機械原理課程設(shè)計醬類食品灌裝機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計

1、 2014-2015學(xué)年機械原理課程設(shè)計說明書醬類食品灌裝機構(gòu)及其傳動裝置的 設(shè)計汽車學(xué)院 車輛工程專業(yè) 2013220105班設(shè)計者：學(xué) 號：指導(dǎo)老師：2015年7月10日前言機械設(shè)計是機械工程的重要組成部分，是從市場的需求出發(fā)，通過構(gòu)思、計劃和決策，確定機械產(chǎn)品的功能、原理方案、技術(shù)方案、技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)等，并把設(shè)想變?yōu)楝F(xiàn)實的一種技術(shù)實踐活動。這是我們在大學(xué)期間第一次應(yīng)用已學(xué)過的知識和計算機工具比較全面的、具有實際內(nèi)容和意義的課程設(shè)計，也是機械原理課程一個重要的實踐教學(xué)環(huán)節(jié)。作為知識轉(zhuǎn)化為能來的橋梁，機械原理課程設(shè)計的主要目的是進一步鞏固和加深我們所學(xué)的理論知識，并將其系統(tǒng)化，同時通過設(shè)計培

2、養(yǎng)我們學(xué)生綜合運用所學(xué)知識獨立的解決實際問題的能力，使學(xué)生通過機械運動方案設(shè)計，學(xué)會合理地利用專業(yè)知識創(chuàng)造性地構(gòu)思出各種可能的方案，并從中選出最優(yōu)方案，在機構(gòu)分析與綜合方面得到一次全面的系統(tǒng)的訓(xùn)練。通過機械原理課程設(shè)計，可以培養(yǎng)我們學(xué)生的開發(fā)和創(chuàng)新能力，而創(chuàng)新能力的培養(yǎng)在機械原理課程設(shè)計中占有十分重要的位置。在機械原理課程設(shè)計中通過機械系統(tǒng)方案的創(chuàng)新構(gòu)思與設(shè)計、機械系統(tǒng)多方案的評價與選優(yōu)、設(shè)計內(nèi)容的綜合性和工程性，可以加強我們學(xué)生的現(xiàn)在機械設(shè)計基本功的訓(xùn)練與培養(yǎng)以及各種現(xiàn)代設(shè)計方案的掌握與應(yīng)用，使我們學(xué)生具有跟高的綜合素質(zhì)，以適應(yīng)時代的要求。目錄前言2一、設(shè)計任務(wù)51、工作原理及工藝動作過程簡

3、介52、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求53、傳動裝置設(shè)計要求64、設(shè)計任務(wù)及要求6二、醬類食品灌裝機工作原理和動作分析71、工作原理分析72、工藝動作分析8三、運動規(guī)律及運動協(xié)調(diào)設(shè)計91、機構(gòu)選型10（1）轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)的選型11（2）裝灌機構(gòu)14（3）壓蓋密封機構(gòu)15（4）自動粘貼商標(biāo)機構(gòu)152、執(zhí)行運動方案及其運動組合17四、執(zhí)行機構(gòu)的運動尺度綜合及運動分析181、裝料機構(gòu)尺寸綜合及運動分析18（1）綜合尺寸18（2）利用圖解法具體操作步驟如下：192、 壓蓋密封和標(biāo)簽粘貼機構(gòu)的尺寸綜合及運動分析19 3、槽輪間歇機23五、機械傳動系統(tǒng)設(shè)計221、機械機構(gòu)及其傳動路線如圖所示222、機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計2

4、33、速比分配24六、設(shè)計小結(jié)25參考文獻26一、醬類食品灌裝機的基本功能和相關(guān)工藝參數(shù)及主要設(shè)計要求1、工作原理及工藝動作過程簡介 醬類食品如芝麻醬、花生醬、草莓醬、甜面醬、辣椒醬或番茄醬等，因風(fēng)味獨特，深受廣大消費者的喜愛，是餐飲酒店、居家旅行之佳品。醬類食品灌裝機時食品加工企業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備，其主要工藝動作有：（1）將灌裝物料輸送至料斗（料腔）；（2）將空瓶或空罐送至多工位轉(zhuǎn)盤，并能自動轉(zhuǎn)位；（3）能實現(xiàn)定量灌裝；（4）進行壓蓋密封；（5）進行粘貼商標(biāo)；（6）將成品輸出。2、原始數(shù)據(jù)及設(shè)計要求灌裝機構(gòu)原始數(shù)據(jù)見表1-1表1-1 灌裝機構(gòu)原始數(shù)據(jù) 參數(shù)題號灌裝能力（瓶/min）電動機功

