圆台形巧克力糖果包装机的设计-主传动系统及进出糖机构的设计.docx
《圆台形巧克力糖果包装机的设计-主传动系统及进出糖机构的设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆台形巧克力糖果包装机的设计-主传动系统及进出糖机构的设计.docx（40页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
天津职业技术师范大学
TianjinUniversityofTechnologyandEducation
毕业设计
专业：
机械设计制造及其自动化
班级学号：
机自1121-01
学生姓名：
蔺晓璐
指导教师：
刘瑛教授
二〇一五年六月
天津职业技术师范大学本科生毕业设计
圆台形巧克力糖果包装机的设计-主传动系统及进出糖机构的设计
Frustumofaconeshapedchocolatecandypackagingmachinedesign-themaindrivesystemandthemechanismoftheinandoutofsugar
专业班级：
机械设计制造及其自动化--机自1121
学生姓名：
蔺晓璐
指导教师：
刘瑛教授
学院：
机械工程学院
2015年6月
摘要
圆台形巧克力糖果包装机的设计是一个典型的机械系统的设计。
本次毕业设计对象主要是用于用铝箔纸对圆台状巧克力糖进行包装，实现包装糖果的机械化。
设计主要包括对巧克力糖果包装机具体设计方案的设计，并对每一级传动装置进行计算、校核，画出相关装配图及零件图。
本次毕业设计的主要任务就是对巧克力糖果包装机的传动系统进行设计，首先要先画出包装机的传动工作原理简图，对包装机每一级的传动比进行计算，实现最终每分钟包装120个糖果的目标。
设计内容主要包括进行电动机的选择；V带传动的设计；锥齿轮传动的设计；六槽轮机构的设计；凸轮及轴的选择的设计等。
关键词：
包装机、包装机械化、传动系统设计
Abstract
Thedesignofthefrustumofaconeshapedchocolatecandypackingmachineisatypicalmechanicalsystemdesign.Thisgraduationdesignismainlytothefrustumofaconeshapeusingthealuminumfoilchocolatecandypackaging,candypackagingmechanization.Designincludesthedesignofthespecificdesignschemeforchocolatecandypackingmachine,andtheearlyiscalculatedforeachlevelofgearing,andlatertocheck,finallydrawtherelevantassemblydrawingandpartdrawing.
Themaintaskofthisgraduationdesignistochocolatecandypackagingmachinedrivesystemdesign,Firsttodrawthepackagingmachinetransmissionprinciplediagram,eachlevelofpackagingmachinetransmissionratioiscalculated,achievethegoaloffinalpackaging120perminutecandy.Thechoiceofdesigncontentmainlyincludesthemotor;Thedesignofv-belttransmission;Thedesignofspiralbevelgeartransmission;Thedesignofthesixslotwheelmechanism;ThedesignoftheCAMandtheselectionofshaft.
KeyWords:
Packagingmachine；Packagingmechanization；thetransmissionsystemdesign
目录
摘要 I
目录 I
第一章引言 1
1.1糖果包装机的概述 1
1.2包装机械化的作用和意义 1
1.3包装机械的发展现状 1
1.4包装机械的发展趋势 2
第二章圆台形巧克力糖果包装机工作方案的确定 3
