洗瓶机推瓶机构机械原理设计【SW三维图】

洗瓶机推瓶机构机械原理设计【SW三维图】,SW三维图,洗瓶机推瓶,机构,机械,原理,设计,SW,三维 LOGO机械原理机械原理课程程设计课题：洗瓶机推瓶机构1.工作原理及工艺动作过程 把待洗的瓶子放在两个转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头把瓶往前推动时，转动着的刷子就把瓶子外边洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕是，后一个待洗的瓶子已被送入导辊待推。2.原始数据及设计要求（1）瓶子尺寸：大端直径）瓶子尺寸：大端直径d=80mm，长长=200mm（2）推进距离）推进距离l=600mm。推瓶机构应使推头以。推瓶机构应使推头以接近接近均匀的速度均匀的速度推瓶，并平稳的接触和脱离瓶子；推瓶，并平稳的接触和脱离瓶子；然后推头然后推头快速的返回快速的返回原位，准备第二个工作循环。原位，准备第二个工作循环。（3）按生产效率的要求，推程平均速度为）按生产效率的要求，推程平均速度为v=45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的，返回时的平均速度为工作行程的3倍。倍。（4）机构传动性能好，结构紧凑，制造方便。）机构传动性能好，结构紧凑，制造方便。设计介绍：设计介绍：u1.设计方案选择设计方案选择u2.机构尺寸设计机构尺寸设计u3.机构的运动分析与动力分析机构的运动分析与动力分析u4.机构动态仿真与三维立体图机构动态仿真与三维立体图u5.机构的动态分析机构的动态分析.最终方案：最终方案：摆动导摆动导杆杆与与连连杆杆组组合机合机构构，推，推头头部分采用了牛部分采用了牛头头刨刨床的床的核心思想，核心思想，结结构构紧紧凑凑，而且只要，而且只要将将导导杆利用杆利用转动转动副副链链接在另接在另一一个个拐杆上，便能拐杆上，便能实现实现推推头头在水平面在水平面运运动动，且推，且推头头几乎能很几乎能很平平稳稳地推地推进进瓶瓶子。子。机构尺寸设计机构尺寸设计 由返回由返回时时的速度是推程的速度是推程时时的速度的的速度的3 3倍倍，可以得出行，可以得出行程系程系数数比比为为3 3，可，可计计算得到算得到极极位位夹夹角角为为9090度度所以机所以机构构的的两两个个极极限限位置如上位置如上图图所示。所示。已知已知AE=600 mmAE=600 mm，BOD=90BOD=90，CE=CA.CE=CA.计计算可得算可得AC=2AF=3002=424.26 mmAC=2AF=3002=424.26 mmOBOB和和ODOD的的长长取取150mm150mm，所以，所以OC=212.13mmOC=212.13mm取推杆高取推杆高150mm150mm，长长度度600mm600mm。转速计算转速计算u工作行程的平均速度为工作行程的平均速度为45MM/S,而空回的速度而空回的速度为为135MM/S,所以工作所用时间所以工作所用时间=600/4513.3秒秒,回来所用时间回来所用时间=600/1354.4秒秒,所以总时间应为所以总时间应为17.7秒秒,因因为题目中所要求的皆为平均速度为题目中所要求的皆为平均速度,所以为了变于所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为计算取推头来回一趟的总时间为18秒。秒。轮系的设计轮系的设计轮系的设计轮系的设计 由于一般由于一般电电机的机的转转速速为为14401440转转每分每分钟钟，所，所以要以要设计设计减减速装置。速装置。首先通首先通过齿过齿数数比比为为1 1比比5 5的的两个两个齿轮齿轮将将电电机速度降至机速度降至288r288rmin.min.曲柄的曲柄的转转速速 通通过齿过齿数数为为2 2的的蜗蜗杆杆与与齿齿数数为为4242的的涡轮涡轮，将将速度降至速度降至 14r 14r min,min,再通再通过传动过传动比比为为1 1 4 4的皮的皮带轮带轮将将速度降至速度降至 所需要的所需要的3.4r3.4rmin.min.导轨导轨的速度的速度 设设定定为为48r48rmin,min,通通过传动过传动比比为为1 1 6 6的皮的皮带带2 2就可以就可以实现实现。刷子的速度刷子的速度 设设定定为为72r/min72r/min，通，通过传动过传动比比为为1 1 4 4的皮的皮带带3 3就可以就可以实现实现。机构的运动分析机构的运动分析取机取机构构在左在左极极限位置限位置时时推推头头的位移的位移为为X=0X=0，可得出推，可得出推头头随随摇摇杆杆OBOB转动转动的位移函的位移函数数：x x求一次求一次导为导为速度方程，求二次速度方程，求二次导导得加速度方程得加速度方程在在matlabmatlab中中绘绘制函制函数数图图象，位移，速度和加速度曲象，位移，速度和加速度曲线线如下：如下：位移曲线位移曲线 由由图图可看出，推可看出，推头头运运动满动满足足总总行程行程600mm600mm，且回程，且回程时时间间和推程和推程时间满时间满足足1 1比比3 3的的关关系。系。速度曲线速度曲线 由上由上图图可知，推程可知，推程阶阶段段图图象近乎直象近乎直线线，说说明符合任明符合任务务要求，要求，能能够够匀匀速推速推瓶瓶。而且具有急回特性，上。而且具有急回特性，上图图中速度的正中速度的正负负表示速度表示速度方向的左右方向的左右加速度曲线加速度曲线机构任意两个位置运动分析机构任意两个位置运动分析第一位置（第一位置（105105度）速度度）速度图图解法解法第一位置加速度第一位置加速度图图解法解法第二位置（第二位置（285285度）速度度）速度图图解法解法第二位置加速度第二位置加速度图图解法解法机构任意两个位置动力分析机构任意两个位置动力分析第一位置（第一位置（105105度）（杆度）（杆组组1 1）第一位置（杆第一位置（杆组组2 2）第一位置原第一位置原动动件件第二位置（第二位置（285285度）（杆度）（杆组组1 1）第二位置（杆第二位置（杆组组二）二）第二位置原第二位置原动动件件推头的动态仿真推头的动态仿真整体的三维立体图整体的三维立体图机构的动态分析机构的动态分析 对对机机构构进进行三行三维维模模拟拟运运动动，追踪推，追踪推头头的位移，得到的位移，得到推推头头的速度加速度曲的速度加速度曲线线如下：如下：速度曲速度曲线线：加速度曲线：加速度曲线：以上以上两两图图和和设计时计设计时计算的速度加速度曲算的速度加速度曲线轮线轮廓吻合。