塔里木大學畢業設計前言啤酒是人類最古老的酒精飲料之一，是水和茶之后世界上消耗量排名第三的飲料。啤酒是以大麥芽、酒花、水為主要原料，經酵母發酵作用釀制而成的飽含二氧化碳的低酒精度酒，被稱為“液體面包”。啤酒乙醇含量極少，故喝啤酒不易醉人傷身，少量飲用反而對身體健康有益處，因此啤酒越來越成為了人們生活中最喜愛的飲料之一[1]。啤酒行業也是食品行業之一，食品行業對衛生標準有十分嚴格的要求。每個涉及食品的企業都要根據相關部門的相關要求，定期對生產設備進行消毒清洗。啤酒生產商想方設法提高產量，降低生產成本。在這種刺激下啤酒生產設備不斷更新換代，啤酒瓶洗瓶機也隨之發展[2]。根據啤酒瓶原料及外形，設計一種簡易高效的啤酒瓶洗瓶機。本洗瓶機的工作原理：用槽輪機構間歇性地將污瓶進料、用凸輪連桿機構推動瓶子前進，在前進的過程中齒輪傳動雙輥機構使瓶子旋轉，此時毛刷機構開始清洗瓶子外表面，這一過程結束時，推桿氣壓通入瓶子內表面。清洗結束后瓶子歸位[3]。本文所設計的啤酒瓶清洗機，結構簡單可行，生產成本低，生產效率高。關鍵詞：清洗機；啤酒瓶；槽輪機構；凸輪連桿機構目錄HYPERLINK1緒論 1HYPERLINK1.1課題的研究意義 1HYPERLINK1.2啤酒瓶洗瓶機國內外現狀及發展趨勢 1HYPERLINK1.3國內啤酒瓶洗瓶機存在的問題 2HYPERLINK2傳動方案的擬定 2HYPERLINK2.1設計任務及技術參數 2HYPERLINK2.2送料機構的說明 5HYPERLINK2.3推瓶機構的說明 7HYPERLINK2.4送料機構的設計計算 7HYPERLINK2.5導輥機構的說明 8HYPERLINK2.6毛刷機構的說明 10HYPERLINK3主要零部件的選擇與計算 11HYPERLINK3.1電動機的選擇 11HYPERLINK3.2減速器的選擇 11HYPERLINK3.3凸輪連桿機構的設計 11HYPERLINK3.4槽輪機構的設計計算 12HYPERLINK3.5V帶的計算 13HYPERLINK總結 15HYPERLINK致謝 16HYPERLINK參考文獻 171緒論隨著社會的發展，人們的生活水平逐漸提高。酒類飲料特別是啤酒類飲料已經常為了人們最喜愛的飲料之一。逢年過節，總能在商店里或者家里看到成堆的酒類飲料。這其中，啤酒飲料占據了酒類飲料的半壁江山。啤酒中的乙醇含量相比白酒的少，故喝啤酒不但不易醉人傷身，還能養顏保健。在這種趨勢下，啤酒需求量與日俱增，日益劇增的需求量刺激了啤酒包裝的更新換代。啤酒生產商想方設法提高產量，降低生產成本。由此，啤酒瓶清洗機出現在我的視野中。我所設計的這種啤酒瓶洗瓶機有以下優點：（1）降低勞動強度，提高工作效率；（2）清洗徹底，有效提高衛生的標準；（3）提升生產效益。使用這種洗瓶機，將會在市場中更具有競爭力，從而占據市場，獲得經濟利益[4]。1.2.1酒瓶洗瓶機國內現狀上世紀六、七十年代時，我國開始慢慢的引入國外洗瓶機，并對洗瓶機仿制和改良完善，即消化吸收與自主創新階段。此階段洗瓶機先后經歷了很大的變化，單端、臥式雙端、立式雙端等多種類型。上世紀70年代中期第一代洗瓶機瓶盒排數為16排，主鏈甁盒運行間歇動作，產量最高為800瓶每小時。由于這種洗瓶機具有結構簡單，方便制造等優點，在市場上占據了相當長的的一段時間[5]。進入21世紀以來，洗瓶機設備取得了新的技術進步，現在已出現了采用無軸變頻傳動取代萬向聯軸節傳動的新型傳動洗瓶機，除標方式上出現了立式軸流泵噴沖，或對原有離心泵噴淋進行了完善升級[6]。我們的國內洗瓶機市場發展比其歐美國家落后，而且我們國家的技術在一定程度上跟不上市場發展的需要，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展參差不齊，功能不全面[7]。1.2.2啤酒洗瓶機國外現狀擁有發達技術的國外企業促進了洗瓶機市場在國外的發展。