专 业 10机械设计制造及其自动化 班 级 一班 设 计 者 孙凡 方长胜 徐森 杨申 陈俊明 指导教师 张荣老师 日 期 2012年月日 目录 一、设计任务 1 二、设计的基本要求和内容 1 三、确定工作原理，构思工艺动作过程 1 四、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图 1 五、执行机构的选型 3 六、画出设计的具体方案的机械运动简图 8 七、对物理运动系统来进行尺度设计 8 八、对机构执行系统部分进行尺度计算 11 九、总体机构运动简图 16 十、参考书目 16 十一、设计小结及体会 17 膏体自动灌装机设计说明书 设计任务（包括主要原理及工艺动作） 膏体自动灌装机是通过出料活塞杆上下往复运动实现膏体灌装入盒内的，其主要工艺动作如下： （1）、将空盒送入六工位转盘，利用转盘间歇运动变换不同工位； （2）、在灌装工位上空盒上升灌入膏体； （3）、在贴锡纸工位上粘贴锡纸； （4）、在盖盒盖工位上将盒盖压下； （5）、送出成品。 二、设计的基本要求和内容（包括原始数据和设计的基本要求） 1、电动机选择Y系列交流异步电动机，转速为960r/min； 2、膏体自动灌装机的生产能力：24盒/min； 3、膏体盒尺寸D=30~50mm，高度h=10~15mm； 4、工作台面距离地面的距离为1100~1200mm； 5、构件质量和转动惯量不计； 6、要求结构紧密相连、传动性能优良、运动灵活可靠、噪声尽量减小。 三、确定工作原理，构思工艺动作过程： 首先我们成立设计小组，从产品的设计的基本要求等方面出发，膏体自动灌装机要求完成以下几个工艺动作： 送盒：这一动作由传送带来完成，保证传送带的连续运转； 六工位转盘的间歇转动：这一动作有槽轮机构来实现； 灌装：这一过程可以由凸轮的反复运转来实现； 贴锡纸、压盖：这两项工作可以由一个凸轮带动一组压杆来实现； 送出成品：由传送带完成。 四、根据工艺动作顺序和协调要求拟定运动循环图： 1、机械运动循环的设计： （1）、确定执行机构的运动循环时间T执行。我们所设计的灌装机每分钟生产24盒，因此其运动循环时间为：T执行=60/n曲=2.5. （2）、确定组成运动循环的各个区段。六工位台每转动一次转角为600，其在转动时凸轮和槽轮保持不动。输送带在整一个完整的过程中负责将空盒送到工位上，然后将成品送出，因此在整一个完整的过程中一直转动。两个凸轮机构分别完成灌装和贴锡纸、加盖工作，在远休止和近休止阶段处于不动，在推程和回程段运动。 （3）、确定执行机构各区段的运动时间及相应的分配轴转角。 输送带区段：在0到3600均转动； 六工位台的转停：在1/3t（1200）内转动，在2/3t（2400）内停歇； 灌装机构的转停：在α1=1200停歇，α2=900时上升，在α3=600时停歇，在α4=900时下降； 贴锡纸、加盖机构的转停：在α1=1200停歇，α2=900时下降，在α3=600时停歇，在α4=900时上升； （4）、机构同心圆式运动循环图： 五、执行机构的选型： 1、转盘的间歇运动： 方案1）凸轮式间歇机构 优点：结构相对比较简单、制造方便、运动角可在工作过程中并可在较大范围内调整等； 缺点：运动角的调节是有级的，转动精度较差，且棘爪在齿面上滑行时引起噪声、冲击、齿尖易磨损，不宜用于高速。灌装机构需要考虑到运动的平稳性，因而舍去此种方案。 方案2）不完全齿轮 图4-2 不完全齿轮 优点: 结构相对比较简单，工作可靠，容易制造。与其他间歇机构相比，其从动轮矫转周的停歇次数，运动和停歇的时间比例，可在较宽广的范围内调节 缺点: 啮合传动的开始和终了时，速度有突变，且加速度也不连续，故冲击较大，运动不平稳，连续，故舍去。 方案3)槽轮机构 图4-3 槽轮 优点: 结构相对比较简单，工作可靠，容易制造。转位迅速，其机械效率高，故能平稳地，间歇地进行转位 缺点: 其运动规律不能选择，调节性能差，在拨销进入和脱出槽轮时会产生柔性冲击，故常使用于速度要求不太高的运动中。 因此，综合上述三种间歇运动机构方案，凸轮式间歇机构、不完全齿轮、槽轮机构，结合我们所要设计的膏体自动灌装机中的六工位转盘转速为24r/miin，转速不高，产生冲击不大，我组组员讨论决定使用槽轮机构来带动转盘间歇运动。 2、空盒上升机构： （1）、曲柄滑块机构: 优点：运动相对平稳，能够按照设计的基本要求准确的实现直线运动； 缺点：如果传递路线较长，易产生较大的误差积累，使机械效率降低。连杆及滑块所产生的惯性力难以用一般平衡方法加以消除，因而连杆机构不宜用于高速。因而舍去。 （2）、多杆机构： 优点：可获得较小的运动所占空间，取得有利的传动角，可获得较大的机械利益，扩单机构从动件行程等优点； 缺点：尺寸参数较多，运动要求复杂，设计较为困难。