机械原理课程设计-旋转型灌装机

机械原理课程设计说明书课题名称：旋转型灌装机专业班级：11级机械卓越班学生姓名：学生学号：指导老师：1目录一、题目.........................................................21、设计题目及原始数据..........................................22、设计方案提示................................................23、设计任务....................................................3二、设计方案.....................................................31、工艺分解...................................................41.减速装置...................................................42.容器输入输出装置............................................53.旋转工作台多工位间歇转动功能..................................64.各个工位的精确定位功能......................................65.对容器的灌装封口压力结构（凸轮机构）..........................76.送盖，吸盖，换盖装置.........................................82、运动方案总图...............................................103、运动循环图.................................................11三、尺寸设计....................................................121、凸轮设计...................................................122、槽轮设计...................................................133、齿轮设计...................................................144、其他机构尺寸设计...........................................15四、心得体会....................................................15五、参考资料....................................................162机械原理课程设计任务书旋转型灌装机一、题目1、设计题目及原始数据设计旋转型灌装机。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。该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见下表。旋转型灌装机技术参数表方案号转台直径mm电动机转速r/min灌装速度r/minA600144010B550144012C50096010D600144012E55096010F5001440122、设计方案提示1.采用灌瓶泵灌装流体，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。1234传送带固定工作台转台图1旋转型灌装机33.此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。为保证停歇可靠，还应有定位（锁紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位（锁紧）机构可采用凸轮机构等。3、设计任务1.旋转型灌装机应包括连杆机构、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分配，并在图纸上画出传动系统图；3.图纸上画出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运动节拍；4确定连杆机构各个杆件尺寸，进行速度、加速度分析，绘出运动线图5.凸轮机构的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；6.齿轮机构的设计计算；7.编写设计计算说明书。二、设计方案根据给定题目，我选定方案D为主要设计方案。根据D给出的参数，电动机转速为1440r/min,灌装速度为12r/min。得出如下计算：60/12*6=5/6秒/罐所以，灌装的速度为5/6秒/罐，由此推断，在六工位转台上，每5/6秒钟就要转动一个工位，进而得知槽轮主动轮的转速为1.2r/s，而六工位转台每一个工位相对其转动中心的转角为60°，再根据槽轮的运动规律得知，主动轮在每一秒钟转动过程中，只有60°的转动用来驱动槽轮从动轮做转动，其余300°的转动用来定位。所以，5/6s的之间内，有5/36s的时间工位转动，25/36s的时间工位静止。而灌装和封盖的过程均要在这25/36s的时间内完成，以此为前提，进行我们的设计。灌装机各执行机构包括实现转台间歇转位的转位机构，实现输瓶、灌装、送盖、压盖、卸瓶运动的机构。各执行机构必须满足工艺上的运动要求。