金屬圓罐封蓋機結(jié)構(gòu)設計含8張CAD圖
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金屬圓罐封蓋機結(jié)構(gòu)設計,答辯者：XXX 導師：XXX 學號：XXX 專業(yè)：XXXX,研究目的 整體結(jié)構(gòu)設計 卷邊滾輪與凸輪設計 后期安排,目錄,罐頭是日常生活中經(jīng)常吃的食品 ，每年銷售罐頭的數(shù)量都十分龐大，為應用于自動化生產(chǎn)線，大批量生產(chǎn)，成本減少，產(chǎn)量增加，現(xiàn)針對于金屬圓罐，設計一個密封機構(gòu),研究目的,整體結(jié)構(gòu),齒輪1、2,軸套3,凸輪槽4,轉(zhuǎn)盤5,導桿6、7,罐體8,上下壓頭9,卷邊要求 (1)卷邊頂部要圓滑，無向內(nèi)突起的起筋和碎裂。 (2)卷邊下部光滑，無牙齒、鐵舌、翻牙形、損傷、接縫卷邊松動等缺陷。 所以上空隙Uc和下空隙Lc盡量小，如圖。,(3)重疊率：卷邊內(nèi)部桶身鉤和桶頂?shù)足^重疊率要超過45%以上。 =(BH+CH+1.1tc-W)/W-(2.6tc+1.1tb)100%,卷邊滾輪,卷邊過程與卷邊軌跡,卷邊滾輪曲線,設計要求：1、推桿類型：對心直動滾子推桿 2、工作條件：高速輕載 3、對導桿的運動要求為： 當凸輪旋轉(zhuǎn)30，導桿向罐體中心偏移8mm(裝卸) 當凸輪旋轉(zhuǎn)77，導桿向中心偏移3.5mm(進給) 當凸輪旋轉(zhuǎn)190，導桿保持 當凸輪旋轉(zhuǎn)30，導桿遠離罐體中心偏移11.5mm 當凸輪旋轉(zhuǎn)33，導桿保持不變,凸輪設計,（1）在設計先要設計確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸 設初步確定凸輪的基圓半徑r0=50mm，推桿滾子半徑rr=10mm。其次要選定推桿的運動的運動規(guī)律，因其工作條件為高速輕載，因選用amax和jmax較小的運動規(guī)律，以保證推桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。由下表可知，本推程運動規(guī)律可選用正選加速度運動規(guī)律，回程運動規(guī)律可選用五次多項式運動規(guī)律,(2)求理論廓線 對于對心直動滾子推桿盤型凸輪機構(gòu)，凸輪的理論廓線的坐標公式（x=(s0+s)sin+ecos，y=(s0+s)cos-esin）中的e=0,s0=r0，求得 x=(r0+s)sin，y=(r0+s)cos 式中，位移s應分段計算。 1)一推程階段 01=30=/6 s1=h(1/01)-sin(21/01)/2 =h(61/)-sin(121)/2 =0,/6 2)二推程階段 02=77=77/180 s2=h(2/02)-sin(22/02)/2 =h(1801/77)-sin(771/90)/2 =0,77/180 3)遠休止階段 03=190=19/18 s3=11.5mm =0,19/18 4)回程階段 04=30=/6 s4=10h3/03-15h4/4+6h53/503 =2160h3/-19440h4/4+46656h53/5 =0,/6 5)近休止階段 05=33=11/60 s5=0 =0,11/60,取計算間隔為5,將以上各相應值帶入 x=(r0+s)sin，y=(r0+s)cos 計算理論輪廓線的各點坐標值。,MATLAB數(shù)據(jù)整合模擬凸輪輪廓,修正數(shù)據(jù)，優(yōu)化凸輪形狀，最后確定了凸輪尺寸,凸輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化整合,為使結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小, 將進給凸輪設計成整體式，由于結(jié)構(gòu)配置上的特殊性, 相對圖的工作循環(huán)圖來說, 頭道凸輪曲線應超前二道凸輪曲線30, 這樣頭道、二道滾輪才能做到真正同步。,繼續(xù)完善優(yōu)化設計 生成二維總裝配圖及零件圖 校核 編寫說明書,后期工作安排,謝謝,,金屬圓罐封蓋機結(jié)構(gòu)設計,答辯人：XXX 指導老師：XXX 學號：XXX,XXX XXX,,目錄,C,,PART 01,設計目的與背景,,0,,密封包裝在人們生活中隨處可見，密封的機械在各行各業(yè)中也應用的十分廣泛，比如封口機，封蓋機，封罐機等，用于制藥，日化，食品，飲料，化工等行業(yè)。罐頭食品可長期保持良好的品質(zhì)，為消費者提供衛(wèi)生和營養(yǎng)的食品。因此需設計一款針對于金屬圓罐的密封機器，該機器要能密封罐頭蓋為直徑60毫米，罐高為72毫米的產(chǎn)品。,設計目的,0,,市面上有許多類型的封罐機，。根據(jù)自動化程度，可分為半自動封罐機和自動封罐機。半自動封罐機一般由手板封罐機，氣動封罐機和電動封罐機組成。