旋轉(zhuǎn)灌裝機設(shè)計說明書

機械設(shè)計綜合課程設(shè)計說明書旋轉(zhuǎn)型灌裝機設(shè)計姓名：班級：機械班學號：指導教師：設(shè)計時間：2015-1-5至2015-1-16目錄一、設(shè)計題目 3二、工作原理 3三、原始數(shù)據(jù) 3四、執(zhí)行部分機構(gòu)方案設(shè)計 34.1分析執(zhí)行機構(gòu)的方案 34.2擬定執(zhí)行機構(gòu)方案 54.3執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖 6五、初定電機轉(zhuǎn)速及傳動裝置方案 65.1電機轉(zhuǎn)速 65.2傳動裝置方案 6六、執(zhí)行機構(gòu)尺寸設(shè)計及運動分析 76.1旋轉(zhuǎn)工作臺間隙運動機構(gòu)的尺寸設(shè)計及運動分析 76.2傳送輪的尺寸設(shè)計及運動分析 86.3帶輪、鏈輪的設(shè)計 96.4錐齒輪的設(shè)計 10七、傳動裝置總體設(shè)計 107.1選擇電動機 107.2計算總傳動比，并分配傳動比 117.3計算各軸的運動和動力參數(shù) 11八、傳動件的設(shè)計計算 12九、軸及與其配套的滾動軸承、鍵的設(shè)計計算 139.1軸的設(shè)計計算 139.2滾動軸承的設(shè)計計算 169.3鍵的設(shè)計計算 17十、設(shè)計小結(jié) 19十一、參考文獻 20一、設(shè)計題目旋轉(zhuǎn)型灌裝機設(shè)計二、工作原理圖題10.1旋轉(zhuǎn)型灌裝機在轉(zhuǎn)動工作臺上對包裝容器（如玻璃瓶）連續(xù)灌裝流體（如飲料、酒、冷霜等），轉(zhuǎn)臺有多工位停歇，以實現(xiàn)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(yīng)有定位裝置。如圖題10.1中，工位：輸入空瓶；工位：灌裝；工位：封口；工位：輸出包裝好的容器。三、原始數(shù)據(jù)該機采用電動機驅(qū)動，傳動方式為機械傳動。技術(shù)參數(shù)見表題10.1表題10.1旋轉(zhuǎn)型灌裝機技術(shù)參數(shù)方案號轉(zhuǎn)臺直徑電動機轉(zhuǎn)速灌裝速度AB四、執(zhí)行部分機構(gòu)方案設(shè)計4.1分析執(zhí)行機構(gòu)的方案（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(gòu)上，由壓蓋機 構(gòu)壓入（或通過壓蓋模將瓶蓋緊固在瓶口）。設(shè)計者只需設(shè)計作直線往復運動 的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導桿機構(gòu)等平面連桿機構(gòu)或凸輪機構(gòu)。（3）此外，需要設(shè)計間歇傳動機構(gòu)，以實現(xiàn)工作轉(zhuǎn)臺的間歇傳動。為保 證停歇可靠，還應(yīng)有定位（鎖緊）機構(gòu)。間歇機構(gòu)可采用槽輪機構(gòu)、 不完全齒輪機構(gòu)等。定位鎖緊機構(gòu)可采用凸輪機構(gòu)等。方案一：用定軸輪系減速，由不完全齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的間歇性轉(zhuǎn)動。此方案的優(yōu)點是，標 準直齒輪與不完全齒輪均便于加工。特點：一方面，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(gòu)顯得臃腫，且圓錐齒輪加工較困難；另一方面， 不完全齒輪會產(chǎn)生較大沖擊，同時只能實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動而不能實現(xiàn)自我定位。方案二：圖題10.2步進式傳輸機構(gòu)灌裝與壓蓋部分采用等寬凸輪，輸送部分采用如圖題10.2所示的步進式傳輸機 構(gòu)。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(gòu)在輸出 瓶子的時候，需要一運動精度高的撥桿。方案三：a．如圖題10.3所示，由電動機帶動，經(jīng)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(gòu)實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動與定位；壓蓋灌裝機構(gòu)采用同步的偏 置曲柄滑塊機構(gòu)。