全自动啤酒清洗装置设计

时间：2020-10-17 00:20:17 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人

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　全自动啤酒清洗装置的设计 摘 要

　中国酒文化的传承已经有几千年的历史了，跟有着悠久历史的东方传统酒文化相比，啤酒的应用历史就有些不值一提了。真正意义上的啤酒是从十九世纪后期传到中国的，到现在为止，还没有一百年的时间，不过最近这二三十年，啤酒的产能和需求都在急速扩大，早已使我国成为了全球啤酒产销第一大国，行业也由初期的群雄割据演变为了当下大厂的独占鳌头。

　我国的啤酒消费如此厉害，所以啤酒的清洗装置也有很大的发展空间。按照不同的原料和形状的啤酒瓶，制造出一种既简单效率又不低的啤酒瓶洗瓶机。这种用来清洗啤酒瓶的机器的工作原理是：先让轮槽机构非持续性的把脏瓶子从进料口纳入，紧接着通过凸轮连杆机构使瓶子能够持续不断地往前方推进，与此同时推动所产生的动力能够让齿轮传动双辊机构发生旋转，在旋转的同时让瓶子也跟着转动，此时此刻毛刷就能够对瓶子的外表进行清洗，等到外表清洗完毕之后，推杆气压通入瓶子内表面。清洗结束后瓶子归位[3] 。

　 关键词：

　：清洗机 啤酒瓶 槽轮机构 凸轮连杆机构

　 Abstract In the wine culture of China, which has a long history of thousands of years, the drinking history of beer can only be regarded as a short moment. The beer in the modern sense has been introduced into China since the end of the 19th century, but it has only been a hundred years, but the production capacity has been nearly 30 years. The rapid expansion of demand has already made China the largest country in the global production and sales of beer. The industry has also evolved from the early stage of the group to become the leader of the current big factory.

　China"s beer consumption is so powerful, so the beer cleaning device also has a lot of room for development. According to the raw material and shape of the beer bottle, a simple and efficient beer bottle washing machine is designed. The working principle of the bottle washing machine: intermittently feeding the sewage bottle with the sheave mechanism, pushing the bottle forward by the cam linkage mechanism, and the gear transmission double roller mechanism rotates the bottle during the forward process, at which time the brush mechanism starts The outer surface of the bottle is cleaned and at the end of the process, the push rod air pressure is passed into the inner surface of the bottle. The bottle is returned to the position after cleaning .

　Keywords ：Washing machine；beer bottle；sheave mechanism；cam linkage mechanism

　 目

　录

　第一章 绪论.................................................................................................................. 1 1.1 课题的研究意义

　.......................................................................................................................... 1 1.2 啤酒瓶洗瓶机国内外现状及发展趋势

　............................................................................ 1 1.3 国内洗瓶机存在问题 ..................................................................................................... 2 1.4 Pro/E 软件简介 .............................................................................................................. 2

　 第二章

　传动方案的拟定

　..................................................................................................................... 4

　2.1 设计任务及技术参数 ............................................................................................................... 4 2.1.1 设计任务

　.............................................................................................................................. 4 2.1.2 啤酒瓶的参数 .......................................................................................................... 4 2.1.3 啤酒瓶洗瓶机设计要求 ....................................................................................... 5 2.2 送料机构的选择 ............................................................................................................. 6

　2.2.1 间歇机构设计 ........................................................................................................ 6

　2.2.2 进瓶装置简图 ........................................................................................................ 9 2.3 推瓶装置设计.................................................................................................................. 9

　 2.3.1 凸轮铰链四杆机构的设计 ............................................................................... 10

　2.3.2 五杆组合机构方案 .......................................................................................... 10

　 2.3.3 凸轮连杆机构组合机构 ................................................................................... 11

　 2.3.4 最终选定推瓶方案 ............................................................................................ 11

　 2.3.5 进瓶设计说明 ..................................................................................................... 13

　 2.3.6 运动协调设计 ..................................................................................................... 13 2.4 导辊机构设计 ................................................................................................................. 14

　 2.4.1 推瓶起点设计 ...................................................................................................... 14

