糖果包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(全套設(shè)計(jì)含CAD圖紙+說明書)

畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 糖果包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) DESIGN OF PACKAGING MECHANISM 學(xué)生姓名 學(xué) 號 年級專業(yè)及班級 指導(dǎo)老師及職稱 學(xué) 院 工學(xué)院 提交日期 年 5 月 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明 所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下 進(jìn)行研究工作所取得的成果 成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議 除文中已經(jīng)注 明引用的內(nèi)容外 本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的 作品成果 對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體在文中均作了明確 的說明并表示了謝意 本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān) 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名 年 月 日 目 錄 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 1 前言 2 1 1 課題的來源 2 1 2 包裝機(jī)發(fā)展方向 2 1 3 國內(nèi)外糖果包裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 3 1 4 本課題的研究意義 3 2 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 4 2 1 產(chǎn)品特征 4 2 2 包裝材料 5 2 3 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的設(shè)計(jì)要求 5 2 4 包裝工藝方案擬定 5 2 5 粒狀巧克力糖果包裝工藝的實(shí)驗(yàn) 6 3 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 8 3 1 機(jī)型選擇 8 3 2 包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 8 4 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 4 1 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡圖 9 4 2 選擇原動機(jī) 10 4 2 1 機(jī)械特性 11 4 2 2 轉(zhuǎn)速 11 4 2 3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 11 4 3 電動機(jī)的選擇 11 4 4 帶輪設(shè)計(jì) 12 4 4 1 帶輪的優(yōu)缺點(diǎn) 12 4 4 2 選用帶輪要求 13 4 4 3 帶輪設(shè)計(jì)要求 13 4 4 4 帶輪設(shè)計(jì)過程 13 4 5 鏈輪設(shè)計(jì) 17 4 5 1 鏈傳動優(yōu)缺點(diǎn) 17 4 5 2 鏈傳動的設(shè)計(jì)過程 18 5 機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21 5 1 夾持裝置設(shè)計(jì) 21 5 1 1 設(shè)計(jì)要求 21 5 1 2 基本結(jié)構(gòu)如圖 21 5 1 3 夾緊力 P 夾 計(jì) 算 22 5 1 4 彈簧力 P 彈簧計(jì) 算 22 5 1 5 開閉角 的計(jì)算 24 5 2 凸輪設(shè)計(jì) 24 5 2 1 選擇凸輪類型 24 5 2 2 凸輪材料的選擇 25 5 2 3 凸輪尺寸計(jì)算 25 5 2 4 凸輪強(qiáng)度計(jì)算 26 5 3 棘輪設(shè)計(jì) 27 5 3 1 棘輪材料選擇 27 5 3 2 棘輪形狀確定 27 5 4 六槽槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 28 5 4 1 槽輪分類及材料選擇 28 5 4 2 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 28 6 其它機(jī)構(gòu)原理 29 6 1 頂糖 接糖機(jī)構(gòu)示意圖 29 6 2 抄紙和撥糖機(jī)構(gòu)示意圖 29 7 繪制粒狀巧克力糖包裝機(jī)的工作循環(huán)圖 31 8 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)矩陣 32 9 結(jié)論 33 參考文獻(xiàn) 33 致謝 34 附錄 35 糖果包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 顆粒狀糖果包裝機(jī)設(shè)計(jì)是典型的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 它不僅包括機(jī)構(gòu)的尺寸 強(qiáng)度設(shè) 計(jì) 還包括了傳動機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)主要是針對圓臺柱狀巧克力糖的鋁箔紙包裝 設(shè)計(jì)主要 內(nèi)容有三方面 設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì) 機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與傳動系統(tǒng)鏈設(shè)計(jì) 機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī) 構(gòu)設(shè)計(jì)是本設(shè)計(jì)功能能否執(zhí)行的靈魂 它也是本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)之一 它要實(shí)現(xiàn)巧克力糖的輸入 折邊 抄底邊 等等功能 直到最后由輸送帶輸出 整個系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)中 機(jī)械手要實(shí)現(xiàn)的是夾 糖 折邊 轉(zhuǎn)送等重要功能 關(guān)鍵詞 包裝機(jī) 巧克力糖包裝 機(jī)械手 Candy packaging design Abstract Granular candy packaging machine design is a typical mechanical system design it includes not only the size of the organization the strength design also includes the mechanical transmission system design This design mainly is aims at the circle pillar shape chocolate aluminum foil paper Main content has three aspects design project design manipulators and in and out of the sugar chain institutions design and transmission system design Manipulator and in and out of the sugar mechanism design is the soul of the design function can be performed it is also one of the design key of this