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1、 湖南人文科技學院 課程設(shè)計報告 課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 洗瓶機推瓶機構(gòu)設(shè)計 系 別： 機電工程系 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學生姓名: 學 號:

2、 起止日期: 指導教師: 教研室主任： 指導教師評語： 指導教師簽名： 年 月 日 成績評定 項 目 權(quán)重 成績 劉文超 陳姚 史肇楠 沈新宇 1、設(shè)計過程中出勤、學習態(tài)度等方面 0.2

3、2、課程設(shè)計質(zhì)量與答辯 0.5 3、設(shè)計報告書寫及圖紙規(guī)范程度 0.3 總 成 績 教研室審核意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 教學系審核意見： 主任簽字： 年 月 日 摘 要 本設(shè)計由*** **** ** *******四人小組共同討論合作完成。洗瓶設(shè)備主要用于制藥、化工、食品等行業(yè)灌裝

4、前的瓶子清洗機構(gòu)裝置，洗瓶機的推瓶機構(gòu)的功能是利用推頭平穩(wěn)的將瓶子送進的一個過程，在急回到原點，反復運動。推瓶機構(gòu)原理是利用鉸鏈四桿機構(gòu)和凸輪組合成一個洗瓶機推瓶機構(gòu)，通過凸輪和鉸鏈四桿機構(gòu)本身特性來完成平穩(wěn)送瓶和機構(gòu)急回。經(jīng)過多個方案對比分析，確定比較合適的方案為凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)，對其進行了參數(shù)設(shè)計。本設(shè)計對推瓶機構(gòu)傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計和選擇：首先，對洗瓶機推瓶機構(gòu)進行了選擇，同時對推瓶機構(gòu)的凸輪—鉸鏈四桿機構(gòu)進行了具體參數(shù)化設(shè)計，使的它的運動狀態(tài)和運動規(guī)律能更好的實現(xiàn)其實際的工作。最后通過對凸輪的輪廓曲線的調(diào)整和對鉸鏈四桿機構(gòu)桿長的局部修改，使推瓶機構(gòu)的運動狀態(tài)、工作行程等更加平穩(wěn)流暢。

5、關(guān)鍵詞：推瓶機構(gòu)；凸輪機構(gòu)；鉸鏈四桿機構(gòu) 目 錄 引言.................................................................1 第一章 課程設(shè)計任務................................................2 1.1設(shè)計題目………………………………………………………………………2 1.2數(shù)據(jù)與要求……………………………………………………………………2 1.3設(shè)計任務………………………………………………………………………2

6、第二章 方案選擇....................................................4 2.1功能分解………………………………………………………………………4 2.2方案一…………………………………………………………………………5 2.3方案二…………………………………………………………………………5 2.4方案的對比與選擇……………………………………………………………6 第三章 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計......................................7 3.1鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………

7、……………7 3.2凸輪的設(shè)計……………………………………………………………………9 3.3凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的組合運動圖……………………………………………14 第四章 機構(gòu)運動分析................................................15 4.1鉸鏈四桿機構(gòu)運動分析………………………………………………………15 4.2凸輪機構(gòu)運動分析……………………………………………………………15 心得體會.............................................................16 參考文獻....

8、........................................................ 17 致謝.................................................................18 附錄.................................................................19 引 言 洗瓶設(shè)備主要用于制藥、化工、食品等行業(yè)灌裝前瓶子清洗的機構(gòu)裝置。所以對于如今這個工業(yè)化的社會，機械起著不可磨滅的作用。在本次的設(shè)計中，除了對我們所學到的知識能夠掌握和理解外，還需要有

9、一定的動手能力和實際操作能力。在設(shè)計相關(guān)的機構(gòu)中，加深了對凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)的了解，讓我們不但對以后的相關(guān)設(shè)計積累了經(jīng)驗，也對如今社會機械的需求有了一定的了解。 對于本次的課程設(shè)計，需要小組成員相互合作一起完成。在經(jīng)過大家的討論后，決定了任務的分配以及完成時間的安排，并且決定大家要有確定的工作地點和時間。為了確保這次的課程設(shè)計能夠按時的完成，我們將所有的工作進行了細致的計劃，計劃是花五天的時間完成本次課程設(shè)計。第一天確定所需要的原始數(shù)據(jù)以及每個人需要完成的任務，再花費兩天的時間進行數(shù)據(jù)的計算和完成需要的運動簡圖以及機構(gòu)簡圖。最后剩余的時間進行文檔的修改和答辯。除了小組的總計劃之外，每個人也需

