醬類食品罐裝機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計

1、湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計任務(wù)書2015 2016 學(xué)年第 2 學(xué)期 機械工程 學(xué)院（系、部） 機械設(shè)計 專業(yè) 機械 1405 班級課程名稱： 機械原理課程設(shè)計 設(shè)計題目： 醬類食品罐裝機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計 完成期限：自 2016 年 6 月 13 日至 2016 年 6 月 17 日共 1 周內(nèi)容及任務(wù)1、 設(shè)計任務(wù)及主要技術(shù)參數(shù)（1） 按工藝要求擬定機構(gòu)運動循環(huán)圖；（2） 進行轉(zhuǎn)盤間隙運動機構(gòu)（自動轉(zhuǎn)位機構(gòu)）、定量罐裝機構(gòu)、壓蓋密封機構(gòu)、黏貼商標(biāo)機構(gòu)的選項；（3） 結(jié)合設(shè)計要求，比較各方案的優(yōu)缺點，選定合理的機械運動方案；（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

2、出機械運動方案簡圖；（6） 計算總傳動比，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） 對選定的某一機構(gòu)進行運動分析，繪制其執(zhí)行構(gòu)建的運動線圖。 原始數(shù)據(jù) 灌裝能力：22瓶/min  工作行程：80mm  電動機功率：3.0kw  每瓶醬凈重：200400g/瓶  電動機同步轉(zhuǎn)速：1500r/min2、 設(shè)計工作量 要求：對設(shè)計任務(wù)課題進行工作原理和工藝動作分解，根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構(gòu)選型，構(gòu)思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的總

3、體方案，根據(jù)任務(wù)書中的技術(shù)參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)，作出機構(gòu)運動簡圖，對相關(guān)執(zhí)行機構(gòu)的具體尺度進行分析與設(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）。進度安排起止日期工作內(nèi)容工作原理分析、工藝動作分析、執(zhí)行機構(gòu)選型和擬定6.14-6.14運動規(guī)律和運動協(xié)調(diào)設(shè)計、繪制運動循環(huán)圖機構(gòu)尺度設(shè)計、運動分析動力分析、繪制機構(gòu)運動方案簡圖整理設(shè)計說明書、設(shè)計小結(jié)主要參考資料1 朱理.機械原理（第2版）M.北京：高等教育出版社，2010年04月2 戴娟.機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書M.北京：高等教育出版社，2011年01月 指導(dǎo)教師： 2016年 6 月 17 日

4、 系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日湖南工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計資 料 袋 機械工程 學(xué)院（系、部） 第 二 學(xué)年第 二 學(xué)期 課程名稱 機械原理課程設(shè)計 指導(dǎo)教師 職稱 學(xué)生姓名 專業(yè)班級 學(xué)號 題 目 醬類食品罐裝機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計 成 績 起止日期 2016 年 6 月 13 日 2016 年 6 月 17 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22課程設(shè)計說明書13課程設(shè)計圖紙若干張456機 械 原 理 課程設(shè)計設(shè)計說明書醬類食品罐裝機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計起止日期： 2016 年 6 月 1 日 至 2016 年 6 月 17 日學(xué)生姓名班級學(xué)號成績指導(dǎo)

5、教師(簽字)機械工程學(xué)院（部）2016年 6月17 日目 錄1. 機器的功能和設(shè)計要求 12. 工作原理和工藝動作分解23.根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 34. 執(zhí)行機構(gòu)選型55.機械運動方案的選擇和評定 96.機構(gòu)運動簡圖107.減速器的傳送比和槽輪機構(gòu)118.減速器尺寸設(shè)計129.總傳動比計算1410.傳動尺寸設(shè)計 1511.減速器和多工位轉(zhuǎn)盤的cad裝配圖 1612.參考資料 1713.設(shè)計總結(jié) 18一、機器的功能和設(shè)計要求   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

