化妆瓶自动清洗系统设计毕业论文.doc
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1、化妆瓶自动清洗系统设计 摘要:本毕业设计的目的是结合实际运用本科里所学的专业理论,设计出一个能够适用于一定高度变动的化妆瓶的自动清洗系统的机械部分,达到理论能联系到实际。主要内容是运用机械设计和机械原理的专业知识,通过用UG三维建模的方法,设计出能够满足生产要求的机构,包括传动机构、夹紧机构、翻转机构、轴系设计和各传动件的校核,并保证系统的合理性和可靠性。关键词:机械设计、合理性、可靠性Abstract:The purpose of this graduation project is to combine the practical application of what we have l
2、earned in the course of professional theory and design the automatic the mechanical part of a cleaning system that are suitable for the cosmetic bottles of a certain height changes .In that way,we can make the theory to be linked to the actual reach. The main content is to use the principle of mecha
3、nical design and mechanical expertise, by using a three-dimensional modeling UG method devised to meet the production requirements of the institutions, including transmission mechanism, clamping mechanism, tilting mechanism, shaft design and various transmission parts checking, and to ensure the rat
4、ionality and reliability of the system.Keywords: mechanical design, rationality and reliability. 第一章 绪论21.1 课题来源及研究的目的和意义;21.2 国内外自动洗瓶机的研究现状及分析;31.3 本课题研究的主要内容;41.4 具体研究方案和预期达到的目标;41.5 方案的拟订5第二章:设计过程82.1 电机参数选择82.2 同步带的设计92.3 传动链的设计112.4 夹子设计122.5 翻转机构的设计132.6 轴的设计132.7 传动轴轴端联轴器的选用162.8键的设计162.9 齿轮的
5、设计172.10轴承校核192.11 螺纹设计21第三章 总结22 第一章 绪论1.1 课题来源及研究的目的和意义; 随着大气污染和紫外线伤害的加剧,专业的化妆品在将来的会越来越收到人们的青睐。化妆市场近年来一直保持着较高的增长速度,预计2012年,市场销售将超过三百亿人民币。而据中国香化协会两年前的报告显示,我国化妆品行业有生产企业三千二百余家,2010年销售额一千五百三十多亿元,与2006年相比年平均增长为百分之九左右,化妆品进口额九点九七亿美元,出口额十六点二亿美元,2011年化妆品市场零售总额为一千三百七十二多亿元。加上现在我国经济正处在经济转型阶段,劳动力价格不断增加,这种大背景也要
