全自動啤酒瓶清洗裝置的設計及仿真——設計計算說明

1、山西機電職業(yè)技術學院摘 要隨著社會的發(fā)展，人們的物質文化需求也在不斷地增加，酒類飲料作為人們最喜愛的飲料之一，其需求量也與日俱增，有需求就會有供應，因此刺激了酒類飲料的生產。啤酒生產商想方設法提高產量，降低生產成本。在這種刺激下啤酒生產設備不斷更新?lián)Q代，洗瓶機也隨之發(fā)展。本文根據啤酒瓶清洗工作流程，設計了一種高效洗瓶機。本洗瓶機完成五個功能動作：其一、間歇性進料；其二、推動瓶子前進；其三，使瓶子旋轉；其四，清洗瓶子外表面；其五清洗瓶子內表面。經過分析比較，對各功能要求提出了可行性機構：間歇性進料采用槽輪機構；推動瓶子前進采用凸輪連桿機構；使瓶子旋轉采用鏈輪傳動雙輥機構；清洗外表面采用齒輪傳動毛

2、刷的機構；清洗內表面在推桿上通入氣壓，并配合軟質毛刷的結構。然后將各機構綜合起來，并用齒輪及鏈輪將其傳動。使用本文所設計的啤酒瓶清洗機，結構簡單可行，生產成本低，生產效率高。關鍵詞：清洗機；啤酒瓶；槽輪機構；凸輪連桿機構AbstractWith the development of society, peoples material and cultural demand is also increasing, alcoholic beverages as one of the most favorite drink, the demand is also grow with each pas

3、sing day, demand will be supplied, thus stimulating alcoholic beverage production. Beer producers try various devices to increase production, reduce production cost. In this exciting equipment for the production of beer and constantly upgrading, bottle washing machine also development.According to t

4、he beer bottle cleaning process, an efficient washing machine design. The bottle washing machine to complete the five functions: one, intermittent feeding; second, push the bottle forward; thirdly, the bottle rotation; fourth, cleaning the outer surface of the bottle; the bottle surface cleaning. Af

5、ter analysis and comparison, the feasibility of proposed mechanism of the functional requirements: intermittent feeding the Geneva mechanism; push the bottle forward the cam linkage mechanism; the bottle rotation with sprocket drive double roller mechanism; cleaning outer surface adopts gear transmi

6、ssion mechanism of cleaning brush; the inner surface of the push rod into the air, and with the structure of soft brush. Then the synthesis of mechanism, and the drive gear and sprocket.The beer bottle washing machine is designed in this paper, the structure is simple and feasible, low production co

7、st, high production efficiency.Keywords: washing machine；beer bottle；Geneva mechanism；cam linkage mechanism目 錄摘 要IAbstractII目錄III第1章 緒論11.1 啤酒瓶洗瓶機國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2 Pro/E軟件簡介41.3 課題的意義6第2章 傳動方案的擬定82.1 設計任務及技術參數(shù)82.1.1 設計任務82.1.2 啤酒瓶的參數(shù)82.1.3 啤酒瓶洗瓶機設計要求92.2 送料機構設計112.2.1 間歇機構設計112.2.2 進瓶裝置簡圖132.3 推瓶機構設計13

8、2.3.1 凸輪鉸鏈四桿機構的方案142.3.2五桿組合機構方案142.3.3凸輪連桿機構組合機構153.2.4 最終選定推瓶方案153.2.5 進瓶設計說明163.2.6 運動協(xié)調設計162.4 導輥機構設計172.4.1 推瓶起點設計172.4.2 推瓶終點設計172.5 毛刷機構設計192.5.1 外洗瓶毛刷裝置簡圖192.5.2 內洗瓶毛刷裝置簡圖192.7 總體方案設計202.7.1 方案一總體方案及運動說明202.7.2 方案二總體方案及運動說明212.7.3 方案評估22第3章 詳細結構設計233.1 內毛刷機構設計233.2 凸輪連桿機構設計233.2.1凸輪連桿機構運動示意圖

9、233.2.2桿長計算243.2.3凸輪的設計253.2.4擺動凸輪的設計263.2.5直動凸輪的設計273.3 壓力角的檢驗及機構尺寸的確定283.4 機構尺寸的最終確定283.3 槽輪機構設計293.4減速器齒輪傳動設計計算30第4章 三維建模與仿真364.1 Pro/E軟件簡介364.2 典型零件建模384.2.1連桿建模384.2.2 拔盤建模391）拉伸出5mm厚的圓柱，394.2.3槽輪創(chuàng)建414.2.3 參數(shù)化齒輪創(chuàng)建434.3 虛擬裝配474.4 Pro/E動畫仿真50第5章 總結53參考文獻5453第1章 緒論隨著社會的發(fā)展，人們的物質文化需求也在不斷地增加，酒類飲料作為人們