design It to implement a chocolate candy input ruffled copy the bottom edge and so on functions until the final output by the conveyor belt To implement the whole system function implementation manipulator clamp is sugar ruffled transfer and other important function Key words packing machine chocolate candy packing manipulator 1 前言 1 1 課題的來源 隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 人民生活的不斷提高 包裝工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中所占比重和 作用也越來越大 一方面映射出全球全球工業(yè)化生產(chǎn)的高速發(fā)展 另一方面又可以看 出人們在追求商品內(nèi)在質(zhì)量的同時 對商品包裝的要求也越來越高 這為推動包裝機(jī) 械工業(yè)帶來的巨大的動力 綜觀世界范圍來看 包裝機(jī)械工業(yè)是一個市場潛力巨大的朝陽行業(yè) 特別是在近 幾年發(fā)展迅猛 已經(jīng)在各國國民經(jīng)濟(jì)中具有重要的地位 它可以提高勞動生產(chǎn)率 改 善生產(chǎn)環(huán)境 降低生產(chǎn)成本 提高商品檔次 增加附加值 從而增強(qiáng)商品的市場競爭 力 帶來更大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益 目前 美 日 德 意是世界包裝機(jī)械的四大 強(qiáng)國 這些國家生產(chǎn)的包裝機(jī)械品種多 數(shù)量大 在國際市場上具有較高的占有率 1 2 包裝機(jī)發(fā)展方向 目前 國外包裝和食品機(jī)械水平高的國家主要是美國 德國 日本 意大利和英 國 而德國的包裝機(jī)械在設(shè)計(jì) 制造及技術(shù)性能等方面則居于領(lǐng)先地位 2002 年德國包裝機(jī)械產(chǎn)值達(dá) 34 億歐元 其產(chǎn)量的 77 為出口產(chǎn)品 最近幾年 這 些國家包裝和食品機(jī)械設(shè)備發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢 德國包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的新趨勢 德國與美國 日本 意大利均為世界包裝機(jī)械大國 在包裝機(jī)械設(shè)計(jì) 制造 技 術(shù)性能等方面居于領(lǐng)先地位 德國包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)是依據(jù)市場調(diào)研及市場分析結(jié)果進(jìn) 行的 其 目標(biāo)是努力為客戶 尤其是為大型企業(yè)服務(wù) 為滿足客戶要求 德國包裝 機(jī)械制造廠商和設(shè)計(jì)部門采取了諸多措施 1 工藝流程自動化程度越來越高 以提高生產(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性 采用 機(jī)械手完成復(fù)雜的動作 操作時 在由電腦控制的攝像機(jī)錄取信息和監(jiān)控下 機(jī)械手 按電腦指令完成規(guī)定動作 確保包裝的質(zhì)量 2 提高生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 最大限度地滿足生產(chǎn)要求 德國包裝機(jī)械以 飲料 啤酒灌裝機(jī)械和食品包裝機(jī)械見長 具有高速 成套 自動化程度高和可靠性 好等特點(diǎn) 其飲料灌裝速度高達(dá) 12 萬瓶 h 小袋包裝機(jī)的包裝速度高達(dá) 900 袋 min 3 使產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化 許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進(jìn)行包裝 以提高生產(chǎn)效率 如德國生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)及包裝設(shè)備 就是由一個系統(tǒng)控制完成的 兩者一體化 關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)能力上相互匹配的問題 4 適應(yīng)產(chǎn)制品變化 具有良好的柔性和靈活性 由于市場的激烈競爭 產(chǎn)品更 新?lián)Q代的周期越來越短 如化妝品生產(chǎn)三年一變 甚至一個季度一變 生產(chǎn)量又都很 大 因此要求包裝機(jī)械具有良好的柔性和靈活性 使包裝機(jī)械的壽命遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽 命周期 這樣才能符合經(jīng)濟(jì)性的要求 5 普遍使用計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù) 隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度不斷加快 德國包裝機(jī) 械設(shè)計(jì)普遍采用了計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù) 大大縮短了包裝機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)周期 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)不僅要重視其能力和效率 還要注重其經(jīng)濟(jì)性 所謂經(jīng)濟(jì)性不完全 是機(jī)械設(shè)備本身的成本 更重要的是運(yùn)轉(zhuǎn)成本 因?yàn)樵O(shè)備折舊費(fèi)只占成本的 6 8 其他的就是運(yùn)轉(zhuǎn)成本 3 1 3 國內(nèi)外糖果包裝機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 就糖果包裝機(jī)而言 要數(shù)美國 西德 意大利和英國名列前茅 這些國家的包裝 機(jī)制造商一般都有四 五十年的歷史 可稱得上經(jīng)驗(yàn)豐富 名不虛傳 縱觀門類繁多 的包裝機(jī) 各有不同的特點(diǎn) 其一在保持中速穩(wěn)定的基礎(chǔ)上 向高速包裝前進(jìn) 目前 比較有影響的高速包裝機(jī)有意大利的 G D 1200 型連續(xù)切斷包裝機(jī) 更甚者為英國 Rose Theegarten 公司出產(chǎn)的 U1 F1 型和 Twister 型 其二 同一部機(jī)器的包裝花樣多 種 具有代表性的有西德的 Otto Hansel 公司出產(chǎn)的 X8003 型糖果包裝機(jī) 西德的 Robert Bosch 公司 H H 211 型糖果包裝機(jī)另外 即使單一品種的包裝機(jī)器 可包尺寸 范圍也比較大 其三采用多層包裝 一般為三層 如意大利 G D 包裝機(jī)一般為是多層 式包裝 還有美國的 西德的 英國的都不少于二層 中國包裝機(jī)械起步較晚 經(jīng)過 20 多年的發(fā)展 中國包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中 十大行業(yè)之一 為中國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有力的保障 有些包裝機(jī)械填補(bǔ)了國 內(nèi)空白 已能基本滿足國內(nèi)市場的需求 部分產(chǎn)品還有出口 為使包裝機(jī)械具有良好 的柔性和靈活性 提高自動化程度 須大量采用微電腦技術(shù) 模塊技術(shù)和單元組合形 式 為適應(yīng)包裝產(chǎn)品品種和包裝類型的變化 包裝機(jī)械設(shè)備的柔性和靈活性常表現(xiàn)在 以下三個方面 一 量的靈活性 二 構(gòu)造的靈活性 三 供貨的靈活性 采用單 元組合 將各單元組合在一起供貨 如糖果包裝機(jī) 