洗瓶机的设计

毕业设计（论文）任务书题目 洗瓶机设计专题 推瓶系统设计主要内容及要求主要内容：需要设计一台自动化洗瓶机，从而提高生产效率，培养学生的工程设计能力。1）完成洗瓶机机械本体设计。2）完成进瓶系统的设计，包含进瓶带、集瓶台、分瓶机构及拨瓶机构等。3）要求洗瓶机多工位,装夹时不影响清洗。要求：1）自动化洗瓶机要满足多工位和不同口径型号瓶子的清洗，更换洗刷方便。2）设计说明书（字数不少于 1.5 万字） ；3）翻译与课题有关的外文资料，译文字数不少于 5000 字。4）装配图 1 张，零件图不少于 5 张，使用 AUTOCAD 绘图。主要技术参数瓶子尺寸，大端直径 d=80mm，长 200mm。推进距离 l=600mm。推程平均速度为 v= 。sm45进度及完成日期3 月 05 日至 3 月 18 日 查阅资料，完成外文翻译。3 月 19 日至 3 月 25 日 完成毕业设计实习，搜集洗瓶机相关资料。3 月 26 日至 4 月 08 日 确定总体方案，相关参数计算。4 月 09 日至 4 月 15 日 完成结构示意图。4 月 16 日至 4 月 29 日 草图总体示意图和传动示意图。4 月 30 日至 5 月 13 日 完成装配图的设计和绘制。5 月 14 日至 5 月 27 日 完成零件图的设计和绘制。5 月 28 日至 6 月 10 日 完成设计说明书的整理及答辩准备等工作。教学院长签字 日 期 教研室主任签字 日 期 指导教师签字 日 期摘 要洗瓶设备主要用于制药、化工、食品等行业灌装前的瓶子清洗.机构装置，洗瓶机的推瓶机构的功能利用推头平稳的将瓶子送进的一个过程，在急回到原点，反复运动。推瓶机构原理是利用铰链四杆机构和凸轮组合成一个洗瓶机推瓶机构，通过凸轮和铰链四杆机构本身特性来完成平稳送瓶和机构急回。经过多个方案对比分析，确定比较合适方案为凸轮铰链四杆机构，对其进行了参数设计。本设计对推瓶机构传动系统进行了设计和选择：首先，对洗瓶机推瓶机构的电机、减速器等主要的传动系统进行了设计选择，同时对推瓶机构的凸轮铰链四杆机构进行了具体参数化设计，使的它的运动状态和运动规律能更好的实现其实际的工作。最后通过对凸轮的轮廓曲线的调整和对铰链四杆机构杆长的局部修改，使推瓶机构的运动状态、工作行程等更加平稳流畅。关键词： 洗瓶机, 推瓶机构，凸轮机构，铰链四杆机构AbstractWash bottles of equipment is mainly used in pharmaceutical, chemical and foodstuff trades etc filling the bottle before cleaning. The agency device, bottle-washing the function of the push of bottle agencies will use smooth pusher send into a process of bottle in hurry back, origin and repetitive movement. Push bottles of organization principle is to use hinged four-bar mechanism and CAM combined into one bottle of institutions, through tyre bottle-washing CAM and hinged four-bar mechanism itself characteristics to finish smoothly send bottles and agencies rush back. Through comparison and analysis, multiple solutions for more appropriate scheme determined CAM hinged four-bar mechanism, its parameters were design. This design to push bottles of institutions designed and transmission system for bottle-washing choice: first, the motor, pushing bottles of agencies such as the main transmission system gear reducer, and the choice of design of CAM push bottle institutions - hinged four-bar mechanism are analyzed the parametric design, make it, the motion