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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 1 目 錄 1 設(shè)計(jì)要求和條件 .１ 1.1 設(shè)計(jì)題目 .１ 1.2 設(shè)計(jì)提示 ２ 1.3 原始數(shù)據(jù) ２ 2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明 .３ 3 機(jī)構(gòu)組合運(yùn)動(dòng) .５ 3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 .５ 3.2 組合方式： .５ 4 灌裝機(jī)的傳動(dòng)條件 .６ 5 整個(gè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程 .６ 小結(jié) .７ 致 謝 ８ 參考文獻(xiàn) .９ 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 2 前 言 自進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，市場(chǎng)愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、價(jià)格低廉、效率高、低能 耗的機(jī)械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是深化了解機(jī)械原理課程內(nèi)容，綜合運(yùn)用機(jī)械原理課程所學(xué)理論知識(shí)和技 能解決實(shí)際問(wèn)題，提高動(dòng)腦動(dòng)手能力的重要環(huán)節(jié)。此課程在教學(xué)內(nèi)容方面著重基本知識(shí)、基本理 論和基本方法的掌握，在培養(yǎng)實(shí)踐能力方面著重設(shè)計(jì)構(gòu)思和設(shè)計(jì)技能的基本訓(xùn)練，使學(xué)生對(duì)工程 實(shí)際具有分析、解決問(wèn)題的能力，在設(shè)計(jì)中具有創(chuàng)新思維。 另外，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)還加深回顧了動(dòng)手畫(huà)圖能力，設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，通過(guò)手動(dòng)畫(huà)圖來(lái)調(diào)整設(shè) 計(jì)方案，最后運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助畫(huà)圖功能 AutoCAD 來(lái)完成機(jī)械簡(jiǎn)圖。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)：待灌瓶由傳送系統(tǒng)(一般經(jīng)洗瓶機(jī)由輸送帶輸入)或人工送入灌裝機(jī)進(jìn)瓶機(jī)構(gòu), 瓶子由灌裝機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)帶動(dòng)繞主立軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行連續(xù)灌裝,轉(zhuǎn)動(dòng)近一周時(shí)瓶子己灌滿(mǎn),然后由轉(zhuǎn)盤(pán)送 入壓蓋機(jī)進(jìn)行壓蓋。這種灌裝機(jī)在食品、飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝,此 機(jī)主要由流體輸送(即供料系統(tǒng))、容器輸送(即供瓶系統(tǒng))、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤(pán)、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)體、 自控等部分所組成,其中灌裝閥是保證灌裝機(jī)能否正常工作的關(guān)鍵。 綜述，機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)是以運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)為主，讓學(xué)生根據(jù)所給要求，通過(guò)對(duì)所學(xué)知識(shí)綜 合運(yùn)用，運(yùn)用簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)組成，獨(dú)立提出運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)方案，經(jīng)分析，比較后確定最佳方案，以發(fā)揮 學(xué)生的主觀性、創(chuàng)造力。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 1 設(shè)計(jì)要求和條件 1.1 設(shè)計(jì)題目 設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上對(duì)容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝液體（如飲料，酒，冷霜 等） ，轉(zhuǎn)臺(tái)有多工位停歇，以實(shí)現(xiàn)灌裝，封口等工序。為保證在這些工位上能夠準(zhǔn)確的灌裝，封口， 應(yīng)有定位裝置。如下圖所示，工位 1：輸入空瓶；工位 2：灌裝；工位 3：封口；工位 4：輸出灌 裝好的容器。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 3 4321固 定 工 作 臺(tái)傳 送 帶 轉(zhuǎn) 臺(tái) 該機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式為機(jī)械傳動(dòng)。技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表 表 1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)技術(shù)參數(shù) 方案號(hào) 轉(zhuǎn)臺(tái)直徑/min 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速/min 灌裝速度/min D 525 960 12 1.2 設(shè)計(jì)提示 １.