洗瓶机毕业设计 洗瓶机设计

毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 专业 机械设计制造及其自动化 班级 机械 081 姓名 张宇浩 下发日期 2012 2 26 题目题目洗瓶机设计 专题专题推瓶系统设计 主主 要要 内内 容容 及及 要要 求求 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 主要技主要技 术参数术参数 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 s mm45 进进 度度 及及 完完 成成 日日 期期 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 指 导 教 师 评 语 指导教师 年 月 日 指 定 论 文 评 阅 人 评 语 评阅人 年 月 日 答 辩 委 员 会 评 语 指导教师给定 成绩 30 评阅人给定 成绩 30 答辩成绩 40 总 评 答辩委员会主席 签字 评 定 成 绩 摘摘要要 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 关键词关键词 洗瓶机 推瓶机构 凸轮机构 铰链四杆机构 Abstract Wash 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 目录目录 摘摘 要要 I Abstract II 目目 录录 III 第第 1 章章 绪绪 论论 1 1 1 课题研究的意义及现状 1 1 2 洗瓶机的概况 2 1 3 课题研究方 向 6 第第 2 章章 设计任务设计任务 书书 8 2 1 设计题目及工作原 理 8 2 2 功能原 理 8 2 3 洗瓶机的技术要 求 9 2 4 设计任 务 10 2 5 原始数 据 10 第第 3 章章 方案设方案设 计计 11 3 1 分析设计要 求 11 3 2 推瓶机构选 择 12 3 2 1 凸轮 铰链四杆机构方 案 12 3 2 2 五杆组合机构方 案 13 3 2 3 凸轮 全移动副四杆机 构 14 3 2 4 最终选定推瓶方 案 14 3 3 进瓶机构选 择 15 3 3 1 间歇机构设 计 15 3 3 2 进瓶装置简 图 18 3 3 3 进瓶设计说 明 18 3 3 4 运动协调设 计 18 3 4 洗瓶机构选 择 19 3 4 1 洗瓶装置简 图 19 3 4 2 洗瓶设计说 明 19 3 5 推瓶机构选 择 20 3 5 1 推瓶起点设 计 20 3 5 2 推瓶终点设 计 20 3 6 总体方案设 计 21 3 6 1 方案总体方案一及运动说 明 22 3 6 2 方案二总体方案及运动说 明 24 3 6 3 方案评 估 26 3 6 4 选定最终方 案 26 第第 4 章章 技术设技术设 计计 29 4 1 凸轮机构的设 计 29 4 1 1 凸轮基本参数设 计 29 4 1 2 凸轮的建 模 33 4 2 铰链四杆机构的设 计 33 4 2 1 铰链四杆机构的尺寸设 计 3 3 4 2 2 铰链四杆机构的组合运动 图 36 4 3 关键零部件的设 计 37 4 3 1 输送带的选 择 37 4 3 2 电机的选 择 39 4 3 3 减速器的选 择 41 4 3 4 皮带轮的选 择 42 4 3 5 联轴器的选 择 43 4 3 6 滚动轴承的选 择 44 4 4 轴的设计计 算 46 4 4 1 轴材料的选 择 46 4 4 2 轴的受力分 析 46 4 4 3 轴的强度校 核 48 4 4 4 按安全系数校 核 49 总总 结结 50 参考文参考文 献献 51 致致 谢谢 52 附件附件 一一 53 附件附件 二二 68 第第 1 1 章章 绪绪论论 1 1 课课题题研研究究的的意意义义及及现现状状 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 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 洗洗瓶瓶机机的的概概况况 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 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 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 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 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 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 课课题题研研究究方方向向 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 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 第第 2 2 章章 设设计计任任务务书书 2 1 设设计计题题目目及及工工作作原原理理 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 图 2 1 洗瓶机工作示意图简图 2 2 功功能能原原理理 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 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 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 洗洗瓶瓶机机的的技技术术要要求求 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 k A 80 20060033 2 4 设设计计任任务务 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 原原始始数数据据 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 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 第第 3 3 章章 方方案案设设计计 3 1 分分析析设设计计要要求求 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 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 3 2 推推瓶瓶机机构构选选择择 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 凸凸轮轮 铰铰链链四四杆杆机机构构的的方方案案 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 五五杆杆组组合合机机构构方方案案 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 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 凸凸轮轮 全全移移动动副副四四连连杆杆机机构构的的方方案案 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 图 3 2 3 凸轮 全移动副四连杆机构的方案 3 2 4 最最终终选选定定推推瓶瓶方方案案 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 3 3 进进瓶瓶机机构构选选择择 3 