機械原理課程設計——旋轉型灌裝機DOC

1、機械原理課程設計目錄一、設計任務書. .錯誤！未定義書簽。二、功能分解 . .錯誤！未定義書簽。三、機構選型與組合. .錯誤！未定義書簽。四、機械運動循環(huán)圖. .錯誤！未定義書簽。五、機械運動方案的擬定. .錯誤！未定義書簽。a 工作臺旋轉機構.錯誤！未定義書簽。b 壓蓋機構.錯誤！未定義書簽。c 灌裝機構.錯誤！未定義書簽。六、原始數(shù)據(jù) . .錯誤！未定義書簽。七、機械運動簡圖. .錯誤！未定義書簽。八、各部分參數(shù)計算. .錯誤！未定義書簽。九、整體評價與總結. .錯誤！未定義書簽。十、參考資料 . .錯誤！未定義書簽。附錄： 部分主要機構的三維模型圖及構件三視圖第 1 頁 共 19 頁機械

2、原理課程設計一、任務設計書1、 工作原理及工藝動作過程設計旋轉型灌裝機。在轉動工作臺上對容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝流體（如飲料、酒、冷霜等），轉臺有多工位停歇，以實現(xiàn)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。如圖所示，工位 1：輸入空瓶；工位 2：灌裝；工位 3：封口；工位 4：輸出灌裝好的容器。圖 1 旋轉型灌裝機2、 原始數(shù)據(jù)及設計要求該機采用電動機驅動，傳動方式為機械傳動，技術參數(shù)見下表。旋轉型灌裝機技術參數(shù)3、設計方案提示（ l）灌裝機構：采用灌瓶來灌裝流體，泵固定在某工位的上方。（ 2）壓蓋機構：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

3、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 l 可采用移動導桿桿機構等平面連桿機構或凸輪機構。（ 3）間歇傳動機構和定位機構：實現(xiàn)工作轉臺間歇傳動。為保證停歇可靠，還應向定位（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4、設計任務1）按工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖。第 2 頁 共 19 頁機械原理課程設計2）進行轉盤間歇運動機構、壓蓋機構、 間歇傳動機構和定位機構的選型， 實現(xiàn)上述動作要求，并將各機構按照一定的組合方式組合起來；3）機械運動方案的評定和選擇。4）按選定的電動機和執(zhí)行機構運動參數(shù)擬定機械

4、傳動方案。5）畫出機械運動方案簡圖。6）對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動尺寸計算。7）編寫設計計算說明書（課程設計專用稿紙）。8）在三號圖紙上完成機械運動簡圖。9）準備答辯。二、功能分解若要完成任務設計書所要求的功能， 需要先完成電動機、 減速機構之后分別完成傳送帶送入、杯子的定位與固定、灌裝飲料、利用凸輪或連桿機構加蓋、傳送帶送出這五個部分。分解功能如下圖所示：螺旋形灌裝機三、機構選型與組合傳送帶機構杯子的定位與固定灌裝飲料加蓋機構圖 2 旋轉型灌裝機的功能分解機械系統(tǒng)中的傳動機構是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構并實現(xiàn)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

5、動、帶傳動、 蝸桿傳動等。在設計中，按照功能選擇機構的類型。電動機驅動 采用方案B，其轉速為 1440r/min ，灌裝速度較快，效率比較高。減速機構 采用齒輪減速與渦輪蝸桿搭配減速。承載能力和速度范圍大；傳動比恒定， 采用衛(wèi)星傳動可獲得很大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，精度低時，運轉有噪音；蝸輪蝸桿結構緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構；傳動比大。傳送帶 采用皮帶輪機構， 講杯子按照指定方向傳送到需要定位與固定的位置、軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護作用；結構簡第 3 頁 共 19 頁機

