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啤酒灌装机设计计算说明书

机械原理课程设计

计算说明书

设计题目：

啤酒灌装机

专业：

机械设计制造及其自动化

设计者：

1351781陈杜煜

1351782秦天

1351789徐云帆

1351779巣嘉欣

1257040李明哲

1351814肖翼龙

指导老师：

刘榕

2015年5月30日

一、设计题目及内容-----------------------------------------------------------------4

1.1工作原理-----------------------------------------------------------------4

1.2原始数据及要求--------------------------------------------------------4

1.3设计任务-----------------------------------------------------------------4

二、整机工作运动分析--------------------------------------------------------------5

2.1整机结构示意图-------------------------------------------------------------5

2.2局部机构运动说明----------------------------------------------------------5

2.2.1减速箱装置-----------------------------------------------------------5

2.2.2瓶盖拨正装置--------------------------------------------------------6

2.2.3压盖装置--------------------------------------------------------------7

2.2.4凸轮机构--------------------------------------------------------------8

2.2.5圆形轨道装置--------------------------------------------------------9

2.2.6进瓶装置---------------------------------------------------------------10

2.3运动循环图-------------------------------------------------------------------11

三、机械运动方案的拟定----------------------------------------------------------12

3.1瓶盖拨正装置---------------------------------------------------------------12

3.2压盖装置---------------------------------------------------------------------14

3.3.旋转装置--------------------------------------------------------------------16

四、设计计算及运动图像----------------------------------------------------------17

4.1送瓶机构计算---------------------------------------------------------------17

4.2瓶盖拨正机构计算---------------------------------------------------------17

4.3圆形轨道机构计算---------------------------------------------------------18

4.4压盖机构计算----------------------------------------------------------------19

4.5凸轮机构计算----------------------------------------------------------------20

五、设计心得体会--------------------------------------------------------------------23

六、人员分工--------------------------------------------------------------------------25

七、主要参考文献--------------------------------------------------------------------26

八、附图--------------------------------------------------------------------------------26

一、设计题目及内容

1.1工作原理

由三个三相异步电动机供给运动和动力，分别经三条传动路线传到相应位置。

三者配合协调地安全可靠地完成灌装机封口任务。

三条路线为：

1）空啤酒瓶经传送带运到，拨正沿导向槽进入轨道。

酿造好的啤酒经管道输送到灌注口（由电子线路控制灌注流量时间）。

2）轨道内的空酒瓶在一定位置上升，瓶口对准灌注口，压紧、灌注，灌注一定容量后沿轨道再前进到一定位置压气、压盖、封口，沿轨道稳妥送出，完成灌注全过程。

3）瓶盖经漏斗容器送下，拨正使已压好形状的瓶盖口朝下送到压盖封口位置。

1.2原始数据及要求

1）瓶子和盖子均为标准件，电动机为标准产品。

2）三相交流异步电动机选定如图表1所示。

表1啤酒灌装机电动机规格

路线

型号

额定

功率

同步

转速

满载

转矩

最大

转矩

重量

送瓶

JO2-31-4

2.2

1500

1430

1.8

40

灌注

JO2-41-4

4.0

1500

1440

1.8

63

送盖

JO2-31-6

1.5

1000

940

1.8

40

单位

Kw

r/min

r/min

N·m

Kg

3）送瓶传送带速度12～15m/min。

4）每次同时灌装6瓶或8瓶。

灌注选用：

a圆形导向轨道，转速：

2.5～3r/min.

