洗瓶機推瓶機構機械原理設計【SW三維圖】

洗瓶機推瓶機構機械原理設計【SW三維圖】,SW三維圖,洗瓶機推瓶,機構,機械,原理,設計,SW,三維 LOGO機械原理機械原理課程程設計課題：洗瓶機推瓶機構1.工作原理及工藝動作過程 把待洗的瓶子放在兩個轉動著的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉。當推頭把瓶往前推動時，轉動著的刷子就把瓶子外邊洗凈。當前一個瓶子將洗刷完畢是，后一個待洗的瓶子已被送入導輥待推。2.原始數(shù)據(jù)及設計要求（1）瓶子尺寸：大端直徑）瓶子尺寸：大端直徑d=80mm，長長=200mm（2）推進距離）推進距離l=600mm。推瓶機構應使推頭以。推瓶機構應使推頭以接近接近均勻的速度均勻的速度推瓶，并平穩(wěn)的接觸和脫離瓶子；推瓶，并平穩(wěn)的接觸和脫離瓶子；然后推頭然后推頭快速的返回快速的返回原位，準備第二個工作循環(huán)。原位，準備第二個工作循環(huán)。（3）按生產(chǎn)效率的要求，推程平均速度為）按生產(chǎn)效率的要求，推程平均速度為v=45mm/s，返回時的平均速度為工作行程的，返回時的平均速度為工作行程的3倍。倍。（4）機構傳動性能好，結構緊湊，制造方便。）機構傳動性能好，結構緊湊，制造方便。設計介紹：設計介紹：u1.設計方案選擇設計方案選擇u2.機構尺寸設計機構尺寸設計u3.機構的運動分析與動力分析機構的運動分析與動力分析u4.機構動態(tài)仿真與三維立體圖機構動態(tài)仿真與三維立體圖u5.機構的動態(tài)分析機構的動態(tài)分析.最終方案：最終方案：擺動導擺動導桿桿與與連連桿桿組組合機合機構構，推，推頭頭部分采用了牛部分采用了牛頭頭刨刨床的床的核心思想，核心思想，結結構構緊緊湊湊，而且只要，而且只要將將導導桿利用桿利用轉動轉動副副鏈鏈接在另接在另一一個個拐桿上，便能拐桿上，便能實現(xiàn)實現(xiàn)推推頭頭在水平面在水平面運運動動，且推，且推頭頭幾乎能很幾乎能很平平穩(wěn)穩(wěn)地推地推進進瓶瓶子。子。機構尺寸設計機構尺寸設計 由返回由返回時時的速度是推程的速度是推程時時的速度的的速度的3 3倍倍，可以得出行，可以得出行程系程系數(shù)數(shù)比比為為3 3，可，可計計算得到算得到極極位位夾夾角角為為9090度度所以機所以機構構的的兩兩個個極極限限位置如上位置如上圖圖所示。所示。已知已知AE=600 mmAE=600 mm，BOD=90BOD=90，CE=CA.CE=CA.計計算可得算可得AC=2AF=3002=424.26 mmAC=2AF=3002=424.26 mmOBOB和和ODOD的的長長取取150mm150mm，所以，所以OC=212.13mmOC=212.13mm取推桿高取推桿高150mm150mm，長長度度600mm600mm。轉速計算轉速計算u工作行程的平均速度為工作行程的平均速度為45MM/S,而空回的速度而空回的速度為為135MM/S,所以工作所用時間所以工作所用時間=600/4513.3秒秒,回來所用時間回來所用時間=600/1354.4秒秒,所以總時間應為所以總時間應為17.7秒秒,因因為題目中所要求的皆為平均速度為題目中所要求的皆為平均速度,所以為了變于所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為計算取推頭來回一趟的總時間為18秒。秒。輪系的設計輪系的設計輪系的設計輪系的設計 由于一般由于一般電電機的機的轉轉速速為為14401440轉轉每分每分鐘鐘，所，所以要以要設計設計減減速裝置。速裝置。首先通首先通過齒過齒數(shù)數(shù)比比為為1 1比比5 5的的兩個兩個齒輪齒輪將將電電機速度降至機速度降至288r288rmin.min.曲柄的曲柄的轉轉速速 通通過齒過齒數(shù)數(shù)為為2 2的的蝸蝸桿桿與與齒齒數(shù)數(shù)為為4242的的渦輪渦輪，將將速度降至速度降至 14r 14r min,min,再通再通過傳動過傳動比比為為1 1 4 4的皮的皮帶輪帶輪將將速度降至速度降至 所需要的所需要的3.4r3.4rmin.min.導軌導軌的速度的速度 設設定定為為48r48rmin,min,通通過傳動過傳動比比為為1 1 6 6的皮的皮帶帶2 2就可以就可以實現(xiàn)實現(xiàn)。刷子的速度刷子的速度 設設定定為為72r/min72r/min，通，通過傳動過傳動比比為為1 1 4 4的皮的皮帶帶3 3就可以就可以實現(xiàn)實現(xiàn)。