6、求了企业追求更高的自动化水平。所以在化妆品制造行业里,像化妆品的瓶子的清洗工作就是要求有一台自动清洗瓶子的机器,以满足广大的生产需求,同时又提高生产效率,节省更多劳动力,降低成本,我们在工厂里面看到,有六个人在清洗瓶子的岗位上摆放瓶子和收拾瓶子,劳动力消耗多,而且效率低,如果设计出的洗瓶机能在实际中得到应用,只需两个工人,一个负责上料,一个负责下料,就能节省四个劳动了,而且生产效率也提高。通过在学校里学到的理论知识和外面工厂的生产需要紧密联系起来,使我们学到的东西不至于只是纸上谈兵,而是切切实实为社会解决一点实际问题。化妆品行业的旺盛和迎合国内市场的需要,是本课题研究的的主要意义,通过本次毕业
7、设计来将以前所学的机械专业知识融会贯通,提高设计能力和丰富设计经验,使四年所学的知识和能力有个提升。1.2 国内外自动洗瓶机的研究现状及分析; 外国洗瓶机涉及到用电气保护,光电传感器,变频器调整速度,PLC等可编程控制等高新技术,集机械,电气,仪表一体化,结构紧凑,合理的材料选择,适当的平衡,安全可靠,一言蔽之,就是技术成熟,自动化水平高。国内的洗瓶机总体来说水平还是和外国的有一定的差距,主要是分类如下表1-1所示:表1-1 洗瓶机的特点 类型优点缺点转盘式洗瓶机成本低,易于制造半机械、半手工型的洗瓶机,机型落后,自动化水平低履片式洗瓶机采用了履片,履片前后各有两对气动机械手装卸玻璃瓶,玻璃瓶
8、洗瓶的工位总是瓶口朝下,利于清洗效果洗瓶和出水或洗涤液不足之处是粗,精洗不能隔离,生产能力低,调试一定的难度,已逐步淘汰滚筒式洗瓶机这 种 洗 瓶 机 的 洗 瓶 工 艺 成 熟,生 产 特 性 符 合 我 国 的 洗 瓶 工 艺,并 适 用 酸 、碱 洗 二 种 工 艺 。 可 靠 较 高 , 机 器 结 构 简 单 , 制 造 和 调 试 方 便 , 粗 洗 和 精 洗 两 道 工 序 可 以 分 离 , 是 国 外 大 型 履 带 瓶 托 式 洗 瓶 机 的 一 种 雏 形对 玻 璃 瓶 几 何 尺 寸 要 求 精 度 , 在 国 内 玻 璃 瓶尺 寸 的 实 际 情 况 下 , 仍 需
9、 要 逐 步 调 整 ; 而 且 每 道 洗 涤 工 序 后 , 在 玻 璃 瓶 内 仍 有 少 量 残 留 液 体厢式异端进出洗瓶机自 动 化 水 平 高 , 容 碱 液 、热 水、 毛 刷 、 清 水 等 洗 涤 功 能 于 一 体 , 既 可 以 自 动 连 续 进 行 洗 瓶 作 业 , 又 可 以 防 止 交 叉 污 染结构复杂,制造成本高1.3 本课题研究的主要内容;设计出一种适合于化妆品的瓶子清洁的洗瓶机,要求:(1)瓶子之间不能发生碰撞,以免刮花瓶子表面的电镀层(2)保证一秒钟左右清洗出一个瓶子的生产率,要求速度可调 (3)要求只用两名工人,一个上料,一个下料。1.4 具体研究
10、方案和预期达到的目标;(1)通过各种渠道找资料,借鉴已经成功投产的洗瓶机的结构,确定翻转和夹紧的方式;(2)设计八工位旋转工作台,根据厂方要求,完成设计每个工位时间的确定分配;(3)选用合适的零部件实习自动喷洗涤液、清水和空气的功能(4)要求设计的系统能在现实应用;表1-2 瓶的尺寸 序号 瓶口直径(m m) 瓶身直径(m m) 瓶高(m m)16165342234514632444132418287251533(长)816343428图1-1 瓶子外形1.5 方案的拟订根据要求,1秒钟洗出一个瓶子,得出各种方案旋转工作台的角速度,初定旋转工作台布置八个工位。总体方案1:旋转工作台一个夹子一组
11、,共有8个夹子,则旋转工作台的角速度为/4 rad/s,回转接头固定在旋转工作台上,和旋转工作台一起旋转,喷洗涤液和喷水、喷高压空气的喷头都再旋转工作台的上表面,在瓶子翻转180后先喷洗涤液,再喷清水,最后喷高压空气,将瓶子里面的水吹出来,通过如图所示绿色的轨道来控制夹子的翻转,还有一条如图所示红色的轨道控制夹子的开合。上下料的位置在对称与回转中心轴的两侧。 图1-2 方案1总体方案2:旋转工作台4个夹子一组,有8组,共有32个夹子,则旋转工作台的角速度为/16 rad/s,回转接头也是固定在旋转工作台上,和旋转工作台一起旋转,喷洗涤液和喷水、喷高压空气的喷头则都固定在夹子组下面的和圆筒相连接
