粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)設計【含9張CAD圖紙+PDF圖】
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目 錄
1緒 論 1
2粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定 1
2.1產(chǎn)品特征 1
2.2包裝材料 1
2.3包裝工藝方案擬定 2
2.4巧克力糖包裝工藝的實驗 2
3粒狀巧克力糖包裝機的總體布局 3
3.1機型選擇 3
3.2自動機的執(zhí)行機構 3
3.3包裝機總體布置 4
4粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng) 5
5粒狀巧克力糖包裝機的電機選擇 5
5.1電動機類型和結構的選擇 5
5.2電動機容量選擇 6
5.3確定電動機轉速 6
5.4分配各級傳動裝置傳動比 7
6 V帶傳動設計 7
6.1確定設計功率 7
6.2選擇帶的型號 7
6.3確定帶輪的基準直徑 7
6.4驗算帶的速度 7
6.5確定中心距a和V帶基準長度Ld 8
6.6計算小輪包角 8
6.7確定V帶根數(shù)Z 8
6.8確定初拉力 9
6.9計算作用在軸上的壓力FQ 9
6.10帶輪結構設計 10
7鏈傳動設計 11
7.1選擇鏈輪齒數(shù) 11
7.2確定計算功率 11
7.3確定鏈節(jié)距p 11
7.4初定中心距a0，取定鏈節(jié)數(shù)Lp 11
7.5確定鏈長和中心距 12
7.6求作用在軸上的力 12
7.7確定潤滑方式 12
7.8鏈輪的設計 12
8螺旋齒輪設計 13
8.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) 13
8.2按齒面接觸強度設計 14
8.2.1確定公式內(nèi)各計算數(shù)值 14
8.2.2計算 14
8.2.3幾何尺寸計算 15
9軸設計 16
10凸輪和槽輪設計 17
結 論 21
參考文獻 22
致 謝 23
中國地質(zhì)大學長城學院2012屆畢業(yè)設計
1緒 論
粒裝巧克力糖呈圓臺形，輪廓清楚，但質(zhì)地疏松，容易碰傷,且生產(chǎn)批量很大，暢銷國內(nèi)外，手工包裝質(zhì)量存在包裝質(zhì)量不均。上料時需要人工定時放料，每分鐘放80粒糖，工人勞動強度大，遠遠不能適應市場的需要，因此改進粒裝巧克力糖包裝機傳動系統(tǒng)，提高生產(chǎn)率，提高質(zhì)量，是迫切需要解決的。本論文主要工作是完成粒狀巧克力包裝機傳動系統(tǒng)的設計，確定包裝機工作循環(huán)圖，設計動力的傳遞方式和方法，實現(xiàn)轉速的傳遞，完成包裝機的傳動，提高生產(chǎn)力，減少工人工作量。具體內(nèi)容有總體設計的初步構思；電動機的選擇；V帶傳動設計；螺旋齒輪設計；槽輪設計；凸輪等設計。
2粒狀巧克力糖包裝機的工藝確定
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，考慮機械動作時應適合它的特點，以保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量。產(chǎn)品夾緊力要適當；在進出料時避免碰撞而損傷產(chǎn)品；包裝速度應適中，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。如果將自動機的進料系統(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。
2.2包裝材料
食品包裝材料應十分注重衛(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，在設計供紙部件時對速度應十分注意。一般包裝的速度越高，紙張的拉力就越大。根據(jù)經(jīng)驗，一般送紙速度應小于500mm/s。
選擇供紙機結構時，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。
2.3包裝工藝方案擬定
圖2-1 包裝工序分解圖
圖2-1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75mm×75mm鋁箔紙覆蓋在巧克力糖小端正上方,如圖2-1(a)所示。
2) 使鋁箔紙沿糖塊錐面強迫成行如圖2-1(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2-1(c),(d)所示.
2.4巧克力糖包裝工藝的實驗
由于條件限制實驗無法實現(xiàn)，以下為《自動機械設計》[1]相關內(nèi)容
根據(jù)初擬的包裝工藝方案,進行工藝實驗.
