旋轉(zhuǎn)型灌裝機機械設計制造及其自動化專業(yè)課程設計

1、機械原理課程設計旋轉(zhuǎn)型灌裝機學 院：機電建工學院專 業(yè)：機械設計制造及其自動化班 級：機自091成 員：余建豐 柴佳力 李澤龍 指導老師：李盛宇目錄1.設計題目 21.1 設計條件 21.2 設計任務 31.3 設計思路 32.原動機的選擇 33.傳動比分配 34.傳動機構(gòu)的設計 44.1 減速器設計 4 4.2 第二次減速裝置設計 5 4.3 第三次減速裝置設計 5 4.4 齒輪的設計 65.方案選擇 85.1 綜述 8 5.2 選擇設計方案 8 5.3方案確定 106機械運動循環(huán)圖 117凸輪設計、計算及校核 128連桿機構(gòu)的設計及校核 139間歇機構(gòu)設計 1510.整體評價 1611設計

2、小結(jié) 1712.參考資料 17主要結(jié)果1.設計題目設計旋轉(zhuǎn)型灌裝機。在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)臺有多工位停歇，以實現(xiàn)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1-1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1-1 六工位轉(zhuǎn)盤1.1設計條件該機采用電動機驅(qū)動，傳動方式為機械傳動旋轉(zhuǎn)型灌裝機技術參數(shù)方案號轉(zhuǎn)臺直徑mm電動機轉(zhuǎn)速r/min灌裝速度r/minA600144010B550144012C50096010n轉(zhuǎn)速=每小時生產(chǎn)定額/（轉(zhuǎn)盤的模孔數(shù)*60）=（60*60）/（6*6

3、0）=10r/min1.2設計任務1.旋轉(zhuǎn)灌裝機一般應包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等三種常用機構(gòu)。2.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比（皮帶傳動傳動比i2，每級齒輪傳動傳動比i7.5）3.繪制旋轉(zhuǎn)型灌裝機的運動方案簡圖，并用運動循環(huán)圖分配各機構(gòu)節(jié)拍。4.解析法對連桿機構(gòu)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構(gòu)。5.在圖紙上畫出凸輪機構(gòu)設計圖（包括位移曲線，凸輪輪廓線和從動件的初始位置）；要求確定運動規(guī)律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪輪廓線。6.設計計算其中一對齒輪機構(gòu)。7.編寫設計計算說明書一份。1.3 設計思路1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某

4、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構(gòu)上，由壓蓋機構(gòu)壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在瓶口）。設計者只需設計作直線往復運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。3.此外，需要設計間歇傳動機構(gòu)，以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺的間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有定位（縮緊）機構(gòu)。間歇機構(gòu)可采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等。定位縮緊機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)等。2原動機的選擇本身設計采用方案A。故采用電動機驅(qū)動，其轉(zhuǎn)速為1440r/min。3傳動比分配原動機通過三次減數(shù)達到設計要求。第一次減速，通過減速器三級減速到20r/min,其傳動比分別為2、6、6。第二次減速，夾緊裝置

5、，轉(zhuǎn)動裝置及壓蓋裝置所需轉(zhuǎn)速為10r/min,另設計一級減速，使轉(zhuǎn)速達到要求，其傳動比分別為2。第三次減速，傳送帶滾軸直徑約為10cm，其轉(zhuǎn)速為5r/min即可滿足要求，另設兩級減速，傳動比都為2即可。4傳動機構(gòu)的設計4.1減速器設計減速器分為三級減速，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(shù)如下1為皮帶輪：i12。2、3、4、5、6為齒輪： z2=20 z3=120z4=20 z5=120 z6=20i32=z3/z2=120/20=6i54=z5/z4=120/20=6n1=n/(i1*i32*i34)=1440/(2*6*6)=20r/min4.2第二次減速裝置設計減速

6、器由齒輪6輸出20r/min的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過一級齒輪傳動后，減少到10r/min。6、7為齒輪：z6=20 z7=40i76=z7/z6=40/20=2n2=n1/i76=20/2=10r/min4.3第三次減速裝置設計減速器由齒輪6輸出20r/min的轉(zhuǎn)速，經(jīng)兩級減速后達到5r/min,第一級為齒輪傳動，第二級為皮帶傳動。具體設計示意圖及參數(shù)如下：6、8為齒輪：z6=20 z8=409為皮帶輪：i9=2i86=z8/z6=40/20=2n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min4.4齒輪的設計上為一對標準直齒輪（傳動裝置中的齒輪6和齒輪7）。具體參數(shù)為：z6=20，z7=40，

