机械原理课程设计旋转型灌装机设计

目录

1.设计题目-------------------------------------------------------3 1.1设计题目及原始数据------------------------------------------3 1.2 设计方案提示------------------------------------------------3 1.3设计任务----------------------------------------------------4 4旋转型灌装机的工作原理及其功能原理-------------------------4

2.2 旋转型灌装机的功能分解图、执行机构动作分解图---------------4

2.1 旋转型灌装机工作原理---------------------------------------5

3.旋转型灌装机机构运动总体方案-------------------------------13

4 工作循环图及运动转换功能图---------------------------------17 4.1工作循环图-------------------------------------------------17 4.2绘制机械系统运动转换功能图---------------------------------17 4.3用形态学矩阵法创建旋转型灌装机机械系统运动方案-------------18 5旋转型灌装机各运动构件的设计，选择与分析-----------------19 5.1传动机构的选择---------------------------------------------19 5.2减速机构的设计，选择与分析---------------------------------20 5.3灌装机构的设计---------------------------------------------21 5.4间歇运动机构的设计，分析-----------------------------------2

5 5.5传动齿轮，带轮，链轮的设计---------------------------------26

5.6封口压盖机构的设计-----------------------------------------28

6 课程设计总结与感想------------------------------------------36 参考文献------------------------------------------------37

的容器。

该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见下表。

旋转型灌装机技术参数表

1.2 设计方案提示

1.采用灌瓶泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。

2.采用软木塞或金属冠盖封口，它们可由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入（或通过压盖模将瓶盖紧固在）瓶口。设计者只需设计作直线往复运动的压盖机构。压盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构。

3.此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。为保证停歇可

靠，还应有定位（锁紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位（锁紧）机构可采用凸轮机构等。

1.3设计任务

1.旋转型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；

2.设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；

3.图纸上画出旋转型灌装机的运动方案简图，并用运动循环图分配各机构运动节拍；

4.电算法对连杆机构进行速度、加速度分析，绘出运动线图。图解法或解析法设计平面连杆机构；

5.凸轮机构的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；

6.齿轮机构的设计计算；

（酒、

图2.1

冷霜等），转台有多工位停歇，以实现灌装、压盖封口等工序。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2.1，根据工作要求，即灌装

机在同一个原动机的驱动下，将待灌装液体和待压盖的瓶送入工位1；同时工作台做间歇的旋转运动，将代加工瓶依次送人工位2和工位3；在工位2和工位3时分别对工件进行定位夹紧，同时分别进行灌装和压盖封口动作；待工位3进行压盖封口结束后，加工后的瓶随着工作台的旋转进入工位4，即输出工位，由传送带送往下一个加工工序的位置。

2.2 旋转型灌装机的功能分解图、执行机构动作分解图

（1）灌装机的功能分解图

根据灌装机的工作原理和设计任务书，为满足灌装机整体的要求，可以将灌装机的功能分为以下几个具体的功能:

①工件的输入功能；

②工件的定位和夹紧功能；

③工件的灌装功能；

④工件的压盖封口功能；

⑤工件的输出功能。

功能逻辑图及可选执行机构框架图如下：

图2.2

（2）执行机构动作分解及运动方案的选择与比较

①原动机的选择。 本机构设计选用B 方案，故选用1440r/min 电动机驱动。转速较高，需要减速机构降低速度供执行机构使用。

②送料机构的功能

为了实现工件的输入及传送功能，我们小组根据设计的要求，最终决定出了以下两种方案：

方案一：如图2.3所示的六杆送料机构，原动件AB 连续转动，使DF 摆动，通过HG 杆的作用使F 在HG 范围内的往返运动，最终把容器送至工位1，但是这种传送运动冲击大，容易造成冲击，这对轻质容器、玻璃容器等来说会有损坏的可能，必须避免，再者，这样的机构设计比较复杂，运动分析较繁琐，因此我们最终没选择这个方案。

图2.3

方案二：如图2.4，使用转送带连续的，以一定的速度不断向工作台传送工件，设计好在单位时间内进入工作台的瓶子数量就行了。使用连续传送能够满足大批量生产，与间隙转送相比传送稳定，震动小，一般不会出现打滑现象，能满足灌装过程安全，可靠进行。但考虑到如果只是简单的运用皮带来传送传送工件，由于皮带上工件是连续排列的，皮带轮也是连续运动的，而工作

瓶子

传送带

图2.4 转送装置

台是间歇旋转转动，这样会导致工件在工位1处出现堆积，对生产造成影响，为了使工件能够有序地传送到旋转工作台工位1，以到达各机构运动的配合与协调，我们小组经过商讨后决定采用了如图2.5的装置来实现工件有序的进入工位1。

