玻璃瓶印花机构设计说明书.docx
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玻璃瓶印花机构设计说明书
设计内容
计算结果
一、设计题目
1.1设计目的
巩固加深在机械原理、机械设计、自动机械设计课程所学知识，培养机械系统方案设计的能力。
1.2设计题目简介
玻璃瓶印花机构设计
玻璃瓶印花机需要完成三个执行动作：
置瓶座（玻璃瓶用人工依顺序装放于座中）作单向间歇（向左）直线移动；定位压块作水平方向的往复移动，以便压紧瓶颈端面或松开；下端装有上墨系统的印花弧形图章上下往复移动。
通过三个执行动作的配合完成玻璃瓶印花工作。
印花过程的工作要求是：
当置瓶座中的玻璃瓶由输送链（或带）移进工作位置后，停止前进，压瓶定位压块开始左移，并压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。
此时，上方的印花弧形图章已向下移动，并压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花完毕。
然后，图章上移，定位压块右移松开，输送链带着瓶移开工作位置，后一个瓶又进入工作位置，开始第二次的印花循环过程。
印花后的瓶经烘干后，自动装入专用包装箱内。
1.3设计条件及设计要求
分配轴转速n（r/min）
50
分配轴输入功率P（kw）
1.0
玻璃瓶单程移距（mm）
115
印花图章上下移距（mm）
52
定位压块左右移距（mm）
25
（1）工作条件：
2班制，工作环境良好，有轻微振动；
（2）使用期限十年，大修期三年；
（3）生产批量：
小批量生产（<20台）；
（4）带传动比i≤3；
（5）采用Y型电动机驱动。
（6）分配轴：
与减速器输出轴相连接（各执行机构的输入轴）
二、传动系统方案设计
2.1传动方案设计
传动系统位于原动机和执行系统之间，将原动机的运动和动力传递给执行系统。
除进行功率传递，使执行机构能克服阻力作功外，它还起着如下重要作用：
实现增速、减速或变速传动；变换运动形式；进行运动的合成和分解；实现分路传动和较远距离传动。
传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。
当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。
在保证实现机器的预期功能的条件下，传动环节应尽量简短，这样可使机构和零件数目少，满足结构简单，尺寸紧凑，降低制造和装配费用，提高机器的效率和传动精度。
根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。
根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。
机械系统的组成为：
原动机→传动系统（装置）→工作机（执行机构）
原动机：
Y系列三相异步电动机；
传动系统（机构）：
根据运动简图的
整体布置和各类减速装置的传动特
点，选用二级减速。
根据运动简图
的整体布置确定皮带和齿轮传动的
中心距，再根据中心距及机械原理
和机械设计的有关知识确定皮带轮
的直径和齿轮的齿数。
故传动系统
由“V带传动+二级圆柱斜齿轮减速
图2-1传动系统图
器”组成。
原始数据：
分配轴输入功率P=1.0kw
分配轴转速n=50r/min
2.2电动机的选择
1）选择电动机类型
按已知工作要求和条件选用Y系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动。
2）选择电动机容量
所需电动机的功率：
Pd=P/η总
η总----由电动机至分配轴的传动总效率
η总=η带×η轴承3×η齿轮2×η联
查表可得：
对于V带传动:
η带=0.96
对于8级精度的一般齿轮传动：
η齿轮=0.97
对于一对滚动轴承：
η轴承=0.99
对于弹性联轴器：
η联轴器=0.99
则
η总=η带×η轴承3×η齿轮2×η联
=0.96×0.993×0.972×0.99
=0.868
所以 Pd=P/η总=1/0.868=1.152KW
由于i带≤3i齿为3-5
电机的转速范围n电=i带*i齿*n
=（1~3）*（3~5）*50
=450~3750r/min
3）确定电机型号
查［1］中表6-164选择电动机的型号为：
Y100L-6
电动机数据：
额定功率1.5kw
