1、机 械 创 新 设 计设计说明书酱类食品灌装机机构及其传动装置设计学生姓名：林文庆班级：机电 3 班学号：2009000222同组组员： 徐燕伟王文王光明 1.工作原理和工艺动作分解12.根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图33.执行机构选型44 械运动方案的选择和评定95.机械传动系统的速比和变速机构166.酱类食品灌装机的机构运动简图177.自动转盘机构设计与运动分析188.压盖机构设计及运动分析209.压盖机构速度分析2210.参考资料2311.设计总结2401.工作原理和工艺动作分解根据设计工艺要求，该机械机构应包括一个模腔（漏斗形料腔）和四个执行机构（自动转位机构、定量灌装机构、压盖
2、密封机构、粘贴商标机构）。其中四个执行机构分别为：1.1 自动转位机构：要求瓶子随机器转动一定的距离，然后停止一段时间。所以，机构一直作间歇运动，期运动循环图大致如图 1-1 所示：图 1-1 自动转位机构运动循环图1.2 定量灌装机构：要求能实现酱类食品的定量灌装。该机构分为两个部分，即移出返回，所以该机构必须在自动转位机构静止的时候完成移出和静止两个过程，然后在下一次转位的同时返回。则该机构的循环图如图 1-2 所示：图 1-2 定量灌装机构运动循环图11.3 压盖密封机构：与定量灌装机构一样，该机构分为三个部分，移出静止返回，则其循环图如图 1-3 所示：图 1-3 压盖密封机构运动循环
3、图1.4 粘贴商标机构：该机构与灌装机构的原理基本一样，也分为移出和返回两个部分，但其动作时间有所不同，在运动时没有停顿时间，在转盘转动时，该机构也在运动，但其运动位移不与瓶子接触，其具体循环图如图 1-4 所示：图 1-4 粘贴商标机构运动循环图22.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。酱类食品灌装机每完成一个循环由自动转位机构、定量灌装机构、压盖密封机构和粘贴商标机构组成。以主动件的转角为横坐标、以各机构执行构件的位移为纵坐标作出位移曲线。以自动转位机构开始动作为起始位置，则其运动循环图如下所示：图 2-
4、1 酱类食品灌装机运动循环图33.执行机构选型由以上的分析可知酱类食品灌装机的构成主要分为以下四个部分：将空瓶或空罐送至多工位转盘的自动转位机构、能实现定量灌装的定量灌装机构、进行压盖密封的压盖密封机构、进行粘贴商标的粘贴商标机构。3.1 自动转盘机构：实现空瓶或空罐送至多工位转盘，并能自动转位的自动转位机构主要包括以下几个基本运动：（1）当转送带把空瓶或空罐送至转位机构时，自动转位机构把空瓶或空罐送向定量灌装机构的适当位置；（2）空瓶过空罐被推到指定的位置后，自动转位机构将停止工作一段时间，以便定量灌装机构对空瓶或空罐灌入酱类食品。以上两个运动都是完成该动作的必须运动，为了完成该运动，可选如
5、图 3-1所示的机构来实现：（a ） 不完全齿轮机构 （b ）槽轮机构 （c） 凸轮机构图 3-1 自动转位机构的选型 根据以上的要求，自动转位机构在运动一段距离后要停歇一段时间，要使机构尽量的简单运动，则可以得出如图 3-2 所示的方案作为评选方案：4方案一：不完全齿轮与齿条 方案二：槽轮机构与转盘 方案三：圆柱凸轮与圆盘图 3-2 自动转盘机构评选方案3.2 定量灌装机构：要实现定量灌装，应该包括以下几个步骤：（1）在空瓶或空罐通过转位机构向定量灌注机构送来的同时，灌注机构的容腔也在不断地浇注着酱类食品；（2） 当自动转盘机构把空瓶或空罐送至灌注头的适当的位置时，灌注头开始向空瓶或空罐移动
