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自動洗瓶機 畢業(yè)設計 1 緒論 洗瓶機是用來對待洗瓶子進行洗凈清潔的。隨著科學技術的進步，現代化大規(guī)模生產的需要，市場多元化的產生，普通的洗瓶機已經不能滿足市場生產力所需?，F在洗瓶機應用廣泛，不僅在生產制造業(yè)工廠生產線，在生物制藥行業(yè)，科研技術領域等等都可以起到重大作用。所以它不僅在生產制造業(yè)有重要作用，而且在科研制藥行業(yè)發(fā)揮一定作用，并且在生產和生活中的作用領域不斷擴大。 洗瓶機作為一種清洗潔凈工具，在完成清洗的同時，現在要求具有消毒、干燥等功能同時具備，在完成整個工作過程中，對于提高生產能力、保證產品質量、減輕勞動強度、降低生產成本、提高生產效率、加快生產周轉等方面均有著重要的影響。同時也要保證安全生產、減少破損率也有顯著的作用。現在市場上的很多洗瓶機都同時具備很多功能，他的技術已經超越了單純的減輕體力勞動這一傳統(tǒng)概念，因為它不僅在清洗程度上有很大的改變，而且具有嚴格的時間、速率概念，根據系統(tǒng)事實的需要，及時地、迅速地、準確地“將待洗瓶進行準確而徹底的清洗，并完成相應的檢驗指標要求”，否則，就不能適應現代生產的要求。在傳統(tǒng)的灌裝生產線上，相應的其他各個環(huán)節(jié)都做得比較到位，留給人們最的疑問與擔憂就是：能否保證瓶子的干凈衛(wèi)生？人們的觀點就代表市場的需求，那么在洗瓶子的這一個環(huán)節(jié)可以說是還有很多值得研究，是占領市場贏得人們的信任與贊可的大份。而這個就得依賴于先進的清洗消毒工具洗瓶機。 在灌裝生產線的加工生產過程中，對瓶子的清洗主要依靠洗瓶機。隨著現代企業(yè)生產能力、規(guī)模的擴大，對這方面的要求越來越嚴苛，對瓶子的清潔程度消毒水平都有了更高的要求，并且對機器的生產能力和效率也有了相當的要求，使得洗瓶子朝著高生產率高效率自動化的方向發(fā)展。本次的設計就是在這樣的市場要求大環(huán)境下進行的，由于時間有限能力限制，我則主要負責洗瓶機的機械部分，主要包括主工作部件、輔助工作部件的設計。 2 自動洗瓶機的概況 自動洗瓶機作為主要保障灌裝生產線的生產要求和衛(wèi)生保證的關鍵和重要的環(huán)節(jié)，其工作的穩(wěn)定性、安全性、先進性一直受到人們的高度重視，但受傳統(tǒng)技術的制約，市場上的洗瓶機基本都是大同小異，沒有什么突破性的進展，往往不能兼顧，結合所有比較好的性能于一體。隨著科學技術的不斷進步與發(fā)展，大量先進技術成果的應用，現在洗瓶機也將發(fā)生很大的變化的。 自動數字洗瓶機是在生產工作過程中不直接進行人工處理的情況下，能自動對瓶子進行徹底的清洗、消毒、干燥等，它的主體是數字管理中心。全自動數字洗瓶機是采用機械式操作過程，依托數字系統(tǒng)進行控制管理，通過數字化處理能自動控制洗瓶機，進行相關的作業(yè)，能自動、徹底、準確、迅速地對待洗瓶進行清洗、消毒、干燥并且計量。隨著數字化自動化的不斷運用與普及，必是洗瓶機的最大發(fā)展趨勢，故僅就自動洗瓶機的發(fā)展趨勢做一些初步的分析與探討。 2.1 自動洗瓶機發(fā)展總趨勢 現代自動洗瓶機的發(fā)展主要趨勢之一就是自動化，速率高速化，功能全面化，人機結合靈活化，隨著社會發(fā)展對制造業(yè)的要求也在不斷提高，這不僅表現在對產品數量的要求上，更是表現在對產品的質量與要求方面，由于市場發(fā)展的需求推動和促進了洗瓶機的技術改造和技術進步，自動化技術、數字化技術的結合應用，對自動洗瓶機的精確化和自動化提出了更高的要求。而制造業(yè)的大力發(fā)展，也促進了市場對產品的需求增加。 我們先來看看國內對自動洗瓶機的需求： 中國全自動洗瓶機項目市場需求結構分布 從上面的需求結構分布圖可以看出，越是生產要求高的、制造業(yè)較發(fā)達的地區(qū)，對洗瓶機的需求也是高于其他的地區(qū)。