目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們的生活水平也日益 提高，對(duì)機(jī)械化設(shè)備的需求日益凸顯。而旋轉(zhuǎn)型灌 裝機(jī)作為小型家用灌裝設(shè)備，可廣泛應(yīng)用于牛奶、果 汁、飲料的灌裝。同時(shí)經(jīng)濟(jì)和機(jī)械化操作的深入發(fā) 展，飲料、啤酒等行業(yè)的發(fā)展壯大，對(duì)灌裝系統(tǒng)的需 求逐漸增長(zhǎng)，讓人類(lèi)社會(huì)快速的步入到自動(dòng)化時(shí)代， 灌裝行業(yè)受益匪淺。但目前市面上現(xiàn)有的灌裝機(jī) 大多存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、只能針對(duì)某種液體灌裝、兼容性 差、成本高、普及率低等問(wèn)題。因要保證灌裝時(shí)運(yùn)行 平穩(wěn)，不至于使液體灑落出來(lái)，則容器瓶需要相對(duì)固 定，現(xiàn)有的灌裝機(jī)多數(shù)無(wú)法較好地實(shí)現(xiàn)容器瓶固定， 只能降低工作臺(tái)轉(zhuǎn)速來(lái)保證容器瓶的平穩(wěn)，且需人 工進(jìn)行容器瓶位置的調(diào)整，故自動(dòng)化程度低，灌裝效 率低?，F(xiàn)在已有學(xué)者、專家針對(duì)上述問(wèn)題提出了解 決方案，較好地實(shí)現(xiàn)了原設(shè)計(jì)方案的部分功能，但還 存在部分難以解決的問(wèn)題，上海交通大學(xué)徐仁和設(shè) 計(jì)的碳粉灌裝機(jī)，工作穩(wěn)定、故障率低，但罐裝的 效率較低。杭州鋼鐵股份有限公司楊鳴設(shè)計(jì)的全自 動(dòng)聯(lián)合灌裝機(jī)［3］ ，可實(shí)現(xiàn)高功率快速運(yùn)轉(zhuǎn)，但故障率 較高。南京理工大學(xué)殷水忠設(shè)計(jì)的果粒飲料盒中袋灌裝機(jī)，可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)灌裝，但自動(dòng)化程度較低。 Ludwig Clisserath 發(fā)明了一種液體加壓灌裝的容 器，在填充階段使用回流氣體管進(jìn)入到各自的容器 中，以控制灌裝高度。灌裝機(jī)的輸出與傳送系統(tǒng) 一般采用皮帶輪系統(tǒng)，確保加工完成的產(chǎn)品平穩(wěn)，高 效，無(wú)損傷地輸出。 

    本文設(shè)計(jì)了一種新型的全自動(dòng)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)， 這種灌裝機(jī)由容器瓶輸入系統(tǒng)、定位夾緊系統(tǒng)、灌裝 系統(tǒng)、封口壓蓋系統(tǒng)以及產(chǎn)品輸出與傳送系統(tǒng)構(gòu) 成。設(shè)計(jì)的這種新型的灌裝機(jī)，灌裝精準(zhǔn)，工作穩(wěn) 定，故障率低，自動(dòng)化程度高，可極大提高工作效率。 
    1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 
    1.1 設(shè)計(jì)原理 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)較多，功能較為強(qiáng)大，若對(duì)旋 轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)進(jìn)行功能分解，實(shí)現(xiàn)每一部分的功能，再 進(jìn)行機(jī)構(gòu)的組合，有利于總體功能的實(shí)現(xiàn)［7］ ?？梢?把灌裝機(jī)的功能分為6個(gè)部分：容器輸入與傳送功 能、容器定位功能、容器夾緊功能、灌裝功能、封口壓 蓋功能、產(chǎn)品輸出與傳送功能，如圖1所示。 圖1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)功能分解圖 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)可以實(shí)現(xiàn)在轉(zhuǎn)動(dòng)的工作臺(tái)上對(duì)容 器瓶連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)臺(tái)有多個(gè)工位，可以實(shí)現(xiàn)灌裝，封 口等工序。為保證在這些工位上能準(zhǔn)確地灌裝、封 口，灌裝機(jī)需設(shè)有定位裝置。根據(jù)功能分解圖，設(shè)計(jì) 出灌裝機(jī)原理圖（如圖 2 所示），工位 1 用來(lái)輸入空 瓶；工位2實(shí)現(xiàn)灌裝；工位3完成封口；工位4最后輸 出灌裝好的容器。空的容器瓶經(jīng)傳送帶傳送進(jìn)入表 面摩擦較小的固定工作臺(tái)，然后依靠慣性進(jìn)入轉(zhuǎn)臺(tái) 工位1凹槽，之后轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)，帶動(dòng)容器瓶進(jìn)入工位2 后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行灌裝，之后轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)灌裝好 的容器瓶進(jìn)入工位3后停止轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)行封口壓蓋，之 后轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)加工完成的容器進(jìn)入工位4，然后 通過(guò)傳送帶自動(dòng)輸出并擺放好加工完成的容器瓶。 