机械原理课程设计-洗瓶机

机 械原 理

设计说明书

目 录

设计任务书…………………………… 1.拟定运动循环图………………………… 2.推瓶机构和洗瓶机构的选型…………… 3.执行机构选型…………………………… 4.机械运动方案的选定和评定…………… 5.洗瓶机的机构运动简图………………… 6.设计说明书………………………………

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1.拟定运动循环图

1、根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程及运动形式为： (1) 需将瓶子推入导辊上，推头的运动轨迹如图1-1所示。

图1-1 推瓶机构的推头轨迹图

(2) 导辊的转动带动瓶的转动，其运动简图如图1-2所示。

图1-2导辊的转动带动瓶的转动

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2.推瓶机构和洗瓶机构的选型

刷子的转动。其转动形式大致如图2-1所示。

图2-1刷子的转动

拟定运动循环图的目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。3 推头的设计要求，推头在长为500mm的工作行程中，作速度为43.75mm/s的匀速直线运动，在工作段前后有平均速度为140mm/s的变速运动，回程时具有k=3.2的急回特性。

凸轮机构的运动循环图如图2-1所示。 凸轮1

基圆半径300MM 滚子半径40MM 升程500MM 最大压力角57.1467°

位移图 速度图

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加速度图 位移、速度、加速度线图

图2-2 凸轮机构运动的循环图

由上述分析可知，洗瓶机机构有三个运动：一为实现推动瓶子到导辊机构上的推瓶机构，二为实现清洗瓶子的刷子的旋转机构；三是实现带动瓶子旋转的导辊机构。此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后应能作适当的调整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节(也可能是机构)。

主加压机构设计过程： 实现推瓶机构的基本运动功能：

1)推头的行程是500mm，速度是43.75mm/s。所以推程的时间就是11.43s，回程的速度是推程速度的3.2倍，就是140mm/s，时间就是3.57s。以电动机作为原动力，则推瓶机构应有运动缩小的功能

2)因推瓶是往复运动，故机构要有运动交替的功能

3)原动机的输出运动是转动，推头的运动是直移运动，所以机构要有运动转换的功能

取上述三种必须具备的功能来组成机构方案。若每一功能仅由一类基本机构来实现，如图2-1所示，可组合成3*3*3＝27种方案。

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图2-3压片机的功能-技术矩阵图

按给定的条件，尽量使机构简单等等要求来选择方案。 选出如下图2-4所示的三种方案作为评选方案。

方案一 摇杆机构

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方案二 连杆机构

方案三 凸轮－铰链四杆机构

图2-4推瓶机构的方案构思图

3.机械运动方案的选择和评定

图2-4所示的推瓶运动机构方案中的优缺点

方案一：方案一的结构简单，成本低。但组合机构行程过长，生产效率较低不能满足要求。

方案二：结构合理但运动轨迹不能满足要求，而且计算量要求过于复杂，精确度不高。

方案三：（最终采纳方案）

凸轮设计合理，行程满足设计要求，生产效率满足，偏差小，故采纳此设计方案。也只有方案三采用了凸轮机构。

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按照设计要求，每分钟要求清洗四个瓶子，所以在凸轮机构中分配轴2的转速为4r/min，选取额定转速为1440r/min的电动机，总传动比I总

=1440/4=360r/min，传动系统采用3级减速机构，第一级为蜗轮蜗杆，选取传动比为60.第二级为齿轮减速，传动比为3.第三级为锥齿轮传动，传动比为2。

选取齿轮m=4，Z1=23=Z3.Z2=29=Z4

4.选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案

总传动比计算：

I总=1440/4=360r/min （4-1）

第一级为蜗轮蜗杆，选取传动比为60.第二级为齿轮减速，传动比为2.第三级为锥齿轮传动，传动比为2。

机构运动简图如图4-1所示：

传动机构图

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5.洗瓶机的机构运动简图

洗瓶机的总体机构运动简图，如图5-1所示

图5-1洗瓶机的总体机构运动简图

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6.设计说明书

假设已知曲柄滑块机构的运动规律s—2(图a)，图b所示为该机构正处

于滑快速度接近于零的位置曲柄摇杆机构的运动规律1－1：如图c实线所示，而图d所示为该机构摇杆OA’A’正处于速度为零的位置。若将图b．d所示的两个机构就在图示位置串联，则串联以后构件OAA和OA’A’成为一个构件(图e)，因此，第一个机构中的1和第二个机构中的2有如下关系:

