机械原理课程设计旋转型灌装机

1、佳木斯大学 机械工程学院 机械原理课程设计机械原理课程设计说明书姓 名： 学 号： 专 业：指导教师： 2015年6月8日机械基础教研室佳木斯大学 机械工程学院佳木斯大学 机械原理课程设计任务书设计题目 4 ：旋转型灌装机设计内容：图1所示旋转型灌装机。输送带将空瓶间歇输送至固定台，并由转台停歇旋转带动至不同工位，包括：灌装（工位1）、压塞（工位2）、封口（工位3）以及输出包装好的容器（工位4）。输送带、转台以及压塞的工作循环图如图 1（b）所示。设计参数：t=1s，l150mm，h=50mm。图1 旋转型灌装机设计要求：1 依据旋转型灌装机的工作要求（输送带、转台、压塞），设计机构实现形式，

2、且不少于6种；2 选择合理的机构形式，依据设计参数设计相应机构的几何参数；3（选作）依据机构形式及几何参数，采用三维绘图软件对机构进行运动过程动态仿真；4 设计说明书 1 份（应包含设计主要内容） 。参考文献：1 王淑仁. 机械原理课程设计m. 北京 科学出版社，2012：p221-222，课程设计题选 8.20.2 目录设计任务书 11.逻辑功能分析 32.功能分析 43.运动方案的比较与选择 64.机械系统运动方案的拟定 95.机构运动总体方案图（机构运动简图） 166.工作循环图 187.执行机构设计过程及尺寸计算 218.凸轮设计分段图轮廓图设计结果 259. 机构运动分析计算机辅助设

3、计流程 2610.十一运行结果及运动线 3111.设计总结 3212参考资料 331. 逻辑功能分析灌装机各执行机构包括实现转台间歇转位的转位机构，实现输瓶、灌装、送盖、压盖、卸瓶运动的机构。各执行机构必须满足工艺上的运动要求。此方案执行构件的功能逻辑图如下图所示：对容器的封口功能容器输入输出功能转台多工位停歇转动功能瓶的定位功能对流体的灌装流体功能封口功能压塞功能旋转型灌装机图2 灌装机的运动功能图 上图即为灌装机的逻辑功能图，根据图中所给的功能，结合其运动状况，即可得到其运动方案。下面我们分析其运动状况，根据其逻辑功能图，我们可以知道，它的运动分为以下几个区间，分别为：容器输入，转台的工作

4、，定位瓶的位置，注入液体，压塞，封口，输出。又因其输入输出功能一致，故我们只研究其6个过程。2.运动分析容器的输入输出功能曲线：t传送带4t图3 传送带的工作循环图根据传送带的功能曲线，传送带为间歇运动，我们可以采用：槽轮，棘轮和不完全齿轮等三种机构来实现它的功能要求；图4 工作台的工作循环图t4t工作台旋转转台工作的过程：根据工作台的功能曲线，工作台为间歇运动，我们可以采用：槽轮，棘轮和不完全齿轮等三种机构来实现它的功能要求；压塞的工作过程：1.2t3.8t压塞往复运动 根据压塞的功能曲线，压塞运动前进时为缓慢前进，回程时急速返回，为往复运动，我们可以采用：连杆机构和凸轮机构来实现它的功能要

5、求。2t3方法都是444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444444t封口/灌装在封口工作阶段以及灌装阶段，因为逻辑效果只需要一个简单地往复运动，可以用连杆机构和凸轮机构来实现其功能要求。其运动功能要求如下：在瓶身定位阶段，需要在工作过程中对瓶身保持夹持状态，将瓶子送到输出传送带上时断开，这是一个间歇的往复运动，可以用凸轮机构实现它的功能要求。其运动功能要求如下：夹持定位15t15t综合以上运动分析，

6、可以得到以下表格需求的功能运动实现功能运动的机构传送带的间歇直线运动槽轮、棘轮、不完全齿轮工作台的间歇旋转运动槽轮、棘轮、不完全齿轮压塞的往复直线运动连杆机构、凸轮机构封口/灌装的往复直线运动连杆机构、凸轮机构定位装置的间歇往复运动凸轮机构综合上表，可见本轮设计共有36种设计方案。3.执行机构的比较与选择传动带的运动经过调速处理，传送带的运动速度大致应该维持在10r/min 12r/min的速度范围内，在这个范围内，槽轮、棘轮和不完全齿轮的低速轻载的要求都满足，但是考虑到加工成本以及对下一级运动的配合等问题，在此选择了槽轮机构，且选择靠近旋转工作台的轮为主动轮。工作台的运动根据工作台运动的逻辑

7、要求，需要其转动60就停歇下来，所以其运动为旋转间歇运动，且工作台的运动方向和传送带的运动方向垂直，故可以采用球面槽轮来实现这个运动。压塞的运动根据压塞运动的逻辑要求，需要在工作台转过60后停歇的一段时间里完成一次往复运动，且其往复运动的特点是：前进缓慢，急速回程。根据这一运动逻辑，在这一过程中选择连杆机构来实现这个运动。定位功能根据题目要求，需要将瓶子夹持住转移180，从输入带运送到输出带，中间还经历2次停顿，综合来看，此运动也是一个间歇运动，在从输入带到输出带的过程中始终保持夹持工作状态，而在从输出带转回输入带的过程中保持不工作状态，以备下一次运动。所以，这个逻辑功能可以由凸轮机构来实现。

