机械原理课程设计酱类食品灌装机构及其传动装置的设计

1、 2014-2015学年机械原理课程设计说明书酱类食品灌装机构及其传动装置的 设计汽车学院 车辆工程专业 2013220105班设计者：学 号：指导老师：2015年7月10日前言机械设计是机械工程的重要组成部分，是从市场的需求出发，通过构思、计划和决策，确定机械产品的功能、原理方案、技术方案、技术参数和结构等，并把设想变为现实的一种技术实践活动。这是我们在大学期间第一次应用已学过的知识和计算机工具比较全面的、具有实际内容和意义的课程设计，也是机械原理课程一个重要的实践教学环节。作为知识转化为能来的桥梁，机械原理课程设计的主要目的是进一步巩固和加深我们所学的理论知识，并将其系统化，同时通过设计培

2、养我们学生综合运用所学知识独立的解决实际问题的能力，使学生通过机械运动方案设计，学会合理地利用专业知识创造性地构思出各种可能的方案，并从中选出最优方案，在机构分析与综合方面得到一次全面的系统的训练。通过机械原理课程设计，可以培养我们学生的开发和创新能力，而创新能力的培养在机械原理课程设计中占有十分重要的位置。在机械原理课程设计中通过机械系统方案的创新构思与设计、机械系统多方案的评价与选优、设计内容的综合性和工程性，可以加强我们学生的现在机械设计基本功的训练与培养以及各种现代设计方案的掌握与应用，使我们学生具有跟高的综合素质，以适应时代的要求。目录前言2一、设计任务51、工作原理及工艺动作过程简

3、介52、原始数据及设计要求53、传动装置设计要求64、设计任务及要求6二、酱类食品灌装机工作原理和动作分析71、工作原理分析72、工艺动作分析8三、运动规律及运动协调设计91、机构选型10（1）转盘间歇机构的选型11（2）装灌机构14（3）压盖密封机构15（4）自动粘贴商标机构152、执行运动方案及其运动组合17四、执行机构的运动尺度综合及运动分析181、装料机构尺寸综合及运动分析18（1）综合尺寸18（2）利用图解法具体操作步骤如下：192、 压盖密封和标签粘贴机构的尺寸综合及运动分析19 3、槽轮间歇机23五、机械传动系统设计221、机械机构及其传动路线如图所示222、机械传动系统的设计2

4、33、速比分配24六、设计小结25参考文献26一、酱类食品灌装机的基本功能和相关工艺参数及主要设计要求1、工作原理及工艺动作过程简介 酱类食品如芝麻酱、花生酱、草莓酱、甜面酱、辣椒酱或番茄酱等，因风味独特，深受广大消费者的喜爱，是餐饮酒店、居家旅行之佳品。酱类食品灌装机时食品加工企业不可缺少的生产设备，其主要工艺动作有：（1）将灌装物料输送至料斗（料腔）；（2）将空瓶或空罐送至多工位转盘，并能自动转位；（3）能实现定量灌装；（4）进行压盖密封；（5）进行粘贴商标；（6）将成品输出。2、原始数据及设计要求灌装机构原始数据见表1-1表1-1 灌装机构原始数据 参数题号灌装能力（瓶/min）电动机功

5、率/kw电动机同步转速（r/min）工作行程/mm每瓶净重/(g/瓶)1121.5100050200-4002131.73141.94152.1605162.36172.47182.51500708192.69202.810212.98011403.012423.3备注1） 参数中的工作行程包含定量灌装、加盖密封、粘贴商标工艺等工作行程；2） 产品要求：为防止酱类食品变质，在密封后有一定的保压时间；3） 整机有同一台电动机驱动，转盘的转位应准确平稳，整体结构紧凑、性能可靠、操作简单、外表美观、制造方便。3、传动装置设计要求（1） 工作条件：两班制，非连续单向运转，工作环境良好，有轻微震动；（2

6、） 使用期限：十年，大修期三年；（3） 生产批量：小批量生产（少于10台）；（4） 生产条件：一般机械厂制造，可加工78级精度的齿轮及涡轮；（5） 动力来源：电力，三相交流（220/380v）；（6） 工作转速允许误差：3%5%；（7） 开式锥齿轮传动比i4,带传动比i3.5。4、设计任务及要求（1） 按工艺动作要求拟定机构运动循环图；（2） 进行转盘间歇运动机构（自动转位机构）、定量灌装机构、压盖密封机构、粘贴商标机构的选型；（3） 结合设计要求，比较各方案的优缺点，选定合理的机构运动参数；（4） 拟定机械传动方案，按给定的电动机确定执行机构运动参数；（5） 画出机械运动方案简图；（6） 计

