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1、机械设计综合课程设计说明书旋转型灌装机设计姓 名： 班 级： 机械班 学 号： 指导教师： 设计时间：2015-1-5至2015-1-16 目录一、设计题目3二、工作原理3三、原始数据3四、执行部分机构方案设计34.1分析执行机构的方案34.2拟定执行机构方案54.3执行机构运动循环图6五、初定电机转速及传动装置方案65.1电机转速65.2传动装置方案6六、执行机构尺寸设计及运动分析76.1旋转工作台间隙运动机构的尺寸设计及运动分析76.2传送轮的尺寸设计及运动分析86.3带轮、链轮的设计96.4锥齿轮的设计10七、传动装置总体设计107.1选择电动机107.2计算总传动比，并分配传动比117
2、.3计算各轴的运动和动力参数11八、传动件的设计计算12九、轴及与其配套的滚动轴承、键的设计计算139.1轴的设计计算139.2滚动轴承的设计计算169.3键的设计计算17十、设计小结19十一、参考文献20一、设计题目旋转型灌装机设计二、工作原理图题10.1 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，封口等工序为保证这些工位上能够准确地灌装、封口，应有定位装置。如图题10.1中，工位：输入空瓶；工位：灌装；工位：封口；工位：输出包装好的容器。三、原始数据该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见表题10.1表题
3、10.1 旋转型灌装机技术参数方案号转台直径电动机转速灌装速度AB四、执行部分机构方案设计4.1分析执行机构的方案（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（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。方案一： 用定轴轮系减速，由不完全齿轮实现转台的间歇性转
4、动。此方案的优点是，标准直齿轮与不完全齿轮均便于加工。特点：一方面，传动比过大，用定轴轮系传动时，占用的空间过大，使整个机构显得臃肿，且圆锥齿轮加工较困难；另一方面，不完全齿轮会产生较大冲击，同时只能实现间歇性转动而不能实现自我定位。方案二： 图题10.2 步进式传输机构 灌装与压盖部分采用等宽凸轮，输送部分采用如图题10.2所示的步进式传输机构。缺点：等宽凸轮处会因摩擦而磨损，从而影响精确度；步进式传输机构在输出瓶子的时候，需要一运动精度高的拨杆。 方案三： a如图题10.3所示，由电动机带动，经蜗杆涡轮减速；通过穿过机架的输送带输入输出瓶子；由槽轮机构实现间歇性转动与定位；压盖灌装机构采用
5、同步的偏置曲柄滑块机构。 图题10.3 参考方案图 图题10.4 进料口、进盖口、余料出口图 另外，在压盖灌装机构中，分别设置了进料口、进盖口以及余料的出口如图题10.4所示。 b优缺点分析。优点：蜗轮蜗杆传动平稳，传动比大，结构紧凑；传送带靠摩擦力工作，传 动平稳，能缓冲吸震，噪声小；槽轮机构能实现间歇性转动且能较好地 定位，便于灌装、压盖的进行。缺点：在平行四边形机构中会出现死点，在机构惯性不大时会影响运动的进 行；由于机构尺寸的限制，槽轮需用另外的电动机来带动。方案四：用如图题10.5所示凸轮机构作为压盖灌装机构，从而六个工位连 续工作，以提高效率。图题10.5 采用凸轮机构压盖灌装机构
6、图4.2拟定执行机构方案通过比较最终选择方案一：用定轴轮系减速，由不完全齿轮实现转台的间歇性转动。 优点：标准直齿轮与不完全齿轮均便于加工。4.3执行机构运动循环图为了使灌装机各运动构件运动协调配合，我们设计了如下直线式动循环图五、初定电机转速及传动装置方案5.1电机转速在原始数据中选择方案B：转台直径为550mm，电动机转速为1440r/min，灌装速度为12r/min。5.2传动装置方案特点寿命应用齿轮传动承载能力和速度范围大；传动比恒定，采用卫星传动可获得很大传动比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安装精度要求高，精度低时，运转有噪音；无过载保护作用取决于齿轮材料的接触和弯曲疲劳强度
7、以及抗胶合与抗磨损能力金属切削机床、汽车、起重运输机械、冶金矿山机械以及仪器等蜗杆传动结构紧凑，单级传动能得到很大的传动比；传动平稳，无噪音；可制成自锁机构；传动比大、滑动速度低时效率低；中、高速传动需用昂贵的减磨材料；制造精度要求高，刀具费用贵。制造精确，润滑良好，寿命较长；低速传动，磨损显著金属切削机床（特别是分度机构）、起重机、冶金矿山机械、焊接转胎等带传动轴间距范围大，工作平稳，噪音小，能缓和冲击，吸收振动；摩擦型带传动有过载保护作用；结构简单，成本低，安装要求不高；外廓尺寸较大；摩擦型带有滑动，不能用于分度链；由于带的摩擦起电，不宜用于易燃易爆的地方；轴和轴承上的作用力很大，带的寿命
