1、湖南工業大學課 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 教授 學生姓名 專業班級 學號 題 目 醬類食品灌裝機機構及其傳動裝置的設計 成 績 起止日期 2011 年 7月 1 日 2011 年 7月 5日目 錄 清 單序號材 料 名 稱資料數量備 注1課程設計任務書12課程設計說明書13課程設計圖紙119張456 機 械 原 理 課程設計設計說明書 醬類食品灌裝機機構及其傳動裝置的設計 起止日期： 2011 年 7 月 1 日 至 2011 年 7 月 5 日學生姓名班級學號成績指導教師(簽字)機械工程學院（部）20

2、11年 7月1 日目錄設計任務書1. 設計題目2. 工作原理和工藝動作分解3. 根據工藝動作和協調要求擬定運動循環圖4. 執行機構選型5. 機械運動方案的選擇和評定6. 機械傳動系統的速比和變速機構7. 機構運動簡圖8. 灌裝機機構的尺度設計9. 灌裝機機構三維建模10.灌裝機機構速度與加速度分析（分析一個位置）11.參考資料.12.設計總結湖南工業大學課程設計任務書2010 2011 學年第 2 學期 機械工程 學院（系、部） 專業 班級課程名稱： 機械原理課程設計 設計題目： 醬類食品灌裝機機構及其傳動裝置的設計 完成期限：自 2011 年 7 月 1 日至 2011 年 7 月 5 日共

3、 一 周內容及任務一、設計的任務與主要技術參數醬類食品灌裝機是食品加工企業不可缺少的生產設備。其工藝過程是： （1）將灌裝物料輸送至料斗；（2）將空瓶或灌裝送至多工位轉盤，并能自動傳位；（3）能實現定量灌裝；（4）進行壓蓋密封；（5）進行粘貼商標；（6）將成品送出；二、原始數據1灌裝物料：芝麻醬、花生醬、草莓醬、甜面醬、辣椒醬或蕃茄醬等；2灌裝能力： 22瓶/min；3每瓶醬凈重：（200400）克/min；4定量灌裝、加蓋密封、粘貼商標工藝的工作行程： 80mm；5所需電機功率： 3.0kW， 電機同步轉速： 1500 r/min；三、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

4、，根據工藝動作和協調要求擬定運動循環圖，進行執行機構選型，構思該機械運動方案，并進行的選擇和評定，確定機械運動的總體方案，根據任務書中的技術參數，確定該機械傳動系統的速比和變速機構，作出機構運動簡圖，對相關執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容工作原理分析、工藝動作分析、執行機構選型和擬定運動規律和運動協調設計、繪制運動循環圖機構尺度設計、運動分析動力分析、繪制機構運動方案簡圖整理設計說明書、設計小結主要參考資料1 朱理機械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 鄒慧君機械原理課程設計北京：

5、高等教育出版社，2009：15-250指導教師： 2011 年7 月1 日系（教研室）主任：_ 2011 年7 月5 日1.設計題目：醬類食品灌裝機機構及其傳動裝置的設計1.1設計原理：醬類灌裝機是由傳送裝置將物料輸送至料斗，然后通過轉盤的間歇運動對空瓶進行定量灌裝并壓蓋密封，在粘貼好商標后將成品送出。1.2設計要求： 灌裝機構設計要求： 1、參數中的工作行程包含定量灌裝、加蓋密封、粘貼商標工藝等工作行程；2、為防止醬類食品變質，產品密封性要好、在密封后有一定的保壓時間；3、整機由同一電動機驅動，轉盤的轉位應準確平穩，整體結構緊湊、性能可靠、操作簡單、外形美觀、制造方便。傳動裝置設計要求：1、

6、工作條件：兩班制，非連續單向運轉，工作環境良好，有輕微震動；2、使用期限：十年，大修期三年；3、生產批量：小批量生產（少于10臺）；4、生產條件：一般機械廠制造，可加工78級精度的齒輪及渦輪；5、動力來源：電力，三相交流（220/380V）；6、工作轉速允許誤差：+3%5%；7、開式錐齒輪傳動比i4，帶傳動比i3.5. 灌裝機形狀如圖1-1所示， 圖1-1灌裝機形狀圖2.工作原理和工藝動作分解2.1工作原理和工藝動作分解根據任務書的要求，該機械的應有的工藝過程是，機構應具有四個執行機構（轉盤間歇運動機、定量灌裝機構、壓蓋密封機構、粘貼商標機構）。四個執行構件的運動形式為：(1)轉盤完成間歇轉動

