旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)

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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)目 錄一. 題目二. 設(shè)計(jì)題目及任務(wù) …………………………………………………………………………12.1 設(shè)計(jì)題目 …………………………………………………………………………12.2 設(shè)計(jì)任務(wù) …………………………………………………………………………1三．運(yùn)動(dòng)方案 …………………………………………………………………………23.1 方案一 …………………………………………………………………………23.1 方案二 …………………………………………………………………………23.3 方案三 …………………………………………………………………………23.4 凸輪式灌裝機(jī) …………………………………………………………………………4四. 運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 …………………………………………………………………………4五. 尺寸設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………45.1 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………55.2 齒輪設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………55.3 傳送帶設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………55.4 曲柄滑塊設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………55.5 平行四邊形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………55.6 槽輪的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5六. 電算法與運(yùn)動(dòng)曲線圖 ………………………………………………………………………66.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線圖…………………………………………………………………662 平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線圖 …………………………………………………………6七. 小結(jié) ……………………………………………………………………………87.1 方案簡(jiǎn)介 ……………………………………………………………………………87.2 設(shè)計(jì)小結(jié) ……………………………………………………………………………8八. 參考數(shù)目 ……………………………………………………………………………8一、題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)題目及任務(wù)2.1 設(shè)計(jì)題目設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。在轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)上對(duì)包裝容器（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?yàn)楸ＷC這些工位上能夠準(zhǔn)確地灌裝、封口，應(yīng)有定位裝置。如圖 1 中，工位 1：輸入空瓶；工位 2：灌裝；工位 3：封口；工位 4：輸出包裝好的容器。圖 1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)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)表 1表 1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)技術(shù)參數(shù)方案號(hào) 轉(zhuǎn)臺(tái)直徑mm電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速r/min灌裝速度r/minA 600 1440 10B 550 1440 122.2 設(shè)計(jì)任務(wù)1．旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)應(yīng)包括連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等三種常用機(jī)構(gòu)。2．設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配。3.圖紙上畫(huà)出旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)地運(yùn)動(dòng)方案簡(jiǎn)圖，并用運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖分配各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)節(jié)拍。4.電算法對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度分析，繪出運(yùn)動(dòng)曲線圖。用圖解法或解析法設(shè)計(jì)連桿機(jī)構(gòu)。5．凸輪的設(shè)計(jì)計(jì)算。按凸輪機(jī)構(gòu)的工作要求選擇從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，確定基圓半徑，校核最大壓力角與最小曲率半徑。對(duì)盤(pán)狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫(huà)出從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律線圖及凸輪廓線圖6.齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算。7．編寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(shū)。8.完成計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示。2.3 設(shè)計(jì)提示1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。2．