機械原理課程設(shè)計作業(yè)

1、機械原理課程設(shè)計說明書旋轉(zhuǎn)型灌裝機起止日期： 2015 年 7 月 2 日 至 2015 年 7 月 10 日學(xué)生姓名班級機械設(shè)計制造及其自動化學(xué)號成績指導(dǎo)教師(簽字)2015年 7 月 10 日11目 錄課程設(shè)計說明書封面 0課程設(shè)計任務(wù)書 31. 設(shè)計方案 31.1工藝分解 31.2工作原理 42. 運動方案總圖 73. 運動循環(huán)圖 74. 尺寸設(shè)計 84.1凸輪設(shè)計 84.2槽輪設(shè)計 94.3齒輪設(shè)計 10 4.4其他機構(gòu)尺寸設(shè)計 115.機構(gòu)的選擇和比較 115.1傳動機構(gòu)的選擇和比較 115.2執(zhí)行機構(gòu)的選擇和比較 126. 心得體會 127. 參考資料 13課程設(shè)計任務(wù)書2014

2、2015 學(xué)年第 2 學(xué)期課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 完成期限：自 2015 年 7月 2 日 至 2015 年 7 月 10 日 共 1 周內(nèi)容及任務(wù)設(shè)計的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù)設(shè)計旋轉(zhuǎn)型自動灌裝機的機械系統(tǒng)運動方案；轉(zhuǎn)臺直徑 600 mm，驅(qū)動電機轉(zhuǎn)速 960 r/min，灌裝速度 10 r/min。1)根據(jù)工藝動作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖； 2)進行間歇運動機構(gòu)和霜盒送入機構(gòu)的選型，實現(xiàn)動作要求； 3)機械運動方案的評定和選擇；4)根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案； 5)畫出機械運動方案簡圖（機械運動示意圖）；進度安排起止日期工作內(nèi)容7.2

3、-7.3選題、準(zhǔn)備工作7.3-7.6構(gòu)思該機械運動方案7.7-7.8運動分析及作圖7.9-7.10整理說明書與答辯主要參考資料1 孫桓等機械原理北京：高等教育出版社，20142 朱理機械原理北京：高等教育出版社，20083 裘建新.機械原理課程設(shè)計北京：高等教育出版社，2010指 導(dǎo) 教 師（簽字）： 年 月 日基層教學(xué)組織負責(zé)人（簽字）： 年 月 日一、設(shè)計方案根據(jù)給定題目，方案 給出的參數(shù)，電動機轉(zhuǎn)速為960r/min,灌裝速度為 10r/min。得出如下計算：10*6/60=1 罐/s所以，灌裝的速度為 1 罐/s，由此推斷，在六工位轉(zhuǎn)臺上，每一秒鐘就要轉(zhuǎn)動一個工位，進而得知槽輪主動輪的

4、轉(zhuǎn)速為 1r/s，而六工位轉(zhuǎn)臺每一個工位相 對其轉(zhuǎn)動中心的轉(zhuǎn)角為60°，再根據(jù)槽輪的運動規(guī)律得知，主動輪在每一秒鐘 轉(zhuǎn)動過程中，只有 60°的轉(zhuǎn)動用來驅(qū)動槽輪從動輪做轉(zhuǎn)動，其余 300°的轉(zhuǎn)動用 來定位。所以，1s 的之間內(nèi)，有 1/6s 的時間工位轉(zhuǎn)動，5/6s 的時間工位靜止。 而灌裝和封蓋的過程均要在這 5/6s 的時間內(nèi)完成，以此為前提，進行我們的設(shè)計。 運動方案參數(shù)表方案號轉(zhuǎn)臺直徑 mm電動機轉(zhuǎn)速 r/min灌裝速度 r/min1600960101.1工藝分解1） 減速裝置通過對于設(shè)計方案的分析，電機同時要帶動凸輪，旋轉(zhuǎn)工作臺，封蓋旋轉(zhuǎn)工 作 臺 ， 做

