扭结式糖果包装机设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计 论文 通过答辩 第 1页共 43 页 1绪论绪论 1 1课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义 目前 国内糖果产品的包装形式有扭结式包装 枕式包装 折益信封式包装 枕式 包装在国际上流行于上个世纪 60 70 年代 国内从 80 年代开始流行至今 传统扭结式 包装是最老的包装形式 从发明到现在已有近百年历史 这种包装形式多用于糖果 它 不仅可以通过现代化高速 自动化的包装机来完成 也可以通过手工操作完成 最初的 扭结包装机结构简单 功能单一 操作复杂 只能完成最基本的扭结动作 而且生产效 率低下又极不卫生 因此曾一度被枕式包装机的出现所取代 多年以来 糖果包装一直 是以枕式包装独占鳌头 风靡一时 直到现在枕式包装机也较扭结包装机普及 目前大 多数糖果 巧克力生产企业均采用枕式包装 但随着糖果包装行业的迅猛发展 以及各 种先进技术的应用 糖果扭结包装这种古老而有年轻的包装形式越来越受到人们的青 睐 糖果扭结包装机的结构和功能不断完善 使这种受人们欢迎的包装形式沉寂了一段 时期后又走上了舞台 1 2 目前大部分扭结裹包产品 如糖果 冰棒 雪糕 巧克力等食品包装都已实现了机 械化 但糖果扭结包装机的设计上存在一些问题 其缺陷是限制生产发展的瓶颈 例如 由于包装速度过快 糖块会严重偏移 使糖块超前运动 碰着运动零部件 理糖装置与 出糖装置不协调 不同步 从而容易出现卡包漏包现象 包装材料制动力太小 拉伸时 容易出现松弛 包装材料因飘动而跑偏 糖果通道间隙大 包装材料难以紧贴糖果 所 以此次课题对这方面的研究对于优化糖果扭结包装机的结构 提高生产效率 降低生产 成本以及减少机器故障等方面有着重要意义 3 4 1 2扭结式糖果包装机研究现状扭结式糖果包装机研究现状 用挠性包装材料裹包产品 将末端伸出的裹包材料扭结封闭的机器称为扭结式裹包 机 其裹包方式由单端和双端扭结 我国糖果包装六七十年代前主要以手工作业为主 这是由我国当时的特殊国情决定 的 对糖果扭结包装机的研究很少 随着市场需求的不断扩大和食品工业的快速发展 改革开放前我国开始从欧美等发达国家引进他们的糖果包装机械设备 并开始有计划的 进行仿制和改造 吸收国外糖果包装机械的设计理念和制造经验 到八十年代初已经基 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 2页共 43 页 本完成了对引进的糖果包装机械装置的消化吸收工作 并对糖果包装机开发出自己的新 技术 新设备 九十年代 我国研制出伺服电机驱动的食品包装机械 食品包装机械行 业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级 在这种情况下 我国糖果包装机 取得了长久的发展 伺服电机驱动的糖果包装机生产速度更快 自动化程度更高 机械 性能的柔软性 系统化程度也迅速提高 中国以糖果包装机 颗粒充填机 液体灌装机 等为代表的食品包装机械以其独特性赢得了世界市场广阔的销售空间 例如上海久丰食 品机械有限公司自行研发制造的双扭型糖果包装机处于世界领先水平 申请专利并取得 国家级鉴定备案 目前糖果包装机的研究和开发主要是抓住一个核心技术 计算机技术 进入食品包装机械领域 我国已成功地研发出具有世界领先水品的微电脑程控式扭结包 装机 并实现实用化 开始向众多国内外食品包装机械厂家提供该设备 该机采用国际 流行的两端扭结式包装 设计合理 结构新颖 经济实用 受到广东 福建 浙江 上海 山东 四川 河南等地及东南亚地区各使用厂家的一致好评 随着时代的不断发展和科 技的不断进步 中国制造的糖果包装机械必将走向世界 5 虽然我国的糖果包装机械发展较快 但由于历史原因和我国的一些特殊国情 我国 食品包装机械起步较晚 技术水平从整体上看要比先进国家的枝术水平整体落后好几 年 糖果包装机在产品的开发 性能 质量 可靠性等方面有着明显不足 从质量上看 我国糖果包装机械的生产技术和生产手段较落后 大部分还是采用陈旧的通用设备加 工 产品的规格 型号不全 质量还有待于进一步提高 糖果类包装机械品种少 配套 数量少 缺少高精度和大型化产品 远不能满足市场需求 自行研发的糖果包装机性能 较低 稳定性和可靠性差 外观造型不美观 表面处理粗糙 许多元器件质量差 寿命 短 可靠性低 影响了整体的质量 从产品开发看 我国糖果包装机械主要还是仿制 测绘 稍加国产化改进 谈不上正真意义的开发研究 目前 国内厂家对糖果包装机的 研发投入较少 产品开发缺少创新 难上水平 新产品开发不但数量少 而且开发周期 长 在企业管理上 往往重生产加工 轻研究开发 创新不够 不能紧跟市场需求及时 更新产品 我国糖果包装机械行业缺乏知识产权意识 这也是其他行业的通病 往往刚 设计出来的产品很快就被仿制出来了 短时间内有上千家企业同时投放市场 到最后甚 至根本找不到谁是该设备产品的开发者 许多企业忙于现有产品扩大市场 忙于仿制和 抄袭他人的产品 根本不去考虑产品如何升级换代 如何实现技术创新 从糖果包装机 自动化程度看 国外使用的糖果包装机械自动化程度高 单产比我国大 这不是我国的 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 3页共 43 页 制造水平达不到 而是需求上的问题 其原因 一是我国劳动力多 成本低 二是我国 制造企业总体规模不大 而产能大的机型一次性投入大 会给企业带来很大的负担 6 7 目前我国糖果类食品包装机械出口额还不足总产值的 5 进口额却与总产值大抵相 当 与发达国家相去甚远 1 3扭结式糖果包装机的发展趋势扭结式糖果包装机的发展趋势 未来扭结式糖果包装机的发展趋势将配合产业自动化 