洗瓶机课程设计样本.docx

洗瓶机课程设计

25
2020年4月19日
文档仅供参考，不当之处，请联系改正。
机械原理课程设计
说明书

设计题目：洗瓶机

机电与车辆工程学院 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、原动机的选择…………………………………………… 4
三推瓶机构与洗瓶机构设计……………………………… 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 最终方案的确定………………………………… 10
五、主要零件的设计计算…………………………………… 10
六、执行机构和传动部件的结构设计……………………… 13
七、机构运动简图和传动部件的运动循环图……………… 15
7.1机构的整体运动简图……………………………… 15
7.2 推头M的运动循环图………………………………15
八、小组总结………………………………………………… 17
九、参考文献………………………………………………… 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。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。
洗瓶机的技术要求见表1。
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/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）洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常见机构或组合机构
（2）画出机器的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）其它机构的设计分析。
（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。
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）按生产率每分钟3个的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。
（4）电动机转速为1440 r/min。
（5）急回系数3。

二、 原动机的选择

原动机是机械系统的驱动部分，按能量转换性质的不同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的电动机为原动机，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。的电动机

三、 推瓶机构与洗瓶机构设计

3.1分析设计要求
由题目可知：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可走图1 所示轨迹，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，若用单一的常见机构是不容易实现的，一般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，而沿轨迹运动时的速度要求，则经过改变基础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。
3.2推瓶机构设计
推瓶机构的方案：根据前述设计要求,推瓶机构应为一具有急回特性的机构,为了提高工作效率,一是行程速比变化系数K尽量大一些;在推程(即工作行程)中,应使推头作直线运动,或者近似直线运动,以保证工作的稳定性,这些运动要求并不一定都能得到满足,可是必须保证推瓶中推头的运动轨迹至少为近似直线,以此保证安全性。
推头的运动要求主要是满足急回特性,能满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。
运用前述设计的思想方法,再考虑到机构的急回特性和推头做往复直线运动的特点， 因此根据要求，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
曲柄的整转能够带动摆杆左右摆动，以实现推瓶的作用。清洗区位于摆动导杆右侧时，则当曲柄为顺时针转动时，能够实现推头推瓶时间长，返回时间短的效果，能够达到工作的平稳性和高效性另外，此机构结构简单，急回特性显著，便于制作。如下图所示

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。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，可经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。下图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，能够以多种的运动方式实现过程，能够是圆周运动，也能够是直线运动。因此我们能够用双辊清洗机构，其根据两根导棍的同时同向转动带动瓶子的转动这一原理设计的，在这个机构中瓶子沿着本身轴线做直线运动。为了清洗瓶子的外表，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推瓶机构推动瓶子沿导辊前进，外转动的刷子就将瓶子洗净。毛刷安放在导轨工作台的正上方。

3.3.2旋转洗瓶机构
洗瓶机构是运用齿轮的啮合，使在四个工位的齿轮匀速自转，以带动瓶子自转，让刷子能清洗到瓶身的各个角落，而且刷子的大小和形状都能够改变，齿轮的大小也能够改变，从而清洗不同大小形状的瓶子。
槽轮机构能够保证推杆运动时间和转盘运动时间的配合，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，把脏的瓶子推到第二个工位清洗，机构往复运动，达到了连续洗瓶子的工作。

四、 设计方案

4.1方案一
摆动导杆与双棍洗瓶机构方案
此方案选择的推瓶机构为摆动导杆机构，洗瓶机构为双棍洗瓶机构。摆动导杆推动瓶子在导棍上运动时同向导棍自转带动瓶子的转动。毛刷位于导棍工作台的正上方而且一直转动。当瓶子运动到毛刷下方与毛刷相接触，瓶子在继续运动的过程中就实现了清洗瓶子的目的。如下图：

4.2方案二
五杆组合与双棍洗瓶机构方案
此方案选择的是五杆组合推瓶机构与双棍洗瓶机构相结合。五杆组合机构推动瓶子在导棍上运动时同向导棍自转带动瓶子的转动。毛刷位于导棍工作台的正上方而且一直转动。当瓶子运动到毛刷下方与毛刷相接触，瓶子在继续运动的过程中就实现了清洗瓶子的目的。如下图：

4.3方案三
摆动导杆与旋转洗瓶机构方案
此方案结合了摆动导杆机构与旋转洗瓶机构。旋转洗瓶机构经过槽轮控制，当与槽轮相连的转盘停止运动时推杆正好把瓶子推到转盘的凹位置上，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。在此时凹槽底端的齿轮旋转带动瓶子自转，毛刷同时也自转。当瓶子转到与毛刷向接触的位置时，此时就开始实现洗瓶的效果。而且瓶子在传送带上运动时能实现瓶底的清洗。

4.4最终方案的确定
我们最终选择的是第三方案——摆动导杆与旋转洗瓶机构。此方案的优点是：摆动导杆机构相对与五杆组合机构结构更加简单便于加工，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、主要零件的设计计算
我在这里选用技术要求中方案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接近匀速的速度推瓶，平稳的接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。
（3）、按生产率的要求，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的3倍；
（4）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
根据要求返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍；
解：

根据要求：推程平均速度为v=45mm/s,推进距离L=600mm。
解：先算出推进600mm需要的时间t.
45t=600
(s)
根据极位夹角因此推进时曲柄转过的角度为

