洗瓶机推瓶机构设计

机械原理课程设计说明书

------洗瓶机推瓶机构设计

目录

一．设计题目及设计要求----------------------------------------3二．功能分解-------------------------------------------------------4 三．机构选用-------------------------------------------------------5 四．机构组合-------------------------------------------------------7 五．传动方案设计-------------------------------------------------8 六．运动协调设计-------------------------------------------------9 七．机构设计-------------------------------------------------------10 八．方案评价-------------------------------------------------------13 九．设计心得-------------------------------------------------------13 十．参考资料-------------------------------------------------------14

洗瓶机方案设计

一．设计题目及设计要求

设计洗瓶机，主要有推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成，如图

图1 洗瓶机工作示意图

当M把瓶子向前推进时，转动着的刷子把瓶子外面洗净，当前一个瓶子洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已经送入导辊待推。

表1 洗瓶机的技术要求

我们选用C方案，由于它工作行程短，节约空间，结构紧凑，生产率高，急回系数高，说明构件非有效工作时间比例小，电动机功率低，节省能源。

二．功能分解

本机器的功能是自动洗瓶。它的运动功能可分解为三种工艺动作

1.推瓶

推头M均匀速度推瓶，设计推瓶机构，且构件在工作行程中作匀速直线运动，在工作前后可有变速运动，回程时有急回特性。

2.转瓶

导辊有齿轮带动，通过与瓶子之间的摩擦带动瓶旋转。

3.刷瓶

刷子在轮系机构带动下以恒速旋转，用以洗刷瓶子。

注：以上三种动作同时进行，彼此的运动不发生干涉。

三、机构选用

利用设计目录并根据技术、经济及相容性的要求，确定三个工艺动作的执行构件——推头、刷子、导辊，分别选择相应的机构以实现各项运动功能。

表2 洗瓶机的机构选型

由于刷瓶与转瓶功能的实现分别只有一种齿轮传动来实现的，因此，方案的确定的关键是对推瓶执行机构组合的确定。 根据设计要求，推头M 可走图所示轨迹，而且推头M 在工

图2 推头M 运动轨迹

作行程中应做匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程是、时有急回特性。对于这种运动要求，若采用单一机构不容易实现，通常的机构组合有；

1. 凸轮—铰链四杆机构方案

图3 凸轮-铰链四杆机构图

如图，铰链四杆机构的连杆2上的点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度有等速转动的凸轮驱动构件3的变速运动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意采取度过死点的措施。该机构的缺点是凸轮独立于连杆机构，占用空间较大，结构不紧凑。

2. 五杆组合机构方案

图4 五杆组合机构图

确定一条平面曲线需要两个独立变量。因此具有两个自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。如图，点M 的速度和机构的急回特征，可通过凸轮控制该机构的两个输入构件1和4间的运动关系来得到。机构为单自由度机构，运动精确，

结构紧凑。

3. 凸轮—全移动副四杆机构

图5 凸轮-全移动副四杆机构图

如图所示，全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的点M可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制。这个方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。

综上所述，五杆组合机构方案优点较多，为所选方案。

四. 机构组合

根据机构选用中选出的机构，以及设计要求，我们选择五杆组合机构和齿轮传动机构的搭配。采用并联结构如图：Array图6 机构组合的并联示意图

电动机通过五杆组合机构带动推头M推动瓶子，并通过

齿轮传动机构带动刷子与导辊转动，实现刷瓶与转瓶的功能。由

此可得出机构运动简图：

图7 机构运动简图

1、2、3、4、5、6、7是圆柱齿轮，8、9、10、11是圆锥齿轮，12是导辊，13是推头M，14、16是皮带轮，15是刷子。

图8 机构三维立体图

五. 传动方案设计

机器的特点是刷子、导辊、推头M的运动是相互独立的，故分别通过三套传动机构由电动机带动；此外，由于刷子和导辊的转速不需太精确，故选用结构简单、成本低、安装容易得带传动机构。带轮之间通过圆锥齿轮和直齿圆柱齿轮与电动机轴连

接。

关于传动比问题：刷子的转速不能过高，否则会与瓶子摩擦产生过多的无用功，同时也会减缓瓶子的前进速度。导辊的转速不能过低，否则不能保证瓶子洗净，（当然也不能过高，理由同上）

