洗瓶機構設計【含CAD圖紙、說明書】
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洗瓶機設計
摘 要
洗瓶設備主要用于制藥、化工、食品等行業(yè)灌裝前瓶子的清洗。洗瓶機器設備的出現(xiàn)，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。
本文設計的洗瓶機由電動機、曲柄滑塊推瓶機構、刷瓶機構、導輥機構、傳動系統(tǒng)等構成。設計該洗瓶機過程中，首先，調查了洗瓶機研究現(xiàn)況，在此基礎上根據(jù)設計技術要求選定了推瓶機構及傳動系統(tǒng)結構方案；接著，根據(jù)選定的結構方案選定了各個機構主要參數(shù)；然后，詳細計算了曲柄滑塊推瓶機構及傳動系統(tǒng)各主要零部件的尺寸并進行了校核；最后通過AutoCAD繪圖軟件繪制了該洗瓶機的裝配圖及主要零部件圖。
本文的研究與設計方法適用于各類洗瓶機及其零件的設計與改造，具有較好的參考價值。
關鍵詞：洗瓶機，推瓶機構，曲柄滑塊機構，傳動系統(tǒng)
Abstract
Washing machine is mainly used in pharmaceutical, chemical, food and other industries before filling the bottle cleaning. Washing machines appeared, changing the traditional manual brushing techniques, automated production methods, to reduce labor cost savings, improve efficiency, increase economic efficiency of enterprises.
This design of the washing machine by an electric motor, slider-crank mechanism to push the bottle, bottle brush agencies, guide roller mechanism, transmission, and the like. The design of the washing machine during the first survey of the washing machine of status quo, on the basis of selected organizations and drive to push the bottle structure of the program in accordance with design requirements; then, according to the selected structure of the program selected the main parameters of the various agencies; then, a detailed calculation of the size of the slider-crank mechanism and drive to push the bottle and all major components were checked; and finally draw a diagram of the washing machine assembly and main parts diagram by AutoCAD drawing software.
Research and design methods in this paper applies to the design and renovation of all types of washing machine and parts, has a good reference value.
Keywords: Washing machine, Push the bottle body, Crank slider mechanism, Transmission
33
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 課題研究的背景及意義 1
1.2?洗瓶機概況 2
