1 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師：莊幼敏 小組成員： 機(jī)械 0404 王小琛 040800404 機(jī)械 0404 趙鳳滿 040800405 2007 年 1 月 19 日 2 目錄 1. 題目 2. 設(shè)計(jì)題目及任務(wù) 1 2.1 設(shè)計(jì)題目 1 2.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 1 3運(yùn)動(dòng)方案 2 3.1 方案一 2 3.1 方案二 2 3.3 方案三 2 3.4 凸輪式灌裝機(jī) 4 4.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 4 5.尺寸設(shè) 計(jì) 4 5.1 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) 5 5.2 齒輪設(shè)計(jì) 5 5.3 傳送帶設(shè)計(jì) 5 5.4 曲柄滑塊設(shè)計(jì) 5 5.5 平行四邊形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 5.6 槽輪的設(shè)計(jì) 5 6. 電算法與運(yùn)動(dòng)曲線圖 6 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線圖 6 6.2 平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線圖 6 7.小結(jié) 8 7.2 設(shè)計(jì)小結(jié) 8 8.參考數(shù)目 8 9.附圖方案一二機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 3 一、 題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 二、 設(shè)計(jì)題目及任務(wù) 2 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)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(tái)有多工位停歇，以實(shí)現(xiàn)灌裝，封口等工序 為保證這些工位上能夠準(zhǔn)確地灌裝 、 封口，應(yīng)有定位裝置 。 如圖 1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。 圖 1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 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)見表 1 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 mm 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 r/min 灌裝速度 r/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 2.2設(shè)計(jì)任務(wù) 1旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等三種常用機(jī)構(gòu)。 2設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。 3.圖紙上畫出旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)地運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，并用運(yùn)動(dòng) 循環(huán)圖分配各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍。 4.電算法對(duì) 連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度分析，繪出運(yùn)動(dòng)曲線圖。用圖解法或解析法設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)。 5凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。按凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖 6.齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 7編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 8.完成計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示。 2.3 設(shè)計(jì)提示 4 1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。 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(jī) 構(gòu)上，由壓蓋機(jī)構(gòu)壓入（或通過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)。 3.此外，需要設(shè)計(jì)間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（縮緊）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。定位縮緊機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)等。 三、運(yùn)動(dòng)方案 3.1 方案一：（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見附圖） 用定軸輪系減速，由不完全齒輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪與不完全齒輪均便于加工。缺點(diǎn)： 一方面，傳動(dòng)比過大 ，用定軸輪系傳動(dòng)時(shí)，占用的空間過大，使整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得臃腫，且 圓錐齒輪加工較困難 ；另一方面，不完全齒輪會(huì)產(chǎn)生較大沖擊，同時(shí)只能實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)而不能實(shí)現(xiàn) 自我 定位。 3.2 方案二： 灌裝與壓蓋部分采用如圖所示的等寬凸輪，輸送部分采用如圖所示的步進(jìn)式傳輸機(jī)構(gòu) 。缺點(diǎn)：等寬凸輪處會(huì)因摩擦而磨損，從而影響精確度；步進(jìn)式傳輸機(jī)構(gòu)在輸出瓶子的時(shí)候，需要一運(yùn)動(dòng)精度高的撥桿。 3.3 方案三： 1如圖所示， 由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，經(jīng)蝸桿渦輪減速； 通過 穿過機(jī)架的輸送帶輸入輸出瓶子 ； 5 由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)與定位；壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)采用同步的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，另外，在 壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)中，分別設(shè)置了進(jìn)料口、進(jìn)蓋口以及余料的出口，如上圖所示。 此方案為我們最終所選擇的方案。 2.優(yōu)缺點(diǎn)分析。 優(yōu)點(diǎn)：蝸輪蝸桿傳動(dòng)平衡，傳動(dòng)比大，使結(jié)構(gòu)緊湊 ；傳送帶靠摩擦力工作 ，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲小；槽輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進(jìn)行。 