推瓶机构的设计图纸与论文

'《洗瓶机推瓶机构设计》课程设计说明书专业班级：机械设计及其自动化（1）班姓名：赵军权学号：080811030指导教师：汪祝芬设计时间:2012.12.30物理与电气工程学院2012年12月30日-12- 目录一.工作原理及洗瓶机有关部件位置示意图------------------5二．功能分解-------------------------------------------------------6三．设计要求及技术参数----------------------------------------7四.方案设计------------------------------------------------------8五．传动方案设计-----------------------------------------------10六．运动协调设计-------------------------------------------------11七．方案评价-------------------------------------------------------13八．设计心得-------------------------------------------------------13九．参考资料-------------------------------------------------------14-12- 摘要由于工业生产和社会生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要进行回收清洗后再利用，节省大量制瓶洗所需要的费用同时也提高了工业生产的生产效率。然而就在此时也出现了回收后再清洗的问题。产品盛载是车间的最后一道关键工序，因此玻璃瓶的供应速度也就决定了总的生产效率的高低。固产生了对洗瓶机设备进行改进。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的机构装置，洗瓶机的推瓶机构的功能是平稳的将瓶子送进的一个过程，再次急回到原点，反复运动。推平机构原理是利用铰链四杆机构和凸轮组合成一个洗瓶机推平机构，通过对比分析最终选定了方案二，首先，对洗瓶机推平机构的电机、减速器等主要的传动系统进行设计选择，同时对推瓶机构的各个铰链进行了具体参数设计，使它的运动状态和运动规律能够更好地实现实际的工作。最后通过对各个构件的整合和局部的修整和改进，使推瓶机构的运动状态更加的稳定，更重要的是使整个工作流程更加的平稳流畅。关键词：洗瓶机、推瓶机构、-12- 本根据以上课题的产生背景可知，课程的研究内容包括下列几个方面：（1）机构的型式组合即用什么机构去完成所设计的运动规律。机构的种类很多，它们可以完成许多种运动，如往复运动、往复摆动、沿直线运动、沿某一指定的曲线运动、等速转动和不等速转动等等。而洗瓶机是主要又推瓶机构、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，推头在工作行程中应作匀速直线运动，在工作前后可有变速运动，回程时有急回。对这种运动要求，若用单一的常用机构是不容易实现的，通常要把若干个基本机构组合起来，设计组合机构。（2）推瓶机构的运动规律设计即怎样根据使用要求或工艺要求制定出一个合理的运动规律。例如推瓶机构的设计，如果采用凸轮—连杆机构的功能原理，则需要提出相应的运动规律来完成所运动的轨迹，来完成相应的实际功能；如果采用四连杆机构的功能原理，怎样实现推头推瓶的均匀速度和推头快速返回原位等等。在这些可能的运动规律中，要找出一个适合客观规律的最优方案。（3）结合实际分析连杆机构的运动规律及外型尺寸最终确定其整体外型尺寸。洗瓶机设备只用一个动力源，实现三个功能运动的机构必须联动，并且其主要动作必须协调。-12- 一.工作原理及洗瓶机有关部件位置示意图图1在实际工作中，要设计的机器往往比较复杂，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工作示意图来完成，根据上诉，我们来分析一下洗瓶机是通过什么功能原理来实现它所要完成的工作的。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，则要求有一个工作行程为LLLL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。其次是转辊机构所运用的是机械的转动规律，也是机械运动中比较简单的运动规律，只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转辊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辊旋转，带动瓶子旋转并且由导辊的一侧移动到另一侧的，其中导辊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，它与导辊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、导辊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。-12- 二、功能分解：本机器的功能是自动洗瓶。它的运动功能可分解为三种工艺动作1.推瓶推头M均匀速度推瓶，设计推瓶机构，且构件在工作行程中作匀速直线运动，在工作前后可有变速运动，回程时有急回特性。2.转瓶导辊有齿轮带动，通过与瓶子之间的摩擦带动瓶旋转。3.刷瓶刷子在轮系机构带动下以恒速旋转，用以洗刷瓶子。注：以上三种动作同时进行，彼此的运动不发生干涉。4.根据设计要求，推头M可走图所示轨迹，而且推头M在工作行程中应做匀速直线运动，在工作段前后可有变速运动，回程是、时有急回特性。-12- 二、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。(3)按生产率每分钟3个的要求，推程平均速度为v＝45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的3倍。(4)电动机转速为1440r/min。(5)急回系数3。