機構的運動分析機構的運動分析取機取機構構在左在左極極限位置限位置時時推推頭頭的位移的位移為為X=0X=0，可得出推，可得出推頭頭隨隨搖搖桿桿OBOB轉動轉動的位移函的位移函數(shù)數(shù)：x x求一次求一次導為導為速度方程，求二次速度方程，求二次導導得加速度方程得加速度方程在在matlabmatlab中中繪繪制函制函數(shù)數(shù)圖圖象，位移，速度和加速度曲象，位移，速度和加速度曲線線如下：如下：位移曲線位移曲線 由由圖圖可看出，推可看出，推頭頭運運動滿動滿足足總總行程行程600mm600mm，且回程，且回程時時間間和推程和推程時間滿時間滿足足1 1比比3 3的的關關系。系。速度曲線速度曲線 由上由上圖圖可知，推程可知，推程階階段段圖圖象近乎直象近乎直線線，說說明符合任明符合任務務要求，要求，能能夠夠勻勻速推速推瓶瓶。而且具有急回特性，上。而且具有急回特性，上圖圖中速度的正中速度的正負負表示速度表示速度方向的左右方向的左右加速度曲線加速度曲線機構任意兩個位置運動分析機構任意兩個位置運動分析第一位置（第一位置（105105度）速度度）速度圖圖解法解法第一位置加速度第一位置加速度圖圖解法解法第二位置（第二位置（285285度）速度度）速度圖圖解法解法第二位置加速度第二位置加速度圖圖解法解法機構任意兩個位置動力分析機構任意兩個位置動力分析第一位置（第一位置（105105度）（桿度）（桿組組1 1）第一位置（桿第一位置（桿組組2 2）第一位置原第一位置原動動件件第二位置（第二位置（285285度）（桿度）（桿組組1 1）第二位置（桿第二位置（桿組組二）二）第二位置原第二位置原動動件件推頭的動態(tài)仿真推頭的動態(tài)仿真整體的三維立體圖整體的三維立體圖機構的動態(tài)分析機構的動態(tài)分析 對對機機構構進進行三行三維維模模擬擬運運動動，追蹤推，追蹤推頭頭的位移，得到的位移，得到推推頭頭的速度加速度曲的速度加速度曲線線如下：如下：速度曲速度曲線線：加速度曲線：加速度曲線：以上以上兩兩圖圖和和設計時計設計時計算的速度加速度曲算的速度加速度曲線輪線輪廓吻合。廓吻合。謝 謝機械原理課程設計說明書學 院： 專 業(yè)： 班 級： 學生姓名： 指導教師： 年 月 日目錄1.課程任務設計書. 32.洗瓶機簡介 .43.方案的設計思路與評價. . 5 3.1推頭的設計. 53.1.1平面連桿機構.53.1.2凸輪鉸鏈四桿機構.53.1.3擺動導桿與連桿組合機構.6 3.2洗瓶部分的設計方案. 74.尺寸計算. .7 4.1推瓶部分的尺寸設計.7 4.2輪系的設計.85.機構的運動分析與力分析.9 5.1整體的運動分析.9 5.2機構任意兩個位置的運動分析.115.2.1第一位置.115.2.2第二位置.14 5.3機構任意兩個位置的動力分析. 165.3.1第一位置.165.3.2第二位置.18 5.4原動件受力分析. 216.機構動態(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. .237.機構的動態(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. 248.心得感想. .259.參考文獻. .251課程設計任務書1.1設計題目： 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動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉，推動瓶子沿導輥前進，轉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輥推動，瓶子推動過程利用導輥轉動將瓶子旋轉以及將刷子轉動。1.3原始數(shù)據(jù)及設計要求1）瓶子尺寸。大端直徑d=80mm，長l=200mm。2）推進距離L=600mm，推瓶機構應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，準備進入第二個工作循環(huán)。3）按生產(chǎn)率的要求，推程平均速度為=45mms，返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍。4）機構傳動性能良好，結構緊湊，制造方便。1.4設計方案提示1）推瓶機構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，一般采用組合機構來實現(xiàn)。2）洗瓶機構由一對同向轉動的導輥和三只刷子轉動的轉子所組成?？梢酝ㄟ^機械傳動系統(tǒng)來完成。1.5設計任務1）根據(jù)上述運動要求擬定運動循環(huán)圖。2）進行推瓶機構和洗瓶機構的選型，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)行機構進行運動尺寸計算。1.6設計工作量1、圖紙1張（機械運動方案簡圖）。2、設計說明書一份。2.