智能化趋势 技术发展将朝 着四个方向发展 一是机械功能多元化 工商业产品已趋向精致化及多元化 在大环境 变化形势下 多元化 弹性化且具有多种切换功能的糖果包装机种方能适应市场需求 二是结构设计标准化 模组化 充分利用原有机型模组化设计 可在短时间内转换新机 型 三是控制智能化 目前食品包装机械生产厂家普遍使用 plc 动力负载控制器 虽然 plc 弹性很大 但仍未具有电脑 含软件 所拥有的强大功能 四是结构高精度化 结 构设计及结构运动控制等事关包装机械性能的优劣 可通过马达 编码器及数字控制 nc 动力负载控制 plc 等高精密控制器来完成 并适度地做产品延伸 朝高科技 产业的包装设备方向研发 糖果包装机械越来越注重开发快速 成本较低的包装设备 未来的发展趋势是设备 更小型 更灵活机动 多用途 高效率 此趋势还包括节约时间 降低成本 因此包装 机所追求的是组合化 简洁化 可移动的包装设备 8 要快速缩短国内糖果制造业与发达国家的差距 只有走技术革新之路 而今后国内 糖果包装的发展趋势必然会朝包装机的高速自动化 一机多能化及包装设计的特色化方 向发展 首先 使用机械的目的在于提高生产率 在包装产品时要求效率非常高 强调的是 速度和质量 而更换包装结构却是次要的 在糖果类进行包装时 一般需要高速 自动 化的包装机 以追求规模经济的包装成本优化 在这类包装机上 采用了当今最新的技 术 如伺服电机 光电追踪 高速摄影等 以达到包装机效能 与糖果包装机连接的传 送带的自动转向 整理 急停 加速也被广泛应用 其次 对于非标准化或季节性的产品 包装机应该是灵活的 特点是轻便和小巧 灵活则是为适应不断变化的市场需求而开发的 糖果就有扭结式 枕式 三角式 异形 等 这些产品的包装要求能在一套包装设备上完成 而只需在局部控制或操作上稍加变 换便可完成不同结构形式的包装 该类型糖果包装机不追求速度 而是寻求个性化的包 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 4页共 43 页 装和灵活适应性 总体来说 今后我国的糖果包装设备将会向着多功能 高性能 自动化和智能化的 方向发展 加入wto 以后 我国的食品包装机械行业既面临机遇 也将受到挑战 我们 将在基本同等的世界市场环境里同国外企业竞争 所有的相关企业应研究适合自身的发 展对策 找准有潜力的发展方向 争取与世界同步 并到世界市场上一争高低 只有这 样 我国的糖果包装机械才能在激烈的全球竞争中找到立足之地 并最终获得巨大的发 展 9 10 2糖果扭结包装机总体方案设计糖果扭结包装机总体方案设计 2 1功能 参数及应用范围分析功能 参数及应用范围分析 用途 包装已成型的蛋白糖和乳脂糖 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 5页共 43 页 生产能力 每分钟 200 350 块 糖块规格 圆柱形和长方体形两种糖块 圆柱形糖块规格为长 26 30mm 直径 为 12 16mm 长方体形糖块规格为长 25 30mm 高 12 18mm 厚 10 14mm 包装材料 用卷筒式内外两层纸裹包 内衬纸为淀粉纸或防油脂纸 宽 30 40mm 外商标纸为蜡纸或玻璃纸 宽 85 90mm 裹包方式 双端扭结式裹包 电动机 理糖电动机 0 37kw 主电动机 0 75kw 外形尺寸 2 2工艺分析工艺分析 2 2 1扭结包装机类型的确定 扭结式糖果裹包机有间歇运动和连续运动两种类型 连续运动型一般用于一层纸包 装 包装速度较间歇运动型要快 但它如果用两层纸包装糖果时要求内衬纸与外商标纸 一样宽 这样会造成内衬纸的很大浪费 间歇运动型既可用于一层纸包装 也可用于两 层纸包装 用两层纸时内衬纸和外商标纸可以不一样宽 这样可以节约成本 根据本次 课题的设计要求选用间歇运动型包装机 又由于糖果生产批量大 扭结式裹包动作也较 多 故选用多工位裹包机 2 2 2包装工艺流程 工艺路线和工位数的确定 1 包装程序和工艺流程图 糖果被理糖机构 推搪机构送到工序盘的指定位置后 内衬纸和外商标纸同时围绕 糖块进行裹包动作 将糖块裹包成呈筒状 然后糖块两端伸出包装纸被扭结机械手扭结 糖果被封闭完成裹包 最后糖果被打糖杆打出 整个包装过程结束 下个包装过程开始 包装工艺流程图 11 如下图 2 1 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 6页共 43 页 图 2 1包装工艺流程图 1 送糖 2 糖钳手张开 送纸 3 夹糖 4 切纸 5 纸 糖进入糖钳手 6 接 送糖杆离开 7 下折纸 8 上折纸 9 扭结 10 打糖 2 包装扭结工艺路线图如下图 2 2 所示 图 2 2包装扭结工艺路线图 1 扭结手 2 工序盘 3 打糖杆 4 活动折纸板 5 接糖杆 6 包装纸 7 送糖杆 8 输送带 10 固定折纸板 3 工位数及描述 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 7页共 43 页 从上图 2 2 的扭结工艺路线图分析 糖果需经过夹持 下折纸 上折纸 扭结 打 糖这几个阶段 为了减少工位数可将扭结和成品输出分别安排在工位 完成 这样 只需四个工位即可 但为改善槽轮机构的动力特性 并使总体布局合理 扭结和成品输 出还是分别布置在工位 为佳 这样可简化传动 并且操作人员还可兼顾成品装盒 工作 如图 2 2 所示 在第 工位 送糖杆 7 接糖杆 5 将糖果 9 和包装纸一起送入工序 盘上的一对糖钳手内 并被夹持形成 u 形 然后 活动折纸板 4 将下部伸出的包装 纸 u 形的一边 向上折叠 当工序盘转到第 工位时 固定折纸板 10 已将上部伸出的 包装纸 u 形的另一边 向下折叠成筒状 固定折纸板 10 沿圆周方向一直延续到第 