圖題10.3參考方案圖圖題10.4進料口、進蓋口、余料出口圖另外，在壓蓋灌裝機構(gòu)中，分別設(shè)置了進料口、進蓋口以及余料 的出口如圖題10.4所示。b．優(yōu)缺點分析。優(yōu)點：蝸輪蝸桿傳動平穩(wěn)，傳動比大，結(jié)構(gòu)緊湊；傳送帶靠摩擦力工作，傳 動平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲??；槽輪機構(gòu)能實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動且能較好地 定位，便于灌裝、壓蓋的進行。缺點：在平行四邊形機構(gòu)中會出現(xiàn)死點，在機構(gòu)慣性不大時會影響運動的進 行；由于機構(gòu)尺寸的限制，槽輪需用另外的電動機來帶動。方案四：用如圖題10.5所示凸輪機構(gòu)作為壓蓋灌裝機構(gòu)，從而六個工位連 續(xù)工作，以提高效率。圖題10.5采用凸輪機構(gòu)壓蓋灌裝機構(gòu)圖4.2擬定執(zhí)行機構(gòu)方案通過比較最終選擇方案一：用定軸輪系減速，由不完全齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的 間歇性轉(zhuǎn)動。優(yōu)點：標準直齒輪與不完全齒輪均便于加工。4.3執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)圖為了使灌裝機各運動構(gòu)件運動協(xié)調(diào)配合，我們設(shè)計了如下直線式動循環(huán)圖五、初定電機轉(zhuǎn)速及傳動裝置方案5.1電機轉(zhuǎn)速在原始數(shù)據(jù)中選擇方案B：轉(zhuǎn)臺直徑為550mm，電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min，灌裝速度為12r/min。5.2傳動裝置方案特點壽命應(yīng)用齒輪傳動承載能力和速度范圍大；傳動比恒定，采用衛(wèi)星傳動可獲得很大傳動比，外廓尺寸小，工作可靠，效率高。制造和安裝精度要求高，精度低時，運轉(zhuǎn)有噪音；無過載保護作用取決于齒輪材料的接觸和彎曲疲勞強度以及抗膠合與抗磨損能力金屬切削機床、汽車、起重運輸機械、冶金礦山機械以及儀器等蝸桿傳動結(jié)構(gòu)緊湊，單級傳動能得到很大的傳動比；傳動平穩(wěn)，無噪音；可制成自鎖機構(gòu)；傳動比大、滑動速度低時效率低；中、高速傳動需用昂貴的減磨材料；制造精度要求高，刀具費用貴。制造精確，潤滑良好，壽命較長；低速傳動，磨損顯著金屬切削機床（特別是分度機構(gòu)）、起重機、冶金礦山機械、焊接轉(zhuǎn)胎等帶傳動軸間距范圍大，工作平穩(wěn)，噪音小，能緩和沖擊，吸收振動；摩擦型帶傳動有過載保護作用；結(jié)構(gòu)簡單，成本低，安裝要求不高；外廓尺寸較大；摩擦型帶有滑動，不能用于分度鏈；由于帶的摩擦起電，不宜用于易燃易爆的地方；軸和軸承上的作用力很大，帶的壽命較短帶輪直徑大，帶的壽命長。普通V帶3500-5000h金屬切削機床、鍛壓機床、輸送機、通風機、農(nóng)業(yè)機械和紡織機械鏈傳動軸間距范圍大；傳動比恒定；鏈條組成件間形成油膜能吸振，對惡劣環(huán)境有一定的適應(yīng)能力，工作可靠；作用在軸上的荷載小；運轉(zhuǎn)的瞬時速度不均勻，高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振，因而需增設(shè)張緊和減振裝置與制造質(zhì)量有關(guān)5000-15000h農(nóng)業(yè)機械、石油機械、礦山機械、運輸機械和起重機械等由上述幾種主要的傳動裝置相互比較可知，由于傳動效率高等原因，故選擇齒輪傳動，第一級傳動選擇帶傳動，可對電動機起到過載保護的作用。六、執(zhí)行機構(gòu)尺寸設(shè)計及運動分析6.1旋轉(zhuǎn)工作臺間隙運動機構(gòu)的尺寸設(shè)計及運動分析設(shè)計任務(wù)書的要求的灌裝速度是12r/min。由于旋轉(zhuǎn)工作臺有6個凹槽， 所以旋轉(zhuǎn)工作臺1min內(nèi)要轉(zhuǎn)2轉(zhuǎn)，即2r/min，也即從動槽輪的轉(zhuǎn)速也是 2r/min，因為我們設(shè)計的槽輪有六個徑向槽，并且主動撥盤只有1個圓銷， 所以主動撥盤的轉(zhuǎn)速為12r/min。而傳送輪有三個凹槽，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)速 2r/min,則傳送輪轉(zhuǎn)速應(yīng)為4r/min。