酱类食品罐装机构及其传动装置的设计.docx
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酱类食品罐装机构及其传动装置的设计
湖南工业大学
课程设计任务书
2015—2016学年第2学期
机械工程学院（系、部）机械设计专业机械1405班级
课程名称：
机械原理课程设计
设计题目：
酱类食品罐装机构及其传动装置的设计
完成期限：
自2016年6月13日至2016年6月17日共1周
内
容
及
任
务
一、设计任务及主要技术参数
（1）按工艺要求拟定机构运动循环图；
（2）进行转盘间隙运动机构（自动转位机构）、定量罐装机构、压盖密封机构、黏贴商标机构的选项；
（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）对选定的某一机构进行运动分析，绘制其执行构建的运动线图。
原始数据
灌装能力：
22瓶/min
工作行程：
80mm
电动机功率：
3.0kw
每瓶酱净重：
200~400g/瓶
电动机同步转速：
1500r/min
二、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，相关图纸一至两张。
（有条件的要求用三维动画表述）。
进
度
安
排
起止日期
工作内容
6.13-6.13
工作原理分析、工艺动作分析、执行机构选型和拟定
6.14-6.14
运动规律和运动协调设计、绘制运动循环图
6.15-6.15
机构尺度设计、运动分析
6.16-6.16
动力分析、绘制机构运动方案简图
6.17-6.17
整理设计说明书、设计小结
主要参考资料
[1]朱理.机械原理（第2版）[M].北京：
高等教育出版社，2010年04月
[2]戴娟.机械原理课程设计指导书[M].北京：
高等教育出版社，2011年01月
**************************
系（教研室）主任（签字）：
年月日
湖南工业大学
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
学生姓名专业班级学号
题目酱类食品罐装机构及其传动装置的设计
成绩起止日期2016年6月13日～2016年6月17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
2
2
课程设计说明书
1
3
课程设计图纸
若干
张
4
5
6
机械原理课程设计
设计说明书
酱类食品罐装机构及其传动装置的设计
起止日期：
2016年6月1日至2016年6月17日
学生姓名
班级
学号
成绩
指导教师（签字）
机械工程学院（部）
2016年6月17日
1.机器的功能和设计要求……………………………1
2.工作原理和工艺动作分解……………………………2
3.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图…………3
4.执行机构选型…………………………………………5
5.机械运动方案的选择和评定…………………………9
6.机构运动简图…………………………………………10
7.减速器的传送比和槽轮机构…………………………11
8.减速器尺寸设计………………………………………12
9.总传动比计算…………………………………………14
10.传动尺寸设计………………………………………15
11.减速器和多工位转盘的cad装配图………………16
12.参考资料……………………………………………17
13.设计总结……………………………………………18
一、机器的功能和设计要求
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。
酱类食品灌装机是食品加工企业不可缺少的生产设备。
图1所示为一种酱类食品灌装机的实物外形图
图1
酱类食品灌装机在设计过程中，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。
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。
其工作数据要求如下表：
罐装能力：
22瓶\min
工作行程：
88mm
电动机功率：
3.0KW
每瓶酱净重：
200-400g\瓶
电动机同步转速：
1500r\min
酱类食品灌装机传动装置的设计也有如下要求：
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级精度的齿轮及蜗轮。
5） 动力来源：
电力，三相交流（220V/380V）。
6） 工作转速允许误差：
±3%~5%。
