洗瓶機推瓶機構設計

1、機械原理課程設計學 院 專 業(yè) 姓名 指導教師洗瓶機推瓶機構設計 計算機與信息科學學院 機械設計制造及其自動化陳夷康 李玉梅2015年12月10日目錄摘要 洗瓶設備主要用于制藥、化工、食品等行業(yè)灌裝前的瓶子清洗 . 機構裝置，洗瓶機的推 瓶機構的功能利用推頭平穩(wěn)的將瓶子送進的一個過程，在急回到原點，反復運動。推瓶機 構原理是利用鉸鏈四桿機構和凸輪組合成一個洗瓶機推瓶機構，通過凸輪和鉸鏈四桿機構 本身特性來完成平穩(wěn)送瓶和機構急回。經過多個方案對比分析，確定比較合適方案為凸輪 鉸鏈四桿機構，對其進行了參數(shù)設計。本設計對推瓶機構傳動系統(tǒng)進行了設計和選擇：首 先，對洗瓶機推瓶機構的電機、減速器等主要的

2、傳動系統(tǒng)進行了設計選擇，同時對推瓶機 構的凸輪鉸鏈四桿機構進行了具體參數(shù)化設計，使的它的運動狀態(tài)和運動規(guī)律能更好的 實現(xiàn)其實際的工作。最后通過對凸輪的輪廓曲線的調整和對鉸鏈四桿機構桿長的局部修改，使推瓶機構的 運動狀態(tài)、工作行程等更加平穩(wěn)流暢。關鍵詞：洗瓶機 , 推瓶機構，凸輪機構，鉸鏈四桿機構第一章緒論研究背景隨著社會的發(fā)展，生活節(jié)奏的加快，人們對于生活水平要求的越來越高，科技也不斷發(fā)展，在工 業(yè)，生活中科技含量已經逐漸體現(xiàn)。本設計主要是針對自動洗瓶機的推瓶機構進行設計。由于工業(yè)生產和社會生活的需要，大量的玻璃瓶、塑料瓶需要進行回收清洗后再利用，節(jié)省了大量制瓶洗所需要的費用同時也提高了工業(yè)生

3、產的生產效率。然而就在此時也出現(xiàn)了回收后再清洗 的問題。產品盛載是車間的最后一道關鍵工序，因此玻璃瓶的供應速度也就決定了總的生產效率的高 低。從而產生了對洗瓶機設備的研究與改進工作。洗瓶機器設備的出現(xiàn)并且運用到實際生產中，改變了人工刷洗的傳統(tǒng)工藝，實現(xiàn)了自動化生 產方式，達到了減少勞動力、節(jié)約費用、提高工作效率、增加企業(yè)經濟效益之目的。并且得到了廣大 用戶的支持和好評，而且使得化、制藥、食品等行業(yè)的生產率產生了質的飛躍。自動洗瓶機目前已經廣泛應用于啤酒及飲料生產線上。該機構的主傳動是由電機變頻同步控 制。進出瓶分別采用導輥和凸輪連桿組合機構來控制，該機構結構簡單、傳動平穩(wěn)、可靠、噪音小， 并且

4、有進出瓶自動回程功能。由導輥的旋轉及推頭的推送，通過導輥的上方的毛刷將瓶子的外側刷洗 干凈。論文討論內容 洗瓶機的工作原理 推瓶機構的型式組合 推瓶機構的運動規(guī)律設計 機構的分析和綜合第二章設計題目推瓶機構的功能原理及工作原理工作原理洗瓶機主要是由推平機構、導輥機構、轉刷機構組成。待洗的瓶子放在兩個同向轉動的導輥上， 導輥帶動瓶子旋轉。當推頭 M把瓶子推向前進時，轉動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將 洗刷完畢時，后一個待洗的瓶子已送入導輥待推，如圖2-1洗瓶機有關部件位置示意圖。圖2-1洗瓶機有關部件的位置示意圖功能原理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

5、另一側，則要求有一 個工作行程為 M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

6、 動功能是由推瓶機構來實現(xiàn)的。原始數(shù)據(jù)和設計要求 瓶子尺寸：大端直徑 d=80mm長200mmM以接近均勻的速度推瓶，平穩(wěn)地接觸和脫離瓶子，然 推進距離l=600mm。推瓶機構應使推頭 后，推頭快速返回原位，準備第二個工作循環(huán)。v=45mm/s,返回時的平均速度為工作行程的3倍。 按生產率的要求，推程平均速度為 機構傳動性能良好，結構緊湊制造方便。第三章系統(tǒng)方案總體設計系統(tǒng)運動方案構思實現(xiàn)推瓶機構的推頭在工作過程中作近似直線運動軌跡，回程軌跡形狀不限，但要有急回運動特 性。由上述運動要求，單一的常用的基本機構不容易實現(xiàn)，可以采用組合機構來實現(xiàn)。在設計組合機 構時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求

