醬類食品灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計

1、湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計資 料 袋 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 第 二 學(xué)年第 二 學(xué)期 課程名稱 機(jī)械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 職稱 教授 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 題 目 醬類食品灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計 成 績 起止日期 2011 年 7月 1 日 2011 年 7月 5日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數(shù)量備 注1課程設(shè)計任務(wù)書12課程設(shè)計說明書13課程設(shè)計圖紙119張456 - 20 -機(jī) 械 原 理 課程設(shè)計設(shè)計說明書 醬類食品灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計 起止日期： 2011 年 7 月 1 日 至 2011 年 7 月 5 日學(xué)生姓名班級學(xué)號成績指導(dǎo)教師(簽字)機(jī)械工程學(xué)

2、院（部）2011年 7月1 日目錄設(shè)計任務(wù)書1. 設(shè)計題目2. 工作原理和工藝動作分解3. 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖4. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型5. 機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定6. 機(jī)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)7. 機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖8. 灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計9. 灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)三維建模10.灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)速度與加速度分析（分析一個位置）11.參考資料.12.設(shè)計總結(jié)湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2010 2011 學(xué)年第 2 學(xué)期 機(jī)械工程 學(xué)院（系、部） 專業(yè) 班級課程名稱： 機(jī)械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 醬類食品灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計 完成期限：自 2011 年 7 月 1 日至 2011 年 7

3、月 5 日共 一 周內(nèi)容及任務(wù)一、設(shè)計的任務(wù)與主要技術(shù)參數(shù)醬類食品灌裝機(jī)是食品加工企業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備。其工藝過程是： （1）將灌裝物料輸送至料斗；（2）將空瓶或灌裝送至多工位轉(zhuǎn)盤，并能自動傳位；（3）能實現(xiàn)定量灌裝；（4）進(jìn)行壓蓋密封；（5）進(jìn)行粘貼商標(biāo)；（6）將成品送出；二、原始數(shù)據(jù)1灌裝物料：芝麻醬、花生醬、草莓醬、甜面醬、辣椒醬或蕃茄醬等；2灌裝能力： 22瓶/min；3每瓶醬凈重：（200400）克/min；4定量灌裝、加蓋密封、粘貼商標(biāo)工藝的工作行程： 80mm；5所需電機(jī)功率： 3.0kW， 電機(jī)同步轉(zhuǎn)速： 1500 r/min；三、設(shè)計工作量要求：對設(shè)計任務(wù)課題進(jìn)行工作原理和

4、工藝動作分解，根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖，進(jìn)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型，構(gòu)思該機(jī)械運(yùn)動方案，并進(jìn)行的選擇和評定，確定機(jī)械運(yùn)動的總體方案，根據(jù)任務(wù)書中的技術(shù)參數(shù)，確定該機(jī)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)，作出機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖，對相關(guān)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的具體尺度進(jìn)行分析與設(shè)計。要求有設(shè)計說明書一份，相關(guān)圖紙一至兩張。（有條件的要求用三維動畫表述）。進(jìn)度安排起止日期工作內(nèi)容6.23-6.24工作原理分析、工藝動作分析、執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型和擬定6.25-6.26運(yùn)動規(guī)律和運(yùn)動協(xié)調(diào)設(shè)計、繪制運(yùn)動循環(huán)圖6.26-6.27機(jī)構(gòu)尺度設(shè)計、運(yùn)動分析6.27-6.28動力分析、繪制機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案簡圖6.28-6.30整理設(shè)計說明書、設(shè)計小結(jié)主

5、要參考資料1 朱理機(jī)械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 鄒慧君機(jī)械原理課程設(shè)計北京：高等教育出版社，2009：15-250指導(dǎo)教師： 2011 年7 月1 日系（教研室）主任：_ 2011 年7 月5 日1.設(shè)計題目：醬類食品灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計1.1設(shè)計原理：醬類灌裝機(jī)是由傳送裝置將物料輸送至料斗，然后通過轉(zhuǎn)盤的間歇運(yùn)動對空瓶進(jìn)行定量灌裝并壓蓋密封，在粘貼好商標(biāo)后將成品送出。1.2設(shè)計要求： 灌裝機(jī)構(gòu)設(shè)計要求： 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、為防止醬類食品變質(zhì)，產(chǎn)品密封性要好、在密封后有一定的保壓時間；3、整機(jī)由同一電動機(jī)驅(qū)