一般適用于小型企業(yè)生產(chǎn)，單件生產(chǎn)，小批量生產(chǎn)工廠。而自動封罐機一般用于自動化生產(chǎn)線和批量生產(chǎn)線。由于該模型是從鉆孔機轉(zhuǎn)換而來的，目前的家用封口機是大而笨重的封罐機。但是成本高，產(chǎn)量高，技術(shù)質(zhì)量高，深受大企業(yè)的青睞。,設計背景,,PART 02,設計方案,,,如圖所示，齒輪1固定地連接到轉(zhuǎn)盤2，齒輪3固定到旋轉(zhuǎn)套筒4和凸輪5，6。 齒輪1帶動導桿7、9轉(zhuǎn)動，兩個導桿的上端安裝了滾子并與凸輪5、6輪廓接觸； 與齒輪3同步旋轉(zhuǎn)的5，6使頭道卷封輪8和二道卷封輪10進行徑向進給運動以完成密封操作。 罐身13安裝在上壓頭11和下壓頭12之間。 由于齒輪1和齒輪3的轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)盤2與凸輪5、6的轉(zhuǎn)速也不同，保證凸輪轉(zhuǎn)完一周才完成封罐。,運動示意圖,整體設計三維圖,主視圖,左視圖,,PART 03,主要零部件設計,,齒輪設計,大齒輪帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速需要160r/min,小齒輪帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速需要96r/min。,1、2-封罐機大小齒輪 3、4中間軸大小齒輪 5皮帶輪 6電機 封罐機傳動簡圖,選用直齒圓柱齒輪傳動， 查表選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS,按齒面接觸強度設計，可以算得d1=30.25mm，m=1.5125mm 按齒根彎曲強度設計，可以算得m=1.485mm 由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可選取彎曲強度算得模數(shù)1.485mm并就近圓整為標準值m=1.5mm,按接觸強度算得的分度圓直徑d1=30.25mm。,卷邊滾輪,卷邊要求 (1)卷邊頂部要圓滑，無向內(nèi)突起的起筋和碎裂。 (2)卷邊下部光滑，無牙齒、鐵舌、翻牙形、損傷、接縫卷邊松動等缺陷。（上空隙Uc和下空隙Lc盡量小。） (3)重疊率：卷邊內(nèi)部罐身鉤和罐頂?shù)足^重疊率要超過45%以上。 =(BH+CH+1.1tc-W)/W-(2.6tc+1.1tb)100%,卷邊過程分析,卷邊輪的徑向進給量S可由下式表示： S=(a1-a2)/nZ (mm/r) 式中： a1當卷邊輪開始滾動時，卷封輪中心與罐體中心之間的距離（mm）； a2當卷邊輪完成密封操作時，卷封輪中心到罐體中心距離（mm）； n當卷邊輪徑向推進a1-a2時，主軸上卷封輪的轉(zhuǎn)數(shù)（r）； Z同時做同一作業(yè)卷封輪個數(shù)。,卷邊輪的理想卷曲曲線分析,第一卷邊輪的徑向進給距離一般為總徑向進給距離的70-80。第二道為20-30。為了不影響卷邊質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及獲得優(yōu)異的密封質(zhì)量，不應選擇S太大。參照現(xiàn)有的封口機型號，選取S總=4.7mm，第一道滾輪徑向進給量 S1=3.5mm，第二道S2=1.2mm。,,由分析計算得： 一道滾輪參數(shù) r2=18mm；r3=12mm；r4=4mm；r5=mm； 二道滾輪參數(shù) r2=6mm；r3=25mm；r4=30mm；r5=14mm。,卷邊輪的參數(shù)確定,凸輪輪廓設計,設計要求： 1、推桿類型：對心直動滾子推桿 2、工作條件：高速輕載 3、對導桿的運動要求為： 當凸輪旋轉(zhuǎn)30，導桿向罐體中心偏移8mm(裝卸) 當凸輪旋轉(zhuǎn)77，導桿向中心偏移3.5mm(進給) 當凸輪旋轉(zhuǎn)190，導桿保持 當凸輪旋轉(zhuǎn)30，導桿遠離罐體中心偏移11.5mm 當凸輪旋轉(zhuǎn)33，導桿保持不變,（1）在設計先要設計確定凸輪機構(gòu)的基本尺寸 設初步確定凸輪的基圓半徑r0=50mm，推桿滾子半徑rr=10mm。其次要選定推桿的運動的運動規(guī)律，因其工作條件為高速輕載，因選用amax和jmax較小的運動規(guī)律，以保證推桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。由下表可知，本推程運動規(guī)律可選用正選加速度運動規(guī)律，回程運動規(guī)律可選用五次多項式運動規(guī)律,(2)求理論廓線和實際輪廓,MATLB數(shù)據(jù)整合模擬,凸輪結(jié)構(gòu)優(yōu)化整合,為使結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小, 將進給凸輪設計成整體式，由于結(jié)構(gòu)配置上的特殊性, 相對圖的工作循環(huán)圖來說, 頭道凸輪曲線應超前二道凸輪曲線30, 這樣頭道、二道滾輪才能做到真正同步。