洗瓶机课程设计

1前言创新课程设计能够提高我们机械类专业学生的创新能力，也是我们综合应用所学的机械方面专业知识和技能解决问题，获得工程技术训练必不可少的实践性教学环节。本次创新课程设计所选的题目是洗瓶机设计。洗瓶是食品行业包装工艺流程中不可缺少的一环，设计出合理、高效的洗瓶机是包装技术发展的必然要求。洗瓶机的种类很多，目前国内市场上的洗瓶机有扭道式、箱式、滚筒式和立式等多种，其中以滚筒式洗瓶机和立式洗瓶机的应用最为广泛，且立式洗瓶机后来居上，发展势头迅猛，已取代了滚筒式洗瓶机的传统地位，目前国内生产立式洗瓶机的代表厂家有长沙楚天、上海远东、上海旭发、长沙正中等。在洗瓶机的设计中，结构紧凑、清洗效果与除标效果成为人们最为关注的要点。洗瓶机是的常见机械，按照清洗的功能和能力有各式各样的种类。一个完整的洗瓶机包含送料系统、清洗系统以及后续的加工包装系统。此次设计的洗瓶机，限于我们目前的知识水平和设计经验，我们仅仅是综合考虑了一些关键因素及设计要求，应用所学的机械专业知识，初步的设计了简单的洗瓶机的主要机构。目的是通过设计洗瓶机这一选题，进一步巩固所学的机械专业理论知识，将理论与实践相结合，作为一种初步的实践性探索。由于我们的设计经验尚不够丰富，错误及不足之处在所难免，敬请老师批评指正。2目录第一章设计任务···········································31设计题目···········································32洗瓶机的技术要求··································33设计任务···········································44原始数据···········································4第二章机械运动方案设计·································51分析设计要求·······································52推瓶机构方案选择···································5方案一凸轮-铰链四杆机构······················6方案二多个曲柄滑块机构························7方案三五连杆机构······························8方案四曲柄滑块机构·····························9第三章推瓶机构的尺寸设计·······························10第四章传动系统的设计···································121传动过程分析·······································12转刷机构传动过程·······························12推瓶机构传动过程·······························13导辊机构传动过程·······························132传动比的分配·······································13第五章洗瓶机工作循环图·································16第六章洗瓶机总体设计及其布局··························17第七章其他机构的设计计算······························181转刷传动机构设计··································182内部清洗装置的设计·······························19第八章心得体会···········································21参考文献···················································223第一章设计任务书1、设计题目洗瓶机主要是由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。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。如图1所示。图12、洗瓶机的技术要求表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/min急回系数k电动机转速r/minAφ100×20060033144043、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。学生应该提出两种以上的设计方案并经分析比较后选定一种进行设计。（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。4、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1440r/min。（5）、急回系数3。5第二章机械运动方案设计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，在回程时可有变速运动且回程时轨迹形状不限，但不能反向拨动下一个瓶子，除此以外回程时必须有急回。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，设计成一个组合机构。