【面包裝袋機(jī)送料部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)11000字（論文）】

PAGE2-面包裝袋機(jī)送料部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目錄TOC\o"1-2"\h\u172541引言 1157951．1課題研究目的和意義 186451．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 163541．3課題研究的主要內(nèi)容 5136472總體方案確定 5226852．1設(shè)計(jì)任務(wù) 5192852．2功能分析 6185542．3總體方案確定 7203712.4方案對(duì)環(huán)境與安全的影響 138592.5各方案的經(jīng)濟(jì)性比較和對(duì)環(huán)保的影響 13324413主要部件詳細(xì)設(shè)計(jì) 13129773．1漏氣檢測(cè)的詳細(xì)設(shè)計(jì) 1397313．2排列部分的詳細(xì)設(shè)計(jì) 15230513．3龍門機(jī)械手的詳細(xì)設(shè)計(jì) 178423結(jié)論 2715526參考文獻(xiàn) 281引言經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，推動(dòng)著食品行業(yè)的發(fā)展。包裝機(jī)械的發(fā)展對(duì)于推動(dòng)食品行業(yè)的發(fā)展有巨大的進(jìn)步意義。裝袋機(jī)作為包裝機(jī)械的一部分，可以自動(dòng)化完成輸送，裝袋等一系列功能，對(duì)于企業(yè)減輕生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率具有重要的作用。本設(shè)計(jì)主要完成面包裝袋機(jī)送料部分結(jié)構(gòu)，可以完成面包輸送，排列，漏氣檢測(cè)等一系列功能，具有一定的實(shí)際價(jià)值。1．1課題研究目的和意義1.1.1課題研究的目的現(xiàn)代社會(huì)，科技發(fā)展迅速，裝袋機(jī)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了一定的水平。它可以通計(jì)算機(jī)控制、半自動(dòng)甚至全自動(dòng)完成生產(chǎn)制做、送料運(yùn)輸、裝袋封口等一系列動(dòng)作。極大地降低了生產(chǎn)成本以及提高了生產(chǎn)效率。目前，它被廣泛的應(yīng)用在醫(yī)藥制造，木耳菌裝袋，煤礦運(yùn)輸以及電池等化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中。為了提高生產(chǎn)效率，提高經(jīng)濟(jì)利益，滿足綠色制造，安全性等方面的要求，故設(shè)計(jì)一種面包裝袋機(jī)的送料結(jié)構(gòu)。1.1.2課題研究的意義隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，面包已經(jīng)成為生活中常見的一種食物。巨大的市場(chǎng)需求量以及高額的經(jīng)濟(jì)利益推動(dòng)著面包廠商向著規(guī)?；?，自動(dòng)化的方向發(fā)展。但是，大部分廠商在生產(chǎn)過程中仍是半自動(dòng)化生產(chǎn)，大大增加了生產(chǎn)成本，所以對(duì)于自動(dòng)化面包裝袋機(jī)的需求日趨明顯。雖然我國(guó)包裝機(jī)械有了一定發(fā)展，但仍具有性能單一，質(zhì)量不太穩(wěn)定等問題[1]。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)的是面包裝袋機(jī)送料部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配合后續(xù)裝袋部分設(shè)計(jì)，形成一個(gè)完整的自動(dòng)化面包裝袋機(jī)，這項(xiàng)研究具有重要的理論意義與實(shí)際意義，應(yīng)用前景也較為廣泛。1．2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)1.2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀自動(dòng)裝袋機(jī)技術(shù)發(fā)展迅速，具有自動(dòng)化，多功能化，高效率等優(yōu)點(diǎn)。它可以承受較高的工作壓力，承擔(dān)高產(chǎn)的工作要求。全自動(dòng)生產(chǎn)還可以節(jié)約一定的人工成本。并且它的操作十分方便快捷，采用智能化控制，所以它的可靠性也很高[2]。根據(jù)裝袋機(jī)用途以及工作環(huán)境不同，它們的結(jié)構(gòu)以及工作原理也不盡相同。楊卓娟、高超、趙金玲、劉瑞海[3]設(shè)計(jì)的一種用于木耳菌包裝裝袋機(jī)采用的一種螺旋上料機(jī)構(gòu)，可以進(jìn)行定量送料。木耳菌在螺旋機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下進(jìn)料。如圖1.1，該機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，通過電磁摩擦離合器控制送料的起止，同時(shí)還可以通過智能模塊實(shí)時(shí)監(jiān)控，通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速就可直接改變出料多少。圖1.1木耳菌包全自動(dòng)裝袋機(jī)螺旋上料機(jī)構(gòu)李俊儒、宋欣，等人在《晾曬谷物自動(dòng)收集裝袋機(jī)設(shè)計(jì)》[4]，提出了一種斗式提升機(jī)，如圖1.2所示，它可以完成晾曬谷物的收集，稱重，裝袋，封口等一系列操作。該裝置通過鏟板將谷物鏟起然后由皮帶提供動(dòng)力向上運(yùn)輸。其特點(diǎn)是工作運(yùn)輸量大，承載能力較強(qiáng)。