机械毕业设计1730自动洗瓶机说明书

前言

随着市场经济的完善和发展，商品流通的深度和广度进一步扩大，包装工业在国民经济中的作用和地位越来越高。根据各国经济发展水平不同，包装工业的产值通常占国民生产总值的。经济越发达，包装工业所占的比重就越大。旋转型洗瓶机就是包装机械的一种。建国以后，我国陆续建立了一些洗瓶设备生产厂，但主要是一些小型设备，技术落后。八十年代初，国家开始积极引进国外先进洗瓶技术，当时洗瓶技术主要掌握在少数国有企业手中。随着改革开放的推进，一些原来从事机床、农机制造的企业也转到洗瓶设备的开发制造上，从业厂商逐渐增多。

我国的洗瓶设备主要是应用在酒业、饮料的洗瓶上。但是目前各个设备生产厂家的旋转型洗瓶机在洗瓶能力、效率、适宜瓶型范围及自动化程度等方面各有优缺点，不同程度地制约着产品包装质量和生产率。

旋转型洗瓶机也可称为回转型洗瓶机，一般采用连续式洗瓶形式，即包装容器在运行中自动完成洗瓶动作。由于洗瓶过程中包装容器沿圆周方向作等速回转运动，运动中同时完成洗瓶等操作，因此旋转型洗瓶机连续生产，自动化程度高、占地少、生产能力大，生产效率较高；但这类洗瓶机结构复杂、制造较麻烦。各种类型的液体物料(包括含气液体和不含气液体，低黏度、中等黏度和高黏度的液体)均可以选用合适的旋转型洗瓶机进行洗瓶。

应用范围：

胶水、瞬间胶、乳液、唇蜜、香精、香水、凝胶、药水、墨水等。

目录

1工程概况 (3)

1.1本课题的来源及意义 (3)

1.2本课题涉及的问题及国内（外）研究现状分析 (3)

2设计任务 (4)

2.1设计任务 (4)

2.2工作条件 (4)

3旋转型洗瓶机的设计 (4)

3.1设计方案的确定 (4)

3.2设计参数的拟定 (4)

3.3运动方案的确定 (4)

3.4旋转型洗瓶机的总体设计 (4)

3.5电动机的选择 (5)

3.6减速器的选择 (5)

3.7不完全齿轮的设计 (6)

3.8带传动的设计 (8)

3.9轴的设计及校核 (10)

3.10旋转型洗瓶机的机架设计 (12)

4总结 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

1工程概况

1.1本课题来源及研究的目的和意义

随着社会的发展，生产水平的提高,瓶装饮料的种类越来越多，消费者的选择也越来越多，对厂家的生产效率提出了更高的要求，当消费者青睐某一产品时，需要生产厂家快速扩大产量，形成对市场的快速占有。因此，为提高生产效率，对生产过程的各个环节都提出了新的要求，特别是洗瓶机械。旋转型洗瓶机的提出，满足了厂家对洗瓶机械的要求。旋转型洗瓶机大大提高了厂家的生产效率[1]。

1.2本课题所涉及的问题及国内（外）研究现状及分析

国内目前对高效率的洗瓶机有比较大的需求，如汇源、青岛啤酒、娃哈哈集团等饮料和酒类生产厂家。

1.2.1国外研究现状及分析

在国外，在饮料洗瓶机设备方面，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高[2]。我们可以通过这些国家的饮料洗瓶机的新趋势来确定我们国家与他们之间的差别，应该向哪些方面发展才能缩小之间的差别，使我国的洗瓶机尽快挤进世界先进行业之列[3]。

通过对比，我们可以看到那些先进国家的饮料洗瓶机的现状：

（1）多功能。

使用同一台机器，就可以洗瓶茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料，而且对玻璃瓶和聚酯瓶都可以进行洗瓶，尽量减少企业的生产成本。

（2）高速度、高产量。

碳酸饮料洗瓶机的洗瓶速度最高达2000罐∕分，德国H＆K公司、SEN公司、KRONES 公司，其洗瓶机的洗瓶阀分别达到165头、144头、178头。非碳酸饮料洗瓶机的洗瓶阀50-100头，洗瓶速度最高达1500罐∕分。

