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1、个人收集整理仅供参考学习 0 / 23 机械原理课程设计 旋转型灌装机 学院：机电建工学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机自091 成员：余建丰 柴佳力 李泽龙 指导老师：李盛宇 日期： 2011.5.30-6.3 个人收集整理仅供参考学习 1 / 23 目录 1. 设计题目 2b5E2RGbCAP 1.1 设计条件 2p1EanqFDPw 1.2 设计任务 3DXDiTa9E3d 1.3 设计思路 3RTCrpUDGiT 2. 原动机地选择 35PCzVD7HxA 3. 传动比分配 3jLBHrnAILg 4. 传动机构地设计 4xHAQX74J0X 4.1 减速器设计 4LDAYt
2、RyKfE 4.2 第二次减速装置设计5 4.3 第三次减速装置设计5 4.4 齿轮地设计 6Zzz6ZB2Ltk 5. 方案选择 8dvzfvkwMI1 5.1 综述 8rqyn14ZNXI 5.2 选择设计方案 8EmxvxOtOco 5.3方案确定10 6机械运动循环图 11SixE2yXPq5 7凸轮设计、计算及校核12 8连杆机构地设计及校核13 9间歇机构设计 个人收集整理仅供参考学习 2 / 23 156ewMyirQFL 10. 整体评价 16kavU42VRUs 11设计小结 17y6v3ALoS89 12. 参考资料 17M2ub6vSTnP 主要结果 1. 设计题目 设计
3、旋转型灌装机 . 在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续灌装 流体（如饮料、酒、冷霜等） ，转台有多工位停歇，以实现灌装、封口等工 序. 为保证在这些工位上能够准确地灌装、封口，应有定位装置. 如图 1-1 中，工位 1：输入空瓶；工位 2：灌装；工位 3：封口；工位 4：输出包装好 地容器 . 1 2 3 4 传送带 固定工作台 转台 图 1-1 六工位转盘 个人收集整理仅供参考学习 3 / 23 1.1 设计条件 该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动 旋转型灌装机技术参数 方案号 转台直径 mm 电动机转速 r/min 灌装速度 r/min A 600 1440 10 B 550 14
4、40 12 C 500 960 10 n 转速=每小时生产定额/（转盘地模孔数*60）=（60*60）/（6*60 ）=10r/min 1.2 设计任务 1. 旋转灌装机一般应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构. 2. 设计传动系统并确定其传动比（皮带传动传动比i 2，每级齿轮传动传 动比 i 7.5 ） 3. 绘制旋转型灌装机地运动方案简图，并用运动循环图分配各机构节拍. 4. 解析法对连杆机构进行速度，加速度分析，绘出运动线图. 图解法或解析 法设计平面连杆机构 . 5. 在图纸上画出凸轮机构设计图 （包括位移曲线， 凸轮轮廓线和从动件地初 始位置） ；要求确定运动规律，选择基
5、圆半径，校核最大压力角与最小曲率 半径，确定凸轮轮廓线 . 6. 设计计算其中一对齿轮机构. 7. 编写设计计算说明书一份. 1.3 设计思路 1. 采用灌装泵灌装流体，泵固定在某工位地上方. 2采用软木塞或金属冠盖封口，它们可以由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入 （或通过压盖模将瓶盖紧固在瓶口）. 设计者只需设计作直线往复运动地压盖机构. 压 盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构. 个人收集整理仅供参考学习 4 / 23 3. 此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台地间歇传动. 为保证停歇可靠，还应 有定位（缩紧）机构. 间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等. 定位缩