工 位 在第 工位 连续回转的两只扭结手夹紧糖果两端的包装纸 并完成扭结 在第 工位 钳手张开 打糖杆 3 将已完成裹包的糖果成品打出 裹包过程全部结束 2 2 3对执行构件的运动要求 如下图 2 3 所示 对各执行构件的运动要求 结合以下五个部分说明 12 13 图 2 3工艺流程图 1 内衬纸 2 商标纸 3 送纸辊 4 切纸刀 5 糖块 6 推糖杆 7 送糖带 8 折纸板 9 接糖杆 10 工序盘 11 糖钳 12 打糖杆 13 固定折纸板 1 包装材料供送 为了将内衬纸 1 和商标纸 2 连续等速地供送到工位 并将其定长切断 需配置一 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 8页共 43 页 对等速转动的送纸辊 3 和切纸刀 4 每张纸长为 56 65mm 当纸长改变时 须更换送纸 部件 2 糖块整理与供送 为将糖块整理成列开供送到工位 需配置理糖与送糖机构 它们的运动形式与所 选机构类型密切相关 3 主传送 为将糖块和包装纸由工位 间歇地依次传送到工位 需配置工序盘 10 在盘上设 置六对糖钳 11 以便夹紧糖块和包装纸作转位运动 每对糖钳在工位 停留期间都 须作张开和闭合运动 以便糖块和包装纸在工位 进入糖钳 成品从工位 输出 工序 盘采用有六个槽的糟轮机构驱动 这样就可将槽轮与工序盘布置在一根轴上以简化主传 送系统和提高传动精度 4 裹包执行机构 1 推糖与接糖 采用推糖杆 6 和接糖杆 9 将糖块和包装纸夹紧后移送到工位 本设计设定移距为 32mm 2 折纸 包装纸在由工位 转位别工位 的过程中被折成 形 在工位 由折纸板 8 向 上折叠而成为 形 然后由工位 转位到工位 时被固定折纸板 13 折叠而形成筒 状 折纸板 8 作往复摆动 3 扭结 为将伸出糖块两端的包装纸扭紧封闭 需在工位 配置两个扭结机械手扭结时作开 闭 旋转和轴向移动三种配合运动 5 成品输出 在工位 配置作往复摆动的打糖杆 12 将包装成品输出机外 2 2 4机构选型及结构设计 1 供纸机构 采用卷筒纸连续供纸方式 图 2 4 为供纸机构原理图 它主要由供纸辊 l 供纸辊 2 导向辊 3 橡胶拉纸辊 4 及切纸刀等组成 两个供纸辊分别装有商标纸和内衬纸 经 导向辊后 由一对拉纸辊 4 拉下井送到包装工位 当送糖杆 接糖杆将糖果和包装纸一 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 9页共 43 页 起夹住时 包装纸被切纸刀切断 为使操作方便 将卷筒内衬纸和商标纸的纸架就近设 置在机器的上方 图 2 4供纸机构原理图 1 2 供纸辊 3 导向辊 4 拉纸辊 5 旋转切纸刀 6 皮带 7 固定销 8 弹簧 9 固定切纸刀 10 送糖杆 11 推糖杆 12 糖果 供纸辊的结构如图 2 5 所示 当商标纸和内衬纸的位置不对中时 通过调节螺杆 10 进行调整 当纸的张力变化或由于纸辊转动惯量的变化引起供纸速度不稳定时 通过拉 簧 12 皮带 7 阻止纸速和张力的突变 从而保持稳定供纸 14 15 图 2 5供纸辊结构示意图 1 轴 2 铜套 3 套筒 4 5 夹纸盘 6 调节滑轮 7 皮带 8 螺钉 9 拉簧 10 调节螺杆 11 滚动轴承 12 拉簧 13 紧定螺钉 14 油杯 2 切纸机构 常用的切纸机构有三种基本形式 如图 2 6 所示 图中 a 为剪刀机构 驱动凸轮 使剪刀张开 而弹簧回力使刀刃闭合实现剪切 两刀接触面要求加工精密 压力可调 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 10页共 43 页 这种机构多用于间歇供料的包装机上 图中 b 为单滚刀机构 卷纸由固定后刀片供送 当滚刀旋转通过后刀片刃口时 将卷纸切断 该刀刃口与刀辊轴线成 1 5 2 5 的 螺旋角 使动刀刃与定刀刃在切割过程中逐步接触 以减小剪切力和刀刃的磨损 并有 利提高对包材的剪切质量 图中 c 为双滚刀机构 适于连续式高速包装机 与上同理 两刀刃都具有相对于各自轴线 1 5 2 5 的螺旋角 图中 d 为双刀盘机构 切割原理 与剪刀机构相似 两片扇形刀盘轴线相同 其中一片与转细相连 而另一片与转轴抽 套相连 动力通过不同的传动路线 使两刀盘反向 等速旋转 两刀刃在交错过程中实 现对包材的切割 比较这四种机构和根据要求对于扭结糖果包装机我们选择 b 方案 作为切纸机构 图 2 6常用切纸机构示意图 3 糖块整理与供送系统 可供本机选用的整理供送方案有 1 如图 2 7 a 所示的闸板式理糖 借闸板的上 下往复运动将糖块整理成列 由送糖带将糖块送往包装工位 结构简单 工作可靠 但 速度较慢 2 如图 b 所示的孔盘式理糖 孔盘作间歇运动 其上的糖块在惯性力的作 用下落入孔槽内 向左至箭头所示位置被直接送入工序盘内 省去送糖机构 但整理圆 柱形和长方形两种糖形时空位较多 3 如图 c 所示的振动料斗理糖 比较简单 但对 整理长方体糖块的把握不大 4 转盘式理糖 如图 d 所示 转盘作等速转动 使其锥 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 11页共 43 页 面上的糖块落入环形槽内 再由送糖带将糖块送住包装工位 它结构简单 理糖速度快 对给定的两种糖形都适用 13 a 闸板式 b 孔盘式 c 振动料斗式 d 转盘式 图 2 7理糖方案简图 比较这 4 种方案 并根据实际需要选用第 4 种方案 并在此基础上附加一些装置 在转盘上方设置贮糖料斗 并用槽式电磁振动给料器定期将糖块送到理糖转盘上 而在 转盘出口处设置一等速转动的毛刷以将竖立的和重叠的糖块拔掉 图 2 8 所示为间歇式糖果包装机供糖机构的示意图 动力由螺旋齿轮 2 传入 通过 主轴 l 使装糖盘盖 10 旋转 