洗瓶機(jī)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)

洗瓶機(jī)機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 洗瓶機(jī)推平機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)學(xué)校：專(zhuān)業(yè):機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)教師：2012年6月10日目錄設(shè)計(jì)的課題…………3設(shè)計(jì)的目的…………3設(shè)計(jì)的原理…………3設(shè)計(jì)要求及任務(wù)……4參數(shù)的選擇…………5方案設(shè)計(jì)及分析……5方案的確定及其分析………………8變速箱的設(shè)計(jì)………15總體設(shè)計(jì)及其布局…………………16實(shí)體搭建…………17總結(jié)………………18參考文獻(xiàn)……………19方案一：凸輪齒輪機(jī)構(gòu)分析及評(píng)價(jià)：運(yùn)動(dòng)是否具有確定的運(yùn)動(dòng)該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件n=5（注意凸輪2和3固定在一起同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，因此只能算一個(gè)構(gòu)建）。在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中低副P(pán)l=6，桿4和桿5分別與兩凸輪構(gòu)成兩個(gè)高副P(pán)h=2。機(jī)構(gòu)中不存在虛約束和局部自由度。由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-(2Pl+Ph)=3×5—（2×6+2）=1，由此可見(jiàn)，該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。（2）機(jī)構(gòu)的合理性：該構(gòu)件采用兩個(gè)凸輪分別控制推頭的水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)，將推頭復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解到X軸和Y軸，根據(jù)推頭的運(yùn)動(dòng)要求，設(shè)計(jì)了控制進(jìn)程回程的機(jī)構(gòu)凸輪和齒輪，還有控制豎直運(yùn)動(dòng)的凸輪，因此設(shè)計(jì)凸輪較為方便，而且能保證推頭能夠平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)。但同時(shí)由于凸輪的不平衡，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)引起整個(gè)機(jī)構(gòu)的震動(dòng)，會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的壽命。在設(shè)計(jì)中盡量使凸輪的重量小一些，減小因?yàn)橥馆喴鸬恼麄€(gè)機(jī)構(gòu)的不平衡和機(jī)器的震動(dòng)。也可以在凸輪上設(shè)置不平衡質(zhì)量使慣性半徑達(dá)到最小。（3）方案評(píng)價(jià)：1優(yōu)點(diǎn)：齒輪的傳動(dòng)比，可以滿(mǎn)足推頭的水平位移，可精確定位推頭M的運(yùn)動(dòng)軌跡，根據(jù)所學(xué)的知識(shí)就能方便的設(shè)計(jì)出所需的路徑曲線(xiàn)圖，然后通過(guò)解析法精確的設(shè)計(jì)出凸輪的外輪廓曲線(xiàn)。2不足：不知道方案二：曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)方案分析：優(yōu)缺點(diǎn)分析：該連桿具有對(duì)成性。當(dāng)BC=CD=CE時(shí)，其連桿上E點(diǎn)生成連桿曲線(xiàn)，有一段是直線(xiàn)，一段近似為圓弧。在ab段非常近似等速精確直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。自由度計(jì)算：活動(dòng)構(gòu)件個(gè)數(shù)為3，在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中轉(zhuǎn)動(dòng)副是4，機(jī)構(gòu)中沒(méi)有虛約束，由以上條件可知：機(jī)構(gòu)的自由度F=3n-(2pl+ph)-F’=3*3-2*4=1，自由度為1，由此可見(jiàn)，該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。3)該機(jī)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但是可能存在剛性或柔性沖擊。方案三:凸輪——鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)可行性：（1）此機(jī)構(gòu)使用凸輪和連桿機(jī)構(gòu)，構(gòu)造簡(jiǎn)單，所占空間小，維修、檢測(cè)都很方便。（2）此洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)使推頭的運(yùn)動(dòng)可以由凸輪的外輪廓線(xiàn)來(lái)確定，而連桿機(jī)構(gòu)可以使凸輪的推程放大，達(dá)到設(shè)計(jì)題目要求的行程速度系數(shù)比K=3。