旋转型灌装机

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8.4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。 固定工作台14传送带23转台 1.1设计条件

该机采用电动机驱动，传动方式为机械传动

旋转型灌装机技术参数

转台直径 电动机转速 灌装速度 方案号 mm A B C

1.2设计要求

1.旋转灌装机一般应包括连杆机构、凸轮机构、齿轮机构等三种常用机构。至少设计出三种能实现其运动形式要求的机构（其中至少有一

600 550 500 r/min 1440 1440 960 r/min 10 12 10 种机构为本组其他成员所没有），绘制包括所选机构的机械系统示意 图（绘制在设计说明书上），比较其优缺点，并最终选出一个人自己认为最合适的机构进行机构综合设计，绘制出其机构运动简图。 2.设计传动系统并确定其传动比（皮带传动传动比i≈2，每级齿轮传动传动比i≤7.5）

3.在图纸上画出旋转灌装机的传动系统方案图和工作循环图。 4.在图纸上画出凸轮机构设计图（包括位移曲线，凸轮轮廓线和从动件的初始位置）；要求确定运动规律，选择基圆半径，校核最大压力角与最小曲率半径，确定凸轮轮廓线。 5.设计计算其中一对齿轮机构。

6.以上所有要求绘制的图形均绘制在一张一号图纸上。 7.编写设计计算说明书一份。 2原动机的选择

本身设计采用方案A。故采用电动机驱动，其转速为1440r/min。 3传动比分配

原动机通过三次减数达到设计要求。第一次减速，通过减速器三级减速到20r/min,其传动比分别为2、6、6。第二次减速，夹紧装置，转动装置及压盖装置所需转速为10r/min,另设计一级减速，使转速达到要求，其传动比分别为2。第三次减速，传送带滚轴直径约为10cm，其转速为5r/min即可满足要求，另设两级减速，传动比都为2即可。 4传动机构的设计 4.1减速器设计

减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，后两级都为齿轮传动。具体设计示意图及参数如下

134256

1为皮带轮：i1＝2。

2、3、4、5、6为齿轮： z2=20 z3=120 z4=20 z5=120

z6=20

，

4.2第二次减速装置设计

减速器由齿轮6输出20r/min的转速，经过一级齿轮传动后，减少到10r/min。

6、7为齿轮：z6=20 z7=40

i76=z7/z6=40/20=2 n2=n1/i76=20/2=10r/min

6减速器732=z3/z2=120/20=6

，i54=z5/z4=120/20=6，

n1=n/(i1*i32*i34)=1440/(2*6*6)=20r/min

4.3第三次减速装置设计

减速器由齿轮6输出20r/min的转速，经两级减速后达到5r/min,第

一级为齿轮传动，第二级为皮带传动。具体设计示意图及参数如下：

986减速器

6、8为齿轮：z6=20 z8=40，9为皮带轮：i9=2 i86=z8/z6=40/20=2，n3=n1/(i86*i9)=20/(2*2)=5r/min 4.4齿轮的设计

上为一对标准直齿轮（传动装置中的齿轮6和齿轮7）。具体参数为：z6=20，z7=40，m=5mm，α=20°。 中心距：a=m(z6+ z7)/2=5*(20+40)/2=150mm

分度圆半径：r6= a*z6/（z7+z6）=180*20/（20+40）=50mm

r7= a*z7/（z7+z6）=180*40/（20+40）=100mm

基圆半径：rb6=m *z6*cosα=5*20*cos20°=47mm

rb7=m*z7*cosα=5*40*cos20°=94mm

齿顶圆半径：ra6=(z6+2ha*)*m/2=(20+2*1)*5/2=55mm

ra7=(z7+2ha*)*m/2=(40+2*1)*5/2=105mm

齿顶圆压力角：αa6=arccos【z6cosα/（z6+2ha*）】

=acrcos【20cos20°/（20+2*1）】=31.32° αa7=arccos【z7cosα/（z7+2ha*）】

=acrcos【40cos20°/（40+2*1）】=26.50°

基圆齿距：pb6=pb7=πmcosα3.14*5*cos 20°=14.76mm 理论啮合线：N1N2 实际啮合线：AB

重合度：εa=【z6(tanαa6-tanα)+z7(tanαa7-tanα)】/2π =【20(tan31.32°-tan20°)+40(tan26.50°-tan20°)】/2π=1. εa＞1，这对齿轮能连续转动 5方案拟定比较 5.1综述 待灌瓶由传送系统(一般经洗瓶机由输送带输入)或人工送入灌装机进瓶机构,转台有多工位停歇，可实现灌装、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。

固定工作台14传送带23转台 我们将设计主要分成下几个步骤：

1．输入空瓶：这个步骤主要通过传送带来完成，把空瓶输送到转台上使下个步骤能够顺利进行。

2．灌装：这个步骤主要通过灌瓶泵灌装流体，而泵固定在某工位的上方。

3．封口：用软木塞或者金属冠通过冲压对瓶口进行密封的过程，主要通过连杆结构来完成冲压过程。

4．输出包装好的容器：步骤基本同1，也是通过传送带来完成。 以上4个步骤 由于灌装和传送较为简单 无须进行考虑，因此，旋转型灌装机运动方案设计重点考虑便在于转盘的间歇运动、封口时的冲压过程、工件的定位，和实现这3个动作的机构的选型和设计问

