酱类食品灌装机机构课程设计说明书教学提纲.docx
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酱类食品灌装机机构课程设计说明书教学提纲
课程设计说明书
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
专业：
机械设计制造及其自动化班级：
学生姓名：
学号：
指导教师：
学院教务部制
1.绪论1
1.1课程设计题目1
1.2课程设计要求2
1.2.1灌装机的设计要求3
122传动装置设计要求3
2课程设计题目分析3
2.1总功能分析3
2.2总功能分解4
2.2.1运动规律分析4
2.3酱类食品灌装机机构及其传动装置设计参数的选择5
2.4运动循环图5
2.5酱类食品灌装机机构及其传动装置的选型7
2.6酱类食品灌装机机构及其传动装置的机构简图13
3执行机构的设计和传动比的计算13
3.1定量灌装机构的设计13
3.2压盖密圭寸机构和贴商标的设计14
3.3带传动和齿轮传动比的计算15
3.4酱类食品灌装机机构及其传动装置的动作说明17
4主要参考书17
1.绪论
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、技术参数和结构等，并把设想变为事实的一种技术实践活动。
机械设计的最终目的是设计出一种能达到预定功能要求，具有性能好、成本低、使用寿命长等特点的机械产品。
本书根据“以设计为主线，分析为设计服务，立足点是机械系统的方案设计”的机械原理新课程体系要求，以强化学生的机械系统设计意识、创新能力和综合运用知识能力为目标，在吸取各高校机械原理课程设计经验并对其内容进行整合充实的基础上编写而成。
本书在内容上力求与机械原理课程教学要求紧密结合，注重培养学生的基本分析设计能力，在素材选取上充分考虑现代机械产品设计的需求，实践性和实用性强。
1.1课程设计题目课程设计题目：
酱类食品灌装机机构及其传动装置的设计酱类食品如芝麻酱、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、家居旅行之佳品。
酱类食品灌装机是食品加工企业不可缺少的生产设备，其主要的工艺动作有：
1）将灌装物料送至料斗；
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）将成品送出；
灌装机机构原始数据见表1.1
表1.1灌装机机构原始数据
\题号
参数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
灌装能力/
（瓶/min）
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
40
42
电动机功
率/kW
1.5
1.7
1.9
2.1
2.3
2.4
2.5
2.6
2.8
2.9
3.0
3.3
电动机同
步转速/
（r/min）
1000
1500
工作行程
/mm
50
60
70
80
每瓶酱净
重/（g/瓶）
200〜400
1.2课程设计要求
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、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，选定合理的机械运动方案;
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）计算传动比，传动系统设计及主要传动件计算；
1.2.1灌装机的设计要求
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）产品要求：
为防止酱类食品变质，产品密封性要求好、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；
1.2.2传动装置设计要求
1）工作条件：
两班制，非连续单像运转，工作环境良好，有轻微振动；
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级精度的齿轮及蜗轮：
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;
2课程设计题目分析
2.1总功能分析根据题目要求，要最终将空瓶或空罐灌满酱料并压盖和贴商标。
若要求获得质量较好的成品，可采用诸多方法。
下面采用黑箱法进行
分析:
由黑箱法分析可得到：
为了达到高效、方便的目的，采用机械自动加工的方法比较好，因此，本题采用了自动加工的方法将成品送出2.2总功能分解
设计酱类食品灌装机机构及其传动装置可以分解成以下几个工艺动作：
1）将空瓶或空罐送进六位工盘，在贴商标工位上粘贴商标。
2）利用转盘间歇运动变换不同工位。
3）在灌装工位上往空瓶或空罐灌入果酱。
4）在压盖工位上将盖压下。
5）送出成品。
2.2.1运动规律分析
1）输送带的连续运动。
2）六位工盘的间歇运动。
3）灌装顶杆的往复运动。
4）贴商标、压盖杆往复运动。
5）成品送出。
2.3酱类食品灌装机机构及其传动装置设计参数的选择电动机同步转速：
1000r/min
灌装能力：
12瓶/min
电动机功率：
1.5kW
工作行程：
50mm
每瓶酱净重：
200~400g/瓶
工作转速允许误差：
士3%~5%
开式锥齿轮传动比i<4
带传动比i<3.5
2.4运动循环图运动循环图的设计：
a）灌装、贴商标、压盖工艺流程；
1）空瓶或空罐通过输送带至六工位盘1。
2）六工位盘做间歇转动，每次转动60°，转动时其他机构不执行动作。
3）当转盘停止时，灌装顶杆下降对工位2中空瓶或空罐的进行灌装，同时加压盖杆近休结束后进行工艺动作。
4）灌装机构顶杆近休完成后回到初始位置，同时贴商标、压盖杆升到高位，一次循环结束。
