机械原理课程设计作业

1、机械原理课程设计说明书旋转型灌装机起止日期： 2015 年 7 月 2 日 至 2015 年 7 月 10 日学生姓名班级机械设计制造及其自动化学号成绩指导教师(签字)2015年 7 月 10 日11目 录课程设计说明书封面 0课程设计任务书 31. 设计方案 31.1工艺分解 31.2工作原理 42. 运动方案总图 73. 运动循环图 74. 尺寸设计 84.1凸轮设计 84.2槽轮设计 94.3齿轮设计 10 4.4其他机构尺寸设计 115.机构的选择和比较 115.1传动机构的选择和比较 115.2执行机构的选择和比较 126. 心得体会 127. 参考资料 13课程设计任务书2014

2、2015 学年第 2 学期课程名称： 机械原理课程设计 设计题目： 旋转型灌装机 完成期限：自 2015 年 7月 2 日 至 2015 年 7 月 10 日 共 1 周内容及任务设计的任务与主要技术参数设计旋转型自动灌装机的机械系统运动方案；转台直径 600 mm，驱动电机转速 960 r/min，灌装速度 10 r/min。1)根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图； 2)进行间歇运动机构和霜盒送入机构的选型，实现动作要求； 3)机械运动方案的评定和选择；4)根据选定的原动机和执行机构的运动参数拟定机械传动方案； 5)画出机械运动方案简图（机械运动示意图）；进度安排起止日期工作内容7.2

3、-7.3选题、准备工作7.3-7.6构思该机械运动方案7.7-7.8运动分析及作图7.9-7.10整理说明书与答辩主要参考资料1 孙桓等机械原理北京：高等教育出版社，20142 朱理机械原理北京：高等教育出版社，20083 裘建新.机械原理课程设计北京：高等教育出版社，2010指 导 教 师（签字）： 年 月 日基层教学组织负责人（签字）： 年 月 日一、设计方案根据给定题目，方案 给出的参数，电动机转速为960r/min,灌装速度为 10r/min。得出如下计算：10*6/60=1 罐/s所以，灌装的速度为 1 罐/s，由此推断，在六工位转台上，每一秒钟就要转动一个工位，进而得知槽轮主动轮的

4、转速为 1r/s，而六工位转台每一个工位相 对其转动中心的转角为60°，再根据槽轮的运动规律得知，主动轮在每一秒钟 转动过程中，只有 60°的转动用来驱动槽轮从动轮做转动，其余 300°的转动用 来定位。所以，1s 的之间内，有 1/6s 的时间工位转动，5/6s 的时间工位静止。 而灌装和封盖的过程均要在这 5/6s 的时间内完成，以此为前提，进行我们的设计。 运动方案参数表方案号转台直径 mm电动机转速 r/min灌装速度 r/min1600960101.1工艺分解1） 减速装置通过对于设计方案的分析，电机同时要带动凸轮，旋转工作台，封盖旋转工 作 台 ， 做

5、 转 动 。 对 于 旋 转 工 作 台 ， 主 动 轮 的 转 速 为 1r/s ， 电 机 转 速 为 960/60=16r/s，因为考虑到旋转工作台只是推动容器在固定工作台上做滑动， 受力及做功并不大，再加上尽量使机械结构较为简单，这一级的变速直接采用蜗 轮蜗杆的减速传动，但是考虑到蜗轮蜗杆的传动效率低，最终仍然改为直齿圆柱 齿轮传递传动比为 1:16。封盖装置与转动工作台的原理类似，要求其封盖旋转工作台每 s 转动一个工 位，则其带动槽轮的主动轮同样以 1r/s 的速度旋转，所以将减速后的转轴运动 通过不减速的传动传递给其槽轮主动轮的转轴即可。2)容器输入输出装置 如图所示 固定工作台

6、以图示的结构进行制造，外圆轮廓直径为 650mm 传送带贯穿其内 部，宽度为 100mm 使得固定工作台呈现“工”字形，传送带下方为固定工作台支 撑，挡板和工作平面的关系如图上。固定工作台与旋转工作台安装后如图所示： 旋转工作台的大圆直径要小于固定工作台，大小为 600mm，槽口相对于转动 中心为六 等阵列 分布 ，转动 工作台 的槽口 宽度和 深度 要与容 器的直 径相等（80mm），槽口开 1.5*45 的倒角，旋转工作台的初始位置如图，要保证有两个槽 口与下面固定工作台的开口相重叠。1.2工作原理传送带上容器以一字排列的形式传送过来，由于传送带延伸至固定工作台圆 形轮廓以内一段距离，容器

