啤酒瓶壓蓋機機械系統(tǒng)方案設計

啤酒瓶壓蓋機機械系統(tǒng)方案設計目錄1設計任務書............................................................................................................31.1.設計題目......................................................................................................31.2.工作原理與工藝動作過程..........................................................................31.3.原始參數(shù)......................................................................................................31.4.設計要求......................................................................................................32系統(tǒng)運動方案設計................................................................................................12.1.原動機類型的選擇......................................................................................12.2.減速器類型的選擇......................................................................................12.3.實現(xiàn)壓蓋動作的機構選擇..........................................................................22.4.實現(xiàn)裝箱動作的機構選擇..........................................................................32.5.系統(tǒng)運動方案的確定..................................................................................42.6.繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖..................................................................................43傳動系統(tǒng)設計........................................................................................................53.1.傳動方案分析..............................................................................................53.2.電動機的選擇..............................................................................................63.3.傳動比的計算和分配..................................................................................63.3.1.總傳動比的計算...................................................................................63.3.2.分配各級傳動比...................................................................................63.4.傳動參數(shù)的計算..........................................................................................73.4.1.各軸轉(zhuǎn)速的計算...................................................................................73.4.2.各軸輸入功率的計算...........................................................................73.4.3.各軸輸入轉(zhuǎn)矩的計算...........................................................................73.4.4.各軸的傳動參數(shù)...................................................................................84執(zhí)行系統(tǒng)機構設計................................................................................................94.1.凸輪機構設計..............................................................................................94.1.1.凸輪機構選型.......................................................................................94.1.2.確定從動件運動規(guī)律...........................................................................94.1.3.確定基本參數(shù).....................................................................................114.1.4.凸輪輪廓曲線設計.............................................................................134.2.槽輪機構設計............................................................................................144.2.1.槽輪機構選型.....................................................................................144.2.2.選擇槽輪槽數(shù)和撥盤圓銷數(shù).............................................................144.2.3.基本尺寸的計算.................................................................................154.2.4.