机械原理课程设计瓶子压盖机.doc

编号： 编号： 课程设计说明书题 目： 瓶子压盖机 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职称： 201 年 1 月 15 日18目 录目 录11 设计任务21.1 设计题目21.2 设计要求及原始数据21.3 工作原理及运动过程22、设计方案的评价及选择32.1 原动机的选择32.2 减速器的选择32.3 实现压盖动作的机构选择32.4 系统运动方案的确定43、运行系统的设计43.1 电动机的选择43.2 压盖系统传动方案的设计43.2.1传动比的计算和分配53.2.2传动参数的计算73.3 送瓶装置的设计83.3.1 传动比的计算和分配93.3.2传动参数的计算114、凸轮机构的设计134.1 推杆滚子绕凸轮槽的运动轨迹134.2 凸轮轮廓设计145、各工艺动作的配合及运动循环图155.1 机构运动简图155.2机构运动循环图166、收获和体会16参考文献171、设计任务1.1 设计题目 瓶口压盖机瓶子的定位及压盖装置1.2 设计要求及原始数据设计要求：具有较高的工作效率和自动化程度，使用性能良好，运行稳妥可靠，维护成本低；压盖过程冲击尽量小，噪音控制在适当范围内；满足传动精度，凸轮机构具备一定的耐磨性，工作过程安全可靠；生产能力达到 2160瓶/小时原始参数： 啤酒瓶尺寸：瓶身直径70mm，瓶口直径26mm，瓶高150mm； 推杆直径：30mm； 传输带宽度：80mm。1.3 工作原理及运动过程瓶子压盖机的工作原理：利用电机带动推杆下降压紧瓶盖顶端，使锁口装置自动能够锁紧锁盖。压盖机台面和防护罩一般都为不锈钢材料制造，强度大，耐磨损，使用寿命长。通过压盖机轧的啤酒瓶盖密封性好。运动过程：推杆做与啤酒瓶同步的圆周运动，为了实现自动压盖，推杆需做上下往返运动；首先利用磁力将瓶盖吸附到推杆的封口头中，然后推杆以特定的运动规律先上升再想下运动，当其将达到最低点时，恰好对准运动的啤酒瓶口，实现快速压盖。然后封口头继续上升、下降，在另一个最低点处去瓶盖，继续这一个过程。压盖后的啤酒瓶继续运动，离开工作台，进入下一步工序。2、设计方案的评价及选择 确定系统的运动过程后，需选择适宜的机构型式将其实现。2.1 原动机的选择：常用的原动机有：电动机、液动机、气动机；原动机的类型的对比如表一表 一优点缺点电动机结构简单，价格低廉，动力源方便功率系数较低，且调速不便，适用于运行环境稳定、调速范围窄的场合液动机调速方便，且传动链较短需配备液压站，成本较高气动机方便实现简单的运动变换有一定的噪声本设计中对原动机要求为：运动环境稳定、结构简单、成本较低，综合以上各种原动机的特点，选择交流异步电动机作为压盖机的原动机。2.2 减速器的选择：常有的减速器有：齿轮减速器、蜗杆减速器、行星减速器。减速器的类型的对比如表二表 二优点缺点齿轮减速器机构简单，运转平稳，安装方便传动比的分配比较麻烦蜗杆减速器结构紧凑，传动比大，噪音低容易引起发热、漏油、涡轮磨损行星齿轮减速器结构紧凑，重量轻，体积小，传动比大结构复杂，制造和安装较为困难，成本也高在本设计中，对减速器的要求为：传动比较小，结构尽量简单，成本低廉，制造安装方便。综合以上各种减速器的优缺点，选择圆柱圆锥齿轮减速器作为啤酒瓶压盖机的减速器。2.3 实现压盖动作的机构选择1）曲柄滑块机构图1为曲柄滑块机构，具有结构简单，零件加工容易，易实现所需动作要求等优点，但其结构零件重用性差，比较适合于执行机构不改变的系统。2）凸轮机构图2为凸轮机构，特点是结构简单、紧凑，能精确实现所需的运动轨迹，其缺点是从动件行程不宜过大，且曲面加工成本较高。适用于传力较小、运动灵活、运动规律复杂的场合。本设计中，推杆的运动规律较为复杂，急有绕中心轴的旋转运动，也有按给定规律往返的上下运动，结合以上两种机构的特点分析，选择凸轮机构能够满足要求。2.4 系统运动方案的确定综合以上分析，最终确定的系统运动方案见下表：系统运动方案原动机减速器压盖装置交流异步电动机齿轮减速器空间凸轮3、运行系统的设计3.1 电动机的选择本设计有两部分组成，压盖装置系统和送瓶装置系统，因此我们采用了两个电动机分别为两个系统提供动力来源。由工业资源网查到得常用压盖机电动机的选取，综合机械设计实用手册表10-4-1的电动机型号，本设计选用Y系列封闭式（IP 44）三相异步电动机。