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1、Theory of Machines and Mechanisms 第 35 頁 共 35 頁 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 圖1-1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 1.1設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù) 設(shè)計旋轉(zhuǎn)型灌裝機。在轉(zhuǎn)動工作臺上對包裝容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝流體（如飲料、酒、冷霜等），轉(zhuǎn)臺有多工位停歇，以實現(xiàn)灌裝、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準確地灌裝、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。 該機采用電動機驅(qū)動，傳動方式為機械傳動。技術(shù)參數(shù)見下表

2、。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機技術(shù)參數(shù)表 方案號 轉(zhuǎn)臺直徑 mm 電動機轉(zhuǎn)速r/min 灌裝速度r/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 C 500 960 10 表1-1 1.2 設(shè)計方案提示 1.采用灌瓶泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。 2.采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可由氣泵吸附在壓蓋機構(gòu)上，由壓蓋機構(gòu)壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在）瓶口。設(shè)計者只需設(shè)計作直線往復(fù)運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導(dǎo)桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。 3.此外，需要設(shè)計間歇傳動機構(gòu)，以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺間歇傳動。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（鎖緊）機構(gòu)。

3、間歇機構(gòu)可采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等。定位（鎖緊）機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)等。 1.3設(shè)計任務(wù) 1.旋轉(zhuǎn)型灌裝機應(yīng)包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等三種常用機構(gòu)； 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配，并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖； 3.圖紙上畫出旋轉(zhuǎn)型灌裝機的運動方案簡圖，并用運動循環(huán)圖分配各機構(gòu)運動節(jié)拍； 4.電算法對連桿機構(gòu)進行速度、加速度分析，繪出運動線圖。圖解法或解析法設(shè)計平面連桿機構(gòu)； 5.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按凸輪機構(gòu)的工作要求選擇從動件的運動規(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算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線

4、圖及凸輪廓線圖； 6.齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算； 7.編寫設(shè)計計算說明書； 2．旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作功能原理 2.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機工作原理 如圖2-1所示，在按照工作要求下，旋轉(zhuǎn)型灌裝機在同一個原動機的帶動下，輸入傳送帶將待灌裝和封口壓蓋的容器輸入 工位1，同時旋轉(zhuǎn)工作臺作間隙旋轉(zhuǎn)運動，將空容器和已灌的容器分別送至工位2和工位3，在定位夾緊之 圖2-1 后，固定于工作臺上方的灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備分別對空容器進行灌裝和已灌裝容器進行封口壓蓋。灌裝，封口壓蓋工序完成后，容器隨著旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙旋轉(zhuǎn)運動至4位置，由

5、于輸出傳送帶的作用，在4位置的容器將隨著輸出傳送帶被帶至下一個工序的位置上。 2.2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機功能原理 （1）基于上述設(shè)計任務(wù)書的要求以及旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作原理，為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型灌裝機的總功能要求，我們將旋轉(zhuǎn)型灌裝機要實現(xiàn)的功能分解為如下分功能： ① 容器輸入與傳送功能； ② 容器定位功能； ③ 容器夾緊功能； ④ 灌裝功能； ⑤ 封口壓蓋功能； ⑥ 產(chǎn)品輸出與傳送功能。 其功能邏輯圖如下圖圖2-2所示： 圖2-2 （2）功能原理的工藝過程分解； ①容器輸入與傳送功能： 要實現(xiàn)容器的輸入與傳送功能，我們想到了如圖2-3所示的連桿機構(gòu)，原動件AB連續(xù)轉(zhuǎn)動，

6、使ED擺動，通過EF桿的作用使5在H范圍內(nèi)來回運動，從而把容器推送至工位1，但是考慮到這種推送運動沖擊大，對輕質(zhì)容器，玻璃容器等來說是應(yīng)該避免的，同時這樣的連桿機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜，所以在此我們盡量不選用這種推送機構(gòu)。 圖2-3 為了達到容器的輸出與傳送的目的，同時使我們的設(shè)計過程簡單化，我們采用皮帶傳送的方式。如圖2-4所示，并且這種傳送方式在實際生產(chǎn)活動中被大量采用。 圖2-4 由于傳送皮帶上容器是連續(xù)排列的，而旋轉(zhuǎn)工作臺是間隙轉(zhuǎn)動，為了使容器能夠間隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺工位1，從而到達各機構(gòu)運動的配合與協(xié)調(diào)，我們準備采用了如圖2-5，圖2-6所示的傳送輪機構(gòu)： 圖2

