機械原理課程設計洗瓶機使用說明書.doc

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自動洗瓶機機構 說明書 機械工程 學院 機械設計及其自動化 專業(yè) 08級機自2 班 設計者 指導教師 鄭立娟 2010 年 6 月 30 日 目 錄 一．題目：自動洗瓶機機構 4 1.1 工作原理及工藝動作過程 4 1.2 設計任務 4 1.3 原始數(shù)據(jù)及設計要求 5 二．設計方案的擬定和比較 5 2.1 設計方案一：凸輪-鉸鏈四桿機構 6 2.2 設計方案二：凸輪-全移動副四桿機構 6 2.3 設計方案三：六桿機構 7 2.4 分析選擇最終方案 7 三．六桿機構的設計分析 9 3.1 六桿機構的尺寸設計 9 3.2 六桿機構的運動學分析 10 3.3 六桿機構推桿運動學分析的驗證 15 四．槽輪機構的分析 20 五．洗瓶機機構循環(huán)圖 21 ５.１ 洗瓶機構循環(huán)路線分析 21 ５.2 洗瓶機機構循環(huán)圖 21 六．洗瓶機總體結構簡圖及其工作原理 23 6.1 洗瓶機總體結構簡圖 23 6.2 洗瓶機工作原理 24 七．收獲與體會 26 八．參考文獻 28 一、題目：自動洗瓶機機構 1.1 工作原理及工藝動作過程 為了清洗圓形瓶子外面，需要用推桿將瓶子推到指定位置，通過急回運動提高效率，利用刷子旋轉將瓶子清洗干凈。 1.2 設計任務 1）給出工作原理，原始數(shù)據(jù)及設計要求。 2）根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。 3）進行各部分傳動機構的選型。 4）提出2～3種機械傳動方案。（畫出草圖） 5）進行方案的評定和選擇。 6）對傳動機構進行尺寸設計和計算。 7) 按比例畫出運動簡圖。 8) 對典型機構進行運動和動力分析（可應用計算機輔助分析手段，例如機構仿真）。 9) 提交項目說明書一份。 1.3 原始數(shù)據(jù)及設計要求 1) 瓶子實際尺寸。大端直徑d=80mm，長200mm。 2) 推頭推進實際距離l=320mm,推瓶機構應使推頭平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入下一次工作循環(huán)。 3) 按生產率的要求，我們規(guī)定返回時的推頭平均速度為工作推進時的推頭平均速度的1.5倍，即推頭行程速比系數(shù)k=1.5。 4) 按整個機構的工作要求，我們規(guī)定推進機構中原動件曲柄素轉為w=1rad/s。 5) 機構傳動性能良好，機構緊湊，制造方便。。 二、設計方案的擬定和比較 2.1 設計方案一：凸輪-鉸鏈四桿機構 圖2—1 自由度F=3n－2pl－ph=34－２５－１=１ 2.2 設計方案二：凸輪-全移動副四桿機構 圖2—2 自由度F=3n－2pl－ph=34－24－2=2 2.3 設計方案三：六桿機構 圖2—3 自由度F=3n－2pl－ph=35－27=1 2.4 分析選擇最終方案 由設計要求知：①推瓶機構應使推頭平穩(wěn)地接觸和推進瓶子，然后推頭快速返回原位，即回程是個急回運動；②按生產率的要求，我們規(guī)定返回時的推頭平均速度為工作推進時的推頭平均速度的1.5倍，即推頭行程速比系數(shù)k=1.5。 設計的三種方案均能滿足以上的設計要求，但方案一的凸輪-鉸鏈四桿機構在運動過程中，從動件1與連桿2共線時會形成死點，因此要注意采取度過死點位置的措施，這樣會使機構變得復雜，給制造帶來不便，故舍棄方案一；方案二的凸輪-全移動副四桿機構由于水平方向軌跡太長，造成凸輪機構從動件的行程過大，而使相應凸輪尺寸過大，致使機構占用空間過大，并且浪費材料，故舍棄方案二；方案三的六桿機構不存在上面兩種方案的缺點，在滿足設計要求的前提下還有以下優(yōu)點：①該機構的運動副全為低副，并且運動副元素間便于潤滑，故可傳遞較大載荷；②運動副元素的幾何形狀簡單，便于加工制造；③運行過程中：推頭右行時，速度較低且均勻，可以提高推瓶質量；推頭左行時，由于有急回作用，速度較高，可提高生產率。