基本参数如下表：Y系列封闭式（IP 44）三相异步电动机型号额定功率/kw转速/(r/min)效率/（%）最大转矩转动惯量/(kgm2)Y100L-6159407752000069Y315S-104559091204793.2 压盖系统传动方案的设计设计中直齿锥齿轮传动，主要作用是改变传动方向；直齿轮传动，起者减速的作用。通过整个传动装置的变向和减速，达到满足系统运行的条件。传动方案简图如下：传动系统部分装置图3.2.1传动比的计算和分配1) 总传动比的计算根据传动比的定义有如下结果： I总=nm / nw=940/6015.67nm为电动机满载转速，设计中为940rmin；nw为压盖机的工作转速，设定为60rmin.2) 分配各级传动比 各级传动比应该满足一下公式： I总=i1i2 其中，I总为总的传动比，i1、i2分别为第1、2级的传动比。 由机械设计实用手册的传动比的分配原则： 使各级传动的承载能力大致相等（齿面接触强度大致相等）； 使减速器能获得最小外形尺寸和重量； 使各级传动中的大齿轮的浸油深度大致相等，润滑最为简单。结合以上原则，再查机械设计实用手册中的表9-1-4可确定本设计中的各级传动比为： i1=3.55 i2=4.5 (1)齿轮齿数的确定 根据机械设计实用手册，在设计中选取主动直齿锥齿轮z1=17 从动直齿锥齿轮齿数： z2=i1z1=3.5517=60.35 取齿数为z2=60 2级主动直齿轮在设计只能感选取z3=22 从动直齿轮齿数： z4=i2z3=4.522=99 取齿数为z4=99 (2) 选择齿轮模数根据GB/T 12368-1990标准，根据锥齿轮标准模数系列以及分度圆尺寸要求，我们选取模数m=3mm。 (3) 齿轮具体参数计算选取标准压力角20o，齿顶高系数ha*=1.0，顶隙系数c*=0.2。齿轮参数如表。名称代号计算公式及数值小齿轮z1大齿轮z2分锥角1=arctan（z1/z2）=15.8/2=90o-1=74.2齿顶高haha=ha*m=m=3齿根高hfhf=（ha*+ c*）m=1.2m=3.6分度圆直径dd1=mz1=51d2=mz2=180齿顶圆直径dada1=d1+2hacos1=56.61da2=d2+2hacos2=181.6齿根圆直径dfdf1=d1-2hfcos1=44.26df2=d2-2hfcos2=178.04锥距R=93.54齿根角ftanf=hf/R f= 2.2顶锥角aa1=1+f=18.0a2=2+f=76.4根锥角ff1=1-f=13.6f2=2-f=72.0/顶隙cc=c*m=0.6取c*=0.2）分度圆齿厚ss=m/2=0.942当量齿数zvzv1=z1/cos1=17.7zv2=z2/cos2=220.4齿宽BBR/3(取整) B=31名称代号计算公式直齿轮z3直齿轮z4模数m3压力角20o分度圆直径dd3=mz3=66d4=mz4=297齿顶高ha3=ha4= ha*m=3齿根高hf3=hf4=( ha*+ c*)m=3.6齿全高h3=h4=(2 ha*+ c*)m=6.6齿顶圆直径da3=(z3+2 ha*)m=72da4=(z4+2 ha*)m= 303齿根圆直径 df3=(z3-2 ha*-2 c*)m=19.6df4=(z4-2 ha*-2 c*)m=94.6基圆直径db3=d3cosa= 20.67db4=d4cosa= 93.03齿距pp=m=9.42基圆齿距pb=pcosa= 8.85齿厚ss=m2= 4.71齿槽宽ee=m2= 4.71顶隙cc= c*m=0.6标准中心距aa=(z3+z4)m2= 181.5节圆直径d3=d3=mz3= 66d4=d4=mz4=2973.2.2传动参数的计算1) 各轴转速的计算 根据转速与传动比的关系，计算如下, n0=940rmin n1=n03.55=264.79rmin n2=n14.5=58.84rmin2) 各轴输入功率的计算 输入功率与传动效率直接相关，根据机械设计实用手册中的表9-2-59，可查得各级的传动功率为：1=0.95， 2=0.98。故各轴输入功率为： P0=1. 5KW P1= P0 1=1.425KW P2= P12=1.397KW 以上结果可用下表表示： 表 传动系统各轴传动参数表 项目轴号 功率（KW）转速n（rmin）传动比i0轴1.59401轴1.425264.793.552轴1.39758.844.53.3 送瓶装置的设计玻璃瓶由低速转盘2纳入送瓶输送带并单行排列，一旦遇到主盘的凹槽，在后续瓶子的推挤作用下，必会有一只瓶卡入槽内，被主工作盘转动时带走。