　 2.4.2 推瓶终点设计 ...................................................................................................... 14 2.5 毛刷机构设计................................................................................................................ 15

　 2.5.1 外洗瓶毛刷装置简图 ......................................................................................... 15

　 2.5.2 内洗瓶毛刷装置简图 ......................................................................................... 16

　2.6 总体方案设计................................................................................................................ 16

　 2.6.1 方案一及说明 ...................................................................................................... 16

　 2.6.2 方案二及说明 ...................................................................................................... 17

　 2.6.3 最终选择................................................................................................................ 17

　 第三章

　详细结构设计 ............................................................................................................. 18 3.1 内毛刷机构设计 ........................................................................................................... 18 3.2 凸轮连杆机构设计 ...................................................................................................... 18

　 3.2.1 凸轮连杆机构示意图 ......................................................................................... 18

　 3.2.2 杆长计算................................................................................................................ 19

　 3.2.3 凸轮设计................................................................................................................ 20

　 3.2.4 摆动凸轮的设计 .................................................................................................. 20

　 3.2.5 直动凸轮的设计 .................................................................................................. 21 3.3 压力角的检验及机构尺寸的确定 ........................................................................... 22 3.4 机构尺寸的最终确定 .................................................................................................. 22 3.5 槽轮机构设计................................................................................................................ 23 3.6 减速器齿轮传动设计计算 ......................................................................................... 24

　 第四章

　三维建模与仿真......................................................................................................... 30 4.1

　Pro/E 介绍 .................................................................................................................... 30 4.2

　典型零件建模 .............................................................................................................. 31 4.3

　虚拟装配 ....................................................................................................................... 41 第五章 结论 ............................................................................................................................... 47

　参考文献 ...................................................................................................................................... 48 附录 ............................................................................................................................................... 49 致谢 ............................................................................................................................................... 50 仲恺农业工程学院本科毕业论文（设计）成绩评定表 ............................................... 51

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　第一章 绪论 1.1 课题研究的意义

　众所周知，中国的酒文化算得上是时代久远的，但是历来大家喝的都是传统的粮食酒，在中国，喝啤酒的历史时间并不算太长，啤酒大概是从十九世纪后期传到中国的，迄今为止还没有一百年的时间，可是最近三十年因为人们的需求让啤酒产能一直都处于扩张的状态，以至于中国早就成了全世界啤酒销量最多的国家，啤酒行业也从最开始的群雄割据变成了现在大企业一家独大的形式。尽管在产量上面早就已经成了全球第一名，可是在行业的集中度上面，依然有不少的空间是可以上升的。21 世纪刚开始的时候中国啤酒产量就超过了美国成为世界魁首，2016 年的时候中国啤酒的产量多达 4562.71 万千升，在全世界 1.93 亿千升中的占比为 24％，超出第二名美国近一倍。当然，也有其他生产啤酒的国家，比方说巴西和德国还有墨西哥跟俄罗斯、日本这些国家都是对啤酒的生产比较多的国家，前面七个生产啤酒的国家总量是 1.13 亿千升，所占据的比例为全世界总量的 59 个百分点，所彰显出来的规模效应算是比较强大的。中国啤酒行业市场集中度明显得到提高是在过去二十年有许许多多的并购跟重组存在，可是跟世界上其他的啤酒生产国度去对比，上升空间依然是很大的。

　2016 年的时候中国CR3 占比是 59.0%，CR5 占比是 73.3%，这样的数据只是比德国高那么一点而已（德国啤酒拥有丰富的种类和不少比较小但是能够精酿的酒厂），这样的水平跟俄罗斯和英国差不多，可是远远比不上美国跟巴西还有墨西哥以及日本等国15-20pcts，行业内依旧有着较大的整合机会。

　我国的啤酒消费如此厉害，所以啤酒的清洗装置前景也十分可观。基于此，我设计出一款实用的啤酒清洗装置。这种对瓶子进行清洗的机器的工作原理如下：槽轮机构负责进料，间歇性的把脏瓶子输送到机器里面，然后就是凸轮连杆机构发挥作用，利用动力推着瓶子往下一步走，与此同时齿轮传动双辊机构开始运动，产生的转动力量让瓶子开始旋转，再交给毛刷机构来工作，把瓶子的外表面给清洗干净，在这个清洗的过程结束之后，推杆就会把气压送入瓶子的内表面，彻底结束瓶子的清洗之后将之放回原位。

