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巧克力糖包装机机械原理课程设计

来源:首页 | 时间:2019-01-06

  机械原理课程设计 学 姓 专 号: 名: XXXXXXXXXX XXX 业: 机械设计制造及其自动化(卓越) 巧克力糖包装机 XXX XXXXXXXXXX 论 文 题 目: 指 导 教 师: 所 属 学 院: 2012 年 9 月 5 日 目录 一、 机构简介................................................................................................................................... 2 1、设计题目............................................................................................................................... 2 2、设计数据............................................................................................................................... 3 3、设计任务............................................................................................................................... 3 4、设计提示............................................................................................................................... 3 二、 执行机构的选择.......................................................................................................................4 三、 原动机选择、传动比计算与分配...........................................................................................7 四、 构建设计................................................................................................................................... 8 1. 铝箔纸锥面成形机构........................................................................................................... 8 2. 褶纸机构................................................................................................................................8 3. 间歇剪切供纸机构............................................................................................................... 9 4. 送推料机构............................................................................................................................9 五、 巧克力糖包装机的设计总体分布...........................................................................................9 六、 主要机构设计.........................................................................................................................13 七、 传动机构的选择与比较.........................................................................................................15 八、 制定机械系统的运动循环图.................................................................................................16 九、 课程设计小结.........................................................................................................................18 十、 参考材料................................................................................................................................. 18 1 引言: 人们在长期的生产实践和社会生活中,为了节省劳动,提高效率,不断改进所使用的工 具从而创造和发明了机械和机械科学。 