顆粒狀糖果包裝機的設計含CAD圖紙及說明（巧克力）
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中 國 礦 業(yè) 大 學
本科生畢業(yè)設計
姓 名： 王軍 學 號： 03071242
學 院： 機電學院
專 業(yè)： 機械工程及自動化
設計題目： 食品機械
專 題：
指導教師： 胡元 職 稱： 副教授
二O一一 年 六 月 徐州
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計任務書
學院 機電學院 專業(yè)年級 機自07-10班 學生姓名 王軍
任務下達日期：2011年 2月 22 日
畢業(yè)設計日期： 2011 年 3月 7 日至 2011年 6月 20日
畢業(yè)設計題目：食品機械
畢業(yè)設計專題題目：
畢業(yè)設計主要內(nèi)容和要求：
主要內(nèi)容：
設計顆粒狀糖果包裝機，設計主要內(nèi)容有三方面：確定方案設計、機械手及進出糖機構設計與傳動系統(tǒng)鏈設計。
包裝機正常的生產(chǎn)率為120塊/min，生產(chǎn)率可在70～130塊/min。
設計要求：
1）了解課題的背景和現(xiàn)狀；
2）分析工藝過程確定機型及執(zhí)行機構組成；
3）完成糖果包裝機總體方案設計；
4）完成糖果包裝機傳動系統(tǒng)設計；
5）完成糖果包裝機夾糖機械手及拔糖機構設計；
6）完成總裝配圖及零件圖（約合3.5張A0圖紙）;
7）翻譯外文科技資料一篇；
8）編寫設計說明書；
院長簽字： 指導教師簽字：
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計指導教師評閱書
指導教師評語（①基礎理論及基本技能的掌握；②獨立解決實際問題的能力；③研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評價及建議成績；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）：
成 績： 指導教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書
評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評價及建議成績；⑧存在問題；⑨是否同意答辯等）：
成 績： 評閱教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計評閱教師評閱書
評閱教師評語（①選題的意義；②基礎理論及基本技能的掌握；③綜合運用所學知識解決實際問題的能力；④工作量的大??；⑤取得的主要成果及創(chuàng)新點；⑥寫作的規(guī)范程度；⑦總體評價及建議成績；⑧存在問題；⑨是否同意答辯等）：
成 績： 評閱教師簽字：
年 月 日
中國礦業(yè)大學畢業(yè)設計答辯及綜合成績
答 辯 情 況
提 出 問 題
回 答 問 題
正 確
基本
正確
有一般性錯誤
有原則性錯誤
沒有
回答
答辯委員會評語及建議成績：
答辯委員會主任簽字：
年 月 日
學院領導小組綜合評定成績：
學院領導小組負責人：
年 月 日
摘 要
顆粒狀糖果包裝機設計是典型的機械系統(tǒng)設計，它不僅包括機構的尺寸、強度設計，還包括了傳動機械系統(tǒng)設計。本設計主要是針對圓臺柱狀巧克力糖的鋁箔紙包裝。設計主要內(nèi)容有三方面：設計方案設計、機械手及進出糖機構設計與傳動系統(tǒng)鏈設計。
機械手及進出糖機構設計是本設計功能能否執(zhí)行的靈魂，它也是本設計的設計重點之一。它要實現(xiàn)巧克力糖的輸入、折邊、抄底邊、等等功能，直到最后由輸送帶輸出。整個系統(tǒng)功能實現(xiàn)中，機械手要實現(xiàn)的是夾糖、折邊、轉送等重要功能，因此對機械手的形狀、夾緊力及轉位角度也提出了不同的設計要求，設計機械手時，也始終回繞著這幾點進行。
傳動系統(tǒng)設計，作為一個動作執(zhí)行系統(tǒng)，動力是必不可少的，當然對動力的傳遞系統(tǒng)也就顯得尤其重要了。系統(tǒng)功能中要實現(xiàn)機械手轉位、送糖盤轉位、供紙、剪紙、抄紙、接糖、頂糖及撥糖等功能，它們都需要不同大小的動力，這就需要傳動系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。如在機械手的轉位功能中，為實現(xiàn)間歇的轉位功能就得通過傳動鏈中的槽輪機構來實現(xiàn)，該機構要保證機械手在轉到位后，有一定的停留時間，從而為頂糖、接糖及撥糖功能的實現(xiàn)提供必要的機械動作執(zhí)行時間。設計好的包裝機機構正常的生產(chǎn)率為120r/min，且其生產(chǎn)率可在70～130r/min。
關鍵詞：包裝機，巧克力糖包裝，機械手。
Abstract
The grain candy packer design is a typical machine system design. It not only included the organization's size, strength...etc. the design. And it still included the design of the transmission system. This design primarily aims at the circle pillar chocolates' aluminum foil packing. The design only contents contain three sides: Design project design, machine hand and I/O sugar mechanism design and the transmission system design.
It is Soul whether the function of the machine hand and I/O sugar mechanism’s design can carry out in this design. It is also one of the design points of this design. It wants to realize the importation, fold of the chocolates the sides, etc. the function. Until it finally be output by belt conveyer. In whole system function realizes, the machine hand realizes many important function, for example: clip the sugar, fold of the chocolates the sides, transfer...etc. Therefore to the shape of the machine hand, clip the tight dint and turn the angle also bring upped the different design request. When designed the machine hand, it is also proceeding with the center of these points.
System, motive is necessary. Certainly it is particularly important of the power transmission system. In the system function, it must realize moving the machine hand, moving the sugar dish, providing the paper, cutting paper, curling, connecting the sugar, crest the sugar and dialing the sugar etc. All these functions need the different power. It can be controlled with the transmission system. Such as the function of turning machine hand, for realizing a function of intermittent turning it needs the sheave of the transmission to regulate. After the machine turned the assurance position, the mechanism wants to have certainly stop over time, it can take enough time to crest sugar, connect the sugar and dial sugar. The transmission system still guaranteed the normal rate of production of packer to 120 r/ min .At the same time it can be controlled the rate of production at 70 ～ 130 r/ min.
Key words: Packer, chocolates packing, machine hand.
