*大學 課 程 設 計 課程設計名稱： 洗 瓶 機 學 生 姓 名： * * 學 院： * 專業(yè)及班級 ： * 學 號： * 指導教師： * 2009 年 1 月 5 日 摘 要 本次課程設計從洗瓶機的工作原理入手，主要設計洗瓶機的推瓶機構(gòu)，從兩種方案中選擇優(yōu)化方案，實現(xiàn)給定的推瓶運動軌跡。 洗瓶機構(gòu)由一對同向轉(zhuǎn)動的導輥和三只刷子轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)子所組成。為了清洗圓形瓶子外面，需將瓶子推人同向轉(zhuǎn)動的導輥上，可以帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，同時導輥上開有螺紋，推動瓶子沿導輥前進，轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。在導輥軸向上依次排列 3 把可旋轉(zhuǎn)的刷子，保 證在整個導輥長度上對瓶子進行清洗，確保瓶子的清潔。 主要設計了兩種推瓶方案，一種單一機構(gòu)和一種組合機構(gòu)，通過分析比較，最終采用凸輪 全移動副的四連桿機構(gòu)。 目 錄 一、 設計任務書 二、 設計題目 三、 技術要求 四、 設計 要求 五、 系統(tǒng)工作原理 六、 機構(gòu)方案的比較分析與優(yōu)選 七、 機構(gòu)設計計算與分析過程 八、 機構(gòu)運動簡圖 九、 設計體會 十、 參考文獻 設計任務書 （ 1） 設計目的 深化對機械原理課程中的基本原理和方法的理解與應用，提高學生利用技術資料、設計分析與運算以及繪圖的能力，能擬定和分析簡單 實用機構(gòu)的設計方案。 （ 2） 學生提交設計期限 在學期的第 17 周內(nèi)完成，自 2008 年 12 月 22 日至 2008 年 12 月27 日，各班學習委員收集本班課程設計在周末統(tǒng)一交給指導老師評閱。 （ 3） 本設計的參考教材 配套教材機械原理課程設計指導書 參考教材機械運動方案及機構(gòu)設計 機械原理課程設計手冊 （ 4） 設計題目的選定 設計題目可在配套教材機械原理課程設計指導書的第 8 章或機械運動方案及機構(gòu)設計的設計題目或機械原理課程設計手冊p225 頁中按興趣選取，鼓勵按個人興趣 或 2-3 人共同設計某種實用小機構(gòu) （ 5） 設計成果及設計說明書主要章節(jié) 5.1 設計成果：機械工作原理圖和機構(gòu)運動簡圖 A3 各一張，說明書一 份 10 頁左右 5.2 設計說明書主要章節(jié)：（ 1）封面（ 2）設計任務書（ 3）摘要（ 4）目錄（ 5）正文章節(jié)（ 6）設計體會（ 7）參考文獻 （ 6） 設計所占學分及成績評定 本設計單獨記學分及成績：占 1 學分；考核與評分主要考查三個方面：（ 1）學生平時出勤及工作態(tài)度；（ 1）機構(gòu)設計圖紙、說明書的正確性、難度；（ 1）圖紙、說明書的整潔、規(guī)范程度且是否為獨立完成。最后由指導老師綜合三 方面評分給出課程設計考核的最終成績 （ 7） 設計進度與答疑 確定設計題目及討論并選定方案： 0.5-1 天 機械工作原理圖、運動循環(huán)圖、機構(gòu)設計計算與分析 1.5 天 機構(gòu)運動分析、力分析、機構(gòu)運動簡圖： 1.5 天 整理設計說明書： 1 天 成績評定： 0.5 天 設計題目： 洗瓶機主要由推瓶機構(gòu)、導輥機構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機構(gòu)組成。如下圖所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當推頭 M 把瓶子向前推進時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗干凈。當一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導輥待推。 推 頭洗瓶機工作示意圖 洗瓶機的技術要求見下表： 方案號 瓶子尺寸 （長直徑）/(mm,mm) 工作行程 /（ mm） 生產(chǎn)率 /（個 /min） 急回系數(shù) K 電動機轉(zhuǎn)速 /(r/min) A 100 200 600 3 3 1440 B 80 180 500 4 3.2 1440 C 60 150 420 5 3.5 960 設計 要求 ： （ 1） 洗瓶機應包括齒輪、平面連桿機構(gòu)等常用機構(gòu)或組合機構(gòu)。學生應提出兩種以上的設 計方案并經(jīng)過分析比較后選定一種進行設計。 （ 2） 設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。 （ 3） 繪制機器的機構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。 （ 4） 設計組合機構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進行運動分析。也可以設計平面連桿機構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機構(gòu)進行運動分析，繪出運動線圖。若采用凸輪機構(gòu)，要求用圖解法設計凸輪。 （ 5） 其他機構(gòu)的設計說明。 （ 6） 編寫設計計算說明書。 （ 7） 學生可進一步完成：洗瓶機推瓶機構(gòu)的計算機動態(tài)演示等。 系統(tǒng)工作原理： 設計的推平機構(gòu)應使推頭 M 以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán) 。 根據(jù)設計要求，推頭 M 可走如下圖的所示軌跡，而且推頭 M 在工作行程中應作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回特性。 