這種灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，采用回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)連 續(xù)灌裝。 圖2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)原理圖 本系統(tǒng)采用傳送帶進(jìn)行容器的連續(xù)傳送，容器 瓶在傳送帶上等間隔均勻分布，進(jìn)入工位后依次在 每個(gè)工位完成既定工序的加工，所有工序完成后，容 器由傳送帶輸出到指定位置。此種設(shè)計(jì)工序聯(lián)系緊 密，工序間隔合理，排布均勻，可有效解決容器瓶在 工作臺(tái)堆積的問(wèn)題。本系統(tǒng)采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò) 機(jī)構(gòu)的選用，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的傳遞、轉(zhuǎn)換，來(lái)實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)化。 
    1.2 機(jī)構(gòu)的選用 為確保良好地實(shí)現(xiàn)灌裝機(jī)各部分的功能，則需 要選用合理的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的傳遞和轉(zhuǎn)換，對(duì)灌裝 機(jī)的各個(gè)分系統(tǒng)進(jìn)行如下機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)： （1）灌裝機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)系統(tǒng)采用槽輪機(jī)構(gòu)，可以準(zhǔn)確 地實(shí)現(xiàn)間歇回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，保證機(jī)構(gòu)間的協(xié)調(diào)配合關(guān)系， 可確保容器瓶穩(wěn)定的進(jìn)入下一個(gè)工位，不易傾倒，故 障率低。 （2）灌裝機(jī)的封口壓蓋系統(tǒng)采用連桿機(jī)構(gòu)，由于 連桿機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠、傳動(dòng)載荷較大、傳動(dòng)距 離較遠(yuǎn)和可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)等特點(diǎn)，可以使灌裝機(jī)整 體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作效率高，不易出現(xiàn)故障。 （3）灌裝機(jī)的夾緊定位采用凸輪機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu) 可使從動(dòng)件得到任意的預(yù)期運(yùn)動(dòng)，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊 湊、設(shè)計(jì)方便，可以確保定位精準(zhǔn)，且機(jī)構(gòu)間協(xié)調(diào)能 力強(qiáng)，夾緊凸輪可以和轉(zhuǎn)盤(pán)凹槽結(jié)合，使容器瓶夾 緊，回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)不會(huì)發(fā)生傾倒和脫離工作臺(tái)等故障。凸輪機(jī)構(gòu)雖然為高副接觸，但是因?yàn)槿萜髌咳?積小、質(zhì)量輕，故所需的夾緊力較小，并且灌裝機(jī)的 轉(zhuǎn)速較低，因此，長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)產(chǎn)生的熱量較小， 則結(jié)構(gòu)不易磨損，可長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)平穩(wěn)工作。 （4）灌裝機(jī)的灌裝系統(tǒng)采用凸輪機(jī)構(gòu)，可保證灌 裝平穩(wěn)，液體不易傾灑出容器瓶，且可以定量地實(shí)現(xiàn)灌裝，不會(huì)出現(xiàn)未裝滿或溢出等問(wèn)題。 