5、 轉(zhuǎn) 動 。 對 于 旋 轉(zhuǎn) 工 作 臺 ， 主 動 輪 的 轉(zhuǎn) 速 為 1r/s ， 電 機 轉(zhuǎn) 速 為 960/60=16r/s，因為考慮到旋轉(zhuǎn)工作臺只是推動容器在固定工作臺上做滑動， 受力及做功并不大，再加上盡量使機械結(jié)構(gòu)較為簡單，這一級的變速直接采用蝸 輪蝸桿的減速傳動，但是考慮到蝸輪蝸桿的傳動效率低，最終仍然改為直齒圓柱 齒輪傳遞傳動比為 1:16。封蓋裝置與轉(zhuǎn)動工作臺的原理類似，要求其封蓋旋轉(zhuǎn)工作臺每 s 轉(zhuǎn)動一個工 位，則其帶動槽輪的主動輪同樣以 1r/s 的速度旋轉(zhuǎn)，所以將減速后的轉(zhuǎn)軸運動 通過不減速的傳動傳遞給其槽輪主動輪的轉(zhuǎn)軸即可。2)容器輸入輸出裝置 如圖所示 固定工作臺

6、以圖示的結(jié)構(gòu)進行制造，外圓輪廓直徑為 650mm 傳送帶貫穿其內(nèi) 部，寬度為 100mm 使得固定工作臺呈現(xiàn)“工”字形，傳送帶下方為固定工作臺支 撐，擋板和工作平面的關(guān)系如圖上。固定工作臺與旋轉(zhuǎn)工作臺安裝后如圖所示： 旋轉(zhuǎn)工作臺的大圓直徑要小于固定工作臺，大小為 600mm，槽口相對于轉(zhuǎn)動 中心為六 等陣列 分布 ，轉(zhuǎn)動 工作臺 的槽口 寬度和 深度 要與容 器的直 徑相等（80mm），槽口開 1.5*45 的倒角，旋轉(zhuǎn)工作臺的初始位置如圖，要保證有兩個槽 口與下面固定工作臺的開口相重疊。1.2工作原理傳送帶上容器以一字排列的形式傳送過來，由于傳送帶延伸至固定工作臺圓 形輪廓以內(nèi)一段距離，容器

7、由于帶傳動會自動進入槽內(nèi)并與槽底緊貼，由于槽深 與其直徑相等，故只能且剛好容下一個容器，后面的容器不會因為轉(zhuǎn)動工作臺的 轉(zhuǎn)動而出現(xiàn)卡夾的現(xiàn)象，并且容器在送料時不必遵循等間距的排列，降低工作難 度。倒角的出現(xiàn)是為了容器能更好進入，轉(zhuǎn)動工作臺直徑之所以小于固定工作 臺，是因為在其外圍固定工作臺面上還要設(shè)置擋板機構(gòu)以實現(xiàn)容器的精確定位。3)旋轉(zhuǎn)工作臺多工位間歇轉(zhuǎn)動功能 旋轉(zhuǎn)工作臺的間歇轉(zhuǎn)動由六位槽輪的間歇轉(zhuǎn)動實現(xiàn)，如上圖所示槽輪的主動輪與電機減速后的轉(zhuǎn)軸剛性連接，以 1r/s 的速度勻速轉(zhuǎn)動，槽輪 則實現(xiàn) 60°/s 的間歇轉(zhuǎn)動，并且在后 5/6s 內(nèi)實現(xiàn)定位卡緊功能，槽輪與轉(zhuǎn) 動工作臺同