图2.5

待加工的瓶子从图中所示位置进入装置，由中间传动轮带动，最后送人输出口，通过挡板的作用使瓶子输出到皮带轮上，这样就可以通过控制中心盘的转速来控制瓶子的输出速率，从而满足旋转工作台的需要。

为了使工件能正确的进入工位1，我们在工位1处如图2.6设计，

图2.6

这样的设计避免了由于传送的途中导致的瓶子不在中心位置，此时的导向板导轨便可以将其位置调整至正确位置，这样来，就避免劳了上述的情况。

③工件定位夹紧功能：

根据设计要求，工件在工位2与工位3时，必须有定位夹紧机构，是待加工瓶在工位2与工位3时，能正确进行管制液体和压盖封口的动作。我们小组按照要求设计了如下的装置：

方案一：如图2.7所示,该方案采用圆环来实现工件在工位2和工位3处进

行灌图2.7

装和压盖封口的夹紧定位，工作原理是当容器在工位1处被旋转工作台带进时，容器就被圆环夹紧，容器随着旋转工作台的转动而转动，容器一直处于夹紧状态。但这种夹紧装置有一个不足之处，就是工件在工位间转换时，由于一直处于夹紧状态，有摩擦力的作用，这样会导致工件损坏，甚至影响工作台的正常工作。故设计最终没有采用这个方案。

方案二：装置如图2.8所示，其工作部位（也就是相对与旋转工作台的工位2与工位3）由两个相交的圆所形成的公共部分，其相对于一般的定位夹紧装置的优点

图2.8

在于其其夹紧过程是由松到紧，且到达正确的位置为止，这样可以避免由于工作台旋转时由于冲击的存在，导致的工件损坏甚至造成不必要的损失的现象。不仅可以正确定位，同时也达到夹紧的效果。

使用固定在工作台上的挡板来定位瓶子，防止转台在运动过程中由于向心力的作用将瓶子甩出工作台，并通过在工位外围加厚挡板使瓶子在每个工位被加紧固定。靠挡板来实现定位夹紧，他相对其他装置具有许多优点：夹紧每次位置不变，过程稳定不会破坏灌装瓶；只要设计适当就能够保证紧力合适对每次加紧都能掌握好力度，保证了工件在加工过程中的定位的稳定性，又要防止夹紧力过大损伤工件表面或使工件产生过大的夹紧变形；由于夹紧装置是固定不动的，所以操作安全、省力；结构简单，便于制造，维修十分方便等凸出优点。故最终我们选用这个方案。

④灌装机构功能设计：

方案一：采用凸轮机构（用弹簧）

如图2.9所示，此方案采用图示的凸轮机构，凸轮的连续转动，升程和回程不断的交替，再由于弹簧的作用，便实现了灌装活塞的上下往复运动。当凸轮处于回程时，活塞往上运动，此时灌装瓶吸入液体，凸轮继续运动，推动活塞向下运动，此时为升程过程（此过程为等速运动，可以满足灌装等速的要求），此时灌装机构对空瓶进行灌装，如此往复运动就可实现灌装功能。

图2.9

方案二：采用凸轮机构（不用弹簧）

如图2.10，和上面的凸轮机构一样，同样利用凸轮的连续转动，升程和回程不断的交替，便实现了灌装活塞的上下往复运动。只是此时不用弹簧来回程以吸液体，而是利用凸轮自身带的凹槽的作用，通过和塞杆上的销钉带动和塞杆来回运动。同样，当凸轮处于回程时，活塞往上运动，此时灌装瓶吸入液体，凸轮继续运动，推动活塞向下运动，此时为升程过程（此过程为等速运动，可以满足灌装等速的要求），此时灌装机构对空瓶进行灌装，如此往复运动也可以可实现灌装功能，但这种装置有个缺点，销钉的受力较大，对销钉的材料性能要求较高。

图2.10

根据设计要求，可知，灌装作为旋转灌装机的一个重要工工序，要求灌装速度要恒定，同时对工件的定位要求较高。从凸轮机构的优点来看，只要设计出适当的凸轮轮廓尺寸，便可使从动件按各种预定的规律运动，并且机构紧凑，因此可以实现设计要求的等速灌装的要求，还可以通过设定不同的参数，便可以不同的运动规律，从而在实际运用中得到大量应用。当然，凸轮机构也有缺点，凸轮与从动件之间为点或线接触，压强较大，易于磨损。一般凸轮轮廓的加工要求比较高，费用昂贵，行程不大。