廓吻合。谢 谢 机械原理课程设计说明书 学 院： 专 业： 班 级： 学生姓名： 指导教师： 年 月 日 目录 1.课程任务设计书...................................................................................... 3 2.洗瓶机简介 ..............................................................................................4 3.方案的设计思路与评价................................................................. ...... 5 3.1推头的设计....................................................................................... 5 3.1.1平面连杆机构..........................................................................5 3.1.2凸轮铰链四杆机构.................................................................5 3.1.3摆动导杆与连杆组合机构...................................................6 3.2洗瓶部分的设计方案..................................................................... 7 4.尺寸计算......................................................................................... ...........7 4.1推瓶部分的尺寸设计......................................................................7 4.2轮系的设计........................................................................................8 5.机构的运动分析与力分析....................................................................9 5.1整体的运动分析...............................................................................9 5.2机构任意两个位置的运动分析...................................................11 5.2.1第一位置...................................................................................11 5.2.2第二位置...................................................................................14 5.3机构任意两个位置的动力分析.................................................. 16 5.3.1第一位置...................................................................................16 5.3.2第二位置...................................................................................18 5.4原动件受力分析.............................................................................. 21 6.机构动态仿真与三维立体图...............................................................22 6.1推头的动态仿真.............................................................................. 22 6.2整体的三维立体图............ .............................................................23 7.机构的动态分析...................................................................................... 24 7.1推头的速度曲线图..........................................................................24 7.2推头的加速度曲线图..................................................................... 24 8.心得感想......................................................................................... ...........25 9.