华东理工机械原理课程设计-旋转型灌装机

机械原理课程设计说明书设计课题：旋转型灌装机动力工程与过程装备系过程装备与动力工程专业设计者指导老师陶峰2008年07月03日旋转型灌装机设计要求设计旋转型灌装机，在转动工作台上对容器连续灌装流体，转台要有多工位停歇，以实现灌装，封口等工序。同时设计定位装置用用来保证这些工位上能够准确地灌装，封口。如图4.1所示，工位1：输入空瓶；工位2：灌装；工位3：封口；工位4：输出灌装好的容器。该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动，其主要参数如下转台直径/mm电动机转速/（r/min）灌装转速/（r/min）A600144010B550144012C50096010功能分解本机器的功能是实现流体自动灌装，容器的输入与输出在一条传送带上进行，其中经由一个可进行停歇运动的旋转工作台，并且经过工作台的旋转使得工作槽口旋转两次工作角度进行灌装以及压紧。容器输送至工作台的槽口中，通过夹紧装置夹紧后通过它来使得输入的容器可以便于进行容器的灌装，压盖等工序。其运动功能可分解为如下几个工艺动作：1.输入空瓶容器经由传送带进入旋转工作台的槽口之中，并且由槽口处的夹紧装置进行夹紧，停止前进。2.灌装旋转工作台旋转一个工作角度（本设计为60°），带有容器的槽口在其工位上方由灌瓶泵向容器中灌注流体，泵由一凸轮机构控制其开关。3.封口灌注后再旋转一个工作角度，采用软木塞或金属瓶盖进行封口，由一凸轮机构控制导杆做直线往复运动，由导杆将瓶盖或软木塞压入瓶口。4.输出灌装好的容器压盖完成后再旋转一个工作角度，将灌装并且压紧好的容器经由传送带输出。机构选用利用设计目录，并根据技术、经济以及相容性的要求，确定几个重要工艺动作的的执行构件所要用的执行机构，已分别实现其不同功能工作台旋转（功能）——圆周停歇运动（工艺动作）——齿轮机构----槽轮机构（执行机构）灌装——直线往复停歇运动——凸轮机构压紧——直线往复停歇运动——凸轮机构本小组选用A组参数机构设计根据设计要求，转动工作台应进行间歇运动，机构中必须要设置可以进行停歇运动的装置与工作台相连接。考虑到转动工作台的运动为间歇圆周运动，具体可以设置槽轮机构。同时要考虑到电动机的转速相当大，槽轮机构所要求的转速并不高，不宜有很大的冲击，所以要有传动机构来进行减速。在工作台旋转时，为了保证灌装及压盖的顺利进行，要设置夹紧机构将输入的容器加紧，以方便灌装。另外灌装与压紧并不是一直进行，所以要设置适合工作台工作周期的机构辅助完成这两道工序。各个机构的设计如下1凸轮机构在进行灌装工序时要实现与转动台同步灌装，必须要由机构控制灌注工位上方的灌瓶泵的开关，与此同时压紧工序也需要由一直线往复停歇运动的压盖装置进行压紧，这两处均可设计凸轮机构来完成。选用的凸轮压力角均为零，基圆半径等参数如下图所示2槽轮机构组装完成后的槽轮机构的立体图大致如下图所示转动工作台要实现停歇运动，要实现工作台的间歇传动，所以选择外啮合槽轮机构，槽轮与工作台采用同轴传动，有设计要求知槽轮的转速为10r/min，其工艺要求要有6处槽口，主动拨盘的转速为6*10=60r/min。设计从动槽轮与主动拨盘的中心距a为300mm，槽数z=6，圆销回转半径R=asin（π/z）=150mm，圆销半径r=R/6=25mm，槽顶高H=acos(π/z)=260mm，槽底高h=a-（r+R）=125mm。槽轮齿顶厚e设计为20mm，则锁止弧半径Rx=R-r-e=105mm。3齿轮机构（传动机构设计）（1）根据电动机的转速以及最后实际生产所需求的转速，确定系统总传动比为i=1440/（10*6）=24（2）由于电动机的转速非常大为1440r/min，而且槽轮机构不适合高速运转场合，所以必须要使用齿轮机构将其转速降下，最后与槽轮机构的主动波盘向连接的齿轮的转速为60r/min。其传动机构如图示，由一行星轮机构与周转轮系相连接，其中齿轮5与槽轮机构的主动拨盘相连接，齿轮2固定，齿轮1与电动机相连接，5个齿轮的各个参数理论计算值如下表（单位mm）齿轮1齿轮2齿轮3齿轮4齿轮5分度圆直径6012030045180基圆56.38112.76281.7942.28169.14齿顶高2.52.52.52.52.5与之相对应的，齿轮的齿数Z由1到5分别为Z1=24,Z2=48,Z3=120,Z4=18,Z5=72。