6、紧机构可 采用凸轮机构等. 2 原动机地选择 本身设计采用方案A.故采用电动机驱动，其转速为1440r/min. 3 传动比分配 原动机通过三次减数达到设计要求.第一次减速，通过减速器三级减速到 20r/min,其传动比分别为2、6、6.第二次减速，夹紧装置，转动装置及压盖 装置所需转速为 10r/min,另设计一级减速，使转速达到要求，其传动比分别 为 2.第三次减速，传送带滚轴直径约为10cm，其转速为 5r/min 即可满足要 求，另设两级减速，传动比都为2 即可. 4 传动机构地设计 4.1 减速器设计 减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，后两级都为齿轮传动.具体 设计示意图及参数如
7、下 个人收集整理仅供参考学习 5 / 23 1 3 2 4 56 1 为皮带轮： i12. 2、3、4、5、6 为齿轮：z2=20 z3=120 z4=20 z5=120 z6=20 i32=z3/z2=120/20=6 i54=z5/z4=120/20=6 n1=n/(i1*i32*i34)=1440/(2*6*6)=20r/min 4.2 第二次减速装置设计 减速器由齿轮6 输出 20r/min地转速，经过一级齿轮传动后，减少到 10r/min. 6、7 为齿轮： z6=20 z7=40 i76=z7/z6=40/20=2 n2=n1/i76=20/2=10r/min z2=20 z3=1
8、20 z4=20 z5=120 z6=20 n=1440r/min i12 i32=6 i54=6 n1=20r/min z6=20 z7=40 i76=2 n2=10r/min 个人收集整理仅供参考学习 6 / 23 减速器 6 7 4.3 第三次减速装置设计 减速器由齿轮 6 输出 20r/min 地转速，经两级减速后达到5r/min, 第一 级为齿轮传动，第二级为皮带传动. 具体设计示意图及参数如下： 减速器 6 8 9 z6=20 z8=40 i9=2 i86=2 n3=5r/min 个人收集整理仅供参考学习 7 / 23 6、8 为齿轮： z6=20 z8=40 9 为皮带轮： i9
9、=2 i86=z8/z6=40/20=2 n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min 4.4 齿轮地设计 上为一对标准直齿轮（传动装置中地齿轮6 和齿轮 7）. 具体参数为： z6=20，z7=40，m=5mm， =20 . 中心距： a=m(z6+ z7)/2=5*(20+40)/2=150mm 分度圆半径： r6= a*z6/（z7+z6） =180*20/（20+40） =50mm r7= a*z7/（z7+z6） =180*40/（20+40） =100mm 基圆半径： rb6=m *z6*cos =5*20*cos20=47mm rb7=m*z7*cos =5*40
10、*cos20=94mm 齿顶圆半径： ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mm z6=20 z7=40 m=5mm =20 a=150mm r6=50mm r7=100mm rb6=47mm rb7=94mm ra6=55mm ra7=105mm a6=31.32 a7=26.50 pb6=14.76mm a=1.641 个人收集整理仅供参考学习 8 / 23 ra7=(z7+2ha*)*m/2=(40+2*1)*5/2=105mm 齿顶圆压力角： a6=arccos【z6cos/（z6+2ha*） 】 =acrcos 【20cos20 /（20+2*1） 】 =
11、31.32 a7=arccos【z7cos /（z7+2ha*） 】 =acrcos 【40cos20 /（40+2*1） 】 =26.50 基圆齿距： pb6=pb7= mcos =3.14*5*cos 20 =14.76mm 理论啮合线： N1N2 实际啮合线： AB 重合度： a= 【z6(tan a6-tan )+z7(tana7-tan )】/2 =【20(tan31.32 -tan20 )+40(tan26.50 -tan20 )】/2 =1.64 a1 这对齿轮能连续转动 5. 方案选择 5.1 综述 待灌瓶由传送系统( 一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进 瓶机构 ,