5、率/kw電動機同步轉(zhuǎn)速（r/min）工作行程/mm每瓶凈重/(g/瓶)1121.5100050200-4002131.73141.94152.1605162.36172.47182.51500708192.69202.810212.98011403.012423.3備注1） 參數(shù)中的工作行程包含定量灌裝、加蓋密封、粘貼商標(biāo)工藝等工作行程；2） 產(chǎn)品要求：為防止醬類食品變質(zhì)，在密封后有一定的保壓時間；3） 整機有同一臺電動機驅(qū)動，轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)位應(yīng)準(zhǔn)確平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)緊湊、性能可靠、操作簡單、外表美觀、制造方便。3、傳動裝置設(shè)計要求（1） 工作條件：兩班制，非連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作環(huán)境良好，有輕微震動；（2

6、） 使用期限：十年，大修期三年；（3） 生產(chǎn)批量：小批量生產(chǎn)（少于10臺）；（4） 生產(chǎn)條件：一般機械廠制造，可加工78級精度的齒輪及渦輪；（5） 動力來源：電力，三相交流（220/380v）；（6） 工作轉(zhuǎn)速允許誤差：3%5%；（7） 開式錐齒輪傳動比i4,帶傳動比i3.5。4、設(shè)計任務(wù)及要求（1） 按工藝動作要求擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖；（2） 進行轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)（自動轉(zhuǎn)位機構(gòu)）、定量灌裝機構(gòu)、壓蓋密封機構(gòu)、粘貼商標(biāo)機構(gòu)的選型；（3） 結(jié)合設(shè)計要求，比較各方案的優(yōu)缺點，選定合理的機構(gòu)運動參數(shù)；（4） 擬定機械傳動方案，按給定的電動機確定執(zhí)行機構(gòu)運動參數(shù)；（5） 畫出機械運動方案簡圖；（6） 計

7、算總傳動比，傳動系統(tǒng)設(shè)計及主要傳動件尺寸計算；（7） 對傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動學(xué)尺寸計算（可用圖解法、解析法或計算機編程完成）；（8） 對選定的某機構(gòu)進行運動學(xué)分析，繪制其執(zhí)行構(gòu)件的運動線圖。二、醬類食品灌裝機工作原理和動作分析1、工作原理分析 灌裝機構(gòu)的原理如圖所示。傳送帶將空瓶送至工位盤上，轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)動使空瓶依次經(jīng)過裝料機構(gòu)，壓蓋機構(gòu)和貼標(biāo)簽機構(gòu)，然后又經(jīng)傳送帶輸出；醬料靠自重和活塞吸力由料斗輸進缸內(nèi)，料斗出口單向錐閥由柔性彈簧連接，主要是防止活塞壓料時料被壓回料斗；活塞向上運動時缸內(nèi)壓力降低，料斗內(nèi)的料被吸入，同時出口處的錐閥關(guān)閉，防止料流出；攪拌器的目的是防止料離析；壓蓋機構(gòu)和貼

8、標(biāo)簽機構(gòu)分別對瓶子加蓋和貼標(biāo)簽，它們工作在同一個工位上，并且同時動作，之后料再由傳送帶輸出。2、工藝動作分析 在工作的過程中，電動機帶動各機構(gòu)的運動（如下圖所示），活塞機構(gòu)上下反復(fù)的運動完成加料動作，間歇機構(gòu)進行自動轉(zhuǎn)位動作，帶動完成壓蓋，粘貼商標(biāo)的動作： 1）將灌裝物料輸送至料斗（料腔），可利用機械加入料斗中； 2）將空瓶或空灌送至多工位轉(zhuǎn)盤，并能自動轉(zhuǎn)位，空瓶用傳送帶傳送，自動轉(zhuǎn)位利用間歇機構(gòu)實現(xiàn)； 3）能實現(xiàn)定量灌裝 利用偏置曲柄滑塊機構(gòu)，使活塞上下運動，將醬料壓入空瓶中； 4）壓蓋密封 壓蓋機構(gòu)在電動機的驅(qū)動下，下壓完成密封動作，間歇機構(gòu)自動轉(zhuǎn)位，即可完成下一步動作； 5）粘貼商標(biāo) 利

