颗粒状糖果包装机设计.docx

中 国 矿 业 大 学
本科生毕业设计

姓 名： 闵群 学 号： 02051242
学 院： 机电学院
专 业： 机械工程及自动化　
设计题目： 食品机械
专 题：
指导教师： 胡元 职 称： 副教授

二O一四 年 六 月 徐州

中国矿业大学毕业设计任务书

学院 机电学院 专业年级 机自10-10班 学生姓名 闵群

任务下达日期：2014年 2月 22 日

毕业设计日期： 2014 年 3月 7 日至 2014年 6月 20日

毕业设计题目：食品机械

毕业设计专题题目：

毕业设计主要内容和要求：
主要内容：
设计颗粒状糖果包装机，设计主要内容有三方面：确定方案设计、机械手及进出糖机构设计与传动系统链设计。
包装机正常的生产率为120块/min，生产率可在70～130块/min。
设计要求：
1）了解课题的背景和现状；
2）分析工艺过程确定机型及执行机构组成；
3）完成糖果包装机总体方案设计；
4）完成糖果包装机传动系统设计；
5）完成糖果包装机夹糖机械手及拔糖机构设计；
6）完成总装配图及零件图（约合3.5张A0图纸）;
7）翻译外文科技资料一篇；
8）编写设计说明书；

院长签字： 指导教师签字：

中国矿业大学毕业设计指导教师评阅书

指导教师评语（①基础理论及基本技能的掌握；②独立解决实际问题的能力；③研究内容的理论依据和技术方法；④取得的主要成果及创新点；⑤工作态度及工作量；⑥总体评价及建议成绩；⑦存在问题；⑧是否同意答辩等）：

成 绩： 指导教师签字：
年 月 日
中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字：
年 月 日

中国矿业大学毕业设计评阅教师评阅书

评阅教师评语（①选题的意义；②基础理论及基本技能的掌握；③综合运用所学知识解决实际问题的能力；④工作量的大小；⑤取得的主要成果及创新点；⑥写作的规范程度；⑦总体评价及建议成绩；⑧存在问题；⑨是否同意答辩等）：

成 绩： 评阅教师签字：
年 月 日
中国矿业大学毕业设计答辩及综合成绩
答 辩 情 况
提 出 问 题
回 答 问 题
正 确
基本
正确
有一般性错误
有原则性错误
没有
回答

答辩委员会评语及建议成绩：

答辩委员会主任签字：
年 月 日
学院领导小组综合评定成绩：

学院领导小组负责人：
年 月 日

摘 要

颗粒状糖果包装机设计是典型的机械系统设计，它不仅包括机构的尺寸、强度设计，还包括了传动机械系统设计。本设计主要是针对圆台柱状巧克力糖的铝箔纸包装。设计主要内容有三方面：设计方案设计、机械手及进出糖机构设计与传动系统链设计。
机械手及进出糖机构设计是本设计功能能否执行的灵魂，它也是本设计的设计重点之一。它要实现巧克力糖的输入、折边、抄底边、等等功能，直到最后由输送带输出。整个系统功能实现中，机械手要实现的是夹糖、折边、转送等重要功能，因此对机械手的形状、夹紧力及转位角度也提出了不同的设计要求，设计机械手时，也始终回绕着这几点进行。
传动系统设计，作为一个动作执行系统，动力是必不可少的，当然对动力的传递系统也就显得尤其重要了。系统功能中要实现机械手转位、送糖盘转位、供纸、剪纸、抄纸、接糖、顶糖及拨糖等功能，它们都需要不同大小的动力，这就需要传动系统的调节。如在机械手的转位功能中，为实现间歇的转位功能就得通过传动链中的槽轮机构来实现，该机构要保证机械手在转到位后，有一定的停留时间，从而为顶糖、接糖及拨糖功能的实现提供必要的机械动作执行时间。设计好的包装机机构正常的生产率为120r/min，且其生产率可在70～130r/min。

