机械原理课程设计巧克力包装机

机械原理课程设计说明书 机械原理课程设计说明书 巧克力糖包装机 院 系： 工学院 机械系 专 业： 机械工程及自动化 年 级： 2009 级 学生姓名： 占其桦 学 号： 4 指导教师： 王海生 2010 年 6 月 机械原理课程设计说明书 3 目目 录录 设计任务设计任务.6 设计题目：巧克力糖包装机.6 设计要求.6 设计条件.6 设计任务.6 设计提示.7 第一章第一章 总论及设计要求分析总论及设计要求分析.7 1.1 功能要求.7 1.2 原机的选择.7 1.3 传动比的分配.7 1.4 功能分析.7 1.5 工作原理及工艺动作流程图.8 1.6 机构的选用.8 第二章第二章 各机构的选用及组合各机构的选用及组合.9 2.1 主要执行机构方案设计原理.9 2.1.1 包装机送纸机构.9 2.1.2 包装机剪纸机构.9 2.1.3 包装机送料（糖）机构.10 2.1.4 包装机锥面成型机构.10 2.2 圆台状巧克力糖包装机的总体布局.11 2. .21 机械手的执行机构.11 2. .22 包装机的总体布局：.13 第三章第三章 圆台状巧克力糖的包装机传动系统圆台状巧克力糖的包装机传动系统.13 3 主要执行机构方案设计原理.13 第四章第四章 巧克力包装机的设计巧克力包装机的设计.14 4.1 粒状巧克力糖包装机的机械手设计.14 4.2 粒状巧克力糖包装机的凸轮设计.15 4.211顶糠杆槽凸轮 5.15 4.22 拨糠杆偏心凸轮 7.15 4.23 剪纸刀平面凸轮 6 、抄纸板平面凸轮 8.16 4.24接糖杆圆柱凸轮 9.17 4.25 粒状巧克力糖包装机的槽轮设计.17 4.26 粒状巧克力糖包装机的齿轮设计.18 第五章第五章 粒状巧克力糖包装机的工作循环图粒状巧克力糖包装机的工作循环图.19 5.1 分析各执行机构的运动循环图.19 机械原理课程设计说明书 4 5.11 确定各机构的运动循环。.19 5.12 确定各机构运动循环的组成区段。.20 5.13 确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角.21 5.2 各执行机构运动循环的时间同步化设计。.22 5.21 确定粒状巧克力自动包装机最短的工作循环 minp T。.22 5.22 确定粒状巧克力自动包装机的工作循环 p T.22 5.3 绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图 10).23 5.4 修正自动包装机的工作循环图.23 方案评价：方案评价：.24 致谢致谢.27 参考文献参考文献.28 机械原理课程设计说明书 5 摘 要 巧克力糖包装机主要是用在糖果包装厂里，在大量数生产出糖果后，将其 一一用牛皮用铝箔纸纸将其包来装起，给顾客以视觉上的美观享受，便于销售。 这种功能在很多地方都可以用到，比如：包书机，罐头包装机，饭盒包装机等 凡是设计到需要将东西进行外表包装的地方都可以将其稍加改动即可用于其他 地方。设计说明书包括机构原理分析、机构选型与比较、机构设计，最终有机 整合。并附有各单个机构与整体图样。 机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。机械系统的设计是机械 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1。 关键词：关键词：巧克力包装机；设计说明书；机械设计；机构 机械原理课程设计说明书 6 设计任务 设计题目：巧克力糖包装机 设计要求 1.要求设计糖果包装机的间隙剪切式供职机构、铝箔纸锥面成型机构、 褶纸机构以及巧克力糖果的送料机构。 2.整台机器外形尺寸（宽*高）不超过 800mm*1000mm。 3.锥面成型机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他的常用机 构，要求成型动作尽量等速，启动与停顿时冲击小。 设计条件 1 产品特征：圆台状巧克力呈圆台形，轮廓清楚，但质地疏松，容易 碰伤。因此，考虑考虑机械动作时应该适合它的特点，以保证产品的加工质量； 在进出料时避免碰撞而损伤产品：包括速度适应中，过快会引起冲击而可能损 伤产品等。 包装前的圆台状巧克力糖 包装后的巧克力糖 包装工艺首要的是解决配件上料的问题。显然，像巧克力之类的产品， 使用一般的上料方法是不适宜的。如果采用料仓式上料法，则需要人工定时放 料，每分钟放料也是紧张的。如果料自动机的进料系统直接与巧克力糖浇筑成 形的出口相衔接，则比较容易解决巧克力糖自动上料的问题。 