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畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 顆粒狀糖果包裝機設計 The Design of The Grain Candy Packer 第 頁 1畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 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率為 120r/min，且其生產率可在 70130r/min. 關鍵詞：包裝機，巧克力糖包裝，機械手。 第 頁 2畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 Abstract: The grain candy packer design is a typical machine system design. It not only included the organizations 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 mechanisms 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. 第 頁 3畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 目錄 前言 .7 第一章 糖果包裝機方案設計 .8 1.1 設計任務抽象化 . 8 1.1.1 建立黑箱 . 8 1.1.2 功能分解 . 9 1.2 確定工藝原理 . 9 1.3 確定技術過程 . 10 1.4 引進技術系統(tǒng)，確定邊界 . 10 1.5 確定功能結構 .11 1.5.1 總功能 . 11 1.5.2 功能分解 . 11 1.6 方案確定 . 12 1.6.1 尋找技術物理效應和功能載體，功能元求解目錄表. 12 1.6.2 巧克力糖包裝系統(tǒng)解 . 12 1.6.3 巧克力糖包裝裝置的評價表 . 14 1.6.4 確定最佳方案 . 14 第二章 傳動系統(tǒng)設計 .15 2.1 傳動系統(tǒng)結構簡圖 . 15 2.2 選用電機 . 15 2.3 帶輪設計 . 16 第 頁 4畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 2.3.1 帶輪優(yōu)缺點 . 16 2.3.2 選用帶輪要求 . 16 2.3.3 帶輪設計要求 . 17 2.3.4 帶輪設計過程 . 17 2.4 鏈輪設計 . 21 2.4.1 鏈傳動優(yōu)缺點 . 21 2.4.2 鏈傳動的設計過程 . 21 2.5 齒輪的設計 . 25 2.5.1 齒輪材料 . 25 2.5.2 分配軸上螺旋齒輪的尺寸計算 . 25 2.5.3 機械手及送糖軸上的螺旋齒輪的尺寸計算 . 26 第三章 機械手及進出糖機構設計 .27 3.1 夾持裝置設計 . 27 3.1.1 設計要求 . 27 3.1.2 基本結構如圖 . 27 3.1.3 夾緊力P 夾 計算 . 27 3.1.4 彈簧力P 彈簧 計算 . 28 3.1.5 開閉角的計算 . 29 3.2 凸輪設計 . 29 3.2.1 選擇凸輪類型 . 29 3.2.2 凸輪材料選擇 . 30 3.2.3 凸輪尺寸計算 . 30 3.2.4 凸輪強度計算 . 31 3.3 棘輪設計 . 32 3.3.1 棘輪材料選擇 . 32 3.3.2 棘輪形狀確定 . 32 3.4 六槽槽輪機構設計 . 33 3.4.1 槽輪分類及材料選擇 . 33 3.4.2 槽輪結構設計及尺寸計算 . 33 第四章 其它機構原理 .36 第 頁 5畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 4.1 頂糖、接糖機構示意圖 . 36 4.2 抄紙和撥糖機構示意圖 . 37 第五章 巧克力糖包裝機工作循環(huán)圖 .38 5.1 機械手工位段 . 38 5.2 機械手工位段 . 39 致 謝 .40 參考文獻 .41 英文翻譯 . 錯誤！未定義書簽。 第 頁 6畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 前言 時間轉瞬即逝，轉眼之間四年的大學生涯就要結束了，回首四年的學習生活，我感到自己的收獲無比豐富。四年來，我不僅認真學習了各門基礎課，而且更加系統(tǒng)地掌握了多門專業(yè)技術課，在每次的課程設計中，我都認真對待，努力鉆研。這樣，通過四年的鍛煉不斷地提高了我的設計、繪圖、識圖能力?？梢哉f，大學里的理論基礎，不但使我學會了分析問題、解決問題的能力，而且更強化了我的知識結構。尤其幸運的是，我不只一次地深入工廠實習，把學到的知識應用于實習現(xiàn)場的具體工作中，提高了自己的動手能力，為我今后步入工作崗位打下了更好的實踐基礎。 