2.1被包装物体的特征 3
2.2包装材料的选择 3
2.3圆台形巧克力糖果包装机的总体方案设计 4
2.4包装机工艺方案的拟定 4
2.5圆台形巧克力糖果包装机机构的设计 5
2.5.1连杆机构（方案Ⅰ） 5
2.5.2凸轮机构（方案Ⅱ） 6
2.5.3槽轮机构（方案Ⅲ） 7
2.5.4方案的选择 8
2.6圆台形巧克力糖果包装机主传动系统 8
2.7圆台形巧克力糖果包装机接糖与顶糖机构 9
第三章设计计算 10
3.1圆台形巧克力糖果包装机电机的选择 10
3.1.1电动机容量的选择 10
3.1.2确定电动机转速 11
3.1.3分配各级传动装置传动比 11
3.2圆台形巧克力糖果包装机V带传动设计 12
3.2.1功率的计算 12
3.2.2选择带的型号 12
3.2.3带轮的基准直径和 12
3.2.4验算带的速度 12
3.2.5确定带的基准长度和实际中心距 12
3.2.6计算小轮包角 13
3.2.7确定V带根数Z 13
3.2.8初拉力的计算 14
3.2.9计算作用在轴上的压力 14
3.2.10带轮的结构简图 15
3.3圆台形巧克力糖果包装机链传动的设计 15
3.3.1选择链轮齿数 15
3.3.2确定计算功率 16
3.3.3选择链条型号和节距 16
3.3.4计算链接数和中心距 16
3.3.5确定链长和中心距 16
3.3.6计算链速，确定润滑方式 16
3.3.7计算压力轴 17
3.3.8链轮结构简图 17
3.4圆台形巧克力糖果包装机锥齿轮传动的设计 18
3.4.1直齿锥齿轮正交传动的几何计算 18
3.4.2按齿面接触强度计算 18
3.4.3确定公式内各计算数值 18
3.4.4计算 19
3.5轴的结构的设计 20
3.6六槽轮机构设计 21
3.6.1槽轮结构设计 21
3.6.2计算 21
第四章轴的校核 22
4.1I轴的校核 23
4.2II轴的校核 25
4.3III轴的校核 28
结论 31
参考文献 32
致谢 33
34
天津职业技术师范大学2015届本科生毕业论文
第一章引言
1.1糖果包装机的概述
糖果包装机顾名思义，就是对糖果进行包装的全自动化机器，糖果包装机适用于长方形、正方形、圆台形等各种形状糖果的包装。
这种机械一般广泛应用于中、大型糖果包装企业，自动化程度比较高，包装精美，简便，同时保证食品干净卫生，能够较好的满足人们生活要求。
1.2包装机械化的作用和意义
此次设计圆台形巧克力糖果包装机的意义就在于将圆台形小型巧克力便于携带，同时包装简单。
要想使糖果在市场中流通，给糖果进行包装是非常有必要的，要想给糖果进行包装就要用到包装机械。
包装机械给我们日常的生产和生活提供了很大的便利，是包装机械的几个主要优点有：
（1）使生产效率有效的提高，企业效益得到提升。
例如：
本次设计的圆台形巧克力糖果包装机初步设定就可以实现每分钟包装糖果120块甚至更多。
（2）工人的工作环境得到改善，工作过程中任务量减少。
如果在包装大体积物品或者包装有毒性物品及粉尘性物品时，包装机械化不仅可以大大改善工人的劳动强度和环境，同时也可以避免有毒物品及粉尘危及到工人的身体健康。
（3）产品卫生安全问题得到保证。
有些产品对卫生要求比较高，例如巧克力糖果等，包装机械化则可以避免工人用手直接接触物品，而且包装速度快，减少了物品在空气中停留的时间，保证了产品卫生质量。
（4）物品不易被氧化，运输过程更方便快捷。
同时缩减了包装企业的用地面积减少工厂、企业的不必要开支。
1.3包装机械的发展现状
目前，我国包装行业拥有巨大的发展空间，企业规模较小，技术装备不完善，管理水平较低，尤其在自我创新与开发方面较差。
新产品的开发周期长，不能满足市场快速变更的需求，这也是为什么国内许多高端设备技术要从国外引进的原因。
现阶段为了满足人们对产品包装要求越来越高的条件，我们尝试从国外引进技术精良的设备，这样虽然可以解决燃眉之急，但也让我们的研发水平停滞不前，养成了惰性和过于依赖他国产品设备的不良习惯[1]。
所以我们应该加强科学技术投入，杜绝过分依赖外国技术设备，很多企业过分注重产品销售，却忽略了新产品的开发和新技术的研究，缺乏科学研究机构，所以现在企业的当务之急应该是培养科研人员，增强产品创新力。
将更多的时间和精力投入到新机械设备的改革和创新上。
1.4包装机械的发展趋势
现如今糖果已经不再拘泥于用于婚庆、节日等活动中必不可少的的食品，而是已经走进千家万户，成为了人们日常生活中消遣、放松的休闲小食。