12、转台有多工位停歇， 可实现灌装、 封口等工序 . 为保证在这些工位上 能够准确地灌装、封口，应有定位装置. 我们将设计主要分成下几个步骤： 1输入空瓶：这个步骤主要通过传送带来完成，把空瓶输送到转台上使下 个人收集整理仅供参考学习 9 / 23 个步骤能够顺利进行 . 2灌装：这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体，而泵固定在某工位地上方. 3封口：用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封地过程，主要通过 连杆结构来完成冲压过程. 4输出包装好地容器：步骤基本同1，也是通过传送带来完成. 以上 4 个步骤 由于灌装和传送较为简单无须进行考虑，因此，旋转型 灌装机运动方案设计重点考虑便在于转盘地间歇运动
13、、封口时地冲压过程、 工件地定位，和实现这3 个动作地机构地选型和设计问题. 5.2 选择设计方案 机构实现方案 转盘地间歇运动机构槽轮机构不完全齿轮 封口地压盖机构连杆机构凸轮机构 工件地定位机构连杆机构凸轮机构 根据上表分析得知机构地实现方案有2*2*2=8 种实现方案 为了实现工件定位机构，比较凸轮机构和连杆机构之间地优缺点； 因为： 1）凸轮机构能实现长时间定位，而连杆机构只能瞬时定位，定位效果 差，精度低 . 2）凸轮机构比连杆机构更容易设计. 3）结构简单，容易实现 . 所以，在这里凸轮机构比连杆机构更适用. 为了实现封口地压盖机构，比较凸轮机构和连杆机构之间地优缺点； 个人收集整
14、理仅供参考学习 10 / 23 因为凸轮机构， 1）加工复杂，加工难度大 . 2）造价较高，经济性不好 . 所以在这里连杆机构比凸轮机构更适用. 为了实现转盘地间歇运动机构， 比较槽轮机构和不完全齿轮之间地优缺 点； 因为： 1）与其他间歇运动机构相比，不完全齿轮机构结构简单. 2）主动轮转动一周时，其从动轮地停歇次数，每次停歇地时间和每次 传动地角度等变化范围大，因而设计灵活. 3）而且它一般适用于低速、轻载地场合，并且主动轮和从动轮不能互 换. 所以在这里我们选择不完全齿轮来实现转盘地间歇运动. 综上可知： 转盘地间歇运动机构， 我们选择不完全齿轮机构； 封口地冲压机 构，我们选择连杆机构
15、；工件地定位机构，我们选择凸轮机构. 5.3方案确定 个人收集整理仅供参考学习 11 / 23 转盘地间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口地冲压机构为连杆机构， 工件 地定位机构为凸轮机构 6机械运动循环图 个人收集整理仅供参考学习 12 / 23 传送带 转动 转 动 转台停止转动 停止 前 进 后退 夹 紧 停止 灌 装 前 进 后退 时间 （角度） 转动 装置 加紧 装置 压盖 装置 0 306090120150180210240270300330360 . 7凸轮设计、计算及校核 个人收集整理仅供参考学习 13 / 23 此凸轮为控制定位工件机构，由于空瓶大约为100mm ，工件定位机构
16、只 需 60mm 行程足够，故凸轮地推程设计为60mm ，以下为推杆地运动规律： 90120300330 60mm 为了更好地利用反转法设计凸轮， 根据上图以表格地形式表示出位移和 转角地关系 . 度数0 -90 105120120 -300 315330 -360 位移（ mm）0 30 60 60 30 0 r0=480mm rr=30 个人收集整理仅供参考学习 14 / 23 基圆 实际轮廓线 理论轮廓线 基圆： r0=480mm 滚子半径： rr=30 行程： h=60mm 推程角： =30 回程角： = 30 进休止角： s=120 远休止角： s=180 最大压力角： max=28
17、 30 8连杆机构地设计及校核 此连杆控制封装压盖机构，由于空瓶高度约为250mm ，故行程不宜 h=60mm =30 =30 s=120 s=180 max=28 30 个人收集整理仅供参考学习 15 / 23 超过 300mm ，由此设计如下连杆机构： 曲柄长： a=100mm 连杆长： b=900mm 偏心距： e=500mm 行程： s=220mm 级位夹角： = arccos 【e/(a+b） 】- arccos【e/(b-a） 】=10 a=100mm b=900mm e=500mm s=220mm =10 rmin=51.3 k=1.121 个人收集整理仅供参考学习 16 / 2