10、要對于自己的任務進行計劃，確保每天的進程。至于任務分配，一人負責電子文檔，兩個人負責數(shù)據(jù)的確定及相關(guān)的的計算，還有一個人負責畫圖。 在這次的課程設(shè)計中，關(guān)鍵的是凸輪輪廓的確定和基本尺寸的計算以及四桿機構(gòu)的基本尺寸的計算。這次的課程設(shè)計是我們四個人的初次合作，也是第一次接觸這方面的相關(guān)作業(yè)，對每一個人來說都是很大的挑戰(zhàn)。在這次的課程設(shè)計中，除了需要掌握基礎(chǔ)知識還需要借助于參考資料。 在資料的收集方面，負責不同任務的人員負責搜集自己需要的相關(guān)資料?？梢栽趫D書館借相關(guān)的書籍或者是上網(wǎng)查找。最后大家將自己找到的資料匯總，然后每人一份，這樣有利于大家的理解和方便大家的掌握并且節(jié)省時間，提高工作效率

11、。 機械原理課程設(shè)計就是使學生全面、系統(tǒng)掌握和深化了解機械原理課程的基本方法和重要環(huán)節(jié)，是培養(yǎng)學生機械運動方案設(shè)計，創(chuàng)新設(shè)計以及應用計算機對工程實際中各種機構(gòu)進行分析和設(shè)計能力的一門課程。 第一章 課程設(shè)計任務 1.1 設(shè)計題目 設(shè)計洗瓶機推瓶機構(gòu)，如圖1-1 所示 圖1-1 洗瓶機工作示意圖 待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當推頭M把瓶子推向前進時，轉(zhuǎn)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，準備進入第二個工作循環(huán)。 1.2 數(shù)據(jù)

12、與要求 洗瓶機的技術(shù)數(shù)據(jù)要求見表1-1。 表1-1 洗瓶機的技術(shù)數(shù)據(jù)要求 方案號 瓶子尺寸 （長*直徑）mm 工作行程/mm 生產(chǎn)率/ （個/s） 急回系數(shù) K 電動機轉(zhuǎn)速n0/（r/min） A Φ100*200 600 14 3 1440 1.3設(shè)計任務 1.洗瓶機推瓶機構(gòu)應包括凸輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)； 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配； 3.畫出機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖； 4.設(shè)計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機

13、構(gòu)進行運動分析。繪出運動線圖； 5.其他機構(gòu)的設(shè)計計算； 6.編寫設(shè)計說明書。 第二章 方案選擇 2.1功能分解 本機器的功能是自動洗瓶。它的運動功能可分解為三種工藝動作 1).推瓶 推頭M均勻速度推瓶，設(shè)計推瓶機構(gòu)，且構(gòu)件在工作行程中作勻速直線運動，在工作前后可有變速運動，回程時有急回特性。 2).轉(zhuǎn)瓶 導輥有齒輪帶動，通過與瓶子之間的摩擦帶動瓶旋轉(zhuǎn)。 3).刷瓶 刷子在輪系機構(gòu)帶動下以恒速旋

14、轉(zhuǎn)，用以洗刷瓶子。 注：以上三種動作同時進行，彼此的運動不發(fā)生干涉。 如圖2-1所示為機構(gòu)的系統(tǒng)功能圖 推頭減速返回 待洗瓶子放入 推頭推著瓶子做 V=75mm/s的勻速運動 旋轉(zhuǎn)刷子洗瓶 推瓶完成 推頭加速返回 導輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn) 圖2-1 系統(tǒng)功能圖 利用設(shè)計目錄并根據(jù)技術(shù)、經(jīng)濟及相容性的要求，確定三個工藝動作的執(zhí)行構(gòu)件——推頭、刷子、導輥，分別選擇相應的機構(gòu)以實現(xiàn)各項運動功能。 表2-1 為實現(xiàn)機構(gòu)功能的機構(gòu)選型表 表2-1 洗瓶機的機構(gòu)選型 功能 執(zhí)行構(gòu)件 工藝動作

