機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)

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1、課程設(shè)計(jì)1課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書任務(wù)書班級班級: : 02134130213413 小組成員小組成員: : 課程設(shè)計(jì)題目課程設(shè)計(jì)題目: : 洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)完成內(nèi)容課程設(shè)計(jì)完成內(nèi)容: :設(shè)計(jì)說明書一份設(shè)計(jì)說明書一份(主要包括:運(yùn)動方案設(shè)計(jì)、方案的決策與尺度綜合、必要的機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析和相關(guān)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖)完成日期完成日期: : 20152015 年年 0101 月月 1313 日日指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師: : 范奎范奎 課程設(shè)計(jì)2目 錄1.設(shè)計(jì)題目.31.1 洗瓶機(jī)的主要功能介紹 .31.2 洗瓶機(jī)的工作原理 .31.2.1 洗瓶機(jī)的工作示意圖 .31.2.2 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求

2、 .41.3 推瓶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 .31.4 推頭運(yùn)動路線的分析 .52.方案的設(shè)計(jì)及分析決策.62.1 凸輪連桿組合方案 .62.1.1 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)方案一 .62.1.2 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)方案二 .72.2 凸輪搖桿機(jī)構(gòu)方案 .72.3 五桿組合機(jī)構(gòu)方案 .82.4 方案的分析與決策 .83.尺寸綜合.103.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動的尺寸分析確定 .103.1.1 設(shè)計(jì)推導(dǎo)的公式 .113.1.2 桿長的確定 .113.2 凸輪的設(shè)計(jì) .123.2.1 擺動凸輪的設(shè)計(jì) .123.2.2 直動凸輪的設(shè)計(jì) .133.3 壓力角的檢驗(yàn)及機(jī)構(gòu)尺寸的確定 .141 設(shè)計(jì)題目：洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)1.1 洗瓶機(jī)

3、的主要功能介紹課程設(shè)計(jì)3隨著社會的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快人們對生活水平要求的越來越高，科技也不斷發(fā)展，在工業(yè)，生活中科技含量已經(jīng)逐漸體現(xiàn)。本設(shè)計(jì)主要是針對自動洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。自動洗瓶機(jī)目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于啤酒及飲料生產(chǎn)線上。該機(jī)構(gòu)的主傳動是由電機(jī)變頻同步控制。進(jìn)出瓶分別采用導(dǎo)輥和凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)來控制，該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、可靠、噪音小，并且有進(jìn)出瓶自動回程功能。由導(dǎo)輥的旋轉(zhuǎn)及推頭的推送，通過導(dǎo)輥上方的毛刷將瓶子的外側(cè)刷洗干凈。1.2 洗瓶機(jī)的工作原理洗瓶機(jī)如圖 1.1 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)推頭 M 把瓶子推向前進(jìn)時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面

4、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。它的主要動作：將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。1.2.1 洗瓶機(jī)的工作示意圖圖 1.1 洗瓶機(jī)工作示意圖1.2.2 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求表 1.1 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求課程設(shè)計(jì)4方案代號瓶子尺寸（長直徑）mm，mm工作行程mm生產(chǎn)率個/s急回系數(shù) k電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/minA802006001531450 1.3 推瓶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1.洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)：平面連桿機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)或組合機(jī)構(gòu)。2.推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭 M 以接近勻速的速度推瓶，推進(jìn)距離 L=600mm 然后推頭快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作行程。3.設(shè)計(jì)

5、組合機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動要求，并對從動桿進(jìn)行運(yùn)動分析。也可以設(shè)計(jì)平面連機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動軌跡，并對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析。4.機(jī)構(gòu)的傳動性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。5.編寫設(shè)計(jì)說明書。1.4 推頭運(yùn)動路線的分析分析設(shè)計(jì)要求可知：洗瓶機(jī)主要由推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成。設(shè)計(jì)的推瓶機(jī)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)，本說明書主要介紹洗瓶機(jī)的推瓶機(jī)構(gòu)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，推頭 M 可走圖 2.1.1 所示軌跡，而且推頭 M 在工作行程中應(yīng)作勻速直線運(yùn)動，在工作段前后可有變速運(yùn)動，回程時有急回。由此可根據(jù)其運(yùn)動軌跡選擇推瓶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。應(yīng)該

