机械原理课程设计2016

1、学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计及其自动化 班 级： 机械1402班 学生姓名： 学 号： 指导老师： 同组成员： 2016.1.4-2016.1.10 目 录l 设计任务书 2l 粒状巧克力糖果包装机的工艺确定 3l 粒状巧克力糖果包装机的总体布局 7l 粒状巧克力糖果包装机的传动系统 9l 粒状巧克力糖果包装机的工作循环图 10l 粒状巧克力糖果包装机的齿轮设计 14l 粒状巧克力糖果包装机的机械手设计 16l 粒状巧克力糖果包装机的凸轮设计 17l 粒状巧克力糖果包装机的槽轮设计 20l 设计小结 21l 参考文献 21l 机械原理课程设计评分表 22一、设计任务书1、粒状巧克

2、力糖被加工对象是呈圆台形粒状巧克力糖，如图1所示。H=12mm，Ø1=30mm，Ø2=20mm。Ø2Ø1H图1 产品形状2、包装材料巧克力糖包装采用厚度0.008mm的银色铝箔卷筒纸。3、包装质量要求要求巧克力糖包装后外形美观、挺括、铝箔纸无明显损伤、撕裂、褶皱。4、机构设计要求要求设计糖果包装机的间歇供纸、剪纸，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。5、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

3、平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。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。设计计算齿轮机构。5.编写设计计算说明书。二、粒状巧克力糖包装机的工艺确定巧克力糖果从浇注成型机出口进入送糖传送带，送糖传送带匀速将糖果挨个送给曲柄滑块推糖机构，推糖机构滑块开有圆形凹槽，能把糖果精准地推到垫有包装纸盘形机构上，再由压糖机构将糖压入盘形机构圆形凹槽中，迫使包装纸紧贴糖。在每次将糖果送给压糖机构之时，完成一次送纸的动作；由于压糖凸轮内嵌入了剪纸的凸轮，并保持一定的角度（即有时间先后关系），所以在压糖之前先进行了剪纸的动作。当压糖机构完

4、成动作时，槽轮带动盘形机构转过90度，此时由折纸机构先后将包装纸压平，完成之后盘形机构再次转过90度，此时先有顶糖机构先将糖顶出圆形凹槽，最后由卸糖机构将包装包装好的糖送入卸糖的传送带。3包装工艺方案拟定图3 包装工序分解图图3为最初的巧克力糖包装工艺图.根据人工包装动作顺序,针对产品包装质量要求,该机包装工艺如下:1) 将90mm×90mm铝箔纸覆盖在巧克力糖Ø20小端正上方,如图3(a)所示。 2) 使铝箔纸沿糖块锥面强迫成行如图3(b)所示. 3)将余下的铝箔纸分成两半,先后向Ø30大端中央折去,迫使包装纸紧贴巧克力糖,如图3(c),(d)所示.上述包装工艺

5、只是一种设想,还须经过工艺实验加以验证.图2 包装产品最后形状4.巧克力糖包装工艺的实验根据初拟的包装工艺方案,进行了工艺实验.在第一次实验时,采用刚性锥形模腔,迫使铝箔纸紧贴在糖块的圆台锥面上.图4为第一次工艺实验的结构简图.图4 第一次工艺试验结构图1-转轴 2-巧克力糖 3-转盘4-顶糖杆 5-铝箔纸 6-槽凸轮机构如上图所示,糖块和包装纸由顶糖杆4顶入转盘上的锥形模腔,迫使铝箔纸紧贴糖块.实验结果表明,基本符合要求,但还存在如下问题:由于巧克力糖在浇注成行时,外形尺寸误差较大,而刚性模腔不能完全适应这种情况;又由于铝箔纸又薄又脆,在强迫成行时,铝箔纸有被拉破的现象,特别当糖块与模腔之间

6、间隙太小时,使铝箔纸没有足够的变形间隙而被撕破;此外,在实验中常常发生糖块贴牢模腔不能自由落下的情况;有时在顶杆顶糖时发生损伤糖块的现象等等.这说明第一次工艺实验还很不完善.在第二次工艺实验时,将刚性锥形模腔改成具有一定弹性的钳糖机械手.图5为钳糖机械手及巧克力糖包装简图.(d)(c)(b)(a) 图5 钳糖机械手及巧克力糖包装1-转轴 2-转盘 3-弹簧 4-接糖杆 5-钳糖机械手(共6组)6-糖块 7-顶糖杆 8-铝箔纸 9-环行托板 10-折边器如上图所示,机械手设计上是具有弹性的锥形模腔,这样能适应巧克力糖外形尺寸的变化,解决第一次工艺实验中存在的拉破铝箔纸的现象.在机械手下面有圆环形

