颗粒状糖果包装机机械包装的设计

-1-第1章绪论1.1研究目的及意义商品包装作为一种新型产业，随我国商品经济的不断发展，市场的竞争也越来越激烈。在商品的流通过程中，人们对散装货物的包装提出了两点要求：一是为了引起消费者的兴趣，是为了确保货物在流通过程中的包装袋不会发生损坏；二是对包裹中货物的測量要精确，不能有任何差错，这样才能更好地保护产品制造商的声誉和形象。所以，实现货物的快速精密封装，一直是包装设备生产企业所关心的问题。研究目的：随著时代的发展及技术的发展，顾客对产品的需求也越来越高。大家在追求美食的同时，也更加重视食品的卫生，健康，安全。所以，漂亮的外包装不但为顾客带来了视觉上的舒适，也让他们对食物的安全性产生了信心。这些问题使得食物包装设备的研究与开发工作者对此问题进行了全面的思考，从而开发出满足需求的包装机。包装机的出现，不仅可以增加产量，还可以达到消费者对包装机的预期，让消费者对包装器的要求得到更多的了解，从而达到了消费者对包装产品的要求，也就是对消费者的要求，而不是对产品的要求太苛刻了，所以才会出现这种情况。达到了包装加工的专业水平，不仅能给投资商创造更多的经济利益，而且还能大大减轻工人的工作压力，达到了一个双赢的效果。使用该设备，既能缩小包装空间，又能节省投资，对社会的发展起到了举足轻重的作用。颗粒状糖果的包装与普通包装不同，需要经过机器包装后才能装入包装袋，这是因为颗粒状糖果在进行包装时，要保证颗粒不被挤压变形，防止被挤压的颗粒变形、破碎而影响到包装质量。如果颗粒状糖果在进行机器包装时，颗粒本身受到挤压变形，就会导致包装袋出现破裂、破损的现象，从而影响到整个包装袋的质量。所以在进行颗粒状糖果机械包装时，需要注意颗粒本身的安全性和完整性。1.2国内外研究现状糖果包装是食品生产中的重要工序，它不仅能够保证食品的质量，还能延长食品的保质期。糖果包装机是包装机中的主要机型，其技术水平对糖果产品的质量有重要影咱。现阶段，我国糖果包装主要以人工包装为主，存在诸多问题，例如：包装效率低、包装质量差、工作环境差等。随着我国经济的不断发展和科技水平的不断提高，对包装机械的需求也越来越多。国内在糖果包装机的研发和生产上取得了显著成果，但在关键技术方面仍然与国外存在一定差距。为了进一步提升我国糖果包装机的水平，应加大对关键技术的研究力度。本文主要针对糖果包装机展开论述。随着人们生活水平的提高，对于食品的要求也越来越高，糖果作为一种功能性食品，受到了消费者的广泛关注。现阶段，我国糖果包装以人工包装为主，自动化程度不高，其包装质量与国外相比还存在一定差距。随着糖果行业的快速发展，人们对糖果包装的要求也越来越高。为了能够更好地满足市场需求，必须要对糖果包装机械进行不断研究和创新。近年来，随着科技水平的不断提高，人们在对糖果包装设备进行研究时，不仅要满足于目前的市场需求，还要考虑到未来的发展趋势。因此，必须要对现有的糖果包装机进行不断创新和改革。与国内的发展现状相比，国外在包装设备的研究方面已经达到了很高的水平。糖果包装机的发展与社会经济的发展息息相关，随着经济的发展，包装设备也在不断更新。现阶段，国外企业已经完成了由传统的单机向多功能、高效率、自动化方向发展，因此其在技术上也处于世界領先地位。我国糖果包装机存在的问题随着我国经济的不断发展，科学技术水平不断提高，糖果包装机的市场需求也越来越大。我国在糖果包装上的技术水平已经有了显著进步，但与国外发达国家相比，仍存在一定差距。为了进一步提高我国糖果包装机的水平，应从以下几个方面进行努力：提高设备性能、加大研发力度、加强市场舊销。现阶段，我国食品包装技术主要以人工包装为主，但随着科学技术的发展，我国糖果包装技术也取得了一定的进步。但是，在包装设备方面仍然与国外存在一定差距，应加强对国外先进技术的引进和学习，促进糖果包装设备向自动化、智能化方向发展。糖果包装设备企业应充分重视对核心技术的研究工作，开发出性价比高、性能稳定的机械设备，提高糖果包装的自动化水平和工作效率，进而促进我国糖果包装机行业的可持续发展。1.3本文研究的主要内容本次设计的颗粒状糖果包装机方案，包括对其执行结构、传动机构的研究，实现自动进料、切纸、包装扭结以及出料的功能，能够实现快速包装、自动包装，且整体结构紧凑，采用一个电机完成自动包装，耗电低，稳定性好等优点。