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1、 機械原理課程設(shè)計說明書 學(xué) 院： 機 械 工 程 學(xué) 院 專 業(yè)： 材料成型與控制工程 班 級： XXXXXXXXXXXXXXX 學(xué)生姓名： XXXXXXXXXXXXXXX 指導(dǎo)教師： XX X X 二 零 XX 年 X 月XX 日 目錄 1.課程任務(wù)設(shè)計書...................................................................................... 3 2.洗瓶機簡介 ...........

2、...................................................................................4 3.方案的設(shè)計思路與評價................................................................. ...... 5 3.1推頭的設(shè)計....................................................................................... 5 3.1.1平面連桿機構(gòu)..............

3、............................................................5 3.1.2凸輪鉸鏈四桿機構(gòu).................................................................5 3.1.3擺動導(dǎo)桿與連桿組合機構(gòu)...................................................6 3.2洗瓶部分的設(shè)計方案..................................................................... 7

4、 4.尺寸計算......................................................................................... ...........7 4.1推瓶部分的尺寸設(shè)計......................................................................7 4.2輪系的設(shè)計........................................................................................8 5

5、.機構(gòu)的運動分析與力分析....................................................................9 5.1整體的運動分析...............................................................................9 5.2機構(gòu)任意兩個位置的運動分析...................................................11 5.2.1第一位置.........................................

6、..........................................11 5.2.2第二位置...................................................................................14 5.3機構(gòu)任意兩個位置的動力分析.................................................. 16 5.3.1第一位置............................................................................

7、.......16 5.3.2第二位置...................................................................................18 5.4原動件受力分析.............................................................................. 21 6.機構(gòu)動態(tài)仿真與三維立體圖...............................................................22 6.1推頭的動態(tài)仿真.....

8、......................................................................... 22 6.2整體的三維立體圖............ .............................................................23 7.機構(gòu)的動態(tài)分析...................................................................................... 24 7.1推頭的速度曲線圖..................

9、........................................................24 7.2推頭的加速度曲線圖..................................................................... 24 8.心得感想......................................................................................... ...........25 9.參考文獻...................................

10、...................................................... ...........25  1．課程設(shè)計任務(wù)書 1.1設(shè)計題目： 洗瓶機 1.2工作原理及工藝動作過程 為了清洗圓形瓶子外面，需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進，轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。 它的主要動作：將到位的瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程利用導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。 全套圖紙加153893706 1.3原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求 1）瓶子尺寸。大端直徑d=80mm，長l=200mm。 2）推進距離L=600

11、mm，推瓶機構(gòu)應(yīng)使推頭以接近均勻的速度推瓶，平衡地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環(huán)。 3）按生產(chǎn)率的要求，推程平均速度為=45mm∕s，返回時的平均速度為工作行程平均速度的3倍。 4）機構(gòu)傳動性能良好，結(jié)構(gòu)緊湊，制造方便。 1.4設(shè)計方案提示 1）推瓶機構(gòu)一般要求推頭工作時作近似直線軌跡，回程時軌跡形狀不限，但不能反向撥動瓶子。由于上述運動要求，一般采用組合機構(gòu)來實現(xiàn)。 2）洗瓶機構(gòu)由一對同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥和三只刷子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子所組成?？梢酝ㄟ^機械傳動系統(tǒng)來完成。 1.5設(shè)計任務(wù) 1）根據(jù)上述運動要求擬定運動循環(huán)圖。 2）進行推瓶機構(gòu)和洗瓶機構(gòu)的選型，實現(xiàn)

12、洗瓶動作要求。 3）機械運動方案的評定和選擇。 4）根據(jù)選定的電動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案。 5）畫出機械運動方案簡圖（機械運動示意圖）。 6）對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算。 1.6設(shè)計工作量 1、圖紙1張（機械運動方案簡圖）。 2、設(shè)計說明書一份。 2.洗瓶機簡介 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，玻璃瓶作為一種經(jīng)濟實用的液體承載器皿開始在人們生活中大量出現(xiàn)。無論啤酒、白酒等酒類，還是醋、醬油等調(diào)味品，抑或輸液瓶藥品瓶等，到處都是玻璃瓶的身影。為了節(jié)約能源、降低成本，大多數(shù)企業(yè)都進行舊瓶的回收利用。這里就不得不面臨一個問題，就是玻璃瓶的清洗。因為無論是