而傳送皮帶輪我們設(shè)定的轉(zhuǎn)速是8r/min。 由機構(gòu)運動簡圖可以將III級減速軸的轉(zhuǎn)速設(shè)定為24r/min。由于要求灌裝速度為12r/min，因此每個工作間隙為5s，轉(zhuǎn)臺每轉(zhuǎn)動60° 用時5/6s，停留25/6s，運動規(guī)律如圖下圖所示。由此設(shè)計如下槽輪機構(gòu)，完成間歇運用，以達到要求。槽輪機構(gòu)具有以 下特點：構(gòu)造簡單，外形尺寸小；機械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進 行轉(zhuǎn)位；但因傳動時存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場合；同時由于 槽輪機構(gòu)具有自行鎖緊的功能，所以能用于此機構(gòu)的定位作用。具體數(shù)據(jù)如下：從動槽輪15如圖所示有六個徑向槽，并且從動槽輪的轉(zhuǎn)速為2r/min;主動撥盤有一個撥動圓銷，并且主動撥盤的的轉(zhuǎn)速為12r/min;齒輪13的直徑設(shè)計為150mm，主動撥盤14的直徑為200mm。6.2傳送輪的尺寸設(shè)計及運動分析傳送輪是為了將傳送帶的連續(xù)傳送轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺 的工位1，這樣就可以利用傳送輪轉(zhuǎn)動120°的時間間隔來使空容器間隙有 序的傳送到位。如圖所示傳送倫上設(shè)計有三個互成120°的凹槽，傳送輪直徑為200mm。 其運動規(guī)律如下圖所示：由上圖可知，旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)動1轉(zhuǎn)，有6個容器完成灌裝和封口壓蓋， 由于傳送輪上只有3個凹槽，所以傳送輪轉(zhuǎn)動在旋轉(zhuǎn)工作臺轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)的時候， 它應(yīng)該轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)。6.3帶輪、鏈輪的設(shè)計如圖所示：設(shè)計數(shù)據(jù)如下：①鏈輪8和18的齒數(shù)Z8=25，Z18=75mm，模數(shù)m=2mm,d8=50mm， d18=150mm;i818=Z18/Z8=3,n8=24r/min,n18=8r/min;②鏈輪8’和18’’的齒數(shù)Z8’=25，Z18’’=75，模數(shù)m=2mm, d8’=50mm，d18’’=150mm;i818’=Z18’’/Z8’=3,n8’=24r/min, n18’’=8r/min;6.4錐齒輪的設(shè)計Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min,Ⅳ軸轉(zhuǎn)速為12r/min,故i79=2：1，設(shè)計錐齒輪7，9的齒數(shù)為30，60，模數(shù)為2mm，則直徑為60mm,120mm。七、傳動裝置總體設(shè)計7.1選擇電動機由原始數(shù)據(jù)知電動機的轉(zhuǎn)速為1440r/min?？傂剩?0.96×0.993×0.97×0.97×0.96=0.840設(shè)齒輪6的有效拉力為300N.齒輪6的轉(zhuǎn)速為：V=wr=24r/min*160mm=0.1884m/s齒輪6的功率：電動機的功率：查“機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計”的第十七章，選擇電動機為Y112M-4。額定功率/kw同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩4150014402.22.27.2計算總傳動比，并分配傳動比總傳動比i=，，；所以：。7.3計算各軸的運動和動力參數(shù)各軸轉(zhuǎn)速I軸：II軸：III軸：各軸輸入功率I軸：II軸：III軸：各軸輸入轉(zhuǎn)矩I軸：II軸：III軸：八、傳動件的設(shè)計計算選擇齒輪傳動，第一級為皮帶傳動，后兩級都為齒輪傳動。具體 設(shè)計示意圖及參數(shù)如下：1、2為皮帶輪：i12＝3。