关键词：包装机，巧克力糖包装，机械手。

Abstract

The grain candy packer design is a typical machine system design. It not only included the organization's size, strength...etc. the design. And it still included the design of the transmission system. This design primarily aims at the circle pillar chocolates' aluminum foil packing. The design only contents contain three sides: Design project design, machine hand and I/O sugar mechanism design and the transmission system design.
It is Soul whether the function of the machine hand and I/O sugar mechanism’s design can carry out in this design. It is also one of the design points of this design. It wants to realize the importation, fold of the chocolates the sides, etc. the function. Until it finally be output by belt conveyer. In whole system function realizes, the machine hand realizes many important function, for example: clip the sugar, fold of the chocolates the sides, transfer...etc. Therefore to the shape of the machine hand, clip the tight dint and turn the angle also bring upped the different design request. When designed the machine hand, it is also proceeding with the center of these points.
System, motive is necessary. Certainly it is particularly important of the power transmission system. In the system function, it must realize moving the machine hand, moving the sugar dish, providing the paper, cutting paper, curling, connecting the sugar, crest the sugar and dialing the sugar etc. All these functions need the different power. It can be controlled with the transmission system. Such as the function of turning machine hand, for realizing a function of intermittent turning it needs the sheave of the transmission to regulate. After the machine turned the assurance position, the mechanism wants to have certainly stop over time, it can take enough time to crest sugar, connect the sugar and dial sugar. The transmission system still guaranteed the normal rate of production of packer to 120 r/ min .At the same time it can be controlled the rate of production at 70 ～ 130 r/ min.

Key words: Packer, chocolates packing, machine hand.

目录
第一章 糖果包装机方案设计 1
1.1设计任务抽象化 1
1.1.1建立黑箱 1
1.1.2功能分解 2
1.2确定工艺原理 2
1.2.1产品特征 2
1.2.2包装材料 2
1.2.3包装工艺方案拟定 3
1.2.4巧克力糖包装工艺的实验 3
1.3确定技术过程 4
1.4引进技术系统，确定边界 5
1.5确定功能结构 5
1.5.1总功能 5
1.5.2功能分解 6
1.6方案确定 6
1.6.1寻找技术物理效应和功能载体，功能元求解目录表 6
1.6.2巧克力糖包装系统解 7
1.6.3巧克力糖包装装置的评价表 8
1.6.4确定最佳方案 8
1.7 粒状巧克力糖包装机的总体布局 8
1.7.1机型选择 8
1.7.2自动机的执行机构 9
1.7.3包装机总体布置 9
第二章 传动系统设计 10
2.1 粒状巧克力糖包装机的传动系统结构简图 10
2.2 选用电动机 11
2.3 带轮设计 12
2.3.1 带轮优缺点 13
2.3.3 宽v带无极变速传动设计过程 14
2.4 链轮设计 17
2.4.1链传动优缺点 17
2.4.2链传动的设计过程 17
2.5齿轮的设计 18
2.5.1螺旋齿轮 18
2.5.2齿轮材料选择 19
2.5.3主要尺寸的确定 19
2.6标准直齿齿轮副16设计表 21
第三章 机械手及进出糖机构设计’ 22
3.1夹持装置设计 22
3.1.1 设计要求 22
3.1.2基本结构如下图 23
3.1.3加紧力计算. 23
3.1.4 弹簧力计算 24
3.1.5开闭角a的计算 26
3.2凸轮设计 26
3.2.1机械手凸轮 26
3.2.2顶糖杆槽凸轮5设计 29
3.2.3拔糖杆偏心凸轮7 34
3.2.4剪纸刀平面凸轮6、抄纸板平面凸轮8 35
3.2.5接糖杆圆柱凸轮9 36
3.3棘轮设计 36
3.3.1棘轮材料选择 36
3.3.2棘轮形状确定 36
3.4六槽槽轮机构设计 37
3.4.1槽轮分类及材料选择 37
3.4.2槽轮机构设计及尺寸设计 38
3.4.3槽轮机构强度计算 40
第四章 其他机构原理 42
第五章 巧克力糖包装机工作循环图 44
5.1 机械手Ⅰ工位段 44
5.1.1分析各执行机构的运动循环图 44
5.1.2.各执行机构运动循环的时间同步化设计 47
5.1.3.绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图10) 47
5.1.4修正自动包装机的工作循环图 48
5.2 机械手Ⅱ工位段 49
结论 49
参考文献 50
中英文翻译 50
致谢 68

第一章 糖果包装机方案设计
1.1设计任务抽象化
设计要求：把已加工成型的圆台状巧克力糖用铝箔纸包裹起来，并逐个输出，巧克力糖的形状尺寸大小如下图所示。且保证其加工速度为120块/min，可调范围70-130块/min。在这设计时取速度为86件/min以便计算。能量220V交流电。

图1.1 产品形状
1.1.1建立黑箱

图1.2 包装机黑箱图
1.1.2功能分解

图1.3 包装机功能分解图
1.2确定工艺原理
1.2.1产品特征
粒状巧克力糖呈圆台形，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。
1.2.2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。
1.2.3包装工艺方案拟定