8、较短带轮直径大，带的寿命长。普通V带 3500-5000h金属切削机床、锻压机床、输送机、通风机、农业机械和纺织机械链传动轴间距范围大；传动比恒定；链条组成件间形成油膜能吸振，对恶劣环境有一定的适应能力，工作可靠；作用在轴上的荷载小；运转的瞬时速度不均匀，高速时不如带传动平稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振，因而需增设张紧和减振装置与制造质量有关5000-15000h农业机械、石油机械、矿山机械、运输机械和起重机械等由上述几种主要的传动装置相互比较可知，由于传动效率高等原因，故选择齿轮传动，第一级传动选择带传动， 可对电动机起到过载保护的作用。六、执行机构尺寸设计及运动分析
9、6.1旋转工作台间隙运动机构的尺寸设计及运动分析 设计任务书的要求的灌装速度是12r/min。由于旋转工作台有6个凹槽，所以旋转工作台1min内要转2转，即2r/min，也即从动槽轮的转速也是2r/min，因为我们设计的槽轮有六个径向槽，并且主动拨盘只有1个圆销，所以主动拨盘的转速为12r/min。而传送轮有三个凹槽，旋转工作台转速2r/min,则传送轮转速应为4r/min。而传送皮带轮我们设定的转速是8r/min。由机构运动简图可以将III级减速轴的转速设定为24r/min。 由于要求灌装速度为12r/min，因此每个工作间隙为5s，转台每转动60用时5/6s，停留25/6s，运动规律如图下
10、图所示。 由此设计如下槽轮机构，完成间歇运用，以达到要求。槽轮机构具有以下特点：构造简单，外形尺寸小； 机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位；但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合；同时由于槽轮机构具有自行锁紧的功能，所以能用于此机构的定位作用。具体数据如下： 从动槽轮15如图所示有六个径向槽，并且从动槽轮的转速为2r/min; 主动拨盘有一个拨动圆销，并且主动拨盘的的转速为12r/min; 齿轮13的直径设计为150mm，主动拨盘14的直径为200mm。6.2传送轮的尺寸设计及运动分析传送轮是为了将传送带的连续传送转变为间隙有序地传送到旋转工作台的工位1，这样就可以利用传送轮转
11、动120的时间间隔来使空容器间隙有序的传送到位。 如图所示传送伦上设计有三个互成120的凹槽，传送轮直径为200mm。其运动规律如下图所示：由上图可知，旋转工作台转动1转，有6个容器完成灌装和封口压盖，由于传送轮上只有3个凹槽，所以传送轮转动在旋转工作台转1转的时候，它应该转动2转。6.3带轮、链轮的设计如图所示：设计数据如下：链轮8和18的齿数Z8=25，Z18=75mm，模数m=2mm, d8=50mm，d18=150mm;i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min; 链轮8和18的齿数Z8=25，Z18=75，模数m=2mm, d8=50mm，d18=
12、150mm;i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min;6.4锥齿轮的设计轴转速为24r/min, 轴转速为12r/min,故i7 9=2：1，设计锥齿轮7，9的齿数为30，60，模数为2mm，则直径为60mm,120mm。 七、传动装置总体设计7.1选择电动机由原始数据知电动机的转速为1440r/min。总效率：=1. 2. 3 n =0.960.9930.970.970.96=0.840设齿轮6的有效拉力为300N.齿轮6的转速为：V=wr=24r/min*160mm=0.1884m/s齿轮6的功率：电动机的功率：查“机械设计基础课程设计”的第十七章，选
13、择电动机为Y112M-4。额定功率/kw同步转速（r/min）满载转速（r/min）堵转转矩/额定转矩最大转矩/额定转矩4150014402.22.27.2计算总传动比，并分配传动比总传动比i=，；所以：。7.3计算各轴的运动和动力参数1） 各轴转速I轴：II轴：III轴：2） 各轴输入功率I轴：II轴：III轴：3） 各轴输入转矩I轴：II轴：III轴：八、传动件的设计计算选择齿轮传动，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、2为皮带轮：i123。3、4、5、6为齿轮： z3=20 z4=100 z5=20 z6=80 i34=z4/z3=100/20=5 i56
