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1、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：机自091成员：余建丰柴佳力李泽龙指导老师：李盛宇日期：2011 5.30-6 3目录1 设计题目21.1设计条件21 -2设计任务31.3设计思路32.原动机的选择33.传动比分配34.传动机构的设计44.1减速器设计44.2第二次减速装置设计54.3第三次减速装置设计54.4 齿轮的设计65.方案选择85.1综述85.2选择设计方案85.3 方案确定106.机械运动循环图117.凸轮设计、计算及校核12&连杆机构的设计及校核139.间歇机构设计1510.整体评价1611.设计小结1712.参考资料17主
2、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万案号转台直径mm电动机转速r/mi n灌装速度r/mi nA600144010B550144012C50096010n转速=每小时生产定额/ （转盘的模孔数怡0） = （ 60*60） / （ 6*60） =10r/min1
3、 -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i2,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o7.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
4、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
5、紧装置，转动装置及压盖装置所需转速为10r/mi n,另设计一级减 速，使转速达到要求，其传动比分别为2 o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:ii= 2 o2、3、4、5、6 为齿轮：Z2=20 za=120Z4=20 Z5=120Z2=20Z3=120Z4= 20Z5=120Ze=20Ze=20n=1440r/minI32=Z3/Z2= 120/20=6 ii= 2i 54=Z5/Z4=120
6、/20=6i32=6ni=n/(i i*i 32*134) =1440/(2*6*6)=20r/min.厂154=6n i=20r/m4.2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:Ze=20 Z?=40Z6=20i 76=Z7/z6=40/20=2Z7=40 n2=ni/i 76=20/2=1 Or/mi ni76=2n厂、6减速器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 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:91-1J.86减速器6、8 为齿
7、轮：Z6=20Z8=409为皮带轮：io=2Z6=20I86=Z8/Z6=4O/2O=2Z8=40n 3=ni/(i86*i 9)=20/(2*2)=5r/mini9=24.4齿轮的设计i86=2n 3=5r/m上为一对标准直齿轮（传动装置中的齿轮6和齿轮7） o具体参数为:Z6=2O, Z7=40, m=5mm, a=20oZe=20Z7=40 m=5mma =20a=150mmr6=5Ommr7=1OOmmrb6=47mmrb7=94mmra6=55mmra7=1O5mma6=31.32a7=26.5Opb6=14.76mm c a=1.6> 15 方案选择5.1综述待灌瓶由传送系统
8、（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
9、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
10、较高，经济f生不好。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占；八、丿因为：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
11、的定位 机构为凸轮机构6-机械运动循环图后退停止 转鶴后退1 /传送带转动 丿转台侥止转动,7 凸轮设计、计算及校核时间0° （角度）1111111111130 ° 60 ° 90 0120° 150 0180 ° 210 ° 240 0 270 0 300 0 330 0 360 °转动 装置/加紧YJ1装置/压需 装置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亍程足够，故凸轮的推程设计为60mm以下为推杆的运动规律:60mm1«Ii90°120°300
12、6; 330°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 的尖系。度数090°105。120°120300°315330360°位移（mm）r01306060300理论轮廓线© =30© =30基圆：ro=480mm滚子半径：rr=30行程：h=60mm推程角：©=0°回程角：© =30°进休止角：©=120。远休止角：©'=180 °最大压力角：Hax=28 V 30&连杆机构的设计及校核此连杆控制封装压盖机构，由
13、于空瓶高度约为250mm故行程不宜ro=48Omm仃=30h=60mm样 120°超过300mm由此设计如下连杆机构:艇T80 °3max=28 V曲柄长：a=100mm连杆长：b=900mm偏C?距：e=500mm行程：s=220mm级位夹角:B = arccos e/(a+b)】-arccos e/(b-a)J =10最小传动角:rmin= arccos e/(b-a)J =513行程速比:k=(180° +9)7(180° -9)=1.12> 1a=100mmb=900mme=500mm9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
14、运动，下面我们用一张图片s=220mm9=10°r min=51 .3k=1.12> 1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5右边为标准齿轮，左边齿轮转一圈，右边齿轮转z左=6动 60 ° ° 具体参数为：z 左=6, z 右=36，m=5mm 、 a =20, 0 =60 °z 右=36m=5mma =200=60中心距:a=m(z 2e*360 / + z?) 72=5*(6*6+3
15、6)72=180mm分度圆半径：r 左=r =a/2=180/2=90mma=180mm基圆半径：rb&=rb=a*cos o/2=180*cos20 /2=84.6mm齿顶圆半径：ra&=r a=(z 右广m/2=(36+2*1 广5/2=95mm齿顶圆压力角：a左=8 =arccos【Z右cos a (z +2ha*)=acrcos 36cos20/ (36+2*1 ) =27基圆齿距：Pb&=卩匕=nrncoso=3.14*5*cos 20 =14.76mm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。成了从瓶 子的传输到灌装，压盖，最后输出的机器1
16、0.整体评价r左=r右=90mmrb 左=84.6mmrb 右=84.6mm=QSmmca 左=aa 右=27Pb=14.76mmPb右=14.76mm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一一不完全齿轮。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
17、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20102 裘建新主编机械原理课程设计指导书高等教育出版社20053 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