旋转灌装机设计说明书

机械设计综合课程设计说明书旋转型灌装机设计姓名：班级：机械班学号：指导教师：设计时间：2015-1-5至2015-1-16目录一、设计题目 3二、工作原理 3三、原始数据 3四、执行部分机构方案设计 34.1分析执行机构的方案 34.2拟定执行机构方案 54.3执行机构运动循环图 6五、初定电机转速及传动装置方案 65.1电机转速 65.2传动装置方案 6六、执行机构尺寸设计及运动分析 76.1旋转工作台间隙运动机构的尺寸设计及运动分析 76.2传送轮的尺寸设计及运动分析 86.3带轮、链轮的设计 96.4锥齿轮的设计 10七、传动装置总体设计 107.1选择电动机 107.2计算总传动比，并分配传动比 117.3计算各轴的运动和动力参数 11八、传动件的设计计算 12九、轴及与其配套的滚动轴承、键的设计计算 139.1轴的设计计算 139.2滚动轴承的设计计算 169.3键的设计计算 17十、设计小结 19十一、参考文献 20一、设计题目旋转型灌装机设计二、工作原理图题10.1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，封口等工序为保证这些工位上能够准确地灌装、封口，应有定位装置。如图题10.1中，工位：输入空瓶；工位：灌装；工位：封口；工位：输出包装好的容器。三、原始数据该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见表题10.1表题10.1旋转型灌装机技术参数方案号转台直径电动机转速灌装速度AB四、执行部分机构方案设计4.1分析执行机构的方案（1）采用灌装泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。（2）采用软木塞或金属冠盖封口，它们可以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，以实现工作转台的间歇传动。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。方案一：用定轴轮系减速，由不完全齿轮实现转台的间歇性转动。此方案的优点是，标 准直齿轮与不完全齿轮均便于加工。特点：一方面，传动比过大，用定轴轮系传动 时，占用的空间过大，使整个机构显得臃肿，且圆锥齿轮加工较困难；另一方面， 不完全齿轮会产生较大冲击，同时只能实现间歇性转动而不能实现自我定位。方案二：图题10.2步进式传输机构灌装与压盖部分采用等宽凸轮，输送部分采用如图题10.2所示的步进式传输机 构。缺点：等宽凸轮处会因摩擦而磨损，从而影响精确度；步进式传输机构在输出 瓶子的时候，需要一运动精度高的拨杆。方案三：a．如图题10.3所示，由电动机带动，经蜗杆涡轮减速；通过穿过机架的输送 带输入输出瓶子；由槽轮机构实现间歇性转动与定位；压盖灌装机构采用同步的偏 置曲柄滑块机构。图题10.3参考方案图图题10.4进料口、进盖口、余料出口图另外，在压盖灌装机构中，分别设置了进料口、进盖口以及余料 的出口如图题10.4所示。b．优缺点分析。优点：蜗轮蜗杆传动平稳，传动比大，结构紧凑；传送带靠摩擦力工作，传 动平稳，能缓冲吸震，噪声小；槽轮机构能实现间歇性转动且能较好地 定位，便于灌装、压盖的进行。缺点：在平行四边形机构中会出现死点，在机构惯性不大时会影响运动的进 行；由于机构尺寸的限制，槽轮需用另外的电动机来带动。方案四：用如图题10.5所示凸轮机构作为压盖灌装机构，从而六个工位连 续工作，以提高效率。图题10.5采用凸轮机构压盖灌装机构图4.2拟定执行机构方案通过比较最终选择方案一：用定轴轮系减速，由不完全齿轮实现转台的 间歇性转动。优点：标准直齿轮与不完全齿轮均便于加工。4.3执行机构运动循环图为了使灌装机各运动构件运动协调配合，我们设计了如下直线式动循环图五、初定电机转速及传动装置方案5.1电机转速在原始数据中选择方案B：转台直径为550mm，电动机转速为1440r/min，灌装速度为12r/min。5.2传动装置方案特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由于传动效率高等原因，故选择齿轮传动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护的作用。六、执行机构尺寸设计及运动分析6.1旋转工作台间隙运动机构的尺寸设计及运动分析设计任务书的要求的灌装速度是12r/min。由于旋转工作台有6个凹槽， 所以旋转工作台1min内要转2转，即2r/min，也即从动槽轮的转速也是 2r/min，因为我们设计的槽轮有六个径向槽，并且主动拨盘只有1个圆销， 所以主动拨盘的转速为12r/min。而传送轮有三个凹槽，旋转工作台转速 2r/min,则传送轮转速应为4r/min。而传送皮带轮我们设定的转速是8r/min。 由机构运动简图可以将III级减速轴的转速设定为24r/min。由于要求灌装速度为12r/min，因此每个工作间隙为5s，转台每转动60° 用时5/6s，停留25/6s，运动规律如图下图所示。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。具体数据如下：从动槽轮15如图所示有六个径向槽，并且从动槽轮的转速为2r/min;主动拨盘有一个拨动圆销，并且主动拨盘的的转速为12r/min;齿轮13的直径设计为150mm，主动拨盘14的直径为200mm。