武汉理工大学机械原理课程设计-旋转灌装机.doc

机械原理课程设计
设计题目:旋转型灌装机

主要结果
目录
1设计题目
２原动机得选择
3传动比分配
4传动机构得设计
5方案拟定比较
6机械运动循环图
７凸轮设计、计算及校核
8连杆机构得设计及校核
9间歇机构设计
10设计感想
１1参考资料
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８、４中,工位1：输入空瓶；工位2：灌装;工位3:封口;工位4:输出包装好得容器。

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
15
1、2设计要求
1、旋转灌装机应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。至少设计出三种能实现其运动形式要求得机构
2、设计传动系统并确定其传动比分配
３、在用Ａ2图纸上画出旋转灌装机得运动方案简图与用运动循环图分配各机构得节拍。
4、对连杆机构进行速度与加速度得分析,绘出运动线图,用图解法或者就是解析法设计平面连杆机构
5、凸轮机构得计算，按要求选择从动件运动规律，并确定基园半径,最大压力角,最小曲率半径,在A2上画出从动件得运动规律图与凸轮得轮廓线图。
6、齿轮机构得设计计算。
7、编写设计计算说明书。
、2原动机得选择
本身设计采用方案C与Ａ。故采用电动机驱动,其转速为9６0r/ｍin。
灌装速度为10 r/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传动机构得设计
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=20 z3=120
z4＝20　ｚ5=120 　
ｚ6=20
i32＝z3/z２=1２0/20=6
ｉ54＝z5/ｚ4=1２0/2０=6
ｎ1=ｎ/(i1*ｉ32*ｉ3４)=9６0/(2＊6*6)=１5r／mｉｎ
4、２第二次减速装置设计
减速器由齿轮６输出１5ｒ/ｍin得转速,经过一级齿轮传动后，减少到10r／min。
６、7为齿轮：z6=20　　z7=30
i76＝ｚ7／z６=30／20=1、5
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１５r/min得转速,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＝２0 　 z8=30
9为皮带轮：ｉ9=2
ｉ８6＝z8／z６＝30/2０=1、5
n3＝ｎ1/(i86*ｉ9)=20/(2*２)＝5r/ｍiｎ
4、4齿轮得设计

上为一对标准直齿轮(传动装置中得齿轮6与齿轮7)。具体参数为:ｚ6=20，z7＝３0，m=６mm,α=2０°。
中心距:a＝ｍ(z６+ z7)／2＝15０＊（20+３0）/2=150ｍｍ
分度圆半径:r6=　a*z6/2(z7+z6)
＝1５0*2０/２(2０+3０)
＝30mm
ｒ7＝　a＊z７／２(z7＋z6)
=1５0＊30/2(20+30)
=45mm
基圆半径:ｒb6=ｍ *z６*cｏsα＝6＊2０＊cｏs2０°＝56mm
rb7=m*z7＊cosα＝6*30*cos20°=11２mm
齿顶圆半径：ra6＝(z6+2ha＊）＊ｍ／2＝(20+２*1)*6／2=66ｍm
ra7＝(z7+２ha*）*m/2=(30+２*1）*6/2＝126mｍ
齿顶圆压力角：αａ６＝arcｃｏs【z6ｃｏｓα/(ｚ6+２ha*)】
=acｒｃos【２0ｃos2０°/(2０＋２*1)】
=3１、3２°
αａ7=arccos【z7ｃosα/（ｚ７+2ｈa*)】
＝ａcrｃｏs【３0coｓ20°/(３0+2*1）】
=２6、50°
基圆齿距:pb6＝pｂ7=πmcｏｓα３、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
、5方案拟定比较
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,而泵固定在某工位得上方。
3.封口:用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封得过程,主要通过连杆结构来完成冲压过程。
4．输出包装好得容器:步骤基本同1,也就是通过传送带来完成。
以上4个步骤 由于灌装与传送较为简单 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得间歇运动、封口时得冲压过程、工件得定位,与实现这3个动作得机构得选型与设计问题。
５、2选择设计方案
机构
实现方案
转盘得间歇运动机构
槽轮机构
不完全齿轮
封口得压盖机构
连杆机构
凸轮机构
工件得定位机构
连杆机构
凸轮机构
根据上表分析得知 机构得实现方案有　2＊2*2＝８种实现方案
这里取3种方案
５.2．1方案Ⅰ

转盘得间歇运动机构为不完全齿轮机构,封口得冲压机构为连杆机构，工件得定位机构为凸轮机构
5．2．2方案Ⅱ

转盘得间歇运动机构为不完全齿轮,封口得冲压机构为连杆机构，工件得定位机构为连杆机构
5.２．３方案Ⅲ

转盘得间歇运动机构为不完全齿轮机构,封口得冲压机构为凸轮机构,工件得定位机构为凸轮机。
5.2.4比较、选择设计方案
由于方案(一)与方案(二)得区别在工件定位机构,方案(一)就是凸轮机构,方案(二)就是连杆机构。
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(一)区别在封口得压盖机构，方案(三)就是凸轮机构，方案(一)就是连杆机构。
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:方案一在三个方案中最佳,则最后选择方案Ⅰ为旋转型灌装机得机械运动方案。
、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,故凸轮得推程设计为60mｍ,以下为推杆得运动规律：

为了更好得利用反转法设计凸轮,根据上图以表格得形式表示出位移与转角得关系。
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连杆机构得设计及校核
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
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=πmcosα3、14*５*cos 20°=14.76mm
、10设计感想
这就是上大学以来完成得第一次课程设计，虽说万事开头难,我们遇到了很多得困难，但对于我们来说这就是一次难得得学习与锻炼得机会。
这次机械原理课程设计历时１0天,时间上虽有些紧张,做设计得时候考虑得也并不周全,但我们利用这段时间巩固了所学得知识，把所学理论运用到实际设计当中，也充分得锻炼自己得创新能力。在实际得设计过程中,我们也遇到了许多得困难,不过经过我们大家得团结努力,一点点克服了困难,最终设计出了自己得方案。
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得设计方法与过程，提高了我们综合运用机械原理课程理论得能力,培养了分析与解决一般机械运动实际问题得能力,并使所学知识得到进一步巩固、深化与扩展，对以后得学习也奠定了一定得基础,使我
们学得更加轻松，更加高效。
、11参考资料
[1]　孙桓、陈作摸　 葛文杰主编, 机械原理（第七版) 北京 高等教育出版社，20０6
[２]彭文生 李志明 黄华梁主编　 机械设计 北京 　 高等教育出版社 2002
［３]李继庆 陈作摸主编　 　 机械设计基础 北京 高等教育出版社 1999

z2＝20
ｚ3=12０
z４=２0
z5＝120
z6＝20
ｎ=9６0r/ｍｉn
ｉ１＝2
i32=６
i54=6
n1=15ｒ/mｉn
ｚ6＝２０
z7=30
i76＝１、5
n２=1０r/ｍｉｎ
z6=2０
z8=30
i9=2
i8６=1、5
n3=５r/min
z6=２０
ｚ７=3０
m=6mm
α=2０°
a＝１５0mm
r6=30mｍ
r7＝45mm
rb6＝56ｍm
rb7＝112mm
rａ6=６6ｍm
ra7=126mｍ
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=4．7６ｍm
Pb右＝1４.７6ｍｍ