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1、自动洗瓶机机构说明书机械工程 学院 机械设计及其自动化 专业 08级机自2 班 设计者 指导教师 郑立娟 2010 年 6 月 30 日目 录一题目：自动洗瓶机机构4整理为word格式1.1 工作原理及工艺动作过程41.2 设计任务41.3 原始数据及设计要求5二设计方案的拟定和比较52.1 设计方案一：凸轮-铰链四杆机构62.2 设计方案二：凸轮-全移动副四杆机构62.3 设计方案三：六杆机构72.4 分析选择最终方案7三六杆机构的设计分析93.1 六杆机构的尺寸设计93.2 六杆机构的运动学分析103.3 六杆机构推杆运动学分析的验证15四槽轮机构的分析20五洗瓶机机构循环图21. 洗瓶机
2、构循环路线分析21.2 洗瓶机机构循环图21六洗瓶机总体结构简图及其工作原理236.1 洗瓶机总体结构简图236.2 洗瓶机工作原理24七收获与体会26八参考文献28整理为word格式一、题目：自动洗瓶机机构1.1 工作原理及工艺动作过程 为了清洗圆形瓶子外面，需要用推杆将瓶子推到指定位置，通过急回运动提高效率，利用刷子旋转将瓶子清洗干净。1.2 设计任务 1）给出工作原理，原始数据及设计要求。2）根据工艺动作要求拟定运动循环图。3）进行各部分传动机构的选型。4）提出23种机械传动方案。（画出草图）5）进行方案的评定和选择。6）对传动机构进行尺寸设计和计算。7) 按比例画出运动简图。8) 对典
3、型机构进行运动和动力分析（可应用计算机辅助分析手段，例如机构仿真）。整理为word格式9) 提交项目说明书一份。1.3 原始数据及设计要求1) 瓶子实际尺寸。大端直径d=80mm，长200mm。2) 推头推进实际距离l=320mm,推瓶机构应使推头平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入下一次工作循环。3) 按生产率的要求，我们规定返回时的推头平均速度为工作推进时的推头平均速度的1.5倍，即推头行程速比系数k=1.5。4) 按整个机构的工作要求，我们规定推进机构中原动件曲柄素转为w=1rad/s。5) 机构传动性能良好，机构紧凑，制造方便。二、设计方案的拟定和比较2.1 设计方案一
4、：凸轮-铰链四杆机构整理为word格式图21自由度F=3n2plph=34=2.2 设计方案二：凸轮-全移动副四杆机构图22自由度F=3n2plph=34242=2整理为word格式2.3 设计方案三：六杆机构图23自由度F=3n2plph=3527=12.4 分析选择最终方案由设计要求知：推瓶机构应使推头平稳地接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，即回程是个急回运动；按生产率的要求，我们规定返回时的推头平均速度为工作推进时的推头平均速度的1.5倍，即推头行程速比系数k=1.5。设计的三种方案均能满足以上的设计要求，但方案一的凸轮-铰链四杆机构在运动过程中，从动件1与连杆2共线时会形成死点，因
5、此要注意采取度过死点位置的措施，这样会使机构变得复杂，给制造带来不便，故舍弃方案一；方案二的凸轮-全移动副四杆机构由于水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大，致使机构占用空间过大，并且浪费材料，故舍弃方案二；方案三的六杆机构不存在上面两种方案的缺点，在满足设计要求的前提下还有以下优点：整理为word格式该机构的运动副全为低副，并且运动副元素间便于润滑，故可传递较大载荷；运动副元素的几何形状简单，便于加工制造；运行过程中：推头右行时，速度较低且均匀，可以提高推瓶质量；推头左行时，由于有急回作用，速度较高，可提高生产率。综合以上分析，选择方案三为洗瓶机机构的最终方案。