8、軸剛性連接，轉(zhuǎn)臺就實現(xiàn)了每秒一個工位的間歇轉(zhuǎn)動。4)各個工位的精確定位功能 容器的定位功能通過轉(zhuǎn)動工作臺的凹槽與固定工作臺的擋板共同完成。如圖所示擋板曲率半徑 600mm，與固定工作臺剛性連接，與旋轉(zhuǎn)工作臺間隙配合，保 證旋轉(zhuǎn)工作臺的通常轉(zhuǎn)動，而且盡量緊貼。擋板的高度不低于旋轉(zhuǎn)工作臺，不得 超過其兩倍厚度。工作原理：當(dāng)容器由皮帶傳入旋轉(zhuǎn)工作臺凹槽內(nèi)后，旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動會帶 動容器一起滑動，當(dāng)容器轉(zhuǎn)動后由于失去的傳送帶的約束，可能會因為離心作用 或者不穩(wěn)定因素出現(xiàn)不能精確對心的情況，此時擋板的作用在于限制了容器的位 置，使其在很小的范圍內(nèi)移動保證了容器與凹槽圓弧圓心的對齊，實現(xiàn)了較為精 確的定位

9、。為后續(xù)灌裝和封蓋提供條件。5)對容器的灌裝封口壓力結(jié)構(gòu)（凸輪機構(gòu)） 壓力封口和灌裝由凸輪機構(gòu)實現(xiàn)，如圖所示凸輪的設(shè)計后面詳細說明，其轉(zhuǎn)速為 1r/s，每轉(zhuǎn)一周壓板會伴隨凸輪上下運 動一次，壓板上有一“接灌口處”，將流體灌口直接通入并且固定，灌口的中心 位于第二工位之上并且與第二工位凹槽圓弧的圓心共線。這樣可以實現(xiàn)灌口與壓 板的同步上下運動，控制灌口與固定工作臺平面的高度可以保證灌輸?shù)馁|(zhì)量。壓板的另一端與換蓋吸蓋裝置的上表面的接觸，完成封蓋的壓力工作?；匚?彈簧的設(shè)置是為了使得壓力裝置的上表面與凸輪緊密接觸。6)送蓋，吸蓋，換蓋裝置 換蓋及吸蓋裝置由如圖所示的零件完成轉(zhuǎn)輪上每 120°

10、;開一孔，氣泵可通入進行吸蓋，封蓋處的孔中心要與下面轉(zhuǎn) 動工作臺凹槽圓弧的圓心共線，轉(zhuǎn)軸處開方形孔，使轉(zhuǎn)輪可以在配套的方形軸上 上下滑移，并且隨著方形軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，初始位置如圖所示。罐蓋由傳送帶傳 至吸蓋口下一定距離（基本與容器口同高），呈緊密排列?？刂妻D(zhuǎn)輪間歇轉(zhuǎn)動的裝置由圖所示槽輪機構(gòu)完成槽輪主動輪與電機經(jīng)減速后主動軸剛性連接，轉(zhuǎn)速為 1r/s，使得槽輪每 1s 轉(zhuǎn)動 120°進而帶動與其同軸的轉(zhuǎn)輪 1s 轉(zhuǎn)動一個工位。槽輪另一表面的軸心處 剛性連接一方形軸，方形軸可以與槽輪一起轉(zhuǎn)動，方形軸同時通過轉(zhuǎn)輪的方形孔 并與其間隙配合，保重滑動的通暢。壓蓋及回位的原理如圖所示凸輪推動的壓

11、板與轉(zhuǎn)輪上表面接觸，并作用于轉(zhuǎn)輪的封蓋口上方，轉(zhuǎn)輪隨壓 板的上下運動而在方軸上上下滑動，并且在向上回位和遠休止的過程中通過方軸 隨槽輪轉(zhuǎn)動?？刂仆馆喌耐瞥炭梢酝瓿煞馍w的動作。工作原理：在凸輪推程的過程中，轉(zhuǎn)輪隨壓板而下降一定距離，封口吸有一 瓶蓋，完成封蓋的同時，吸蓋口在瓶蓋傳送處吸起瓶蓋，此時凸輪回程，轉(zhuǎn)輪上 升同時槽輪帶動其轉(zhuǎn)動一個工位，而后再次完成一次封蓋的吸蓋過程，如此往復(fù) 實現(xiàn)與容器同步的封蓋動作。二、運動方案總圖該系統(tǒng)由 2 個電動機驅(qū)動。電動機 1 帶動齒輪 1 轉(zhuǎn)動，齒輪 1 再與齒輪 2嚙合，實現(xiàn) 1:16 的減速，此時，齒輪 2 一方面將此運動傳給與其同軸的錐齒輪3 和銷輪