图1.4 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。
1.2.4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1.5 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1.6 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。
1.3确定技术过程

图1.7 技术过程简图
1.4引进技术系统，确定边界

图1.8 引进技术后的具体结构图
1.5确定功能结构
确定技术系统总功能，及进行功能分解。
1.5.1总功能
未包装的圆台形巧克力糖→黑箱→包装好的巧克力糖成品。
1.5.2功能分解

图1.9 包装机的功能细化
1.6方案确定
1.6.1寻找技术物理效应和功能载体，功能元求解目录表
表1.1 具体功能的求解目录表

1.6.2巧克力糖包装系统解

图1.10方案1

图1.11 方案2

图1.12 方案3
1.6.3巧克力糖包装装置的评价表
表1.2

1.6.4确定最佳方案
由上述参考第二方案为最佳。

1.7 粒状巧克力糖包装机的总体布局
1.7.1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。
1.7.2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；
图1.13 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
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。
1.7.3包装机总体布置

图1.14 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

图1.15 总体布置图

第二章 传动系统设计
2.1 粒状巧克力糖包装机的传动系统结构简图
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2.1 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
如图所示，电动机转速为1440r/min，功率为0.55kW,分配转速为70～130r/min，总降速比，采用平带、链轮两级降速，其中，。而无级变速的锥轮直径。螺旋齿轮副1、2、3的传动比,直齿标准齿轮副的传动比i=1.67。

2.2 选用电动机
轻工自动机的功率主要损耗于运动件间的摩擦。因此，目前较难使用计算方法来确定所设计的自动机的功率。通常采用类比法确定自动机的电动机功率，并以此作为自动机的设计参数，待自动机试制后，进行实测自动机的功率，如果出入较大时应作适当修改。下表1.1是各种轻工自动机的生产率和功率表，供设计自动机时参考。
表2.1

根据上表粒状巧克力糖包装机电动机功率选择0.4kw，电动机转速为1440r/min
选择电动机为YD系列（IP44）变极多速三相异步电动机 具体型号为YD802-4/2
技术数据：额定功率0.55kw 额定转速1500r/min
部分参数如下

2.3 带轮设计
根据粒状巧克力糖包装机传动系统变速机构采用带式无极变速确定用v带。
2.3.1 带轮优缺点
优点：运行平稳无噪音；可缓和冲击、吸收振动；过载时带与带轮间会出现打滑，可防止损坏其他零件；适用于中心距较大的传动；结构简单，成本较低，拆装方便。
缺点：有弹性滑动和打滑，使效率降低，不能保持准确的冲动比；需要张紧装置；带的寿命较短；轴及轴承受力较大。
2.3.2带轮设计要求
宽V带设计已知数据：传递功率P，带轮转速，工作条件，及外轮廓尺寸要求等。
设计内容包括：传动比，带轮最小工作直径与带厚之比，带轮最大与最小工作直径之比，带中性层宽度与带厚之比等。
下图为单向分离锥轮机构。

图2.2分离锥轮结构
2.3.3 宽v带无极变速传动设计过程

图2.3
1)传动比

2)变速比

3)带轮最小工作直径与带厚之比
此处
4)带轮最大与最小工作直径之比

5)带中性层宽度与带厚之比（c=0.5~0.67/ ）

6)带轮最小工作直径
圆整取
7)带宽 带厚 楔形角 （求得的数值按产品规格圆整）

8)带的截面积

9)带轮最大工作直径

10)中心距 按结构取定，通常可取

需按带长L规格最后圆整取定
11)带的节线长度

将计算值与规格圆整后并重新计算中心距，带内周长867

12)带在带轮上的最小包角

13)计算圆周力（）

14)验算工作应力

满足条件
15)加压弹簧的压紧力（）

16)带轮楔角（一般）

17)带轮外直径

18)带轮内直径

19)验算带宽b

符合设计要求。
2.4 链轮设计
2.4.1链传动优缺点
与带传动相比，链传动的主要优点是：没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小；工况相同时，传动尺寸较紧凑；能在温度较高、湿度较大、有油污等恶劣环境条件下工作；效率较高，与齿轮传动相比。链传动的制造和安装精度要求较低，中心局较大时传动结构简单。链传动的主要缺点是：只能用于平行轴间的传动；瞬时链速和瞬时传动比不是常数，传动平稳性较差，工作中有冲击和噪声；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用；磨损后易发生跳齿；制造费用比带传动高。
2.4.2链传动的设计过程
链传动的功率
链传动的传动比
1) 选择链轮齿数
小链轮齿数 估取链速为0.6~8m/s 由《机械设计》表5.3取 =19
大链轮齿数 圆整
2) 确定链节数
初取中心距，则链节数为
因此，
3 ) 确定链节距 p
载荷系数 查《机械设计》表5.4
小链轮齿数系数 查《机械设计》表5.5，估计为链板疲劳
多排链系数 查《机械设计》表5.6
链长系数 查《机械设计》图5-13
由式
根据小链轮转速和查《机械设计》图5-12，确定链条型号为08A单排链其中
4)确定中心距 由下式

