机械原理课程设计-旋转式灌装机设计.ppt

设计题目 :旋转式灌装机 班 级 :机械设计制造及其自动化专业 设 计 者 :学 号 :起止日期 :2015年 7月 2日 2015年 7月 10日 Contents 目 录 设计方案 1 运动方案总图 2 运动循环图 3 机构的选择与比较 4 尺寸设计 5 凸轮仿真 6 UG槽轮仿真 7 心得体会 8 1.设计方案 10*6/60=1 罐 /s 所以，灌装的速度为 1 罐 /s，由此推断，在六工位转台上，每一 秒钟就要转动一个工位，进而得知槽轮主动轮的转速为 1r/s，而六工 位转台每一个工位相 对其转动中心的转角为 60，再根据槽轮的运 动规律得知，主动轮在每一秒钟 转动过程中，只有 60的转动用来 驱动槽轮从动轮做转动，其余 300的转动用 来定位。所以， 1s 的 之间内，有 1/6s 的时间工位转动， 5/6s 的时间工位静止。 而灌装和 封盖的过程均要在这 5/6s 的时间内完成，以此为前提，进行我们的 设计。 运动方案参数表 方案号 转台直径 mm 电动机转速 r/min 灌装速度 r/min 1 600 960 10 2.运动方案总图 该系统由 2 个电动机驱动。销轮带动六 角槽轮间歇性 转动， 1s 转动一个工位，转 动工作台与六角槽轮同轴，进而实现了每秒 一个工 位的间歇性转动。另一方面，齿轮 2 与等齿齿轮 5 啮合，与齿轮 5 同轴的销轮带 动三角槽轮转动，换盖转盘与其同轴，实现 了换盖转盘的间歇性转动。 工作时空瓶沿传动皮带做匀速直线运动， 被带入转动工作台凹槽内，工作台 旋转时， 带动空瓶转至下一个工位，工作时，工作台 每转动 60，凸轮旋转一周，带动压板完成 一次灌装和封 盖，并且在回程和近休止的时 候换盖盘完成一次 120的旋转，工作台停歇 时， 凸轮进入推程，压板向下运动，远休时 完成灌装和压盖，同时吸盖，当凸轮回程 和 近休时，工作台转动，压板的换盖盘通过弹 簧回位，同时换盖盘完成 120的 工位转动。 如此往复。 2.1 工艺分解 封盖装置与转动工作 台的原理类似，要求其封 盖旋转工作台每 s 转动一 个工 位，则其带动槽轮的 主动轮同样以 1r/s 的速度 旋转，所以将减速后的转 轴运动 通过不减速的传动 传递给其槽轮主动轮的转 轴即可。 通过对于设计方案的分析，电机 同时要带动凸轮，旋转工作台，封盖 旋转工 作 台 ， 做 转 动 。 对 于 旋 转 工 作 台 ， 主 动 轮 的 转 速 为 1r/s ， 电 机 转 速 为 960/60=16r/s， 因为考虑到旋转工作台只是推动容器 在固定工作台上做滑动， 受力及做功 并不大，再加上尽量使机械结构较为 简单，这一级的变速直接采用蜗 轮蜗 杆的减速传动，但是考虑到蜗轮蜗杆 的传动效率低，最终仍然改为直齿圆 柱 齿轮传递传动比为 1:16。 减速装置 容器输入输出 固定工作台 与旋转工作 台安装后 旋转工作台的间歇 转动由六位槽轮的 间歇转动实现 各个工位的精确定位 功能 容器的定位功能 通过转动工作台的凹 槽与固定工作台的挡 板共同完成 对容器的灌装封口 压力结构（凸轮机 构） 压力封口和灌 装由凸轮机构实现 送盖，吸盖，换 盖装置 换盖及吸 盖装置 控制转轮间歇转动 压盖及回位 整体机构的工作周期为 6s，所以循环图中，旋转工作台每转 一个工位（ 60）表示 1s。在这 1s 中，工作台在 1/6s 内实现工 位的转换， 5/6s 内停歇。 灌装封口机构在一次工位转 换过程中，完成一次灌装及封口 的动作。