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旋转型灌装机设计说明书

2021-01-20 12:11

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  目录 1 设计题目 1.1 设计条件 1.2 设计任务 1.3 设计思路 2 原动机的选择 3 传动比分配 4 传动机构的设计 4.1 减速器的设计 4.2 第二次减速装置设计 4.3 第三次减速装置设计 4.4 齿轮的设计 5 方案拟定比较 5.1 综述 5.2 选择设计方案 5.3 方案确定 6 机械运动循环图 7 凸轮设计、计算及校核 8 连杆机构的设计及校核 9 间歇机构设计 10 设计感想 11 参考资料 1 设计题目 设计旋转型灌装机。在转动工作台上对包装容器(如玻璃瓶)连续灌 装流体(如饮料、酒、冷霜等),转台有多工位停歇,以实现灌装、封口 等工序。为保证在这些工位上能够准确地灌装、封口,应有定位装置。 如图 8.4 中,工位 1:输入空瓶;工位 2:灌装;工位 3:封口;工位 4: 输出包装好的容器。 固定工作台 1 传送带 2 4 3 转台 1.1 设计条件 该机采用电动机驱动,传动方式为机械传动 旋转型灌装机技术参数 方案号 转台直径 mm 电动机转速 r/min 灌装速度 r/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 C 500 960 15 1.2 设计要求 1.旋转灌装机应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。 至少设计出三种能实现其运动形式要求的机构 2.设计传动系统并确定其传动比分配 3.在用 A2 图纸上画出旋转灌装机的运动方案简图和用运动循环图分配各 机构的节拍。 4.对连杆机构进行速度和加速度的分析,绘出运动线图,用图解法或者 是解析法设计平面连杆机构 5.凸轮机构的计算,按要求选择从动件运动规律,并确定基园半径,最 大压力角,最小曲率半径。对盘状凸轮要用解析法计算出理论廓线、实 际廓线值。绘制从动件运动规律线.齿轮机构的设计计算。 7.编写设计计算说明书。 .2 原动机的选择 本身设计采用方案 C。故采用电动机驱动,其转速为 960r/min。 灌装速度为 10 r/min z2=20 z3=120 z4=20 z5=120 z6=20 n=960r/min i1=2 i32=6 i54=6 n1=15r/min .3 传动比分配 原动机通过三次减数达到设计要求。第一次减速,通过减速器三级减 速到 20r/min,其传动比分别为 2、6、6。第二次减速,夹紧装置,转动装 置及压盖装置所需转速为 10r/min,另设计一级减速,使转速达到要求,其 传动比分别为 2。第三次减速,传送带滚轴直径约为 10cm,其转速为 5r/min 即可满足要求,另设两级减速,传动比都为 2 即可。 z6=20 z7=30 i76=1.5 n2=10r/min .4 传动机构的设计 4.1 减速器设计 减速器分为三级减速,第一级为皮带传动,后两级都为齿轮传动。 具体设计示意图及参数如下 1 3 4 2 5 6 1 为皮带轮:i1=2。 2、3、4、5、6 为齿轮: z2=20 z3=120 z4=20 z5=120 z6=20 i32=z3/z2=120/20=6 i54=z5/z4=120/20=6 n1=n/(i1*i32*i34)=960/(2*6*6)=15r/min 4.2 第二次减速装置设计 z6=20 z8=30 i9=2 i86=1.5 n3=5r/min 减速器由齿轮 6 输出 15r/min 的转速,经过一级齿轮传动后,减少到 10r/min。 6、7 为齿轮:z6=20 z7=30 i76=z7/z6=30/20=1.5 n2=n1/i76=20/2=10r/min 6 减速器 7 4.3 第三次减速装置设计 减速器由齿轮 6 输出 15r/min 的转速,经两级减速后达到 5r/min, 第一级为齿轮传动,第二级为皮带传动。具体设计示意图及参数如下: z6=20 z7=30 m=6mm α=20° a=150mm r6=30mm r7=45mm rb6=56mm rb7=112mm ra6=66mm ra7=126mm αa6=31.32° αa7=26.50° pb6=14.76mm εa=1.64>1 9 8 6 减速器 6、8 为齿轮:z6=20 9 为皮带轮:i9=2 z8=30 i86=z8/z6=30/20=1.5 n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min 4.4 齿轮的设计 上为一对标准直齿轮(传动装置中的齿轮 6 和齿轮 7)。