免費畢業(yè)論文--巧克力包裝機設(shè)計(一)

一、設(shè)計任務(wù)書
1、粒狀巧克力糖
 被加工對象是呈圓臺形粒狀巧克力糖，如圖1所示。H=12mm，Ø1=30mm，Ø2=20mm。
 

2、包裝材料
 巧克力糖包裝采用厚度0.008mm的銀色鋁箔卷筒紙。
3、機器的生產(chǎn)率
 生產(chǎn)任務(wù)為每班產(chǎn)量570kg，約合自動機的正常生產(chǎn)率為120件/ min�？紤]自動機工藝條件的變化，采用無級調(diào)速，使自動機的生產(chǎn)率為70～130件/min。
4、包裝質(zhì)量要求
 要求巧克力糖包裝后外形美觀、挺括、鋁箔紙無明顯損傷、撕裂、褶皺（如圖2所示）。
5、對自動機的基本要求
 機械機構(gòu)簡單，工作可靠、穩(wěn)定，操作方便、安全，維修容易，造價低。
6、研制費用：
 4萬元。

 

7、設(shè)計工作量：
 1）巧克力糖包裝機裝配圖1張(A0)；
　 2）零件圖1～3張；
　 3）設(shè)計說明書一份。
 
 
 
 
 
 
 
 

二、粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定
 在廣泛調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品的包裝工藝進(jìn)行詳細(xì)的分析。
 一般來說，開始總是以模仿人工包裝的動作，作為自動機工藝設(shè)計的初步依據(jù)。但是作為高明的設(shè)計者，不能只局限于模仿人工包裝動作。如大家熟悉的家用縫紉機，它的縫制工藝遠(yuǎn)比手工縫制的完美，面線、底線同時完成。
 因此，在開始設(shè)計自動機工藝時，首先應(yīng)對人工包裝動作進(jìn)行分析研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合、提高，使之更加完善，更能適合機械動作的要求。
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，考慮機械動作時應(yīng)適合它的特點，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。例如產(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。
 包裝工藝首要的是要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120粒糖也夠緊張的。如果將自動機的進(jìn)料系統(tǒng)直接與巧克力糖澆注成形機的出口相銜接，則比較容易解決巧克力糖的自動上料問題。
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，它的特點是薄而脆，抗拉力較小，容易撕裂，也容易褶皺。因此，在設(shè)計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，一般送紙速度應(yīng)小于500mm/s。
 在選擇供紙機結(jié)構(gòu)時，主要依據(jù)下列兩點：
 1）采用紙片供料或是采用卷筒紙供料。本機采用卷筒紙。
 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。
3．包裝工藝方案擬定
 
 圖3 包裝工序分解圖
 
 圖3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,該機包裝工藝如下:
 1) 將90mm×90mm鋁箔紙覆蓋在巧克力糖Ø20小端正上方,如圖3(a)所示。
   2) 使鋁箔紙沿糖塊錐面強迫成行如圖3(b)所示.
  3)將余下的鋁箔紙分成兩半,先后向Ø30大端中央折去,迫使包裝紙緊貼巧克力糖,如圖3(c),(d)所示.
 上述包裝工藝只是一種設(shè)想,還須經(jīng)過工藝實驗加以驗證.
4.巧克力糖包裝工藝的實驗
 工廠的設(shè)計人員,根據(jù)初擬的包裝工藝方案,進(jìn)行了工藝實驗.在第一次實驗時,采用剛性錐形模腔,迫使鋁箔紙緊貼在糖塊的圓臺錐面上.圖4為第一次工藝實驗的結(jié)構(gòu)簡圖.
 
 圖4 第一次工藝試驗結(jié)構(gòu)圖
 1-轉(zhuǎn)軸   2-巧克力糖   3-轉(zhuǎn)盤
 4-頂糖桿   5-鋁箔紙  6-槽凸輪機構(gòu)
 如上圖所示,糖塊和包裝紙由頂糖桿4頂入轉(zhuǎn)盤上的錐形模腔,迫使鋁箔紙緊貼糖塊.實驗結(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行時,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,在強迫成行時,鋁箔紙有被拉破的現(xiàn)象,特別當(dāng)糖塊與模腔之間間隙太小時,使鋁箔紙沒有足夠的變形間隙而被撕破;此外,在實驗中常常發(fā)生糖塊貼牢模腔不能自由落下的情況;有時在頂桿頂糖時發(fā)生損傷糖塊的現(xiàn)象等等.這說明第一次工藝實驗還很不完善.
 在第二次工藝實驗時,將剛性錐形模腔改成具有一定彈性的鉗糖機械手.圖5為鉗糖機械手及巧克力糖包裝簡圖.
 