新技術的發展也給洗瓶機的市場帶來一股新的活力，特別是大量的企業采用新的計算機技術，二維的CAD早已在制造業普及，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參與系統控制，采用了大量高新傳感元器件，實現了定位準確，操控方便，其安全可靠性也逐步提高。通過專家系統的應用，極大地推進了創新設計的進程，并且利用系統論和信息論等現代計算機應用技術研究成果，使得洗瓶機的創新設計開始向數字化化方向發展。1.2.3啤酒瓶洗瓶機發展趨勢隨著新世紀全球工業格局的新變化和我國工業技術水平的快速發展，洗瓶機市場近年來異常的活躍起來。現代計算機控制技術飛速發展，使得洗瓶機的設計在綜合考慮控制系統安全性、可靠性、操作的舒適性、機構及結構廣義優化等方面有了更高層次的要求。因此洗瓶機的設計必須從原來的常規設計模式中跳出來，用新觀點、新原理、新方法、新技術、新工藝來設計適應新形勢的新產品。未來洗瓶機的設計是基于現代設計理論和方法，應用微電子、信息、管理等現代科學技術，以提高產品質量、縮短產品開發周期[8]。我國在包裝技術這一塊上相比其他國家起點低、起步晚，根據調查，存在著以下問題：（1）洗瓶裝置易碎瓶；（2）安全性無保障；（3）技術流轉在各個小作坊，不能快速地實現共享和互換。2傳動方案的擬定2.1設計任務及技術參數2.1.1設計任務根據啤酒瓶的尺寸，設計全自動啤酒瓶清洗裝置，其參數要求如下：設計槽輪機構和凸輪機構，使其間歇式地運輸瓶子、推動瓶子[9]。（1）推瓶機構以均勻的速度推瓶，平穩地接觸和脫離瓶子，然后推頭快速返回原位，準備進入第二個工作循環。（2）按洗瓶速率每分鐘3個的要求，推程的平均速度v=45mm/s，返回時的平均速度為工作時平均速度的三倍。（3）機構傳動性能良好，結構緊湊，制造方便。2.1.2啤酒瓶的參數在設計開始之前，首先應明確此次設計所要服務的對象，了解其數據信息和基本特性。啤酒洗瓶機的對象是啤酒瓶，它的數據信息或物質特性直接決定洗瓶機的某些結構的設計。本次設計主要針對啤酒瓶來進行設計，下面簡單介紹一下啤酒瓶的基本參數。根據實際測量得知啤酒瓶瓶底直徑為70±1mm，瓶高285±1mm。啤酒瓶使用玻璃為制作材料，玻璃材料具有易碎的特性，所以在輸送時不能承受太大沖擊。2.1.3啤酒瓶洗瓶機設計要求啤酒瓶洗瓶機是由進瓶機構、推瓶機構、導輥機構和轉刷機構共同完成工作的。首先是推瓶機構以均勻的速度將瓶子推上導輥，推頭的往復運動使瓶子一個個不間斷的送上工作臺進行清洗工作，由于瓶子是從靜止到具有一定的速度，推頭和瓶子之間必然存在著一定的沖擊，所以用橡膠制作推頭，保證在工作過程中盡可能減少瓶子的破碎率。第二，瓶子送到工作臺的同時導輥進入旋轉的狀態并且開始清洗瓶子。整體結構如下圖所示。1.帶輪2.皮帶3.小齒輪4.V帶5.電機6.減速器7.減速器齒輪8.傳動齒輪9.皮帶10.渦輪蝸桿11.凸輪機構12.連桿機構13.導輥14.導輥齒輪15.錐齒輪16導輥齒輪17.內洗瓶機構18.槽輪機構19.渦輪蝸桿圖2-1啤酒瓶洗瓶機整體圖 1.機殼2.輸瓶板圖2-2啤酒瓶洗瓶機外部圖方案運動說明：首先需將瓶子放入傳送帶2上，通過進瓶機構間歇的送到導輥軌跡上，通過凸輪連桿組合機構帶動毛刷插入瓶子，毛刷在導桿的推動和旋轉下邊前進邊清洗內表面，推動瓶子沿導輥前進，再由外面轉動的刷子將瓶子外表面洗凈[10]。由下列工藝動作過程來實現上述功能：（1）皮帶做間歇直線運動；（2）瓶子由皮帶滑動到導輥；（3）內表面毛刷勻速推進瓶子內；（4）推頭作直線或者近似直線運動,將瓶子沿導輥推到指定的位置；（5）推頭沿直線運動推動瓶子移動的程中,瓶子同時跟著兩同向轉動的導輥轉動；（6）當瓶子沿導輥移動時將瓶子的外表面就清洗干凈；（7）離開皮帶,而推瓶機構急回至推瓶初始位置,進入下一個工作循環；（8）洗好的瓶子由斜面滑下，進入勻速轉動的皮帶送出。實際工作中，要設計的機器往往比較復雜，其使用要求或工藝要求往往需要很多的功能原理組合成一個總的功能原理。