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1、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) 指導(dǎo)教師： 小組成員： 目錄 1. 題目 2. 設(shè)計(jì)題目及任務(wù) …………………………………………………………………………1 設(shè)計(jì)題目 …………………………………………………………………………1 設(shè)計(jì)任務(wù) …………………………………………………………………………1 3．運(yùn)動(dòng)方案 …………………………………………………………………………2 3.1 方案一 …………………………………………………………………………2 3.1方案二

2、 …………………………………………………………………………2 3.3方案三 …………………………………………………………………………2 3.4 凸輪式灌裝機(jī) …………………………………………………………………………4 4.運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 …………………………………………………………………………4 5.尺寸設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………4 5.1 蝸輪蝸桿設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5 5.2 齒輪設(shè)計(jì) ………………

3、…………………………………………………………5 5.3 傳送帶設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5 5.4 曲柄滑塊設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5 5.5 平行四邊形機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………………5 5.6 槽輪的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………5 6. 電算法與運(yùn)動(dòng)曲線圖 ………………………………………………………………………6 6.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)曲線圖…………………………………………………………………6

4、 6..2 平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線圖…………………………………………………………6 7.小結(jié) ……………………………………………………………………………………………8 7.2設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………………………………………8 8.參考數(shù)目………………………………………………………………………………………8 9.附圖――方案一二機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 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，

5、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/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 2.2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

6、分配。 3.圖紙上畫出旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)地運(yùn)動(dòng)方案簡圖，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。對盤狀凸輪要用電算法計(jì)算出理論廓線、實(shí)際廓線值。畫出從動(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．編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書。 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

7、機(jī)構(gòu)壓入（或通過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)簡圖見附圖） 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)比過大，用定軸輪系傳動(dòng)時(shí)，占用的空間過大，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

8、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；通過穿過機(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

9、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??；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)來帶動(dòng)。 3.4 在設(shè)計(jì)過程中，曾考慮過用下圖的凸輪機(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)過的角度為參考（與槽輪的導(dǎo)輪轉(zhuǎn)過的角度相同） 工作轉(zhuǎn)臺(tái)

10、 停止 轉(zhuǎn)動(dòng) 停止 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

11、14.04 500 5.2 齒輪設(shè)計(jì)（下圖所示的惰輪以及與其嚙合的一對齒輪）——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 60 300 5.3 傳送帶的設(shè)計(jì) 速度：V=wr=72r/min*50mm 每兩個(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＝50mm 5.4 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)

12、過程見圖解法 5.5 平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 由于已知曲柄長度為50mm，連架桿長度為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

13、 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)要求有圓盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄

14、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)過的有急回特性的最典型且簡單的機(jī)構(gòu)就是偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。因?yàn)閳A盤的轉(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

15、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)?0：1。但由于在這兩個(gè)位置的方向問題，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) 在真正開始設(shè)計(jì)這個(gè)機(jī)構(gòu)之前，我們曾經(jīng)有過很多想法，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，有些又過于復(fù)雜，只能想出來，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》這門課程中所學(xué)的知識(shí)綜合運(yùn)用到實(shí)際中，另外對于機(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，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然后進(jìn)一步改進(jìn)。在這

16、整個(gè)過程中，我們在實(shí)踐中摸索成長，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 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 主編 合肥工業(yè)大學(xué)出版社 10