對這種運動要求，若用單一的常用機構(gòu)時不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構(gòu)組合起來，設計組合機構(gòu)。 在設計組合機構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構(gòu)（基礎機構(gòu)），而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎機構(gòu)主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構(gòu)組合。實現(xiàn)本題要求的機構(gòu)方案由很多，可用多種機構(gòu)組合來實現(xiàn)。 推頭 M 的運動軌跡 機構(gòu)方案的比較分析與優(yōu)選 ： 方案一：曲柄搖桿機構(gòu)方案 （如下圖所示）： （ 1） 滿足條件： 當曲柄搖桿機構(gòu)四桿滿足下列條件時： BC=CM=CD=2.5AB AD=2AB 曲柄從 a 運動至 b，點 M 則從 a1 運動至 b1，其軌跡近 似 一條直線。 （ 2） 機構(gòu)優(yōu)點 ： 結(jié)構(gòu)簡單，設計計算方便，由急回特性，全是回轉(zhuǎn)低副，不易自鎖。 （ 3）機構(gòu)設計計算 ： 原動件長度的選擇： 選取洗瓶機的技術要求 方案 A，即其工作行程為 600mm。則此時當原動件在 a 時， M 在 a1； 原動件在 b 時， M 在 b1，且此時 b、 a、 b1 在一條直線上，故只需求出 a1ab1 的 大小 ，根據(jù)四桿 的 比例關系可 以 求得a1ab1=53.13，從而求得原動件桿 AB 與行程 L 的關系： L=4.12|AB|，故此時 |AB|=145.53mm。 機構(gòu)的最小傳動角 min 發(fā)生在曲柄與機架重合的位置 ： 1=arccosBC*BC+CD*CD-(AD-AB)2 2BC*CD 2=arccosBC*BC+CD*CD-(AD+AB)2 2BC*CD min =min 1, 2 經(jīng)計算可得 min=47.2 此時滿足 min 40 50，使機構(gòu)傳力性能良好。 計算機 構(gòu)的極位夾角 可得： =22 故此機構(gòu)的急回系數(shù)由公式 K=（ 180 +） /（ 180）可求得：K=1.28。 由 作圖可知，機構(gòu)的急回行程在工作行程 L 上有一小段，返回行程中一段也不具備急回特性。且要滿足預定軌跡的四桿機構(gòu)急回特性并不明顯，顯然達不到洗瓶機的技術要求，故不優(yōu)先考慮此機構(gòu) 。 方案二：凸輪 全移動副四連桿機構(gòu)方案 如上圖所示為全移動副絲桿機構(gòu)是兩自由度構(gòu)件，構(gòu)件 2 上的點 M可精確再現(xiàn)給定的軌跡，構(gòu)件 2 的運動速度和急回特性有凸輪控制 。 （ 1）滿足條件 ： 欲使點 M 的軌跡滿足工作過程預定軌跡，應使 凸輪基圓半徑確定；而兩原動件的轉(zhuǎn)速應不相同，這樣能使其回程具有急回特性； 由于此凸輪機構(gòu)的速度不高（生產(chǎn)率為 3 5 個 /min），作用力不大，故可采用尖頂推桿，且可用對心盤型直動凸輪。 （ 2）機構(gòu)優(yōu)點 ： 只要適當?shù)卦O計凸輪地輪廓曲線，就可以使推桿得到各種預期的運動規(guī)律，而且相應快速，機構(gòu)簡單緊湊，且精確度很高。 （ 3）機構(gòu)設計計算 ： 由運動軌跡可知，凸輪 1 的運動規(guī)律為等加速等減速和正弦規(guī)律的組合， 取 min= =30，則由公式 r0 （ ds/d e） /tan s2+e2，式中 ds/d =v/，其中 v、由技術要求可求，取 v=0.06m/s， =0.314rad/s， e=0， s=0.233m。帶入公式 可算得 r0 0.13m，故取基圓半徑為 r=0.15m。 對于凸輪 2， s=0.733m，故可得此時 r0 0.50m，取 r=0.5m。 由上計算可知，凸輪 2 的凸輪尺寸過大，為使機構(gòu)機構(gòu)緊湊，應使凸輪偏置。這樣可以適當?shù)臏p小凸輪基圓半徑。 機構(gòu)運動簡圖： 見 A3 圖紙 設計體會 ： 經(jīng)過將近一周的時間，機械原理的課程設計已經(jīng)接近尾聲。這是進入大學以來的第一次課程設計，從剛開始的不知從何處 下手，到慢慢地找資料解決問題，盡管其中存在著許多的問題，但基本還是叫人滿意的。 剛一開始自己就想做一個關于凸輪方面的課程設計，首先想到的是老師上課提到的寫字機，后來感覺 很多技術性的東西自己并不能掌握，就另找題目了。通過參考機械原理課程設計指導書后面的幾個設計題目，最終選擇了洗瓶機，我想主要原因也是自己想設計其推瓶機構(gòu)的雙凸輪 全移動副的設計，因為其工作原理和寫字機的一致。在自己設計凸輪機構(gòu)中，也參考一些有關凸輪的書籍，書上 關于凸輪的設計專業(yè)性很強，感覺和平時上課的內(nèi)容相差許多，對于這些知識的把握并不是很理想。 在作圖階段也存在一些問題，首先 A3 紙上的圖比列選取不好，導致某些部分并沒有按規(guī)定的比例尺，且由于對以前所學機械制圖的遺忘，并沒有使圖完全按照標準來畫，我想這也與時間較緊有一定的關系吧。再次，自己的 AutoCAD 制圖水平基本回歸到零，主要是基本沒用過，這次課程設計在這一點上也很有感觸：知識只有經(jīng)常運用才不會陌生。 本次課程設計是第一次將所學運用到實踐，可以說是 一次全面的學習，這樣的學習機會是很難得的。自己提出問題，解決問題，盡管有困難， 但使我們受益匪淺。 本次課程設計存在著以下問題：（ 1）對計算 部分缺乏周詳?shù)牟襟E，也不夠全面；（ 2）缺少與同學間的交流討論，也沒有向指導老師進行咨詢；（ 3） A3 圖紙上作圖