机械课程设计洗瓶机设计.docx
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机械课程设计洗瓶机设计
机械原理课程设计题目
1.设计题目:
洗瓶机
2.工作原理及工艺动作过程
为了清洗圆形瓶子外面，需将瓶子推入同时转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子清洗。
它的主要动作，将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。
3.原始数据及设计要求
1）瓶子尺寸。
大端直径d=80mm，长200mm。
2）推进距离l=600mm，推瓶机构应使推头以接近均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。
3）按生产率的要求，推程平均速度为v=
，返回时的平均速度为工作行程的平均速度的3倍。
4）机构传动性能好，结构紧凑，制造方便。
4.设计任务
1）执行机构选型与设计：
构思出至少三中运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析比较后，选择其中你认为比较好的方案进行详细设计，该机构最好具有急回运动特性。
2）转动系统的设计，齿轮机构，凸轮机构，连杆机构的设计，包括尺寸设计
3）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动仿真
4）用ADAMS或SOLIDWORKS软件对机构进行运动学分析，并画出输出机构的位移，速度，加速度线图。
5）画出最终方案的机构运动简图。
6）撰写设计说明书
设计方案：
方案一曲柄滑快结构与连杆的组合机构
此洗瓶机的推瓶机构运用凸轮机构使推头的运动可以由凸轮的外轮廓线来确定，而连杆机构可以使凸轮的推程放大，达到设计题目要求的行程速度系数比K=3。
推头在推瓶子时与瓶底有碰撞，而推头在推动瓶子在导辊上移动时摩擦较大，须加载的驱动力也较大，所以不合理，凸轮和曲柄的运动都存在死点，使机构运行不平稳。
洗瓶机构是用两根导辊自转引起的相对运动，利用瓶子与导辊的摩擦，带动瓶子自转，使刷子能清洗到瓶身的每个部分，达到清洗的效果。
但由于刷子与导辊的距离是一定的，所以如果是清洗象啤酒瓶一样的瓶子，刷子很难清洗到瓶颈的部分，这也是此机构的一个不足之处。
方案二多个曲柄滑快机构的组合机构
此洗瓶机的推瓶机构是运用曲柄摇杆滑块机构组成，在图示的两个摇杆长度比例为1：
2时，机构就能达到题目要求的行程速度系数比K=3：
但机构都运动的杆件连接，在速度的传动方面不太稳定，而且机械效率不高，而且推头部分与机架之间有摩擦，又降低了机械效率，对推头的寿命也有影响。
送瓶机构用的是不完全齿轮完成间隙运动来设定瓶子的运送速度，但考虑到瓶子较长，下面的齿轮负荷较大，很难达到预期的效果。
洗瓶部分是用的传送带使瓶子径向移动，减小了推头的负荷。
但如果瓶子是圆的，就很难保证瓶子放在上面的平稳，加上推瓶机构有死点，不能保证推瓶的平稳，瓶子的安全不能保证。
最终选定方案（方案三）
推瓶机构:
类似于牛头刨床的曲柄滑快机构（左）
洗瓶机构:
瓶子的自转与绕轴旋转相结合的轮系机构（右）
此洗瓶机的推头部分采用了牛头刨床的核心思想，题目要求行程速度系数比K=3，也就是说曲柄滑块机构的极位夹角为90度，运用这个机构就很容易实现了，而且题目要求推头的推程为600mm，此机构也很容易满足，而且结构紧凑，而且推杆只要保证在水平面运动，则推头几能很平稳地推进瓶子。
推头推瓶子的同时，瓶子是放在一传送带上的（图中未画出参考机构简图）传送带以与推杆推瓶速度相同的速度匀速传送，大大减小了推杆的负荷，使传送更加得平稳。
而传送带也有清洗瓶底的功能，以弥补下面洗瓶中不能洗到瓶底的缺陷。
洗瓶机构是运用齿轮的啮合，使在四个工位的齿轮匀速自转，以带动瓶子自转，让刷子能清洗到瓶身的各个角落，而且刷子的大小和形状都可以改变，齿轮的大小也可以改变，从而清洗不同大小形状的瓶子。
槽轮机构可以保证推杆运动时间和转盘运动时间的配合，当瓶子被推到转盘时，转盘停止，当推头急回推下一个瓶子是，槽轮运动，把脏的瓶子推到第二个工位清洗，机构往复运动，达到了连续洗瓶子的工作。
整个机构是由发动机进行动力输出，由齿轮系进行一定比例速度传递到每个单独的运动构件上
最终方案的设计尺寸设计
计算公式：
托盘周期t＝2π/ω1槽轮周期td＝2α1/ω1
推瓶机构极位夹角
齿轮传动比i=
齿轮周期T=
基本尺寸：
瓶子大底直径d=80mm瓶子长度l=200mm推头推程
L=800mm
曲柄长度A=700mm
数据处理：
k=9极位夹角
=90在极位时曲柄与摇杆的夹角为90
所以滑快到齿轮的距离为B=150mm滑杆长度>424.3mm
推头推出速度v=
回来速度为推出的3倍,周期就为T=18s