目錄
第一章 糖果包裝機方案設計 1
1.1設計任務抽象化 1
1.1.1建立黑箱 1
1.1.2功能分解 2
1.2確定工藝原理 2
1.2.1產(chǎn)品特征 2
1.2.2包裝材料 2
1.2.3包裝工藝方案擬定 3
1.2.4巧克力糖包裝工藝的實驗 3
1.3確定技術過程 4
1.4引進技術系統(tǒng)，確定邊界 5
1.5確定功能結構 5
1.5.1總功能 5
1.5.2功能分解 6
1.6方案確定 6
1.6.1尋找技術物理效應和功能載體，功能元求解目錄表 6
1.6.2巧克力糖包裝系統(tǒng)解 7
1.6.3巧克力糖包裝裝置的評價表 8
1.6.4確定最佳方案 8
1.7 粒狀巧克力糖包裝機的總體布局 8
1.7.1機型選擇 8
1.7.2自動機的執(zhí)行機構 9
1.7.3包裝機總體布置 9
第二章 傳動系統(tǒng)設計 10
2.1 粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)結構簡圖 10
2.2 選用電動機 11
2.3 帶輪設計 12
2.3.1 帶輪優(yōu)缺點 13
2.3.3 寬v帶無極變速傳動設計過程 14
2.4 鏈輪設計 17
2.4.1鏈傳動優(yōu)缺點 17
2.4.2鏈傳動的設計過程 17
2.5齒輪的設計 18
2.5.1螺旋齒輪 18
2.5.2齒輪材料選擇 19
2.5.3主要尺寸的確定 19
2.6標準直齒齒輪副16設計表 21
第三章 機械手及進出糖機構設計’ 22
3.1夾持裝置設計 22
3.1.1 設計要求 22
3.1.2基本結構如下圖 23
3.1.3加緊力計算. 23
3.1.4 彈簧力計算 24
3.1.5開閉角a的計算 26
3.2凸輪設計 26
3.2.1機械手凸輪 26
3.2.2頂糖桿槽凸輪5設計 29
3.2.3拔糖桿偏心凸輪7 34
3.2.4剪紙刀平面凸輪6、抄紙板平面凸輪8 35
3.2.5接糖桿圓柱凸輪9 36
3.3棘輪設計 36
3.3.1棘輪材料選擇 36
3.3.2棘輪形狀確定 36
3.4六槽槽輪機構設計 37
3.4.1槽輪分類及材料選擇 37
3.4.2槽輪機構設計及尺寸設計 38
3.4.3槽輪機構強度計算 40
第四章 其他機構原理 42
第五章 巧克力糖包裝機工作循環(huán)圖 44
5.1 機械手Ⅰ工位段 44
5.1.1分析各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖 44
5.1.2.各執(zhí)行機構運動循環(huán)的時間同步化設計 47
5.1.3.繪制粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)(如圖10) 47
5.1.4修正自動包裝機的工作循環(huán)圖 48
5.2 機械手Ⅱ工位段 49
結論 49
參考文獻 50
中英文翻譯 50
致謝 68
第一章 糖果包裝機方案設計
1.1設計任務抽象化
設計要求：把已加工成型的圓臺狀巧克力糖用鋁箔紙包裹起來，并逐個輸出，巧克力糖的形狀尺寸大小如下圖所示。且保證其加工速度為120塊/min，可調(diào)范圍70-130塊/min。在這設計時取速度為86件/min以便計算。能量220V交流電。
圖1.1 產(chǎn)品形狀
1.1.1建立黑箱
圖1.2 包裝機黑箱圖
1.1.2功能分解
圖1.3 包裝機功能分解圖
1.2確定工藝原理
1.2.1產(chǎn)品特征
粒狀巧克力糖呈圓臺形，輪廓清楚，但質(zhì)地疏松，容易碰傷。因此，考慮機械動作時應適合它的特點，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。產(chǎn)品夾緊力要適當；在進出料時避免碰撞而損傷產(chǎn)品；包裝速度應適中，過快會引起沖擊而可能損傷產(chǎn)品等。
包裝工藝首要的是解決坯件的上料問題。顯然，像巧克力糖之類的產(chǎn)品，使用一般料斗上料方法是不適宜的。如果采用料倉式上料方法，則需要人工定時放料，每分鐘放80粒糖也夠緊張的。如果將自動機的進料系統(tǒng)直接與巧克力糖澆注成形機的出口相銜接，則比較容易解決巧克力糖的自動上料問題。
1.2.2包裝材料
食品包裝材料應十分注重衛(wèi)生。粒狀巧克力糖包裝紙采用厚度為0.008mm的金色鋁箔紙，它的特點是薄而脆，抗拉力較小，容易撕裂，也容易褶皺。因此，在設計供紙部件時對速度應十分注意。一般包裝的速度越高，紙張的拉力就越大。根據(jù)經(jīng)驗，一般送紙速度應小于500mm/s。
選擇供紙機結構時，主要依據(jù)下列兩點：
1）采用紙片供料或是采用卷筒紙供料。本機采用卷筒紙。
2）紙張送出時的空間位置時垂直置放的還是水平置放的。將紙片水平置放對包裝工藝有利。但卷筒紙水平輸送，只能采用間歇式剪切供紙方法。
1.2.3包裝工藝方案擬定
圖1.4 包裝工序分解圖
圖3為最初的巧克力糖包裝工藝圖.根據(jù)人工包裝動作順序,針對產(chǎn)品包裝質(zhì)量要求,該機包裝工藝如下:
1) 將75mm×75mm鋁箔紙覆蓋在巧克力糖小端正上方,如圖3(a)所示。
2) 使鋁箔紙沿糖塊錐面強迫成行如圖3(b)所示。
3)將余下的鋁箔紙分成兩半,先后向大端中央折去,迫使包裝紙緊貼巧克力糖,如圖3(c),(d)所示。
1.2.4巧克力糖包裝工藝的實驗
根據(jù)初擬的包裝工藝方案,進行工藝實驗。
圖5為鉗糖機械手及巧克力糖包裝簡圖。
圖1.5 鉗糖機械手及巧克力糖包裝