13、盛裝飲品或者藥品，都要求瓶子的清潔衛(wèi)生。 傳統(tǒng)的生產(chǎn)當然主要是靠人工來清洗，但人工清洗效率較低且需要較多的勞動力資源，既不利于連續(xù)生產(chǎn)，也加大了企業(yè)的勞動力成本，這無疑是企業(yè)所無法接受的。 現(xiàn)代大型企業(yè)一般多采用超聲波式、回轉(zhuǎn)式、沖洗式等大型洗瓶設(shè)備，這些設(shè)備技術(shù)先進，生產(chǎn)效率高且洗瓶效果好，但是價格昂貴，產(chǎn)品維修困難，對于一些起步階段的民營企業(yè)、小企業(yè)甚至作坊式企業(yè)來說，并不是理想的選擇。 因此，我們迫切需要一種產(chǎn)品，既能快速高效地完成一整套洗瓶過程，又不需要一些復(fù)雜易損的高科技設(shè)備，價格低廉、能為廣大初級用戶所接受，成為他們提高生產(chǎn)效率的可靠助手，這也是我們設(shè)計的出發(fā)點。 目前國內(nèi)

14、市場上洗瓶機有扭道式，箱式，滾筒式和立式多種，而且這些洗瓶機一般都是在大型企業(yè)里應(yīng)用的。在工廠一般都是采用毛刷刷洗，并且為了提高清潔程度，不得不使用大量的水和化學(xué)清洗劑，這也加劇了后續(xù)漂洗工作的困難。 國內(nèi)外關(guān)于針對家庭類容器清洗裝置的研究很少?，F(xiàn)在市面上有一些涮碗機，其動力裝置是類似與洗衣機一樣的波輪，一旦遇到難以清洗的器皿時，效果就會大大降低甚至有些容器根本無法清洗干凈?，F(xiàn)在也出現(xiàn)一些利用超聲波清洗的等新型清洗裝置，由于成本過高限制了其普及的程度，因此有必要進一步開展適用于家庭、飯店等經(jīng)濟實用的、自動化程度更高的清洗機的研究。 3.方案的設(shè)計思路與評價 3.1推頭的設(shè)計 3

15、.1.1 平面連桿機構(gòu) 此方案完全采用平面連桿設(shè)計，桿數(shù)較多，雖然容易制造，具有壓強小、磨損輕、易于加工和幾何形狀能保證本身封閉等優(yōu)點,但由于推程較長，必然會導(dǎo)致機構(gòu)上的動載荷和慣性力難平衡，會有累積誤差，且效率低,它難以準確實現(xiàn)預(yù)期運動，設(shè)計計算復(fù)雜,桿多且穩(wěn)定性差而且推頭的回程軌跡為曲線，需額外耗一部分能量將其舉高,且在由回程轉(zhuǎn)工作時必然會與機架發(fā)生碰撞，故原不如讓推頭始終走直線，所以舍棄方案一 。 3.1.2 凸輪鉸鏈四桿機構(gòu) 此洗瓶機的推瓶機構(gòu)運用凸輪機構(gòu)使推頭的運動可以由凸輪的外輪廓線來確定，而連桿機構(gòu)可以使凸輪的推程放大，達到設(shè)計

16、題目要求的行程速度系數(shù)比K=3。 這種方案設(shè)計中：軌跡要求，傳動比要求，急回特征和系數(shù)要求均可滿足，但它會產(chǎn)生機構(gòu)自鎖。原動件不是最短桿，當1,2桿重合，亦即在兩個極限位置。四桿機構(gòu)出現(xiàn)死點，曲柄會被完全卡死，而解決機構(gòu)自鎖問題通常只能采用飛輪或者引入其他機構(gòu)。這一機構(gòu)本身就有點復(fù)雜。加上解決機構(gòu)自鎖的裝置后，其復(fù)雜性更大。 此外，凸輪的輪廓的設(shè)計有很大的難度，需要與四桿機構(gòu)的運動嚴格一致，否則也會使四桿機構(gòu)無法走完整個完整行程而失敗。再有，機構(gòu)無法通過力封閉來帶動四桿機構(gòu)，只能通過幾何封閉，這樣也會給機構(gòu)帶來不必要的麻煩，比如說會增大機構(gòu)內(nèi)的摩擦，影響機構(gòu)的質(zhì)量及效率。實驗測量的誤差是無

