自动洗瓶机设计

航空制造工程学院

创新能力综合训练

研究报告

题目：自动洗瓶机设计

所属课题：机械创新设计实训研究报告学院：航空制造工程学院

专业名称：机械设计制造及其自动化班级学号：

学生姓名：

合作者：

指导教师：

二O一三年十二月二十一号

自动洗瓶机研究

学生姓名：班级：

指导老师：

摘要：洗瓶机广泛应用于大中型瓶酒或饮料公司对回收的啤酒瓶、汽水瓶等进行清洗，也广泛的应用于液体灌装生产线中，主要用来对玻璃瓶进行清洗。其组成结构比较复杂，推瓶装置是一个重要的组成部分。通过对推瓶机构方案及其传动系统的研究和设计，和对几种方案的比较，总结出推瓶装置的设计方案的设计关键。

关键词: 洗瓶机；机械式

主要创新点

现阶段餐饮业日益发达，餐具的需求更加急切，所以餐具的清洗成了一个棘手的问题，针对这一问题我们小组分析设计了以自动洗瓶机。本产品造型美观时尚，能够简单清洗瓶子整体，让人们不再为瓶口小难清洗而烦恼。据市场调查，发现现在拥有的洗瓶器主要是大型的洗瓶器，或者手动的毛刷，对于电动的洗瓶器还没有较多的开发。

目录

一、设计任务书 (3)

二．机械运动方案设计 (4)

三、机械总体结构设计 (7)

四、机械传动系统设计 (8)

五、主要零部件的设计计算 (8)

六、执行机构和传动部件的结构设计 (9)

七、最终设计方案和机构简介 (10)

八、设计心得体会 (10)

九、参考资料 (10)

一、设计任务书

(1) 设计题目

图1 洗瓶机工作示意图

设计洗瓶机。如图 1 所示，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。

洗瓶机的技术要求见表1。

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/s 急回系数k 电动机转速 r/min A

φ100×200 600 15 3 1440 B

φ80×180 500 16 3.2 1440 C

φ60×150 420 18 3.5

960

(2) 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。

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。

(3) 设计要求

1.工作原理

为了清洗瓶子，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。

2.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=40mm/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1440 r/min。

（5）急回系数3。

二、机械运动方案设计

(1)分析设计要求

可知：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，在工作段前后可有变速运动，回程时有急回。

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) 推瓶机构选择

推瓶机构的方案：根据前述设计要求,推瓶机构应为一具有急回特性的机构,为了提高工作效率,一是行程速比变化系数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曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。

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往复直线运动的特点，所以根据要求，本机构采用了五杆组合机构，由齿轮和四连杆机构来实现(如下图所示)

1.凸轮－铰链四杆机构方案

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。由于此方案的曲柄1是从动件，所以要注意度过死点的措施。

图3 凸轮－铰链四杆机构的方案

2.五杆组合机构方案

确定一条平面曲线需要两个独立变量。因此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征。点M的速度和机构的急回特征，可通过控制该机构的两个输入构件间的运动关系来得到，如用凸轮机构、齿轮或四连杆机构来控制等等。图4 所示为两个自由度五杆低副机构，1、4为它们的两个输入构件，这两构件之间的运动关系用凸轮、齿轮或四连杆机构来实现，从而将原来两自由度机构系统封闭成单自由度系统。

a) b)

c) d)

图4 五杆组合机构的方案

三、机械总体结构设计

为了清洗瓶子的外表和里面，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，内外转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。

要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:

(1)推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置;

(2)在推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转

动的导辊转动;

(3)同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时,

瓶子的外表面就清洗干净;

(4)在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作

结束,则刷子移出瓶外.

(5)瓶子洗净后离开导辊,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下

一个工作循环.

四、机械传动系统设计

（1）能实现预期运动执行构件协调配合工作等运动要求,把原动机输出的转矩传递到执行构件

（2）执行机构所需的力很小，主要工作在于进行运动分析。可以选择传动的齿轮 m = 3mm, 这样可以减小传动系统的体积，又可以减少传动齿轮数，提高效率。

五、主要零部件的设计计算

凸轮—全移动副四杆机构.其主要参数如下表所示：

项目参数

推进距离s=600mm

推程平均速度v=40mm/s

回程平均速度V’=3v

六、执行机构和传动部件的结构设计

本机构由导辊和刷子组成

（1）刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗污垢。

（2）导辊的运动由定轴带轮来完成，两个带轮的同向旋转带动导辊的同向转动，而带动瓶子转动。（如下图示）

导辊的俯视图

（3）推瓶机构和洗瓶机构组合

本机构采用了五杆组合机构（如下页图示），齿轮机构，瓶子的运动分为直线运动和转动，直线运动由五杆组合机构来完成，瓶子的转动由同向转动的导辊来完成。利用瓶子的运动来清洗瓶子的内外表面。

刷子的运动由完成不同的功能来决定。清洗瓶子的刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗表面污垢。

（4）传动机构

最终选用的机构中刷子的转动轴、导辊的轴、执行机构主动件的轴两两垂直。所以通过带轮传动来实现各方向的改变

七、最终设计方案和机构简介

图3所示方案由于推程有600MM，导致凸轮尺寸太大，整个体

积所占太大，图四所示方案原则上都可以，关键是运动参数好坏和

轨迹实现的准确性。最终选定的方案是凸轮摇杆机构为推瓶机构。八、设计心得体会

作为一名机械系学生，机械设计制造及自动化大四的学生，我觉得能做

类似的创新设计是十分有意义，而且是十分必要的。在已度过的的时间里我们大

多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面，如

何去锻炼我们的实践面？如何把我们所学到的专业基础理论知识用到实践中去

呢？我想做类似的大作业就为我们提供了良好的实践平台。在做本次大作业的过

程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计更加完善，

更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少

的。我们是在作设计，但我们不是艺术家。他们可以抛开实际，尽情在幻想的世

界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依.有理可寻，不切实际的构想永远

只能是构想，永远无法升级为设计。虽然过去从未独立应用过它们，但在学习的

过程中带着问题去学我发现效率好高，本次设计谢谢老师的指导，有不足的地方，还望老师批评指正。

九、主要参考资料

[1] 孙桓，陈作模主编．机械原理．北京：高等教育出版社，2006

[2]裘建新主编。机械原理课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2005

[3] 曲继方主编．机械原理课程设计．北京：机械工业出版社，1989