7） 开式圆锥齿轮传动比i≤4，带传动比i≤3.5。
二、工作原理和工艺动作分解
酱类食品灌装机的主要工艺动作经过分析可知，有以下六个动作：
1）加料：
将灌装物料输送至料斗（料腔），该动作依靠重力作用即可完成，实现自动加料；
2）转盘间歇转动：
将空瓶或空罐送至多工位转盘,并能自动转位，实现灌装，密封，贴标的转换，有利于提高生产效率；
3）灌装：
能实现定量灌装，应根据设计要求确定空瓶灌装阶段停留的时间。
又因为酱类的特殊性，故不能只依靠重力完成，需要采用特殊机构来实现灌装行为；
4）密封：
进行压盖密封，密封后应有一定的保压时间；
5）贴标：
进行粘贴商标；
6）输送：
将灌装，密封，贴标完成后的成品送出。
电动机减速器
运动分支
罐装机构转盘的
间隙机构压盖黏贴
密封商标
机构机构
三、根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图
拟定酱类食品灌装机的运动循环图，主要是确定输入、灌装、密封、贴标、输出等执行构件的先后顺序、相位，这样有利于对各执行机构进行设计、装配和调试。
酱类食品灌装机的灌装机构为主机构，以它的原动件位于初始位置的时刻为起点，以横坐标表示主轴旋转的角度，纵坐标表示各执行构件的位移，机构的运动循环图如图所示。
如果以横坐标表示主轴旋转的时间，纵坐标表示机构旋转的角度，另一部分机构的运动循环图可以用图4表示，其中T代表主轴旋转一周所用的时间。
四、执行机构选型
根据转盘间歇运动机构、定量灌装机构、压盖密封机构、粘贴商标机构这四个执行机构动作要求和结构特点，可以选择下表中所示的常用机构
转盘间歇运动机构
齿轮机构
凸轮间歇机构
棘轮机构
槽轮机构
定量灌装机构
偏置曲柄滑块机构
凸轮间歇机构
滑块摇杆机构
凸轮间歇机构
压盖密封机构
偏置曲柄滑块机构
凸轮间歇机构
直动从动件凸轮机构
粘贴商标机构
偏置曲柄滑块机构
偏置曲柄机构
滑块摇杆机构
直动从动件固定凸轮机构
3.1转盘间歇运动机构
不完全齿轮机构
优点：
不完全齿轮机构结构简单、制造容易、工作可靠，从动轮运动时间和静止时间可在较大范围内变化
缺点：
从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速，轻载场合，所以不用。
不完全齿轮示意图
（2）槽轮机构
槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。
但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速，多用来实现不需经常调节转位角度的转位运动，所以比较合理，用此机构。
槽轮机构示意图
3.2定量灌装机构
（1）偏置曲柄滑块机构
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。
偏置曲柄滑块机构示意图
（2）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，磨损后传动不平稳，需
经常更换，造成经济成本高，所以不用
凸轮间歇机构示意图
3.3压盖密封机构
方案一
图3—5压盖机构方案一
该机构加压时间长，无增力，但有一定的冲击性，磨损易变形，加工难度大
方案二
图3—6压盖机构方案二
优点：
结构简单，传动精确、可靠，可满足使用要求。
缺点：
易磨损，制造较一般凸轮难，但是综合比较之下这种机构最为合适。
3.4粘贴商标机构
分析知，自动贴商标机构由连续旋转的贴商标滚轮和往复运动的半圆形卡槽组成，即自动贴商标机构也是要求设计一个往复运动的机构，往复过程迅速，两头有一定的停顿时间，活动过程中承载不大，所以选定直动从动件固定凸轮机构来带动商标粘贴机构。
五、机械运动方案的评定
装机构中，若进行传送空瓶，由于精度不够，难以与多工位转盘配合。
在动力传输时，既可以选用一些标准直齿轮构成的轮系进行动力传递，也可以选用皮带传输，轮系在进行动力传递的同时还可以起到减速的作用，传动比恒定，精确，传递效率高，使用寿命长，但是远距离的传递需要多个齿轮齿合，从而加大了制造成本和整个机构的重量，从经济性喝实用性考虑是不合理的，而相比之下皮带传动，传动平稳，噪音小，可缓冲和吸震，且加工成本低，所以优先选用皮带传输。
传统的灌装机通常采用传输带到六工位转盘的传输方法，虽然传输带比较平稳，但是在交接的时候容易打滑，所以选用间隙旋转工作台的方案，此机构较为可靠，结构也较为简单，有平稳的运动性能。
六、机械运动方案简图
用皮带和定轴轮系减速，由槽轮实现轮台的间歇性转动。
标准直齿轮槽轮均便加工。
传送带靠摩擦力工作，传动平稳，能缓冲吸震，噪声小，且皮带的
成本低，通常情况下应优先选用，但由于易磨损，所以在某些特殊工件上不建议使用传送带。
