膏体自动灌装机机械原理设计说明书.doc

1 专 业 10 机械设计制造及其自动化 班 级 一班 设 计 者 孙凡 方长胜 徐森 杨申 陈俊明 指导教师 张荣老师 日 期 2012 年 5 月 30 日 设计题目 膏体自动灌装机膏体自动灌装机 机械原理课程设计 说明书 2 目录目录 一 设计任务设计任务 1 1 二 设计要求和内容设计要求和内容 1 1 三 确定工作原理 构思工艺动作过程确定工作原理 构思工艺动作过程 1 1 四 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 1 1 五 执行机构的选型执行机构的选型 3 3 六 画出设计方案的机械运动简图画出设计方案的机械运动简图 8 8 七 对机械传动系统进行尺度设计对机械传动系统进行尺度设计 8 8 八 对机构执行系统部分进行尺度计算八 对机构执行系统部分进行尺度计算 1111 3 九 总体机构运动简图九 总体机构运动简图 1616 十 参考书目十 参考书目 1 16 6 十一 设计小结及体会十一 设计小结及体会 1 17 7 膏体自动灌装机设计说明书膏体自动灌装机设计说明书 1 设计任务 包括主要原理及工艺动作 设计任务 包括主要原理及工艺动作 膏体自动灌装机是通过出料活塞杆上下往复运动实现膏体灌装入盒内的 其主 要工艺动作如下 1 将空盒送入六工位转盘 利用转盘间歇运动变换不同工位 2 在灌装工位上空盒上升灌入膏体 3 在贴锡纸工位上粘贴锡纸 4 在盖盒盖工位上将盒盖压下 5 送出成品 二 设计要求和内容 包括原始数据和设计要求 二 设计要求和内容 包括原始数据和设计要求 1 电动机选择 Y 系列交流异步电动机 转速为 960r min 2 膏体自动灌装机的生产能力 24 盒 min 4 3 膏体盒尺寸 D 30 50mm 高度 h 10 15mm 4 工作台面距离地面的距离为 1100 1200mm 5 构件质量和转动惯量不计 6 要求结构紧凑 传动性能优良 运动灵活可靠 噪声尽量减小 三 确定工作原理 构思工艺动作过程 三 确定工作原理 构思工艺动作过程 首先我们成立设计小组 从产品的设计要求等方面出发 膏体自动灌装机要求 完成以下几个工艺动作 1 送盒 这一动作由传送带来完成 保证传送带的连续运转 2 六工位转盘的间歇转动 这一动作有槽轮机构来实现 3 灌装 这一过程可以由凸轮的反复运转来实现 4 贴锡纸 压盖 这两项工作可以由一个凸轮带动一组压杆来实现 5 送出成品 由传送带完成 四 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 四 根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 1 机械运动循环的设计 1 确定执行机构的运动循环时间 T执行 我们所设计的灌装机每分钟生产 24 盒 因此其运动循环时间为 T执行 60 n曲 2 5 2 确定组成运动循环的各个区段 六工位台每转动一次转角为 600 其在转 动时凸轮和槽轮保持不动 输送带在整个过程中负责将空盒送到工位上 然后 将成品送出 因此在整个过程中一直转动 两个凸轮机构分别完成灌装和贴锡 纸 加盖工作 在远休止和近休止阶段处于不动 在推程和回程段运动 3 确定执行机构各区段的运动时间及相应的分配轴转角 输送带区段 在 0 到 3600均转动 六工位台的转停 在 1 3t 1200 内转动 在 2 3t 2400 内停歇 灌装机构的转停 在 1 1200停歇 2 900时上升 在 3 600时停歇 在 4 900时下降 贴锡纸 加盖机构的转停 在 1 1200停歇 2 900时下降 在 3 600时停歇 在 4 900时上升 4 机构同心圆式运动循环图 5 五 执行机构的选型 五 执行机构的选型 1 1 转盘的间歇运动 转盘的间歇运动 方案 1 凸轮式间歇机构 6 优点 结构简单 制造方便 运动角可在工作过程中并可在较大范围内调整等 缺点 运动角的调节是有级的 转动精度较差 且棘爪在齿面上滑行时引起噪 声 冲击 齿尖易磨损 不宜用于高速 灌装机构需要考虑到运动的平稳性 因而舍去此种方案 方案 2 不完全齿轮 图 4 2 不完全齿轮 优点 结构简单 工作可靠 容易制造 与其他间歇机构相比 其从动轮 矫转周的停歇次数 运动和停歇的时间比例 可在较宽广的范围内调节 缺点 啮合传动的开始和终了时 速度有突变 且加速度也不连续 故冲 击较大 运动不平稳 连续 故舍去 方案 3 槽轮机构 图 4 3 槽轮 优点 结构简单 工作可靠 容易制造 转位迅速 其机械效率高 故能 平稳地 间歇地进行转位 缺点 其运动规律不能选择 调节性能差 在拨销进入和脱出槽轮时会产 生柔性冲击 故常使用于速度要求不太高的运动中 因此 