6、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、外形美觀、制造方便。傳動裝置設(shè)計要求：1、工作條件：兩班制，非連續(xù)單向運(yùn)轉(zhuǎn)，工作環(huán)境良好，有輕微震動；2、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(jī)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. 灌裝機(jī)形狀如圖1-1所示， 圖1-1灌裝機(jī)形狀圖2.工作原理和工藝動作分解2.1工作原理和工藝動作分解根據(jù)任務(wù)書的要求，該機(jī)械的應(yīng)有的工藝過程是，機(jī)構(gòu)應(yīng)具有四個執(zhí)行機(jī)構(gòu)（轉(zhuǎn)盤間

7、歇運(yùn)動機(jī)、定量灌裝機(jī)構(gòu)、壓蓋密封機(jī)構(gòu)、粘貼商標(biāo)機(jī)構(gòu)）。四個執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動形式為：(1)轉(zhuǎn)盤完成間歇轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時將瓶送至灌裝、壓蓋機(jī)構(gòu)處，轉(zhuǎn)盤停止轉(zhuǎn)動時完成灌裝、壓蓋動作。若機(jī)構(gòu)主動作一轉(zhuǎn)完成一個運(yùn)動循環(huán)，則轉(zhuǎn)盤位移線圖的形狀大致如圖2-1所示。 圖2-1轉(zhuǎn)盤角位移線圖(2)定量灌裝機(jī)構(gòu)內(nèi)部的活動塞子做水平往復(fù)運(yùn)動，活動塞子向前運(yùn)動時把醬壓入瓶內(nèi)，不過在此前，活動塞子有一段時間固定不動，讓瓶子被頂上從而使醬不被灌入瓶外。則其位移線圖如圖2-2. 圖2-2 定量灌裝機(jī)內(nèi)部位移圖 (3)壓蓋密封機(jī)構(gòu)做上下往復(fù)運(yùn)動，當(dāng)其下壓時將蓋子壓緊在瓶子上，并保持一定的保壓時間，所以有一段時間壓蓋頭也是不動的，以

8、保證密封性，隨后向上運(yùn)動，如此往復(fù)。其位移圖大致如圖2-3。圖2-3 壓蓋密封機(jī)構(gòu)位移圖（4）送出成品。3.根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運(yùn)動循環(huán)圖擬定運(yùn)動循環(huán)圖的目的是確定各機(jī)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。轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)主動件每轉(zhuǎn)完成一個運(yùn)動循環(huán)所以擬訂運(yùn)動循環(huán)圖時，以該主動件的轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)(0°、360°)，以各機(jī)構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件的位移為縱坐標(biāo)作出位移曲線。運(yùn)動循環(huán)圖的位移曲線主要著眼于運(yùn)動的起迄位置，根據(jù)上述表述作出灌裝機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的運(yùn)動循環(huán)圖如圖3-1所示工作轉(zhuǎn)臺停止轉(zhuǎn)動 停止灌裝壓蓋機(jī)構(gòu)的滑塊 退 進(jìn) 0 60 120 150 180 24