圖2-3為鉗糖機械手及巧克力糖包裝簡圖.
圖2-2 鉗糖機械手及巧克力糖包裝
1-轉軸 2-轉盤 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,機械手設計上是具有彈性的錐形模腔,這樣能適應巧克力糖外形尺寸的變化,I 不存在拉破鋁箔紙的現(xiàn)象.在機械手下面有圓環(huán)形托板,以防止糖塊下落。
工藝實驗的過程如下:
當鉗糖機械手轉至裝糖未位置時,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,進入機械手5,迫使鋁箔紙成型如圖2-2(b)所示,接著折邊器10向左折邊,成圖2-2(c)狀,然后轉盤2帶機械手5作順時針方向轉動,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2-2(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,需要進一步改進.
經(jīng)過實驗,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,達到預期的外觀包裝質(zhì)量要求.因此增設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，然后再進入機械手成形，結果使包裝紙光滑、平整、美觀，完全達到包裝質(zhì)量要求。
圖2-3是經(jīng)過改進后的巧克力糖包裝成型機機構簡圖。
圖2-3 巧克力糖包裝成型機構
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。這樣的工藝方案就此確定。
3粒狀巧克力糖包裝機的總體布局
3.1機型選擇
由于大批量生產(chǎn)，所以選擇全自動機型。
根據(jù)前述工藝過程，選擇回轉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，一個是進料、成型、折邊工位另一個是出料工位。自動機采用四槽槽輪機構作工件步進傳送。
3.2自動機的執(zhí)行機構
圖3-1 鉗糖機械手及進出糖塊機構
根據(jù)巧克力糖包裝工藝，確定自動機由下列執(zhí)行機構組成：
1) 送糖機構；
1-輸送帶 2-糖塊 3-托盤
4-鉗糖機構 5-鉗糖機械手
6-彈簧 7-托板8-機械手
9-機械手開合凸輪 10-輸料帶
I-進料,成型,折邊工位 II-出糖工位
2) 供紙機構；
3) 接糖和頂糖機構；
4) 抄紙機構；
5) 撥糖機構；
6) 鉗糖機械手的開合機
7) 轉盤步進傳動機
下面是主要執(zhí)行機構的結構和工作原理。
圖3-1為鉗糖機械手、進出糖機構結構圖。送糖
盤4與機械手作同步間歇回轉，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3-2為接糖和頂糖機構示意圖。接糖桿和頂糖桿的運動，不僅具有時間上的順序關系，而且具有空間上的相互干涉關系，因此它們的運動循環(huán)必須遵循空間同步化的原則設計，并在結構上應予以重視。
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。
3.3包裝機總體布置
圖3-1 接糖和頂糖桿機構
1-圓柱凸輪 2-接糖桿 3-糖塊 4-頂糖桿 5-平面槽凸輪
圖3-3 總體布置圖
4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)設計的一般原則和巧克力糖包裝工藝的具體要求，如圖9所示安排傳動系統(tǒng)。
17
16
圖4-1 粒狀巧克力糖包裝機傳動系統(tǒng)簡圖
1-電動機 2-帶式無級變速機構 3-鏈輪幅 4-盤車手輪
5-頂糖桿凸輪 6-剪紙導凸輪 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
13-接糖桿 14-頂糖桿 15-送糖盤 16-螺旋齒輪副
17-分配軸
5粒狀巧克力糖包裝機的電機選擇
5.1電動機類型和結構的選擇
由《機械設計》[2]選擇Y系列三相異步電動機，此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機，其結構簡單，工作可靠，價格低廉，維護方便，適用于不易燃，不易爆，無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械.