b）各执行机构的运动协调：
1）协调原则：
传动齿轮要有限制，六位工盘间歇是要实现三个执行运动，设计凸寸轮尺不应太大，各动作之间应互不影
响，六工位盘转动时，他们不进行任何运动，各构件要准确定位，以免回撞到其他构件。
2）计算机械运动循环周期：
因为生产率Q=12瓶/min，所以周期T=60s/12=5s,此时分配
轴转角①=360°
3）T时间个执行构件的行程区段：
六工位盘区段：
六工位盘的转动盒停歇，所占时间比：
K=（z-2）/（z+2）=1:
2,所以在一循环周期内，六工位盘
1/3（120°）时间转动，2/3（240°）时间间歇。
灌装顶杆行程区段：
®1=120°（停）、®2=90°（下降）、®
3=60°（停）®4=90°（上升）。
贴商标、加盖机构行程区段：
®1=120°（停）、®2=90°（上
升）、®3=60°（停）®4=90°（下降）。
5）绘制运动循环图：
1.矩形运动循环图
转盘间歇运动机构
转动
停
歇
定量灌装机构
停
顶杆下降
停
顶杆上升
压盖密封机构
停
推杆上升
停
推杆下降
粘贴商标机构
停
推杆上升
停
推杆下降
轴转动角度：
0°120°210°270°360
2.圆周式循环图
推
推
顶
转杆
杆杆杆
皿杆
盘
2.5酱类食品灌装机机构及其传动装置的选型
a）转盘间歇运动机构
1）凸轮式间歇机构:
优点：
结构比较紧凑，定位可靠，精确。
可以通过选择适当的从动盘运动规律来减少动载荷，避免刚性冲击和柔性冲击，承载能力高可用于大扭矩的间歇运动场合，分度范围大，使用范围广，设计上限制少，可方便的实现各种运动规律。
缺点：
凸轮工作曲面复杂，加工难度大，成本高。
从动盘的加工
也比较困难，而且装备调整要求严格，因而经济成本较高。
加之若分
度数超过24时，预紧易卡死，该机构的优势变得不明显。
2）不完全齿轮：
优点：
结构简单，工作可靠，容易制造。
与其他间歇机构相比，
其从动轮每转一周的停歇次数，运动和停歇时间比例，可在比较宽广的范围内调节。
缺点：
啮合传动的时间和终了时，速度有突变，且加速也不连续，故冲击较大，运动不平稳，连续。
3）槽轮机构：
优点：
结构简单，工作可靠，容易制造。
转位迅速，其机械效率高，故能平稳的，间歇的进行转位。
缺点：
其运动规律不能选择，调节性能差，在拔销进入和脱出时会产生柔性冲击，故常使用于速度要求不太高的运动中。
b）定量灌装机构
1）曲柄滑块机构:
优点：
就其理想的运动特性来说，此机构完全能够实现直线往复运动。
如果连杆设计得当，此机构具有传递平稳运动精确的优点。
缺点：
由于连杆机构的运动铰链较长，各运动副的运动误差可能会引起机构较大的误差累积，特别当运动副削磨之后，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。
2）几何封闭凸轮机构：
优点：
只要适当的设计出凸轮的轮廓曲线，就可以是推杆得到各项预期的运动规律，而且机构简单紧凑，机构可承重较大，运动平稳
缺点：
凸轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损，不能较好的缩短空程的时间，影响效率。
3）直动滚子盘型凸轮机构：
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运动规律，而且机构简单紧凑。
缺点：
凸轮廓线与推杆之间为点线接触，易磨损。
C）贴商标、压盖机构
1）连杆、凸轮组合机构：
优点：
传动精确，动力充足，安全可靠。
缺点：
机构复杂，所占空间大，不利于设计制造
2）曲柄推杆机构：
优点：
结构简单，制造容易，省材，压力小，承载能力较大，磨损小。
缺点：
易产生惯性力，无间歇运动。
3）直动滚子推杆圭寸闭式凸轮机构：
优点：
：
结构简单，传动精确，可靠，可满足使用要求。
缺点：
易磨损，制造教一般凸轮难。
因此，根据上述优缺点的比较作出下列矩阵
功能元
1
2
3
4
减速A
带传动
链传动
齿轮传动
蜗杆传动
减速B
带传动
链传动
齿轮传动
蜗杆传动
转盘间歇运动
机构C
凸轮式间歇机构
不完全齿轮
槽轮机构
棘轮机构
定量灌装机构D
曲柄滑块机构
几何封闭凸
轮机构
直动滚子盘
型凸轮机构
贴商标、压盖机
构E
连杆、凸轮组合
机构
曲柄推杆机
构
直动滚子推
杆封闭式凸
轮机构
由上表所列矩阵可知，可能的运动方案数目为N=4*4*3*3*3=432种
从此方案中剔除明显不合理的，在进行综合评价：
是否满足运动要求；是否满足承载要求；运动精度；制造工艺；安全性；是否满足动力源、生产条件等限制。
根据题目要求功能元减速A、减速B为非连续单像运转，工作环境良好，有轻微振动；
转盘间歇运动机构C要求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；
定量灌装机构D实现定量灌装；
压盖机构E为防止酱类食品变质，产品密封性要求好、在密封后有一定的保压时间；
根据上述优缺点的比较，我选出了方案为：
A1+B3+C3+D3+E3
2.6酱类食品灌装机机构及其传动装置的机构简图
3执行机构的设计和传动比的计算
根据运动循环图所确定的运动规律对四个机构分别进行设计。
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）。
3.1定量灌装机构的设计
定量灌装机构的设计，如下图所示：
盘形凸轮，经过计算取基圆半径R=50mm在左图中小圆即
为基圆，按照滚子的位移从1位置开始，根据右图，每隔30°即选取1个点按照角度和位移得出1-12个位置，用曲线连接各个位置点，从而得到如左图的所求凸轮。
其中左图中滚子处为安装的开始位置，即为运动循环图槽轮的起始位置0度处。
B为凸轮的基圆中心，也为此凸轮的转动中心，齿轮轴安装于其中。
杆长100mm.
