旋转灌装机机说明书Word文档格式.docx

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电动机转速

r/min

灌装速度

A

600

1440

10

2题目简介

根据题目可知，本次设计最主要的关键点就是解决工位2：

灌装与工位3：

封口的设计，同时还需要间歇机构来控制工作台的间歇运动，以及处理好灌装与封口的时间关系。

由设计提示可知，罐瓶泵固定于某个位置，由此就需要一个机构来实现泵的开与关。

采用软木塞封口，就只需用压力来实现。

实现工作台的间歇运动，则可由间歇机构来实现。

根据上述分析，本课程设计的关键之处就在于处理好各机构的停歇与运动。

二、功能分解

1、容器输入与输出装置

（1）设计过程及想法：

固定工作台以上图所示的结构进行制造，外圆轮廓直径为650mm传送带贯穿其内部，宽度为62mm使得固定工作台呈现“工”字形，宽度稍比容器直径大的好处就是可以使容器更加容易，可靠的进入旋转工作台的槽口，以防发生卡滞现象，提高了工作台的传输性能。

传送带下方为固定工作台支撑，挡板和工作平面的关系如图上。

按上图所示，将旋转工作台与固定工作台装配，得如下图所示的装置：

旋转工作台的大圆直径要小于固定工作台，大小为600mm，槽口相对于转动中心为六等阵列分布，转动工作台的槽口宽度和深度要与容器的直径相等（60mm），这样可以更好的固定容器，不至于在灌装与压盖时发生容器跌倒等意外情况，保证了工作时的可靠性。

同时，为了使容器更加安全、可靠的进入槽口，还应在槽口处开2*45的倒角，旋转工作台的初始位置如图，要保证有两个槽口与下面固定工作台的开口相重叠。

旋转工作台与固定工作台的上述设计，都是为了使容器能够更加安全可靠的进入预定的工作位置，尤其是倒角的设计，虽然是很不起眼的设计，但是，能够起到很好的作用。

在设计容器的进入过程中，我最初的想法是在入口处添加一个钩状的机械装置，利用选装工作台旋转时的力，将容器勾入槽口，同时起到固定作用，但是，经过小组成员的一致讨论后，认为采用上述方法也可轻而易举实现，同时，还容易设计实现，节约成本，利用已有装置的相互作用即可实现，所以，最终采用了上述方法。

（2）工作原理：

传送带上的容器以一字队列的形式传送过来，由于传送带延伸至固定工作台圆形轮廓以内一段距离，容器由于带传动会自动进入槽内并与槽底紧贴，由于槽深与其直径相等，故只能且刚好容下一个容器，后面的容器不会因为转动工作台的转动而出现卡夹的现象，并且容器在送料时不必遵循等间距的排列，降低工作难度。

倒角的出现是为了容器能更好的进入槽口。

由上述的一系列传动过程，容器已安全的送入槽口，静待下一过程的操作。

2、旋转工作台的间歇运动

根据机械原理课程所讲内容，共有四种间歇机构，分别是棘轮机构、槽轮机构、凸轮式间歇运动机构、不完全齿轮机构。

针对上述四种间歇机构，我组同学经过仔细的对比与讨论，最终决定选用槽轮机构。

棘轮机构制作比较困难，不利于加工成型。

而槽轮机构传动较平稳，且所占空间小，并且结构简单，制造容易，工作可靠，能够准确控制转角，机械效率高。

因此最终决定选用槽轮机构来控制旋转工作台的间歇运动。

如下图所示为槽轮机构：

旋转工作台的间歇转动由六位槽轮的间歇转动实现，如上图所示。

槽轮的主动轮与电机减速后的转轴刚性连接，以1r/s的速度匀速转动，槽轮则已60°

/s的间歇转动，并且在后5/6s内实现定位功能，槽轮与转动工作台同轴刚性连接，转台就实现了每秒一个工位的间歇转动。

槽轮机构由主动拨盘，从动槽轮和机架组成。

主动拨盘以等角速度作连续回转，当拨盘上的圆销未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹槽止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，使槽轮在停歇时不能产生游动，并获得定位。

当圆销进入槽轮径向槽时，槽轮受圆销的驱使而转动。

当圆销离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。

直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。

所以，利用槽轮可以很方便的实现对工作台的控制。

3、对容器的灌装压力结构

灌装机构是主要由我负责设计的，最初的想法是利用凸轮机构与连杆机构一起来实现。

这一点与组内同学并无分歧，但是关于灌装口的开关问题时，产生了多种方案，分别如下几种：

（1）利用激光感应技术来智能的检测开关的开与关。

（2）利用一个简易的开关装置来实现

（3）利用连杆来控制开关

首先，针对第一种方案，激光感应技术，这个方法绝对可行，但是在我们这个整体的设计当中，考虑到经济性要求，还是选择放弃为好。

因为，如果选用此种设计，就有一点儿大材小用的感觉，并不能突出经济性要求。

经过几次商量后，我们决定采用第二或着第三种其中的任意一种来实现控制灌口的开关。

对于第二种的设计简图，如下图所示：

本设计本着设计最简的原则，利用连杆机构来控制灌瓶的开与关，在设计开关处，采用了一个现有的开关装置，而没有去单独设计机构来实现开关状态，因此，节约了一定的材料及设计难度，使机构一定程度上较简洁，易于设计。

