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

1、湖南工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計資料袋二 學(xué)期機械工程 學(xué)院（系、部） 2010 2011學(xué)年第課程名稱機械原理課程設(shè)計指導(dǎo)教師老三職稱教授學(xué)生姓名老四專業(yè)班級機械0999班學(xué)號 09422222222222222題目醬類食品灌裝機機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計成 績起止日期2011年6月25日2011 年7月1日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)計圖紙張456-9 -設(shè)計說明書醬類食品灌裝機機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計起止日期：2011年6月25日至 2011年 7月1 日老四機械0999班094222222222學(xué)生姓名班級學(xué)號成績指導(dǎo)教師（簽字）機械工程學(xué)院（部）2011年7月1

2、日課程設(shè)計任務(wù)書2010-2011學(xué)年第二學(xué)期機械工程 學(xué)院 機械 專業(yè) 機械0999 班級課程名稱：機 械 設(shè) 計 課 程 設(shè) 計設(shè)計題目：醬類食品灌裝機機構(gòu)及其傳動裝置的設(shè)計完成期限：自 2011年6月22日 2011年7月1一、設(shè)計的主要技術(shù)參數(shù)：灌裝能力（瓶/ min ）： 21瓶/ min內(nèi)電動機功率/ kW: 2.9 kW容電動機同步轉(zhuǎn)速/ （ r / min）： 1500 r / min及 工作行程/ mm : 80 mm任每瓶醬凈重（g/瓶）；200400務(wù)工作條件：兩班制，使用年限 10年，非連續(xù)單向運轉(zhuǎn)，載荷平穩(wěn)，小批量生產(chǎn)，運輸鏈速度允許誤差土 3% ±5%.二

3、、 設(shè)計任務(wù)：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).定量灌裝機構(gòu)，壓蓋密封機構(gòu)，粘貼機構(gòu)的選型；3.選擇合理的機械運動機構(gòu)；4.擬定機械傳動方案，執(zhí)行機構(gòu)參數(shù)；5.畫出機構(gòu)運動方案簡圖：6.計算總傳動比，傳動系統(tǒng)設(shè)計及其主要傳動件尺寸計算。三、每個學(xué)生應(yīng)在教師指導(dǎo)下，獨立完成以下任務(wù):（1）減速機裝配圖1張；（2）零件工作圖（3）設(shè)計說明書起止日期23 張；1 份（60008000 字）。工 作內(nèi) 容進度安排6.25 - 6.26傳動系統(tǒng)總體設(shè)計及其畫出設(shè)計的圖；6.27 - 6.28設(shè)計傳動零件的設(shè)計圖及其參數(shù)計算；6.29 - 6.30醬類食品灌裝機機構(gòu)及其傳動裝

4、置的運動簡圖的整理、整理說明書7.1整理課程設(shè)計主要參考資料1 朱理.機械原理M.北京：高等教育出版社，2008: 15-2002 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.20113 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指導(dǎo)老師（簽字）： 老三2011年6月25 日系（教研室）主任（簽字）2011年7 月 1日0.設(shè)計任務(wù)書 11. 工作原理和工藝動作分析 22. 工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖 33. 執(zhí)行機構(gòu)選型 44. 機械運動方案的選擇和評定 55. 機構(gòu)運動簡圖 66. 械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu) 77. 參考資料 118. 設(shè)計總結(jié) 121

5、. 工作原理和工藝動作分解1. 工作原理分析灌裝機構(gòu)的工作原理圖如圖1-1所示，當(dāng)灌裝機構(gòu)向上運動，利用大氣壓強, 將醬料壓出，六位工作盤上（如圖1-2 ）的空罐接入醬料，工作盤旋轉(zhuǎn)到第二位, 壓蓋機構(gòu)向下壓，不完全齒輪上頂，完成壓蓋密封動作，再旋轉(zhuǎn)到下一個位，進 行粘貼商標(biāo)，貼完商標(biāo)，即可旋轉(zhuǎn)的送出位，將完成的醬罐送上皮帶。在此過程中完成了自動轉(zhuǎn)位，定量灌裝，壓蓋密封，粘貼商標(biāo)四個動作。圖1-1灌裝機構(gòu)的工作原理示意圖圖1-1灌裝機構(gòu)的工作原理示意圖圖1-2六位工作盤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，頂桿機構(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

6、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 ）將空瓶或空瓶送至多工位轉(zhuǎn)盤，并能自動轉(zhuǎn)位；3）能實現(xiàn)定量灌裝 利用偏置曲柄頂桿機構(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)。轉(zhuǎn)盤的間