在工作台旋 转的同时， 凸轮回程和近休，在弹簧的回复 力作用下，压板向上运动回复至 原位， 压盖转盘通过三角槽轮 和弹簧回复力实现向上回位并旋 转换位；工作台停歇时， 凸轮 推程，压板及压盖转盘一起向下 运动，并在凸轮远休时进行灌装、 封口、压 盖转盘的吸盖工作。 考虑到工作的安全性，为了 实现旋转工作台的顺利换位，可 以在安装时，让凸轮回程略微提 前，工作台再接着旋转，避免瓶 口和压板发生碰 撞。 3.运动循环图 4.机构的选择与比较 我们选择了齿轮为减速装置。在此主要是 考虑到：蜗轮蜗杆的传动功率小，损耗功率大。 且在传动中啮合面易磨损。传动比大，会自锁。 若采用皮带轮传动 虽然传动比较平稳，结构也 相对简单，制造和安装精度不像啮合传动严格， 且中 心距调节范围较大。但是皮带轮传动过程 中传动有弹性滑动和打滑，传动效率低 和不能 保持准确的传动比，皮带轮的寿命较短。而齿 轮传动的传递功率大，传动 效率高，传动比大 并且精确，机构所需空间较小，使用寿命长， 可靠性强。综合 分析，我们采用齿轮啮合传动 实现传动减速装置。 4.1 传动机构的选择与比较 4.机构的选择与比较 4.2 执行机构的选择与比较 据旋转工作台的形状采用六角槽轮。它构造简单， 外形尺寸小，机械效率高，并且能较平稳地进行转位，虽 然存在柔性冲击，但是在此系 统中不需要大载荷。 在压盖吸盘的间歇旋转运动中，通过对压盖吸盘 的设计来决定用三角槽轮。 在实现灌装压盖的往复直线 运动时，我们采用凸轮的旋转，利用凸轮的推程来实现。 通过设计凸轮的推程角，远休角，回程角，近休角来实现 各角度对应执 行构件的动作。 在传输空瓶与瓶盖时采用皮带传输，传动平稳，并 可让空瓶保证一定的间隙。 在带动工作台做间歇旋转运动时，我们采用不完 全齿轮机构来实现。它工作 更可靠，传递力大，但是从 动轮转动和停歇的次数，时间，转角大小等变化范围 较 大，但是难加工 。 5.尺寸设计 5.1 凸轮设计 联系实际生产与各部件的位置关系，设定瓶 口距泵口的间距为 7cm，泵口的 上下间歇往复运 动时凸轮的连续转动实现的，凸轮与推杆不存在 偏距，所以可知， 凸轮的推程为 7cm，基圆半径 为 100mm泵口完成一次推程和回程需在工作台停 歇的时间内，即 5/6s。要求推程时，实力缓慢平 稳，并在远休时有充足时间进行指定工作，所以 设 定推程角 200，远休角 100，回程角 +近 休角 60。但是原来设计的凸轮轮廓含有凹角， 会产生刚性冲击，对零件有很大的损害， 影响精 度并且减少寿命。所以综合考虑凸轮轮廓和角度， 设计出推程角 120， 远休 100，近休 60， 这样不但保证了这样不仅保证了凸轮轮廓的合理， 还有 足够的时间压盖，灌料和进行吸盖盘的旋转 工作。并且在推程回程与远休的转换 处，在保证 精度的同时，加入了圆角，增加适当的弧度减缓 冲击，增加运动平稳 性。 5.尺寸设计 5.2 槽轮尺寸设计 此六角槽轮为带动旋转工作台实现旋 转间歇运动， 由旋转工作台半径来假设 六角槽轮半径 100mm。 圆柱销与槽轮中 心线相切，槽轮两槽间夹角为 60。 由 几何关系可求出圆柱销半径为 100tan30 mm， 两轮中心间距为 100/cos30 mm。 当圆柱销带动 槽轮旋转至与中心线重 合时，假设槽轮槽宽 30mm， 可得出槽轮 基圆半径（ 100/cos30 -100tan30） mm。 此三角槽轮为带动压盖转盘实 现旋转间歇运动， 由压盖转盘半 径来假设三角槽轮半径 50mm。圆 柱销与槽轮中心线相切，槽轮两 槽间夹角为 120 。 由几何关系可求出圆柱销半径 为 50tan60 mm， 两轮中心间距 为 50/cos60 mm。