机械原理课程设计报告

1、西南石油大学西南石油大学课课程程设设计计说说明明书书题 目： 洗瓶机机构设计 课 程： 机械原理课程设计 院 系： 机电工程学院 专 业： 机械工程 班级： xxxxxxxxxxxxx 学生姓名： xxxxxx 学号： xxxxxxxxxxxxx 指导教师： 邓茂云 完成日期： 2015 年 7 月 15 日 目目 录录一一前前 言言.1二二设计任务书设计任务书.11、设计题目.12、设计任务.2三三工艺动作分解和工作原理工艺动作分解和工作原理.21、工艺动作分解 .22、原始数据.3四四机械运动方案设计机械运动方案设计.31、分析设计要求 .32、推瓶机构方案的设计 .4 （1） 推瓶机构方

2、案的选择.4 （2） 推瓶机构的设计.53、凸轮的设计:.7 （1）凸轮机构中的作用力 .7 （2）凸轮机构的压力角 .8 （3）凸轮设计曲线图.8 （4） 凸轮的轮廓主要尺寸.8 （5）求凸轮理论轮廓曲线.9 （6）求工作轮廓曲线.9 4、电动机的选择.11 5、进瓶装置设计.12 （1）进瓶装置简图.12 （2） 槽轮机构设计.12 （3） 运动协调设计.12 6、转刷机构及导辊机构设计.13 （1）转刷机构及导辊机构的组成.13 （2） 转刷机构及导辊机构的传动系统设计.14 7、皮带轮的设计.15 8、传动比的分配.16五五 总体方案总体方案.17 1、总体方案设计.17 2、总体方案

3、评估.18六六 课程设计总结课程设计总结.18参考文献参考文献.191一：前言一：前言由于工业生产和社会生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要进行回收清洗后再利用，节省了大量制瓶洗所需要的费用同时也提高了工业生产的生产效率。然而就在此时也出现了回收后再清洗的问题。产品盛载是车间的最后一道关键工序，因此玻璃瓶的供应速度也就决定了总的生产效率的高低。从而产生了对洗瓶机设备的研究与改进工作。洗瓶机器设备的出现并且运用到实际生产中，改变了人工刷洗的传统工艺，实现了自动化生产方式，达到了减少劳动力、节约费用、提高工作效率、增加企业经济效益之目的。并且得到了广大用户的支持和好评，而且使得化、制药、食品等行业

4、的生产率产生了质的飞跃。 随着科学技术的进步，现代化大规模生产的需要，市场多元化的产生，普通的洗瓶机已经不能满足市场生产力所需。现在洗瓶机应用广泛，不仅在生产制造业工厂生产线，在生物制药行业，科研技术领域等等都可以起到重大作用。所以它不仅在生产制造业有重要作用，而且在科研制药行业发挥一定作用，并且在生产和生活中的作用领域不断扩大。二：设计任务书二：设计任务书1、设计题目图 1 洗瓶机工作示意图设计洗瓶机。如图 1 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。洗瓶

5、机的技术要求见表 1。2表 1 洗瓶机的技术要求方案号瓶子尺寸（长直径）mm，mm工作行程mm生产率个/s急回系数k电动机转速r/minA10020060015314402、设计任务 （1）洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。 （2）设计传动系统并确定其传动比分配。（3）画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。（4）设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。也可以设计平面连 杆机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析。绘出运动线图。（5）其他机构的设计计算。（6）编写设计计算说明书。三：工艺动作分解和工作原理三：工艺动作分解和工作原理1、根据任务书的要求，该机械

6、的应有的工艺过程及运动形式为：（1）需将瓶子推入导辊上，推头的运动轨迹如图 2 所示。图 2 推头 M 的运动轨迹3（2）导辊的转动带动瓶的转动，其运动简图如图 3 所示。图 3 导辊的转动带动瓶的转动 (3) 刷子的转动。其转动形式大致如图 4 所示。图 4 刷子的转动2、原始数据（1）瓶子尺寸：长度 L=100mm，直径 D=200mm。 （2）推进距离 S=600mm，推瓶机构应使推移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 v45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的 3 倍,即行程速比系数 K=3。（

