电动压盖机本科论文.docx
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电动压盖机本科论文
机械设计课程设计
说明书
设计题目____电动压盖机__
目录
一、设计题目2
1.1电动压盖机2
1.2设计要求2
1.3设计说明2
1.4进行减速器的设计3
二、系统运动方案设计4
2.1原动机的选择：
4
2.1.1原动机的分类4
2.1.2选择原动机时需考虑的因素：
4
2.2减速器类型选择：
5
2.3实现压盖动作的机构选择:
5
2.3.1曲柄滑块机构：
5
2.3.2直动滚子凸轮机构：
6
2.3.3移动导杆机构：
7
2.4实现输送带间歇运动机构的选择：
7
2.4.1槽轮机构：
7
2.4.2棘轮机构：
8
2.4.3不完全齿轮机构：
8
2.5绘制系统运动循环10
2.6调节行程机构（组合机构）10
2.6.1适应瓶子高度机构设计10
2.6.2行程可调机构13
2.7适应直径机构15
三、执行机构的设计：
17
3.1凸轮机构设计17
3.1.1确定从动件的运动规律：
17
3.1.2凸轮的设计17
3.1.3凸轮轮廓计算19
3.1.4从动件运动规律线图及凸轮廓线图22
3.2不完全齿轮机构的设计22
3.3曲柄滑块机构的设计23
四、主轴的功率计算24
五、设计总结25
六、参考文献26
七、附录27
7.1凸轮C语言设计程序27
一、设计题目
1.1电动压盖机
压盖机主要用于瓶装饮料瓶盖的压紧。
工作时将瓶装饮料置于工作台面上，将半成型的瓶盖放在瓶装饮料瓶口上，驱动压紧装置，压紧瓶盖，即完成瓶装饮料的瓶盖压紧。
释放驱动装置，压盖器在弹簧力的作用下（或者是机构回程）回升，同时将瓶推出，最后将瓶拿走，完成一次压盖的操作。
即有送瓶、加盖、压盖、输出等动作。
1.2设计要求
通过课程设计实习，请全面分析设备：
机器动力源、工作原理、主要技术参数（如生产率、适应参数范围等）；包含哪些执行机构，执行机构自由度是多少；从动力源到执行构件的传动比是多少，传动方案是什么等。
本题目设计参数如下：
适应瓶子高度
=200~350mm；
适应瓶子直径
=55~85mm；
压盖器纵向行程
=150mm；
压盖器工作阻力约
=0.02kN；
传动机构许用压力角
=40°。
1.3设计说明
①须检索同类设备文献；绘制整机工作的运动循环图。
②机构受力分析时，只计算压盖阻力，不计其它构件重量及运动副的摩擦阻力。
③就详细分析结果数表考察方案的技术特性，评价方案的优劣。
如果发现有问题，要反馈到方案设计中对设计方案加以修正说明。
1.4进行减速器的设计
根据电机的选择，工作效率（每分钟50-60-70的速度进行设计），要求，装配图、零件图（轴、齿轮）。
减速器另附说明书一份
二、系统运动方案设计
2.1原动机的选择：
2.1.1原动机的分类
原动机的种类按其输入能量的不同可以分为两类：
A一次原动机
此类原动机是把自然界的能源直接转变为机械能，因此称为一次原动机。
属于此类原动机的有柴油机，汽油机，汽轮机和燃汽机等。
B二次原动机
此类原动机是将发电机等能机所产生的各种形态的能量转变为机械能，因此称为二次原动机。
属于此类原动机的有电动机，液压马达，气压马达，汽缸和液压缸等。
2.1.2选择原动机时需考虑的因素：
1、考虑现场能源的供应情况。
2、考虑原动机的机械特性和工作制度与工作相匹配。
3、考虑工作机对原动机提出的启动，过载，运转平稳，调速和控制等方面的要求。
4、考虑工作环境的影响。
5、考虑工作可靠，操作简易，维修方便。
6、为了提高机械系统的经济效益，须考虑经济成本：
包括初始成本和运转维护成本。
本设计对原动机的要求为：
运行环境稳定、结构简单、成本较低，综合以上各种原动机的特点，选择二次原动机，并选交流异步电动机作为压盖机的原动机。
2.2减速器类型选择：
减速器是指原动机与工作机之间独立封锁式传动装置，用来减低转速并相应地增大转矩。
减速器种类繁多，一般可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。
齿轮减速器的优点是结构简单，运转平稳，安装方便，其缺点是传动比的分配比较麻烦；而蜗杆减速器具有结构紧凑，传动比大，噪音低等优点，但容易引起发热、漏油、涡轮磨损等问题。
行星齿轮减速器的主要特点有：