2 包装材料：食品包装材料应十分注重卫生安全。圆台状巧克力糖包装 纸采用为 0.08mm64*64 的铝箔纸，它的特点是薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂， 也容易褶皱。因此，在设计供纸部件是对速度应十分的注重。一般包装的速度 越高，纸张的拉力就越大。根据经验，一般送纸的速度应小于 500mm/s. 选择供纸机构时，主要依据下面两点： 1）采用纸片供应材料或是采用卷筒供应材料。本机采用卷筒。 2）纸张送出时的空间位置垂直放置的还是水平放置。将纸片平置放对包装 工艺有利，但卷筒纸水平输送，只能够采用间歇式剪切供纸方法。 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。 机械原理课程设计说明书 7 2.涉及传动系统并确定其传动比分配。 3.绘制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。 设计提示 1.剪纸与供纸动作连续完成。 。 2.铝箔纸锥面成型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或凸轮机构。 5.各个动作应有严格的时间顺序关系。 第一章 总论及设计要求分析 1.1 功能要求 巧克力糖包装机主要是用在糖果包装厂里，在大量数生产出糖果后，将其一一 用牛皮用铝箔纸纸将其包来装起，给顾客以视觉上的美观享受，便于销售。 1.2 原机的选择 选择电动机转速为 1440r/min ，每分钟包装 120 个糖果。 1.3 传动比的分配 分转速为 70130r/min，总降速比，采用平带、链轮两级 6 .2011 1 总 u 降速，其中，。配而无级变速的锥轮直径84 . 41 带 u67 . 2 1 链 u 。螺旋齿轮副 1、2、3 的传动比,直齿标准 minmax 40,70Dmm Dmm 123 i =i =i =1 齿轮副的传动比 i=1.67。 1.4 功能分析 （1）机构需要将生产好的糖果运送到包装机构上，因此需设计相应的送料 机构。 机械原理课程设计说明书 8 （2）包装糖果时需要送纸机构，因此设计相应的送纸机构。 （3）包装糖果时需要剪纸机构，因此设计相应的剪纸机构。 （4）包装时需要锥面成型机构，应此设计合理的锥面成型机构。 （5）在包装时需要设计适合的接糖和顶糖机构。 对这一系列的机构进行进一步的分析，了解它们的基本运动 （1）送料机构做间歇性的运动将糖块在合理的时间送到合理的位置， （2）送纸机构也采用间歇性的运动，采用部分齿轮和完全齿轮的结合来实 现这一运动形式。 （3）剪纸机构采用偏心轮来实现剪刀的上下往复运动。 （4）锥面成型机构采用凸轮来实现它的间歇式运动能够保证左右俩个褶纸 刷的直线往复运动。 （5）接糖和顶糖机构都是通过凸轮来实现其间歇式往复运动的。 1.5 工作原理及工艺动作流程图 将 64mm*64mm 的铝箔纸覆盖在巧克力糖=17mm 小端的正上方，让后使 铝箔纸沿糖块锥面强迫成型，将余下的铝箔纸分半，先后向 24mm 大端面上褶 去，迫使包装纸紧贴在巧克力糖上。 巧克力包装的工艺动作 a.铝箔纸覆盖在糖块的上方。 b.铝箔纸沿锥面强迫成型。 c.铝箔纸分成俩半，右边先向大端面褶去。 d.剩下的一半铝箔纸也开始向大端面褶去包装成型。 1.6 机构的选用 基本功能执行构件工艺动作执行机构 机械原理课程设计说明书 9 送糖滑块或推板直线往复运动连杆机构或凸轮导杆机构 送纸皮带直线循环运动部分齿轮和完全齿轮以及皮带 剪纸剪刀摆动往复运动凸轮连杆机构 褶纸滑块或滑板往复直线运动凸轮回转机构 顶糖 接糖平板往复直线运动凸轮回转机构 第二章 各机构的选用及组合 2.1 主要执行机构方案设计原理 2.1.1 包装机送纸机构 1齿轮 2摩擦轮 3摩擦轮 不完全齿轮在皮带的带动下转动，有齿部分与齿轮 1 啮合，带动两个摩擦 轮将纸带传出去，而当不完全齿轮转到无齿部分的时候，齿轮 1 将停止转动。 从而达到间歇式供纸这一过程。 2.1.2 包装机剪纸机构 4偏心齿轮 偏心齿轮转动使得 a 杆上下运动，近而使得 b 杆右端上下运动，最终带动 d 杆上下运动使得 d 杆下端的刀实现把纸剪断的过程。 机械原理课程设计说明书 10 2.1.3 包装机送料（糖）机构 5齿轮 6带轮 该送料机构由齿轮、带轮、皮带、滑块、推杆。动力由带轮 6 输入，带动连 杆运动。带轮 6 通过皮带与电动机相连，当带轮 6 运动时将使齿轮 5 转动，这 样推杆 e 将以偏心的形式随齿轮 5 左右移动，从而将巧克力推入下一道工序中。 