0 目目 录录 摘摘 要要.1 ABSTRACT2 第第1 1 章章前前 言言.3 第第2 2 章章洗洗瓶瓶机机推推瓶瓶机机构构原原理理及及运运动动分分析析 5 2.1 推瓶机构的功能原理及工作原理 .5 2.1.1 功能原理.6 2.1.2 工作原理.7 2.2 推瓶机构工艺动作分析及工作循环图 7 第第3 3 章章系系统统总总体体方方案案设设计计8 3.1 系统运动方案构思8 3.2 方案的评定及选择最优方案 .10 3.2.1 方案的评定.10 3.2.2 方案选择.10 第第4 4 章章凸凸轮轮及及铰铰链链四四杆杆机机构构的的设设计计 11 4.1 凸轮的设计11 4.1.1 凸轮基本参数设计11 4.1.2 凸轮的建模.14 4.2 铰链四杆机构的设计.15 4.2.1 铰链四杆机构尺寸设计15 4.3 凸轮铰链四杆机构组合运动图 .17 第第5 5 章章 传传动动系系统统的的总总体体布布局局即即部部件件的的选选择择设设计计 .19 5.1 主要传动系统19 5.1.1 运动及动力参数的设计及计算.19 5.1.2 皮带轮的选择与设计21 5.1.3 减速器的选择.22 总总 结结.23 致致 谢谢.24 参参考考文文献献.25 1 摘摘 要要 洗瓶设备主要用于制药、化工、食品等行业灌装前的瓶子清洗.机构装置， 洗瓶机的推瓶机构的功能利用推头平稳的将瓶子送进的一个过程，在急回到原 点，反复运动。
推瓶机构原理是利用铰链四杆机构和凸轮组合成一个洗瓶机推 瓶机构，通过凸轮和铰链四杆机构本身特性来完成平稳送瓶和机构急回经过 多个方案对比分析，确定比较合适方案为凸轮铰链四杆机构，对其进行了参数 设计本设计对推瓶机构传动系统进行了设计和选择：首先，对洗瓶机推瓶机 构的电机、减速器等主要的传动系统进行了设计选择，同时对推瓶机构的凸轮 —铰链四杆机构进行了具体参数化设计，使的它的运动状态和运动规律能更好 的实现其实际的工作 最后通过对凸轮的轮廓曲线的调整和对铰链四杆机构杆长的局部修改，使 推瓶机构的运动状态、工作行程等更加平稳流畅 关关键键词词：： 洗瓶机, 推瓶机构，凸轮机构，铰链四杆机构 2 第第 1 1 章章 洗洗瓶瓶机机推推瓶瓶机机构构原原理理及及运运动动分分析析 1 1. .1 1 推推瓶瓶机机构构的的功功能能原原理理及及工工作作原原理理 根据使用要求或工艺要求设计机构时，首先考虑的是采用什么功能原理来实 现这些要求显然，采用不同的功能原理，其所要求的运动规律设计必然也不同 首先了解一下洗瓶机构： 附下图所示是洗瓶机有关部件的工作情况示意图待洗的瓶子放在两个转动 的导辊上，导辊带动瓶子旋转。
当推头M 把瓶推向前进时，转动着的刷子就把瓶 子外面洗净当前一个瓶子将洗涮完毕时，后一个待洗的瓶子已进入导辊待推 原始设计数据和设计要求 ： (1) 瓶子尺寸：大端直径D=80mm，长200mm，小端直径d=25mm，(如图2- 2 所示) (2) 推进距离l=600mm，推瓶机构应使推头M 以接近均匀的速度推瓶， 平衡 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 (3) 按生产率的要求，推程平均速度为v=50mm/s，返回的平均速度为 工作 行程三倍 (4) 机构传力性能良好，结构紧凑，制造方便 根据设计要求，推头M 可走附下图所示轨迹，而且在l=600mm 工作行程中 作 匀速运动，在其前后作变速运动，回程时有急回运动特性对这种运动要求 通常， 要用若干个基本机构组合成的组合机构，各司其职，协调动作，才能实现在选 择 机构时，一般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，则往往通过改变基础机构主动件的运动速度来满足 3 图2-1 工作行程示意图 图2-2 瓶子规 格 1. .1 1. .1 1 功功能能原原理理 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 图2-3 工作示意图 图2-3 工作示意图来完成，根据上诉，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 L往返运动的推头，同时推头在工作过程中要 匀速，回程时要快速，能够满足此运动规律可以有很多种，如可以设计成曲柄 -四 杆机构，或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，在运动规律设计方面就要考虑用什么来带动曲柄连杆或凸轮连 杆机构的转动，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备 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 4 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，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。