12、的板上(如图所示绿色的板上),在瓶子翻转180后先喷洗涤液,再喷清水,最后喷高压空气,将瓶子里面的水吹出来,通过在圆筒上的轨道来控制夹子组的翻转,也是通过用轨道来控制夹子的开合。圆筒是固定在机架上不运动的,里面空心,同步带轮和轴承都在里面。上下料的位置的角度是九十度,这样就可以多利用旋转工作台的工位,使喷洗涤液和喷水、喷高压空气有更多的时间来完成,也有利于液体从瓶里面排出来,干燥效果更好。图1-3方案2 图1-4 方案4总体方案3:方案3和方案2基本相同,是在方案2的基础上加以改动,主要的变动地方在于安装夹子组的安装和夹子组和旋转工作台的连接方式。还是通过轨道来控制夹子的开合和夹子组的翻转。不
13、同的是中间部分没有圆筒,控制夹子组翻转的轨道和控制夹子开合的轨道均固定在机架上面。总体方案4:方案四为自动洗瓶机的最终方案,由于前面的方案忽略了动力的传动方向,如果只用三根轴的传动,瓶子的运动方向和夹子的运动方向相互矛盾,所以必须加多一根传动轴,将和电机通过联轴器相连接的传递动力的轴分离出来,不和旋转工作台相连接。整个清洗系统的动力源只有一个,通过一根传动轴将动力传递到旋转工作台和上下料架。传动轴上分别安装着两个同步带轮和一个圆柱直齿齿轮,旋转工作台是通过圆柱直齿齿轮来传递动力,这样通过齿轮传动,使得转动旋转工作台的方向和传动轴的方向相反,而上下料架和传动轴是通过同步带轮来传递动力的,上下料架
14、的旋转方向和传动轴的旋转方向相同,这样就使得上下料架处的瓶子的运动方向和旋转工作台上夹子方向在相切处速度相同。而和旋转工作台相连接的旋转轴因为要安装控制喷射清水、洗涤液和高压空气用的回转接头,回转接头要固定好旋转和静止的两部分,安装部分又不能和输送清水、洗涤液和高压空气用的软管相干涉,所以只能将旋转轴做成空心的,在中间安放一根固定的轴来固定回转接头的静止的一端。时间分配方案: 根据1秒钟洗出一个化妆瓶子的要求,旋转工作台的旋转周期是32 s,时间分配如下:4个瓶子的夹紧4 s夹子组的翻转2 s洗涤液2.5 s清水2.5 s高压空气2s夹子组回翻2s松开瓶子2s。 而根据一秒钟洗出一个瓶子的生产
15、要求,旋转工作台的角速度为=/16,每个夹子的角度为11.25,根据上述的时间分配,夹子组的反转和夹子夹瓶子的开合情况如下图所示:松开和夹紧相差90,两个翻转相差135。传动方案的拟订:动力从中间轴输入,电机通过和联轴器和中间输入轴相连,中间旋转轴安装了两个同步带轮,分别将动力传动到上料架和下料架的转轴,而料架和下料架则是通过链传动来带动瓶子的运输运动。 第二章:设计过程2.1 电机参数选择1、 由于自动洗瓶机的旋转工作台的转速很慢,导致传动轴的转速也很慢,每分钟只转3.75周,而一般的电机正常的转速是一千五百转每分钟左右,所以要选用减速电机,减速比是1:400左右。除了考虑功率方面的因素,还
16、要考虑转矩、转速的要求及机械的其他方面要求;安装的空间要求。要求考虑安装的空间是否足够,安装固定是否可能,包括位置及固定的操作空间是否足够和减速电动机输出轴与工作机械传动件的连接方式;经济性,即同样的传动效果,选用哪一种类型的减速电动机的经济性更好些。此时需要考虑使用寿命、购置费和保养成本。 初步估算,由于夹子夹紧瓶子的运动中心的直径取D=1288 m m,上下料用的传动链链轮取5 3齿,根据机械设计的公式,链轮分度圆直径d =4 2 9 m m,带动旋转工作台旋转的扭矩大约需要30 0 N/ m,带动链轮转动的扭矩大约需要30 N/ m, 旋转工作台旋转的角速度为 0 =/ 16 rad /
17、 s。传动链的传动速度要和夹瓶子的夹子夹瓶子处的线速度相同,即D/ 2 x 0 =d/ 2 x 1, 1 =25/ 132rad / s。根据旋转工作台和传动链链轮的角速度,可得出两者的转速, ,。根据功率公式得,旋转工作台的功率为,=58.90+17.67x2=94.24w。根据生产要求,我们选用的电机功率要高于94.24w,转速比较低,按照设计方案,传动轴的转速为15/4 r/min3.75 r/min。一般电机的转速为1500 r/min,所以转速比大约为i=1500/3.75=400。由于设计的洗瓶机的传动轴是直接和电机通过联轴器相连的,所以要选用立式的电机。减速电动机的运行条件是正常
