機械原理課程設計---旋轉型灌裝機

1、<p><b>　　機械原理課程設計</b></p><p><b>　　設計計算說明書</b></p><p>　　設計題目：旋轉型灌裝機 </p><p><b>　　學 院 ： </b></p>

2、<p><b>　　專 業(yè) ：</b></p><p><b>　　班 級 ：</b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p><b>　　設 計 者： </b></p><p><b>　　指導

3、教師：</b></p><p><b>　　XX年XX月XX日</b></p><p><b>　　xxxxx學院</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一 設計任務書及工作要求……………………………………3</p>

4、;<p>　　二 機械運動方案的比較與選擇………………………………4</p><p>　　三 功能分解圖、執(zhí)行機構動作分解圖………………………5</p><p>　　四 機構運動總體方案圖………………………………………7</p><p>　　五 工作循環(huán)圖…………………………………………………8</p><p>　　六 各主要機

5、構的工作原理及設計……………………………8</p><p>　　七 執(zhí)行機構的設計過程………………………………………11</p><p>　　八 設計結果……………………………………………………27</p><p>　　九 設計小結……………………………………………………29十 參考資料……………………………………………………30</p><p&

6、gt;　　第一部分 設計任務書及工作要求</p><p>　　一、設計題目及原始數據</p><p>　　設計旋轉型灌裝機。在轉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），轉臺有多工位停歇，以實現灌裝、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。<

7、;/p><p>　　該機采用電動機驅動，傳動方式為機械傳動。技術參數見下表：</p><p><b>　　二、設計方案提示</b></p><p>　　1.采用灌瓶泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。</p><p>　　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上，由壓蓋機構壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在）瓶口

8、。設計者只需設計作直線往復運動的壓蓋機構。壓蓋機構可采用移動導桿機構等平面連桿機構或凸輪機構。</p><p>　　3.此外，需要設計間歇傳動機構，以實現工作轉臺間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有定位（鎖緊）機構。間歇機構可采用槽輪機構、不完全齒輪機構等。定位（鎖緊）機構可采用凸輪機構等。</p><p><b>　　三、設計任務</b></p><

9、p>　　1.旋轉型灌裝機應包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等三種常用機構；</p><p>　　2.設計傳動系統并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統圖；</p><p>　　3.圖紙上畫出旋轉型灌裝機的運動方案簡圖，并用運動循環(huán)圖分配各機構運動節(jié)拍；</p><p>　　4.電算法對連桿機構進行速度、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

10、構；</p><p>　　5.凸輪機構的設計計算。按凸輪機構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；</p><p>　　6.齒輪機構的設計計算；</p><p>　　7.編寫設計計算說明書；</p><p>　　第二部分

11、 機械運動方案的比較與選擇</p><p><b>　　一、減速器</b></p><p>　　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：</p><p><b>　　二、灌裝功能</b></p><p>　　選

12、用凸輪機構，因為凸輪機構能實現長時間定位且定位效果好，精度高，與該工位要求相符，而連桿機構只能瞬時定位</p><p><b>　　三、壓蓋功能</b></p><p>　　選用曲柄滑塊機構，比凸輪機構更適用，因為該工位不需要長時間定位,而且曲柄滑塊機構結構相對簡單，更容易設計制造</p><p>　?。硗獾焦嘌b和壓蓋工位的傳動上采用鏈條傳動

13、,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）</p><p><b>　　四、間歇運動機構</b></p><p>　　方案一：由不完全齒輪實現轉臺的間歇轉動</p><p>　　優(yōu)點：標準直齒輪與不完全齒輪結構簡單，設計靈活，容易制造,另外與其他間歇機構相比，其運動系數可在較大的范圍內調節(jié)</p><p>

14、;　　缺點：從動輪在轉動開始和終止時，角速度有突變，沖擊較大且只能實現間歇轉動而不能實現自我定位</p><p>　　方案二：由間歇式凸輪實現轉臺的間歇轉動</p><p>　　優(yōu)點：結構緊湊，定位精確，可以通過選擇適當的從動盤運動規(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</p><p>　　缺點：凸輪工作曲面復雜，精