2.1.4 包装机锥面成型机构 7凸轮 8带轮 机械原理课程设计说明书 11 该成型机构主要由凸轮、滑板构成。当凸轮 7 绕其轴线转动时,使得推杆 h 上下运动，在向上运动时它将推动推杆连接的平台上的巧克力一并向上运动， 并将锥筒下的纸连同巧克力一起推入其中，此时凸轮达到最高点，而凸轮上的 链接点 n 达到了最低点，在 n 点从最高点转到最低点的过程中滑块 1，2 将向平 台靠拢迫使余下的包装纸紧贴巧克力糖，包装好后巧克力糖将落到平台上，并 将被下一块要包装的巧克力推入 轨道中送出去。 2.2 圆台状巧克力糖包装机 的总体布局 2. .21 机械手的执行机构 根据巧克力糖包装工艺，确定自 动机由下列执行机构组成： 1）送糖机构； 2）供纸机构； 3）接糖和顶糖机构； 4）抄纸机构； 机械原理课程设计说明书 12 5）拨糖机构； 6）钳糖机械手的开合机； 7）转盘传动机 工作原理： 机械手的开合动作，由固定的凸轮 8 控制，凸轮 8 的轮廓线是由 2 个半径 不同的圆弧组成，当从动滚子在大半径弧上，机械手就张开；从滚子在小半径 上弧上，机械手靠弹簧 6 闭合。 接糖杆和顶糖杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的 关系，因此他们的运动循环过程必须遵循空间同步的化的原则设计。接糖杆和 顶糖杆夹住糖块和包装纸同步上升时，夹紧力不能太大，以免损伤糖块。同时 应使家尽力保持稳定，因此在接糖杆的头部采用弹性的件。 钳糖机械手及进出糖块机构 1-输送带 2-糖块 3-托盘 4-钳糖机构 5-钳糖机械手 6-弹簧 7-托板 8-机械手 9-机械手开合凸轮 10-输料带 I-进料,成型,折边工位 II-出糖工位 机械原理课程设计说明书 13 2. .22 包装机的总体布局： 包装机的总体分布图如图所示 第三章 圆台状巧克力糖的包装机传动系统 3 主要执行机构方案设计原理 台状巧克力包装机是专用包装机，根据自动包装机系统的设计的一般的原 则和巧克力糖包装工艺的具体要求，拟定如下图所示的传动系统： 1-电动机 2-带式无级变速机构 3-链轮辐 4-盘车手轮 机械原理课程设计说明书 14 5-顶糖杆凸轮 6-剪纸导凸轮 7-拨糖杆凸轮 8-抄纸板凸轮 9-接糖杆凸轮 10-钳糖机械手 11-拨糖杆 12-槽轮机构 13-接糖杆 14-顶躺杆 15-送糖盘 16-齿轮副 17-供纸部件链轮 18-输送带链轮 19-螺旋齿轮副 20-分配轴 如图所示，电动机转速为 1440r/min，功率为 0.4kW,分转速为 70130r/min，总降 速比，采用平带、链轮两级降速，其中，。 6 . 2011 1 总 u84 . 41 带 u67 . 2 1 链 u 配而无级变速的锥轮直径。螺旋齿轮副 1、2、3 的传动比 minmax 40,70Dmm Dmm ,直齿标准齿轮副的传动比 i=1.67。 123 i =i =i =1 第四章 巧克力包装机的设计 4.1 粒状巧克力糖包装机的机械手设计 钳糖机械手及送糖盘的设计计算表： 项目计算（选择）依 据 计算（确定）结 果 项目计算（选择）依据计算（确定）结 果 A1 A11= 30R5R5=(R1-R2)/2=(515 ) 10 A2 取 A2=A1 30T1 T1=60 度 60 r1r1=(100 200)150T2 T2=60 度 60 r2 取 r2=r1- （3050） 11011=1=25 r r=（3050） 5022=2=20 机械原理课程设计说明书 15 R1 R1=（80120） 10033=2-(510)15 R2R2= R1- （1030） 8044=315 R3R3= R4-1100R2R=112.5 R4 R4=（100200） 130H H=h+（410） 20 4.2 粒状巧克力糖包装机的凸轮设计 4.211顶糠杆槽凸轮 5 R=(4070)50 H=(50100)80 推程 h=H-R 30 4.22 拨糠杆偏心凸轮 7 机械原理课程设计说明书 16 R=（4070） 50 H=（50100） 87 推程 h=H-R 37 4.23 剪纸刀平面凸轮 6 、抄纸板平面凸轮 8 剪纸刀平面凸轮 6 参数 序号凸轮运动角 推杆的运动规律 10120 等速上升 h= 60 2120180 推杆远休 3180270 正弦加速度下降 h= 60 4270360 推杆近休 偏心距 e = 25基圆半径 r0 = 50 抄纸板平面凸轮 8 参数 序号凸轮运动角 推杆的运动规律 10120 等速上升 h= 50 2120180 推杆远休 3180270 正弦加速度下降 h=50 4270360 推杆近休 偏心距 e = 20基圆半径 r0 =40 机械原理课程设计说明书 17 4.24接糖杆圆柱凸轮 9 R=（50150） 60 推程 h=（50120） 100 4.25 粒状巧克力糖包装机的槽轮设计 项目 计算（或选择）依 据 计算（或 确定）结 果 项目 计算（或选择） 依据 计算（或 确定）结 果 机械原理课程设计说明书 18 4.26 粒状巧克力糖包装机的齿轮设计 斜齿轮副 1、2、3 的设计计算表 项目计算（或选择）依 据 计算过程单位计算结果 1选齿轮精度 等级 级 7 2.