但是其機(jī)構(gòu)過大，A占用較大的空間，并且不易移動(dòng)。這種機(jī)構(gòu)也經(jīng)常用在礦石運(yùn)輸中。圖1.2晾曬谷物自動(dòng)收集裝袋機(jī)江山[5]設(shè)計(jì)了一種煙盒生產(chǎn)線中，采用了一種轉(zhuǎn)盤式輸送機(jī)構(gòu)以及皮鏈條輸送機(jī)構(gòu)。如圖1.3所示，模具轉(zhuǎn)盤在模具定位托板作用下，每轉(zhuǎn)90°都會(huì)有一個(gè)模具掉落到輸送帶工位上，輸送帶前進(jìn)一個(gè)工位，模具掉下來一個(gè)。二者互相配合，形成一個(gè)輸送機(jī)構(gòu)。該輸送結(jié)構(gòu)具有一定的連續(xù)性和準(zhǔn)確性，應(yīng)用也較為廣泛，在給袋式裝袋機(jī)的給袋部分應(yīng)用較多。圖1.3煙盒自動(dòng)包裝生產(chǎn)線的模具輸送裝置周繼華在《鋅銀電池負(fù)極片自動(dòng)化生產(chǎn)線及管控系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用》[6]中，由于模具，負(fù)極片所要求的傳送精度非常高，所以他們采用了一種機(jī)械手臂輸送裝置。隨著機(jī)器人技術(shù)以及智能制造技術(shù)的發(fā)展，機(jī)械手上料裝置發(fā)展也較為迅速。他可以適應(yīng)多種工況，關(guān)節(jié)較為靈活，在汽車制造，化工生產(chǎn)等領(lǐng)域中應(yīng)用較多。但是它的控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，且造價(jià)昂貴，所以一般應(yīng)用在大型工廠中。郭丹丹、段華榮、朱永生、范巧變、周存堂[7]設(shè)計(jì)的一種帶垂直升降的雙層循環(huán)機(jī)構(gòu)，可以在較小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)在垂直方向和水平方向的循環(huán)運(yùn)輸，而且它的精度非常高，對(duì)于大殼體零件有很高的應(yīng)用價(jià)值，例如清洗汽車殼體的運(yùn)輸結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖1.4所示。圖1.4帶垂直升降的步進(jìn)式雙層循環(huán)結(jié)構(gòu)朱凱[8]設(shè)計(jì)了一種通過螺紋自動(dòng)調(diào)節(jié)的輸送裝置，如圖1.5，可以更改輸送裝置的高度。圖1.5具有調(diào)節(jié)功能的自動(dòng)化物料輸送裝置龔晉慷[9]設(shè)計(jì)了一種可以在輸送的過程中對(duì)食品自動(dòng)識(shí)別分類的裝置，并可以對(duì)其進(jìn)一步進(jìn)行包裝。如圖1.6所示，并且可以使食物交叉落下，大大節(jié)約了空間。該裝置解決了當(dāng)前輸送結(jié)構(gòu)功能單一的問題。圖1.6食品用包裝機(jī)的輸送裝置刁玲麗[10]設(shè)計(jì)的一種藥丸瓶裝自動(dòng)化生產(chǎn)線，其中瓶蓋上料機(jī)構(gòu)采用了一種振動(dòng)式螺旋上料機(jī)構(gòu)，通過振動(dòng)可以使瓶蓋進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，并在后面加了一種篩選機(jī)構(gòu)，可以讓瓶蓋按一定條件輸出，不符合的瓶蓋會(huì)重新回到圓盤送料機(jī)構(gòu)。此外，在該生產(chǎn)線中，還有一種藥丸自動(dòng)上料機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)還有計(jì)數(shù)傳感器，是一種綜合的多功能運(yùn)輸機(jī)構(gòu)。國(guó)際方面，美國(guó)生產(chǎn)的裝罐機(jī)，德國(guó)生產(chǎn)的啤酒裝罐機(jī)等等，都處于國(guó)際領(lǐng)先水平。例如在美國(guó)形成了先進(jìn)的現(xiàn)代化包裝體系，主要針對(duì)的是包裝材料與包裝設(shè)備[11]。而在日本主要是面對(duì)食品包裝，主要在小包裝與大包裝方向上[12]。ShinjiKoike,RyoichiSato,RyoSasaki[13]設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)裝袋機(jī)，通過一種簡(jiǎn)單機(jī)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)物品供給裝置落下，然后再進(jìn)行裝袋密封，各部分配合緊湊。目前，在隨著食品與飲料方面自動(dòng)化生產(chǎn)方面需求不斷上升，各國(guó)包裝機(jī)械都向智能化，綠色化，多功能化發(fā)展[14]。1.2.2發(fā)展趨勢(shì)雖然最近幾年，我國(guó)機(jī)械行業(yè)發(fā)展迅速，在工廠中自動(dòng)化設(shè)備比例不斷攀升。但是相對(duì)于外國(guó)先進(jìn)技術(shù)，我國(guó)機(jī)械設(shè)備仍然具有穩(wěn)定性差，定位精度不高等方面的缺點(diǎn)。在國(guó)家政策的大力扶持下，我國(guó)制造行業(yè)向著較好方向發(fā)展。自動(dòng)化包裝機(jī)械朝著自動(dòng)化程度高，效率高，定位精準(zhǔn)，綠色環(huán)保，經(jīng)濟(jì)性高等方面發(fā)展[15]。我國(guó)與國(guó)外先進(jìn)包裝機(jī)械的差距不斷縮小，競(jìng)爭(zhēng)力不斷提高[16]。1．3課題研究的主要內(nèi)容1.設(shè)計(jì)給袋式面包輸送裝置，面包傳送帶速度為120個(gè)/min，每袋裝12個(gè)小面包（3行X4列）且小面包的商標(biāo)朝外，以及面包的側(cè)立分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。2.