玻璃瓶印花机构设计.doc

机械原理课程设计设计计算说明书设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置设 计 者： 赵 巍 学 号： 20051026 专业班级：机械工程及自动化 四 班指导教师： 李 克 旺 完成日期： 2007 年 12 月 2 日天津理工大学机械工程学院28目 录一 设计题目 1.1 设计目的11.2 设计题目11.3 设计条件及设计要求2二 执行机构运动方案设计2.1功能分解与工艺动作分解22.2 方案选择与分析22.3执行机构设计132.4 机械系统方案设计运动简图17三 传动系统方案设计3.1传动方案设计183.2电动机的选择193.3传动装置的总传动比和各级传动比分配203.4传动装置的运动和动力参数计算21四 设计小结22五 参考文献23一 设计题目1.1设计目的机械原理课程设计是我们第一次较全面的机械设计的初步训练，是一个重要的实践性教学环节。设计的目的在于，进一步巩固并灵活运用所学相关知识；培养应用所学过的知识，独立解决工程实际问题的能力，使对机械系统运动方案设计(机构运动简图设计)有一个完整的概念，并培养具有初步的机构选型、组合和确定运动方案的能力，提高我们进行创造性设计、运算、绘图、表达、运用计算机和技术资料诸方面的能力，以及利用现代设计方法解决工程问题的能力，以得到一次较完整的设计方法的基本训练。机械原理课程设计是根据使用要求对机械的工作原理、结构、运动方式、力和能量的传递方式、各个构件的尺寸等进行构思、分析和计算，是机械产品设计的第一步，是决定机械产品性能的最主要环节，整个过程蕴涵着创新和发明。为了综合运用机械原理课程的理论知识，分析和解决与本课程有关的实际问题，使所学知识进一步巩固和加深，我们参加了此次的机械原理课程设计。1.2设计题目：玻璃瓶印花机构及传动装置玻璃瓶印花机需要完成三个执行动作：置瓶座（玻璃瓶用人工依顺序装放于座中）作单向间歇（向左）直线移动；定位压块作水平方向的往复移动，以便压紧瓶颈端面或松开；下端装有上墨系统的印花弧形图章上下往复移动。通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶印花工作。印花过程的工作要求是：当置瓶座中的玻璃瓶由输送链（或带）移进工作位置后，停止前进，压瓶定位压块开始左移，并压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。此时，上方的印花弧形图章已向下移动，并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕。然后，图章上移，定位压块右移松开，输送链带着瓶移开工作位置，后一个瓶又进入工作位置，开始第二次的印花循环过程。印花后的瓶经烘干后，自动装入专用包装箱内。1.3设计条件及设计要求分配轴转速n(r/min)10分配轴转矩M(Nmm)2850玻璃瓶单程移距（mm）110印花图章上下移距（mm）50定位压块左右移距（mm）20（1）工作条件：2班制，工作环境良好，有轻微振动；（2）使用期限十年，大修期三年；（3）生产批量：小批量生产（20台）；（4）带传动比i 3；（5）采用Y型电动机驱动。（6）分配轴 ：与减速器输出轴相连接（各执行机构的输入轴）二、执行机构运动方案设计 2.1功能分解与工艺动作分解1)功能分解 为了实现玻璃瓶印花的总功能，将功能分解为：玻璃瓶输送功能、玻璃瓶定位功能、印花功能。 2)工艺动作过程 要实现上述分功能，有下列工艺动作过程： (1)利用间歇机构带动传送链（带）将玻璃瓶输送到指定位置，玻璃瓶到位后，间歇机构停歇等待下一循环。 (2)玻璃瓶定位机构向左移动，压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。 (3)印花机构向下移动，压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花机构上移。 (4)玻璃瓶定位机构向右移动，松开瓶颈。 (5)间歇机构带动传送链（带）将玻璃瓶移开工作位置，开始第二次印花循环过程。2.2 方案选择与分析1. 概念设计根据以上功能分析，应用概念设计的方法，经过机构系统搜索，可得“形态学矩阵”的组合分类表，如表1所示。表1 组合分类表玻璃瓶输送功能间歇机构组合机构玻璃瓶定位功能曲柄滑块机构组合机构凸轮机构印花功能组合机构凸轮机构可满足机构总功能的机械系统运动方案有N个，即N232个12个。运用确定机械系统运动方案的原则与方法，来进行方案分析与讨论。