機械原理課程設計旋轉(zhuǎn)型灌裝機

1、 機械原理課程設計 設計計算說明書設計題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機 學 院 ： 專 業(yè) ：班 級 ：學 號： 設 計 者： 指導教師： xx年xx月xx日xxxxx學院目 錄一 設計任務書及工作要求3二 機械運動方案的比較與選擇4三 功能分解圖、執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖5四 機構(gòu)運動總體方案圖7五 工作循環(huán)圖8六 各主要機構(gòu)的工作原理及設計8七 執(zhí)行機構(gòu)的設計過程11八 設計結(jié)果27 九 設計小結(jié)29十 參考資料30第一部分 設計任務書及工作要求圖1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機一、設計題目及原始數(shù)據(jù)設計旋轉(zhuǎn)型灌裝機。在轉(zhuǎn)動工作臺上對包裝容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝流體（如飲料、酒、冷霜等），轉(zhuǎn)臺有多工位停歇，以實現(xiàn)灌裝、封口等

2、工序。為保證在這些工位上能夠準確地灌裝、封口，應有定位裝置。如圖1中，工位1：輸入空瓶；工位2：灌裝；工位3：封口；工位4：輸出包裝好的容器。該機采用電動機驅(qū)動，傳動方式為機械傳動。技術參數(shù)見下表：方案號轉(zhuǎn)臺直徑 mm電動機轉(zhuǎn)速r/min灌裝速度r/mina600144010二、設計方案提示1.采用灌瓶泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。2.采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可由氣泵吸附在壓蓋機構(gòu)上，由壓蓋機構(gòu)壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在）瓶口。設計者只需設計作直線往復運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。3.此外，需要設計間歇傳動機構(gòu)，以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺間歇傳動。為保證

3、停歇可靠，還應有定位（鎖緊）機構(gòu)。間歇機構(gòu)可采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等。定位（鎖緊）機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)等。三、設計任務 1.旋轉(zhuǎn)型灌裝機應包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等三種常用機構(gòu)； 2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖；3.圖紙上畫出旋轉(zhuǎn)型灌裝機的運動方案簡圖，并用運動循環(huán)圖分配各機構(gòu)運動節(jié)拍；4.電算法對連桿機構(gòu)進行速度、加速度分析，繪出運動線圖。圖解法或解析法設計平面連桿機構(gòu)；5.凸輪機構(gòu)的設計計算。按凸輪機構(gòu)的工作要求選擇從動件的運動規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線圖及

4、凸輪廓線圖； 6.齒輪機構(gòu)的設計計算；7.編寫設計計算說明書；第二部分 機械運動方案的比較與選擇一、減速器選用定軸輪系減速，減速器分為三級減速，第一級為皮帶傳動（可對電動機起到過載保護作用），后兩級為齒輪傳動。設計示意圖如下：二、灌裝功能選用凸輪機構(gòu)，因為凸輪機構(gòu)能實現(xiàn)長時間定位且定位效果好，精度高，與該工位要求相符，而連桿機構(gòu)只能瞬時定位三、壓蓋功能選用曲柄滑塊機構(gòu)，比凸輪機構(gòu)更適用，因為該工位不需要長時間定位,而且曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)構(gòu)相對簡單，更容易設計制造（另外到灌裝和壓蓋工位的傳動上采用鏈條傳動,這樣能保證較精確的傳動比，使得灌裝和壓蓋能較精確地完成）四、間歇運動機構(gòu)方案一：由不完全齒輪實

5、現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動優(yōu)點：標準直齒輪與不完全齒輪結(jié)構(gòu)簡單，設計靈活，容易制造,另外與其他間歇機構(gòu)相比，其運動系數(shù)可在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)缺點：從動輪在轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有突變，沖擊較大且只能實現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動而不能實現(xiàn)自我定位方案二：由間歇式凸輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動優(yōu)點：結(jié)構(gòu)緊湊，定位精確，可以通過選擇適當?shù)膹膭颖P運動規(guī)律來減小動載荷，避免剛性沖擊和柔性沖擊，傳動平穩(wěn)可靠，承載能力高，適用于高速高精度要求缺點：凸輪工作曲面復雜，精度要求高，設計加工困難，而且安裝調(diào)整要求高,因而經(jīng)濟成本高方案三：由槽輪機構(gòu)實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的間歇轉(zhuǎn)動優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單容易制造,槽輪機構(gòu)能實現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動且能較好地定位，運動較為平穩(wěn)工作可靠