,,PART 04,總結(jié),,通過對大量的原理和方案選擇，又經(jīng)過了零件參數(shù)的計算，最終設計出此項機械結(jié)構(gòu)。采用了二重卷邊的封罐原理，電機帶到皮帶輪，再用齒輪傳遞扭矩，兩個齒輪帶動導桿繞罐體旋轉(zhuǎn)并且在凸輪槽里移動完成封罐操作。該封罐機適用于小企業(yè)生產(chǎn)，單件生產(chǎn)，小批量生產(chǎn)的工廠。擁有操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音小、效率高，可連續(xù)運行，故障率低，維護成本低等優(yōu)點。 雖然已經(jīng)完成了對基本要求的實現(xiàn)，但是仍然有許多不完美之處，倘若可以改進，那么在此結(jié)構(gòu)的基礎上，可以實現(xiàn)在以下的兩個方面： 1. 此封罐機是半自動封罐機，所以可以添加新的功能，比自動升降罐體。 2. 可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)減輕運動過程中零件與零件之間的磨損，提高封罐機的使用壽命。,,感謝聆聽 批評指導,答辯人：XXX指導老師：XXX,XXX,
XXXX
XXXXX
論文題目：
金屬圓罐封蓋機結(jié)構(gòu)設計
學 院：
年 級：
專 業(yè)：
姓 名：
學 號：
指導教師：
20XX 年 5 月 10 日
摘要
本文是針對金屬圓形罐頭的密封機構(gòu)的設計。本次設計的目的是降低人工成本，提高密封質(zhì)量，增加罐頭產(chǎn)量。
此結(jié)構(gòu)主要由兩個齒輪和兩個凸輪控制卷邊滾子做周旋轉(zhuǎn)和封罐的離合。電機帶動皮帶輪，皮帶輪帶動中間軸旋轉(zhuǎn)，中間軸上有兩個齒數(shù)不同的齒輪，與之嚙合的齒輪帶到導桿運動，導桿上端沿著凸輪槽運動，導桿下端上連接卷邊滾輪，滾輪做密封操作。
本文對封罐機的結(jié)構(gòu)做了設計及分析，設計出一套可行的方案并進行相關(guān)計算，其中包括卷邊滾輪設計，凸輪輪廓設計，齒輪設計計算等，使用制圖軟件畫出相應的工程圖，本文使用Proe5.0和CAXA cad電子圖版對其進行繪圖，能夠清楚的展現(xiàn)立體和平面結(jié)構(gòu)。
關(guān)鍵詞:封罐機；二重卷邊；凸輪設計；直齒輪設計
Abstract
This paper is aimed at the design of sealing mechanism for metal round cans. The purpose of this design is to reduce labor costs, improve sealing quality and increase the output of cans.
This structure mainly consists of two gears and two cams to control the rollers to rotate and seal the tube. The motor drives the pulley, the pulley drives the middle shaft to rotate. There are two gears with different teeth on the middle shaft. The gears meshing with the pulley move to the guide rod. The upper end of the guide rod moves along the cam groove. The lower end of the guide rod is connected with the rollers, and the rollers are sealed.
This paper designs and analyses the structure of the tank sealing machine, designs a set of feasible schemes and carries out relevant calculation, including the design of rollers, cam contour, tooth number design and so on. The corresponding engineering drawings are drawn by using the drawing software. This paper draws them by using Pro 5.0 and CAXA CAD electronic plate, which can clearly show the three-dimensional and plane structure.
