酒类封盖机原创

. 酒类封盖机原创- -日期：48 / 54摘 要本设计为封盖机设计，主要应用于白酒企业，对白酒进行封盖，其生产率为2000瓶/小时，所适应的瓶高为60-100mm，瓶口直径为22-26mm。该机器由电动机提供动力，电机选用鼠笼式三相异步电动机，工作时，通过两条传动链输出：一条经过一级带传动和蜗轮蜗杆减速器驱动曲柄滑块机构使电动机转动转变为直线往复运动；另外一条是电动机通过两级带传动驱动滚压头中心轴做旋转运动，从而实现滚压头同时做旋转、直线运动，实现对瓶口的封盖。曲柄滑块机构具有结构简单、加工容易、维修方便、经济实用的优点，在机械设备中应用广泛。本设计中，通过对平面曲柄滑块机构的数学建模，用MATLAB编程，输入曲柄滑块机构的机构参数和运动参数，实现对整个机构运动过程的仿真分析。关键词：封盖机；曲柄滑块；蜗轮蜗杆；带传动AbstractThis design for sealing machine design, mainly applies in the liquor enterprise, to block of liquor, its productivity for 2000 bottles/hour, the bottle to high for 60-100mm, and the bottle to diameter for 22-26mm.This machine powered by motor, motor selection rat trap type three-phase asynchronous motor, working, this through two transmission chain output: One passing level 1 belt and worm reducer drive slider-crank mechanism for linear motor rotation transformation to reciprocating movement; another is the electromotor through two-stage belt drive roller head do rotational motion, so as to realize the pressure head also do roll rotation, linear motion, realizes to mouth sealing. Slider-crank mechanism has simple structure, easy processing, maintenance is convenient, economical and practical advantages, is widely used in mechanical equipment. This design, through the plane slider-crank mechanism mathematical modeling, MATLAB programming, input slider-crank mechanism structure parameters and the motion parameters of the whole organization, realize the movement process of the simulation analysis. Keywords:Sealing machine; Slider-crank; Worm; Belt transmission目 录摘 要IABSTRACTII目 录I第一章 绪论1第二章 总体方案设计22.1 液压传动档案22.2 气压传动方案22.3 机械传动方案32.3.1 凸轮传动机构32.3.2曲柄滑块传动方案42.4 设计创新型传动方案4第三章 电动机的选择63.1电动机类型的选择63.1.1电动机的容量选择63.1.2 确定电动机型号73.1.3 电动机的外形尺寸83.2 传动系统运动参数与动力参数的计算83.2.1 确定传动系统各部分合理的传动比83.2.2 计算运动参数(各轴转速)93.2.3 计算动力参数9第4章 带传动的设计与计算114.1 确定设计的功率114.2 选择带型114.3 确定带轮基准直径124.3.1 初选小带轮基准直径134.3.2 验算带速134.3.3 计算大带轮基准直径134.3.4 确定中心距和带的基准长度134.3.5 验算主动轮包角144.3.6 确定带的根数154.3.7 确定带的预紧力154.3.8 计算带传动作用在轴上的力164.4 带轮结构的设计164.4.1 小带轮结构设计164.4.2 大带轮结构设计18第5章 蜗杆传动设计205.1蜗杆传动类型选择205.2 选择材料215.3 蜗杆传动的主要参数与其选择215.3.1 模数和压力角225.3.2 蜗杆的分度圆直径225.3.3 蜗杆头数235.3.4 导程角235.3.5 传动比和齿数比235.3.6 蜗轮齿数245.3.7 蜗杆传动的标准中心距245.3.8 参数的选定245.4 蜗杆传动的几何尺寸计算245.4.1 蜗杆传动的受力分析275.