满载转速940r/min
同步转速1000r/min
2.3传动装置的总传动比和各级传动比分配
1）传动装置的总传动比
i总=n满/n=940/50=18.8
2）分配各级传动比
选择带传动的传动比为2
则可订购传动比为9.4的二级齿轮减速器
三、执行机构运动方案设计
3.1功能分解与工艺动作分解
1）功能分解
为了实现玻璃瓶印花的总功能，将功能分解为：
玻璃瓶输送功能、玻璃瓶定位功能、印花功能。
2）工艺动作过程
要实现上述分功能，有下列工艺动作过程：
（1）利用间歇机构带动传送链（带）将玻璃瓶输送到指定位置，玻璃瓶到位后，间歇机构停歇等待下一循环。
（2）玻璃瓶定位机构向左移动，压紧瓶颈，使得玻璃瓶固定。
（3）印花机构向下移动，压在瓶子柱面上，停止片刻后，印花机构上移。
（4）玻璃瓶定位机构向右移动，松开瓶颈。
（5）间歇机构带动传送链（带）将玻璃瓶移开工作位置，开始第二次印花循环过程。
3.2执行机构方案选定
1）初始设计
（1）方案一
图3-1方案一
（2）方案二
图3-2方案二
（3）方案三
图3-3方案三
2）方案对比
（1）如图3-1方案一所示，凸轮-弹簧印花机构，槽轮输送机构，摇杆-弹簧滑块定位机构如图1所示，印花机构是由凸轮机构和弹簧组合而成的。
输送机构由槽轮机构完成。
定位机构由摇杆机构和弹簧滑块机构组成。
通过控制摇杆的长度可以控制定位的时间和滑块的移动距离。
弹簧滑块机构可以供给玻璃瓶足够的压力使其定位。
（2）如图3-2方案二所示，槽凸轮印花机构，槽轮输送机构，槽凸轮定位机构如图2所示，印花机构是由槽凸轮机构组成的。
输送机构由槽轮机构完成。
定位机构由槽凸轮机构组成。
（3）如图3-3方案三所示，凸轮-弹簧印花机构，槽轮输送机构，凸轮挤压滑块组合机构，如图3所示印花机构是由凸轮机构和弹簧组合而成的。
输送机构由槽轮机构完成。
定位机构由凸轮连杆楔形块弹簧滑块机构组合而成。
通过凸轮转动控制定位的时滑块的移动距离。
3）方案确定
综合考虑，选择方案三作为玻璃瓶印花机构的最终方案。
由于方案才用的印花机构以及压紧机构中均含有偏心凸轮，故两处可用统一凸轮。
挤压机构只需对执行积压的楔形挤压滑块做设计就可以了。
凸轮与楔形块之间连杆按比例固定在机架上。
此方案结构简单适应性强。
3.3执行机构设计
1）机构循环时间
由于分配轴转速n=50r/min
故T=60/50=1.2s
2）执行机构设计
执行机构分别为：
①凸轮-弹簧印花机构
②槽轮输送机构
组合定位机构
印花机构的设计:
凸轮机构的设计；
输送机构的设计:
槽轮机构的设计；
定位机构的设计:
楔形块的设计；
（1）印花机构的设计
凸轮设计方法：
1.按比例画位移线图、基圆和偏距圆,并标明各运动角。
2.延长从动件，与偏距圆相切，以此为始点在偏距圆上作出各运动角。
3.将推程角回程角分别平均分为8等份。
4.延长各切线，延长线段长度与位移线图对应等分线段长度相等。
5.顺次连接各点得凸轮理论轮廓线。
6.以理论轮廓线上各点为圆心，以滚子半径为半径作圆,所得包络线为凸轮实际轮廓曲线。
凸轮推程运动角Φ取90°，远休止角Φs取108°左右，回程运动角Φ′取54°，近远休止角Φs′取108°。
升程h取52mm。
基圆半径80mm，滚子半径15mm，偏心距30mm。
设计结果如图3-4
图3-4凸轮机构
凸轮初始工作循环图
图3-5凸轮工作循环图
（2）定位机构的设计
楔形块设计
设计要点：
若压紧机构与印花机构采用同步设计，则可选用相同的运动循环图，但是从实际考虑，压紧机构要在弧形图章接触瓶身前完成对瓶子的固定，同时，在印花图章离开后松开平口。
故压紧机构工作时间要比印花机构工作时间长。
理想状态下楔形滑块形状
图3-6理想楔形滑块尺寸
现实情况
压紧滑块要提前进入工作位置且印花结束后迟于印花图章离开玻璃瓶。
故初设压紧装置提前0.09s进入工作位置。
则L1=52*（0.3-0.09）/0.3=36.4mm
t1=0.21s
t2=t1*L1/h=0.18*36.4/52=0.126s
回程时延迟时间为
t=0.18-0.126=0.054s
压紧装置运动循环图为
图3-7压紧装置运动循环图
楔形块经过合理缩放后得到尺寸
图3-8楔形块示意图
（2）输送机构的设计
槽轮机构设计
图3-9槽轮机构初始循环图
其φ1角取90°。
图3-10槽轮机构传动图
π*D\4=115mm
R=73.25mm
