旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)說(shuō)明書(shū)

1、旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)機(jī)說(shuō)明書(shū)一、 課程設(shè)計(jì)題目簡(jiǎn)介設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。在傳送帶的輸送下，待灌裝的容器進(jìn)入工作臺(tái)，在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上對(duì)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(tái)有多工位停歇，以實(shí)現(xiàn)灌裝、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準(zhǔn)確地灌裝、封口，應(yīng)有定位裝置。如圖8.4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。圖 1 該機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式為機(jī)械傳動(dòng)。技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表。旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)技術(shù)參數(shù)方案號(hào)轉(zhuǎn)臺(tái)直徑mm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min灌裝速度r/minE50096010待灌裝壓蓋紅酒瓶：容量：500ml 高：300mm底直徑：60mm瓶口外直徑：29mm;瓶

2、口內(nèi)直徑：20mm瓶頸長(zhǎng)：75mm瓶塞：高40mm，上底25mm，下底18mm二、 功能及裝置1、 輸入輸出設(shè)備1. 1 方案一：連桿撥動(dòng)傳送裝置如圖2，輸入時(shí)，將一個(gè)個(gè)待灌裝、封口的紅酒瓶等距置于傳送臺(tái)上，連桿機(jī)構(gòu)在主動(dòng)桿的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)下，每一個(gè)周期齒條上升至傳送臺(tái)高度通過(guò)撥齒的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)將紅酒瓶向前方撥動(dòng)一個(gè)齒距長(zhǎng)度，回程之前齒條先向下運(yùn)動(dòng)，避免回程時(shí)再把紅酒瓶回?fù)?。輸出時(shí)，當(dāng)紅酒瓶灌裝、封口完成后到達(dá)輸出位置時(shí)，此裝置與輸入同理，將紅酒瓶從工作臺(tái)上撥出至傳送臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)輸出。優(yōu)點(diǎn)：間歇步進(jìn)。缺點(diǎn)：需要等距放置；要求太過(guò)精確；撥動(dòng)紅酒瓶時(shí)會(huì)產(chǎn)生剛性沖擊，不平穩(wěn)。圖 21. 2 方案二：履帶傳送帶裝

3、置 如圖3，用一個(gè)履帶傳送帶裝置通過(guò)工作臺(tái)同時(shí)作為輸入輸出裝置。待灌裝、封口的紅酒瓶從輸入端放上傳送帶，傳送帶上容器以一字排列的形式傳送過(guò)來(lái)進(jìn)入工作臺(tái)經(jīng)過(guò)灌裝、封口后從工作臺(tái)輸出位直接傳送出來(lái)，實(shí)現(xiàn)成品的輸出。 優(yōu)點(diǎn)：工作難度低，連續(xù)不間斷。圖 3 由于加工品是紅酒瓶，易損，則相比方案一，方案二的履帶傳送帶更加平穩(wěn)連續(xù)，成本底，操作難易度低，故選擇方案二為輸入輸出的最終裝置。 2、 工作臺(tái)固定工作臺(tái)為兩個(gè)半圓，中間相隔間距為傳送帶寬度，供傳送帶通過(guò)，這樣可以使紅酒瓶輸入時(shí)直接進(jìn)入旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)1號(hào)位，經(jīng)過(guò)灌裝封口后到達(dá)4號(hào)位下傳送帶直接將其輸出。這樣不需要另外增加撥桿將紅酒瓶撥入撥出旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。當(dāng)

4、旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)卡槽進(jìn)給深度只容許一個(gè)紅酒瓶進(jìn)入時(shí)，則紅酒瓶輸入可以不必遵守等間距原則，即使間距小或無(wú)間距，第二個(gè)紅酒瓶也無(wú)法進(jìn)入工作臺(tái)，使得傳送帶可以一直連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖4：俯視圖，上為旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，下為固定工作臺(tái)，兩工作臺(tái)之間有間距，起到固定紅酒瓶的作用。圖 4 將固定工作臺(tái)設(shè)計(jì)的稍大與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)是為了便于放置擋板以實(shí)現(xiàn)紅酒瓶的定位。為了使紅酒瓶能更好進(jìn)入工作臺(tái)卡槽，則應(yīng)在卡槽上設(shè)置倒角。3、 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 由于紅酒瓶在工作臺(tái)上進(jìn)行的灌裝和封口工序時(shí)都需要紅酒瓶停止運(yùn)動(dòng)，這就要求了旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)不能連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，而是要在加工時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成本工作位的工序后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，取需要工作時(shí)間最長(zhǎng)的灌裝時(shí)間為

