标准颗粒巧克力糖果包装机设计

标准颗粒巧克力糖果包装机设计摘要：标准颗粒巧克力糖果包装机设计是典型的机械系统设计。本设计主要是针对圆柱状巧克力糖的包装设计。主要内容有：总体方案的设计、扭结手机构的设计与传动系统部分的设计。扭结手是本设计的重点之一，它主要完成对糖果的封闭包装的工作，是糖果包装工艺中最后一步，也是最重要的一步。在本次设计中，有许多执行机构，所以动力是必不可少的，因而传动系统部分也就显得尤为重要了，主要采用了带传动和齿轮传动来实现传动系统的调节。如在工序盘转位功能中，糖钳手旋转到位后，必须有一定的停留时间，从而为接糖、顶糖等功能的实现提供必要的动作执行时间。机械系统是机械的重要组成部分。机械系统的设计更是机械设计中极其重要的一个环节，设计的正确合理与否，对提高机械的质量和性能，降低制造成本与维护费用等影响很大，应该认真对待。关键词：糖果包装机,扭结手,机械系统设计IStandardparticlechocolatecandypackingmachinedesignAbstract：Standardparticlechocolatecandypackagingmachinedesignisatypicalmechanicalsystemdesign.Thisdesignmainlyforcylindricalchocolatecandypackagingdesign.Maincontentsare:theoverallschemedesign,kinkhanddesignandtransmissionsystemdesign.Kinkhandisoneofthefocusofthisdesign,isthelaststepofcandypackagingprocess,alsoisthemostimportantstep.Inthisdesign,thereareanumberofactuators.Sopowerisessential,itmainlyusesthebeltdriveandgearinordertoachievetheregulationoftransmissionsystem.Asinprocessplateoftransferfunction,sugartongsafterhandspinninginplace,theremustbeacertaintime,tomeetthefunctionsuchassugar,sugarwithnecessaryactionexecutiontime.Mechanicalsystemsareimportantcomponentsofmachinery.Thedesignofthemechanicalsystemisextremelyimportantonelinkinthedesignofmachinery,Itsdesignisreasonableornotisveryimportantaboutimprovingthequalityandperformance,reducingmanufacturingcostsandmaintenancecosts.Weshouldtakeitseriously.Keywords:Candypackingmachine,Kinkhand,MechanicalsystemdesignII目录1绪论.11.1课题设计的背景以及意义.11.2双扭结糖果包装机械的现状以及发展趋势.12糖果包装机总体设计方案.22.1对包装机功能、应用范围及生产能力的分析.22.2糖果包装机的工艺流程.22.3对各执行构件的运动要求.22.4各机构的实现形式.52.5糖果包装机工作循环图.93传动系统部分的设计计算.143.1电动机的选择.143.2带传动的设计计算.143.3齿轮传动的设计计算.163.4轴的设计计算.204执行机构的设计.234.1开闭钳机构杆的设计.234.2折纸机构杆的设计.254.3夹持装置的设计.274.4凸轮的设计.305结论.33参考文献.34致谢.3511绪论1.1课题设计的背景以及意义伴随着市场经济的日益发展，以及人民生活水平地不断提高，包装机械工业迅猛发展，尤其是在食品工业中应用最为广泛最为深入。