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1、 ……………………. ………………. ………………… 畢 業(yè) 論 文 WSNC型洗瓶機設計 院 部 機械與電子工程學院 專業(yè)班級 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化4班 屆 次 2009 學生姓名 學 號 指導教師

2、 二○○九年 六 月 十 日 裝 訂 線 ……………….……. …………. …………. ……… 44 目錄 摘要 I Abstract II 引言 1 1 WSNC型洗瓶機的特征參數(shù)和洗瓶過程 1 1.1 主要的特征參數(shù) 1 1.2洗瓶過程 2 2 電動機功率的選擇和可靠性計算 3 2.1確定電動機功率的方法和步驟 3 2.2用類比法選定的電動機參數(shù) 3 2.3驗算上述電機功率的可靠性 3 2.3.1計算時所需用的運動構(gòu)件尺寸 3 2.3.2啟動時各部分所耗功率大小計算 4 3 傳動系的

3、有關(guān)參數(shù)和主要構(gòu)件的設計 10 3.1傳動系的運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定 10 3.2齒輪的設計計算 11 3.3軸的設計計算與軸承的選擇 17 3.3.1軸Ⅱ計算（蝸輪軸） 17 3.3.2蝸輪軸的支承（軸承的選擇） 22 3.3.3蝸輪強度校核 25 3.3.4蝸桿軸的設計 26 3.4滾子鏈的設計 31 3.5槽輪軸與鏈輪軸的設計 32 3.5.1槽輪．凸輪和鏈輪的受力及傳遞的力矩 33 3.5.2鏈輪的設計，鏈輪的主要設計參數(shù) 33 3.6 確定傳動主要尺寸 34 4 水流控制系統(tǒng)的設計 35 4.1控制系統(tǒng)各參數(shù)的選定 35 4.1.1凸輪形狀和參數(shù) 35

4、 4.1.2彈簧的選擇 35 4.1.3噴頭結(jié)構(gòu)及其有關(guān)參數(shù) 36 4.1.4管徑選擇 37 4.1.5.水頭損失(指設備內(nèi)部) 37 4.2噴嘴受力及瓶底受力 38 5 渦輪軸與毛刷軸齒輪輻的計算 39 5.1渦輪軸與毛刷軸齒輪副的運動參數(shù) 39 5.2渦輪軸與毛刷軸齒輪輻的計算校核 40 6 WSNC型洗瓶機的總體分析 41 參考文獻 43 致謝 44 Contents Abstract II Introduction 1 1 WSNC Type process parameters and characteristics 1 1.1 The main

5、characteristic parameters 1 1.2 Washing process 2 2 Selection of motor poWer and reliability of the calculation 3 2.1 Determine the motor poWer of the methods and steps 3 2.2 Analogy With the electrical parameters of the selected 3 2.3 Checking the reliability of the above-mentioned electric po

6、Wer 3 2.3.1 The calculation of the movement required scantlings 3 2.3.2 Startup poWer consumption of the calculation 4 3 Transmission line parameters and the main components of the design 10 3.1 The transmission system parameters 10 3.2 Design and Calculation of Gear 11 3.3 Design of shaft and

7、 bearing selection calculation 17 3.3.1 Calculation of axis Ⅱ (Worm axis) 17 3.3.2 Worm shaft bearing (bearing selection) 22 3.3.3 Worm Strength Check 25 3.3.4 Design of the Worm shaft 26 3.4 Design of roller chain 31 3.5 Axle tank and axle chain design 32 3.5.1 Wheel. Cam sprocket and the tr

8、ansmission of force and torque 33 3.5.2 Sprocket design, the main design parameters sprocket 33 3.6 Determine the main transmission 34 4 FloW control system design 35 4.1 Control System of the selected parameters 35 4.1.1 Cam shape and parameters 35 4.1.2 Selection of spring 35 4.1.3 Nozzle s

9、tructure and the parameters 36 4.1.4 Select diameter 37 4.1.5. Head loss (referring to the internal equipment) 37 4.2 Nozzle and the bottom edge by the force 38 5 Axis With the brush axis convergence of computing gear shaft 39 5.1 Axis and brush gear 44 of the motion parameters 39 5.2 Axis and

10、 brush convergence of computing gear check 40 6 WSNC based analysis of the overall Washing Machine 41 References 43 Thanks 44 WSNC型洗瓶機 【摘要】洗瓶機是液體灌裝生產(chǎn)線上必不可少的清洗設備。物美價廉的洗瓶機給小型市場餐飲業(yè)帶來了極大的推動作用。WSNC型洗瓶機結(jié)構(gòu)簡單，工作效率高，適合廣大小型廠餐飲業(yè)。本設計對洗瓶機的基本設計進行了認真的分析。對洗瓶機的電動機功率，傳動系統(tǒng)，管道系統(tǒng)做了認真的計算，并考慮了一些外界因素對洗瓶機帶來的影響。本

11、次洗瓶機的設計對了解洗瓶機有一定的幫助，是外刷內(nèi)沖式洗瓶機的基本原理。 關(guān)鍵詞：洗瓶機 電動機 傳動系統(tǒng) 管道系統(tǒng) WSNC Type Washing Machine Abstract Washing machine liquid filling production line of cleaning equipment is essential. Washing machine affordable to the small market, the restaurant industry has brought about tremendous boost. WCLB -

12、 12000 Washing Machine-type structure is simple, efficient, suitable for the majority of small restaurants. Washing machine of this design the basic design of the analysis seriously. Washing machine motor to poWer drive system, the piping system has done a careful calculation, taking into account a

13、number of external factors on the impact of bottle-Washing machine. The Washing Machine Washing Machine to find out more about a certain degree of help, is outside the red-style brush With the basic principles of Washing machine. KeyWords: Washing machine; motor; transmission; pipeline system