在一個共同基礎(chǔ)上 組合不同的 單元 三個進(jìn)料口 四種不同的折疊包裝形式 這樣一臺機(jī)器就可同時包裝 8 10 種 不同的糖果 由多個機(jī)械手操作 在一臺攝像機(jī)的監(jiān)控下 指揮其動作 按指令以不 同的方式對不同種類的糖果進(jìn)行包裝 若產(chǎn)品改變了 只要改變攝像機(jī)內(nèi)的程序即可 從而使設(shè)備具有良好的柔性和靈活性 4 1 4 本課題的研究意義 糖果是以白砂糖 粉糖漿 淀或其它食糖 或允許使用的甜味劑 食用色素為主要 原料 按一定生產(chǎn)工藝要求加工制成的固態(tài)或半固態(tài)甜味食品 糖果分類 糖果可以 分為硬質(zhì)糖果 硬質(zhì)夾心糖果 乳脂糖果 凝膠糖果 拋光糖果 膠基糖果 充氣糖 果和壓片糖果 值得注意的是 隨著糖果制造業(yè)的迅速發(fā)展 糖果制品的品種和式樣 層出不窮 日益新穎 為了適應(yīng)市場變化的需要 大規(guī)模的提高勞動生產(chǎn)率 糖果包 裝機(jī)制造商迎來了蓬勃生機(jī)的行業(yè)春天 在糖果的包裝過程中 必須快速將糖果包裝 起來還要有各色的包裝樣式 由此各色的糖果包裝機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生 糖果包裝機(jī)主要有 以下優(yōu)點(diǎn) 一 降低了人們的勞動強(qiáng)度 提高了工作效益 二 同款樣式的包裝一致 性高 損耗低 7 2 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 2 1 產(chǎn)品特征 粒裝巧克力糖呈圓臺形 輪廓清楚 但質(zhì)地疏松 容易碰傷 因此 考慮機(jī)械動 作時應(yīng)適合它的特點(diǎn) 以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量 產(chǎn)品夾緊力要適當(dāng) 在進(jìn)出料時避免 碰撞而損傷產(chǎn)品 包裝速度應(yīng)適中 過快會引起沖擊而可能損傷產(chǎn)品等 包裝工藝首 要的是解決坯件的上料問題 顯然 像巧克力糖之類的產(chǎn)品 使用一般料斗上料方法 是不適宜的 如果采用料倉式上料方法 則需要人工定時放料 每分鐘放 80 粒糖也 夠緊張的 如果將自動機(jī)的進(jìn)料系統(tǒng)直接與巧克力糖澆注成形機(jī)的出口相銜接 則比 較容易解決巧克力糖的自動上料問題 10 圖 1 圓臺狀巧克力糖果 Fig 1 Frustum of a cone shaped chocolate 2 2 包裝材料 食品包裝材料應(yīng)十分注重衛(wèi)生 粒狀巧克力糖包裝紙采用厚度為 0 008mm 的金色 鋁箔紙 它的特點(diǎn)是薄而脆 抗拉力較小 容易撕裂 也容易褶皺 因此 在設(shè)計(jì)供 紙部件時對速度應(yīng)十分注意 一般包裝的速度越高 紙張的拉力就越大 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 一般送紙速度應(yīng)小于 500mm s 選擇供紙機(jī)結(jié)構(gòu)時 主要依據(jù)下列兩點(diǎn) 1 采用紙片供料或是采用卷筒紙供料 本機(jī)采用卷筒紙 2 紙張送出時的空間位置時垂直置放的還是水平置放的 將紙片水平置放對包 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 3 粒狀巧克力糖包裝機(jī)的設(shè)計(jì)要求 1 生產(chǎn)率約為 120 粒 min 自動機(jī)的生產(chǎn)率為 70 130 粒 min 2 要求巧克力糖包裝后外形美觀 挺括 金屬鋁箔紙無明顯損傷 撕裂 皺褶 3 機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 穩(wěn)定 操作方便 安全 維修容易 造價(jià)低 4 要求設(shè)計(jì)糖果包裝機(jī)的間歇剪切機(jī)構(gòu) 鋁箔紙錐面成型機(jī)構(gòu) 褶紙機(jī)構(gòu)以及 巧克力糖果的送推料機(jī)構(gòu) 5 整臺機(jī)器外形尺寸 長 寬 不超過 800mm 1000mm 6 錐面成形機(jī)構(gòu)不論采用平面連桿機(jī)構(gòu) 凸輪機(jī)構(gòu)或者其他常用機(jī)構(gòu) 要求成 形動作盡量等速 啟動與停頓時沖擊小 10 2 4 包裝工藝方案擬定 圖 2 包裝工序分解圖 Fig 2 Packaging process diagram 圖 2 為最初的巧克力糖包裝工藝圖 根據(jù)人工包裝動作順序 針對產(chǎn)品包裝質(zhì)量要 求 該機(jī)包裝工藝如下 1 將 75mm 75mm 鋁箔紙覆蓋在巧克力糖小端正上方 如圖 2 a 所示 2 使鋁箔紙沿糖塊錐面強(qiáng)迫成行如圖 2 b 所示 3 將余下的鋁箔紙分成兩半 先后向大端中央折去 迫使包裝紙緊貼巧克力糖 如 圖 2 c d 所示 2 5 粒狀巧克力糖果包裝工藝的實(shí)驗(yàn) 根據(jù)初擬的包裝工藝方案 進(jìn)行工藝實(shí)驗(yàn) 如下圖所示 機(jī)械手設(shè)計(jì)上是具有彈性的錐形模腔 這樣能適應(yīng)巧克力糖外形尺寸 的變化 不存在拉破鋁箔紙的現(xiàn)象 在機(jī)械手下面有圓環(huán)形托板 以防止糖塊下落 圖 3 為鉗糖機(jī)械手簡圖 圖 3 鉗糖機(jī)械手 Fig 3 Manipulator clamp sugar 1 轉(zhuǎn)軸 2 轉(zhuǎn)盤 3 彈簧 4 鉗糖機(jī)械手 共 6 組 5 環(huán)形托板 圖 4 巧克力糖包裝 Fig 4 chocolate packaging 1 鋁箔紙 2 接糖桿 3 糖塊 4 頂糖桿 5 折邊器 6 環(huán)形托板 工藝實(shí)驗(yàn)的過程如下 當(dāng)鉗糖機(jī)械手轉(zhuǎn)至包裝糖塊位置時 接糖桿向下運(yùn)動 頂糖桿向上推糖塊和包裝紙 使 糖塊和鋁箔紙夾在頂糖桿和接糖桿之間 然后它們同步上升 進(jìn)入機(jī)械手 迫使鋁箔紙 成型如圖 2 b 所示 接著折邊器向左折邊 成圖 2 c 狀 然后轉(zhuǎn)盤帶機(jī)械手作順時針方 向轉(zhuǎn)動 途徑環(huán)行托板 使鋁箔紙全部覆蓋在糖塊的大端面上 完成全部包裝工藝如圖 2 d 所示 由于包裝紙表面還不夠光滑 有時還發(fā)生褶皺現(xiàn)象 需要進(jìn)一步改進(jìn) 經(jīng)過實(shí)驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)鋁箔紙只要用柔軟之物輕輕一抹 就很光滑平整地緊貼在糖塊表面 上 達(dá)到預(yù)期的外觀包裝質(zhì)量要求 因此增設(shè)了一個帶有錐形毛刷圈 軟性尼龍絲 在定糖過程中 先讓糖塊和鋁箔紙通過毛刷圈 然后再進(jìn)入機(jī)械手成形 結(jié)果使包裝 紙光滑 平整 美觀 完全達(dá)到包裝質(zhì)量要求 圖 5 巧克力糖包裝成型機(jī)構(gòu) Fig 5 Chocolate candy packaging forming mechanism 1 左抄板紙 2 鉗糖機(jī)械手 3 接糖桿 4 右抄板紙 5 錐形尼龍絲圈 6 鋁箔紙 7 糖塊 8 頂糖桿 另外 考慮自動機(jī)工作的可靠性 在成品出料口增設(shè)撥糖桿 確保機(jī)械手中的糖 塊落入輸送帶上 這樣的工藝方案就此確定 3 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 3 1 機(jī)型選擇 由于大批量生產(chǎn) 所以選擇全自動機(jī)型 根據(jù)前述工藝過程 選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線的多工位自動機(jī)型 根據(jù)工藝路線分析 實(shí)際上需要兩個工位 一個是進(jìn)料 成型 折邊工位另一個 是出料工位 自動機(jī)采用六槽槽輪機(jī)構(gòu)作工件步進(jìn)傳送 該機(jī)器設(shè)計(jì)用以對圓臺狀巧克力糖的包裝 以電動機(jī)作為動力 機(jī)器設(shè)計(jì)包括供 紙機(jī)構(gòu) 剪紙 頂糖 抄紙 撥糖機(jī)構(gòu) 送糖盤和鉗糖機(jī)械手間歇回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 3 2 包裝機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu) 