7、m=5mm，=20°。中心距：a=m(z6+ z7)/2=5*(20+40)/2=150mm分度圓半徑：r6= a*z6/（z7+z6）=180*20/（20+40）=50mmr7= a*z7/（z7+z6）=180*40/（20+40）=100mm基圓半徑：rb6=m *z6*cos=5*20*cos20°=47mmrb7=m*z7*cos=5*40*cos20°=94mm齒頂圓半徑：ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mmra7=(z7+2ha*)*m/2=(40+2*1)*5/2=105mm齒頂圓壓力角：a6=arccos【z6

8、cos/（z6+2ha*）】=acrcos【20cos20°/（20+2*1）】=31.32°a7=arccos【z7cos/（z7+2ha*）】=acrcos【40cos20°/（40+2*1）】=26.50°基圓齒距：pb6=pb7=mcos=3.14*5*cos 20°=14.76mm理論嚙合線：N1N2實際嚙合線：AB重合度：a=【z6(tana6-tan)+z7(tana7-tan)】/2 =【20(tan31.32°-tan20°)+40(tan26.50°-tan20°)】/2 =1.64a

9、1這對齒輪能連續(xù)轉(zhuǎn)動5.方案選擇5.1綜述待灌瓶由傳送系統(tǒng)(一般經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入)或人工送入灌裝機進瓶機構(gòu),轉(zhuǎn)臺有多工位停歇，可實現(xiàn)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。 我們將設計主要分成下幾個步驟：1輸入空瓶：這個步驟主要通過傳送帶來完成，把空瓶輸送到轉(zhuǎn)臺上使下個步驟能夠順利進行。2灌裝：這個步驟主要通過灌瓶泵灌裝流體，而泵固定在某工位的上方。3封口：用軟木塞或者金屬冠通過沖壓對瓶口進行密封的過程，主要通過連桿結(jié)構(gòu)來完成沖壓過程。4輸出包裝好的容器：步驟基本同1，也是通過傳送帶來完成。 以上4個步驟 由于灌裝和傳送較為簡單 無須進行考慮，因此，旋轉(zhuǎn)型灌

10、裝機運動方案設計重點考慮便在于轉(zhuǎn)盤的間歇運動、封口時的沖壓過程、工件的定位，和實現(xiàn)這3個動作的機構(gòu)的選型和設計問題。5.2選擇設計方案機構(gòu)實現(xiàn)方案轉(zhuǎn)盤的間歇運動機構(gòu)槽輪機構(gòu)不完全齒輪封口的壓蓋機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)工件的定位機構(gòu)連桿機構(gòu)凸輪機構(gòu)根據(jù)上表分析得知 機構(gòu)的實現(xiàn)方案有 2*2*2=8種實現(xiàn)方案為了實現(xiàn)工件定位機構(gòu)，比較凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)之間的優(yōu)缺點；因為：1）凸輪機構(gòu)能實現(xiàn)長時間定位，而連桿機構(gòu)只能瞬時定位，定位效果差，精度低。2）凸輪機構(gòu)比連桿機構(gòu)更容易設計。3）結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)。所以，在這里凸輪機構(gòu)比連桿機構(gòu)更適用。為了實現(xiàn)封口的壓蓋機構(gòu)，比較凸輪機構(gòu)和連桿機構(gòu)之間的優(yōu)缺點；因為

11、凸輪機構(gòu)，1） 加工復雜，加工難度大。2） 造價較高，經(jīng)濟性不好。所以在這里連桿機構(gòu)比凸輪機構(gòu)更適用。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運動機構(gòu)，比較槽輪機構(gòu)和不完全齒輪之間的優(yōu)缺點；因為：1） 與其他間歇運動機構(gòu)相比，不完全齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單。2） 主動輪轉(zhuǎn)動一周時，其從動輪的停歇次數(shù)，每次停歇的時間和每次傳動的角度等變化范圍大，因而設計靈活。3） 而且它一般適用于低速、輕載的場合，并且主動輪和從動輪不能互換。所以在這里我們選擇不完全齒輪來實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運動。 綜上可知：轉(zhuǎn)盤的間歇運動機構(gòu)，我們選擇不完全齒輪機構(gòu)；封口的沖壓機構(gòu)，我們選擇連桿機構(gòu)；工件的定位機構(gòu)，我們選擇凸輪機構(gòu)。5.3方案確定轉(zhuǎn)盤的間歇運動

