自動化機械設計課程設計粒狀巧克力糖包裝機的設計

1、自動化機械設計 -課程設計課程題目： 粒狀巧克力糖包裝機的設計院 別： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 教務處制 年 月 日目 錄一、 設計任務書1二、 粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定3三、 粒狀巧克力糖包裝機的總體布局7四、 粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)9五、 粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖10六、 粒狀巧克力糖包裝機的齒輪設計15七、 粒狀巧克力糖包裝機的機械手設計17八、 粒狀巧克力糖包裝機的凸輪設計18九、 粒狀巧克力糖包裝機的槽輪設計21十、 設計小結22十一、參考文獻22一、設計任務書1、粒狀巧克力糖被加工對象是呈圓臺形粒狀巧克力糖，如圖1所示。h=12mm，&#

2、216;1=30mm，Ø2=20mm。Ø2Ø1h圖1 產(chǎn)品形狀2、包裝材料巧克力糖包裝采用厚度0.008mm的銀色鋁箔卷筒紙。3、機器的生產(chǎn)率生產(chǎn)任務為每班產(chǎn)量570kg，約合自動機的正常生產(chǎn)率為120件/ min?？紤]自動機工藝條件的變化，采用無級調(diào)速，使自動機的生產(chǎn)率為70130件/min。4、包裝質(zhì)量要求要求巧克力糖包裝后外形美觀、挺括、鋁箔紙無明顯損傷、撕裂、褶皺（如圖2所示）。5、對自動機的基本要求機械機構簡單，工作可靠、穩(wěn)定，操作方便、安全，維修容易，造價低。6、研制費用：4萬元。圖2 包裝產(chǎn)品最后形狀7、設計工作量：1）巧克力糖包裝機裝配圖1張(a0

3、)； 2）零件圖13張； 3）設計說明書一份。二、粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定在廣泛調(diào)查研究的基礎上，對產(chǎn)品的包裝工藝進行詳細的分析。一般來說，開始總是以模仿人工包裝的動作，作為自動機工藝設計的初步依據(jù)。但是作為高明的設計者，不能只局限于模仿人工包裝動作。如大家熟悉的家用縫紉機，它的縫制工藝遠比手工縫制的完美，面線、底線同時完成。因此，在開始設計自動機工藝時，首先應對人工包裝動作進行分析研究，并在此基礎上進行綜合、提高，使之更加完善，更能適合機械動作的要求。1產(chǎn)品特征粒裝巧克力糖呈圓臺形，輪廓清楚，但質(zhì)地疏松，容易碰傷。因此，考慮機械動作時應適合它的特點，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。例如產(chǎn)品夾緊力要

4、適當；在進出料時避免碰撞而損傷產(chǎn)品；包裝速度應適中，過快會引起沖擊而可能損傷產(chǎn)品等。包裝工藝首要的是要解決坯件的上料問題。顯然，像巧克力糖之類的產(chǎn)品，使用一般料斗上料方法是不適宜的。如果采用料倉式上料方法，則需要人工定時放料，每分鐘放120粒糖也夠緊張的。如果將自動機的進料系統(tǒng)直接與巧克力糖澆注成形機的出口相銜接，則比較容易解決巧克力糖的自動上料問題。2包裝材料食品包裝材料應十分注重衛(wèi)生。粒狀巧克力糖包裝紙采用厚度為0.008mm的金色鋁箔紙，它的特點是薄而脆，抗拉力較小，容易撕裂，也容易褶皺。因此，在設計供紙部件時對速度應十分注意。一般包裝的速度越高，紙張的拉力就越大。根據(jù)經(jīng)驗，一般送紙速度

5、應小于500mm/s。在選擇供紙機結構時，主要依據(jù)下列兩點：1）采用紙片供料或是采用卷筒紙供料。本機采用卷筒紙。2）紙張送出時的空間位置時垂直置放的還是水平置放的。將紙片水平置放對包裝工藝有利。但卷筒紙水平輸送，只能采用間歇式剪切供紙方法。3包裝工藝方案擬定圖3 包裝工序分解圖圖3為最初的巧克力糖包裝工藝圖.根據(jù)人工包裝動作順序,針對產(chǎn)品包裝質(zhì)量要求,該機包裝工藝如下:1) 將90mm×90mm鋁箔紙覆蓋在巧克力糖Ø20小端正上方,如圖3(a)所示。 2) 使鋁箔紙沿糖塊錐面強迫成行如圖3(b)所示. 3)將余下的鋁箔紙分成兩半,先后向Ø30大端中央折去,迫使包裝