7、的機構，而運動時的速度要求則通過改變基礎機構主動件的 運動速度來滿足，也就是讓它與一個輸出變速度的附加機構組合。由于刷瓶與轉瓶功能的實現(xiàn)分別只有一種齒輪傳動來實現(xiàn)的，因此，方案的確定的關鍵是對 推瓶執(zhí)行機構組合的確定。實現(xiàn)要求的機構方案有很多，可用多種機構組合來實現(xiàn)。如：1. 凸輪一鉸鏈四桿機構方案圖3-1凸輪一鉸鏈四桿機構的方案如圖3-1所示，鉸鏈四桿機構的連桿2上的點M走近似于所要求的軌跡，點M的速度有等速轉動的凸輪驅動構件 3的變速運動來控制。由于此方案的曲柄1是從動件，所以要注意采取度過死點的措施。該機構的缺點是凸輪獨立于連桿機構，占用空間較大，結構不緊湊。2. 五桿組合機構方案圖3-

8、2五桿組合機構的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3-2所示為兩個自由度五桿低副機構，1、4為它們的兩個輸入構件，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)。但此方案中完全采用平面連桿設計，桿數(shù)較多，雖然容易制造，但由于推程較長，必然會導 致機構上的動載荷和慣性力難平衡，會有累積誤差，且效率低，所以舍棄方案。擬定執(zhí)行機構方案根據(jù)上節(jié)所給出的二種設計

9、方案，我們來討論并從中選出較優(yōu)方案進行最終的設計。首先是凸輪一鉸鏈四桿機構：此機構結構簡單、體積小，安裝后便于調試而且從經濟性角度 來看，也很合適。其中凸輪軸能很好協(xié)調推頭的運動且工作平穩(wěn)。推頭M能夠近似的完成所要求的工作行程軌跡，主要由各推桿的長度比例及凸輪的形狀來實現(xiàn)推回程速度比和推程。但缺點是四桿機構 的低副之間存在間隙，桿較多，容易產生誤差，累積誤差大，不能實現(xiàn)精確運動。沖擊、震動較大， 一般適用于低速場合。因為本設計中使用的連桿不多，而且速度不是很快，這種方案可以滿足設計要 求。其次五桿組合機構的方案五桿組合機構方案，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

10、一個設計方案，性價比也不高。根據(jù)上述方案的評定，最終選擇凸輪-鉸鏈四桿機構作為本次設計的推瓶機構方案，如圖3-3所示：圖3-3第四章凸輪及鉸鏈四桿機構的設計凸輪設計（一）凸輪機構的組成凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構件。凸輪通常作等速轉動，但也有作往復擺動或移動的。推 桿是被凸輪直接推動的構件。因為在凸輪機構中推桿多是從動件，故又常稱其為從動件。凸輪機構就 是由凸輪、推桿和機架三個主要構件所組成的高副機構。（二）凸輪機構中的作用力直動尖頂推桿盤形凸輪機構在考慮摩擦時，其凸輪對推桿的作用力F和推桿所受的載荷（包括推桿的自重和彈簧壓力等）G的關系為F = G / cos（ a +0 1） - （l

11、+2b/l）sin（a + 1）tan $ 2（三）凸輪機構的壓力角在凸輪機構中，壓力角a是影響凸輪機構受力情況的一個重要參數(shù)。在其他條件相同的情況下，壓力角a愈大，則分母越小，作用力F將愈大；如果壓力角大到使作用力將增至無窮大時，機構將發(fā)生自鎖，而此時的壓力角特稱為臨界壓力角a C，即a c = arctan1/(1+2b/l)tan$ 2- $ 1為保證凸輪機構能正常運轉，應使其最大壓力角amax小于臨界壓力角a c。在生產實際中，為了提高機構的效率、改善其受力情況，通常規(guī)定凸輪機構的最大壓力角amax應小于某一許用壓力角a 。其值一般為：推程對擺動推桿取a = 350450 ;回程時通常

12、取a = 70o800。(四) 根據(jù)以上設計內容確定出凸輪設計曲線圖如線圖(圖4-1 )所示圖4-1凸輪設計曲線圖凸輪的輪廓主要尺寸是根據(jù)四桿機構推頭所要達到的工作行程和推頭工作速度來確定的，初步定基圓半徑r0=50m,溝槽寬 20mm凸輪厚 25mm,孔r=15mm ,滾子半徑r=10mm。凸輪的理論輪廓曲線的坐標公式為：x= (r+s) sin 3, y= (r 0+s) cos S(A)(五) 求凸輪理論輪廓曲線： 推程階段S 01=2160= nS 1=h (3 1/ S 01) -sin (2nS 1/ S 01) / (2n)h (2S / n) -sin(4 S 1)/(2 n

