 6 第 4 章 机械运动方案的选择和评定 8 第 5 章 机械传动系统的速比变速机构 10 第 6 章 机构运动简图12 第 7 章 洗瓶机构的尺
2、度设计14 第 8 章 洗瓶机构速度与加速度分析 22 第 9 章 设计总结 25 第 10 章 参考资料 26 课程设计任务书 2 / 28 2 2014 2015 学年第学年第 2 学期学期 机械与电子工程 学院（系、部） 专业 班级 课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 洗瓶机 完成期限：自 2015 年 5 月 21 日至 2015 年 5 月 28 日共 1 周 内 容 及 任 务 一、设计的任务与主要技术参数 将瓶子推入同时转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就 可以将瓶子刷干净。 其工艺过程是： (1) 将到位的瓶子沿着导辊推动； (2) 瓶子推动过
3、程利用导辊转动将瓶子转动； (3) 作为清洗工具的刷子的转动； 其余设计参数是： （1）瓶子尺寸 大端直径 d=80mm , 长 l=200mm ； （2）推进距离 L=600mm ；推瓶 机构应使推头以接近均匀的速 度推瓶，平稳地接触和脱离瓶 子，然后推头快速返回原位，准 备进入第二个工作循环。 （3）按生产率的要求，退成平均速度 v=45mm/s，返回时的平均速度为工作形成平均 速度的 3 倍。 （4） 、电动机转速为 1440 r/min。 （5） 、急回系数 3。 二、设计工作量 要求：对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运 动循环图，进行执行机构选型，
4、构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运 动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比，作出机构运动简 图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。 要求有设计说明书一份，相关图纸一至两张。 起止日期工作内容 6.4-6.5构思该机械运动方案 6.6.-6.7运动分析及作图 进 度 安 排 6.8 整理说明书 参考 资料 1朱理机械原理 北京：高等教育出版社，2008：15-200 2邹慧君机械原理课程设计 北京：高等教育出版社，2009：15-250 3 / 28 3 指导教师 ： 2015 年 5 月 27 日 第第 1 1 章章工艺动作分解和工作原理工艺动作分
5、解和工作原理 1、根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程及运动形式为： (1) 需将瓶子推入导辊上，推头的运动轨迹如图 1-1 所示。 图 1-1 推瓶机构的推头轨迹图 (2) 导辊的转动带动瓶的转动，其运动简图如图 1-2 所示。 图 1-2 导辊的转动带动瓶的转动 (3) 刷子的转动。其转动形式大致如图 1-3 所示。 图 1-3 刷子的转动 （4）传送带的传动带动瓶子。其运动形式大致如图 1-4 所示。 图 1-4 瓶子的运动 4 / 28 4 第第 2 2 章章. .根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图 拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作
6、的先后顺序、相位， 以利于设计、装配和调试。3 推头的设计要求，推头在长为 600mm 的工作行 程中，作速度为 45mm/s 的匀速直线运动，在工作段前后有平均速度为 135mm/s 的变速运动，回程时具有 k=3 的急回特性。 其总体的循环图如 2-1 所示。 进瓶机构匀速旋转 洗瓶机构 （刷子） 匀速旋转 导辊机构 360 推瓶机构 （推头 M） 27090 图 21 各机构的循环图 5 / 28 5 第第 3 3 章章. .执行机构选型执行机构选型 由上述分析可知，洗瓶机机构有三个运动：一为实现推动瓶子到导辊机构 上的推瓶机构，二为实现清洗瓶子的刷子的旋转机构；三是实现带动瓶子旋转 的
7、导辊机构。此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后应能作适 当的调整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节(也可能是机构)。 主加压机构设计过程： 实现推瓶机构的基本运动功能： 1)推头的行程是 600mm，速度是 45mm/s。所以推程的时间就是 13.3s，回 程的速度是推程速度的 3 倍，就是 135mm/s，时间就是 4.4s。以电动机作为原 动力，则推瓶机构应有运动缩小的功能 2)因推瓶是往复运动，故机构要有运动交替的功能 3)原动机的输出运动是转动，推头的运动是直移运动，所以机构要有运动 转换的功能 取上述三种必须具备的功能来组成机构方案。若每一功能仅由一类基本 机构来实现
8、，如图 3-1 所示，可组合成 3*3*327 种方案。 图 3-1 各个机构的功能-技术矩阵图 6 / 28 6 按给定的条件，尽量使机构简单等等要求来选择方案。所以可以得出以 下三种机构的见图 图 3-2 机构的方案 7 / 28 7 第第 4 4 章章. .机械运动方案的选择和评定机械运动方案的选择和评定 根据第三章的分析，可以选出如下图 3-2 所示的三种方案作为评选方案。 方案一 摇杆机构 方案二 连杆机构 8 / 28 8 方案三 凸轮铰链四杆机构 图 4-1 推瓶机构的方案构思图 图 3-2 所示的推瓶运动机构方案中的优缺点 方案一：方案一的结构简单，成本低。但组合机构行程过长，