10、最喜愛的飲料之一，其需求量也與日俱增，有需求就會有供應，因此刺激了酒類飲料的生產。啤酒生產商想方設法提高產量，降低生產成本。在這種刺激下啤酒生產設備不斷更新?lián)Q代，洗瓶機也隨之發(fā)展。啤酒行業(yè)也是食品行業(yè)之一，食品行業(yè)的衛(wèi)生標準是十分嚴格的，每個涉及食品的企業(yè)都要根據相關部門的相關要求，定期對生產設備進行消毒清洗，因此，高效的洗瓶機機將在未來更具有競爭力，從而占據市場。1.1 啤酒瓶洗瓶機國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（一）啤酒瓶洗瓶機國內外現(xiàn)狀 洗瓶機從其誕生至今已經有百年多的歷史，隨著人們的要求越來越高和科學技術的發(fā)展的不斷進步，各種新的科技都可以在其身上看到影子。特別是二戰(zhàn)以后，科技水平發(fā)展迅猛，新的

11、科技力量和理念不斷誕生，并且應用越來越普遍。作為機械生產的一員，對洗瓶機的研究和改革創(chuàng)新也是不斷取得新的成果。上世紀六、七十年代時，我國開始慢慢的引入國外洗瓶機，并對洗瓶機仿制和改良完善，即消化吸收與自主創(chuàng)新階段。此階段洗瓶機運行速度先后經歷了很大的變化，單端、臥式雙端、立式雙端等多種類型。上世紀70年代中期第一代洗瓶機瓶盒排數(shù)為16排，主鏈甁盒運行間歇動作，產量最高為800瓶每小時。但是由于本機結構簡單，方便制造等優(yōu)點，在市場上占據了相當長的的一段時間。第一代洗瓶機是現(xiàn)有洗瓶機的早期產品，生產速度低，主鏈運動空運轉行程對能的損耗浪費較大。進入21世紀以來，洗瓶機設備取得了新的技術進步，現(xiàn)在已

12、出現(xiàn)了采用無軸變頻傳動取代萬向聯(lián)軸節(jié)傳動的新型傳動洗瓶機，除標方式上出現(xiàn)了立式軸流泵噴沖，或對原有離心泵噴淋進行了完善升級。洗瓶產能、可操作性及設備運行效率得到了進一步提升。 我們的國內洗瓶機市場發(fā)展比其歐美國家落后3，而且我們國家的技術在一定程度上跟不上市場發(fā)展的需要，導致國內市場上的洗瓶機沒有形成一定的強勢資源，各個生產廠家技術保密，不能形成很好的信息交換和共享，導致市場上洗瓶機的發(fā)展參差不齊，功能不全面。 目前有很多的國內企業(yè)采取與發(fā)達技術的國家企業(yè)合作，一起促進了洗瓶機市場在國內的發(fā)展。新技術的發(fā)展也給洗瓶機的市場帶來一股新的活力，特別是大量的企業(yè)采用新的計算機技術，二維的CAD早已在

13、制造業(yè)普及，三維的設計也在慢慢推廣。電氣設計部分采用ED 等先進設計手段，引入定子調壓和變頻調速，PLC 參與系統(tǒng)控制，采用了大量高新傳感元器件，實現(xiàn)了定位準確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過專家系統(tǒng)的應用，極大地推進了創(chuàng)新設計的進程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計算機應用技術研究成果，使得洗瓶機的創(chuàng)新設計開始向數(shù)字化化方向發(fā)展。根據現(xiàn)實和發(fā)展，設計手段越來越體現(xiàn)出精確化、自動化、虛擬化與快捷的特點。現(xiàn)代的洗瓶機正朝著機電一體化、自動化、數(shù)字化、個性化方向發(fā)展。自動檢測、自動數(shù)據處理（運算、判斷、存儲、記憶）、自動顯示、自動控制、故障診斷和自動保護及維護等功能得到了大量的應用。因此洗瓶

14、機產品創(chuàng)新設計是以降低設計成本，提高設計速度，縮短設計周期為目的，包括降低成本設計、可靠性設計、快速設計、并行設計、數(shù)字化設計、智能設計、廣義優(yōu)化設計等現(xiàn)代設計技術。目前國內外在洗瓶機創(chuàng)新研究方面的主要研究內容有如下幾個方面： (1) 創(chuàng)新設計技術 開展對洗瓶機傳動型式創(chuàng)新、結構構造創(chuàng)新和功能原理創(chuàng)新等方面理論及技術基礎研究，為此著重研究新材料、新工藝、新的傳動裝置，從而通過對不同設計方案的優(yōu)選、分解和組合來產生新的設計方案，不斷推出傳新創(chuàng)新設計成果。 (2) 降低成本的設計技術 在產品設計過程中采用面向成本設計技術和并行的成本估算技術是使產品成本降低的關鍵，其中重點要研究的是成本結構分析技術