（3）該機(jī)構(gòu)中構(gòu)件數(shù)n=5。在各個(gè)構(gòu)件構(gòu)成的的運(yùn)動(dòng)副中低副是6，滾子6和凸輪1構(gòu)成一個(gè)高副，機(jī)構(gòu)中不存在虛約束，滾子6處存在一個(gè)局部自由度。由機(jī)構(gòu)的自由度計(jì)算公式得：F=3n-(2Pl+Ph)=3×5-（2×6+1）-1=1,所以該機(jī)構(gòu)具有確定的運(yùn)動(dòng)。不足：(1)推頭在推瓶子時(shí)與瓶底有碰撞，而推頭在推動(dòng)瓶子在導(dǎo)輥上移動(dòng)時(shí)摩擦較大，須加載的驅(qū)動(dòng)力也較大，所以不合理，凸輪和曲柄的運(yùn)動(dòng)都存在死點(diǎn)，使機(jī)構(gòu)運(yùn)行不平穩(wěn)。(2)由于刷子與導(dǎo)輥的距離是一定的，所以如果是清洗象啤酒瓶一樣的瓶子，刷子很難清洗到瓶頸的部分，這也是此機(jī)構(gòu)的一個(gè)不足之處。（3）機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)由于凸輪的不平衡，在使用過(guò)程中可能會(huì)有噪音；凸輪機(jī)構(gòu)為高副機(jī)構(gòu)，不宜承受較大的載荷。同時(shí)也需要經(jīng)過(guò)多次的調(diào)試，試驗(yàn)才能得出正確的推頭運(yùn)動(dòng)路徑，再通過(guò)凸輪的設(shè)計(jì)控制使推頭進(jìn)程勻速，回程又同時(shí)具有急回這樣的特性。方案的確定及其分析綜合上述情況，我們小組認(rèn)為最后一種方案比較合理一些，可以近似勻速推過(guò)去，且可以急回。并且把復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)分解到水平和豎直方向上。而且計(jì)算來(lái)稍微方便一些。因此，我們選擇了最后一種方案。Y方向的位移控制推桿沿著Y方向的凸輪（1）在設(shè)計(jì)時(shí)先要確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為=310mm。其次要選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)榇送馆喼豢刂品较蚨鵀閷?duì)推頭水平推瓶子有影響，故推程和回程均選一次多項(xiàng)式。（2）求凸輪的輪廓線(xiàn)對(duì)于對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪的輪廓線(xiàn)的坐標(biāo)可根據(jù)X=（+s）+e，y=（+s）—e其中e=0上式簡(jiǎn)化為X=（+s），y=（+s）1）遠(yuǎn)休止：==π=0=[0,π]2）推程階段：=3π/10=h/=[0,3π/10]3)遠(yuǎn)休止：==2π/5=180=[0,2π/5]4)回程階段：=3π/10==h[1-/]=[0,3π/10]推程段的壓力角α=取計(jì)算間隔為，將以上各相應(yīng)值代入式（a）中計(jì)算凸輪輪廓線(xiàn)上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。在計(jì)算時(shí)：在推程階段取σ=，在遠(yuǎn)休止階段取σ=，在回程階段取σ=+，在近休止階段取σ=+。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表3： 表3σsxyα0003105027.00462308.821610053.80392305.2952…………………………34560-96.8536357.098635040-61.844344.492835520-29.7939328.65233600-0.98744309.9984由上表格最右側(cè)的數(shù)據(jù)可知推程階段壓力角滿(mǎn)足條件，故所選基圓正確。用描點(diǎn)法得凸輪的輪廓線(xiàn)如下：圖11推桿的位移曲線(xiàn)如下：圖12X方向的運(yùn)動(dòng)方程計(jì)算公式：(1)令LAB=L1,LCD=L3,LAC=L6,搖塊與導(dǎo)桿的最大擺角φmax，φmax=2arctan（Hmax/2T）(2)極位夾角θ=(K-1)/(K+1)*180，其中K為行程速比系數(shù)(3)曲柄長(zhǎng)度LAB=L1=L6(/2)=L6(/2)(4)導(dǎo)桿長(zhǎng)度LCD=L3=T/Sinφ3(5)曲柄的角速度ω1=-nπ/30式中負(fù)號(hào)是指曲柄1的轉(zhuǎn)向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较蚺c規(guī)定的逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎蚍础?6)LBC=L1Cosφ1/Cosφ3(7)SR=L3–LBC(8)tanφ3=(L6+L1Sinφ1)/L1cosφ1(9)ω3=L1ω1cos(φ1-φ3)/sinφ3(10)VBC=-L1ω1sin(φ1-φ3)(11)VR=L1ω3cosφ3/sinφ3+L1ω1sin(φ1-φ3)式中V，為滑塊2相對(duì)于D點(diǎn)的速度，亦即滑塊2在導(dǎo)桿上的相對(duì)速度。（12）aBC=(ω1-ω3)ω3LBC（13）a3=ω23L3/(sinφ3)2-(V3ω3+L3ε3)cosφ3/sinφ（14）故滑塊2相對(duì)于D點(diǎn)的加速度(即滑塊2在導(dǎo)桿上的相對(duì)加速度)aR為aR=a3一aBC（15）確定滑枕的位移(SD)、速度(VD)和加速度(aD)的方程式XD=L3cosφ3SD=0.5H+XD對(duì)SD求一次導(dǎo)數(shù)得VD=-L3cosφ3/sinφ3aD=(2XDω32一Tε3)/(sinφ3)2B．