灌裝機(jī)課程設(shè)計(jì)

機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)2007年1月19日1.題目2.設(shè)計(jì)題目及任務(wù)…………1設(shè)計(jì)題目…………1…………1…………2…………2…………2設(shè)計(jì)任務(wù)3．運(yùn)動(dòng)方案3.1方案一3.1方案二3.3方案三…………23.4凸輪式灌裝機(jī)…………44.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖5.尺寸設(shè)計(jì)…………4…………45.1蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)…………55.2齒輪設(shè)計(jì)…………5…………55.3傳送帶設(shè)計(jì)5.4曲柄滑塊設(shè)計(jì)…………55.5平行四邊形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………55.6槽輪的設(shè)計(jì)…………56.電算法與運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖………………………66.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖…………………66..2平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖…………67.小結(jié)……………87.2設(shè)計(jì)小結(jié)……………………88.參考數(shù)目………………………89.附圖――方案一二機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖一、題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)題目及任務(wù)2．1設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。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?yàn)楸ＷC這些工位上能夠準(zhǔn)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。圖1旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)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1表1旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)技術(shù)參數(shù)方案號(hào)轉(zhuǎn)臺(tái)直徑mm600電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min1440灌裝速度r/min10AB5501440122.2設(shè)計(jì)任務(wù)1．旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等三種常用機(jī)構(gòu)。2．設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。3.圖紙上畫(huà)出旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)地運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，并用運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分配各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍。4.電算法對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度分析，繪出運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖。用圖解法或解析法設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)。5．凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。按凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤(pán)狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線(xiàn)、實(shí)際廓線(xiàn)值。畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線(xiàn)圖及凸輪廓線(xiàn)圖6.齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。7．編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。8.完成計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示。2.3設(shè)計(jì)提示1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。2．采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可以由氣泵吸附在壓蓋機(jī)構(gòu)上，由壓蓋機(jī)構(gòu)壓入（或通過(guò)壓蓋模將瓶蓋緊固在瓶口）。設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)作直線(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓蓋機(jī)構(gòu)。壓蓋機(jī)構(gòu)可采用移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)。3.此外，需要設(shè)計(jì)間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（縮緊）機(jī)構(gòu)。間歇機(jī)構(gòu)可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等。定位縮緊機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)等。三、運(yùn)動(dòng)方案3.1方案一：（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)附圖）用定軸輪系減速，由不完全齒輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪與不完全齒輪均便于加工。缺點(diǎn)：一方面，傳動(dòng)比過(guò)大，用定軸輪系傳動(dòng)時(shí)，占用的空間過(guò)大，使整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得臃腫，且圓錐齒輪加工較困難；另一方面，不完全齒輪會(huì)產(chǎn)生較大沖擊，同時(shí)只能實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)而不能實(shí)現(xiàn)自我定位。3.2方案二：灌裝與壓蓋部分采用如圖所示的等寬凸輪，輸送部分采用如圖所示的步進(jìn)式傳輸機(jī)構(gòu)。缺點(diǎn)：等寬凸輪處會(huì)因摩擦而磨損，從而影響精確度；步進(jìn)式傳輸機(jī)構(gòu)在輸出瓶子的時(shí)候，需要一運(yùn)動(dòng)精度高的撥桿。3.3方案三：1．如圖所示，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，經(jīng)蝸桿渦輪減速；通過(guò)穿過(guò)機(jī)架的輸送帶輸入輸出瓶子；由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)與定位；壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)采用同步的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，另外，在壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)中，分別設(shè)置了進(jìn)料口、進(jìn)蓋口以及余料的出口，如上圖所示。此方案為我們最終所選擇的方案。2.優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：蝸輪蝸桿傳動(dòng)平衡，傳動(dòng)比大，使結(jié)構(gòu)緊湊；傳送帶靠摩擦力工作，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲?。