18、3 最小传动角： rmin= arccos【e/(b-a） 】=51.3 行程速比： k=（180+）/（180-）=1.121 9间歇机构设计 这里我们采用不完全齿轮机构来完成转盘地间歇运动，下面我们用一张图片 来了解不完全齿轮如何完成间歇运动地. 由于设计灌装速度为10r/min ，因此每个工作间隙为6s，转台每转动 60 用 时 1s，停留 5s，由此设计如下不完全齿轮机构，完成间歇运用，以达到要 求. z左=6 z右=36 m=5mm =20 =60 a=180mm r左= r右 =90mm rb左=84.6mm rb右=84.6mm ra 左= ra 右 =95mm a左=a右=27
19、 Pb 左 =14.76mm Pb右 个人收集整理仅供参考学习 17 / 23 左边为不完全齿轮，右边为标准齿轮，左边齿轮转一圈，右边齿轮转 动 60.具体参数为： 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 分度圆半径： r左= r右=a/2=180/2=90mm 基圆半径： rb左= rb右=a*cos /2=180*cos20/2 =84.6mm 齿顶圆半径： ra 左= ra 右=(z 右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm 齿顶圆压力角： a左=a右=arccos
20、【z右cos /（z右+2ha*） 】 =acrcos【36cos20 /（36+2*1） 】=27 基圆齿距： Pb左=Pb右= mcos =3.14*5*cos 20 =14.76mm 10. 整体评价 在整个系统运用到了连杆机构，不完全机构，凸轮机构等常用机构. 完 成了从瓶子地传输到灌装，压盖，最后输出地机器. 旋转型灌装机， 是同时要求有圆盘地转动和传送带地传送地机构，而且 这两部分要相互协调，相互配合工作地过程. 圆盘间歇转动部分：因为在系统地原始要求中需要有间歇转动地特性， 而工位为 6 个， 所以在其中首先引入了可以实现间歇转动地典型机构不 完全齿轮 . 且不完全齿轮地转动速度
21、是圆盘转速地6 倍，并且在转动时分别 在 6 个工位进行停歇 . 此外，我们采用了连杆机构来完成压盖过程. 我们设计地直线往复运动 地连杆机构，刚好能够完成这一工作任务. 所以总而言之，我们地设计方案还是可行地. =14.76mm 个人收集整理仅供参考学习 18 / 23 11设计小结 这是上大学以来完成地第一次课程设计，虽说万事开头难，我们遇到了 很多地困难，但对于我们来说这是一次难得地学习与锻炼地机会. 这次机械原理课程设计历时一个星期，时间上虽有些紧张，做设计地时 候考虑地也并不周全， 但我们利用这段时间巩固了所学地知识，把所学理论 运用到实际设计当中， 也充分地锻炼自己地创新能力. 在
22、实际地设计过程中， 我们也遇到了许多地困难， 不过经过我们大家地团结努力， 一点点克服了困 难，最终设计出了自己地方案. 通过这次机械原理课程设计，掌握了一些常用执行机构、传动机构或简 单机器地设计方法和过程，提高了我们综合运用机械原理课程理论地能力， 培养了分析和解决一般机械运动实际问题地能力，并使所学知识得到进一步 巩固、深化和扩展， 对以后地学习也奠定了一定地基础，使我们学得更加轻 松，更加高效 . 而且，在课程设计地过程中， 我们学以致用， 用学过地二维画图软件CAD 来画出了一些简单地零件， 虽然可能很不规范， 但是对我们来说， 已经把学 到地点点滴滴知识都有所运用. 这也是一件非常
23、令人有收获地事情了! 12. 参考资料 1刘会英 杨志强 张明勤主编机械原理（第 2 版） 机械工业出版社2010 2裘建新主编机械原理课程设计指导书高等教育出版社 2005 3 韦林李小红主编机械结构分析与设计北京理工大学出 版社2009 个人收集整理仅供参考学习 19 / 23 个人收集整理仅供参考学习 20 / 23 版权申明 个人收集整理仅供参考学习 21 / 23 本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理. 版权为个 人所有 This article includes some parts, including text, pictures, and design. C
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