13、) 遠休階段S 02=36 =n /5S2= 回程階段S 03=72 =2n /54455S3=10h S 33/ S 033-15h S 3 / S 03 +6h S 3 / S 03 =270h S 33/ n 3-1215h S 3/ n 34+1458hS / n 5S 3=0 , 2 n /5 近休階段 S 02=36 =n /5 s4=0S 4=0 ,n /5 推程段的壓力角和回程段的壓力角將以上各相應值代入式(A)計算理論輪廓曲線上各點的坐標值。在計算中時應注意：在推程階段 取S = S 1，在遠休階段取S = S 01+ S 2,在回程階段取S = S 01+ S 02+ S

14、3,在近休階段取S = S 01+ S 02+ S 03 + S 4。計算結果見表4-1。.根據(jù)推瓶機構原理，推瓶機構所需達到的工作要求來設計凸輪，凸輪的基本 尺寸在近休時尺寸為50m m達到最遠距離是尺寸為。(六) 求工作輪廓曲線有公式的 x =x-r rcos 0y =y-r rSin 0其中：sindx/d /.dx/d 2 dy/d 2推程階段 10,1.2cos 4 1cos 1r0s sin 1遠休階段0,/5回程階段0,2/5近休階段0,/5計算結果可以得凸輪工作輪廓曲線個點的坐標見下表4-1 :表4-1鉸鏈四桿機構的尺寸設計鉸鏈四桿機構按照給定的急回要求設計，利用解析法求解此類

15、問題時，主要利用機構在極為是的特性。又已知的行程速比系數(shù)K和搖桿擺角$ =69度，在由圖4-2查的最小傳動角的最大值max丫 min及3的大小在計算各桿的長度。圖 4-2查表可知maX 卩和=450,3=750 則：=180o(K-1) / (K+1) =90oa/d=sin(/2)sin(/2+ 3)/cos(/2-/2)b/d= sin(/2)sin(/2+ 3)/sin(/2-/2)(c/d)2=(a/d+b/d)2+1-2(a/d+b/d)cos3選定機架長度 d 就可以確定其他各干長度。ktinK=3。得根據(jù)推瓶的行程來確定各桿的長度及擺角大小，搖桿所轉的角度=69度，行程速比系數(shù)L

16、i =L2 =Ls=L3a =L4=500mmL4a=200mm連桿機構中的運動副一般均為低副。其運動元素為面接觸，壓力較小，承載能力較大，潤滑較好，磨損小，加工制造容易，且連桿 機構中的低副一般是幾何封閉。能很好的保證工作可靠性。對于四桿機構來說，當其鉸鏈中心位置確定后，各桿的長度也就確定了，用作圖法進行設 計，就是利用各鉸鏈之間的相對運動的幾何關系，通過作圖法確定各鉸鏈的位置，從而得出各桿的長 度。圖解法的優(yōu)點是直觀，簡單，快捷，對三個設計位置下的設計十分方便，其設計精度也能滿足工 作要求。根據(jù)第 3章四桿機構的尺寸來設計鉸鏈四桿機構。第5章 傳動系統(tǒng)的總體布局即部件的選擇設計主傳動系統(tǒng)機

17、器是執(zhí)行機械運動的裝置，用以變換或傳遞能量、物料和信息。其中傳遞機械運動的實體部分 稱為機構。機器是由多個機構組成的，由各個機構所能完成的功能組合在一起所實現(xiàn)的共同的功能， 是一個組合體。首先機器是由動力源、傳動系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)和操控系統(tǒng)組成。我們要研究它就要把它拆開來 一步一步的分析，根據(jù)第 3章我們所討論的機構設計方案，最終確定了凸輪一四桿鉸鏈機構。洗瓶機設備的主要傳動系統(tǒng)有：皮帶輪傳動系統(tǒng)、減速器傳動系統(tǒng)、齒輪傳動系統(tǒng)和凸輪-四桿鉸鏈傳動系統(tǒng)。一、電動機構造簡單、工作可靠、控制簡便、維護容易，一般生產機械上大多采用電動機驅動。 電動機已經系列化，設計中只許根據(jù)工作機所需要的功率和工作條件，