然而在当今社会, 使用机器进行生产的水平已成为衡 量一个国家生产技术水平和现代化程度的标志之一。其中机械设计扮演着很重要的角色。 通观总过程,设计应本着以下原则: 1、满足功能性要求:机械设计的目的就是要实现预定的目标,任何设计也不例外,要 经过对相关书籍的精读,确定最终方案。 2、满足可靠性要求:为不使机械在于预期时间内发生破坏、零件过度磨损、变形而导 致失效,强烈的震动和冲击而损坏机器的工作性能,为保证人身和财产安全,对机械的整体 设计及零部件的强度设计要做严格的要求。 3、满足经济要求:机械产品的经济体现在设计、制造、销售和使用的全过程,产品的 成本很大程度上取决于设计阶段。设计要在保证机器质量的前提下,降低了原材料的消耗; 在满足要求的前提下,采用价格低廉的原材料;采用标准零部件,并充分考虑其工艺性以减 少加工成本。 一、机构简介 1、设计题目 设计巧克力糖自动包装机。包装对象为圆台状巧克力糖(见附图 21) ,包装材料为厚 0.008mm 的金色铝箔纸。包装后外形应美观挺拔,铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱(见附图 22) 。 包装工艺方案为: 纸坯型式采用卷筒纸, 纸片水平放置, 间歇剪切式供纸 (见附图 23) 。 包装工艺动作为:①将 64mm×64mm 铝箔纸覆盖在巧克力糖ф17mm 小端正上方;②使铝箔纸 沿糖块锥面强迫成形;③将余下的铝箔纸分半,先后向ф24mm 大端面上褶去,迫使包装纸 紧贴巧克力糖。 附图 21 巧克力糖形状 附图 22 铝箔纸成形 附图 23 间歇剪切式供纸 2 2、设计数据 设计数据如附表 16 所示。 附表 16 方案号 电动机转速 r/min 每分钟包装糖 果数目 个/min 120 90 60 120 90 90 80 60 A 1440 B 1440 C 1440 设计数据表 D 960 E 960 F 820 G 820 H 780 具体设计要求如下: 1) 、要求设计糖果包装机的间歇剪切供纸机构、铝箔纸锥面成形机构、褶纸机构以及巧 克力糖果的送推料机构。 2) 、整台机器外形尺寸(宽×高)不超过 800mm×1000mm。 3) 、锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构,要求成形动作 尽量等速,起动与停顿时冲击小。 3、设计任务 1) 、巧克力糖包装机一般应包括凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构等。 2) 、设计传动系统并确定其传动比分配。 3) 、图纸上画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。 4) 、设计平面连杆机构。并对平面连杆机构进行运动分析,绘制运动线) 、设计凸轮机构。确定运动规律,选择基圆半径,计算凸轮廓线值,校核最大压力角 与最小曲率半径。绘制凸轮机构设计图。 6) 、设计计算齿轮机构。 7) 、编写设计计算说明书。 8) 、学生可进一步完成凸轮的数控加工。 4、设计提示 1) 、剪纸与供纸动作连续完成。 2) 、铝箔纸锥面成形机构一般可采用凸轮机构、平面连杆机构等。 3) 、实现褶纸动作的机构有多种选择:包括凸轮机构、摩擦滚轮机构等。 4) 、巧克力糖果的送推料机构可采用平面连杆机构、凸轮机构。 5) 、各个动作应有严格的时间顺序关系。 3 二、执行机构的选择 方案一: 图1 1—凸轮 2—推杆 3—顶糖杆 方案一如图 1 和图 2 所示, 执行机构采用凸轮机构, 通过凸轮 1 转动连推动推杆 2 从而 推动滑块 3(顶杆)上下往复滑动,从而将糖块 4 顶入形腔 6 内。顶糖杆 3 向上推糖块 4 和 包装纸 5,使糖块和铝箔纸夹在顶糖杆和接糖杆之间,然后它们同步上升,进入形腔 6,迫使铝 箔纸成型,接着折边器 7 向左折边,,然后折边器 8 向右折边,使铝箔纸全部覆盖在糖块的大 端面上,完成全部包装工艺。但还存在问题,由于执行机构速度不稳定、巧克力糖在浇注成 型时,外形尺寸误差较大,而刚性模腔不能完全适应这种情况,又由于铝箔纸又薄又脆, 在 强迫形成时很容易撕裂。 优点:结构简单,可以拥有轻便的机身,节省材料。 缺点:成形动作不是等速,成长过程受力不均匀,容易造成褶皱或者撕裂情况。 4 图2 4—糖块 5—铝纸 6—型腔 7—右折边器 8—右折边器 方案二: 图3 1—曲柄 2—摇杆 3—顶糖杆 如图 3 和图 2 所示,方案二执行机构改用曲柄滑块机构,使运动更加平稳,将刚性锥形 模腔改成具有一定弹性的钳糖机械手夹子, 这样能适应巧克力糖外形尺寸的变化, 不存在拉 破铝箔纸的现象.在机械手下面有圆环形托板,以防止糖块下落。通过曲柄 1 转动连动摆杆 2 摆动从而推动滑块 3(顶杆)上下往复滑动,从而将糖块 4 顶入形腔 6 内。顶糖杆 3 向上推 糖块 4 和包装纸 5,使糖块和铝箔纸夹在顶糖杆和接糖杆之间,然后它们同步上升,进入形腔 6, 迫使铝箔纸成型,接着折边器 7 向左折边,然后折边器 8 向右折边, 使铝箔纸全部覆盖在糖块 的大端面上,完成全部包装工艺。 