自動洗瓶機(jī)設(shè)計創(chuàng)新能力綜合訓(xùn)練研究報告

1、航空制造工程學(xué)院創(chuàng)新能力綜合訓(xùn)練 研 究 報 告題 目： 自動洗瓶機(jī)設(shè)計 所屬課題： 機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計實訓(xùn)研究報告 學(xué) 院： 航空制造工程學(xué)院 專業(yè)名稱： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班級學(xué)號： 學(xué)生姓名： 合 作 者： 指導(dǎo)教師： 二o一三年 十二月 二十一號自動洗瓶機(jī)研究學(xué)生姓名： 班級：指導(dǎo)老師：摘要 ：洗瓶機(jī)廣泛應(yīng)用于大中型瓶酒或飲料公司對回收的啤酒瓶、汽水瓶等進(jìn)行清洗，也廣泛的應(yīng)用于液體灌裝生產(chǎn)線中，主要用來對玻璃瓶進(jìn)行清洗。其組成結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，推瓶裝置是一個重要的組成部分。通過對推瓶機(jī)構(gòu)方案及其傳動系統(tǒng)的研究和設(shè)計，和對幾種方案的比較，總結(jié)出推瓶裝置的設(shè)計方案的設(shè)計關(guān)鍵。關(guān)鍵詞: 洗瓶機(jī)；

2、機(jī)械式 主要創(chuàng)新點 現(xiàn)階段餐飲業(yè)日益發(fā)達(dá)，餐具的需求更加急切，所以餐具的清洗成了一個棘手的問題，針對這一問題我們小組分析設(shè)計了以自動洗瓶機(jī)。本產(chǎn)品造型美觀時尚，能夠簡單清洗瓶子整體，讓人們不再為瓶口小難清洗而煩惱。據(jù)市場調(diào)查，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)在擁有的洗瓶器主要是大型的洗瓶器，或者手動的毛刷，對于電動的洗瓶器還沒有較多的開發(fā)。 目 錄 一、設(shè)計任務(wù)書 3二機(jī)械運動方案設(shè)計4三、機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計7四、機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計 8五、主要零部件的設(shè)計計算 8六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 9七、最終設(shè)計方案和機(jī)構(gòu)簡介 10八、設(shè)計心得體會10九、參考資料10一、設(shè)計任務(wù)書(1) 設(shè)計題目圖1 洗瓶機(jī)工作示意圖 設(shè)計

3、洗瓶機(jī)。如圖1 所示，待洗的瓶子放在兩個同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)。當(dāng)推頭m把瓶子推向前進(jìn)時，轉(zhuǎn)動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當(dāng)前一個瓶子將洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導(dǎo)輥待推。 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求見表1。表1 洗瓶機(jī)的技術(shù)要求方案號瓶子尺寸（長直徑）mm，mm工作行程mm生產(chǎn)率個/s急回系數(shù)k電動機(jī)轉(zhuǎn)速r/mina1002006001531440b80180500163.21440c60150420183.5960(2) 設(shè)計任務(wù) 1.洗瓶機(jī)應(yīng)包括齒輪、平面連桿機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)或組合機(jī)構(gòu)。 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配。3.畫出機(jī)器的機(jī)構(gòu)運動方案簡圖和運動循環(huán)圖。4.設(shè)計組合機(jī)

4、構(gòu)實現(xiàn)運動要求，并對從動桿進(jìn)行運動分析。也可以設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)以實現(xiàn)運動軌跡，并對平面連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運動分析。繪出運動線圖。5.其他機(jī)構(gòu)的設(shè)計計算。6.編寫設(shè)計計算說明書。(3) 設(shè)計要求1.工作原理為了清洗瓶子，需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進(jìn)，轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。2.原始數(shù)據(jù)（1）瓶子尺寸：長度l=100mm，直徑d=200mm。 （2）推進(jìn)距離s=600mm，推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)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(zhǔn)備進(jìn)入第二個工作循環(huán)。（3）按生產(chǎn)率每分