1-轉軸 2-轉盤 3-彈簧 4-接糖桿 5-鉗糖機械手(共6組)
6-糖塊 7-頂糖桿 8-鋁箔紙 9-環(huán)行托板 10-折邊器
如上圖所示,機械手設計上是具有彈性的錐形模腔,這樣能適應巧克力糖外形尺寸的變化,I 不存在拉破鋁箔紙的現(xiàn)象.在機械手下面有圓環(huán)形托板,以防止糖塊下落。
工藝實驗的過程如下:
當鉗糖機械手轉至裝糖未位置時,接糖桿4向下運動,頂糖桿7向上推糖塊6和包裝紙8,使糖塊和鋁箔紙夾在頂糖桿和接糖桿之間,然后它們同步上升,進入機械手5,迫使鋁箔紙成型如圖4(b)所示,接著折邊器10向左折邊,成圖4(c)狀,然后轉盤2帶機械手5作順時針方向轉動,途徑環(huán)行托板9,使鋁箔紙全部覆蓋在糖塊的大端面上,完成全部包裝工藝如圖4(d)所示。
由于包裝紙表面還不夠光滑,有時還發(fā)生褶皺現(xiàn)象,需要進一步改進。
經(jīng)過實驗,發(fā)現(xiàn)鋁箔紙只要用柔軟之物輕輕一抹,就很光滑平整地緊貼在糖塊表面上,達到預期的外觀包裝質(zhì)量要求.因此增設了一個帶有錐形毛刷圈（軟性尼龍絲），在定糖過程中，先讓糖塊和鋁箔紙通過毛刷圈，然后再進入機械手成形，結果使包裝紙光滑、平整、美觀，完全達到包裝質(zhì)量要求。
圖5是經(jīng)過改進后的巧克力糖包裝成型機機構簡圖。
圖1.6 巧克力糖包裝成型機構
1-左抄板紙 2-鉗糖機械手 3-接糖桿 4-右抄板紙
5-錐形尼龍絲圈 6-鋁箔紙 7-糖塊 8-頂糖桿
另外，考慮自動機工作的可靠性，在成品出料口增設撥糖桿，確保機械手中的糖塊落入輸送帶上。這樣的工藝方案就此確定。
1.3確定技術過程
圖1.7 技術過程簡圖
1.4引進技術系統(tǒng)，確定邊界
圖1.8 引進技術后的具體結構圖
1.5確定功能結構
確定技術系統(tǒng)總功能，及進行功能分解。
1.5.1總功能
未包裝的圓臺形巧克力糖→黑箱→包裝好的巧克力糖成品。
1.5.2功能分解
圖1.9 包裝機的功能細化
1.6方案確定
1.6.1尋找技術物理效應和功能載體，功能元求解目錄表
表1.1 具體功能的求解目錄表
1.6.2巧克力糖包裝系統(tǒng)解
圖1.10方案1
圖1.11 方案2
圖1.12 方案3
1.6.3巧克力糖包裝裝置的評價表
表1.2
1.6.4確定最佳方案
由上述參考第二方案為最佳。
1.7 粒狀巧克力糖包裝機的總體布局
1.7.1機型選擇
由于大批量生產(chǎn)，所以選擇全自動機型。
根據(jù)前述工藝過程，選擇回轉式工藝路
線的多工位自動機型。
根據(jù)工藝路線分析，實際上需要兩個工位，
一個是進料、成型、折邊工位另一個是出料工位。
自動機采用六槽槽輪機構作工件步進傳送。
1.7.2自動機的執(zhí)行機構
根據(jù)巧克力糖包裝工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構組成：
1) 送糖機構；
圖1.13 鉗糖機械手及進出糖塊機構
1-輸送帶 2-糖塊 3-托盤
4-鉗糖機構 5-鉗糖機械手
6-彈簧 7-托板8-機械手
9-機械手開合凸輪 10-輸料帶
I-進料,成型,折邊工位 II-出糖工位
2) 供紙機構；
3) 接糖和頂糖機構；
4) 抄紙機構；
5) 撥糖機構；
6) 鉗糖機械手的開合機
7) 轉盤步進傳動機
下面是主要執(zhí)行機構的結構和工作原理。
圖6為鉗糖機械手、進出糖機構結構圖。送糖
盤4與機械手作同步間歇回轉，逐一將糖塊
送至包裝工位Ⅰ。
機械手的開合動作，由固定的凸輪8控制，凸輪8的廓線是由兩個半徑不同的圓弧組成，當從動滾子在大半徑弧上，機械手就張開；從動滾子在小半徑弧上，機械手靠彈簧6閉合。
圖7為接糖和頂糖機構示意圖。接糖桿和頂糖桿的運動，不僅具有時間上的順序關系，而且具有空間上的相互干涉關系，因此它們的運動循環(huán)必須遵循空間同步化的原則設計，并在結構上應予以重視。
接糖桿和頂糖桿夾住糖塊和包裝紙同步上升時，夾緊力不能太大，以免損傷糖塊。同時應使夾緊力保持穩(wěn)定，因此在接糖桿的頭部采用如橡皮類的彈性件。
1.7.3包裝機總體布置
圖1.14 接糖和頂糖桿機構
1-圓柱凸輪 2-接糖桿 3-糖塊4-頂糖桿 5-平面槽凸輪
圖1.15 總體布置圖
第二章 傳動系統(tǒng)設計
2.1 粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)結構簡圖
粒狀巧克力糖包裝機是專用自動機，根據(jù)自動機傳動系統(tǒng)設計的一般原則和巧克力糖包裝工藝的具體要求，擬定如圖9所示的傳動系統(tǒng)。
圖2.1 粒狀巧克力糖包裝機傳動系統(tǒng)
1-電動機 2-帶式無級變速機構 3-鏈輪幅 4-盤車手輪
5-頂糖桿凸輪 6-剪紙導凸輪 7-撥糖桿凸輪 8-抄紙板凸輪
9-接糖桿凸輪 10-鉗糖機械手 11-撥糖桿 12-槽輪機構
13-接糖桿 14-頂躺桿 15-送糖盤 16-齒輪副
17-供紙部件鏈輪 18-輸送帶鏈輪 19-螺旋齒輪副 20-分配軸
如圖所示，電動機轉速為1440r/min，功率為0.55kW,分配轉速為70～130r/min，總降速比，采用平帶、鏈輪兩級降速，其中，。而無級變速的錐輪直徑。螺旋齒輪副1、2、3的傳動比,直齒標準齒輪副的傳動比i=1.67。
2.2 選用電動機
輕工自動機的功率主要損耗于運動件間的摩擦。因此，目前較難使用計算方法來確定所設計的自動機的功率。通常采用類比法確定自動機的電動機功率，并以此作為自動機的設計參數(shù)，待自動機試制后，進行實測自動機的功率，如果出入較大時應作適當修改。下表1.1是各種輕工自動機的生產(chǎn)率和功率表，供設計自動機時參考。