12、機構(gòu)為不完全齒輪機構(gòu)，封口的沖壓機構(gòu)為連桿機構(gòu)，工件的定位機構(gòu)為凸輪機構(gòu)6機械運動循環(huán)圖.7凸輪設計、計算及校核此凸輪為控制定位工件機構(gòu)，由于空瓶大約為100mm，工件定位機構(gòu)只需60mm行程足夠，故凸輪的推程設計為60mm，以下為推桿的運動規(guī)律：為了更好的利用反轉(zhuǎn)法設計凸輪，根據(jù)上圖以表格的形式表示出位移和轉(zhuǎn)角的關系。度數(shù)0°-90°105°120°120°-300°315°330°-360°位移（mm）0306060300基圓：r0=480mm滾子半徑：rr=30行程：h=60mm推程角：=30

13、76;回程角：=30°進休止角：s=120°遠休止角：s=180°最大壓力角：max=28°30°8連桿機構(gòu)的設計及校核此連桿控制封裝壓蓋機構(gòu)，由于空瓶高度約為250mm，故行程不宜超過300mm，由此設計如下連桿機構(gòu)：曲柄長：a=100mm連桿長：b=900mm偏心距：e=500mm行程：s=220mm級位夾角：= arccos【e/(a+b）】- arccos【e/(b-a）】=10°最小傳動角：rmin= arccos【e/(b-a）】=51.3°行程速比：k=（180°+）/（180°-）=1.1

14、219間歇機構(gòu)設計 這里我們采用不完全齒輪機構(gòu)來完成轉(zhuǎn)盤的間歇運動，下面我們用一張圖片來了解不完全齒輪如何完成間歇運動的。 由于設計灌裝速度為10r/min，因此每個工作間隙為6s，轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動60°用時1s，停留5s，由此設計如下不完全齒輪機構(gòu)，完成間歇運用，以達到要求。左邊為不完全齒輪，右邊為標準齒輪，左邊齒輪轉(zhuǎn)一圈，右邊齒輪轉(zhuǎn)動60°。具體參數(shù)為：z左=6，z右=36，m=5mm，=20°，=60°。中心距：a=m(z左*360°/+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm分度圓半徑：r左= r右=a/2=180/2=90mm基圓

15、半徑：rb左= rb右=a*cos/2=180*cos20°/2=84.6mm齒頂圓半徑：ra左= ra右=(z右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm齒頂圓壓力角：a左=a右=arccos【z右cos/（z右+2ha*）】=acrcos【36cos20°/（36+2*1）】=27°基圓齒距：Pb左=Pb右=mcos=3.14*5*cos 20°=14.76mm10.整體評價 在整個系統(tǒng)運用到了連桿機構(gòu)，不完全機構(gòu)，凸輪機構(gòu)等常用機構(gòu)。完成了從瓶子的傳輸?shù)焦嘌b，壓蓋，最后輸出的機器。旋轉(zhuǎn)型灌裝機，是同時要求有圓盤的轉(zhuǎn)動和傳送帶的傳送的機

16、構(gòu)，而且這兩部分要相互協(xié)調(diào)，相互配合工作的過程。圓盤間歇轉(zhuǎn)動部分：因為在系統(tǒng)的原始要求中需要有間歇轉(zhuǎn)動的特性，而工位為6個，所以在其中首先引入了可以實現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動的典型機構(gòu)不完全齒輪。且不完全齒輪的轉(zhuǎn)動速度是圓盤轉(zhuǎn)速的6倍，并且在轉(zhuǎn)動時分別在6個工位進行停歇。此外，我們采用了連桿機構(gòu)來完成壓蓋過程。我們設計的直線往復運動的連桿機構(gòu)，剛好能夠完成這一工作任務。 所以總而言之，我們的設計方案還是可行的。11設計小結(jié)原理一個星期考慮的也并不周全，這段了所學的知識理論運用到實際設計當中，也充分的鍛煉自己的創(chuàng)新能力。12.參考資料1 劉會英 楊志強 張明勤主編 機械原理（第2版） 機械工業(yè)出版社 20102裘建新主編 機械原理課程設計指導書 高等教育出版社 20053 韋林 李小紅主編 機械結(jié)構(gòu)分析與設計 北京理工大學出版社 2009 z2=20z3=120z4= 20z5=120z6=20n=1440r/mini12i32=6i54=6n1=20r/minz6=20z7=40i76=2n2=10r/minz6=20z8=40i9=2i86=2n3=5r/minz6=20z7=40m=5mm=20°a=150mmr6=50mmr7=100mmrb6=47mmrb7=94mmra6=55mmra7=105mma6=31.32°a7=26.50°pb6=14.7