旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)——機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)講解

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1、 JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) 題目 ： 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 指導(dǎo)教師： 二 0 一三 年 八 月 目錄 1 設(shè)計(jì)題目 2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的工作

2、功能原理 3 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案 4 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的設(shè)計(jì) 5 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 6 原動(dòng)機(jī)的選擇 7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇 8 灌裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10 傳送輪的設(shè)計(jì) 11 傳動(dòng)齒輪，帶輪，鏈輪的設(shè)計(jì) 12 封口壓蓋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13 參考文獻(xiàn) 1. 設(shè)計(jì)

3、題目 1.1 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。為保證在這些工位上 能夠準(zhǔn)確地灌裝、封口，應(yīng)有定位裝置。如圖 8.4 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。 固定工作臺(tái) 1 4 傳送帶 2 3 轉(zhuǎn)臺(tái) 圖 4 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)

4、械傳動(dòng)。 技術(shù)參數(shù)見 表 7。 表 7 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)技術(shù)參數(shù) 方案 號(hào)  轉(zhuǎn)臺(tái)直 徑  電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn) 速  灌裝速 度 mm r/min r/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 C 500 960 10 1.2 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. 圖紙上畫出旋

5、轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的運(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(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行速度、加速度分析，繪出運(yùn)動(dòng)線圖。圖解法或解析法設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)。 5. 凸輪機(jī)構(gòu)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. 學(xué)生可進(jìn)一步完成：平面連桿機(jī)構(gòu)（或灌裝機(jī)）的計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)演示等。 1.3 設(shè)計(jì)提示 1. 采

6、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(jī)構(gòu)上，由壓蓋機(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)間歇 傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（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。 2．旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的工作功能原理 2.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)工作原

7、理 如圖 2-1 所示，在按照工作要求下，旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)在同 一個(gè)原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下， 輸入傳送帶將待灌裝和封口壓蓋的容器輸 固定工作臺(tái) 1 4 傳送帶 2 3 轉(zhuǎn)臺(tái) 入 工位 1，同時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)作間隙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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(tái)上方的灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備分別對(duì)空容器 進(jìn)行灌裝和已灌裝容器進(jìn)行封口壓蓋。 灌裝，封口壓蓋

8、工序完成 后，容器隨著旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間隙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至 4 位置，由于輸出傳 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(gè)工 序的位置上。 2.2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)功能原理 （ 1）基于上述設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求以及旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的工作 原理，為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的總功能要求， 我們將旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)要實(shí)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

9、-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(shí)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(jī)構(gòu)， 原動(dòng)件 AB連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)， 使 ED擺動(dòng)，通過 EF 桿的作用使 5 在 H范圍內(nèi)來回運(yùn)動(dòng)，從而把容器推送至工位 1， 但是考慮到這種推送運(yùn)動(dòng)沖擊大， 對(duì)輕質(zhì)容器， 玻璃容器等來說 是應(yīng)該避免的， 同時(shí)這樣的連桿機(jī)

10、構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜， 所以在此我們盡 量不選用這種推送機(jī)構(gòu)。 圖 2-3 為了達(dá)到容器的輸出與傳送的目的，同時(shí)使我們的設(shè)計(jì)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(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中被大量采用 。 圖 2-4 由于傳送皮帶上容

11、器是連續(xù)排列的， 而旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)是間隙 轉(zhuǎn)動(dòng)，為了使容器能夠間隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)工位 1，從 而到達(dá)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的配合與協(xié)調(diào)，我們準(zhǔn)備采用了如圖 2-5 ，圖 2-6 所示的傳送輪機(jī)構(gòu)： 圖 2-5 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(gè)容器。圖 2-6 所示機(jī)構(gòu)安裝 在傳送導(dǎo)軌的軸線上，傳送輪有三個(gè)互成 120轉(zhuǎn)角的槽位，傳 送皮帶連續(xù)

12、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(shí)間間隔為 t=2 π /3W，這樣就實(shí)現(xiàn)了間隙有序地往旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)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(jī)構(gòu)雖然可以達(dá)到間隙有序傳送容器的目的， 但是對(duì)于設(shè)計(jì)任務(wù)要求的旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)來說， 其外形尺寸偏大， 使機(jī)器整體外形龐大， 占用廠房空間大。 而圖 2-6 所示機(jī)構(gòu)不僅可以很好地與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)配合， 而且尺寸也不會(huì)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(shí)為了使容器能夠更好的輸出到工位 1，我們還設(shè)計(jì)了如下圖 2-7 所示的擋板：

