1、機械原理課程設計-洗瓶機院 系： 工學院機械系 專 業： 機械工程及自動化 年 級： 2009級 學生姓名： 楊 濤 學 號： 200903050742 指導教師： 蘇艷萍 同 組 人： 馮 育 俊 2011年10月機械原理課程設計說明書 目錄 一、 設計任務書31、1 設計題目31、2 設計任務41、3 設計要求4二、洗瓶機流程分析及運動方案設計52、1 流程分析52、2 運動方案設計-6三、機械總體結構設計9四、執行機構和傳動部件的結構設計11五、洗瓶機的流程分析12六、兩種方案的評價比較136、1 第一種方案146、2 第二種方案15 6、3 最佳選定方案17七、 設計總結18一、設計任

2、務書1、1 設計題目圖1 洗瓶機工作示意圖 設計洗瓶機。如圖1 所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉。當推頭M把瓶子推向前進時，轉動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前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。洗瓶機的技術要求見表1。表1 洗瓶機的技術要求方案號瓶子尺寸（長×直徑）mm，mm工作行程mm生產率個/min急回系數k電動機轉速r/minA100×2006003314401、2 設計任務 （1）. 洗瓶機應包括齒輪、平面連桿機構等常用機構或組合機構（2）.畫出機器的機構運動方案簡圖和運動循環圖。（3）.設計組合機構實現運動要求，并對從動

3、桿進行運動分析。也可以設計平面連桿機構以實現運動軌跡，并對平面連桿機構進行運動分析。繪出運動線圖。（4 ）.其他機構的設計分析。（5）.編寫設計計算說明書。1、3 設計要求1.3.1工作原理為了清洗瓶子，需將瓶子推入同向轉動的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉，推動瓶子沿導輥前進，轉動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉以及將刷子轉動。1.3.2 原始數據（1）瓶子尺寸：長度L=100mm，直徑D=200mm。 （2）推進距離S=600mm，推瓶機構應使推移接近均勻的速度推瓶，平穩地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環。（3）按生產率每分

4、鐘3個的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （4）電動機轉速為1440 r/min。（5）急回系數3。二、洗瓶機流程分析及運動方案設計2、1 流程分析洗瓶機的流程分為五個流程：進瓶、清洗瓶內表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶。2、2 運動方案設計（1）、進瓶機構選擇進瓶需要實現的是將瓶子從相應的位置間歇送到推瓶機構上。為實現此運動，本方案將瓶子放入膠性皮帶上，利用槽輪機構帶動皮帶運動來實現。如下圖2所示： 圖2（2）、清洗瓶內表面機構設計 清洗瓶內表面只需向瓶中送入帶有毛刷的導輪上，利用齒輪的旋轉帶動毛刷旋轉，進行清洗。為實現這個流程，我把此流程安排在

5、導輥上來實現。即在瓶子滑下斜坡到導輥的軌跡上時，導輥勻速前進的同時，毛刷插進瓶子，推動瓶子，利用轉動的毛刷清洗瓶內表面。，為實現此運動我采用了齒輪輪來實現，導輥要既有前進，又要有轉動，就要求導輥有伸縮旋轉的作用，我利用釣魚竿原理來實現，如下：圖3（3）、推瓶機構設計設計的推瓶機構應使推頭M以接近均勻的速度推瓶，平穩地接觸和脫離瓶子，然后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環。根據設計要求，推頭M可走圖4 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。圖4推頭M運動軌跡對這種運動要求，若用單一的常用機構是不容易實現的，通常要把若干個基本機構組合，起來，

6、設計組合機構。A、推瓶機構選擇推瓶機構的方案：根據前述設計要求,推瓶機構應為一具有急回特性的機構,為了提高工作效率,一是行程速比變化系數K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應使推頭作直線運動,或者近似直線運動,以保證工作的穩定性,這些運動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。推頭的運動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機構主要有曲柄滑塊機構,曲柄轉動導桿機構和曲柄擺動導桿機構。運用前述設計的思想方法,再考慮到機構的急回特性和推頭做往復直線運動的特點， 所以根據要求，本機構采用五桿組合機構（由凸輪、齒輪和連桿機構組合而成）。B、五桿組合

