糖果包裝機(jī)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

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1、 1 第 1 章 緒論 1.1 自動(dòng)包裝在生產(chǎn)中的應(yīng)用 (1) 大幅度地提高生產(chǎn)效率 (2) 降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件。 (3) 保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本。 (4) 有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生， 提高產(chǎn)品保證質(zhì)量， 增強(qiáng)市場(chǎng)銷售的競(jìng)爭(zhēng)力。 (5) 延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。 (6) 可減少包裝場(chǎng)地面積，節(jié)約基建投資。 自動(dòng)化水平在制造工業(yè)中不斷提高，應(yīng)用范圍正在拓展。包裝行業(yè)中自動(dòng)化操作正在改變著包裝過程的動(dòng)作方式和包裝容器及材料的加工方法。 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量， 顯著消除包裝工序及印刷貼標(biāo)等造成的誤差，有效減輕職工的勞動(dòng)強(qiáng)度并降低能源和資源

2、的消耗。 具有革命意義的自動(dòng)化改變著包裝的制造方法及其產(chǎn)品的傳輸方式。設(shè)計(jì)、安裝的自動(dòng)控制包裝系統(tǒng)，無論從提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面，還是從消除加工誤差和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都表現(xiàn)出十分明顯的作用。 1.2 自動(dòng)包裝機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 一、 國(guó)內(nèi)自動(dòng)包裝機(jī)的科技水平及發(fā)展趨勢(shì) 目前，我國(guó)的食品包裝企業(yè)大部分規(guī)模偏小，“小而全”是其主要特征之一， 同時(shí)存在著不顧行業(yè)發(fā)展要求， 重復(fù)生產(chǎn)那些成本低、 工藝水平比較落后、易于制造的機(jī)械產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)目前大約有 1/4 的企業(yè)存在低水平重復(fù)生產(chǎn)現(xiàn)象。這是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，造成包裝機(jī)械市場(chǎng)的混亂，阻礙行業(yè)的發(fā)展。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種食品、水產(chǎn)加工品的出現(xiàn)

3、，對(duì)食品包裝技術(shù)和設(shè)備都提出了新的要求。目前，食品包裝機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，未來的食品包裝機(jī)械將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化，促進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的食品包裝設(shè)備。 我國(guó)自動(dòng)包裝機(jī)地發(fā)展新趨勢(shì)： (1) 生產(chǎn)效率化 機(jī)電一體化是提高包裝機(jī)械自動(dòng)化程度及運(yùn)行可靠性和穩(wěn)定性的重要保證。未來包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)，技術(shù)發(fā)展將朝著四個(gè)方向發(fā)展；一是 2 機(jī)械功能多元化。工商業(yè)產(chǎn)品已趨向精致化及多元化，在大環(huán)境變化形勢(shì)，多元化、 彈性化且具有多種切換功能的包裝機(jī)種方能適應(yīng)市場(chǎng)需求。二是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模組化。充分利用原有機(jī)型模組化設(shè)計(jì)，可在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換新機(jī)型。三是控制智能化。四是結(jié)

4、構(gòu)高精度化。 (2) 資源的高利用化 資源的高利用化有三重含義：提高資源的綜合利用率；提高有效成分的提取率；減少其營(yíng)養(yǎng)成分的損失。 (3) 產(chǎn)品節(jié)能化 節(jié)能的新技術(shù)、新產(chǎn)品已成為當(dāng)今國(guó)內(nèi)外包裝工業(yè)的發(fā)展重點(diǎn)，在包裝機(jī)械中，廣泛采用節(jié)能技術(shù)對(duì)降低生產(chǎn)和提高經(jīng)濟(jì)效益具有重要作用。 (4) 高技術(shù)實(shí)用化 在包裝機(jī)械中采用微機(jī)技術(shù)、真空技術(shù)、無菌包裝、膜分離技術(shù)、超高壓等新技術(shù)，可提高產(chǎn)品品質(zhì)。 (5) 大力加強(qiáng)科研、開發(fā)能力 加快科研成果向商業(yè)轉(zhuǎn)化的步伐， 使科學(xué)技術(shù)真正成為解放生產(chǎn)力和推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步的強(qiáng)大動(dòng)力。 二、 發(fā)達(dá)國(guó)家包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì) (1) 工藝流程自動(dòng)化程度越來越高。 目前自動(dòng)化技術(shù)在

5、包裝生產(chǎn)線中已占 50%以上，大量使用了電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制，增加機(jī)械手以完成復(fù)雜的包裝動(dòng)作。每個(gè)機(jī)械手均由單獨(dú)的電腦控制，攝像機(jī)監(jiān)控包裝動(dòng)作并將信息反饋到電腦以調(diào)整動(dòng)作幅度，保證包裝的高質(zhì)量。 同時(shí)對(duì)包裝材質(zhì)及厚度有自動(dòng)識(shí)別功能， 再由電腦計(jì)算后控制機(jī)械動(dòng)作，完全是“自適應(yīng)”系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在最優(yōu)狀態(tài)下工作。 (2) 適應(yīng)產(chǎn)品變化，設(shè)計(jì)具有好的柔性和靈活性。 為了適應(yīng)競(jìng)爭(zhēng)需要，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短。包裝機(jī)械的使用壽命遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽命周期，所以某些包裝機(jī)械要適應(yīng)產(chǎn)品的變化，只能以柔性和靈活性來適應(yīng)，包括量的靈活、構(gòu)造的靈活和供貨的靈活。構(gòu)造可以采用單元模塊化，供貨靈活是指一機(jī)可實(shí)現(xiàn)多種

6、包裝組合，實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)料口及不同形式包裝。 (3) 成套供應(yīng)能力強(qiáng)，僅一個(gè)供貨商就可以完成從工程設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試到最后交用戶驗(yàn)收的工序。 (4) 普遍采用仿真設(shè)計(jì)技術(shù)。 包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)流程，首先是把各種機(jī)器單元以數(shù)據(jù)庫形式存入計(jì)算機(jī)，然后把圖紙數(shù)字化后輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)合成三維模型，再把實(shí)際生 3 產(chǎn)的指標(biāo)和數(shù)據(jù)、可能發(fā)生的故障等輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)三維模型即可依照實(shí)際工作情況進(jìn)行操作，演示出生產(chǎn)能力、廢品率、生產(chǎn)環(huán)節(jié)匹配、生產(chǎn)線瓶頸在何處等，還可根據(jù)用戶意見進(jìn)行修改模型直到用戶滿意。采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)后，大大縮短了包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)周期及新產(chǎn)品開發(fā)周期。 1.3 主要研究?jī)?nèi)容 通過研究國(guó)內(nèi)外包

7、裝機(jī)械發(fā)展的現(xiàn)狀，和學(xué)習(xí)包裝機(jī)械的工作原理，確定包裝機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的分析， 完成包裝機(jī)的設(shè)計(jì)工作。理解現(xiàn)有的巧克力糖果包裝機(jī)械的傳動(dòng)原理圖及其工作過程， 針對(duì)存在的問題提出合理的設(shè)計(jì)方案：包裝工藝方案的擬定及分析，自動(dòng)機(jī)的各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。 巧克力糖包裝機(jī)設(shè)計(jì)是一個(gè)典型的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)。隨著新產(chǎn)品、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新材料的日益發(fā)展，實(shí)際生產(chǎn)對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)的要求越來越高，所以其更新?lián)Q代也快，也就提出了對(duì)巧克力糖果自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)計(jì)的要求 提高食品工業(yè)的機(jī)械化和自動(dòng)化程度，是實(shí)現(xiàn)食品工業(yè)現(xiàn)代化的重要一環(huán)。用現(xiàn)代化設(shè)備裝備我國(guó)食品工廠，已成為一項(xiàng)迫切的重要任務(wù)。為了有利于食品工廠生產(chǎn)率的儲(chǔ)存

