机械原理课程设计

说明书。

设计题目洗瓶机。

机电建工学院机械设计制造及自动化专业。

机自091班19, 11,23号。

设计者梅晓靖洪裕宋慧超。

指导老师李盛宇

2024年 6月 3日。

目录。1设计题目及要求3

1.1 工作原理及工艺动作过程3

1.2 原始数据及设计要求3

2设计任务4

3设计方案评价及选择4

3.1设计方案一4

3.2设计方案二4

3.3设计方案三5

4系统运动方案设计5

4.1原动机类型的选择6

4.2减速器类型的选择6

4.3实现送瓶动作的机构选择7

4.3.1槽轮机构7

4.3.2棘轮机构7

4.3.3不完全齿轮齿条机构8

4.4绘制系统运动循环图8

5所选方案的尺寸设计8

5.1推瓶机构8

5.2送瓶机构9

5.3传动轮系机构11

5.3.1设计说明11

5.3.2参数设计12

6机构总体分析13

7个人总结13

8参考文献14

附：三维造型图。

一、设计题目及要求。

1.1 工作原理及工艺动作过程。

洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。为清洗圆形瓶子的外面，把待洗的瓶子放在两个同向转动着的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头m把瓶推向前进时，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。它的主要动作：将到位的瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中利用导辊转动将瓶子旋转以及将刷子转动。

图1是洗瓶机有关部件的工作情况示意图。

图1 洗瓶机有关部件的位置示意图。

1.2 原始数据及设计要求。

设计推瓶机构时的原始数据和要求为。

1）瓶子尺寸：大端直径d＝100mm，长d=200mm。

2）推进距离l＝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。

2）按生产率每分钟3个的要求，推程的平均速度v=40mm/s，急回系数k=3，即返回时的平均速度为工作行程的3倍。

3）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。

5）电动机转速为1440r/min。

二、设计任务。

1）根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；

2）进行推瓶机构的选型，以实现洗瓶动作要求；

3）根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；

4）机械运动方案的评定和选择；

5）对执行机构进行运动尺寸计算；

6）对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟；

7）画出机械运动方案简图；

8）编写设计计算说明书。

三、设计方案评价及选择

3.1设计方案一。

如图3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通过构件3的变速转动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意度过死点的措施。

图3 凸轮－铰链四杆机构的方案。

3.2设计方案二。

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，可通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。

图4 所示为两个自由度五杆低副机构为它们的两个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来两自由。

度机构系统封闭成单自由度系统。

图4 五杆组合机构的方案。

3.3设计方案三（最终选定方案）

推瓶部分选用方案三，因为此部分的原型为牛头刨床的刨刀部分，其优点为工作行程近似均匀，且制造较简单，且承受的负载能力大，而且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。

图5 摆动导杆机构的方案。

四、系统运动方案的设计。

4.1原动机类型的选择。

在机械系统设计过程中，原动机的选择是非常重要的一个环节，因为它直接影响到动力输出的稳定性、系统运行效率和总体结构。现代机械中，常见的原动机有热机、电动机、液动机和气动机，各自具有不同的特点和应用。

热机包括蒸汽机和内燃机，其应用范围相对单一，主要用于经常变换工作场所的机械设备和运输车辆。

电动机在现代机械中应用最为广泛，尤其是交流异步电动机，其具有结构简单，**低廉，动力源方便等优点，但功率系数较低，且调速不便，适用于运行环境比较稳定、调速范围窄的场合。

液动机一般调速方便，且传动链较短，但需配备液压站，成本较高。

当只需实现简单的运动变换时，气动机较为方便，其缺点是有一定的噪声。

本设计中对原动机的要求为：运行环境稳定、结构简单、成本较低，综合以上各种原动机的特点，选择交流异步电动机作为洗瓶机的原动机。

4.2减速器类型的选择。

减速器是指原动机与工作机之间独立封锁式传动装置，用来减低转速并相应地增大转矩。减速器种类繁多，一般可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。

