设计题目： 洗 瓶 机学 院： 专 业: 机械工程 班 级：
设计者： 指导老师： 2011年9月
目 录
一、设计任务···································3 二、原动机的选择·······························4 三、机械运动方案设计···························5 四、机械总体结构设计···························8 五、推瓶机构设计·······························9 六、主要零部件的设计计算·······················10 七、执行机构和传动部件的结构设计···············14
一、设计任务
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
表1 洗瓶机的技术要求
3、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。
二、原动机的选择
原动机是机械系统的驱动部分，按能量转换性质的不同分为第一
类原动机和第二类原动机。其中第一类原动机分为：蒸汽机、柴油机、汽油机、水轮机、燃气轮机；第二类原动机分为：电动机、液动机（液压马达）、气动机（气动马达）。
在这里我选择应用最为广泛的电动机为原动机，因为成本低、运转费用少、维护要求较少、功率适用范围广等优点。按题目要求，这里用转速为1440 r/min。的电动机
三、机械运动方案设计
(1)分析设计要求
由题目可知：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1 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1 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，本机构采用了摆动导杆机构。
1、凸轮－铰链四杆机构方案
如图2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
图2 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3所示为两个自由度的五杆低副机构，l 、4为它们的两个输人构件，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。
图3五杆组合机构方案
3、摆动导杆机构方案
结构特点：曲柄的整转可以带动摆杆左右摆动，以实现推瓶的作用。在这个机构中可以通过曲柄转向的设置实现两种速度比，即前进时间大于返回时间和返回时间大于前进时间，如图
4
图4
五、推瓶机构设计
根据总机构图可知推瓶机构如下图所示：
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.
六、主要零件的设计计算
题目要求中包含A 、B 、C 三种方案，我在这里选用技术要求中方案A 来进行设计计算
原始数据要求：
（1）、瓶子尺寸。大段直径d=100mm,长200mm 。
（2）、推进距离L=600mm，推瓶机构应使推头以接近匀速的速度推瓶，平稳的接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。
（3）、按生产率的要求，每分钟三个，行程速度系数K=3，可得 60v+60v/3=6L，则可推出推程平均速度为V=45mm/s，返回时得平均速度为工作行程平均速度的3倍；
（4）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。 根据要求返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍； K =
（180︒-θ）x 3 解： 180︒+θ=
180︒+θ
=3
180︒-θ
180︒+θ=540︒-3θ
4θ=360︒
θ=90︒
根据要求：推程平均速度为v=45mm/s,推进距离L=600mm。
解：先算出推进600mm 需要的时间t.
45t=600 t =40(s) 3
根据极位夹角θ=90︒所以推进时曲柄转过的角度为
ϕ=180︒+θ=270︒
再根据角度ϕ和t 求出曲柄的角速度
解： ϕ=ωt 270︒=ω⨯40 3
ω=20. 25(︒/s )
在保证推程为600mm 的基础上，不把滑块装在连杆的端点和运动时使得滑块不和机构导辊接触把把连杆的长度设为800mm ( 优化运动 )
K =180︒+θ=3 180︒-θ
图5
曲柄机构如图5,2和2是摇杆的两个极限位置，也就是连杆3位移为600mm 始末位置，摇杆的极限位置正好和曲柄垂直，又因为极位夹角 θ=90︒，所以摇杆极限位置时和曲柄构成长正方形。根据图可知曲柄1不能碰到连杆3，也不能和B 点接触，这样都会时滑块顶死。所以要确定曲柄1的长度。设曲柄的长度为 ，摇杆所夹是角为 θ=90︒。
解：因为滑块的宽度为40mm ，滑块中心为铰链连接处。
所以L
Sin >L +20
(2-1）L >20
L >48. 3mm
(1+2) L
L
所以48.3
选曲柄长度为80mm 。
为了摇杆和滑块不脱离需确定摇杆长度，设摇杆长度为S
解： S >300
Sin
S >424. 2mm
为了便于计算和机构的美观选用S =500mm
瓶子的中心和连杆的中心重合，为使直径为100mm 的瓶子不从两个导辊中间掉下来，所以两导辊之间的中心距要加以确定。设导辊两半径为R=60
解： L 总
L 总
为了使导辊和瓶子之间产生较大的摩擦力、作图和计算的方便把 设为150mm
根据推程的要求导辊的长度设为600mm 。毛刷的半径为30mm ，并把毛刷的轴线连杆中心线之间的距离设为65mm ，这样当瓶子经过毛刷的时候下面时毛刷的毛已经有5mm 的厚度和瓶子接触了，毛刷安放在600mm 导辊工作台的正上方且中心距为150mm 。
七、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
本机构采用了三杆组合机构（ 如下页图示 ），齿轮机构，瓶子的运动分为直线运动和转动，直线运动由三杆组合机构来完成，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
