自動洗瓶機的設計畢業(yè)設計

1、<p><b>　　畢業(yè)論文(設計)</b></p><p><b>　　<自動洗瓶機></b></p><p>　　學生姓名： 學 號： </p><p>　　專 業(yè)： 機械電子工程 答辯時間：

2、 </p><p>　　指導老師： 評閱老師： </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　洗瓶設備主要用于食品、化工、制藥等行業(yè)灌裝前的瓶子清洗，洗瓶機由三部分組成，即進瓶機構、推瓶機構和洗瓶機構。進瓶機構的作用是將待洗瓶間

3、歇的送入工作臺，因其實間歇運動，可采用間歇機構來完成；推瓶機構的作用是將待清洗的瓶子平穩(wěn)的推到工作臺，要求其回程速度快，即具有急回特性，可利用凸輪和鉸鏈四桿機構的組合來實現，依靠鉸鏈四桿機構和凸輪本身的特性來完成所需要求；洗瓶機構包括內部清洗和外部清洗兩部分，內部清洗可依靠推瓶機構推頭毛刷清洗，而外部依靠轉刷機構清洗。通過洗瓶設備，將待洗瓶清洗干凈，以備生產使用。</p><p>　　關鍵詞： 洗瓶機構, 鉸鏈

4、四桿機構，凸輪機構，推瓶機構</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Wash bottles of equipment is mainly used in chemical, foodstuff trades and pharmaceutical etc filling the bottle before cleaning. The

5、 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

6、 use hinged four-bar mechanism and CAM combined into one bottle of institutions, through tyre bottle-washing CAM and hinged four-bar mechanism itse</p><p>　　Finally based on contour of CAM to adjust and four

7、-combined-poll installation stem long local amended so push bottles of institutions state of motion, working stroke as well as more smooth.</p><p>　　Key words： rinsing machines，Hinged four-bar mechanism，CAM

8、 mechanism， Push bottles of institutions</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　Abstract3</p><p><b>　　目錄4</b></p&g

9、t;<p><b>　　第1章 引言6</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義及現狀6</p><p>　　1.2 國內洗瓶機需求分析6</p><p>　　1.3 課題研究方向7</p><p>　　第2章 設計任務書8</p><p>　　2.1 設計題

10、目及工作原理8</p><p>　　2.2 洗瓶機的技術要求：9</p><p>　　2.3 設計任務：9</p><p>　　2.4 原始數據：9</p><p>　　第3章 方案設計9</p><p>　　3.1 分析設計要求9</p><p>　　3.2 推瓶機構選擇10&

11、lt;/p><p>　　實現該要求的方案很多，在這里我設計了幾種組合機構，如下：10</p><p>　　3.2.1 凸輪－鉸鏈四桿機構的方案10</p><p>　　3.2.2五桿組合機構方案11</p><p>　　3.2.3凸輪-全移動副四連桿機構的方案12</p><p>　　3.2.4 最終選定推瓶方案

12、12</p><p>　　3.3 進瓶機構選擇13</p><p>　　3.3.1 間歇機構設計13</p><p>　　3.3.2 進瓶裝置簡圖15</p><p>　　3.3.3 進瓶設計說明15</p><p>　　3.3.4 運動協(xié)調設計15</p><p>　　3.4 洗瓶機

13、構選擇16</p><p>　　3.4.1 洗瓶裝置簡圖16</p><p>　　3.4.2 洗瓶設計說明16</p><p>　　3.5 推瓶機構選擇16</p><p>　　3.5.1 推瓶起點設計16</p><p>　　3.5.2 推瓶終點設計17</p><p>　　3.6

14、 總體方案設計18</p><p>　　3.6.1 方案一總體方案及運動說明18</p><p>　　3.6.2 方案二總體方案及運動說明20</p><p>　　3.6.3 方案評估22</p><p>　　3.6.4 選定最終方案22</p><p>　　第4章 技術設計22</p>&

15、lt;p>　　4.1 凸輪機構的設計22</p><p>　　4.1.1 凸輪基本參數設計22</p><p>　　4.1.2 凸輪的建模26</p><p>　　4.2 鉸鏈四桿機構的設計26</p><p>　　4.2.1 鉸鏈四桿機構的尺寸設計26</p><p>　　4.2.2 鉸鏈四桿機構的運

16、動組合圖29</p><p>　　4.3 關鍵零部件的設計30</p><p>　　4.3.1 輸送帶的選擇30</p><p>　　4.3.2 電機的選擇32</p><p>　　4.3.3 減速器的選擇33</p><p>　　4.3.4 皮帶輪的選擇34</p><p>　　4

17、.3.5 聯軸器的選擇35</p><p>　　4.3.6 滾動軸承的選擇36</p><p>　　4.4 軸的設計計算37</p><p>　　4.4.1 軸材料的選擇37</p><p>　　4.4.2 軸的受力分析37</p><p>　　4.4.3 軸的強度校核39</p><p

18、>　　4.4.4 按安全系數校核39</p><p><b>　　總結41</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　第1章 引言</b></p><p>　　1.1 課題研究的意義及現狀</p><p&

19、gt;　　洗瓶機是我國在七十年代末，從國外引進的技術，國內很多啤酒生產商都曾購買這項技術使用。通過使用，他們發(fā)現洗瓶機具有很多優(yōu)點，比如破瓶率較低，而洗凈率較高，但這并不代表其沒有缺點，經過清洗后的瓶子存在掛標現象，因此后來一些廠商更換為單端式洗瓶機。當然，技術的不足也促進了人們的研究探索，一些啤酒廠商進行了多次的技術創(chuàng)新，使得洗瓶機的性能逐漸提高和完善。</p><p>　　隨著生產的發(fā)展和社會的進步，以及人們

