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1、
機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
目錄
一、設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) . ............................................. 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
二、功能分解 . ............................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
三、機(jī)構(gòu)選型與組合 . ......................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
四、機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 . ......................................... 錯(cuò)誤！
2、未定義書(shū)簽。
五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的擬定 . ..................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
a 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) ........................................ 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
b 壓蓋機(jī)構(gòu) .............................................. 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
c 灌裝機(jī)構(gòu) .............................................. 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
六、原始數(shù)據(jù) . .................
3、.............................. 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
七、機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 . ........................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
八、各部分參數(shù)計(jì)算 . ......................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
九、整體評(píng)價(jià)與總結(jié) . ......................................... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
十、參考資料 . ............................................
4、... 錯(cuò)誤！未定義書(shū)簽。
附錄： 部分主要機(jī)構(gòu)的三維模型圖及構(gòu)件三視圖
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
一、任務(wù)設(shè)計(jì)書(shū)
1、 工作原理及工藝動(dòng)作過(guò)程
設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上對(duì)容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝流體（如飲料、酒、冷霜等），轉(zhuǎn)臺(tái)有多工位停歇，以實(shí)現(xiàn)灌裝、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準(zhǔn)確地
灌裝、
5、封口應(yīng)有定位裝置。如圖所示，工位 1：輸入空瓶；工位 2：灌裝；工位 3：封口；工位 4：輸出灌裝好的容器。
圖 1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
2、 原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求
該機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式為機(jī)械傳動(dòng)，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)下表。
旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)技術(shù)參數(shù)
3、設(shè)計(jì)方案提示
（ l）灌裝機(jī)構(gòu)：采用灌瓶來(lái)灌裝流體，泵固定在某工位的上方。
（ 2）壓蓋機(jī)構(gòu)：采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可由氣泵吸附在壓蓋機(jī)
6、構(gòu)上，由壓
蓋機(jī)構(gòu)壓入 （或通過(guò)壓蓋模將瓶蓋緊固在） 瓶口。設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓蓋機(jī)構(gòu)。壓蓋機(jī)構(gòu) l 可采用移動(dòng)導(dǎo)桿桿機(jī)構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)。
（ 3）間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)：實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)間歇傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)向定位（鎖緊）機(jī)構(gòu)。間歇機(jī)構(gòu)可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)等，定位（鎖緊）機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)等