（3）技术含量高、可靠性高。

全线的自控水平高和全线效率高。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数、计量精确。集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现[4]。

1.2.2国内研究现状及分析

在国内，南京博键科技有限公司从2008年研制出BKYG400高速液体洗瓶机（400瓶∕分）以来，经多项核心技术的攻关，设备性能稳定。此产品是国内用于无菌液体洗瓶生产的首台10头洗瓶能达到400瓶∕分稳定产量的洗瓶机。此机在设计理念上能满足cGMP的要求，全阳台式设计、隔离控制技术，能有效防止污染，且操作空间大，清洁方便[5]。

BKYG400高速液体洗瓶机采用连续进出瓶机构、直线式洗瓶方法以及独特的真空吸塞系统。其计量泵采用独特的三件套陶瓷计量泵，以有效控制不溶性粒子的析出。

BKYG400高速液体洗瓶机整体特点：

（1）洗瓶规格广，一般可适用0.5～20ml（特别规格另议）；

（2）洗瓶精度高，≦±0.6%；

（3）加塞速度快，加塞成功率≧99.8%；

（4）采用机电一体化技术，变频调速控制，同步带传动与洗瓶；

（5）缺瓶不洗瓶与不加塞动作完成率可达100%。

BKYG400高速液体洗瓶机结构特点：

（1）工作台面较窄，洗瓶区伸出台面之外，操作空间大，真正达到全阳式效果；

（2）送瓶与加塞，取样与收集盘分别装在两个机架上，不仅有效防止框架变形，而且有利于整机的装配精度，提高了机器可靠性和稳定性；

（3）特殊设计的进瓶工作台、推瓶螺杆、进瓶过渡轮等进瓶系统，达到了高速进瓶的稳定流畅。能够保证灭菌后的瓶子“先进先出”的进瓶次序；

（4）出瓶配有导向转换开关，有计数功能，并由出瓶螺杆将瓶子送人收集盘;

(5) 直线连续、楔块输瓶系统可作水平移动，在一定规格内瓶子不需更换模具。

BYKG400高速液体洗瓶机控制系统特点：

（1）大型触摸屏操作，带有操作提示导航功能，操作过程实现可视化；

（2）多台驱动马达采用伺服控制，操作人员可在触摸屏上调整生产参数；

（3）未加塞的瓶子有自动剔除功能，更能满足与冻干机自动上料系统的对接。

同时，根据客户的不同要求，可在此台洗瓶机上增加相应的功能，如：（1）可加装瓶子预充和洗瓶后充惰性气体装置；（2）可设定每个洗瓶泵与洗瓶对应瓶子自动脱离进入取样盘内，以便对号检测；（3）胶塞进料时配有“清洁进料”装置。

2设计任务

2.1设计任务

旋转型洗瓶机的旋转工作台有4个工位，旋转工作台有6个槽，在圆周上对称分布，4个工位分别是输入、洗瓶、封装、输出。

2.2工作条件

每天工作24小时，一年工作365天，工作环境潮湿。

3旋转型洗瓶机的设计

3.1设计方案的确定

表3-1旋转型洗瓶机技术参数表

方案号转台直径mm 电动机转速r/min 洗瓶速度r/min

C 500 960 10

通过综合考虑，最终确定了C方案为本设计的方案。

3.2设计参数的拟定

转台直径500mm，电动机转速960r/min，罐装速度10r/min.

3.3运动方案的确定

3.3.1方案一

使用间歇机构，采用槽轮机构。在工作时，使普通的含量为550ml的矿物质水瓶能在各个工位顺利停留。

3.3.2方案二

使用间歇机构，采用凸轮机构。在工作时，同样能够使550ml的矿物质水瓶能准确的在各个工位停留。

3.3.2方案三

使用不完全齿轮机构，在工作时同样能够满足工作需求。

3.3.3选定方案

选定方案三：间歇机构，采用不完全齿轮机构。因为不完全齿轮机构可以实现设计要求，结构相对简单。

3.4旋转型洗瓶机的总体设计

电动机减速器锥齿轮主动轮从动轮成品

固定工作台灌瓶泵

压盖机构

旋转工作台

图3-1工作流程图

如图3-1所示，为旋转型洗瓶机的工作流程。电动机接减速器，减速器通过锥齿轮改变传动方向，锥齿轮接不完全齿轮主动轮，实现间歇运动，灌瓶泵、压盖机构固定在旋转工作台的的上方，实现相应的工序，最后通过带传动输出成品。 3.5电动机的选择

