全自动啤酒瓶清洗装置的设计及仿真【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 I 摘  要  随着社会的发展，人们的物质文化需求也在不断地增加，酒类饮料作为人们最喜爱的饮料之一，其需求量也与日俱增，有需求就会有供应，因此刺激了酒类饮料的生产。啤酒生产商想方设法提高产量， 降低生产成本。 在这种刺激下啤酒生产设备不断更新换代， 洗瓶 机也随之发展。  本文根据 啤酒 瓶 清 洗 工作流程，设计了一种高效洗瓶机。 本洗瓶机完成 五 个功能 动作：其一、间歇性 进料；其二、推动瓶子前进；其三，使瓶子旋转；其四，清洗瓶子外表面；其五清洗瓶子内表面。经过分析比较，对各功能要求提出了可行性机构：间歇性进料采用槽轮机构；推动瓶子前进采 用凸轮连杆机构；使瓶子旋转采用链轮传动双辊机构；清洗外表面采用齿轮传动毛刷的机构；清洗内表面在推杆上通入气压，并配合软质毛刷的结构。然后将各机构综合起来，并用齿轮及链轮将其传动。  使用本文所设计的啤酒瓶清洗机，结构简单可行，生产成本低，生产效率高。  关键词： 清洗机， 啤酒瓶， 槽轮机构 ， 凸轮连杆机构  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 of s is as of is be to In of to an to of of of of of of of is in is 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 录  摘  要  . I . 录  .  1章   绪论  . 1 酒瓶洗瓶机国内外现状及发展趋势  . 1 软件简介  . 4 题的意义  . 6 第 2章  传动方案的拟定  . 8 计任务及技术参数  . 8 计任务  . 8 酒瓶的参数  . 8 酒瓶洗瓶机设计要求  . 9 料机构设计  . 11 歇机构设计  . 11 瓶装置简图  . 13 瓶机构设计  . 13 轮铰链四杆机构的方案  . 14 . 14 . 15 终选定推瓶方案  . 15 瓶设计说明  . 16 动协调设计  . 16 辊机构设计  . 17 瓶起点设计  . 17 瓶终点设计  . 17 刷机构设计  . 19 洗瓶毛刷装置简图  . 19 洗瓶毛刷装置简图  . 19 体方案设计  . 20 案一总体方案及运动说明  . 20 案二总体方案及运动说明  . 21 案评估  . 22 第 3章  详细结构设计  . 23 毛刷机构设计  . 23 轮连杆机构设计  . 23 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 力角的检验及机构尺寸的确定  . 28 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 构尺寸的最终确定  . 28 轮机构设计  . 29 . 30 第 4章  三维建模与仿真  . 36 软件简介  . 36 型零件建模  . 38 . 38 盘建模  . 39 1）拉伸出 5 . 39 . 41 数化齿轮创建  . 43 拟装配  . 47 动画仿真  . 50 第 5章  结论  . 53 参考文献 . 54 致谢  . 错误 !未定义书签。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 第 1章   绪论  随着社会的发展，人们的物质文化需求也在不断地增加，酒类饮料作为人 们最喜爱的饮料之一，其需求量也与日俱增，有需求就会有供应，因此刺激了酒类饮料的生产。啤酒生产商想方设法提高产量， 降低生产成本。 在这种刺激下啤酒生产设备不断更新换代， 洗瓶 机也随之发展。  啤酒行业也是食品行业之一，食品行业的卫生标准是十分严格的，每个涉及食品的企业都要根据相关部门的相关要求，定期对生产设备进行消毒清洗，因此，高效的洗瓶机机将在未来更具有竞争力，从而占据市场。  酒瓶洗瓶机国内外现状 及发展趋势  （一）啤酒瓶洗瓶机 国内 外现状   洗瓶机从其诞生至今已经有百年多的历史，随着人们的要求越来越高和科 学技术的发展的不断进步，各种新的科技都可以在其身上看到影子。特别是二战以后，科技水平发展迅猛，新的科技力量和理念不断诞生，并且应用越来越普遍。作为机械生产的一员，对洗瓶机的研究和改革创新也是不断取得新的成果。  上世纪六、七十年代时，我国开始慢慢的引入国外洗瓶机，并对洗瓶机仿制和改良完善，即消化吸收与自主创新阶段。此阶段洗瓶机运行速度先后经历了很大的变化，单端、卧式双端、立式双端等多种类型。上世纪 70 年代中期第一代洗瓶机瓶盒排数为 16 排，主链甁盒运行间歇动作，产量最高为 800 瓶每小时。但是由于本机结构简单，方 便制造等优点，在市场上占据了相当长的的一段时间。第一代洗瓶机是现有洗瓶机的早期产品，生产速度低，主链运动空运转行程对能的损耗浪费较大。  进入 21 世纪以来，洗瓶机设备取得了新的技术进步，现在已出现了采用无轴变频传动取代万向联轴节传动的新型传动洗瓶机，除标方式上出现了立式轴流泵喷冲，或对原有离心泵喷淋进行了完善升级。洗瓶产能、可操作性及设备运行效率得到了进一步提升。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 我们的国内洗瓶机市场发展比其欧美国家落后 3，而且我们国家的技术在一定程度上跟不上市场发展的需要，导致国内市场上的洗瓶机没有形成一定的强 势资源，各个生产厂家技术保密，不能形成很好的信息交换和共享，导致市场上洗瓶机的发展参差不齐，功能不全面。  目前有很多的国内企业采取与发达技术的国家企业合作，一起促进了洗瓶机市场在国内的发展。新技术的发展也给洗瓶机的市场带来一股新的活力，特别是大量的企业采用新的计算机技术，二维的 维的设计也在慢慢推广。