冷霜自动灌装机

机械原理课程设计说明书冷霜自动灌装机学院：专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：成绩：日期：年月日-1-目录1.工作原理及工艺动作过程……………………………………12.原始数据及设计要求…………………………………………13.设计过程………………………………………………………14.运动循环图……………………………………………………25.机构选型………………………………………………………46.机械运动方案的评定与选择…………………………………97.拟定机械传动方案……………………………………………158.机械运动简图…………………………………………………159.运动尺寸计算及分析…………………………………………1610.参考书目………………………………………………………2511.心得体会………………………………………………………25冷霜自动灌装机设计说明书-2-1、工作原理及工艺动作过程冷霜自动灌装机是通过出料活塞干上下往复运动实现冷霜灌装入盒内。其主要工艺动作有：1）将空盒送进六工位盘，利用转盘间歇运动变换不同工位；2）在灌装工位上空盒上升灌入冷霜；3）在贴锡纸工位上粘贴锡纸（利用锡纸下降）；4）在盖盒盖工位上将盒盖压下；5）送出成品。2、原始数据及设计要求1）冷霜自动灌装机的生产能力：60盒／min。2）冷霜盒尺寸：直径D=30～50mm,高度h=10～15mm。3）工作台面里地面的距离约1100～1200mm。4）要求机构的结构简单紧凑，运动灵活可靠，易于制造。3、设计过程1)按工位动作要求拟定运动循环图。四个基本运动：1.输送带的连续运动；2.六工位盘的间歇转动;3.灌装顶杆的往复运动;4.贴锡、压盖压杆往复运动。5.送出成品。㈠运动循环图：运动循环图的设计:a)灌装、贴锡、加盖工艺流程：1)空盒通过输送带至六工位盘位置1。2)六工位盘做间歇转动，每次转动60°，转动是其他机构不执行动作。3)当转盘停止时，灌装顶杆上升至工位2进行灌装，同时贴锡、加盖压杆远休结束后进行工艺动作。4)灌装机构达到顶端完成灌装后回到初始位置，同时贴锡、加盖杆升到高位，一次循环结束。b)工艺过程的执行构件：1)送料机构：该机构主要是实现输送带的连续运动，把空盒送入工位，并将成品输出。2)槽轮机构：它是在轴II上通过变向连接槽轮，带动六工位盘实现间歇运动。3)灌装机构：该机构有固定在轴I上的直动推杆凸轮机构组成，通过高低往复运动实现灌装动作。4)贴锡、加盖机构：又凹槽凸轮和压杆及压杆上固定的贴锡、加盖部件组成，通过高低往复运动，一次性完成两个动作。c)各执行构件的运动协调：1)协调原则：输送带是连续运动，且它置于六工位盘1、5工位下面，既不能于工位盘发生摩擦，也要求它不干涉其它几个机构的完整运动，所以传动轮尺寸要求有限-3-制。六工位盘间歇时要实现三个执行动作，设计凸轮尺寸不应太大，各动作之间应互不影响，一个是上升、下降，一个是下降、上升，六工位盘转动时，它们不进行任何动作。各构件要准确定位，以免回撞到其它构件。定标构件的选择：设计时下边两根轴转动同步，但转向相反，选择轴I为定标构件，六工位盘开始转动时为运动循环图的起始点。2)计算机械运动循环周期：因为生产率Q=60盒/min，所以周期T=60s/60=1s，此时定标构件对应分配轴转角=360°。3)T时间个执行构件的行程区段：输送带区段：连续传动（0~360°）。六工位盘区段：六工位盘的转动盒停歇，所占时间比：K=(z-2)/(z+2)=(6-2)/（6+2）=1：2，所以在一个循环周期内，六工位盘1/3（120°）时间转动，2/3（240°）时间停歇。灌装顶杆行程区段：1=120°（停）、2=90°（上升）、3=60°（停）、4=90°（下降）。贴锡、加盖机构行程区段：1=120°（停）、2=90°（下降）、3=60°（停）、4=90°（上升）。4)绘制运动循环图：1.圆周式循环图：2.