机械原理作业——旋转型灌装机

TheoryofMachinesandMechanisms第1页共34页☆-1-机械原理课程设计任务书旋转型灌装机1.1设计题目及原始数据设计旋转型灌装机。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。该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见下表。旋转型灌装机技术参数表方案号转台直径mm电动机转速r/min灌装速度r/minA600144010B550144012C50096010表1-11.2设计方案提示1.采用灌瓶泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。2.采用软木塞或金属冠盖封口，它们可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，以实现工作转台间歇传动。为保证停歇可靠，还应有定位（锁紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位（锁1234传送带固定工作台转台图1-1旋转型灌装机TheoryofMachinesandMechanisms第2页共34页☆-2-紧）机构可采用凸轮机构等。1.3设计任务1.旋转型灌装机应包括连杆机构、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分配，并在图纸上画出传动系统图；3.图纸上画出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运动节拍；4.电算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.凸轮机构的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；6.齿轮机构的设计计算；7.编写设计计算说明书；2．旋转型灌装机的工作功能原理2.1旋转型灌装机工作原理TheoryofMachinesandMechanisms第3页共34页☆-3-1234传送带固定工作台转台如图2-1所示，在按照工作要求下，旋转型灌装机在同一个原动机的带动下，输入传送带将待灌装和封口压盖的容器输入工位1，同时旋转工作台作间隙旋转运动，将空容器和已灌的容器分别送至工位2和工位3，在定位夹紧之图2-1后，固定于工作台上方的灌装设备和封口压盖设备分别对空容器进行灌装和已灌装容器进行封口压盖。灌装，封口压盖工序完成后，容器随着旋转工作台的间隙旋转运动至4位置，由于输出传送带的作用，在4位置的容器将随着输出传送带被带至下一个工序的位置上。2.2旋转型灌装机功能原理（1）基于上述设计任务书的要求以及旋转型灌装机的工作原理，为了实现旋转型灌装机的总功能要求，我们将旋转型灌装机要实现的功能分解为如下分功能：①容器输入与传送功能；②容器定位功能；③容器夹紧功能；④灌装功能；⑤封口压盖功能；⑥产品输出与传送功能。其功能逻辑图如下图图2-2所示：TheoryofMachinesandMechanisms第4页共34页☆-4-图2-2（2）功能原理的工艺过程分解；①容器输入与传送功能：要实现容器的输入与传送功能，我们想到了如图2-3所示的连杆机构，原动件AB连续转动，使ED摆动，通过EF杆的作用使5在H范围内来回运动，从而把容器推送至工位1，但是考虑到这种推送运动冲击大，对轻质容器，玻璃容器等来说是应该避免的，同时这样的连杆机构设计复杂，所以在此我们尽量不选用这种推送机构。图2-3为了达到容器的输出与传送的目的，同时使我们的设计过程简单化，我们采用TheoryofMachinesandMechanisms第5页共34页☆-5-皮带传送的方式。如图2-4所示，并且这种传送方式在实际生产活动中被大量采用。