參數(shù)及其計(jì)算：T=600mm，LAC=L6=360mm,K=3.2,轉(zhuǎn)速n=16r/min，最大沖程Hmax=500mm.帶入上述公式可得φmax=2arctan（Hmax/2T）=45.3°LAB=L1=L6(/2)=L6(/2)=0.1795mLCD=L3=T/Sinφ3=0.645mω1=-nπ/30=-1.67rad/sφ3=arctan[(L6+L1sinφ1)/L1cosφ1]=arctan[(0.36+0.1795sinφ1)/0.1795cosφ1]VD=-L3cosφ3/sinφ3=0.645cosφ3/sinφ3XD=0.645cosφ3ω3=0.1795*（-1.67）*(sinφ1-sinφ3)ε3=VBC/LBC*(ω1-2ω3)=-ω1sin(φ1-φ3)cosφ3(ω1-2ω3)/cosφ1aD=(2XDω32一Tε3)/(sinφ3)2代入數(shù)據(jù)可得VD=0.18*(sinφ1–sin{arctan[(0.36+0.18sinφ1)/0.18cosφ1]})/sin{arctan[(0.36+0.18sinφ1)/0.18cosφ1]}aD=[0.201cosφ3*(sinφ1-sinφ3)2+0.6ω1sin(φ1-φ3)cosφ3(ω1-2ω3)/cosφ1]/(sinφ3)2其中，φ3=arctan[(0.36+0.18sinφ1)/0.18cosφ1]C．軟件模擬及其仿真Y方向的位移控制推桿沿著Y方向的凸輪（1）在設(shè)計(jì)時(shí)先要確定凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)初步確定凸輪的基圓半徑為=310mm。其次要選定推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，因?yàn)榇送馆喼豢刂品较蚨鵀閷?duì)推頭水平推瓶子有影響，故推程和回程均選一次多項(xiàng)式。（2）求凸輪的輪廓線(xiàn)（周期為4s）方法：利用解析法設(shè)計(jì)凸輪的輪廓線(xiàn)對(duì)于對(duì)心直動(dòng)尖頂推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪的輪廓線(xiàn)的坐標(biāo)可根據(jù)X=（S0QUOTE+s）+e，y=（S0+s）—e其中e=0,S0=上式簡(jiǎn)化為X=（+s），y=（+s）（a） 由sam軟件得出的圖（7-4）可知：推程所需的時(shí)間是大概為7T/10,回程所需的時(shí)間是3T/10。由于回程時(shí)間極短，因此近休止的時(shí)間不可以為7T/10/(2).必須提前一些。綜合上述情況，我們小組經(jīng)過(guò)分析認(rèn)為,近休止的時(shí)間為5T/10,1）近休止：=π=0=[0,π]2）推程階段：=3π/10=h/=[0,3π/10]3)遠(yuǎn)休止：==2π/5=180=[0,2π/5]4)回程階段：=3π/10==h[1-/]=[0,3π/10]推程段的壓力角α=取計(jì)算間隔為，將以上各相應(yīng)值代入式（a）中計(jì)算凸輪輪廓線(xiàn)上各點(diǎn)的坐標(biāo)值。在計(jì)算時(shí)：在推程階段取σ=，在遠(yuǎn)休止階段取σ=，在回程階段取σ=+，在近休止階段取σ=+。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)下表2： σsxyα0003105027.00462308.821610053.80392305.2952…………………………34560-96.8536357.098635040-61.844344.492835520-29.7939328.65233600-0.98744309.9984由上表格最右側(cè)的數(shù)據(jù)可知推程階段壓力角滿(mǎn)足條件，故所選基圓正確。用描點(diǎn)法得凸輪的輪廓線(xiàn)如下：圖7-1推桿的位移曲線(xiàn)如下：圖7-2減速箱設(shè)計(jì)減速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如下：此減速裝置為定軸輪系，動(dòng)力從齒輪輸入，從齒輪輸出，傳動(dòng)比為===36故原動(dòng)力電機(jī)轉(zhuǎn)速n=1440r/min,經(jīng)過(guò)減速箱后輸出轉(zhuǎn)速為n=40r/min.各齒輪的參數(shù)：Zmαdhps1201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.572201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.573801208075.180252.9508251.2512.258277.53.141.57201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.574601206056.385192.9508251.2512.256257.53.141.57201202018.795062.9508251.2512.252217.53.141.575601206056.385192.9508251.2512.256257.53.141.57相互嚙合的齒輪之間的齒距a如下表：和和和和20mm50mm40mm40mm總體設(shè)計(jì)及其布局：實(shí)體搭建在設(shè)計(jì)的最后階段，我們小組到機(jī)械實(shí)驗(yàn)室對(duì)我們?cè)O(shè)計(jì)的方案進(jìn)行了實(shí)體模型搭建。下面是我們搭建好的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)--凸輪機(jī)構(gòu)：心得體會(huì)：該洗瓶機(jī)的設(shè)計(jì)方案是嚴(yán)格按