结构紧凑、重量轻、体积小、传动比大等优点，但其结构比较复杂，制造和安装较为困难，成本也高。
在本设计中，对减速器要求为：
传动比较小，结构尽量简单，成本低廉，制造安装方便。
综合以上各种减速器的优缺点，选择二级圆柱齿轮减速器作为压盖机的减速器。
2.3实现压盖动作的机构选择:
2.3.1曲柄滑块机构：
图示为曲柄滑块机构及其运动特性图，结构简单，零件加工容易，易实现所需动作要求等优点，其运动特性能满足要求。
但是，在运转时各构件产生的惯性力会引起机座的强迫振动，加剧机器构件的磨损并产生噪声污染，降低机构的运动精度和平稳性。
2.3.2直动滚子凸轮机构：
凸轮机构的特点是结构简单、紧凑，能精确实现所需的运动轨迹，可实现从动件任意预期运动，最适用于从动件坐间歇运动的场合。
其缺点是要求的制造精度高。
2.3.3移动导杆机构：
移动导杆机构是平面四杆机构的一种演变形式，从动件可以做往复运动。
缺点是冲击载荷较小。
综上，考虑到压杆要按规律往复运动，且需要一定的冲击载荷，最终决定选择直动滚子从动件凸轮机构。
2.4实现输送带间歇运动机构的选择：
要将瓶子送到工作机位压盖，同时将完成压盖的瓶子输出，这个动作必须由间歇机构完成。
2.4.1槽轮机构：
槽轮机构的特点是结构简单，工作可靠，易加工，转角准确，机械效率高。
常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。
但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。
2.4.2棘轮机构：
图4棘轮机构
棘轮机构的优点是结构简单，制造方便，能将连续转动转换成单向步进运动，但工作时常伴有振动，齿尖磨损，传动平稳性差，因此它的工作频率不能过高。
综合以上分析，结合压盖机的工作条件，为了保证工作的平稳，选择槽轮机构实现间歇运动。
2.4.3不完全齿轮机构：
不完全齿轮机构
当主动轮的有齿部分作用时，从动轮就转动；当主动轮的无齿圆弧部分作用时，从动轮停止不动。
因而当主动轮连续转动时，从动轮获得时转时停的间歇运动。
不完全齿轮机构结构简单、制作容易，工作可靠，从动件运动时间和静止时间可在较大范围内变化。
综上所述，由于主轴的转速不同，为了方便设计转速并且使构件结构简单，决定采用不完全齿轮机构。
2.5绘制系统运动循环
2.6调节行程机构（组合机构）
2.6.1适应瓶子高度机构设计
题目要求适应瓶子高度
=200~350mm。
思路1：
可以加入将瓶口锁住，由两侧停歇移动机构将其上下带动到工作位压盖。
A.连杆机构
结构说明:
如图所示机构由六杆机构ABCDEFG和曲柄滑块GHI串联组合而成。
连杆上E点的轨迹在
和
段近似为圆弧，半径
，圆弧中心为F、F’,取FF’的垂直平分线上的G点为机架。
六杆机构的从动件FG与杆GH固接成GHI机构的主动件。
工作原理和特点:
主动曲柄4作匀速转动，连杆上的E点做平面复杂运动，当运动到
或
近似圆弧段时，铰链F或F’处于曲率中心，保持静止状态，摆杆2近似停歇从而实现滑块1在往复上下极限位置的近似停歇。
这是利用连杆曲线上的近似弧段实现双侧停歇的往复运动。
B.连杆机构
结构说明:
如图所示是由摆动导杆机构加上一个
级杆组组成的六杆机构。
摆动导杆2上的曲线导槽由a、b、c三段曲线组成。
工作原理和特点：
若b段曲线是圆弧，以其半径作为曲柄长
O为曲率中心，则主动曲柄1作匀速转动时，在
角度内转动，A点轨迹与导槽b圆弧吻合、导杆停歇，从而通过连杆3使滑杆4作单侧中途停歇的往复移动。
若导槽曲线中前后二段曲线a、c为对称的圆弧曲线，则可实现双侧停歇的往复移动。
该机构结构紧凑、制造简单、运动特性好。
由于这两个机构过于复杂，将它们加入整个系统，会使整个系统构架变的更为复杂（主要复杂在时间维度上的分配，以及没法实现将瓶子夹入并送出的机构）。
因此我们换了个思路
2.6.2行程可调机构
思路2:
其实整个系统关键步骤在于压盖，整个真正压盖时间和压盖距离都是确定的，分别为
和5mm，所以我们只需要改变压盖机构的行程即可。
A.齿轮导杆机构
结构说明：
如图所示机构，由齿轮机构与转动导杆机构组成。
齿轮1沿固定圆盘
转动，即相当于绕圆盘中心C回转，导块3一方面与作为曲柄的齿轮1铰接在B点，其另一方面与导杆2组成移动副，带动该导杆绕A轴转动。
通过连杆7驱动滑块4沿固定导路
往复运动。
工作原理和特点：