完成送料部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，排列部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。3.漏氣的面包在生產(chǎn)線上直接剔除，不再進(jìn)行包裝工作。2總體方案確定2．1設(shè)計(jì)任務(wù)2.1.1需求分析近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，食品行業(yè)也迎來了較好的發(fā)展機(jī)遇。巨大的市場(chǎng)需求推動(dòng)著我國(guó)包裝機(jī)械向著自動(dòng)化，高效化，批量化等方面發(fā)展。而面包作為生活中常見的食品，市場(chǎng)前景非常廣闊，這就需要面包廠商不斷更新設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，以這種方法來應(yīng)對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生的巨大需求，追求更高的利潤(rùn)率。此外，我國(guó)大部分面包生產(chǎn)廠商在面包裝袋等方面仍采用人工方法，工作效率較低。并且隨著我國(guó)逐步進(jìn)入人口老齡化社會(huì)，以及工作強(qiáng)度的問題，很難找到大量勞動(dòng)力，導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加。所以，自動(dòng)化包裝機(jī)械在對(duì)于提高生產(chǎn)效率，降低員工勞動(dòng)強(qiáng)度，緩解人員短缺等方面有著巨大的意義。尤其對(duì)于食品包裝以及飲料灌裝等方面至關(guān)重要，應(yīng)用前景也較為廣泛。包裝機(jī)械是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，生產(chǎn)機(jī)械化的重要環(huán)節(jié)，它應(yīng)該具有以下優(yōu)點(diǎn)：大幅提高生產(chǎn)效率。例如本課題要求每分鐘裝袋120個(gè)小面包，這是人工無法達(dá)到的。降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。自動(dòng)化生產(chǎn)線上，幾乎不需要高強(qiáng)度的人工勞作，通過機(jī)械運(yùn)動(dòng)就可以準(zhǔn)確完成各步動(dòng)作，僅需人工對(duì)機(jī)器進(jìn)行維護(hù)。自動(dòng)化包裝機(jī)械可以達(dá)到節(jié)約資源，保護(hù)環(huán)境的目的。例如在煤礦等礦石包裝送料過程中往往造成灰塵飛揚(yáng)，會(huì)污染環(huán)境，而且對(duì)人的身體也是有害的。提高商品的衛(wèi)生性能，整個(gè)制造過程都在無菌的環(huán)境中進(jìn)行，使食品更加安全，提高衛(wèi)生等級(jí)。減少成本，包裝機(jī)械就可以完成整個(gè)包裝的全部過程，并且工作中送料裝袋等較為集中，減少占地面積。2.1.2確定設(shè)計(jì)任務(wù)要求本課題主要是完成面包裝袋機(jī)送料部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配合后續(xù)裝袋部分設(shè)計(jì)，完成整個(gè)面包裝袋的生產(chǎn)過程。此部分結(jié)構(gòu)主要完成對(duì)面包進(jìn)行檢測(cè)，并將漏氣的面包剔除、面包側(cè)立、面包的抓取與送料。并對(duì)各部分進(jìn)行三維建模，確定各部分設(shè)計(jì)的可行性以及整體裝配布局，驗(yàn)證整體設(shè)計(jì)的合理性與可行性。本課題設(shè)計(jì)主要參數(shù)：小面包尺寸：長(zhǎng)110mmX寬90mmX高30mm，小面包質(zhì)量20g/個(gè)面包傳送帶速度120個(gè)/min每袋裝12個(gè)小面包（3行X4列）小面包商標(biāo)朝向包裝袋外面2．2功能分析2.2.1面包裝袋機(jī)送料部分主要功能分析面包裝袋機(jī)主要有以下五大功能組成：漏氣檢測(cè)功能：對(duì)傳送帶運(yùn)輸?shù)男∶姘M(jìn)行漏氣檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)不合格的小面包剔除功能：對(duì)上一步檢測(cè)出來的不合格的小面包從運(yùn)輸生產(chǎn)線上剔除下去側(cè)立功能：使平放在生產(chǎn)線上的側(cè)立起來，為后續(xù)排列部分結(jié)構(gòu)做準(zhǔn)備輸送功能：將小面包輸送到下一工位，其中包括傳送帶輸送以及機(jī)械手輸送排列功能：將側(cè)立好的小面包排列為三個(gè)為一列如圖2.1所示，圖為面包裝袋機(jī)送料部分功能樹。圖2.1面包裝袋機(jī)送料部分功能樹2.2.2面包裝袋機(jī)送料部分主要環(huán)節(jié)與關(guān)鍵技術(shù)面包裝袋機(jī)送料部分主要工作流程為：先對(duì)生產(chǎn)線上輸送過來的小面包進(jìn)行漏氣檢測(cè)，剔除不合格的漏氣小面包；然后將平放在輸送線上的面包通過特定性狀斜坡配合輸送帶運(yùn)動(dòng)使小面包側(cè)立起來并進(jìn)行排列，每三個(gè)一列；隨后通過機(jī)械手將面包抓取并放到托盤里，為裝袋部分做準(zhǔn)備。為實(shí)現(xiàn)上述幾個(gè)流程，主要需要的技術(shù)為漏氣檢測(cè)技術(shù)，傳感器技術(shù)，機(jī)械手技術(shù)。2．3總體方案確定2.3.1總體布局方案方案一該方案由5條傳送帶，1個(gè)龍門機(jī)械手以及兩個(gè)固定的托盤構(gòu)成。如圖2.2所示，每條傳送帶具有不同的功能，完成不同的作用。第一條傳送帶完成漏氣檢測(cè)與剔除不合格的產(chǎn)品的功能；第二條傳送帶使平放的小面包隨著運(yùn)動(dòng)逐漸側(cè)立起來；第三，四，五條傳送帶具有排列功能，每個(gè)傳送帶上都有光電感應(yīng)器，當(dāng)最后一條傳送帶感應(yīng)到面包到達(dá)后，最后一條傳送帶電機(jī)停轉(zhuǎn)。前兩條傳送帶的光電開關(guān)才會(huì)依次工作，從而完成面包的排列。