7、-5 圖2-6 圖2-5所示的不完全齒輪安裝在傳送導(dǎo)軌的一側(cè)，傳送輪一次往下一工位間隙有序地傳送4個容器。圖2-6所示機構(gòu)安裝在傳送導(dǎo)軌的軸線上，傳送輪有三個互成120°轉(zhuǎn)角的槽位，傳送皮帶連續(xù)傳送，設(shè)傳送輪轉(zhuǎn)速W,則傳送輪每次傳送容器到工位1的時間間隔為t=2π/3W，這樣就實現(xiàn)了間隙有序地往旋轉(zhuǎn)工作臺傳送待灌裝和封口壓蓋的容器。比較兩種方案，我們發(fā)現(xiàn)圖2-5所示機構(gòu)雖然可以達到間隙有序傳送容器的目的，但是對于設(shè)計任務(wù)要求的旋轉(zhuǎn)型灌裝機來說，其外形尺寸偏大，使機器整體外形龐大，占用廠房空間大。而圖2-6所示機構(gòu)不僅可以很

8、好地與旋轉(zhuǎn)工作臺配合，而且尺寸也不會過大，所以我們決定采用圖2-6所示的“不完全齒輪”式傳送輪。 同時為了使容器能夠更好的輸出到工位1，我們還設(shè)計了如下圖2-7所示的擋板： 擋板示意圖 ②容器定位功能： 可以實現(xiàn)容器定位的機構(gòu)很多，在這里我們設(shè)計了下圖2-8所示的帶凹槽并且間隙轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)工作臺。 圖2-8 凹槽定位 旋轉(zhuǎn)工作臺有六個半圓形凹槽，一方面隨著工作臺的間隙轉(zhuǎn)動，凹槽邊緣可以把傳送輪傳送到工位1的容器帶走，另一方面依靠間隙旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙轉(zhuǎn)動凹槽可以起到很好的定位，即旋轉(zhuǎn)工作臺每次轉(zhuǎn)過60°，容器就

9、被定位。 怎樣實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙轉(zhuǎn)動呢？可以實現(xiàn)間隙轉(zhuǎn)動的機構(gòu)有棘輪間隙運動機構(gòu)，槽輪間隙機構(gòu)，凸輪間隙機構(gòu)，不完全齒輪間隙機構(gòu)，偏心輪分度定位機構(gòu)等，綜合考慮各因素，我們選用下圖所示的槽輪間隙機構(gòu)。槽輪機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為單向間隙轉(zhuǎn)動。如圖右所示，槽輪機構(gòu)由主動撥盤，從動槽輪和機架組成。主動撥盤以等角速度W1作連續(xù)回轉(zhuǎn)，當撥盤上的圓銷未進入槽輪的徑向槽時，由于槽輪的內(nèi)凹槽止弧被撥盤的外凸鎖止弧卡住，使槽輪在停歇時不能產(chǎn)生游動，并獲得定位。當圓銷進入槽輪徑向槽時，槽輪受圓銷的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動。當圓銷離開徑向槽時，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進入槽輪的另一個徑向槽時，又重復(fù)上述運動

10、。所以，槽輪作時動時停的間隙運動。 ③容器夾緊功能： 因為要對容器進行灌裝，封口壓蓋，所以在灌裝工位和封口壓蓋工位時要對容器進行夾緊固定，防止容器在灌裝時不準確，封口壓蓋時跳動，導(dǎo)致封口壓蓋錯位，產(chǎn)生廢品，而浪費材料和經(jīng)費。出于此目的，我們設(shè)計了下面幾種夾緊方案： （1） 方案一： 如圖2-10所示，在工位2和工位3外加裝兩個凸輪，用于對容器進行夾緊固定，工作原理是當容器到達工位2和工位3時，凸輪處于遠休位置，此時凸輪的遠休輪廓剛好對容器進行夾緊，等灌裝和封口壓蓋完成時，凸輪遠休結(jié)束，此時容器沒有被夾緊，只要旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動，則容器跟隨其一起轉(zhuǎn)動。 圖2-10 凸輪夾緊示意

11、 （2） 方案二： 如圖2-11所示,本方案采用圓環(huán)來是實現(xiàn)容器在灌裝和封口壓蓋工位處的夾緊固定，工作原理是當容器在工位1處被旋轉(zhuǎn)工作臺帶進時，容器就被圓環(huán)夾緊，容器隨著旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，容器一直處于夾緊狀態(tài)。 圖2-11夾緊圓環(huán)示意 （3） 方案三： 如圖2-12所示，方案三我們采用圖示兩斜臺，斜臺在灌裝工位和封口壓蓋工位處與容器相切，容器剛好被運送至灌裝工位和封口壓蓋工位時就被夾緊，此時旋轉(zhuǎn)工作臺進入間隙停止期，利用這段間隙，灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備剛好可以對容器進行灌裝和封口壓蓋。 圖2-12 斜臺夾緊示意圖 比較上述三個方案，方案一采用兩個凸輪對容器進行