材料选择 45#钢 3.选择齿数 Z )4020( 1 Z 12 iZZ 1 2 Z Z U Z1=28 Z2=128 个 28 28 4.选取螺旋角 一般取（8-20）度 12 度 12 5.齿宽系数 d 0.6 6.选取模数 n m 查标准模数系列表 mm 2 7.计算齿轮的 分度圆直径 d cos n zm d cos 1 1 n mz d cos 2 2 n mz d mm 57.25 57.25 T1 取 T1=30 度30 度 dd=(1530)20 T2 取 T2=90 度90 度 d1 d12L(1-sinT1)- d-2(36) 20 L L=（100200） 150h h=L(sinT1+cosT1 -1)+d/2+(36) 80 DD= 2LcosT1=259.8260RR=Lsin(180/z)75 z 取 z=6 6d2d22(L-h)20 机械原理课程设计说明书 19 8.计算齿轮宽 度 B b = dd1 圆整后取： B1 =57.250.6=35 B2 =57.250.6=35 mm 35 35 2标准直齿齿轮副 16 的设计计算表 项目计算（或选择）依 据 计算过程单位计算（或确 定）结果 1.选齿轮精度 等级 级 7 2.材料选择 45#钢 3.选择齿数 Z )4020( 1 Z 12 iZZ 1 2 Z Z U Z1=32 Z2=1.6732 个 32 54 4.齿宽系数 d 0.5 5.选取模数 n m 查标准模数系列表 mm 2 6.计算齿轮的 分度圆直径 d mm 64 108 7.计算齿轮宽度 B b = dd1 圆整后取： B1 = 32 B2 = 54 mm 32 54 第五章 粒状巧克力糖包装机的工作循环图 5.1 分析各执行机构的运动循环图 5.11 确定各机构的运动循环。 已知86 件/min，则分配轴的转速为 T Q n=86(r/min) 分配轴每转的时间就是该机的工作循环，即等于各个执行机构的运动循环，所 以 机械原理课程设计说明书 20 60/n=60/86=0.69（s） p T 5.12 确定各机构运动循环的组成区段。 拨糖机、送料辊轮和机械手转位都是间歇运动机构，它们的运动循环由两个 区段组成： 拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的转位运动时间； 1K T 拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的的停歇时间。 1o T 因此，应有 (5.1) p T 1K T 1o T 相应的分配轴转角为 (5.2) p111ko 剪刀机构 8 的运动循环可分为三个区段： 剪刀机构的剪切工作行程时间； 8k T 剪刀机构的返回行程时间； 8d T 剪刀机构在初始位置的停留时间。 8o T 因此，应有 (5.3) 8p T 8k T 8d T 8o T 相应的分配轴转角为 (5.4) 8888pkdo 顶糖杆机构 5 的运动循环的组成区段为： 顶糖杆机构的顶糖工作行程时间； 5k T 顶糖杆机构在工作位置的停留时间 5s T 顶糖杆机构的返回行程时间； 5d T 顶糖杆机构在初始位置的停留时间。 5o T 因此，应有 (5.5) 55555pksdo TTTTT 相应的分配轴转角为 (5.6) 55555pksdo 活动折纸板机构 6 的运动循环也可以分为四个区段： 机械原理课程设计说明书 21 活动折纸板机构的折纸工作行程时间； 6k T 活动折纸板机构在工作位置的停留实际； 6s T 活动折纸板机构的返回行程时间； 6d T 活动折纸板机构在初始位置的停留时间； 6o T 因此，应有 (5.7) 66666pksdo TTTTT 相应的分配轴转角为 (5.8) 66666pksdo 5.13 确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角 由于粒状巧克力自动包装机的工作循环是从送料开始的，因此以送料辊轮 机构的工作起点为基准进行同步化设计，拨糖盘和机械手转位两个机构与之相 同。 