機(jī)械手會(huì)將排列好的面包抓取并放到托盤里，機(jī)械手配有旋轉(zhuǎn)氣缸，可以實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)功能，是小面包商標(biāo)向外。因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求每分鐘裝袋120個(gè)，速度較快，故托盤設(shè)計(jì)為雙工位以達(dá)到速度要求。圖2.2面包裝袋機(jī)送料結(jié)構(gòu)總裝方案一方案二該方案與方案一前面流程大體部分相同，結(jié)構(gòu)相似。但為滿足每分鐘120個(gè)的要求，在左面采用一條環(huán)形輸送帶。每裝滿一個(gè)托盤，都會(huì)有下一個(gè)托盤繼續(xù)過來等待裝滿，但是需要傳送帶頻繁起停，且對(duì)面包托盤定位有較高要求，具體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。圖2.3面包裝袋機(jī)送料部分結(jié)構(gòu)總裝二（3）方案比較與選定兩種方案均可以滿足題目的要求，查閱相關(guān)資料，采用對(duì)比法對(duì)兩種方案進(jìn)行初步評(píng)定。如表2.1所示。表2.1總體方案比較表比較項(xiàng)目方案一方案二技術(shù)性動(dòng)作準(zhǔn)確性高較高結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較復(fù)雜復(fù)雜效率高低高較高使用壽命高較高經(jīng)濟(jì)性制造難易程度較難難生產(chǎn)效率一般一般能源損耗低高環(huán)保性污染性無無材料浪費(fèi)低低安全性操作高度合理合理防護(hù)裝置有有通過對(duì)以上兩種方案的比較，方案一較方案二來說，減少了一條環(huán)形輸送帶，降低了成本，更加滿足經(jīng)濟(jì)性的要求。并且方案一的托盤是靜止的，而方案二的托盤需要在傳送帶上進(jìn)行定位，降低了準(zhǔn)確性，且環(huán)形輸送帶的電機(jī)需要不斷啟停，降低了各工序配合的時(shí)間精度。綜上所述，初選方案一為本設(shè)計(jì)最終方案。2.3.2側(cè)立部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案（1）方案一因?yàn)槊姘椒旁趥魉蛶陷^難實(shí)現(xiàn)面包的抓取，故需要在排列單元之前將面包側(cè)立。如圖2.4所示，該機(jī)構(gòu)在傳送帶邊緣一邊是斜坡，一邊是較為光滑的曲面，小面包平放在輸送帶上，因?yàn)樨Q直擋板和斜坡之間的間隙逐漸變小，所以面包會(huì)逐漸沿著斜坡向上運(yùn)動(dòng)，直至完全側(cè)立。圖2.4側(cè)立機(jī)構(gòu)方案一（2）方案二該方案采用了一種類似于漏斗的機(jī)構(gòu)，在輸送帶末端有一個(gè)推桿機(jī)構(gòu)可以將輸送過來的小面包推到不同的斜坡，可以在實(shí)現(xiàn)小面包側(cè)立的同時(shí)控制側(cè)立的方向。其平面圖如圖2.5所示。圖2.5側(cè)立機(jī)構(gòu)方案二方案比較與選定對(duì)兩種方案進(jìn)行技術(shù)性，安全性等方面分析，如表2.2所示：表2.2側(cè)立機(jī)構(gòu)方案比較表比較項(xiàng)目方案一方案二技術(shù)性動(dòng)作準(zhǔn)確性高高結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度簡(jiǎn)單復(fù)雜效率高低高高使用壽命高低經(jīng)濟(jì)性加工難易程度簡(jiǎn)單困難生產(chǎn)效率一般一般能源損耗低一般環(huán)保性污染性無無材料浪費(fèi)一般一般安全性操作高度合理合理由表2.2可以得出，方案一相較方案二來說，易于加工，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。經(jīng)濟(jì)性較高。方案二需要較高的精度，并且容易與正在運(yùn)送中的傳送帶發(fā)生干涉，大大減少了機(jī)構(gòu)的使用壽命。方案一較容易直接使小面包側(cè)立起來，方案二由于漏斗機(jī)構(gòu)與小面包存在摩擦，會(huì)影響輸送速度，并且落下位置較難控制，技術(shù)性相對(duì)于方案一來說較差，故綜上所述，選擇方案一作為側(cè)立機(jī)構(gòu)較為合理。2.3.3面包抓取輸送部分結(jié)構(gòu)方案（1）方案一采用龍門機(jī)械手，對(duì)已經(jīng)排列好的面包進(jìn)行抓取，對(duì)部分面包還需要進(jìn)行180°翻轉(zhuǎn)，故在結(jié)構(gòu)中需要一種旋轉(zhuǎn)氣缸，對(duì)其進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，機(jī)械手末端選用氣動(dòng)夾爪，對(duì)面包進(jìn)行抓取。在X，Z軸方向直線運(yùn)動(dòng)選用絲杠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，具有較高的精度且可以有較高的進(jìn)給速度。方案如圖2.6所示。圖2.6機(jī)械手方案一方案二這種方案機(jī)械手末端與方案一相同，不過在直線運(yùn)動(dòng)方向選擇絲杠與同步帶互相配合?？梢酝瓿擅姘鼕A取的功能，如圖2.7所示。圖2.7機(jī)械手方案二方案三這種方案機(jī)械手末端與方案一相同，直線運(yùn)動(dòng)XZ兩軸控制元件均為氣缸。結(jié)構(gòu)如圖2.8所示。圖2.8機(jī)械手方案三（4）方案四這種方案不需要旋轉(zhuǎn)氣缸進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，這種工業(yè)機(jī)器人可以完成抓取旋轉(zhuǎn)等系列功能。結(jié)構(gòu)如圖2.9所示。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過蝸輪蝸桿進(jìn)行控制，采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。