冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)

1、中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)說明書學(xué)生姓名：李名強(qiáng)學(xué)號(hào)： 34學(xué)院：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化題目：冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)指導(dǎo)教師：馬長安職稱：講師2015年 6月 24日中北大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書2015/2016 學(xué)年第一學(xué)期學(xué)院：中北大學(xué)信息商務(wù)學(xué)院專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)生姓名：李名強(qiáng)學(xué)號(hào)： 34課程設(shè)計(jì)題目：冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)起迄日期： 1 月 19 日-1 月 26 日課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)：教室指導(dǎo)教師：馬長安系主任：下達(dá)任務(wù)書日期：課程設(shè)計(jì)任務(wù)書1：設(shè)計(jì)目的：冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)2設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)參數(shù)、條件、設(shè)計(jì)要求等）：1 、設(shè)計(jì)要求· 根據(jù)工藝

2、動(dòng)作順序和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖；· 進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)和霜盒送入機(jī)構(gòu)的選型，實(shí)現(xiàn)動(dòng)作要求；· 機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇；· 根據(jù)選定的原動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案；· 畫出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖（機(jī)械運(yùn)動(dòng)示意圖） ；· 對(duì)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行尺度設(shè)計(jì)。2 、原始數(shù)據(jù)冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力是盒/min3、設(shè)計(jì)工作任務(wù)及工作量的要求【包括課程設(shè)計(jì)計(jì)算說明書( 論文 )、圖紙、實(shí)物樣品等】；1、 在一號(hào)圖紙上繪制機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，要求是軸測(cè)圖；2、 在二號(hào)圖紙上繪制主機(jī)構(gòu)圖；3、 編寫設(shè)計(jì)說明書一份。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書4. 主要參考文獻(xiàn)1

3、 、鄒慧君，張春林，李杞儀 . 機(jī)械原理 . 北京：高等教育出版社， 20062 、鄒慧君 . 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè) . 北京：高等教育出版社，19985. 設(shè)計(jì)成果形式及要求；提交按要求完成的一號(hào)和二號(hào)圖紙各一張；機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)說明書一份。6. 工作計(jì)劃及進(jìn)度：20071 月1 月1 月1 月1 月19日1月21 日1 月22 日1 月25 日1 月26 日1 月20 日查資料對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行選型21 日擬定機(jī)械傳動(dòng)方案24 日機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖及主機(jī)構(gòu)圖的繪制25 日編寫設(shè)計(jì)說明書26 日答辯或成績考核系主任審查意見：簽字：年月日冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)設(shè)計(jì)說明書1 工作原理及工藝動(dòng)作過程冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)是

4、通過出料活塞干上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)冷霜灌裝入盒內(nèi)。其主要工藝動(dòng)作有：1）將空盒送進(jìn)六工位盤，利用轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)變換不同工位；2）在灌裝工位上空盒上升灌入冷霜；3）在貼錫紙工位上粘貼錫紙（利用錫紙下降）；4）在蓋盒蓋工位上將盒蓋壓下；5）送出成品。2 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求1）冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力：60 盒 min。2）冷霜盒尺寸：直徑D=3050mm,高度 h=1015mm。3）工作臺(tái)面里地面的距離約11001200mm。4）要求機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)靈活可靠，易于制造。3 設(shè)計(jì)過程1) 按工位動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。四個(gè)基本運(yùn)動(dòng)：1. 輸送帶的連續(xù)運(yùn)動(dòng)；2. 六工位盤的間歇轉(zhuǎn)動(dòng) ;3. 灌裝頂桿

5、的往復(fù)運(yùn)動(dòng) ;4. 貼錫、壓蓋壓桿往復(fù)運(yùn)動(dòng)。5. 送出成品。（一）運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的設(shè)計(jì) :a) 灌裝、貼錫、加蓋工藝流程：1) 空盒通過輸送帶至六工位盤位置 1。2) 六工位盤做間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，每次轉(zhuǎn)動(dòng) 60°，轉(zhuǎn)動(dòng)是其他機(jī)構(gòu)不執(zhí)行動(dòng)作。3) 當(dāng)轉(zhuǎn)盤停止時(shí)，灌裝頂桿上升至工位 2 進(jìn)行灌裝，同時(shí)貼錫、加蓋壓桿遠(yuǎn)休結(jié)束后進(jìn)行工藝動(dòng)作。4) 灌裝機(jī)構(gòu)達(dá)到頂端完成灌裝后回到初始位置， 同時(shí)貼錫、加蓋桿升到高位，一次循環(huán)結(jié)束。b) 工藝過程的執(zhí)行構(gòu)件：1) 送料機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)主要是實(shí)現(xiàn)輸送帶的連續(xù)運(yùn)動(dòng)， 把空盒送入工位，并將成品輸出。2) 槽輪機(jī)構(gòu)：它是在軸 II 上通過變向連接槽輪，帶動(dòng)六

