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机械原理课程设计之洗瓶机

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2020年4月19日
文档仅供参考

机械原理课程设计说明书

机械原理课程设计--洗瓶机

院 系： 机电工程学院
专 业： 机械设计制造及自动化
年 级： 级
学生姓名： 郭 凡
学 号：
指导教师： 金桂芹
同 组 人： 刘斌 尤龙

1月

摘 要

机械原理课程设计是使学生全面、系统掌握和深化机械原理课程的基本原理和方法的重要环节，是培养学生机械运动方案设计、创新设计以及应用计算机对工程实际各种机构进行分析和设计能力的一门课程。培养学生综合运用所学知识，理论联系实际，独立思考与分析问题的能力和创新能力。
洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成，主要是由进瓶瓶机构把瓶子送到两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子转动。当推头把瓶子向前推时，转动的刷子就把瓶子外面洗干净。洗完之后又由出瓶机构送出机构。
我设计的是一个很简单的洗瓶机构，由传送带作进瓶机构，输入瓶子后，把推头变化一下，变成了一把内刷子，在推的同时一边洗着瓶子内部，然后由外刷子洗刷外面，在推头推动瓶子的同时，瓶子内外都得到了清洗。当走完导辊后，瓶子就顺着出瓶轨道滑到箱子里面。由于专业知识不是很充分，因此设计有很多的缺陷，可能实用性不是那么强，可是我还是从当中学到了好多知识。

目 录

一、 设计任务书···········································3
1.1 设计题目········································4
1.2 洗瓶机的技术要求································4
1.3 设计任务········································5
1.4 原始数据········································5
二、 机械运动方案设计·····································6
2.1 分析设计要求·····································6
2.2 推瓶机构设计·····································6
三、 进瓶装置设计······································7
3.1 进瓶装置简图·····································7
3.2 槽轮机构设计·····································8
3.3 运动协调设计·····································8
四、 洗瓶装置设计·········································8
4.1 洗瓶装置简图·····································8
4.2 洗瓶设计说明·····································8
五、推瓶机构设计·········································9
5.1 推瓶起点设计·····································9
5.2 推瓶终点设计·····································9
六、洗瓶机总体方案设计···································10
6.1 方案的总体方案及运动说明·························11
七、课程设计总结·········································12
参考文献·················································13

一、 设计任务

1.1设计题目
洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。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。如图1所示。

1.2 洗瓶机的技术要求：

表1.1 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

1.3 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。学生应该提出两种以上的设计方案并经分析比较后选定一种进行设计。
（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。
（5）.其它机构的设计计算。
（6）.编写设计计算说明书。

1.4 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、机械运动方案设计

2.1 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（基础机构），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。

2.2 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，本机构采用了摆动导杆机构。

2.2.1 凸轮－铰链四杆机构方案

如图2所示，铰链四杆机构的连杆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经过构件3的变速转动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件，因此要注意度过死点的措施。

图2 凸轮－铰链四杆机构的方案

三、 进瓶装置设计
3.1 进瓶装置简图

图3-1进瓶装置简图
3.2 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：
主动拨盘角速度w=2π/20s
=0.314rad/s.
3.3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，因此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，则能够确定主动带轮1的半径R1，因为s=v1*R1=200mm，v1=W*R1，由3.2可知：W=0.314rad/s，因此R1≈100mm。

四、 洗瓶装置设计
4.1 洗瓶装置简图
4.2 洗瓶设计说明
我这里推头特意设计成能够洗内表面的刷子，它比瓶子的内径稍大一些，瓶子下来时，在推头的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，内刷子就能够很轻松的插入瓶内，待到推头的挡板抵到瓶口后就能够推着瓶子走了。随着导辊的转动，瓶子内外表面都得到很好的清洗。
另外值得注意的一点是，内刷子因为要伸到瓶子里面，因此要选用软一点刷子，方便轻易的伸到瓶里面而不影响瓶子移动。还有就是内刷子的刷杆也要用软一点橡胶棒，方便瓶子洗好时，借助重力好脱离内刷子，顺着出瓶轨道滑出，滑到装瓶箱。

五、 推瓶装置
5.1 推瓶起点设计

5.1.1起点时的简图

5.1.2 推瓶起点设计说明

上图是刚刚开始推瓶时候，凸轮转到最高点，推杆回到最左端，此时，刚好进瓶装置送下一个瓶，内刷子随推杆插入瓶子内，刷毛尽量选用软性材料，方便内刷子插入瓶内，这样随着凸轮带动推杆内刷子先伸进瓶子内，等推头挡板抵到瓶口时，瓶子才受到推杆的推力，推头才会推动瓶子运动，进行外表面的清洗，一直到导辊完。

5.2 推瓶终点设计说明
5.2.1 终点时设计简图

5.2.2 推瓶终点设计说明

上图是推瓶到终点的时候，凸轮转到最低点，推杆回到最右端，此时，瓶子在推杆的作用下，走到导辊末，在重力的作用下，瓶子沿内刷子随随刷杆滑入瓶子出瓶轨道内，刷杆和刷毛尽量选用软性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道内，这样随着凸轮带动推杆内刷子先退出瓶子内，瓶子滑出内刷子后，瓶子才落到出瓶滑道内，推头才会继续做回复运动，不过要避免死点的产生，才能稳定的进行下一个瓶子内外表面的清洗，一直循环工作。

六、 洗瓶机总体方案设计
6.1 方案总体方案及运动说明
6.1.1 总体方案简图
6.1.2 方案运动说明

首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，因此要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮1，齿轮一又传给齿轮2带动轴旋转。

导辊传动：由齿轮3带动齿轮4使外面一根导辊转动；再由齿轮4带动齿轮5，齿轮5 又带动齿轮6使里面那根导辊转动。因为齿轮4和齿轮6大小一样，齿轮5主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。

进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮4带动齿轮7，又由齿轮7带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆B，然后蜗轮蜗杆B带动齿轮9再由齿轮9带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。

洗瓶机构传动：洗瓶机构是经过齿轮6带动齿轮8，齿轮8带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆C，然后再经过蜗轮10传给齿轮13，而齿轮13经过左右各一个小齿轮（齿轮12和齿轮14）传给同尺寸的齿轮11和齿轮15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮11、齿轮13和齿轮15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，经过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。

推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆A带动齿轮16，再由齿轮16传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮--铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。

七、课程设计总结
机械原理设计课程设计是机械设计制造及其自动化专业教学活动中不可或缺的一个重要环节。经过了课程设计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起得到了深刻的认识。
此次机械原理课程设计题目很有意义考察的知识点也很全面，有凸轮设计及结构分析，还有齿轮的设计及电动机的选择等，还有CAD制图，以及各种设计方案的比较，这不但培养了我综合应用大学几年里所学的理论知识和生产实际知识解决工程实际问题的能力，还培养出了我们的团队合作精神。全体组员共同探讨，虽然只有两个人，可是解决了许多个人无法解决的问题。同时，我深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足。由于这次设计时间紧迫，有很多地方还有不足，有待改进，今后的学习过程中，我会更加认真努力学习！
由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算齿轮组时可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准，也在这次设计中认识到自己的不足以及专业方面知识的欠缺，希望以后加以改进。

参考文献

[1] 裘建新. 机械原理课程设计. 北京. 高等教育出版社， .7.
[2] 孙恒,陈作模,葛文杰. 机械原理. 7版. 北京. 高等教育出版社， .5.
[3] 濮良贵，纪名刚. 机械设计. 8版. 北京. 高等教育出版社， .5. 【4】百度文库
【5】葛文杰 机械原理 第八版 高等教育出版社， .5.