课程设计之粒状巧克力糖包装机的设计

自动化机械设计课程设计课程题目：粒状巧克力糖包装机的设计学院：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化班级：姓名：学号：指导教师：成绩：2013年6月15日目录一、设计任务书 (1)二、粒状巧克力糖包装机的工艺确定 (3)三、粒状巧克力糖包装机的总体布局 (7)四、粒状巧克力糖包装机的传动系统 (9)五、粒状巧克力糖包装机的工作循环图 (10)六、粒状巧克力糖包装机的齿轮设计 (15)七、粒状巧克力糖包装机的机械手设计 (17)八、粒状巧克力糖包装机的凸轮设计 (18)九、粒状巧克力糖包装机的槽轮设计 (21)十、设计小结 (22)十一、参考文献 (22)一、设计任务书1、粒状巧克力糖被加工对象是粒状巧克力糖，如图1所示。

H=15mm ，1φ=25mm ，2φ =20mm 。

2、包装材料巧克力糖包装采用厚度0.008mm75X75的银色铝箔卷筒纸。

3、机器的生产率自动机的正常生产率为86件/ min 。

4、包装质量要求要求巧克力糖包装后外形美观、挺括、铝箔纸无明显损伤、撕裂、褶皱（如图2所示）。

5、对自动机的基本要求机械机构简单，工作可靠、稳定，操作方便、安全，维修容易，造价低, 大批量生产。

7、设计工作量：设计说明书一份。

图1 产品形状图2 包装产品最后形状二、粒状巧克力糖包装机的工艺确定1．产品特征粒装巧克力糖呈圆台形，轮廓清楚，但质地疏松，容易碰伤。

因此，考虑机械动作时应适合它的特点，以保证产品的加工质量。

产品夹紧力要适当；在进出料时避免碰撞而损伤产品；包装速度应适中，过快会引起冲击而可能损伤产品等。

包装工艺首要的是解决坯件的上料问题。

显然，像巧克力糖之类的产品，使用一般料斗上料方法是不适宜的。

如果采用料仓式上料方法，则需要人工定时放料，每分钟放80粒糖也够紧张的。

如果将自动机的进料系统直接与巧克力糖浇注成形机的出口相衔接，则比较容易解决巧克力糖的自动上料问题。

2．包装材料食品包装材料应十分注重卫生。

粒状巧克力糖包装纸采用厚度为0.008mm的金色铝箔纸，它的特点是薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂，也容易褶皱。

因此，在设计供纸部件时对速度应十分注意。

一般包装的速度越高，纸张的拉力就越大。

根据经验，一般送纸速度应小于500mm/s。

选择供纸机结构时，主要依据下列两点：1）采用纸片供料或是采用卷筒纸供料。

本机采用卷筒纸。

2）纸张送出时的空间位置时垂直置放的还是水平置放的。

将纸片水平置放对包装工艺有利。

但卷筒纸水平输送，只能采用间歇式剪切供纸方法。

3．包装工艺方案拟定图3 包装工序分解图图3为最初的巧克力糖包装工艺图.根据人工包装动作顺序,针对产品包装质量要求,该机包装工艺如下:1) 将75mm×75mm铝箔纸覆盖在巧克力糖小端正上方,如图3(a)所示。

2) 使铝箔纸沿糖块锥面强迫成行如图3(b)所示.3)将余下的铝箔纸分成两半,先后向大端中央折去,迫使包装纸紧贴巧克力糖,如图3(c),(d)所示.4.巧克力糖包装工艺的实验根据初拟的包装工艺方案,进行工艺实验.图5为钳糖机械手及巧克力糖包装简图.图4 钳糖机械手及巧克力糖包装1-转轴 2-转盘 3-弹簧 4-接糖杆 5-钳糖机械手(共6组)6-糖块 7-顶糖杆 8-铝箔纸 9-环行托板 10-折边器如上图所示,机械手设计上是具有弹性的锥形模腔,这样能适应巧克力糖外形尺寸的变化,I 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。

