旋转灌装机机械原理课程设计.doc

机械原理课程设计
旋转型灌装机

学 院：机电工程学院
专 业：机械设计制造及其自动化

目录
1. 设计题目 - 3 -
1.1设计条件 - 3 -
1.2设计任务 - 3 -
1.3 设计提示 - 4 -
2.原动机的选择 - 4 -
3. 传动比分配 - 4 -
4. 传动机构的设计 - 4 -
4.1第一次减速器设计 - 4 -
4.2第二次减速装置设计 - 5 -
4.3第三次减速装置设计 - 6 -
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 - 10 -
7．凸轮设计、计算及校核 - 10 -
8．连杆机构的设计及校核 - 10 -
9．间歇机构设计 - 10 -
10.整体评价 - 11 -
11．设计小结 - 11 -
12.参考资料 - 12 -

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

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.齿轮机构的设计计算。
7.编写设计计算说明书一份。
8.学生可进一步完成平面连杆机构（或灌装机）的计算机动态演示等。
1.3 设计提示
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。第一次减速转动装置，夹紧装置所需转速为60r/min,另设计三级减速，使转速达到要求，其传动比分别为2，4，3。第二次减速，压盖装置所需转速为60r/min，设计二级减速传动比分别为4和6。第三次减速装置传送带滚轴直径约为10cm，其转速为43r/min即可满足要求，另设两级减速，传动比分别为2.4和7即可。
4. 传动机构的设计
4.1第一次减速器设计
减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，第二级为齿轮传动，第三级为锥齿轮传动。具体设计示意图及参数如下：

1为皮带轮：i=2;
2,3为齿轮：Z2=20，Z3=80 2',3'为锥齿轮。传动比为i2'3'=3
i23=Z3/Z2=80/20=4
n1=n/(i*i23*i2'3)=1440/(2*4*3)=60r/min

4.2第二次减速装置设计
减速器分为两级减速，都为齿轮传动。具体设计示意图及参数如下：

4,5,6为齿轮传动，4号与电动机主轴同轴。5号齿轮需要的转速为360r/min。
Z4=27，Z5=107.
i45=Z5/Z4=107/27=4
n2=n/i45=1440/4=360r/min

4.3第三次减速装置设计
减速器分为两级减速，第一级为皮带传动，第二级为斜齿轮传动,皮带轮的转速需要43r/min。具体设计示意图及参数如下：

7为皮带轮：i=2.4
8,9为斜齿轮：Z8=186，Z9=26
i98=Z8/Z9=186/26=7
n3=n/(i*i98)=720/(2.4*7)=43r/min

4.4齿轮的设计
以齿轮2和齿轮三为例设计。具体参数为：i=4；
齿数2:20ul；模数：2mm；压力角：20dag；
齿数3：80ul。
中心距a=100mm

分度圆半径：

基圆半径：

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
棘轮机构
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 3*2*2=12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、不完全齿轮和棘轮之间的优缺点；
因为：
1） 槽轮工作可靠，结构简单，效率高，能够准确控制转动的角度，常用于要求恒定旋转角的分度机构中。
2） 不完全齿轮加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大。齿轮易损坏。
3） 棘轮加工工艺复杂。
所以在这里我们选择槽轮来实现转盘的间歇运动。

综上可知：转盘的间歇运动机构，我们选择槽轮机构；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

6．机械运动循环图

7． 凸轮设计、计算及校核

基圆：r0=480mm
滚子半径：r1=30
行程：h=60mm
推程角：φ=30°
回程角：φ`=30°
进休止角：φs=90°
远休止角：φs`=120°
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
我们采用六槽槽轮机构实现转盘及卡盘的间歇性运动。我们用下列一组图示来解释槽轮机构的间歇运动。

槽轮各部分尺寸
L450mm
R=Lsin225mm
S= Lcos=389mm.
h*S-(L-R-r)=130mm；
2（L-S）=60mm，=100mm
由于我们已知灌装速度为10r/min，因此，每个工作间隙为1s，转台每转动60deg用时为1/3s，停留2/3s,由此我们采用六槽槽轮机构完成间歇运动。

10.整体评价

在整个系统运用到了连杆机构，槽轮机构，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——槽轮机构。且槽轮拨盘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，用凸轮机构完成对瓶子的定位。

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] 孙恒 陈作模 葛文杰 主编 《机械原理（第七版）》 高等教育出版社 2011
[2]裘建新主编 《机械原理课程设计指导书》 高等教育出版社 2010