9、用頂桿機構(gòu)和凸輪機構(gòu)將商標(biāo)粘貼在罐上。 6）送出成品 自動轉(zhuǎn)位機構(gòu)將成品送上傳送帶完成送出。在完成醬類食品灌裝的過程中，有灌裝動作，自動轉(zhuǎn)位動作，壓蓋密封動作，粘貼商標(biāo)動作四個動作為重點，所以也要重點考慮：灌裝機構(gòu)，間歇機構(gòu)（自動轉(zhuǎn)位機構(gòu)），壓蓋密封機構(gòu)，粘貼機構(gòu)。 電動機減速裝置 運動分支 粘貼商標(biāo)bbiao標(biāo)機構(gòu)壓蓋密封機構(gòu)轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)灌裝機構(gòu) 灌裝機構(gòu)的運動傳遞路線三、運動規(guī)律及運動協(xié)調(diào)設(shè)計 1、擬定運動循環(huán)圖目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利于設(shè)計、裝配和調(diào)試。分析五個工藝動作，裝料，壓蓋和貼標(biāo)簽的往復(fù)運動是最主要的運動。因此，設(shè)定壓蓋桿在最上邊為起點位置，也是一個運動

10、循環(huán)的終點。裝料、壓蓋、和貼標(biāo)簽的運動可以分為工作行程和回程兩部分。 機構(gòu)運動循環(huán)圖送料機構(gòu)吸料動作，壓蓋進程和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動同時進行，當(dāng)轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動時，活塞開始壓料，壓蓋動作必須在轉(zhuǎn)動停止后，壓蓋有一定的保壓時間；當(dāng)活塞壓料停止后，轉(zhuǎn)盤即可轉(zhuǎn)動；貼標(biāo)簽與壓蓋動作同時進行；以壓蓋和貼標(biāo)簽主動件轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)(0、360)，以各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)作出位移曲線。運動循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，根據(jù)上述表述作出灌裝機構(gòu)、壓蓋密封機構(gòu)、粘貼機構(gòu)的運動循環(huán)圖如上圖所示。四、執(zhí)行機構(gòu)選型設(shè)計和方案評價 1、機構(gòu)選型 根據(jù)間歇機構(gòu)（自動轉(zhuǎn)位機構(gòu)），灌裝機構(gòu)，壓蓋密封機構(gòu)和粘貼機構(gòu)這四個執(zhí)行構(gòu)

11、件的動作要求和結(jié)構(gòu)特點可以選擇一些常用機構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣，如表1.1所示。可以計算出醬類灌裝機機構(gòu)及其傳動裝置的運動方案數(shù)目n=3333=81。表1.1機構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)棘輪機構(gòu)灌裝機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)凸輪機構(gòu)滑塊搖桿機構(gòu)壓蓋密封機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)曲柄擺桿機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)粘貼機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)直動從動件固定凸輪機構(gòu)滑塊搖桿機構(gòu)（1）轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)的選型a、不完全齒輪機構(gòu)圖4-1不完全齒輪機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易制造。與其它間歇機構(gòu)相比，其從動輪每轉(zhuǎn)一周的停歇次數(shù)，運動和停歇的時間比例，可在較寬廣的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 缺點：嚙合傳動的開始和終了

12、時，速度有突破，且加速度也不連續(xù)，故沖擊較大，運動不平穩(wěn)，定位不準(zhǔn)確，所以不用。b、棘輪間歇機構(gòu) 棘輪間歇機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：定位可靠，精確?？梢赃x擇適當(dāng)?shù)谋P形從動件來減少動載荷，承載力大，可用于大扭矩間歇運動場合，適用范圍廣，設(shè)計限制少，可用于各種運動規(guī)律。 缺點：棘輪設(shè)計加工難度大，加工成本高，裝配調(diào)整要求嚴格，經(jīng)濟成本高，剛性沖擊較大，所以不用。c、槽輪機構(gòu)圖4-3槽輪機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，轉(zhuǎn)位平穩(wěn)，工作可靠，機械效率高，且停止轉(zhuǎn)動時圓槽具有鎖位功能。 缺點：其運動規(guī)律不能選擇，調(diào)節(jié)性能差，在撥銷進入和脫出槽輪時會產(chǎn)生柔性沖擊，故常使用于速度要求不太高的運動中，我們所需要

13、設(shè)計的自動灌裝機夠中的六工位轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速不高，此缺點可以忽略，故比較合理，因而選用此機構(gòu)作為自動轉(zhuǎn)為機構(gòu)。（2）裝灌機構(gòu) a、偏置曲柄滑塊機構(gòu)（見附圖2） 圖4-5 偏置曲柄滑塊機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：就其理想的運動特性來說，此機構(gòu)完全能實現(xiàn)直線往復(fù)移動。如果連桿設(shè)計得當(dāng)，此機構(gòu)具有傳遞平穩(wěn)運動精確地優(yōu)點。 缺點：由于連桿機構(gòu)的運動鏈較長，各運動副的運動誤差可能會引起機構(gòu)較大的誤差累積，但總體上很好的把握機構(gòu)的運動，所以選擇這個機構(gòu)為灌裝機構(gòu)。b、圓柱凸輪機構(gòu)圖4-6 圓柱凸輪機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各項預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)間緊湊。缺點：凸輪廓線與推桿之

