洗瓶机推瓶机构设计计算说明书+运动简图+运动循环图

摘要第1章 洗瓶机推瓶机构原理及运动分析TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1推瓶机构的功能原理及工作原理 21.1功能原理 31.2工作原理 4\o"CurrentDocument"1.2推瓶机构工艺动作分析及工作循环图 4\o"CurrentDocument"第2章 系统总体方案设计 6\o"CurrentDocument"1系统运动方案构思 6\o"CurrentDocument"2方案的评定及选择最优方案 82.2.1方案的评定 82.2方案选择 8第3第3章 凸轮及钗链四杆机构的设计U!\o"CurrentDocument"1凸轮的设计 91.1凸轮根本参数设计 91.2凸轮的建模. 12\o"CurrentDocument"2校链四杆机构的设计 132.1铉链四杆机构尺寸设计 13\o"CurrentDocument"3凸轮钗链四杆机构组合运动图 15\o"CurrentDocument"第4章传动系统的总体布局即部件的选鼬计 17\o"CurrentDocument"1主要传动系统 171.1运动及动力参数的设计及计算. 171.2皮带轮的选择与设计. 181.3减速器的选择. 1921\o"CurrentDocument"总结 2021参考文献洗瓶设备主要用于制药、化工、食品等行业灌装前的瓶子清洗.机构装置,洗瓶机的推瓶机构的功能利用推头平稳的将瓶子送进的一个过程，在急回到原点，反复运动。推瓶机构原理是利用钗链四杆机构和凸轮组合成一个洗瓶机推瓶机构，通过凸轮和钗链四杆机构本身特性来完成平稳送瓶和机构急回。经过多个方案比照分析，确定比拟适宜方案为凸轮钗链四杆机构，对其进行了参数设计。本设计对推瓶机构传动系统进行了设计和选择：首先,对洗瓶机推瓶机构的电机、减速器等主要的传动系统进行了设计选择,同时对推瓶机构的凸轮一钗链四杆机构进行了具体参数化设计，使的它的运动状态和运动规律能更好的实现其实际的工作。最后通过对凸轮的轮廓曲线的调整和对钗链四杆机构杆长的局部修改，使推瓶机构的运动状态、工作行程等更加平稳流畅。关键词：洗瓶机，推瓶机构，凸轮机构，钗链四杆机构

第1章洗瓶机推瓶机构原理及运动分析1.1推瓶机构的功能原理及工作原理根据使用要求或工艺要求设计机构时，首先考虑的是采用什么功能原理来实现这些要求。显然，采用不同的功能原理，其所要求的运动规律设计必然也不同。首先了解一下洗瓶机构：附下列图所示是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。待洗的瓶子放在两个转动的导辐上，导辐带动瓶子旋转。当推头M把瓶推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗涮完毕时，后一个待洗的瓶子巳进入导辗待推。原始设计数据和设计要求：⑴瓶子尺寸：大端直径D=60mm,长150mm,(如图2-2所示)推进距离1=420mm,推瓶机构应使推头M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，准备第二个工作循环。按生产率的要求，生产率S=18,急回系数k=3.5,由于S=kx+x,贝I」回程时间x=4,推程平均速度为v=L/kx=420/14=30mm/s,返回的平均速度为工作行程倍。机构传力性能良好，结构紧凑，制造方便。根据设计要求，推头M可走附下列图所示轨迹，而且在L=420mm工作行程中作匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特性。对这种运动要求。通常，要用假设干个根本机构组合成的组合机构，各司其职，协调动作，才能实现。在选择机构时，一般先考虑选择满足轨迹要求的机构(根底机构)，而沿轨迹运动时的速度要求，那么往往通过改变根底机构主动件的运动速度来满足。一工作行程，一瓯行程，一工作行程，一瓯行程，推头M运动轨迹图2-2瓶子规格图图2-2瓶子规格1.1.1功能原理®2-3 工作示意图在实际工作中，要设计的机器往往比拟复杂，其使用要求或工艺要求往往需要很多的功能原理组合成一个总的功能原理图2-3®2-3 工作示意图首先推瓶机构所采用的功能原理是用机械能迫使瓶子由工作台的一侧运动到另一侧，那么要求有一个工作行程为Z往返运动的推头，同时推头在工作过程中要匀速,回程时要快速，能够满足此运动规律可以有很多种，如可以设计成曲柄-四杆机构,或凸轮连杆机构等实现其往复运动来完成其工作。