　1.2 啤酒洗瓶机国内外现状及发展趋势 在啤酒的生产过程中包含的工序主要有麦芽制造和麦芽汁制造，之后就是进行前期发酵跟后期发酵还有过滤灭菌，最后才是包装的程序，像把啤酒壮观，然后用压盖机把盖子装上这些就是包装工序的内容。啤酒的生产工序是先用膜把啤酒过滤，然后通过管道送到回转酒缸里，再通过酒阀装进瓶子里面，把盖子压上后就成了瓶装的啤酒。

　因为中国的啤酒行业正在不停的扩张，生产规模也在不停地变大，对啤酒现代化洗瓶机械是不是能够达到快速灌装成形，就有了很高的要求。为了让这个要求能够得到满足，中国各个啤酒生产厂家对寻求和改造本单位的罐装设备都是十分积极的。他们的目的就是为了得到一种使用性能良好，又具备先进的技术跟生产效率十分高而且维护的时候所花费的成本要比较低的现代化啤酒洗瓶机。

　 如果按照灌装原理来区分的话，液体的洗瓶机按照分类来算主要有下面几个：第一个是利用常压来清洗瓶子的，第二个是利用压力来清洗瓶子的机器，第三个是

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　真空的洗瓶机。给啤酒灌装打包的时候，压盖机工作的原理就是利用压力，来实现对啤酒的灌装，此类方法机器的压力要比大气压要大很多，故而啤酒就能够依靠这种压力差灌进瓶子里。

　当下不管是国内还是国外，对实现灌装的工艺路线一般来说都是下面这样的方式：首先就是通过回转酒缸所产生的旋转动力，然后就是把放在酒缸槽位置上面的空瓶子固定好，再把上面的预抽真空阀开启，对这些已经完全封好的酒瓶进行空气抽取，直到达到真空为止；下一步就是要将外操作阀杆给拨转过来，然后把气阀给打开，对准酒瓶里面充氧气气体，紧接着就是把抽真空凸轮打开，把瓶子里面混合在一起的氧气跟空气全部抽掉，再下一步则是再次打开气阀，继续往瓶子里充氧气，等到瓶子里面的压力和背压气体压力接近的时候打开灌装阀里面的液阀，利用气动抑或是电动的方式将灌装阀控制好，从而达到成功灌装啤酒的目的。不过，现在中国不少的啤酒身长厂家拥有的灌装、压盖机的控制系统在自动化的程度方面是良莠不齐的，在同一个操作面板上面几乎涵盖了所有的手动开关跟工艺开关，中国现有的 PLC 控制器基本上都是来自于日本 OMRON 和三菱公司最原始时期的产品,在设备的连锁控制和设备保护方面并未有太多的设置，再加上在啤酒灌装的过程中，现场的条件十分差，湿度不低，很容易就会造成开关这样的接触点发生严重锈蚀，比较容易发生故障的就是关于系统的信号检测，这就导致在设备控制系统运行的过程中，可靠程度大大降低，从而就造成设备正常运转的周期变短这样的事情发生，使得公司在维护和检测方面的成本有一定程度的增加，也让不安全的因素大大增加。想要让这些问题得到彻底的解决，就必须要向世界上其他科学技术发达的国家学习先进的啤酒灌装技术，慢慢的让智能生产得以实现。

　现在世界上那些先进国家的啤酒灌装和刷瓶子的生产线基本上都是使用光电开关来进行位置的检测，还有走瓶带跟调节酒缸转动频率，基本上都是用可编程的控制器来进行主要控制，把灌装以及压盖机的机械结构装置跟 PLC 可编程控制还有变频无级调速跟人机界面这样的现代自动控制技术手段形成一个完美的结合体，从而使之变成机电一体化。