6、紙緊貼巧克力糖,如圖3(c),(d)所示.上述包裝工藝只是一種設想,還須經(jīng)過工藝實驗加以驗證.4.巧克力糖包裝工藝的實驗工廠的設計人員,根據(jù)初擬的包裝工藝方案,進行了工藝實驗.在第一次實驗時,采用剛性錐形模腔,迫使鋁箔紙緊貼在糖塊的圓臺錐面上.圖4為第一次工藝實驗的結構簡圖.圖4 第一次工藝試驗結構圖1-轉(zhuǎn)軸 2-巧克力糖 3-轉(zhuǎn)盤4-頂糖桿 5-鋁箔紙 6-槽凸輪機構如上圖所示,糖塊和包裝紙由頂糖桿4頂入轉(zhuǎn)盤上的錐形模腔,迫使鋁箔紙緊貼糖塊.實驗結果表明,基本符合要求,但還存在如下問題:由于巧克力糖在澆注成行時,外形尺寸誤差較大,而剛性模腔不能完全適應這種情況;又由于鋁箔紙又薄又脆,在強迫成

7、行時,鋁箔紙有被拉破的現(xiàn)象,特別當糖塊與模腔之間間隙太小時,使鋁箔紙沒有足夠的變形間隙而被撕破;此外,在實驗中常常發(fā)生糖塊貼牢模腔不能自由落下的情況;有時在頂桿頂糖時發(fā)生損傷糖塊的現(xiàn)象等等.這說明第一次工藝實驗還很不完善.在第二次工藝實驗時,將剛性錐形模腔改成具有一定彈性的鉗糖機械手.圖5為鉗糖機械手及巧克力糖包裝簡圖.(d)(c)(b)(a) 圖5 鉗糖機械手及巧克力糖包裝1-轉(zhuǎn)軸 2-轉(zhuǎn)盤 3-彈簧 4-接糖桿 5-鉗糖機械手(共6組)6-糖塊 7-頂糖桿 8-鋁箔紙 9-環(huán)行托板 10-折邊器如上圖所示,機械手設計上是具有彈性的錐形模腔,這樣能適應巧克力糖外形尺寸的變化,解決第一次工藝實

8、驗中存在的拉破鋁箔紙的現(xiàn)象.在機械手下面有圓環(huán)形托板,以防止糖塊下落。第二次工藝實驗的過程如下:當鉗糖機械手轉(zhuǎn)至裝糖未位置時,接糖桿4向下運動,頂糖桿7向上推糖塊6和包裝紙8,使糖塊和鋁箔紙夾在頂糖桿和接糖桿之間,然后它們同步上升,進入機械手5,迫使鋁箔紙成型如圖5(b)所示,接著折邊器10向左折邊,成圖5(c)狀,然后轉(zhuǎn)盤2帶機械手5作順時針方向轉(zhuǎn)動,途徑環(huán)行托板9,使鋁箔紙全部覆蓋在糖塊的大端面上,完成全部包裝工藝如圖5(d)所示.第二次工藝實驗,獲初步成功.鋁箔紙沒有撕破現(xiàn)象,糖塊也沒有說明損傷.但是包裝紙表面還不夠光滑,有時還發(fā)生褶皺現(xiàn)象,還需要進一步改進.又經(jīng)過譏刺實驗,發(fā)現(xiàn)鋁箔紙只

9、要用柔軟之物輕輕一抹,就很光滑平整地緊貼在糖塊表面上,達到預期的外觀包裝質(zhì)量要求.因此增設了一個帶有錐形毛刷圈（軟性尼龍絲），在定糖過程中，先讓糖塊和鋁箔紙通過毛刷圈，然后再進入機械手成形，結果使包裝紙光滑、平整、美觀，完全達到包裝質(zhì)量要求。圖6是經(jīng)過改進后的巧克力糖包裝成型機機構簡圖。圖6 巧克力糖包裝成型機構1-左抄板紙 2-鉗糖機械手 3-接糖桿 4-右抄板紙5-錐形尼龍絲圈 6-鋁箔紙 7-糖塊 8-頂糖桿另外，考慮自動機工作的可靠性，在成品出料口增設撥糖桿，確保機械手中的糖塊落入輸送帶上。這樣的工藝方案就比較完善了。三、粒狀巧克力糖包裝機的總體布局1.機型選擇從產(chǎn)品的數(shù)量看，屬于大批