6、，轉(zhuǎn)位迅速、機械效率高便于灌裝和壓蓋的進行缺點：運動中有較大的動載荷，在銷輪進入和脫出槽輪時會產(chǎn)生柔性沖擊，故常使用于速度要求不太高的場合 由于灌裝機的工作速度及精度要求都不太高，綜合考慮，選用方案三五、總運動方案由以上比較分析，最終選定總運動方案如下：選用定軸輪系減速，灌裝工位選用凸輪機構(gòu)，壓蓋工位選用曲柄滑塊機構(gòu)，間歇運動機構(gòu)選用槽輪機構(gòu)第三部分 功能分解圖、執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖功能分解圖如下圖：工位1：輸入空瓶工位2：灌裝工位3：封口工位4：輸出包裝好的容器第四部分 機構(gòu)運動總體方案圖旋轉(zhuǎn)型灌裝機的運動方案簡圖:電動機1通過皮帶輪傳到2，2通過軸傳到3，3又傳到齒輪4，齒輪4通過軸傳到輪5

7、，齒輪5又帶動齒輪6，從而形成三級減速。錐齒輪7傳給錐齒輪8 ，與錐齒輪8同軸的銷輪9帶動槽輪10，槽輪10又通過軸傳給轉(zhuǎn)臺使其間歇轉(zhuǎn)動，完成瓶子間歇傳遞，以保證工作時間。 與錐齒輪7同軸的帶輪11以相同角速度轉(zhuǎn)動通過皮帶傳給輪轂12用來運輸瓶子。與齒輪6同軸的鏈輪13通過鏈條與鏈輪14連接，鏈輪14通過軸傳給齒輪15和凸輪16，凸輪通過導桿17進而完成灌裝過程。齒輪15傳遞給齒輪18，齒輪18又傳給齒輪19 ，曲柄20和齒輪19是一體的，曲柄與連桿21相連，連桿21與滑塊22連接，滑塊進行豎直往復運動，推動軟木塞，完成壓蓋過程。第五部分 工作循環(huán)圖第六部分 各主要機構(gòu)的工作原理及設計1、送料

8、/出料功能固定工作臺下面的輸送帶傳輸瓶子固定工作臺加上兩塊擋板,便于瓶子進出工位多工位轉(zhuǎn)臺2、灌裝功能采用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)液體的灌裝開始時滾子處在遠休止角位置，活塞堵住管口；回程時活塞向上運動，管口打開，液體開始流入瓶中；到達近休止角位置時，活塞停止；推程時活塞向下運動，回到遠休止角位置堵住管口，完成一個循環(huán)。3、壓蓋功能采用曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)瓶子的封口壓蓋齒輪（齒輪與曲柄為一體）帶動連桿運動，使得滑塊直線往復運動，當瓶子進入壓蓋這個工位時，滑塊從最高位置到達最低位置，將木塞壓入瓶口完成壓蓋。第七部分 執(zhí)行機構(gòu)的設計過程1、凸輪機構(gòu)的設計分析此凸輪用于灌裝工位，利用遠近休止來實現(xiàn)活塞開關的關閉，從而

9、控制流體的灌裝，將其選定為對心直動滾子從動件盤形凸輪，行程為40mm,以下為推桿的運動規(guī)律：為了更好的利用反轉(zhuǎn)法設計凸輪，根據(jù)上圖以表格的形式表示出位移和轉(zhuǎn)角的關系:度數(shù)06060180180240240360位移（mm）404000040根據(jù)上表利用軟件可以將凸輪的三維模型設計出來，具體過程：1、設置凸輪參數(shù)：2、設置凸輪分段參數(shù) 凸輪轉(zhuǎn)速較低，推程回程可以采用等加速等減速運動規(guī)律。參數(shù)分別設置為：060為遠休止階段；60180為回程階段，等加速規(guī)律；180240為近休止階段；240360為推程階段，等加速規(guī)律。如下圖：3、生成三維模型理論輪廓線草圖 三維模型4、導出凸輪的參數(shù)表：階段位移行