15、度要求高，設計加工困難，而且安裝調整要求高,因而經濟成本高</p><p>　　方案三：由槽輪機構實現轉臺的間歇轉動</p><p>　　優(yōu)點：結構簡單容易制造,槽輪機構能實現間歇轉動且能較好地定位，運動較為平穩(wěn)工作可靠，轉位迅速、機械效率高便于灌裝和壓蓋的進行</p><p>　　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生柔性沖擊，故常使用于速度要求

16、不太高的場合</p><p>　　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</p><p><b>　　五、總運動方案</b></p><p>　　由以上比較分析，最終選定總運動方案如下：</p><p>　　選用定軸輪系減速，灌裝工位選用凸輪機構，壓蓋工位選用曲柄滑塊機構，間歇運動機構選用槽輪機構&

17、lt;/p><p>　　第三部分 功能分解圖、執(zhí)行機構動作分解圖</p><p><b>　　功能分解圖如下圖：</b></p><p>　　工位1：輸入空瓶工位2：灌裝工位3：封口</p><p>　　工位4：輸出包裝好的容器</p><p>　　第四部分 機構運動總體方案圖&l

18、t;/p><p>　　旋轉型灌裝機的運動方案簡圖:</p><p>　　①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，齒輪5又帶動齒輪6，從而形成三級減速。</p><p>　　②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又通過軸傳給轉臺使其間歇轉動，完成瓶子間歇傳遞，以保證工作時間。 </p>

19、<p>　?、叟c錐齒輪7同軸的帶輪11以相同角速度轉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。</p><p>　?、荦X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。&l

20、t;/p><p>　　第五部分 工作循環(huán)圖</p><p>　　第六部分 各主要機構的工作原理及設計</p><p><b>　　1、送料/出料功能</b></p><p>　?、俟潭üぷ髋_下面的輸送帶傳輸瓶子</p><p>　　②固定工作臺加上兩塊擋板,便于瓶子進出工

21、位</p><p><b>　?、鄱喙の晦D臺</b></p><p><b>　　2、灌裝功能</b></p><p>　　采用凸輪機構實現液體的灌裝</p><p>　　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

22、塞向下運動，回到遠休止角位置堵住管口，完成一個循環(huán)。</p><p><b>　　3、壓蓋功能</b></p><p>　　采用曲柄滑塊機構實現瓶子的封口壓蓋</p><p>　　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。</p>&l

23、t;p>　　第七部分 執(zhí)行機構的設計過程</p><p>　　1、凸輪機構的設計分析</p><p>　　此凸輪用于灌裝工位，利用遠近休止來實現活塞開關的關閉，從而控制流體的灌裝，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：</p><p>　　為了更好的利用反轉法設計凸輪，根據上圖以表格的形式表示出位移和轉角的關

24、系:</p><p>　　根據上表利用軟件可以將凸輪的三維模型設計出來，具體過程：</p><p><b>　　1、設置凸輪參數：</b></p><p>　　2、設置凸輪分段參數 凸輪轉速較低，推程回程可以采用等加速等減速運動規(guī)律。參數分別設置為：0~60°為遠休止階段；60°~180°為回程階段，等加速

25、規(guī)律；180°~240°為近休止階段；240°~360°為推程階段，等加速規(guī)律。</p><p><b>　　如下圖：</b></p><p><b>　　3、生成三維模型</b></p><p><b>　　理論輪廓線草圖</b></p><

26、;p><b>　　三維模型</b></p><p>　　4、導出凸輪的參數表：</p><p>　　5.最大壓力角與最小曲率半徑</p><p>　　曲率半徑公式 </p><p>　　曲線方程 </p><p>　　等加速等減速規(guī)律從動件位移</p>&