4、設(shè)計(jì)任務(wù)
1）按工藝動(dòng)作要求擬定運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖。
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
2）進(jìn)行轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓蓋機(jī)構(gòu)、 間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和定位機(jī)構(gòu)的選型， 實(shí)現(xiàn)上述動(dòng)作要求，并將各機(jī)構(gòu)按照一定的組合方式組
7、合起來(lái)；
3）機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的評(píng)定和選擇。
4）按選定的電動(dòng)機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)擬定機(jī)械傳動(dòng)方案。
5）畫(huà)出機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖。
6）對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)尺寸計(jì)算。
7）編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)（課程設(shè)計(jì)專用稿紙） 。
8）在三號(hào)圖紙上完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。
9）準(zhǔn)備答辯。
二、功能分解
若要完成任務(wù)設(shè)計(jì)書(shū)所要求的功能， 需要先完成電動(dòng)機(jī)、 減速機(jī)構(gòu)之后分別完成傳送帶送入、杯子的定位與固定、灌裝飲料、利用凸輪或連桿機(jī)構(gòu)加蓋、傳送帶送出這五個(gè)部分。
分解功能如下圖所示：
螺
旋
形
8、
灌
裝
機(jī)
三、機(jī)構(gòu)選型與組合
傳送帶機(jī)構(gòu)
杯子的定位與固定
灌裝飲料
加蓋機(jī)構(gòu)
圖 2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的功能分解
機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是把原動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)并實(shí)現(xiàn)能量的分配、 轉(zhuǎn)
速的改變及運(yùn)動(dòng)形式的改變的中間裝置。 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)最常見(jiàn)的有齒輪傳動(dòng)、 帶傳動(dòng)、 蝸桿傳動(dòng)
等。在設(shè)計(jì)中，按照功能選擇機(jī)構(gòu)的類型。
電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng) 采用方案 B，其轉(zhuǎn)速為 1440r/min ，灌裝速度較快，效率比較高
9、。
減速機(jī)構(gòu) 采用齒輪減速與渦輪蝸桿搭配減速。 承載能力和速度范圍大； 傳動(dòng)比恒定， 采
用衛(wèi)星傳動(dòng)可獲得很大傳動(dòng)比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，
精度低時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)有噪音；蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)緊湊，單級(jí)傳動(dòng)能得到很大的傳動(dòng)比；傳動(dòng)平穩(wěn)，無(wú)
噪音；可制成自鎖機(jī)構(gòu)；傳動(dòng)比大。
傳送帶 采用皮帶輪機(jī)構(gòu)， 講杯子按照指定方向傳送到需要定位與固定的位置、 軸間距范
圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動(dòng)；摩擦型帶傳動(dòng)有過(guò)載保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
單，成本低，安裝要求不高；
10、外廓尺寸較大；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短。
灌裝機(jī)構(gòu) 采用灌瓶來(lái)灌裝流體，泵固定在某工位的上方。
工位的間歇運(yùn)動(dòng) 采用槽輪機(jī)構(gòu)，四個(gè)工位采用槽數(shù)為 4的槽輪機(jī)構(gòu)。
加蓋 的方法采用凸輪機(jī)構(gòu)， 使得壓蓋桿做豎直方向的周期來(lái)回運(yùn)動(dòng)。 凸輪機(jī)構(gòu)可以產(chǎn)生
復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡，可以自行控制壓蓋機(jī)構(gòu)的軌跡。
將上述選擇好的機(jī)構(gòu)組合起來(lái)， 便可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求中給定的功能。 簡(jiǎn)要分析如下： 電
動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶將杯子傳送到杯子的定位裝置中， 并固定好。 灌裝機(jī)構(gòu)和壓蓋機(jī)構(gòu)固定
在工作臺(tái)第 2和第 3工位的上方。第 4工位連接灌裝完畢的杯子，將完成設(shè)計(jì)要求的杯
11、子傳送
出去。
四、機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
傳送帶工作
工作臺(tái)靜止 轉(zhuǎn)動(dòng) 工作臺(tái)靜止 轉(zhuǎn)動(dòng)
灌裝開(kāi)啟 灌裝開(kāi)啟
壓蓋進(jìn) 壓蓋回 壓蓋進(jìn) 壓蓋回
0.15s 3.15s 3.33s 5s
注：空白即為靜止?fàn)顟B(tài)
本方案以 5秒為一個(gè)工作周期。
在五秒之內(nèi)要完成工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)、 灌裝裝置的開(kāi)啟與關(guān)閉、 壓蓋機(jī)構(gòu)的來(lái)與回。 在本次