5)验算链速
符合估计
6)计算压轴力Q
链条工作拉力F
压轴力系数
由式 压轴力

2.5齿轮的设计
2.5.1螺旋齿轮
分配轴上、机械手及送糖轴上的齿轮用螺旋齿轮。螺旋齿轮主要用于传递空间交错轴之间的运动，由于它是点接触、易磨损，通常应用于仪表或载荷不大的辅助传动，但有时也应用于主传动，如小模数齿轮机床中。此外，在轻工业生产中常常利用螺旋齿轮来传动。
2.5.2齿轮材料选择
两个齿轮均选用40Cr调质处理（240~270HB），齿面淬火(HRC45~50)。根据《齿轮手册》查图及查表得：，
2.5.3主要尺寸的确定
已知参数，齿数比，初定中心距，，，，
1)确定传动比
按照粒状巧克力自动包装机的工艺要求3个螺旋齿轮齿数的传动比
2)计算系数
根据《齿轮手册》表3.1—1查得（）
3)齿数
计算后圆整得

4)圆整后计算k

5)分度圆柱上螺旋角
按式 算出
按式 计算
当时
当时
当时
用内差法得

6 )实际中心距
7） 齿轮端面分度圆压力角
由式

8）分度圆半径

9）齿顶圆半径

10）齿轮宽度

11）端面上分度圆弧齿厚

2.6标准直齿齿轮副16设计表
表2.2 直齿齿轮设计表
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果
1.选齿轮精度等级

级
7
2.材料选择

45cr钢
3.选择齿数Z

Z1=32
Z2=1.67×32

个
32

54
4.齿宽系数Фd

0.5
5.选取模数
查标准模数系列表

mm
2
6.计算齿轮的
分度圆直径d

mm
64

108
7.计算齿轮宽度B

b = φdd1
圆整后取：
B1 = 32
B2 = 54
mm
32
54

第三章 机械手及进出糖机构设计
3.1夹持装置设计
3.1.1 设计要求
夹持器设计的基本要求
（1）应具有适当的夹紧力和驱动力；
（2）手指应具有一定的开闭范围；
（3）应保证产品在手指内的夹持精度；
（4）要求结构紧凑，重量轻，效率高；
（5）应考虑通用性和特殊要求。
设计参数及要求
（1）采用手指式夹持器，执行动作为抓紧—放松；
（2）所要抓紧的产品呈圆台形；
（3）产品质地疏松，容易碰伤；
（4）夹持器有足够的夹持力；
3.1.2基本结构如下图

图3.1夹持装置
3.1.3加紧力计算.
手指加在产品上的夹紧力是设计手部的主要依据，必须对其大小、方向、作用点进行分析、计算。一般来说，加紧力必须克服工件的重力所产生的静载荷（惯性力或惯性力矩）以使工件保持可靠的加紧状态。
机械手工作时，为保证手指能够可靠的把工件夹牢所必需的夹紧力P可按下式计算
由《专用机床设计与制造》得：
（N）
其中 ：安全系数（通常取1.5~2） →=1.8
：工作情况系数：
最大加速度（由凸轮计算得）
所以
：工作方位系数：
其中摩擦系数→取
所以
G:巧克力糖质量
所以 （N）
→取 (N)
3.1.4 弹簧力计算
弹簧是一种弹性元件，它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形。弹簧在各类机械中应用十分广泛，主要用于：
a、 控制机构的运动，如制动器、离合器的控制弹簧，内燃机汽缸的阀门弹簧等；
b、 减振和缓冲，如汽车、火车车厢下的减振弹簧，以及各种缓冲器用的弹簧等；
c、 储存及输出能量，如钟表弹簧、枪闩弹簧等；
d、 测量力的大小，如测力器和弹簧称中的弹簧等；
1 ） 选择圆柱螺旋拉伸弹簧：
弹簧按照所承受的载荷不同可分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭曲弹簧和弯曲弹簧等四种。在这里选用的是拉伸弹簧。
如下图，圆柱螺旋拉伸弹簧空载时，个圈应相互并拢。另外，为了节省轴向工作空间，并保证弹簧在空载时各圈相互压紧，常在卷绕的过程中，同时使弹簧丝绕其本身的轴线产生扭转。这样制造的弹簧，各圈即具有一定的压紧力，弹簧丝中也产生了一定的预紧力，故也称为有预紧力的拉伸弹簧。