主动齿轮的角速度
拨盘的角速度与主动齿轮相同
槽轮在拨盘转一周时转
周期,在主动轮转一周
刷子和带动瓶子自转的四个齿轮分别转两周,
所以各部分齿轮传动比为从左到右
=1:
1:
1:
2:
2,
机构运动循环图：
图示为洗瓶机的各机构的运动循环图，说明了各机构在一周期内的运动规律。
说明:
在一个周期内,带动推头运动的齿轮匀速转动,拨盘也匀速转动,槽轮转
周期,刷子和带动瓶子自转的齿轮分别转两周,带动四个小齿轮转动的齿轮也转一周
机构简图：
（1）推头部分的曲柄滑快机构
初始位置和最终位置，，曲柄和滑块的位置如图所示，推杆在水平面上推瓶子，推程为600mm，极位夹角为
（2）下图为机构的整体运动简图
图中画出了动力传动的主动轴，还画出了在水槽部分运用的传送带，它的速度和推头推出的速度相同，从而可以减小推头的负荷，也可以清洗瓶底，弥补在后面的机构中不能清洗到瓶底的缺陷。
洗瓶机推头的速度曲线及说明：
速度曲线如图所示：
在推头开始运动的一段时间时，速度略有上升，在推头推进的途中，推头的速度基本保持匀速运动，稍微有点波动，可能就是因为我门的推头结构不紧凑和不够完善而造成的。
在推头运动13.3s前进到极位时，推头的速度急速上升，上升到前进速度的3倍，然后再运动4.4秒后到达开始位置，速度下降到零，然后进入下一个周期。
从速度图来看，我们的机构基本达到了预期的效果，但可能在机构造型是有些零件尺寸不是特别精确而影响了运动结果。
加速度曲线及说明：
下图为此机构的加速度仿真曲线。
从图中可以看出，在机构开始运动时，推头是有加速度的，这必然会对刚放上来的瓶子有冲击，所以我们在放瓶子的时候就应避开这个时后让放瓶子的位置离推头的初始位置一段距离，这样瓶子就会避免冲击了。
在加速度第一次到达零之后，基本保持不变，略微有所波动，基本达到了题目要求的推头推出速度为匀速的
，然后在推到极位后，加速度急速上升又急速下降。
但有一个不太明白为什么加速度有两次上升两次下降才进行下一个周期。
位移曲线及说明：
可能是在模拟时推头不是从坐极限位置开始运动，所以在曲线开始的时候有所下降，推头的起始位置是从位移为零之后，在推头前进的途中，位移曲线的斜率基本保持不变，略微有所波动，有一次说明在推头前进时速度是匀速的。
在回程的时候，曲线的斜率也基本保持不变，位移为一条直线，这也说明回程时推头基本以3倍推出速度急回
洗瓶机构爆炸图：
小组总结：
首先，小组成员讨论了设计题目及其要求，并发表各自的意见。
小组的成员间产生了小小摩擦，并且遇到了一些困难，比如用什么机构来实现题目的要求，由于题目要求的K=3比较难实现，所以在构思推瓶机构是运用了不少的时间，最后由于知识掌握得较少，就采用了牛头刨床的思想，从而在完成课题上迈出了第一步。
洗瓶机构算是本小组的小小的亮点和创新点所在，参考了前几届的作品，其中两个作品在洗瓶机构都运用了相同的模式，结合题目要求，本小组决定打破传统模式，在此进行创新设计，在经过小组讨论后，最终定下用轮系作为核心机构，我们小组认为用这种方案可以减少空间，而且把瓶子的送如，清洗以及送出分别放在四个工位上进行，条例较为清晰，也达到了题目中结构紧凑的要求。
最困难的就是机构的造型，装配以及速度，加速度，线位移等曲线的生成。
在这个板块，我们运用了SOILDWORKS，ADAMS，CAD等绘图软件进行机构造型和运动虚拟。
但其中一部分软件都是很久以前就学了，一些操作都差不多忘了，所以造型也用去了我们很大一部分时间，最后在同学和老师的帮助下才得以完成
最后在小组成员的共同努力下完成了这次课程设计。
通过这次的设计，理解了很多在机械原理课程上还不没弄明白的东西，比如连杆机构，凸轮机构，齿轮机构的基本原理及它们各自的运动规律；在制作过程中由于需求也对下学期要学的机械设计课程有了一定的认识和了解。
对几个绘图软件重新熟悉，并且学到了以前没学过的操作，比如虚拟动画的生成，齿轮配合，爆炸图动画的生成等等。
顺利完成这次课程设计，全组成员感受到了成功设计出一个似乎能工作的机器的成就干，也培养了在机械这个学科上学习的兴趣，在对机械这门课程上的认识也改变了，相信通过在这次的实习，能让我以后的学习更有方向和更积极。
对本小组的最后作品的一些客观感受：
我们的作品基本达到了老师题目的要求，推头部分应该是一个设计的重点部分，但是我们在这个板块没有很好的进行设计，最后的方案可能在实际的运用中存在很大的问题，杆的大小，长度，工作负荷等如果终合考虑起来，这部分还得再多加修改，我们作品从整体上开有点头重脚轻的嫌疑，我们把重点放在了后面洗瓶部分的设计，还有在动力输出和
传送的一些轮系没有在虚拟造型时照出来，整体感觉比较空洞，不充实。
参考资料：
[1]孙桓、陈作摸主编，机械原理（第六版），北京：
高等教育出版社，2001）
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