3 1 间间歇歇机机构构设设计计 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 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 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 进进瓶瓶装装置置简简图图 图 3 3 2 进瓶装置简图 3 3 3 进进瓶瓶设设计计说说明明 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 运运动动协协调调设设计计 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 R1 100mm 3 4 洗洗瓶瓶机机构构选选择择 3 4 1 洗洗瓶瓶装装置置简简图图 图 3 4 1 洗瓶装置简图 3 4 2 洗洗瓶瓶设设计计说说明明 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 推推瓶瓶机机构构选选择择 3 5 1 推推瓶瓶起起点点设设计计 1 起点时的简图 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 推推瓶瓶终终点点设设计计 1 终点时设计简图 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 总总体体方方案案设设计计 3 6 1 方方案案一一总总体体方方案案及及运运动动说说明明 1 方案一总体方案简图 2 方案一运动说明 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 方方案案二二总总体体方方案案及及运运动动说说明明 1 方案二总体方案简图 2 方案二运动说明 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 毛刷通过五杆组合机构带动毛刷插入瓶子 毛刷在导杆的推动和旋转下边前进 边清洗内表面 推动瓶子沿导辊前进 再由外面转动的刷子将瓶子外表面洗净 要实现上述分功能 有下列工艺动作过程 1 皮带做间歇直线运动 2 瓶子由皮带到导辊的滑动 3 内表面毛刷匀速推进和自身旋转 4 推头作直线或者近似直线运动 将瓶子沿导辊推到指定的位置 5 推头沿直线运动推动瓶子移动的程中 瓶子同时跟着两同向转动的导辊转 动 6 同时 有原动件带动的刷子也同时在转动 当瓶子沿导辊移动时将瓶子的外 表面就清洗干净 7 在瓶子移动过程中 内刷子同时在瓶子内转动 动作结束 则刷子移出瓶外 8 瓶子离开皮带 而推瓶机构急回至推瓶初始位置 进入下一个工作循环 9 洗好的瓶子由斜面滑下 进入匀速转动的皮带送出 3 6 3 方方案案评评估估 下面从运动链的长短 机构的排列顺序 传动比分配 运动副的形式以及 机械效率等方面对上面两种方案进行评估 1 运动链的长短 两种方案都比较简单 运动链的长度也差不多 但方案构 件数目少一些 简单一点 2 机构的排列顺序 两种方案的排列顺序都不是十分合理 方案一中 有部 分涡轮蜗杆传动 以传动动力为主 应该将涡轮蜗杆机构布置在高速级 齿轮 机构在低速级 但方案一中没有严格按照这样分布 方案二中有带传动时 进 瓶与出瓶机构 这种摩擦传动外廓尺寸较大的机构一般安排在运动链的起始端 而其没有 也不是十分合理 3 传动比分配 两个用的构件差不多 但是方案二中洗瓶刷子用带传动 其 现实制作麻烦 且误差大 所以方案一传动比更合理一些 4 运动副的形式 两种方案用的运动副都差不多 但在总体设计上方案一明 显比方案二更精确 齿轮运用更恰当 布局也更合理 5 机械效率 在这方面方案一中大多采用齿轮传递 而且布局更合理 所以 精度较高 而方案二中含有带传动等效率低的机构 所以机械效率比方案一稍 低一些 3 6 4 选选定定最最终终方方案案 通过仔细评估比较 最终选定方案一 其设计更合理 可行性更高 而且 布局上也明显比方案二合理 结构设计也更严谨一些 在数据处理上也比方案 二清楚明了 所以最终通过评估决定选方案一作为最终选定方案 1 最终方案简图 最终总体方案简图 2 最终方案运动说明 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 第第 4 4 章章 技技术术设设计计 4 1 凸凸轮轮机机构构的的设设计计 4 1 1 凸凸轮轮基基本本参参数数设设计计 1 凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件 凸轮通常作等速转动 但也有作 往复摆动或移动的 推杆是被凸轮直接推动的构件 因为在凸轮机构中推杆多 是从动件 故又常称其为从动件 凸轮机构就是由凸轮 推杆和机架三个主要 构件所组成的高副机构 9 2 凸轮机构中的作用力 直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时 其凸轮对推杆的作用力 F 和推杆所受的载荷 包括推杆的自重和弹簧压力等 G 的关系为 F G cos 1 l 2b l sin 1 tan 2 4 1 3 凸轮机构的压力角 推杆所受正压力的方向 沿凸轮廓线在接触点的法线方向 与推 杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角 称为凸轮机构在图示位置的压 力角 用 表示 在凸轮机构中 压力角 是影响凸轮机构受力情况的一个重要参 数 在其他条件相同的情况下 压力角 愈大 则分母越小 作用 力 F 将愈大 如果压力角大到使作用力将增至无穷大时 机构将发生自 锁 而此时的压力角特称为临界压力角 c 即 arctan 1 1 2b l tan 2 1 4 2 为保证凸轮机构能正常运转 应使其最大压力角 max 小于临界 压力角 c 在生产实际中 为了提高机构的效率 改善其受力情况 通常规定凸轮机构的最大压力角 max 应小于某一许用压力角 其值一般为 推程 对摆动推杆取 35 45 回程时通常取 70 80 4 根据以上设计内容确定出凸轮设计曲线图如下图所示 凸轮设计曲线图 凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作速度 来确定的 初步定基圆半径 r0 50m 沟槽宽 20mm 凸轮厚 25mm 孔 r 15mm 滚子半径 rr 10mm 凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为 4 sin 0 srx cos 0 sry 3 5 求凸轮理论轮廓曲线 a 推程阶段 1 2 216 01 2 2sin 0110111 hs 2 4sin 2 1 h 2 1 0 1 b 远休阶段 36 02 5 7 5 2 s 5 0 2 c 回程阶段 72 03 5 2 33 10 hs 03 5 03 5 3 4 03 4 3 6 15 hh 5 5 3 4 3 4 3 3 3 3 1458 1215 270 hhh 5 2 0 3 d 近休阶段 36 02 5 0 4 s 5 0 4 e 推程段的压力角和回程段的压力角 4 sr dds 0 arctan 4 将以上各相应值代入式 A 计算理论轮廓曲线上各点的坐标值 在计算中时 应注意 在推程阶段取 在远休阶段取 在回程阶段取 1 201 在近休阶段取 计算结果见表 4 1 30201 4030201 根据推瓶机构原理 推瓶机构所需达到的工作要求来设计凸轮 凸轮的基本尺 寸在近休时尺寸为 50mm 达到最远距离时尺寸为 180 9mm 6 求工作轮廓曲线 有公式的 4 cos r rxx sin r ryy 5 其中 4 22 sin dddddd yxx 6 4 22 cos dddddd yxy 7 a 推程阶段 21 0 1 101 cossin srdddd xx 1011 cossin4