3.5.1 选择电动机的类型

Y 系列电动机为一般用途全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机，具有防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电动机内部之特点，B 级绝缘，工作环境温度不超过+40摄氏度，相对湿度不超过95%，海拔高度不超过1000m ，额定电压380V ，频率50Hz 。

YZR 系列为绕线转子电动机，YZ 系列为笼型转子电动机。冶金及起重用电动机大多采用绕线转子，但对于30Kw 以下电动机以及在起动不是很频繁而电网容量又许可满压起动的场所，也可采用笼型转子。

按照工作要求和条件，选用Y 系列电机。 [8] 3.5.2 确定电动机转速

因为设计参数给定的电动机转速为960r/min ，所以选择电动机的方案有三种如下表3-2所示

表3-2 电动机的选择方案

电动机型号

额定功率 （kw ）

满载转速 （r ／min ）

堵转转据

最大转矩

质量（kg ）

Y132S-6 3 960 2.0 2.0 63 Y132M1-6 4 960 2.0 2.0 73 Y132M2-6

5.5

960

2.0

2.0

84

通过考虑安全生产，生产效率等问题，选择Y132M2-6型电动机。 3.6 减速器的选择

根据旋转型洗瓶机的工作环境和工作条件，选择较为实用的减速器。选择ZDY 型减速器[9]。

（1）承载能力如表3-3

表3-3承载能力

公称传动比N i

输入转速

1n ()min r

输出转速

2n ()min r

轴距a

()mm

实际传动比i

4

960

240

100

4

（2）ZDY型减速器主要尺寸如表3-4

表3-4 ZDY减速器参数

A () mm

B

()

mm

H

()

mm

a

()

mm

d1

()

mm

l1

()

mm

L1

()

mm

b1

()

mm

t1

()

mm

d2

()

mm

l2

()

mm

L2

()

mm

b2

()

mm

t2

()

mm

290 175 260 100 28 42 127 8 31 48 82 167 14 51.5

C () mm

m1

()

mm

m2

()

mm

m3

()

mm

n1

()

mm

n2

()

mm

e1

()

mm

e2

()

mm

e3

()

mm

h

()

mm

地脚螺

栓孔

m

()kg

润

滑

油

量

(L)

d3 n

22 225 - 140 52.5 72.5 85 102 122 125 15 4 35 1.6

3.7不完全齿轮的设计

要求；60r/ min

3.7.1 不完全齿轮机构工作原理

不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而得的一种间歇转动。即在主动轮上只做出一部分齿，并根据运动时间和停歇时间的要求，在从动轮上做出与主动轮轮齿相啮合的轮齿。当主动轮作连续回转运动时，从动轮作间歇回转运动。在从动轮停歇期内，两轮轮缘各有锁止弧起定位作用以防止从动轮游动。[10]

3.7.2采用不完全齿轮的优缺点

不完全齿轮的机构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动轮的运动间歇时间和静止时间的比例可以在较大范围内变化。其缺点是有较大冲击，故只适用于低速、轻载场合。[10]

3.7.3 不完全齿轮机构的设计

应为工作台有6个工位，为实现间歇运动，不完全齿轮的从动轮应有6个齿槽，这样才能实现主动轮转6周，从动轮转一周。其机构如图3-2所示

图3-2不完全齿轮装配图

图3-3主动轮示意图

图3-4从动轮示意图

不完全齿轮的设计参数如下

表3-5 不完全齿轮参数表

主动轮从动轮

模数

齿顶高系数顶隙系数压力角

分度圆直径5

1.0

0.25

200

70mm

5

1.0

0.25

200

150

齿顶高5mm 5mm

齿根高 6.25mm 6.25mm 齿全高11.25mm 11.25mm 齿顶圆直径80mm 160mm

齿根圆直径57.5mm 137.5mm 基圆直径65.77mm 140.95mm 齿距15.7mm 15.7mm 基圆齿距14.75mm 14.75mm 齿厚7.85mm 7.85mm 齿槽宽7.85mm 7.85mm 顶隙 1.25mm 1.25mm