但隨著國家相關政策的推進與實施，全國各地的發(fā)展必將各有千秋，基礎制造業(yè)的大力發(fā)展，灌裝企業(yè)、生物工程、制藥企業(yè)等等都亟需洗瓶機的幫助來完成相應的工作要求，可見整體市場對自動洗瓶機的需求是有廣闊的空間的。 我們再來看看市場需求狀況： 自動洗瓶機市場需求與供給 從上表同樣可以看出市場對洗瓶機的需求是不斷上漲，因此開發(fā)研究洗瓶機的潛力大有作為。 2.1.1 國內形勢 洗瓶機從其誕生至今已經有百年多的歷史，隨著人們的要求越來越高和科學技術的發(fā)展的不斷進步，各種新的科技都可以在其身上看到影子。特別是二戰(zhàn)以后，科技水平發(fā)展迅猛，新的科技力量和理念不斷誕生，并且應用越來越普遍。作為機械生產的一員，對洗瓶機的研究和改革創(chuàng)新也是不斷取得新的成果。 我們的國內洗瓶機市場發(fā)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(fā)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(fā)展參差不齊，功能不全面。 目前有很多的國內企業(yè)采取與發(fā)達技術的國家企業(yè)合作，一起促進了洗瓶機市場在國內的發(fā)展。新技術的發(fā)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(yè)采用新的計算機技術，二維的CAD早已在制造業(yè)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(tǒng)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(tǒng)的應用，極大地推進了創(chuàng)新設計的進程，并且利用系統(tǒng)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(chuàng)新設計開始向數字化化方向發(fā)展。 根據現實和發(fā)展，設計手段越來越體現出精確化、自動化、虛擬化與快捷的特點。現代的洗瓶機正朝著機電一體化、自動化、數字化、個性化方向發(fā)展。自動檢測、自動數據處理（運算、判斷、存儲、記憶）、自動顯示、自動控制、故障診斷和自動保護及維護等功能得到了大量的應用。因此洗瓶機產品創(chuàng)新設計是以降低設計成本，提高設計速度，縮短設計周期為目的，包括降低成本設計、可靠性設計、快速設計、并行設計、數字化設計、智能設計、廣義優(yōu)化設計等現代設計技術。 2.1.2 發(fā)展趨勢 隨著新世紀全球工業(yè)格局的新變化和我國工業(yè)技術水平的快速發(fā)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(fā)展，使得洗瓶機的設計在綜合考慮控制系統(tǒng)安全、可靠性、操作的舒適性、機構及結構廣義優(yōu)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(guī)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、用戶滿意的價格和造型、提高產品的功能、縮短產品開發(fā)周期。 在產品設計過程中采用面向成本設計技術和并行的成本估算技術是使產品成本降低的關鍵，其中重點要研究的是成本結構分析技術和價值工程分析技術，且需要構造多種專用的設計知識庫和成本數據庫來精確地并行估算成本。做到產品成本的即時反應，通過設計方案的調整實現設計階段控制產品成本的真實實現。洗瓶機的創(chuàng)新并不總等同于用較高的成本去發(fā)明新的零部件，利用標準構件，甚至標準件和外購件同樣也可以組合成新產品，這也是一種創(chuàng)新。 