14、間為點線接觸，易磨損，磨損后傳動不平穩(wěn)，需經(jīng)常更換，造成經(jīng)濟成本高，所以不用。（3）自動壓蓋機構(gòu) 由于壓蓋機構(gòu)需一定的保壓時間，所以選著凸輪機構(gòu)，凸輪機構(gòu)比連桿機構(gòu)可以更好的設(shè)定保壓時間，凸輪的形狀有很多，在此選用圓柱形凸輪，其機構(gòu)示意圖如圖2-6所示。設(shè)定一定圓柱凸輪的工作曲線，可以使活塞按預(yù)期的運動規(guī)律運動，且其壓力角為0，可以產(chǎn)生較大的力，缺點是易磨損，所以要使用高強度鋼。（圓柱凸輪壓蓋示意圖見附圖3）（4）自動粘貼商標(biāo)機構(gòu)a、偏置曲柄滑塊機構(gòu)圖4-8偏置曲柄滑塊機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：就其理想的運動特性來說，此機構(gòu)完全能實現(xiàn)直線往復(fù)移動。如果連桿設(shè)計得當(dāng)，此機構(gòu)具有傳遞平穩(wěn)運動精確地優(yōu)點。

15、缺點：由于連桿機構(gòu)的運動鏈較長，各運動副的運動誤差可能會引起機構(gòu)較大的誤差累積，特別適當(dāng)運動副磨損之后，運動副間隙難以補償，而且由于運動副尺寸過大，會導(dǎo)致機構(gòu)體積增大，所以不用。b、直動從動件固定凸輪機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu)示意圖 優(yōu)點：只要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿得到各項預(yù)期的運動規(guī)律，而且機構(gòu)間緊湊。 缺點：凸輪廓線與推桿之間為點線接觸，易磨損。但貼標(biāo)簽產(chǎn)生的力小，對凸輪的磨損??；綜合比較，所以選擇這個機構(gòu)作為粘貼商標(biāo)機構(gòu)。 2、執(zhí)行運動方案及其運動組合 經(jīng)過對各種機構(gòu)的評估優(yōu)選，特別是滿足預(yù)訂的運動要求，從這些選型中剔除明顯的不合理方案，最后的選出一個較好的運動方案。轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)

16、灌裝機構(gòu)壓蓋密封機構(gòu)粘貼商標(biāo)機構(gòu)槽輪機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)圓柱凸輪間歇機構(gòu)圓柱凸輪機構(gòu) 灌裝機構(gòu)選用偏置曲柄滑塊機構(gòu)，輪用帶傳動，旋轉(zhuǎn)時帶動活塞上下運動，活塞向下運動為壓料，向下運動為吸料；醬料靠自重和活塞吸力由料斗輸進缸內(nèi)，料斗出口單向錐閥由柔性彈簧連接，主要是防止活塞壓料時料被壓回料斗；活塞向上運動時缸內(nèi)壓力降低，料斗內(nèi)的料被吸入，同時出口處的錐閥關(guān)閉，防止料流出；攪拌器的目的是防止料離析；壓蓋機構(gòu)選用圓柱凸輪機構(gòu)，貼標(biāo)簽機構(gòu)選用直動從動件固定凸輪機構(gòu)，桿的上下運動與壓桿的上下運動一致，左右運動由斜塊幾何尺寸決定。將各機構(gòu)示意圖及連接機構(gòu)匯總：圖4-10裝料機構(gòu)示意圖 圖4-11貼標(biāo)簽機構(gòu)示

17、意圖 圖4-12壓蓋機構(gòu)示意圖如圖所示，灌裝機構(gòu)選用偏置曲柄滑塊機構(gòu)，輪用帶傳動，旋轉(zhuǎn)時帶動活塞上下運動，活塞向下運動為壓料，向下運動為吸料；醬料靠自重和活塞吸力由料斗輸進缸內(nèi)，料斗出口單向錐閥由柔性彈簧連接，主要是防止活塞壓料時料被壓回料斗；活塞向上運動時缸內(nèi)壓力降低，料斗內(nèi)的料被吸入，同時出口處的錐閥關(guān)閉，防止料流出；攪拌器的目的是防止料離析；壓蓋機構(gòu)選用圓柱凸輪機構(gòu)；貼標(biāo)簽機構(gòu)同樣選擇了圓柱凸輪機構(gòu)。 五、機械運動方案示意圖繪制按已選定的執(zhí)行機構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)，畫出灌裝機構(gòu)的運動方案示意圖（見附圖1）。 六、執(zhí)行機構(gòu)的運動尺度綜合及運動分析1、裝料機構(gòu)尺寸綜合及運動分析（1）綜合尺寸 圖

