机械原理课程设计 洗瓶机设计

作 译 者：李瑞琴 出版时间：2010-06

千 字 数：378

版 次：1-01

页 数：236

开 本：16(185*260)

印 次：1-01

I S B N ：9787121108808

定价：￥35.0 第1篇 机械原理课程设计指导部分 （1）

第1章 绪论 （1）

1.1 机械原理课程设计的目的和意义 （1）

1.1.1 机械原理课程设计的目的 （1）

1.1.2 机械原理课程设计的意义 （2）

1.2 机械原理课程设计的内容和方法 （2）

1.3 机械原理课程设计说明书的编写 （3）

1.3.1 课程设计说明书的内容 （3）

1.3.2 编写课程设计说明书的有关要求 （4）

第2章 机械运动方案设计的一般过程 （5）

2.1 机械设计的内容和步骤 （5）

2.1.1 设计的基本概念 （5）

2.1.2 机械设计的一般过程 （5）

2.2 机械运动方案的设计理论与方法 （7）

2.3 机械运动方案设计的步骤 （8）

第3章 机械运动系统的协调设计 （11）

3.1 机械运动系统协调设计的要求 （11）

3.2 机械运动循环图的类型 （12）

3.3 机械运动循环图的设计步骤和方法 （14）

3.3.1 机械运动循环图的设计步骤 （14）

3.3.2 机械运动循环图的作用 （19）

3.4 机械运动循环图设计实例 （19）

3.4.1 实例1 （19）

3.4.2 实例2 （21）

3.4.3 实例3 （22）

第4章 机械传动系统的设计 （25）

4.1 机械传动系统方案设计过程 （25）

4.1.1 传动系统的作用及其设计过程 （25）

4.1.2 传动的类型及特点 （25）

4.1.3 机械传动类型的选择原则 （27）

4.2 原动机的类型和选择 （28）

4.2.1 原动机的类型和特点 （28）

4.2.2 原动机的选择 （30）

4.3 传动链的方案设计 （31）

4.3.1 传动路线的选择 （31）

4.3.2 传动链中机构的布置 （33）

4.3.3 各级传动比的分配原则 （33）

4.4 机械传动系统的特性和参数计算 （35）

4.5 机械传动系统方案设计实例 （37）

4.5.1 蜂窝煤成型机传动系统的设计 （37）

4.5.2 肥皂压花机传动系统的设计 （40）

第5章 执行机构系统的创新设计 （43）

5.1 机架变换法 （43）

5.1.1 低副机构的机架变换 （43）

5.1.2 高副机构的机架变换 （44）

5.2 构件形状变异 （45）

5.2.1 避免构件之间的运动干涉 （45）

5.2.2 满足特定的工作要求 （46）

5.3 运动副形状变异 （48）

5.3.1 转动副的变异设计 （48）

5.3.2 移动副的变异设计 （49）

5.3.3 球面副的变异设计 （49）

5.4 运动副的等效代换 （50）

5.4.1 高副与低副的等效代换 （50）

5.4.2 滑动摩擦副与滚动副的等效代换 （51）

第6章 机械运动方案的评价 （52）

6.1 机械运动方案的评价体系 （52）

6.1.1 评价指标体系的确定原则 （52）

6.1.2 机构系统的评价指标 （53）

6.2 机械运动方案的评价方法 （56）

6.2.1 评分法 （56）

6.2.2 系统工程评价法 （58）

6.2.3 模糊综合评价法 （60）

6.3 评价结果的处理 （60）

6.4 机械运动方案评价方法应用实例 （61）

第2篇 机械原理课程设计资料部分 （65）

第7章 连续转动机构 （65）

7.1 定传动比匀速转动机构 （65）

7.1.1 连杆机构 （65）

7.1.2 齿轮机构 （67）

7.1.3 摩擦传动机构 （69）

7.1.4 带传动机构和链传动机构 （72）

7.2 变传动比匀速转动机构 （72）

7.2.1 有级变速机构 （72）

7.2.2 无级变速机构 （74）

7.3 非匀速转动机构 （77）

7.3.1 连杆机构 （77）

7.3.2 非圆齿轮机构 （78）