of and movement law can better realize its actual work.Finally based on contour of CAM to adjust and four-combined-poll installation stem long local amended so push bottles of institutions state of motion, working stroke as well as more smooth.Key words： rinsing machines,Push bottles of institutions,CAM mechanism,Hinged four-bar mechanism目录摘要IAbstractII目录III第 1 章 绪 论11.1 课题研究的意义及现状 11.2 洗瓶机的概况 21.3 课题研究方向6第 2 章 设计任务书82.1 设计题目及工作原理82.2 功能原理82.3 洗瓶机的技术要求92.4 设计任务102.5 原始数据10第 3 章 方案设计113.1 分析设计要求113.2 推瓶机构选择123.2.1 凸轮-铰链四杆机构方案123.2.2 五杆组合机构方案133.2.3.凸轮-全移动副四杆机构143.2.4 最终选定推瓶方案143.3 进瓶机构选择153.3.1 间歇机构设计153.3.2 进瓶装置简图183.3.3 进瓶设计说明183.3.4 运动协调设计183.4 洗瓶机构选择193.4.1 洗瓶装置简图193.4.2 洗瓶设计说明193.5 推瓶机构选择203.5.1 推瓶起点设计203.5.2 推瓶终点设计203.6 总体方案设计213.6.1 方案总体方案一及运动说明223.6.2 方案二总体方案及运动说明243.6.3 方案评估263.6.4 选定最终方案26第 4 章 技术设计294.1 凸轮机构的设计294.1.1 凸轮基本参数设计294.1.2 凸轮的建模334.2 铰链四杆机构的设计334.2.1 铰链四杆机构的尺寸设计334.2.2 铰链四杆机构的组合运动图364.3 关键零部件的设计374.3.1 输送带的选择374.3.2 电机的选择394.3.3 减速器的选择414.3.4 皮带轮的选择424.3.5 联轴器的选择434.3.6 滚动轴承的选择444.4 轴的设计计算464.4.1 轴材料的选择464.4.2 轴的受力分析464.4.3 轴的强度校核484.4.4 按安全系数校核49总结50参考文献51致谢52附件一53附件二681第 1 章 绪 论1.1 课 题 研 究 的 意 义 及 现 状洗瓶机是我国在八十年代初期，引进日本三菱公司的技术，当时国内很多啤酒厂都曾购买使用。在使用过程中，各啤酒厂都认为其结构先进，破瓶率低，洗净率高，特别瓶内洗非常好，但除标不尽，瓶子从洗瓶机出来后有挂标现象，致使一些啤酒厂后来改选用单端式洗瓶机。也有一些啤酒厂对其进行了技术改造，并积累了很多宝贵经验。对其进行了几次的技术改造，使其性能明显优于其它洗瓶机。在当时的市场环境下，洗涤啤酒回收瓶有着其它设备不可替代的优点。由于工业生产和社会生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要进行回收清洗后再利用，节省了大量制瓶洗所需要的费用同时也提高了工业生产的生产效率。然而就在此时也出现了回收后再清洗的问题。产品盛载是车间的最后一道关键工序，因此玻璃瓶的供应速度也就决定了总的生产效率的高低。从而产生了对洗瓶机设备的研究与改进工作。随着啤酒市场不断地发展变化，酒瓶种类、标纸和粘接剂品种不断增加，特别是现在的头标铝箔纸的出现，给洗瓶设备和工艺提出了新的更高的要求在长期使用多种洗瓶机的过程中。为了适应现在啤酒回收瓶的洗涤要求，我们同该洗瓶机的制造厂家进行了广泛地讨论和研究，对洗瓶机适时地进行了一系列的技术改进。洗瓶机器设备的出现并且运用到实际生产中，改变了人工刷洗的传统工艺，实现了自动化生产方式，达到了减少劳动力、节约费用、提高工作效率 1、增加企业经济效益之目的。并且得到了广大用户的支持和好评，而且使得化、制药、食品等行业的生产率产生了质的飞跃。随着科学技术的进步，现代化大规模生产的需要，市场多元化的产生，普通的洗瓶机已经不能满足市场生产力所需。现在洗瓶机应用广泛，不仅在生产制造业工厂生产线，在生物制药行业，科研技术领域等等都可以起到重大作用。所以它不仅在生产制造业有重要作用，而且在科研制药行业发挥一定作用，并2且在生产和生活中的作用领域不断扩大。洗瓶机作为一种清洗洁净工具，在完成清洗的同时，现在要求具有消毒、干燥等功能同时具备，在完成整个工作过程中，对于提高生产能力、保证产品质量 2、减轻劳动强度、降低生产成本、提高生产效率、加快生产周转等方面均有着重要的影响。