    1.3 機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖及工作原理 根據(jù)圖1的灌裝原理圖、圖2的功能分解圖及表 1 選用的機(jī)構(gòu)，可畫(huà)出旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn) 圖［8 （］ 見(jiàn)圖3），由旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖可看 出結(jié)構(gòu)及工作原理，工作原理如下所述： （1）電機(jī)1通過(guò)皮帶輪2傳到皮帶輪3，3通過(guò)軸 傳到齒輪4，4傳給齒輪5，5通過(guò)軸傳到齒輪6，6傳 到齒輪7，從而形成三級(jí)傳動(dòng)。 （2）7通過(guò)軸傳到錐齒輪31，31傳給錐齒輪32， 32傳給同軸帶輪33，33傳給帶輪29，29和帶輪30構(gòu) 成輸入機(jī)構(gòu)，一起輸送容器。 （3）7通過(guò)軸傳給錐齒輪13，13傳給錐齒輪14， 14通過(guò)軸傳給夾緊凸輪35，35和工作臺(tái)凹槽一起完 成定位，夾緊動(dòng)作。 （4）帶輪 29 傳給同軸帶輪 28，28 傳給帶輪 25， 25傳給同軸凸輪26，26推動(dòng)活塞推桿27，27完成灌 裝動(dòng)作。 （5）錐齒輪14通過(guò)軸傳給齒輪15，15傳給齒輪 16，16傳給同軸的主動(dòng)撥盤(pán)17，17傳給從動(dòng)槽輪18， 18帶動(dòng)工作臺(tái)19回轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)，把容器傳送 到下一個(gè)工位。 圖3 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 1電動(dòng)機(jī)；2、3帶輪；4、5、6、7齒輪；8、9錐齒輪；10、11、12帶 輪；13、14錐齒輪；15、16齒輪；17主動(dòng)撥盤(pán)；18從動(dòng)槽輪； 19工作臺(tái)；20瓶塞；21連桿；22、23、24齒輪；25帶輪； 26凸輪；27活塞推桿；28、29、30帶輪；31、32錐齒輪； 33帶輪；34機(jī)架；35、36夾緊凸輪；37、38、39、40錐齒輪 （6）齒輪16傳給同軸錐齒輪40，40傳給錐齒輪 39，39 傳給同軸錐齒輪 38，38 傳給錐齒輪 37，37 傳 給同軸夾緊凸輪36，36和工作臺(tái)凹槽一起完成定位 夾緊動(dòng)作。 （7）帶輪 25 傳給同軸齒輪 24，24 傳給齒輪 23， 23傳給齒輪22，22傳給連桿21，21推動(dòng)瓶塞20做往 復(fù)運(yùn)動(dòng)，完成封口動(dòng)作。 （8）齒輪7傳給同軸齒輪8，8傳給錐齒輪9，9傳 給同軸帶輪10，10傳給帶輪11，11和帶輪12一起完 成灌裝后容器的輸出動(dòng)作。 
    1.4 傳動(dòng)比的分配 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)完成以上運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)構(gòu)如 下：轉(zhuǎn)盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu)，封口用曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)，灌裝用凸輪機(jī)構(gòu)，定位夾緊用凸輪機(jī)構(gòu)［9］ ，容 器瓶的輸入、輸出用皮帶輪機(jī)構(gòu)［10］ ，傳送帶采用同步 帶傳動(dòng)，帶的工作面做成齒形，帶輪的輪轂表面也做 成相應(yīng)的齒形。這種帶傳動(dòng)受載后變形極小，齒形 帶的周節(jié)基本不變，傳動(dòng)比恒定、準(zhǔn)確。齒形帶薄而 輕，可用于速度較高的場(chǎng)合，傳動(dòng)時(shí)線速度可達(dá) 40 米/秒，傳動(dòng)比可達(dá)10，傳動(dòng)效率可達(dá)98%。 為了使灌裝機(jī)的效率更高，灌裝機(jī)采用電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，若設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)直徑為 600mm，采 用三相異步電動(dòng)機(jī)（如型號(hào)Y112M-4），電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速要求為1440rpm，額定功率為4kW，經(jīng)減速后可實(shí) 現(xiàn)灌裝速度10瓶/分。 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，需設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行 減速，傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)減速機(jī)構(gòu)，第一級(jí)為帶傳 動(dòng)，第二、三級(jí)為齒輪傳動(dòng)。為使傳動(dòng)構(gòu)件取得較小 尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊，采用傳動(dòng)比“先小后大”原則。先進(jìn) 行總傳動(dòng)比的計(jì)算，然后對(duì)各級(jí)傳動(dòng)比進(jìn)行分配。 對(duì)總傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算： i總 = i1i2i3 = n0n1n2 n1n2n3 = n0 n3 = 1440 10 = 144 （1） 其中，i總 為傳動(dòng)減速系統(tǒng)總的傳動(dòng)比；i1 為第一級(jí) 減速所采用的傳動(dòng)比；i2 為第二級(jí)傳動(dòng)所采用的傳 動(dòng)比；i3 為第三級(jí)減速所采用的傳動(dòng)比；n0 為電機(jī)1 的轉(zhuǎn)速；n1 為帶輪3的轉(zhuǎn)速；n2 為齒輪5的轉(zhuǎn)速；n3 為齒輪7的轉(zhuǎn)速。 