以下介紹啤酒瓶洗瓶機是通過什么功能原理來實現其所要完成的工作的。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另一側。要完成這個功能就需要有一個工作行程為L往返運動的推頭，同時推頭在工作過程中要勻速，工作完回程時要快速。能夠滿足此運動規律的常見機構有曲柄-四桿機構或者凸輪連桿機構[11]。其次是轉輥機構所運用的是機械的轉動規律，也是機械運動中比較簡單的運動規律，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洗瓶設備的整體工作功能。它是由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，移動功能是由推瓶機構來實現的。最后是轉刷機構所采用的功能原理，它與導輥機構相同運用的都是機械的轉動規律，與其不同的是轉刷機構的旋轉要有很高的速度來完成其對瓶子外壁的清洗工作。推瓶機構、導輥機構和轉刷機構都是由一臺電機來提供所有的機械轉動規律的，這就要求我必須對它們深入分析、研究各構件之間運動規律的聯系，進而的設計出符合其聯動規律的整體設備，來滿足預期想要實現的目標。2.2送料機構的設計2.2.1間歇機構設計槽輪機構由具有徑向槽的槽輪2、帶有圓銷A的撥盤1和機架組成。撥盤1作勻速轉動時，驅使槽輪2作時轉時停的間歇運動。撥盤1上的圓銷A尚未進入槽輪2的徑向槽時，由于槽輪2的內凹鎖住弧β時被撥盤1的外凸圓弧α卡住，故槽輪2靜止不動。圖中所示位置是當圓銷A開始進入槽輪2的徑向槽時的情況。這時鎖住弧被松開，因此槽輪2受圓銷A驅使沿逆時針轉動。當圓銷A開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內凹鎖住弧又被撥盤1的外凸圓弧卡住，致使槽輪2又靜止不動，直到圓銷A再進入槽輪2的另一徑向槽時，兩者又重復上述的運動循環。這一機構構造簡單，機械效率高，并且運動平穩。1.撥盤2.槽輪圖2-3槽輪機構簡圖我設計的是當主動撥盤（缺口圓盤）勻速轉一周，從動槽輪轉90°，而傳動帶的導桿也轉過90°，而且要等于一個瓶子的長度。所用時間是洗瓶裝置的一個來回，即：（2-1）則主動撥盤角速度：（2-2）2.2.2進瓶裝置簡圖圖2-4進瓶裝置簡圖2.3推瓶機構的說明推瓶機構的方案選定：根據前述設計要求,推瓶機構應為一個具有急回特性的機構,為了提高工作效率,一是行程速比變化系數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,以保證工作的穩定性。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曲柄滑塊機構,曲柄轉動導桿機構和曲柄擺動導桿機構。運用前述設計的思想方法以及在大學學習中的熟悉程度，再考慮到機構的急回特性和推頭做往復直線運動的特點，在此選擇凸輪連桿機構組合機構為推瓶機構設計方案。2.3.1凸輪連桿機構組合機構的分析要準確的實現給定運動規律及運動軌跡，凸輪機構是首選，因為盤形凸輪輪廓就是根據從動件運動規律來設計的，而任意平面軌跡總可以用（2-3）表示，因此把兩個凸輪機構組合起來就可以準確實現軌跡。2.4送料機構的設計計算 圖2-5進瓶機構示意圖在這里我選用槽輪間歇機構作為進瓶主要構件，負責把瓶子傳送到洗瓶裝置上。因為按照生產率為3/min得到每洗一個要20s，所以設計主動撥盤轉一周所需時間為20s，這樣從動撥盤就每20s轉動90°，再讓它轉過90°時的路程等于一個瓶子的長度即285mm，則可以確定主動帶輪1的直徑，因為（2-4）得出進瓶機構傳動過程：進瓶機構借助大齒輪帶動上圖中小齒輪，又由小齒輪帶動軸旋轉，再由軸帶動蝸輪蝸桿，然后蝸輪蝸桿帶動上面的齒輪，再由齒輪帶動間歇機構槽輪完成瓶子的輸進。