6、裝機是食品加工企業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設(shè)備。   圖1所示為一種醬類食品灌裝機的實物外形圖   圖1 醬類食品灌裝機在設(shè)計過程中，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。整機由同一電動機驅(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、外形美觀、制造方便。其工作數(shù)據(jù)要求如下表： 罐裝能力：22瓶min工作行程：88mm電動機功率：3.0KW每瓶醬凈重：200-400g瓶電動機同步轉(zhuǎn)速：1500rmin   醬類食品灌裝機傳動裝置的設(shè)計也有如下要求： 1）  工作條件：兩班制，非連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，工作環(huán)

7、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：一般機械廠制造，可加工78級精度的齒輪及蝸輪。5） 動力來源：電力，三相交流（220V/380V）。 6） 工作轉(zhuǎn)速允許誤差：±3%5%。 7） 開式圓錐齒輪傳動比i4，帶傳動比i3.5。二、工作原理和工藝動作分解  醬類食品灌裝機的主要工藝動作經(jīng)過分析可知，有以下六個動作： 1）加料：將灌裝物料輸送至料斗(料腔)，該動作依靠重力作用即可完成，

8、實現(xiàn)自動加料； 2）轉(zhuǎn)盤間歇轉(zhuǎn)動：將空瓶或空罐送至多工位轉(zhuǎn)盤,并能自動轉(zhuǎn)位，實現(xiàn)灌裝，密 封，貼標(biāo)的轉(zhuǎn)換，有利于提高生產(chǎn)效率； 3）灌裝：能實現(xiàn)定量灌裝，應(yīng)根據(jù)設(shè)計要求確定空瓶灌裝階段停留的時間。又因為醬類的特殊性，故不能只依靠重力完成，需要采用特殊機構(gòu)來實現(xiàn)灌裝行為； 4）密封：進行壓蓋密封，密封后應(yīng)有一定的保壓時間；5）貼標(biāo)：進行粘貼商標(biāo)； 6）輸送：將灌裝，密封，貼標(biāo)完成后的成品送出。 電動機 減速器 運動分支 罐裝機構(gòu) 轉(zhuǎn)盤的 間隙機構(gòu) 壓 蓋 黏貼 密 封 商標(biāo) 機 構(gòu) 機構(gòu)三、 根據(jù)工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 擬定醬類食品灌裝

9、機的運動循環(huán)圖，主要是確定輸入、灌裝、密封、貼標(biāo)、輸出等執(zhí)行構(gòu)件的先后順序、相位，這樣有利于對各執(zhí)行機構(gòu)進行設(shè)計、裝配和調(diào)試。醬類食品灌裝機的灌裝機構(gòu)為主機構(gòu)，以它的原動件位于初始位置的時刻為起點，以橫坐標(biāo)表示主軸旋轉(zhuǎn)的角度，縱坐標(biāo)表示各執(zhí)行構(gòu)件的位移，機構(gòu)的運動循環(huán)圖如圖所示。如果以橫坐標(biāo)表示主軸旋轉(zhuǎn)的時間，縱坐標(biāo)表示機構(gòu)旋轉(zhuǎn)的角度，另一部分機構(gòu)的運動循環(huán)圖可以用圖4 表示，其中T 代表主軸旋轉(zhuǎn)一周所用的時間。四、執(zhí)行機構(gòu)選型 根據(jù)轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)、定量灌裝機構(gòu)、壓蓋密封機構(gòu)、粘貼商標(biāo)機構(gòu)這四個執(zhí)行機構(gòu)動作要求和結(jié)構(gòu)特點，可以選擇下表中所示的常用機構(gòu)轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)齒輪機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)棘輪機

10、構(gòu)槽輪機構(gòu)定量灌裝機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)滑塊搖桿機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)壓蓋密封機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)直動從動件凸輪機構(gòu)粘貼商標(biāo)機構(gòu)偏置曲柄滑塊機構(gòu)偏置曲柄機構(gòu)滑塊搖桿機構(gòu)直動從動件固定凸輪機構(gòu)3.1 轉(zhuǎn)盤間歇運動機構(gòu)不完全齒輪機構(gòu) 優(yōu)點：不完全齒輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠，從動輪運動時間和靜止時間可在較大范圍內(nèi)變化 缺點：從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速，輕載場合，所以不用。 不完全齒輪示意圖（2）槽輪機構(gòu) 槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易加工，工作可靠，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，機械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉(zhuǎn)速的