20、環(huán)保節(jié)約意識的增強，廢舊瓶子的丟棄不僅浪費資源，更會對環(huán)境造成污染，所以對廢舊塑料瓶、玻璃瓶的回收清洗再利用就有很重要的作用。然而瓶子的清洗速度就決定了總的生產率，所以為了加快清洗速度，就必須對洗瓶設備進行研究和改造。</p><p>　　由于啤酒、化工和食品市場的發(fā)展變化，致使塑料瓶和玻璃瓶的種類、粘接劑和標簽的品種都在不斷增加，尤其是一些新型的標簽紙的出現，由于清洗難度大，給洗瓶設備提出來更高的要求。通過不同

21、洗瓶設備的使用，為了提高洗滌要求，我們對不同的洗瓶設備制造廠家進行了分析和研究，對洗瓶機進行了許多技術改進。</p><p>　　洗瓶機器設備的出現和運用，改變了人工刷洗的傳統(tǒng)工藝，實現了自動化生產，達到了減少勞動力、提高工作效率[1]、節(jié)約費用、增加企業(yè)經濟效益的目的，并且贏得了廣大用戶的支持和好評，而且使得化工、食品、制藥等行業(yè)的生產率得到了很大提高。</p><p>　　隨著科技的不

22、斷發(fā)展與進步，現存的洗瓶機越來越不能滿足生產需要，對新的更高性能的洗瓶設備的研發(fā)迫在眉睫。洗瓶設備的應用領域非常廣泛，從生產制造到科學研究無不存在它的蹤跡，對人們的生活有著極其重要的影響。</p><p>　　洗瓶機作為清洗工具，不僅要具有基本的清洗功能，也要具有很多與之相對應的輔助功能，比如消毒、干燥等?，F在市場上的洗瓶機很多都具有上述諸多功能，它不僅能清洗、消毒、干燥瓶子，并且能夠高效的、快速的、準確的完成這

23、些工作，還能完成相應的指標檢驗，很好的適應了生產要求。在過去的罐裝生產線上，很多環(huán)節(jié)做的很好，但是人們對瓶子能否清洗干凈產生了疑問和擔憂。人們的擔憂就是技術進步的動力，所以在瓶子的清洗環(huán)節(jié)，可以說還存在很多值得研究的地方，我們必須竭力探索。</p><p>　　1.2 國內洗瓶機需求分析</p><p>　　國內對自動洗瓶機的需求：</p><p><b>

24、;　　市場需求結構分布圖</b></p><p>　　分析上面的需求結構分析圖我們可以看出，制造業(yè)發(fā)達的地區(qū)比如華東、華南對洗瓶機的需求要比不發(fā)達的地區(qū)如西南、西北高。隨著國家一些政策如振興東北老工業(yè)基地，西部大開發(fā)等的出臺，全國的生產發(fā)展必將發(fā)生變化。一些基礎制造業(yè)、制藥企業(yè)、、罐裝企業(yè)等都急切的需要洗瓶機來幫助完成相應工作，由此可見市場，洗瓶機的研究開發(fā)有著很廣闊的空間。</p>&

25、lt;p>　　再來分析市場需求狀況：</p><p><b>　　市場需求與供給圖</b></p><p>　　從上圖可以看出，市場對洗瓶設備的需求是不斷增大的，因此對洗瓶設備的研究有著很廣闊的前景。</p><p>　　1.3 課題研究方向</p><p>　　本課題主要研究以下內容：</p>&l

26、t;p>　?。?） 機構的型式組合 即根據所要求的運動規(guī)律設計相應的機構。機構的種類很多，能夠實現不同的運動，如往復擺動、曲線運動等。洗瓶機主要由推瓶機構、導輥機構、轉刷機構組成。推瓶機構要求其推頭的運動軌跡近似直線，平穩(wěn)的將瓶子送上工作臺，然后，推頭快速回到初始位置，進行下一個循環(huán)。根據要求，推頭應具有直線軌跡，且具有急回特性。但一機構無法滿足上述要求，必須設計組合機構來實現。</p><p>　?。?

27、） 推瓶機構的運動規(guī)律設計 即根據工藝要求或使用要求設計出一個合理的運動規(guī)律。例如推瓶機構的設計，若采用凸輪—連桿機構的功能原理，則需要設計相應的運動規(guī)律來完成所需運動的軌跡；若采用連桿機構的功能原理，最需要考慮推頭的急回特性和均勻速度等等。在這些可能的運動規(guī)律中，要找出一個適合運動規(guī)律的最佳方案。</p><p>　?。?） 進瓶機構的設計 工作過程中，進瓶機構作為各工序間的連接是必須具備的。進瓶機構還能起

28、到協(xié)調作用，這就使得性能高的進瓶機構可以降低生產成本，提高生產率。</p><p>　?。?） 機構的分析和綜合 設計出合適的機構類型后，如何進一步確定機構中各結構形狀構件尺寸，也是一項要研究的問題。對連桿機構的外形及運動規(guī)律進行分析設計，最終確定其整體外型尺寸。洗瓶機設備只用一個原動機，實現三個功能運動的機構必須聯動，且其主要動作必須協(xié)調。</p><p>　　第2章 設計任務書&l

29、t;/p><p>　　2.1 設計題目及工作原理</p><p>　　洗瓶機是由推瓶機構、導輥機構和轉刷機構三部分組成的。洗瓶機的工作原理我們可以從圖2-1分析得出。首先，瓶子由推瓶機構以一定的速度推上工作臺；然后，導輥開始進入旋轉狀態(tài)，帶動轉刷一起旋轉，同時噴水機構進行噴水，瓶子隨同導輥一起旋轉，依靠瓶子與轉刷之間的摩擦清洗外表面?？紤]到瓶子內部的清洗問題，可以在推桿前端安裝刷子，借助瓶子的

