機械原理課程設(shè)計洗瓶機的推瓶機構(gòu)

1、機械原理課程設(shè)計說明書 設(shè)計題目 洗瓶機的推瓶機構(gòu) 設(shè) 計 者 周 凡 指導(dǎo)老師 李 鵬 南 學(xué) 院 機 電 工 程 學(xué) 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(jì)以來，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)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(zhì)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(shè)計。機械產(chǎn)品設(shè)計是首要任務(wù)是進行機械運動方案的設(shè)計和構(gòu)思、各種傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計，這就要求設(shè)計者能夠綜合應(yīng)用各類典型機構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成、運動原理、工作特點、設(shè)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(gòu)型式并巧妙地組合新的機械運動方案，從而設(shè)計出結(jié)構(gòu)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(shè)計就是使學(xué)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(xué)生機械運動方案設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計以及應(yīng)用計算機對工程實際中各種機構(gòu)進行分析和設(shè)計能力的一門課程。其目的如下：1. 使學(xué)生初步了解機械設(shè)計的全過程，受到根據(jù)功能需要擬定機械運動方案的訓(xùn)練，具備初步的機構(gòu)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(shè)計為結(jié)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(xué)生所學(xué)的理論知識。3. 使學(xué)生掌握機械運動方案

3、設(shè)計的內(nèi)容、方法、步驟，并對動力分析與設(shè)計有一個較完整的概念。4. 進一步提高學(xué)生運算、繪圖以及運用計算機和技術(shù)資料的能力。5. 通過編寫說明書，培養(yǎng)學(xué)生表達、歸納、總結(jié)的能力。6. 培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)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(shè)計題目2 工作原理及工藝動作過程3 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求4 設(shè)計方案選擇5 所選方案的尺寸設(shè)計6 機構(gòu)的運動學(xué)分析7 總體評價8 設(shè)計體會9 參考文獻10 附錄【設(shè)計題目】設(shè)計洗瓶機的推瓶機構(gòu)【工作原理及工藝動作過程】一.工作原理 圖一 洗瓶機有關(guān)部件位置示意圖如圖一所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)；當(dāng)

4、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(dāng)前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。二.工藝動作過程 將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程利用導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動?！驹紨?shù)據(jù)及設(shè)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(gòu)應(yīng)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(zhǔn)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(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便?！驹O(shè)計方案選擇】分析設(shè)計要求可知：設(shè)計的推瓶

5、機構(gòu)應(yīng)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(zhǔn)備第二個工作循環(huán)。根據(jù)設(shè)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(yīng)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(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，可通過控制該機構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的運動關(guān)系來得到。 圖三 五桿組合機構(gòu) 二方案二 鉸鏈四桿機構(gòu)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(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。 3 方案三 全移動副四桿機構(gòu)是二自由

6、度機構(gòu)，構(gòu)件2上的點M可精確在現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)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(gòu) 圖五 凸輪全移動副四連桿機構(gòu)四，方案分析及最佳方案選擇1.方案分析 方案一：該機構(gòu)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；但是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計困難；桿件機構(gòu)又有可能出現(xiàn)死點，導(dǎo)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(dǎo)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(gòu)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(gòu)中點M的速度和機構(gòu)的急回特征，可通過控制該機構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的

7、運動關(guān)系來得到，但是水平方向軌跡太長，造成凸輪機構(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)計】 圖六 全移動副四桿機構(gòu)1 連桿尺寸 連桿一做往復(fù)左右移動，連桿3做往復(fù)上下移動，連桿2做往復(fù)往復(fù)移動。 連桿1的橫向尺寸應(yīng)大于480mm,在這個機構(gòu)中選取520mm,豎直長度為560mm。 構(gòu)件2上的連桿選取240mm。 連桿3的橫向尺寸應(yīng)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(zhuǎn)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(gòu)的效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機構(gòu)的最大壓力角amax應(yīng)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(shè)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(shè)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(yīng)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(zhuǎn)一周的時間為20秒，所以其角速度為2/20=/10rad/s0.314rad/s。 【機構(gòu)的自由度分析】該機構(gòu)中有5個活動構(gòu)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(gòu)的自由度為F=3n-(2Pl+Ph-p')=2,因為該機構(gòu)有兩個原動件，故該機構(gòu)是二自由度

11、機構(gòu)。 【機構(gòu)總體評價】1 優(yōu)點全移動副四桿機構(gòu)是兩自由度機構(gòu)，構(gòu)件上的M點可精確再現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)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(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)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(gòu)從動件的行程過大，而使相應(yīng)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(gòu)采用了凸輪機構(gòu)，而凸輪與從動件之間接觸為點、線接觸，在運動中磨損很嚴(yán)重，不能實現(xiàn)長期精確的工作?！驹O(shè)計體會】 這幾天的課程設(shè)計很辛苦，每天晚上都要弄到好晚。但是當(dāng)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(shè)計的目的，任務(wù)，內(nèi)容等等一系列的東西，對課程設(shè)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(zhǔn)確，先后選擇實踐了好幾個機構(gòu)，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(gòu)，經(jīng)過幾天的分析，計算，設(shè)計，與同學(xué)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(dāng)完成之后，發(fā)現(xiàn)這個機構(gòu)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(rèn)識不全面。通過這次課程設(shè)計，把實際與理論聯(lián)系起來，對教科書有了較深刻