機械原理作業(yè)——旋轉(zhuǎn)型灌裝機.doc

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1、Theory of Machines and Mechanisms 第 35 頁 共 35 頁 機械原理課程設(shè)計任務(wù)書 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 圖1-1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機 1.1設(shè)計題目及原始數(shù)據(jù) 設(shè)計旋轉(zhuǎn)型灌裝機。在轉(zhuǎn)動工作臺上對包裝容器(如玻璃瓶)連續(xù)灌裝流體(如飲料、酒、冷霜等),轉(zhuǎn)臺有多工位停歇,以實現(xiàn)灌裝、封口等工序。為保證在這些工位上能夠準確地灌裝、封口,應(yīng)有定位裝置。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。 該機采用電動機驅(qū)動,傳動方式為機械傳動。技術(shù)參數(shù)見下表

2、。 旋轉(zhuǎn)型灌裝機技術(shù)參數(shù)表 方案號 轉(zhuǎn)臺直徑 mm 電動機轉(zhuǎn)速r/min 灌裝速度r/min A 600 1440 10 B 550 1440 12 C 500 960 10 表1-1 1.2 設(shè)計方案提示 1.采用灌瓶泵灌裝流體,泵固定在某工位的上方。 2.采用軟木塞或金屬冠蓋封口,它們可由氣泵吸附在壓蓋機構(gòu)上,由壓蓋機構(gòu)壓入(或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在)瓶口。設(shè)計者只需設(shè)計作直線往復(fù)運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導(dǎo)桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。 3.此外,需要設(shè)計間歇傳動機構(gòu),以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺間歇傳動。為保證停歇可靠,還應(yīng)有定位(鎖緊)機構(gòu)。

3、間歇機構(gòu)可采用槽輪機構(gòu)、不完全齒輪機構(gòu)等。定位(鎖緊)機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)等。 1.3設(shè)計任務(wù) 1.旋轉(zhuǎn)型灌裝機應(yīng)包括連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)等三種常用機構(gòu); 2.設(shè)計傳動系統(tǒng)并確定其傳動比分配,并在圖紙上畫出傳動系統(tǒng)圖; 3.圖紙上畫出旋轉(zhuǎn)型灌裝機的運動方案簡圖,并用運動循環(huán)圖分配各機構(gòu)運動節(jié)拍; 4.電算法對連桿機構(gòu)進行速度、加速度分析,繪出運動線圖。圖解法或解析法設(shè)計平面連桿機構(gòu); 5.凸輪機構(gòu)的設(shè)計計算。按凸輪機構(gòu)的工作要求選擇從動件的運動規(guī)律,確定基圓半徑,校核最大壓力角與最小曲率半徑。對盤狀凸輪要用電算法計算出理論廓線、實際廓線值。畫出從動件運動規(guī)律線

4、圖及凸輪廓線圖; 6.齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算; 7.編寫設(shè)計計算說明書; 2.旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作功能原理 2.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機工作原理 如圖2-1所示,在按照工作要求下,旋轉(zhuǎn)型灌裝機在同一個原動機的帶動下,輸入傳送帶將待灌裝和封口壓蓋的容器輸入 工位1,同時旋轉(zhuǎn)工作臺作間隙旋轉(zhuǎn)運動,將空容器和已灌的容器分別送至工位2和工位3,在定位夾緊之 圖2-1 后,固定于工作臺上方的灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備分別對空容器進行灌裝和已灌裝容器進行封口壓蓋。灌裝,封口壓蓋工序完成后,容器隨著旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙旋轉(zhuǎn)運動至4位置,由

5、于輸出傳送帶的作用,在4位置的容器將隨著輸出傳送帶被帶至下一個工序的位置上。 2.2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機功能原理 (1)基于上述設(shè)計任務(wù)書的要求以及旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作原理,為了實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型灌裝機的總功能要求,我們將旋轉(zhuǎn)型灌裝機要實現(xiàn)的功能分解為如下分功能: ① 容器輸入與傳送功能; ② 容器定位功能; ③ 容器夾緊功能; ④ 灌裝功能; ⑤ 封口壓蓋功能; ⑥ 產(chǎn)品輸出與傳送功能。 其功能邏輯圖如下圖圖2-2所示: 圖2-2 (2)功能原理的工藝過程分解; ①容器輸入與傳送功能: 要實現(xiàn)容器的輸入與傳送功能,我們想到了如圖2-3所示的連桿機構(gòu),原動件AB連續(xù)轉(zhuǎn)動,

6、使ED擺動,通過EF桿的作用使5在H范圍內(nèi)來回運動,從而把容器推送至工位1,但是考慮到這種推送運動沖擊大,對輕質(zhì)容器,玻璃容器等來說是應(yīng)該避免的,同時這樣的連桿機構(gòu)設(shè)計復(fù)雜,所以在此我們盡量不選用這種推送機構(gòu)。 圖2-3 為了達到容器的輸出與傳送的目的,同時使我們的設(shè)計過程簡單化,我們采用皮帶傳送的方式。如圖2-4所示,并且這種傳送方式在實際生產(chǎn)活動中被大量采用。 圖2-4 由于傳送皮帶上容器是連續(xù)排列的,而旋轉(zhuǎn)工作臺是間隙轉(zhuǎn)動,為了使容器能夠間隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺工位1,從而到達各機構(gòu)運動的配合與協(xié)調(diào),我們準備采用了如圖2-5,圖2-6所示的傳送輪機構(gòu): 圖2