14、 引言 泰安是中國山東省中部一座著名的文化旅游城市，境內(nèi)的泰山是國家重點風景名勝區(qū)，這里的游客天天爆滿，給泰安地區(qū)帶來了極大的收益，特別是餐飲業(yè)，更是得到了極大的發(fā)展。 相對于餐飲業(yè)的突飛猛進，與之配套的行業(yè)卻發(fā)展得很緩慢。其中，與餐飲業(yè)息息相關(guān)的餐具清洗是泰安地區(qū)餐飲業(yè)發(fā)展的一個主要環(huán)節(jié)。一種好的清洗設備，不但節(jié)省勞動力，節(jié)約時間，節(jié)約成本，更對泰安地區(qū)旅游業(yè)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。 短期內(nèi)，一些地方開了一批日產(chǎn)（4000-10000）瓶飲料的各種中小型飲料廠。但目前市場上卻缺乏與其相適應的洗瓶機。 據(jù)我初步調(diào)查，目前飲料廠使用的洗瓶機主要有兩類，即高壓水沖刷式洗瓶機和電動毛

15、刷式洗瓶機。前者自動化程度高，呈流水線作業(yè)，但機體大，結(jié)構(gòu)復雜，造價高，僅適用與日產(chǎn)十萬瓶以上的大型飲料廠。后者雖然具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低和洗刷效果好等優(yōu)點，但機械化程度低，勞動強度大，并且洗瓶量受到操作技能的限制，只適用于日產(chǎn)4000瓶以下的小型飲料廠。 鑒于上述現(xiàn)狀，設計一種既有一定機械化程度，又有結(jié)構(gòu)緊湊，操作維修方便，供日產(chǎn)（4000-10000）瓶飲料的中小廠使用。造價低的小型洗瓶機是必要的。據(jù)此，我綜合上述兩類洗瓶機的優(yōu)點，設計了這臺WSNC型洗瓶機。該機采用內(nèi)沖外刷的洗瓶方法，以提高自動化程度，為生產(chǎn)上配套成流水線作業(yè)創(chuàng)造條件。 1 WSNC型洗瓶機的特征參數(shù)和洗瓶過程 WS

16、NC型洗瓶機的特征參數(shù)和洗瓶過程簡明扼要的介紹了WSNC型洗瓶機的工作原理。為以后的分析做了大致的概括。 1.1 主要的特征參數(shù) 電動機功率：PW=1.1kW 電動機的轉(zhuǎn)速：Nm=960 rpm;nW=12 rpm 洗瓶機的洗瓶能力：Q=1200個/h （即Q=9600個/日） 耗水量：q=650 L/h 噴嘴直徑：d=2mm 噴嘴內(nèi)水壓強：p=0.25Mpa(p=2.5kgf/cm2) 噴嘴出口處水速：V水1.5 m/s＝2 瓶內(nèi)水流動壓力：p＝9 N 毛刷輥理論轉(zhuǎn)速：n＝120 rpm 鏈條移動速度（間歇）：V＝0.2 m/s 兩瓶中心距：Ｐ＝70 mm 推桿行程

17、：Ｓ＝30 mm 推桿回復力：Ｒ＝500 N 1.2洗瓶過程 關(guān)于洗瓶的流程，我設計了一個必要的思路：首先要進行必要的浸泡。其中有個泡瓶池，泡瓶池就是用水浸泡瓶子的池子。在池子上再裝上放水管﹑蒸汽加熱管﹑溢流管﹑排污閥等即成。其次要進行必要的刷瓶，已進行進一步清潔。刷瓶機的頂部有兩塊板，其上各均勻的挖有N個孔，這些孔是用來懸掛2N根毛刷的，這兩排毛刷軸最靠左邊的那兩根通過一對齒輪經(jīng)蝸輪軸帶動轉(zhuǎn)動，其余的每根毛刷軸上都有一個小齒輪依次與前一個嚙合轉(zhuǎn)動。這2N根毛刷軸分兩邊對稱布置，用來刷洗瓶子的外壁。再次要進行沖瓶。沖瓶機的下方是一個儲水槽。儲水槽的上面安裝了一組噴水管。噴水管中有一根噴水

18、總管，總管上伸出2N根噴水支管，沒根噴水支管的上面有個向上的圓形噴水孔，孔徑約為1.5 ～ 2mm。噴水管的上面安裝了一組送瓶軌道。送瓶軌道由鏈板組成。每個鏈板上都有一個圓形小孔，該圓形小孔正好對準了噴水孔，從噴水孔向上噴出的水就能通過圓形孔繼續(xù)向上噴出。在圓形的上方安裝了一塊玻璃擋板，以防沖瓶水被噴到軌道的外面去。 這個洗瓶過程分為浸泡、沖洗、收集。 沖刷過程分析如下： 鏈條將瓶子從入口帶到WSNC型洗瓶機的毛刷處，應即停止移動，這時推桿打開水閥通路，水流急速從噴嘴噴出勁射瓶內(nèi)，沖刷瓶子內(nèi)壁污物，與此同時，毛刷連續(xù)轉(zhuǎn)動滾刷瓶子外壁，除棄污物，5秒后推桿自動關(guān)閉閥門通路，鏈條又將瓶子從原

