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啤酒瓶洗瓶机的设计,啤酒瓶,洗瓶机,设计
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毕 业 论 文论文题目 啤酒瓶洗瓶机的设计 学 院 机电 工程学院 专 业 班 级 学 号 学生姓名 指导教师（签名） 完成时间 2015 年 12 月 梧州学院 I 摘要本课题来源于当今社会机械工业洗瓶设备的创新和更新换代基础之上，通过设计出啤酒瓶洗瓶机，从而来满足当今社会工字轮洗瓶设备不足的缺陷。 国内啤酒瓶洗瓶机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、洗瓶质量好，效率高等主题保持一致。近期对机械行业中啤酒瓶洗瓶机的使用情况进行了调查，发现在机械行业中，瓶子的使用非常普遍。自然而然在机械设备中它们的清洗也非常频繁。传动的瓶子在没有自动洗瓶设备而需要人工清洗的情况下，效率低下，劳动强度大，所以设计一个专用的啤酒瓶洗瓶机势在必行。本文运用大学所学的知识，提出了啤酒瓶洗瓶机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了啤酒瓶洗瓶机总的指导思想，从而得出了该啤酒瓶洗瓶机的优点是高效，经济，并且校正质量高，运行平稳的结论。 关键词：啤酒瓶洗瓶机；设备；结构；稳定 II The design of beer bottle washing machineAbstract The overall scheme of this paper to the electric push rod as the main component todesign manned three degree of freedom triangular robot. The mechanism adopts the unifiedaction, the coordinated control principle, by opening the travel of the push rod to realize therobot foot movement, to achieve a manned with three degrees of freedom robot motioncontrol in the triangle by control system, the control system to control, so the control offlexible, multi sample. People can sit on the robot, the controller is adopted to control therobots movement, the realization of some people rely on their own to complete the functionof the leg muscles.Must regard as the machine design is the machine design personnel carries on usingcreative ability the product design, the system analysis and a formulation product manufacturetechnology good opportunity. Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture III 目录 绪论 . 1 第一章 课题的来源与研究的目的和意义.1 第二章 本课题研究的内容.3 第三章 Pro/e设计基础.4 3.1 草图绘制.5 3.2 基准特征，参考几何体的创建.6 3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建.7 3.4 工程图的设计.10 3.5 装配设计.11 第四章 啤酒瓶洗瓶机总体方案结构的设计.16 4.1 送瓶机构方案的选择 . 18 4.2 啤酒瓶洗瓶机的总体方案图 . 22 4.2 啤酒瓶洗瓶机的工作原理 . 22 第五章 机械结构的设计 . 24 5.1 电机的选型计算.25 5.2 齿轮传动的设计计算 .25 5.3.直线导杆的选型计算.26 5.4 齿轮的强度校核.27 5.5 凸轮铰链四杆机构.27 5.5.1凸轮伦廊曲线的设计.28 5.5.2 凸轮行程与压力角的设计.29 5.5.3 杆长的设计.30 第六章 三维软件设计总结.31 结论 . 33 参考文献.34 致谢.35 1 绪论第一章 课题的来源与研究的目的和意义 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。 不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、 质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。 机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、 装配、 试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。 生产批量有单件和小批，也有中批、 大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。机械产品的应用。 