機械原理課程設(shè)計-洗瓶機

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17 湖南工業(yè)大學(xué) 課 程 設(shè) 計 資 料 袋 機械工程學(xué)院 學(xué)院（系、部） 2011 ~ 2012 學(xué)年第 2 學(xué)期 課程名稱 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 題 目 洗瓶機 成 績 起止日期 2012 年 5月 28 日～ 2012 年 6月 2 日 目 錄 清 單 序號 材 料 名 稱 資料數(shù)量 備 注 1 課程設(shè)計任務(wù)書 1 2 課程設(shè)計說明書 1 3 課程設(shè)計圖紙 若干 張 4 5 6 機 械原 理 設(shè)計說明書 洗瓶機 起止日期： 2012 年 5月 28 日 至 2012 年 6 月 2 日 學(xué)生姓名 班級 學(xué)號 成績 指導(dǎo)教師 機械工程學(xué)院（部） 2012年 5 月29 日 目　錄 設(shè)計任務(wù)書………………………………………… 2 1.工作原理和工藝動作分解……………………………3 2根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖……………3 3.執(zhí)行機構(gòu)選型…………………………………… 4.機械運動方案的選擇和評定…………………………… 5.機械傳動系統(tǒng)的速比變速機構(gòu)……………………… 6.機構(gòu)運動簡圖…………………………………………… 7. 洗瓶機構(gòu)的尺度設(shè)計……………………………… 8,洗瓶機構(gòu)速度與加速度分析（分析一個位置）…….. 9.參考資料…………………………………………………. 10.設(shè)計總結(jié)………………………………………………… 湖南工業(yè)大學(xué) 課程設(shè)計任務(wù)書 2011 —2012 學(xué)年第 2 學(xué)期 機械工程 學(xué)院（系、部） 專業(yè) 班級 課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 洗瓶機 完成期限：自 2012 年 5 月 28 日至 2012 年 6 月 2 日共 1 周 內(nèi) 容 及 任 務(wù) 一、設(shè)計的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù) 將瓶子推入同時轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進，轉(zhuǎn)動的刷子就可以將瓶子刷干凈。 其工藝過程是： (1) 將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動； (2) 瓶子推動過程利用導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動將瓶子轉(zhuǎn)動； (3) 作為清洗工具的刷子的轉(zhuǎn)動； 其余設(shè)計參數(shù)是： （1） 瓶子尺寸 大端直徑d=80mm , 長l=200mm ； （2）推進距離L=600mm ；推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭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)備進入第二個工作循環(huán)。 （3）按生產(chǎn)率的要求，退成平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作形成平均速度的3倍。 （4）、電動機轉(zhuǎn)速為1440 r/min。 （5）、急回系數(shù)3。 二、設(shè)計工作量 要求：對設(shè)計任務(wù)課題進行工作原理和工藝動作分解，根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構(gòu)選型，構(gòu)思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的總體方案，根據(jù)任務(wù)書中的技術(shù)參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比，作出機構(gòu)運動簡圖，對相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的具體尺度進行分析與設(shè)計。 要求有設(shè)計說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。 進 度 安 排 起止日期 工作內(nèi)容 5.28-5.29 構(gòu)思該機械運動方案 5.30.-5.31 運動分析及作圖 6.2 整理說明書 參考 資料 ［1］ 朱理．機械原理［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2008：15-200 ［2］ 鄒慧君．機械原理課程設(shè)計［Ｍ］．北京：高等教育出版社，2009：15-250 指導(dǎo)教師： 劉揚 2012 年4 月26 日 第1章 工藝動作分解和工作原理 1、根據(jù)任務(wù)書的要求，該機械的應(yīng)有的工藝過程及運動形式為： (1) 需將瓶子推入導(dǎo)輥上，推頭的運動軌跡如圖1-1所示。 