自動化機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計粒狀巧克力糖包裝機(jī)的設(shè)計

1、自動化機(jī)械設(shè)計 -課程設(shè)計課程題目： 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的設(shè)計院 別： 專 業(yè)： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 教務(wù)處制 年 月 日1目 錄一、 設(shè)計任務(wù)書1二、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的工藝確定3三、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的總體布局7四、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)9五、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的工作循環(huán)圖10六、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的齒輪設(shè)計15七、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的機(jī)械手設(shè)計17八、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的凸輪設(shè)計18九、 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的槽輪設(shè)計21十、 設(shè)計小結(jié)22十一、參考文獻(xiàn)22一、設(shè)計任務(wù)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，1

2、=30mm，2=20mm。21h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(jī)器的生產(chǎn)率生產(chǎn)任務(wù)為每班產(chǎn)量570kg，約合自動機(jī)的正常生產(chǎn)率為120件/ min?？紤]自動機(jī)工藝條件的變化，采用無級調(diào)速，使自動機(jī)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(jī)的基本要求機(jī)械機(jī)構(gòu)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(fèi)用：4萬元。圖2 包裝產(chǎn)品最后形狀7、設(shè)計工作量：1）巧克力糖包裝機(jī)裝配圖1張(a0)； 2）零件圖13張； 3）設(shè)計說明書一份。

3、二、粒狀巧克力糖包裝機(jī)的工藝確定在廣泛調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品的包裝工藝進(jìn)行詳細(xì)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(jī)工藝設(shè)計的初步依據(jù)。但是作為高明的設(shè)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(jī)，它的縫制工藝遠(yuǎn)比手工縫制的完美，面線、底線同時完成。因此，在開始設(shè)計自動機(jī)工藝時，首先應(yīng)對人工包裝動作進(jìn)行分析研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合、提高，使之更加完善，更能適合機(jī)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(jī)械動作時應(yīng)適合它的特點(diǎn)，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。例如產(chǎn)品夾緊力要適當(dāng)；在進(jìn)出料時避免碰撞而損傷產(chǎn)品；包裝速度應(yīng)

4、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(jī)的進(jìn)料系統(tǒng)直接與巧克力糖澆注成形機(jī)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(yīng)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(diǎn)是薄而脆，抗拉力較小，容易撕裂，也容易褶皺。因此，在設(shè)計供紙部件時對速度應(yīng)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(yàn)，一般送紙速度應(yīng)小于500mm/s。在選擇供紙機(jī)結(jié)構(gòu)時，主要

5、依據(jù)下列兩點(diǎn)：1）采用紙片供料或是采用卷筒紙供料。本機(jī)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(jī)包裝工藝如下:1) 將90mm90mm鋁箔紙覆蓋在巧克力糖20小端正上方,如圖3(a)所示。 2) 使鋁箔紙沿糖塊錐面強(qiáng)迫成行如圖3(b)所示. 3)將余下的鋁箔紙分成兩半,先后向30大端中央折去,迫使包裝紙緊貼巧克力糖,如圖3(c),(d)所示.上述包裝工藝只是一種設(shè)想,還須經(jīng)過工藝實(shí)

6、驗(yàn)加以驗(yàn)證.4.巧克力糖包裝工藝的實(shí)驗(yàn)工廠的設(shè)計人員,根據(jù)初擬的包裝工藝方案,進(jìn)行了工藝實(shí)驗(yàn).在第一次實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)簡圖.圖4 第一次工藝試驗(yàn)結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(shí)驗(yàn)結(jié)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(yīng)這種情況;又由于鋁箔紙又薄又脆,在強(qiáng)迫成行時,鋁箔紙有被拉破的現(xiàn)象,特別當(dāng)糖塊與模腔之間間隙太小時,使鋁箔紙沒有足夠的變形

7、間隙而被撕破;此外,在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)還很不完善.在第二次工藝實(shí)驗(yàn)時,將剛性錐形模腔改成具有一定彈性的鉗糖機(jī)械手.圖5為鉗糖機(jī)械手及巧克力糖包裝簡圖.(d)(c)(b)(a) 圖5 鉗糖機(jī)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(jī)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(jī)械手設(shè)計上是具有彈性的錐形模腔,這樣能適應(yīng)巧克力糖外形尺寸的變化,解決第一次工藝實(shí)驗(yàn)中存在的拉破鋁箔紙的現(xiàn)象.在機(jī)械手下面有圓環(huán)形托板,以防止糖塊下落。第二次工藝實(shí)

8、驗(yàn)的過程如下:當(dāng)鉗糖機(jī)械手轉(zhuǎn)至裝糖未位置時,接糖桿4向下運(yùn)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(jìn)入機(jī)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(jī)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(shí)驗(yàn),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(jìn)一步改進(jìn).又經(jīng)過譏刺實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)鋁箔紙只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(dá)到預(yù)期的外觀包裝質(zhì)量要求.

