摘 要摘 要随着经济社会的不断发展，人们对饮料产品的需求越来越大，从而会产生较多的废旧塑料瓶。全自动瓶子分拣机的出现有利于提高废旧塑料瓶的分类速度及回收效率，减少人力及物资的浪费。本课题首先阐述了全自动瓶子分拣机的研究背景、发展现状和存在的问题，以及本课题主要的研究内容。接着主要概括介绍了全自动瓶子分拣机的总体结构设计，包括分拣机的功能介绍、理瓶机构的总体设计以及压缩机构的总体设计。然后对理瓶机构和运输机构的结构设计进行了详细的介绍，主要讲解了理瓶机构的结构设计和工作原理以及一些机构的选择，如电动机与减速机的计算与选择、皮带的计算与选择和颜色传感器的选型。其次介绍了压缩部分的结构设计，并对压缩机构的机械结构和工作原理进行了详细的讲解，以及对压缩用的气缸和翻转板处所用的电动机以及行程开关进行了计算和选择。最后利用有限元软件对瓶子分拣机进行结构分析并优化，然后对优化的结果进行分析。本课题中所设计的全自动瓶子分拣机能够基本满足瓶子的分类回收的要求，并在本设计中利用有限元对分拣机的关键部件进行了分析，确保了分拣机构的刚度和强度。对实际中全自动瓶子分拣机的研究有一定的借鉴意义。关键词全自动瓶子分拣机；理瓶机构；压缩机构；有限元；优化
Keywords: automatic bottle sorting machine; the bottle unscrambler; the compression mechanism; Ansys; optimization 目 录
第一章 绪论 1
1.1本论文研究课题的背景和意义 1
1.2全自动瓶子分拣机的研究现状以及存在的问题 1
1.3 本论文主要的研究内容 2
1.4本论文的主要结构 3
第二章 全自动瓶子分拣机的总体设计 4
2.1 全自动瓶子分拣机的功能介绍 4
2.2理瓶机构的总体设计 5
2.2压缩机构的总体设计 6
第三章 理瓶与运输部分的结构设计 7
3.1 理瓶机构的工作原理 7
3.1.1 理瓶机的工作原理 7
3.1.2输送机的工作原理 8
3.2 理瓶机构的机械结构设计 8
3.2.1
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理瓶机的机械结构设计 8
3.2.2输送机的机械机构设计 9
3.3 电动机与减速机的计算与选择 10
3.3.1理瓶机电动机与减速器的选择 11
3.3.2输送机电动机的计算与选择 12
3.4传送带选择 15
3.5 颜色传感器的选择 15
3.6气缸的选择 16
第四章 压缩部分的结构设计 18
4.1压缩机构的工作原理 18
4.2 压缩机构的机械结构设计 19
4.3 压缩机构电动机的选择 19
4.4压缩气缸的选择 20
4.5 行程开关的选择 23
第五章 基于ANSYS的瓶子分拣机结构分析及优化 26
5.1部件所受载荷 26
5.1.1减速器输出轴（I轴）和理瓶盘轴（II轴）所受的载荷 26
5.1.2齿轮的许用应力 27
5.2基于ANSYS的减速器输出轴分析及优化 27
5.2.1对减速器输出轴的分析 27
5.2.2对减速器输出轴的优化 29
5.3基于ANSYS的理瓶盘轴分析及优化 30
5.3.1对理瓶盘轴的分析 30
5.3.2对理瓶盘轴的优化 31
5.4基于ANSYS的齿轮分析 32
结 论 34
致 谢 36
参考文献 37
第一章 绪论
1.1本论文研究课题的背景和意义
自从实施改革开放政策以来，我国的经济发展取得了巨大的进步。但就以重工业为基础、消耗巨大能源的经济增长方式来说，并没有发生根本上的转变，资源约束的矛盾一天比一天严重，环境保护的压力也越来越大。大量的废弃瓶子严重浪费了资源，不利于国家的发展。其实，回收废旧塑料瓶可以变废为宝，不仅可以变成全新的塑料包装，也可以重新变成生活用品。但是，大部分企业在废旧塑料瓶回收分类的问题上做得并不是很到位。对瓶子进行分拣回收再利用，有利于缓和环境和资源的压力，起到了保护环境以及增加了资源的利用率的作用[1,2]。如果塑料瓶等废旧包装没有进行分类处理，而要用人工进行分拣的话，将会耗费极大的人力物力。
现实生活中，人工对瓶子分拣效率低，分类不准确。通过设计全自动瓶子分拣机，有利于减少工人的基本劳动时间，提高工作效率，同时可以实行24小时不间断工作，解决了废旧塑料瓶的分拣过程中所存在的分类准确率的问题，并且能够大大降低废旧塑料瓶的回收成本，能够有效的提高回收利用率。而且，随着社会经济的不断发展，市场的竞争也越来越激烈，为了能够提高生产效率，各家企业都迫切地需要对生产技术进行改进，因此设计一款能够缩短生产周期、减少生产资本投入的自动分拣机构是十分有必要的。总而言之，全自动瓶子分拣机的设计能够大大提高分拣的效率，提高了自动化生产线的生产能力，节约了人力成本[35]，具有较高的市场竞争力。
1.2全自动瓶子分拣机的研究现状以及存在的问题
随着经济的发展，分拣机的种类越来越多，分拣的效率也逐步提升。自动分拣机一般由输送机械部分、电气自动控制部分以及计算机系统互联网组成。其中，输送机械结构主要是根据被输送物品的外形、体积、重量而设计制造的[6,7]。
目前全自动瓶子分拣机的结构设计有很多种，比如王晓梅设计的滑块式分拣机的岔道执行机构，设计的岔道执行机构在响应速度、刚性、强度等方面均满足分拣动作的要求，但是分类的精准度却有所缺乏[8]。付深圳等设计的智能饮料瓶回收机属于倾斜式分拣机，如果投放的饮料瓶符合回收的标准，智能回收机就顺时针翻转，直接将饮料瓶倒入分拣机中，如果不符合回收的标准，就将投放的饮料瓶逆时针翻转倒出，但是翻转分类的方法耗时较长[9]。李红英等设计的高速自动化生产线上机械手次瓶自动分拣系统，该系统主要由两部分组成：一个三自由度的传动结构和一个多传感器的智能机械手抓。经实际项目的研究发现，这套自动分拣系统能够完成高速的次品分拣，并实现对待不同抓取物体不同抓取方法：软接触和软抓取，因此不会对待抓取物体造成表面的损坏，这种自动分拣系统虽然快速灵敏，但是这种系统的成本较大，不适合大面积使用[10]。李传红等在对一种自动分拣机构的改进设计中，使电动机驱动凸轮旋转，通过其上的曲线轮廓与滚子从动件进行高副接触，弹簧对其进行力封闭，可使从动件摇杆获得预期的摆动运动，通过摇杆的运动进行分拣。该分拣机构磨损小，冲击、震动和噪音也较小。但是该机构只适用于低速、轻载的场合[11]。纵观现有文献可以看出，随着人工智能的发展，利用自动化技术进行分类已经成为主要研究方向，问题关键是在如何设计出一种分类能力更强、分类效率更高的，且适用于全自动瓶子分拣机的机械结构成为当前关键。

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