機械原理課程設計 冷霜自動灌裝機，
旋轉型灌裝機運動方案設計
指導教師：莊幼敏
小組成員：
機械0404 王小琛 040800404
機械0404 趙鳳滿 040800405
2007年1月19日
目錄
1. 題目
2. 設計題目及任務 …………………………………………………………………………1
2.1 設計題目 …………………………………………………………………………1
2.2 設計任務 …………………………………………………………………………1
3．運動方案 …………………………………………………………………………2
3.1 方案壹 …………………………………………………………………………2
3.1方案二 …………………………………………………………………………2
3.3方案三 …………………………………………………………………………2
3.4 凸輪式灌裝機 …………………………………………………………………………4
4.運動循環圖 …………………………………………………………………………4
5.尺寸設計 …………………………………………………………………………4
5.1 蝸輪蝸桿設計 …………………………………………………………………………5
5.2 齒輪設計 …………………………………………………………………………5
5.3 傳送帶設計 …………………………………………………………………………5
5.4 曲柄滑塊設計 …………………………………………………………………………5
5.5 平行四邊形機構設計 …………………………………………………………………5
5.6 槽輪的設計 …………………………………………………………………………5
6. 電算法與運動曲線圖 ………………………………………………………………………6
6.1 曲柄滑塊機構運動曲線圖…………………………………………………………………6
6..2 平行四邊形機構的運動曲線圖…………………………………………………………6
7.小結 ……………………………………………………………………………………………8
7.2設計小結……………………………………………………………………………………8
8.參考數目………………………………………………………………………………………8
9.附圖――方案壹二機構運動簡圖
壹、題目：旋轉型灌裝機運動方案設計
二、設計題目及任務
2．1設計題目
設計旋轉型灌裝機。在轉動工作臺上對包裝容器（如玻璃瓶）連續灌裝流體（如飲料 、酒、冷霜等），轉臺有多工位停歇，以實現灌裝，封口等工序為保證這些工位上能夠準確地灌裝、封口，應有定位裝置。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。
圖1 旋轉型灌裝機
該機采用電動機驅動，傳動方式為機械傳動。技術參數見表1
表1 旋轉型灌裝機技術參數
方案號 轉臺直徑
mm 電動機轉速
r/min 灌裝速度
r/min
A 600 1440 10
B 550 1440 12
2.2設計任務
1．旋轉型灌裝機應包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等三種常用機構。
2．設計傳動系統並確定其傳動比分配。
3.圖紙上畫出旋轉型灌裝機地運動方案簡圖，並用運動循環圖分配各機構運動節拍。
4.電算法對連桿機構進行速度、加速度分析，繪出運動曲線圖。用圖解法或解析法設計連桿機構。
5．凸輪的設計計算。按凸輪機構的工作要求選擇從動件的運動規律，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。畫出從動件運動規律線圖及凸輪廓線圖
6.齒輪機構的設計計算。
7．編寫設計計算說明書。
8.完成計算機動態演示。
2.3 設計提示
1.采用灌裝泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。
2．采用軟木塞或金屬冠蓋封口，它們可以由氣泵吸附在壓蓋機構上，由壓蓋機構壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在瓶口）。設計者只需設計作直線往復運動的壓蓋機構。壓蓋機構可采用移動導桿機構等平面連桿機構或凸輪機構。
3.此外，需要設計間歇傳動機構，以實現工作轉臺的間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有定位（縮緊）機構。間歇機構可采用槽輪機構、不完全齒輪機構等。定位縮緊機構可采用凸輪機構等。
三、運動方案
3.1 方案壹：（機構簡圖見附圖）
用定軸輪系減速，由不完全齒輪實現轉臺的間歇性轉動。此方案的優點是，標準直齒輪與不完全齒輪均便於加工。缺點：壹方面，傳動比過大，用定軸輪系傳動時，占用的空間過大，使整個機構顯得臃腫，且圓錐齒輪加工較困難；另壹方面，不完全齒輪會產生較大沖擊，同時只能實現間歇性轉動而不能實現自我定位。
3.2 方案二：
灌裝與壓蓋部分采用如圖所示的等寬凸輪，輸送部分采用如圖所示的步進式傳輸機構。缺點：等寬凸輪處會因摩擦而磨損，從而影響精確度；步進式傳輸機構在輸出瓶子的時候，需要壹運動精度高的撥桿。
