洗瓶机优秀课程设计.docx

机械原理课程设计
说明书

设计题目：洗瓶机

机电和车辆工程学院 系 车辆工程 专业 101 班

目录
一、设计任务书………………………………………………3
1.1 设计题目…………………………………………… 4
1.2设计任务…………………………………………… 4
1.3 设计要求…………………………………………… 4
二、原动机选择…………………………………………… 4
三、推瓶机构和洗瓶机构设计……………………………… 5
四、机械运动方案设计……………………………………… 8
4.1设计方案一………………………………………… 8
4.2设计方案二………………………………………… 9
4.3设计方案三………………………………………… 9
4.4 最终方案确实定………………………………… 10
五、关键零件设计计算…………………………………… 10
六、实施机构和传动部件结构设计……………………… 13
七、机构运动简图和传动部件运动循环图……………… 15
7.1机构整体运动简图……………………………… 15
7.2 推头M运动循环图………………………………15
八、小组总结………………………………………………… 17
九、参考文件………………………………………………… 18

一、 设计任务书

1.1 设计题目

图1 洗瓶机工作示意图
设计洗瓶机。图1 所表示，待洗瓶子放在两个同向转动导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子推向前进时，转动着刷子就把瓶子外面洗净。目前一个瓶子将洗刷完成时，后一个待洗瓶子已送入导辊待推。
洗瓶机技术要求见表1。
表1 洗瓶机技术要求
方案号
瓶子尺寸
（长×直径）
mm，mm
工作行程
mm
生产率
个/min
急回系数k
电动机转速
r/min
A
φ100×200
600
3
3
1440
1.2 设计任务
（1）洗瓶机应包含齿轮、平面连杆机构等常见机构或组合机构
（2）画出机器机构运动方案简图和运动循环图。
（3）设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。也能够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。
（4）其它机构设计分析。
（5）编写设计计算说明书。
1.3 设计要求
1.3.1工作原理
为了清洗瓶子，需将瓶子推入同向转动导辊上，导辊带动瓶子旋转，推进瓶子沿导辊前进，转动刷子就将瓶子洗净。它关键动作是将瓶子沿着导辊推进，瓶子推进过程中将瓶子旋转和将刷子转动。
1.3.2 原始数据
（1）瓶子尺寸：长度L=100mm，直径D=200mm。
（2）推进距离S=600mm，推瓶机构应使推移靠近均匀速度推瓶，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）按生产率每分钟3个要求，推程平均速度v=45mm/s，返回时平均速度为工作时平均速度三倍。
（4）电动机转速为1440 r/min。
（5）急回系数3。

二、 原动机选择

原动机是机械系统驱动部分，按能量转换性质不一样分为第一类原动机和第二类原动机。其中第一类原动机分为：蒸汽机、柴油机、汽油机、水轮机、燃气轮机；第二类原动机分为：电动机、液动机（液压马达）、气动机（气动马达）。
在这里我选择应用最为广泛电动机为原动机，因为成本低、运转费用少、维护要求较少、功率适用范围广等优点。按题目要求，这里用转速为1440 r/min。电动机

三、 推瓶机构和洗瓶机构设计

3.1分析设计要求
由题目可知：洗瓶机关键由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。设计推瓶机构应使推头M以靠近均匀速度推瓶，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。
依据设计要求，推头M可走图1 所表示轨迹，而且推头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。

图1 推头M运动轨迹
对这种运动要求，若用单一常见机构是不轻易实现，通常要把若干个基础机构组合，起来，设计组合机构。
在设计组合机构时，通常可首先考虑选择满足轨迹要求机构，而沿轨迹运动时速度要求，则经过改变基础机构主动件运动速度来满足，也就是让它和一个输出变速度附加机构组合。
3.2推瓶机构设计
推瓶机构方案：依据前述设计要求,推瓶机构应为一含有急回特征机构,为了提升工作效率,一是行程速比改变系数K尽可能大部分;在推程(即工作行程)中,应使推头作直线运动,或近似直线运动,以确保工作稳定性,这些运动要求并不一定全部能得到满足,不过必需确保推瓶中推头运动轨迹最少为近似直线,以此确保安全性。
推头运动要求关键是满足急回特征,能满足急回特征机构关键有曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。
利用前述设计思想方法,再考虑到机构急回特征和推头做往复直线运动特点， 所以依据要求，我们选了两种推瓶机构，摆动导杆机构、五杆组合机构。