圖2.9機(jī)械手方案四（5）方案比較與選定方案一采用滾珠絲杠進(jìn)行進(jìn)行直線傳動(dòng)，滾珠絲杠具有傳動(dòng)精度高，傳動(dòng)較為平穩(wěn)，壽命長(zhǎng)，工作可靠性高，進(jìn)給速度快等優(yōu)點(diǎn)，但是滾珠絲杠制造，安裝成本較高。方案二采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)同步帶的方法進(jìn)行直線傳動(dòng)，該方案具有成本低，傳動(dòng)速度較快等優(yōu)點(diǎn)，適合長(zhǎng)距離輸送，但是定位精度較滾珠絲杠來說較差。方案三采用氣缸推動(dòng)進(jìn)行直線傳動(dòng)，因?yàn)榻橘|(zhì)是空氣，所以工作成本低，并且氣缸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，選型較為容易。但氣缸傳動(dòng)缺點(diǎn)也較為明顯。因?yàn)榻橘|(zhì)是氣體，可壓縮性較大，密封不嚴(yán)時(shí)還會(huì)影響傳動(dòng)速度與效率，同時(shí)氣缸穩(wěn)定性差并且定位精度低，有較大噪聲。方案四是工業(yè)中常用的機(jī)械手，旋轉(zhuǎn)部分采用電機(jī)帶動(dòng)蝸輪蝸桿傳動(dòng)，該結(jié)構(gòu)內(nèi)部較為復(fù)雜，制造困難，成本高，并且傳動(dòng)速度較慢，通過綜合對(duì)比，選用方案一較為合理。直線傳動(dòng)模塊采用絲杠傳動(dòng)，旋轉(zhuǎn)單元選用旋轉(zhuǎn)氣缸，夾取單元選用氣動(dòng)夾爪，可以完成一系列功能。2.4方案對(duì)環(huán)境與安全的影響1.原來進(jìn)行人工裝袋時(shí)，需要從高速運(yùn)轉(zhuǎn)的傳送帶上用手將小面包拿下來，存在一定的危險(xiǎn)性。面包裝袋機(jī)送料部分不需要人工進(jìn)行操作，大大降低了危險(xiǎn)。2.傳送帶上有擋板可以防止面包掉落在地上。3.在裝置中設(shè)立位置極限傳感器可以保護(hù)設(shè)備的安全4.選用電機(jī)絲杠而不選擇氣缸可以減少噪音的污染2.5各方案的經(jīng)濟(jì)性比較和對(duì)環(huán)保的影響1.在整體設(shè)計(jì)方案中，面包存放裝置一個(gè)是通過兩個(gè)托盤進(jìn)行存放面包，另一個(gè)是通過傳送帶不斷進(jìn)行啟停，從設(shè)備經(jīng)濟(jì)性分析，選擇兩個(gè)托盤對(duì)面包進(jìn)行存放，節(jié)約成本。2.面包抓取機(jī)構(gòu)需要兩個(gè)軸向進(jìn)行快速運(yùn)動(dòng)，需要較高的定位精度。常見的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)主要為絲杠機(jī)構(gòu)，同步帶結(jié)構(gòu)，氣缸以及機(jī)械手。從經(jīng)濟(jì)性，準(zhǔn)確性以及環(huán)保性等方面分析，選用電機(jī)絲杠機(jī)構(gòu)作為直線運(yùn)動(dòng)方案。3主要部件詳細(xì)設(shè)計(jì)3．1漏氣檢測(cè)的詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1.1漏氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)分析漏氣檢測(cè)機(jī)構(gòu)主要執(zhí)行原件是拉力傳感器，面包剔除機(jī)構(gòu)主要是鴨嘴式吹氣機(jī)構(gòu)。已知漏氣小面包高度大概為25mm，充氣小面包高度大概為30mm。本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)一個(gè)壓輪，安裝的高度大概為高于傳送帶25mm，當(dāng)小面包漏氣時(shí)，不會(huì)有力作用于壓輪，不會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)徑向上偏移，拉力傳感器沒有示數(shù)，此時(shí)后面下一工位的鴨嘴式吹氣機(jī)構(gòu)進(jìn)行吹氣，將漏氣小面包剔除。當(dāng)小面包不漏氣時(shí)，會(huì)給壓輪一個(gè)向上的力，軸向上偏移，壓力傳感器會(huì)有示數(shù)，此時(shí)鴨嘴式吹氣機(jī)構(gòu)不工作。為了防止小面包吹不下去的情況發(fā)生，故采用兩個(gè)鴨嘴式吹氣機(jī)構(gòu)。為了防止小面包堵塞傳送帶，故圓柱直徑為小面包長(zhǎng)的3倍。3.1.2漏氣檢測(cè)建模對(duì)漏氣檢測(cè)剔除機(jī)構(gòu)進(jìn)行建模，包含電機(jī)，傳送帶，輔助檢測(cè)圓柱體，鴨嘴式傳感器以及軸承，套筒等部分。如圖3.1所示。圖3.1漏氣檢測(cè)部分三維建模3.1.3電機(jī)選型計(jì)算已知輸送要求120個(gè)/min，面包尺寸mm，傳送帶上兩小面包間隔80mm，傳送帶電機(jī)選型參考文獻(xiàn)[17]：得傳送帶速度為300mm/s滾筒周長(zhǎng)（3.1)式中：r——滾筒半徑，取30mm滾筒轉(zhuǎn)速解得n=2r/s=120r/min（3.2）電機(jī)轉(zhuǎn)速大概為1600r/min，故減速箱減速比約為，故取i=12.5電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩最大，（3.3）式中：——摩擦系數(shù)，取0.5m——負(fù)載質(zhì)量，取5kg負(fù)載轉(zhuǎn)矩N/m（3.4）電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩N/m（3.5）取安全系數(shù)為2倍，電機(jī)所需要的輸出功率：（3.6）查資料選擇90DC120GV180R16電機(jī)，90GF12.5H減速箱，電機(jī)額定功率120W，電機(jī)轉(zhuǎn)速1600r/min，輸出轉(zhuǎn)矩3.144，減速箱減速比12.5，輸出轉(zhuǎn)速128r/min。