洗瓶机设计-机械原理课程设计.doc

课 程 设 计（论文）

洗瓶机设计——目录

一、设计任务书 ………………………………………………………………3

二．机械运动方案设计………………………………………………………4

三、机械总体结构设计………………………………………………………7

四、机械传动系统设计 ……………………………………………………8

五、主要零部件的设计计算 ………………………………………………8

六、执行机构和传动部件的结构设计 …………………………………9

七、最终设计方案和机构简介 ……………………………………………10
八、自我评价…………………………………………………………………14
九、参考文献…………………………………………………………………15

方案设计说明

设计题目：洗瓶机
 设计要求
洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。如图1-1所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊倒动瓶子旋转。当推头M把瓶子向前推进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
   （1）推瓶机构应使推头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，准备进入第二个工作循环。
   （2） 按生产率的要求，返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍。
   （3）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。

一、设计任务

试设计一洗瓶机，能实现清洗瓶子内外表面的功能。

（1） 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图；
（2） 进行推瓶机构的选型，以实现洗瓶动作要求；
（3） 根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案，分配传动比，并在图纸上画出传动方案图；
（4） 机械运动方案的评定和选择；
（5） 对执行机构进行运动尺寸计算；
（6） 对执行机构进行运动分析，画出运动线图，进行运动模拟；
（7） 画出机械运动方案简图；
（8） 编写设计计算说明书。

二、原始数据及设计要求

瓶子尺寸：大端直径D=80mm，长度L=200mm，口径d=20mm。
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。
按生产率的要求，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。
如图所示：

工艺动作分推瓶和洗瓶两部分，具体过程如下：
(1) 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；
(2) 在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；
(3) 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,瓶子的外表面就清洗干净；
(4) 在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外；
(5)瓶子洗净后离开导辊,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环。

三、参与人数
2～3人，每人设计一个方案。

四、结题要求
1、设计能能满足上述一、二两项要求的机构方案，交绘制机构运动简图一张(1号图纸)；
2、进行传动计算，交设计说明书一份。

一、设计任务书

(1) 设计题目

(2)

本机采用旋转式，两边同时工作，瓶子进入内刷后，由内刷盘带动瓶子旋转。瓶子底部设有固定底刷，四周按有旋转外刷，并且装有喷水头，在刷洗瓶子内部的同时，外部、底部、瓶口处都能同时清刷，从而达到一次性刷洗洁净的目的，并可刷洗各种异形瓶

图1 洗瓶机工作示意图
设计洗瓶机。如图1 所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
洗瓶机的技术要求见表1。
表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/s
急回系数k
电动机转速
r/min
A
φ100×200
600
15
3
1440

(2) 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。
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。
(3) 设计要求
1.工作原理
为了清洗瓶子，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。
2.原始数据
（1）瓶子尺寸：长度L=100mm，直径D=200mm。
（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）电动机转速为1440 r/min。
（5）急回系数3。
二、机械运动方案设计
(1)分析设计要求
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2 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2 推头M运动轨迹
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。
(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，本机构采用了五杆组合机构，由齿轮和四连杆机构来实现
1.凸轮－铰链四杆机构方案
如图3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 凸轮－铰链四杆机构的方案

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4 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4为它们的两个输入构件，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（如下图所示）。

三、机械总体结构设计

为了清洗瓶子的外表和里面，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，内外转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。
要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:
(1)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;
(2)在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;
(3)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,瓶子的外表面就清洗干净;
(4)在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外.
(5)瓶子洗净后离开导辊,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环.
四、机械传动系统设计
（1）能实现预期运动执行构件协调配合工作等运动要求,把原动机输出 的转矩传递到执行构件
（2）执行机构所需的力很小，主要工作在于进行运动分析。可以选择传动的齿轮 m = 3mm, 这样可以减小传动系统的体积，又可以减少传动齿轮数，提高效率。
五、主要零部件的设计计算
凸轮—全移动副四杆机构.其主要参数如下表所示：
项目
参数
推进距离
s=600mm
推程平均速度
v=45mm/s
回程平均速度

V’=3v
六、执行机构和传动部件的结构设计

本机构由导辊和刷子组成
（1）刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗污垢。
（2）导辊的运动由定轴带轮来完成，两个带轮的同向旋转带动导辊的同向转动，而带动瓶子转动。（ 如下图示 ）
导辊的俯视图

（3）推瓶机构和洗瓶机构组合
本机构采用了五杆组合机构（ 如下页图示 ），齿轮机构，瓶子的运动分为直线运动和转动，直线运动由五杆组合机构来完成，瓶子的转动由同向转动的导辊来完成。利用瓶子的运动来清洗瓶子的内外表面。
刷子的运动由完成不同的功能来决定。清洗瓶子的刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗表面污垢。