6、工位盤實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。3) 灌裝機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)有固定在軸 I 上的直動(dòng)推桿凸輪機(jī)構(gòu)組成，通過高低往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)灌裝動(dòng)作。4) 貼錫、加蓋機(jī)構(gòu)：又凹槽凸輪和壓桿及壓桿上固定的貼錫、加蓋部件組成，通過高低往復(fù)運(yùn)動(dòng)，一次性完成兩個(gè)動(dòng)作。c) 各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)：1) 協(xié)調(diào)原則：輸送帶是連續(xù)運(yùn)動(dòng)，且它置于六工位盤1、5 工位下面，既不能于工位盤發(fā)生摩擦， 也要求它不干涉其它幾個(gè)機(jī)構(gòu)的完整運(yùn)動(dòng)， 所以傳動(dòng)輪尺寸要求有限制。六工位盤間歇時(shí)要實(shí)現(xiàn)三個(gè)執(zhí)行動(dòng)作， 設(shè)計(jì)凸輪尺寸不應(yīng)太大， 各動(dòng)作之間應(yīng)互不影響，一個(gè)是上升、下降，一個(gè)是下降、上升，六工位盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，它們不進(jìn)行任何動(dòng)作。各構(gòu)件要準(zhǔn)確定位，以免回撞到其它構(gòu)

7、件。定標(biāo)構(gòu)件的選擇： 設(shè)計(jì)時(shí)下邊兩根軸轉(zhuǎn)動(dòng)同步， 但轉(zhuǎn)向相反，選擇軸 I 為定標(biāo)構(gòu)件，六工位盤開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)為運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的起始點(diǎn)。2) 計(jì)算機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期：因?yàn)樯a(chǎn)率 Q=60盒/min ，所以周期 T=60s/60=1s，此時(shí)定標(biāo)構(gòu)件對(duì)應(yīng)分配軸轉(zhuǎn)角=360°。3) T 時(shí)間個(gè)執(zhí)行構(gòu)件的行程區(qū)段：輸送帶區(qū)段：連續(xù)傳動(dòng)（ 0360°）。六工位盤區(qū)段：六工位盤的轉(zhuǎn)動(dòng)盒停歇，所占時(shí)間比：K=(z-2)/(z+2)=(6-2)/（6+2）=1：2，所以在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)，六工位盤 1/3 （120°）時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)， 2/3 （240°）時(shí)間停歇。灌裝頂桿行程區(qū)段：1=1

8、20°（停）、2=90°（上升）、3=60°（停）、4=90°（下降）。貼錫、加蓋機(jī)構(gòu)行程區(qū)段：1=120°（停）、 2=90°（下降）、3=60°（停）、4=90°（上升）。4) 繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖：1. 圓周式循環(huán)圖：2. 直線式循環(huán)圖：°壓上頂下轉(zhuǎn)桿桿輸桿止盤桿動(dòng)送壓頂°帶轉(zhuǎn)停°停停停停傳桿桿連頂盤續(xù)頂轉(zhuǎn)壓壓上桿下桿°3. 直角坐標(biāo)式循環(huán)圖執(zhí)行機(jī)構(gòu) 1：送料機(jī)構(gòu)連續(xù)運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 2：槽輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)停歇執(zhí)行機(jī)構(gòu) 3：灌裝機(jī)構(gòu)停上升停下降執(zhí)行機(jī)構(gòu) 4：貼錫、加停下降停上升蓋機(jī)構(gòu)分

9、配軸轉(zhuǎn)角： 0 °120°210 °270 °360°執(zhí)行機(jī)構(gòu)一送料機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)二槽輪機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)三灌裝機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)四粘錫，加蓋機(jī)構(gòu)090120180210270360（二）機(jī)構(gòu)的初步選型轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，容易制造。轉(zhuǎn)位迅速，其機(jī)械效率高，故能平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。缺點(diǎn)：其運(yùn)動(dòng)規(guī)律不能選擇，調(diào)節(jié)性能差，在撥銷進(jìn)入和脫出槽輪時(shí)會(huì)產(chǎn)生柔性沖擊，故常使用于速度要求不太高的運(yùn)動(dòng)中， 我們所需要設(shè)計(jì)的冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)中的六工位轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為 6°每秒，轉(zhuǎn)速不高， 此缺點(diǎn)可以忽略， 故比較合理，因而選用此機(jī)構(gòu) ?？蘸?/p>