一款好的产品要想有好的市场，引起消费者的注意，首当其冲是其精美的包装设计，要想有好的包装设计，自然而然就需要一套自动化的包装生产线，保证产品包装质量正成为提高其市场竞争力的关键因素之一。本次毕业设计的任务是标准粒状巧克力糖果包装机的设计。这是一个比较典型的关于机械系统方面的设计。经过一段时间的查阅资料，最后确定了总体设计方案。此次课题对于提高生产效率，降低机器故障以及节约成本等方面有着重要的意义。1.2双扭结糖果包装机械的现状以及发展趋势从引进发达国家先进的糖果包装设备，学习他们的设计理念和制造经验，到改造并仿制他们的设备，再到最后创造开发出属于我们自己的新技术、新设备，在这一段相当漫长的时间内，我国的糖果包装设备方面取得了长久的发展。随着科技日趋进步以及激烈的商业竞争，对包装机的生产速度，自动化程度带来了更高的要求。总体上看，我国的糖果包装机械发展较快，但由于起步较晚，整体水平还是比其他发达国家落后，自己研发的糖果包装机性能不稳定，甚至质量不过关，工作过程中经常出现故障，导致包装出来的产品不美观，自动化成都也不高，全程需要一名甚至多名操作人员来监管，不能有效地提高生产效率。在未来双扭结糖果包装机将朝着机械功能多元化、结构设计标准化、控制智能化、结构高精度化的方向发展。走技术创新的道路，在包装形式、设计以及理念上力求创新，使包装机向着高速自动化、一机多功能化的方向发展，是我国糖果包装机械行业赶超世界先进水平的必经之路。12糖果包装机总体设计方案2.1对包装机功能、应用范围及生产能力的分析本包装机主要用来包装已成型的的颗粒状巧克力糖果，采用双端扭结的包裹方式，糖果形状以圆柱形为主，长度为30mm，直径为15mm。包装材料：内衬纸为淀粉纸，外包装为玻璃纸。生产能力：120粒/分钟2.2糖果包装机的工艺流程糖果从传送带上被送入工序盘指定位置上，随着工序盘的转动，包装纸将糖果裹包成筒状，然后糖块两端多余的部分被机械手扭结完成糖果封闭包装。最后由打糖杆打出，糖果整个包装过程结束。图2.1糖果包装机工艺流程图2.3对各执行构件的运动要求传送带送糖糖钳手张开送纸夹糖切纸打糖扭结折纸接送糖杆离开纸糖进入糖钳手2图2.2工艺路线示意图1-内衬纸2-外包装纸3-拉纸辊4-剪纸刀5-糖块6-推糖杆7-传送带8、13-折纸板9-接糖杆10-工序盘11-糖钳手12-打糖杆糖果包装工艺路线概况如下：工序盘10逆时针转动，内衬纸1和外包装纸2经过拉纸辊输送到指定位置，在工序位置，接糖杆9和顶糖杆6将糖块5和包装纸夹紧放入糖钳手，糖块被包成“U”形，活动折纸板8将包装纸向上折，随着工序盘的转动，糖块被固定折纸板包成筒状，在位置安装扭结机械手完成糖块的封闭包装，糖块在位置输出。根据上图中的工艺路线，大致可确定以下几个执行机构，分别为：（1）传送带送糖机构巧克力糖块经整理以后被整齐输送到工位位置，在此需要配置整理糖块机构，它的运动形式与所要选择的机构有关系，一般有孔盘式理糖、振动料斗式理糖和转盘式理糖等。第一种是孔盘作间歇运动时，糖果在惯性作用下落入孔槽，然后直接送3入糖钳手进行包装，此装置可以省去传送带，但是不适合圆柱类糖果的整理。第二种比较简单，但是它适用于球类糖块的整理。第三种装置中理糖盘匀速转动，糖果从锥面转盘上落入储糖槽，并由传送带输送到包装工位。第三种方案满足本次包装机设计的要求，因此选第三种。（2）包装纸供送机构包装时需要将内衬淀粉纸1与外包装玻璃纸2以相同速度送到工位位置，并且无间断，同时还需要按照糖果的长度来选取合适的长度将其剪断，由拉纸辊3和剪纸刀4来完成此动作。图2.3供纸机构原理图1、3-供纸辊2-固定销4-导向辊5-拉纸辊6-剪纸刀7-糖块8-推糖杆9-接糖杆从上图中可知，内衬纸和外包装纸经导向辊4后，由拉纸辊5拉下并送到指定位置，当接糖杆与推糖杆将包装纸和糖果一起夹住时，包装纸被剪断。4(3)主传送机构从图2.2可知，为了将包装纸和糖块从位置输送到位置，就需要配置一个工序盘10。在工序盘上安装六对糖钳手11，能够夹着包装纸和糖块作转位运动。为了能够使整个流程顺畅进行，也就是包装纸和糖块在位置进入工序盘，在位置离开工序盘，每对糖钳手在位置和位置分别作张开和闭合运动。工序盘采用槽轮机构来驱动，如此以来就能将其布置在同一根轴上以提高传动精度和简化传送系统。