表2.1
根據(jù)上表粒狀巧克力糖包裝機電動機功率選擇0.4kw，電動機轉速為1440r/min
選擇電動機為YD系列（IP44）變極多速三相異步電動機 具體型號為YD802-4/2
技術數(shù)據(jù)：額定功率0.55kw 額定轉速1500r/min
部分參數(shù)如下
2.3 帶輪設計
根據(jù)粒狀巧克力糖包裝機傳動系統(tǒng)變速機構采用帶式無極變速確定用v帶。
2.3.1 帶輪優(yōu)缺點
優(yōu)點：運行平穩(wěn)無噪音；可緩和沖擊、吸收振動；過載時帶與帶輪間會出現(xiàn)打滑，可防止損壞其他零件；適用于中心距較大的傳動；結構簡單，成本較低，拆裝方便。
缺點：有彈性滑動和打滑，使效率降低，不能保持準確的沖動比；需要張緊裝置；帶的壽命較短；軸及軸承受力較大。
2.3.2帶輪設計要求
寬V帶設計已知數(shù)據(jù)：傳遞功率P，帶輪轉速，工作條件，及外輪廓尺寸要求等。
設計內(nèi)容包括：傳動比，帶輪最小工作直徑與帶厚之比，帶輪最大與最小工作直徑之比，帶中性層寬度與帶厚之比等。
下圖為單向分離錐輪機構。
圖2.2分離錐輪結構
2.3.3 寬v帶無極變速傳動設計過程
圖2.3
1)傳動比
2)變速比
3)帶輪最小工作直徑與帶厚之比
此處
4)帶輪最大與最小工作直徑之比
5)帶中性層寬度與帶厚之比（c=0.5~0.67/ ）
6)帶輪最小工作直徑
圓整取
7)帶寬 帶厚 楔形角 （求得的數(shù)值按產(chǎn)品規(guī)格圓整）
8)帶的截面積
9)帶輪最大工作直徑
10)中心距 按結構取定，通?？扇?
需按帶長L規(guī)格最后圓整取定
11)帶的節(jié)線長度
將計算值與規(guī)格圓整后并重新計算中心距，帶內(nèi)周長867
12)帶在帶輪上的最小包角
13)計算圓周力（）
14)驗算工作應力
滿足條件
15)加壓彈簧的壓緊力（）
16)帶輪楔角（一般）
17)帶輪外直徑
18)帶輪內(nèi)直徑
19)驗算帶寬b
符合設計要求。
2.4 鏈輪設計
2.4.1鏈傳動優(yōu)缺點
與帶傳動相比，鏈傳動的主要優(yōu)點是：沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比；需要的張緊力小，作用在軸上的壓力也?。还r相同時，傳動尺寸較緊湊；能在溫度較高、濕度較大、有油污等惡劣環(huán)境條件下工作；效率較高，與齒輪傳動相比。鏈傳動的制造和安裝精度要求較低，中心局較大時傳動結構簡單。鏈傳動的主要缺點是：只能用于平行軸間的傳動；瞬時鏈速和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動平穩(wěn)性較差，工作中有沖擊和噪聲；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中應用；磨損后易發(fā)生跳齒；制造費用比帶傳動高。
2.4.2鏈傳動的設計過程
鏈傳動的功率
鏈傳動的傳動比
1) 選擇鏈輪齒數(shù)
小鏈輪齒數(shù) 估取鏈速為0.6~8m/s 由《機械設計》表5.3取 =19
大鏈輪齒數(shù) 圓整
2) 確定鏈節(jié)數(shù)
初取中心距，則鏈節(jié)數(shù)為
因此，
3 ) 確定鏈節(jié)距 p
載荷系數(shù) 查《機械設計》表5.4
小鏈輪齒數(shù)系數(shù) 查《機械設計》表5.5，估計為鏈板疲勞
多排鏈系數(shù) 查《機械設計》表5.6
鏈長系數(shù) 查《機械設計》圖5-13
由式
根據(jù)小鏈輪轉速和查《機械設計》圖5-12，確定鏈條型號為08A單排鏈其中
4)確定中心距 由下式
5)驗算鏈速
符合估計
6)計算壓軸力Q
鏈條工作拉力F
壓軸力系數(shù)
由式 壓軸力
2.5齒輪的設計
2.5.1螺旋齒輪
分配軸上、機械手及送糖軸上的齒輪用螺旋齒輪。螺旋齒輪主要用于傳遞空間交錯軸之間的運動，由于它是點接觸、易磨損，通常應用于儀表或載荷不大的輔助傳動，但有時也應用于主傳動，如小模數(shù)齒輪機床中。此外，在輕工業(yè)生產(chǎn)中常常利用螺旋齒輪來傳動。
2.5.2齒輪材料選擇
兩個齒輪均選用40Cr調(diào)質(zhì)處理（240~270HB），齒面淬火(HRC45~50)。根據(jù)《齒輪手冊》查圖及查表得：，
2.5.3主要尺寸的確定
已知參數(shù)，齒數(shù)比，初定中心距，，，，
1)確定傳動比
按照粒狀巧克力自動包裝機的工藝要求3個螺旋齒輪齒數(shù)的傳動比
2)計算系數(shù)
根據(jù)《齒輪手冊》表3.1—1查得（）
3)齒數(shù)
計算后圓整得
4)圓整后計算k
5)分度圓柱上螺旋角
按式 算出
按式 計算
當時
當時
當時
用內(nèi)差法得
6 )實際中心距
7） 齒輪端面分度圓壓力角
由式
8）分度圓半徑
9）齒頂圓半徑
10）齒輪寬度
11）端面上分度圓弧齒厚
2.6標準直齒齒輪副16設計表
表2.2 直齒齒輪設計表
項目
計算（或選擇）依據(jù)
計算過程
單位
計算（或確定）結果
1.選齒輪精度等級
級
7
2.材料選擇
45cr鋼
3.選擇齒數(shù)Z
Z1=32
Z2=1.67×32
個
32
54
4.齒寬系數(shù)Фd
0.5
5.選取模數(shù)
查標準模數(shù)系列表
mm
2
6.計算齒輪的
分度圓直徑d
mm
64
108
7.計算齒輪寬度B
b = φdd1
圓整后?。?
