机械原理课程设计巧克力包装机.docx

巧克力糖包装机
院 － 系：工学院　机械系
专 业： 机械工程及自动化
年 级： 2009级
学生姓名：占其桦
学 号： 200903050704
指导教师： 王海生
2010年6月
目 录
设计任务6
设计题目：巧克力糖包装机6
设计要求6
设计条件6
设计任务6
设计提示7
第一章总论及设计要求分析7
1.1 功能要求7
1.2 原机的选择7
传动比的分配7
功能分析7
工作原理及工艺动作流程图8
1.6 机构的选用8
第二章各机构的选用及组合9
2.1 主要执行机构方案设计原理9
2.1.1 包装机送纸机构9
2.1.2 包装机剪纸机构9
2.1.3 包装机送料（糖）机构10
2.1.4 包装机锥面成型机构10
圆台状巧克力糖包装机的总体布局11
2. .21机械手的执行机构11
2. .22包装机的总体布局：13
第三章圆台状巧克力糖的包装机传动系统13
3 主要执行机构方案设计原理13
第四章巧克力包装机的设计14
粒状巧克力糖包装机的机械手设计14
粒状巧克力糖包装机的凸轮设计15
．顶糠杆槽凸轮515
拨糠杆偏心凸轮715
剪纸刀平面凸轮6 、抄纸板平面凸轮816
．接糖杆圆柱凸轮917
粒状巧克力糖包装机的槽轮设计17
粒状巧克力糖包装机的齿轮设计18
第五章粒状巧克力糖包装机的工作循环图19
分析各执行机构的运动循环图19
确定各机构的运动循环。19
确定各机构运动循环的组成区段。20
确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角21
各执行机构运动循环的时间同步化设计。22
确定粒状巧克力自动包装机最短的工作循环。22
确定粒状巧克力自动包装机的工作循环22
绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图10)23
修正自动包装机的工作循环图23
方案评价：24
致谢27
参考文献28
摘要
巧克力糖包装机主要是用在糖果包装厂里，在大量数生产出糖果后，将其一一用牛皮用铝箔纸纸将其包来装起，给顾客以视觉上的美观享受，便于销售。这种功能在很多地方都可以用到，比如：包书机，罐头包装机，饭盒包装机等凡是设计到需要将东西进行外表包装的地方都可以将其稍加改动即可用于其他地方。设计说明书包括机构原理分析、机构选型与比较、机构设计，最终有机整合。并附有各单个机构与整体图样。
机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。机械系统的设计是机械设计中极其重要的一环，设计得正确和合理与否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，古应认真对待。机械系统的方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用已有知识和实践，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有关信息（如查阅文献、专利、标准，同有关人员交谈等），充分发挥创造性思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以设计方法和技巧，以设计出新颖、灵巧、高效的机械系统[1]。
关键词：巧克力包装机；设计说明书；机械设计；机构
设计任务
设计题目：巧克力糖包装机
设计要求
1. 要求设计糖果包装机的间隙剪切式供职机构、铝箔纸锥面成型机构、褶纸机构以及巧克力糖果的送料机构。
2. 整台机器外形尺寸（宽*高）不超过800mm*1000mm。
3. 锥面成型机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他的常用机构，要求成型动作尽量等速，启动与停顿时冲击小。
设计条件
1产品特征：圆台状巧克力呈圆台形，轮廓清楚，但质地疏松，容易碰伤。因此，考虑考虑机械动作时应该适合它的特点，以保证产品的加工质量；在进出料时避免碰撞而损伤产品：包括速度适应中，过快会引起冲击而可能损伤产品等。

