機械原理課程設計洗瓶機

1、機械原理課程設計-洗瓶機院 系： 工學院機械系 專 業(yè)： 機械工程及自動化 年 級： 2009級 學生姓名： 楊 濤 學 號： 200903050742 指導教師： 蘇艷萍 同 組 人： 馮 育 俊 2011年10月機械原理課程設計說明書 目錄 一、 設計任務書31、1 設計題目31、2 設計任務41、3 設計要求4二、洗瓶機流程分析及運動方案設計52、1 流程分析52、2 運動方案設計-6三、機械總體結(jié)構(gòu)設計9四、執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的結(jié)構(gòu)設計11五、洗瓶機的流程分析12六、兩種方案的評價比較136、1 第一種方案146、2 第二種方案15 6、3 最佳選定方案17七、 設計總結(jié)18一、設計任

2、務書1、1 設計題目圖1 洗瓶機工作示意圖 設計洗瓶機。如圖1 所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當推頭m把瓶子推向前進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導輥待推。洗瓶機的技術(shù)要求見表1。表1 洗瓶機的技術(shù)要求方案號瓶子尺寸（長直徑）mm，mm工作行程mm生產(chǎn)率個/min急回系數(shù)k電動機轉(zhuǎn)速r/mina1002006003314401、2 設計任務 （1）. 洗瓶機應包括齒輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)（2）.畫出機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。（3）.設計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設

3、計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析。繪出運動線圖。（4 ）.其他機構(gòu)的設計分析。（5）.編寫設計計算說明書。1、3 設計要求1.3.1工作原理為了清洗瓶子，需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導輥前進，轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。1.3.2 原始數(shù)據(jù)（1）瓶子尺寸：長度l=100mm，直徑d=200mm。 （2）推進距離s=600mm，推瓶機構(gòu)應使推移接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)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(chǎn)率每分鐘3個的要求，推程的平均

4、速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （4）電動機轉(zhuǎn)速為1440 r/min。（5）急回系數(shù)3。二、洗瓶機流程分析及運動方案設計2、1 流程分析洗瓶機的流程分為五個流程：進瓶、清洗瓶內(nèi)表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶。2、2 運動方案設計（1）、進瓶機構(gòu)選擇進瓶需要實現(xiàn)的是將瓶子從相應的位置間歇送到推瓶機構(gòu)上。為實現(xiàn)此運動，本方案將瓶子放入膠性皮帶上，利用槽輪機構(gòu)帶動皮帶運動來實現(xiàn)。如下圖2所示： 圖2（2）、清洗瓶內(nèi)表面機構(gòu)設計 清洗瓶內(nèi)表面只需向瓶中送入帶有毛刷的導輪上，利用齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動毛刷旋轉(zhuǎn)，進行清洗。為實現(xiàn)這個流程，我把此流程安排在導輥上來實現(xiàn)。即在瓶子滑

5、下斜坡到導輥的軌跡上時，導輥勻速前進的同時，毛刷插進瓶子，推動瓶子，利用轉(zhuǎn)動的毛刷清洗瓶內(nèi)表面。，為實現(xiàn)此運動我采用了齒輪輪來實現(xiàn)，導輥要既有前進，又要有轉(zhuǎn)動，就要求導輥有伸縮旋轉(zhuǎn)的作用，我利用釣魚竿原理來實現(xiàn)，如下：圖3（3）、推瓶機構(gòu)設計設計的推瓶機構(gòu)應使推頭m以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。根據(jù)設計要求，推頭m可走圖4 所示軌跡，而且推頭m在工作行程中應作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。圖4推頭m運動軌跡對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)組合，起來，設計組合機構(gòu)。a、推瓶機

6、構(gòu)選擇推瓶機構(gòu)的方案：根據(jù)前述設計要求,推瓶機構(gòu)應為一具有急回特性的機構(gòu),為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)k盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應使推頭作直線運動,或者近似直線運動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。推頭的運動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機構(gòu)主要有曲柄滑塊機構(gòu),曲柄轉(zhuǎn)動導桿機構(gòu)和曲柄擺動導桿機構(gòu)。運用前述設計的思想方法,再考慮到機構(gòu)的急回特性和推頭做往復直線運動的特點， 所以根據(jù)要求，本機構(gòu)采用五桿組合機構(gòu)（由凸輪、齒輪和連桿機構(gòu)組合而成）。b、五桿組合機構(gòu)方案結(jié)構(gòu)特點：鉸鏈帶