對(duì)各級(jí)傳動(dòng)比進(jìn)行分配：取 i1 = 4 ，i2 = i3 = 6 ， 則 i總 = 144 。經(jīng)三級(jí)減速，與齒輪 7 相連的軸轉(zhuǎn)速 降為10rpm，錐齒輪嚙合傳動(dòng)比為1，則轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速為 10rpm，從而實(shí)現(xiàn)灌裝速度為 10rpm。其余齒輪，錐 齒輪嚙合傳動(dòng)比皆為1。 1.4 傳動(dòng)比的分配 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)完成以上運(yùn)動(dòng)所需要的機(jī)構(gòu)如 下：轉(zhuǎn)盤(pán)間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)為槽輪機(jī)構(gòu)，封口用曲柄滑塊 機(jī)構(gòu)，灌裝用凸輪機(jī)構(gòu)，定位夾緊用凸輪機(jī)構(gòu)［9］ ，容 器瓶的輸入、輸出用皮帶輪機(jī)構(gòu)［10］ ，傳送帶采用同步 帶傳動(dòng)，帶的工作面做成齒形，帶輪的輪轂表面也做 成相應(yīng)的齒形。這種帶傳動(dòng)受載后變形極小，齒形 帶的周節(jié)基本不變，傳動(dòng)比恒定、準(zhǔn)確。齒形帶薄而 輕，可用于速度較高的場(chǎng)合，傳動(dòng)時(shí)線速度可達(dá) 40 米/秒，傳動(dòng)比可達(dá)10，傳動(dòng)效率可達(dá)98%。 為了使灌裝機(jī)的效率更高，灌裝機(jī)采用電動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，若設(shè)定轉(zhuǎn)臺(tái)直徑為 600mm，采 用三相異步電動(dòng)機(jī)（如型號(hào)Y112M-4），電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 速要求為1440rpm，額定功率為4kW，經(jīng)減速后可實(shí) 現(xiàn)灌裝速度10瓶/分。 因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速較高，需設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行 減速，傳動(dòng)系統(tǒng)采用三級(jí)減速機(jī)構(gòu)，第一級(jí)為帶傳 動(dòng)，第二、三級(jí)為齒輪傳動(dòng)。為使傳動(dòng)構(gòu)件取得較小 尺寸，結(jié)構(gòu)緊湊，采用傳動(dòng)比“先小后大”原則。先進(jìn) 行總傳動(dòng)比的計(jì)算，然后對(duì)各級(jí)傳動(dòng)比進(jìn)行分配。 對(duì)總傳動(dòng)比進(jìn)行計(jì)算： i總 = i1i2i3 = n0n1n2 n1n2n3 = n0 n3 = 1440 10 = 144 （1） 其中，i總 為傳動(dòng)減速系統(tǒng)總的傳動(dòng)比；i1 為第一級(jí) 減速所采用的傳動(dòng)比；i2 為第二級(jí)傳動(dòng)所采用的傳 動(dòng)比；i3 為第三級(jí)減速所采用的傳動(dòng)比；n0 為電機(jī)1 的轉(zhuǎn)速；n1 為帶輪3的轉(zhuǎn)速；n2 為齒輪5的轉(zhuǎn)速；n3 為齒輪7的轉(zhuǎn)速。 對(duì)各級(jí)傳動(dòng)比進(jìn)行分配：取 i1 = 4 ，i2 = i3 = 6 ， 則 i總 = 144 。經(jīng)三級(jí)減速，與齒輪 7 相連的軸轉(zhuǎn)速 降為10rpm，錐齒輪嚙合傳動(dòng)比為1，則轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)速為 10rpm，從而實(shí)現(xiàn)灌裝速度為 10rpm。其余齒輪，錐 齒輪嚙合傳動(dòng)比皆為1。 
    1.5 齒輪參數(shù)設(shè)計(jì) 齒輪機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)傳遞過(guò)程中起 重要作用，為保證整個(gè)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)傳遞，進(jìn)行詳細(xì)齒 輪參數(shù)設(shè)計(jì)［11］ 。齒輪4、6的參數(shù)保持一致；齒輪5、 7的參數(shù)保持一致；輪15、16的參數(shù)保持一致；錐齒輪8、9、13、14、31、32、37、38、39、40的參數(shù)保持一致 （如表1、表2所示），傳送軸的設(shè)計(jì)可根據(jù)傳動(dòng)軸所 受外力確定傳送軸的最小直徑，再根據(jù)實(shí)際情況確 定傳動(dòng)軸的直徑，本系統(tǒng)為原理設(shè)計(jì)，具體參數(shù)可根 據(jù)實(shí)際情況查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》進(jìn)行確定。 表1 各直齒輪參數(shù) 各直齒輪參數(shù)名稱 齒數(shù) z 模數(shù) m 壓力角 a 齒寬 b 齒輪4、6 z =15 m =1 a =20? 5mm 齒輪5、7 z =90 m =1 a =20? b =5mm 齒輪15、16 z =40 m =1 a =20? b =5mm 表2 各錐齒輪參數(shù) 各錐齒輪參數(shù)名稱 模數(shù) 齒數(shù) 壓力角 面寬 轂直徑 安放距離 標(biāo)稱軸直徑 錐齒輪8、9、13、14、31、32、37、38、39、40 2 20 20? 12mm 75mm 10mm 10mm 