我们小组经过讨论，最终决定运用方案一，但将凸轮与和塞杆直接接触改成小滚轮代替，这样就很好的避免了凸轮机构由于摩擦大而造成的杆件磨损。

⑤压盖封口功能

如图2.11所示，是我们小组设计的压盖封口机构，该机构为对心曲柄滑

块图2.11

机构，曲柄AB与轴固接，轴的连续转动带动杆AB连续转动，从而带动杆BC上下运动，从而实现压盖封口机构的上下往复运动，转动一个工位就压盖封口一次，继而实现对瓶子的压盖封口动作。

图2.12

我们小组经过讨论，决定在压盖封口装置中加入送盖机构，简图如图 2.12:

图2.12

该机构工作原理是，瓶盖装夹在倾斜槽中，依靠自身重力当压制杆上滑到倾斜槽口上方时，滑至压盖槽中，在压制槽中，靠瓶盖与压制槽内壁的摩擦，停留在压制槽中。当压制杆下滑时，将瓶盖压人待加盖瓶瓶口，照此循环工作。

⑥产品输出与传送功能：

加工后的工件到达工位4以后，

有皮带轮，这里考虑到传送带的速

度不能很大，而工位之间的转换有

很快，所以在此我们设计了如下图

2.13所示。容器到达图示工位3，

压盖封口结束后，此时曲线1

与曲线2组成的挡板，将瓶子输

往传送带方向推挡，同时容器是

随着旋转工作台一起旋转的，在

合成力的作用下，容器被带至输

出传送带上，进而传送到下个加

工工位。

（图2.13 ）

3．旋转型灌装机机构运动总体方案

3.1 旋转型灌装机总体方案图（机构运动简图）

我们小组根据设计要求，设计出的自动灌装机如下图3.1与3.2所示：

图3.1 主视图

图3.2 局部俯视图

1.电动机和轴带轮

2.皮带轮 3、4、4'、5齿轮 6、7斜齿轮 8.8’.链轮 9、10斜齿轮 11主动拨盘 12从动槽轮 13凸轮、灌装机构 14曲柄 16.封口压盖器 17工作台

18定时送瓶器 19传送带VII主轴

上示两图为机械系统运动方案运动简图，下面是该旋转型灌装机的工作路线原理：

①电机1通过皮带轮传到2，2通过轴传到H，H又传到齿轮4，齿轮4'通过固定的齿轮3转动到5，5带动轴旋转，从而带动锥齿轮6，形成行星轮系。

②锥齿轮6一比一传动给锥齿轮7 ，锥齿轮7带动轴旋转，轴带动链轮21，链轮21一比一传动到链轮21’，链轮21’带动定时送瓶机轴旋转，从而带动定时送瓶机运动，转速为12转没分钟，定时送瓶机用来传送容器。

③与锥齿轮6同轴的链轮8以相同角速度转动通过链条传给链轮8’，使轴转动，从而使凸轮13转动，凸轮通过滚子，推杆带动活塞上下往复运动，从而实现对容器的灌装。

④由于链轮8’带动轴旋转，曲柄15与轴固联，曲柄与连杆相连，连杆与滑块连接，滑块上下往复运动，实现对容器的封口压盖。

⑤与链轮8’同轴的锥齿轮9传给锥齿轮10，锥齿轮10通过轴传到主动拨盘11，主动拨盘11带动从动槽轮12，实现旋转工作台的间隙旋转运动。

⑥锥齿轮6传动到锥齿轮16，锥齿轮带动轴旋转，轴带动链轮18旋转，链轮18传动到链轮18’上，链轮18’带动传送带的轮转动，从而实现皮带输入和输出工件的目的，转速为12转每分钟。

下面为自动灌装机的三维图：

图3.3

4 工作循环图及运动转换功能图

4.1工作循环图

为了使灌装机各运动构件运动协调配合，我们设计了如下直线式动循环图图4.1和直角坐标式运动循环图图4.2：

图4.1直线式运动循环图

图4.2 直角坐标式运动循环图

4.2绘制机械系统运动转换功能图

我们小组根据执行构件的运动形式，绘制机械系统运动转换功能图如图4.3所示：

图4.3 旋转型灌装机系统转换功能图

4.3用形态学矩阵法创建旋转型灌装机机械系统运动方案：

根据机械系统运动转换功能图图4.3可构成形态学矩阵。图4.4所示的形态学矩阵可求出旋转型灌装机系统运动方案数为：

N=4×4×4×4×2×2×4=4096

图4.4 形态学矩阵

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