同时 经双联齿轮 3 齿轮 4 双头螺纹轴 5 空心轴 6 使 导糖盘 9 以低于装糖盘盖 10 的转速旋转 导糖盘转速为装糖盘的 糖块从振动料斗 落下 图中未画出 堆聚于装糖盘盖 10 上 具有锥形的装糖盘盖高速旋转时 糖块因离 心力的作用 易滑落入导糖盘 9 的等分格内 并大部分处于平卧状态 旋转毛刷 a 的作 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 12页共 43 页 用是刷去重叠的糖块保证每一糖格内只充填糖块一粒 格内的糖块随导糖盘作等速转 动 当它转至法兰圈 8 的落口时 糖块因自重而通过落糖口落入输出槽 11 内 然后被 送至包装部分 更换具有不同形状 尺寸的导糖盘 便能适应供送不同形状糖块的要求 这种机构供糖速度高 并能有效地使糖块布满糖盘的分糖格内 减少格内缺糖现象 此 外 在落糖口前面一分糖格的上方 可设置触杆式或光电式传感器 当分糖格内缺糖时 传感器可控制送纸机构停止送纸 实观无糖不供纸 17 图 2 8旋转供糖机构示意图 1 主轴 2 螺旋齿轮 3 双联齿轮 4 齿轮 5 双头螺纹轴 6 空心轴 7 落糖盘 8 法兰圈 9 导糖盘 10 装糖盘盖 11 输出槽 4 惠包机构 图 2 9 为裹包机构示意图 裹包机构主要由六钳夹糖盘 23 送糖杆 15 接糖杆 20 活动折纸板 17 固定折纸板及摆动凸轮 24 连杆等组成 装有 6 对糖钳手的工序盘 23 装在轴 上 由槽轮机构驱动 每次转 l 6 圈 装在分配轴 上的偏心轮 3 经连杆 4 驱动凸轮 24 摆动一定角度 凸轮 24 空套在轴 上 当凸轮 24 往复摆动时 驱动滚子 25 经一对啮合的扇形齿轮使糖钳手 19 21 张开或闭合 偏心轮 l 经连杆 2 及摆杆 9 使轴 i 往复摆动 通过扇形齿轮 16 带动送糖杆 15 往复移动 实现送糖 同时 偏心轮 3 经连杆 4 及摆杆 10 使轴 iv 往复摆动 带动摆杆 10 摆动 进而带动接糖杆 20 往复摆 动实现接糖 送糖杆 15 接糖杆 20 共同作用 将糖和纸送入糖钳手 19 21 内夹住 由 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 13页共 43 页 于钳口的阻挡 使包装纸实现对糖果的三面裹包 随后送糖杆和接糖杆返回 送糖时 为避免把糖果夹碎或变形 在摆杆 2l 和接糖杆 20 之间设有缓冲压簧 28 偏心轮 5 通过 连杆 6 驱动活动折纸板 17 向上摆动 把下部伸出的包装纸向上折叠 工序盘 13 在槽轮 机构的驱动下转位 在转为过程中 由于安装工序盘钳口外圈的固定折纸板 图中未画 出 的阻挡 使上部伸出的包装纸向下折叠 从而完成对糖果的四面裹包 糖钳手可以是一对活动钳手 也可以是一只活动钳手 一只固定钳手 本机采用一 只活动钳手 一只固定钳手 可用于包装部同宽度的糖果 在扭结时对准 手的中心线 包装质量较好 18 图 2 9 裹包机构示意图 1 3 5 7 偏心轮 2 4 6 8 10 连杆 9 曲柄 11 双销曲柄 12 16 扇形齿轮 13 后冲滑块 14 24 凸轮 15 送糖杆 17 活动折纸板 18 挡板 19 21 夹钳 20 接糖杆 22 拉簧 23 六钳夹糖盘 25 滚柱 26 打糖杆 27 缓冲杆 28 弹簧 5 工序盘 为使工序盘作间歇转位运动 可供选择的机构主要有 1 槽轮拨销转位机构 简称 槽轮机构 结构简单紧凑且容易制造 但从动件的运动有柔性冲击 即角加速度曲线不 连续 可用于中高速轻负 2 端面槽轮摇杆转位机构 从动件的运动规律与前述机构 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 14页共 43 页 相同 但它的结构要复杂一些 由于主从动件是面接触 可用于负载比较大的场合 3 蜗形凸轮转位机构 能任选从动件的运动规律 动力特性好 可用于高速重负载 但制 造比较困难 考虑到本机工序盘转动惯量较小 决定选用槽轮机构驱动 工序盘的组成及工作原理 如图 2 10 所示为工序盘的结构简图 6 个固定钳手成盘 状用圆锥销固定在转盘轴 7 上 由槽轮机构驱动间歇转动 6 对糖钳手根据包装动作要 求 在不同工位上张开或闭合 夹紧 铜套 6 通过四杆机构带动往复摆动 凸轮 8 用键 5 和铜套 6 连接 随铜套摆动 活 动糖钳手 2 到出糖工位时 凸轮 8 的曲线最高点与滚子 4 接触 活动糖钳手转动 使糖 钳手张开 打糖杆将糖打出 转盘继续转动直至进糖工位时 仍保持张开 糖果顺利地 送入糖钳手 在送 接糖杆即将离开时 滚子 4 脱离凸轮曲线最高点 依靠拉簧 3 糖 钳手将糖果夹紧 凸轮 7 可设计成由两片组成 以便调节曲线最高点的弧长 即调整糖 钳手张开的持续时间 19 图 2 10工序盘结构简图 1 固定钳手 2 活动钳手 3 弹簧 4 滚子 5 键 6 套筒 7 轴 8 凸轮 6 扭结机构 从图 2 11 所示的三种扭结机械手简图分析 从满足运转要求看 c 方案最佳 b 方案次之 a 方案最差 a 方案中扭手指部夹紧时凸轮会与滚子脱离接触 b 方案 中两凸轮不在一个零件上 因此在此选择 c 方案 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 15页共 43 页 图 2 11扭结机械手简图 1 扭手指部 2 齿轮 3 轴向位移凸轮 4 扭手开闭凸轮 糖果经包装纸四面裹包后 两端需扭结封闭 扭结机构由左右对称两部分组成 图 2 12 为单端扭结手机构的传动示意图 图 2 12扭结手结构示意图 1 输入轴 2 扭结手 3 伞齿轮齿条 4 5 6 7 13 14 齿轮 8 9 拨轮 10 摆杆 11 弹簧 12 凸轮 15 手盘 16 调节螺杆 它主要由扭结手 槽凸轮 摆杆 拨轮 