考虑到该工项运动特性简单，所以舍去这种方案。 3）、几何封闭凸轮机构 几何封闭凸轮 优点：只要设计凸轮轮廓曲线，就可以使推杆得到预期的运动规律，而且机构简单紧凑，机构可承重较大，运动平稳。 缺点：凸轮轮廓线与推杆之间是点线接触，易磨损，不能较好的缩短空程的时间，影响效率，且往复运动需要加弹簧往复机构，故舍去 （4）、直动滚子盘型凸轮机构： 优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各种预期的运动规律，而且响应快速，机构简单紧凑。 缺点：凸轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，凸轮制造较困难。但考虑到灌装机为轻载机构，此缺点可以不予考虑。故选择该机构。 3、贴锡纸、加盖机构： （1）、连杆、凸轮组合机构： 优点：传动精确，动力充足，安全可靠； 缺点：设计复杂，占用空间大，不易制造；故舍去。 （2）、曲柄推杆机构： 优点：结构相对比较简单，节省材料，容易制造，压力和磨损小； 缺点：惯性力较大，无间歇运动，满足不了在贴纸、加盖过程中的间歇要求。故舍去。 （3）、几何封闭式凸轮机构： 优点：传动精确，结构相对比较简单，可靠性高； 缺点：易磨损，制造较困难。但是这不影响我们所需求的运动特性的实现。所以最终选择该机构。 六、画出设计的具体方案的机械运动简图： 按照已经选定的三个执行机构的型式及物理运动系统，画出膏体灌装机的机械运动示意图（见附纸），包含了物理运动系统、三个执行机构的组合。机械运动简图大致的描绘出了机械的运转方式，根据这个就能够直接进行机构的尺寸计算。 七、对物理运动系统来进行尺度设计： 电动机的选择： （1）、根据设计的基本要求需要用n=960r/min的电动机，考虑到膏体自动灌装机对于工作无特殊的要求，我们最终选择Y系列三相异步电动机； （2）、考虑到电动机工作时要消耗的功率和传动过程中的效率，我们最终选择Y2-132M2-6型电动机，其基本信息参数如下： 型号 额定功率 /KW 转速（r/min） Tmax/TN 转动惯量（kg/m2） 参考质量（kg） Y2-132M2-6 5.5 960 2.1 0.0449 84 行星轮系传动比的计算： 由i总=960/24=40 考虑传动的平稳性，我们通过两次减速来实现。第一次通过2K-H行星轮系实现i=5的减速；第二次通过皮带轮实现i=8的减速。其总和为5*8=40.符合减速要求。 根据灌装机的总体高度要求，选择： M=2.5， Z1=40， Z2=60， Z3=160 则iH13=1-i1H=-Z3/Z1 i1H=1+Z3/Z1=1+160/40=5 我们选用常用的渐开线直齿圆柱齿轮来构成这组行星轮系； 齿轮1、2安装的中心距为a12=r1+r2=125mm 带传动的计算： 考虑到传动比、传递功率和速度，我们最终选择V带传动。V带在同样的预紧力条件下能产生更大的摩擦力，传动比大，适用于传递中等功率和中等速度的场合。再由带速范围的选择和经济考虑，我们选用窄V带。 （1）、考虑到灌装机为轻载启动，每天的上班时间我们既可能选择长时间（大于16小时），因而选择工况系数KA=1.3 则 Pd=KA*P=1.3*5.5=7.15KW （2）、根据Pd=7.15KW，n1=960r/min ， 我们最终选择基准宽度制SPZ型带； （3）、取主动轮基准直径D1=30mm，则从动轮D2=i*D1=240mm； （4、确定窄V带的基准长度和传动中心距： 由0.7（D1+D2）a02（D1+D2） 得189mma0540mm 取a0=400mm 标准长度L0≈2 a0+π*（D1+D2）/2 +（D2- D1）2/4 a0≈1251.68mm， 查表可得：Ld（基准长度）=1250mm， 则实际中心距为：a=a0+（Ld-L0）/2=398.32， 修正为398.5mm 轴的选择： 由于灌装机的转速中等，载荷不大，冲击也较小，因而选用45刚作为轴的材料。 连接轴和传送带的带传动设计： 取D1=D2=70mm 则0.7（D1+D2）a02（D1+D2） 得98mm a0280mm. 取a0=200mm。 L0≈2 a0+π*（D1+D2）/2 +（D2- D1）2/4 a0=619.9mm 经查表得Ld=630mm。 所以，实际中心距为：a= a0+（Ld-L0）/2=205.05mm，修正为a=205.0mm 两轴间齿轮参数设定： m=2.5， Z1=Z2=60， α=200 锥齿轮参数设定： m=2， δ1=δ2=450 取Z1=Z2=25， 则d1=d2=50mm。 