1、目 录 摘要1关键词21 前言22 研究课题的提出22.1 课题研究的意义及现状22.2 国内外研究现状32.3 课题研究方向33 设计任务书43.1 设计题目及工作原理43.2 功能原理53.3 啤酒瓶回收清洗机的技术要求63.4 设计任务63.5 原始数据64 方案设计64.1 分析设计要求64.2 推瓶机构的选择74.2.1 自动上料装置中常见的几种机构74.2.2 方案的选择84.3 送料方式确定及数据计算94.3.1 送料方式的确定94.4 洗瓶机构的选择104.4.1 洗瓶装置简图104.4.2 洗瓶设计说明104.5 洗瓶总体方案设计114.5.1 总体方案及运动说明114.5.
2、2 方案评估1224.6 传动部分结构设计124.6.1 方案确定124.6.2 凸轮设计124.6.3 齿轮设计164.7 方案的可行性验算214.8 输入端方案确定及结构设计224.8.1 输入端结构设计计算224.9 输入端轴的设计计算234.9.1 轴的材料234.9.2 轴的各段直径的确定234.9.3 轴的各段长度的确定244.9.4 轴上零件的轴向定位244.9.5 轴的设计计算244.9.6 轴的强度校核265 结论27参考文献 28致谢290啤酒瓶回收清洗机构设计摘 要： 洗瓶设备主要用于啤酒瓶灌装前的清洗。机械生产中，工件的加工和装配过程的自动化，不仅大大提高了生产率，把人
3、们从繁重的劳动中解脱出来;而且对提高产品质量，降低成本、促进产业结构的合理化起到了积极的作用。该课题是啤酒瓶回收清洗机构设计。文中针对课题的设计要求设计了一款自动上料装置。该自动上料装置采用不完全齿轮和凸轮机构的组合机构来获得较长的停歇时间。方案新颖，结构简单、紧凑，其清洗时间与上下料时间的比值较大，能大大提高清洗的效率。文中详细的介绍了该装置的设计思路及步骤。并将其分为 3 大部分：送料部分、传动部分和动力部分。文章主要针对这三个部分进行方案分析、方案选择、零件参数的确定及数据计算、方案验证等。关键词:啤酒瓶；洗瓶机；推瓶机构；凸轮机构；不完全齿轮机构；Design of Recycling
4、 and Washing Mechanism for Beer BottleAbstract: The washing bottle cleaning equipment is mainly used for washing beer bottle before filling. Not only could the automatization of the tools machining and the fitting improve productivity,but also could it advance the quality of the product and reduce t
5、he cost in the mechanical producting.My project mainly design an equipment which is used for beer bottle washing .This equipmengt use incomplete gears to cease ,and adopt cams for transport bearings.This design is creative.The structure is simple and compact. As the clearing time is more longer than
6、 the transporting time,the clearing efficiency could be developed rapidly.In the passage we could find the process of the design.It consist of three part,transporting ,driving and power.My passage primarily tell of scheme analyzing,scheme choosing and data accounting,scheme validating.Key words: Bee
7、r bottles;Rinsing machines; Push bottles of institutions;CAM mechanism; Incomplete gear mechanism.1 前言 从上世纪九十年代以来，随着社会经济的高速发展，啤酒消费市场得到急剧扩大，啤酒行业的成品酒包装形式日益多样化，已出现瓶装、罐装、桶装及 PE 瓶灌装等多1种啤酒包装形式。目前国内啤酒市场受消费习惯及生产成本等因素影响，仍以玻璃瓶容器为啤酒灌装的主要包装形式。成品啤酒流入市场销售前通常有两类灭菌方式，一类为高温(巴氏灭菌法)灭菌，行业上称为熟啤酒;另一类为低温膜过滤灭菌，行业上称为纯生啤酒。现阶
8、段纯生啤酒的市场份额占总啤酒销售量的百分之五，纯生啤酒的灌装用瓶基本上是第一次投用的全新玻璃瓶或经过预洗的一级回收玻璃瓶。熟啤酒是目前国内市场上的主流啤酒，占国内啤酒市场的总销售份额百分九十五。受生产成本制约，熟啤酒的灌装用瓶除少量使用新瓶外，基本使用多次回收的旧玻璃瓶。国内啤酒企业普遍使用的熟啤酒回收玻璃瓶经历成品消费、中转回收、场地储运、清洗再生产、投放市场消费及再次回收等多次循环后，瓶源状况逐步转差。回收瓶均有不现程度的沾污，需经过严格筛选，分别存放使用。正式生产过程中必须对回收旧瓶进行碱浸泡消毒灭菌，并要求脱除旧瓶瓶身上的残留标纸及瓶内污物等，回收旧玻璃瓶的工艺处理要求较高。旧啤酒瓶在
