機械原理課程設計洗瓶機的推瓶機構

1、機械原理課程設計說明書 設計題目 洗瓶機的推瓶機構 設 計 者 周 凡 指導老師 李 鵬 南 學 院 機 電 工 程 學 院 專 業(yè) 材料成型及控制工程 班 級 二 班 2010年 12月30日摘 要 進入21世紀以來，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質量可靠、價格低廉、效率高、能耗低的機械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質量、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設計。機械產(chǎn)品設計是首要任務是進行機械運動方案的設計和構思、各種傳動機構和執(zhí)行機構的選用和創(chuàng)新設計，這就要求設計者能夠綜合應用各類典型機構的結構組成、運動原理、工作特點、設計方法及其在系統(tǒng)中的作用等知識，根據(jù)使用要求和功能分析選擇合理的工

2、藝動作過程，選用或創(chuàng)新機構型式并巧妙地組合新的機械運動方案，從而設計出結構簡單、制造方便、性能優(yōu)良、工作可靠、實用性強的機械產(chǎn)品。 機械原理課程設計就是使學生全面、系統(tǒng)掌握和深化機械原理課程的基本原理和方法的重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生機械運動方案設計，創(chuàng)新設計以及應用計算機對工程實際中各種機構進行分析和設計能力的一門課程。其目的如下：1. 使學生初步了解機械設計的全過程，受到根據(jù)功能需要擬定機械運動方案的訓練，具備初步的機構選型，組合和確定運動方案的能力。2. 以機械系統(tǒng)運動方案設計為結合點，把機械原理課程各章的理論和方法融會貫通起來，進一步鞏固和加深學生所學的理論知識。3. 使學生掌握機械運動方案

3、設計的內(nèi)容、方法、步驟，并對動力分析與設計有一個較完整的概念。4. 進一步提高學生運算、繪圖以及運用計算機和技術資料的能力。5. 通過編寫說明書，培養(yǎng)學生表達、歸納、總結的能力。6. 培養(yǎng)學生綜合運用所學知識，理論聯(lián)系實際，獨立思考與分析問題的能力和創(chuàng)新能力 目 錄1 設計題目2 工作原理及工藝動作過程3 原始數(shù)據(jù)及設計要求4 設計方案選擇5 所選方案的尺寸設計6 機構的運動學分析7 總體評價8 設計體會9 參考文獻10 附錄【設計題目】設計洗瓶機的推瓶機構【工作原理及工藝動作過程】一.工作原理 圖一 洗瓶機有關部件位置示意圖如圖一所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉；當

4、推頭M把瓶子推向前進時，轉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。二.工藝動作過程 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?！驹紨?shù)據(jù)及設計要求】 1.瓶子尺寸：大端直徑d=80 mm，長2OOmm。 2.推進距離l=600mm，推瓶機構應使推頭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，準備進入第二個工作循環(huán)。 3.按生產(chǎn)率的要求，推程平均速度為u=45mm，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?！驹O計方案選擇】分析設計要求可知：設計的推瓶

5、機構應使推頭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可走如圖二所示軌跡，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，回程時有急回特性。 圖二 推頭M運動軌跡1 方案一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的速度和機構的急回特征，可通過控制該機構的兩個輸入構件間的運動關系來得到。 圖三 五桿組合機構 二方案二 鉸鏈四桿機構的連桿2上點M走近似于所要求的軌跡，點M的速度由等速轉動的凸輪驅動構件3的變速轉動來控制。 3 方案三 全移動副四桿機構是二自由

6、度機構，構件2上的點M可精確在現(xiàn)給定的軌跡，構件2的運動速度和急回特點由凸輪控制。 圖四 凸輪-鉸鏈四桿機構 圖五 凸輪全移動副四連桿機構四，方案分析及最佳方案選擇1.方案分析 方案一：該機構具有兩自由度的連桿機構都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征；但是結構較復雜，設計困難；桿件機構又有可能出現(xiàn)死點，導致運動出現(xiàn)不連續(xù)。 方案二：該方案運動不平穩(wěn)；又由于推程較大，導致凸輪尺寸太大，整個組合所占體積將過大；且工作行程不精確，只是近似于所要求的軌跡；機構運動時噪聲較大；并且由于曲柄1是從動件，所以還要采取度過死點的措施。 方案三：該機構中點M的速度和機構的急回特征，可通過控制該機構的兩個輸入構件間的