13、 擋板示意圖 ②容器定位功能： 可以實(shí)現(xiàn)容器定位的機(jī)構(gòu)很多，在這里我們?cè)O(shè)計(jì)了下 圖 2-8 所示的帶凹槽并且間隙轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。 圖 2-8 凹槽定位 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)有六個(gè)半圓形凹槽，一方面隨著工作臺(tái)的間隙轉(zhuǎn)動(dòng)，凹槽邊 緣可以

14、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(tái)的間 隙轉(zhuǎn)動(dòng)凹槽可以起到很好的定位， 即旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)每次轉(zhuǎn)過 60，容器就被定位。 怎樣實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間隙轉(zhuǎn)動(dòng)呢？可以實(shí)現(xiàn)間隙轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有棘輪間 隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，槽輪間隙機(jī)構(gòu)，凸輪間隙機(jī)構(gòu)，不完全齒輪間隙機(jī)構(gòu)，偏心輪分 度定位機(jī)構(gòu)等， 綜合考慮各因素， 我們選用下圖所示的槽輪間隙機(jī) 構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為 單向間隙轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖右所示，槽 輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)撥盤，從動(dòng)槽輪和 機(jī)架組成。主動(dòng)撥盤以等角速度 W1 作連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)撥盤上的圓銷 未進(jìn)入槽輪的徑向槽

15、時(shí)，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(shí)不能 產(chǎn)生游動(dòng)，并獲得定位。當(dāng)圓銷 進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，槽輪受圓銷的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷離開徑向槽時(shí)，鎖止弧 又被卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。直至圓銷再次進(jìn)入槽輪的另一個(gè)徑向槽時(shí)，又重 復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。所以，槽輪作時(shí)動(dòng)時(shí)停的間隙運(yùn)動(dòng)。 ③容器夾緊功能： 因?yàn)橐獙?duì)容器進(jìn)行灌裝，封口壓蓋，所以在灌裝工位和 封口壓蓋工位時(shí)要對(duì)容器進(jìn)行夾緊固定， 防止容器在灌裝時(shí)不準(zhǔn) 確，封口壓蓋時(shí)跳動(dòng)，導(dǎo)致封口壓蓋錯(cuò)位，產(chǎn)生廢品，而浪費(fèi)材 料和經(jīng)費(fèi)。出于此目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了下面幾種夾緊

16、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(gè)凸 輪，用于對(duì)容器進(jìn)行夾緊固定，工作原理是當(dāng)容器到達(dá)工 位 2 和工位 3 時(shí)，凸輪處于遠(yuǎn)休位置，此時(shí)凸輪的遠(yuǎn)休輪廓?jiǎng)偤脤?duì)容器進(jìn)行夾緊，等灌裝和封口壓蓋完成時(shí)，凸輪 遠(yuǎn)休結(jié)束，此時(shí)容器沒有被夾緊，只要旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)， 則容器跟隨其一起轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 2-10 凸輪夾緊示意 （ 2） 方

17、案二： 如圖 2-11 所示 , 本方案采用圓環(huán)來是實(shí)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(dāng)容器在工位 1 處被旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)帶進(jìn)時(shí)， 容器就被圓環(huán)夾緊， 容器隨著旋轉(zhuǎn)工作 臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，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(tái)，斜臺(tái)在灌裝工位和封口壓蓋工位處與容器相切， 容器剛好被

18、運(yùn)送至灌裝工位和封口壓蓋工位時(shí)就被夾緊， 此時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)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(duì)容器進(jìn)行灌裝和封口壓蓋。 圖 2-12 斜臺(tái)夾緊示意圖 比較上述三個(gè)方案，方案一采用兩個(gè)凸輪對(duì)容器進(jìn)行夾緊， 可以很好的實(shí)現(xiàn)夾緊功能， 但是凸輪設(shè)計(jì)復(fù)雜， 加工困難， 并且 兩個(gè)夾緊凸輪與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)與配合過程設(shè)計(jì)復(fù)雜， 難度大，同時(shí)也會(huì)使機(jī)器整體構(gòu)造復(fù)雜化。 方案二中的夾緊