圖1-1 推瓶機構(gòu)的推頭軌跡圖 (2) 導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動帶動瓶的轉(zhuǎn)動，其運動簡圖如圖1-2所示。 圖1-2導(dǎo)輥的轉(zhuǎn)動帶動瓶的轉(zhuǎn)動 (3) 刷子的轉(zhuǎn)動。其轉(zhuǎn)動形式大致如圖1-3所示。 圖1-3刷子的轉(zhuǎn)動 第2章.根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。3 推頭的設(shè)計要求，推頭在長為600mm的工作行程中，作速度為45mm/s的勻速直線運動，在工作段前后有平均速度為135mm/s的變速運動，回程時具有k=3的急回特性。 凸輪機構(gòu)的運動循環(huán)圖如圖2-1所示。 凸輪1 基圓半徑300MM 滾子半徑40MM 升程600MM 最大壓力角57.1467 位移圖 速度圖 加速度圖 位移、速度、加速度線圖 圖2-1 凸輪機構(gòu)運動的循環(huán)圖 第3章.執(zhí)行機構(gòu)選型 由上述分析可知，洗瓶機機構(gòu)有三個運動：一為實現(xiàn)推動瓶子到導(dǎo)輥機構(gòu)上的推瓶機構(gòu)，二為實現(xiàn)清洗瓶子的刷子的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)；三是實現(xiàn)帶動瓶子旋轉(zhuǎn)的導(dǎo)輥機構(gòu)。此外，當(dāng)各機構(gòu)按運動循環(huán)圖確定的相位關(guān)系安裝以后應(yīng)能作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，故在機構(gòu)之間還需設(shè)置能調(diào)整相位的環(huán)節(jié)(也可能是機構(gòu))。 主加壓機構(gòu)設(shè)計過程： 實現(xiàn)推瓶機構(gòu)的基本運動功能： 1)推頭的行程是600mm，速度是45mm/s。所以推程的時間就是13.3s，回程的速度是推程速度的3倍，就是135mm/s，時間就是4.4s。以電動機作為原動力，則推瓶機構(gòu)應(yīng)有運動縮小的功能 2)因推瓶是往復(fù)運動，故機構(gòu)要有運動交替的功能 3)原動機的輸出運動是轉(zhuǎn)動，推頭的運動是直移運動，所以機構(gòu)要有運動轉(zhuǎn)換的功能 取上述三種必須具備的功能來組成機構(gòu)方案。若每一功能僅由一類基本機構(gòu)來實現(xiàn)，如圖3-1所示，可組合成3*3*3＝27種方案。 圖3-1壓片機的功能-技術(shù)矩陣圖 按給定的條件，盡量使機構(gòu)簡單等等要求來選擇方案。 選出如下圖3-2所示的三種方案作為評選方案。 方案一 搖桿機構(gòu) 方案二 連桿機構(gòu) 方案三 凸輪－鉸鏈四桿機構(gòu) 圖3-2推瓶機構(gòu)的方案構(gòu)思圖 第4章.機械運動方案的選擇和評定 圖3-2所示的推瓶運動機構(gòu)方案中的優(yōu)缺點 方案一：方案一的結(jié)構(gòu)簡單，成本低。但組合機構(gòu)行程過長，生產(chǎn)效率較低不能滿足要求。 方案二：結(jié)構(gòu)合理但運動軌跡不能滿足要求，而且計算量要求過于復(fù)雜，精確度不高。 方案三：（最終采納方案） 凸輪設(shè)計合理，行程滿足設(shè)計要求，生產(chǎn)效率滿足，偏差小，故采納此設(shè)計方案。也只有方案三采用了凸輪機構(gòu)。 按照設(shè)計要求，每分鐘要求清洗三個瓶子，所以在凸輪機構(gòu)中分配軸2的轉(zhuǎn)速為3r/min，選取額定轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動機，總傳動比I總=1440/3=480r/min，傳動系統(tǒng)采用3級減速機構(gòu)，第一級為蝸輪蝸桿，選取傳動比為80.第二級為齒輪減速，傳動比為3.第三級為錐齒輪傳動，傳動比為2。 選取齒輪m=4，Z1=23=Z3.Z2=29=Z4 第5章.機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu) 總傳動比計算： I總=1440/3=480r/min （5-1） 第一級為蝸輪蝸桿，選取傳動比為80.第二級為齒輪減速，傳動比為3.第三級為錐齒輪傳動，傳動比為2。 機構(gòu)運動簡圖如圖5-1所示： 傳動機構(gòu)圖 第6章.洗瓶機的機構(gòu)運動簡圖 綜合本組黨飛、林尚旗同學(xué)的機構(gòu)選型，做出洗瓶機的總體機構(gòu)運動簡圖，如圖6-1所示 圖6-1洗瓶機的總體機構(gòu)運動簡圖 首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經(jīng)過減速箱減速，再經(jīng)過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉(zhuǎn)。 導(dǎo)輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導(dǎo)輥轉(zhuǎn)向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉(zhuǎn)方向一樣。 進瓶機構(gòu)傳動：進瓶機構(gòu)借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉(zhuǎn)，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構(gòu)槽輪完成瓶子的輸進。 