9、清洗过程中会产生较多的碎玻璃、残标纸、污泥及废碱液等杂物，生产现场的运行管理工作量较大，且啤酒瓶的冼净率低、能耗偏高。通常洗瓶设备的能物耗消耗量占灌装生产线全线约百分之四十五。高能耗、低效率等局面成为了困扰啤酒行业灌装生产线日常管理的难题。本论文以啤酒生产企业的洗瓶设备为研究对象，通过对其实际运行状况进行分析，从而找出影响啤酒瓶通用洗瓶设备的设计缺陷，为改善啤酒行业洗瓶设备的运行效率及降低洗瓶设备的能物耗消耗提供切实可行的设计方案。2 研究课题的提出2.1 课题研究的意义及现状啤酒瓶属于日用玻璃范围，是一种常见的普通钠-钙-硅酸盐玻璃，具有机械强度高、化学稳定性好等一系列优质性能。啤酒瓶多为玻
10、璃瓶，颈细下粗状，将空气抽出后钉上瓶盖，方可出厂。喝完后啤空酒瓶可以被回收利用。在高温下同类汽水瓶容易发生爆炸。啤酒瓶多用于庆祝活动，比如西方流行的开酒庆祝仪式正是利用啤酒瓶内的气压把里面的啤酒喷出来，表示欢庆。就目前市场而言，啤酒瓶回收还是薄利行业，主要原因是回收要求高造成的回收成本高。很多啤酒企业坦言，回收一个啤酒瓶的成本有时比买一个酒瓶成本还高，这就造成很多企业不愿意进行酒瓶的回收再利用，造成大量污染和浪费。为此，有效降低回收成本是酒瓶回收的关键。而在啤酒瓶回收的工业加工过程中对成品质量影响非常大，轻则降低包装线的运行效率，增加水电汽等运行成本；重则影响啤酒的生物稳定性甚至会造成投诉率上
11、升，影响企业形象。由此啤酒瓶回收清洗机便应运而生。啤酒瓶回收清洗机主要有以下优点：一、降低了人们2的劳动强度，提高了工作效益。二、清洗彻底，有效提高了卫生标准。2.2 国内外研究现状上世纪六、七十年代我国开始引入国外设备，并对设备进行了测绘仿制以及改良完善，即消化吸收与自主创新阶段。此阶段设备运行速度先后经历了 8000, 1.2 万、2 万、2.4 万、3.6 万、4.4 万等多品种及单端、卧式双端、立式双端等多种类型。上世纪 70 年代中期第一代洗瓶机瓶盒排数为 16 排，主链瓶盒运行间歇动作，产量最高为 8000 瓶每小时。由于本机具有结构简单，容易制造等优点，在计划经济时代仍占据市场相
12、当长的一段时间。第一代洗瓶机是现有洗瓶机的早期产品，生产速度低，主链运动空运转行程对能耗浪费较大。上世纪 80 年代，德国 SEN、 H如果采用四连杆机构的功能原理，怎样实现推头推瓶的均匀速度和推头快速返回原位等等。在这些可能的运动规律中，要找出一个适合客观规律的最优方案。（3）进瓶机构的设计 洗瓶机如要进行生产，必须要有进瓶机构作为各工序间的连接。另外进瓶机构还起到协调瓶流的作用，这意味着性能优秀的进瓶机构可以起到提高生产线的产量、效率，甚至降低成本的作用。（4）机构的分析和综合综合出合适的机构类型后，怎样进一步确定机构中各构件尺寸和结构形状，也是一项要研究的问题。结合实际分析连杆机构的运动
13、规律及外型尺寸最终确定其整体外型尺寸。洗瓶机设备只用一个动力源，实现三个功能运动的机构必须联动，井且其主要功作必须协调。3 设计任务书3.1 设计题目及工作原理洗瓶机是由送料机构、推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同来完成它的工作的。根据下面洗瓶机工作情况示意图，首先是由推瓶机构以均匀的速度将瓶子推上工作台（导辊)，推头的往复运动使瓶子一个一个不间断的送上工作台进行清洗工作，由于瓶子是从静止到具有一定的速度，推头和瓶子之间必然存在着一定的冲击，所以就要考虑推头的材料不能是刚性材料，要用其有一定韧性的塑性材料以保证在工作过程中不至于将瓶子碰碎。第二，瓶子送到工作台的同时导辊己经进入了旋转的状态并且喷
14、水机构也开始对瓶子进行喷水，使瓶子随着导辊的旋转进行圆周运动，安装在导辊上而旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净。如图所示。4图 1 洗瓶机工作示意图简图Fig 3-1 Bottle washing machine working schematic diagram3.2 功能原理在实际工作中，要设计的机器往往比较复杂，其使用要求或工艺要求往往需要很多的功能原理组合成一个总的功能原理。下面我们来分析一下洗瓶机是通过什么功能原理来实现它所要完成的工作的。首先推瓶机构所采用的功能原理是用机械能迫使瓶子由工作台的一侧运动到另一侧，则要求有一个工作行程为 L 往返运动的推杆，同时推头在工作过程中要
15、匀速，回程时要快速，能够满足此运动规律可以有很多种，如可以设计成凸轮连杆机构等实现其往复运动来完成其工作。要运用此功能原理来满足其工作需要，在运动规律设计方而就要考虑用什么来带动凸轮机构的转动，一般我们都用电机来完成此项转动功能。其次是转辊机构所运用的是机械的转动规律，也是机械运动中比较简单的运动规律，只需要有一定的转动速度与推瓶机构、转辊机构相配合来实现洗瓶设各的整体工作功能。它是有两个长圆柱型导辊旋转，带动瓶子旋转并且由导辊的一侧移动到另一侧的，其中导辊只完成其中的旋转功能，移动功能是由推瓶机构来实现的。最后我们要了解一下转刷机构所采用的功能原理，它与导辊机构相同运用的都是机械的转动规律，
