旋转型灌装机_说明书

1、学号06100224成绩课程设计说明书系 别 机电工程系专 业 机械设计制造及其自动化方 向 无课程名称 机械设计（二）课程设计学 号 06100224姓 名 蔡铁根指导教师 张恩光题目名称 旋转型灌装机设计时间 2012年9-12月2012 年 12 月 8 日一设计任务书及工作要求31.1设计题目31.2工作原理及工艺过程31.3原始数据及设计要求31.4设计方案提示31.5设计任务3二原动机选择4三传动比分配4四机构的选择与比较44.1传动机构的选择与比较44.2执行机构的选择与比较6五机械系统运动方案的拟订与评价75.1 综述75.2设计方案75.2.1 设计方案I75.2.2 设计方

2、案II85.2.3 设计方案III85.2.4比较、选择设计方案9六机械系统的运动循环图10七执行机构的运动分析及设计107.1凸轮结构的设计分析107.1.1凸轮机构运动分析线图137.2曲柄滑块机构的设计分析147.2.1连杆机构的尺寸参数设计147.2.2曲柄滑块机构的三维模型设计147.2.3 曲柄滑块的运动分析线图147.3 间歇机构的设计15八设计感想17九主要零件附图18十主要参考资料19一设计任务书及工作要求1.1设计题目 旋转型灌装机1.2工作原理及工艺过程在工作台上对容器（如玻璃瓶）连续灌装流体（如饮料等），转台有多工位停歇，以实现灌装、封口等工序。为了保证在这些工位上能够

3、准确地灌装，封口应有定位装置。如图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。1.3原始数据及设计要求（1）转台直径：500600mm。 附图（2）灌装机的生产率：10瓶/min。（3）驱动电机：功率N=1.2kW，转速n=1440r/min。1.4设计方案提示 （1）采用泵来灌装流体，泵固定在灌装工位的上方。（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）需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。为

4、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，定位锁紧）机构可采用凸轮机构等。1.5设计任务（1）执行机构选型与设计：构思至少三种运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经对所有运动方案进行分析评价之后，选择其中的最优方案进行详细设计。（2）机构运动协调设计：对选择的方案画出机构运动循环图。（3）传动系统的设计。（4）对系统运动方案进行机构的尺寸综合。（5）用UG软件对机构系统进行运动仿真。 （6）用UG软件对机构系统进行运动学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度曲线。（7）画出最终方案的机构运动简图。二原动机选择从设计要求可以看出，应采用电机驱动，转速为

5、1440 r/min，功率N = 1.2 kW。三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，通过减速器三级减速到20r/min,其传动比分别为2、6、6。第二次减速，通过斜齿轮，传动比为2，传给槽轮并带动转动装置，使其转动装置达到设定转速10 r/min,其他齿轮传动比均为1,第三次减速，带轮之间的传动比为2，带动压盖装置和灌装装置，使其达到设定值10 r/min。四机构的选择与比较4.1传动机构的选择与比较类型特点应用圆柱齿轮机构载荷和速度的使用范围不大，传动比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求比较高，精度低时传动噪声较大，无过载保护作用。斜齿圆柱齿轮机构运动

6、平稳，承载能力强，但在传动中会产生轴向力，使用时必须安排推力轴承或角接触轴承。广泛应用于各种传动系统，传递回转运动，实现减速或增速，变速以及换向等齿轮齿条传动机构结构简单，成本低，传动效率高，易于实现较长的运动行程。当运动速度较高或为了提高运动平稳性时，可采用斜齿或人字齿条机构。广泛应用于各种机构的传动系统，变速操纵装置，自动机的输送转向、进给机构以及直动与转动的运动转换装置圆锥齿轮机构用来传递两相交轴的运动。直齿圆锥齿轮传递的圆周速度较低，曲齿用于圆周速度较高的场合。可用于传递空间交错轴之间的运动。用于减速、转换输入输出轴方向，如汽车、拖拉机、机床等。蜗轮蜗杆机构传动平稳无噪声，结构紧凑，传

7、动比大，可做成自锁蜗杆，自锁蜗杆传动的效率很低，低速传动时磨损严重，中高速传动的涡轮齿圈需贵重的减磨材料（如青铜），制造精度要求较高，刀具费用昂贵。用于大传动比减速装置、增速装置、分度机构、起重装置、微调进给装置、省力的传动装置。不易于在大功率连续运转的场合应用。带传动机构轴间距离较大，工作平稳无噪声，能缓冲吸振，摩擦时带传动有过载保护作用。结构简单，安装要求不高，外廓尺寸较大。摩擦式带传动有弹性滑动，传动比不准确，不能用于分度系统，摩擦易起电，不宜用于易燃易爆的场合。轴和轴承受力较大，传动带寿命较短。用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。链传动机构轴向距离较大，平均传动比准确，链条元件间形