10、量生產(chǎn)，給定生產(chǎn)任務超過年產(chǎn)100萬粒。因此，選擇全自動機型。從產(chǎn)品的工藝過程看，選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線的多工位自動機型。根據(jù)工藝路線分析，實際上需要兩個工位，一個是進料、成型、折邊工位另一個是出料工位。自動機采用六槽槽輪機構作工件步進傳送。2.自動機的執(zhí)行機構根據(jù)巧克力糖包裝工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構組成：1) 送糖機構；2) 供紙機構；3) 接糖和頂糖機構；4) 抄紙機構；5) 撥糖機構；6) 鉗糖機械手的開合機7) 轉(zhuǎn)盤步進傳動機圖7 鉗糖機械手及進出糖塊機構1-輸送帶 2-糖塊 3-托盤4-鉗糖機構 5-鉗糖機械手6-彈簧 7-托板8-機械手9-機械手開合凸輪 10-輸料帶i-進料,成

11、型,折邊工位 ii-出糖工位 下面介紹主要執(zhí)行機構的結構和工作原理。圖7為鉗糖機械手、進出糖機構結構圖。送糖盤4與機械手作同步間歇回轉(zhuǎn)，逐一將糖塊送至包裝工位。 機械手的開合動作，由固定的凸輪8控制，凸輪8的廓線是由兩個半徑不同的圓弧組成，當從動滾子在大半徑弧上，機械手就張開；從動滾子在小半徑弧上，機械手靠彈簧6閉合。圖8 接糖和頂糖桿機構1-圓柱凸輪 2-接糖桿 3-糖塊4-頂糖桿 5-平面槽凸輪圖8為接糖和頂糖機構示意圖。接糖桿和頂糖桿的運動，不僅具有時間上的順序關系，而且具有空間上的相互干涉關系，因此它們的運動循環(huán)必須遵循空間同步化的原則設計，并在結構上應予以重視。 接糖桿和頂糖桿夾住糖

12、塊和包裝紙同步上升時，夾緊力不能太大，以免損傷糖塊。同時應使夾緊力保持穩(wěn)定，因此在接糖桿的頭部采用如橡皮類的彈性件。3.包裝機總體布置 圖9 總體布置圖四、粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)粒狀巧克力糖包裝機是專用自動機，根據(jù)自動機傳動系統(tǒng)設計的一般原則和巧克力糖包裝工藝的具體要求，擬定如圖10所示的傳動系統(tǒng)。圖10 粒狀巧克力糖包裝機傳動系統(tǒng)1-電動機 2-帶式無級變速機構 3-鏈輪幅 4-盤車手輪5-頂糖桿凸輪 6-剪紙導凸輪 7-撥糖桿凸輪 8-抄紙板凸輪9-接糖桿凸輪 10-鉗糖機械手 11-撥糖桿 12-槽輪機構13-接糖桿 14-頂躺桿 15-送糖盤 16-齒輪副17-供紙部件鏈輪 18

13、-輸送帶鏈輪 19-螺旋齒輪副 20-分配軸如圖所示，電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min，功率為0.4kw,分配轉(zhuǎn)速為70130r/min，總降速比 ，采用平帶、鏈輪兩級降速，其中1/（4.48），1/2.67。而無級變速的錐輪直徑。螺旋齒輪副1、2、3的傳動比,直齒標準齒輪副的傳動比i=2。五、粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖1.分析各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖1) 確定各機構的運動循環(huán)。已知120件/min，則分配軸的轉(zhuǎn)速為 n=120(r/min)分配軸每轉(zhuǎn)的時間就是該機的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機構的運動循環(huán)，所以（s）2) 確定各機構運動循環(huán)的組成區(qū)段。撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位都是間歇運動機

14、構，它們的運動循環(huán)由兩個區(qū)段組成：撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位等三個機構的轉(zhuǎn)位運動時間；撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位等三個機構的的停歇時間。因此，應有 (5.1)相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.2)剪刀機構8的運動循環(huán)可分為三個區(qū)段：剪刀機構的剪切工作行程時間；剪刀機構的返回行程時間；剪刀機構在初始位置的停留時間。因此，應有 (5.3)相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.4)頂糖桿機構5的運動循環(huán)的組成區(qū)段為：頂糖桿機構的頂糖工作行程時間；頂糖桿機構在工作位置的停留時間 頂糖桿機構的返回行程時間；頂糖桿機構在初始位置的停留時間。因此，應有 (5.5)相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.6)活動折紙板機構6的運動循環(huán)也可