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、推瓶机构的选择根据上述设计要求,推瓶机构应为一在工作行程时能作直线运动6返回时具有急回特性的机构,为了提高工作效率,机构的急回系数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（1）曲柄滑块机构（2）凸轮机构（3）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直线运动的特点，根据要求得出如下四个方案。方案一凸轮－铰链四杆机构如图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。推头的运动可以由凸轮的外轮廓线来确定，而连杆机构可以使凸轮的推程放大，达到设计题目要求k=3。图3凸轮-铰链四杆方案7缺点：该方案的原动件是凸轮，而曲柄1是作为从动件的，所以有死点存在，机构运动不平稳，必须设计有足够的措施冲过死点。由于工作行程要求直线或近似直线，所以杆长有一定的设计限制，为设计满足要求的急回系数，还需设计合适的凸轮轮廓曲线。除此之外，推头在推瓶子时与瓶底有碰撞，而推头在推动瓶子在导辊上移动时摩擦较大，须加载的驱动力也较大，综合以上缺点采用此方案设计时较难。方案二多个曲柄滑块机构的组合如图4所示，此洗瓶机的推瓶机构是由曲柄摇杆滑块机构组成，当图中1、2两个摇杆长度比为1:2时，机构就能达到题目要求的急回系数为3。图4多个曲柄滑块机构方案缺点：该方案的机构都是由杆件连接的，在速度的传动方面不太稳定，而且机械效率不高。除此之外，推头部分与机架之间有摩擦，8又降低了机械效率，对推头的寿命也有影响。所以综合以上缺点该方案不宜采用。方案三五连杆机构如图5所示，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性。点M的速度和机构的急回特性可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到。图5五连杆机构方案缺点：该方案中完全采用平面连杆设计，杆数较多，虽然容易制造，但由于推程较长，必然会导致机构上的动载荷和惯性力难平衡，会有累积误差，且效率低。在五杆机构中，除此之外，该机构的设计方法主要为解析法和图解法两种方法，前者精确但计算复杂，后者相对简单但有一定的误差，总体设计难度较大。所以综合以上缺点该方案不宜采用。9方案四曲柄滑块机构（类似于牛头刨床机构）如图6所示，在此机构中只要极位夹角为90度时，洗瓶机的推头部分就能实现急回系数k=3，而且题目要求推头的推程为600mm，此机构也容易满足。图6曲柄滑块机构方案优点：该方案中急回系数和推程都容易满足，推杆只在水平面运动不管是工进还是急回，所以推头能很平稳地推进瓶子。而且此机构制作较简便且承受的负载能力大，有较好的急回运动特性，计算尺寸也相对简单，造价的成本也不高。除此之外该机构也容易实现瓶子内外一起清洗。综合以上四种方案可以看出，方案一、二、三的缺点较明显优点不突出，而方案四的优点明显，所以综合考虑后采用方案四机构作为本洗瓶机的推出机构。10第三章推瓶机构的尺寸设计由设计要求知推瓶机构的急回系数k=3，所以该机构在返回时的平均速度为工作时速度的3倍，因此可由公式)1()1(180kk推出推瓶机构的极位夹角为90°，推瓶机构的极限位置如图7所示，在极限位置时曲柄OA与摇杆BC相互垂直，极限位置为D、E两点所在的位置。图7推瓶机构极限位置图因此如图所示:以曲柄滑块机构在两极限位置时进行机构尺寸的计算，因为极位夹角为90°，所以∠DBE=90°，由于是对称关系∠OBA=45°，在极限位置时∠OAB=90°。由设计要求知两个极限位置D、E之间的距离即为总推程DE=600mm，但DE所在的那个滑杆的长度11L600mm可以取成700mm。铰链C到达中点的时候，CD=DE/2=300mm,所以BC=300mm,从而得出摆杆长BD=300√2≈424.26mm，所以BC所在的滑杆设计的时候要大于424.26mm。OA与AB的值可任意取但两者是相等的，只要保证O为一个周转副即可所以取OA=AB＝150mm，OB=150√2=212.13mm。设计要求的工作行程的平均速度为45mm/s,而返回时的平均速度为工作行程的3倍，即回程速度为135mm/s。所以工作行程所用的时间t=600/45≈13.3s,回程所用的时间t=600/135≈4.4s,所以推头在一个来回所用的总时间应为17.7s。由于题目中所要求的速度是接近于匀速，所以为了变于计算取推头来回一趟的总时间为18s,也相当于曲柄OA转一周为18s,所以曲柄OA角速度ω=2π/18=0.35rad/s,曲柄OA的转速n=1/18×60=3.33r/min。表2推瓶机构的尺寸参数极位夹角90°曲柄旋转周期18s推杆长700mm曲柄角速度0.35rad/s摆杆长500mm曲柄转速3.33r/min曲柄长150mm12第四章传动系统设计1、传动过程分析传动系统的设计简图如图8所示，本传动系统主要采用的是齿轮传动与带传动相结合的方式，齿轮传动具有工作可靠、使用寿命长、传动效率高、结构紧凑的优点，而带传动具有传动平稳、适合远距离传动的优点。图8传动系统简图转刷机构传动过程如图8所示，电动机带动蜗杆1转动，蜗杆1带动蜗轮2转动，皮带轮4由与蜗轮2同轴的皮带轮3通过皮带带着转动，与皮带轮4同轴的皮带轮5通过皮带带动带轮6转动，带轮6通过皮带带动带轮7转动同时也带动与带轮7同轴的齿轮8转动，齿轮8带动齿轮11、12、13、14、15转动，在齿轮11