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1、
《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》說明書
課程設(shè)計(jì)題目: 推瓶機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)院:
學(xué)號:
設(shè)計(jì)者:
指導(dǎo)教師:
日期: 2016年 1月 15日
目 錄
1.洗瓶機(jī)的工作原理及主要動作
1.1.洗瓶機(jī)的工作示意圖1
1.2原始數(shù)據(jù)1
1.3.推瓶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求1
2.系統(tǒng)功能圖2
3.推頭運(yùn)動路線的分析2
4.方案的設(shè)計(jì)及分析3
4.1方案的設(shè)計(jì)3
4.2方案的分析與決策4
5.推瓶機(jī)運(yùn)動簡圖繪制5
6.尺寸綜合5
6.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動的尺寸分析確定5
6.1.1設(shè)計(jì)推導(dǎo)的公式5
6.1.2桿長的確定6
2、6.2分點(diǎn)與推桿的位置與凸輪參數(shù)的設(shè)計(jì)7
6.3洗瓶機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖7
7.凸輪的設(shè)計(jì)和廓線繪制8
7.1擺動凸輪的設(shè)計(jì)8
7.2直動凸輪的設(shè)計(jì)9
7.3壓力角的檢驗(yàn)10
7. 4機(jī)構(gòu)尺寸的確定10
8.運(yùn)動參數(shù)設(shè)計(jì)10
9.推瓶機(jī)動力裝置和傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì). 11
10.心得體會12
11.參考文獻(xiàn)12
1.洗瓶機(jī)的工作原理及主要動作
洗瓶機(jī)如圖2.1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
3、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。
1.1洗瓶機(jī)的工作示意圖
圖1.1 洗瓶機(jī)工作示意圖
1.2原始數(shù)據(jù)
①瓶子尺寸:大端直徑d=80mm,長200mm。
②推進(jìn)距離:600mm。
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)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。推程時速度要求為,返回時的平均速度為工作行程的3倍。
4.機(jī)構(gòu)的傳動性能好,結(jié)構(gòu)緊湊,制造
4、方便。
5.編寫設(shè)計(jì)說明書。
2.系統(tǒng)功能圖
推桿勻速推瓶
減速返回 待洗瓶子放入
導(dǎo)輥帶動瓶子轉(zhuǎn)動
加速返回 推瓶完成 刷子旋轉(zhuǎn)洗瓶
3. 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
5、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).在運(yùn)動中,兩個導(dǎo)輥以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動,帶動瓶子轉(zhuǎn)動;刷子也以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動;推進(jìn)距離:推桿機(jī)構(gòu)帶動的M點(diǎn)推進(jìn)距離為600mm。推程時速度要求為,返回時的平均速度為工作行程的3倍。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求,推頭M可走圖2.4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)該選擇具有急回運(yùn)動特性的機(jī)構(gòu)。
圖3.1 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)
6、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。
4.方案的設(shè)計(jì)與分析決策
4.1方案的設(shè)計(jì)
根據(jù)推頭的運(yùn)動軌跡分析得知推瓶機(jī)構(gòu)主要是控制推頭做推瓶和急回運(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)。通過綜合考慮列出如下機(jī)構(gòu)作為參考方案:
方案一:如圖4.1,所示凸輪一鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿2上的M點(diǎn)能基本實(shí)現(xiàn)所要求的軌跡.
圖4.1
方案二:如圖4
7、.2,該方案的的運(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
圖4.1 雙凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)
4.2 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,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
8、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。
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()
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,所以該方案比較準(zhǔn)確。
5.推瓶機(jī)運(yùn)動簡圖繪制
6.尺寸綜合
6.1.1設(shè)計(jì)推導(dǎo)的公式
6.1.2桿長的