19、地處移過2×76.2的距離的另一處，并立即停止移動。此后重復第一次的洗刷動作。瓶子從入口到出口，經(jīng)歷5次共25秒鐘的水流連續(xù)沖刷和連續(xù)30秒鐘的毛刷滾刷清洗。 這個的設計思路已經(jīng)基本確定，現(xiàn)在我要進行必要的計算。這也是很繁瑣的工作。由于整個結(jié)構(gòu)要求的傳動系比較復雜，我要進行認真的核算和校對。 2 電動機功率的選擇和可靠性計算 2.1確定電動機功率的方法和步驟 我這臺WSNC型洗瓶機的各運動構(gòu)件受力情況比較復雜，如果要確定這些構(gòu)件的各有關(guān)參數(shù)，難以從外力矩計算出每個構(gòu)件所需功率的大小。為此，本次WSNC型洗瓶機的設計采用了類比法預選電動機轉(zhuǎn)速和功率，并以此為依據(jù)進行各項設計計算。我們先初

20、步選定主要運動構(gòu)件的材料﹑形狀尺寸和運動速度，然后應用動能原理驗算所選定的電動機功率是否合乎要求。 2.2用類比法選定的電動機參數(shù) 首先我們選用電動機型號為JO2-21-4其功率PW=1.1kW其轉(zhuǎn)速n=960 rpm接法Y型 我之所以選擇該電動機的依據(jù)有2條 ①考慮WSNC型洗瓶機的耗功情況 ②參考毛刷洗瓶機所選用的電動機功率 2.3驗算上述電機功率的可靠性 2.3.1計算時所需用的運動構(gòu)件尺寸 蝸輪厚度B=42 mm，錐齒輪厚度b=43 mm，槽輪﹑鏈輪厚度B=15 mm，毛刷輥直徑d=80 mm ，凸輪軸長度L=1053.58 mm，毛刷軸長度L=700 mm。 我要對

21、每個齒輪進行設計與校核。由于整個結(jié)構(gòu)是有電機帶動的齒輪進行傳動，要有一個二級減速器，我們不需要對二級減速器做過多的要求。其中渦輪蝸桿控制毛刷軸的運動，槽輪控制滾子鏈的傳輸周期，鏈輪控制滾子鏈傳動。這都有很嚴格的要求。 2.3.2啟動時各部分所耗功率大小計算 推動閥桿所耗功率P1[1] 已知作用在推桿上的力F＝500 N。行程S＝30 mm，完成單行程時間t＝5 s（據(jù)凸輪周轉(zhuǎn)速和單行程中凸輪轉(zhuǎn)過的角度確定）。因此推動閥桿時所耗的功率為： 　　　　?。?==3 W 驅(qū)動鏈條所耗功率P2 鏈輪角速度：Ｎ===1.2 r/s 鏈條速度：Ｖ=Ｒ==0.18 m/s 兩鏈中心距間的鏈條質(zhì)

22、量：m1=5 kg 包在兩輪上的質(zhì)量：m2=kg 當鏈條獲得額定速度時總動能為：E=　　　?。ǎ剩絤R） 　　　　　　　　　　　　　　　 = 　　　　　　　　　　 = 　　　　　　　　　　　　　　　 =0.09234 J 假定鏈條由靜止啟動達額定速度時需要的時間　t＝0.05 s則 則驅(qū)動鏈條時所耗的功率為： 　　　　　?。?.85 W 移動瓶子時所耗的功率P3 正常操作時，位于鏈條上的瓶子共有２０個，其總質(zhì)量為： 6 kg 移動瓶子所耗的功率為：　2 W 驅(qū)動22根空心毛刷軸所耗的功率P4 空心軸轉(zhuǎn)動角速度：= 空心軸質(zhì)量：　　 　　　　　

23、　　　　　 　　　　　　　　　　 kg 轉(zhuǎn)動慣量： 　　　　　　　　 　　　　　　　　kgm2 毛刷軸角速度：12.5 r/s 軸上齒輪的質(zhì)量：0.1 kg 轉(zhuǎn)動慣量：　 　　　　　　　　 　　　　　　　　kgm2 22根毛刷輥的質(zhì)量（水飽和后的質(zhì)量）：22 kg=2.2 kg 轉(zhuǎn)動慣量按圓環(huán)算： kgm2 總動能：（ＪＪＪ） 　　　　　 　　　　　0.36 J 故所耗的功率為：　7.2 W 啟動軸４所耗的功率　?。ㄎ仐U軸） 軸質(zhì)量：1.4 kg 轉(zhuǎn)動慣量：ＪＲkgm2 齒輪質(zhì)量： 轉(zhuǎn)動慣量：ＪＲkgm2 軸角速度： 所耗的功率：

24、 4.78 W 啟動軸5所耗的功率?。〒茌嗇S） 軸5的角速度： 軸的質(zhì)量：kg 軸的轉(zhuǎn)動慣量： kgm2 軸與其上的齒輪質(zhì)量：kg 轉(zhuǎn)動慣量： kgm2 撥輪軸總耗功率： 3.06 W 驅(qū)動軸6所耗功率 （槽輪軸） 軸6的角速度： 軸的質(zhì)量：1.92 kg 轉(zhuǎn)動慣量： kgm2 軸上輪的質(zhì)量：kg 轉(zhuǎn)動慣量：

25、 kgm2 轉(zhuǎn)動軸6總的功率： W 驅(qū)動軸Ⅰ所耗的功率 （蝸輪軸兩根） 軸Ⅰ的角速度：112.57 r/s 軸的質(zhì)量：1.4 kg 轉(zhuǎn)動慣量： kgm2 軸上的齒輪蝸輪總質(zhì)量：6.3 kg 轉(zhuǎn)動慣量： kgm2 總耗的功率： kgm2 啟動軸Ⅰ總耗的功率：37.4 W 啟動從動鏈輪 軸的質(zhì)量：1.2 kg 轉(zhuǎn)動慣量：

