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1、冷霜自动灌装机冷霜自动灌装机机械原理课程设计目录冷霜自动灌装机整体结构的初步设计机构的比较与选择及功能分析零件的设计与计算冷霜自动灌装机整体结构的初步设计一、工作流程的整体规划冷霜自动灌装机送入机构工作机构传送带间歇运动送出机构依靠重力落入滑道送出推杆的往复运动将盒送入灌霜贴纸加盖二、送入机构的初步设计以某一个空盒为考察对象，来介绍每个环节的工作及其机构的初步设计。首先，空盒进入送入机构：送入机构主要由两个环节构成，一是传送带将空盒送到工位转盘边缘，二是推杆将空盒送入工位转盘，我们考虑用间歇机构带动传送带，当传送带处于间歇期时，推杆将空盒推入转盘。二、送入机构的初步设计 经过讨论和比较，可用槽
2、轮实现传送带的简谐运动。如左图所示.推杆的往复运动则由圆柱凸轮来实现，如右图所示.三、工作机构的初步设计（一）工位转盘的转位（一）工位转盘的转位 推杆将空盒推入转盘时，转盘处于间歇期，推杆将空盒推入转盘时，转盘处于间歇期，此后，推杆退出，转盘开始转动，让空盒依次通此后，推杆退出，转盘开始转动，让空盒依次通过灌霜、贴纸、加盖三个工位，并在每个工位处过灌霜、贴纸、加盖三个工位，并在每个工位处都有一个间歇期。于是，转盘的驱动也需要一个都有一个间歇期。于是，转盘的驱动也需要一个间歇机构。间歇机构。（二）灌霜、贴纸、加盖的实现（二）灌霜、贴纸、加盖的实现 转盘在每个工位处都有一个间歇期，在此间转盘在每个
3、工位处都有一个间歇期，在此间歇期内，三个机构同时工作，则空盒依次完成了歇期内，三个机构同时工作，则空盒依次完成了灌霜、贴纸及加盖。灌霜、贴纸及加盖。三、工作机构的初步设计工位转盘的间歇转动仍通过槽轮来得以实现而灌霜、贴纸、加盖的动作则由同一个凸轮驱动，如下图所示四、送出机构的初步设计在工位转盘的最后一个工位处挖空，其下方连接一滑道在工位转盘的最后一个工位处挖空，其下方连接一滑道送出槽，则已经封装好的冷霜盒由此送出。送出槽，则已经封装好的冷霜盒由此送出。【五】各种机构的初步选定冷霜自动灌装机送入及工作机构送出机构主传动轴槽轮1圆柱凸轮槽轮2凸轮依靠重力落入滑道送出送入机构的间歇运动送入功能的实现
4、工位转盘的间歇运动灌霜贴纸加盖 备注：所有机构只有一个自由度，即由一个电机和一个主传动轴驱动【六】整体方案草图Back机构的比较与选择及功能分析【一】主要运动机构列举冷霜自动灌装机有五个动作冷霜自动灌装机有五个动作：霜盒送入灌霜锡纸压贴加盖霜盒送出【二】机构分析霜盒送入-传送带与圆柱凸轮的配合灌霜*锡纸压贴*加盖-三工位联动 工工 架架驱动这个支架上下往复运动，从而实现灌霜，盖驱动这个支架上下往复运动，从而实现灌霜，盖锡纸，加盖这三个动作，可以采用凸轮机构。可锡纸，加盖这三个动作，可以采用凸轮机构。可以实现这一动作的凸轮可以使用：盘形槽凸轮机以实现这一动作的凸轮可以使用：盘形槽凸轮机构，等宽凸
5、轮机构，等径凸轮，力封闭凸轮构，等宽凸轮机构，等径凸轮，力封闭凸轮我们选择我们选择力封闭凸轮力封闭凸轮。五工位转盘五工位转盘 间歇机构间歇机构功能功能：支持传送带对霜盒的间歇送入支持传送带对霜盒的间歇送入 支持五工位转盘的间歇转动支持五工位转盘的间歇转动 间歇机构的选择与比较1.1.槽轮槽轮与与棘轮机构棘轮机构之比较：之比较：槽轮机构启动与停止时没有刚性冲击，只有柔性冲击，运动也槽轮机构启动与停止时没有刚性冲击，只有柔性冲击，运动也相对平稳。此外，槽轮机构强度较高，可用于带动转动惯量较大相对平稳。此外，槽轮机构强度较高，可用于带动转动惯量较大的构件。所以，槽轮机构比较适合低速、载荷较高的场合。