15、和價值工程分析技術，且需要構造多種專用的設計知識庫和成本數(shù)據庫來精確地并行估算成本。做到產品成本的即時反應，通過設計方案的調整實現(xiàn)設計階段控制產品成本的真正實現(xiàn)。 (3) 快速設計技術 極短交貨期的市場需求要求開展基于網絡的協(xié)同（異地）設計技術、并行工程技術究，這樣可以縮短產品的開發(fā)周期。其中，系列化、模塊化設計技術、人工智能技術、產品專設計系統(tǒng)技術和虛擬制造技術也是快速設計的所要研究的重要內容。(4) 智能設計技術研究 洗瓶機智能CAD（ICAD）技術和人機智能化設計系統(tǒng)技術的研究，使得面向CIMS的智能設計走向智能設計的高級階段。原理方案智能設計；協(xié)同求解；基于實例的推理；知識獲取、表達和

16、利用等技術也是智能設計技術所要研究的重要內容。洗瓶機創(chuàng)新設計是洗瓶機技術水平不斷提高和發(fā)展的源泉，充分利用現(xiàn)代信息技術成果和現(xiàn)代管理手段，綜合現(xiàn)代設計技術將對洗瓶機技術發(fā)展起到極大的推動作用，洗瓶機技術已處于快速發(fā)展階段，誰的創(chuàng)新設計搞得好，誰就掌握了技術優(yōu)勢，誰就掌握了市場。（二）啤酒瓶洗瓶機發(fā)展趨勢 隨著新世紀全球工業(yè)格局的新變化和我國工業(yè)技術水平的快速發(fā)展，洗瓶機市場近年來異常的活躍起來，現(xiàn)代計算機控制技術飛速發(fā)展，使得洗瓶機的設計在綜合考慮控制系統(tǒng)安全、可靠性、操作的舒適性、機構及結構廣義優(yōu)化等方面有了更高層次的要求，因此洗瓶機的設計必須從原來的常規(guī)設計模式中跳出來，用新觀點、新原理、

17、新方法新技術、新工藝來設計適應新形勢的新產品，未來洗瓶機的設計是基于現(xiàn)代設計理論和方法，應用微電子、信息、管理等現(xiàn)代科學技術，以提高產品質量、用戶滿意的價格和造型、提高產品的功能、縮短產品開發(fā)周期。 在產品設計過程中采用面向成本設計技術和并行的成本估算技術是使產品成本降低的關鍵，其中重點要研究的是成本結構分析技術和價值工程分析技術，且需要構造多種專用的設計知識庫和成本數(shù)據庫來精確地并行估算成本。做到產品成本的即時反應，通過設計方案的調整實現(xiàn)設計階段控制產品成本的真實實現(xiàn)。洗瓶機的創(chuàng)新并不總等同于用較高的成本去發(fā)明新的零部件，利用標準構件，甚至標準件和外購件同樣也可以組合成新產品，這也是一種創(chuàng)新

18、4。 下面是總結的近幾年洗瓶機的主要發(fā)展趨勢： (1) 具有零部件集成化、機構簡潔化、結構全面優(yōu)化的整機設計； (2) 滿足個性用戶的特殊要求的個性化設計； (3) 滿足市場多樣性和低成本要求的具有新技術特征的洗瓶機新系列產品的模塊化設計； (4) 具有自分析、自調整、自糾錯的智能化操作的全自動、半自動操作形式的高度機電一體化的洗瓶機設計； (5) 采用新的傳感技術具有高精度稱量和定位系統(tǒng)的洗瓶機設計； (6) 準確對位技術的應用； (7) 采用參數(shù)化專家系統(tǒng)的快速反應設計； (8) 基于成本即時反應的經濟性DFC（Design For Cost）設計； (9) 極短交貨期要求采用并行設計及并

19、行工程技術的設計； (10) 基于產品全壽命周期的方便維護維修的設計及免維護設計； (11) 大型單臺復雜產品的虛擬設計及動態(tài)仿真的實現(xiàn)； (12) 采用廣義優(yōu)化技術的設計；(13) 洗瓶機動力學（疲勞壽命的分析研究）研究成果的廣泛應用。1.2 Pro/E軟件簡介Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/C

20、AM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。（一） Pro/EngineerPro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型

21、，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產生及不同視圖展示（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復雜的幾何設計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關系，任何一個參數(shù)改變，其也相關的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優(yōu)化更趨完美。造型不

22、單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標準數(shù)據交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設計能力，組裝能力（運動分析、人機工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標準），并且支持符合工業(yè)標準的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下：1特征驅動（例

23、如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）；2參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）；3通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關系來進行設計。4支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等）。5貫穿所有應用的完全相關性（任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。（二）Pro/E機構運動仿真工程師無需等待物理原型就能測試產品的動力行為。利用 Pro/ENGINEER 機構動力學仿真，您可以虛擬地仿真包含運動元件的系統(tǒng)中的作用

24、力和加速度。而且，您可以綜合考慮諸如彈簧、電動機、摩擦力和重力等動力影響，相應地調整產品性能。改善檢驗和認證過程并最大程度地提高設計信心，而無需承受制造昂貴原型的負擔。與設計和分析工具完全集成，從而無需再花費時間、精力和金錢來處理數(shù)據轉換和關聯(lián)的錯誤。利用Pro/E機構仿真有以下優(yōu)點： 可以創(chuàng)建虛擬樣機在桌面計算機中進行測試，從而降低開發(fā)成本 模擬賽車懸架所受到的實際作用力。 能夠更快速和更早地將變更反映在產品中，并從桌面計算機測試中即時獲得結果。 通過縮短開發(fā)時間率先向市場推出更優(yōu)質的產品。 通過對產品壽命進行更準確的估計，從而可降低保修成本。 利用具體的動畫式生產指令進行裝配，可以避免代價

