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冷霜自动灌装机 机械原理课程设计 目录 冷霜自动灌装机整体结构的初步设计机构的比较与选择及功能分析零件的设计与计算 冷霜自动灌装机整体结构的初步设计 一 工作流程的整体规划 二 送入机构的初步设计 以某一个空盒为考察对象 来介绍每个环节的工作及其机构的初步设计 首先 空盒进入送入机构 送入机构主要由两个环节构成 一是传送带将空盒送到工位转盘边缘 二是推杆将空盒送入工位转盘 我们考虑用间歇机构带动传送带 当传送带处于间歇期时 推杆将空盒推入转盘 二 送入机构的初步设计 经过讨论和比较 可用槽轮实现传送带的简谐运动 如左图所示 推杆的往复运动则由圆柱凸轮来实现 如右图所示 三 工作机构的初步设计 一 工位转盘的转位推杆将空盒推入转盘时 转盘处于间歇期 此后 推杆退出 转盘开始转动 让空盒依次通过灌霜 贴纸 加盖三个工位 并在每个工位处都有一个间歇期 于是 转盘的驱动也需要一个间歇机构 二 灌霜 贴纸 加盖的实现转盘在每个工位处都有一个间歇期 在此间歇期内 三个机构同时工作 则空盒依次完成了灌霜 贴纸及加盖 三 工作机构的初步设计 工位转盘的间歇转动仍通过槽轮来得以实现而灌霜 贴纸 加盖的动作则由同一个凸轮驱动 如下图所示 四 送出机构的初步设计 在工位转盘的最后一个工位处挖空 其下方连接一滑道 送出槽 则已经封装好的冷霜盒由此送出 五 各种机构的初步选定 备注 所有机构只有一个自由度 即由一个电机和一个主传动轴驱动 六 整体方案草图 Back 机构的比较与选择及功能分析 一 主要运动机构列举 冷霜自动灌装机有五个动作 霜盒送入灌霜锡纸压贴加盖霜盒送出 二 机构分析 霜盒送入 传送带与圆柱凸轮的配合 灌霜 锡纸压贴 加盖 三工位联动工架 驱动这个支架上下往复运动 从而实现灌霜 盖锡纸 加盖这三个动作 可以采用凸轮机构 可以实现这一动作的凸轮可以使用 盘形槽凸轮机构 等宽凸轮机构 等径凸轮 力封闭凸轮我们选择力封闭凸轮 五工位转盘 间歇机构 功能 支持传送带对霜盒的间歇送入支持五工位转盘的间歇转动 间歇机构的选择与比较 1 槽轮与棘轮机构之比较 槽轮机构启动与停止时没有刚性冲击 只有柔性冲击 运动也相对平稳 此外 槽轮机构强度较高 可用于带动转动惯量较大的构件 所以 槽轮机构比较适合低速 载荷较高的场合 相比之下 棘轮机构往往冲击大 易磨损 噪声也较大 一般只能用于极低速的间歇运动场合 也不宜用于具有大转动惯量构件的机构中 2 槽轮机构与凸轮间歇机构之比较 槽轮机构结构简单 制造简易 工作可靠 而凸轮间歇机构加工复杂 精度要求高 装配调整困难 经济成本高 由于冷霜自动灌装机的工作周期长 工作连续 对机构可靠性的要求很高 所以槽轮机构更加适合 况且 使用槽轮机构还会降低装配难度 降低经济成本 3 槽轮机构与不完全齿轮机构之比较 不完全齿轮间歇机构启动时产生刚性冲击 只能用于低速轻载的场合 而冷霜灌装机构的转位机构转动惯量较大 槽轮机构可用于转动惯量较大的场合 更为适合 槽轮槽数的选择 由于冷霜自动灌装机共有五个工作点 所以其间歇传动机构要求在一个回转周期内至少有五个停歇时期 故而可选择有五个槽的槽轮机构 如图所示 三 原动机与传动机构比较选择 冷霜自动灌装机的负载属于冲击负载 即在一个工作周期内只在较短的时间内承受工作负载 而在较长的时间内是空程运转 若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率 则其功率将会很大 为减少电动机功率 在传动系统中设置了飞轮 这样电动机功率可以大为减小因为冷霜自动灌装机的生产能力是60盒 min 所以空盒每1S送入一个 此冷霜自动灌装机的原动机采用的是1400n min的电动机 经过以上比较及电机的转数可确定 从电机到主传动轴的传动用齿轮传动 而主传动轴到槽轮 凸轮 圆柱凸轮的传动采用带传动 霜盒送出 动画效果 Back 冷霜自动灌装机 参数选择与计算 灌霜机工作机构运动流程图 一 圆柱凸轮的设计与计算 设计传送带的宽度为L 120mm 则为了使得圆柱凸轮旋转过程中能够把冷霜盒顺利的推入转盘的槽中 设计连接在圆柱凸轮上的长杆长约300mm 圆柱凸轮旋转过程中杆件的位移曲线如下 在凸轮设计过程中 