3.2.1摆动导杆机构
曲柄整转能够带动摆杆左右摆动，以实现推瓶作用。清洗区在摆动导杆右侧时，则当曲柄为顺时针转动时，能够实现推头推瓶时间长，返回时间短效果，能够达成工作平稳性和高效性。另外，此机构结构简单，急回特征显著，便于制作。以下图所表示

3.2.2五杆组合机构
确定一条平面曲线需要两个独立变量。所以含有两自由度连杆机构全部含有正确再现给定平面轨迹特征。点M速度和机构急回特征，可经过控制该机构两个输入构件间运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。下图所表示为两个自由度五杆低副机构，l、4为它们两个输人构件，这两构件之间运动关系用齿轮机构来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。

3.3洗瓶机构设计
3.3.1双棍洗瓶机构
当瓶子进入清洗区域后，能够以多个运动方法实现过程，能够是圆周运动，也能够是直线运动。所以我们能够用双辊清洗机构，其依据两根导棍同时同向转动带动瓶子转动这一原理设计，在这个机构中瓶子沿着本身轴线做直线运动。为了清洗瓶子外表，需将瓶子推入同向转动导辊上，导辊带动瓶子旋转，推瓶机构推进瓶子沿导辊前进，外转动刷子就将瓶子洗净。毛刷安放在导轨工作台正上方。

3.3.2旋转洗瓶机构
洗瓶机构是利用齿轮啮合，使在四个工位齿轮匀速自转，以带动瓶子自转，让刷子能清洗到瓶身各个角落，而且刷子大小和形状全部能够改变，齿轮大小也能够改变，从而清洗不一样大小形状瓶子。
槽轮机构能够确保推杆运动时间和转盘运动时间配合，当瓶子被推到转盘时，转盘停止，当推头急回推下一个瓶子是，槽轮运动，把脏瓶子推到第二个工位清洗，机构往复运动，达成了连续洗瓶子工作。

四、 设计方案

4.1方案一
摆动导杆和双棍洗瓶机构方案
此方案选择推瓶机构为摆动导杆机构，洗瓶机构为双棍洗瓶机构。摆动导杆推进瓶子在导棍上运动时同向导棍自转带动瓶子转动。毛刷在导棍工作台正上方而且一直转动。当瓶子运动到毛刷下方和毛刷相接触，瓶子在继续运动过程中就实现了清洗瓶子目标。以下图：

4.2方案二
五杆组合和双棍洗瓶机构方案
此方案选择是五杆组合推瓶机构和双棍洗瓶机构相结合。五杆组合机构推进瓶子在导棍上运动时同向导棍自转带动瓶子转动。毛刷在导棍工作台正上方而且一直转动。当瓶子运动到毛刷下方和毛刷相接触，瓶子在继续运动过程中就实现了清洗瓶子目标。以下图：

4.3方案三
摆动导杆和旋转洗瓶机构方案
此方案结合了摆动导杆机构和旋转洗瓶机构。旋转洗瓶机构经过槽轮控制，当和槽轮相连转盘停止运动时推杆恰好把瓶子推到转盘凹位置上，并把瓶子推到凹槽内。当推头反会推下一个瓶子时转盘开始运动，当下一个瓶子被推到传送带末端时轮盘转动90度。在此时凹槽底端齿轮旋转带动瓶子自转，毛刷同时也自转。当瓶子转到和毛刷向接触位置时，此时就开始实现洗瓶效果。而且瓶子在传送带上运动时能实现瓶底清洗。

4.4最终方案确实定
我们最终选择是第三方案——摆动导杆和旋转洗瓶机构。此方案优点是：摆动导杆机构相对和五杆组合机构结构愈加简单便于加工，工作效率更高。和前两方案相比第三方案能清洗瓶底更能满足生产需要。
五、关键零件设计计算
我在这里选择技术要求中方案A来进行设计计算