B1 = 32
B2 = 54
mm
32
54
第三章 機械手及進出糖機構設計
3.1夾持裝置設計
3.1.1 設計要求
夾持器設計的基本要求
（1）應具有適當?shù)膴A緊力和驅動力；
（2）手指應具有一定的開閉范圍；
（3）應保證產(chǎn)品在手指內(nèi)的夾持精度；
（4）要求結構緊湊，重量輕，效率高；
（5）應考慮通用性和特殊要求。
設計參數(shù)及要求
（1）采用手指式夾持器，執(zhí)行動作為抓緊—放松；
（2）所要抓緊的產(chǎn)品呈圓臺形；
（3）產(chǎn)品質(zhì)地疏松，容易碰傷；
（4）夾持器有足夠的夾持力；
3.1.2基本結構如下圖
圖3.1夾持裝置
3.1.3加緊力計算.
手指加在產(chǎn)品上的夾緊力是設計手部的主要依據(jù)，必須對其大小、方向、作用點進行分析、計算。一般來說，加緊力必須克服工件的重力所產(chǎn)生的靜載荷（慣性力或慣性力矩）以使工件保持可靠的加緊狀態(tài)。
機械手工作時，為保證手指能夠可靠的把工件夾牢所必需的夾緊力P可按下式計算
由《專用機床設計與制造》得：
（N）
其中 ：安全系數(shù)（通常取1.5~2） →=1.8
：工作情況系數(shù)：
最大加速度（由凸輪計算得）
所以
：工作方位系數(shù)：
其中摩擦系數(shù)→取
所以
G:巧克力糖質(zhì)量
所以 （N）
→取 (N)
3.1.4 彈簧力計算
彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形。彈簧在各類機械中應用十分廣泛，主要用于：
a、 控制機構的運動，如制動器、離合器的控制彈簧，內(nèi)燃機汽缸的閥門彈簧等；
b、 減振和緩沖，如汽車、火車車廂下的減振彈簧，以及各種緩沖器用的彈簧等；
c、 儲存及輸出能量，如鐘表彈簧、槍閂彈簧等；
d、 測量力的大小，如測力器和彈簧稱中的彈簧等；
1 ） 選擇圓柱螺旋拉伸彈簧：
彈簧按照所承受的載荷不同可分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭曲彈簧和彎曲彈簧等四種。在這里選用的是拉伸彈簧。
如下圖，圓柱螺旋拉伸彈簧空載時，個圈應相互并攏。另外，為了節(jié)省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時各圈相互壓緊，常在卷繞的過程中，同時使彈簧絲繞其本身的軸線產(chǎn)生扭轉。這樣制造的彈簧，各圈即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產(chǎn)生了一定的預緊力，故也稱為有預緊力的拉伸彈簧。
圖3-2 夾持裝置彈簧
2）材料：低錳彈簧鋼（65Mn）
常用的彈簧鋼材料主要有下列幾種：
碳素彈簧鋼（65、70鋼）、低錳彈簧鋼（65Mn）、硅 錳彈簧鋼（60SiMnA）、鉻釩鋼（50CrVA）。缺點是淬火后容易產(chǎn)生裂紋及熱脆性。但由于它價格便宜，所以一般機械上常用于制造尺寸不大的彈簧，例如離合器彈簧等。
因為他價格便宜，淬透性好，強度較高。
3）計算彈簧系數(shù)KF:
由《機械設計手冊》中冊
KF=（4*C-1）（4*C-4）+0.615/C
其中旋轉比C=d/D=(5—10)
→取C=8
所以KF=1.1071+0.0769=1.184
選彈簧絲直徑d=0.6mm
l D=C*d=8*0.6mm=4.8mm
計算在彈簧伸長量X=20/3 mm(由計算的)時,彈簧的拉伸力變化量ΔF：
由《機械設計手冊》 中冊 第二版P1002表9-15
ΔF =9.8*π*d3*[τ]/(8*K*D) (3.1.4-2)
其中[τ]=（4—12） 由《機械設計手冊》 中冊 第二版P1004表9-17
→取[τ]=7
所以ΔF =9.8*3.14*0.63*7/(8*1.184*4.8)=1.0231（N）
所以P彈簧=ΔF+ F預=2.4931（N）
3.1.5開閉角a的計算
由圖得：
tgа=(r1-r2)/L3=(80-70)/40=0.25
所以：а=14o
夾具頭敞開的大小L：
L= tgа*（L1+L2+15）=0.25*（20+30+15）mm=16.25 mm
3.2凸輪設計
3.2.1機械手凸輪
凸輪機構的實現(xiàn)專用機床自動化和半自動化中應用較廣泛的一種機構。它常用來傳動工作部件的進給運動、調(diào)動運動和控制其它一些輔助機構。其特點是工作可靠、體積小、結構簡單，多是適用于行程小、運動規(guī)律復雜、轉速在500轉/分以下的運動循環(huán)。
