1、設計任務書21 .功設計工作原理42 .能分解圖，執行機構動作分解圖63 .運動方案的選擇與比較94 .機構運動總體方案圖（機構運動簡圖）105 .工作循環圖166 .執行機構設計過程及尺寸計算187 .凸輪設計分段圖輪廓圖設計結果218 .機構運動分析計算機輔助設計流程259 .程序清單（主程序和子程序）2610 .十一運行結果及運動線圖3111.設3212參考資料33江西農業大學大學機械工程學院機械原理課程設計任務書題號11旋轉型灌裝機圖1旋轉型灌裝機一、設計題目及原始數據設計旋轉型灌裝機。在轉動工作臺上對包裝容器（如玻璃瓶）連續灌裝流體（如飲料、酒、冷霜等），轉臺有多工位停歇，以實現灌裝

2、、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準確地灌裝、封口，應有定位裝置。如圖1中，工位1:輸入空瓶；工位2:灌裝；工位3:封口；工位4:輸出包裝好的容器。該機采用電動機驅動，傳動方式為機械傳動。技術參數見下表。旋轉型灌裝機技術參數表方案號轉臺直徑mm電動機轉速r/min灌裝速度r/minA600144010B550144012C50096010二、設計方案提示1. 采用灌瓶泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。2. 采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可由氣泵吸附在壓蓋機構上，由壓蓋機構壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在）瓶口。設計者只需設計作直線往復運動的壓蓋機構。壓蓋機構可采用移動導桿機構等平面連桿機構或凸

3、輪機構。3. 此外，需要設計間歇傳動機構，以實現工作轉臺間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有定位（鎖緊）機構。間歇機構可采用槽輪機構、不完全齒輪機構等。定位（鎖緊）機構可采用凸輪機構等。三、設計任務1. 旋轉型灌裝機應包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等三種常用機構；2. 設計傳動系統并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統圖；3. 圖紙上畫出旋轉型灌裝機的運動方案簡圖，并用運動循環圖分配各機構運動節拍；4. 電算法對連桿機構進行速度、加速度分析，繪出運動線圖。圖解法或解析法設計平面連桿機構；5. 凸輪機構的設計計算。按凸輪機構的工作要求選擇從動件的運動規律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率

4、半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規律線圖及凸輪廓線圖；6. 齒輪機構的設計計算；7. 編寫設計計算說明書；二、原動機的選擇本設計采用方案B。故采用電動機驅動，其轉速為1440r/min三、傳動機構的選擇與比較機械系統中的傳動機構是把原動機輸出的機械能傳遞給執行機構并實現能量的分配、轉速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機構最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動等。他們的特點如表1:幾種主特點壽命應用由上述要的傳動裝置承栽能力和速度范圍人；傳動取決于齒輪金屬切削機床、相互比較可齒比恒定，米用衛星傳動可獲得材料的接觸汽車、起重運輸知，由于傳動輪很大傳動比，外廓

5、尺寸小，工和彎曲疲勞機械、冶金礦山比較大，故傳作可靠，效率局。制造和安裝強度以及抗機械以及儀器選擇渦輪蝸桿動精度要求局，精度低時，運轉膠合與抗磨等傳動，第一級擇帶傳對電動過載保用。有噪音；無過載保護作用損能力傳動選動，可機起到護的作結構緊湊，單級傳動能得到很1制造精確，金屬切削機床:蝸桿傳動大的傳動比；傳動平穩，無噪潤滑良好，（特別是分度音；可制成自鎖機構；傳動比壽命較長；機構）、起重機、大、滑動速度低時效率低；中、低速傳動，冶金礦山機械、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。磨損顯著焊接轉胎等軸間距范圍大，工作平穩，噪帶輪直徑金屬切削機床、音小，能緩和沖擊，吸收振動；大，帶

6、的壽鍛壓機床、輸送摩擦型帶傳動有過載保護作命長。普通機、通風機、農帶傳動用；結構簡單，成本低，安裝V帶業機械和紡織要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶肩滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短3500-5000h機械軸間距范圍大；傳動比恒定；與制造質量農業機械、石油鏈條組成件間形成油膜能吸切大機械、礦山機振，對惡劣環境有一定的適應5000-15000械、運輸機械和鏈傳動能力，工作可靠；作用在軸上的福我小；運轉的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩；鏈條工作時，特別是因磨損產生彳時長以后，容易引起共振，因向需增設張緊和減振裝置h起重機械等旋