26、 kgm2 軸上鏈輪質(zhì)量：2.6 kg 轉(zhuǎn)動慣量： kgm2 啟動從動鏈輪軸所耗的功率： 0.02 W 實際需要的功率的大小 拒上計算知，若功率傳遞時無損失，則所需的功率為： 59.3155 W 實際上功率在傳遞時有損失，在該機動傳動系統(tǒng)中，分別使用： 運動副與傳動效率： 二

27、對蝸輪、蝸桿（1頭）38對齒輪38對滑動軸承4對滾動軸承 所以傳動總效率為：軸=1234=0.0575 考慮到傳動效率，啟動時所需的總功率為：1032 W 為維持機器連續(xù)運轉(zhuǎn)，電機輸出軸的功率還需克服其他阻力，如水壓增加的阻力，空氣阻力等。因此，實際選用的電機額定功率Ped應大于PW的1.2倍 即得：W 據(jù)此選取電機型號：Y100L1——6——B 1.5 kW 同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min 滿載轉(zhuǎn)速為960 r/min 由上算校驗可知，原用類比法選定的電機合適。因此，原來各種設計計算可靠。 3 傳動系的有關(guān)參數(shù)和主要構(gòu)件的設計 WSNC型洗瓶機的設計前景是好

28、的。可是要對每個部件進行研究分析是十分繁瑣的工作。其中，工作量非常大的是傳動系統(tǒng)的分析。其中對整個洗瓶機的設計思路進行分析研究。 鑒于該機器是有內(nèi)沖外刷式設計。我先對瓶頸直徑進行必要的調(diào)查，以設計洗瓶機的洗瓶的商業(yè)價值。其中發(fā)現(xiàn)，瓶子大都是φ58～φ62mm的瓶口，鑒于此，我們所設計的WSNC型洗瓶機進行了規(guī)格分析。 3.1傳動系的運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定 關(guān)于傳動系的運動參數(shù)和動力參數(shù)的確定，我們首先由選定電機滿載轉(zhuǎn)速Nm和工作機轉(zhuǎn)速nW（此處指鏈輪轉(zhuǎn)速），可得傳動裝置總傳動比為： 我們知道總傳動比為各級傳動比﹑ ﹑﹑連乘積，即，為了合理的分配總傳動比，我使傳動裝置得到較小的外廓

29、尺寸或較輕的重量，以實現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的。 在進行傳動比分配時，考慮到具體因素，如毛刷轉(zhuǎn)速，必須能保證瓶子轉(zhuǎn)動，瓶能夠洗干凈。參考現(xiàn)有機型（電動毛刷洗瓶機）的轉(zhuǎn)速，同時參考了各類減速器給出的傳動比分配的參考數(shù)據(jù)。在此之后，我將各級傳動比分配如下： 總的轉(zhuǎn)動比　　 各軸的轉(zhuǎn)速確定：　　　 運動副與傳動效率 帶傳動蝸桿蝸輪（Ｚ＝３）圓錐齒輪圓柱齒輪滾動軸承槽輪 各軸功率的確定 kW kW ＰⅢkW ＰⅣＰⅢkW 各軸轉(zhuǎn)矩： 　　　　　　　 Nm 　　　　　　 　　　　　　　　Nm 　　　　　　 ＴⅢNm 　　　　　　　　　　 　 ＴⅣＴⅢNm 至于功

30、率由毛刷軸傳遞時，由于各軸的轉(zhuǎn)速相同，負荷相近所以可以近似認為各軸功率消耗是相同的，各軸所獲得的功率也相同，各毛刷軸的功率： 　　kW 毛刷軸的轉(zhuǎn)矩：　Nm 即表明毛刷軸能克服１.20 Nm的阻力矩。而實際作用于每個毛刷上的阻力勢必小于1.2 Nm，因此，毛刷能夠帶動瓶轉(zhuǎn)。 3.2齒輪的設計計算 項目　　　　　　　　　　依據(jù)　　　　　　　　　　　　　　　結(jié)果 材料選擇 小齒輪選45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為217HBS~255HBS，取240HBS 大齒輪選45號鋼，正火處理，硬度為162HBS~217HBS，取200HBS 初步計算[2]　　　　　 載荷系數(shù)：

31、 傳動比： 材料： 20Cr 接觸疲勞極限： 安全系數(shù)： 許用接觸應力： 轉(zhuǎn)矩： Nm 估算結(jié)果： mm 幾何計算 選精度等級，估計平均直徑處圓周速度，選9級精度，粗估Vm≈1.5m/s 齒數(shù)：?。? 分錐角：； 大端模數(shù)：mm取mm 大端分度圓直徑： mm 平均分度圓直徑：mm mm 平均模數(shù)：mm 外錐距：mm 齒寬：mm 取mm 大端齒頂高：mm mm 大端齒根高： mm mm 齒頂高： 齒根高： 頂錐角： 根錐角：

32、 大端齒頂圓直徑： mm mm 安裝距：（按結(jié)構(gòu)確定）mm；mm 冠頂距： mm mm 大端分度圓齒厚：mm mm 大端份度圓弦齒厚： mm mm 打斷分度圓弦齒高：mm mm 當量齒數(shù)： 取 小齒輪大端分度圓直徑：

33、 mm mm m/s 與估計值相近，且不超過精度允許值（1.5 m/s） 接觸應力強度的校核： 分度圓的切向力：N 使用系數(shù)： 動載荷系數(shù)： 載荷分布系數(shù)：； 載荷分配系數(shù)： 節(jié)點區(qū)域系數(shù)： 彈性系數(shù)： 重合度螺旋角系數(shù)： 錐齒輪系數(shù)： 計算結(jié)果： 許用接觸應力： 試驗齒輪接觸疲勞極限： 壽命系數(shù)： 潤滑油膜影響系數(shù)： 最小安全系數(shù)： 尺寸系數(shù)： 工作硬化系數(shù)： 許用接觸應力值： 結(jié)論： 通過校驗，合格。可以用 彎曲強度校核： 復合齒