主要涉及内容包括：确定本文的糖果包装机的整体结构以及工作原理、包装机主体结构方案的设计、各个机构的功能分配、参数的设定，传动结构、利用软件三维建模设计。本文按照以下的内容对糖果包装机进行设计：第一：了解本文研究的包装机械含义与目的，了解其发展现状以及趋势，确定本文所研究的糖果包装机主要研究内容；第二：根据糖果包装机的包装工艺，确定本文研究的包装机工作原理与设计方案；第三：对糖果包装机重要的部件进行设计，主要是对其传动结构进行设计；第2章糖果包装机工作原理与总体设计方案2.1糖果包装机的包装工艺确定糖果作为一种小型的圆形产品，其材质一般较为松软，且外观不能碰伤，所以在包装的过程之中，需要确保糖果在夹持过程中的夹紧力能够满足要求，且在包装的过程之中，包装速度要稳定适中，这样能够最大程度的减少因为速度过快造成包装冲击，也能提高包装效率。如果采用人工上料或者料仓上料，不能够满足糖果包装的要求。本文设计糖果包装机上料系统则是在该结构上相互衔接，这样能够解决包装机的包装上料问题。本文设计的包装机包装材料采用的是厚度为0.01mm的包装纸，一般采用铝箔纸，该种包装纸外观较好，十分薄，本文采用的是卷筒纸进行供料，采用水平放置，间歇性切纸工艺。所以在设计的过程之中，初步选定包装速度不能超过500mm/s。2.2包装方案确定如图2-1所示是本文设计的糖果包装机的包装工艺流程分解图，其详细的流程如下：首先将包装纸转动至糖果的正上方，然后沿着糖果的两端方向进行贴合如图(b)所示，接着多余的部分向着大端中间部分进行贴合，如图(c)，(d)所示。本文设计的糖果包装具体方案按照此方案进行。图2.1包装工序分解图2.3糖果包装工艺确定按照初步拟定的草案，对包装工艺的各个设计环节，逐一进行试验，以验证设计的可行性。机械手以及包装如图2-2所示：1-转轴；2-转盘；3-弹簧；4-接糖杆；5-组钳糖机械手；6-糖块；7-顶糖杆；8-铝箱纸；9-环行托板；10-折边器图2.2机械手及包装由于糖果的外形是不规则的，同时要求机械手在抓取过程中不能造成铝箔纸外包装破损。因此本文设计的机械手采用锥形模腔结构，且具备一定的弹性，还设置了圆环形防滑落托板。工艺实验的过程如下：按照设计方案，进行机械手的工艺试验，验证是运行过程的符合性。具体运行过程如：机械手启动运行至指定位置，接糖杆4和顶糖杆7分别按照规定的动作，推动糖块6和包装纸8至设计的区域，随后一同上升进入机械手，再通过折边器10和转盘2的相应动作，完成糖块的包装。在实验过程中，我发现包装纸不定时的会出现褶皱现象，对此我进行了针对性的分析研究，并拟定改进优化措施。在多次的手动试验过程中，我发现只要用柔软物对铝箔纸进行轻轻一抹，铝箔纸就可以达到要求的外观质量，完美的包覆在糖块的表面。因此在糖块固定的过程中，增设了软性尼龙丝毛刷圈，糖块和铝箔纸在进入机械手之前，先通过毛刷圈确保包装纸能够光滑平整地包覆在糖块表面，最后再通过机械手进行包装成形。针对上述采取的改进优化措施，再次通过实验加以验证。如下图2-3所示，是通过改进的包装机构简图。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-铝箱纸；7-糖块；8-顶糖杆图2.3包装机构简图在整体工作的最后环节，需要确保包装成形的糖能够自动脱落，我们在出料口还增加了一个拨糖杆，以保证整体系统的完整性和自动性，至此就确定了本次设计的糖块包装工艺设计方案。2.4颗粒状糖果包装机的总体布局2.4.1机型选择本文设计的糖果包装机采用的是自动化生产，由于需要大批量生产，所以选择全自动机型。如图所示的工位主要分为两个部分。一部分是完成上述工作，主要包含：糖果进料，包装纸成型，另外一部分则是储料口。本文设计一款采用六槽槽轮机构进行运输的糖果包装机。如下图2-4所示是本文设计的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-输料带图2.4钳糖机械手及进出糖块机构2.4.2执行机构工作原理分析本文设计的糖果包装机，主要部件结构可以简单归纳如下：送糖供纸组件、接糖顶糖组件、抄纸器、拨糖杆、机械手开合机构、转盘以及传动组件。对于执行机构的设计原理和机构介绍如下：如图2-5所示，接糖杆的运动会在时间和空间这两个方面，与顶糖杆发生相互制约干涉，因此在设计时，需要考虑时间的同步性和空间的连贯性，并在试验中反复验证，确保两个运动循环的精确度，不断对结构予以优化，实现设计意图。