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酱类食品灌装机机构课程设计说明书
作者:365足球体育投注 - 2020-08-10 09:50-

  酱类食品灌装机机构课程设计说明书_工学_高等教育_教育专区。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: 指导教师: 学 号: 学院教务部

  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: 指导教师: 学 号: 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 1.2.2 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 压盖密封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- 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; -2- 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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 参数 灌装能力/ 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 40 42 (瓶/min) 电动机功 1.5 1.7 1.9 2.1 2.3 2.4 2.5 2.6 2.8 2.9 3.0 3.3 率/kW 电动机同 步转速/ 1000 1500 (r/min) 工作行程 50 60 70 80 /mm 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; -3- 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 -4- 分析: 酱瓶 料盖 或 灌 盖 能量 成品 空瓶或空罐 机械加工 商 标 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- 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:1000 r/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: 200~400 g/瓶 工作转速允许误差:±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 -6- 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 =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:ψ1=120°(停)、ψ2=90°(下降)、ψ 3=60°(停)ψ4=90°(上升)。 贴商标、加盖机构行程区段:ψ1=120°(停)、ψ2=90°(上 升)、ψ3=60°(停)ψ4=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 -7- 0° 降 下降 杆 下 升 上 杆 杆止 推 推顶 推 推 顶 转 杆杆 杆 盘 270° 止止 止 停 停 停 停杆 杆 杆 推顶 推 盘 降 升 升 停 停 转停 转 下 杆 杆 上 杆 上 顶 推 推 180° 90° 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: R2 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 -8- 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: o1 o2 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。 -9- e 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。 - 10 - 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: - 11 - 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)直动滚子推杆封闭式凸轮机构: 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。 - 12 - 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 凸轮式间歇机构 不完全齿轮 槽轮机构 棘轮机构 机构 C 定量灌装机构 D 曲柄滑块机构 几何封闭凸 直动滚子盘 轮机构 型凸轮机构 贴商标、压盖机 连杆、凸轮组合 曲柄推杆机 直动滚子推 构E 机构 构 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; - 13 - 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 电动机 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: 1 12 11 10 9 8 7 2 3 4 5 6 50 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360° - 14 - 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 压盖密封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: C D B 12 11 10 1 2 3 4 50 9 8 7 5 6 0° 30° 60° 90° 120° 150° 180° 210° 240° 270° 300° 330° 360° 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。 - 15 - 3.3 带传动和齿轮传动比的计算 H K 4 5 E 4 FD C 3 3 3 3 7 1 7 G 2 6 6 3 B A 2 电动机 3 上图中各字母指代如下: A 和 K:带传动 B:蜗轮蜗杆 C、E: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: I=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,R1=60mm.则 有 - 16 - I=n/n1=R1/R I=3 n1=n*R/R1=1000*20÷60=333.3 r/min 第二级齿轮减速:得到n1=n1′=333.3 r/min 取z1′=15 z2=60 I=n1′/n2=z2/z1′ n2=n1′*z1′/z2=333.3×15÷60=83.3r/min 又由n2=n2′=83.3r/min 且n3=n3′=n3″=n3′″=n3””=n3””’=12r/min 即可得出 I=n2′/n3≈7 z2′=15 z3=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’=36 r/min I=n4/n3””=3 取z3””=45 z4= z3”” / I =15 取z3’=5 m=3 则查表得 d1=45 z6=30 n6=n3’×z3’÷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 3 z1′ 15 333.3 3 z2 60 83.3 3 z2′ 15 83.3 3 z3 60 12 3 5 12 z3′ 3 z3”” 45 12 3 z4 15 36 3 z6 30 2 分度圆 d 45 180 45 180 15 135 45 90 - 17 - 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 - 18 -

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