包装前的圆台状巧克力糖 包装后的巧克力糖
包装工艺首要的是解决配件上料的问题。显然，像巧克力之类的产品，使用一般的上料方法是不适宜的。如果采用料仓式上料法，则需要人工定时放料，每分钟放料也是紧张的。如果料自动机的进料系统直接与巧克力糖浇筑成形的出口相衔接，则比较容易解决巧克力糖自动上料的问题。
2包装材料：食品包装材料应十分注重卫生安全。圆台状巧克力糖包装纸采用为0.08mm64*64的铝箔纸，它的特点是薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂，也容易褶皱。因此，在设计供纸部件是对速度应十分的注重。一般包装的速度越高，纸张的拉力就越大。根据经验，一般送纸的速度应小于500mm/s.
选择供纸机构时，主要依据下面两点：
1）采用纸片供应材料或是采用卷筒供应材料。本机采用卷筒。
2）纸张送出时的空间位置垂直放置的还是水平放置。将纸片平置放对包装工艺有利，但卷筒纸水平输送，只能够采用间歇式剪切供纸方法。
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.涉及传动系统并确定其传动比分配。
3.绘制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，绘制运动线图。
5.设计凸轮机构。确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮轮廓线值,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。
设计提示
1.剪纸与供纸动作连续完成。。
2.铝箔纸锥面成型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或凸轮机构。
5.各个动作应有严格的时间顺序关系。
第一章 总论及设计要求分析
功能要求
巧克力糖包装机主要是用在糖果包装厂里，在大量数生产出糖果后，将其一一用牛皮用铝箔纸纸将其包来装起，给顾客以视觉上的美观享受，便于销售。
原机的选择

选择电动机转速为1440r/min，每分钟包装120个糖果。
1.3传动比的分配
分转速为70～130r/min，总降速比，采用平带、链轮两级降速，其中，。配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。
1.4功能分析
（1）机构需要将生产好的糖果运送到包装机构上，因此需设计相应的送料机构。
（2）包装糖果时需要送纸机构，因此设计相应的送纸机构。
（3）包装糖果时需要剪纸机构，因此设计相应的剪纸机构。
（4）包装时需要锥面成型机构，应此设计合理的锥面成型机构。
（5）在包装时需要设计适合的接糖和顶糖机构。
对这一系列的机构进行进一步的分析，了解它们的基本运动
（1）送料机构做间歇性的运动将糖块在合理的时间送到合理的位置，
（2）送纸机构也采用间歇性的运动，采用部分齿轮和完全齿轮的结合来实现这一运动形式。
（3）剪纸机构采用偏心轮来实现剪刀的上下往复运动。
（4）锥面成型机构采用凸轮来实现它的间歇式运动能够保证左右俩个褶纸刷的直线往复运动。
（5）接糖和顶糖机构都是通过凸轮来实现其间歇式往复运动的。
1.5工作原理及工艺动作流程图
将64mm*64mm的铝箔纸覆盖在巧克力糖Φ=17mm小端的正上方，让后使铝箔纸沿糖块锥面强迫成型，将余下的铝箔纸分半，先后向24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴在巧克力糖上。

巧克力包装的工艺动作
a.铝箔纸覆盖在糖块的上方。
b.铝箔纸沿锥面强迫成型。
c.铝箔纸分成俩半，右边先向大端面褶去。
d.剩下的一半铝箔纸也开始向大端面褶去包装成型。
1.6机构的选用
基本功能
执行构件
工艺动作
执行机构
送糖
滑块或推板
直线往复运动
连杆机构或凸轮导杆机构
送纸
皮带
直线循环运动
部分齿轮和完全齿轮以及皮带
剪纸
剪刀
摆动往复运动
凸轮连杆机构
褶纸
滑块或滑板
往复直线运动
凸轮回转机构
顶糖 接糖
平板
往复直线运动
凸轮回转机构
第二章 各机构的选用及组合
主要执行机构方案设计原理
包装机送纸机构
1——齿轮 2——摩擦轮 3——摩擦轮
不完全齿轮在皮带的带动下转动，有齿部分与齿轮1啮合，带动两个摩擦轮将纸带传出去，而当不完全齿轮转到无齿部分的时候，齿轮1将停止转动。从而达到间歇式供纸这一过程。
包装机剪纸机构
4——偏心齿轮
偏心齿轮转动使得a杆上下运动，近而使得b杆右端上下运动，最终带动d杆上下运动使得d杆下端的刀实现把纸剪断的过程。