6、械原理課程設計單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短。灌裝機構 采用灌瓶來灌裝流體，泵固定在某工位的上方。工位的間歇運動采用槽輪機構，四個工位采用槽數(shù)為4的槽輪機構。加蓋 的方法采用凸輪機構，使得壓蓋桿做豎直方向的周期來回運動。凸輪機構可以產生復雜的運動軌跡，可以自行控制壓蓋機構的軌跡。將上述選擇好的機構組合起來，便可以實現(xiàn)設計要求中給定的功能。簡要分析如下： 電動機驅動帶動傳送帶將杯子傳送到杯子的定位裝置中，并固定好。 灌裝機構和壓蓋機構固定在工作臺第 2和第 3工位的上方。第4工位連接灌裝完畢的杯子，將完成設計要求的杯子傳送出去。四、機械運動循環(huán)圖傳送

7、帶工作工作臺靜止轉動工作臺靜止轉動灌裝開啟灌裝開啟壓蓋進壓蓋回壓蓋進壓蓋回0.15s3.15s3.33s5s注：空白即為靜止狀態(tài)本方案以 5秒為一個工作周期。在五秒之內要完成工作臺的旋轉、灌裝裝置的開啟與關閉、壓蓋機構的來與回。在本次設計中，最重要的部分就是要控制好整個機構的節(jié)奏（具體會在按部分設計中詳細介紹）?？紤]到灌裝的水有一定的流量，所以不能完全100%將灌裝與壓蓋工作周期填滿工作臺靜止的時候。所以工作臺靜止與工作臺轉動的時間比為2:1 ，灌裝臺開啟與灌裝臺關閉的時間比為3：2，這樣可以較好的控制住整個機械的工作效率，使得機構能高效正常的運轉。下表為時間參考表。時間機構運動狀態(tài)0-0.1

8、5s工作臺靜止、灌裝機構靜止、壓蓋機構靜止0.15s-1.65s工作臺靜止、灌裝機構開啟、壓蓋機構進程1.65s-3.15s工作臺靜止、灌裝機構開啟、壓蓋機構回程3.15s-3.33s工作臺靜止、灌裝機構靜止、壓蓋機構靜止3.33s-5s工作臺旋轉、灌裝機構靜止、壓蓋機構靜止在這一個運動周期內，前 0-0.15 秒是為了緩沖工作臺剛剛旋轉完所產生的慣性，防止灌第 4 頁 共 19 頁機械原理課程設計裝機構倒下的水沒有能夠進入到杯子內。并且，配合傳送帶的速度，不需要多余的機構就可以做到定位的功能。0.15s-1.65s中控制灌裝機構的齒輪轉動，葉片不能堵塞管道。灌裝開始，同時凸輪機構開始運動。各

9、個部分的詳細運動在機械運動方案的和各部分的參數(shù)設計中會詳細講到。1.65s-3.15與上一個部分大致相似，但是是回程。3.15s-3.33s與最開始功能相似，不多贅述。五、機械運動方案的擬定機構實現(xiàn)方案轉盤的間歇運動機構槽輪機構不完全機構棘輪機構壓蓋機構連桿機構凸輪機構灌裝機構管道的開關連桿機構凸輪機構齒輪為了實現(xiàn)轉盤的間歇運動機構，比較槽輪機構、不完全齒輪和棘輪之間的優(yōu)缺點。a.槽輪機構的特點槽輪機構結構簡單，易加工， 工作可靠， 轉角準確， 機械效率高。 但是其動程不可調節(jié)，轉角不能太小， 槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)

10、不需經(jīng)常調節(jié)轉位角度的轉位運動。b.不完全齒輪的特點不完全齒輪機構結構簡單、制造容易、 工作可靠， 從動輪運動時間和靜止時間可在較大范圍內變化。 但是從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合。c.棘輪的特點輪齒式棘輪機構結構簡單，易于制造，運動可靠，從動棘輪轉角容易實現(xiàn)有級調整，但棘爪在齒面滑過引起噪聲與沖擊，在高速時尤為嚴重。故常用于低速、輕載的場合，或用于間歇運動控制。摩擦式棘輪機構傳遞運動較平穩(wěn)，無噪音， 從動件的轉角可作無級調節(jié)。但難以避免打滑現(xiàn)象，因而運動準確性較差，不適合用于精確傳遞運動的場合。因為在本方案中，控制間歇運動的機構的轉速十分低，需要較大的