缺點(diǎn)： 在平行四邊行機(jī)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)，在機(jī)構(gòu)慣性不大時(shí)會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行；由于機(jī)構(gòu)尺寸的限制，槽輪需用另外的電動(dòng)機(jī)來帶動(dòng)。 6 3.4 在設(shè)計(jì)過程中，曾考慮過用下圖的凸輪機(jī)構(gòu)作為壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)，從而六個(gè)工位連續(xù)工作，以提高效率，但考慮到輸送裝置等各方面原因后，放棄了此方案。 四、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)過的角度為參考（與槽輪的導(dǎo)輪轉(zhuǎn)過的角度相同） 工作轉(zhuǎn)臺(tái) 停止 轉(zhuǎn)動(dòng) 停止 灌裝壓蓋機(jī)構(gòu)的滑塊 退 進(jìn) 0 60 120 150 180 240 300 360 五、尺寸設(shè)計(jì) 5.1 蝸輪蝸桿 設(shè)計(jì) ： 7 齒數(shù) 模數(shù)（ mm） 壓力角（ 0） 螺旋角 直徑（ mm） 蝸輪 20 25 20 14.04 100 蝸桿 1 25 20 14.04 500 5.2 齒輪 設(shè)計(jì) （下圖所示的惰輪以及與其嚙合的一對(duì)齒輪） 采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪 模數(shù)（ mm） 壓力角 （ 0） 齒數(shù) 直徑（ mm） 齒輪 1 5 20 20 100 齒輪 2 5 20 60 300 5.3 傳送帶 的 設(shè)計(jì) 速度： V=wr=72r/min*50mm 每?jī)蓚€(gè)瓶子之間的距離 S: t=S/v=1/(w1/6 ) 其中 w1 為轉(zhuǎn)臺(tái)的角速度 12r/min 解得： S 50mm 5.4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計(jì)算 由機(jī)構(gòu)整體尺寸， 行程為 137mmm ， 行程速比系數(shù) K 1.4 偏心距為 50mmm 具體設(shè)計(jì)過程見 圖解法 5.5 平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于已知曲柄長(zhǎng)度為 50mm，連架桿 長(zhǎng)度為 706.61mm，由平行四邊形定理可得出該機(jī)構(gòu)的尺寸。 5.6 槽輪的設(shè)計(jì) L=450mm =30 R=Lsin 225 mm s Lcos 389 mm h s（ L R r） 130mm d1 2（ L s） 60mm d2 2（ L-R-r） 100mm 其中 L為中心距 圓銷半徑 r 30mm d1為撥盤軸的直徑 d2為槽輪軸的直徑 六、電算法與運(yùn)動(dòng)曲線圖 8 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線圖 滑塊 的位移分析 滑塊 的速度分析 滑塊的 加速度分析 由上述運(yùn)動(dòng)曲線圖知：該機(jī)構(gòu)具有急回特性 ，由加速度曲線知，該機(jī)構(gòu)沖擊較小。 6.2 平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線圖 對(duì) A點(diǎn)進(jìn)行位移、速度、加速度分析： A點(diǎn)的加速度曲線 9 位移曲線 速度曲線 由上述曲線可以看出，平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過程中，為勻速運(yùn)動(dòng)，加速度會(huì)發(fā)生突變，因 10 而存在著沖擊。 七、小結(jié) 7.1方案簡(jiǎn)介 在整個(gè) 系統(tǒng)運(yùn)用到了 蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu) ，槽輪機(jī)構(gòu)， 偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 等常用機(jī)構(gòu)。完成了從瓶子的傳輸?shù)焦嘌b，壓蓋，最后輸出的機(jī)器。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)，是同時(shí) 要求有圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和傳送帶的傳送的機(jī)構(gòu)。 圓盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)部分： 因?yàn)樵谙到y(tǒng)的原始要求中需要有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的特性， 而 工位為 6個(gè)，所以在其中首先引入了可以實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的典型機(jī)構(gòu) 槽輪機(jī)構(gòu)。 且槽輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是圓盤轉(zhuǎn)速的 6倍，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)分別在 6個(gè)工位進(jìn)行停歇。 灌裝 封口 急回部分： 灌裝和風(fēng)口雖然為兩個(gè)工位，但其的運(yùn)動(dòng)特性是一樣的，只是有 一個(gè)時(shí)間的差值而已。 而我們學(xué)過的有急回特性的最典型且簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)就是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因?yàn)閳A盤的轉(zhuǎn)動(dòng)為 12r/min，而每一轉(zhuǎn)有 6個(gè)瓶子需要進(jìn)行灌裝和封口的工序，所以需 要曲柄的轉(zhuǎn)速 也 為 72r/min。 所以 曲柄與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比就為 20： 1，所以其前面的輪系傳動(dòng)只需要完成傳動(dòng)從 1440r/min 到 72r/min的變化 ， 所以，在這之后用了蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)將其傳動(dòng)比直接變 為 20： 1。 但由于在這兩個(gè)位置的方向問題，兩個(gè)偏置曲柄滑塊為反方向的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檫@樣，又在兩個(gè)曲柄之間添加了兩對(duì)小的齒輪副 ，以實(shí)現(xiàn)其方向的 轉(zhuǎn)換。 7.2設(shè)計(jì)小結(jié) 在真正開 始設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)之前，我們?cè)?jīng)有過很多想法，有些很幼稚，甚至不能算是 機(jī)械專業(yè)的 學(xué)生設(shè)計(jì)的方案，有些又過于復(fù)雜，只能想出來，卻很難實(shí)現(xiàn)。 這次課程設(shè)計(jì)，是我們第一次將本學(xué)期 機(jī)械原理這門課程中所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際中，另外對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)也有了初步的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)，我們用了一個(gè)多月的時(shí)間，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。在這整個(gè)過程中，我們?cè)趯?shí)踐中摸索成長(zhǎng)，同時(shí)也更加清晰地認(rèn)識(shí)