II 摘要 灌装机是酒水、膏体、饮料类等食品加工行业的关键设备之一。目前正向着灌装 的高速化、精确化；以及智能化、多功能化方向发展。 本文的设计工作原理是利用传送带将空盒送进六工位转盘，利用槽轮间歇运动变 换不同工位；然后在灌装工位通过连接在凸轮机构上的装置灌入膏体；在贴锡纸工位 利用与凸轮机构相连的装置在盒上粘贴锡纸(利用锡纸下降）；在盖盒盖工位上将盒盖 压下紧固咋爱盒口；最后送出成品。通过槽轮机构、凸轮机构、齿轮换位机构和送料 机构来实现，从而完成膏体的自动灌装并送出成品。 关键词 膏体；槽轮；灌装；间歇；机构 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 III Abstract The filling machine is one of the key equipment for drinks, paste, beverage and other food processing industries. The current towards high-speed, filling accuracy; and intelligent, multi-functional direction. The design principle of this paper is to use the empty boxes to the six station rotary table, using the transform of Geneva motion in different position; and then through the device is connected to a cam on filling paste in the filling station; device in the paste foil station is connected with the cam mechanism with the paste in the box with foil (use of tin foil down) cover; in position, press fastening love box mouth; finally out of finished products. To achieve through the groove wheel mechanism, cam mechanism, gear shift mechanism and feeding mechanism, thus completing the paste filling and had finished. Keywords paste; the groove wheel; filling; intermittent; mechanism 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 IV 目录 摘要.................................................................. IV 1、绪论................................................................1 1.1、灌装机的发展.....................................................1 1.2、设计任务背景.....................................................1 2、设计任务和要求......................................................1 2.1、设计任务.........................................................1 2.2、设计的基本要求和内容...................................................2 3、工作原理和工艺过程..................................................2 4、拟定运动循环图......................................................2 5、执行机构设计的具体方案....................................................3 5.1、转盘的间歇运动...................................................3 5.2、贴锡纸、加盖机构.................................................5 6、设计的具体方案的机械运动简图..............................................6 7、物理运动系统的尺度设计..............................................8 7.1、电动机的选择.....................................................8 7.2、行星轮系传动比的计算.............................................8 7.3、带传动的设计.....................................................9 7.4、轴的选择.........................................................9 7.5、锥齿轮参数设定...................................................9 