采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可以由氣泵吸附在壓蓋機(jī)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)可采用移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或凸輪機(jī)構(gòu)。3.此外，需要設(shè)計(jì)間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（縮緊）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。定位縮緊機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu)等。三、運(yùn)動(dòng)方案3.1 方案一：（機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)附圖）用定軸輪系減速，由不完全齒輪實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)。此方案的優(yōu)點(diǎn)是，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪與不完全齒輪均便于加工。缺點(diǎn)：一方面，傳動(dòng)比過(guò)大，用定軸輪系傳動(dòng)時(shí)，占用的空間過(guò)大，使整個(gè)機(jī)構(gòu)顯得臃腫，且圓錐齒輪加工較困難；另一方面，不完全齒輪會(huì)產(chǎn)生較大沖擊，同時(shí)只能實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)而不能實(shí)現(xiàn)自我定位。3.2 方案二：灌裝與壓蓋部分采用如圖所示的等寬凸輪，輸送部分采用如圖所示的步進(jìn)式傳輸機(jī)構(gòu)。缺點(diǎn)：等寬凸輪處會(huì)因摩擦而磨損，從而影響精確度；步進(jìn)式傳輸機(jī)構(gòu)在輸出瓶子的時(shí)候，需要一運(yùn)動(dòng)精度高的撥桿。3.3 方案三：1. 如圖所示，由發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，經(jīng)蝸桿渦輪減速；通過(guò)穿過(guò)機(jī)架的輸送帶輸入輸出瓶子；由槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)與定位；壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)采用同步的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，另外，在壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)中，分別設(shè)置了進(jìn)料口、進(jìn)蓋口以及余料的出口，如上圖所示。此方案為我們最終所選擇的方案。2. 優(yōu)缺點(diǎn)分析。優(yōu)點(diǎn)：蝸輪蝸桿傳動(dòng)平衡，傳動(dòng)比大，使結(jié)構(gòu)緊湊；傳送帶靠摩擦力工作，傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲小；槽輪機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進(jìn)行。缺點(diǎn)：在平行四邊行機(jī)構(gòu)中會(huì)出現(xiàn)死點(diǎn)，在機(jī)構(gòu)慣性不大時(shí)會(huì)影響運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行；由于機(jī)構(gòu)尺寸的限制，槽輪需用另外的電動(dòng)機(jī)來(lái)帶動(dòng)。3.4 凸輪式灌裝機(jī)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，曾考慮過(guò)用下圖的凸輪機(jī)構(gòu)作為壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)，從而六個(gè)工位連續(xù)工作，以提高效率，但考慮到輸送裝置等各方面原因后，放棄了此方案。四、運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖以曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的曲柄轉(zhuǎn)過(guò)的角度為參考（與槽輪的導(dǎo)輪轉(zhuǎn)過(guò)的角度相同）轉(zhuǎn)動(dòng)停止 停止工作轉(zhuǎn)臺(tái)灌裝壓蓋機(jī)構(gòu)的滑塊退進(jìn)0 60 120 150 180 240 300 360五、尺寸設(shè)計(jì)5.1 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)：齒數(shù) 模數(shù)（mm） 壓力角（0） 螺旋角 直徑（mm）蝸輪 20 25 20 14.04 100蝸桿 1 25 20 14.04 5005.2 齒輪設(shè)計(jì)（下圖所示的惰輪以及與其嚙合的一對(duì)齒輪）——采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪模數(shù)（mm） 壓力角（0） 齒數(shù) 直徑（mm）齒輪 1 5 20 20 100齒輪 2 5 20 60 3005.3 傳送帶的設(shè)計(jì)速度：V=wr=72r/min*50mm每?jī)蓚€(gè)瓶子之間的距離 S: t=S/v=1/(w1/6 ) 其中 w1 為轉(zhuǎn)臺(tái)的角速度 12r/min解得：S＝50mm5.4 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計(jì)算由機(jī)構(gòu)整體尺寸，行程為 137mmm ，行程速比系數(shù) K＝1.4 偏心距為 50mmm 具體設(shè)計(jì)過(guò)程見(jiàn)圖解法5.5 平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于已知曲柄長(zhǎng)度為 50mm，連架桿長(zhǎng)度為 706.61mm，由平行四邊形定理可得出該機(jī)構(gòu)的尺寸。5.6 槽輪的設(shè)計(jì)L=450mm Ψ=30 ∴ R=LsinΨ ＝225 mm s＝LcosΨ＝389 mm h≥s－（L－R－r）＝130mm d1≤2（L－s）＝60mm d2﹤2（L-R-r）＝100mm其中 L 為中心距 圓銷半徑 r＝30mm d1 為撥盤(pán)軸的直徑 d2 為槽輪軸的直徑六、電算法與運(yùn)動(dòng)曲線圖6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線圖 滑塊的位移分析滑塊的速度分析滑塊的加速度分析由上述運(yùn)動(dòng)曲線圖知：該機(jī)構(gòu)具有急回特性，由加速度曲線知，該機(jī)構(gòu)沖擊較小。