1.3國內外研究現(xiàn)況 2
第二章 方案設計 4
2.1 設計要求與分析 4
2.1.1 設計要求 4
2.1.2 設計要求分析 4
2.2方案設計 5
2.2.1推瓶機構的方案選擇 5
2.2.2傳動系統(tǒng)方案設計 6
2.2.3洗瓶機總體設計及其布局 7
第三章 總體參數(shù)的選定與計算 9
3.1 電動機的選擇 9
3.2 推瓶機構 9
3.2.1傳動比的分配 9
3.2.2運動及動力參數(shù)的計算 10
3.3 轉刷機構 10
3.3.1傳動比的分配 10
3.3.2運動及動力參數(shù)的計算 10
3.4 導輥機構 11
3.4.1導輥機構布置 11
3.4.2傳動比的分配 11
3.4.3運動及動力參數(shù)的計算 12
第四章 推瓶機構的尺寸設計 13
第五章 傳動系統(tǒng)主要零件的設計 15
5.1 V帶傳動設計 15
5.1.1 V帶3、4設計 15
5.1.2 其他V帶的設計 17
5.2 蝸桿傳動設計 18
5.3 齒輪傳動設計 22
5.3.1 齒輪副9、10設計 22
5.3.2 其他各齒輪副的設計 26
5.4 軸及軸上零件的設計 26
5.4.1渦輪軸及軸承、鍵的設計 26
5.4.2 其他軸的設計 29
5.5 導輥、轉刷、機架等零件的設計 29
5.5.1 導輥 29
5.5.2 轉刷 29
總 結 30
參考文獻 31
致 謝 32
第一章 緒論
1.1 課題研究的背景及意義
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)省了大量制瓶所需要的費用同時也提高了工業(yè)生產的生產效率。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。隨著啤酒市場不斷地發(fā)展變化，酒瓶種類、標紙和粘接劑品種不斷增加，特別是現(xiàn)在的頭標鋁箔紙的出現(xiàn)，給洗瓶設備和工藝提出了新的更高的要求在長期使用多種洗瓶機的過程中。為了適應現(xiàn)在啤酒回收瓶的洗滌要求，我們同該洗瓶機的制造廠家進行了廣泛地討論和研究，對洗瓶機適時地進行了一系列的技術改進。
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[1]、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。
隨著科學技術的進步，現(xiàn)代化大規(guī)模生產的需要，市場多元化的產生，普通的洗瓶機已經不能滿足市場生產力所需?，F(xiàn)在洗瓶機應用廣泛，不僅在生產制造業(yè)工廠生產線，在生物制藥行業(yè)，科研技術領域等等都可以起到重大作用。所以它不僅在生產制造業(yè)有重要作用，而且在科研制藥行業(yè)發(fā)揮一定作用，并且在生產和生活中的作用領域不斷擴大。
洗瓶機作為一種清洗潔凈工具，在完成清洗的同時，現(xiàn)在要求具有消毒、干燥等功能同時具備，在完成整個工作過程中，對于提高生產能力、保證產品質量[2]、減輕勞動強度、降低生產成本、提高生產效率、加快生產周轉等方面均有著重要的影響。同時也要保證安全生產、減少破損率也有顯著的作用?，F(xiàn)在市場上的很多洗瓶機都同時具備很多功能，他的技術已經超越了單純的減輕體力勞動這一傳統(tǒng)概念，因為它不僅在清洗程度上有很大的改變，而且具有嚴格的時間、速率概念，根據(jù)系統(tǒng)事實的需要，及時地、迅速地、準確地“將待洗瓶進行準確而徹底的清洗，并完成相應的檢驗指標要求”，否則，就不能適應現(xiàn)代生產的要求。在傳統(tǒng)的灌裝生產線上，相應的其他各個環(huán)節(jié)都做得比較到位，留給人們最的疑問與擔憂就是：能否保證瓶子的干凈衛(wèi)生？人們的觀點就代表市場的需求，那么在洗瓶子的這一個環(huán)節(jié)可以說是還有很多值得研究，是占領市場贏得人們的信任與贊可的大份。而這個就得依賴于先進的清洗消毒工具洗瓶機。
在灌裝生產線的加工生產過程中，對瓶子的清洗主要依靠洗瓶機。隨著現(xiàn)代企業(yè)生產能力、規(guī)模的擴大，對這方面的要求越來越嚴苛，對瓶子的清潔程度消毒水平都有了更高的要求，并且對機器的生產能力和效率也有了相當?shù)囊?，使得洗瓶子朝著高生產率高效率自動化的方向發(fā)展。本次的設計就是在這樣的市場要求大環(huán)境下進行的，由于時間有限能力限制，我則主要負責洗瓶機的機械部分，主要包括主工作部件、輔助工作部件的設計。