　随着科技的进步及计算机技术的大力发展，啤酒洗瓶机渐渐电子化，高科技化。它的安全性，操作的方便性，机构的优化等有了巨大的提升。未来的发展趋势，主要围绕在高效率和低成本中，当然操作的简便性也是不可缺少的，把繁杂的步骤简化对于生产效率也是一个亮点。

　1.3 国内洗瓶机存在的问题

　 众所周知，我国科技发展较其他发达国家起步晚。所以在洗瓶机这一方面，也是落后于发达国家。我国现在的洗瓶机还是依赖于进口，国产的还是处于初级阶段。虽然价格比进口的要便宜很多，但是生产能力较低，且调试有一定的难度。而且清洗得没有想象中的干净，对健康产生威胁。不足很多，但是说明我们进步的空间是很大的，争取有一天研发出能与国外进口媲美的洗瓶机。

　1.4 Pro/E 软件介绍

　 Pro/Engineer 的生产厂家是美国的 PTC 公司，成立 20 多年来，就改版了二十多次，到现在为止，已经变成全球范围内普及率最高标准软件的就是 3D CAD/CAM系统。作为一种被开发出来的软件包，Pro/E 并非单纯的属于 3D 产品，而且还是比较全面的，跟它相关的软件有许多，像 Pro/DESINGER（造型设计）还有

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　Pro/MECHANICA（功能仿真）都属于跟它有关系的，Pro/E 所包含的内容有很多，像零件设计以及自动测量就是属于它范围之内的，还有模具开发跟加工制造也被它囊括其中，甚至连产品数据库管理加上钣金件设计和铸造件设计全部都属于它的范围之内，除此之外还有逆向工程跟产品装配等内容，包括了机构分析和有限元分析这些有用的功能全部都集合在一起，不仅让用户在产品开发商所花费的时间大大缩短，而且还让整个开发流程变得简单了很多；在全球范围内，把PRO/ENGINEER 软件系统当做公司的标准软件来对产品进行设计的公司就有27000 家左右。

　Pro/E 软件在功能方面可以说是另辟蹊径，这样让大家工作里面的那些关于设计跟制造的方法受到了不小的影响。跟另外的几种三维软件（比方说 MDT、UG、CATIA 之类的）进行比较，下面的极点内容大致是 Proe/ENGINEER 跟其他的软件不同的地方：

　 （1）基于特征的（Feature-Based）

　Pro/ENGINEER 属 于 一 种 以 特 征 为 基 础 的 实 体 类 模 型 建 模 工 具（Feature-Based），将每一次的个别建构区块利用起来，然后构建模型。负责设计的人按照不同的加工过程，在模型上重新将一个单独的特征给构建出来。这其中最小的建构区块就是特征，如果构建模型的特征是比较简单的，那么在修改这个模型的时候，弹性就会相对而言更大。

　（2）关联的（Associative）

　可以把 Proe/ENGINEER 利用起来验证模型，一般都是创建零件和装配一绘图这样的方式。因为所有的功能模块彼此之间都互相有关联，一旦在装配过程中让某一个零件发生了改变，整个系统就会十分主动的在这个装配里面的其他一些零件跟绘图上把这个变化和变化的过程给反应出来。

　 （3）参数化（Parametric）

　有一定的参数化是 Pro/ENGINEER 系统的一个很显著的特点，这就意味着每一个特征相互之间有关系存在，这样就会造成某个特征修改之后，其他的特征也跟着这个特征的修改而发生改变，从而达到设计者的使用要求。假如说，有一个特征对其他的特征进行了参考的话，这两个特征之间就有父/子（parent/child）关系产生。

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　第二章 传动方案的拟定 2.1 设计任务及技术参数 2.1.1 设计任务 关于全自动的对啤酒瓶进行清理的装置该如何进行设计的问题，首先就要根据啤酒瓶的长短大小来确定，对机器的参数要求有以下几点：

　第一点如果说瓶子所需要进入的尺寸大概数据是 L =600mm，这个时候对瓶子起到推动作用的推瓶机构就一定要用均匀的力量和速度来推动，这样一来彼此之间接触和分开的时候都会变得十分平稳，但是在撤回的时候，推头的速度就会很快，做好准备，随时进入下一个循环的工作。