齿轮及传动轴等组成 为满足包装纸扭结 的要求 扭结机构在扭结过程中完成扭结手的转动 轴向移动和扭结手的张开 闭合等 三种运动 输入轴 1 的运动经齿轮 4 5 6 7 传动后 带动扭结手 2 实现扭结转动 输入轴 1 的运动经齿轮 4 5 带动槽凸轮 12 转动 经过摆杆 10 拨轮 8 伞齿轮齿条 3 带动扭结手的张 合运动 输入轴 1 的运动经齿轮 4 5 带动槽凸轮 12 转动 经过摆杆 10 拨轮 9 实现扭结手的轴向位移运动 扭结手张开和闭合的角度大小与进退距离的协 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 16页共 43 页 调 由槽凸轮 12 的曲线保证 齿轮 5 齿轮 6 的齿数分别为 60 和 24 齿数比为 2 5 保证扭结手每张 合一次 扭结手旋转 2 5 圈 根据包装机各执行机构的运动规律及其 动作配合要求 当工序盘携带糖块及包装纸旋转至扭结工位时 扭结手进行张合 旋转 和轴向位移 完成扭结工序 2 2 5各机构的实现方式 1 糖钳手的开合 为使工序盘上的糖钳在工位 停留期间作张开和闭合运动 选用曲柄摇杆与凸 轮串联组合机构驱动 一对糖钳手中有一个固定钳手和一个活动钳手 活动钳手由工序 盘中凸轮驱动 如图 2 13 所示 图 2 13开钳机构简图 1 开钳凸轮 2 活动钳手 2 裹包执行机构 1 推糖机构选用曲柄摇杆与弧度型机构串联组合来驱动推糖杆无停留住复移 动 曲柄摇杆机构推动扇形齿轮来回摆动 扇形齿轮齿与推糖杆齿条相啮合 扇形齿轮 的来回摆动带动推搪杆的来回摆动 20 如图 2 14 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 17页共 43 页 图 2 14推糖机构简图 1 推糖杆 2 糖块 2 折纸机构选用曲柄摇扦机构来驱动折纸板作无停留往复摆动 折纸板与连杆 机构的某个杆为一整体 曲柄摇杆机构驱动这个杆上下摆动 折纸板跟着上下摆动 如 图 2 15 所示 图 2 15折纸机构简图 1 折纸板 2 糖块 3 包装纸 3 接糖机构选用曲柄摇扦机构和滑块机构来驱动接糖杆作无停留往复摆动 如 图 2 16 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 18页共 43 页 图 2 16接糖机构简图 1 接糖杆 2 糖果 4 成品输出机构 利用接糖机构中摇杆的往复摆动来驱动打糖杆作无停留往复摆动 这样可省去一个 原动件 图 2 17打糖机构简图 2 2 6自动控制系统 为使理糖转盘上的糖块始终维持适当数量 槽式电振动给料器应配备自动控制装 置 以实现自动给料 另外 还设置包装纸用完及断纸 缺糖时的自动停机装置 由于 本次设计中主要是对各机构的设计 故这部分在此不作具体说明 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 19页共 43 页 2 2 7传动系统 间歇双端扭结式糖果包装机传动系统由主传动系统和理糖供送传动系统两部分组 成 1 主传动系统 图 2 18主传动系统图 主传动系统图如上所示 主电动机经机械式无极变速器 轴 将运动传递给分配轴 分配轴 将运动平行进行分配 经齿轮 马氏盘将运动传递给轴 带动工序盘间 歇转动 另一传动路线为经齿轮传动带动轴 转动 从而带动扭结手完成扭结动作 轴 经链传动 齿轮传动带动供纸辊及切刀运动 实线包装纸的供送及切断 分配轴 上的偏心轮 1 带动送糖杆送糖 偏心轮 2 带动钳手开合 偏心轮 3 带动活动 折纸板完成下折纸 偏心轮 4 带动接糖杆和打糖杆分别完成接糖和打糖动作 包装 机正常工作之前 通过转动调试手轮对包装机进行调试 包装机正常工作之前 通过转动调试手轮对包装机进行调试 采用机械式元级调速 生产能力连续可调 能适应不同的包装纸和糖果的变化 由于采用了马氏机构 因此 该机不宜高速 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 20页共 43 页 2 理糖供送传递系统 图 2 19理糖供送机构传动系统图 理糖供送机构由一台电动机单独驱动 电动机经带传动将运动传递给到 轴 轴 进行运动分配 其中一路 经蜗杆 蜗轮传动带动理糖盘转动 另一传动路线为经齿轮 传动使轴 转动 从而带动 轴上的输送带的主动轮回转 完成糖的输送 然后经链传 动 螺旋齿轮传动 将运动传递给毛刷 2 2 8编制工作循环图 1 拟定运动规律 该机在送糖工位的包装工序最集中 与送纸 切纸 送糖 推糖 接糖 折纸 工 序盘糖钳的开合和转位等均密切相关 当工序盘刚停止时 工位 的糖钳处于张开状态 接糖杆向右运动至极右位置 此时包装纸刚好被送到预定长度并切断 而推糖杆也将糖 块和包装纸向左推送到与接糖杆接触并夹紧 继而将糖块和包装纸送入糖钳内 在此过 程中包装纸被折成 形 糖块和包装纸进入糖钳时便被糖钳夹紧 接着推糖杆向右 退回 接糖杆向左运动 而折纸扳进行折纸 折纸板向上折纸时 工序盘便开始转位运 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 21页共 43 页 动 折纸板再跟随糖块向上运动一段距离后返回 根据上述动作配合要求 确定各执行构件的运动规律 1 推糖杆 在推糖杆将糖块向左推送和随后的回程运动期间内 包装纸最多只能供 送所需长度的一半 否则包装纸与推糖杆发生干涉 而包装纸是连续等速运动的 也就 是说 此阶段最多只能占用分配轴转 180 的时间 现确定推糖和回程各占用分配轴转 90 和 85 的时间 2 接糖杆 接糖杆作接糖运动的时间应与推糖杆的推糖时间一样 故确定接糖杆的 接糖时间相当于分配轴转 90 而回程时间为 95 3 糖钳 糖钳张开时上下钳相距 18mm 左右 无糖闭合时则相距 