7、-5 圖2-6 圖2-5所示的不完全齒輪安裝在傳送導(dǎo)軌的一側(cè),傳送輪一次往下一工位間隙有序地傳送4個容器。圖2-6所示機構(gòu)安裝在傳送導(dǎo)軌的軸線上,傳送輪有三個互成120轉(zhuǎn)角的槽位,傳送皮帶連續(xù)傳送,設(shè)傳送輪轉(zhuǎn)速W,則傳送輪每次傳送容器到工位1的時間間隔為t=2π/3W,這樣就實現(xiàn)了間隙有序地往旋轉(zhuǎn)工作臺傳送待灌裝和封口壓蓋的容器。比較兩種方案,我們發(fā)現(xiàn)圖2-5所示機構(gòu)雖然可以達到間隙有序傳送容器的目的,但是對于設(shè)計任務(wù)要求的旋轉(zhuǎn)型灌裝機來說,其外形尺寸偏大,使機器整體外形龐大,占用廠房空間大。而圖2-6所示機構(gòu)不僅可以很好

8、地與旋轉(zhuǎn)工作臺配合,而且尺寸也不會過大,所以我們決定采用圖2-6所示的“不完全齒輪”式傳送輪。 同時為了使容器能夠更好的輸出到工位1,我們還設(shè)計了如下圖2-7所示的擋板: 擋板示意圖 ②容器定位功能: 可以實現(xiàn)容器定位的機構(gòu)很多,在這里我們設(shè)計了下圖2-8所示的帶凹槽并且間隙轉(zhuǎn)動的旋轉(zhuǎn)工作臺。 圖2-8 凹槽定位 旋轉(zhuǎn)工作臺有六個半圓形凹槽,一方面隨著工作臺的間隙轉(zhuǎn)動,凹槽邊緣可以把傳送輪傳送到工位1的容器帶走,另一方面依靠間隙旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙轉(zhuǎn)動凹槽可以起到很好的定位,即旋轉(zhuǎn)工作臺每次轉(zhuǎn)過60,容器就被定

9、位。 怎樣實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙轉(zhuǎn)動呢?可以實現(xiàn)間隙轉(zhuǎn)動的機構(gòu)有棘輪間隙運動機構(gòu),槽輪間隙機構(gòu),凸輪間隙機構(gòu),不完全齒輪間隙機構(gòu),偏心輪分度定位機構(gòu)等,綜合考慮各因素,我們選用下圖所示的槽輪間隙機構(gòu)。槽輪機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為單向間隙轉(zhuǎn)動。如圖右所示,槽輪機構(gòu)由主動撥盤,從動槽輪和機架組成。主動撥盤以等角速度W1作連續(xù)回轉(zhuǎn),當撥盤上的圓銷未進入槽輪的徑向槽時,由于槽輪的內(nèi)凹槽止弧被撥盤的外凸鎖止弧卡住,使槽輪在停歇時不能產(chǎn)生游動,并獲得定位。當圓銷進入槽輪徑向槽時,槽輪受圓銷的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動。當圓銷離開徑向槽時,鎖止弧又被卡住,槽輪又靜止不動。直至圓銷再次進入槽輪的另一個徑向槽時,又重復(fù)上述運動。所

10、以,槽輪作時動時停的間隙運動。 ③容器夾緊功能: 因為要對容器進行灌裝,封口壓蓋,所以在灌裝工位和封口壓蓋工位時要對容器進行夾緊固定,防止容器在灌裝時不準確,封口壓蓋時跳動,導(dǎo)致封口壓蓋錯位,產(chǎn)生廢品,而浪費材料和經(jīng)費。出于此目的,我們設(shè)計了下面幾種夾緊方案: (1) 方案一: 如圖2-10所示,在工位2和工位3外加裝兩個凸輪,用于對容器進行夾緊固定,工作原理是當容器到達工位2和工位3時,凸輪處于遠休位置,此時凸輪的遠休輪廓剛好對容器進行夾緊,等灌裝和封口壓蓋完成時,凸輪遠休結(jié)束,此時容器沒有被夾緊,只要旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動,則容器跟隨其一起轉(zhuǎn)動。 圖2-10 凸輪夾緊示意 (