18、工作条件(无高温、低温,一般温度,低载荷的工作条件),我们在网上浏览资料,决定选用淘宝网上型号为NCV40-380-400-S-BT-G1的立式三相减速电机。当齿轮减速电机在额定工况下运行时,定子相电压与相电流之间的相位差为cosN=0.75,效率4极=0.69,安全系数取K=3。电机总功率计算公式为P=P总cosK=94.240.750.693=546.32w,所以选用750w的电机。 图2-1 NCV立式电机2.2 同步带的设计中心轴和上下料架是通过同步带来连接,传动动力的。之所以选用同步带,是因为同步带的平带层轻而且薄,主要是靠平带层的齿来传递运动。由于齿带是用精密加工的模具铸造出来的,
19、因此,和齿轮一样,同步带也具有一定精度的节距,因而可以保证传动的过程中的同步。另一方面,同步带是通过带齿来传动的,而不是通过摩擦传动的,所以同步带和V带、平带相比,体现出预紧力小,传动很平稳,没有噪音,不需要润滑等诸多优点。选用梯形齿同步带,确定计算功率Pca(Kw):pca=Ka x P,Ka为同步带工作情况系数,P为梯形齿同步带的传动功率P=10.86(Kw),查机械设计表得,同步带工作情况系数Ka=1.6,则计算功率pca=Ka x P=1.6 x 10.86=17.38xKw,(pca=Ka x P=1.6 x 0.75=1.05Kw)而同步带的转速为。选用梯形齿同步带的类型:由得,同
20、步带的计算功率pca=17.38 xKw,转速。查机械设计表得,选用L型的梯形齿同步带。确定带轮的齿数Z1 Z2 及带轮节圆直径、小带轮的齿数应满足:,查机械设计表6-2得=12。取=85,大小带轮的出动比为i=/=1.5,大带轮齿数取=i =127。查机械设计附表6-8得,L型的梯形齿同步带的节距=9.525 mm(=12.70 mm),两个带轮的节圆直径分别为,验证梯形齿同步带的带速带速v应当满足50 m/s,符合要求。确定中心距及同步带长根据结构要求,按照V带的计算公式来初定中心距a0。=171.7+257.55=429.25mm,所以有343.4858.5,根据实际需要,将中心距选取为
21、。(=1.8 x 477=858.6mm)由计算V带的基准长度的公式得,=2858.5+429.252+2.14=1534.90mm。查机械设计附表得,当选用带长代号为600的同步带时,它的节线长=1524,一共有160个齿。按照公式计算实际中心距,可得实际有中心a的实际长度距为 确定梯形齿同步带的宽度根据公式计算小同步带带轮啮合齿数得,=41.0941。确定基准额定功率,对应同步带型基准宽度的基准额定功率为,式中为同步带的基准额定功率(kw);为宽度为时同步带的许用工作应力(N),q是宽度为时同步带的单位长度的质量(kg/m),查机械设计教材表6-3得,=25.4mm,=244.46N,q=
22、0.095kg/m,v=0.035m/s。=0.008556kw。(=76.2mm,=2100.85N,q=0.448kg/m,v=0.035m/s。=0.0735kw)计算同步带带宽:由同步带的抗拉强度,计算同步带的带宽,带宽应当满足,因为同步带的小带轮的啮合齿数为16齿,大于6,所以=1,()计算同步带轮轴上的压力2.3 传动链的设计上下料用的传动链链轮取85齿,根据机械设计的公式,链轮分度圆直径d =429 .61m m, 1 =25/ 132rad / s。根据旋转工作台和传动链链轮的角速度,可得出两者的转速,5.625 r / min。根据功率公式得,链要传动的功率为,选10A。链轮
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