同时也要保证安全生产、减少破损率也有显著的作用。现在市场上的很多洗瓶机都同时具备很多功能，他的技术已经超越了单纯的减轻体力劳动这一传统概念，因为它不仅在清洗程度上有很大的改变，而且具有严格的时间、速率概念，根据系统事实的需要，及时地、迅速地、准确地“将待洗瓶进行准确而彻底的清洗，并完成相应的检验指标要求” ，否则，就不能适应现代生产的要求。在传统的灌装生产线上，相应的其他各个环节都做得比较到位，留给人们最的疑问与担忧就是：能否保证瓶子的干净卫生？人们的观点就代表市场的需求，那么在洗瓶子的这一个环节可以说是还有很多值得研究，是占领市场赢得人们的信任与赞可的大份。而这个就得依赖于先进的清洗消毒工具洗瓶机。在灌装生产线的加工生产过程中，对瓶子的清洗主要依靠洗瓶机。随着现代企业生产能力、规模的扩大，对这方面的要求越来越严苛，对瓶子的清洁程度消毒水平都有了更高的要求，并且对机器的生产能力和效率也有了相当的要求，使得洗瓶子朝着高生产率高效率自动化的方向发展。本次的设计就是在这样的市场要求大环境下进行的，由于时间有限能力限制，我则主要负责洗瓶机的机械部分，主要包括主工作部件、辅助工作部件的设计。1.2 洗 瓶 机 的 概 况洗瓶机作为主要保障灌装生产线的生产要求和卫生保证的关键和重要的环节，其工作的稳定性、安全性、先进性一直受到人们的高度重视，但受传统技术的制约，市场上的洗瓶机基本都是大同小异，没有什么突破性的进展，往往不能兼顾，结合所有比较好的性能于一体。随着科学技术的不断进步与发展，大量先进技术成果的应用，现在洗瓶机也将发生很大的变化的。自动数字洗瓶机是在生产工作过程中不直接进行人工处理的情况下，能自动对瓶子进行彻底的清洗、消毒、干燥等，它的主体是数字管理中心。全自动3数字洗瓶机是采用机械式操作过程，依托数字系统进行控制管理，通过数字化处理能自动控制洗瓶机，进行相关的作业，能自动、彻底、准确、迅速地对待洗瓶进行清洗、消毒、干燥并且计量。随着数字化自动化的不断运用与普及，必是洗瓶机的最大发展趋势，故仅就自动洗瓶机的发展趋势做一些初步的分析与探讨。自动洗瓶机发展总趋势:现代自动洗瓶机的发展主要趋势之一就是自动化，速率高速化，功能全面化，人机结合灵活化，随着社会发展对制造业的要求也在不断提高，这不仅表现在对产品数量的要求上，更是表现在对产品的质量与要求方面，由于市场发展的需求推动和促进了洗瓶机的技术改造和技术进步，自动化技术、数字化技术的结合应用，对自动洗瓶机的精确化和自动化提出了更高的要求。而制造业的大力发展，也促进了市场对产品的需求增加。我们先来看看国内对自动洗瓶机的需求：中国全自动洗瓶机项目市场需求结构分布图从上面的需求结构分布图可以看出，越是生产要求高的、制造业较发达的地区，对洗瓶机的需求也是高于其他的地区。但随着国家相关政策的推进与实施，全国各地的发展必将各有千秋，基础制造业的大力发展，灌装企业、生物工程、制药企业等等都亟需洗瓶机的帮助来完成相应的工作要求，可见整体市场对自动洗瓶机的需求是有广阔的空间的。4自动洗瓶机市场需求与供给图我们再来看看市场需求状况：从上表同样可以看出市场对洗瓶机的需求是不断上涨，因此开发研究洗瓶机的潜力大有作为。国内形势 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 。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CAD早已在制造业普及，三维的设计也在慢慢推广。电气设计部分采用ED 等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC 参与系统控制，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5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。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，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；6(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DFC（Design For Cost）设计；(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。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，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真正实现。(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7的重要内容。