15、以分為四個區(qū)段：活動折紙板機構的折紙工作行程時間；活動折紙板機構在工作位置的停留實際；活動折紙板機構的返回行程時間；活動折紙板機構在初始位置的停留時間；因此，應有 (5.7)相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.8)3) 確定各機構運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角由于粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)是從送料開始的，因此以送料輥輪機構的工作起點為基準進行同步化設計，撥糖盤和機械手轉(zhuǎn)位兩個機構與之相同。a.送料輥輪機構運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取送料時間，則停歇時間為，相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 =360°×=360°×120° =360

16、76;×=360°×240°b剪刀機構8運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取剪切工作行程時間，則相應的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 360°×360°×26.7°初定s，則s，則相應的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 360°×360°×44.4° 360°×360°×288.9°c.頂糖桿機構5運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取工作位置停留時間s，則相應的分配軸轉(zhuǎn)角為： 360°

17、15; 360°×9.1°初定s，s，則s，相應的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 360°×360°×80° 360°×360°×62.2° 360°×360°×208.9°d活動折紙板機構6運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取折紙工作行程時間s，則相應的分配軸轉(zhuǎn)角為： 360°×360°×36.9°初定s，s，則s，相應的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 360°&

18、#215;360°×18.5° 360°×360°×161.5° 360°×360°×143.1°2.各執(zhí)行機構運動循環(huán)的時間同步化設計1) 確定粒狀巧克力自動包裝機最短的工作循環(huán)。 (5.9) （s）2) 確定粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)。令上述三對同步點的錯移量分別為t1、t2和t3，若取 t1=t2=t3=17/4212（s）則其在分配軸上相應的轉(zhuǎn)角為 粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)應為3.繪制粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)(如圖11) (圖11) (圖12

19、)4.修正自動包裝機的工作循環(huán)圖實際上,粒狀巧克力自動包裝機要求每轉(zhuǎn)生產(chǎn)一個產(chǎn)品,即要求,因此應對圖進行修正,即按比例或用其他分析方法,求出循環(huán)圖截短后各動區(qū)段的分配軸轉(zhuǎn)角若將修正前各機構運動循環(huán)各區(qū)段對應的分配軸轉(zhuǎn)角按比例放大,則有式中, -修正后各機構運動循環(huán)各區(qū)段對應的分配軸轉(zhuǎn)角.根據(jù)修正后的分配軸轉(zhuǎn)角繪制的粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)圖,如圖12所示.六、粒狀巧克力糖包裝機的齒輪設計1斜齒輪副1、2、3的設計計算表項目計算（或選擇）依據(jù)計算過程單位計算（或確定）結果 1選齒輪精度等級級72.材料選擇45#鋼3.選擇齒數(shù)zz1=28z2=1×28個28284.選取螺旋角一般取

20、（8-20）度12度125.齒寬系數(shù)d0.66.選取模數(shù)查標準模數(shù)系列表mm27.計算齒輪的分度圓直徑dmm57.2557.258.計算齒輪寬度bb = dd1圓整后?。篵1 =57.25×0.6=35b2 =57.25×0.6=35mm35352標準直齒齒輪副16的設計計算表項目計算（或選擇）依據(jù)計算過程單位計算（或確定）結果 1.選齒輪精度等級級72.材料選擇45#鋼3.選擇齒數(shù)zz1=28z2=2×28個28564.齒寬系數(shù)d0.55.選取模數(shù)查標準模數(shù)系列表mm2.16.計算齒輪的分度圓直徑dmm561177.計算齒輪寬度bb = dd1圓整后取：b1 =

21、 28 b2 = 56mm2856七、粒狀巧克力糖包裝機的機械手設計鉗糖機械手及送糖盤的設計計算表項目計算（或選擇）依據(jù)計算（或確定）結果項目計算（或選擇）依據(jù)計算（或確定）結果a1a1> Ø1=40r5r5=（ r1r2）/2 =（515）10a2取a2=a140t1取 t1=60度60r1r1=（100200）150t2t1= t2=60度60r2取 r2= r1-（3050）110Ø1Ø1= Ø1=30rr=（3050）50Ø2Ø2= Ø2=20r1r1=（80120）100Ø3Ø3= Ø2-(510)14r2r2= r1-（1030）80Ø4Ø4 =Ø3=14r3r3= r4- Ø1100r取 2r= Ø1=1515r4r4=（100200）130hh= h+(410)=16八、粒狀巧克力糖包裝機的凸輪設計1頂糠桿槽凸輪5 r=（4070）50h=（50100）80推程h=h-r302撥糠桿偏心凸輪7 r=（4070）50h=（50100）87推程h=h-r373剪紙刀平面凸輪6 、抄紙板平面凸輪8剪紙刀平面凸輪6參數(shù)序號凸輪運動角推桿的運動規(guī)律10°120°