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機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)
說明書
設(shè)計(jì)題目 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
學(xué)院
組員
指導(dǎo)老師
完成時(shí)間 2014
目錄
1.題目…………………………………………………………
2.1設(shè)計(jì)題目………………………………………………….
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………
2.3設(shè)計(jì)要求………………………………………………….
3.方案選擇……………………………………………………
4.功能分解……………………………………………………
5.機(jī)構(gòu)的比較及選擇………………………………………….
6.涉及傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配………………………
7.繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖………………………
8.機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)線圖分析…………………………………………
9.設(shè)計(jì)小結(jié)……………………………………………………
10.參考文獻(xiàn)……………………………………………………
題目：旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
2.1設(shè)計(jì)題目
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。為保證在這些工位上能夠準(zhǔn)確地灌裝、封口，應(yīng)有定位裝置。如圖3.7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。
旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)
該機(jī)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式為機(jī)械傳動(dòng)。技術(shù)參數(shù)見下表。
表 技術(shù)參數(shù)表
方案號(hào)
轉(zhuǎn)臺(tái)直徑
mm
電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
r/min
灌裝速度
r/min
A
600
1440
10
B
550
1440
12
C
500
960
10
2.2設(shè)計(jì)任務(wù)
1).完成的工作量：
（1）根據(jù)給定的原始數(shù)據(jù)和工藝要求，構(gòu)思并選定機(jī)構(gòu)方案；
（2）設(shè)計(jì)上述各機(jī)構(gòu)（每組設(shè)計(jì)一組機(jī)構(gòu)）。根據(jù)選定的方案設(shè)計(jì)各機(jī)構(gòu)（凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等）并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析；
（3）根據(jù)上面求得的尺寸，按比例畫出全部機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖(計(jì)算機(jī)繪圖和手工繪圖各一份)；計(jì)算自由度，拆分機(jī)構(gòu)，判定機(jī)構(gòu)級(jí)別；
（4）說明書1份，約2000-3000字。
2) 說明書應(yīng)包含的內(nèi)容：
（1）封面、目錄。
（2）設(shè)計(jì)題目
（3）功能分解
（4）選定機(jī)構(gòu)方案
（5）設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配
（6）繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
（7）設(shè)計(jì)小結(jié)
（8）參考文獻(xiàn)
2.3設(shè)計(jì)要求
(1) 要求按設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)的時(shí)間安排，按時(shí)，按量，按質(zhì)完成全部。
(2) 要求機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖正確，應(yīng)有運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)內(nèi)容。
(3)要求按統(tǒng)一的格式編寫說明書，一律用A4紙張打印裝訂成冊(cè)。
（1） 提交材料要求:
序號(hào)
材料內(nèi)容
備注
1
計(jì)算機(jī)繪制和手工繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡圖各一張，A3圖幅；計(jì)算機(jī)繪制和手工繪制運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖各一張，A4圖幅；
AutoCAD
2
計(jì)算機(jī)繪制零件圖，A4圖幅；裝配圖，A3圖幅；
AutoCAD
3
根據(jù)設(shè)計(jì)思路編制一份說明書 (參照格式要求)；
Word2003
4
材料光盤（內(nèi)容是上述材料，加上所設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的Pro/E仿真動(dòng)畫和課程設(shè)計(jì)過程的視頻）。
一個(gè)組共用
3.方案選擇