8、、流通和消費(fèi)，必須根據(jù)需要對(duì)成品進(jìn)行適當(dāng)?shù)陌b。 實(shí)現(xiàn)包裝作業(yè)機(jī)械化的好處：節(jié)約勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約原材料和降低成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)械化、自動(dòng)化目前正向著高速化、通用性、可靠性、費(fèi)用低、流水線自動(dòng)化控制、采用新的包裝材料等六個(gè)方向發(fā)展。粒狀巧克力糖生產(chǎn)批量很大,手工包裝遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場(chǎng)的要求,為止,提出粒狀巧克力糖自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)。 傳統(tǒng)的包裝機(jī)械多采用機(jī)械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了光電控制、氣動(dòng)控制等控制形式。但是，隨著食品加工工藝的日益提高，對(duì)包裝參數(shù)的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應(yīng)

9、采用新的技術(shù)改變食品包裝機(jī)械的面貌。當(dāng)今的食品包裝機(jī)械是集機(jī)、電、氣、光、磁于一體的機(jī)械電子設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著力于提高包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，將包裝機(jī)械的研發(fā)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。 本次設(shè)計(jì)的目的培養(yǎng)學(xué)生初步掌握獨(dú)立從事專業(yè)技術(shù)工作的能力， 提高學(xué)生從事工藝和工藝裝備設(shè)計(jì)的水平， 使學(xué)生初步掌握從事本專業(yè)科學(xué)研究工作的能力。 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)不但培養(yǎng)了我們運(yùn)用各種工具書的方法和技巧，同時(shí)也培養(yǎng)了我們獨(dú)立思考問題、解決問題的能力。通過翻閱查找各種工具書，擴(kuò)大了視眼，豐富了自己的知識(shí)范圍。 本次設(shè)計(jì)我們是有充分準(zhǔn)備的。 我們不僅準(zhǔn)備了四年的時(shí)間來掌握各門專業(yè)課學(xué)習(xí)，而且我們多次深入工廠實(shí)習(xí)

10、，更主要的是設(shè)計(jì)期間不斷地從網(wǎng)上、圖書 4 館收集大量的資料，尋找各種解決問題的方法。所以說本設(shè)計(jì)我們是有充分準(zhǔn)備的，它是與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合。它也將成為我們走上工作崗位的一次重要演習(xí)，為我們今后的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 5 第 2 章 設(shè)計(jì)原理及方案 2.1 對(duì)粒狀巧克力糖包裝機(jī)的分析 2.1.1 包裝對(duì)象及要求 （1）包裝產(chǎn)品 本機(jī)加工對(duì)象是呈圓臺(tái)形狀巧克力糖果如圖 2-1 所示。該巧克力糖生產(chǎn)批量很大，暢銷國(guó)內(nèi)外。過去由于手工包裝質(zhì)量不均，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)市場(chǎng)的需要。為此，工廠提出粒狀巧克力糖包裝機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)。 圖 21 產(chǎn)品形狀 （2）包裝材料 巧克力糖包裝采用厚度 0.008m

11、m 的金色鋁箔卷筒紙。 （3）機(jī)器的要求 生產(chǎn)任務(wù)為每班產(chǎn)量 570kg，約合制自動(dòng)機(jī)的正常生產(chǎn)率為 120 件/分鐘?？紤]自動(dòng)機(jī)工藝條件的變化，采用無級(jí)變速，使自動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)率為 70-130 件/分鐘。 （4）包裝質(zhì)量 要求巧克力糖包裝后外型美觀，鋁箔紙無明顯損傷，撕裂，褶皺（如圖 22） 。 6 圖 22 包裝后成品外形 （5）對(duì)自動(dòng)包裝機(jī)的基本要求 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，穩(wěn)定，操作方便，安全，維修容易，造價(jià)低。 2.1.2 產(chǎn)品特征 包裝工藝首要的是要解決坯料的上料問題。顯然，像巧克力糖之類的產(chǎn)品，使用一般料斗上料的方法是不適應(yīng)的。如果采用料倉(cāng)式上料方法，則需要人工定時(shí)放料，每分鐘 1

12、20 粒糖比較困難。如果將自動(dòng)機(jī)的進(jìn)料系統(tǒng)直接與巧克力糖澆注成型的出口相銜接，則比較容易解決巧克力糖的自動(dòng)上料問題。 2.1.3 包裝材料 食品包裝材料應(yīng)十分注意衛(wèi)生。 粒狀巧克力糖包裝紙采用 0.008mm 的金色鋁箔紙，它的特點(diǎn)是薄而脆，抗拉力小，容易撕裂，也容易褶皺。應(yīng)此，在設(shè)計(jì)供紙部件時(shí)對(duì)速度應(yīng)十分注意。一般包裝的速度較高，紙張的拉力就越大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般紙張速度應(yīng)小于 500mm/s。 在選擇供紙機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)時(shí)，主要根據(jù)下列兩點(diǎn)： 1) 采用紙片供紙或是采用卷筒紙供料。本機(jī)采用卷筒紙。 2) 紙張送出時(shí)將紙張水平放置對(duì)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。 2.1.

13、4 包裝工藝方案擬定 7 在對(duì)市場(chǎng)包裝機(jī)器調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對(duì)產(chǎn)品的包裝工藝進(jìn)行詳細(xì)分析。一般來說， 開始總是模仿人工包裝的動(dòng)作， 作為自動(dòng)機(jī)工藝設(shè)計(jì)的初步數(shù)據(jù)。 因此，在開始設(shè)計(jì)自動(dòng)機(jī)工藝時(shí)，首先應(yīng)對(duì)人工包裝機(jī)動(dòng)作進(jìn)行分析研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，提高，使之更加完善，更能適合機(jī)械動(dòng)作的要求。 圖 23 為最初的巧克力糖包裝工藝圖。根據(jù)人工包裝動(dòng)作順序，針對(duì)產(chǎn)品包裝質(zhì)量要求該機(jī)包裝工藝初擬訂如下： 1) 將 64mm*64mm 鋁箔紙覆蓋在巧克力糖17 小端正上方。如圖所示。 2) 使鋁箔紙沿糖塊錐面強(qiáng)迫成型如圖所示。 3) 將余下的鋁箔紙分為兩半，先后向24 大端面中央折去，迫使包裝紙

14、緊貼巧克力糖如圖所示。 上述包裝工藝還只是一種設(shè)想，還必須經(jīng)過工藝試驗(yàn)加以驗(yàn)證。 圖 23 包裝工藝過程 2.1.5 巧克力糖包裝工藝的分析 初定方案：在第一次分析時(shí)，采用剛性錐型模腔，迫使鋁箔紙緊貼在糖塊的圓臺(tái)錐面上。 如圖 24 所示，糖塊和糖塊包裝紙由頂糖桿 4 頂入轉(zhuǎn)盤上的錐型模腔，迫使鋁箔紙緊貼糖塊。設(shè)計(jì)結(jié)果表明，基本符合要求，但還存在如下問題：由于巧克力糖在澆注成型時(shí)，外形尺寸誤差較大，而剛性模腔不能完全適應(yīng)這種情況；又由于鋁箔紙又薄又脆，在強(qiáng)迫成型時(shí)，鋁箔紙有被拉破的現(xiàn)象，特別糖塊與模腔之間間隙太小時(shí)，使鋁箔紙沒有足夠的變形間隙而被撕裂；此外，可能發(fā)生糖 8 塊貼牢模腔不能自由落