6.2传送轮的尺寸设计及运动分析传送轮是为了将传送带的连续传送转变为间隙有序地传送到旋转工作台 的工位1，这样就可以利用传送轮转动120°的时间间隔来使空容器间隙有 序的传送到位。如图所示传送伦上设计有三个互成120°的凹槽，传送轮直径为200mm。 其运动规律如下图所示：由上图可知，旋转工作台转动1转，有6个容器完成灌装和封口压盖， 由于传送轮上只有3个凹槽，所以传送轮转动在旋转工作台转1转的时候， 它应该转动2转。6.3带轮、链轮的设计如图所示：设计数据如下：①链轮8和18的齿数Z8=25，Z18=75mm，模数m=2mm,d8=50mm， d18=150mm;i818=Z18/Z8=3,n8=24r/min,n18=8r/min;②链轮8’和18’’的齿数Z8’=25，Z18’’=75，模数m=2mm, d8’=50mm，d18’’=150mm;i818’=Z18’’/Z8’=3,n8’=24r/min, n18’’=8r/min;6.4锥齿轮的设计Ⅲ轴转速为24r/min,Ⅳ轴转速为12r/min,故i79=2：1，设计锥齿轮7，9的齿数为30，60，模数为2mm，则直径为60mm,120mm。七、传动装置总体设计7.1选择电动机由原始数据知电动机的转速为1440r/min。总效率：=0.96×0.993×0.97×0.97×0.96=0.840设齿轮6的有效拉力为300N.齿轮6的转速为：V=wr=24r/min*160mm=0.1884m/s齿轮6的功率：电动机的功率：查“机械设计基础课程设计”的第十七章，选择电动机为Y112M-4。额定功率/kw同步转速（r/min）满载转速（r/min）堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩4150014402.22.27.2计算总传动比，并分配传动比总传动比i=，，；所以：。7.3计算各轴的运动和动力参数各轴转速I轴：II轴：III轴：各轴输入功率I轴：II轴：III轴：各轴输入转矩I轴：II轴：III轴：八、传动件的设计计算选择齿轮传动，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：1、2为皮带轮：i12＝3。3、4、5、6为齿轮：z3=20z4=100z5=20z6=80i34=z4/z3=100/20=5i56=z6/z5=80/20=4齿数模数分度圆直径d传送比i压力角带轮160mm3带轮2180mm齿轮3201.5mm30mm520°齿轮41001.5mm150mm20°齿轮5202mm40mm420°齿轮6802mm160mm20°九、轴及与其配套的滚动轴承、键的设计计算9.1轴的设计计算如图机构运动简图1.电动机同轴带轮2.带轮3.4.5.6.齿轮7.9.斜齿轮8.8’.链轮 10.11.12.13.齿轮14.主动拨盘15.从动槽轮16.旋转工作台17.传 送轮18.链轮18‘.带轮我们设计的轴是V轴与VI轴。从齿轮6所在的轴传递到IV轴是一对锥齿轮，IV轴都V轴式经过齿轮传递 和闭式滚动轴承，V轴到VI轴是经过槽摩擦轮和闭式滚动轴承。查“机械 设计基础课程设计（邢琳）的表8-20”知：锥齿轮传动的效率，滚动轴承的效率，闭式齿轮传动的效率，槽摩擦轮传动的效率。各轴的功率P、转数n和转矩T在6.4锥齿轮的设计中知：IV轴转速设计齿轮12、13为同样的齿轮，所以：V轴转速在6.1旋转工作台间隙运动机构的尺寸设计及运动分析中知：VI轴转速 所以：IV轴功率：V轴功率：VI轴功率：IV轴转矩：V轴转矩：VI轴转矩：初步确定轴的最小直径先按课本式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取的材料为45钢，调质处理。根据课本表15-3，取A0=112，于是得dmin1=A0（/）1/3=112×（0.0897/12）1/3=21.90mmdmin2=A0（/）1/3=112×（0.0774/2）1/3=37.88mm确定V轴各段直径和长度eq\o\ac(○,1)从转盘开始右起第一段，由于主动拨盘与轴通过键联接，则轴应该 增加5%，取D1=Φ25，又主动拨盘的宽度定为:50mm，采用螺栓 定位，则第一段长度L1=45mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向 力，而轴向力可以忽略不计，深沟球轴承6006，其尺寸d×D×B=30mm ×55mm×13mm，那么该段的直径为D2=Φ30mm，挡油环安装整体厚 度定为9mm,长度为：13+9=22mm，取L2=24mm。eq\o\ac(○,3)右起第三段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内 圈外径，取D3=Φ35mm，长度取L3=10mm。eq\o\ac(○,4)右起第四段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向 力，而轴向力为零，深沟球轴承6006，其尺寸d×D×B=30mm×55mm ×13mm，那么该段的直径为D4=Φ30mm，挡油环安装整体厚度定为 9mm,长度为：13+9=22mm，取L4=24mm。