根據(jù)巧克力糖包裝工藝 確定自動機(jī)由下列執(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) 7 轉(zhuǎn)盤步進(jìn)傳動機(jī)構(gòu) 圖 6 鉗糖機(jī)械手及進(jìn)出糖塊機(jī)構(gòu) Fig 6 Pliers sugar manipulator and in and out of the candy bar mechanism 1 輸送帶 2 糖塊 3 托盤 4 送糖盤 5 鉗糖機(jī)械手 6 彈簧 7 托板 8 機(jī)械手開合凸輪 9 成品 10 輸料帶 如圖 6 為鉗糖機(jī)械手 進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 送糖盤 4 與機(jī)械手作同步間歇回轉(zhuǎn) 逐一將糖塊送至包裝工位 機(jī)械手的開合動作 由固定的凸輪控制 凸輪的廓線是 由兩個半徑不同的圓弧組成 當(dāng)從動滾子在大半徑弧上 機(jī)械手就張開 從動滾子在 小半徑弧上 機(jī)械手靠彈簧 6 閉合 4 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)簡圖 巧克力糖果包裝機(jī)的傳動系統(tǒng)是將電動機(jī)轉(zhuǎn)速通過減速并傳遞到各個執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 驅(qū)動構(gòu)件 使之完成機(jī)器的工作循環(huán) 根據(jù)自動機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般原則和粒狀巧 克力糖包裝工藝的具體要求 擬定如圖 7 所示的傳動系統(tǒng) 圖 7 粒狀巧克力糖包裝機(jī)傳動系統(tǒng) Fig 7 Granulated sugar packets chocolate machine drive system 1 電動機(jī) 2 帶式無級變速機(jī)構(gòu) 3 鏈輪幅 4 盤車手輪 5 頂糖桿凸輪 6 剪紙導(dǎo)凸輪 7 撥糖桿凸輪 8 抄紙板凸輪 9 接糖桿凸輪 10 鉗糖機(jī)械手 11 撥糖桿 12 槽輪機(jī)構(gòu) 13 接糖桿 14 頂糖桿 15 送糖盤 16 齒輪副 17 供紙部件鏈輪 18 輸送帶鏈輪 19 螺旋齒輪副 20 分配軸 4 2 選擇原動機(jī) 原動機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動和動力的來源 其種類很多 有電動機(jī) 內(nèi)燃機(jī) 蒸汽機(jī) 水輪機(jī) 汽輪機(jī) 液動機(jī)等 電動機(jī)的構(gòu)造簡單 工作可靠 控制簡便 維護(hù)容易 一般生產(chǎn)機(jī)械上大多采用電動機(jī)驅(qū)動 所以合理選擇電動機(jī)類型 對工作機(jī)械有效的 工作 以及機(jī)組運(yùn)行的可靠性 安全 節(jié)能及降低設(shè)備造價(jià)都有重要意義 電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式可以根據(jù)電源種類 直流 交流 工作條件 溫度 環(huán) 境 空間尺寸 和載荷特點(diǎn) 性質(zhì) 大小 啟動性能和過載情況 來選擇 工業(yè)上廣泛應(yīng)用 Y 系列三相交流異步電動機(jī) 它具有高效 節(jié)能 振動小 噪聲 小和運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn) 安裝尺寸和功率等級符合國際標(biāo)準(zhǔn) 適合于無特殊要求的 各種機(jī)械設(shè)備 電動機(jī)的選擇要從負(fù)載的要求出發(fā) 考慮工作條件 負(fù)載性質(zhì) 生產(chǎn)工藝 供電 情況等 盡量滿足下述各方面的要求 4 2 1 機(jī)械特性 由電動機(jī)類型決定的電動機(jī)的機(jī)械特性與工作機(jī)械機(jī)械特性配合要適當(dāng) 機(jī)組穩(wěn) 定工作 電動機(jī)的起動轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 牽入轉(zhuǎn)矩等性能均能滿足工作機(jī)械的要求 4 2 2 轉(zhuǎn)速 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足工作機(jī)械要求 其最高轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速變化率 穩(wěn)速 調(diào)速 變速 等性能均能適應(yīng)工作機(jī)械運(yùn)行要求 11 4 2 3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性 從降低整個電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的能耗及電動機(jī)的綜合成本來考慮選擇電動機(jī)類型 針對使用情況選擇不同效率水平的電動機(jī)類型 對一些使用時間很短 年使用時數(shù)也 不高的機(jī)械 電動機(jī)效率低些也不會使總能耗產(chǎn)生較大的變化 所以并不注重電動機(jī) 的效率 但另一類年利用小時較高的機(jī)械 如空調(diào)設(shè)備 循環(huán)泵 冰箱壓縮機(jī)等 就 需要選用效率高的電動機(jī)以降低總能耗 11 4 3 電動機(jī)的選擇 因?yàn)樵O(shè)計(jì)中涉及的都是低速輕載荷工作條件 所以粗取電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和額定功率 min 140rn kWP4 0 校核電機(jī)功率 系統(tǒng)中主要的功率消耗點(diǎn)為機(jī)械手的凸輪轉(zhuǎn)動點(diǎn) 4 1 FV機(jī) 械 手 軸 其中 F 為凸輪上所受的力 由設(shè)計(jì)計(jì)算得 N247 1 V 為凸輪接觸點(diǎn)的線速度 4 60 nr 2 其中轉(zhuǎn)速 接觸點(diǎn)半徑 則 min 60r m95 sV 596 0 所以 W74 機(jī) 械 手 軸P 電機(jī)要求功率 4 螺 旋 齒 輪槽 輪鏈帶機(jī) 械 手 軸需 P 3 查 機(jī)械零件手冊 機(jī)械傳動的特點(diǎn)和性能 15 表1 機(jī)械傳動效率的概略數(shù)值與取值 Table 1 Mechanical transmission efficiency of the general numerical values 類 別 效 率 取 值 帶傳動 0 90 0 94 取0 92帶 鏈傳動 0 95 0 97 取0 96鏈 槽輪傳動 0 88 0 98 取0 90槽 輪 螺旋齒輪傳動 0 96 0 99 取0 97螺 旋 齒 輪 由于查不到功率為 轉(zhuǎn)速為 電機(jī) 選的電機(jī)功率為 kW4 0min 140r kW5 0 轉(zhuǎn)速為 其型號為Y801 4 min 1390r 4 4 帶輪設(shè)計(jì) 4 4 1 帶輪及其優(yōu)缺點(diǎn) 帶傳動是應(yīng)用較廣的一種機(jī)械傳動機(jī)構(gòu) V 帶由主動輪 從動輪和中間撓性帶 組成 帶傳動的工作原理是由主動輪轉(zhuǎn)動 依靠帶與帶輪摩擦來帶動從動輪工作 其 主要尺寸有小帶輪直徑 大帶輪直徑 包角 和 中心距 及帶長 其中1d2d1 2aL 包角 是帶與帶輪接觸弧所對應(yīng)的中心角 帶傳動的幾何關(guān)系圖如下 圖 8 帶傳動幾何關(guān)系簡圖 Fig 8 Tape drive geometry relationship diagram 優(yōu)點(diǎn) 傳動帶富有彈性 可以緩和沖擊和振動 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 無噪音 當(dāng)機(jī)器過 載時 帶子會在帶輪上產(chǎn)生打滑 可防止其它零件損傷 制造 安裝精度較低 成本 低 維護(hù)方便 適用于中心距較大時的傳動 缺點(diǎn) 因帶和帶輪間有相對滑動 彈性滑動 所以不能嚴(yán)格保證一定的傳動 比 一般為理論轉(zhuǎn)速的 98 99 有一定的摩擦損失 通常傳動效率為 90 97 由于傳動帶需要張緊 因此軸和軸承受力較大 4 4 2 