16、与其不同的是转刷机构的旋转要有很高的速度来完成其对瓶子外壁的清洗工作。知道了它的运动规律就要进一步了解它是由什么机构带动完成其所要求的功能的。推瓶机构、导辊机构和转刷机构都是由一台电机来提供所有的机械转动规律的，这就要求我们对它们深入分析、研究各构件之间的运动规律的联系，进而的设5计出符合其联动规律的整体设备，来满足我们预期想要实现的目标。3.3 啤酒瓶回收清洗机的技术要求啤酒瓶尺寸 工作行程 生产率 急回系数（长直径） mm 个/min kmm, mm200 60 600 3 3表 1 啤酒瓶回收清洗机的技术要求Tab 1 The technical requirements of beer
17、 bottle recycling cleaning machine 3.4 设计任务（1）啤酒瓶洗瓶机总体方案的拟定和主要参数的设计计算；（2）传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；（3）主要受力零件的强度或寿命校核计算；（4）装配总图、部件图、零件工作图的绘制；（5）其他机构的设计计算。（6）编写设计计算说明书。3.5 原始数据（1）瓶子尺寸:长度 L=200mm ,直径 D=60mm .（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，准各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=45
18、mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。（4）机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。4 方案设计4.1 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。设计的推瓶机构推杆应以均匀的速度推瓶，平稳地接触和脱离瓶子，然后，快速返回原位，准备第二个工作循环。根据设计要求，推杆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。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6本机构组合起来，设计组合机构。为了完成清洗工艺过程，需要实现下列运动功能要求:（1）瓶子的旋转运动，因此需要设计相应的导辊机构。（2）旋转地瓶子沿导辊的平移运
19、动，因此需要设计相应的推动机构。（3）为实现瓶子洗刷，因此需要设计相应的转刷机构。（4）此外，还应有相应的送料机构和取料机构。（5）为节约时间，提高效率，因此还要考虑推动机构的急回特性。对三种机构进行分析:（1）导辊机构 通过合理的设计及计算，利用学辊转动所产生的摩擦力来带动瓶子的旋转是可以实现的。（2）推动机构 通过对工作行程、生产率急回系数等的分析，可以设计出满足其急回特性的推动机构。（3）转刷机构 只需通过轴的转动来带动刷子即可。（4）送料机构和取料机构 均采用履带及导辊传输。此外，还应注意:（1）各机构间运动速度的协调。（2）应通过计算，使推杆运动时，避免与转刷机构接触。若推头仅作匀速
20、直接运动，则不用考虑推杆与转刷机构的接触。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，也就是让与一个输出变速度的附加机构组合。4.2 推瓶机构的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，为了提高且作效率，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，应使推杆作直线运动，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杆的运动轨迹至少为近似直线，以此保证安全性。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，
21、所以根据要求，本机构采用了凸轮机构。实现要求的机构方案有很多，我们可用多种机构组合来实现。4.2.1 自动上料装置中常见的几种机构自动上下料装置中常见的几种机构有：曲柄滑块机构、凸轮机构、槽轮机构、棘7轮机构、不完全齿轮机构等。如图 2 所示： 4.2.2 方案的选择1、凸轮机构 凸轮机构是最常见的停歇机构，结构形式多种多样，应用于各种自动上料的场合。不仅能够实现送料，还能实现停歇。2、曲柄滑块机构 能实现送料，且其“偏心距”是凸轮的一半，因此相对于凸轮机构，设计出来的机构结构会小巧很多。3、槽轮机构 槽轮机构 同样能实现送料和停歇，在实际生产中应用也相当广泛。但由于清洗方式要求竖直方向的压紧，会对槽轮产生相当大的翻转力，因此被摒弃。图 2 自动上料装置中常见的几种机构Fig 2 Automatic feeding device in common several kinds of institutions4、棘轮机构 棘轮机构结构简单，应用也很广泛。但由于工作过程中会产生较大噪声。因此也不选用。五、不完全齿轮机构 不完全齿轮机构也能实现停歇，工作时常与其他机构搭配，组成组合机构。综上所述，能够满足要求的有：凸轮机构 曲柄滑块机构与不完全齿轮机构的组合、凸轮机构与不完全齿轮机构的组合。
