工學(xué)選裝型灌裝機說明書SYP

1、課程設(shè)計課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 學(xué) 院：機械學(xué)院 專 業(yè)： 機電一體化 姓 名： 孫耀平 學(xué) 號： 080803110280年 級： 083 任課教師： 余述凡 2011年1月14日目錄：一 設(shè)計任務(wù)書及工作要求2二 設(shè)計機構(gòu)的工作原理4三 功能分解圖、執(zhí)行機構(gòu)動作分解圖5四 運動方案的選擇與比較5五 機構(gòu)運動總體方案圖7六 工作循環(huán)圖10七 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計過程13八 機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程框圖13九 程序清單16十 運動線圖24十一 凸輪設(shè)計分段圖、輪廓圖、設(shè)計結(jié)果25第一部分 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書（題號11）旋轉(zhuǎn)型灌裝機圖1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機一、設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù)設(shè)計旋轉(zhuǎn)型灌裝

2、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、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準確地灌裝、封口，應(yīng)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(shù)參數(shù)見下表。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機技術(shù)參數(shù)表方案號轉(zhuǎn)臺直徑 mm電動機轉(zhuǎn)速r/min灌裝速度r/minA600144010B550144012C50096010二、設(shè)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

3、將瓶蓋緊固在）瓶口。設(shè)計者只需設(shè)計作直線往復(fù)運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導(dǎo)桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。3.此外，需要設(shè)計間歇傳動機構(gòu)，以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺間歇傳動。為保證停歇可靠，還應(yīng)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(shè)計任務(wù) 1.旋轉(zhuǎn)型灌裝機應(yīng)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(shè)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(shè)計平面連桿機構(gòu)；5.凸輪

4、機構(gòu)的設(shè)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)律線圖及凸輪廓線圖； 6.齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算； 7.編寫設(shè)計計算說明書；第二部分 設(shè)計機構(gòu)的工作原理一、各機構(gòu)功能原理設(shè)計送料功能原理分析此機構(gòu)的主要部分為傳送圓盤， 圓盤上有三個缺口，用以卡緊瓶子， 其轉(zhuǎn)速為10r/min，每轉(zhuǎn)1一圈用時6s正好與轉(zhuǎn)臺工位轉(zhuǎn)換時間相同。此機構(gòu)的功能是把傳送帶上的空瓶子 一個一個的送上工位1，其獨特之處是運用擋板來控制瓶子的傳送路線。灌裝功能原理分析此機構(gòu)為灌裝機構(gòu)實現(xiàn)液體的灌裝凸輪的基圓半徑為6

5、0， 滾子半徑為10，推程角為120 ，近休角為60， 回程角為120 ， 遠休角為60。滾子在近休和遠休角位置時活塞不動， 當?shù)酵瞥探菚r ， 活塞向下運動把容器內(nèi)的液體壓入瓶中，推程為40， 從容器中壓出的液體正好把瓶子裝滿;當?shù)交爻探菚r, 彈簧把導(dǎo)桿向上推把液體從外面吸入容器，接著進入近休角，從而進入循環(huán)。壓蓋功能原理分析此機構(gòu)為曲柄滑塊機構(gòu)，用以實現(xiàn)瓶子的封口壓蓋，曲柄的長度為50，連桿的長為 100，齒輪半徑為60齒輪與曲柄為一體的 齒輪帶動曲柄運動 。當瓶子進入壓蓋這個工位時滑塊26正好從最高位置到最下位置從而完成工件的壓蓋過程出料功能原理分析當空瓶從左邊進入時由于左邊擋板位置使瓶子

6、沿著擋板進入工位1，當要求輸出瓶子時，左邊擋板正好與此位置的運動方向平行 ， 從而使瓶子沿著擋板運出。第三部分 功能分解圖與功能轉(zhuǎn)換圖功能分解圖如下圖功能轉(zhuǎn)換圖如下圖第四部分 運動方案的選擇與比較送料功能工件送料出料功能需要采用往復(fù)移動機構(gòu)來實現(xiàn)，下面選用幾個備選方案來實現(xiàn)。(1)送料主要通過傳送帶來完成，通過穿過機架的輸送帶輸入瓶子。（2）送料時主要通過如下圖所示的傳動輪把瓶子輸送到工位1，另外，為便于輸入，設(shè)計如圖所示的擋板。根據(jù)以上2種可執(zhí)行方案，經(jīng)過對他們進行比較可得，雖然以上2種方案都達到了運動的要求，不過，考慮到傳送帶傳送時雖然比較平穩(wěn)，但容易打滑，選用方案2較為合適，并較為可靠，

