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粒狀巧克力糖包裝機設計 系 別 ： 專業(yè)（班級）： 作者（學號）： 指導教師： 完成日期： 2011年5月20日 XXXX教務處制 4 - - 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 引 言 1 1.1 包裝機械 1 1.1.1 包裝的分類及作用 1 1.1.2 包裝機械的組成 1 1.1.3 包裝機械的特點 2 1.2 包裝機發(fā)展方向 3 1.3 國內包裝機發(fā)展現狀及趨勢 4 1.4 我國包裝技術與國外先進包裝技術的差距 6 2 粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定 7 2.1 產品特征 7 2.2 包裝材料 7 2.3 包裝工藝方案擬定 7 2.4 巧克力糖包裝工藝的實驗 8 3 粒狀巧克力糖包裝機的總體布局 10 3.1 機型選擇 10 3.2 自動機的執(zhí)行機構 10 3.3 包裝機總體布置 11 4 粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng) 12 4.1 選擇電動機 12 4.2 電動機的選擇 13 4.3傳動方案的確定 14 5 電機到主輸送帶裝置的傳動設計 16 5.1 第一級傳動——帶的設計 16 5.2 齒輪的設計 18 5.2.1 齒輪材料 18 5.2.2 分配軸上螺旋齒輪的尺寸計算 18 5.2.3 機械手及送糖軸上的螺旋齒輪的尺寸計算 19 5.3 第三級傳動——鏈傳動的設計計算 20 5.4 主傳送帶的設計計算 21 5.4.1 主傳動鏈的設計計算 21 5.4.2 計算主傳送帶的牽引力F 23 5.4.3 驗算主鏈條輸送裝置的功率 23 6 粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖 26 6.1 分析各執(zhí)行機構的運動循環(huán)圖 26 6.2 各執(zhí)行機構運動循環(huán)的時間同步化設計 28 6.3 繪制粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán) 29 6.4 修正自動包裝機的工作循環(huán)圖 29 7 粒狀巧克力糖包裝機的齒輪設計 31 7.1 斜齒輪副1、2、3的設計計算表 31 7.2 標準直齒齒輪副16的設計計算表 32 8 粒狀巧克力糖包裝機的機械手設計 33 9 粒狀巧克力糖包裝機的凸輪設計 34 9.1 頂糖桿槽凸輪5 34 9.2 撥糖桿偏心凸輪7 34 9.3 剪紙刀平面凸輪6 、抄紙板平面凸輪8 35 9.4 接糖桿圓柱凸輪9 36 10 粒狀巧克力糖包裝機的槽輪設計 37 11 巧克力包裝機Solidworks三維建模 38 1? 基本簡介 38 2?軟件特點 38 2.1?全動感用戶界面 38 2.2?配置管理 39 2.3?協同工作 39 2.4?裝配設計 39 2.5?工程圖 40 3巧克力包裝三維圖 41 3.2送料與夾持 41 3.3 整體裝配圖 41 12結論 42 謝 詞 43 參考文獻 44 摘 要 粒狀巧克力糖包裝機 摘 要: 由于生產和流通的日益社會化，現代化，尤其是半個世紀以產品包裝得到了飛速的發(fā)展，在市場商品交換的重要地位也越來越來突出，目前，已普遍引起人們的重視。 科技的發(fā)展在當代社會各個不同的領域都產生了深遠的影響。特別是機械化，自動化設備的普遍應用，更為這些領域增添了活力，包裝業(yè)也不例外。現在大部分的包裝過程已有手工作業(yè)轉變?yōu)闄C械化作業(yè)。這不僅僅降低了人的勞動程度，而且也加快了生產速度，提高了生產率，同時也使包裝的形式在不斷的改進、革新，使廣大的消費者普遍能夠接受。這在客觀上促進了產品的營銷，提高了產品在市場上的競爭力，也可以為企業(yè)帶來高額的利潤。 本次設計，通過許多種方案的綜合評價、篩選，最后確定了這一臺連續(xù)式包裝機。該機由電磁震動上料斗、分糖落糖部件、鉗糖部件、扭結部件、紙架部件、切紙部件以及動力源——無級變速部件、動力分度箱等幾大部件，整個包裝過程實現了自動化，與現代機械相比，本機器實現了高速、連續(xù)性，具有高的生產率、低動力消耗、使用簡單、維修方便可靠等優(yōu)點。 