自动洗瓶机的设计-机械原理设计

邮电与信息工程学院课程设计说明书课题名称：自动洗瓶机的设计学生学号：**********专业班级：16级过程装备与控制工程基础01班学生姓名：**学生成绩：指导教师：**课题工作时间：2018.5.25 至2018.6.14目录第一章绪论 (2)1.1 设计题目 (2)1.2设计任务 (2)1.3设计要求 (3)第二章原动机的选择 (3)第三章推瓶机构与洗瓶机构设计 (3)3.1分析设计要求 (3)3.2推瓶机构设计 (4)3.3洗瓶机构设计 (6)第四章机械运动方案设计 (7)4.1设计方案一 (7)4.2设计方案二 (8)4.3设计方案三 (8)4.4 最终方案的确定 (9)第五章主要零件的设计计算 (9)第六章执行机构和传动部件的结构设计 (12)第七章机构运动简图和传动部件的运动循环图 (13)7.1机构的整体运动简图 (14)7.2 推头M的运动循环图 (14)第八章小结与体会 (14)第九章参考文献 (15)第一章绪论1.1 设计题目设计一台自动洗瓶机（啤酒瓶、牛奶瓶或者其他玻璃瓶），实现自动送瓶，内外侧清洗，以及将清洗好的瓶子输送出洗瓶机并排列整齐的功能，瓶子是易碎物品，设计时应考虑在清洗、输送过程中防止打碎瓶子。

1.2 设计任务（1）对自动洗瓶机进行功能分析，并对各执行机构进行选型和设计，合理安排各执行机构的运动配合关系。

（2）在图纸上绘制自动洗瓶机的运动方案示意图、机构运动简图及运动循环图。

（3）设计凸轮机构，自动确定从动件运动规律、基圆半径，计算和绘制凸轮廓线，校核凸轮机构最大压力角。

（4）对连杆机构进行选型和尺寸设计，给出机构的最大压力角。

急回特性系数（若有急回特性）。

（5）选择齿轮传动机构的齿数，并计算传动比。

（6）对自动洗瓶机进行三维造型和运动仿真，并画出输出构件的位移、速度、加速度曲线。

（7）编写设计计算说明书。

1.3 设计要求1.3.1工作原理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。

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。

1.3.2 设计要求(1)洗瓶机的效率必须高,能够代替手洗工作(2)结构简单紧凑,传动性能优良(3)符合实际尺寸要求，以及现有的材料二、原动机的选择原动机是机械系统的驱动部分，按能量转换性质的不同分为第一类原动机和第二类原动机。

其中第一类原动机分为：蒸汽机、柴油机、汽油机、水轮机、燃气轮机；第二类原动机分为：电动机、液动机（液压马达）、气动机（气动马达）。

在这里,我选择运用最广泛的电动机为原动机,带动其他构件运动,实现其功能。

因而本自动订书机电能转化为机械能。

因为其成本低、运转费用少、维护要求较少、功率适用范围广等优点。

按题目要求，这里用转速为1440 r/min。

的电动机。

三、推瓶机构与洗瓶机构设计3.1 分析设计要求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。

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，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 推瓶机构的设计根据设计要求，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。

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，我选择了摆动导杆机构,曲柄滑块机构。

3.2.1 摆动导杆机构曲柄的整转可以带动摆杆左右摆动，以实现推瓶的作用。

清洗区位于摆动导杆右侧时，则当曲柄为顺时针转动时，可以实现推头推瓶时间长，返回时间短的效果，可以达到工作的平稳性和高效性。

另外，此机构结构简单，急回特性显著，便于制作。

如下图所示3.2.2 曲柄滑块机构我选择曲柄滑块的主要原因在于其急回运动。

而曲柄滑块机构又分为三种对心曲柄滑块、偏置曲柄滑块以及偏心轮机构。

此处给出对心曲柄滑块和偏置曲柄滑块示意图。

杆长度减小时，急回特性减缓。

另外，曲柄滑块为低副的移动副，滑块可以左右或者上下往复运动。

三种曲柄滑块分别如下图所示对心曲柄滑块机构偏置曲柄滑块机构3.3洗瓶机构设计3.3.1双棍洗瓶机构当瓶子进入清洗区域后，可以以多种的运动方式实现过程，可以是圆周运动，也可以是直线运动。

所以我们可以用双棍清洗机构，其根据两根导辊的同时同向转动带动瓶子的转动这一原理设计的，在这个机构中瓶子沿着本身轴线做直线运动。

为了清洗瓶子的外表，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推瓶机构推动瓶子沿导辊前进，外转动的刷子就将瓶子洗净。

毛刷安放在导轨工作台的正上方。

3.3.2旋转洗瓶机构洗瓶机构是运用齿轮的啮合，使在四个工位的齿轮匀速自转，以带动瓶子自转，让刷子能清洗到瓶身的各个角落，而且刷子的大小和形状都可以改变，齿轮的大小也可以改变，从而清洗不同大小形状的瓶子。