9、因此增設(shè)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(jìn)入機(jī)械手成形，結(jié)果使包裝紙光滑、平整、美觀，完全達(dá)到包裝質(zhì)量要求。圖6是經(jīng)過改進(jìn)后的巧克力糖包裝成型機(jī)機(jī)構(gòu)簡圖。圖6 巧克力糖包裝成型機(jī)構(gòu)1-左抄板紙 2-鉗糖機(jī)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(jī)工作的可靠性，在成品出料口增設(shè)撥糖桿，確保機(jī)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(jī)的總體布局1.機(jī)型選擇從產(chǎn)品的數(shù)量看，屬于大批量生產(chǎn)，給定生產(chǎn)任務(wù)超過年產(chǎn)100萬粒。因此，選擇全自動機(jī)型。從產(chǎn)品的工藝過程看，

10、選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線的多工位自動機(jī)型。根據(jù)工藝路線分析，實(shí)際上需要兩個工位，一個是進(jìn)料、成型、折邊工位另一個是出料工位。自動機(jī)采用六槽槽輪機(jī)構(gòu)作工件步進(jìn)傳送。2.自動機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)巧克力糖包裝工藝，確定自動機(jī)由下列執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成：1) 送糖機(jī)構(gòu)；2) 供紙機(jī)構(gòu)；3) 接糖和頂糖機(jī)構(gòu)；4) 抄紙機(jī)構(gòu)；5) 撥糖機(jī)構(gòu)；6) 鉗糖機(jī)械手的開合機(jī)7) 轉(zhuǎn)盤步進(jìn)傳動機(jī)圖7 鉗糖機(jī)械手及進(jìn)出糖塊機(jī)構(gòu)1-輸送帶 2-糖塊 3-托盤4-鉗糖機(jī)構(gòu) 5-鉗糖機(jī)械手6-彈簧 7-托板8-機(jī)械手9-機(jī)械手開合凸輪 10-輸料帶i-進(jìn)料,成型,折邊工位 ii-出糖工位 下面介紹主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理。圖7為鉗糖機(jī)械

11、手、進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。送糖盤4與機(jī)械手作同步間歇回轉(zhuǎn)，逐一將糖塊送至包裝工位。 機(jī)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(dāng)從動滾子在大半徑弧上，機(jī)械手就張開；從動滾子在小半徑弧上，機(jī)械手靠彈簧6閉合。圖8 接糖和頂糖桿機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)示意圖。接糖桿和頂糖桿的運(yùn)動，不僅具有時間上的順序關(guān)系，而且具有空間上的相互干涉關(guān)系，因此它們的運(yùn)動循環(huán)必須遵循空間同步化的原則設(shè)計，并在結(jié)構(gòu)上應(yīng)予以重視。 接糖桿和頂糖桿夾住糖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(yīng)使夾緊力保持穩(wěn)定，因此在

12、接糖桿的頭部采用如橡皮類的彈性件。3.包裝機(jī)總體布置 圖9 總體布置圖四、粒狀巧克力糖包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)粒狀巧克力糖包裝機(jī)是專用自動機(jī)，根據(jù)自動機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)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(jī)傳動系統(tǒng)1-電動機(jī) 2-帶式無級變速機(jī)構(gòu) 3-鏈輪幅 4-盤車手輪5-頂糖桿凸輪 6-剪紙導(dǎo)凸輪 7-撥糖桿凸輪 8-抄紙板凸輪9-接糖桿凸輪 10-鉗糖機(jī)械手 11-撥糖桿 12-槽輪機(jī)構(gòu)13-接糖桿 14-頂躺桿 15-送糖盤 16-齒輪副17-供紙部件鏈輪 18-輸送帶鏈輪 19-螺旋齒輪副 20-分配軸如圖所示，電動機(jī)轉(zhuǎn)速為1440r/mi

13、n，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(biāo)準(zhǔn)齒輪副的傳動比i=2。五、粒狀巧克力糖包裝機(jī)的工作循環(huán)圖1.分析各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖1) 確定各機(jī)構(gòu)的運(yùn)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(jī)的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)，所以（s）2) 確定各機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)的組成區(qū)段。撥糖機(jī)、送料輥輪和機(jī)械手轉(zhuǎn)位都是間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu)，它們的運(yùn)動循環(huán)由兩個區(qū)段組成：撥糖機(jī)、送料輥輪和機(jī)械手轉(zhuǎn)位等三個機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)位運(yùn)動

