洗瓶機推瓶機構(gòu)機械原理設(shè)計【SW三維圖】
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機械原理課程設(shè)計說明書
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目錄
1.課程任務(wù)設(shè)計書...................................................................................... 3
2.洗瓶機簡介 ..............................................................................................4
3.方案的設(shè)計思路與評價................................................................. ...... 5
3.1推頭的設(shè)計....................................................................................... 5
3.1.1平面連桿機構(gòu)..........................................................................5
3.1.2凸輪鉸鏈四桿機構(gòu).................................................................5
3.1.3擺動導(dǎo)桿與連桿組合機構(gòu)...................................................6
3.2洗瓶部分的設(shè)計方案..................................................................... 7
4.尺寸計算......................................................................................... ...........7
4.1推瓶部分的尺寸設(shè)計......................................................................7
4.2輪系的設(shè)計........................................................................................8
5.機構(gòu)的運動分析與力分析....................................................................9
5.1整體的運動分析...............................................................................9
5.2機構(gòu)任意兩個位置的運動分析...................................................11
5.2.1第一位置...................................................................................11
5.2.2第二位置...................................................................................14
5.3機構(gòu)任意兩個位置的動力分析.................................................. 16
5.3.1第一位置...................................................................................16
5.3.2第二位置...................................................................................18
5.4原動件受力分析.............................................................................. 21
6.機構(gòu)動態(tài)仿真與三維立體圖...............................................................22
6.1推頭的動態(tài)仿真.............................................................................. 22
6.2整體的三維立體圖............ .............................................................23
7.機構(gòu)的動態(tài)分析...................................................................................... 24
7.1推頭的速度曲線圖..........................................................................24
7.2推頭的加速度曲線圖..................................................................... 24
8.心得感想......................................................................................... ...........25
