“高效节能”啤酒瓶洗瓶机设计

“高效节能”啤酒瓶洗瓶机设计

李佳锡 ,董少峥

 大连科技学院 机械工程学院  辽宁大连  116052

摘要：本课题主要设计了“高效节能”啤酒瓶洗瓶机，介绍了啤酒瓶洗瓶机的结构组成，工作原理以及主要零部件的设计，其中包括相应的理论计算和相关强度的校验，同时进行三维造型，设计了高效、经济、质量高、运行平稳的瓶酒瓶洗瓶机。

关键词：啤酒瓶；洗瓶机；三维建模；

1.引言

国内啤酒瓶洗瓶机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、洗瓶质量好，效率高等主题保持一致。近期对机械行业中啤酒瓶洗瓶机的使用情况进行了调查，发现在机械行业中，瓶子的使用非常普遍。自然而然在机械设备中它们的清洗也非常频繁。传动的瓶子在没有自动洗瓶设备而需要人工清洗的情况下，效率低下，劳动强度大，所以设计一个专用的啤酒瓶洗瓶机势在必行。

在当今社会机械工业对洗瓶设备要求创新和更新换代基础之上，通过设计出啤酒瓶洗瓶机，从而来满足当今社会工字轮洗瓶设备不足的缺陷，设计了高效、经济、质量高、运行平稳的瓶酒瓶洗瓶机[1]。

2. 啤酒瓶洗瓶机总体方案结构的设计

2.1 送瓶机构方案的选择

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。

实现本题要求的机构方案有很多，可用多种机构组合来实现。综合分析凸轮摆杆滑块组合是最具有可行性的。计算较简便，结构较合理，机构安装后可以进行调整，最重要的是，其性价比最高，如图2.1所示。

图2.1 凸轮－铰链四杆机构   图2.2 啤酒瓶洗瓶机布局图

2.2 啤酒瓶洗瓶机的总体方案图

本次设计的啤酒瓶洗瓶机采取的方案是电机带动同步轮传动，从而带动凸轮滚子连杆机构，从而带动进瓶推杆的往复运动，当推杆回程时，瓶子刚好进入预定的进瓶位置，当推杆推程时，就实现了送瓶子到预定的洗瓶位置，并开始洗瓶，推杆回程，然后又是推程和回程，如此循环。该啤酒瓶洗瓶机具体方案布局图如图2.2所示。

2.3 啤酒瓶洗瓶机的工作原理

啤酒瓶洗瓶机的工作原理为：通过三相异步电机带动同步轮传动，从而带动凸轮滚子连杆机构动作，从而带动进瓶推杆的往复运动，当推杆回程时，瓶子刚好进入预定的进瓶位置，当推杆推程时，就实现了送瓶子到预定的洗瓶位置，并开始洗瓶动作。由于该机构动作稳定，速度取决于凸轮轮廊曲线的形状，所以确定好凸轮的结构，基圆大小等就能够确定推杆的运动轨迹，所以能够满足送瓶机构的需要。

3. 机械结构的设计

3.1 电机的选型计算

已知整个啤酒瓶洗瓶机中零件的重量与瓶子的重量，我们取总重量为10Kg，推杆行程范500mm，电机额定转速为1440r/m。即：

所以根据N＝0.5kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1[2]选用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4电机的结构。

3.2 齿轮的设计计算

选择齿轮材料为45#调质钢，硬度为280HBS，精度等级选用7级精度，小齿轮齿数Z1＝50，大齿轮齿数Z2＝75，齿轮模数都为2的直齿轮。

3.3 直线导轨的选型计算

导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。简化了机械结构的设计和制造。

根据机床设计要求的特点，选择直线滚动导轨副，选取四方向等载荷型（GGB型），其特点为垂直向上向下和左右水平额定载荷是等同的，额定载荷比较大，刚度高。尺寸规格初选45，其结构形式选择AA 型。每根导轨上的滑块数为2，精度等级为3，导轨的材料为HT200。

确定直线滚动导轨的型号为GGB45AA1C123[3]。

3.4 齿轮的强度校核

由于驱动滚筒旋转的主动齿轮和从动齿轮材料均选用45#，调质处理。

查得：

预期齿轮寿命5年，每天工作12小时，工作载荷为轻微冲击，经校核，得出齿面接触疲劳强度，齿根弯曲疲劳强度均满足要求。

3.5 凸轮－铰链四杆机构

3.5.1 凸轮伦廊曲线的设计

设已知凸轮的基圆半径为rb，从动件轴线偏于凸轮轴心的左侧，偏距为e，凸轮以等角速度ω顺时针方向转动，用作图法设计凸轮的轮廓曲线，并求出凸轮从动件在各个转角的坐标绝对值如下表3.5所示

表3.5 凸轮从动件在各个转角的坐标绝对值

3.5.2 凸轮压力角与行程的设计

根据公式[4]得，凸轮的压力角a与凸轮基圆半径R的关系是相对的，R越大，压力角a越小，根据公式可知，a与凸轮的角速度的关系成反比，已知凸轮的角速度v=0.46R/M，偏心距S0=0，S为偏心距系数，这里取S=20，则有：

。

3.5.3 杆长的设计

假设推杆长度L=900mm，摆杆长度l1=700mm，为满足传动角的一定要求，设计l1和l2在两个特殊位置（推头位移最大和最小时）所形成的这一夹角值在一定范围内。杆长l4由于与中心具的距离和基圆大小有关，而基圆半径不宜过大，但基圆半径的大小又和压力角有关，由此设计l4长度。杆长l3对另一个凸轮的基圆有一定影响，同样为保证压力角在许可范围内，由此设计长度l3。

由公式[5]计算可以得出：L=900mm，l1=700mm，l3=600mm， l4=135mm，ψ1=133°， ψ2=26°，  ψ3=47°，E=200mm， F=140mm。

4. 总结

本文主要叙述了啤酒瓶洗瓶机主体结构的设计。设备通过三相异步电机带动同步轮传动，从而带动凸轮滚子连杆机构动作，从而带动进瓶推杆的往复运动，当推杆回程时，瓶子刚好进入预定的进瓶位置，当推杆推程时，就实现了送瓶子到预定的洗瓶位置，并开始洗瓶动作。本文确定了各零件的设计计算，最后确定了主体结构布置要求及平稳性与定位精度，包括凸轮-铰链机构等具体设计和计算。

参考文献

[1] 张福学编著.啤酒瓶洗瓶机技术及其应用.北京：电子工业出版社，2000。

[2] 何发昌著，邵远编著.啤酒瓶洗瓶机的原理及应用.北京：高等教育出版社，1996。

[3] 张利平著. 破碎机实用技术速查手册.   北京：化学工业出版社，2006.12。

[4] 李宝仁著. 气动技术—低成本综合自动化. 北京：机械工业出版社，1999.9。

[5] 宋学义著. 啤酒瓶洗瓶机速查手册. 北京：机械工业出版社，1995.3。

基金项目：大连科技学院大学生创新创业训练计划项目：“高效节能”啤酒瓶洗瓶机设计