關鍵詞：上料；分糖落糖部件；切紙部件；自動化；現代化 55 ABSTRACT Granular chocolate packaging machine ABSTRACT: With sociality and modernization of manufacture and circulation, especially since half of century produce packing has developed at high speed. At the same time, it is important for produce industry to packing. Development of science and technology throw great impact on all industry in our sociality, especially devices that realize the mechanizing and automation have been widely used, so produce packing has also been poured into great vigor. Nowadays, almost much of produce packing to mechanical operation. This change not only lowers people’s intensity of labor, but also increases, produce speed, and raise productivity, at the same time, the style of produce packing has also been made better and innovated, that not only improves produce competitiveness at market but also achieve enormous economical benefit for factory. My graduated project is to design a continuous produce packing machine through a synthetically study and screening of some plans. This machine is composed of electromcgnetign vibration raise candy funnel, separate and lover candy part, grip-candy part, energy source-source-steppes speed change paretic. This produce-packing process realize atomization and continuous of produce. This machine has advantage of high produce capability, low energy consume, simplify the use of reliability of maintenance et. Keyword: Anticipate Divide sugar to fall a sugar parts Slice a paper parts and automate Modernize up 1 引 言 1.1 包裝機械 包裝機械是指完成全部或部分包裝過程的機器。包裝過程包括成型、充填封、口裹、包等主要包裝工序以及清洗、干燥、殺菌、貼標、困扎、集裝、拆卸等前后包裝工序，轉送、選別等其他輔助包裝工序。 1.1.1 包裝的分類及作用 包裝的分類方法很多，按包裝產品的流通領域分類，有工業(yè)產品包裝和商業(yè)產品包裝，按產品包裝的結構形式分類，有內包裝和外包裝；還可以按包裝材料或包裝容器的品種類別分類以及按包裝對象即包裝物品的名稱分類等等。其中按包裝的結構形式分類比較有意義，內包裝是一種基本的包裝結構形式，它包括直接包裝和中間包裝。直接包裝是用包裝材料或容器直接裹包產品或裝載的包裝形式；包裝材料或容器與被包裝物品間保持著直接觸，是最小的包裝單元。直接包裝時，必須根據被包裝物品的物理性能，按包裝要求，選擇包裝材料或容器，制定包裝工藝，選擇或設計包裝機械設備。中間包裝是以一定數量的直接包裝品經組合后再作一次包裝的包裝形式。如物品裝瓶或裝袋后的裝盒包裝；卷煙小包包裝后的條包包裝；牙膏類物品的裝管封尾后的裝盒包裝等。 隨著消費者需要的多樣化，尤其是超級市場的發(fā)展，內包裝突出日益重要的地位。完成內包裝所需的機器設備，在包裝工業(yè)中的需求量最大。 外包裝是以一定數額的、經內包裝后的產品裝裁到包裝箱的包裝結構形式。包裝箱現在多用瓦楞紙板箱。內包裝的主要目的，在于促進銷售，并為消費者提供使用上的方便，在包裝設計中，除保證包裝內容物質和量的要求外，還需重視包裝裝潢的重要作用。外包裝的主要目的，是為流通儲運提供保障，要求包裝堅固牢實。 包裝是對被包裝物所采取的一種保護性措施，包裝的主要目的在于保護產品的使用價值。