19、圓環(huán)會(huì)使容器在整個(gè)加工過程中出于夾緊狀態(tài)， 容器與夾緊圓環(huán)摩擦嚴(yán)重，可能會(huì)使容器變形， 甚至破裂， 并且這樣的摩擦狀態(tài)會(huì)增加系統(tǒng)的無用功率， 降低機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)容器在連個(gè)工位處的夾 緊，而且在整個(gè)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(shí)夾緊斜臺(tái)的設(shè)計(jì)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(tái)對(duì)容器在灌裝 工位和封口壓蓋工位處進(jìn)行夾緊固定，從而到達(dá)防止容器的跳

20、 動(dòng)，以及加工錯(cuò)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(jī)構(gòu)，由凸輪的 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)灌裝活塞的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于彈簧的作 用當(dāng)凸輪近休時(shí)，活塞往上運(yùn)動(dòng)，此時(shí)灌裝容器吸入液 體，凸輪繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)灌裝機(jī)構(gòu) 對(duì)空容器進(jìn)行灌裝，如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)就可實(shí)現(xiàn)灌裝功能。 圖

21、 2-13 凸輪式灌裝機(jī)構(gòu)示意 （2） 方案二 ： 如圖 2-14 所示，本方案采用連桿機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)灌裝 功能。 圖 2-14 雖然連桿機(jī)構(gòu)制造簡單，但是其設(shè)計(jì)過程復(fù)雜，所以 我們采用方案一來實(shí)現(xiàn)灌裝功能。 ⑤封口壓蓋功能： 如下圖 2-15 ，這是我們?cè)O(shè)計(jì)的封口壓蓋機(jī)構(gòu)，此機(jī)構(gòu)為 對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄

22、ab 與齒輪固接，齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶 動(dòng)桿 ab 連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)封口壓蓋機(jī)構(gòu)的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 進(jìn)而對(duì)容器進(jìn)行封口壓蓋。 圖 2-15 對(duì)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(dá)圖示虛線位置時(shí)， 輸出擋板將容器往輸出傳送 帶 方 向 推

23、 擋，同時(shí) 容 器是隨著 旋 轉(zhuǎn)工作臺(tái) 一 起旋轉(zhuǎn)的 ， 在合成力 的 作用下， 容 器被帶至 輸 出傳送帶上，進(jìn)而傳送到下個(gè)加工工位。 3．旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)總體方案 綜合考慮旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)要實(shí)現(xiàn)的 6 個(gè)功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了如 下旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)。 3.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)總體方案圖（機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖）

24、 圖 3-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖 1. 電動(dòng) 機(jī)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(dòng)撥盤 15. 從動(dòng)槽輪 16. 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái) 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

25、 上圖所示為機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案運(yùn)動(dòng)簡圖， 該旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的 工作原理如下所述： ①電機(jī) 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(dòng)，齒輪 5 又帶動(dòng)齒輪 6，從而形成三級(jí)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(dòng)齒輪 11，齒輪 11 又通過軸傳給傳動(dòng)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(dòng)通過皮帶傳 給鏈輪 18，使軸轉(zhuǎn)動(dòng)， 從而使皮帶輪 18‘轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)皮帶用來傳送容器。與左邊帶輪 18 同軸的鏈輪 1

26、9 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(dòng)活塞上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)容器的灌裝。 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(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dòng)撥盤 14，主動(dòng)撥盤 14 帶動(dòng)從動(dòng)槽輪 16，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作 臺(tái)的間隙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

27、以下兩圖圖 3-2 ，圖 3-3 分別是旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的左視圖， 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的俯視圖。 圖 3-2 選裝型灌裝機(jī)左視圖 圖 3-3 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的俯視圖 4 旋轉(zhuǎn)型

28、灌裝機(jī)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的設(shè)計(jì)，選擇與分析 設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求的灌裝速度是 12r/min, 即灌裝凸輪和 封口壓蓋曲柄的轉(zhuǎn)速也是 12r/min 。由于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)有 6 個(gè)凹槽，所以旋轉(zhuǎn)工作臺(tái) 1min 內(nèi)要轉(zhuǎn) 2 轉(zhuǎn)，即 2r/min ，也即從動(dòng)槽輪的轉(zhuǎn)速也是 2r/min ，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的槽輪有六個(gè)徑向槽，并且主 動(dòng)撥盤只有  1 個(gè)圓銷，所以主動(dòng)撥盤的轉(zhuǎn)速為  12r/min  。而傳送 輪有三個(gè)凹槽，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)速  2r/min,  則傳送輪轉(zhuǎn)速應(yīng)為 4r/min 。而傳送

