【正文】 ...................................................................... 22 七、機(jī)械運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 .................................................................................................. 25 八、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 25 、凸輪設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 ................................................................................... 25 、槽輪尺寸設(shè)計(jì)與分析 ................................................................................... 28 九 、整體評(píng)價(jià) ............................................................................................................. 32 十、 Pro/e 建模分析 .................................................................................................... 32 十一、 設(shè)計(jì)小結(jié) ....................................................................................................... 36 十 二 、參考 文獻(xiàn) ......................................................................................................... 37 Theory of Machines and Mechanisms 3 貴州大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 題號(hào) 11 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī) 一、 設(shè)計(jì)題目及原始數(shù)據(jù) 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。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。技術(shù)參數(shù)見下表。 ，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。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)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（鎖緊）機(jī)構(gòu)。定位（鎖緊）機(jī)構(gòu)可采用凸輪機(jī)構(gòu) 等。圖解法或解析法設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)； 。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。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，首要任務(wù)是進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)和構(gòu)思、各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選用和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)：待灌瓶由傳送系統(tǒng)或人工送入灌裝機(jī)進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)。這種灌裝機(jī)在食品飲料行業(yè)應(yīng)用最為廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機(jī)主要由流體輸送（即供料系統(tǒng)）、容器輸送（即供瓶系統(tǒng)）、灌裝閥、大裝盤、傳動(dòng)系統(tǒng)、機(jī)體、自控等部分組成，其中灌裝閥是保證灌裝機(jī)能否 正常工作的關(guān)鍵。 三、方案的選擇 綜述 根據(jù)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)方式、力和能量的傳遞方式、零件間的組裝和形狀尺寸等方面進(jìn)行構(gòu)思分析、設(shè)計(jì)來定方案。 選擇設(shè)計(jì)方案 本組根據(jù)其功能分解和相對(duì)應(yīng)的功能分析選擇來確定設(shè)計(jì)方案。 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)邏輯功能圖，根據(jù)原動(dòng)件與執(zhí)行構(gòu)件之間的運(yùn)動(dòng)關(guān)系，并由給定的條件，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，從多種功能原理解中設(shè)計(jì)出兩個(gè)較為實(shí)際可行的方案。 Theory of Machines and Mechanisms 8 圖 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(jiǎn)單化，所以我們選擇采用皮帶傳送的方式。 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 所示的方式實(shí)現(xiàn)定位功能。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)。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)圓銷離開徑向槽時(shí)，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。所以，槽輪作時(shí)動(dòng)時(shí)停的間隙運(yùn)動(dòng)。出于此目的，我們?cè)O(shè)計(jì)了下面幾種夾緊方案： （ 1） 方案一： 如圖 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)。 Theory of Machines and Mechanisms 11 圖 夾緊圓環(huán)示意 （ 3） 方案三： 如圖 所示，方案三我們采用圖示兩凸臺(tái)，凸臺(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。方案二Theory of Machines and Mechanisms 12 中的夾緊圓環(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)。