机械原理课程设计灌瓶泵

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⑵ 机械原理课程设计 洗瓶机设计

题目11 洗瓶机

11.1 设计题目

图17 洗瓶机工作示意图

设计洗瓶机。如图17 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17。

表17 洗瓶机的技术要求

方案号
瓶子尺寸

（长×直径）

mm，mm
工作行程

mm
生产率

个/s
急回系数k
电动机转速

r/min

A
φ100×200
600
15
3
1440

B
φ80×180
500
16
3.2
1440

C
φ60×150
420
18
3.5
960

11.2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。

7.学生可进一步完成：洗瓶机推瓶机构的计算机动态演示等。

11.3设计提示

分析设计要求可知：洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。设计的推瓶机构应使推头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。

根据设计要求，推头M可走图18 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18 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。

实现本题要求的机构方案有很多，可用多种机构组合来实现。如：

1.凸轮－铰链四杆机构方案

如图19 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19 凸轮－铰链四杆机构的方案

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20 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4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。

a) b)

c) d)

图20 五杆组合机构的方案

3.凸轮-全移动副四杆机构

图21 所示全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的M点可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制。这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。

图21 凸轮-全移动副四连杆机构的方案

4.优化方法设计铰链四杆机构

可用数值方法或优化方法设计铰链四杆机构，以实现预期的运动轨迹（图18 ）运动轨迹的具体数值由设计者画图确定，一般不要超过9个点的给定坐标值。

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⑺ 机械原理课程设计—洗瓶机

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图17 洗瓶机工作示意图
设计洗瓶机。如图17 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17。
表17 洗瓶机的技术要求
方案号 瓶子尺寸
（长×直径）
mm，mm 工作行程
mm 生产率
个/s 急回系数k 电动机转速
r/min
A φ100×200 600 15 3 1440
B φ80×180 500 16 3.2 1440
C φ60×150 420 18 3.5 960

11.2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。
7.学生可进一步完成：洗瓶机推瓶机构的计算机动态演示等。
11.3设计提示
分析设计要求可知：洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。设计的推瓶机构应使推头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。
根据设计要求，推头M可走图18 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18 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。
实现本题要求的机构方案有很多，可用多种机构组合来实现。如：
1.凸轮－铰链四杆机构方案
如图19 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19 凸轮－铰链四杆机构的方案
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20 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4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。

a) b)

c) d)
图20 五杆组合机构的方案
3.凸轮-全移动副四杆机构
图21 所示全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2上的M点可精确再现给定的轨迹，构件2的运动速度和急回特征由凸轮控制。这个机构方案的缺点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。

图21 凸轮-全移动副四连杆机构的方案
4.优化方法设计铰链四杆机构
可用数值方法或优化方法设计铰链四杆机构，以实现预期的运动轨迹（图18 ）运动轨迹的具体数值由设计者画图确定，一般不要超过9个点的给定坐标值。
 推瓶机构
我们设计的推瓶机构是一个具有急回特性的大推程机构，有以下几种机构可以满足设计要求：
1 、连杆机构 2 、凸轮机构
3 、组合机构 4 、不完全齿轮齿条机构

通过对几种机构特点的分析，我们选择了不完全齿轮齿
条机构作为推瓶机构

在此机构的基础上，可以通过一系列的变化来实现要求的机构运动特性

不完全齿轮机构
如图所示机构，由处在同一轴上的两个不完全齿轮（齿轮1 1′）来实现齿轮2在一个周期内有正反两个方向的转动；输出到与齿轮2同轴的齿轮，通过齿轮齿条的啮合，即得到齿条回程运动速度为推程运动速度的3倍，具有急回运动特性。

此机构具有很多优点
 具有一般齿轮机构的特点，即传动效率高、传动比准确、工作安全可靠等。
 可以通过计算准确得到输出齿轮的转速，进而得到齿条的准确运动速度。
 可以通过两个不完全齿轮的齿数比来得到推程和回程时的速度比。
此机构的输出齿轮虽然在一个运动周期内存在正转和反转两个方向的转动，但因为运动周期较长、转速较小，不会产生很大的冲击。

洗瓶机构由一对同向转动的导辊和三只刷子转动的转子所组成。为了清洗圆形瓶子外面，需将瓶子推人同向转动的导辊上，可以带动瓶子旋转，同时导辊上开有螺纹，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。在导辊轴向上依次排列3把可旋转的刷子，保证在整个导辊长度上对瓶子进行清洗，确保瓶子的清洁。

进瓶机构

出瓶机构

选定方案设计与分析
方案介绍
我们设计的机构是洗瓶机，为了清洗圆形瓶子的外面，主要有以下两个动作：
 推头慢速将瓶子推到导辊上，然后快速返回；
 导辊带动瓶子旋转，瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。
执行机构中，用不完全齿轮机构得到正反两个方向的转动，且正反转动转速比为1/3；将这样的转速通过同轴的齿轮传给齿条，转变为直线运动；在齿条的前端安装一个摩擦性的推头，并在特定的位置安装挡铁，使推头在一个周期内完成推瓶和回程。为了提高生产效率，将这样的装置平行安装两套，利用了推头在回程时竖直杆倒下不影响另一推头的特点。洗瓶机构中，用同向转动的导辊带动瓶子转动前进，转动的刷子清洗瓶的表面。