 
   圖5 鉗糖機械手及巧克力糖包裝
 1-轉(zhuǎn)軸   2-轉(zhuǎn)盤   3-彈簧   4-接糖桿   5-鉗糖機械手(共6組)
 6-糖塊       7-頂糖桿     8-鋁箔紙    9-環(huán)行托板    10-折邊器
 如上圖所示,機械手設(shè)計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,解決第一次工藝實驗中存在的拉破鋁箔紙的現(xiàn)象.在機械手下面有圓環(huán)形托板,以防止糖塊下落。
 第二次工藝實驗的過程如下:
 當(dāng)鉗糖機械手轉(zhuǎn)至裝糖未位置時,接糖桿4向下運動,頂糖桿7向上推糖塊6和包裝紙8,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)入機械手5,迫使鋁箔紙成型如圖5(b)所示,接著折邊器10向左折邊,成圖5(c)狀,然后轉(zhuǎn)盤2帶機械手5作順時針方向轉(zhuǎn)動,途徑環(huán)行托板9,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5(d)所示.
 第二次工藝實驗,獲初步成功.鋁箔紙沒有撕破現(xiàn)象,糖塊也沒有說明損傷.但是包裝紙表面還不夠光滑,有時還發(fā)生褶皺現(xiàn)象,還需要進(jìn)一步改進(jìn).
 又經(jīng)過譏刺實驗,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6是經(jīng)過改進(jìn)后的巧克力糖包裝成型機機構(gòu)簡圖。
 
 圖6 巧克力糖包裝成型機構(gòu)
 1-左抄板紙    2-鉗糖機械手   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，考慮自動機工作的可靠性，在成品出料口增設(shè)撥糖桿，確保機械手中的糖塊落入輸送帶上。這樣的工藝方案就比較完善了。
 三、粒狀巧克力糖包裝機的總體布局
1.機型選擇
 從產(chǎn)品的數(shù)量看，屬于大批量生產(chǎn)，給定生產(chǎn)任務(wù)超過年產(chǎn)100萬粒。因此，選擇全自動機型。
 從產(chǎn)品的工藝過程看，選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線的多工位自動機型。
 根據(jù)工藝路線分析，實際上需要兩個工位，一個是進(jìn)料、成型、折邊工位另一個是出料工位。自動機采用六槽槽輪機構(gòu)作工件步進(jìn)傳送。
2.自動機的執(zhí)行機構(gòu)
 根據(jù)巧克力糖包裝工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構(gòu)組成：
送糖機構(gòu)；
供紙機構(gòu)；
接糖和頂糖機構(gòu)；
抄紙機構(gòu)；
撥糖機構(gòu)；
鉗糖機械手的開合機
轉(zhuǎn)盤步進(jìn)傳動機
   下面介紹主要執(zhí)行機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
圖7為鉗糖機械手、進(jìn)出糖機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。送糖
盤4與機械手作同步間歇回轉(zhuǎn)，逐一將糖塊
送至包裝工位Ⅰ。
   機械手的開合動作，由固定的凸輪8
 控制，凸輪8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，
 機械手就張開；從動滾子在小半徑弧上，
 機械手靠彈簧6閉合。
 
 
 圖8為接糖和頂糖機構(gòu)示意圖。接糖桿和頂糖桿的運動，不僅具有時間上的順序關(guān)系，而且具有空間上的相互干涉關(guān)系，因此它們的運動循環(huán)必須遵循空間同步化的原則設(shè)計，并在結(jié)構(gòu)上應(yīng)予以重視。
   接糖桿和頂糖桿夾住糖塊和包裝紙同步上升時，夾緊力不能太大，以免損傷糖塊。同時應(yīng)使夾緊力保持穩(wěn)定，因此在接糖桿的頭部采用如橡皮類的彈性件。
3.包裝機總體布置   

圖9  總體布置圖
四、粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)
 粒狀巧克力糖包裝機是專用自動機，根據(jù)自動機傳動系統(tǒng)設(shè)計的一般原則和巧克力糖包裝工藝的具體要求，擬定如圖10所示的傳動系統(tǒng)。
 
 圖10  粒狀巧克力糖包裝機傳動系統(tǒng)
 1-電動機   2-帶式無級變速機構(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-鉗糖機械手    11-撥糖桿      12-槽輪機構(gòu)
 13-接糖桿        14-頂躺桿     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
 如圖所示，電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min，功率為0.4kW,分配轉(zhuǎn)速為70～130r/min，總降速比＝  ，采用平帶、鏈輪兩級降速，其中＝1/（4.4～8），＝1/2.67。而無級變速的錐輪直徑。螺旋齒輪副1、2、3的傳動比,直齒標(biāo)準(zhǔn)齒輪副的傳動比i=2。
 