7、由于带传动会自动进入槽内并与槽底紧贴，由于槽深 与其直径相等，故只能且刚好容下一个容器，后面的容器不会因为转动工作台的 转动而出现卡夹的现象，并且容器在送料时不必遵循等间距的排列，降低工作难 度。倒角的出现是为了容器能更好进入，转动工作台直径之所以小于固定工作 台，是因为在其外围固定工作台面上还要设置挡板机构以实现容器的精确定位。3)旋转工作台多工位间歇转动功能 旋转工作台的间歇转动由六位槽轮的间歇转动实现，如上图所示槽轮的主动轮与电机减速后的转轴刚性连接，以 1r/s 的速度匀速转动，槽轮 则实现 60°/s 的间歇转动，并且在后 5/6s 内实现定位卡紧功能，槽轮与转 动工作台同

8、轴刚性连接，转台就实现了每秒一个工位的间歇转动。4)各个工位的精确定位功能 容器的定位功能通过转动工作台的凹槽与固定工作台的挡板共同完成。如图所示挡板曲率半径 600mm，与固定工作台刚性连接，与旋转工作台间隙配合，保 证旋转工作台的通常转动，而且尽量紧贴。挡板的高度不低于旋转工作台，不得 超过其两倍厚度。工作原理：当容器由皮带传入旋转工作台凹槽内后，旋转工作台的转动会带 动容器一起滑动，当容器转动后由于失去的传送带的约束，可能会因为离心作用 或者不稳定因素出现不能精确对心的情况，此时挡板的作用在于限制了容器的位 置，使其在很小的范围内移动保证了容器与凹槽圆弧圆心的对齐，实现了较为精 确的定位

9、。为后续灌装和封盖提供条件。5)对容器的灌装封口压力结构（凸轮机构） 压力封口和灌装由凸轮机构实现，如图所示凸轮的设计后面详细说明，其转速为 1r/s，每转一周压板会伴随凸轮上下运 动一次，压板上有一“接灌口处”，将流体灌口直接通入并且固定，灌口的中心 位于第二工位之上并且与第二工位凹槽圆弧的圆心共线。这样可以实现灌口与压 板的同步上下运动，控制灌口与固定工作台平面的高度可以保证灌输的质量。压板的另一端与换盖吸盖装置的上表面的接触，完成封盖的压力工作。回位 弹簧的设置是为了使得压力装置的上表面与凸轮紧密接触。6)送盖，吸盖，换盖装置 换盖及吸盖装置由如图所示的零件完成转轮上每 120°

10、;开一孔，气泵可通入进行吸盖，封盖处的孔中心要与下面转 动工作台凹槽圆弧的圆心共线，转轴处开方形孔，使转轮可以在配套的方形轴上 上下滑移，并且随着方形轴的转动而转动，初始位置如图所示。罐盖由传送带传 至吸盖口下一定距离（基本与容器口同高），呈紧密排列。控制转轮间歇转动的装置由图所示槽轮机构完成槽轮主动轮与电机经减速后主动轴刚性连接，转速为 1r/s，使得槽轮每 1s 转动 120°进而带动与其同轴的转轮 1s 转动一个工位。槽轮另一表面的轴心处 刚性连接一方形轴，方形轴可以与槽轮一起转动，方形轴同时通过转轮的方形孔 并与其间隙配合，保重滑动的通畅。压盖及回位的原理如图所示凸轮推动的压

