巧克力糖包装机设计指导.doc

课程设计设计说明书的内容视设计任务而定，主要内容包括：课程设计题目简介；根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图；执行机构的选择和评价；机械传动系统设计计算；机械运动方案简图的绘制；机械运动系统机构的计算；机构运动分析；对设计结果进行分析讨论，写出课程设计的收获和体会；列出主要参考文献资料。 设计说明书用A4纸张书写，并按以下顺序装订成册：封面（统一格式）、课程设计任务书、摘要、目录、正文、参考文献。第1章 任务分析1.1设计题目 设计巧克力糖自动包装机。包装对象为圆台状巧克力糖（图6），包装材料为厚0.008mm的金色铝箔纸。包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图7）。包装工艺方案为：纸坯型式采用卷筒纸，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图8）。包装工艺动作为：1.将64mm64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖17mm小端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；3.将余下的铝箔纸分半，先后向24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。表1.1设计数据表具体设计要求如下：1.要求设计糖果包装机的间歇剪切供纸机构、铝箔纸锥面成形机构、褶纸机构以及巧克力糖果的送推料机构。2.整台机器外形尺寸（宽高）不超过800mm1000mm。3.锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构，要求成形动作尽量等速，起动与停顿时冲击小。1.2设计任务 1.巧克力糖包装机一般应包括凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构等。 2.设计传动系统并确定其传动比分配。 3.图纸上画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。4.设计平面连杆机构。并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图。6.设计计算齿轮机构。7.编写设计计算说明书。8.学生可进一步完成凸轮的数控加工。1.3设计提示1. 剪纸与供纸动作连续完成。2.铝箔纸锥面成形机构一般可采用凸轮机构、平面连杆机构等。3.实现褶纸动作的机构有多种选择：包括凸轮机构、摩擦滚轮机构等。4.巧克力糖果的送推料机构可采用平面连杆机构、凸轮机构。5.各个动作应有严格的时间顺序关系。第2章 动力源选择2.1 动力类型生产生活中有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等动力源。其中电机结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易，一般机械上大多数是均采用电动机驱动。 电动机已经是系列化了，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。机械设中应根据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速，确定具体的型号。 2.2常见的电动机特点 （1） Y系列三相异步电动机该系列电机能防止水滴、灰尘、铁屑或其他杂物浸入电机内部，它是我国近年来研制成功的 型电动机。（2） YD系列变级多速三相异步电动机是取代JDO2系列变极多速三相异步电动机的更新换代产品，其机械结构与Y系列相同。