11、增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運動，所以比較合理，用此機構(gòu)。 槽輪機構(gòu)示意圖 3.2 定量灌裝機構(gòu)（1）偏置曲柄滑塊機構(gòu)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)。 偏置曲柄滑塊機構(gòu)示意圖（2） 凸輪機構(gòu)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，磨損后

12、傳動不平穩(wěn)，需經(jīng)常更換，造成經(jīng)濟成本高，所以不用 凸輪間歇機構(gòu)示意圖3.3 壓蓋密封機構(gòu) 方案一圖35壓蓋機構(gòu) 方案一該機構(gòu)加壓時間長，無增力，但有一定的沖擊性，磨損易變形，加工難度大 方案二 圖36壓蓋機構(gòu) 方案二優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，傳動精確、可靠，可滿足使用要求。 缺點：易磨損，制造較一般凸輪難，但是綜合比較之下這種機構(gòu)最為合適。 3.4 粘貼商標(biāo)機構(gòu) 分析知，自動貼商標(biāo)機構(gòu)由連續(xù)旋轉(zhuǎn)的貼商標(biāo)滾輪和往復(fù)運動的半圓形卡槽組成，即自動貼商標(biāo)機構(gòu)也是要求設(shè)計一個往復(fù)運動的機構(gòu)，往復(fù)過程迅速，兩頭有一定的停頓時間，活動過程中承載不大，所以選定直動從動件固定凸輪機構(gòu)來帶動商標(biāo)粘貼機構(gòu)。 五、機械運動方案

13、的評定 裝機構(gòu)中，若進行傳送空瓶，由于精度不夠，難以與多工位轉(zhuǎn)盤配合。在動力傳輸時，既可以選用一些標(biāo)準(zhǔn)直齒輪構(gòu)成的輪系進行動力傳遞，也可以選用皮帶傳輸，輪系在進行動力傳遞的同時還可以起到減速的作用，傳動比恒定，精確，傳遞效率高，使用壽命長，但是遠距離的傳遞需要多個齒輪齒合，從而加大了制造成本和整個機構(gòu)的重量，從經(jīng)濟性喝實用性考慮是不合理的，而相比之下皮帶傳動，傳動平穩(wěn)，噪音小，可緩沖和吸震，且加工成本低，所以優(yōu)先選用皮帶傳輸。傳統(tǒng)的灌裝機通常采用傳輸帶到六工位轉(zhuǎn)盤的傳輸方法，雖然傳輸帶比較平穩(wěn)，但是在交接的時候容易打滑，所以選用間隙旋轉(zhuǎn)工作臺的方案，此機構(gòu)較為可靠，結(jié)構(gòu)也較為簡單，有平穩(wěn)的運動

14、性能。 六、機械運動方案簡圖 用皮帶和定軸輪系減速，由槽輪實現(xiàn)輪臺的間歇性轉(zhuǎn)動。標(biāo)準(zhǔn)直齒輪槽輪均便加工。傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，噪聲小，且皮帶的 成本低，通常情況下應(yīng)優(yōu)先選用，但由于易磨損，所以在某些特殊工件上不建議使用傳送帶。通過鏈輪傳遞給凸輪使壓蓋和灌裝機能夠精確進行；槽輪機構(gòu)能實現(xiàn)間歇性轉(zhuǎn)動且能較好的定位，便于灌裝、壓蓋的進行。但是由于傳動比過大，用定軸輪系傳動時，占用的空間過大，且圓錐齒輪加工困難高速時不如帶傳動平穩(wěn)；鏈條工作時，特別是因磨損產(chǎn)生伸長以后，容易引起共振。圖6-1 醬類灌裝機構(gòu)運動簡圖七.減速器的傳送比和槽輪機構(gòu) i12=n1/n2=1000/100=1