b直线导向轨道，线速度：

0.28～0.32m/min

5）要求输送瓶子的过程、啤酒灌注过程和充气盖压过程三者配合协调、工作可靠，采用的零件已加工制造。

1.3设计任务

1）按生产要求拟定运动循环图

2）进行机械送瓶，灌注，充气压盖三条生产路线的机构选型

3）机械运动方案的评定与选择

4）各路线传动方案的具体拟定

5）对传动机构、执行机构进行运动尺寸的设计计算

6）画出机械运动方案简图

7）编写设计计算说明书

二、整机工作运动分析

2．1整机结构示意图

（注：

三号电机及瓶盖拨正装置将在局部机构说明中展示）

2．2局部机构运动说明

2.2.1减速箱装置

2.2.2瓶盖拨正装置

俯视图：

正视图：

局部轮系示意图：

设计说明：

该转动系统动力由JO2-31-6电机提供，n1=10r/min。

瓶盖被运送时有两种放置方式：

开口朝上以及开口朝下。

此装置是为了将瓶盖拨正，使所有瓶盖开口朝下，以便于压盖。

其中，电动机经减速箱后传动到皮带轮。

传感器可以检测瓶盖的放置方式，当检测到开口朝上的瓶盖通过时，离合器将合上使皮带轮带动与曲柄相连的齿轮转动，时曲柄摇杆机构启动，将瓶盖拨正。

皮带数为2，且间隔为16mm，使瓶盖可以同时放在两根皮带上，曲柄摇杆机构的摇杆放置于两皮带之间，用于拨正瓶盖。

2.2.3压盖装置

设计说明：

该转动系统动力由JO2-41-4电机提供，通过轴1接入，n1=7.5r/min。

此压盖装置功能便是对无盖的啤酒瓶进行压盖的一个过程。

啤酒瓶在底部通过旋转机构与传送带一次性进8个瓶，然后通过圆柱凸轮上升至压盖区。

瓶盖通过滑道进入压盖器再进行压杆机构的上下运动完成压盖动作，最后啤酒瓶下降转出此工作区，完成整个过程。

2.2.4凸轮机构

凸轮阔线设计：

H=150R=184L=1156.1（单位：

mm）

一个周期内：

工作内容

工作时间

转过的角度

t1

进瓶

20s

t2

上升

5s

t3

工作

30s

t4

下降

5s

设计说明：

该转动系统动力由JO2-41-4电机提供，n11=7.5r/min，负责圆形托盘的同步提升。

整个过程分为四个阶段：

入瓶阶段、上升阶段、工作阶段和下降阶段。

入瓶阶段中，凸轮转动，滚子高度保持不变。

当进满八只啤酒瓶后，滚子沿圆柱上的导向槽爬升，带动圆形托盘做竖直向上移动，即为上升阶段。

进行灌注、压气、压盖等动作时，托盘水平位置不变，此为工作阶段。

所有动作完毕后，滚子沿导轨下降，托盘下降，使啤酒瓶脱离灌注口，此为下降阶段。

至此，一个工作周期完成。

2.2.5圆形轨道装置

功能区分布图

齿轮分布图

设计说明：

该转动系统动力由JO2-41-4电机提供，通过轴a接入，na=7.5r/min。

通过定轴轮系系5-8将转速降为1r/min,从而齿轮9转一圈即为啤酒灌装机的一个工作周期。

然后运用不完全齿轮9、10使齿轮10在系统60s周期内，30s的时间不转动，另外30s的时间每隔8s转动2s,共转动3次，并将转动通过轴b带动啤酒灌装机功能区c转动，功能区c分为8个区域对应8个啤酒瓶，每个区域有三个小区域对应灌注、压气、压盖三个动作，故每次转动使功能区旋转1/24圈。

2.2.6进瓶装置

设计说明：

该传送系统由JO2-31-4电机提供，通过轴1接入，经过减速箱减速得n1=7.5r/min，轮2与轴1固定所以n2=7.5r/min，φ2=200通过皮带将动力传送至轮3，φ3=130.43，n3=11.5r/min,轮3与轮4固定，φ4=200,N4=11.5r/m,而轮5又和轮2通过皮带连接，n5=3r/min，φ5=80.在20s的传送周期内进瓶传送带刚好能传送8个酒瓶，而灌注部分的圆盘刚好能转完1圈。

