自动洗瓶机毕业设计

自动洗瓶机毕业设计

1 绪论

洗瓶机是用来对待洗瓶子进行洗净清洁的。随着科学技术的进步，现代化大规模生产的需要，市场多元化的产生，普通的洗瓶机已经不能满足市场生产力所需。现在洗瓶机应用广泛，不仅在生产制造业工厂生产线，在生物制药行业，科研技术领域等等都可以起到重大作用。所以它不仅在生产制造业有重要作用，而且在科研制药行业发挥一定作用，并且在生产和生活中的作用领域不断扩大。

洗瓶机作为一种清洗洁净工具，在完成清洗的同时，现在要求具有消毒、干燥等功能同时具备，在完成整个工作过程中，对于提高生产能力、保证产品质量、减轻劳动强度、降低生产成本、提高生产效率、加快生产周转等方面均有着重要的影响。同时也要保证安全生产、减少破损率也有显著的作用。现在市场上的很多洗瓶机都同时具备很多功能，他的技术已经超越了单纯的减轻体力劳动这一传统概念，因为它不仅在清洗程度上有很大的改变，而且具有严格的时间、速率概念，根据系统事实的需要，及时地、迅速地、准确地“将待洗瓶进行准确而彻底的清洗，并完成相应的检验指标要求”，否则，就不能适应现代生产的要求。在传统的灌装生产线上，相应的其他各个环节都做得比较到位，留给人们最的疑问与担忧就是：能否保证瓶子的干净卫生？人们的观点就代表市场的需求，那么在洗瓶子的这一个环节可

以说是还有很多值得研究，是占领市场赢得人们的信任与赞可的大份。而这个就得依赖于先进的清洗消毒工具洗瓶机。

在灌装生产线的加工生产过程中，对瓶子的清洗主要依靠洗瓶机。随着现代企业生产能力、规模的扩大，对这方面的要求越来越严苛，对瓶子的清洁程度消毒水平都有了更高的要求，并且对机器的生产能力和效率也有了相当的要求，使得洗瓶子朝着高生产率高效率自动化的方向发展。本次的设计就是在这样的市场要求大环境下进行的，由于时间有限能力限制，我则主要负责洗瓶机的机械部分，主要包括主工作部件、辅助工作部件的设计。

2 自动洗瓶机的概况

自动洗瓶机作为主要保障灌装生产线的生产要求和卫生保证的关键和重要的环节，其工作的稳定性、安全性、先进性一直受到人们的高度重视，但受传统技术的制约，市场上的洗瓶机基本都是大同小异，没有什么突破性的进展，往往不能兼顾，结合所有比较好的性能于一体。随着科学技术的不断进步与发展，大量先进技术成果的应用，现在洗瓶机也将发生很大的变化的。

自动数字洗瓶机是在生产工作过程中不直接进行人工处理的情

况下，能自动对瓶子进行彻底的清洗、消毒、干燥等，它的主体是数字管理中心。全自动数字洗瓶机是采用机械式操作过程，依托数字系统进行控制管理，通过数字化处理能自动控制洗瓶机，进行相关的作业，能自动、彻底、准确、迅速地对待洗瓶进行清洗、消毒、干燥并

且计量。随着数字化自动化的不断运用与普及，必是洗瓶机的最大发展趋势，故仅就自动洗瓶机的发展趋势做一些初步的分析与探讨。2.1 自动洗瓶机发展总趋势

现代自动洗瓶机的发展主要趋势之一就是自动化，速率高速化，功能全面化，人机结合灵活化，随着社会发展对制造业的要求也在不断提高，这不仅表现在对产品数量的要求上，更是表现在对产品的质量与要求方面，由于市场发展的需求推动和促进了洗瓶机的技术改造和技术进步，自动化技术、数字化技术的结合应用，对自动洗瓶机的精确化和自动化提出了更高的要求。而制造业的大力发展，也促进了市场对产品的需求增加。

我们先来看看国内对自动洗瓶机的需求：

中国全自动洗瓶机项目市场需求结构分布

从上面的需求结构分布图可以看出，越是生产要求高的、制造业较发达的地区，对洗瓶机的需求也是高于其他的地区。但随着国家相关政策的推进与实施，全国各地的发展必将各有千秋，基础制造业的大力发展，灌装企业、生物工程、制药企业等等都亟需洗瓶机的帮助来完成相应的工作要求，可见整体市场对自动洗瓶机的需求是有广