11、2) 方案二: 如圖2-11所示,本方案采用圓環(huán)來是實現(xiàn)容器在灌裝和封口壓蓋工位處的夾緊固定,工作原理是當容器在工位1處被旋轉(zhuǎn)工作臺帶進時,容器就被圓環(huán)夾緊,容器隨著旋轉(zhuǎn)工作臺的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動,容器一直處于夾緊狀態(tài)。 圖2-11夾緊圓環(huán)示意 (3) 方案三: 如圖2-12所示,方案三我們采用圖示兩斜臺,斜臺在灌裝工位和封口壓蓋工位處與容器相切,容器剛好被運送至灌裝工位和封口壓蓋工位時就被夾緊,此時旋轉(zhuǎn)工作臺進入間隙停止期,利用這段間隙,灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備剛好可以對容器進行灌裝和封口壓蓋。 圖2-12 斜臺夾緊示意圖 比較上述三個方案,方案一采用兩個凸輪對容器進行夾緊

12、,可以很好的實現(xiàn)夾緊功能,但是凸輪設(shè)計復(fù)雜,加工困難,并且兩個夾緊凸輪與旋轉(zhuǎn)工作臺運動的協(xié)調(diào)與配合過程設(shè)計復(fù)雜,難度大,同時也會使機器整體構(gòu)造復(fù)雜化。方案二中的夾緊圓環(huán)會使容器在整個加工過程中出于夾緊狀態(tài),容器與夾緊圓環(huán)摩擦嚴重,可能會使容器變形,甚至破裂,并且這樣的摩擦狀態(tài)會增加系統(tǒng)的無用功率,降低機械系統(tǒng)的運動功率因素,增加能耗,不利于低碳城市與工業(yè)加工的建設(shè)。 相比之下,方案三不僅可以較好的實現(xiàn)容器在連個工位處的夾緊,而且在整個過程中只有在夾緊處容器和夾緊摩擦大,系統(tǒng)的有效功率利用高。同時夾緊斜臺的設(shè)計過程簡單,加工制造也方便。 綜上所述,我們采用方案三中的夾緊斜臺對容

13、器在灌裝工位和封口壓蓋工位處進行夾緊固定,從而到達防止容器的跳動,以及加工錯位和誤差的產(chǎn)生。 ④灌裝功能: (1) 方案一: 如圖2-13所示,采用圖示的凸輪機構(gòu),由凸輪的連續(xù)轉(zhuǎn)動實現(xiàn)灌裝活塞的上下往復(fù)運動,由于彈簧的作用當凸輪近休時,活塞往上運動,此時灌裝容器吸入液體,凸輪繼續(xù)運動,推動活塞向下運動,此時灌裝機構(gòu)對空容器進行灌裝,如此往復(fù)運動就可實現(xiàn)灌裝功能。 圖2-13 凸輪式灌裝機構(gòu)示意 (2) 方案二 : 如圖2-14所示,本方案采用連桿機構(gòu)來實現(xiàn)灌裝功能。 圖2-14 雖然連桿

14、機構(gòu)制造簡單,但是其設(shè)計過程復(fù)雜,所以我們采用方案一來實現(xiàn)灌裝功能。 ⑤封口壓蓋功能: 如下圖2-15,這是我們設(shè)計的封口壓蓋機構(gòu),此機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu),曲柄ab與齒輪固接,齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動桿ab連續(xù)轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)封口壓蓋機構(gòu)的上下往復(fù)運動,進而對容器進行封口壓蓋。 圖2-15 對心曲柄滑塊封口壓蓋 ⑥產(chǎn)品輸出與傳送功能: 在產(chǎn)品的輸出與傳送上,我們像容器的輸入一樣采用輸出擋板和輸出傳送帶。如圖2-16所示,容器到達圖示虛線位置時,輸出擋板將容器往輸出傳送 帶方向推擋,同時容器是隨著旋轉(zhuǎn)工作臺一起旋轉(zhuǎn)的,在合成力的作用下,容器被帶至輸出傳送帶上

15、,進而傳送到下個加工工位。 3.旋轉(zhuǎn)型灌裝機機構(gòu)運動總體方案 綜合考慮旋轉(zhuǎn)型灌裝機要實現(xiàn)的6個功能,我們設(shè)計了如下旋轉(zhuǎn)型灌裝機。 3.1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機總體方案圖(機構(gòu)運動簡圖) 圖3-1 機構(gòu)運動簡圖 1.電動機同軸帶輪 2.帶輪 3.4.5.6.齒輪 7.9.斜齒輪 8.8’.鏈輪10.11.12.13.齒輪 14.主動撥盤 15.從動槽輪 16.旋轉(zhuǎn)工作臺 17.傳送輪 18.鏈輪 18‘.帶輪 19.20.鏈輪 21.凸輪 21’.22.22‘.23齒輪 24.曲柄 25.連桿 26.封口壓蓋器 27.滾子 28.活塞推桿

