旋转型灌装机机械设计制造及其自动化专业课程设计说明书.docx
《旋转型灌装机机械设计制造及其自动化专业课程设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《旋转型灌装机机械设计制造及其自动化专业课程设计说明书.docx（21页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
旋转型灌装机机械设计制造及其自动化专业课程设计说明书
机械原理课程设计
旋转型灌装机
学院：
机电建工学院
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
成员：
指导老师：
日期：
2011.5.30-6.3
目录
1.设计题目…………………………………………………………………………2
1.1设计条件…………………………………………………………………………2
1.2设计任务…………………………………………………………………………3
1.3设计思路…………………………………………………………………………3
2.原动机的选择…………………………………………………………………………3
3.传动比分配…………………………………………………………………………3
4.传动机构的设计…………………………………………………………………………4
4.1减速器设计…………………………………………………………………………4
4.2第二次减速装置设计…………………………………………………………………………5
4.3第三次减速装置设计…………………………………………………………………………5
4.4齿轮的设计…………………………………………………………………………6
5.方案选择…………………………………………………………………………8
5.1综述……………………………………………………………………………8
5.2选择设计方案……………………………………………………………………………8
5.3方案确定……………………………………………………………………………10
6．机械运动循环图……………………………………………………………………………11
7．凸轮设计、计算及校核……………………………………………………………………………12
8．连杆机构的设计及校核……………………………………………………………………………13
9．间歇机构设计……………………………………………………………………………15
10.整体评价……………………………………………………………………………16
11．设计小结……………………………………………………………………………17
12.参考资料……………………………………………………………………………17
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。
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
转台直径
mm
电动机转速
r/min
灌装速度
r/min
A
600
1440
10
B
550
1440
12
C
500
960
10
n转速=每小时生产定额/（转盘的模孔数*60）=（60*60）/（6*60）=10r/min
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，加速度分析，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为皮带轮：
i1＝2。
2、3、4、5、6为齿轮：
z2=20z3=120
z4=20z5=120
z6=20
i32=z3/z2=120/20=6
i54=z5/z4=120/20=6
n1=n/（i1*i32*i34）=1440/（2*6*6）=20r/min
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=20z7=40
i76=z7/z6=40/20=2
n2=n1/i76=20/2=10r/min
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：
6、8为齿轮：
z6=20z8=40
9为皮带轮：
i9=2
i86=z8/z6=40/20=2
n3=n1/（i86*i9）=20/（2*2）=5r/min
4.4齿轮的设计
上为一对标准直齿轮（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
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*cos20°=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
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
实现方案
转盘的间歇运动机构
槽轮机构
不完全齿轮
封口的压盖机构
连杆机构
凸轮机构
工件的定位机构
连杆机构
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
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）加工复杂，加工难度大。
2）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。
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
6．机械运动循环图
.
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：
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。
度数
0°-90°
105°
120°
120°
-300°
315°
330°
-360°
位移（mm）
0
30
60
60
30
0
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°
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，故行程不宜超过300mm，由此设计如下连杆机构：
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°
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。
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°。
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*cos20°=14.76mm
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。
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，虽然可能很不规范，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《机械原理课程设计指导书》高等教育出版社
2005
[3]韦林李小红主编《机械结构分析与设计》北京理工大学出版社2009
z2=20
z3=120
z4=20
z5=120
z6=20
n=1440r/min
i1＝2
i32=6
i54=6
n1=20r/min
z6=20
z7=40
i76=2
n2=10r/min
z6=20
z8=40
i9=2
i86=2
n3=5r/min
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
r0=480mm
rr=30
h=60mm
φ=30°
φ`=30°
φs=120°
φs`=180°
αmax=28°＜30°
a=100mm
b=900mm
e=500mm
s=220mm
θ=10°
rmin=51.3°
k=1.12＞1
z左=6
z右=36
m=5mm
α=20°
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左=14.76mm
Pb右=14.76mm
升级会员 