設(shè)計(jì)中，最重要的部分就是要控制好整個(gè)機(jī)構(gòu)的節(jié)奏（具體會(huì)在按部分設(shè)計(jì)中詳細(xì)介紹） 。
考慮到灌裝的水有一定的流量， 所以不能完全 100%將灌裝與壓蓋工作周期填滿工作臺(tái)靜止的
12、
時(shí)候。所以工作臺(tái)靜止與工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間比為 2:1 ，灌裝臺(tái)開(kāi)啟與灌裝臺(tái)關(guān)閉的時(shí)間比為 3：
2，這樣可以較好的控制住整個(gè)機(jī)械的工作效率，使得機(jī)構(gòu)能高效正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。
下表為時(shí)間參考表。
時(shí)間 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
0-0.15s 工作臺(tái)靜止、灌裝機(jī)構(gòu)靜止、壓蓋機(jī)構(gòu)靜止
0.15s-1.65s 工作臺(tái)靜止、灌裝機(jī)構(gòu)開(kāi)啟、壓蓋機(jī)構(gòu)進(jìn)程
1.65s-3.15s 工作臺(tái)靜止、灌裝機(jī)構(gòu)開(kāi)啟、壓蓋機(jī)構(gòu)回程
3.15s-3.33s 工作臺(tái)靜止、灌裝機(jī)構(gòu)靜止、壓蓋機(jī)構(gòu)靜止
3.33s-5s 工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)、灌裝機(jī)構(gòu)靜止、壓蓋機(jī)構(gòu)靜止
在這一個(gè)運(yùn)動(dòng)周
13、期內(nèi)， 前 0-0.15 秒是為了緩沖工作臺(tái)剛剛旋轉(zhuǎn)完所產(chǎn)生的慣性， 防止灌
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
裝機(jī)構(gòu)倒下的水沒(méi)有能夠進(jìn)入到杯子內(nèi)。 并且，配合傳送帶的速度， 不需要多余的機(jī)構(gòu)就可
以做到定位的功能。
0.15s-1.65s 中控制灌裝機(jī)構(gòu)的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，葉片不能堵塞管道。灌裝開(kāi)始，同時(shí)凸輪機(jī)
構(gòu)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)。各個(gè)部分的詳細(xì)運(yùn)動(dòng)在機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的和各部分的參數(shù)設(shè)計(jì)中會(huì)詳細(xì)講到。
1.65s-3.15 與上一個(gè)部分大致相似，但是是回程。
3.15s-3.33s 與最開(kāi)始功能相似，不多贅述。
五、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的
14、擬定
機(jī)構(gòu)
實(shí)現(xiàn)方案
轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)
不完全機(jī)構(gòu)
棘輪機(jī)構(gòu)
壓蓋機(jī)構(gòu)
連桿機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)
灌裝機(jī)構(gòu)管道的開(kāi)關(guān)
連桿機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)
齒輪
為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，比較槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪和棘輪之間的優(yōu)缺點(diǎn)。
a.槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)
槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 易加工， 工作可靠， 轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確， 機(jī)械效率高。 但是其動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，
轉(zhuǎn)角不能太小， 槽輪在起、停時(shí)的加速度大， 有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少
而加劇，故不宜用于高速，多用來(lái)實(shí)現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)。
b.不完全齒輪的特點(diǎn)
不
15、完全齒輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 制造容易、 工作可靠， 從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)時(shí)間和靜止時(shí)間可在較大
范圍內(nèi)變化。 但是從動(dòng)輪在開(kāi)始進(jìn)入嚙合與脫離嚙合時(shí)有較大沖擊， 故一般只用于低速， 輕
載場(chǎng)合。
c.棘輪的特點(diǎn)
輪齒式棘輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 易于制造，運(yùn)動(dòng)可靠，從動(dòng)棘輪轉(zhuǎn)角容易實(shí)現(xiàn)有級(jí)調(diào)整，但
棘爪在齒面滑過(guò)引起噪聲與沖擊，在高速時(shí)尤為嚴(yán)重。故常用于低速、 輕載的場(chǎng)合，或用于
間歇運(yùn)動(dòng)控制。
摩擦式棘輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)， 無(wú)噪音， 從動(dòng)件的轉(zhuǎn)角可作無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。 但難以避免打滑現(xiàn)
象，因而運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性較差，不適合用于精確傳遞運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合。