阔的空间的。

我们再来看看市场需求状况：

自动洗瓶机市场需求与供给

从上表同样可以看出市场对洗瓶机的需求是不断上涨，因此开发研究洗瓶机的潜力大有作为。

2.1.1 国内形势

洗瓶机从其诞生至今已经有百年多的历史，随着人们的要求越来越高和科学技术的发展的不断进步，各种新的科技都可以在其身上看到影子。特别是二战以后，科技水平发展迅猛，新的科技力量和理念不断诞生，并且应用越来越普遍。作为机械生产的一员，对洗瓶机的研究和改革创新也是不断取得新的成果。

我们的国内洗瓶机市场发展比其欧美国家落后，而且我们国家的技术在一定程度上跟不上市场发展的需要，导致国内市场上的洗瓶机没有形成一定的强势资源，各个生产厂家技术保密，不能形成很好的信息交换和共享，导致市场上洗瓶机的发展参差不齐，功能不全面。

目前有很多的国内企业采取与发达技术的国家企业合作，一起促进了洗瓶机市场在国内的发展。新技术的发展也给洗瓶机的市场带来一股新的活力，特别是大量的企业采用新的计算机技术，二维的CAD 早已在制造业普及，三维的设计也在慢慢推广。电气设计部分采用ED 等先进设计手段，引入定子调压和变频调速，PLC 参与系统控制，采用了大量高新传感元器件，实现了定位准确，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通过专家系统的应用，极大地推进了创新设计的进程，并且利用系统论和信息论等现代计算机应用技术研究成果，使得洗瓶机的创新设计开始向数字化化方向发展。

根据现实和发展，设计手段越来越体现出精确化、自动化、虚拟化与快捷的特点。现代的洗瓶机正朝着机电一体化、自动化、数字化、个性化方向发展。自动检测、自动数据处理（运算、判断、存储、记忆）、自动显示、自动控制、故障诊断和自动保护及维护等功能得到了大量的应用。因此洗瓶机产品创新设计是以降低设计成本，提高设计速度，缩短设计周期为目的，包括降低成本设计、可靠性设计、快速设计、并行设计、数字化设计、智能设计、广义优化设计等现代设计技术。

2.1.2 发展趋势

随着新世纪全球工业格局的新变化和我国工业技术水平的快速发展，洗瓶机市场近年来异常的活跃起来，现代计算机控制技术飞速发展，使得洗瓶机的设计在综合考虑控制系统安全、可靠性、操作的舒适性、机构及结构广义优化等方面有了更高层次的要求，因此洗瓶

机的设计必须从原来的常规设计模式中跳出来，用新观点、新原理、新方法新技术、新工艺来设计适应新形势的新产品，未来洗瓶机的设计是基于现代设计理论和方法，应用微电子、信息、管理等现代科学技术，以提高产品质量、用户满意的价格和造型、提高产品的功能、缩短产品开发周期。

在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真实实现。洗瓶机的创新并不总等同于用较高的成本去发明新的零部件，利用标准构件，甚至标准件和外购件同样也可以组合成新产品，这也是一种创新。

下面是总结的近几年洗瓶机的主要发展趋势：

(1) 具有零部件集成化、机构简洁化、结构全面优化的整机设计；

(2) 满足个性用户的特殊要求的个性化设计；

(3) 满足市场多样性和低成本要求的具有新技术特征的洗瓶机新系列产品的模块化设计；

(4) 具有自分析、自调整、自纠错的智能化操作的全自动、半自动操作形式的高度机电一体化的洗瓶机设计；

(5) 采用新的传感技术具有高精度称量和定位系统的洗瓶机设计；

(6) 准确对位技术的应用；

(7) 采用参数化专家系统的快速反应设计；

(8) 基于成本即时反应的经济性DFC（Design For Cost）设计；

(9) 极短交货期要求采用并行设计及并行工程技术的设计；

(10) 基于产品全寿命周期的方便维护维修的设计及免维护设计；

(11) 大型单台复杂产品的虚拟设计及动态仿真的实现；

(12) 采用广义优化技术的设计；

(13) 洗瓶机动力学（疲劳寿命的分析研究）研究成果的广泛应用。

目前国内外在洗瓶机创新研究方面的主要研究内容有如下几个方面：

(1) 创新设计技术

开展对洗瓶机传动型式创新、结构构造创新和功能原理创新等方面理论及技术基础研究，为此着重研究新材料、新工艺、新的传动装置，从而通过对不同设计方案的优选、分解和组合来产生新的设计方案，不断推出传新创新设计成果。