10mm 左右 当推糖 结束时它闭合到最小距离 闭钳时间为 35 4 工序盘 工序盘作间歇转动 每次转 60 在停留期内 须完成接糖杆回程运动 需时 95 推糖块入糖钳 需时 90 折纸运动三个动作 即停留时间应大于 因此 驱动它作间歇运动的槽轮机构应是外接型的 参照同类型 机器选用六槽槽轮 这样 工序盘停留时间为 240 转动时间为 120 5 折纸板 折纸板从开始折纸至升到最高位置 确定其行程时间为 80 6 送糖带 送糖带作等速运动 根据实践 在一个运动周期内 送糖带前进的距离 以糖块长度的 8 12 倍为宜 7 扭结工位 在工序盘停歇期内完成扭结 将扭结机械手的指部动作分解为 一 旋转运动 作等速转动 分配轴转 圈 它转 2 5 圈 二 开闭运动 应与工序盘的运动协调 并在水平位置将筒状纸夹紧 夹紧时间应 满足不同材质的包装纸的扭结要求 一般说来 对蜡纸需扭转 360 对玻璃纸需扭转 540 若是聚丙烯材料则需扭转 720 因此 扭紧蜡纸和玻璃纸时所需夹紧的时间 若用分配轴转角表示则分别为 三 轴向移动 扭结时 两个拉手都必须向糖块接近 以补偿包装纸的扭结缩短 量 糖块高与宽的尺寸愈大 扭结缩短量也愈大 一般取圆柱形糖块的轴向移距为 8 10 mm 方形糖块的轴向移距为 12 14mm 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 22页共 43 页 8 成品输出工位 当工序盘刚停止时 此工位的糖钳即由夹紧状态迅速张开 接着打糖杆将成品排出 一 糖钳 张开动作需时 35 二 打糖杆 它与接糖杆用同一曲柄驱动 打糖行程为 30mm 需时 60 2 确定工作顺序和绘制工作循环图 根据前述各执行构件的运动规律及对它们的动作配合要求 可绘制工作循环图 如 图 2 22 所示 图2 22工作循环图 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 23页共 43 页 3 传动系统中各零部件的设计计算传动系统中各零部件的设计计算 3 1电动机的选择电动机的选择 参考同类型的糖果包装机 主传动系统选用型电动机 功率为 0 75kw 满载转 速为 1280r min 理糖供送系统选用 a1724 型电动机 功率为 0 37kw 满载转速为 1350r min 3 2带传动的选择带传动的选择 根据要求包装圆柱形糖块的生产率达 5 6 块 s 包装长方体形糖块为 4 块 s 左右 由此可确定分配轴的转速可在 21 42rad s 200 400r min 的范围内 作无级调节 由于分配轴的转速为 200 400r min 电动机满载时的转速为 1280r min 因而 电动机至分配轴的降速比应能在 3 2 6 4 的范围内无级调节 为此从电动机 到分配轴采用两级降速 第一节用宽三角带无级变速 第二节用齿轮降速 在第一节宽三角带无极变速的降速比应能在 1 2 的范围内调节 根据包装机的空 间要求取电动机装的带轮直径为 90 180mm 可调 与之配套的带轮直径为 180mm 理糖供送系统中带传动设计按照同样方法 选择电动机装带轮直径为 50mm 与之 配套的带轮直径为 112mm 3 3齿轮传动的设计齿轮传动的设计 减速器第二节齿轮传动设计中取齿轮输入功率 分配轴的转速为 300r min 齿数比 小齿轮加如图几所示转速 工作寿命为 15 年 每年工作 300 天 两班制 转向不变进行设计计算 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 选用直齿圆柱齿轮传动 2 扭结包装机为一般工作机器 速度不高 故选用 7 级精度 gb10095 88 3 材料选择 选择小齿轮材料为 40 调质 硬度为 大齿轮材料为 45 号钢 调质 硬度为 两者材料硬度差为 4 初选小齿轮齿数 大齿轮齿数 取 2 按齿面接触强度设计 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 24页共 43 页 由设计公式进行试算 即 3 3 1 1 确定公式内各计算数值 1 试选载荷系数 2 计算小齿轮传递的转矩 3 选取齿宽系数 4 材料的弹性影响系数 5 小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 6 计算应力循环次数 7 接触疲劳寿命系数 8 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 安全系数 有 2 计算 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 25页共 43 页 1 试计算齿轮分度圆直径 代入中较小的值 2 计算圆周速度 v 3 计算齿宽 b 4 计算齿宽与齿高之比 b h 模数 齿高 5 计算载荷系数 根据 7 级精度 动载系数 直齿轮 假设 取 使用系数 7 级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 由 得 故载荷系数 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 26页共 43 页 8 按实际的载荷系数校正所算得分度圆直径 由式 9 计算模数 m 3 按齿轮弯曲强度设计 弯曲强度的设计公式为 1 确定公式内的各计算数值 1 小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2 弯曲疲劳寿命系数 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 有 3 计算载荷系数 k 4 齿形系数 5 应力校正系数 