（4）接糖杆与顶糖杆机构从图2.2可知，采用接糖杆9和推糖杆6将包装纸和糖块夹紧后送到位置，二者的运动不仅在时间上有先后顺序关系，在空间上也有相互干涉关系，所以设计它们的运动遵循空间同步化的原则，除此之外，它们同步运动时的夹紧力不能太大，防止损伤糖块，可以在杆的头部采用有弹性的材料制作。（5）折纸机构从图2.2可知，包装纸从位置到位置时被折成“U”形，在位置的时候，折纸板8将包装纸向上折成“”形，随着工序盘的转动，从位置到位置时，包装纸被折纸板13折叠形成筒状。折纸板13为固定折纸板，与机架相固定，折纸板8作上下往复运动。（6）扭结机械手当糖块被包装成筒状后，需要将两端多余的部分扭结以完成糖块的封闭包装，需在位置配置俩个扭结机械手，同时作旋转、闭合和轴向移动三种配合运动。（7）打糖杆机构在位置配置打糖杆12，将包装好的糖果打出。2.4各机构的实现形式5(1)糖钳手机构图2.4糖钳手开合机构1-活动钳手凸轮如图2.4所示，为了能够让糖钳手在、位置作张开和闭合运动，采用曲柄摇杆与凸轮组合机构来驱动，活动糖钳手由凸轮驱动，固定糖钳手与工序盘固定。（2）接糖杆机构图2.5接糖杆机构图61-接糖杆2-糖块如图2.5所示，接糖杆机构采用曲柄摇杆和滑块组合的机构来驱动，使接糖杆作往复运动。（3）顶糖杆机构如图2.6所示，顶糖杆机构采用曲柄摇杆与弧度型机构组合来驱动顶糖杆作往复运动。曲柄摇杆推动扇形齿轮摆动，然后扇形齿轮与顶糖杆齿条啮合，从而带顶糖杆的来回摆动。图2.6顶糖杆机构图1-糖块2-顶糖块3-扇形齿轮7（4）折纸机构图2.7折纸机构机构简图1-包装纸2-糖块3-折纸杆折纸机构采用曲柄摇杆来带动折纸板作往复运动，将折纸板与机构中的一个杆作为一个整体，曲柄摇杆带动这个杆上下摆动，从而带动折纸板上下摆动。（5）扭结手图2.8扭结机械手结构示意图1-动力输入轴2、3、6、7-齿轮4-扭结手5-齿轮齿条8、9-拨轮10-摆杆11-槽轮8扭结机械手是糖果包装机的一个重要组成部分。它主要是由扭结手、齿轮、槽轮、摆杆、拨轮等部分组成。为了完成糖果包装的任务，扭结机械手在工作过程中要完成旋转、闭合以及轴向移动三种运动。动力由轴1输入，经过齿轮2、3、6、7传动后，带动扭结手完成扭结旋转；输入轴1的运动，经过齿轮2、3的传动，带动槽凸轮11转动，通过摆杆10带动拨轮8，齿轮齿条5，完成扭结手的闭合运动；输入轴1的运动，经过齿轮2、3的传动，带动槽凸轮11转动，通过摆杆10，带动拨轮9完成扭结手的轴向移动。齿轮3的齿数为60，齿轮6的齿数为24，齿数比为2.5，可以使扭结手闭合一次的同时，旋转两圈半。按照糖果包装机的运动规律，工序盘携带糖块及包装纸旋转到扭结工位，扭结手执行旋转、闭合和轴向移动动作完成扭结工序。（6）打糖杆机构打糖机构采用曲柄摇杆来驱动打糖杆作往复运动。如下图所示：图2.9打糖杆机构简图1-打糖杆2.5糖果包装机工作循环图包装机的运动循环图又称为工作循环图。它是用来描述包装机各执行机构之间9的有序的、互相制约并互相配合协调的的运动关系的示意图。因此，在画示意图之前必须进行各执行机构的协调设计，并满足以下几点要求：执行机构中的构件动作应该满足工艺的要求。执行机构要按照一定的顺序来进行，要保证各执行动作时间同步、空间同步，不应产生空间干涉；一个机构执行动作的完成到另一个执行机构动作的开始之间须有一定的间隔；为保证生产率各执行机构动作时间要尽量重合，循环周期尽可能短。（1）糖果包装机工作循环时间包装机工作循环公式为：（式2.1）=60式中：为工作循环时间，为理论生产率，此处为120粒/min即。=0.5（2）划分各执行机构循环组成区段送纸机构分为两个区段：表示送纸机构供纸，表示送纸机构间歇1s1此时有：(式2.2)1=1+1分配轴转角为：(式2.3)1=1+1切纸机构分三个区段：表示剪纸刀的工作行程，表示剪纸刀返回行程，22表示剪纸刀在初始位置停歇时间2此时有：(式2.4)2=2+2+2分配轴转角为：(式2.5)2=2+2+2顶糖、接糖机构分为四个区段：表示工作行程时间，表示在工作位置停歇，3s3表示工作返回行程，表示在初始位置停歇33此时有：(式2.6)3=3+3+3+3分配轴转角为：(式2.7)3=3+3+3+3活动折纸机构分为三