因此，包裝中還要顧及到物品在流通中的運輸、裝卸、存貯保管和銷售的方便；此外，包裝的裝潢還起到美化、宣傳和推銷的作用。包裝加工是產品在生產中的最后環(huán)節(jié)，是提高產品的商品價值不可忽視的重要環(huán)節(jié)。 1.1.2 包裝機械的組成 圖1.1包裝機械的組成和特點 1.1.3 包裝機械的特點 （1）大多數包裝機械結構和機構復雜，運動速度快且動作配合要求高。 （2）用于食品和藥品的包裝機要便于清洗，符合藥品和食品的衛(wèi)生和安全要求。 （3）包裝執(zhí)行機構的工作力一般都較小，所以包裝機的電機功率較小。 （4）包裝機一般都采用無級變速裝置，以便靈活調整包裝速度、調節(jié)包裝機的生產能力。 （5）包裝機械是特殊類型的專業(yè)機械，種類繁多，生產數量有限。為便于制造和維修，減少設備投資，在包裝機的設計中應注意標準化、通用性及多功能性。 （6）包裝機械的自動化程度高，大部分已采用PLC、單片機控制，實現了智能化。 （7）包裝機械實現了包裝生產的專業(yè)化，大幅度地提高生產效率。 （8）包裝機械化降低了勞動強度，改善勞動條件，保護環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產品成本。 （9）保證了包裝產品的衛(wèi)生和安全，提高了產品包裝質量，增強市場銷售的競爭力。 （10）延長產品的保質期，方便產品的流通。產品采用包裝機，可減少包裝場地面積，節(jié)約基建投資 。 1.2 包裝機發(fā)展方向 目前，國外包裝和食品機械水平高的國家主要是美國、德國、日本、意大利和英國。而德國的包裝機械在設計、制造及技術性能等方面則居于領先地位， 2002年德國包裝機械產值達34億歐元，其產量的77 %為出口產品。最近幾年，這些國家包裝和食品機械設備發(fā)展呈現出新的趨勢。 德國包裝機械設計的新趨勢:? ????德國與美國、日本、意大利均為世界包裝機械大國。在包裝機械設計、制造、技術性能等方面居于領先地位。德國包裝機械的設計是依據市場調研及市場分析結果進行的，其，目標是努力為客戶，尤其是為大型企業(yè)服務。為滿足客戶要求，德國包裝機械制造廠商和設計部門采取了諸多措施：? ????(1) 工藝流程自動化程度越來越高，以提高生產率和設備的柔性及靈活性。采用機械手完成復雜的動作。操作時，在由電腦控制的攝像機錄取信息和監(jiān)控下，機械手按電腦指令完成規(guī)定動作，確保包裝的質量。? ????(2) 提高生產效率，降低生產成本，最大限度地滿足生產要求。德國包裝機械以飲料、啤酒灌裝機械和食品包裝機械見長，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點。其飲料灌裝速度高達12萬瓶/h，小袋包裝機的包裝速度高達900袋／min。? ????(3) 使產品機械和包裝機械一體化。許多產品要求生產之后直接進行包裝，以提高生產效率。如德國生產的巧克力生產及包裝設備，就是由一個系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化，關鍵是要解決好在生產能力上相互匹配的問題。? ????(4) 適應產制品變化，具有良好的柔性和靈活性。由于市場的激烈競爭，產品更新換代的周期越來越短。如化妝品生產三年一變，甚至一個季度一變，生產量又都很大，因此要求包裝機械具有良好的柔性和靈活性，使包裝機械的壽命遠大于產品的壽命周期，這樣才能符合經濟性的要求。? ????(5) 普遍使用計算機仿真設計技術。隨著新產品開發(fā)速度不斷加快，德國包裝機械設計普遍采用了計算機仿真設計技術，大大縮短了包裝機械的開發(fā)設計周期。? ????包裝機械設計不僅要重視其能力和效率，還要注重其經濟性。所謂經濟性不完全是機械設備本身的成本，更重要的是運轉成本，因為設備折舊費只占成本的6％～8％，其他的就是運轉成本。? 1.3 國內包裝機發(fā)展現狀及趨勢 我國包裝機械行業(yè)起步于20世紀70年代，在80年代末和90年代中得到迅速發(fā)展。已成為機械工業(yè)中的10大行業(yè)之一，無論是產量，還是品種上，都取得了令人矚目的成就，為我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障。目前，我國已成為世界包裝機械工業(yè)生產和消費大國之一。? ????包裝機械作為一種產品，它的含義不僅僅是產品本身的物質意義，而是包括形式產品、隱形產品及延伸產品3層含義。形式產品是指包裝機本身的具體形態(tài)和基本功能；隱形產品是指包裝機給用戶提供的實際效用；延伸產品是指包裝機的質量保證、使用指導和售后服務等。所以包裝機的設計應該包括：市場調研、原理圖設計、結構設計、施工圖設計、使用說明書編寫及售后服務預案等。? ????