２.１ 裝瓶泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。 １.２.２ 屬冠蓋封口，它們可有氣泵吸附在壓蓋機(jī)構(gòu)上，有壓蓋機(jī)構(gòu)壓入（或通過(guò)壓蓋模將 瓶蓋緊固在）瓶口。設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓蓋機(jī)構(gòu)。壓蓋機(jī)構(gòu)可采用移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī) 構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)。 １.２.３ 此外，需要設(shè)計(jì)間歇?jiǎng)訖C(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)間歇傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有 定位（鎖緊）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)等，定位（鎖緊）機(jī)構(gòu)可采用 凸輪機(jī)構(gòu)等。 1.3 原始數(shù)據(jù) 1.3.1 總傳動(dòng)比:i= = ；min/72960r34 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 4 1.3.2 電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)速 n=960r/min; 1.3.3 凸輪: 轉(zhuǎn)速 n=72r/min; 基圓半徑 r=60mm;推程=回程=40mm。 1.3.4 槽輪: 轉(zhuǎn)速 n=72r/min;θ=30°,根據(jù) C=r/sinθ=R/cosθ 槽輪撥盤(pán)中心距 c=2r=160mm; 槽輪名義外圓半徑 R=√3 r=139mm; 轉(zhuǎn)臂半徑 r=80mm,鎖止弧半徑 R’=KR=47mm; 滾子半徑 ρ=r/6=13.3mm. 1.3.5 轉(zhuǎn)臺(tái): 直徑 d=525mm,轉(zhuǎn)速 n=12r/min. 1.3.6 傳動(dòng)系統(tǒng):齒輪系傳動(dòng) 標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪: 模數(shù) m=5,齒頂高系數(shù) ha*=1,c*=0.25,α=20° Z1=40,d1=mz1=200mm: Z3=37,d2=mz2=185mm; Z2=Z2’=36,d2’=mz2’=180mm; Z4=Z4’=Z5=Z5’=42 P=πm=15.7mm 2 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)說(shuō)明 所選機(jī)構(gòu)：凸輪機(jī)構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。如下圖所示 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 5 圖 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 原動(dòng)機(jī)：選擇驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)，必須嚴(yán)格分析每一包裝動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、調(diào)節(jié)范圍，如明確工作 行程和回程運(yùn)動(dòng)的速度和加速度的規(guī)律、停歇位置、明確各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在整個(gè)包裝循環(huán)周期內(nèi)相 互配合關(guān)系。由于各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須準(zhǔn)確的協(xié)調(diào)配合，故采用集中驅(qū)動(dòng)方式，即原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī) （n=960r/min） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：齒輪傳動(dòng)，該方案選用輪系為定軸輪系。其中，通過(guò)定軸輪系，實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比 I== ==?工 作 軸電 動(dòng) 機(jī)Nmin/72960r34 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：槽輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，且為單向轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)轉(zhuǎn)臺(tái)四工位要求，選用槽 輪的參數(shù)為：槽數(shù) Z=6，轉(zhuǎn)臂滾子數(shù) J=1，特性系數(shù) K= = (t1 為槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，21t t2 為槽輪停歇時(shí)間)，運(yùn)動(dòng)系數(shù) τ= = 。如下圖所示21t?3 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 6 圖 2 槽輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圓柱形凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)灌裝、封口工序。