为了避免糖块和包装纸破损，我们还在接糖杆杆头增加了橡皮弹性件，以保护糖块和包装纸。下图2-5为接糖和顶糖杆机构。1-圆柱凸轮；2-接糖杆；3-糖块；4顶糖杆；5-平面槽凸轮图2.5接糖和顶糖杆机构第3章糖果包装机的传动结构设计3.1总体传动方案根据上章的工作原理，本文设计的糖果包装机的传动结构如下图所示，本文之中考虑到糖果包装机需要保证整体的简便性能，采用一个电机带动通过齿轮传动以及带传动和凸轮传动，将动力传递至执行机构。如下图3-1所示。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-剪纸刀凸轮；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-顶糖杆；15-送糖盘；16-齿轮副；17-供纸机构链轮；18-输送带链轮；19-螺旋齿轮副；20-分配轴图3.1糖果包装机传动系统动作解析：经链条齿轮减速后，马达速度下降到24转/分。旋转速度由驱动轴传送到伞齿轮上，驱动沟槽和轮盘的运动，使整个系统平稳地运行。本论文的产量是每分钟110颗，而采用该方法的全自动包装机产量是每分钟80140颗。包囊用的糖类纸张的大小是一个方形75毫米×75毫米，厚度为0.008毫米的黄金铝箔纸。齿轮配合比：按推杆的要求来设计。按照推杆的工作需要，在凸轮转动90度时，推杆应该升高高度h，在凸轮转动90度时，推杆保持其水平不变；当凸轮持续旋转时，推动杆开始向下移动，当凸轮旋转60度时，推动杆应该向下移动h，然后推动杆又一次停下来，井且凸轮旋转了余角，返回了原点。选用具有5mm直径的压力机，并以压力机的移动原理为依据，结合移动的速率和负载，来决定压力机的选用。3.2选择电机查阅设计手册，选择使用三相笼型异步电机，封闭式结构，电压为380V，Y型。其特点为：效率高、耗电少、噪音低、振动小、体积小质量轻、运动可靠、修理方便；绝缘等级为B级。3.3选择电机的功率为了保证工作平稳，设备能够正常运转，主轴的转速n=60(r/min)，主轴的最小直径D=60mm来计算功率P。由《现代机械设计手册》(北京出版社)查得实心轴公式d≥CC为系数，P为轴传递的功率(kw)，n为轴的转速。由此可得P=1.17(kw)。3.4传动装置的总效率η总=0.96电动机功率P1=P/η总=1.22kw（3-1）3.5确认电机的转速工序盘的转速为n=20r/min，取圆柱齿轮的传动比为2，总传动比的合理范围为44.4~88.8，故电动机的转速可选范围为1332~2664r/min。3.6确认电机的型号综合待定电动机型号为Y112M-4。第4章轴的设计4.1受力分析本颗粒状糖果包装机的主轴主要是承受三方面的力，一是轴带动轴上零件过程中产生的扭矩；二是由于齿轮对轴的轴向冲击力；三是承受自身、轴上零件等的重力。以下设计均参考《机械设计》。4.2求输出轴上的功率P、转速N和扭矩T若取每级齿轮传动的功率(包括轴承效率)=0.97，则P=P1η1η2η3η4=1.22×0.97×0.97×0.96×0.95=1.17kw（4-1）又N=n/i=1440×1/3×1/4=120r/min所以T=9550000×1.22/120=97092N·mm4.3求作用在齿轮上的力已知低速级大齿轮的分度圆半径为d=m×z2=4×51=204mm（4-2）Ft=2T/d=952NFr=Ft×tanα/cosβ=913×tan20/cos8=350NFa=Ft×tan8=134N4.4轴的结构轴的结构如图4.1所示。图4.1电机主轴的结构4.5轴的校核由设计的构造可以看出，在所有的转子中，转子是最有可能发生事故的转子，如果转子的转子达到了强度要求，其它转子也一定达到了强度要求，所以转子的转子就可以进行转子的检验。鉴于传动轴是全自动打包机中最为关键的一根轴线，所以我们选择了使用安全因素检验方法来准确评价传动轴的安全性，也就是根据传动轴的损伤部位来作出安全性判定。首先依据主轴的构造图纸，绘制主轴的简化设计图纸。在决定轴承支座的位置时，参考使用说明书，a⅝15.7毫米。4.5.1轴的强度校核计算安全系数Sca的值，由《中国机械设计大典》得（4-3）（4-4）满足条件，故主轴的强度足够。