34、形系數(shù)： ； 重合度螺旋角系數(shù)： 其余項同前：； 計算結(jié)果： Nm Nm 許用彎曲應力： 齒根基本強度： 壽命系數(shù)： 相對齒根表面狀態(tài)系數(shù)： 相對齒根圓敏感系數(shù)： 尺寸系數(shù)： 最小安全系數(shù)： 許用彎曲應力： 結(jié)論：； 由上驗算可見，彎曲強度足夠，安全。 錐齒輪主要尺寸如下： mm；mm mm；mm mm；mm；； mm；mm；mm；mm ；；mm 一對尺寸輔助齒輪：mm 可取mm 取mm 則mm ；mm 因為本機在工作中所受沖擊載荷較小，工作

35、平穩(wěn)，故對疲勞強度不加以校核。 所有毛刷齒輪都與Ⅰ﹑Ⅲ相同，中間齒輪都與齒輪Ⅱ相同。其余齒輪的幾何參數(shù)均由結(jié)構(gòu)參數(shù)﹑傳動比和幾何關(guān)系確定。 3.3軸的設計計算與軸承的選擇 首先我對渦輪蝸桿進行分析，渦輪蝸桿與毛刷軸相連。是非常重要的一個部件。我要對渦輪軸與抽承的強度進行校核，然后對每個中間齒輪進行分析研究。 關(guān)于WSNC型洗瓶機軸的設計計算，我僅對受載較大的蝸輪軸﹑中間齒輪的空心軸，以及凸輪軸（鏈輪﹑槽輪同軸）進行設計計算，減少重復計算量與不必要的考慮，并進行了合理的結(jié)構(gòu)設計，而其余軸一般可在滿足使用條件（安全）下，進行其他合理的結(jié)構(gòu)設計。下面我就蝸輪軸﹑凸輪軸﹑蝸桿軸分別進行設計計算

36、。 3.3.1軸Ⅱ計算（蝸輪軸） 已知 Nm 號鋼[3] 初步計算軸徑[1] mm 為安全起見，取軸Ⅱ的直徑為45 mm 40000 40000 40000 6500 150000 40000 圖3-1 結(jié)構(gòu)尺寸圖 圖3-2 軸的受力簡圖 求作用于水平軸上的力 N 圖3-3 水平軸上的力圖1 圖3-4水平軸上的力圖2 蝸輪： （軸向力） 圖3-5渦輪軸向力圖 （附加彎矩

37、） 圖3-6 附加彎矩圖 軸向力 水平彎矩 圖3-7 水平彎矩圖 垂直彎矩 119.2Nm 圖3-8 垂直彎矩圖 齒輪 合成矩: 134.2Nm 128Nm 134.2Nm 圖3-9 合成矩圖 支反力：　水平面　kN 　　　　　　　　　kN 　　　　　垂直面　kN 　　　　　　　　　kN kn kN 軸向力產(chǎn)生的附加彎矩為　Nm 水平面和垂直面： Nm;Nm Nm　　Nm Nm　　　Nm Nm　　　　　　　　　　　Nm Ⅱ按靜

38、強度計算軸的安全系數(shù)（取短時最大載荷為額定載荷的２．５倍） 表3-1 軸的靜強度 計算內(nèi)容 計算結(jié)果 說明及公式 截面Ⅰ 截面Ⅱ 最大轉(zhuǎn)矩 按額定的2.5倍計 最大彎矩 按額定的2.5倍計 當量彎矩 軸的直徑 已知 當量彎曲應力 抗拉屈服極限 機械設計表[2]１２－１ 安全系數(shù) 最小許用安全系數(shù) 機械零件表[2]２－２ 以上計算表明軸的靜強度是足夠的。 3.3.2蝸輪軸的支承（軸承的選擇） 由機械零件手冊[2]表１９－１６， 所以　n 根據(jù)表１９－３（機械零件手冊

39、[2]）　h　 需　　　即 kg 所以 (由機械零件手冊[2]表19-16選) 所以,沒有必要選擇單列向心推力軸承。 依據(jù)工作情況，可選單列向心球軸承。 由表19-8（機械零件手冊），所以 而kg 根據(jù)表19-3（機械零件手冊[2]）　h　　 ， 即kg 所以，由表19-8選C05型軸承[13]（kg kg） 校核：因 由表19-8，查得 而 故應按 kg 所以 120rpm 由表19-3查得 校核合格。 蝸桿蝸輪傳動設計計算 蝸桿傳動主要尺寸的計算 項目與公式及數(shù)據(jù) 蝸桿中心距：mm 軸向模數(shù)： 蝸輪濁面模數(shù)： 齒頂

40、高系數(shù)：一般采用 徑向間隙： 蝸桿軸向剖面齒形角： 傳動比： 變位系數(shù)： 螺紋頭數(shù)： 分度圓直徑：mm 節(jié)圓直徑：mm 齒頂圓直徑：mm 齒頂圓直徑：mm 特征系數(shù)： 螺紋部分長度： 取 L=47mm 軸向周節(jié)： 分度圓桿上螺旋導角：； 蝸桿螺牙高度：mm 細牙嚙入蝸輪深度：mm 螺牙沿分度圓柱上齒頂高：mm 螺牙沿分度圓柱上軸向厚度：mm 測量 弦桿高：mm 齒輪設計計算 齒數(shù)： 分度圓直徑：mm 節(jié)圓直徑：mm 齒頂圓直徑：mm 齒根圓直徑 mm 外徑：mm 齒緣寬度：mm 包角： 齒根圓弧半徑：mm 齒頂圓弧半徑：mm

