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機械原理課程設計 1 目 錄 1 設計要求和條件 .１ 1.1 設計題目 .１ 1.2 設計提示 ２ 1.3 原始數(shù)據(jù) ２ 2 機構設計運動說明 .３ 3 機構組合運動 .５ 3.1 機構運動循環(huán)圖 .５ 3.2 組合方式： .５ 4 灌裝機的傳動條件 .６ 5 整個機器運動過程 .６ 小結 .７ 致 謝 ８ 參考文獻 .９ 機械原理課程設計 2 前 言 自進入 21 世紀以來，市場愈加需要各種各樣性能優(yōu)良、質(zhì)量可靠、價格低廉、效率高、低能 耗的機械產(chǎn)品，而決定產(chǎn)品性能、質(zhì)量、水平、市場競爭能力和經(jīng)濟效益的重要環(huán)節(jié)是產(chǎn)品設計。 機械原理課程設計是深化了解機械原理課程內(nèi)容，綜合運用機械原理課程所學理論知識和技 能解決實際問題，提高動腦動手能力的重要環(huán)節(jié)。此課程在教學內(nèi)容方面著重基本知識、基本理 論和基本方法的掌握，在培養(yǎng)實踐能力方面著重設計構思和設計技能的基本訓練，使學生對工程 實際具有分析、解決問題的能力，在設計中具有創(chuàng)新思維。 另外，機械原理課程設計還加深回顧了動手畫圖能力，設計圖紙時，通過手動畫圖來調(diào)整設 計方案，最后運用計算機輔助畫圖功能 AutoCAD 來完成機械簡圖。 旋轉型灌裝機：待灌瓶由傳送系統(tǒng)(一般經(jīng)洗瓶機由輸送帶輸入)或人工送入灌裝機進瓶機構, 瓶子由灌裝機轉盤帶動繞主立軸旋轉運動進行連續(xù)灌裝,轉動近一周時瓶子己灌滿,然后由轉盤送 入壓蓋機進行壓蓋。這種灌裝機在食品、飲料行業(yè)應用最廣泛,如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝,此 機主要由流體輸送(即供料系統(tǒng))、容器輸送(即供瓶系統(tǒng))、灌裝閥、大轉盤、傳動系統(tǒng)、機體、 自控等部分所組成,其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關鍵。 綜述，機械原理課程設計是以運動方案設計為主，讓學生根據(jù)所給要求，通過對所學知識綜 合運用，運用簡單的機構組成，獨立提出運動設計方案，經(jīng)分析，比較后確定最佳方案，以發(fā)揮 學生的主觀性、創(chuàng)造力。 旋轉型灌裝機設計說明書 1 設計要求和條件 1.1 設計題目 設計旋轉型灌裝機。在轉動工作臺上對容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝液體（如飲料，酒，冷霜 等） ，轉臺有多工位停歇，以實現(xiàn)灌裝，封口等工序。為保證在這些工位上能夠準確的灌裝，封口， 應有定位裝置。如下圖所示，工位 1：輸入空瓶；工位 2：灌裝；工位 3：封口；工位 4：輸出灌 裝好的容器。 機械原理課程設計 3 4321固 定 工 作 臺傳 送 帶 轉 臺 該機采用電動機驅(qū)動，傳動方式為機械傳動。技術參數(shù)見下表 表 1 旋轉型灌裝機技術參數(shù) 方案號 轉臺直徑/min 電動機轉速/min 灌裝速度/min D 525 960 12 1.2 設計提示 １.２.１ 裝瓶泵灌裝流體，泵固定在某工位的上方。 １.２.２ 屬冠蓋封口，它們可有氣泵吸附在壓蓋機構上，有壓蓋機構壓入（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。 １.２.３ 此外，需要設計間歇動機構，以實現(xiàn)工作轉臺間歇傳動。為保證停歇可靠，還應有 定位（鎖緊）機構。間歇機構可采用槽輪機構、不完全齒輪機構等，定位（鎖緊）機構可采用 凸輪機構等。 1.3 原始數(shù)據(jù) 1.3.1 總傳動比:i= = ；min/72960r34 機械原理課程設計 4 1.3.2 電動機：轉速 n=960r/min; 1.3.3 凸輪: 轉速 n=72r/min; 基圓半徑 r=60mm;推程=回程=40mm。 