12、，錐齒輪 3 與錐齒輪 4 嚙合，傳動比 1:1，4 再帶動與其同軸的凸輪轉(zhuǎn) 動，為灌裝、壓蓋機構(gòu)的上下往復(fù)運動提供動力來源。銷輪帶動六角槽輪間歇性 轉(zhuǎn)動，1s 轉(zhuǎn)動一個工位，轉(zhuǎn)動工作臺與六角槽輪同軸，進而實現(xiàn)了每秒一個工 位的間歇性轉(zhuǎn)動。另一方面，齒輪 2 與等齒齒輪 5 嚙合，與齒輪 5 同軸的銷輪帶 動三角槽輪轉(zhuǎn)動，換蓋轉(zhuǎn)盤與其同軸，實現(xiàn)了換蓋轉(zhuǎn)盤的間歇性轉(zhuǎn)動。工作時空瓶沿傳動皮帶做勻速直線運動，被帶入轉(zhuǎn)動工作臺凹槽內(nèi)，工作臺 旋轉(zhuǎn)時，帶動空瓶轉(zhuǎn)至下一個工位，凹槽與固定工作臺的擋板實現(xiàn)定位，保證灌 裝和封蓋的順利進行。工作時，工作臺每轉(zhuǎn)動 60°，凸輪旋轉(zhuǎn)一周，帶動壓板完成一次

13、灌裝和封 蓋，并且在回程和近休止的時候換蓋盤完成一次 120°的旋轉(zhuǎn)，工作臺停歇時， 凸輪進入推程，壓板向下運動，遠休時完成灌裝和壓蓋，同時吸蓋，當(dāng)凸輪回程 和近休時，工作臺轉(zhuǎn)動，壓板的換蓋盤通過彈簧回位，同時換蓋盤完成 120°的 工位轉(zhuǎn)動。如此往復(fù)。三、運動循環(huán)圖該機械系統(tǒng)運動方案有4個執(zhí)行構(gòu)件需要進行運動協(xié)調(diào)設(shè)計。為了能比較直 觀的表示各構(gòu)件的運動在分配軸上所處的相位、起始時間和先后順序，我們在下 圖所示的運動循環(huán)圖中，按比例分別繪制了六角槽輪、旋轉(zhuǎn)工作臺、凸輪、灌裝 機構(gòu)、壓蓋機構(gòu)、三角槽輪和壓蓋轉(zhuǎn)盤的運動。由于整體機構(gòu)的工作周期為6s，所以循環(huán)圖中，旋轉(zhuǎn)工作臺每轉(zhuǎn)

14、一個工位（60°）表示1s。在這1s 中，工作臺在1/6s 內(nèi)實現(xiàn)工位的轉(zhuǎn)換，5/6s 內(nèi)停歇。 灌裝封口機構(gòu)在一次工位轉(zhuǎn)換過程中，完成一次灌裝及封口的動作。在工作臺旋 轉(zhuǎn)的同時，凸輪回程和近休，在彈簧的回復(fù)力作用下，壓板向上運動回復(fù)至原位， 壓蓋轉(zhuǎn)盤通過三角槽輪和彈簧回復(fù)力實現(xiàn)向上回位并旋轉(zhuǎn)換位；工作臺停歇時， 凸輪推程，壓板及壓蓋轉(zhuǎn)盤一起向下運動，并在凸輪遠休時進行灌裝、封口、壓 蓋轉(zhuǎn)盤的吸蓋工作?？紤]到工作的安全性，為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺的順利換位，可 以在安裝時，讓凸輪回程略微提前，工作臺再接著旋轉(zhuǎn)，避免瓶口和壓板發(fā)生碰 撞。4、 尺寸設(shè)計 4.1 凸輪設(shè)計凸輪設(shè)計如圖所示： 凸