8、灌装过程在灌装过程中，需要在瓶子到达指定位置后停歇的一段时间完成一次灌装，工作时间与压塞过程一致，且对运动过程无特殊要求，所以用一个普通凸轮即可完成此项工作。封口过程封口过程即在压塞过程后对压塞瓶口处理的一个过程，其运动要求与灌装过程几乎一致，不过封口的运动过程需要更为迅速，以便为实际封口预留出更多时间，所以在此处我们选择连杆机构来完成此项运动。综上，在本次设计中，采用的是“槽轮机构（传送带）球面槽轮机构（工作台）凸轮机构（定位）凸轮机构（灌装）连杆机构（压塞）连杆机构 （封口）”的设计方案。4机构运动总体方案图用皮带和定轴齿轮系减速，用槽轮实现传送带的间歇运动，用球面槽轮实现转台的旋转间歇运

9、动，传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小，通过链轮传递给凸轮使压盖和灌装能够精确进行；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。定位功能由凸轮实现，转台转动一周，定位凸轮转动一周，完成一次夹持工作。转台以上的工作动力由一根皮带传送上去，两边的传送带由齿轮连接在一起。两个连杆机构中间由一个齿轮连接。注意：此处旨在表明机构的大体运动状态而非具体运动，所以各机构间的连接和尺寸均不是具体位置和尺寸，以及一些不必要的部件，例如：灌装液体的管道，压塞中夹持瓶塞的器件和封口用的装置均未在图中给出。5. 工作循环图根据各构件之间的相互联系，绘制出其相互之间运动时的逻辑循环关系图

10、，图表如下：1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s传 送带运动停止运动停止工 作台停止运动停止运动定位装置停止运动灌装装置正向反向正向反向压塞装置3.8s1.2s8.8s10s正向反向正向反向封口装置正向反向正向反向6.执行机构设计过程及尺寸计算6.1减速齿轮系的设计在此处，我们用常见的圆形矿泉水瓶为例：瓶身直径d=72mm，瓶体高度h=210mm。上图为转台的俯视图，转台直径500mm，装夹瓶子的缺口位置的直径为76mm，内孔直径为40mm。右方为一块隔板，用以将瓶子推至传送带上。首先，市面上一般的电机为1440r/min，而设计要求为l150mm，此时需要设定传送带的驱动轮直径为50m

11、m。则 l=rt=425150 1.5rad/s。即 14.32r/min为了获得预定的转速，需要运用齿轮系来将其降速至1014r/min。由此可得， i1/in=1440/(1014)=103144按照单级齿轮传动比在36之间可得，我们选取单级齿轮的传动比为5，所以需要三级降速。r100r20由左到右，最左边的为输入轮，最右边为输出轮！i1/i4=r2 r3 r4r1 r2r3=（100x100x100）/（20x20x20）=125（120,144）从左往右，分别为齿轮1,2,2,3,3,4.设其模数相同且都为1，又有z1=z2=z3=20,z2=z3=z4=100.ha*=1.5,c*=

12、0.25，=20。所以以齿轮1和齿轮2之间的啮合为例，可得：中心距：a=m(z1+z2)/2=1*(20+100)/2=60mm分度圆直径：d1=m*z1=1*20mm=20mmd2=m*z2=1*100=100mm基圆直径：db1=m*z1*cos=1*20*cos20=18.79mmdb2=m*z2*cos=1*100*cos20=93.97mm齿顶圆半径：da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2*1)*1/2=11mmda2=(z2+2ha*)*m/2=(100+2*1)*1/2=51mm齿顶圆压力角：a1=arccos【z1cos/（z1+2ha*）】=acrcos【20cos2

13、0/（20+2*1）】=31.32a2=arccos【z2cos/（z2+2ha*）】=acrcos【100cos20/（100+2*1）】=22.89基圆齿距：pb1=pb2=mcos=3.14*1*cos20=2.95mm重合度：a=【z1(tana4-tan)+z2(tana5-tan)】/2=【20(tan31.32-tan20)+100(tan22.89-tan20)】/2=1.76a1可连续传动所以此组合在这段调速中可行。6.2传送带的槽轮的设计由l150mm公式推导可知=1.21rad/sx=r1t =1.21425 =121150.所以槽轮带动的传送带的滚子r1=25mm，槽轮=传送带=1.21rad/s。对于槽轮几何尺寸，我们有如下等式：r2=l1sin=l1sin(/z)s=l1cos=l1cos(/z)hs-(l1-r2-r)d12（l1-s）d22（l1-r2-r）其中z=6，n=1，通常b=310.我们假定l1=100mm，r=5mm。可得r2=50mm，s=86.6mm，d126.8，h41.6，d290. 6.3定位凸轮的设计由定位装置的特殊性，它需要在工作时间内一直保持其夹持状态以保证瓶子不掉落以完成后续加工。所以其运动