5 优点:能够按部就班地完成巧克力糖的包装,动作清晰紧凑,包装效率较高。顶糖机构 无死点位置。 缺点:包装纸表面不够光滑,有时还发生褶皱现象,包装后表面不平整,不美观,甚至 会出现撕裂现象。 要求曲柄的转速尽量要小, 所以导致包装效率很低, 不能够实现 90 个/min 的包装要求。另外,由于连杆机构的运动必须经过中间构件进行传递,因而传动路线较长, 易产生较大误差积累。 方案三: 图4 1—推杆 2—顶糖杆 3—曲轮 如图 4 所示,将执行机构改为凸轮摇杆机构,运动更加平稳,又经多次试验,发现铝箔纸只 要用柔软之物轻轻一抹,就很光滑平整地紧贴在糖块表面上,达到预期的外观包装质量要求. 因此增设了一个带有锥形毛刷圈(软性尼龙丝) ,在定糖过程中,先让糖块和铝箔纸通过毛 刷圈,然后再进入机械手成形,结果使包装纸光滑、平整、美观,完全达到包装质量要求。 当钳糖机械手转至装糖位置时,接糖杆向下运动,当钳糖机械手将糖送到指定位置后, 凸轮 1 转动带动顶糖杆 3 将糖顶入包装机构形腔 2 内, 左抄板纸 8 向右折边, 同时锥形尼龙 丝圈 6 将包装纸表面刷平整, 然后右抄板纸 7 向左折边, 然后锥形尼龙丝圈 6 再次刷平包装 表面,使铝箔纸全部平整地覆盖在糖块的大端面上,完成全部包装工艺。 优点:完成包装任务后,能够保证包装表面平整美观,外形轮廓挺拔。 6 缺点:包装纸平铺在巧克力糖表面上而不能够铺成花样,样式单一,简单。经过对比选 择,采用方案三。 三、原动机选择、传动比计算与分配 生产生活中有电动机、内机、蒸汽机、水轮机、气轮机、液动机等动力源。其中电机 结构简单、工作可靠、控制方便、维护容易,一般机械上大多数是均采用电动机驱动。 笼型电动机:结构简单、耐用、可靠、易维护、价格低、特性硬,但起动和调速性能差, 起动时的功率因数低(0.25 左右) ,一般无调速要求的机械应广泛采用。在变频电源供电的 情况下可变频调速。变极多速电动机,可分级调速,但体积大,价格较贵。 绕线型电动机:因有滑环,结构复杂,维修麻烦,价格比较贵。但由于它的起动力矩大, 起动时的功率因数高, 且可进行小范围的速度调节, 控制设备也简单, 故适用于电网容量小, 起动次数多的机械,如起重机上的机械设备。此外,绕线型电动机也用于需要软化特性的机 械,如带飞轮的剪断机等。绕线型电动机的自然机械特性和表达式与笼型机相同。 同步电动机:恒转速输出,功率因数可调,价格贵,一般只在不需要调速的高电压、 大 容量的机械上采用, 以改善并提高电网的功率因数, 如鼓风机、 空压机及水泵等设备。 但是, 近年来, 随着变频技术的发展, 高电压、 大容量的同步机已广泛用于冷、 热轧机的主传动上。 Y 系列电动机具有高效、节能、起动转矩大、性能好、噪声低、振动小、可靠性高、功 率等级和安装尺寸符合 IEC 标准以及使用维护方便等优点。Y 系列电动机适用于不含易燃、 易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械上, 根据市场调查, 电机的极数越多价格 越高。 电动机已经是系列化了, 通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。 机械设中应根 据工作的载荷、工作的要求、工作的环境、安装的要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件, 从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量和转速,确定具体的型号。 经过比较选择---Y 系列三相异步电动机。 电动机转速为 1440r/min,输出功率为 0.4kW 的交流电动机。 根据本例所给条件,巧克力糖包装机选用的原动电机的转速 n=1440r/min,而包装速度为 120 个/min,因此必需采用减速机构,其减速比为: i = n / n2 = 1440/120 = 12 可采用一级带减速传动、二级齿轮传动,它们的传动比分别为: 7 (1)带传动:传动比为 1; (2)第一级圆柱直齿轮传动:传动比为 3.411,z1 =17,z2 =58; (3)第二级圆柱直齿轮传动:传动比为 3.225,z2′=17,z3 = 55。 四、构建设计 1. 铝箔纸锥面成形机构 1—左折纸器 5—锥形尼龙丝圈 2—钳糖机械手 6—铝箔纸 3—接糖杆 7—糖块 4—右折纸器 8—顶糖杆 2. 褶纸机构 8 3. 间歇剪切供纸机构 4. 送推料机构 曲柄长度 L1=29mm,从动杆 L2=87mm,滑块最大行程 s=58mm 五、巧克力糖包装机的设计总体分布 下图为钳糖机械手、进出糖机构结构图。 如图所示,送糖盘 4 与机械手作同步间歇回转,逐一将糖块送至包装工位。 机械手的开合动作, 由固定的凸轮 8 控制, 固定凸轮 8 的廓线是由两个半径不同的圆弧组成, 当从动滚子在大半径上,机械手就张开,从动滚子在小半径上,机械手靠弹簧 6 闭合。 