应用螺旋5可调节导块8在其导槽内的位置，即改变曲柄长AE，由此改变从动件滑块4的行程。
B．棘轮机构
结构说明:
如图所示，曲柄1绕A轴回转，通过连杆2使构件3绕B轴摆动。
滚子
安置于构件3的内缘与棘轮4轮齿所形成的楔形槽内。
导块5可在曲柄1内的导槽内移动。
工作原理和特点：
曲柄1为主动件回转时，棘轮4作间歇转动。
通过螺旋移动滑块5，使其紧固在某一所需位置，即可改变曲柄1的长度，则构件3的摆角及棘轮4每次的转角随之变化。
C．凸轮机构与杠杆机构的结合
结构说明：
凸轮机构的滚子与杠杆机构一段的滑块相连，中间的支点与机架相连，并且保证可调节（与我们做的机械原理部分实验中杆内挖空并放置滑块与机架固定的杆类结构相似
工作原理和特点：
凸轮机构的行程一定，但通过改变杠杆支点的位置，压盖头行程也会随之变化。
综上所述，为了是结构简单，我们选择了凸轮杠杆机构。
2.7适应直径机构
设计要求直径
=55~85mm，为了在最简单，最节省材料并降低功耗的情况，我们选择直接在传送带机架旁设置可调节档盘，另一侧采用曲柄滑块机构。
整体系统图
三、执行机构的设计：
3.1凸轮机构设计
凸轮机构采用直动滚子盘行凸轮，且为力封闭凸轮机构，利用外层材料来使滚子与凸轮保持接触，实现定位功能。
只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到我们所需要的运动规律，满足加工要求，而且响应快速，机构简单紧凑。
3.1.1确定从动件的运动规律：
由设计的要求，压盖机要完成以下的的动作循环，上升
下降
压盖
上升
下降
压盖，从动件的上升位移曲线为
3.1.2凸轮的设计
理论基础：
理论轮廓曲线（Pitchcurve）方程：
实际轮廓线曲线（camprofile）方程：
根据此来编写程序，并多次取参数来选择合适大小的凸轮。
具体设计如下:
设计基圆半径r=200mm,偏心距e=20mm
滚子半径=10mm
行程=150mm
凸轮转角λ=120°,压盖机构下降
凸轮转角λ=20°,压盖机构休止（即压盖）
凸轮转角λ=120°,压盖机构上升
凸轮转角λ=100°,压盖机构休止
为了防止凸轮实际轮廓线产生过度切割并减小应力集中和磨损，设计时一般应保证凸轮实际廓线的最小曲率半径不小于某一许用值
即
（一般取
=3～5mm），而我们求出的最小曲率半径显然也符合要求。
杠杆机构
取300mm，支点最初选在中点。
3.1.3凸轮轮廓计算
编写了C语言程序辅助计算，程序见附录。
编号角度理论轮廓线x理论轮廓线y实际轮廓线X实际轮廓线Y压力角曲率p
10.00020.000118.32218.333108.4619.594120.000
25.00030.243116.19927.919106.4738.436222.711
310.00040.340113.60637.752103.9475.0021240.330
415.00050.426110.91947.917101.2390.466457.781
520.00060.742108.41058.55198.6537.345271.587
625.00071.592106.20669.79796.36914.655302.166
730.00083.295104.27181.79394.38421.366621.258
835.00096.117102.40094.68792.50326.7792193.765
940.000110.226100.248108.59990.38230.632444.627
1045.000125.64697.362123.56187.58232.963278.142
1150.000142.22993.236139.46283.62733.937219.194
1255.000159.65087.373156.02378.05433.735189.664
1360.000177.42179.340172.80770.46932.517171.623
1465.000194.92668.828189.25060.59530.418159.084
1570.000211.46655.684204.71848.30427.559149.822
1675.000226.32839.939218.56433.63624.068143.119
