醬類食品罐裝機構及其傳動裝置的設計

1、湖南工業(yè)大學課程設計任務書2015 2016 學年第 2 學期 機械工程 學院（系、部） 機械設計 專業(yè) 機械 1405 班級課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 醬類食品罐裝機構及其傳動裝置的設計 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1、 設計任務及主要技術參數(shù)（1） 按工藝要求擬定機構運動循環(huán)圖；（2） 進行轉盤間隙運動機構（自動轉位機構）、定量罐裝機構、壓蓋密封機構、黏貼商標機構的選項；（3） 結合設計要求，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)設計及主要傳動件尺寸計算。（7） 對傳動機構和執(zhí)行機構進行運動學尺寸計算（可用圖解法、解析法或計算機編程完成）；（8） 對選定的某一機構進行運動分析，繪制其執(zhí)行構建的運動線圖。 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  電動機同步轉速：1500r/min2、 設計工作量 要求：對設計任務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)調要求擬定運動循環(huán)圖，進行執(zhí)行機構選型，構思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的總

3、體方案，根據(jù)任務書中的技術參數(shù)，確定該機械傳動系統(tǒng)的速比和變速機構，作出機構運動簡圖，對相關執(zhí)行機構的具體尺度進行分析與設計。 要求有設計說明書一份，相關圖紙一至兩張。（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6.13-6.13工作原理分析、工藝動作分析、執(zhí)行機構選型和擬定6.14-6.14運動規(guī)律和運動協(xié)調設計、繪制運動循環(huán)圖6.15-6.15機構尺度設計、運動分析6.16-6.16動力分析、繪制機構運動方案簡圖6.17-6.17整理設計說明書、設計小結主要參考資料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.機械原理課程設計指導書M.北京：高

4、等教育出版社，2011年01月 指導教師： 2016年 6 月 17 日 系（教研室）主任（簽字）： 年 月 日湖南工業(yè)大學課 程 設 計資 料 袋 機械工程 學院（系、部） 第 二 學年第 二 學期 課程名稱 機械原理課程設計 指導教師 職稱 學生姓名 專業(yè)班級 學號 題 目 醬類食品罐裝機構及其傳動裝置的設計 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課程設計任務書22課程設計說明書13課程設計圖紙若干張456 機械原理課程設計機 械 原 理 課程設計設計說明書醬類食品罐裝機構及其傳動裝置的設計起止日期：

5、 2016 年 6 月 1 日 至 2016 年 6 月 17 日學生姓名班級學號成績指導教師(簽字)機械工程學院（部）2016年 6月17 日目 錄1. 機器的功能和設計要求 12. 工作原理和工藝動作分解23.根據(jù)工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖 34. 執(zhí)行機構選型55.機械運動方案的選擇和評定 96.機構運動簡圖107.減速器的傳送比和槽輪機構118.減速器尺寸設計129.總傳動比計算1410.傳動尺寸設計 1511.減速器和多工位轉盤的cad裝配圖 1612.參考資料 1713.設計總結 18一、機器的功能和設計要求   醬類食品如芝麻醬、花生醬、草莓醬、甜面醬、

6、辣椒醬或番茄醬等，因風味獨特，深受廣大消費者的喜愛，是餐飲酒店、居家旅行之佳品。醬類食品灌裝機是食品加工企業(yè)不可缺少的生產(chǎn)設備。   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計過程中，為防止醬類食品變質，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動，轉盤的轉位應準確平穩(wěn)，整體結構緊湊、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瓶電動機同步轉速：1500rmin   醬類食品灌裝機傳動裝置

7、的設計也有如下要求： 1）  工作條件：兩班制，非連續(xù)單向運轉，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

8、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，實現(xiàn)自動加料； 2）轉盤間歇轉動：將空瓶或空罐送至多工位轉盤,并能自動轉位，實現(xiàn)灌裝，密 封，貼標的轉換，有利于提高生產(chǎn)效率； 3）灌裝：能實現(xiàn)定量灌裝，應根據(jù)設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，需要采用特殊機構來實現(xiàn)灌裝行為； 4）密封：進行壓蓋密封，密封后應有一定的保壓時間；5）貼標：進行粘貼商標； 6）輸送：將灌裝，密封，貼標完成后的成品送出。 電動機 減速器 運動分支 罐裝機構 轉盤的 間隙機構 壓 蓋 黏

9、貼 密 封 商標 機 構 機構三、 根據(jù)工藝動作和協(xié)調要求擬定運動循環(huán)圖 擬定醬類食品灌裝機的運動循環(huán)圖，主要是確定輸入、灌裝、密封、貼標、輸出等執(zhí)行構件的先后順序、相位，這樣有利于對各執(zhí)行機構進行設計、裝配和調試。醬類食品灌裝機的灌裝機構為主機構，以它的原動件位于初始位置的時刻為起點，以橫坐標表示主軸旋轉的角度，縱坐標表示各執(zhí)行構件的位移，機構的運動循環(huán)圖如圖所示。如果以橫坐標表示主軸旋轉的時間，縱坐標表示機構旋轉的角度，另一部分機構的運動循環(huán)圖可以用圖4 表示，其中T 代表主軸旋轉一周所用的時間。四、執(zhí)行機構選型 根據(jù)轉盤間歇運動機構、定量灌裝機構、壓蓋密封機構、粘貼商標機構這四個執(zhí)行機構