16、 上圖所示為機械系統(tǒng)運動方案運動簡圖,該旋轉(zhuǎn)型灌裝機的工作原理如下所述: ①電機1通過皮帶輪傳到2,2通過軸傳到3,3又傳到齒輪4,齒輪4通過軸傳到輪5轉(zhuǎn)動,齒輪5又帶動齒輪6,從而形成三級減速。 ②錐齒輪7傳給錐齒輪9 ,與錐齒輪9同軸的齒輪10又帶動齒輪11,齒輪11又通過軸傳給傳動輪17,用來傳送容器。 ③ 與錐齒輪7同軸的帶輪8以相同角速度轉(zhuǎn)動通過皮帶傳給鏈輪18,使軸轉(zhuǎn)動,從而使皮帶輪18‘轉(zhuǎn)動,帶動皮帶用來傳送容器。與左邊帶輪18同軸的鏈輪19通過鏈條與鏈輪20連接,鏈輪通過軸傳給齒輪21’和凸輪21,凸輪通過滾子27,推桿28帶動活塞上下往復(fù)運動,從而實現(xiàn)對容器的灌

17、裝。 ④ 齒輪21‘傳遞給齒輪22,齒輪22’又傳給齒輪23 ,曲柄24與齒輪23固接,曲柄與連桿25相連,連桿25與滑塊26連接,滑塊上下往復(fù)運動,實現(xiàn)對容器的封口壓蓋。 ⑤與錐齒輪9同軸的齒輪12傳給齒輪13,齒輪13通過軸傳到主動撥盤14,主動撥盤14帶動從動槽輪16,實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺的間隙旋轉(zhuǎn)運動。 以下兩圖圖3-2,圖3-3分別是旋轉(zhuǎn)型灌裝機的左視圖,旋轉(zhuǎn)工作臺的俯視圖。 圖3-2 選裝型灌裝機左視圖 圖3-3 旋轉(zhuǎn)工作臺的俯視圖 3.2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機各運動構(gòu)件的設(shè)計,選擇與分析 設(shè)計任務(wù)書的要求的灌裝速度是12r/min,即灌裝凸輪和封口壓

18、蓋曲柄的轉(zhuǎn)速也是12r/min。由于旋轉(zhuǎn)工作臺有6個凹槽,所以旋轉(zhuǎn)工作臺1min內(nèi)要轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn),即2r/min,也即從動槽輪的轉(zhuǎn)速也是2r/min,因為我們設(shè)計的槽輪有六個徑向槽,并且主動撥盤只有1個圓銷,所以主動撥盤的轉(zhuǎn)速為12r/min。而傳送輪有三個凹槽,旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速2r/min,則傳送輪轉(zhuǎn)速應(yīng)為4r/min。而傳送皮帶輪我們設(shè)定的轉(zhuǎn)速是8r/min。 (1) 旋轉(zhuǎn)型灌裝機運動循環(huán)圖 為了使灌裝機各運動構(gòu)件運動協(xié)調(diào)配合,我們設(shè)計了如下直線式動循環(huán)圖圖3-3和直角坐標式運動循環(huán)圖圖3-4: 圖3-3 直線式動循環(huán)圖 圖3-4 直角坐標式運動循環(huán)圖 (2) 原動機的

19、選擇: 本方案采用的是轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動機。 (3)傳動機構(gòu)的選擇: 機械系統(tǒng)中的傳動機構(gòu)是把原動機輸出的機械能傳遞給執(zhí)行機構(gòu)并實現(xiàn)能量的分配、轉(zhuǎn)速的改變及運動形式的改變的中間裝置。傳動機構(gòu)最常見的有齒輪傳動、帶傳動、蝸桿傳動,鏈傳動等。它們的特點如表3-1: 特點 壽命 應(yīng)用 齒輪傳動 承載能力和速度范圍大;傳動比恒定,采用衛(wèi)星傳動可獲得很大傳動比,外廓尺寸小,工作可靠,效率高。制造和安裝精度要求高,精度低時,運轉(zhuǎn)有噪音;無過載保護作用 取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力 金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械以及

20、儀器等 蝸桿傳動 結(jié)構(gòu)緊湊,單級傳動能得到很大的傳動比;傳動平穩(wěn),無噪音;可制成自鎖機構(gòu);傳動比大、滑動速度低時效率低;中、高速傳動需用昂貴的減磨材料;制造精度要求高,刀具費用貴。 制造精確,潤滑良好,壽命較長;低速傳動,磨損顯著 金屬切削機床(特別是分度機構(gòu))、起重機、冶金礦山機械、焊接轉(zhuǎn)胎等 帶傳動 軸間距范圍大,工作平穩(wěn),噪音小,能緩和沖擊,吸收振動;摩擦型帶傳動有過載保護作用;結(jié)構(gòu)簡單,成本低,安裝要求不高;外廓尺寸較大;摩擦型帶有滑動,不能用于分度鏈;由于帶的摩擦起電,不宜用于易燃易爆的地方;軸和軸承上的作用力很大,帶的壽命較短 帶輪直徑大,帶的壽命長。普通V帶 35

21、00-5000h 金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械 鏈傳動 軸間距范圍大;傳動比恒定;鏈條組成件間形成油膜能吸振,對惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力,工作可靠;作用在軸上的荷載??;運轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻,高速時不如帶傳動平穩(wěn);鏈條工作時,特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后,容易引起共振,因而需增設(shè)張緊和減振裝置 與制造質(zhì)量有關(guān) 5000-15000h 農(nóng)業(yè)機械、石油機械、礦山機械、運輸機械和起重機械等 由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知,由于傳動效率高等原因,故選擇齒輪傳動,第一級傳動選擇帶傳動, 可對電動機起到過載保護的作用。 減速器分為三級減速,第一級為皮帶傳動