15、下的情況；有時(shí)在頂糖時(shí)發(fā)生損傷糖塊現(xiàn)象等等。這說明第一次工藝設(shè)計(jì)方案還很不完善。 圖 24 第一種包裝工藝方案試驗(yàn) 1轉(zhuǎn)盤 2鋁箔紙 3頂糖桿 第二種方案：將剛性錐形模腔改成具有一定彈性的鉗糖機(jī)械手。圖 25 為鉗糖機(jī)械手及巧克力包裝工藝簡(jiǎn)圖。如圖所示，機(jī)械手實(shí)際上是具有彈性的錐形模腔， 這樣能適應(yīng)巧克力糖外型尺寸的變化，解決第一次工藝設(shè)計(jì)存在的拉破鋁箔紙的現(xiàn)象。在機(jī)械手的下面有圓環(huán)形托板，以防止糖塊落下去。 第二次工藝分析過程如下： 當(dāng)鉗糖機(jī)械手轉(zhuǎn)至裝糖位置時(shí)，接糖桿 4 向下運(yùn)動(dòng)，頂糖桿 7 向下推糖塊 6和包裝紙 8，使糖塊和鋁箔紙夾在頂糖桿之間，然后它們同步上升，進(jìn)入機(jī)械手5，迫使鋁箔

16、紙成型如下圖所示。接著拆邊器 10 向左拆邊，成圖 C 狀，然后轉(zhuǎn)盤2 帶動(dòng)機(jī)械手 5 作順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，突破環(huán)形托板 9，使鋁箔紙完全覆蓋在糖塊的大端面上，完成包裝工藝如圖 D 所示 第二次工藝設(shè)計(jì)，初步獲得成功。鋁箔紙沒有發(fā)生撕裂現(xiàn)象，糖塊也沒有什么損傷。 但是包裝紙表面還不夠光滑， 有時(shí)還會(huì)發(fā)生褶皺現(xiàn)象， 還需進(jìn)一步改進(jìn)。 經(jīng)過反復(fù)推敲，了解鋁箔紙只要用柔軟之物輕輕一抹。就很光滑平整的緊貼在糖塊表面上，達(dá)到預(yù)期的外觀包裝質(zhì)量要求。因此增設(shè)一個(gè)帶錐形毛刷圈（柔軟尼龍絲） ，再頂糖過程中，先讓糖塊和鋁箔紙通過毛刷圈，然后再進(jìn)入機(jī)械手成型，結(jié)果使包裝紙光滑，平整，美觀，完全達(dá)到包轉(zhuǎn)質(zhì)量要求。

17、9 圖 25 鉗糖機(jī)械手及巧克力糖包裝工藝簡(jiǎn)圖 l轉(zhuǎn)軸 2轉(zhuǎn)盤 3彈簧 4接糖桿 5鉗糖機(jī)械手（共六組） 6糖塊 7頂糖桿 8鋁箔紙 9環(huán)形托板 10折邊器 圖 2-6 是經(jīng)過改進(jìn)后的巧克力糖包裝成型機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 10 圖 2-6 巧克力糖包裝成形機(jī)構(gòu) 1左抄紙板 2鉗糖機(jī)械手 3接糖桿 4右抄紙板 5錐形尼龍絲圈 6鋁箔紙 7糖塊 8頂糖桿 2.2 包裝機(jī)的總體布局 2.2.1 機(jī)型選擇 從產(chǎn)品的數(shù)量上看， 屬于大批量生產(chǎn)。 因?yàn)榻o定生產(chǎn)任務(wù)超過年產(chǎn) 100 萬粒，因此，選擇全自動(dòng)機(jī)型。從產(chǎn)品的工藝過程來看，選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線的多工位自動(dòng)機(jī)型。根據(jù)工藝路線分析，實(shí)際上需要兩個(gè)工位，一個(gè)是進(jìn)料、

18、成型、拆邊工位，另一個(gè)是出料工位。自動(dòng)機(jī)采用六槽輪機(jī)構(gòu)做工件步進(jìn)傳送。 2.2.2 自動(dòng)機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 根據(jù)巧克力糖的包裝工藝，確定自動(dòng)機(jī)由以下執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成： （1）送糖機(jī)構(gòu)； （2）供紙機(jī)構(gòu)； （3）接糖和頂糖機(jī)構(gòu)； （4）抄紙機(jī)構(gòu)； （5）撥糖機(jī)構(gòu)； （6）鉗糖機(jī)械手的開合機(jī)構(gòu)； 11 （7）轉(zhuǎn)盤步進(jìn)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。 下面介紹主要執(zhí)行的結(jié)構(gòu)和工作原理。 圖 2-7 為鉗糖機(jī)械手、進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。送糖盤與機(jī)械手同步間歇回轉(zhuǎn)，逐一將糖塊送至包裝工位。機(jī)械手開合動(dòng)作，由固定的凸輪控制，凸輪的輪廓是由兩個(gè)半徑不同的圓弧組成。當(dāng)滾子在大半徑弧上，機(jī)械手就張開，從動(dòng)滾子在小半徑弧上，機(jī)械手靠彈簧閉合。由圖

19、可知，接糖桿和頂糖桿的運(yùn)動(dòng)不僅具有時(shí)間上的循序關(guān)系， 而且還具有空間上的相互干涉關(guān)系，因此它們的運(yùn)動(dòng)循環(huán)必須遵守空間同步化的原則來設(shè)計(jì)，并在結(jié)構(gòu)上應(yīng)予以重視。 圖 2-7 鉗糖機(jī)械手和出糖機(jī)構(gòu) 接糖和頂糖機(jī)構(gòu)如圖 2-8 所示。 接糖桿和頂糖桿夾住糖塊和包裝紙同步上升時(shí)，夾緊力不能太大，以免損傷糖塊。同時(shí)應(yīng)使夾緊力保持穩(wěn)定，因此在接糖桿的頭部才能用橡皮類的彈性件。 12 圖 2-8 頂糖、接糖機(jī)構(gòu) 圖 210 包裝機(jī)總體布局圖 13 2.2.3 包裝機(jī)總體布置 總體布置如圖圖 210 所示 2.2.4 傳動(dòng)原理圖 粒狀巧克力糖果自動(dòng)包裝機(jī)是專用自動(dòng)機(jī)， 根據(jù)自動(dòng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則和巧克力

20、糖包裝工藝的具體原則，擬定如圖圖 211 所示的傳動(dòng)系統(tǒng) 圖 211 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2.2.5 粒狀巧克力糖果自動(dòng)包裝機(jī)設(shè)備工作原理 14 分析工藝操作順序 （1）送料 （2）剪紙 剪刀落下，將所需長(zhǎng)度的包裝紙從卷筒紙帶上剪下后，剪刀返回原位。 （3）接糖和頂糖 接糖桿下行，將包裝紙頂向巧克力的上表面，同時(shí)頂糖桿上行。當(dāng)頂糖桿行至與巧克力接觸時(shí)，接糖桿與頂糖桿一起夾持著巧克力向上，到達(dá)機(jī)械手的夾持部位，經(jīng)過一段短暫的停留后各自退回。在此過程中完成包裝紙的初步成型。 （4）折紙 機(jī)械手把巧克力和包裝紙一起夾持住，活動(dòng)折紙將一側(cè)包裝紙折向中央，保持一段時(shí)間后返回原位。接著，機(jī)械手到包裝機(jī)的巧克力下個(gè)