包裝機械設計的類別主要有：測繪仿制設計、開發(fā)性設計、改進性設計、系列化設計。如啤酒灌裝生產線生產能力為1．6～4萬瓶/h，其中灌裝機的灌裝閥工位數從48個、60個、90個到120個就屬于系列化設計。? ????由普通啤酒灌裝生產線到純生啤酒灌裝生產線的設計就屬于改進、開發(fā)性設計。對于中低速運行的包裝機，目前我們基本上可以進行自主設計。而高速運行的包裝機，特別是一些先進機型，大多是測繪、仿制國外的同類機型，進行國產化設計和系列化設計。其主要的原因是：(1)大多數設計人員還沒有真正掌握先進的設計方法，如高速包裝機械的動力學設計理論和方法等，對高速工況下機構的動態(tài)精度分析等問題還不能模擬解決；(2)產、學、研結合不夠緊密，理論上的科研成果不能及時地在實際設計中運用，設計人員缺乏及時的技術培訓；(3)整個行業(yè)缺乏宏觀調控的力度，優(yōu)勢資源不能得到合理的配置與調整。? ????在包裝機械設計領域，絕大多數設計人員仍沿用以前的設計方法：(1)根據設計任務書尋找同類機型作為樣機；(2)參考樣機制定各項技術性能指標及使用范圍；(3)設計工作原理圖、傳動系統(tǒng)圖；(4)設計關鍵零件，部件；(5)設計總裝圖方案和動作循環(huán)圖；(6)設計部件圖、總裝圖和零件圖；(7)對主要部件中的關鍵零件進行強度、剛度校核；(8)設計控制原理圖、施工圖等。? ????而今，國內一些大學的設計軟件，可以對包裝機中常用機構進行有限元分析和優(yōu)化設計，其開發(fā)的凸輪連桿機構CAD／CAM軟件已經能夠滿足企業(yè)進行凸輪連桿機構自主設計的能力，但在實際包裝機械的設計中應用還不普遍。? ????新型包裝機械往往是機、電、氣一體化的設備。充分利用信息產品的最新成果，采用氣動執(zhí)行機構、伺服電機驅動等分離傳動技術，可使整機的傳動鏈大大縮短，結構大為簡化，工作精度和速度大大提高。其中的關鍵技術之一是采用了多電機拖動的同步控制技術。其實掌握這種技術并不很難，只是一些設計人員不了解包裝機械的這一發(fā)展趨勢。如果說以前我國包裝機械設計是仿制、學習階段，那么現在我們應該有創(chuàng)新設計的意識 我國包裝業(yè)技術與機械近些年所取得的成績是顯著的，其起步于20世紀70年代末，剛起步時年產值僅七、八千萬元，產品品種僅100 余種，技術水平也較低。在20紀80年代中期至20世紀年代中期十余年的時間里，才得到快速發(fā)展，年增長率達到20%—30% ，到1999年底食品和包裝機械達40 大類，品種達1700種，到2000年產值增加到300億元，且技術水平也上了個臺階，開始出現了規(guī)?；⒆詣踊厔?，傳動復雜、技術含量高的設備也開始出現，許多包裝機械如液體食品灌裝機等設備已開始成套出口。我國包裝行業(yè)的發(fā)展趨勢主要有如下幾個方面： (1) 制袋—充填—封口包裝機械 大多數是小包裝機械，在這一范圍內已較好地解決了顆粒、膏體和粉狀的包裝的問題。 (2) 無菌包裝機械 無菌包裝是將經過消毒的食品在無菌環(huán)境裝入消毒的容器中，可最大限度地保持食品的天然風味、品質和營養(yǎng)，確保產品質量等優(yōu)點。無菌包裝機主要分為無菌袋式大包裝和無菌袋式小包裝。無菌袋式大包裝一般在原料產地用于果蔬濃縮汁包裝。而無菌袋式小包裝通常用于飲料品，供市場零售。無菌袋式小包裝又分為杯式、盒式、袋式成型充填密封小包裝三種類型。由于無菌包裝機械制造工藝和技術比較復雜，我國以前一直依靠進口。當然，近年來，我國一些企業(yè)努力，在這方面取得了很大的進展，如上海輕工裝備（集團）公司研制的屋頂盒式紙盒無菌包裝機。 (3) 啤酒灌裝成套設備 隨著國內啤酒行業(yè)向規(guī)模化集約化經營方向發(fā)展，啤酒灌裝成套設備要重點發(fā)展年產5萬噸以上的大型灌裝成套設備，適度發(fā)展10萬噸以上的大型灌裝成套設備。目前我國廣州輕工機械廠已能生產4萬瓶/小時、6萬每小時的啤酒灌裝成套設備。 包裝業(yè)在生產自動化趨勢的影響下 ，呈現高度自動化的包裝鏈、機械功能要求多元化、結構設計標準模塊化、控制功能智能化要求、裝重安全方便環(huán)保等特點。今后朝著高速、低耗、計量精確、自動檢測、多功能、全自動大型化成套設備發(fā)展。其他還有真空包裝機械和塑料中空容器加工機械。 1.4 我國包裝技術與國外先進包裝技術的差距 雖然我們食品包裝技術與機械在近年來取得驕人的成績，但同國外比較，技術上仍存在二十年的差距，其具體表現在： 1） 產品品種單調，成套設備少 到2000年為止,國外食品包裝機械達2300余種，且大多配套生產；國內食品包裝機械只有1700余種，且多以單機為主。 2） 技術水平低 主要表現在產品可靠性差，技術更新速度慢，新技術、新工藝、新料材應用少，單機多，成套機少，技術含量低的產品多，高技術含量的產品少，智能化的設備還處于研制階段。 