2.3运动循环图

凸轮工作循环图

三、机械运动方案的拟定

3.1瓶盖拨正装置：

旧方案图

俯视图：

主视图：

左视图：

原理：

瓶盖压紧前放置呈梯形，利用形状特点对瓶盖进行筛选拨正，使最后滑落到传送带上的瓶盖均为开口朝上。

新方案图

利用传感器及四杆机构拨正瓶盖

原理：

利用传感器检测瓶盖正反，当检测到反放的瓶盖时四杆机构启动，拨正瓶盖。

旧方案缺点：

①机构复杂、②瓶盖容易卡在里面

新方案优点：

①机构简单、②可靠性高

3.2压盖装置：

旧方案：

原理：

瓶盖顺着轨道滑下进入压盖器再通过简单地齿轮加连杆装置进行下压操作完成压盖

新方案：

原理：

用两个对称的多杆机构控制平板的上下移动，平板链连接的压盖器完成压盖的动作。

其中中心齿轮控制两边齿轮的同步转动，3’为不完全齿轮，实现转动与压盖的交替进行。

旧方案缺点：

①：

无法进行多个压盖动作的同时进行；

②：

无控制间歇运动的装置

新方案优点：

①：

能够实现多个压盖动作同时进行

②：

具有足够的机械利益完成压盖动作

3.3旋转机构

旧方案：

新方案：

旧方案未能考虑到工作区的旋转，新方案从中引出一路并通过各个不完全齿轮将不同机构的运动完美地整合在一个工作周期内

四、设计计算及运动分析

详细计算过程

主要结论

4.1送瓶机构计算（肖翼龙）

根据传送带大小尺寸，取φ4=φ6=φ2=200

因为要使传送带线速度V1等于灌注部分圆盘的线速度，已知圆盘线速度V2=1500mm/min

V1=V2=N4*r4=1500可得n4=11.5r/m

因为n3和n4固定,所以n3=n4=11.5r/m

N3/φ3=N2/φ2，可得φ3=130.43

轮5与轮2通过皮带连接，为使灌注转盘V2=V1，已知转盘φ=500，可得N5=3r/min

N5/φ5=N2/φ2，得φ5=80

4.2瓶盖拨正机构计算（秦天）

正视图中，红色为曲柄，蓝色为连杆，黄色为摇杆，图中为两个极限位置。

其中，极位夹角θ=10°。

曲柄l1=31.77mm

连杆l2=98.92mm

摇杆l3=35.56mm

皮带轮转速n1=20r/min

曲柄转速n2=32r/min

总用时t=18s

图像

图像

4.3圆形轨道机构计算（李明哲）

1.设计不完全直齿圆柱齿轮9,10

功能区c在2s的转动时间内转动1/24圈

n10=nc=1/24/2×60=1.25r/min

而n9=1r/min

则i9,10=n9/n10=Z10/Z9=0.8

取z9=60,则Z10=Z9×0.8=48。

为了达到间歇运动的目的，齿轮9上原有的60个齿仅保留3组每组2个共6个齿，具体设计见【局部细节图B】。

取模数m=2

d9=m×Z9=120mmd10=m×Z10=96mm

2.设计定轴轮系5-8

已知n5=na=7.5r/minn8=n9=1r/min

定轴轮系5-8传动比要求为i58=n5/n8=7.5

取Z5=20Z6=60Z7=20Z8=50

i58=（Z6Z8）/（Z5Z7）=7.5符合要求

5-8均为直齿圆柱齿轮

取模数m=2

d5=m×Z5=40mmd6=m×Z6=120mm

d7=m×Z7=40mmd8=m×Z8=100mm

3.转动系统的总传动比

i5,10=i58×i9,10=6

4.4压盖机构计算（徐云帆）

构件数n=5低副数pl=7高副数ph=0

机构自由度F=3*n-2pl-ph=3*5-2*7=1

设此极限位置节点4的坐标为（x,y）,构件1、2、3、4的长度分别为L1=30mm，L2=280mm，L3=L4=150mm.