30、旋轉清洗內部，值得注意的是為了不使瓶子遭破壞，清洗內部的刷子應選用軟毛刷，同時推桿也應使用較軟的橡膠棒。</p><p>　　圖2-1 洗瓶機工作簡圖</p><p>　　2.2 洗瓶機的技術要求：</p><p>　　表1-1 洗瓶機的技術要求</p><p><b>　　2.3 設計任務：</b></p>

31、<p>　?。?）平面連桿機構、齒輪等常用機構和組合機構的設計；</p><p>　　（2）傳動系統(tǒng)的設計；</p><p>　　（3）繪制運動方案圖和循環(huán)圖； </p><p>　?。?）其他機構的設計；</p><p>　?。?）編寫設計計算說明書。</p><p><b>　　2.4

32、原始數據：</b></p><p>　?。?）瓶子尺寸：L=200mm，D=80mm；</p><p>　　（2）推進距離S=600mm；</p><p>　　（3）生產率3個/min，推瓶速度v=45mm/s，回程速度為推程速度的三倍；</p><p><b>　　第3章 方案設計</b></p&g

33、t;<p>　　3.1 分析設計要求</p><p>　　由前面分析知，洗瓶機包括三部分即推瓶機構，轉刷機構，導輥機構。在推瓶機構的設計中，應保證推頭M以近似勻速推動待洗瓶，將瓶子平穩(wěn)的推到導輥機構，直到清洗完成脫離瓶子。然后，推桿快速回到起始位置，進入下一個行程。</p><p>　　根據設計要求，推頭M應做近似勻速直線運動，其運動軌跡如圖3-1-2，并且具有急回特性，即推

34、瓶完成后能夠快速返回原位，進行下一個行程。</p><p>　　圖3-1-1 瓶子規(guī)格 圖3-1-2 推頭M運動軌跡</p><p>　　對這種運動要求，用單一機構很難完成，可利用機構的組合來實現。</p><p>　　該工藝過程中，應具有下列運動功能：</p><p>　?。?）瓶子的旋轉運動，設計相應的導輥機構；&l

35、t;/p><p>　　（2）瓶子沿導輥的運動，設計推動機構；</p><p>　?。?）實現瓶子洗刷，設計相應的轉刷機構；</p><p>　　（4）設計對應的送料、取料機構；</p><p>　?。?）確定推動機構的急回特性。</p><p>　　對三種機構進行分析：</p><p>　?。?）導

36、輥機構 通過分析，瓶子的旋轉完全可以依靠導輥與瓶子間的摩擦力來帶動；</p><p>　?。?）推瓶機構 通過計算分析，依據工作行程，生產率，急回特性系數，能夠設計滿足要求的推桿機構；</p><p>　?。?）轉刷機構 轉刷可以依靠軸的轉動帶動；</p><p>　?。?）送料（取料）機構 采用導輥傳輸。</p><p>　　3.2

37、 推瓶機構選擇</p><p>　　推瓶機構的方案：根據要求，推頭的軌跡應該近似直線，且具有急回特性。</p><p>　　推頭的運動要求主要是有急回特性。根據所學知識，具有急回特性的機構主要有曲柄擺動倒桿機構，曲柄滑塊機構，曲柄轉動導桿機構。</p><p>　　考慮到推頭的工作要求和運動特性，本機構采用曲柄導桿機構。</p><p>　　

38、實現該要求的方案很多，在這里我設計了幾種組合機構，如下：</p><p>　　3.2.1 凸輪－鉸鏈四桿機構的方案</p><p>　　如圖，鉸鏈四桿機構連桿上的點M具有近似直線的運動軌跡。該機構存在死點位置，所以要注意采取度過死點的措施。</p><p>　　圖3-2-1 凸輪－鉸鏈四桿機構的方案</p><p>　　3.2.2五桿組合機構

39、方案</p><p>　　圖中為一個五桿低副機構，自由度F=2，輸入構件為1和4，通過采用齒輪、凸輪或連桿機構來實現者兩個輸入構件的運動關系，從而將二自由度的機構系統(tǒng)轉化為單自由度系統(tǒng)。</p><p>　　圖3-2-2 五桿組合機構方案 </p><p>　　3.2.3凸輪-全移動副四連桿機構的方案</p><p>　　圖中為一四桿機構，自

40、由度為2，構件2上點M的軌跡也近似直線，其速度和急回特性可控制。但因為水平方向軌跡太長，致使凸輪尺寸過大，不利于設計 。</p><p>　　圖3-2-3 凸輪-全移動副四連桿機構的方案</p><p>　　3.2.4 最終選定推瓶方案</p><p>　　根據設計要求，我們對上面給出的三種方案進行評價分析，選擇最佳方案進行設計。</p><p&

41、gt;　　首先是凸輪—鉸鏈四桿機構：此機構體積小、結構簡單，安裝后便于調試，從經濟性角度來看，也很合適。推頭M的軌跡近似為直線，能夠滿足工作要求，急回特性可以通過控制凸輪的形狀和推桿長度實現。但由于低副間的間隙，桿數目多，累積誤差大，精確性差。并且沖擊和振動較大，通常適用于低速場合。因本設計中使用的連桿數目不多，且速度不是很大，這種方案可以滿足設計要求。</p><p>　　其次對于五桿組合機構的方案，桿件數量多

42、，尺寸大，性價比不高，設計不合理。</p><p>　　最后凸輪-全移動副四連桿機構的方案能精確再現給定的軌跡，但是水平方向軌跡長，凸輪尺寸過大，空間大，不合實際。</p><p>　　3.3 進瓶機構選擇</p><p>　　3.3.1 間歇機構設計</p><p>　　間歇機構是指能夠將原動件的連續(xù)運動轉化為從動件的間歇式運動的一類機構。

