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1、機械原理課程設計 說明書 設計題目：洗瓶機 機電與車輛工程學院 系 車輛工程 專業(yè) 101 班 目錄 一、設計任務書………………………………………………3 1.1 設計題目…………………………………………… 4 1.2設計任務…………………………………………… 4 1.3 設計要求…………………………………………… 4 二、原動機的選擇…………………………………………… 4 三、推瓶機構與洗瓶機構設計……………………………… 5 四、機械運動方案設計……………………………………… 8 4.1設

2、計方案一………………………………………… 8 4.2設計方案二………………………………………… 9 4.3設計方案三………………………………………… 9 4.4 最終方案的確定………………………………… 10 五、主要零件的設計計算…………………………………… 10 六、執(zhí)行機構和傳動部件的結構設計……………………… 13 七、機構運動簡圖和傳動部件的運動循環(huán)圖……………… 15 7.1機構的整體運動簡圖……………………………… 15 7.2 推頭M的運動循環(huán)圖………………………………15 八、小組總結………………………………………………… 17 九、參考文獻………

3、………………………………………… 18 一、 設計任務書 1.1 設計題目 圖1 洗瓶機工作示意圖 設計洗瓶機。如圖1 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。 洗瓶機的技術要求見表1。 表1 洗瓶機的技術要求 方案號 瓶子尺寸 （長×直徑） mm，mm 工作行程 mm 生產(chǎn)率 個/min 急回系數(shù)k 電動機轉速 r/min A φ100×200 600 3

4、3 1440 1.2 設計任務 （1）洗瓶機應包括齒輪、平面連桿機構等常用機構或組合機構 （2）畫出機器的機構運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 （3）設計組合機構實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設計平面連桿機構以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機構進行運動分析。繪出運動線圖。 （4）其他機構的設計分析。 （5）編寫設計計算說明書。 1.3 設計要求 1.3.1工作原理 為了清洗瓶子，需將瓶子推入同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉，推動瓶子沿導輥前進，轉動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉以及將刷子轉動。 1.3.2 原

5、始數(shù)據(jù) （1）瓶子尺寸：長度L=100mm，直徑D=200mm。 （2）推進距離S=600mm，推瓶機構應使推移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)率每分鐘3個的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （4）電動機轉速為1440 r/min。 （5）急回系數(shù)3。 二、 原動機的選擇 原動機是機械系統(tǒng)的驅動部分，按能量轉換性質的不同分為第一類原動機和第二類原動機。其中第一類原動機分為：蒸汽機、柴油機、汽油機、水輪機、燃氣輪機；第二類原動機分為：電動機、液動

6、機（液壓馬達）、氣動機（氣動馬達）。 在這里我選擇應用最為廣泛的電動機為原動機，因為成本低、運轉費用少、維護要求較少、功率適用范圍廣等優(yōu)點。按題目要求，這里用轉速為1440 r/min。的電動機 三、 推瓶機構與洗瓶機構設計 3.1分析設計要求 由題目可知：洗瓶機主要由推瓶機構、導輥機構、轉刷機構組成。設計的推瓶機構應使推頭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可走圖1 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。 圖1 推頭M運動軌跡 對這

7、種運動要求，若用單一的常用機構是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構組合，起來，設計組合機構。 在設計組合機構時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構，而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎機構主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構組合。 3.2推瓶機構設計 推瓶機構的方案：根據(jù)前述設計要求,推瓶機構應為一具有急回特性的機構,為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應使推頭作直線運動,或者近似直線運動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。

8、 推頭的運動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機構主要有曲柄滑塊機構,曲柄轉動導桿機構和曲柄擺動導桿機構。 運用前述設計的思想方法,再考慮到機構的急回特性和推頭做往復直線運動的特點， 所以根據(jù)要求，我們選了兩種推瓶機構，擺動導桿機構、五桿組合機構。 3.2.1擺動導桿機構 曲柄的整轉可以帶動擺桿左右擺動，以實現(xiàn)推瓶的作用。清洗區(qū)位于擺動導桿右側時，則當曲柄為順時針轉動時，可以實現(xiàn)推頭推瓶時間長，返回時間短的效果，可以達到工作的平穩(wěn)性和高效性。另外，此機構結構簡單，急回特性顯著，便于制作。如下圖所示 3.2.2五桿組合機構 確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。