所有齿轮均选用标准齿轮，模数m=2.5，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.25均为标准值，压力角α=20°。其简图如下图所示，齿轮5与槽轮机构的主动拨盘相连，齿轮1与电动机直接相连本装置的传动比为24：1，齿轮5的输出为60r/min，另外考虑到设计中两个凸轮机构的转动速度为10r/min，所以从齿轮5处引申出轮6，设计其齿数为10，与之相连的齿轮7齿数为60。齿轮7的轴与负责压紧与灌装的凸轮机构相连。4锁紧机构齿根圆直径53.75113.75293.7538.75173.75齿顶圆直径6512530550185分度圆齿距7.857.857.857.857.85分度圆齿厚3.933.933.933.933.93基圆齿距7.387.387.387.387.38齿轮厚度51025415容器送入槽口后，为了保证其能够较好地灌装及压紧，必须要使其能够实现可靠停歇，所以在槽口处要有锁紧机构将容器夹紧。通过外围墙壁轨迹的变化，使导杆向里移动，使夹紧机构在灌装之前将容器夹紧，同时在完成压盖后，墙壁厚度不断变薄，夹紧装置通过弹簧自动地松开，使容器能随皮带轮输出5输入/输出机构为连续灌装，输入输出机构采用皮带轮方案2这个方案将传动机构即方案1的齿轮机构进行更改，最后传动比仍为24：1。传动机构更改为涡轮机构，其形象如图：具体参数设定如下：蜗杆：Z=1，m=4，d=40mm。涡轮：Z=24。其连接方式为电动机与涡轮相连，同时蜗杆与槽轮机构的主动波盘的轴相连。机构组合首先将电动机与传动装置相连接，传动装置由齿轮机构组成，将齿轮1中的轴与电动机直接相连，输出的齿轮5的轴与槽轮机构中的主动拨盘的旋转轴心相连，另外由传动装置引伸出的齿轮7的轮轴作为用来提供灌装以及压紧用凸轮机构的动力源，将其与这两个装置的凸轮相连接，从动槽轮与旋转工作台同轴，他们的运动轨迹一致，最后按照设计方案将工作台上的6个槽口处安装无动力夹紧机构。这样就完成了一个完整的方案。将各个机构组合之后可以成为如下图示（不包括传动机构）当整个机械组装完成后，具体的工作状态可以简略地概括成下面图示方案二的机构安装与方案一区别在于传动机构的内部构造与安装方位。运动协调设计机械系统循环图方案评价作为由高速电动机所带动的旋转灌装机，在其实际应用中还要考虑其动力性能与传动性能的优劣，对于传动机构来说，要尽量减少高速旋转带来的冲击压力，减小原动机的功率，齿轮机构尽量不要太复杂，方案一的设计具体设计方法为首先将电动机与齿轮机构相连接，由齿轮机构中的齿轮5连接槽轮机构的主动拨盘，从动槽轮与旋转工作台使用同一轴。灌装与压紧处分别采用凸轮机构与连杆机构。将夹紧机构设置在旋转工作台的槽口处。机构具有间歇转动功能，能够很好地实现旋转台的工作。其工作效率要比内啮合槽轮机构传动效果好。齿轮传动机构稍复杂。方案二的传动机构较方案一来说所用构件大幅度减少，也较容易安装，传动比大，蜗杆传动为线传动，传动平稳。但与一方案相比，二的机械效率较低；同时沿啮合齿面的螺旋线方向有很大的滑动速度，易引起发热和磨损。设计总结通过这次对旋转型灌装机进行设计，我们进行了大量的讨论，对机构设计的合理性以及可行性进行了一些实质性分析，并且通过验证及对数据的验算最后得出了2个方案来完成这次设计。在设计期间我们小组成员对数据及各个构件参数进行了详细的计算。并且用作图软件将其呈现出来并且进行了仿真处理，确定了机构能够切实地、有效地运行。运用3维技术将机构的形象完美地呈现出来。让人一目了然。但是不可否认，我们的设计仍然存在很多不足，在经验上以及其他各个方面的原因，在机构设计合理性以及可行性方面，仍然有很大可以提升的空间。譬如本次设计中用来进行灌装以及压紧的凸轮机构的空间位置以及与动力装置的连接方面仍可以提高。另外传动机构的设计也可以进行改进。齿轮的强度即刚度问题我们并未考虑进去（本次实验未要求），由于本次设计时间较为仓促，加上小组成员经验不够，方案总体感觉还有很多不足，但是相信随着我们对这方面更多地涉猎之后，我们的设计水平能够逐步提高。主要参考书《机械原理》教材王知行邓宗全主编《机械原理课程设计指导书》裘建心主编《UGNX4.0中文版基础与应用教程》徐春林张宏兵主编设计软件UGNX4.0；AutoCAD2007