43、常用的有棘輪機構、槽輪機構、不完全齒輪機構等。</p><p><b>　　（1） 棘輪機構</b></p><p><b>　　棘輪機構簡圖</b></p><p><b>　?。?） 槽輪機構</b></p><p><b>　　槽輪機構簡圖</b>&

44、lt;/p><p>　?。?） 不完全齒輪機構</p><p><b>　　不完全齒輪機構簡圖</b></p><p>　　（4） 最終選定機構</p><p>　　在這里通過比較分析，我選擇的是槽輪機構，因為它相對簡單、效率高、運行平穩(wěn)而且能達到預計的要求。</p><p>　　在我的設計中，撥盤勻

45、速轉動一周，則槽輪轉過90°， 傳動帶的導桿也轉過90°， 并且導桿的運動軌跡恰好要與瓶子的長度相等 ，從而將瓶子準確無誤的推到工作臺上。而這個過程所用時間是洗瓶裝置的一個工作循環(huán)，即：時間T=20s，則有：w=2π/20s=0.314rad/s.</p><p>　　3.3.2 進瓶裝置簡圖</p><p>　　圖3-3-2進瓶裝置簡圖</p><

46、p>　　3.3.3 進瓶設計說明</p><p>　　進瓶機構傳動原理：原動機的旋轉運動通過齒輪、蝸輪蝸桿傳遞給間歇機構，通過間歇機構即槽輪機構的轉換，將旋轉運動轉換為推桿的近似直線運動，推動瓶子的前進。</p><p>　　3.3.4 運動協(xié)調設計</p><p>　　在這里我選用的是槽輪間歇機構來進行瓶子的進瓶主要構件，負責把瓶子傳送到洗瓶裝置上。根據3/

47、min的生產率我們可以計算出清洗每一個瓶子的時間為20 s，因此我所設計得槽輪機構中主動撥盤轉一周所需時間也為20s。這樣從動撥盤每轉過90°耗時20s，它第二次轉過90°時的路程就等于200mm（一個瓶子的長度）。由此可以確定主動帶輪1的半徑，因為v1=W*R1，s=v1*R1=200mm，由3.3.1可知：W=0.314rad/s，所以R1≈100mm。</p><p>　　3.4 洗瓶機

48、構選擇</p><p>　　3.4.1 洗瓶裝置簡圖</p><p>　　圖3-4-1洗瓶裝置簡圖</p><p>　　3.4.2 洗瓶設計說明</p><p>　　為了清洗瓶子內部，我特意將在推瓶機構的推頭上設計了刷子，刷子比瓶子內徑大一些，在洗瓶機構工作階段，在推頭的作用下，刷子進入到瓶子內部，隨著導輥的轉動，瓶子內部被刷子刷洗干凈。&l

49、t;/p><p>　　但是值得說明的是，為了瓶子在清洗時不被弄碎，內刷子要采用軟毛，這樣就能使刷子能很容易的深入到瓶子內部且不影響瓶子本身的運動；除此之外，刷子刷桿也應該采用適當軟一點的材料制造，使得瓶子清洗完成后，能夠依靠自身重力沿彈性推桿滑落到裝瓶箱。</p><p>　　3.5 推瓶機構選擇</p><p>　　3.5.1 推瓶起點設計</p>&l

50、t;p><b>　?。?）起點時的簡圖</b></p><p>　　圖3-5-1推瓶裝置起點簡圖</p><p>　?。?） 推瓶起點設計說明</p><p>　　圖3-5-1反映的是洗瓶機工作起始階段推瓶機構的起點簡圖。此時，凸輪位于最高點，推桿位于最左端，隨著進瓶機構輸送待洗瓶，推桿帶著刷子插進瓶內，這樣隨著凸輪機構的運動，刷子慢慢深

51、入瓶內，當推桿接觸到瓶底時，瓶子受到推力，帶動瓶子運動，進入導輥機構進行瓶子外部清洗。</p><p>　　3.5.2 推瓶終點設計</p><p>　?。?） 終點時設計簡圖</p><p>　　圖3-5-2推瓶裝置終點簡圖</p><p>　?。?） 推瓶終點設計說明</p><p>　　圖3-5-2推瓶機構位于終

52、點的簡圖，此時，凸輪運動到最低點，推桿位于最右端，瓶子運動到導輥末，由于重力作用沿內刷桿滑落到出瓶軌道。</p><p>　　3.6 總體方案設計</p><p>　　3.6.1 方案一總體方案及運動說明</p><p>　?。?）方案一總體方案簡圖</p><p>　　（2） 方案一運動說明:</p><p>　　通

53、過減速箱將電動機的高速轉化為低速并經過帶傳動傳遞給齒輪1和2，然后傳遞給軸，使軸旋轉。</p><p>　　導輥傳動：通過齒輪3和4帶動外面一根導輥轉動；通過齒輪4依次帶動齒輪5和6，進而帶動里面那根導輥轉動。</p><p>　　進瓶機構傳動：通過齒輪4和7帶動軸旋轉，從而使蝸輪蝸桿B轉動，帶動齒輪9，進而帶動槽輪機構完成進瓶運動；</p><p>　　洗瓶機構傳

54、動：通過齒輪6和8帶動軸旋轉，進而使蝸輪蝸桿C轉動，從而經由蝸輪10帶動齒輪13，再有齒輪13傳給齒輪11和15，這三個齒輪帶動轉刷，從而來清洗瓶子外表面。</p><p>　　推瓶機構傳動：由蝸輪蝸桿A經過齒輪16帶動凸輪的齒輪帶動凸輪--鉸鏈四桿機構運動，從而實現推瓶機構的往復運動。</p><p>　　3.6.2 方案二總體方案及運動說明</p><p>　　