15、 執(zhí)行機構(gòu) 推瓶 推頭M 曲線往復急回運動 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)，凸輪-滑塊組合機構(gòu) 轉(zhuǎn)瓶 導輥 回轉(zhuǎn)運動 齒輪-帶輪傳動機構(gòu) 刷瓶 刷子 回轉(zhuǎn)運動 齒輪-帶輪傳動機構(gòu) 2.2方案一 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)方案： 圖2-2 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu) 如圖2-2所示，凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)為一個自由度的機構(gòu)，其連桿2上的點M走近似于所要求的軌跡，點M的速度由等速轉(zhuǎn)動的凸輪驅(qū)動構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)動來控制。由于曲柄（構(gòu)件1）為從動件，故必須采取渡過死點的措施，這就要求添加其他構(gòu)

16、件使其順利去除死點的干擾。 2.3方案二 凸輪-滑塊組合機構(gòu)方案： 圖2-3 凸輪-滑塊組合機構(gòu) 如圖2-3所示為兩個自由度的凸輪-滑塊機構(gòu)，該機構(gòu)可精確實現(xiàn)預定軌跡要求。但是由于機構(gòu)工作行程要求為600mm，所以使用這樣的機構(gòu)必定會造成凸輪尺寸過大，所占用的空間過大，造成不必要的空間浪費。除此之外，凸輪機構(gòu)相對于連桿機構(gòu)的使用壽命短、使用能耗高以及其平衡難以保證等缺點都顯而易見。 2.4方案的對比與選擇 根據(jù)上面所給出的兩種設(shè)計方案，我們經(jīng)過討論并從中選出較優(yōu)方案進行最終的設(shè)

17、計。 首先是凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)：此機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、體積小，安裝后便于調(diào)試而且從經(jīng)濟性角度來看，也很合適。其中凸輪軸能很好協(xié)調(diào)推頭的運動且工作平穩(wěn)。推頭M能夠近似的完成所要求的工作行程軌跡，主要由各推桿的長度比例及凸輪的形狀來實現(xiàn)推頭回程速度比和推程。因為本設(shè)計中使用的連桿不多，而且速度不是很快，這種方案可以滿足設(shè)計要求。 其次凸輪-全移動副四連桿機構(gòu)的方案是兩自由度機構(gòu)，構(gòu)件2上的M點可精確實現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)件2的運動速度和急回特征由凸輪控制。這個機構(gòu)方案的缺點是因水平方向軌跡太長，造成凸輪機構(gòu)從動件的行程過大，而使相應凸輪尺寸過大，不符合實際要求，空間過大。 根據(jù)上述方案的評定，最終選擇

18、凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)作為本次設(shè)計的推瓶機構(gòu)方案。 第三章 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計 3.1鉸鏈四桿機構(gòu)的設(shè)計 方案一為凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)方案，該機構(gòu)原理如圖3-1所示，圖3-2是其初始狀態(tài)。 圖3-1凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu) 該方案利用四桿構(gòu)件上的一點M的軌跡滿足要求，故利用其作為推瓶機構(gòu)的推頭。而機構(gòu)有凸輪作為主動件的目的是為了滿足M點運動速度的要求，在推頭與瓶子剛接觸和脫離時M點的速度近為零，而在作直線運動時速度平穩(wěn),并且利用凸輪可以滿足M點的機構(gòu)特性。當凸輪轉(zhuǎn)角處于0~60度時，此時四桿機構(gòu)靜止，M點剛好與瓶子

19、脫離；而當凸輪轉(zhuǎn)角在60~120度時，M點沿著一段弧線回去；而當轉(zhuǎn)角在120~180度時四桿機構(gòu)又處于靜止狀態(tài)，此時M點回到M點剛好與瓶子接觸；當轉(zhuǎn)角在180~360度時，M點推著瓶子沿著直線運動一直達到起始點，如此循環(huán)下去。 圖3-2 凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)循環(huán)圖 鉸鏈四桿機構(gòu)按照給定的急回要求設(shè)計，利用解析法求解此類問題時，主要利用機構(gòu)在極位時的特性。 又求得AB桿的極位夾角為 （3-1） 設(shè)AM=600mm；AD=300mm; 且由于MD垂直平分 MM；MM=600mm; ∠BAB=