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 27页共 43 页 6 计算大小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大 2 设计计算 对比计算结果 由齿面接触强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数 由于齿轮模数 m 的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力 而齿面接触疲劳强度所决定 的承载能力 仅与齿轮直径 即模数与齿数的乘积 有关 可根据弯曲强度算得的模数 0 9176 并就近圆整为标准值 按接触强度算得的分度圆直径 算出齿轮的齿数 大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动 既满足了齿面接触强度 又满足了齿根弯曲疲劳强度 并 做到结构紧凑 避免浪费 4 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 2 计算中心距 3 计算齿轮宽度 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 28页共 43 页 取 5 设计齿轮验算 综上所述 该对传动齿轮的分度圆直径 齿轮厚度 齿轮模数 齿数 6 其他齿轮的设计 参考上所述齿轮设计的方法 确定齿轮的传递功率 齿轮转速 齿轮传动比以及其 他一下条件后进行设计 由于减速器中两齿轮传递功率最大 传动比最大 工作环境最 复杂 故其他齿轮传动中选用与它相同或相差不大的齿宽系数 模数也基本能满足生产 需求 最危险的两齿轮宽度分别为 30mm 和 35mm 其他齿轮的宽度选择在 30mm 左右即可 其他齿轮参照主传动系统图 2 18 和理糖供送机构传动系统图 2 19 全部齿轮他们的分 度圆直径 齿数 齿轮厚度 模数选择如下表 3 1 所示 表 3 1齿轮的选择 主传动系统齿轮 分度圆直 径 mm 齿 数 齿轮厚度 mm 模数 mm 分度圆直 径 mm 齿 数 齿轮厚 度 mm 模数 mm 13030351 2111815151 2 29696301 21221 618251 2 362 452301 21343 236201 2 462 452251 2142420251 2 562 452301 2152420201 2 662 452251 2162420251 2 762 452301 2174840201 2 87260251 21825 221251 2 928 824751 21927 623201 2 101815151 2 理糖供送传动系统齿轮 分度圆直齿齿轮厚度模数分度圆直齿齿轮厚模数 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 29页共 43 页 径 mm 数 mm mm 径 mm 数度 mm mm 128 8241 262420151 2 238 4321 2725 221201 2 320 417251 2821 618151 2 455 246201 291815201 2 515 613201 2 3 4轴的设计轴的设计 取分配轴为研究对象 1 材料的选择 选用 45 号钢进行调质处理 查表取 2 根据设计公式进行计算 即 3 3 3 即轴的最小直径为 19 5mm 由于轴上开有两个键槽安装齿轮 4 对销孔用来安装圆 柱偏心轮 故直径应增加 即 圆整后 取轴最细部分直径大于 25mm 3 拟定轴上零件的装配方案 第一段轴用于安装套筒和轴承 22207 故取直径为 30mm 第二段用于安装齿轮 直径为 35mm 第三段用于安装四个圆柱偏心轮 直径为 40mm 第四段用于安装齿轮 直径为 35mm 第五段用于安装套筒和轴承 直径为 30mm 4 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 第一段安装套筒与轴承22207 轴承宽度为23mm 加上其他零件 取长度为50mm 第二段用于安装一个双齿零件 它的一个齿与减速器齿轮啮合 另一个齿与驱动工 序盘间歇转动的拨盘齿轮相啮合 这段长度略小于两齿宽度之和 为 70mm 第三段用于安装三个圆柱偏心轮 长度与三个圆柱偏心轮的安装位置及轴的安装空 间位置有关 三个圆柱偏心轮安装位置应尽量安装在这一段的偏中位置 取这段长度为 500mm 第四段用于安装齿轮 这个齿轮将动力传递给扭结机构和供纸辊 这段长度略小于 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 30页共 43 页 齿轮的宽度 为 40mm 第五段用于安装套筒和轴承 长度与第一段相同 长度为 50mm 5 轴的校核 设计计算时取电动机动力传递到分配轴时功率仍为 0 75kw 转速第 二段轴上与减速器啮合齿轮 1 直径 与拨盘啮合齿轮 2 直径 轴 第四段上齿轮 3 直径 轴第三段直径 分配轴将 20 功率传递给 拨盘 将 25 功率传递给圆柱偏心轮 将 55 功率传递给其他部件 齿轮 1 对轴的转矩 作用在齿轮 1 上的圆周力 径向力 分配轴传递给拨盘的功率为 齿轮 2 对轴的转矩 作用在齿轮 2 上的圆周力 径向力 分配轴传递给齿轮 3 的功率 齿轮 3 对轴的转矩 作用在齿轮 3 上的圆周力 径向力 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 31页共 43 页 取 4 个圆柱偏心轮共同作用在轴的中心位置 传递的功率为 25 则 偏心轮对轴的转矩 偏心轮对齿轮的圆周力 径向力 水平面的支承力近似计算 垂直面的支承力 考虑最不利情况 6 计算危险截面处轴的直径 因为材料选择 45 