9.參考文獻(xiàn)......................................................................................... ...........25
1.課程設(shè)計任務(wù)書
1.1設(shè)計題目: 洗瓶機
1.2工作原理及工藝動作過程
為了清洗圓形瓶子外面,需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上,導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn),推動瓶子沿導(dǎo)輥前進(jìn),轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。
它的主要動作:將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動,瓶子推動過程利用導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。
1.3原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求
1)瓶子尺寸。大端直徑d=80mm,長l=200mm。
2)推進(jìn)距離L=600mm,推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭以接近均勻的速度推瓶,平衡地接觸和脫離瓶子,然后推頭快速返回原位,準(zhǔn)備進(jìn)入第二個工作循環(huán)。
3)按生產(chǎn)率的要求,推程平均速度為=45mm∕s,返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍。
4)機構(gòu)傳動性能良好,結(jié)構(gòu)緊湊,制造方便。
1.4設(shè)計方案提示
1)推瓶機構(gòu)一般要求推頭工作時作近似直線軌跡,回程時軌跡形狀不限,但不能反向撥動瓶子。由于上述運動要求,一般采用組合機構(gòu)來實現(xiàn)。
2)洗瓶機構(gòu)由一對同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥和三只刷子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子所組成??梢酝ㄟ^機械傳動系統(tǒng)來完成。
1.5設(shè)計任務(wù)
1)根據(jù)上述運動要求擬定運動循環(huán)圖。
2)進(jìn)行推瓶機構(gòu)和洗瓶機構(gòu)的選型,實現(xiàn)洗瓶動作要求。
3)機械運動方案的評定和選擇。
4)根據(jù)選定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案。
5)畫出機械運動方案簡圖(機械運動示意圖)。
6)對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進(jìn)行運動尺寸計算。
1.6設(shè)計工作量
1、圖紙1張(機械運動方案簡圖)。
2、設(shè)計說明書一份。
2.洗瓶機簡介
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,玻璃瓶作為一種經(jīng)濟(jì)實用的液體承載器皿開始在人們生活中大量出現(xiàn)。無論啤酒、白酒等酒類,還是醋、醬油等調(diào)味品,抑或輸液瓶藥品瓶等,到處都是玻璃瓶的身影。為了節(jié)約能源、降低成本,大多數(shù)企業(yè)都進(jìn)行舊瓶的回收利用。這里就不得不面臨一個問題,就是玻璃瓶的清洗。因為無論是盛裝飲品或者藥品,都要求瓶子的清潔衛(wèi)生。
傳統(tǒng)的生產(chǎn)當(dāng)然主要是靠人工來清洗,但人工清洗效率較低且需要較多的勞動力資源,既不利于連續(xù)生產(chǎn),也加大了企業(yè)的勞動力成本,這無疑是企業(yè)所無法接受的。
現(xiàn)代大型企業(yè)一般多采用超聲波式、回轉(zhuǎn)式、沖洗式等大型洗瓶設(shè)備,這些設(shè)備技術(shù)先進(jìn),生產(chǎn)效率高且洗瓶效果好,但是價格昂貴,產(chǎn)品維修困難,對于一些起步階段的民營企業(yè)、小企業(yè)甚至作坊式企業(yè)來說,并不是理想的選擇。
因此,我們迫切需要一種產(chǎn)品,既能快速高效地完成一整套洗瓶過程,又不需要一些復(fù)雜易損的高科技設(shè)備,價格低廉、能為廣大初級用戶所接受,成為他們提高生產(chǎn)效率的可靠助手,這也是我們設(shè)計的出發(fā)點。
目前國內(nèi)市場上洗瓶機有扭道式,箱式,滾筒式和立式多種,而且這些洗瓶機一般都是在大型企業(yè)里應(yīng)用的。在工廠一般都是采用毛刷刷洗,并且為了提高清潔程度,不得不使用大量的水和化學(xué)清洗劑,這也加劇了后續(xù)漂洗工作的困難。
國內(nèi)外關(guān)于針對家庭類容器清洗裝置的研究很少?,F(xiàn)在市面上有一些涮碗機,其動力裝置是類似與洗衣機一樣的波輪,一旦遇到難以清洗的器皿時,效果就會大大降低甚至有些容器根本無法清洗干凈?,F(xiàn)在也出現(xiàn)一些利用超聲波清洗的等新型清洗裝置,由于成本過高限制了其普及的程度,因此有必要進(jìn)一步開展適用于家庭、飯店等經(jīng)濟(jì)實用的、自動化程度更高的清洗機的研究。
3.方案的設(shè)計思路與評價
3.1推頭的設(shè)計
3.1.1 平面連桿機構(gòu)
此方案完全采用平面連桿設(shè)計,桿數(shù)較多,雖然容易制造,具有壓強小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優(yōu)點,但由于推程較長,必然會導(dǎo)致機構(gòu)上的動載荷和慣性力難平衡,會有累積誤差,且效率低,它難以準(zhǔn)確實現(xiàn)預(yù)期運動,設(shè)計計算復(fù)雜,桿多且穩(wěn)定性差而且推頭的回程軌跡為曲線,需額外耗一部分能量將其舉高,且在由回程轉(zhuǎn)工作時必然會與機架發(fā)生碰撞,故原不如讓推頭始終走直線,所以舍棄方案一 。