下面是總結的近幾年洗瓶機的主要發(fā)展趨勢： (1) 具有零部件集成化、機構簡潔化、結構全面優(yōu)化的整機設計； (2) 滿足個性用戶的特殊要求的個性化設計； (3) 滿足市場多樣性和低成本要求的具有新技術特征的洗瓶機新系列產品的模塊化設計； (4) 具有自分析、自調整、自糾錯的智能化操作的全自動、半自動操作形式的高度機電一體化的洗瓶機設計； (5) 采用新的傳感技術具有高精度稱量和定位系統(tǒng)的洗瓶機設計； (6) 準確對位技術的應用； (7) 采用參數化專家系統(tǒng)的快速反應設計； (8) 基于成本即時反應的經濟性DFC（Design For Cost）設計； (9) 極短交貨期要求采用并行設計及并行工程技術的設計； (10) 基于產品全壽命周期的方便維護維修的設計及免維護設計； (11) 大型單臺復雜產品的虛擬設計及動態(tài)仿真的實現； (12) 采用廣義優(yōu)化技術的設計； (13) 洗瓶機動力學（疲勞壽命的分析研究）研究成果的廣泛應用。 目前國內外在洗瓶機創(chuàng)新研究方面的主要研究內容有如下幾個方面： (1) 創(chuàng)新設計技術 開展對洗瓶機傳動型式創(chuàng)新、結構構造創(chuàng)新和功能原理創(chuàng)新等方面理論及技術基礎研究，為此著重研究新材料、新工藝、新的傳動裝置，從而通過對不同設計方案的優(yōu)選、分解和組合來產生新的設計方案，不斷推出傳新創(chuàng)新設計成果。 (2) 降低成本的設計技術 在產品設計過程中采用面向成本設計技術和并行的成本估算技術是使產品成本降低的關鍵，其中重點要研究的是成本結構分析技術和價值工程分析技術，且需要構造多種專用的設計知識庫和成本數據庫來精確地并行估算成本。做到產品成本的即時反應，通過設計方案的調整實現設計階段控制產品成本的真正實現。 (3) 快速設計技術 極短交貨期的市場需求要求開展基于網絡的協(xié)同（異地）設計技術、并行工程技術究，這樣可以縮短產品的開發(fā)周期。其中，系列化、模塊化設計技術、人工智能技術、產品專設計系統(tǒng)技術和虛擬制造技術也是快速設計的所要研究的重要內容。 (4) 智能設計技術研究 洗瓶機智能CAD（ICAD）技術和人機智能化設計系統(tǒng)技術的研究，使得面向CIMS的智能設計走向智能設計的高級階段。原理方案智能設計；協(xié)同求解；基于實例的推理；知識獲取、表達和利用等技術也是智能設計技術所要研究的重要內容。 洗瓶機創(chuàng)新設計是洗瓶機技術水平不斷提高和發(fā)展的源泉，充分利用現代信息技術成果和現代管理手段，綜合現代設計技術將對洗瓶機技術發(fā)展起到極大的推動作用，洗瓶機技術已處于快速發(fā)展階段，誰的創(chuàng)新設計搞得好，誰就掌握了技術優(yōu)勢，誰就掌握了市場。 3 設計任務 3.1 設計內容： 洗瓶機主要工作部件機械部分（轉軸、間歇運動實現） 3.2 設計參數： 1． 額定生產能力：3600瓶/小時 2．適應瓶子直徑： ≤100毫米 瓶口直徑20—40毫米各類玻璃瓶 3.最大瓶子高度：≤300毫米 4. 每個瓶重：≤0.25㎏ 5．瓶子在機內停留時間（3600瓶/小時）： 8秒 3.3 設計目的： 本次進行的洗瓶機的設計主要參照是《機械設計規(guī)范》及《浸沖式洗瓶機QB/T1305-91》 對洗瓶機的主軸進行設計計算，從方案論證到具體設計計算，充分借助現代設計技術，發(fā)揮計算機在現代設計中的作用，提高了設計的質量，縮短了設計周期，保證了工作效率。 4 主要結構 對于自動洗瓶機來說，最重要的是實現其的自動功能，主要又一根主軸來實現，它是整個洗瓶機的主要結構，結合相關的其它設備，組成了整個系統(tǒng)。 4.1 凸輪式間歇運動機構 4.1.1 工作原理 凸輪式間歇運動機構由主動輪、從動轉盤和機架組成。由主動圓柱凸輪圓柱面上的不閉合曲線槽，在轉動中撥動從動盤上端面的均布圓銷，使圓盤做間歇運動。 4.1.2 間歇式凸輪機構的設計 凸輪轉動一周的時間為t1=2s，凸輪溝槽中螺旋角不為零的部分所對應的角度為θ=180，則從動盤的運動時間為 td==1s 靜止時間 tj==1s 取： 圓銷數z=8 轉盤半徑R2=150㎜ 圓銷直徑d=40㎜ 圓柱凸輪平均半徑R1=40㎜ 且82α=2π 則： 凸輪曲線的升程 h==99.5㎜ 凸輪輪廓直線段寬度 b1==74.8㎜ 中心距 a==138.6㎜ 凸輪曲線的畫法如圖：（1）間歇式凸輪的參數示意圖（2）凸輪曲線的畫法。 