电动机的容量选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常的工作，或使用电动机因长期的过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且常常不在满载下运行，其效率和功率的因数都较低，造成浪费。电机的容量的主要由电动机的运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况决定。 工作机所需工作功率，应由机器工作阻力和运动参数计算得来的，可按下式计算： 其中：T工作机的阻力矩，； n工作机的转速，；传动装置的总效率组成传动装置的各部分运动副效率之积，即 其中： 分别为轴承、齿轮、斜齿轮的传动效率经过比较选择-Y系列三相异步电动机。第3章 传动机构的设计3.1传动方案设计按设计要求，方案F中巧克力糖包装机的生产能力为每分钟包装糖果数目为80个/min，即槽轮工作台15的转速为80r/min。选取额定转速为820r/min的电动机，确定系统总传动比为:i=820/80=10.25传动系统采用二级减速机构，第一级为带传动，第二级为齿轮传动 。按传动比分配原则，为使传动构件获得较小尺寸，结构紧凑，可采用传动比“先小后大”原则。因此初选i1=2,i2=5，则总传动比i1*i2=10,工作台的实际转速为:n=820/10=82r/min带传动减速器如图3.1所示,通过皮带2从轴1到轴3实现一级减速，使i13=4图3.1带传动减速器 齿轮减数器如图3.2所示,通过两个能相互啮合传动的齿轮实现二级减速，使i45=2.5图3.2齿轮传动减速器同理方案B中巧克力糖包装机的生产能力为每分钟包装糖果数目为个90个/min，槽轮工作台15的转速为90r/min。选取额定转速为1440r/min的电动机，确定系统总传动比为:i=1440/90=16 r/min，则初选i1=3,i2=5，则总传动比i1*i2=15,工作台的实际转速为:n=1440/15=96r/min通过皮带2从轴1到轴3实现一级减速，使i13=5，再通过两个能相互啮合传动的齿轮实现二级减速，使i45=3。按以上方法，可以分别计算出剩下各个方案（C D E F G H 6个方案）的传动比系数，并合理安排i1和i2的值，计算出工作台实际转速。通过皮带2从轴1到轴3实现一级减速，使i13等于i2,再通过两个能互相啮合传动的齿轮实现二级减速，使i45等于i1。第4章 执行机构的选择4.1功能分解通过阅读设计任务及对其的一些分析初步有了一个了解为实现将巧克力糖包装好的总功能，可将总功能分解为如下分功能：（1）卷筒纸拉平功能槽轮带动两个摩擦滚轮旋转，纸片从滚轮中穿过，当卷纸经过摩擦滚轮后被拉平，并将纸送出。（2）卷筒纸送料功能用一自锁示夹持器作间歇往复直线运动实现送料，如图所示夹持器由构件4-5-5组成，夹持器由凸轮机构通过摆动导杆驱动作间歇往复直线运动，当夹持器向左运动时，由推抓5和5利用自锁的摩擦力在纸上打滑，从而实现单向送料。（3）剪纸及剪断功能用一附加滑块的移动凸轮，使剪刀4-4，5作间歇往复直线运动同时实现纸张分半和纸张剪切的功能。（4）进纸定位功能采用一活动定位杆进行定位。（5）锥面成形功能当巧克力和铝箔纸都送到了相应的位置后，那么就要对巧克力进行包装。一般来说，都会用四杆机构或者是凸轮机构带动锥面成形机作向下的运动来使铝箔纸的锥面形成，并使它包在巧克力的外面，但考虑到还要对巧克力进行褶纸，所以锥面成形机作向下运动的话，会使褶纸变得困难。这里采取的方案是：在一个具有若干个包装模型的工作台上，将巧克力糖用一压板模具作间歇等速上下往复直线运动，从而实现锥面成形。（6）褶纸功能在工作台上的另一个包装模型上进行的工位转换，可用滚筒作间歇左右往复直线运动，从而实现褶纸功能。（7）出料功能工位转换的最后步骤就是出料，利用一个机构作间歇上下直线运动和间歇左右直线运动，从而实现将包装好的巧克力从工作台上推出，实现出料功能。（8）工位转换功能由于要提高工作效率，锥面成形功能、褶纸功能及送料功能在同一个工作台上进行，可利用槽轮与工作台固连作间歇转动，从而实现工位转换功能。 