7、機構方案結構特點：鉸鏈帶動齒輪轉動，齒輪帶動渦輪轉動，根據渦輪的轉動，結合桿組，從而實現推頭的急回運動。即前進時間大于返回時間和返回時間大于前進時間。 確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩自由度的連桿機構都具有精確再現給定平面軌跡的特征。點M的速度和機構的急回特征，圖3 所示為兩個自由度五桿低副機構，1、4為它們的兩個輸入構件，這兩構件之間的運動關系用凸輪、齒輪或四連桿機構來實現，從而將原來兩自由度機構系統封閉成單自由度系統（如下圖所示）。圖5如圖上所示，桿4的上升運動可以使推頭在水平面上正常的工作，使推桿機構達到工作的平穩性與高效性。另外，此機構結構簡單，安全性高，急回特性顯著，便于

8、制作，但是要注意預防死點的發生，以免出現頂死現象(4)、清洗區方案設計當瓶子進入清洗區域后，可以以多種的運動方式實現過程，可以是圓周運動，也可以是直線運動。所以我們可以用雙輥清洗機構，其根據兩根導棍的同時同向轉動帶動瓶子的轉動這一原理設計的，在這個機構中瓶子沿著本身軸線做直線運動，在工作效率上較其他機構具有一定的優勢，而且能夠很好的保證工作的平穩性。如下圖所示：（5） 、送瓶機構的設計 送瓶機構要實現的是將清洗干凈的瓶子勻速的送到指定的位置。我在推瓶的 末端設計一個瓶子滑落的斜面臺，將洗好的瓶子隨斜臺滑到有一定摩擦的皮帶上，再由皮帶送走瓶子如圖7示： 圖7三、機械總體結構設計 圖8 為了實現進

9、瓶、清洗瓶內表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶，首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構間歇的送到導輥軌跡上，轉動的毛刷通過五桿組合機構帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導桿的推動和旋轉下邊前進邊清洗內表面，推動瓶子沿導輥前進，再由外面轉動的刷子將瓶子外表面洗凈。它的主要運動是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉以及將刷子轉動，最后滑入送瓶機構送出。要實現上述分功能,有下列工藝動作過程:(1)皮帶做間歇直線運動；(2)瓶子由皮帶到導輥的滑動；(3)內表面毛刷勻速推進和自身旋轉； (4)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置; (5)在推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉

10、動的導輥轉動; (6)同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉動,當瓶子沿導輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈; (7)在瓶子移動過程中,清洗內表面的刷子同時在瓶子內轉動,動作結束,則刷子移出瓶外. (8)瓶子離開皮帶,而推瓶機構急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環.（9）洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉動的皮帶送出；四、執行機構和傳動部件的結構設計本機構由導輥和刷子組成：（1）刷子由三個互相嚙合的齒輪帶著它們不停的轉動，而使它能夠保持不間斷的接觸，清洗污垢。 （2）導輥的運動由定軸帶輪來完成，兩個帶輪的同向旋轉帶動導輥的同向轉動，而帶動瓶子轉動。導輥的俯視圖如下：（3）推瓶機構和洗瓶機構組合本機構

11、采用了五桿組合機構（ 如下頁圖示 ），齒輪機構，瓶子的運動分為直線運動和轉動，直線運動由五桿組合機構來完成，瓶子的轉動由同向轉動的導輥來完成。利用瓶子的運動來清洗瓶子的內外表面。 刷子的運動由完成不同的功能來決定。清洗瓶子的刷子由三個互相嚙合的齒輪帶著它們不停的轉動，而使它能夠保持不間斷的接觸，清洗表面污垢。（4）傳動機構最終選用的機構中刷子的轉動軸、導輥的軸、執行機構主動件的軸兩兩垂直。所以通過帶輪傳動來實現各方向的改變 五、洗瓶機流程分析 按生產率的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的均速度為工作時的平均速度的三倍。工藝動作分推瓶和洗瓶兩部分，具體過程如下： (1)電動機轉動的同

