1、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(xué) 號： 指導(dǎo)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

2、.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

3、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(fù)運動的壓蓋機構(gòu)。壓蓋機構(gòu)可采用移動導(dǎo)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)

4、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

5、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，噪聲小；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)

6、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

7、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

8、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(fēng)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??；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

9、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

10、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??； 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

11、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：鏈輪8和18的齒數(shù)Z8=25，Z18=75mm，模數(shù)m=2mm, d8=50mm，d18=150mm;i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min; 鏈輪8和18的齒數(shù)Z8=25，Z18=75，模數(shù)m

12、=2mm, d8=50mm，d18=150mm;i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min;6.4錐齒輪的設(shè)計軸轉(zhuǎn)速為24r/min, 軸轉(zhuǎn)速為12r/min,故i7 9=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?1. 2. 3 n =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

13、.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)1） 各軸轉(zhuǎn)速I軸：II軸：III軸：2） 各軸輸入功率I軸：II軸：III軸：3） 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：i123。3、4、5、6為齒輪： z3=20

14、 z4=100 z5=20 z6=80 i34=z4/z3=100/20=5 i56=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

15、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。1） 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：2） 初步確定軸的最小直徑先按課本式（1

16、5-2）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=37.88mm3） 確定V軸各段直徑和長度從轉(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=25，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。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×

17、;D×B=30mm×55mm×13mm，那么該段的直徑為D2=30mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為9mm,長度為：13+9 =22mm，取L2=24mm。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=35mm，長度取L3= 10mm。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=30mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為9mm,長度為：13+9 =22mm，取L4=24mm。右起第五段，該段為

18、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=25，齒輪輪厚度為30mm，用螺栓定位，故第五段長度定為L5=25mm4） V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=0.7（單向傳動，轉(zhuǎn)矩按脈動變化），則有：滿足要求。5） 確定VI軸的各段直徑和長度VI軸裝配圖從轉(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=40，又轉(zhuǎn)盤的寬度定為: 70mm，采用螺栓定位，則第一段長度L1=65mm。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×

19、;B=45mm×75mm×16mm，那么該段的直徑為D2=45mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為9mm,長度為：16+9=25mm，取L2=27mm。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=50mm，長度取L3= 10mm。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=45mm，擋油環(huán)安裝整體厚度定為9mm,長度為：16+9=25mm，取L4=27mm。右起第五段，該段為從動槽輪軸

20、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=40，從動槽輪厚度為40mm，用定位銷定位，故第五段長度定為L5=55mm6） VI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=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1） 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。2） V軸上滾動軸承的選擇及校核計算從

21、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(yù)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f P=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=3，6006滾動軸承的基本額定載荷>29200h預(yù)期壽命足夠3） 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

22、15;D×B=45mm×75mm×16mm。4） 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f P=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=3，6009滾動軸承的基本額定載荷>29200h預(yù)期壽命足夠9.3鍵的設(shè)計計算1） 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

23、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。2） V軸上鍵的校核由機械設(shè)計課本式（6-1）p=2T×103/（kld）確定上式中各系數(shù)k1=0.5h1=0.5×7mm=3.5 mml1=L1-b1=36mm-8mm=26mml=L-b=25mm-8mm=17mmd1=d2=25mmp1=2TV×103/（k1l1d1）=2×71.39×103/（3.5×26×25）=62.76 MPa

24、由機械設(shè)計課本表6-2 p=100-120 MPa所以p1p 滿足要求=2TV×103/（k1l2d2）=2×71.39×103/（3.5×17×25）=95.99MPap 滿足要求3） 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。4） VI軸上鍵的校核由機械設(shè)計課本式（6-1）p=2T×103/（kld）確定上式中各系數(shù)k1=0.5h1=0.5×8mm=4.0mml1=L1-b1=56mm-12mm=44mml=L-b=50mm-12mm=38mmd1=d2=40mmp1=2TVI×103/（k1l1d1）=2×369.59×103/（4.0×44×40）=