电气设计部分采用 先进设计手段，引入定子调压和变频调速， 与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用 ，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得洗瓶机的创新设计开始向数字化化方向发展。  根据现实和发展，设计手段越来越体现出精确化、自动化、虚拟化与快捷的特点。现代的洗瓶机正朝着机电一体化、自动化、数字化、个性化方向发展。自动检测、自动数据处理（运算、判断、存储、记忆）、自动显示、自动控制、故障诊断和自动保护及维护等功能得到了大量的应用。因此洗瓶机产品创新设计是以降低设计成本，提高设计速度，缩短设计周期为目的，包括降低成本设计、可靠性设计、快速设计、并行设计、数字化设 计、智能设计、广义优化设计等现代设计技术。  目前国内外在洗瓶机创新研究方面的主要研究内容有如下几个方面：  (1) 创新设计技术  开展对洗瓶机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出传新创新设计成果。  (2) 降低成本的设计技术  在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和 价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 现。  (3) 快速设计技术  极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同（异地）设计技术、并行工程技术究，这样可以缩短产品的开发周期。其中，系列化、模块化设计技术、人工智能技术、产品专设计系统技术和虚拟制造技术也是快速设计的所要研究的重要内容。  (4) 智能设计技术研究  洗瓶机智能 术和人机智能化设计系统技术的研究 ，使得面向 理方案智能设计；协同求解；基于实例的推理；知识获取、表达和利用等技术也是智能设计技术所要研究的重要内容。  洗瓶机创新设计是洗瓶机技术水平不断提高和发展的源泉，充分利用现代信息技术成果和现代管理手段，综合现代设计技术将对洗瓶机技术发展起到极大的推动作用，洗瓶机技术已处于快速发展阶段，谁的创新设计搞得好，谁就掌握了技术优势，谁就掌握了市场 。  （二）啤酒瓶洗瓶机 发展趋势  随着新世纪全球工业格局的新变化和我国工业技术水平的快速发展，洗瓶机市场近年来异常的 活跃起来，现代计算机控制技术飞速发展，使得洗瓶机的设计在综合考虑控制系统安全、可靠性、操作的舒适性、机构及结构广义优化等方面有了更高层次的要求，因此洗瓶机的设计必须从原来的常规设计模式中跳出来，用新观点、新原理、新方法新技术、新工艺来设计适应新形势的新产品，未来洗瓶机的设计是基于现代设计理论和方法，应用微电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和造型、提高产品的功能、缩短产品开发周期。  在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研 究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真实实现。洗瓶机的创新并不总等同于用较高的成本去发明新的零部件，利用标准构件，纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 甚至标准件和外购件同样也可以组合成新产品，这也是一种创新 4。  下面是总结的近几年洗瓶机的主要发展趋势：  (1) 具有零部件集成化、机构简洁化、结构全面优化的整机设计；  (2) 满足个性用户的特殊要求的个性化设计；  (3) 满 足市场多样性和低成本要求的具有新技术特征的洗瓶机新系列产品的模块化设计；  (4) 具有自分析、自调整、自纠错的智能化操作的全自动、半自动操作形式的高度机电一体化的洗瓶机设计；  (5) 采用新的传感技术具有高精度称量和定位系统的洗瓶机设计；  (6) 准确对位技术的应用；  (7) 采用参数化专家系统的快速反应设计；  (8) 基于成本即时反应的经济性 计；  (9) 极短交货期要求采用并行设计及并行工程技术的设计；  (10) 基于产品全寿命周期的方便维护维修的设计及免维护设计；  (11) 大型单台复杂产品的虚拟设计及动态仿真的实现；  (12) 采用广义优化技术的设计；  (13) 洗瓶机动力学（疲劳寿命的分析研究）研究成果的广泛应用。   软件 简介  作软件是美国参数技术公司（ 下的 体化的三维软件。 件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， 为当今世界机械 域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的别是在国内产品设计领域占据重要位置。  作软件是美国参数技术公司（ 下的 体化的三维软件。 件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， 为当今世界机械 域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的别是 在国内产品设计领域占据重要位置。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 （一）  软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（ 槽（ 倒角（ 抽壳（ ，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观 ，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上  C 语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（运动分析、人机工程分析）和工程制图能力（不包括     准），并且支持符合工业标准的绘图仪（ 黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。  