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1、 机械原理课程设计 设计计算说明书设计题目：旋转型灌装机 学 院 ： 专 业 ：班 级 ：学 号： 设 计 者： 指导教师： XX年XX月XX日xxxxx学院目 录一 设计任务书及工作要求3二 机械运动方案的比较与选择4三 功能分解图、执行机构动作分解图5四 机构运动总体方案图7五 工作循环图8六 各主要机构的工作原理及设计8七 执行机构的设计过程11八 设计结果27 九 设计小结29十 参考资料30第一部分 设计任务书及工作要求图1 旋转型灌装机一、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
2、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：方案号转台直径 mm电动机转速r/min灌装速度r/minA600144010二、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。3.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
3、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。三、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.电算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.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
4、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；第二部分 机械运动方案的比较与选择一、减速器选用定轴轮系减速，减速器分为三级减速，第一级为皮带传动（可对电动机起到过载保护作用），后两级为齿轮传动。设计示意图如下：二、灌装功能选用凸轮机构，因为凸轮机构能实现长时间定位且定位效果好，精度高，与该工位要求相符，而连杆机构只能瞬时定位三、压盖功能选用曲柄滑块机构，比凸轮机构更适用，因为该工位不需要长时间定位,而且曲柄滑块机构结构相对简单，更容易设计制造（另外到灌装和压盖工位的传动上采用链条传动,这样能保证较精确的传动比，使得灌装和压盖能较精确地完成）四、间歇运动机构方案一：由不完全齿轮实
5、现转台的间歇转动优点：标准直齿轮与不完全齿轮结构简单，设计灵活，容易制造,另外与其他间歇机构相比，其运动系数可在较大的范围内调节缺点：从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大且只能实现间歇转动而不能实现自我定位方案二：由间歇式凸轮实现转台的间歇转动优点：结构紧凑，定位精确，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，传动平稳可靠，承载能力高，适用于高速高精度要求缺点：凸轮工作曲面复杂，精度要求高，设计加工困难，而且安装调整要求高,因而经济成本高方案三：由槽轮机构实现转台的间歇转动优点：结构简单容易制造,槽轮机构能实现间歇转动且能较好地定位，运动较为平稳工作可靠
6、，转位迅速、机械效率高便于灌装和压盖的进行缺点：运动中有较大的动载荷，在销轮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场合 由于灌装机的工作速度及精度要求都不太高，综合考虑，选用方案三五、总运动方案由以上比较分析，最终选定总运动方案如下：选用定轴轮系减速，灌装工位选用凸轮机构，压盖工位选用曲柄滑块机构，间歇运动机构选用槽轮机构第三部分 功能分解图、执行机构动作分解图功能分解图如下图：工位1：输入空瓶工位2：灌装工位3：封口工位4：输出包装好的容器第四部分 机构运动总体方案图旋转型灌装机的运动方案简图:电动机1通过皮带轮传到2，2通过轴传到3，3又传到齿轮4，齿轮4通过轴传到轮5
7、，齿轮5又带动齿轮6，从而形成三级减速。锥齿轮7传给锥齿轮8 ，与锥齿轮8同轴的销轮9带动槽轮10，槽轮10又通过轴传给转台使其间歇转动，完成瓶子间歇传递，以保证工作时间。 与锥齿轮7同轴的带轮11以相同角速度转动通过皮带传给轮毂12用来运输瓶子。与齿轮6同轴的链轮13通过链条与链轮14连接，链轮14通过轴传给齿轮15和凸轮16，凸轮通过导杆17进而完成灌装过程。齿轮15传递给齿轮18，齿轮18又传给齿轮19 ，曲柄20和齿轮19是一体的，曲柄与连杆21相连，连杆21与滑块22连接，滑块进行竖直往复运动，推动软木塞，完成压盖过程。第五部分 工作循环图第六部分 各主要机构的工作原理及设计1、送料
8、/出料功能固定工作台下面的输送带传输瓶子固定工作台加上两块挡板,便于瓶子进出工位多工位转台2、灌装功能采用凸轮机构实现液体的灌装开始时滚子处在远休止角位置，活塞堵住管口；回程时活塞向上运动，管口打开，液体开始流入瓶中；到达近休止角位置时，活塞停止；推程时活塞向下运动，回到远休止角位置堵住管口，完成一个循环。3、压盖功能采用曲柄滑块机构实现瓶子的封口压盖齿轮（齿轮与曲柄为一体）带动连杆运动，使得滑块直线往复运动，当瓶子进入压盖这个工位时，滑块从最高位置到达最低位置，将木塞压入瓶口完成压盖。第七部分 执行机构的设计过程1、凸轮机构的设计分析此凸轮用于灌装工位，利用远近休止来实现活塞开关的关闭，从而