29、皮帶輪我們?cè)O(shè)定的轉(zhuǎn)速是 8r/min 。 5 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 為了使灌裝機(jī)各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)配合， 我們?cè)O(shè)計(jì)了如下直線式動(dòng)循環(huán)圖圖 3-3 和直角坐標(biāo)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖圖 3-4 ： 圖 3-3 直線式動(dòng)循環(huán)圖 圖 3-4

30、直角坐標(biāo)式運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 6 原動(dòng)機(jī)的選擇： 本方案采用的是轉(zhuǎn)速為 1440r/min 的電動(dòng)機(jī)。 7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的選擇： 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)最常見的有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)， 鏈傳動(dòng)等。它們的特點(diǎn)如表 3-1： 特點(diǎn) 壽命 應(yīng)用 承載能力

31、和速度范圍大；傳 取 決 于 齒 金屬切削機(jī)床、汽車、起 動(dòng)比恒定，采用衛(wèi)星傳動(dòng)可 輪 材 料 的 重運(yùn)輸機(jī)械、冶金礦山機(jī) 獲得很大傳動(dòng)比，外廓尺寸 接 觸 和 彎 械以及儀器等 齒輪傳 小，工作可靠，效率高。制 曲 疲 勞 強(qiáng) 動(dòng) 造和安裝精度要求高，精度 度 以 及 抗 低時(shí)，運(yùn)轉(zhuǎn)有噪音；無過載 膠 合 與 抗 保護(hù)作用 磨損能力 結(jié)構(gòu)緊湊，單級(jí)傳動(dòng)能得到 制造精確， 金屬切削機(jī)床（特別是分 很大的傳動(dòng)比；傳動(dòng)平穩(wěn)， 潤滑良好， 度機(jī)構(gòu)）、起重機(jī)、冶金礦 無噪音；可制成自鎖機(jī)構(gòu)； 壽命較長； 山機(jī)械、焊接

32、轉(zhuǎn)胎等 蝸桿傳 傳動(dòng)比大、滑動(dòng)速度低時(shí)效 低速傳動(dòng)， 動(dòng) 率低；中、高速傳動(dòng)需用昂 磨損顯著 貴的減磨材料；制造精度要 求高，刀具費(fèi)用貴。 軸間距范圍大，工作平穩(wěn)， 帶 輪 直 徑 金屬切削機(jī)床、鍛壓機(jī)床、 噪音小，能緩和沖擊，吸收 大，帶的壽 輸送機(jī)、通風(fēng)機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī) 振動(dòng)；摩擦型帶傳動(dòng)有過載 命長。普通 械和紡織機(jī)械 保護(hù)作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本 V 帶 帶傳動(dòng) 低，安裝要求不高；外廓尺 3500-5000h 寸較大；摩擦型帶有滑動(dòng)，

33、 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 軸間距范圍大；傳動(dòng)比恒定； 與制造質(zhì)量 農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油機(jī)械、礦山 鏈條組成件間形成油膜能吸 有關(guān) 機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械和起重機(jī)械 振，對(duì)惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng) 5000-15000 等 能力，工作可靠；作用在軸上 h 鏈傳 的荷載??；運(yùn)轉(zhuǎn)的瞬時(shí)速度不 動(dòng) 均勻，高速時(shí)不如帶傳動(dòng)平

34、 穩(wěn)；鏈條工作時(shí)，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 由上述幾種主要的傳動(dòng)裝置相互比較可知， 由于傳動(dòng)效率高 等原因，故選擇齒輪傳動(dòng)，第一級(jí)傳動(dòng)選擇帶傳動(dòng)， 可對(duì)電動(dòng) 機(jī)起到過載保護(hù)的作用。 減速器分為三級(jí)減速， 第一級(jí)為皮帶傳動(dòng)， 后兩級(jí)都為齒輪 傳動(dòng)。具體設(shè)計(jì)示意圖及參數(shù)如下：

35、 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 傳送比 i 壓力角 d 帶輪 1 60mm 3 帶輪 2 180mm 齒輪 3 2

36、0 1.5mm 30mm 5 20 齒輪 4 100 1.5mm 150mm 20 齒輪 5 20 2mm 40mm 4 20 齒輪 6 80 2mm 160mm 20 （ 1） 繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖： 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)形式，繪制機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換功能圖如圖 3-5 所示。