尺寸方案的设计
1 推进距离l=600mm，按生产率的要求，推程平均速度为45mm/s，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍。
得转速 n=3.4 r/min
2通过不完全齿轮机构，可以得到在一个周期内有正反两个方向的转动，且正反转角速度比为3。为了提高生产效率，将机构进行改进，由齿轮2，3分别输出，且两齿轮在一条直线上，相差半个周期
不完全齿轮1，1′有齿部分对应的弧度的比为3/1

4 导棍的尺寸
导辊d = 140 mm 转速 n = 40 r/min
导辊转速 / 瓶子转速 = 4 / 7 得瓶子的转速n= 70 r/min

⑻ 机械原理课程设计 冷霜自动灌装机，

机械原理课程设计
旋转型灌装机运动方案设计

指导教师：庄幼敏
小组成员：
机械0404 王小琛 040800404
机械0404 赵凤满 040800405

2007年1月19日

目录

1. 题目
2. 设计题目及任务 …………………………………………………………………………1
2.1 设计题目 …………………………………………………………………………1
2.2 设计任务 …………………………………………………………………………1

3．运动方案 …………………………………………………………………………2
3.1 方案一 …………………………………………………………………………2
3.1方案二 …………………………………………………………………………2
3.3方案三 …………………………………………………………………………2
3.4 凸轮式灌装机 …………………………………………………………………………4

4.运动循环图 …………………………………………………………………………4

5.尺寸设计 …………………………………………………………………………4
5.1 蜗轮蜗杆设计 …………………………………………………………………………5
5.2 齿轮设计 …………………………………………………………………………5
5.3 传送带设计 …………………………………………………………………………5
5.4 曲柄滑块设计 …………………………………………………………………………5
5.5 平行四边形机构设计 …………………………………………………………………5
5.6 槽轮的设计 …………………………………………………………………………5

6. 电算法与运动曲线图 ………………………………………………………………………6
6.1 曲柄滑块机构运动曲线图…………………………………………………………………6
6..2 平行四边形机构的运动曲线图…………………………………………………………6

7.小结 ……………………………………………………………………………………………8
7.2设计小结……………………………………………………………………………………8

8.参考数目………………………………………………………………………………………8

9.附图――方案一二机构运动简图

一、题目：旋转型灌装机运动方案设计
二、设计题目及任务
2．1设计题目
设计旋转型灌装机。在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续灌装流体（如饮料 、酒、冷霜等），转台有多工位停歇，以实现灌装，封口等工序为保证这些工位上能够准确地灌装、封口，应有定位装置。如图1中，工位1：输入空瓶；工位2：灌装；工位3：封口；工位4：输出包装好的容器。

图1 旋转型灌装机

该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见表1
表1 旋转型灌装机技术参数
方案号 转台直径
mm 电动机转速
r/min 灌装速度
r/min
A 600 1440 10
B 550 1440 12
2.2设计任务
1．旋转型灌装机应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。
2．设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出旋转型灌装机地运动方案简图，并用运动循环图分配各机构运动节拍。
4.电算法对连杆机构进行速度、加速度分析，绘出运动曲线图。用图解法或解析法设计连杆机构。
5．凸轮的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图
6.齿轮机构的设计计算。
7．编写设计计算说明书。
8.完成计算机动态演示。
2.3 设计提示
1.采用灌装泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。
2．采用软木塞或金属冠盖封口，它们可以由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入（或通过压盖模将瓶盖紧固在瓶口）。设计者只需设计作直线往复运动的压盖机构。压盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构。
3.此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台的间歇传动。为保证停歇可靠，还应有定位（缩紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位缩紧机构可采用凸轮机构等。

三、运动方案
3.1 方案一：（机构简图见附图）
用定轴轮系减速，由不完全齿轮实现转台的间歇性转动。此方案的优点是，标准直齿轮与不完全齿轮均便于加工。缺点：一方面，传动比过大，用定轴轮系传动时，占用的空间过大，使整个机构显得臃肿，且圆锥齿轮加工较困难；另一方面，不完全齿轮会产生较大冲击，同时只能实现间歇性转动而不能实现自我定位。
3.2 方案二：

灌装与压盖部分采用如图所示的等宽凸轮，输送部分采用如图所示的步进式传输机构。缺点：等宽凸轮处会因摩擦而磨损，从而影响精确度；步进式传输机构在输出瓶子的时候，需要一运动精度高的拨杆。
3.3 方案三：
1．如图所示，由发动机带动，经蜗杆涡轮减速；通过穿过机架的输送带输入输出瓶子；