12、夾緊，可以很好的實現(xiàn)夾緊功能，但是凸輪設(shè)計復(fù)雜，加工困難，并且兩個夾緊凸輪與旋轉(zhuǎn)工作臺運動的協(xié)調(diào)與配合過程設(shè)計復(fù)雜，難度大，同時也會使機器整體構(gòu)造復(fù)雜化。方案二中的夾緊圓環(huán)會使容器在整個加工過程中出于夾緊狀態(tài)，容器與夾緊圓環(huán)摩擦嚴重，可能會使容器變形，甚至破裂，并且這樣的摩擦狀態(tài)會增加系統(tǒng)的無用功率，降低機械系統(tǒng)的運動功率因素，增加能耗，不利于低碳城市與工業(yè)加工的建設(shè)。 相比之下，方案三不僅可以較好的實現(xiàn)容器在連個工位處的夾緊，而且在整個過程中只有在夾緊處容器和夾緊摩擦大，系統(tǒng)的有效功率利用高。同時夾緊斜臺的設(shè)計過程簡單，加工制造也方便。 綜上所述，我們采用方案三中的夾緊斜臺

13、對容器在灌裝工位和封口壓蓋工位處進行夾緊固定，從而到達防止容器的跳動，以及加工錯位和誤差的產(chǎn)生。 ④灌裝功能： （1） 方案一： 如圖2-13所示，采用圖示的凸輪機構(gòu)，由凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)灌裝活塞的上下往復(fù)運動，由于彈簧的作用當凸輪近休時，活塞往上運動，此時灌裝容器吸入液體，凸輪繼續(xù)運動，推動活塞向下運動，此時灌裝機構(gòu)對空容器進行灌裝，如此往復(fù)運動就可實現(xiàn)灌裝功能。 圖2-13 凸輪式灌裝機構(gòu)示意 （2） 方案二 ： 如圖2-14所示，本方案采用連桿機構(gòu)來實現(xiàn)灌裝功能。 圖2-14 雖然

14、連桿機構(gòu)制造簡單，但是其設(shè)計過程復(fù)雜，所以我們采用方案一來實現(xiàn)灌裝功能。 ⑤封口壓蓋功能： 如下圖2-15，這是我們設(shè)計的封口壓蓋機構(gòu)，此機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄ab與齒輪固接，齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動桿ab連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)封口壓蓋機構(gòu)的上下往復(fù)運動，進而對容器進行封口壓蓋。 圖2-15 對心曲柄滑塊封口壓蓋 ⑥產(chǎn)品輸出與傳送功能： 在產(chǎn)品的輸出與傳送上，我們像容器的輸入一樣采用輸出擋板和輸出傳送帶。如圖2-16所示，容器到達圖示虛線位置時，輸出擋板將容器往輸出傳送 帶方向推擋，同時容器是隨著旋轉(zhuǎn)工作臺一起旋轉(zhuǎn)的，在合成力的作用下，容器被帶至輸出傳送

15、帶上，進而傳送到下個加工工位。 3．旋轉(zhuǎn)型灌裝機機構(gòu)運動總體方案 綜合考慮旋轉(zhuǎn)型灌裝機要實現(xiàn)的6個功能，我們設(shè)計了如下旋轉(zhuǎn)型灌裝機。 3.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機總體方案圖（機構(gòu)運動簡圖） 圖3-1 機構(gòu)運動簡圖 1.電動機同軸帶輪 2.帶輪 3.4.5.6.齒輪 7.9.斜齒輪 8.8’.鏈輪10.11.12.13.齒輪 14.主動撥盤 15.從動槽輪 16.旋轉(zhuǎn)工作臺 17.傳送輪 18.鏈輪 18‘.帶輪 19.20.鏈輪 21.凸輪 21’.22.22‘.23齒輪 24.曲柄 25.連桿 26.封口壓蓋器 27.滾子 28.活塞推桿