該課題中，凸輪大小應(yīng)轉(zhuǎn)臺(tái)需求而變，據(jù)課題得，凸 輪轉(zhuǎn)速 n=72r/min，凸輪參數(shù) r=60mm，推程=回程=40mm，遠(yuǎn)程，回程均按正旋規(guī)律變化，如下圖 所示 圖 3 凸輪輪廓曲線 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 7 180°362796θ 圖 4 圓柱凸輪推桿的運(yùn)動(dòng)曲線 3 機(jī)構(gòu)組合運(yùn)動(dòng) 3.1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 表 2 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 灌裝、封口裝置 運(yùn)動(dòng) 灌裝、封口工序 轉(zhuǎn)臺(tái) 運(yùn)動(dòng) 靜止 凸輪轉(zhuǎn)角 θ 0· 120· 360· 3.2 組合方式： 凸輪機(jī)構(gòu)———灌裝封口工序 齒輪系傳動(dòng)機(jī) 完成工作 槽輪機(jī)構(gòu)———轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)作 圖 5 組合方式 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 8 4 灌裝機(jī)的傳動(dòng)條件 旋轉(zhuǎn)型自動(dòng)灌裝機(jī)，所用的動(dòng)力都是電動(dòng)機(jī)，其功率一般在 1-3 千瓦之間，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速通 常是很高的，而灌裝機(jī)的轉(zhuǎn)速不過(guò)每分鐘幾轉(zhuǎn)，滿(mǎn)足不了灌裝工作的要求，因此，它的傳動(dòng)就需 要一套合理的變速系統(tǒng)。 對(duì)于旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)傳動(dòng)部分的要求有以下幾點(diǎn)： 4.1 傳動(dòng)平穩(wěn) 由于主機(jī)完成灌裝任務(wù)是在一個(gè)酒缸上進(jìn)行的，它的進(jìn)瓶、出瓶準(zhǔn)確地灌裝等都要求在平穩(wěn) 的工作條件下進(jìn)行。 4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，一方面可以減少功率的消耗，另一方面設(shè)備的精度易達(dá)到，同時(shí)維修方便。 4.3 安全裝置 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題是瓶子經(jīng)?？ㄗ?在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮安全裝置，在機(jī)器發(fā)生故障時(shí)， 能自動(dòng)停車(chē)或自動(dòng)報(bào)警，以便及時(shí)排除故障。 由于要適應(yīng)使用廠家經(jīng)常改變本廠灌裝產(chǎn)品的需求，充分發(fā)揮設(shè)備的潛力，做到一機(jī)多用， 提高的設(shè)備的適應(yīng)能力，因此灌裝機(jī)的速度應(yīng)能當(dāng)能夠改變（調(diào)速）以滿(mǎn)足需要。 另外，在設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)考慮到安裝、調(diào)試、保養(yǎng)的方便性,要滿(mǎn)足人體工程學(xué)的要求，給工 人帶來(lái)方便，要盡量縮短維修時(shí)間，要求便于維修、保養(yǎng)。 5 整個(gè)機(jī)器運(yùn)動(dòng)過(guò)程 電源開(kāi)啟，電動(dòng)機(jī)開(kāi)始工作（n=960r/min） ，帶動(dòng)輪系傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)比 I =40:3,帶動(dòng)凸輪機(jī) 構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)同時(shí)開(kāi)始工作，凸輪轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速 n=72r/min，槽輪撥盤(pán)轉(zhuǎn)速 n=72r/min.當(dāng)具有凹槽的 圓柱回轉(zhuǎn)時(shí)，其凹輪的側(cè)面通過(guò)嵌于凹槽中的滑塊迫使推桿實(shí)現(xiàn)上下往復(fù)移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)灌裝， 封口工序。在該圓柱凸輪的輪廓線上，可以發(fā)現(xiàn)其遠(yuǎn)休接近于圓周時(shí)間 2/3。在這段時(shí)間內(nèi)，罐 裝、封口工作進(jìn)行，在其余推程，回程時(shí)間內(nèi)。實(shí)現(xiàn)裝置回程。當(dāng)槽輪撥盤(pán)以 n=72r/min 旋轉(zhuǎn)時(shí)， 帶動(dòng)槽輪以 n=12r/min 旋轉(zhuǎn)，達(dá)到轉(zhuǎn)臺(tái)灌裝要求，在該槽輪中 k=1/2，即槽輪工作時(shí)間是停歇時(shí) 間的 1/2，亦即轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)間是停歇時(shí)間的 1/2，即實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)與灌裝，封口裝置的協(xié)調(diào)配合。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 9 小結(jié) 課程設(shè)計(jì)就在我們小組成員的共同努力下即將結(jié)束，回顧這幾天來(lái)的辛勤努力，再看一下我 們的成果。心中充滿(mǎn)了喜悅和一種強(qiáng)烈的集體榮譽(yù)感。畢竟是我們的第一次機(jī)械設(shè)計(jì)，是我們對(duì) 本專(zhuān)業(yè)課程的一次實(shí)踐，其中包含了小組成員的辛酸，也包括了每個(gè)人的欣喜.自己根據(jù)題目要求,自 己總體設(shè)計(jì)，自己動(dòng)手把設(shè)計(jì)圖形化，整個(gè)過(guò)程必須節(jié)節(jié)相扣,哪個(gè)環(huán)節(jié)出了錯(cuò)，會(huì)給整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò) 程帶來(lái)意想不到的困難，因此需要每個(gè)成員慎之又慎,絲毫的麻痹大意都不允許出現(xiàn)。 首先說(shuō)我們的構(gòu)想,在提交指導(dǎo)老師審核之前，我們小組成員用了整整一天的時(shí)間去考慮，每 個(gè)細(xì)節(jié)都是經(jīng)過(guò)仔細(xì)考慮，恐怕在某個(gè)環(huán)節(jié)上出錯(cuò)。 