巧克力糖包装机.doc

XXX学院 设计题目：巧克力糖包装机专业：机械设计制造及其自动化班级：C08机械（1）班设计者：学号：081309121目录前言3第1章 任务分析41.1设计题目内容及设计要求41.2设计任务51.3设计提示5第2章 动力源选择62.1 动力类型62.2常见的电动机特点6第3章 执行机构的设计73.1 功能分解73.2机构选用73.3主要执行机构方案设计83.4工作原理以及工艺动作流程图9第4章 机械运动系统设计方案拟定104.1拟定的方案10第5章 系统设计数据处理135.1传动齿轮设计135.2移动凸轮的设计13第6章 机械运动方案评价16结束语16参考文献17摘要 机械原理课程设计为机械类课程中最适合培养学生创新能力的一门课程, 是培养学生综合运用机械原理课程所学理论知识、技能和解决实际问题的能力，使学生获得工程技术训练的必不可少的实践性教学环节，以达到具有对机械系统运动方案创新设计的能力和应用现代先进设计手段解决工程实际问题的能力。关键词 机械原理 课程设计 颗粒状状原料 巧克力糖包装前言 机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。机械系统的设计师机械设计中极其重要的一环，设计得正确和合理与否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，古应认真对待。机械系统的方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用已有知识和实践，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有关信息（如查阅文献、专利、标准，同有关人员交谈等），充分发挥创造性思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以设计方法和技巧，以设计出新颖、灵巧、高效的机械系统。机械原理课程设计结合一种简单机器进行机器功能分析、工艺动作过程确定、执行机构选择、机械运动方案评定、机构尺度综合、机械运动方案设计等，使学生通过一台机器的完整的运动方案设计过程，进一步巩固、掌握并初步运用机械原理的知识和理论，对分析、运算、绘图、文字表达及设计资料查询等诸多方面的独立工作能力进行的训练，培养理论与实际相结合、应用计算机完成机构分析和设计的能力，更为重要的是培养开发的创新能力。因此，机械原理课程设计在机械学生的知识体系训练中，具有不可替代的重要作用。第1章 任务分析1.1设计题目内容及设计要求 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设计数据表方案号ABCDEFGH电动机转速r/min144014401440960960820820780每分钟包装糖果数目个/min120906012090908060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） 电磁条速三相异步电动机名称：YCD电磁调速三相异步电动机。有组合式和整体式两种机构，这两种调速电动机为防护式，空气自冷，卧式安装，且无碳刷，集电环等滑动接触部件（3） 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 执行机构的设计 3.1 功能分解 按工艺动作要求可分为四个机构：（1）间歇剪切供纸机构 （2）铝箔纸锥面成形机构 （3）褶纸机构 （4）巧克力糖果的送推料机构间歇剪切供纸机构：该装置的供纸机构有送料滚轮来完成，当送料滚轮将铝箔纸送到指定的位置之后，送料滚轮将发生停歇，那么送料滚轮的停歇功能将由不完全齿轮机构来控制。不完全齿轮机构是由普通渐开线齿轮机构演化而成的一种间歇运动机构。其运动时间、停歇时间及每次转动的角度变化范围较大，设计较灵活。不完全齿轮机构主动轮转一周时，从动轮转六分之一周，从动轮每转停歇六次。根据要求（采用方案C），从动轮旋转60转/分，从动轮将旋转360转/分，而电动机的转速为1440转/分，因此还要设计减速机构。当送料滚轮停歇后，剪纸机构将发生动作，剪纸机构由带轮驱动一根曲柄旋转，此时曲柄滑块机构带动刀头对铝箔纸进行裁剪。巧克力糖果送料机构：巧克力的送料机构将由圆柱凸轮机构，因为送料机构要有运动变换的过程，而且巧克力送料时，速度尽量稳定，如果采用圆柱凸轮来送料，其传动比恒定，有利于巧克力的速度恒定，此设计中，圆柱凸轮将带动推杆作横向的直线往复运动。锥面成形机构：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。本次设计将采用另一种设计方法，即锥面成型机不动，而改用直动从动件凸论机构对巧克力和铝箔纸作向上的运动从而强迫锥面成形。褶纸机构：在锥面成形后，同样不完全齿轮机构会带动锥面型机旋转来进行褶纸。而且不完全齿轮的设计与送纸机构中不完全齿轮的设计是一样的。