原始数据要求：
（1）、瓶子尺寸。大段直径d=100mm,长200mm。
（2）、推进距离L=600mm，推瓶机构应使推头以靠近匀速速度推瓶，平稳接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。
（3）、按生产率要求，每分钟三个，行程速度系数K=3，可得
60v+60v/3=6L，则可推出推程平均速度为V=45mm/s，返回时得平均速度为工作行程平均速度3倍；
（4）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
依据要求返回时平均速度为工作行程平均速度3倍；
解：

依据要求：推程平均速度为v=45mm/s,推进距离L=600mm。
解：先算出推进600mm需要时间t.
45t=600
(s)
依据极位夹角所以推进时曲柄转过角度为

再依据角度和t求出曲柄角速度
解：

在确保推程为600mm基础上，不把滑块装在连杆端点和运动时使得滑块不和机构导辊接触把把连杆长度设为800mm ( 优化运动 )

图5
曲柄机构图5 2和2’是摇杆两个极限位置，也就是连杆3位移为600mm始末位置，摇杆极限位置恰好和曲柄垂直，又因为极位夹角 ，所以摇杆极限位置时和曲柄组成长正方形。依据图可知曲柄1不能碰到连杆3，也不能和B点接触，这么全部会使滑块顶死。所以要确定曲柄1长度。设曲柄长度为L ，摇杆所夹是角为 。
解：因为滑块宽度为40mm，滑块中心为铰链连接处。

所以48.3<L<116之内全部能够选，为了节省材料选曲柄长度为80mm。
为了摇杆和滑块不脱离需确定摇杆长度，设摇杆长度为S
解：

为了便于计算和机构美观选择。
六、实施机构和传动部件结构设计
传动部件：推瓶机构:类似于牛头刨床曲柄滑快机构
实施机构：洗瓶机构:瓶子自转和绕轴旋转相结合轮系机构
此洗瓶机推头部分采取了牛头刨床关键思想，题目要求行程速度系数比K=3，也就是说曲柄滑块机构极位夹角为90度，利用这个机构就很轻易实现了，而且题目要求推头推程为600mm，此机构也很轻易满足，而且结构紧凑，而且推杆只要确保在水平面运动，则推头几能很平稳地推进瓶子。
推头推瓶子同时，瓶子是放在一传送带上,传送带以和推杆推瓶速度相同速度匀速传送，大大减小了推杆负荷，使传送愈加得平稳。而传送带也有清洗瓶底功效，以填补下面洗瓶中不能洗到瓶底缺点。
洗瓶机构是利用齿轮啮合，使在四个工位齿轮匀速自转，以带动瓶子自转，让刷子能清洗到瓶身各个角落，而且刷子大小和形状全部能够改变，齿轮大小也能够改变，从而清洗不一样大小形状瓶子。
槽轮机构能够确保推杆运动时间和转盘运动时间配合，当瓶子被推到转盘时，转盘停止，当推头急回推下一个瓶子是，槽轮运动，把脏瓶子推到第二个工位清洗，机构往复运动，达成了连续洗瓶子工作。
整个机构是由发动机进行动力输出，由齿轮系进行一定百分比速度传输到每个单独运动构件上
最终方案设计尺寸设计
计算公式：
托盘周期t＝2π/ω1 槽轮周期 td＝2α1/ω1
推瓶机构极位夹角 齿轮传动比 i=
齿轮周期 T=
基础尺寸：
瓶子大底直径 d=100mm 瓶子长度 l=200mm 推头推程
L=800mm
数据处理：
k=3 极位夹角=90度 在极位时曲柄和摇杆夹角为90度
所以滑快到齿轮距离为B=150mm 滑杆长度>424.3mm
推头推出速度 v= 回来速度为推出3倍, 周期就为 T=18s
主动齿轮角速度
拨盘角速度和主动齿轮相同
槽轮在拨盘转一周时转周期, 在主动轮转一周
刷子和带动瓶子自转四个齿轮分别转两周,
所以各部分齿轮传动比为 从左到右 =1:1:1:2:2,
机构运动循环图