7、動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪帶動渦輪轉(zhuǎn)動，根據(jù)渦輪的轉(zhuǎn)動，結(jié)合桿組，從而實現(xiàn)推頭的急回運動。即前進時間大于返回時間和返回時間大于前進時間。 確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩自由度的連桿機構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點m的速度和機構(gòu)的急回特征，圖3 所示為兩個自由度五桿低副機構(gòu)，1、4為它們的兩個輸入構(gòu)件，這兩構(gòu)件之間的運動關系用凸輪、齒輪或四連桿機構(gòu)來實現(xiàn)，從而將原來兩自由度機構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)（如下圖所示）。圖5如圖上所示，桿4的上升運動可以使推頭在水平面上正常的工作，使推桿機構(gòu)達到工作的平穩(wěn)性與高效性。另外，此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，安全性高，急回特性顯著，便于制作，但是要注意預防死點

8、的發(fā)生，以免出現(xiàn)頂死現(xiàn)象(4)、清洗區(qū)方案設計當瓶子進入清洗區(qū)域后，可以以多種的運動方式實現(xiàn)過程，可以是圓周運動，也可以是直線運動。所以我們可以用雙輥清洗機構(gòu)，其根據(jù)兩根導棍的同時同向轉(zhuǎn)動帶動瓶子的轉(zhuǎn)動這一原理設計的，在這個機構(gòu)中瓶子沿著本身軸線做直線運動，在工作效率上較其他機構(gòu)具有一定的優(yōu)勢，而且能夠很好的保證工作的平穩(wěn)性。如下圖所示：（5） 、送瓶機構(gòu)的設計 送瓶機構(gòu)要實現(xiàn)的是將清洗干凈的瓶子勻速的送到指定的位置。我在推瓶的 末端設計一個瓶子滑落的斜面臺，將洗好的瓶子隨斜臺滑到有一定摩擦的皮帶上，再由皮帶送走瓶子如圖7示： 圖7三、機械總體結(jié)構(gòu)設計 圖8 為了實現(xiàn)進瓶、清洗瓶內(nèi)表面、推瓶、

9、清洗瓶外表面、送瓶，首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構(gòu)間歇的送到導輥軌跡上，轉(zhuǎn)動的毛刷通過五桿組合機構(gòu)帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導桿的推動和旋轉(zhuǎn)下邊前進邊清洗內(nèi)表面，推動瓶子沿導輥前進，再由外面轉(zhuǎn)動的刷子將瓶子外表面洗凈。它的主要運動是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動，最后滑入送瓶機構(gòu)送出。要實現(xiàn)上述分功能,有下列工藝動作過程:(1)皮帶做間歇直線運動；(2)瓶子由皮帶到導輥的滑動；(3)內(nèi)表面毛刷勻速推進和自身旋轉(zhuǎn)； (4)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置; (5)在推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉(zhuǎn)動的導輥轉(zhuǎn)動; (6)同

10、時,有原動件帶動的刷子也同時在轉(zhuǎn)動,當瓶子沿導輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈; (7)在瓶子移動過程中,清洗內(nèi)表面的刷子同時在瓶子內(nèi)轉(zhuǎn)動,動作結(jié)束,則刷子移出瓶外. (8)瓶子離開皮帶,而推瓶機構(gòu)急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環(huán).（9）洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉(zhuǎn)動的皮帶送出；四、執(zhí)行機構(gòu)和傳動部件的結(jié)構(gòu)設計本機構(gòu)由導輥和刷子組成：（1）刷子由三個互相嚙合的齒輪帶著它們不停的轉(zhuǎn)動，而使它能夠保持不間斷的接觸，清洗污垢。 （2）導輥的運動由定軸帶輪來完成，兩個帶輪的同向旋轉(zhuǎn)帶動導輥的同向轉(zhuǎn)動，而帶動瓶子轉(zhuǎn)動。導輥的俯視圖如下：（3）推瓶機構(gòu)和洗瓶機構(gòu)組合本機構(gòu)采用了五桿組合機構(gòu)（ 如