槽轮机构可以保证推杆运动时间和转盘运动时间的配合，当瓶子被推到转盘时，转盘停止，当推头急回推下一个瓶子是，槽轮运动，把脏的瓶子推到第二个工位清洗，机构往复运动，达到了连续洗瓶子的工作。

四、机械运动方案设计4.1设计方案一摆动导杆与双棍洗瓶机构方案此方案选择的推瓶机构为摆动导杆机构，洗瓶机构为双棍洗瓶机构。

摆动导杆推动瓶子在导辊上运动时同向导辊自转带动瓶子的转动。

毛刷位于导棍工作台的正上方并且一直转动。

当瓶子运动到毛刷下方与毛刷相接触，瓶子在继续运动的过程中就实现了清洗瓶子的目的。

如下图：4.2 设计方案二偏置曲柄滑块与双棍洗瓶机方案此方案选择的推瓶机构为偏置曲柄滑块机构,洗瓶机构为双棍洗瓶机构.偏置曲柄滑块机构推动瓶子在导辊上运动同向导辊自转带动瓶子的转动。

毛刷位于导棍工作台的正上方并且一直转动。

当瓶子运动到毛刷下方与毛刷相接触，瓶子在继续运动的过程中就实现了清洗瓶子的目的。

4.3 设计方案三摆动导杆与旋转洗瓶机结构方案此方案结合了摆动导杆机构与旋转洗瓶机构。

旋转洗瓶机构通过槽轮控制，当与槽轮相连的转盘停止运动时推杆正好把瓶子推到转盘的凹位置上，并把瓶子推到凹槽内。

当推头反会推下一个瓶子时转盘开始运动，当下一个瓶子被推到传送带末端时轮盘转动90度。

在此时凹槽底端的齿轮旋转带动瓶子自转，毛刷同时也自转。

当瓶子转到与毛刷向接触的位置时，此时就开始实现洗瓶的效果。

而且瓶子在传送带上运动时能实现瓶底的清洗。

4.4最终方案的确定我最终选择的是第三方案——摆动导杆与旋转洗瓶机构。

此方案的优点是：摆动导杆机构简单便于加工，工作效率更高。

而旋转洗瓶机与前两方案中的双棍洗瓶机相比,旋转洗瓶机与摆动导杆的结合能把瓶子洗的更干净,并且能够清洗瓶底,更加满足生产需要。

所以我决定最后选择第三种方案。

五、主要零件的设计计算洗瓶机的技术要求如图。

洗瓶机的技术要求原始数据如下：（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。

我在这里选用技术要求中方案A 来进行设计计按生产率的要求，每分钟三个，行程速度系数K=3，可得60v+60v/3=6L ，则可推出推程平均速度为V=45mm/s ，返回时得平均速度为工作行程平均速度的3倍；根据要求返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍；解： 3180180=-︒+︒=θθK3x 180180）（θθ-︒=+︒θθ3540180-︒=+︒︒=3604θ︒=90θ根据要求：推程平均速度为v=45mm/s,推进距离L=600mm 。

解：先算出推进600mm 需要的时间t.45t=600 340t =(s) 根据极位夹角︒=90θ所以推进时曲柄转过的角度为︒=+︒=270180θϕ再根据角度ϕ和t 求出曲柄的角速度解： t ωϕ= 340270⨯=︒ω )s /(25.20︒=ω在保证推程为600mm 的基础上，不把滑块装在连杆的端点和运动时使得滑块不和机构导辊接触把把连杆的长度设为800mm ( 优化运动 )曲柄机构如图5 2和2’是摇杆的两个极限位置，也就是连杆3位移为600mm始末位置，摇杆的极限位置正好和曲柄垂直，又因为极位夹角 ︒=90θ，所以摇杆极限位置时和曲柄构成长正方形。

根据图可知曲柄1不能碰到连杆3，也不能和B 点接触，这样都会使滑块顶死。

所以要确定曲柄1的长度。

设曲柄的长度为L ，摇杆所夹是角为 ︒=90θ。

解：因为滑块的宽度为40mm ，滑块中心为铰链连接处。

202+>L Sin Lθ所以 2012(>-L ） mm 3.48>L 280)21(<+Lmm 116<L所以48.3<L<116之内都可以选，为了节省材料选曲柄长度为80mm 。

为了摇杆和滑块不脱离需确定摇杆长度，设摇杆长度为S解： 2300ϕSin S >mm S 2.424>为了便于计算和机构的美观选用mm S 500=。

六、执行机构和传动部件的结构设计传动部件：推瓶机构：类似于牛头刨床的曲柄滑块机构。

执行机构：洗瓶机构：瓶子的自转与绕轴旋转相结合的轮系结构。

此洗瓶机的推头部分采用了牛头刨床的核心思想，题目要求行程速度系数比K=3，也就是说曲柄滑块机构的极位夹角为90度，运用这个机构就很容易实现了，而且题目要求推头的推程为600mm ，此机构也很容易满足，而且结构紧凑，而且推杆只要保证在水平面运动，则推头几能很平稳地推进瓶子。

推头推瓶子的同时，瓶子是放在一传送带上的,传送带以与推杆推瓶速度相同的速度匀速传送，大大减小了推杆的负荷，使传送更加得平稳。