16、 上圖所示為機械系統(tǒng)運動方案運動簡圖，該旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作原理如下所述： ①電機1通過皮帶輪傳到2，2通過軸傳到3，3又傳到齒輪4，齒輪4通過軸傳到輪5轉(zhuǎn)動，齒輪5又帶動齒輪6，從而形成三級減速。 ②錐齒輪7傳給錐齒輪9 ，與錐齒輪9同軸的齒輪10又帶動齒輪11，齒輪11又通過軸傳給傳動輪17，用來傳送容器。 ③ 與錐齒輪7同軸的帶輪8以相同角速度轉(zhuǎn)動通過皮帶傳給鏈輪18，使軸轉(zhuǎn)動，從而使皮帶輪18‘轉(zhuǎn)動，帶動皮帶用來傳送容器。與左邊帶輪18同軸的鏈輪19通過鏈條與鏈輪20連接，鏈輪通過軸傳給齒輪21’和凸輪21，凸輪通過滾子27，推桿28帶動活塞上下往復(fù)運動，從而實現(xiàn)對容器

17、的灌裝。 ④ 齒輪21‘傳遞給齒輪22，齒輪22’又傳給齒輪23 ，曲柄24與齒輪23固接，曲柄與連桿25相連，連桿25與滑塊26連接，滑塊上下往復(fù)運動，實現(xiàn)對容器的封口壓蓋。 ⑤與錐齒輪9同軸的齒輪12傳給齒輪13，齒輪13通過軸傳到主動撥盤14，主動撥盤14帶動從動槽輪16，實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙旋轉(zhuǎn)運動。 以下兩圖圖3-2，圖3-3分別是旋轉(zhuǎn)型灌裝機的左視圖，旋轉(zhuǎn)工作臺的俯視圖。 圖3-2 選裝型灌裝機左視圖 圖3-3 旋轉(zhuǎn)工作臺的俯視圖 3.2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機各運動構(gòu)件的設(shè)計，選擇與分析 設(shè)計任務(wù)書的要求的灌裝速度是12r/min,即灌裝凸輪和封

18、口壓蓋曲柄的轉(zhuǎn)速也是12r/min。由于旋轉(zhuǎn)工作臺有6個凹槽，所以旋轉(zhuǎn)工作臺1min內(nèi)要轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，即2r/min，也即從動槽輪的轉(zhuǎn)速也是2r/min，因為我們設(shè)計的槽輪有六個徑向槽，并且主動撥盤只有1個圓銷，所以主動撥盤的轉(zhuǎn)速為12r/min。而傳送輪有三個凹槽，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速2r/min,則傳送輪轉(zhuǎn)速應(yīng)為4r/min。而傳送皮帶輪我們設(shè)定的轉(zhuǎn)速是8r/min。 （1） 旋轉(zhuǎn)型灌裝機運動循環(huán)圖 為了使灌裝機各運動構(gòu)件運動協(xié)調(diào)配合，我們設(shè)計了如下直線式動循環(huán)圖圖3-3和直角坐標式運動循環(huán)圖圖3-4： 圖3-3 直線式動循環(huán)圖 圖3-4 直角坐標式運動循環(huán)圖 （2） 原動

19、機的選擇： 本方案采用的是轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動機。 （3）傳動機構(gòu)的選擇： 機械系統(tǒng)中的傳動機構(gòu)是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機構(gòu)最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動，鏈傳動等。它們的特點如表3-1： 特點 壽命 應(yīng)用 齒輪傳動 承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，采用衛(wèi)星傳動可獲得很大傳動比，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，運轉(zhuǎn)有噪音；無過載保護作用 取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力 金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械

20、以及儀器等 蝸桿傳動 結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構(gòu)；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。 制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著 金屬切削機床（特別是分度機構(gòu)）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉(zhuǎn)胎等 帶傳動 軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短 帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶

21、3500-5000h 金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械 鏈傳動 軸間距范圍大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，對惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，工作可靠；作用在軸上的荷載??；運轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設(shè)張緊和減振裝置 與制造質(zhì)量有關(guān) 5000-15000h 農(nóng)業(yè)機械、石油機械、礦山機械、運輸機械和起重機械等 由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，由于傳動效率高等原因，故選擇齒輪傳動，第一級傳動選擇帶傳動， 可對電動機起到過載保護的作用。 減速器分為三級減速，第一級為皮帶

22、傳動，后兩級都為齒輪傳動。具體設(shè)計示意圖及參數(shù)如下： 1、2為皮帶輪：i12＝3。 3、4、5、6為齒輪： z3=20 z4=100 z5=20 z6=80 i34=z4/z3=100/20=5 i56=z6/z5=80/20=4 所以Ⅰ軸轉(zhuǎn)速480r/min,Ⅱ軸轉(zhuǎn)速為96r/min,Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min. 齒數(shù) 模數(shù) 分度圓直徑d 傳送比i 壓力角 帶輪1 60mm 3 帶輪2 180mm 齒輪3 20 1.5mm 30mm 5 20° 齒輪4 100 1.5mm 150mm 20°

