机械原理课程设计-旋转型灌装机运动方案设计.pdf

机械原理课程设计机械原理课程设计旋转型灌装机运动方案设计旋转型灌装机运动方案设计目录目录21 设计题目 1.1 设计条件1.2 设计要求2 原动机的选择3 传动分配4 传动机构的选择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 方案拟定笔记5.1 综述5.21 三种方案5.22 比较 方案，选择设计6 机械运动循环图7 凸轮设计，计算及校核8 连杆机构设计 校核9 间歇机构设计10 设计感想11 参考资料1 设计题目3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。1234传送带固定工作台转台图 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转台直径mm电动机转速r/min灌装速度r/minA600144010B550144012C50096010n转速=每小时生产定额/（转盘的模孔数*60）=（60*60）/（6*60）=10r/min1.2 设计要求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。至少设计出三种能实现其运动形式要求的机构（其中至少有一种机构为本组其他成员所没有），绘制包括所选机构的机械系统示意图（绘制在设计说明书上），比较其优缺点，并最终选出一个人自己认为最合适的机构进行机构综合设计，4绘制出其机构运动简图。2.设计传动系统并确定其传动比（皮带传动传动比 i2，每级齿轮传动传动比i7.5）3.在图纸上画出旋转灌装机的传动系统方案图和工作循环图。4.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。5.设计计算其中一对齿轮机构。6.以上所有要求绘制的图形均绘制在一张一号图纸上。7.编写设计计算说明书一份。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51324561 为皮带轮：i12。2、3、4、5、6 为齿轮：z2=30 z3=180 z4=30 z5=180 z6=30=z3/z2=180/30=6i54=z5/z4=180/30=6n1=n/(i1*i32*)i54=1440/(2*6*6)=20r/min4.2 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。66、7 为齿轮：z6=30 z7=60i76=z7/z6=60/30=2n2=n1/i76=20/2=10r/min减速器674.3 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：7减速器6896、8 为齿轮：z6=30 z8=609 为皮带轮：i9=2i86=z8/z6=60/30=2n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min4.4 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=30，z7=60，m=5mm，=20。8中心距：a=m(z6+z7)/2=5*(30+60)/2=225mm分度圆半径：r6=a*z6/（z7+z6）=180*30/（30+60）=60mmr7=a*z7/（z7+z6）=180*60/（30+60）=120mm基圆半径：rb6=m*z6*cos=5*30*cos20=70.5mmrb7=m*z7*cos=5*60*cos20=141mm齿顶圆半径：ra6=(z6+2ha*)*m/2=(30+2*1)*5/2=80mmra7=(z7+2ha*)*m/2=(60+2*1)*5/2=151mm齿顶圆压力角：a6=arccos【z6cos/（z6+2ha*）】=acrcos【30cos20/（30+2*1）】=25.2a7=arccos【z7cos/（z7+2ha*）】=acrcos【60cos20/（60+2*1）】=18.40基圆齿距：pb6=pb7=mcos=3.14*5*cos 20=14.76mm理论啮合线：N1N2实际啮合线：AB重合度：a=【z6(tana6-tan)+z7(tana7-tan)】/2 =【30(tan31.32-tan20)+60(tan26.50-tan20)】/2 =2.46a1这对齿轮能连续转动.5 方案拟定比较95.1 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 种实现方案这里取 3 种方案105.2.1方案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 方案11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 方案12图表 1 槽轮机构13转盘的间歇运动机构为槽轮机构，封口的冲压机构为凸轮机构，工件的定位机构为凸轮机构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（二）是凸轮机构，方案（一）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（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，则最后选择方案为旋转型灌装机的机械运动方案。.6 机械运动循环图14传送带 转动转动转台停止转动停止前进后退夹紧停止灌装前进后退 时间（角度）转动装置加紧装置压盖装置0 306090120150180210240270300330360.7 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1560mm 行程足够，故凸轮的推程设计为 60mm，以下为推杆的运动规律：90 120300 33060mm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0-90105120120-300315330-360位移（mm）030606030016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：=30回程角：=30进休止角：s=120远休止角：s=180最大压力角：max=2830.8 连杆机构的设计及校核17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=500mm18行程：s=220mm级位夹角：=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+）/（180-）=1.121.9 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1960。具体参数为：z左=12，z右=72，m=5mm，=20，=60。中心距：a=m(z左*360/+z7)/2=5*(12*6+72)/2=360mm分度圆半径：r左=r右=a/2=360/2=180mm基圆半径：rb 左=rb 右=a*cos/2=360*cos20/2=169mm齿顶圆半径：ra 左=ra 右=(z右+2ha*)*m/2=(72+2*1)*5/2=187mm齿顶圆压力角：a 左=a 右=arccos【z右cos/（z右+2ha*）】=acrcos【72cos20/（72+2*1）】=17基圆齿距：Pb 左=Pb 右=mcos=3.14*5*cos 20=14.76mm.10 设计感想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 10 天，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。20.11 参考资料1李继庆 陈作摸主编 机械设计基础 北京 高等教育出版社 1999 2 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，20023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