9 1—输糖带 5—钳糖机械手 9—成品 2—糖块 6—弹簧 10—输料带 3—托盘 7—托班 4—送糖盘 8—机械手开合凸轮 1—圆柱凸轮 2—接糖杆 3—糖块 4 顶糖杆 5—凸轮 10 1—电动机 5—送糖部件 9—接糖杆 13—包装纸 2—带式无极变速机构 6—供纸部件 10—凸轮箱 3—盘车首轮 7—剪纸刀 11—拔糖机构 4—顶糖机构 8—钳糖机械手 12—输送带 11 工作原理以及工艺动作流程图 间 歇 定 量 供 纸 将纸从卷筒上拉平的机构,作左右往 复直线运动, 使纸张与构件之间产生摩擦, 完成间歇的纸张拉平 完成半分和全分剪纸动作的机构,上下往 复间歇直线运动,纸张具有一定的张力, 完成间歇剪纸,不致滑移 完成送纸的机构,作 间歇往复直线运动, 完成送纸功能 定位送料 巧克力糖包装机 直线往复等速运动的机构,将巧克力 糖送到工作台的成形位置 锥面成形 完成锥面成形的机构,上下直线急回间歇运动 的压板将巧克力糖推入工作台上的模具位置 褶 纸 实现直线往复运动,先后将半分的 纸褶向巧克力糖表 送料 同 时进 行 上 下和 左 右直 线 往 复间 歇 运 动,实现送料过程 工位转换 工作台实现间歇转动或传动,完 成工位转换功能 12 六、 主要机构设计 1. 拨糠杆偏心凸轮 R=(40~70) H=(50~100) 推程 h=H-R 50 87 37 2. 剪纸刀平面凸轮 6、抄纸板平面凸轮 13 剪纸刀平面凸轮参数 序号 1 2 3 4 凸轮运动角δ 0°~120° 120°~180° 180°~270° 270°~360° 偏心距 e = 25 抄纸板平面凸轮参数 序号 1 2 3 4 凸轮运动角δ 0°~120° 120°~180° 180°~270° 270°~360° 偏心距 e = 20 推杆的运动规律 等速上升 h= 50 推杆远休 正弦加速度下降 h=50 推杆近休 基圆半径 r0 =40 推杆的运动规律 等速上升 h= 60 推杆远休 正弦加速度下降 h= 60 推杆近休 基圆半径 r0 = 50 14 七、传动机构的选择与比较 巧克力糖包装机是专用自动机, 根据自动机传动系统设计的一般原则和巧克力具体要求 如下图所示的传动系统。 1-电动机 5-顶糖杆凸轮 9-接糖杆凸轮 13-接糖杆 17-供纸部件链轮 2-带式无级变速机构 6-剪纸导凸轮 10-钳糖机械手 14-顶躺糖杆 18-输送带链轮 3-链轮幅 7-拨糖杆凸轮 11-拨糖杆 15-送糖盘 19-螺旋齿轮副 4-盘车手轮 8-抄纸板凸轮 12-槽轮机构 16-齿轮副 20-分配轴 如图所示,电动机转速为 1440r/min,功率为 0.4kW,分配转速为 70~130r/min,总降 速比 u总 ? 1 ,采用平带、链轮两级降速,其中 u 带 ? 1 ?4.4~8? , u 链 ? 1 2.67 。 11~20.6 而 无 级 变 速 的 锥 轮 直 径 Dmin ?40mm, Dmax ?70mm 。 螺 旋 齿 轮 副 1 、 2 、 3 的 传 动 比 i1 =i 2 =i3 =1 ,直齿标准齿轮副的传动比 i=1.67。 15 八、制定机械系统的运动循环图 各执行机构运动循环的时间同步化设计 1) 确定粒状巧克力自动包装机最短的工作循环 Tp min 。 T p min ? Tk1 ? Tk 2 ? Tk 3 ? Tk 4 ? Ts 4 ? Td 4 = (5.9) 1 2 4 4 2 31 38 = (s) ? ? ? ? ? 5 45 45 65 65 195 65 2) 确定粒状巧克力自动包装机的工作循环 Tp 。 令三对同步点的错移量分别为△t1、△t2 和△t3,若取 △t1=△t2=△t3=1/195(s) 则其在分配轴上相应的转角为 ? ?1 ? ? ? 2 ? ? ? 3 ? 粒状巧克力自动包装机的工作循环应为 ? t1 ? 360 ? ? 3.1? Tp TP ? TP min ? ? t1 ? ? t 2 ? ? t 3 ? 送推料机构运动分析 38 1 1 1 3 ? ? ? ? s 65 195 195 195 5 滑块位移变化情况 16 滑块速度变化情况 连杆角速度变化情况 17 九、课程设计小结 课程设计结束了,在这过程中需要大量的知识,不是一般的了解,而是能灵活的运用才 能很好的设计构造出理想符合实际的方案。 发现自己有很多很多的不足, 发现自己学的知识很少而且很难较好的运用。 在这设计过 程中,运用了绘图工具,运动分析,开始系统的运用了所学的机械基础知识,加深了对专业 知识的理解和掌握。 在设计的过程中,对机构的运动,机构的如何组成,机构图示的绘画等都有不同程度的 疑问,通过同学的帮助,老师的指导,自己的思考都得到了不同程度的解决。 由于自己掌握的知识不够全面具体, 对作业结果并不十分满意。 在后期的学习的过程中 还要继续加倍的努力。 机械设计可以提高学生使用技术资料、运算、绘图及应用计算机的能力。培养学生机 械系统设计(机械系统运动方案设计)和创新能力。我们学好机械学是相当必要的。最后, 非常感谢各位指导老师的热心指导和其他同学的协作! 通过这次课程设计,我解决问题的能力得到了提高,不仅仅局限于解一道题,而是去解 一系列相关联的题目链, 从整体出发合作去一个问题的各个方面, 这种能力的培养在平时的 学习阶段是很难得的, 但却是我们将来工作岗位上最需要的, 这次课设培养了我们发现问题、 分析问题和解决问题能力,使我能够更全面地去考虑问题,就拿论文来说吧,不光要把东西 表现出来,还要去排版使论文看上去更加清晰,这并不是一件容易的事。 十、参考材料 [1] 濮良贵,纪名刚。机械设计。北京:高等教育出版社,2001。 [2] 孙桓,陈作模。机械原理。北京:高等教育出版社,2000。 [3] 尚久浩。自动机械设计。北京:中国轻工业出版社,2006。 [4] 汤瑞。轻工机械设计。上海:同济大学出版社,1994。 [5] 邹慧君。机械系统设计。上海:上海科学技术出版社,1996。 [6] 成大先。机械设计手册。北京:化学工业出版社,1993。 [7] 吴宗泽。高等机械设计。北京:清华大学出版社,1991。 18

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