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機(jī)械原理課程設(shè)計
說明書
設(shè)計題目 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
學(xué)院
組員
指導(dǎo)老師
完成時間 2014
目錄
1.題目…………………………………………………………
2.1設(shè)計題目………………………………………………….
2.2設(shè)計任務(wù)…………………………………………………
2.3設(shè)計要求………………………………………………….
3.方案選擇……………………………………………………
4.功能分解……………………………………………………
5.機(jī)構(gòu)的比較及選擇………………………………………….
6.涉及傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配………………………
7.繪制機(jī)構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖………………………
8.機(jī)構(gòu)運動線圖分析…………………………………………
9.設(shè)計小結(jié)……………………………………………………
10.參考文獻(xiàn)……………………………………………………
題目:旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
2.1設(shè)計題目
設(shè)計旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。在轉(zhuǎn)動工作臺上對包裝容器(如玻璃瓶)連續(xù)灌裝流體(如飲料、酒、冷霜等),轉(zhuǎn)臺有多工位停歇,以實現(xiàn)灌裝、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準(zhǔn)確地灌裝、封口,應(yīng)有定位裝置。如圖3.7中,工位1:輸入空瓶;工位2:灌裝;工位3:封口;工位4:輸出包裝好的容器。
旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
該機(jī)采用電動機(jī)驅(qū)動,傳動方式為機(jī)械傳動。技術(shù)參數(shù)見下表。
表 技術(shù)參數(shù)表
方案號
轉(zhuǎn)臺直徑
mm
電動機(jī)轉(zhuǎn)速
r/min
灌裝速度
r/min
A
600
1440
10
B
550
1440
12
C
500
960
10
2.2設(shè)計任務(wù)
1).完成的工作量:
(1)根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)和工藝要求,構(gòu)思并選定機(jī)構(gòu)方案;
(2)設(shè)計上述各機(jī)構(gòu)(每組設(shè)計一組機(jī)構(gòu))。根據(jù)選定的方案設(shè)計各機(jī)構(gòu)(凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計等)并進(jìn)行運動分析;
(3)根據(jù)上面求得的尺寸,按比例畫出全部機(jī)構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖(計算機(jī)繪圖和手工繪圖各一份);計算自由度,拆分機(jī)構(gòu),判定機(jī)構(gòu)級別;
(4)說明書1份,約2000-3000字。
2) 說明書應(yīng)包含的內(nèi)容:
(1)封面、目錄。
(2)設(shè)計題目
(3)功能分解
(4)選定機(jī)構(gòu)方案
(5)設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配
(6)繪制機(jī)構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖
(7)設(shè)計小結(jié)
(8)參考文獻(xiàn)
2.3設(shè)計要求
(1) 要求按設(shè)計實訓(xùn)的時間安排,按時,按量,按質(zhì)完成全部。
(2) 要求機(jī)構(gòu)運動簡圖正確,應(yīng)有運動協(xié)調(diào)內(nèi)容。
(3)要求按統(tǒng)一的格式編寫說明書,一律用A4紙張打印裝訂成冊。
(1) 提交材料要求:
序號
材料內(nèi)容
備注
1
計算機(jī)繪制和手工繪制機(jī)構(gòu)運動簡圖各一張,A3圖幅;計算機(jī)繪制和手工繪制運動循環(huán)圖各一張,A4圖幅;
AutoCAD
2
計算機(jī)繪制零件圖,A4圖幅;裝配圖,A3圖幅;
AutoCAD
3
根據(jù)設(shè)計思路編制一份說明書 (參照格式要求);
Word2003
4
材料光盤(內(nèi)容是上述材料,加上所設(shè)計機(jī)構(gòu)的Pro/E仿真動畫和課程設(shè)計過程的視頻)。
一個組共用
3.方案選擇