再根据角度和t求出曲柄的角速度
解：

在保证推程为600mm的基础上，不把滑块装在连杆的端点和运动时使得滑块不和机构导辊接触把把连杆的长度设为800mm ( 优化运动 )

图5
曲柄机构如图5 2和2’是摇杆的两个极限位置，也就是连杆3位移为600mm始末位置，摇杆的极限位置正好和曲柄垂直，又因为极位夹角 ，因此摇杆极限位置时和曲柄构成长正方形。根据图可知曲柄1不能碰到连杆3，也不能和B点接触，这样都会使滑块顶死。因此要确定曲柄1的长度。设曲柄的长度为L ，摇杆所夹是角为 。
解：因为滑块的宽度为40mm，滑块中心为铰链连接处。

因此48.3传动部件：推瓶机构:类似于牛头刨床的曲柄滑快机构
执行机构：洗瓶机构:瓶子的自转与绕轴旋转相结合的轮系机构
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，而且推杆只要保证在水平面运动，则推头几能很平稳地推进瓶子。
推头推瓶子的同时，瓶子是放在一传送带上的,传送带以与推杆推瓶速度相同的速度匀速传送，大大减小了推杆的负荷，使传送更加得平稳。而传送带也有清洗瓶底的功能，以弥补下面洗瓶中不能洗到瓶底的缺陷。
洗瓶机构是运用齿轮的啮合，使在四个工位的齿轮匀速自转，以带动瓶子自转，让刷子能清洗到瓶身的各个角落，而且刷子的大小和形状都能够改变，齿轮的大小也能够改变，从而清洗不同大小形状的瓶子。
槽轮机构能够保证推杆运动时间和转盘运动时间的配合，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，把脏的瓶子推到第二个工位清洗，机构往复运动，达到了连续洗瓶子的工作。
整个机构是由发动机进行动力输出，由齿轮系进行一定比例速度传递到每个单独的运动构件上
最终方案的设计尺寸设计
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=
基本尺寸：
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 在极位时曲柄与摇杆的夹角为90度
因此滑快到齿轮的距离为B=150mm 滑杆长度>424.3mm
推头推出速度 v= 回来速度为推出的3倍, 周期就为 T=18s
主动齿轮的角速度
拨盘的角速度与主动齿轮相同
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的四个齿轮分别转两周,
因此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

图示为洗瓶机的各机构的运动循环图，说明了各机构在一周期内的运动规律。

七、机构运动简图和传动部件的运动循环图

7.1机构的整体运动简图
图中画出了动力传动的主动轴，还画出了在水槽部分运用的传送带，它的速度和推头推出的速度相同，从而能够减小推头的负荷，也能够清洗瓶底，弥补在后面的机构中不能清洗到瓶底的缺陷。

7.2 推头M的运动循环图
推头M的速度曲线及说明：速度曲线如图所示：在推头开始运动的一段时间时，速度略有上升，在推头推进的途中，推头的速度基本保持匀速运动，在推头运动13.3s前进到极位时推头的速度急速上升，上升到前进速度的3倍，然后再运动4.4秒后到达开始位置，速度下降到零，然后进入下一个周期。

推头M的加速度曲线及说明：下图为此机构的加速度仿真曲线。从图中能够看出，在机构开始运动时，推头是有加速度的，这必然会对刚放上来的瓶子有冲击，因此我们在放瓶子的时候就应避开这个时后让放瓶子的位置离推头的初始位置一段距离，这样瓶子就会避免冲击了。
在加速度第一次到达零之后，基本保持不变，略微有所波动，基本达到了题目要求的推头推出速度为匀速的，然后在推到极位后，加速度急速上升又急速下降。

推头M的位移曲线及说明：，推头的起始位置是从位移为零之后，在推头前进的途中，位移曲线的斜率基本保持不变，略微有所波动，在回程的时候，曲线的斜率也基本保持不变，位移为一条直线，这也说明回程时推头基本以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，我们知道如何运用所学的知识去设计洗瓶机，运用什么机构能够使操作更加简便，懂得用多种途径去解决一个问题，开扩自己的思维。
在这次的课程设计中不但检验了我们所学习的知识，也培养了我们如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何去完成一件事情。在整个课程设计过程中，小组成员之间分工设计，相互探讨，相互学习。每个人都学会了合作，学会了宽容，学会了理解。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，也是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不可少的过程，“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的真正含义，我们现在认真地进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会中奔跑打下坚实的基础。经过这次课程设计使我们更加扎实地掌握了有关机械原理方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我们在这方面的知识欠缺，实践出真知，经过亲自动手设计，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。
这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于游逆而解在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦地发现问题所在，然后进行解决，只有这样，才能在今后的道路上披荆斩棘，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的认可！
课程设计是一门专业课，给我们很多专业知识以及专业技能上的提升，使我们对抽象的理论有了具体的认识。从理论到实践，在这段日子里，能够说是苦多于甜，可是能够学到很多很多的东西，同时不但能够巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。经过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。设计过程中也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
在设计过程中我们自学了绘图软件，比如CAD、PROE等，提高了我们的自学能力，为今后的学习打下基础。
在整个设计中我们懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手能力，使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，因此这次设计过程是苦与甜的结合。

九、参考文献
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