1.2?洗瓶機概況
洗瓶機作為主要保障灌裝生產線的生產要求和衛(wèi)生保證的關鍵和重要的環(huán)節(jié)，其工作的穩(wěn)定性、安全性、先進性一直受到人們的高度重視，但受傳統(tǒng)技術的制約，市場上的洗瓶機基本都是大同小異，沒有什么突破性的進展，往往不能兼顧，結合所有比較好的性能于一體。隨著科學技術的不斷進步與發(fā)展，大量先進技術成果的應用，現(xiàn)在洗瓶機也將發(fā)生很大的變化的。
自動數(shù)字洗瓶機是在生產工作過程中不直接進行人工處理的情況下，能自動對瓶子進行徹底的清洗、消毒、干燥等，它的主體是數(shù)字管理中心。全自動數(shù)字洗瓶機是采用機械式操作過程，依托數(shù)字系統(tǒng)進行控制管理，通過數(shù)字化處理能自動控制洗瓶機，進行相關的作業(yè)，能自動、徹底、準確、迅速地對待洗瓶進行清洗、消毒、干燥并且計量。隨著數(shù)字化自動化的不斷運用與普及，必是洗瓶機的最大發(fā)展趨勢，故僅就自動洗瓶機的發(fā)展趨勢做一些初步的分析與探討。
洗瓶機適用于玻璃瓶、塑料瓶等毛刷式清洗和水沖式清洗單獨或配合使用清洗的專用設備。洗瓶是食品行業(yè)包裝工藝流程中不可缺少的一環(huán)，設計出合理、高效的洗瓶機是包裝技術發(fā)展的必然要求。洗瓶機的種類很多，目前國內市場上的洗瓶機有扭道式、箱式、滾筒式和立式等多種，無論是何種洗瓶機大多采用了超聲波清洗技術，利用超聲波空化作用所產生的機械摩擦力，以清除用一般洗瓶工藝難以清除的瓶內、外粘附較牢固的物質。但安瓿瓶、西林瓶、口服液瓶對超聲波的功率大小要求各不相同，瓶子的規(guī)格越大、壁越厚所需要的功率就越大，通常洗瓶機超聲波的功率在900W左右，且大小可調。其中，扭道式洗瓶機產量低、速度較慢，以洗西林瓶和口服液瓶為主，使用客戶相對較少。以B+S公司的早期產品為原型的箱式洗瓶機在國內藥廠的應用也不多。目前國內市場以滾筒式洗瓶機和立式洗瓶機的應用最為廣泛，且立式洗瓶機后來居上，發(fā)展勢頭迅猛，已取代了滾筒式洗瓶機的傳統(tǒng)地位，目前國內生產立式洗瓶機的代表廠家有長沙楚天、上海遠東、上海旭發(fā)、長沙正中等。在國際其中浸泡噴沖式洗瓶機因其清洗效果好、自動化程度高、效率高，目前使用最為廣泛。在洗瓶機的設計中，結構緊湊、清洗效果與除標效果成為人們最為關注的要點。
1.3國內外研究現(xiàn)況
洗瓶機從其誕生至今已經有百年多的歷史，隨著人們的要求越來越高和科學技術的發(fā)展的不斷進步，各種新的科技都可以在其身上看到影子。特別是二戰(zhàn)以后，科技水平發(fā)展迅猛，新的科技力量和理念不斷誕生，并且應用越來越普遍。作為機械生產的一員，對洗瓶機的研究和改革創(chuàng)新也是不斷取得新的成果。
我們的國內洗瓶機市場發(fā)展比其歐美國家落后[3]，而且我們國家的技術在一定程度上跟不上市場發(fā)展的需要，導致國內市場上的洗瓶機沒有形成一定的強勢資源，各個生產廠家技術保密，不能形成很好的信息交換和共享，導致市場上洗瓶機的發(fā)展參差不齊，功能不全面。
目前有很多的國內企業(yè)采取與發(fā)達技術的國家企業(yè)合作，一起促進了洗瓶機市場在國內的發(fā)展。新技術的發(fā)展也給洗瓶機的市場帶來一股新的活力，特別是大量的企業(yè)采用新的計算機技術，二維的CAD早已在制造業(yè)普及，三維的設計也在慢慢推廣。電氣設計部分采用ED?等先進設計手段，引入定子調壓和變頻調速，PLC參與系統(tǒng)控制，采用了大量高新傳感元器件，實現(xiàn)了定位準確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過專家系統(tǒng)的應用，極大地推進了創(chuàng)新設計的進程，并且利用系統(tǒng)論和信息論等現(xiàn)代計算機應用技術研究成果，使得洗瓶機的創(chuàng)新設計開始向數(shù)字化化方向發(fā)展。