看着超市货架上玲琅满目的糖果，各式各样的包装吸引着人们的眼球，购买糖果时人们已经不再只是看重糖果的口味、形状等，糖果的包装也成了选择和购买糖果的附加条件。
这就出现了现在社会上普遍存在的现象，过度包装[2]。
所以现如今，糖果包装首先面临需要解决的问题所以糖果包装的新趋势，首先就是要求包装材料的“环保化”，一方面，包转糖果要采用绿色环保无污染材料，另一方面，要坚决杜绝“过度包装”现象发生，应采用合理的适度包装。
其次，要保证包装设计的“个性化”，糖果包装在销售过程中所起到的作用不次于糖果本身的质量，所以我们要在包装形式和包装内容上做到创新。
第二章圆台形巧克力糖果包装机工作方案的确定
2.1被包装物体的特征
巧克力糖果的质地比较软，为了不影响整体的形状，拿的过程中都要格外小心，所以在对糖果进行包装的过程中，要考虑到的就是怎样既保证糖果不变形又可以完成进出料的动作。
进行包装首先应该注意的就是上料问题，尤其是像巧克力糖之类的产品，如果采用抓取、振动式或推板式的方式送料，巧克力的外形都很容易遭到破坏。
虽然采用人工推进到传送带进行送料可以避免上述问题的发生，但是人工劳动强度太大，不是长久之计。
因此，我们采用将包装机的进料系统直接与巧克力糖的出料系统相连接，则糖果包装机的上料问题就可以解决了。
2.2包装材料的选择
圆台形巧克力糖果包装尺寸如图2-1所示，之所以选择厚度为0.008mm的金色铝箔纸是因为它具有的特点适合包装巧克力糖果，它的可塑性比较强，且一般包装圆台形巧克力糖果的时候需要的纸张比较薄而且容易断开，容易褶皱，铝箔纸具备了以上的特点。
一般情况下，纸张拉力的大小取决于包装速度，如果送纸速度太高，那么纸张也就相对更不容易剪短，所以送纸的速度不应该太大。
而选择供纸结构则要考虑本包装机应采用卷筒纸进行供料，同时纸张在送出时应水平放置，所以，要使卷筒纸水平输送就只能采用间歇式剪切供纸方法[3]。
图2-1巧克力的尺寸
2.3圆台形巧克力糖果包装机的总体方案设计
图2-2为圆台形巧克力糖果包装机的工作流程图，电动机通过主传动系统传递运动和动力，将糖果传到包装机中，再经过一系列成型动作把糖果包装好之后输出。
图2-2圆台形巧克力糖果包装机工作流程图
2.4包装机工艺方案的拟定
包装过程分解图如图2-3所示
图2-3包装工序分解图
图2-3是糖果被一步一步包装工序的分解图，上述工序的包装过程也是仿照着手工包装程序来实现巧克力糖果包装的，它的具体过程如下：
1）把74mm×74mm的铝箔纸平均的放在圆台形巧克力糖果小面的上方,如图2-3（a）所示。
2）然后给铝箔纸一个力促使纸张顺着圆台两个边向下包装，如图2-3（b）所示.
3）剩下铝箔纸的长度两边应基本等距，然后把包装纸沿着糖果地面进行包装即可完成糖果的整个包装过程如图2-3（c）,（d）所示.
2.5圆台形巧克力糖果包装机机构的设计
根据当今包装行业的发展状况，包装机多采用机械、液压，或是气动来控制装置[4]，具体应用哪一种，一般根据糖果本身的特性，需要生产的质量、个数以及在包装过程中要实现的工艺的难易程度来决定。
而现在工厂对糖果包装速度的要求也越来越高，一般要达到135粒／min甚至上千粒每分钟。
要保证高速度的工作就必需要达到一定的条件，不仅要求机器各个部件之间可以协调的工作，还要保证他们之间的传动稳定性。
所以，目前我们国家一般采用机械传动的方法。
因为像连杆、凸轮等一经调节动作就会得到很好的固定，而且这些机构可以满足一些困难动作的实现，而用液压或气动则会影响整个传动系统的稳定性，由常识我们大家都知道油液的粘性很大，如果在运动速度特别快的情况下，一般会发热，液体的压强便会随着温度的升高导致粘性增加，随之稳定性也会受到影响。
而油液和气体还有一个共同的特点，就是可收缩的性能，机构在实现动作时准确性能下降。
2.5.1连杆机构（方案Ⅰ）
（1）工艺或动作原理
如图2-4为平面连杆机构示意图，平面连杆机构是由若干构件用低副（转动副和移动副）联接组成的平面机。
容易转动和移动是平面连杆机构的特点。
因为具有这些特点，所以平面连杆机构在各个领域被广泛运用。
而运用在包装机中，就是要用连杆机构来带动锥面成型机往下运动使铝箔纸包装在糖果上。
四杆机构做匀速定轴转动，从动件相对机架作往复运动。
（2）示意图
图2-4平面连杆机构
（3）工作特点