4.5.2轴的刚度校核轴的弯曲刚度校核计算（4-5）由《机械设计》表15-3选择A0=112dv=112×0.2=22.4mm轴的扭转刚度校核计算Φ=5.73×104≤[φ]=0.5（4-6）故该轴的截面强度是足够的，轴的设计计算到此结束第5章齿轮的设计5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数参考《机械设计》第七版高等教育出版社(1)根据设计的机械传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。(2)半球形糖果自动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。由表10-1选择小齿轮的材料为40Cr(调质)，硬度为280HBS，大齿轮的材料为45钢(调质)，硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。(4)选用的小齿轮齿数Z1=17，大齿轮齿数Z2=51。5.2按齿面接触强度设计（5-1）(1)确定公式内的各计算数值①试选载荷系数Kt=1.3②计算小齿轮传递的转矩T1=9550000×p1/n1=9.7091×104N·mm（5-2）③按齿面强度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限σHlim2=550MPa④计算应力循环次数N1=60n1jLh=60×120×1×(2×8×300×15)=0.115×109N2=0.115×109/3=0.383×108（5-3）⑤查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.88；KHN2=0.96⑥计算接触疲劳许用应力取失败概率为1%，安全系数S=1，可得[σH]1=KHN1σHlim1/S=528MPa（5-4）[σH]2=KHN2σHlim2/S=528MPa(2)计算①计算小齿轮分度圆直径d1t=81.59mm（5-5）②计算圆周速度v=πd1tn1=3.07m/s（5-6）③计算齿宽b=φdd1t=81.59mm（5-7）④计算齿宽和齿高之比b/h模数mt=d1t/z1=4.8mm（5-8）齿高h=2.25mt=10.8mm（5-9）b/h=7.56⑤按实际载荷系数校正所得的分度圆直径d1=d1t=81.59×（5-10）=91.706mm⑥实际载荷系数校正得到的分度圆直径d1=d1t=81.59×（5-10）=91.706mm⑦计算模数m=d1/z1=5mm5.3按齿根弯曲强度设计齿根弯曲强度的计算公式：（5-11）(1)确定公式内的各个计算数值①查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE1=500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限σFE2=380MPa；②查得弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85，KFN2=0.88；③计算弯曲疲劳需用应力，取弯曲疲劳安全系数S=1.4[σF]1=KFN1×σFE1/S=0.85×500/1.4MPa=303.57MPa（5-12）[σF]2=KFN2×σFE2/S=0.88×380/1.4MPa=238.86MPa④计算载荷系数KK=KAKVKFαKFβ=1×1.1×1.2×1.35=1.814（5-13）⑤因查阅得到的齿形系数YFa1=2.65，YFa2=2.24；⑥因查阅得到的应力校正系数YSa1=1.58，YSa2=1.75；⑦计算YFa1YSa1/[σF]1=2.65×1.58/303.57=0.01379（5-14）YFa2YSa2/[σF]2=2.24×1.75/238.86=0.01642取大齿轮数值带入计算公式中设计计算=2.715mm5.4几何尺寸计算(1)计算分度圆直径d1=mz1=3×30=90mmd2=mz2=3×90=270mm(2)计算中心距a=(d1+d2)/2=180mm(3)计算齿轮宽度b=φdd1=1×90=90mm取B1=100mm,B2=90mm。