選用帶輪要求 傳動的用途和工作情況選定 所選帶輪可實(shí)現(xiàn)傳動比為 1 4 4 1 8 的無級傳 動 傳動的功率 kWN5 0 大小輪的轉(zhuǎn)速 分別為 大n小 min 312rn 大 in 140r 小 輪槽的尺寸要求 由設(shè)計(jì)得 基準(zhǔn)寬度 基準(zhǔn)線上槽深 基準(zhǔn)線下槽深 槽mbd5 8ha0 in mhf0 7in 間距 第一槽對稱面至端面的距離 帶輪寬 外徑e3012 f 7mi b5 輪槽角 相應(yīng)的基準(zhǔn)直經(jīng) da d296 圖 9 輪槽結(jié)構(gòu)圖 Fig 9 Pulley structure 4 4 3 帶輪設(shè)計(jì)要求 帶輪的類型 長度 根數(shù)為選用 V 帶 根數(shù) 由設(shè)計(jì)得 帶輪的尺寸 材料 結(jié)構(gòu) HT15 33 或 HT20 40 中心距 作用于軸上的力 QF 4 4 4 帶輪設(shè)計(jì)過程 確定計(jì)算功率 cP 帶傳動傳遞的名義功率 可由工作部分計(jì)算 如工作部分計(jì)算困難也可簡以電機(jī) 的額定功率代替 但設(shè)計(jì)計(jì)算時應(yīng)考慮機(jī)器工作載荷的性質(zhì)和連續(xù)工作時間長短的影 響 其計(jì)算功率 的計(jì)算公式如下 c 4 4 PKAc 其中 為機(jī)器的名義功率 PkWk5 0 為工作情況系數(shù) 因?yàn)樵搨鲃拥妮d荷平穩(wěn) 每天工作時間大于 16 小時 AK 所以取 故 3 1 Pc71 0 選定三角帶型別 三角帶型號決定了帶的截面 型號過大 雖然減少了膠帶的根數(shù) 但帶高 大 h 帶高與帶輪直徑的比值 也就大 因而會增大傳動時的彎曲應(yīng)力 降低膠帶壽命 dh 和效率 型號過大還使直徑 中心距 加大 而型號太小 彎曲應(yīng)力雖小 但能傳a 遞的功率也小 也使根數(shù)過多 容易因制造誤差而造成膠帶松緊不一 所以正確選定 膠帶型號十分重要 計(jì)算功率 和小輪轉(zhuǎn)速 分別為 查 機(jī)械課程設(shè)計(jì)簡cP小nkW715 0min 40r 明手冊 P157 圖 6 4 普通 V 帶選型圖 所以選用 型帶 其截面尺寸如下表 Z 表 2 Z 型帶的截面尺寸 Table 2 Taking the section size of Z type 露出高度 Th 型號 節(jié)寬 pb頂寬 b高度 h楔角 最大 最小 Z 8 5 10 6 0 40 1 6 1 6 選擇大小帶輪的直徑 1d2 為獲得盡可能小的 值 減小彎曲應(yīng)力 在選定型號后 應(yīng)盡可能采用較大的h 大輪直徑 但直徑大 會使傳動尺寸增大 所以 不宜過大 1d 1d 取 為實(shí)現(xiàn)傳動比 1 4 4 1 8 所以 則m30 m18 6 5 372 取 也就是小帶輪的最小直徑為 其最大直徑為 7 52 m50 計(jì)算膠帶的速度 v 4 106 ndv s 5 其中 正常工作時大輪轉(zhuǎn)速 為分配軸轉(zhuǎn)速除以 I 鏈 分配軸轉(zhuǎn)速為 md301 1n I 鏈為 即 所以 in 20r67 2mi 4 3201rn 03 5smv 由上式知輪徑確定了 帶速隨之也確定了 又由 傳遞同樣功率 12PN 帶速 越小 傳遞的圓周力就越大 需要膠帶的根數(shù)越多 帶速太高會因膠帶離心力v 太大而降低帶和帶輪間的正壓力 從而降低摩擦力 降低工作能力 同時會因 過L 大 而降低疲勞強(qiáng)度 所以在結(jié)構(gòu)尺寸允許的條件下 最適當(dāng)?shù)乃俣仁?10 20 若 Z A B C 型 大于 25m s 輪徑應(yīng)重選 因?yàn)閟m 20 1 v v 53 計(jì)算中心距 帶長 a0L a 粗選中心距 0 中心距過大 雖然結(jié)構(gòu)緊湊 但帶長亦小 應(yīng)力變化加快 使使用壽命降低 并 使包角 減小 摩擦力降低 傳動能力減小 中心距過大 除有相反的利弊外 還易2 因速度較高引起膠帶顫動 因此三角膠帶初選中心距 一般根據(jù)結(jié)構(gòu)和傳動位置需0a 要 因此粗選中心距 應(yīng)滿足如下的范圍 0a 2 7 21021dd 其中 當(dāng)分配軸為 120r min 時 m75 6 321 所以 am 75 260 取 ma30 b 由 確定膠帶節(jié)線周長 0pL 4 0212104 2adda 6 所以 圓整到相似標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線的周長 和標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)周長 因?yàn)槟z帶mLp120 pLiL 型號為 Z 型 mLip1250 127 c 修整中心距 a 4 ap 300 7 計(jì)算小輪包角 1 三角膠帶傳遞最大摩擦力是小輪包角范圍內(nèi)摩擦力的總和 如包角太大 摩擦力 不足 則帶容易打滑 小輪包角可按下式計(jì)算 4 8 35 160 18021ad 因?yàn)?所以符合包角要求 120 確定膠帶根數(shù) z 工作中常將幾根三角膠帶成組使用 各型號的三角膠帶的截面積一定 這樣 在 一定條件下單根三角膠帶所能傳遞的功率也是一定的 另外 為保證帶在工作中不出 現(xiàn)打滑所能傳遞的功率 因此 膠帶根數(shù) Z 可由下式求得 4 9 LCKaPz 1 其中 為傳遞的計(jì)算功率 CPkW52 0 為當(dāng)包角 傳動平穩(wěn)情況下的單根三角膠帶所能傳遞的 1821 i 功率 因?yàn)閹蜑?Z 型 為 帶速 為 所以取kW1dm7 6vsm 03 5 42 0 為考慮實(shí)際傳動比 時 由于帶在大輪上彎曲較小而提高的傳遞功率 P i 其值為 其中 為彎曲影響系數(shù) 因?yàn)閹蜑?Z 型 iwKn 1 kWwK 所以 為小輪的轉(zhuǎn)速 所以 為傳動比系數(shù) 0329 wK in 140rn ik 因?yàn)閭鲃颖?所以取 K 則 5 8 4 i i 528 P 為長度系數(shù) 因?yàn)?所以取 L mLi20L 為包角系數(shù) 因?yàn)榘?所以取 35 1 9 0 為強(qiáng)力層材料系數(shù) 膠帶材料聚酯 錦綸等合成纖維線繩結(jié)構(gòu)的三角帶 所以k 取 所以膠帶根數(shù) Z 3 1 768 0 最后取 z 確定皮帶預(yù)緊力 0F 適當(dāng)?shù)念A(yù)緊力是保證帶傳動正常工作的重要因素 預(yù)緊力不足 摩擦力就小 不 能傳遞所需要的功率 預(yù)緊力過大 會使用膠帶壽命降低 軸和軸承的壓力增大 膠 帶容易松弛 較適宜的預(yù)緊力應(yīng)按下式算出 4 10 15 2 02NqvKzvPFC 其中 為 V 帶每米的重量 N m 查表得 q 8 0m 為計(jì)算功率 由前面計(jì)算的 CPkWPC52 為包角系數(shù) 查表得 K89 0 K 為帶速 v 因?yàn)檎９ぷ鲿r 又因?yàn)?所以 r min12分 配 軸n67 2i 鏈 r min4 320 大 論n 所以 sdn 03 51 大 輪 為帶數(shù) 由前面給定 zz 所以 NF90 求軸上的壓力 Q 4 11 2sin10NzFQ 其中 預(yù)緊力 根數(shù) 包角 所以軸上壓力950 35 12 NFQ47 1 最后 總結(jié)如下表 表 3 帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算方法 Table 3 Pulley design calculation method 序號 計(jì)算項(xiàng)目 符號 單位 計(jì)算公式 計(jì)算結(jié)果 1 確定 計(jì)算 功率 cPkWPKAc kWPC52 0 2 選擇 V 帶 型號 根據(jù) 和 確定 查圖c1nZ 型 3 選擇 大小 帶輪 直徑 1d2m查表 md301 7 52 4 驗(yàn)算帶速 vs 106 ndv sv 5 初選 中心 距 0a 2 7 0221a a30 6 初選長度 0pLm01104 ddLp mLp120 7 實(shí)際 中心 距 a200pLa a5 3 8 驗(yàn)算包角 1 d 6 181 1 9 計(jì)算 V 帶 根數(shù) z根 LCKaPz 1 z 10 確定單根 0F N20 5 qvvF NF950 V 帶 預(yù)拉 力 11 確定 帶對 軸的 壓力 QF N2sin10 zFQ NFQ47 1 4 5 鏈輪設(shè)計(jì) 