7、轉灌裝裝機的功能圖運動轉換功能圖系統方案的形態學矩陣3.1減速器設計減速器分為三級減速，第一級為皮帶傳動，后兩級都為齒輪傳動。具體設計示意圖及參數如下1為皮帶輪：i1=3。2、 3、4、5、6為齒輪：z2=20z3=100z4=20z5=80z6=20四、執行機構的選擇與比較送料功能工件送料出料功能需要采用往復移動機構來實現，下面選用幾個備選方案來實現。（1） 送料主要通過傳送帶來完成，通過穿過機架的輸送帶輸入瓶子。（2）送料時主要通過如下圖所示的傳動輪把瓶子輸送到工位1，另外，為便于輸入，設計如圖所示的擋板。根據以上2種可執行方案，經過對他們進行比較可得，雖然以上2種方案都達到了運動的要求，

8、不過，考慮到傳送帶傳送時雖然比較平穩，但容易打滑，選用方案2較為合適，并較為可靠，結構也較為簡單，有平穩的運動特性。 灌裝功能在這里凸輪機構比連桿機構更適用，因為：1）凸輪機構能實現長時間定位，而連桿機構只能瞬時定位，定位效果差，精度低。2）凸輪機構比連桿機構更容易設計。3）結構簡單，容易實現方案如圖： 壓蓋功能在這里則連桿機構比凸輪機構更適用，因為凸輪機構1） 加工復雜，加工難度大。2） 造價較高，經濟性不好。方案如圖：出料功能可以選擇連桿機構來實現出料，但考慮到結構的工藝性和制造的方便性，可采用如圖所示的方案。五、機械系統運動方案的擬定與比較萬案一：用皮帶和定軸輪系減速，由槽輪實現轉臺的間

9、歇性轉動。標準直齒輪槽輪均便于加工。傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩，能緩沖吸震，噪聲小，通過鏈輪傳遞給凸輪使壓蓋和灌裝能夠精確進行；槽輪機構能實現間歇性轉動且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進行。缺點：傳動比過大，用定軸輪系傳動時，占用的空間過大，使整個機構顯得臃月中，且圓錐齒輪加工較困難高速時不如帶傳動平穩；鏈條工作時，特別是因磨損產生伸長以后，容易引起共振，因而需增設張緊和減振裝置。方案二：對比以上兩種方案方案一的優點是減速機構為三級減速而方案二為二級減速能使齒輪的尺寸減小不顯得龐大，另外在壓蓋和灌裝的傳動上采用鏈條傳動是運動比較精確能保證灌裝和壓蓋動作能在確定的時間完成是運動精確，軸間距范圍

10、大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，對惡劣環境有一定的適應能力，工作可靠；作用在軸上的荷載小；而方案二是使用長桿這樣傳動桿過長起機械特性需要考慮并且運動不是很精確。六、機械系統的運動循環圖1）根據執行構件的運動形式，繪制機械系統運動轉換功能圖如圖1-4.7所示。七、機構的設計與運動和動力分析。.7.1設計、計算及校核此凸輪為控制定位工件機構，由于空瓶大約為100mm工件定位機構只需40mm行程足夠，故凸輪的推程設計為40mm以下為推桿的運動規律：為了更好的利用反轉法設計凸輪，根據上圖以表格的形式表示出位移和轉角的關系0度數0。60。120°120°-180°

11、;180-240。30003000-360°位移（mrm0204040200基圓：r°=45mm滾子半徑：rr=5行程：h=40mm推程角：6=120°回程角：小'=120°進休止角：小s=60°遠休止角：旌'=60°最大壓力角：amak29.40<30°7.2 連桿機構的設計及校核此連桿控制封裝壓蓋機構，由于空瓶高度約為250mm故行程不宜超過300mm由此設計如下連桿機構：曲柄長：a=30mm連桿長：b=150mm偏心距：e=0mm行程：s=60mm最小傳動角：rmin=arccos【e/(b-a)

12、】=0°7.3 間歇機構設計由于設計灌裝速度為12pcs/min,因此每個工作間隙為5s,轉臺每轉動60用時5/6s,停留25/6s，由此設計如下槽輪，完成間歇運用，以達到要求此機構為槽輪機構用以實現轉臺的間歇運動左邊為帶銷轉盤，右邊為槽輪，左邊帶銷轉盤轉一圈，右邊槽輪轉動60°。槽輪與通過軸傳給轉臺使轉臺也進行間歇運動八、機械系統運動方案簡圖如圖所示為機械系統運動方案運動簡圖。如圖1電機1通過皮帶輪傳到2，2通過軸傳到3，3又傳到齒輪4，齒輪4通過軸傳到輪5轉動，齒輪5又帶動齒輪6，從而形成三級減速。如圖6斜齒輪7傳給斜齒輪9，與斜齒輪9同軸的齒輪10又帶動齒輪11，齒輪

