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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 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 洗瓶机构的尺度设计14 第 8 章 洗瓶机构速度与加速度分析 22 第 9 章
2、设计总结 25 第 10 章 参考资料 26 课程设计任务书 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) 瓶子推动过程利用导辊转动将瓶子转动； (3) 作为清洗工具的刷子的
3、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，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，
4、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 指 导 教 师 ： 2015 年 5 月 27 日 第1章 工艺动作分解和工作原理第1章 工艺动作分解和工作原理 1、根据任务书的要求，该机械的应
5、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 第 2 章.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图第 2 章.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的先后顺序、相位，以 利于设计、 装配和调试。 3 推头的设
6、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 第 3 章.执行机构选型第 3 章.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导 辊机构。此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安
7、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，如图 3-1 所示，可组合成 3*3*32
8、7 种方案。 图 3-1 各个机构的功能-技术矩阵图 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 第 4 章.机械运动方案的选择和评定第 4 章.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 方案三 凸轮铰链四杆机构 8 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，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
9、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 第 5 章.机械传动系统的速比和变速机构第 5 章.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
10、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为SKtn ， 加工一个工件的平均速度为， ，。3.5tT 60 T n (1)TKttKt 1 T t K 推程速度，而，其中为曲柄的固定铰至行程中点的距离进而求 S V t VR
11、W R 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轮 24 18 1 3 1440 4.88 ae r z ii rz ae i 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 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
12、4.88 ae r z ii rz ae i 10 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 K3 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)104.9 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
13、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了。详见图 5-4 所示。 图 5-4 11 第 6 章.洗瓶机的机构运动简图第 6 章.洗瓶机的机构运动简图 综合本组党飞
14、、 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，这样既保证速度一样，也保证了 旋转方向一样。 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
15、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
16、-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。 12 第 7 章机构的尺度设计第 7 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。 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： 13 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 直接相关。 P 点为相对瞬心 OP= v/= ds/dt / d/dt =ds/d 由BCP 得: tg=(OP-e)/BC =(ds/d- e)/(
