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本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 1 頁 共 43 頁 目 錄 目 錄 ...........................................................................................................................................1 1 緒論 .......................................................................................................................................2 1.1 課題研究的背景和意義 .................................................................................................2 1.2 扭結式糖果包裝機研究現(xiàn)狀 .........................................................................................2 1.3 扭結式糖果包裝機的發(fā)展趨勢 .....................................................................................4 2 糖果扭結包裝機總體方案設計 .........................................................................................5 2.1 功能、參數(shù)及應用范圍分析 .........................................................................................5 2.2 工藝分析 .........................................................................................................................6 2.2.1 扭結包裝機類型的確定 ..........................................................................................6 2.2.2 包裝工藝流程、工藝路線和工位數(shù)的確定 ..........................................................6 2.2.3 對執(zhí)行構件的運動要求 ..........................................................................................8 2.2.4 機構選型及結構設計 ..............................................................................................9 2.2.5 各機構的實現(xiàn)方式 ................................................................................................17 2.2.6 自動控制系統(tǒng) ........................................................................................................19 2.2.7 傳動系統(tǒng) ................................................................................................................20 2.2.8 編制工作循環(huán)圖 ....................................................................................................21 3. 傳動系統(tǒng)中各零部件的設計計算 ....................................................................................24 3.1 電動機的選擇 ...............................................................................................................24 3.2 帶傳動的選擇 ...............................................................................................................24 3.3 齒輪傳動的設計 ...........................................................................................................24 3.4 軸的設計 .......................................................................................................................30 3.5 桿件的設計 ...................................................................................................................33 3.5.1 開閉鉗機構桿件設計 ............................................................................................33 3.5.2 推搪機構桿件的設計 ..............................................................................................35 3.5.3 接糖機構桿件的設計 ..........................................................................................38 3.5.4 折紙機構桿件的設計 ............................................................................................39 3.6 圓柱凸輪的設計 ...........................................................................................................42 4. 總 結 ..................................................................................................................................43 參 考 文 獻 .............................................................................................................................45 致 謝 .........................................................................................................................................47 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 2 頁 共 43 頁 1 緒論 1.1 課題研究的背景和意義 目前, 國內糖果產品的包裝形式有扭結式包裝、枕式包裝、折益信封式包裝。枕式 包裝在國際上流行于上個世紀 6070 年代, 國內從 80 年代開始流行至今。傳統(tǒng)扭結式 包裝是最老的包裝形式, 從發(fā)明到現(xiàn)在已有近百年歷史。這種包裝形式多用于糖果, 它 不僅可以通過現(xiàn)代化高速、自動化的包裝機來完成, 也可以通過手工操作完成。最初的 扭結包裝機結構簡單，功能單一，操作復雜，只能完成最基本的扭結動作，而且生產 效率低下又極不衛(wèi)生。因此曾一度被枕式包裝機的出現(xiàn)所取代。多年以來, 糖果包裝 一直是以枕式包裝獨占鰲頭，風靡一時。直到現(xiàn)在枕式包裝機也較扭結包裝機普及,。 目前大多數(shù)糖果、巧克力生產企業(yè)均采用枕式包裝。但隨著糖果包裝行業(yè)的迅猛發(fā)展， 以及各種先進技術的應用，糖果扭結包裝這種古老而有年輕的包裝形式越來越受到人 們的青睞。糖果扭結包裝機的結構和功能不斷完善, 使這種受人們歡迎的包裝形式沉 寂了一段時期后又走上了舞臺 1、2 。 目前大部分扭結裹包產品，如糖果、冰棒、雪糕、巧克力等食品包裝都已實現(xiàn)了 機械化。但糖果扭結包裝機的設計上存在一些問題，其缺陷是限制生產發(fā)展的瓶頸。 例如：由于包裝速度過快，糖塊會嚴重偏移，使糖塊超前運動，碰著運動零部件；理 糖裝置與出糖裝置不協(xié)調、不同步，從而容易出現(xiàn)卡包漏包現(xiàn)象；包裝材料制動力太 小，拉伸時容易出現(xiàn)松弛，包裝材料因飄動而跑偏；糖果通道間隙大，包裝材料難以 緊貼糖果。所以此次課題對這方面的研究對于優(yōu)化糖果扭結包裝機的結構、提高生產 效率、降低生產成本以及減少機器故障等方面有著重要意義 3、4 。 1.2 扭結式糖果包裝機研究現(xiàn)狀 用撓性包裝材料裹包產品，將末端伸出的裹包材料扭結封閉的機器稱為扭結式裹 包機。其裹包方式由單端和雙端扭結。 我國糖果包裝六七十年代前主要以手工作業(yè)為主，這是由我國當時的特殊國情決 定的，對糖果扭結包裝機的研究很少。隨著市場需求的不斷擴大和食品工業(yè)的快速發(fā) 展，改革開放前我國開始從歐美等發(fā)達國家引進他們的糖果包裝機械設備，并開始有 計劃的進行仿制和改造，吸收國外糖果包裝機械的設計理念和制造經驗。到八十年代 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 3 頁 共 43 頁 初已經基本完成了對引進的糖果包裝機械裝置的消化吸收工作，并對糖果包裝機開發(fā) 出自己的新技術、新設備。九十年代，我國研制出伺服電機驅動的食品包裝機械，食 品包裝機械行業(yè)實現(xiàn)了由機械裝置為主向電腦程控為主的技術升級。在這種情況下， 我國糖果包裝機取得了長久的發(fā)展。伺服電機驅動的糖果包裝機生產速度更快，自動 化程度更高，機械性能的柔軟性、系統(tǒng)化程度也迅速提高。中國以糖果包裝機、顆粒 充填機、液體灌裝機等為代表的食品包裝機械以其獨特性贏得了世界市場廣闊的銷售 空間。例如上海久豐食品機械有限公司自行研發(fā)制造的雙扭型糖果包裝機處于世界領 先水平,申請專利并取得國家級鑒定備案。目前糖果包裝機的研究和開發(fā)主要是抓住一 個核心技術：計算機技術進入食品包裝機械領域。我國已成功地研發(fā)出具有世界領先 水品的微電腦程控式扭結包裝機，并實現(xiàn)實用化，開始向眾多國內外食品包裝機械廠 家提供該設備。該機采用國際流行的兩端扭結式包裝,設計合理、結構新穎、經濟實用,受 到廣東、福建、浙江、上海、山東、四川、河南等地及東南亞地區(qū)各使用廠家的一致 好評。隨著時代的不斷發(fā)展和科技的不斷進步，中國制造的糖果包裝機械必將走向世 界 5。 雖然我國的糖果包裝機械發(fā)展較快，但由于歷史原因和我國的一些特殊國情，我 國食品包裝機械起步較晚，技術水平從整體上看要比先進國家的枝術水平整體落后好 幾年。糖果包裝機在產品的開發(fā)、性能、質量、可靠性等方面有著明顯不足。