通过链轮传递给凸轮使压盖和灌装机能够精确进行；槽轮机构能实现间歇性转动且能较好的定位，便于灌装、压盖的进行。
但是由于传动比过大，用定轴轮系传动时，占用的空间过大，且圆锥齿轮加工困难高速时不如带传动平
稳；链条工作时，特别是因磨损产生伸长以后，容易引起共振。
图6-1酱类灌装机构运动简图
七.减速器的传送比和槽轮机构
i12=n1/n2=1000/100=10;
i2’3=n2’/n3=100/10==10;
i34=n3/n4=10/122=0.4545
i45=n4/n5=22/4=5.5
第一级传动，传动比为10
第二级传动，传动比为10
第二级传动，传动比为0.4545
第三级传动，传动比为5.5
。
八.机构减速器尺度设计
根据方案一设计减速器机构示意图，如图7-1所示：
齿轮序号
1
2
2’
3
4
模数M
3
3
2
2
2
齿数Z
5
50
5
50
110
压力角α
20
20
20
20
20
齿厚b
6.75
6.75
4.5
4.5
4.5
分度圆直径d=m×z
15
150
10
100
160
基圆直径db=d×cosα
14.095
140.95
9.396
93.96
206.73
图8-1
减速器机构示意图
接下来，需要对五个齿轮尺寸进行分，其位置关系如图7-4所示：
图8-4
九、总传动比计算
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：
K=1000/12=83.3
以下压力角和模数均取标准值a=20°m=3mm
I=n1/n2=R1/R2
I=3n1=n*R1/R2=1000*20/60=333.3r/min
第二级齿轮减速：
n1=n1’=333.3r/min取z1’=15z2=60
I=n1’/n2=z2/z1’
N2=ni’*z11’=333.3*15/60=8303r/min
又由于n2=n2’=83.3r/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
I=n4/n3””=3取z3””=45z4=z3””/I=15
取z3’=5m=3则查表得d1=45z6=30
n6=n3’*z3’/z6’=2r/min=n6’
十、传动件尺寸的确定
由上述计算可知传动齿轮设计如下表:
齿轮
模数
m
齿数
z
转速
r/min
分度圆
d
z1’
3
15
333.3
45
z2
3
60
83.3
180
z2’
3
15
83.3
45
z3
3
60
12
180
z3’
3
5
12
15
z3””
3
45
12
135
z4
3
15
36
45
z6
3
30
2
90
十一、减速器和多工位转盘的cad装配图
十二、参考文献
[1]朱理．机械原理［M］．北京：
高等教育出版社，2010.04
[2]戴娟.机械原理课程设计指导书[M].北京；高等教育出版社.2011.1
[3]邹慧君.机械原理课程设计手册[M].北京.高等教育出版社.1998
[4]王三民，机械原理与设计课程设计[M].北京。
机械工业出版社，2005.
十三、设计总结
一个星期的时间很快就过去了，在邓英剑老师的指导和小组成员的协助下，我终于将机械原理课程设计完成了。
通过这一次训练，我发现了自己众多的知识盲点，意识到了自身能力的不足。
在进行设计的前期过程中，我们不断地修改设计方案，但是仍不能很好的实现预定的工艺动作。
后来经过查阅机械原理教材，和其他小组讨论，查阅相关产品资料等方法，找到了类似的工艺动作的实现方法，并加以演变，才完成了整个酱类食品灌装机的设计。
虽然这次完成课程设计的过程很曲折，很艰难，但是我们的收获还是很大的。
比如
槽轮机构和圆柱凸轮机构，在课堂上的时候并不是重点内容，但是在实际的机械产品设计中，它们的应用是很广泛的。
这样，通过课程设计的“检验”，我们加深了对这方面知识的理解和应用。
另一方面，通过这次的训练，加强了我对办公软件Word，制图软件AutoCAD，Pro/E等工具的基本操作的驾驭能力。
但同时我还意识到我现在具有的制图水平还远远不够，比如机械的运动仿真分析等方面还不懂，在设计和分析机构的运动过程中受到了很大的限制。
我认为这次课程最有意义的事情就是将课堂上学到的理论知识和实际生产过程中的设计充分联系到一起，这样对于我们是很有帮助的。
这次的课程设计已经结束了，结束之余不由得感叹机械行业的博大精深。
不管我们的设计结果拿到实际生活中能否按照设计的要求运转，运转的具体效果如何，相信随着我们不断地学习机械方面的知识，一定会让我们设计的作品日趋完善。
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