皮帶，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.7）滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.8）總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：90DC120GV180R16電機(jī)輸出軸的容許負(fù)載慣性慣量（3.9）故合格。該值比實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，因此電機(jī)能以比更快的轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。用無負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速來估算算皮帶速度，確認(rèn)所選電機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)的要求。（3.10）故轉(zhuǎn)速滿足要求。3.1.4傳感器選型計(jì)算（3.11）式中：P——小面包內(nèi)部壓強(qiáng)，取S——接觸面積。取因?yàn)槊姘疃嗫梢猿惺?kg的力，所以該機(jī)構(gòu)不會(huì)對(duì)小面包產(chǎn)生損害。查手冊(cè)[18]故選用SGSF-50的拉力傳感器，測(cè)力范圍為5-50N,分度值為0.01N,該傳感器滿足要求。3．2排列部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)3.2.1排列部分機(jī)構(gòu)分析排列機(jī)構(gòu)承接上一步側(cè)立機(jī)構(gòu)，將側(cè)立好的小面包排列成每三個(gè)一列，但因?yàn)閭魉蛶чL(zhǎng)度較短，故傳送帶滾筒較小，造成包角過小，可能會(huì)導(dǎo)致皮帶打滑，影響傳動(dòng)效率。故采用一種V型結(jié)構(gòu)，多加一個(gè)滾筒以用來增大包角。此外，由于皮帶長(zhǎng)時(shí)間使用，所以需要再設(shè)計(jì)一個(gè)惰輪進(jìn)行張緊。在軸上固定一個(gè)雙列深溝球軸承，以及定位板，定位板四個(gè)角有螺釘，可以隨時(shí)對(duì)張緊輪的位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。每個(gè)傳送帶都具有光電感應(yīng)器。三個(gè)同樣大小的傳送帶串聯(lián)在一起，當(dāng)最末端傳送帶有小面包到達(dá)時(shí)，最末端電機(jī)停轉(zhuǎn)，其他兩條傳送帶依次重復(fù)上述過程，然后機(jī)械手一次將其夾取放入托盤。3.2.2排列部分建模圖3.2排列部分建模3.2.3排列機(jī)構(gòu)電機(jī)選型計(jì)算已知傳送帶的速度為300mm/s，滾筒周長(zhǎng)=126mm（3.12）滾筒轉(zhuǎn)速解得n=2.38r/s=143r/min（3.13）電機(jī)轉(zhuǎn)速大概為1600r/min，故減速箱減速比約為=11.19，故取10電機(jī)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩最大，（3.14）負(fù)載轉(zhuǎn)矩N/m（3.15）電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩N/m（3.16）取安全系數(shù)為2倍，電機(jī)所需要的輸出功率：（3.17）因?yàn)檫€有一個(gè)張緊輪，故所需功率約為1.2倍（3.18）查資料選擇90DC65GV180R16電機(jī)，減速器型號(hào)為90GF10HE，電機(jī)額定功率65W，電機(jī)轉(zhuǎn)速1600r/min，輸出轉(zhuǎn)矩2.975，減速箱減速比10，輸出轉(zhuǎn)速160r/min。皮帶，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.19）滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.20）總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：90DC65GV180R16電機(jī)輸出軸的容許負(fù)載慣性慣量（3.21）故合格。該值比實(shí)際負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，因此電機(jī)能以比更快的轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。用無負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速來估算算皮帶速度，確認(rèn)所選電機(jī)是否滿足設(shè)計(jì)的要求。（3.22）故轉(zhuǎn)速滿足要求。3．3龍門機(jī)械手的詳細(xì)設(shè)計(jì)3.3.1龍門機(jī)械手機(jī)構(gòu)分析為滿足每分鐘裝袋120個(gè)小面包的要求，故采用龍門機(jī)械手，左右各一個(gè)托盤。X,Z兩個(gè)軸線方向均采用電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滑塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，速度快，定位精度高。旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)采用旋轉(zhuǎn)氣缸，抓取機(jī)構(gòu)采用氣動(dòng)夾爪，可以滿足要求。其中旋轉(zhuǎn)氣缸僅需要在一個(gè)工位工作，每次旋轉(zhuǎn)180°。