洗瓶機構(gòu)傳動：洗瓶機構(gòu)是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉(zhuǎn)動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們?nèi)齻€齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉(zhuǎn)來清洗瓶子的外表面。 推瓶機構(gòu)傳動：由蝸輪蝸桿A帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪--鉸鏈四桿機構(gòu)來實現(xiàn)推瓶機構(gòu)往復(fù)運動。 第7章機構(gòu)的尺度設(shè)計 （同組的、同學(xué)做送料機構(gòu)、下沖頭機構(gòu)運動） 假設(shè)已知曲柄滑塊機構(gòu)的運動規(guī)律s—j2(圖a)，圖b所示為該機構(gòu)正處于滑快速度接近于零的位置曲柄搖桿機構(gòu)的運動規(guī)律y1－j1：如圖c實線所示，而圖d所示為該機構(gòu)搖桿OA’A’正處于速度為零的位置。若將圖b．d所示的兩個機構(gòu)就在圖示位置串聯(lián)，則串聯(lián)以后構(gòu)件OAA和OA’A’成為一個構(gòu)件(圖e)，因此，第一個機構(gòu)中的j1和第二個機構(gòu)中的j2有如下關(guān)系: 式中jo為一常數(shù) 圖7-1主加壓機構(gòu)設(shè)計原理圖 所以若將圖c的坐標(biāo)j1用j2表示則相當(dāng)于曲線平移了一個距離j0(如虛線所示)。當(dāng)s—j2和y1—j2如圖b、c所示安排時，則沿圖中箭頭所示走向從y1’得j2’，由j2’得s’，而從此y1’、s’得到y(tǒng)1-s曲線上的一點，依此可得出一條y1-s曲線。從圖a、c的局部放大圖f中可知，在y1由b—c—0-a的區(qū)域內(nèi)(轉(zhuǎn)角約70)，滑塊的位移s約在接近零的一個很小的范圍(約o．37mm)內(nèi)運動，依靠運動副的間隙，可近似認(rèn)為這時滑塊是停歇的。 由此看來，若使s—j2曲線上s為零的附近的一段曲線交化比較平緩，y1—jI曲線在y1的最小值附近的曲線也比較平緩的話，滑塊近似停歇所占的y1角就比較大；又為了使構(gòu)件A’B’受力小些，同時也使機構(gòu)能得到比較合理的布置，可將曲柄搖扦機構(gòu)OA’A’B’OB’整個繞OA’逆時針向轉(zhuǎn)一個角度j0，如圖g所示，這并不影響機構(gòu)的運動性能，反而改善了構(gòu)件A’B’的受力條件。 根據(jù)上述分析該機構(gòu)可按如下步驟設(shè)計： (1)確定曲柄滑塊機構(gòu)尺寸。根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)特性(圖7-2a)，l＝l／r愈小，在s＝0處的位移變化愈大，所以應(yīng)選較大的l；但l愈大，從s＝0～90、l00mm的位移所需曲柄的轉(zhuǎn)角q也愈大；又因為曲柄是與曲柄搖桿機構(gòu)中的搖桿串接的，而搖扦的轉(zhuǎn)角應(yīng)小于180，且希望取小一些為好。所以，應(yīng)取一個合適的曲柄長度和l值，滿足滑決有90—100mm的行程而曲柄轉(zhuǎn)角則在30左右同時在j2＝178～182的范圍內(nèi)沿塊位移不大于o．4mm或更小(可近似看作滑塊停歇)。 圖7-2曲柄滑塊機構(gòu)和曲柄搖桿機構(gòu)特性 故取l＝1，按j2＝178～182的范圍內(nèi)沿塊位移不大于o．4mm，計算得： L<0.4/((1-cos2)*2)=328mm （7-1） 滿足滑決有90—100mm的行程而曲柄轉(zhuǎn)角則在30左右，取L＝320，得320*2（1-cosj2）>100， j2=32.5 圖7-2 主加壓機構(gòu)尺寸計算原理圖 (2)確定曲柄搖扦機構(gòu)尺寸。如圖7-2所示，在壓片位置，機構(gòu)應(yīng)有較好的傳動角。所以，當(dāng)搖桿在OAA位置時，曲柄搖桿機構(gòu)的連桿AB’與OAA的夾角應(yīng)接近90。此時，OB’若選在AB’的延長線上，則受力最小。故在此線上選一適當(dāng)位置作OB’。具體選定OB’的位置時，可再考慮急回特性的要求，或搖桿速度接近零的區(qū)域中位移變化比較平緩的要求。它與機構(gòu)尺寸的大致關(guān)系是： 行程速度變化系數(shù)K愈大，在位置A時的位移變化較大，所以O(shè)B’距點A遠一些好，但又受到機構(gòu)尺寸和急回特性的限制，不能取得太遠。選定OB’以后可定出與OAA兩個位移j3、j4對應(yīng)的OB’B’的兩個位移y3y4。 圖7-3 主加壓機構(gòu)尺寸圖 如圖7-3所示，經(jīng)計算，得曲柄LOAB＝97.57mm, 連桿LAB‘＝508.8mm 擺桿LOA＝LAC=320mm (其后，再對設(shè)計結(jié)果進行運動分析，可得到機構(gòu)正確的運動規(guī)律)。最后，再回到運動循環(huán)圖上，檢查它與其它執(zhí)行構(gòu)件的運動有否干涉的情況出現(xiàn)。必要時可修正運動循環(huán)圖。） . 第8章,XXX機構(gòu)速度與加速度分析（分析一至二個關(guān)鍵位置） 第9章.參考資料 第10章設(shè)計總結(jié)（每個同學(xué)要認(rèn)真寫，不許抄）