酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计.docx
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酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计
工业大学
课程设计
资料袋
机械工程学院（系、部）第二学年第二学期
课程名称机械原理课程设计指导教师职称教授
学生专业班级学号
题目酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计
成绩起止日期2011年7月1日～2011年7月5日
目录清单
序号
材料名称
资料数量
备注
1
课程设计任务书
1
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
1
19
4
5
6
机械原理课程设计
设计说明书
酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计
起止日期：
2011年7月1日至2011年7月5日
学生
班级
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2011年7月1日
目 录
设计任务书…………………………………
1.设计题目…………………………………
2.工作原理和工艺动作分解………………………………
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图……………
4.执行机构选型……………………………………………
5.机械运动方案的选择和评定……………………………
6.机械传动系统的速比和变速机构………………………
7.机构运动简图……………………………………………
8.灌装机机构的尺度设计…………………………………
9.灌装机机构三维建模…………………………………
10.灌装机机构速度与加速度分析（分析一个位置）……
11.参考资料………………………………………………….
12.设计总结…………………………………………………
工业大学
课程设计任务书
2010—2011学年第2学期
机械工程学院（系、部）专业班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计
完成期限：
自2011年7月1日至2011年7月5日共一周
容
及
任
务
一、设计的任务与主要技术参数
酱类食品灌装机是食品加工企业不可缺少的生产设备。
其工艺过程是：
（1）将灌装物料输送至料斗；
（2）将空瓶或灌装送至多工位转盘，并能自动传位；
（3）能实现定量灌装；
（4）进行压盖密封；
（5）进行粘贴商标；
（6）将成品送出；
二、原始数据
1．灌装物料：
芝麻酱、花生酱、草莓酱、甜面酱、辣椒酱或蕃茄酱等；
2．灌装能力：
22瓶/min；
3．每瓶酱净重：
（200~400）克/min；
4．定量灌装、加盖密封、粘贴商标工艺的工作行程：
80mm；
5．所需电机功率：
3.0kW，
电机同步转速：
1500r/min；
三、设计工作量
要求：
对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，确定该机械传动系统的速比和变速机构，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计。
要求有设计说明书一份，相关图纸一至两。
（有条件的要求用三维动画表述）。
进
度
安
排
起止日期
工作容
6.23-6.24
工作原理分析、工艺动作分析、执行机构选型和拟定
6.25-6.26
运动规律和运动协调设计、绘制运动循环图
6.26-6.27
机构尺度设计、运动分析
6.27-6.28
动力分析、绘制机构运动方案简图
6.28-6.30
整理设计说明书、设计小结
主要
参考
资料
［1］朱理．机械原理［Ｍ］．：
高等教育，2008：
15-200
［2］邹慧君．机械原理课程设计［Ｍ］．：
高等教育，2009：
15-250
指导教师：
2011年7月1日
系（教研室）主任：
_____2011年7月5日
1.设计题目：
酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计
1.1设计原理：
酱类灌装机是由传送装置将物料输送至料斗，然后通过转盘的间歇运动对空瓶进行定量灌装并压盖密封，在粘贴好商标后将成品送出。
1.2设计要求：
灌装机构设计要求：
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、为防止酱类食品变质，产品密封性要好、在密封后有一定的保压时间；3、整机由同一电动机驱动，转盘的转位应准确平稳，整体结构紧凑、性能可靠、操作简单、外形美观、制造方便。
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、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7~8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i≤4，带传动比i≤3.5.
灌装机形状如图1-1所示，
图1-1灌装机形状图
2.工作原理和工艺动作分解
2.1工作原理和工艺动作分解
根据任务书的要求，该机械的应有的工艺过程是，机构应具有四个执行机构（转盘间歇运动机、定量灌装机构、压盖密封机构、粘贴商标机构）。
四个执行构件的运动形式为：
（1）转盘完成间歇转动，转动时将瓶送至灌装、压盖机构处，转盘停止转动时完成灌装、压盖动作。
若机构主动作一转完成一个运动循环，则转盘位移线图的形状大致如图2-1所示。
图2-1转盘角位移线图
（2）定量灌装机构部的活动塞子做水平往复运动，活动塞子向前运动时把酱压入瓶，不过在此前，活动塞子有一段时间固定不动，让瓶子被顶上从而使酱不被灌入瓶外。
则其位移线图如图2-2.
