机械原理课程设计
旋转式灌装机
学院 ：动力与机械学院
专业 ：机械设计制造及其自动化专业 学号 ：[1**********]39 设计 ：童敏
完成时间：2013年7月2日
目录：
1. 设计题目（包括设计条件和要求）………………………………………3 2. 原动件选择…………………………………………………………………4 3. 传动比分配…………………………………………………………………4 4. 方案选择……………………………………………………………………4 5. 传动机构的设计……………………………………………………………6 6. 执行机构的设计……………………………………………………………6 7. 凸轮设计、计算及校核. …………………………………………………6 8. 连杆机构的设计及校核……………………………………………………7 9. 间歇机构设计………………………………………………………………9 10. 机构运动简图………………………………………………………………10 11. 运动循环图…………………………………………………………………10 12. 设计总结……………………………………………………………………11 13. 参考资料……………………………………………………………………11 附图1 附图2
1. 设计题目（包括设计条件和要求）
1.1设计数据
该机采用电动机驱动，机械传动方式，技术参数见表-1.1，图-1.1 为灌装机工作台示意图。
作
图1.1.1灌装机工作台示意图
表1.1.1灌装机设计数据
1.2设计要求：为保证设备能对容器准确地灌装和封口，应设置定位装置。 1.3设计任务 1.3.1方案设计
进行机器的功能分解和机构选型。灌装机一般要包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构三种机构。画出机器的运动方案示意图和运动循环图。 设计传动系统并确定传动比。
拟定运动循环图时，在时间和空间上不能出现干涉。 1.3.2. 机构尺度综合
图解法或解析法设计连杆机构，并用解析法对连杆机构进行运动分析。
设计凸轮机构时，按凸轮机构的工作要求自行确定从动件运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角和最小曲率半径。盘形凸轮要用解析法设计凸轮理论轮廓和工作轮廓线。绘制从动件运动规律线图和凸轮轮廓线。
间歇运动机构的设计。 齿轮机构的设计计算。 1.3.3 绘制机构运动简图。
1.3.4 动态仿真。部分学生可进一步完成机器的动态仿真等环节，以检验机器设计的合理性和可行性。
1.3.5 编写设计说明书。说明书字数约3000，内容包括：设计题目、设计任务书、目录、方案比较选择、设计计算、设计小结和参考资料等。
2. 原动件选择
本次设计采用方案A 。故采用电动机驱动，其转速为1440r/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。
4. 方案选择
4.1综述
待灌瓶由传送系统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。 我们将设计主要分成下几个步骤：
4.1.1 输入空瓶：这个步骤主要通过传送带来完成 4.1.2 灌装：这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体
4.1.3 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。
4.1.4 输出包装好的容器：这个步骤主要通过传送带来完成。
旋转型灌装机运动方案设计重点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。 4.2选择设计方案
4.2.1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：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。 所以，在这里凸轮机构比连杆机构更适用。
4.2.2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，加工复杂，加工难度大。 所以，在这里连杆机构比凸轮机构更适用。
4.2.3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：不完全齿轮机构结构简单，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变化范围大，因而设计灵活。 所以在这里我选择用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，我们选择曲柄连杆机构；工件的定位机构，我选择了凸轮机构；。
4.3方案确定
图4.3.1
如图4.3.1所示，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
5. 传动机构的设计
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
第二次减速装置设计
减速器由齿轮6输出20r/min的转速，经过一级齿轮传动后，减少到10r/min。 三次减速装置设计
减速器由齿轮6输出20r/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。
6. 执行机构的设计
6.1送料功能
工件送料出料功能需要采用往复移动机构来实现，我们选择主要通过传送带来完成，通过穿过机架的输送带输入瓶子。
6.2灌装功能
在这里凸轮机构比连杆机构更适用，因为：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。
6.3压盖功能
由方案选择，选用的是曲柄滑块机构。
6.4出料功能
工业上常选用传送带完成出料过程。
7. 凸轮设计、计算及校核
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 ， 图7.1为推杆的运动规律图
60mm
90°120°300°330°
图7.1
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。
表7.1
基圆：r 0=480mm 滚子半径：r r =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：α
max
=28°＜30°
凸轮轮廓设计图见附图1