15、輪按照圖的方位逆時針旋轉(zhuǎn)。聯(lián)系實際生產(chǎn)與各部件的位置關(guān)系，設(shè)定瓶口距泵口的間距為 7cm，泵口的 上下間歇往復(fù)運動時凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的，凸輪與推桿不存在偏距，所以可知， 凸輪的推程為 7cm，基圓半徑為100mm泵口完成一次推程和回程需在工作臺停歇的時間內(nèi)，即 5/6s。要求推程時，實力緩慢平穩(wěn)，并在遠休時有充足時間進行指定工作，所以設(shè) 定推程角 200°，遠休角 100°，回程角+近休角 60°。但是原來設(shè)計的凸輪輪廓含有凹角，會產(chǎn)生剛性沖擊，對零件有很大的損害， 影響精度并且減少壽命。所以綜合考慮凸輪輪廓和角度，設(shè)計出推程角 120°， 遠休 10

16、0°，近休 60°，這樣不但保證了這樣不僅保證了凸輪輪廓的合理，還有 足夠的時間壓蓋，灌料和進行吸蓋盤的旋轉(zhuǎn)工作。并且在推程回程與遠休的轉(zhuǎn)換 處，在保證精度的同時，加入了圓角，增加適當(dāng)?shù)幕《葴p緩沖擊，增加運動平穩(wěn) 性。4.2槽輪尺寸設(shè)計此六角槽輪為帶動旋轉(zhuǎn)工作臺實現(xiàn)旋 轉(zhuǎn)間歇運動，由旋轉(zhuǎn)工作臺半徑來假設(shè) 六角槽輪半徑100mm。圓柱銷與槽輪中 心線相切，槽輪兩槽間夾角為60°。由 幾何關(guān)系可求出圓柱銷半徑為 100tan30°mm，兩輪中心間距為100/cos30°mm。 當(dāng)圓柱銷帶動槽輪旋轉(zhuǎn)至與中心線重 合時，假設(shè)槽輪槽寬30mm，可得出槽輪

17、 基圓半徑為（100/cos30°-100tan30°）mm。此三角槽輪為帶動壓蓋轉(zhuǎn)盤實 現(xiàn)旋轉(zhuǎn)間歇運動，由壓蓋轉(zhuǎn)盤半 徑來假設(shè)三角槽輪半徑50mm。圓 柱銷與槽輪中心線相切，槽輪兩 槽間夾角為120°。由幾何關(guān)系可求出圓柱銷半徑 為50tan60°mm，兩輪中心間距 為50/cos60°mm。當(dāng)圓柱銷帶動 槽輪旋轉(zhuǎn)至與中心線重合時，假設(shè)槽輪槽寬6mm，可得出槽輪基圓半徑為（50/cos60°-50tan60°）mm。4.3齒輪設(shè)計減速齒輪1：模數(shù)1，齒數(shù)20，標(biāo)準(zhǔn)齒輪 （齒頂高系數(shù)1，頂隙系數(shù)0.25，壓力角 20

18、6;，）齒輪分度圓直徑 D=mz=1*20=20mm減速齒輪2、5：模數(shù)1，齒數(shù)480，標(biāo)準(zhǔn)齒輪 齒輪分度圓直徑 D2=1*480=480mm具體參數(shù)為：z1=20，z2=320，m=1，=20° 中心距：a=m(z1+ z2)/2=1*(20+320)/2=170mm 分度圓直徑：d1=m*z1=1*20mm=20mmD2= =m*z2=1*320=320mm 基圓直徑：db1=m *z1*cos=1*20*cos20°=18.79mmdb2=m*z2*cos=1*320*cos20°=300.70mm 齒頂圓半徑：da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2

19、*1)*1/2=11mmda2=(z2+2ha*)*m/2=(320+2*1)*1/2=161mm 齒頂圓壓力角：a1=arccos【z1cos/（z1+2ha*）】=acrcos【20cos20°/（20+2*1）】=31.3213°a2=arccos【z2cos/（z2+2ha*）】=acrcos【320cos20°/（320+2*1）】=21.09°基圓齒距：pb1=pb2=mcos=3.14*1*cos 20°=2.95mm重合度：a=【z1(tana4-tan)+z2(tana5-tan)】/2=【20(tan31.3213°