参考文献......................................................................................... ...........25 1．课程设计任务书 1.1设计题目： 洗瓶机 1.2工作原理及工艺动作过程 为了清洗圆形瓶子外面，需将瓶子推入同向转动的导辊上，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洗净。 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。 1.3原始数据及设计要求 1）瓶子尺寸。大端直径d=80mm，长l=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，平衡地接触和脱离瓶子，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=45mm∕s，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。 1.4设计方案提示 1）推瓶机构一般要求推头工作时作近似直线轨迹，回程时轨迹形状不限，但不能反向拨动瓶子。由于上述运动要求，一般采用组合机构来实现。 2）洗瓶机构由一对同向转动的导辊和三只刷子转动的转子所组成。可以通过机械传动系统来完成。 1.5设计任务 1）根据上述运动要求拟定运动循环图。 2）进行推瓶机构和洗瓶机构的选型，实现洗瓶动作要求。 3）机械运动方案的评定和选择。 4）根据选定的电动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案。 5）画出机械运动方案简图（机械运动示意图）。 6）对机械传动系统和执行机构进行运动尺寸计算。 1.6设计工作量 1、图纸1张（机械运动方案简图）。 2、设计说明书一份。 2.洗瓶机简介 随着社会经济的发展，玻璃瓶作为一种经济实用的液体承载器皿开始在人们生活中大量出现。无论啤酒、白酒等酒类，还是醋、酱油等调味品，抑或输液瓶药品瓶等，到处都是玻璃瓶的身影。为了节约能源、降低成本，大多数企业都进行旧瓶的回收利用。这里就不得不面临一个问题，就是玻璃瓶的清洗。因为无论是盛装饮品或者药品，都要求瓶子的清洁卫生。 传统的生产当然主要是靠人工来清洗，但人工清洗效率较低且需要较多的劳动力资源，既不利于连续生产，也加大了企业的劳动力成本，这无疑是企业所无法接受的。 现代大型企业一般多采用超声波式、回转式、冲洗式等大型洗瓶设备，这些设备技术先进，生产效率高且洗瓶效果好，但是价格昂贵，产品维修困难，对于一些起步阶段的民营企业、小企业甚至作坊式企业来说，并不是理想的选择。 因此，我们迫切需要一种产品，既能快速高效地完成一整套洗瓶过程，又不需要一些复杂易损的高科技设备，价格低廉、能为广大初级用户所接受，成为他们提高生产效率的可靠助手，这也是我们设计的出发点。 目前国内市场上洗瓶机有扭道式，箱式，滚筒式和立式多种，而且这些洗瓶机一般都是在大型企业里应用的。在工厂一般都是采用毛刷刷洗，并且为了提高清洁程度，不得不使用大量的水和化学清洗剂，这也加剧了后续漂洗工作的困难。 国内外关于针对家庭类容器清洗装置的研究很少。现在市面上有一些涮碗机，其动力装置是类似与洗衣机一样的波轮，一旦遇到难以清洗的器皿时，效果就会大大降低甚至有些容器根本无法清洗干净。现在也出现一些利用超声波清洗的等新型清洗装置，由于成本过高限制了其普及的程度，因此有必要进一步开展适用于家庭、饭店等经济实用的、自动化程度更高的清洗机的研究。 3.方案的设计思路与评价 3.1推头的设计 3.1.1 平面连杆机构 此方案完全采用平面连杆设计，杆数较多，虽然容易制造，具有压强小、磨损轻、易于加工和几何形状能保证本身封闭等优点,但由于推程较长，必然会导致机构上的动载荷和惯性力难平衡，会有累积误差，且效率低,它难以准确实现预期运动，设计计算复杂,杆多且稳定性差而且推头的回程轨迹为曲线，需额外耗一部分能量将其举高,且在由回程转工作时必然会与机架发生碰撞，故原不如让推头始终走直线，所以舍弃方案一 。 3.1.2 凸轮铰链四杆机构 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。 这种方案设计中：轨迹要求，传动比要求，急回特征和系数要求均可满足，但它会产生机构自锁。原动件不是最短杆，当1,2杆重合，亦即在两个极限位置。四杆机构出现死点，曲柄会被完全卡死，而解决机构自锁问题通常只能采用飞轮或者引入其他机构。这一机构本身就有点复杂。加上解决机构自锁的装置后，其复杂性更大。 此外，凸轮的轮廓的设计有很大的难度，需要与四杆机构的运动严格一致，否则也会使四杆机构无法走完整个完整行程而失败。再有，机构无法通过力封闭来带动四杆机构，只能通过几何封闭，这样也会给机构带来不必要的麻烦，比如说会增大机构内的摩擦，影响机构的质量及效率。实验测量的误差是无法避免的，这点是很难达到标准的。 速度控制方面：由凸轮传递到推杆末端，需要有中间杆件的传递。这在设计速度的时候会带来很大的麻烦，还需要分析中间杆件的速度。 从制造成本来看：这么复杂的机构，不仅材料要很多，工艺要求也较精细。特别是凸轮的生产，会比杆件的生产复杂得多。这会大大增加制造成本。 维修方面：任一零件坏了都将导致机器无法运转，由于零件较多，机器坏的概率理论上增大。 设计方面：如此多的问题需要解决，在短短的2星期内很难完成。四杆机构、凸轮机构，四杆机构跟凸轮机构的配合，速度分析，机构自锁等等，这些都是比较耗时间的。 综合以上种种原因，我们最终放弃了这个方案。 3.1.3 摆动导杆与连杆组合机构 此方案是一个摆动导杆与连杆组合机构。 这是我们最终的方案；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，而且只要将导杆利用转动副链接在另一个拐杆上，便能实现推头在水平面运动，则推头几乎能很平稳地推进瓶子。其优点为工作行程近似均速,且制作较简便,且承受的负载能力大. 3.2洗瓶部分的设计方案 导辊是给定的,加之为保证瓶子的安全，故瓶子只能平躺放置，无需再作其他设想。 4.