徊圯啓C(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進(jìn)行。缺點(diǎn)：在平行四邊行機(jī)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)，在機(jī)構(gòu)慣性不大時(shí)會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行；由于機(jī)構(gòu)尺寸的限制，槽輪需用另外的電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)。3.4在設(shè)計(jì)過(guò)程中，曾考慮過(guò)用下圖的凸輪機(jī)構(gòu)作為壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)，從而六個(gè)工位連續(xù)工作，以提高效率，但考慮到輸送裝置等各方面原因后，放棄了此方案。四、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為參考（與槽輪的導(dǎo)輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度相同）工作轉(zhuǎn)臺(tái)停止轉(zhuǎn)動(dòng)停止灌裝壓蓋退機(jī)構(gòu)的滑塊進(jìn)060120150180240300360五、尺寸設(shè)計(jì)5.1蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)：齒數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（0）螺旋角直徑（mm）蝸輪蝸桿202525202014.04100114.045005.2齒輪設(shè)計(jì)（下圖所示的惰輪以及與其嚙合的一對(duì)齒輪）——采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)（mm）壓力角（0）齒數(shù)直徑（mm）齒輪1齒輪252020100520603005.3傳送帶的設(shè)計(jì)速度：V=wr=72r/min*50mm每?jī)蓚€(gè)瓶子之間的距離S:t=S/v=1/(w1/6)其中w1為轉(zhuǎn)臺(tái)的角速度12r/min解得：S＝50mm5.4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計(jì)算由機(jī)構(gòu)整體尺寸，行程為137mmm，行程速比系數(shù)K＝1.4偏心距為50mmm具體設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)圖解法5.5平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于已知曲柄長(zhǎng)度為50mm，連架桿長(zhǎng)度為706.61mm，由平行四邊形定理可得出該機(jī)構(gòu)的尺寸。5.6槽輪的設(shè)計(jì)L=450mmΨ=30∴R=LsinΨ＝225mms＝LcosΨ＝389mmh≥s－（L－R－r）＝130mmd1≤2（L－s）＝60mmd2﹤2（L-R-r）＝100mm其中L為中心距圓銷(xiāo)半徑r＝30mmd1為撥盤(pán)軸的直徑d2為槽輪軸的直徑六、電算法與運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖6.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖滑塊的位移分析滑塊的速度分析滑塊的加速度分析由上述運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖知：該機(jī)構(gòu)具有急回特性，由加速度曲線(xiàn)知，該機(jī)構(gòu)沖擊較小。6.2平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)圖對(duì)A點(diǎn)進(jìn)行位移、速度、加速度分析：A點(diǎn)的加速度曲線(xiàn)位移曲線(xiàn)速度曲線(xiàn)由上述曲線(xiàn)可以看出，平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，為勻速運(yùn)動(dòng)，加速度會(huì)發(fā)生突變，因而存在著沖擊。七、小結(jié)7.1方案簡(jiǎn)介在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用到了蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)。完成了從瓶子的傳輸?shù)焦嘌b，壓蓋，最后輸出的機(jī)器。旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)，是同時(shí)要求有圓盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和傳送帶的傳送的機(jī)構(gòu)。圓盤(pán)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)部分：因?yàn)樵谙到y(tǒng)的原始要求中需要有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的特性，而工位為6個(gè)，所以在其中首先引入了可以實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的典型機(jī)構(gòu)——槽輪機(jī)構(gòu)。且槽輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是圓盤(pán)轉(zhuǎn)速的6倍，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)分別在6個(gè)工位進(jìn)行停歇。灌裝封口急回部分：灌裝和風(fēng)口雖然為兩個(gè)工位，但其的運(yùn)動(dòng)特性是一樣的，只是有一個(gè)時(shí)間的差值而已。而我們學(xué)過(guò)的有急回特性的最典型且簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)就是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因?yàn)閳A盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)為12r/min，而每一轉(zhuǎn)有6個(gè)瓶子需要進(jìn)行灌裝和封口的工序，所以需要曲柄的轉(zhuǎn)速也為72r/min。所以曲柄與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比就為20：1，所以其前面的輪系傳動(dòng)只需要完成傳動(dòng)從1440r/min到72r/min的變化，所以，在這之后用了蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)將其傳動(dòng)比直接變?yōu)?0：1。但由于在這兩個(gè)位置的方向問(wèn)題，兩個(gè)偏置曲柄滑塊為反方向的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檫@樣，又在兩個(gè)曲柄之間添加了兩對(duì)小的齒輪副，以實(shí)現(xiàn)其方向的轉(zhuǎn)換。7.2設(shè)計(jì)小結(jié)在真正開(kāi)始設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)之前，我們?cè)?jīng)有過(guò)很多想法，有些很幼稚，甚至不能算是機(jī)械專(zhuān)業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)的方案，有些又過(guò)于復(fù)雜，只能想出來(lái)，卻很難實(shí)現(xiàn)。這次課程設(shè)計(jì)，是我們第一次將本學(xué)期《機(jī)械原理》這門(mén)課程中所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際中，另外對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)也有了初步的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)，我們用了一個(gè)多月的時(shí)間，從最初的毫無(wú)頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。在這整個(gè)過(guò)程中，我們?cè)趯?shí)踐