个区段：表示工作行程时间，表示工作返回行程，44表示在初始位置停歇4此时有：(式2.8)4=4+4+4分配轴转角为：(式2.9)4=4+4+4工序盘分成两个区段：表示工序盘转动，表示工序盘停歇55此时有：（式2.10）5=5+510分配轴转角为：（式2.11）5=5+5扭结机械手轴向移动分为四个区段：表示向包装位置移动，表示在包装位置66停歇，表示返回初始位置，表示在初始位置停歇66此时有：（式2.12）6=6+6+6+6分配轴转角为：（式2.13）6=6+6+6+6扭结手开合机构分为四个区段：表示扭结手从开到闭，表示扭结手闭合后间77歇，表示扭结手从闭合到开启，表示在初始位置停歇77此时有：（式2.14）7=7+7+7+7分配轴转角为：（式2.15）7=7+7+7+7打糖杆机构分为三个区段：表示从初始位置向打糖位置移动，表示从打糖88位置到初始位置，表示在初始位置停歇8此时有：（式2.16）8=8+8+8分配轴转角为：（式2.17）8=8+8+8（3）确定各执行机构循环组成区段的时间和分配轴转角分配轴转角公式为：（式2.18）=360顶糖、接糖机构循环各区段时间和分配轴转角取在初始位置停歇的时间为主要工艺时间，取，分配轴转角为33=18=90，取3=360s333=112，3=112，3=524，则3=60，3=60，3=150送纸机构各区段时间和分配轴转角取1=112，1=512，则1=60，1=300切纸机构各区段时间和分配轴转角取2=112，2=112，2=13，则2=60，2=60，2=240活动折纸板各区段时间和分配轴转角11取4=112，4=112，4=13，则4=60，4=60，4=240工序盘各区段时间和分配轴转角取s，5=112，5=512则5=60，5=300扭结手轴向移动区段时间和分配轴转角取6=112，6=16，6=112，6=16，则6=60，6=120，6=60，6=120扭结手开合机构各区段时间和分配轴转角取7=18，7=724，7=112，7=0，则7=90，7=210，3=60打糖机构各区段时间和分配轴转角取8=118，8=118，8=718，则8=40，8=40，8=280（4）绘制工作循环图根据以上计算结果绘制糖果包装机工作循环图如下：12图2.10包装机工作循环图133传动系统部分的设计计算3.1电动机的选择本糖果包装机动力选用交流380v，包装机械中通常选用的电动机转速为1400r/min,由于整个载荷较小，所以选择Y112M-4型三相异步电动机，电压为380v,功率为0.4KW,额定转速为1440r/min，根据电动机转速及效率来确定各级传动比。从电动机到分配轴采用两级降速，第一级传动采用皮带传动，第二级传动用齿轮传动。总传动比为100/1440-150/1440=1/14.4-1/9.6，带传动比为2.84-5.76，齿轮传动比为2.5。3.2带传动的设计计算（1）确定计算功率计算功率是根据传送的功率P和带的工作条件而确定的。（式3.1）=式中：表示计算功率，单位为KW，表示工作情况系数，因为载荷较小，所以取=1.0，P表示所需传递的额定功率，单位为KW所以=1.00.4=0.40（2）选择三角带的带型三角带的带型决定了带的截面，如果过大，减少带根数的同时，会增大传动时的弯曲应力，降低带的寿命。如果过小，减小了弯曲应力，但使其传递的功率也降低。因此，正确选择带型显得尤为重要。根据计算功率和小带轮转速n=1440r/min，选用Z型带。=0.4（3）确定大小带轮直径1，2大带轮直径（式3.2）2=3002=1所以1=52.0378.121=5080小带轮最小直径为50mm,最大直径为80mm,符合要求。14（4）验算带速v（式3.3）=1160100式中：1=801=1440/所以=80144060100=6.03/由上述结果知，带轮直径确定后，带速就确定了，传递相同的功率，v越小，传递的圆周力就越大，带速不宜过高或者过低，一般应使v=5-25m/s，v=6.03m/s在合理范围之内。（5）确定中心距0，选择带长0中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命，但是中心距过大，则会加剧带的波动，降低带传动的平稳性，同时增大带传动的整体尺寸。