10、動作要求和結構特點，可以選擇下表中所示的常用機構轉盤間歇運動機構齒輪機構凸輪間歇機構棘輪機構槽輪機構定量灌裝機構偏置曲柄滑塊機構凸輪間歇機構滑塊搖桿機構凸輪間歇機構壓蓋密封機構偏置曲柄滑塊機構凸輪間歇機構直動從動件凸輪機構粘貼商標機構偏置曲柄滑塊機構偏置曲柄機構滑塊搖桿機構直動從動件固定凸輪機構3.1 轉盤間歇運動機構不完全齒輪機構 優(yōu)點：不完全齒輪機構結構簡單、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 槽輪機構結構簡單，易加工，工作可靠，轉角準確，機

11、械效率高。但是其動程不可調節(jié)，轉角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調節(jié)轉位角度的轉位運動，所以比較合理，用此機構。 槽輪機構示意圖 3.2 定量灌裝機構（1）偏置曲柄滑塊機構優(yōu)點：就其理想的運動特性來說，此機構完全能實現(xiàn)直線往復移動。如果連桿設計得當，此機構具有傳遞平穩(wěn)運動精確地優(yōu)點。缺點：由于連桿機構的運動鏈較長，各運動副的運動誤差可能會引起機構較大的誤差累積，但總體上很好的把握機構的運動，所以選擇這個機構為灌裝機構。 偏置曲柄滑塊機構示意圖（2） 凸輪機構優(yōu)點：只要適當?shù)卦O計出凸輪的輪廓曲線，就可以使推桿

12、得到各項預期的運動規(guī)律，而且機構間緊湊。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 凸輪間歇機構示意圖3.3 壓蓋密封機構 方案一圖35壓蓋機構 方案一該機構加壓時間長，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 方案二優(yōu)點：結構簡單，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最為合適。 3.4 粘貼商標機構 分析知，自動貼商標機構由連續(xù)旋轉的貼商標滾輪和往復運動的半圓形卡槽組成，即自動貼商標機構也是要求設計一個往復運動的機構，往復過程迅速，兩頭有一定的停頓時間

13、，活動過程中承載不大，所以選定直動從動件固定凸輪機構來帶動商標粘貼機構。 五、機械運動方案的評定 裝機構中，若進行傳送空瓶，由于精度不夠，難以與多工位轉盤配合。在動力傳輸時，既可以選用一些標準直齒輪構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盤的傳輸方法，雖然傳輸帶比較平穩(wěn)，但是在交接

14、的時候容易打滑，所以選用間隙旋轉工作臺的方案，此機構較為可靠，結構也較為簡單，有平穩(wěn)的運動性能。 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)輪臺的間歇性轉動。標準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；槽輪機構能實現(xiàn)間歇性轉動且能較好的定位，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

15、醬類灌裝機構運動簡圖七.減速器的傳送比和槽輪機構 i12=n1/n2=1000/100=10; 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.機構減速器尺度設計 根據(jù)方案一設計減速器機構示意圖，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

16、 =d×cos14.095140.959.39693.96206.73 圖8-1 減速器機構示意圖接下來，需要對五個齒輪尺寸進行分，其位置關系如圖7-4所示： 圖8-4九、總傳動比計算 根據(jù)選定的驅動電機的轉速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)均取標準值 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

17、=333.3*15/60=8303r/min又由于n2=n2=83.3r/min即可得出I=n2/n3=7 z2=15 z3=60 因為六工位盤1/3（120°）時間轉動，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計如下表:齒輪模數(shù)m齒數(shù)z轉速r/min分度圓dz1315333.345z236083.3180z231583.345z336012180z33512

18、15z3”34512135z43153645z6330290 十一、減速器和多工位轉盤的cad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. 機械原理課程設計指導書M.北京；高等教育出版社.2011.1 3鄒慧君.機械原理課程設計手冊M.北京.高等教育出版社.1998 4王三民，機械原理與設計課程設計M.北京。機械工業(yè)出版社，2005.十三、設計總結  一個星期的時間很快就過去了，在鄧英劍老師的指導和小組成員的協(xié)助下，我終于將機械原理課程設計完成了。通過這一次訓練，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。在進行設計的前期過程中，我們不斷地修改設計方案，但是仍不能很好的實現(xiàn)預定的工藝動作。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計。  雖然這次完成課程設計的過程很曲折，很艱難，但是我們的收獲還是很大的。比如 槽輪機構和圓柱凸輪機構，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)品設計中，它們的應用是很廣泛的。這樣，通過課程設計的“檢驗”，我們加深了對這方面知識的理解和應用。另一方面