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：
图8.1
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：r min = 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
这里我们采用不完全齿轮机构来完成转盘的间歇运动。
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。
图9.1
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°/θ+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm 分度圆半径：r 左= r右=a/2=180/2=90mm
基圆半径：r b 左= rb 右=a*cosα/2=180*cos20°/2=84.6mm 齿顶圆半径：r a 左= ra 右=(z右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm 齿顶圆压力角：α
a 左
=α
a 右
=arccos【z 右cos α/（z 右+2ha*）】
=acrcos【36cos20°/（36+2*1）】=27°
基圆齿距：P b 左=Pb 右=πmcos α=3.14*5*cos 20°
=14.76mm
10. 机构运动简图
见附图2
11. 运动循环图
计算机械运动循环周期：
因为生产率Q=10瓶/min，所以周期T=60s/60=1s，此时定标构件对应分配轴转角=360° T 时间个执行构件的行程区段： 输送带区段：连续传动（0~360°）。
六工位盘区段：六工位盘的转动盒停歇，所占时间比：
K=(z-2)/(z+2)=(6-2)/（6+2）=1：2，所以在一个循环周期内，六工位盘1/3（120°）时间转动，2/3（240°）时间停歇。 1=1202=903=604=90°（下降）。
1=1202=903=604=90°
（上升）。 绘制运动循环图：
图11.1圆周式循环图
表11.1直线式循环图
12. 设计总结
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论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展，对以后的学习也奠定了一定的基础。
同时，这次课程设计，是我们第一次将本学期《机械原理》这门课程中所学的知识综合运用到实际中，另外对于机械设计也有了初步的认识。这次课程设计，我用了两周多的时间，从最初的毫无头绪到逐渐做出雏形，然后进一步改进。在这整个过程中，我在实践中摸索成长，同时也更加清晰地认识到只有认真地掌握好理论知识，在实际应用才能够得心应手。
13. 参考资料
[1] 裘建新主编 《机械原理课程设计指导书》 高等教育出版社 2005
[2] 李小红 韦林 《机械结构分析与设计》 北京理工大学出版社 2009
[3] 孙桓 陈作模 《机械原理》（第七版） 高等教育出版社
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机械原理课程设计
旋转式灌装机
学院 ：动力与机械学院
专业 ：机械设计制造及其自动化专业 学号 ：[1**********]39 设计 ：童敏
完成时间：2013年7月2日
目录：
1. 设计题目（包括设计条件和要求）………………………………………3 2. 原动件选择…………………………………………………………………4 3. 传动比分配…………………………………………………………………4 4. 方案选择……………………………………………………………………4 5. 传动机构的设计……………………………………………………………6 6. 执行机构的设计……………………………………………………………6 7. 凸轮设计、计算及校核. …………………………………………………6 8. 连杆机构的设计及校核……………………………………………………7 9. 间歇机构设计………………………………………………………………9 10. 机构运动简图………………………………………………………………10 11. 运动循环图…………………………………………………………………10 12. 设计总结……………………………………………………………………11 13. 参考资料……………………………………………………………………11 附图1 附图2
1. 设计题目（包括设计条件和要求）
1.1设计数据
该机采用电动机驱动，机械传动方式，技术参数见表-1.1，图-1.1 为灌装机工作台示意图。
作
图1.1.1灌装机工作台示意图
表1.1.1灌装机设计数据
1.2设计要求：为保证设备能对容器准确地灌装和封口，应设置定位装置。 1.3设计任务 1.3.1方案设计
进行机器的功能分解和机构选型。灌装机一般要包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构三种机构。画出机器的运动方案示意图和运动循环图。 设计传动系统并确定传动比。
拟定运动循环图时，在时间和空间上不能出现干涉。 1.3.2. 机构尺度综合
图解法或解析法设计连杆机构，并用解析法对连杆机构进行运动分析。
设计凸轮机构时，按凸轮机构的工作要求自行确定从动件运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角和最小曲率半径。盘形凸轮要用解析法设计凸轮理论轮廓和工作轮廓线。绘制从动件运动规律线图和凸轮轮廓线。
间歇运动机构的设计。 齿轮机构的设计计算。 1.3.3 绘制机构运动简图。
1.3.4 动态仿真。部分学生可进一步完成机器的动态仿真等环节，以检验机器设计的合理性和可行性。
1.3.5 编写设计说明书。说明书字数约3000，内容包括：设计题目、设计任务书、目录、方案比较选择、设计计算、设计小结和参考资料等。
2. 原动件选择
本次设计采用方案A 。故采用电动机驱动，其转速为1440r/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。
4. 方案选择
4.1综述
待灌瓶由传送系统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。 我们将设计主要分成下几个步骤：