41、 分度圓弧齒厚：mm 分度圓濁面弦齒頂高 mm 3.3.3蝸輪強度校核 首先我們對蝸輪齒面接觸強度進行校核[14] 設其傳動效率： 蝸輪力矩： 載荷系數(shù)：由載荷變化不大，可令　， 分度圓周速度：m/s 所以 接觸應力系數(shù)： 假定蝸輪由鑄：Ｈ７２０－４０材料制成，（查機械設計手冊），其蝸輪的許用接觸應力為所以 蝸輪能承受的最大扭矩為 所以齒面接觸強度滿足要求。校核合格?？梢允褂谩? 其次我們對輪齒彎曲強度進行計算 　 注：　由機械設計手冊查得　 通過上述校核，齒輪彎曲強度滿足要求。校核合格，可以選用。 3.3.4蝸桿軸的設計 初步計算選取軸徑[15]

42、　根據(jù)《機械設計手冊》[2]１８－１式 由表１８－７，我們查得Ａ＝１２～１１ cm 考慮到軸端有鍵槽，需加其軸徑，取　mm 又因為　　采用蝸桿與軸制成整體結(jié)構(gòu)。 又因為蝸桿的齒根　比軸徑大５.６mm所以車制蝸桿。 蝸桿軸的強度校核： 軸系的扭矩　　Nm忽略傳動效損失 軸上蝸桿受力　N 　　　　　　　N 　　　　　　　N 軸承上軸受的支承反力： 垂直面支點反力　N 　　　　　　　　N 　　　　　　　　N 水平面上支點反力　N 　　　　　　　　　N 　　　　　　　　　N Py3 Py1 Px3 Px1 Py2 Px2 P周 151.5 P軸

43、 Ｍ１ １ 460.75 85 P鏡 圖3-10 力矩圖 Nm Nm Nm 合成彎矩圖：Nm 　　　　　　Nm 3032.72 33871.44 圖3-11 合成彎矩圖 驗算軸徑：蝸桿軸是45號鋼車制。 由《機械零件手冊》[1]表18-17查得45＃ mm; 由軸上受力可知，軸上截面?。桑?，Ⅱ－Ⅱ是危險截面。 在Ｉ-Ｉ截面上，此處在圓角應力集中，由表18-11查得 此處的彎矩　 Nm Nm 由表18-17[2]查得

44、 由《機械設計手冊》[2]中18-6式 在截面I-I驗算軸徑合格，安全可靠，可以使用。 在Ⅱ-Ⅱ截面上，此截面上受到的彎矩 Nm 同樣在截面Ⅱ-Ⅱ上軸徑驗算也合格，安全可靠，可以使用。 軸的疲勞強度校核計算 最小許用安全系數(shù) 由表7-17得

45、 在剖面I-I上 許用安全系數(shù) 所以 查表7-22[2]得 查表7-25[2]得 查表7-19[2]得 最大彎曲應力 最大扭轉(zhuǎn)應力 只考慮彎曲安全系數(shù)，代入公式 只考慮扭矩時的安全系數(shù)（轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)應力按脈動循環(huán)應力考慮） 查表7-26[2] 得

46、 剖面I-I處總的安全系數(shù) 驗算安全合格，所以截面I-I安全可靠。 校核截面Ⅱ-Ⅱ的安全系數(shù)[16] 許用安全系數(shù) 所以； 查表得：；；； 最大彎曲應力 最大扭轉(zhuǎn)應力 只考慮彎曲安全系數(shù)，代入公式 只考慮扭矩時的安全系數(shù)（轉(zhuǎn)軸的扭轉(zhuǎn)應力按脈動循環(huán)應力考慮） 查表7-26[2] 得 剖面Ⅱ-Ⅱ處總的安全 驗算安全合格，所以截面Ⅱ-Ⅱ安全可靠。 蝸輪軸的軸承選擇 選單列向心球軸承102;104 3.4滾子鏈的設計 我們要對鏈輪與滾子鏈進行分析

47、[10]。因為這個傳送裝置是有鏈輪與滾子鏈帶動的運動。對其校核是很有必要的。 滾子鏈結(jié)構(gòu) (由機械設計手冊[2]) 選滾子鏈型號為 48A-1-68-GB/T1243-1997 根據(jù)實際需要,滾子鏈做成單排鏈.接頭鏈節(jié)采用連接鏈節(jié)尺寸參數(shù)： 由滾子鏈標準規(guī)定中選?。ú糠謹?shù)據(jù)經(jīng)校核另定）　節(jié)距mm 直徑mm　內(nèi)節(jié)寬mm　銷軸直徑mm 套筒直徑mm　鏈條通道高度mm　內(nèi)鏈板高度 mm　外鏈板高度mm　排距mm　 鏈板厚mm　塊數(shù)　Z=14 滾子鏈節(jié)距和鏈長尺寸鏈計算 由于鏈長，考慮到保持原始節(jié)距的均勻性 一般取， 所以有，為了滿足設計要求，保證鏈長的制造精度 規(guī)定鏈長公

48、差帶為＋m％Ｌ則 　這樣可得到： 即得出，鏈長均值和內(nèi)外節(jié)距均同他們的基本值的比值應取相同，都為，當給定 m=0.0005時，mm　 　　　　　　　　　　　　　　mm 滾子鏈計算及材料選用 銷的校核　選用45號鋼[4]　 　　　　　　而　　　而 　　　　　 mm 可見上述選擇的銷的直徑足夠。 校核板的彎曲強度　　　　　 　　　　　　　　　mm 而給定的　　mm 說明板的彎曲強度足夠，選用合適。 鏈板長度　mm 3.5槽輪軸與鏈輪軸的設計 我要對槽輪控制滾子鏈的傳輸周期進行分析。因為要保證瓶子沖刷干凈，必要的停滯時間是非常有用的。我們既要保證干凈，又要