10、程備注第1階段:停止（遠休止）0604040運動規(guī)律：停止待添加的隱藏文字內(nèi)容2第2階段:回程60180400運動規(guī)律：等加速（拋物線）604063.539.93196739.727870.539.38757438.911177.538.29868137.5584.536.66538835.644491.534.48759533.194498.531.765310230.2105.528.498610926.6611112.524.687511622.5778120.519.668112417.4222127.515.312513113.3389134.511.50141389.8141.58

11、.23471456.8056148.55.51251524.3556155.53.33471592.45162.51.70141661.0889169.50.61251730.2722176.50.06811800第3階段:停止(近休止)18024000運動規(guī)律：停止第4階段:推程240360040運動規(guī)律：等加速（拋物線）2400243.50.06812470.2722250.50.61252541.0889257.51.70142612.45264.53.33472684.3556271.55.51252756.8056278.58.23472829.8285.511.501428913.

12、3389292.515.312529617.4222300.520.331930422.5778307.524.687531126.6611314.528.498631830.2321.531.765332533.1944328.534.487533235.6444335.536.665333937.55342.538.298634638.9111349.539.387535339.7278356.539.9319360405.最大壓力角與最小曲率半徑曲率半徑公式 曲線方程 等加速等減速規(guī)律從動件位移其中，=60mm h=40mm =10r/min ，代入以上公式，由matlab解得： =22

13、mm 由 ，可選擇=10mm6、滾輪、活塞推桿、彈簧、漏斗的設計 先設定基本尺寸如下：活塞推桿總長度l=156mm活塞長度 漏斗內(nèi)腔高度滾輪半徑=10mm 寬度為18mm （其他尺寸根據(jù)5的計算結(jié)果，結(jié)合以上基本尺寸設定） 各零件的三維模型及裝配如下圖： 2、曲柄滑塊機構(gòu)的設計分析1、曲柄滑塊機構(gòu)的尺寸參數(shù)設計該機構(gòu)用于封裝壓蓋工位，設定為對心曲柄滑塊機構(gòu)，參數(shù)設定為：滑塊長度 =70mm封口軟木塞的長度 =35mm軟木塞壓入瓶口的距離為 h=20mm滑塊工作距離為：l=20mm 曲柄長度a=50 連桿長度b=200根據(jù)運動循環(huán)圖畫出滑塊的運動規(guī)律，如下：當s=20mm時，=137.932、最

14、小傳動角建立如下圖所示坐標系：其中壓力角為,a=5cm,b=20cm由|ab|=，當y=-23時，得137.93在oab中，由余弦定理，得= =2=則14.4775，即故=9014.4775=75.52253、曲柄滑塊機構(gòu)的三維模型4、連桿機構(gòu)速度、加速度分析曲線圖3、間歇機構(gòu)的設計分析由于設計灌裝速度為10r/min，因此每個工作間隙為6s，轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動60用時1s，停留5s，由此可知：=6s =1s= rad/s =（為槽輪的運動時間，為主動件回轉(zhuǎn)一周的時間,為運動系數(shù)） 設定槽數(shù)和圓銷數(shù)：槽數(shù)z=6圓銷數(shù)k=11、 槽輪機構(gòu)的尺寸參數(shù)設計：其他相關數(shù)據(jù)：銷輪、槽輪軸心之間的距離為d=240，槽輪的基圓直徑d0=3002、 間歇機構(gòu)的三維模型如下圖：4、原動機的選擇及減速設計1、原動機采用y系列三相異步電動機,型號y132m-4，其轉(zhuǎn)速為1440r/min,2、減速機構(gòu)設計 減速機構(gòu)定為三級減速，第一級為皮帶傳動，后兩級都為齒輪傳動，具體設計示意圖及參數(shù)如下：1、2為皮帶輪：i122.53、4、5、6為齒輪：z3=28 z4=134z5=29 z6=116i34=z4/z3=134/28=4.8i56=z6/z5=116/29=4n1=n/(i12*i34*i56)=1440/(2.54.84)=