23、 齒輪5 20 2mm 40mm 4 20° 齒輪6 80 2mm 160mm 20° （3） 繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖： 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式，繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖如圖3-5所示。 圖3-5 旋轉(zhuǎn)型灌裝機系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能圖 （4） 用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)型灌裝機機械系統(tǒng)運動方案： 根據(jù)機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖圖3-5可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。圖3-6所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出旋轉(zhuǎn)型灌裝機系統(tǒng)運動方案數(shù)為： N=3×3×3×2×2×3×3×3=2916 可由給定的條件，各機構(gòu)的相容性，各機構(gòu)的空間布置，類似產(chǎn)品的借鑒，下圖折線為我們設(shè)計的

24、最優(yōu)方案。 圖3-6 形態(tài)學(xué)矩陣 （5） 灌裝機構(gòu)的設(shè)計： 由系統(tǒng)方案圖我們可知，我們選用如下灌裝機構(gòu)： ⑴設(shè)定的數(shù)值： ① 容器高度h1為200mm; ② 活塞運動范圍S為40mm; ③ 推桿和活塞總長L為105mm; ④ 滾子直徑d=10mm; ⑤ 容器頂部距離活塞最近距離l為10mm; ⑵凸輪：此凸輪用于灌裝工位，利用遠近休止帶動推桿和活塞來實現(xiàn)灌裝，設(shè)定活塞推桿的最大推程為40mm，凸輪的安裝高度為400mm。以下為凸輪的具體設(shè)計過程： 一．我們設(shè)定凸輪的數(shù)據(jù)如下： ①基圓半徑r0=45mm ②滾子半徑：rt=5mm ③行程：S=40mm

25、 ④推程角：δ0=120° ⑤回程角：δ0’=120° ⑥近休止角：δ01=60° ⑦遠休止角：δ02=60° ⑧升程最大壓力角：αmax01= 29.3571108729986＜30° ⑨回程最大壓力角：αmax02= 29.3571108729986＜30° ⑩運動規(guī)律的選擇，為了減少剛性和柔性沖擊，我們在推程和回程選用既無柔性沖擊和剛性沖擊的擺線規(guī)律（正弦加速度運動規(guī)律sine acceleration curve）,在遠休和近休時選用靜止運動規(guī)律。 根據(jù)以上凸輪的數(shù)據(jù)我們利用“凸輪機構(gòu)CAD—CAI”軟件可以將凸輪的圖形設(shè)計出來，具體過程： 1、設(shè)置凸輪參數(shù)：

26、 2、設(shè)置凸輪分段參數(shù) 為保證凸輪運動過程中減少沖擊，我們將參數(shù)分別設(shè)置為： ① 0°～60°為近休止運動階段，升程為0mm，靜止運動規(guī)律； ② 60°～180°為推程運動階段，升程為40mm，擺線運動規(guī)律； ③ 180°～240°為遠休止運動階段，升程為0mm，靜止運動規(guī)律； ④ 240°～360°為回程運動階段，升程為-40mm，擺線運動規(guī)律。 將上述數(shù)據(jù)輸入軟件如下圖所示： 3、利用反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計凸輪的圖形為： 4、運行出的最終結(jié)果，位移、速度、加速度圖以及凸輪的二維圖形如下圖所示： 5、軟件導(dǎo)出的部分數(shù)據(jù)如下：

27、 注：先啟動Solidworks，打開一張零件圖，再點擊此鍵。 基圓半徑 偏心距 滾子半徑 最小曲率半徑 升程最大壓力角 回程最大壓力角 計算點數(shù) 45 0 5 45 29.35711087 29.35711087 72 6、凸輪推動推桿上下運動，而活塞與推桿固接，故活塞的運動規(guī)律與推桿的一樣，做上下往復(fù)運動，由運動循環(huán)圖可知，灌裝活塞的運動規(guī)律如下： （6） 旋轉(zhuǎn)工作臺間隙運動機構(gòu)的設(shè)計： 由于要求灌裝速度為12r/min，因此每個工作間隙為5s，轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動60°用

28、時5/6s，停留25/6s，運動規(guī)律如圖3-6所示。 由此設(shè)計如下槽輪機構(gòu)，完成間歇運用，以達到要求。槽輪機構(gòu)具有以下特點：構(gòu)造簡單，外形尺寸小； 機械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進行轉(zhuǎn)位； 但因傳動時存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合；同時由于槽輪機構(gòu)具有自行鎖緊的功能，所以能用于此機構(gòu)的定位作用。 具體數(shù)據(jù)如下： ① 從動槽輪15如圖所示有六個徑向槽，并且從動槽輪的轉(zhuǎn)速為2r/min; ② 主動撥盤有一個撥動圓銷，并且主動撥盤的的轉(zhuǎn)速為12r/min; （7） 傳送輪的設(shè)計： 傳送輪是為了將傳送帶的連續(xù)傳送轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺的工位