图2-2定量灌装机部位移图
（3）压盖密封机构做上下往复运动，当其下压时将盖子压紧在瓶子上，并保持一定的保压时间，所以有一段时间压盖头也是不动的，以保证密封性，随后向上运动，如此往复。
其位移图大致如图2-3。
图2-3压盖密封机构位移图
（4）送出成品。
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
拟定运动循环图的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。
转盘间歇运动机构主动件每转完成一个运动循环所以拟订运动循环图时，以该主动件的转角作为横坐标（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及其传动装置的运动循环图如图3-1所示
工作转台
停止
转动
停止
灌装压盖机构的滑块
退
进
060120150180240300360
图3-1灌装机构及其传动装置的运动循环图
4.执行机构选型
由上述分析可知，压片机机构有右四个分支：
一为实现自动转位的转盘间歇运动机构；二为实现灌装的定量灌装机构；三是压盖密封的压盖密封机构；四是实现商标粘贴的粘贴商标机构。
此外，当各机构按运动循环图确定的相位关系安装以后应能作适当的调整，故在机构之间还需设置能调整相位的环节（也可能是机构）。
转盘机械运动机构设计过程：
实现自动转位的转盘间歇运动应有下述几种基本运动功能：
1）：
转盘每分钟有22次间歇运动，所以机构的主动构件转速应为22r／min，以电动机作为原动力，电动机转速是1500r/min，则转盘间歇机构应有运动缩小的功能
2）原动机是水平放置的，转盘的法线是垂直水平面的，所以机构要有变换运动方向的功能
3）转盘是间歇运动，原动机是连续转动，所以机构还应具有变换运动形式的功能；
方案一：
用定轴轮系减速，由不完全齿轮实现转台的间歇性转动。
此方案的优点是，标准直齿轮与不完全齿轮均便于加工。
缺点：
一方面，传动比过大，用定轴轮系传动时，占用的空间过大，使整个机构显得臃肿，且圆锥齿轮加工较困难；另一方面，不完全齿轮会产生较大冲击，同时只能实现间歇性转动而不能实现自我定位。
方案二：
灌装与压盖部分采用如图所示的等宽凸轮，输送部分采用如图所示的凸轮式传输机构。
缺点：
等宽凸轮处会因摩擦而磨损，从而影响精确度
方案三：
1．如图所示，由发动机带动，经蜗杆涡轮减速；通过穿过机架的输送带输入输出瓶子；
传送带
转台
固定工作台
1
2
3
4
图1旋转型灌装机
由槽轮机构实现间歇性转动与定位，如上图所示；压盖灌装机构采用同步的偏置曲柄滑块机构，另外，在
压盖灌装机构中，分别设置了进料口、进盖口以及余料的出口。
此方案为我们最终所选择的方案。
2.优缺点分析。
优点：
蜗轮蜗杆传动平衡，传动比大，使结构紧凑；传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小；槽轮机构能实现间歇性转动且能较好地定位，便于灌装、压盖的进行。
缺点：
在平行四边行机构中会出现死点，在机构惯性不大时会影响运动的进行；由于机构尺寸的限制，槽轮需用另外的电动机来带动。
图4-5方案三
定量灌装机构设计过程：
实现定量灌装的定量灌装机构应有下述几种基本运动功能：
1）：
灌装能力是22瓶/min，所以机构的主动构件每分钟水平往复22次，以电动机作为原动力，电动机转速是1500r/min，则主加压机构应有运动缩小的功能
2）原动机是转动，构件是水平方向移动，所以机构要有变换运动形式的功能
3）由于要防止酱在灌入瓶子时掉到外面，所以需要将瓶子顶上一段距离，使灌嘴没入瓶，所以当活塞在推动酱进入瓶前，有一段时间时停止的，所以该机构必须能够在行程末端停歇一段时间。
先取上述
（1）、
（2）（3）、三种必须具备的功能来组成机构方案。