25、高昂的制造錯誤。 通過利用從虛擬測試中所節(jié)省的時間來評估更多設計構思，從而可開發(fā)出更新穎的產品。 在易于學習、直觀明了的用戶界面中工作。1.3 課題的意義啤酒瓶大多都是玻璃瓶，形狀一般為頸細身粗，將空氣抽出后釘上瓶蓋，方可出廠。隨著工業(yè)的發(fā)展及水活水平的提高，啤酒瓶的產量也將大大增大。喝完后的啤酒空瓶可以被回收再次利用。就當前市場狀況而言，啤酒瓶的回收還是一個比較薄利的行業(yè)，因為回收的要求太高，所以相對而言成本也比較高。許許多多的啤酒企業(yè)而言，回收一個啤酒瓶的成本有時候比買一個酒瓶的成本還高，很多企業(yè)不愿意進行酒瓶的回收利用，因此造成了大量的污染和浪費。為此，能夠有效的降低回收成本是酒瓶回收的

26、關鍵所在。而在啤酒瓶回收的工業(yè)加工過程對成品質量影響非常大，輕則降低了包裝線的生產效率，增加水電氣多方面的運行成本；嚴重的可能會影響企業(yè)的形象，甚至會造成投訴率的上升。由此，啤酒瓶清洗機出現(xiàn)在我們的視野中。啤酒瓶清洗機有以下優(yōu)點：一、降低了人們的勞動強度，提高工作效益。二、清洗徹底，有效提高衛(wèi)生的標準。第2章 傳動方案的擬定2.1 設計任務及技術參數(shù)2.1.1 設計任務根據啤酒瓶的尺寸，設計全自動啤酒瓶清洗裝置：其參數(shù)要求如下：（1）推進距離L=600mm，推瓶機構應使推移接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環(huán)。（2）按生產率每分鐘3個的要求，推

27、程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （3）機構傳動性能良好，結構緊湊，制造方便。2.1.2 啤酒瓶的參數(shù)在設計開始之前，首先應明確此次設計所要服務的對象，了解它的數(shù)據信息和基本特性。單列啤酒輸瓶機的輸送對象是啤酒瓶或瓶裝啤酒，它的數(shù)據信息或物質特性直接決定單列輸瓶機的某些結構設計。本次設計主要針對啤酒瓶來進行設計，下面簡單的介紹一下啤酒瓶的基本數(shù)據。其基本標準外形如圖2-1。圖2-1 啤酒瓶外形結構由上圖所示，結合啤酒瓶的國家標準9，可以得知啤酒瓶瓶底尺寸為751.8mm，瓶高2901.8mm。啤酒瓶使用玻璃為制作材料，玻璃材料具有易碎的特性，所以它在移動

28、時不能承受太大沖擊震蕩。根據實際調查得知，一瓶成品啤酒的重量約為0.6kg。2.1.3 啤酒瓶洗瓶機設計要求啤酒瓶洗瓶機是由推瓶機構、導輥機構和轉刷機構共同來完成它的工作的。首先是由推瓶機構以均勻的速度將瓶子推上工作臺（導輥），推頭的往復運動使瓶子一個一個不間斷的送上工作臺進行清洗工作，由于瓶子是從靜止到具有一定的速度，推頭和瓶子之間必然存在著一定的沖擊，所以就要考慮推頭的材料不能是剛性材料，要用具有一定韌性的塑性材料以保證在工作過程中不至于將瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作臺的同時導輥已經進入了旋轉的狀態(tài)并且噴水機構也開始對瓶子進行噴水，使瓶子隨著導輥的旋轉進行圓周運動，安裝在導輥上面旋轉的轉刷

29、能夠將瓶子的四周都能夠清洗干凈。如圖所示。圖2-2 洗瓶機工作示意圖簡圖在實際工作中，要設計的機器往往比較復雜，其使用要求或工藝要求往往需要很多的功能原理組合成一個總的功能原理。下面我們來分析一下洗瓶機是通過什么功能原理來實現(xiàn)它所要完成的工作的。首先推瓶機構所采用的功能原理是用機械能迫使瓶子由工作臺的一側運動到另一側，則要求有一個工作行程為L往返運動的推頭，同時推頭在工作過程中要勻速，回程時要快速，能夠滿足此運動規(guī)律可以有很多種，如可以設計成曲柄-四桿機構，或凸輪連桿機構等實現(xiàn)其往復運動來完成其工作。要運用此功能原理來滿足其工作需要，在運動規(guī)律設計方面就要考慮用什么來帶動曲柄連桿或凸輪連桿機構