四、技术要求瓶子尺寸（直径*长）工作行程生产率急回系数K电动机转速100mm*200mm600mm3个/min31440r/min五、设计任务1）洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。应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及运动循环图。4）设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。也可以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。绘出运动路线图。5）其他机构的设计计算。6）编写设计计算说明书。-12- 六、方案一，凸轮—铰链四杆机构方案此洗瓶机的推瓶机构运用凸轮机构使推头的运动可以由凸轮的外轮廓线来确定，而连杆机构可以使凸轮的推程放大，从而达到设计题目要求的行程速度系数比K=3的要求。这种方案也可以满足设计要求。轨迹要求，传动比要求，急回特征和系数要求均可满足。也没有方案11中，刚性冲击、摆杆不做匀速直线运动，自锁问题。但这个方案也不能完美。虽然不会出现摩擦自锁，但却多了机构自锁。原动件不为最短杆，当1,2杆重合，亦即在两个极限位置。四杆机构出现死点，曲柄会被完全卡死，如果不在设计中解决这一问题，其后果是十分严重的。而解决机构自锁问题通常只能采用飞轮或者引入其他机构。这一机构本身就有点复杂。加上解决机构自锁的装置后，其复杂性更大。此外，凸轮的轮廓的设计有很大的难度，需要与四杆机构的运动严格一致，否则也会使四杆机构无法走完整个完整行程而失败。再有，机构无法通过力封闭来带动四杆机构，只能通过几何封闭，这样也会给机构带来不必要的麻烦，比如说会增大机构内的摩擦，影响机构的质量及效率。实验测量的误差是无法避免的，这点是很难达到标准的。急回系数虽然能够满足，却很难实现。小组成员检验过，只靠这个四杆机构，不可能在满足轨迹的前提下，还能满足急回系数。需要满足急回要求，还得靠凸轮机构的补充。速度控制方面。由凸轮传递到推杆末端，需要有中间杆件的传递。这在设计速度的时候会带来很大的麻烦，还需要分析中间杆件的速度。从制造成本来看。这么复杂的机构，不仅材料要很多，工艺要求也较精细。特别是凸轮的生产，会比杆件的生产复杂得多。这会大大增加制造成本。维修方面。任一零件坏了都将导致机器无法运转，由于零件较多，机器坏的概率理论上增大。设计方面。如此多的问题需要解决，四杆机构、凸轮机构，四杆机构跟凸轮机构的配合，速度分析，机构自锁等等，这些都是比较耗时间的。综合以上种种原因，我们最终放弃了这个方案。-12- 七、方案二电动机通过五杆组合机构带动推头M推动瓶子，并通过齿轮传动机构带动刷子与导辊转动，实现刷瓶与转瓶的功能。由此可得出机构运动简图：图7机构运动简图1，2，3，4，5，7，11是皮带轮，9,10是圆锥齿轮，12是刷子，8和4组合为涡轮涡杆减速器，其比值为1:48。1）推瓶滑块机构,涉及构件：轮4，轮1,轮2,轮5,轮6，两杆件及一个滑块传动比：轮4和轮1的传动比为1:10轮2和轮6的传动比为1:1传动方式：由轮4以皮带方式带动轮1，由轮2带动轮6转动，轮5的转动使杆件摇摆形成90度极限角度差，带动滑块来回运动。2）刷子传动机构：涉及构件：轮3，轮7，轮12（刷子）传动比：都是1:1传动方式：轮3带动轮7转动，再使轮7带动旁边轮子转动形成刷子的转动-12- 3）导辊机构：涉及构件：轮3，轮5，锥齿轮9，锥齿轮10传动比：都是1:1传动方式：轮3带动轮5转动，在通过轴使锥齿轮10转动，再由锥齿轮10带动锥刺轮9转动，通过45度角锥齿轮实现90度传动，从而带动导辊转动，导辊与导辊之间通过皮带传动。八、传动方案设计机器的特点是刷子、导辊、推头M的运动是相互独立的，故分别通过三套传动机构由电动机带动；此外，由于刷子和导辊的转速不需太精确，故选用结构简单、成本低、安装容易得带传动机构。带轮之间与电动机轴连接。关于传动比问题：刷子的转速不能过高，否则会与瓶子摩擦产生过多的无用功，同时也会减缓瓶子的前进速度。导辊的转速不能过低，否则不能保证瓶子洗净，（当然也不能过高，理由同上）综合考虑，取刷子转速为n=10r/min,导辊转速n=10r/min,推头M的去程速度是135／9mm／s，回程速度135／3mm／s。根据各传动比：i=n1/n4=10/1,其他都是1:1,2和6直径一样大,3,7和11的半径一样大，9和19半径一样大，选择适当的皮带轮如下图：带轮编号12346791011直径/mm2002015202015202015表3皮带轮-12- 九、运动协调设计由于刷子、导辊、曲柄滑块三者运动是相互独立的，因此机构不存在时间上的协调问题。所以只要保证各构件的尺寸以满足机构空间上的协调即可。十、方案评价所设计的机构能较好的按要求满足需求，但在凸轮传动方面，因为是用作图法所得，而且有一部分取的是近似值，所以误差可能过于偏大。可通过两种方法改进：一是用电脑编程用数值计算法来精确设计。二是用作图法时尽量减少误差（如将基圆分得更细等）机构传动部分，部分杆件过长，会引起材料的浪费，同时会产生较大的应力，从而导致杆件的破坏；带轮容易摩擦起电，不宜用于易燃易爆场合。十一、设计心得当我们真正投入到这次设计中的时候，发现设计的艰辛，我们拥有的知识太贫乏，平时学的知识根本就没办法用到实际上，还有一些三维的东西以前从来没有接触，更别提做出来了。但我们并没有放弃，大量的搜集需要的资料和书籍，把不会的搞会，争取把设计做的完美，虽然三维的图画最终还是没能用电脑做出来，但是我们尝试了用手绘绘出。我们做的洗瓶机表面看似简单，但实际上各个机构的组合确是相当的复杂，特别是在急回机构的设计，尺寸数据都极难设定，最后在我们几人的努力和老师的指导帮助下，终于做了出来。回顾这次设计，让我们对机械这门专业有了更深的认识。作为设计者应该追求设计的完美、实用，我们并不能达到这一点，但过程却是最重要的，在设计中，培养了我们善于探索的精神，并让我们发现了自己的差距，期待我们都能在未来的道路上更加勤奋地学习专业知识，真心的学以致用，创造我们设计的蓝图。-12- 十、参考文献[1]孙恒、陈作模、葛文杰.机械原理.北京：高等教育出版社2006[2]孙恒、陈作模.机械原理课程设计指导书.北京：高等教育出版社2005[3]姚兴军、汪晓云、唐建文.AutoCAD2004中文版机械设计[M].北京希望电子出版社2004-12-'