啤酒灌装机设计计算说明书

机械原理课程设计

计算说明书

设计题目：啤酒灌装机

专业：机械设计制造及其自动化

设计者：1351781 陈杜煜

1351782秦天

1351789徐云帆

1351779 巣嘉欣

1257040 李明哲

1351814肖翼龙

指导老师：刘榕

2015年5月30日

目录

一、设计题目及内容-----------------------------------------------------------------4

1.1工作原理-----------------------------------------------------------------4

1.2原始数据及要求--------------------------------------------------------4

1.3设计任务-----------------------------------------------------------------4

二、整机工作运动分析--------------------------------------------------------------5

2.1 整机结构示意图-------------------------------------------------------------5

2.2 局部机构运动说明----------------------------------------------------------5

2.2.1 减速箱装置-----------------------------------------------------------5

2.2.2 瓶盖拨正装置--------------------------------------------------------6

2.2.3 压盖装置--------------------------------------------------------------7

2.2.4 凸轮机构--------------------------------------------------------------8

2.2.5 圆形轨道装置--------------------------------------------------------9

2.2.6进瓶装置---------------------------------------------------------------10

2.3 运动循环图-------------------------------------------------------------------11

三、机械运动方案的拟定----------------------------------------------------------12

3.1 瓶盖拨正装置---------------------------------------------------------------12

3.2 压盖装置---------------------------------------------------------------------14

3.3. 旋转装置--------------------------------------------------------------------16

四、设计计算及运动图像----------------------------------------------------------17

4.1 送瓶机构计算---------------------------------------------------------------17

4.2 瓶盖拨正机构计算---------------------------------------------------------17

4.3 圆形轨道机构计算---------------------------------------------------------18

4.4 压盖机构计算----------------------------------------------------------------19

4.5 凸轮机构计算----------------------------------------------------------------20

五、设计心得体会--------------------------------------------------------------------23

六、人员分工--------------------------------------------------------------------------25

七、主要参考文献--------------------------------------------------------------------26

八、附图--------------------------------------------------------------------------------26

一、设计题目及内容

1.1工作原理

由三个三相异步电动机供给运动和动力，分别经三条传动路线传到相应位置。三者配合协调地安全可靠地完成灌装机封口任务。三条路线为：

1)空啤酒瓶经传送带运到，拨正沿导向槽进入轨道。酿造好的啤酒经管道输送到灌注口（由

电子线路控制灌注流量时间）。

2)轨道内的空酒瓶在一定位置上升，瓶口对准灌注口，压紧、灌注，灌注一定容量后沿轨道

再前进到一定位置压气、压盖、封口，沿轨道稳妥送出，完成灌注全过程。

3)瓶盖经漏斗容器送下，拨正使已压好形状的瓶盖口朝下送到压盖封口位置。

1.2 原始数据及要求

1)瓶子和盖子均为标准件，电动机为标准产品。

2)三相交流异步电动机选定如图表1所示。

3)

4)每次同时灌装6瓶或8瓶。灌注选用：

a圆形导向轨道，转速：2.5～3r/min.

b直线导向轨道，线速度：0.28～0.32m/min

5)要求输送瓶子的过程、啤酒灌注过程和充气盖压过程三者配合协调、工作可靠，采用的零

件已加工制造。

1.3 设计任务

1)按生产要求拟定运动循环图

2)进行机械送瓶，灌注，充气压盖三条生产路线的机构选型

3)机械运动方案的评定与选择

4)各路线传动方案的具体拟定

5)对传动机构、执行机构进行运动尺寸的设计计算

6)画出机械运动方案简图

7)编写设计计算说明书

二、整机工作运动分析

2．1 整机结构示意图

（注：三号电机及瓶盖拨正装置将在局部机构说明中展示）2．2 局部机构运动说明

2.2.1 减速箱装置

2.2.2 瓶盖拨正装置俯视图：

正视图：

局部轮系示意图：

设计说明：

该转动系统动力由JO2-31-6电机提供，n1=10r/min。

瓶盖被运送时有两种放置方式：开口朝上以及开口朝下。此装置是为了将瓶盖拨正，使所有瓶盖开口朝下，以便于压盖。

其中，电动机经减速箱后传动到皮带轮。传感器可以检测瓶盖的放置方式，当检测到开口朝上的瓶盖通过时，离合器将合上使皮带轮带动与曲柄相连的齿轮转动，时曲柄摇杆机构启动，将瓶盖拨正。

