旋转灌装机机械原理课程设计

本科（机械原理）课程设计题目：旋转型灌装机的机械原理课程设计学院：机电工程学院专业：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：完成时间：2014年6月8号--6月20号成绩：教务处制１课程设计任务书二、旋转型灌装机设计1、设计题目：旋转型灌装机设计2、已知技术参数和设计要求设计旋转型灌装机。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。1234传送带固定工作台转台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。（在课程设计任务书中，对于设计数据，每个人的任务书中只需列出自己所选择方案对应的设计数据）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/minA600144010B550144012C50096010２D600144012E55096010F5001440123、设计内容及工作量（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）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）确定连杆机构各个杆件尺寸，进行速度、加速度分析，绘出运动线图；（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，包括设计任务，设计参数，设计计算过程等。4、工作计划根据专业的教学计划安排采用集中和分散相结合的方式进行，时间为2周。时间安排内容安排３第1天布置题目、学生选题第2天方案讨论第3,4天运动方案的制定、评价、选择第5,6天确定各传动机构的尺寸、参数、机构设计第7,8天机构设计、相关量的计算第9天校核，整理前期所有工作第10,11天撰写设计说明书第12天上交成果、答辩5、指导教师与教研室主任意见指导教师意见可以按照上述任务书的要求向学生布置任务，开始课程设计。指导教师签名：教研室主任意见同意教研室主任签名：４目录一、原动机的选择........................................5二、传动比分配..........................................5三、传动机构的设计......................................51、第一次减速器设计...................................52、第二次减速装置设计.................................53、第三次减速装置设计.................................64、齿轮的设计........................................7四、方案选择............................................81、综述..............................................82、选择设计方案......................................83、方案确定..........................................9五、机械运动循环图.....................................10六、凸轮设计、计算及校核................................11七、连杆机构的设计及校核................................12八、间歇机构设计.......................................12九、整体评价...........................................13十、设计小结...........................................14参考资料...........................................14５一、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。二、传动比分配原动机通过三次减数达到设计要求。第一次减速转动装置，夹紧装置所需转速为60r/min,另设计三级减速，使转速达到要求，其传动比分别为2，4，3。第二次减速，压盖装置所需转速为60r/min，设计二级减速传动比分别为4和6。第三次减速装置传送带滚轴直径约为10cm，其转速为43r/min即可满足要求，另设两级减速，传动比分别为2.4和7即可。三、传动机构的设计1、第一次减速器设计减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，第二级为齿轮传动，第三级为锥齿轮传动。具体设计示意图及参数如下：1为皮带轮：i=2;2,3为齿轮：Z2=20，Z3=802',3'为锥齿轮。传动比为i2'3'=3i23=Z3/Z2=80/20=4n1=n/(i*i23*i2'3)=1440/(2*4*3)=60r/min2、第二次减速装置设计６减速器分为两级减速，都为齿轮传动。具体设计示意图及参数如下：4,5,6为齿轮传动，4号与电动机主轴同轴。5号齿轮需要的转速为360r/min。Z4=27，Z5=107.i45=Z5/Z4=107/27=4n2=n/i45=1440/4=360r/min3、第三次减速装置设计减速器分为两级减速，第一级为皮带传动，第二级为斜齿轮传动,皮带轮的转速需要43r/min。具体设计示意图及参数如下：７7为皮带轮：i=2.48,9为斜齿轮：Z8=186，Z9=26i98=Z8/Z9=186/26=7n3=n/(i*i98)=720/(2.4*7)=43r/min4、齿轮的设计以齿轮2和齿轮三为例设计。具体参数为：i=4；齿数2:20ul；模数：2mm；压力角：20dag；齿数3：80ul。中心距a=100mm分度圆半径：mmzzzarmmzzzar80)/(*20)/(*23333222基圆半径：mmCoszmrmmCoszmrbb4.15020**6.3720**3322。。８四、方案选择1、综述待灌瓶由传送系统(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。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棘轮机构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3*2*2=12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；９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）造价较高，经济性不好。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、不完全齿轮和棘轮之间的优缺点；因为1）槽轮工作可靠，结构简单，效率高，能够准确控制转动的角度，常用于要求恒定旋转角的分度机构中。2）不完全齿轮加工工艺复杂，从动轮在运动开始，终了时冲击较大。齿轮易损坏。3）棘轮加工工艺复杂。所以在这里我们选择槽轮来实现转盘的间歇运动。综上可知：转盘的间歇运动机构，我们选择槽轮机构；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。3、方案确定１０五、机械运动循环图１１六、凸轮设计、计算及校核基圆：r0=480mm滚子半径：r1=30行程：h=60mm推程角：φ=30°回程角：φ`=30°进休止角：φs=90°远休止角：φs`=120°１２七、连杆机构的设计及校核此连杆控制封装压盖机构，由于空瓶高度约为250mm，故行程不宜超过300mm，由此设计如下连杆机构：曲柄长：a=100mm连杆长：b=900mm偏心距：e=500mm行程：s=220mm级位夹角：θ=arccos【e/(a+b）】-arccos【e/(b-a）】=10°最小传动角：rmin=arccos【e/(b-a）】=51.3°行程速比：k=（180°+θ）/（180°-θ）=1.12＞1八、间歇机构设计我们采用六槽槽轮机构实现转盘及卡盘的间歇性运动。我们用下列一组图示来解释槽轮机构的间歇运动。１３槽轮各部分尺寸：L=450mmR=Lsin225mmS=Lcos=389mm.h*S-(L-R-r)=130mm；2（L-S）=60mm，=100mm由于我们已知灌装速度为10r/min，因此，每个工作间隙为1s，转台每转动60deg用时为1/3s，停留2/3s,由此我们采用六槽槽轮机构完成间歇运动。九、整体评价在整个系统运用到了连杆机构，槽轮机构，凸轮机构等常用机构。完成了从瓶子的传输到灌装，压盖，最后输出的机器。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——槽轮机构。且槽轮拨盘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，用凸轮机构完成对瓶子的定位。１４十、设计小结这是上大学以来完成的第二次课程设计了，虽说万事开头难，我们遇到了很多的困难，但对于我们来说这又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!参考资料[1].《机械原理（第二版）》邹慧君张春林李杞仪主编高等教育出版社[2].《机械原理（第七版）》孙恒陈作模葛文杰主编高等教育出版社[3].《机械原理课程设计指导书》裘建新主编高等教育出版社[4].《机械设计基础课程设计》孙德志张伟华邓子龙主编科学出版社[5].《机械设计与理论》李柱国主编科学出版社[6].《机械设计课程设计》朱家诚主编合肥工业大学出版社