(2) 降低成本的设计技术

在产品设计过程中采用面向成本设计技术和并行的成本估算技术是使产品成本降低的关键，其中重点要研究的是成本结构分析技术和价值工程分析技术，且需要构造多种专用的设计知识库和成本数据库来精确地并行估算成本。做到产品成本的即时反应，通过设计方案的调整实现设计阶段控制产品成本的真正实现。

(3) 快速设计技术

极短交货期的市场需求要求开展基于网络的协同（异地）设计技术、并行工程技术究，这样可以缩短产品的开发周期。其中，系列化、模块化设计技术、人工智能技术、产品专设计系统技术和虚拟制造技术也是快速设计的所要研究的重要内容。

(4) 智能设计技术研究

洗瓶机智能CAD（ICAD）技术和人机智能化设计系统技术的研究，使得面向CIMS的智能设计走向智能设计的高级阶段。原理方案智能设计；协同求解；基于实例的推理；知识获取、表达和利用等技术也是智能设计技术所要研究的重要内容。

洗瓶机创新设计是洗瓶机技术水平不断提高和发展的源泉，充分利用现代信息技术成果和现代管理手段，综合现代设计技术将对洗瓶机技术发展起到极大的推动作用，洗瓶机技术已处于快速发展阶段，谁的创新设计搞得好，谁就掌握了技术优势，谁就掌握了市场。

3 设计任务

3.1 设计内容：

洗瓶机主要工作部件机械部分（转轴、间歇运动实现）

3.2 设计参数：

1．额定生产能力：3600瓶/小时

2．适应瓶子直径：≤100毫米瓶口直径?20—?40毫米各类玻璃瓶

3.最大瓶子高度：≤300毫米

4.每个瓶重：≤0.25㎏

5．瓶子在机内停留时间（3600瓶/小时）： 8秒

3.3 设计目的：

本次进行的洗瓶机的设计主要参照是《机械设计规范》及《浸冲式洗瓶机QB/T1305-91》对洗瓶机的主轴进行设计计算，从方案论证到具体设计计算，充分借助现代设计技术，发挥计算机在现代设计中的作用，提高了设计的质量，缩短了设计周期，保证了工作效率。

4 主要结构

对于自动洗瓶机来说，最重要的是实现其的自动功能，主要又一根主轴来实现，它是整个洗瓶机的主要结构，结合相关的其它设备，组成了整个系统。

4.1

凸轮式间歇运动机构

4.1.1

工作原理

凸轮式间歇运动机构由主动轮、从动转盘和机架组成。由主动圆柱凸轮圆柱面上的不闭合曲线槽，在转动中拨动从动盘上端面的均布圆销，使圆盘做间歇运动。

4.1.2

间歇式凸轮机构的设计

凸轮转动一周的时间为t 1=2s ，凸轮沟槽中螺旋角不为零的部分所对应的角度为θ=180°，则从动盘的运动时间为

t d =12t π

θ=1s 静止时间

t j =121t ??

? ??-πθ=1s 取：

圆销数z=8

转盘半径R 2=150㎜

圆销直径d=40㎜

圆柱凸轮平均半径R 1=40㎜

且8×2α=2π

则：

凸轮曲线的升程 h=??

? ??-2sin 22d R α=99.5㎜ 凸轮轮廓直线段宽度

b 1=d z R -??

? ??πsin 22=74.8㎜ 中心距 a=??