而开关的控制则利用如上图所示的两块挡板来实现，当滑块向下运动时，此时挡板使开关处于打开状态，此时进行罐装。

而当滑块向上运动时，挡板使开关处于关闭状态，此时停止罐装。

但是，考虑到在实际的加工过程中，在设计各机构的运动协调过程中，不能很好的控制好开关的开与关的相互关系。

并且，在长时间的运转过程中，开关处容易损坏，不利于经济性的实现。

所以，此设计也被最终抛弃。

对于第三种的设计简图，如下图所示：

当旋转工作台转动时，摇杆运动已将滑块推入灌装管，阻塞了灌装管，所以停止灌装，当旋转工作台停止时，摇杆运动使滑块拉出灌装管，使得灌装工序进行，实现灌装。

这个设计方案是组内的另一个同学设计的，它与上一个设计的不同点就是利用连杆机构来控制开关的状态，这样设计的一个目的就是保证了机构使用的长久性，实现了一定的经济效益。

4、压盖机构

压盖机构主要利用凸轮或连杆机构来实现压盖的上下往复动作，当机构向下运动，进行压盖，向上运动时，远离容器。

因此，重点在于凸轮或者连杆机构的设计及压盖处的设计，能否满足压盖的准确性。

以下是我的两种设计：

（1）方案一：

上述运动过程为，当凸轮处于图示位置时，此时进行压盖动作，压盖在短时间内快速完成，然后进入回程过程，在这个过程中，理论设计中应该有一段停歇动作，等待下一个容器的到来。

下一个容器到来时，进行极速推程动作，将瓶盖快速的推向容器口，完成压盖动作，以此重复进行。

优点：

能实现长时间定位；

容易实现所要求的工作时间的控制。

结构简单，设计容易。

缺点：

加工复杂，加工成本高；

（2）方案二：

机构简图如下图，压杆机构与方案一相同，不同的是主动件，方案一中是凸轮，而这里是通过利用摇杆滑块机构实现对压杆的驱动。

当旋转工作台工作时，连杆运转至上方，而当旋转工作台停歇，封口工序进行时，连杆向下推压压杆实现封口工序。

加工容易，加工成本低。

不能实现长时间定位；

不能准确的分配运动阶段

对于压盖机构不需要长时间定位，所以凸轮在运转上的优势荡然无存，所以这个方案的选择主要应该考虑成本因素，连杆机构加工容易，加工成本低，所以选择方案二，连杆压盖机构。

5、减速装置

通过对于设计方案的分析，电机同时要带动凸轮，旋转工作台，封盖旋转工作台，做转动。

对于旋转工作台，主动轮的转速为1r/s，电机转速为1440/60=24r/s，因为考虑到旋转工作台只是推动容器在固定工作台上做滑动，受力及做功并不大，再加上尽量使机械结构较为简单，这一级的变速直接采用蜗轮蜗杆的减速传动，但是考虑到蜗轮蜗杆的传动效率低，最终仍然改为直齿圆柱齿轮传递传动比为1:

24。

为了使灌口和封盖装置的上下运动与转台的间歇转动相配合，与之连接的凸轮必须同时以1r/s的速度进行转动，可以电机经过减速后运动要通过无减速连接同时传输给凸轮的转动轴，但是考虑到凸轮为主要施力装置，蜗轮蜗杆的传动由于机械效率较低导致能量的流失，故可以考虑使用直齿圆柱齿轮的啮合减速装置。

6、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图

灌装机的循环过程：

1.送瓶2.灌装3.压盖4输出

1送瓶过程由于简单在此忽略

2在灌装过程中，是由送入空瓶工位一后，转到工位二停止一段时间用于灌装

3压盖过程中，是由工位二转到工位三，停止一段时间用于压盖

4送出瓶子

三、旋转灌装机示意图

1、工作台工作示意图

上图中，从左到右依次为输入，灌装，压盖，输出工序。

2、整体装置示意图

如图，发动机通过减速装置与主轴相连，带动主轴转动，而输入输出装置、灌装装置、停歇机构、压盖封口装置分别通过相应的轮系传动（即上图的传动1、5、2、3、4）与主轴相连，以对应的转速进行工作，完成完整的生产过程。

四、尺寸设计

1、凸轮设计

凸轮设计如上图所示，凸轮按照图的方位逆时针旋转。

联系实际生产与各部件的位置关系，设定瓶口距泵口的间距为7cm，泵口的上下间歇往复运动时凸轮的连续转动实现的，凸轮与推杆不存在偏距，所以可知，凸轮的推程为7cm，泵口完成一次推程和回程需在工作台停歇的时间内，即5/6s。