a.送料辊轮机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试 取送料时间s，则停歇时间为s，相应的分配轴转角为 1K T 5 1 1o T 5 2 =360=3601/5/0.69104.34 1k p k T T 1 =360=3602/5/0.69208.69 1o p o T T 1 b剪刀机构 8 运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取 剪切工作行程时间s，则相应的分配轴转角分别为： 8k T 45 2 3603602/45/0.6921.13 8k 8k p T T 初定s，则s，则相应的分配轴转角分别为： 8d T 54 4 8o T 27 13 8d 3603604/45/0.6942.27 8d p T T 36036013/27/0.69251.20 8o 8o p T T c.顶糖杆机构 5 运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试 机械原理课程设计说明书 22 取工作位置停留时间s，则相应的分配轴转角为： 5s T 135 2 5s 360 3602/135/0.697.72 5s p T T 初定s，s，则s，相应的分配轴转角分别为： 5k T 45 4 5d T 135 14 5o T 135 53 5k 3603604/135/0.6915.45 5k p T T 36036014/135/0.6954.10 5d 5d p T T 5o 36036053/135/0.69204.82 5o p T T d活动折纸板机构 6 运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求， 试取折纸工作行程时间s，则相应的分配轴转角为： 6k T 65 4 6k 3603604/65/0.6932.10 6k p T T 初定s，s，则s，相应的分配轴转角分别为： 6s T 65 2 6d T 195 31 6o T 195 68 6s 3603602/65/0.6916.05 6s p T T 36036031/195/0.6982.94 6d 6d p T T 6o 36036068/195/0.69181.93 6o p T T 5.2 各执行机构运动循环的时间同步化设计。 5.21 确定粒状巧克力自动包装机最短的工作循环。 minp T (5.9) 444321mindskkkkp TTTTTTT （s） 195 31 65 2 65 4 45 4 45 2 5 1 65 38 5.22 确定粒状巧克力自动包装机的工作循环 p T 令上述三对同步点的错移量分别为t1、t2和t3，若取 t1=t2=t3=1/195（s） 机械原理课程设计说明书 23 则其在分配轴上相应的转角为 1 . 3360 1 321 p t T 粒状巧克力自动包装机的工作循环应为 sTT tttPP 5 3 195 1 195 1 195 1 65 38 321min 5.3 绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图 10) 5.4 修正自动包装机的工作循环图 实际上,粒状巧克力自动包装机要求每转生产一个产品,即要求,因此应对图 进行修正,即按比例或用其他分析方法,求出循环图截短后各动区段的分配轴转 角若将修正前各机构运动循环各区段对应的分配轴转角按比例放大,则有 P xx P T T 式中, -修正后各机构运动循环各区段对应的分配轴转角. x 根据修正后的分配轴转角绘制的粒状巧克力自动包装机的工作循环图,如图 11 所示. 机械原理课程设计说明书 24 (图 10) (图 11) 方案评价： 占其桦： 电动机带动轴以及其上的几个齿轮滚动，凸轮 7 通过变向带动推糖杆 11，凸 轮 9 间歇性滚动带动接糖杆 13， ，凸轮 6 是带动刀做间歇性的剪纸运动，将 其带到特定的工位，待糖到了锥面成型机构时，这 时 机械原理课程设计说明书 25 顶糖凸轮将会带动顶糖杆 14 推动糖向上运动，凸轮 8 是抄纸板将会通过滑 板将包装纸压迫成型，带包装完成后，滑板恢复运动，这时钳糖机械手将会 把包装好的糖果通过输料带输送走。 左臻明： 此方案采用电机通过变速装置驱动带轮，然后再通过带轮驱动不完全齿轮机构 带动摩擦轮机构，从而形成了送纸机构，送纸机构送到工位后停，然后切纸机 构运动实现剪纸，同时带轮驱动凸轮机构将需要包装的