工作中，输送带的前进线速度只需等于或略大于主工作盘的平均线速度即可保证主工作盘凹槽中不会有缺瓶现象 送瓶和出瓶装置 1贮瓶盘；2送瓶转盘；3塑料瓶；4弧形拨杆；5机箱；6进瓶输送带；7主工作盘；8落瓶轨道；9出瓶输送带； 3.3.1 传动比的计算和分配(1) 送瓶转盘的传动比计算根据传动比的定义有如下结果： I总=nm / nz=940/2537.6nm为电动机满载转速，设计中为940rmin；nz为转盘的工作转速，设定为25rmin.1) 分配各级传动比 各级传动比应该满足一下公式： I总=i1i2i3 其中，I总为总的传动比，i1、i2、i3分别为第1、2、3级的传动比。 查机械设计实用手册中的表9-1-4可确定本设计中的各级传动比为： i1=1.6 i2=4.5 i3=5 *齿轮齿数的确定 根据机械设计实用手册，在设计中选取主动直齿锥齿轮z15=17 从动直齿轮齿数： z16=i1z15=1.617=27.2 取齿数为z16=272级主动直齿轮在设计中选取z1=17 从动直齿轮齿数： z2=i2z1=4.517=76.5 取齿数为z4=77 3级主动直齿轮在设计中选取z3=21 从动直齿轮齿数： z4=i2z3=521=105 取齿数为z4=105 *选择齿轮模数根据GB/T 12368-1990标准，根据锥齿轮标准模数系列以及分度圆尺寸要求，我们选取模数m=3mm。(2) 输送带的传动比计算根据传动比的定义有如下结果： I总=nm / ns=940/6015.67nm为电动机满载转速，设计中为940rmin；ns为输送带的工作转速，设定为60rmin.1) 分配各级传动比 各级传动比应该满足一下公式： I总=i1i2i3i4 其中，I总为总的传动比，i1、i2、i3、i4 分别为第1、2、3、4级的传动比。 查机械设计实用手册中的表9-1-4可确定本设计中的各级传动比为： i1=1.6 i2=2.8 i3=2 i4=1.8 *齿轮齿数的确定 根据机械设计实用手册，在设计中选取主动直齿锥齿轮z15=17 从动直齿轮齿数： z16=i1z15=1.617=27.2 取齿数为z16=27在设计中1级主动直齿轮z1=17从动直齿轮齿数： z6=i2z5=2.817=47.6 取齿数为z6=48 2级主动直齿轮在设计中选取z5=21 从动直齿轮齿数： z6=i2z5=221=42 取齿数为z6=423级主动直齿轮在设计中选取z13=17 从动直齿轮齿数： z14= i3z13=1.817=30.6 取齿数为z14=31 *选择齿轮模数根据GB/T 12368-1990标准，根据锥齿轮标准模数系列以及分度圆尺寸要求，我们选取模数m=3mm。3.3.2传动参数的计算(1) 送瓶转盘传动参数的计算 1）各轴转速的计算 根据转速与传动比的关系，计算如下, n0=940rmin n1=n01.6=587.5 rmin n2=n14.5=131.11rmin n3=n25=26.22rmin2) 各轴输入功率的计算 输入功率与传动效率直接相关，根据机械设计实用手册中的表9-2-59，可查得各级的传动功率为：1=0.95， 2=0.98，3=0.99 。故各轴输入功率为： P0=1.5kw P1= P0 1=1.425kw P2= P12=1.397kw P3=P23 =1.383kw 以上结果可用下表表示： 表 送瓶转盘各轴传动参数表 项目轴号 功率（KW）转速n（rmin）传动比i0轴1.59401轴1.425264.791.62轴1.39758.844.53轴1.38326.225(2) 输送带传动参数的计算 1）各轴转速的计算 根据转速与传动比的关系，计算如下, n0=940rmin n1=n01.6=587.5rminn2=n12.8=209.82rmin n3=n22=104.91 rmin n4=n31.8=58.28 rmin2) 各轴输入功率的计算 输入功率与传动效率直接相关，根据机械设计实用手册中的表9-2-59，可查得各级的传动功率为：1=0.95， 2=0.97，3=0.98 ，4=0.99。故各轴输入功率为： P0=1.5kw P1= P0 1=1.425kw P2= P12=1.382kw P3=P23 =1.314kw P4=P34 =1.301kw 以上结果可用下表表示： 表 输送带各轴传动参数表 项目轴号 功率（KW）转速n（rmin）传动比i0轴1.59401轴1.425587.51.62轴1.382209.822.83轴1.314104.9124轴1.30158.281.84、凸轮机构的设计 在压盖机中，凸轮机构主要为推杆提供特定的运动规律，完成压盖工作。