要运用此功能原理来满足其工作需要,在运动规律设计方面就要考虑用什么来带动曲柄连杆或凸轮连杆机构的转动,一般我们都用电机来完成此项转动功能。其次是转辑机构所运用的是机械的转动规律，也是机械运动中比拟简单的运动规律，只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转馄机构相配合来实现洗瓶设备的整体工作功能。它是有两个长圆柱型导馄旋转，带动瓶子旋转并且由导辐的一侧移动到另一侧的，其中导辐只完成其中的旋转功能，移动功能是由推瓶机构来实现的。最后我们要了解一下转刷机构所采用的功能原理，它与导辐机构相同运用的都是机械的转动规律，与其不同的是转刷机构的旋转要有很高的速度来完成其对瓶子外壁的清洗工作。知道了它的运动规律就要进一步了解它是由什么机构带动完成其所要求的功能的。推瓶机构、导辐机构和转刷机构都是由一台电机来提供所有的机械转动规律的，这就要求我们对它们深入分析、研究各构件之间的运动规律的联系,进而的设计出符合其联动规律的整体设备，来满足我们预期想要实现的目标。1.1.2工作原理我们对机器的认识理论上是对其功能原理的了解，但实际的生活生产中，对机器的认识最本质上还是对其工作原理上的了解。接下来我们要分析一下洗瓶机的工作原理：洗瓶机是由推瓶机构、导辑机构和转刷机构共同来完成它的工作的。根据上面洗瓶机工作情况示意图，首先是由推瓶机构以均匀的速度将瓶子推上工作台〔导馄〕,推头的往复运动使瓶子一个一个不间断的送上工作台进行清洗工作，由于瓶子是从静止到具有一定的速度，推头和瓶子之间必然存在着一定的冲击，所以就要考虑推头的材料不能是刚性材料，要用具有一定韧性的塑性材料以保证在工作过程中不至于将瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作台的同时导辐已经进入了旋转的状态并且喷水机构也开始对瓶子进行喷水，使瓶子随着导辐的旋转进行圆周运动，安装在导辐上面旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净O1.2推瓶机构工艺动作分析及工作循环图当按机械的运动要求或工艺动作初步设计出机构系统运动方案示意图后，还不能充分反映出机构系统中各个执行构件间的相互协调配合的运动关系。在大多数机械中，各执行机构往往作周期性的运动，机构中的执行构件在经过一定时间间隔后，其位移、速度、加速度等运动参数的数值呈现出周期性重复。用来描述机构系统在一个工作循环中各执行构件运动间相互协调配合的示意图称为机构系统运动循环图，简称运动循环图，又称工作循环图。凸轮旋转角度0°-216°216°-252°252°-324°324°-360°滚子运动状态升程远休止回程进休止推头运动状态工退静止工进静止工作过程返回准备推瓶准备Sii36。。—W90°S3i直角坐标式运动循环图推瓶机构简易图第2章系统总体方案设计2.1系统运动方案构思运动规律设计得不同，综合出的机构也就完全不同，这是容易理解的。但是不同的机构却可以实现同一运动规律，满足同样的使用要求，因此就需要从各种运动性能来评价这些机构，以便从中选择一个最优的机构。根据上诉的推瓶机构的运动规律，对这种运动要求，假设用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把假设干个根本机构组合，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〔根底机构〕，而沿轨迹运动时的速度要求，那么通过改变根底机构主动件的运动速度来满足，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。实现要求的机构方案有很多，可用多种机构组合来实现。如：凸轮一车交链四杆机构方案如3-1所示，铉链四杆机构的连杆2上点M走近似于所要求的轨迹，M点的速度由等速转动的凸轮通过构件3的变速转动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件,所以要注意度过死点的措施。图3-1凸轮一皎链四杆机构的方案五杆组合机构方案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3-2所示为两个自由度五杆低副机构，1、4为它们的两个输入构件，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。