7.3.3 组合机构 （81）

第8章 往复运动机构 （83）

8.1 往复移动机构 （83）

8.1.1 一般往复移动机构 （83）

8.1.2 有急回特性的往复移动机构 （85）

8.1.3 有增力特性的往复移动机构 （87）

8.2 往复摆动机构 （89）

8.2.1 一般往复摆动机构 （89）

8.2.2 有急回特性的往复摆动机构 （91）

第9章 间歇运动机构和换向机构 （95）

9.1 间歇转动机构 （95）

9.1.1 凸轮控制的间歇运动机构 （95）

9.1.2 槽轮组合机构与棘轮组合机构 （96）

9.2 间歇摆动机构 （97）

9.2.1 单侧停歇的摆动机构 （98）

9.2.2 双侧停歇的摆动机构 （99）

9.2.3 中途停歇的摆动机构 （101）

9.3 间歇移动机构 （101）

9.3.1 单侧停歇的移动机构 （102）

9.3.2 双侧停歇的移动机构 （103）

9.3.3 中途停歇的移动机构 （103）

9.3.4 单向停歇的移动机构 （104）

9.4 换向机构 （105）

9.4.1 周期性换向机构 （105）

9.4.2 非周期性换向机构 （106）

第10章 行程增大机构和可调机构 （109）

10.1 行程增大机构 （109）

10.1.1 利用齿轮的行程增大机构 （109）

10.1.2 利用连杆的行程增大机构 （112）

10.1.3 利用凸轮的行程增大机构 （114）

10.2 可调机构 （116）

10.2.1 可调连杆机构 （116）

10.2.2 可调凸轮机构 （119）

第11章 差动机构和液气动机构 （121）

11.1 差动机构 （121）

11.1.1 差动连杆机构 （121）

11.1.2 差动齿轮机构 （122）

11.1.3 差动螺旋机构 （123）

11.1.4 差动滑轮机构 （126）

11.1.5 组合机构 （126）

11.2 液气动连杆机构 （128）

11.2.1 液气动连杆机构位置参数的计算 （128）

11.2.2 液气动连杆机构运动参数和动力参数的计算

（129）

11.2.3 液气动连杆机构基本参数的选择 （130）

11.2.4 液气动连杆机构设计 （130）

11.2.5 液气动连杆机构应用实例 （133）

第12章 实现预期轨迹和预期位置的机构 （136）

12.1 实现预期轨迹的机构 （136）

12.1.1 实现直线轨迹的机构 （136）

12.1.2 实现工艺曲线轨迹的机构 （138）

12.1.3 实现特殊曲线的机构 （141）

12.2 实现预期位置的机构 （142）

第13章 机构系统的计算机辅助设计 （145）

13.1 计算机辅助四连杆机构设计 （145）

13.1.1 位移分析 （145）

13.1.2 速度分析 （147）

13.1.3 加速度分析 （148）

13.1.4 四连杆机构程序设计 （149）

13.2 计算机辅助曲柄滑块机构的设计 （152）

13.2.1 位移分析 （152）

13.2.2 速度分析 （153）

13.2.3 加速度分析 （154）

13.2.4 曲柄滑块机构的程序设计 （155）

13.3 计算机辅助函数生成机构设计 （157）

13.3.1 函数生成机构的设计 （157）

13.3.2 函数生成机构程序设计 （159）

13.4 计算机辅助凸轮机构设计 （163）

13.4.1 直动从动件凸轮机构设计 （163）

13.4.2 直动从动件凸轮机构的程序设计 （164）

第14章 平面机构的设计知识 （171）

14.1 凸轮基圆半径的确定 （171）

14.1.1 计算机辅助设计法确定凸轮基圆半径（171）

14.1.2 图解法确定凸轮基圆半径 （171）

14.2 齿轮变位系数的设计 （174）

14.2.1 变位系数的选择原则 （174）

14.2.2 变位系数的选择方法 （175）

14.3 渐开线齿轮啮合图的绘制 （176）

14.3.1 渐开线的画法 （176）

