机械原理课程设计1课程设计课程名称： 机械原理课程设计 学 院： 机械学院 专 业： 机电一体化 姓 名： 孙耀平 学 号： 080803110280年 级： 083 任课教师： 余述凡 2011 年 1 月 14 日机械原理课程设计2目录：一 设计任务书及工作要求2二 设计机构的工作原理4三 功能分解图、执行机构动作分解图5四 运动方案的选择与比较5五 机构运动总体方案图7六 工作循环图10七 执行机构的设计过程13八 机构运动分析计算机辅助设计流程框图13九 程序清单16十 运动线图24十一 凸轮设计分段图、轮廓图、设计结果25第一部分 机械原理课程设计任务书（题号 11）机械原理课程设计3旋转型灌装机一、设计题目及原始数据设计旋转型灌装机。在转动工 作台上对包装容器（如玻璃瓶）连续 灌装流体（如饮料、酒、冷霜等） ， 转台有多工位停歇，以实现灌装、封 口等工序。为保证在这些工位上能够 准确地灌装、封口，应有定位装置。 如图 1 中，工位 1：输入空瓶；工位 2：灌装；工位 3：封口；工位 4：输出包装好的容器。该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动。技术参数见下表。旋转型灌装机技术参数表方案号 转台直径 mm 电动机转速 r/min 灌装速度 r/minA 600 1440 10B 550 1440 12C 500 960 10二、设计方案提示1.采用灌瓶泵灌装流体，泵固定在某工位的上方。2.采用软木塞或金属冠盖封口，它们可由气泵吸附在压盖机构上，由压盖机构压入（或通过压盖模将瓶盖紧固在）瓶口。设计者只需设计作直线往复运动的压盖机构。压盖机构可采用移动导杆机构等平面连杆机构或凸轮机构。3.此外，需要设计间歇传动机构，以实现工作转台间歇传动。为保证停歇可靠，还应有定位（锁紧）机构。间歇机构可采用槽轮机构、不完全齿轮机构等。定位（锁紧）机构可采用凸轮机构等。1234传 送 带 固 定 工 作 台转 台图 1 旋转型灌装机机械原理课程设计4三、设计任务1.旋转型灌装机应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构；2.设计传动系统并确定其传动比分配，并在图纸上画出传动系统图；3.图纸上画出旋转型灌装机的运动方案简图，并用运动循环图分配各机构运动节拍；4.电算法对连杆机构进行速度、加速度分析，绘出运动线图。图解法或解析法设计平面连杆机构；5.凸轮机构的设计计算。按凸轮机构的工作要求选择从动件的运动规律，确定基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径。对盘状凸轮要用电算法计算出理论廓线、实际廓线值。画出从动件运动规律线图及凸轮廓线图；6.齿轮机构的设计计算；7.编写设计计算说明书；第二部分 设计机构的工作原理一、各机构功能原理设计送料功能原理分析此机构的主要部分为传送圆盘， 圆盘上有三个缺口，用以卡紧瓶子， 其转速为 10r/min，每转 1 一圈用时 6s 正好与转台工位转换时间相同。此机构的功能是把传送带上的空瓶子 一个一个的送上工位 1，其独特之处是运用挡板来控制瓶子的传送路线。机械原理课程设计5灌装功能原理分析机械原理课程设计6此机构为灌装机构实现液体的灌装凸轮的基圆半径为 60， 滚子半径为 10，推程角为 120 ，近休角为 60， 回程角为 120 ， 远休角为 60。滚子在近休和远休角位置时活塞不动， 当到推程角时 ， 活塞向下运动把容器内的液体压入瓶中，推程为 40， 从容器中压出的液体正好把瓶子装满;当到回程角时, 弹簧把导杆向上推把液体从外面吸入容器，接着进入近休角，从而进入循环。压盖功能原理分析此机构为曲柄滑块机构，用以实现瓶子的封口压盖，曲柄的长度为 50，连杆的长为 100，齿轮半径为 60 齿轮与曲柄为一体的 齿轮带动曲柄运动 。当瓶子进入压盖这个工位时滑块 26 正好从最高位置到最下位置从而完成工件的压盖过程机械原理课程设计7出料功能原理分析当空瓶从左边进入时由于左边挡板位置使瓶子沿着挡板进入工位 1，当要求输出瓶子时，左边挡板正好与此位置的运动方向平行 ， 从而使瓶子沿着挡板运出。第三部分 功能分解图与功能转换图功能分解图如下图机械原理课程设计8功能转换图如下图机械原理课程设计9第四部分 运动方案的选择与比较送料功能工件送料出料功能需要采用往复移动机构来实现，下面选用几个备选方案来实现。(1) 送料主要通过传送带来完成，通过穿过机架的输送带输入瓶子。（2）送料时主要通过如下图所示的传动轮把瓶子输送到工位 1，另外，为便于输入，设计如图所示的挡板。机械原理课程设计10根据以上 2 种可执行方案，经过对他们进行比较可得，虽然以上 2 种方案都达到了运动的要求，不过，考虑到传送带传送时虽然比较平稳，但容易打滑，选用方案 2 较为合适，并较为可靠，结构虽然有点复杂，但有平稳的运动特性。灌装功能在这里凸轮机构比连杆机构更适用，因为：1）凸轮机构能实现长时间定位，而连杆机构只能瞬时定位，定位效果差，精度低。2）凸轮机构比连杆机构更容易设计。3）结构简单，容易实现方案如图：机械原理课程设计11压盖功能在这里则连杆机构比凸轮机构更适用，因为凸轮机构1） 加工复杂，加工难度大。2） 造价较高，经济性不好。方案如图：机械原理课程设计12出料功能可以选择连杆机构来实现出料，但考虑到结构的工艺性和制造的方便性，可采用如图所示的方案。