这方面包括选择、 订购、 验收、 安装、 调整、 操作、 维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。 这方面包括选择、 订购、 验收、 安装、 调整、 操作、 维护、 修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、 物料搬运机械、 粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、 矿山机械、 纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、 流体机械、 仿生机械等。 2 另外，机械在其研究、 开发、 设计、 制造、 运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。 按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、 互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、 更好。 现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。 新兴的电子计算机硬、 软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、 更精巧、 更复杂的工作，从而更促进手的功能。 手的实践反过来又促进人脑的智慧。 在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19 世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19 世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入 20 世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在 20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自 20 世纪中、 后期开始，又出现了综合的趋势。 人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来 3 认识、 理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。 在人类的全部知识中，包括社会科学、 自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。 机械工程通过不断扩大的实践，从分散性的、主要依赖匠师们个人才智和手艺的一种技艺，逐渐发展成为一门有理论指导的、 系统的和独立的工程技术。 机械工程是促成 1819 世纪的工业革命，以及资本主义机械大生产的主要技术因素。动力是发展生产的重要因素。17 世纪后期，随着各种机械的改进和发展，随着煤和金属矿石的需要量的逐年增加，人们感到依靠人力和畜力不能将生产提高到一个新的阶段。 在英国，纺织、磨粉等产业越来越多地将工场设在河边，利用水轮来驱动工作机械。但当时的煤矿、锡矿、铜矿等矿井中的地下水，仍只能用大量畜力来提升和排除。在这样的生产需要下，18 世纪初出现了纽科门的大气式蒸汽机，用以驱动矿井排水泵。但是这种蒸汽机的燃料消耗率很高，基本上只应用于煤矿。1765 年，瓦特发明了有分开的冷凝器的蒸汽机，降低了燃料消耗率。1781 年瓦特又创制出提供回转动力的蒸汽机，扩大了蒸汽机的应用范围。蒸汽机的发明和发展，使矿业和工业生产、铁路和航运都得以机械动力化。蒸汽机几乎是 19 世纪唯一的动力源，但蒸汽机及其锅炉、凝汽器、冷却水系统等体积庞大、笨重，应用很不方便。 19 世纪末，电力供应系统和电动机开始发展和推广。20 世纪初，电动机已在工业生产中取代了蒸汽机，成为驱动各种工作机械的基本动力。生产的机械化已离不开电气化，而电气化则通过机械化才对生产发挥作用。发电站初期应用蒸汽机为原动力。 20 世纪初期，出现了高效率、 高转速、 大功率的汽轮机，也出现了适应各种水利资源的水轮机，促进了电力供应系统的蓬勃发展。 19 世纪后期发明的内燃机经过逐年改进，成为轻而小、 效率高、 易于操纵、 并可随时启动的原动机。它先被用以驱动没有电力供应的陆上工作机械，以后又用于汽车、移动机械和轮船，到 20 世纪中期开始用于铁路机车。蒸汽机在汽轮机和内燃机的排挤下，已不再是重要的动力机械。 内燃机和以后发明的燃气轮机、 喷气发动机的发展，是飞机、航天器等成功发展的基础技术因素之一。工业革命以前，机械大都是木结构的，由木工用手工制成。 金属(主要是铜、 铁)仅用 4 以制造仪器、 锁、 钟表、 泵和木结构机械上的小型零件。 金属加工主要靠机匠的精工细作，以达到需要的精度。 蒸汽机动力装置的推广，以及随之出现的矿山、 冶金、 轮船、机车等大型机械的发展，需要成形加工和切削加工的金属零件越来越多，越来越大，要求的精度也越来越高。应用的金属材料从铜、铁发展到以钢为主。 机械加工包括锻造、 锻压、 钣金工、 焊接、 热处理等技术及其装备，以及切削加工技术和机床、 刀具、 量具等，得到迅速发展，保证了各产业发展生产所需的机械装备的供应。 社会经济的发展，对机械产品的需求猛增。生产批量的增大和精密加工技术的进展，促进了大量生产方法的形成，如零件互换性生产、 专业分工和协作、 流水加工线和流水装配线等。 简单的互换性零件和专业分工协作生产，在古代就已出现。在机械工程中，互换性最早体现在莫茨利于 1797 年利用其创制的螺纹车床所生产的螺栓和螺帽。