要求推程时，实力缓慢平稳，并在远休时有充足时间进行指定工作，所以设定推程角200°

，远休角100°

，回程角+近休角60°

。

但是原来设计的凸轮轮廓含有凹角，会产生刚性冲击，对零件有很大的损害，影响精度并且减少寿命。

所以综合考虑凸轮轮廓和角度，设计出推程角120°

，远休100°

，近休60°

，这样不但保证了这样不仅保证了凸轮轮廓的合理，还有足够的时间压盖，灌料和进行吸盖盘的旋转工作。

并且在推程回程与远休的转换处，在保证精度的同时，加入了圆角，增加适当的弧度减缓冲击，增加运动平稳性。

2、连杆设计

为了实现1/6周期压杆在上不进行压盖封口工作，则设计轮1的转过上方的60°

的时间等于旋转工作台的转动时间，即开始旋转时杆2处于位置1，当转过60°

时，旋转工作台停歇，杆2进行压盖运动，位置3为运动最低位置，因为红酒瓶塞高40mm，则位置1的杆2要高于瓶口最少40mm，位置3的杆2位置位于瓶口端。

令杆2连在轮1上的点到轮心距离为L：

L+L*cos30°

>

=40mm

解得：

L>

=21.43mm

取L=25mm,杆2长80mm,轮1直径60mm。

2、槽轮机构设计

此六角槽轮为带动旋转工作台实现旋转间歇运动，由旋转工作台半径来假设六角槽轮半径100mm。

圆柱销与槽轮中心线相切，槽轮两槽间夹角为60°

由几何关系可求出圆柱销半径为100tan30°

mm，两轮中心间距为100/cos30°

mm。

当圆柱销带动槽轮旋转至与中心线重合时，假设槽轮槽宽30mm，可得出槽轮基圆半径为

（100/cos30°

-100tan30°

）=58mm。

具体尺寸见下图所示：

3、齿轮的设计

上为一对标准直齿轮（传动装置中的齿轮1和齿轮2）。

具体参数为：

z1=20，z2=30，m=6mm，α=20°

中心距：

a=m（z1+z2）/2=6*（20+30）/2=150mm

分度圆半径：

r1=a*z1/2（z1+z2）

=150*20/2（20+30）

=30mm

R2=a*z1/2（z1+z2）

=150*30/2（20+30）=45mm

基圆半径：

rb1=m*z1*cosα=6*20*cos20°

=56mm

Rb2=m*z2*cosα=6*30*cos20°

=112mm

齿顶圆半径：

ra1=（z1+2ha*）*m/2=（20+2*1）*6/2=66mm

Ra2=（z2+2ha*）*m/2=（30+2*1）*6/2=126mm

齿顶圆压力角：

αa1=arccos【z1cosα/（z1+2ha*）】

=acrcos【20cos20°

/（20+2*1）】

=31.32°

Αa2=arccos【z2cosα/（z2+2ha*）】

=acrcos【30cos20°

/（30+2*1）】=26.50°

基圆齿距：

pb1=pb2=πmcosα3.14*5*cos20°

=14.76mm

重合度：

εa=【z1（tanαa1-tanα）+z2（tanαa2-tanα）】/2π

=【20（tan31.32°

-tan20°

）+40（tan26.50°

）】/2π

=1.64

εa＞1

这对齿轮能连续转动，设计可行。

4、工作台尺寸设计

旋转工作台要求直径为600mm，为使红酒瓶一次只进一个，卡槽深度设计与瓶直径相同，为60mm，且设置倒角便于瓶子传入。

固定工作台设置挡板定位，所以略大于旋转工作台，直径为650mm,传送带贯穿处略宽于卡槽，为64mm。

五、感想与建议

在这套灌装系统设计中，主要运用到了凸轮机构，间歇机构，连杆机构。

完成了输入，灌装，封口，输出四道工序。

在设计过程中，我组同学相互配合，共同完成了机构的设计任务。

在设计过程中，我们也遇到了很多困难，例如，在设计凸轮机构时，我们组内同学都不会使用solidworks这个软件，为了更好的完成此次设计课题，我们一起借来了参考书，学习了solidworks的基本操作，成功的完成了凸轮机构的设计。

通过课程设计这门课的学习，锻炼了我们的动手能力，进一步使我们知道了，今后我们专业所要进行的实际工作内容，有助于我们清楚的了解自己专业所探索的领域。

同时，在设计过程中，我们也进一步的复习了前面机械原理所讲的内容，在设计的过程中，结合所学内容，深入的了解了各章节之间的联系，加强了对知识的融会贯通。

综上所述，此次的课程设计，也进一步提高了我对机械原理课程的理解，同时，也加强了团队合作意识，对将来所从事的工作，也有了一个初步的印象。

对本课程的建议就是，希望可以提供更多的课题，这样，大家就可以选择自己喜欢的课题来进行设计，而不必强行分配其中的一个。

六：

参考资料

1、机械原理教程（第2版）申永胜主编清华大学出版社

2、机械原理课程设计手册邹慧君主编高等教育出版社

3、机械设计吴克坚于晓红钱瑞明主编高等教育出版社

4、连杆机构设计上海科学技术出版社