玻璃瓶印花机结构设计.doc

机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置 设 计 者：熊婷 学 号：20070104 专业班级：机械工程及自动化 三 班指导教师：李 克 旺完成日期： 2009 年 12 月 10 日天津理工大学机械工程学院目 录一 设计题目 1.1 设计目的31.2 设计题目31.3 设计条件及设计要求4二 执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解42.2 方案选择与分析42.3执行机构设计182.4 机械系统方案设计运动简图22三 传动系统方案设计3.1传动方案设计243.2电动机的选择253.3传动装置的总传动比和各级传动比分配263.4传动装置的运动和动力参数计算27四 设计小结28五 参考文献30一 设计题目1.1设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。1.2设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置工作原理：玻璃瓶印花机需要完成三个执行动作：置瓶座（玻璃瓶用人工依顺序装放于座中）作单向间歇（向左）直线移动；定位压块作水平方向的往复移动，以便压紧瓶颈端面或松开；下端装有上墨系统的印花弧形图章上下往复移动。通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶印花工作。印花过程的工作要求是：当置瓶座中的玻璃瓶由输送链（或带）移进工作位置后，停止前进，压瓶定位压块开始左移，并压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。此时，上方的印花弧形图章已向下移动，并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕。然后，图章上移，定位压块右移松开，输送链带着瓶移开工作位置，后一个瓶又进入工作位置，开始第二次的印花循环过程。印花后的瓶经烘干后，自动装入专用包装箱内。表一方 案 号7分配轴转速n(r/min)12分配轴转矩M(Nmm)2220玻璃瓶单程移距（mm）110印花图章上下移（mm）50定位压块左右移（mm）20说明：（1）工作条件：2班制，工作环境良好，有轻微振动；（2）使用期限十年，大修期三年；（3）生产批量：小批量生产（20台）；（4）带传动比i 3；（5）采用Y型电动机驱动。 (6) 分配轴 ：与减速器输出轴相连接（各执行机构的输入轴）。1.3设计条件及设计要求一、玻璃瓶印花机构及传动装置设计指导1 三执行构件（步进链、定位压块、弧形图章）1）印花弧形图章上下往复移动-若采用凸轮机构实现： 凸轮推程运动角可取120左右，远休止角s可取60左右，回程运动角可取与推程运动角相等，近远休止角s可取60左右。2）定位压块水平方向的往复移动：其2角应取2=1+2030左右，3）置瓶座单向间歇直线移动：可采用槽轮机构、球面槽轮机构、不完全齿轮机构、圆柱凸轮间歇运动机构和蜗杆凸轮间歇运动机构等多种机构实现。其1角可取90左右。2三个执行动作机构的设计：1）印花弧形图章上下往复移动机构-若采用凸轮机构： 已知条件：从动件升程h，由上述条件确定的凸轮、s、s，推程许用压力角可取35左右，回程许用压力角可取70左右。利用设计软件确定基圆半径、凸轮廓线等参数并将结果列入计算说明书中。2）定位压块往复移动机构：若采用凸轮机构实现，方法同上，其它机构查资料完成。3）置瓶座单向间歇直线移动：查相关资料完成。二执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解1)功能的分解：为了实现玻璃瓶印花的总功能，将功能分解为：印花图章的印花功能，定位压块的夹紧功能，置瓶座的固定功能。2）工艺动作分解：(1)利用间歇机构实现置瓶座做单向间歇直线移动的功能，使瓶子停止在工作位置，等待印花。(2)当瓶子运动在置瓶座的工作位置时，停止前进，这时候，定位压块开始左移，并压紧瓶颈，使玻璃瓶的水平方向固定。(3)待瓶子固定之后，其上面的印花图章已向下移动，并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕，然后图章上移，定位压块松开，输送链带着瓶子移开工作位置，后一个瓶子又进入工作位置，开始第二次的印花循环过程。2.2方案的的选择与分析：印花机的执行部分主要分为三部分：置瓶座移动机构、定位压块机构、弧形图章机构。