3） 產品質量低 主要表現在穩(wěn)定性可靠性差，造型落后，外觀粗糙，且大多數產品還無可靠標準。 4） 開發(fā)能力不足 主要表現是我們還在仿制、測繪或稍加國產化的改進，更談不上系統(tǒng)的開發(fā)研究。 2 粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定 2.1 產品特征 粒裝巧克力糖呈圓臺形，輪廓清楚，但質地疏松，容易碰傷。因此，考慮機械動作時應適合它的特點，以保證產品的加工質量。產品夾緊力要適當；在進出料時避免碰撞而損傷產品；包裝速度應適中，過快會引起沖擊而可能損傷產品等。 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。 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。根據經驗，一般送紙速度應小于500mm/s。 選擇供紙機結構時，主要依據下列兩點： 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。 2.3 包裝工藝方案擬定 圖2 包裝工序分解圖 圖3為最初的巧克力糖包裝工藝圖.根據人工包裝動作順序,針對產品包裝質量要求,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. 2.4 巧克力糖包裝工藝的實驗 根據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3 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)生褶皺現象,需要進一步改進. 經過實驗,發(fā)現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，完全達到包裝質量要求。 圖5是經過改進后的巧克力糖包裝成型機機構簡圖。 圖4 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。 3 粒狀巧克力糖包裝機的總體布局 3.1 機型選擇 由于大批量生產，所以選擇全自動機型。 根據前述工藝過程，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。 3.2 自動機的執(zhí)行機構 圖5 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 根據巧克力糖包裝工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構組成： 1) 送糖機構； 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。 圖6 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 3.3 包裝機總體布置 圖7 總體布置圖 4 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8 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0.4kW,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。 運動分析 電動機通過鏈輪減速至 24r/min，帶動主動軸，主動軸通過錐齒輪，槽輪機構帶動鏈輪轉動，從而使得工作順利進行。 此次選定的加工速度是 120 粒/分，即要求機械手和送糖盤的轉動速度為 20r/min。 傳動比 i12=ω1/ω2 = =24020=1.2 選定推桿滾子半徑為 5mm。其次要選定推桿的運動規(guī)律，由于該運動為中高速輕載，推程運動選擇正弦加速度運動規(guī)律，回程運動選擇五次多項式運動規(guī)律。對推桿的要求：凸輪轉過 90°，推桿上升 h，凸輪繼續(xù)轉過 90°推桿停止不動；凸輪再繼續(xù)轉過 60°，推桿下降 h，轉過其余角度，推桿又不動。 對于對心直動滾子推桿盤形凸輪機構，凸輪的理論廓線的坐標為 x=r0+ssinδ y=r0+scosδ （a） 位移 s 分段計算。 （1）推程階段 δ01=90 °= π/2 s1=h[δ1δ01-sin?(2πδ1/δ01)/(2π)] （2）遠休止階段 δ02=90 °= π/2 s2=h δ2=[0,π/2] （3）回程階段 δ03=60 °= π/3 s3=10hδ33δ033-15hδ34δ034+6hδ35/π5 δ3=[0,π/3] （4）近休止階段 δ04=120 °= 2π/3 s2=h δ2=[0,π/2] 取計算間隔為 5°，將以上各相應值代入式（a）計算理論輪廓線上各點的坐標值。