综合上述三种间歇运动机构方案 凸轮式间歇机构 不完全齿轮 槽 轮机构 结合我们所需要设计的膏体自动灌装机中的六工位转盘转速为 24r miin 转速不高 产生冲击不大 我组组员讨论决定使用槽轮机构来带动 7 转盘间歇运动 2 2 空盒上升机构 空盒上升机构 1 曲柄滑块机构 优点 运动相对平稳 能够按照设计要求准确的实现直线运动 缺点 如果传递路线较长 容易产生较大的误差积累 使机械效率降低 连杆 及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除 因而连杆机构不宜用于 高速 因而舍去 2 多杆机构 优点 可获得较小的运动所占空间 取得有利的传动角 可获得较大的机械利 益 扩单机构从动件行程等优点 缺点 尺寸参数较多 运动要求复杂 设计较为困难 考虑到该工项运动特性 简单 所以舍去这种方案 3 几何封闭凸轮机构 8 几何封闭凸轮 优点 只要设计凸轮轮廓曲线 就可以使推杆得到预期的运动规律 而且 机构简单紧凑 机构可承重较大 运动平稳 缺点 凸轮轮廓线与推杆之间是点线接触 易磨损 不能较好的缩短空程的时 间 影响效率 且往复运动需要加弹簧往复机构 故舍去 4 直动滚子盘型凸轮机构 优点 只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线 就可以使 推杆得到各种预期的运动规律 而且响应快速 机构 简单紧凑 缺点 凸轮廓线与推杆之间为点 线接触 易磨损 凸轮制造较困难 但考虑到灌装机为轻载机构 此缺 点可以不予考虑 故选择该机构 3 3 贴锡纸 加盖机构 贴锡纸 加盖机构 1 连杆 凸轮组合机构 优点 传动精确 动力充足 安全可靠 缺点 设计复杂 占用空间大 不易制造 故 舍去 2 曲柄推杆机构 9 优点 结构简单 节省材料 容易制造 压力和 磨损小 缺点 惯性力较大 无间歇运动 满足不了在贴 纸 加盖过程中的间歇要求 故舍去 3 几何封闭式凸轮机构 优点 传动精确 结构简单 可靠性高 缺点 易磨损 制造较困难 但是这不影响 我们所需求的运动特性的实现 所以选择该 机构 六 画出设计方案的机械运动简图 六 画出设计方案的机械运动简图 按照已经选定的三个执行机构的型式及机械传动系统 画出膏体灌装机的 机械运动示意图 见附纸 包含了机械传动系统 三个执行机构的组合 机械 运动简图大致的描绘出了机械的运转方式 根据这个就可以进行机构的尺寸计 算 七 对机械传动系统进行尺度设计 七 对机械传动系统进行尺度设计 1 电动机的选择 电动机的选择 1 根据设计要求需要使用 n 960r min 的电动机 考虑到膏体自动灌装机对 于工作无特殊的要求 我们选择 Y 系列三相异步电动机 10 2 考虑到电动机工作时要消耗的功率和传动过程中的效率 我们选择 Y2 132M2 6 型电动机 其基本参数如下 型号额定功 率 KW 转速 r min Tmax T N 转动惯量 kg m2 参考质量 kg Y2 132M2 6 5 59602 10 044984 2 行星轮系传动比的计算 行星轮系传动比的计算 由 i总 960 24 40 考虑传动的平稳性 我们通过两次减速来实现 第一次通过 2K H 行星轮系 实现 i 5 的减速 第二次通过皮带轮实现 i 8 的减速 其总和为 5 8 40 符 合减速要求 根据灌装机的总体高度要求 选择 M 2 5 Z1 40 Z2 60 Z3 160 则 iH13 1 i1H Z3 Z1 i1H 1 Z3 Z1 1 160 40 5 我们选用常用的渐开线直齿圆柱齿轮来构成 这组行星轮系 齿轮 1 2 安装的中心距为 a12 r1 r2 125mm 3 带传动的计算 带传动的计算 考虑到传动比 传递功率和速度 我们选择 V 带传动 V 带在同样的预 紧力条件下能产生更大的摩擦力 传动比大 适用于传递中等功率和中等速 度的场合 再由带速范围的选择和经济考虑 我们选用窄 V 带 11 1 考虑到灌装机为轻载启动 每天的工作时间我们既可能选择长时间 大于 16 小时 因而选择工况系数 KA 1 3 则 Pd KA P 1 3 5 5 7 15KW 2 根据 Pd 7 15KW n1 960r min 我们选择基准宽度制 SPZ 型带 3 取主动轮基准直径 D1 30mm 则从动轮 D2 i D1 240mm 4 确定窄 V 带的基准长度和传动中心距 由 0 7 D1 D2 a0 2 D1 D2 得 189mm a0 540mm 取 a0 400mm 标准长度 L0 2 a0 D1 D2 2 D2 D1 2 4 a0 1251 68mm 查表可得 Ld 基准长度 1250mm 则实际中心距为 a a0 Ld L0 2 398 32 修正为 398 5mm 4 轴的选择 轴的选择 由于灌装机的转速中等 