6、；（3）当灌注头送至一定位置后，静止一段时间，以便酱类从机构的容腔注入空瓶或空罐；（4）灌注完后，灌注头在瓶子或罐子送至下一个机构的同时，返回原始位置，等待下一个循环的工作。要实现以上的运动，有如图 3-3 所示的几种机构可供选择：5（a ）曲柄滑块机构（b）凸轮机构图 3-3 定量 灌装机构的选型根据定量灌装机构所要完成的运动要求，可以得到如图 3-4 所示方案供选用：方案一：凸轮滑块机构方案二：凸轮机构图 3-4 定量灌装机构评选方案3.3 压盖密封机构：对灌装完毕的瓶子或罐子进行压盖和密封，应该包括以下几个步骤：（1）当瓶子或罐子送至压盖机构的适当位置时，压盖机构的压头以一定的速度向瓶口
7、送去；（2）压盖密封完后，压头停止一段时间；（3）接着，压头以一定的速度返回原处，以等待下一次循环。要完成以上的运动，有如图 3-5 所示的机构可以进行选择：6（ a） 凸轮机 构 （b） 曲柄连杆机构图 3-5 压盖密封机构的选型根据以上的运动的要求以及可供机构的选型，可以得出如图 3-6 所示的方案：方案一：凸轮机构 方案二：曲柄连杆机构图 3-6 压盖密封机构评选方案3.4 粘贴商标机构：粘贴商标机构主要要实现以下几个动作：（1）当压盖完毕的瓶子或罐子送到该机构的预定位置后，粘贴商标的连杆开始送至瓶子或罐子的适当位置，并停止一定的时间以便把商标完全贴好；（2）当粘贴商标完后，连杆直接返回
8、原位，以等待下一次的循环。7要完成以上的动作，可用如图 3-7 所示的几个机构来实现：（a ） 摆动导杆机构 （b） 凸轮滚子机构 （c） 曲柄滑块机构图 3-7 粘贴商标机构的选型根据以上的运动的要求以及可供机构的选型，可以得出如图 3-8 所示的方案：方案一：摆动摇杆机构 方案二：曲柄滑块机构 方案三：凸轮滚子机构图 3-8 粘贴商标机构评选方案84、机械运动方案的选择和评定4.1 自动转位机构选择和评定方案一：不完全齿轮机构工作原理： 不完全齿轮机构的主动轮上只有一个或几个轮齿，并根据运动时间与停歇时间的要求，在从动轮上有与主动轮轮齿相啮合的齿间。两轮轮缘上各有锁止弧，在从动轮停歇期间，
9、用来防止从动轮游动，并起定位作用。优点：机构的结构简单，制造容易，工作可靠，设计时从动齿轮的运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。缺点：在进入和退出啮合时，速度有突变，引起刚性冲击，故只宜用于低速、轻载场合。方案二：槽轮机构工作原理：由槽轮和圆柱销组成的单向间歇运动机构，它可以看做是是一种特殊的齿轮传动机构，其主动轮上有一个或数个槽口，当槽口与从动轮契合时带动从动轮前进一段距离，而其它时候从动轮不能转动。优点：结构简单，外形尺寸小，工作可靠，能准确控制转角，机械效率高缺点：在槽轮的起动和停止时加速度变化大、具有柔性冲击，且随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，因而不适用于高速场合。方案三
10、：凸轮式间歇运动机构工作原理：凸轮式间歇运动机构由主动凸轮、从动转盘和机架组成，以主动凸轮带动从动转盘完成间歇运动。优点：只要适当设计出凸轮的轮廓，就可以使从动盘获得预期的运动规律，减小动载荷和避免冲击，使之适应高速运转的要求。无须采用其他的定位装置就可以获得很高的定位精度，且机构结构紧凑，是一种较理想的高速高精度的分度机构。缺点：加工成本高，对装配、调整要求严格。结论：在三个方案的比较下，方案二较为适合作为本酱类食品灌装机的自动转位机构9104.2 灌装机构选择和评定方案一：凸轮与滑块相串联机构。工作原理：在凸轮面内凿出沟槽作为滑块杆端部的运动轨迹，随着凸轮的转动，滑块在预设的面内做有停歇的