17、法避免的，這點是很難達到標準的。 速度控制方面：由凸輪傳遞到推桿末端，需要有中間桿件的傳遞。這在設(shè)計速度的時候會帶來很大的麻煩，還需要分析中間桿件的速度。 從制造成本來看：這么復(fù)雜的機構(gòu)，不僅材料要很多，工藝要求也較精細。特別是凸輪的生產(chǎn)，會比桿件的生產(chǎn)復(fù)雜得多。這會大大增加制造成本。 維修方面：任一零件壞了都將導(dǎo)致機器無法運轉(zhuǎn)，由于零件較多，機器壞的概率理論上增大。 設(shè)計方面：如此多的問題需要解決，在短短的2星期內(nèi)很難完成。四桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)，四桿機構(gòu)跟凸輪機構(gòu)的配合，速度分析，機構(gòu)自鎖等等，這些都是比較耗時間的。 綜合以上種種原因，我們最終放棄了這個方案。 3.1.3 擺

18、動導(dǎo)桿與連桿組合機構(gòu) 此方案是一個擺動導(dǎo)桿與連桿組合機構(gòu)。 這是我們最終的方案；此洗瓶機的推頭部分采用了牛頭刨床的核心思想，題目要求行程速度系數(shù)比K=3，也就是說曲柄滑塊機構(gòu)的極位夾角為90度，運用這個機構(gòu)就很容易實現(xiàn)了，而且題目要求推頭的推程為600mm，此機構(gòu)也很容易滿足，而且結(jié)構(gòu)緊湊，而且只要將導(dǎo)桿利用轉(zhuǎn)動副鏈接在另一個拐桿上，便能實現(xiàn)推頭在水平面運動，則推頭幾乎能很平穩(wěn)地推進瓶子。其優(yōu)點為工作行程近似均速,且制作較簡便,且承受的負載能力大. 3.2洗瓶部分的設(shè)計方案 導(dǎo)輥是給定的,加之為保證瓶子的安全，故瓶子只能平躺放置，無需再作其他設(shè)想。 4.尺

19、寸計算 4.1推瓶部分的尺寸設(shè)計 由返回時的速度是推程時的速度的3倍，可以得出行程系數(shù)比為3，可計算得到極位夾角為90度，所以機構(gòu)的兩個極限位置如上圖所示。 已知AE=600 mm，∠BOD=90°，CE=CA. 計算可得AC=2AF=300×2=424.26 mm OB和OD的長取150mm，所以O(shè)C=212.13mm 工作行程的平均速度為45MM/S,而空回的速度為135MM/S,所以工作所用時間=600/45≈13.3秒, 回來所用時間=600/135≈4.4秒,所以總時間應(yīng)為17.7秒,因為題目中所要求的皆為平均速度, 所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為18秒。

20、 4.2輪系的設(shè)計 一般電機的轉(zhuǎn)速為1440r／min,其軸上裝有齒數(shù)為10的齒輪1，與齒數(shù)為50的齒輪2嚙合，將其速度降至288r／min. 通過齒數(shù)為2的蝸桿3與齒數(shù)為42的渦輪4嚙合，將速度降至14r／min,再通過傳動比為1∶4的皮帶1將速度降至所需要的3.4r／min. 導(dǎo)軌的速度設(shè)定為48r／min,通過傳動比為1∶6的皮帶2就可以實現(xiàn)。 刷子的速度設(shè)定為72r/min，通過傳動比為1∶4的皮帶3就可以實現(xiàn)。 齒輪 模數(shù) 齒數(shù) 1 2 10 2 2 50 3（蝸桿） 2 2 4（渦輪） 2 42 皮帶輪 半徑（mm） 皮帶1 輪

21、1 25 輪2 100 皮帶2 輪3 20 輪4 120 皮帶3 輪5 25 輪6 100 5.機構(gòu)的運動分析與力分析 5.1 整體運動分析 取機構(gòu)在左極限位置時推頭的位移為X=0，可得出推頭隨搖桿OB轉(zhuǎn)動的位移函數(shù)： 可得其位移圖像，如下圖： 對位移函數(shù)求一次導(dǎo)數(shù)，可得其速度函數(shù)，圖像如下圖： 對位移函數(shù)求二次導(dǎo)數(shù)，可得其加速度函數(shù)，其圖像如圖： 5.2機構(gòu)任意兩個位置運動分析 5.21 第一位置（105°OAB′C′D′） ①速度分析 根據(jù)原動件1的角速度ω，可求得點B2的速度為 VB2=VB1=ω1·LOB

22、=0.36×150= 54 mm／s AB′=350mm 對于2和3構(gòu)成的移動副，有 VB3 = VB2 + VB3B2 方向： ⊥AB ⊥OB ∥AB 大?。? ？ ω1?LOB ？ 對與4和5構(gòu)成的構(gòu)件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5 方向： 水平 ⊥AC ∥CD 大?。? ？ 已知 ？ ②加速度分析 方向：

