機械原理課程設(shè)計旋轉(zhuǎn)型灌裝機

1、佳木斯大學 機械工程學院 機械原理課程設(shè)計機械原理課程設(shè)計說明書姓 名： 學 號： 專 業(yè)：指導教師： 2015年6月8日機械基礎(chǔ)教研室佳木斯大學 機械工程學院佳木斯大學 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目 4 ：旋轉(zhuǎn)型灌裝機設(shè)計內(nèi)容：圖1所示旋轉(zhuǎn)型灌裝機。輸送帶將空瓶間歇輸送至固定臺，并由轉(zhuǎn)臺停歇旋轉(zhuǎn)帶動至不同工位，包括：灌裝（工位1）、壓塞（工位2）、封口（工位3）以及輸出包裝好的容器（工位4）。輸送帶、轉(zhuǎn)臺以及壓塞的工作循環(huán)圖如圖 1（b）所示。設(shè)計參數(shù)：t=1s，l150mm，h=50mm。圖1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機設(shè)計要求：1 依據(jù)旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作要求（輸送帶、轉(zhuǎn)臺、壓塞），設(shè)計機構(gòu)實現(xiàn)形式，

2、且不少于6種；2 選擇合理的機構(gòu)形式，依據(jù)設(shè)計參數(shù)設(shè)計相應(yīng)機構(gòu)的幾何參數(shù)；3（選作）依據(jù)機構(gòu)形式及幾何參數(shù)，采用三維繪圖軟件對機構(gòu)進行運動過程動態(tài)仿真；4 設(shè)計說明書 1 份（應(yīng)包含設(shè)計主要內(nèi)容） 。參考文獻：1 王淑仁. 機械原理課程設(shè)計m. 北京 科學出版社，2012：p221-222，課程設(shè)計題選 8.20.2 目錄設(shè)計任務(wù)書 11.邏輯功能分析 32.功能分析 43.運動方案的比較與選擇 64.機械系統(tǒng)運動方案的擬定 95.機構(gòu)運動總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖） 166.工作循環(huán)圖 187.執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算 218.凸輪設(shè)計分段圖輪廓圖設(shè)計結(jié)果 259. 機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)

3、計流程 2610.十一運行結(jié)果及運動線 3111.設(shè)計總結(jié) 3212參考資料 331. 邏輯功能分析灌裝機各執(zhí)行機構(gòu)包括實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)位機構(gòu)，實現(xiàn)輸瓶、灌裝、送蓋、壓蓋、卸瓶運動的機構(gòu)。各執(zhí)行機構(gòu)必須滿足工藝上的運動要求。此方案執(zhí)行構(gòu)件的功能邏輯圖如下圖所示：對容器的封口功能容器輸入輸出功能轉(zhuǎn)臺多工位停歇轉(zhuǎn)動功能瓶的定位功能對流體的灌裝流體功能封口功能壓塞功能旋轉(zhuǎn)型灌裝機圖2 灌裝機的運動功能圖 上圖即為灌裝機的邏輯功能圖，根據(jù)圖中所給的功能，結(jié)合其運動狀況，即可得到其運動方案。下面我們分析其運動狀況，根據(jù)其邏輯功能圖，我們可以知道，它的運動分為以下幾個區(qū)間，分別為：容器輸入，轉(zhuǎn)臺的工作

4、，定位瓶的位置，注入液體，壓塞，封口，輸出。又因其輸入輸出功能一致，故我們只研究其6個過程。2.運動分析容器的輸入輸出功能曲線：t傳送帶4t圖3 傳送帶的工作循環(huán)圖根據(jù)傳送帶的功能曲線，傳送帶為間歇運動，我們可以采用：槽輪，棘輪和不完全齒輪等三種機構(gòu)來實現(xiàn)它的功能要求；圖4 工作臺的工作循環(huán)圖t4t工作臺旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺工作的過程：根據(jù)工作臺的功能曲線，工作臺為間歇運動，我們可以采用：槽輪，棘輪和不完全齒輪等三種機構(gòu)來實現(xiàn)它的功能要求；壓塞的工作過程：1.2t3.8t壓塞往復運動 根據(jù)壓塞的功能曲線，壓塞運動前進時為緩慢前進，回程時急速返回，為往復運動，我們可以采用：連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)它的功能要