3、4、5、6為齒輪：z3=20z4=100z5=20z6=80i34=z4/z3=100/20=5i56=z6/z5=80/20=4齒數(shù)模數(shù)分度圓直徑d傳送比i壓力角帶輪160mm3帶輪2180mm齒輪3201.5mm30mm520°齒輪41001.5mm150mm20°齒輪5202mm40mm420°齒輪6802mm160mm20°九、軸及與其配套的滾動軸承、鍵的設(shè)計計算9.1軸的設(shè)計計算如圖機構(gòu)運動簡圖1.電動機同軸帶輪2.帶輪3.4.5.6.齒輪7.9.斜齒輪8.8’.鏈輪 10.11.12.13.齒輪14.主動撥盤15.從動槽輪16.旋轉(zhuǎn)工作臺17.傳 送輪18.鏈輪18‘.帶輪我們設(shè)計的軸是V軸與VI軸。從齒輪6所在的軸傳遞到IV軸是一對錐齒輪，IV軸都V軸式經(jīng)過齒輪傳遞 和閉式滾動軸承，V軸到VI軸是經(jīng)過槽摩擦輪和閉式滾動軸承。查“機械 設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計（邢琳）的表8-20”知：錐齒輪傳動的效率，滾動軸承的效率，閉式齒輪傳動的效率，槽摩擦輪傳動的效率。各軸的功率P、轉(zhuǎn)數(shù)n和轉(zhuǎn)矩T在6.4錐齒輪的設(shè)計中知：IV軸轉(zhuǎn)速設(shè)計齒輪12、13為同樣的齒輪，所以：V軸轉(zhuǎn)速在6.1旋轉(zhuǎn)工作臺間隙運動機構(gòu)的尺寸設(shè)計及運動分析中知：VI軸轉(zhuǎn)速 所以：IV軸功率：V軸功率：VI軸功率：IV軸轉(zhuǎn)矩：V軸轉(zhuǎn)矩：VI軸轉(zhuǎn)矩：初步確定軸的最小直徑先按課本式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本表15-3，取A0=112，于是得dmin1=A0（/）1/3=112×（0.0897/12）1/3=21.90mmdmin2=A0（/）1/3=112×（0.0774/2）1/3=37.88mm確定V軸各段直徑和長度eq\o\ac(○,1)從轉(zhuǎn)盤開始右起第一段，由于主動撥盤與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該 增加5%，取D1=Φ25，又主動撥盤的寬度定為:50mm，采用螺栓 定位，則第一段長度L1=45mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向 力，而軸向力可以忽略不計，深溝球軸承6006，其尺寸d×D×B=30mm ×55mm×13mm，那么該段的直徑為D2=Φ30mm，擋油環(huán)安裝整體厚 度定為9mm,長度為：13+9=22mm，取L2=24mm。eq\o\ac(○,3)右起第三段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應(yīng)小于滾動軸承的內(nèi) 圈外徑，取D3=Φ35mm，長度取L3=10mm。eq\o\ac(○,4)右起第四段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向 力，而軸向力為零，深溝球軸承6006，其尺寸d×D×B=30mm×55mm ×13mm，那么該段的直徑為D4=Φ30mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為 9mm,長度為：13+9=22mm，取L4=24mm。eq\o\ac(○,5)右起第五段，該段為齒輪軸段，由于齒輪與軸通過鍵聯(lián)接， 則軸應(yīng)該增加5%，取D5=Φ25，齒輪輪厚度為30mm，用螺栓定 位，故第五段長度定為L5=25mmV軸的強度校核主動撥盤14的圓周力：齒輪13的圓周力：彎矩：校核彎矩較大者，且取α=0.7（單向傳動，轉(zhuǎn)矩按脈動變化），則有：滿足要求。確定VI軸的各段直徑和長度VI軸裝配圖eq\o\ac(○,1)從轉(zhuǎn)盤開始右起第一段，由于轉(zhuǎn)盤與軸通過鍵聯(lián)接，則軸應(yīng)該增加5%， 取D1=Φ40，又轉(zhuǎn)盤的寬度定為:70mm，采用螺栓定位，則第一段長 度L1=65mm。eq\o\ac(○,2)右起第二段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力， 而軸向力可以忽略不計，深溝球軸承6009，其尺寸d×D×B=45mm×75mm ×16mm，那么該段的直徑為D2=Φ45mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為9mm, 長度為：16+9=25mm，取L2=27mm。eq\o\ac(○,3)右起第三段，為滾動軸承的定位軸肩,其直徑應(yīng)小于滾動軸承的內(nèi)圈外 徑，取D3=Φ50mm，長度取L3=10mm。