4.2工作原理以及工艺动作流程图将纸从卷筒上拉平的机构，作左右往复直线运动，使纸张与构件之间产生摩擦，完成间歇的纸张拉平间歇定量供纸完成半分和全分剪纸动作的机构，上下往复间歇直线运动，纸张具有一定的张力，完成间歇剪纸，不致滑移完成送纸的机构，作间歇往复直线运动，完成送纸功能直线往复等速运动的机构，将巧克力糖送到工作台的成形位置定位送料巧克力糖包装机锥面成形完成锥面成形的机构，上下直线急回间歇运动的压板将巧克力糖推入工作台上的模具位置褶 纸实现直线往复运动，先后将半分的纸褶向巧克力糖表面，完成褶纸过程送料同时进行上下和左右直线往复间歇运动，实现送料过程工位转换工作台实现间歇转动或传动，完成工位转换功能 表4.2巧可力糖包装机的工作原理以及工艺动作流程图4.3 机构选用 通过了解各个的运动机构的运动效果及设计的要求，利用工作原理以及工艺动作流程图，并根据技术、经济及相容性的要求，确定若干个工艺动作的执行构件：槽轮，摩擦滚轮，送料夹持器，剪刀，定位杆，冲压板，双滚轮，顶杆及推杆，其中槽轮摩擦滚轮固连，顶杆和推杆连接，同时完成送料功能。分别选择相应的机构以实现各项运动功能，见表4.3所示巧克力糖包装机的机构选形图功能执行构件工艺动作执行机构卷筒纸拉平功能槽轮 摩擦滚轮间歇转动及滚动摩擦滚轮槽轮机构摩擦滚轮不完全齿轮机构送纸功能送纸夹持器左右直线运动自锁式夹持器剪半及剪断功能剪刀上下直线间歇等速运动（急回运动）双滑块移动凸轮凸轮偏心曲柄滑块送纸定位功能定位杆 定位杆送料功能送料推板直线间歇往复运动六杆机构凸轮摇杆机构锥面成形冲压板上下直线等速间歇运动附加弹簧的移动凸轮机构六杆机构褶纸双滚轮直线间歇等速往复运动凸轮对心曲柄滑块凸轮摇杆机构送料顶杆 推杆同时进行上下和左右直线往复间歇运动移动凸轮滑快双联凸轮机构工位转换工作台间歇转动或传动不完全齿轮槽轮机构 表4.3巧克力糖包装机的机构选形图仅对上表的基本机构进行组合，就可以的到2*1*2*1*2*2*2*2*2=128种运动方案实线连接的是比较合理的方案。4.4 主要执行结构方案设计4.41卷筒纸拉平机构方案:槽轮机构图4.41（1）槽轮机构1主动拨盘 2从动槽轮 3摩擦滚轮 4铝箔纸方案所采用的卷筒纸拉平机构是如图2.1所示的槽轮机构。其主要由槽轮12和滚轮3的串联而成，当主动拨盘1由传动机构相连而作等速连续转动时，当圆柱销未进入径向槽时，槽轮因锁住而静止；当圆销进入径向槽时，槽轮2在圆销的驱动下顺时针转动。当主动拨盘1连续转动时，从动槽轮2和滚轮3经摩擦带动铝箔纸4向前送进，完全实现定量，定长，并以间隙、直线的卷筒纸拉平功能。图4.41（2）不完全齿轮机构该机构由轴的转动带到滚轮的转动，利用滚轮的转动带动不完全齿轮的转动，从而达到卷筒纸拉平的效果。4.42送纸机构 4.43剪纸及断纸机构图4.42自锁式夹持器 图4.43（1）附加剪刀的移动凸轮图4.43 (2)附加剪刀的齿轮曲柄滑块机构4.44送纸定位机构 4.45送料机构 图4.44定位 图4.45凸轮摇杆机4.46锥面成形机构 4.47褶纸机构 图4.46附加弹簧的移动凸轮 图4.47附加滚轮的凸轮4.48送料机构 图4.48（1）双联凸轮机构图 图4.48(2) 圆柱凸轮机构以上有2种提供机构的均采取第一种设计方案第5章 机械运动系统设计方案拟定5.1巧克力包装机的机械系统运动转换功能图 图5.1巧克力糖包装机的运动方案简图5.2 拟订运动方案 对第二章的几种执行机构进行组合，可以得到巧克力糖包装机的运动方案简图： 图5.2 巧克力糖包装机的运动方案简图1卷筒纸 6定位杆2槽轮机构 7凸轮摇杆推板3摩擦滚筒 8移动凸轮推杆4送料夹持器 9附加滚筒的凸轮摇杆5附加剪刀的移动凸轮 10双联凸轮顶杆11槽轮工作台第6章 机械传动方案图和传动循环图6.1 拟订传动方案图及分析 图6.1巧克力糖包装机的传动方案图巧克力糖包装机的执行构件如下：1带轮 2 齿轮 11锥面成形压板3分配轴3 4分配轴4 12褶纸滚筒5圆锥齿轮1 6槽轮摩擦滚筒 13 出料推板7送料夹持器 8剪刀 14圆锥齿轮29定位杆 10送料推板 15槽轮机构 16工作台 