11、往复运动，并且挤压酱料进入空瓶内。优点：该机构结构紧凑，稳定性，传动性良好，便于装配。缺点：对沟槽的设计精度高，对凸轮的转速有较高的要求，不适合高速运转。方案二：凸轮机构工作原理：利用凸轮的表面轨迹，预先设计凸轮的形状，使滚子沿着凸轮面滚动，使与滚子连接的罐装口做有规律的往复间歇运动。优点：机构运动简单，容易设计，易组装。适合高速运转。结论：在两个方案比较下，方案二较为适合作为本酱类食品灌装机的灌装机构114.3 压盖机构选择和评定方案一：凸轮机构工作原理：通过设计凸轮的形状来控制与凸轮相连的推杆的运动，让推杆在所要求的的时间内完成压盖动作和返回。优点：结构相对比较简单，易于操作，比较稳定。1
12、2缺点：凸轮形状设计相对麻烦。方案二：曲柄连杆机构工作原理：以摇杆为动力，通过连杆把动力传到压盖杆上，完成压盖的动作，并返回。优点：设计简单，并且该机构有一个急回的性质，与压盖的动作相吻合。缺点：不支持高速运转。结论：在两个方案的比较后，选择第一个方案作为本酱类食品灌装机的压盖机构比较合适4.4 粘贴标签机构选择和评定方案一：摆动摇杆机构工作原理：曲柄做圆周运动，摆杆做左右摇摆往复运动，并具备急回性质，在摆杆的端部加装粘帖标签用的压盘，当标签粘帖完成后压盘迅速返回。优点：结构比较紧凑，能实现小传动比传动。方案二：曲柄滑块机构13工作原理：曲柄做圆周运动，并带动着安装在滑块上的压盘做具有急回性质
13、的往返运动，在滑块能运动的最长距离那一点进行商标的粘帖。优点：结构简单紧凑，安装比较容易，适合不同的转速。方案三：凸轮滚子机构工作原理：在滚子贴好标签，随着凸轮进行圆周运动，滚子做间歇运动，并在特定时刻向外伸，与瓶子相接触粘帖商标。优点：运动轨迹简单，设计简洁，结构简单，安装方便。结论：在两个方案的比较后，选择第二个方案作为作为本酱类食品灌装机的的粘贴标签机构比较合适14155.机械传动系统的速比和变速机构：第一级采用圆柱齿轮传动，传动比为 3，第二级采用圆柱齿轮传动，传动比为 3.4，第三级采用圆柱齿轮传动，传动比为 2，第四级采用锥齿轮，取传动比为 3.5。变速机构简图如图 5-1 所示：
14、图 5-1 变速机构简图齿轮序号 模数 m 2 2 2 2 2 2 2 2齿数 z 20 60 68 20 20 40 20 70压力角 20 20 20 20 20 20 20 20分度圆直径d=mz40 120 136 40 40 80 40 140基圆直径db=dcos37.59 112.76 127.80 37.59 37.59 75.18166.酱类食品灌装机的机构运动简图综合本组同学研究的机构选型，做出酱类食品灌装机的总体机构运动简图，如图 6-1 所示图 6-1 酱类食品灌装机的总体机构运动简图以上的运动简图是将各个机构单独工作时的状态分别予以说明：（1） 首先，未成品空罐子在传
15、动带的带动下送到未成品输入口；（2） 接着，转盘按预定的时间和动作的距离转动，同时把空罐子送到灌装机构槽位，等待该机构对空罐子的灌装动作完成；（3） 然后，灌装完毕的罐子由转盘机构送达压盖机构槽位，以完成对已灌装完毕的罐子的压盖；（4） 接着，压盖后的罐子跟着转盘来到粘贴商标机构槽位，以完成对罐子的粘贴商标的工序；（5） 最后，已加工完毕的产品由转位机构送到成品输出口槽位，再由传送带直接把成品输出。177.自动转盘机构设计与运动分析7.1 自动转盘机构的运动分析图 7-1 自动转位机构运动简图如图 7-1 所示，自动转位机构主要是实现对产品加工过程的中位置的转换。因为加工的流程需求，该转为机构