55、（1）方案二總體方案簡圖</p><p><b>　　:</b></p><p>　?。?） 方案二運動說明</p><p>　　先將瓶子放入膠帶，由進瓶機構間斷的輸送至導輥，通過五桿機構將轉動的毛刷插入瓶內，通過毛刷和瓶子之間的相對運動來清理瓶子內部，又由瓶子外表面跟外轉刷的相對運動來清洗瓶子外部。</p><p>　

56、　3.6.3 方案評估</p><p>　　根據運動鏈的長短、運動副種類、機構的排列次序、傳動比分配以及機械效率等角度來對上面的兩種方案進行評價：</p><p>　?。?）運動鏈的長短：兩種方案運動鏈長度相差不大，但從構件數來講方案一較少，結構相對；</p><p>　?。?）機構的排列順序：在以上兩種方案中，排列順序都存在一定不合理。方案一中，存在蝸輪蝸桿傳動，

57、主要傳遞動力，應該放在高速級，齒輪機構放在低速級；方案二中，存在帶傳動，由于帶傳動外廓尺寸大，應該放置在起始端；</p><p>　　（3）傳動比分配：兩個方案所用構件差不多，而方案二中用帶傳動帶動洗瓶刷子，誤差大，制造麻煩；</p><p>　?。?）運動副的形式：以上方案運動副相似，方案一總體上比方案二要精確，布局較為合理。 </p><p>　?。?

58、）機械效率：由于方案一采用齒輪較多，布局較為合理，因此精度更高；方案二中具有的帶傳動效率偏低，故機械效率明顯低于方案一。</p><p>　　3.6.4 選定最終方案</p><p>　　經過分析，我最終選定方案一，因為其設計相對合理，可行性高，布局良好，結構嚴謹，數據處理方面也優(yōu)于方案二，所以最終選擇方案一。</p><p><b>　　第4章 技術設

59、計</b></p><p>　　4.1 凸輪機構的設計</p><p>　　4.1.1 凸輪基本參數設計</p><p>　?。?）凸輪機構的組成</p><p>　　凸輪機構是由機架、凸輪、從動件和其附屬裝置組成，是一種典型的高副機構。其中凸輪具有曲線輪廓，一般作等速轉動、移動和擺動。</p><p>　

60、　（2）凸輪機構中的作用力 　　移動尖底從動件盤形凸輪機構在考慮摩擦時，凸輪從動件的力 F 和從動件所受的載荷G 的關系為</p><p>　　F = G /［cos(α+φ1) - (l+2b/l)sin(α+φ1)tanφ2］ （4-1）</p><p>　　（3）凸輪機構的壓力角 　　從動件的速度跟其受力方向所夾的銳角就是凸輪的壓力角。其值一般為：</p>

61、<p>　　推程對擺動推桿取[α] ＝35º～45º ；　 回程時通常取[α]′ ＝70º～80º。</p><p>　?。?）凸輪設計曲線如下圖：</p><p><b>　　凸輪設計曲線圖</b></p><p>　　凸輪的輪廓尺寸根據推頭的行程和速度要求確定。初步計算得基圓半徑50mm

62、，，凸輪厚25mm溝槽寬20mm，孔15mm，滾子半徑10mm。</p><p>　　凸輪的理論廓曲線的坐標公式為：</p><p>　　， （4-3） </p><p>　?。?）求凸輪理論輪廓曲線：</p><p><b>　　推程階段=1.2</b>&

63、lt;/p><p>　　= </p><p><b>　　b）遠休階段 =</b></p><p>　　7.5 </p><p><b>　　c)回程階段 º</b></p><p><b

64、>　　³³</b></p><p>　　d) 近休階段 º=</p><p>　　e)推程和回程段壓力角</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　將上面各值代入式（4-3），計算理論輪廓曲線上各點的坐標值。在計算中時應注意：在推程階段取，在遠休

65、階段取，在回程階段取，在近休階段取。計算結果見表4-1。.</p><p>　　凸輪的基本尺寸根據推瓶機構的工作要求來設計，在近休時尺寸為50mm，遠休時尺寸為180.9mm。</p><p>　　(6)求工作輪廓曲線：</p><p>　　有公式的 （4-5）</p><p>　　其中：

66、 （4-6）</p><p><b>　　（4-7）</b></p><p><b>　　推程階段 </b></p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　遠休階段 </b></p

67、><p><b>　　回程階段 </b></p><p><b>　　d) 近休階段 </b></p><p>　　通過計算凸輪工作輪廓曲線各點的坐標如下：</p><p>　　4.1.2 凸輪的建模</p><p>　　利用Pro/E軟件做的凸輪機構，如圖4-1-2所示。&

68、lt;/p><p>　　圖4-1-2凸輪機構建模</p><p>　　4.2 鉸鏈四桿機構的設計</p><p>　　4.2.1 鉸鏈四桿機構的尺寸設計</p><p>　　鉸鏈四桿機構按照給定的急回要求設計，利用解析法求解此類問題時，主要利用機構在極位時的特性。搖桿擺角=69度和行程速比系數k已知，然后由圖4-2-1-1-4查最小傳動角的最大值

69、和β的大小，最后計算鉸鏈四桿機構各桿的長度。</p><p>　　行程速比系數K和搖桿擺角變化插圖</p><p>　　查表可知maxγmin=45º，β=75º則：</p><p>　　=180º（K-1）/（K+1）=90º （4-8）</p><p>　　a/d=si

70、n(/2)sin(/2+β)/cos(/2-/2)</p><p>　　b/d= sin(/2)sin(/2+β)/sin(/2- /2)</p><p>　　(c/d)²= 1-2(a/d+b/d)cosβ+ (a/d+b/d)²</p><p>　　機架長度d確定后就能確定其他各桿長度。</p><p>　　擺桿的轉角

71、以及各桿的長度及擺角應根據推瓶機構的行程來確定。</p><p>　　=69度，行程速比系數K=3。</p><p><b>　　得</b></p><p>　　L1=477.64mm </p><p>　　L2=290.22mm</p><p>　　L3=577.3mm</p>