(4) 智能设计技术研究洗瓶机智能CAD（ICAD）技术和人机智能化设计系统技术的研究，使得面向CIMS的智能设计走向智能设计的高级阶段。原理方案智能设计；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。1.3 课 题 研 究 方 向根据以上课题的产生背景可知，本课程的研究内容包括下列几个方面：（ 1） 机 构 的 型 式 组 合 即 用 什 么 机 构 去 完 成 所 设 计 的 运 动 规 律 。 机 构 的 种类 很 多 ， 它 们 可 以 完 成 许 多 种 运 动 ， 如 往 复 运 动 、 往 复 摆 动 、 沿 直 线 运 动 、 沿 某一 指 定 的 曲 线 运 动 、 等 速 转 动 和 不 等 速 转 动 等 等 。 而 洗 瓶 机 是 主 要 又 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 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 在 工 作 行 程 中 应 作 匀 速 直 线 运 动 ， 在 工 作 前 后 可 有 变 速 运 动 ， 回 程 时有 急 回 。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 。（ 2） 推 瓶 机 构 的 运 动 规 律 设 计 即 怎 样 根 据 使 用 要 求 或 工 艺 要 求 制 定 出 一个 合 理 的 运 动 规 律 。 例 如 推 瓶 机 构 的 设 计 ， 如 果 采 用 凸 轮 连 杆 机 构 的 功 能 原 理 ，则 需 要 提 出 相 应 的 运 动 规 律 来 完 成 所 运 动 的 轨 迹 ， 来 完 成 相 应 的 实 际 功 能 ； 如 果采 用 四 连 杆 机 构 的 功 能 原 理 ， 怎 样 实 现 推 头 推 瓶 的 均 匀 速 度 和 推 头 快 速 返 回 原 位等 等 。 在 这 些 可 能 的 运 动 规 律 中 ， 要 找 出 一 个 适 合 客 观 规 律 的 最 优 方 案 。8（ 3） 进 瓶 机 构 的 设 计 洗 瓶 机 如 要 进 行 生 产 ， 必 须 要 有 进 瓶 机 构 做 为 各 工 序间 的 连 接 。 另 外 进 瓶 机 构 还 起 到 协 调 瓶 流 的 作 用 ， 这 意 味 着 性 能 优 秀 的 进 瓶 机 构 可以 起 到 提 高 生 产 线 的 产 量 、 效 率 ， 甚 至 降 低 成 本 的 作 用 。（ 4） 机 构 的 分 析 和 综 合 综 合 出 合 适 的 机 构 类 型 后 ， 怎 样 进 一 步 确 定 机 构中 各 构 件 尺 寸 和 结 构 形 状 ， 也 是 一 项 要 研 究 的 问 题 。 结 合 实 际 分 析 连 杆 机 构 的 运动 规 律 及 外 型 尺 寸 最 终 确 定 其 整 体 外 型 尺 寸 。 洗 瓶 机 设 备 只 用 一 个 动 力 源 ， 实 现三 个 功 能 运 动 的 机 构 必 须 联 动 ， 并 且 其 主 要 动 作 必 须 协 调 。最后所要说明的是，本课题研究的主要内容是推瓶机构的设计，有不足的地方希望希望大家多多批评指正。第 2 章 设 计 任 务 书2.1 设 计 题 目 及 工 作 原 理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 5。根据上面洗瓶机工作情况示意图，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。9图 2-1 洗瓶机工作示意图简图2.2 功 能 原 理在实际工作中，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-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。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10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。2.3 洗 瓶 机 的 技 术 要 求表 1-1 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/min急回系数 kA 80200 600 3 32.4 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。学生应该提出两种以上的设计方案并经分析比较后选定一种进行设计。（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。