從質量 上看：我國糖果包裝機械的生產技術和生產手段較落后，大部分還是采用陳舊的通用 設備加工，產品的規(guī)格、型號不全，質量還有待于進一步提高。糖果類包裝機械品種 少，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產品，遠不能滿足市場需求。自行研發(fā)的糖果 包裝機性能較低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件 質量差，壽命短、可靠性低，影響了整體的質量。從產品開發(fā)看：我國糖果包裝機械 主要還是仿制、測繪，稍加國產化改進，談不上正真意義的開發(fā)研究。目前，國內廠 家對糖果包裝機的研發(fā)投入較少，產品開發(fā)缺少創(chuàng)新，難上水平，新產品開發(fā)不但數(shù) 量少，而且開發(fā)周期長。在企業(yè)管理上，往往重生產加工，輕研究開發(fā)，創(chuàng)新不夠， 不能緊跟市場需求及時更新產品。我國糖果包裝機械行業(yè)缺乏知識產權意識，這也是 其他行業(yè)的通病，往往剛設計出來的產品很快就被仿制出來了，短時間內有上千家企 業(yè)同時投放市場，到最后甚至根本找不到誰是該設備產品的開發(fā)者。許多企業(yè)忙于現(xiàn) 有產品擴大市場，忙于仿制和抄襲他人的產品，根本不去考慮產品如何升級換代，如 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 4 頁 共 43 頁 何實現(xiàn)技術創(chuàng)新。從糖果包裝機自動化程度看：國外使用的糖果包裝機械自動化程度 高，單產比我國大。這不是我國的制造水平達不到，而是需求上的問題。其原因：一 是我國勞動力多、成本低；二是我國制造企業(yè)總體規(guī)模不大，而產能大的機型一次性 投入大，會給企業(yè)帶來很大的負擔 6、7 。 目前我國糖果類食品包裝機械出口額還不足總產值的 5%，進口額卻與總產值大抵 相當，與發(fā)達國家相去甚遠。 1.3 扭結式糖果包裝機的發(fā)展趨勢 未來扭結式糖果包裝機的發(fā)展趨勢將配合產業(yè)自動化、智能化趨勢，技術發(fā)展將 朝著四個方向發(fā)展：一是機械功能多元化。工商業(yè)產品已趨向精致化及多元化，在大 環(huán)境變化形勢下，多元化、彈性化且具有多種切換功能的糖果包裝機種方能適應市場 需求。二是結構設計標準化、模組化。充分利用原有機型模組化設計，可在短時間內 轉換新機型。三是控制智能化。目前食品包裝機械生產廠家普遍使用 PLC 動力負載控 制器，雖然 PLC 彈性很大，但仍未具有電腦（含軟件）所擁有的強大功能。四是結構 高精度化。結構設計及結構運動控制等事關包裝機械性能的優(yōu)劣，可通過馬達、編碼 器及數(shù)字控制（NC） 、動力負載控制（PLC）等高精密控制器來完成，并適度地做產品 延伸，朝高科技產業(yè)的包裝設備方向研發(fā)。 糖果包裝機械越來越注重開發(fā)快速、成本較低的包裝設備，未來的發(fā)展趨勢是設 備更小型、更靈活機動、多用途、高效率。此趨勢還包括節(jié)約時間、降低成本，因此 包裝機所追求的是組合化、簡潔化、可移動的包裝設備 8。 要快速縮短國內糖果制造業(yè)與發(fā)達國家的差距，只有走技術革新之路。而今后國 內糖果包裝的發(fā)展趨勢必然會朝包裝機的高速自動化、一機多能化及包裝設計的特色 化方向發(fā)展。 首先，使用機械的目的在于提高生產率，在包裝產品時要求效率非常高，強調的 是速度和質量，而更換包裝結構卻是次要的。在糖果類進行包裝時，一般需要高速、 自動化的包裝機，以追求規(guī)模經濟的包裝成本優(yōu)化。在這類包裝機上，采用了當今最 新的技術，如伺服電機、光電追蹤、高速攝影等，以達到包裝機效能。與糖果包裝機 連接的傳送帶的自動轉向、整理、急停、加速也被廣泛應用。 其次，對于非標準化或季節(jié)性的產品，包裝機應該是靈活的，特點是輕便和小巧。 靈活則是為適應不斷變化的市場需求而開發(fā)的，糖果就有扭結式、枕式、三角式、異 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 5 頁 共 43 頁 形等，這些產品的包裝要求能在一套包裝設備上完成，而只需在局部控制或操作上稍 加變換便可完成不同結構形式的包裝。該類型糖果包裝機不追求速度，而是尋求個性 化的包裝和靈活適應性。 總體來說，今后我國的糖果包裝設備將會向著多功能、高性能、自動化和智能化 的方向發(fā)展。加入WTO 以后，我國的食品包裝機械行業(yè)既面臨機遇，也將受到挑戰(zhàn)。 我們將在基本同等的世界市場環(huán)境里同國外企業(yè)競爭。所有的相關企業(yè)應研究適合自 身的發(fā)展對策，找準有潛力的發(fā)展方向，爭取與世界同步，并到世界市場上一爭高低。 只有這樣，我國的糖果包裝機械才能在激烈的全球競爭中找到立足之地，并最終獲得 巨大的發(fā)展 9、10 。 2 糖果扭結包裝機總體方案設計 2.1 功能、參數(shù)及應用范圍分析 用途：包裝已成型的蛋白糖和乳脂糖。 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 6 頁 共 43 頁 生產能力：每分鐘 200350 塊。 糖塊規(guī)格：圓柱形和長方體形兩種糖塊。圓柱形糖塊規(guī)格為長 2630mm，直徑 為 1216mm，長方體形糖塊規(guī)格為長 2530mm，高 1218mm，厚 10 14mm。 包裝材料：用卷筒式內外兩層紙裹包。內襯紙為淀粉紙或防油脂紙，寬 30 40mm，外商標紙為蠟紙或玻璃紙，寬 8590mm。 裹包方式：雙端扭結式裹包。 電動機：理糖電動機 0.37kW，主電動機 0.75kW。 外形尺寸： 。14506501620 2.2 工藝分析 2.2.1 扭結包裝機類型的確定 扭結式糖果裹包機有間歇運動和連續(xù)運動兩種類型。連續(xù)運動型一般用于一層紙 包裝，包裝速度較間歇運動型要快。但它如果用兩層紙包裝糖果時要求內襯紙與外商 標紙一樣寬，這樣會造成內襯紙的很大浪費。間歇運動型既可用于一層紙包裝，也可 用于兩層紙包裝，用兩層紙時內襯紙和外商標紙可以不一樣寬，這樣可以節(jié)約成本。 根據(jù)本次課題的設計要求選用間歇運動型包裝機。又由于糖果生產批量大，扭結式裹 包動作也較多，故選用多工位裹包機。 