因?yàn)樵诒痉桨钢校?控制間歇
16、運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速十分低， 需要較大的范圍內(nèi)的從動(dòng)輪運(yùn)動(dòng)
時(shí)間和靜止時(shí)間。所以在這里我們選擇 不完全齒輪 來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)。
下左圖為不完全齒輪的嚙合示意圖。 （下頁(yè)）
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
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17、___________
a.連桿機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)
連桿機(jī)構(gòu)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)形式多樣，如可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)、 擺動(dòng)、 移動(dòng)和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，從而
可用于實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動(dòng)規(guī)律和已知軌跡。 此外，低副面接觸的結(jié)構(gòu)使連桿機(jī)構(gòu)具有以下一些優(yōu)
點(diǎn)：運(yùn)動(dòng)副單位面積所受壓力較小，且面接觸便于潤(rùn)滑，故磨損減?。恢圃旆奖?，易獲得較
高的精度； 兩構(gòu)件之間的接觸是靠本身的幾何封閉來(lái)維系的， 它不象凸輪機(jī)構(gòu)有時(shí)需利用彈
簧等力封閉來(lái)保持接觸。 因此， 平面連桿機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械、儀表和機(jī)電產(chǎn)品中。平
面連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是： 一般情況下， 只能近似實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律或運(yùn)動(dòng)軌跡， 且設(shè)計(jì)較為
18、復(fù)雜； 當(dāng)給定的運(yùn)動(dòng)要求較多或較復(fù)雜時(shí)， 需要的構(gòu)件數(shù)和運(yùn)動(dòng)副數(shù)往往較多， 這樣就使機(jī)
構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作效率降低，不僅發(fā)生自鎖的可能性增加，而且機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律對(duì)制造、 安裝
誤差的敏感性增加； 機(jī)構(gòu)中作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)和作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的構(gòu)件所產(chǎn)生的慣性力難以平衡， 在高
速時(shí)將引起較大的振動(dòng)和動(dòng)載荷，故連桿機(jī)構(gòu)常用于速度較低的場(chǎng)合。
b.凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、設(shè)計(jì)方便，可實(shí)現(xiàn)從動(dòng)件任意預(yù)期運(yùn)動(dòng)，因此在機(jī)床、紡織機(jī)
械、輕工機(jī)械、印刷機(jī)械、機(jī)電一體化裝配中大量應(yīng)用。
缺點(diǎn) 1）點(diǎn)、線接觸易磨損；
2）凸輪輪廓加工困難；
3）
19、行程不大
由于在本方案中行程較小、需要緊湊的空間。所以在這里 凸輪機(jī)構(gòu) 更適用。
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
灌裝機(jī)構(gòu)管道的開(kāi)關(guān)， 利用右圖所示的機(jī)構(gòu)。 將齒輪與管道中的葉片連接， 利用葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)管道的開(kāi)與閉。
由于在本方案中， 需要把握節(jié)奏的控制。 利用不完全
齒輪與普通標(biāo)準(zhǔn)漸開(kāi)線直齒輪的嚙合， 可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)
書(shū)中給定的要求，可以實(shí)現(xiàn)管道中開(kāi)與閉的間歇性運(yùn)動(dòng)。
整體而言，電動(dòng)機(jī)連接一個(gè)減速器，將減速后的鼓
輪與傳送帶連接， 傳送帶不僅起到傳送杯子的作用， 還起到了
20、傳遞其他機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)力的作用。 傳送帶起著連接著工作
臺(tái)的底座和控制管道開(kāi)閉和不完全齒輪的作用。 利用斜齒輪和齒輪系將傳送帶上傳遞的驅(qū)動(dòng)力，使得工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)、壓蓋機(jī)構(gòu)的凸輪運(yùn)動(dòng)。
六、原始數(shù)據(jù)
項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
齒輪的模數(shù)（ m）
1.5
電動(dòng)機(jī)速度
1440r/min
灌裝速度
12r/min(5s/r)
斜齒輪的角度
45
每個(gè)杯子的容量
350ml
鼓輪的內(nèi)外徑比
1:2
項(xiàng)目
個(gè)數(shù)
鼓輪（兩段傳送帶）
5
漸開(kāi)線直齒輪
6
凸輪
1
標(biāo)準(zhǔn)圓錐齒輪
4
連桿
若干
工作臺(tái)
1
皮帶
4
21、
減速器
1
電動(dòng)機(jī)
1
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
裝料管道
1
不完全齒輪
2
右圖為部分特殊構(gòu)件的設(shè)計(jì)。兩個(gè)分別為