9、0 300 360 圖3-1灌裝機(jī)構(gòu)及其傳動裝置的運(yùn)動循環(huán)圖4.執(zhí)行機(jī)構(gòu)選型由上述分析可知，壓片機(jī)機(jī)構(gòu)有右四個分支：一為實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)；二為實現(xiàn)灌裝的定量灌裝機(jī)構(gòu)；三是壓蓋密封的壓蓋密封機(jī)構(gòu)；四是實現(xiàn)商標(biāo)粘貼的粘貼商標(biāo)機(jī)構(gòu)。此外，當(dāng)各機(jī)構(gòu)按運(yùn)動循環(huán)圖確定的相位關(guān)系安裝以后應(yīng)能作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，故在機(jī)構(gòu)之間還需設(shè)置能調(diào)整相位的環(huán)節(jié)(也可能是機(jī)構(gòu))。轉(zhuǎn)盤機(jī)械運(yùn)動機(jī)構(gòu)設(shè)計過程：實現(xiàn)自動轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)盤間歇運(yùn)動應(yīng)有下述幾種基本運(yùn)動功能：1)：轉(zhuǎn)盤每分鐘有22次間歇運(yùn)動，所以機(jī)構(gòu)的主動構(gòu)件轉(zhuǎn)速應(yīng)為22rmin，以電動機(jī)作為原動力，電動機(jī)轉(zhuǎn)速是1500r/min，則轉(zhuǎn)盤間歇機(jī)構(gòu)應(yīng)有運(yùn)動縮小的功能2)

10、原動機(jī)是水平放置的，轉(zhuǎn)盤的法線是垂直水平面的，所以機(jī)構(gòu)要有變換運(yùn)動方向的功能3)轉(zhuǎn)盤是間歇運(yùn)動，原動機(jī)是連續(xù)轉(zhuǎn)動，所以機(jī)構(gòu)還應(yīng)具有變換運(yùn)動形式的功能；方案一： 用定軸輪系減速，由不完全齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的間歇性轉(zhuǎn)動。此方案的優(yōu)點是，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪與不完全齒輪均便于加工。缺點：一方面，傳動比過大，用定軸輪系傳動時，占用的空間過大，使整個機(jī)構(gòu)顯得臃腫，且圓錐齒輪加工較困難；另一方面，不完全齒輪會產(chǎn)生較大沖擊，同時只能實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動而不能實現(xiàn)自我定位。 方案二： 灌裝與壓蓋部分采用如圖所示的等寬凸輪，輸送部分采用如圖所示的凸輪式傳輸機(jī)構(gòu)。缺點：等寬凸輪處會因摩擦而磨損，從而影響精確度 方案三：1如圖所示，由發(fā)

11、動機(jī)帶動，經(jīng)蝸桿渦輪減速；通過穿過機(jī)架的輸送帶輸入輸出瓶子； 圖1 旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)由槽輪機(jī)構(gòu)實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動與定位，如上圖所示；壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)采用同步的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，另外，在壓蓋灌裝機(jī)構(gòu)中，分別設(shè)置了進(jìn)料口、進(jìn)蓋口以及余料的出口。此方案為我們最終所選擇的方案。2.優(yōu)缺點分析。 優(yōu)點：蝸輪蝸桿傳動平衡，傳動比大，使結(jié)構(gòu)緊湊；傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲??；槽輪機(jī)構(gòu)能實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進(jìn)行。 缺點：在平行四邊行機(jī)構(gòu)中會出現(xiàn)死點，在機(jī)構(gòu)慣性不大時會影響運(yùn)動的進(jìn)行；由于機(jī)構(gòu)尺寸的限制，槽輪需用另外的電動機(jī)來帶動。圖4-5方案三定量灌裝機(jī)構(gòu)設(shè)計過程：實現(xiàn)定量灌

12、裝的定量灌裝機(jī)構(gòu)應(yīng)有下述幾種基本運(yùn)動功能：1)：灌裝能力是22瓶/min，所以機(jī)構(gòu)的主動構(gòu)件每分鐘水平往復(fù)22次，以電動機(jī)作為原動力，電動機(jī)轉(zhuǎn)速是1500r/min，則主加壓機(jī)構(gòu)應(yīng)有運(yùn)動縮小的功能2)原動機(jī)是轉(zhuǎn)動，構(gòu)件是水平方向移動，所以機(jī)構(gòu)要有變換運(yùn)動形式的功能3）由于要防止醬在灌入瓶子內(nèi)時掉到外面，所以需要將瓶子頂上一段距離，使灌嘴沒入瓶內(nèi)，所以當(dāng)活塞在推動醬進(jìn)入瓶內(nèi)前，有一段時間時停止的，所以該機(jī)構(gòu)必須能夠在行程末端停歇一段時間。先取上述(1)、(2)（3）、三種必須具備的功能來組成機(jī)構(gòu)方案。若每一功能僅由一類基本機(jī)構(gòu)來實現(xiàn)，如圖3-1所示，可組合成3*3*218種方案。選取如下圖四種方