2.2.2 包裝工藝流程、工藝路線和工位數(shù)的確定 （1）包裝程序和工藝流程圖 糖果被理糖機構、推搪機構送到工序盤的指定位置后，內襯紙和外商標紙同時圍 繞糖塊進行裹包動作，將糖塊裹包成呈筒狀。然后糖塊兩端伸出包裝紙被扭結機械手 扭結，糖果被封閉完成裹包，最后糖果被打糖桿打出。整個包裝過程結束，下個包裝 過程開始。 包裝工藝流程圖 11如下圖 2.1 所示： 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 7 頁 共 43 頁 圖 2.1 包裝工藝流程圖 1送糖；2糖鉗手張開、送紙；3夾糖；4切紙； 5紙、糖進入糖鉗手； 6接、送糖桿離開； 7下折紙； 8上折紙；9扭結；10打糖 （2）包裝扭結工藝路線圖如下圖 2.2 所示： 圖 2.2 包裝扭結工藝路線圖 1扭結手；2工序盤；3打糖桿； 4活動折紙板； 5接糖桿；6包裝紙； 7送糖桿；8輸送帶；10固定折紙板 （3）工位數(shù)及描述 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 8 頁 共 43 頁 從上圖 2.2 的扭結工藝路線圖分析，糖果需經過夾持、下折紙、上折紙、扭結、打 糖這幾個階段，為了減少工位數(shù)可將扭結和成品輸出分別安排在工位、完成，這 樣只需四個工位即可。但為改善槽輪機構的動力特性，并使總體布局合理，扭結和成 品輸出還是分別布置在工位 、為佳，這樣可簡化傳動，并且操作人員還可兼顧成 品裝盒工作。 如圖 2.2 所示，在第工位，送糖桿 7、接糖桿 5 將糖果 9 和包裝紙一起送入工序 盤上的一對糖鉗手內，并被夾持形成“U”形。然后，活動折紙板 4 將下部伸出的包裝 紙（U 形的一邊）向上折疊。當工序盤轉到第工位時，固定折紙板 10 已將上部伸出 的包裝紙（U 形的另一邊）向下折疊成筒狀。固定折紙板 10 沿圓周方向一直延續(xù)到第 工位。在第工位，連續(xù)回轉的兩只扭結手夾緊糖果兩端的包裝紙，并完成扭結， 在第工位，鉗手張開，打糖桿 3 將已完成裹包的糖果成品打出，裹包過程全部結束。 2.2.3 對執(zhí)行構件的運動要求 如下圖 2.3 所示，對各執(zhí)行構件的運動要求，結合以下五個部分說明 12、13 。 圖 2.3 工藝流程圖 1內襯紙；2商標紙；3送紙輥；4切紙刀；5糖塊； 6推糖桿；7送糖帶；8折紙板；9接糖桿；10工序盤； 11糖鉗；12打糖桿；13固定折紙板 （1）包裝材料供送 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 9 頁 共 43 頁 為了將內襯紙 1 和商標紙 2 連續(xù)等速地供送到工位，并將其定長切斷，需配置 一對等速轉動的送紙輥 3 和切紙刀 4。每張紙長為 5665mm，當紙長改變時，須更換 送紙部件。 （2）糖塊整理與供送 為將糖塊整理成列開供送到工位，需配置理糖與送糖機構，它們的運動形式與所 選機構類型密切相關。 （3）主傳送 為將糖塊和包裝紙由工位間歇地依次傳送到工位，需配置工序盤 10，在盤上 設置六對糖鉗 11，以便夾緊糖塊和包裝紙作轉位運動。每對糖鉗在工位、停留期 間都須作張開和閉合運動，以便糖塊和包裝紙在工位進入糖鉗，成品從工位輸出。 工序盤采用有六個槽的糟輪機構驅動，這樣就可將槽輪與工序盤布置在一根軸上以簡 化主傳送系統(tǒng)和提高傳動精度。 （4）裹包執(zhí)行機構 1)推糖與接糖 采用推糖桿 6 和接糖桿 9 將糖塊和包裝紙夾緊后移送到工位，本設計設定移距 為 32mm。 2)折紙 包裝紙在由工位轉位別工位的過程中被折成“”形，在工位由折紙板 8 向上折疊而成為“ ”形，然后由工位轉位到工位時被固定折紙板 13 折疊而形成 筒狀。折紙板 8 作往復擺動。 3)扭結 為將伸出糖塊兩端的包裝紙扭緊封閉，需在工位配置兩個扭結機械手扭結時作 開閉、旋轉和軸向移動三種配合運動。 （5）成品輸出 在工位配置作往復擺動的打糖桿 12，將包裝成品輸出機外。 2.2.4 機構選型及結構設計 （1）供紙機構 采用卷筒紙連續(xù)供紙方式，圖 2.4 為供紙機構原理圖。它主要由供紙輥 l、供紙輥 2、導向輥 3、橡膠拉紙輥 4 及切紙刀等組成。兩個供紙輥分別裝有商標紙和內襯紙， 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 10 頁 共 43 頁 經導向輥后，由一對拉紙輥 4 拉下井送到包裝工位。當送糖桿、接糖桿將糖果和包裝 紙一起夾住時，包裝紙被切紙刀切斷。為使操作方便，將卷筒內襯紙和商標紙的紙架 就近設置在機器的上方。 圖 2.4 供紙機構原理圖 1，2供紙輥；3導向輥；4拉紙輥； 5旋轉切紙刀；6皮帶；7固定銷；8彈簧； 9固定切紙刀；10送糖桿；11推糖桿；12糖果 供紙輥的結構如圖 2.5 所示。當商標紙和內襯紙的位置不對中時，通過調節(jié)螺桿 10 進行調整。當紙的張力變化或由于紙輥轉動慣量的變化引起供紙速度不穩(wěn)定時，通 過拉簧 12、皮帶 7 阻止紙速和張力的突變，從而保持穩(wěn)定供紙 14、15 。 圖 2.5 供紙輥結構示意圖 1軸；2 銅套；3 套筒；4、5夾紙盤；6調節(jié)滑輪； 7皮帶；8 螺釘；9 拉簧；10調節(jié)螺桿；11滾動軸承； 12拉簧；13緊定螺釘；14油杯 （2）切紙機構 常用的切紙機構有三種基本形式，如圖 2.6 所示，圖中(a)為剪刀機構。驅動凸輪 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 11 頁 共 43 頁 使剪刀張開，而彈簧回力使刀刃閉合實現(xiàn)剪切。兩刀接觸面要求加工精密，壓力可調。 這種機構多用于間歇供料的包裝機上。圖中(b)為單滾刀機構，卷紙由固定后刀片供送， 當滾刀旋轉通過后刀片刃口時，將卷紙切斷。該刀刃口與刀輥軸線成 1525 的螺旋角，使動刀刃與定刀刃在切割過程中逐步接觸，以減小剪切力和刀刃的磨損， 并有利提高對包材的剪切質量。圖中(c)為雙滾刀機構，適于連續(xù)式高速包裝機。與上 同理，兩刀刃都具有相對于各自軸線 1.52.5的螺旋角。圖中(d)為雙刀盤機構 (切割原理與剪刀機構相似)，兩片扇形刀盤軸線相同，其中一片與轉細相連，而另一 片與轉軸抽套相連，動力通過不同的傳動路線，使兩刀盤反向、等速旋轉，兩刀刃在 交錯過程中實現(xiàn)對包材的切割。比較這四種機構和根據(jù)要求對于扭結糖果包裝機我們 選擇（b）方案作為切紙機構。 