6.2 平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線圖對(duì) A 點(diǎn)進(jìn)行位移、速度、加速度分析：A 點(diǎn)的加速度曲線位移曲線速度曲線由上述曲線可以看出，平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，為勻速運(yùn)動(dòng)，加速度會(huì)發(fā)生突變，因而存在著沖擊。七、小結(jié)7.1 方案簡(jiǎn)介在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)用到了蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)，槽輪機(jī)構(gòu)，偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)等常用機(jī)構(gòu)。完成了從瓶子的傳輸?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(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和傳送帶的傳送的機(jī)構(gòu)。圓盤(pán)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 6 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)——槽輪機(jī)構(gòu)。且槽輪機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是圓盤(pán)轉(zhuǎn)速的 6 倍，并且在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)分別在 6 個(gè)工位進(jìn)行停歇。灌裝封口急回部分：灌裝和風(fēng)口雖然為兩個(gè)工位，但其的運(yùn)動(dòng)特性是一樣的，只是有一個(gè)時(shí)間的差值而已。而我們學(xué)過(guò)的有急回特性的最典型且簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)就是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因?yàn)閳A盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)為 12r/min，而每一轉(zhuǎn)有 6 個(gè)瓶子需要進(jìn)行灌裝和封口的工序，所以需要曲柄的轉(zhuǎn)速也為 72r/min。所以曲柄與發(fā)動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比就為 20：1，所以其前面的輪系傳動(dòng)只需要完成傳動(dòng)從 1440r/min 到 72r/min 的變化，所以，在這之后用了蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)將其傳動(dòng)比直接變?yōu)?20：1。但由于在這兩個(gè)位置的方向問(wèn)題，兩個(gè)偏置曲柄滑塊為反方向的運(yùn)動(dòng)。因?yàn)檫@樣，又在兩個(gè)曲柄之間添加了兩對(duì)小的齒輪副，以實(shí)現(xiàn)其方向的轉(zhuǎn)換。7.2 設(shè)計(jì)小結(jié)在真正開(kāi)始設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)之前，我們?cè)?jīng)有過(guò)很多想法，有些很幼稚，甚至不能算是機(jī)械專業(yè)的學(xué)生設(shè)計(jì)的方案，有些又過(guò)于復(fù)雜，只能想出來(lái)，卻很難實(shí)現(xiàn)。這次課程設(shè)計(jì)，是我們第一次將本學(xué)期《機(jī)械原理》這門(mén)課程中所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際中，另外對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)也有了初步的認(rèn)識(shí)。這次課程設(shè)計(jì)，我們用了一個(gè)多月的時(shí)間，從最初的毫無(wú)頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。在這整個(gè)過(guò)程中，我們?cè)趯?shí)踐中摸索成長(zhǎng)，同時(shí)也更加清晰地認(rèn)識(shí)到只有認(rèn)真地掌握好理論知識(shí)，在實(shí)際應(yīng)用才能夠得心應(yīng)手。八、參考資料1.《機(jī)械原理》 （第六版） 孫桓 陳作模 主編 高等教育出版社2.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 （第二版）朱文堅(jiān) 黃平 編 華南理工大學(xué)出版社3.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》 孫德志 張偉華 鄧子龍 編 科學(xué)出版社4.《機(jī)械設(shè)計(jì)與理論》 李柱國(guó) 主編 科學(xué)出版社5.《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》 朱家誠(chéng) 主編 合肥工業(yè)大學(xué)出版社設(shè)計(jì)題目：1. 活塞式壓氣機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2. 簡(jiǎn)易牛頭刨床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3. 壓床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)4. 鉸鏈?zhǔn)筋~式破碎機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)5. 攪拌機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)6. 坯料輸送機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)7. 簡(jiǎn)易插床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)8. 步進(jìn)輸送機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)9. 壓片機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)10. 專用鏜床機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)11. 漸開(kāi)線齒輪仿形銑削夾具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)12. 平衡吊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)