72、<p><b>　　L4=500mm</b></p><p>　　連桿機構中的運動副通常為低副。</p><p>　　連桿機構的運動副元素為面接觸，因此具有很多優(yōu)點，其壓力較小，承載能力較大，潤滑較好，磨損也小，制造加工簡單，并且各低副一般都是靠幾何形狀進行封閉，可保證工作的可靠性。</p><p>　　鉸鏈中心確定后，四桿機構的其他

73、各桿長度也就隨之確定，因此可采用作圖法對機構進行設計。所謂作圖法就是利用各鉸鏈之間的相對運動幾何關系，通過作圖確定各桿的的位置和長度。圖解法有很多優(yōu)點，其簡單、直觀、快捷，設計精度也較高。</p><p>　　連桿粗20mm，采用45鋼調質處理。利用Pro/E軟件根據桿長尺寸繪制連桿機構圖。下圖分別表示連桿滑塊在凸輪上轉到近休時連桿機構的位置和轉到凸輪遠休時連桿機構的位置。</p><p>

74、;　　凸輪上轉到近休時連桿機構位置簡圖</p><p>　　凸輪上轉到遠休時連桿機構位置簡圖</p><p>　　4.2.2 鉸鏈四桿機構的運動組合圖</p><p>　　以下兩圖分別為連桿滑塊轉到遠休止和近休止兩位置的簡圖。</p><p>　　當凸輪處于遠休止位置時，四桿機構中擺桿2處于最大位置和桿1在一條水平線上。</p>

75、<p>　　凸輪遠休止位置示意圖</p><p>　　當凸輪運位于近休止位置時，桿2和3運動到同一直線，此時擺桿回到起始位置，推頭開始推瓶。</p><p>　　凸輪近休止位置示意圖</p><p>　　4.3 關鍵零部件的設計</p><p>　　4.3.1 輸送帶的選擇</p><p>　　作為直接與瓶

76、子接觸并帶動瓶子運動的輸送帶是洗瓶機裝置中的重要組成部分，因此其外形尺寸以及材料的選擇尤為重要。</p><p>　　本機構的輸送動作采用輸送帶輸送和輸送導軌導向的方式，可選用輸送鏈帶的形式輸送，輸送鏈帶選用符合JB／T 10867-2008要求的塑料平頂鏈，因為平頂鏈帶有很多優(yōu)點（運動較準確、技術成熟，且為標準化部件，利于更換、維修）。</p><p>　　本設計采用塑料平頂鏈，其結構圖

77、如下所示：</p><p><b>　　塑料平頂鏈</b></p><p>　　根據待洗瓶的尺寸數據中的瓶底直徑和中國機械行業(yè)標準（JB／T 10867-2008）提供的選型，選用PC14N型塑料平頂鏈。其中PC為塑料平頂鏈鏈號，14為頂板寬度代號，N表示窄鉸鏈型，其外形如下圖數據如下表：</p><p>　　PC14N型平頂鏈的鏈條結構形式&

78、lt;/p><p>　　表4-3-1-3 PC14N型平頂鏈的主要尺寸、抗拉強度及測量載荷</p><p><b>　　驗算抗拉強度：</b></p><p>　　本設計擬定單列輸瓶機輸送長度為2m，由啤酒瓶長200mm，瓶重約為0.6kg，鏈帶每米重0.87kg，則2m的輸送平頂帶可以放置瓶數N為：</p><p><

79、;b>　　N=2=10（瓶）</b></p><p>　　10瓶啤酒的重量G約為：</p><p>　　G=10=58.8（N）</p><p>　　額定帶速時平頂鏈張力的計算公式為：</p><p>　　平頂鏈張力F=摩擦系數f（10瓶酒重+單位長度鏈帶重2輸送長度）</p><p>　　由上式可得

80、鏈帶張力為：</p><p>　　F=（58.8+2）=9.29（N）</p><p>　　由于F<<,故可以使用PC14N型塑料平頂鏈。</p><p>　　4.3.2 電機的選擇</p><p>　　電動機由于構造簡單、維護容易、控制簡便、工作可靠等優(yōu)點，常作為機械生產中的動力驅動。</p><p>　

81、　電動機已經標準化，所以只需要根據工作機所需要的工作條件和功率大小，選擇其類型、機構型式、轉速和容量，并確定具體型號。電動機的型式和類型可以根據電源種類，工作條件和載荷特點來選擇。</p><p>　　Y系列三相交流異步電動機在工業(yè)上有著廣泛的應用，它具有高效、節(jié)能、震動小和運行安全可靠地特點，是我國八十年代更新換代的產品。其安裝尺寸和功率符合國家標準，適合于一般的機械設備。若機械需要頻繁驅動、換向和制動，則需要

82、選擇轉動慣量小、過載能力強且允許較大沖擊和震動的YZ型或YZR型。</p><p>　　居于本機構中傳動單向旋轉和載荷平穩(wěn)的工作狀況，可選用封閉式Y（IP44）系列的電動機。</p><p>　　電動機的容量選擇是否合適，對它的工作和經濟性都有著很大影響。如果容量選擇過小，工作機將無法正常工作；若容量選擇過大，會導致電動機價格過高，能量得不到充分利用，浪費嚴重。</p>&l

83、t;p>　　常根據電動機運行的發(fā)熱條件來決定電動機的容量。具體計算步驟如下：</p><p>　　1)工作機所需功率 </p><p>　　2)電動機的輸出功率</p><p><b>　　η＝＝0.904</b></p><p>　　3)電動機轉速需要根據其所需的額定功率進行選擇，本設計可選同步轉速為1000r