8、成的油膜有吸振能力，对恶劣环境有较强的适应能力，工作可靠，轴上载荷较小。瞬时运转速度不均匀，高速时不如带传动平稳。链条工作时因磨损伸长后容易引起共振，一般需要增设张紧和减振装置。用于传递较远距离的两周的回转运动或动力摩擦轮机构结构简单，制造容易，运动平稳、过载可以打滑（可防止设备中重要零部件的损坏），以及能无极改变传动比，因而有较大的应用范围。但由于转动中有滑动、传动效率低、结构尺寸较大、作用在轴和轴承上的载荷大等缺点，固只应用于传递动力较小的场合。常用于无级变速的机构，摩擦压力机、铰车驱动装置中。螺旋机构传动平稳无噪声，减速比大；可实现转动与直线移动互换；滑动螺旋可做成自锁螺旋机构；工作速度

9、一般很低，只是用于小功率运动。多用于微调或增力的场合，如机床夹具以及仪器、仪表；还用于将螺母的回转运动转变成为螺杆的直线运动的装置。通过上述表格各种传动机构的特点应用及其比较，对于旋转型灌装机来说，运送瓶子可以选用传送带即可，通过穿过机架的输送带输入瓶子。转动装置之间动力的传递通过圆柱齿轮传递或斜齿轮传递即可。4.2执行机构的选择与比较类型特点应用连杆机构结构简单，制造容易，工作可靠，传动载荷较大，传动距离较远，可以实现急回运动规律，但不易获得匀速运动或其他任意运动规律。当给定的运动要求较多或较复杂时，需要的构件数和运动副数往往较多，这样就使机构结构复杂，工作效率低，不仅发生自锁的可能性增加。

10、而且机构运动规律对制造、安装误差的敏感性增加；机构中做复杂运动和作往复运动的构件产生的惯性力难以平衡，在高速时将引起较大的振动和动载荷，故连杆机构常用于速度较低的场合。用于从动件行程较大或承受载荷重载的工作场合，可以实现移动、摆动等复杂运动规律或运动轨迹。凸轮机构只需设计适当的凸轮轮廓，便可使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便。缺点：凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传力不大的场合；凸轮轮廓精度要求较高，需要数控机床进行加工；从动件的形成不能过大，否则会使凸轮变得笨重。用于从动件行程较小或载荷不大以及要求特定运动规律的工作场合。槽轮间歇机构槽轮机构结构简单，制造容

11、易，工作可靠、机械效率较高。但槽轮在启动和停止时加速度变化大有柔性冲击，随着转速的增加或槽轮数的减少而加剧，故不适合高速。常用作自动转为机构，特别适用于转为角度45以上的低速传动，如电影放映机、冰激凌自动灌装机、六角车床转塔等。棘轮间歇机构可实现单向和双向、单动和双动间歇运动的控制。但棘轮机构工作时常伴有噪声和振动，因此它的工作效率不能过高间歇送进、反向制动、超越离合、间歇转位和分度等。凸轮间歇运动机构棘轮机构、槽轮机构和不完全齿轮机构由于结构、运动和动力条件的限制，一般只能用于低速的场。而凸轮间歇运动机构则可以通过合理的选择转盘的运动规律，使得机构传动平稳，动力特性较好，冲击振动较小，而且转

12、盘转位精确，不需要专门的定位装置，因而常用于高速转位（分度）机构中。但凸轮加工较复杂，精度要求高，装配调整也比较困难。适用作高速分度机构或自动转位机构。在电机矽钢片的冲槽机、拉链嵌齿机、火柴包装机等机械装置中，都应用了凸轮间歇运动机构来实现高速分度运动。不完全齿轮机构不完全齿轮机构的优点是设计灵活，从动轮的运动角度范围大，很容易实现一个周期中的多次运动、停时间不等的间歇运动。缺点是加工复杂；在进入和退出啮合时速度有突变，引起刚性冲击，不宜用于高速传动；主、从动轮不能互换。常用于多工位、多工序的自动机械或生产线上，实现工作台的间歇转位和进给运动等。非圆齿轮机构结构简单，工作可靠，从动件可以实现任