9、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，如用凸輪機構、齒輪或四連桿機構來控制等等。下圖所示為兩個自由度的五桿低副機構，l、4為它們的兩個輸人構件，這兩構件之間的運動關系用齒輪機構來實現(xiàn)，從而將原來兩自由度機構系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。 3.3洗瓶機構設計 雙棍洗瓶機構 當瓶子進入清洗區(qū)域后，可以以多種的運動方式實現(xiàn)過程，可以是圓周運動，也可以是直線運動。所以我們可以用雙輥清洗機構，其根據(jù)兩根導棍的同時同向轉動帶動瓶子的轉動這一原理設計的，在這個機構中瓶子沿著本身軸線做直線運動。為了清洗

10、瓶子的外表，需將瓶子推入同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉，推瓶機構推動瓶子沿導輥前進，外轉動的刷子就將瓶子洗凈。毛刷安放在導軌工作臺的正上方。 旋轉洗瓶機構 洗瓶機構是運用齒輪的嚙合，使在四個工位的齒輪勻速自轉，以帶動瓶子自轉，讓刷子能清洗到瓶身的各個角落，而且刷子的大小和形狀都可以改變，齒輪的大小也可以改變，從而清洗不同大小形狀的瓶子。 槽輪機構可以保證推桿運動時間和轉盤運動時間的配合，當瓶子被推到轉盤時，轉盤停止，當推頭急回推下一個瓶子是，槽輪運動，把臟的瓶子推到第二個工位清洗，機構往復運動，達到了連續(xù)洗瓶子的工作。 四、 設計方案 4.1方案一 擺動

11、導桿與雙棍洗瓶機構方案 此方案選擇的推瓶機構為擺動導桿機構，洗瓶機構為雙棍洗瓶機構。擺動導桿推動瓶子在導棍上運動時同向導棍自轉帶動瓶子的轉動。毛刷位于導棍工作臺的正上方并且一直轉動。當瓶子運動到毛刷下方與毛刷相接觸，瓶子在繼續(xù)運動的過程中就實現(xiàn)了清洗瓶子的目的。如下圖： 4.2方案二 五桿組合與雙棍洗瓶機構方案 此方案選擇的是五桿組合推瓶機構與雙棍洗瓶機構相結合。五桿組合機構推動瓶子在導棍上運動時同向導棍自轉帶動瓶子的轉動。毛刷位于導棍工作臺的正上方并且一直轉動。當瓶子運動到毛刷下方與毛刷相接觸，瓶子在繼續(xù)運動的過程中就實現(xiàn)了清洗瓶子的目的。如下圖： 4.

12、3方案三 擺動導桿與旋轉洗瓶機構方案 此方案結合了擺動導桿機構與旋轉洗瓶機構。旋轉洗瓶機構通過槽輪控制，當與槽輪相連的轉盤停止運動時推桿正好把瓶子推到轉盤的凹位置上，并把瓶子推到凹槽內。當推頭反會推下一個瓶子時轉盤開始運動，當下一個瓶子被推到傳送帶末端時輪盤轉動90度。在此時凹槽底端的齒輪旋轉帶動瓶子自轉，毛刷同時也自轉。當瓶子轉到與毛刷向接觸的位置時，此時就開始實現(xiàn)洗瓶的效果。而且瓶子在傳送帶上運動時能實現(xiàn)瓶底的清洗。 4.4最終方案的確定 我們最終選擇的是第三方案——擺動導桿與旋轉洗瓶機構。此方案的優(yōu)點是：擺動導桿機構相對與五桿組合機構結構更加簡單便于加工，工作效率更高。和前兩