14、=z6/z5=80/20=4齿数模数分度圆直径d传送比i压力角带轮160mm3带轮2180mm齿轮3201.5mm30mm520齿轮41001.5mm150mm20齿轮5202mm40mm420齿轮6802mm160mm20九、轴及与其配套的滚动轴承、键的设计计算9.1轴的设计计算如图机构运动简图1.电动机同轴带轮 2.带轮 3.4.5.6.齿轮 7.9.斜齿轮 8.8.链轮10.11.12.13.齿轮 14.主动拨盘 15.从动槽轮 16.旋转工作台 17.传送轮 18.链轮 18.带轮我们设计的轴是V轴与VI轴。从齿轮6所在的轴传递到IV轴是一对锥齿轮，IV轴都V轴式经过齿轮传递和闭式滚动
15、轴承，V轴到VI轴是经过槽摩擦轮和闭式滚动轴承。查“机械设计基础课程设计（邢琳）的表8-20”知：锥齿轮传动的效率，滚动轴承的效率，闭式齿轮传动的效率，槽摩擦轮传动的效率。1） 各轴的功率P、转数n和转矩T在6.4锥齿轮的设计中知：IV轴转速设计齿轮12、13为同样的齿轮，所以：V轴转速在6.1旋转工作台间隙运动机构的尺寸设计及运动分析中知：VI轴转速所以：IV轴功率：V轴功率：VI轴功率：IV轴转矩：V轴转矩：VI轴转矩：2） 初步确定轴的最小直径先按课本式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取的材料为45钢，调质处理。根据课本表15-3，取A0=112，于是得dmin1= A0（/ ）1/
16、3=112（0.0897/12）1/3=21.90mmdmin2= A0（/ ）1/3=112（0.0774/2）1/3=37.88mm3） 确定V轴各段直径和长度从转盘开始右起第一段，由于主动拨盘与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=25，又主动拨盘的宽度定为: 50mm，采用螺栓定位，则第一段长度L1=45mm。右起第二段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力可以忽略不计，深沟球轴承6006，其尺寸dDB=30mm55mm13mm，那么该段的直径为D2=30mm，挡油环安装整体厚度定为9mm,长度为：13+9 =22mm，取L2=24mm。右起第三段，为滚动轴承的
17、定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D3=35mm，长度取L3= 10mm。右起第四段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力为零，深沟球轴承6006，其尺寸dDB=30mm55mm13mm，那么该段的直径为D4=30mm，挡油环安装整体厚度定为9mm,长度为：13+9 =22mm，取L4=24mm。右起第五段，该段为齿轮轴段，由于齿轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D5=25，齿轮轮厚度为30mm，用螺栓定位，故第五段长度定为L5=25mm4） V轴的强度校核主动拨盘14的圆周力：齿轮13的圆周力：弯矩：校核弯矩较大者，且取=0.7（单向传动，转矩按脉动变化）
18、，则有：满足要求。5） 确定VI轴的各段直径和长度VI轴装配图从转盘开始右起第一段，由于转盘与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D1=40，又转盘的宽度定为: 70mm，采用螺栓定位，则第一段长度L1=65mm。右起第二段，该段装有滚动轴承，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力可以忽略不计，深沟球轴承6009，其尺寸dDB=45mm75mm16mm，那么该段的直径为D2=45mm，挡油环安装整体厚度定为9mm,长度为：16+9=25mm，取L2=27mm。右起第三段，为滚动轴承的定位轴肩,其直径应小于滚动轴承的内圈外径，取D3=50mm，长度取L3= 10mm。右起第四段，该段装有滚动轴承
19、，选用深沟球轴承，则轴承有径向力，而轴向力可以忽略不计，深沟球轴承6009，其尺寸dDB=45mm75mm16mm，那么该段的直径为D4=45mm，挡油环安装整体厚度定为9mm,长度为：16+9=25mm，取L4=27mm。右起第五段，该段为从动槽轮轴段，由于从动槽轮与轴通过键联接，则轴应该增加5%，取D5=40，从动槽轮厚度为40mm，用定位销定位，故第五段长度定为L5=55mm6） VI轴的强度校核 转盘16的圆周力：从动槽轮15的圆周力：弯矩：校核弯矩较大者，且取=0.7（单向传动，转矩按脉动变化），则有：满足要求。9.2滚动轴承的设计计算1） V轴上轴承的选择初步选择滚动轴承。因轴承只
20、受径向力的作用，故选用深沟球轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中初步取0基本轴隙组、标准精度即得深沟球轴承6006C（V轴），其尺寸dDB=30mm55mm13mm。2） V轴上滚动轴承的选择及校核计算从网络上了解到，旋转型灌装机的寿命一般在十年左右，所以轴承预计寿命为：836510=29200小时已知：计算当量载荷P1根据机械设计课本P321表（13-6）取f P=1.5根据机械设计课本P320（13-8a）式得=fP=1.5951.87tan20=519.721N 轴承寿命计算深沟球轴承=3，6006滚动轴承的基本额定载荷29200h预期寿命足够3） VI轴上轴承的选择初步选择滚动轴承。因
