第二章 设计题目

2.1推瓶机构的功能原理及工作原理 2.1.1工作原理

洗瓶机主要是由推平机构、导辊机构、转刷机构组成。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，如图2-1洗瓶机有关部件位置示意图。

图2-1 洗瓶机有关部件的位置示意图

2.1.2功能原理

首先推瓶机构所采用的功能原理是用机械能迫使瓶子由工作台的一侧运动到另一侧，则要求有一个工作行程为M往返运动的推头，同时推头在工作过程中要匀速，回程时要快速，能够满足此运动规律可以有很多种，如可以设计成曲柄-四杆机构，或凸轮连杆机构等实现其往复运动来完成其工作。要运用此功能原理来满足其工作需要，在运动规律设计方面就要考虑用什么来带动曲柄连杆或凸轮连杆机构的转动，一般我们都用电机来完成此项转动功能。

其次是转辊机构所运用的是机械的转动规律，也是机械运动中比较简单的运动规律，只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转辊机构相配合来实现洗瓶设备的整体工作功能。它是有两个长圆柱型导辊旋转，带动瓶子旋转并且由导辊的一侧移动到另一侧的，其中导辊只完成其中的旋转功能，移动功能是由推瓶机构来实现的。

2.2原始数据和设计要求

①瓶子尺寸：大端直径d=80mm，长200mm。

②推进距离l=600mm。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。

③按生产率的要求，推程平均速度为v=45mm/s，返回时的平均速度为工作行程的3倍。

④机构传动性能良好，结构紧凑制造方便。

第三章 系统方案总体设计

3.1系统运动方案构思

实现推瓶机构的推头在工作过程中作近似直线运动轨迹，回程轨迹形状不限，但要有急回运动特性。由上述运动要求，单一的常用的基本机构不容易实现，可以采用组合机构来实现。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，而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。

由于刷瓶与转瓶功能的实现分别只有一种齿轮传动来实现的，因此，方案的确定的关键是对推瓶执行机构组合的确定。

实现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

图3-1凸轮－铰链四杆机构的方案

如图3-1所示，铰链四杆机构的连杆2上的点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度有等速转动的凸轮驱动构件3的变速运动来控制。由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意采取度过死点的措施。该机构的缺点是凸轮独立于连杆机构，占用空间较大，结构不紧凑。

2. 五杆组合机构方案

图3-2 五杆组合机构的方案

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3-2 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。

但此方案中完全采用平面连杆设计，杆数较多，虽然容易制造，但由于推程较长，必然会导致机构上的动载荷和惯性力难平衡，会有累积误差，且效率低，所以舍弃方案。

3.2拟定执行机构方案 3.2.1方案的评定

根据上节所给出的二种设计方案，我们来讨论并从中选出较优方案进行最终的设计。 首先是凸轮—铰链四杆机构：此机构结构简单、体积小，安装后便于调试而且从经济性角度来看，也很合适。其中凸轮轴能很好协调推头的运动且工作平稳。推头M能够近似的完成所要求的工作行程轨迹，主要由各推杆的长度比例及凸轮的形状来实现推回程速度比和推程。但缺点是四杆机构的低副之间存在间隙，杆较多，容易产生误差，累积误差大，不能实现精确运动。冲击、震动较大，一般适用于低速场合。因为本设计中使用的连杆不多，而且速度不是很快，这种方案可以满足设计要求。

其次五杆组合机构的方案五杆组合机构方案，此方案所需要的杆件繁多，设计烦琐，实际机构尺寸过大，不是很合理的一个设计方案，性价比也不高。

3.2.2方案的选择

根据上述方案的评定，最终选择凸轮-铰链四杆机构作为本次设计的推瓶机构方案，如图3-3所示：

图3-3

第四章 凸轮及铰链四杆机构的设计

4.1凸轮设计

4.1.1凸轮基本参数设计

（一）凸轮机构的组成

凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。 （二）凸轮机构中的作用力

直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆的作用力 F 和推杆所受的载荷(包括推杆的自重和弹簧压力等) G 的关系为

F = G /［cos(α+φ1) - (l+2b/l)sin(α+φ1)tanφ2］

（三）凸轮机构的压力角

推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力角，用α表示

在凸轮机构中，压力角α是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下，压力角α愈大，则分母越小，作用力 F 将愈大；如果压力角大到使作用力将增至无穷大时，机构将发生自锁，而此时的压力角特称为临界压力角αc ，即

αc＝arctan{1/[(1+2b/l)tanφ2]}-φ1

为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角αmax小于临界压力角αc 。在生产实际中，为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角αmax应小于某一许用压力角[α]。其值一般为：推程对摆动推杆取[α] ＝35o～45o ；回程时通常取[α]′ ＝70o～80o。

（四）根据以上设计内容确定出凸轮设计曲线图如线图（图4-1）所示

图4-1凸轮设计曲线图