自动机课程设计Word格式.docx

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1.1功能结构分析

1.1.1功能目标的明确

总功能主要体现在输入和输出之间的关系以及其性质状态的变化上，对于糖果包装机而言，主要体现在材料的变化上，则材料流成为整机系统的主流，总功能主要反映材料的变化。

1.确定工艺原理和作业次序

根据任务书要求，确定本机工艺过程为：

送纸送糖裹包剪纸扭结出糖

工艺过程的确定的同时包装工艺路线随之成定局。

连续运动工位的糖果包装机，工艺路线有直线型、阶梯型、圆弧型和组合型。

本机采用圆弧型和直线型组成的组合型。

包装材料由上而下倾斜送到输入工位，被包装物竖直下落与之结合，这种方案选用糖块首尾衔接与由设计根据实际情况拟订，故比较灵活方便（四）确定技术过程：

在确定了工艺原理和作业次序、工艺顺序后、作业对象由此而完成的转化，既构成了技术过程的主流程，本机器将工艺和作业次序有机结合形成了改变包装纸与糖块相对状态的特有功能：

双端扭结式裹包。

2.引进技术系统并确定其边界

由于技术过程中那些必须的效应既可以由人，也可以由技术系统来完成，人机间任务的分配将体现系统机械化和自动化程度，故技术系统的边界应尽早确定，使人机作业分工明确，同时确定机械系统的具体任务，并把这些任务分配给各个机械系统。

（1）技术系统的功能

任何一个技术系统，都拥有五种基本的功能，即：

存储、分离、传导、组合和转化。

本台糖果包装机在糖果包装这一总功能的拥有下，技术系统应具有如下几种功能：

包装材料的存储、传导、分离。

2）作业对象（糖块）的存储、传导。

3）包装材料（商标纸）与作业对象（糖块）的结合即裹包

4）扭结是最主要的功能，只有具备了该项功能本次设计才会有成功的可能。

（2）操作者的任务

1）开机前，安装好糖纸，并安放到适宜位置；

2）开机前手动调节，使糖块运送到必要位置；

3）开机、停机、调速、上下料；

4）应付各种意外事故

1.1.2分析整机功能

经过分析整机技术系统，确定出本机器的分功能如下：

a.作业对象（糖块）的存储（材料存储）

b.包装材料的存储（材料存储）

c.作业对象的传输（材料传导）

d.包装材料的运送（材料传导）

e.裹包成筒形（材料结合）

f..切断包装纸（材料分离）

g.扭结成形（材料转换）

h.落料（材料分离）

以上各功能只是本机主流材料流的各种转换，尽管它们是总功能控制下的子功能，但由于其在技术系统中的地位不同又分为核心与非核心的功能，本机中因分析时，应首先解决扭结

这一关键问题，然后逐步解决其余各种功能。

同时材料流中的各功能与能量流和信号流联系的紧密程度不同，其地位也有所区别。

例如，包装纸的存储与能量的联系甚弱，几乎可以无须能量而自我实现，而其供送则不然，必须有一定的能量来为其提供动力方可实现，这样我们就应该首先考虑包装纸的供送而后考虑包装纸的存储。

1.确定功能载体类型

功能载体的确定是通过模幅箱图的制定来实现的，模幅箱图是把寻求到的各子功能的各种解决原理汇聚在一起而形成的。

作用原理

子功能

1

2

3

4

5

1上糖

偏心轴震动

电磁震动

棘轮震动

凸轮震动

2存纸

卷纸式

折叠式

3理糖

差速式

离心

闸板式

转动理糖

孔盘式

4送糖

链式

带式

推板式

5送纸

滚式

辊式

夹送

吸送

6裹包

推压

复纸式

7分离

立刀式

锯齿式

滚切式

旋转式

8扭结

机械手扭结

液压手扭结

气动手扭结

9扭结

方式

糖转

同相

反相

对搓

10成品

输出

落入

滑入

送入

人工

11驱动

气动

集中驱动

分离驱动

组合驱动

液压驱动

图1.1-2作用原理模幅箱图

2.功能载体组合及方案的确定

功能载体组合是把寻求到的各种作用原理组合在一起，形成的实现总功能的各种功能原理方案。

为了保存模幅箱图且节约时间，在复制的一张空白模幅图上，在空白栏内标上相应的代号。

用直线按子功能在功能结构图中的顺序连接起来，用箭头表明连接方向，即可得到多种原理方案。

1

2

4

5

1存纸

2送纸

3储糖

4理糖

5送糖

6结合

7裹包

8分离

9主传

10扭结

方案a：

1.1-2.2-3.1-4.2-5.3-6.2-7.1-8.2-9.5-10.1

方案b:

