機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)

1、 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算說明書設(shè)計(jì)題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 學(xué) 院 ： 專 業(yè) ：班 級(jí) ：學(xué) 號(hào)： 設(shè) 計(jì) 者： 指導(dǎo)教師： xx年xx月xx日xxxxx學(xué)院目 錄一 設(shè)計(jì)任務(wù)書及工作要求3二 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的比較與選擇4三 功能分解圖、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作分解圖5四 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案圖7五 工作循環(huán)圖8六 各主要機(jī)構(gòu)的工作原理及設(shè)計(jì)8七 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程11八 設(shè)計(jì)結(jié)果27 九 設(shè)計(jì)小結(jié)29十 參考資料30第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)書及工作要求圖1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)一、設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù)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

2、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(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)見下表：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/mina600144010二、設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)上，由壓蓋機(jī)構(gòu)壓入（或通過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)間歇傳動(dòng)。為保證

3、停歇可靠，還應(yīng)有定位（鎖緊）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（鎖緊）機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)等。三、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，并在圖紙上畫出傳動(dòng)系統(tǒng)圖；3.圖紙上畫出旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的運(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)線圖。圖解法或解析法設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)；5.凸輪機(jī)構(gòu)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)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及

4、凸輪廓線圖； 6.齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算；7.編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書；第二部分 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的比較與選擇一、減速器選用定軸輪系減速，減速器分為三級(jí)減速，第一級(jí)為皮帶傳動(dòng)（可對(duì)電動(dòng)機(jī)起到過載保護(hù)作用），后兩級(jí)為齒輪傳動(dòng)。設(shè)計(jì)示意圖如下：二、灌裝功能選用凸輪機(jī)構(gòu)，因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定位且定位效果好，精度高，與該工位要求相符，而連桿機(jī)構(gòu)只能瞬時(shí)定位三、壓蓋功能選用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，比凸輪機(jī)構(gòu)更適用，因?yàn)樵摴の徊恍枰L(zhǎng)時(shí)間定位,而且曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，更容易設(shè)計(jì)制造（另外到灌裝和壓蓋工位的傳動(dòng)上采用鏈條傳動(dòng),這樣能保證較精確的傳動(dòng)比，使得灌裝和壓蓋能較精確地完成）四、間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)方案一：由不完全齒輪實(shí)

5、現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：標(biāo)準(zhǔn)直齒輪與不完全齒輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)靈活，容易制造,另外與其他間歇機(jī)構(gòu)相比，其運(yùn)動(dòng)系數(shù)可在較大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)缺點(diǎn)：從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開始和終止時(shí)，角速度有突變，沖擊較大且只能實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)而不能實(shí)現(xiàn)自我定位方案二：由間歇式凸輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)緊湊，定位精確，可以通過選擇適當(dāng)?shù)膹膭?dòng)盤運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)減小動(dòng)載荷，避免剛性沖擊和柔性沖擊，傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，承載能力高，適用于高速高精度要求缺點(diǎn)：凸輪工作曲面復(fù)雜，精度要求高，設(shè)計(jì)加工困難，而且安裝調(diào)整要求高,因而經(jīng)濟(jì)成本高方案三：由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單容易制造,槽輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)且能較好地定位，運(yùn)動(dòng)較為平穩(wěn)工作可靠

6、，轉(zhuǎn)位迅速、機(jī)械效率高便于灌裝和壓蓋的進(jìn)行缺點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)中有較大的動(dòng)載荷，在銷輪進(jìn)入和脫出槽輪時(shí)會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊，故常使用于速度要求不太高的場(chǎng)合 由于灌裝機(jī)的工作速度及精度要求都不太高，綜合考慮，選用方案三五、總運(yùn)動(dòng)方案由以上比較分析，最終選定總運(yùn)動(dòng)方案如下：選用定軸輪系減速，灌裝工位選用凸輪機(jī)構(gòu)，壓蓋工位選用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)選用槽輪機(jī)構(gòu)第三部分 功能分解圖、執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作分解圖功能分解圖如下圖：工位1：輸入空瓶工位2：灌裝工位3：封口工位4：輸出包裝好的容器第四部分 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案圖旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖:電動(dòng)機(jī)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

7、，齒輪5又帶動(dòng)齒輪6，從而形成三級(jí)減速。錐齒輪7傳給錐齒輪8 ，與錐齒輪8同軸的銷輪9帶動(dòng)槽輪10，槽輪10又通過軸傳給轉(zhuǎn)臺(tái)使其間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，完成瓶子間歇傳遞，以保證工作時(shí)間。 與錐齒輪7同軸的帶輪11以相同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)通過皮帶傳給輪轂12用來(lái)運(yùn)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(dǎo)桿17進(jìn)而完成灌裝過程。齒輪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(jìn)行豎直往復(fù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)軟木塞，完成壓蓋過程。第五部分 工作循環(huán)圖第六部分 各主要機(jī)構(gòu)的工作原理及設(shè)計(jì)1、送料

8、/出料功能固定工作臺(tái)下面的輸送帶傳輸瓶子固定工作臺(tái)加上兩塊擋板,便于瓶子進(jìn)出工位多工位轉(zhuǎn)臺(tái)2、灌裝功能采用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)液體的灌裝開始時(shí)滾子處在遠(yuǎn)休止角位置，活塞堵住管口；回程時(shí)活塞向上運(yùn)動(dòng)，管口打開，液體開始流入瓶中；到達(dá)近休止角位置時(shí)，活塞停止；推程時(shí)活塞向下運(yùn)動(dòng)，回到遠(yuǎn)休止角位置堵住管口，完成一個(gè)循環(huán)。3、壓蓋功能采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)瓶子的封口壓蓋齒輪（齒輪與曲柄為一體）帶動(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)，使得滑塊直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)瓶子進(jìn)入壓蓋這個(gè)工位時(shí)，滑塊從最高位置到達(dá)最低位置，將木塞壓入瓶口完成壓蓋。第七部分 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程1、凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析此凸輪用于灌裝工位，利用遠(yuǎn)近休止來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞開關(guān)的關(guān)閉，從而