7、，轉動時將瓶送至灌裝、壓蓋機構處，轉盤停止轉動時完成灌裝、壓蓋動作。若機構主動作一轉完成一個運動循環，則轉盤位移線圖的形狀大致如圖2-1所示。 圖2-1轉盤角位移線圖(2)定量灌裝機構內部的活動塞子做水平往復運動，活動塞子向前運動時把醬壓入瓶內，不過在此前，活動塞子有一段時間固定不動，讓瓶子被頂上從而使醬不被灌入瓶外。則其位移線圖如圖2-2. 圖2-2 定量灌裝機內部位移圖 (3)壓蓋密封機構做上下往復運動，當其下壓時將蓋子壓緊在瓶子上，并保持一定的保壓時間，所以有一段時間壓蓋頭也是不動的，以保證密封性，隨后向上運動，如此往復。其位移圖大致如圖2-3。圖2-3 壓蓋密封機構位移圖（4）送出成品

8、。3.根據工藝動作和協調要求擬定運動循環圖擬定運動循環圖的目的是確定各機構執行構件動作的先后順序、相位，以利于設計、裝配和調試。轉盤間歇運動機構主動件每轉完成一個運動循環所以擬訂運動循環圖時，以該主動件的轉角作為橫坐標(0°、360°)，以各機構執行構件的位移為縱坐標作出位移曲線。運動循環圖的位移曲線主要著眼于運動的起迄位置，根據上述表述作出灌裝機構及其傳動裝置的運動循環圖如圖3-1所示工作轉臺停止轉動 停止灌裝壓蓋機構的滑塊 退 進 0 60 120 150 180 240 300 360 圖3-1灌裝機構及其傳動裝置的運動循環圖4.執行機構選型由上述分析可知，壓片機機構

9、有右四個分支：一為實現自動轉位的轉盤間歇運動機構；二為實現灌裝的定量灌裝機構；三是壓蓋密封的壓蓋密封機構；四是實現商標粘貼的粘貼商標機構。此外，當各機構按運動循環圖確定的相位關系安裝以后應能作適當的調整，故在機構之間還需設置能調整相位的環節(也可能是機構)。轉盤機械運動機構設計過程：實現自動轉位的轉盤間歇運動應有下述幾種基本運動功能：1)：轉盤每分鐘有22次間歇運動，所以機構的主動構件轉速應為22rmin，以電動機作為原動力，電動機轉速是1500r/min，則轉盤間歇機構應有運動縮小的功能2)原動機是水平放置的，轉盤的法線是垂直水平面的，所以機構要有變換運動方向的功能3)轉盤是間歇運動，原動機

10、是連續轉動，所以機構還應具有變換運動形式的功能；方案一： 用定軸輪系減速，由不完全齒輪實現轉臺的間歇性轉動。此方案的優點是，標準直齒輪與不完全齒輪均便于加工。缺點：一方面，傳動比過大，用定軸輪系傳動時，占用的空間過大，使整個機構顯得臃腫，且圓錐齒輪加工較困難；另一方面，不完全齒輪會產生較大沖擊，同時只能實現間歇性轉動而不能實現自我定位。 方案二： 灌裝與壓蓋部分采用如圖所示的等寬凸輪，輸送部分采用如圖所示的凸輪式傳輸機構。缺點：等寬凸輪處會因摩擦而磨損，從而影響精確度 方案三：1如圖所示，由發動機帶動，經蝸桿渦輪減速；通過穿過機架的輸送帶輸入輸出瓶子； 圖1 旋轉型灌裝機由槽輪機構實現間歇性轉

11、動與定位，如上圖所示；壓蓋灌裝機構采用同步的偏置曲柄滑塊機構，另外，在壓蓋灌裝機構中，分別設置了進料口、進蓋口以及余料的出口。此方案為我們最終所選擇的方案。2.優缺點分析。 優點：蝸輪蝸桿傳動平衡，傳動比大，使結構緊湊；傳送帶靠摩擦力工作，傳動平穩，能緩沖吸震，噪聲小；槽輪機構能實現間歇性轉動且能較好地定位，便于灌裝、壓蓋的進行。 缺點：在平行四邊行機構中會出現死點，在機構慣性不大時會影響運動的進行；由于機構尺寸的限制，槽輪需用另外的電動機來帶動。圖4-5方案三定量灌裝機構設計過程：實現定量灌裝的定量灌裝機構應有下述幾種基本運動功能：1)：灌裝能力是22瓶/min，所以機構的主動構件每分鐘水平