30、的轉動，一般我們都用電機來完成此項轉動功能。其次是轉輥機構所運用的是機械的轉動規(guī)律，也是機械運動中比較簡單的運動規(guī)律，只需要有一定的轉動速度與推瓶機構、轉輥機構相配合來實現(xiàn)洗瓶設備的整體工作功能。它是有兩個長圓柱型導輥旋轉，帶動瓶子旋轉并且由導輥的一側移動到另一側的，其中導輥只完成其中的旋轉功能，移動功能是由推瓶機構來實現(xiàn)的。最后我們要了解一下轉刷機構所采用的功能原理，它與導輥機構相同運用的都是機械的轉動規(guī)律，與其不同的是轉刷機構的旋轉要有很高的速度來完成其對瓶子外壁的清洗工作。知道了它的運動規(guī)律就要進一步了解它是由什么機構帶動完成其所要求的功能的。推瓶機構、導輥機構和轉刷機構都是由一臺電機來

31、提供所有的機械轉動規(guī)律的，這就要求我們對它們深入分析、研究各構件之間的運動規(guī)律的聯(lián)系，進而的設計出符合其聯(lián)動規(guī)律的整體設備，來滿足我們預期想要實現(xiàn)的目標。2.2 送料機構設計2.2.1 間歇機構設計能夠將原動件的連續(xù)轉動轉變?yōu)閺膭蛹芷谛赃\動和停止的機構叫做間歇機構。如棘輪機構、槽輪機構和不完全齒輪機構等。（1）棘輪機構棘輪機構的典型結構是由搖桿、棘爪、棘輪、止動爪和機架組成?？蓪⒅鲃訐u桿連續(xù)往復擺動變換為從動棘輪的單向間歇轉動。其棘輪軸的動程可以在較大范圍內調節(jié)，且具有結構簡單、加工方便、運動可靠等特點。但沖擊、噪音大，且運動精度低。 圖2-3 棘輪機構簡圖（2） 槽輪機構槽輪機構的典型機構

32、是由由主動撥盤、從動槽輪及機架組成。可將主動撥盤的連續(xù)轉動變換為槽輪的間歇轉動。并具有結構簡單、尺寸小、機械效率高、能較平穩(wěn)地間歇轉位等特點。圖2-4 槽輪機構簡圖（3） 不完全齒輪機構不完全齒輪機構是由普通齒輪機構演變而得的一種間歇運動機構。不完全齒輪機構的主動輪的輪齒不是布滿在整個圓周上，而只有一個或幾個齒，并根據運動時間與停歇時間的要求，在從動輪上加工出與主動輪相嚙合的齒。不完全齒輪機構設計靈活、從動輪的運動角范圍大，很容易實現(xiàn)一個周期中的多次動、停時間不等的間歇運動。但加工復雜；在進入和退出嚙合時速度有突變，引起剛性沖擊，不宜用于高速轉動；主、從動輪不能互換。（4） 最終選定機構在這里

33、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。圖2-5 槽輪機構簡圖我設計的是當主動撥盤（缺口圓盤）勻速轉一周，從動槽輪轉90，而傳動帶的導桿也轉過90，而且要等于一個瓶子的長度 。而所用時間是洗瓶裝置的一個來回，即：T=20s則有：主動撥盤角速度w=2/20s=0.314rad/s.2.2.2 進瓶裝置簡圖圖2-6進瓶裝置簡圖2.3 推瓶機構設計推瓶機構的方案：根據前述設計要求,推瓶機構應為一具有急回特性的機構,為了提高工作效率,一是行程速比變化系數(shù)K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應使推頭作直線運動,或者近似直線運動,以保證工作的穩(wěn)定性,這些運

34、動要求并不一定都能得到滿足,但是必須保證推瓶中推頭的運動軌跡至少為近似直線,以此保證安全性。 推頭的運動要求主要是滿足急回特性,能滿足急回特性的機構主要有曲柄滑塊機構,曲柄轉動導桿機構和曲柄擺動導桿機構。運用前述設計的思想方法,再考慮到機構的急回特性和推頭做往復直線運動的特點， 所以根據要求，本機構采用了擺動導桿機構。實現(xiàn)要求的機構方案有很多，我們可用多種機構組合來實現(xiàn)。2.3.1 凸輪鉸鏈四桿機構的方案如圖2-7所示，鉸鏈四桿機構的連桿2上點M走近似于所要求的軌跡，M點的速度由等速轉動的凸輪通過構件3的變速轉動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件，所以要注意度過死點的措施。圖2-7 凸輪鉸鏈四

35、桿機構的方案2.3.2五桿組合機構方案確定一條平面曲線需要兩個獨立變量。因此具有兩自由度的連桿機構都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點M的速度和機構的急回特征，可通過控制該機構的兩個輸入構件間的運動關系來得到，如用凸輪機構、齒輪或四連桿機構來控制等等。圖2-8所示為兩個自由度的五桿低副機構，l、4為它們的兩個輸人構件，這兩構件之間的運動關系用凸輪、齒輪或四連桿機構來實現(xiàn)，從而將原來兩自由度機構系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。圖2-8 五桿組合機構方案 2.3.3凸輪連桿機構組合機構圖2-9 所示為凸輪連桿組合機構，該機構實現(xiàn)X，Y方向的運動，分別采用了一個擺動推桿盤形凸輪機構和一個直動推桿盤形凸輪機構