　（2）预设的清洗速度为每分钟 3 个，推进过程中的均速为 v=45mm/s，回到原来位置的均速是推进速度的三倍。

　（3）有良好的机构传动性，紧凑的结构，制造的时候十分方便快捷。

　2.1.2 啤酒瓶参数 实验前，应该先要了解 清楚啤酒瓶的参数，有数据后方可进行洗瓶器的设计

　图 2-1 啤酒瓶参数

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　如图所示，根据国家标准，一个 640ml 的啤酒瓶瓶身外径在 75  1.4 为优等品，瓶高 289  1.5 为优等品。另外耐压，耐热，内应力，抗冲击都有一定的要求。所以选材时要注意用合适的材料制作。

　2.1.3 啤酒洗瓶机的设计要求 要完成清洗啤酒瓶的工作，就得进瓶机构跟推瓶机构以及导辊机构还有专刷机构协同合作，一起来完成。第一步就是推瓶机构在把瓶子推到导辊上的时候力道要均匀一些，然后推头反复的做运动，一个一个的不间断的把瓶子全部送到清洗工作台上进行清洗。在工作的过程中，推头最好是用橡胶制作而成的，这样可以在一定程度上让碎瓶率降低。其次，在酒瓶被送上工作台的时候，导辊紧跟着就开始旋转，同时对瓶子进行清洗。整体结构如下图所示。

　图 2-2 啤酒洗瓶机零件图

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　1 表示带轮 2 表示皮带 3 表示小齿轮 4 表示 V 带 5 表示电机 6 表示减速器 7表示减速器的齿轮 8表示负责传动的齿轮 9表示皮带 10表示涡轮蜗杆 11表示凸轮机构 12 表示连杆机构 13 表示导辊 14 表示导辊齿轮 15 表示锥齿轮 16 表示导辊齿轮 17 表示内洗瓶机构 18 表示槽轮机构 19 表示涡轮蜗杆 其实，机器的设计通常很困难，操作要求或工艺要求需要将多功能原理集成到一个共同的功能单元中。洗瓶机要有什么功能才能实现这么复杂的运动呢？ 首先，推瓶机构的功能原理是瓶子能够从一侧运动到另外一次。因此，你必须设计一个可以来回运动的推头。同时要匀速，回程要很快，满足这种要求的可以有很多种。例如，这可以通过曲柄连杆机构或凸轮连杆机构的机构来实现，以达到使结构完成结构终止的目的。为了符合此功能的要求，必须考虑用什么来带动他们的运动。所以我们使用马达来完成这种旋转。

　然后就是转辊机构，在机械运动里面转辊的转动远离的类别是比较简单的，能够满足转动速度达标，还能及时配合推瓶机构跟清洗机构的工作就行。主要由两根旋转的导轨组成，瓶子在上面可以旋转，这样四周都可以被清洗得干干净净。从一侧到另外一侧就由推瓶机构来实现了。

　最后我们还需要了解一下清洗机构。瓶子在导轨上运动时，随着瓶子的转动，瓶子的四周就会自动被毛刷冲洗，这个过程速度不能过快不然会清洗不干净。

　2.2 送料机构的设定 2.2.1 设计间歇机构 间歇机构的定义为能够让原动件在持续不断的运动中将力量往从动件有规律的运动进行转化的一个机构，它可以控制运动是停止还是继续下去。

　（1）棘轮机构 组成要素主要分为棘轮和棘爪，属于一种单方向运动，同时具备间歇性运动机构的特征，这就是棘轮机构（ratchet and pawl）。各式各样的机床还有自动机里面的间歇进给跟回转工作台的转为以及千斤顶上面，都会经常用到棘轮机构。比方说自行车上的棘轮机构就是单向驱动方面的运用，而手动绞车里面的棘