21、轴承受径向力的作用，故选用角接触球轴承。参照工作要求，由轴承产品目录中初步取0基本轴隙组、标准精度即得深沟球轴承6009C（VI轴），其尺寸dDB=45mm75mm16mm。4） VI轴上滚动轴承的选择及校核计算已知：计算当量载荷P2根据机械设计课本P321表（13-6）取f P=1.5根据机械设计课本P320（13-8a）式得=fP=1.52956.72tan20=1614.37N 轴承寿命计算深沟球轴承=3，6009滚动轴承的基本额定载荷29200h预期寿命足够9.3键的设计计算1） V轴上键的选择计算齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由机械设计课本表6-1查得V轴:主动拨盘14
22、平键截面bh=8mm7mm，键槽用键槽铣刀加工，长为36mm。13齿轮平键截面bh=8mm7mm，键槽用键槽铣刀加工，长为25mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴配合为H7/n6。2） V轴上键的校核由机械设计课本式（6-1）p=2T103/（kld）确定上式中各系数k1=0.5h1=0.57mm=3.5 mml1=L1-b1=36mm-8mm=26mml=L-b=25mm-8mm=17mmd1=d2=25mmp1=2TV103/（k1l1d1）=271.39103/（3.52625）=62.76 MPa由机械设计课本表6-2 p=100-120 MPa所以p1p 满
23、足要求=2TV103/（k1l2d2）=271.39103/（3.51725）=95.99MPap 满足要求3） VI轴上键的选择计算齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由机械设计课本表6-1查得VI轴:转盘16平键截面bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为56mm。从动槽轮平键截面bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为50mm。同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮毂与轴配合为H7/n6。4） VI轴上键的校核由机械设计课本式（6-1）p=2T103/（kld）确定上式中各系数k1=0.5h1=0.58mm=4.0mml1=L1-b1=56mm-12mm=
24、44mml=L-b=50mm-12mm=38mmd1=d2=40mmp1=2TVI103/（k1l1d1）=2369.59103/（4.04440）= 105.00MPa由机械设计课本表6-2 p=100-120 MPa所以p1p 满足要求=2TVI103/（k1l2d2）=2369.59103/（43840）=118.58MPap 满足要求。十、设计小结这次的课程设计是我的大学生涯中除毕业设计的最后一次课程设计，虽然时间不长，只有两周不到，对于这样的一个课程设计来说确实时间太短了，每天都在加班加点的做，虽然很累，但是感觉很充实。记得刚从老师那儿拿到题目的时候，我的第一感觉就是好难，两周时间肯
25、定不够，做不完，但是真正的静下心来发现其实也不是那么的难，元旦过后我们的课程设计正式开始，由于没有安排固定的教室，所以我们只能在宿舍或者自己找地方去做，和老师也只能每周定一两个时间统一去老师的办公室答疑和让老师检查进度。在这次课程设计过程中我们学到了不少东西，得到很多的锻炼。这次课程设计不仅让我们学会了怎样把日常所学的理论知识运用到实际，并且实践，培养了我们运用所学的理论和方法去发现、分析和解决工程实际问题的能力，而且还加深了我们对各类机械机构的认识。同时在齿轮、轴的设计中又把机械设计中的一些已经遗忘的知识点复习巩固了一下；即学会了独立思考，也学会了协同小组成员共同完成任务的重要性，再次感受到了团结的力量；在绘制简图和零件图的时候又重新学习了autoCAD及Proe的运用。当然在收获的同时，也遇到了一些问题，主要的问题就是设计任务书中有很多参数都是没有给定的，需要自己去估算着来定，确实浪费了不少时间，因为第一次定的参数不正确，所有的计算就又得重新来过，还有就是在设计轴的过程中不知道怎样去校核轴，还好通过看书及同学间的讨论及询问老师最终解决了此问题。十一、参考文献1） 濮良贵，纪名刚主编.机械设计，第8版.北京：高等教育出版社，2005.122） 邢琳，张秀芳主编.机械设计课程设计，北京：机械工业出版社，2007.7