4.2 主軸的設計 4.2.1 電機的選擇：Y132S-6 額定功率：4 KW 滿載轉速：960 r/min 4.2.2 選擇軸的材料：45號鋼 經調質處理，其機械性能：=650MPa，=360MPa，=300MPa，=155MPa，=60MPa 4.2.3 軸徑的計算： 總效率 ==0.549 故工作功率 P=P額=2.196KW 選C=110，dmin==90.1 考慮到開鍵槽，將其軸徑增加10%，故其軸的直徑為100㎜ 4.2.4 （1）軸的受力分析： 軸的轉速 n=4 r/min 軸傳遞的轉矩 T1=9.55106=5242950N㎜ （2） 作用在軸上的支反力 d1=200㎜ Ft==52429.5N （3）計算軸的彎矩，并畫出彎矩圖，按M=進行彎矩合成，畫出彎矩圖。 =0 故M===Ftl=9437310N㎜ （4）計算并畫當量彎矩圖 轉矩按脈動循環(huán)變化計算，取=0.6，則 T1=0.65242950 =3145770N㎜ 按Mca=計算，并畫當量彎矩圖。 （5） 校核軸的強度 鍵槽處d1=200㎜ 鍵槽處當量彎矩為 Mca==9947798N㎜ 強度校核：考慮鍵槽的影響，查表得 b=24㎜ t=10㎜ ==88.405 ===186.53 ==56.3MPa 顯然， ≤ 故安全。 （6） 按安全系數校核 Ⅰ.判斷危險截面 在鍵槽處有應力集中源，且當量彎矩較大，故確定為危險面。 Ⅱ.疲勞強度校核 .鍵槽處截面上的應力： 彎曲應力幅：==106.75MPa 扭轉應力幅：==14.054MPa 彎曲平均應力：=0 扭轉平均應力：==14.054MPa .材料的疲勞極限：根據=650MPa，=360MPa，查表得 =0.2 =0.1 .截面應力集中系數：查表得 k=1.825 k=1.625 .表面狀態(tài)系數及尺寸系數：查表得 =0.94 =0.60 =0.60 .分別考慮彎矩或扭矩作用時的安全系數： Sσ==8.7 Sτ==3.61 Sca==3.33＞[S]=2.5 故安全。 結束語 回顧在整個大學階段，我們經歷過機械原理課程設計、機械設計課程設計，每次課程設計都讓我學到了很多東西。但那些都是比較基礎的設計，設計的時間比較短，牽涉的內容也比較少，而且大家的設計都一樣，基本是循著既有的程序走下來。而這次畢業(yè)設計涉及的內容廣，經歷的時間長，且個人的發(fā)揮空間大。記得在大二寒假的時候我們到十堰東風發(fā)動機廠去進行過半個月的生產實習，在實習的過程中，我就收集了一些和畢業(yè)設計有關的資料，事實證明金工實習和生產實習對我的畢業(yè)設計起了很大的指導作用。在整個設計的過程中，我都完全按照畢業(yè)設計指導書的要求，完成了對主要機械結構的設計。這其中包括主軸的設計和校核，還有間歇機械運動的實現的一些內容，基本完成了預期的目標。但是由于時間有限，加上個人能力原因，設計中難免存在不足的地方，比如說對于以前課程設計所做過的關于減速器、軸承、鍵槽連接以及一些附件部分這次也就是略過；在材料的選取上面，盡可能選取最大的承受極限，造成了材料的浪費，這在我的設計中考慮得比較少；一些細節(jié)地方肯定也有考慮不周全。我只是從滿足工作要求的方面考慮，而忽略了從經濟的角度考慮。整個設計過程中指導老師的要求都很嚴格，我們的設計任務也很重，感覺很辛苦，但是我都堅持下來了。設計方案和設計論文經過多次的修改和完善才最終定稿，通過畢業(yè)設計，把我大學所學的專業(yè)知識和基礎知識又重新回顧了一遍，對專業(yè)課的理解有了更深入的了解，同時對計算機輔助設計制圖也可以更熟練的掌握。整個設計讓我受益很多，無論是設計中的成功之處還是設計中的失誤，對我以后的學習和工作來說都是一筆寶貴的財富。 Error! 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