旋转型灌装机(机械设计制造及其自动化专业课程设计)

内容来自：文档资料库 丽水学院《机械原理》课程设计 机械原理课程设计 旋转型灌装机 学 专 班 成 院：机电建工学院 业：机械设计制造及其自动化 级：机自 091 员：余建丰 柴佳力 李泽龙 指导老师： 指导老师：李盛宇 2011.5.30日 期：2011.5.30-6.3 0 丽水学院《机械原理》课程设计 1. 设计题目 1.1 设计条件 1.2 设计任务 1.3 设计思路 2.原动机的选择 3.传动比分配 4.传动机构的设计 4.1 减速器设计 4.2 第二次减速装置设计 4.3 第三次减速装置设计 4.4 齿轮的设计 5.选择 5.1 综述 5.2 选择设计方案 5.3 方案确定 6．机械运动循环图 7．凸轮设计、计算及校核 8．连杆机构的设计及校核 9．间歇机构设计 10.整体评价 11．设计小结 12.参考资料 …………………………………………………………………………2 …………………………………………………………………………2 …………………………………………………………………………3 …………………………………………………………………………3 …………………………………………………………………………3 …………………………………………………………………………3 …………………………………………………………………………4 …………………………………………………………………………4 …………………………………………………………………………5 …………………………………………………………………………5 …………………………………………………………………………6 …………………………………………………………………………8 ……………………………………………………………………………8 ……………………………………………………………………………8 ……………………………………………………………………………10 ……………………………………………………………………………11 ……………………………………………………………………………12 ……………………………………………………………………………13 ……………………………………………………………………………15 ……………………………………………………………………………16 ……………………………………………………………………………17 ……………………………………………………………………………17 1 丽水学院《机械原理》课程设计 主要结果 1.设计题目 设计旋转型灌装机。在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续灌装 流体（如饮料、酒、冷霜等） ，转台有多工位停歇，以实现灌装、封口等工 序。为保证在这些工位上能够准确地灌装、封口，应有定位装置。如图 1-1 中，工位 1：输入空瓶；工位 2：灌装；工位 3：封口；工位 4：输出包装好 的容器。 固定工作台 1 4 传送带 2 3 转台 图 1-1 六工位转盘 1.1 设计条件 该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动 旋转型灌装机技术参数 方案号 A B C 转台直径 mm 600 550 500 电动机转速 r/min 1440 1440 960 灌装速度 r/min 10 12 10 n 转速=每小时生产定额/（转盘的模孔数*60）=（60*60）/（6*60）=10r/min 2 丽水学院《机械原理》课程设计 1.2 设计任务 1.旋转灌装机一般应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。 2.设计传动系统并确定其传动比（皮带传动传动比 i≈2，每级齿轮传动传 动比 i≤7.5） 3.绘制旋转型灌装机的运动方案简图，并用运动循环图分配各机构节拍。 4.解析法对连杆机构进行速度，加速度，绘出运动线图。图解法或解析 法设计平面连杆机构。 5.在图纸上画出凸轮机构设计图 （包括位移曲线， 凸轮轮廓线和从动件的初 始位置） ；要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率 半径，确定凸轮轮廓线。 6.设计计算其中一对齿轮机构。 7.编写设计计算说明书一份。 1.3 设计思路 1.采用灌装泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。 2．采用软木塞或金属冠盖封口，它们可以由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入 （或通过压盖模将瓶盖紧固在瓶口） 。