49、保證節(jié)省資源。所以對槽輪的設計要求很嚴格。 槽輪受力 N 鏈輪受力 N 初算Ⅵ軸直徑 mm 取mm 由經(jīng)驗可知,軸的直徑較大，足夠滿足要求。Ⅵ軸直徑mm 3.5.1槽輪．凸輪和鏈輪的受力及傳遞的力矩 ⑴．槽輪的受力分析[1]：根據(jù)傳動系和各軸所支承的情況，可求得槽輪輸入功率和轉(zhuǎn)速為： 1.09 kW r/min 當銷嚙合位于輪槽底部時，作用在槽輪上的推力最大 拒Nm 有Nm 所以N mm；；mm； ； mm mm mm mm 3.5.2鏈輪的設計，鏈輪的主要設計參數(shù) 節(jié)距[17]mm；內(nèi)節(jié)寬mm；

50、滾子直徑mm 排距mm；h內(nèi)鏈板高度mm mm mm mm 3.6 確定傳動主要尺寸 實際分度圓直徑：mm mm 中心距：mm 齒寬：mm；mm；mm 重合度系數(shù)： 齒向載荷分配系數(shù)： 齒間載荷分配系數(shù)：； 載荷系數(shù)： 齒形系數(shù)：； 應力修正系數(shù)：； 彎曲疲勞極限：Mpa； Mpa 彎曲最小安全系數(shù)： 尺寸系數(shù)： 彎曲壽命系數(shù)：； 許用彎曲應力： Mpa Mpa 驗算： Mpa Mpa 傳動無嚴重過載,故不作靜強度校核。 中間齒輪 初算直徑：mm 取m=2；Z=23；d=36 齒輪

51、寬：b=40 mm 中間齒輪采用變位齒輪。其變位系數(shù) 齒頂高系數(shù)： 頂隙系數(shù)： 齒頂高：mm 齒根高：mm 齒頂圓直徑：mm 齒根圓直徑：mm 中心距：a=40 mm 嚙合角： 4．水流控制系統(tǒng)的設計 4.1控制系統(tǒng)各參數(shù)的選定 4.1.1凸輪形狀和參數(shù) 凸輪[11]基圓直徑D=200 mm；升程30 mm 推程運動角，回程運動角和遠休止角都為30，升程前10角采用等加速運動曲線，后10角采用等速曲線，滾子采用的滾輪。由畫圖多次測量其升程最大壓力角不超過35。 4.1.2彈簧的選擇 水對推桿的壓力[5]kg 考慮摩擦力，取最大工作負荷kg，最小工作負荷 工作

52、行程mm 選取型彈簧，２級精度，選用硫素彈簧鋼絲Ⅱ，d=4 mm, D=30 mm 計算彈簧的強度　 　　　　　　　　　　 校核合格，彈簧安全可靠。 計算許用極限負荷　 　　　　　　　　　　　　kg 工作周數(shù)　　取n=18 總?cè)?shù)　取 求彈簧的剛度　kg/mm 求節(jié)距　　　 彈簧的自由長度　mm 彈簧展開長度　mm 　　　　　　　　　 4.1.3噴頭結(jié)構(gòu)及其有關(guān)參數(shù) 采用圓錐形噴嘴（錐角） 圖4-1 圓錐形噴嘴 噴嘴孔出口流 m/s 式中由《農(nóng)業(yè)流體工程力學》[6]給出，各參數(shù)由表查

53、得流量系數(shù)，流速系數(shù) 射水射程 m 此公式是《農(nóng)業(yè)流體工程力學》[6]中的經(jīng)驗公式。 噴頭各參數(shù)：噴嘴口徑：2d（mm）；流量：0.0417L/s；速度：21.47m/s； 射程：9.55m 4.1.4管徑選擇 噴嘴的流量 L/s 支管的流量 L/s 橫管的流量 L/s 選取干管，橫管和支管的公稱直徑分別為15.20和25，其流量分別為0.0417 ，0.0834和0.417。選擇鐵鋅普通鋼管（又稱白口鐵管），安全工作壓力為。鋼管試驗水壓力。

54、 4.1.5.水頭損失(指設備內(nèi)部) 管徑壓力損失 m 橫管　管路壓力損失：m 　　　　　局部損失：m 　　　　　　　　　　m 支管　管徑壓力損失：m 　　　　　噴嘴局部損失：m 總的流量損失： 　　m 據(jù)調(diào)查，兩院地區(qū)供水壓力為4 kg/cm2，即有40米水柱高，而設備管路中的流量損失為0.0782米水柱高，考慮到有時供水壓力不足，及管路損失。至少噴頭的水壓有2.5 kg/cm2。 4.2噴嘴受力及瓶底受力 液流從管道來到噴嘴，在噴嘴里由于過流斷面逐漸縮小而流速漸增加，設液流在噴嘴入口處的壓強Ｐ

55、=2.5 kg/cm2。出口處的壓強為（大氣壓）（相對壓強）則噴嘴受到液流的動反力為 瓶底受力，假設液流射入瓶底，以原速度夾角成10，根據(jù)動量定律有： 5．渦輪軸與毛刷軸齒輪輻的計算 5.1渦輪軸與毛刷軸齒輪副的運動參數(shù) 齒輪的工作扭矩：Nm 齒寬系數(shù)： 選材料：調(diào)質(zhì)處理硬度240HB，45號鋼 接觸疲勞極限：得Mpa; Mpa 許用接觸應力： Mpa Mpa 取 計算齒輪直徑 m 傳動比： 選齒數(shù)：； 確定模數(shù)：