根據(jù)現(xiàn)實和發(fā)展，設計手段越來越體現(xiàn)出精確化、自動化、虛擬化與快捷的特點?，F(xiàn)代的洗瓶機正朝著機電一體化、自動化、數(shù)字化、個性化方向發(fā)展。自動檢測、自動數(shù)據(jù)處理（運算、判斷、存儲、記憶）、自動顯示、自動控制、故障診斷和自動保護及維護等功能得到了大量的應用。因此洗瓶機產品創(chuàng)新設計是以降低設計成本，提高設計速度，縮短設計周期為目的，包括降低成本設計、可靠性設計、快速設計、并行設計、數(shù)字化設計、智能設計、廣義優(yōu)化設計等現(xiàn)代設計技術。
第二章 方案設計
2.1 設計要求與分析
2.1.1 設計要求
下圖是洗瓶機有關部件的工作情況示意圖。待洗的瓶子放在兩個轉動著的導輥上，導輥帶動瓶子旋轉。當推頭M把瓶推向前進時，轉動著的刷子就把瓶子外面洗凈。當前一個瓶子將洗涮完畢時，后一個待洗的瓶子已進入導輥待推。
圖2-1 洗瓶機工作情況示意圖
(1) 瓶子尺寸：大端直徑d=80mm，小端直徑d=25，mm長200mm。
(2) 推進距離l=600mm，推瓶機構應使推頭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，準備第二個工作循環(huán)。
(3) 按生產率的要求，推程平均速度為v=45mm/s，返回的平均速度為工作行程的3倍。
(4) 機構傳動性能良好，結構緊湊制造方便。
2.1.2 設計要求分析
洗瓶機主要由推瓶機構、導輥機構、轉刷機構組成。設計的推瓶機構應使推頭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，準備第二個工作循環(huán)。
根據(jù)設計要求，推頭M可走圖2 所示軌跡，而且推頭M在工作行程中應作勻速直線運動，在回程時可有變速運動且回程時軌跡形狀不限，但不能反向撥動下一個瓶子，除此以外回程時必須有急回。
圖2-2 推頭M運動軌跡
對這種運動要求，若用單一的常用機構是不容易實現(xiàn)的，通常要把若干個基本機構組合起來，設計成一個組合機構。
在設計組合機構時，一般可首先考慮選擇滿足軌跡要求的機構（基礎機構），而沿軌跡運動時的速度要求，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。
2.2方案設計
2.2.1推瓶機構的方案選擇
根據(jù)上述設計要求,推瓶機構應為一在工作行程時能作直線運動返回時具有急回特性的機構,為了提高工作效率,機構的急回系數(shù)K盡量大一些;在推程(即工作行程)中,應使推頭作直線運動,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構主要有（1）曲柄滑塊機構（2）凸輪機構（3）曲柄擺動導桿機構。
運用前述設計的思想方法,再考慮到機構的急回特性和推頭做直線運動的特點，根據(jù)要求得出如下三個方案。
a) 方案方案一：連桿凸輪機構
此洗瓶機的推瓶機構運用凸輪機構使推頭的運動可以由凸輪的外輪廓線來確定，而連桿機構可以使凸輪的推程放大，達到設計題目要求k=3。
圖2-3連桿凸輪機構
可是推頭在推動瓶子在導輥上移動時摩擦較大，須加載的驅動力也較大，且凸輪和曲柄的運動都會存在死點，使機構運行不平穩(wěn)，所以不采用。
b)方案二：五連桿機構
具有兩自由度的連桿機構，都具有精確再現(xiàn)給定平面軌跡的特性。點M的速度和機構的急回特性可通過控制該機構的兩個輸入構件間的運動關系來得到。
圖2-4五連桿機構
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。
c)方案三：曲柄滑塊機構
如圖2-5所示，在此機構中只要極位夾角為90度時，洗瓶機的推頭部分就能實現(xiàn)急回系數(shù)k=3，而且題目要求推頭的推程為600mm，此機構也容易滿足。
圖2-5曲柄滑塊機構方案
優(yōu)點：該方案中急回系數(shù)和推程都容易滿足，推桿只在水平面運動不管是工進還是急回，所以推頭能很平穩(wěn)地推進瓶子。而且此機構制作較簡便且承受的負載能力大，有較好的急回運動特性，計算尺寸也相對簡單，造價的成本也不高。除此之外該機構也容易實現(xiàn)瓶子內外一起清洗。
綜合以上三種方案可以看出，方案一、二的缺點較明顯優(yōu)點不突出，而方案三的優(yōu)點明顯，所以綜合考慮后采用方案三機構作為本洗瓶機的推出機構。
2.2.2傳動系統(tǒng)方案設計
傳動系統(tǒng)的設計簡圖如圖2-6所示，本傳動系統(tǒng)主要采用的是齒輪傳動與帶傳動相結合的方式，齒輪傳動具有工作可靠、使用壽命長、傳動效率高、結構緊湊的優(yōu)點，而帶傳動具有傳動平穩(wěn)、適合遠距離傳動的優(yōu)點。