Key words:Sealing machine; Double curling; Cam design; Spur gear design
II
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 設計目的 1
1.2 設計背景 1
1.3 設計題目與分析 1
第二章 方案設計 2
2.1 刀轉(zhuǎn)式封罐機 2
2.2 罐體旋轉(zhuǎn)式封罐機 2
2.3 方案比較 3
第三章 主要零部件設計 4
3.1 卷邊滾輪設計 4
3.1.1 卷邊內(nèi)外規(guī)格要求 4
3.1.2 卷邊過程分析 5
3.1.3 繪制卷邊滾輪零件圖 7
3.2 凸輪輪廓設計 8
3.2.1 頭道凸輪設計 8
3.2.2 二道凸輪設計要求 12
3.2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化整合 12
3.2.4 繪制凸輪零件圖 13
3.3 齒輪設計 13
3.3.1 齒輪設計參數(shù) 13
3.3.2 選定齒輪類型、材料、傳動比及齒數(shù) 14
3.3.3 按齒面接觸強度設計 14
3.3.4 按齒根彎曲強度設計 16
3.3.5 繪制齒輪零件圖 18
第四章 總裝圖與功能分析 19
結(jié)論 21
參考文獻 22
致謝 23
第一章 緒論
1.1 設計目的
密封包裝在人們生活中隨處可見，密封的機械在各行各業(yè)中也應用的十分廣泛，比如封口機，封蓋機，封罐機等，用于制藥，日化，食品，飲料，化工等行業(yè)。罐頭食品可長期保持良好的品質(zhì)，為消費者提供衛(wèi)生和營養(yǎng)的食品。因此需設計一款針對于金屬圓罐的密封機器，該機器要能密封罐頭蓋為直徑60毫米，罐高為72毫米的產(chǎn)品。
1.2 設計背景
市面上有許多類型的封罐機，根據(jù)使用的特點可分為刀轉(zhuǎn)式封罐機和罐式旋轉(zhuǎn)封罐機。根據(jù)自動化程度，可分為半自動封罐機和自動封罐機。半自動封罐機一般由手板封罐機，氣動封罐機和電動封罐機組成。一般適用于小型企業(yè)生產(chǎn)，單件生產(chǎn)，小批量生產(chǎn)工廠。而自動封罐機一般用于自動化生產(chǎn)線和批量生產(chǎn)線。由于該模型是從鉆孔機轉(zhuǎn)換而來的，目前的家用封口機是大而笨重的封口機。但是成本高，產(chǎn)量高，技術(shù)質(zhì)量高，深受大企業(yè)的青睞。
1.3 設計題目與分析
設計一款封罐機，實現(xiàn)金屬圓罐蓋與桶連接處的卷邊封罐工作。該機構(gòu)使用兩個齒輪和兩個凸輪控制卷邊滾子做整圓周旋轉(zhuǎn)與滾子和封罐的離合。
通過分析題目，可以得知所需要設計的機械結(jié)構(gòu)需要具備以下功能：
1. 運動相同，速度不同的齒輪
2. 齒輪帶動滾輪旋轉(zhuǎn)
3. 凸輪控制滾輪的進給
第二章 方案設計
根據(jù)使用特點分類的封罐機，設計兩種方案，一是刀轉(zhuǎn)式封罐機，二是罐體旋轉(zhuǎn)式封罐機。
2.1 刀轉(zhuǎn)式封罐機
如圖2-1所示，齒輪1固定地連接到轉(zhuǎn)盤2，齒輪3固定到旋轉(zhuǎn)套筒4和凸輪5，6。 齒輪1帶動導桿7、9轉(zhuǎn)動，兩個導桿的上端安裝了滾子并與凸輪5、6輪廓接觸； 與齒輪3同步旋轉(zhuǎn)的5，6使頭道卷封輪8和二道卷封輪10進行徑向進給運動以完成密封操作。 罐身13安裝在上壓頭11和下壓頭12之間。 由于齒輪1和齒輪3的轉(zhuǎn)速不同，轉(zhuǎn)盤2與凸輪5、6的轉(zhuǎn)速也不同，保證凸輪轉(zhuǎn)完一周才完成封罐。
圖2-1 封罐機工程圖
此方案結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工制造方便。
2.2 罐體旋轉(zhuǎn)式封罐機
如2-2所示，上壓頭7與行星齒輪2同軸，擺桿4與卷邊滾輪6同軸，中心齒輪1旋轉(zhuǎn)帶動上下轉(zhuǎn)盤3、9和行星齒輪2旋轉(zhuǎn)，與行星齒輪同軸的上壓頭旋轉(zhuǎn)，擺桿4安裝在上轉(zhuǎn)盤上，擺桿上的滾子沿著固定凸輪輪廓運動，根據(jù)凸輪輪廓擺動著卷邊滾輪6，完成進給運動。
圖2-2 罐身旋轉(zhuǎn)型封罐機卷封機構(gòu)
此機構(gòu)的優(yōu)點是可根據(jù)封罐工藝設計凸輪形狀，密封各種形狀的罐體蓋，具有良好的工藝性結(jié)構(gòu)相對復雜，確定是體積大。另外在工作時，罐身既有公轉(zhuǎn)，又有自轉(zhuǎn)，其內(nèi)填充物將形成旋轉(zhuǎn)拋物面，影響密封效果，從而降低罐頭的保質(zhì)期，因此該方案要求的轉(zhuǎn)速不能太高。