尺寸计算 4.1推瓶部分的尺寸设计 由返回时的速度是推程时的速度的3倍，可以得出行程系数比为3，可计算得到极位夹角为90度，所以机构的两个极限位置如上图所示。 已知AE=600 mm，∠BOD=90°，CE=CA. 计算可得AC=2AF=300×2=424.26 mm OB和OD的长取150mm，所以OC=212.13mm 工作行程的平均速度为45MM/S,而空回的速度为135MM/S,所以工作所用时间=600/45≈13.3秒, 回来所用时间=600/135≈4.4秒,所以总时间应为17.7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18秒。 4.2轮系的设计 一般电机的转速为1440r／min,其轴上装有齿数为10的齿轮1，与齿数为50的齿轮2啮合，将其速度降至288r／min. 通过齿数为2的蜗杆3与齿数为42的涡轮4啮合，将速度降至14r／min,再通过传动比为1∶4的皮带1将速度降至所需要的3.4r／min. 导轨的速度设定为48r／min,通过传动比为1∶6的皮带2就可以实现。 刷子的速度设定为72r/min，通过传动比为1∶4的皮带3就可以实现。 齿轮 模数 齿数 1 2 10 2 2 50 3（蜗杆） 2 2 4（涡轮） 2 42 皮带轮 半径（mm） 皮带1 轮1 25 轮2 100 皮带2 轮3 20 轮4 120 皮带3 轮5 25 轮6 100 5.机构的运动分析与力分析 5.1 整体运动分析 取机构在左极限位置时推头的位移为X=0，可得出推头随摇杆OB转动的位移函数： 可得其位移图像，如下图： 对位移函数求一次导数，可得其速度函数，图像如下图： 对位移函数求二次导数，可得其加速度函数，其图像如图： 5.2机构任意两个位置运动分析 5.21 第一位置（105°OAB′C′D′） ①速度分析 根据原动件1的角速度ω，可求得点B2的速度为 VB2=VB1=ω1·LOB=0.36×150= 54 mm／s AB′=350mm 对于2和3构成的移动副，有 VB3 = VB2 + VB3B2 方向： ⊥AB ⊥OB ∥AB 大小： ？ ω1•LOB ？ 对与4和5构成的构件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5 方向： 水平 ⊥AC ∥CD 大小： ？ 已知 ？ ②加速度分析 方向： B→A ⊥AB B→O ∥AB ⊥AB(逆时针) 大小： ? ? 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 根据原动件1的角速度ω，可求得点B2的速度为 VB2=VB1=ω1·LOB=0.36×150= 54 mm／s AB″= 111.29 mm 对于2和3构成的移动副，有 VB3 = VB2 + VB3B2 方向： ⊥AB ⊥OB ∥AB 大小： ？ ω1•LOB ？ 对与4和5构成的构件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5 方向： 水平 ⊥AC ∥CD 大小： ？ 已知 ？ ②加速度分析 方向： B→A ⊥AB B→O ∥AB ⊥AB(逆时针) 大小： ? ? 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机构任意两个位置动力分析 5.31第一位置 在此杆组中受到4杆惯性力PI4,重力G4，支反力R64，铰链反力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 在此杆组中受到构件5对3的反作用力R53,重力G3，转动惯量M,惯性力PI3，R12。 已知 G3=100N J=1 ㎏·㎡ M=-J×ε= PI3=-m×a3= M与PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI= 对A点取距，由平衡关系得 = 0 杆组中受到4杆惯性力PI4,重力G4，支反力R64，铰链反力R35，由于回程无工作阻力。 已知 G4=20N PI4= -m×a4= 在此杆组中受到构件5对3的反作用力R53,重力G3，转动惯量M,惯性力PI3，R12。 对A点取距，由平衡关系得 = 0 已知 G3=100N J=1 ㎏·㎡ M=-J×ε= PI3=-m×a3= M与PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI= 6.机构的动态仿真与三维立体图 6.1推头的动态仿真 6.2整体的三维立体图 7.机构的动态分析 对机构进行三维模拟运动，追踪推头的位移，得到推头的速度加速度曲线如下： 速度曲线： 加速度曲线： 以上两图和设计时计算的速度加速度曲线轮廓吻合。 8.心得感想 机械原理课程设计接近尾声，经过几天的奋战我们的课程设计终于完成了，课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程．”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义．我们今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是 为明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。 说实话，课程设计真的有点累．然而，当我们一着手整理自己的设计成果，漫漫回味这一周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多，另我有了一中”春眠不知晓”的感 悟． 通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．也让我体会到了合作与双赢的快乐。只有自己亲手设计东西才知道这其中的缘由，所以也真正认识到学好机械原理的重要性。 9.参考文献 1.《机械原理》 安子军 国防工业出版社 2.《机械原理课程设计指导》 龚溎义 机械工业出版社 3.《机械原理课程设计》 曲继方 机械工业出版社 4.《机械原理课程设计》 刘毅 华中科技大学出版社 } 21