5、鐘3個的要求，推程的平均速度v=40mm/s，返回時的平均速度為工作時的平均速度的三倍。 （4）電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1440 r/min。（5）急回系數(shù)3。二、機(jī)械運動方案設(shè)計(1)分析設(shè)計要求可知：洗瓶機(jī)主要由推瓶機(jī)構(gòu)、導(dǎo)輥機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)刷機(jī)構(gòu)組成。設(shè)計的推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)使推頭m以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(zhǔn)備第二個工作循環(huán)。根據(jù)設(shè)計要求，推頭m可走圖2 所示軌跡，而且推頭m在工作行程中應(yīng)作勻速直線運動，在工作段前后可有變速運動，回程時有急回。圖2 推頭m運動軌跡對這種運動要求，若用單一的常用機(jī)構(gòu)是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機(jī)構(gòu)組合，起來，設(shè)計組合機(jī)構(gòu)。在設(shè)計組合機(jī)

6、構(gòu)時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機(jī)構(gòu)（基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)），而沿軌跡運動時的速度要求，則通過改變基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)主動件的運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機(jī)構(gòu)組合。(2) 推瓶機(jī)構(gòu)選擇推瓶機(jī)構(gòu)的方案：根據(jù)前述設(shè)計要求,推瓶機(jī)構(gòu)應(yīng)為一具有急回特性的機(jī)構(gòu),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(yīng)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(jī)構(gòu)主要有曲柄滑塊機(jī)構(gòu),曲柄轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和曲柄擺動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。運用

7、前述設(shè)計的思想方法,再考慮到機(jī)構(gòu)的急回特性和推頭做往復(fù)直線運動的特點， 所以根據(jù)要求，本機(jī)構(gòu)采用了五桿組合機(jī)構(gòu)，由齒輪和四連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)(如下圖所示)1.凸輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)方案如圖3所示，鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(zhuǎn)動的凸輪通過構(gòu)件3的變速轉(zhuǎn)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3 凸輪鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的方案2.五桿組合機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特征。點m的速度和機(jī)構(gòu)的急回特征，可通過控制該機(jī)構(gòu)的兩個輸入構(gòu)件間的運動關(guān)系來得到，如用凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來控制等

8、等。圖4 所示為兩個自由度五桿低副機(jī)構(gòu)，1、4為它們的兩個輸入構(gòu)件，這兩構(gòu)件之間的運動關(guān)系用凸輪、齒輪或四連桿機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，從而將原來兩自由度機(jī)構(gòu)系統(tǒng)封閉成單自由度系統(tǒng)。 a) b) c) d)圖4 五桿組合機(jī)構(gòu)的方案三、機(jī)械總體結(jié)構(gòu)設(shè)計為了清洗瓶子的外表和里面，需將瓶子推入同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥上，導(dǎo)輥帶動瓶子旋轉(zhuǎn)，推動瓶子沿導(dǎo)輥前進(jìn)，內(nèi)外轉(zhuǎn)動的刷子就將瓶子洗凈。它的主要動作是將瓶子沿著導(dǎo)輥推動，瓶子推動過程中將瓶子旋轉(zhuǎn)以及將刷子轉(zhuǎn)動。要實現(xiàn)上述分功能,有下列工藝動作過程: (1)推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導(dǎo)輥推到指定的位置; (2)在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(zhuǎn)動