图2-4由于传送皮带上容器是连续排列的，而旋转工作台是间隙转动，为了使容器能够间隙有序地传送到旋转工作台工位1，从而到达各机构运动的配合与协调，我们准备采用了如图2-5，图2-6所示的传送轮机构：图2-5图2-6图2-5所示的不完全齿轮安装在传送导轨的一侧，传送轮一次往下一工位间隙有序地传送4个容器。图2-6所示机构安装在传送导轨的轴线上，传送轮有三个互成120°转角的槽位，传送皮带连续传送，设传送轮转速W,则传送轮每次传送容器到工位1的时间间隔为t=2π/3W，这样就实现了间隙有序地往旋转工作台传送待灌装和封口压盖的容器。比较两种方案，我们发现图2-5所示机构虽然可以达到间隙有序传送容器的目的，但是对于设计任务要求的旋转型灌装机来说，其外形尺寸偏大，使机器整体外形庞大，占用厂房空间大。而图2-6所示机构不仅可以很好地与旋转工作台配合，而且尺寸也不会过大，所以我们决定采用图2-6所示的“不完TheoryofMachinesandMechanisms第6页共34页☆-6-全齿轮”式传送轮。同时为了使容器能够更好的输出到工位1，我们还设计了如下图2-7所示的挡板：挡板示意图②容器定位功能：可以实现容器定位的机构很多，在这里我们设计了下图2-8所示的带凹槽并且间隙转动的旋转工作台。图2-8凹槽定位旋转工作台有六个半圆形凹槽，一方面随着工作台的间隙转动，凹槽边缘可TheoryofMachinesandMechanisms第7页共34页☆-7-以把传送轮传送到工位1的容器带走，另一方面依靠间隙旋转工作台的间隙转动凹槽可以起到很好的定位，即旋转工作台每次转过60°，容器就被定位。怎样实现旋转工作台的间隙转动呢？可以实现间隙转动的机构有棘轮间隙运动机构，槽轮间隙机构，凸轮间隙机构，不完全齿轮间隙机构，偏心轮分度定位机构等，综合考虑各因素，我们选用下图所示的槽轮间隙机构。槽轮机构将旋转运动转换为单向间隙转动。如图右所示，槽轮机构由主动拨盘，从动槽轮和机架组成。主动拨盘以等角速度W1作连续回转，当拨盘上的圆销未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹槽止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，使槽轮在停歇时不能产生游动，并获得定位。当圆销进入槽轮径向槽时，槽轮受圆销的驱使而转动。当圆销离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。所以，槽轮作时动时停的间隙运动。③容器夹紧功能：因为要对容器进行灌装，封口压盖，所以在灌装工位和封口压盖工位时要对容器进行夹紧固定，防止容器在灌装时不准确，封口压盖时跳动，导致封口压盖错位，产生废品，而浪费材料和经费。出于此目的，我们设计了下面几种夹紧方案：（1）方案一：如图2-10所示，在工位2和工位3外加装两个凸轮，用于对容器进行夹紧固定，工作原理是当容器到达工位2和工位3时，凸轮处于远休位置，此时凸轮的远休轮廓刚好对容器进行夹紧，等灌装和封口压盖完成时，凸轮远休结束，此时容器没有被夹紧，只要旋转工作台转动，则容器跟随其一起转动。TheoryofMachinesandMechanisms第8页共34页☆-8-图2-10凸轮夹紧示意（2）方案二：如图2-11所示,本方案采用圆环来是实现容器在灌装和封口压盖工位处的夹紧固定，工作原理是当容器在工位1处被旋转工作台带进时，容器就被圆环夹紧，容器随着旋转工作台的转动而转动，容器一直处于夹紧状态。图2-11夹紧圆环示意（3）方案三：如图2-12所示，方案三我们采用图示两斜台，斜台在灌装工位和封口压盖工位处与容器相切，容器刚好被运送至灌装工位和封口压盖工位时就被夹紧，此时旋转工作台进入间隙停止期，利用这段间隙，灌装设备和封口压盖设备刚好可以对容器进行灌装和封口压盖。TheoryofMachinesandMechanisms第9页共34页☆-9-图2-12斜台夹紧示意图比较上述三个方案，方案一采用两个凸轮对容器进行夹紧，可以很好的实现夹紧功能，但是凸轮设计复杂，加工困难，并且两个夹紧凸轮与旋转工作台运动的协调与配合过程设计复杂，难度大，同时也会使机器整体构造复杂化。