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算295.4.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算315.4.4蜗杆的刚度计算315.4.5蜗杆传动滑动速度计算32第六章 匀速直线往复机构的设计与计算346.1 齿轮类型的选择346.2 往复运动的行程设计356.3 360度全齿齿轮的设计356.4 180度版齿轮的设计416.5齿条长度的设计44结 论45参考文献46致 48第一章 绪论技术工艺，是衡量一个企业能否具有先进性，能否具备市场上的竞争力，能否不断领先于同等竞争者重要的指标依据。随着我国酒类封盖机市场的快速发展，与之有关的核心技术的应用与研发能力必将成为相关业企业的关注焦点。了解世界酒类封盖机制造生产的核心技术研发方向，工艺设备，技术应用与其趋势对于产品企业提升技术规格精度，提高了市场的竞争力也起着关键作用。酒类瓶盖作为产品包装重要部分，它所具备的功能主要有两点：一是对产品的密封性，对酒类起保护作用，这是酒类瓶盖的最基本的功能，也是企业最容易做的；二是产品的美观性，作为酒类包装不可缺少的一部分，小小酒瓶盖可以起到为产品的画龙点睛作用。随着我国人民生活水平的不断提高，对灌装类饮料的需求不断加大。目前我国已经引进多条高速灌装自动线，对啤酒、汽水等消耗量大且带有气体的封盖机已经形成了一定规模，但白酒、葡萄酒等高档无气体酒类封盖几乎不成体系和规模，与世界水平还有很大距离，而且国产产品技术含量不高，为此，设计一款封盖机，该类封盖机可以一次完成加工，经济快速，容易调整，操作简单，维修方便的封盖机。第二章 总体方案设计 封盖机的主要运动机构有两个部分，分别是封头的上下往复运动和滚压封头的旋转运动，滚压封头的旋转运动主要是由电动机带动，而滚压封头的上下往复运动现主要有液压传动、气动传动和机械传动三大类，设计的难点在于选择合适的能使滚压封头上下往复运动最佳方案。2.1 液压传动档案 选择合适规格的液压缸，用手动换向阀进行手动控制滚压封头，手动换向阀也可以改为电气控制的换向阀，从而实现自动连续封盖，提高效率。封盖机采用液压传动，可使机器工作平稳、质量轻、惯性小、反应快、安全可靠。但是液压系统对液压元件在制造精度上要求较高、造价高，而且对工作介质的污染比较敏感，温度的变化很大程度影响封盖机的稳定性和精度，并且在在工作中伴有加大的能量损失。需要有液压泵和较大的油箱以与输送的管道，需要加大的空间。同时，由于采用液压系统泄漏也是不可以避免的，泄漏会对使用性的产品产生较大的污染，因此，本封盖机为了节约空间、防止对产品的污染，不宜选用液压传动方案。2.2 气压传动方案 气压传动方案是选择合适的气压缸，用手动换向阀人工操作实现气压缸的伸长和缩短，从而带着滚压封头实现上下往复运动，也可以使用电气控制换向阀，实现自动化操作，以便提高生产效率。封盖机采用气压传动方案，可以是机器工作平稳、质量轻、惯性小、反应快、不涉与到液压油的泄漏等问题。 但是，封盖机采用气压传动方案，要有与气压缸相配套的气压泵和密闭的容气罐，但是气压泵工作的时候会对生产车间产生较大的噪音污染，同时与气压缸相连的管线和各种控制阀的精度要求较高，造价高，时间长会产生气体泄漏的现象，所以考虑到声音污染，成本造价较高，日常的维护费用较高，所以本设计的封盖机，不宜采用气压传动方案。2.3 机械传动方案 在机械传动方案中，能够实转动变为直线往复运动的机构有凸轮滑块机构和曲柄滑块机构两类常见的运动机构。2.3.1 凸轮传动机构图2-1 凸轮机构原理图凸轮机构的工作原理如图2-1所示，凸轮可以是圆形，也可以是椭圆形，但是凸轮的支撑点一般不在几何中心上，即凸轮的支撑点到凸轮的边缘的距离是不等的。有一个最小的距离和一个最大距离，对于对心凸轮来说凸轮带动的滑块的最大行程。选择凸轮机构主要优点是只要适当的设计出凸轮形状轮廓曲线，就可以使推杆带动滑块得到多种预期的运动轨迹，而且响应快速，结构简单并且紧凑，设计方便。凸轮机构的主要缺点：1) 凸轮与从动件间为点或线接触，易磨损，只宜用于传动力不太大的场合； 2) 凸轮轮廓精度要求较高，需用数控机床进行加工；3) 从动件的行程不能过大，否则会使凸轮变得笨重。因为凸轮机构的行程不能太大，所以此封盖机的设计不宜采取凸轮机构带动滚压封头的上下运动。2.3.2曲柄滑块传动方案图2-2曲柄滑块机构原理图曲柄滑块机构的工作原理如图2-2所示，通过主轴转动带动曲柄转动，曲柄通过连杆的带动使滑块作上下往复运动。曲柄滑块机构具有磨损轻、寿命长、便于润滑，低副易于加工、可获得较高精度、成本低，杆可较长。