11、范圍內的從動輪運動時間和靜止時間。所以在這里我們選擇不完全齒輪 來實現(xiàn)轉盤的間歇運動。下左圖為不完全齒輪的嚙合示意圖。（下頁）第 5 頁 共 19 頁機械原理課程設計_a.連桿機構的特點連桿機構構件運動形式多樣，如可實現(xiàn)轉動、擺動、 移動和平面或空間復雜運動，從而可用于實現(xiàn)已知運動規(guī)律和已知軌跡。此外，低副面接觸的結構使連桿機構具有以下一些優(yōu)點：運動副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤滑，故磨損減??；制造方便，易獲得較高的精度； 兩構件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來維系的，它不象凸輪機構有時需利用彈簧等力封閉來保持接觸。因此， 平面連桿機構廣泛應用于各種機械、儀表和機電產品中。平面連桿機構的

12、缺點是：一般情況下， 只能近似實現(xiàn)給定的運動規(guī)律或運動軌跡，且設計較為復雜； 當給定的運動要求較多或較復雜時，需要的構件數(shù)和運動副數(shù)往往較多，這樣就使機構結構復雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機構運動規(guī)律對制造、安裝誤差的敏感性增加；機構中作復雜運動和作往復運動的構件所產生的慣性力難以平衡，在高速時將引起較大的振動和動載荷，故連桿機構常用于速度較低的場合。b.凸輪機構的特點優(yōu)點結構簡單、緊湊、設計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動，因此在機床、紡織機械、輕工機械、印刷機械、機電一體化裝配中大量應用。缺點1）點、線接觸易磨損；2）凸輪輪廓加工困難；3）行程不大由于在本方案中行程較小、

13、需要緊湊的空間。所以在這里凸輪機構 更適用。第 6 頁 共 19 頁機械原理課程設計灌裝機構管道的開關， 利用右圖所示的機構。 將齒輪與管道中的葉片連接， 利用葉片的轉動來實現(xiàn)管道的開與閉。由于在本方案中， 需要把握節(jié)奏的控制。利用不完全齒輪與普通標準漸開線直齒輪的嚙合，可以實現(xiàn)設計任務書中給定的要求，可以實現(xiàn)管道中開與閉的間歇性運動。整體而言，電動機連接一個減速器，將減速后的鼓輪與傳送帶連接， 傳送帶不僅起到傳送杯子的作用， 還起到了傳遞其他機構驅動力的作用。 傳送帶起著連接著工作臺的底座和控制管道開閉和不完全齒輪的作用。 利用斜齒輪和齒輪系將傳送帶上傳遞的驅動力，使得工作臺轉動、壓蓋機構的

14、凸輪運動。六、原始數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)齒輪的模數(shù)（ m）1.5電動機速度1440r/min灌裝速度12r/min(5s/r)斜齒輪的角度45每個杯子的容量350ml鼓輪的內外徑比1:2項目個數(shù)鼓輪（兩段傳送帶）5漸開線直齒輪6凸輪1標準圓錐齒輪4連桿若干工作臺1皮帶4減速器1電動機1第 7 頁 共 19 頁機械原理課程設計裝料管道1不完全齒輪2右圖為部分特殊構件的設計。兩個分別為1/3 和 3/5 的不完全齒輪。 以完成機械運動循環(huán)圖所要求的機構運動。為了能充分利用一個運動周期來進行灌裝和壓蓋，所以不能使用同一個不完全齒輪進行灌裝和壓蓋。因為能同時進行灌裝和停止的旋轉的不完全齒輪最大的要求為1/4 ，