? ??z R πcos 22=138.6㎜

凸轮曲线的画法如图：（1）间歇式凸轮的参数示意图（2）凸轮曲线的画法。

4.2

主轴的设计

4.2.1

电机的选择：Y132S-6

额定功率：4 KW

满载转速：960 r/min

4.2.2

选择轴的材料：45号钢

经调质处理，其机械性能：b σ=650MPa ，s σ=360MPa ，1-σ

=300MPa ，1-τ=155MPa ，[]b 1-σ=60MPa

4.2.3

轴径的计算：

总效率

η=544313

2

ηηηηη=0.549 故工作功率

P=ηP 额=2.196KW

选C=110，d min =3n

P C =90.1 考虑到开键槽，将其轴径增加10%，故其轴的直径为100㎜

4.2.4

（1）轴的受力分析：

轴的转速

n=4 r/min

轴传递的转矩

T 1=9.55×106

n P =5242950N ·㎜ （2）作用在轴上的支反力

d 1=200㎜

F t =1

12d T =52429.5N （3）计算轴的弯矩，并画出弯矩图，按M=22V

H M M +进行弯矩合成，画出弯矩图。

v M =0

故M=22V

H M M +=H M =F t ·l=9437310N ·㎜ （4）计算并画当量弯矩图

转矩按脉动循环变化计算，取α=0.6，则

αT 1=0.6×5242950 =3145770N ·㎜

按M ca =()212T M α+计算，并画当量弯矩图。

（5）校核轴的强度

键槽处d 1=200㎜

键槽处当量弯矩为

M ca =()212T M α+=9947798N ·㎜

强度校核：考虑键槽的影响，查表得

b=24㎜ t=10㎜

a W =()d t d bt d 2322

131--π=88.4053cm

T W =T W =()d t d bt d 2162

131--π=186.53 3cm ca σ=

a ca W

M =56.3MPa 显然， ca σ≤[]b 1-σ

故安全。

（6）按安全系数校核

Ⅰ.判断危险截面

在键槽处有应力集中源，且当量弯矩较大，故确定为危险面。

Ⅱ.疲劳强度校核

○

1.键槽处截面上的应力： 弯曲应力幅：a σ=

a W M =106.75MPa 扭转应力幅：a τ=T

W T 2=14.054MPa 弯曲平均应力：m σ=0

扭转平均应力：m τ=a τ=14.054MPa

○

2.材料的疲劳极限：根据b σ=650MPa ，s σ=360MPa ，查表得

σψ=0.2 τψ=0.1

○

3.截面应力集中系数：查表得 k σ=1.825 k τ=1.625

○

4.表面状态系数及尺寸系数：查表得

β=0.94 σε=0.60 τε=0.60

○

5.分别考虑弯矩或扭矩作用时的安全系数： S σ=m

a k σψτβεσ

σσσ+-1=8.7

S τ=m

a k τψτβεττττ+-1=3.61

S ca =

22τστσS S S S +=3.33＞[S]=2.5

故安全。

结束语

回顾在整个大学阶段，我们经历过机械原理课程设计、机械设计课程设计，每次课程设计都让我学到了很多东西。但那些都是比较基础的设计，设计的时间比较短，牵涉的内容也比较少，而且大家的设计都一样，基本是循着既有的程序走下来。而这次毕业设计涉及的内容广，经历的时间长，且个人的发挥空间大。记得在大二寒假的时候我们到十堰东风发动机厂去进行过半个月的生产实习，在实习的过程中，我就收集了一些和毕业设计有关的资料，事实证明金工实习和生产实习对我的毕业设计起了很大的指导作用。在整个设计的过程中，我都完全按照毕业设计指导书的要求，完成了对主要机械结构的设计。这其中包括主轴的设计和校核，还有间歇机械运动的实现的一些内容，基本完成了预期的目标。但是由于时间有限，加上个人能力原因，设计中难免存在不足的地方，比如说对于以前课程设计所做过的关于减速器、轴承、键槽连接以及一些附件部分这次也就是略过；在材料的选取上面，尽可能选取最大的承受极限，造成了材料的浪费，这在我的设计中考虑得比较少；一些细节地方肯定也有考虑不周全。我只是从满足工作要求的方面考虑，而忽略了从经济的角度考虑。整个设计过程中指导老师的要求都很严格，我们的设计任务也很重，感觉很辛苦，但是我都坚持下来了。设计方案和设计论文经过多次的修改和完善才最终定稿，通过毕业设计，把我大学所学的专业知识和基础知识又重新回顾了一遍，对专业课的理解有了更深入的了

解，同时对计算机辅助设计制图也可以更熟练的掌握。整个设计让我受益很多，无论是设计中的成功之处还是设计中的失误，对我以后的学习和工作来说都是一笔宝贵的财富。

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