5、求。2t3方法都是444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444t封口/灌裝在封口工作階段以及灌裝階段，因為邏輯效果只需要一個簡單地往復運動，可以用連桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)其功能要求。其運動功能要求如下：在瓶身定位階段，需要在工作過程中對瓶身保持夾持狀態(tài)，將瓶子送到輸出傳送帶上時斷開，這是一個間歇的往復運動，可以用凸輪機構(gòu)實現(xiàn)它的功能要求。其運動功能要求如下：夾持定位15t15t綜合以上運動分析，

6、可以得到以下表格需求的功能運動實現(xiàn)功能運動的機構(gòu)傳送帶的間歇直線運動槽輪、棘輪、不完全齒輪工作臺的間歇旋轉(zhuǎn)運動槽輪、棘輪、不完全齒輪壓塞的往復直線運動連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)封口/灌裝的往復直線運動連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)定位裝置的間歇往復運動凸輪機構(gòu)綜合上表，可見本輪設(shè)計共有36種設(shè)計方案。3.執(zhí)行機構(gòu)的比較與選擇傳動帶的運動經(jīng)過調(diào)速處理，傳送帶的運動速度大致應(yīng)該維持在10r/min 12r/min的速度范圍內(nèi)，在這個范圍內(nèi)，槽輪、棘輪和不完全齒輪的低速輕載的要求都滿足，但是考慮到加工成本以及對下一級運動的配合等問題，在此選擇了槽輪機構(gòu)，且選擇靠近旋轉(zhuǎn)工作臺的輪為主動輪。工作臺的運動根據(jù)工作臺運動的邏輯

7、要求，需要其轉(zhuǎn)動60就停歇下來，所以其運動為旋轉(zhuǎn)間歇運動，且工作臺的運動方向和傳送帶的運動方向垂直，故可以采用球面槽輪來實現(xiàn)這個運動。壓塞的運動根據(jù)壓塞運動的邏輯要求，需要在工作臺轉(zhuǎn)過60后停歇的一段時間里完成一次往復運動，且其往復運動的特點是：前進緩慢，急速回程。根據(jù)這一運動邏輯，在這一過程中選擇連桿機構(gòu)來實現(xiàn)這個運動。定位功能根據(jù)題目要求，需要將瓶子夾持住轉(zhuǎn)移180，從輸入帶運送到輸出帶，中間還經(jīng)歷2次停頓，綜合來看，此運動也是一個間歇運動，在從輸入帶到輸出帶的過程中始終保持夾持工作狀態(tài)，而在從輸出帶轉(zhuǎn)回輸入帶的過程中保持不工作狀態(tài)，以備下一次運動。所以，這個邏輯功能可以由凸輪機構(gòu)來實現(xiàn)。

8、灌裝過程在灌裝過程中，需要在瓶子到達指定位置后停歇的一段時間完成一次灌裝，工作時間與壓塞過程一致，且對運動過程無特殊要求，所以用一個普通凸輪即可完成此項工作。封口過程封口過程即在壓塞過程后對壓塞瓶口處理的一個過程，其運動要求與灌裝過程幾乎一致，不過封口的運動過程需要更為迅速，以便為實際封口預留出更多時間，所以在此處我們選擇連桿機構(gòu)來完成此項運動。綜上，在本次設(shè)計中，采用的是“槽輪機構(gòu)（傳送帶）球面槽輪機構(gòu)（工作臺）凸輪機構(gòu)（定位）凸輪機構(gòu)（灌裝）連桿機構(gòu)（壓塞）連桿機構(gòu) （封口）”的設(shè)計方案。4機構(gòu)運動總體方案圖用皮帶和定軸齒輪系減速，用槽輪實現(xiàn)傳送帶的間歇運動，用球面槽輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的旋轉(zhuǎn)間歇運