6、選擇具有急回運(yùn)動特性的機(jī)構(gòu)。課程設(shè)計(jì)5圖 1.2 推頭 M 運(yùn)動軌跡對這種運(yùn)動要求，若用單一的常用機(jī)構(gòu)是不容易實(shí)現(xiàn)的，通常要把若干個基本機(jī)構(gòu)組合，起來，設(shè)計(jì)組合機(jī)構(gòu)。在設(shè)計(jì)組合機(jī)構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機(jī)構(gòu)（基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)） ，而沿軌跡運(yùn)動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)主動件的運(yùn)動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機(jī)構(gòu)組合。課程設(shè)計(jì)62 方案的設(shè)計(jì)與分析決策根據(jù)推頭的運(yùn)動軌跡分析得知推瓶機(jī)構(gòu)主要是控制推頭做急回運(yùn)動，故選擇機(jī)構(gòu)方案可從能實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動的機(jī)構(gòu)考慮。根據(jù)已學(xué)知識得知能做急回運(yùn)動的機(jī)構(gòu)有曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，和連桿組合機(jī)構(gòu)等。他們各自有自己的特點(diǎn)。通過綜合考慮列出

7、如下幾種機(jī)構(gòu)作為參考方案：2.1 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)方案確定一條平面曲線需要兩個獨(dú)立變量。因此具有兩自由度的連桿機(jī)構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點(diǎn) M 的速度和機(jī)構(gòu)的急回特征，可通過控制該機(jī)構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的運(yùn)動關(guān)系來得到，如用凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來控制等等。圖 2.1 和圖 2.2 所示為兩個自由度五桿低副機(jī)構(gòu)，1、4 為它們的兩個輸入構(gòu)件，這兩構(gòu)件之間的運(yùn)動關(guān)系用凸輪、齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，從而將原來兩自由度機(jī)構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。2.1.1 方案一：該機(jī)構(gòu)利用一個凸輪機(jī)構(gòu)和一個連桿機(jī)構(gòu)組成復(fù)合機(jī)構(gòu)控制使機(jī)構(gòu)做急回運(yùn)動。 圖 2.1 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)的方案一2.1.2 方

8、案二：課程設(shè)計(jì)7該機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn) X，Y 方向的運(yùn)動，分別采用了一個擺動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)和一個只動推桿盤形凸輪機(jī)構(gòu)組成了一個復(fù)合機(jī)構(gòu)。圖 2.2 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)的方案二2.2 凸輪搖桿機(jī)構(gòu)方案：圖 2.3 凸輪搖桿機(jī)構(gòu)方案2.3 五桿組合機(jī)構(gòu)方案：課程設(shè)計(jì)8圖 2.4 五桿機(jī)構(gòu)方案2.4 方案的分析與決策方案一中機(jī)構(gòu)由凸輪四桿機(jī)構(gòu)組成，凸輪為原動件（由電機(jī)帶動） ，通過滾子及連桿帶動機(jī)構(gòu)做運(yùn)動。其急回特性由凸輪控制。在該方案中有 5 個活動構(gòu)件，其中有一個高副，自由度為 1，有確定的運(yùn)動。但是它的桿比較多，容易產(chǎn)生誤差，不能實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動。方案二的運(yùn)動由凸輪機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)運(yùn)動完成，這種組合可以

9、很好的對推頭進(jìn)行控制，不僅結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝后便于調(diào)試，從經(jīng)濟(jì)上也比較合適。其中凸輪軸能很好的協(xié)調(diào)推頭的運(yùn)動而且工作平穩(wěn)。其缺點(diǎn)是四桿機(jī)構(gòu)的低副之間存在間隙，會產(chǎn)生累計(jì)誤差。方案三的運(yùn)動和急回特性主要也是靠凸輪來控制，但是這種控制相當(dāng)不精確，只適用于行程較小的運(yùn)動，如果行程過大的話，凸輪的尺寸必須做的很大，從經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的角度來看都不太合適。方案四的機(jī)構(gòu)是一個五桿機(jī)構(gòu)，桿 1 為原動件。這種控制結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，但在控制運(yùn)動方面卻有很大的欠缺，急回運(yùn)動特性不明顯。機(jī)構(gòu)中桿件較多沖擊震動較大，不能實(shí)現(xiàn)精確運(yùn)動。要準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動規(guī)律及運(yùn)動軌跡，凸輪機(jī)構(gòu)是首選，因?yàn)楸P形凸輪輪廓就是根據(jù)從動件