7、 歇機構(gòu)壓蓋密封 機構(gòu)灌裝機構(gòu)粘貼商標(biāo)機 構(gòu)圖1-3灌裝機構(gòu)的運動傳遞路線2. 工藝動作和協(xié)調(diào)要求擬定運動循環(huán)圖擬定運動循環(huán)圖的目的是確定各機構(gòu)執(zhí)行構(gòu)件動作的先后順序、相位，以利丁設(shè)計、裝配和調(diào)試。以自動轉(zhuǎn)位機構(gòu)（間歇機構(gòu)）每轉(zhuǎn)完成一個運動循環(huán)所以擬訂運動循環(huán)圖 時，以轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)角作為橫坐標(biāo)（0°、3600 ）,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丁運動的起迄位置，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)圖如圖1-4所示。圖1-4灌裝機構(gòu)運動循環(huán)圖3. 執(zhí)行機構(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

8、 個執(zhí)行構(gòu)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?？梢杂嬎愠鲠u類灌裝機機構(gòu)及其傳動裝置的運動方案數(shù)目N。表1.1機構(gòu)選型的形態(tài)學(xué)矩陣轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)齒輪機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)棘輪機構(gòu)槽輪機構(gòu)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)直動從動件凸 輪機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)凸輪間歇機 構(gòu)粘貼機構(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) 轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)的選型(1) 凸輪間歇機構(gòu)圖2-1凸輪間歇機構(gòu)示意圖優(yōu)點：結(jié)構(gòu)比較緊湊，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，避免剛性沖擊和柔性沖擊，承

9、載力大，可用丁大扭矩間歇運動場合，分 度范圍大，適用范圍廣，設(shè)計限制少，可用丁各種運動規(guī)律。缺點：凸輪工作曲面復(fù)雜，加工難度大，加工成本高，裝配調(diào)整要求嚴(yán)格， 經(jīng)濟成本高，預(yù)緊容易自鎖，所以不用。(2) 不完全齒輪機構(gòu)圖2-2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)，連續(xù)，所以不用。(3) 槽輪機構(gòu)圖2-3槽輪機構(gòu)示意圖優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，容易制造。轉(zhuǎn)位迅速，其機械效率高，故能平 穩(wěn)地，間歇地進

10、行轉(zhuǎn)位。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，故常使用丁速度要求不太高的運動中， 我們所需要設(shè)計的冷霜自動灌 裝機中的六工位轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為6°每秒，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)。（二）裝灌機構(gòu)（1）偏置曲柄滑塊機構(gòu)圖2圖2-4偏置曲柄滑塊機構(gòu)示意圖（圖1和圖2）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：由丁連桿機構(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

11、構(gòu)：(2)凸輪間歇機構(gòu)圖2-5凸輪間歇機構(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)問緊湊。缺點：凸輪廓線與推桿之間為點線接觸，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。白動壓蓋機構(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：由丁連桿機構(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，而且由丁運動 副尺寸過大，會導(dǎo)致機構(gòu)體積增大，沒有停歇時間，不能進行壓蓋后的保壓功

12、能，所以不用。(2)凸輪間歇機構(gòu)圖2-7凸輪間歇機構(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)問緊湊，在壓蓋完成時具有一段間歇時間，可實現(xiàn)保壓。缺點：凸輪廓線與推桿之間為點線接觸，易磨損，但是綜合比較之下，這 種機構(gòu)最為合適，所以選擇這個機構(gòu)作為壓蓋密封機構(gòu)。圖2-6偏置滑塊機構(gòu)-13 -白動粘貼商標(biāo)機構(gòu)(1)偏置曲柄滑塊機構(gòu)-25 -圖2-8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。缺點：由丁連桿機構(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

13、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，而且由丁運動 副尺寸過大，會導(dǎo)致機構(gòu)體積增大，所以不用0(2)直動從動件固定凸輪機構(gòu)圖2-9直動從動件固定凸輪機構(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)問緊湊。缺點：凸輪廓線與推桿之間為點線接觸，易磨損，綜合比較，所以選擇這 個機構(gòu)作為粘貼商標(biāo)機構(gòu)。4. 機械運動方案的選擇和評定經(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，最后的出兩個較好的運動方案。如表 2-2所示。E動方案轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)灌裝機構(gòu)壓蓋密封機構(gòu)粘貼商標(biāo)機構(gòu)萬案一槽輪機構(gòu)凸輪間歇

14、機構(gòu)偏置曲柄滑塊 機構(gòu)直動從動件固 定凸輪機構(gòu)萬案一槽輪機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)凸輪間歇機構(gòu)直動從動件固定凸輪機構(gòu)綜上所述，兩種運動方案的主要區(qū)別在丁選擇兩種不同的壓蓋密封機構(gòu)，如圖 3-1所示主要的區(qū)別。圖3-1.1方案一彈簧重物圖3-1.2方案二圖3-1方案一和方案二的主要運動區(qū)別示意圖圖3-1.1所示的是偏置曲柄滑塊機構(gòu)，利用曲柄的轉(zhuǎn)動帶動三角架的轉(zhuǎn)動 使重物上、下運動，將瓶蓋壓在醬罐上，完成壓蓋密封動作。圖 3-1.2所示為 凸輪間歇機構(gòu)，為了保證滾子和凸輪充分接觸，在凸輪上安裝彈簧，當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)動 時，帶動三角架轉(zhuǎn)動使重物上、下反復(fù)運動，完成這一位置上的壓蓋密封動作。比較：1.方案一的壓蓋密封機