2.5 原 始 数 据（1）瓶子尺寸：长度 L=200mm，直径 D=80mm。 （2）推进距离 S=600mm，推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。（3）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11均速度为工作时的平均速度的三倍。 （4）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。第 3 章 方 案 设 计3.1 分 析 设 计 要 求由题目可知：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 1 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。12图 3-1-1 推头 M 运动轨迹 图 3-1-2 瓶子规格对这种运动要求，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。为了完成清洗工艺过程，需要实现下列运动功能要求：（1）瓶子的旋转运动，因此需要设计相应的导辊机构。（2）旋转地瓶子沿导辊的平移运动，因此需要设计相应的推动机构。（3）为实现瓶子洗刷，因此需要设计相应的转刷机构。（4）此外，还应有相应的送料机构和取料机构。（5）为节约时间，提高效率，因此还要考虑推动机构的急回特性。对三种机构进行分析：（1）导辊机构 通过合理的设计及计算，利用导辊转动所产生的摩擦力来带动瓶子的旋转是可以实现的。（2）推动机构 通过对工作行程、生产率急回系数等的分析，可以设计出满足其急回特性的推动机构。（3）转刷机构 只需通过轴的转动来带动刷子即可。（4）送料机构和取料机构 均采用导辊传输。此外，还应注意：（1）各机构间运动速度的协调。（2）推头若作如图所示的轨迹，则应通过计算。使推头运动时，避免与转刷机构接触。若推头仅作匀速直接运动，则不用考虑推头与转刷机构的接触。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。133.2 推 瓶 机 构 选 择推瓶机构的方案：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)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 6。如：3.2.1 凸 轮 铰 链 四 杆 机 构 的 方 案如图 3-2-1 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。图 3-2-1 凸轮铰链四杆机构的方案3.2.2 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 3-2-2 所示为两个自由度的五杆低副机构，l、4 为它们的两14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，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。图 3-2-2 五杆组合机构方案 3.2.3 凸 轮 -全 移 动 副 四 连 杆 机 构 的 方 案图 3-2-3 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。15图 3-2-3 凸轮-全移动副四连杆机构的方案3.2.4 最 终 选 定 推 瓶 方 案根据上节所给出的三种设计方案，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，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。最后凸轮-全移动副四连杆机构的方案是两自由度机构，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，不符合实际要求，空间过大 7。163.3 进 瓶 机 构 选 择3.3.1 间 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 8。（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。棘轮机构简图17（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。槽轮机构简图（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。18不完全齿轮机构简图（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。