27、lt;p>　　其中，=60mm h=40mm =10r/min ，代入以上公式，</p><p>　　由Matlab解得：</p><p><b>　　=~</b></p><p>　　22mm </p><p>　　由 ，可選擇=10mm</p><p>　

28、　6、滾輪、活塞推桿、彈簧、漏斗的設計</p><p>　?、?先設定基本尺寸如下：</p><p>　　活塞推桿總長度l=156mm</p><p><b>　　活塞長度 </b></p><p><b>　　漏斗內腔高度</b></p><p>　　滾輪半徑=10mm

29、寬度為18mm </p><p>　?。ㄆ渌叽绺鶕?的計算結果，結合以上基本尺寸設定）</p><p>　　⑵ 各零件的三維模型及裝配如下圖：</p><p>　　2、曲柄滑塊機構的設計分析</p><p>　　1、曲柄滑塊機構的尺寸參數設計</p><p>　　該機構用于封裝壓蓋工位，設定為對心曲柄滑塊機構，參數設

30、定為：</p><p>　　滑塊長度 =70mm</p><p>　　封口軟木塞的長度 =35mm</p><p>　　軟木塞壓入瓶口的距離為 h=20mm</p><p>　　滑塊工作距離為：Δl=20mm</p><p><b>　　曲柄長度a=50</b></p><

31、p><b>　　連桿長度b=200</b></p><p>　　根據運動循環(huán)圖畫出滑塊的運動規(guī)律，如下：</p><p>　　當S=20mm時，φ=137.93°</p><p><b>　　2、最小傳動角</b></p><p>　　建立如下圖所示坐標系：</p>&

32、lt;p>　　其中壓力角為,a=5cm,b=20cm</p><p>　　由|AB|=，當y=-23時，得</p><p><b>　　137.93°</b></p><p>　　在△OAB中，由余弦定理，得</p><p><b>　　== =2=</b></p>&

33、lt;p>　　則14.4775°，即</p><p>　　故=90°—14.4775°=75.5225°</p><p>　　3、曲柄滑塊機構的三維模型</p><p>　　4、連桿機構速度、加速度分析曲線圖</p><p>　　3、間歇機構的設計分析</p><p>　　

34、由于設計灌裝速度為10r/min，因此每個工作間隙為6s，轉臺每轉動60°用時1s，停留5s，由此可知：</p><p><b>　　=6s =1s</b></p><p><b>　　== rad/s</b></p><p>　　=（為槽輪的運動時間，為主動件回轉一周的時間,為運動系數）</p>

35、<p><b>　　設定槽數和圓銷數：</b></p><p><b>　　槽數z=6</b></p><p><b>　　圓銷數k=1</b></p><p>　　槽輪機構的尺寸參數設計：</p><p>　　其他相關數據：銷輪、槽輪軸心之間的距離為d=240，槽

36、輪的基圓直徑d0=300</p><p>　　間歇機構的三維模型如下圖：</p><p>　　4、原動機的選擇及減速設計</p><p>　　1、原動機采用Y系列三相異步電動機,型號Y132M-4，其轉速為1440r/min,</p><p><b>　　2、減速機構設計 </b></p><p>

37、;　　減速機構定為三級減速，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如下：</p><p>　　1、2為皮帶輪：i12＝2.5</p><p>　　3、4、5、6為齒輪：z3=28 z4=134</p><p>　　z5=29 z6=116</p><p>　　i34=z4/z3=134/28=4.8</p&g

38、t;<p>　　i56=z6/z5=116/29=4</p><p>　　n1=n/(i12*i34*i56)=1440/(2.5×4.8×4)=30r/min</p><p>　　第八部分 設計結果</p><p>　　運用solidworks2008先繪出各部分的三維模型，然后進行模擬裝配，得到裝配簡圖，如下：

39、</p><p>　　第九部分 設計小結</p><p>　　第十部分 參考資料</p><p>　　【1】《機械原理》 高等教育出版社 鄒慧君等 主編 （第二版） 2006 </p><p>　　【2】《機械原理課程設計》 科學出版社 王淑仁主編 2006 </p>