号钢调质 许用弯曲应力 则 由于设计该段轴的直径为 40mm 所以该轴是安全的 7 其他轴的设计 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 32页共 43 页 参考上所述轴设计的方法 确定轴的传递功率 轴的转速 轴中各段的长度比以及 其他一下条件后进行设计 由于分配轴传递功率最大 轴上零件最复杂 轴的工作环境 也最恶劣 依据前所计算分配轴最细部分直径作参考 其他轴负载较大一点的一般选择 35mm 左右 低负载的选择 20mm 左右基本能满足生产需求 3 5杆件的设计杆件的设计 3 5 1开闭钳机构杆件设计 图 3 1 为控制糖果裹包机上工序盘的糖钳作开闭运动的执行机构 曲柄为主动 件 通过开钳凸轮 1 驱动活动糖钳 2 作开闭运动 对曲柄摇杆机构的运动要求是 曲柄 沿逆时针每转一圈 摇杆完成一次往复摆动 总行程 与摇杆逆时针摆 动 30 相应的曲柄转角为 这时曲柄与摇杆转向相同 而与摇杆顺时针摆 动 30 相应的曲柄转角为 170 这时曲柄与摇杆转向相反 这样 极位角 在确定机构亦局和曲柄转向时应尽量使 为正值 这可按给定摇杆总摆角和极位角 由 此设计曲柄摇杆机构 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 33页共 43 页 a 机构简图 b 运动要求示意图 图 3 1开钳机构 1 开钳凸轮 2 活动钳手 参见图 3 2 所示 几何法求解步骤如下 1 作线段 ad 表示固定杆长度 2 求中心曲线和 画和线 分别使 得和两线的交点 和两线的交点 分别以 和为圆心 和 为半径作圆弧和 3 求铰销 的外极限位置和内极限位置 在和上 分别取 点 使 d 连接d 和a 则d 分别为摇杆的外极限和内极限位置 且 4 求曲柄摇杆机构 在 a线上取点 使 则 ad 为所求曲柄 摇杆机构的外极限位置 且 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 34页共 43 页 图 3 2开钳机构的几何求解图 由图 3 2 可知 令为外极限位置的连杆与固定杆的夹角 则 a b c d 存在如 下关系 计算时 选取适当的 值 再计算 和值 然后确定四个杆件中的任何一个 杆长 如 d 其他三个杆件即可计算出 取 则 即 控制糖钳开闭的圆柱偏心轮的偏心距为 28 5mm 其他两杆长度 3 5 2 推搪机构杆件的设计 图 3 3 为糖果裹包机的推糖机构简图 推糖杆 1 将糖块 2 由位置 推送到位置 移距为 32mm 相应的曲柄的转角为 90 而推糖杆由推糖终了位置后退 32mm 相应 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 35页共 43 页 的曲柄转角为 85 已知固定杆 扇形齿轮节圆半径 由此设计 ab bc cd 三个杆件的长度 图 3 3无停留往复移动的推搪机构简图 1 推糖杆 2 糖块 根据要求 推糖杆的椎程为 32mm 相应的扇形齿轮即摇杆 cd 的摆角为 曲柄 ab 的转角为 90 推糖杆回程运动 由推糖终了 位置后退 32mm 相应的摇杆摆角也为 24 4 曲柄转角为 85 推糖至终了位置时 曲柄摇杆机构应处于外极限位置 因此 可按给定的曲 柄与摇杆在外极限位置前后的两对相应角移量来求柄摇杆机构 现曲柄沿顺时针转动 则推程时曲柄与摇杆转向相同 回程时则转向相反 从而可确定 用几何法求解 如图 3 4 所示 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 36页共 43 页 图 3 4推搪机构几何法求解图 1 取比例 1 5 作图 画直线 2 画 dk 线 使 画 am 线 使 得到 dk am 两线的交点 o 以 o 点为圆心 oa 为半径作圆弧 3 在圆弧上取适当点 连接d 和 4 作线 使 得 al 的延长线与 dk 线的交点 再作 rn 线 使 得和两 线 的 交 点 由 图 上 量 得 故求得曲柄实长 即控制推搪的圆柱 偏 心 轮 的 偏 心 距 为 20mm 连 杆 实 长 摇 杆 实 长 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 37页共 43 页 5 检 查 压 力 角 画 出 图 3 4 b 量 得 则 可用 3 5 3接糖机构杆件的设计 图 3 5 所示是糖果裹包机接糖糖机构 接糖杆接糖行程为 30mm 相应的曲柄转角 为 90 当推糖杆由推糖终了位置后退 30mm 时 相应的曲柄转角为 85 己知 要求开始推糖时杆处于的位置 且 由此设计 ab bc 和 cd 杆长度 推始终了时 曲柄摇杆机构义 abcd 处于外极限位置 因此可按给定的曲柄与摇杆 在外极限位置前后的两对相应角移量 设计曲柄摇杆机构 设推糖终了时刻的杆de处于位置 由于推糖起始时刻的de处于垂直位置 故与推糖 30mm 相应的 de 杆摆角 推搪时摇杆与曲柄那作顺时针转动 而回程运动时则是转向相反的 故 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 38页共 43 页 图 3 5接糖机构简图 1 推糖杆 2 糖块 图 3 6接糖机构的几何求解图 同样 可仿照上例推搪机构杆件求解 如图所示 求得各杆实长为 即控 制 推 搪 和 打 糖 的 偏 心 轮 的 偏 心 距 为 12mm 适用 3 5 4折纸机构杆件的设计 折纸机构如图 3 7 a 所示 折纸板为 1 从开始折纸到折纸终了的摆角 曲 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 39页共 43 页 柄 ab 传角 ad 之间的距离为 240mm 据此 设计曲柄摇