（4）传动机构
最终选用的机构中刷子的转动轴、导辊的轴、执行机构主动件的轴两两垂直。所以通过带轮传动来实现各方向的改变
本洗瓶机优点
1．本机为双端式结构形式洗瓶机，减少净瓶污染。
2．本机主传动采用电机变频同步控制，并在各轴的减速器上配有过载保护装置。传动机构简单，效率高，安全可靠。
3．进出瓶机构采用齿轮驱动的星形轮连杆机构，传动平稳、可靠、噪音小。并带有进出瓶自动回程功能。
4．本机采用一个预喷淋槽，三个碱液浸泡槽、一个热水浸泡槽、一个热水喷淋槽、一个温水喷淋槽和一个清水喷淋槽的喷淋浸泡杀菌方式，使瓶子得到彻底的清洗。
5．除标机构：采取机外三次除标，网外除标方式。
6．喷淋系统：进瓶端采用上、下喷淋预热，防止对后工序污染。三个碱液槽上部均带有内外喷淋，以增加碱液接触时间。后端分为热水Ⅰ、热水Ⅱ、温水、清水四个区段的喷淋，瓶的外表面固定喷淋，瓶内采取旋转式喷淋，和固定喷淋方式，以减少瓶内清洗死角。
7．加热系统：采取蒸汽加热，提高热交换率，充分利用能源。
8．箱体：本机共有六个箱体组成，各箱体之间的连接方式采用预连接后现场焊接，以防箱体之间渗漏。
9．整机传动系统采用变频同步调速技术、控制系统运用人机界面技术，采用全汉字和多形式色彩图案等先进的自动控制技术，整机自动化程度高。
10．本机带有自动除渣及喷淋过滤自动清洗装置及手动清洗装置。
11．本机瓶盒为为全钢材料制作，瓶盒头部装有塑料瓶嘴。瓶盒锥体处开有多条长孔，更有利于瓶子各部位喷冲。

自我评价
机械设计并不是一件简单的工作，在一定要求下设计一种机构也不是想象中的那么容易。其次，使我正视了机械设计工作者应该具备的严谨的态度。再次，使我树立了信心，要努力学好机械各专业。《机械原理》作为机械类专业学生的重要技术基础课，在教学计划中占有十分重要的地位。作为实践性教学环节的课程设计，是对学生较为全面的设计能力训练，它不仅可以培养学生理论联系实际的设计思路，分析和解决工程实践问题的能力，还应该培养学生开拓创新意识，激发其研制新机器、开发新产品的热情。我们在设计过程中不断丰富和完善产品的设计信息，直到完成整个产品设计；设计过程是一个逐步求精和细化的过程，设计初期，我们对设计对象的结构关系和参数表达往往是模糊的，许多细节在一开始不是很清楚，随着设计过程的深入，这些关系才逐渐清楚起来；机械设计过程是一个不断完善的过程，各个设计阶段并非简单的安顺序进行，为了改进设计结果，经常需要在各步骤之间反复、交叉进行，指导获得满意的结果为止
我们将运动分析、力分析和常用机构设计等需大量占用时间的工作由计算机自动完成，我们可以根据需要调用。使我们有充足的时间用于进行机械传动系统方案的拟定和选择最佳传动方案，使我们有充足的时间进行机构的创新设计，并能对创新机构进行综合评价和选择，有充足的时间分析方案设计、方案选择中遇到的各类问题，在计算机辅助下，最优地解决各种问题。这对学生综合素质的培养将是极为有效的方法和手段。

参考文献

1．《机械原理》邹慧君等主编，高等教育出版社，1999
2．《机械原理课程设计手册》邹慧君主编，高等教育出版社，1998
3．《冲压自动化与压力机改造》权修华等主编，安徽科学技术出版社，1992
4．《锻压机械及其有限元计算》林道盛等主编，北京工业大学出版社，1998
5．《机械设计学》，鲁明山等，北京航空航天大学出版社
6．《机械制造工程实践》费从荣等主编，中国铁道出版社
7．《机械设计基础（下册）》张莹主编，机械工业出版社
8．《机械原理课程设计》曲继方主编，机械工业出版社
9．《机械设计课程设计》任嘉卉等主编，北京航空航天大学出版社
10．《实用冲压技术》上海市技术革新展览会编，上海科学技术出版社
11．《机械设计手册》联合编写组编，化学工业出版社
12．《机构分析与设计》华大年等主编，纺织工业出版社
13．《设计方法学》黄纯颍主编，机械工业出版社
14．《连杆机构》伏尔默 J主编，机械工业出版社
15.《机械传动设计手册》江耕华等主编，煤炭工业出版社
16．《机械运动方案设计手册》邹慧君主编，上海交通大学出版社