4.1.1 输入空瓶：这个步骤主要通过传送带来完成 4.1.2 灌装：这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体
4.1.3 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。
4.1.4 输出包装好的容器：这个步骤主要通过传送带来完成。
旋转型灌装机运动方案设计重点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。 4.2选择设计方案
4.2.1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：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。 所以，在这里凸轮机构比连杆机构更适用。
4.2.2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，加工复杂，加工难度大。 所以，在这里连杆机构比凸轮机构更适用。
4.2.3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：不完全齿轮机构结构简单，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变化范围大，因而设计灵活。 所以在这里我选择用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，我们选择曲柄连杆机构；工件的定位机构，我选择了凸轮机构；。
4.3方案确定
图4.3.1
如图4.3.1所示，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
5. 传动机构的设计
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
第二次减速装置设计
减速器由齿轮6输出20r/min的转速，经过一级齿轮传动后，减少到10r/min。 三次减速装置设计
减速器由齿轮6输出20r/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。
6. 执行机构的设计
6.1送料功能
工件送料出料功能需要采用往复移动机构来实现，我们选择主要通过传送带来完成，通过穿过机架的输送带输入瓶子。
6.2灌装功能
在这里凸轮机构比连杆机构更适用，因为：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。
6.3压盖功能
由方案选择，选用的是曲柄滑块机构。
6.4出料功能
工业上常选用传送带完成出料过程。
7. 凸轮设计、计算及校核
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 ， 图7.1为推杆的运动规律图
60mm
90°120°300°330°
图7.1
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。
表7.1
基圆：r 0=480mm 滚子半径：r r =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：α
max
=28°＜30°
凸轮轮廓设计图见附图1
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：
图8.1
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：r min = 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
这里我们采用不完全齿轮机构来完成转盘的间歇运动。
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。
图9.1
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°/θ+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm 分度圆半径：r 左= r右=a/2=180/2=90mm
基圆半径：r b 左= rb 右=a*cosα/2=180*cos20°/2=84.6mm 齿顶圆半径：r a 左= ra 右=(z右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm 齿顶圆压力角：α
a 左
=α
a 右
=arccos【z 右cos α/（z 右+2ha*）】
=acrcos【36cos20°/（36+2*1）】=27°
基圆齿距：P b 左=Pb 右=πmcos α=3.14*5*cos 20°
=14.76mm
10. 机构运动简图
见附图2
11. 运动循环图
计算机械运动循环周期：
因为生产率Q=10瓶/min，所以周期T=60s/60=1s，此时定标构件对应分配轴转角=360° T 时间个执行构件的行程区段： 输送带区段：连续传动（0~360°）。
六工位盘区段：六工位盘的转动盒停歇，所占时间比：
K=(z-2)/(z+2)=(6-2)/（6+2）=1：2，所以在一个循环周期内，六工位盘1/3（120°）时间转动，2/3（240°）时间停歇。 1=1202=903=604=90°（下降）。
1=1202=903=604=90°
（上升）。 绘制运动循环图：
图11.1圆周式循环图
表11.1直线式循环图
12. 设计总结
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论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展，对以后的学习也奠定了一定的基础。
同时，这次课程设计，是我们第一次将本学期《机械原理》这门课程中所学的知识综合运用到实际中，另外对于机械设计也有了初步的认识。这次课程设计，我用了两周多的时间，从最初的毫无头绪到逐渐做出雏形，然后进一步改进。在这整个过程中，我在实践中摸索成长，同时也更加清晰地认识到只有认真地掌握好理论知识，在实际应用才能够得心应手。
13. 参考资料
[1] 裘建新主编 《机械原理课程设计指导书》 高等教育出版社 2005
[2] 李小红 韦林 《机械结构分析与设计》 北京理工大学出版社 2009
[3] 孙桓 陈作模 《机械原理》（第七版） 高等教育出版社
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