22、,后兩級都為齒輪傳動。具體設(shè)計示意圖及參數(shù)如下: 1、2為皮帶輪:i12=3。 3、4、5、6為齒輪: z3=20 z4=100 z5=20 z6=80 i34=z4/z3=100/20=5 i56=z6/z5=80/20=4 所以Ⅰ軸轉(zhuǎn)速480r/min,Ⅱ軸轉(zhuǎn)速為96r/min,Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min. 齒數(shù) 模數(shù) 分度圓直徑d 傳送比i 壓力角 帶輪1 60mm 3 帶輪2 180mm 齒輪3 20 1.5mm 30mm 5 20 齒輪4 100 1.5mm 150mm 20 齒輪

23、5 20 2mm 40mm 4 20 齒輪6 80 2mm 160mm 20 (3) 繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖: 根據(jù)執(zhí)行構(gòu)件的運動形式,繪制機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖如圖3-5所示。 圖3-5 旋轉(zhuǎn)型灌裝機系統(tǒng)轉(zhuǎn)換功能圖 (4) 用形態(tài)學(xué)矩陣法創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)型灌裝機機械系統(tǒng)運動方案: 根據(jù)機械系統(tǒng)運動轉(zhuǎn)換功能圖圖3-5可構(gòu)成形態(tài)學(xué)矩陣。圖3-6所示的形態(tài)學(xué)矩陣可求出旋轉(zhuǎn)型灌裝機系統(tǒng)運動方案數(shù)為: N=33322333=2916 可由給定的條件,各機構(gòu)的相容性,各機構(gòu)的空間布置,類似產(chǎn)品的借鑒,下圖折線為我們設(shè)計的最優(yōu)方案。 圖3

24、-6 形態(tài)學(xué)矩陣 (5) 灌裝機構(gòu)的設(shè)計: 由系統(tǒng)方案圖我們可知,我們選用如下灌裝機構(gòu): ⑴設(shè)定的數(shù)值: ① 容器高度h1為200mm; ② 活塞運動范圍S為40mm; ③ 推桿和活塞總長L為105mm; ④ 滾子直徑d=10mm; ⑤ 容器頂部距離活塞最近距離l為10mm; ⑵凸輪:此凸輪用于灌裝工位,利用遠近休止帶動推桿和活塞來實現(xiàn)灌裝,設(shè)定活塞推桿的最大推程為40mm,凸輪的安裝高度為400mm。以下為凸輪的具體設(shè)計過程: 一.我們設(shè)定凸輪的數(shù)據(jù)如下: ①基圓半徑r0=45mm ②滾子半徑:rt=5mm ③行程:S=40mm ④推程角:δ0=120

25、 ⑤回程角:δ0’=120 ⑥近休止角:δ01=60 ⑦遠休止角:δ02=60 ⑧升程最大壓力角:αmax01= 29.3571108729986<30 ⑨回程最大壓力角:αmax02= 29.3571108729986<30 ⑩運動規(guī)律的選擇,為了減少剛性和柔性沖擊,我們在推程和回程選用既無柔性沖擊和剛性沖擊的擺線規(guī)律(正弦加速度運動規(guī)律sine acceleration curve),在遠休和近休時選用靜止運動規(guī)律。 根據(jù)以上凸輪的數(shù)據(jù)我們利用“凸輪機構(gòu)CAD—CAI”軟件可以將凸輪的圖形設(shè)計出來,具體過程: 1、設(shè)置凸輪參數(shù): 2、設(shè)置凸輪分段參數(shù) 為

26、保證凸輪運動過程中減少沖擊,我們將參數(shù)分別設(shè)置為: ① 0~60為近休止運動階段,升程為0mm,靜止運動規(guī)律; ② 60~180為推程運動階段,升程為40mm,擺線運動規(guī)律; ③ 180~240為遠休止運動階段,升程為0mm,靜止運動規(guī)律; ④ 240~360為回程運動階段,升程為-40mm,擺線運動規(guī)律。 將上述數(shù)據(jù)輸入軟件如下圖所示: 3、利用反轉(zhuǎn)法原理設(shè)計凸輪的圖形為: 4、運行出的最終結(jié)果,位移、速度、加速度圖以及凸輪的二維圖形如下圖所示: 5、軟件導(dǎo)出的部分數(shù)據(jù)如下:

27、 注:先啟動Solidworks,打開一張零件圖,再點擊此鍵。 基圓半徑 偏心距 滾子半徑 最小曲率半徑 升程最大壓力角 回程最大壓力角 計算點數(shù) 45 0 5 45 29.35711087 29.35711087 72 6、凸輪推動推桿上下運動,而活塞與推桿固接,故活塞的運動規(guī)律與推桿的一樣,做上下往復(fù)運動,由運動循環(huán)圖可知,灌裝活塞的運動規(guī)律如下: (6) 旋轉(zhuǎn)工作臺間隙運動機構(gòu)的設(shè)計: 由于要求灌裝速度為12r/min,因此每個工作間隙為5s,轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動60用時5/6s,停留25/6s,運動規(guī)律如圖3-6所示。