但是封盖机产生的螺纹应该是标准的螺纹，而采用的曲柄滑块机构可以做往复直线运动，但是滑块产生的速度是变速运动，速度不是恒定的，所以封盖机的滚压封头在曲柄滑块的带动下做的上下运动不是匀速的，而滚压封头的旋转的速度由于是电动机的传递的，所以滚压封头的旋转是匀速的转动。这样在一个匀速转动和一个不匀速下降的的合成下产生的螺旋线不是标准的螺旋线。所以要设计先进的封盖机设备，要产生的螺旋线必须是标准的，为了得到标准的螺旋线也不宜采取曲柄滑块机构。2.4 设计创新型传动方案 为了要使设计出的封盖机具有一定的市场竞争力封盖机，就要设计出可以产生标准螺旋线的封盖机，关键在于设计出具有匀速往复直线运动的机构用以传动。图2-3 匀速往复直线运动机构1往复齿条、2右移半边齿轮、3右移输入齿轮、4右移输入轴、5输入齿轮、6输入轴、7堕轮、8堕轮轴、9左移输入轴、10左移输入齿轮、11左移半边齿轮、一种等速往复直线机构如图2-3所示，包括往复齿条(1)、右移半边齿轮(2)、左移半边齿轮(11)、输入齿轮(5)，所述输入齿轮(5)与右移输入齿轮(3)啮合，所述右移输入齿轮(3)与所述右移半边齿轮(2)固定在右移输入轴(4)上，所述右移半边齿轮(2)与所述往复齿条(1)啮合，所述往复齿条(1)与所述左移半边齿轮(11)啮合，所述左移半边齿轮(11)与左移输入齿轮(10)固定在左移输入轴(9)上，所述左移输入齿轮(10) 与堕轮(7)啮合，所述堕轮(7)与所述输入齿轮(5)啮合，其特征在于：所述右移半边齿轮(2)和所述左移半边齿轮(11)的大小一致带齿弧度为180度相位相差180度且不同时与所述往复齿条(1)啮合，所述右移输入齿轮(3)与所述左移输入齿轮(10)大小和齿数一致，所述输入齿轮(5)与所述堕轮(7)大小和齿数一致。右移半边齿轮(2)与所述左移半边齿轮(11)分别在双侧为所述往复齿条(1)的两侧，所述输入齿轮(5)与所述左移输入齿轮(10)、右移输入齿轮(3)啮合，所述右移半边齿轮(2)与所述左移半边齿轮(11)等速同向旋转且带齿部分交替与所述往复齿条(1)啮合，使得齿条得到一个匀速直线往复运动。第三章 电动机的选择3.1电动机类型的选择本设计所选电动机应从多方面考虑。电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般多采用三相交流电源,因此,无特殊要求时,均应采用三相交流电动机。交流电动机又分为异步电动机和同步电动机，同步电动机常用于转速不随负载变化情况下，而本设计没有这方面要求，所以选异步电动机。三相异步电动机又分为鼠笼式和绕线式，本设计对调速性能、启动转矩要求不高，通常选用普通三相鼠笼式异步电动机。并且异步电动机的优点有结构简单、容易制造、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率较高且适用性强。Y系列三相笼型异步电动机是一般用途的全封闭自扇冷式电动机，由于其结构简单、工作可靠、价格低廉、维修方便，因此广泛应用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等。 根据Y系列三相异步电动机的技术数据和相关手册Y2系列比较适合我所设计的防盗式封盖机。Y2系列电动机是Y系列电动机的更新换代产品，是一般用途的全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机。它是我国九十年代最新产品，其整体水平已达到国外同类产品九十年代初的水平。该产品应用于国民经济各个领域，如机床、水泵、风机、压缩机，封闭式还可适用于灰尘较多、水土飞溅、含易燃、易爆或腐蚀性气体的场合。3.1.1电动机的容量选择电动机的容量选择的是否合适,对电动机的正常工作和经济性都有影响。容量选的过小,不能保证工作机的正常的工作或使电动机因过载而过早的损坏;而容量选的过大,则电动机的价格较高,能力又不能充分利用,而且由于电动机经常不满载运行,其效率和功率因数都较低,增加电能消耗而造成能源的浪费。选择电动机功率时，除了考虑温升外还要考虑过载能力和起动能力，电动机达到稳定温升后如果负载减小或停止工作则电动机的发热量将小于散热量，电机温度会下降，最后稳定于较低的稳定温升，这个温升下降过程叫电动机的冷却，常见的电动机工作方式；连续工作制；短时工作制；断续周期工作制；我设计所需要的是的是连续工作。Y2系列电动机额定电压为380V，额定频率为50Hz。在380V电压下，鼠笼式异步电动机功率为0.37320kW。本设计为小型机械，对功率要求不高，并参考工厂样机，选取功率为0.37kW。3.1.2 确定电动机型号功率为0.37kW的Y2系列电动机有如下几款：表3-1 电机主要参数型号额定功率额定电流转速效率功率因数最大扭矩最小扭矩空载噪声Y2-80M1-60.371.390062.00.721.554Y2-71M2-40.371.0138067.00.752.21.755Y2-71M1-20.371.0282070.00.812.21.664根据任务书技术参数，生产率：QT=2000瓶/小时 QT=瓶/min=33.3瓶/min 可取：QT=34瓶/min本设计执行机构为曲柄滑块机构，活动支架带动滚压头做上下的往复运动，相当于滑块带动滚压头，滑块每往返一次为一个工作循环。