10、運(yùn)動規(guī)律來設(shè)計(jì)的，而任意平面軌跡總可以用X=x( )Y=y( )課程設(shè)計(jì)9表示，因此把兩個凸輪機(jī)構(gòu)組合起來就可以準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)軌跡。而四桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動規(guī)律、運(yùn)動軌跡設(shè)計(jì)中是用逼近的辦法來做的，所以較難準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。在方案二中，利用了兩個凸輪分別控制 X 和 Y 方向上的運(yùn)動，且連桿不是很多，設(shè)計(jì)中要求速度也不是很快，所以綜上所述選擇方案二為最后設(shè)計(jì)的方案。如圖所示：圖 2.5 凸輪連桿組合機(jī)構(gòu) 課程設(shè)計(jì)103 尺寸綜合3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動示意圖3.1 洗瓶機(jī)推瓶機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖3.1.1 設(shè)計(jì)推導(dǎo)的公式1lL M1l1cos2cosLxMyMLl212sinsin211112122sin2cos2LlMlMlMM

11、yxyx0sincos11CBA課程設(shè)計(jì)11311211111132030221122113211111222212122211sintan)cos(cossinarctan,sinsincoscoscossinarctanarctan2,2,2lllEllElllsrllsrllEllllllMlMCACABBlMMLClMBlMAxyyxyx其中：3.1.2 桿長的設(shè)計(jì)及確定1.為了滿足傳動角的一定要求可以初步設(shè)計(jì)確定桿 l1 和 l4 在兩個特殊位置（推頭位移最大和最小時）所形成的這一夾角所在的范圍。2.桿長 l2 與中心距和基圓大小有關(guān)，根據(jù)壓力角的范圍可以大概設(shè)計(jì)出桿l2 的長度。3

12、.同理?xiàng)U l3 的桿長與另外一個凸輪的基圓有關(guān)系，同樣在保證滿足壓力角的許可范圍設(shè)計(jì)桿 l3 的長度。根據(jù)前述推導(dǎo)公式可計(jì)算得l4=900mm l1=700mm l3=600mm l2=135mm1=133 2=26 3=47E=200mm F=140mm3.2 凸輪的設(shè)計(jì)對應(yīng) C 點(diǎn)的工作行程時：0=200， 遠(yuǎn)休止角01=30；對應(yīng) C 點(diǎn)的回程時： 0=100 近休止角02=30課程設(shè)計(jì)12圖 3.2 分點(diǎn)與推桿的工作位置3.2.1 擺動凸輪的設(shè)計(jì)圖 3.3 擺動凸輪的角位移線圖課程設(shè)計(jì)13圖 3.4 擺動推桿盤形凸輪廓線3.2.2 直動凸輪的設(shè)計(jì)圖 3.5 直動推桿的位移線圖課程設(shè)計(jì)1

13、4圖 3.6 直桿推動盤形凸輪廓線3.3 壓力角的檢驗(yàn)及機(jī)構(gòu)尺寸的確定實(shí)際設(shè)計(jì)中規(guī)定壓力角的許用值。對擺動從動件，通常取=4050，對于直動從動件，通常取=3038。滾子接觸、潤滑良好和支撐有較好剛性時取數(shù)據(jù)上限否則取下限?，F(xiàn)通過移動從動件和擺動從動件凸輪廓線中測得：移動從動件 =17，擺動從動件 =12。都符合許用值，且符合設(shè)計(jì)要求。3.4 機(jī)構(gòu)尺寸的最終確定表 3.1 機(jī)構(gòu)桿件設(shè)計(jì)參數(shù)桿件代號l1l2l3l4設(shè)計(jì)參數(shù)值(mm)700135600900表 3.2 凸輪的設(shè)計(jì)參數(shù)參數(shù)名稱推程角近休止角回程角遠(yuǎn)休止角基圓半徑壓力角擺動凸輪200301003090mm17課程設(shè)計(jì)15直動凸輪2800602072mm12