36、組成了一個復合機構。圖2-9 凸輪-全移動副四連桿機構的方案3.2.4 最終選定推瓶方案方案一中機構是凸輪鉸鏈四桿機構，凸輪為原動件（由蝸輪帶動），通過滾子及連桿帶動機構做運動。其急回特性由凸輪控制。在該方案中有5個活動構件，其中有一個高副，自由度為1，有確定的運動。但是它的桿比較多，容易產生誤差，不能實現(xiàn)精確的運動。方案二是五桿組合機構的方案，此方案所需要的桿件繁多，設計煩瑣，實際機構尺寸過大，不是很合理的一個設計方案，性價比也不高。方案三的運動和急回特性主要也是靠凸輪來控制，但是這種控制相當不精確，只適用于行程較小的運動，如果行程過大的話，凸輪的尺寸必須做的很大，從經濟和實用的角度來看都不

37、太合適。要準確的實現(xiàn)給定運動規(guī)律及運動軌跡，凸輪機構是首選，因為盤形凸輪輪廓就是根據從動件運動規(guī)律來設計的，而任意平面軌跡總可以用X=x()Y=y()表示，因此把兩個凸輪機構組合起來就可以準確實現(xiàn)軌跡。而四桿機構在運動規(guī)律、運動軌跡設計中是用逼近的辦法來做的，所以較難準確實現(xiàn)。所以綜上所述選擇方案三輪連桿機構組合機構為最后設計的方案。3.2.5 進瓶設計說明進瓶機構傳動：進瓶機構借助大齒輪帶動上圖中小齒輪，又由小齒輪帶動的軸旋轉，再由軸帶動蝸輪蝸桿，然后蝸輪蝸桿帶動其上的齒輪，再由齒輪帶動間歇機構槽輪完成瓶子的輸進。3.2.6 運動協(xié)調設計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，

38、負責把瓶子傳送到洗瓶裝置上。因為按照生產率為3/min得到每洗一個要20s，所以設計主動撥盤轉一周所需時間為20s，這樣從動撥盤就每20s轉動90，再讓它轉過90時的路程等于一個瓶子的長度即290mm，則可以確定主動帶輪1的直徑D1，因為s= =290mm，所以R1369.4mm。2.4 導輥機構設計2.4.1 推瓶起點設計（1）起點時的簡圖圖2-10推瓶裝置起點簡圖（2） 推瓶起點設計說明上圖是剛剛開始推瓶時候，推桿回到最左端，此時，剛好進瓶裝置送下一個瓶，內刷子隨推桿插入瓶子內，刷毛盡量選用軟性材料，方便內刷子插入瓶內，這樣隨著凸輪帶動推桿內刷子伸進瓶子內，等推頭擋板抵到瓶口時，瓶子才受到

39、推桿的推力，推頭才會推動瓶子運動，進行外表面的清洗，一直到導輥完。2.4.2 推瓶終點設計（1） 終點時設計簡圖 圖2-11推瓶裝置終點簡圖（2） 推瓶終點設計說明 上圖是推瓶推到終點的時候，推桿推到最右端，此時，瓶子在推桿的作用下，走到導輥末端，在重力的作用下，瓶子沿內刷子隨刷桿滑入瓶子出瓶軌道內，刷桿和刷毛盡量選用軟性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道內，這樣隨著凸輪帶動推桿往回運動，內刷子退出瓶子內，瓶子滑出內刷子后，瓶子落到出瓶滑道內，推頭繼續(xù)做回復運動，不過要避免死點的產生，才能穩(wěn)定的進行下一個瓶子內外表面的清洗，一直循環(huán)工作。2.5 毛刷機構設計2.5.1 外洗瓶毛刷裝置簡圖圖2-12 洗

40、瓶裝置簡圖外洗瓶毛刷裝置由三個毛刷輪組成，三個毛刷輪由齒輪帶動，其傳動方案如上圖2-12所示。2.5.2 內洗瓶毛刷裝置簡圖在這里我特意將推頭設計成可以清洗瓶子內表面的刷子，它比瓶子的內徑稍大一些，瓶子在進瓶機構的輸送下開始進入洗瓶機構，在推頭的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，內刷子就可以很輕松的插入瓶內，待到推頭的擋板抵到瓶口之后就可以推著瓶子走了。隨著導輥的轉動，瓶子內外表面都可以得到很好的清洗。另外，值得注意的一點是，內刷子因為要伸到瓶子里面，所以要選用軟一點刷子，內刷刷桿設計成管狀，并且?guī)в行】?，從端部對刷桿通入氣壓，可以把毛刷吹起來，同時，氣壓也有助于吹干凈瓶子內表面。2.7 總