18、選擇電動機的類型和 機構型式、容量、轉速，并確定電的具體型號。電動機類型和型式可以根據(jù)電源種類（直流、交流）、工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸） 和載荷特點（性質、大小、啟動性能和過載情況）來選擇。工業(yè)上廣泛應用 Y系列三相交流異步電動機。它是我國80年代的更新?lián)Q代產品，具有高效、節(jié)能、震動小、噪聲小和運行安全可靠的特點，安裝尺寸和功率等級符合國際標準，適合于無特殊要 求的各種機械設備。對于頻繁啟動、制動和換向的機械，宜選用轉動慣量小、過載能力強、允許有較 大震動和沖擊的 YZ型YZR型。二、因為本傳動的工作狀況是：載荷平穩(wěn)、單向旋轉。所以選用常用的封閉式Y （IP44）系列的電動機。電動機容量

19、（功率）選得合適與否，對電動機的工作和經濟性都有影響。當容量小于工作要 求是，電動機不能保證工作機的正常工作，或使電動機因長期過載發(fā)熱量大而過早的損壞；容量過大 則電動機的價格高，能量不能充分利用，經常處于不滿載的運行，起效率和功率因數(shù)都較低，增加電 能消耗，造成很大的浪費電動機的容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀有關。對 于長期連續(xù)運轉、載荷不變和變化很小、常溫下工作的機器，只要所選電動機的額定功率Ped等于或略大于所需電動機功率 Pd,即PedPd,電動機在工作時就不會過熱，而不必校驗發(fā)熱和起動力矩。 具體計算步驟如下： 工作機所需功率 Pw?P薩 電動機的輸

20、出功率 Pd= Pw/n耳一一Pd=三、根據(jù)電動機所需額定功率選擇合適的電動機轉速，初選為同步轉速為1000r/min的電動機。四、計算總的傳動比 由電動機的滿載轉速 nm和工作機主動軸轉速 nw可確定傳動裝置應有的總傳動比為：i = nm/nwnm =960nw=i =合理分配各級傳動比i1先選定帶輪傳動比i帶=2,減速器傳動比i=,齒輪傳動比i=,由于減速箱是同軸式布置，所以i2。因為i =，取i = 25, i1 = i2 =5 ;速度偏差為 5%所以可行。根據(jù)第 3 章確定的電動機功率，根據(jù)要求選擇和設計皮帶輪所得計算結果如下表所示： 設計普通 V 帶輪輪緣參數(shù) 減速器是位于原動機和工

21、作機之間的機械傳動裝置。由于其傳遞運動準確可靠，結構緊湊，效率 高，壽命長，且使用維修方便，得到廣泛的應用。常用的減速器目前已經標準化，使用者可根據(jù)具體 的工作條件進行選擇。課程設計中的減速器設計工廠是根據(jù)給定的條件，參考標準系列產品的有關資 料進行非標準化設計減速器類型很多。按傳動件類型的不同可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速 器、蝸桿減速器、齒輪蝸桿減速器和行星輪減速器；按傳動級數(shù)的不同可分為一級減速器、二級減速 器和多級減速器；按傳動布置方式不同可分為展開式減速器、同軸式減速器和分流式減速器；按傳遞 功率的大小不同可分為小型減速器、中型減速器和大型減速器等。oC,低于OoC啟動前潤滑油應

22、加熱到 5oC,可正反雙向轉動。W）。Fr=15OOON ,QJ型減速器分為臥式（W和立式（L）,在這里為了合理安排安裝空間，選用臥式（外形 安裝尺寸選擇 :/mm承載能力查的（連續(xù)工作型）：根據(jù) i=25 查的輸出轉矩為，許用輸入功率為，輸入轉矩為，輸出軸軸伸許用徑向載荷實際傳動比為。 . 所選減速器符合要求?？偨Y本論文是對洗瓶機的推瓶機構的功能原理和工作原理進行詳細的分析和設計，并且對其傳動系統(tǒng) 進行了設計。首先，對洗瓶機推瓶機構的電機、減速器、帶輪及其齒輪傳動等主要的傳動系統(tǒng)進行了 分析與設計，使的它的運動狀態(tài)和運動規(guī)律能更好的實現(xiàn)其實際的工作。對洗瓶機的整個工作過程做 了詳細的闡述，并且根據(jù)設計過程的凸輪轉動結合連桿的實際運動規(guī)律繪制了工作循環(huán)圖，使洗瓶機 的各步的運動狀態(tài)、工作過程等更好的體現(xiàn)出來。本次課程設計推瓶機構的設計過程中，應用到機械設計，機械原理，機械設計手冊等相關方 面的教材，通過設計，凸輪鉸鏈四桿機構首先是凸輪