10、上升機(jī)構(gòu)直動(dòng)滾子盤形凸輪機(jī)構(gòu) :優(yōu)點(diǎn)：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)出凸輪的輪廓曲線， 就可以使推桿得到各項(xiàng)預(yù)期的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。缺點(diǎn)：凸輪廓線與推桿之間為點(diǎn)線接觸，易磨損，但是綜合比較之下，這種機(jī)構(gòu)最為合適。貼錫紙壓盒蓋機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)精確，可靠?？蓾M足使用要求。缺點(diǎn)：易磨損，制造較一般凸輪難，但是綜合比較之下，這種機(jī)構(gòu)最為合適。直動(dòng)滾子推桿封閉式凸輪機(jī)構(gòu)：（三）運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算及分析：1）電動(dòng)機(jī)的選擇 ：從機(jī)構(gòu)所要實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)要求著手。每秒生產(chǎn)一個(gè)成品，這樣要保證六工位盤在一秒內(nèi)完成停止轉(zhuǎn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作。經(jīng)過考慮，在運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖中，將停止時(shí)間定為2/3 秒，六工位轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間則為 1/3 秒，六工位

11、盤與從動(dòng)槽輪同軸，有相同的運(yùn)動(dòng)情況，故主動(dòng)撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)2/3圈所用的時(shí)間為1/3 秒。它的轉(zhuǎn)速可以求出， （2/3）r/（2/3）s=1 r/s。通過軸之間的傳速關(guān)系， 不難看出， 兩根主軸利用錐齒輪變向后， 轉(zhuǎn)速仍為一圈每秒。再加上皮帶傳動(dòng)，周轉(zhuǎn)輪系兩個(gè)小系統(tǒng)的變速 (它們的變速比均為 5：1)，可得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為 :1×5×5=25r/s=1500r/min。電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇：電動(dòng)機(jī)主要有 Y、 YZ 、 YZR 系列，無特殊需要，一般選取 Y 系列的三相交流異步電動(dòng)機(jī)；而 YZ 、YZR 系列一般用于頻繁啟動(dòng)，制動(dòng)和換向，具有較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和較大的過載能力。我們

12、所設(shè)計(jì)的冷霜自動(dòng)灌裝機(jī)對(duì)于工作無特殊要求，選用 Y 系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率的確定：工作所需功率 Pw=Fv/1000KW=1700*3.925/1000=6.63KW電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總效率為 =1* 2* 3=0.98*0.96*0.94=0.884 所需電動(dòng)機(jī)的功率 Pd=Pw/=7.52KW 。電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的確定：參考機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 可知，電動(dòng)機(jī)在同一額定功率下有幾種同步轉(zhuǎn)速可供選用，同步轉(zhuǎn)速越高，尺寸重量越小，價(jià)格越低，且效率越高。設(shè)計(jì)時(shí)可優(yōu)先選取同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 和 1000r/min 的電動(dòng)機(jī)，在我們的設(shè)計(jì)中，選用 n=1500r/min 的電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)型號(hào)

13、的確定：電動(dòng)機(jī)確定型號(hào)時(shí)應(yīng)該滿足下列條件：P K*Pd KW.查表選取 Y132M-4 型電動(dòng)機(jī)，其具體參數(shù)如下所示電動(dòng)機(jī)額定功滿載轉(zhuǎn)速同步轉(zhuǎn)速起動(dòng)最大電動(dòng)機(jī)外形尺型號(hào)率 /KWr/minr/min轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩寸/mmY132M-7.5144015002.22.2515*280*3145與同類電動(dòng)機(jī)比較，選取功率為P=7.5 KW。2）行星輪系傳動(dòng)比的計(jì)算：2K-H 行星輪系（負(fù)號(hào)機(jī)構(gòu)）m=2.5z1=40z2=60z3=160Hz3i13 =1- i1 H =- z1z3160ii 1H =1+ z1=1+ 40 =53）V 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇：1.確定計(jì)算功率 Pca （KW ）：查表得工