同時(shí)夾緊斜臺(tái)的設(shè)計(jì)過程簡(jiǎn)單，加工制造也方便。 4. 灌裝功能： （ 1） 方案一： 如圖 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 雖然連桿機(jī)構(gòu)制造簡(jiǎn)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。 Theory of Machines and Mechanisms 14 圖 凸輪封口壓蓋 6. 換蓋功能 方案一： 如圖 所示，轉(zhuǎn)輪上每 120 176。罐蓋由傳 送帶且隨著方形軸的轉(zhuǎn)動(dòng)而，初始位置如圖所示。罐蓋由傳 送帶至吸蓋口下一定距離（基本與容器同高），呈緊密排列。但是該方案較復(fù)雜，增加了空間的擁擠度，使之變得更加麻煩，不宜采用。 所以我們使用方案二來實(shí)現(xiàn)換蓋功能。如圖 所示，容器到達(dá)圖示出口位置 時(shí)，輸出擋板將容器往輸出傳送帶方向推擋，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。所以需要再進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)方案最優(yōu)化。 Theory of Machines and Mechanisms 20 圖 總結(jié) ： 該系統(tǒng)由一個(gè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。齒輪 4帶動(dòng)其同軸的銷輪，銷輪帶動(dòng)六角槽輪間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)， 1s轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)與六角槽輪同軸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了每秒一個(gè)工位的間歇性轉(zhuǎn)動(dòng)。 工作時(shí)空瓶沿傳動(dòng)皮帶做勻速直線運(yùn)動(dòng)，被帶入轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)凹槽內(nèi)，工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)空瓶轉(zhuǎn)至下一個(gè)工位，凹槽與固定工作臺(tái)的擋板實(shí)現(xiàn)定位，保證灌裝和封蓋的順利進(jìn)行。凸輪旋轉(zhuǎn)一周，帶動(dòng)壓板完成一次灌裝和封蓋，并且在回程和近休止的時(shí)候換蓋盤完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，工作臺(tái)停歇時(shí)，凸輪進(jìn)入推程，壓板向下運(yùn)動(dòng)，遠(yuǎn)休時(shí)完成灌裝和壓蓋，當(dāng)凸輪回程和近休時(shí)，工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，壓板的換蓋盤通過彈簧回位，同時(shí)換蓋盤完成一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 Theory of Machines and Mechanisms 21 四、原動(dòng)機(jī)選擇 本方案選用的是 C 組的數(shù)據(jù)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 960r/min. 五、傳動(dòng)比分配 原動(dòng)機(jī)通過二次減數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。第二次減速 ,其傳動(dòng)比為 4，達(dá)到轉(zhuǎn)動(dòng)裝置及壓蓋裝置所需轉(zhuǎn)速1r/s. 六、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 減速器的設(shè)計(jì) 減速器分為二級(jí)減速，兩級(jí)都為齒輪傳動(dòng)。齒距 p=? m= 2=㎜。 2=40 ㎜ , r2=mz2/2=160 2247。 2=40 ㎜ , r4=mz4/2=160 2247。247。247。247。247。 2=42 ㎜ ra2=( z2＋ 2h*)m/2=(160＋ 2 1) 2247。 2=42 ㎜ ra4=( z4＋ 2h*)m/2=(160＋ 2 1) 2247。 42)=176。 162)=176。 42)=176。 162)=176。－ tan20176。－ tan20176。－ tan20176。－ tan20176。 錐齒輪 8的以下參數(shù)均相同：壓力角 ? =20176。論證同上。 凸輪用于灌裝工位，利用遠(yuǎn)近與休止帶動(dòng)推桿和活塞來實(shí)現(xiàn)灌裝，聯(lián)系實(shí)際生產(chǎn)與各部件的位置關(guān)系，設(shè)定瓶口距泵口的間距為 7cm，泵口的上下間歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，凸輪與推桿不存在偏距，凸輪的安裝高度為 400mm。 即我們?cè)O(shè)定凸輪的數(shù)據(jù)如下： Theory of Machines and Mechanisms 26 ① 基圓半徑 0r =40mm ② 行程： H=70mm ③ 推程 角： 0? =110176。0? =80176。 ⑥ 遠(yuǎn)休止角： 02? =120176。 ⑧ 回程最大壓力角：α max02= ＜ 30176。要求推程時(shí)，實(shí)力緩慢平穩(wěn)，并在遠(yuǎn)休時(shí)有充足時(shí)間進(jìn)行指定工作，所以設(shè)定推程角 110176?；爻探?+近休角 130。并且在推程回程與遠(yuǎn)休的轉(zhuǎn)換處，在保證精度的同時(shí)，加入了倒圓角，增加適當(dāng)?shù)幕《葴p緩沖擊，以增加運(yùn)平穩(wěn)。常用于各種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中，槽輪機(jī)構(gòu)的基本形式分為外接，內(nèi)接和球面槽輪三類。內(nèi)齒輪機(jī)構(gòu)則相反，球面槽輪的停歇時(shí)間等于轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間。 按槽的方位不同可以分為： ① 徑向槽輪：它沖擊小制作簡(jiǎn)單，成本低，最為常用，槽輪的動(dòng)停時(shí)間比取決于槽數(shù) Z。 （ 2）槽輪尺寸設(shè)計(jì) 我組采用六角槽輪為帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，依據(jù)工作臺(tái)的空間選用的槽輪有關(guān)數(shù)據(jù)如下。 Theory of Machines and Mechanisms 29 圖 槽輪示意圖 槽輪機(jī)構(gòu)的幾何尺寸計(jì)算及選用數(shù)據(jù) 參數(shù) 計(jì)算公式或依據(jù) 槽數(shù) Z 工作要求確定 6 圓銷 n 1 中心距 L 安裝空間確定 56 回轉(zhuǎn)半徑 R R=L*sinα =L*sin(? /Z)=28 圓銷半徑 r 由受力大小確定 r=R/9=3 頂槽半徑 s S=L*cosα =L*cos(? /Z)