之后我們小組成員進(jìn)行了分工，一個(gè)總體負(fù)責(zé)，一個(gè)專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)機(jī)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，一個(gè)負(fù)責(zé)畫(huà) 圖和文檔的編排.雖然分了工，但我們也不是在自己的責(zé)任之外就不去考慮其他成員的任務(wù)，我們 相互之間發(fā)揚(yáng)了團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神，遇到問(wèn)題一起解決,共同面對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題,共同想解決的 辦法，同時(shí)在解決問(wèn)題的那個(gè)時(shí)刻能共同享受那份收獲的喜悅.這就是團(tuán)隊(duì)合作的意識(shí)， 再者,我們?cè)谠O(shè)計(jì)構(gòu)成中，用到了很多圖形軟件，如 Auto CAD。它幫助我們實(shí)現(xiàn)我們的設(shè)計(jì) 意圖,因此到了現(xiàn)在也才知道，掌握一種圖形軟件會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)帶來(lái)巨大的幫助，同時(shí)也感覺(jué)到，要想 作一個(gè)設(shè)計(jì)師，圖形軟件的應(yīng)用應(yīng)該能達(dá)到得心應(yīng)手的程度才算合格，這也是對(duì)我們提出的要求。 可惜的是,以前時(shí)間浪費(fèi)了許多，沒(méi)有能夠充分利用時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)，以至于現(xiàn)在作圖時(shí)困難重重，甚 至感到力不從心。故在學(xué)習(xí)本專(zhuān)業(yè)的同時(shí)能夠掌握幾種圖形軟件的應(yīng)用，會(huì)對(duì)將來(lái)走向設(shè)計(jì)師的 職業(yè)有莫大的幫助。 而最重要的就是，既然是機(jī)械課程設(shè)計(jì)，如果對(duì)所學(xué)專(zhuān)業(yè)理解和掌握的不好，對(duì)于設(shè)計(jì)而言 將會(huì)困難重重。課堂上的東西到了現(xiàn)在才算有了更深的理解，很多原來(lái)不明白的地方到了現(xiàn)在也 才算想通了，這可算是一個(gè)跳躍。但歸到底，要想設(shè)計(jì)出好的作品并能應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中的話， 必須將現(xiàn)在的課程教育與動(dòng)手實(shí)踐結(jié)合起來(lái)，我們認(rèn)為這也是這次課程設(shè)計(jì)的目的所在，現(xiàn)在或 許會(huì)失敗，那可能還無(wú)所謂，但是如果將來(lái)還失敗的話，那會(huì)給社會(huì)帶來(lái)資源的浪費(fèi)，無(wú)論是人 力還是物力。所以我們必須好好學(xué)習(xí)本專(zhuān)業(yè)課程，同時(shí)重視平時(shí)的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。要學(xué)會(huì)將理論 與實(shí)踐相結(jié)合。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們學(xué)會(huì)了不少東西,團(tuán)結(jié)協(xié)作的意識(shí)，課程以外知識(shí)的學(xué)習(xí),以及課程與 實(shí)踐結(jié)合的意識(shí)，都是我們所能親身感覺(jué)到的，沒(méi)有多方面的知識(shí)做基礎(chǔ),要想成功簡(jiǎn)直是妄想， 所以在課程設(shè)計(jì)結(jié)束的同時(shí)提醒大家多多重視這次難得的實(shí)踐機(jī)會(huì)。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 10 致 謝 通過(guò)《機(jī)械原理》的學(xué)習(xí)，使我對(duì)機(jī)械制造基礎(chǔ)方面的知識(shí)有了很大的了解，這次又通過(guò) “機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”更進(jìn)一步的深入了解了《機(jī)械原理》這門(mén)課程，首先要感謝的是我的《機(jī) 械原理》授課老師兼“機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)”指導(dǎo)老師張涵老師，她平時(shí)上課時(shí)注重我們的理論知 識(shí)，這樣在我們做設(shè)計(jì)的時(shí)候，就有了很強(qiáng)的理論基礎(chǔ)。還要感謝我們?cè)趯?shí)習(xí)期間幫助與指導(dǎo)我 們的實(shí)習(xí)老師，通過(guò)他們的耐心知道，使我們?cè)趯?shí)習(xí)期間少了很多困難，增加了很多額外的書(shū)本 上沒(méi)有的知識(shí)，這樣對(duì)我們做的此次課程設(shè)計(jì)有了很大的幫助。同時(shí)還要感謝我們小組的成員， 大家一星期以來(lái)吃苦耐勞，對(duì)著一次一次的失敗并沒(méi)有任何的氣餒與退縮，才有了現(xiàn)在我們?cè)O(shè)計(jì) 的成功。 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 11 參考文獻(xiàn) [1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006 [2] 殷鴻梁，朱邦賢。間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1995 [3] 裘建新.機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū).北京：高等教育出版社，2006 [4] 曹龍華.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，1986 [5] 顏洪森.機(jī)械裝置的創(chuàng)造性設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002 [6] 姜琪.機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)——機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)題例及指導(dǎo).北京：高等教育出版社，1991