29、1，這樣就可以利用傳送輪轉(zhuǎn)動120°的時間間隔來使空容器間隙有序的傳送到位。 如圖所示傳送倫上設(shè)計有三個互成120°的凹槽，傳送輪直徑為200mm。其運動規(guī)律如下圖所示： 由上圖可知，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn)，有6個容器完成灌裝和封口壓蓋，由于傳送輪上只有3個凹槽，所以傳送輪轉(zhuǎn)動在旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)的時候，它應(yīng)該轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)。 （8） 傳動齒輪，帶輪，鏈輪的設(shè)計： （1） 如下圖所示從電動機到軸Ⅲ的減速以及齒輪帶輪的設(shè)計在前面已經(jīng)闡述過，在這里就不再重復(fù)。 （2）下圖所示為旋轉(zhuǎn)型灌裝機系統(tǒng)中的鏈傳動： 設(shè)計數(shù)據(jù)如下：①鏈輪8和18的齒數(shù)Z8=24，Z1

30、8=72，模數(shù)m=2mm, d8=48mm，d18=144mm; i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min; ②鏈輪8’和18’’的齒數(shù)Z8’=24，Z18’’=72，模數(shù)m=2mm, d8’=48mm，d18’=144mm;i8 18’= Z18’’/ Z8’=3,n8’=24r/min, n18’’=8r/min; ③鏈輪19和20的齒數(shù)Z19=60，Z20=40，模數(shù)m=2mm, d19=120mm，d20=80mm;i19 20= Z20/ Z19=2/

31、3,n19=8r/min, n20=12r/min; （3）系統(tǒng)中錐齒輪的設(shè)計： Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min, Ⅳ軸轉(zhuǎn)速為12r/min,固i7 9=2：1，設(shè)計錐齒輪7，9的齒數(shù)為30，60，模數(shù)為2mm，則直徑為60mm,120mm。 （4）系統(tǒng)中灌裝和封口壓蓋處齒輪的設(shè)計： 如圖所示齒輪21‘ 帶動齒輪22轉(zhuǎn)動，與齒輪22同軸的22’帶動齒輪23，從而實現(xiàn)齒輪23上曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動。這四個齒輪的具體設(shè)計數(shù)據(jù)如下： ① 齒輪21‘與齒輪22嚙合：齒數(shù)Z21=60，Z22=77，模數(shù)m=2mm, d21=120mm，d22=154mm; ② 齒輪22’與齒

32、輪23嚙合：齒數(shù)Z23=60，Z22=77，模數(shù)m=2mm, d23=120mm，d22=154mm; （5）傳送輪同軸齒輪，主動撥盤同軸齒輪，錐齒輪同軸齒輪的設(shè)計： ①齒輪10與齒輪11嚙合，n10=12r/min, n11=4r/min; i10 11= n10/ n11=3,齒數(shù)Z10=40，Z11=60，模數(shù)m=2mm, d10=80mm，d11=120mm; ②齒輪12與齒輪13嚙合，n12=12r/min, n13=12r/min; i12 13= n12/ n13=1,齒數(shù)Z12=77，Z13=77，模數(shù)m=2mm, d12=154mm，d13=154mm; (6

33、)封口壓蓋機構(gòu)的設(shè)計： 封口壓蓋我們采用下圖所示曲柄滑塊機構(gòu)： 此機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu)，曲柄ab與齒輪固接，齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動桿ab連續(xù)轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)封口壓蓋機構(gòu)的上下往復(fù)運動，進而對容器進行封口壓蓋。 有關(guān)此機構(gòu)的數(shù)據(jù)如下： ① 齒輪與曲柄的安裝高度為400mm; ② 齒輪與曲柄的轉(zhuǎn)速為12r/min； ③ 曲柄ab長度L1=30mm，連桿bc長度L2=150mm; ④ 齒輪齒數(shù)Z=60模數(shù)m=2mm,壓力角20°，分度圓直徑d=120mm; ⑤ C處于最下極位時，C點距離容器瓶口的距離為20mm； ⑥ 封口壓蓋滑塊的行程S=60mm。 由運動循環(huán)圖可以知