中心距过小，则有相反的利弊。一般初选带传动的中心距为：（式3.4）0.7（1+2）02(1+2)初选中心距0=400计算相应带长：（式3.5020+2(1+2)+(21)240）带入数据得0=2400+2380+22022044001426.85取基准长度=1400计算实际中心距：（式0+023.6）带入数据得=400+14001426.852=386.575(6)验算小带轮上的包角115小带轮上的包角小于大带轮上的包角，小带轮上的总摩擦力相应地小于大12带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能在小带轮上发生。为了提高带传动的工作能力，使（式3.7）1180（21）57.390则1=180（30080）57.3386.575=147.4因为，所以包角符合要求。190（7）确定带的根数（式3.8）=（0+0)式中：表示单根三角带所能传递的最大功率，由，V=6.03m/s知01=800=0.36表示当传动比不等于1时，单根三角带额定功率的增量，此处为0.040表示包角不等于180时的修正系数，取=0.92表示当带长不等于试验规定的特定带长时的修正系数，取=1.14则，取Z=1=0.04(0.36+0.04)0.921.14=0.953（8）确定带的初拉力0（式3.9）0=500（2.5）+2式中：q表示三角带每米的重量（N/m），取q=0.06N/m则0=5000.40（2.50.92）0.9216.03+0.066.032=59.14（9）计算带传动的压轴力（式3.10）=20sin1216带入数据得=2159.14sin147.42=113.53.3齿轮传动的设计计算已知其输入功率为，分配轴转速为300r/min,齿数比u=3.2，小齿轮1=0.4转速,寿命15年（每年按300天，每天按两班制计算）1=960/（1）选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数本包装机选用直齿圆柱齿轮，由于为一般工作机器，速度不高，所以选用7级精度，小齿轮材料选用(调质)，硬度为280HBS，大齿轮材料选用45钢（调质），40硬度为240HBS，二者材料硬度相差为40HBS。取小齿轮的齿数为1=24齿数公式为（式3.11）2=1则大齿轮齿数为76.8，取。2=77（2）按齿面接触疲劳强度计算接触疲劳强度计算公式（式3.12）12.3231(1)22式中：K表示载荷系数，取K=1.3表示小齿轮传递的转矩，单位为1表示齿宽系数，取=1表示弹性影响系数，取189.8121=95.510511=95.51050.4960=3.98103根据齿面硬度得小齿轮的接触疲劳强度极限，1=600大齿轮的接触疲劳强度极限。2=550齿轮的工作应力循环次数17（式3.13）=60式中：j为齿轮每转一圈时，同一齿面啮合的次数，取j=1表示齿轮的工作寿命，单位为小时1=609601（1530028）=4.1471092=4.1471093.2=1.296109选取接触疲劳寿命系数1=0.92=0.95接触疲劳许用应力公式（式3.14）=式中：S表示疲劳强度安全系数，为1为考虑应力循环次数影响的系数表示齿轮的疲劳极限根据上式有：1=11=0.9600=5402=22=0.95550=522.5计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值1（式3.15）12.3231+122代入得1=22.376计算圆周速度=11601000=22.367960601000=1.124/计算齿宽b（式3.16）=1代入得=122.367=22.367计算齿宽与齿高之比18模数（式3.17）=11=22.36724=0.932齿高（式3.18）=2.25=2.250.932=2.097齿宽与齿高之比=22.3672.097=10.67计算载荷系数载荷系数（式=3.19）使用系数，=1由V=1.124m/s，7级精度得动载荷系数，=1.08因为是直齿轮，所以，=1用插值法得7级精度，小齿轮相对支承非对称布置时，=1.423代入公式得=11.0811.423=1.536根据实际