計算時應注意，在推程階段應取δ=δ1，在遠休止階段取δ=δ01+δ2，在回程階段取δ=δ01+δ02+δ3，在近休止階段δ=δ01+δ02+δ3+δ4。 剪紙機構：紙的厚度大約是 0.008mm，取 h=0.1mm；抄紙 機 構 h=15.00mm；頂糖機構 h=30.00mm；拔糖機構h=15.00mm； 4.1 選擇電動機 合理選擇電動機類型，對工作機械有效的工作，以及機組運行的可靠性、安全、節(jié)能及降低設備造價都有重要意義。 電動機類型的選擇要從負載的要求出發(fā)，考慮工作條件，負載性質、生產工藝、供電情況等，盡量滿足下述各方面的要求： 4.1.1 機械特性 由電動機類型決定的電動機的機械特性與工作機械機械特性配合要適當，機組穩(wěn)定工作；電動機的起動轉矩、最大轉矩、牽入轉矩等性能均能滿足工作機械的要求。 4.1.2 轉速 電動機的轉速滿足工作機械要求，其最高轉速、轉速變化率、穩(wěn)速、調速、變速等性能均能適應工作機械運行要求。 4.1.3 運行經濟性 從降低整個電動機驅動系統(tǒng)的能耗及電動機的綜合成本來考慮選擇電動機類型，針對使用情況選擇不同效率水平的電動機類型；對一些使用時間很短、年使用時數也不高的機械，電動機效率低些也不會使總能耗產生較大的變化，所以并不注重電動機的效率：但另一類年利用小時較高的機械，如空調設備、循環(huán)泵、冰箱壓縮機等，就需要選用效率高的電動機以降低總能耗。 4.2 電動機的選擇 本機器的動力選用交流380V。包裝機械中常用的點機轉速多為1400分轉/分，由于整個載荷比較小，所以綜合考慮最終選用Y112M-4型三相異步電動機，電壓為380V，功率為180W，額定轉速為1400r/min，根據電機轉速及效率要求確定各級傳動比。其中轉送帶為主要工作部件，其效率直接影響整機工作效率。電動機的外形圖及尺寸見表2.1和圖2.1。 圖9 Y112M-4型電動機外形尺寸 表1-1電動機外形尺寸 機座號 安裝尺寸 D(j6) E F(N9) G M N(j6) P R S T 80 19 +0.009 -0.004 40 6 -0.03 15.5 -0.1 165 130 +0.014 -0.011 200 0 12 +0.43 3.5 外形尺寸不大于 AC AD AE L 175 120 110 300 5 電機到主輸送帶裝置的傳動設計 5.1 第一級傳動——帶的設計 1）確定帶的計算功率 由表8-6[1]查得帶的工作情況系數，故 w =198w (5.1) 2） 選取窄V帶帶型 根據 、由圖8-9確定選用SPZ型。 3） 確定帶輪基準直徑 由表8-3和表8-7取主動輪基準直徑63mm。 根據式（8-15），，從動輪基準直徑。 =252 mm (5.2) 根據表8-7，取。 按式==4.618 m/s (5.3) =4.618m/s 所以帶的速度合適。 4） 確定窄V帶的基準長度和傳動中心距 根據0.7（，初步確定中心距400 mm。 根據下式計算所需的基準長度 = =1316.9mm (5.4) 由表8-2選帶的基準長度=1400mm。 則按式（8-21）計算實際的中心距a =442.4mm (5.5) 圓整取a=442mm 5） 驗算主動輪上的包角 由式（8-6）得 (5.6) 主動輪上的包角合適。 6）計算窄V帶的根數Z 由 (5.7) 又1400 r/min 、63mm、4,查表8-5a和表8-6b得 0.24 kw △P0=0.03 kw 查表8-8得 包角系數0.93，查表8-2得長度系數0.99，則 =0.7 則取Z=1根。 7） 計算預緊力 由 (5.8) 查表8-4得q=0.06kg/m，故 N=33.08N 8） 計算作用在軸上的壓軸力 ==65.35 N (5.9) 5.2 齒輪的設計 5.2.1 齒輪材料 由齒輪的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較高的抗磨損、抗點蝕、抗膠合及 抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷能力。因此齒輪材料性能的基本要求為：齒面硬，齒芯要韌。所以齒輪材料選用：40Cr調質鋼。 