旋转型灌装机

1、浙江海洋大学浙江海洋大学机械原理课程设计 说明书 设计题目 旋转型灌装机本文设计了一种适合灌装流体的机械传动结构并确定了其运动方案，通过对旋转型灌装机的工作功能原理进行分析，分别设计了输入、定位、灌装、压盖及传送等装置，同时根据工艺过程的分析制定了工艺动作分解步骤，在间歇机构与定量灌装机构的选型方面综合了各类执行机构并作了一个对比分析。学院：班级：姓名：学号：指导老师：目录第一章 课程设计任务书31、设计题目32、设计任务33、设计方案提示4第二章 方案设计51、任务分析52、执行机构选择53、动力源选择64、传动机构设计64.1减速器设计74.2齿轮的设计75、设计方案拟定95.1、工作台工

2、作示意图95.2、整体装置示意图96、机械运动循环图107、尺寸设计127.1工作台尺寸设计127.2凸轮设计127.3连杆设计147.4间歇机构设计148、方案评价16参考文献17第一章 课程设计任务书图1 旋转型灌装机1、设计题目设计旋转型灌装机。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：输出灌装好的容器。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1。表1 旋转型灌装机技术参数表方案号转台直

3、径 mm电动机转速r/min灌装速度r/minA600144010B550144012C500960102、设计任务 （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；（3）绘制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）解析法对连杆机构进行速度、加速度分析，绘出运动线图。图解法或解析法设计平面连杆机构；（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。对盘状凸轮要用解析法计算出理论廓线、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

4、的设计计算；（7）编写设计计算说明书；（8）学生可进一步完成平面连杆机构（或灌装机）的计算机动态演示等。3、设计方案提示（1）采用灌瓶泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。（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）此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。为保证停歇可靠，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。第二章 方案设计1、任务分析待灌瓶由传送系统或人工送入灌

5、装机进瓶机构,转台有多工位停歇，可实现灌装、封口等工序。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，灌装要通过灌装嘴往复运动达到稳定灌装的效果，灌装又需要一定的时间所以往复运动要快。（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，封口也是一个往复运动，需要一定的冲击力要在短时间内完成。（4）输出包装好的容器：通过传送带来完成。以上4个步骤灌装和传送较为简单，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、灌装时灌装嘴的往复运动、封口时的冲压过程，和实现这3个

6、动作的机构的选型和设计问题。2、执行机构选择表2 执行机构方案对比机构实现方案转盘的间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮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2分析得知 机构的实现方案有 2*2*2=8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；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

7、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，比较槽轮机构和不完全齿轮之间的优缺点；因为：（1）与其他间歇运动机构相比，不完全齿轮机构结构简单。（2）主动轮转动一周时，其从动轮的停歇次数，每次停歇的时间和每次传动的角度等变化范围大，因而设计灵活。（3）而且它一般适用于低速、轻载的场合，并且主动轮和从动轮不能互换。所以在这里我们选择不完全齿轮来实现转盘的间歇运动。 综上可知：转盘的间歇运动机构，我们选择不完全齿轮机构；封口的冲压机我们选择连杆机构；工件的定位机构，我们选择凸轮机构。3、动力源选择本次设计采用方案A。4、传动机构设计采用A方案电动机转速为1440r/min，

8、灌装速度为10r/min。因此可知旋转工作台6s/r，不完全齿轮的转速为60r/min。因为旋转工作台有6个工位所以灌装瓶的灌装和压盖过程为1s/个。设计原动机通过两次减速达到设计要求。第一次减速，通过减速器三级减速到60r/min,其传动比分别为2、3、4。第二次减速，设传送带滚轴直径约为10cm，其转速为30r/min即可满足要求。4.1减速器设计减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，后两级都为齿轮传动。具体设计示意图及参数如下图2图2 减速器设计示意图1为皮带轮：i12。2、3、4、5、6为齿轮： z2=20 z3=60 z4=20 z5=80 z6=20，32=z3/z2=60/20=

9、3，i54=z5/z4=80/20=4，n1=n/(i1*i32*i34)=1440/(2*3*4)=60r/min4.2齿轮的设计图3 齿轮设计示意图图3为一对标准直齿轮（传动装置中的齿轮2和齿轮3）。具体参数为：z2=20，z3=60，m=5mm，=20°。中心距：a=m(z2+ z3)/2=5*(20+60)/2=200mm分度圆半径：r2= a*z2/（z3+z2）=200*20/（20+60）=50mmr3= a*z3/（z3+z2）=200*60/（20+60）=150mm基圆半径：rb2=m *z2*cos/2=5*20*cos20°/2=47mmrb3=m*

10、z3*cos/2=5*60*cos20°/2=141mm齿顶圆半径：ra2=(z2+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mmra3=(z3+2ha*)*m/2=(60+2*1)*5/2=155mm齿顶圆压力角：a2=arccosz2cos/（z2+2ha*）=arccos20cos20°/（20+2*1）=31.32°a3=arccosz3cos/（z3+2ha*）=arccos60cos20°/（60+2*1）=24.58°基圆齿距：pb2=pb3=mcos=3.14*5*cos 20°=14.76mm重合度：a=z2