2.13 包装机送料（糖）机构
5——齿轮 6——带轮

该送料机构由齿轮、带轮、皮带、滑块、推杆。动力由带轮6输入，带动连杆运动。带轮6通过皮带与电动机相连，当带轮6运动时将使齿轮5转动，这样推杆e 将以偏心的形式随齿轮5左右移动，从而将巧克力推入下一道工序中。
包装机锥面成型机构
7——凸轮 8——带轮

该成型机构主要由凸轮、滑板构成。当凸轮7绕其轴线转动时,使得推杆h上下运动，在向上运动时它将推动推杆连接的平台上的巧克力一并向上运动，并将锥筒下的纸连同巧克力一起推入其中，此时凸轮达到最高点，而凸轮上的链接点n达到了最低点，在n点从最高点转到最低点的过程中滑块1，2将向平台靠拢迫使余下的包装纸紧贴巧克力糖，包装好后巧克力糖将落到平台上，并将被下一块要包装的巧克力推入轨道中送出去。
2.2圆台状巧克力糖包装机的总体布局
2..21机械手的执行机构
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） 转盘传动机
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

工作原理：
机械手的开合动作，由固定的凸轮8控制，凸轮8的轮廓线是由2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；从滚子在小半径上弧上，机械手靠弹簧6闭合。
接糖杆和顶糖杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的关系，因此他们的运动循环过程必须遵循空间同步的化的原则设计。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。同时应使家尽力保持稳定，因此在接糖杆的头部采用弹性的件。

2..22包装机的总体布局：
包装机的总体分布图如图所示
第三章 圆台状巧克力糖的包装机传动系统
3 主要执行机构方案设计原理
台状巧克力包装机是专用包装机，根据自动包装机系统的设计的一般的原则和巧克力糖包装工艺的具体要求，拟定如下图所示的传动系统：

1-电动机 2-带式无级变速机构 3-链轮辐 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0.4kW,分转速为70～130r/min，总降速比，采用平带、链轮两级降速，其中，。配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。
第四章 巧克力包装机的设计

钳糖机械手及送糖盘的设计计算表：

项目
计算（选择）依据
计算（确定）结果
项目
计算（选择）依据
计算（确定）结果
A1

A1＞Φ1=
30

R5

R5=(R1-R2)/2=(5~15
)
10

A2
取A2=A1
30
T1
T1=60度
60
r1
r1=(100~200)
150
T2
T2=60度
60
r2
取r2=r1-（30~50）
110
Φ1
Φ1=Φ1’=
25
r’
r’=（30~50）
50
Φ2
Φ2=Φ2’=
20
R1
R1=（80~120）
100
Φ3
Φ3=Φ2-(5~10)
15
R2
R2= R1-（10~30）
80
Φ4
Φ4=Φ3
15
R3
R3= R4-Φ1
100
R
2R=Φ1

R4
R4=（100~200）
130
H
H=h+（4~10）
20

1．顶糠杆槽凸轮5

R=(40~70)
50
H=(50~100)
80
推程h=H-R
30

R=（40~70）
50
H=（50~100）
87
推程h=H-R
37
4.23剪纸刀平面凸轮6 、抄纸板平面凸轮8

剪纸刀平面凸轮6参数
序号
凸轮运动角δ
推杆的运动规律
1
0°~120°
等速上升h= 60
2
120°~180°
推杆远休
3
180°~270°
正弦加速度下降h= 60
4
270°~360°
推杆近休
偏心距e = 25
基圆半径r0 = 50
抄纸板平面凸轮8参数
序号
凸轮运动角δ
推杆的运动规律
1
0°~120°
等速上升h= 50
2
120°~180°
推杆远休
3
180°~270°
正弦加速度下降h=50
4
270°~360°
推杆近休
偏心距e = 20
基圆半径r0 =40
4.24．接糖杆圆柱凸轮9