21、工位，在機(jī)械手轉(zhuǎn)位的過程中，固定托板將另一側(cè)包裝紙折向中央。在機(jī)械手轉(zhuǎn)為的同時(shí)，撥糖盤與送料輥輪將下一個(gè)待包裝的巧克力和包裝紙送上，如此不斷循環(huán)。 2.3 繪制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 為使問題簡(jiǎn)化，在下面的討論中，只涉及撥糖盤、送料輥輪、機(jī)械手轉(zhuǎn)位、剪紙刀、頂糖桿、接糖桿和活動(dòng)折紙板這 6 各機(jī)構(gòu)。暫不考慮機(jī)械手夾持和其他一些機(jī)構(gòu)的動(dòng)作。而撥糖盤、送料輥輪、機(jī)械手轉(zhuǎn)位這三個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)是完全一致的?？勺鳛橐粋€(gè)機(jī)構(gòu)來看待。由此，納入討論的機(jī)構(gòu)為五個(gè)。所涉及的機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖可按以下步驟確定。 2.3.1 確定各個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán) TP 分配軸的轉(zhuǎn)速為 n=120(r/min)，分配軸每轉(zhuǎn)的

22、時(shí)間就是該機(jī)的工作循環(huán)，即等于各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)，所以 Tp=60/n=0.5(s) 2.3.2 確定各機(jī)構(gòu)循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角 撥糖盤、送料輥輪、機(jī)械手轉(zhuǎn)位都是間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，它們的運(yùn)動(dòng)循環(huán)由兩個(gè)區(qū)段組成： Tk1撥糖盤、送料輥輪、機(jī)械手轉(zhuǎn)位等三個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)為運(yùn)動(dòng)時(shí)間； To1撥糖盤、送料輥輪、機(jī)械手轉(zhuǎn)位等三個(gè)機(jī)構(gòu)的停歇時(shí)間。 由此，應(yīng)有 Tp1=Tk1+To1 相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為p1=k1+o1=3600 15 剪刀機(jī)構(gòu) 8 的運(yùn)動(dòng)循環(huán)可分為三個(gè)區(qū)段： Tk8剪刀機(jī)構(gòu)的剪切工作過程時(shí)間； Td8剪刀機(jī)構(gòu)的返回行程時(shí)間； To8剪刀機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時(shí)間。 因此，應(yīng)有 Tp

23、8=Tk8+Td8+To8 相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為p8=k8+d8+o8 頂糖桿機(jī)構(gòu) 5 的運(yùn)動(dòng)循環(huán)的組成區(qū)段為： Tk5頂糖桿機(jī)構(gòu)的頂糖工作行程時(shí)間； Ta5頂糖桿機(jī)構(gòu)在工作位置的停留時(shí)間； Td5頂糖桿機(jī)構(gòu)的返回行程時(shí)間； To5頂糖桿機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時(shí)間。 因此，應(yīng)有 Tp5=Tk5+Ta5+Td5+To5 相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為p5=k5+a5+d5+o5 接糖桿機(jī)構(gòu) 3 的運(yùn)動(dòng)循環(huán)的組成區(qū)段為: Tk3接糖桿機(jī)構(gòu)的接糖工作行程時(shí)間； Ta3接糖桿機(jī)構(gòu)在工作位置的停留時(shí)間； Td3接糖桿機(jī)構(gòu)的返回行程時(shí)間； To3接糖桿機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時(shí)間。 因此，應(yīng)有p3=k3+a3+d3+o3 活

24、動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu) 6 的運(yùn)動(dòng)循環(huán)也可分為四個(gè)區(qū)段： Tk6活動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu)的折紙工作行程時(shí)間； Ta6活動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu)在工作位置的停留時(shí)間； Td6活動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu)的返回行程時(shí)間； To6活動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu)在初始位置的停留時(shí)間。 因此，應(yīng)有 Tp6=Tk6+Ta6+Td6+To6 相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為p6=k6+a6+d6+o6 由于粒狀巧克力糖果自動(dòng)包裝機(jī)的工作循環(huán)是從送料開始的， 因此送料輥輪機(jī)構(gòu)的工作起點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行同步化設(shè)計(jì)，機(jī)械手和送紙機(jī)構(gòu)與之相同。 （1）送料輥輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)各區(qū)段的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取送料時(shí)間 Tk1=2/15s，則停歇時(shí)間 T=11/30s.相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為

25、： =360Tk1Tp3602151/296 16 =360Tk1Tp36011301/2264 （2）接糖桿機(jī)構(gòu) 3 運(yùn)動(dòng)循環(huán)各區(qū)段的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取工作位置停留時(shí)間 Tk3=2/15，則相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為： ka3=96, a3=264 （3）剪紙刀機(jī)構(gòu) 8 運(yùn)動(dòng)循環(huán)各區(qū)段的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取送料時(shí)間 Tk8=1/30s,則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為： k8=360Tk8Tp3601301/224 初定 Td8=1/30s,則 To8=13/30s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 d8=360Tk8/Tp=24；o8=312Td8/Tp=312 （4）頂糖桿機(jī)構(gòu) 5 運(yùn)動(dòng)循環(huán)

26、各區(qū)段的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取工作位置停留時(shí)間 Ta5=1/45s,則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為： a5=360Ta5Tp3602/145/116 初定 Tk5=1/15s, Td5=2/45s,則 To5=11/30s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為 k5=360Tk5Tp=48； d5=360Td5Tp =32； o5=360To5Tp =264； （5）活動(dòng)剪紙板機(jī)構(gòu) 6 運(yùn)動(dòng)循環(huán)各個(gè)區(qū)段的時(shí)間及分配轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取折紙行程時(shí)間 Tk6=2/45s，則相應(yīng)的分配轉(zhuǎn)角為 k6=360Tk6Tp32 初定 Ts6=1/45s, Td6=1/6s,則 To6=12/45s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)

27、角為 s6=360Ts5Tp =16； d6=360Td5Tp =120 o6=360To5Tp =192。 繪制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的循環(huán)圖：根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，分別繪制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，如下圖 2-12 所示： 2.3.3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間同步化設(shè)計(jì) （1）確定粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)最短的工作循環(huán) Tpmin。根據(jù)工藝要求，送糖、送紙完成時(shí)（B1） ，剪刀 8 即可向下剪切（A8） ；當(dāng)剪切完成時(shí)（B8） ，頂糖桿5 又可以開始將巧克力向上頂（A5） ；而在巧克力被頂?shù)轿粫r(shí)（B5） ，活動(dòng)折紙板 6 17 就可以開始折紙工作行程（A6） 。因此，這四個(gè)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)在時(shí)間上的聯(lián)系由上述三對(duì)

28、同步點(diǎn) B1A8、B8A5和 B5A6決定。使這四個(gè)機(jī)構(gòu)的循環(huán)圖上的點(diǎn)B1與 A8、B8與 A5、B5與 A6分別重合，是這四個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)在時(shí)間上的聯(lián)系的極限情況。由此就可得到粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)的具有最短工作循環(huán) Tpmin的同步圖，如圖 1-13 所示。 OOOO 圖 2-12 粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 （a）撥糖盤、送紙輥輪和機(jī)械手轉(zhuǎn)位 (b)剪刀 (c)頂糖桿 (d)活動(dòng)折紙板 18 撥糖盤、送紙輥輪和機(jī)械手轉(zhuǎn)位 A1 B1 剪紙刀 A8 B8 頂糖桿 A5 B5 C5 活動(dòng)折紙板 A6 B6 C6 Tpmin 圖 2-13 粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)具有最短工作循環(huán)的同步圖

