旋转型灌装机机械设计制造及其自动化专业课程设计说明书.docx
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旋转型灌装机机械设计制造及其自动化专业课程设计说明书
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:
成员:
指导老师:
日期:
2011.5.30-6.3
目录
1.设计题目…………………………………………………………………………2
1.1设计条件…………………………………………………………………………2
1.2设计任务…………………………………………………………………………3
1.3设计思路…………………………………………………………………………3
2.原动机的选择…………………………………………………………………………3
3.传动比分配…………………………………………………………………………3
4.传动机构的设计…………………………………………………………………………4
4.1减速器设计…………………………………………………………………………4
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齿轮的设计…………………………………………………………………………6
5.方案选择…………………………………………………………………………8
5.1综述……………………………………………………………………………8
5.2选择设计方案……………………………………………………………………………8
5.3方案确定……………………………………………………………………………10
6.机械运动循环图……………………………………………………………………………11
7.凸轮设计、计算及校核……………………………………………………………………………12
8.连杆机构的设计及校核……………………………………………………………………………13
9.间歇机构设计……………………………………………………………………………15
10.整体评价……………………………………………………………………………16
11.设计小结……………………………………………………………………………17
12.参考资料……………………………………………………………………………17
主要结果
1.设计题目
设计旋转型灌装机。
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:
输出包装好的容器。
图1-1六工位转盘
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
1440
12
C
500
960
10
n转速=每小时生产定额/(转盘的模孔数*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.绘制旋转型灌装机的运动方案简图,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的初始位置);要求确定运动规律,选择基圆半径,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,泵固定在某工位的上方。
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的压盖机构。
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。
3.此外,需要设计间歇传动机构,以实现工作转台的间歇传动。
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。
定位缩紧机构可采用凸轮机构等。
2原动机的选择
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传动机构的设计
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下
1为皮带轮:
i1=2。
2、3、4、5、6为齿轮:
z2=20z3=120
z4=20z5=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的转速,经过一级齿轮传动后,减少到10r/min。
6、7为齿轮:
z6=20z7=40
i76=z7/z6=40/20=2
n2=n1/i76=20/2=10r/min
4.3第三次减速装置设计
减速器由齿轮6输出20r/min的转速,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:
6、8为齿轮:
z6=20z8=40
9为皮带轮:
i9=2
i86=z8/z6=40/20=2
n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min
4.4齿轮的设计
上为一对标准直齿轮(传动装置中的齿轮6和齿轮7)。
具体参数为:
z6=20,z7=40,m=5mm,α=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*cosα=5*20*cos20°=47mm
rb7=m*z7*cosα=5*40*cos20°=94mm
齿顶圆半径:
ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mm
ra7=(z7+2ha*)*m/2=(40+2*1)*5/2=105mm
齿顶圆压力角:
αa6=arccos【z6cosα/(z6+2ha*)】
=acrcos【20cos20°/(20+2*1)】
=31.32°
αa7=arccos【z7cosα/(z7+2ha*)】
=acrcos【40cos20°/(40+2*1)】
=26.50°
基圆齿距:
pb6=pb7=πmcosα=3.14*5*cos20°=14.76mm
理论啮合线:
N1N2
实际啮合线:
AB
重合度:
εa=【z6(tanαa6-tanα)+z7(tanαa7-tanα)】/2π
=【20(tan31.32°-tan20°)+40(tan26.50°-tan20°)】/2π
=1.64
εa>1
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,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,而泵固定在某工位的上方。
3.封口:
用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封的过程,主要通过连杆结构来完成冲压过程。
4.输出包装好的容器:
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的间歇运动、封口时的冲压过程、工件的定位,和实现这3个动作的机构的选型和设计问题。
5.2选择设计方案
机构
实现方案
转盘的间歇运动机构
槽轮机构
不完全齿轮
封口的压盖机构
连杆机构
凸轮机构
工件的定位机构
连杆机构
凸轮机构
根据上表分析得知机构的实现方案有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的优缺点;
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。
为了实现封口的压盖机构,比较凸轮机构和连杆机构之间的优缺点;
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。
为了实现转盘的间歇运动机构,比较槽轮机构和不完全齿轮之间的优缺点;
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,其从动轮的停歇次数,每次停歇的时间和每次传动的角度等变化范围大,因而设计灵活。
3)而且它一般适用于低速、轻载的场合,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的间歇运动。
综上可知:
转盘的间歇运动机构,我们选择不完全齿轮机构;封口的冲压机构,我们选择连杆机构;工件的定位机构,我们选择凸轮机构。
5.3方案确定
转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构,封口的冲压机构为连杆机构,工件的定位机构为凸轮机构
6.机械运动循环图
.