9、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)確定桿在兩個特殊位置(推頭位移最大和最小時,并且最大與最小的差值大于等于600mm)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.同理?xiàng)Ul3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。
4.根據(jù)凸輪壓力角和基圓半徑的關(guān)系,使壓力角在許用范圍內(nèi)。
根據(jù)前述推導(dǎo)公式可計(jì)算得
L=900mm l1=700mm l3=600mm l2=135mm
=133 =26 =47
E=200mm F=140mm
10、
6.2分點(diǎn)和推桿的位置及凸輪參數(shù)的設(shè)計(jì)
分點(diǎn)和推桿的位置圖
設(shè)計(jì)中要求推桿在推進(jìn)過程中的速度為45mm/s,推進(jìn)行程為600mm,然后做急回運(yùn)動,工作條件為輕載有急回,因此由推桿和凸輪的的運(yùn)動規(guī)律,設(shè)計(jì)如下的參數(shù):
擺動凸輪:
擺動凸輪
推程角:180
遠(yuǎn)休止:40
回程角:100
進(jìn)休止:40
基圓半徑:90mm
推程:60mm
滾輪半徑:10mm
直動凸輪:
直動凸輪
推程角:260
遠(yuǎn)休止:20
回程角:60
進(jìn)休止:20
推程:60mm
基圓半徑:70mm
6.3.洗瓶機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖
洗
11、瓶機(jī)的運(yùn)動循環(huán)圖如下:
推桿機(jī)構(gòu)帶動的M點(diǎn)(mm/s)
急回
近似勻速直線運(yùn)動
急回
擺動凸輪(轉(zhuǎn)角/度)
推程:0-180
遠(yuǎn)休止:180-220
回程:220-320
進(jìn)休止:320-360
直動凸輪(轉(zhuǎn)角/度)
推程:0-260
遠(yuǎn)休止:260-280
回程:280-340
進(jìn)休止:340-360
導(dǎo)輥(r/min)
勻速轉(zhuǎn)動
刷子(r/min)
勻速轉(zhuǎn)動
7.凸輪的設(shè)計(jì)與廓線的繪制
7.1. 擺動凸輪的設(shè)計(jì)
擺動凸輪的位移線圖:
根據(jù)位移線圖畫出的凸輪的廓線:
7.2.直動凸輪的設(shè)計(jì)
直動凸輪的位移線圖
12、如下:
由位移線圖畫出的凸輪廓線如下:
7.3 壓力角的檢驗(yàn)
實(shí)際設(shè)計(jì)中規(guī)定壓力角的許用值[ɑ]。對擺動從動件,通常取[ɑ]=30,對于直動從動件,通常取[ɑ]=35—45。回程程時,由于推桿運(yùn)動是力封閉的,不存在自鎖的問題,所以壓力角的許用[ɑ]=70-80,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。現(xiàn)通過移動從動件和擺動從動件凸輪廓線中可以得出:移動從動件在運(yùn)動中最大壓力角ɑ=21<[ɑ];擺動從動件在一個周期內(nèi)的最大壓力角ɑ=15<[ɑ]。
7.4機(jī)構(gòu)尺寸的確定
桿件代號
l1
l2
l3
L
設(shè)計(jì)參數(shù)值(m
13、m)
700
135
600
900
擺動凸輪
推程角:180
遠(yuǎn)休止:40
回程角:100
進(jìn)休止:40
基圓半徑:90mm
推程:60mm
滾輪半徑:10mm
直動凸輪
推程角:260
遠(yuǎn)休止:20
回程角:60
進(jìn)休止:20
推程:60mm
基圓半徑:70mm
8.運(yùn)動參數(shù)設(shè)計(jì)
已知,推程中V=45mm/s,回程時V=135mm/s,所以整個運(yùn)動周期為:T=t(推程)+t(回程),所以周期約為T=16.30s,所以凸輪的角速度為0.368rad/s.
9.推瓶機(jī)動力裝置和傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
9.1動力裝置的選用
14、因?yàn)樵谕破繖C(jī)的運(yùn)動為輕載有急回的運(yùn)動,因此查電動機(jī)參數(shù)對照表后,選用功率為0.75kw,轉(zhuǎn)速為910rad/min的電動機(jī)。
9.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為910rad/min,即15.16rad/s,而凸輪所需的轉(zhuǎn)速為0.368rad/s.因此從電動機(jī)到凸輪的傳動過程中需要對電動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行減速,減速的傳動比為i=15.16/0.368=41.2.設(shè)計(jì)為三級減速.傳動系統(tǒng)的示意圖如下:
傳動系統(tǒng)的齒輪參數(shù):
齒輪
齒數(shù)
模數(shù)
分度圓直徑(mm)
Z1
20
2
40
Z2
80
2
160
Z3
20
2
40
15、
Z4
80
2
160
Z5
20
2
40
Z6
52
2
102
10.心得體會
在這一周的的課程設(shè)計(jì)中,我從一開始學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)推桿,凸輪,查找資料,確定機(jī)構(gòu)它們的參數(shù);然后利用用制圖畫運(yùn)動簡圖,凸輪的位移線圖,凸輪的輪廓線圖等,最后檢驗(yàn)我設(shè)計(jì)的參數(shù)是否合理。在這一周的課程設(shè)計(jì)中,我學(xué)會了把課本上的知識與實(shí)際得運(yùn)用。課本上的很多知識都很抽象,比如凸輪的輪廓線和基圓半徑的確定等一些凸輪的參數(shù)的計(jì)算公式,計(jì)算起來也很繁瑣,需利用電腦軟件計(jì)算,通過對這些公式的運(yùn)用,加深了我對這些知識的理解。通過用CAD畫凸輪的廓線,讓我更加清晰的認(rèn)識凸輪的工作原理,同時也鍛煉了我的計(jì)算機(jī)繪圖的能力。在設(shè)計(jì)中,擺動凸輪的設(shè)計(jì)比較難。
11.參考文獻(xiàn)
1.《機(jī)械原理》——孫恒,陳作模,葛文杰主編-高等教育出版社
2《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》——戴娟主編-高等教育出版社