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，它是與生產實際相結合。它也將成為我們走上工作崗位的一次重要演習，為我們今后的工作打下堅實的基礎。 巧克力糖包裝機設計是一個典型的機械系統(tǒng)設計。 提高食品工業(yè)的機械化和自動化程度，是實現(xiàn)食品工業(yè)現(xiàn)代化的重要一環(huán)。用現(xiàn)代化設備裝備我國食品工廠，已成為一項迫切的重要任務。為了有利于食品工廠生產率的儲存、流通和消費，必須根據(jù)需要對成品進行適當?shù)陌b。 實現(xiàn)包裝作業(yè)機械化的好處：節(jié)約勞動力，提高生產率和產品質量，節(jié)約原材料和降低成本，降低勞動強度和改善環(huán)境衛(wèi)生，保證操作的安全，減少車間的面積等。包裝作業(yè)機械化、自動化目前正向著高速化、通用性、可靠性、費用低、流水線自動化控制、采用新的包裝材料等六個方向發(fā)展。 第 頁 7畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 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圖。且保證其加工速度為 120 塊 /min,可調范圍 70 130 塊 /min。能量 220V 交流電。 1.1.1 建立黑箱 操作指令未包裝圓臺形巧克力糖220 V振動噪聲顯示已包裝好的巧克力糖環(huán)境黑 箱（糖果包裝機）圖 1-1 糖果包裝機黑箱圖 第 頁 8畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 1.1.2 功能分解 輸入鋁箔紙 送糖盤機械手輸出剪紙抄紙接糖頂糖轉位撥糖圖 1-2 糖果包裝機的功能分解 1.2 確定工藝原理 確定依據(jù)：成本、質量、效率三者綜合比較。 3.速度可調范圍70-130塊/min2.包裝速度120塊/min4.小批生產，中小型廠加工1.實現(xiàn)圓臺形巧克力糖包裝成本7.操作方便6.結構簡單加工功 能5.成本不高附加要求附加要求附加要求基本要求必要要求必要要求基本要求使用表 1-1 成本、質量、效率關系表 第 頁 9畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 1.3 確定技術過程 信號未包裝圓臺形巧克力糖220 V控制執(zhí)行機構驅動機構支 承 機 構包裝好的巧克力糖環(huán)境系統(tǒng)人圖 1-3 技術過程簡圖 1.4 引進技術系統(tǒng)，確定邊界 未包裝圓臺形巧克力糖包裝好的巧克力糖支 承 機 構環(huán)境系統(tǒng)人驅 動 機 構220 V送糖盤分糖接糖 1工位夾緊啟動、停止控制頂糖剪紙供紙抄紙機械系統(tǒng) 撥糖信號圖 1-4 引進技術后的具體過程圖 第 頁 10畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 1.5 確定功能結構 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 剪紙供紙接糖抄紙重力液氣壓機械力重力機械力液氣壓機械力液氣壓機械力液氣壓鋁箔紙送糖盤撥 糖2 工 位張開轉位1 工 位閉合頂糖液氣壓機械力機械力液氣壓機械力液氣壓液氣壓機械力機械手輸入輸出圖 1-5 包裝機功能的細化 第 頁 11畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 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 a目標特征目標標記局 部 解重力 機 械 力 氣液力功能元剪紙供紙分糖輸入抄紙BCDE12345重力重力 氣液力氣液力機械力機械力滾輪式棘輪式三輪式功能元機械力J轉位I夾持機械力凸輪式目標標記H撥糖G頂糖凸輪式凸輪式目標特征F接糖1電機氣液力氣液力4氣液力氣液力局 部 解2 35表 1-2 具體功能的求解目錄表 1.6.2巧克力糖包裝系統(tǒng)解 GBADCF EIJI 輸 出H圖 1-6 方案 1 第 頁 12畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 ABCDHI EJIFG輸 出方 案 2 ：圖 1-7 方案 2 ABCDHI EJIFG輸 出方 案 3 ：圖 1-8 方案 3 第 頁 13畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 1.6.3巧克力糖包裝裝置的評價表 方案評價標準速度高誤差成本低便于加工結構簡單操作方便總計1 23- + +-+1+ 8+ 1-1.6.4確定最佳方案 因此第二方案為最佳。 