洗瓶機簡介 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，玻璃瓶作為一種經(jīng)濟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、回轉式、沖洗式等大型洗瓶設備，這些設備技術先進，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，又不需要一些復雜易損的高科技設備，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，這也是我們設計的出發(fā)點。目前國內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清洗劑，這也加劇了后續(xù)漂洗工作的困難。國內外關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，因此有必要進一步開展適用于家庭、飯店等經(jīng)濟實用的、自動化程度更高的清洗機的研究。3.方案的設計思路與評價3.1推頭的設計 3.1.1 平面連桿機構 此方案完全采用平面連桿設計，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，必然會導致機構上的動載荷和慣性力難平衡，會有累積誤差，且效率低,它難以準確實現(xiàn)預期運動，設計計算復雜,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 凸輪鉸鏈四桿機構此洗瓶機的推瓶機構運用凸輪機構使推頭的運動可以由凸輪的外輪廓線來確定，而連桿機構可以使凸輪的推程放大，達到設計題目要求的行程速度系數(shù)比K=3。這種方案設計中：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)生機構自鎖。原動件不是最短桿，當1,2桿重合，亦即在兩個極限位置。四桿機構出現(xiàn)死點，曲柄會被完全卡死，而解決機構自鎖問題通常只能采用飛輪或者引入其他機構。這一機構本身就有點復雜。加上解決機構自鎖的裝置后，其復雜性更大。此外，凸輪的輪廓的設計有很大的難度，需要與四桿機構的運動嚴格一致，否則也會使四桿機構無法走完整個完整行程而失敗。再有，機構無法通過力封閉來帶動四桿機構，只能通過幾何封閉，這樣也會給機構帶來不必要的麻煩，比如說會增大機構內的摩擦，影響機構的質量及效率。實驗測量的誤差是無法避免的，這點是很難達到標準的。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：這么復雜的機構，不僅材料要很多，工藝要求也較精細。特別是凸輪的生產(chǎn)，會比桿件的生產(chǎn)復雜得多。這會大大增加制造成本。維修方面：任一零件壞了都將導致機器無法運轉，由于零件較多，機器壞的概率理論上增大。設計方面：如此多的問題需要解決，在短短的2星期內很難完成。四桿機構、凸輪機構，四桿機構跟凸輪機構的配合，速度分析，機構自鎖等等，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 擺動導桿與連桿組合機構此方案是一個擺動導桿與連桿組合機構。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的極位夾角為90度，運用這個機構就很容易實現(xiàn)了，而且題目要求推頭的推程為600mm，此機構也很容易滿足，而且結構緊湊，而且只要將導桿利用轉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,且承受的負載能力大.3.2洗瓶部分的設計方案 導輥是給定的,加之為保證瓶子的安全，故瓶子只能平躺放置，無需再作其他設想。4.尺寸計算4.1推瓶部分的尺寸設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=3002=424.26 mmOB和OD的長取150mm，所以OC=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=600/4513.3秒, 回來所用時間=600/1354.4秒,所以總時間應為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輪系的設計一般電機的轉速為1440rmin,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288rmin.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14rmin,再通過傳動比為14的皮帶1將速度降至所需要的3.4rmin.導軌的速度設定為48rmin,通過傳動比為16的皮帶2就可以實現(xiàn)。