1.3.4 槽輪: 轉速 n=72r/min;θ=30°,根據(jù) C=r/sinθ=R/cosθ 槽輪撥盤中心距 c=2r=160mm; 槽輪名義外圓半徑 R=√3 r=139mm; 轉臂半徑 r=80mm,鎖止弧半徑 R’=KR=47mm; 滾子半徑 ρ=r/6=13.3mm. 1.3.5 轉臺: 直徑 d=525mm,轉速 n=12r/min. 1.3.6 傳動系統(tǒng):齒輪系傳動 標準圓柱齒輪: 模數(shù) m=5,齒頂高系數(shù) ha*=1,c*=0.25,α=20° Z1=40,d1=mz1=200mm: Z3=37,d2=mz2=185mm; Z2=Z2’=36,d2’=mz2’=180mm; Z4=Z4’=Z5=Z5’=42 P=πm=15.7mm 2 機構設計運動說明 所選機構：凸輪機構，槽輪機構，齒輪傳動機構。如下圖所示 機械原理課程設計 5 圖 1 機構簡圖 原動機：選擇驅(qū)動機構時，必須嚴格分析每一包裝動作的運動規(guī)律、調(diào)節(jié)范圍，如明確工作 行程和回程運動的速度和加速度的規(guī)律、停歇位置、明確各個執(zhí)行機構在整個包裝循環(huán)周期內(nèi)相 互配合關系。由于各執(zhí)行機構必須準確的協(xié)調(diào)配合，故采用集中驅(qū)動方式，即原動機為電動機 （n=960r/min） 傳動機構：齒輪傳動，該方案選用輪系為定軸輪系。其中，通過定軸輪系，實現(xiàn)傳動比 I== ==?工 作 軸電 動 機Nmin/72960r34 執(zhí)行機構：槽輪機構帶動轉臺實現(xiàn)間歇運動，且為單向轉動。根據(jù)轉臺四工位要求，選用槽 輪的參數(shù)為：槽數(shù) Z=6，轉臂滾子數(shù) J=1，特性系數(shù) K= = (t1 為槽輪轉動時間，21t t2 為槽輪停歇時間)，運動系數(shù) τ= = 。如下圖所示21t?3 機械原理課程設計 6 圖 2 槽輪結構簡圖 圓柱形凸輪機構實現(xiàn)灌裝、封口工序。該課題中，凸輪大小應轉臺需求而變，據(jù)課題得，凸 輪轉速 n=72r/min，凸輪參數(shù) r=60mm，推程=回程=40mm，遠程，回程均按正旋規(guī)律變化，如下圖 所示 圖 3 凸輪輪廓曲線 機械原理課程設計 7 180°362796θ 圖 4 圓柱凸輪推桿的運動曲線 3 機構組合運動 3.1 機構運動循環(huán)圖 表 2 機構運動循環(huán)圖 灌裝、封口裝置 運動 灌裝、封口工序 轉臺 運動 靜止 凸輪轉角 θ 0· 120· 360· 3.2 組合方式： 凸輪機構———灌裝封口工序 齒輪系傳動機 完成工作 槽輪機構———轉臺運作 圖 5 組合方式 機械原理課程設計 8 4 灌裝機的傳動條件 旋轉型自動灌裝機，所用的動力都是電動機，其功率一般在 1-3 千瓦之間，電動機的轉速通 常是很高的，而灌裝機的轉速不過每分鐘幾轉，滿足不了灌裝工作的要求，因此，它的傳動就需 要一套合理的變速系統(tǒng)。 對于旋轉型灌裝機傳動部分的要求有以下幾點： 4.1 傳動平穩(wěn) 由于主機完成灌裝任務是在一個酒缸上進行的，它的進瓶、出瓶準確地灌裝等都要求在平穩(wěn) 的工作條件下進行。 4.2 傳動系統(tǒng)結構簡單 傳動系統(tǒng)簡單，一方面可以減少功率的消耗，另一方面設備的精度易達到，同時維修方便。 4.3 安全裝置 旋轉型灌裝機經(jīng)常出現(xiàn)的問題是瓶子經(jīng)?？ㄗ?在設計時應考慮安全裝置，在機器發(fā)生故障時， 能自動停車或自動報警，以便及時排除故障。 由于要適應使用廠家經(jīng)常改變本廠灌裝產(chǎn)品的需求，充分發(fā)揮設備的潛力，做到一機多用， 提高的設備的適應能力，因此灌裝機的速度應能當能夠改變（調(diào)速）以滿足需要。 另外，在設計傳動系統(tǒng)時考慮到安裝、調(diào)試、保養(yǎng)的方便性,要滿足人體工程學的要求，給工 人帶來方便，要盡量縮短維修時間，要求便于維修、保養(yǎng)。 5 整個機器運動過程 電源開啟，電動機開始工作（n=960r/min） ，帶動輪系傳動實現(xiàn)傳動比 I =40:3,帶動凸輪機 構，槽輪機構同時開始工作，凸輪轉軸轉速 n=72r/min，槽輪撥盤轉速 n=72r/min.當具有凹槽的 圓柱回轉時，其凹輪的側面通過嵌于凹槽中的滑塊迫使推桿實現(xiàn)上下往復移動，從而實現(xiàn)灌裝， 封口工序。在該圓柱凸輪的輪廓線上，可以發(fā)現(xiàn)其遠休接近于圓周時間 2/3。在這段時間內(nèi)，罐 裝、封口工作進行，在其余推程，回程時間內(nèi)。實現(xiàn)裝置回程。