直线式循环图：输送带连续传动转盘转转盘停止顶杆停顶杆上顶杆停顶杆下压杆停压杆下压杆停压杆上°°°°-4-执行机构1：送料机构连续运动执行机构2：槽轮机构转动停歇执行机构3：灌装机构停上升停下降执行机构4：贴锡、加盖机构停下降停上升分配轴转角：0°120°210°270°360°㈡选型：㈠转盘间歇运动机构⑴凸轮式间歇机构：优点：结构比较紧凑，定位可靠，精确。可以通过选择适当的从动盘运动规律来减小动载荷，避免刚性冲击和柔性冲击，承载能力高。可用于大扭矩的间歇运动场合，分度范围大，使用范围广，设计上限制较少，可以方便地实现各种运动规律。缺点：凸轮工作曲面复杂，加工难度大，成本高。从动盘的加工也比较困难，而且装配调整要求严格，因而经济成本较高。加之若分度数超过24时，预紧易卡死，该机构的优势变得不明显，故舍去。⑵不完全齿轮：优点：结构简单，工作可靠，容易制造。与其他间歇机构相比，其从动轮每转一周的停-5-歇次数，运动和停歇的时间比例，可在较宽广的范围内调节。缺点：啮合传动的开始和终了时，速度有突变，且加速度也不连续，故冲击较大，运动不平稳，连续，故舍去。⑶槽轮机构：优点：结构简单，工作可靠，容易制造。转位迅速，其机械效率高，故能平稳地，间歇地进行转位。缺点：其运动规律不能选择，调节性能差，在拨销进入和脱出槽轮时会产生柔性冲击，故常使用于速度要求不太高的运动中，我们所需要设计的冷霜自动灌装机中的六工位转盘转速为6°每秒，转速不高，此缺点可以忽略，故比较合理，因而选用此机构。㈡空盒上升机构⑴曲柄滑块机构：-6-α优点：就其理想的运动特性来说，此机构完全能实现直线往复移动。如果连杆设计得当，此机构具有传递平稳运动精确的优点。缺点：由于连杆机构的运动链较长，各运动副的运动误差可能会引起机构较大的误差累积，特别是当运动副磨损之后，运动副间隙难以补偿。而且由于运动副尺寸过大，会导致机构体积增大，故舍去。⑵几何封闭凸轮机构：优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各项预期的运动规律，而且机构简单紧凑，机构可承重较大，运动平稳。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损，不能较好的缩短空程的时间，影响-7-效率，故舍去。⑶直动滚子盘形凸轮机构:优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各项预期的运动规律，而且机构简单紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损，但是综合比较之下，这种机构最为合适。㈢贴锡纸压盒盖机构⑴连杆、凸轮组合机构：。焊接-8-优点:力均衡，传动精确，动力充足，安全可靠。缺点:机构复杂，所占空间大，不利于设计制造。故舍去。⑵曲柄推杆机构：优点：结构简单，制造容易，省材，压力小，承载能力较大，磨损小。缺点：易产生惯性力，无间歇运动。故舍去。⑶直动滚子推杆封闭式凸轮机构：优-9-优点：结构简单，传动精确，可靠。可满足使用要求。缺点：易磨损，制造较一般凸轮难，但是综合比较之下，这种机构最为合适。㈢机械运动方案的评定与选择：三种方案的比较参数电动机（r/min）动力传递减速装置轴的选取六工位转盘空盒上升装置贴锡纸压盒盖装置Ⅰ1500窄V带2K-H行星轮系两根槽轮机构直动滚子盘形凸轮机构直动滚子推杆封闭式凸轮机构Ⅱ1500轮系轮系一根几何封闭凸轮机构曲柄推杆机构Ⅲ1500轮系轮系两根连杆机构连杆、凸轮组合机构方案Ⅰ：方案Ⅰ说明：1.电动机2.2K-H行星轮系7.窄V带传输14.槽轮机构1112.锥齿轮1920.直动滚子推杆封闭式凸轮机构22.皮带24.空盒-10-25.灌霜机构3133.锥齿轮方案一方案Ⅱ：方案Ⅱ说明：1.几何封闭式凸轮机构2.输送带3.冷霜盒4.凸轮式间歇运动机构5.冷霜-11-6.六工位盘7.曲柄贴锡、压盖机构8.传动轴9.变向传动机构10.变速机构11.