29、 由圖可知： Tpmin=Tk1+Tk8+Tk5+Tk6+Ts6+Td6 =152+301+151+452+451+61=157(s) 但是，由于各種實(shí)際誤差因素的存在，在設(shè)計(jì)時(shí)，不能使點(diǎn) B1與 A8、B8與A5、B5與 A6分別對(duì)應(yīng)重合，而必須使送糖、送紙機(jī)構(gòu)的 B1點(diǎn)超前于剪刀機(jī)構(gòu) 8 的B8點(diǎn)；剪刀機(jī)構(gòu) 8 的 B8點(diǎn)又必須超前于頂糖機(jī)構(gòu)的 A5點(diǎn)；頂糖機(jī)構(gòu)的 B5點(diǎn)還必須超前于活動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu)的 A6點(diǎn)，以確保自動(dòng)機(jī)械工作的可靠性。每對(duì)同步點(diǎn) 19 之間的超前量（或稱錯(cuò)移量）根據(jù)自動(dòng)機(jī)械的實(shí)際加工或其他工作情況而定，有時(shí)可能還要通過實(shí)驗(yàn)加以確定。 （2）確定粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)的工作循

30、環(huán) Tp。令上述三對(duì)同步點(diǎn)的錯(cuò)移量分別為t1、t2和t3，若取 t1=t2=t3=901（s） 則其在分配軸上相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為 1=2=3=t1/Tp360=8 粒狀巧克力糖果自動(dòng)包裝機(jī)的工作循環(huán)應(yīng)為 Tp=Tmin+t1+t2+t3=157+901+901+901=21(s) 此值正好和生產(chǎn)綱領(lǐng)對(duì)應(yīng)的工作循環(huán)一致。 2.3.4 繪制粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)的工作循環(huán)圖 在進(jìn)行各執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)的時(shí)間同步化后， 就可以繪制粒狀巧克力自動(dòng)包裝機(jī)的工作循環(huán)圖。下圖就是以分配軸的轉(zhuǎn)角橫坐標(biāo)的工作循環(huán)圖，是設(shè)計(jì)分配軸上各凸輪輪廓曲線的重要依據(jù)。 進(jìn)一步分析工作循環(huán)圖發(fā)現(xiàn)，在送糖、送紙和機(jī)械手等機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位時(shí)，剪刀

31、機(jī)構(gòu) 8、頂糖桿機(jī)構(gòu) 5 和活動(dòng)折紙板機(jī)構(gòu) 6 處于初始位置停留狀態(tài)；而當(dāng)機(jī)構(gòu) 8、5和 6 進(jìn)行各種操作及返回時(shí)，送糖、送紙和機(jī)械手等機(jī)構(gòu)則處于停歇狀態(tài)。實(shí)際上，當(dāng)活動(dòng)折紙板 6 完成折紙動(dòng)作并從工作位置開始返回時(shí)（C6） ，機(jī)械手等機(jī)構(gòu)就可以開始下一個(gè)循環(huán)的轉(zhuǎn)位（A1） ，這不但符合工藝要求的動(dòng)作循序，而且也不存在機(jī)構(gòu)之間發(fā)生空間干涉的可能，這從圖可以看出。在圖中，C6位于分配軸轉(zhuǎn)角 240處。把 C6和 A1視為一對(duì)同步點(diǎn)，并使 C6相對(duì) A1有一個(gè)超前量4=8，則可從分配軸轉(zhuǎn)角為 240+8=248處，將 248360范圍內(nèi)的運(yùn)動(dòng)截掉，只把機(jī)構(gòu) 6 的部分返回行程放到 0112范圍內(nèi)，

32、代替原來的一部分停留區(qū)段。 這樣做不會(huì)改變各機(jī)構(gòu)原來的各段行程的時(shí)間和工作位置的停留時(shí)間，只是減少了各機(jī)構(gòu)的初始位置停留時(shí)間。圖就是截短后的工作循環(huán)圖，其工作循環(huán)由 Tp減少到 Tp ，對(duì)應(yīng)的p和p分別是 360和 248。Tp值可由下式求得： Tp=p/pTp=248/3601/2=0.29（s） 20 相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)速和理論生產(chǎn)率則為： p=60/Tp=60/0.29=207(r/min) Qp=207(件/min) 圖 2-13 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的工作循環(huán)圖 21 第 3 章 電動(dòng)機(jī)的選擇 3.1 選擇電動(dòng)機(jī)類型 查閱設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用三相籠型異步電機(jī)，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓為 380V，Y 型

33、。其特點(diǎn)為： 采用防淋水結(jié)構(gòu)能防止直徑大于 12mm 的固體異物進(jìn)入， 并能防止沿垂直線成 60 度或小于 60 度的淋水對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響；效率高、耗電少、噪音低、振動(dòng)小、體積小質(zhì)量輕、運(yùn)動(dòng)可靠、維修方便；絕緣等級(jí)為 B 級(jí)。 3.2 選擇電動(dòng)機(jī)的功率 為了保證工作平穩(wěn)，能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，主軸的轉(zhuǎn)速 n=120r/min，主軸的最小直徑 D=40mm 來計(jì)算功率 P。由現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) （北京出版社）查得實(shí)心軸公式 C3nP C 為系數(shù)，由上書的表 4.62 查取，P 為軸傳遞的功率（Kw） ，N 為軸的轉(zhuǎn)速。由此可得 P=2.34Kw 3.3 傳動(dòng)裝置的總效率 總=0.96 電動(dòng)機(jī)功率 P1=P/

34、0.96=2.43Kw 3.4 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 送料盤的轉(zhuǎn)速為 n=20r/min 取 V 帶的傳動(dòng)比為 3.77.4，圓柱齒輪的傳動(dòng)比為 3， 垂直分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為 6，其他的傳動(dòng)比為 1，則總傳動(dòng)比的合理范圍為 66.6133.2，故電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可選范圍為 13322664r/min。 3.5 確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào) 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的齒輪、 重量、 價(jià)格和帶傳動(dòng)、 減速器的傳動(dòng)比，待定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為 Y112M4。 22 第 4 章 軸的設(shè)計(jì) 4.1 受力分析 我們所設(shè)計(jì)的自動(dòng)包裝機(jī)的主軸主要是承受三方面的力， 一是軸帶動(dòng)軸上零件過程中產(chǎn)生的扭矩；二是由于凸輪對(duì)軸的軸向沖擊力；三是

35、承受自身、軸上零件等的重力。以下設(shè)計(jì)均參考機(jī)械設(shè)計(jì)p239374。 4.2 求輸出軸上的功率 P、轉(zhuǎn)速 N 和轉(zhuǎn)矩 T 若取每級(jí)齒輪傳動(dòng)的功率（包括軸承效率在類）=0.97.則 P=P11234=2.430.970.970.960.95=2.34Kw 又 N=n/i=14401/31/4=120r/min 于是 T=9550000pn=95500002.57120=204529N.mm 4.3 求作用在齒輪上的力 因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓半徑為 d=mz2=496=384mm Ft=2T/d=2204529/384=1065N Fr=Fttan/cos=1065tan20cos8=522N

36、Fa=Fttan8=200N 圓周力 Ft，徑向力 Fr及軸向力 Fa方向如圖示. 4.4 初步確定軸的最小直徑 先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表 15-3，取 A0=110，于是得 dmin=A03nP=105312034. 2=22mm 所以我們?nèi)∽钚≈睆綖?22mm。 4.5 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1. 經(jīng)過分析比較，現(xiàn)取用圖 21 所示的裝配方案 23 A B C D E F G H I J K L 圖 41 軸裝配方案示意圖 2. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 （1）初步選擇軸承。因軸承同時(shí)受有軸向力和徑向力的作用，徑向力較大，而軸向

