机械原理洗瓶机推瓶机构设计.doc

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学校

机械原理课程设计

推瓶机构设计

学院 机电工程学院
专 业 机械设计制造及其自动化
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目录

一、 设计题目及要求……………………………………3

二、 原始数据要求………………………………………4

三、 设计方案对比拟定…………………………………4

四、 机构运动简图……………………………………….5

五、 运动尺寸设计……………………………………….6

六、 系统功能图…………………………………………..8

七、 推瓶机构图（附图）…….…………………………..8

八、 参考文献….……………….………………………….8

一、 设计题目及要求
（一）、功能要求及工艺动作分解提示
1、总功能要求
实现推头（动点）在工作行程中作直线匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特征 。

2、工作原理及工艺动作分解提示
推瓶机推头的运动轨迹要求如图 1-1所示。洗瓶机有关部件的工作原理和工艺动作分解如图1-2所示。待洗的瓶子放在两个转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子把瓶子外面洗净。当一个瓶子将洗刷完时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。推瓶机系统的系统功能图如图1-3所示。

图1-1

图1-2

图1-3
二、 原始数据要求
（一）、瓶子尺寸：大端直径d = 80mm，长200mm；
（二）、推进距离 l = 600 mm ；
（三）、推程时速度要求为v = 45mm / s ，返回时的平均速度为工作行程的3倍 ；
（四）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便；

三、 设计方案对比拟定

执行机构运动方案：

（一）凸轮铰链四杆机构方案（选定）：
如图3-1所示，铰链四杆机构为一个自由度的机构，其连杆2上的点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。由于曲柄（构件1）为从动件，故必须采取渡过死点的措施，这就要求添加其他构件使其顺利去除死点的干扰。

图3-1

（二）、五杆组合机构方案：
如图3-2所示为两个自由度的5杆低副机构，1、4为它们的两个输入构件，这两个构件之间的运动关系用齿轮来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。

图3-2

（三）、凸轮滑块组合机构方案：
如图3-3所示为两个自由度的凸轮滑块机构，该机构可精确实现预定轨迹要求。但是由于机构工作行程要求为600mm，所以使用这样的机构必定会造成凸轮尺寸过大，所占用的空间过大，造成不必要的空间浪费。除此之外，凸轮机构相对于连杆机构的使用寿命短、使用能耗高以及其平衡难以保证等缺点都显而易见。

图3-3

综上所述，三个方案均可实现设计要求的功能。但是从要求的传动性能上看，无凸轮机构的五杆组合机构方案更具有优势，但五杆机构设计复杂不易实现，且涉及到齿轮，机构复杂，制造成本高。方案一结构简单、紧凑，零件制造简便，可实现设计要求功能，故选用凸轮四杆机构方案。

四、机构运动简图

所以该机构自由度为1，即只需一个原动件可确定其他构件的状态。

五、运动尺寸设计
用作图法对凸轮-四杆机构进行设计：

（一） 、作出连杆机构工作的轨迹图

图5-1

（1） 如图5-1所示，画出M点的工作要求轨迹为水平直线，长度为600mm，并做出等分轨迹点M、、、、。
（2） 假设铰链D位置，取连架杆AD为185mm做铰链A的轨迹。
（3） 在铰链A与M点的轨迹上取杆AM、、、、均为520mm。
（4） 分别在AM、、、、取连杆AB、、、、均为215mm。
（5） 连线和，并做其中垂线相交，即可得铰链C的近似位置（即为铰链B轨迹圆的圆心）。由作图法可测量出机架DC长度为200mm，连架杆BC为300mm。
（6） 分别作连架杆BC、、、、，并分别做出其引杆、、、、，连架杆与引杆之间夹角为90，取引杆CF长度为110mm。

（二）、根据连架杆引杆轨迹设计凸轮

图5-2
(1) 如图5-2所示，测量出相邻两状态间引杆的夹角=28、=28、=20、=10。
(2) 计算凸轮转角：按照返回速度为推瓶速度的3倍，计算出推头从M点运动到点的过程占一个回程时间的3/4。所以推头从M点运动到点的过程中，凸轮转过了3/4的角度，即转过了270。根据引杆的摆角与凸轮转角对应关系，可得：

(3) 利用反转法设计凸轮实际轮廓线：①如图所示，作以=70mm为半径的基圆，在圆上且与圆心同一水平线。②用分割线将基圆从开始分为、、、、四份。③按点、、、、到基圆圆心距离r在其对应的分割线上做凸轮轨迹点、、、、。④用匀加速曲线平滑连接、、、，用加速度先增大后减小曲线平滑连接、，即得到凸轮轮廓曲线。

（三）、凸轮角速度的计算
设计要求推头在推瓶轨迹上运动时速度应为v = 45mm / s。
所以推头在推瓶轨迹上的时间为：
t==13.3 s
即凸轮转动270所需要的时间为13.3 s，
所以凸轮的角速度为：
rad/s，顺时针方向。

(四)四杆机构死点的避免
平面四杆机构有曲柄的前提是必有周转副存在，所以下面来确定周转副是否存在：
由（一）可知四杆机构两短杆分别为185mm和200mm，两长杆分别为215mm和300mm。
(185+300)（200+215）不成立，不满足满足杆长条件。
所以该机构无周转副，为双摇杆机构，故不存在曲柄出现死点的现象。

（五）推头返程分析
推头到达点后，立即以较高的速度（平均速度为推程的3倍）返回，准备下一个瓶子的推程。再接触到下一个瓶子之前推头的加速度可能很大，故推头与瓶子接触之间必须加塑性缓冲材料以防止瓶子破碎。

六、系统功能图
导辊带动瓶子旋转
推头减速返回
待洗瓶子放入
推头推着瓶子做
V=45mm/s的匀速运动
旋转刷子洗瓶
推瓶完成
推头加速返回

七 推瓶机构图

1、2、3、4、5、6、7是圆柱齿轮，8、9、10、11是圆锥齿轮，12是导辊，13是推头M，14、16是皮带轮，15是刷子。

八、参考文献：
孙恒 陈作模 葛文杰 《机械原理》 高等教育出版社

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