4 5 1 鏈傳動及其優(yōu)缺點(diǎn) 鏈傳動是一種廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械傳動中的傳動形式 其中傳動用的滾子鏈占主 要地位 滾子鏈傳動主要用于平均傳動比要求準(zhǔn)確 且兩輪軸間距較大 工作條件惡 劣 低速重載 潤滑良好且不宜采用帶傳動和齒輪傳動的場合 通常滾子鏈傳動的功 率 傳動比 鏈速 效率約為 kWP10 8 ismv 1598 0 5 優(yōu)點(diǎn) 與摩擦傳動的帶傳動相比 它無彈性滑動和打滑現(xiàn)象 能夠保持準(zhǔn)確的 平均傳動比 傳動效率高 又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊 所以作用在軸上的徑 向壓力較小 其結(jié)構(gòu)較緊湊 制造與安裝精度要求較低 成本低廉 缺點(diǎn) 它只能用于回轉(zhuǎn)的傳動 運(yùn)轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比 磨損后 會跳齒 工作時噪音大 不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用 4 5 2 鏈傳動的設(shè)計(jì)過程 鏈傳動的失效形式 a 鏈的疲勞破壞 b 鏈條鉸鏈的磨損 c 鏈條鉸鏈的膠合 d 鏈條靜力拉斷 鏈輪不是標(biāo)準(zhǔn)件 但鏈輪上的齒形必須按照國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的參數(shù)制作 其結(jié) 構(gòu)也要參照國家標(biāo)準(zhǔn)制作 滾子鏈的鏈輪結(jié)構(gòu)主要根據(jù)鏈輪直徑的大小確定 小直徑 的鏈輪可制成實(shí)心式 中等直徑的鏈輪課制成孔板式 對于大直徑的鏈輪 為了提高 輪齒的耐磨性 常將齒圈和齒心不同的材料制造 然后用焊接或螺栓聯(lián)接的方法裝配 在一起 鏈輪的齒形按 GB T 1243 1997 中規(guī)定的參數(shù)制造 該標(biāo)準(zhǔn)中給鏈輪結(jié)構(gòu)輪 齒的具體形狀流出了較大的余地 目前的鏈輪輪齒多采用三圓弧一直線齒形 選擇鏈輪齒數(shù) 及傳動比 及其它尺寸 1Z2鏈i 當(dāng)該糖果包裝機(jī)正常工作時 即其分配軸的轉(zhuǎn)速為 大鏈輪的轉(zhuǎn)速與其r min120 相同也為 r min120 因?yàn)閮奢嗛g的傳動比 要求為 則小輪的轉(zhuǎn)速 取小輪的鏈i67 1i 4 31 直徑 mD751 又因?yàn)閮奢嗛g的傳動比 要求為 所以大輪的直徑 則小輪鏈i67 2 1mD20 的轉(zhuǎn)速 4 011 nDv 12 sm 25 又有 機(jī)械設(shè)計(jì) P177 表 9 8 得 取 則 71 Z19 512Z 確定計(jì)算功率 caP 4 13 PKAca 其中 KA 為工作情況系數(shù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 9 6 得 0 1 A P 為傳遞的功率 帶電 機(jī)P 查 機(jī)械課程設(shè)計(jì) 表 2 4 得 所以 所96 0 帶 kWP528 96 5 以 kWca528 0 確定鏈節(jié)距 p 鏈的節(jié)距 的大小 反映了鏈條和鏈輪齒各部分尺寸的大小 在一定條件下 鏈 的節(jié)距越大 承載能力越高 但傳動的多邊形效應(yīng)也要增大 于是振動 沖擊 噪聲 也越嚴(yán)重 所以設(shè)計(jì)時 為使傳動緊湊 壽命長 應(yīng)盡量選取較小節(jié)距的單排鏈 速度高 功率大時 則選用小節(jié)距的多排鏈 從經(jīng)濟(jì)上考慮 中心距小 傳動比小時 選小節(jié) 距多排鏈 中心距大 傳動比小時 選用大節(jié)距單排鏈 因此必須對 進(jìn)行修正 0p 4 14 pLZcaKPp 0 其中 為小鏈輪齒數(shù)系數(shù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 圖 9 13 得 ZK 108 91 Z 為鏈長系數(shù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 9 10 得 取鏈數(shù) 節(jié) L 6pL 08 15 L 為多排鏈系數(shù) 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 9 11 得 所以p 1 pK kW4 0 鏈傳動的中心距 和鏈節(jié)數(shù) apL 一般中心距 粗取 pa 50 3 0 pa40 02121 2apZZL 4 15 所以 圓整得 6 1540272 pL 6 p 所以 4 16 221ZLpfa 其中 為中心距計(jì)算系數(shù) 見 機(jī)械設(shè)計(jì) P180 表 9 71f 取節(jié)距 為 9 525 則中心距 pm68 3 小鏈輪轂孔最大直徑 maxd 由 機(jī)械設(shè)計(jì) 表 9 4 得 取 29dk2 鏈傳動作用在軸上的力 壓軸力 pF 鏈傳動的壓軸力 單位 N 可近似取為 F 4 17 eFpK 其中 為鏈傳遞的有效圓周力 單位 N eF 4 18 NnDpvPFe 35 010610 為壓軸力系數(shù) 因?yàn)槭谴怪眰鲃?所以取 FpK FpK 所以 62 30 滾子鏈傳動的額定功率計(jì)算 在此采用的是滾子鏈傳動 極限功率曲線 正常潤滑條件下 鏈條鉸鏈磨損限定的極限功率 如下圖 為實(shí) 驗(yàn)條件下單排鏈的極限功率曲線示意圖 由圖可見 在潤滑條件良好 中等速度下 鏈傳動的承載能力主要取決于鏈板的疲勞強(qiáng)度 隨著轉(zhuǎn)速的增加 鏈傳動的動載荷增 大 傳動能力主要取決于滾子和套筒的沖擊疲勞強(qiáng)度 當(dāng)轉(zhuǎn)速很高時 膠合將限定鏈 傳動的承載能力 其極限功率圖有 圖 10 鏈輪轉(zhuǎn)速功率圖 Fig 10 Sprocket speed power figure a 由鏈板疲勞強(qiáng)度限定的額定功率 曲線 0P 4 19 pnZP028 39 18 0 45 3 其中 為小鏈輪齒數(shù) 1Z91 為小鏈輪轉(zhuǎn)速 nmin 4 320rn 為節(jié)距 則 p5 PkWP 6 所以符合條件 b 由滾子 套筒的沖擊疲勞強(qiáng)度限定的額定功率 曲線 0 4 20 knpZP 8 14 9505 8 0 1 所以符合條件 c 由銷軸與套筒的膠合限定的滾子鏈工作能力 曲線 4 21 4504 25 873 1 425lg 9 1max 32 1078 9 0 FZp Pn 則 i 6 37axr 所以符合條件 5 機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1 夾持裝置 機(jī)械手設(shè)計(jì) 5 1 1 設(shè)計(jì)要求 要有足夠的夾緊力 P 夾 在確定手指的夾緊力時 除考慮工作的重量外 還應(yīng) 考慮工件在傳送過程中生產(chǎn)的慣性力和振動等影響 以保證夾持牢靠 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)動路線 保證工件 正確定位 為手指和工件保持準(zhǔn)確的相對位置 必須根據(jù)工件形狀而選擇相應(yīng)的手指 形狀來定位 結(jié)構(gòu)要緊湊 使之重量輕 動作靈活 5 1 2 基本結(jié)構(gòu)如圖 圖 11 機(jī)械手 Fig 11 Manipulator 5 1 3 夾緊力 計(jì)算 夾P 機(jī)械手工作時 為保證手指能夠可靠的把工件夾牢所必需的夾緊力 夾可按下式P 計(jì)算 5 1 8 9321NGK 夾 其中 安全系數(shù) 通常取 1K 5 8 1 工作情況系數(shù) 2 gKa2 最大加速度 由凸輪計(jì)算中得 所以 sma 18 835 1 08 912 K 工作方位系數(shù) 3K fK213 其中摩擦系數(shù) 取 4 0 f 3 0 巧克力糖質(zhì)量 G 098 NG 所以 取 夾P534 21 83 1 9 58 0NP 夾 5 1 4 彈簧力 P 彈簧計(jì)算 彈簧是一種彈性元件 它可以在載荷作用下產(chǎn)生較大的彈性變形 彈簧在各類機(jī) 械中應(yīng)用十分廣泛 主要用于 a 控制機(jī)構(gòu)的運(yùn)動 如制動器 離合器中的控制彈簧 內(nèi)燃機(jī)汽缸的閥門彈簧等 