R=（50~150）
60
推程h=（50~120）
100

项目
计算（或选择）依据
计算（或确定）结果
项目
计算（或选择）依据
计算（或确定）结果
T1
取T1=30度
30度
d
d=(15~30)
20
T2
取T2=90度
90度
d1
d1<2L(1-sinT1)-d-2(3~6)
20
L
L=（100~200）
150
h
h=L(sinT1+cosT1-1)+d/2+(3~6)
80
D

260
R
R=Lsin(180/z)
75
z
取z=6
6
d2
d2<2(L-h)
20
粒状巧克力糖包装机的齿轮设计
斜齿轮副1、2、3的设计计算表
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算结果
1．选齿轮精度等级

级
7

45#钢

Z1=28
Z2=1×28

个
28
28
β

一般取（8-20）度
12
度
12
Фd

查标准模数系列表

mm
2

分度圆直径d

mm

度B

b = φdd1
圆整后取：
B1 =×0.6=35
B2 =×0.6=35
mm
35
35
2．标准直齿齿轮副16的设计计算表
项目
计算（或选择）依据
计算过程
单位
计算（或确定）结果

级
7

45#钢

Z1=32
×32

个
32
54
Фd

查标准模数系列表

mm
2

分度圆直径d

mm
64
108

b = φdd1
圆整后取：
B1 = 32
B2 = 54
mm
32
54
第五章 粒状巧克力糖包装机的工作循环图

5.11确定各机构的运动循环。
已知＝86件/min，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
＝60/n=60/86=0.69（s）
5.12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：
——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；
——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 ＝＋ (5.1)
相应的分配轴转角为 (5.2)
剪刀机构8的运动循环可分为三个区段：
——剪刀机构的剪切工作行程时间；
——剪刀机构的返回行程时间；
——剪刀机构在初始位置的停留时间。
因此，应有
＝＋＋ (5.3)
相应的分配轴转角为
(5.4)
顶糖杆机构5的运动循环的组成区段为：
——顶糖杆机构的顶糖工作行程时间；
——顶糖杆机构在工作位置的停留时间
——顶糖杆机构的返回行程时间；
——顶糖杆机构在初始位置的停留时间。
因此，应有
(5.5)
相应的分配轴转角为
(5.6)
活动折纸板机构6的运动循环也可以分为四个区段：
——活动折纸板机构的折纸工作行程时间；
——活动折纸板机构在工作位置的停留实际；
——活动折纸板机构的返回行程时间；
——活动折纸板机构在初始位置的停留时间；
因此，应有
(5.7)
相应的分配轴转角为
(5.8)

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＝s，则停歇时间为＝s，相应的分配轴转角为
=360°×=360°×1/5/0°
=360°×=360°×2/5/0°
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＝s，则相应的分配轴转角分别为：
＝360°×＝360°°
初定＝s，则＝s，则相应的分配轴转角分别为：
＝360°×＝360°×°
＝360°×＝360°×°
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＝s，则相应的分配轴转角为：
＝360°×＝360°×°
初定＝s，＝s，则＝s，相应的分配轴转角分别为：
＝360°×＝360°×°
＝360°×＝360°×°
＝360°×＝360°×°
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＝s，则相应的分配轴转角为：
＝360°×＝360°×°
初定＝s，＝s，则＝s，相应的分配轴转角分别为：
＝360°×＝360°×°
＝360°×＝360°×°
＝360°×＝360°×°
5.2各执行机构运动循环的时间同步化设计。
。
(5.9)
＝＝（s）

令上述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

粒状巧克力自动包装机的工作循环应为

5.3绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图10)

实际上,粒状巧克力自动包装机要求每转生产一个产品,即要求,因此应对图进行修正,即按比例或用其他分析方法,求出循环图截短后各动区段的分配轴转角若将修正前各机构运动循环各区段对应的分配轴转角按比例放大,则有

式中,----修正后各机构运动循环各区段对应的分配轴转角.
根据修正后的分配轴转角绘制的粒状巧克力自动包装机的工作循环图,如图11所示.