37、 圖 3-5 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能圖 （ 2） 用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案： 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)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(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方 案數(shù)為： N=3 3322 33 3=2916 可由給定的條件，各機(jī)構(gòu)的相容性，各機(jī)構(gòu)的空間布置，類 似產(chǎn)品的借鑒，下圖折線為我們?cè)O(shè)計(jì)的最優(yōu)方案。

38、 圖 3-6 形態(tài)學(xué)矩陣 8 灌裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 由系統(tǒng)方案圖我們可知，我們選用如下灌裝機(jī)構(gòu)： ⑴設(shè)定的數(shù)值： ① 容器高度 h1 為 200mm; ② 活塞運(yùn)動(dòng)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

39、輪：此凸輪用于灌裝工位， 利用遠(yuǎn)近休止帶動(dòng)推桿和活塞來 實(shí)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(jì)過程： 一．我們?cè)O(shè)定凸輪的數(shù)據(jù)如下：①基圓半徑 r 0=45mm ②滾子半徑： r t =5mm ③行程： S=40mm ④推程角： δ0=120 ⑤回程角： δ0’=120 ⑥近休止角： δ 01=60 ⑦遠(yuǎn)休止角： δ 02=60 ⑧升程最大壓力角： αmax01= 29.3571108729986 ＜30 ⑨回程最大壓力角： α

40、max02= 29.3571108729986 ＜ 30 ⑩運(yùn)動(dòng)規(guī)律的選擇， 為了減少剛性和柔性沖擊， 我們?cè)谕瞥毯突? 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(yùn)動(dòng)規(guī)律 sine acceleration curve ）, 在遠(yuǎn)休和近休時(shí)選用靜止運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

41、 根據(jù)以上凸輪的數(shù)據(jù)我們利用“凸輪機(jī)構(gòu) CAD— CAI”軟件可以將凸輪的圖形設(shè)計(jì)出來，具體過程： 1、設(shè)置凸輪參數(shù)： 2、設(shè)置凸輪分段參數(shù) 為保證凸輪運(yùn)動(dòng)過程中減少?zèng)_擊， 我們將參數(shù)分別設(shè)置為： ① 0～ 60為近休止運(yùn)動(dòng)階段，升程為 0mm，靜止運(yùn)動(dòng)規(guī)律； ② 60～ 180為推程運(yùn)動(dòng)階段， 升程為 40mm，擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律；

42、 ③ 180～ 240為遠(yuǎn)休止運(yùn)動(dòng)階段， 升程為 0mm，靜止運(yùn)動(dòng)規(guī)律； ④ 240～ 360為回程運(yùn)動(dòng)階段，升程為 -40mm，擺線運(yùn)動(dòng)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(jì)凸輪的圖形為： 4、運(yùn)

43、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?jǐn)?shù)據(jù)如下： 用Slidworks 繪制凸輪輪廓 注：先啟動(dòng) Solidworks ，打開一張零件圖，再 點(diǎn)擊此鍵。 基圓半 偏心 滾子半 最小曲率半 升程最大壓力角 回程最大壓力角 計(jì)算點(diǎn) 徑 距 徑 徑

44、數(shù) 45 0 5 45 29.35711087 29.35711087 72 6、凸輪推動(dòng)推桿上下運(yùn)動(dòng)，而活塞與推桿固接，故活塞的運(yùn)動(dòng) 規(guī)律與推桿的一樣， 做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 由運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可知， 灌裝 活 塞 的 運(yùn) 動(dòng) 規(guī) 律 如 下： 9 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 由于要求灌裝速度為 12r/min ，因此每

45、個(gè)工作間隙為 5s，轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng) 60用時(shí) 5/6s ，停留 25/6s ，運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖 3-6 所示。 由此設(shè)計(jì)如下槽輪機(jī)構(gòu)， 完成間歇運(yùn)用， 以達(dá)到要求。 槽輪 機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：構(gòu)造簡單，外形尺寸??； 機(jī)械效率高，并 能較平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位； 但因傳動(dòng)時(shí)存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合； 同時(shí)由于槽輪機(jī)構(gòu)具有自行鎖緊的功能，所以能用于此機(jī)構(gòu)的定位作用。 具體數(shù)據(jù)如下： ① 從動(dòng)槽輪 15 如圖所示 有 六 個(gè) 徑 向 槽，并且 從 動(dòng)槽輪的 轉(zhuǎn)