37、力相對(duì)較小，故選擇角接觸球軸承。參考工作要求，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 組基本游隙，故 d1=d2=40mm。兩軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊(cè)查得，軸承的定位的軸肩高度為 h=4mm,因此取 d1=d2=48mm。 （2）根據(jù)已經(jīng)設(shè)計(jì)的凸輪間歇機(jī)構(gòu)和空間布局的需要取 d=58mm. （3）取安裝齒輪處的軸段 DE 直徑 d=68mm。齒輪的左端與凸輪間歇機(jī)構(gòu)之間采用套筒定位。已經(jīng)知道齒輪輪轂的寬度為 60mm，為了使套筒端面可靠得壓緊齒輪， 此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度， 故取 Ld-e=58mm。 齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度 h0.07d，取 h=6mm，則軸環(huán)處的直徑 d=80mm，

38、軸環(huán)寬度 b1.4h，取L=18mm。 （4）根據(jù)設(shè)計(jì)要求和空間布局的合理性，HI 段安裝錐齒輪。取 d=48mm，L=122mm。GF 段用于安裝凸輪間歇機(jī)構(gòu)。 （5）根據(jù)設(shè)計(jì)要求取 d=68mm，L=64mm。然后再依次確定得 LBC=128mm，LCD=84mm，LGH=76mm。至此，已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 3.軸上零件的周向定位 直齒輪、錐齒輪、溝槽凸輪、凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與軸采用平鍵聯(lián)接并采用過渡配合按各段直徑可以由手冊(cè)查得平鍵截面的尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時(shí)為了保證各零件與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇與軸的配合為 H8/k7；而軸承與軸的配合采用過盈配合，故這兩處軸

39、的直徑尺寸公差為 m6。 4.確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 152，取軸端倒角為 245，各軸肩處的圓角半徑見軸的零件圖。 5.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊(cè)中查取 a 值（參看圖 1523） 。由手冊(cè)中查出 a=9。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的 24 彎矩圖和扭矩圖如圖22。 圖 42 軸的彎矩圖和扭矩圖 6. 傳動(dòng)主軸校核 根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可知，傳動(dòng)主軸為最危險(xiǎn)軸，若該軸強(qiáng)度滿足，則其他軸必定滿足，故只需校核傳動(dòng)主軸。 由于傳動(dòng)主軸為自動(dòng)洗瓶機(jī)中的重要軸， 故決定采用安全因數(shù)校核法對(duì)軸的安全性進(jìn)行精確的評(píng)定，即對(duì)軸的危險(xiǎn)截面作出安全性判斷。 首先

40、根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖 5-1）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖 5-2） 。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取 a 值。對(duì)于 7207C 型軸承，由手冊(cè)中查得 a=15.7mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖 5-2） 。 1)軸的強(qiáng)度校核 計(jì)算安全系數(shù)caS值，由中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典3 可知： 1NamKSK 25 1NamKSK 22PS SSSSS 由中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典3 可知，式中各參數(shù)的意義及值為： 對(duì)稱循環(huán)下的彎曲疲勞極限1350MPa 對(duì)稱循環(huán)下的彎曲扭轉(zhuǎn)極限1200MPa 用于疲勞強(qiáng)度的許用安全因數(shù)1.5PS 壽命系數(shù)1NK 彎曲時(shí)疲勞缺口因數(shù)1.93K 扭轉(zhuǎn)時(shí)疲勞缺口因數(shù)1.82K

41、 彎曲時(shí)的尺寸因數(shù)0.68 扭轉(zhuǎn)時(shí)的尺寸因數(shù)0.74 表面狀態(tài)因數(shù)0.9 彎曲等效因數(shù)0.2 扭轉(zhuǎn)等效因數(shù)0.1 經(jīng)計(jì)算得出 16.92NamKSK 124.66NamKSK 226.66PS SSSSS 26 滿足條件，故傳動(dòng)主軸的強(qiáng)度足夠 2) 軸的剛度校核計(jì)算 軸的彎曲剛度校核計(jì)算 4414.2vniiiLdmmld 由機(jī)械設(shè)計(jì)表 15-3 選擇 A0=112 vd=1120.2=22.4mm 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算 4115.73 100.5ni iiPiTlLGI 故該軸的截面 e 右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的， 本題因無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此，軸的設(shè)計(jì)

42、計(jì)算即告結(jié)束。 至此軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束,繪制軸的尺寸圖如下所示： 圖 43 軸的尺寸圖 27 第 5 章 齒輪的設(shè)計(jì) 5.1 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 5.1.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 參考機(jī)械設(shè)計(jì) （第七版） 高等教育出版社 1）根據(jù)設(shè)計(jì)的機(jī)械傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。 2） 粒狀巧克力包裝機(jī)為一般工作機(jī)器， 速度不高， 故選用 7 級(jí)精度 （GB1009588） 。 3）材料選擇。 由表 101 選擇小齒輪的材料為 40Cr （調(diào)質(zhì)） ， 硬度為 280HBS，大齒輪的材料為 45 鋼 （調(diào)質(zhì)） ， 硬度為 240HBS， 二者材料硬度差為 40HBS。 4）選小齒輪

43、的齒數(shù) Z1=24,大齒輪齒數(shù)為 Z2=324=72。 5.1.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) d1t2.323211）（HEdtZuuTK 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）試選載荷系數(shù) Kt=1.3 （2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=95.5105p1n1=95.51052.5/360Nmm=5.796104 Nmm （3）由表 107 選取齒寬系數(shù)d=1 （4）由表 106 查得材料的彈性影響系數(shù) ZE=189.8MPa1/2 （5）由圖 1021d 按齒面強(qiáng)度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa； （6）由式 1013 計(jì)算應(yīng)力

44、循環(huán)次數(shù) N1=60n1jLh=603601(2830015)=0.345109 N2=0.3451093=0.115108 （7）由圖 1019 查得接觸疲勞壽命系數(shù) KHN1=0.88;KHN2=0.96 （8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（1012）得 H1=KHN1Hlim1/S=0.88600MPa=528MPa 28 H2=KHN2Hlim2/S=0.96600MPa=528MPa 2) 計(jì)算 （1）試算小齒輪分度圓直徑 d1t，代入H中較小的值 D1t2.323211）（HEdtZuuTK =2.323245288 .189341109 . 1

45、3 . 1）（ =92.43mm （2）計(jì)算圓周速度 v V=d1tn1(601000)= 92.43360(601000)=3.12m/s （3）計(jì)算齒寬 b b=dd1t=192.43mm=92.43mm （4）計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù) mt=d1tz1=92.43/24=3.8mm 齒高 h=2.25 mt =2.253.88.5mm b/h=92.43/8.5=10.66 （5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) v=3.12m/s，7 級(jí)精度，由圖 108 查得動(dòng)載系數(shù) Kv=1.10； 直齒輪，假設(shè) KAFt/b100N/m。由表 103 查得 KH=KF=1.2； 由表 102 查得 K

46、A=1； 由表 104 查得 7 級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， KH=1.10+0.18（1+0.62）2+0.2310-3b 將數(shù)據(jù)代入后得 KH=1.10+0.18（1+0.612）+0.2310-392.43=1.398； 由 b/h=10.66，KH=1.398，查圖 1013 得 KF=1.35；故載荷系數(shù) K=KAKVKHKH=11.101.21.398=1.846； （6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由式（1010a）得 d1=d1t3/tKK=92.4333 . 1/846. 1=96.549mm （7）計(jì)算模數(shù) m m=d1/z1=96.549/24=4.0

47、2mm 5.1.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 29 由式（105）得彎曲強(qiáng)度的計(jì)算公式為 m32112FSaFadYYZKT 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 （1）由圖 1020c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2=380MPa； （2）由圖 1018 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=0.85,KFN2=0.88； （3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，由式（1012）得 F1=KFN1FE1/S=0.855001.4MPa=303.57MPa F2=KFN2FE2/S=0.883801.4MPa=238.86MPa （4）計(jì)算載荷系