1780.000238.83821.805230.18616.79120.094138.935
1885.000248.4321.659239.085-1.89515.818137.539
1990.000254.695-20.000244.894-21.98611.457139.338
2095.000257.398-42.596247.406-42.9887.248144.824
21100.000256.513-65.539246.578-64.3943.427154.623
22105.000252.197-88.281242.528-85.7290.210169.665
23110.000244.770-110.373235.513-106.5902.225191.506
24115.000234.665-131.494225.897-126.6853.745222.938
25120.000222.373-151.481214.109-145.8514.263269.066
26125.000208.325-170.286200.582-163.9574.263269.066
27130.000192.691-187.795185.529-180.8154.263269.066
28135.000175.590-203.874169.064-196.2974.263269.066
29140.000157.153-218.402151.312-210.2854.263269.066
30145.00046.786-101.68646.536-91.68956.43252.235
31150.00035.027-100.66836.967-90.85848.81055.622
32155.00023.135-96.93627.114-87.76241.55161.496
33160.00011.645-90.47017.390-82.28534.93069.015
34165.0001.116-81.4398.306-74.48829.02977.104
35170.000-7.930-70.2020.380-64.63923.79884.538
36175.000-15.065-57.281-5.938-53.19519.12290.109
37180.000-20.000-43.322-10.335-40.75714.86392.810
38185.000-22.616-29.032-12.669-28.00810.87591.969
39190.000-22.975-15.125-12.989-15.6477.00787.348
40195.000-21.309-2.252-11.524-4.3153.09479.179
41200.000-17.9899.052-8.6575.4591.05868.166
42205.000-13.48218.411-4.88413.3065.69655.450
43210.000-8.29525.633-0.76419.05311.14642.498
44215.000-2.91130.7123.13322.74517.81730.884
45220.0002.26133.8106.31124.66626.11021.924
46225.0006.93635.2218.49525.34336.03516.354
47230.00010.98035.3219.85925.38446.43414.475
48235.00014.42034.51211.06125.09354.62617.570
49240.00017.43433.16012.78124.30957.73437.464
50245.00020.32331.54415.36122.86254.748295.013
51250.00023.45729.82118.84720.94747.45166.302
52255.00027.22828.00123.11218.88839.307103.666
53260.00031.98425.94828.10416.73132.8271010.996
54265.000-119.6149.611-109.6478.8119.594120.000
55270.000-118.32220.000-108.46118.3339.594120.000