载荷系数校正分度圆直径（式3.20）1=131=22.36731.5361.3=23.646计算模数（式3.21）=11=23.64624=0.985(3)按齿根弯曲强度计算弯曲强度计算公式为（式3.22）3211219式内各数值计算如下：弯曲疲劳寿命系数，1=0.852=0.88小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮的疲劳强度极限，1=5002=380弯曲疲劳许用应力1=11=0.855001.4=303.61=22=0.883801.4=238.9载荷系数=11.0811.35=1.458齿形系数1=2.652=2.226应力校正系数1=1.582=1.764小齿轮111=2.651.58303.6=0.01379大齿轮=0.01644大齿轮较大，选大齿轮222=2.2261.764238.9将以上数据代入式3.22得321.4583.981040.016441242=0.9054从计算情况来看，根据齿面接触强度计算的模数大于根据齿根弯曲疲劳强度计算的模数，弯曲强度决定的承载能力与齿轮模数m有关，齿面接触疲劳强度决定的承载能力与齿轮直径有关，因此取0.9054就近圆整为标准直径m=1.2mm。根据分度圆直径，1=23.646得小齿轮齿数，大齿轮齿数1=1=23.6461.2202=3.220=64分度圆直径1=1=201.2=242=2=641.2=76.8中心距=1+22=24+76.82=50.420齿轮宽度，取=1=124=242=241=35从以上计算结果得这对传动齿轮的分度圆直径1=242=76.8厚度，1=352=24模数，=1.2齿数。1=202=643.4轴的设计计算在此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，查取,=350=126（2）根据设计公式来进行设计计算：即：（式3.23）0311=12630.75300=19.5即轴的最小直径为19.5mm，由于轴上面有两个键槽安装齿轮，4组销孔用来安装圆柱偏心轮，故直径应增加，即，25%30%19.5(1+30%)=25圆整后取得轴的最细部分的直径大于25mm。（3）拟定于轴上各零件的装配方案第一段轴用来安装套筒跟轴承，取直径为30mm第二段轴用来安装齿轮，直径为35mm第三段轴用来安装圆柱偏心轮，直径为40mm第四段轴用来安装齿轮，直径为35mm第五段轴用来安装轴承和套筒，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跟轴承，轴承宽度是23mm，再加上其他零件，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齿轮相啮合。这段长度应该略小于两齿的宽度之和，取70mm。第三段用于安装圆柱偏心轮，长度与三个圆柱偏心轮的安装位置及轴的安装空21间位置有关，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机构。这段长度略小于齿轮的宽度，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0.45KW。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=300/。1=962直径，轴第四段上齿轮3直径，轴第三段直径，2=603=604=40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：1=95501=95500.45300=23.88作用在齿轮1上的圆周力：1=211=223.8810396=497.5径向力：1=tancos=497.5tan20cos14=186.6分配轴传递给拨盘的功率为2=20%1=20%0.75=0.15齿轮2对轴的转矩：2=95502=95500.7520%300=4.76作用在齿轮2上的圆周力：2=222=24.7610360=158.7径向力：2=2tancos=158.7tan20cos14=59.5分配轴传递给齿轮3的功率3=55%1=55%0.75=0.4