9、控制流体的灌装，将其选定为对心直动滚子从动件盘形凸轮，行程为40mm,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06060180180240240360位移（mm）404000040根据上表利用软件可以将凸轮的三维模型设计出来，具体过程：1、设置凸轮参数：2、设置凸轮分段参数 凸轮转速较低，推程回程可以采用等加速等减速运动规律。参数分别设置为：060为远休止阶段；60180为回程阶段，等加速规律；180240为近休止阶段；240360为推程阶段，等加速规律。如下图：3、生成三维模型理论轮廓线草图 三维模型4、导出凸轮的参数表：阶段位移行
10、程备注第1阶段:停止（远休止）0604040运动规律：停止待添加的隐藏文字内容2第2阶段:回程60180400运动规律：等加速（抛物线）604063.539.93196739.727870.539.38757438.911177.538.29868137.5584.536.66538835.644491.534.48759533.194498.531.765310230.2105.528.498610926.6611112.524.687511622.5778120.519.668112417.4222127.515.312513113.3389134.511.50141389.8141.58
11、.23471456.8056148.55.51251524.3556155.53.33471592.45162.51.70141661.0889169.50.61251730.2722176.50.06811800第3阶段:停止(近休止)18024000运动规律：停止第4阶段:推程240360040运动规律：等加速（抛物线）2400243.50.06812470.2722250.50.61252541.0889257.51.70142612.45264.53.33472684.3556271.55.51252756.8056278.58.23472829.8285.511.501428913.
12、3389292.515.312529617.4222300.520.331930422.5778307.524.687531126.6611314.528.498631830.2321.531.765332533.1944328.534.487533235.6444335.536.665333937.55342.538.298634638.9111349.539.387535339.7278356.539.9319360405.最大压力角与最小曲率半径曲率半径公式 曲线方程 等加速等减速规律从动件位移其中，=60mm h=40mm =10r/min ，代入以上公式，由Matlab解得： =22
13、mm 由 ，可选择=10mm6、滚轮、活塞推杆、弹簧、漏斗的设计 先设定基本尺寸如下：活塞推杆总长度l=156mm活塞长度 漏斗内腔高度滚轮半径=10mm 宽度为18mm （其他尺寸根据5的计算结果，结合以上基本尺寸设定） 各零件的三维模型及装配如下图： 2、曲柄滑块机构的设计分析1、曲柄滑块机构的尺寸参数设计该机构用于封装压盖工位，设定为对心曲柄滑块机构，参数设定为：滑块长度 =70mm封口软木塞的长度 =35mm软木塞压入瓶口的距离为 h=20mm滑块工作距离为：l=20mm 曲柄长度a=50 连杆长度b=200根据运动循环图画出滑块的运动规律，如下：当S=20mm时，=137.932、最
14、小传动角建立如下图所示坐标系：其中压力角为,a=5cm,b=20cm由|AB|=，当y=-23时，得137.93在OAB中，由余弦定理，得= =2=则14.4775，即故=9014.4775=75.52253、曲柄滑块机构的三维模型4、连杆机构速度、加速度分析曲线图3、间歇机构的设计分析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，由此可知：=6s =1s= rad/s =（为槽轮的运动时间，为主动件回转一周的时间,为运动系数） 设定槽数和圆销数：槽数z=6圆销数k=11、 槽轮机构的尺寸参数设计：其他相关数据：销轮、槽轮轴心之间的距离为d=240
15、，槽轮的基圆直径d0=3002、 间歇机构的三维模型如下图：4、原动机的选择及减速设计1、原动机采用Y系列三相异步电动机,型号Y132M-4，其转速为1440r/min,2、减速机构设计 减速机构定为三级减速，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、2为皮带轮：i122.53、4、5、6为齿轮：z3=28 z4=134z5=29 z6=116i34=z4/z3=134/28=4.8i56=z6/z5=116/29=4n1=n/(i12*i34*i56)=1440/(2.54.84)=30r/min第八部分 设计结果运用solidworks2008先绘出各部分的三维模型，然后进行模拟装配，得到装配简图，如下：第九部分 设计小结第十部分 参考资料【1】机械原理 高等教育出版社 邹慧君等 主编 （第二版） 2006 【2】机械原理课程设计 科学出版社 王淑仁主编 2006 【3】机械创新设计 机械工业出版社 张春林主编（第2版）2007 【4】机械原理课程设计手册 高等教育出版社，邹慧君主编 2007【5】其它各种机械原理课程设计书籍和机械设计手册
