推瓶機機械原理課程設(shè)計

《機械原理課程設(shè)計》說明書 課程設(shè)計題目: 推瓶機設(shè)計 學(xué)院： 學(xué)號： 設(shè)計者: 指導(dǎo)教師: 日期: 2016年 1月 15日 目 錄 1.洗瓶機的工作原理及主要動作 1.1.洗瓶機的工作示意圖1 1.2原始數(shù)據(jù)1 1.3.推瓶機構(gòu)的設(shè)計要求1 2.系統(tǒng)功能圖2 3.推頭運動路線的分析2 4.方案的設(shè)計及分析3 4.1方案的設(shè)計3 4.2方案的分析與決策4 5.推瓶機運動簡圖繪制5 6.尺寸綜合5 6.1機構(gòu)運動的尺寸分析確定5 6.1.1設(shè)計推導(dǎo)的公式5 6.1.2桿長的確定6 6.2分點與推桿的位置與凸輪參數(shù)的設(shè)計7 6.3洗瓶機的運動循環(huán)圖7 7.凸輪的設(shè)計和廓線繪制8 7.1擺動凸輪的設(shè)計8 7.2直動凸輪的設(shè)計9 7.3壓力角的檢驗10 7. 4機構(gòu)尺寸的確定10 8.運動參數(shù)設(shè)計10 9.推瓶機動力裝置和傳動系統(tǒng)的設(shè)計. 11 10.心得體會12 11.參考文獻12 1.洗瓶機的工作原理及主要動作 洗瓶機如圖2.1所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭M把瓶子推向前進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。它的主要動作：將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。 1.1洗瓶機的工作示意圖 圖1.1 洗瓶機工作示意圖 1.2原始數(shù)據(jù) ①瓶子尺寸：大端直徑d=80mm，長200mm。 ②推進距離：600mm。 1.3 推瓶機構(gòu)的設(shè)計要求 1.洗瓶機的推瓶機構(gòu)：平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)。 2.推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭M以接近勻速的速度推瓶，推進距離L=600mm然后推頭快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作行程。 3.設(shè)計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。推程時速度要求為，返回時的平均速度為工作行程的3倍。 4.機構(gòu)的傳動性能好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。 5.編寫設(shè)計說明書。 2.系統(tǒng)功能圖 推桿勻速推瓶 減速返回 待洗瓶子放入 導(dǎo)輥帶動瓶子轉(zhuǎn)動 加速返回 推瓶完成 刷子旋轉(zhuǎn)洗瓶 3. 推頭運動路線的分析 分析設(shè)計要求可知：洗瓶機主要由推瓶機構(gòu)、導(dǎo)輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭M以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準(zhǔn)備第二個工作循環(huán).在運動中，兩個導(dǎo)輥以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，帶動瓶子轉(zhuǎn)動；刷子也以恒定的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；推進距離：推桿機構(gòu)帶動的M點推進距離為600mm。推程時速度要求為，返回時的平均速度為工作行程的3倍。 根據(jù)設(shè)計要求，推頭M可走圖2.4所示軌跡，而且推頭M在工作行程中應(yīng)作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。由此可根據(jù)其運動軌跡選擇推瓶機構(gòu)的設(shè)計方案。應(yīng)該選擇具有急回運動特性的機構(gòu)。 