圆柱上的槽其实就是该曲线沿Y轴方向旋转而成的 曲线的周期为0 8S 即每0 8S 就会有一个冷霜盒被推入槽中 凸轮旋转过程中 杆件的位移S 2 12 5 25cm 250mm 二 槽轮机构的参数计算 槽轮机构的初步计算 产品设计中使用了2个完全一样的槽轮机构 一个是用来驱动五工位转盘 另外一个是驱动间歇传送带 槽轮的径向槽数是Z 5 拨销数n 1 根据要求 设定拨盘转动周期T 1s 据公式可算出转动时间td 0 3s 停歇时间t 0 7s 二 槽轮机构的参数计算 槽轮尺寸的计算 拨销盘的角速度w 2 1 槽数z按工位数要求选定为5 2 中心距a按结构情况确定a 300mm 3 圆销半径r按结构情况确定为r 30mm 4 槽轮每次转位时主动件的转角2 180 1 2 z 108 5 槽间角2 2 360 z 72 6 主动件圆销中心半径R1R1 asin 176 3mm 7 R1与a的比值 R1 a sin 0 587 8 槽轮外圆半径R2 9 槽轮槽深hh a cos 1 rh 148 8mm取h 149mm 10 运动系数k 1 1 2 1 5 0 3 n 1 n为圆销数 三 齿轮及带传动的参数计算 连接在电机上的齿轮 对于两级圆柱齿轮减速器 为使两对齿轮的齿面承载能力大致相等 假定两对齿轮的配对材料和齿宽系数均相同 以获得最小的外形尺寸 应取高速级传动比为 二级减速齿轮机构参数计算 第一级 高速级传动 一级减速传动比为1 53有 i1 1 53 i2 7 1 53 4 575Z1 18Z2 1 53 18 27 54取28n 1400 1 53 915转 第二级 二级减速传动比为4 575 则有 z3 18Z4 18 4 575 82 35取83n 915 4 575 200转 分 二级减速齿轮机构参数计算 各齿轮齿形参数 齿轮1 Z1 18选择模数m1 5齿轮直径D1 mz 5 18 90mm齿轮2 Z1 28选择模数m1 5齿轮直径D1 mz 5 28 140mm齿轮3 Z1 18选择模数m1 5齿轮直径D1 mz 5 18 90mm齿轮4 Z1 83选择模数m1 5齿轮直径D1 mz 5 83 415mm 以下参数4个齿轮均相同 齿距P Pi m 3 14 5 15 7mm分度圆上的齿厚S与齿槽宽eS e P 2 7 85mm齿顶高ha ha m 1 5 5mm齿根高hf ha C m 1 0 25 5 6 25mm 四 直锥齿轮的计算 拨销盘的角速度w3 2 转速为60转 分连在机构主传动轴上的直齿圆锥齿轮5的转速为200转 分 传动比为N 200i 3 4 60 200 0 3连在槽轮机构上直齿圆锥齿轮4的齿数设定为为60 则直齿圆锥齿轮4的齿数z4 0 3 60 18 四 主传动杆上带传动轮计算 带传动轮组一共有3个 第一个是连接主传动杆与主凸轮之间 第二个是连接主传动杆与传送带槽轮机构之间 第三个是连接主传动杆与圆柱凸轮之间 带传动1连在机构主传动轴上的带传动轮设为轮6 连在主凸轮机构上的带传动轮设为轮7 设定其直径为20CM 齿轮7的转动角速度为60转 分 齿轮6 7之间采用带传动 D7 20CMi 6 7 200 60 10 3D6 20 10 3 6CM 带传动2 带传动3因为槽轮的周期也是1S 所以与带传动1参数一样 五 主凸轮的计算 主凸轮S V a曲线设计及相关程序 Clear f1 f2 f1 x 5 1 Cos 2 Pi 0 5 x Pi 0 1 0 6 f2 x 5 1 Cos 2 Pi 1 1 0 5 x Pi 0 6 Plot Which 0 x 0 4Pi 0 0 4Pi x Pi f1 x Pi x 1 6Pi f2 x 1 6Pi x 2Pi 0 x 0 2Pi Plot Which 0 x 0 4Pi 0 0 4Pi x Pi f1 x Pi x 1 6Pi f2 x 1 6Pi x 2Pi 0 x 0 2Pi Plot Which 0 x 0 4Pi 0 0 4Pi x Pi f1 x Pi x 1 6Pi f2 x 1 6Pi x 2Pi 0 x 0 2Pi 五 主凸轮的计算 凸轮的外形设计及相关程序 Clear f3 f3 x Which 0 x 0 4Pi 0 0 4Pi x Pi f1 x Pi x 1 6Pi