14、作情況系數(shù) K a 1.3Pca = K a P=1.3*7.59.75KW2.選擇帶型：由于 Pca 9.75KW ，小帶輪轉(zhuǎn)速 n11500r/min，確定選用 SPZ 型。3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑：n1D 2查表取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 D1 50mm，根據(jù)公式 i n2 D1 ，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為2500mm。驗(yàn)證帶的速度 V= D1 n1 /60/1000=3.925帶的速度合適。4.確定窄 V 帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距：根據(jù) 0.7（D1+D2） a0 2（ D1+D2），初步確定中心距 a0。=550mm根據(jù)公式計(jì)算所需的基準(zhǔn)長度：'2Ld =2 a0 +/2（D1+D2）+ D2-D

15、1 /4a0 =1589.182mm查表選取帶的基準(zhǔn)長度 Ld =1400mm'計(jì)算實(shí)際中心距 a=a 0 +（ Ld - Ld ） /2=455.409mm 中心距可調(diào)范圍： amax =a+0.03 Ld =497.409mmam i =an-0.015Ld =434.409mm5.驗(yàn)證主動(dòng)輪上的包角a1：a1=180° -（D2-D1 ）/a*57.3°=154.8°>120°主動(dòng)輪上的包角合適。6.計(jì)算窄 V 帶的根數(shù) Z：由式子知Z= Pca /（ p0 +p0 ） kz kl ，由已知條件查表得 p0 =3.26KW ，p0 =

16、0.23KW ， kz =0.93， kl =0.96，于是 z=3.26，取 z=4 根。7.計(jì)算初拉力 F 0 ：2F 0 =500Pca /zV （2.5/ kz -1）+qV ，帶入數(shù)據(jù)算得 F 0 =547N。8.計(jì)算作用在軸上的壓力Q：Q=2*z F 0 sin(a1/2)=4271N。4）軸的相關(guān)計(jì)算：一、軸的測(cè)定軸的設(shè)計(jì)包含材料，確定結(jié)構(gòu)和計(jì)算工作能力（強(qiáng)度剛度震動(dòng)穩(wěn)定性）等內(nèi)容。一般步驟是：選擇材料，軸徑概略計(jì)算，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度校核，剛度校核，震動(dòng)穩(wěn)定性計(jì)（高速轉(zhuǎn)軸）。 .本系統(tǒng)的軸材料主要采用 45 號(hào)鋼。它的機(jī)械性能為：正火熱處理，毛坯直徑 d 為 25100mm，硬度

17、170 207，拉伸強(qiáng)度限 B600拉伸屈服限 s300彎曲疲勞限 -1 240扭轉(zhuǎn)疲勞限 -1 140(N mm2 ) .a.按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算 :對(duì)于實(shí)心軸，其強(qiáng)度條件式：=T/ WP =（9550* 103*(P/n) ）/0.2 d 3（單位： MPa ） ;改成計(jì)算軸的直徑的設(shè)計(jì)計(jì)算公式為：d3 T /0.2 =3 9550 103 / 0.2 ×3p / n =c3 p / n (mm)對(duì)于 45 號(hào)鋼， C=107 118（=4030 N/ m m2）。d 3 7.8 / 1500 × 112=19.403 .圓柱軸扭轉(zhuǎn)角 :=Tl/G I 2=9550

18、15; 10 3×p/n×l/G d 4/32(rad)取鋼的剪切彈性模量 G=81000 N m m2（）d91108d911084 p / n (mm)=27.122mm軸承的選擇滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承都可用于支撐軸及軸上零件，以保持軸上的旋轉(zhuǎn)精度，并減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損?；瑒?dòng)軸承在一般情況下摩擦損失較大，使用維護(hù)和潤滑也比較復(fù)雜， 而且對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的分析所需啟動(dòng)力矩不大，軸向尺寸小。承載能力和抗沖擊能力不必太大。也沒有劇烈沖擊震動(dòng)。 所以選用滾動(dòng)軸承。要選擇合適的軸承，必須知道的參數(shù)為，錐齒輪上的圓周力，徑向力，軸向力。軸頸直徑我們采用 d=40mm。軸承轉(zhuǎn)速為 60r/min，工作穩(wěn)定，它預(yù)期的壽命為 20000 小時(shí)。采用角接觸軸承，先確定軸承型號(hào)。5）執(zhí)行構(gòu)件相關(guān)參數(shù)的確定：1.由于六工位要實(shí)現(xiàn)每次60°較的間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，槽數(shù)設(shè)為z=6。2.圓銷數(shù) n