5、停歇時(shí)間，間歇機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的每個(gè)周期=停歇時(shí)間+轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)與從動(dòng)輪同軸，由從動(dòng)輪帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)。旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的六個(gè)卡槽要求間歇機(jī)構(gòu)的主動(dòng)輪每轉(zhuǎn)六圈帶動(dòng)從動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈3. 1 方案一:不完全齒輪機(jī)構(gòu) 如圖5，在不完全齒輪機(jī)構(gòu)中，主動(dòng)輪1連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)1上的部分齒進(jìn)入嚙合時(shí)，使得從動(dòng)輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，更換工作位；當(dāng)1的齒輪推出嚙合時(shí)，1輪的凸位進(jìn)入2輪的凹位，起到定位作用，從動(dòng)輪2停歇，即旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停歇，各工位開(kāi)始工作。圖 5不完全齒輪機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)靈活，從動(dòng)輪的運(yùn)動(dòng)角范圍大；它的缺點(diǎn)則是加工復(fù)雜，在進(jìn)入和退出嚙合時(shí)速度有突變，會(huì)引起剛性沖擊3. 2 方案二：槽輪機(jī)構(gòu)如圖6，帶有圓

6、柱銷(xiāo)的是主動(dòng)銷(xiāo)輪1，具有直槽的是從動(dòng)槽輪2。主動(dòng)銷(xiāo)輪1順時(shí)針做等速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)圓柱銷(xiāo)未進(jìn)入徑向槽時(shí)，槽輪因其內(nèi)凹的鎖止弧被銷(xiāo)輪外凸的鎖止弧鎖住而靜止；當(dāng)圓柱銷(xiāo)開(kāi)始進(jìn)入徑向槽時(shí)，兩鎖止弧脫開(kāi)，從動(dòng)槽輪2在圓柱銷(xiāo)的驅(qū)動(dòng)下逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)圓柱銷(xiāo)開(kāi)始脫離徑向槽時(shí)，槽輪因另一鎖止弧又被鎖住而靜止，從而實(shí)現(xiàn)從動(dòng)槽輪的單向間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。因?yàn)檗D(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)要求有六個(gè)工作位卡槽，則此槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)從動(dòng)槽輪有六個(gè)直槽輪，滿足旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的要求。槽輪機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，工作可靠，能準(zhǔn)確控制轉(zhuǎn)角，機(jī)械效率高；其缺點(diǎn)主要為動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角補(bǔ)課太小，且槽輪在起動(dòng)和停止時(shí)加速度變化大，會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊。 圖 6從功能上來(lái)說(shuō)兩

7、種方案均可以，但是方案一的不完全齒輪機(jī)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生速度突變剛性沖擊，方案二的槽輪機(jī)構(gòu)的加速度變化引起的柔性沖擊則更優(yōu)，并且從成本上來(lái)說(shuō)，不完全齒輪制造成本高，槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低，所以間歇機(jī)構(gòu)選方案二。4、灌裝機(jī)4. 1 方案一：連桿式灌裝機(jī) 如圖7，當(dāng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖桿運(yùn)動(dòng)已將滑塊推入灌裝管，阻塞了灌裝管，所以停止灌裝，當(dāng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停止時(shí)，搖桿運(yùn)動(dòng)使滑塊拉出灌裝管，使得灌裝工序進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)灌裝。 優(yōu)點(diǎn)：加工簡(jiǎn)單，制造成本低 缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)困難； 不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定位功能。圖 74. 2 方案二：凸輪灌裝機(jī) 如圖8，在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，凸輪也轉(zhuǎn)至近休區(qū)，未將壓桿壓下，在彈簧的作用下壓