eq\o\ac(○,4)右起第四段，該段裝有滾動軸承，選用深溝球軸承，則軸承有徑向力， 而軸向力可以忽略不計，深溝球軸承6009，其尺寸d×D×B=45mm×75mm ×16mm，那么該段的直徑為D4=Φ45mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為9mm, 長度為：16+9=25mm，取L4=27mm。eq\o\ac(○,5)右起第五段，該段為從動槽輪軸段，由于從動槽輪與軸通過鍵聯(lián)接，則 軸應(yīng)該增加5%，取D5=Φ40，從動槽輪厚度為40mm，用定位銷定位，故 第五段長度定為L5=55mmVI軸的強度校核轉(zhuǎn)盤16的圓周力：從動槽輪15的圓周力：彎矩：校核彎矩較大者，且取α=0.7（單向傳動，轉(zhuǎn)矩按脈動變化），則有：滿足要求。9.2滾動軸承的設(shè)計計算V軸上軸承的選擇初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。 參照工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步取0基本軸隙組、標準精度即得 深溝球軸承6006C（V軸），其尺寸d×D×B=30mm×55mm×13mm。V軸上滾動軸承的選擇及校核計算從網(wǎng)絡(luò)上了解到，旋轉(zhuǎn)型灌裝機的壽命一般在十年左右，所以軸承預計壽命為：8×365×10=29200小時已知：計算當量載荷P1根據(jù)機械設(shè)計課本P321表（13-6）取fP=1.5根據(jù)機械設(shè)計課本P320（13-8a）式得=fP=1.5×951.87tan20°=519.721N軸承壽命計算深溝球軸承ε=3，6006滾動軸承的基本額定載荷∴>29200h∴預期壽命足夠VI軸上軸承的選擇初步選擇滾動軸承。因軸承受徑向力的作用，故選用角接觸球軸承。參照工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步取0基本軸隙組、標準精度即得深溝球軸承6009C（VI軸），其尺寸d×D×B=45mm×75mm×16mm。VI軸上滾動軸承的選擇及校核計算已知：計算當量載荷P2根據(jù)機械設(shè)計課本P321表（13-6）取fP=1.5根據(jù)機械設(shè)計課本P320（13-8a）式得=fP=1.5×2956.72tan20°=1614.37N軸承壽命計算深溝球軸承ε=3，6009滾動軸承的基本額定載荷∴>29200h∴預期壽命足夠9.3鍵的設(shè)計計算V軸上鍵的選擇計算齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。由機械設(shè)計課本 表6-1查得V軸:主動撥盤14平鍵截面b×h=8mm×7mm，鍵槽用鍵槽銑 刀加工，長為36mm。13齒輪平鍵截面b×h=8mm×7mm，鍵槽用鍵槽銑刀 加工，長為25mm。同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇 齒輪轂與軸配合為H7/n6。V軸上鍵的校核由機械設(shè)計課本式（6-1）σp=2T×103/（kld）確定上式中各系數(shù)k1=0.5h1=0.5×7mm=3.5mml1=L1-b1=36mm-8mm=26mml=L-b=25mm-8mm=17mmd1=d2=25mmσp1=2TV×103/（k1l1d1）=2×71.39×103/（3.5×26×25）=62.76MPa由機械設(shè)計課本表6-2[σp]=100-120MPa所以σp1≤[σp]滿足要求σ=2TV×103/（k1l2d2）=2×71.39×103/（3.5×17×25）=95.99MPa≤[σp]滿足要求VI軸上鍵的選擇計算齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。由機械設(shè)計課本表6-1查得VI軸:轉(zhuǎn)盤16平鍵截面b×h=12mm×8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為56mm。從動槽輪平鍵截面b×h=12mm×8mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為50mm。同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪轂與軸配合為H7/n6。VI軸上鍵的校核由機械設(shè)計課本式（6-1）σp=2T×103/（kld）確定上式中各系數(shù)k1=0.5h1=0.