（x-188.4）^2+（120-y）^2=150^2

（x+30）^2+y^2=280^2

解之得：

x=249.5y=-17

设此极限位置节点4的坐标为（a,b）

（a-188.4）^2+（120-b）^2=150^2

（a-30）^2+b^2=280^2

解之得：

a=308.4b=30

（2）

由

（1）

（2）式可得：

一个压盖周期内构件5的位移s=2|b-y|=94mm

其中齿轮1的转速ω1=7.5r/minω4=12r/min

ω1/ω2=5/4 ω2=ω3ω3/ω4=1/2

r1=75mmr2=95mmr3=180mmr4=90mm

z1=38z2=48z3=90z4=45（均取模数为4）

4.5凸轮机构计算（巣嘉欣）

凸轮在上升、下降过程中采用正弦加速度运动规律

1.推程的运动规律示意图以及解析式

2.回程的运动规律解析式

3.推杆总体运动规律图解

φ4=φ6=2=200

n3=n4=11.5r/m

φ3=130.43

N5=3r/min

φ5=80

n10=1.25r/min

d9=96mm

d10=120mm

d5=40mmd6=120mm

d7=40mmd8=100mm

i5,10=6

自由度F=1

z1=38

z2=48

z3=90

z4=45

五、设计心得体会

本次设计是大学阶段第一个课程设计，在完成这个设计的过程中，大家一起努力，经历了一次又一次的讨论，解决了一个又一个难题，最终完成了本次的设计任务。

我也因此学到了很多东西：

能够更熟练地运用AutoCAD等制图软件；对《机械原理》内容有更深的理解；在与同学的合作中，团队意识更强；对整个啤酒灌装机的工作原理有了更深的理解，对其主要机构的运作更加明了。

同时，在设计中也感觉自己有很多不足之处，得到了组员和老师的帮助，希望在以后的课程设计中能做得更好。

——李明哲

努力了一学期，进大学来第一次做的课程设计终于完成了，回顾一学期所做的工作，感觉自己收获很大。

这是一次将我们在课堂上所学的理论知识应用于实际设计中的一次重要实践，这既是对我们基础知识的一次夯实，也是对我们灵活应用理论知识能力的一次考验。

我们小组这次选择的方案是挑战性相对比较大的啤酒灌装机构，一开始我们也是没有头绪，不知从何下手的，后来通过学习参考网上的一些应用实例和方案，慢慢地有了方向。

接下来，大家都开始着手讨论接下来的进度安排和人员分工。

整个机构被分成五大部分，五个组员各司其职，由组长负责协调、监督以及组织讨论，提出修改意见。

每一次小组讨论大家都会发现各自以及其他人的方案的不足，正是在这一次次改进中，我们的作品日趋完善。

这次课程设计让我对计算机辅助设计软件对设计过程的重要性产生很深的印象。

要成为一名卓越的未来工程师，必须提高对计算机的运用能力，熟悉掌握必要的设计软件。

更值得庆幸的是在一个学期的努力中一直有同伴们的陪伴，大家相互学习、相互提高的时光正是大学里最美好的。

——巣嘉欣

本次压盖装置的设计有效地复习了机械原理课程中所学的机构运动分析、多杆机构、齿轮传动等知识，并且能够有效地将所学知识灵活的利用到实际的生产设计当中，可以说是受益匪浅。

当然设计的过程中也出现了很多的问题，通过与同学的交流和查阅网上的一些相关资料成功把不同的问题加以解决并且把不足的地方进行了不同程度的改进，也是对自己的进步感到相当满意。

同时这门课程也让我感受到了团队协作的重要性，由于我们做的设计比较复杂，这就更加体现的合作的重要性，我们通过分工的不懈努力最后也把一开始看上去几乎不可能完成的任务完成了。