3.3 方案三：
1．如圖所示，由發動機帶動，經蝸桿渦輪減速；通過穿過機架的輸送帶輸入輸出瓶子；
由槽輪機構實現間歇性轉動與定位；壓蓋灌裝機構采用同步的偏置曲柄滑塊機構，另外，在
壓蓋灌裝機構中，分別設置了進料口、進蓋口以及余料的出口，如上圖所示。
此方案為我們最終所選擇的方案。
2.優缺點分析。
優點：蝸輪蝸桿傳動平衡，傳動比大，使結構緊湊；傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩，能緩沖吸震，噪聲小；槽輪機構能實現間歇性轉動且能較好地定位，便於灌裝、壓蓋的進行。
缺點：在平行四邊行機構中會出現死點，在機構慣性不大時會影響運動的進行；由於機構尺寸的限制，槽輪需用另外的電動機來帶動。
3.4 在設計過程中，曾考慮過用下圖的凸輪機構作為壓蓋灌裝機構，從而六個工位連續工作，以提高效率，但考慮到輸送裝置等各方面原因後，放棄了此方案。
四、運動循環圖
以曲柄滑塊機構的曲柄轉過的角度為參考（與槽輪的導輪轉過的角度相同）
工作轉臺
停止
轉動
停止
灌裝壓蓋機構的滑塊
退
進
0 60 120 150 180 240 300 360
五、尺寸設計
5.1 蝸輪蝸桿設計：
齒數 模數（mm） 壓力角（0） 螺旋角 直徑（mm）
蝸輪 20 25 20 14.04 100
蝸桿 1 25 20 14.04 500
5.2 齒輪設計（下圖所示的惰輪以及與其嚙合的壹對齒輪）——采用標準齒輪
模數（mm） 壓力角（0） 齒數 直徑（mm）
齒輪1 5 20 20 100
齒輪2 5 20 60 300
5.3 傳送帶的設計
速度：V=wr=72r/min*50mm
每兩個瓶子之間的距離S: t=S/v=1/(w1/6 ) 其中 w1為轉臺的角速度 12r/min
解得：S＝50mm
5.4 曲柄滑塊機構的計算
由機構整體尺寸，行程為137mmm ，行程速比系數K＝1.4 偏心距為50mmm 具體設計過程見圖解法
5.5 平行四邊形機構的設計
由於已知曲柄長度為50mm，連架桿長度為706.61mm，由平行四邊形定理可得出該機構的尺寸。
5.6 槽輪的設計
L=450mm Ψ=30 ∴ R=LsinΨ ＝225 mm s＝LcosΨ＝389 mm
h≥s－（L－R－r）＝130mm d1≤2（L－s）＝60mm d2＜2（L-R-r）＝100mm
其中 L為中心距 圓銷半徑r＝30mm d1為撥盤軸的直徑 d2為槽輪軸的直徑
六、電算法與運動曲線圖
6.1 曲柄滑塊機構運動曲線圖
滑塊的位移分析
滑塊的速度分析
滑塊的加速度分析
由上述運動曲線圖知：該機構具有急回特性，由加速度曲線知，該機構沖擊較小。
6.2 平行四邊形機構的運動曲線圖
對A點進行位移、速度、加速度分析：
A點的加速度曲線
位移曲線
速度曲線
由上述曲線可以看出，平行四邊形機構在運動過程中，為勻速運動，加速度會發生突變，因而存在著沖擊。
七、小結
7.1方案簡介
在整個系統運用到了蝸桿蝸輪機構，槽輪機構，偏置曲柄滑塊機構等常用機構。完成了從瓶子的傳輸到灌裝，壓蓋，最後輸出的機器。
旋轉型灌裝機，是同時要求有圓盤的轉動，曲柄滑塊機構的運動和傳送帶的傳送的機構。
圓盤間歇轉動部分：因為在系統的原始要求中需要有間歇轉動的特性，而工位為6個，所以在其中首先引入了可以實現間歇轉動的典型機構——槽輪機構。且槽輪機構的轉動速度是圓盤轉速的6倍，並且在轉動時分別在6個工位進行停歇。
灌裝封口急回部分：灌裝和風口雖然為兩個工位，但其的運動特性是壹樣的，只是有壹個時間的差值而已。而我們學過的有急回特性的最典型且簡單的機構就是偏置曲柄滑塊機構。因為圓盤的轉動為12r/min，而每壹轉有6個瓶子需要進行灌裝和封口的工序，所以需要曲柄的轉速也為72r/min。所以曲柄與發動機的傳動比就為20：1，所以其前面的輪系傳動只需要完成傳動從1440r/min到72r/min的變化，所以，在這之後用了蝸桿蝸輪機構將其傳動比直接變為20：1。但由於在這兩個位置的方向問題，兩個偏置曲柄滑塊為反方向的運動。因為這樣，又在兩個曲柄之間添加了兩對小的齒輪副，以實現其方向的轉換。
7.2設計小結
在真正開始設計這個機構之前，我們曾經有過很多想法，有些很幼稚，甚至不能算是機械專業的學生設計的方案，有些又過於復雜，只能想出來，卻很難實現。這次課程設計，是我們第壹次將本學期《機械原理》這門課程中所學的知識綜合運用到實際中，另外對於機械設計也有了初步的認識。這次課程設計，我們用了壹個多月的時間，從最初的毫無頭緒到逐漸做出雛形，然後進壹步改進。在這整個過程中，我們在實踐中摸索成長，同時也更加清晰地認識到只有認真地掌握好理論知識，在實際應用才能夠得心應手。
八、參考資料
1.《機械原理》（第六版） 孫桓 陳作模 主編 高等教育出版社
2.《機械設計課程設計》（第二版）朱文堅 黃平 編 華南理工大學出版社
3.《機械設計基礎課程設計》 孫德誌 張偉華 鄧子龍 編 科學出版社
4.《機械設計與理論》 李柱國 主編 科學出版社
5.《機械設計課程設計》 朱家誠 主編 合肥工業大學出版社