7、運動關系來得到，但是水平方向軌跡太長，造成凸輪機構從動件的行程過大，而使相應凸輪尺寸過大。 2.選擇最佳方案綜合以上所述，方案三是最優(yōu)方案，該方案具有可行性，結構簡單合理，運動平穩(wěn)，能精確的再現(xiàn)給定的軌跡，并且能實現(xiàn)給定的運動速度和急回特性。 【所選方案的尺寸設計】 圖六 全移動副四桿機構1 連桿尺寸 連桿一做往復左右移動，連桿3做往復上下移動，連桿2做往復往復移動。 連桿1的橫向尺寸應大于480mm,在這個機構中選取520mm,豎直長度為560mm。 構件2上的連桿選取240mm。 連桿3的橫向尺寸應不少于680mm,橫向尺寸取720mm,取豎直長度為400mm。二凸輪尺寸M的運動軌跡為兩條

8、長度相等的直線和兩段相同的圓弧組成，其軌跡由凸輪a,b轉動控制，將M點的運動可以分解為X，Y兩個方向的位移隨凸輪a,b角度變化的變化，如圖七，八： 圖七 X方向M點的位移隨凸輪角度變化的變化圖八 Y方向M點的位移隨凸輪角度變化的變化 圖七的參數(shù)填如下表一：012345678度數(shù)高度0306090120150180210240X2095170245320395470545620910111213141516度數(shù)高度250260280300320340350360X64062047032017020020 圖八的參數(shù)填如下表二：012345678度數(shù)高度0306090120150180210240

9、X8888808888910111213141516度數(shù)高度250260280300320340350360X40000004080 在實際生產(chǎn)中，為了提高機構的效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機構的最大壓力角amax應小于許用壓力角a，即amaxa之值遠小于臨界壓力角ac。根據(jù)實際經(jīng)驗，在此設計中，推程時取a=30o，回程時取a=70o80o。由基圓半徑公式：Rodsd-etana-s2+e2½ ，（其中e=0）得 Ro144取凸輪a基圓半徑Ra=160mm 由圖七，表一繪出凸輪a的理論輪廓曲線如圖九： 圖九 凸輪a 同理可以求得凸輪b的基圓半徑Rb=80mm,由圖八，表二繪出凸

10、輪b的理論輪廓曲線如圖十： 圖十 凸輪b 3 速度設計 因為推程的平均速度要求為45mm/s,返回時的平均速度為推程的3倍，所以工作所用時間為600/4513.3秒 ，返回所用時間為800/1356.0秒 ，所以總時間應為19.3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20秒,即凸輪轉一周的時間為20秒，所以其角速度為2/20=/10rad/s0.314rad/s。 【機構的自由度分析】該機構中有5個活動構件，其中含有6個低副和2個高副，還有一個虛約束，故該機構的自由度為F=3n-(2Pl+Ph-p')=2,因為該機構有兩個原動件，故該機構是二自由度

11、機構。 【機構總體評價】1 優(yōu)點全移動副四桿機構是兩自由度機構，構件上的M點可精確再現(xiàn)給定的軌跡，構件的運動速度和急回特征由凸輪控制，并且具有較高的生產(chǎn)效率，結構簡單，構件數(shù)較少，運動平穩(wěn)，無沖擊。2 缺點1.水平方向軌跡太長，造成凸輪機構從動件的行程過大，而使相應凸輪尺寸過大，在機器中放置空間較大；并且不利于力的傳動。2.該機構采用了凸輪機構，而凸輪與從動件之間接觸為點、線接觸，在運動中磨損很嚴重，不能實現(xiàn)長期精確的工作?！驹O計體會】 這幾天的課程設計很辛苦，每天晚上都要弄到好晚。但是當看到自己的成果之后，很興奮。從一開始的迷茫，然后上網(wǎng)找資料，了解課程設計的目的，任務，內(nèi)容等等一系列的東西，對課程設計有了大致的了解，選好課題之后就從網(wǎng)上下載了一下資料，從圖書館借了參考書和手冊。但是因為自己的基本功不太扎實，對課題把握不準確，先后選擇實踐了好幾個機構，但是都失敗了，終于我選擇了一個比較簡單的全移動副四桿凸輪機構，經(jīng)過幾天的分析，計算，設計，與同學討論，開始我以為自己可以很快完成，但是還是花了很多時間，又從網(wǎng)上摘抄了小部分內(nèi)容，終于勉強完成了。并且當完成之后，發(fā)現(xiàn)這個機構還是有很多的缺點，就有一點點失望，可能這就是對知識理解的不深刻，認識不全面。通過這次課程設計，把實際與理論聯(lián)系起來，對教科書有了較深刻