3.3.2龍門機(jī)械手機(jī)構(gòu)建模圖3.3龍門機(jī)械手機(jī)構(gòu)建模3.3.3兩軸機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)分析為防止各部位干涉，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行空間排布設(shè)計(jì)，X軸單次進(jìn)給量不是確定的，最大位移量為300mm，每次減少33mm，裝滿一個(gè)托盤需要運(yùn)動(dòng)四次；Z軸單次進(jìn)給量確定的，為80mm。X，Z兩軸電機(jī)加速時(shí)間，減速時(shí)間均為0.1s，故以X軸進(jìn)給最大位移量300mm時(shí)，做速度變化圖，如圖3.4所示。圖3.4機(jī)械手速度變化圖為了提升運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性與運(yùn)動(dòng)進(jìn)度，在Z軸電機(jī)向上運(yùn)動(dòng)并且減速時(shí)，X軸電機(jī)開始加速，二者加速減速時(shí)間相同，故可以提升相對(duì)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。其去程以及回程的軌跡分別軌跡如圖3.5，圖3.6所示。圖3.5機(jī)械手去程軌跡圖3.6機(jī)械手回程軌跡3.3.4X軸絲杠選型計(jì)算參考手冊(cè)[19]計(jì)算過程如下（1）初定絲杠導(dǎo)程求水平方向最大速度V=1000mm/s,電機(jī)最大轉(zhuǎn)速3000r/min，電機(jī)與絲杠直連，傳動(dòng)比為1，則絲杠導(dǎo)程為mm(3.33)實(shí)際選導(dǎo)程20mm，滿足速度要求。（2）滾珠絲杠副載荷計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌承重時(shí)最大滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.004，靜止時(shí)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)與最大滑動(dòng)摩擦系數(shù)相差不大，故此處取0.006則導(dǎo)軌的靜摩擦力為(3.34)式中：m——工件質(zhì)量，m約為10kgf——該機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌滑塊之間的密封阻力，這里取滑塊密封阻力20N因?yàn)殡姍C(jī)啟停加速時(shí)間很短，所以阻力來源為導(dǎo)軌，滑塊之間的摩擦力。則有:rpmN滾珠絲杠副的當(dāng)量載荷：21N滾珠絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速:3000rpm（3）滾珠絲杠副預(yù)期額定動(dòng)載荷①按滾動(dòng)絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間算(3.35)式中：——預(yù)期工作時(shí)間，使用壽命10年，每年300天，一天8小時(shí)——負(fù)荷系數(shù)，平穩(wěn)無沖擊取1——精度系數(shù)，取1——可靠性系數(shù)，取1②按滾珠絲杠副的預(yù)期運(yùn)行距離計(jì)算(3.36)式中：——預(yù)期工作行程，一般選50000③按滾珠絲杠副的預(yù)加最大軸向負(fù)載計(jì)算(3.37)式中：——預(yù)加負(fù)荷系數(shù)，一般取6.7——絲杠副最大載荷（4）估算滾珠絲杠最大允許軸向變形量（1/3–1/4）重復(fù)定位精度X向重復(fù)定位精度要求為0.003mm，則有mm（5）估算螺紋直徑根據(jù)行程選擇1000mm，計(jì)算兩個(gè)固定支撐最大距離：mmmm(3.38)綜上,選用臺(tái)灣上銀集團(tuán)直線線性模組[20]，型號(hào)為KK8620C940A1F0，絲杠外徑15mm，導(dǎo)程20mm，基本額定動(dòng)載荷4645N,基本額定靜載荷7655N，導(dǎo)軌長(zhǎng)度940mm，最大行程816.5mm。3.3.5X軸電機(jī)選型計(jì)算（1）負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算該結(jié)構(gòu)負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量主要來源有3個(gè)，分別為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以及負(fù)載慣量。因?yàn)槁?lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小，故在計(jì)算中忽略不計(jì)。滾珠絲杠質(zhì)量計(jì)算：kg（3.39）式中：——絲杠密度，一般取D——絲杠外徑，取15mmL——絲杠長(zhǎng)度，為960mm絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（3.40）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（3.41）式中：M——負(fù)載質(zhì)量，取10kg——絲杠導(dǎo)程，取20mm總慣量為：根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，選用松下公司型號(hào)為MSMJ042G1V的電機(jī)[21]，額定轉(zhuǎn)矩1.3，最大轉(zhuǎn)矩為3.8,最高轉(zhuǎn)速3000rpm，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.28，含有制動(dòng)系統(tǒng)。（2）負(fù)載慣量比（3.42）負(fù)載慣量比小于15，故合格（3）計(jì)算移動(dòng)扭矩以及加減速扭矩移動(dòng)扭矩:（3.43）加速扭矩：（3.44）減速扭矩：（3.45）最大扭矩：故合格。有效扭矩（3.46）故合格。綜上所述，選用松下公司型號(hào)為MSMJ042G1V的電機(jī)滿足要求3.3.6Z軸絲杠選型計(jì)算（1）初定絲杠導(dǎo)程求水平方向速度V=400mm/s,電機(jī)最大轉(zhuǎn)速3000r/min，電機(jī)與絲杠直連，傳動(dòng)比為1，則絲杠導(dǎo)程為mm（3.47）實(shí)際選導(dǎo)程，滿足速度要求。