圖 2.6 常用切紙機構示意圖 （3）糖塊整理與供送系統(tǒng) 可供本機選用的整理供送方案有：1)如圖 2.7(a)所示的閘板式理糖，借閘板的上 下往復運動將糖塊整理成列，由送糖帶將糖塊送往包裝工位，結構簡單，工作可靠， 但速度較慢。2)如圖 (b)所示的孔盤式理糖，孔盤作間歇運動，其上的糖塊在慣性力 的作用下落入孔槽內，向左至箭頭所示位置被直接送入工序盤內，省去送糖機構，但 整理圓柱形和長方形兩種糖形時空位較多。3)如圖 (c)所示的振動料斗理糖，比較簡 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 12 頁 共 43 頁 單，但對整理長方體糖塊的把握不大。4)轉盤式理糖，如圖 (d)所示，轉盤作等速轉 動，使其錐面上的糖塊落入環(huán)形槽內，再由送糖帶將糖塊送住包裝工位，它結構簡單， 理糖速度快，對給定的兩種糖形都適用 13。 （a）閘板式 （b）孔盤式 （c）振動料斗式 （d）轉盤式 圖 2.7 理糖方案簡圖 比較這 4 種方案，并根據(jù)實際需要選用第 4 種方案，并在此基礎上附加一些裝置： 在轉盤上方設置貯糖料斗，并用槽式電磁振動給料器定期將糖塊送到理糖轉盤上，而 在轉盤出口處設置一等速轉動的毛刷以將豎立的和重疊的糖塊拔掉。 圖 2.8 所示為間歇式糖果包裝機供糖機構的示意圖。動力由螺旋齒輪 2 傳入，通 過主軸 l 使裝糖盤蓋 10 旋轉，同時，經雙聯(lián)齒輪 3、齒輪 4、雙頭螺紋軸 5、空心軸 6 使導糖盤 9 以低于裝糖盤蓋 10 的轉速旋轉(導糖盤轉速為裝糖盤的 )。糖塊從振動 14 料斗落下(圖中未畫出)堆聚于裝糖盤蓋 10 上，具有錐形的裝糖盤蓋高速旋轉時，糖塊 因離心力的作用，易滑落入導糖盤 9 的等分格內，并大部分處于平臥狀態(tài)。旋轉毛刷 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 13 頁 共 43 頁 A 的作用是刷去重疊的糖塊保證每一糖格內只充填糖塊一粒。格內的糖塊隨導糖盤作等 速轉動，當它轉至法蘭圈 8 的落口時，糖塊因自重而通過落糖口落入輸出槽 11 內，然 后被送至包裝部分。更換具有不同形狀、尺寸的導糖盤，便能適應供送不同形狀糖塊 的要求。這種機構供糖速度高，并能有效地使糖塊布滿糖盤的分糖格內，減少格內缺 糖現(xiàn)象。此外，在落糖口前面一分糖格的上方，可設置觸桿式或光電式傳感器，當分 糖格內缺糖時，傳感器可控制送紙機構停止送紙，實觀無糖不供紙 17。 圖 2.8 旋轉供糖機構示意圖 1主軸；2 螺旋齒輪；3雙聯(lián)齒輪；4 齒輪； 5雙頭螺紋軸；6 空心軸；7落糖盤；8 法蘭圈； 9導糖盤； 10裝糖盤蓋；11 輸出槽 （4）惠包機構 圖 2.9 為裹包機構示意圖，裹包機構主要由六鉗夾糖盤 23、送糖桿 15、接糖桿 20、活動折紙板 17、固定折紙板及擺動凸輪 24、連桿等組成。裝有 6 對糖鉗手的工序 盤 23 裝在軸上，由槽輪機構驅動，每次轉 l6 圈。裝在分配軸上的偏心輪 3，經 連桿 4 驅動凸輪 24 擺動一定角度，凸輪 24 空套在軸上，當凸輪 24 往復擺動時，驅 動滾子 25，經一對嚙合的扇形齒輪使糖鉗手 19、21 張開或閉合；偏心輪 l 經連桿 2 及 擺桿 9 使軸 I 往復擺動，通過扇形齒輪 16 帶動送糖桿 15 往復移動，實現(xiàn)送糖；同時， 偏心輪 3 經連桿 4 及擺桿 10 使軸 IV 往復擺動，帶動擺桿 10 擺動，進而帶動接糖桿 20 往復擺動實現(xiàn)接糖；送糖桿 15、接糖桿 20 共同作用，將糖和紙送入糖鉗手 19、21 內 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 14 頁 共 43 頁 夾住，由于鉗口的阻擋，使包裝紙實現(xiàn)對糖果的三面裹包，隨后送糖桿和接糖桿返回。 送糖時，為避免把糖果夾碎或變形，在擺桿 2l 和接糖桿 20 之間設有緩沖壓簧 28。偏 心輪 5 通過連桿 6 驅動活動折紙板 17 向上擺動把下部伸出的包裝紙向上折疊。工序 盤 13 在槽輪機構的驅動下轉位，在轉為過程中，由于安裝工序盤鉗口外圈的固定折紙 板（圖中未畫出）的阻擋，使上部伸出的包裝紙向下折疊，從而完成對糖果的四面裹 包。 糖鉗手可以是一對活動鉗手，也可以是一只活動鉗手，一只固定鉗手。本機采用 一只活動鉗手，一只固定鉗手，可用于包裝部同寬度的糖果。在扭結時對準 手的中心線，包裝質量較好 18。 圖 2-9 裹包機構示意圖 1、3、5、7偏心輪；2、4、6、8、10連桿；9曲柄； 11雙銷曲柄； 12、16扇形齒輪；13后沖滑塊；14、24凸輪； 15送糖桿； 17活動折紙板； 18擋板；19、21夾鉗； 20接糖桿； 22拉簧； 23六鉗夾糖盤； 25滾柱；26打糖桿；27緩沖桿；28彈簧 （5）工序盤 為使工序盤作間歇轉位運動，可供選擇的機構主要有：1)槽輪撥銷轉位機構(簡稱 槽輪機構)，結構簡單緊湊且容易制造，但從動件的運動有柔性沖擊(即角加速度曲線 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 15 頁 共 43 頁 不連續(xù))，可用于中高速輕負；2)端面槽輪搖桿轉位機構，從動件的運動規(guī)律與前述機 構相同，但它的結構要復雜一些，由于主從動件是面接觸，可用于負載比較大的場合； 3)蝸形凸輪轉位機構，能任選從動件的運動規(guī)律，動力特性好，可用于高速重負載， 但制造比較困難?？紤]到本機工序盤轉動慣量較小，決定選用槽輪機構驅動。 工序盤的組成及工作原理。如圖 2.10 所示為工序盤的結構簡圖。6 個固定鉗手成 盤狀用圓錐銷固定在轉盤軸 7 上，由槽輪機構驅動間歇轉動， 6 對糖鉗手根據(jù)包裝動 作要求，在不同工位上張開或閉合(夾緊)。 銅套 6 通過四桿機構帶動往復擺動，凸輪 8 用鍵 5 和銅套 6 連接，隨銅套擺動。 活動糖鉗手 2 到出糖工位時，凸輪 8 的曲線最高點與滾子 4 接觸，活動糖鉗手轉動， 使糖鉗手張開，打糖桿將糖打出。轉盤繼續(xù)轉動直至進糖工位時，仍保持張開，糖果 順利地送入糖鉗手，在送、接糖桿即將離開時，滾子 4 脫離凸輪曲線最高點，依靠拉 簧 3、糖鉗手將糖果夾緊。凸輪 7 可設計成由兩片組成，以便調節(jié)曲線最高點的弧長， 即調整糖鉗手張開的持續(xù)時間 19。 圖 2.10 工序盤結構簡圖 1固定鉗手；2 活動鉗手；3彈簧；4 滾子； 5鍵； 6套筒；7軸；8 凸輪 （6）扭結機構 從圖 2.11 所示的三種扭結機械手簡圖分析，從滿足運轉要求看(c)方案最佳，(b) 方案次之，(a)方案最差。