28、 由此設(shè)計如下槽輪機構(gòu),完成間歇運用,以達到要求。槽輪機構(gòu)具有以下特點:構(gòu)造簡單,外形尺寸?。?機械效率高,并能較平穩(wěn)地,間歇地進行轉(zhuǎn)位; 但因傳動時存在柔性沖擊,故常用于速度不太高的場合;同時由于槽輪機構(gòu)具有自行鎖緊的功能,所以能用于此機構(gòu)的定位作用。 具體數(shù)據(jù)如下: ① 從動槽輪15如圖所示有六個徑向槽,并且從動槽輪的轉(zhuǎn)速為2r/min; ② 主動撥盤有一個撥動圓銷,并且主動撥盤的的轉(zhuǎn)速為12r/min; (7) 傳送輪的設(shè)計: 傳送輪是為了將傳送帶的連續(xù)傳送轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺的工位1,這樣就可以利用傳送輪轉(zhuǎn)動120的時間間隔來使空容器間

29、隙有序的傳送到位。 如圖所示傳送倫上設(shè)計有三個互成120的凹槽,傳送輪直徑為200mm。其運動規(guī)律如下圖所示: 由上圖可知,旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn),有6個容器完成灌裝和封口壓蓋,由于傳送輪上只有3個凹槽,所以傳送輪轉(zhuǎn)動在旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)的時候,它應(yīng)該轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)。 (8) 傳動齒輪,帶輪,鏈輪的設(shè)計: (1) 如下圖所示從電動機到軸Ⅲ的減速以及齒輪帶輪的設(shè)計在前面已經(jīng)闡述過,在這里就不再重復(fù)。 (2)下圖所示為旋轉(zhuǎn)型灌裝機系統(tǒng)中的鏈傳動: 設(shè)計數(shù)據(jù)如下:①鏈輪8和18的齒數(shù)Z8=24,Z18=72,模數(shù)m=2mm, d8=48mm,d18=144m

30、m; i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min; ②鏈輪8’和18’’的齒數(shù)Z8’=24,Z18’’=72,模數(shù)m=2mm, d8’=48mm,d18’=144mm;i8 18’= Z18’’/ Z8’=3,n8’=24r/min, n18’’=8r/min; ③鏈輪19和20的齒數(shù)Z19=60,Z20=40,模數(shù)m=2mm, d19=120mm,d20=80mm;i19 20= Z20/ Z19=2/3,n19=8r/min, n20=12r/min; (3

31、)系統(tǒng)中錐齒輪的設(shè)計: Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min, Ⅳ軸轉(zhuǎn)速為12r/min,固i7 9=2:1,設(shè)計錐齒輪7,9的齒數(shù)為30,60,模數(shù)為2mm,則直徑為60mm,120mm。 (4)系統(tǒng)中灌裝和封口壓蓋處齒輪的設(shè)計: 如圖所示齒輪21‘ 帶動齒輪22轉(zhuǎn)動,與齒輪22同軸的22’帶動齒輪23,從而實現(xiàn)齒輪23上曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動。這四個齒輪的具體設(shè)計數(shù)據(jù)如下: ① 齒輪21‘與齒輪22嚙合:齒數(shù)Z21=60,Z22=77,模數(shù)m=2mm, d21=120mm,d22=154mm; ② 齒輪22’與齒輪23嚙合:齒數(shù)Z23=60,Z22=77,模數(shù)m=2mm,

32、 d23=120mm,d22=154mm; (5)傳送輪同軸齒輪,主動撥盤同軸齒輪,錐齒輪同軸齒輪的設(shè)計: ①齒輪10與齒輪11嚙合,n10=12r/min, n11=4r/min; i10 11= n10/ n11=3,齒數(shù)Z10=40,Z11=60,模數(shù)m=2mm, d10=80mm,d11=120mm; ②齒輪12與齒輪13嚙合,n12=12r/min, n13=12r/min; i12 13= n12/ n13=1,齒數(shù)Z12=77,Z13=77,模數(shù)m=2mm, d12=154mm,d13=154mm; (6)封口壓蓋機構(gòu)的設(shè)計: 封口壓蓋我們采用下圖所示曲柄滑塊

33、機構(gòu): 此機構(gòu)為對心曲柄滑塊機構(gòu),曲柄ab與齒輪固接,齒輪連續(xù)轉(zhuǎn)動帶動桿ab連續(xù)轉(zhuǎn)動,從而實現(xiàn)封口壓蓋機構(gòu)的上下往復(fù)運動,進而對容器進行封口壓蓋。 有關(guān)此機構(gòu)的數(shù)據(jù)如下: ① 齒輪與曲柄的安裝高度為400mm; ② 齒輪與曲柄的轉(zhuǎn)速為12r/min; ③ 曲柄ab長度L1=30mm,連桿bc長度L2=150mm; ④ 齒輪齒數(shù)Z=60模數(shù)m=2mm,壓力角20,分度圓直徑d=120mm; ⑤ C處于最下極位時,C點距離容器瓶口的距離為20mm; ⑥ 封口壓蓋滑塊的行程S=60mm。 由運動循環(huán)圖可以知道封口壓蓋滑塊的運動規(guī)律如下圖所示: 綜上所