2. 方案选择1) 印花机构 方案一 方案二 方案三 方案四 方案五 方案六方案七表2印花机构部分运动方案定性分析方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 印花 时间工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 长 平稳 强 高 复杂较难较高较大 满足 长 平稳 强 较高 较简单较难较高较大 满足 较短 一般 一般 高 较简单易低较小 满足 较短 一般一般 高 较简单易低较小 满足 短 一般 一般 高 较简单 易低 较小 满足 较短 一般 一般 高 复杂易低较小 满足 较长 较平稳 强 较高 复杂较难较高较大 对以上方案初步分析如表4。从表中的分析结果不难看出，方案3，4，5，的性能明显较差；方案7尚可行，方案1，2有较好综合性能，因此1，2，7这三个方案可作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。2) 玻璃瓶输送机构方案一方案二方案三表3 玻璃瓶输送机构部分运动方案定性分析方案号功能经 济 适 用 性间歇送进工作平稳性磨损与变形效率复杂性加工装配难度成本运动尺寸1有平稳一般较高较复杂较难较高较大2有平稳强较高较复杂较难较高较大3有平稳一般较低复杂最难高较小对以上方案初步分析如表3。从表中的分析结果不难看出，方案3的性能较差；方案2较好，而方案1可为最优方案。3) 玻璃瓶定位机构 方案一 方案二方案三方案四方案五方案六方案七表4玻璃瓶定位机构部分运动方案定性分析方 案 号 主 要 性 能 特 征 功 能 功 能 质 量 经 济 适 用 性 运动变换 增力 固定时间 工作平稳性 磨损与变形 效率 复杂性 加工装配难度 成本 运动尺寸 满足 较强 较长 一般 强 较高 复杂 较难 较高较大 满足 弱 短 有冲击 一般 高 简单 易 低 较小 满足 强 短 有冲击 一般 高 简单 易 低 较大 满足 较强 长 平稳 强 较高 复杂 较难 较高较小 满足 强 长 平稳 一般 高 复杂 较难 较高较大 满足 较强 较长 一般 强 较高 复杂 较难 较高较小 满足 弱较短 较平稳 一般 较高 最复杂 较难 较高最大 对以上方案初步分析如表4。从表中的分析结果不难看出，方案2，3，7的性能明显较差；方案1，4，6尚可行，方案5有较好综合性能，因此1，4，5，6这四个方案可作为被选方案，待运动设计，运动分析和动力分析后，通过定量评价选出最优方案。3. 执行机构运动方案的形成机器中各工作机构都可按前述方法构思出来，并进行评价，从中选出最佳的方案。将这些机构有机地组合起来，形成一个运动和动作协调配合的机构系统。为使各执行构件的运动、动作在时间上相互协调配合，各机构的原动件通常由同一构件（分配轴）统一控制。 1) 槽凸轮印花机构，槽轮输送机构，摇杆-弹簧滑块定位机构 如图1所示，印花机构是由槽凸轮机构组成的。输送机构由槽轮机构完成。定位机构由摇杆机构和弹簧滑块机构组成。通过控制摇杆的长度可以控制定位的时间和滑块的移动距离。弹簧滑块机构可以供给玻璃瓶足够的压力使其定位。 图12) 凸轮弹簧印花机构，不完全齿轮输送机构，摇杆-移动凸轮定位机构如图2示，印花机构是由凸轮机构和弹簧组合而成的。输送机构由不完全齿轮机构完成。定位机构由摇杆机构和移动凸轮滑块机构组成。 图23) 凸轮连杆印花机构，不完全齿轮输送机构，圆柱凸轮定位机构如图3示，印花机构是由凸轮连杆机构组成的。输送机构由不完全齿轮机构完成。定位机构由圆柱凸轮机构组成。 图34) 槽凸轮印花机构，槽轮输送机构，槽凸轮定位机构 如图4所示，印花机构是由槽凸轮机构组成的。输送机构由槽轮机构完成。定位机构由槽凸轮机构组成。 图四4机构组合方案的确定根据所选方案是否能满足要求的性能指标，结构是否简单、紧凑；制造是否方便；成本是否低等选择原则。经过前述方案评价，采用系统工程评价法进行分析论证，确定方案1)是上述四个方案中最为合理的方案。2.3执行机构设计1.执行机构设计执行机构分别为： 槽凸轮印花机构 槽轮输送机构 摇杆-弹簧滑块定位机构印花机构的设计:凸轮机构的设计；输送机构的设计:槽轮机构的设计；定位机构的设计:摇杆机构的设计；1）印花机构的设计凸轮机构设计作图法：凸轮推程运动角取150左右，远休止角s取30左右，回程运动角取与推程运动角相等，近远休止角s取30左右。升程h取50mm。为了防止出现刚性冲击，故采用等加速等减速运动规律。设计结果如图五。图五其中基圆半径R1=15mm，R2=65mm，滚子半径r=5mm。