刷子的速度設定為72r/min，通過傳動比為14的皮帶3就可以實現(xiàn)。齒輪模數(shù)齒數(shù)121022503（蝸桿）224（渦輪）242皮帶輪半徑（mm）皮帶1輪125輪2100皮帶2輪320輪4120皮帶3輪525輪61005.機構的運動分析與力分析5.1 整體運動分析取機構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)求二次導數(shù)，可得其加速度函數(shù)，其圖像如圖：5.2機構任意兩個位置運動分析5.21 第一位置（105OABCD）速度分析根據(jù)原動件1的角速度，可求得點B2的速度為VB2=VB1=1LOB=0.36150= 54 mmsAB=350mm對于2和3構成的移動副，有VB3 = VB2 + VB3B2方向： AB OB AB大小： ？ 1LOB ？對與4和5構成的構件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5方向： 水平 AC CD大?。?？ 已知 ？加速度分析方向： BA AB BO AB AB(逆時針)大?。?? ? 3 = = 0.147 rads=7.56 mms2LAB = 350 mm= 0.36150 =19.44 mms2=20.3616.33=5.88 mms25.22第二位置（285OABCD）速度分析根據(jù)原動件1的角速度，可求得點B2的速度為VB2=VB1=1LOB=0.36150= 54 mmsAB= 111.29 mm對于2和3構成的移動副，有VB3 = VB2 + VB3B2方向： AB OB AB大?。?？ 1LOB ？對與4和5構成的構件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5方向： 水平 AC CD大?。?？ 已知 ？加速度分析方向： BA AB BO AB AB(逆時針)大小： ? ? 3 = = 0.147 rads= 2.4 mms2LAB = 111.29mm= 0.36150 =19.44 mms2=20.3651.5=37.08 mms25.3機構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=20NPI4= -ma4=列出力的平衡方程： = 0 有PI4 + G4 + R64 + R35 + Fr = 0在此桿組中受到構件5對3的反作用力R53,重力G3，轉動慣量M,慣性力PI3，R12。已知 G3=100N J=1 M=-J=PI3=-ma3=M與PI3合成 PI3= PI3 h=MPI=對A點取距，由平衡關系得 = 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=20NPI4= -ma4=在此桿組中受到構件5對3的反作用力R53,重力G3，轉動慣量M,慣性力PI3，R12。對A點取距，由平衡關系得 = 0已知 G3=100N J=1 M=-J=PI3=-ma3=M與PI3合成 PI3= PI3 h=MPI=6.機構的動態(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.機構的動態(tài)分析對機構進行三維模擬運動，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 機械原理課程設計接近尾聲，經(jīng)過幾天的奮戰(zhàn)我們的課程設計終于完成了，課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，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”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義我們今天認真的進行課程設計，學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。說實話，課程設計真的有點累然而，當我們一著手整理自己的設計成果，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 通過課程設計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致也讓我體會到了合作與雙贏的快樂。只有自己親手設計東西才知道這其中的緣由，所以也真正認識到學好機械原理的重要性。9.參考文獻1.機械原理 安子軍 國防工業(yè)出版社2.機械原理課程設計指導 龔溎義 機械工業(yè)出版社3.機械原理課程設計 曲繼方 機械工業(yè)出版社4.機械原理課程設計 劉毅 華中科技大學出版社 21