根據(jù)給定題目,我組選定方案A為主要設(shè)計方案。根據(jù)A給出的參數(shù),電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min,灌裝速度為10r/min。得出如下計算:10*6/60=1灌/s。所以罐裝的速度為1灌/s,由此判斷,在六工位轉(zhuǎn)臺上,每一秒鐘就要轉(zhuǎn)動一個工位,進(jìn)而得知槽輪主動輪的轉(zhuǎn)速為1r/s,而六個工位轉(zhuǎn)臺每一個工位相對其轉(zhuǎn)動中心的轉(zhuǎn)角為60°,再根據(jù)槽輪的運動規(guī)律可知,主動輪在每一秒鐘轉(zhuǎn)動過程中,只有60°的轉(zhuǎn)動用來驅(qū)動槽輪從動輪做轉(zhuǎn)動,其余的300°的轉(zhuǎn)動用來定位。所以,1s的時間內(nèi),有1/6s的時間工位轉(zhuǎn)動,5/6s的時間工位靜止。而灌裝和封蓋的過程均要在這5/6s的時間內(nèi)完成,以此為前提,進(jìn)行我們的設(shè)計:
4.功能分解
灌裝機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu),實現(xiàn)輸瓶、灌裝、送蓋、壓蓋、卸瓶運動的機(jī)構(gòu)。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須滿足工藝上的要求,此方案的執(zhí)行構(gòu)件的功能分解如下所示:
(1) 容器輸入輸出功能
(2) 轉(zhuǎn)臺多工位停歇轉(zhuǎn)動功能
(3) 灌的定位功能
(4) 對容器的灌裝流體功能
(5) 對容器的封口功能
(6) 送蓋功能
(7)吸蓋功能
(8)換蓋功能
5. 機(jī)構(gòu)的比較及其選擇
經(jīng)小組成員研究討論,下面擬定上述3個動作的實現(xiàn)該方案:
1.采用灌裝泵灌裝流體,泵固定在某工位的上方。對于灌嘴的設(shè)計可以采用移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或凸輪推桿機(jī)構(gòu)。
2.采用軟木塞或金屬冠蓋封口,它們可以由氣泵吸附在壓蓋機(jī)構(gòu)上,由壓蓋機(jī)構(gòu)壓入(或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在瓶口)。設(shè)計者只需設(shè)計作直線往復(fù)運動的壓蓋機(jī)構(gòu)。壓蓋機(jī)構(gòu)可采用移動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
3.此外,需要設(shè)計間歇傳動機(jī)構(gòu),以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺的間歇傳動。為保證停歇可靠,還應(yīng)有定位(縮緊)機(jī)構(gòu)。間歇機(jī)構(gòu)可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)。
為了實現(xiàn)灌嘴的定位機(jī)構(gòu),比較凸輪推桿機(jī)構(gòu)和平面連桿機(jī)構(gòu)之間的優(yōu)缺點;
因為:1)凸輪推桿機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)長時間定位,而平面連桿機(jī)構(gòu)只能瞬時定位,定位效果差,精度低,而灌裝液體時需要一定的停歇時間才能夠完成。
2)凸輪推桿機(jī)構(gòu)比連桿機(jī)構(gòu)更容易設(shè)計。
所以,在這里凸輪推桿機(jī)構(gòu)比連桿機(jī)構(gòu)更適用,因為凸輪推桿機(jī)構(gòu)可以實現(xiàn)一定的運動規(guī)律。
為了實現(xiàn)封口的壓蓋機(jī)構(gòu),比較曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)之間的優(yōu)缺點;
因為凸輪機(jī)構(gòu),
1) 加工復(fù)雜,加工難度大。
2) 造價較高,經(jīng)濟(jì)性不好。
所以在這里曲柄滑塊機(jī)構(gòu)比凸輪機(jī)構(gòu)更適用
為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運動機(jī)構(gòu),比較槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪之間的優(yōu)缺點;因為:與其他間歇運動機(jī)構(gòu)相比,槽輪機(jī)構(gòu)簡單,外形尺寸小,機(jī)械效率高,并能較平穩(wěn)的、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。
所以在這里我們選擇槽輪機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運動。
綜上可知:灌嘴的定位機(jī)構(gòu),我們選擇凸輪推桿機(jī)構(gòu);封口的沖壓機(jī)構(gòu),我們選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu);轉(zhuǎn)盤的間歇運動機(jī)構(gòu),我們選擇槽輪機(jī)構(gòu)。
最后根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運動功能分解,并由給定的條件,各機(jī)構(gòu)的相容性,各機(jī)構(gòu)的空間布置,類似產(chǎn)品的借鑒,設(shè)計出了如下所示最優(yōu)秀的機(jī)構(gòu)功能選用表:
機(jī)構(gòu)選用表
功能
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
工藝動作
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)