同时期，美国工程师惠特尼用互换性生产方法生产火枪，显示了互换性的可行性和优越性。这种生产方法在美国逐渐推广，形成了所谓“美国生产方法”。20 世纪初期，福特在汽车制造上又创造了流水装配线。大量生产技术加上泰勒在 19世纪末创立的科学管理方法，使汽车和其他大批量生产的机械产品的生产效率很快达到了过去无法想象的高度。 20 世纪中、后期，机械加工的主要特点是：不断提高机床的加工速度和精度，减少对手工技艺的依赖；提高成形加工、切削加工和装配的机械化和自动化程度；利用数控机床、加工中心、成组技术等，发展柔性加工系统，使中小批量、多品种生产的生产效率提高到近于大量生产的水平；研究和改进难加工的新型金属和非金属材料的成形和切削加工技术。 18 世纪以前，机械匠师全凭经验、直觉和手艺进行机械制作，与科学几乎不发生联系。到 1819 世纪，在新兴的资本主义经济的促进下，掌握科学知识的人士开始注意生产，而直接进行生产的匠师则开始学习科学文化知识，他们之间的交流和互相启发取得很大的成果。在这个过程中，逐渐形成一整套围绕机械工程的基础理论。 动力机械最先与当时的先进科学相结合。 蒸汽机的发明人萨弗里、 瓦特，应用了物理学家帕潘和布莱克的理论；在蒸汽机实践的基础上，物理学家卡诺、兰金和开 5 尔文建立起一门新的科学热力学。内燃机的理论基础是法国的罗沙在 1862 年创立的；1876 年奥托应用罗沙的理论，彻底改进了他原来创造的粗陋笨重、 噪声大、 热效率低的内燃机而奠定了内燃机的地位。其他如汽轮机、燃气轮机、水轮机等都在理论指导下得到发展，而理论也在实践中得到改进和提高。早在公元前，中国已在指南车上应用复杂的齿轮系统，在被中香炉中应用了能永保水平位置的十字转架等机件。古希腊已有圆柱齿轮、圆锥齿轮和蜗杆传动的记载。但是，关于齿轮传动瞬时速比与齿形的关系和齿形曲线的选择，直到 17 世纪之后方有理论阐述。 手摇把和踏板机构是曲柄连杆机构的先驱，在各文明古国都有悠久历史，但是曲柄连杆机构的形式、 运动和动力的确切分析和综合，则是近代机构学的成就。 机构学作为一个专门学科，迟至 19 世纪初才首次列入高等工程学院(巴黎的工艺学院)的课程。通过理论研究，人们方能精确地分析各种机构，包括复杂的空间连杆机构的运动，并进而能按需要综合出新的机构。机械工程的工作对象是动态的机械，它的工作情况会发生很大的变化。这种变化有时是随机而不可预见；实际应用的材料也不完全均匀，可能存有各种缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。 与以静态结构为工作对象的土木工程相比，机械工程中各种问题更难以用理论精确解决。 因此，早期的机械工程只运用简单的理论概念，结合实践经验进行工作。设计计算多依靠经验公式；为保证安全，都偏于保守，结果制成的机械笨重而庞大，成本高，生产率低，能量消耗很大。从 18 世纪起，新理论的不断诞生，以及数学方法的发展，使设计计算的精确度不断的提高。进入 20 世纪，出现各种实验应力分析方法，人们已能用实验方法测出模型和实物上各部位的应力。20 世纪后半叶，有限元法和电子计算机的广泛应用，使得对复杂的机械及其零。 构件进行力、 力矩、 应力等的分析和计算成为可能。 对于掌握有充分的实践或实验资料的机械或其元件，已经可以运用统计技术，按照要求的可靠度，科学地进行机械设计。 当今社会，随着机械工业的蓬勃发展，各行各业的机械设备也在不断地更新，不断地完善，丝锥铲梢机同样在发展着，传统的丝锥铲梢机是采用临时的人工磨削设备，劳动效率低，加工精度低下，不适合批量生产的场合。现代丝锥铲梢机是用 6 来代替传统的多样的铲稍设备的一种对丝锥进行优化加工的专用机。随着机械行业的大发展，丝锥的使用也越来越广泛，根据不同的工况，所需铲梢的丝锥的大小规格也有区别。如果使用传动的临时的铲梢设备的话，不但劳动强度大、效率低、定位精度低，而且满足不了大批量生产要求。所以使用一个专用的丝锥铲梢机已成为发展趋势。 7 第二章 本课题研究的内容 本论文主要研究运用 Pro/e 对啤酒瓶洗瓶机进行设计。在设计过程中，了解啤酒瓶洗瓶机的结构特征和三维软件的使用要领。本文的设计目标是设计一种啤酒瓶洗瓶机，主要针对啤酒瓶洗瓶机机械结构，各标准零部件等等方面的设计，其研究内容包括：（1）功能分析与方案设计；（2）结构设计与三维造型；（3）说明书的编写。 8 第三章 Pro/e 设计基础 本论文主要研究运用 Pro/e 对啤酒瓶洗瓶机进行设计。在设计过程中，了解Pro/e 的各种功能。 Pro/e 公司成立于 1993 年，由 PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总裁发起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希望在每一个工程师的桌面 上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推出第一套 Pro/e 三维机械设计软件 至今已经拥有位于全球的办事处，并经由 300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。 1997 年，Pro/e 被法国 达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。 Pro/e 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，Pro/e 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。 