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=0.314rad/s.3.3.2 进 瓶 装 置 简 图图 3-3-2 进瓶装置简图193.3.3 进 瓶 设 计 说 明进瓶机构传动：进瓶机构借助大齿轮带动上图中小齿轮，又由小齿轮带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆，然后蜗轮蜗杆带动其上的齿轮，再由齿轮带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。3.3.4 运 动 协 调 设 计在这里我选用的是槽轮间歇机构来进行瓶子的进瓶主要构件，负责把瓶子传送到洗瓶装置上。因为按照生产率为 3/min 得到每洗一个要 20s，所以我设计主动拨盘转一周所需时间为 20s，这样从动拨盘就每 20s 转动 90，再让它转过 90时的路程等于一个瓶子的长度即 200mm，则可以确定主动带轮 1 的半径R1，因为 s=v1*R1=200mm，v1=W*R1，由 3.3.1 可知：W=0.314rad/s，所以R1100mm 。3.4 洗 瓶 机 构 选 择3.4.1 洗 瓶 装 置 简 图图 3-4-1 洗瓶装置简图203.4.2 洗 瓶 设 计 说 明在这里我特意将推头设计成可以清洗瓶子内表面的刷子，它比瓶子的内径稍大一些，瓶子在进瓶机构的输送下开始进入洗瓶机构，在推头的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，内刷子就可以很轻松的插入瓶内，待到推头的挡板抵到瓶口之后就可以推着瓶子走了。随着导辊的转动，瓶子内外表面都可以得到很好的清洗。另外，值得注意的一点是，内刷子因为要伸到瓶子里面，所以要选用软一点刷子，方便轻易的伸到瓶里面而不影响瓶子移动。还有就是内刷子的刷杆也要用软一点橡胶棒，方便瓶子洗好时，借助重力好脱离内刷子，顺着出瓶轨道滑出，滑到装瓶箱。3.5 推 瓶 机 构 选 择3.5.1 推 瓶 起 点 设 计（1）起点时的简图21图 3-5-1 推瓶装置起点简图（2） 推瓶起点设计说明上图是刚刚开始推瓶时候，凸轮转到最高点，推杆回到最左端，此时，刚好进瓶装置送下一个瓶，内刷子随推杆插入瓶子内，刷毛尽量选用软性材料，方便内刷子插入瓶内，这样随着凸轮带动推杆内刷子先伸进瓶子内，等推头挡板抵到瓶口时，瓶子才受到推杆的推力，推头才会推动瓶子运动，进行外表面的清洗，一直到导辊完。3.5.2 推 瓶 终 点 设 计（1） 终点时设计简图22图 3-5-2 推瓶装置终点简图（2） 推瓶终点设计说明上图是推瓶推到终点的时候，凸轮转到最低点，推杆回到最右端，此时，瓶子在推杆的作用下，走到导辊末端，在重力的作用下，瓶子沿内刷子随刷杆滑入瓶子出瓶轨道内，刷杆和刷毛尽量选用软性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道内，这样随着凸轮带动推杆内刷子先退出瓶子内，瓶子滑出内刷子后，瓶子才落到出瓶滑道内，推头才会继续做回复运动，不过要避免死点的产生，才能稳定的进行下一个瓶子内外表面的清洗，一直循环工作。3.6 总 体 方 案 设 计3.6.1 方 案 一 总 体 方 案 及 运 动 说 明（1）方案一总体方案简图23（2） 方案一运动说明:24首先动力从电动机输出，因为需要的速度不是很高，所以要经过减速箱减速，再经过带传动传给齿轮 1，齿轮一又传给齿轮 2 带动轴旋转。导辊传动：由齿轮 3 带动齿轮 4 使外面一根导辊转动；再由齿轮 4 带动齿轮 5，齿轮 5 又带动齿轮 6 使里面那根导辊转动。因为齿轮 4 和齿轮 6 大小一样，齿轮 5 主要是保证两导辊转向一致，这样既保证速度一样，也保证了旋转方向一样。进瓶机构传动：进瓶机构借助齿轮 4 带动齿轮 7，又由齿轮 7 带动的轴旋转，再由轴带动蜗轮蜗杆 B，然后蜗轮蜗杆 B 带动齿轮 9，再由齿轮 9 带动间歇机构槽轮完成瓶子的输进。洗瓶机构传动：洗瓶机构是通过齿轮 6 带动齿轮 8，齿轮 8 带动轴转动，再由轴带动蜗轮蜗杆 C，然后再通过蜗轮 10 传给齿轮 13，而齿轮 13 通过左右各一个小齿轮（齿轮 12 和齿轮 14）传给同尺寸的齿轮 11 和齿轮 15，这样也保证了它们三个齿轮（齿轮 11、齿轮 13 和齿轮 15）转向、转速相同。三个齿轮又把动力传给刷子，通过三个外刷子的旋转来清洗瓶子的外表面。推瓶机构传动：由蜗轮蜗杆 A 带动齿轮 16，再由齿轮 16 传给凸轮的齿轮，再由凸轮的齿轮带动凸轮-铰链四杆机构来实现推瓶机构往复运动。3.6.2 方 案 二 总 体 方 案 及 运 动 说 明（1）方案二总体方案简图25:（2） 方案二运动说明26首先需将瓶子放入胶带上，通过进瓶机构间歇的送到导辊轨迹上，转动的毛刷通过五杆