一、设计任务书
(1) 设计题目
图1 洗瓶机工作示意图
设计洗瓶机。如图1 所示，待洗的瓶子放在两个同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转。当推头M把瓶子推向前进时，转动着的刷子就把瓶子外面洗净。当前一个瓶子将洗刷完毕时，后一个待洗的瓶子已送入导辊待推。
洗瓶机的技术要求见表1。
表1 洗瓶机的技术要求
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方案号
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瓶子尺寸
（长×直径）
mm，mm
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工作行程
mm
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生产率
个/s
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急回系数k
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电动机转速
r/min
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A
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φ100×200
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600
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15
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3
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1440
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B
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φ80×180
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500
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16
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3.2
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1440
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C
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φ60×150
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420
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18
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3.5
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960
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(2) 设计任务
1.洗瓶机应包括齿轮、平面连杆机构等常用机构或组合机构。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。
4.设计组合机构实现运动要求，并对从动杆进行运动分析。也可以设计平面连杆机构以实现运动轨迹，并对平面连杆机构进行运动分析。绘出运动线图。
5.其他机构的设计计算。
6.编写设计计算说明书。
7.学生可进一步完成：洗瓶机推瓶机构的计算机动态演示等。
(3) 设计要求
1.工作原理
为了清洗瓶子，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。
2.原始数据
（1）瓶子尺寸：长度L=100mm，直径D=200mm。
（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，准备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=40mm/s，返回时的平均速度为工作时的平均速度的三倍。
（4）电动机转速为1440 r/min。
（5）急回系数3。
二、机械运动方案设计
(1)分析设计要求
可知：洗瓶机主要由推瓶机构、导辊机构、转刷机构组成。设计的推瓶机构应使推头M以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，准备第二个工作循环。
根据设计要求，推头M可走图2 所示轨迹，而且推头M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。
图2 推头M运动轨迹
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。
(2) 推瓶机构选择
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,为了提高工作效率,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,应使推头作直线运动,或者近似直线运动,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头的运动轨迹至少为近似直线,以此保证安全性。
推头的运动要求主要是满足急回特性,能满足急回特性的机构主要有曲柄滑块机构,曲柄转动导杆机构和曲柄摆动导杆机构。
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， 所以根据要求，本机构采用了五杆组合机构，由齿轮和四连杆机构来实现(如下图所示)
1.凸轮－铰链四杆机构方案
如图3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 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4 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)
c) d)
图4 五杆组合机构的方案
三、机械总体结构设计
为了清洗瓶子的外表和里面，需将瓶子推入同向转动的导辊上，导辊带动瓶子旋转，推动瓶子沿导辊前进，内外转动的刷子就将瓶子洗净。它的主要动作是将瓶子沿着导辊推动，瓶子推动过程中将瓶子旋转以及将刷子转动。
要实现上述分功能,有下列工艺动作过程:
(1)推头作直线或者近似直线运动,将瓶子沿导辊推到指定的位置
(2)在推头沿直线运动推动瓶子移动的程中,瓶子同时跟着两同向转动的导辊转动;
(3)同时,有原动件带动的刷子也同时在转动,当瓶子沿导辊移动时,瓶子的外表面就清洗干净;
(4)在瓶子移动过程中,清洗内表面的刷子同时在瓶子内转动,动作结束,则刷子移出瓶外.
(5)瓶子洗净后离开导辊,而推瓶机构急回至推瓶初始位置,进入下一个工作循环.
四、机械传动系统设计
（1）能实现预期运动执行构件协调配合工作等运动要求,把原动机输出 的转矩传递到执行构件
（2）执行机构所需的力很小，主要工作在于进行运动分析。可以选择传动的齿轮 m = 3mm, 这样可以减小传动系统的体积，又可以减少传动齿轮数，提高效率。
五、主要零部件的设计计算
凸轮—全移动副四杆机构.其主要参数如下表所示：
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项目
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参数
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推进距离
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s=600mm
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推程平均速度
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v=40mm/s
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回程平均速度
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V’=3v
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六、执行机构和传动部件的结构设计
本机构由导辊和刷子组成
（1）刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗污垢。
（2）导辊的运动由定轴带轮来完成，两个带轮的同向旋转带动导辊的同向转动，而带动瓶子转动。（ 如下图示 ）
导辊的俯视图
（3）推瓶机构和洗瓶机构组合
本机构采用了五杆组合机构（ 如下页图示 ），齿轮机构，瓶子的运动分为直线运动和转动，直线运动由五杆组合机构来完成，瓶子的转动由同向转动的导辊来完成。利用瓶子的运动来清洗瓶子的内外表面。
刷子的运动由完成不同的功能来决定。清洗瓶子的刷子由三个互相啮合的齿轮带着它们不停的转动，而使它能够保持不间断的接触，清洗表面污垢。
（4）传动机构
最终选用的机构中刷子的转动轴、导辊的轴、执行机构主动件的轴两两垂直。所以通过带轮传动来实现各方向的改变
七、最终设计方案和机构简介
图3所示方案由于推程有600MM，导致凸轮尺寸太大，整个体积所占太大，图四所示方案原则上都可以，关键是运动参数好坏和轨迹实现的准确性。最终选定的方案是凸轮摇杆机构为推瓶机构。