槽輪運動特性分析.............................................................................165收獲和體會..........................................................................................................176參考文獻..............................................................................................................187附錄......................................................................................................................19圖表目錄圖1曲柄滑塊機構 2圖2凸輪機構 2圖3單銷四槽外槽輪機構 3圖4棘輪機構 3圖5不完全齒輪齒條機構 4圖6系統(tǒng)運動循環(huán)圖 5圖7傳動系統(tǒng)簡圖 6圖8從動件上下位移曲線 10圖9凸輪從動件的動力學特性 11圖10從動件y x曲線 12圖11曲率半徑 隨旋轉(zhuǎn)位移x的變化曲線 13圖12空間凸輪輪廓曲線 14圖13槽輪某一瞬時位置 16圖14槽輪運動特性 16表格目錄表1系統(tǒng)運動方案 4表2傳動系統(tǒng)各軸傳動參數(shù)表 8表3外槽輪機構基本尺寸計算公式及結(jié)果 15設計任務書1.1. 設計題目設計一個對生產(chǎn)線上的啤酒瓶進行自動壓蓋的機器。1.2. 工作原理與工藝動作過程啤酒瓶壓蓋機的工作原理[1]是利用電機帶動推桿下降壓緊瓶蓋頂端，使鎖口裝置自動鎖緊鎖蓋。壓蓋機臺面和防護罩一般都為不銹鋼材料制造，強度大，耐磨損，使用壽命長。通過壓蓋機軋的啤酒瓶蓋密封性好。工藝動作過程為：推桿做與啤酒瓶同步的圓周運動，為了實現(xiàn)自動壓蓋，推桿需做上下往返運動：首先利用磁力將瓶蓋吸附到推桿的封口頭中，然后推桿以特定的運動規(guī)律先上升再向下運動，當其將達到最低點時，恰好對準運動的啤酒瓶口，實現(xiàn)快速壓蓋。然后封口頭繼續(xù)上升、下降，在另一個最低點處取瓶蓋，繼續(xù)這一過程。壓蓋后的啤酒瓶繼續(xù)運動，每四瓶進行一次裝箱，而三次即裝滿一箱，這一動作可借助于槽輪機構實現(xiàn)。1.3. 原始參數(shù)啤酒瓶尺寸：瓶身直徑 70mm，瓶口直徑26mm，瓶高300mm；推桿直徑30mm；傳輸帶寬度：90mm。1.4. 設計要求1）完全2個以上的工藝動作；2）生產(chǎn)能力達到14400瓶/小時；3）具有較高的工作效率和自動化程度；4）使用性能良好，運行穩(wěn)妥可靠，維護成本低；5）壓蓋過程沖擊盡量小，噪音控制在適當范圍內(nèi)；6）滿足傳動精度，凸輪機構、槽輪機構具備一定的耐磨性；7）工作過程安全可靠。系統(tǒng)運動方案設計確定系統(tǒng)的工藝動作之后，需選擇適宜的機構型式將其實現(xiàn)，故這一過程也稱為機構的選型[2]，它需要考慮多方面的因素，如運動變換要求、尺寸限制、制造成本、動力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。2.1. 原動機類型的選擇在機械系統(tǒng)設計過程中，原動機的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)，因為它直接影響到動力輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運行效率和總體結(jié)構?，F(xiàn)代機械中，常見的原動機有熱機、電動機、液動機和氣動機，各自具有不同的特點和應用。熱機包括蒸汽機和內(nèi)燃機，其應用范圍相對單一，主要用于經(jīng)常變換工作場所的機械設備和運輸車輛。電動機在現(xiàn)代機械中應用最為廣泛，尤其是交流異步電動機，其具有結(jié)構簡單，價格低廉，動力源方便等優(yōu)點，但功率系數(shù)較低，且調(diào)速不便，適用于運行環(huán)境比較穩(wěn)定、調(diào)速范圍窄的場合。液動機一般調(diào)速方便，且傳動鏈較短，但需配備液壓站，成本較高。當只需實現(xiàn)簡單的運動變換時，氣動機較為方便，其缺點是有一定的噪聲。本設計中對原動機的要求為：運行環(huán)境穩(wěn)定、結(jié)構簡單、成本較低，綜合以上各種原動機的特點，選擇交流異步電動機作為壓蓋機的原動機。2.2. 減速器類型的選擇減速器是指原動機與工作機之間獨立封鎖式傳動裝置， 用來減低轉(zhuǎn)速并相應地增大轉(zhuǎn)矩。減速器種類繁多，一般可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。齒輪減速器的優(yōu)點是結(jié)構簡單，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，安裝方便，其缺點是傳動比的分配比較麻煩；而蝸桿減速器具有結(jié)構緊湊，傳動比大，噪音低等優(yōu)點，但容易引起發(fā)熱、漏油、渦輪磨損等問題。行星齒輪減速器[3]的主要特點有：結(jié)構緊湊、重量輕、體積小、傳動比大等優(yōu)點，但其結(jié)構比較復雜，制造和安裝較為困難，成本也高。在本設計中，對減速器要求為：傳動比較小，結(jié)構盡量簡單，成本低廉，制造安裝方便。綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點，選擇圓柱-圓錐齒輪減速器作為啤酒壓蓋機的減速器。2.3. 實現(xiàn)壓蓋動作的機構選擇在壓蓋機中，推桿的運動為復合運動，即回轉(zhuǎn)運動與具有特定運動規(guī)律的上下往返運動。滿足這種要求的機構有很多，在此僅討論曲柄滑塊機構和凸輪機構。曲柄滑塊機構圖1曲柄滑塊機構圖1所式為典型的曲柄滑塊機構，具有結(jié)構簡單，零件加工容易，易實現(xiàn)所需動作要求等優(yōu)點，但其結(jié)構零件重用性差，比較適合于執(zhí)行機構不改變的系統(tǒng)。凸輪機構圖2凸輪機構凸輪機構的特點是結(jié)構簡單、緊湊，能精確實現(xiàn)所需的運動軌跡，其缺點是從動件行程不宜過大，且曲面加工成本較高。適用于傳力較小、運動靈活、運動規(guī)律復雜的場合。本設計中，推桿的運動規(guī)律較為復雜，既有繞中心軸的旋轉(zhuǎn)運動，也有按給定規(guī)律往返的上下運動，結(jié)合以上兩種機構的特點分析，選擇凸輪機構能夠滿足要求。2.4. 實現(xiàn)裝箱動作的機構選擇瓶子壓蓋完成后，每四瓶進行一次裝箱，而三次可裝滿一箱。這個動作須由間歇機構完成，包括槽輪機構、棘輪機構和不完全齒輪齒條機構 [4]。槽輪機構圖3單銷四槽外槽輪機構槽輪機構的特點是結(jié)構簡單，工作可靠，易加工，轉(zhuǎn)角準確，機械效率高。常被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速。棘輪機構圖4棘輪機構棘輪機構的優(yōu)點是結(jié)構簡單，制造方便，能將連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成單向步進運動，但工作時常伴有振動，齒尖磨損，傳動平穩(wěn)性差，因此它的工作頻率不能過高。不完全齒輪齒條機構圖5不完全齒輪齒條機構不完全齒輪齒條機構的優(yōu)點是結(jié)構簡單，容易制造，允許選擇的范圍比棘輪機構和槽輪機構的大，因而設計靈活。其缺點是從動輪在轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有突變，沖擊較大，故一般只適用于低速、輕載的工作條件。綜合以上分析，結(jié)合壓蓋機的工作條件，選擇槽輪機構實現(xiàn)間歇運動。另外，為了保證箱子每裝四瓶能夠直線移動一次，還需將齒輪與槽輪固結(jié)，再通過齒輪齒條嚙合實現(xiàn)箱子的間歇直線移動。2.5. 系統(tǒng)運動方案的確定綜合以上的分析，最終確定的系統(tǒng)運動方案見下表

:表1系統(tǒng)運動方案原動機

減速器

壓蓋結(jié)構

間歇機構

轉(zhuǎn)動-直移交流異步電動機

齒輪減速器

空間圓柱凸輪

槽輪

齒輪齒條2.6. 繪制系統(tǒng)運動循環(huán)圖為了表達壓蓋機各執(zhí)行機構在一個運動循環(huán)中各動作的協(xié)調(diào)配合關系，選擇推桿的上下位移、槽輪的轉(zhuǎn)角、齒條的直線位移為對象，以推桿繞空間凸輪主軸旋轉(zhuǎn)一周為一個運動周期，畫出系統(tǒng)運動循環(huán)圖，結(jié)果如下：圖