1）選擇凸輪類型
常用的凸輪有：盤狀、柱狀、板狀。
在此選擇盤狀：（如圖）它是具有沿徑向變化輪廓曲線的盤狀零件。其特點是結構簡單，體積小。但其半徑差不宜過大，一般不超過100~120毫米。
在此處半徑差取10毫米。
圖3-3 機械手凸輪
2）凸輪材料選擇
凸輪和從動件的材料，應保證其工作表面有一定的耐磨性，并能承受較大的動載荷。所以一般較重要的凸輪材料多用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金結構鋼制造。如45號鋼、50號鋼、20Cr鋼或40Cr鋼等。
在此→取20Cr鋼
20Cr鋼經(jīng)表面滲碳后淬硬并回火 ，其硬度HRC=60～62
3）凸輪尺寸計算
如圖 取r1=95mm, r2 =85mm
在選擇凸輪和從動桿時應考慮以下幾點：
a、滿足生產(chǎn)工藝要求；
b、盡量提高機器的生產(chǎn)效率；
c、減少沖擊振動，改善機器的工作性能；
d、凸輪輪廓曲線易于制造。
由r1 到r2過渡為勻變速過渡
其行程圖、速度圖及加速度圖分別如下：
圖3-4 凸輪上的位移、速度及加速度圖
4 ） 凸輪強度計算
由《機械設計手冊》得
σ=ZE*Squrt[F/(b*ρ)] ≤[σH]Kgf/ mm2
其中 b： 接觸寬度 b=8mm
F ： 法向作用力（N）
如圖 P夾*（L1 +L2） =F預*L1
圖3-5 機械手受力分析
因為 P夾=0.588（N），L1 =20mm,L2=30mm
所以F預=0.15 L3
又如圖（F預+ΔF）* L1 = F* L3
其中 L3=40mm
→ 所以F=1.247（N）
ρ： ρ=ρ1*ρ2/（ρ1+ρ2）
其中 滾子半徑 ρ1=8mm
凸輪接觸點曲率半徑 ρ2=95mm
所以ρ=7.38mm
ZE： 系數(shù)（鋼對鋼）
→ ZE=60.6 查《機械設計手冊》 中冊
[σH] ：許用接觸應力
[σH]=27.44-29.4N/mm 2 查《機械設計手冊》 中冊
→取[σH]=28.42N/mm 2
所以σ= 27.44N/mm 2
在此σ≤[σH]
符合強度要求。
3.2.2頂糖桿槽凸輪5設計
圖3.6 頂糖桿槽凸輪
1．凸輪機構的結構設計
根據(jù)粒狀巧克力糖包裝機的工藝要求頂糖桿凸輪選擇擺動滾子式平面槽凸輪，從動件型式選用擺動，觸頭3選用滾子式，觸頭與凸輪鎖合方式為凸輪溝槽式，凸輪與軸的連接結構選用釘銷固定結構。如下圖3.7
圖3.7釘銷固定結構
2．凸輪輪廓線設計
1）選擇從動件的運動規(guī)律
根據(jù)工藝要求從動件的選用正弦運動曲線
正弦運動的實際位移方程為
用無因次量表示為
從動件常用規(guī)律特性值如下表3.1
表3.1 常用運動規(guī)律特性值
2）選擇最佳壓力角
在實際工程應用中，一般推薦凸輪的最佳壓力角如下表3.2所示
表3.2凸輪機構最佳壓力角
頂糖桿凸輪擺動滾子式平面槽凸輪則選最佳壓力角為
3）從動件滾子半徑
為了改善從動件與凸輪的摩擦情況，延長凸輪機構的使用壽命，一般采用滾子觸頭。滾子半徑的大小，往往受到凸輪理論廓線最小曲率半徑的限制，故不能任取，一般取滾子半徑。推薦
在這里確定從動件滾子半徑
4）凸輪基圓半徑的確定
凸輪的基圓半徑是指凸輪理論輪廓線的最小半徑，基圓半徑的大小，直接影響凸輪機構的最大壓力角和受力情況。因此，在設計時，凸輪基圓半徑的確定往往是以最大壓力角不超過允許值為前提的。
此外，理論計算的凸輪基圓半徑應滿足凸輪結構上的要求，即凸輪基圓半徑，（—凸輪軸直徑）。
用諾謨圖求盤形凸輪基圓半徑
諾謨圖見《機械設計手冊》單行本?機構如下圖所示3.2
圖3.8 求盤形凸輪的線圖
由表3.1查得正弦運動規(guī)律的最大速度因數(shù)，，凸輪升程。將與的兩點連線，與直線想交于A,又將A點與mm的點相連，連線與直線相交于B，再將B點與的點相連，連線交線于。故
5）繪制凸輪的理論輪廓線和實際廓線
圖3.9
作圖步驟：
（1） 在圖中每隔5°左右取一個值，求出相應的值；圖示當時的
（2） 任選凸輪轉動軸軸心A，按結構布局取定從動件轉軸B的位置，分別以A和B為圓心，以和為半徑作弧相交于點，則為從動件起始位置，并標出凸輪轉向。
（3） 以為起點，量取從動件的角位移得點；又以為起點，逆凸輪轉向量取，得；又以為圓心、為半徑畫弧，與以為圓心、為半徑的圓弧相交于點。取不同的值，重復上述畫法，既得一系列點、、、???? ? ?。光滑連接即得?！?