5.2.2 分配軸上螺旋齒輪的尺寸計算 軸空間布置如圖：供紙鏈輪鏈輪槽輪 送糖螺旋齒輪 輸送帶鏈輪 機械手螺旋齒輪 凸輪組螺旋齒輪 頂糖桿凸輪 圖 11 分配軸空間配置圖 槽輪=1:3，螺旋齒輪=1:2，螺旋齒輪=1:2，螺旋齒輪=1:62-5，手柄軸面方向軸空間布置圖圖中該齒輪嚙合的傳動比i1=1/6 由《機械設計手冊》中冊 第二版P305表8-89：取小螺旋齒輪的齒數Z1=18，又取其模數m=2.0 所以小螺旋齒輪的分度圓直徑d1=m*Z1=36mm 又因為傳動比i1=1/6，所以大螺旋齒輪的分度圓直徑d2=216mm 又由《機械設計手冊》中冊 第二版P314表8-93：因為兩軸的交錯角Σ=90°，又取β1=β2=45° 則有中心距a1=（d1+d2）/2=126mm 5.2.3 機械手及送糖軸上的螺旋齒輪的尺寸計算 圖中：這兩對齒輪的形狀相同；其傳動比i也相同都為1/2 圖11 螺旋齒輪 β1，β2圖11 螺旋齒輪由《機械設計手冊》中冊 第二版P305表8-89：取小螺旋齒輪的齒數Z1=18，又取其模數m=2.0 所以小螺旋齒輪的分度圓直徑d1=m*Z1=36mm 又因為傳動比i1=1/2, 所以大螺旋齒輪的分度圓直徑d2=72mm 又由《機械設計手冊》中冊 第二版P314表8-93 因為兩軸的交錯角Σ=90°，又取β1=β2=45°則有中心距a1=（d1+d2）/2=54mm5.3 第三級傳動——鏈傳動的設計計算 5.3 第三級傳動——鏈傳動的設計計算 由設計條件可知傳動比i=1，輸入的功率為=89 W，轉速n=14 r/min ，載荷平穩(wěn)。則可進行如下設計 1）選擇鏈輪齒數 假定鏈輪轉速為0.6—3 m/s ，由表9—8選取小鏈輪齒數=20；從動輪齒數=20。 2）計算功率 由表9—9[1]查得工作情況系數=1，故 ==89 W 確定鏈條鏈節(jié)數 初定中心距=30p,則鏈節(jié)數為 =80 節(jié) (5.20)[1] 3）確定鏈條的節(jié)距p 由圖9—13[1]按小鏈輪轉速估計，鏈工作在功率曲線頂點的左側時，可能出現鏈板疲勞破壞。由表9—10查得小鏈輪齒數系數=1.05；=0.94；選取單排鏈，由表9—11查得多排鏈系數=1.0，故得所需傳遞的功率為 =90 W 根據小鏈輪轉速=14 r/min，及=89 W，可選鏈號為08A單排鏈。同時也證實原估計鏈的工作在額定功率曲線頂點左側是正確的。此時查得鏈節(jié)距p=12.70mm。 4）確定鏈長L及中心距a =1.012 m (5.21) ==445 mm 中心距減小量 △a=(0.002～0.004)a=(0.002～0.004)×445 mm =0.89～1.78 mm 實際中心距 =a- △a =445-(0.89～1.78)=444.11～443.22 mm 取 =444 mm 5）驗算鏈速 ==0.06 m/s (5.22) 6）驗算小鏈輪轂孔 由表查得鏈輪轂孔最大許用直徑=34 mm，大于蝸輪軸徑 =25 mm,故合適。 7）作用在軸上的壓軸力 有效圓周力 =1483 N (5.23) 按水平布置取壓軸力系數，故 =1705 N 5.4 主傳送帶的設計計算 5.4.1 主傳動鏈的設計計算 由前述可知，選取08A型滾子鏈。P=12.7 mm。 1） 選擇鏈輪的齒數： 選取鏈輪的齒數=36。 2） 計算功率： 工作情況系數=1.0，輸入功率=51.2 W 其中 ——為輸入主軸的功率分配給主傳動鏈的分配比 故 ==51.2 W 3）確定鏈條鏈節(jié)數： 初定中心距=100p，則鏈節(jié)數為 =236 節(jié) 為了能均勻的分配三角擋板，故選取=240 節(jié)。 4）確定鏈長L及中心距a： =3.05 m =1295.4 mm 中心距減小量： △a=(0.002～0.004)a=(0.002～0.004)×445 mm =2.60～5.20 mm 實際中心距： a-△a=1295.4-（2.60～5.20）=1292.8～1290.2 mm 取 1292 mm 5） 驗算鏈速： ==0.1067 m/s 6） 選取輪轂孔： 由表可查的輪轂許用最大直徑，以及參考第二傳動鏈的輪轂許用最大直徑，擬選擇此段軸徑=35 mm。 7） 作用在軸上的壓軸力： 又主傳動帶的輸入功率= 有效圓周力 =480 N 按水平布置取壓軸力系數，故 =552 N 5.4.2 計算主傳送帶的牽引力F 假設回程鏈條有支托的水平式輸送裝置，則 (3.24)[6] 式中 F——輸送鏈條的牽引力，N； L——物品輸送的水平長度，m； ——每米長度上的輸送鏈質量，kg； W——輸送機每米長度上的輸送物品質量，kg； ——物體與滑臺表面間摩擦系數； ——鏈條與導軌間摩擦系數； 3 ——為鏈條數。 在本設計中瓶子由鏈條本身傳送，所以選=0.40；由于08A滾子鏈單排每米質量q=0.60 kg/m，則0.60 kg；在開始確定瓶間距時H=10P=127mm, 又在設計時我選用娃哈哈礦泉水作為參考物品，所以 取W=4 kg/m，式中L由上可知L= 785 mm 。 在設計中送料機構給一個瓶子灌料時，輸送帶上有10個待灌瓶子。這樣它們所需要的鏈長為==1270 mm，（<1290 mm）故符合設計條件。 所以 = =59.43 5.4.3 驗算主鏈條輸送裝置的功率 由于精確計算鏈條運輸物品時所遇的阻力相當的困難，故均采用經驗方法來計算?？捎孟率焦浪爿斔玩溳喌墓β?。 (5.25)[6] 式中 ——主傳動帶的功率，W； F ——鏈條牽引力，N； V ——牽引鏈條的速度，m/s； K ——系數，有潤滑的鏈條取K=1.15，無潤滑的鏈條取K=1.20。 ==7.2 W 式（2）中的輸入功率 其中 ——為輸入主軸的功率分配給主傳動鏈的分配比 根據設計需要我取0.6；鏈條的傳動效率0.96。 此時實際能輸入的功率為 =51.2 W，所以滿足設計條件。 由設計條件可知傳動比i=1，輸入的功率為=89 W，轉速n=7 r/min ，載荷平穩(wěn)。則可進行如下設計 1）選擇鏈輪齒數 ： 假定鏈輪轉速為0.6—3 m/s ，由表9—8選取小鏈輪齒數=20；從動輪齒數=20。 2）計算功率： 由表9—9[1]查得工作情況系數=1，故 ==89 W 確定鏈條鏈節(jié)數 初定中心距=30p,則鏈節(jié)數為 =80 節(jié) (3.26)[1] 3）確定鏈條的節(jié)距p： 由圖9—13[1]按小鏈輪轉速估計，鏈工作在功率曲線頂點的左側時，可能出現鏈板疲勞破壞。由表9—10查得小鏈輪齒數系數=1.05；=0.94；選取單排鏈，由表9—11查得多排鏈系數=1.0，故得所需傳遞的功率為 =90 W 根據小鏈輪轉速=7 r/min，及=89 W，可選鏈號為08A單排鏈。同時也證實原估計鏈的工作在額定功率曲線頂點左側是正確的。此時查得鏈節(jié)距p=12.70mm。 4）確定鏈長L及中心距a： =1.012 m (3.27) ==445 mm 中心距減小量 △a=(0.002～0.004)a=(0.002～0.004)×445 mm =0.89～1.78 mm 實際中心距 =a- △a =445-(0.89～1.78)=444.11～443.22 mm 取 =444 mm 5）驗算鏈速： ==0.06 m/s 6）驗算小鏈輪轂孔： 由表查得鏈輪轂孔最大許用直徑=34 mm，大于蝸輪軸徑 =25 mm,故合適。 7）作用在軸上的壓軸力： 有效圓周力 =1483 N (3.28) 按水平布置取壓軸力系數，故=1705 N 6 粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖 6.1 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＝120件/min，則分配軸的轉速為 n=120(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 ＝60/120=60/120=0.5（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 ＝＋ (6.1) 相應的分配軸轉角為 (6.2) 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 ＝＋＋ (6.3) 相應的分配軸轉角為 (6.4) 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 (6.5) 相應的分配軸轉角為 (6.6) 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 (6.7) 相應的分配軸轉角為 (6.8) 3) 確定各機構運動循環(huán)內各區(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°×1/5/0.5＝144° =360°×=360°×2/5/0.5＝288° 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°×2/45/0.5＝32° 初定＝s，則＝s，則相應的分配軸轉角分別為： ＝360°×＝360°×4/45/0.69＝64° ＝360°×＝360°×13/27/0.5＝346.67° 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°×2/135/0.5＝10.67° 初定＝s，＝s，則＝s，相應的分配軸轉角分別為： ＝360°×＝360°×4/135/0.5＝21.33° ＝360°×＝360°×14/135/0.5＝74.67° ＝360°×＝360°×53/135/0.5＝282.66° 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°×4/65/0.5＝44.31° 初定＝s，＝s，則＝s，相應的分配軸轉角分別為： ＝360°×＝360°×2/65/0.5＝22.15° ＝360°×＝360°×31/195/0.5＝114.46° ＝360°×＝360°×68/195/0.5＝251.07° 6.2 各執(zhí)行機構運動循環(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)。