啤酒瓶压盖机机械系统方案设计

啤酒瓶压盖机机械系统方案设计目录1设计任务书............................................................................................................31.1.设计题目......................................................................................................31.2.工作原理与工艺动作过程..........................................................................31.3.原始参数......................................................................................................31.4.设计要求......................................................................................................32系统运动方案设计................................................................................................12.1.原动机类型的选择......................................................................................12.2.减速器类型的选择......................................................................................12.3.实现压盖动作的机构选择..........................................................................22.4.实现装箱动作的机构选择..........................................................................32.5.系统运动方案的确定..................................................................................42.6.绘制系统运动循环图..................................................................................43传动系统设计........................................................................................................53.1.传动方案分析..............................................................................................53.2.电动机的选择..............................................................................................63.3.传动比的计算和分配..................................................................................63.3.1.总传动比的计算...................................................................................63.3.2.分配各级传动比...................................................................................63.4.传动参数的计算..........................................................................................73.4.1.各轴转速的计算...................................................................................73.4.2.各轴输入功率的计算...........................................................................73.4.3.各轴输入转矩的计算...........................................................................73.4.4.各轴的传动参数...................................................................................84执行系统机构设计................................................................................................94.1.凸轮机构设计..............................................................................................94.1.1.凸轮机构选型.......................................................................................94.1.2.确定从动件运动规律...........................................................................94.1.3.确定基本参数.....................................................................................114.1.4.凸轮轮廓曲线设计.............................................................................134.2.槽轮机构设计............................................................................................144.2.1.槽轮机构选型.....................................................................................144.2.2.选择槽轮槽数和拨盘圆销数.............................................................144.2.3.基本尺寸的计算.................................................................................154.2.4.槽轮运动特性分析.............................................................................165收获和体会..........................................................................................................176参考文献..............................................................................................................187附录......................................................................................................................19图表目录图1曲柄滑块机构 2图2凸轮机构 2图3单销四槽外槽轮机构 3图4棘轮机构 3图5不完全齿轮齿条机构 4图6系统运动循环图 5图7传动系统简图 6图8从动件上下位移曲线 10图9凸轮从动件的动力学特性 11图10从动件y x曲线 12图11曲率半径 随旋转位移x的变化曲线 13图12空间凸轮轮廓曲线 14图13槽轮某一瞬时位置 16图14槽轮运动特性 16表格目录表1系统运动方案 4表2传动系统各轴传动参数表 8表3外槽轮机构基本尺寸计算公式及结果 15设计任务书1.1. 设计题目设计一个对生产线上的啤酒瓶进行自动压盖的机器。1.2. 工作原理与工艺动作过程啤酒瓶压盖机的工作原理[1]是利用电机带动推杆下降压紧瓶盖顶端，使锁口装置自动锁紧锁盖。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。工艺动作过程为：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向下运动，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，在另一个最低点处取瓶盖，继续这一过程。压盖后的啤酒瓶继续运动，每四瓶进行一次装箱，而三次即装满一箱，这一动作可借助于槽轮机构实现。1.3. 原始参数啤酒瓶尺寸：瓶身直径 70mm，瓶口直径26mm，瓶高300mm；推杆直径30mm；传输带宽度：90mm。1.4. 设计要求1）完全2个以上的工艺动作；2）生产能力达到14400瓶/小时；3）具有较高的工作效率和自动化程度；4）使用性能良好，运行稳妥可靠，维护成本低；5）压盖过程冲击尽量小，噪音控制在适当范围内；6）满足传动精度，凸轮机构、槽轮机构具备一定的耐磨性；7）工作过程安全可靠。系统运动方案设计确定系统的工艺动作之后，需选择适宜的机构型式将其实现，故这一过程也称为机构的选型[2]，它需要考虑多方面的因素，如运动变换要求、尺寸限制、制造成本、动力性能、效率高低、操作方便安全可靠等等。2.1. 原动机类型的选择在机械系统设计过程中，原动机的选择是非常重要的一个环节，因为它直接影响到动力输出的稳定性、系统运行效率和总体结构。现代机械中，常见的原动机有热机、电动机、液动机和气动机，各自具有不同的特点和应用。热机包括蒸汽机和内燃机，其应用范围相对单一，主要用于经常变换工作场所的机械设备和运输车辆。电动机在现代机械中应用最为广泛，尤其是交流异步电动机，其具有结构简单，价格低廉，动力源方便等优点，但功率系数较低，且调速不便，适用于运行环境比较稳定、调速范围窄的场合。液动机一般调速方便，且传动链较短，但需配备液压站，成本较高。当只需实现简单的运动变换时，气动机较为方便，其缺点是有一定的噪声。本设计中对原动机的要求为：运行环境稳定、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. 减速器类型的选择减速器是指原动机与工作机之间独立封锁式传动装置， 用来减低转速并相应地增大转矩。减速器种类繁多，一般可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。齿轮减速器的优点是结构简单，运转平稳，安装方便，其缺点是传动比的分配比较麻烦；而蜗杆减速器具有结构紧凑，传动比大，噪音低等优点，但容易引起发热、漏油、涡轮磨损等问题。行星齿轮减速器[3]的主要特点有：结构紧凑、重量轻、体积小、传动比大等优点，但其结构比较复杂，制造和安装较为困难，成本也高。在本设计中，对减速器要求为：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压盖机的减速器。2.3. 实现压盖动作的机构选择在压盖机中，推杆的运动为复合运动，即回转运动与具有特定运动规律的上下往返运动。满足这种要求的机构有很多，在此仅讨论曲柄滑块机构和凸轮机构。曲柄滑块机构图1曲柄滑块机构图1所式为典型的曲柄滑块机构，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。凸轮机构图2凸轮机构凸轮机构的特点是结构简单、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，既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. 实现装箱动作的机构选择瓶子压盖完成后，每四瓶进行一次装箱，而三次可装满一箱。这个动作须由间歇机构完成，包括槽轮机构、棘轮机构和不完全齿轮齿条机构 [4]。槽轮机构图3单销四槽外槽轮机构槽轮机构的特点是结构简单，工作可靠，易加工，转角准确，机械效率高。常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。棘轮机构图4棘轮机构棘轮机构的优点是结构简单，制造方便，能将连续转动转换成单向步进运动，但工作时常伴有振动，齿尖磨损，传动平稳性差，因此它的工作频率不能过高。不完全齿轮齿条机构图5不完全齿轮齿条机构不完全齿轮齿条机构的优点是结构简单，容易制造，允许选择的范围比棘轮机构和槽轮机构的大，因而设计灵活。其缺点是从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大，故一般只适用于低速、轻载的工作条件。综合以上分析，结合压盖机的工作条件，选择槽轮机构实现间歇运动。另外，为了保证箱子每装四瓶能够直线移动一次，还需将齿轮与槽轮固结，再通过齿轮齿条啮合实现箱子的间歇直线移动。2.5. 系统运动方案的确定综合以上的分析，最终确定的系统运动方案见下表

:表1系统运动方案原动机

减速器

压盖结构

间歇机构

转动-直移交流异步电动机

齿轮减速器

空间圆柱凸轮

槽轮

齿轮齿条2.6. 绘制系统运动循环图为了表达压盖机各执行机构在一个运动循环中各动作的协调配合关系，选择推杆的上下位移、槽轮的转角、齿条的直线位移为对象，以推杆绕空间凸轮主轴旋转一周为一个运动周期，画出系统运动循环图，结果如下：图