同时，曲柄也旋转一周，每转一周完成一次封盖。曲柄转速可求得，即r/min蜗轮转速r/min本设计减速传动链为二级减速，由V带传动，蜗轮蜗杆减速器组成。选取V带传动比=12，蜗轮蜗杆减速器传动比=740，则总传动比的围=780，则电动机转速可选围为：=(780)20=(1401600)r/min根据表3-1，选取Y2-71M2-4型电机较为合适，其参数为：额定功率0.37kW，转速1380r/min，效率67.0，功率因数0.75，扭矩围1.72.2。3.1.3 电动机的外形尺寸图3-1Y2型三相异步电动机表3-2 Y2-71M2-4型电机安装尺寸（单位：mm）型号尺 寸HABCDEFGDGADACHDL801251005019406615.514587.52202953.2 传动系统运动参数与动力参数的计算3.2.1 确定传动系统各部分合理的传动比总传动比： （3-1）式中 n1电动机输出转速 np蜗轮输出轴转速将r/min，=1380r/min代入公式（2-12）得id=69各部分传动比： （3-2）式中 为V带传动比为蜗轮蜗杆传动比选取=2；=34.53.2.2 计算运动参数(各轴转速)小带轮输入轴（电动机输出轴）转速：=1380r/min蜗杆转速：=690r/min蜗轮输出轴转速：r/min3.2.3 计算动力参数查机械设计通用手册得各部件传动效率为：V带传动：0.850.95 取=0.94蜗轮蜗杆传动： （3-3）=0.84轴承传动：0.970.99 取=0.98另外，电动机的效率为67.0。则电动机输出轴、蜗杆、蜗轮输出轴三轴的功率分别为：电动机输出轴：=0.370.67=0.25kW蜗杆：=0.370.670.94=0.23kW蜗轮输出轴：=0.230.840.980.98=0.19kW电机轴：=9550=9550=1.73Nm蜗 杆：=9550=9550=3.18Nm蜗轮输出轴：=9550=9550=90.725Nm第4章 带传动的设计与计算 本封盖机为了将电动机的运动形式转化到蜗轮蜗杆上采用的是V带传递，V带具有传递功率高，抗拉伸强度大，可有有效的缓解机器的冲击等优点。所以采用V带连接传动。4.1 确定设计的功率 =1.10.37=0.407kW0.41kW式中 工况系数传动功率（kW）查机械设计手册第3卷，表13-1-11，载荷变动小，每天工作时间小于10小时，取=1.1。4.2 选择带型普通三角胶带有帘布的和线绳的两种结构形式，其横断面为梯形。帘布结构的三角胶带由包布层、伸层、强力层和压缩层四部分组成，强力层则由胶帘布组成。线绳结构的三角胶带由包布层、伸层、强力层、缓冲层和压缩层五部分组成，强力层则有胶线绳组成。线绳结构的三角胶带，其曲挠性能较好，适用于带轮直径较小与较高转速的传动中，但其扯断强度低。帘布结构的三角胶带，曲挠性能差，但扯断强度高，是用于复合强度大的传动，多根组合可以抵消单根V带的非一致性的振动可以相互抵消并减至最低。相邻的两根V带其上部分侧各有垂直面，使连接层和带轮的外圆表面留有足够空间，可以避免V带连接层和带轮发生的摩擦与其由于带轮的外圆的不规则从而顶住或者撕开V带的连接层，并可以容纳杂物。整体性好，受力均匀，运行平稳，承载力高，寿命长，适合于大功率传动。V带具有摩擦系数大，弯曲损耗小，传动效率高等特点；能吸收传动振动噪音，使用寿命大，耐疲劳达108以上。因此，本设计封盖机选用帘布结构的三角V带。图4-1 V带结构根据=0.41kW和主动带轮（小带轮）转速=1380r/min，查机械设计手册图13-1-2中选取Z型V带。普通Z型V带截面尺寸如图4-2：图4-2 普通V带截面图其中： 4.3 确定带轮基准直径4.3.1 初选小带轮基准直径类比相关机器，参考机械设计手册表13-1-6，初选小带轮基准直径为=80mm，外径=84mm。4.3.2 验算带速 =5.78m/s满足 5m/s25m/s4.3.3 计算大带轮基准直径=（1） =2 （10.015）80=157.6mm式中 弹性滑动系数，=0.010.02根据机械设计手册表13-1-6，取=160mm4.3.4 确定中心距和带的基准长度初定中心距： 0.7（+）2（+）0.7（80+160）2（80+160） 168mm480mm初步选取=200mm根据带传动几何关系，按下式计算带的基准长度：= =mm =784.8mm参考机械设计手册表13-1-3，选取=800mm计算中心距： =mm =207.6mm取=208mm，由于V带的中心距一般是可以调整的，其围如下：= =mm=196mm= =mm=232mm中心距变化围为：196mm232mm4.3.5 验算主动轮包角小带轮包角： = =主动轮包角满足要求4.3.6 确定带的根数V带根数公式： （4-1）式中 包角修正系数，查机械设计通用手册得0.94带长修正系数，查机械设计通用手册得1.00单根V带的额定功率，查机械设计通用手册得0.30kW单根V带额定功率的增量，查机械设计通用手册得0.03kW代入数据得： =1.32取=2根。