34、述,曲柄滑塊的數(shù)據(jù)如下: ⑴曲柄長 ab= L1=30mm ⑵連桿長 bc= L2=150mm ⑶極位夾角 θ=0 ⑷行程比 k=1 ⑸最小傳動角γmin=arcos(L1/ L2)= arcos(0.2)=78.46304097=78.46 利用計算機輔助設(shè)計過程如下: ① 機構(gòu)運動分析計算機輔助設(shè)計流程框圖為: ② 程序清單(主程序和子程序): Private Sub Command1_Click() Dim b(6), c(6), d(3), t As String pai = Atn(1#) * 4 / 180 For fi = 0 To

35、360 Step 10 Fi1 = fi * pai Call 單桿運動分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.03, 0, Fi1, 1.256637061, 0, _ xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy) Call RRP運動分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 0, vPx, vPy, aPx, aPy, _ 0.15, 0, 0, 0, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr

36、, asr) t = t + "Fi1= " + Str(fi) + vbCrLf t = t + "xC(m)= " + Str(xC) + vbCrLf t = t + "vC(m/S)= " + Str(vCx) + vbCrLf t = t + "aC(m/S2)= " + Str(aCx) + vbCrLf t = t + "omega3(rad/S)= " + Str(omega3) + vbCrLf t = t + "omega2(r

37、ad/S)= " + Str(omega2) + vbCrLf t = t + "epsilon3(rad/S)= " + Str(epsilon3) + vbCrLf t = t + "epsilon2(rad/S)= " + Str(epsilon2) + vbCrLf t = t + vbCrLf Next fi Text1.Text = t End Sub Sub 單桿運動分析子程序(xA, yA, vAx, vAy, aAx, aAy, S, theta, fi, omega, epsilon, _

38、 xm, ym, vmx, vmy, amx, amy) xm = xA + S * Cos(fi + theta) ym = yA + S * Sin(fi + theta) vmx = vAx - S * omega * Sin(fi + theta) vmy = vAy + S * omega * Cos(fi + theta) amx = aAx - S * epsilon * Sin(fi + theta) - S * omega ^ 2 * Cos(fi + theta) amy = aAy + S * epsilon * Cos(fi + theta) - S

39、 * omega ^ 2 * Sin(fi + theta) End Sub Sub atn1(x1, y1, x2, y2, fi) Dim pi, y21, x21 pi = Atn(1#) * 4 y21 = y2 - y1 x21 = x2 - x1 If x21 = 0 Then 判斷BD線段與x軸的夾角 If y21 > 0 Then fi = pi / 2 ElseIf y21 = 0 Then MsgBox "B、D兩點重合,不能確定" Else: fi = 3 * pi / 2 End If Els

40、e If x21 < 0 Then fi = Atn(y21 / x21) + pi ElseIf y21 >= 0 Then fi = Atn(y21 / x21) Else: fi = Atn(y21 / x21) + 2 * pi End If End If End Sub Sub RRP運動分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _ L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC

41、, vCx, vCy, _ aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr) Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2 pi = Atn(1#) * 4 d2 = ((xB - xP) ^ 2 + (yB - yP) ^ 2) e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3) F = d2 - L2 ^ 2 If e ^ 2 < 4 * F Then MsgBox "此位置不能裝配

42、" GoTo n1 Else End If If m = 1 Then sr = Abs((-e + (e ^ 2 - 4 * F) ^ 0.5) / 2) Else: sr = Abs((-e - (e ^ 2 - 4 * F) ^ 0.5) / 2) End If xC = xP + sr * Cos(fi3) yC = yP + sr * Sin(fi3) yCB = yC - yB xCB = xC - xB Call atn1(xB, yB, xC, yC, fi2) E1 = (vPx - vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3) F1

43、 = (vPy - vBy) + sr * omega3 * Cos(fi3) Q = yCB * Sin(fi3) + xCB * Cos(fi3) omega2 = (F1 * Cos(fi3) - E1 * Sin(fi3)) / Q vsr = -(F1 * yCB + E1 * xCB) / Q vCx = vBx - omega2 * yCB vCy = vBy + omega2 * xCB E2 = aPx - aBx + omega2 ^ 2 * xCB - 2 * omega3 * vsr * Sin(fi3) _ - epsilon3 * (yC -

44、yP) - omega3 ^ 2 * (xC - xP) F2 = aPy - aBy + omega2 ^ 2 * yCB + 2 * omega3 * vsr * Cos(fi3) _ + epsilon3 * (xC - xP) - omega3 ^ 2 * (yC - yP) epsilon2 = (F2 * Cos(fi3) - E2 * Sin(fi3)) / Q asr = -(F2 * yCB + E2 * xCB) / Q aCx = aBx - omega2 ^ 2 * xCB - epsilon2 * yCB aCy = aBy - omega2 ^