11、板与转轮上表面接触，并作用于转轮的封盖口上方，转轮随压 板的上下运动而在方轴上上下滑动，并且在向上回位和远休止的过程中通过方轴 随槽轮转动。控制凸轮的推程可以完成封盖的动作。工作原理：在凸轮推程的过程中，转轮随压板而下降一定距离，封口吸有一 瓶盖，完成封盖的同时，吸盖口在瓶盖传送处吸起瓶盖，此时凸轮回程，转轮上 升同时槽轮带动其转动一个工位，而后再次完成一次封盖的吸盖过程，如此往复 实现与容器同步的封盖动作。二、运动方案总图该系统由 2 个电动机驱动。电动机 1 带动齿轮 1 转动，齿轮 1 再与齿轮 2啮合，实现 1:16 的减速，此时，齿轮 2 一方面将此运动传给与其同轴的锥齿轮3 和销轮

12、，锥齿轮 3 与锥齿轮 4 啮合，传动比 1:1，4 再带动与其同轴的凸轮转 动，为灌装、压盖机构的上下往复运动提供动力来源。销轮带动六角槽轮间歇性 转动，1s 转动一个工位，转动工作台与六角槽轮同轴，进而实现了每秒一个工 位的间歇性转动。另一方面，齿轮 2 与等齿齿轮 5 啮合，与齿轮 5 同轴的销轮带 动三角槽轮转动，换盖转盘与其同轴，实现了换盖转盘的间歇性转动。工作时空瓶沿传动皮带做匀速直线运动，被带入转动工作台凹槽内，工作台 旋转时，带动空瓶转至下一个工位，凹槽与固定工作台的挡板实现定位，保证灌 装和封盖的顺利进行。工作时，工作台每转动 60°，凸轮旋转一周，带动压板完成一次

13、灌装和封 盖，并且在回程和近休止的时候换盖盘完成一次 120°的旋转，工作台停歇时， 凸轮进入推程，压板向下运动，远休时完成灌装和压盖，同时吸盖，当凸轮回程 和近休时，工作台转动，压板的换盖盘通过弹簧回位，同时换盖盘完成 120°的 工位转动。如此往复。三、运动循环图该机械系统运动方案有4个执行构件需要进行运动协调设计。为了能比较直 观的表示各构件的运动在分配轴上所处的相位、起始时间和先后顺序，我们在下 图所示的运动循环图中，按比例分别绘制了六角槽轮、旋转工作台、凸轮、灌装 机构、压盖机构、三角槽轮和压盖转盘的运动。由于整体机构的工作周期为6s，所以循环图中，旋转工作台每转

14、一个工位（60°）表示1s。在这1s 中，工作台在1/6s 内实现工位的转换，5/6s 内停歇。 灌装封口机构在一次工位转换过程中，完成一次灌装及封口的动作。在工作台旋 转的同时，凸轮回程和近休，在弹簧的回复力作用下，压板向上运动回复至原位， 压盖转盘通过三角槽轮和弹簧回复力实现向上回位并旋转换位；工作台停歇时， 凸轮推程，压板及压盖转盘一起向下运动，并在凸轮远休时进行灌装、封口、压 盖转盘的吸盖工作。考虑到工作的安全性，为了实现旋转工作台的顺利换位，可 以在安装时，让凸轮回程略微提前，工作台再接着旋转，避免瓶口和压板发生碰 撞。4、 尺寸设计 4.1 凸轮设计凸轮设计如图所示： 凸

15、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，基圆半径为100mm泵口完成一次推程和回程需在工作台停歇的时间内，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 10

16、0°，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。4.2槽轮尺寸设计此六角槽轮为带动旋转工作台实现旋 转间歇运动，由旋转工作台半径来假设 六角槽轮半径100mm。圆柱销与槽轮中 心线相切，槽轮两槽间夹角为60°。由 几何关系可求出圆柱销半径为 100tan30°mm，两轮中心间距为100/cos30°mm。 当圆柱销带动槽轮旋转至与中心线重 合时，假设槽轮槽宽30mm，可得出槽轮

17、 基圆半径为（100/cos30°-100tan30°）mm。此三角槽轮为带动压盖转盘实 现旋转间歇运动，由压盖转盘半 径来假设三角槽轮半径50mm。圆 柱销与槽轮中心线相切，槽轮两 槽间夹角为120°。由几何关系可求出圆柱销半径 为50tan60°mm，两轮中心间距 为50/cos60°mm。当圆柱销带动 槽轮旋转至与中心线重合时，假设槽轮槽宽6mm，可得出槽轮基圆半径为（50/cos60°-50tan60°）mm。4.3齿轮设计减速齿轮1：模数1，齿数20，标准齿轮 （齿顶高系数1，顶隙系数0.25，压力角 20