题。

5.2选择设计方案 机构 封口的压盖机构 工件的定位机构 这里取3种方案 5.2.1方案Ⅰ

实现方案 不完全齿轮 凸轮机构 凸轮机构 连杆机构 连杆机构 转盘的间歇运动机构 槽轮机构 根据上表分析得知 机构的实现方案有 2*2*2=8种实现方案

转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为连杆机构，工件的定位机构为凸轮机构 2.2方案Ⅱ

转盘的间歇运动机构为不完全齿轮，封口的冲压机构为连杆机构，工件的定位机构为连杆机构 5.2.3方案Ⅲ

转盘的间歇运动机构为不完全齿轮机构，封口的冲压机构为凸轮机构，工件的定位机构为凸轮机。 5.2.4比较、选择设计方案

由于方案（一）与方案（二）的区别在工件定位机构，方案（一）是凸轮机构，方案（二）是连杆机构。

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

而方案（三）与方案（一）区别在封口的压盖机构，方案（三）是凸轮机构，方案（一）是连杆机构。

在这里则连杆机构比凸轮机构更适用 1） 加工复杂，加工难度大。 2） 造价较高，经济性不好。

综上可知：方案一在三个方案中最佳，则最后选择方案Ⅰ为旋

转型灌装机的机械运动方案。 6机械运动循环图

后退停止停后退转止动传送带 转动前进前夹转台停止转动进灌紧装

时间0° 30°60°90°120°150°180°210°240°270°300°330°360°（角度）转动装置加紧装置压盖装置

..7凸轮设计、计算及校核

此凸轮为控制定位工件机构，由于空瓶大约为100mm，工件定

位机构只需60mm行程足够，故凸轮的推程设计为60mm，以下为推杆的运动规律：

60mm90°120°300°330°

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°-90° 位移（mm）

基圆：r0=480mm 滚子半径：rr=30 行程：h=60mm 推程角：φ=30° 回程角：φ`=30° 进休止角：φs=120° 远休止角：φs`=180° 最大压力角：αmax=28°＜30° .8连杆机构的设计及校核

此连杆控制封装压盖机构，由于空瓶高度约为250mm，故行

0 30 60 105° 120° 120° 315° 330° -300° 60 30 -360° 0 程不宜超过300mm，由此设计如下连杆机构：

曲柄长：a=100mm 连杆长：b=900mm 偏心距：e=500mm 行程：s=220mm

级位夹角：θ= arccos【e/(a+b）】- arccos【e/(b-a）】=10° 最小传动角：rmin= arccos【e/(b-a）】=51.3° 行程速比：k=（180°+θ）/（180°-θ）=1.12＞1 9间歇机构设计

由于设计灌装速度为10pcs/min，因此每个工作间隙为6s，转台每转动60°用时1s，停留5s，由此设计如下不完全齿轮机构，完成间歇运用，以达到要求

左边为不完全齿轮，右边为标准齿轮，左边齿轮转一圈，右

边齿轮转动60°。具体参数为：z左=6，z右=36，m=5mm，α=20°，θ=60°。

中心距：a=m(z左*360°/θ+ z7)/2=5*(6*6+36)/2=180mm 分度圆半径：r左= r右=a/2=180/2=90mm

基圆半径：rb左= rb右=a*cosα/2=180*cos20°/2=84.6mm 齿顶圆半径：ra左= ra右=(z右+2ha*)*m/2=(36+2*1)*5/2=95mm 齿顶圆压力角：αa左=αa右=arccos【z右cosα/（z右+2ha*）】

=acrcos【36cos20°/（36+2*1）】=27°

基圆齿距：Pb左=Pb右=πmcosα3.14*5*cos 20°=14.76mm .11设计感想

这是上大学以来完成的第一次课程设计，虽说万事开头难，

我们遇到了很多的困难，但对于我们来说这是一次难得的学习与锻炼的机会。

这次机械原理课程设计历时将近一个月，时间上虽有些紧

张，做设计的时候考虑的也并不周全，但我们利用这段时间巩固了所学的知识，把所学理论运用到实际设计当中，也充分的锻炼自己的创

新能力。在实际的设计过程中，我们也遇到了许多的困难，不过经过我们大家的团结努力，一点点克服了困难，最终设计出了自己的方案。 通过这次机械原理课程设计，掌握了一些常用执行机构、传动机构或简单机器的设计方法和过程，提高了我们综合运用机械原理课程理论的能力，培养了分析和解决一般机械运动实际问题的能力，并使所学知识得到进一步巩固、深化和扩展，对以后的学习也奠定了一定的基础，使我们学得更加轻松，更加高效。 .12参考资料

[1] 孙桓、陈作摸 葛文杰主编， 机械原理（第七版） 北京 高等教育出版社，2006

[2]彭文生 李志明 黄华梁主编 机械设计 北京 高等教育出版社 2002

[3]李继庆 陈作摸主编 机械设计基础 北京 高等教育出版社 1999