6、整理为word格式三、六杆机构的设计分析3.1 六杆机构的尺寸设计图31 根据原始数据及设计要求知：推头推进距离=320mm，推头行程速比系数k=1.5,设计六杆机构原动件曲柄，从动件，如上图所示，机构的极位夹角，摇杆摆角，铰链A和铰链C之间的距离整理为word格式，由几何关系可知, mm,摇杆CD的长度mm，为使机构的传递效率比较高，要求推杆在整个行程中有较小的压力角。如图所示当FG的中点位于导路所在直线上时，满足上述要求。导路至铰链C的距离 按照以上尺寸，用ProE做出六杆机构的三维立体图演示运动情况，经验证，符合要求，说明设计的六杆机构各构件的尺寸大小合适。3.2 六杆机构的运动学分析用
7、解析法对六杆机构进行运动学分析由设计要求知：原动件曲柄的角位移ttt整理为word格式1.在图32中，设原动件曲柄长度lAB=l1，铰链A与铰链C之间的距离lAC=l4,点B与点C之间的距离lBC=S,图32（1） 杆CD角位移分析。机构的复数矢量方程为 由此可得滑块位移和角位移为（2）杆角速度分析。将式对时间求导，得整理为word格式 上式两端同乘以，得由上式可得滑块速度和杆角速度为（3）杆角加速度分析。将式对时间求导，得 上式两端同乘以，得由上式可得滑块加速度和杆角加速度为.在图33中,设杆CD的长度lCD=l2,杆DE的长度lDE=l3,点与点之间的距离lOC=l5,点与点之间的距离lO
8、E=h整理为word格式图33（1）推杆位置分析，机构的复数矢量方程为由上式可得推杆位移h和杆DE角位移（2）推杆速度分析。将式对时间求导，得整理为word格式 上式两端同乘以，得由上式可得推杆速度和杆DE角速度（3）推杆加速度分析，将式对时间求导，得上式两端同乘以，得由上式可得推杆加速度和杆DE角加速度分析完毕整理为word格式3.3 六杆机构推杆运动学分析的验证选取一系列时间t的值，分别代入3.2中求出的推杆位移、速度、加速度关系式中，求出对应的一系列推杆位移、速度、加速度的值，用描点法分别作出推杆位移、速度、加速度与时间t的关系图像，经验证与用ProE生成的六杆机构推杆位移、速度、加速度
9、与时间t的关系图像一致，说明用解析法对六杆机构进行的运动学分析是正确的。以下分别是用ProE做出六杆机构的三维立体图后生成的推杆位移、速度、加速度与时间的关系图像以及推杆运动学分析图像。整理为word格式推杆位移时间关系图像图34整理为word格式推杆速度时间关系图像 图35整理为word格式推杆加速度时间关系图像图36整理为word格式推杆运动学分析图像图37 整理为word格式 四、槽轮机构的分析图41如图41所示，设为槽轮每次运动时所转过的转角，为槽轮转动时主动拨盘所转过的角度。由槽轮上均匀分布的径向槽的数目z=4，可得=2/z=/2设计主动拨盘的角速度和原动件曲柄的角速度相同皆为1，转
10、动一周的时间为2/1=6.28s,故槽轮的转动时间为6.28/4=1.57s，即主动拨盘转动一周过程中，槽轮相应的转动90整理为word格式。 五、洗瓶机机构循环. 洗瓶机构循环路线分析 1.首先确定执行机构的运动循环时间T执。即可选取推瓶机构中原动件曲柄进行研究，其运动循环时间T执=2/w=2/1rad=6.28s2.确定组成运动循环的各个区域：（1）推瓶机构：根据原始数据中推头行程速比系数k=1.5,即可确定推瓶机构运动循环时间分配为T执=T推程+T回程=3.77+2.51=6.28s与此相应的曲柄转角（即分配转角）推程回程=216+144=360（2）洗瓶机构：主动拨盘的角速度和原动件曲
11、柄的角速度相同皆为1，转动一周的时间为2/1=6.28s,主动拨盘转动一周过程中，槽轮相应的转动90，对应的转动时间为1.57s整理为word格式（3）转刷机构：始终进行转动. 洗瓶机构循环图 图51整理为word格式六、洗瓶机总体结构简图及其工作原理6.1 洗瓶机总体结构简图图616.2 洗瓶机工作原理洗瓶机总体机构简图如上，用一个电动机带动齿轮变速箱，通过齿轮变速箱中齿轮系来获得不同的转速，曲柄原动件和槽轮机构中的主动拨盘的转速一致，带动瓶子转动的底盘和转刷的转速一致。传送带作为运输瓶子的导轨，这样可以减小送瓶的阻力，有利于平稳送瓶的实现。以下是洗瓶机的工作原理：曲柄原动件和槽轮机构的主动