7、4）电动机转速为 1440 r/min。四：机械运动方案设计四：机械运动方案设计 1、分析设计要求分析可知：洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。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 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。4对这种运动要求，若用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把若干个基本机构组合，起来，设计组合机构。在设计组合机构时，一般可首先考虑选择满足轨迹要求的机构（基础机构），而沿轨迹运动时的速度要求，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足，

8、也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。2、推瓶机构方案的设计（1） 推瓶机构方案的选择 方案一 铰链四杆机构 方案二 五杆组合机构 方案三 全移动副四杆机构 方案四 曲柄滑块机构方案一：铰链四杆机构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。由于此方案的曲柄 1 是从动件，所以要注意采取度过死点的措施。此机构结构简单，体积小，安装后便与调试。其中凸轮轴很好协调推头的运动且5工作平稳。推头 M 能近似的完成所要求的工作行程轨迹，主要由各杆的长度比例及凸轮的形状来实现推程和回程的速度比。但缺点是四杆机构的低副之间存在间隙

9、，如果杆较多，容易产生误差积累，不能实现精确运动，适用于低速场合。由于本设计中适用的连杆不多，精确度要求不高，而且属于低速运动，故这种方案可以满足设计要求。方案二：五杆组合机构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，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。图 9.5所示为两个自由度的五杆低副机构，l、4 为它们的两个输人构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。此方案所需的杆件较多，设计繁琐，实

10、际机构尺寸过大，不是一个很合理的设计方案。方案三：全移动副四杆机构全移动副四杆机构是两自由度机构，构件 2 上的点 M 可精确再现给定的轨迹，构件 2 的运动速度和急回特征由凸轮控制；这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大，导致机构占用空间过大，不符合实际要求。方案四 曲柄滑块机构 在此机构中只要极位夹角为 90 度时，洗瓶机的推头部分就能实现急回系数 k=3，而且题目要求推头的推程为 600mm，此机构也容易满足。但此机构不能满足推头在工作行程中作匀速直线运动，不能保证清洗的质量,而且运动和动力传动效果较差。综上考虑，我选择凸轮铰链四杆机构

11、来实现推瓶机构的设计。（2） 推瓶机构的设计本次设计采用图 5 所示凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构的推瓶动作。6 图 5 凸轮-铰链四杆机构对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了，可以用作图法进行设计，也就是利用各铰链之间的相对运动的几何关系，通过作图法确定各铰链的位置，从而得出各杆的长度。图解法的优点是直观，简单，其设计精度也能满足工作需要。其设计过程如下：铰链四杆机构按照给定的急回要求设计，利用解析法求解此类问题时，主要利用机构在极限位置的特性。又已知的行程速比系数 K 和摇杆摆角 =69 度，在由图 6 查的最小传动角的最大值 maxmin 及 的大小在计算各杆

12、的长度。 摇杆摆角摇杆摆角 /()/() 图 67查表可知 maxmin=45，=75 则：带入公式, =180（K-1）/（K+1）=90 a/d=sin(/2)sin(/2+)/cos(/2-/2) b/d= sin(/2)sin(/2+)/sin(/2- /2) (c/d)=(a/d+b/d)+1-2(a/d+b/d)cos其中 a 为四杆机构的曲柄长度，b 为四杆机构连架杆的长度，c 为四杆机构摇杆的长度，d 为四杆机构机架的长度。选定机架长度 d 就可以确定其他各干长度。根据推瓶的行程来确定各杆的长度及摆角大小，摇杆所转的角度=69 度，行程速比系数 K=3。得L1=477.64mm

13、 L2=290.22mm L3=577.3 L3a=229.3 L4=500mm L4a=200mm连杆机构中的运动副一般均为低副。其运动元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑较好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭。能很好的保证工作可靠性。83、 凸轮的设计:凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。其设计过程如下：（1）凸轮机构中的作用力 直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆

14、的作用力 F 和推杆所受的载荷(包括推杆的自重和弹簧压力等) G 的关系为 F = G /cos(+1) - (l+2b/l)sin(+1)tan2（2）凸轮机构的压力角 推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力角，用 表示。 在凸轮机构中，压力角 是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下，压力角 愈大，则分母越小，作用力 F 将愈大；如果压力角大到使作用力将增至无穷大时，机构将发生自锁，而此时的压力角特称为临界压力角 c ，即 carctan1/(1+2b/l)tan2- 1为保证凸轮机构能正

15、常运转，应使其最大压力角max 小于临界压力角c 。在生产实际中，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max 应小于某一许用压力角。其值一般为：推程对摆动推杆取 3545 ；回程时通常取 7080。（3）根据以上设计内容确定出凸轮设计曲线图如图 7 所示。9图 7 凸轮设计曲线图（4） 凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作速度来确定的，初步定基圆半径 r0=50mm，沟槽宽 20mm，凸轮厚25mm, 孔 r=15mm ,滚子半径 rr=10mm。 凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为： ， （A）sin0srxcos0sry（5）求凸轮理论轮

16、廓曲线：）推程阶段 01=216=1.2 ，按正弦加速度规律运动，则有： 2/2sin/0110111 hs = 2/4sin/21h2 . 1 , 01）远休阶段 =36025/ 7.5 2s5/, 02)回程阶段 ，按五次多项式运动规律运动，则有：72035/2 3310hs 03/5035340343/6/15hh 5534343333/1458/1215/270hhh5/2 , 03) 近休阶段 =36025/10 04s5/, 04)推程段的压力角和回程段的压力角 srdds0/arctan将以上各相应值代入式（A）计算理论轮廓曲线上各点的坐标值。在计算中时应注意：在推程阶段取，在远

17、休阶段取，在回程阶段取，在120130201近休阶段取。计算结果见表 4-1。.4030201根据推瓶机构原理，推瓶机构所需达到的工作要求来设计凸轮，凸轮的基本尺寸在近休时尺寸为 50mm,达到最远距离是尺寸为 180.9mm。（6）求工作轮廓曲线： 由公式得 cosrrxxsinrryy 其中： 22/sinddddddyxx 22/cosddddddyxy ）推程阶段 .21 , 01 101cossin/srddddxx 1011cossin4cos12srh 101sincos/srddddsy =1011sincos4cos12srh ）远休阶段 2=5/0， 202/cos/srd

18、dx 202/sin/srddyy ）回程阶段 3=5/2 , 011 303cossin/srddddsx 303543433323cossin/7290/4860/810srhhh d) 303543433323sincos/7290/4860/810/srhhhddy ）近休阶段 4=5/, 0 403/4cos/srddx 403/4sin/srddy 计算结果可以得凸轮工作轮廓曲线各点的坐标见下表 2： 表 2 x y x y 0 5 10 350 355 3600.04.3598.705-8.682-4.3580.050.049.82649.37049.24649.81050.0

19、0.0 3.602 7.409-6.946-3.4860.0 40.0 39.855 39.45539.39239.847 40.04、电动机的选择电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容易，一般生产机械上大多采用电动机驱动。12电动机已经系列化，设计中只许根据工作机所需要的功率和工作条件，选择电动机的类型和机构型式、容量、转速，并确定电的具体型号。电动机类型和型式可以根据电源种类（直流、交流）、工作条件（温度、环境、空间尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。工业上广泛应用 Y 系列三相交流异步电动机。它是我国 80 年代的更新换代产品，具有高效、节能、震动小、噪声小和运