8、桿在上方，則壓板下的連桿機(jī)構(gòu)被彈簧拉在上方，滑塊堵住灌裝口，則不進(jìn)行灌裝；旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停歇的同時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)出近休區(qū)，則將壓桿下壓，觸發(fā)連桿，將滑塊從灌裝口移開(kāi)，實(shí)現(xiàn)灌裝工序。 優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定位； 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)。 缺點(diǎn)：加工復(fù)雜，加工成本高。 圖 8 灌裝工序要求工作時(shí)間內(nèi)灌裝穩(wěn)定，所以穩(wěn)定性是主要考慮方面，凸輪機(jī)構(gòu)比連桿機(jī)構(gòu)更能長(zhǎng)時(shí)間定位，所以灌裝工序選用方案二凸輪灌裝機(jī)執(zhí)行。 5、壓蓋封裝機(jī)5. 1 方案一：凸輪式壓蓋機(jī)如圖9，當(dāng)紅酒瓶完成灌裝時(shí)，壓蓋機(jī)的凸輪位于近程端的開(kāi)始，在轉(zhuǎn)動(dòng)至封口工位的時(shí)間里，凸輪一直處于近程端，直到紅酒瓶停在封口工位時(shí)凸輪轉(zhuǎn)完近休部分，向著遠(yuǎn)程

9、端轉(zhuǎn)動(dòng)，即向下推動(dòng)壓桿和瓶套，瓶套套上紅酒瓶頸同時(shí)壓桿將送過(guò)來(lái)的木瓶塞壓入紅酒瓶口，實(shí)現(xiàn)壓蓋過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定位；容易實(shí)現(xiàn)所要求的工作時(shí)間的控制。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)容易。缺點(diǎn)：加工復(fù)雜，加工成本高； 圖 95. 2 方案二：連桿壓蓋機(jī)構(gòu) 如圖10，壓桿機(jī)構(gòu)與方案一相同，不同的是主動(dòng)件，方案一中是凸輪，而這里是通過(guò)利用搖桿滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓桿的驅(qū)動(dòng)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)工作時(shí)，連桿運(yùn)轉(zhuǎn)至上方，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停歇，封口工序進(jìn)行時(shí)，連桿向下推壓壓桿實(shí)現(xiàn)封口工序。圖 10 優(yōu)點(diǎn)：加工容易，加工成本低。 缺點(diǎn)：不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定位； 不能準(zhǔn)確的分配運(yùn)動(dòng)階段。 對(duì)于壓蓋機(jī)構(gòu)不需要長(zhǎng)時(shí)間定位，所以凸輪在運(yùn)轉(zhuǎn)上的優(yōu)勢(shì)

10、蕩然無(wú)存，所以這個(gè)方案的選擇主要應(yīng)該考慮成本因素，連桿機(jī)構(gòu)加工容易，加工成本低，所以選擇方案二，連桿壓蓋機(jī)構(gòu)。6、傳動(dòng)裝置 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速太快，不能直接作為傳送裝置、間歇機(jī)構(gòu)、灌裝裝置、封口裝置的動(dòng)力，需要經(jīng)過(guò)對(duì)應(yīng)的輪系傳動(dòng)來(lái)減速，從而相應(yīng)的作為傳送裝置、間歇機(jī)構(gòu)、灌裝裝置、封口裝置的主動(dòng)力。三、灌裝機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)流程圖及各部分裝置運(yùn)動(dòng)情況圖灌裝輸入封口輸出輸出封口灌裝輸入圖 11（上圖圖豎坐標(biāo)表示工位工作，橫坐標(biāo)單位為秒）圖 12步驟：1 送入瓶子2在灌裝過(guò)程中，是由送入空瓶工位一后，轉(zhuǎn)到工位二停止一段時(shí)間用于灌裝3壓蓋過(guò)程中，是由工位二轉(zhuǎn)到工位三，停止一段時(shí)間用于壓蓋4送出瓶子四、旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)示意圖4

