1、機械原理課程設計旋轉型灌裝機學 院：機電建工學院專 業：機械設計制造及其自動化班 級：機自091成 員：余建豐 柴佳力 李澤龍 指導老師：李盛宇目錄1.設計題目 21.1 設計條件 21.2 設計任務 31.3 設計思路 32.原動機的選擇 33.傳動比分配 34.傳動機構的設計 44.1 減速器設計 4 4.2 第二次減速裝置設計 5 4.3 第三次減速裝置設計 5 4.4 齒輪的設計 65.方案選擇 85.1 綜述 8 5.2 選擇設計方案 8 5.3方案確定 106機械運動循環圖 117凸輪設計、計算及校核 128連桿機構的設計及校核 139間歇機構設計 1510.整體評價 1611設計

2、小結 1712.參考資料 17主要結果1.設計題目設計旋轉型灌裝機。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、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1-1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。圖1-1 六工位轉盤1.1設計條件該機采用電動機驅動，傳動方式為機械傳動旋轉型灌裝機技術參數方案號轉臺直徑mm電動機轉速r/min灌裝速度r/minA600144010B550144012C50096010n轉速=每小時生產定額/（轉盤的模孔數*60）=（60*60）/（6*6

3、0）=10r/min1.2設計任務1.旋轉灌裝機一般應包括連桿機構、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（皮帶傳動傳動比i2，每級齒輪傳動傳動比i7.5）3.繪制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節拍。4.解析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.在圖紙上畫出凸輪機構設計圖（包括位移曲線，凸輪輪廓線和從動件的初始位置）；要求確定運動規律，選擇基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑，確定凸輪輪廓線。6.設計計算其中一對齒輪機構。7.編寫設計計算說明書一份。1.3 設計思路1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某

4、工位的上方。2采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可以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輪機構。3.此外，需要設計間歇傳動機構，以實現工作轉臺的間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有定位（縮緊）機構。間歇機構可采用槽輪機構、不完全齒輪機構等。定位縮緊機構可采用凸輪機構等。2原動機的選擇本身設計采用方案A。故采用電動機驅動，其轉速為1440r/min。3傳動比分配原動機通過三次減數達到設計要求。第一次減速，通過減速器三級減速到20r/min,其傳動比分別為2、6、6。第二次減速，夾緊裝置

5、，轉動裝置及壓蓋裝置所需轉速為10r/min,另設計一級減速，使轉速達到要求，其傳動比分別為2。第三次減速，傳送帶滾軸直徑約為10cm，其轉速為5r/min即可滿足要求，另設兩級減速，傳動比都為2即可。4傳動機構的設計4.1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：i12。2、3、4、5、6為齒輪： z2=20 z3=120z4=20 z5=120 z6=20i32=z3/z2=120/20=6i54=z5/z4=120/20=6n1=n/(i1*i32*i34)=1440/(2*6*6)=20r/min4.2第二次減速裝置設計減速

6、器由齒輪6輸出20r/min的轉速，經過一級齒輪傳動后，減少到10r/min。6、7為齒輪：z6=20 z7=40i76=z7/z6=40/20=2n2=n1/i76=20/2=10r/min4.3第三次減速裝置設計減速器由齒輪6輸出20r/min的轉速，經兩級減速后達到5r/min,第一級為齒輪傳動，第二級為皮帶傳動。具體設計示意圖及參數如下：6、8為齒輪：z6=20 z8=409為皮帶輪：i9=2i86=z8/z6=40/20=2n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min4.4齒輪的設計上為一對標準直齒輪（傳動裝置中的齒輪6和齒輪7）。具體參數為：z6=20，z7=40，

7、m=5mm，=20°。中心距：a=m(z6+ z7)/2=5*(20+40)/2=150mm分度圓半徑：r6= a*z6/（z7+z6）=180*20/（20+40）=50mmr7= a*z7/（z7+z6）=180*40/（20+40）=100mm基圓半徑：rb6=m *z6*cos=5*20*cos20°=47mmrb7=m*z7*cos=5*40*cos20°=94mm齒頂圓半徑：ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mmra7=(z7+2ha*)*m/2=(40+2*1)*5/2=105mm齒頂圓壓力角：a6=arccos【z6

8、cos/（z6+2ha*）】=acrcos【20cos20°/（20+2*1）】=31.32°a7=arccos【z7cos/（z7+2ha*）】=acrcos【40cos20°/（40+2*1）】=26.50°基圓齒距：pb6=pb7=mcos=3.14*5*cos 20°=14.76mm理論嚙合線：N1N2實際嚙合線：AB重合度：a=【z6(tana6-tan)+z7(tana7-tan)】/2 =【20(tan31.32°-tan20°)+40(tan26.50°-tan20°)】/2 =1.64a

9、1這對齒輪能連續轉動5.方案選擇5.1綜述待灌瓶由傳送系統(一般經洗瓶機由輸送帶輸入)或人工送入灌裝機進瓶機構,轉臺有多工位停歇，可實現灌裝、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。 我們將設計主要分成下幾個步驟：1輸入空瓶：這個步驟主要通過傳送帶來完成，把空瓶輸送到轉臺上使下個步驟能夠順利進行。2灌裝：這個步驟主要通過灌瓶泵灌裝流體，而泵固定在某工位的上方。3封口：用軟木塞或者金屬冠通過沖壓對瓶口進行密封的過程，主要通過連桿結構來完成沖壓過程。4輸出包裝好的容器：步驟基本同1，也是通過傳送帶來完成。 以上4個步驟 由于灌裝和傳送較為簡單 無須進行考慮，因此，旋轉型灌