    1.6 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 機(jī)械結(jié)構(gòu)的各執(zhí)行構(gòu)件之間在動(dòng)作上必須協(xié)調(diào) 配合［12］ 。如果協(xié)調(diào)配合關(guān)系遭到破壞，機(jī)械結(jié)構(gòu)不 僅不能完成預(yù)期的工作任務(wù)，甚至還會(huì)損壞機(jī)械設(shè) 備［13］ 。為了保證機(jī)械結(jié)構(gòu)在工作時(shí)各執(zhí)行構(gòu)件間動(dòng) 作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，編制了一個(gè)用以表明在機(jī)械的 一個(gè)工作循環(huán)中各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)配合關(guān)系的運(yùn)動(dòng) 循環(huán)圖（如圖4所示）［14］ 。運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖的工作過(guò)程是 當(dāng)灌裝機(jī)工作時(shí)，輸入傳送帶和輸出傳動(dòng)帶一直在 不停歇的轉(zhuǎn)動(dòng)，傳送容器。在工作臺(tái)不轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候， 各工位進(jìn)行加工，完成既定的工序。工作臺(tái)不轉(zhuǎn)動(dòng) 時(shí)，工位2上的容器瓶被夾緊，完成灌裝動(dòng)作。工位 3上的容器瓶被夾緊，完成封口動(dòng)作。在罐裝、封口 工序完成，機(jī)構(gòu)回程時(shí)，夾緊凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，不夾緊容器 瓶。這時(shí)工作臺(tái)回轉(zhuǎn)，將完成加工的容器瓶送到下 一個(gè)工位去進(jìn)行加工。 圖4 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 
    2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)建模及仿真分析 
    2.1 應(yīng)用軟件對(duì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)整體進(jìn)行建模 應(yīng)用solidworks軟件對(duì)基于本文所述原理的旋 轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模（如圖5所示），可以清晰 明了的看出外觀、運(yùn)動(dòng)原理及各機(jī)構(gòu)之間的裝配關(guān) 系，為加工制造零件，調(diào)試產(chǎn)品提供依據(jù)［15］ 。 圖5 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)內(nèi)部機(jī)構(gòu)原理圖 
    2.2 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的灌裝機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 灌裝機(jī)構(gòu)采用凸輪機(jī)構(gòu)，可以較為精確的完成 飲料灌裝任務(wù)［16］ 。因?yàn)楣嘌b要求精度高，且在整個(gè) 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)中較為重要，則需要進(jìn)行灌裝凸輪的 外型輪廓設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)分析。 用軟件對(duì)灌裝凸輪的運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行模擬來(lái)進(jìn)行 定性的分析。仿真中對(duì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的基本工作參 數(shù)進(jìn)行如下設(shè)定：（1）容器高度 h = 200mm ；（2）活塞 運(yùn)動(dòng)范圍 s = 40mm ；（3）推桿和活塞總長(zhǎng) l = 105mm ， 再選定凸輪的基本參數(shù)：①基圓半徑 r0 = 45mm ；② 滾子半徑 rt = 0mm ；③行程 s = 40mm ；④推程角 δ0 = 120° ；⑤回程角 δ = 120° ；⑥近休止角 δ01 = 60° ；⑦遠(yuǎn)休止角 δ02 = 60° ；⑧升程最大壓力角 αmax 01 = 31.454° ；⑨回程最大壓力角 αmax 02 = 31.454° ； ⑩凸輪運(yùn)動(dòng)推程和回程選用無(wú)柔性沖擊和剛性沖擊 的擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在遠(yuǎn)休止和近休止時(shí)采用靜止運(yùn) 動(dòng)規(guī)律［17］ 。 