13、方案相比第三方案能清洗瓶底更能滿足生產(chǎn)需要。 五、主要零件的設計計算 我在這里選用技術要求中方案A來進行設計計算 原始數(shù)據(jù)要求： （1）、瓶子尺寸。大段直徑d=100mm,長200mm。 （2）、推進距離L=600mm，推瓶機構應使推頭以接近勻速的速度推瓶，平穩(wěn)的接觸和推進瓶子，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，每分鐘三個，行程速度系數(shù)K=3，可得 60v+60v/3=6L，則可推出推程平均速度為V=45mm/s，返回時得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

14、方便。 根據(jù)要求返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍； 解： 根據(jù)要求：推程平均速度為v=45mm/s,推進距離L=600mm。 解：先算出推進600mm需要的時間t. 45t=600 (s) 根據(jù)極位夾角所以推進時曲柄轉過的角度為 再根據(jù)角度和t求出

15、曲柄的角速度 解： 在保證推程為600mm的基礎上，不把滑塊裝在連桿的端點和運動時使得滑塊不和機構導輥接觸把把連桿的長度設為800mm ( 優(yōu)化運動 ) 圖5 曲柄機構如圖5 2和2’是搖桿的兩個極限位置，也就是連桿3位移為600mm始末位置，搖桿的極限位置正好和曲柄垂直，又因為極位夾角 ，所以搖桿極限位置時和曲柄構成長正方形。根據(jù)圖可知曲柄1不能碰到連桿3，也不能和B點接觸，這樣都會使滑塊頂死。所以

16、要確定曲柄1的長度。設曲柄的長度為L ，搖桿所夾是角為 。 解：因為滑塊的寬度為40mm，滑塊中心為鉸鏈連接處。 所以48.3

17、刨床的核心思想，題目要求行程速度系數(shù)比K=3，也就是說曲柄滑塊機構的極位夾角為90度，運用這個機構就很容易實現(xiàn)了，而且題目要求推頭的推程為600mm，此機構也很容易滿足，而且結構緊湊，而且推桿只要保證在水平面運動，則推頭幾能很平穩(wěn)地推進瓶子。 推頭推瓶子的同時，瓶子是放在一傳送帶上的,傳送帶以與推桿推瓶速度相同的速度勻速傳送，大大減小了推桿的負荷，使傳送更加得平穩(wěn)。而傳送帶也有清洗瓶底的功能，以彌補下面洗瓶中不能洗到瓶底的缺陷。 洗瓶機構是運用齒輪的嚙合，使在四個工位的齒輪勻速自轉，以帶動瓶子自轉，讓刷子能清洗到瓶身的各個角落，而且刷子的大小和形狀都可以改變，齒輪的大小也可以改變，從而清洗

18、不同大小形狀的瓶子。 槽輪機構可以保證推桿運動時間和轉盤運動時間的配合，當瓶子被推到轉盤時，轉盤停止，當推頭急回推下一個瓶子是，槽輪運動，把臟的瓶子推到第二個工位清洗，機構往復運動，達到了連續(xù)洗瓶子的工作。 整個機構是由發(fā)動機進行動力輸出，由齒輪系進行一定比例速度傳遞到每個單獨的運動構件上 最終方案的設計尺寸設計 計算公式： 托盤周期t＝2π/ω1 槽輪周期 td＝2α1/ω1 推瓶機構極位夾角 齒輪傳動比 i= 齒輪周期 T= 基本尺寸： 瓶子大底直徑 d=100mm 瓶子長度 l=200mm 推頭推程 L=

19、800mm 數(shù)據(jù)處理： k=3 極位夾角=90度 在極位時曲柄與搖桿的夾角為90度 所以滑快到齒輪的距離為B=150mm 滑桿長度>424.3mm 推頭推出速度 v= 回來速度為推出的3倍, 周期就為 T=18s 主動齒輪的角速度 撥盤的角速度與主動齒輪相同 槽輪在撥盤轉一周時轉周期, 在主動輪轉一周 刷子和帶動瓶子自轉的四個齒輪分別轉兩周, 所以各部分齒輪傳動比為 從左到右 =1:1:1:2:2, 機構運動循環(huán)圖 圖示為洗瓶機的各機構的運動循環(huán)圖，說明了各機構在一周期內的運動規(guī)律。 七、機構運