工艺实验的过程如下:当钳糖机械手转至装糖未位置时,接糖杆4向下运动,顶糖杆7向上推糖块6和包装纸8,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,进入机械手5,迫使铝箔纸成型如图4(b)所示,接着折边器10向左折边,成图4(c)状,然后转盘2带机械手5作顺时针方向转动,途径环行托板9,使铝箔纸全部覆盖在糖块的大端面上,完成全部包装工艺如图4(d)所示.由于包装纸表面还不够光滑,有时还发生褶皱现象,需要进一步改进.经过实验,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。

图5是经过改进后的巧克力糖包装成型机机构简图。

图5 巧克力糖包装成型机构1-左抄板纸 2-钳糖机械手 3-接糖杆 4-右抄板纸5-锥形尼龙丝圈 6-铝箔纸 7-糖块 8-顶糖杆另外，考虑自动机工作的可靠性，在成品出料口增设拨糖杆，确保机械手中的糖块落入输送带上。

这样的工艺方案就此确定。

三、粒状巧克力糖包装机的总体布局1.机型选择由于大批量生产，所以选择全自动机型。

根据前述工艺过程，选择回转式工艺路线的多工位自动机型。

根据工艺路线分析，实际上需要两个工位，一个是进料、成型、折边工位另一个是出料工位。

自动机采用六槽槽轮机构作工件步进传送。

2.自动机的执行机构根据巧克力糖包装工艺，确定自动机由下列执行机构组成：1) 送糖机构； 2) 供纸机构； 3) 接糖和顶糖机构； 4) 抄纸机构； 5) 拨糖机构； 6) 钳糖机械手的开合机 7) 转盘步进传动机下面是主要执行机构的结构和工作原理。

图6为钳糖机械手、进出糖机构结构图。

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Ⅰ。

机械手的开合动作，由固定的凸轮8控制，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弧上，机械手就张开；从动滚子在小半径弧上，机械手靠弹簧6闭合。

图7为接糖和顶糖机构示意图。

接糖杆和顶糖杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的相互干涉关系，因此它们的运动循环必须遵循空间同步化的原则设计，并在结构上应予以重视。

接糖杆和顶糖杆夹住糖块和包装纸同步上升时，夹紧力不能太大，以免损伤糖块。

同时应使夹紧力保持稳定，因此在接糖杆的头部采用如橡皮类的弹性件。

3.包装机总体布置图6 钳糖机械手及进出糖块机构1-输送带 2-糖块 3-托盘 4-钳糖机构 5-钳糖机械手 6-弹簧 7-托板8-机械手 9-机械手开合凸轮 10-输料带 I-进料,成型,折边工位 II-出糖工位图8 总体布置图四、粒状巧克力糖包装机的传动系统粒状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糖包装工艺的具体要求，拟定如图9所示的传动系统。

图9 粒状巧克力糖包装机传动系统1-电动机 2-带式无级变速机构 3-链轮幅 4-盘车手轮5-顶糖杆凸轮 6-剪纸导凸轮 7-拨糖杆凸轮 8-抄纸板凸轮 9-接糖杆凸轮 10-钳糖机械手 11-拨糖杆 12-槽轮机构 13-接糖杆 14-顶躺杆 15-送糖盘 16-齿轮副 17-供纸部件链轮 18-输送带链轮 19-螺旋齿轮副 20-分配轴图7 接糖和顶糖杆机构1-圆柱凸轮 2-接糖杆 3-糖块4-顶糖杆 5-平面槽凸轮如图所示，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6.20111～总=u ，采用平带、链轮两级降速，其中()84.41～带=u ，67.21=链u 。

而无级变速的锥轮直径min max 40,70D mm D mm ==。

螺旋齿轮副1、2、3的传动比123i =i =i =1,直齿标准齿轮副的传动比i=1.67。

五、粒状巧克力糖包装机的工作循环图1.分析各执行机构的运动循环图 1) 确定各机构的运动循环p T 。

已知T Q ＝86件/mn ，则分配轴的转速为 n=86(r/min)分配轴每转的时间就是该机的工作循环，即等于各个执行机构的运动循环，所以p T ＝60/n=60/86=0.69（s ）2) 确定各机构运动循环的组成区段。