图3-2 夹持装置弹簧
2）材料：低锰弹簧钢（65Mn）
常用的弹簧钢材料主要有下列几种：
碳素弹簧钢（65、70钢）、低锰弹簧钢（65Mn）、硅 锰弹簧钢（60SiMnA）、铬钒钢（50CrVA）。缺点是淬火后容易产生裂纹及热脆性。但由于它价格便宜，所以一般机械上常用于制造尺寸不大的弹簧，例如离合器弹簧等。
因为他价格便宜，淬透性好，强度较高。
3）计算弹簧系数KF:
由《机械设计手册》中册
KF=（4*C-1）（4*C-4）+0.615/C
其中旋转比C=d/D=(5—10)
→取C=8
所以KF=1.1071+0.0769=1.184
选弹簧丝直径d=0.6mm
l D=C*d=8*0.6mm=4.8mm

计算在弹簧伸长量X=20/3 mm(由计算的)时,弹簧的拉伸力变化量ΔF：
由《机械设计手册》 中册 第二版P1002表9-15
ΔF =9.8*π*d3*[τ]/(8*K*D) (3.1.4-2)
其中[τ]=（4—12） 由《机械设计手册》 中册 第二版P1004表9-17
→取[τ]=7
所以ΔF =9.8*3.14*0.63*7/(8*1.184*4.8)=1.0231（N）
所以P弹簧=ΔF+ F预=2.4931（N）
3.1.5开闭角a的计算
由图得：
tgа=(r1-r2)/L3=(80-70)/40=0.25
所以：а=14º
夹具头敞开的大小L：
L= tgа*（L1+L2+15）=0.25*（20+30+15）mm=16.25 mm

3.2凸轮设计
3.2.1机械手凸轮
凸轮机构的实现专用机床自动化和半自动化中应用较广泛的一种机构。它常用来传动工作部件的进给运动、调动运动和控制其它一些辅助机构。其特点是工作可靠、体积小、结构简单，多是适用于行程小、运动规律复杂、转速在500转/分以下的运动循环。
1）选择凸轮类型
常用的凸轮有：盘状、柱状、板状。
在此选择盘状：（如图）它是具有沿径向变化轮廓曲线的盘状零件。其特点是结构简单，体积小。但其半径差不宜过大，一般不超过100~120毫米。
在此处半径差取10毫米。

图3-3 机械手凸轮
2）凸轮材料选择
凸轮和从动件的材料，应保证其工作表面有一定的耐磨性，并能承受较大的动载荷。所以一般较重要的凸轮材料多用优质碳素钢或合金结构钢制造。如45号钢、50号钢、20Cr钢或40Cr钢等。
在此→取20Cr钢
20Cr钢经表面渗碳后淬硬并回火 ，其硬度HRC=60～62
3）凸轮尺寸计算
如图 取r1=95mm, r2 =85mm
在选择凸轮和从动杆时应考虑以下几点：
a、满足生产工艺要求；
b、尽量提高机器的生产效率；
c、减少冲击振动，改善机器的工作性能；
d、凸轮轮廓曲线易于制造。
由r1 到r2过渡为匀变速过渡
其行程图、速度图及加速度图分别如下：

图3-4 凸轮上的位移、速度及加速度图
4 ） 凸轮强度计算
由《机械设计手册》得
σ=ZE*Squrt[F/(b*ρ)] ≤[σH]Kgf/ mm2
其中 b： 接触宽度 b=8mm
F ： 法向作用力（N）
如图 P夹*（L1 +L2） =F预*L1

图3-5 机械手受力分析
因为 P夹=0.588（N），L1 =20mm,L2=30mm
所以F预=0.15 L3
又如图（F预+ΔF）* L1 = F* L3
其中 L3=40mm
→ 所以F=1.247（N）
ρ： ρ=ρ1*ρ2/（ρ1+ρ2）
其中 滚子半径 ρ1=8mm
凸轮接触点曲率半径 ρ2=95mm
所以ρ=7.38mm
ZE： 系数（钢对钢）
→ ZE=60.6 查《机械设计手册》 中册
[σH] ：许用接触应力
[σH]=27.44-29.4N/mm 2 查《机械设