3.2机构选用功能执行机构工艺动作执行机构送纸机构送纸滚轮停歇旋转运动不完全齿轮剪纸机构剪纸刀纵向直线往复运动曲柄滑块机构送料机构推杆横向停歇往复运动圆柱凸轮机构锥面成形锥面成型机上下直线往复运动直动凸轮机构褶纸机构褶纸成型机旋转往复运动滚轮、曲柄滑块3.3主要执行机构方案设计1.送纸机构 2.剪纸机构 图1 不完全齿轮 摩擦滚轮 图2 曲曲柄滑块3.送料机构 4.锥面成形 图3 圆柱凸轮 图4直动凸轮间歇定量供纸完成送纸的机构，作间歇往复直线运动，完成送纸功能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，不致滑移克力糖包装机克力糖包装机克力糖包装机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锥面成形实现直线往复运动，先后将半分的纸褶向巧克力糖表面，完成褶纸过程褶 纸第4章 机械运动系统设计方案拟定4.1拟定的方案 方案1图4.1 巧克力糖包装机拟定方案1-不完全齿轮 2-摩擦滚轮 3-圆柱凸轮机构 4-直动凸轮机构 5,6-曲柄滑块 7-凸轮8-模型 9-原动机方案2图4.2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不完全齿轮机构 7发动机 13-连接凸轮和带轮的轴2双滚轮机构 8两垂直的齿轮 14-连接两曲柄滑块的连杆3曲柄滑块机构 9固定架 15-带挡板的圆周固定工作台 4带45刀片的滚轮 10强迫成型模型 16-连接电动机的轴5凸轮机构 11带轮 17齿轮和滚轮的同轴62个固定在轴上的凸轮 12卷筒纸 如图4.2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16，在分配轴16上驱动不完全齿轮1，通过与摩擦滚轮同轴17，从而带动摩擦滚筒，实现卷筒纸拉平功能并实现送纸功能；通过双滚轮中的从动轮与另一滚轮同轴滚轮，此时的滚轮4作的是间歇运动，又因为滚轮一段带45倾斜刀片，所以可以实现间歇剪切动作。通过分配轴16上带动带轮11运动，从带轮通过轴13再带动凸轮，而使凸轮5实现上下作往复移动，通过强迫成型模型就可以实现强迫成型功能，需要指出的是凸轮5的回程是往复运动，可能有些时间段是没有巧克力的时候，所以速度必须比较快。另一方面有发动机带动垂直齿轮8运动，从而使运动方向改变90，在通过轴上的凸轮机构一方面可以带动曲柄滑块机构中的曲柄通过连杆14来带动下面的曲柄滑块机构来实现推送巧克力的动作，在有上面的凸轮机构来实现强迫成型运动，接下来的话就是通过曲柄滑块机构和滚轮来实现最后的皱纸运动，这个运动结束后，就是一个循环的过程了。总体来说，实现连续间歇供纸和剪切运动的话，就是有发动机带动不完全机构来初次提供间歇运动，再通过同轴的优势把间歇运动传递给双滚轮机构，双滚轮机构又传递给带刀片的滚轮，这样一来就可以轻松地实现间歇供纸运动。通过齿轮8的传递，带动曲柄滑块机构，再传递到曲柄滑块机构3就可以实现推送巧克力的运动，通过带轮11传动到凸轮，根据凸轮的特性就可以实现上下往复运动，通过上面的强迫成型模型就可以实现强迫成型动作，最后的话就是皱纸动作，这一步的话，其实本来是和巧克力推送同步的，不过通过不同的尺寸设计来实现迟一步计划，就是比推送巧克力动作慢一拍，这样的话就可以实现皱纸动作的时候不至于浪费动力了。最好是送完巧克力和将巧克力强迫成型后，马上实现皱纸动作，这样的话效率最高。第5章 系统设计数据处理设计数据如下：方案1（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=100mm5.1传动齿轮设计ra=ri=40mm rj=rk= rl =100mm 齿轮参数abijkl齿数208020505050模数 mm444444压力角20度20度20度20度20度20度 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。5.2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：最大压力角：34.493 最小曲率半径53.9105mm总的来说设计的结构较复杂，很多方面有带改进，方案F好于方案B，但由于生产需要可以改变传动比，及各个机构的配合来完成任务。以实际为基础设计方便，简洁的机构体系，节约能源，提高利用率。第6章 机械运动方案评价巧克力糖包装机构一共由5个机构协调运动完成，其中供纸机构和褶纸机构由不完全齿轮机构完成，而送料机构是由圆柱凸轮机构完成，这些机构构造简单，加工方便，从经济性角度来看，也很合适。其中圆柱凸轮适合于各种传动系统，传递回转运动，实现减速或增速、变速以及换向等。不完全齿轮机构也可用作像包装机构这样的轻工机械的间歇传动机构。对于剪纸机构，它由带轮驱动，轴间距离较大，工作平稳无噪音，能缓冲吸振，摩擦式带传动有