11、下頁圖示 ），齒輪機構(gòu)，瓶子的運動分為直線運動和轉(zhuǎn)動，直線運動由五桿組合機構(gòu)來完成，瓶子的轉(zhuǎn)動由同向轉(zhuǎn)動的導輥來完成。利用瓶子的運動來清洗瓶子的內(nèi)外表面。 刷子的運動由完成不同的功能來決定。清洗瓶子的刷子由三個互相嚙合的齒輪帶著它們不停的轉(zhuǎn)動，而使它能夠保持不間斷的接觸，清洗表面污垢。（4）傳動機構(gòu)最終選用的機構(gòu)中刷子的轉(zhuǎn)動軸、導輥的軸、執(zhí)行機構(gòu)主動件的軸兩兩垂直。所以通過帶輪傳動來實現(xiàn)各方向的改變 五、洗瓶機流程分析 按生產(chǎn)率的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的均速度為工作時的平均速度的三倍。工藝動作分推瓶和洗瓶兩部分，具體過程如下： (1)電動機轉(zhuǎn)動的同時，通過最末端齒輪帶動皮

12、帶做間歇直線運動； (2)通過皮帶末端的槽輪將瓶子由皮帶滑到導輥的軌跡上；(3)在由旋轉(zhuǎn)的推頭將將瓶子內(nèi)表面刷刷凈，同時帶動瓶子向前運動； (4) 推頭作直線近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置； (5) 在推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉(zhuǎn)動的導輥轉(zhuǎn)動；(6) 同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉(zhuǎn)動,當瓶子沿導輥移動時,瓶子的外表面就清洗干凈；(7) 在瓶子移動過程中,清洗內(nèi)表面的刷子同時在瓶子內(nèi)轉(zhuǎn)動,動作結(jié)束,則刷子移出瓶外；(8)瓶子洗凈后離開導輥,而五桿機構(gòu)急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環(huán)。(9)洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉(zhuǎn)動的皮帶送出；六、兩種洗瓶機設

13、計方案評估6、1 第一種方案圖：為了實現(xiàn)進瓶、清洗瓶內(nèi)表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶，首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構(gòu)間歇的送到導輥軌跡上，轉(zhuǎn)動的毛刷通過五桿組合機構(gòu)帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導桿的推動和旋轉(zhuǎn)下邊前進邊清洗內(nèi)表面，推動瓶子沿導輥前進，再由外面轉(zhuǎn)動的刷子將瓶子外表面洗凈。它的主要運動是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動，最后滑入送瓶機構(gòu)送出。要實現(xiàn)上述分功能,有下列工藝動作過程:(1)皮帶做間歇直線運動；(2)瓶子由皮帶到導輥的滑動；(3)內(nèi)表面毛刷勻速推進和自身旋轉(zhuǎn)； (4)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置; (5)在推頭沿直線運

14、動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉(zhuǎn)動的導輥轉(zhuǎn)動; (6)同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉(zhuǎn)動,當瓶子沿導輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈;(7)在瓶子移動過程中,清洗內(nèi)表面的刷子同時在瓶子內(nèi)轉(zhuǎn)動,動作結(jié)束,則刷子移出瓶外. (8)瓶子離開皮帶,而推瓶機構(gòu)急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環(huán).（9）洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉(zhuǎn)動的皮帶送出； 6.2 方案二總體方案簡圖 方案二運動說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導輥轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5

15、又帶動齒輪6使里面那根導輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿b，然后蝸輪蝸桿b帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿c，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個

16、外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表面。推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿a帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復運動。3、 兩種方案評價比較： （1）、運動鏈的長短:兩種方案都比較簡單，運動鏈的長度也差不多，但方案二構(gòu)件數(shù)目少一些，簡單一點。 （2）、機構(gòu)的排列順序：兩種方案的排列順序都不是很合理，方案一中，有渦輪蝸桿傳動，以傳動動力為主，應該將渦輪蝸桿機構(gòu)布置在高速級，齒輪機構(gòu)在低速級，但方案一中有嚴格按照這樣分布。方案二中有帶傳動時（進瓶與出瓶機構(gòu)），這種摩擦傳動外廓尺寸較大的機構(gòu)一般安排在運動鏈的起始端，而其沒有，也不是十分合理。 （3）、傳動比

17、分配：兩個用的構(gòu)件差不多，但是方案二中洗瓶刷子用帶傳動，其現(xiàn)實制作麻煩，且誤差大，所以方案一傳動比更合理一些。 （4）、運動副的形式：兩種方案用的運動副都差不多，在推瓶機構(gòu)上，方案一、二中都很好，但方案二精度更高一些。但方案一中簡單一些，成本低。 （5）、機械效率：在這方面方案一中大多采用齒輪傳遞，精度較高。而方案二中含有帶傳動等效率低的機構(gòu)，所以機械效率比方案一稍低一些。 6、3 最后選定方案方案二總體方案簡圖 方案二運動說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導輥轉(zhuǎn)

18、動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿b，然后蝸輪蝸桿b帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿c，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個