6、相比的构件。所以，槽轮机构比较适合低速、载荷较高的场合。相比之下，棘轮机构往往之下，棘轮机构往往冲击大、易磨损、噪声也较大冲击大、易磨损、噪声也较大。一般只能用。一般只能用于于极低速极低速的间歇运动场合，也不宜用于具有大转动惯量构件的机的间歇运动场合，也不宜用于具有大转动惯量构件的机构中。构中。2.2.槽轮机构槽轮机构与与凸轮间歇机构凸轮间歇机构之比较：之比较：槽轮机构结构简单，制造简易，工作可靠。而凸轮间歇机构槽轮机构结构简单，制造简易，工作可靠。而凸轮间歇机构加加工复杂，精度要求高，装配调整困难，经济成本高工复杂，精度要求高，装配调整困难，经济成本高。由于冷霜自。由于冷霜自动灌装机的工作周
7、期长，工作连续，对机构可靠性的要求很高，动灌装机的工作周期长，工作连续，对机构可靠性的要求很高，所以槽轮机构更加适合。况且，使用槽轮机构还会降低装配难度，所以槽轮机构更加适合。况且，使用槽轮机构还会降低装配难度，降低经济成本。降低经济成本。3.3.槽轮机构槽轮机构与与不完全齿轮机构不完全齿轮机构之比较：之比较：不完全齿轮间歇机构启动时产生不完全齿轮间歇机构启动时产生刚性冲击刚性冲击，只能用于，只能用于低速轻载低速轻载的场合，而冷霜灌装机构的转位机构转动惯量较大。槽轮机构可的场合，而冷霜灌装机构的转位机构转动惯量较大。槽轮机构可用于转动惯量较大的场合，更为适合。用于转动惯量较大的场合，更为适合。
8、槽轮槽数的选择槽轮槽数的选择：由于冷霜自动灌装机共有由于冷霜自动灌装机共有五个工作点，所以其间五个工作点，所以其间 歇传动机构要求在一个回歇传动机构要求在一个回转周期内至少有五个停歇转周期内至少有五个停歇时期。故而可选择有五个时期。故而可选择有五个槽的槽轮机构。如图所示。槽的槽轮机构。如图所示。【三】原动机与传动机构比较选择冷霜自动灌装机的负载属于冲击负载，即在一个冷霜自动灌装机的负载属于冲击负载，即在一个工作周期内只工作周期内只在在较短的时间内承受工作负载，而较短的时间内承受工作负载，而在较长的时间内是空程运转，若依此短暂的工作在较长的时间内是空程运转，若依此短暂的工作时间来选择电动机的功率
9、，则其功率将会很大。时间来选择电动机的功率，则其功率将会很大。为减少电动机功率，在传动系统中设置了飞轮，为减少电动机功率，在传动系统中设置了飞轮，这样电动机功率可以大为减小这样电动机功率可以大为减小因为冷霜自动灌装机的生产能力是因为冷霜自动灌装机的生产能力是6060盒盒/min/min，所，所以空盒每以空盒每1S1S送入一个。送入一个。此冷霜自动灌装机的原动机采用的是此冷霜自动灌装机的原动机采用的是1400n/min1400n/min的的电动机电动机传动型式传动型式 摩擦轮传动摩擦轮传动 带传动带传动 链传动链传动 主要优点主要优点 运转平稳，噪声小，运转平稳，噪声小，结构简单，可在运结构简单
10、，可在运转中平稳地调整传转中平稳地调整传动比实现无级变速，动比实现无级变速，具有过载保护作用。具有过载保护作用。中心距变化范围大；中心距变化范围大；结构简单，传动平结构简单，传动平稳，能缓冲稳，能缓冲,可起可起安全装置作用（只安全装置作用（只摩擦型带传动），摩擦型带传动），成本低，安装要求成本低，安装要求不高。不高。中心距变化范围大；中心距变化范围大；平均传动比较准确、平均传动比较准确、恒定；对恶劣环境恒定；对恶劣环境适应能力强；工作适应能力强；工作可靠与摩擦型传动可靠与摩擦型传动相比作用在轴和轴相比作用在轴和轴承上的力较小。承上的力较小。主要缺点主要缺点 轴和轴承上受到的轴和轴承上受到的作用
11、力很大，有滑作用力很大，有滑动，工作面磨损快，动，工作面磨损快，传动比不能严格保传动比不能严格保证。证。外廓尺寸大，轴和外廓尺寸大，轴和轴承上受力大，摩轴承上受力大，摩擦型带传动由于静擦型带传动由于静电效应不宜用于易电效应不宜用于易燃易爆场合，而且燃易爆场合，而且传动比不能严格保传动比不能严格保证，寿命较短。证，寿命较短。瞬时速度不均匀，瞬时速度不均匀，高速时，不如带传高速时，不如带传动平稳，在振动冲动平稳，在振动冲击负荷下寿命大为击负荷下寿命大为缩短，链因磨损伸缩短，链因磨损伸长后易引起共振，长后易引起共振，须增设张紧和减震须增设张紧和减震装置。装置。经过以上比较及电机的转数可确定，从电机到