2.3 方案比較
對于罐體旋轉(zhuǎn)式封罐機，它的優(yōu)點對設計要求并沒有影響，反而缺點限制了齒輪的轉(zhuǎn)速，而刀旋轉(zhuǎn)式封罐機的優(yōu)點符合設計要求，因此選擇刀旋轉(zhuǎn)式封罐機作為基礎進行設計。
第三章 主要零部件設計
3.1 卷邊滾輪設計
3.1.1 卷邊內(nèi)外規(guī)格要求
一 卷邊外觀要求
（1）卷邊頂部要圓滑，無向內(nèi)突起的起筋和碎裂。
（2）卷曲的下部光滑，沒有牙齒，鐵舌，彎曲形狀，損壞和接縫卷邊松動等缺陷。
I. 牙齒：指桶頂鉤卷邊不良，于卷邊下部形成突起。
II. 鐵舌：指卷邊局部下垂，寬度超過卷邊寬度1.2倍。
III. 接縫卷邊松動： 指接縫部分，由于卷壓力不足，卷曲松動。。
二 卷邊內(nèi)部要求
(1)要求罐身鉤和罐頂鉤平服，無波浪形，上空隙Uc和下空隙Lc盡量小，如圖3-1
圖3-1 卷邊內(nèi)部結(jié)構(gòu)
(2)重疊率η：卷邊內(nèi)部桶身鉤和桶頂?shù)足^重疊率要超過45%以上。
η={(BH+CH+1.1tc-W)/[W-(2.6tc+1.1tb)]}×100%
3.1.2 卷邊過程分析
卷邊是封罐機密封的關(guān)鍵的工序。卷邊質(zhì)量與密封質(zhì)量直接相關(guān)。要獲得理想的卷邊，首先需要設計理想的卷邊曲線。為此做以下分析：
一、卷邊形成與卷邊滾輪運動軌跡
當密封機器工作時，傳動機構(gòu)將罐體和罐的頂部供給到工作臺，同時在進給卷繞輪的同時旋轉(zhuǎn)工件。用于密封操作的第一道卷邊輪將罐體和罐的頂部堆疊并折疊成所需形狀。 完成一次繞線操作后，在凸輪的作用下，第二道卷邊輪徑向朝向待壓制的中心進給，使得卷曲的凸緣更靠近罐體，最后變成緊密鉤狀的凸緣。圖3-2顯示了卷邊的形成。左圖顯示了第一道卷封的起點和終點。右圖顯示了第二道卷封的起點和終點。
圖3-2二重卷邊示意圖
在卷邊密封過程中，卷曲滾輪和罐的頂部相對于彼此移動，并且卷曲輪圍繞罐體旋轉(zhuǎn)并且朝向罐體的中心進行徑向移動。轉(zhuǎn)速是影響生產(chǎn)效率的主要因素。滾輪的每次旋轉(zhuǎn)，卷繞輪的徑向進給量S可由下式表示：
S=(a1-a2)/nZ (mm/r) （3-1）
式中：a1——當卷封輪開始滾動時，卷封輪中心與罐體中心之間的距離（mm）；
a2——當卷封輪完成密封操作時，卷封輪中心到罐體中心距離（mm）；
n——當卷封輪徑向推進a1-a2時，主軸上卷封輪的轉(zhuǎn)數(shù)（r）；
Z——同時做同一作業(yè)卷封輪個數(shù)。
應取n的最小值。 通常取第一個密封nmin≥2，第二個密封nmin≥4。n可使卷曲光滑，但n過大，尤其是n＞4后，密封質(zhì)量不明顯，但影響生產(chǎn)能力。
二、卷封輪的理想卷曲曲線分析
卷封輪是卷封操作不可或缺的工具。通過卷封輪強制地壓緊罐體和罐的頂部來實現(xiàn)緊密配合。為了在卷封期間使罐體和罐體頂部卷曲和變形，卷封輪的設計必須使得卷邊過程是漸進的并且變形阻力最小化。卷封輪徑向進給運動軌跡，如圖3-3所示。
圖3-3 卷封輪徑向進給運動軌跡
該圖顯示了一組卷封輪進行卷邊時卷封輪的徑向進給。封卷時的總徑向進給距離對于每種類型的罐頭應該是恒定的。它由第一道卷封輪和第二道卷封輪或甚至第三道卷封輪完成。當罐的頂部剛被擠壓時，卷封輪的徑向進給不包括在總徑向進給距離當中。根據(jù)卷曲過程中的變形程度和確保卷曲質(zhì)量，第一卷封輪的徑向進給距離一般為總徑向進給距離的70-80％。第二道為20-30％。為了不影響卷邊質(zhì)量、生產(chǎn)效率以及獲得優(yōu)異的密封質(zhì)量，不應選擇S太大。參照現(xiàn)有的封口機型號，選取S總=4.7mm，第一道滾輪徑向進給量，第二道S2=1.2mm。
當Z ＜= 2時，它通過圓化和連接多個弧形曲線形成。如圖3-4所示，由于不同的卷封要求，第一和第二卷封輪的工作曲線是不同的。第一輪需要罐體和罐體的頂部和底部凸緣相互卷起并重疊，使得罐體頂部和底部凸緣的周邊卷曲到罐體的根部。徑向進給位移大，工作曲槽窄而深，形狀復雜。它是形成卷邊的主要滾輪。第二道卷封輪繼續(xù)滾動成品擠壓，使其成為雙壓接縫，使得纏繞曲線工作面為寬而淺的凹槽。
圖3-4二重卷邊滾輪曲線
由以上分析計算可得：
一道滾輪參數(shù)r2=18mm；r3=12mm；r4=4mm；r5=mm；
二道滾輪參數(shù)r2=6mm；r3=25mm；r4=30mm；r5=14mm。
3.1.3 繪制卷邊滾輪零件圖
根據(jù)以上數(shù)據(jù)及分析，繪制滾輪零件圖如圖3-5和圖3-6
圖3-5 二道卷邊滾輪
圖3-6 頭道卷邊滾輪
3.2 凸輪輪廓設計
3.2.1 頭道凸輪設計
一 設計要求
1、推桿類型：對心直動滾子推桿
2、工作條件：高速輕載