由于在压盖过程中瓶子绕中心轴旋转，因此推杆的运动满足以下要求： 绕中心轴做旋转运动，实现循环压盖； 空间上下运动，实现取盖上升下降压盖上升下降取盖的工作流程。在这个设计中，以空间凸轮作为机架。4.1 推杆滚子绕凸轮槽的运动轨迹 为了实现工作流程，在一个运动周期里，推杆的上下位移曲线特点为：升停回升回。其中停的部分为取盖，对应的休止角为20。为了减少冲击，其余曲线选择余弦加速度运动规律。（资料参考自罐装压盖机的设计.包装与食品机械余新畅）。列出余弦加速度运动方程式如下： s=h/21-cos(/0) v=h /20sin(/0) (4-2) a=2h2/202cos(/0)式中的有关参数可分段确定如下： 在080和100180区间均为1/4余弦加速度运动周期，s=h=30mm，=80 80100区间为休止段，此时s=30mm 180360区间为1/2余弦加速度运动周期，h=40mm，=90（注：上述角度以压盖盖头与瓶子接触为0角，按逆时针方向计算，与机构转动方向无关。）分析推杆的速度、加速度随转角的变化规律用图表示如图1、图2 图1 速度变化曲线图 图2 加速度变化曲线图 4.2 凸轮轮廓设计 凸轮的轮廓为一直径d=200mm的圆周，轮廓曲线为推杆的位移曲线。表格一为推杆沿着凸轮槽转动一周在各个角度的位移，由此可设计出凸轮轮廓尺寸。h0S3080003080101.1418073080204.3933983080309.2597493080401530805020.7402530806025.606630807028.858193080803030809030308010030308011028.85819308012025.6066308013020.7402530801401530801509.25974930801604.39339830801701.1418073080180040901901.20614840902004.679111409021010409022016.52704409023023.47296409024030409025035.32089409026038.79385409027040409028038.79385409029035.32089409030030409031023.47296409032016.5270440903301040903404.67911140903501.206148409036005、各工艺动作的配合及运动循环图 5.1 机构运动简图 机构运动简图5.2 机构运动循环图三相异步电动机直齿锥齿轮传动直齿轮定轴转动 图1 工艺流程图压盖装置压盖机机头传动装置 图2 压盖装置循环图瓶子的传送传送带的传输进出瓶传输瓶子的定位压盖 图3 瓶子传输装置循环图、 6、收获和体会这段时间的机械原理课程设计即将结束，从确定设计题目开始，我们一路走来，历经波折，有喜悦，成功也有失落和挫折。但是无论如何，我们还是坚持到了最后，顺利完成了这次课设，回顾这段历程，感触是很多的。在这次课设开始时候，我们做了一定的准备，从图书馆借相关的书籍，如机械设计使用手册第二版，熟悉必要的工具软件和提高了运用能力，如熟悉了WORD,EXCEL,CAXA的运用。我们经过讨论确定了我的题目瓶子压盖机，我们宿舍作为一个小组，进行了一定的分工， 包括机构简图的绘制部分，运动数据的计算部分，资料的查阅部分，以及说明书的编辑撰写部分。虽然分工有不同，但是却不是完全独立，每个环节有大家的共同参与，遇到问题大家一起讨论解决。比如在动力的选择，及凸轮齿轮的尺寸设计计算方面就经过集体较长的讨论分析查阅，才得到了最终的数据。所以既有分工又有合作，是我们这次顺利完成课设的一个因素。课程设计，让我们学到了很多，这是一个全新的学习方式，相比课堂上老师授予知识，我们被动接受，而课设过程中，我们则是主动发现问题，解决问题，是主动获取知识积累经验。这一段经历在我们脑子里留下深刻的印象，它将会对我们以后的大学生活的学习有积极的影响，因为这一次的课程设计，提供了一个利用所学知识自由发挥的机会。从设计题目的构思，到运动方案的却，再到相关资料的搜索，还有动画制作、文档编写、改正错误，这些点滴，都是主动努力的结果，更是平时难以获得的经历，更了我们难能可贵的提高自身的机