14、時間；撥糖機(jī)、送料輥輪和機(jī)械手轉(zhuǎn)位等三個機(jī)構(gòu)的的停歇時間。因此，應(yīng)有 (5.1)相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.2)剪刀機(jī)構(gòu)8的運(yùn)動循環(huán)可分為三個區(qū)段：剪刀機(jī)構(gòu)的剪切工作行程時間；剪刀機(jī)構(gòu)的返回行程時間；剪刀機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時間。因此，應(yīng)有 (5.3)相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.4)頂糖桿機(jī)構(gòu)5的運(yùn)動循環(huán)的組成區(qū)段為：頂糖桿機(jī)構(gòu)的頂糖工作行程時間；頂糖桿機(jī)構(gòu)在工作位置的停留時間 頂糖桿機(jī)構(gòu)的返回行程時間；頂糖桿機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時間。因此，應(yīng)有 (5.5)相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.6)活動折紙板機(jī)構(gòu)6的運(yùn)動循環(huán)也可以分為四個區(qū)段：活動折紙板機(jī)構(gòu)的折紙工作行程時間；活動折紙板機(jī)構(gòu)在工作位置的停留實(shí)

15、際；活動折紙板機(jī)構(gòu)的返回行程時間；活動折紙板機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時間；因此，應(yīng)有 (5.7)相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.8)3) 確定各機(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)的工作循環(huán)是從送料開始的，因此以送料輥輪機(jī)構(gòu)的工作起點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行同步化設(shè)計，撥糖盤和機(jī)械手轉(zhuǎn)位兩個機(jī)構(gòu)與之相同。a.送料輥輪機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 =360=360120 =360=360240b剪刀機(jī)構(gòu)8運(yùn)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(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 36036026.7初定

16、s，則s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 36036044.4 360360288.9c.頂糖桿機(jī)構(gòu)5運(yùn)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(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為： 360 3609.1初定s，s，則s，相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 36036080 36036062.2 360360208.9d活動折紙板機(jī)構(gòu)6運(yùn)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(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為： 36036036.9初定s，s，則s，相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為： 36036018.5 360360161.5 360360143.12.各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)的時間同步化

17、設(shè)計1) 確定粒狀巧克力自動包裝機(jī)最短的工作循環(huán)。 (5.9) （s）2) 確定粒狀巧克力自動包裝機(jī)的工作循環(huán)。令上述三對同步點(diǎn)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(yīng)的轉(zhuǎn)角為 粒狀巧克力自動包裝機(jī)的工作循環(huán)應(yīng)為3.繪制粒狀巧克力自動包裝機(jī)的工作循環(huán)(如圖11) (圖11) (圖12)4.修正自動包裝機(jī)的工作循環(huán)圖實(shí)際上,粒狀巧克力自動包裝機(jī)要求每轉(zhuǎn)生產(chǎn)一個產(chǎn)品,即要求,因此應(yīng)對圖進(jìn)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(jī)構(gòu)運(yùn)動循環(huán)各區(qū)段對應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角按比例放大,則有式中, -修正后各機(jī)構(gòu)運(yùn)動循

18、環(huán)各區(qū)段對應(yīng)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(jī)的工作循環(huán)圖,如圖12所示.六、粒狀巧克力糖包裝機(jī)的齒輪設(shè)計1斜齒輪副1、2、3的設(shè)計計算表項(xiàng)目計算（或選擇）依據(jù)計算過程單位計算（或確定）結(jié)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=128個28284.選取螺旋角一般取（8-20）度12度125.齒寬系數(shù)d0.66.選取模數(shù)查標(biāo)準(zhǔn)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 =57.250.6=35b2 =57.250.6=35mm35352標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪副16的設(shè)計計算表

19、項(xiàng)目計算（或選擇）依據(jù)計算過程單位計算（或確定）結(jié)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=228個28564.齒寬系數(shù)d0.55.選取模數(shù)查標(biāo)準(zhǔn)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?。篵1 = 28 b2 = 56mm2856七、粒狀巧克力糖包裝機(jī)的機(jī)械手設(shè)計鉗糖機(jī)械手及送糖盤的設(shè)計計算表項(xiàng)目計算（或選擇）依據(jù)計算（或確定）結(jié)果項(xiàng)目計算（或選擇）依據(jù)計算（或確定）結(jié)果a1a1 1=40r5r5=（ r1r2）/2 =（515）10a2取a2=a140t1取 t1=60度60r1r1=（100200）150t2t1= t2=60度60r2取 r2= r1-（3050）11011= 1=30rr=（3050）5022= 2=20r1r1=（80120）10033= 2-(510)14r2r2= r1-（1030）8044 =3=14r3r3= r4- 1100r取 2r= 1=1515r4r4=（100200）130hh= h+(410)=16八、粒狀巧克力糖包裝機(jī)的凸輪設(shè)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