良好的财务状况和用户支持使得 Pro/e 每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。 该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名。 从 1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从 1999 年起，美国 权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 Pro/e 最佳编辑奖，以表彰 Pro/e 的创新、 活力和简明。至此，Pro/e 所遵循的易用、 稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于 Pro/e 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街 青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司 以三亿一千万美元的高额市值将 Pro/e 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 Pro/e 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司。Pro/e三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由剑桥 提供）以及良好的与第三方软件 的集成技术。Pro/e 成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 Pro/e 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、 食品、 机械、 国防、 交通、 模具、 电子通讯、 医疗器械、 娱乐工业、 日用品/消费品、 9 离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 Pro/e 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比，Pro/e 相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用 Pro/e 三维软件，越来越多的企业需要 Pro/e 人才。 Pro/e 软件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 Pro/e 的五大特点。使得 Pro/e 三维软件成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。 Pro/e 在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。 在目前市场上所见到的三维 CAD 解决方案中，Pro/e 是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。 Pro/e 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，Pro/e 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。 良好的财务状况和用户支持使得 Pro/e 每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名；从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 Pro/e 最佳编辑奖，以表彰 Pro/e 的创新、 活力和简明。 至此，Pro/e 所遵循的易用、 稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师 大大缩短了设计时间，产品快速、 高效地投向了市场。 由于 Pro/e 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司 以三亿一千万美元的高额市值将 Pro/e 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 Pro/e 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，Pro/e 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。由于使用了 Windows OLE 技术、 直观式设计技术、 先进的 parasolid 内（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件 的集成技术，Pro/e 成为全球装机量最大、 最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 Pro/e 软件使用许可约 28 万，涉及航空航天、机车、 食品、 机械、 国防、 交通、 模具、 电子通讯、 医疗器械、 娱乐工业、 日用品/消费品、 离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 在教育市场上，每年来自全球 4，300 所教育机构的近 145，000 名学生通过 Pro/e 的培训课程。据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 Pro/e 相关的招聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用Pro/e，越来越多的企业雇佣 Pro/e 人才。 