10、裝機運動方案設計重點考慮便在于轉盤的間歇運動、封口時的沖壓過程、工件的定位，和實現這3個動作的機構的選型和設計問題。5.2選擇設計方案機構實現方案轉盤的間歇運動機構槽輪機構不完全齒輪封口的壓蓋機構連桿機構凸輪機構工件的定位機構連桿機構凸輪機構根據上表分析得知 機構的實現方案有 2*2*2=8種實現方案為了實現工件定位機構，比較凸輪機構和連桿機構之間的優缺點；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。所以，在這里凸輪機構比連桿機構更適用。為了實現封口的壓蓋機構，比較凸輪機構和連桿機構之間的優缺點；因為

11、凸輪機構，1） 加工復雜，加工難度大。2） 造價較高，經濟性不好。所以在這里連桿機構比凸輪機構更適用。為了實現轉盤的間歇運動機構，比較槽輪機構和不完全齒輪之間的優缺點；因為：1） 與其他間歇運動機構相比，不完全齒輪機構結構簡單。2） 主動輪轉動一周時，其從動輪的停歇次數，每次停歇的時間和每次傳動的角度等變化范圍大，因而設計靈活。3） 而且它一般適用于低速、輕載的場合，并且主動輪和從動輪不能互換。所以在這里我們選擇不完全齒輪來實現轉盤的間歇運動。 綜上可知：轉盤的間歇運動機構，我們選擇不完全齒輪機構；封口的沖壓機構，我們選擇連桿機構；工件的定位機構，我們選擇凸輪機構。5.3方案確定轉盤的間歇運動

12、機構為不完全齒輪機構，封口的沖壓機構為連桿機構，工件的定位機構為凸輪機構6機械運動循環圖.7凸輪設計、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60mm行程足夠，故凸輪的推程設計為60mm，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。度數0°-90°105°120°120°-300°315°330°-360°位移（mm）0306060300基圓：r0=480mm滾子半徑：rr=30行程：h=60mm推程角：=30

13、76;回程角：=30°進休止角：s=120°遠休止角：s=180°最大壓力角：max=28°30°8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=100mm連桿長：b=900mm偏心距：e=500mm行程：s=220mm級位夾角：= arccos【e/(a+b）】- arccos【e/(b-a）】=10°最小傳動角：rmin= arccos【e/(b-a）】=51.3°行程速比：k=（180°+）/（180°-）=1.1

14、219間歇機構設計 這里我們采用不完全齒輪機構來完成轉盤的間歇運動，下面我們用一張圖片來了解不完全齒輪如何完成間歇運動的。 由于設計灌裝速度為10r/min，因此每個工作間隙為6s，轉臺每轉動60°用時1s，停留5s，由此設計如下不完全齒輪機構，完成間歇運用，以達到要求。左邊為不完全齒輪，右邊為標準齒輪，左邊齒輪轉一圈，右邊齒輪轉動60°。具體參數為：z左=6，z右=36，m=5mm，=20°，=60°。中心距：a=m(z左*360°/+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm分度圓半徑：r左= r右=a/2=180/2=90mm基圓

15、半徑：rb左= rb右=a*cos/2=180*cos20°/2=84.6mm齒頂圓半徑：ra左= ra右=(z右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm齒頂圓壓力角：a左=a右=arccos【z右cos/（z右+2ha*）】=acrcos【36cos20°/（36+2*1）】=27°基圓齒距：Pb左=Pb右=mcos=3.14*5*cos 20°=14.76mm10.整體評價 在整個系統運用到了連桿機構，不完全機構，凸輪機構等常用機構。完成了從瓶子的傳輸到灌裝，壓蓋，最后輸出的機器。旋轉型灌裝機，是同時要求有圓盤的轉動和傳送帶的傳送的機

16、構，而且這兩部分要相互協調，相互配合工作的過程。圓盤間歇轉動部分：因為在系統的原始要求中需要有間歇轉動的特性，而工位為6個，所以在其中首先引入了可以實現間歇轉動的典型機構不完全齒輪。且不完全齒輪的轉動速度是圓盤轉速的6倍，并且在轉動時分別在6個工位進行停歇。此外，我們采用了連桿機構來完成壓蓋過程。我們設計的直線往復運動的連桿機構，剛好能夠完成這一工作任務。 所以總而言之，我們的設計方案還是可行的。11設計小結原理一個星期考慮的也并不周全，這段了所學的知識理論運用到實際設計當中，也充分的鍛煉自己的創新能力。12.參考資料1 劉會英 楊志強 張明勤主編 機械原理（第2版） 機械工業出版社 20102裘建新主編 機械原理課程設計指導書 高等教育出版社 20053 韋林 李小紅主編 機械結構分析與設計 北京理工大學出版社 2009 z2=20z3=120z4= 20z5=120z6=20n=1440r/mini12i32=6i54=6n1=20r/minz6=20z7=40i76=2n2=10r/minz6=20z8=40i9=2i86=2n3=5r/minz6=20z7=40m=5mm=20°a=150mmr6=50mmr7=100mmrb6=47mmrb7=94mmra6=55mmra7=105mma6=31.32°a7=26.50°pb6=14.7