根據(jù)給定題目，我組選定方案A為主要設(shè)計(jì)方案。根據(jù)A給出的參數(shù)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/min，灌裝速度為10r/min。得出如下計(jì)算：10*6/60=1灌/s。所以罐裝的速度為1灌/s，由此判斷，在六工位轉(zhuǎn)臺(tái)上，每一秒鐘就要轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位，進(jìn)而得知槽輪主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為1r/s,而六個(gè)工位轉(zhuǎn)臺(tái)每一個(gè)工位相對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)中心的轉(zhuǎn)角為60°，再根據(jù)槽輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可知，主動(dòng)輪在每一秒鐘轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，只有60°的轉(zhuǎn)動(dòng)用來驅(qū)動(dòng)槽輪從動(dòng)輪做轉(zhuǎn)動(dòng)，其余的300°的轉(zhuǎn)動(dòng)用來定位。所以，1s的時(shí)間內(nèi)，有1/6s的時(shí)間工位轉(zhuǎn)動(dòng)，5/6s的時(shí)間工位靜止。而灌裝和封蓋的過程均要在這5/6s的時(shí)間內(nèi)完成，以此為前提，進(jìn)行我們的設(shè)計(jì)：
4.功能分解
灌裝機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)臺(tái)間歇轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)輸瓶、灌裝、送蓋、壓蓋、卸瓶運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。各執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須滿足工藝上的要求，此方案的執(zhí)行構(gòu)件的功能分解如下所示：
(1) 容器輸入輸出功能
(2) 轉(zhuǎn)臺(tái)多工位停歇轉(zhuǎn)動(dòng)功能
(3) 灌的定位功能
(4) 對(duì)容器的灌裝流體功能
(5) 對(duì)容器的封口功能
(6) 送蓋功能
(7)吸蓋功能
（8）換蓋功能
5. 機(jī)構(gòu)的比較及其選擇
經(jīng)小組成員研究討論，下面擬定上述3個(gè)動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)該方案：
1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。對(duì)于灌嘴的設(shè)計(jì)可以采用移動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)等平面連桿機(jī)構(gòu)或凸輪推桿機(jī)構(gòu)。
2．采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可以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）。設(shè)計(jì)者只需設(shè)計(jì)作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的壓蓋機(jī)構(gòu)。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)或曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
3.此外，需要設(shè)計(jì)間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇傳動(dòng)。為保證停歇可靠，還應(yīng)有定位（縮緊）機(jī)構(gòu)。間歇機(jī)構(gòu)可采用槽輪機(jī)構(gòu)、不完全齒輪機(jī)構(gòu)。
為了實(shí)現(xiàn)灌嘴的定位機(jī)構(gòu)，比較凸輪推桿機(jī)構(gòu)和平面連桿機(jī)構(gòu)之間的優(yōu)缺點(diǎn)；
因?yàn)椋?）凸輪推桿機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)長時(shí)間定位，而平面連桿機(jī)構(gòu)只能瞬時(shí)定位，定位效果差，精度低，而灌裝液體時(shí)需要一定的停歇時(shí)間才能夠完成。
2）凸輪推桿機(jī)構(gòu)比連桿機(jī)構(gòu)更容易設(shè)計(jì)。
所以，在這里凸輪推桿機(jī)構(gòu)比連桿機(jī)構(gòu)更適用，因?yàn)橥馆喭茥U機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。
為了實(shí)現(xiàn)封口的壓蓋機(jī)構(gòu)，比較曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)之間的優(yōu)缺點(diǎn)；
因?yàn)橥馆啓C(jī)構(gòu)，
1） 加工復(fù)雜，加工難度大。
2） 造價(jià)較高，經(jīng)濟(jì)性不好。
所以在這里曲柄滑塊機(jī)構(gòu)比凸輪機(jī)構(gòu)更適用
為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，比較槽輪機(jī)構(gòu)和不完全齒輪之間的優(yōu)缺點(diǎn)；因?yàn)椋号c其他間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，槽輪機(jī)構(gòu)簡單，外形尺寸小，機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)的、間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位。
所以在這里我們選擇槽輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)。
綜上可知：灌嘴的定位機(jī)構(gòu)，我們選擇凸輪推桿機(jī)構(gòu)；封口的沖壓機(jī)構(gòu)，我們選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，我們選擇槽輪機(jī)構(gòu)。
最后根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)功能分解，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，設(shè)計(jì)出了如下所示最優(yōu)秀的機(jī)構(gòu)功能選用表：
機(jī)構(gòu)選用表
功能
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
工藝動(dòng)作
執(zhí)行機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)
轉(zhuǎn)盤
停歇旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)