3.2压盖密圭寸机构和贴商标的设计
压盖密封机构和贴商标的设计，如下图所示:
由于压盖密封机构要往返运动，而且要有加压密封时间，选用的
凸轮需选择几何封闭凸轮。
根据计算选择了基圆半径R=50mm即图
中左图的小圆。
每隔30°取点位置，据角度和滚子位移选取了1-12个位置点，1-5间为与基圆的圆弧重合，按顺序连接5-12间各点，
再整体向外偏移50mm,从而得到所求凸轮如上图所示。
图中的机架位置即为凸轮的转动中心。
图中滚子处为安装的起始位置点，滚轮直径为10mm经过计算杆长B=150mm,C=40mm,D=40mm
3.3带传动和齿轮传动比的计算
上图中各字母指代如下：
A和K:
带传动
B:
蜗轮蜗杆
CE:
几何封闭凸轮
D:
盘型凸轮
F:
传动锥齿轮
G:
传动直齿轮
H:
滑块
根据选定的驱动电机的转速n=1000r/min和生产率为12瓶/分钟，它的机械传动系统的总速比为：
1=1000/12=83.3
以下压力角和模数均取标准值a=20°m=3mm
第一级皮带减速：
电动机的皮带轮的半径为R,取R=20mm,R60mm则有
I二n/ni二R/R
1=3ni二n*R/Ri=1000*20-60=333.3r/min
第二级齿轮减速：
得到ni=nt=333.3r/min取zt=15z2=60
l=n「/n2=z2/zi
n2=m*zi/z2=333.3x15—60=83.3r/min
又由n2=rr=83.3r/min
且n3=n3，二e”二n3，”二e””二n3”=12r/min
即可得出
I=n2,/n3〜7z2,=15z3=60
因为六工位盘1/3（120°）时间转动，2/3（240°）时间间歇
所以n4=n4'=36r/min
l=n4/n3””=3取Z3””=45z4=z3””/I=15
取Z3'=5m=3则查表得d1=45z6=30
n6=n3'xZ3'—Z6,=2r/min=n6'
综合以上计算可得定轴轮系传动14个齿轮设计如下表:
齿轮
模数
m（mm）
齿数Z
转速
r/min
分度圆
d
Z1，
3
15
333.3
45
Z2
3
60
83.3
180
Z
3
15
83.3
45
Z3
3
60
12
180
Z
3
5
12
15
Z3””
3
45
12
135
Z4
3
15
36
45
Z6
3
30
2
90
3.4酱类食品灌装机机构及其传动装置的动作说明各级传动都为齿轮或蜗轮蜗杆传动，传动精度高，运动可靠，定量灌装机构用直动滚子盘型凸轮机构带动，使其完成定量灌装，贴商标、压盖机构用直动滚子推杆封闭式凸轮机构来完成其压盖和贴商标。
首先空瓶或空罐通过皮带送进六位工盘，在贴商标工位上粘贴商标再利用转盘间歇运动变换不同工位，在灌装工位上往空瓶或空罐灌入果酱之后在压盖工位上将盖压下。
这便完成了一个循环周期，由于要求每分钟制成成品12瓶，所以定量灌装机构、压盖密封机构、粘贴商标机构转速同步。
4主要参考书
[1].朱理主编.机械原理.北京.高等教育出版社，2010.4
[2].戴娟主编.机械原理课程设计指导书.北京.高等教育出版社,2011.1
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