13、案作為預(yù)選方案。圖4-7方案一圖4-8方案二圖4-9方案三圖4-10方案四5.機(jī)械運(yùn)動方案的選擇和評定圖4-1所示的方案一、三都采用了凸輪機(jī)構(gòu)。凸輪機(jī)構(gòu)雖能得到理想的運(yùn)動規(guī)律，但要使從動件達(dá)到90一100mm的行程，凸輪的向徑比較大，于是凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動空間也較大。而且凸輪與從動件是高副接觸，不宜用于低速、大壓力的場合。圖4-1所示的方案二采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，曲柄長度僅為滑塊行程的一半，機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡潔，尺寸較小，但滑塊在行程末端只作瞬時停歇，運(yùn)動規(guī)律不理想。圖4-1所示的方案四，將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)串聯(lián)，則可得到比較好的運(yùn)動規(guī)律，尺寸也不致過大。又因為它是全低副機(jī)構(gòu)，宜用于低速、重載。所以選

14、擇方案四。6.機(jī)械傳動系統(tǒng)的速比和變速機(jī)構(gòu)總傳動比計算： （5-1）第一級采用帶傳動，取傳動比為4，第二級采用雙級齒輪減速器，傳動比為14.4。7.機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖 圖7-1機(jī)械運(yùn)動簡圖A 圖7-2 醬類食品灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)減速器和多工位轉(zhuǎn)盤的cad裝配圖 8. 灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)的尺度設(shè)計1）蝸輪蝸桿設(shè)計：齒數(shù)模數(shù)（mm）壓力角（0）螺旋角直徑（mm）蝸輪20252014.04100蝸桿1252014.045002）齒輪設(shè)計模數(shù)（mm）壓力角（0）齒數(shù)直徑（mm）齒輪152020100齒輪2520603003）傳送帶的設(shè)計 速度：V=wr=72r/min*50mm 每兩個瓶子之間的距離S: t=S/v=1/(

15、w1/6 ) 其中 w1為轉(zhuǎn)臺的角速度 22r/min 解得：S80mm4）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的計算 由機(jī)構(gòu)整體尺寸，行程為137mmm ，行程速比系數(shù)K1.4 偏心距為50mmm 具體設(shè)計過程見圖解法5）平行四邊形機(jī)構(gòu)的設(shè)計 由于已知曲柄長度為50mm，連架桿長度為706.61mm，由平行四邊形定理可得出該機(jī)構(gòu)的尺寸。6）槽輪的設(shè)計L=450mm =30 R=Lsin 225 mm sLcos389 mm hs（LRr）130mm d12（Ls）60mm d22（L-R-r）100mm其中 L為中心距 圓銷半徑r30mm d1為撥盤軸的直徑 d2為槽輪軸的直徑9. 灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)三維建模 10.灌裝機(jī)機(jī)構(gòu)速度與加速度分析（分析一個位置）平行四邊形機(jī)構(gòu)的運(yùn)動曲線圖對A點進(jìn)行位移、速度、加速度分析：A點的加速度曲線位移曲線速度曲線由上述曲線可以看出，平行四邊形機(jī)構(gòu)在運(yùn)動過程中，為勻速運(yùn)動，加速度會發(fā)生突變，因而存在著沖擊。11.參考資料1.機(jī)械原理（第六版） 孫桓 陳作模 主編 高等教育出版社 2.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計（第二版）朱文堅 黃平 編 華南理工大學(xué)出版社3.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計 孫德志 張偉華 鄧子龍 編 科學(xué)出版社4.機(jī)械設(shè)計與理論 李柱國 主編 科學(xué)出版社5.機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計 朱家誠 主編 合肥工業(yè)大學(xué)6.機(jī)械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書 戴娟 主編 高等教育出版社12設(shè)計總結(jié)