拨糖机、送料辊轮和机械手转位都是间歇运动机构，它们的运动循环由两个区段组成：1K T ——拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的转位运动时间； 1o T ——拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的的停歇时间。

因此，应有 p T ＝1K T ＋1o T (5.1) 相应的分配轴转角为 p111k o φφφ=+ (5.2) 剪刀机构8的运动循环可分为三个区段：8k T ——剪刀机构的剪切工作行程时间； 8d T ——剪刀机构的返回行程时间； 8o T ——剪刀机构在初始位置的停留时间。

因此，应有8p T ＝8k T ＋8d T ＋8o T (5.3) 相应的分配轴转角为8888p k d o φφφφ=++ (5.4) 顶糖杆机构5的运动循环的组成区段为：5k T ——顶糖杆机构的顶糖工作行程时间； 5s T ——顶糖杆机构在工作位置的停留时间 5d T ——顶糖杆机构的返回行程时间； 5o T ——顶糖杆机构在初始位置的停留时间。

因此，应有55555p k s d o T T T T T =+++ (5.5) 相应的分配轴转角为55555p k s d o φφφφφ=+++ (5.6) 活动折纸板机构6的运动循环也可以分为四个区段：6k T ——活动折纸板机构的折纸工作行程时间； 6s T ——活动折纸板机构在工作位置的停留实际； 6d T ——活动折纸板机构的返回行程时间； 6o T ——活动折纸板机构在初始位置的停留时间；因此，应有66666p k s d o T T T T T =+++ (5.7) 相应的分配轴转角为66666p k s d o φφφφφ=+++ (5.8) 3) 确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角由于粒状巧克力自动包装机的工作循环是从送料开始的，因此以送料辊轮机构的工作起点为基准进行同步化设计，拨糖盘和机械手转位两个机构与之相同。

a.送料辊轮机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取送料时间1K T ＝51s ，则停歇时间为1o T ＝52s ，相应的分配轴转角为1k φ=360°×pk T T 1=360°×1/5/0.69＝104.34°1o φ=360°×po T T 1=360°×2/5/0.69＝208.69° b ．剪刀机构8运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取剪切工作行程时间8k T ＝452s ，则相应的分配轴转角分别为： 8k φ＝360°×8k pT T ＝360°2/45/0.69＝21.13° 初定8d T ＝544s ，则8o T ＝2713s ，则相应的分配轴转角分别为：8d φ＝360°×8d pT T ＝360°×4/45/0.69＝42.27° 8o φ＝360°×8o pT T ＝360°×13/27/0.69＝251.20° c.顶糖杆机构5运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取工作位置停留时间5s T ＝1352s ，则相应的分配轴转角为： 5s φ＝360°× 5s pT T ＝360°×2/135/0.69＝7.72° 初定5k T ＝454s ，5d T ＝13514s ，则5o T ＝13553s ，相应的分配轴转角分别为： 5k φ＝360°×5k pT T ＝360°×4/135/0.69＝15.45° 5d φ＝360°×5d pT T ＝360°×14/135/0.69＝54.10° 5o φ＝360°×5o pT T ＝360°×53/135/0.69＝204.82° d ．活动折纸板机构6运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取折纸工作行程时间6k T ＝654s ，则相应的分配轴转角为： 6k φ＝360°×6k pT T ＝360°×4/65/0.69＝32.10° 初定6s T ＝652s ，6d T ＝19531s ，则6o T ＝19568s ，相应的分配轴转角分别为：6s φ＝360°×6s pT T ＝360°×2/65/0.69＝16.05° 6d φ＝360°×6d pT T ＝360°×31/195/0.69＝82.94° 6o φ＝360°×6o pT T ＝360°×68/195/0.69＝181.93° 2.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min p T 。