11、(tana2-tan)+z3(tana3-tan)/2 =20(tan31.32°-tan20°)+60(tan24.58°-tan20°)/2=1.67a1，这对齿轮能连续转动5、设计方案拟定5.1、工作台工作示意图图4 工作台示意图图4中，从左到右依次为输入，灌装，压盖，输出工序。5.2、整体装置示意图图5 整体装置示意图如图5，发动机通过减速装置与主轴相连，带动主轴转动，而输入输出装置、灌装装置、停歇机构、压盖封口装置分别通过相应的轮系传动（即上图的传动1、5，2，3，4）与主轴相连，以对应的转速进行工作，完成完整的生产过程。6、机械运动循环图图6

12、 机械运动循环图117、尺寸设计7.1工作台尺寸设计根据方案A旋转工作台要求直径为600mm，为使待灌装瓶一次只进一个，卡槽深度设计与瓶直径相同，为100mm，且设置倒角便于瓶子传入。固定工作台设置挡板定位，所以略大于旋转工作台，直径为650mm,传送带贯穿处略宽于卡槽，为104mm。7.2凸轮设计A、控制定位工件机构，空瓶直径为100mm，工件定位机构只需60mm行程足够，故凸轮的推程设计为60mm，以下为推杆的运动规律：为了更好的利用反转法设计凸轮，根据上图以表格的形式表示出位移和转角的关系。度数0°-90°105°120°120°-300

13、°315°330°-360°位移（mm）0306060300基圆：r0=480mm滚子半径：rr=30行程：h=60mm推程角：=30°回程角：=30°进休止角：s=120°远休止角：s=180°最大压力角：max=28°30° B、 控制灌装嘴往复运动的凸轮设计如上图所示，凸轮按照图的方位逆时针旋转。联系实际生产与各部件的位置关系，设定瓶口距泵口的间距为7cm，泵口的上下间歇往复运动时凸轮的连续转动实现的，凸轮与推杆不存在偏距，所以可知，凸轮的推程为7cm，泵口完成一次推程和回程需在工作台停歇

14、的时间内，即5/6s。要求推程时，实力缓慢平稳，并在远休时有充足时间进行指定工作，所以设定推程角200°，远休角100°，回程角+近休角60°。但是原来设计的凸轮轮廓含有凹角，会产生刚性冲击，对零件有很大的损害，影响精度并且减少寿命。所以综合考虑凸轮轮廓和角度，设计出推程角120°，远休100°，近休60°，这样不但保证了这样不仅保证了凸轮轮廓的合理，还有足够的时间压盖，灌料和进行吸盖盘的旋转工作。并且在推程回程与远休的转换处，在保证精度的同时，加入了圆角，增加适当的弧度减缓冲击，增加运动平稳性。7.3连杆设计 为了实现1/6周期压杆

15、在上不进行压盖封口工作，则设计轮1的转过上方的60°的时间等于旋转工作台的转动时间，即开始旋转时杆2处于位置1，当转过60°时，旋转工作台停歇，杆2进行压盖运动，位置3为运动最低位置，因为如果瓶塞高40mm，则位置1的杆2要高于瓶口最少40mm，位置3的杆2位置位于瓶口端。令杆2连在轮1上的点到轮心距离为L： L+L*cos30°>=40mm 解得：L>=21.43mm 取L=25mm,杆2长80mm,轮1直径60mm。7.4间歇机构设计由于设计灌装速度为10r/min，因此每个工作间隙为s，转台每转动60°用时1/6s，停留5/6s，由此设

16、计如下不完全齿轮机构，完成间歇运用，以达到要求左边为不完全齿轮，右边为标准齿轮，左边齿轮转一圈，右边齿轮转动60°。具体参数为：z左=6，z右=36，m=5mm，=20°，=60°。中心距：a=m(z左*360°/+ z右)/2=5*(6*6+36)/2=180mm分度圆半径：r左= r右=a/2=180/2=90mm基圆半径：rb左= rb右=a*cos/2=180*cos20°/2=84.6mm齿顶圆半径：ra左= ra右=(z右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm齿顶圆压力角：a左=a右=arccosz右cos/（z右

17、+2ha*）=arccos36cos20°/（36+2*1）=27°基圆齿距：Pb左=Pb右=mcos3.14*5*cos 20°=14.76mm8、方案评价在这套灌装系统设计中，主要运用到了凸轮机构，间歇机构，连杆机构。完成了输入，灌装，封口，输出四道工序。旋转型灌装机，是同时要求有圆盘的转动、曲柄滑块机构的运动和传送带的传送的机构，而且这三部分要相互协调，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不完全齿轮。且不完全齿轮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。灌装封口急回部分：灌装和封口虽然为两个工位，但其运动特性是一样的，只是有一个时间的差值而已。因为旋转工作台为10r/min，每一转有6个瓶子需要进行灌装和封口的工序，所以需要凸轮和曲柄的转速也为60r/min。所以曲柄与发动机的传动比为24:1，所以其前面的轮系传动只要完成从1440r/min的到60r/min的变化即可。由于本次课程设计为个人完成，尽管在