20、;-tan20°)+320(tan21.09°-tan20°)】/2=1.88a1可連續(xù)傳動錐齒輪 3、4:模數(shù) 3，齒數(shù) 90，標(biāo)準(zhǔn)錐齒輪齒輪比 1:1 嚙合，可以連續(xù)傳動。 論證過程同上。4.4其他機構(gòu)尺寸設(shè)計旋轉(zhuǎn)工作臺半徑為300mm，假設(shè)瓶子直徑為80mm，工作臺中心距瓶心220mm。高250mm，固定工作臺與旋轉(zhuǎn)工作臺間距為150mm，吸蓋轉(zhuǎn)盤厚度30mm，壓蓋滑塊長度為160mm，壓蓋滑塊距瓶口100mm。 由此可得出凸輪推程為70mm，壓蓋轉(zhuǎn)盤半徑為100mm，瓶蓋直徑20mm，盤心至吸 瓶蓋中心為70mm。彈簧在自由狀態(tài)下長度為100mm，最大壓縮

21、量為80mm。5、 機構(gòu)的選擇與比較5.1 傳動機構(gòu)的選擇與比較 我們選擇了齒輪為減速裝置。在此主要是考慮到：蝸輪蝸桿的傳動功率小，損耗功率大。且在傳動中嚙合面易磨損。傳動比大，會自鎖。若采用皮帶輪傳動 雖然傳動比較平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)也相對簡單，制造和安裝精度不像嚙合傳動嚴(yán)格，且中 心距調(diào)節(jié)范圍較大。但是皮帶輪傳動過程中傳動有彈性滑動和打滑，傳動效率低 和不能保持準(zhǔn)確的傳動比，皮帶輪的壽命較短。而齒輪傳動的傳遞功率大，傳動 效率高，傳動比大并且精確，機構(gòu)所需空間較小，使用壽命長，可靠性強。綜合 分析，我們采用齒輪嚙合傳動實現(xiàn)傳動減速裝置。5.2執(zhí)行機構(gòu)的選擇與比較在帶動工作臺做間歇旋轉(zhuǎn)運動時，綜合各種

22、間歇運動機構(gòu)，我們采用槽輪機 構(gòu)來實現(xiàn)，在此我們根據(jù)旋轉(zhuǎn)工作臺的形狀采用六角槽輪。它構(gòu)造簡單，外形尺 寸小，機械效率高，并且能較平穩(wěn)地進行轉(zhuǎn)位，雖然存在柔性沖擊，但是在此系 統(tǒng)中不需要大載荷，所以采用它。在壓蓋吸盤的間歇旋轉(zhuǎn)運動中，通過對壓蓋吸盤的設(shè)計來決定用三角槽輪。 在實現(xiàn)灌裝壓蓋的往復(fù)直線運動時，我們采用凸輪的旋轉(zhuǎn)，利用凸輪的推程來實現(xiàn)。凸輪的轉(zhuǎn)速可以與工作臺的轉(zhuǎn)動動力源一致，以便速度的同步可以精確 控制。而通過設(shè)計凸輪的推程角，遠休角，回程角，近休角來實現(xiàn)各角度對應(yīng)執(zhí) 行構(gòu)件的動作。并且凸輪的推程可以通過具體的工作構(gòu)件得出。在傳輸空瓶與瓶蓋時采用皮帶傳輸，傳動平穩(wěn)，并可讓空瓶保證一定的間隙。 它相對于其他的裝置簡單很多。在帶動工作臺做間歇旋轉(zhuǎn)運動時，我們采用不完全齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)。它工作 更可靠，傳遞力大，但是從動輪轉(zhuǎn)動和停歇的次數(shù)，時間，轉(zhuǎn)角大小等變化范圍 較大，但是難加工。六、心得體會 到此，我總算完成了對旋轉(zhuǎn)灌裝機的設(shè)計。作為學(xué)機械的學(xué)生，