2）输送机构的设计槽轮机构设计其1角取90。2*R=20mmR=3.18mm3）定位机构的设计摇杆机构设计其2角取120。2. 机构运动循环图主动件旋转15 o，印章开始离开玻璃瓶，向上方移动。主动件旋转120 o，定位压块向右移动，离开玻璃瓶。主动件旋转135 o，传送带带动玻璃瓶向左移动。主动件旋转165 o，印章停止移动。主动件旋转180o，定位压块开始向左移动。主动件旋转195 o，印章开始向下方移动。主动件旋转225 o，传送带停止运转。主动件旋转240 o，定位压块压紧玻璃瓶，并停止移动。主动件旋转345 o，印花图章接触玻璃瓶，停止移动，开始印花过程。开始下一个循环。2.4 机械系统方案设计运动简图三、传动系统方案设计3.1传动方案设计传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短，这样可使机构和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。机械系统的组成为：原动机 传动系统(装置) 工作机（执行机构）原动机：Y系列三相异步电动机；传动系统(机构)：常用的减速机构有齿轮传动、行星齿轮传动、蜗杆传动、皮带传动、链轮传动等，根据运动简图的整体布置和各类减速装置的传动特点，选用二级减速。第一级采用皮带减速，皮带传动为柔性传动，具有过载保护、噪音低、且适用于中心距较大的场合；第二级采用齿轮减速，因斜齿轮较之直齿轮具有传动平稳，承载能力高等优点，故在减速器中采用斜齿轮传动。根据运动简图的整体布置确定皮带和齿轮传动的中心距，再根据中心距及机械原理和机械设计的有关知识确定皮带轮的直径和齿轮的齿数。故传动系统由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速器”组成。原始数据：已知工作机（执行机构原动件）主轴：转速：nW=10 （r/min）转矩：Mb =3000 (N.m)3.2电动机的选择1） 选择电动机类型按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。2） 选择电动机容量a工作轴输出功率 ： PW=M/1000 (KW) =nW /30=10/30=1.047196 (rad/s)PW=M/1000=3000*1.047196/1000=3.14159 KW注：工作轴执行机构原动件轴。b所需电动机的功率：Pd= PW /aa-由电动机至工作轴的传动总效率a =带轴承3齿轮2联 查表可得：对于V带传动: 带 =0.96 对于8级精度的一般齿轮传动：齿轮=0.97对于一对滚动轴承：轴承 =0.99对于弹性联轴器：联轴器=0.99则 a =带轴承3齿轮2联=0.960.9930.9720.99= 0.868Pd= PW /a=3.14159/0.868=3.619 KW查各种传动的合理传动比范围值得：V带传动常用传动比范围为 i带=24，单级圆柱齿轮传动比范围为i齿=35，则电动机转速可选范围为nd=i带 i齿2nW=(24)( 35)2 nW =（18 100 ）nW=(18100)10=1801000 r/min符合这一转速范围的同步转速有750 r/min和1000 r/min，根据容量和转速，由有关手册查出两种适用的电动机型号，因此有两种传动比方案。方案电动机型号额定功率ped/kw电动机转速/ r/min电动机质量/kg传动装置的传动比同步满载总传动比V带传动比齿轮传动3Y132M1-64100096073322.512.84Y160M1-84750720118242.59.6对于电动机来说，在额定功率相同的情况下，额定转速越高的电动机尺寸越小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。若原动机的转速选得过高，势必增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂。由表中两种方案，综合考虑电动机和传动装置的尺寸、结构和带传动及减速器的传动比，认为方案1的传动比较合适，所以选定电动机的型号为Y132M1-6。