4.3.7 确定带的预紧力单根V带预紧力： （4-2）式中：V带单位长度的质量，查机械设计手册得0.06kg/m。代入数据得： =31.43N由于新带容易松弛，所以对非自动紧的带传动，安装新带时的预紧力应为上述预紧力的1.5倍。4.3.8 计算带传动作用在轴上的力为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的力。有效圆周力： =N =70.93N如果不考虑带的两边的拉力差，则压轴力可以近似的按带的预紧力的合力来计算。作用在轴上的压轴力： =123.29N =184.94N4.4 带轮结构的设计4.4.1 小带轮结构设计由于带速=5.78m/s20m/s，可选用HT150。根据小带轮基准直径、槽型为Z型、孔径（为电动机输出轴直径D），查机械设计手册表13-1-7，确定该带轮选用实心轮。查表13-1-5得，轮槽尺寸如下：图4-3 轮槽结构轮槽基准宽度 =8.5mm槽口宽度 10.1mm基准线上槽深 =2.0mm，取=2.0mm基准线下槽深 =7.0mm，取=8.0mm槽间距 =120.3mm第一槽对称面至端面的距离 =7.0mm，取=8.0mm最小轮缘厚 =5.5mm轮槽角 =38 =28mm带轮外径 =80+22=84mm轮缘外径 = 19mm=34.238mm带轮总厚度 =19mm=28.538mm图4-4 小带轮结构4.4.2 大带轮结构设计同小带轮，带速=5.78m/s20m/s，可选用HT150。根据大带轮基准直径、槽型为Z型、孔径选取与小带轮一样，查机械设计手册表13-1-7，确定该带轮选用辐板式，腹板厚度S=9mm。 轮槽尺寸与小带轮一样。带轮宽 =28mm带轮外径 =160+22=164mm轮缘外径 = 19mm=34.238mm带轮总厚度=19mm=28.538mm图4-5 大带轮结构第5章 蜗杆传动设计根据本设计所要实现要求，减速装置需要两轴为交错形式，故可选用圆锥齿轮减速或蜗杆传动减速。此外，本设计所要实现电动机转动转变为滑块直线运动所需的传动比较大，选圆锥齿轮减速不易实现。因此，选用蜗杆传动减速。蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线交错的夹角可为任意值，常用的为900。蜗杆为单个头数时，对应蜗杆每旋转一周，蜗轮仅仅转过单个齿距，因而产生的传动比较大。由于传动比大，零件数目又少，因而结构很紧凑。在蜗杆与蜗轮啮合时，由于蜗杆齿是螺旋形的、连续不断的，它与蜗轮齿的啮合是渐入渐出的，同时啮合的齿数较多，故所受载荷小，冲击小，传动平稳，噪声低。5.1蜗杆传动类型选择蜗杆分类可分为很多种。其中，最常用的是圆柱蜗杆、双导程圆柱蜗杆、平面齿圆柱齿轮包络蜗杆、蜗杆斜齿轮等四大类类型普通圆柱蜗杆传动双导程圆柱蜗杆传动平面齿圆柱齿轮包络蜗杆传动蜗杆斜齿轮传动特点具有蜗杆传动的一般有缺点，但控制齿侧间隙较困难与普通圆柱蜗杆传动相比，能方便地控制齿侧间隙，在调整齿侧间隙后能保持正确啮合关系，有利于保持运动精度比普通蜗杆传动的承载能力大，传动效率高，精度保持性好。制造工艺简单齿轮和蜗杆都能磨合，可得到很高的精度。直尺平面齿包络蜗杆传动还可调整齿侧间隙制造简单、装拆方便，但为点接触，不能承受大的载荷应用围一般用于进给传动机构、分配轴传动、快速移动机构和夹紧机构传动以与低速主传动中。高精度的普通圆柱蜗杆传动也有用于分度传动用于分度传动或其他需要精确控制齿侧间隙的机构中既适用于分度传动，又适用于动力传动。特别适用于制造简单或少量的高精度分度传动副用于手动机构和受力小的进给机构传动根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动等。其中，圆柱蜗杆传动是常用。圆柱蜗杆传动包括普通圆柱蜗杆传动和圆弧蜗杆传动两类。5.2 选择材料为了长期保持分度蜗杆传动副精度，制造蜗杆与蜗轮齿圈的材料必须耐磨，才不致在短期磨顺而丧失精度；同时还要求在润滑情况下，传动副的摩擦系数较小。从工艺上看，要求材料具有良好的加工性，已获得最高的精度和表面光洁度。基于这些要求，蜗杆才能选出合理得制造材料。蜗杆一般是用碳钢或合金钢制成。转速高、载荷重的蜗杆常用15Cr或20Cr，并经渗碳淬火；也可用40、45钢或40Cr并经淬火。这样可以提高表面硬度，增加耐磨性。通常要求蜗杆淬火后的硬度为4055HRC，经氮化处理后的硬度为5562HRC。一般不太重要的低速中载的蜗杆，可采用40或45钢，并经调质处理，其硬度为220300HBS。常用的蜗轮材料有铸造锡青铜（ZCuSn10P1，ZCuSn5Pb5Zn5）、铸造铝铁青铜（ZCuAl10Fe3）与灰铸铁（HT150、HT200）等。