设计者只需设计作直线往复运动的压盖机构。压 盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构。 3.此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台的间歇传动。为保证停歇可靠，还 应有定位（缩紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位缩紧机 构可采用凸轮机构等。 2 原动机的选择 本身设计采用方案 A。故采用电动机驱动，其转速为 1440r/min。 3 传动比分配 原动机通过三次减数达到设计要求。第一次减速，通过减速器三级减速 到 20r/min,其传动比分别为 2、6、6。第二次减速，夹紧装置，转动装置及 3 丽水学院《机械原理》课程设计 压盖装置所需转速为 10r/min,另设计一级减速，使转速达到要求，其传动比 分别为 2。第三次减速，传送带滚轴直径约为 10cm，其转速为 5r/min 即可 满足要求，另设两级减速，传动比都为 2 即可。 4 传动机构的设计 4.1 减速器设计 减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，后两级都为齿轮传动。具体 设计示意图及参数如下 1 3 4 2 5 6 z2=20 z3=120 z4= 20 1 为皮带轮：i1＝2。 2、3、4、5、6 为齿轮： z2=20 z3=120 z4=20 z5=120 z6=20 z5=120 z6=20 n=1440r/min i1＝2 i32=6 i32=z3/z2=120/20=6 i54=z5/z4=120/20=6 n1=n/(i1*i32*i34)=1440/(2*6*6)=20r/min i54=6 n1=20r/min 4 丽水学院《机械原理》课程设计 4.2 第二次减速装置设计 减速器由齿轮 6 输出 20r/min 的转速，经过一级齿轮传动后，减少到 10r/min。 6、7 为齿轮：z6=20 i76=z7/z6=40/20=2 n2=n1/i76=20/2=10r/min z7=40 z6=20 z7=40 i76=2 n2=10r/min 6 减速器 7 4.3 第三次减速装置设计 减速器由齿轮 6 输出 20r/min 的转速，经两级减速后达到 5r/min,第一 级为齿轮传动，第二级为皮带传动。具体设计示意图及参数如下： 5 丽水学院《机械原理》课程设计 9 8 6 减速器 6、8 为齿轮：z6=20 9 为皮带轮：i9=2 i86=z8/z6=40/20=2 z8=40 z6=20 z8=40 i9=2 i86=2 n3=5r/min n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min 4.4 齿轮的设计 上为一对直齿轮（传动装置中的齿轮 6 和齿轮 7） 。具体参数为： z6=20，z7=40，m=5mm，α=20°。 中心距：a=m(z6+ z7)/2=5*(20+40)/2=150mm 6 丽水学院《机械原理》课程设计 分度圆半径：r6= a*z6/（z7+z6） =180*20/（20+40） =50mm r7= a*z7/（z7+z6） =180*40/（20+40） =100mm 基圆半径：rb6=m *z6*cosα=5*20*cos20°=47mm rb7=m*z7*cosα=5*40*cos20°=94mm 齿顶圆半径：ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mm ra7=(z7+2ha*)*m/2=(40+2*1)*5/2=105mm 齿顶圆压力角：αa6=arccos【z6cosα/（z6+2ha*） 】 =acrcos【20cos20°/（20+2*1） 】 =31.32° αa7=arccos【z7cosα/（z7+2ha*） 】 =acrcos【40cos20°/（40+2*1） 】 =26.50° 基圆齿距：pb6=pb7=πmcosα=3.14*5*cos 20°=14.76mm 理论啮合线：N1N2 实际啮合线：AB 重合度：εa=【z6(tanαa6-tanα)+z7(tanαa7-tanα)】/2π =【20(tan31.32°-tan20°)+40(tan26.50°-tan20°)】/2π =1.64 εa＞1 这对齿轮能连续转动 z6=20 z7=40 m=5mm α=20° a=150mm r6=50mm r7=100mm rb6=47mm rb7=94mm ra6=55mm ra7=105mm αa6=31.32° αa7=26.50° pb6=14.76mm εa=1.64＞1 7 丽水学院《机械原理》课程设计 5.