(c)(c)图3~2五杆组合机构的方案凸轮-全移动副四杆机构图3-3所示全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的M点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。图3-3凸轮-全移动副四连杆机构的方案图3-3凸轮-全移动副四连杆机构的方案2.2方案的评定及选择最优方案2.2.1方案的评定根据上节所给出的三种设计方案，我们来讨论并从中选出较优方案进行最终的设计。首先是凸轮一饺链四杆机构：此机构结构简单，体积小，安装后便于调试而且从经济性角度来看，也很适宜。其中凸轮轴能很好协调推头的运动且工作平稳。推头M能够近似的完成所要求的工作行程轨迹，主要由各推杆的长度比例及凸轮的形状来实现推回程速度比和推程。但缺点是四杆机构的低副之间存在间隙，杆较多，容易产生误差，累积误差大，不能实现精确运动。冲击、震动较大，一般适用于低速场合。因为本设计中使用的连杆不多，而且速度不是很快，这种方案可以满足设计要求。其次五杆组合机构的方案五杆组合机构方案，此方案所需要的杆件繁多，设计烦琐，实际机构尺寸过大，不是很合理的一个设计方案，性价比也不高。最后凸轮■全移动副四连杆机构的方案是两自由度机构，构件2上的M点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,不符合实际要求，空间过大。2.2.2方案选择右图图3~4根据上述方案的评定，最终选择凸轮钗链四杆机构作为本次设计的推瓶机构方案，如图3-4所示：右图图3~4第3章凸轮及钗链四杆机构的设计4.1凸轮的设计4.1.1凸轮根本参数设计凸轮机构的组成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。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(ol+4)1)-(l+2b/l)sin(a+4)1)tan。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a表示在凸轮机构中，压力角Q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a愈大，那么分母越小，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ac,即ac=arctan{1/[(l+2b/l)tan心2]}-61为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角amax小于临界压力角aco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amax应小于某一许用压力角[a]。其值一般为:推程对摆动推杆取［a=35°推程对摆动推杆取［a=35°〜45°；回程时通常取［a=70°〜80°o〔4〕根据以上设计内容确定出凸轮设计曲线图如线图〔图4-1〕所图4-1凸轮设计曲线图凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要到达的工作行程和推头工作速度来确定的，初步定基圆半径ro=5Om,沟槽宽20mm,凸轮厚25mm,孔r二15mm,滚子半径rr=10mmo凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为:〔A〕尤=〔%+s〕sin5,y=〔弁+s〕〔A〕〔5〕求凸轮理论轮廓曲线:a〕a〕推程阶段6。户216°=1.2万如=M〔切/5〔〕i〕—sin〔2就/5oi〕/〔2tt〕］二/m〕-sin〔4S］〕/〔2〃〕Jb〕远休阶段$2c〕回程阶段c〕回程阶段端=72°=271/5$3=10吗3w"-ishS"/8^+6hS"/S^=270楣;//—1215/kV/沔4+1458/1.5/另为=[。,2./5]近休阶段$02=36°二万/5$4=。 8^=0,7T/5]推程段的压力角和回程段的压力角砍Id.a=arctan———-将以上各相应值代入式(A)计算理论轮廓曲线上各点的坐标值。在计算中时应注意：在推程阶段取5=3，在远休阶段取$=寿|+如，在回程阶段取5=&+302+6,在近休阶段取5=&+&+&+，。计算结果见表4-1o.根据推瓶机构原理，推瓶机构所需到达的工作要求来设计凸轮，凸轮的根本尺寸在近休时尺寸为50mm,到达最远距离是尺寸为180.9mm。求工作轮廓曲线：有公式的%=x-rrcos^y'=y_^sin9有公式的%=x-rrcos^y'=y_^sin9其中:COS0=a〕推程阶段 8{-[0,1.2tt]dx/ds=〔dx/必〕sin^i+〔%+s〕cos5]—[1-cos〔43]〕]>sin3]+〔%+s〕cos71dy/ds=〔dsIds〕cos切_〔弁+s〕sinSx，空[l-cos〔45]〕]>cos3]-〔%+s〕sin3]