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　轮机构则是为了防止逆转的发生。

　 图 2-3 简单的棘轮机构图 （2）

　槽轮机构 组成了槽轮机构（Geneva Drive）的部分主要有撞了圆形柱销的主动拨盘跟槽轮还有机架，这是一种单向的间歇运动机构，还有一个称呼是马耳他机构。一般来说，槽轮机构的用处是把主动件的连续转动化作从动件的转动，不过这种从动件的转动是单向，且带有间歇周期性。

　1.拨盘 2.槽轮

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　图 2-4 简单的槽轮机构图 （3）

　不完全齿轮机构 这种机构的定义是属于间歇性的运动机构的一种类型，但是不完全是在主动轮上面全部都布满了轮齿，它在轮齿上面的布置是根据运动的要求跟停歇时间的要求来设置的，加工出能够跟主动轮相互啮合的从动轮齿。

　不完全齿轮机构的特点是有灵活的设计，而且从动轮在运动的范围来说是比较大的，这样一来，某个周期内多次动的时间和停的时间不一样的间歇运动就很容易得到实现了。不过也有缺点，复杂的加工过程，进入跟退出啮合的时候会造成速度突变，从而造成刚性冲突，不适合在高速转动中运用，而且主动轮和从动乱之间也不能随心所欲的互相转换。

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　最终选定机构

　个人倾向于选择槽轮机构，主要是它相对来说比较简单，而且达到的效率不

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　低，运行的时候也十分平稳，能够达到个人所期盼的预期要求。

　本人所设计的是在主动轮以均匀的速度旋转 360°的时候，从动槽轮运转的角度为 90°，与此同时，传动带的导杆与从动槽轮的旋转角度一致，它的长度跟瓶子相差不大。在时间的耗费上面，约莫为将一个来回的运动。也就是：

　T=20S 主动拨盘所拥有的角速度：w=2π/20s=0.314rad/s.

　2.2.2 进瓶装置简图

　 图 2-5 简单的进瓶装置图 2.3 推瓶装置设计

　经过了周密设计之后的推瓶机构方法如下：按照之前关于设计上提出的要求，急回特性是推瓶机构所必须要具备的一个特性，想要让工作效率得到提高，一方面就是尽量让形成速比变化系数 K 变大，在推行过程（也就是工作行程）中，尽量让推头是直线运动的，抑或是无限接近于直线运动，这样可以让工作的稳定性得到保证，也许以上运动要求不一定能够完全被满足，但是一定要让推瓶里面的推头的运动轨迹跟直线差不多这一点得到保证，这样才可以让安全性能得到保障。

　把以上所说的思维方式充分运用起来，然后还得考虑怎样才能让机构的急回特性得到满足，又怎样才能让推头做往复直线运动，所以按照具体的要求，摆动刀杆机构解决了本机构存在的问题。

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　能够让要求得以实现的机构方案着实不少，在操作的过程中，我们可以采取多重机构进行组合的方式来让目的得以实现。

　2.3.1 凸轮－铰链四杆机构方案 就像图上所看到的，连杆 2 上面的 M 能够让设计所要求的轨迹得到完成，凸轮通过附件 3 改变 M 点的速度。必须要提防死点，因为曲柄 1 是从动件。

　图 2-6 本图为凸轮－铰链四杆机构的运动方式 2.3.2 五杆组合机构的方案 这样的机构有以下几个特点：齿轮的转动是通过链轮带动的，涡轮的转动则是通过齿轮带动的，以涡轮的转动为根据，结合杆组，从而实现推头的急回运动。就是推送出去的时间大于推头回来的时间。确定一个平面曲线要两个变量，所以有两个自由度的连杆机构都具有准确再现平面特征的特征。如下图杆四的向上运动可以使推头左右运动

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　 图 2-7 关于五杆组合机构的方案

　2.3.3 凸轮连杆机构组合机构 根据图 2-9 上看到的内容，就知道这个图所画的是凸轮连杆组合机构，X 方向和 Y 方向锁利用的机构都是不同的，前者的机构是摆动的，形状为盘状，所用方式为推杆，那是一个凸轮机构；但是后者的机构确实直动的，虽然方式依然是推杆，形状也没有发生改变，同样属于凸轮机构；前后二者之间一起将一个复合在一起的结构给组成了。