具体参数 为:z6=20,z7=30,m=6mm,α=20°。 中心距:a=m(z6+ z7)/2=150*(20+30)/2=150mm 分度圆半径:r6= a*z6/2(z7+z6) =150*20/2(20+30) =30mm r7= a*z7/2(z7+z6) =150*30/2(20+30) =45mm 基圆半径:rb6=m *z6*cosα=6*20*cos20°=56mm rb7=m*z7*cosα=6*30*cos20°=112mm 齿顶圆半径:ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*6/2=66mm ra7=(z7+2ha*)*m/2=(30+2*1)*6/2=126mm 齿顶圆压力角:αa6=arccos【z6cosα/(z6+2ha*)】 =acrcos【20cos20°/(20+2*1)】 =31.32° αa7=arccos【z7cosα/(z7+2ha*)】 =acrcos【30cos20°/(30+2*1)】 =26.50° 基圆齿距:pb6=pb7=πmcosα3.14*5*cos 20°=14.76mm 理论啮合线 实际啮合线:AB 重合度:εa=【z6(tanαa6-tanα)+z7(tanαa7-tanα)】/2π =【20(tan31.32°-tan20°)+40(tan26.50°-tan20°)】/2π =1.64 εa>1 这对齿轮能连续转动 .5 方案拟定比较 5.1 综述 待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机 进瓶机构,转台有多工位停歇,可实现灌装、封口等工序。为保证在这些 工位上能够准确地灌装、封口,应有定位装置。 1 传送带 2 固定工作台 4 3 转台 我们将设计主要分成下几个步骤: 1.输入空瓶:这个步骤主要通过传送带来完成,把空瓶输送到转台上使 下个步骤能够顺利进行。 2.灌装:这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体,而泵固定在某工位的上方。 3.封口:用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封的过程,主要通 过连杆结构来完成冲压过程。 4.输出包装好的容器:步骤基本同 1,也是通过传送带来完成。 以上 4 个步骤 由于灌装和传送较为简单 无须进行考虑,因此,旋转 型灌装机运动方案设计重点考虑便在于转盘的间歇运动、封口时的冲压 过程、工件的定位,和实现这 3 个动作的机构的选型和设计问题。 5.2 选择设计方案 机构 转盘的间歇运动机构 封口的压盖机构 工件的定位机构 实现方案 槽轮机构 连杆机构 连杆机构 不完全齿轮 凸轮机构 凸轮机构 根据上表分析得知 机构的实现方案有 2*2*2=8 种实现方案 为了实现工件定位机构,比较凸轮机构和连杆机构之间的优缺点; 因为: 1)凸轮机构能实现长时间定位,而连杆机构只能瞬时定位,定位 效果差,精度低。 2)凸轮机构比连杆机构更容易设计。 3)结构简单,容易实现。 所以,在这里凸轮机构比连杆机构更适用。 为了实现封口的压盖机构,比较凸轮机构和连杆机构之间的优缺 点; 因为凸轮机构, 1) 加工复杂,加工难度大。 2) 造价较高,经济性不好。 所以在这里连杆机构比凸轮机构更适用。 为了实现转盘的间歇运动机构,比较槽轮机构和不完全齿轮之间的 优缺点; 因为: 1)与其他间歇运动机构相比,不完全齿轮机构结构简单。 2)主动轮转动一周时,其从动轮的停歇次数,每次停歇的时间和每 次传动的角度等变化范围大,因而设计灵活。 3)而且它一般适用于低速、轻载的场合,并且主动轮和从动轮不能 互换。 所以在这里我们选择不完全齿轮来实现转盘的间歇运动。 综上可知:转盘的间歇运动机构,我们选择不完全齿轮机构;封口 的冲压机构,我们选择连杆机构;工件的定位机构,我们选择凸轮机构。 5.3 方案确定 转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构,封口的冲压机构为连 杆机构,工件的定位机构为凸轮机构 转盘的间歇运动机构为不完全齿轮,封口的冲压机构为连杆机构, 工件的定位机构为连杆机构 5.2.3 方案Ⅲ 转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构,封口的冲压机构为凸轮机构, 工件的定位机构为凸轮机。 .6 机械运动循环图 r0=480mm rr=30 h=60mm 前进 前进 夹紧 后退 后退 停止 停止 转动 传送带 转动 转台停止转动 灌装 φ=30° φ`=30° φs=120° φs`=180° αmax=28°<30° 时间 0° 30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360° (角度) 转动 装置 加紧 装置 压盖 装置 ..7 凸轮设计、计算及校核 a=100mm 此凸轮为控制定位工件机构,由于空瓶大约为 100mm,工件定位机 构只需 60mm 行程足够,故凸轮的推程设计为 60mm,以下为推杆的运动规 律: 60mm b=900mm e=500mm s=220mm θ =10° rmin=51.3° k=1.12>1 90° 120° 300° 330° 为了更好的利用反转法设计凸轮,根据上图以表格的形式表示出位移和 转角的关系。 度数 0° -90° 位移(mm) 0 105° 30 120° 60 120° -300° 60 315° 30 330° -360° 0 基圆 实际轮廓线mm 滚子半径:rr=30 行程:h=60mm 推程角:φ=30° 回程角:φ`=30° 进休止角:φs=120° 远休止角:φs`=180° 最大压力角:αmax=28°<30° 理论轮廓线° a=180mm r 左= r 右=90mm rb 左= 84.6mm rb 右=84.6mm ra 左= ra 右=95mm αa 左=αa 右=27° Pb 左=4.76mm Pb 右=14.76mm .8 连杆机构的设计及校核 此连杆控制封装压盖机构,由于空瓶高度约为 250mm,故行程不 宜超过 300mm,由此设计如下连杆机构: 曲柄长:a=100mm 连杆长:b=900mm 偏心距:e=500mm 行程:s=220mm 级位夹角:θ = arccos【e/(a+b)】- arccos【e/(b-a)】=10° 最小传动角:rmin= arccos【e/(b-a)】=51.3° 行程速比:k=(180°+θ )/(180°-θ )=1.12>1 .9 间歇机构设计 由于设计灌装速度为 10r/min,因此每个工作间隙为 6s,转台每转动 60° 用时 1s,停留 5s,由此设计如下不完全齿轮机构,完成间歇运用,以达 到要求 左边为不完全齿轮,右边为标准齿轮,左边齿轮转一圈,右边齿 轮转动 60°。具体参数为:z 左=6,z 右=36,m=5mm,α=20°,θ =60°。 中心距:a=m(z 左*360°/θ+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm 分度圆半径:r 左= r 右=a/2=180/2=90mm 基圆半径:rb 左= rb 右=a*cosα/2=180*cos20°/2=84.6mm 齿顶圆半径:ra 左= ra 右=(z 右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm 齿顶圆压力角:αa 左=αa 右=arccos【z 右 cosα/(z 右+2ha*)】 =acrcos【36cos20°/(36+2*1)】=27° 基圆齿距:Pb 左=Pb 右=πmcosα3.14*5*cos 20°=14.76mm .10 设计感想 第一次做课程设计,发现真的很难,不是以前想的那么简单。 通过这次课程设计,发现好多以前学习的内容已经忘记,好多知识理解 的不够深刻,以前所学习的知识不能相互联系整合,学习的知识不能联 系实际。这次课程设计对于我们来说真的是一次难得的学习与锻炼的机 会。 这次机械原理课程设计时间上虽有些紧张,做设计的时候考虑的 也并不周全,但我们利用这段时间巩固了所学的知识,把所学理论运用 到实际设计当中,也充分的锻炼自己的能力。 通过这次机械原理课程设计,掌握了一些常用执行机构、传动机 构或简单机器的设计方法和过程,提高了我们综合运用机械原理课程理 论的能力,培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力,并使所学 知识得到进一步巩固、深化和扩展,对以后的学习也奠定了一定的基础。 总之,这次机械原理设计让自己学习到了很多,也让自己认识到自 身的不足和缺点,让自己知道了自身需要提高和改进的地方。 .11 参考资料 [1] 孙桓、陈作摸 葛文杰主编, 机械原理(第七版) 北京 高等教育 出版社,2006 [2] 龚建新 主编 机械原理课程设计 北京 高等教育出 版社 2009 [3]彭文生 李志明 黄华梁主编 机械设计 北京 高等教育出版 社 2002 [4]李继庆 陈作摸主编 机械设计基础 北京 高等教育出版社 1999