3、對導桿的運動要求為：
當凸輪旋轉(zhuǎn)30°，導桿向罐體中心偏移8mm(裝卸)
當凸輪旋轉(zhuǎn)77°，導桿向中心偏移3.5mm(進給)
當凸輪旋轉(zhuǎn)190°，導桿保持
當凸輪旋轉(zhuǎn)30°，導桿遠離罐體中心偏移11.04mm
當凸輪旋轉(zhuǎn)33°，導桿保持不變
二 確定凸輪基本尺寸
表3-1 運動規(guī)律參數(shù)的最大值
運動規(guī)律
最大速度Vmax(hω/σ0)×
最大加速度amax(hω2/σ20)×
最大躍度jmax(hω3/σ30)×
適用場合
等速運動
1.00
∞
低速輕載
等加速運動
2.00
4.00
∞
中速輕載
余弦加速度
1.57
4.93
∞
中低速重載
正弦加速度
2.00
6.28
39.5
中高速輕載
五次多項式
1.88
5.77
60.0
高速中載
設初步確定凸輪的基圓半徑r0=50mm，推桿滾子半徑rr=10mm。其次要選定推桿的運動的運動規(guī)律，因其工作條件為高速輕載，因選用amax和jmax較小的運動規(guī)律，以保證推桿運動的平穩(wěn)性和工作精度。由表3-1可知，本推程運動規(guī)律可選用正選加速度運動規(guī)律，回程運動規(guī)律可選用五次多項式運動規(guī)律
三 理論廓線
對于對心直動滾子推桿盤型凸輪機構(gòu)，凸輪的理論廓線的坐標公式
（3-1）
其中e=0，s0=r0，求得
式中，位移s應分段計算:
1) 一推程階段 δ01=30°=π/6
2) 二推程階段 δ02=77°=77π/180
3) 遠休止階段 δ03=190°=19π/18
4) 回程階段 δ04=30°=π/6
5）近休止階段 δ05=33°=11π/60
6）推程段的壓力角和回程角
取計算間隔為5°，將以上各相應值帶入公式3-1計算理論輪廓線上各點坐標值。在計算應注意：在一推程階段取δ=δ1，二推程階段取δ=δ01+δ2在遠休止階段取δ=δ01+δ02+δ3，在回程階段取δ=δ01+δ02+δ03+δ4，在近休止階段取δ=δ01+δ02+δ03+δ04+δ5。計算結(jié)果見表4-2
四 工作廓線
凸輪工作方程式 （3-2）
式中“-”號用于內(nèi)等距曲線，“+”號用于外等距曲線。
由公式3-2得
其中：
1) 一推程階段 δ1=[0,π/6]
2) 二推程階段 δ2=[0,77π/180]
3) 遠休止階段 δ3=[0,19π/18]
4) 回程階段 δ4=[0,π/6]
5) 近休止階段 δ5=[0,11π/60]
計算結(jié)果可得凸輪工作廓線各點的坐標可見表3-2
表3-2 凸輪理論和工作廓線坐標值
δ
x
y
x’
y’
0°
0.00
50.00
0.00
40.00
5°
4.30
49.15
3.60
38.46
10°
8.65
49.03
7.26
37.64
15°
13.29
49.58
11.22
37.51
……
……
……
……
……
340°
-17.10
46.98
-14.36
39.72
345°
-12.94
48.30
-10.87
40.37
350°
-8.68
49.24
-7.29
40.63
355°
-4.36
49.81
-3.66
40.51
360°
0.00
50.00
0.00
40.00
推程段的最大壓力角為18.37°，相應的凸輪轉(zhuǎn)角位45°；回程的最大壓力角為25.03°，相應的凸輪轉(zhuǎn)角位210°。由于凸輪的最大壓力角遠小于許用壓力角，故如有必要，凸輪基圓半徑可適當減小。凸輪的輪廓曲線見圖3-7。
圖3-7 凸輪理論曲線和工作曲線
3.2.2 二道凸輪設計要求
1、推桿類型：對心直動滾子推桿
2、工作條件：高速輕載
3、對導桿的運動要求為：
當凸輪旋轉(zhuǎn)30°，導桿向罐體中心偏移8mm(裝卸)；
當凸輪旋轉(zhuǎn)22°，導桿向中心偏移1.2mm(進給)；
當凸輪旋轉(zhuǎn)234°，導桿保持；
當凸輪旋轉(zhuǎn)30°，導桿遠離罐體中心偏移9.2mm；
當凸輪旋轉(zhuǎn)44°，導桿保持不變。
以下設計過程與頭道凸輪設計一樣，不做詳細說明。
3.2.3 結(jié)構(gòu)優(yōu)化整合
為使結(jié)構(gòu)更加緊湊、體積更小，將進給兩個凸輪和軸套設計成整體式如圖3-8所示，由于結(jié)構(gòu)配置上的特殊性，如圖3-9所示，頭道凸輪曲線應超前二道凸輪曲線30°，這樣頭道、二道滾輪才能做到真正同步。
圖3-9 工作循環(huán)圖
圖3-8 三維立體圖
3.2.4 繪制凸輪零件圖
圖3-10 凸輪零件圖
如圖3-10所示，將兩個凸輪分成上下兩部分，是為避免滾子在凸輪槽內(nèi)滾動時，滾子所連接導桿可能出現(xiàn)干涉的問題。
3.3 齒輪設計