标准中心距轴径110mm

16mm

110mm

20mm

3.8带传动的设计

3.8.1 V带的选择

标准普通V带使用多种材料制成的无接头环形带。这些材料包括顶胶1，抗拉体2,，底胶3,，包布4，其组成方式如图3-5所示。普通V带还分为帘布芯V带和绳芯V带两种。本设计选用绳芯V带。[11] V带的截面尺寸如图3-3所示，如表3-6

图3-5 V带的截面尺寸

通过查图可以确定V带类型，普通V带选型图在《机械设计（第八版）》157页，由于电动机转速为960r/min,电动机功率为5.5kW,故通过图可确定V带为A型。

表3-6 V带参数

普通V 带的带型 节宽mm b

p

mm b mm

h

横截面积2mm A 楔角

基准长度mm L d 带长修正系数L A

11.0 13.0 8.0

47

。40800

0.85

3.8.2 V 带轮参数的选择

V 带轮的轮槽与所选用的V 带的型号相对应。则带轮轮槽为A 型。

V 带绕在带轮上以后发生弯曲变形，使V 带工作面的夹角发生变化。为了使V 带的工作面与带轮的轮槽的工作面紧密结合。将V 带轮轮槽的工作面的夹角做成。

40。

V 带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触。为此规定了轮槽基准直径到带轮外圆和底部的最小高度amin h 和min h 。 [11]

槽轮工作表面的粗糙度为1.6或3.2。

表3-7轮槽截面尺寸

槽型 d b

amin h

min h

e min

f d d

A

11.0 2.75 8.7

15±0.3

9 112

图3-6 轮槽截面尺寸

3.8.3 V 带轮的技术要求

铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上下不允许又砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反只要做动平衡。]

常用的带轮材料为HT150或HT200。转速较高时可以采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成，小功率是可以用铸铝或塑料。

V 带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。

根据轮辐结构的不同，V 带轮分为实心实，腹板式，孔板式，椭圆轮辐式。 [11]

V 带轮的结构形式与基准直径有关。因为大带轮的基准直径为112mm ，其小于300mm ，所以采用孔板式。如图3-7所示：

图3-7 带轮孔板式

3.9主轴的计算及校核

主轴的具体尺寸如图3-8所示

图3-8 主轴

得到轴的各段尺寸为：m m 30d 1=，m m 60L 1= m m 35d 2=，m m 60L 2= mm 60d 3=，m m 100L 3= m m 20d 4=，m m 220L 4=

所以主轴的总长度为

m m 4402201006060L L L L L 4321=+++=+++=

弯曲应力校核公式：()[]1

32

2d T M 10-≤+=σασ ()[]

122T M 10d -+≥αα

式中：σ—轴计算截面上的工作应力（a MP ）； d —轴直径；

M —轴计算截面合成弯矩；

T —轴计算截面上的合成转矩；

α —转应力对称循环变化时，α=1； —转应力不变时，[][]100.7σασ-=

≈； —转应力不变时，[][]

10.7σασ-=

≈；

[]1σ-—许用疲劳应力（a MP ）

。 主轴的材料选用40MnB,通过机械设计手册（软件版）3.0校核主轴，其输出结果如下：

轴的编号：001 轴的名称：阶梯轴 轴的转向方式：单向恒定 轴的工作情况：无腐蚀条件

轴的转速：10r/min 功率:5.5kW

转矩：5252500N ·mm

所设计的轴是实心轴

材料牌号：40MnB 调质 硬度(HB)：230

抗拉强度：750MPa 屈服点：500MPa 弯曲疲劳极限：335MPa 扭转疲劳极限：195MPa 许用静应力：300MPa 许用疲劳应力：186MPa 确定轴的最小直径如下： 所设计的轴是实心轴