1特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；  2参数化（参数 =尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；  3通过零件的特征值之间，载荷 /边界条件与特征参数之间（如 表面积等）的关系来进行设计。  4支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，  5贯穿所有应用的完全相关性（任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动）。其它辅助模块将进一步提高扩展   （二） 机构运动仿真  工程师无需等待物理原型就能测试产品的动力行为。利用  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 构动力学仿真，您可以虚拟地仿真包含运动元件的系统中的作用力和加速度。而且，您可以综合考虑诸如弹簧、电 动机、摩擦力和重力等动力影响，相应地调整产品性能。改善检验和认证过程并最大程度地提高设计信心，而无需承受制造昂贵原型的负担。  与设计和分析工具完全集成，从而无需再花费时间、精力和金钱来处理数据转换和关联的错误。  利用 机构仿真有以下优点：   可以创建虚拟样机在桌面计算机中进行测试，从而降低开发成本   模拟赛车悬架所受到的实际作用力。   能够更快速和更早地将变更反映在产品中，并从桌面计算机测试中即时获得结果。   通过缩短开发时间率先向市场推出更优质的产品。   通过对产品寿命进行更准确的估计，从 而可降低保修成本。   利用具体的动画式生产指令进行装配，可以避免代价高昂的制造错误。   通过利用从虚拟测试中所节省的时间来评估更多设计构思，从而可开发出更新颖的产品。   在易于学习、直观明了的用户界面中工作。  题的意义  啤酒瓶大多都是玻璃瓶，形状一般为颈细身粗，将空气抽出后钉上瓶盖，方可出厂。 随着工业的发展及 水活 水平的提高， 啤酒瓶的产量也将大大增大。喝完后的啤酒空瓶可以被回收再次利用。就当前市场状况而言，啤酒瓶的回收还是一个比较薄利的行业，因为回收的要求太高，所以相对而言成本也比较高。许许多多的啤酒企业而言，回收一个啤酒瓶的成本有时候比买一个酒瓶的成本还高，很多企业不愿意进行酒瓶的回收利用，因此造成了大量的污染和浪费。为此，能够有效的降低回收成本是酒瓶回收的关键所在。而在啤酒瓶回收的工业加工过程对成品质量影响非常大，轻则降低了包装线的生产效率，增加水电气多方面的运行成本；严重的可能会影响企业的形象，甚至会造成投诉率的上升。由此，啤酒瓶清洗机出现在我们的视野中。啤酒瓶清洗机有以下优点：  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 一、降低了人们的劳动强度，提高工作效益。  二、清洗彻底，有效提高卫生的标准。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 第 2章  传动方案的拟定  计任务及技术参数  计任 务  根据啤酒瓶的尺寸，设计全自动啤酒瓶清洗装置：其参数要求如下：  （ 1）推进距离 L=600瓶机构应使推移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，准备进入第二个工作循环。  （ 2）按生产率每分钟 3 个的要求，推程的平均速度 v=45mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。   （ 3）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。  酒瓶 的 参数  在设计开始之前，首先应明确此次设计 所要服务的对象，了解它的数据信息和基本特性。单列啤酒输瓶机的输送对象是啤酒瓶或瓶装啤酒，它的数据信息或物质特性直接决定单列输瓶机的某些结构设计。  本次设计主要针对啤酒瓶来进行设计，下面简单的介绍一下啤酒瓶的基本数据。  其基本标准外形如图 2 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 图 2酒瓶外形结构  由上图所示，结合啤酒瓶的国家标准 9，可以得知啤酒瓶瓶底尺寸为75 高 290 酒瓶使用玻璃为制作材料，玻璃材料具有易碎的特性，所以它在移动时不能承受太大冲击震荡。根据实际调查得知，一瓶成品啤酒的重量约为  酒瓶洗瓶机设计要求  啤酒瓶 洗瓶机是由推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同来完成它的工作的。首先是由推瓶机构以均匀的速度将瓶子 推上工作台（导辊），推头的往复运动使瓶子一个一个不间断的送上工作台进行清洗工作，由于瓶子是从静止到具有一定的速度，推头和瓶子之间必然存在着一定的冲击，所以就要考虑推头的材料不能是刚性材料，要用具有一定韧性的塑性材料以保证在工作过程中不至于将瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作台的同时导辊已经进入了旋转的状态并且喷水机构也开始对瓶子进行喷水，使瓶子随着导辊的旋转进行圆周运动，安装在导辊上面旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净。 如图所示。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 2瓶机工作示意图简图  在实际工作中，要设计的机器往往比较复杂，其使用要求或工艺要求往往需要很多的功能原理组合成一个总的功能原理 。