(a)方案中扭手指部夾緊時凸輪會與滾子脫離接觸；（b）方 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 16 頁 共 43 頁 案中兩凸輪不在一個零件上，因此在此選擇(c)方案。 圖 2.11 扭結機械手簡圖 1扭手指部；2齒輪；3軸向位移凸輪；4扭手開閉凸輪 糖果經包裝紙四面裹包后，兩端需扭結封閉。扭結機構由左右對稱兩部分組成， 圖 2.12 為單端扭結手機構的傳動示意圖： 圖 2.12 扭結手結構示意圖 1輸入軸；2 扭結手；3傘齒輪齒條；4、5 、6、7、13、14 齒輪， 8、9撥輪； 10擺桿；11彈簧；12 凸輪；15 手盤；16調節(jié)螺桿 它主要由扭結手、槽凸輪、擺桿、撥輪、齒輪及傳動軸等組成。為滿足包裝紙扭 結的要求，扭結機構在扭結過程中完成扭結手的轉動、軸向移動和扭結手的張開、閉 合等三種運動。輸入軸 1 的運動經齒輪 4、5、6、7 傳動后，帶動扭結手 2 實現(xiàn)扭結轉 動；輸入軸 1 的運動經齒輪 4、5 帶動槽凸輪 12 轉動，經過擺桿 10、撥輪 8、傘齒輪 齒條 3 帶動扭結手的張、合運動；輸入軸 1 的運動經齒輪 4、5 帶動槽凸輪 12 轉動， 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 17 頁 共 43 頁 經過擺桿 10、撥輪 9 實現(xiàn)扭結手的軸向位移運動。扭結手張開和閉合的角度大小與進 退距離的協(xié)調，由槽凸輪 12 的曲線保證。齒輪 5、齒輪 6 的齒數(shù)分別為 60 和 24，齒 數(shù)比為 2.5，保證扭結手每張、合一次，扭結手旋轉 2.5 圈。根據(jù)包裝機各執(zhí)行機構的 運動規(guī)律及其動作配合要求，當工序盤攜帶糖塊及包裝紙旋轉至扭結工位時，扭結手 進行張合、旋轉和軸向位移，完成扭結工序。 2.2.5 各機構的實現(xiàn)方式 （1）糖鉗手的開合 為使工序盤上的糖鉗在工位、停留期間作張開和閉合運動，選用曲柄搖桿與 凸輪串聯(lián)組合機構驅動。一對糖鉗手中有一個固定鉗手和一個活動鉗手，活動鉗手由 工序盤中凸輪驅動。 如圖 2.13 所示： 圖 2.13 開鉗機構簡圖 1開鉗凸輪；2活動鉗手 （2）裹包執(zhí)行機構 1)推糖機構 選用曲柄搖桿與弧度型機構串聯(lián)組合來驅動推糖桿無停留住復移動。 曲柄搖桿機構推動扇形齒輪來回擺動，扇形齒輪齒與推糖桿齒條相嚙合，扇形齒輪的 來回擺動帶動推搪桿的來回擺動 20。如圖 2.14 所示： 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 18 頁 共 43 頁 圖 2.14 推糖機構簡圖 1推糖桿；2糖塊 2)折紙機構 選用曲柄搖扦機構來驅動折紙板作無停留往復擺動。折紙板與連桿 機構的某個桿為一整體，曲柄搖桿機構驅動這個桿上下擺動，折紙板跟著上下擺動。 如圖 2.15 所示： 圖 2.15 折紙機構簡圖 1折紙板；2糖塊；3包裝紙 3）接糖機構 選用曲柄搖扦機構和滑塊機構來驅動接糖桿作無停留往復擺動。如 圖 2.16 所示： 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 19 頁 共 43 頁 圖 2.16 接糖機構簡圖 1接糖桿；2糖果 4) 成品輸出機構 利用接糖機構中搖桿的往復擺動來驅動打糖桿作無停留往復擺動，這樣可省去一 個原動件。 圖 2.17 打糖機構簡圖 2.2.6 自動控制系統(tǒng) 為使理糖轉盤上的糖塊始終維持適當數(shù)量，槽式電振動給料器應配備自動控制裝 置，以實現(xiàn)自動給料；另外，還設置包裝紙用完及斷紙、缺糖時的自動停機裝置。由 于本次設計中主要是對各機構的設計，故這部分在此不作具體說明。 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 20 頁 共 43 頁 2.2.7 傳動系統(tǒng) 間歇雙端扭結式糖果包裝機傳動系統(tǒng)由主傳動系統(tǒng)和理糖供送傳動系統(tǒng)兩部分組 成。 (1)主傳動系統(tǒng) 圖 2.18 主傳動系統(tǒng)圖 主傳動系統(tǒng)圖如上所示，主電動機經機械式無極變速器、軸將運動傳遞給分配 軸，分配軸將運動平行進行分配，經齒輪、馬氏盤將運動傳遞給軸，帶動工序 盤間歇轉動。另一傳動路線為經齒輪傳動帶動軸、轉動，從而帶動扭結手完成扭 結動作，軸經鏈傳動、齒輪傳動帶動供紙輥及切刀運動，實線包裝紙的供送及切斷。 分配軸上的偏心輪（1）帶動送糖桿送糖；偏心輪（2）帶動鉗手開合；偏心輪（3） 帶動活動折紙板完成下折紙；偏心輪（4）帶動接糖桿和打糖桿分別完成接糖和打糖動 作，包裝機正常工作之前，通過轉動調試手輪對包裝機進行調試。 包裝機正常工作之前，通過轉動調試手輪對包裝機進行調試。采用機械式元級調 速，生產能力連續(xù)可調，能適應不同的包裝紙和糖果的變化。由于采用了馬氏機構， 因此，該機不宜高速。 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 21 頁 共 43 頁 (2)理糖供送傳遞系統(tǒng) 圖 2.19 理糖供送機構傳動系統(tǒng)圖 理糖供送機構由一臺電動機單獨驅動。電動機經帶傳動將運動傳遞給到軸， 軸進行運動分配。其中一路，經蝸桿、蝸輪傳動帶動理糖盤轉動；另一傳動路線為經 齒輪傳動使軸轉動，從而帶動軸上的輸送帶的主動輪回轉，完成糖的輸送；然后 經鏈傳動、螺旋齒輪傳動，將運動傳遞給毛刷。 2.2.8 編制工作循環(huán)圖 (1)擬定運動規(guī)律 該機在送糖工位的包裝工序最集中，與送紙、切紙、送糖、推糖、接糖、折紙、工 序盤糖鉗的開合和轉位等均密切相關。當工序盤剛停止時，工位的糖鉗處于張開狀 態(tài)，接糖桿向右運動至極右位置。此時包裝紙剛好被送到預定長度并切斷，而推糖桿 也將糖塊和包裝紙向左推送到與接糖桿接觸并夾緊；繼而將糖塊和包裝紙送入糖鉗內， 在此過程中包裝紙被折成“”形，糖塊和包裝紙進入糖鉗時便被糖鉗夾緊，接著推 糖桿向右退回，接糖桿向左運動，而折紙扳進行折紙；折紙板向上折紙時，工序盤便 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 22 頁 共 43 頁 開始轉位運動，折紙板再跟隨糖塊向上運動一段距離后返回。 