機械原理作業(yè)——旋轉(zhuǎn)型灌裝機

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1、 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(zhǔn)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。 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 550 144

2、0 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)。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。 2 / 43 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)

3、、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

4、．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

5、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，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

6、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(dá)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(dá)各機構(gòu)運動的配合與協(xié)調(diào)，我們準(zhǔn)備采用了如圖2-5，圖2-6所示的傳送輪機構(gòu)： 圖2-5 圖2-6 圖2-5所示的不完全齒輪安裝在

7、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(dá)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

8、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)

9、，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(dāng)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(dāng)圓銷進入槽輪徑向槽時，槽輪受圓銷的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動。當(dāng)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

10、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(zhǔn)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(dāng)容器到達(dá)工位2和工位3時，凸輪處于遠(yuǎn)休位置，此時凸輪的遠(yuǎn)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(yuǎn)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 （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

11、夾緊固定，工作原理是當(dāng)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，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

12、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(yán)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器在灌裝工位和封口壓蓋工位處進行夾緊固定，從而到達(dá)防止容器的跳動，以及加工錯位

13、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(dāng)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。

14、 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(dá)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，進而傳送到下個加工工位。 3．旋轉(zhuǎn)型灌裝機

15、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 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

16、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)對容器的灌裝。 ④ 齒輪21‘傳遞給齒輪22，齒輪

17、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蓋曲柄的轉(zhuǎn)速也是12r/min。由

18、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(biāo)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(biāo)式運動循環(huán)圖 （2） 原動機的選擇： 本方案采用的是轉(zhuǎn)

19、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、冶金礦山機械以及儀器等 蝸桿

20、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 3500-5000

21、h 金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風(fēng)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，后兩

22、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5

23、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。

24、 圖3-6 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(yuǎn)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

25、 ④推程角：δ0=120 ⑤回程角：δ0’=120 ⑥近休止角：δ01=60 ⑦遠(yuǎn)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(yuǎn)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

26、、設(shè)置凸輪分段參數(shù) 為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(yuǎn)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?jǐn)?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/

28、6s，停留25/6s，運動規(guī)律如圖3-6所示。 由此設(shè)計如下槽輪機構(gòu)，完成間歇運用，以達(dá)到要求。槽輪機構(gòu)具有以下特點：構(gòu)造簡單，外形尺寸小； 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

29、樣就可以利用傳送輪轉(zhuǎn)動120的時間間隔來使空容器間隙有序的傳送到位。 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

30、，Z18=72，模數(shù)m=2mm, d8=48mm，d18=144mm; 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/

31、 Z19=2/3,n19=8r/min, n20=12r/min; （3）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

32、齒輪22’與齒輪23嚙合：齒數(shù)Z23=60，Z22=77，模數(shù)m=2mm, 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=1

33、54mm; (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。

34、 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 A

35、s String pai = Atn(1#) * 4 / 180 For fi = 0 To 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, v

36、Cx, vCy, aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, 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/

37、S)= " + Str(omega3) + vbCrLf t = t + "omega2(rad/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

38、, S, theta, fi, omega, epsilon, _ 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 +

39、theta) amy = aAy + S * epsilon * Cos(fi + theta) - S * 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、

40、D兩點重合，不能確定" Else: fi = 3 * pi / 2 End If Else 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, _

41、 L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, 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)

42、 F = d2 - L2 ^ 2 If e ^ 2 < 4 * F Then MsgBox "此位置不能裝配" 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

43、, yC, fi2) E1 = (vPx - vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3) F1 = (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

44、 - 2 * omega3 * vsr * Sin(fi3) _ - epsilon3 * (yC - 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 -

45、 omega2 ^ 2 * xCB - epsilon2 * yCB aCy = aBy - omega2 ^ 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 08

46、0803110345" For fi = 0 To 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,

47、 omega2, epsilon2, sr, vsr, asr) xC1(fi) = xC 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 (

48、0, xC1(0) * 100) For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(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,

49、 aCx1(0) * 0.3) For fi = 0 To 360 Step 10 Picture1.Line -(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。

50、 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，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(zhǔn)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

51、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(rèn)識。同時在凸輪設(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(rèn)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

52、相信這些知識和能力對自己今后的學(xué)習(xí)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(xiàn) 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. 溫馨提示：最好仔細(xì)閱讀后才下載使用，萬分感謝！