下面 我们来分析一下洗瓶机是通过什么功能原理来实现它所要完成的工作的。  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 L 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。  最后我们要了解一下转刷机构所采用的功能原理，它与导辊机构相同运用的都是机械的转动规律，与其不同的是转刷机构的旋转要有很高的速度来完成其对瓶子外壁的清洗工作。知道了它的运动规律就要进一步了解它是由什么机构带动完成其所要求的功能的。推瓶机构、导辊机构和转刷机构都是由一台电机来提供所有的机械转动规律的，这就要求我们对它们深入分析、研究各构件之间的运动规律的联系，进而的设计出符合其联动规律的整体设备，来满足我们预期想要实现的目标。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 料机构设计  歇机构设计  能够将原动件的连续转动转变为从动件周期性运动和 停止的机构叫做间歇机构。如 棘轮机构、槽轮机构和 不完全齿轮机构 等。  （ 1） 棘轮机构  棘轮机构的典型结构是由摇杆、棘爪、棘轮、止动爪和机架组成。可将主动摇杆连续往复摆动变换为从动棘轮的单向间歇转动。其棘轮轴的动程可以在较大范围内调节，且具有结构简单、加工方便、运动可靠等特点。但冲击、噪音大，且运动精度低。  图 2轮机构简图  （ 2）  槽轮机构  槽轮机构的典型机构是由由主动拨盘、从动槽轮及机架组成。可将主动拨盘的连 续转动变换为槽轮的间歇转动。并具有结构简单、尺寸小、机械效率高、能较平稳地间歇转位等特点。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 1 2图 2轮机构简图  （ 3）  不完全齿轮机构  不完全齿轮机构是由普通齿轮机构演变而得的一种间歇运动机构。不完全齿轮机构的主动轮的轮齿不是布满在整个圆周上，而只有一个或几个齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上加工出与主动轮相啮合的齿。  不完全齿轮机构设计灵活、从动轮的运动角范围大，很容易实现一个周期中的多次动、停时间不等的间歇运动。但加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速转动 ；主、从动轮不能互换。  （ 4）  最终选定机构  在这里通过比较分析，我选择的是 槽轮机构，因为它相对简单、效率高、运行平稳 而且能达到预计的要求。  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 1 2图 2轮机构简图  我设计的是当主动拨盘（缺口圆盘）匀速转一周，从动槽轮转 90 ， 而传动带的导杆也转过 90 ， 而且要等于一个瓶子的长度  。而所用时间是洗瓶装置的一个来回，即： T=20s 则有：主动拨盘角速度 w=2 /20s=s. 瓶装置简图  图 2瓶装置简图  瓶机构设计  推瓶机构的方案：根据前述设计要求 ,推瓶机构应为一具有急回特性的机构 ,为了提高工作效率 ,一是行程速比变化系数 K 尽量大一些 ;在推程 (即工作行程 )纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 中 ,应使推头作直线运动 ,或者近似直线运动 ,以保证工作的稳定性 ,这些运动要求并不一定都能得到满足 ,但是必须保证推瓶中推头的运动轨迹至少 为近似直线 ,以此保证安全性。  推头的运动要求主要是满足急回特性 ,能满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机构 ,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。  运用前述设计的思想方法 ,再考虑到机构的急回特性和推头做往复直线运动的特点，  所以根据要求，本机构采用了摆动导杆机构。  实现要求的机构方案有很多， 我们 可用多种机构组合来实现。  轮铰链四杆机构的方案  如图 2示，铰链四杆机构的连杆 2 上点 M 走近似于所要求的轨迹，  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 2轮铰链四杆机构的方案  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 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 2示为两个自由度的五杆低副机构， l、 4 为它们的两个输人构件，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  纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 两自由度机构系统封闭成单自由度系统。  图 2杆组合机构方案   合机构  图 2所示 为 凸轮连杆组合机构， 该机构实现 X， Y 方向的运动，分别采用了一个摆动推杆盘形凸轮机构和一个 直 动推杆盘形凸轮机构组成了一个复合机构。  图 2轮 终选定推瓶方案  方案一中机构是 凸轮铰链四杆机构 ，凸轮为原动件（由蜗轮带动），通过滚子及连杆带动机构做运动。其急回特性由凸轮控制。在该方案中有 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 件，其中有 一个高副，自由度为 1，有确定的运动。但是它的杆比较多，容易产生误差，不能实现精确的运动。  方案二 是 五杆组合机构的方案 ，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