綜合以上分析，選擇方案三為洗瓶機機構的最終方案。 三、六桿機構的設計分析 3.1 六桿機構的尺寸設計 圖3—1 根據(jù)原始數(shù)據(jù)及設計要求知：推頭推進距離=320mm，推頭行程速比系數(shù)k=1.5,設計六桿機構原動件曲柄，從動件，如上圖所示，機構的極位夾角，搖桿擺角，鉸鏈A和鉸鏈C之間的距離，由幾何關系可知, mm,搖桿CD的長度mm，為使機構的傳遞效率比較高，要求推桿在整個行程中有較小的壓力角。如圖所示當FG的中點位于導路所在直線上時，滿足上述要求。 導路至鉸鏈C的距離 按照以上尺寸，用ProE做出六桿機構的三維立體圖演示運動情況，經驗證，符合要求，說明設計的六桿機構各構件的尺寸大小合適。 3.2 六桿機構的運動學分析 用解析法對六桿機構進行運動學分析 由設計要求知：原動件曲柄的角位移＝t＝t＝t 1.在圖3—2中，設原動件曲柄長度lAB=l1，鉸鏈A與鉸鏈C之間的距離lAC=l4,點B與點C之間的距離lBC=S, 圖3—2 （1） 桿CD角位移分析。 機構的復數(shù)矢量方程為 ① 由此可得滑塊位移和角位移為 （2）桿ＣＤ角速度分析。 將式①對時間求導，得 ② 上式兩端同乘以，得 由上式可得滑塊速度和桿ＣＤ角速度為 （3）桿ＣＤ角加速度分析。 將式②對時間求導，得 ③ 上式兩端同乘以，得 由上式可得滑塊加速度和桿ＣＤ角加速度為 ２.在圖3—3中,設桿CD的長度lCD=l2,桿DE的長度lDE=l3,點Ｏ與點Ｃ之間的距離lOC=l5,點Ｏ與點Ｅ之間的距離lOE=h 圖3—3 （1）推桿位置分析， 機構的復數(shù)矢量方程為 ④ 由上式可得推桿位移h和桿DE角位移 （2）推桿速度分析。將式④對時間求導，得 ⑤ 上式兩端同乘以，得 由上式可得推桿速度和桿DE角速度 （3）推桿加速度分析，將式⑤對時間求導，得 上式兩端同乘以，得 由上式可得推桿加速度和桿DE角加速度 　　分析完畢 3.3 六桿機構推桿運動學分析的驗證 選取一系列時間t的值，分別代入3.2中求出的推桿位移、速度、加速度關系式中，求出對應的一系列推桿位移、速度、加速度的值，用描點法分別作出推桿位移、速度、加速度與時間t的關系圖像，經驗證與用ProE生成的六桿機構推桿位移、速度、加速度與時間t的關系圖像一致，說明用解析法對六桿機構進行的運動學分析是正確的。 以下分別是用ProE做出六桿機構的三維立體圖后生成的推桿位移、速度、加速度與時間的關系圖像以及推桿運動學分析圖像。 推桿位移—時間關系圖像 圖3—4 推桿速度—時間關系圖像 圖3—5 推桿加速度—時間關系圖像 圖3—6 推桿運動學分析圖像 圖3—7 四、槽輪機構的分析 圖4—1 如圖4—1所示，設為槽輪每次運動時所轉過的轉角，為槽輪轉動時主動撥盤所轉過的角度。由槽輪上均勻分布的徑向槽的數(shù)目z=4，可得 =－=－2/z=/2 設計主動撥盤的角速度和原動件曲柄的角速度相同皆為1，轉動一周的時間為2/1=6.28s,故槽輪的轉動時間為6.28/4=1.57s，即主動撥盤轉動一周過程中，槽輪相應的轉動90。 五、洗瓶機機構循環(huán) ５.１ 洗瓶機構循環(huán)路線分析 1.首先確定執(zhí)行機構的運動循環(huán)時間T執(zhí)。即可選取推瓶機構中原動件曲柄進行研究，其運動循環(huán)時間T執(zhí)=2π/w=2π/1rad=6.28s 2.確定組成運動循環(huán)的各個區(qū)域： （1）推瓶機構：根據(jù)原始數(shù)據(jù)中推頭行程速比系數(shù)k=1.5,即可確定推瓶機構運動循環(huán)時間分配為T執(zhí)=T推程+T回程=3.77+2.51=6.28s與此相應的曲柄轉角（即分配轉角）φ推程φ回程=216+144=360 （2）洗瓶機構：主動撥盤的角速度和原動件曲柄的角速度相同皆為1，轉動一周的時間為2/1=6.28s,主動撥盤轉動一周過程中，槽輪相應的轉動90，對應的轉動時間為1.57s （3）轉刷機構：始終進行轉動 ５.