15、構(gòu)，傳動系統(tǒng)運動鏈短，曲柄滑塊機構(gòu)滿足運 動要求的尺寸綜合難度大，方案二的傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，且機構(gòu)綜合容易，可以 精確滿足運動要求。2.方案一當(dāng)壓蓋完成時，由丁曲柄滑塊機構(gòu)的垂直位移時刻 在變，沒有保壓時間，方案二在壓蓋完成時，有一段間歇運動時間，可以滿足保 壓時間的要求，防止了醬類食品的變質(zhì)。綜合各方面的優(yōu)勢，所以選擇方案二作 為壓蓋密封機構(gòu)。5. 機構(gòu)運動簡圖按已經(jīng)選定的四個執(zhí)行機構(gòu)和機械傳動系統(tǒng)，畫出醬類食品灌裝機機構(gòu)機械運 動方案示意圖，如圖4-1所示。圖4-1機械運動方案示意圖6. 機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構(gòu)1. 變速機構(gòu)的運動分析圖5-1根據(jù)圖5-1得到下列數(shù)據(jù)：(1) 1為皮帶

16、輪：ii = 2,2、3、4、5、6 為齒輪：z 2=20 z 3=100 z 4=20 z 5=140 Z6=20i 32=Z3/Z 2=140/20=7 ,i 54=z5/z 4=100/20= 5n1=n/(i 1*i 32*i 34)=1500/(2*7*5)=14r/min(2) 減速器由齒輪6輸出14 r/min的轉(zhuǎn)速，經(jīng)過一級齒輪傳動后，減少到7/min6、7 為齒輪：z6=20 z 7=40, i 76=z7/z 6=40/20=2,(3) n2=n/i 76=7 / 2=r/min所以轉(zhuǎn)盤旋速為3.5r/min時，每分鐘灌裝的瓶數(shù)為21瓶。2.裝灌機構(gòu)和壓蓋密封機構(gòu)的尺寸綜合

17、及運動分析灌裝機構(gòu)和壓蓋密封機構(gòu)選用的是凸輪間歇機構(gòu)，從動件從距凸輪轉(zhuǎn)動中心最遠的位置運動到距凸輪轉(zhuǎn)動中心最近的地方時，凸輪所轉(zhuǎn)過的角度為a，如圖5-3所示。圖5-3凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)動規(guī)律r0=400 mm r=30 mm H=300 mm a 0=60° a 1 =60a 2=90° a 3=150° a =30°:w=2.198/s基圓半徑：滾子半徑：行程：推程角：回程角：近休止角：遠休止角：最大壓力角：得到凸輪機構(gòu)轉(zhuǎn)速3. 粘貼機構(gòu)的尺寸綜合分析h=100mm o 由運粘貼機構(gòu)采用直動從動件固定凸輪機構(gòu)，已知從動件的行程為 動循環(huán)機構(gòu)圖可得到凸輪的位移曲

18、線，如圖5-4所示。圖5-4凸輪機構(gòu)位移曲線圖5-5直動從動件固定凸輪機構(gòu)根據(jù)凸輪機構(gòu)的位移曲線設(shè)計直動從動件凸輪機構(gòu)，如圖 5-5所示，其中固 定凸輪采用固定槽，棍子的運動沿著預(yù)定的軌跡，可以達到工作的行程，完成粘 貼動作。4. 轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)的尺寸綜合轉(zhuǎn)盤間歇機構(gòu)采用單圓銷槽輪機構(gòu)實現(xiàn)間歇運動，如圖5-6所示。已知主盤的轉(zhuǎn)速為3.5r/min,中心距a=300m瑚工位要求槽數(shù)為 Z=6。槽輪機構(gòu)的幾何尺寸計算：1）槽問角 2 2,2 2=360° /z=60°2）槽輪運動角21, 21=180° -22=120°3）圓銷回轉(zhuǎn)半徑 R1, R1=asin

19、 2=300x sin30 0 =150mm4）槽輪半徑 R2, R2=acos 2=300X cos30° =260mm5）鎖止弧張角 丫，T =360° -2 1=360° -120 0 =240°6）圓銷半徑r,取r=R1/6=25mm7）槽輪齒頂厚e,取e=5mm8）鎖止弧半徑 Rs , Rs=R-r-e=（150-25-5）mm=120mm9）槽輪槽深 h, h>R-（a-R 1-r）=260-（300-150-25）mm=135 ,取 h=140mm10）運動系數(shù) k, k=1/2-1/Z=1/311）Ri 與 a 的比值入，入=R1/a=150/300=0.512）槽輪機構(gòu)的運動分析槽輪角位移：小 2=arctan入 sin i/（1-入 cos ）槽輪角速度：3 2=d 小 2/dt=入（cos 1-入）/（1-2