圖2-6 傳動系統(tǒng)簡圖
（1）轉刷機構傳動過程
如圖2-6所示，電動機帶動蝸桿1轉動，蝸桿1帶動蝸輪2轉動，皮帶輪4由與蝸輪2同軸的皮帶輪3通過皮帶帶著轉動，與皮帶輪4同軸的皮帶輪5通過皮帶帶動帶輪6轉動，帶輪6通過皮帶帶動帶輪7轉動同時也帶動與帶輪7同軸的齒輪8轉動，齒輪8帶動齒輪11、12、13、14、15轉動，在齒輪11、13、15套上毛刷即可實現(xiàn)轉刷的轉動，其中蝸桿1采用的是右旋螺紋的蝸桿，各輪的轉動方向如圖所示。
（2）推瓶機構傳動過程
如圖2-6所示，電動機帶動蝸桿1轉動，蝸桿1帶動蝸輪2轉動，與蝸輪同軸的齒輪9帶動齒輪10轉動，齒輪10與推瓶機構的曲柄相連即可實現(xiàn)曲柄的轉動，從而使推瓶機構能運行。在圖8中電動機的轉動方向是向里的，由于蝸桿1是右旋的所以齒輪9是逆時針旋轉的，那么齒輪10旋轉方向就是順時針的，推瓶機構就能實現(xiàn)工進和急回。
（3）導輥機構傳動過程
如圖2-6所示，電動機帶動齒輪16轉動，齒輪16與齒輪17嚙合帶動齒輪17轉動，齒輪18與齒輪17同軸，齒輪18與齒輪19嚙合帶動齒輪19轉動，再由齒輪19帶動導輥轉動。
2.2.3洗瓶機總體設計及其布局
綜合上述選定的推瓶機構及傳動系統(tǒng)方案確定的洗瓶機的總體布局如圖2-7所示，其中推瓶機構是一個曲柄滑塊機構，通過洗瓶機上部的轉刷來清洗。
圖2-7 洗瓶機總體設計及其布局圖
第三章 總體參數(shù)的選定與計算
3.1 電動機的選擇
根據(jù)設計要求，本次洗瓶機的技術要求如下：
表2-1 洗瓶機的技術要求
瓶子尺寸
（大-小端直徑×長度）
mm
工作行程
mm
生產率
個/min
急回系數(shù)k
φ80-25×200
600
3
3
通過調查市場現(xiàn)有洗瓶機，可以知道通常洗瓶機所需電機功率在3KW左右，從表2-1洗瓶機的技術要求可知，本次設計的洗瓶機屬于普通洗瓶機，因此本次選用三相異步電動機Y100L2-4，其參數(shù)如下：
表2-2 電動機計算參數(shù)
電機型號
額定功率
同步轉速
滿載轉速
堵轉轉矩
最大轉矩
Y100L2-4
3KW
1500r/min
1440r/min
2.2N.M
2.3N.M
3.2 推瓶機構
3.2.1傳動比的分配
設計要求的工作行程的平均速度為45mm/s，而返回時的平均速度為工作行程的3倍，即回程速度為135mm/s。
所以工作行程所用的時間：
回程所用的時間：
所以推頭在一個來回所用的總時間應為：
由于題目中所要求的速度是接近于勻速，所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為18s，也相當于曲柄OA轉一周為18s，所以曲柄OA角速度ω=2π/18=0.35rad/s，曲柄OA的轉速：
推瓶推桿的曲柄是由一個齒輪作為主動輪來轉動的，因此由上面推瓶機構尺寸計算中得到主動輪的角速度與曲柄的角速度相同為0.35rad/s，轉速相同為3.33r/min 。由設計要求得電動機的轉速為1440r/min。
那么推瓶機構的總傳動比：
由于傳動比較大所以采用兩級傳動，先用蝸輪蝸桿將電動機轉速降速，再用齒輪傳動進行第二次降速。由于渦輪蝸桿傳動多用于減速傳動且它們之間的傳動比可取較大值。
因此可取渦輪蝸桿之間的傳動比選為：
那么齒輪之間的傳動比：
3.2.2運動及動力參數(shù)的計算
轉速計算：
輸入功率計算：
本洗瓶機負載不大，為了計算方便：組成洗瓶機的三套機構推瓶機構、轉刷機構、導輥機構計算時功率均分：
3.3 轉刷機構
3.3.1傳動比的分配
轉刷轉速不宜過高，轉速過高會導致轉刷甩出的物資污染洗刷好的干凈瓶，轉速太低會導致洗刷不徹底，通常洗瓶機轉刷轉速取80~100r/min，本次?。?
則轉刷機構總傳動比：
前述已選定蝸桿傳動傳動比：
因此帶傳動總傳動比為：
則?。旱谝患墡鲃颖龋?
第二級帶傳動比：
第三級帶傳動比：
3.3.2運動及動力參數(shù)的計算
帶輪轉速計算：
帶輪輸入功率計算：
3.4 導輥機構
3.4.1導輥機構布置
為防止瓶在導輥機構上滾落，本次選定導輥及瓶的布置如下，此時瓶與兩導輥所成夾角大于90°，瓶不易滾落。
圖2-7 導輥機構布置圖
導輥機構在傳送瓶的過程中導輥轉速不宜過高，轉速過高會導致瓶被甩出，轉速太低會導致洗刷不徹底，通常導輥轉速取50~80r/min，本次?。?