48、數(shù) K K=KAKVKFKF=11.101.21.35=1.814 （5）查取齒形系數(shù) 由表 105 查得 YFa1=2.65；YFa2=2.236。 （6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 105 查得 YSa1=1.58；YSa2=1.754。 （7）計(jì)算大、小齒輪的 YFaYSaF并加以比較 YFa1YSa1F1=2.651.58303.57=0.01379； YFa2YSa2F2=2.2361.754238.86=0.01642 大齒輪的數(shù)值大。 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 M32401642. 024110796. 5814. 12mm=2.8166mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果， 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大

49、于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所能決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 2.8166 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=3mm，按接觸算得的分度圓直徑d1=92.43mm，算出小齒輪齒數(shù) Z1=md1=343.92=32 30 大齒輪齒數(shù) Z2=uz1=332=96。 5.1.4 幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 d1=z1m=323=96mm d2=z2m=963=288mm 2）計(jì)算中心距 a=(d1+d2)/2=（96+288）/2=192mm 3）計(jì)算齒輪寬度 b=dd1=196=96mm 取

50、B1=100mm，B2=96mm。 驗(yàn)算 Ft=112dT=4810932. 124=805N bFKtA=488051N/mm=16.77N/mm100N/mm,合適。 5.2 錐齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 已知輸入功率KWP34. 296. 043. 22，輸出齒輪轉(zhuǎn)速min/1204rn ，齒數(shù)比1u，工作壽命為 3 年（設(shè)每年工作 250 天） ，兩班制。 5.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) （1）按傳動(dòng)方案，選用直齒圓錐齒輪傳動(dòng)。 （2）已知撥盤轉(zhuǎn)速為min/30r，故選用 7 級(jí)精度（GB 10095-88） （3）材料選擇。因?yàn)榛诣T鐵性質(zhì)較脆，抗沖擊和耐磨性都較差，但抗膠

51、合和抗點(diǎn)蝕的能力較好； 灰鑄鐵齒輪常用于工作平穩(wěn)， 速度較低， 功率不大的場(chǎng)合，故決定選用灰鑄鐵。由表 10-1 選擇兩齒輪材料為 HT300，硬度為 200HBS，大齒輪硬度為 280 HBS，兩者材料硬度差為 50HBS。 （4）選用輸出齒輪齒數(shù)161Z，輸入齒輪齒數(shù)321622Z 31 5.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-26）進(jìn)行試算，即 32121)5 . 01 (92. 2uTKZdRRtHEt 1) 確定公式內(nèi)得各計(jì)算數(shù)值 (1)試選載荷系數(shù)4 . 1tK (2)計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mmNnPT435425110873. 5120103 .186105 .95

52、/105 .95 (3)選取齒寬系數(shù)31d (4)由表 10-6 查得材料的彈性影響系數(shù)217 .143 MPaZE (5) 由 圖10-21d齒 面 硬 度 查 得 兩 齒 輪 的 接 觸 疲 勞 強(qiáng) 度 極 限MPaHH4002lim1lim (6)由式 10-31 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7111016. 21200011206060hjLnN 7121008. 12NN (7)由圖 10-19 查得接觸疲勞壽命系數(shù)0 . 11HNK。95. 02HNK (8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1，安全系數(shù) S=1，由式（10-25）得 MPaSKHHNH40014000 . 11lim11

53、 MPaSKHHNH380140095. 02lim22 2)計(jì)算 (1)試算輸出齒輪分度圓直徑td1，代入H中較小的值 32 mmmmdt226.932312113110873. 54 . 14007 .14392. 232421 (2)計(jì)算圓周速度v smndvt/44. 0 . 0100060120945.7010006011 (3)計(jì)算齒寬b mmudRbRR104.2731212945.7021221 (4)計(jì)算齒寬與齒高之比hb 模數(shù)：43. 416945.7011Zdmtt 齒高：mmmxhha4 . 44 . 4)01 (1* 齒高之比：015. 643. 4104.27hb

54、(5)計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)已知條件，由表 10-2 查得使用系數(shù)1AK； 已知smv/11. 0，7 級(jí)精度，由圖 10-8 查得動(dòng)載系數(shù)05. 1VK； 直齒輪，假設(shè)mmNbFKtA/100，由表 10-3 查得2 . 1FHKK； 由表 10-9 查得工業(yè)用兩輪的支承都是懸臂時(shí)，軸承系數(shù)5 . 1beHK 由 beHFHKKK5 . 1 得 25. 2FHKK 故載荷系數(shù)835. 225. 22 . 105. 11HHVAKKKKK (6)按實(shí)際得載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑，由式（10-10a）得 mmKKddtt35.1174 . 1835. 2226.933311 (7)計(jì)算模數(shù)m m

55、mZdm6 . 5169011 33 5.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由式（10-24）得彎曲強(qiáng)度得設(shè)計(jì)公式為 3221211)5 . 01 (4FSaFaRRYYuZKTm 1)確定公式內(nèi)得各計(jì)算值 (1)由圖 10-20a 查得兩個(gè)齒輪得彎曲疲勞強(qiáng)度極限MPaFE1501，MPaFE1851 (2)由圖 10-18 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)9 . 01FNK，95. 01FNK (3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)4 . 1S，由式（10-12）得 MPaSKFEFNF43.964 . 11509 . 0111 MPaSKFEFNF5 .1254 . 118595. 0222 (4)

56、計(jì)算載荷系數(shù)K 835. 225. 22 . 105. 11FFVAKKKKK (5)查取齒形系數(shù) 由表 10-5 查得93. 21FaY，54. 22FzY (6)查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 10-5 查得51. 11SaY，764. 11SaY 計(jì)算兩齒輪的FSaFaYY，并加以比較 04588. 043.9651. 193. 211FSaFaYY 04635. 043.9676. 154. 222FSaFaYY 34 大齒輪的數(shù)值一樣大 2)設(shè)計(jì)計(jì)算 3221211)5 . 01 (4FSaFaRRYYuZKTm 3222404588. 01116312113110873. 5835. 24

57、 mm72. 5 對(duì)比計(jì)算結(jié)果， 由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m小于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)， 由于齒輪模數(shù)m的大小取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力， 而齒面接觸疲勞強(qiáng)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(guān)，可取由彎曲強(qiáng)的算得的模數(shù) 5.72mm 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值mmm6，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑mmd35.1171，算出輸出齒輪齒數(shù) 20635.117611dZ 輸入齒輪齒數(shù) 4020212ZuZ 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 5.2.4 幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 mmmZd120620

58、11 mmmZd24064022 2）查表 8-201 得錐距角451，452 3）計(jì)算錐距 mmddR2 .79sin2sin22211 4）計(jì)算齒寬 35 mmRbR4 .262 .7931 5）計(jì)算齒頂高 mmmxhhaa66011*1 mmmxhhaa66012*2 6）計(jì)算齒高 mmmchha2 .1362 . 0122* 7）計(jì)算齒根高 mmhhhaf2 . 762 .1311 mmhhhaf2 . 762 .1322 8）計(jì)算齒頂圓直徑 mmhddaa5 .123cos21111 mmhddaa5 .243cos22222 9）計(jì)算齒根角 8arctan11Rhff 8arcta

59、n22Rhff 10）計(jì)算齒頂角 811fa 822fa 11）計(jì)算頂錐角 53845111aa 53845222aa 12）計(jì)算根錐角 37845111ff 37845222ff 36 13）計(jì)算周節(jié) 22mp 14）計(jì)算外錐高 mmhdAaK6 .53sin21121 mmhdAaK3 .113sin22212 15）確定安裝距A,按結(jié)構(gòu)確定mmA641，mmA3 .1242 16）計(jì)算支承端距 mmAAHK11111 mmAAHK11222 37 第6章 機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 6.1 機(jī)械手夾持裝置設(shè)計(jì) 要求： 1、 要有足夠的夾緊力P夾。在確定手指的夾緊力時(shí)，除考慮工作的重量外，還應(yīng)