由運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖和圖 6 的位移線圖可以看出來(lái)， 在軸回轉(zhuǎn) 0°~120° 時(shí)，容器瓶處于靜止?fàn)顟B(tài)，而凸輪 處于推程狀態(tài)，可以完成液體的灌裝；在軸回轉(zhuǎn)120°~140° 時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)，已完成灌裝的容器瓶進(jìn)入 到下一個(gè)工位，在此期間活塞處于液體儲(chǔ)存杯的最 下方，并保持靜止，擋住灌裝通道，不會(huì)使液體流 出。在軸回轉(zhuǎn)240o ~360o 時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)回轉(zhuǎn)，下一個(gè)空的 容器瓶進(jìn)入灌裝工位，凸輪處于回程狀態(tài)，完成液體灌裝，一個(gè)周期工作完成。由速度線圖及加速度線 圖可以看出來(lái)，速度及加速度連續(xù)變化，無(wú)柔性沖擊 及剛性沖擊，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，完全符合設(shè)計(jì)要求。 圖6 凸輪的運(yùn)動(dòng)曲線 2.3 封口壓蓋機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 封口壓蓋采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)具 有急回特性，可以確?？焖贉?zhǔn)確地完成封口操作。 封口壓蓋機(jī)構(gòu)在旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)中有重要地位［18，19］ ， 所以進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)和運(yùn)動(dòng)分析。對(duì)齒輪與曲柄安裝 高度及轉(zhuǎn)速初始參數(shù)進(jìn)行設(shè)定： （1）齒輪與曲柄的安裝高度為 400mm 。 （2）齒輪與曲柄轉(zhuǎn)速為10rpm。 依據(jù)設(shè)定的初始參數(shù)，則可得到：曲柄長(zhǎng)度 l1 = 30mm ；連桿長(zhǎng)度 l2 = 150mm ；封口壓蓋滑塊的 行程 s = 60mm 。 曲柄滑塊的輪廓尺寸及定性的運(yùn)動(dòng)仿真如圖7 所示，曲柄滑塊的位移為正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在完成液體 灌裝的容器瓶到達(dá)封口工位時(shí)可以快速完成封口動(dòng) 作，當(dāng)容器瓶進(jìn)入下一個(gè)工位時(shí)則滑塊回到原始位 置，完成一個(gè)周期的運(yùn)動(dòng)。由速度線圖和加速度線 圖可知速度和加速度都是正弦運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以看出 速度與加速度的偏差小，準(zhǔn)確，沖擊小，可以確保工 件磨損小，較好地完成封口動(dòng)作，符合設(shè)計(jì)要求。 圖7 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)曲線 
    3   結(jié)論 
    本課題通過(guò)分析灌裝機(jī)的工作原理，結(jié)構(gòu)特性， 市面已有灌裝機(jī)的的不足，設(shè)計(jì)了一種新型全自動(dòng) 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)方案，并分析了其工作原 理、功能。主要完成以下幾個(gè)方面的內(nèi)容： （1）在分析工藝動(dòng)作的基礎(chǔ)上，針對(duì)各工藝動(dòng)作 所涉及到的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，如容器輸送 的方式、定位與夾緊、轉(zhuǎn)臺(tái)的間歇轉(zhuǎn)位及定量灌裝 等。 （2）在執(zhí)行機(jī)構(gòu)的選型及運(yùn)動(dòng)方案的確定上，重 點(diǎn)研究了轉(zhuǎn)臺(tái)間歇機(jī)構(gòu)與定量灌裝機(jī)構(gòu)，通過(guò)比較 各自的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)合理正確地選型，確保采用合理的 機(jī)構(gòu)，使整體工作效率更高。 （3）對(duì)灌裝機(jī)整體進(jìn)行建模及運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真，使各 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)相互協(xié)調(diào)，運(yùn)行平穩(wěn)，為后續(xù)加工制造及 推廣應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。 本文所設(shè)計(jì)的灌裝機(jī)與市面已有灌裝機(jī)相比具 有定位精準(zhǔn)，灌裝穩(wěn)定，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低，自動(dòng) 化程度高，運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模推廣應(yīng) 用。 參