41、體方案設計2.7.1 方案一總體方案及運動說明（1）方案一總體方案簡圖（2） 方案一運動說明:首先動力從電動機輸出，因為需要的速度不是很高，所以要經過減速箱減速，再經過帶傳動傳給齒輪1，齒輪一又傳給齒輪2帶動軸旋轉。導輥傳動：由齒輪3帶動齒輪4使外面一根導輥轉動；再由齒輪4帶動齒輪5，齒輪5 又帶動齒輪6使里面那根導輥轉動。因為齒輪4和齒輪6大小一樣，齒輪5主要是保證兩導輥轉向一致，這樣既保證速度一樣，也保證了旋轉方向一樣。進瓶機構傳動：進瓶機構借助齒輪4帶動齒輪7，又由齒輪7帶動的軸旋轉，再由軸帶動蝸輪蝸桿2，然后蝸輪蝸桿2帶動間歇機構槽輪完成瓶子的輸進。洗瓶機構傳動：洗瓶機構是通過齒輪7帶

42、動齒輪8，齒輪8帶動軸轉動，再由軸帶動蝸輪蝸桿3，然后再通過蝸輪3傳給齒輪9，而齒輪9通過左右各一個小齒輪（齒輪10）傳給毛刷，這樣也保證了它們三個齒輪轉向、轉速相同，三個齒輪又把動力傳給刷子，通過三個外刷子的旋轉來清洗瓶子的外表面。推瓶機構傳動：由蝸桿1帶動蝸輪1，再由蝸輪1傳給凸輪，再由凸輪帶動凸輪-鉸鏈四桿機構來實現(xiàn)推瓶機構往復運動。2.7.2 方案二總體方案及運動說明（1）方案二總體方案簡圖（2） 方案二運動說明 首先需將瓶子放入膠帶上，通過進瓶機構間歇的送到導輥軌跡上，通過凸輪連桿組合機構帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導桿的推動和旋轉下邊前進邊清洗內表面，推動瓶子沿導輥前進，再由外面轉動的

43、刷子將瓶子外表面洗凈。要實現(xiàn)上述分功能,有下列工藝動作過程:（1）皮帶做間歇直線運動。（2）瓶子由皮帶滑動到導輥。（3）內表面毛刷勻速推進瓶子內。（4）推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置。 （5）推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉動的導輥轉動。（6）當瓶子沿導輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈。（7）瓶子離開皮帶,而推瓶機構急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環(huán)。（8）洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉動的皮帶送出。2.7.3 方案評估下面從運動鏈的長短、機構的排列順序、傳動比分配、運動副的形式以及機械效率等方面對上面兩種方案進行評估：（1）運動鏈的長短:兩

44、種方案都比較簡單，運動鏈的長度也差不多。（2）機構的傳動方式：兩種方案的傳動方式都是可行，方案一中，較多的采用了齒輪傳動，推瓶機構由凸輪鉸鏈四桿機構組成，毛刷機構由蝸輪蝸桿帶動。方案二中有較多的采用了鏈輪傳動，推瓶機構由凸輪連桿機構組成，毛刷機構由錐齒輪機構帶動。傳動方式方案二明顯比方案一更為合理，基于以下三個原因：A 方案一中較多采用齒輪傳動，而各轉動軸之間的距離很大，這樣勢必造成齒輪結構龐大，因此方案二中在適當?shù)奈恢貌捎面溳喐鼮楹侠?。B 方案一中推瓶機構由凸輪鉸鏈四桿機構組成，傳動沒有方案二中采用凸輪連桿機構精確。C 方案一中毛刷機構由蝸輪帶動，方案二中毛刷機構由錐齒輪帶動，方案二的傳動效

45、率更高。（3）運動副的形式：兩種方案用的運動副都差不多，但在總體設計上方案二明顯比方案一更精確布局也更合理。 綜上所述，方案二更為合理，所以本設計采用傳動方案二。第3章 詳細結構設計3.1 內毛刷機構設計推頭設計成可以清洗瓶子內表面的刷子，它比瓶子的內徑稍大一些，瓶子在進瓶機構的輸送下開始進入洗瓶機構，在推頭的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，內刷子就可以很輕松的插入瓶內，待到推頭的擋板抵到瓶口之后就可以推著瓶子走了。圖3-1 內刷桿結構示意圖內刷子因為要伸到瓶子里面，所以要選用軟一點刷子，內刷刷桿設計成管狀，并且?guī)в行】?，從端部對刷桿通入氣壓，可以把毛刷吹起來，同時，氣壓也有助于吹干凈瓶子

46、內表面。3.2 凸輪連桿機構設計3.2.1凸輪連桿機構運動示意圖凸輪連桿機構示意圖如下：3-2洗瓶機推瓶機構運動簡圖3.2.2桿長計算1.為了滿足傳動角的一定要求可以初步設計確定桿l1和l4在兩個特殊位置（推頭位移最大和最小時）所形成的這一夾角所在的范圍。2.桿長l2與中心距和基圓大小有關，根據壓力角的范圍可以大概設計出桿l2的長度。3.同理桿l3的桿長與另外一個凸輪的基圓有關系，同樣在保證滿足壓力角的許可范圍設計桿l3的長度。根據前述推導公式可計算得l4=900mm l1=700mm l3=600mm l2=135mm1=133 2=26 3=47E=200mm F=140mm3.2.3凸輪