方案二中的夹紧圆环会使容器在整个加工过程中出于夹紧状态，容器与夹紧圆环摩擦严重，可能会使容器变形，甚至破裂，并且这样的摩擦状态会增加系统的无用功率，降低机械系统的运动功率因素，增加能耗，不利于低碳城市与工业加工的建设。相比之下，方案三不仅可以较好的实现容器在连个工位处的夹紧，而且在整个过程中只有在夹紧处容器和夹紧摩擦大，系统的有效功率利用高。同时夹紧斜台的设计过程简单，加工制造也方便。综上所述，我们采用方案三中的夹紧斜台对容器在灌装工位和封口压盖工位处进行夹紧固定，从而到达防止容器的跳动，以及加工错位和误差的产生。④灌装功能：（1）方案一：如图2-13所示，采用图示的凸轮机构，由凸轮的连续转动实现灌装活塞的上下往复运动，由于弹簧的作用当凸轮近休时，活塞往上运动，此时灌装容器吸入液体，凸轮继续运动，推动活塞向下运动，此时灌装机构对空容器进行灌装，如此往复运动就可实现灌装功能。TheoryofMachinesandMechanisms第10页共34页☆-10-图2-13凸轮式灌装机构示意（2）方案二：如图2-14所示，本方案采用连杆机构来实现灌装功能。图2-14虽然连杆机构制造简单，但是其设计过程复杂，所以我们采用方案一来实现灌装功能。TheoryofMachinesandMechanisms第11页共34页☆-11-⑤封口压盖功能：如下图2-15，这是我们设计的封口压盖机构，此机构为对心曲柄滑块机构，曲柄ab与齿轮固接，齿轮连续转动带动杆ab连续转动，从而实现封口压盖机构的上下往复运动，进而对容器进行封口压盖。图2-15对心曲柄滑块封口压盖⑥产品输出与传送功能：在产品的输出与传送上，我们像容器的输入一样采用输出挡板和输出传送带。如图2-16所示，容器到达图示虚线位置时，输出挡板将容器往输出传送带方向推挡，同时容器是随着旋转工作台一起旋转的，在合成力的作用下，容器被带至输出传送带上，进而传送到下个加工工位。TheoryofMachinesandMechanisms第12页共34页☆-12-3．旋转型灌装机机构运动总体方案综合考虑旋转型灌装机要实现的6个功能，我们设计了如下旋转型灌装机。3.1旋转型灌装机总体方案图（机构运动简图）图3-1机构运动简图1.电动机同轴带轮2.带轮3.4.5.6.齿轮7.9.斜齿轮8.8’.链轮10.11.12.13.齿轮14.主动拨盘15.从动槽轮16.旋转工作台17.传送轮18.链轮18‘.带轮19.20.链轮21.凸轮21’.22.22‘.23齿轮24.曲柄25.连杆26.封口压盖器27.滚子28.活塞推杆上图所示为机械系统运动方案运动简图，该旋转型灌装机的工作原理如下所述：①电机1通过皮带轮传到2，2通过轴传到3，3又传到齿轮4，齿轮4通过轴传到轮5转动，齿轮5又带动齿轮6，从而形成三级减速。②锥齿轮7传给锥齿轮9，与锥齿轮9同轴的齿轮10又带动齿轮11，齿轮11又通过轴传给传动轮17，用来传送容器。TheoryofMachinesandMechanisms第13页共34页☆-13-③与锥齿轮7同轴的带轮8以相同角速度转动通过皮带传给链轮18，使轴转动，从而使皮带轮18‘转动，带动皮带用来传送容器。与左边带轮18同轴的链轮19通过链条与链轮20连接，链轮通过轴传给齿轮21’和凸轮21，凸轮通过滚子27，推杆28带动活塞上下往复运动，从而实现对容器的灌装。④齿轮21‘传递给齿轮22，齿轮22’又传给齿轮23，曲柄24与齿轮23固接，曲柄与连杆25相连，连杆25与滑块26连接，滑块上下往复运动，实现对容器的封口压盖。⑤与锥齿轮9同轴的齿轮12传给齿轮13，齿轮13通过轴传到主动拨盘14，主动拨盘14带动从动槽轮16，实现旋转工作台的间隙旋转运动。以下两图图3-2，图3-3分别是旋转型灌装机的左视图，旋转工作台的俯视图。图3-2选装型灌装机左视图TheoryofMachinesandMechanisms第14页共