84、/min的電動機。</p><p>　　4).計算總的傳動比</p><p>　　傳動裝置應有的總傳動比可由電動機的滿載轉速和工作機主動軸轉速確定，為：i＝=960</p><p><b>　　nw＝4.5</b></p><p><b>　　i＝213.33</b></p><

85、p><b>　　合理分配各級傳動比</b></p><p>　　先選定帶輪傳動比=2，減速器傳動比i=25.14,渦輪蝸桿傳動比i=4.27 </p><p>　　因減速箱同軸式布置，所以i1＝i2。</p><p>　　因為i＝25.14，取i＝25，i1＝i2 =5；速度偏差為0.5%<5%，所以可行。</p>

86、<p>　　各軸轉速、輸入功率、輸入轉矩如下：</p><p>　　4.3.3 減速器的選擇</p><p>　　減速器是位于工作機和原動機之間的機械傳動裝置，用于將原動機的高速轉換成適合工作機的轉速。由于其具有很多優(yōu)點，如傳遞運動準確可靠、效率高、結構緊湊，使用維修比較方便，在機械領域有著廣泛的應用。減速器目前很多已經標準化，用戶可以根據需要選擇對應型號使用。減速器有種類很多

87、，按照不同的劃分標準可分為不同類型，若按傳動類型可分為圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器、圓柱齒輪減速器、齒輪蝸桿減速器和行星輪減速器；按傳動級數可分為一級減速器、二級減速器和多級減速器；按傳遞功率大小可分為小、中和大型減速器；按傳動布置方式可分為同軸式減速器、分流式減速器和展開式減速器。</p><p>　　根據已知數據選定減速器為QJR型減速器，這種減速器可做于運輸，冶金，礦山，化工，建筑，輕工等行業(yè)的各種機械設備的

88、傳動結構中。適用工作條件為：齒輪圓周速度應《16m/s，高速軸轉速《1000r/min，工作環(huán)境溫度為-40~~45ºC,低于0ºC啟動前潤滑油應加熱到5ºC，可正反雙向轉動。</p><p>　　QJ型減速器分為臥式和立式，為了合理安排安裝空間，可選用臥式。</p><p><b>　　外形安裝尺寸選擇：</b></p>

89、<p><b>　　/mm</b></p><p>　　承載能力查的（連續(xù)工作型）：</p><p>　　根據i=25查的輸出轉矩為2250N.m，許用輸入功率為5.3KW，輸入轉矩為570N.m，輸出軸軸伸許用徑向載荷Fr=15000N ,實際傳動比為25.56。.</p><p>　　所選減速器符合要求。</p>&

90、lt;p>　　4.3.4 皮帶輪的選擇</p><p>　　根據電動機的功率，皮帶的設計和計算結果如下表：</p><p>　　設計普通V帶輪輪緣參數:</p><p>　　4.3.5 聯軸器的選擇</p><p>　　聯軸器是用于連接兩軸或連接軸與回轉件的一個部件，不僅起到連接兩軸的功能，也可以起到安全防護的功能。</p>

91、<p>　　聯軸器的選擇要考慮：</p><p>　?。?）轉矩大小與性質；</p><p>　?。?）工作轉速與引起的離心力；</p><p>　　（3）兩軸相對位移；</p><p>　　（4）工作環(huán)境及可靠性；</p><p>　?。?）制造、安裝維護、成本。</p><p>

92、;　　本次設計中的電機與減速器連接處選用普通的剛性聯軸器就可以滿足傳動要求。此處選用剛性聯軸器，下面進行聯軸器的選取計算。</p><p><b>　　聯軸器的計算轉矩</b></p><p><b>　?。?-9） </b></p><p>　　式中：-計算轉矩 ；</p><p>　　T-理

93、論轉矩 ；</p><p><b>　　-公稱轉矩 ；</b></p><p><b>　　K-工礦系數</b></p><p>　　查機《械設計手冊》得K=1.25，所以</p><p>　　據計算轉矩要小于聯軸器公稱轉矩的條件，因為計算轉矩較小，查《機械設計手冊》，有很多型號滿足要求，本設計

94、選用GY2型聯軸器。由于半聯軸器孔徑，所以連接該聯軸器與軸部分的直徑=25mm，半聯軸器長度L=44mm。</p><p>　　4.3.6 滾動軸承的選擇</p><p>　　根據所學知識，在選用軸承時，首先要選擇軸承類型。軸承的類型選擇要考慮以下主要因素：</p><p><b>　　(1)軸承的載荷</b></p><p

95、><b>　　(2)軸承的轉速</b></p><p>　　(3)軸承的調心性能</p><p>　　(4)軸承的安裝和拆卸</p><p>　　因為軸只承受徑向力的作用，且受力不大，故選用深溝球軸承。預計使用壽命為10000小時。下面計算基本額定動載荷：</p><p><b>　　公式：</b&

96、gt;</p><p><b>　?。?-10） </b></p><p>　　式中，C——基本額定動載荷計算值；</p><p><b>　　P——當量動載荷；</b></p><p><b>　　-壽命因數</b></p><p><b&g

97、t;　　-速度因數</b></p><p><b>　　-力矩載荷因數</b></p><p><b>　　-沖擊載荷因數</b></p><p><b>　　-溫度因數</b></p><p>　　Cr-基本額定動載荷</p><p>　　

98、查《機械工程手冊》得=2.71，=1.252，=1.5，=1.2，=1</p><p><b>　　由上式計算得</b></p><p>　　下面計算額定靜載荷：</p><p>　?。?-11） </p><p>　　式中： -基本額定靜載荷計算值</p><p><

99、;b>　　-當量靜載荷</b></p><p><b>　　-安全因數</b></p><p><b>　　-基本額定靜載荷</b></p><p><b>　　由上式計算得：</b></p><p>　　經過查閱《機械設計手冊》中的表，選擇深溝球軸承就可滿足