1.1-2.3-3.1-4.3-5.1-6.2-7.2-8.3-9.1-10.1

方案c:

1.1-2.4-3.1-4.3-5.2-6.1-7.1-9.2-10.1

有了多种原理方案后，应进行方案评价，从中选出最佳方案。

评价过程实际上是一个优化过程，它贯穿于整个设计的始终，方案设计阶段的评价意义重大，它把缺点消除在了萌芽状态之中。

使设计后不必要的浪费和消耗大大减弱。

本机通过对几种方案进行比较选用图中所示三个方案b.:

1.1-2.3-3.1-4.3-5.1-6.2-7.2-8.3-9.1-10.1

2实用化设计

机械产品的原理方案设计以后，要把确认以后的原理方案转化为制造和使用的结构实体。

在这个阶段中我们要从保证技术、制造、使用性能和良好的经济性能出发，把组成机器的各个部件进行合理布置，后进行协调它们之间的关系和部件设计。

2.1总体设计

2.1.1选择机型

1.工位数确定:

扭结式裹包，动作较多执行机构多，为了便于执行机构的布置容易，选用多工位包装，这样可得各个包装动作分散再不同工位上同时进行，使生产率高可满足糖块生产批量大的需求。

2.运动形式的确定

多工位包装机有间歇和连续运动两种形式，由于该包装机执行机构种类较少，为了避免间歇运动产生惯性力和冲击现象而销弱生产率，本机要求选用连续运动形式来保证生产率是有道理的。

同时，由于扭结工艺时间较长，为了保证生产率的提高，扭结机构采用多头型，其余动作因时间较短不影响包装作业时间采用单头型，这样又可减少结构数目进一步保证生产率。

故本设计机型：

连续运动多头包装机

2.1.2确定总体参数

1.总体尺寸参数

据设计任务要求，本机器外廓尺寸限制在2100*1000*1500范围内。

2.总体运动参数

根据工艺和生产率3个/秒的要求，及其运动速度要到限制，据体数据选用在部件的设计确定。

3.总体动力参数

根据设计任务要求，本机动力选用p

50kw的电动机。

2.1.3总体布局和外形构思

本机采用集中驱动，卧式组合型工艺路线，操作件有调速、手动、手轮以及各种电器开关，整机容量限制范围，为使整机布置中机器个部件相对位置运动关系适宜并符合人机工程特性，特设立材料运送逆时针运行，机器适当位置安放转速表使操作者观察方便，是操作件布置使操作方便，且机器外观美观。