式中o为一常数

图6-1主加压机构设计原理图

所以若将图c的坐标1用2表示则相当于曲线平移了一个距离0(如

虚线所示)。当s—2和1—2如图b、c所示安排时，则沿图中箭头所示走向从1’得2’，由2’得s’，而从此1’、s’得到1-s曲线上的一点，依此可得出一条1-s曲线。从图a、c的局部放大图f中可知，在1由b—c—0-a的区域内(转角约70°)，滑块的位移s约在接近零的一个很小的范围(约o．37mm)内运动，依靠运动副的间隙，可近似认为这时滑块是停歇的。

由此看来，若使s—2曲线上s为零的附近的一段曲线交化比较平缓，1—I曲线在1的最小值附近的曲线也比较平缓的话，滑块近似停歇所占的1角就比较大；又为了使构件A’B’受力小些，同时也使机构能得到比较合

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理

的布置，可将曲柄摇扦机构OA’A’B’OB’整个绕OA’逆时针向转一个角度0，如图g所示，这并不影响机构的运动性能，反而改善了构件A’B’的受力条件。

根据上述分析该机构可按如下步骤设计：

(1)确定曲柄滑块机构尺寸。根据曲柄滑块机构特性(图7-2a)，＝l／r愈小，在s＝0处的位移变化愈大，所以应选较大的；但愈大，从s＝0～90、l00mm的位移所需曲柄的转角也愈大；又因为曲柄是与曲柄摇杆机构中的摇杆串接的，而摇扦的转角应小于180，且希望取小一些为好。所以，应取一个合适的曲柄长度和值，满足滑决有90—100mm的行程而曲柄转角则在30°左右同时在2＝178°～182°的范围内沿块位移不大于o．4mm或更小(可近似看作滑块停歇)。

图6-2曲柄滑块机构和曲柄摇杆机构特性

故取＝1，按2＝178°～182°的范围内沿块位移不大于o．4mm，计算得：

L<0.4/((1-cos2)*2)=328mm （7-1）

满足滑决有90—100mm的行程而曲柄转角则在30°左右，取L＝320，得320*2（1-cos2）>100， 2=32.5°

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图6-2 主加压机构尺寸计算原理图

(2)确定曲柄摇扦机构尺寸。如图7-2所示，在压片位置，机构应有较好的传动角。所以，当摇杆在OAA位置时，曲柄摇杆机构的连杆AB’与OAA的夹角应接近90°。此时，OB’若选在AB’的延长线上，则受力最小。故在此线上选一适当位置作OB’。具体选定OB’的位置时，可再考虑急回特性的要求，或摇杆速度接近零的区域中位移变化比较平缓的要求。它与机构尺寸的大致关系是：

行程速度变化系数K愈大，在位置A时的位移变化较大，所以OB’距点A远一些好，但又受到机构尺寸和急回特性的限制，不能取得太远。选定OB’以后可定出与OAA两个位移3、4对应的OB’B’的两个位移34。

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图6-3 主加压机构尺寸图

如图7-3所示，经计算，得曲柄LOAB＝97.57mm, 连杆LAB‘＝508.8mm 摆杆LOA＝LAC=320mm

首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮1，齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。

导辊传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辊转动；再由齿轮4带动齿轮5，齿轮5 又带动齿轮6使里面那根导辊转动。因为齿轮4和齿轮6大小一样，齿轮5主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。

进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮4带动齿轮7，又由齿轮7带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆B，然后蜗轮蜗杆B带动齿轮9，再由齿轮9带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。

洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮6带动齿轮8，齿轮8带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆C，然后再通过蜗轮10传给齿轮13，而齿轮13通过左右各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。

推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆A带动齿轮16，再由齿轮16传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮--铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。