方案一：机械原理课程设计13方案二：机械原理课程设计14第五部分 机构运动总体方案图机械原理课程设计15如图所示为机械系统运动方案运动简图。电机 1 通过皮带轮传到 2，2 通过轴传到 3，3 又传到齿轮 4，齿轮4 通过轴传到轮 5 转动，齿轮 5 又带动齿轮 6，从而形成三级减速。如图6锥齿轮 7 传给锥齿轮 9 ，与锥齿轮 9 同轴的齿轮 10 又带动齿轮11，齿轮 11 又通过轴传给传动轮 17，用来传递瓶子。 如图 4 与锥齿轮 7 同轴的带轮 8 以相同角速度转动通过皮带传给带轮18 用来运输瓶子。与左边带轮 18 同轴的链轮 19 通过链条与链轮 20 连接，链轮通过轴传给齿轮和凸轮 21，凸轮通过导杆 27 进而完成灌装过程。如图 2 齿轮 21 传递给齿轮 22，齿轮 22 又传给齿轮 23 ，曲柄 24 和齿轮机械原理课程设计1623 是一体的，曲柄与连杆 25 相连，连杆 25 与滑块 26 连接 ，滑块进行竖直运动，传递盖子，进而完成压盖过程。如图 3与锥齿轮 9 同轴的齿轮 12 传给齿轮 13，齿轮 13 通过轴传到销轮14，销轮 14 每转 6 转带动槽轮转 1 转进而使机构完成间歇传送瓶子，以保证工作时间。如图 4第六部分 工作循环图机械原理课程设计17第七部分 执行机构的设计过程机构的设计与运动的分析1、凸轮机构的设计分析此凸轮用于灌装工位，利用远近休止来实现活塞开关的关闭，从而控制流体的灌装和封闭，设定活塞推杆的最大推程为 40mm，凸轮轴心距离瓶口面的距离为 300mm。以下为推杆的运动规律：凸轮灌装 封闭 1S 灌装 3.5S 封闭 1.5S为了更好的利用反转法设计凸轮，根据上图以表格的形式表示出位移和转角的关系:度数 0 120 120180 180 300 300360位移（mm）0 40 40 40 0 0根据上表利用“凸轮机构 CADCAI”软件可以将凸轮的图形设计出来，具体过程：1、设置凸轮参数：机械原理课程设计182、设置凸轮分段参数 为保证凸轮运动过程中不出现冲击，参数分别设置为：0120为推程运动阶段，摆线运动规律；120180为远休止阶段，等速运动规律；180300为回程运动阶段，摆线运动规律；300360为近休止阶段，等速运动规律。3、运行出的最终结果，位移、速度、加速度图以及凸轮的二维图形如下图所示：机械原理课程设计194、利用反转法原理设计凸轮的图形为：基圆半径 r0=60机械原理课程设计20滚子半径：r t=10行程：h=40mm推程角： 0=120回程角： 0=120近休止角： 01=30远休止角： 02=30升程最大压力角： max01= 26.08704998788730回程最大压力角： max02= 26.087049987887 0 Thenfi = pi / 2ElseIf y21 = 0 ThenMsgBox B、D 两点重合，不能确定Else: fi = 3 * pi / 2End IfElseIf x21 = 0 Thenfi = Atn(y21 / x21)Else: fi = Atn(y21 / x21) + 2 * piEnd IfEnd IfEnd SubSub RRP 运动分析子程序(m, xB, yB, vBx, vBy, aBx, aBy, xP, yP, vPx, vPy, aPx, aPy, _L2, fi3, omega3, epsilon3, xC, yC, vCx, vCy, _aCx, aCy, fi2, omega2, epsilon2, sr, vsr, asr)Dim pi, d2, e, F, yCB, xCB, E1, F1, Q, E2, F2pi = Atn(1#) * 4d2 = (xB - xP) 2 + (yB - yP) 2)e = 2 * (xP - xB) * Cos(fi3) + 2 * (yP - yB) * Sin(fi3)F = d2 - L2 2If e 2 4 * F ThenMsgBox 此位置不能装配 GoTo n1ElseEnd IfIf m = 1 Thensr = Abs(-e + (e 2 - 4 * F) 0.5) / 2)Else: sr = Abs(-e - (e 2 - 4 * F) 0.5) / 2)End IfxC = xP + sr * Cos(fi3)yC = yP + sr * Sin(fi3)yCB = yC - yBxCB = xC - xBCall atn1(xB, yB, xC, yC, fi2)E1 = (vPx - vBx) - sr * omega3 * Sin(fi3)F1 = (vPy - vBy) + sr * omega3 * Cos(fi3)Q = yCB * Sin(fi3) + xCB * Cos(fi3)omega2 = (F1 * Cos(fi3) - E1 * Sin(fi3) / Q机械原理课程设计37vsr = -(F1 * yCB + E1 * xCB) / QvCx = vBx - omega2 * yCBvCy = vBy + omega2 * xCBE2 = aPx - aBx + omega2 2 * xCB - 2 * omega3 * vsr * Sin(fi3) _- epsilon3 * (yC - yP) - omega3 2 * (xC - xP)F2 = aPy - aBy + omega2 2 * yCB + 2 * omega3 * vsr