据统计，全世界用户每年使用 Pro/e 的时间已达 5500 万小时。 在美国，包括麻省理工学院 （MIT）、 斯坦福大学 等在内的著名大学已经把 Pro/e 列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学 、 清华大学 、 浙江工业大学 、 浙江大学 、 华中科技大学 、 北京航空航天大学 、 大连理工大学 、北京理工大学 、武汉理工大学 等也在应用 Pro/e 进行教学。Pro/e 软件功能强大，组件繁多。 Pro/e 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使得Pro/e 成为领先的、 主流的三维 CAD 解决方案。 Pro/e 能够提供不同的设计方案、 减少设计过程中的错误以及提高产品质量。Pro/e 不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。Pro/e 在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且 Pro/e 公司对中国市场重点开发，日后 Pro/e 应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对 Pro/e 的深入了解后，往后 10 会对 Pro/e 进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图，力学分析等。3.1 草图绘制掌握点、 直线、 矩形、 弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、 文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。3.2 基准特征-参考几何体的创建清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。 综合应用扫描、 放样、 弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。3.4 工程图设计灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。3.5 装配设计灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用Pro/e 智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。第四章 啤酒瓶洗瓶机总体方案结构的设计 4.1 送瓶机构方案的选择对这种运动要求，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。现选取技术要求对以下方案进行分析。方案一如图 4.1.1 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。由于推程有 600MM，导致凸轮尺寸太大。整个组合 11 所占体积过大。图4.1.1 凸轮铰链四杆机构的方案方案二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 4.1.2 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4 为它 12 a) b) c) d)图4.1.2 五杆组合机构的方案们的两个输入构件，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。方案三图 4.1.3 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。 13 图4.1.3 凸轮-全移动副四连杆机构的方案最终选择的方案: 凸轮摆杆滑块组合理由：综合上述四种方案，方案一是最具有可行性的。计算较简便，结构较合理，机构安装后可以进行调整，最重要的是，其性价比最高，所以最终选择方案一。 4.2 啤酒瓶洗瓶机的总体方案图本次设计的啤酒瓶洗瓶机采取的方案是：电机带动同步轮传动，从而带动凸轮滚子连杆机构，从而带动进瓶推杆的往复运动，当推杆回程时，瓶子刚好进入预定的进瓶位置，当推杆推程时，就实现了送瓶子到预定的洗瓶位置，并开始洗瓶，推杆回程，然后又是推程，回程，如此循环。 该啤酒瓶洗瓶机其具体方案布局图如下： 14 4.3 啤酒瓶洗瓶机的工作原理 本次设计的啤酒瓶洗瓶机的工作原理为：通过三相异步电机带动同步轮传动，从而带动凸轮滚子连杆机构动作，从而带动进瓶推杆的往复运动，当推杆回程时，瓶子刚好进入预定的进瓶位置，当推杆推程时，就实现了送瓶子到预定的洗瓶位置，并开始洗瓶动作。由于该机构动作稳定，速度为取决于凸轮轮廊曲线的形状，所以确定好凸轮的结构，基圆大小等等就能够确定推杆的运动轨迹，所以能够满足送瓶机构的需要。第五章 机械结构的设计 5.1 电机的选型计算 已知整个啤酒瓶洗瓶机中零件的重量与瓶子的重量，我们取总重量为10Kg，推杆行程范 500mm，电机额定转速为 1440r/m。即：smmXXDnVNXmgG/75. 14001. 014. 31001010 15 具体的电机设计计算如下:N=WG0.18(KW)G电机的负载传动效率，取 0.75所以根据N0.5kw，n1500r/min，查B1 表10-4-1选用Y112M-4，再查B1 表10-4-2 得 Y112M-4电机的结构。 