轉(zhuǎn)盤
停歇旋轉(zhuǎn)運動
槽輪機(jī)構(gòu)
灌裝
推桿
直線往復(fù)運動
凸輪機(jī)構(gòu)
壓蓋
灌裝壓頭
停歇往復(fù)運動
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
6.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配
1) 傳動比的設(shè)計
2為皮帶輪:i1=1:2。
3、4、5、為齒輪:Z3=20
Z4=60
Z5=80
i43=3
i54=4/3
2)齒輪的設(shè)計
減速齒輪3:模數(shù)2,齒數(shù)20,標(biāo)準(zhǔn)齒輪(齒頂高系數(shù)1,頂隙系數(shù)0.25,壓力角20°,)齒輪分度圓直徑D=mz=2*20=40mm
減速齒輪4:模數(shù)2,齒數(shù)60,標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒輪分度圓直徑D2=2*60=120mm
具體參數(shù)為:z1=20,z2=60,m=2,α=20°
中心距:a=m(z1+z2)/2=2*(20+60)/2=80mm
分度圓直徑:d1=m*z1=2*20mm=40mm
D2= =m*z2=2*60=120mm
基圓直徑: db1=m *z1*cosα=2*20*cos20°=16.32mm
db2=m*z2*cosα=2*60*cos20°=48.97mm
齒頂圓半徑:da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2*1)*2/2=22mm
da2=(z2+2ha*)*m/2=(60+2*1)*2/2=62mm
齒頂圓壓力角:αa1=arccos【z1cosα/(z1+2ha*)】
=acrcos【20cos20°/(20+2*1)】
=68.2227°
αa2=arccos【z2cosα/(z2+2ha*)】
=acrcos【60cos20°/(60+2*1)】
=66.7403°
基圓齒距:pb1=pb2=πmcosα=3.14*2*cos 20°=2.56mm
重合度:εa=【z1(tanαa3-tanα)+z2(tanαa4-tanα)】/2π
=【20(tan68.2227°-tan20°)+60(tan66.7403°-tan20°)】/2π
=1.2518
εa>1可連續(xù)傳動
齒輪4模數(shù)2,齒數(shù)60,齒輪5模數(shù)為2,齒數(shù)80, 齒輪傳動比為 3:4,證過程同上.
直齒輪6模數(shù)2,齒數(shù)40,與惰輪1:1嚙合,可以連續(xù)傳動。
論證過程同上。
3)凸輪的設(shè)計
運動協(xié)調(diào)表
凸輪轉(zhuǎn)角
0°—60°
60°—140°
140°—240°
240°
240°—360°
凸輪運動軌跡
近休止
快進(jìn)
遠(yuǎn)休止
快退
灌裝
連桿機(jī)構(gòu)
封蓋
間 歇 往 復(fù) 運 動
3) 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計
如下圖所示:
7.繪制機(jī)構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖
1) 運動簡圖
2) 三維圖
2.1齒輪
2.2凸輪三維圖
2.4槽輪機(jī)構(gòu)三維圖
2.5灌裝機(jī)總裝三維圖
3)運動循環(huán)圖
8.運動分析線圖
1)槽輪運動分析線圖
加速度
速度
位置
2) 凸輪的運動分析線圖
加速度
位置
9.設(shè)計小結(jié)
這是我們第一次做課程設(shè)計,困難程度對我們而言可想而知。里面有很多東西我們都不懂怎么弄,所謂萬事開頭難,前面真的是一頭霧水。但我們同時也深深的明白這也是很好的一個鍛煉機(jī)會,讓我們克服一個個困難的同時收獲新的知識。
這課程設(shè)計花費了我們半個的月的時間,在這段時間里我們一起集中探討機(jī)構(gòu)方案設(shè)計,一起研究各種方案的的可行性,遇到不懂的地方就一起討論解決,它讓我們深深懂得了團(tuán)隊的重要性,明白了集體的力量是強(qiáng)大的。
通過這次旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)課程設(shè)計,我們大家都掌握了一些常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)或簡單機(jī)器的設(shè)計方法和過程,提高了我們綜合運用機(jī)械原理課程理論的能力,培養(yǎng)了分析和解決一般機(jī)械運動實際問題的能力,并使所學(xué)知識得到了進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展,也為以后的學(xué)習(xí)也奠定了一定的基礎(chǔ),讓我們以后的學(xué)習(xí)方便,更加高效。
另外,這次機(jī)會讓我們能將以前的知識應(yīng)用到實際的設(shè)計中來,懂得了融會貫通,舉一反三的道理,雖然不是很熟練,但看到所學(xué)的知識能一點點運用到設(shè)計中來,內(nèi)心的快樂是不能言語的。
10.參考文獻(xiàn)
1. 裘建新主編;《機(jī)械原理課程設(shè)計》;高等教育出版社
2. 謝忠東主編;《機(jī)械原理》;北京航天航空大學(xué)出版社
3.《機(jī)械原理 第七版》 陳作模、葛文杰主編
4.《機(jī)械原理課程設(shè)計手冊》 牛鳴岐、王保民等主編