 五、粒狀巧克力糖包裝機的工作循環(huán)圖
1.分析各執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)圖
1) 確定各機構(gòu)的運動循環(huán)。
 已知＝120件/min，則分配軸的轉(zhuǎn)速為
                      n=120(r/min)
分配軸每轉(zhuǎn)的時間就是該機的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)，所以
 ＝（s）
2) 確定各機構(gòu)運動循環(huán)的組成區(qū)段。
 撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位都是間歇運動機構(gòu)，它們的運動循環(huán)由兩個區(qū)段組成：
 ——撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位等三個機構(gòu)的轉(zhuǎn)位運動時間；
 ——撥糖機、送料輥輪和機械手轉(zhuǎn)位等三個機構(gòu)的的停歇時間。
因此，應(yīng)有        ＝＋                               (5.1)
相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為                                (5.2)
剪刀機構(gòu)8的運動循環(huán)可分為三個區(qū)段：
——剪刀機構(gòu)的剪切工作行程時間；
——剪刀機構(gòu)的返回行程時間；
——剪刀機構(gòu)在初始位置的停留時間。
因此，應(yīng)有
                 ＝＋＋                          (5.3)
相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為
                                             (5.4)
頂糖桿機構(gòu)5的運動循環(huán)的組成區(qū)段為：
——頂糖桿機構(gòu)的頂糖工作行程時間；
——頂糖桿機構(gòu)在工作位置的停留時間
 ——頂糖桿機構(gòu)的返回行程時間；
——頂糖桿機構(gòu)在初始位置的停留時間。
因此，應(yīng)有
                                           (5.5)
相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為
                                           (5.6)
活動折紙板機構(gòu)6的運動循環(huán)也可以分為四個區(qū)段：
——活動折紙板機構(gòu)的折紙工作行程時間；
——活動折紙板機構(gòu)在工作位置的停留實際；
——活動折紙板機構(gòu)的返回行程時間；
——活動折紙板機構(gòu)在初始位置的停留時間；
因此，應(yīng)有
                                           (5.7)
相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為
                                            (5.8)
3) 確定各機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角
 由于粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)是從送料開始的，因此以送料輥輪機構(gòu)的工作起點為基準(zhǔn)進(jìn)行同步化設(shè)計，撥糖盤和機械手轉(zhuǎn)位兩個機構(gòu)與之相同。
 a.送料輥輪機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取送料時間＝，則停歇時間為＝，相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為
                 =360°×=360°×＝120°
                 =360°×=360°×＝240°
 b．剪刀機構(gòu)8運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取剪切工作行程時間＝，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為：
                   ＝360°×＝360°×＝26.7°
初定＝s，則＝s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為：
                   ＝360°×＝360°×＝44.4°
                   ＝360°×＝360°×＝288.9°
 c.頂糖桿機構(gòu)5運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取工作位置停留時間＝s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為：
                    ＝360°× ＝360°×＝9.1°
初定＝s，＝s，則＝s，相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為：
                    ＝360°×＝360°×＝80°
                    ＝360°×＝360°×＝62.2°
                    ＝360°×＝360°×＝208.9°
 d．活動折紙板機構(gòu)6運動循環(huán)各區(qū)段的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)工藝要求，試取折紙工作行程時間＝s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角為：
                    ＝360°×＝360°×＝36.9°
初定＝s，＝s，則＝s，相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為：
                    ＝360°×＝360°×＝18.5°
                    ＝360°×＝360°×＝161.5°
                    ＝360°×＝360°×＝143.1°
2.各執(zhí)行機構(gòu)運動循環(huán)的時間同步化設(shè)計
確定粒狀巧克力自動包裝機最短的工作循環(huán)。
                (5.9)
                     ＝＝（s）

確定粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)。
 令上述三對同步點的錯移量分別為△t1、△t2和△t3，若取
                        △t1=△t2=△t3=17/4212（s）
則其在分配軸上相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為
                 
粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)應(yīng)為

3.繪制粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)(如圖11)

 

                               
 (圖11)                                (圖12)
4.修正自動包裝機的工作循環(huán)圖
 實際上,粒狀巧克力自動包裝機要求每轉(zhuǎn)生產(chǎn)一個產(chǎn)品,即要求,因此應(yīng)對圖進(jìn)行修正,即按比例或用其他分析方法,求出循環(huán)圖截短后各動區(qū)段的分配軸轉(zhuǎn)角若將修正前各機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段對應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角按比例放大,則有
 