11、.1 工作臺(tái)工作示意圖圖 13 工作臺(tái)上2、3號(hào)位進(jìn)行灌裝、壓蓋工序。4.2 整體裝置示意圖圖 14 如圖，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)減速裝置與主軸相連，帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而輸入輸出裝置、灌裝裝置、停歇機(jī)構(gòu)、壓蓋封口裝置分別通過(guò)相應(yīng)的輪系傳動(dòng)（即上圖的傳動(dòng)1、5、2、3、4）與主軸相連，以對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行工作，完成完整的生產(chǎn)過(guò)程。五、尺寸設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)臺(tái)直徑為500mm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為960r/min灌裝速度為10r/min（即一個(gè)周期停歇時(shí)間為5s，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間為1s）5. 1 傳動(dòng)比設(shè)計(jì)輸入輸出裝置同為一體，所以輸入輸出輪的轉(zhuǎn)速相同。設(shè)傳送帶主動(dòng)輪的直徑為100mm，不考慮輸入紅酒瓶擺放間隙的話，輸入（輸出）必須在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停

12、歇5S內(nèi)將紅酒瓶傳入（出）工作臺(tái)的卡槽內(nèi)，卡槽深度與酒瓶直徑相同為60mm，所以傳送帶的線速度=60/5=12mm/s,則角速度=12/50=0.24rad/s,轉(zhuǎn)速=0.24*60/(2)=2.291r/min 所以取轉(zhuǎn)速3r/mini1=960/3=320旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)時(shí)間為1秒，停歇時(shí)間為5秒，則灌裝裝置的不灌裝時(shí)間為1秒，灌裝時(shí)間為5秒，壓蓋封口裝置的抬起時(shí)間大于等于1秒，在停歇的5秒內(nèi)完成封口壓蓋。即這三者的轉(zhuǎn)速相同，并且轉(zhuǎn)動(dòng)周期為6秒。 周期T=6s 轉(zhuǎn)速=60*1/T=10r/min i2=960/10=965.2 輪系轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)計(jì) （皮帶傳動(dòng)傳動(dòng)比i2，每級(jí)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比i7.5

13、）i1=320=2*4*4*2*5i2=96=2*4*3*4由i1、i2得：取發(fā)動(dòng)機(jī)與主軸的傳動(dòng)比i3=2*4=8圖 15輪1和輪2是皮帶傳送，i12=23，4為齒輪傳動(dòng)，z3=20，z4=80齒輪3、4的傳動(dòng)比i34=z4/z3=4得到主軸的轉(zhuǎn)速n0=n/(i12*i34)=960/(2*4)=120圖 16 輸入輸出轉(zhuǎn)動(dòng)輪系（圖14中的轉(zhuǎn)動(dòng)1、5）如上圖 輪5、6、9、10為齒輪傳動(dòng),z5=20,z6=80,z9=20,z10=100 傳動(dòng)比i56=z6/z5=80/20=4 i9 10=z10/z9=100/20=5 輪7、8為皮帶傳送，傳動(dòng)比i78=2 傳送帶輪轉(zhuǎn)速n1=n0/(i56

14、*i9 10*i78)=120/(2*5*4)=3r/min 圖 17 輪19和輪20是皮帶傳送，傳動(dòng)比i19 20=2 輪11、12、13、14、15、16、17、18、21、22是齒輪傳動(dòng)，z11=20, z12=80, z13=20,z 14=40, z21=20, z22=100, z15=20, z16=100, z17=20, z18=40 傳動(dòng)比i11 12=z12/z11=80/20=4, i13 14=z14/z13=2, i21 22=z22/z21=100/20=5; i15 16=z16/z15=5; i17 18=z18/z17=40/20=2; 得到凸輪灌裝機(jī)構(gòu)和連

