机械原理课程设计任务书05旋转灌输机任念友.doc
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课程设计
课程名称：
旋转型灌装机
学院：
机械工程学院专业：
机械电子工程
姓名：
任念友学号：
1008030292
年级：
2010级任课教师：
余述凡
2013年1月15日
目录
一.设计任务书………………………………………………3
二.设计题目…………………………………………………5
三.旋转型灌装机的工作功能原理…………………………5
3.1旋转型灌装机工作原理……………………………5
3.2旋转型灌装机功能原理……………………………5
3.3功能原理的工艺过程分解…………………………7
四.旋转型灌装机机构运动总体方案………………………16
4.1旋转型灌装机总体方案图…………………………16
4.2旋转型灌装机机械运动循环图……………………18
五．机构的设计与运动的分析……………………………18
5.1减速器设计…………………………………………18
5.2凸轮机构的设计分析………………………………20
5.3曲柄滑块机构的设计分析…………………………24
5.4间歇机构的设计……………………………………26
六．机构运动分析计算机辅助设计流程框图……………28
七．程序清单………………………………………………29
八．心得体会………………………………………………32
九.参考资料…………………………………………………33
一．设计任务书
贵州大学机械工程学院
机械原理课程设计任务书题号11
旋转型灌装机
图1旋转型灌装机
一、设计题目及原始数据
设计旋转型灌装机。
在转动工作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续灌装流体（如饮料、酒、冷霜等），转台有多工位停歇，以实现灌装、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。
如图1中，工位1：
输入空瓶；工位2：
灌装；工位3：
封口；工位4：
输出包装好的容器。
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
方案号
转台直径mm
电动机转速r/min
灌装速度r/min
A
600
1440
10
B
550
1440
12
C
500
960
10
二、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。
三、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；
7.编写设计计算说明书；
二．设计题目
本设计采用方案A。
故采用电动机驱动，其转速为1440r/min。
方案号
转台直径mm
电动机转速
r/min
灌装速度r/min
A
600
1440
10
三．旋转型灌装机的工作功能原理
3.1旋转型灌装机工作原理
旋转型灌装机也可称为回转型灌装机，一般采用连续式灌注形式，即包装容器在运行中自动完成灌注动作。
由于灌装过程中包装容器沿圆周方向作等速回转运动，运动中同时完成灌装和封盖操作，因此旋转型灌装机连续生产，自动化程度高、占地少、生产能力大，生产效率较高。
如图所示，按照工作要求下，旋转型灌装机在同一个原动机的带动下，输入传送带将待灌装和封口压盖的容器输入工位1，同时旋转工作台作间隙旋转运动，将空容器和已灌的容器分别送至工位2和工位3，在定位夹紧，在工位2实行灌装，工位3实行压盖操作。
完成灌装，封口压盖工序后，容器随着旋转工作台的间隙旋转运动至工位4，由于输出传送带的作用，在4位置的容器将随着输出传送带被带至所需要传送的位置。
3.2旋转型灌装机功能原理
基于上述设计任务书的要求以及旋转型灌装机的工作原理，为了实现旋转型灌装机的总功能要求，我们将旋转型灌装机要实现的功能分解为如下分功能：
①容器输入与传送功能；
②容器定位功能；
③容器夹紧功能；
④灌装功能；
⑤封口压盖功能；
⑥产品输出与传送功能。
其功能逻辑图如下图所示：
根据机械系统运动逻辑功能图，根据原动件与执行构件之间的运动关系，并由给定的条件，各机构的相容性，各机构的空间布置，类似产品的借鉴，从多种功能原理解中设计出两个较为实际可行的方案。
现述方案为本组的最优方案，其功能原理解如下图：
送料
传动带传送
减速
皮带，齿轮传送
转台间歇转动
槽轮机构
灌装
平面凸轮机构
封口
曲柄滑块机构
运动转换功能图
系统方案的形态学矩阵
3.3功能原理的工艺过程分解
①容器输入与传送功能：
（1）方案一：
要实现容器的输入与传送功能，我们想到了如下图的机构，原动件连续转动,使拨杆在如上所示的方向上把容器推送至工位1。
（2）方案二：
或者采用如图这种推送机构，采用凸轮与四杆机构的组合结构实现既有快慢变化的运动又有休止的间歇运动。
（3）方案三：
但是为了达到容器的输出和传送的目的，同时使我们的设计过程简单，
我们常常采用如图所示的传送带传送。