125齿轮3对轴的转矩：3=95503=95500.7555%300=13.122作用在齿轮3上的圆周力：3=233=213.110360=437.7径向力：3=3tancos=437.7tan20cos14=164.2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4=25%1=25%0.75=0.1875偏心轮对轴的转矩：4=95504=95500.7525%300=5.97偏心轮对齿轮的圆周力：4=244=25.9710340=298.5径向力：4=4tancos=298.5tan20cos14=112.0水平面的支承力近似计算：1=3+124=437.7+12298.5=587.02=12+124=497.5158.7+12298.5=488.1垂直面的支承力：1=3+124=164.2+12112.0=220.22=12+124=186.659.5+12112.0=183.1考虑最不利情况，=22+2=2(587.00.3)2+(220.20.3)2=188.1（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1=6030.11=3188.11030.160=31.5由于设计该段轴的直径为40mm，所以该轴是安全的。23（7）其他轴的设计：根据上述轴的设计方法，来确定轴的转速以及传递功率，轴中每段的长度以及其他一些条件确定后再进行设计。因为分配轴传递的功率最大，轴上的零件比较复杂，所以轴的工作环境也是恶劣的。根据前面所计算的分配轴的最细部分的直径作为参考，其他负载较大一点的轴的直径一般选择35mm左右，低负载的选择20mm左右基本能满足设计需求。4执行机构的设计4.1开闭钳机构杆的设计图4.1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AB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ABCD30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1190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=12(12)=12(190170)=10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。24（a）机构简图（b）运动要求示意图图4-1开钳机构1开钳凸轮；2活动钳手参见图4.2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0C0AM，ADK，,，得和两线的交点，=2=2AMDKO和两线的交点。分别以和为圆心，和()为半径作圆弧=和。0C03)求铰销的外极限位置和内极限位置，在和上，分别取、点，0和C00C00C0使D=。连接D、和A、,则D、分别为摇杆的外极限和内极限0C00C00C00C0位置，且，。0=+C0=4)求曲柄摇杆机构：在A线上取点，使.则AD为所求曲000=12(0C0)00柄摇杆机构的外极限位置，且，。=0=00=0=25图4.2开钳机构的几何求解图由图4.2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（式4.1）=sin2sin()cos(+2)cos(+2)(式4.2)=sin2sin()cos(+2)+cos(+2)（式4.3）=21+(+)22(+)cos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=30=250，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=28.5，。=305=171.0264.2折纸机构杆的设计折纸机构如图4.3(a)所示，折纸板为1从开始折纸到折纸终了的摆角，9曲柄AB传角。AD之间的距离为240mm，据此，设计曲柄摇杆机构各杆80ABCD长。图4.3(b)所示为该折纸机构示意图。