1/3 和 3/5 的不完全齒輪。 以完成機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)
圖所要求的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)。
為了能充分利用一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期來(lái)進(jìn)行灌裝
和壓蓋，所以不能使用同一個(gè)不完全齒輪進(jìn)行灌
裝和壓蓋。因?yàn)槟芡瑫r(shí)進(jìn)行灌裝和停止的旋轉(zhuǎn)的
不完全齒輪最大的要求為 1/4 ，否則則會(huì)出現(xiàn)在
灌裝的同時(shí)又旋轉(zhuǎn)的情況。
七、機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
22、
八、各部分參數(shù)計(jì)算
（1）傳送帶計(jì)算
已知每分鐘灌裝 12只即 5秒灌裝一只。送料速度要等于灌裝速度即 5秒傳送帶需要經(jīng)過(guò)
一個(gè)杯子的距離一只一個(gè)杯子。
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
市面上右圖所示的杯子的最大直徑大約為 100mm，
則 v 傳 =100 =20 mm/s。所以鼓輪外側(cè)為 20mm/s 半徑 r
5
23、
外 =20mm內(nèi)徑 r 內(nèi) =10mm，則 v 內(nèi) =10mm/s 鼓輪的角速度 ω
=1rad/s
（ 2）圓錐齒輪計(jì)算
在本設(shè)計(jì)中有兩處運(yùn)用到了斜齒輪。但為了設(shè)計(jì)方便和機(jī)構(gòu)的運(yùn)行方便，在本設(shè)計(jì)中
將采用相同的標(biāo)準(zhǔn)斜齒輪。 由于圓錐齒輪的計(jì)算較為復(fù)雜， 本設(shè)計(jì)中圓錐齒輪的主要作用是
改變運(yùn)動(dòng)的方向，以及改變運(yùn)動(dòng)的平面。
由于直齒錐齒輪大端的尺寸最大， 測(cè)量方便。 因此， 規(guī)定錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均
以大端為準(zhǔn)。大端的模數(shù) m 的值為標(biāo)準(zhǔn)值，按下表選取。在 GB12369-90 中規(guī)定了大端的
壓力角 α =20，齒頂
24、高系數(shù) ha*=1 ，頂隙系數(shù) c*=0.2 。
錐齒輪的各個(gè)幾何參數(shù)如圖中所標(biāo)示，具體數(shù)值見(jiàn)下表。
參數(shù)名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及數(shù)值
齒數(shù)
Z
20 （已知）
齒數(shù)比
u
U=Z2/Z1=1
節(jié)錐角
δ 1
45
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
分度圓直徑
d
d=mz=110mm
錐距
25、
R
R d1 /(2 sin 1)
=64.818
齒寬
b
25.927
齒頂高
Ha
5.5
齒根高
Hf
6.6
齒全高
H1
12.1
齒頂圓直徑
da
117.778
齒根角
θ f
4.850
齒頂角
θa
4.850
（3）齒輪系計(jì)算
在本設(shè)計(jì)中為了方便設(shè)計(jì)及成本的節(jié)約，齒輪統(tǒng)一選用模數(shù)
m=1.5 ha*=1 c*=0.2
的
齒輪。在本設(shè)計(jì)中采用的齒輪（完全）齒數(shù)為
75，不完全為 25和 36?？梢?jiàn)齒數(shù)為 25的齒輪控
制著工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)
26、機(jī)構(gòu)，可見(jiàn)齒輪數(shù)為
36的控制著灌裝機(jī)構(gòu)和壓蓋機(jī)構(gòu)。
參數(shù)名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及數(shù)值
齒數(shù)
Z
25
分度圓直徑
d
d=mz=37.50
齒頂高
Ha
1.50
齒根高
Hf
1.88
齒全高
H1
3.38
齒頂圓直徑
da
40.50
齒根圓直徑
df
33.75
參數(shù)名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及數(shù)值
齒數(shù)
Z
75
分度圓直徑
d
d=mz=112.5
齒頂高
Ha
1.50
齒根高
Hf
1.
27、88
齒全高
H1
3.38
齒頂圓直徑
da
115.50
齒根圓直徑
df
108.75
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
參數(shù)名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及數(shù)值
齒數(shù)
Z
36
分度圓直徑
d
d=mz=54.00
齒頂高
Ha
1.50
齒根高
Hf
1.88
齒全高
H1
3.38
齒頂圓直徑
da
57.00
齒根圓直徑
df
50.25
28、
在本設(shè)計(jì)方案中采用了輪系機(jī)構(gòu)， 輸入端為
不完全齒輪 A。不完全齒輪 A 與不完全齒輪 B
同一個(gè)軸線共用一個(gè)角速度 0.4 π /s ，不完全齒輪 A 與上面的完全齒輪相連，構(gòu)成一個(gè)控制灌裝機(jī)灌裝機(jī)構(gòu)開(kāi)關(guān)的構(gòu)件。
不完全齒輪 A 的理論完全齒數(shù)為 75，但可見(jiàn)實(shí)際齒數(shù)為 36，則不完全齒輪 A 上方的齒輪
是 36個(gè)齒。
由于該齒輪系為定軸輪系。
則 ω A=ω B=0.4 π /s
兩圓錐齒輪傳動(dòng)比為 1
功能作用僅為改變方向
（4）凸輪的設(shè)計(jì)
在本方案中采用的凸輪的設(shè)計(jì)來(lái)
29、使得壓蓋機(jī)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 比較凸輪運(yùn)動(dòng)的各種軌跡
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
曲線及優(yōu)劣特點(diǎn) :
1.等速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：速度有突變，加速度理論上由零至無(wú)窮大，從而使從動(dòng)件產(chǎn)生巨大的慣性
力，機(jī)構(gòu)受到強(qiáng)烈沖擊 —— 剛性沖擊 .適應(yīng)場(chǎng)合：低速輕載 .