20、90;所以∠BAD=45;且當∠BAD=45時，AB與BM共線； AB +BM=600 mm。 又在△ABM中，∠MAB=135;由余弦定理可得：B’M’=500 mm; AB=100 mm。 又在四邊形ABMD中有AB=100 mm；AD=300 mm;BM=500 mm;且AD⊥DM故： (3-2) 再由于在△ACD中有AC=100 +BC mm;AD=300 mm; ∠CAD=45；故可由余弦定理有： (3-3) 由上面3-2、3-3兩式可確定BC=431 mm;CD=419 mm。 故可確定∠CDE=75;DE的長

21、度可自定為80 mm。 又測得搖桿擺角φ=53 3.2 凸輪的設(shè)計 （1） 凸輪機構(gòu)的組成 　　 凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件。凸輪通常作等速轉(zhuǎn)動，但也有往 復擺動或移動的。推桿是被凸輪直接推動的構(gòu)件。因為在凸輪機構(gòu)中推桿多是從動件，故又常稱其為從動件。凸輪機構(gòu)就是由凸輪、推桿和機架三個主要構(gòu)件所組成的高副機構(gòu)。 （2）凸輪的輪廓確定 凸輪的輪廓主要尺寸是根據(jù)四桿機構(gòu)推頭所要達到的工作行程和推頭工作速度來確定的，初步定基圓半徑，溝槽寬，凸輪厚, 孔 ,滾子半徑。 1 擺動滾子推桿盤形凸輪輪廓設(shè)計的數(shù)學模型 如圖1所示為擺動滾子從動件盤形凸輪機構(gòu)．已知基圓半徑

22、 、擺桿長度，中心距和從動件的運動規(guī)律，選取oxy坐標系 ，如圖3-3所示。 圖 3-3 擺動滾子推桿盤形凸輪機構(gòu) 2 求凸輪理論輪廓曲線 根據(jù)洗瓶機推瓶機構(gòu)的運動要求，需要中速輕載，則確定推桿的運動規(guī)律為等加速等減速，則可得: 凸輪的理論輪廓曲線的坐標公式為: ， (3-4) a)推程階段 = (3-5) b）遠休階段

23、 (3-6) c)回程階段 (3-7) d) 近休階段 (3-8) e)推程段的壓力角和回程段的壓力角 (3-9) 將以上各相應值代入式（3-4)中，計算理論

24、輪廓曲線上各點的坐標值。在計算 時應注意： 在推程階段取，在遠休階段取，在回程階段取，在近休階段取。 3 求工作輪廓曲線： 有公式的 (3-10) 其中： (3-11） （3-12） a)推程階段 （3-13） = （3-14） b)遠休階段

25、 （3-15） （3-16） c)回程階段 = （3-17） （3-18） d) 近休階段

26、 （3-19） （3-20） 根據(jù)上述可得凸輪的輪廓 如下圖 3-4 圖 3-4 凸輪的輪廓 3.3凸輪-鉸鏈四桿機構(gòu)的組合運動圖 圖 3-5 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)組合運動圖 下圖三個依次為連桿滑塊轉(zhuǎn)到凸輪最遠距離遠休位置時的圖（圖3-6）所示，連桿滑塊轉(zhuǎn)到凸輪最近距離近休位置時的圖（圖3-7）所示。 當凸輪轉(zhuǎn)到遠休位置時，這時通過連桿在凸輪上的滾子

27、推動連桿，鉸鏈四桿機構(gòu)的擺桿2運動到了最大位置，和機架安裝的桿1在一條水平線上。 圖 3-6 遠休止運動狀態(tài) 當凸輪運動到近休位置時，這時通過在凸輪上連接滾子的連桿推動桿2和桿3運動到一條直線上，這個時候是擺桿回到了初始位置，推頭開始推瓶。 圖 3-7 近休止運動狀態(tài) 第四章 機構(gòu)運動分析 4.1鉸鏈四桿機構(gòu)運動分析 由表1-1可知凸輪的 （4-1） 所以推程階段時

28、間 （4-2） 所以推頭由M到M’勻速運動時的速度 （4-3） 又因為凸輪的近休止、遠休止和回程階段的角度都為，所以它們所用時間也相同。所以分析推頭在M和M’兩端停留的時間和由M到M’返回的時間相等且時間為： （4-4） 又測得DE桿的極位夾角為 4.2凸輪機構(gòu)的運動分析 凸輪的工作循環(huán)過程如表4-1