皮带数为2，且间隔为16mm，使瓶盖可以同时放在两根皮带上，曲柄摇杆机构的摇杆放置于两皮带之间，用于拨正瓶盖。

2.2.3 压盖装置

设计说明：

该转动系统动力由JO2-41-4电机提供，通过轴1接入，n1=7.5r/min。此压盖装置功能便是对无盖的啤酒瓶进行压盖的一个过程。啤酒瓶在底部通过旋转机构与传送带一次性进8个瓶，然后通过圆柱凸轮上升至压盖区。瓶盖通过滑道进入压盖器再进行压杆机构的上下运动完成压盖动作，最后啤酒瓶下降转出此工作区，完成整个过程。

2.2.4 凸轮机构

凸轮阔线设计：

H=150 R=184 L=1156.1 (单位：mm)

该转动系统动力由JO2-41-4电机提供，n11=7.5r/min，负责圆形托盘的同步提升。整个过程分为四个阶段：入瓶阶段、上升阶段、工作阶段和下降阶段。

入瓶阶段中，凸轮转动，滚子高度保持不变。当进满八只啤酒瓶后，滚子沿圆柱上的导向槽爬升，带动圆形托盘做竖直向上移动，即为上升阶段。进行灌注、压气、压盖等动作时，托盘水平位置不变，此为工作阶段。所有动作完毕后，滚子沿导轨下降，托盘下降，使啤酒瓶脱离灌注口，此为下降阶段。至此，一个工作周期完成。

2.2.5 圆形轨道装置

功能区分布图

齿轮分布图

设计说明：

该转动系统动力由JO2-41-4电机提供，通过轴a接入，na=7.5r/min。通过定轴轮系系5-8将转速降为1r/min,从而齿轮9转一圈即为啤酒灌装机的一个工作周期。然后运用不完全齿轮9、10使齿轮10在系统60s周期内，30s的时间不转动，另外30s的时间每隔8s转动2s,共转动3次，并将转动通过轴b带动啤酒灌装机功能区c转动，功能区c分为8个区域对应8个啤酒瓶，每个区域有三个小区域对应灌注、压气、压盖三个动作，故每次转动使功能区旋转1/24圈。

2.2.6 进瓶装置

设计说明：

该传送系统由JO2-31-4电机提供，通过轴1接入，经过减速箱减速得n1=7.5r/min，轮2与轴1固定所以n2=7.5r/min，φ2=200 通过皮带将动力传送至轮3，φ3=130.43，n3=11.5r/min ,轮3与轮4固定，φ4=200,N4=11.5r/m,而轮5又和轮2通过皮带连接，n5=3r/min，φ5=80.在20s 的传送周期内进瓶传送带刚好能传送8个酒瓶，而灌注部分的圆盘刚好能转完1圈。

