机械原理洗瓶机推瓶机构设计

学校
机械原理课程设计
推瓶机构设计
学院机电工程学院
专业机械设计制造及其自动化学号
姓名
任课教师
目录
一
、
目及要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3
二、原始数据要求⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
三、方案比定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
四、机构运⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.5
五、运尺寸⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.6
六、系功能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..8
七、推瓶机构〔附〕⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..8
八、参照文件⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯.⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.8
一、设计题目及要求
〔一〕、功能要求及工艺动作分解提示
1、总功能要求
实现推头〔动点〕在工作行程中作直线匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特点。

2、工作原理及工艺动作分解提示
推瓶机推头的运动轨迹要求如图1-1所示。

洗瓶机相关零件的工作原理和工艺动作分解如图1-2所示。

待洗的瓶子放在两个转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。

当推头M把瓶子向前推动时，转动着的刷子把瓶子外面洗净。

当一个瓶子将洗漱完时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。

推瓶机系统的系统功能图如图1-3所示。

图1-1
图1-2
图1-3
二、原始数据要求
〔一〕、瓶子尺寸：大端直径d=80mm，长200mm；
〔二〕、推动距离l=600mm；
〔三〕、推程时速度要求为v=45mm/s，返回时的均匀速度
为工作行程的3倍；
〔四〕、机构传动性能优秀，构造紧凑，制造方便；
三、设计方案对比较定
履行机构运动方案：
〔一〕凸轮铰链四杆机构方案〔选定〕：
如图3-1所示，铰链四杆机构为
一个自由度的机构，其连杆2上的点
M走近似于所要求的轨迹，点M的速
度由等速转动的凸轮驱动构件3的变
速转动来控制。

因为曲柄〔构件1〕
为从动件，故一定采纳渡过死点的措
施，这就要求增添其余构件使其顺利
去除死点的扰乱。

图3-1
〔二〕、五杆组合机构方案：
如图3-2所示为两个自由度的5杆低
副机构，1、4为它们的两个输入构件，
这两个构件之间的运动关系用齿轮来实
现，进而将本来两自由度机构系统关闭成
单自由度系统。

图3-2
〔三〕、凸轮滑块组合机构方案：
如图3-3所示为两个自由度的凸轮滑
块机构，该机构可精准实现预约轨迹要求。

可是因为机构工作行程要求为600mm，所
以使用这样的机构必然会造成凸轮尺寸过
大，所占用的空间过大，造成不用要的空
间浪费。

除此以外，凸轮机构相关于连杆
机构的使用寿命短、使用能耗高以及其平
衡难以保证等弊端都不言而喻。

图3-3
综上所述，三个方案均可实现设计要求的功能。

可是从要求的传动性能上看，无凸轮机构的五杆组合机构方案更拥有优势，但五杆机构设计复杂不易实现，且波及到齿轮，机构复杂，制造本钱高。

方案一构造简单、紧凑，零件制造简易，
可实现设计要求功能，应采用凸轮四杆机构方案。

四、机构运动简图
F 3 4〔-5 2 1 1〕1
因此该机构自由度为1，即只要一个原动件可确立其余构件的状态。

五、运动尺寸设计
用作图法对凸轮-四杆机构进行设计：
〔一〕、作出连杆机构工作的轨迹图
图5-1
（1〕如图5-1所示，画出M点的工作要求轨迹为水平直线，长度为600mm，并做出平分轨迹点M、M2、M3、M4、M5。

（2〕假定铰链D地点，取连架杆AD为185mm做铰链A的轨迹。

（3〕在铰链A与M点的轨迹上取杆AM、A2M2、A3M3、A4M4、A5M5均
（为520mm。

（4〕分别在AM、A2M2、A3M3、A4M4、A5M5取连杆AB、A2B2、A3B3、A4B4、
A5B5均为215mm。

〔5〕连线
BB3和B4B5，并做此中垂线订交，即可得铰链C的近似地点〔即
为铰链
连架杆B轨迹圆的圆心〕。

由作图法可丈量出机架BC为300mm。

DC长度为
200mm，
〔6〕分别作连架杆
BC、B2C、B3C、B4C、B5C，并分别做出其引杆
CF、
CF2、CF3、CF4、CF5，连架杆与引杆之间夹角为
90o ，取引杆
CF
长度为
110mm。

〔二〕、依据连架杆引杆轨迹设计凸轮
图5-2
(1)如图5-2所示，丈量出相邻两状态间引杆的夹角1=28o、2=28o、
3=20o、4=10o。

计算凸轮转角：依据返回速度为推瓶速度的3倍，计算出推头从M点
运动到M5点的过程占一个回程时间的3/4。

因此推头从M点运动到
M5点的过程中，凸轮转过了3/4的角度，即转过了270o。

依据引杆
的摆角与凸轮转角对应关系，可得：
1
1
270o o 1234
22
270o o
1234
33
270o o
1234
4
270o o 4
1234
利用反转法设计凸轮实质轮廓线：①以下列图，作以r o=70mm为半径的基圆，F5在圆上且与圆心同一水平线。

②用切割线将基圆从F5开始
分为1、2、3、4、590o四份。

③按点F、F2、F3、F4、F5
到基圆圆心距离r在其对应的切割线上做凸轮轨迹点G1、G2、G3、G4、
G5。

④用匀加快曲线光滑连结G1、G2、G3、G4，用加快度先增大
后减小曲线光滑连结G5、G1，即获得凸轮轮廓曲线。

〔三〕、凸轮角速度的计算
设计要求推头在推瓶轨迹上运动时速度应为v=45mm/s。

因此推头在推瓶轨迹上的时间为：
600mm
s
t=
v
即凸轮转动270o所需要的时间为s，
因此凸轮的角速度为：
270o o/s rad/s，顺时针方向。

s
(四)四杆机构死点的防备
平面四杆机构有曲柄的前提是必有周转副存在，因此下边来确立周转副能否存在：
由〔一〕可知四杆机构两短杆分别为185mm和200mm，两长杆分别为215mm和300mm。

(185+300)〔200+215〕不建立，不知足知足杆长条件。

因此该机构无周转副，为双摇杆机构，故不存在曲柄出现死点的现象。

〔五〕推头返程剖析
推头抵达M5点后，立刻以较高的速度〔均匀速度为推程的3倍〕返回，准
备下一个瓶子的推程。

再接触到下一个瓶子以前推头的加快度可能很大，故推头与
瓶子接触之间一定加塑性缓冲资料以防备瓶子破裂。

六、系统功能图
推头减速返回待洗瓶子放入
推头推着瓶子做
导辊带动瓶子
V=45mm/s的匀旋转
速运动
推头加快返回推瓶达成旋转刷子洗瓶
七推瓶机构图
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。

八
、参照文件：
孙恒陈作模葛文杰?机械原理?高等教育第一版社。