八、对机构执行系统部分进行尺度计算： 1、槽轮相关参数的确定： （1）、由于六工位要实现每次600的间歇运动，所以槽数设为Z=6； （2）、圆销数n的选择： 在实际在做的工作中，我们要达到的运动效果为六工位在停止转动的时间内完成灌膏、贴纸、压盖三道工序，因此应使停止的时间长于转时，即传动系数k=td/t0.5但不应太小，若拨盘上均布n个销，则一周内槽轮被拨n次。 则k=n(1/2-1/Z)≦1， 即n≦2Z/（Z-2） 所以n=1或2或3； 当n=1时，k=1/3； n=2时，k=2/3； n=3时，k=1； 出于产品的实际考虑选n=1. （3）、槽轮机构有关数据： 槽数：Z=6，销n=1； 中心距L：按结构情况确定L=450mm 圆销半径：r=30mm 槽轮每次转位时主动件的转角2α，2α=1800（1-Z/2）=1200 槽间角2β2： 2β2=3π/z=600 主动件圆销中心半径R： R=L*sinβ2=225mm R与L的比值λ： λ=R/L= sinβ2=0.5 槽轮槽深 h： h≧S-(L-R-r)=389-（450-225-30）=194mm 圆销中心距槽轮轴心距离： S=Lcos（π/2）=389mm 运动系统： k=1/3 拨盘轴半径d1≦2（L-S）=122mm， 槽轮轴直径d2≦2（L-R-r）=390mm； 槽轮的角加速度，角速度计算。 W1=2πn/60=2π*24/60=2.512rad/s W2/W1=λ（cosα-λ）/（1-2λ*cosα+λ2） α、φ分别为拨盘和槽轮的位置 α2/W1=λ（λ2-1）sinα/（1-2λcosα+λ2） 化简W2/W1=（2cosα-1）/（5-4cosα） α2/W1=（-3/8sin）/（5/4-cosα）2 α值 W2/W1 W2值 α2/W1 α2 0 1 2.512 0 0 30 0.477 1.198 -1.275 -8.045 45 0.191 0.48 -0.901 -5.685 60 0 0 -0.577 -3.64 90 -0.2 -0.502 -0.24 -1.514 -30 0.477 1.198 1.275 8.045 -45 0.191 0.48 0.901 5.685 -60 0 0 0.577 3.64 -90 -0.2 -0.502 0.24 1.514 2、凸轮机构设计： 由余弦加速度运动规律有推程时： S=h【1-cos（πδ/δ0）】/2 V=πhwsin（πδ/δ0）/（2δ0） （w=2.512rad/s） a=π2hw2cos(πδ/δ0)/（2δ02） 回程运动方程：S=h【1+cos（πδ/δ0）】/2 V=-πhwsin（πδ/δ01）/（2δ01） a=-π2hw2cos(πδ/δ0)/【2（δ01）2】 δ S δ S 0 0 0 50 15 3.35 15 46.65 30 12.5 30 37.5 45 25 45 25 60 37.5 60 12.5 75 46.65 75 3.35 90 50 90 0 取h=50mm， r0≧{【ds/(ds+tan[α])-s】δ/δ0）/2δ0tan[α] [α]=300 r0≧3.5/0.577-3.35=39.97mm, 取r0=45mm 速度计算如下： V0=πhwsin（πδ/δ01）/（2δ01）= hwsin（πδ/δ01）=0 V1=50*2.512*0.5=62.8mm/s V2=50*2.512*31/3/2=108.77mm/s V3=50*2.512*1=125.6mm/s V4=62.8mm/s V6=0 加速度计算如下： a0=π2hw2cos(πδ/δ0)/【2（δ01）2】=2hw2cos(πδ/δ0)=2*50*2.5122=633.27mm/s2 a1=546.46mm/ s2 a2=2*50*w2*0.5=315.5 mm/s2 a3=2*50*2.5122*0=0 a4=-315.5 mm/s2 a5=-546.46mm/ s2 a6=-633.27 mm/ s2 总体机构运动简图 1,固定齿轮； 2，3，行星轮； 5，6，V型皮带轮16：55； 7，8，等齿数45度锥齿轮； 9，槽轮主动轮； 10，槽轮从动轮； 11，间隙转盘的底盘； 12，六工位间隙转盘； 13，灌装工位； 14，压盖工位； 15，灌装压盖机构的主传动轴； 17，18，等转速V型皮带轮； 19，20，V型皮带轮； 21，22，均为45度锥齿轮； 23，24，等转速V型皮带轮； 25，28，均为45度锥齿轮； 26，27以及29，30，

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