载荷不大 冲击也较小 因而选用 45 刚作为轴 的材料 5 连接轴和传送带的带传动设计 连接轴和传送带的带传动设计 取 D1 D2 70mm 则 0 7 D1 D2 a0 2 D1 D2 得 98mm a0 280mm 取 a0 200mm L0 2 a0 D1 D2 2 D2 D1 2 4 a0 619 9mm 经查表得 Ld 630mm 所以 实际中心距为 a a0 Ld L0 2 205 05mm 修正为 a 205 0mm 6 两轴间齿轮参数设定 两轴间齿轮参数设定 m 2 5 Z1 Z2 60 200 12 7 锥齿轮参数设定 锥齿轮参数设定 m 2 1 2 450 取 Z1 Z2 25 则 d1 d2 50mm 八 对机构执行系统部分进行尺度计算 八 对机构执行系统部分进行尺度计算 1 槽轮相关参数的确定 1 由于六工位要实现每次 600的间歇运动 所以槽数设为 Z 6 1 2 3 4 传送带 固定工作台 转台 2 圆销数 n 的选择 在实际工作中 我们要达到的运动效果为六工位在停止转动的时间内完成灌膏 贴纸 压盖三道工序 因此应使停止的时间长于转时 即传动系数 k td t 0 5 但不应太小 若拨盘上均布 n 个销 则一周内槽轮被拨 n 次 则 k n 1 2 1 Z 1 即 n 2Z Z 2 所以 n 1 或 2 或 3 当 n 1 时 k 1 3 n 2 时 k 2 3 n 3 时 k 1 出于产品的实际考虑选 n 1 3 槽轮机构相关数据 槽数 Z 6 销 n 1 中心距 L 按结构情况确定 L 450mm 圆销半径 r 30mm 槽轮每次转位时主动件的转角 2 2 1800 1 Z 2 1200 槽间角 2 2 2 2 3 z 600 主动件圆销中心半径 R R L sin 2 225mm R 与 L 的比值 R L sin 2 0 5 13 槽轮槽深 h h S L R r 389 450 225 30 194mm 圆销中心距槽轮轴心距离 S Lcos 2 389mm 运动系统 k 1 3 拨盘轴半径 d1 2 L S 122mm 槽轮轴直径 d2 2 L R r 390mm 槽轮的角加速度 角速度计算 W1 2 n 60 2 24 60 2 512rad s W2 W1 cos 1 2 cos 2 分别为拨盘和槽轮的位置 2 W1 2 1 sin 1 2 cos 2 化简 W2 W1 2cos 1 5 4cos 2 W1 3 8sin 5 4 cos 2 值 W2 W1 W2 值 2 W1 2 012 51200 300 4771 198 1 275 8 045 450 1910 48 0 901 5 685 6000 0 577 3 64 90 0 2 0 502 0 24 1 514 300 4771 1981 2758 045 450 1910 480 9015 685 60000 5773 64 90 0 2 0 5020 241 514 14 2 凸轮机构设计 由余弦加速度运动规律有推程时 S h 1 cos 0 2 V hwsin 0 2 0 w 2 512rad s a 2hw2cos 0 2 02 回程运动方程 S h 1 cos 0 2 V hwsin 01 2 01 a 2hw2cos 0 2 01 2 S S 00050 153 351546 65 3012 53037 5 45254525 6037 56012 5 7546 65753 35 9050900 取 h 50mm r0 ds ds tan s 2 1 2 hsin 0 2 0tan 300 r0 3 5 0 577 3 35 39 97mm 取 r0 45mm 速度计算如下 V0 hwsin 01 2 01 hwsin 01 0 15 V1 50 2 512 0 5 62 8mm s V2 50 2 512 31 3 2 108 77mm s V3 50 2 512 1 125 6mm s V4 62 8mm s V6 0 加速度计算如下 a0 2hw2cos 0 2 01 2 2hw2cos 0 2 50 2 5122 633 27mm s2 a1 546 46mm s2 a2 2 50 w2 0 5 315 5 mm s2 a3 2 50 2 5122 0 0 a4 315 5 mm s2 a5 546 46mm s2 a6 633 27 mm s2 16 9 9 总体机构运动简图总体机构运动简图 1 固定齿轮 2 3 行星轮 5 6 V 型皮带轮 16 55 7 8 等齿数 45 度锥齿轮 9 槽轮主动轮 10 槽轮从动轮 11 间隙转盘的底盘 12 六工位间隙转盘 13 灌装工位 14 压盖工位 15 灌装压盖机构的主传动轴 17 18 等转速 V 型皮带轮 19 20 V 型皮带