13、11又通過軸傳給傳動輪17，用來傳遞瓶子。如圖4 與斜齒輪7同軸的帶輪8以相同角速度轉動通過皮帶傳給帶輪18用來運輸瓶子。與左邊帶輪18同軸的鏈輪19通過鏈條與鏈輪20連接，鏈輪通過軸傳給齒輪和凸輪21，凸輪通過導桿27進而完成灌裝過程。如圖2 齒輪21傳遞給齒輪22，齒輪22又傳給齒輪23，曲柄24和齒輪23是一體的，曲柄與連桿25相連，連桿25與滑塊26連接，滑塊進行豎直運動，傳遞蓋子，進而完成壓蓋過程。如圖3與斜齒輪9同軸的齒輪12傳給齒輪13,齒輪13通過軸傳到銷輪14,銷輪14每轉6轉帶動槽輪轉1轉進而使機構完成間歇傳送瓶子，以保證工作時間。如圖4圖11.電動機同軸帶輪2.帶輪3.齒

14、輪4.減速齒輪8.斜齒輪9.斜齒輪14.帶銷輪15.槽輪16.轉臺17.傳送盤18.鏈輪19.鏈輪20.鏈輪21.凸輪24.曲柄26.壓蓋器27.推桿其他均為齒輪灌裝機構I 圖2此機構為灌裝機構實現液體的灌裝凸輪的基圓半徑為45滾子半徑為5推程角為120近休角為60回程角為120遠休角為60當滾子在近休和遠休角位置時活塞不動當到推程角時活塞向下運動把容器內的液體壓入瓶中，推程為40從容器中壓出的液體正好把瓶子裝滿當到回程角時彈簧把導桿向上壓把液體從外面吸入容器接著進入近休角從而進入循環此機構為壓蓋機構用以實現瓶子的封口壓蓋機構中運用曲柄滑塊機構以實現瓶子的壓蓋曲柄的長度為30連桿的長度為150

15、齒輪半徑為60齒輪與曲柄為一體的齒輪帶動曲柄運動當瓶子進入壓蓋這個工位時滑塊26正好從最高位置到最下位置從而完成工件的壓蓋過程圖4此機構為轉臺轉臺繞著軸旋轉用以帶動瓶子進行工位變換實現從灌裝到壓蓋再到運出的流水生產此機構的運動為間歇運動圖上轉臺半徑為550兩個工位的夾角為60度每隔5秒換一個工位停止25/6s運動5/6s圖上陰影位置為擋板為了便于輸入和輸出瓶子當空瓶從左邊進入時由于左邊擋板位置使瓶子沿著擋板進入工位1當要求輸出瓶子時右邊擋板正好與此位置的運動方向平行從而使瓶子沿著擋板運出圖5此機構為傳送圓盤圓盤上有三個缺口用以卡緊瓶子其轉速為12r/min每轉1一圈用時5s正好與轉臺工位轉換時

16、間按相同此機構的作用是把傳送帶上的空瓶子一個一個的送上工位1此機構的獨特之處是運用擋板來控制瓶子的傳送路線圖6此機構為此旋轉灌裝機的減速部分該機構采用三級減速第一級減速采用皮帶傳送即皮帶減速采用皮帶傳送能提高機器的穩定性II 級機構和III級機構采用齒輪減速進而使電動機的1440r/min減到240r/minI級減速1為皮帶輪：ii=3。1=602=1803、 4、5、6為齒輪：II級減速機構i2=5包括齒輪3和齒輪4Z3=203=30Z4=1004=150III級減速機構i3=4包括齒輪5和齒輪6Z5=205=40Z6=806=160第三部分計算機調試機構一、凸輪形狀，運動調試12.夾緊凸輪

17、計算：已知r基圓=45mmr滾子=5mm推程h=40mm設置凸輪類型凸輪基本參數運動分段教學演示坐標軸基圓理論廓線內包絡線外包絡線動畫演示二、曲柄滑塊機構的運動分析上圖為一曲柄滑塊機構 n3=12r/min已知L2=150mmL3=30mm3和4為同一機構程序流程圖連桿程序PrivateSubCommand1_Click()Dimb(6),c(6),d(3),tAsStringpai=Atn(1#)*4/180Forfi=0To360Step10Fi1=fi*paixB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy)CallRRP!動分析子程序(1,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,0,0,