验算Ft=2T1/d1=798NKAFt/b=17.7N/mm<100N/mm合理。第6章运输结构的零部件结构设计6.1钳糖机械手及送糖盘的设计本文设计的糖果包装机采用的是自动化生产，由于需要大批量生产，所以选择全自动机型。如图所示的工位主要分为两个部分。一部分是完成包装工作，主要包含：糖果进料，包装纸成型，另外一部分则是储料口。本文设计一款采用六槽槽轮机构进行运输的糖果包装机。如图6-1所示，为钳糖机械手及进出糖块结构。图6.1钳糖机械手及进出糖块机构表6.1钳糖机械手中零件参数rr(1)顶糖杆槽凸轮图6.2顶糖杆槽凸轮表6.2顶糖杆槽凸轮参数(2)拨糖杆偏心凸轮由于构件的摩擦状态与机构的具体尺寸决定了临界压力角的大小，所以很难准确计算，往往根据经验来确定许用压力角，在查询市面上成熟包装机设备的数据选用以下这款偏心凸轮凸轮用于此次设计。图6.3拨糖杆偏心凸轮表6.3拨糖杆偏心凸轮参数(3)剪纸刀和抄纸板的平面凸轮按照从动件向第一象限偏距20mm，从动轴承直径30mm，凸轮转速60r/分，由于是用于糖果包装机，所以直动从动垂直受力载重按照5公斤计算，得出最大压力角44°，最大法向力9.6N，驱动凸轮需要的最低扭矩4.8N-M，因为制动凸轮最大压力角不能超过45°，所以选用此凸轮合适。图6.4剪纸刀和抄纸板的平面凸轮表6.4剪纸刀平面凸轮参数但其中也有一些问题仍需解决，查询资料得知等速上升到50的过程中并不能实现完全的等速，只是中间有大概70度左右的纯等速，其他的都是变速，基圆r0=40有些偏小且并不是所有的凸轮都适合偏心距，仍需改进。(4)接糖杆圆柱凸轮图6.5接糖杆圆柱凸轮表6.6接糖杆圆柱凸轮参数6.2糖果包装机的槽轮设计本文采用的是外接槽轮。如图6-6所示，为糖果包装机的六槽槽轮设计。图6.6糖果包装机的槽轮设计表6.7六槽槽轮参数 结论在此基础上，通过对散装糖类包装器的研究和设计，最终实现了散装糖类包装器的机器式包装器的设计。在此基础上，提出了一种基于粒子的方法。糖果包整机，可以完成对糖果产品的全自动包装作业，从而提升糖果的包装效率与速度，从而可以将生产成本降低到最低程度，还能确保包装效果的一致性和稳定。在对颗粒状糖果包装设备的介绍和发展趋势进行了深入的认识和研究之后，本文所设计的糖果包装设备的总体结构井介绍了其工作机理。在对本次颗粒状糖果包机床方案的设计过程中，具体内容就是对其传动结构、执行机构的研究，从而实现自动进料、切。纸、包装扭结和出料的功能，让这台包装机可以满足实际需求，它可以实现无极变速，快速包装、自动包装，而且还可以将整个包装系统进行完整的设计。机身设计简洁，一台马达可实现全自动封装，具有功耗小、性能稳定等特点。主要工作是这样第一，引言。对本文研究的包装机械含义与目的进行理解，对其发展现状和发展趋势进行深入理解，对本文所研究的糖果包装机进行明确。第二部分：在分析了糖果包装机包装技术特点的基础上，对本论文所提出的糖果包装机的工作机理和整体设计进行了探讨；第三部分：完成了糖果包装机的关键部分的设计，重点是完成了该包装机的驱动机构和工作流程流程图的设计；在对本论文进行的研究与设计过程中，我可以从本论文所设计的产品中，学到许多新的知识。与我在学校里所学的内容相结合，展开全面的研究，可以让我从单调的学业生活中，提升我对机械行业的认知。相信通过本次的毕业设计，对我的重要性不言而喻。本文设计的整体结构虽然能够满足使用的要求，但是针对相关方面还是存在不足之处，首先是结构装配方面，只从基本的地方出发设计。并没有考虑到实际的装配过程。同时本文设计的糖果包装机整体结构并未考虑控制系统的设计，主要是由于个人的能力有限，如果能够完成设计出糖果包装机的plc控制系统，这样就属于一个完整可执行结构，希望在以后的工作或者学习之中，加强对控制方面的学习，使其能够真正意义上动起来。参考文献[1]叶军,薛明瑞,沈姗姗,刘长生,叶志超.新型糖果包装机推糖机构设计[J].包装工程,2022,43(01):266-271.[2]何潇洒,王晓倩,尤胜哲.面向电商的小型立式糖果包装机的设计[J].绿色包装,2020(01):43-47.[3]田野,孙智慧,郑赛男,智慧,张莉,杨飞,邓宗全,丁亮.包装机中推料机构分析及优化[J].包装工程,2013,34(21):66-70.[4]MattesiniM,BelonoshkoAB,T