槽輪機(jī)構(gòu)
灌裝
推桿
直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)
凸輪機(jī)構(gòu)
壓蓋
灌裝壓頭
停歇往復(fù)運(yùn)動(dòng)
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
6.設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)并確定其傳動(dòng)比分配
1） 傳動(dòng)比的設(shè)計(jì)
2為皮帶輪：i1＝1:2。
3、4、5、為齒輪：Z3=20
Z4=60
Z5=80
i43=3
i54=4/3
2)齒輪的設(shè)計(jì)
減速齒輪3：模數(shù)2，齒數(shù)20，標(biāo)準(zhǔn)齒輪（齒頂高系數(shù)1，頂隙系數(shù)0.25，壓力角20°，）齒輪分度圓直徑D=mz=2*20=40mm
減速齒輪4：模數(shù)2，齒數(shù)60，標(biāo)準(zhǔn)齒輪齒輪分度圓直徑D2=2*60=120mm
具體參數(shù)為：z1=20，z2=60，m=2，α=20°
中心距：a=m(z1+z2)/2=2*(20+60)/2=80mm
分度圓直徑：d1=m*z1=2*20mm=40mm
D2= =m*z2=2*60=120mm
基圓直徑： db1=m *z1*cosα=2*20*cos20°=16.32mm
db2=m*z2*cosα=2*60*cos20°=48.97mm
齒頂圓半徑：da1=(z1+2ha*)*m/2=(20+2*1)*2/2=22mm
da2=(z2+2ha*)*m/2=(60+2*1)*2/2=62mm
齒頂圓壓力角：αa1=arccos【z1cosα/（z1+2ha*）】
=acrcos【20cos20°/（20+2*1）】
=68.2227°
αa2=arccos【z2cosα/（z2+2ha*）】
=acrcos【60cos20°/（60+2*1）】
=66.7403°
基圓齒距：pb1=pb2=πmcosα=3.14*2*cos 20°=2.56mm
重合度：εa=【z1(tanαa3-tanα)+z2(tanαa4-tanα)】/2π
=【20(tan68.2227°-tan20°)+60(tan66.7403°-tan20°)】/2π
=1.2518
εa＞1可連續(xù)傳動(dòng)
齒輪4模數(shù)2，齒數(shù)60，齒輪5模數(shù)為2，齒數(shù)80， 齒輪傳動(dòng)比為 3：4，證過程同上.
直齒輪6模數(shù)2，齒數(shù)40，與惰輪1:1嚙合，可以連續(xù)傳動(dòng)。
論證過程同上。
3）凸輪的設(shè)計(jì)
運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)表
凸輪轉(zhuǎn)角
0°—60°
60°—140°
140°—240°
240°
240°—360°
凸輪運(yùn)動(dòng)軌跡
近休止
快進(jìn)
遠(yuǎn)休止
快退
灌裝
連桿機(jī)構(gòu)
封蓋
間 歇 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng)
3） 槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
如下圖所示：
7.繪制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡圖及運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
1） 運(yùn)動(dòng)簡圖
2） 三維圖
2.1齒輪
2.2凸輪三維圖
2.4槽輪機(jī)構(gòu)三維圖
2.5灌裝機(jī)總裝三維圖
3)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
8.運(yùn)動(dòng)分析線圖
1）槽輪運(yùn)動(dòng)分析線圖
加速度
速度
位置
2） 凸輪的運(yùn)動(dòng)分析線圖
加速度
位置
9.設(shè)計(jì)小結(jié)
這是我們第一次做課程設(shè)計(jì)，困難程度對(duì)我們而言可想而知。里面有很多東西我們都不懂怎么弄，所謂萬事開頭難，前面真的是一頭霧水。但我們同時(shí)也深深的明白這也是很好的一個(gè)鍛煉機(jī)會(huì)，讓我們克服一個(gè)個(gè)困難的同時(shí)收獲新的知識(shí)。
這課程設(shè)計(jì)花費(fèi)了我們半個(gè)的月的時(shí)間，在這段時(shí)間里我們一起集中探討機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，一起研究各種方案的的可行性，遇到不懂的地方就一起討論解決，它讓我們深深懂得了團(tuán)隊(duì)的重要性，明白了集體的力量是強(qiáng)大的。
通過這次旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)課程設(shè)計(jì)，我們大家都掌握了一些常用執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或簡單機(jī)器的設(shè)計(jì)方法和過程，提高了我們綜合運(yùn)用機(jī)械原理課程理論的能力，培養(yǎng)了分析和解決一般機(jī)械運(yùn)動(dòng)實(shí)際問題的能力，并使所學(xué)知識(shí)得到了進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)展，也為以后的學(xué)習(xí)也奠定了一定的基礎(chǔ)，讓我們以后的學(xué)習(xí)方便，更加高效。
另外，這次機(jī)會(huì)讓我們能將以前的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的設(shè)計(jì)中來，懂得了融會(huì)貫通，舉一反三的道理，雖然不是很熟練，但看到所學(xué)的知識(shí)能一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)用到設(shè)計(jì)中來，內(nèi)心的快樂是不能言語的。
10.參考文獻(xiàn)
1. 裘建新主編；《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)》；高等教育出版社
2. 謝忠東主編；《機(jī)械原理》；北京航天航空大學(xué)出版社
3.《機(jī)械原理 第七版》 陳作模、葛文杰主編
4.《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 牛鳴岐、王保民等主編