5.2電動機容量選擇
由《機械設計》[2]根據(jù)已知條件，電動機工作所需要的有效功率為：
公式（5-1）
式中Fw＝1600N Vw ＝120r/min
ηw —軸承的效率0.98
ηb —V帶傳動效率0.98
ηg —齒輪傳動效率0.97
ηl —鏈輪傳動效率0.96
由電動機至運輸帶的傳動總效率為：
公式（5-2）
則：
所以：電機所需的工作功率：
公式（5-3）
代入數(shù)值: =0.4／0.88=0.46(kw)
因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率Pm只需略大于P0即可，選Y系列電動機技術數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率為0.55KW。
5.3確定電動機轉速
取螺旋圓斜柱齒輪傳動一級傳動比范圍.取V帶傳動比,鏈輪的傳動比,則總傳動比例的范圍.故電動機轉速的可選范圍為
n=×120 r/min
=(2~16)×120 r/min
=240~1920r/min
則符合這一范圍的同步轉速有：750r/min、1000 r/min、1500 r/min三種。
根據(jù)容量和轉速，由《機械設計》[2]查出適用的電動機型號為Y801-4額定功率0.55kw，額定轉速1390r/min。
根據(jù)電機轉速轉速得總的傳動比:
=1500/120
=12.5
5.4分配各級傳動裝置傳動比
由《機械設計》[2]查，確定帶輪的傳動比，鏈輪的傳動比，齒輪傳動比
表5-1 各軸數(shù)據(jù)參數(shù)
參數(shù)
電動機軸
1軸
2軸
3軸
轉速/（r/min）
1390
348
174
116
功率P/kW
0.55
0.539
0.507
0.482
轉矩T/(N?m)
3.78
14.79
27.83
39.68
6 V帶傳動設計
6.1確定設計功率
由《機械設計》[2]查得工作情況系數(shù)，則。
6.2選擇帶的型號
V帶型號根據(jù)設計功率Pd 和小帶輪轉速n1確定，查《機械設計》[2]可選取Z型帶。
6.3確定帶輪的基準直徑和
由《機械設計》[2]查， V帶帶輪最小基準直徑，知z型帶=50mm,選取小帶輪基準直徑： =63mm；因此，大帶輪基準直徑： =4×63mm=252mm。選取大帶輪基準直徑=250mm。
6.4驗算帶的速度
由帶的速度公式：
公式（6-1）
代入數(shù)值: =3.14x63x1390/(60x1000)
=4.6m/s
式中: n為電動機轉速；
D為小帶輪基準直徑。
即v=4.6m/s< Vmax=25m/s,符合要求。
6.5確定中心距a和V帶基準長度Ld
根據(jù) 初步確定中心距
0.7x（63+250）=219mm≦a0≦2x（63+250）=626mm
要求工作平穩(wěn)，選取中心距a0=440mm。
初算帶的基準長度Ld：
公式（6-2）
代入數(shù)值: =2x440+3.14x313/2+187x187/(4x440)
=1391mm
式中: Ld為帶的標準基準長度；
Ld’為帶的初算基準長度；
a0為初選中心距。
查教材表5.2普通帶基準長度Ld及長度系數(shù)KL ，確定帶的基準長度Ld=1400mm。
計算實際中心距a，由
公式（6-3）
代入數(shù)值:
=440+(1400-1391)/2=445mm
6.6計算小輪包角
小帶輪包角：
公式（6-4）
代入數(shù)值:
180-187x57.3/445=156>90
6.7確定V帶根數(shù)Z
由《機械設計》[2]查得
公式（6-5）
確定式中各值：
為包角修正系數(shù)，考慮包角對傳動能力的影響，由參考文獻查得；
為帶長修正系數(shù)，考慮帶長不為特定帶長時對使用壽命的影響，由參考文獻查得；
為V帶基本額定功率，由《機械設計》[2]單根V帶所能傳遞的功率為=0.28kW；計算功率增量=0.03。
公式（6-6）
代入數(shù)值:
z=0.605/[(0.28+0.03)x093x1.14]=1.84
所以，選取V帶根數(shù)z=2。
6.8確定初拉力
單根普通V帶初拉力計算公式：
公式（6-7）
式中 Pd 為設計功率；