當槽輪撥盤以 n=72r/min 旋轉時， 帶動槽輪以 n=12r/min 旋轉，達到轉臺灌裝要求，在該槽輪中 k=1/2，即槽輪工作時間是停歇時 間的 1/2，亦即轉臺旋轉時間是停歇時間的 1/2，即實現(xiàn)轉臺與灌裝，封口裝置的協(xié)調(diào)配合。 機械原理課程設計 9 小結 課程設計就在我們小組成員的共同努力下即將結束，回顧這幾天來的辛勤努力，再看一下我 們的成果。心中充滿了喜悅和一種強烈的集體榮譽感。畢竟是我們的第一次機械設計，是我們對 本專業(yè)課程的一次實踐，其中包含了小組成員的辛酸，也包括了每個人的欣喜.自己根據(jù)題目要求,自 己總體設計，自己動手把設計圖形化，整個過程必須節(jié)節(jié)相扣,哪個環(huán)節(jié)出了錯，會給整個設計過 程帶來意想不到的困難，因此需要每個成員慎之又慎,絲毫的麻痹大意都不允許出現(xiàn)。 首先說我們的構想,在提交指導老師審核之前，我們小組成員用了整整一天的時間去考慮，每 個細節(jié)都是經(jīng)過仔細考慮，恐怕在某個環(huán)節(jié)上出錯。 之后我們小組成員進行了分工，一個總體負責，一個專門負責機構參數(shù)的設計，一個負責畫 圖和文檔的編排.雖然分了工，但我們也不是在自己的責任之外就不去考慮其他成員的任務，我們 相互之間發(fā)揚了團結協(xié)作的精神，遇到問題一起解決,共同面對設計過程中的問題,共同想解決的 辦法，同時在解決問題的那個時刻能共同享受那份收獲的喜悅.這就是團隊合作的意識， 再者,我們在設計構成中，用到了很多圖形軟件，如 Auto CAD。它幫助我們實現(xiàn)我們的設計 意圖,因此到了現(xiàn)在也才知道，掌握一種圖形軟件會對設計帶來巨大的幫助，同時也感覺到，要想 作一個設計師，圖形軟件的應用應該能達到得心應手的程度才算合格，這也是對我們提出的要求。 可惜的是,以前時間浪費了許多，沒有能夠充分利用時間來學習，以至于現(xiàn)在作圖時困難重重，甚 至感到力不從心。故在學習本專業(yè)的同時能夠掌握幾種圖形軟件的應用，會對將來走向設計師的 職業(yè)有莫大的幫助。 而最重要的就是，既然是機械課程設計，如果對所學專業(yè)理解和掌握的不好，對于設計而言 將會困難重重。課堂上的東西到了現(xiàn)在才算有了更深的理解，很多原來不明白的地方到了現(xiàn)在也 才算想通了，這可算是一個跳躍。但歸到底，要想設計出好的作品并能應用到生產(chǎn)實踐中的話， 必須將現(xiàn)在的課程教育與動手實踐結合起來，我們認為這也是這次課程設計的目的所在，現(xiàn)在或 許會失敗，那可能還無所謂，但是如果將來還失敗的話，那會給社會帶來資源的浪費，無論是人 力還是物力。所以我們必須好好學習本專業(yè)課程，同時重視平時的動手實踐機會。要學會將理論 與實踐相結合。 通過這次課程設計，我們學會了不少東西,團結協(xié)作的意識，課程以外知識的學習,以及課程與 實踐結合的意識，都是我們所能親身感覺到的，沒有多方面的知識做基礎,要想成功簡直是妄想， 所以在課程設計結束的同時提醒大家多多重視這次難得的實踐機會。 機械原理課程設計 10 致 謝 通過《機械原理》的學習，使我對機械制造基礎方面的知識有了很大的了解，這次又通過 “機械原理課程設計”更進一步的深入了解了《機械原理》這門課程，首先要感謝的是我的《機 械原理》授課老師兼“機械原理課程設計”指導老師張涵老師，她平時上課時注重我們的理論知 識，這樣在我們做設計的時候，就有了很強的理論基礎。還要感謝我們在實習期間幫助與指導我 們的實習老師，通過他們的耐心知道，使我們在實習期間少了很多困難，增加了很多額外的書本 上沒有的知識，這樣對我們做的此次課程設計有了很大的幫助。同時還要感謝我們小組的成員， 大家一星期以來吃苦耐勞，對著一次一次的失敗并沒有任何的氣餒與退縮，才有了現(xiàn)在我們設計 的成功。 機械原理課程設計 11 參考文獻 [1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006 [2] 殷鴻梁，朱邦賢。間歇運動機構設計.上海：上?？茖W技術出版社，1995 [3] 裘建新.機械原理課程設計指導書.北京：高等教育出版社，2006 [4] 曹龍華.機械原理.北京：高等教育出版社，1986 [5] 顏洪森.機械裝置的創(chuàng)造性設計.北京：機械工業(yè)出版社，2002 [6] 姜琪.機械運動方案及機構設計——機械原理課程設計題例及指導.北京：高等教育出版社，1991