9、的導(dǎo)輥轉(zhuǎn)動; (3)同時,有原動件帶動的刷子也同時在轉(zhuǎn)動,當(dāng)瓶子沿導(dǎo)輥移動時,瓶子的外表面就清洗干凈; (4)在瓶子移動過程中,清洗內(nèi)表面的刷子同時在瓶子內(nèi)轉(zhuǎn)動,動作結(jié)束,則刷子移出瓶外. (5)瓶子洗凈后離開導(dǎo)輥,而推瓶機(jī)構(gòu)急回至推瓶初始位置,進(jìn)入下一個工作循環(huán).四、機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計（1）能實現(xiàn)預(yù)期運動執(zhí)行構(gòu)件協(xié)調(diào)配合工作等運動要求,把原動機(jī)輸出 的轉(zhuǎn)矩傳遞到執(zhí)行構(gòu)件（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需的力很小，主要工作在于進(jìn)行運動分析?？梢赃x擇傳動的齒輪 m = 3mm, 這樣可以減小傳動系統(tǒng)的體積，又可以減少傳動齒輪數(shù)，提高效率。五、主要零部件的設(shè)計計算凸輪全移動副四桿機(jī)構(gòu).其主要參數(shù)如下表所示：項目 參

10、數(shù)推進(jìn)距離s=600mm推程平均速度v=40mm/s回程平均速度v=3v六、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳動部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計本機(jī)構(gòu)由導(dǎo)輥和刷子組成（1）刷子由三個互相嚙合的齒輪帶著它們不停的轉(zhuǎn)動，而使它能夠保持不間斷的接觸，清洗污垢。 （2）導(dǎo)輥的運動由定軸帶輪來完成，兩個帶輪的同向旋轉(zhuǎn)帶動導(dǎo)輥的同向轉(zhuǎn)動，而帶動瓶子轉(zhuǎn)動。（ 如下圖示 ） 導(dǎo)輥的俯視圖（3）推瓶機(jī)構(gòu)和洗瓶機(jī)構(gòu)組合本機(jī)構(gòu)采用了五桿組合機(jī)構(gòu)（ 如下頁圖示 ），齒輪機(jī)構(gòu)，瓶子的運動分為直線運動和轉(zhuǎn)動，直線運動由五桿組合機(jī)構(gòu)來完成，瓶子的轉(zhuǎn)動由同向轉(zhuǎn)動的導(dǎo)輥來完成。利用瓶子的運動來清洗瓶子的內(nèi)外表面。 刷子的運動由完成不同的功能來決定。清洗瓶子的刷子由三

11、個互相嚙合的齒輪帶著它們不停的轉(zhuǎn)動，而使它能夠保持不間斷的接觸，清洗表面污垢。（4）傳動機(jī)構(gòu)最終選用的機(jī)構(gòu)中刷子的轉(zhuǎn)動軸、導(dǎo)輥的軸、執(zhí)行機(jī)構(gòu)主動件的軸兩兩垂直。所以通過帶輪傳動來實現(xiàn)各方向的改變七、最終設(shè)計方案和機(jī)構(gòu)簡介圖3所示方案由于推程有600mm，導(dǎo)致凸輪尺寸太大，整個體積所占太大，圖四所示方案原則上都可以，關(guān)鍵是運動參數(shù)好壞和軌跡實現(xiàn)的準(zhǔn)確性。最終選定的方案是凸輪搖桿機(jī)構(gòu)為推瓶機(jī)構(gòu)。八、設(shè)計心得體會作為一名機(jī)械系學(xué)生，機(jī)械設(shè)計制造及自動化大四的學(xué)生，我覺得能做類似的創(chuàng)新設(shè)計是十分有意義，而且是十分必要的。在已度過的的時間里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在課堂上掌握的僅僅是專業(yè)基礎(chǔ)課的理論面，如何去鍛煉我們的實踐面？如何把我們所學(xué)到的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識用到實踐中去呢？我想做類似的大作業(yè)就為我們提供了良好的實踐平臺。在做本次大作業(yè)的過程中，我感觸最深的當(dāng)數(shù)查閱大量的設(shè)計手冊了。為了讓自己的設(shè)計更加完善，更加符合工程標(biāo)準(zhǔn)，一次次翻閱機(jī)械設(shè)計手冊是十分必要的，同時也是必不可少的。我們是在作設(shè)計，但我們不是藝術(shù)家。他們可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，我們是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構(gòu)想