（4） 以凸輪理論廓線上的點為圓心、以為半徑畫一系列滾子圓，作其包羅線即得
3．設計凸輪的工作圖
1）凸輪的尺寸，制造精度、表面粗超度，材料和熱處理方法
下表3.3為凸輪機構常用材料及熱處理方法表
表3.3 凸輪機構常用材料及熱處理方法
凸輪機構的技術條件如下表3.4所示。
表3.4 凸輪機構的技術條件
頂糖桿凸輪選用45 調(diào)質(zhì)HBS220~260。
3.2.3拔糖桿偏心凸輪7
圖3.10 拔糖桿凸輪
設計步驟與上述頂糖桿凸輪相似，此處具體設計步驟省略主要參數(shù)如下
1） 凸輪機構的機構
盤形凸輪，從動件與凸輪以幾何封閉的凸輪機構。
從動件運動規(guī)律也為正弦運動
用無因次量表示為
2） 主要尺寸
表3.5 拔糖桿主要尺寸
壓力角
0
基圓半徑R=（40~70）
50
H=（50~100）
87
推程h=H-R
37
3.2.4剪紙刀平面凸輪6、抄紙板平面凸輪8
圖3.11 剪紙刀凸輪
剪紙刀平面凸輪6參數(shù)：
表3.6 剪紙刀凸輪參數(shù)
序號
凸輪運動角δ
推桿的運動規(guī)律
1
0°~120°
等速上升h= 60
2
120°~180°
推桿遠休
3
180°~270°
正弦加速度下降h= 60
4
270°~360°
推桿近休
偏心距e = 25
基圓半徑r0 = 50
抄紙板平面凸輪8參數(shù)：
表3.7 抄紙板凸輪參數(shù)
序號
凸輪運動角δ
推桿的運動規(guī)律
1
0°~120°
等速上升h= 50
2
120°~180°
推桿遠休
3
180°~270°
正弦加速度下降h=50
4
270°~360°
推桿近休
偏心距e = 20
基圓半徑r0 =40
3.2.5接糖桿圓柱凸輪9
圖 3.12 接糖桿圓柱凸輪
表3.8
R=（50~150）
60
推程h=（50~120）
100
3.3棘輪設計
3.3.1棘輪材料選擇
一般的棘輪機構是由棘輪和棘爪機構兩部分組成，用來實現(xiàn)間歇運動或防止逆轉的制逆裝置。棘輪機構有外嚙合、內(nèi)嚙合兩種，一般棘爪是主動件，棘輪是從動件。但在本設計中所用的棘輪不是作為如上的用途，它只是用來實現(xiàn)對巧克力糖的傳輸，所承受的周向力極小，同時幾乎不受任何機械磨損的作用，因此對該棘輪的材料強度要求不高。但它工作時一直與巧克力糖接觸，所以對該棘輪的材料性能提出了新的要求，那就是要求它具有相當好的耐腐蝕性。
材料：要求耐腐蝕，對其強度沒要求；
選40Cr。
3.3.2棘輪形狀確定
基本形狀如圖：
圖3.13 棘輪
其中 d=24mm，d1=60mm ，D1=300mm。
3.4六槽槽輪機構設計
3.4.1槽輪分類及材料選擇
槽輪機構由槽輪、裝有圓銷的轉臂（拔盤）和機架組成。通常拔盤為主動件作等速連續(xù)轉動，通過拔銷帶動從動件槽輪做間歇單向轉動。槽輪機構具有結構簡單緊湊、制造容易、工作可靠和效率高、槽輪的 動靜比為定值等特點，但槽輪機構在工作過程中有沖擊，隨著轉速的增加及槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故不宜用于高速。常用于某些自動機械和輕工機械中做轉位機構。槽輪機構的種類很多如下圖所示。其中最常用的是外槽輪（圖a）和內(nèi)槽輪（圖b），球面槽輪（圖c）和非正外槽輪（圖d）則應用不多。
根據(jù)工藝要求，
槽輪的材料與熱處理：
，調(diào)質(zhì)240HBS 滲氮0.5mm，550HV，
拔盤的材料與熱處理：
45鋼 調(diào)質(zhì)240HBS
拔盤圓銷的材料與熱處理：
45鋼，表面淬火42HRC。
圖 3.14 槽輪機構型式
3.4.2槽輪機構設計及尺寸設計
槽輪機構的主要尺寸如下圖
圖3.15 正外槽輪機構主要尺寸
1）中心距
根據(jù)粒狀巧克力自動包裝機的工藝要求中心距
2）槽輪槽數(shù)Z
3）槽輪每次轉角
4）曲柄銷對應轉角
5）槽輪半徑
6）曲柄銷轉動半徑
7）曲柄銷直徑
8）曲柄軸直徑（指兩端支承的曲柄軸）
；
9）槽輪的槽深
10）槽輪軸徑
；
11）定位弧半徑，（Z值小取大值，反之取小值）
12）定位弧角度;
13）槽輪機構動靜比=
槽輪機構的主要尺寸如下圖。
表 3.9 槽輪機構的主要尺寸
3.4.3槽輪機構強度計算
3.4.3.1 曲柄銷軸強度計算
如下圖為曲柄銷軸受力圖
圖 3.16 曲柄銷軸受力圖
當曲柄銷軸危險斷面受到彎曲及剪切時，一般截面的計算可先按正應力條件初選，再按剪切應力校核。
（1） 按正應力條件初選
曲柄銷軸危險斷面的彎曲應力為
或
其中（）
式中 —曲柄銷軸直徑；
C—軸肩寬（mm）；
B—銷子長度（mm）；
—銷軸上最大作用力（N）；
—銷軸材料的許用彎曲應力（）
已知，，，銷軸材料為45號鋼查《機械設計》許用彎曲應力，，,,槽輪轉動慣量，計算得
<60滿足條件
（2） 按剪切應力條件校核
曲柄銷軸危險斷面的最大剪切力為
式中 F—危險截面面積（）
—銷軸材料的許用剪切應力（）
3.4.3.2 槽輪工作表面接觸應力的驗算
滿足強度條件
式中 —材料的許用接觸應力（）
對鋼而言，一般取
E—材料的彈性模數(shù)，鋼的
B—接觸長度（mm）；
—曲柄銷的半徑；
—槽輪上的最大作用力（N）
第四章 其他機構原理
4.1頂糖、接糖機構示意圖
圖4-1 頂糖、接糖機構
4.2抄紙和拔糖機構示意圖
圖4-2 抄紙和撥糖機構
第五章 巧克力糖包裝機工作循環(huán)圖
5.1 機械手Ⅰ工位段
5.1.1分析各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖
1）確定各機構的運動循環(huán)。
已知＝86件/min，則分配軸的轉速為
n=86(r/min)
分配軸每轉的時間就是該機的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機構的運動循環(huán)，所以
＝60/n=60/86=0.69（s）
2 ）確定各機構運動循環(huán)的組成區(qū)段。
撥糖機、送料輥輪和機械手轉位都是間歇運動機構，它們的運動循環(huán)由兩個區(qū)段組成：
——撥糖機、送料輥輪和機械手轉位等三個機構的轉位運動時間；
——撥糖機、送料輥輪和機械手轉位等三個機構的的停歇時間。
因此，應有 ＝＋ (5.1)
相應的分配軸轉角為 (5.2)
剪刀機構8的運動循環(huán)可分為三個區(qū)段：