锡青铜耐磨性最好，但价格较高，用于滑动速度m/s的重要传动；铝铁青铜的耐磨性较锡青铜差一些，但是价格便宜，一般用于滑动速度m/s的传动中；如果滑动速度不是很高（m/s），对效率要求也不高时，可采用灰铸铁。一般蜗轮都对其进行时效处理，这样可以防止其变形。因此，考虑到此设计中蜗杆传动功率不大，速度不高，故蜗杆采用45钢；因希望效率高些,耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸造锡青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。由于有色金属较贵重，考虑到经济性，仅齿圈用青铜制造,而轮芯用灰铸铁HT150制造。5.3 蜗杆传动的主要参数与其选择如图5-2所示，在中间的平面上，蜗杆的传动相当于标准齿条和齿轮的有效的啮合传动。所以在设计蜗杆的传动时，均取中间的平面上重要参数（如模数，压力角等）和尺寸（如齿顶圆，分度圆等）为基准。图5-2 普通圆柱蜗杆传动普通圆柱蜗杆的传动重要参数主要有模数m，压力角，蜗杆的头数，蜗轮的齿数与蜗杆直径等。进行设计蜗杆的传动时，要正确的选择重要参数。5.3.1 模数和压力角蜗杆的传动几何尺寸要以模数为主要的设计参数，蜗杆与蜗轮的啮合，在中间的平面上，蜗杆的轴面模数，压力角与蜗轮端面的模数和压力角均相等，即=渐开线蜗杆（ZI蜗杆）的法向压力角为标准值（200），蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为式中，为导程角。5.3.2 蜗杆的分度圆直径在蜗杆的传动中，为了有效保证蜗杆和配对蜗轮有效正确啮合，用蜗杆有同样的尺寸蜗轮滚刀用来加工并与其相对的蜗轮。这样，一种尺寸标准蜗杆，就要有一种相对应的标准蜗轮滚刀。对于同样的模数，可以有多种不同直径相对应的蜗杆，因而对任意模数的涡轮就要有很多的蜗轮滚刀。显然，这样地很不经济的。为了有效限制蜗轮的滚刀数目以便于滚刀工具的标准化，就对每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径而把比值称为蜗杆的直径系数。与q已有标准值，常用的标准模数m和蜗杆分度圆直径与直径系数q，可参考GB/T 10085-1988。5.3.3蜗杆头数根据机床传动系统设计所定的分度副传动比i=Z2/Z1确定。为了使蜗杆传动副能得到最高的制造精度，分度副基本上采用弹头蜗杆，即Z1=1。5.3.4 导程角蜗杆的直径系数q和蜗杆头数选定之后蜗杆分度圆柱上的导程角也就确定了，如图5-3所示，图5-3 导程角与导程的关系式中，为蜗杆轴向齿距。5.3.5传动比和齿数比传动比 式中 、分别为蜗杆和蜗轮的转速(r/min)齿数比 式中 为蜗轮的齿数。当蜗杆为主动时：5.3.6 蜗轮齿数蜗轮齿数要依据传动比确定。为了有效避免用蜗轮滚刀的切制蜗轮过程产生根切和干涉，理论上应使17。但当26时，啮合区应显著减小，将影响传动的平稳性，而在30时，则可始终保持有两对以上的齿啮合，所以通常规定大于28。5.3.7 蜗杆传动的标准中心距标准中心距可根据GB/T 10085-1988选取。5.3.8 参数的选定根据传动方案要求，该减速器所要达到传动比为=20.5。根据GB/T 10085-1988，并参考工厂机器，选取中心距=63mm，模数=2.5mm，法向压力角=20，蜗杆分度圆直径=25mm，蜗杆头数=2，蜗轮齿数=41，蜗轮变位系数=5.4 蜗杆传动的几何尺寸计算蜗杆传动的几何尺寸，如图5-4所示：图5-4 蜗杆传动基本几何尺寸齿数比 （蜗杆主动）蜗杆直径系数 =10蜗杆轴向齿距 =3.142.5=7.85mm蜗杆导程 =3.142.52=15.7mm蜗杆齿顶圆直径 =，其中=1 =30mm顶隙 c=c*m，其中c*=0.2 =0.22.5=0.5mm蜗杆齿根圆直径 = =252（12.5+0.5）=19mm蜗杆导程角 =0.2，解得=11.31轴向齿形角 ，解得=20.36蜗杆基圆导程角 ，解得=22.86蜗杆基圆直径 =11.86mm蜗杆齿顶高 =2.5mm蜗杆齿根高 =3.0mm蜗杆齿高 =5.5mm蜗杆齿宽 =33.65mm蜗轮分度圆直径 =2.541=102.5mm蜗轮齿顶高 =1.75mm蜗轮齿根高 =3.75mm蜗轮喉圆直径 =102.5+21.75=106mm蜗轮齿根圆直径 =102.523.75=95mm蜗轮齿高 =5.5mm蜗轮咽喉母圆半径 =10mm蜗轮齿宽 =0.7530=22.5mm，取=21mm蜗轮齿宽角 =114.28蜗杆轴向齿厚 =3.925mm蜗杆法向齿厚 =3.85mm蜗轮顶圆直径 =106+22.5=111mm蜗杆节圆直径 = =23.5mm蜗轮节圆直径 =102.5mm5.4.1 蜗杆传动的受力分析可以得到很大的传动比，比交错轴的斜齿轮机构要紧凑 ，两齿轮啮合面间以线接触，其承载的能力要远远高于传统交错轴的斜齿轮机构 。当蜗杆导程角小于相互啮合的轮齿间当量的摩擦角时，机构便有了自锁性，可形成反向的自锁，即只能从蜗杆传动带动蜗轮，而不能从蜗轮传动带动蜗杆。