方案选择 5.1 综述 待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进 瓶机构,转台有多工位停歇，可实现灌装、封口等工序。为保证在这些工位 上能够准确地灌装、封口，应有定位装置。 我们将设计主要分成下几个步骤： 1．输入空瓶：这个步骤主要通过传送带来完成，把空瓶输送到转台上使下 个步骤能够顺利进行。 2．灌装：这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体，而泵固定在某工位的上方。 3．封口：用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封的过程，主要通过 连杆结构来完成冲压过程。 4．输出包装好的容器：步骤基本同 1，也是通过传送带来完成。 以上 4 个步骤 由于灌装和传送较为简单 无须进行考虑，因此，旋转型 灌装机运动方案设计重点考虑便在于转盘的间歇运动、封口时的冲压过程、 工件的定位，和实现这 3 个动作的机构的选型和设计问题。 5.2 选择设计方案 机构 转盘的间歇运动机构 封口的压盖机构 工件的定位机构 实现方案 槽轮机构 连杆机构 连杆机构 不完全齿轮 凸轮机构 凸轮机构 根据上表分析得知 机构的实现方案有 2*2*2=8 种实现方案 8 丽水学院《机械原理》课程设计 为了实现工件定位机构，比较凸轮机构和连杆机构之间的优缺点； 因为： 1）凸轮机构能实现长时间定位，而连杆机构只能瞬时定位，定位效果 差，精度低。 2）凸轮机构比连杆机构更容易设计。 3）结构简单，容易实现。 所以，在这里凸轮机构比连杆机构更适用。 为了实现封口的压盖机构，比较凸轮机构和连杆机构之间的优缺点； 因为凸轮机构， 1） 2） 加工复杂，加工难度大。 造价较高，经济性不好。 所以在这里连杆机构比凸轮机构更适用。 为了实现转盘的间歇运动机构， 比较槽轮机构和不完全齿轮之间的优缺 点； 因为： 1）与其他间歇运动机构相比，不完全齿轮机构结构简单。 2）主动轮转动一周时，其从动轮的停歇次数，每次停歇的时间和每次 传动的角度等变化范围大，因而设计灵活。 3）而且它一般适用于低速、轻载的场合，并且主动轮和从动轮不能互 换。 所以在这里我们选择不完全齿轮来实现转盘的间歇运动。 综上可知：转盘的间歇运动机构，我们选择不完全齿轮机构；封口的 冲压机构，我们选择连杆机构；工件的定位机构，我们选择凸轮机构。 9 丽水学院《机械原理》课程设计 5.3 方案确定 转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构， 封口的冲压机构为连杆机构， 工件 的定位机构为凸轮机构 10 丽水学院《机械原理》课程设计 6．机械运动循环图 后 退 后 退 停止 转 停止 动 传送带 转动 转台停止转动 前进 前进 灌 时间 0° （角度） 转动 装置 紧 夹 装 30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360° 加紧 装置 压盖 装置 . 11 丽水学院《机械原理》课程设计 7．凸轮设计、计算及校核 此凸轮为控制定位工件机构，由于空瓶大约为 100mm，工件定位机构只 需 60mm 行程足够，故凸轮的推程设计为 60mm，以下为推杆的运动规律： 60mm 90° 120° 300° 330° 为了更好的利用反转法设计凸轮， 根据上图以表格的形式表示出位移和 转角的关系。 0° -90° 位移（mm） 0 度数 105° 30 120° 60 120° -300° 60 315° 30 330° -360° 0 12 丽水学院《机械原理》课程设计 基圆 实际轮廓线 理论轮廓线 基圆：r0=480mm 滚子半径：rr=30 行程：h=60mm 推程角：φ=30° 回程角：φ`=30° 进休止角：φs=120° 远休止角：φs`=180° 最大压力角：αmax=28°＜30° r0=480mm rr=30 h=60mm φ=30° φ`=30° φs=120° φs`=180° αmax=28°＜ 30° 8．