12、主经过以上比较及电机的转数可确定，从电机到主传动轴的传动用齿轮传动，而主传动轴到槽轮、传动轴的传动用齿轮传动，而主传动轴到槽轮、凸轮、圆柱凸轮的传动采用带传动。凸轮、圆柱凸轮的传动采用带传动。霜盒送出 动画效果Back冷霜自动灌装机冷霜自动灌装机参数选择与计算参数选择与计算灌霜机工作机构运动流程图冷霜自动灌装机送入及工作机构送出机构主传动轴槽轮1圆柱凸轮槽轮2凸轮依靠重力落入滑道送出送入机构的间歇运动送入功能的实现工位转盘的间歇运动灌霜贴纸加盖【一】圆柱凸轮的设计与计算：设计传送带的宽度为设计传送带的宽度为L L120mm120mm，则为了使得圆柱凸轮旋转过程，则为了使得圆柱凸轮旋转过程中能够
13、把冷霜盒顺利的推入转盘的槽中，设计连接在圆柱凸轮上的长中能够把冷霜盒顺利的推入转盘的槽中，设计连接在圆柱凸轮上的长杆长约杆长约300mm300mm。圆柱凸轮旋转过程中杆件的位移曲线如下：圆柱凸轮旋转过程中杆件的位移曲线如下：在凸轮设计过程中，圆柱上的槽其实就是该曲线沿Y轴方向旋转而成的。曲线的周期为0.8S,即每0.8S，就会有一个冷霜盒被推入槽中。凸轮旋转过程中，杆件的位移S212.525cm250mm【二】槽轮机构的参数计算槽轮机构的初步计算：槽轮机构的初步计算：产品设计中使用了产品设计中使用了2 2个完全一样的槽轮机构，一个是用来驱动五工位个完全一样的槽轮机构，一个是用来驱动五工位转盘，
14、另外一个是驱动间歇传送带。槽轮的径向槽数是转盘，另外一个是驱动间歇传送带。槽轮的径向槽数是Z Z5 5，拨销数，拨销数n n1 1。根据要求，设定拨盘转动周期根据要求，设定拨盘转动周期T=1s,T=1s,据公式据公式 可算出转动可算出转动时间时间t td d=0.3s,=0.3s,停歇时间停歇时间t=0.7s t=0.7s。【二】槽轮机构的参数计算 槽轮尺寸的计算：槽轮尺寸的计算：拨销盘的角速度拨销盘的角速度w=2w=2（1 1）槽数）槽数z z 按工位数要求选定为按工位数要求选定为5 5。（2 2）中心距）中心距a a 按结构情况确定按结构情况确定 a=300mma=300mm（3 3）圆销
15、半径）圆销半径r r 按结构情况确定为按结构情况确定为 r=30mmr=30mm（4 4）槽轮每次转位时主动件的转角）槽轮每次转位时主动件的转角2=180(1-2/z)=1082=180(1-2/z)=108（5 5）槽间角）槽间角2 2 22=360/z=72=360/z=72（6 6）主动件圆销中心半径）主动件圆销中心半径R1 R1 R1R1=asinasin=176.3mm=176.3mm（7 7）R1R1与与a a的比值的比值 =R1/a=R1/a=sinsin=0.587=0.587（8 8）槽轮外圆半径）槽轮外圆半径R2=R2=（9 9）槽轮槽深）槽轮槽深h h h h a(+co
16、s-1)a(+cos-1)r r h h 148.8mm 148.8mm 取取h=149mmh=149mm（1010）运动系数）运动系数k=1(1/2-1/5)=0.3k=1(1/2-1/5)=0.3 （n=1n=1，n n为圆销数）为圆销数）【三】齿轮及带传动的参数计算连接在电机上的齿轮：连接在电机上的齿轮：对于两级圆柱齿轮减对于两级圆柱齿轮减速器，为使两对齿轮速器，为使两对齿轮的齿面承载能力大致的齿面承载能力大致相等（假定两对齿轮相等（假定两对齿轮的配对材料和齿宽系的配对材料和齿宽系数均相同），以获得数均相同），以获得最小的外形尺寸，应最小的外形尺寸，应取高速级传动比为：取高速级传动比为：
17、二级减速齿轮机构参数计算第一级【高速级传动】：一级减速传动比为1.53有：i1=1.53,i2=7/1.53=4.575 Z1=18 Z2=1.531827.54 取28 n=1400/1.53=915 转/第二级：二级减速传动比为4.575。则有：z3=18 Z4=184.57582.35 取83 n=915/4.575=200转/分二级减速齿轮机构参数计算各齿轮齿形参数：齿轮 1：Z118 选择模数m15 齿轮直径D1mz51890mm齿轮 2：Z128 选择模数m15 齿轮直径D1mz528140mm齿轮 3：Z118 选择模数m15 齿轮直径D1mz51890mm齿轮 4：Z183 选