29、 表 4-1 凸輪的工作循環(huán)過程 凸輪旋轉(zhuǎn)角度 0- 60 60- 120 120- 180 180- 360 滾子運動狀態(tài) 近休止 回程 遠休止 升程 推頭運動狀態(tài) 靜止 工退 靜止 工進 工作過程 準備 返回準備 準備 推瓶 心得體會 好不容易做到了這一步，這也標志著我們這次設(shè)計即將結(jié)束。在還沒做設(shè)計之前，有點迷茫，

30、有點不知所措，但總覺得書上不是有設(shè)計的步驟和方法，按照那個不就可以了嗎？還有電子文檔的完成，總覺得自己平時也有用的，花費不了多少時間。但是，當自己真正的實際操作時，才會知道什么是“書到用時方恨少”，才明白自己需要加深的不只是對基礎(chǔ)知識的掌握，還需要加強的是自己的動手能力。才知道原來自己掌握的東西真的很少，自己還需要不斷地充實自己。雖然經(jīng)常玩電腦，但是從來沒有感覺的不會用的的挫敗，現(xiàn)在終于體會到了。 當然，收獲也是不少的。通過此次課程設(shè)計，我們鞏固了所學的基本理論、基本概念和基本知識，進一步理解了機械原理這門課程，知道其在實際應用中的重要性。并對教材中常見的平面連桿、凸輪等機機構(gòu)有了更

31、深刻的認識，對系統(tǒng)化設(shè)計有了一定的了解。更重要的是培養(yǎng)了自己分析和解決與本課程有關(guān)的具體機械所涉及的實際問題的能力，為以后的課程設(shè)計打下了良好的基礎(chǔ)。 其次，在這次課程設(shè)計過程中，我明白個人的力量是有限的。任何優(yōu)秀的方案都不是個人的杰作，是大家在課程設(shè)計過程中相互幫助，積極討論，對一些問題大膽發(fā)表自己的意見，實現(xiàn)了共同的進步，并最終完成了設(shè)計方案。雖然在以后的工作學習中我們還會有這樣和他人一起工作學習的機會，但是這次課程設(shè)計為我們提供了鍛煉的機會。 最后，在課程設(shè)計過程中也發(fā)現(xiàn)了自己的不足，基礎(chǔ)知識不扎實，解析法不熟練，在對機構(gòu)的仿真模擬分析方面做的遠遠不夠。所以決定在以后的學習中不斷

32、的加深理解和學習，提高自己解決問題的能力。也希望老師以后給我們更多的鍛煉機會。 參考文獻 [1].郭朝勇《AutoCAD2008中文版教程》清華大學出版社 2007.10 [2].孫恒《機械原理第七版》高等教育出版社 2012.11 [3].孫建東《機械設(shè)計基礎(chǔ)》清華大學出版社 2007.1 [4].封立耀《機械設(shè)計基礎(chǔ)實例教程》北京航空航天大學出版社 2007.8 [5].邢琳《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計》機械工業(yè)出版社 2007.7 [6].濮良貴《機械設(shè)計第八版》高等教育出版社

33、 2009.7 [7].于惠力《機械設(shè)計》科學出版社 2007.8 [8].黃茂林《機械原理》重慶大學出版社 2002.7 致 謝 能夠順利的按時完成這次的課程設(shè)計，除了衷心感謝***老師和***老師對如何完成這次課程設(shè)計的指導和對我們的嚴格要求，還要非常感謝小組成員大家一起努力，辛苦奮斗了五天的時間完成洗瓶機推瓶機構(gòu)的設(shè)計。“萬事開頭難”，對于初次接觸這樣課題的我們，剛開始真的是手足無措，沒有一點點的頭緒，在經(jīng)過聶老師的細致指導后，才逐漸的明確了我們需要完成的目標和執(zhí)行的步驟。然后才慢慢的完成這次的課程設(shè)計。 雖然過程是艱辛的，但是大家的目標是一致的，最后終于按時完成了這次的課程設(shè)計。感謝各位組員的相互合作，辛苦的搜集資料，還有耐心的完成一大堆繁瑣的計算以及認真的完成畫圖。 附錄 兩張CAD圖紙： 機構(gòu)運動簡圖（帶尺寸標注),凸輪