　 图 2-8 凸轮-全移动副四连杆机构方案

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　2.3.4 最终选定推瓶方案 从几种方案中可以看出，第一种方案所用的是凸轮－铰链四杆机构，这个类型的机构凸轮其实就是机构的原动件（由蜗轮带动），滚子以及连杆带动机构是能够让这种机构可以运动的一个基本原因。此类方案有一个十分显著的特征，那边是凸轮可以对机构的急回特性进行有效控制。此方案由五个活动构件组成，当中有一个高副。自由度为 1，有确定的运动。但是它的杆比较多，容易产生误差，不能实现精确的运动。

　方案二是五杆组合机构的方案，此方案所需要的杆件繁多，性价比不高，操作不便。

　方案三的运动和急回特性主要也是靠凸轮来控制，但是只能运用到小行程中，所以它的精确度也不行，如果行程过大的话，凸轮的尺寸必须做的很大，从经济和实用的角度来看都不太合适。

　要准确的实现给定运动规律及运动轨迹，凸轮机构是首选，之所以会这么选是得按照从动件运动规律来设计盘形凸轮的轮廓，可以用 X=x(  ) Y=y(  ) 来表示任意轨迹，故而要想准确的实现轨迹，就可以将两个凸轮机构组合起来。在运动规律和轨迹设计上，四杆机构都是用比较接近的方式来做的，故而想要准确的实现比较困难。

　综合以上的所有情况，评定优劣之后，将最后的设计方案定为方案三，也就是轮连杆机构组合机构。

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　2.3.5 进瓶设计说明

　图 2-9 进瓶机构简图 所谓的进瓶机构的传动方式就是指整个机构利用大齿轮来让图中的小齿轮跟着旋转，然后再带动小齿轮的轴，之后就可以把蜗轮蜗杆一起带动起来了，紧接着蜗轮蜗杆上面的齿轮也会跟着转动起来，最后就是齿轮把间歇机构槽轮带着转动，从而达到输入瓶子的目的。

　2.3.6 运动协调设计 瓶子的在进瓶的主要构件就是槽轮间歇机构，这个机构负责将瓶子输送到洗瓶子的装置上面，按照三分钟的生产率可以得出大概 20s 左右的时间可以洗一个瓶子，故而将主动拨盘旋转一圈的时间设计为 20s，这样从动拨盘就每 20s 转动90°，再让它转过 90°时的路程等于一个瓶子的长度即 290mm，则可以确定主动带轮 1 的直径 D1，因为 s=14D =290mm，所以 R1≈369.4mm。

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　 2.4 导辊机构设计 2.4.1 推瓶起点设计 （1）起点时的简图

　 图 2-10 推瓶起点简图 （2）

　推瓶起点设计说明 上面是推头在最左边准备开始的情况，当机械运行时，凸轮连杆机构的杆顺时针转动，使杆向右运动，导轨的不断转动使得瓶子的外部四周都能够得到清洗，内部就有推头完成清洗，推头的设计要比较软，因为玻璃瓶易碎。瓶子随着推杆不断向右，最终清洗完成。

　2.4.2 推瓶终点设计 （1）

　终点时设计简图

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　 图 2-11 推瓶结束简图 推瓶的结束图类似于推瓶的起始视图。

　在完全推动了推动瓶的时候，推杆是位于最右侧的。这个时候，在推杆的作用下瓶子被移动至导辊的端部。同时经过中重力的作用，带有刷条的瓶子沿着内刷滑入瓶中。

　在瓶轨上，刷条和刷毛应尽可能由柔软材料制成。

　然后，当凸轮向后移动推杆时，内刷从瓶中出来。

　如果瓶子从内刷上滑下，则瓶子会掉下来。

　在瓶子滑槽中，滑块继续其恢复运动，可以稳定地清洁和循环下一个瓶子。但是要注意内外表面以防止出现死点。

　 2.5 毛刷机构设计 2.5.1 外洗瓶毛刷装置简图 齿轮运动起来之后可以将三个毛刷轮所构造出来的外部毛刷装置带动起来，详细的方案所示如下面的图：

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　 图 2-12 外洗瓶毛刷装置简图 2.5.2 内洗瓶毛刷装置简图

