旋转型灌装机说明书分解.docx
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旋转型灌装机说明书分解
学号
06100224
成绩
课程设计说明书
系别机电工程系
专业机械设计制造及其自动化
方向无
课程名称《机械设计
（二）课程设计》
学号06100224
姓名蔡铁根
指导教师张恩光
题目名称旋转型灌装机
设计时间2012年9-12月
2012年12月8日
一．设计任务书及工作要求
1.1设计题目
旋转型灌装机
1.2工作原理及工艺过程
在工作台上对容器（如玻璃瓶）连续灌装流体（如饮料等），转台有多工位停歇，以实现灌装、封口等工序。
为了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所示：
工位1：
输入空瓶；工位2：
灌装；工位3：
封口；工位4：
输出灌装好的容器。
1.3原始数据及设计要求
（1）转台直径：
500~600mm。
附图
（2）灌装机的生产率：
10瓶/min。
（3）驱动电机：
功率N=1.2kW，转速n=1440r/min。
1.4设计方案提示
（1）采用泵来灌装流体，泵固定在灌装工位的上方。
（2）采用软木塞或金属冠盖封口，它们可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）需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。
为保证停歇可靠，还应有定位（锁紧）机构。
间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等，定位锁紧）机构可采用凸轮机构等。
1.5设计任务
（1）执行机构选型与设计：
构思至少三种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析评价之后，选择其中的最优方案进行详细设计。
（2）机构运动协调设计：
对选择的方案画出机构运动循环图。
（3）传动系统的设计。
（4）对系统运动方案进行机构的尺寸综合。
（5）用UG软件对机构系统进行运动仿真。
（6）用UG软件对机构系统进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度曲线。
（7）画出最终方案的机构运动简图。
二．原动机选择
从设计要求可以看出，应采用电机驱动，转速为1440r/min，功率N=1.2kW。
三．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，通过斜齿轮，传动比为2，传给槽轮并带动转动装置，使其转动装置达到设定转速10r/min,其他齿轮传动比均为1,第三次减速，带轮之间的传动比为2，带动压盖装置和灌装装置，使其达到设定值10r/min。
四．机构的选择与比较
4.1传动机构的选择与比较
类型
特点
应用
圆柱齿轮机构
载荷和速度的使用范围不大，传动比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。
制造和安装精度要求比较高，精度低时传动噪声较大，无过载保护作用。
斜齿圆柱齿轮机构运动平稳，承载能力强，但在传动中会产生轴向力，使用时必须安排推力轴承或角接触轴承。
广泛应用于各种传动系统，传递回转运动，实现减速或增速，
变速以及换向等
齿轮齿条传动机构
结构简单，成本低，传动效率高，易于实现较长的运动行程。
当运动速度较高或为了提高运动平稳性时，可采用斜齿或人字齿条机构。
广泛应用于各种机构的传动系统，变速操纵装置，自动机的输送转向、进给机构以及直动与转动的运动转换装置
圆锥齿轮机构
用来传递两相交轴的运动。
直齿圆锥齿轮传递的圆周速度较低，曲齿用于圆周速度较高的场合。
可用于传递空间交错轴之间的运动。
用于减速、转换输入输出轴方向，如汽车、拖拉机、机床等。
蜗轮蜗杆机构
传动平稳无噪声，结构紧凑，传动比大，可做成自锁蜗杆，自锁蜗杆传动的效率很低，低速传动时磨损严重，中高速传动的涡轮齿圈需贵重的减磨材料（如青铜），制造精度要求较高，刀具费用昂贵。
用于大传动比减速装置、增速装置、分度机构、起重装置、微调进给装置、省力的传动装置。
不易于在大功率连续运转的场合应用。
带传动机构
轴间距离较大，工作平稳无噪声，能缓冲吸振，摩擦时带传动有过载保护作用。
结构简单，安装要求不高，外廓尺寸较大。
摩擦式带传动有弹性滑动，传动比不准确，不能用于分度系统，摩擦易起电，不宜用于易燃易爆的场合。
轴和轴承受力较大，传动带寿命较短。
用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。
链传动机构
轴向距离较大，平均传动比准确，链条元件间形成的油膜有吸振能力，对恶劣环境有较强的适应能力，工作可靠，轴上载荷较小。
瞬时运转速度不均匀，高速时不如带传动平稳。