从以上方面考虑，设置总体布局和外形图。

2.2部件设计

2.2.1对执行构件的运动要求

1.包装材料供送

本机包装材料的供送有钳糖机械手钳经过复纸器后，糖块连续向前拖动而实现，经过剪纸部件时剪断，故需配置一对等速反向转动的两片剪刀。

2.为将糖块整理成列并送到适当位置，需配置理糖和落糖机构，它们的运动形式与复纸机构类型密切相关。

3.主传动

将糖块和包装纸运动到位，故糖块和包装纸在进入糖钳后经扭结输出。

2.2.2结构设计

（1）电磁震动上料斗

本机采用槽式电磁震动给料斗，其主要部分包括料斗，料槽，主振板弹簧，底座，隔振圆柱螺旋弹簧和激振装置。

料斗同糖块直接接触，用不锈钢制成，横截面成凹形，以便承载糖块和增强机构刚度。

料槽外部尺寸据生产率和工作条件确定，因本机糖块无需定向，故亦用宽槽。

因本机给料器起排料作用，为保证停机时，不让内存糖块从震动料斗得开口自动流出，喂料口底部做成水平，为使糖硝随糖块进入输糖槽，喂料斗内置多孔筛板。

料槽与底座之间固连着两组主振板弹簧，为保证互相接触摩擦和噪声小，各件组装时留有适当的空隙。

弹簧底底座得斜置角一般在20~25之间。

且电磁铁激振作用线与板弹簧垂直交叉，且通过整个槽体合成中心，保证工作过程中料槽不扭振，物料不偏流。

本机整各喂料装置座于左右旋弹簧上，使整个悬料装置产生每秒50次得大幅度往复震动，左右旋弹簧在此对机座又同时起到了隔振作用。

喂料量须大于实际生产率的需要量，当喂料斗累计部分在落料斗达到一定量时，由控制开关切断电源，喂料斗停止送糖；

当喂料斗内糖少到控制开关失去控制作用时，电源自动接通，恢复送糖。

工作原理及主要参数确定：

1）料斗震动规律

当喂料斗受剧增的电磁吸力作用偏离静平衡而产生水平移动时，迫使主振弹簧和隔振弹簧军产生复杂的弹性变形，到电磁吸力剧减时，由于主振弹簧已变形，迫使喂料斗改变运动方向，而且超越原来的静平衡位置达到某一上下限，如此循环。

及形成了高频微幅震动。

2）主要参数确定

本机采用类比法确定个主要参数为：

料盘振幅：

1.5mm震动频率：

50Hz

主振弹簧有效长度Z=10.5mm

（2）分糖落糖部件

本机采用竖式分糖落糖部件，动力由两对锥齿轮传动到两根轴上，其中主传动轴带动锥形滑扳，螺纹轴带动分糖盘同向转动，由于锥齿轮传动比的不同，是分糖盘与锥形滑板产生1：

4的转速，由震动上料斗送来的糖块集中在锥形滑板上，在锥形和离心力的作用下把糖块甩散并滑向料斗四周，落入分糖盘槽穴内分糖盘四周逐开40个槽穴，分糖盘转一转可分送40粒，当分糖盘的每一槽穴转经料斗底部的落糖空时，糖从孔中落下，并进入送躺槽，这样就达到分糖作用。

在料斗周臂装有三个弹性拨爪，增加糖快的搅动，使糖块易于充填到分糖盘的周缘槽穴去，从而减少因冲天不足而造成的却糖空格，在料斗底部糖孔处处侧壁装有三个活门，盖在分糖盘上面，来隔离料斗内的糖块，避免因多粒落糖而在成的机器故障。

（3）送糖部件

本机采用20个送糖条和180节工业磙子链组成封闭履带，双链轮和支撑，动力经链条传动链轮，轴使送糖履带按一定的速度运行，送糖条将分糖，落糖部件按一定的时间间隔送来得糖块顺次送入复纸器。

本机中送糖槽位置的调整，由其上腰孔控制，使水平方向的送糖条位于送糖条的中心送糖槽的支架上也没有腰孔，用来调整送糖槽的高低，使送糖条爪部既接近于送糖槽底部。

又不与槽底擦碰。

且送糖槽的爪端与钳糖手中心距离I=85.725+1/2糖块长，该尺寸的确定，借助于圆弧形腰孔，转动链轮达到所要求的距离。

其喂量调整可借助于护链板左右调整使糖条爪部转向来控制糖块的先后达到。

为使送糖条几何形状一致且每俩个爪间距误差为+1.5mm要及时进行调整。

及其运行一定的时期后，链条因摩擦而伸长时，可拧松轴上的螺母，张紧螺栓上得螺母，使链条张紧后复原即可。

2.2.3包装材料得供送

1.纸架部分

本机采用包装卷筒纸，纸架既为既为其支撑装置，其供送由钳糖机械手夹持复纸后得糖块运行中拉动，由拉簧，扳和原皮带组成浮动制动器，保持包装纸在供送过程中处于适当的张近状态。