比如在起重机中常使用具有自锁性能的蜗杆机构，其形成的反向自锁可以起到保护安全的作用。蜗杆轴向力较大，蜗杆传动相当于螺旋传动，为多齿啮合传动，故传动平稳、噪音很小，在蜗轮蜗杆传动中，要保证蜗轮蜗杆的精度，在进行蜗杆传动的就要进行受力分析时，通常不考虑摩擦力的影响。本设计酒类封盖机所选用的蜗杆是右旋蜗杆，且为主动件，其受力情况如图5-5所示。蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动受力分析相似，在不计算摩擦力的情况下，作用在轮齿上的节点P处的法向载荷，它可分解为三个互相垂直的分力，即圆周力、径向力和轴向力。在蜗杆与蜗轮之间，有三对大小相等、方向相反的力与、与和与。图5-5 蜗杆传动的受力分析当不计摩擦力的影响时，各力的大小的计算如下：=254.4N式中：为蜗杆的转矩，Nm（前面算得=3.18 Nm）为蜗杆的分度圆直径。=1041.37N式中：为蜗轮的转矩，Nm（前面算得=53.37Nm）为蜗轮的分度圆直径=386.53N=1130.15N5.4.2 蜗轮齿面接触疲劳强度计算蜗轮齿面接触疲劳强度的验算公式为= （5-1）式中 材料的弹性影响系数，单位为，对于青铜与钢蜗杆配对时，取=160蜗杆传动的接触线长度和曲率半径对接触强度的影响系数，简称接触系数，从图5-6中查得，=2.7载荷系数，其中为使用系数，为齿向载荷分布系数，当载荷变化均匀、无冲击时，取=1，=1；为动载系数，蜗轮圆周速度小于3m/s时，=1.01.1，取=1.05。蜗轮齿面的接触应力（）蜗轮齿面的许用接触应力（）图5-6 圆柱蜗杆传动的接触系数= =1602.7 =204.51因为蜗轮材料为锡青铜，强度极限300，主要为接触疲劳失效，故=式中 基本许用接触应力，查机械通用手册得=268接触强度的寿命系数，查机械设计通用手册得=，其应力循环次数，此处为蜗轮转速r/min；为工作寿命，h、j为蜗轮每转一转，每个轮齿啮合的次数。 =60=59568000=0.8=0.8268=214.4 满足设计要求。5.4.3 蜗轮齿根弯曲疲劳强度计算蜗轮齿根的弯曲应力验算公式为 （5-2）式中 载荷系数，同上，=1.05蜗轮齿形系数，查机械设计通用手册得=2.65螺旋角影响系数，= =32.6=式中 基本许用接触应力，查机械设计通用手册得=56寿命系数，=，计算得=0.635=0.63556=35.6 满足设计要求5.4.4蜗杆的刚度计算蜗杆受力时产生变形，影响蜗杆与蜗轮的正确啮合，所以对蜗杆刚度进行校核，主要校核蜗杆的弯曲刚度，最大挠度为y，刚度条件为式中 蜗杆所受的圆周力（N）蜗杆所受的径向力（N）E 蜗杆材料的弹性模量（），取E=206I 蜗杆危险截面的惯性矩，(mm4)为蜗杆齿根圆直径(mm)蜗杆两端支承间的跨距（mm），取为蜗轮分度圆直径许用最大挠度，mm=6397.87mm4=0.9102.5=92.25mmmm=3.31mm 满足设计要求5.4.5蜗杆传动滑动速度计算滑动速度为蜗杆和蜗轮在节点处的相对速度。则滑动速度按下式求得： （5-3）式中 蜗杆节圆直径，=23.5mm蜗杆节圆柱上螺旋线升角，带入数据，解得=12蜗杆的转速（r/min）=0.87m/s第六章 匀速直线往复机构的设计与计算 齿轮机构是在各种机构中应用最为广泛的一种传动机构，它是靠轮齿的齿廓直接接触来传动空间任意两轴见的运动和动力，并有传递功率围大传动效率高，传动比准确，使用寿命长，工作可靠等优点。6.1 齿轮类型的选择 齿轮按两齿轮轴线的相对位置与其齿轮的形状的传动方式，可以分为直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，人字齿轮圆柱齿轮传动。经过综合的考虑本设计的封盖机选用的直齿圆柱齿轮传动，直齿圆柱齿轮传动的特点是传动的速度和功率围很大，传动效率高，对中心距的敏感性小，互换性好，装配和维修方便，使用于大型轧机，矿山机，轻化工机械和建材机械等等，所以综合考虑选用直齿圆柱齿轮。图6-1 直齿圆柱齿轮图6-2匀速直线往复机构6.2 往复运动的行程设计 由前面所设计选取的传动方案可以知道齿条做上下的往复运动，齿条上下往复运动的行程取决于180度半齿的节点圆的周长的一半，节点圆的周长取决于节点圆的半径。经过综合考虑封盖机所封的酒类的铝制品盖的高度，去节点圆的半径为50mm。对180度半齿的直径进行校核： 所以符合要求，则齿条上下往复运动的行程为： 157mm是可以满足铝制品盖的高度，并留有一定的空行程，以便对酒类的取放。6.3 360度全齿齿轮的设计 本封盖机的减速部分分别是带减速和蜗轮蜗杆减速，匀速直线往复机构就可以不具备减速的功能，所以图6-2所示的四个360度全齿齿轮可以设计成一样的尺寸。现在取这四个齿轮的节点圆的直径为80mm。现在进行校验： 所以符合要求。 如图6-2所示，现在对1、2、3、4齿轮的外形尺寸进行统一设计。