7、托板,以防止糖块下落。第二次工艺实验的过程如下:当钳糖机械手转至装糖未位置时,接糖杆4向下运动,顶糖杆7向上推糖块6和包装纸8,使糖块和铝箔纸夹在顶糖杆和接糖杆之间,然后它们同步上升,进入机械手5,迫使铝箔纸成型如图5(b)所示,接着折边器10向左折边,成图5(c)状,然后转盘2带机械手5作顺时针方向转动,途径环行托板9,使铝箔纸全部覆盖在糖块的大端面上,完成全部包装工艺如图5(d)所示.第二次工艺实验,获初步成功.铝箔纸没有撕破现象,糖块也没有说明损伤.但是包装纸表面还不够光滑,有时还发生褶皱现象,还需要进一步改进.又经过讥刺实验,发现铝箔纸只要用柔软之物轻轻一抹,就很光滑平整地紧贴在糖块表

8、面上,达到预期的外观包装质量要求.因此增设了一个带有锥形毛刷圈（软性尼龙丝），在定糖过程中，先让糖块和铝箔纸通过毛刷圈，然后再进入机械手成形，结果使包装纸光滑、平整、美观，完全达到包装质量要求。图6是经过改进后的巧克力糖包装成型机机构简图。图6 巧克力糖包装成型机构1-左抄板纸 2-钳糖机械手 3-接糖杆 4-右抄板纸5-锥形尼龙丝圈 6-铝箔纸 7-糖块 8-顶糖杆另外，考虑自动机工作的可靠性，在成品出料口增设拨糖杆，确保机械手中的糖块落入输送带上。这样的工艺方案就比较完善了。三、粒状巧克力糖包装机的总体布局1.机型选择 从产品的工艺过程看，选择回转式工艺路线的多工位自动机型。根据工艺路线分

9、析，实际上需要两个工位，一个是进料、成型、折边工位另一个是出料工位。自动机采用六槽槽轮机构作工件步进传送。2.自动机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；5) 拨糖机构；6) 钳糖机械手的开合机7) 转盘步进传动机图7 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 下面介绍主要执行机构的结构和工作原理。图7为钳糖机械手、进出糖机构结构图。送糖盘4与机械手作同步间歇回

10、转，逐一将糖块送至包装工位。 机械手的开合动作，由固定的凸轮8控制，凸轮8的廓线是由两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；从动滚子在小半径弧上，机械手靠弹簧6闭合。图8 接糖和顶糖杆机构1-圆柱凸轮 2-接糖杆 3-糖块4-顶糖杆 5-平面槽凸轮图8为接糖和顶糖机构示意图。接糖杆和顶糖杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的相互干涉关系，因此它们的运动循环必须遵循空间同步化的原则设计，并在结构上应予以重视。 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。同时应使夹紧力保持稳定，因此在接糖杆的头部采用如橡皮类的弹性件。3.包装机总体布

11、置 图9 总体布置图四、粒状巧克力糖包装机的传动系统粒状巧克力糖包装机是专用自动机，根据自动机传动系统设计的一般原则和巧克力糖包装工艺的具体要求，拟定如图10所示的传动系统。图10 粒状巧克力糖包装机传动系统1-电动机 2-带式无级变速机构 3-链轮幅 4-盘车手轮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,分配转速为70130r/mi

12、n，总降速比 ，采用平带、链轮两级降速，其中1/（4.48），1/2.67。而无级变速的锥轮直径。螺旋齿轮副1、2、3的传动比,直齿标准齿轮副的传动比i=2。五、粒状巧克力糖包装机的工作循环图1.分析各执行机构的运动循环图1) 确定各机构的运动循环。已知120件/min，则分配轴的转速为 n=120(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（s）2) 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；拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的的停

13、歇时间。因此，应有 (5.1)相应的分配轴转角为 (5.2)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；顶糖杆机构在工作位置的停留时间 顶糖杆机构的返回行程时间；顶糖杆机构在初始位置的停留时间。因此，应有 (5.3)相应的分配轴转角为 (5.4)活动折纸板机构6的运动循环也可以分为四个区段：活动折纸板机构的折纸工作行程时间；活动折纸板机构在工作位置的停留实际；活动折纸板机构的返回行程时间；活动折纸板机构在初始位置的停留时间；因此，应有 (5.5)相应的分配轴转角为 (5.6)3) 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

14、，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，则停歇时间为，相应的分配轴转角为 =360°×=360°×120° =360°×=360°×240°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，则相应的分配轴转角分别为： 360°×360°×26.7°初定s，则s，则相应的分配轴转角分别为： 3

15、60°×360°×44.4° 360°×360°×288.9°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，试取工作位置停留时间s，则相应的分配轴转角为： 360°× 360°×9.1°初定s，s，则s，相应的分配轴转角分别为： 360°×360°×80° 360°×360°×62.2° 360°×360