若每一功能仅由一类基本机构来实现，如图3-1所示，可组合成3*3*2＝18种方案。
选取如下图四种方案作为预选方案。
图4-7方案一
图4-8方案二
图4-9方案三
图4-10方案四
5.机械运动方案的选择和评定
图4-1所示的方案一、三都采用了凸轮机构。
凸轮机构虽能得到理想的运动规律，但要使从动件达到90一100mm的行程，凸轮的向径比较大，于是凸轮机构的运动空间也较大。
而且凸轮与从动件是高副接触，不宜用于低速、大压力的场合。
图4-1所示的方案二采用曲柄滑块机构，曲柄长度仅为滑块行程的一半，机构结构简洁，尺寸较小，但滑块在行程末端只作瞬时停歇，运动规律不理想。
图4-1所示的方案四，将曲柄摇杆机构和曲柄滑块机构串联，则可得到比较好的运动规律，尺寸也不致过大。
又因为它是全低副机构，宜用于低速、重载。
所以选择方案四。
6.机械传动系统的速比和变速机构
总传动比计算：
（5-1）
第一级采用带传动，取传动比为4，第二级采用双级齿轮减速器，传动比为14.4。
7.机构运动简图
图7-1机械运动简图A
图7-2酱类食品灌装机机构减速器和多工位转盘的cad装配图
8.灌装机机构的尺度设计
1）蜗轮蜗杆设计：
齿数
模数（mm）
压力角（0）
螺旋角
直径（mm）
蜗轮
20
25
20
14.04
100
蜗杆
1
25
20
14.04
500
2）齿轮设计
模数（mm）
压力角（0）
齿数
直径（mm）
齿轮1
5
20
20
100
齿轮2
5
20
60
300
3）传送带的设计
速度：
V=wr=72r/min*50mm
每两个瓶子之间的距离S:
t=S/v=1/（w1/6）其中w1为转台的角速度22r/min
解得：
S＝80mm
4）曲柄滑块机构的计算
由机构整体尺寸，行程为137mmm，行程速比系数K＝1.4偏心距为50mmm具体设计过程见图解法
5）平行四边形机构的设计
由于已知曲柄长度为50mm，连架杆长度为706.61mm，由平行四边形定理可得出该机构的尺寸。
6）槽轮的设计
L=450mmΨ=30∴R=LsinΨ＝225mms＝LcosΨ＝389mm
h≥s－（L－R－r）＝130mmd1≤2（L－s）＝60mmd2﹤2（L-R-r）＝100mm
其中L为中心距圆销半径r＝30mmd1为拨盘轴的直径d2为槽轮轴的直径
9.灌装机机构三维建模
10.灌装机机构速度与加速度分析（分析一个位置）
平行四边形机构的运动曲线图
对A点进行位移、速度、加速度分析：
A点的加速度曲线
位移曲线
速度曲线
由上述曲线可以看出，平行四边形机构在运动过程中，为匀速运动，加速度会发生突变，因而存在着冲击。
11.参考资料
1.《机械原理》（第六版）桓作模主编高等教育
2.《机械设计课程设计》（第二版）朱文坚黄平编华南理工大学
3.《机械设计基础课程设计》德志伟华邓子龙编科学
4.《机械设计与理论》柱国主编科学
5.《机械设计课程设计》朱家诚主编工业大学
6.《机械原理课程设计指导书》戴娟主编高等教育
12．设计总结
在指导老师的带领下，经过一周的努力，我终于将我的课程设计酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计完成了。
在这次设计中，我遇到了许多的困难，很多计算出现错误。
这次设计暴露了我这方面的知识不足。
通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱，只能毫不情愿地重来。
这次课程设计培养了我们的基本分析设计能力，加强了书本与实际之间的联系。
也让我们能更加熟练的操作cad、proe等软件，对我们的帮助非常大。
总之，经过这次课程设计我在各方面都得到了很大提高。
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