5.2 齿轮的设计计算1）选择齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS.2） 精度等级选用7 级精度； 3）小齿轮齿数z150，大齿轮齿数z275的； 4） 齿轮模数都为2 的直齿轮 2.2.2按齿面接触强度设计 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选Kt1.6 （2）选取区域系数ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N1 60n1jLh 601921 （ 283005 ） 3.3210e8 N2 N1/5 6.64107； （8） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95； KHN20.98 ；（9） 计算接触疲劳许用应力 ；取失效概率为1，安全系数 S1，由得： H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa 16 HH1H2/2554.5MPa； 5.3.直线导轨的选型计算导轨主要根据导轨副之间的摩擦情况，导轨分为： （1）滑动导轨两导轨之间为滑动摩擦。结构简单，制造方便，刚度好，抗振性高，是机床上最广泛采用的。特点：导向精度高，不会出现间隙，能自动补偿磨损。一般选取三角形顶角=90,重型机械采用大顶角=110120。当水平力大于垂直力，V形导轨两侧受力不均匀时采用不对称V形导轨。 直线导轨和圆导轨均可采用 承载能力大，制造方便。 必须留有侧向间隙。 不能补偿磨损。 用镶条调整时，会降低导向精度。 需注意导轨的保护。 直线导轨和圆导轨均可采用 尺寸紧凑，适用于要求高度小导轨层数多的场合。可构成闭式导轨。 用一根镶条可以调整各面的间隙。 刚度比平面导轨小。 制造简单，弯曲刚度小，主要用于受轴向载荷的导轨。适用于同时作直线和旋转运动的场合。（2）滚动导轨滚动直线导轨副是由导轨、 滑块、 钢球、 返向器、 保持架、 密封端盖及挡板等组成。 当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再 进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。特点： 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40 倍。适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。 能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。导轨副滚道截面采用合理比值的圆 17 弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。简化了机械结构的设计和制造。 查 机械设计手册3第二版选取直线滚动导轨副系列，又根据机床设计要求的特点，本设计初步选择: (1)直线滚动导轨副选取四方向等载荷型（GGB 型），其特点是：垂直向上向下和左右水平额定载荷是等同的，额定载荷比较大，刚度高。 (2)尺寸规格初选45，其结构形式选择AA 型。(3)每根导轨上的滑块数为2。(6)查出全自动轴承磨床推荐的精度等级为 3。(7)导轨的材料为HT200.初步确定直线滚动导轨的型号为 GGB45AA1C12 3选择用南京工艺设备制造厂的滚动直线导轨如图 1 5.4 齿轮的强度校核由于驱动滚筒旋转的主动齿轮和从动齿轮材料均选用 45,调质处理。查得： 18 MPaMPaFFHH35011702lim1lim2lim1lim预期齿轮寿命 5 年，每天工作 12 小时，工作载荷为轻微冲击，则818216060*1*520*(5*300*12)5.616*10/2.7216*10NantNNi=查机械设计基础图，得：98. 0,92. 003. 1,96. 02121NNNNYYZZ(1)验算齿面接触疲劳强度载荷系数，取 K=1.5 查得：MPaZZZEH8 .189,88. 0, 5 . 2 接触应力为：232212 1.5 5.5647 103.06189.8 2.5 0.88172.07924 782.06HEHKT uZ Z ZbduMPaes+=鬃创=创醋MPaSZMPaSZHNHHHNHH08.96425. 103. 1117056.89825. 196. 01170min22lim2min11lim1(2)验算齿根弯曲疲劳强度取 K=1.5查表：68. 1,56. 146. 2,68. 22121sasaFaFaYYYY许用弯曲应力：minlimFNFFSY弯曲疲劳强度的最小安全系数，取25. 1minF则：1350 0.92257.61.25FMPas=2350 0.98274.41.25FMPas= 19 111122120002000 1.5 5.56472.68 1.5624 32612.428FaSaFKT YYbm ZMPas创创=创=2221112.46 1.6812.42812.2852.68 1.56FaSaFFFaSaYYMPaYYss=由上述计算可知，均满足要求。 5.5 凸轮铰链四杆机构 5.5.1 凸轮伦廊曲线的设计1) 取基圆半径 r=90mm，由表 4.2 摆动从动件凸轮理论廓线的坐标作图得凸轮理论伦廊的坐标值。表5.5.1 摆动从动件凸轮理论廓线的坐标转角()60120180240300360X(mm)174.01283.27293.5217061.3795.28Y(mm)-101.64-56.7774.7154.6960.71-30.372）取基圆半径r=72mm，由表 5.5.2移动从动件凸轮理论廓线的坐标作图得凸轮如图 5.5.1。 