23、B→A ⊥AB B→O ∥AB ⊥AB(逆時針) 大?。? ? ? ω3 = = 0.147 rad／s =7.56 mm／s2 LAB = 350 mm = 0.362×150 =19.44 mm／s2 =2×0.36×16.33=5.88 mm／s2 5.22第二位置（285°OAB″C″D″） ①速度分析 根據(jù)原動件1的角速度ω，可求得點B2的速度為 VB2=VB1=ω1·LOB=0.36×150=

24、 54 mm／s AB″= 111.29 mm 對于2和3構(gòu)成的移動副，有 VB3 = VB2 + VB3B2 方向： ⊥AB ⊥OB ∥AB 大小： ？ ω1?LOB ？ 對與4和5構(gòu)成的構(gòu)件 VD = VC4 = VC5 + VC4C5 方向： 水平 ⊥AC ∥CD 大?。? ？ 已知 ？ ②加速度分析 方向： B→A ⊥AB

25、 B→O ∥AB ⊥AB(逆時針) 大?。? ? ? ω3 = = 0.147 rad／s = 2.4 mm／s2 LAB = 111.29mm = 0.362×150 =19.44 mm／s2 =2×0.36×51.5=37.08 mm／s2 5.3機構(gòu)任意兩個位置動力分析 5.31第一位置 ①構(gòu)件4和5組成的桿組，分析受力情況，如圖所示 在此桿組中受到4桿慣性力PI4,重力G4，支反力R64，鉸鏈反力R35，工作

26、阻力Fr. 已知Fr= 10N G4=20N PI4= -m×a4= 列出力的平衡方程： = 0 有 PI4 + G4 + R64 + R35 + Fr = 0 方向均已知，作圖如下： ②構(gòu)件2和3組成的桿組，分析受力情況，如圖所示： 在此桿組中受到構(gòu)件5對3的反作用力R53,重力G3，轉(zhuǎn)動慣量M,慣性力PI3，R12。 已知 G3=100N J=1 ㎏·㎡ M=-J×ε= PI3=-m×a3= M與PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI= 對A點取距，由平衡關(guān)系得

27、 = 0 5.32第二位置 構(gòu)件4和5組成的桿組，分析受力情況，如圖所示 桿組中受到4桿慣性力PI4,重力G4，支反力R64，鉸鏈反力R35，由于回程無工作阻力。 已知 G4=20N PI4= -m×a4= 方向均已知，如下圖所示： 構(gòu)件2和3組成的桿組，分析受力情況，如圖所示： 在此桿組中受到構(gòu)件5對3的反作用力R53,重力G3，轉(zhuǎn)動慣量M,慣性力PI3，R12。 對A點取距，由平衡關(guān)系得 = 0 已知

28、 G3=100N J=1 ㎏·㎡ M=-J×ε= PI3=-m×a3= M與PI3合成 PI3= PI3 h=M÷PI= 5.4原動件受力分析 由以上分析可得知原動件所需力大小，如圖， 第一位置 第二位置  6.機構(gòu)的動態(tài)仿真與三維立體圖 6.1推頭的動態(tài)仿真 6.2整體的三維立體圖 7.機構(gòu)的動態(tài)分析 對機構(gòu)進行三維模擬運動，追蹤推頭的位移，得到推頭的速度加速度曲線如下： 速度曲線： 加速

29、度曲線： 以上兩圖和設(shè)計時計算的速度加速度曲線輪廓吻合。 8.心得感想 機械原理課程設(shè)計接近尾聲，經(jīng)過幾天的奮戰(zhàn)我們的課程設(shè)計終于完成了，課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我們今天認真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是 為明天能穩(wěn)健的在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。 說實話，課程設(shè)計真的有點累．然而，當我們一著手整理自己的設(shè)計成果，漫漫回味這一周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消．雖然

30、這是我剛學(xué)會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中”春眠不知曉”的感 悟． 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致．也讓我體會到了合作與雙贏的快樂。只有自己親手設(shè)計東西才知道這其中的緣由，所以也真正認識到學(xué)好機械原理的重要性。 9.參考文獻 1.《機械原理》 安子軍 國防工業(yè)出版社 2.《機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)》 龔溎義 機械工業(yè)出版社 3.《機械原理課程設(shè)計》 曲繼方 機械工業(yè)出版社 4.《機械原理課程設(shè)計》 劉毅 華中科技大學(xué)出版社 } 26