15、否則則會出現(xiàn)在灌裝的同時又旋轉的情況。七、機械運動簡圖八、各部分參數(shù)計算（1）傳送帶計算已知每分鐘灌裝12只即 5秒灌裝一只。送料速度要等于灌裝速度即5秒傳送帶需要經(jīng)過一個杯子的距離一只一個杯子。第 8 頁 共 19 頁機械原理課程設計市面上右圖所示的杯子的最大直徑大約為100mm，則 v 傳 =100 =20 mm/s。所以鼓輪外側為 20mm/s 半徑 r5外 =20mm內徑 r 內 =10mm，則 v 內 =10mm/s 鼓輪的角速度 =1rad/s（ 2）圓錐齒輪計算在本設計中有兩處運用到了斜齒輪。但為了設計方便和機構的運行方便，在本設計中將采用相同的標準斜齒輪。由于圓錐齒輪的計算較為

16、復雜，本設計中圓錐齒輪的主要作用是改變運動的方向，以及改變運動的平面。由于直齒錐齒輪大端的尺寸最大，測量方便。 因此， 規(guī)定錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均以大端為準。大端的模數(shù)m 的值為標準值，按下表選取。在GB12369-90 中規(guī)定了大端的壓力角 =20，齒頂高系數(shù)ha*=1 ，頂隙系數(shù)c*=0.2 。錐齒輪的各個幾何參數(shù)如圖中所標示，具體數(shù)值見下表。參數(shù)名稱符號計算公式及數(shù)值齒數(shù)Z20 （已知）齒數(shù)比uU=Z2/Z1=1節(jié)錐角 145第 9 頁 共 19 頁機械原理課程設計分度圓直徑dd=mz=110mm錐距RR d1 /(2 sin 1)=64.818齒寬b25.927齒頂高Ha5.5齒根高

17、Hf6.6齒全高H112.1齒頂圓直徑da117.778齒根角 f4.850齒頂角a4.850（3）齒輪系計算在本設計中為了方便設計及成本的節(jié)約，齒輪統(tǒng)一選用模數(shù)m=1.5 ha*=1 c*=0.2的齒輪。在本設計中采用的齒輪（完全）齒數(shù)為75，不完全為 25和 36?？梢婟X數(shù)為 25的齒輪控制著工作臺的旋轉機構，可見齒輪數(shù)為36的控制著灌裝機構和壓蓋機構。參數(shù)名稱符號計算公式及數(shù)值齒數(shù)Z25分度圓直徑dd=mz=37.50齒頂高Ha1.50齒根高Hf1.88齒全高H13.38齒頂圓直徑da40.50齒根圓直徑df33.75參數(shù)名稱符號計算公式及數(shù)值齒數(shù)Z75分度圓直徑dd=mz=112.5齒

18、頂高Ha1.50齒根高Hf1.88齒全高H13.38齒頂圓直徑da115.50齒根圓直徑df108.75第 10 頁 共 19 頁機械原理課程設計參數(shù)名稱符號計算公式及數(shù)值齒數(shù)Z36分度圓直徑dd=mz=54.00齒頂高Ha1.50齒根高Hf1.88齒全高H13.38齒頂圓直徑da57.00齒根圓直徑df50.25在本設計方案中采用了輪系機構，輸入端為不完全齒輪A。不完全齒輪A 與不完全齒輪B同一個軸線共用一個角速度 0.4 /s ，不完全齒輪 A 與上面的完全齒輪相連，構成一個控制灌裝機灌裝機構開關的構件。不完全齒輪A 的理論完全齒數(shù)為75，但可見實際齒數(shù)為36，則不完全齒輪A 上方的齒輪是

19、 36個齒。由于該齒輪系為定軸輪系。則 A= B=0.4 /s兩圓錐齒輪傳動比為1功能作用僅為改變方向（4）凸輪的設計在本方案中采用的凸輪的設計來使得壓蓋機構做往復運動，比較凸輪運動的各種軌跡第 11 頁 共 19 頁機械原理課程設計曲線及優(yōu)劣特點:1.等速運動特點：速度有突變，加速度理論上由零至無窮大，從而使從動件產生巨大的慣性力，機構受到強烈沖擊 剛性沖擊 .適應場合：低速輕載.2.等加速等減速運動特點： 加速度曲線有突變， 加速度的變化率 (即躍度 j) 在這些位置為無窮大 柔性沖擊 .適應場合：中速輕載 .3.簡諧運動特點：有柔性沖擊.適用場合：中速輕載(當從動件作連續(xù)運動時，可用于高