图 5.5.1 20 表5.5.2 移动从动件凸轮理论廓线的坐标 当移动件的导路中心线通过凸轮回转中心时，称为对心移动从动件凸轮机构，已知凸轮的基圆半径rb 及凸轮以等角速度 1 顺时针回转，绘出该凸轮的轮廓曲线。 设已知凸轮的基圆半径为rb，从动件轴线偏于凸轮轴心的左侧，偏距为e，凸轮以等角速度 顺时针方向转动，用作图法设计凸轮的轮廓曲线，并求出凸轮从动件在各个转角的坐标绝对值如下表所示。作图方法如下： (1)选取适当的比例尺，按给定的从动件的运动规律绘出位移线图，将位移线图分成若干等分，得横坐标轴上各点1、 2、 3、 等。 过等分点作垂线得从动件在各对应位置时的位移 11、22、33、等。(2)取与位移图相同的比例尺，以任一点O为圆心，rb 为半径画基圆。自 OA0 开始，将基圆圆周沿(1)方向作与图对应的转角等分，得A1、A2、A3、点。连接OA1、OA2、OA3、，它们就是反转后从动件导路的各个位置。(3)自基圆开始，沿径向线OA1、 OA2、 OA3、 分别向外量取从动件的相应位移，即X1X1、YY1、ZZ1、，(4)用光滑曲线连接A0、 A1、 A2、 A3、 各点，即得所求的凸轮轮廓曲线。 可求得凸轮运转到标。三个方向的点的绝对坐时ZYX,360,300,240,180,120,60凸轮从动件在不同的转角通过作图法作出的数值绝对坐标分别如下：转角()60120180240300360X(mm) 24.6753.41180260.56265.74180Y(mm)89.68-73.09-120.63-46.5149.50197.28 （注意:转角60,120 等等是常数值） 已知摆杆的长度 L，摆杆运动规律 =()。先由上述方法确定基圆 r0以及中心距 a。然后作出滚子中心 B点的理论轮廓曲线，曲线方程如下：已 知 基 圆 半 径 R=90 ， X=asin-Lsin(+0) Y=acos-Lcos(+0) 利用 EB 绘出理论廓线后，再确定滚子半径 rr 的数值，然后做它的等距线，则为此凸轮的实际轮廓曲线。有了凸轮廓形曲线之后，再进行其结构设计及尺寸标注等工作就完成了凸轮设计。 21 5.5.2 凸轮压力角与行程的设计 已知凸轮最大基圆半径 Ob=Oc=163mm,最小基圆半径 Oa=90mm,根据凸轮行程计算公式 ST=最大基圆半径-最小基圆半径=Ob-Oc=163-90=73mm。 根据公式，我们知道，凸轮的压力角 a 与凸轮基圆半径 R 的关系是相对的，R 越大，压力角 a 越小，根据公式SSewvtga0/可知，a 与凸轮的角速度的关系成反比，已知凸轮的角速度 v=0.46R/M，偏心距 S0=0，S 为偏心距系数，这里取 S=20，则有：23332/46. 0atga求得； 22 5.5.3 杆长的设计已知该机构运动简图如下：231假设推杆长度L=900，摆杆长度l1=700，根据下列条件可知：(1)为满足传动角的一定要求，设计 l1 和l2 在两个特殊位置（推头位移最大和最小时）所形成的这一夹角值在一定范围内。(2)杆长 l4 由于与中心具的距离和基圆大小有关，而基圆半径不宜过大，但基圆半径的大小又和压力角有关，由此设计l4长度。(3)杆长 l3 对另一个凸轮的基圆有一定影响，同样为保证压力角在许可范围内，由此设计长度l3。杆长计算： 23 已知，。512,1291，则有：由此可以得出：L=900mm， l1=700mm， l3=600mm， l4=135mm，1=133， 2=26， 3=47，E=200mm， F=140mm第六章 三维软件设计总结在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是 20 吨啤酒瓶洗瓶机的优化设计，通过初期的定题，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 22sin2sin2;11cos1cos111MLlMLlMLl251sin51sin2;1129cos129cos111MLlMLlMLl24 通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于 AutoCAD 图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个 25 特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件，可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时，特征的生成顺序十分重要，不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件，但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。 尤其在二维图纸上，我们能看到的只是零件的平面图，而内部特征则以虚线给予表示，另外还有零件的相贯线，这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中，必须要选好第一个草绘平面，这很关键，这个平面决定了往后建模的所用到的命令，简单的说，一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸，也可以作一个长方体旋转，虽然他们的结果都一样，但所用的草绘平面和命令就截然
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