槽轮机构广泛应用于将主动轴输入的连续单向连续转动转换为从从动轴的单向周期性间歇运动的场合，它具有构造简单，制造容易，工作可靠和机械效率高等特点，在适当的选择参数后，槽轮机构可以实现所有要求的转位分度运动停歇等工艺要求。
图3-11槽轮机构
3.4机构运动循环图
分配轴转动一周用时1.2s
假设初始瓶子已就位
从零时开始印花图章向下移动，压紧滑块向左移动。
0.21s时，压紧滑块就位。
0.3s时，印花图章接触瓶身，印花工作开始。
0.66s时，印花工作结束，图章开始向上移动。
0.714s时，压紧工作结束，压紧滑块向右移动。
0.84s时，印花图章和压紧滑块到达初始位置开始等待，槽轮开始工作，工作时间是0.3s。
1.14s时，新的瓶子就位。
等待0.06s后新的循环开始。
图3-12玻璃瓶印花机构运动循环图
115
25
52
输送机构运动循环图
压紧机构运动循环图
印花机构运动循环图
3.5机械系统方案设计运动简图
图3-13机械系统方案设计运动简图
四、设计小结
这次课程设计，我拿到的题目是玻璃瓶印花机构及传动装置。
其实它就是运用机械原理课上所学过的连杆机构，凸轮，带传动，间歇运动，齿轮传动，链条传动原理等。
通过对有关书籍的参考，和老师耐心的教导，我对于我的设计产生了灵感，也引发了我浓厚的兴趣。
找对了方向也就找到了设计的突破口。
这为我以后的毕业设计带来了很大的方便。
原来此设计的关键点在于间歇机构的设计与运用。
我在学校的图书馆找到一些相关的资料,回来查了查,看到了很多机构,使我开阔了眼界，也学习到了很多设计方法和思想。
在设计的过程中，我也遇到了很多问题，比如CAD的画法，PRO-E的渲染方法，传动机构的计算等，都在老师、同学和书籍的帮助下一一破解。
不仅让我学习到解决问题的方法，也体会到成功的喜悦。
同时为大四的毕业设计会有很大帮助。
在机械原理课上所学的知识是比较理论化的，通过这些理论我了解了一些机构的运动方案与运动轨迹，至于这些构件、这些机构真正要派些什么用场，在我脑中的概念还是挺模糊的，但是在这次为完成课程设计的任务当中，我开始对传授机械原理这门课的真正意义所在有了初步了解。
换句话说，因这次课程设计我把理论与实践运用结合了起来，达到了学以致用的目的。
通过这次玻璃瓶印花机构及传动装置的设计，我知道其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。
在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也亟待提高。
但也因此而小小地锻炼了一下自己，为大四的毕业设计做了一个准备。
几周机械原理设计的学习及研究，我明白了许多在课堂上不懂的知识，也让我深刻体会到实践学习的重要性。
正是这种实践练习，使我看到了自己的不足，学会了很多解决问题的方法。
通过这次课程设计,其实要做一项课程设计并不简单，要把它做好就更不易了，从中我也感到自己的知识面其实是很狭隘的。
在理论知识的贯穿上和用理论解决实际问题的能力上也有待提高。
因此，我明白了自己还要更加刻苦的努力学习专业知识，只有这样才能用理论知识去支持实践的的能力。
此次课程设计使我有了很大的收获，锻炼了我解决实际问题的能力，使我学会了勇于创新，扩展思路的解决问题的方法，还加强了和同学之间的团队协作精神。
每个人都会遇到不同的困难，而对一个又一个的困难大家一起努力共同克服。
最终有了今天的成绩，令我们每一个人欣慰。
同时，增进了同学间的友谊。
总之，我要好好学习专业知识,为以后的出路打下很好的基础.通过设计我认识到了不足的地方.我会好好改进,做一名很好的机械学子.将来在自己的专业领域能有所建树，为自己日后的学习和工作生涯积累一笔宝贵的财富。
最后，真挚的感谢老师的指导与同学的帮助，让我在这次实验中受益匪浅，顺利完成这次课程设计。
五、参考文献
【1】王之栋.王大康,机械设计综合课程设计.机械工业出版社，2007.
【2】（美）斯克莱特，（美）奇罗尼斯编：
邹平议机械式及实用机构与装置图册.北京：
机械工业出版社，2007.
【3】成大先.《机械设计手册》.化学工业出版社，2005.
【4】邹慧君.机械原理课程设计手册.高等教育出版社，1998.
【5】孙恒.陈作模.葛文杰，机械原理第八版.高等教育出版社.2013.
【6】申永胜.机械原理教程.北京：
清华大学出版社.1999
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