如图6.1表示了机构选形中用实线连接的方案的传动简图，该系统有1个电动机驱动，电动机通过带传动，一端驱动分配轴3，另一端通过带传动驱动圆锥齿轮1，从而在同一根轴上驱动槽轮摩擦滚筒，实现卷筒纸拉平功能；分配轴3上的凸轮B通过摆杆、转块，使送料器的自锁式夹持器作间歇往复移动，实现送纸功能，需要指出的是凸轮B的回程是实现送料，推程是使自锁式夹持器返回，这是因为自锁式夹持器在送料时，可能会有局部打滑，设计时有意使送料的行程（有凸轮B的回程决定）略大于实际行程，同时设计定位杆与纸张接触的部位为空隙，纸张从空隙中穿过，送纸过程中定位杆在弹簧的作用下，压在纸上，当送纸到位时，定位杆在弹簧的作用下卡入纸张，从而实现送纸顶位，同时也解决了自锁式夹持器与纸张打滑送纸不准的问题；分配轴3上的凸轮A通过移动导杆，是剪刀作间歇往复运动，凸轮B在回程时，由于剪刀上装有弹簧，能自动分开，不影响到送纸，又能实现纸张分半和剪切的功能；分配轴3分别通过带传动和齿轮传动传到分配轴4和圆锥齿轮2上，分配轴4上的凸轮C使送料推板作间歇往复直线运动，从而实现巧克力糖的送料功能；分配轴4上的曲柄使锥面成形压板作等速往复运动，实现锥面成形的功能；同时分配轴4上的凸轮D通过曲柄使褶纸滚筒作间歇的往复运动，实现褶纸功能；分配轴4上的双联凸轮E分别通过顶杆和推杆作上下往复间歇运动和左右往复间歇运动；通过传动比为1的圆锥齿轮2驱动同轴的不完全齿轮15，不完全齿轮15每旋转一周，通过齿轮带动工作台16转动两个工位，正好对应于锥面成形压板11的一次下压，锥面成形压板11在工作台16中的模筒中完成了巧克力糖的锥面成形，同时出料推板将另一模筒中一块包装好的巧克力糖推出即可完成，随后工作台转位，再停歇。槽轮机构15，实现工作台16作间歇转动，为了提高工作效率，使工作台16和分配轴3相配合，锥面成形，褶纸过程及出料过程在同一个工作台上进行的工位转换。62 机械传动循环图及分析根据工艺动作顺序和协调要求拟订运动循环图 图5.2巧克力糖包装机的运动循环如图5.2所示的巧克力糖包装机的运动方案有10个执行构件需要进行运动协调设计，他们是槽轮摩擦滚筒6，送料夹持器7，剪刀8，定位杆9，送料推板，锥面成形压板 纸滚筒12，出料推板13及实现工位转换的工作台15，在的运动循环图中，摩擦滚轮停止（槽轮间歇运动），位杆停止，送料夹持器停止（凸轮B远休止）及剪刀移动（凸轮A推程运动）的运动组合差不多在同一时间里完成，只允许在不影响间歇剪切式供纸的前提下稍做改变。第7章系统设计数据处理根据图6.1的设计计算设计数据如下：方案F（1）巧克力糖包装机的生产率：80个/分钟（2）分配轴3的转速=带轮1的转速=圆锥齿轮5的转速=主动拨盘的转速=410r/min槽轮摩擦滚筒6的转速 =102.5r/min（3）齿轮2的转速=分配轴4的转速=圆锥齿轮的转速=不完全齿轮14的转速=工作台的转速=80r/min零件尺寸设计ra=rc=rd=re=rf=rg=rh=ri=rp=40 mm rb=160mmrj=rk=rl=rm=rn=ro=100mm 由于要达到固定的传动比，又使齿轮能正确啮合，因满足相互啮合的圆柱齿轮和圆锥齿轮的模数和压力角相等，为了不产生根切现象，圆拄齿轮的最小不根切齿数为17，圆锥齿轮的最小不根切齿数为14，为了使传动效率高，应尽量减小压力角，以上设计的齿轮基本上满足要求，实现齿轮减速和定速传动的效果。方案B中需要较大的传动比则在同等基础上需要齿数较大的齿轮不利于生产，且其效率不能很好的利用，造成不必要的浪费。在这方面方案F较好。移动凸轮的设计根据设计要求，锥面成形机构不论平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构，要求成形动作尽量等速，起动与停顿时冲击小，在此设计移动凸轮机构实现等速锥面成形。推程：等速直线运动 回程：等速直线运动基圆半径 60mm 推程角150 滚子半径10mm 远休止角 30偏心距 20mm 回程角150 升程 20mm 近休止角30 下图为所设计的移动凸轮机构的运动规律图其中“”为位移图 “”为速度图结果处理：最