3.4.2傳動比的分配
則導輥機構總傳動比：
則?。旱谝患夶X輪傳動比：
第二級齒輪傳動比：
3.4.3運動及動力參數(shù)的計算
齒輪轉速計算：
齒輪輸入功率計算：
第四章 推瓶機構的尺寸設計
由設計要求知推瓶機構的急回系數(shù)k=3，所以該機構在返回時的平均速度為工作時速度的3倍，因此可由公式：
故：推瓶機構的極位夾角為
推瓶機構的極限位置如圖2-8所示，在極限位置時曲柄OA與搖桿BC相互垂直，極限位置為D、E兩點所在的位置。
圖2-8 推瓶機構極限位置圖
因此如圖所示：以曲柄滑塊機構在兩極限位置時進行機構尺寸的計算，因為極位夾角為90°，
所以∠DBE=90°，由于是對稱關系∠OBA=45°，在極限位置時∠OAB=90°。
由設計要求知兩個極限位置D、E之間的距離即為總推程DE=600mm，但DE所在的那個滑桿的長度L>600mm可以取成700mm。
鉸鏈C到達中點的時候，CD=DE/2=300mm，所以BC=300mm，
從而得出擺桿長BD=300√2≈424.26mm，所以BC所在的滑桿設計的時候要大于424.26mm。
OA與AB的值可任意取但兩者是相等的，只要保證O為一個周轉副即可所以取OA=AB＝150mm，OB=150√2=212.13mm。
設計要求的工作行程的平均速度為45mm/s，而返回時的平均速度為工作行程的3倍，即回程速度為135mm/s。
所以工作行程所用的時間t=600/45≈13.3s，回程所用的時間t=600/135≈4.4s，所以推頭在一個來回所用的總時間應為17.7s。
由于題目中所要求的速度是接近于勻速，所以為了變于計算取推頭來回一趟的總時間為18s，也相當于曲柄OA轉一周為18s，所以曲柄OA角速度ω=2π/18=0.35rad/s，曲柄OA的轉速n=1/18×60=3.33r/min。
表2推瓶機構的尺寸參數(shù)
極位夾角
90°
曲柄旋轉周期
18s
推桿長
700mm
曲柄角速度
0.35rad/s
擺桿長
500mm
曲柄轉速
3.33r/min
曲柄長
150mm
第五章 傳動系統(tǒng)主要零件的設計
5.1 V帶傳動設計
5.1.1 V帶3、4設計
（1）V帶的基本參數(shù)
1）確定計算功率：
已知：；；
查《機械設計基礎》表13-8得工況系數(shù)：；
則：
2）選取V帶型號：
根據(jù)、查《機械設計基礎》圖13-15選用A型V帶,
3）確定大、小帶輪的基準直徑
① 初選小帶輪的基準直徑：
；
② 計算大帶輪基準直徑：
；
圓整取，誤差小于5%，是允許的。
4）驗算帶速：
帶的速度合適。
5）確定V帶的基準長度和傳動中心距：
① 中心距：
初選中心距
② 基準長度：
對于A型帶選用
⑥ 實際中心距：
6）驗算主動輪上的包角：
由
得
主動輪上的包角合適。
7）計算V帶的根數(shù)：
，查《機械設計基礎》表13-3 得：
；
，查表得：；
由查表得，包角修正系數(shù)
由，與V帶型號A型查表得：
綜上數(shù)據(jù)，得
取合適。
8）計算預緊力（初拉力）：
根據(jù)帶型A型查《機械設計基礎》表13-1得：
9）計算作用在軸上的壓軸力：
其中為小帶輪的包角。
10）V帶傳動的主要參數(shù)整理并列表：
帶型
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2.5
1250
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
400.7
5
110.8
1095.5
（2）帶輪結構的設計
1）帶輪的材料：
采用鑄鐵帶輪（常用材料HT200）
2）帶輪的結構形式：
V帶輪的結構形式與V帶的基準直徑有關。小帶輪接電動機，較小，所以采用實心式結構帶輪。
5.1.2 其他V帶的設計
同理算得5、6帶傳動的參數(shù)如下：
帶型
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2.5
1250
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
400.7
5
110.8
1095.5
6、7帶傳動的參數(shù)如下：
帶型
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2.5
1250
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
400.7
5
110.8
1095.5
5.2 蝸桿傳動設計
（1）選擇蝸輪蝸桿的傳動類型
傳動參數(shù)：；；
根據(jù)設計要求選用阿基米德蝸桿即ZA式。
（2）選擇材料
設滑動速度：
蝸桿選45鋼，齒面要求淬火，硬度為45-55HRC.