感谢这门课以及老师给我们提供的如此好的一个机会锻炼自己。

——徐云帆

经过一个学期的学习与讨论，增进了我们组内人员的友谊，在多次讨论的过程中，大家都踊跃发言，积极发表自己的看法。

在不断的讨论与摸索中，我们尝试过很多的机构。

因为整个啤酒灌装机机构比较复杂，所以我们在讨论出整体方案之后选择了每个人承担一个小机构的设计，大大提高了效率。

我负责的机构为拨盖与送盖装置，顾名思义，在啤酒盖运送过程中会有正有反，为了下一步压盖的顺利，不仅要按时将瓶盖送到，而且要使瓶盖全部朝下放置。

在最初的讨论中，我们选择的是用纯机械结构使所有瓶盖口朝下，但是此机构有些复杂，所以我们改加传感器进去，用传感器检测正反，再加一个四杆机构，将反放的瓶盖拨正即可。

经过了一学期的机械课程设计之后，我了解到了课堂上学习内容的重要以及运用，在实际的设计运用中，不仅要考虑到机构的合理性，可操作性，还要考虑到机构在空间中的布置是否合适。

在设计之初，我们都是用CAD画出平面图，但是在具体操作时发现了由于平面图的局限，某些机构在空间运动中会互相干涉，所以后期我们也对机构进行了合理化的修改。

在这段学习之后，我不仅收获了知识，更收获了一些共同努力的朋友。

——秦天

经过十多周的奋战我们的课程设计终于完成了，在这次课程设计中我学到得不仅是专业的知识，还有的是如何进行团队的合作，因为任何一个作品都不可能由单独某一个人来完成，它必然是团队成员的细致分工完成某一小部分，然后在将所有的部分紧密的结合起来，并认真调试它们之间的运动关系之后形成一个完美的作品。

这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手。

在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的可能不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次课程设计的最大收获和财富，使我终身受益。

在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解…..也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为我们的出发点都是一致的。

经过这次课程设计我们学到了很多课本上没有的东西，它对我们今后的生活和工作都有很大的帮助，所以，这次的课程设计不仅仅有汗水和艰辛，更的是苦后的甘甜。

——肖翼龙

在机械设计课程设计一开始，我们并没有认识到这是一门怎么样的课，也不知道到我们将要完成一件怎么样的任务。

但是，仅仅带着这样的疑问与未知，我们就组成了这样一个队伍，当然大家都是熟人。

之后的一步就是要开始选题目了，当时我们组是人数最多的一组，如果选比较简单的题目，就有可能不能让每个人都拿到好成绩；但是困难的题目又极具挑战性。

经过许久的纠结之后，我们终于下定决心，选择了困难的一道题。

接下来的困难自然是理所应当的，我们分成了五个部分去完成，而我们的一个部分的工作强度就是别人一个组的工作强度，而且每个部分之间还经常出现干涉。

所以我们不得不一遍一遍地修改，反反复复地重做。

通过这一次课，我感觉技能的提升自然是有的。

但更重要的一点，是我们学会了如何去克服困难和互相协作。

我们学会了如何作为一个集体，而不是仅仅以个人的身份去完成任务。

——陈杜煜

六、人员分工

◆1351781陈杜煜

1.担任组长，组织讨论及督促组员

2.减速箱结构设计

3.Solidworks三维图的制作

◆1351782秦天

1.瓶盖拨正机构的设计计算及制图

2.设计计算说明书新旧方案对比的撰写

◆1351789徐云帆

1.压盖机构的设计计算及制图

2.设计计算说明书新旧方案对比的撰写

◆1351779巣嘉欣

1.凸轮机构的设计计算及制图

2.一号图平面总图及局部图的设计及修改

3.设计说明书的总体撰写及修改

◆1257040李明哲

1.旋转机构的设计计算及制图

2.机构运动循环图的设计制作

3.一号图局部图的设计及修改

◆1351814肖翼龙

1.进瓶机构的设计计算及制图

2.答辩PPT的设计制作

七、参考文献

◆《机械原理》（第八版）孙桓陈作模葛文杰主编高等教育出版社

◆《机械原理课程设计