(图10) (图11)
方案评价：
占其桦：
电动机带动轴以及其上的几个齿轮滚动，凸轮7通过变向带动推糖杆11，凸轮9间歇性滚动带动接糖杆13，，凸轮6是带动刀做间歇性的剪纸运动，将其带到特定的工位，待糖到了锥面成型机构时，这时顶糖凸轮将会带动顶糖杆14推动糖向上运动，凸轮8是抄纸板将会通过滑板将包装纸压迫成型，带包装完成后，滑板恢复运动，这时钳糖机械手将会把包装好的糖果通过输料带输送走。
左臻明：
此方案采用电机通过变速装置驱动带轮，然后再通过带轮驱动不完全齿轮机构带动摩擦轮机构，从而形成了送纸机构，送纸机构送到工位后停，然后切纸机构运动实现剪纸，同时带轮驱动凸轮机构将需要包装的巧克力送到工位，与此同时凸轮机构运动，将套筒送到工位上方，巧克力从上落下，落到剪好的纸上，然后凸轮带动冲头向下运动，将工位上的巧克力强迫压入锥面成型机构，然后冲头想上运动。凸轮和带动滑板向因为强迫成形而将纸翘起的部分向巧克力的大端覆盖上去，到此巧克力包装就算完了，剩下的就是将包装后的巧克力送出。等到滑板回到原始位置后，凸轮机构带动锥面成形机构下方的板台向上动作，将包装好的巧克力从锥面成形机构中推出，推杆把巧克力推出落在传送带上将巧克力送出。
尹四杰：

该巧克力糖包装机的构成如上图所示，动力由电动机输入，从而由齿轮4和凸轮7传入整个机构。齿轮4带动不完全齿轮组合转动，从而带动齿轮1和摩擦轮2、3绕其轴线转动时,通过其将纸带传出,并推动推杆,同时左右运动将巧克力糖推到平台上，凸轮7带动平台和i、z两个滑块一起运动，从而实现整个包装过程
三种方案的对比:各有优势与缺陷，但最终选择方案一的设计。原因在于其他方案的设计都存在着某些的问题，虽然有的设计简单，但表达不够清楚，有的设计清新，但是不能完成褶纸操作。由于这些客观的缺点的存在，相对选择的设计，这最终方案有着工作可靠、稳定、操作方便的维修容易、造价低的特点。比其他方案要好，所以选择这一方案。
致谢
心得体会：
通过对巧克力糖包装机的设计，更加的了解了机械的设计流程和步骤。更加有了对机械方面的积极性。完成了设计，巩固了机械原理的知识。这次课程设计让我们更加清楚各构件的结构和功能，也更清楚各构件间应该怎样连接。在机械原理方面还有很多的知识我不知道，还有待于改变，加强对机械原理知识的学习。努力做到更好。领悟学海无涯，学无止境。机械原理学作为一门传统的基础学科，内容丰富，涉及面广。在新的历史条件下，机械学与电子电气、液压等多种学科，联系更为紧密，它的综合性更强。相信我们工科学生在进行了认识实习、金工实习、生产实习、课程设计、毕业实习，特别是以后的毕业设计对整个大学阶段的知识的掌握会更加牢固。同时在以后的学习中会不断拓宽自己的知识面，结合生产实际，一定能更好的掌握机械知识
参考文献
[1]裘建新.《机械原理课程设计指导书》[M] 北京：高等教育出版社出版
[2] 孙桓 陈作模 葛文杰.《机械原理第七版》[M] 高等教育出版社出版。
[3] 濮良贵 纪名刚.《机械设计》[M]北京：高等教育出版社。
[4] 孙桓陈作模.《机械原理》[M]北京：高等教育出版社。