14.3.2 啮合图的绘制步骤 （177）

第3篇 机械原理课程设计题目部分 （180）

第15章 机构系统方案设计实例 （180）

15.1 粉料压片机设计 （180）

15.1.1 设计要求 （180）

15.1.2 压片机的功能分解和运动功能的拟订（180）

15.1.3 压片机运动循环图设计 （182）

15.1.4 压片机运动方案设计 （182）

15.2 电阻压帽机的设计 （185）

15.2.1 设计要求 （185）

15.2.2 功能分解 （186）

15.2.3 运动协调设计 （186）

15.2.4 机构选型和评价 （187）

15.3 平台印刷机设计 （187）

15.3.1 设计要求 （187）

15.3.2 功能分解 （188）

15.3.3 机构选型 （189）

15.3.4 机构组合 （191）

15.3.5 传动系统方案设计 （192）

15.3.6 运动协调设计 （192）

15.3.7 机构设计 （193）

15.4 半自动平压模切机设计 （194）

15.4.1 设计要求 （194）

15.4.2 运动方案设计 （194）

15.4.3 运动方案评价 （195）

15.4.4 传动系统的拟订 （196）

15.4.5 运动循环图的拟订 （197）

第16章 课程设计题目及要求 （199）

16.1 膏体自动灌装机设计 （199）

16.2 自动制钉机设计 （200）

16.3 自动洗瓶机设计 （201）

16.4 电动机转子嵌绝缘纸机设计 （202）

16.5 蜂窝煤成形机设计 （203）

16.6 糕点自动切片机设计 （204）

16.7 汽车风窗刮水器设计 （205）

16.8 书本打包机设计 （206）

16.9 三面切书自动机设计 （210）

16.10 巧克力糖自动包装机设计 （211）

16.11 肥皂压花机设计 （213）

16.12 螺钉头冷镦机设计 （214）

16.13 精压机冲压及送料机构系统设计 （214）

16.14 棉签卷棉机设计 （217）

16.15 步进输送机设计 （219）

16.16 步进板材冲孔机设计 （220）

附录 常用电动机规格 （222）

参考文献 （228） 机械原理课程设计是使学生全面、系统地掌握和深化机械原理课程的基本理论和方法，培养学生初步具有机械运动方案设计和分析能力的重要教学环节，也是培养学生工程设计，特别是机构系统方案创新设计能力的重要实践环节。

我国自从启动精品课程建设以来，已有多所院校的机械原理课程被评为国家级精品课程和省级精品课程。在精品课程建设过程中对于机械原理课程设计这一实践环节也积累了丰富的教学经验。从另一个角度出发，机械原理课程的研究对象及机构和机器的概念在不断拓展和发展，相应的机构学和机器人学等学科的前沿知识也在迅速发展和不断更新，特别是以机构和机器系统方案设计为对象的现代设计理论与方法及对设计方案的评价方法在不断发展与完善。教材中应体现学科的最新成果，特别是应体现现代机构学的前沿知识。本书正是为了适应这一需要而编写的。

参加本书编写的人员有李瑞琴（第1~6章，第13~16章，第8章和第10章）、乔峰丽（第11章）、苗鸿斌（第12章）、梅瑛（第7章）、薄瑞峰（第9章）。全书由李瑞琴教授担任主编，由乔峰丽副教授担任副主编。

在编写本书的过程中，参阅了一些同类论著，在此特向其作者表示衷心的感谢，同时也得到了相关学者、老师、同学及编辑的热情关注和大力支持，在此也一并表示感谢！

由于作者水平有限，书中疏漏之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

编 者

有这些的：

压片机

步进送料机

平压印刷机

印刷机送纸机构设计

平压模切机设计

精压冲压机构及送料机构设计

平台印刷机主传动设计

游戏机传动设计

洗瓶机设计

抽油机机械设计

印刷机蘸油机构设计

高位自卸汽车设计

载重汽车的起重后板

等等

很多题目可以参选的

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