当折纸终了时，因折纸板已到达最高位置，故此时曲柄摇杆机构应处于外极限位置，这样，当折纸板由开始折纸位置运00动到折纸终了位置,要求摇杆CD由位置运动到位置,其转角,而1010=9对于曲柄AB，若是沿顺时针转动，则转角，而当其沿逆时针转动时，10=80则转角。但是，不管曲柄转向如和折纸工序所要求的曲柄与摇杆的一10=80对相应角移量（或）都处于外极限位置之前。因此，这可按给定的曲柄与摇杆在外极限位置前的一对相应角移量，设计曲柄摇杆机构各杆长。(a)(b)图4.3折纸机构1折纸板；2纸；3糖块用几何法求解。如图4.4所示：27图4.4折纸机构的几何求解图1)作线段AD，它表示固定杆长度，A、D分别为曲柄和摇杆的支点。2)求相对极点R：假定摇杆位于固定杆的上方，则过A、D两点分别作AL和DK线使，所得AL的延长线与DK线的交点R，即为所求的相对=2=2极点。3)求摇杆的外极限位置:在AD上方的适当位置选取一点，作为饺销c的外极限00位置。连接、，则为摇杆的外极限位置，而为曲柄与连杆的长度之和。00004)求曲柄摇杆机构的外极限位置及杆长：铰销B的外极限位置必在直线上。00过相对极点R作RN线，使，则RN与两线的交点即为所求0=0点。这样，所求曲柄摇杆机构的外极限位置为。000用a、b、c、d分别表示曲柄、连杆、摇杆及固定杆的长度，即、=0、。=00=0=同样，可仿照推搪机构杆件求解，如图所示，求得各杆实长为，即控制a25mm折纸的偏心轮的偏心距为25mm。，。，b=216mmc=93.5mm0=105，适用。45284.3夹持装置的设计图4.5夹持装置（1）设计要求确定足够的夹紧力，在确定夹紧力时，要考虑工件的重量，与此同时，为了保夹证夹持牢固，工件在传送过程中产生的振动和惯性力也应该被考虑。要有一定的开闭角a，手指的开闭角应能适应工件尺寸变化范围及手部的运动路线。保证工件正确定位。为手指和工件保持准确的相对位置，必须根据工件形状而选择相应的手指形状来定位。结构要紧凑，使之重量轻，动作灵活。（2）夹紧力计算夹机械手工作时，为保证手指能够可靠的把工件夹牢所必需的夹紧力可按下式计算：夹（式4.4）夹9.8123()29式中：表示安全系数，取，11=1.8表示工作情况系数，22=1+，=8.182，=9.82表示工作方位系数，摩擦系数f=0.3，33=12G表示巧克力糖的质量，为0.098N。夹350.09820.3=5.287（3）弹簧力计算弹簧弹簧是一种弹性元件，它能够在载荷作用下产生较大的弹性变形。弹簧在各类机械中的应用十分广泛，主要用于：控制机构的运动，如制动器、离合器中的控制弹簧，内燃机汽缸的阀门弹簧等；减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等；储存及输出能量，如钟表弹簧；测量力的大小，如测力器和弹簧称中的弹簧等；（4）选择圆柱螺旋拉伸弹簧：弹簧按照所承受的载荷不同可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭曲弹簧、和弯曲弹簧等四种。在这里选用的是拉伸弹簧。图4.6夹持装置弹簧如图，圆柱螺旋拉伸弹簧空载时，各圈应相互并拢。另外，为了节省轴向工作空间，并保证弹簧在空载时各圈相互压紧，常在卷绕的过程中，同时使弹簧丝绕本身的轴线产生扭转。这样制造的弹簧，各圈即具有一定的压紧力，弹簧丝中也产生了一定的预紧力，故也称为有预紧力的拉伸弹簧。（5）材料：低锰弹簧钢（65Mn）30常用的弹簧钢材料主要有下列几种：碳素弹簧钢（65、70钢）、低锰弹簧钢（65Mn）、硅锰弹簧钢（60SiMnA）、铬钒钢（50CrVA）。在此选用的是低锰弹簧钢（65Mn），它与碳素弹簧钢相比，优点是淬透性较好和强度较高；缺点是淬火后容易产生裂纹及热脆性。但由于它价格便宜，所以一般机械上常用于制造尺寸不大的弹簧，例如离合器弹簧等。因为它价格便宜，淬透性好，强度较高。（6）计算弹簧系数（式4.5）=4144+0.615其中旋转比，=，取=8所以，=3128+0.6158=1.184选择弹簧丝直径=0.6，=80.6=4.8（7）计算弹簧伸长量时，弹簧的拉伸力变化量=203（式4.6）=9.838式中取7，=（412），所以=3781.1844.8=1.0231（）31图4.7机械