式中, ----修正后各機構(gòu)運動循環(huán)各區(qū)段對應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角.
 根據(jù)修正后的分配軸轉(zhuǎn)角繪制的粒狀巧克力自動包裝機的工作循環(huán)圖,如圖12所示.
 六、粒狀巧克力糖包裝機的齒輪設(shè)計
1．斜齒輪副1、2、3的設(shè)計計算表
項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算過程 單位 計算（或確定）結(jié)果 
 1．選齒輪精度等級   級 7 
 2.材料選擇 
   45#鋼 
 3.選擇齒數(shù)Z 

 Z1=28
Z2=1×28
 個 28

28 
 4.選取螺旋角β 一般�。�8-20）度 12 度 12 
 5.齒寬系數(shù)Фd    0.6 
6.選取模數(shù) 查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表 
 mm 2 
 7.計算齒輪的
 分度圓直徑d
   
  mm 57.25

57.25 
 8.計算齒輪寬
 度B
 b = φdd1 圓整后�。�
B1 =57.25×0.6=35
B2 =57.25×0.6=35 mm 35
35 

2．標(biāo)準(zhǔn)直齒齒輪副16的設(shè)計計算表
項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算過程 單位 計算（或確定）結(jié)果 
 1.選齒輪精度等級   級 7 
 2.材料選擇 
   45#鋼 
 3.選擇齒數(shù)Z 

 Z1=28
Z2=2×28
 個 28

56 
 4.齒寬系數(shù)Фd    0.5 
5.選取模數(shù) 查標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)系列表 
 mm 2.1 
 6.計算齒輪的
 分度圓直徑d
  
  mm 56

117 
 7.計算齒輪寬度B
 b = φdd1 圓整后�。�
B1 = 28          
B2 = 56 mm 28
56 

七、粒狀巧克力糖包裝機的機械手設(shè)計
 鉗糖機械手及送糖盤的設(shè)計計算表
 
 

項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 
A1  A1> Ø1= 40 R5 R5=（ R1－R2）/2 =（5~15） 10 
A2  取A2=A1 40 T1 取 T1=60度 60 
r1 r1=（100~200） 150 T2 T1= T2=60度 60 
r2 取 r2= r1-（30~50） 110  Ø1’ Ø1’= Ø1= 30 
r’ r’=（30~50） 50 Ø2’ Ø2’= Ø2= 20 
R1 R1=（80~120） 100 Ø3 Ø3= Ø2’-(5~10) 14 
R2 R2= R1-（10~30） 80 Ø4 Ø4 =Ø3= 14 
R3 R3= R4- Ø1’ 100 R 取 2R= Ø1=15 15 
R4 R4=（100~200） 130 H H= h+(4~10)= 16 
八、粒狀巧克力糖包裝機的凸輪設(shè)計
 1．頂糠桿槽凸輪5                  

R=（40~70） 50 
H=（50~100） 80 
推程h=H-R 30 

2．撥糠桿偏心凸輪7                     

 

R=（40~70） 50 
H=（50~100） 87 
推程h=H-R 37 

3．剪紙刀平面凸輪6 、抄紙板平面凸輪8

剪紙刀平面凸輪6參數(shù)
序號 凸輪運動角δ 推桿的運動規(guī)律 
1 0°~120° 等速上升h= 60 
2 120°~180° 推桿遠(yuǎn)休 
3 180°~270° 正弦加速度下降h= 60 
4 270°~360° 推桿近休 
偏心距e = 25 基圓半徑r0 = 50 
抄紙板平面凸輪8參數(shù)
序號 凸輪運動角δ 推桿的運動規(guī)律 
1 0°~120° 等速上升h= 50 
2 120°~180° 推桿遠(yuǎn)休 
3 180°~270° 正弦加速度下降h=50 
4 270°~360° 推桿近休 
偏心距e = 20 基圓半徑r0 =40 

4．接糖桿圓柱凸輪9          

R=（50~150）
 
60 

推程h=（50~120）
 
100 

九、粒狀巧克力糖包裝機的槽輪設(shè)計
 
 
項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)果 項目 計算（或選擇）依據(jù) 計算（或確定）結(jié)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 D= 2LcosT1=259.8 260  R R=Lsin(180/z) 75 
z 取z=6 6 d2 d2<2(L-h) 20 

十、設(shè)計小結(jié)

十一、參考資料
[1] 濮良貴，紀(jì)名剛。機械設(shè)計。北京：高等教育出版社，2001。
[2] 孫桓，陳作模。機械原理。北京：高等教育出版社，2000。
[3] 尚久浩。自動機械設(shè)計。北京：中國輕工業(yè)出版社，2006。
[4] 湯瑞。輕工機械設(shè)計。上海：同濟大學(xué)出版社，1994。
[5] 鄒慧君。機械系統(tǒng)設(shè)計。上海：上�？茖W(xué)技術(shù)出版社，1996。
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