l冗Jb〕远休阶段[0,7r/5]dx!ds=〔rQ+s〕cos〔〃/2+52〕dy/dy=一〔为+s〕sin〔T/2+为〕c〕回程阶段[0,2tt/5]dx/ds-〔ds/d〔5〕sm〔S3+万〕+〔弁+5,〕cos〔53+/r〕=〔siO/z^2/f-4860/2^3/兀4+7290/2名4//〕sin03+兀〕+〔弁+s〕cos〔$3+兀〕dy/dd=〔81OhS^//—4860/^3/ +7290/z^34//〕co^3+?〕一〔％+$〕sin〔〔5^+tt〕d〕近休阶段[0*/5]dx/ds=〔^+s〕cos〔4/r/3+$4〕dy/dd=一〔弁+s〕sin〔4/z73+$4〕计算结果可以得凸轮工作轮廓曲线个点的坐标见下表4-1：表4-15Xy矿0°5°4.35949.8263.60239.85510°8.70549.3707.40939.455•••350°•••-8.682•••49.246•••-6.946•••39.392355°-4.35849.810-3.48639.847360°凸轮的建模根据上一节内容凸轮的根本尺寸利用Pro/E软件做的凸轮机构，如下列图所示〔图4-2〕所示。

左图图4-2左图图4-24.2钗链四杆机构的设计4.2.1钗链四杆机构尺寸设计钗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，主要利用机构在极为是的特性。又巳知的行程速比系数k和摇杆摆角(p=69度，在由图4-3查的最小传动角的最大值maxYmin及p的大小在计算各杆的长度。图4-3查表可知maxymin=45°,B=75°那么：e=180°(K-1)/(K+1)=100°a/d=sin((p/2)sin(6 /2+B)/cos(。/2-9/2)b/d=sin((p/2)sin(6/2+8)/sin(°/2—。/2)(c/d)2=(a/d+b/d)2+1-2(a/d+b/d)cosP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。二69度，行程速比系数K二3.5o得Li=334.34mmL2=203.15mmL3=404.1mmLsa=164mmL4=350mmL4a=140mm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。对于四杆机构来说，当其钗链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了，用作图法进行设计，就是利用各钗链之间的相对运动的几何关系，通过作图法确定各钗链的位置，从而得出各杆的长度。图解法的优点是直观，简单，快捷，对三个设计位置下的设计十分方便，其设计精度也能满足工作要求。根据第3章四杆机构的尺寸来设计车交链四杆机构。连杆材料为45#钢调制处理，杆粗为20mm,根据各干长度尺寸现用Pro/E软件绘制连杆机构图如下，这三幅图分别为连杆滑块在凸轮上转到近休时连杆机构的位置〔图4-4所示，连杆滑块转到凸轮远休时连杆机构的位置〔图4-5〕所示。图4—4图4-54.3凸轮钱链四杆机构组合运动图下列图三个依次为连杆滑块转到凸轮最远距离远休位置时的图〔图4-6〕所示，连杆滑块转到凸轮最近距离近休位置时的图〔图4-7〕所示。构的摆杆2运动到了最大位置，，和机架安装的杆1构的摆杆2运动到了最大位置，，和机架安装的杆1在一条水平线上。图4-7当凸轮转到远休位置时，这时通过连杆在凸轮上的滚子推动连杆，钗链四杆机图4-6当凸轮运动到近休位置时，这时通过在凸轮上连接滚子的连杆推动杆2和杆3运动到一条直线上，这个时候是摆杆回到了初始位置，推头开始推瓶。第5章传动系统的总体布局即部件的选择设计5.1主要传动系统机器是执行机械运动的装置，用以变换或传递能量、物料和信息。其中传递机械运动的实体局部称为机构。