机械原理课程设计洗瓶机的推瓶机构.docx
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机械原理课程设计洗瓶机的推瓶机构
机械原理课程设计说明书
设计题目洗瓶机的推瓶机构
设计者周凡
指导老师李鹏南
学院机电工程学院
专业材料成型及控制工程
班级二班
2010年12月30日
摘要
进入21世纪以来，市场愈加需要各种各样性能优良、质量可靠、价格低廉、效率高、能耗低的机械产品，而决定产品性能、质量、水平、市场竞争能力和经济效益的重要环节是产品设计。
机械产品设计是首要任务是进行机械运动方案的设计和构思、各种传动机构和执行机构的选用和创新设计，这就要求设计者能够综合应用各类典型机构的结构组成、运动原理、工作特点、设计方法及其在系统中的作用等知识，根据使用要求和功能分析选择合理的工艺动作过程，选用或创新机构型式并巧妙地组合新的机械运动方案，从而设计出结构简单、制造方便、性能优良、工作可靠、实用性强的机械产品。
机械原理课程设计就是使学生全面、系统掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生机械运动方案设计，创新设计以及应用计算机对工程实际中各种机构进行分析和设计能力的一门课程。
其目的如下：
1.使学生初步了解机械设计的全过程，受到根据功能需要拟定机械运动方案的训练，具备初步的机构选型，组合和确定运动方案的能力。
2.以机械系统运动方案设计为结合点，把机械原理课程各章的理论和方法融会贯通起来，进一步巩固和加深学生所学的理论知识。
3.使学生掌握机械运动方案设计的内容、方法、步骤，并对动力分析与设计有一个较完整的概念。
4.进一步提高学生运算、绘图以及运用计算机和技术资料的能力。
5.通过编写说明书，培养学生表达、归纳、总结的能力。
6.培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力
一．设计题目
二．工作原理及工艺动作过程
三．原始数据及设计要求
四．设计方案选择
五．所选方案的尺寸设计
六．机构的运动学分析
七．总体评价
八．设计体会
九．参考文献
十．附录
【设计题目】
设计洗瓶机的推瓶机构
【工作原理及工艺动作过程】
一.工作原理
图一洗瓶机有关部件位置示意图
如图一所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转；当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净；当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
二.工艺动作过程
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。
【原始数据及设计要求】
1.瓶子尺寸：
大端直径d=80mm，长2OOmm。
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u=45mm，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍。
4.机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
【设计方案选择】
分析设计要求可知：
设计的推瓶机构应使推头M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，准备第二个工作循环。
根据设计要求，推头M可走如图二所示轨迹，而且推头M在工作行程中应作匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程时有急回特性。
图二推头M运动轨迹
一．方案一
确定一条平面曲线需要两个独立变量。
因此具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征。
点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到。
图三五杆组合机构
二．方案二
铰链四杆机构的连杆2上点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。
三．方案三
全移动副四杆机构是二自由度机构，构件2上的点M可精确在现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特点由凸轮控制。
图四凸轮-铰链四杆机构
图五凸轮全移动副四连杆机构
四，方案分析及最佳方案选择
1.方案分析
方案一：
该机构具有两自由度的连杆机构都具有精确再现给定平面轨迹的特征；但是结构较复杂，设计困难；杆件机构又有可能出现死点，导致运动出现不连续。
方案二：
该方案运动不平稳；又由于推程较大，导致凸轮尺寸太大，整个组合所占体积将过大；且工作行程不精确，只是近似于所要求的轨迹；机构运动时噪声较大；并且由于曲柄1是从动件，所以还要采取度过死点的措施。
方案三：
该机构中点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，但是水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。