7、結(jié)構(gòu)雖然有點復(fù)雜，但有平穩(wěn)的運動特性。灌裝功能在這里凸輪機構(gòu)比連桿機構(gòu)更適用，因為：1）凸輪機構(gòu)能實現(xiàn)長時間定位，而連桿機構(gòu)只能瞬時定位，定位效果差，精度低。2）凸輪機構(gòu)比連桿機構(gòu)更容易設(shè)計。3）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)方案如圖：壓蓋功能在這里則連桿機構(gòu)比凸輪機構(gòu)更適用，因為凸輪機構(gòu)1） 加工復(fù)雜，加工難度大。2） 造價較高，經(jīng)濟性不好。方案如圖：出料功能可以選擇連桿機構(gòu)來實現(xiàn)出料，但考慮到結(jié)構(gòu)的工藝性和制造的方便性，可采用如圖所示的方案。方案一：方案二：第五部分 機構(gòu)運動總體方案圖如圖所示為機械系統(tǒng)運動方案運動簡圖。電機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轉(zhuǎn)動，

8、齒輪5又帶動齒輪6，從而形成三級減速。如圖6錐齒輪7傳給錐齒輪9 ，與錐齒輪9同軸的齒輪10又帶動齒輪11，齒輪11又通過軸傳給傳動輪17，用來傳遞瓶子。 如圖4 與錐齒輪7同軸的帶輪8以相同角速度轉(zhuǎn)動通過皮帶傳給帶輪18用來運輸瓶子。與左邊帶輪18同軸的鏈輪19通過鏈條與鏈輪20連接，鏈輪通過軸傳給齒輪和凸輪21，凸輪通過導(dǎo)桿27進而完成灌裝過程。如圖2 齒輪21傳遞給齒輪22，齒輪22又傳給齒輪23 ，曲柄24和齒輪23是一體的，曲柄與連桿25相連，連桿25與滑塊26連接 ，滑塊進行豎直運動，傳遞蓋子，進而完成壓蓋過程。如圖3與錐齒輪9同軸的齒輪12傳給齒輪13，齒輪13通過軸傳到銷輪14

9、，銷輪14每轉(zhuǎn)6轉(zhuǎn)帶動槽輪轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)進而使機構(gòu)完成間歇傳送瓶子，以保證工作時間。如圖4第六部分 工作循環(huán)圖第七部分 執(zhí)行機構(gòu)的設(shè)計過程機構(gòu)的設(shè)計與運動的分析1、凸輪機構(gòu)的設(shè)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(guān)的關(guān)閉，從而控制流體的灌裝和封閉，設(shè)定活塞推桿的最大推程為40mm，凸輪軸心距離瓶口面的距離為300mm。以下為推桿的運動規(guī)律：凸輪灌裝封閉1S灌裝3.5S封閉 1.5S為了更好的利用反轉(zhuǎn)法設(shè)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(guān)系:度數(shù)0120120180180300300360位移（mm）040404000根據(jù)上表利用“凸輪機構(gòu)CADCAI”軟件可以將凸輪的圖形設(shè)

10、計出來，具體過程：1、設(shè)置凸輪參數(shù)：2、設(shè)置凸輪分段參數(shù) 為保證凸輪運動過程中不出現(xiàn)沖擊，參數(shù)分別設(shè)置為：0120為推程運動階段，擺線運動規(guī)律；120180為遠休止階段，等速運動規(guī)律；180300為回程運動階段，擺線運動規(guī)律；300360為近休止階段，等速運動規(guī)律。3、運行出的最終結(jié)果，位移、速度、加速度圖以及凸輪的二維圖形如下圖所示：4、利用反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計凸輪的圖形為：基圓半徑r0=60滾子半徑：rt=10行程：h=40mm推程角：0=120回程角：0=120近休止角：01=30遠休止角：02=30升程最大壓力角：max01=26.08704998788730回程最大壓力角：max02=26