7、算总传动比，传动系统设计及主要传动件尺寸计算；（7） 对传动机构和执行机构进行运动学尺寸计算（可用图解法、解析法或计算机编程完成）；（8） 对选定的某机构进行运动学分析，绘制其执行构件的运动线图。二、酱类食品灌装机工作原理和动作分析1、工作原理分析 灌装机构的原理如图所示。传送带将空瓶送至工位盘上，转盘的间歇转动使空瓶依次经过装料机构，压盖机构和贴标签机构，然后又经传送带输出；酱料靠自重和活塞吸力由料斗输进缸内，料斗出口单向锥阀由柔性弹簧连接，主要是防止活塞压料时料被压回料斗；活塞向上运动时缸内压力降低，料斗内的料被吸入，同时出口处的锥阀关闭，防止料流出；搅拌器的目的是防止料离析；压盖机构和贴

8、标签机构分别对瓶子加盖和贴标签，它们工作在同一个工位上，并且同时动作，之后料再由传送带输出。2、工艺动作分析 在工作的过程中，电动机带动各机构的运动（如下图所示），活塞机构上下反复的运动完成加料动作，间歇机构进行自动转位动作，带动完成压盖，粘贴商标的动作： 1）将灌装物料输送至料斗（料腔），可利用机械加入料斗中； 2）将空瓶或空灌送至多工位转盘，并能自动转位，空瓶用传送带传送，自动转位利用间歇机构实现； 3）能实现定量灌装 利用偏置曲柄滑块机构，使活塞上下运动，将酱料压入空瓶中； 4）压盖密封 压盖机构在电动机的驱动下，下压完成密封动作，间歇机构自动转位，即可完成下一步动作； 5）粘贴商标 利

9、用顶杆机构和凸轮机构将商标粘贴在罐上。 6）送出成品 自动转位机构将成品送上传送带完成送出。在完成酱类食品灌装的过程中，有灌装动作，自动转位动作，压盖密封动作，粘贴商标动作四个动作为重点，所以也要重点考虑：灌装机构，间歇机构（自动转位机构），压盖密封机构，粘贴机构。 电动机减速装置 运动分支 粘贴商标bbiao标机构压盖密封机构转盘间歇机构灌装机构 灌装机构的运动传递路线三、运动规律及运动协调设计 1、拟定运动循环图目的是确定各机构执行构件动作的先后顺序、相位，以利于设计、装配和调试。分析五个工艺动作，装料，压盖和贴标签的往复运动是最主要的运动。因此，设定压盖杆在最上边为起点位置，也是一个运动

10、循环的终点。装料、压盖、和贴标签的运动可以分为工作行程和回程两部分。 机构运动循环图送料机构吸料动作，压盖进程和转盘转动同时进行，当转盘停止转动时，活塞开始压料，压盖动作必须在转动停止后，压盖有一定的保压时间；当活塞压料停止后，转盘即可转动；贴标签与压盖动作同时进行；以压盖和贴标签主动件转角作为横坐标(0、360)，以各机构执行构件的位移为纵坐标作出位移曲线。运动循环图的位移曲线主要着眼于运动的起迄位置，根据上述表述作出灌装机构、压盖密封机构、粘贴机构的运动循环图如上图所示。四、执行机构选型设计和方案评价 1、机构选型 根据间歇机构（自动转位机构），灌装机构，压盖密封机构和粘贴机构这四个执行构

11、件的动作要求和结构特点可以选择一些常用机构选型的形态学矩阵，如表1.1所示。可以计算出酱类灌装机机构及其传动装置的运动方案数目n=3333=81。表1.1机构选型的形态学矩阵转盘间歇机构不完全齿轮机构槽轮机构棘轮机构灌装机构偏置曲柄滑块机构凸轮机构滑块摇杆机构压盖密封机构偏置曲柄滑块机构曲柄摆杆机构凸轮间歇机构粘贴机构偏置曲柄滑块机构直动从动件固定凸轮机构滑块摇杆机构（1）转盘间歇机构的选型a、不完全齿轮机构图4-1不完全齿轮机构示意图 优点：结构简单，工作可靠，容易制造。与其它间歇机构相比，其从动轮每转一周的停歇次数，运动和停歇的时间比例，可在较宽广的范围内调节。 缺点：啮合传动的开始和终了