60、考慮工件在傳送過程中生產(chǎn)的慣性力和振動(dòng)等影響，以保證夾持牢靠。 2、 要有一定的開閉角。手指的開閉角應(yīng)能適應(yīng)工件尺寸變化范圍及手部的運(yùn)動(dòng)路線。 3、 保證工件正確定位。為手指和工件保持準(zhǔn)確的相對(duì)位置，必須根據(jù)工件形狀而選擇相應(yīng)的手指形狀來定位。 4、 結(jié)構(gòu)要緊湊。使之重量輕，動(dòng)作靈活。 基本結(jié)構(gòu)如圖 圖6-1 夾持裝置 38 6.1.1 夾緊力P夾計(jì)算 機(jī)械手工作時(shí)， 為保證手指能夠可靠的把工件夾牢所必需的夾緊力P夾可按下式計(jì)算： 由專用機(jī)床設(shè)計(jì)與制造P465得： P夾9.8K1K2K3G （N） K1：安全系數(shù)（通常取1.52）K1=1.8 K2：工作情況系數(shù) ： K2=1a/g 最大加速度

61、a=8.18m/s2 (由凸輪計(jì)算中得) 所以 K2=18.18/9.8=10.835=1.835 K3：工作方位系數(shù)：K3=1/2f 其中摩擦系數(shù)f=0.30.4 取f=0.3 G：巧克力糖質(zhì)量：G=0.098（N） 所以 P夾9.81.81.8350.01/（20.3）=0.53949（N） 取P夾=0.588（N） 6.1.2 彈簧力P彈簧計(jì)算 這里選用的是拉伸彈簧。 如圖，圓柱螺旋拉伸彈簧空載時(shí)，各圈應(yīng)相互并攏。另外，為了節(jié)省軸向工作空間，并保證彈簧在空載時(shí)各圈相互壓緊，常在卷繞的過程中，同時(shí)使彈簧絲繞其本身的軸線產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)。這樣制造的彈簧，各圈即具有一定的壓緊力，彈簧絲中也產(chǎn)生了一定的

62、預(yù)緊力，故也稱為有預(yù)緊力的拉伸彈簧。 在此選用的是低錳彈簧鋼（65Mn），它與碳素彈簧鋼相比，優(yōu)點(diǎn)是淬透性較好和強(qiáng)度較高；缺點(diǎn)是淬火后容易產(chǎn)生裂紋及熱脆性。但由于它價(jià)格便宜，所以一般機(jī)械上常用于制造尺寸不大的彈簧，例如離合器彈簧等。 因?yàn)樗鼉r(jià)格便宜，淬透性好，強(qiáng)度較高。 計(jì)算彈簧系數(shù)KF: 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè) 第二版P1002 39 KF=（4C-1）（4C-4）+0.615/C 圖6-2 夾持裝置 其中旋轉(zhuǎn)比C=d/D=(510) 取C=8 所以 KF=1.1071+0.0769=1.184 選彈簧絲直徑d=0.6mm D=Cd=80.6mm=4.8mm 計(jì)算在彈簧伸長(zhǎng)量X=20/3 mm

63、(由計(jì)算的)時(shí),彈簧的拉伸力變化量F,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè) 第二版P1002表9-15 F=9.8d3/(8KD) 其中=（412） 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè) 第二版P1004表9-17 取=7 所以 F=9.83.140.637/(81.1844.8)=1.0231（N） 所以 P彈簧=F+ F預(yù)=2.4931（N） 6.1.3開閉角的計(jì)算 由圖得： tan=(r1-r2)/L3=(80-70)/40=0.25 所以： =14 40 夾具頭敞開的大小L=tan（L1+L2+15）=0.25（20+30+15）mm=16.25 mm 6.2 凸輪設(shè)計(jì) 在此選擇盤狀： （如圖）它是具有沿徑向變化輪廓

64、曲線的盤狀零件。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小。但其半徑差不宜過大，一般不超過 100120 毫米。 在此處半徑差取10毫米。 圖63 凸輪 凸輪材料選擇 凸輪和從動(dòng)件的材料，應(yīng)保證其工作表面有一定的耐磨性，并能承受較大的動(dòng)載荷。所以一般較重要的凸輪材料多用優(yōu)質(zhì)碳素鋼或合金結(jié)構(gòu)鋼制造。如45號(hào)鋼、50號(hào)鋼、20Cr鋼或40Cr鋼等。 在此取20Cr鋼 20Cr鋼經(jīng)表面滲碳后淬硬并回火 ，其硬度HRC=6062凸輪尺寸計(jì)算 如圖 取r1=95mm, r2 =85mm 由r1 到r2過渡為勻變速過渡 其行程圖、速度圖及加速度圖分別如圖 34 所示： 41 圖64 凸輪上的位移、速度及加速度圖 凸輪強(qiáng)度計(jì)

65、算 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè) 第二版 P136 =ZESqurtF/(b*) HKgf/ mm2 其中 b： 接觸寬度 b=8mm F ： 法向作用力（N） 如圖 65 P夾（L1 +L2） =F預(yù)L1 因?yàn)?P夾=0.588（N），L1 =20mm,L2=30mm 所以 F預(yù)=0.15 L3 又如圖65 （F預(yù)+F） L1 = F L3 42 圖65 機(jī)械手受力分析 其中 L3=40mm ,所以F=1.247（N） :=12/（1+2） 其中 滾子半徑 1=8mm,凸輪接觸點(diǎn)曲率半徑 2=95mm ,所以=7.38mm ZE： 系數(shù)（鋼對(duì)鋼） ZE=60.6 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè) 第二版P136

66、 H ：許用接觸應(yīng)力 H=27.44-29.4N/mm 2 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 中冊(cè) 第二版P136 取H=28.42N/mm 2 所以= 27.44N/mm 2 在此 H ，符合要求。 43 6.3 棘輪設(shè)計(jì) 6.3.1棘輪材料選擇 一般的棘輪機(jī)構(gòu)是由棘輪和棘爪機(jī)構(gòu)兩部分組成， 用來實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)或防止逆轉(zhuǎn)的制逆裝置。棘輪機(jī)構(gòu)有外嚙合、內(nèi)嚙合兩種，一般棘爪是主動(dòng)件，棘輪是從動(dòng)件。但在本設(shè)計(jì)中所用的棘輪不是作為如上的用途，它只是用來實(shí)現(xiàn)對(duì)巧克力糖的傳輸，所承受的周向力極小，同時(shí)幾乎不受任何機(jī)械磨損的作用，因此對(duì)該棘輪的材料強(qiáng)度要求不高。但它工作時(shí)一直與巧克力糖接觸，所以對(duì)該棘輪的材料性能提出了新的要求，那就是要求它具有相當(dāng)好的耐腐蝕性。 材料：要求耐腐蝕，對(duì)其強(qiáng)度沒要求 選40Cr 6.3.2棘輪形狀確定 基本形狀如圖36所示： 其中 d=24mm，d1=30mm ，D1=300mm。 圖36 棘輪 6.4 圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 44 圖1為圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖，凸輪作為主動(dòng)軸，分度盤作為從動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)。由于凸輪曲線是由曲線部分和直線部分組成，就形成了分度盤的間歇運(yùn)動(dòng)。圓柱分度凸輪機(jī)構(gòu)