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機械原理課程設計 說明書 設計題目 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 學院 組員 指導老師 完成時間 2014 目錄 1.題目………………………………………………………… 2.1設計題目…………………………………………………. 2.2設計任務………………………………………………… 2.3設計要求…………………………………………………. 3.方案選擇…………………………………………………… 4.功能分解…………………………………………………… 5.機構(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.繪制機構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖……………………… 8.機構(gòu)運動線圖分析………………………………………… 9.設計小結(jié)…………………………………………………… 10.參考文獻…………………………………………………… 題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機 2.1設計題目 設計旋轉(zhuǎn)型灌裝機。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確地灌裝、封口，應有定位裝置。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 該機采用電動機驅(qū)動，傳動方式為機械傳動。技術參數(shù)見下表。 表 技術參數(shù)表 方案號 轉(zhuǎn)臺直徑 mm 電動機轉(zhuǎn)速 r/min 灌裝速度 r/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 C 500 960 10 2.2設計任務 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)思并選定機構(gòu)方案； （2）設計上述各機構(gòu)（每組設計一組機構(gòu)）。根據(jù)選定的方案設計各機構(gòu)（凸輪機構(gòu)設計、連桿機構(gòu)設計、齒輪機構(gòu)設計等）并進行運動分析； （3）根據(jù)上面求得的尺寸，按比例畫出全部機構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖(計算機繪圖和手工繪圖各一份)；計算自由度，拆分機構(gòu)，判定機構(gòu)級別； （4）說明書1份，約2000-3000字。 2) 說明書應包含的內(nèi)容： （1）封面、目錄。 （2）設計題目 （3）功能分解 （4）選定機構(gòu)方案 （5）設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配 （6）繪制機構(gòu)的運動簡圖及運動循環(huán)圖 （7）設計小結(jié) （8）參考文獻 2.3設計要求 (1) 要求按設計實訓的時間安排，按時，按量，按質(zhì)完成全部。 (2) 要求機構(gòu)運動簡圖正確，應有運動協(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 計算機繪制和手工繪制機構(gòu)運動簡圖各一張，A3圖幅；計算機繪制和手工繪制運動循環(huán)圖各一張，A4圖幅； AutoCAD 2 計算機繪制零件圖，A4圖幅；裝配圖，A3圖幅； AutoCAD 3 根據(jù)設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，加上所設計機構(gòu)的Pro/E仿真動畫和課程設計過程的視頻）。 一個組共用 3.方案選擇 根據(jù)給定題目，我組選定方案A為主要設計方案。根據(jù)A給出的參數(shù)，電動機轉(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，進行我們的設計： 4.功能分解 灌裝機各執(zhí)行機構(gòu)包括實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺間歇轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)位機構(gòu)，實現(xiàn)輸瓶、灌裝、送蓋、壓蓋、卸瓶運動的機構(gòu)。各執(zhí)行機構(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。對于灌嘴的設計可以采用移動導桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪推桿機構(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構(gòu)上，由壓蓋機構(gòu)壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在瓶口）。設計者只需設計作直線往復運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或曲柄滑塊機構(gòu)。 3.此外，需要設計間歇傳動機構(gòu)，以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺的間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有定位（縮緊）機構(gòu)。間歇機構(gòu)可采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)。 為了實現(xiàn)灌嘴的定位機構(gòu)，比較凸輪推桿機構(gòu)和平面連桿機構(gòu)之間的優(yōu)缺點； 因為：1）凸輪推桿機構(gòu)能實現(xiàn)長時間定位，而平面連桿機構(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）凸輪推桿機構(gòu)比連桿機構(gòu)更容易設計。 所以，在這里凸輪推桿機構(gòu)比連桿機構(gòu)更適用，因為凸輪推桿機構(gòu)可以實現(xiàn)一定的運動規(guī)律。 為了實現(xiàn)封口的壓蓋機構(gòu)，比較曲柄滑塊機構(gòu)和凸輪機構(gòu)之間的優(yōu)缺點； 因為凸輪機構(gòu)， 1） 加工復雜，加工難度大。 2） 造價較高，經(jīng)濟性不好。 所以在這里曲柄滑塊機構(gòu)比凸輪機構(gòu)更適用 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運動機構(gòu)，比較槽輪機構(gòu)和不完全齒輪之間的優(yōu)缺點；因為：與其他間歇運動機構(gòu)相比，槽輪機構(gòu)簡單，外形尺寸小，機械效率高，并能較平穩(wěn)的、間歇地進行轉(zhuǎn)位。 所以在這里我們選擇槽輪機構(gòu)來實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運動。 綜上可知：灌嘴的定位機構(gòu)，我們選擇凸輪推桿機構(gòu)；封口的沖壓機構(gòu)，我們選擇曲柄滑塊機構(gòu)；轉(zhuǎn)盤的間歇運動機構(gòu)，我們選擇槽輪機構(gòu)。 最后根據(jù)機械系統(tǒng)運動功能分解，并由給定的條件，各機構(gòu)的相容性，各機構(gòu)的空間布置，類似產(chǎn)品的借鑒，設計出了如下所示最優(yōu)秀的機構(gòu)功能選用表： 機構(gòu)選用表 功能 執(zhí)行機構(gòu) 工藝動作 執(zhí)行機構(gòu) 轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)盤 停歇旋轉(zhuǎn)運動 槽輪機構(gòu) 灌裝 推桿 直線往復運動 凸輪機構(gòu) 壓蓋 灌裝壓頭 停歇往復運動 曲柄滑塊機構(gòu) 6.設計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配 1） 傳動比的設計 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)齒輪的設計 減速齒輪3：模數(shù)2，齒數(shù)20，標準齒輪（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，標準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 遠休止 快退 灌裝 連桿機構(gòu) 封蓋 間 歇 往 復 運 動 3） 槽輪機構(gòu)的設計 如下圖所示： 7.繪制機構(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槽輪機構(gòu)三維圖 2.5灌裝機總裝三維圖 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.設計小結(jié) 這是我們第一次做課程設計，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會，讓我們克服一個個困難的同時收獲新的知識。 這課程設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構(gòu)方案設計，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隊的重要性，明白了集體的力量是強大的。 通過這次旋轉(zhuǎn)型灌裝機課程設計，我們大家都掌握了一些常用執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)或簡單機器的設計方法和過程，提高了我們綜合運用機械原理課程理論的能力，培養(yǎng)了分析和解決一般機械運動實際問題的能力，并使所學知識得到了進一步鞏固、深化和擴展，也為以后的學習也奠定了一定的基礎，讓我們以后的學習方便，更加高效。 另外，這次機會讓我們能將以前的知識應用到實際的設計中來，懂得了融會貫通，舉一反三的道理，雖然不是很熟練，但看到所學的知識能一點點運用到設計中來，內(nèi)心的快樂是不能言語的。 10.參考文獻 1. 裘建新主編；《機械原理課程設計》；高等教育出版社 2. 謝忠東主編；《機械原理》；北京航天航空大學出版社 3.《機械原理 第七版》 陳作模、葛文杰主編 4.《機械原理課程設計手冊》 牛鳴岐、王保民等主編