由于传送皮带上容器是连续排列的，而旋转工作台是间隙转动，为了使容器能够间隙有序地传送到旋转工作台工位，从而到达各机构运动的配合与协调，我们准备采用了如下图所示的工作台，固定工作台以图示的结构进行制造，外圆轮廓直径为650mm传送带贯穿其内部，宽度为100mm使得固定工作台呈现“工”字形，传送带下方为固定工作台支撑。
②容器定位功能：
容器的定位功能是通过转动工作台的凹槽与固定工作台的同完成。
如图所示
挡板曲率半径600mm，与固定工作台刚性连接，与旋转工作台间隙配合，保证旋转工作台的通常转动，而且尽量紧贴。
挡板的高度不低于旋转工作台，不得超过其两倍厚度。
与转动工作台配合后如图所示，当容器由皮带传入旋转工作台凹槽内后，旋转工作台的转动会带动容器一起滑动，当容器转动后由于失去的传送带的约束，可能会因为离心作用或者不稳定因素出现不能精确对心的情况，此时挡板的作用在于限制了容器的位置，使其在很小的范围内移动，保证了容器与凹槽圆弧圆心的对齐，实现了较为精确的定位。
为后续灌装和封盖提供条件。
旋转工作台有六个半圆形凹槽，一方面随着工作台的间隙转动，凹槽边缘可以把传送轮传送到工位1的容器带走，另一方面依靠间隙旋转工作台的间隙转动凹槽可以起到很好的定位，如图。
棘轮间隙运动机构，槽轮间隙机构，凸轮间隙机构，不完全齿轮间隙机构，偏心轮分度定位机构等，都可以实现旋转工作台的间隙转动，综合考虑各因素，我们选用如图2-11所示的槽轮间隙机构。
槽轮机构将旋转运动转换为单向间隙转动。
槽轮机构由主动拨盘，从动槽轮和机架组成。
主动拨盘以等角速度W1作连续回转，当拨盘上的圆销未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹槽止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，使槽轮在停歇时不能产生游动，并获得定位。
当圆销进入槽轮径向槽时，槽轮受圆销的驱使而转动。
当圆销离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。
直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。
所以，槽轮作时动时停的间隙运动。
③容器夹紧功能：
（1）方案一：
如图2-13所示，方案三我们采用图示两斜台，斜台在灌装工位和封口压盖工位处与容器相切，容器刚好被运送至灌装工位和封口压盖工位时就被夹紧，此时旋转工作台进入间隙停止期，利用这段间隙，灌装设备和封口压盖设备刚好可以对容器进行灌装和封口压盖。
（2）方案二：
如图所示,本方案采用两头大中间工作位置小的圆环来是实现容器在灌装和封口压盖工位处的夹紧固定，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。
（2）方案三：
如图2-10所示，在工位2和工位3外加装两个凸轮，用于对容器进行夹紧固定，工作原理是当容器到达工位2和工位3时，凸轮处于远休位置，此时凸轮的远休轮廓刚好对容器进行夹紧，等灌装和封口压盖完成时，凸轮远休结束，此时容器没有被夹紧，只要旋转工作台转动，则容器跟随其一起转动。
比较上述三个方案，，方案一不仅可以较好的实现容器在连个工位处的夹紧，而且在整个过程中只有在夹紧处容器和夹紧摩擦大，系统的有效功率利用高。
同时夹紧斜台的设计过程简单，加工制造也方便。
方案二中的夹紧圆环会使容器在整个加工过程中出于夹紧状态，容器与夹紧圆环摩擦严重，可能会使容器变形，甚至破裂，并且这样的摩擦状态会增加系统的无用功率，降低机械系统的运动功率因素，增加能耗，不利于低碳城市与工业加工的建设。
方案三采用两个凸轮对容器进行夹紧，可以很好的实现夹紧功能，但是凸轮设计复杂，加工困难，并且两个夹紧凸轮与旋转工作台运动的协调与配合过程设计复杂，难度大，同时也会
使机器整体构造复杂化。
我们最终选择了第一种方案。
④灌装功能：
对容器的灌装封口采用凸轮压装结构，由凸轮的连续转动实现灌装活塞的上下往复运动，由于弹簧的作用当凸轮近休时，活塞往上运动，此时灌装容器吸入液体，凸轮继续运动，推动活塞向下运动，此时灌装机构对空容器进行灌装，如此往复运动就可实现灌装功能。
压板的另一端与换盖吸盖装置的上表面的接触，完成封盖的压力工作。
回位弹簧的设置是为了使得压力装置的上表面与凸轮紧密接触。
如图所示：
设定数值如下：
（1）容器高度约380mm
（2）推杆和活塞总长L为105mm
（3）活塞运动范围即凸轮的行程为45mm
（4）滚子直径为30mm
（5）容器顶部距及底部离活塞最近距离为5mm
⑤封口压盖功能：
如下图，这是我们设计的封口压盖机构，此机构为对心曲柄滑块机构的曲柄ab与齿轮固接，齿轮连续转动带动杆ab连续转动，从而实现封口压盖机构的上下往复运动，进而对容器进行封口压盖。
⑥产品输出与传送功能：
在产品的输出与传送上，我们像容器的输入一样采用输出挡板和输出传送带。
如图所示，容器到达图示虚线位置时，输出挡板将容器往输出传送
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。
四．旋转型灌装机机构运动总体方案
综合考虑旋转型灌装机要实现的6个功能，我们设计了如下旋转型灌装机。
4.1旋转
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