下面分别对这三个机构进行方案设计。1弧形图章的运动机构设计方案一方案二方案三方案四 方案五方案六方案七弧形图章的运动方案定性分析：表二方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 增力 加压时间 一级传动角 二级传动角 工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 弱 较长 较小 - 平稳 一般 高 简单 易 一般 较小 满足 弱 较长 小 - 平稳一般 高 较复杂 易 一般 较小 满足 弱 较长 较大 大 一般一般 高 较简单 易 一般 较小 满足 无短 大 很大 有冲击 强 高 较复杂 易 一般 较大 满足 无 短 小 大有冲击 一般 高 复杂 易 一般 较大 满足 无 短 大 很大 有冲击 一般 高 较复杂易 一般 一般 满足 弱 较长 较小- 有冲击 一般 高 复杂一般一般 较小印花机构在竖直方向上的直线往复运动中，要求在印花的时候有一段时间的间隔，以便保证印花质量，这样曲柄滑块机构就明显不能满足要求，所以使用凸轮机构可以根据需要进行调节实现规定时间的停歇，最终更准确更有效地实现印花的功能。在此基础上，对心盘形凸轮的设计和执行起来比偏心的凸轮更简便。2定位压块机构的设计方案一方案二方案三方案四方案五定位压块机构部分运动方案定性分析表三方案号功 能经 济 适 用 性运动变换水平往复工作平稳性磨损与变形效率复杂性加工装配难度成本运动尺寸1满足有有冲击强较高简单易低小2满足有有冲击一般较高复杂较难高小3满足有平稳一般较高较复杂较难较高小4满足有有冲击强低较复杂易较高较大5满足有平稳一般较高简单一般一般小以上方案都能实现水平方向往复运动，但是印花过程中要求停止一段时间以便保证印花质量。方案四性能较差，方案一磨损严重。方案二三五工作性能差不多，但是方案二和方案三加工难度比较大，成本较高。3置瓶座的运动机构设计方案一方案二方案三方案四 方案五表四方案号功 能经 济 适 用 性运动变换单向间歇工作平稳性磨损与变形效率复杂性加工装配难度成本运动尺寸1满足有有冲击有一般简单一般一般小2满足有较平稳有高较复杂较难高小3满足有有冲击有高复杂简单一般大4满足有平稳有一般简单复杂高小5满足有较平稳有高复杂较难高小 五种机构都能实现单向的间歇运动，槽轮不完全齿轮机构间歇运动机构的优点是结构简单、运转可靠、转位精确，无需专门的定位装置，易实现工作对动程和动停比的要求。通过适当选择从动件的运动规律和合理设计凸轮的轮廓曲线，可减少动载荷和避免冲击，以适应高速的要求。在此基础上，方案四和方案二在设计复杂性和加工难度上比较，方案四更简单。组合分类表表五弧形图章机构凸轮机构曲柄连杆机构曲柄滑块机构有间歇滑块机构定位压块机构曲柄连杆机构圆柱凸轮齿轮齿条机构凸轮机构曲柄滑块机构置瓶座机构棘轮机构槽轮机构凸轮间歇机构不完全齿轮机构由上表可知，可满足玻璃瓶印花机功能的机械系统运动方案有N=444=64个。4执行机构运动方案的形成机器中各工作机构都可按前述方法构思出来，并进行评价，从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合，各机构的原动件通常由同一构件（分配轴）统一控制。1) 凸轮弧形图章印花机构、曲柄滑块定位机构、不完全齿轮间歇机构置瓶 2）凸轮印花弧形图章机构，凸轮齿轮齿条定位压块机构，槽轮机构置瓶座 3）凸轮机构印花弧形图章机构，凸轮机构的定位压块，槽轮机构置瓶座 4)凸轮机构弧形图章印花机构，凸轮机构定位压块，不完全齿轮间歇机构置瓶座 5）凸轮机构印花弧形图章机构，凸轮齿轮齿条机构定位压块，不完全齿轮间歇机构置瓶座 6）凸轮机构弧形图章印花机构，曲柄滑块机构定位压块，槽轮机构置瓶座 2.3执行机构设计1执行机构设计 执行机构分别为：（1）凸轮印花机构 （2）凸轮定位机构 （3）不完全齿轮输送机构 印花弧形图章机构的设计：凸轮的设计 输送机构的设计：不完全齿轮间歇机构的设计 定位机构的设计：凸轮的设计1）弧形图章印花机构的设计凸轮的设计、运动分析：已知条件：从动件升程h，由上述条件确定的凸轮、s、s，推程许用压力角可取35左右，回程许用压力角可取70左右。利用设计软件确定基圆半径、凸轮廓线等参数并将结果列入计算说明书中利用凸轮的模拟软件确定运动循环图速度图加速度图 2）定位压块机构的设计凸轮的设计运动分析： 运动循环图速度图加速度图3）不完全齿轮间歇运动机构的设计将不完全齿轮的转角设计为90度，齿轮的传动比为1玻璃瓶间距为110mm电动机的输出转速为0.17m/s根据以上数据确定齿轮半径 =2n转角a=t/2=20.17tt=1.5s间距l=ar 110=/2r r=70mm运动循环图2三个机构的运动循环图弧形图章印花机构定位压块机构置瓶座机构 主动件旋转90，传送带停止运转，定位压块接触玻璃瓶。 