图示为洗瓶机各机构运动循环图，说明了各机构在一周期内运动规律。

七、机构运动简图和传动部件运动循环图

7.1机构整体运动简图
图中画出了动力传动主动轴，还画出了在水槽部分利用传送带，它速度和推头推出速度相同，从而能够减小推头负荷，也能够清洗瓶底，填补在后面机构中不能清洗到瓶底缺点。

7.2 推头M运动循环图
推头M速度曲线及说明：速度曲线图所表示：在推头开始运动一段时间时，速度略有上升，在推头推进途中，推头速度基础保持匀速运动，在推头运动13.3s前进到极位时，推头速度急速上升，上升到前进速度3倍，然后再运动4.4秒后抵达开始位置，速度下降到零，然后进入下一个周期。

推头M加速度曲线及说明：下图为此机构加速度仿真曲线。从图中能够看出，在机构开始运动时，推头是有加速度，这肯定会对刚放上来瓶子有冲击，所以我们在放瓶子时候就应避开这个时后让放瓶子位置离推头初始位置一段距离，这么瓶子就会避免冲击了。
在加速度第一次抵达零以后，基础保持不变，略微有所波动，基础达成了题目要求推头推出速度为匀速，然后在推到极位后，加速度急速上升又急速下降。

推头M位移曲线及说明：，推头起始位置是从位移为零以后，在推头前进途中，位移曲线斜率基础保持不变，略微有所波动，在回程时候，曲线斜率也基础保持不变，位移为一条直线，这也说明回程时推头基础以3倍推出速度急回

八、小组总结
课程设计结束了，经历了这次课程设计，我们知道怎样利用所学知识去设计洗瓶机，利用什么机构能够使操作愈加简便，知道用多个路径去处理一个问题，开扩自己思维。
在这次课程设计中不仅检验了我们所学习知识，也培养了我们怎样去把握一件事情，怎样去做一件事情，又怎样去完成一件事情。在整个课程设计过程中，小组组员之间分工设计，相互探讨，相互学习。每个人全部学会了合作，学会了宽容，学会了了解。课程设计是我们专业课程知识综合应用实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少过程，“千里之行始于足下”，经过这次课程设计，我们深深体会到这句话真正含义，我们现在认真地进行课程设计，学会脚扎实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会中奔跑打下坚实基础。经过这次课程设计使我们愈加扎实地掌握了相关机械原理方面知识，在设计过程中即使碰到了部分问题，但经过一次又一次思索，一遍又一遍检验最终找出了原因所在，也暴露出了前期我们在这方面知识欠缺，实践出真知，经过亲自动手设计，使我们掌握知识不再是纸上谈兵。
这次课程设计最终顺利完成了，在设计中碰到了很多问题，最终在老师指导下，最终游逆而解。在以后社会发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能碰到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦地发觉问题所在，然后进行处理，只有这么，才能在以后道路上披荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及她人对你认可！
课程设计是一门专业课，给我们很多专业知识和专业技能上提升，使我们对抽象理论有了具体认识。从理论到实践，在这段日子里，能够说是苦多于甜，不过能够学到很多很多东西，同时不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过知识。经过这次课程设计使我们知道了理论和实际相结合是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学理论知识和实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。设计过程中也对团体精神进行了考察，让我们在合作起来愈加默契，在成功后一起体会喜悦心情。团结就是力量，只有相互之间默契融洽配合才能换来最终完美结果。
在设计过程中我们自学了绘图软件，比如CAD、PROE等，提升了我们自学能力，为以后学习打下基础。
在整个设计中我们知道了很多东西，树立了对自己工作能力信心，相信会对以后学习工作生活有很关键影响。而且大大提升了动手能力，使我们充足体会到了在发明过程中探索艰苦和成功时喜悦。经过这次课程设计我们学到了很多书本上没有东西，它对我们以后生活和工作全部有很大帮助，所以这次设计过程是苦和甜结合。

九、参考文件
机械原理课程设计 高等教育出版社 裘建新 主编
机械原理（第七版） 高等教育出版社 郑文纬 主编