　图 2-13 内洗瓶毛刷装置简图 我们这里使用软刷，因为内刷需要伸入到瓶子中。软一点的刷子不容易损坏瓶子。

　内刷是管状的并且具有小孔。

　从后面向刷条施加空气压力以使刷子膨胀。

　同时施加气压。，它还有助于清洁瓶子内部。

　2.6 总体方案设计 2.6.1 方案一总体方案 （1）方案一总体方案简图

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　 图 2-14 方案一总体方案简图 2.6.2 方案二总体方案 （1）方案二总体方案简图

　图 2-15 方案二总体方案简图 2.6.3 方案评估 方案一中推瓶机构由凸轮铰链四杆机构组成，传动没有方案二中采用凸轮连杆机构精确。更何况第一种方案里面齿轮传动上面的运用是比较频繁的，转动轴

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　跟转动轴之间的间距不小，如此一来就使得齿轮在结构上面变得十分庞大，两相比较之下，第二种方案中提出在一些合适的位置把齿轮换成链轮，就显得合理性更强了。最后一点就是第一种方案里面是涡轮在带动毛刷机构进行工作，方案二中毛刷机构由锥齿轮带动，方案二的传动效率更高。

　综上我选择方案二 第 3 章 详细结构设计 3.1 内毛刷机构设计 我们这里使用软刷，因为内刷需要伸入到瓶子中。软一点的刷子不容易损坏瓶子。

　内刷是管状的并且具有小孔。

　从后面向刷条施加空气压力以使刷子膨胀。

　同时施加气压。，它还有助于清洁瓶子内部。

　图 3-1 内部的毛刷机构设计图 3.2 凸轮连杆机构设计 3.2.1 凸轮连杆机构运动示意图 凸轮连杆机构示意图如下：

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　 图 3-2 凸轮连杆机构示意图 3.2.2 杆长计算

　1 l L M    1.l1cos 2cos .  L xM 

　. sin sin2 1 2 yM L l    

　. sin 2 cos 2 .21 1 1 1212 2L l M l M l M My x y x      

　. 0 sin cos .1 1   C B A  

　20

　. sin tan ) cos (cossinarctan, sin sincos cos. .cossinarctanarctan 2, 2 , 2 .3 1 1 2 1 1"1 11 1 3"20"3 0 2 2 1 12 2 1 13 2 11 11 122 2 21212 2 21 1l l l E ll El l ls r l l s r l lE l ll l ll Ml MC AC A B Bl M M L C l M B l M Axyy x y x                          

　根据前述推导公式可计算得

　21

　3.2.3 凸轮的设计

　3.2.4 摆动凸轮的设计 图 3-3 摆动凸轮的角位移线图

　22

　图 3-4 摆动推杆盘形凸轮廓线 3.2.5 直动凸轮的设计

　图 3-5 直动推杆的位移线图

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　图 3-6 直杆推动盘形凸轮廓线 3.3 压力角的检验及机构尺寸的确定 对压力角进行限制，可以有效的防止自锁，从而让凸轮机构的正常工作得到保证，在传动方面还能拥有一定的效率。正常而言在凸轮轮廓曲线上的各个点的压力角都会随时发生变化，所以在设计的时候，就得让许用值不被最大压力角给超过。一般来说，制动从动件凸轮机构跟摆动从动件凸轮构件在许用压力角的取值上是不一样的，前者一般取[ɑ]=30°；后者则是取[ɑ]=45°。现在已经将直动从动件确定为ɑ=17º<[ɑ]，摆动从动件则确定为ɑ=12º<[ɑ]。都符合许用值，且符合设计要求。

　 3.4 机构尺寸的最终确定

　 表 3.1 机构杆件设计参数

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　表 3.2 凸轮的设计参数 3.5 槽轮机构设计

　图 3-7 槽轮机构设计图

　我们根据前面的设计得到槽轮的相关数据：

　槽数：Z = 4 槽轮中心距得：

　L > 18 + 40 + 100 + 92 − 135 = 115