3.3.1 齒輪設計參數(shù)
圖3-11為封罐機傳動簡圖，電機與小帶輪直接相連，小帶輪與大帶輪用皮帶相連。大帶輪帶動中間軸旋轉(zhuǎn)，用中間軸上的齒輪將轉(zhuǎn)矩傳動過去?，F(xiàn)在已知電動機型號Y90L-4,轉(zhuǎn)速1400r/min,額定功率1.5kw,皮帶輪主動輪與傳動輪的傳動比為2.9，封罐機大小齒輪在同一軸心，不同軸上，大齒輪帶動凸輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速需要160r/min,小齒輪帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速需要96r/min。
1、2-封罐機大小齒輪 3、4中間軸大小齒輪 5皮帶輪 6電機
圖3-11 封罐機傳動簡圖
3.3.2 選定齒輪類型、材料、傳動比及齒數(shù)
1） 選用直齒圓柱齒輪傳動
2） 查表選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者材料硬度差為40HBS。
3） 中間軸轉(zhuǎn)速由電機和皮帶輪傳動比可求n=1400/2.9 r/min=482r/min
再由封罐機大小齒輪所需轉(zhuǎn)速與中間軸轉(zhuǎn)速可知傳動比，i1=482/160≈3 i2=482/96≈4
4） 選封罐機小齒輪齒數(shù)為20，大齒輪齒數(shù)為24，則中間軸大小齒輪為96,60。
3.3.3 按齒面接觸強度設計
設計計算公式 （3-3）
一 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1） 試選載荷系數(shù)Kt=1.3
2） 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3) 查表選取齒輪系數(shù)。
4) 查表得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa。
5) 查圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限。
6) 由公式
（3-4）
由公式3-4計算應力循環(huán)次數(shù)：
7) 查圖得取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.9；KHN2=0.95
8) 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由公式
（3-5）
可以算得：
二 計算
1） 試計算小齒輪分度圓直徑d1t，帶入較小的值。
1） 計算圓周速度v
2） 計算齒寬b
3） 計算齒寬和齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
4） 計算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.47m/s,7級精度，有《機械設計》圖10-8查得動載系數(shù)Kv=1.05；
直齒輪，；
查表得使用系數(shù)KA=1；
查表用插值法算得7級精度、小齒輪相對支撐非對稱布置使，
由，查圖得故載荷系數(shù)
5） 按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由公式
（3-6）
可以算得：
6） 計算模數(shù)m
3.3.4 按齒根彎曲強度設計
彎曲強度的設計公式
一 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1） 查圖得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲強度極限；
2） 查圖取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85，KFN2=0.88；
3） 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，有公式3-5可得：
4） 計算載荷系數(shù)K
5） 查取齒形系數(shù)
查表得 YFa1=2.80；YFA2=2.22。
6） 查取應力校正系數(shù)。
查表得 YSa1=1.55；YSa2=1.73。
7） 計算大小齒輪的并加以說明。
大齒輪的數(shù)值大
二 設計計算
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可選取彎曲強度算得模數(shù)1.485mm并就近圓整為標準值m=1.5mm,按接觸強度算得的分度圓直徑d1=30.25mm，算出小齒輪齒數(shù)