2.5導輥機構的說明2.5.1推瓶起點設計（1）起點時的簡圖圖2-6推瓶裝置起點簡圖（2）推瓶起點設計說明上圖是剛剛開始推瓶時候，推桿回到最左端，此時，剛好進瓶裝置送下一個瓶子，內刷子隨推桿插入瓶子內，刷毛選用軟性材料制作而成，方便內刷子插入瓶內，這樣隨著凸輪帶動推桿內刷子伸進瓶子內，等推頭擋板抵到瓶口時，瓶子才受到推桿的推力，推頭才會推動瓶子運動，進行外表面的清洗，一直到導輥完。2.5.2推瓶終點設計（1）推瓶終點設計說明推瓶終點簡圖與推瓶起點簡圖類似。當推瓶推到終點的時候，推桿推到最右端，此時，瓶子在推桿的作用下，走到導輥末端，在重力的作用下，瓶子沿內刷子隨刷桿滑入瓶子出瓶軌道內，刷桿和刷毛盡量選用軟性材料，方便瓶子滑入出瓶滑道內，這樣隨著凸輪帶動推桿往回運動，內刷子退出瓶子內，瓶子滑出內刷子后，瓶子落到出瓶滑道內，推頭繼續做回復運動，不過要避免死點的產生，才能穩定的進行下一個瓶子內外表面的清洗，一直循環工作。2.6毛刷機構的說明2.6.1外毛刷結構簡圖外毛刷裝置由三個毛刷輪組成，三個毛刷輪由齒輪帶動，其傳動方案如下圖所示。圖2-7外毛刷結構簡圖2.6.2內毛刷結構簡圖 圖2-8內毛刷結構簡圖如上圖將推頭設計成可以清洗瓶子內表面的刷子，它比瓶子的內徑稍大一些，瓶子在進瓶機構的輸送下開始進入洗瓶機構，在推頭的作用下，后面又有洗外表面刷子的阻力，內刷子就可以很輕松的插入瓶內，待到推頭的擋板抵到瓶口之后就可以推著瓶子走了。隨著導輥的轉動，瓶子內外表面都可以得到很好的清洗。另外，值得注意的一點是，內刷子因為要伸到瓶子里面，所以要選用軟一點刷子，內刷刷桿設計成管狀，并且帶有小孔，從端部對刷桿通入氣壓，可以把毛刷吹起來，同時，氣壓也有助于吹干凈瓶子內表面。3主要零部件的選擇與計算3.1電動機的選擇3.1.1選擇電動機的類型Y系列電動機具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動機內部之特點，B級絕緣，工作環境溫度不超過+40攝氏度，相對濕度不超過95%，海拔高度不超過1000m，額定電壓220V，頻率50Hz[11]。YZR系列為繞線轉子電動機，YZ系列為籠型轉子電動機。冶金及起重用電動機大多采用繞線轉子，但對于30Kw以下電動機以及在起動不是很頻繁而電網容量又許可滿壓起動的場所，也可采用籠型轉子。按照工作要求和條件，選用Y系列電機。通過考慮安全生產，生產效率等問題，選擇Y132M2-6型電動機。3.1.2確定電動機轉速根據工作條件，確定電動機轉速為1440r/min，3.2減速器的選擇根據啤酒瓶洗瓶機的工作環境和工作條件，選擇較為實用的減速器。選擇ZDY型減速器[12]。3.3凸輪連桿機構的設計3.3.1壓力角的檢驗及機構尺寸的確定為了防止自鎖，保證凸輪機構正常工作并具有一定的傳動效率，必須對壓力角加以限制。凸輪輪廓曲線上各點的壓力角一般是變化的，在設計時應使最大壓力角不超過許用值。通常，對于直動從動件凸輪機構，取許用壓力角[ɑ]=30°；對于擺動從動件凸輪機構，取許用壓力角[ɑ]=45°。現確定直動從動件ɑ=17o<[ɑ]，擺動從動件ɑ=12o<[ɑ]。都符合許用值，且符合設計要求。3.3.2機構尺寸的最終確定表3-1機構桿件設計參數桿件代號l1L2l3設計參數值(mm)900600135表3-2直動凸輪的設計參數基圓半徑壓力角90mm17°表3-3擺動凸輪設計參數基圓半徑壓力角72mm12°3.4槽輪機構的設計計算圖3-1槽輪機構計算示意圖（3-1）（3-2）（3-3）3.5V帶的計算3.5.1已知條件V帶在載荷變動微小的情況下工作，所需傳遞的額定功率，小帶輪轉速為，傳動比3.5.2確定計算功率=（3-13） 式中：計算功率，kw工作情況系數，根據洗瓶機工作情況及查表得所需傳遞的額定功率，3.5.3選擇V帶的帶型根據及小帶輪轉速，選擇A型V帶。3.5.4確定基準帶直徑，并驗算帶速。（1）小帶基準直徑的初選。根據V帶帶型，使，（3-14）（2）驗算帶速v由（3-15） （3）計算大帶輪的基準直徑由（3-16） （4）