机器是由多个机构组成的，由各个机构所能完成的功能组合在一起所实现的共同的功能，是一个组合体。首先机器是由动力源、传动系统、执行系统和操控系统组成。我们要研究它就要把它拆开来一步一步的分析，根据第3章我们所讨论的机构设计方案，最终确定了凸轮一四杆钗链机构。洗瓶机设备的主要传动系统有：皮带轮传动系统、减速器传动系统、齿轮传动系统和凸轮-四杆钗链传动系统。5.1.1运动及动力参数的设计及计算a〕 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。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、噪声小和运行平安可靠的特点，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。］b〕 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〕选得适宜与否，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；容量过大那么电动机的价格高，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3〕 初选为转速为960r/min的电动机。4〕 .计算总的传动比由电动机的满载转速nm和工作机主动轴转速nw可确定传动装置应有的总传动比为:i=nm/nwnm=960nw=60/18=3.3i=290.91合理分配各级传动比先选定带轮传动比i带二2,减速器传动比i=25,齿轮传动比i=5.8由于减速箱是同轴式布置，所以ii=i2o因为i=25,ii=±2=5；速度偏差为0.5%〈5%,所以可行。各轴转速、输入功率、输入转矩工程电动机轴大带轮中间轴II低速轴in凸轮轴转速(r/min)96048096功率〔kW〕43.963.843.72传动比1255效率10.990.970.970.96皮带轮的选择与设计根据确定的电动机功率,根据要求选择和设计皮带轮所得计算结果如下表所示:传动比2无带型A无小带轮基准直径112.00毫米〔mm〕大带轮基准直径224.00毫米〔mm〕

带长1250毫米〔mm〕实际轴间距357.19毫米〔mm〕小带轮包角162.03度V带的根数4无带轮宽度65.00毫米〔mm〕单根V带的预紧力165.62牛顿〔N〕作用在轴上的力1167.37牛顿〔N〕设计普通V带轮轮缘参数带轮结构形式无实心轮无辐板厚度无无无槽型无A无基准线上槽深Hamin毫米〔mm〕基准线下槽深Hfmin8.7毫米〔mm〕槽间距e毫米〔mm〕槽间距下偏差无毫米〔mm〕槽间距上偏差f0.3毫米〔mm〕第一槽对称面至端面的距离无毫米〔mm〕第一槽对称面至端面的距离的上偏差无毫米〔mm〕第一槽对称面至端面的距离的下偏差毫米〔mm〕基准宽度bp毫米〔mm〕5.1.3减速器的选择减速器是位于原动机和工作机之间的机械传动装置。由于其传递运动准确可靠,结构紧凑，效率高，寿命长，且使用维修方便，得到广泛的应用。常用的减速器目前已经标准化，使用者可根据具体的工作条件进行选择。课程设计中的减速器设计工厂是根据给定的条件，参考标准系列产品的有关资料进行非标准化设计减速器类型很多。按传动件类型的不同可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器、齿轮蜗杆减速器和行星轮减速器；按传动级数的不同可分为一级减速器、二级减速器和多级减速器；按传动布置方式不同可分为展开式减速器、同轴式减速器和分流式减速器；按传递功率的大小不同可分为小型减速器、中型减速器和大型减速器等。根据所知数据选定减速器为QJR型减速器，这种减速器可做于运输，冶金，矿山，化工，建筑，轻工等行业的各种机械设备的传动结构中。适用工作条件为：齿轮圆周速度应?16m/s,高速轴转速UOOOr/min,工作环境温度为-40~~45°C,低于0°C启动前润滑油应加热到5°C,可正反双向转动。

QJ型减速器分为卧式〔W〕和立式〔L〕,在这里为了合理安排安装空间，选用卧式(W)O外形安装尺寸选择:/mm公称中心距公称中心距acHza2输入轴端Ldzlz2361704063880828Hnksr重量/kg51821022517232133承载能力查的〔连续工作型〕:根据i=25查的输出转矩为2250N.m,许用输入功率为5.3KW,输入转矩为570N.m,输出轴轴伸许用径向载荷Fr=15000N,实际传动比为。.所选减速器符合要求。