16、76;×208.9°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： 360°×360°×36.9°初定s，s，则s，相应的分配轴转角分别为： 360°×360°×18.5° 360°×360°×161.5° 360°×360°×143.1°2.各执行机构运动循环的时间同步化设计1) 确定粒状巧克力自动包装机最短的

17、工作循环。 (5.7) （s）2) 确定粒状巧克力自动包装机的工作循环。令上述三对同步点的错移量分别为t1、t2和t3，若取 t1=t2=t3=17/4212（s）则其在分配轴上相应的转角为 粒状巧克力自动包装机的工作循环应为3.绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图11) (图11) （图12） 4.修正自动包装机的工作循环图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应的分配轴转角按比例放大,则有式中, -修正后各机构运动循环各区段对应的分配轴转角.根据修正后的分配轴转角

18、绘制的粒状巧克力自动包装机的工作循环图,如图12所示.六、粒状巧克力糖包装机的齿轮设计1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（或确定）结果 1选齿轮精度等级级72.材料选择45#钢3.选择齿数ZZ1=28Z2=1×28个28284.选取螺旋角一般取（8-20）度12度125.齿宽系数d0.66.选取模数查标准模数系列表mm27.计算齿轮的分度圆直径dmm57.2557.258.计算齿轮宽度Bb = dd1圆整后取：B1 =57.25×0.6=35B2 =57.25×0.6=35mm35352标准直齿齿轮副16的设计计算表项目计算（或

19、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72.材料选择45#钢3.选择齿数ZZ1=28Z2=2×28个28564.齿宽系数d0.55.选取模数查标准模数系列表mm2.16.计算齿轮的分度圆直径dmm561177.计算齿轮宽度Bb = dd1圆整后取：B1 = 28 B2 = 56mm2856七、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（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A1A1> Ø1=40R5R5=（ R1R2）/2 =（515）10A2取A2=A140T1取 T1=60度60r1

20、r1=（100200）150T2T1= T2=60度60r2取 r2= r1-（3050）110Ø1Ø1= Ø1=30rr=（3050）50Ø2Ø2= Ø2=20R1R1=（80120）100Ø3Ø3= Ø2-(510)14R2R2= R1-（1030）80Ø4Ø4 =Ø3=14R3R3= R4- Ø1100R取 2R= Ø1=1515R4R4=（100200）130HH= h+(410)=16八、粒状巧克力糖包装机的凸轮设计1顶糠杆槽凸轮5 R=（407

21、0）50H=（50100）80推程h=H-R302拨糠杆偏心凸轮7 R=（4070）50H=（50100）87推程h=H-R373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10°120°等速上升h= 602120°180°推杆远休3180°270°正弦加速度下降h= 604270°360°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10°120°等速上升h= 502120°180°推

22、杆远休3180°270°正弦加速度下降h=504270°360°推杆近休偏心距e = 20基圆半径r0 =404接糖杆圆柱凸轮9 R=（50150）60推程h=（50120）100九、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T1取T1=30度30度dd=(1530)20T2取T2=90度90度d1d1<2L(1-sinT1)-d-2(36)20LL=（100200）150hh=L(sinT1+cosT1-1)+d/2+(36)80DD= 2LcosT1=259.8260RR=Lsi

23、n(180/z)75z取z=66d2d2<2(L-h)20十、设计小结包装机是一套完整的集送糖、供纸、包装、拔糖为一体的循环工作的机器，因此内部机构复杂繁多，初次研究这个题目，我们小组成员感到很棘手，并且自己在课堂上学的东西不太能灵活运用到此次设计中，最后硬着头皮上网找资料。在有参照的情况下，我们终于是给出了一套设计方案。经过这次实战，我们还是看出了自己能力上的巨大欠缺，还有这次设计实验把我以往所学的知识系统整合了一遍，加深了我对机械原理这门课程的理解，更加深了我学习的兴趣。十一、参考资料1 濮良贵，纪名刚。机械设计。北京：高等教育出版社，2001。2 孙桓，陈作模。机械原理。北京：高等教育出版社，2000。3 尚久浩。自动机械设计。北京：中国轻工业出版社，2006。4 汤瑞。轻工机械设计。上海：同济大学出版社，1994。5 邹慧君。机械系统设计。上海：上海科学技术出版社，1996。6 成大先。机械设计手册。北京：化学工业出版社，1993。7 吴宗泽。高等机械设计。北京：清华大学出版社，1991。十二、课程设计成绩评定标准及成绩评定表项目分值优秀(100x90)良好(90>x80)中等(80>x70)及格(70>x60)不及格(x<60