56、 取m=2 所以 mm mm 齒寬：mm mm mm 5.2渦輪軸與毛刷軸齒輪輻的計算校核 圓周速度：m/s 精度等級選8級精度 使用系數(shù)： 動載系數(shù)： 齒間載荷分布系數(shù)： 齒向載荷分布系數(shù)： 動荷系數(shù)： 彈性系數(shù)： 節(jié)點區(qū)域系數(shù)： 接觸最小安全系數(shù)： 驗算： 總工作時間：h 應力循環(huán)次數(shù)： 接觸壽命：； 許用接觸應力： Mpa Mpa 驗算： Mpa 計算結(jié)果[18]表明，接觸疲勞強度較為合適,齒輪尺寸無需調(diào)整。 6．WSNC型洗瓶機的總體分析 WSNC型洗瓶機采用外

57、刷內(nèi)沖式，結(jié)構(gòu)簡單，洗瓶干凈，對廣大旅游業(yè)城市（例如泰安）的餐飲業(yè)有促進作用。其結(jié)構(gòu)主要有電動機、傳動系統(tǒng)、管道系統(tǒng)組成。 其中電動機采用先預測后校核的方法選用電動機WSNC型洗瓶機的各運動構(gòu)件受力情況復雜，確定這些構(gòu)件的各有關(guān)參數(shù)前，難以從外力矩計算出所需功率的大小。為此，本設計用類比法選定電動機參數(shù)： 型號：Y100L1—6—B3 功率PW=1.5 kW 轉(zhuǎn)速n=960r/min 接法為Y型。洗瓶機的洗瓶能力：Q=1200個/h（即Q=9600個/日），耗水量：q=650L/h（約450升/1000瓶）即q＝６ m3/日，噴嘴直徑：d=2mm，噴嘴內(nèi)水壓強：P=0.25Mpa，噴

58、嘴出口處水速：V水=21.5m/s，瓶內(nèi)水流動壓力:p＝9N，毛刷輥理論轉(zhuǎn)速n1=120rpm，鏈條移動速度（間歇）V＝0.2m/s,兩瓶中心距P=70mm,推桿行程S=30mm。 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，計算量大，主要確定各個軸與齒輪的規(guī)格。其中我確定了傳動系的運動參數(shù)和動力參數(shù)，然后對每個齒輪、軸承進行了認真的分析計算與校核。 蝸輪軸與毛刷軸齒輪輻：齒數(shù)Z1=100，Z2=20，模數(shù)m=1，中心距a=60。鍵的選擇 ：公稱直徑d=35mm選鍵A 10×18（GB/T——1979） 蝸桿軸與Ⅲ軸間齒輪輻：齒數(shù)Z1=48，Z2=96，模數(shù)m=2.5，中心距a=144。鍵的選擇 ：公稱直徑d=

59、45mm選鍵A 16×280（GB/T——1979） 槽輪軸與鏈輪軸間齒輪輻：齒數(shù)Z1=34，Z2=68，模數(shù)m=3，中心距a=153。鍵的選擇 ：公稱直徑d=55mm選鍵A 16×125（GB/T——1979） 蝸桿軸徑d=35mm，又因為蝸桿齒根圓直徑為40.6mm,所以車制蝸桿,長度L=752mm,蝸桿頭數(shù)3,模數(shù)3.5,右旋.蝸輪軸徑d=45,長1032mm,蝸輪齒數(shù)Z=43,模數(shù)3.5.鏈輪軸直徑d=55mm。 滾子鏈結(jié)構(gòu) (由機械設計手冊) 選滾子鏈型號為 48A-1-68-GB/T1243-1997，根據(jù)實際需要, 滾子鏈做成單排鏈，鏈板厚2mm，Z=14。鏈輪齒數(shù)20

60、,節(jié)圓直徑D=400mm，節(jié)距P0=62.4mm。滾子直徑47.63mm。槽輪槽數(shù)Z=4，a=300mm，r=8mm。 管道系統(tǒng)涉及了很多知識，對凸輪、彈簧、噴頭、管徑等做了認真的分析研究。 水流的控制通過凸輪推桿機構(gòu)實現(xiàn)。凸輪基圓直徑D=200mm ，升程30mm，推程運動角26.5度，回程運動角為11.3度和遠休止角都為189.5度，近休止角132.7度。滾子采用的滾輪。由畫圖多次測量其升程最大壓力角不超過35度.這里采用圓錐形噴嘴（錐角45度）。 本文通過對相關(guān)文獻資料收集和對部分洗瓶機的調(diào)查研究，在此基礎上設計了小型半自動洗瓶機，得出以下結(jié)論： 小型半自動洗瓶機具有廣闊的市場前

61、景。新興的飲品業(yè)急需經(jīng)濟適用的小型洗瓶機。 小型半自動洗瓶機的基本設計原則。一是經(jīng)濟實用原則。二是要求操作簡單方便。 利用傳統(tǒng)的機械設計方法對小型半自動洗瓶機進行了設計和計算，各個零件的強度滿足工作需要，同時應用AutoCAD軟件對需加工的零件進行設計并繪出工作圖，便于后繼的加工生產(chǎn)。 參考文獻 [1]劉鴻文 主編 理論力學 高等教育出版社 2004年 [2]邱宣懷 主編 機械設計（第四版） 北京 高等教育出版社 2002年 [3]劉鴻文 主編 材料力學 高等教育出版社 2004年 [4]機械工程手冊（第33篇） 帶和鏈傳動 機械工業(yè)出版社 1978年 [5

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