34、道封口壓蓋滑塊的運動規(guī)律如下圖所示： 綜上所述，曲柄滑塊的數(shù)據(jù)如下： ⑴曲柄長 ab= L1=30mm ⑵連桿長 bc= L2=150mm ⑶極位夾角 θ=0° ⑷行程比 k=1 ⑸最小傳動角γmin=arcos(L1/ L2)= arcos(0.2)=78.46304097°=78.46° 利用計算機輔助設(shè)計過程如下： ① 機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程框圖為： ② 程序清單（主程序和子程序）： Private Sub Command1_Click() Dim b(6), c(6), d(3), t As String pai =

35、 Atn(1#) * 4 / 180 For fi = 0 To 360 Step 10 Fi1 = fi * pai Call 單桿運動分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.03, 0, Fi1, 1.256637061, 0, _ xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy) Call RRP運動分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 0, vPx, vPy, aPx, aPy, _ 0.15, 0, 0, 0, xC, yC, vCx, vCy, aCx, a

36、Cy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr) t = t + "Fi1= " + Str(fi) + vbCrLf t = t + "xC(m)= " + Str(xC) + vbCrLf t = t + "vC(m/S)= " + Str(vCx) + vbCrLf t = t + "aC(m/S2)= " + Str(aCx) + vbCrLf t = t + "omega3(rad/S)= " + Str(omega

37、3) + vbCrLf t = t + "omega2(rad/S)= " + Str(omega2) + vbCrLf t = t + "epsilon3(rad/S)= " + Str(epsilon3) + vbCrLf t = t + "epsilon2(rad/S)= " + Str(epsilon2) + vbCrLf t = t + vbCrLf Next fi Text1.Text = t End Sub Sub 單桿運動分析子程序(xA, yA, vAx, vAy, aAx, aAy, S, theta, fi, ome

38、ga, epsilon, _ xm, ym, vmx, vmy, amx, amy) xm = xA + S * Cos(fi + theta) ym = yA + S * Sin(fi + theta) vmx = vAx - S * omega * Sin(fi + theta) vmy = vAy + S * omega * Cos(fi + theta) amx = aAx - S * epsilon * Sin(fi + theta) - S * omega ^ 2 * Cos(fi + theta) amy = aAy +

39、 S * epsilon * Cos(fi + theta) - S * omega ^ 2 * Sin(fi + theta) End Sub Sub atn1(x1, y1, x2, y2, fi) Dim pi, y21, x21 pi = Atn(1#) * 4 y21 = y2 - y1 x21 = x2 - x1 If x21 = 0 Then '判斷BD線段與x軸的夾角 If y21 > 0 Then fi = pi / 2 ElseIf y21 = 0 Then MsgBox "B、D兩點重合，不能確定" El

40、se: fi = 3 * pi / 2 End If Else If x21 < 0 Then fi = Atn(y21 / x21) + pi ElseIf y21 >= 0 Then fi = Atn(y21 / x21) Else: fi = Atn(y21 / x21) + 2 * pi End If End If End Sub Sub RRP運動分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _

41、 L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, vCx, vCy, _ aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr) Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2 pi = Atn(1#) * 4 d2 = ((xB - xP) ^ 2 + (yB - yP) ^ 2) e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3) F = d2 - L2 ^ 2 If

42、e ^ 2 < 4 * F Then MsgBox "此位置不能裝配" GoTo n1 Else End If If m = 1 Then sr = Abs((-e + (e ^ 2 - 4 * F) ^ 0.5) / 2) Else: sr = Abs((-e - (e ^ 2 - 4 * F) ^ 0.5) / 2) End If xC = xP + sr * Cos(fi3) yC = yP + sr * Sin(fi3) yCB = yC - yB xCB = xC - xB Call atn1(xB, yB, xC, yC, fi2) E1 = (vPx

43、- vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3) F1 = (vPy - vBy) + sr * omega3 * Cos(fi3) Q = yCB * Sin(fi3) + xCB * Cos(fi3) omega2 = (F1 * Cos(fi3) - E1 * Sin(fi3)) / Q vsr = -(F1 * yCB + E1 * xCB) / Q vCx = vBx - omega2 * yCB vCy = vBy + omega2 * xCB E2 = aPx - aBx + omega2 ^ 2 * xCB - 2 * omega3 * vsr *

44、Sin(fi3) _ - epsilon3 * (yC - yP) - omega3 ^ 2 * (xC - xP) F2 = aPy - aBy + omega2 ^ 2 * yCB + 2 * omega3 * vsr * Cos(fi3) _ + epsilon3 * (xC - xP) - omega3 ^ 2 * (yC - yP) epsilon2 = (F2 * Cos(fi3) - E2 * Sin(fi3)) / Q asr = -(F2 * yCB + E2 * xCB) / Q aCx = aBx - omega2 ^ 2 * xCB - ep