齿轮减速器的优点是结构简单，运转平稳，安装方便，其缺点是传动比的分配比较麻烦；而蜗杆减速器具有结构紧凑，传动比大，噪音低等优点，但容易引起发热、漏油、涡轮磨损等问题。

行星齿轮减速器的主要特点有：结构紧凑、重量轻、体积小、传动比大等优点，但其结构比较复杂，制造和安装较为困难，成本也高。

在本设计中，对减速器要求为：传动比较小，结构尽量简单，成本低廉，制造安装方便。综合以上各种减速器的优缺点，选择圆柱-圆锥齿轮减速器作为洗瓶机的减速器。

4.3实现送瓶动作的机构选择。

为满足推头的运动规律，势必要求送瓶为间歇的，以免影响推头，所以此部分采用间歇机构。间歇机构包括槽轮机构、棘轮机构和不完全齿轮机构等。

4.3.1槽轮机构。

图6 单销四槽外槽轮机构。

槽轮机构的特点是结构简单，工作可靠，易加工，转角准确，机械效率高。常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。

4.3.2棘轮机构。

图7 棘轮机构。

棘轮机构的优点是结构简单，制造方便，能将连续转动转换成单向步进运动，但工作时常伴有振动，齿尖磨损，传动平稳性差，因此它的工作频率不能过高。

4.3.3不完全齿轮齿条机构。

图8 不完全齿轮齿条机构。

不完全齿轮齿条机构的优点是结构简单，容易制造，允许选择的范围比棘轮机构和槽轮机构的大，因而设计灵活。其缺点是从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大，故一般只适用于低速、轻载的工作条件。

综合以上分析，结合压盖机的工作条件，选择槽轮机构实现间歇运动。另外，为了保证箱子每装四瓶能够直线移动一次，还需将齿轮与槽轮固结，再通过齿轮齿条啮合实现箱子的间歇直线移动。

4.4绘制系统运动循环图。

工作循环图如图9所示：

图9 工作循环图。

五、所选方案的尺寸设计。

5.1 推瓶机构：

图见附录图10。

由于要求满足行程系数比为3，故以牛头刨推头部分(及摆动导杆机构)的两极限置进行计算。

如图：已知条件为：

oab=90°，∠oba=45°，ce=600 (总推程，e为另一个极位)，cd=ce/2=300，所以bd=300，而摆杆长为bc=300√2≈424.26，oa与ab的值可任意取。但两者是相等的，只要保证o为一个周转副即可，所以取oa=ab＝128.

5，ob=181.6.

但由于solidworks所采用的造型限制。所以把ce这条线向上平移了。由于角不变，连杆长也不变，所以这种改变是不影响机构的行程系数比的。

要求的工作行程的平均速度为45mm/s，而空回的速度为135mm/s，工作所用时间=600/45≈13.3秒，回来所用时间=600/135≈4.4秒，所以总时间应为17.

7秒，因为题目中所要求的皆为平均速度，所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为18秒，即曲柄转一周的时间为18秒，所以其角速度为。

2∏/18=∏/9rad/s≈0.3491rad/s.

5.2 送瓶机构。

图见附录图11。

对于齿轮齿条组成的间歇送瓶机构，齿条上会每隔90mm固定安放一个隔架板(以相邻隔架板的中心来定，板宽约为10mm)，每两个隔架板中放一个瓶子，推头每进行一个来回，要让齿条移动送上下一个瓶子，但若齿条连续动则会影响推头的往复运动，所以送瓶机构要有间歇性。

因为齿条每移动90mm给定耗时为0.5秒（0.5*135=67.

5，只要推杆头的设计小于600-67.5+200=732.5，就能保证移动的齿条不会碰到推头，即安全。

令200为齿条的宽度）。所以齿条的线速度v=90/0.5=180mm/s，因为齿轮齿条啮合，所以齿轮分度圆上的线速度为180mm/s，根据v=ш*r，量得d=66.

051，r=d/2=33.0255，所以其角速度为180/r=5.45rad/s，即与三个小齿轮相固结的轴的角速度为5.

45，即槽轮的角速度为ш=5.45=(л2)/t′→t′≈0.28s。

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