机械原理课程设计

说明书。

设计题目：自动洗瓶机的设计。

学校：西北工业大学。

班级：05071101

姓名：宋紫东、宋智、李旭东、朱煜。

指导老师：董海军。

2024年4月20日。

目录。封面0

目录11设计任务书2

1.1设计题目2

1.2 设计任务2

1.3 设计要求2

1.3.1 工作原理2

1.3.2 原始数据2

2机械运动方案设计3

2.1机构组成及流程分析3

2.2 进瓶机构选择3

2.3清洗瓶内表面机构设计3

2.4推瓶机构选择4

2.4.1 凸轮－铰链四杆机构方案4

2.4.2 五杆组合机构方案5

2.4.3 六杆机构5

2.5 运动方案的比较和拟定6

2.6清洗区方案设计6

2.7送瓶机构的设计7

3 机械总体结构设计7

3.1机械总体结构的设计7

3.2 机械工作循环图的编制7

4 机械传动系统设计8

4.1 机械传动系统传动比的计算8

4.2 机械传动系统机构的设计9

5 执行机构及主要零部件的设计计算9

5.1执行机构——六杆机构9

5.2六杆机构的运动学分析10

5.3传动机构参数13

5.4槽轮机构的分析13

6 最终设计方案和机构简介14

7本课程设计体会和建议15

8主要参考文献17

1 设计任务书。

1.1 设计题目

图1-1 洗瓶机工作示意图。

设计洗瓶机。如图1-1 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1-1。

表1-1 洗瓶机的技术要求。

1.2 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。

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。绘出运动线图。

5.其他机构的设计计算。

6.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，瓶子内外转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要是将瓶子沿着导辊推动，在瓶子推动过程中使瓶子旋转及刷子转动。

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。

2 机械运动方案设计。

2.1 机构组成及流程分析。

洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。洗瓶机的流程分为五个流程：进瓶、清洗瓶内表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶。

2.2进瓶机构选择。

进瓶需要实现的是将瓶子从相应的位置间歇送到推瓶机构上。为实现此运动，本方案将瓶子放入胶性皮带上，利用槽轮机构带动皮带运动来实现。如图2-1所示。

图2-12.3清洗瓶内表面机构设计。

清洗瓶内表面只需将瓶子送入带有毛刷的导轮上，利用齿轮的旋转带动毛刷旋转，进行清洗。为实现这个流程，我们把此流程安排在导辊上来实现。即在瓶子滑下斜坡到导辊的轨迹上时，导辊匀速前进的同时，毛刷插进瓶子，推动瓶子，利用转动的毛刷清洗瓶内表面。

为实现此运动我们采用了齿轮组来实现，导辊要既有前进，又要有转动，就要求导辊有类螺旋运动，我们利用类似钓鱼竿原理来实现。如图2-2。

图2-22.4推瓶机构选择。

根据设计要求，推头m可走图2 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2-1 推头m运动轨迹。

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。

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，则通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。

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，但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，所以根据要求，有如下方案(如下图所示)

2.4.1 凸轮－铰链四杆机构方案。

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2-2-1 凸轮－铰链四杆机构的方案。

2.4.2 五杆组合机构方案。

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。

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图2-2-2 五杆组合机构的方案。

2.4.3 六杆机构。

根据设计要求，一般可首先考虑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，则通过改变基础机构主动件的运动速度来满足要求，也就是让它与一个输出变速度的附加机构组合。有如下方案：

图 2-2-3 六杆机构方案。

2.5 运动方案的比较和拟定。

由设计要求知：①推瓶机构应使推头平稳地接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，即回程是个急回运动；②按生产率的要求，我们规定返回时的推头平均速度为工作推进时的推头平均速度的3倍，即推头行程速比系数k=3。

1）凸轮－铰链四杆机构方案：

分析该方案可知，原动件是凸轮，而曲柄作为从动件，有死点，必须设计有足够的措施冲过死点。由于工作行程要求是直线或近似直线，所以杆长有一定的设计限制，为设计满足要求的急回系数，还需设计合适的凸轮轮廓曲线。

2）五杆组合机构方案。

在五杆机构中，有两个输入构件，按照预定的轨迹要求和急回系数，设计杆长和基础构件的轮廓曲线。设计的方法主要为解析法和**法，前者精确但计算复杂，后者相对简单但有一定的误差。总体难度较大。

3）六杆机构。

在满足设计要求的前提下还有以下优点：①该机构的运动副全为低副，并且运动副元素间便于润滑，故可传递较大载荷；②运动副元素的几何形状简单，便于加工制造；③运行过程中：推头右行时，速度较低且均匀，可以提高推瓶质量；推头左行时，由于有急回作用，速度较高，可提高生产率。

综上所述，采用六杆机构的方案显然较有优势，省去了设计凸轮轮廓曲线的繁杂。有较强的可操作性。

2.6清洗区方案设计。

当瓶子进入清洗区域后，可以以多种的运动方式实现过程，可以是圆周运动，也可以是直线运动。所以我们可以用双辊清洗机构，其根据两根导棍的同时同向转动带动瓶子的转动，在这个机构中瓶子沿着本身轴线做直线运动，在工作效率上较其他机构具有一定的优势，而且能够很好的保证工作的平稳性。如图2-3所示。

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