16、包括六个槽位，用于实现五个加工程序的位置转换。未加工的产品由传送带送入，在转位机构中经过：未成品输入口灌装机构压盖机构粘贴商标机构成品输出口。最后，加工完成的产品再由传送带运出。7.2 转盘机构的设计根据选定的方案，我们选定由槽轮带动转盘转动来完成该机构的间歇运动，如图 7-1 所示。由于我们设计的转位机构包括六个槽位，由此我们应选用的槽轮机构的从动槽轮应该有六个槽，为了保证该机构运动与其他机构配合的连续性，主动销轮只有一个，如图 7-2 所示：18图 7-2 槽轮机构由自动转位机构的运动线图（图 7-3）可知，槽轮机构的从动轮运动的时间为主动轮运动时间的 1/6，即从动轮运动时间 t与主动轮
17、运动时间 t 的之比为1:6，则（k 为槽轮机构运动系数）图 7-3 自动转位机构运动线图198.压盖机构设计及运动分析8.1 压盖机构凸轮的设计根据运动循环图，压盖机构中的凸轮要满足的位移如图 8-1 所示：图 8-1 凸轮的位移线图我们把平地从动件的推杆设计为 25mm，压头静止时的位置距离罐子口的距离为 30mm；考虑到压盖后有一段保压时间，设计保压时间为压盖过程所用时间的 1/3，则设计凸轮基圆半径为 40mm，近休止角为 60，远休止角为120，推程角为 120，回程角为 60；所以该凸轮的推程为 30mm。根据以上凸轮的数据，我们得到压盖机构所用凸轮的轮廓如图 7-2 所示：20图
18、 8-2 凸轮轮廓线8.2 压盖机构运动分析压盖机构的运动简图如图 8-3 所示，此机构为一个直动平底从动件对心凸轮。这样设计是为了能控制压头，使其既能在规定的时间内完成对罐子的压盖，又能在规定的时间内不动。在凸轮转动，带动压头往下运动的同时，盖子从斜面滑到罐子口上；等到压头接触盖子时，凸轮野快转到了远停处；接着，凸轮完全转到了远停处，把罐子盖紧；然后，保压一段时间；最后，压头在弹簧力的作用下沿着凸轮的轮廓线返回原处。这样，压盖机构完成了给罐子压盖的步骤。21图 8-3 压盖机构运动简图9.压盖机构速度分析根据凸轮的速度及加速度，用瞬心法求该机构中平底从动件的速度，如下图 9-1 所示，可求得
19、从动件的速度：22图 9-1 凸轮的速度的分析10.参考资料1 朱理机械原理北京：高等教育出版社，2008：15-2002 戴娟机械原理课程设计指导书北京：高等教育出版社，2009：15-2502311.设计总结前前后后经过了一个星期的努力，从获知课程设计的题目到对题目的剖析和理解，从对该机构的组成的分析到对各个组成机构的设计，从对各个机构的选型到对各个方案的比较和选择，从计算各种传动装置的参数到绘制各个机构的运动简图等等，我们都经过了从发现到理解再到接受最后到设计的过程。在这一个又一个的过程中，我们学会的如何发现问题，深入了解问题，最后解决问题。虽然这次的课程设计只是我们学习的众多的学科中必
20、须完成的一个，但我们在这其中所学到的比在其他的学科中学到的多。我们学会了分工合作，学会了吃苦耐劳，学会了迎难而上。同时，我们还巩固了课本上的知识，因为这次的课程设计不仅是一次简单的功课，更是一次让我们巩固课本知识、挖掘课本中深藏的知识的机会。在完成这次课程设计的过程中，我们还发现了相当一部分自己在课堂上难以发现的缺点。比如在运动简图的时候，一开始我们一昧对着自己在纸上画的24简图来作图，但是因为尺寸还没定下来，画到最后有得重新画。还有在计算齿轮传动比计算的过程中，由于讨论久久未得出结论而耽误了一部分时间。另外，在排版的时候，由于一开始没有按照严格的顺序，导致在排版的时候也花了一部分时间。但是，在另一方面，在计算和画图的过程中，我们掌握了书本上计算的公式，同时我们在一边使用 autoCAD 软件作图时，也在一边学会了其操作。总之，在这次的课程设计中，我们学会了许多许多。2526