此方案执行构件的功能逻辑图如下图所示：4灌装机各执行机构包括实现转台间歇转位的转位机构，实现输瓶、灌装、送盖、压盖、卸瓶运动的机构。各执行机构必须满足工艺上的运动要求。此方案执行构件的功能逻辑图如下图所示：1、工艺分解1.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1.2r/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5齿轮传递传动比为1:20。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1.2r/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。封盖装置与转动工作台的原理类似，要求其封盖旋转工作台每秒转动一个工位，则其带动槽轮的主动轮同样以1.2r/s的速度旋转，所以将减速后的转轴运动通过不减速的传动传递给其槽轮主动轮的转轴即可。2.容器输入装置如图所示固定工作台以图示的结构进行制造，外圆轮廓直径为650mm传送带贯穿其内部，宽度为100mm使得固定工作台呈现“工”字形，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。固定工作台与旋转工作台安装后如图所示：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6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（80mm），槽口开1.5*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。工作原理：传送带上容器以一字排列的形式传送过来，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进入，转动工作台直径之所以小于固定工作台，是因为在其外围固定工作台面上还要设置挡板机构以实现容器的精确定位。3旋转工作台多工位旋转间歇功能旋转工作台的间歇转动由六位槽轮的间歇转动实现，如图所示：槽轮的主动轮与电机减速后的转轴刚性连接，以1.2r/s的速度匀速转动，槽轮则实现60°/5/6s的间歇转动，并且在后5/36s内实现定位卡紧功能，槽轮与转动工作台同轴刚性连接，转台就实现了每5/6秒一个工位的间歇转动。4.各个工位精确定位的功能容器的定位功能通过转动工作台的凹槽与固定工作台的挡板共同完成。如图所示：7与转动工作台配合后如图：挡板曲率半径600mm，与固定工作台刚性连接，与旋转工作台间隙配合，保证旋转工作台的通常转动，而且尽量紧贴。挡板的高度不低于旋转工作台，不得超过其两倍厚度。工作原理：当容器由皮带传入旋转工作台凹槽内后，旋转工作台的转动会带动容器一起滑动，当容器转动后由于失去的传送带的约束，可能会因为离心作用或者不稳定因素出现不能精确对心的情况，此时挡板的作用在于限制了容器的位置，使其在很小的范围内移动保证了容器与凹槽圆弧圆心的对齐，实现了较为精确的定位。为后续灌装和封盖提供条件。5.对容器的灌装封口压力结构（凸轮机构）压力封口和灌装由凸轮机构实现，如图所示：8凸轮的设计后面详细说明，其转速为1.2r/s，每转一周压板会伴随凸轮上下运动一次，压板上有一“接灌口处”，将流体灌口直接通入并且固定，灌口的中心位于第二工位之上并且与第二工位凹槽圆弧的圆心共线。这样可以实现灌口与压板的同步上下运动，控制灌口与固定工作台平面的高度可以保证灌输的质量。压板的另一端与换盖吸盖装置的上表面的接触，完成封盖的压力工作。回位弹簧的设置是为了使得压力装置的上表面与凸轮紧密接触。6.送盖、吸盖、压盖装置换盖及吸盖装置由如图所示的零件完成转轮上每120°开一孔，气泵可通入进行吸盖，封盖处的孔中心要与下面转动工作台凹槽圆弧的圆心共线，转轴处开方形孔，使转轮可以在配套的方形轴上9上下滑移，并且随着方形轴的转动而转动，初始位置如图所示。罐盖由传送带传至吸盖口下一定距离（基本与容器口同高），呈紧密排列。控制转轮间歇转动的装置由图所示槽轮机构完成槽轮主动轮与电机经减速后主动轴刚性连接，转速为1.2r/s，使得槽轮每5/6s转动120°进而带动与其同轴的转轮5/6s转动一个工位。槽轮另一表面的轴心处刚性连接一方形轴，方形轴可以与槽轮一起转动，方形轴同时通过转轮的方形孔并与其间隙配合，保重滑动的通畅。压盖及回位的原理如图所示：凸轮推动的压板与转轮上表面接触，并作用于转轮的封盖口上方，转轮随压板的上下运动而在方轴上上下滑动，并且在向上回位和远休止的过程中通过方轴随槽轮转动。控制凸轮的推程可以完成封盖的动作。工作原理：在凸轮推程的过程中，转轮随压板而下降一定距离，封口吸有一10瓶盖，完成封盖的同时，吸盖口在瓶盖传送处吸起瓶盖，此时凸轮回程，转轮上升同时槽轮带动其转动一个工位，而后再次完成一次封盖的吸盖过程，如此往复实现与容器同步的封盖动作。根据上述执行构件的运动形式，可绘制出该方案的机械系统运动转换功能图：2、运动方案总图该系统由2个电动机驱动。电动机1带动齿轮1转动，齿轮1再与齿轮2啮合，实现1:20的减速，此时，齿轮2一方面将此运动传给与其同轴的锥齿轮3和销轮，锥齿轮3与锥齿轮4啮合，传动比1:1，4再带动与其同轴的凸轮转动，为灌装、压盖机构的上下往复运动提供动力来源。销轮带动六角槽轮间歇性转动，5/6s转动一个工位，转动工作台与六角槽轮同轴，进而实现了每秒一个工位的间歇性转动。另一方面，齿轮2与等齿齿轮5啮合，与齿轮5同轴的齿轮带动三角槽轮转动，换盖转盘与其同轴，实现了换盖转盘的间歇性转动。工作时空瓶沿传动皮带做匀速直线运动，被带入转动工作台凹槽内，工作