9、生产效率 较低不能满足要求。 方案二：结构合理但运动轨迹不能满足要求，而且计算量要求过于复杂， 精确度不高。 方案三：（最终采纳方案） 凸轮设计合理，行程满足设计要求，生产效率满足，偏差小，故采纳此 设计方案。也只有方案三采用了凸轮机构如图 4-1 所示。 图 4-2 凸轮-铰链四杆机构 9 / 28 9 第第 5 5 章章. .机械传动系统的速比和变速机构机械传动系统的速比和变速机构 总传动比计算： I总=1440/3=480r/min （5-1） 第一级为蜗 轮蜗杆，选取传动比为 80.第二级为齿轮减速，传动比为 3. 第三级为锥齿轮传动，传动比为 2。 按照设计要求，每分钟要求清洗三个瓶
10、子，所以在凸轮机构中分配轴 2 的转速为 3r/min，选取额定转速为 1440r/min 的电动机，总传动比 I总 =1440/3=480r/min，传动系统采用 3 级减速机构，第一级为蜗轮蜗杆，选取 传动比为 80.第二级为齿轮减速，传动比为 3.第三级为锥齿轮传动，传动比 为 2。 具体计算如下： V R 80 W 104.9 图 5-2 机械传动系统设计 根据急回系数及工作行程设计了如图 5-1、5-2 机构所示，分析其速度。设 已知行程，急回系数为，回程时间为 ，生产率为个每分则工作行程时间SKtn 为，加工一个工件的平均速度为， ，3.5tT 60 T n (1)TKttKt 。
11、推程速度，而，其中为曲柄的固定铰至行程中点的 1 T t K S V t VRW R 距离进而求出曲柄角速度。又因为，所以曲柄转速W22 60 n Wf 。 6030 2 WW n 根据以上分析计算得到参数如下表 5-3 的参数列表。 从带轮 1 传动到锥齿轮 8 的传动比，其中为所设计的行星 24 18 1 3 1440 4.88 ae r z ii rz ae i 轮系的传动比，分别为带轮 1 和 2 的半径。 1 r 2 r ，分别为啮合齿轮 3,4 的齿数，分别为带轮 5,6 24 5 1 1 3 6 1440 80 r z r i rz r 3 z 4 z 5 r 6 r 10 /
12、28 10 的半径。 综合考虑，齿数分配如下： ，其中为渐开线齿轮行星传动比， 24 18 1 3 1440 4.88 ae r z ii rz ae i i18=1440/3=300/150*600/30*120=480； ； 11318 ii 24 5 1 1 3 6 144030060180 18 801503040 r z r i rz r 表 5-3 各参数列表 项目值 电机转速（r/min) 1440 推程位移(mm) 600 生产率(个/min) 3 平均每个耗时(s) 20 急回系数 K 3 推程用时(s) 13.3 推程平均速度(mm/s) 45 曲柄铰至中点距离(mm) 1
13、04.9 曲柄转速(r/min) 4.879208154 总传动比 480.13 根据以上分析，设计了如图 5-4 所示的传动机构：从电动机传出的动力经 过带轮 1、2 减速，传给一对渐开线圆柱齿轮 3、4 第二次减速，从齿轮 4 传出 的动力开始分支：一部分传给带轮 5、6 进一步减速输送给毛刷传动齿轮，各毛 刷的转速大小一致，另一部分由于速度仍然比较大，选用 3K 型的 NGWN 型渐开 线行星轮系进一步减速。最终速度减为所需速度，直接由 8 处的动力带动曲柄 摇杆机构的曲柄转动。并且，通过一对圆锥齿轮将速度变向，传递给两个导辊， 其间的传动比都为 1。如此，整个洗瓶机的传动机构设计便完成
14、了。详见图 5-4 所示。 11 / 28 11 图 5-4 第第 6 6 章章. .洗瓶机的机构运动简图洗瓶机的机构运动简图 综合本组党飞、林尚旗同学的机构选型，做出洗瓶机的总体机构运动简 图，如图 6-1 所示 图 6-1 洗瓶机的总体机构运动简图 方案说明 首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱 减速，再经过带传动传给齿轮 1，齿轮一又传给齿轮 2 带动轴旋转。 导辊传动：由齿轮 3 带动齿轮 4 使外面一根导辊转动；再由齿轮 4 带 动齿轮 5，齿轮 5 又带动齿轮 6 使里面那根导辊转动。因为齿轮 4 和齿轮 6 大小一样，齿轮 5 主要是保证两导辊转向一致，
15、这样既保证速度一样，也保 证了旋转方向一样。 12 / 28 12 进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮 4 带动齿轮 7，又由齿轮 7 带动的轴 旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆 B，然后蜗轮蜗杆 B 带动齿轮 9，再由齿轮 9 带动 间歇机构槽轮完成瓶子的输进。 洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮 6 带动齿轮 8，齿轮 8 带动轴转动， 再由轴带动蜗轮蜗杆 C，然后再通过蜗轮 10 传给齿轮 13，而齿轮 13 通过左 右各一个小齿轮（齿轮 12 和齿轮 14）传给同尺寸的齿轮 11 和齿轮 15，这样 也保证了它们三个齿轮（齿轮 11、齿轮 13 和齿轮 15）转向、转速相同。三 个齿轮又把动力传给刷
16、子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。 推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆 A 带动齿轮 16，再由齿轮 16 传给凸轮的齿 轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。 第第 7 7 章机构的尺度设计章机构的尺度设计 推瓶机构中凸轮铰链四杆机构方案 如 7-1 所示，铰链四杆机构的连杆 2 上点 M 走近似于所要求的轨迹，M 点 的速度由等速转动的凸轮通过构件 3 的变速转动来控制。由于此方案的曲柄 1 是从动件，所以要注意度过死点的措施。 13 / 28 13 图 7-1 凸轮铰链四杆机构的方案 一、凸轮的基本参数 1. 凸轮的压力角表达式： 2. 凸轮基圆半径的确定 图示凸轮机构中，导路位于右 侧。运动规律确定之后，凸轮机构 的压力角 与基圆半径 r0 直接