13、意转动规律，但齿轮制造较困难。用于从动件连续转动和要求有特殊运动规律的场合。从上述表格中可以看出，对于旋转型灌装机而言，所选执行机构：机构实现的方案转盘的间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮机构封口的压盖机构连杆机构凸轮机构灌装机构连杆机构凸轮机构五机械系统运动方案的拟订与评价5.1 综述待灌装瓶子由传送带送入灌装机构系统中，并完成1.输入空瓶工位；2.灌装工位；3.封口工位；4.容器工位。通过上述一些执行机构方案，可以得到不同的设计方案。5.2设计方案 5.2.1 设计方案I 转盘的间歇运动机构为不完全齿轮，封口的冲压机构为连杆机构，工件的定位机构为连杆机构。5.2.2 设计方案II 转盘的间歇运

14、动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为连杆机构，工件的定位机构为凸轮机构5.2.3 设计方案III 转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为凸轮机构，工件的定位机构为凸轮机。5.2.4比较、选择设计方案由于方案（一）与方案（二）的区别在工件定位机构，方案（一）是连杆机构，方案（二）是凸轮机构。在这里凸轮机构比连杆机构更适用，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，容易实现而方案（三）与方案（二）区别在封口的压盖机构，方案（三）是凸轮机构，方案（二）是连杆机构。在这里则连杆机构比凸轮机构更

15、适用1） 加工复杂，加工难度大。2） 造价较高，经济性不好。 综上可知：方案二在三个方案中最佳，则最后选择方案II为旋转型灌装机的机械运动方案。六机械系统的运动循环图 七执行机构的运动分析及设计7.1凸轮结构的设计分析凸轮用于灌装定位，设定凸轮柄运动最大推程为40 mm，凸轮轴心距离瓶口端面的距离为200 mm，推杆的运动规律如图：根据上图以表格的形式表示出位移和转角的关系:度数0120120180180300300360位移（mm）040404000利用上述关系，画出其曲线图，利用UG仿真，建出凸轮，具体步骤： （a） （b）进入仿真模块（c）（d）添加旋转副，选择恒定，速度为60（e）添加

16、滑动副及相关参数（f）利用跟踪点，最后把点连成线，得到最终的图形。7.1.1凸轮机构运动分析线图(1) 速度：(2) 位移：（3）加速度：7.2曲柄滑块机构的设计分析7.2.1连杆机构的尺寸参数设计此连杆控制封装压盖机构，由于空瓶高度约为200mm，故行程不宜超过200mm，将该曲柄设定为对心曲柄滑块机构，将一些参数设定为：曲柄长：a=30mm连杆长：b=150mm偏心距：e=0mm行程：s=60mm最小传动角：rmin= arccos【e/(b-a）】=07.2.2曲柄滑块机构的三维模型设计根据上面设计计算出来的图形尺寸，画出曲柄滑块机构的三维模型。7.2.3 曲柄滑块的运动分析线图（1）速

17、度： （2）位移：（3）加速度：7.3 间歇机构的设计由于设计灌装速度为10r/min，因此每个工作间隙为6s，转台每转动60用时1s，停留5s，由此设计如下槽轮机构，完成间歇运用，以达到要求。槽轮机构具有以下特点：构造简单，外形尺寸小； 机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位； 但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合；同时由于槽轮机构具有自行锁紧的功能，所以能用于此机构的定位作用。槽轮机构的设计参数：槽数n=6圆销数k=1运动系数 头=t2/t;(t2是槽轮（从动件2）的运动时间t2，t表示曲柄（主动件1）回转一周的时间) =0.33槽轮槽间角：60销轮运动角：120圆销回转半径

18、：50圆销半径：8槽轮外圆半径：86.97槽顶高：86.6（1） 槽轮从动件的三维图形：（2）槽轮从动件的三维图形（3）槽轮机构的组装图形： 八设计感想这学期我们的课程设计是机械原理课程设计，我们之前学过机械原理课程，课上讲的都是一些理论知识，并没有真正的去实践，用这些理论性的知识，当看到这学期的课程设计任务时，有点不知所措。我被分到了第四组，任务是旋转型灌装机，看了任务的要求之后，心里还是没有想法。我又通读了一遍机械原理书，然后又查阅了相关的资料，对本次的课程设计任务才有了大概的设计思路。我们组一共有六个人，我是本组的小组长，有了思路之后，我及时的和组员分享。首先我讲了我自己的设计思路和设计方法，然后又听了组员们的一些设计方法，大家相互讨论，相互指出对方设计方法的不足之处以及优点之处，对不足之处进行相应的改正，大家也付出了很多努力。当然，在设计之中，我们也遇到了很多困难，例如有些机构的设计怎么设计更合理，瓶子和瓶子之间怎么自然过渡刚好到达卡位上等等，我们除了相互之间讨论之外，还向老师或者班里的同学请教，以便更好的完成我们的任务。通过本学期的课程设计，我深深感受到了理论结合实际的重要性，