45、2 * yCB + epsilon2 * xCB n1: End Sub Private Sub Command2_Click() Dim b(6), c(6), d(3), xC1(360), vCx1(360), aCx1(360) pai = Atn(1#) * 4 / 180 Picture1.Print " 貴州大學(xué)機械工程與自動化學(xué)院 機械原理課程設(shè)計 " Picture1.Print " 機械電子工程 劉傳盛 080803110345" For fi = 0 To 360 Step 10 Fi1 = fi * pai

46、 Call 單桿運動分析子程序(0, 0, 0, 0, 0, 0, 0.03, 0, Fi1, 1.256637061, 0, _ xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy) Call RRP運動分析子程序(1, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, 0, 0, vPx, vPy, aPx, aPy, _ 0.15, 0, 0, 0, xC, yC, vCx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr) xC1(fi) = xC

47、 vCx1(fi) = vCx aCx1(fi) = aCx Next fi ForeColor = QBColor(0) Picture1.Scale (-10, 100)-(370, -100) Picture1.Line (0, 0)-(360, 0), ForeColor Picture1.Line (0, -100)-(0, 100), ForeColor ForeColor = QBColor(4) Picture1.PSet (0, xC1(0) * 100) For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Lin

48、e -(fi, xC1(fi) * 300 - 55), ForeColor Next fi ForeColor = QBColor(9) Picture1.PSet (0, vCx1(0) * 100) For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(fi, vCx1(fi) * 800), ForeColor Next fi ForeColor = QBColor(10) Picture1.PSet (0, aCx1(0) * 0.3) For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line

49、 -(fi, aCx1(fi) * 900), ForeColor Next fi End Sub ③ 分析結(jié)果及運動曲線圖如下: 4.課程設(shè)計總結(jié)與感想 今天大學(xué)里第一次的課程設(shè)計就要結(jié)束了,現(xiàn)在自己還在為寫說明書熬夜,雖然感覺有點累,但是自己心里感到很充實,覺得自己和隊友在余老師的幫助下做了件有意義的事,回想起大家一起努力的日夜,看到大家一起設(shè)計出來的方案,心里不禁欣慰一笑。 記得課程設(shè)計余老師講過,可能課程設(shè)計這段時間自己學(xué)得東西要比一個學(xué)期學(xué)的東西還多,經(jīng)歷差不多兩個星期的課程設(shè)計,自己確實學(xué)到了很多很多,

50、同時也有很多感動。元旦回來,我們課程設(shè)計正式開始,可正碰上天氣變冷,凝凍,但是每次早上都能看到老師準時的出現(xiàn),為我們輔導(dǎo)答疑,這點即使是年輕老師都很難做到,我們大家都很感動,特別讓我們組感到意外的是老師還單獨給我們組找資料,那個時候開始自己覺得我們應(yīng)該更努力地去把方案做好,在這里要感謝余老師您,謝謝你!同時在這次課程設(shè)計期間,我又一次感受到了團結(jié)就是力量。 在這次課程設(shè)計過程中我們學(xué)到了不少東西,得到很多的鍛煉。這次課程設(shè)計不僅讓我們學(xué)會了怎樣把日常所學(xué)的理論知識運用到實際,并且實踐,培養(yǎng)了我們運用所學(xué)的理論和方法去發(fā)現(xiàn)、分析和解決工程實際問題的能力,而且還加深了我們對各類機械機構(gòu)的認識。同

51、時在凸輪設(shè)計,連桿運動分析,運動簡圖的繪制等過程中,我們學(xué)會了運用計算機分析設(shè)計各類凸輪機構(gòu),用VB軟件對機構(gòu)桿件的運動進行調(diào)試和分析,真正做到了學(xué)以致用,理論聯(lián)系實際。很值得一提的是,自己又重新把AUTO CAD學(xué)了一遍。這次課程設(shè)計是分組進行,通過彼此的討論,發(fā)表自己的想法,接受隊友的意見,雖然期間少不了爭吵,但是大家始終堅信團結(jié)就是力量,團隊合作,自己逐漸認識到集體的重要性意見正確采納別人的意見想法,在此我要向我的隊友說,因為有了你們,我變得更成熟,我相信這些知識和能力對自己今后的學(xué)習肯定是有用的。 老師,快過年了,在這里提前祝老師您新年快樂!在新年里身體健康,快樂開心每一天! 5.參考文獻 1、孫桓,陳作模,葛文杰編著,《機械原理》,北京高等教育出版社,2006.5 2、牛鳴岐,王保民,王振甫編著,《機械原理課程設(shè)計手冊》,重慶大學(xué) 3、裘建新.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書. 5版.北京:高等教育出版社,2008. 4、陸鳳儀. 機械原理課程設(shè)計. 北京:機械工業(yè)出版社,2002. ☆- 35 -

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