当圆柱销带动 槽轮旋转至与中心线重合时，假 设槽轮槽宽 6mm，可得出槽轮基圆半径为 （ 50/cos60 -50tan60 ） mm。 5.尺寸设计 减速齿轮 1：模数 1，齿数 20，标准齿轮 （齿顶高系数 1，顶隙系数 0.25，压力角 20，）齿轮分度 圆直径 D=mz=1*20=20mm 减速齿轮 2、 5：模数 1，齿数 480，标准齿轮 齿轮分度圆直径 D2=1*480=480mm 具体参数为： z1=20， z2=320， m=1， =20 中心距： a=m(z1+ z2)/2=1*(20+320)/2=170mm 分度 圆直径： d1=m*z1=1*20mm=20mm D2= =m*z2=1*320=320mm 基圆直径： db1=m *z1*cos=1*20*cos20 =18.79mm db2=m*z2*cos=1*320*cos20 =300.70mm 齿顶圆半径： da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2*1)*1/2=11mm da2=(z2+2ha*)*m/2=(320+2*1)*1/2=161mm 齿顶圆压力角： a1=arccos【 z1cos/（ z1+2ha*）】 =acrcos【 20cos20 /（ 20+2*1）】 =31.3213 a2=arccos【 z2cos/（ z2+2ha*）】 =acrcos【 320cos20 /（ 320+2*1）】 =21.09 基圆齿距： pb1=pb2=mcos=3.14*1*cos 20 =2.95mm 重 合 度： a=【 z1(tana4-tan)+z2(tana5-tan)】 /2= 【 20(tan31.3213 -tan20 )+320(tan21.09 -tan20 )】 /2=1.88 a 1 可连续传动 锥齿轮 3、 4:模数 3，齿数 90，标准锥齿轮 齿轮比 1:1 啮合，可以连续传动。 论证过程同上。 5.3齿轮设计 5.尺寸设计 5.4 其他机构尺寸设计 旋转工作台半径为 300mm，假设瓶子直径为 80mm，工作台中心 距瓶心 220mm。高 250mm，固定工作台与旋转工作台间距 150mm， 吸盖转盘厚度 30mm，压盖滑块长度为 160mm，压盖滑块距 100mm。 由此可得出凸轮推程为 70mm，压盖转盘半径为 100mm，瓶盖直 径 20mm，盘心至吸 瓶盖中心为 70mm。弹簧在自由状态下长度为 100mm，最大压缩量为 80mm。 6.凸轮仿真 7.凸轮仿真 位 移 速 度 加速度 线 图 7.UG槽轮仿真 8.心得体会 到此，我总算完成了对旋转灌装机的设计。作为学机械的学生， 对机械原 理的课程设计是十分有必要的。我们在课堂上掌握是仅仅是 专业课的理论知识， 如何去锻炼我们们的实践能力，如何把我的所学 的专业基础课程理论知识运用到 实践中去。课程设计就是为我们提供 了良好的实践平台。在做本次课程设计的过 程中，我感触最深的当属 如何把学过的理论知识运用于实际。为了让设计更加 完善，查阅方面 的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们不能单 靠课本 理论，这在实际运用中会出现差别。所以在设计中，我们不仅要注意 各种构件的自身 特点，还要考虑到工艺特点，加工材料，经济性，安 全性，可行性等，课程 设计虽然已经完成了，但是从中学到的知识会 让我们受益匪浅。无形之中，我们 发现，提出，分析，解决问题的能 力得到了提高，这将有益于我们以后的学习工 作和生活。