粒狀巧克力糖包裝機的設計

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1、 自動化機械設計課程設計 課程題目： 粒狀巧克力糖包裝機的設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 級： 機械065班 姓 名： 閆立海 學 號： 200611095 指導教師： 潘永閣 成 績： 2009年12月10日 目 錄 一、 設計任務書…………………………………………………

2、1 二、 粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定…………………………3 三、 粒狀巧克力糖包裝機的總體布局…………………………7 四、 粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)…………………………9 五、 粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖………………………10 六、 粒狀巧克力糖包裝機的齒輪設計…………………………15 七、 粒狀巧克力糖包裝機的機械手設計………………………17 八、 粒狀巧克力糖包裝機的凸輪設計…………………………18 九、 粒狀巧克力糖包裝機的槽輪設計…………………………21 十、 設計小結(jié)……………………………………………………22 十一、參考文獻……………………………………

3、………………22 一、設計任務書 1、粒狀巧克力糖 被加工對象是粒狀巧克力糖，如圖1所示。H=15mm，=25mm， =20mm。 圖1 產(chǎn)品形狀 2、包裝材料 巧克力糖包裝采用厚度0.008mm75X75的銀色鋁箔卷筒紙。 3、機器的生產(chǎn)率 自動機的正常生產(chǎn)率為86件/ min。 4、包裝質(zhì)量要求 要求巧克力糖包裝后外形美觀、挺括、鋁箔紙無明顯損傷、撕裂、褶皺（如圖2所示）。 5、對自動機的基本要求 機械機構(gòu)簡單，工作可靠、穩(wěn)定，操作方便、安全，維修容易，造價低, 大批量生產(chǎn)。 7

4、、設計工作量： 設計說明書一份。 圖2 包裝產(chǎn)品最后形狀 二、粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定 1．產(chǎn)品特征 粒裝巧克力糖呈圓臺形，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

5、接，則比較容易解決巧克力糖的自動上料問題。 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(jié)構(gòu)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。 3．包裝工藝方案擬定 圖3 包裝工序分解圖

6、 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. 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4 鉗糖機械手及巧克力糖包裝 1-轉(zhuǎn)軸 2-轉(zhuǎn)盤 3-彈簧 4-接糖桿 5-鉗糖機械手(共6組) 6-糖塊

7、 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(zhuǎn)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(zhuǎn)盤2帶機械手5作順時針方向轉(zhuǎn)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)

8、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(jié)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(gòu)簡圖。 圖5 巧克力糖包裝成型機構(gòu) 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

9、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。 三、粒狀巧克力糖包裝機的總體布局 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(zhuǎn)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(gòu)作工件步進傳送。 2.自動機的執(zhí)行機構(gòu) 根據(jù)巧克力糖包裝工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構(gòu)組成： 1) 送糖機構(gòu)； 2) 供紙機構(gòu)； 3) 接糖和頂糖機構(gòu)； 4) 抄紙機構(gòu)； 圖6 鉗糖機械手及進出糖塊機構(gòu) 1-輸送帶 2-糖塊 3-托

10、盤 4-鉗糖機構(gòu) 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 5) 撥糖機構(gòu)； 6) 鉗糖機械手的開合機 7) 轉(zhuǎn)盤步進傳動機 下面是主要執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理。 圖6為鉗糖機械手、進出糖機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。送糖 盤4與機械手作同步間歇回轉(zhuǎn)，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(gòu)示意圖。接糖桿和頂糖桿的運動，

11、不僅具有時間上的順序關(guān)系，而且具有空間上的相互干涉關(guān)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(jié)構(gòu)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。 3.包裝機總體布置 圖7 接糖和頂糖桿機構(gòu) 1-圓柱凸輪 2-接糖桿 3-糖塊4-頂糖桿 5-平面槽凸輪

12、 圖8 總體布置圖 四、粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng) 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9 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(gòu) 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

13、輪機構(gòu) 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(zhuǎn)速為1440r/min，功率為0.4kW,分配轉(zhuǎn)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。 五、粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖 1.分析各執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖 1) 確定各機構(gòu)的運動循環(huán)。 已知＝86件/mn，則分配軸的轉(zhuǎn)速為

14、 n=86(r/min) 分配軸每轉(zhuǎn)的時間就是該機的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)，所以 ＝60/n=60/86=0.69（s） 2) 確定各機構(gòu)運動循環(huán)的組成區(qū)段。 撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位都是間歇運動機構(gòu)，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(zhuǎn)位等三個機構(gòu)的轉(zhuǎn)位運動時間； ——撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位等三個機構(gòu)的的停歇時間。 因此，應有 ＝＋ (5.1) 相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.2)

15、剪刀機構(gòu)8的運動循環(huán)可分為三個區(qū)段： ——剪刀機構(gòu)的剪切工作行程時間； ——剪刀機構(gòu)的返回行程時間； ——剪刀機構(gòu)在初始位置的停留時間。 因此，應有 ＝＋＋ (5.3) 相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.4) 頂糖桿機構(gòu)5的運動循環(huán)的組成區(qū)段為： ——頂糖桿機構(gòu)的頂糖工作行程時間； ——頂糖桿機構(gòu)在工作位置的停留時間 ——頂糖桿機構(gòu)的返回行程時間； ——頂糖桿機構(gòu)在初始位置的停留時間。 因此，應有