3.1.2 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu)
此洗瓶機的推瓶機構(gòu)運用凸輪機構(gòu)使推頭的運動可以由凸輪的外輪廓線來確定,而連桿機構(gòu)可以使凸輪的推程放大,達(dá)到設(shè)計題目要求的行程速度系數(shù)比K=3。
這種方案設(shè)計中:軌跡要求,傳動比要求,急回特征和系數(shù)要求均可滿足,但它會產(chǎn)生機構(gòu)自鎖。原動件不是最短桿,當(dāng)1,2桿重合,亦即在兩個極限位置。四桿機構(gòu)出現(xiàn)死點,曲柄會被完全卡死,而解決機構(gòu)自鎖問題通常只能采用飛輪或者引入其他機構(gòu)。這一機構(gòu)本身就有點復(fù)雜。加上解決機構(gòu)自鎖的裝置后,其復(fù)雜性更大。
此外,凸輪的輪廓的設(shè)計有很大的難度,需要與四桿機構(gòu)的運動嚴(yán)格一致,否則也會使四桿機構(gòu)無法走完整個完整行程而失敗。再有,機構(gòu)無法通過力封閉來帶動四桿機構(gòu),只能通過幾何封閉,這樣也會給機構(gòu)帶來不必要的麻煩,比如說會增大機構(gòu)內(nèi)的摩擦,影響機構(gòu)的質(zhì)量及效率。實驗測量的誤差是無法避免的,這點是很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的。
速度控制方面:由凸輪傳遞到推桿末端,需要有中間桿件的傳遞。這在設(shè)計速度的時候會帶來很大的麻煩,還需要分析中間桿件的速度。
從制造成本來看:這么復(fù)雜的機構(gòu),不僅材料要很多,工藝要求也較精細(xì)。特別是凸輪的生產(chǎn),會比桿件的生產(chǎn)復(fù)雜得多。這會大大增加制造成本。
維修方面:任一零件壞了都將導(dǎo)致機器無法運轉(zhuǎn),由于零件較多,機器壞的概率理論上增大。
設(shè)計方面:如此多的問題需要解決,在短短的2星期內(nèi)很難完成。四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu),四桿機構(gòu)跟凸輪機構(gòu)的配合,速度分析,機構(gòu)自鎖等等,這些都是比較耗時間的。
綜合以上種種原因,我們最終放棄了這個方案。
3.1.3 擺動導(dǎo)桿與連桿組合機構(gòu)
此方案是一個擺動導(dǎo)桿與連桿組合機構(gòu)。
這是我們最終的方案;此洗瓶機的推頭部分采用了牛頭刨床的核心思想,題目要求行程速度系數(shù)比K=3,也就是說曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角為90度,運用這個機構(gòu)就很容易實現(xiàn)了,而且題目要求推頭的推程為600mm,此機構(gòu)也很容易滿足,而且結(jié)構(gòu)緊湊,而且只要將導(dǎo)桿利用轉(zhuǎn)動副鏈接在另一個拐桿上,便能實現(xiàn)推頭在水平面運動,則推頭幾乎能很平穩(wěn)地推進(jìn)瓶子。其優(yōu)點為工作行程近似均速,且制作較簡便,且承受的負(fù)載能力大.
3.2洗瓶部分的設(shè)計方案
導(dǎo)輥是給定的,加之為保證瓶子的安全,故瓶子只能平躺放置,無需再作其他設(shè)想。
4.尺寸計算
4.1推瓶部分的尺寸設(shè)計
由返回時的速度是推程時的速度的3倍,可以得出行程系數(shù)比為3,可計算得到極位夾角為90度,所以機構(gòu)的兩個極限位置如上圖所示。
已知AE=600 mm,∠BOD=90°,CE=CA.
計算可得AC=2AF=300×2=424.26 mm
OB和OD的長取150mm,所以O(shè)C=212.13mm
工作行程的平均速度為45MM/S,而空回的速度為135MM/S,所以工作所用時間=600/45≈13.3秒, 回來所用時間=600/135≈4.4秒,所以總時間應(yīng)為17.7秒,因為題目中所要求的皆為平均速度, 所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為18秒。
4.2輪系的設(shè)計
一般電機的轉(zhuǎn)速為1440r/min,其軸上裝有齒數(shù)為10的齒輪1,與齒數(shù)為50的齒輪2嚙合,將其速度降至288r/min.
通過齒數(shù)為2的蝸桿3與齒數(shù)為42的渦輪4嚙合,將速度降至14r/min,再通過傳動比為1∶4的皮帶1將速度降至所需要的3.4r/min.
導(dǎo)軌的速度設(shè)定為48r/min,通過傳動比為1∶6的皮帶2就可以實現(xiàn)。
刷子的速度設(shè)定為72r/min,通過傳動比為1∶4的皮帶3就可以實現(xiàn)。
齒輪
模數(shù)
齒數(shù)
1
2
10
2
2
50
3(蝸桿)
2
2
4(渦輪)
2
42
皮帶輪
半徑(mm)
皮帶1
輪1
25
輪2
100
皮帶2
輪3
20
輪4
120
皮帶3
輪5
25
輪6
100
5.機構(gòu)的運動分析與力分析
5.1 整體運動分析
取機構(gòu)在左極限位置時推頭的位移為X=0,可得出推頭隨搖桿OB轉(zhuǎn)動的位移函數(shù):
可得其位移圖像,如下圖:
對位移函數(shù)求一次導(dǎo)數(shù),可得其速度函數(shù),圖像如下圖:
對位移函數(shù)求二次導(dǎo)數(shù),可得其加速度函數(shù),其圖像如圖:
5.2機構(gòu)任意兩個位置運動分析
5.21 第一位置(105°OAB′C′D′)
①速度分析
根據(jù)原動件1的角速度ω,可求得點B2的速度為
VB2=VB1=ω1·LOB=0.36×150= 54 mm/s
AB′=350mm
對于2和3構(gòu)成的移動副,有
VB3 = VB2 + VB3B2
方向: ⊥AB ⊥OB ∥AB
大?。? ? ω1?LOB ?
對與4和5構(gòu)成的構(gòu)件
VD = VC4 = VC5 + VC4C5
方向: 水平 ⊥AC ∥CD
大?。? ? 已知 ?