20、動簡圖和傳動部件的運動循環(huán)圖 7.1機構的整體運動簡圖 圖中畫出了動力傳動的主動軸，還畫出了在水槽部分運用的傳送帶，它的速度和推頭推出的速度相同，從而可以減小推頭的負荷，也可以清洗瓶底，彌補在后面的機構中不能清洗到瓶底的缺陷。 7.2 推頭M的運動循環(huán)圖 推頭M的速度曲線及說明：速度曲線如圖所示：在推頭開始運動的一段時間時，速度略有上升，在推頭推進的途中，推頭的速度基本保持勻速運動，在推頭運動13.3s前進到極位時，推頭的速度急速上升，上升到前進速度的3倍，然后再運動4.4秒后到達開始位置，速度下降到零，然后進入下一個周期。 推頭M的加速度

21、曲線及說明：下圖為此機構的加速度仿真曲線。從圖中可以看出，在機構開始運動時，推頭是有加速度的，這必然會對剛放上來的瓶子有沖擊，所以我們在放瓶子的時候就應避開這個時后讓放瓶子的位置離推頭的初始位置一段距離，這樣瓶子就會避免沖擊了。 在加速度第一次到達零之后，基本保持不變，略微有所波動，基本達到了題目要求的推頭推出速度為勻速的，然后在推到極位后，加速度急速上升又急速下降。 推頭M的位移曲線及說明：，推頭的起始位置是從位移為零之后，在推頭前進的途中，位移曲線的斜率基本保持不變，略微有所波動，在回程的時候，曲線的斜率也基本保持不變，位移為一條直線，這也說明回程時推頭基

22、本以3倍推出速度急回 八、小組總結 課程設計結束了，經(jīng)歷了這次課程設計，我們知道如何運用所學的知識去設計洗瓶機，運用什么機構可以使操作更加簡便，懂得用多種途徑去解決一個問題，開擴自己的思維。 在這次的課程設計中不僅檢驗了我們所學習的知識，也培養(yǎng)了我們如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何去完成一件事情。在整個課程設計過程中，小組成員之間分工設計，相互探討，相互學習。每個人都學會了合作，學會了寬容，學會了理解。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，也是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不可少的過程，“千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我們深深體會到這句話的

23、真正含義，我們現(xiàn)在認真地進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會中奔跑打下堅實的基礎。通過這次課程設計使我們更加扎實地掌握了有關機械原理方面的知識，在設計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我們在這方面的知識欠缺，實踐出真知，通過親自動手設計，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。 這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的指導下，終于游逆而解。在今后社會的發(fā)展和學習實踐過程中，一定要不懈努力，不能遇到問題就想到要退縮，一定要不厭其煩地發(fā)現(xiàn)問題所在，然后進行解決，只有這樣，才能在今后的道路上

24、披荊斬棘，而不是知難而退，那樣永遠不可能收獲成功，收獲喜悅，也永遠不可能得到社會及他人對你的認可！ 課程設計是一門專業(yè)課，給我們很多專業(yè)知識以及專業(yè)技能上的提升，使我們對抽象的理論有了具體的認識。從理論到實踐，在這段日子里，可以說是苦多于甜，但是可以學到很多很多的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。通過這次課程設計使我們懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。設計過程中也對團隊精神的進行了考察，讓我們在合作

25、起來更加默契，在成功后一起體會喜悅的心情。團結就是力量，只有互相之間默契融洽的配合才能換來最終完美的結果。 在設計過程中我們自學了繪圖軟件，比如CAD、PROE等，提高了我們的自學能力，為今后的學習打下基礎。 在整個設計中我們懂得了許多東西，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手能力，使我們充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。經(jīng)過這次課程設計我們學到了很多課本上沒有的東西，它對我們今后的生活和工作都有很大的幫助，所以這次設計過程是苦與甜的結合。 九、參考文獻 機械原理課程設計 高等教育出版社 裘建新 主編 機械原理（第七版） 高等教育出版社 鄭文緯 主編