2.3运动循环图

凸轮工作循环图

三、机械运动方案的拟定

3.1瓶盖拨正装置：

旧方案图

俯视图：

主视图：

左视图：

原理：

瓶盖压紧前放置呈梯形，利用形状特点对瓶盖进行筛选拨正，使最后滑落到传送带上的瓶盖均为开口朝上。

新方案图

利用传感器及四杆机构拨正瓶盖

原理：

利用传感器检测瓶盖正反，当检测到反放的瓶盖时四杆机构启动，拨正瓶盖。旧方案缺点：①机构复杂、②瓶盖容易卡在里面

新方案优点：①机构简单、②可靠性高

3.2压盖装置：

旧方案：

原理：

瓶盖顺着轨道滑下进入压盖器再通过简单地齿轮加连杆装置进行下压操作完成压盖新方案：

原理：

用两个对称的多杆机构控制平板的上下移动，平板链连接的压盖器完成压盖的动作。其中中心齿轮控制两边齿轮的同步转动，3’为不完全齿轮，实现转动与压盖的交替进行。

旧方案缺点：①：无法进行多个压盖动作的同时进行；

②：无控制间歇运动的装置

新方案优点：①：能够实现多个压盖动作同时进行

②：具有足够的机械利益完成压盖动作

3.3旋转机构

旧方案：新方案：

旧方案未能考虑到工作区的旋转，新方案从中引出一路并通过各个不完全齿轮将不同机构的运动完美地整合在一个工作周期内

四、设计计算及运动分析

详细计算过程

4.1 送瓶机构计算（肖翼龙）

根据传送带大小尺寸，取φ4=φ6=φ2=200

因为要使传送带线速度V1等于灌注部分圆盘的线速度，已知圆盘线速度V2=1500mm/min

V1=V2=N4*r4=1500 可得n4=11.5r/m

因为n3和n4固定,所以n3=n4=11.5r/m

N3/φ3=N2/φ2，可得φ3=130.43

轮5与轮2通过皮带连接，为使灌注转盘V2=V1，已知转盘φ=500，可得N5=3r/min

N5/φ5=N2/φ2，得φ5=80

4.2 瓶盖拨正机构计算（秦天）

正视图中，红色为曲柄，蓝色为连杆，黄色为摇杆，图中为两个极限位置。其中，极位夹角θ=10°。

曲柄l1=31.77mm

连杆l2=98.92mm

摇杆l3=35.56mm

皮带轮转速n1=20r/min

曲柄转速n2=32r/min

总用时t=18s

ω图像

t-

α图像

t-

4.3 圆形轨道机构计算（李明哲）

1.设计不完全直齿圆柱齿轮9,10

功能区c在2s的转动时间内转动1/24圈

n10=nc=1/24/2×60=1.25 r/min

而n9=1r/min

则i9,10=n9/n10=Z10/Z9=0.8

取z9=60,则Z10=Z9×0.8=48。

为了达到间歇运动的目的，齿轮9上原有的60个齿仅保留3组每组2个共6个齿，具体设计见【局部细节图B】。

取模数m=2

d9=m×Z9=120mm d10=m×Z10=96mm

2.设计定轴轮系5-8

已知n5=na=7.5r/min n8=n9=1r/min

定轴轮系5-8传动比要求为i58=n5/n8=7.5

取Z5=20 Z6=60 Z7=20 Z8=50

i58=（Z6Z8）/(Z5Z7)=7.5 符合要求

5-8均为直齿圆柱齿轮

取模数m=2

d5=m×Z5=40mm d6=m×Z6=120mm

d7=m×Z7=40mm d8=m×Z8=100mm

3.转动系统的总传动比

i5,10=i58×i9,10=6

4.4 压盖机构计算（徐云帆）

构件数n=5 低副数pl=7 高副数ph=0

机构自由度F=3*n-2pl-ph=3*5-2*7=1

设此极限位置节点4的坐标为(x,y),构件1、2、3、4的长度分别为L1=30mm，L2=280mm，L3=L4=150mm.

(x-188.4)^2 +(120-y)^2=150^2

(x+30)^2+y^2=280^2

解之得：x=249.5 y=-17

设此极限位置节点4的坐标为(a,b)

(a-188.4)^2 +(120-b)^2=150^2

(a-30)^2 + b^2=280^2

解之得：a=308.4 b=30 (2)

由（1）（2）式可得：一个压盖周期内构件5的位移s=2|b-y|=94mm

其中齿轮1的转速ω1=7.5r/min ω4=12r/min

ω1/ω2=5/4 ω2=ω3 ω3/ω4=1/2

r1=75mm r2=95mm r3=180mm r4=90mm

z1=38 z2=48 z3=90 z4=45(均取模数为4)

4.5 凸轮机构计算（巣嘉欣）

凸轮在上升、下降过程中采用正弦加速度运动规律

1.推程的运动规律示意图以及解析式

s =h[(δ

δ0)?sin(

2πδ

δ0

)/(2π)]

=0.1[(δ/(π/6))?sin(2πδ/(π/6))/(2π)] =0.191δ?0.016sin12δ