（2）滾珠絲杠副載荷計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌承重時(shí)最大滑動(dòng)摩擦系數(shù)為0.004，靜摩擦系數(shù)與滑動(dòng)摩擦系數(shù)相差不大，故在此處取0.006則導(dǎo)軌的靜摩擦力為（3.48）式中：m——負(fù)載質(zhì)量，m約為5kgf——導(dǎo)軌滑塊密封阻力，阻力10N因?yàn)殡姍C(jī)啟停加速時(shí)間很短，阻力由導(dǎo)軌，滑塊相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。則有:rpmN滾珠絲杠副的當(dāng)量載荷：10.3N滾珠絲杠副的當(dāng)量轉(zhuǎn)速為2400rpm（3）滾珠絲杠副預(yù)期額定動(dòng)載荷①按滾動(dòng)絲杠副的預(yù)期工作時(shí)間算（3.49）式中：——預(yù)期工作時(shí)間，使用壽命10年，每年300天，一天8小時(shí)——負(fù)荷系數(shù)，平穩(wěn)無沖擊取1——精度系數(shù)，取1——可靠性系數(shù)，一般選擇1②按滾珠絲杠副的預(yù)期運(yùn)行距離計(jì)算（3.50）式中：——預(yù)期運(yùn)行距離，一般選50000③按滾珠絲杠副的預(yù)加最大軸向負(fù)載計(jì)算（3.51)式中：——預(yù)加負(fù)荷系數(shù)，一般取6.7——絲杠副最大載荷（4）估算滾珠絲杠最大允許軸向變形量（1/3–1/4）重復(fù)定位精度X向重復(fù)定位精度要求為0.005mm，則有mm（5）估算螺紋直徑根據(jù)行程選擇200mm，計(jì)算兩個(gè)固定支撐最大距離：mmmm(3.52)綜上,選用臺(tái)灣上銀集團(tuán)直線線性模組，型號(hào)為KK6010C200A1F1，絲杠外徑12mm，導(dǎo)程10mm，基本額定動(dòng)載荷2410N,基本額定靜載荷3743N，導(dǎo)軌長(zhǎng)度200mm，最大行程106mm。3.3.7Z軸電機(jī)選型計(jì)算（1）負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算滾珠絲杠質(zhì)量計(jì)算：kg（3.53）式中：——絲杠密度，一般取D——絲杠外徑，取12mmL——絲杠長(zhǎng)度，為200mm絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（3.54）負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：（3.55）式中：M——負(fù)載質(zhì)量，取5kg——絲杠導(dǎo)程，取10mm總慣量為：根據(jù)以上結(jié)構(gòu)，選用三菱公司型號(hào)為HF-KP13的伺服電機(jī)[22]，額定功率為100W，額定轉(zhuǎn)矩0.32，最大轉(zhuǎn)矩為0.95,最高轉(zhuǎn)速3000rpm，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量0.088，含有制動(dòng)系統(tǒng)。（2）負(fù)載慣量比（3.56）負(fù)載慣量比小于15，故合格（3）計(jì)算移動(dòng)扭矩以及加減速扭矩移動(dòng)扭矩:（3.57）加速扭矩：（3.58）減速扭矩：（3.59）最大扭矩：（3.60）故合格。有效扭矩（3.61）故合格綜上所述，選用的型號(hào)為HF-KP13的伺服電機(jī)滿足要求3.3.8氣動(dòng)夾爪選型夾取部分采用氣動(dòng)夾爪，本設(shè)計(jì)每個(gè)氣動(dòng)夾爪僅需夾持一個(gè)20g的小面包，夾持力僅需，但需要較快的速度。故查手冊(cè)[23]選擇SMC公司MHL2系列寬型氣爪，型號(hào)為MHL2-10D20Z，最大使用壓力0.6MPa，在工作壓力0.5MPa時(shí)，夾持力為14N，開寬76mm，閉寬56mm，行程20mm，配合設(shè)計(jì)的夾具，可以滿足夾取厚度為30mm的小面包，氣缸運(yùn)行速度在50–750mm/s，完成一個(gè)行程僅需0.027–0.2s，可以滿足設(shè)計(jì)要求。3.3.9旋轉(zhuǎn)氣缸選型（1）計(jì)算負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量長(zhǎng)方形板的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.62）式中：m——連接板的質(zhì)量，取m=1kga——連接板的長(zhǎng)，取a=191.9mmb——連接板的寬，取b=120mm夾爪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.63）式中：m——?dú)鈩?dòng)夾爪的質(zhì)量，取 m=0.28kga——?dú)鈩?dòng)夾爪的長(zhǎng)度，取a=51mmb——?dú)鈩?dòng)夾爪的寬度，取b=44mmL——夾爪質(zhì)心到旋轉(zhuǎn)中心的距離，取L=88mm中心夾爪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.64）負(fù)載總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：（3.65）（2）計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間以及力矩快速擺動(dòng)時(shí)，要求擺動(dòng)角度為180度，假設(shè)擺動(dòng)時(shí)間為0.75s。則負(fù)載的角加速度為（3.66）式中：——轉(zhuǎn)過的角度，取t——擺動(dòng)的時(shí)間，取0.6s慣性力矩：（3）擺動(dòng)氣缸動(dòng)能的計(jì)算氣缸的角速度：（3.66）負(fù)載的動(dòng)能：（3.67）因?yàn)?/p>