100、需求。</p><p>　　4.4 軸的設計計算</p><p>　　4.4.1 軸材料的選擇</p><p>　　選擇軸的材料：45號鋼</p><p>　　經調質處理，其機械性能：=650MPa，=360MPa，=300MPa，=155MPa，=60MPa</p><p>　　4.4.2 軸的受力分析</p&

101、gt;<p><b>　　工作功率為</b></p><p>　　選=110，dmin==100.2</p><p>　　考慮到開鍵槽，將其軸徑增加10%，故其軸的直徑為110㎜。</p><p><b>　?。?）軸的轉速</b></p><p>　　n=4.5 r/min</

102、p><p><b>　　軸傳遞的轉矩 </b></p><p>　　T1=9.55×106=721556N·㎜ </p><p><b>　　d1=110㎜</b></p><p>　　Ft==13119.2N</p><p>　?。?）計算軸的彎矩，并畫出彎

103、矩圖，按M=進行彎矩合成，畫出彎矩圖[13]。</p><p><b>　　=0</b></p><p>　　故M===Ft·55=721556·㎜</p><p><b>　　彎矩圖</b></p><p>　　（3）計算并畫當量彎矩圖</p><p>

104、　　轉矩按脈動循環(huán)變化計算，取=0.6，則</p><p>　　T1=0.6×721556 =432934N·㎜ </p><p>　　按Mca=計算，并畫當量彎矩圖。</p><p><b>　　當量彎矩圖</b></p><p>　　4.4.3 軸的強度校核</p><p>

105、;　　鍵槽處d1=110㎜ </p><p><b>　　鍵槽處當量彎矩為</b></p><p>　　Mca==841472N·㎜</p><p>　　強度校核：考慮鍵槽的影響，查表得</p><p>　　b=28㎜ t=16㎜</p><p><b>　　==11

106、2.68</b></p><p>　　===243.35 </p><p><b>　　==7.5MPa</b></p><p>　　顯然，≤ , 故安全。</p><p>　　4.4.4 按安全系數校核</p><p><b>　?、?判斷危險截面&

107、lt;/b></p><p>　　在鍵槽處有應力集中源，且當量彎矩較大，故確定為危險面[14]。</p><p><b>　?、?疲勞強度校核</b></p><p>　　.鍵槽處截面上的應力：</p><p>　　彎曲應力幅：==6.41MPa</p><p>　　扭轉應力幅：==1.49

108、MPa</p><p><b>　　彎曲平均應力：=0</b></p><p>　　扭轉平均應力：==1.49MPa</p><p>　　.材料的疲勞極限：根據=650MPa，=360MPa，查表得</p><p>　　=0.2 =0.1</p><p>　　.截面應力集中系數：查表得&

109、lt;/p><p>　　k=1.825 k=1.625</p><p>　　.表面狀態(tài)系數及尺寸系數：查表得</p><p>　　=0.94 =0.60 =0.60</p><p>　　.分別考慮彎矩或扭矩作用時的安全系數：</p><p><b>　　Sσ==8.7</b></p

110、><p><b>　　Sτ==3.61</b></p><p>　　Sca==3.33＞[S]=2.5</p><p><b>　　故安全。</b></p><p><b>　　總結</b></p><p>　　本設計對洗瓶機的進瓶機構和推瓶機構的工作和功能

111、原理進行了認真的分析和設計，而且對傳動系統(tǒng)也進行了設計。通過對進瓶要求的分析，我設計了進瓶機構；對于如何將瓶子推到工作臺以及如何清洗瓶子內部，我設計了推瓶機構，特別是為清洗瓶子內部而設計的推頭毛刷，考慮到瓶子被破壞的問題，選擇了質地較軟的材料制造刷子；通過對瓶子外部清洗的分析，設計了導輥機構跟轉刷機構的西平機構；通過對瓶子清洗完后進入裝瓶箱的原理分析，我采用了在推瓶機構推桿采用較軟的橡膠棒，充分利用瓶子本身的重力，是瓶子自行滑落到裝瓶箱

112、。然后再對這些機構進行組合設計，選擇了適當的傳動組合裝置來實現各機構之間的協(xié)調運動，并進行了總體設計，繪制了總體裝置圖和一些極限位置簡圖。</p><p>　　在這次設計中，我查閱了很多參考書，尤其翻閱了《機械原理》、《機械設計》、《機械設計手冊》等，同時學習了一些軟件，比如CAD，pro/E,正是在這些參考書籍和繪圖軟件的幫助下，才得以順利完成這次設計。</p><p>　　同時，通過這

113、次設計，我也收獲了很多，學會了很多。以前我太注重理論學習，而放松實際操作，致使在剛開始設計時無從下手。這讓我進行了深刻反思，知識存在于人腦中始終發(fā)揮不出它的作用，只有與生產實際相結合，產生出新的成果，并且這些成果能給人類科技的進步帶來貢獻，那么這種知識才是有用的，不然它始終只是腦袋里的一種虛幻的存在。</p><p>　　最后，這次設計的順利完成也離不開很多同學以及老師的幫助和指導，畢竟一個人的力量是有限的，只有

114、把所有人的力量匯聚在一起才能產生磅礴的力量，在這里我對他們表示誠摯的感謝。</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在設計完成期間，我首先要向所有給我提供幫助和指導的同學和老師表示最真摯的謝意。</p><p>　　在設計開展期間，我遇到很多了許多問題，通過跟一些同學的討論，才慢慢解決，在這里我對他們表示感謝。</p

115、><p>　　我還要特別感謝**老師給予的無私幫助，正是在*老師的鼓勵和幫助之下，我得以順利完成設計。</p><p>　　由于本人學識有限，加之時間倉促，文中不免有錯誤和待改進之處，真誠歡迎各位師長、同行提出寶貴意見。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 劉守謙.現代包裝機械的創(chuàng)新設計

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