eq\o\ac(○,5)右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮与轴通过键联接， 则轴应该增加5%，取D5=Φ25，齿轮轮厚度为30mm，用螺栓定 位，故第五段长度定为L5=25mmV轴的强度校核主动拨盘14的圆周力：齿轮13的圆周力：弯矩：校核弯矩较大者，且取α=0.7（单向传动，转矩按脉动变化），则有：满足要求。确定VI轴的各段直径和长度VI轴装配图eq\o\ac(○,1)从转盘开始右起第一段，由于转盘与轴通过键联接，则轴应该增加5%， 取D1=Φ40，又转盘的宽度定为:70mm，采用螺栓定位，则第一段长 度L1=65mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力， 而轴向力可以忽略不计，深沟球轴承6009，其尺寸d×D×B=45mm×75mm ×16mm，那么该段的直径为D2=Φ45mm，挡油环安装整体厚度定为9mm, 长度为：16+9=25mm，取L2=27mm。eq\o\ac(○,3)右起第三段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外 径，取D3=Φ50mm，长度取L3=10mm。eq\o\ac(○,4)右起第四段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力， 而轴向力可以忽略不计，深沟球轴承6009，其尺寸d×D×B=45mm×75mm ×16mm，那么该段的直径为D4=Φ45mm，挡油环安装整体厚度定为9mm, 长度为：16+9=25mm，取L4=27mm。eq\o\ac(○,5)右起第五段，该段为从动槽轮轴段，由于从动槽轮与轴通过键联接，则 轴应该增加5%，取D5=Φ40，从动槽轮厚度为40mm，用定位销定位，故 第五段长度定为L5=55mmVI轴的强度校核转盘16的圆周力：从动槽轮15的圆周力：弯矩：校核弯矩较大者，且取α=0.7（单向传动，转矩按脉动变化），则有：满足要求。9.2滚动轴承的设计计算V轴上轴承的选择初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承。 参照工作要求，由轴承产品目录中初步取0基本轴隙组、标准精度即得 深沟球轴承6006C（V轴），其尺寸d×D×B=30mm×55mm×13mm。V轴上滚动轴承的选择及校核计算从网络上了解到，旋转型灌装机的寿命一般在十年左右，所以轴承预计寿命为：8×365×10=29200小时已知：计算当量载荷P1根据机械设计课本P321表（13-6）取fP=1.5根据机械设计课本P320（13-8a）式得=fP=1.5×951.87tan20°=519.721N轴承寿命计算深沟球轴承ε=3，6006滚动轴承的基本额定载荷∴>29200h∴预期寿命足够VI轴上轴承的选择初步选择滚动轴承。因轴承受径向力的作用，故选用角接触球轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中初步取0基本轴隙组、标准精度即得深沟球轴承6009C（VI轴），其尺寸d×D×B=45mm×75mm×16mm。VI轴上滚动轴承的选择及校核计算已知：计算当量载荷P2根据机械设计课本P321表（13-6）取fP=1.5根据机械设计课本P320（13-8a）式得=fP=1.5×2956.72tan20°=1614.37N轴承寿命计算深沟球轴承ε=3，6009滚动轴承的基本额定载荷∴>29200h∴预期寿命足够9.3键的设计计算V轴上键的选择计算齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由机械设计课本 表6-1查得V轴:主动拨盘14平键截面b×h=8mm×7mm，键槽用键槽铣 刀加工，长为36mm。13齿轮平键截面b×h=8mm×7mm，键槽用键槽铣刀 加工，长为25mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择 齿轮毂与轴配合为H7/n6。V轴上键的校核由机械设计课本式（6-1）σp=2T×103/（kld）确定上式中各系数k1=0.5h1=0.5×7mm=3.5mml1=L1-b1=36mm-8mm=26mml=L-b=25mm-8mm=17mmd1=d2=25mmσp1=2TV×103/（k1l1d1）=2×71.39×103/（3.5×26×25）=62.76MPa由机械设计课本表6-2[σp]=100-120MPa所以σp1≤[σp]满足要求σ=2TV×103/（k1l2d2）=2×71.39×103/（3.5×17×25）=95.99MPa≤[σp]满足要求VI轴上键的选择计算齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由机械设计课本表6-1查得VI轴:转盘16平键截面b×h=12mm×8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为56mm。从动槽轮平键截面b×h=12mm×8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴配合为H7/n6。VI轴上键的校核由机械设计课本式（6-1）σp=2T×103/（kld）确定上式中各系数k1=0.5h1=0.