圖3.1 推頭M運動軌跡 對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)組合，起來，設(shè)計組合機構(gòu)。 在設(shè)計組合機構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構(gòu)（基礎(chǔ)機構(gòu)），而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機構(gòu)主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構(gòu)組合。 4.方案的設(shè)計與分析決策 4.1方案的設(shè)計 根據(jù)推頭的運動軌跡分析得知推瓶機構(gòu)主要是控制推頭做推瓶和急回運動，故選擇機構(gòu)方案可從能實現(xiàn)急回運動的機構(gòu)考慮。根據(jù)已學(xué)知識得知能做急回運動的機構(gòu)有曲柄滑塊機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，和連桿組合機構(gòu)等。他們各自有自己的特點。通過綜合考慮列出如下機構(gòu)作為參考方案： 方案一：如圖4.1,所示凸輪一鉸鏈四桿機構(gòu)的連桿2上的M點能基本實現(xiàn)所要求的軌跡. 圖4.1 方案二：如圖4.2，該方案的的運動由凸輪機構(gòu)和四桿機構(gòu)協(xié)調(diào)運動完成，這種組合可以很好的對推頭進行控制，不僅結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝后便于調(diào)試，從經(jīng)濟上也比較合適 圖4.1 雙凸輪連桿組合機構(gòu) 4.2 方案的分析與決策 方案一中機構(gòu)由凸輪四桿機構(gòu)組成，凸輪為原動件，通過滾子及連桿帶動機構(gòu)做運動。其急回特性由凸輪控制。在該方案中有5個活動構(gòu)件，其中有一個高副，自由度為1，有確定的運動。但是它的桿比較多，容易產(chǎn)生誤差，不能實現(xiàn)精確的運動。 方案二的運動由凸輪機構(gòu)和四桿機構(gòu)協(xié)調(diào)運動完成，這種組合可以很好的對推頭進行控制，不僅結(jié)構(gòu)簡單，體積小，安裝后便于調(diào)試，從經(jīng)濟上也比較合適。其中凸輪軸能很好的協(xié)調(diào)推頭的運動而且工作平穩(wěn)。其缺點是四桿機構(gòu)的低副之間存在間隙，會產(chǎn)生累計誤差。 要準(zhǔn)確的實現(xiàn)給定運動規(guī)律及運動軌跡，凸輪機構(gòu)是首選，因為盤形凸輪輪廓就是根據(jù)從動件運動規(guī)律來設(shè)計的，而任意平面軌跡總可以用 X=x() Y=y() 表示，因此把兩個凸輪機構(gòu)組合起來就可以準(zhǔn)確實現(xiàn)軌跡。而四桿機構(gòu)在運動規(guī)律、運動軌跡設(shè)計中是用逼近的辦法來做的，所以較難準(zhǔn)確實現(xiàn)。在方案中，利用了兩個凸輪分別控制X和Y方向上的運動，且連桿不是很多，設(shè)計中要求速度也不是很快，所以該方案比較準(zhǔn)確。 5.推瓶機運動簡圖繪制 6.尺寸綜合 6.1.1設(shè)計推導(dǎo)的公式 6.1.2桿長的設(shè)計及確定 1.為了滿足傳動角的一定要求可以初步設(shè)計確定桿在兩個特殊位置（推頭位移最大和最小時,并且最大與最小的差值大于等于600mm）所形成的這一夾角所在的范圍。 2.桿長l2與中心距和基圓大小有關(guān)，根據(jù)壓力角的范圍可以大概設(shè)計出桿l2的長度。 3.同理桿l3的桿長與另外一個凸輪的基圓有關(guān)系，同樣在保證滿足壓力角的許可范圍設(shè)計桿l3的長度。 4.根據(jù)凸輪壓力角和基圓半徑的關(guān)系，使壓力角在許用范圍內(nèi)。 根據(jù)前述推導(dǎo)公式可計算得 L=900mm l1=700mm l3=600mm l2=135mm =133 =26 =47 E=200mm F=140mm 6.2分點和推桿的位置及凸輪參數(shù)的設(shè)計 分點和推桿的位置圖 設(shè)計中要求推桿在推進過程中的速度為45mm/s,推進行程為600mm，然后做急回運動，工作條件為輕載有急回，因此由推桿和凸輪的的運動規(guī)律，設(shè)計如下的參數(shù)： 擺動凸輪： 擺動凸輪 推程角：180 遠休止：40 回程角：100 進休止：40 基圓半徑：90mm 推程：60mm 滾輪半徑：10mm 直動凸輪： 直動凸輪 推程角：260 遠休止：20 回程角：60 進休止：20 推程:60mm 基圓半徑：70mm 6.3.