9、動，傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲小，通過鏈輪傳遞給凸輪使壓蓋和灌裝能夠精確進行；槽輪機構(gòu)能實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進行。定位功能由凸輪實現(xiàn)，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動一周，定位凸輪轉(zhuǎn)動一周，完成一次夾持工作。轉(zhuǎn)臺以上的工作動力由一根皮帶傳送上去，兩邊的傳送帶由齒輪連接在一起。兩個連桿機構(gòu)中間由一個齒輪連接。注意：此處旨在表明機構(gòu)的大體運動狀態(tài)而非具體運動，所以各機構(gòu)間的連接和尺寸均不是具體位置和尺寸，以及一些不必要的部件，例如：灌裝液體的管道，壓塞中夾持瓶塞的器件和封口用的裝置均未在圖中給出。5. 工作循環(huán)圖根據(jù)各構(gòu)件之間的相互聯(lián)系，繪制出其相互之間運動時的邏輯循環(huán)關(guān)系圖

10、，圖表如下：1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s傳 送帶運動停止運動停止工 作臺停止運動停止運動定位裝置停止運動灌裝裝置正向反向正向反向壓塞裝置3.8s1.2s8.8s10s正向反向正向反向封口裝置正向反向正向反向6.執(zhí)行機構(gòu)設(shè)計過程及尺寸計算6.1減速齒輪系的設(shè)計在此處，我們用常見的圓形礦泉水瓶為例：瓶身直徑d=72mm，瓶體高度h=210mm。上圖為轉(zhuǎn)臺的俯視圖，轉(zhuǎn)臺直徑500mm，裝夾瓶子的缺口位置的直徑為76mm，內(nèi)孔直徑為40mm。右方為一塊隔板，用以將瓶子推至傳送帶上。首先，市面上一般的電機為1440r/min，而設(shè)計要求為l150mm，此時需要設(shè)定傳送帶的驅(qū)動輪直徑為50m

11、m。則 l=rt=425150 1.5rad/s。即 14.32r/min為了獲得預定的轉(zhuǎn)速，需要運用齒輪系來將其降速至1014r/min。由此可得， i1/in=1440/(1014)=103144按照單級齒輪傳動比在36之間可得，我們選取單級齒輪的傳動比為5，所以需要三級降速。r100r20由左到右，最左邊的為輸入輪，最右邊為輸出輪！i1/i4=r2 r3 r4r1 r2r3=（100x100x100）/（20x20x20）=125（120,144）從左往右，分別為齒輪1,2,2,3,3,4.設(shè)其模數(shù)相同且都為1，又有z1=z2=z3=20,z2=z3=z4=100.ha*=1.5,c*=

12、0.25，=20。所以以齒輪1和齒輪2之間的嚙合為例，可得：中心距：a=m(z1+z2)/2=1*(20+100)/2=60mm分度圓直徑：d1=m*z1=1*20mm=20mmd2=m*z2=1*100=100mm基圓直徑：db1=m*z1*cos=1*20*cos20=18.79mmdb2=m*z2*cos=1*100*cos20=93.97mm齒頂圓半徑：da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2*1)*1/2=11mmda2=(z2+2ha*)*m/2=(100+2*1)*1/2=51mm齒頂圓壓力角：a1=arccos【z1cos/（z1+2ha*）】=acrcos【20cos2

13、0/（20+2*1）】=31.32a2=arccos【z2cos/（z2+2ha*）】=acrcos【100cos20/（100+2*1）】=22.89基圓齒距：pb1=pb2=mcos=3.14*1*cos20=2.95mm重合度：a=【z1(tana4-tan)+z2(tana5-tan)】/2=【20(tan31.32-tan20)+100(tan22.89-tan20)】/2=1.76a1可連續(xù)傳動所以此組合在這段調(diào)速中可行。6.2傳送帶的槽輪的設(shè)計由l150mm公式推導可知=1.21rad/sx=r1t =1.21425 =121150.所以槽輪帶動的傳送帶的滾子r1=25mm，槽輪=傳送帶=1.21rad/s。對于槽輪幾何尺寸，我們有如下等式：r2=l1sin=l1sin(/z)s=l1cos=l1cos(/z)hs-(l1-r2-r)d12（l1-s）d22（l1-r2-r）其中z=6，n=1，通常b=310.我們假定l1=100mm，r=5mm?？傻胷2=50mm，s=86.6mm，d126.8，h41.6，d290. 6.3定位凸輪的設(shè)計由定位裝置的特殊性，它需要在工作時間內(nèi)一直保持其夾持狀態(tài)以保證瓶子不掉落以完成后續(xù)加工。所以其運動