主动件旋转120，印花机构接触玻璃瓶开始印花。 主动件旋转180，图章开始离开玻璃瓶向上方移动。 主动件旋转270，定位压块开始向右移动，离开玻璃瓶。 主动件旋转360，传送带带动玻璃瓶向左移动，并且带来下一个玻璃瓶，开始下一个循环 2.4 机械系统方案设计运动简图三 传动系统方案设计3.1传动方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短，这样可使机构和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。机械系统的组成为：原动机 传动系统(装置) 工作机（执行机构）原动机：Y系列三相异步电动机；传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始数据：已知工作机（执行机构原动件）主轴：转速：nW=12（r/min）转矩：Mb = 2220(N.m)3.2电动机的选择1） 选择电动机类型按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。2） 选择电动机容量a工作轴输出功率 ： PW=M/1000 (KW) =nW /30=12/30=1.256 (rad/s)PW=M/1000=2220*1.256/1000=2.78832 KW注：工作轴执行机构原动件轴。b所需电动机的功率：Pd= PW /aa-由电动机至工作轴的传动总效率a =带轴承3齿轮2联 查表可得：对于V带传动: 带 =0.96 对于8级精度的一般齿轮传动：齿轮=0.97对于一对滚动轴承：轴承 =0.99对于弹性联轴器：联轴器=0.99则 a =带轴承3齿轮2联=0.960.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=2.78832/0.868= 3.2123KW查各种传动的合理传动比范围值得：V带传动常用传动比范围为 i带=24，单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=35，则电动机转速可选范围为nd=i带 i齿2nW=(24)( 35)2 nW =（18 100 ）nW=(18100)10=1801000 r/min符合这一转速范围的同步转速有750 r/min、1000 r/min根据容量和转速， 根据电动机的转速和相关要求，所以选定电动机的型号为Y160M1-8。Y160M1-8电动机数据如下: 额定功率：4 Kw满载转速：n满=720r/min同步转速：750 r/min3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配1传动装置的总传动比 i总= n满/ nW =720/10= 722 分配各级传动比根据机械设计课程设计表2.2选取，对于三角v带传动,为避免大带轮直径过大,取i12=3；则减速器的总传动比为 i减=i总/3=72/3=24由于减速器的总传动比在1520，所以要在减速器之后加一对齿轮将减速器的从传动比设为18，从而得出后面的齿轮的传动比为4/3。对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 ig=1.3idi减= igid = 1.3i2d =18i2d =18/1.3=13.85id =3.72ig=1.3id=1.33.72=4.83 注：ig -高速级齿轮传动比；id 低速级齿轮传动比；3.4传动装置的运动和动力参数计算计算各轴的转速：电机轴：n电= 720 r/min轴 n= n电/i带=720/3=240 r/min轴 n= n/ ig=240/4.83=49.69r/min轴 n=n/ id =49.69/3.72=13.36 r/min 计算各轴的输入和输出功率：轴： 输入功率 P= Pd带=3.21230.96=3.0838 kw 输出功率 P= 3.0838轴承=3.08380.99=3.053 kw轴： 输入功率 P=3.053齿轮=3.0530.97=2.9613 kw 输出功率 P= 2.9613轴承=2.96130.99=2.932 kw轴 输入功率 P=2.932齿轮=2.9320.97=2.844 