18、vPx,vPy,aPx,aPy,_0.15,0,0,0,xC,yC,vCx,vCy,aCx,aCy,fi2,omega2,epsilon2,sr,vsr,asr)t=t+"Fi1="+Str(fi)+vbCrLft=t+"xC(m)="+Str(xC)+vbCrLft=t+"vC(m/S)="+Str(vCx)+vbCrLft=t+"aC(m/S2)="+Str(aCx)+vbCrLft=t+"omega3(rad/S)="+Str(omega3)+vbCrLft=t+"omega2(

19、rad/S)="+Str(omega2)+vbCrLft=t+"epsilon3(rad/S)="+Str(epsilon3)+vbCrLft=t+"epsilon2(rad/S)="+Str(epsilon2)+vbCrLft=t+vbCrLfNextfiText1.Text=tEndSubSub單桿運動分析子程序(xA,yA,vAx,vAy,aAx,aAy,S,theta,fi,omega,epsilon,xm,ym,vmx,vmy,amx,amy)xm=xA+S*Cos(fi+theta)ym=yA+S*Sin(fi+theta)vmx=

20、vAx-S*omega*Sin(fi+theta)vmy=vAy+S*omega*Cos(fi+theta)amx=aAx-S*epsilon*Sin(fi+theta)-S*omegaA2*Cos(fi+theta)amy=aAy+S*epsilon*Cos(fi+theta)-S*omegaa2*Sin(fi+theta)EndSubSubatn1(x1,y1,x2,y2,fi)Dimpi,y21,x21pi=Atn(1#)*4y21=y2-y1x21=x2-x1Ifx21=0Then'判斷BDiJI段與x軸的夾角Ify21>0Thenfi=pi/2ElseIfy21=0Th

21、enMsgBox"B、D兩點重合，不能確定"Else:fi=3*pi/2EndIfElseIfx21<0Thenfi=Atn(y21/x21)+piElseIfy21>=0Thenfi=Atn(y21/x21)Else:fi=Atn(y21/x21)+2*piEndIfEndIfEndSubSubRRFP1動分析子程序(m,xB,yB,vBx,vBy,aBx,aBy,xP,yP,vPx,vPy,aPx,aPy,_L2,fi3,omega3,epsilon3,xC,yC,vCx,vCy,_aCx,aCy,fi2,omega2,epsilon2,sr,vsr,asr

22、)Dimpi,d2,e,F,yCB,xCB,E1,F1,Q,E2,F2pi=Atn(1#)*4d2=(xB-xP)A2+(yB-yP)A2)e=2*(xP-xB)*Cos(fi3)+2*(yP-yB)*Sin(fi3)F=d2-L2A2Ife人2<4*FThenMsgBox"此位置不能裝配"GoTon1ElseEndIfIfm=1Thensr=Abs(-e+(eA2-4*F)A0.5)/2)Else:sr=Abs(-e-(ea2-4*F)a0.5)/2)EndIfxC=xP+sr*Cos(fi3)yC=yP+sr*Sin(fi3)yCB=yC-yBxCB=xC-xBC

23、allatn1(xB,yB,xC,yC,fi2)E1=(vPx-vBx)-sr*omega3*Sin(fi3)F1=(vPy-vBy)+sr*omega3*Cos(fi3)Q=yCB*Sin(fi3)+xCB*Cos(fi3)omega2=(F1*Cos(fi3)-E1*Sin(fi3)/Qvsr=-(F1*yCB+E1*xCB)/QvCx=vBx-omega2*yCBvCy=vBy+omega2*xCBE2=aPx-aBx+omega2A2*xCB-2*omega3*vsr*Sin(fi3)_-epsilon3*(yC-yP)-omega3A2*(xC-xP)F2=aPy-aBy+omega2A2*yCB+2*omega3*vsr*Cos(fi3)_+epsilon3*(xC-xP)-omega3A2*(yC-yP)epsilon2=(F2*Cos(fi3)-E2*Sin(fi3)/Qasr=-(F2*yCB+E2*xCB)/QaCx=aBx-omega2A2*xCB-epsilon2*yCBaCy=aBy-omega2A2*yCB+epsilon2*xCBn1:EndSubPrivateSubCommand2_Click()Dimb(6),c(6),d(3),xC1(360),vCx1(360),aCx1(360)pai=Atn(1