洗瓶機的運動循環(huán)圖 洗瓶機的運動循環(huán)圖如下： 推桿機構(gòu)帶動的M點（mm/s） 急回 近似勻速直線運動 急回 擺動凸輪（轉(zhuǎn)角/度） 推程：0-180 遠休止：180-220 回程：220-320 進休止：320-360 直動凸輪(轉(zhuǎn)角/度) 推程：0-260 遠休止：260-280 回程：280-340 進休止：340-360 導(dǎo)輥（r/min） 勻速轉(zhuǎn)動 刷子(r/min) 勻速轉(zhuǎn)動 7.凸輪的設(shè)計與廓線的繪制 7.1. 擺動凸輪的設(shè)計 擺動凸輪的位移線圖： 根據(jù)位移線圖畫出的凸輪的廓線： 7.2.直動凸輪的設(shè)計 直動凸輪的位移線圖如下： 由位移線圖畫出的凸輪廓線如下： 7.3 壓力角的檢驗 實際設(shè)計中規(guī)定壓力角的許用值[ɑ]。對擺動從動件，通常取[ɑ]=30，對于直動從動件，通常取[ɑ]=35—45?；爻坛虝r，由于推桿運動是力封閉的，不存在自鎖的問題，所以壓力角的許用[ɑ]=70-80,滾子接觸、潤滑良好和支撐有較好剛性時取數(shù)據(jù)上限否則取下限。現(xiàn)通過移動從動件和擺動從動件凸輪廓線中可以得出：移動從動件在運動中最大壓力角ɑ=21<[ɑ]；擺動從動件在一個周期內(nèi)的最大壓力角ɑ=15<[ɑ]。 7.4機構(gòu)尺寸的確定 桿件代號 l1 l2 l3 L 設(shè)計參數(shù)值(mm) 700 135 600 900 擺動凸輪 推程角：180 遠休止：40 回程角：100 進休止：40 基圓半徑：90mm 推程：60mm 滾輪半徑：10mm 直動凸輪 推程角：260 遠休止：20 回程角：60 進休止：20 推程:60mm 基圓半徑：70mm 8.運動參數(shù)設(shè)計 已知，推程中V=45mm/s,回程時V=135mm/s,所以整個運動周期為：T=t(推程)+t(回程)，所以周期約為T=16.30s,所以凸輪的角速度為0.368rad/s. 9.推瓶機動力裝置和傳動系統(tǒng)的設(shè)計 9.1動力裝置的選用 因為在推瓶機的運動為輕載有急回的運動，因此查電動機參數(shù)對照表后，選用功率為0.75kw，轉(zhuǎn)速為910rad/min的電動機。 9.2傳動系統(tǒng)的設(shè)計 電動機的轉(zhuǎn)速為910rad/min,即15.16rad/s,而凸輪所需的轉(zhuǎn)速為0.368rad/s.因此從電動機到凸輪的傳動過程中需要對電動機的轉(zhuǎn)速進行減速，減速的傳動比為i=15.16/0.368=41.2.設(shè)計為三級減速.傳動系統(tǒng)的示意圖如下： 傳動系統(tǒng)的齒輪參數(shù)： 齒輪 齒數(shù) 模數(shù) 分度圓直徑（mm） Z1 20 2 40 Z2 80 2 160 Z3 20 2 40 Z4 80 2 160 Z5 20 2 40 Z6 52 2 102 10.心得體會 在這一周的的課程設(shè)計中，我從一開始學(xué)習(xí)設(shè)計推桿，凸輪，查找資料，確定機構(gòu)它們的參數(shù)；然后利用用制圖畫運動簡圖，凸輪的位移線圖，凸輪的輪廓線圖等，最后檢驗我設(shè)計的參數(shù)是否合理。在這一周的課程設(shè)計中，我學(xué)會了把課本上的知識與實際得運用。課本上的很多知識都很抽象，比如凸輪的輪廓線和基圓半徑的確定等一些凸輪的參數(shù)的計算公式，計算起來也很繁瑣，需利用電腦軟件計算，通過對這些公式的運用，加深了我對這些知識的理解。通過用CAD畫凸輪的廓線，讓我更加清晰的認識凸輪的工作原理，同時也鍛煉了我的計算機繪圖的能力。在設(shè)計中，擺動凸輪的設(shè)計比較難。 11.參考文獻 1.《機械原理》——孫恒，陳作模，葛文杰主編-高等教育出版社 2《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書》——戴娟主編-高等教育出版社