18、6-1偏置曲柄滑塊機構(gòu) 裝料為偏置曲柄滑塊機構(gòu)。已知滑塊機構(gòu)的行程為h=50mm,取行程數(shù)度變化系數(shù)k=1.4偏心距e=25mm。一次裝料為m=300g,醬料的密度為=1.2g/,醬瓶的體積為v=300。裝料缸橫截面積為a=50半徑r=40mm。如圖6-1為裝料為偏置曲柄滑塊機構(gòu)運動簡圖，其中取=1mm/mm。（2）利用圖解法具體操作步驟如下：1） 計算極位夾角2） 按行程h做出極限位置，。做出直角三角形d，其中d=603） 做出直角三角形d的外接圓 。4） 做與平行且相距e=59.1mm的直線，與圓相交與a點，即為曲柄回轉(zhuǎn)中心。5） 量取計算各桿長度曲柄長度a=14.50mm 連桿長度b=

19、=78.50mm 6） 曲柄轉(zhuǎn)速n=12r/min2、 壓蓋密封和標(biāo)簽粘貼機構(gòu)的尺寸綜合及運動分析 1）尺寸綜合圓柱凸輪半徑 ：r=100 mm滾子半徑 ：r=30 mm行程 ：h=50 mm推程角 ：1=60回程角 ：2=90近休止角 ：3=60 遠休止角 ：4=150得到凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)速 ： w= 12 r/min壓蓋密封機構(gòu)運動規(guī)律壓蓋密封機構(gòu)選用的是凸輪間歇機構(gòu)，從動件從圓柱凸輪轉(zhuǎn)動最高的位置運動到圓柱凸輪最底的位置時，凸輪所轉(zhuǎn)過的角度為，如圖6-2所示；標(biāo)簽粘貼機構(gòu)與圓柱凸輪機構(gòu)有剛性桿件固結(jié)在一起，縱向行程h也壓蓋機構(gòu)一樣，斜面傾角，則其橫向位移為s=h tan，取=45，則s=h。3

20、、槽輪間歇機構(gòu) 槽輪機構(gòu)的幾何尺寸計算：1） 槽間角2j2，2j2=2） 槽輪運動角，=3） 圓銷回轉(zhuǎn)半徑，=300sin30mm=150mm4） 槽輪半徑，=300cos30mm=260mm5） 鎖止弧張角，=360-2j1=360-120=2406） 圓銷半徑r，取r=25mm7） 槽輪齒頂厚e，取e=5mm8） 鎖止弧半徑rs，（150-25-5）mm=120mm9） 槽輪槽深h，h-（a-r）=260-（300-150-25）mm=135mm，取h=140mm10） 運動系數(shù)k，k=-=11） 與a的比值，=0.512） 槽輪機構(gòu)的運動分析槽輪角位移：j2=n槽輪角速度：=槽輪角加速度：=其中， =1.676rad/s7、 機械傳動系統(tǒng)設(shè)計1、機械機構(gòu)及其傳動路線如圖所示 通過電動機輸出皮帶輪的傳遞與減速，帶動軸再通過齒輪及一系列機構(gòu)的傳動使得凸輪圓柱機構(gòu)（添加醬料），凸輪圓柱機構(gòu)（加蓋，貼標(biāo)簽），槽輪機構(gòu)（工位轉(zhuǎn)盤）運動使整個機器得以運轉(zhuǎn)，如圖7-1所示。，凸輪圓柱機構(gòu)（添加醬料）直齒輪電動機凸輪圓柱機構(gòu)（加蓋，貼標(biāo)簽）錐齒輪齒輪傳動帶傳動槽輪機構(gòu)（工位轉(zhuǎn)盤）錐齒輪 傳動機構(gòu)及傳動路線2、機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計從原動件到用于沖壓和脫模的曲柄滑塊機構(gòu)、用于掃屑的凸輪機構(gòu)以及用于模筒轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動的槽輪機構(gòu)采用分路傳動，圖8.15表示了所用的傳動機構(gòu)及傳遞路線。3、速比