2.选择最佳方案
综合以上所述，方案三是最优方案，该方案具有可行性，结构简单合理，运动平稳，能精确的再现给定的轨迹，并且能实现给定的运动速度和急回特性。
【所选方案的尺寸设计】
图六全移动副四杆机构
一．连杆尺寸
连杆一做往复左右移动，连杆3做往复上下移动，连杆2做往复往复移动。
连杆1的横向尺寸应大于640mm,在这个机构中选取660mm,竖直长度为560mm。
构件2上的连杆选取240mm。
连杆3的横向尺寸应不少于840mm,横向尺寸取840mm,取竖直长度为400mm。
二．凸轮尺寸
M的运动轨迹为两条长度相等的直线和两段相同的圆弧组成，其轨迹由凸轮a,b转动控制，将M点的运动可以分解为X，Y两个方向的位移随凸轮a,b角度变化的变化，如图七，八：
图七X方向M点的位移随凸轮角度变化的变化
图八Y方向M点的位移随凸轮角度变化的变化
图七的参数填如下表一：
0’
1’
2’
3’
4’
5’
6’
7’
8’
0
30
60
90
120
150
180
210
240
X
20
95
170
245
320
395
470
545
620
9’
10’
11’
12’
13’
14’
15’
16’
250
260
280
300
320
340
350
360
X
640
620
470
320
170
20
0
20
图八的参数填如下表二：
0’
1’
2’
3’
4’
5’
6’
7’
8’
0
30
60
90
120
150
180
210
240
X
8０
8０
8０
8０
80
8０
8０
8０
8０
9’
10’
11’
12’
13’
14’
15’
16’
250
260
280
300
320
340
350
360
X
40
0
0
0
0
0
40
80
在实际生产中，为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角amax应小于许用压力角[a]，即amax＜[a]之值远小于临界压力角ac。
根据实际经验，在此设计中，推程时取[a]=30o，回程时取[a]=70o~80o。
由基圆半径公式：
Ro≥{﹙ds／dδ-e﹚／tan[a]-s]2+e2}½，（其中e=0）得
Ro≥144
取凸轮a基圆半径Ra=160mm
由图七，表一绘出凸轮a的理论轮廓曲线如图九：
图九凸轮a
同理可以求得凸轮b的基圆半径Rb=80mm,由图八，表二绘出凸轮b的理论轮廓曲线如图十：
图十凸轮b
三．速度设计
因为推程的平均速度要求为45mm/s,返回时的平均速度为推程的3倍，所以工作所用时间为600/45≈13.3秒，返回所用时间为800/135≈6.0秒，所以总时间应为19.3秒，因为题目中所要求的皆为平均速度,所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为20秒,即凸轮转一周的时间为20秒，所以其角速度为2∏/20=∏/10rad/s≈0.314rad/s。
【机构的自由度分析】
该机构中有5个活动构件，其中含有6个低副和2个高副，还有一个虚约束，故该机构的自由度为F=3n-（2Pl+Ph-p'）=2,因为该机构有两个原动件，故该机构是二自由度机构。
【机构总体评价】
一．优点
全移动副四杆机构是两自由度机构，构件上的M点可精确再现给定的轨迹，构件的运动速度和急回特征由凸轮控制，并且具有较高的生产效率，结构简单，构件数较少，运动平稳，无冲击。
二．缺点
1.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，在机器中放置空间较大；并且不利于力的传动。
2.该机构采用了凸轮机构，而凸轮与从动件之间接触为点、线接触，在运动中磨损很严重，不能实现长期精确的工作。
【设计体会】
这几天的课程设计很辛苦，每天晚上都要弄到好晚。
但是当看到自己的成果之后，很兴奋。
从一开始的迷茫，然后上网找资料，了解课程设计的目的，任务，内容等等一系列的东西，对课程设计有了大致的了解，选好课题之后就从网上下载了一下资料，从图书馆借了参考书和手册。
但是因为自己的基本功不太扎实，对课题把握不准确，先后选择实践了好几个机构，但是都失败了，终于我选择了一个比较简单的全移动副四杆凸轮机构，经过几天的分析，计算，设计，与同学讨论，开始我以为自己可以很快完成，但是还是花了很多时间，又从网上摘抄了小部分内容，终于勉强完成了。
并且当完成之后，发现这个机构还是有很多的缺点，就有一点点失望，可能这就是对知识理解的不深刻，认识不全面。
通过这次课程设计，把实际与理论联系起来，对教科书有了较深刻的了解，自己的计算，作图，分析设计能力有了较大的提高。
以后遇到这种课程设计，一定不能轻率，要认真分析，认真思考，认真设计，学好理论知识，做出好的设计方案。
【参考文献】
1.孙桓，陈作模，葛文杰.《机械原理》（第七版）高等教育出版社，2009.5
2.裘建新.《机械原理课程设计指导书》高等教育出版社，2009
3.大连理工大学工程图学教研室.《机械制图》（第六版）2007
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