45、silon2 * yCB aCy = aBy - omega2 ^ 2 * yCB + epsilon2 * xCB n1: End Sub Private Sub Command2_Click() Dim b(6), c(6), d(3), xC1(360), vCx1(360), aCx1(360) pai = Atn(1#) * 4 / 180 Picture1.Print " 貴州大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院 機械原理課程設(shè)計 " Picture1.Print " 機械電子工程 劉傳盛 080803110345" For fi = 0 To

46、 360 Step 10 Fi1 = fi * pai Call 單桿運動分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.03, 0, Fi1, 1.256637061, 0, _ xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy) Call RRP運動分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 0, vPx, vPy, aPx, aPy, _ 0.15, 0, 0, 0, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr

47、, asr) xC1(fi) = xC vCx1(fi) = vCx aCx1(fi) = aCx Next fi ForeColor = QBColor(0) Picture1.Scale (-10, 100)-(370, -100) Picture1.Line (0, 0)-(360, 0), ForeColor Picture1.Line (0, -100)-(0, 100), ForeColor ForeColor = QBColor(4) Picture1.PSet (0, xC1(0) * 100) For fi =

48、 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, xC1(fi) * 300 - 55), ForeColor Next fi ForeColor = QBColor(9) Picture1.PSet (0, vCx1(0) * 100) For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, vCx1(fi) * 800), ForeColor Next fi ForeColor = QBColor(10) Picture1.PSet (0, aCx1(0) * 0.3) For fi =

49、0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, aCx1(fi) * 900), ForeColor Next fi End Sub ③ 分析結(jié)果及運動曲線圖如下： 4．課程設(shè)計總結(jié)與感想 今天大學(xué)里第一次的課程設(shè)計就要結(jié)束了，現(xiàn)在自己還在為寫說明書熬夜，雖然感覺有點累，但是自己心里感到很充實，覺得自己和隊友在余老師的幫助下做了件有意義的事，回想起大家一起努力的日夜，看到大家一起設(shè)計出來的方案，心里不禁欣慰一笑。 記得課程設(shè)計余老師講過，可能課程設(shè)計這段時間自己學(xué)得東西要比一個學(xué)

50、期學(xué)的東西還多，經(jīng)歷差不多兩個星期的課程設(shè)計，自己確實學(xué)到了很多很多，同時也有很多感動。元旦回來，我們課程設(shè)計正式開始，可正碰上天氣變冷，凝凍，但是每次早上都能看到老師準時的出現(xiàn)，為我們輔導(dǎo)答疑，這點即使是年輕老師都很難做到，我們大家都很感動，特別讓我們組感到意外的是老師還單獨給我們組找資料，那個時候開始自己覺得我們應(yīng)該更努力地去把方案做好，在這里要感謝余老師您，謝謝你！同時在這次課程設(shè)計期間，我又一次感受到了團結(jié)就是力量。 在這次課程設(shè)計過程中我們學(xué)到了不少東西，得到很多的鍛煉。這次課程設(shè)計不僅讓我們學(xué)會了怎樣把日常所學(xué)的理論知識運用到實際，并且實踐，培養(yǎng)了我們運用所學(xué)的理論和方法去發(fā)現(xiàn)、

51、分析和解決工程實際問題的能力，而且還加深了我們對各類機械機構(gòu)的認識。同時在凸輪設(shè)計，連桿運動分析，運動簡圖的繪制等過程中，我們學(xué)會了運用計算機分析設(shè)計各類凸輪機構(gòu)，用VB軟件對機構(gòu)桿件的運動進行調(diào)試和分析，真正做到了學(xué)以致用，理論聯(lián)系實際。很值得一提的是，自己又重新把AUTO CAD學(xué)了一遍。這次課程設(shè)計是分組進行，通過彼此的討論，發(fā)表自己的想法，接受隊友的意見，雖然期間少不了爭吵，但是大家始終堅信團結(jié)就是力量，團隊合作，自己逐漸認識到集體的重要性意見正確采納別人的意見想法，在此我要向我的隊友說，因為有了你們，我變得更成熟，我相信這些知識和能力對自己今后的學(xué)習肯定是有用的。 老師，快過年了

52、，在這里提前祝老師您新年快樂！在新年里身體健康，快樂開心每一天！ 5．參考文獻 1、孫桓，陳作模，葛文杰編著，《機械原理》，北京高等教育出版社，2006.5 2、牛鳴岐，王保民，王振甫編著，《機械原理課程設(shè)計手冊》，重慶大學(xué) 3、裘建新.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書. 5版.北京：高等教育出版社，2008. 4、陸鳳儀. 機械原理課程設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2002. ☆- 35 -