15、0; i23=n2/n3=100/10=10;i34=n3/n4=10/122=0.4545i45=n4/n5=22/4=5.5第一級傳動，傳動比為10第二級傳動，傳動比為10第二級傳動，傳動比為0.4545第三級傳動，傳動比為5.5。八.機構(gòu)減速器尺度設(shè)計 根據(jù)方案一設(shè)計減速器機構(gòu)示意圖，如圖7-1所示：齒輪序號 1 2 2 3 4模數(shù)M33222齒數(shù)Z550550110壓力角2020202020齒厚b6.756.754.54.54.5分度圓直徑d=m×z1515010100160基圓直徑db =d×cos14.095140.959.39693.96206.73 圖8-1

16、 減速器機構(gòu)示意圖接下來，需要對五個齒輪尺寸進行分，其位置關(guān)系如圖7-4所示： 圖8-4九、總傳動比計算 根據(jù)選定的驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速n=1000r/min和生產(chǎn)率為12瓶/分鐘，它的機械傳動系統(tǒng)的總速比為： K=1000/12=83.3以下壓力角和模數(shù)均取標(biāo)準(zhǔn)值 a=20° m=3mmI=n1/n2=R1/R2I=3 n1=n*R1/R2=1000*20/60=333.3r/min第二級齒輪減速：n1=n1=333.3r/min 取z1=15 z2=60I=n1/n2=z2/z1N2=ni*z11=333.3*15/60=8303r/min又由于n2=n2=83.3r/min即可得出I

17、=n2/n3=7 z2=15 z3=60 因為六工位盤1/3（120°）時間轉(zhuǎn)動，2/3（240°）時間間歇。所以n4=n4=36r/minI=n4/n3”=3 取z3”=45 z4=z3”/I=15取z3=5 m=3 則查表得 d1=45 z6=30 n6=n3*z3/z6=2r/min=n6十、傳動件尺寸的確定由上述計算可知傳動齒輪設(shè)計如下表:齒輪模數(shù)m齒數(shù)z轉(zhuǎn)速r/min分度圓dz1315333.345z236083.3180z231583.345z336012180z3351215z3”34512135z43153645z6330290 十一、減速器和多工位轉(zhuǎn)盤的c

18、ad裝配圖十二、參考文獻 1朱理機械原理M北京：高等教育出版社，2010.04 2戴娟. 機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)書M.北京；高等教育出版社.2011.1 3鄒慧君.機械原理課程設(shè)計手冊M.北京.高等教育出版社.1998 4王三民，機械原理與設(shè)計課程設(shè)計M.北京。機械工業(yè)出版社，2005.十三、設(shè)計總結(jié)  一個星期的時間很快就過去了，在鄧英劍老師的指導(dǎo)和小組成員的協(xié)助下，我終于將機械原理課程設(shè)計完成了。通過這一次訓(xùn)練，我發(fā)現(xiàn)了自己眾多的知識盲點，意識到了自身能力的不足。在進行設(shè)計的前期過程中，我們不斷地修改設(shè)計方案，但是仍不能很好的實現(xiàn)預(yù)定的工藝動作。后來經(jīng)過查閱機械原理教材，和其他小組討論，查閱相關(guān)產(chǎn)品資料等方法，找到了類似的工藝動作的實現(xiàn)方法，并加以演變，才完成了整個醬類食品灌裝機的設(shè)計。  雖然這次完成課程設(shè)計的過程很曲折，很艱難，但是我們的收獲還是很大的。比如 槽輪機構(gòu)和圓柱凸輪機構(gòu)，在課堂上的時候并不是重點內(nèi)容，但是在實際的機械產(chǎn)品設(shè)計中，它們的應(yīng)用是很廣泛的。這樣，通過課程設(shè)計的“檢驗”，我們加深了對這方面知識的理解和應(yīng)用。另