47、的設計對應C點的工作行程時：0=200， 遠休止角01=30；對應C點的回程時： 0=100 近休止角02=30圖3-2分點與推桿的工作位置3.2.4擺動凸輪的設計圖3-3擺動凸輪的角位移線圖圖3-4擺動推桿盤形凸輪廓線3.2.5直動凸輪的設計圖3-5直動推桿的位移線圖圖3-6直桿推動盤形凸輪廓線3.3 壓力角的檢驗及機構尺寸的確定實際設計中規(guī)定壓力角的許用值。對擺動從動件，通常取=4050，對于直動從動件，通常取=3038。滾子接觸、潤滑良好和支撐有較好剛性時取數(shù)據上限否則取下限?，F(xiàn)通過移動從動件和擺動從動件凸輪廓線中測得：移動從動件=17，擺動從動件=1218+40+100+92-135=

48、115mm 取L=130mm； 從動輪運動角：2=360/Z=90 主動輪運動角：2=3602=90 從動輪軸心到槽口長度：O2A=Lcos=91.92mm主動曲柄長度：R1=O1A=Lsin=91.92mm滾子半徑：r3R1/6=91.92/6=15.32mm,取15mm鎖止弧半徑：RHO1A-r3-h=91.92-15-（0.60.8）15=64.92mm67.92mm，取65mm主動輪上鎖止弧所占角度，以O1A為起始線兩邊各角中無鎖止弧。槽輪上槽口至槽底深：LS=O2A-(L-O1A)+r3+ =91.92-（130-91.92）+15+ =（68.84+）mm，式中是預留的間隙。周期T

49、=80s從動輪運動時間：td=T/=(1/2-1/Z)T=T/4=20s從動輪停歇時間：tj=T-td=60s3.4減速器齒輪傳動設計計算選精度等級、材料及齒數(shù)（一）為提高傳動平穩(wěn)性及強度，選用斜齒圓柱齒輪小齒輪材料：45鋼調質 HBS1=280接觸疲勞強度極限MPa 彎曲疲勞強度極限 Mpa （由5圖10-20c）大齒輪材料：45號鋼正火 HBS2=240接觸疲勞強度極限 MPa （由5圖10-21c） 彎曲疲勞強度極限 Mpa （由5圖10-20b）精度等級選用7級精度初選小齒輪齒數(shù)24大齒輪齒數(shù)Z2 = Z1= 245=86取120初選螺旋角按齒面接觸強度設計 計算公式： mm （由5式

50、10-21） （二）確定公式內的各計算參數(shù)數(shù)值初選載荷系數(shù)小齒輪傳遞的轉矩 Nmm齒寬系數(shù) （由1表10-7） 材料的彈性影響系數(shù) Mpa1/2 （由1表10-6）區(qū)域系數(shù) （由1圖10-30）， （由1圖10-26） 應力循環(huán)次數(shù)接觸疲勞壽命系數(shù) （由1圖10-19）接觸疲勞許用應力取安全系數(shù).4 取 （三）計算（1）試算小齒輪分度圓直徑=42.36mm（2）計算圓周速度 m/s（3）計算齒寬b及模數(shù)mnt mmb/h=10.994計算縱向重合度 =2.0933（5） 計算載荷系數(shù) 使用系數(shù) 根據電動機驅動得 動載系數(shù) 根據v=1.43m/s、 7級精度1.1 按齒面接觸強度計算時的齒向載荷

51、分布系數(shù) 根據小齒輪相對支承為非對稱布置、7級精度、=1.0、 mm，得 =1.42 按齒根彎曲強度計算時的齒向載荷分布系數(shù) 根據b/h=10.99、 齒向載荷分配系數(shù)、 假設，根據7級精度，軟齒面?zhèn)鲃?，?=2.73（6） 按實際的載荷系數(shù)修正所算得的分度圓直徑 mm（7） 計算模數(shù)（四）按齒根彎曲強度設計 確定計算參數(shù)（1）計算載荷系數(shù)K （2）螺旋角影響系數(shù) 根據縱向重合系數(shù)，得0.92（3）彎曲疲勞系數(shù)KFN 得 （4）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.2 得（5）計算當量齒數(shù)ZV取27取131（6）查取齒型系數(shù)YF 應力校正系數(shù)YS 得 （7）計算大小齒輪的 并加以比較

52、比較所以大齒輪的數(shù)值大，故取0.014269。 計算=1.15mm取1.5（五）分析對比計算結果對比計算結果，取=1.5已可滿足齒根彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的d150.61mm來計算應有的 取32 取160（六）幾何尺寸計算1） 計算中心距阿a將a圓整為150mm2 ）按圓整后的中心距修正螺旋角3 ）計算大小齒輪的分度圓直徑d1、d2 mmmm 4）計算齒寬度 B=mm 取B1=50mm，B255mm第4章 三維建模與仿真4.1 Pro/E軟件簡介Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/

53、Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟件領域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內產品設計領域占據重要位置。1）Pro/EngineerPro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產生及不同視圖