第 頁 14畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 第二章 傳動系統(tǒng)設計 2.1 傳動系統(tǒng)結構簡圖 I槽 =1/3I鏈 =1/2.6I帶 =1/4.41/8I1=1/6I2=1/2 I3=1/2圖 2-1 傳動系統(tǒng)圖 2.2 選用電機 因為設計中涉及的都是低速輕載荷工作條件 所以粗取 由機械設計學 P97 電機額定轉速 n=1440r/min，額定功率 p=0.4kw 校核電機功率： 系統(tǒng)中主要的功率消耗點為機械手的凸輪轉動點， P機械手軸 =FV 其中 F 為凸輪上所受的力：F= 1.247N（由設計計算得） V 為凸輪接觸點的線速度： 第 頁 15畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 V=2*r*n/60 其中轉速 n=60r/min 接觸點半徑r=0.095m 則V=0.5966m/s 所以P 機械手軸 =0.744W 電機要求功率P 需 =P機械手軸 /（ 帶 * 鏈 * 槽輪 * 螺旋齒輪 ） 查機械工程手冊第 31 篇 傳動系統(tǒng) 31-12 的表 31.2-5 機械傳動的特點和性能： 帶 為 0.900.94 取 帶 為 0.92 鏈 為 0.950.97 取 鏈 為 0.96 槽輪 為 0.880.98 取 槽輪 為 0.90 螺旋齒輪 為 0.960.99 取 螺旋齒輪 為 0.97 所以P 需 =0.96WP額由于查不到功率為 0.4Kw，轉速為 1440r/min 電機 查產品樣本電機（1 ） P133 ： 選的電機功率為 0.4Kw，轉速為 1400r/min 其型號為 AZ3-7114P 2.3 帶輪設計 2.3.1帶輪優(yōu)缺點 （1 ）、優(yōu)點： a、 傳動帶富有彈性，可以緩和沖擊和振動，運轉平穩(wěn)，無噪音； b、 當機器過載時，帶子會在帶輪上產生打滑，可防止其它零件損傷； c、 制造、安裝精度較低，成本低，維護方便； d、 適用于中心距較大時的傳動。 （2 ）、缺點： a、因帶和帶輪間有相對滑動（彈性滑動），所以不能嚴格保證一定的傳動比（一般為理論轉速的 9899%）； b、有一定的摩擦損失，通常傳動效率為 9097%； c、由于傳動帶需要張緊，因此軸和軸承受力較大。 2.3.2 選用帶輪要求 帶輪基本圖形如圖： 第 頁 16畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 第 頁 17圖 2-2 帶輪機構 （1 ）、傳動的用途和工作情況選定： 所選帶輪可實現(xiàn)傳動比為 1/4.41/8 的無級傳動； （2 ）、傳動的功率 ： N=0.4KW （3 ）、大小輪的轉速n 大 、n 小 分別為： n大 = 312 r/min ， n小 =1400 r/min （4 ）、輪廓的尺寸要求：（由設計得） 2.3.3 帶輪設計要求 （1 ）、帶輪的類型、長度、根數(shù) 為選用 V 帶；根數(shù)（由設計得） （2 ）、帶輪的尺寸、材料、結構； （3 ）、中心距 A； （4 ）、作用于軸上的力 R； 2.3.4 帶輪設計過程 （1）確定計算功率N j 帶傳動傳遞的名義功率 N 可由工作部分計算，如工作部分計算困難也可簡 以電機的額定功率代替，但設計計算時應考慮機器工作載荷的性質和連續(xù)工作時間長短的影響，其計算功率N j的計算公式如下： N j =N*K g其中 N 為機器的名義功率（千瓦）； 畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 N=0.4 千瓦； K g為工作情況系數(shù)： （由專用機床設計與制造P195 表 2.130 ） 因為該傳動的載荷平穩(wěn)，每天工作時間大于 16 小時 所以取K g=1.3 所以N j=0.52 千瓦 （2 ）選定三角帶型別 三角帶型別決定了帶的截面，型別過大，雖然減少了膠帶的根數(shù)，但帶高 h 大，帶高與帶輪直徑的比值（h ： D）也就大，因而會增大傳動時的彎曲應力，降低膠帶壽命和效率。型別過大還使直徑 D、中心距 A 加大。而型別太小，彎曲應力雖小，但能傳遞的功率也小，使根數(shù)過多，容易因制造誤差而造成膠帶松緊不一。所以正確選定膠帶型別十分重要。 由專用機床設計與制造P195 圖 2.1 115： 計算功率Nj和小輪轉速分別為 0.52 千瓦、1400r/min 。 所以選用 O 型帶。 （3 ）選擇大小帶輪的直徑D1、D2為獲得盡可能小的h ： D值，減小彎曲應力，在選定型別后，應盡可能采用較大的小輪直徑D1，但直徑大，會使傳動尺寸增大，所以D1不宜過大。 取D1=300mm 為實現(xiàn)傳動比 1/4.41/8 所以D2=37.5mm68.18mm 則取D2=35mm70mm 也就是小錐輪的最小直徑為 35mm 其最大直徑為 70mm。 （4 ）計算膠帶的速度 V V=*D 1*n1/（60*1000）（米/ 秒） （ 2.3.4-1） 其中D 1=300mm 正常工作時大輪轉速n 1為分配軸轉速除以I 鏈分配軸轉速為 120r/min ，I 鏈 2.67 即n 1=320.4 r/min所以 V=5.03（米/ 秒） 由上式知輪徑定了，帶速隨之也定了，又由N=P*V/102 ，傳遞同樣功率，帶速 V越小，傳遞的圓周力就越大，需要膠帶的根數(shù)越多。