12、时，速度有突破，且加速度也不连续，故冲击较大，运动不平稳，定位不准确，所以不用。b、棘轮间歇机构 棘轮间歇机构示意图 优点：定位可靠，精确。可以选择适当的盘形从动件来减少动载荷，承载力大，可用于大扭矩间歇运动场合，适用范围广，设计限制少，可用于各种运动规律。 缺点：棘轮设计加工难度大，加工成本高，装配调整要求严格，经济成本高，刚性冲击较大，所以不用。c、槽轮机构图4-3槽轮机构示意图 优点：结构简单，外形尺寸小，转位平稳，工作可靠，机械效率高，且停止转动时圆槽具有锁位功能。 缺点：其运动规律不能选择，调节性能差，在拨销进入和脱出槽轮时会产生柔性冲击，故常使用于速度要求不太高的运动中，我们所需要

13、设计的自动灌装机够中的六工位转盘转速转速不高，此缺点可以忽略，故比较合理，因而选用此机构作为自动转为机构。（2）装灌机构 a、偏置曲柄滑块机构（见附图2） 图4-5 偏置曲柄滑块机构示意图 优点：就其理想的运动特性来说，此机构完全能实现直线往复移动。如果连杆设计得当，此机构具有传递平稳运动精确地优点。 缺点：由于连杆机构的运动链较长，各运动副的运动误差可能会引起机构较大的误差累积，但总体上很好的把握机构的运动，所以选择这个机构为灌装机构。b、圆柱凸轮机构图4-6 圆柱凸轮机构示意图 优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各项预期的运动规律，而且机构间紧凑。缺点：凸轮廓线与推杆之

14、间为点线接触，易磨损，磨损后传动不平稳，需经常更换，造成经济成本高，所以不用。（3）自动压盖机构 由于压盖机构需一定的保压时间，所以选着凸轮机构，凸轮机构比连杆机构可以更好的设定保压时间，凸轮的形状有很多，在此选用圆柱形凸轮，其机构示意图如图2-6所示。设定一定圆柱凸轮的工作曲线，可以使活塞按预期的运动规律运动，且其压力角为0，可以产生较大的力，缺点是易磨损，所以要使用高强度钢。（圆柱凸轮压盖示意图见附图3）（4）自动粘贴商标机构a、偏置曲柄滑块机构图4-8偏置曲柄滑块机构示意图 优点：就其理想的运动特性来说，此机构完全能实现直线往复移动。如果连杆设计得当，此机构具有传递平稳运动精确地优点。

15、缺点：由于连杆机构的运动链较长，各运动副的运动误差可能会引起机构较大的误差累积，特别适当运动副磨损之后，运动副间隙难以补偿，而且由于运动副尺寸过大，会导致机构体积增大，所以不用。b、直动从动件固定凸轮机构圆柱凸轮机构示意图 优点：只要适当地设计出凸轮的轮廓曲线，就可以使推杆得到各项预期的运动规律，而且机构间紧凑。 缺点：凸轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损。但贴标签产生的力小，对凸轮的磨损小；综合比较，所以选择这个机构作为粘贴商标机构。 2、执行运动方案及其运动组合 经过对各种机构的评估优选，特别是满足预订的运动要求，从这些选型中剔除明显的不合理方案，最后的选出一个较好的运动方案。转盘间歇机构

16、灌装机构压盖密封机构粘贴商标机构槽轮机构偏置曲柄滑块机构圆柱凸轮间歇机构圆柱凸轮机构 灌装机构选用偏置曲柄滑块机构，轮用带传动，旋转时带动活塞上下运动，活塞向下运动为压料，向下运动为吸料；酱料靠自重和活塞吸力由料斗输进缸内，料斗出口单向锥阀由柔性弹簧连接，主要是防止活塞压料时料被压回料斗；活塞向上运动时缸内压力降低，料斗内的料被吸入，同时出口处的锥阀关闭，防止料流出；搅拌器的目的是防止料离析；压盖机构选用圆柱凸轮机构，贴标签机构选用直动从动件固定凸轮机构，杆的上下运动与压杆的上下运动一致，左右运动由斜块几何尺寸决定。将各机构示意图及连接机构汇总：图4-10装料机构示意图 图4-11贴标签机构示