15、桿機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速: n2=n4=n0/(i11 12*i13 14*i21 22)=120/(4*2*5)=3r/min 得到槽輪轉(zhuǎn)速:n3=n0/(i15 16*i17 18*i19 20)=3r/min 5.3 齒輪尺寸設(shè)計(jì)以輪3輪4直齒圓柱齒輪傳動(dòng)為例： 齒數(shù):z3=20,z4=80;模數(shù)m=3mm;壓力角=20,ha*=1，c*=0.25；圖 18分度圓直徑：d3=m*z3=60mm;d4=m*z4/2=240mm；中心距：a=(d3+d4)/2=150mm; 齒頂圓直徑da3=d3+2*m*ha*=66mm; da4=d4+2*m*ha*=246mm;齒根圓直徑df3=d3-2*m*(h

16、a*+c*)=52.5mm; df4=232.5mm;齒頂圓壓力角：3=acrcos(z3cos/(z3+2ha*)=31.324= acrcos(z4cos/(z4+2ha*)=23.54基圓直徑：db3=d3*cos=56mm;db4=d4* cos=226mm基圓齒距：pb3=pb4=*m* cos=9mm;重合度：a=（z3*(tan3-tan)+z4*(tan4-tan)）/2 =1.691齒輪可連續(xù)傳動(dòng)，傳動(dòng)符合標(biāo)準(zhǔn)。 5.4 工作臺(tái)尺寸設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)要求直徑為500mm，為使紅酒瓶一次只進(jìn)一個(gè)，卡槽深度設(shè)計(jì)與瓶直徑相同，為60mm，且設(shè)置倒角便于瓶子傳入。 固定工作臺(tái)設(shè)置擋板定

17、位，所以略大于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，直徑為550mm,傳送帶貫穿處略寬于卡槽，為64mm。5.5凸輪尺寸設(shè)計(jì) 因?yàn)楫?dāng)凸輪處于近休端時(shí)，灌裝機(jī)構(gòu)停止灌裝，時(shí)間1秒，占一個(gè)周期的1/6，所以設(shè)計(jì)近休端為60，占凸輪圓周的1/6，處于其它位置時(shí)，凸輪作用下灌裝開(kāi)關(guān)打開(kāi)，執(zhí)行灌溉5秒鐘；而為了使速度不發(fā)生突變，該凸輪的推程角和回程角都留了100的范圍，遠(yuǎn)休端角度為100，并且在推程回程與遠(yuǎn)休的轉(zhuǎn)換處，在保證精度的同時(shí)，加入了圓角，增加適當(dāng)?shù)幕《葴p緩沖擊，增加運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。灌裝壓桿上下浮動(dòng)位移為40mm。5.6 連桿封口尺寸設(shè)計(jì) 如圖19，為了實(shí)現(xiàn)1/6周期壓桿在上不進(jìn)行壓蓋封口工作，則設(shè)計(jì)輪1的轉(zhuǎn)過(guò)上方的60的時(shí)

18、間等于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，即開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)桿2處于位置1，當(dāng)轉(zhuǎn)過(guò)60時(shí)，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)停歇，桿2進(jìn)行壓蓋運(yùn)動(dòng)，位置3為運(yùn)動(dòng)最低位置，因?yàn)榧t酒瓶塞高40mm，則位置1的桿2要高于瓶口最少40mm，位置3的桿2位置位于瓶口端。令桿2連在輪1上的點(diǎn)到輪心距離為L(zhǎng)： L+L*cos30=40mm 解得：L=21.43mm 取L=25mm,桿2長(zhǎng)80mm,輪1直徑60mm。圖 195.7 間歇機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)選用槽輪機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)的一圈中，5/6個(gè)周期不撥動(dòng)槽輪，1/6個(gè)周期撥動(dòng)槽輪，銷(xiāo)輪轉(zhuǎn)動(dòng)6圈，槽輪完整的轉(zhuǎn)動(dòng)1圈。設(shè)槽輪直徑為200mm, 卡槽寬30mm，深度為46.26mm 則圓銷(xiāo)直徑=30mm，圓柱銷(xiāo)輪開(kāi)口角度=360/6=60，槽輪槽數(shù)=6，圓銷(xiāo)輪半徑r=100*cos30=86.6mm，槽輪和圓銷(xiāo)輪中心距a=100*cos30*2=173.21mm。圖 20 圖 21六