11、.087049987887 0 Then fi = pi / 2 ElseIf y21 = 0 Then MsgBox B、D兩點重合，不能確定 Else: fi = 3 * pi / 2 End IfElse If x21 = 0 Then fi = Atn(y21 / x21) Else: fi = Atn(y21 / x21) + 2 * pi End IfEnd IfEnd SubSub RRP運動分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _L2, fi3, omega3, epsilon3, xC

12、, yC, vCx, vCy, _aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr)Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2pi = Atn(1#) * 4d2 = (xB - xP) 2 + (yB - yP) 2)e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3)F = d2 - L2 2If e 2 4 * F ThenMsgBox 此位置不能裝配GoTo n1ElseEnd IfIf m = 1 Thensr = Abs(-e + (e

13、 2 - 4 * F) 0.5) / 2)Else: sr = Abs(-e - (e 2 - 4 * F) 0.5) / 2)End IfxC = xP + sr * Cos(fi3)yC = yP + sr * Sin(fi3)yCB = yC - yBxCB = xC - xBCall atn1(xB, yB, xC, yC, fi2)E1 = (vPx - vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3)F1 = (vPy - vBy) + sr * omega3 * Cos(fi3)Q = yCB * Sin(fi3) + xCB * Cos(fi3)omega2 = (F

14、1 * Cos(fi3) - E1 * Sin(fi3) / Qvsr = -(F1 * yCB + E1 * xCB) / QvCx = vBx - omega2 * yCBvCy = vBy + omega2 * xCBE2 = aPx - aBx + omega2 2 * xCB - 2 * omega3 * vsr * Sin(fi3) _ - epsilon3 * (yC - yP) - omega3 2 * (xC - xP)F2 = aPy - aBy + omega2 2 * yCB + 2 * omega3 * vsr * Cos(fi3) _ + epsilon3 * (x

15、C - xP) - omega3 2 * (yC - yP)epsilon2 = (F2 * Cos(fi3) - E2 * Sin(fi3) / Qasr = -(F2 * yCB + E2 * xCB) / QaCx = aBx - omega2 2 * xCB - epsilon2 * yCBaCy = aBy - omega2 2 * yCB + epsilon2 * xCBn1: End SubPrivate Sub Command2_Click()Dim b(6), c(6), d(3), xC1(360), vCx1(360), aCx1(360)pai = Atn(1#) *

16、4 / 180Picture1.Print 紅色線條表示位移藍色表示速度綠色表示加速度Picture1.Print 機電一體化孫耀平 080803110280For fi = 0 To 360 Step 10 Fi1 = fi * pai Call 單桿運動分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.05, 0, Fi1,1.047197551 , 0, _xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy) Call RRP運動分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 0, vPx, vPy, aPx, aPy, _ 0.19, 0, 0, 0

17、, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr)xC1(fi) = xC vCx1(fi) = vCxaCx1(fi) = aCxNext fiForeColor = QBColor(0)Picture1.Scale (-10, 100)-(370, -100)Picture1.Line (0, 0)-(360, 0), ForeColorPicture1.Line (0, -100)-(0, 100), ForeColorForeColor = QBColor(4)Picture1.PSet (0, xC1(

18、0) * 100)For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, xC1(fi) * 100), ForeColorNext fiForeColor = QBColor(9)Picture1.PSet (0, vCx1(0) * 100)For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, vCx1(fi) * 800), ForeColorNext fiForeColor = QBColor(10)Picture1.PSet (0, aCx1(0) * 0.3)For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, aCx1(fi) * 900), ForeColorNext fiEnd Sub十 運動線圖十一 凸輪設(shè)計分段圖、輪廓圖、設(shè)計結(jié)果已知r基圓=60mm， r滾子=10mm，推程h=40mm。設(shè)置凸輪類型凸輪基本參數(shù)運動分段設(shè)計結(jié)果第十二部 設(shè)計總結(jié)兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，我學(xué)到和體會到了很多東西。剛拿到題目時，感覺很簡單，應(yīng)該用不了一周就能完成設(shè)計。后來我們小組四個人一起討論，其中有些想法很不成熟，有些又過于復(fù)雜，只能想出來，卻很難實現(xiàn)。當最