56275.000-116.12830.236-106.45127.7179.594120.000
57280.000-113.05140.242-103.63036.8899.594120.000
58285.000-109.11449.942-100.02145.7819.594120.000
59290.000-104.34659.262-95.65054.3249.594120.000
60295.000-98.78368.131-90.55162.4539.594120.000
61300.000-92.47076.481-84.76470.1089.594120.000
62305.000-85.45284.250-78.33177.2299.594120.000
63310.000-77.78491.377-71.30283.7629.594120.000
64315.000-69.52497.808-63.73089.6579.594120.000
65320.000-60.735103.495-55.67494.8719.594120.000
66325.000-51.483108.395-47.19399.3629.594120.000
67330.000-41.840112.470-38.354103.0979.594120.000
68335.000-31.879115.688-29.222106.0479.594120.000
69340.000-21.675118.026-19.868108.1919.594120.000
70345.000-11.305119.466-10.363109.5119.594120.000
71350.000-0.850119.997-0.779109.9979.594120.000
72355.0009.611119.6148.811109.6479.594120.000
73360.00020.000118.32218.333108.4619.594120.000
3.1.4从动件运动规律线图及凸轮廓线图
3.2不完全齿轮机构的设计
因为要求传送带每隔0.75秒动一次，运动0.25秒，在
内有齿轮
取Z1=Z2
m1=m2
2πr1×（90/360）=2πr2
r2=（1/4）r1
r1=120mm
r2=30mm
3.3曲柄滑块机构的设计
由于确定了D=55~85mm，所以曲柄滑块的行程设为30mm,设连接曲柄的杆长为
mm，另一根杆长为
mm，
那么
解得x=15mm取y=30mm
四、主轴的功率计算
：
不完全齿轮传动效率：
0.96
：
锥齿轮传动效率；0.98
：
带传动效率：
0.98
：
传动效率:
0.90
主轴转速n=60r/min
每一秒钟压一个盖子，且设计的瓶子间距为20
由经验知，送瓶子的传送带拉力
，滚筒直径
，则功率
设凸轮压盖的时间为t=
s，压盖距离为s=5mm,压盖阻力为f=20N，且在不记构件间的摩擦时，杠杆的传动效率为100%
则消耗的总功率
送盖子的传送带的功率很小，设为5W，则消耗的总功率为
则主轴消耗的总功率
五、设计总结
这次我们课程设计的题目是“电动压盖机”，这是一个很有意义也很有挑战的题目。
这次课程设计，由于理论知识的不足，再加上平时没有什么设计经验，一开始的时候有些手忙脚乱，不知从何入手,不过我们一组3人绝不放弃，大家都一致要克服困难。
我们查找了大量的资料，包括一起看了可口可乐生产视频，着重去借鉴他们的压盖系统，并且曾经异想天地想出一些奇特的机构，但随着设计的深入，我们发现我们在设计能力仍有很大不足，我们无法真正实现那些机构，就连可口可乐视频里所展示的压盖系统也实在是模仿不来，这导致得从头再来，进度远远落后于其他组。
但欣慰的是，在这种逆境下,我们克服一切困难，抓紧每一分每一秒，不断的头脑风暴，最终设计出来这么一套系统，成就感很强。
通过这次课程设计，我对自己的专业有了更深的了解，以前觉得“机械”这个词很空洞没有什么切实地内容。
但是，在这次设计之后，我们真正的触摸到了自己所学的专业了，感觉到原来自己学的东西也能起到很大作用。
我们能够用自己的双手去实践自己的理论和想法，可以自己设计出一个小机械来。
虽然和
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