——剪刀機構的剪切工作行程時間；
——剪刀機構的返回行程時間；
——剪刀機構在初始位置的停留時間。
因此，應有
＝＋＋ (5.3)
相應的分配軸轉角為
(5.4)
頂糖桿機構5的運動循環(huán)的組成區(qū)段為：
——頂糖桿機構的頂糖工作行程時間；
——頂糖桿機構在工作位置的停留時間
——頂糖桿機構的返回行程時間；
——頂糖桿機構在初始位置的停留時間。
因此，應有
(5.5)
相應的分配軸轉角為
(5.6)
活動折紙板機構6的運動循環(huán)也可以分為四個區(qū)段：
——活動折紙板機構的折紙工作行程時間；
——活動折紙板機構在工作位置的停留實際；
——活動折紙板機構的返回行程時間；
——活動折紙板機構在初始位置的停留時間；
因此，應有
(5.7)
相應的分配軸轉角為
(5.8)
3）確定各機構運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時間及分配軸轉角
由于粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)是從送料開始的，因此以送料輥輪機構的工作起點為基準進行同步化設計，撥糖盤和機械手轉位兩個機構與之相同。
a.送料輥輪機構運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉角：根據(jù)工藝要求，試取送料時間＝s，則停歇時間為＝s，相應的分配軸轉角為
=360°×=360°×1/5/0.69＝104.34°
=360°×=360°×2/5/0.69＝208.69°
b．剪刀機構8運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉角：根據(jù)工藝要求，試取剪切工作行程時間＝s，則相應的分配軸轉角分別為：
＝360°×＝360°2/45/0.69＝21.13°
初定＝s，則＝s，則相應的分配軸轉角分別為：
＝360°×＝360°×4/45/0.69＝42.27°
＝360°×＝360°×13/27/0.69＝251.20°
c.頂糖桿機構5運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉角：根據(jù)工藝要求，試取工作位置停留時間＝s，則相應的分配軸轉角為：
＝360°× ＝360°×2/135/0.69＝7.72°
初定＝s，＝s，則＝s，相應的分配軸轉角分別為：
＝360°×＝360°×4/135/0.69＝15.45°
＝360°×＝360°×14/135/0.69＝54.10°
＝360°×＝360°×53/135/0.69＝204.82°
d．活動折紙板機構6運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉角：根據(jù)工藝要求，試取折紙工作行程時間＝s，則相應的分配軸轉角為：
＝360°×＝360°×4/65/0.69＝32.10°
初定＝s，＝s，則＝s，相應的分配軸轉角分別為：
＝360°×＝360°×2/65/0.69＝16.05°
＝360°×＝360°×31/195/0.69＝82.94°
＝360°×＝360°×68/195/0.69＝181.93°
5.1.2.各執(zhí)行機構運動循環(huán)的時間同步化設計
5.1.2.1確定粒狀巧克力自動包裝機最短的工作循環(huán)。
(5.9)
＝＝（s）
5.1.2.2確定粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)。
令上述三對同步點的錯移量分別為△t1、△t2和△t3，若取
△t1=△t2=△t3=1/195（s）
則其在分配軸上相應的轉角為
粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)應為
5.1.3.繪制粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)(如下圖5.1所示)
圖5.1 包裝機工作循環(huán)圖1 圖5.2 包裝機工作循環(huán)圖2
5.1.4修正自動包裝機的工作循環(huán)圖
實際上,粒狀巧克力自動包裝機要求每轉生產(chǎn)一個產(chǎn)品,即要求,因此應對圖進行修正,即按比例或用其他分析方法,求出循環(huán)圖截短后各動區(qū)段的分配軸轉角若將修正前各機構運動循環(huán)各區(qū)段對應的分配軸轉角按比例放大,則有
式中, ----修正后各機構運動循環(huán)各區(qū)段對應的分配軸轉角.
根據(jù)修正后的分配軸轉角繪制的粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)圖,如上圖5.2所示.
5.2 機械手Ⅱ工位段
最后來研究分配軸轉位與機械手轉位、撥糖機構及Ⅱ工位機械手開合的關系：
1、當循環(huán)一開始，機械手剛開始旋轉時，撥糖機構恰好離開機械手，慢慢退回，到分配軸轉位60°的時候，撥糖機構回至原位，緊接著不作任何停頓又慢慢地向下呀，到分配軸轉位120°時，撥糖機構又運動到了機械手的上方，而此時的機械手已轉到位，靜以待命。
2、到分配軸轉位140°左右Ⅱ工位機械手開始張開，直到170°左右完全張開，而此時的撥糖機構已慢慢地壓入機械手，將糖慢慢地向下擠。
3、到分配軸轉位240°時，撥糖裝置到達行程的最下端，即在機械手裝置的下表面左右，隨后慢慢退回。
結論
本次設計的目的培養(yǎng)學生初步掌握獨立從事專業(yè)技術工作的能力，提高學生從事工藝和工藝裝備設計的水平，使學生初步掌握從事本專業(yè)科學研究工作的能力。通過畢業(yè)設計不但培養(yǎng)了我們運用各種工具書的方法和技巧，同時也培養(yǎng)了我們獨立思考問題、解決問題的能力。通過翻閱查找各種工具書，擴大了視眼，豐富了自己的知識范圍。
本次設計我們是有充分準備的。我們不僅準備了四年的時間來掌握各門專業(yè)課學習，而且我們多次深入工廠實習，更主要的是設計期間不斷地從網(wǎng)上、圖書館收集大量的資料，尋找各種解決問題的方法。所以說本設計我們是有充分準備的，它是與生產(chǎn)實際相結合。它也將成為我們走上
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