υ為V帶速度；
z為帶的根數(shù)；
為包角修正系數(shù)；
m為普通V帶每米長度質(zhì)量，由參考文獻查得m=0.1kg/m。
所以
6.9計算作用在軸上的壓力
壓力等于松邊和緊邊拉力的向量和，如果不考慮帶兩邊的拉力差，可以近似為按帶兩邊所受初拉力的合力來計算：
公式（6-8）
式中， 為初拉力；
z為帶的根數(shù)；
為小輪包角。
所以
6.10帶輪結構設計
圖6-1 小帶輪
圖6-2 大帶輪
7鏈傳動設計
7.1選擇鏈輪齒數(shù)
鏈傳動速比： 。由《機械設計》[2]查表得：
小鏈輪齒數(shù)；
大鏈輪齒數(shù)，，合適。
7.2確定計算功率
已知鏈傳動工作平穩(wěn)，電動機拖動，由表選KA=1.0，，單排鏈則計算功率為: 公式（7-1）
7.3確定鏈節(jié)距p
首先確定系數(shù)。
由《機械設計》[2]查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)。選單排鏈，。所需傳遞的額定功率為：
公式（7-2）
選擇滾子鏈型號為10A，鏈節(jié)距p=15.875mm。
7.4初定中心距a0，取定鏈節(jié)數(shù)Lp
初定中心距=(30~50)p：
公式（7-3）
取640mm；
公式（7-4）
帶入數(shù)值得111.9節(jié)；
由《機械設計》[2]取鏈節(jié)數(shù)為112節(jié)。
7.5確定鏈長和中心距
鏈長L=Lp p/1000=112×15.875/1000=1.778m
中心距：
公式（7-5）
取a=653mm，a>550mm，符合設計要求。
7.6求作用在軸上的力
鏈速： 公式（7-6）
工作拉力： F=1000P/v=1000×0.539/1.7=317N；
由《機械設計》[2]查得，工作平穩(wěn)，取壓軸力系數(shù)=1.15。
軸上的壓力: ==1.15×317N=365N
7.7確定潤滑方式
由《機械設計》[2]根據(jù)P、v查表，知可采用油脂潤滑。
7.8鏈輪的設計
圖7-1 小鏈輪
圖7-2大鏈輪
8螺旋齒輪設計
8.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
8.1.1高速級選用直齒圓柱齒輪傳動；
8.1.2運輸機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度；
8.1.3材料選擇
選擇小齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280HBS，大齒輪材料為45 (調(diào)質(zhì))，硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS；
8.1.4初選小齒輪齒數(shù)Z1=40，大齒輪齒數(shù)
=1.5×24=60，??；Z2=60
8.1.5選取螺旋角β=45度
8.2按齒面接觸強度設計
由設計計算公式進行試算
公式（8-1）
8.2.1確定公式內(nèi)各計算數(shù)值
1) 試選載荷系數(shù)Kt=1.6。
2) 小齒輪傳遞的轉矩
3) 由《機械設計》[2]查得，選取齒寬系數(shù)Φd=1。
4)由《機械設計》[2]查得材料的彈性影響系數(shù)鍛鋼ZE=189.8MPa
5)由《機械設計》[2]查得按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞極限σlim2=550MPa。
6)由《機械設計》[2]查得計算應力循環(huán)次數(shù)(設每年工作300天)
公式（8-2）
公式（8-3）
7) 由《機械設計》[2]查得，取接觸疲勞壽命系數(shù)
8) 計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1﹪，安全系數(shù)S=1,則
9)區(qū)域系數(shù)
10)端面齒和度
8.2.2計算
1)試算小齒輪分度圓直徑d1t，由計算公式得
2)計算圓周速度
3)計算齒寬b
公式（8-4）
4)計算齒寬與齒高比b/h
模數(shù)：
齒高：