20、行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合国际标准，适合于无特殊要求的各种机械设备。对于频繁启动、制动和换向的机械，宜选用转动惯量小、过载能力强、允许有较大震动和冲击的 YZ 型 YZR 型。因为本传动的工作状况是：载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式Y（IP44）系列的电动机。电动机容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求是，电动机不能保证工作机的正常工作，或使电动机因长期过载发热量大而过早的损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，经常处于不满载的运行，起效率和功率因数都较低，增加电能消耗，造成很大的浪费电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条

21、件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。对于长期连续运转、载荷不变和变化很小、常温下工作的机器，只要所选电动机的额定功率 Ped等于或略大于所需电动机功率 Pd，即 PedPd，电动机在工作时就不会过热，而不必校验发热和起动力矩。5、进瓶装置设计进瓶需要实现的是将瓶子从相应的位置间歇送到推瓶机构上。为实现此运动，本方案将瓶子放入胶性皮带上，利用槽轮机构带动皮带运动来实现。（1）进瓶装置简图13（2） 槽轮机构设计 我设计的是当主动拨盘（缺口圆盘）匀速转一周，从动槽轮转 90，而传动带的导杆也转过 90，而且要等于一个瓶子的长度 。而所用时间是洗瓶装置的一个来回，即：T=20s 则有：主动拨盘角

22、速度 w=2/20s=0.314rad/s.（3） 运动协调设计在这里我选用的是槽轮间隙机构来进行瓶子的进瓶主要构件，负责把瓶子传送到洗瓶装置上。因为按照生产率为 3/min 得到每洗一个要 20s，所以我设计主动拨盘转一周所需时间为 20s，这样从动拨盘就每 20s 转动 90，再让它转过 90时的路程等于一个瓶子的长度即 200mm，则可以确定主动带轮 1 的半径 R1，因为s=v1*R1=200mm，v1=W*R1，由 3.2 可知：W=0.314rad/s，所以 R1100mm。6、转刷机构及导辊机构设计（1）本机构由导辊和刷子组成：14）刷子由 6 个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动

23、，而使它能够保持不间断的接触，清洗污垢。）导辊直径 120mm ）导辊的运动由定轴轮系来完成，通过齿轮间的啮合，带动导辊同向转动，从而带动瓶子转动。导辊的俯视图如下：（2） 转刷机构及导辊机构的传动系统设计15）传动过程分析传动系统的设计简图如图 8 所示，本传动系统主要采用的是齿轮传动与带传动相结合的方式，齿轮传动具有工作可靠、使用寿命长、传动效率高、结构紧凑的优点，而带传动具有传动平稳、适合远距离传动的优点。图 8 传动系统简图）转刷机构传动过程如图 8 所示，电动机带动蜗杆 1 转动，蜗杆 1 带动蜗轮 2 转动，皮带轮 4 由与蜗轮 2 同轴的皮带轮 3 通过皮带带着转动，与皮带轮 4

24、 同轴的皮带轮 5 通过皮带带动带轮 6 转动，带轮 6 通过皮带带动带轮 7 转动同时也带动与带轮 7 同轴的齿轮 8 转动，齿轮 8 带动齿轮 11、12、13、14、15 转动，在齿轮 11、13、15 套上毛刷即可实现转刷的转动，其中蜗杆 1 采用的是右旋螺纹的蜗杆，各轮的转动方向如图所示。）推瓶机构传动过程如图 8 所示，电动机带动蜗杆 1 转动，蜗杆 1 带动蜗轮 2 转动，与蜗轮同轴的齿轮 9 带动齿轮 10 转动，齿轮 10 与推瓶机构的曲柄相连即可实现曲柄的转动，从而使推瓶机构能运行。在图 8 中电动机的转动方向是向里的，由于蜗杆 1 是右旋的所以齿轮 9 是逆时针旋转的，那