9、控制流體的灌裝，將其選定為對(duì)心直動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪，行程為40mm,以下為推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：為了更好的利用反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)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)06060180180240240360位移（mm）404000040根據(jù)上表利用軟件可以將凸輪的三維模型設(shè)計(jì)出來(lái)，具體過程：1、設(shè)置凸輪參數(shù)：2、設(shè)置凸輪分段參數(shù) 凸輪轉(zhuǎn)速較低，推程回程可以采用等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。參數(shù)分別設(shè)置為：060為遠(yuǎn)休止階段；60180為回程階段，等加速規(guī)律；180240為近休止階段；240360為推程階段，等加速規(guī)律。如下圖：3、生成三維模型理論輪廓線草圖 三維模型4、導(dǎo)出凸輪的參數(shù)表：階段位移行

10、程備注第1階段:停止（遠(yuǎn)休止）0604040運(yùn)動(dòng)規(guī)律：停止待添加的隱藏文字內(nèi)容2第2階段:回程60180400運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等加速（拋物線）604063.539.93196739.727870.539.38757438.911177.538.29868137.5584.536.66538835.644491.534.48759533.194498.531.765310230.2105.528.498610926.6611112.524.687511622.5778120.519.668112417.4222127.515.312513113.3389134.511.50141389.8141.58

11、.23471456.8056148.55.51251524.3556155.53.33471592.45162.51.70141661.0889169.50.61251730.2722176.50.06811800第3階段:停止(近休止)18024000運(yùn)動(dòng)規(guī)律：停止第4階段:推程240360040運(yùn)動(dòng)規(guī)律：等加速（拋物線）2400243.50.06812470.2722250.50.61252541.0889257.51.70142612.45264.53.33472684.3556271.55.51252756.8056278.58.23472829.8285.511.501428913.

12、3389292.515.312529617.4222300.520.331930422.5778307.524.687531126.6611314.528.498631830.2321.531.765332533.1944328.534.487533235.6444335.536.665333937.55342.538.298634638.9111349.539.387535339.7278356.539.9319360405.最大壓力角與最小曲率半徑曲率半徑公式 曲線方程 等加速等減速規(guī)律從動(dòng)件位移其中，=60mm h=40mm =10r/min ，代入以上公式，由matlab解得： =22

13、mm 由 ，可選擇=10mm6、滾輪、活塞推桿、彈簧、漏斗的設(shè)計(jì) 先設(shè)定基本尺寸如下：活塞推桿總長(zhǎng)度l=156mm活塞長(zhǎng)度 漏斗內(nèi)腔高度滾輪半徑=10mm 寬度為18mm （其他尺寸根據(jù)5的計(jì)算結(jié)果，結(jié)合以上基本尺寸設(shè)定） 各零件的三維模型及裝配如下圖： 2、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析1、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)該機(jī)構(gòu)用于封裝壓蓋工位，設(shè)定為對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，參數(shù)設(shè)定為：滑塊長(zhǎng)度 =70mm封口軟木塞的長(zhǎng)度 =35mm軟木塞壓入瓶口的距離為 h=20mm滑塊工作距離為：l=20mm 曲柄長(zhǎng)度a=50 連桿長(zhǎng)度b=200根據(jù)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖畫出滑塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如下：當(dāng)s=20mm時(shí)，=137.932、最

14、小傳動(dòng)角建立如下圖所示坐標(biāo)系：其中壓力角為,a=5cm,b=20cm由|ab|=，當(dāng)y=-23時(shí)，得137.93在oab中，由余弦定理，得= =2=則14.4775，即故=9014.4775=75.52253、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的三維模型4、連桿機(jī)構(gòu)速度、加速度分析曲線圖3、間歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析由于設(shè)計(jì)灌裝速度為10r/min，因此每個(gè)工作間隙為6s，轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)60用時(shí)1s，停留5s，由此可知：=6s =1s= rad/s =（為槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，為主動(dòng)件回轉(zhuǎn)一周的時(shí)間,為運(yùn)動(dòng)系數(shù)） 設(shè)定槽數(shù)和圓銷數(shù)：槽數(shù)z=6圓銷數(shù)k=11、 槽輪機(jī)構(gòu)的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)：其他相關(guān)數(shù)據(jù)：銷輪、槽輪軸心之間的距離為d=240，槽輪的基圓直徑d0=3002、 間歇機(jī)構(gòu)的三維模型如下圖：4、原動(dòng)機(jī)的選擇及減速設(shè)計(jì)1、原動(dòng)機(jī)采用y系列三相異步電動(dòng)機(jī),型號(hào)y132m-4，其轉(zhuǎn)速為1440r/min,2、減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 減速機(jī)構(gòu)定為三級(jí)減速，第一級(jí)為皮帶傳動(dòng)，后兩級(jí)都為齒輪傳動(dòng)，具體設(shè)計(jì)示意圖及參數(shù)如下：1、2為皮帶輪：i122.53、4、5、6為齒輪：z3=28 z4=134z5=29 z6=116i34=z4/z3=134/28=4.8i56=z6/z5=116/29=4n1=n/(i12*i34*i56)=1440/(2.54.84)=