蝸輪用ZCuSn10P1,金屬模制造。
為了節(jié)約材料齒圈選青銅，而輪芯用灰鑄鐵HT100制造
① 確定許用接觸應力
根據(jù)選用的蝸輪材料為ZCuSn10P1，金屬模制造，蝸桿的螺旋齒面硬度＞45HRC，可從文獻[1]P254表11-7中查蝸輪的基本許用應力
應力循環(huán)次數(shù)
壽命系數(shù)
則
② 確定許用彎曲應力
從文獻[1]P256表11-8中查得有ZCuSn10P1制造的蝸輪的基本許用彎曲應力[]=56MPa
壽命系數(shù)
（1）按計齒面接觸疲勞強度計算進行設
① 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計進行計算，先按齒面接觸疲勞強度計進行設計，再校對齒根彎曲疲勞強度。
式中：
根據(jù)《機械設計》教材表11-3，可知傳動比為80時可選定蝸桿頭數(shù)、蝸桿齒數(shù)如下：
蝸桿頭數(shù)：
渦輪齒數(shù)：
渦輪轉矩：
載荷系數(shù)：
因工作中載荷平穩(wěn)，取載荷分布不均系數(shù)；由文獻[1]P253表11-5選取使用系數(shù)；由于轉速不大，工作沖擊不大，可取動載系；則
選用的是45鋼的蝸桿和蝸輪用ZCuSn10P1匹配的緣故，有故有：
查《機械設計》表11-3
得應取蝸桿模數(shù)：
取蝸桿直徑系數(shù)：
蝸桿分度圓直徑：
蝸桿導程角：
渦輪分度圓直徑：
變位系數(shù)：
中心距：
渦輪圓周速度：
（4）蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸
① 蝸桿
軸向尺距
直徑系數(shù)
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
蝸桿螺線部分長度：取60mm
② 蝸輪
蝸輪齒數(shù)
蝸輪分度圓直徑
齒頂直徑
齒根圓直徑
咽喉母圓半徑
渦輪外圓直徑
渦輪寬度
（5）校核齒根彎曲疲勞強度
當量齒數(shù)
根據(jù)
從圖11-9中可查得齒形系數(shù)Y=2.37
螺旋角系數(shù)：
許用彎曲應力：
可以得到：<
因此彎曲強度是滿足的。
（6）驗算效率
已知；；與相對滑動速度有關。
從文獻[1]P264表11-18中用差值法查得： 代入式中，得大于原估計值，因此不用重算。
（7）精度等級公差和表面粗糙度的確定
考慮到所設計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機械減速器，從GB/T10089-1988圓柱蝸桿，蝸輪精度選擇8級精度，側隙種類為f，標注為8f GB/T10089-1988。然后由有關手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略。詳細情況見零件圖。
（8）蝸桿傳動的熱平衡計算
由于傳動效率較低，對于長期運轉的蝸桿傳動，會產生較大的熱量。如果產生的熱量不能及時散去，則系統(tǒng)的熱平衡溫度將過高，就會破壞潤滑狀態(tài)，從而導致系統(tǒng)進一步惡化。
初步估計散熱面積：
取(周圍空氣的溫度)為。
5.3 齒輪傳動設計
5.3.1 齒輪副9、10設計
已知：
（1）選精度等級、材料和齒數(shù)
采用7級精度由表6.1選擇小齒輪材料為45鋼（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS。
選小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
（2）按齒面接觸疲勞強度設計
由設計計算公式進行試算，即
1） 確定公式各計算數(shù)值
① 試選載荷系數(shù)
② 計算小齒輪傳遞的轉矩
③ 小齒輪相對兩支承對稱分布，選取齒寬系數(shù)
④ 由表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
⑤ 由圖6.14按齒面硬度查得
小齒輪的接觸疲勞強度極限
大齒輪的接觸疲勞強度極限
⑥ 由式6.11計算應力循環(huán)次數(shù)
⑦ 由圖6.16查得接觸疲勞強度壽命系數(shù)
⑧ 計算接觸疲勞強度許用應力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1，由式10-12得
⑨ 計算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計算圓周速度v
計算齒寬b
計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
計算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級精度，查得動載荷系數(shù)
假設，由表查得
由表6.2查得使用系數(shù).1
由表查得
查得
故載荷系數(shù)
（10）按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得
（11）計算模數(shù)ｍ
（3）按齒根彎曲強度設計
彎曲強度的設計公式為
①確定公式內的計算數(shù)值
由圖6.15查得
小齒輪的彎曲疲勞強度極限
大齒輪的彎曲疲勞強度極限
由圖6.16查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
計算彎曲疲勞許用應力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1.2，由式得
計算載荷系數(shù)
② 查取齒形系數(shù)
由表6.4查得
③ 查取應力校正系數(shù) 由表6.4查得
④ 計算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)大
⑤ 設計計算
對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，可取有彎曲強度算得的模數(shù)3.52，并就近圓整為標準值m＝4mm
按接觸強度算得的分度圓直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
（4）幾何尺寸計算
① 計算分度圓直徑
② 計算中心距
③ 計算齒寬寬度取B2=80mm, B1=85mm
圓柱齒輪參數(shù)數(shù)據(jù)整理如下：
序號
名稱
符號
計算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
25，135
2
模數(shù)
m
4mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