這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
3.3.5 繪制齒輪零件圖
圖3-12大齒輪零件圖
如圖3-12所示，齒輪與軸套是用半圓鍵連接，因此齒輪上需要銑出一個鍵槽。
第四章 總裝圖與功能分析
圖4-1為封罐機的主視圖，圖4-2位封罐機的側(cè)視圖。兩張圖大體上反映了此封罐機的結(jié)構(gòu)。如下圖所示，封罐機可通過以下結(jié)構(gòu)實現(xiàn)如題目所說的幾種功能。工作原理從輸入至輸出，依次為：
1. 電機17與小皮帶輪26直接相連，小皮帶輪26帶動大皮帶輪24做旋轉(zhuǎn)運動，大皮帶輪帶動中間軸旋轉(zhuǎn)，中間軸上的兩個齒輪與軸采用鍵連接，并與零件2和4相互嚙合。
2. 零件2與零件4是運動相同轉(zhuǎn)速不同的齒輪，齒輪2與轉(zhuǎn)盤14固連，繞上壓頭旋轉(zhuǎn)。齒輪4與凸輪槽固連繞內(nèi)長軸套7旋轉(zhuǎn)，利用齒輪的差速，來實現(xiàn)導桿在凸輪槽中運動。
3. 導桿29上下用鍵連接擺桿，上擺桿連接滾子，滾子在凸輪槽中運動，下擺桿連接卷邊滾輪，完成密封操作。
圖4-1 封罐機的主視圖
4. 轉(zhuǎn)盤14帶動導桿旋轉(zhuǎn)，上擺桿根據(jù)凸輪輪廓控制導桿的旋轉(zhuǎn)角度，下擺桿根據(jù)旋轉(zhuǎn)的角度控制密封進給量。
5. 罐體15安裝在上壓頭8和16下壓頭之間。
圖中零件關(guān)系鍵連接關(guān)系的有：導桿29與上下擺桿27、37，齒輪2與軸套，齒輪4與內(nèi)長軸套；螺紋連接關(guān)系的有：上下帶座軸承、卷邊滾輪與下擺桿用扣緊螺母、電機于箱體之間，上下擺桿與滾子和滾輪中間用軸瓦連接。
圖4-2 封罐機的側(cè)視圖
結(jié)論
通過對大量的原理和方案選擇，又經(jīng)過了零件參數(shù)的計算，最終設計出此項機械結(jié)構(gòu)。采用了二重卷邊的封罐原理，電機帶到皮帶輪，再用齒輪傳遞扭矩，兩個齒輪帶動導桿繞罐體旋轉(zhuǎn)并且在凸輪槽里移動完成封罐操作。該封罐機適用于小企業(yè)生產(chǎn)，單件生產(chǎn)，小批量生產(chǎn)的工廠。擁有操作簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音小、效率高，可連續(xù)運行，故障率低，維護成本低等優(yōu)點。
雖然已經(jīng)完成了對基本要求的實現(xiàn)，但是仍然有許多不完美之處，倘若可以改進，那么在此結(jié)構(gòu)的基礎上，可以實現(xiàn)在以下的兩個方面：
1. 此封罐機是半自動封罐機，所以可以添加新的功能，比自動升降罐體。
2. 可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)減輕運動過程中零件與零件之間的磨損，提高封罐機的使用壽命。
本次畢業(yè)設計運用到了很多不同老師教授的課程內(nèi)容，將這些知識整合到一個機器上，許多沒記住甚至是沒理解的知識，我又重新看書梳理一遍，回想老師所講述的課程內(nèi)容，將這些知識學習會了，我認為這是我在此次設計中最大的收獲。
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致謝
隨著畢業(yè)設計六個月時間的流逝，我的畢業(yè)設計的設計課題也在我的腦海中逐漸成型。從假期開始我便著手構(gòu)思著一課題，并且小有成就。但是剛一開學的第一周和導師匯報的時候就出現(xiàn)了問題。和導師的溝通中我發(fā)現(xiàn)我剛開始選擇的原理和方案過于復雜，而且不光不容易實現(xiàn)，而且結(jié)構(gòu)不緊湊，定位沒有標注。我并沒有沮喪，因為和導師的討論過程中，導師給我開闊了另一種新的思路。于是我更換了原理方案開始了正式的設計過程。
在第三周的匯報中，導師指出我零件參數(shù)過大，不符合產(chǎn)品的定位，于是我再次修改，在第五周的時導師指出我凸輪結(jié)構(gòu)的問題，并且指導我修改了凸輪槽，而在第六周又發(fā)現(xiàn)導桿在凸輪槽中出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象，于是又優(yōu)化了凸輪槽的結(jié)構(gòu)。我沒辦法解決由于設計能力和設計水平的不足出現(xiàn)的問題，我的導師總是能給出很好的建議，從而解決問題。
從開學的第一周直到畢業(yè)設計答辯的這一周，每一周導師都會要求我們定時匯報，就算有事也會提前改動時間。在匯報過程中，每個人設計圖紙他都會仔細分析，在此對我的導師悉心的指導表示感謝。
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