连杆机构的设计及校核 此连杆控制封装压盖机构，由于空瓶高度约为 250mm，故行程不宜 13 丽水学院《机械原理》课程设计 超过 300mm，由此设计如下连杆机构： a=100mm b=900mm e=500mm 曲柄长：a=100mm 连杆长：b=900mm 偏心距：e=500mm 行程：s=220mm 级位夹角：θ= arccos【e/(a+b） arccos【e/(b-a） 】】=10° 14 s=220mm θ=10° rmin=51.3° k=1.12＞1 丽水学院《机械原理》课程设计 最小传动角：rmin= arccos【e/(b-a） 】=51.3° 行程速比：k=（180°+θ）/（180°-θ）=1.12＞1 9．间歇机构设计 这里我们采用不完全齿轮机构来完成转盘的间歇运动，下面我们用一 张图片来了解不完全齿轮如何完成间歇运动的。 由于设计灌装速度为 10r/min，因此每个工作间隙为 6s，转台每转动 60°用 时 1s，停留 5s，由此设计如下不完全齿轮机构，完成间歇运用，以达到要 求。 15 丽水学院《机械原理》课程设计 z 左=6 左边为不完全齿轮，右边为标准齿轮，左边齿轮转一圈，右边齿轮转 动 60°。具体参数为：z 左=6，z 右=36，m=5mm，α=20°，θ=60°。 z 右=36 m=5mm α=20° 中心距：a=m(z 左*360 /θ+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm 分度圆半径：r 左= r 右=a/2=180/2=90mm 基圆半径：rb 左= rb 右=a*cosα/2=180*cos20°/2=84.6mm 齿顶圆半径：ra 左= ra 右=(z 右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm 齿顶圆压力角：αa 左=αa 右=arccos【z 右 cosα/（z 右+2ha*） 】 =acrcos【36cos20 /（36+2*1） 】=27 基圆齿距：Pb 左=Pb 右=πmcosα=3.14*5*cos 20 =14.76mm ° ° ° ° θ=60° a=180mm r 左= r 右 =90mm rb 左= 84.6mm rb 右=84.6mm ra 左= ra 右 =95mm αa 左=αa 右=27° Pb =14.76mm 左 10.整体评价 在整个系统运用到了连杆机构，不完全机构，凸轮机构等常用机构。完 成了从瓶子的传输到灌装，压盖，最后输出的机器。 旋转型灌装机， 是同时要求有圆盘的转动和传送带的传送的机构， 而且 这两部分要相互协调，相互配合工作的过程。 圆盘间歇转动部分：因为在系统的原始要求中需要有间歇转动的特性， 而工位为 6 个， 所以在其中首先引入了可以实现间歇转动的典型机构——不 完全齿轮。 且不完全齿轮的转动速度是圆盘转速的 6 倍， 并且在转动时分别 在 6 个工位进行停歇。 此外， 我们采用了连杆机构来完成压盖过程。 我们设计的直线往复运动 的连杆机构，刚好能够完成这一工作任务。 所以总而言之，我们的设计方案还是可行的。 Pb 右 =14.76mm 16 丽水学院《机械原理》课程设计 11．设计小结 这是上大学以来完成的第一次课程设计，虽说万事开头难，我们遇到了 很多的困难，但对于我们来说这是一次难得的学习与锻炼的机会。 这次机械原理课程设计历时一个星期，时间上虽有些紧张，做设计的时 候考虑的也并不周全， 但我们利用这段时间巩固了所学的知识， 把所学理论 运用到实际设计当中， 也充分的锻炼自己的创新能力。 在实际的设计过程中， 我们也遇到了许多的困难， 不过经过我们大家的团结努力， 一点点克服了困 难，最终设计出了自己的方案。 通过这次机械原理课程设计，掌握了一些常用执行机构、传动机构或简 单机器的设计方法和过程，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力， 培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力， 并使所学知识得到进一步 巩固、深化和扩展，对以后的学习也奠定了一定的基础，使我们学得更加轻 松，更加高效。 而且， 在课程设计的过程中， 我们学以致用， 用学过的二维画图软件 CAD 来画出了一些简单的零件，虽然可能很不，但是对我们来说，已经把学 到的点点滴滴知识都有所运用。这也是一件非常令人有收获的事情了! 12.参考资料 [1] 刘会英 杨志强 张明勤主编 《机械原理（第 2 版） 机械工业出版社 》 2010 [2]裘建新主编 2005 [3] 韦林 版社 李小红主编 2009 《机械结构分析与设计》 北京理工大学出 《机械原理课程设计指导书》 高等教育出版社 17 丽水学院《机械原理》课程设计 18 丽水学院《机械原理》课程设计 19 丽水学院《机械原理》课程设计 20 内容来自：文档资料库