②加速度分析
方向: B→A ⊥AB B→O ∥AB ⊥AB(逆時針)
大?。? ? ?
ω3 = = 0.147 rad/s
=7.56 mm/s2
LAB = 350 mm
= 0.362×150 =19.44 mm/s2
=2×0.36×16.33=5.88 mm/s2
5.22第二位置(285°OAB″C″D″)
①速度分析
根據(jù)原動件1的角速度ω,可求得點B2的速度為
VB2=VB1=ω1·LOB=0.36×150= 54 mm/s
AB″= 111.29 mm
對于2和3構(gòu)成的移動副,有
VB3 = VB2 + VB3B2
方向: ⊥AB ⊥OB ∥AB
大?。? ? ω1?LOB ?
對與4和5構(gòu)成的構(gòu)件
VD = VC4 = VC5 + VC4C5
方向: 水平 ⊥AC ∥CD
大?。? ? 已知 ?
②加速度分析
方向: B→A ⊥AB B→O ∥AB ⊥AB(逆時針)
大?。? ? ?
ω3 = = 0.147 rad/s
= 2.4 mm/s2
LAB = 111.29mm
= 0.362×150 =19.44 mm/s2
=2×0.36×51.5=37.08 mm/s2
5.3機構(gòu)任意兩個位置動力分析
5.31第一位置
在此桿組中受到4桿慣性力PI4,重力G4,支反力R64,鉸鏈反力R35,工作阻力Fr.
已知Fr= 10N G4=20N
PI4= -m×a4=
列出力的平衡方程: = 0 有
PI4 + G4 + R64 + R35 + Fr = 0
在此桿組中受到構(gòu)件5對3的反作用力R53,重力G3,轉(zhuǎn)動慣量M,慣性力PI3,R12。
已知 G3=100N J=1 ㎏·㎡
M=-J×ε=
PI3=-m×a3=
M與PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI=
對A點取距,由平衡關(guān)系得 = 0
桿組中受到4桿慣性力PI4,重力G4,支反力R64,鉸鏈反力R35,由于回程無工作阻力。
已知 G4=20N
PI4= -m×a4=
在此桿組中受到構(gòu)件5對3的反作用力R53,重力G3,轉(zhuǎn)動慣量M,慣性力PI3,R12。
對A點取距,由平衡關(guān)系得 = 0
已知 G3=100N J=1 ㎏·㎡
M=-J×ε=
PI3=-m×a3=
M與PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI=
6.機構(gòu)的動態(tài)仿真與三維立體圖
6.1推頭的動態(tài)仿真
6.2整體的三維立體圖
7.機構(gòu)的動態(tài)分析
對機構(gòu)進(jìn)行三維模擬運動,追蹤推頭的位移,得到推頭的速度加速度曲線如下:
速度曲線:
加速度曲線:
以上兩圖和設(shè)計時計算的速度加速度曲線輪廓吻合。
8.心得感想
機械原理課程設(shè)計接近尾聲,經(jīng)過幾天的奮戰(zhàn)我們的課程設(shè)計終于完成了,課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練,是我們邁向社會,從事職業(yè)工作前一個必不少的過程.”千里之行始于足下”,通過這次課程設(shè)計,我深深體會到這句千古名言的真正含義.我們今天認(rèn)真的進(jìn)行課程設(shè)計,學(xué)會腳踏實地邁開這一步,就是
為明天能穩(wěn)健的在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。
說實話,課程設(shè)計真的有點累.然而,當(dāng)我們一著手整理自己的設(shè)計成果,漫漫回味這一周的心路歷程,一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消.雖然這是我剛學(xué)會走完的第一步,也是人生的一點小小的勝利,然而它令我感到自己成熟的許多,另我有了一中”春眠不知曉”的感 悟. 通過課程設(shè)計,使我深深體會到,干任何事都必須耐心,細(xì)致.也讓我體會到了合作與雙贏的快樂。只有自己親手設(shè)計東西才知道這其中的緣由,所以也真正認(rèn)識到學(xué)好機械原理的重要性。
9.參考文獻(xiàn)
1.《機械原理》 安子軍 國防工業(yè)出版社
2.《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)》 龔溎義 機械工業(yè)出版社
3.《機械原理課程設(shè)計》 曲繼方 機械工業(yè)出版社
4.《機械原理課程設(shè)計》 劉毅 華中科技大學(xué)出版社
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機械
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