7.凸轮设计、计算及校核
此凸轮为控制定位工件机构,由于空瓶大约为100mm,工件定位机构只需60mm行程足够,故凸轮的推程设计为60mm,以下为推杆的运动规律:
为了更好的利用反转法设计凸轮,根据上图以表格的形式表示出位移和转角的关系。
度数
0°-90°
105°
120°
120°
-300°
315°
330°
-360°
位移(mm)
0
30
60
60
30
0
基圆:
r0=480mm
滚子半径:
rr=30
行程:
h=60mm
推程角:
φ=30°
回程角:
φ`=30°
进休止角:
φs=120°
远休止角:
φs`=180°
最大压力角:
αmax=28°<30°
8.连杆机构的设计及校核
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:
θ=arccos【e/(a+b)】-arccos【e/(b-a)】=10°
最小传动角:
rmin=arccos【e/(b-a)】=51.3°
行程速比:
k=(180°+θ)/(180°-θ)=1.12>1
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的间歇运动,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的。
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。
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,α=20°,θ=60°。
中心距:
a=m(z左*360°/θ+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*cosα/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:
αa左=αa右=arccos【z右cosα/(z右+2ha*)】
=acrcos【36cos20°/(36+2*1)】=27°
基圆齿距:
Pb左=Pb右=πmcosα=3.14*5*cos20°=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。
完成了从瓶子的传输到灌装,压盖,最后输出的机器。
旋转型灌装机,是同时要求有圆盘的转动和传送带的传送的机构,而且这两部分要相互协调,相互配合工作的过程。
圆盘间歇转动部分:
因为在系统的原始要求中需要有间歇转动的特性,而工位为6个,所以在其中首先引入了可以实现间歇转动的典型机构——不完全齿轮。
且不完全齿轮的转动速度是圆盘转速的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。
我们设计的直线往复运动的连杆机构,刚好能够完成这一工作任务。
所以总而言之,我们的设计方案还是可行的。
11.设计小结
这是上大学以来完成的第一次课程设计,虽说万事开头难,我们遇到了很多的困难,但对于我们来说这是一次难得的学习与锻炼的机会。
这次机械原理课程设计历时一个星期,时间上虽有些紧张,做设计的时候考虑的也并不周全,但我们利用这段时间巩固了所学的知识,把所学理论运用到实际设计当中,也充分的锻炼自己的创新能力。
在实际的设计过程中,我们也遇到了许多的困难,不过经过我们大家的团结努力,一点点克服了困难,最终设计出了自己的方案。
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的设计方法和过程,提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力,培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力,并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展,对以后的学习也奠定了一定的基础,使我们学得更加轻松,更加高效。
而且,在课程设计的过程中,我们学以致用,用学过的二维画图软件CAD来画出了一些简单的零件,虽然可能很不规范,但是对我们来说,已经把学到的点点滴滴知识都有所运用。
这也是一件非常令人有收获的事情了!
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
z2=20
z3=120
z4=20
z5=120
z6=20
n=1440r/min
i1=2
i32=6
i54=6
n1=20r/min
z6=20
z7=40
i76=2
n2=10r/min
z6=20
z8=40
i9=2
i86=2
n3=5r/min
z6=20
z7=40
m=5mm
α=20°
a=150mm
r6=50mm
r7=100mm
rb6=47mm
rb7=94mm
ra6=55mm
ra7=105mm
αa6=31.32°
αa7=26.50°
pb6=14.76mm
εa=1.64>1
r0=480mm
rr=30
h=60mm
φ=30°
φ`=30°
φs=120°
φs`=180°
αmax=28°<30°
a=100mm
b=900mm
e=500mm
s=220mm
θ=10°
rmin=51.3°
k=1.12>1
z左=6
z右=36
m=5mm
α=20°
θ=60°
a=180mm
r左=r右=90mm
rb左=84.6mm
rb右=84.6mm
ra左=ra右=95mm
αa左=αa右=27°
Pb左=14.76mm
Pb右=14.76mm
- 配套讲稿:
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- 旋转 灌装 机械设计 制造 及其 自动化 专业课程 设计 说明书
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