5.3.2 其他各齒輪副的設計
（1）16、17齒輪副
同理可算得：
（2）18、19齒輪副
同理可算得：
5.4 軸及軸上零件的設計
5.4.1渦輪軸及軸承、鍵的設計
（1）尺寸與結構設計計算
1）軸上的功率P1,轉速n1和轉矩T1
，，
2）初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調質處理。根據(jù)機械設計表11.3，取，于是得：
該處開有鍵槽故軸徑加大10％～15％，且高速軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。?。?。
3）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（a）為了滿足聯(lián)軸器的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長度。
(b) 初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機械設計手冊選取0基本游隙組，標準精度級的深溝球軸承6205，故，，軸承采用軸肩進行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。
(c) 齒輪處由于齒輪分度圓直徑，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度B=47mm，齒故取。另考慮到齒輪端面與箱體間距10mm以及兩級齒輪間位置配比，取，。
4）軸上零件的周向定位
查機械設計表，聯(lián)接大帶輪的平鍵截面。
（2）強度校核計算
1）求作用在軸上的力
已知高速級齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)《機械設計》（軸的設計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則
2）求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取a值。對于6205型深溝球軸承，由手冊中查得a=16mm。因此，軸的支撐跨距為L1=72mm。
根據(jù)軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截面C是軸的危險截面。先計算出截面C處的MH、MV及M的值列于下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
，
C截面彎矩M
總彎矩
扭矩
3）按彎扭合成應力校核軸的強度
根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力，取，軸的計算應力
已選定軸的材料為45Cr，調質處理。由表15-1查得。因此，故安全。
4）鍵的選擇
采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接大帶輪的平鍵截面，。齒輪與軸的配合為，滾動軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。
5.4.2 其他軸的設計
渦輪軸：
第一級輸出帶輪軸：
第二級輸出帶輪軸：
第三級輸出帶輪軸：
第一級輸出齒輪軸：
第二級輸出齒輪軸（導輥軸）：
5.5 導輥、轉刷、機架等零件的設計
5.5.1 導輥
導輥結構如下：
5.5.2 轉刷
轉刷結構如下：
總 結
在這次畢業(yè)論文的寫作的過程中，我擁有了無數(shù)難忘的感動和收獲。畢業(yè)設計是對我們大學所學內容的綜合考察，使我的理論知識，動手能力，軟件使用能力及分析問題與解決問題的能力都有了顯著提高。
本次論文中針對洗瓶機進行設計，通過這次畢業(yè)設計，我也進一步了解了科學研究和工程設計的基本過程和其中的嚴謹性，加深了對專業(yè)知識的理解和應用，這些對我掌握知識的深度和廣度，運用理論知識結合實際去處理問題的能力、實踐能力、外語水平、計算機應用水平及口頭表達能力都有了很好的訓練；在收集數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的過程中很好的掌握了提升機制動裝置理論；對所學的課本知識也有了更深的體會，是理論結合實際的一次升華。
總之，通過畢業(yè)設計，我深刻體會到要做好一個完整的事情，需要有系統(tǒng)的思維方式和方法，對待要解決的問題，要耐心、要善于運用已有的資源來充實自己。
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致 謝
經過這幾個月的忙碌，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及同學們的幫助與支持，想要完成這個設計是難以想象的。
在這里首先要感謝我的導師***老師。***老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從現(xiàn)場實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，論文寫作等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設計較為復雜煩瑣，但是他們仍然細心地糾正我論文中的錯誤。除了敬佩老師的專業(yè)水平外，他嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，精益求精的工作作風，深深地感染和激勵著我，并將積極影響我今后的學習和工作。
其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個先進的學習、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學考試的各個課程。特別是學院的各位老師，為我們打下了堅實的機械專業(yè)知識；老師們不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想、生活上給我以無微不至的關懷，在此謹向老師們致以誠摯的謝意和崇高的敬意。同時還要感謝所有的同學，在這四年里給予我的支持與幫助。
最后，請讓我將這篇學士學位論文獻給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個對社會有用的人，他們的關懷、支持和鼓勵是我所有信念的力量源泉。
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