12、往復22次，以電動機作為原動力，電動機轉速是1500r/min，則主加壓機構應有運動縮小的功能2)原動機是轉動，構件是水平方向移動，所以機構要有變換運動形式的功能3）由于要防止醬在灌入瓶子內時掉到外面，所以需要將瓶子頂上一段距離，使灌嘴沒入瓶內，所以當活塞在推動醬進入瓶內前，有一段時間時停止的，所以該機構必須能夠在行程末端停歇一段時間。先取上述(1)、(2)（3）、三種必須具備的功能來組成機構方案。若每一功能僅由一類基本機構來實現，如圖3-1所示，可組合成3*3*218種方案。選取如下圖四種方案作為預選方案。圖4-7方案一圖4-8方案二圖4-9方案三圖4-10方案四5.機械運動方案的選擇和評定

13、圖4-1所示的方案一、三都采用了凸輪機構。凸輪機構雖能得到理想的運動規律，但要使從動件達到90一100mm的行程，凸輪的向徑比較大，于是凸輪機構的運動空間也較大。而且凸輪與從動件是高副接觸，不宜用于低速、大壓力的場合。圖4-1所示的方案二采用曲柄滑塊機構，曲柄長度僅為滑塊行程的一半，機構結構簡潔，尺寸較小，但滑塊在行程末端只作瞬時停歇，運動規律不理想。圖4-1所示的方案四，將曲柄搖桿機構和曲柄滑塊機構串聯，則可得到比較好的運動規律，尺寸也不致過大。又因為它是全低副機構，宜用于低速、重載。所以選擇方案四。6.機械傳動系統的速比和變速機構總傳動比計算： （5-1）第一級采用帶傳動，取傳動比為4，第

14、二級采用雙級齒輪減速器，傳動比為14.4。7.機構運動簡圖 圖7-1機械運動簡圖A 圖7-2 醬類食品灌裝機機構減速器和多工位轉盤的cad裝配圖 8. 灌裝機機構的尺度設計1）蝸輪蝸桿設計：齒數模數（mm）壓力角（0）螺旋角直徑（mm）蝸輪20252014.04100蝸桿1252014.045002）齒輪設計模數（mm）壓力角（0）齒數直徑（mm）齒輪152020100齒輪2520603003）傳送帶的設計 速度：V=wr=72r/min*50mm 每兩個瓶子之間的距離S: t=S/v=1/(w1/6 ) 其中 w1為轉臺的角速度 22r/min 解得：S80mm4）曲柄滑塊機構的計算 由機構

15、整體尺寸，行程為137mmm ，行程速比系數K1.4 偏心距為50mmm 具體設計過程見圖解法5）平行四邊形機構的設計 由于已知曲柄長度為50mm，連架桿長度為706.61mm，由平行四邊形定理可得出該機構的尺寸。6）槽輪的設計L=450mm =30 R=Lsin 225 mm sLcos389 mm hs（LRr）130mm d12（Ls）60mm d22（L-R-r）100mm其中 L為中心距 圓銷半徑r30mm d1為撥盤軸的直徑 d2為槽輪軸的直徑9. 灌裝機機構三維建模 10.灌裝機機構速度與加速度分析（分析一個位置）平行四邊形機構的運動曲線圖對A點進行位移、速度、加速度分析：A點的加速度曲線位移曲線速度曲線由上述曲線可以看出，平行四邊形機構在運動過程中，為勻速運動，加速度會發生突變，因而存在著沖擊。11.參考資料1.機械原理（第六版） 孫桓 陳作模 主編 高等教育出版社 2.機械設計課程設計（第二版）朱文堅 黃平 編 華南理工大學出版社3.機械設計基礎課程設計 孫德志 張偉華 鄧子龍 編 科學出版社4.機械設計與理論 李柱國 主編 科學出版社5.機械設計課程設計 朱家誠 主編 合肥工業大學6.機械原理課程設計指導書 戴娟 主編 高等教育出版社12設計總結 在指