kw 输出功率 P= 2.844轴承=2.8440.99=2.815 kw轴（卷筒轴）: P入= P出联轴器 = 2.8150.99 = 2.787 kwPW=P出= P入轴承滚筒=2.7870.990.96 = 2.649kw计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551063.2123/720=42.6103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.0838/240=122.7103 Nmm 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.053/240=121.5103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.9613/49.69=569.1103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.932/49.69=563.5103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551062.844/13.36=2032.9103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551062.815/13.36=2012.2103 Nmm将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：表六轴名功率p/kw转矩T ( Nmm)转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出电机轴3.619241037203轴3.08383.053122.7103121.51032403.72轴2.96132.932569.1103563.510349.694.83轴2.8442.8152032.91032012.210313.36四 设计小结 这次课程设计，我拿到的题目是玻璃瓶印花机构及传动装置，其实这个题目就是运用机械原理课上所学过的凸轮和四杆机构原理，和学过的机构运动的原理。 在看到这个题目的时候，我的头脑里一片空白，第一次做课程设计没有经验，不知道从何下手。通过老师的指导和同学们的帮助，我开始联系所学的知识分别思考这几个机构。但是又突然发现自己的机械知识学得很肤浅，不但对很多机构知之甚少而且头脑中没有清晰的分类。可能一方面我学得不够广泛和细致，另一方面机械课上学的东西都是比较理论化的，虽然通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹，但至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场，在我脑中的概念还是模糊的。在这次为完成课程设计的任务当中，我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。换句话说，因这次课程设计我把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。我在确定了自己的整个运行方案之后，在计算具体的数值方面也遇到了一些问题，觉得无从下手。又经过认真地的思考和反复的实践，在同学的热心的帮助下，最后还是能够把问题解决了。从中我学到了团队合作精神在具体的实践中的作用，每个人都会遇到不同的困难面对一个又一个的困难，大家一起努力共同克服，终于完成了这些设计，令我们每一个人欣慰。同时增进了同学间的友谊。通过这次课程设计,我感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也有待提高。因此，我明白了自己还要更加刻苦的努力学习专业知识。在为课程设计写说明书时，为了让说明书内容更充实，使自己的书面语言更趋向于专业化，我们组到图书馆去借了相关的书籍来翻阅。在查找资料、阅读资料的同时，我还知道了更多以前课本上没有学到过的知识。几周机械原理设计的学习及研究，我明白了许多在课堂上不懂的知识，也让我深刻体会到实践学习的重要性，明白了有些东西自己没有亲身经历就不能真正意义上的了解和感受到其中的意蕴，从根本上认识事物的本质。通过这次课程设计，我对自己的专业有了更深的了解，以前觉得机械这个词很空洞没有什么切实的内容，总之，在自己的意识中对这些东西没什么概念，不能更具体的形容出究竟机械是什么样的模式和怎样的内容，但是