12、拨盘以匀速转动，二者转动一周的时间皆为6.28s，即一个循环的时间为6.28s。推杆推动瓶子，并在在传送带的辅助下经3.77s将瓶子送到转盘固定瓶子的槽中，然后推杆返回，经2.51s返回原位置。与此同时槽轮机构的主动拨盘带动槽轮，槽轮带动转盘转动匀速转过90整理为word格式，历经1.57s将瓶子送到转刷处，瓶子在底盘的带动下转动，转刷以相同的转速紧贴瓶子逆向转动进行第一次洗瓶过程，洗瓶时间为4.71s。推杆返回后随即推送下一个瓶子历经3.77s到转盘固定瓶子的槽中，推杆返回，此时第一个瓶子的第一次洗瓶过程结束。转盘再次匀速转动90，将第一个瓶子送到第二次洗瓶位置，将第二个瓶子送到第一个洗瓶位
13、置，两个瓶子在转刷的转动下洗瓶4.71s。推杆返回原位置后推送第三个瓶子，到达指定位置后，推杆再次返回，转盘再次转动90，第三个瓶子到达第一次洗瓶位置进行洗瓶过程，第二个瓶子到达第二次洗瓶位置进行第二次洗瓶过程，第三个瓶子到达退瓶位置推出转盘，完成洗瓶过程，洗瓶时间共计9.42s。以此类推，进行洗瓶过程。整理为word格式七、收获与体会经过这次的课程设计,我们又温习了一下机械原理课上所学的知识,并且尝试着把自己所学的书本知识和实践相结合.在最初进行设计时,我们曾主观认为这些东西是很简单的,但是一步步的深入设计后，才发现每一步都需要缜密的的思考与精密的计算，扎实的基础知识是很必要的。在设计过程中
14、，我们考虑过三种方案，分别为：凸轮-铰链四杆机构、凸轮-全移动副四杆机构、六杆机构。但凸轮-铰链四杆机构在运动过程中，从动件1与连杆2共线时会形成死点，要注意采取度过死点位置的措施，这样会使机构变得复杂，给制造带来不便；凸轮-全移动副四杆机构由于水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大，致使机构占用空间过大，并且浪费材料；六杆机构不存在上面两种方案的缺点，在满足设计要求的前提下还具有以下优点：该机构的运动副全为低副，并且运动副元素间便于润滑，故可传递较大载荷；整理为word格式运动副元素的几何形状简单，便于加工制造；运行过程中：推头右行时，速度较低且均匀，可以提高推
15、瓶质量；推头左行时，由于有急回作用，速度较高，可提高生产率。所以，最后我们选择了六杆机构。在进行课程设计的同时,我们又额外学到了不少的东西,例如间歇机构中的槽轮机构的用途以及设计.,而且在实践中学到的东西更容易让我牢记.而且在三维造型软件方面,也掌握到了一些以前不了解的一些窍门以及功能.另外,经过这次实习,我真正感受到了实践的重要性,有一些想出来的东西我总是自然而然的认为它们正确,等到真正把自己所想的东西造出来时才发现,它们根本不能动,更不用说按给定规律动,可见以前的一些东西我掌握的过于浅薄.而且这种设计很能考察我们的分析问题、解决问题的能力,以及全方位考虑问题的能力.例如，平行放置的两导辊的
16、转动方向如何，这一类的细节问题在一开始时我都忽略了不少。整理为word格式 还有，经过这次设计实践，我体会到了交流的重要性。一个人的思路总会有些狭窄，就像刚开始我看我自己的设计总认为一定行得通，十分自信，但在造完型后和别的组的同学相互交流观摩之后，才恍然发现自己的设计存在着不少的漏洞，以至最后花大量的时间来修缮，但还不能把方案做的尽善尽美。如果这一步放在设计的初期就进行的话，就能利于我更好地完成任务。所以下次设计时我一定会重视与别人交流，多汲取别人想法中的精华，争取把任务完成的更好。八、参考文献1.机械原理/安子军主编.-北京：国防工业出版社，2009.8整理为word格式2.机械原理课程设计陆凤仪主编. 机械工业出版社， 2002.3.画法几何与机械制图/贾春玉，郑长民主编 2版. 北京：中国标准出版社，2008 友情提示：本资料代表个人观点，如有帮助请下载，谢谢您的浏览！ 整理为word格式
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