电动机方案二下面是左视图：-12-方案Ⅲ：方案Ⅲ说明：对方案的可行性分析A、该方案主要由四个机构来实现预定功能1、传动功能电动机------变速箱------直齿圆柱齿轮------蜗杆和锥齿轮2、顶杆机构圆柱齿轮直动平底推杆盘型凸轮机构3、灌霜机构齿轮连杆4、压盖机构凸轮弹簧连杆B、对方案中四种机构的替换1、压盖替换可用导杆机构或曲柄滑块机构2、压顶两用式3、顶杆替换可选用移动凸轮C、系统说明电动机启动后，通过变速箱变速后，再带动两基轴的转动，其中轴A上装有蜗杆，变换转向，与不完全齿系连接，完成六工位盘的间歇式运动，轴A上也装有一凸轮。它带动连杆，利用杠杆起到压盖效果。B轴另一端为一锥齿轮，它与顶杆机构的底端圆柱齿轮相连。而圆柱齿轮上又焊接有凸轮，凸轮上又平底推杆可将空盒抬起，与此同时，与上圆柱齿轮相连接的另一个圆柱齿轮上焊有连杆，这样便可实现在定顶杆上举空盒与冷霜下降的动作相配合。-13-D、方案评定通过对该机构各方面的观察发现，至少存在以下几个方面的问题：1、利用连杆对冷霜下降量进行控制不能很好的满足恐吓要求。2、在轴的传动面，B轴使用锥齿在顶端与圆柱齿轮啮合。一方面由于题目中要求效率为60盒每分钟，恐难实现；另一方面，在传递的平稳性以及易制造性方面欠缺考虑。3、压盖的受力情况，利用凸轮完成压盖工作，，但用力不能过大，盒底垫有传送带，带速较高，不能保证不会倾倒。4、通观整个系统，不是很协调，在构件的配合与布置上还应改进。在电动机的选择过程中，通过对该机构进行功率初步计算，确定选择转速为1500r/min的电动机完全可以满足工作要求，而且在同等输出功率的情况下，选择电动机的转速越高，-14-其尺寸和质量也就越小，价格也越低，综合比较之下应选用n=1500r/min的交流异步电动机是可以满足设计要求的。在动力传输时，既可以选用由一些标准直齿轮构成的轮系进行动力传递，也可以选用皮带传输。轮系在进行动力传递的同时还可以起到减速作用，传动比恒定，精确，传动效率高，使用寿命长，但是远距离的传递需要多个齿轮啮合，从而加大了制造成本和整个机构的重量，从经济性和实用性考虑是不合理的。而相比较之下的皮带传动，传动平稳，噪音小，可缓冲和吸震，但是它传动效率低，寿命较短。考虑到它加工制造成本较低，故优先选用V带传动。在获取适应于此机构所需转速所需用的减速装置的选取上，可以选择直齿轮系，也可以选用行星轮系。由于行星轮系具有易获得较大传动比，而且所需要的齿轮数较少等明显优点，故在此设计中选用2K-H行星轮系完成第一次减速。在减速装置的确定上，本设计采用两次减速，一次是通过2K-H行星轮系实现i=5的减速，；另一次是通过皮带轮在传递动力的同时完成i=5的减速，通过两次减速，从而获得所需要的传动比。在轴的选取过程中，开始本打算选用一根轴，将两个凸轮和两个齿轮全部安装在上面，后来考虑到其承载能力和使用寿命，改为两根轴，一根上面安装凸轮和齿轮，另一根轴上也一样。两根轴之间采用完全相同的两个标准直齿齿轮啮合来完成动力传递，而不采用皮带传送的原因同上，因此为了获得较平稳，准确的传动，在轴的选取上采用完全相同的两根轴。在实现六工位转盘机构的间歇转动工序中，有槽轮，不完全齿轮及凸轮式间歇机构可以选取。由于不完全齿轮啮合传动的开始和终了时，速度有突变，且加速度也不连续，故冲击较大，运动不平稳，连续，故在此处不合适。凸轮式间歇机构凸轮工作曲面复杂，加工难度大，成本高。从动盘的加工也比较困难，而且装配调整要求严格，因而经济成本较高。从经济性角度考虑，舍去。而对于槽轮机构，它在克服上述缺点的基础上，具有结构简单，外形尺寸小，机构效率高，并能够稳定的，间歇的进行转位，而且转位精确性较高，虽然存在柔性冲击，但是由于在此处应用时对转速要求不高，故此缺点可以忽略，相比较之下，应该选用槽轮机构。在实现空盒上升工序中，选用凸轮机构，是因为此处灌装是为了配合六工位转盘的工作，必须有精确的运动规律，而凸轮机构的最大有点就是只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各项预期的运动规律，而且机构简单紧凑。在此设计中选用余弦运动规律的凸轮。相比较之下的连杆机构，占用的空间面积比较大，运动规律不容易把握，而且具有-15-急回特性，故