帶速太高會因膠帶離心力太大而降低帶和帶輪間的正壓力，從而降低摩擦力，降低工作能力，同時會因L過大，而降低疲勞強度。所以在結構尺寸允許的條件下，最適當?shù)乃俣仁?1020 米/ 秒。若O 、A 、B 、C 型V 大于 25 米/ 秒，輪徑應重選。 因為 V=5.03 米/ 秒25 米/ 秒 （5 ）、計算中心距 A，帶長 L a. 粗選中心距A0： 中心距過大，雖然結構緊湊，但帶長亦小，應力變化加快，使使用壽命降低，并使包角2減小，摩擦力降低，傳動能力減??；中心距過大，除有相反的利弊外，還易因速度較高引起膠帶顫動。因此三角膠帶初選中心距A0，一般根據(jù)結構和傳動位置需要。 因此粗選中心距A0應滿足如下的范圍： 查專用機床設計與制造P196 0.7（D1+D2）A02（D1+D2） （2.3.4-2 ） 其中：（當分配軸為 120r/min 時） D1= 300mm 第 頁 18畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 D2=66.75mm 所以 256.725mm A0 733.5mm 取A0=300mm b.由A0確定膠帶節(jié)線周長LP0： 查專用機床設計與制造P196 LP0=2A0+*（D1+D2）/2+（D1-D2）/（4*A0） （2.3.4-3 ） 所以 LP0= 1220 mm 查專用機床設計與制造P193 表 2.1 29 得： 圓整到相似標準節(jié)線的周長LP和標準內周長Li 因為膠帶型別為O 型，LP0= 1220 mm LP=1275mm LP0=1250mm c.修整中心距 A： AA0+（LP-LP0）/2=312.5mm （6 ）、計算小輪包角2 三角膠帶傳遞最大摩擦力是小輪包角范圍內摩擦力的總和。如包角太大，摩擦力不足，則帶容易打滑。小輪包角可按下式計算： 查專用機床設計與制造P197 2180-（D1-D2）*60/A=133.35 （2.3.4-4 ） 因為2120 所以符合包角要求。 （7）確定膠帶根數(shù) Z 工作中常將幾根三角膠帶成組使用，各型三角膠帶斷面積一定，這樣，在一定條件下單根三角膠帶所能傳遞的功率也是一定的。此外，為保證帶子在工作中既不出現(xiàn)打滑所能傳遞的功率。這樣，膠帶根數(shù) Z 可由下式求得： 查專用機床設計與制造P197 ZNj/（N0+N）*Ka*KL*K （根） （ 2.3.4-5） 其中： N j為傳遞的計算功率： Nj=0.52 千瓦 N0為當包角a1=a2=180（i=1） 、傳動平穩(wěn)情況下的單根三角膠帶所能 傳遞的功率（千瓦），其值 見專用機床設計與制造P198 表2.1-32 因為帶型為O型， D1為 66.75mm，帶速V為 5.03m/s 所以取N0=0.42 N 為考慮實際傳動比 i1 時，由于帶在大輪上彎曲較小而提高的傳遞功率，其值為： N=K *n1-1/K i）（千瓦） 其中：K 為彎曲影響系數(shù)， 見專用機床設計與制造P200 表2.1-34： 因為帶型為 O 型 所以K =0.29*103 n 為小輪的轉速： 所以n=1400r/min 第 頁 19畢業(yè)設計 顆粒狀糖果包裝機的設計 K i為傳動比系數(shù)： 見專用機床設計與制造P200 表2.1-35： 因為傳動比 i=4.4-82.95， 所以取K i=1.14 則N=0.05128 KL為長度系數(shù)： 見專用機床設計與制造P199 表2.1-33： 因為L i =1250mm 所以取K L=1.11 Ka為包角系數(shù)： 見專用機床設計與制造P200 表 2.1-36 因為包角2=133.35 所以取Ka=0.89 K 為強力層材料系數(shù)，膠帶材料聚酯、錦綸等合成纖維線繩結構的三角帶； 所以取K=1.33 所以膠帶根數(shù) Z 0.7658 最后取Z =1 （ 8）確定皮帶預緊力T0適當?shù)念A緊力是保證帶傳動正常工作的重要因素。預緊力不足，摩擦力就小，不能傳遞所需要的功率；預緊力過大，會使用膠帶壽命降低，軸和軸承的壓力增大，膠帶容易松弛。較適宜的預緊力應按下式算出： 查專用機床設計與制造P197 T0=9.8*51Nj*（2.5-Ka）/（V*Z*Ka）+q*V2/g (N) （2.3.4-6 ） 其中： q 為V 帶每米的重量（牛/米） ： 查專用機床設計與制造P193 表 2.1 28 得： q=0.588（牛/米） Nj為計算功率： 由前面計算的Nj=0.52 千瓦 Ka為包角系數(shù)： 查專用機床設計與制造P200 表 2.1 36 得： Ka=0.89 V 為帶速： 因為正常工作時，n 分配軸 =120r/min，又因為i 鏈 =2.67 所以n 大輪 =320.4r/min 所以v=n 大輪 *D 1=5.03米/秒 Z為帶