２ 洗瓶機構循環(huán)圖 圖5—1 六、洗瓶機總體結構簡圖及其工作原理 6.1 洗瓶機總體結構簡圖 圖6—1 6.2 洗瓶機工作原理 洗瓶機總體機構簡圖如上，用一個電動機帶動齒輪變速箱，通過齒輪變速箱中齒輪系來獲得不同的轉速，曲柄原動件和槽輪機構中的主動撥盤的轉速一致，帶動瓶子轉動的底盤和轉刷的轉速一致。傳送帶作為運輸瓶子的導軌，這樣可以減小送瓶的阻力，有利于平穩(wěn)送瓶的實現(xiàn)。以下是洗瓶機的工作原理： 曲柄原動件和槽輪機構的主動撥盤以勻速轉動，二者轉動一周的時間皆為6.28s，即一個循環(huán)的時間為6.28s。推桿推動瓶子，并在在傳送帶的輔助下經3.77s將瓶子送到轉盤固定瓶子的槽中，然后推桿返回，經2.51s返回原位置。與此同時槽輪機構的主動撥盤帶動槽輪，槽輪帶動轉盤轉動勻速轉過90，歷經1.57s將瓶子送到轉刷處，瓶子在底盤的帶動下轉動，轉刷以相同的轉速緊貼瓶子逆向轉動進行第一次洗瓶過程，洗瓶時間為4.71s。推桿返回后隨即推送下一個瓶子歷經3.77s到轉盤固定瓶子的槽中，推桿返回，此時第一個瓶子的第一次洗瓶過程結束。轉盤再次勻速轉動90，將第一個瓶子送到第二次洗瓶位置，將第二個瓶子送到第一個洗瓶位置，兩個瓶子在轉刷的轉動下洗瓶4.71s。推桿返回原位置后推送第三個瓶子，到達指定位置后，推桿再次返回，轉盤再次轉動90，第三個瓶子到達第一次洗瓶位置進行洗瓶過程，第二個瓶子到達第二次洗瓶位置進行第二次洗瓶過程，第三個瓶子到達退瓶位置推出轉盤，完成洗瓶過程，洗瓶時間共計9.42s。以此類推，進行洗瓶過程。 七、收獲與體會 經過這次的課程設計,我們又溫習了一下機械原理課上所學的知識,并且嘗試著把自己所學的書本知識和實踐相結合.在最初進行設計時,我們曾主觀認為這些東西是很簡單的,但是一步步的深入設計后，才發(fā)現(xiàn)每一步都需要縝密的的思考與精密的計算，扎實的基礎知識是很必要的。 在設計過程中，我們考慮過三種方案，分別為：凸輪-鉸鏈四桿機構、凸輪-全移動副四桿機構、六桿機構。但凸輪-鉸鏈四桿機構在運動過程中，從動件1與連桿2共線時會形成死點，要注意采取度過死點位置的措施，這樣會使機構變得復雜，給制造帶來不便；凸輪-全移動副四桿機構由于水平方向軌跡太長，造成凸輪機構從動件的行程過大，而使相應凸輪尺寸過大，致使機構占用空間過大，并且浪費材料；六桿機構不存在上面兩種方案的缺點，在滿足設計要求的前提下還具有以下優(yōu)點：①該機構的運動副全為低副，并且運動副元素間便于潤滑，故可傳遞較大載荷；②運動副元素的幾何形狀簡單，便于加工制造；③運行過程中：推頭右行時，速度較低且均勻，可以提高推瓶質量；推頭左行時，由于有急回作用，速度較高，可提高生產率。所以，最后我們選擇了六桿機構。 在進行課程設計的同時,我們又額外學到了不少的東西,例如間歇機構中的槽輪機構的用途以及設計.,而且在實踐中學到的東西更容易讓我牢記.而且在三維造型軟件方面,也掌握到了一些以前不了解的一些竅門以及功能. 另外,經過這次實習,我真正感受到了實踐的重要性,有一些想出來的東西我總是自然而然的認為它們正確,等到真正把自己所想的東西造出來時才發(fā)現(xiàn),它們根本不能動,更不用說按給定規(guī)律動,可見以前的一些東西我掌握的過于淺薄.而且這種設計很能考察我們的分析問題、解決問題的能力,以及全方位考慮問題的能力.例如，平行放置的兩導輥的轉動方向如何，這一類的細節(jié)問題在一開始時我都忽略了不少。 還有，經過這次設計實踐，我體會到了交流的重要性。一個人的思路總會有些狹窄，就像剛開始我看我自己的設計總認為一定行得通，十分自信，但在造完型后和別的組的同學相互交流觀摩之后，才恍然發(fā)現(xiàn)自己的設計存在著不少的漏洞，以至最后花大量的時間來修繕，但還不能把方案做的盡善盡美。如果這一步放在設計的初期就進行的話，就能利于我更好地完成任務。所以下次設計時我一定會重視與別人交流，多汲取別人想法中的精華，爭取把任務完成的更好。 八、參考文獻 1.機械原理/安子軍主編.-北京：國防工業(yè)出版社，2009.8 2.機械原理課程設計／陸鳳儀主編. ——機械工業(yè)出版社， 2002. 3.畫法幾何與機械制圖/賈春玉，鄭長民主編． —2版. 北京：中國標準出版社，2008