25、么齿轮 10 旋转方向就是顺时针的，推瓶机构就能实现工进和急回。）导辊机构传动过程16如图 8 所示，电动机带动齿轮 16 转动，齿轮 16 与齿轮 17 啮合带动齿轮 17 转动，齿轮 18 与齿轮 17 同轴，齿轮 18 与齿轮 19 啮合带动齿轮 19 转动，再由齿轮 19 带动导辊转动。7、皮带轮的设计从电动机传出的速度首先经过蜗轮蜗杆进行一次减速，再经过皮带轮 3、4、5、6分别进行二次和三次减速，具体连接方式如图 8 所示，而在这主要讨论两个带轮之间的连接及传动，主动轮 1 通过皮带带动从动轮 2 从转动，传动比与它们各自的半径比值成反比。由于没有给出确切的转刷转速所以不好确定具体

26、的传动比，一旦转刷的转速确定就可算出电动机与转刷的总传动比，再分配传动比给各组带轮。带型选用普通V 带传动中的 Y 型，详细尺寸见下表 3。bbhp 图 9表 3 普通 V 带截面参数顶宽b（mm）节宽 bp高度 h楔角 单位长度质量65.34400.028、传动比的分配推瓶推杆的曲柄是由一个齿轮作为主动轮来转动的，因此由上面推瓶机构尺寸计算中得到主动轮的角速度与曲柄的角速度相同为 0.35rad/s，转速相同为 3.33r/min 17。由设计要求得电动机的转速为 1440r/min，那么推瓶机构的总传动比i110=1440/3.33432，由于传动比较大所以采用两级传动，先用蜗轮蜗杆将电动

27、机转速降速，再用齿轮传动进行第二次降速。由于涡轮蜗杆传动多用于减速传动且它们之间的传动比可取较大值，所以涡轮蜗杆之间的传动比选为 i12=80，那么齿轮之间的传动比 i910=432/80=5.4。蜗轮蜗杆基本参数的选择，蜗杆选用单头蜗杆也就是其齿数 z1 为 1，那么蜗轮的齿数 z2 为 80，蜗杆的轴向模数 mx 与蜗轮的端面模数 mt 相等取为 4，蜗杆分度圆直径取 d1=40mm,蜗轮分度圆的直径取 d2=mtz2=480=320mm。齿轮基本参数的选择，齿轮 9、10 之间的传动比为 5.4，齿轮 9 的齿数取 z9 为20，模数 m 为 4，则其分度圆直径为 d9=z9m=204=

28、80mm。那么齿轮 10 的模数 m 也为 4，由传动比选择齿轮 10 的齿数取 z10 为 108，则其分度圆直径为d10=z10m=1084=432mm。以上的数据都是根据机械设计一书选择而来。表 4 传动零件的各尺寸参数推瓶机构总传动比 i110432蜗轮蜗杆间传动比 i1280蜗杆的头数 z11蜗杆的分度圆直径 d140mm蜗杆的轴向模数 mx4mm蜗轮的齿数 z280蜗轮的分度圆直径 d2320mm齿轮 9、10 间的传动比 i9105.4齿轮 9、10 的模数 m4mm齿轮 9 的齿数 z92018齿轮 9 的分度圆直径 d980mm齿轮 10 的齿数 z10108齿轮 10 的分

29、度圆直径 d10432mm刷子转速 180r/min,导辊转速 20r/min，转刷的转速的改变可以通过改变皮带轮3、4、5、6、7 间的传动比来实现，导辊转速改变则可以通过改变齿轮16、17、18、19 间的传动比来实现。五：总体方案五：总体方案1、总体方案设计为了实现进瓶、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶，首先需将瓶子放入胶带上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上，转动的毛刷通过五杆组合机构带动毛刷插入瓶子，毛刷在导杆的推动和旋转下前进边，推动瓶子沿导辊前进，再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净。它的主要运动是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动，最后滑入送瓶机构送出。要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:19(1)进瓶机构的皮带做间歇直线运动；(2)瓶子由皮带到导辊的滑动；(3)推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置; (4)在推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动;(5)同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外表面就清洗干净;(6)瓶子离开导辊,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环。2、总体方案评估本次设计的洗瓶机主要以电动机作为动力来源，通过皮带轮,齿轮，凸轮