2.等加速等減速運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)： 加速度曲線有突變， 加速度的變化率 (即躍度 j) 在這些位置為無(wú)窮大—— 柔性沖擊 .適應(yīng)場(chǎng)合：中速輕載 .
3.簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：有柔性沖擊 .適用場(chǎng)合：中速輕載 (當(dāng)從動(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可用于高速 ).
4.擺線運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：無(wú)剛性、柔性沖
30、擊 .適用場(chǎng)合：適于高速 .
5. 五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)： 無(wú)剛性沖擊、柔性沖擊 .適用場(chǎng)合：高速、中載 . 所以在本方案中設(shè)計(jì)采用五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)。
在這里利用計(jì)算機(jī)凸輪生成程序設(shè)計(jì)凸輪，本方案所需要的凸
輪基本參數(shù)與圖形如上圖所示，偏距 =0 ，基圓 =45 ，推程角和
回程角各為 180
但由于在本方案中凸輪處于一個(gè)空間放置的情況，所以在運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖上表現(xiàn)為一個(gè)簡(jiǎn)單的情況。左圖所表現(xiàn)的的是凸輪機(jī)構(gòu)的側(cè)
31、視圖，而上圖則是主視圖。
凸輪的驅(qū)動(dòng)利用一個(gè)固結(jié)在控制灌裝開(kāi)關(guān)的齒輪的上的連
桿來(lái)驅(qū)動(dòng)凸輪的運(yùn)動(dòng)，從而使得灌裝與壓蓋機(jī)構(gòu)同步運(yùn)動(dòng)把握
好節(jié)拍。
在本次設(shè)計(jì)中最關(guān)鍵的部分是把握好整個(gè)機(jī)構(gòu)的節(jié)拍，在
最后一部分會(huì)有詳細(xì)的介紹。在這里的凸輪 沒(méi)有遠(yuǎn)休止角和近休止角 ，因?yàn)橥馆喌男葜菇潜徽麄€(gè)凸輪的靜止的所代替。也就
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
是說(shuō)凸輪的運(yùn)動(dòng)也是 間歇性 的，并不需要通過(guò)遠(yuǎn)休止角和近休止角來(lái)表現(xiàn)出壓蓋機(jī)構(gòu)的間歇性，也不需要應(yīng)用凸輪來(lái)讓壓蓋機(jī)構(gòu)保持靜止。這些都已經(jīng)通過(guò)不完全齒輪進(jìn)行操作了。
32、
用 MA TLAB 繪制五次多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)曲線
（１）升回程運(yùn)動(dòng)函數(shù)的子程序
function y = s(x) %申明從動(dòng)件運(yùn)行規(guī)律函數(shù)
deg=pi/180; %轉(zhuǎn)化為弧度制的參數(shù)
h=30; % 從動(dòng)件行程
if (x<0)|(x>2*pi)
error(Input Range error(0~2*pi));
else if x<(1800*deg)&(x>=0)
y=h*(10
33、*(x/(180*deg))^3-15*(x/(180*deg))^4+6*(x/(180*deg))^5); ％升程運(yùn)動(dòng)規(guī)律
else if(x>=180*deg)
y=h-h*(10*((x-180*deg)/(180*deg))^3-15*((x-180*deg)/(180*deg))^4+6*((x-180*deg)
/(180*deg))^5); ％回程運(yùn)動(dòng)規(guī)律 end
end
（２）繪制 ds/d δ 運(yùn)動(dòng)函數(shù)的子程序
function d=ds(x) %申明 ds/d δ 運(yùn)行規(guī)律函數(shù)
h=30; %凸輪行程
34、
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
deg=pi/180;
if (x<0)|(x>2*pi)
error(Input Range error(0~2*pi));
else if x<(1800*deg)&(x>=0)
d=h/(180*deg)*((30*(x/(180*deg))^2-60*(x/(180*deg))^3+30*(x/(180*deg))^4)
; ％對(duì) S 求導(dǎo)
else if(x>=180*deg)
d=-h/(180*deg)*((30*((x-180*deg)/(180*deg))^2
35、-60*((x-180*deg)/(180*deg))^3+30
*((x-180*deg)/(180*deg))^4));
％對(duì) S 求導(dǎo)
end
end
（3）繪制凸輪輪廓的主程序clear;
i=1;
r0=60;%基圓半徑
rr=4;
%滾子圓半徑 e=0;
%偏距
eta=1;
%凸輪順時(shí)釘轉(zhuǎn)向
s0=(r0^2-e^2)^0.5;
deg=pi/180;
st=0.05*deg;
%步長(zhǎng)