链条工作时因磨损伸长后容易引起共振，一般需要增设张紧和减振装置。
用于传递较远距离的两周的回转运动或动力
摩擦轮机构
结构简单，制造容易，运动平稳、过载可以打滑（可防止设备中重要零部件的损坏），以及能无极改变传动比，因而有较大的应用范围。
但由于转动中有滑动、传动效率低、结构尺寸较大、作用在轴和轴承上的载荷大等缺点，固只应用于传递动力较小的场合。
常用于无级变速的机构，摩擦压力机、铰车驱动装置中。
螺旋机构
传动平稳无噪声，减速比大；可实现转动与直线移动互换；滑动螺旋可做成自锁螺旋机构；工作速度一般很低，只是用于小功率运动。
多用于微调或增力的场合，如机床夹具以及仪器、仪表；还用于将螺母的回转运动转变成为螺杆的直线运动的装置。
通过上述表格各种传动机构的特点应用及其比较，对于旋转型灌装机来说，运送瓶子可以选用传送带即可，通过穿过机架的输送带输入瓶子。
转动装置之间动力的传递通过圆柱齿轮传递或斜齿轮传递即可。
4.2执行机构的选择与比较
类型
特点
应用
连杆机构
结构简单，制造容易，工作可靠，传动载荷较大，传动距离较远，可以实现急回运动规律，但不易获得匀速运动或其他任意运动规律。
当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率低，不仅发生自锁的可能性增加。
而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做复杂运动和作往复运动的构件产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。
用于从动件行程较大或承受载荷重载的工作场合，可以实现移动、摆动等复杂运动规律或运动轨迹。
凸轮机构
只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。
缺点：
凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需要数控机床进行加工；从动件的形成不能过大，否则会使凸轮变得笨重。
用于从动件行程较小或载荷不大以及要求特定运动规律的工作场合。
槽轮间歇机构
槽轮机构结构简单，制造容易，工作可靠、机械效率较高。
但槽轮在启动和停止时加速度变化大有柔性冲击，随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧，故不适合高速。
常用作自动转为机构，特别适用于转为角度45
以上的低速传动，如电影放映机、冰激凌自动灌装机、六角车床转塔等。
棘轮间歇机构
可实现单向和双向、单动和双动间歇运动的控制。
但棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作效率不能过高
间歇送进、反向制动、超越离合、间歇转位和分度等。
凸轮间歇运动机构
棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构由于结构、运动和动力条件的限制，一般只能用于低速的场。
而凸轮间歇运动机构则可以通过合理的选择转盘的运动规律，使得机构传动平稳，动力特性较好，冲击振动较小，而且转盘转位精确，不需要专门的定位装置，因而常用于高速转位（分度）机构中。
但凸轮加工较复杂，精度要求高，装配调整也比较困难。
适用作高速分度机构或自动转位机构。
在电机矽钢片的冲槽机、拉链嵌齿机、火柴包装机等机械装置中，都应用了凸轮间歇运动机构来实现高速分度运动。
不完全齿轮机构
不完全齿轮机构的优点是设计灵活，从动轮的运动角度范围大，很容易实现一个周期中的多次运动、停时间不等的间歇运动。
缺点是加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速传动；主、从动轮不能互换。
常用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动等。
非圆齿轮机构
结构简单，工作可靠，从动件可以实现任意转动规律，但齿轮制造较困难。
用于从动件连续转动和要求有特殊运动规律的场合。
从上述表格中可以看出，对于旋转型灌装机而言，所选执行机构：
机构
实现的方案
转盘的间歇运动机构
槽轮机构
不完全齿轮机构
封口的压盖机构
连杆机构
凸轮机构
灌装机构
连杆机构
凸轮机构
五．机械系统运动方案的拟订与评价
5.1综述
待灌装瓶子由传送带送入灌装机构系统中，并完成1.输入空瓶工位；2.灌装工位；3.封口工位；4.容器工位。
通过上述一些执行机构方案，可以得到不同的设计方案。
5.2设计方案
5.2.1设计方案I
转盘的间歇运动机构为不完全齿轮，封口的冲压机构为连杆机构，工件的定位机构为连杆机构。
5.2.2设计方案II
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
5.2.3设计方案III