1 1. .1 1. .2 2 工工作作原原理理 我们对机器的认识理论上是对其功能原理的了解，但实际的生活生产中，对 机 器的认识最本质上还是对其工作原理上的了解接下来我们要分析一下洗瓶机 的工 作原理： 洗瓶机是由推瓶机构、导辊机构和转刷机构共同来完成它的工作的根据上 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，要用具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已经进入了 旋转的状态并且喷 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 上面旋转的转刷能够将瓶子的四周都能够清洗干净 1 1. .2 2 推推瓶瓶机机构构工工艺艺动动作作分分析析及及工工作作循循环环图图 当按机械的运动要求或工艺 动作初步设计出机构系统运动方案示意图后，还 不 能充分反映出机构系统中各个执行构件间的相互协调配合的运动关系 。
在大多数机械中，各执行机构往往作周期性的运动，机构中的执行构件在经 过 一定时间间隔后，其位移、速度、加速度等运动参数的数值呈现出周期性重复 用 来描述机构系统在一个工作循环中各执行构件运动间相互协调配合的示意图称为 机 构系统运动循环图，简称运动循环图，又称工作循环图 凸轮旋转角度 0°- 216°216°- 252°252°- 324°324°- 360° 滚子运动状态升程远休止回程进休止 推头运动状态工退静止工进静止 5 工作过程返回准备推瓶准备 推瓶机构简易图 第第 2 2 章章 系系统统总总体体方方案案设设计计 2 2. .1 1 系系统统运运动动方方案案构构思思 运动规律设计得不同，综合出的机构也就完全不同，这是容易理解的但是 不 同的机构却可以实现同一运动规律，满足同样的使用要求，因此就需要从各种 运动 性能来评价这些机构，以便从中选择一个最优的机构 根据上诉的推瓶机构的运动规律，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。
实现要求的机构方案有很多，可用多种机构组合来实现如： 1.凸轮－铰链四杆机构方案 6 如3-1 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 是从动件， 所以要注意度过死点的措施 图3-1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3-2 所示为两个自由度五杆低副机构， 1、4 为它们的两个输入构件， 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 (a) (b) 7 (c)(d) 图3-2 五杆组合机构的方案 3.凸轮-全移动副四杆机构 图3-3 所示全移动副四杆机构是两自由度机构，构件2 上的M 点可精确再现 给定的轨迹，构件2 的运动速度和急回特征由凸轮控制这个机构方案的缺点是 因 水平方向轨迹太长，造成凸轮机构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺寸过大。
图3-3 凸轮-全移动副四连杆机构的方案 2 2. .2 2 方方案案的的评评定定及及选选择择最最优优方方案案 2 2. .2 2. .1 1 方方案案的的评评定定 根据上节所给出的三种设计方案，我们来讨论并从中选出较优方案进行最终 的 设计 首先是凸轮—铰链四杆机构：此机构结构简单， 、体积小，安装后便于调试 而 且从经济性角度来看，也很合适其中凸轮轴能很好协调推头的运动且工作平 稳 推头M 能够近似的完成所要求的工作行程轨迹，主要由各推杆的长度比例及 凸轮的 形状来实现推回程速度比和推程但缺点是四杆机构的低副之间存在间隙， 杆较多， 容易产生误差，累积误差大，不能实现精确运动冲击、震动较大，一 般适用于低 速场合因为本设计中使用的连杆不多，而且速度不是很快，这种方 案可以满足设 计要求 其次五杆组合机构的方案五杆组合机构方案，此方案所需要的杆件繁多，设计 烦 琐，实际机构尺寸过大，不是很合理的一个设计方案，性价比也不高 最后凸轮-全移动副四连杆机构的方案 是两自由度机构，构件2 上的M 点可精 确再现给定的轨迹，构件2 的运动速度和急回特征由凸轮控制这个机构方案的 缺 8 点是因水平方向轨迹太长，造成凸轮机 构从动件的行程过大，而使相应凸轮尺 寸过 大，不符合实际要求，空间过大。
2 2. .2 2. .2 2 方方案案选选择择 根据上述方案的评定，最终选择凸轮铰链四杆机构作为本次设计的推瓶机构 方 案，如图3-4 所示： 右图 图3-4 第第 3 3 章章 凸凸轮轮及及铰铰链链四四 杆杆机机构构的的设设计计 4 4. .1 1 凸凸轮轮的的设设计计 4 4. .1 1. .1 1 凸凸轮轮基基本本参参数数设设计计 (1) 凸轮机构的组成 凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件凸轮通常作等速转动，但也有作 往复摆动或移动的推杆是被凸轮直接推动的构件因为在凸轮机构中推杆多 是从动件，故又常称其为从动件凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要 构件所组成的高副机构 （2）凸轮机构中的作用力 直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆的作用力 9 F 和推杆所受的载荷 (包括推杆的自重和弹簧压力等) G 的关系为 F = G /［cos(α+φ1) - (l+2b/l)sin(α+φ1)tanφ2］。