，取模塑 得： 齿顶高： 齿根高： 齿全高： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 基圆直径： 齿距： 基圆齿距： 齿厚： 齿槽宽： 标准中心距： 齿轮的参数设计完成，由于齿轮1、2、3、4直径很小，可以做成齿轮和轴是一体的。2、3齿轮的尺寸是一致的，所以可以进行统一的设计。可以选取轴和齿轮的一体的材料为45钢，调质处理。查阅相关机械设计手册的 即得到的齿轮的厚度b=20mm。 所需要轴的最小直径： 现在轴上为了安装轴承的需要，查阅相关的机械设计手册可以取25mm。设计轴的总长度为120mm则2、3齿轮和轴一体的图如6-3所示：图6-3 齿轮和轴一体结构示意图 对轴进行弯扭合成强度条件校核： 查阅相关的手册得到45钢，调质处理后的mpa，所以符合要求。式中：轴的计算应力，Mpa; M轴所受的弯矩，Nmm； T轴所受的扭矩，Nmm; W轴的抗弯截面系数，；对称循环变应力时轴的许用弯曲应力， 现在对齿轮1和轴一体的形状设计如下图64所示 图64 1号齿轮和轴的一体化设计表61普通型键的尺寸选择图65 键槽的剖面尺寸 所设计1号齿轮所在的轴上右侧安装为180度半齿轮，齿轮的轴向固定用键固定，所在轴的直径为30mm，按表61键的尺寸。对4号齿轮的齿轮和轴一体化设计，但是，考虑到两个180度齿轮的安装精度问题，所以要对轴进行新型化设计，要做到一颗180度齿轮是固定的，那么另一个180度齿轮要可以进行径向调节，所以选择螺纹紧固的方式。对外形的设计如图66所示。图66 对4号齿轮和轴一体化的尺寸设计6.4 180度半齿轮的设计 180度的两个半齿轮的尺寸和模数完全一致，现在对尺寸统一设计，最后再对形状逐一进行设计。在6.2中已经对直径进行了校验。，取模塑 得： 齿顶高： 齿根高： 齿全高： 齿顶圆直径： 齿根圆直径： 基圆直径： 齿距： 基圆齿距： 齿厚： 齿槽宽： 现在对两个齿轮进行分别的形状设计，形状设计如图67所示，是带有键槽的半齿轮，齿轮在轴上的固定用键来固定，与图64中所示的轴进行配合使用。图67 180度带键槽的半齿 第一个180度半齿齿轮设计完成，并且径向是不可以调节的，但是要保证匀速直线往复机构中要保证两个180度半齿齿轮的安装精度，所以对其另外一个180度半齿齿轮进行径向可变为的设计，用来保证两个180度半齿齿轮的安装精度。所以设计的齿轮如图68所示的是带有螺纹的180度半齿轮。图68 180度带螺纹的半齿轮 为了防止图68中的180度半齿齿轮工作时间久后容易发生径向错位，从而失去位置精度，所以要有防止径向错位的措施。为了防止径向变为，设计一个螺母对其齿轮进行加紧，防止之论的松动。图69 加紧用螺母6.5齿条长度的设计 齿条要与180度半齿齿轮相互进行啮合，用来传动运动和力，要求齿条和180度半齿齿轮的模数是要一样的没所以齿条的齿距也应该与180度半齿齿轮的齿距相等，所以得到齿条的齿距是15.7mm。为两个180度半齿齿轮的最小中心距，为两个齿轮的齿顶圆直径的距离d=110mm，但是要考虑到两个齿轮与齿条接触点之间是整数的。假设中间有八个整数齿： 还要考虑到进行往复运动所需要的距离，假设两个180度半齿齿轮中的一个刚刚与齿条啮合，那么这个与齿条相啮合的齿轮所需要的最小齿条距离是节点圆周长的一半，可以得到最小长度： 齿条的最小长度： 这个长度是保证低一个180度半齿齿轮从啮合到离开时另一个180度半齿齿轮刚刚可以和齿条接触进行啮合运动的最小长度，安装的方便，可以吧齿条适当的进行加长，所以齿条最终长度可以选取。结 论本次设计酒类封盖机是一种结构简单实用的封盖机，该机器主要用于白酒企业对白酒进行封盖的需求，该装置特点是结构简单、加工容易、维修方便、经济实用。在设计过程中，先对所采用方案进行分析，在选择方案时，首先根据以前所学知识，确定出能实现运动的几种方案。若选用液压传动方案油温对整机工作影响较大，并且考虑到经济因素，液压方案造价较高；能够实现这一目标运动的机械传动有凸轮机构和曲柄滑块机构，凸轮机构能够较精确的实现运动，但其磨损严重，制造精度要求高，造价高，不适用于本设计；而曲柄滑块机构能够满足条件，且制造简单，磨损轻，寿命长，也能够实现较高精度，故选用的曲柄滑块机构传动。电机选择时，现工厂多数用三相交流电，故选用应用广泛的三相异步电动机Y2系列，由于本设计机器用于白酒企业，空气中酒精含量较高，故选用封闭式电动机。本设计机器共有两条传动链，一条传动链是实现转动转变为直动，可由三个大部分组成。电动机经过一级带传动和一级蜗杆传动减速驱动匀速直线往复运动机构进行运动，匀速仿佛直线运动机构的齿条带动滚压头做往复运动，齿条通过活动支架带动滚压头大大化简了机器的整体结构。在设计中，运用了匀速直线往复直线运动机构，使得加工出来的螺纹线更加的标准、可靠。另一条传动链是实现封头旋转运动，电动机两级带传动使封头主轴旋转。参考文献1 桓,作模主编.机械原理M（第6版）.:高等教育,2006.2 濮良贵,纪名刚主编.机械设计M（第8版）.:高等教育,2006.3 发海,王岩编著.电机与拖动基础M（第3版）.:清