8、机构执行系统的尺度计算..............................................9 8.1、槽轮相关参数的确定...............................................9 8.2、凸轮机构设计.....................................................11 设计小结及体会.........................................................14 参考文献...............................................................15 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 1 页 1 绪论 1.1 灌装机的发展 我国饮料、乳品、啤酒市场得到长足发展的同时也带动了包装机械业的发展速度。 自从上世纪八十年代开始，中国每年都要进口大量的饮料、乳品和啤酒包装机械，至 今引进的势头仍然是有增无减。这些机械大多是高速自动化生产线，可靠性强，产量 高，部分设备是当今世界最为先进的机型。这些生产线的引进，使中国部分饮料、乳 品和啤酒企业的包装水平得以与发达国家同步发展。与此同时，中国包装机械的生产 也取得了长足的进步，部分灌装、封口一体设备已达到较高水准，包括塑料饮料瓶、 酸奶杯、无菌包装成型设备和贴标机在内的包装生产线水平也得到了提升，已能 满足中型企业的需要，部分已能替代进口设备，并且出口量逐年提高. 包装机械的产值在300 亿元人民币左右，而每年进口的食品包装机械约10 亿美 元。其中饮料、乳品和啤酒包装机械占有相当大的比重。 1.2 设计任务背景 包装是食品生产中必不可少的一个环节，而啤酒及其他碳酸饮料在人们的生活中 已占据了重要的地位，从而也带动了灌装机械的发展。鉴于我国目前包装机械行业的 发展空间比较的大，研究包装机械方面的课题个人和社会都有积极意义，是对学生综 合能力的培养和锻炼，尤其是总体设计更是如此。一方面巩固、增长学生的专业相关知识， 培养综合运用知识的能力，为以后的工作积累经验，另一方面也想让他们能在自己的 课题上有所发现、改进、创新，提出一些建设性的意见。自动灌装机构设计，题目综 合性强，需要学生有扎实的基础知识和广博的知识面及计算机基础。所以，在整个设 计过程中学生可以充分的发挥其主动性，积极性，培养了他们的综合分析问题和解决问 题的能力，促进学生由知识型向智能型转化。 2.设计任务和要求 2.1 设计任务 膏体自动灌装机是通过出料活塞杆上下往复运动实现膏体灌装入盒内的，其主要 工艺动作如下： （1）、将空盒送入六工位转盘，利用转盘间歇运动变换不同工位； （2）、在灌装工位上空盒上升灌入膏体； 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 2 页 （3）、在贴锡纸工位上粘贴锡纸； （4）、在盖盒盖工位上将盒盖压下； （5）、送出成品。 2.2.设计要求和内容 1、电动机选择Y 系列交流异步电动机，转速为960r/min； 2、膏体自动灌装机的生产能力：24 盒/min； 3、膏体盒尺寸D=30~50mm，高度h=10~15mm； 4、工作台面距离地面的距离为1100~1200mm； 5、构件质量和转动惯量不计； 6、要求结构紧密相连、传动性能优良、运动灵活可靠、噪声尽量减小。 3.工作原理，工艺动作过程 首先从产品的设计的基本要求等方面出发，膏体自动灌装机要求完成以下几个工艺动 作： 1、送盒：这一动作由传送带来完成，保证传送带的连续运转； 2、六工位转盘的间歇转动：这一动作有槽轮机构来实现； 3、灌装：这一过程可以由凸轮的反复运转来实现； 4、贴锡纸、压盖：这两项工作可以由一个凸轮带动一组压杆来实现； 5、送出成品：由传送带完成。 4.拟定运动循环图 机械运动循环的设计: （1）、确定执行机构的运动循环时间T 执行。我们所设计的灌装机每分钟生产24 盒，因此其运动循环时间为：T 执行=60/n 曲=2.5. （2）、确定组成运动循环的各个区段。六工位台每转动一次转角为 600，其在转 动时凸轮和槽轮保持不动。输送带在整一个完整的过程中负责将空盒送到工位上，然后将成品 送出，因此在整一个完整的过程中一直转动。两个凸轮机构分别完成灌装和贴锡纸、加盖工作， 在远休止和近休止阶段处于不动，在推程和回程段运动。 （3）、机构同心圆式运动循环图： 机构的运动循环如图4-1，其各个机构的运动情况如下： 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 3 页 输送带区段：在0 到360°均转动； 六工位台的转停：在1/3t（120 度°）内转动，在2/3t（240°）内停歇； 灌装机构的转停：在α 1=120°停歇，α 2=90°时上升，在α 3=60°时停歇，在 α 4=900 时下降； 贴锡纸、加盖机构的转停：在α 1=120°停歇，α 2=90°时下降，在α 3=60°时 停歇，在α 4=90°时上升； 图4-1(机构同心圆式运动循环图) 5.执行机构的选型 5.1、转盘的间歇运动 （1）、棘轮间歇机构 棘轮间歇机构通过摇杆1 连接制动爪3 左右摆动带动棘轮转动，通过止动爪5 实 现棘轮止动，如图5-1： 图5-1（棘轮间歇机构） 优点：结构相对比较简单、制造方便、运动角可在工作过程中并可在较大范围内调整等； 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 4 页 缺点：运动角的调节是有级的，转动精度较差，且棘爪在齿面上滑行时引起噪声、 冲击、齿尖易磨损，不宜用于高速。灌装机构需要考虑到运动的平稳性，因而舍去此 种方案。 （2）、不完全齿轮 不完全齿轮机构中，一个齿轮全齿，另一个不完全齿，当不完全齿轮的有齿部分 与完全齿轮啮合时，完全齿轮才转动，如图5-2： 图5-2（不完全齿轮机构） 优点: 结构相对比较简单，工作可靠，容易制造。与其他间歇机构相比，其从动轮矫转周 的停歇次数，运动和停歇的时间比例，可在较宽广的范围内调节 缺点: 啮合传动的开始和终了时，速度有突变，且加速度也不连续，故冲击较大， 运动不平稳，连续，故舍去。 （3）、槽轮机构 槽轮机构利用拨盘转动，使销钉间歇性进入槽中带动槽轮间歇性转动，如图5-3： 图5-3（槽轮机构） 优点: 结构相对比较简单，工作可靠，容易制造。转位迅速，其机械效率高，故能平稳地， 间歇地进行转位 缺点: 其运动规律不能选择，调节性能差，在拨销进入和脱出槽轮时会产生柔性 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 5 页 冲击，故常使用于速度要求不太高的运动中。 因此，综合上述三种间歇运动机构方案，凸轮式间歇机构、不完全齿轮、槽轮机 构，结合所要设计的膏体自动灌装机中的六工位转盘转速为24r/miin，转速不高， 产生冲击不大，决定使用槽轮机构来带动转盘间歇运动。 5.2、灌装、贴锡纸、加盖机构 （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：设计复杂，占用空间大，不易制造；故舍去。 （2）、曲柄推杆机构 优点：结构相对比较简单，节省材料，容易制造，压力和磨损小； 缺点：惯性力较大，无间歇运动，满足不了在贴纸、加盖过程中的间歇要求。如 图5-4，故舍去。 图5-4（曲柄推杆机构） （3）、几何封闭式凸轮机构 优点：传动精确，结构相对比较简单，可靠性高； 缺点：易磨损，制造较困难。但是这不影响所需求的运动特性的实现。所以最终选择 该机构，如图5-5。 图5-5（几何封闭式凸轮机构） 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 6 页 6.设计的具体方案的机械运动简图 按照已经选定的三个执行机构的型式及物理运动系统，画出膏体灌装机的机械运 动示意图，包含了物理运动系统、三个执行机构的组合。机械运动简图大致的描绘出 了机械的运转方式，根据这个就能够直接进行机构的尺寸计算。 机构运动简图及部件序号如下 1,固定齿轮； 2，3，行星轮； 5，6，V 型皮带轮16：55； 7，8，等齿数45 度锥齿轮； 9，槽轮主动轮； 10，槽轮从动轮； 11，间隙转盘的底盘； 12，六工位间隙转盘； 13，灌装工位； 14，压盖工位； 15，灌装压盖机构的主传动轴； 17，18，等转速V 型皮带轮； 19，20，V 型皮带轮； 21，22，均为45 度锥齿轮； 23，24，等转速V 型皮带轮； 25，28，均为45 度锥齿轮； 26，27 以及29，30，均为V 型皮带轮，且27 和30 的转速相等； 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 7 页 图6-1 图6-2 如图6-1 和图6-2，利用减速系统实现减速，通过传动轴和传动系统实现各部位 的运动相关联接，空盒通过传系统带进入六工位转台，通过拨盘带动槽轮的间歇运动 实现盒体的工位转动，再通过凸轮机构的运动实现灌装、压盖、贴锡纸，再通过传系 统送出成品。 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 8 页 7.物理运动系统的设计 7.1 电动机的选择 根据设计的基本要求需要用 n=960r/min 的电动机，考虑到膏体自动灌装机对于工作 无特殊的要求，我选择Y 系列三相异步电动机；考虑到电动机工作时要消耗的功率和 传动过程中的效率，选择Y2-132M2-6 型电动机，其基本信息参数如表7-1： 表7-1 型号 额定功率 /KW 转速（r/min） Tmax/TN 转动惯量 （kg/m2） 参考质量 （kg） Y2-132M2-6 5.5 960 2.1 0.0449 84 7.2、行星轮系传动比的计算 由 i 总=960/24=40 考虑传动的平稳性，通过两次减速来实现。第一次通过 2K-H 行星轮系实现i=5 的减速；第二次通过皮带轮实现i=8 的减速。其总和为5*8=40.符 合减速要求。 根据灌装机的总体高度要求，选择： M=2.5， Z1=40， Z2=60，Z3=160 则iH13=1-i1H=-Z3/Z1 i1H=1+Z3/Z1=1+160/40=5 图7-1（传动行星轮系） 选用常用的渐开线直齿圆柱齿轮来构成这组行星轮系，如图7-1，其中2 为行星 轮，1、3 为太阳轮。 齿轮1、2 安装的中心距为a12=r1+r2=125mm。 西南交通大学本科教学改革- 机械原理 第 9 页 7.3、带传动的设计 考虑到传动比、传递功率和速度，我们最终选择V 带传动。V 带在同样的预紧力条件 下能产生更大的摩擦力，传动比大，适用于传递中等功率和中等速度的场合。再由带 速范围的选择和经济考虑，我们选用窄V 带，如图7-2。 图7-2 7.4、轴的选择 由于灌装机的转速中等，载荷不大，冲击也较小，因而选用45 刚作为轴的材料。 7.5、锥齿轮参数设计 m=2， δ 1=δ 2=450 取Z1=Z2=25， 则d1=d2=50mm。 8.机构执行系统部分的尺度计算 8.1、槽轮相关参数的确定 （1）、由于六工位要实现每次60°的间歇运动，所以槽数设为Z=6，即拨盘销钉每次 进入槽中会带动槽轮转动60°。 （2）、圆销数n 的选择： 在实际在做的工作中，要达到的运动效果为六工位在停止转动的时间内完成灌膏、贴纸、压 盖三道工序，因此应使停止的时间长于转时，即传动系数 k=td/t

  2024年广东省梅州市平远县事业单位招聘126人历年高频难、易错点练习500题附带答案详解