16、 (5.5) 相應的分配軸轉(zhuǎn)角為 (5.6) 活動折紙板機構(gòu)6的運動循環(huán)也可以分為四個區(qū)段： ——活動折紙板機構(gòu)的折紙工作行程時間； ——活動折紙板機構(gòu)在工作位置的停留實際； ——活動折紙板機構(gòu)的返回行程時間； ——活動折紙板機構(gòu)在初始位置的停留時間； 因此，應有 (5.7) 相應的分配軸轉(zhuǎn)角為

17、 (5.8) 3) 確定各機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)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(gòu)的工作起點為基準進行同步化設計，撥糖盤和機械手轉(zhuǎn)位兩個機構(gòu)與之相同。 a.送料輥輪機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角為 =360°×=360°×1/5/0.69＝104.34° =360°×=360°×2/5/0.69＝208.69° b．剪刀機構(gòu)8運動循

18、環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(gòu)5運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角為： ＝

19、360°× ＝360°×2/135/0.69＝7.72° 初定＝s，＝s，則＝s，相應的分配軸轉(zhuǎn)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(gòu)6運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角為： ＝360°×＝3

20、60°×4/65/0.69＝32.10° 初定＝s，＝s，則＝s，相應的分配軸轉(zhuǎn)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° 2.各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)的時間同步化設計 1) 確定粒狀巧克力自動包裝機最短的工作循環(huán)。 (5.9) ＝＝（s） 2

21、) 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(zhuǎn)角為 粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)應為 3.繪制粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)(如圖10) (圖10) (圖11) 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(zhuǎn)

22、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(zhuǎn)角若將修正前各機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段對應的分配軸轉(zhuǎn)角按比例放大,則有 式中, ----修正后各機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段對應的分配軸轉(zhuǎn)角. 根據(jù)修正后的分配軸轉(zhuǎn)角繪制的粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)圖,如圖11所示. 六、粒狀巧克力糖包裝機的齒輪設計 1．斜齒輪副1、2、3的設計計算表 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算過程 單位 計算結(jié)果 1．選齒輪精度等級 級 7 2.材料選擇 45#鋼 3.選擇齒數(shù)Z Z1=28 Z2=1×

23、28 個 28 28 4.選取螺旋角β 一般?。?-20）度 12 度 12 5.齒寬系數(shù)Фd 0.6 6.選取模數(shù) 查標準模數(shù)系列表 mm 2 7.計算齒輪的 分度圓直徑d mm 57.25 57.25 8.計算齒輪寬 度B b = φdd1 圓整后?。? B1 =57.25×0.6=35 B2 =57.25×0.6=35 mm 35 35 2．標準直齒齒輪副16的設計計算表 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算過程 單位 計算（或確定）結(jié)果 1.選齒輪精度等級 級

24、 7 2.材料選擇 45#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 七、粒狀巧克力糖包裝機的機械手設計 鉗糖機械手及送糖盤的設計計算表 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 項目 計算（或選

25、擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 A1 A1> ?1= 30 R5 R5=（ R1－R2）/2 =（5~15） 10 A2 取A2=A1 30 T1 取 T1=60度 60 r1 r1=（100~200） 150 T2 T1= T2=60度 60 r2 取 r2= r1-（30~50） 110 ?1’ ?1’= ?1= 25 r’ r’=（30~50） 50 ?2’ ?2’= ?2= 20 R1 R1=（80~120） 100 ?3 ?3= ?2’-(5~10) 15 R2 R2= R1-（10~30） 80 ?4

26、 ?4 =?3= 15 R3 R3= R4- ?1’ 100 R 取 2R= ?1 12.5 R4 R4=（100~200） 130 H H= h+(4~10)= 20 八、粒狀巧克力糖包裝機的凸輪設計 1．頂糠桿槽凸輪5 R=（40~70） 50 H=（50~100） 80 推程h=H-R 30 2．撥糠桿偏心凸輪7 R=（40~70） 50 H=（50~100） 87 推程h=H-R 37 3．剪紙刀平面凸輪6 、抄紙板平面

27、凸輪8 剪紙刀平面凸輪6參數(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) 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

28、 4．接糖桿圓柱凸輪9 R=（50~150） 60 推程h=（50~120） 100 九、粒狀巧克力糖包裝機的槽輪設計 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 T1 取T1=30度 30度 d d=(15~30) 20 T2 取T2=90度 90度 d1 d1<2L(1-sinT1)-d-2(3~6) 20 L L=（100~200） 150 h h=L(sinT1+cosT1-1)+d/2+(3~6) 80 D D= 2LcosT1=25

29、9.8 260 R R=Lsin(180/z) 75 z 取z=6 6 d2 d2<2(L-h) 20 十、參考資料 [1] 濮良貴，紀名剛。機械設計。北京：高等教育出版社，2001。 [2] 孫桓，陳作模。機械原理。北京：高等教育出版社，2000。 [3] 尚久浩。自動機械設計。北京：中國輕工業(yè)出版社，2006。 [4] 湯瑞。輕工機械設計。上海：同濟大學出版社，1994。 [5] 鄒慧君。機械系統(tǒng)設計。上海：上?？茖W技術(shù)出版社，1996。 [6] 成大先。機械設計手冊。北京：化學工業(yè)出版社，1993。 [7] 吳宗澤。高等機械設計。北京：清華大學出版社，1991。 18 - -