a=0;
if
a<2*pi
x(i)=(s(a)+s0)*sin(e
36、ta*a)-e*cos(eta*a) ％定義理論輪廓線的 X 座標(biāo)
y(i)=(s(a)+s0)*cos(eta*a)+e*sin(eta*a); ％定義理論輪廓線的 Y 座標(biāo)
dx=ds(a)*sin(eta*a)-eta*(s(a)+s0)*cos(eta*a)-e*eta*sin(eta*a);
dy=ds(a)*cos(eta*a)+eta*(s(a)+s0)*sin(eta*a)-e*eta*cos(eta*a);
sino=dx/(dx^2+dy^2)^0.5;
coso=dy/(dx^2+dy^2)^0.5;
X(i)=x(i)-rr*coso
37、; ％定義實(shí)際輪廓線的 X 座標(biāo)
Y(i)=y(i)+rr*sino; ％定義實(shí)際輪廓線的 Y 座標(biāo)
i=i+1;
a=a+st;
end
plot(x,y,X,Y); ％繪制理論和實(shí)際輪廓線 axis(square,equal);
grid on
%主程序運(yùn)行的結(jié)果為凸輪輪廓曲線
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
九、方案整體評(píng)價(jià)和總結(jié)
（ 1）方案的整體評(píng)價(jià)
在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用到了輪系機(jī)構(gòu)、 連桿機(jī)構(gòu)、皮帶輪機(jī)構(gòu)、 不完全齒輪機(jī)構(gòu)、 凸輪機(jī)構(gòu)等
常用機(jī)構(gòu)。完成了從瓶
38、子的傳輸?shù)焦嘌b，壓蓋，最后輸出的機(jī)器。
旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)，是同時(shí)要求有圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)和傳送帶的傳送的機(jī)構(gòu)，而且這兩部分要相
互協(xié)調(diào)，相互配合工作的過(guò)程。
圓盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)部分：因?yàn)樵谙到y(tǒng)的原始要求中需要有間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的特性，而工位為 4 個(gè)，
所以在其中首先引入了可以實(shí)現(xiàn)間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的典型機(jī)構(gòu)——不完全齒輪機(jī)構(gòu)。 且不完全齒輪的
轉(zhuǎn)動(dòng)速度與與之嚙合的漸開(kāi)線直齒輪的轉(zhuǎn)速相同，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)分別在 4 個(gè)工位進(jìn)行停歇。
此外，采用了凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)完成壓蓋過(guò)程。
（ 2）方案的設(shè)計(jì)流程
分析設(shè)計(jì)任務(wù)要求書(shū)
將任務(wù)要求的功能拆分
39、
按照功能選取對(duì)應(yīng)的機(jī)構(gòu)
修改
用草圖將機(jī)構(gòu)連接起來(lái)
設(shè)計(jì)其各個(gè)參數(shù)、組合參數(shù)
畫(huà) CAD 圖運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
十、參考文獻(xiàn)
《機(jī)械原理》（高等教育出版社） 鄭文緯、吳克堅(jiān)主編
《 MATLAB R2012a 完全自學(xué)一本通》 （電子工業(yè)出版社） 劉浩、譚晶扁
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》 （西北工業(yè)大學(xué)出版社）
附錄：部分主要機(jī)構(gòu)的三維模型圖
40、及構(gòu)件三視圖
鼓輪
鼓輪的 inventor 三維模型
三條直徑分別為 20mm,10mm,12mm
鼓輪加上皮帶的 inventor 三維模型
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機(jī)
41、械原理課程設(shè)計(jì)
錐齒輪
錐齒輪的
inventor 模型圖
帶軸的錐齒輪的 inventor 三維模型及平面視圖
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機(jī)
42、械原理課程設(shè)計(jì)
工作臺(tái)
工作臺(tái) inventor 三維圖
↓工作臺(tái)機(jī)構(gòu)的平面圖
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
控制灌裝機(jī)構(gòu)的齒輪裝置
2014. 7
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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)——旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)DOC