为方便包装纸用完后跟换，栽植加上装有调节快，当按下调节块时，调节块爪部被拉出方

形轴杆，外端纸卷轮既可使用。

当纸卷宽度变化时，调节内纸卷轮的位置来确定。

支架上导向轮轴向线在水平，垂直两个方向上与送糖导轨，钳糖机械手运行直线垂直，这样既可避免发生包装纸偏移和断裂现象。

2.切纸部件

为使裹复好的糖块能顺利进行下一步动作扭结，在钳糖机械手换向扭结前设置了切纸部件。

本机切纸部件选用两个刀片，由链条传动锥齿轮，通过轴两个刀盘产生正反旋转动作，使包装纸得以被剪断。

为保证两刀片剪切韧得贴合，设置了压力弹簧，压力大小可通过调节轴后

端的螺母去确定，通常贴紧压力不宜过大。

以能剪断纸为标准，从而避免刀片过分发热和磨损。

为保证剪切部位适宜，应使剪刀合拢时略高于水平位置1~2mm，前后在每两个钳糖机械手中间，这两个尺寸保证也在结构中给予考虑。

为安全起见，本部件设立刀罩，并在罩底下设置安全开关，当刀罩未完全闭合时，电源被切断，机器无法启动，只有刀罩闭合时，电源才接通，机器方可启动。

2.3机器的传动与调整

机器的传动系统我们将其集中于机座内，传动过程电动机通过一套无级变速组，齿轮和单向离合器传动轴，轴上三个链轮Z=20，分别传动剪纸部件和轴？

轴上联轮Z=18川东送糖部件，Z=16经轴锥齿轮分别传动落糖斗部件得分糖盘和锥形滑板轴经过一对斜齿轮Z传动扭结手部件轴，轴上游链轮传动钳糖机械手部件。

本机器的调速是通过无级变速组轴的调整来实现的，具体机构和调速方法。

调速时，松开球头手柄，搬动手轮12*125，经齿轮15操纵扇齿块17，使无级调速组轴18位置，电动机轴与轴18的中心矩发生一增一减的变化，无机变速组带未定长，中间变速轮21在花键轴套19上滑移，达到变速，机器的实际生产旅游转速表直接示值（装载剪纸部件上）调速适当后，锁紧球头手柄则调速工作完成。

改机器动力源是通过齿轮36，链轮35上的一对单向离合器进入轴34，这样就保证了机器个部件之间的动作不发生倒转，达到设计要求中四不准到转的条目。

为方便手动调试，在轴34上设有手动操纵手轮18*200，手轮于轴34用削槽离合器联合，手动是把手轮推入，接通轴34，即可手动机器，开机时拉出手轮，机器运转手轮可以不动。

3绘制工作循环图

工作循环图反映了一个运动周期内各执行机构的运动规律以及工作顺序，本机器属于多头连续运动型多工位自动包装机，其运动周期应等于包装一件产品的时间与头数乘积。

为绘制方便，采用主分配轴旋转一轴为假想运动周期。

理糖、送糖的工作循环

分配周转一周，可完成一块糖的包装，这样轴转365度的过程中，理糖盘理出一块糖，送糖条恰巧从未接糖到接触糖这一过程。

扭结动作工作循环

1）扭结：

由扭手上部齿轮带动扭手旋转而实现，因扭手始终旋转，而扭结并非随时进行，故扭结始末，有钳爪开比实现。

2）开闭：

扭手开比其间需旋转一圈半，而分配周转一圈，扭手绕轴转150度，这1.5圈相当于分配轴转216度，扭手在分配周转50度时开始闭合，至72度已完成闭合动作，开始扭结，至288度时，扭结完毕，扭手张开，至310度时完全张开。

3）轴向移动：

轴向一动开始于扭手闭合以后，这样才能动作协调，分配轴在72度是扭手闭合，故可在80度时开始轴向一动，，必须待扭手完全开和后，轴向一动才能开始，否则轴向一动一停止，扭手未张开则糖纸将由于绷紧而断裂，包装会失败。