转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为凸轮机构，工件的定位机构为凸轮机。
5.2.4比较、选择设计方案
由于方案
（一）与方案
（二）的区别在工件定位机构，方案
（一）是连杆机构，方案
（二）是凸轮机构。
在这里凸轮机构比连杆机构更适用，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
而方案（三）与方案
（二）区别在封口的压盖机构，方案（三）是凸轮机构，方案
（二）是连杆机构。
在这里则连杆机构比凸轮机构更适用
1）加工复杂，加工难度大。
2）造价较高，经济性不好。
综上可知：
方案二在三个方案中最佳，则最后选择方案II为旋转型灌装机的机械运动方案。
六．机械系统的运动循环图
七．执行机构的运动分析及设计
7.1凸轮结构的设计分析
凸轮用于灌装定位，设定凸轮柄运动最大推程为40mm，凸轮轴心距离瓶口端面的距离为200mm，推杆的运动规律如图：
根据上图以表格的形式表示出位移和转角的关系:
度数
0°
120°
120°~180°
180°
300°
300°~360°
位移（mm）
0
40
40
40
0
0
利用上述关系，画出其曲线图，利用UG仿真，建出凸轮，具体步骤：
（a）
（b）进入仿真模块
（c）
（d）添加旋转副，选择恒定，速度为60
（e）添加滑动副及相关参数
（f）利用跟踪点，最后把点连成线，得到最终的图形。
7.1.1凸轮机构运动分析线图
（1）速度：
（2）位移：
（3）加速度：
7.2曲柄滑块机构的设计分析
7.2.1连杆机构的尺寸参数设计
此连杆控制封装压盖机构，由于空瓶高度约为200mm，故行程不宜超过200mm，将该曲柄设定为对心曲柄滑块机构，将一些参数设定为：
曲柄长：
a=30mm
连杆长：
b=150mm
偏心距：
e=0mm
行程：
s=60mm
最小传动角：
rmin=arccos【e/（b-a）】=0°
7.2.2曲柄滑块机构的三维模型设计
根据上面设计计算出来的图形尺寸，画出曲柄滑块机构的三维模型。
7.2.3曲柄滑块的运动分析线图
（1）速度：
（2）位移：
（3）加速度：
7.3间歇机构的设计
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，由此设计如下槽轮机构，完成间歇运用，以达到要求。
槽轮机构具有以下特点：
构造简单，外形尺寸小；机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合；同时由于槽轮机构具有自行锁紧的功能，所以能用于此机构的定位作用。
槽轮机构的设计参数：
槽数n=6
圆销数k=1
运动系数头τ=t2/t;（t2是槽轮（从动件2）的运动时间t2，t表示曲柄（主动件1）回转一周的时间）τ=0.33
槽轮槽间角：
60°
销轮运动角：
120°
圆销回转半径：
50
圆销半径：
8
槽轮外圆半径：
86.97
槽顶高：
86.6
（1）槽轮从动件的三维图形：
（2）槽轮从动件的三维图形
（3）槽轮机构的组装图形：
八．设计感想
这学期我们的课程设计是机械原理课程设计，我们之前学过《机械原理》课程，课上讲的都是一些理论知识，并没有真正的去实践，用这些理论性的知识，当看到这学期的课程设计任务时，有点不知所措。
我被分到了第四组，任务是旋转型灌装机，看了任务的要求之后，心里还是没有想法。
我又通读了一遍《机械原理》书，然后又查阅了相关的资料，对本次的课程设计任务才有了大概的设计思路。
我们组一共有六个人，我是本组的小组长，有了思路之后，我及时的和组员分享。
首先我讲了我自己的设计思路和设计方法，然后又听了组员们的一些设计方法，大家相互讨论，相互指出对方设计方法的不足之处以及优点之处，对不足之处进行相应的改正，大家也付出了很多努力。
当然，在设计之中，我们也遇到了很多困难，例如有些机构的设计怎么设计更合理，瓶子和瓶子之间怎么自然过渡刚好到达卡位上等等，我们除了相互之间讨论之外，还向老师或者班里的同学请教，以便更好的完成我们的任务。
通过本学期的课程设计，我深深感受到了理论结合实际的重要性，通过理论知识，设计出更加贴合实际，更加合理的机构这是关键。
从中，我也发现了自己知识的欠缺，自己还要多多看书，并多做一些与之相关的设计，要加强自己的逻辑性和创新性。
当然，一个好的设计也少不了一个团队的共同努力，团队精神也是很重要的，希望自己在以后更加注重团队精神。
九．主要零件附图
固定转台和转台
转台
槽轮机构
曲柄滑块
十．主要参考资料
1.张传敏张恩光战欣主编《机械原理课程设计》华南理工出版社；
2.张春林主编《机械原理》高等教育出版社；
3.刘向阳占向辉张恩光主编《UG建模、装配与制图》清华大学出版社；
4.谭庆昌赵洪志主编《机械设计》高等教育出版社，2008
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