设计题目： 洗 瓶 机学 院： 专 业: 机械工程 班 级：
设计者： 指导老师： 2011年9月
目 录
一、设计任务···································3 二、原动机的选择·······························4 三、机械运动方案设计···························5 四、机械总体结构设计···························8 五、推瓶机构设计·······························9 六、主要零部件的设计计算·······················10 七、执行机构和传动部件的结构设计···············14
一、设计任务
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
表1 洗瓶机的技术要求
3、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。
二、原动机的选择
原动机是机械系统的驱动部分，按能量转换性质的不同分为第一
类原动机和第二类原动机。其中第一类原动机分为：蒸汽机、柴油机、汽油机、水轮机、燃气轮机；第二类原动机分为：电动机、液动机（液压马达）、气动机（气动马达）。
在这里我选择应用最为广泛的电动机为原动机，因为成本低、运转费用少、维护要求较少、功率适用范围广等优点。按题目要求，这里用转速为1440 r/min。的电动机
三、机械运动方案设计
(1)分析设计要求
由题目可知：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1 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1 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，本机构采用了摆动导杆机构。
1、凸轮－铰链四杆机构方案
如图2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
图2 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3所示为两个自由度的五杆低副机构，l 、4为它们的两个输人构件，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。
图3五杆组合机构方案
3、摆动导杆机构方案
结构特点：曲柄的整转可以带动摆杆左右摆动，以实现推瓶的作用。在这个机构中可以通过曲柄转向的设置实现两种速度比，即前进时间大于返回时间和返回时间大于前进时间，如图
4
图4
五、推瓶机构设计
根据总机构图可知推瓶机构如下图所示：
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.
六、主要零件的设计计算
题目要求中包含A 、B 、C 三种方案，我在这里选用技术要求中方案A 来进行设计计算
原始数据要求：
（1）、瓶子尺寸。大段直径d=100mm,长200mm 。
（2）、推进距离L=600mm，推瓶机构应使推头以接近匀速的速度推瓶，平稳的接触和推进瓶子，然后推头快速返回原位，准备进入第二个工作循环。
（3）、按生产率的要求，每分钟三个，行程速度系数K=3，可得 60v+60v/3=6L，则可推出推程平均速度为V=45mm/s，返回时得平均速度为工作行程平均速度的3倍；
（4）、机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。 根据要求返回时的平均速度为工作行程平均速度的3倍； K =
（180︒-θ）x 3 解： 180︒+θ=
180︒+θ
=3
180︒-θ
180︒+θ=540︒-3θ
4θ=360︒
θ=90︒
根据要求：推程平均速度为v=45mm/s,推进距离L=600mm。
解：先算出推进600mm 需要的时间t.
45t=600 t =40(s) 3
根据极位夹角θ=90︒所以推进时曲柄转过的角度为
ϕ=180︒+θ=270︒
再根据角度ϕ和t 求出曲柄的角速度
解： ϕ=ωt 270︒=ω⨯40 3
ω=20. 25(︒/s )
在保证推程为600mm 的基础上，不把滑块装在连杆的端点和运动时使得滑块不和机构导辊接触把把连杆的长度设为800mm ( 优化运动 )
K =180︒+θ=3 180︒-θ
图5
曲柄机构如图5,2和2是摇杆的两个极限位置，也就是连杆3位移为600mm 始末位置，摇杆的极限位置正好和曲柄垂直，又因为极位夹角 θ=90︒，所以摇杆极限位置时和曲柄构成长正方形。根据图可知曲柄1不能碰到连杆3，也不能和B 点接触，这样都会时滑块顶死。所以要确定曲柄1的长度。设曲柄的长度为 ，摇杆所夹是角为 θ=90︒。
解：因为滑块的宽度为40mm ，滑块中心为铰链连接处。
所以L
Sin >L +20
(2-1）L >20
L >48. 3mm
(1+2) L
L
所以48.3
选曲柄长度为80mm 。
为了摇杆和滑块不脱离需确定摇杆长度，设摇杆长度为S
解： S >300
Sin
S >424. 2mm
为了便于计算和机构的美观选用S =500mm
瓶子的中心和连杆的中心重合，为使直径为100mm 的瓶子不从两个导辊中间掉下来，所以两导辊之间的中心距要加以确定。设导辊两半径为R=60
解： L 总
L 总
为了使导辊和瓶子之间产生较大的摩擦力、作图和计算的方便把 设为150mm
根据推程的要求导辊的长度设为600mm 。毛刷的半径为30mm ，并把毛刷的轴线连杆中心线之间的距离设为65mm ，这样当瓶子经过毛刷的时候下面时毛刷的毛已经有5mm 的厚度和瓶子接触了，毛刷安放在600mm 导辊工作台的正上方且中心距为150mm 。
七、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
本机构采用了三杆组合机构（ 如下页图示 ），齿轮机构，瓶子的运动分为直线运动和转动，直线运动由三杆组合机构来完成，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