由槽轮机构实现间歇性转动与定位；压盖灌装机构采用同步的偏置曲柄滑块机构，另外，在

压盖灌装机构中，分别设置了进料口、进盖口以及余料的出口，如上图所示。
此方案为我们最终所选择的方案。
2.优缺点分析。
优点：蜗轮蜗杆传动平衡，传动比大，使结构紧凑；传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小；槽轮机构能实现间歇性转动且能较好地定位，便于灌装、压盖的进行。
缺点：在平行四边行机构中会出现死点，在机构惯性不大时会影响运动的进行；由于机构尺寸的限制，槽轮需用另外的电动机来带动。
3.4 在设计过程中，曾考虑过用下图的凸轮机构作为压盖灌装机构，从而六个工位连续工作，以提高效率，但考虑到输送装置等各方面原因后，放弃了此方案。

四、运动循环图
以曲柄滑块机构的曲柄转过的角度为参考（与槽轮的导轮转过的角度相同）

工作转台

停止
转动

停止

灌装压盖机构的滑块

退

进

0 60 120 150 180 240 300 360

五、尺寸设计
5.1 蜗轮蜗杆设计：
齿数 模数（mm） 压力角（0） 螺旋角 直径（mm）
蜗轮 20 25 20 14.04 100
蜗杆 1 25 20 14.04 500

5.2 齿轮设计（下图所示的惰轮以及与其啮合的一对齿轮）——采用标准齿轮

模数（mm） 压力角（0） 齿数 直径（mm）
齿轮1 5 20 20 100
齿轮2 5 20 60 300

5.3 传送带的设计
速度：V=wr=72r/min*50mm
每两个瓶子之间的距离S: t=S/v=1/(w1/6 ) 其中 w1为转台的角速度 12r/min
解得：S＝50mm
5.4 曲柄滑块机构的计算
由机构整体尺寸，行程为137mmm ，行程速比系数K＝1.4 偏心距为50mmm 具体设计过程见图解法
5.5 平行四边形机构的设计
由于已知曲柄长度为50mm，连架杆长度为706.61mm，由平行四边形定理可得出该机构的尺寸。
5.6 槽轮的设计
L=450mm Ψ=30 ∴ R=LsinΨ ＝225 mm s＝LcosΨ＝389 mm
h≥s－（L－R－r）＝130mm d1≤2（L－s）＝60mm d2＜2（L-R-r）＝100mm
其中 L为中心距 圆销半径r＝30mm d1为拨盘轴的直径 d2为槽轮轴的直径

六、电算法与运动曲线图

6.1 曲柄滑块机构运动曲线图
滑块的位移分析

滑块的速度分析

滑块的加速度分析

由上述运动曲线图知：该机构具有急回特性，由加速度曲线知，该机构冲击较小。

6.2 平行四边形机构的运动曲线图
对A点进行位移、速度、加速度分析：

A点的加速度曲线

位移曲线

速度曲线

由上述曲线可以看出，平行四边形机构在运动过程中，为匀速运动，加速度会发生突变，因而存在着冲击。

七、小结

7.1方案简介
在整个系统运用到了蜗杆蜗轮机构，槽轮机构，偏置曲柄滑块机构等常用机构。完成了从瓶子的传输到灌装，压盖，最后输出的机器。
旋转型灌装机，是同时要求有圆盘的转动，曲柄滑块机构的运动和传送带的传送的机构。
圆盘间歇转动部分：因为在系统的原始要求中需要有间歇转动的特性，而工位为6个，所以在其中首先引入了可以实现间歇转动的典型机构——槽轮机构。且槽轮机构的转动速度是圆盘转速的6倍，并且在转动时分别在6个工位进行停歇。
灌装封口急回部分：灌装和风口虽然为两个工位，但其的运动特性是一样的，只是有一个时间的差值而已。而我们学过的有急回特性的最典型且简单的机构就是偏置曲柄滑块机构。因为圆盘的转动为12r/min，而每一转有6个瓶子需要进行灌装和封口的工序，所以需要曲柄的转速也为72r/min。所以曲柄与发动机的传动比就为20：1，所以其前面的轮系传动只需要完成传动从1440r/min到72r/min的变化，所以，在这之后用了蜗杆蜗轮机构将其传动比直接变为20：1。但由于在这两个位置的方向问题，两个偏置曲柄滑块为反方向的运动。因为这样，又在两个曲柄之间添加了两对小的齿轮副，以实现其方向的转换。
7.2设计小结
在真正开始设计这个机构之前，我们曾经有过很多想法，有些很幼稚，甚至不能算是机械专业的学生设计的方案，有些又过于复杂，只能想出来，却很难实现。这次课程设计，是我们第一次将本学期《机械原理》这门课程中所学的知识综合运用到实际中，另外对于机械设计也有了初步的认识。这次课程设计，我们用了一个多月的时间，从最初的毫无头绪到逐渐做出雏形，然后进一步改进。在这整个过程中，我们在实践中摸索成长，同时也更加清晰地认识到只有认真地掌握好理论知识，在实际应用才能够得心应手。

八、参考资料
1.《机械原理》（第六版） 孙桓 陈作模 主编 高等教育出版社
2.《机械设计课程设计》（第二版）朱文坚 黄平 编 华南理工大学出版社
3.《机械设计基础课程设计》 孙德志 张伟华 邓子龙 编 科学出版社
4.《机械设计与理论》 李柱国 主编 科学出版社
5.《机械设计课程设计》 朱家诚 主编 合肥工业大学出版社