综合考虑，取刷子转速为n1=640r/min,导辊转速n2=1200r/min,凸轮转速经计算得n3=1080r/min。

根据各传动比：i01=n0/n1=3/2,i02=n0/n2=4/5,i03=n0/n3=8/9,选择适当的标准齿轮的齿数和模数如下表

表3 齿轮参数

其中，为了避免齿轮发生可能的碰撞，在齿轮5与齿轮6之间增加一个惰轮7。

六. 运动协调设计

由于刷子、导辊、凸轮三者运动是相互独立的，因此机构不

存在时间上的协调问题。所以只要保证各构件的尺寸以满足机构空间上的协调即可。

七. 机构设计

取B点的运动轨迹如图：，这样杆从导辊下部运动返回，不会与下一个瓶发生碰撞。设计时，减少BC杆长则C点的运动轨迹接近于B。

确定铰链O的位置：（4种选法）

图9 铰链位置比较图

依图可知（3）、（4）的极位夹角比（1）、（2）较大，应在（3）、（4）中选得。当选（4）时，θ最大，但O过于靠近运动轨迹，所以设计的凸轮可能与导轨发生空间上的冲突，故选（3）较合适，以增大极位夹角，减少非工作行程时间。

在极位夹角相等的情况下：如图（5）、（6）

图10 铰链位置最终选择图

（5）图中O偏左，故其匀速运动所占的时间比例较大，所以（5）更合适，可以更好的提高工作效率。

图11 凸轮设计

定好O位置后，根据运动图线作图，并通过计算可得出OA，AC杆长，根据空间位置关系，确定CD、DE杆长及凸轮的基圆半径，再根据反转作图法可得凸轮理论轮廓线，画出滚子的各位置图，根据其包络线可得凸轮的实际轮廓线。（120°到200°之间是匀速运动区）

根据作图，最后可定得各杆长度：OA=8，AC=62，BC=8.7，CD=70.5，DE=20。凸轮基圆半径=9.2。

八、方案评价

所设计的机构能较好的按要求满足需求，但在凸轮传动方面，因为是用作图法所得，而且有一部分取的是近似值，所以误差可能过于偏大。可通过两种方法改进：

一是用电脑编程用数值计算法来精确设计。

二是用作图法时尽量减少误差（如将基圆分得更细等）

机构传动部分，部分杆件过长，会引起材料的浪费，同时会产生较大的应力，从而导致杆件的破坏；由于空间的问题引入了惰轮，加大的制造成本；带轮容易摩擦起电，不宜用于易燃易爆场合。

九、设计心得

好不容易做到这一步，这也标志着我们这次设计的即将结束。在还没做设计之前，我们以为资料、知识都是课本的那些东西，没什么难做的，不就是打字打出来就行。可是当我们真正投入到这次设计中的时候，才发现设计的艰辛，我们拥有的知识太贫乏，平时学的知识根本就没办法用到实际上，还有一些3维的东西以前从来没有接触，更别提做出来了。但我们并没有放弃，大量的搜集需要的资料和书籍，把不会的搞会，争取把设计做的完美。

我们做的洗瓶机表面看似简单，但实际上各个机构的组合确是相当的复杂，特别在机构设计五杆机构的设计，尺寸数据都极难设定，我们在此跌到了N次，最后在我们3人的努力和学姐

学长的指导帮助下，终于做了出来。本次的设计还让我们深深体会到团结的力量，没有我们3个人的共同努力，相互辅助，就不可能有这份设计。

回顾这次设计，虽然只有短短的几天，但这里面却充满了酸甜苦辣，让我们对人生有了更深的认识。作为设计者应该追求设计的完美、实用，我们并不能达到这一点，但过程却是最重要的，在设计中，培养了我们善于探索的精神，并让我们发现了自己的差距，期待我们都能在未来的道路上更加勤奋地学习专业知识，真心的学以致用，创造我们设计的蓝图。

十、参考资料

[1] 王知行、刘廷荣.机械原理[M].北京：高等教育出版社2000

[2] 裘建新.机械原理课程设计指导书[M].北京：高等教育出版

社2005

[3]姚兴军、汪晓云、唐建文.AutoCAD 2004中文版机械设计[M].北京希望电子出版社2004

[4]王克伟等.3d max 6实用教程[M].北京希望电子出版社2004

[5]李启炎。计算机绘图（初级）——AutoCAD 2000版.上海：同济大学出版社2001