A 值为：115 许用剪应力范围：30～40MPa

最小直径的理论计算值：90.13mm 满足设计的最小轴径：20mm 轴的结构造型如下：

轴各段直径长度： 长度 直径

60mm 30mm 60mm 35mm 100mm 60mm 220mm 20mm

轴的总长度：440mm 轴的段数：4 轴所受支撑的信息： 直径 距左端距离

30mm 10mm 60mm 170mm 支反力计算

距左端距离 水平支反力Rh1 垂直支反力Rv1

10mm 5396.5N 3349.5N

距左端距离水平支反力Rh2 垂直支反力Rv2

170mm -1478.49N -2590.49N

内力

x/mm d/mm m1/N·mm m2/N·mm

10 30 0 0

90 35 508118.81 463169.06

170 60 452659.92 452659.92

340 20 2.4 2.4

拟订装配方案：固定工作台，旋转工作台，从上面装；

固定套筒，从动轮，主动轮轮支撑盘，从下面装。

3.10锥齿轮的参数确定

由于减速器和电机是水平布置，主轴是垂直布置，为了传递动力，需用到改变传动方向的机构，有涡轮蜗杆传动和锥齿轮传动两种选择，但是涡轮蜗杆传动是用于大传动比的传动机构，此处需要的是改变传动方向，不改变传动比的机构，故需用锥齿轮传动。

锥齿轮的参数如下表所示

表3-8锥齿轮参数

大锥齿轮小锥齿轮

模数 2 2 齿顶高系数 1.0 1.0

分锥角450450

齿数60 60

齿宽15 15

齿轮轴轴径

齿厚

孔径40

22

8

16

20

20

3.11旋转型洗瓶机的机架设计

机架为两块HT200铸铁通过螺栓连接而成的，长宽高分别为1329、1354、1098，基本外形如3-9、3-10所示

图3-9机架正视图

图3-10 机架俯视图

4总结

设计进程：

撰写开题报告，通过查阅相关资料，了解了本设计的意义和可行性。

开始考虑设计方案，在图书馆借阅相关书籍，借鉴类似的成形产品的机构。

方案确定，开始进行相关数据的计算，画零件图，槽轮机构的设计，锥齿轮的设计，传动比的分配，带传动的设计，电动机的选择，减速器的选择。

画装配图，撰写设计说明书，指导老师审阅，给出修改意见，修改设计说明书，修改转配图，轴的校核。

通过本次设计，我学会了很多东西。首先，我了解到原来减速器可以和电机整合到一起成为一个整体，叫做减速电机。其次学会了一些软件的应用，像轴的校核使用的机械设计手册软件版，减速器图纸的生成使用的CAXA EXB View。同时也了解到，大学四年在学校所学的东西都是一些非常基础的东西，比如我们进行的课程设计—减速器的设计，现在发现居然都出版了一本《减速器选用手册》，里面几乎涵盖了所有的减速器类型。当然，万丈高楼平地起，没有基础是不行的，但是我觉得自己的知识面还是有点窄，在今后的学习中应该时刻注意提高自己。

致谢

首先感谢长沙学院，感谢学校录取了我，让我成为一名大学生，有更好的机会深造自己，提高自己的学识，为我的素质的培养提供了许多进步的机会。

其次感谢机电工程系，在大一到大三的两年多的时间里，是机电工程系的各位老师和领导为我们提供了宽松的生活环境，优质的学习条件，安定的学习外部环境。

感谢机电工程系的各位老师和领导，为我们大三到大四的一年多时间里付出了辛勤的劳动和热情的汗水。

由衷的感谢我的指导老师肖爱玲老师。肖老师认真负责的工作态度让我敬佩，对我在设计过程中遇到的各种问题能够及时的解答，对我的设计严格要求，让我在这次设计中收获了许多做学问和做人的知识。

我选择了塔里木大学，塔里木大学成就了我。在大学四年的生活里，我结识了很多志同道合的同学、朋友，也认识了很多品德高尚、学识渊博的老师，他们在生活和学习上给了我很多帮助。

感谢所有的给予我帮助的人，感谢所有关心我的人，感谢你们！！！

参考文献

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[10]孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理[M]. 北京: 高等教育出版社，2006.

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