b 減振和緩沖 如汽車 火車車廂下的減振彈簧 以及各種緩沖器用的彈簧等 c 儲存及輸出能量 如鐘表彈簧 槍閂彈簧等 d 測量力的大小 如測力器和彈簧稱中的彈簧等 選擇圓柱螺旋拉伸彈簧 彈簧按照所承受的載荷不同可分為拉伸彈簧 壓縮彈簧 扭曲彈簧 和彎曲彈簧 等四種 在這里選用的是拉伸彈簧 如下圖 圓柱螺旋拉伸彈簧空載時 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各圈相互壓緊 常在卷繞的過程中 同時使彈簧絲繞其本 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 一定的預(yù)緊力 故也稱為有預(yù)緊力的拉伸彈簧 圖 12 圓柱螺旋拉伸彈簧 Fig 12 Cylindrical spiral extension spring 材料 低錳彈簧鋼 65Mn 常用的彈簧鋼材料主要有下列幾種 碳素彈簧鋼 65 70 鋼 低錳彈簧鋼 65Mn 硅錳彈簧鋼 60SiMnA 鉻釩鋼 50CrVA 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)算彈簧曲度系數(shù) K 由 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) P406 圖 16 9 5 2 C615 04 其中 旋繞比 取 10 5 DdC8 所以 769 10 K 選彈簧絲直徑 mdm 46 0 計(jì)算在彈簧伸長量 時 彈簧的拉伸力變化量 x320 F 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第二版 P1002 表 9 15 5 DKdF 8 93 3 其中 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 第二版 P1004 表 9 17 取 12 4 7 所以 021 8 4 76389NF 所以 預(yù)彈 簧P9 5 1 5 開閉角 的計(jì)算 由圖得 321Lrtg 5 4 5 0478 所以 14 夾具頭敞開的大小 L 5 mtg 25 16 302 5 0121 5 5 2 凸輪設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)專用機(jī)床自動化和半自動化中應(yīng)用較廣泛的一種機(jī)構(gòu) 它常用來 傳動工作部件的進(jìn)給運(yùn)動 調(diào)動運(yùn)動和控制其它一些輔助機(jī)構(gòu) 其特點(diǎn)是工作可靠 體積小 結(jié)構(gòu)簡單 多是適用于行程小 運(yùn)動規(guī)律復(fù)雜 轉(zhuǎn)速在 500 轉(zhuǎn) 分以下的運(yùn) 動循環(huán) 凸輪機(jī)構(gòu)通常是由凸輪 從動件 機(jī)架及輔助裝置組成 凸輪機(jī)構(gòu)屬于高副 機(jī)構(gòu) 其中凸輪是一種以外形輪廓決定從動件運(yùn)動規(guī)律的 作回轉(zhuǎn)運(yùn)動或直線運(yùn)動的 主動構(gòu)件 凸輪機(jī)構(gòu)工作時 凸輪是主動件 通常由其連續(xù)轉(zhuǎn)動或移動 由于凸輪的輪廓曲 線上各點(diǎn)具有不同大小的向徑 通過其曲線輪廓與從動件之間的接觸 推動從動件 使其按一定的運(yùn)動規(guī)律作周期性的往復(fù)移動或擺動 與其它機(jī)構(gòu)相比凸輪有以下特點(diǎn) 1 易實(shí)現(xiàn)給定的運(yùn)動規(guī)律 2 工作可靠 3 設(shè)計(jì)和加工簡單 4 承載能力小 5 2 1 選擇凸輪類型 常用的凸輪有 盤狀 柱狀 板狀 在此選擇盤狀 如圖 它是具有沿徑向變化輪廓曲線的盤狀零件 其特點(diǎn)是結(jié) 構(gòu)簡單 體積小 但其半徑差不宜過大 一般不超過 100 120 毫米在此處半徑差取 10 毫米 盤形凸輪機(jī)構(gòu) 這種機(jī)構(gòu)中的凸輪是一個繞定軸轉(zhuǎn)動 而且具有變化向徑的盤形 零件 其從動件與凸輪在同一平面內(nèi)運(yùn)動 圖 13 凸輪 Fig 13 The CAM 5 2 2 凸輪材料選擇 凸輪和從動件的材料 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 常用的材料有 45 號鋼 50 號鋼 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 60 62 5 2 3 凸輪尺寸計(jì)算 如圖 取 r1 95mm r2 85mm 在選擇凸輪和從動桿時應(yīng)考慮以下幾點(diǎn) a 滿足生產(chǎn)工藝要求 b 盡量提高機(jī)器的生產(chǎn)效率 c 減少沖擊振動 改善機(jī)器的工作性能 d 凸輪輪廓曲線易于制造 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下 圖 14 凸輪上的位移 速度及加速度圖 Fig 15 Displacement velocity and acceleration diagram on the CAM 5 2 4 凸輪強(qiáng)度計(jì)算 由 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 中冊 第二版 P136 5 6 2mkgfbFSqurtZHE 其中 接觸寬度 bmb8 法向作用力 F N 經(jīng)受力分析可得 5 7 121LFLP 預(yù)夾 因?yàn)?P58 0 夾 3001 所以 3LF預(yù) 又 31 預(yù) 5 8 其中 所以m403 NF247 5 9 21 其中 滾子半徑 凸輪接觸點(diǎn)曲率半徑 所以 81 m95 m38 7 系數(shù) 鋼對鋼 EZ6 0 EZ 許用接觸應(yīng)力 2 49 27N 取 2 4 8mN 所以 在此 符合要求 2 7E 5 3 棘輪設(shè)計(jì) 5 3 1 棘輪材料選擇 棘輪機(jī)構(gòu)是一種間歇運(yùn)動時間可以調(diào)整的間歇運(yùn)動機(jī)構(gòu) 其傳動形式屬于嚙合傳 動 根據(jù)棘輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動特點(diǎn) 棘輪機(jī)構(gòu)常用于低速 要求轉(zhuǎn)角不太太大或需要經(jīng)常 改變轉(zhuǎn)角的場合 其功能主要有間歇進(jìn)給 制動 轉(zhuǎn)位分度和超越離合 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 一般棘爪是主動件 棘輪是從動件 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)對巧克力糖的傳輸 所承受的周向力極小 同時幾乎不受任何機(jī)械磨損的作用 因此對該棘輪的材料強(qiáng)度 要求不高 但它工作時一直與巧克力糖接觸 所以對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 對其強(qiáng)度沒要求 選40Cr 5 3 2 棘輪形狀確定 圖15 棘輪 Fig 15 Ratchet 5 4 六槽槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 4 1 槽輪分類及材料選擇 1 分類 槽輪機(jī)構(gòu) 又稱馬爾他機(jī)構(gòu) 能把主動軸的勻速連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動軸的周期性 間歇運(yùn)動 常用于各種轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)中 棘輪機(jī)構(gòu)的基本型式分為外嚙合 內(nèi)嚙合和球面 槽輪叫三類 外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)的主 從動件轉(zhuǎn)向相反 槽輪的停歇時間轉(zhuǎn)位時間長 內(nèi)接槽輪機(jī)構(gòu)則相反 球面槽輪的轉(zhuǎn)位時間等于停歇時間 在此采用的是外嚙合槽輪 按槽的方位不同 槽輪機(jī)構(gòu)可分為 1 徑向槽輪 它沖擊小 制造簡單 最為常用 槽輪的動停時間比取決于槽數(shù)Z 2 非徑向槽輪 在槽數(shù)不變的條件下 可以用不同的中心距與曲半徑的組合來獲 得不同的動停時間比 但沖擊較大 2 材料 槽輪工作部分的材料采用 