17、意图 图4-12压盖机构示意图如图所示，灌装机构选用偏置曲柄滑块机构，轮用带传动，旋转时带动活塞上下运动，活塞向下运动为压料，向下运动为吸料；酱料靠自重和活塞吸力由料斗输进缸内，料斗出口单向锥阀由柔性弹簧连接，主要是防止活塞压料时料被压回料斗；活塞向上运动时缸内压力降低，料斗内的料被吸入，同时出口处的锥阀关闭，防止料流出；搅拌器的目的是防止料离析；压盖机构选用圆柱凸轮机构；贴标签机构同样选择了圆柱凸轮机构。 五、机械运动方案示意图绘制按已选定的执行机构和机械传动系统，画出灌装机构的运动方案示意图（见附图1）。 六、执行机构的运动尺度综合及运动分析1、装料机构尺寸综合及运动分析（1）综合尺寸 图

18、6-1偏置曲柄滑块机构 装料为偏置曲柄滑块机构。已知滑块机构的行程为h=50mm,取行程数度变化系数k=1.4偏心距e=25mm。一次装料为m=300g,酱料的密度为=1.2g/,酱瓶的体积为v=300。装料缸横截面积为a=50半径r=40mm。如图6-1为装料为偏置曲柄滑块机构运动简图，其中取=1mm/mm。（2）利用图解法具体操作步骤如下：1） 计算极位夹角2） 按行程h做出极限位置，。做出直角三角形d，其中d=603） 做出直角三角形d的外接圆 。4） 做与平行且相距e=59.1mm的直线，与圆相交与a点，即为曲柄回转中心。5） 量取计算各杆长度曲柄长度a=14.50mm 连杆长度b=

19、=78.50mm 6） 曲柄转速n=12r/min2、 压盖密封和标签粘贴机构的尺寸综合及运动分析 1）尺寸综合圆柱凸轮半径 ：r=100 mm滚子半径 ：r=30 mm行程 ：h=50 mm推程角 ：1=60回程角 ：2=90近休止角 ：3=60 远休止角 ：4=150得到凸轮机构转速 ： w= 12 r/min压盖密封机构运动规律压盖密封机构选用的是凸轮间歇机构，从动件从圆柱凸轮转动最高的位置运动到圆柱凸轮最底的位置时，凸轮所转过的角度为，如图6-2所示；标签粘贴机构与圆柱凸轮机构有刚性杆件固结在一起，纵向行程h也压盖机构一样，斜面倾角，则其横向位移为s=h tan，取=45，则s=h。3

20、、槽轮间歇机构 槽轮机构的几何尺寸计算：1） 槽间角2j2，2j2=2） 槽轮运动角，=3） 圆销回转半径，=300sin30mm=150mm4） 槽轮半径，=300cos30mm=260mm5） 锁止弧张角，=360-2j1=360-120=2406） 圆销半径r，取r=25mm7） 槽轮齿顶厚e，取e=5mm8） 锁止弧半径rs，（150-25-5）mm=120mm9） 槽轮槽深h，h-（a-r）=260-（300-150-25）mm=135mm，取h=140mm10） 运动系数k，k=-=11） 与a的比值，=0.512） 槽轮机构的运动分析槽轮角位移：j2=n槽轮角速度：=槽轮角加速度：=其中， =1.676rad/s7、 机械传动系统设计1、机械机构及其传动路线如图所示 通过电动机输出皮带轮的传递与减速，带动轴再通过齿轮及一系列机构的传动使得凸轮圆柱机构（添加酱料），凸轮圆柱机构（加盖，贴标签），槽轮机构（工位转盘）运动使整个机器得以运转，如图7-1所示。，凸轮圆柱机构（添加酱料）直齿轮电动机凸轮圆柱机构（加盖，贴标签）锥齿轮齿轮传动带传动槽轮机构（工位转盘）锥齿轮 传动机构及传动路线2、机械传动系统的设计从原动件到用于冲压和脱模的曲柄滑块机构、用于扫屑的凸轮机构以及用于模筒转盘间歇转动的槽轮机构采用分路传动，图8.15表示了所用的传动机构及传递路线。3、速比