周向移动可350度时停止，此时扭手已完全张开。

其余部件的分析从略。

根据以上分析绘制工作循环图3.1-1、3.1-2所示

090180270360

上料斗

理糖盘

理糖

240

落料

理料

送糖

部件

空送

280

推送

钳糖手夹持

张开

闭合

钳糖手

转位

松开

闭合

钳糖手转

静止

转位

扭手旋转

转2.5圈

扭手开闭

30张开

张开

3.1-1

3.1-2

4设计计算

（一）糖果包装机运动循环时间为：

工作循环公式：

Qt＝1/Tp＝Z

式中：

Qt——理论生产率；

Tp——工作循环时间；

Z——原理时间循环次数。

由：

Qt＝1/Tp＝120块/min得Tp＝0.5s

即糖果包装机正常工作时，每包装一块工作运动循环时间为3秒。

（二）设计绘制各执行机构的运动循环图

1、划分和确定各执行机构循环组成区段：

（1）、送纸机构运动循环可分成以下两个区段：

Tk1－向下送纸运动；

Ts1－停歇。

因此，应有TP1=Tk1＋Ts1；

相应分配轴转角Φp1=Φk1＋Φs1

（2）、切纸机构运动循环可分成以下三个区段：

Tk2－由初始位置向切纸位置运动；

Td2－返回初始位置；

To2－在初始位置停歇。

因此，应有TP2=Tk2＋Td2＋To2；

相应分配轴转角Φp2=Φk2＋Φd2＋Φo2

（3）、送糖机构运动循环可分成以下四个区段：

Tk3－由初始位置向糖夹方向推进；

Ts3－在糖夹工位停歇；

Td3－返回初始位置；

To3－在初始位置停歇。

因此，应有TP3=Tk3＋Ts3＋Td3＋To3；

相应分配轴转角Φp3=Φk3＋Φs3＋Φd3＋Φo3

（4）、下折纸机构可分成以下两个区段：

　　Tk4－向糖夹方向运动并折纸；

Td4－返回初始位置；

To4－在初始位置停歇。

因此，应有TP4=Tk4＋Td4＋To4

相应分配轴转角Φp4=Φk4＋Φd4＋Φo4

（5）、转位机构可分成以下两个区段：

　Tk5－转盘转位；

　Ts5－转位后停歇。

　　因此，应有TP5=Tk5＋Ts5

　　相应分配轴转角Φp5=Φk5＋Φs5

（6）、纽结机械手轴向进退机构可分成以下六个区段：

　　Tk6－向糖夹工位推进；

Ts6－在糖夹工位停歇；

Tk6＇－向糖夹工位推进；

Td6－返回初始位置；

　　To6－在初始位置停歇。

因此，应有TP6=Tk6＋Ts6＋Tk6＇＋Td6＋To6

相应分配轴转角Φp6=Φk6＋Φs6＋Φk6＇＋Φd6＋Φo6

（7）、扭结机械手开合机构可分成以下四个区段：

　　Tk7－由开启向闭合运动；

Ts7－闭合后停歇；

Td7－由闭合回复到开启；

To7－在开启状态停歇。

因此，应有TP7=Tk7＋Ts7＋Td7＋T07

相应分配轴转角Φp7=Φk7＋Φs7＋Φd7＋Φo7

（8）、打糖机构可分成以下三个区段：

　　Tk8－由初始位置向打糖位置运动；

Td8－回复到初始位置；

To8－在初始位置停歇。

因此，应有TP8=Tk8＋Td8＋To8

相应分配轴转角Φp8=Φk8＋Φd8＋Φo8

2、确定各执行机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角：

（1）、送糖机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，送糖机构工作位置停歇时间Ts3作为主要工艺时间，取Ts3＝1/8s，则相应的分配轴转角为：

Φs3=360°

×

（Ts3/Tp3）=360°

1/4=90°

初步确定：

Tk3=1/12s，Td3=1/12s，则To3=5/24s

相应分配轴转角为：

Φk3=360°

（Tk3/Tp3）=360°

1/6=60°

Φd3=360°

（Td3/Tp3）=360°

Φo3=360°

（To3/Tp3）=360°

5/12=150°

（2）、送纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk1=1/12s，则Ts1=5/12s

Φk1=360°

（Tk1/Tp1）=360°

Φs1=360°

（Ts1/Tp1）=360°

5/6=300°

（3）、切纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk2=1/12s，Td2=1/12s，则To2=1/3s

Φk2=360°

（Tk2/Tp2）=360°

Φd2=360°

（Td2/Tp2）=360°

Φo2=360°

（To2/Tp2）=360°

2/3=240°

（4）、下折纸机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk4=1/5s，Td4=1/5s，则To4=1/10s

Φk4=360°

（Tk4/Tp4）=360°

2/5=144°

Φd4=360°

（Td4/Tp4）=360°

Φo4=360°

（To4/Tp4）=360°

1/5=72°

（5）、转位机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk5=0.15s，则Ts5=0.35s

Φk5=360°

（Tk5/Tp5）=360°

0.3=108°

Φs5=360°

（Ts5/Tp5）=360°

0.7=252°

（6）、扭结机械手轴向进退机构运动=循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk6=1/12s，Ts6＝1/12s，Tk6＇=5/24s，Td6=1/24s，则To6=1/12s相应分配轴转角为：

Φk6=360°

（Tk6/Tp6）=360°

Φs6=360°

（Td6/Tp6）=360°

Φk6＇=360°

（Tk6＇/Tp6）=360°

Φd6=360°

1/12=30°

Φo6=360°

（To6/Tp6）=360°

（7）、扭结机械手开合机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据工艺要求，取Tk7=1/8s，Ts7=7/24s，Td7=1/12s，则To7=0

Φk7=360°

（Tk7/Tp7）=360°

Φs7=360°

（Ts7/Tp7）=360°

7/12=210°

Φd7=360°

（Td7/Tp7）=360°

（8）、打糖机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：

根据