鋼 經(jīng)表面淬火硬度達(dá) 曲柄材料可Cr4050 4HRC 用軸承綱 經(jīng)表面淬火硬度達(dá) 也可采用 鋼 經(jīng)表面滲碳淬火硬度63 59HRr20 達(dá) 槽輪機(jī)構(gòu)一般不作強(qiáng)度校核 62 5HRC 5 4 2 槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 圖 16 槽輪 Fig 16 Slot wheel 1 槽輪機(jī)構(gòu)槽數(shù) 和圓銷數(shù)目 的選取 zK 在外嚙合槽輪機(jī)構(gòu)中 為了避免槽輪開始轉(zhuǎn)動和停止轉(zhuǎn)動時發(fā)生沖擊 應(yīng)使撥盤 上的圓銷在進(jìn)槽和出槽時的瞬時速度方向沿著槽輪鏡像槽的方向 經(jīng)過計(jì)算得出 一Z 般去 因此取 根據(jù)表可以得出圓銷數(shù) K 2 8 46 z 表4 圓銷數(shù)目K與槽數(shù)z的對應(yīng)關(guān)系 Table 4 Round pin number K and the slot number z corresponding relation 槽數(shù) z 銷數(shù) K 3 1 5 4 1 3 5 1 3 6 1 2 2 槽輪機(jī)構(gòu)的尺寸計(jì)算 取槽數(shù) 圓銷數(shù) 兩圓銷夾角 中心距6 z2 K 180 3 2 圓銷半徑 因?yàn)?所以所取條件mL0mr53 1 1 可行 當(dāng)槽輪停留時 轉(zhuǎn)角 運(yùn)動系數(shù) 210 2 0121 t mLR30sin2 5co2 槽輪槽深 所以 取 rLRh 22 h7 h 因槽底與槽輪軸孔之間有間隙 所以 則 取22 Rd md42 md302 槽輪外徑不碰到曲柄軸 所以 則 取 LR 2116215 6 其它機(jī)構(gòu)原理 6 1 頂糖 接糖機(jī)構(gòu)示意圖 示意圖見附圖17 6 2 抄紙和撥糖機(jī)構(gòu)示意圖 示意圖見附圖18 抄紙機(jī)構(gòu)相關(guān)尺寸的計(jì)算 抄紙板的厚度 因?yàn)樗吞寝D(zhuǎn)盤與機(jī)械手的間距為6mm 而抄紙板必須可以中間插 入 所以其厚度不免受到一定的約束 取它的厚度為4 5 mm 抄紙凸輪的要求 要保證在抄紙完畢后 抄紙板不對頂糖機(jī)構(gòu)和接糖機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉 所以凸輪要有 足夠的偏心距 這對凸輪的尺寸提出了要求 取它兩極端位置離軸心的距離分別為 45mm 20mm 其偏心距為25mm 也就使得抄紙板的行程為25mm 圖17 頂糖 接糖機(jī)構(gòu) Fig 17 Sugar sugar unit 圖 18 抄紙 撥糖機(jī)構(gòu) Fig 18 Writing dial sugar institutions 圖17的零件如下 1 平面槽輪凸輪機(jī)構(gòu) 2 圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 3 接糖桿 4 糖塊 5 頂糖桿 圖18的零件如下 1 分配軸 2 接糖桿圓柱凸輪 3 抄紙凸輪 4 彈簧 5 抄紙板 6 鉗糖機(jī)械手 7 撥糖桿 8 板凸輪 9 偏心輪 7 繪制粒狀巧克力自動包裝機(jī)的工作循環(huán) 循環(huán)圖 見附圖 1 的說明 首先我們選定分配軸的轉(zhuǎn)向方位為參考對象 其正 常工作轉(zhuǎn)速為 120r min 其次來研究機(jī)械手 送糖盤轉(zhuǎn)位 供紙機(jī)構(gòu) 剪紙機(jī)構(gòu) 抄紙機(jī)構(gòu) 接糖機(jī)構(gòu) 頂糖機(jī)構(gòu)及 工位機(jī)械手閉合情況的關(guān)系 1 當(dāng)分配軸轉(zhuǎn)位120 此時機(jī)械手 送糖盤轉(zhuǎn)位60 在次期間供紙機(jī)構(gòu)不斷 供紙 直至分配軸轉(zhuǎn)位120 時停止供紙 它們直至下一循環(huán)又開始運(yùn)動 在分配軸 轉(zhuǎn)位 110 左右接糖機(jī)構(gòu)開始啟動 它不斷地向下運(yùn)動 2 在分配軸轉(zhuǎn)位127 時 剪紙機(jī)構(gòu)開始啟動 凸輪帶動連桿使剪紙刀頭快速地 向下切 緊接著頂糖機(jī)構(gòu)開始啟動 它慢慢地向上運(yùn)動 3 到分配軸轉(zhuǎn)位160 時 接糖機(jī)構(gòu)運(yùn)動到其行程的最下端 也就是送糖盤的上 表面 而此時頂糖機(jī)構(gòu)也行徑到送糖盤的下表面 所以此時的接糖機(jī)構(gòu)與頂糖機(jī)構(gòu)間 距剛好為一粒巧克力糖的高度為12mm 隨后它們就保持這樣的間距作同步平移運(yùn)動 4 到分配軸轉(zhuǎn)位170 剪紙機(jī)構(gòu)運(yùn)動極端位置 以實(shí)現(xiàn)剪紙功能 隨后快速退回 到分配軸轉(zhuǎn)位197 時 退至原位 直至下一循環(huán)分配軸轉(zhuǎn)位127 時再開始啟動 5 在分配軸轉(zhuǎn)位220 左右 工位機(jī)械手開始閉合 直到分配軸轉(zhuǎn)位240 時完 全閉合 期間實(shí)現(xiàn)的是巧克力糖包裝的折邊功能 6 到分配軸轉(zhuǎn)位280 時 頂糖機(jī)構(gòu)也運(yùn)動到了機(jī)械的上表面 它與頂糖機(jī)構(gòu)的 間距始終是巧克力糖的高度為12mm 隨后頂糖機(jī)構(gòu)往回退 向下 而接糖機(jī)構(gòu)還是 往上退 此時的巧克力糖已被機(jī)械手 工位機(jī)械手的閉合夾得死死的 不會掉下來 7 到分配軸轉(zhuǎn)位300 時 抄紙機(jī)構(gòu)開始啟動 它將實(shí)現(xiàn)對巧克力糖底邊鋁箔紙 的包裝 8 到分配軸轉(zhuǎn)位310 時 頂糖機(jī)構(gòu)退至起始位置保持靜止 直至下一循環(huán)分配 軸轉(zhuǎn)位130 左右又開始啟動 9 到分配軸轉(zhuǎn)位350 時抄紙功能實(shí)現(xiàn)完畢 直到下一循環(huán)分配軸轉(zhuǎn)位10 時重 新開始啟動 而此時接糖機(jī)構(gòu)也退回到了起始位置 保持不動 直到下一循環(huán)的 110 左右又開始 最后來研究分配軸轉(zhuǎn)位與機(jī)械手轉(zhuǎn)位 撥糖機(jī)構(gòu)及 工位機(jī)械手開合的關(guān)系 1 當(dāng)循環(huán)一開始 機(jī)械手剛開始旋轉(zhuǎn)時 撥糖機(jī)構(gòu)恰好離開機(jī)械手 慢慢退回 到分配軸轉(zhuǎn)位60 的時候 撥糖機(jī)構(gòu)回至原位 緊接著不作任何停頓又慢慢地向下呀 到分配軸轉(zhuǎn)位120 時 撥糖機(jī)構(gòu)又運(yùn)動到了機(jī)械手的上方 而此時的機(jī)械手已轉(zhuǎn)到 位 靜以待命 2 到分配軸轉(zhuǎn)位140 左右 工位機(jī)械手開始張開 直到170 左右完全張開 而 此時的撥糖機(jī)構(gòu)已慢慢地壓入機(jī)械手 將糖慢慢地向下擠 3 到分配軸轉(zhuǎn)位240 時 撥糖裝置到達(dá)行程的最下端 即在機(jī)械手裝置的下表 面左右 隨后慢慢退回 8 粒狀巧克力糖果包裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)矩陣 根據(jù)它的工作循環(huán)圖及各個執(zhí)行動作的要求 可以列出它的執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)矩陣 在確定各執(zhí)行機(jī)構(gòu)可行的類型時 主要依據(jù)是機(jī)構(gòu)手冊 實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn) 結(jié)構(gòu)簡單等 表 5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)形態(tài)矩陣 Table 5 Actuator configuration matrice 動作 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型 機(jī)械手轉(zhuǎn)位 槽輪機(jī)構(gòu) 送糖盤轉(zhuǎn)位 圓柱凸輪分度機(jī)構(gòu) 送紙動作 滾輪機(jī)構(gòu) 剪紙動作 平面凸輪機(jī)構(gòu) 抄紙動作 平