5)計算縱向重合度
公式（8-5）
6)計算載荷系數(shù)K
由《機械設計》[2]查得使用系數(shù)KA=1；根據(jù)7級精度，由《機械設計》[2]查得,動載系數(shù)KV=1.11；查表
故載荷系數(shù)
公式（8-6）
7)按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，有
公式（8-7）
8)計算模數(shù)
取模數(shù)為
取小齒數(shù)為40，則大齒數(shù)為60。
8.2.3幾何尺寸計算
1)計算大小齒輪的分度圓直徑
2)計算中心距
，
圓整取中心距為43mm。
3)按圓整后的中心距修正螺旋角
公式（8-8）
4)計算齒輪寬度
圓整后取B2=35mm, B1=40 mm。
9軸設計
由《機械設計》[2]初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查取=112
mm 公式（8-9）
初定軸的直徑為20mm，其余尺寸根據(jù)各零件相應確定。
圖9-1 大帶輪軸
圖9-2 單螺旋齒輪軸
圖9-3 凸輪軸
圖9-4 雙螺旋齒輪軸
10凸輪和槽輪設計
表10-1 頂糖桿槽凸輪5參數(shù)
R=（40~70）
50
H=（50~100）
80
推程h=H-R
30
圖10-1 頂糖桿槽凸輪5
表10-2 撥糖桿偏心凸輪參數(shù)
R=（40~70）
50
H=（50~100）
87
推程h=H-R
37
圖10-2 撥糖桿偏心凸輪
表10-3 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
表10-4 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
圖10-3 剪紙刀平面凸輪及抄紙板平面凸輪
表10-5 接糖桿圓柱凸輪參數(shù)
R=（50~150）
60
推程h=（50~120）
100
圖10-4 接糖桿圓柱凸輪
圖10－5 槽輪
結 論
粒狀巧克力糖包裝機的傳動系統(tǒng)已經(jīng)完成，該傳動裝置有三級減速，有帶輪傳動，鏈輪傳動，螺旋齒輪傳動并通過與凸輪槽輪的配合，將電機工作轉速轉化為設計要求的轉速，該傳動有一亮點，就是螺旋齒輪傳動，該傳動將水平轉動轉化為豎直方向的轉動，減少了零件的尺寸。通過豎直軸與凸輪，槽輪的配合，凸輪軸轉動帶動頂糖桿，接糖桿同時與槽輪軸帶動的有間歇機構的送料盤，機械手巧妙的配合完成了巧克力糖的包裝，實現(xiàn)人工包裝效果。但該論文也有一些缺陷，就是整體比較大，比較笨重，望今后的同學能夠有待改進。
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[10] 黃穎為主編. 包裝機械結構與設計. 北京：化學工業(yè)出版社，2007.
[11] 成鐵明主編. 機械設計課程設計圖冊.（第三版）北京：高等教育出版社，1989.
[12] 孔凌嘉，毛謙德主編. 簡明機械設計手冊. 北京：北京理工大學出版社，2008.
致 謝
首先，我要鄭重地感謝我的導師。自我因個人興趣而選擇本論文主題開始，牛老師便給予充分的理解和支持，就論文的立意選材、謀篇布局做了必不可少的指導，牛老師對學術的敏銳以及思路的開闊為本文的順利完成提供了富有成效的保證。
“師者，傳道授業(yè)解惑也。”從牛老師身上，我深刻地領略到這句話的精彩內(nèi)涵。在過去兩年多的學習和生活中，尤其是當我遇到挫折、陷入迷茫或者做錯事時，牛老師總是以師者的智慧、長輩的寬容、朋友的坦誠，給我難能可貴的指點和幫助。為遇到這樣的導師而感到慶幸。
其次，要感謝我的同門師兄妹，尤其是室友對論文修改提出了可貴的建議；還要感謝我的同學，感謝工程系的所有老師，他們使我的研究生生活變得豐富、充實。
最后，我必須要感謝我的家人。感謝我的父母含辛茹苦、無怨無悔地把我撫養(yǎng)、栽培到現(xiàn)在；感謝我的姐姐，早早就毅然分擔起家庭生活的重擔，多年來對我無私的支持、關愛與呵護。家人永遠是我的依托，也是鞭策我不斷前進的力量。
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