18、6;，）齿轮分度圆直径 D=mz=1*20=20mm减速齿轮2、5：模数1，齿数480，标准齿轮 齿轮分度圆直径 D2=1*480=480mm具体参数为：z1=20，z2=320，m=1，=20° 中心距：a=m(z1+ z2)/2=1*(20+320)/2=170mm 分度圆直径：d1=m*z1=1*20mm=20mmD2= =m*z2=1*320=320mm 基圆直径：db1=m *z1*cos=1*20*cos20°=18.79mmdb2=m*z2*cos=1*320*cos20°=300.70mm 齿顶圆半径：da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2

19、*1)*1/2=11mmda2=(z2+2ha*)*m/2=(320+2*1)*1/2=161mm 齿顶圆压力角：a1=arccos【z1cos/（z1+2ha*）】=acrcos【20cos20°/（20+2*1）】=31.3213°a2=arccos【z2cos/（z2+2ha*）】=acrcos【320cos20°/（320+2*1）】=21.09°基圆齿距：pb1=pb2=mcos=3.14*1*cos 20°=2.95mm重合度：a=【z1(tana4-tan)+z2(tana5-tan)】/2=【20(tan31.3213°

20、;-tan20°)+320(tan21.09°-tan20°)】/2=1.88a1可连续传动锥齿轮 3、4:模数 3，齿数 90，标准锥齿轮齿轮比 1:1 啮合，可以连续传动。 论证过程同上。4.4其他机构尺寸设计旋转工作台半径为300mm，假设瓶子直径为80mm，工作台中心距瓶心220mm。高250mm，固定工作台与旋转工作台间距为150mm，吸盖转盘厚度30mm，压盖滑块长度为160mm，压盖滑块距瓶口100mm。 由此可得出凸轮推程为70mm，压盖转盘半径为100mm，瓶盖直径20mm，盘心至吸 瓶盖中心为70mm。弹簧在自由状态下长度为100mm，最大压缩

21、量为80mm。5、 机构的选择与比较5.1 传动机构的选择与比较 我们选择了齿轮为减速装置。在此主要是考虑到：蜗轮蜗杆的传动功率小，损耗功率大。且在传动中啮合面易磨损。传动比大，会自锁。若采用皮带轮传动 虽然传动比较平稳，结构也相对简单，制造和安装精度不像啮合传动严格，且中 心距调节范围较大。但是皮带轮传动过程中传动有弹性滑动和打滑，传动效率低 和不能保持准确的传动比，皮带轮的寿命较短。而齿轮传动的传递功率大，传动 效率高，传动比大并且精确，机构所需空间较小，使用寿命长，可靠性强。综合 分析，我们采用齿轮啮合传动实现传动减速装置。5.2执行机构的选择与比较在带动工作台做间歇旋转运动时，综合各种

22、间歇运动机构，我们采用槽轮机 构来实现，在此我们根据旋转工作台的形状采用六角槽轮。它构造简单，外形尺 寸小，机械效率高，并且能较平稳地进行转位，虽然存在柔性冲击，但是在此系 统中不需要大载荷，所以采用它。在压盖吸盘的间歇旋转运动中，通过对压盖吸盘的设计来决定用三角槽轮。 在实现灌装压盖的往复直线运动时，我们采用凸轮的旋转，利用凸轮的推程来实现。凸轮的转速可以与工作台的转动动力源一致，以便速度的同步可以精确 控制。而通过设计凸轮的推程角，远休角，回程角，近休角来实现各角度对应执 行构件的动作。并且凸轮的推程可以通过具体的工作构件得出。在传输空瓶与瓶盖时采用皮带传输，传动平稳，并可让空瓶保证一定的间隙。 它相对于其他的装置简单很多。在带动工作台做间歇旋转运动时，我们采用不完全齿轮机构来实现。它工作 更可靠，传递力大，但是从动轮转动和停歇的次数，时间，转角大小等变化范围 较大，但是难加工。六、心得体会 到此，我总算完成了对旋转灌装机的设计。作为学机械的学生，