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机械原理课程设计
推瓶机构设计
学院机电工程学院
专业机械设计制造及其自动化
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目录
一、设计题目及要求 (3)
二、原始数据要求 (4)
三、设计方案对比拟定 (4)
四、机构运动简图 (5)
五、运动尺寸设计 (6)
六、系统功能图 (8)
七、推瓶机构图（附图） (8)
八、参考文献 (8)
一、设计题目及要求
（一）、功能要求及工艺动作分解提示
1、总功能要求
实现推头（动点）在工作行程中作直线匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特征。
2、工作原理及工艺动作分解提示
推瓶机推头的运动轨迹要求如图1-1所示。
洗瓶机有关部件的工作原理和工艺动作分解如图1-2所示。
待洗的瓶子放在两个转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。
当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子把瓶子外面洗净。
当一个瓶子将洗刷完时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
推瓶机系统的系统功能图如图1-3所示。
图1-1
图1-2
图1-3
二、原始数据要求
（一）、瓶子尺寸：大端直径d = 80mm，长200mm；
（二）、推进距离l = 600 mm ；
（三）、推程时速度要求为v = 45mm / s ，返回时的平均速度为工作行程的3倍；
（四）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便；
三、设计方案对比拟定
执行机构运动方案：
（一）凸轮铰链四杆机构方案（选定）：
如图3-1所示，铰链四杆机构为一个自由度的机构，其连杆2上的点M走近似于所要求的轨迹，点M的速度由等速转动的凸轮驱动构件3的变速转动来控制。
由于曲柄（构件1）为从动件，故必须采取渡过死点的措施，这就要求添加其他构件使其顺利去除死点的干扰。
图3-1
（二）、五杆组合机构方案：
如图3-2所示为两个自由度的5杆低
副机构，1、4为它们的两个输入构件，
这两个构件之间的运动关系用齿轮来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。
图3-2
（三）、凸轮滑块组合机构方案：
如图3-3所示为两个自由度的凸轮滑
块机构，该机构可精确实现预定轨迹要求。
但是由于机构工作行程要求为600mm，所以使用这样的机构必定会造成凸轮尺寸过大，所占用的空间过大，造成不必要的空间浪费。
除此之外，凸轮机构相对于连杆机构的使用寿命短、使用能耗高以及其平衡难以保证等缺点都显而易见。
图3-3
综上所述，三个方案均可实现设计要求的功能。
但是从要求的传动性能上看，无凸轮机构的五杆组合机构方案更具有优势，但五杆机构设计复杂不易实现，且涉及到齿轮，机构复杂，制造成本高。
方案一结构简单、紧凑，零件制造简便，可实现设计要求功能，故选用凸轮四杆机构方案。
四、机构运动简图
⨯
+
⨯
⨯
F
（
≡）
1
1
1
3=
2
5
-4
所以该机构自由度为1，即只需一个原动件可确定其他构件的状态。
五、运动尺寸设计
用作图法对凸轮-四杆机构进行设计：
（一） 、作出连杆机构工作的轨迹图
图5-1
（1） 如图5-1所示，画出M 点的工作要求轨迹为水平直线，长度为600mm ，
并做出等分轨迹点M 、2M 、3M 、4M 、5M 。
（2） 假设铰链D 位置，取连架杆AD 为185mm 做铰链A 的轨迹。
（3） 在铰链A 与M 点的轨迹上取杆AM 、22M A 、33M A 、44M A 、55M A 均
为520mm 。
（4） 分别在AM 、22M A 、33M A 、44M A 、55M A 取连杆AB 、22B A 、33B A 、
44B A 、55B A 均为215mm 。
（5） 连线3BB 和54B B ，并做其中垂线相交，即可得铰链C 的近似位置（即
为铰链B 轨迹圆的圆心）。
由作图法可测量出机架DC 长度为200mm ，
连架杆BC 为300mm 。
（6） 分别作连架杆BC 、C B 2、C B 3、C B 4、C B 5，并分别做出其引杆CF 、
2CF 、3CF 、4CF 、5CF ，连架杆与引杆之间夹角为90o ，取引杆CF
长度为110mm 。
（二）、根据连架杆引杆轨迹设计凸轮
图5-2
(1) 如图5-2所示，测量出相邻两状态间引杆的夹角1α=28o 、2α=28o 、
3α=20o 、4α=10o 。
(2) 计算凸轮转角：按照返回速度为推瓶速度的3倍，计算出推头从M 点运动到5M 点的过程占一个回程时间的3/4。
所以推头从M 点运动到
5M 点的过程中，凸轮转过了3/4的角度，即转过了270o 。
根据引杆
的摆角α与凸轮转角β对应关系，可得：
o o 4
3211
19.87270=⨯+++=
αααααβ
o o 4
3212
29.87270=⨯+++=
αααααβ
o o 4
3213
362.8270=⨯+++=
αααααβ
o o 4
3214
44.31270=⨯+++=
αααααβ
(3) 利用反转法设计凸轮实际轮廓线：①如图所示，作以o r =70mm 为半径的基圆，5F 在圆上且与圆心同一水平线。
②用分割线将基圆从5F 开始分为1β、2β、3β、4β、o 590=β四份。
③按点F 、2F 、3F 、4F 、
5F 到基圆圆心距离r 在其对应的分割线上做凸轮轨迹点1G 、2G 、3G 、
4G 、5G 。
④用匀加速曲线平滑连接1G 、2G 、3G 、4G ，用加速度先
增大后减小曲线平滑连接5G 、1G ，即得到凸轮轮廓曲线。
（三）、凸轮角速度ω的计算
设计要求推头在推瓶轨迹上运动时速度应为v = 45mm / s 。
所以推头在推瓶轨迹上的时间为： t=
v
mm
600=13.3 s 即凸轮转动270o 所需要的时间为13.3 s ，
所以凸轮的角速度为：
πω15.0/27.8s
13.3 270o o
===s rad/s ，顺时针方向。
(四)四杆机构死点的避免
平面四杆机构有曲柄的前提是必有周转副存在，所以下面来确定周转副是否
存在：
由（一）可知四杆机构两短杆分别为185mm和200mm，两长杆分别为215mm和300mm。
(185+300) （200+215）不成立，不满足满足杆长条件。
所以该机构无周转副，为双摇杆机构，故不存在曲柄出现死点的现象。
（五）推头返程分析
M点后，立即以较高的速度（平均速度为推程的3倍）返回，准推头到达
5
备下一个瓶子的推程。
再接触到下一个瓶子之前推头的加速度可能很大，故推头与瓶子接触之间必须加塑性缓冲材料以防止瓶子破碎。
六、系统功能图
七推瓶机构图
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1、2、3、4、5、6、7是圆柱齿轮，8、9、10、11是圆锥齿轮，12是导辊，13是推头M，14、16是皮带轮，15是刷子。
八、参考文献：
孙恒陈作模葛文杰《机械原理》高等教育出版社
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