根據(jù)上述動作配合要求，確定各執(zhí)行構件的運動規(guī)律。 1)推糖桿：在推糖桿將糖塊向左推送和隨后的回程運動期間內，包裝紙最多只能 供送所需長度的一半，否則包裝紙與推糖桿發(fā)生干涉，而包裝紙是連續(xù)等速運動的， 也就是說，此階段最多只能占用分配軸轉 180的時間。現(xiàn)確定推糖和回程各占用分配 軸轉 90和 85的時間。 2)接糖桿：接糖桿作接糖運動的時間應與推糖桿的推糖時間一樣，故確定接糖桿 的接糖時間相當于分配軸轉 90，而回程時間為 95。 3)糖鉗：糖鉗張開時上下鉗相距 18mm 左右，無糖閉合時則相距 10mm 左右。當推 糖結束時它閉合到最小距離，閉鉗時間為 35。 4)工序盤：工序盤作間歇轉動，每次轉 60。在停留期內，須完成接糖桿回程運 動(需時 95)、推糖塊入糖鉗(需時 90)、折紙運動三個動作，即停留時間應大于 。 因此，驅動它作間歇運動的槽輪機構應是外接型的，參照同類型95+90 185 機器選用六槽槽輪。這樣，工序盤停留時間為 240，轉動時間為 120。 5)折紙板：折紙板從開始折紙至升到最高位置，確定其行程時間為 80。 6)送糖帶：送糖帶作等速運動。根據(jù)實踐，在一個運動周期內，送糖帶前進的距 離以糖塊長度的 8---12 倍為宜。 7)扭結工位：在工序盤停歇期內完成扭結。 將扭結機械手的指部動作分解為： (一)旋轉運動：作等速轉動，分配軸轉圈，它轉 25 圈。 (二)開閉運動：應與工序盤的運動協(xié)調，并在水平位置將筒狀紙夾緊，夾緊時間 應滿足不同材質的包裝紙的扭結要求。一般說來，對蠟紙需扭轉 360，對玻璃紙需扭 轉 540，若是聚丙烯材料則需扭轉 720。因此，扭緊蠟紙和玻璃紙時所需夾緊的時 間，若用分配軸轉角表示則分別為 3602 5 144、 。5402 5=216 (三)軸向移動： 扭結時，兩個拉手都必須向糖塊接近，以補償包裝紙的扭結縮短 量。糖塊高與寬的尺寸愈大，扭結縮短量也愈大，一般取圓柱形糖塊的軸向移距為 8-- 10 mm，方形糖塊的軸向移距為 1214mm 。 8)成品輸出工位 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 23 頁 共 43 頁 當工序盤剛停止時，此工位的糖鉗即由夾緊狀態(tài)迅速張開，接著打糖桿將成品排 出。 (一)糖鉗： 張開動作需時 35。 (二)打糖桿：它與接糖桿用同一曲柄驅動，打糖行程為 30mm，需時 60 （2）確定工作順序和繪制工作循環(huán)圖 根據(jù)前述各執(zhí)行構件的運動規(guī)律及對它們的動作配合要求，可繪制工作循環(huán)圖， 如圖 2-22 所示： 圖2-22 工作循環(huán)圖 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 24 頁 共 43 頁 3. 傳動系統(tǒng)中各零部件的設計計算 3.1 電動機的選擇 參考同類型的糖果包裝機，主傳動系統(tǒng)選用 型電動機，功率為 0.75KW，滿載3 轉速為 1280r/min。理糖供送系統(tǒng)選用 A1724 型電動機，功率為 0.37KW，滿載轉速 為 1350r/min。 3.2 帶傳動的選擇 根據(jù)要求包裝圓柱形糖塊的生產率達 56 塊s；包裝長方體形糖塊為 4 塊s 左右。由此可確定分配軸的轉速可在 2142rads(200400rmin)的范圍 內作無級調節(jié)。由于分配軸的轉速為 200400r/min，電動機滿載時的轉速為 1280r/min，因而，電動機至分配軸的降速比應能在 3264 的范圍內無級調節(jié)。 為此從電動機到分配軸采用兩級降速，第一節(jié)用寬三角帶無級變速，第二節(jié)用齒輪降 速。 在第一節(jié)寬三角帶無極變速的降速比應能在 12 的范圍內調節(jié)，根據(jù)包裝機的空 間要求取電動機裝的帶輪直徑為 90180mm 可調，與之配套的帶輪直徑為 180mm。 理糖供送系統(tǒng)中帶傳動設計按照同樣方法，選擇電動機裝帶輪直徑為 50mm，與 之配套的帶輪直徑為 112mm。 3.3 齒輪傳動的設計 減速器第二節(jié)齒輪傳動設計中取齒輪輸入功率 ,分配軸的轉速為P1=0.75kw 300r/min，齒數(shù)比 ，小齒輪加如圖幾所示 轉速 ，工作壽命為 15u=3.2 1=960r/min 年（每年工作 300 天） ，兩班制，轉向不變進行設計計算。 1.選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 1)選用直齒圓柱齒輪傳動。 2)扭結包裝機為一般工作機器，速度不高，故選用 7 級精度（GB10095-88） 。 3)材料選擇：選擇小齒輪材料為 40 （調質） ，硬度為 ，大齒輪材料為 45 280 號鋼（調質） ，硬度為 ，兩者材料硬度差為 。240 40 4)初選小齒輪齒數(shù) ，大齒輪齒數(shù) ,取 。1=24 2=u1=3.224=76.82=77 2.按齒面接觸強度設計 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 25 頁 共 43 頁 由設計公式進行試算，即 12.3231 1 ()2 （3.3.1） 1)確定公式內各計算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) =1.3 （2）計算小齒輪傳遞的轉矩 1=95.510 511=95.51050.75960 =0.7461104 （3）選取齒寬系數(shù) =1 （4）材料的彈性影響系數(shù) =189.8 12 （5）小齒輪的接觸疲勞強度極限 ；大齒輪的接觸疲勞強度極限1=600 ；2=550 （6）計算應力循環(huán)次數(shù) 1=601=609601(283001.5)=4.14710 9 2=4.14710 93.2=1.296109 （7）接觸疲勞壽命系數(shù) ；1=0.902=0.95 （8）計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為 ，安全系數(shù) ,有 1% =1 1 =11 =0.9600=540 2 =22 =0.9550=495 2）計算 （1）試計算齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值1 12.3231 1 ()2 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 26 頁 共 43 頁 =2.3231.30.74611041 4.23.2(189.8522.5)2 =27.579 （2）計算圓周速度 v = 11601000=27.579960601000/=1.386/ （3）計算齒寬 b =1=127.579=27.579 （4）計算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) =1/1=27.579/24=1.150 齒高 =2.25=2.251.150=2.586 /=27.579/2.586=10.67 （5）計算載荷系數(shù) 根據(jù) ，7 級精度，動載系數(shù)v=3.29/ =1.12 直齒輪，假設 。取 ；/<100/ ==1.2 使用系數(shù) ；=1 7 級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時， =1.12+0.18(1+0.61 2)12+0.2310-3 ； 27.579=1.414 由 ， 得 ；故載荷系數(shù)b/h=10.67=1.414=1.35 ==11.121.21.414=1.900 （8）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式 1=1 3=27.57931.9001.3=30.30 （9）計算模數(shù) m =11=30.30/24=1.304 3.按齒輪彎曲強度設計 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 27 頁 共 43 頁 彎曲強度的設計公式為 32112( ) （ 3.3.2） 1）確定公式內的各計算數(shù)值 （1）小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪的彎曲疲勞強度極限1=500 ；2=380 （2）彎曲疲勞壽命系數(shù) ，1=0.852=0.88 （3）計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù) ,有=1.4 1 =11 =0.855001.4 =303.57 2 =22 =0.883801.4 =238.86 （3）計算載荷系數(shù) K ==11.121.21.35=1.814 （4）齒形系數(shù) ； 。1=2.652=2.226 （5）應力校正系數(shù) ； 。1=1.582=1.764 （6）計算大小齒輪的 并加以比較 11 2 = 2.651.58303.57=0.01379 21 2 = 2.2261.764239.86=0.01344 大齒輪的數(shù)值大。 2）設計計算 321.8140.74611041242 0.01644=0.9176 對比計算結果，由齒面接觸強度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 28 頁 共 43 頁 數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度 所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關，可根據(jù)彎曲強度算 得的模數(shù) 0.9176 并就近圓整為標準值 ，按接觸強度算得的分度圓直徑=1.2 。算出齒輪的齒數(shù)： 1=30.3 1=1=30.301.2=25 大齒輪齒數(shù) 2=1=3.225=80 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度， 并做到結構緊湊，避免浪費。 4.幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 1=1=251.2=30.0 2=2=801.2=96.0 2）計算中心距 =(1+2)/2=(30.0+96.0)/2=63 3）計算齒輪寬度 = 1=130.0=30.0 取 ， 。2=301=80 5.設計齒輪驗算 =211=20.746110430 =497.4 =1497.430 /=16.58/<100/ 綜上所述，該對傳動齒輪的分度圓直徑 ， ，齒輪厚度1=302=96 ， ，齒輪模數(shù) ，齒數(shù) ， 。1=352=30 =1.21=302=96 6.其他齒輪的設計 參考上所述齒輪設計的方法，確定齒輪的傳遞功率，齒輪轉速，齒輪傳動比以及 其他一下條件后進行設計。由于減速器中兩齒輪傳遞功率最大，傳動比最大，工作環(huán) 本科畢業(yè)設計（論文）通過答辯 第 29 頁 共 43 頁 境最復雜，故其他齒輪傳動中選用與它相同或相差不大的齒寬系數(shù)，模數(shù)也基本能滿 足生產需求。最危險的兩齒輪寬度分別為 30mm 和 35mm，其他齒輪的寬度選擇在 30mm 左右即可。其他齒輪參照主傳動系統(tǒng)圖 2.18 和理糖供送機構傳動系統(tǒng)圖 2.19.全部齒 輪他們的分度圓直徑、齒數(shù)、齒輪厚度、模數(shù)選擇如下表 3.1 所示。 表 3.1 齒輪的選擇 主傳動系統(tǒng)齒輪 分度圓直 徑(mm) 齒 數(shù) 齒輪厚度 (mm) 模數(shù) (mm) 分度圓直 徑(mm) 齒 數(shù) 齒輪厚 度(mm) 模數(shù) (mm) 1 30 30 35 1.2 11 18 15 15 1.2 2 96 96 30 1.2 12 21.6 18 25 1.2 3 62.4 52 30 1.2 13 43.2 36 20 1.2 4 62.4 52 25 1.2 14 24 20 25 1.2 5 62.4 52 30 1.2 15 24 20 20 1.2 6 62.4 52 25 1.2 16 24 20 25 1.2 7 62.4 52 30 1.2 17 48 40 20 1.2 8 72 60 25 1.2 18 25.2 21 25 1.2 9 28.8 24 75 1.2 19 27.6 23 20 1.2 10 18 15 15 1.2 理糖供送傳動系統(tǒng)齒輪 分度圓直 徑(mm) 齒 數(shù) 齒輪厚