20、速).4.擺線運動特點：無剛性、柔性沖擊.適用場合：適于高速.5. 五次多項式運動特點： 無剛性沖擊、柔性沖擊 .適用場合：高速、中載 . 所以在本方案中設計采用五次多項式運動。在這里利用計算機凸輪生成程序設計凸輪，本方案所需要的凸輪基本參數(shù)與圖形如上圖所示，偏距=0 ，基圓 =45 ，推程角和回程角各為180但由于在本方案中凸輪處于一個空間放置的情況，所以在運動方案簡圖上表現(xiàn)為一個簡單的情況。左圖所表現(xiàn)的的是凸輪機構的側視圖，而上圖則是主視圖。凸輪的驅動利用一個固結在控制灌裝開關的齒輪的上的連桿來驅動凸輪的運動，從而使得灌裝與壓蓋機構同步運動把握好節(jié)拍。在本次設計中最關鍵的部分是把握好整個機

21、構的節(jié)拍，在最后一部分會有詳細的介紹。在這里的凸輪 沒有遠休止角和近休止角 ，因為凸輪的休止角被整個凸輪的靜止的所代替。也就第 12 頁 共 19 頁機械原理課程設計是說凸輪的運動也是 間歇性 的，并不需要通過遠休止角和近休止角來表現(xiàn)出壓蓋機構的間歇性，也不需要應用凸輪來讓壓蓋機構保持靜止。這些都已經(jīng)通過不完全齒輪進行操作了。用 MA TLAB 繪制五次多項式運動曲線（）升回程運動函數(shù)的子程序functiony=s(x)%申明從動件運行規(guī)律函數(shù)deg=pi/180;%轉化為弧度制的參數(shù)h=30;%從動件行程if(x2*pi)error(InputRangeerror(02*pi);elseif

22、x=0)y=h*(10*(x/(180*deg)3-15*(x/(180*deg)4+6*(x/(180*deg)5); 升程運動規(guī)律elseif(x=180*deg)y=h-h*(10*(x-180*deg)/(180*deg)3-15*(x-180*deg)/(180*deg)4+6*(x-180*deg)/(180*deg)5); 回程運動規(guī)律 endend（）繪制ds/d 運動函數(shù)的子程序functiond=ds(x)%申明 ds/d 運行規(guī)律函數(shù)h=30;%凸輪行程第 13 頁 共 19 頁機械原理課程設計deg=pi/180;if(x2*pi)error(InputRangeerr

23、or(02*pi);elseifx=0)d=h/(180*deg)*(30*(x/(180*deg)2-60*(x/(180*deg)3+30*(x/(180*deg)4);對 S 求導elseif(x=180*deg)d=-h/(180*deg)*(30*(x-180*deg)/(180*deg)2-60*(x-180*deg)/(180*deg)3+30*(x-180*deg)/(180*deg)4);對 S 求導endend（3）繪制凸輪輪廓的主程序clear;i=1;r0=60;%基圓半徑rr=4;%滾子圓半徑 e=0;%偏距eta=1;%凸輪順時釘轉向s0=(r02-e2)0.5;d

24、eg=pi/180;st=0.05*deg;%步長a=0;ifa2*pix(i)=(s(a)+s0)*sin(eta*a)-e*cos(eta*a)定義理論輪廓線的X 座標y(i)=(s(a)+s0)*cos(eta*a)+e*sin(eta*a);定義理論輪廓線的Y 座標dx=ds(a)*sin(eta*a)-eta*(s(a)+s0)*cos(eta*a)-e*eta*sin(eta*a);dy=ds(a)*cos(eta*a)+eta*(s(a)+s0)*sin(eta*a)-e*eta*cos(eta*a);sino=dx/(dx2+dy2)0.5;coso=dy/(dx2+dy2)0.5;X(i)=x(i)-rr*coso;定義實際輪廓線的X 座標Y(i)=y(i)+rr*sino;定義實際輪廓線的Y 座標i=i+1;a=a+s