旋转型灌装机设计说明书

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

4

传送带 2 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 A B C 转台直径 mm 600 550 500 电动机转速 r/min 1440 1440 960 灌装速度 r/min 10 12 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图及凸轮廓线图。 z2=20 z3=120 z4=20 6.齿轮机构的设计计算。 z5=120 z6=20 7.编写设计计算说明书。n=960r/min

i1=2

.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。

i32=6 i54=6 n1=15r/min

灌装速度为 10 r/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

z6=20 z8=30 i9=2 i86=1.5 n3=5r/min

4.2 第二次减速装置设计

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

z6=20 z7=30 m=6mm α=20°

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：

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 i86=z8/z6=30/20=1.5

z8=30

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：N1N2 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。

固定工作台

1

4

传送带 2 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) 2) 加工复杂，加工难度大。 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。

r0=480mm

.6 机械运动循环图

rr=30 h=60mm

φ=30° φ`=30°

后

退 后 退

停止

φs=120° φs`=180° αmax=28° <30°

转

停止

动

传送带 转动 转台停止转动

前进

前进

灌

时间 0° (角度) 转动 装置

夹 紧装

30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360°

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：

b=900mm e=500mm s=220mm θ =10° rmin=51.3°

60mm

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

z 左=6

理论轮廓线

z 右=36 m=5mm α=20° θ =60° a=180mm r 左= r 右=90mm

基圆：r0=480mm 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°

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° + z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm /θ 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

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