12、時，通過最末端齒輪帶動皮帶做間歇直線運動； (2)通過皮帶末端的槽輪將瓶子由皮帶滑到導輥的軌跡上；(3)在由旋轉的推頭將將瓶子內表面刷刷凈，同時帶動瓶子向前運動； (4) 推頭作直線近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置； (5) 在推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉動的導輥轉動；(6) 同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉動,當瓶子沿導輥移動時,瓶子的外表面就清洗干凈；(7) 在瓶子移動過程中,清洗內表面的刷子同時在瓶子內轉動,動作結束,則刷子移出瓶外；(8)瓶子洗凈后離開導輥,而五桿機構急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環。(9)洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉動的皮

13、帶送出；六、兩種洗瓶機設計方案評估6、1 第一種方案圖：為了實現進瓶、清洗瓶內表面、推瓶、清洗瓶外表面、送瓶，首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構間歇的送到導輥軌跡上，轉動的毛刷通過五桿組合機構帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導桿的推動和旋轉下邊前進邊清洗內表面，推動瓶子沿導輥前進，再由外面轉動的刷子將瓶子外表面洗凈。它的主要運動是將瓶子沿著導輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉以及將刷子轉動，最后滑入送瓶機構送出。要實現上述分功能,有下列工藝動作過程:(1)皮帶做間歇直線運動；(2)瓶子由皮帶到導輥的滑動；(3)內表面毛刷勻速推進和自身旋轉； (4)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置

14、; (5)在推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉動的導輥轉動; (6)同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉動,當瓶子沿導輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈;(7)在瓶子移動過程中,清洗內表面的刷子同時在瓶子內轉動,動作結束,則刷子移出瓶外. (8)瓶子離開皮帶,而推瓶機構急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環.（9）洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉動的皮帶送出； 6.2 方案二總體方案簡圖 方案二運動說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經過減速箱減速，再經過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉。 導輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導輥轉動；再由齒

15、輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導輥轉動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導輥轉向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉方向一樣。進瓶機構傳動：進瓶機構借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構傳動：洗瓶機構是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們三個齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉向、轉速相同。三個齒輪又

16、把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉來清洗瓶子的外表面。推瓶機構傳動：由蝸輪蝸桿A帶動齒輪16，再由齒輪16傳給凸輪的齒輪，再由凸輪的齒輪帶動凸輪-鉸鏈四桿機構來實現推瓶機構往復運動。3、 兩種方案評價比較： （1）、運動鏈的長短:兩種方案都比較簡單，運動鏈的長度也差不多，但方案二構件數目少一些，簡單一點。 （2）、機構的排列順序：兩種方案的排列順序都不是很合理，方案一中，有渦輪蝸桿傳動，以傳動動力為主，應該將渦輪蝸桿機構布置在高速級，齒輪機構在低速級，但方案一中有嚴格按照這樣分布。方案二中有帶傳動時（進瓶與出瓶機構），這種摩擦傳動外廓尺寸較大的機構一般安排在運動鏈的起始端，而其沒有，也不是十

17、分合理。 （3）、傳動比分配：兩個用的構件差不多，但是方案二中洗瓶刷子用帶傳動，其現實制作麻煩，且誤差大，所以方案一傳動比更合理一些。 （4）、運動副的形式：兩種方案用的運動副都差不多，在推瓶機構上，方案一、二中都很好，但方案二精度更高一些。但方案一中簡單一些，成本低。 （5）、機械效率：在這方面方案一中大多采用齒輪傳遞，精度較高。而方案二中含有帶傳動等效率低的機構，所以機械效率比方案一稍低一些。 6、3 最后選定方案方案二總體方案簡圖 方案二運動說明首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經過減速箱減速，再經過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉。 導輥傳動：由齒輪3帶

18、動齒輪4使外面一根導輥轉動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導輥轉動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導輥轉向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉方向一樣。進瓶機構傳動：進瓶機構借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉，再由軸帶動蝸輪蝸桿B，然后蝸輪蝸桿B帶動齒輪9，再由齒輪9帶動間歇機構槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構傳動：洗瓶機構是通過齒輪6帶動齒輪8，齒輪8帶動軸轉動，再由軸帶動蝸輪蝸桿C，然后再通過蝸輪10傳給齒輪13，而齒輪13通過左右各一個小齒輪（齒輪12和齒輪14）傳給同尺寸的齒輪11和齒輪15，這樣也保證了它們三個齒輪（齒輪11、齒輪13和齒輪15）轉向、轉速相同。三個齒輪又把動力傳給刷子，通過