18、择模数m15 齿轮直径D1mz583415mm 以下参数4个齿轮均相同：齿距PPim3.14515.7mm分度圆上的齿厚S与齿槽宽e S=e=P/2=7.85mm齿顶高haha*m155mm齿根高hf（ha*+C*）m=(1+0.25)56.25mm【四】直锥齿轮的计算 拨销盘的角速度拨销盘的角速度w3w322，转速为，转速为6060转转/分分 连在机构主传动轴上的直齿圆锥齿轮连在机构主传动轴上的直齿圆锥齿轮5 5的转速为的转速为200200转转/分，传动比为分，传动比为N=200N=200 i i（3,43,4）=60/200=0.3=60/200=0.3 连在槽轮机构上直齿圆锥齿轮连在槽轮
19、机构上直齿圆锥齿轮4 4的齿数设定为为的齿数设定为为6060，则直齿圆锥齿轮，则直齿圆锥齿轮4 4的齿数的齿数 z4=0.3z4=0.360601818【四】主传动杆上带传动轮计算 带传动轮组一共有带传动轮组一共有3 3个，第一个是连接主传动杆与主凸轮之间，第二个，第一个是连接主传动杆与主凸轮之间，第二个是连接主传动杆与传送带槽轮机构之间，第三个是连接主传动杆与个是连接主传动杆与传送带槽轮机构之间，第三个是连接主传动杆与圆柱凸轮之间圆柱凸轮之间 带传动带传动1 1 连在机构主传动轴上的带传动轮设为轮连在机构主传动轴上的带传动轮设为轮6 6，连在主凸轮机构上的带传，连在主凸轮机构上的带传动轮设为
20、轮动轮设为轮7 7，设定其直径为，设定其直径为20CM20CM，齿轮，齿轮7 7的转动角速度为的转动角速度为6060转转/分。分。齿轮齿轮6 6，7 7之间采用带传动。之间采用带传动。D7=20CMD7=20CM i6.7=200/60=10/3 i6.7=200/60=10/3 D6=20/D6=20/（10/310/3）=6CM=6CM 带传动带传动2 2 带传动带传动3 3 因为槽轮的周期也是因为槽轮的周期也是1S1S，所以与带传动，所以与带传动1 1参数一样参数一样【五】主凸轮的计算 主凸轮主凸轮S S，V V，a a曲线设计及相关程序曲线设计及相关程序Clearf1,f2f1x_:=
21、5*(1+Cos(2*Pi*(0.5*x/Pi)+0.1)/0.6)f2x_:=5*(1+Cos(2*Pi*(1.1-(0.5*x/Pi)/0.6)PlotWhich0 x0.4Pi,0,0.4Pi=x=Pi,f1x,Pix1.6Pi,f2x,1.6Pix2Pi,0,x,0,2PiPlotWhich0 x0.4Pi,0,0.4Pi=x=Pi,f1x,Pix1.6Pi,f2x,1.6Pix2Pi,0,x,0,2PiPlotWhich0 x0.4Pi,0,0.4Pi=x=Pi,f1x,Pix1.6Pi,f2x,1.6Pix2Pi,0,x,0,2Pi【五】主凸轮的计算 凸轮的外形设计及相关程序凸轮的
22、外形设计及相关程序Clearf3Clearf3f3x_:=f3x_:=Which0 x0.4Pi,0,0.4Pi=xPi,f1Which0 x0.4Pi,0,0.4Pi=xPi,f1x,Pix1.6Pi,f2x,1.6Pix2Pi,0 x,Pix1.6Pi,f2x,1.6Pix2Pi,0p1=ParametricPlot(f3x+15)Cosx,(f3xp1=ParametricPlot(f3x+15)Cosx,(f3x+15)Sinx,x,0,2p,AspectRatioAutomati+15)Sinx,x,0,2p,AspectRatioAutomaticcp2=p2=p2p2=ParametricPlot15Cost,15Sint,=ParametricPlot15Cost,15Sint,t,0,2p,AspectRatioAutomatict,0,2p,AspectRatioAutomaticShowp1,p2Showp1,p2Finish谢谢观看，再见