Y112M-4电动机数据如下: 额定功率：4 Kw满载转速：n满=960 r/min同步转速：1000 r/min3.3传动装置的总传动比和各级传动比分配1传动装置的总传动比i总= n满/ nW =960/10= 962 分配各级传动比根据机械设计课程设计表2.2选取，对于三角v带传动,为避免大带轮直径过大,取i12=2.5；则减速器的总传动比为 i减=i总/2.5=32/2.5=12.8对于两级圆柱斜齿轮减速器,按两个大齿轮具有相近的浸油深度分配传动比,取 ig=1.3idi减= igid = 1.3i2d =12.8i2d =12.8/1.3=9.8462id =3.14ig=1.3id=1.33.14=4.082 注：ig -高速级齿轮传动比；id 低速级齿轮传动比；3.4传动装置的运动和动力参数计算计算各轴的转速：电机轴：n电= 960 r/min轴 n= n电/i带=960/2.5=384 r/min轴 n= n/ ig=384/4.082=94.07 r/min轴 n=n/ id =94.07/3.63=29.96 r/min 计算各轴的输入和输出功率：轴： 输入功率 P= Pd带=3.6190.96=3.474 kw 输出功率 P= 3.474轴承=3.4740.99=3.44 kw轴： 输入功率 P=3.44齿轮=3.440.97=3.34 kw 输出功率 P= 3.34轴承=3.340.99=3.30 kw轴 输入功率 P=3.30齿轮=3.300.97=3.20 kw 输出功率 P= 3.20轴承=3.200.99=3.17 kw计算各轴的输入和输出转矩：电动机的输出转矩 Td=9.55106Pd /n电=9.551063.619/960=36103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.474/384=86.4103 Nmm 输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.44/384=85.6103 Nmm轴： 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.34/94.07=339103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.30/94.07=335103 Nmm轴 输入转矩 T=9.55106P / n=9.551063.20/29.96=1020103 Nmm输出转矩 T=9.55106P / n=9.551063.17/29.96=1010.5103 Nmm 将运动和动力参数计算结果进行整理并列于下表：轴名功率p/kw转矩T ( Nmm)转速n/rmin-1传动比i效率输入输出输入输出电机轴3.6193610314402.5轴3.4743.4486.410385.6103514.294.082轴3.343.30339103335103108.963.14轴3.203.1710201031010.510330四、设计小结这次课程设计，我拿到的题目是玻璃瓶印花机构及传动装置。其实它就是运用机械原理课上所学过的连杆机构，凸轮，带传动，间歇运动，齿轮传动，链条传动原理等。通过对有关书籍的参考，和老师耐心的教导，我对于我的设计产生了灵感，也引发了我浓厚的兴趣。找对了方向也就找到了设计的突破口。这为我以后的毕业设计带来了很大的方便。原来此设计的关键点在于间歇机构的设计与运用。我在学校的图书馆找到一些相关的资料,回来查了查,看到了很多机构,使我开阔了眼界，也学习到了很多设计方法和思想。在设计的过程中，我也遇到了很多问题，比如CAD的画法，PRO-E的渲染方法，传动机构的计算等，都在老师、同学和书籍的帮助下一一破解。不仅让我学习到解决问题的方法，也体会到成功的喜悦。同时为大四的毕业设计会有很大帮助。在机械原理课上所学的知识是比较理论化的，通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹，至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场，在我脑中的概念还是挺模糊的，但是在这次为完成课程设计的任务当中，我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。换句话说，因这次课程设计我把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。通过这次玻璃瓶印花机构及传动装置的设计，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高。但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。几周机械原理设计的学习及研究，我明白了许多在课堂上