46、 速 為 2r/min; ② 主 動(dòng) 撥 盤 有 一 個(gè) 撥動(dòng) 圓 銷 ， 并 且 主 動(dòng) 撥盤 的 的 轉(zhuǎn) 速 為 12r/min; 10 傳送輪的設(shè)計(jì)： 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(tái)的工位 1，這樣就可以利用傳送輪轉(zhuǎn)動(dòng) 120的 時(shí)間間隔來使空容器間隙有序的傳送到位。

47、 如圖所示傳送倫上設(shè)計(jì)有三個(gè)互成 120的凹槽，傳送輪直徑為 200mm。其運(yùn)動(dòng)規(guī)律如下圖所示： 由上圖可知，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)  1 轉(zhuǎn)，有  6 個(gè)容器完成灌裝 和封口壓蓋，由于傳送輪上只有  3 個(gè)凹槽， 所以傳送輪轉(zhuǎn)動(dòng)在旋轉(zhuǎn)

48、 工作臺(tái)轉(zhuǎn)  1 轉(zhuǎn)的時(shí)候，它應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)  2 轉(zhuǎn)。 11 傳動(dòng)齒輪，帶輪，鏈輪的設(shè)計(jì)： （ 1） 如下圖所示從電動(dòng)機(jī)到軸Ⅲ的減速以及齒輪帶輪的設(shè)計(jì)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(jī)系統(tǒng)中的鏈傳動(dòng)：

49、 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下： ①鏈輪 8 和 18 的齒數(shù) Z8=24，Z18=72，模數(shù) m=2mm, d8=48mm，d18=144mm; i 8 18 = Z 18/ Z 8=3,n 8=24r/min, n18=8r/min; ’ ’’ 的齒數(shù) Z8 ’ ’’ ②鏈輪 8 和 18 =24，Z18 =72，模數(shù) ’ ’ ’ = ’’ m=2mm, d8 =48mm， d18 =14

50、4mm;i8 18 Z18 / Z8 ’ =3,n ’ ’’ =8r/min; 8 =24r/min, n 18 ③鏈輪 19 和 20 的齒數(shù) Z =60，Z 40，模數(shù) m=2mm, 19 20= d19=120mm ， d20=80mm;i19 20= Z20/ Z =2/3,n 19 =8r/min, n 20 =12r/min; 19

51、 （3）系統(tǒng)中錐齒輪的設(shè)計(jì)： Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為 24r/min, Ⅳ軸轉(zhuǎn)速為 12r/min, 固 i 7 9 =2： 1，設(shè)計(jì)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(jì)： 如圖所示齒輪 21‘ 帶動(dòng)齒輪 22 轉(zhuǎn)動(dòng)，與齒輪 22 同軸 的 22’帶動(dòng)齒輪 23，從而實(shí)現(xiàn)齒輪 23 上

52、曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這四個(gè)齒輪的具體設(shè)計(jì)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(dòng)撥盤同軸齒輪，錐齒輪同軸齒輪的設(shè)計(jì)：

53、 ①齒輪 10 與齒輪 11 嚙合， n10=12r/min, n 11=4r/min; i 10 11 = n 10/ 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; i 12 13 = n12/ n13=1, 齒數(shù) Z12=77，Z13=77，模數(shù) m=2mm, d12=154mm， d13=154mm;

54、 12 封口壓蓋機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)： 封口壓蓋我們采用下圖所示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)： 此機(jī)構(gòu)為對(duì)心曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)，曲柄 ab 與齒輪固接，齒 輪連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)桿 ab 連續(xù)轉(zhuǎn) 動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)封口壓蓋機(jī)構(gòu)的上 下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)容器進(jìn)行封 口壓蓋。 有關(guān)此機(jī)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=6

55、0 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(shí)， C點(diǎn)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(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可以知道封口壓蓋滑塊的運(yùn)動(dòng)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= L 1=30mm ⑵連桿長 bc= L 2=150mm ⑶

56、極位夾角 θ=0 ⑷行程比 k=1 ⑸ 最 小 傳 動(dòng) 角γ min=arcos(L 1/L2)= arcos(0.2)=78.46304097 =78.46 13 參考文獻(xiàn) 1、孫桓，陳作模，葛文杰編著， 《機(jī)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(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ， 重慶大學(xué) 3、裘建新 . 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 . 5 版. 北京：高等教育 出版社， 2008. 4、陸鳳儀 . 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2002.