连杆机构的特点为两低副运动副元素是面接触，所以根据接触面积越大受力越小的原则，面接触的压强也就相对较小，且有利于润滑，磨损较小；而且运动副的整体结构简单，加工起来方便。
2.5.2凸轮机构（方案Ⅱ）
（1）工艺或动作原理
如图2-5为凸轮机构示意图，凸轮机构是由凸轮，从动件和机架三个基本构件组成的高副机构。
凸轮机构一般可以实现较为复杂的的运动。
凸轮的轮廓曲线可以根据自己设计的运动规律来确定。
利用凸轮机构可以设计间歇式剪切式供送纸机构、铝箔纸锥形面成形机构、褶纸机构等[5]。
巧克力糖果包装机中的送料机构是由圆柱型凸轮机构组成的，因为在送料过程中它的运动轨迹会发生改变，选择圆柱型凸轮来送料，可以保证传动比的恒定，同时保证了巧克力的运送速度的恒定。
（2）示意图
图2-5凸轮机构
（3）工作特点
凸轮机构的基本构造比较简单，一般的传动系统都可以适用，可以起到传递回转运动的作用，实现减速度或增速、变速还可以实现换向等。
2.5.3槽轮机构（方案Ⅲ）
（1）工艺或动作原理
图2-6为槽轮机构结构示意图。
槽轮机构主要由槽轮和圆柱销组成，实现单一个方向的间歇的运动机构，它的作用一般是实现间歇运动[7]。
例如在糖果包装机上就是要实现槽轮机构主动轴转一圈，从动轮转六分之一的效果，从动轮就可以间接的停歇6次。
现如今许多这样送料机构就是由由六槽轮机构来进行操控，完成送料动作的。
六槽轮机构在设计使比较方便灵活，在设定它的运动的时间、停歇的时间和每次转动的角度时，可选择变化的范围广泛，便于设计选择。
（2）槽轮机构示意简图
图2-6槽轮机构示意图
（3）工作特点
槽轮机构的主要一个特点就是可以把发生在主动件拨盘的相同的速度的回转运动转化为槽轮机构能够有等间隔的动与停之间变化的间歇性的运动，而且槽轮机构的结构并不复杂，整体的尺寸相对其他机构来说比较小，传递的效率高，运动的平稳性好，可以在实现速度之间变化的同时间歇性的进行位置上的转变[8]。
所以，槽轮机构的优点适用于包装机械的设计。
但槽轮机构不能适应巨大的冲击，所以一般不用在速度高的场合。
2.5.4方案的选择
最终选择方案Ⅲ，电动机转速确定为为1390r/min。
每分钟接糖个数为120个。
2.6圆台形巧克力糖果包装机主传动系统
如图2-7为圆台形巧克力糖果包装机的传动系统图，其主要由电动机、小带轮、大带轮、小链轮、大链轮、锥齿轮及六槽轮机构组成。
工作原理：
该传动系统链是由一台电动机单独驱动的。
电动机1发动后带动小带速轮转动，小带轮将运动传动给大带轮和齿轮链3运动，同时将动力传递给分配轴5，其中一条路线由分配轴5通过4锥齿轮来带动6剪纸刀凸轮、7拨糖杆凸轮、8抄纸板凸轮及9接糖杆凸轮来实现送糖、剪纸等功能。
另外一条传动路线经过顶糖杆凸轮5来实现间歇往复的顶糖功能，从而实现了圆台形巧克力糖的送料功能。
同时分配轴16通过锥齿轮4实现将速度由横向变为纵向进而带动六槽轮机构的转动来实现工作台的间歇转动，完成工位转换功能。
钳糖机械手10、拨糖杆11、接糖杆12、送糖盘13、顶糖杆14通过传动比为1.5的轴来带动工作台，工作台满足每分钟出糖120颗。
同时顶糖、送糖、折纸、包糖也是以每分钟120转的速度来进行运动的。
图2-7圆台形巧克力糖果包装机传动系统简图
1-电动机2-带式无级变速机构3-齿轮链
4-锥齿轮5-顶糖杆凸轮6-剪纸刀凸轮
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12-六槽轮机构
13-接糖杆14-顶糖杆15-送糖盘
16-分配轴
2.7圆台形巧克力糖果包装机接糖与顶糖机构
图2-8为接糖与顶糖机构图，平面槽凸轮5开始工作时，使顶糖杆4往上运动，把糖块3顶至接糖杆2处，然后共同上升至机械手内。
而接糖杆与顶糖杆一起运动的过程中，接糖杆与顶糖杆之间不仅在时间上有一定的顺序关系，而且在空间上两者也会发生干涉，所以就要求需要遵循在设计过程中运动时的空间同步化原则。
在接糖杆和顶糖杆上升过程中，包装纸也要与其共同的上升，这时夹紧力必须要保持稳定，所以要在接糖杆头部装上橡皮弹性件。
图2-8接糖与顶糖机构示意图
1-圆柱凸轮2-接糖杆3-糖块4-顶糖杆5-平面槽凸轮
第三章设计计算
3.1圆台形巧克力糖果包装机电机的选择
3.1.1电动机容量的选择
电动机的功率一般根据我们所需要包装的产品的重量等用相似取值法等类比方法粗略得到[10]。
根据初步调查，从相似的机器：
（3-1）
F=1500NV=125r/min
由电动机至运输带的传动总效率为：
其中，在查阅相关资料得到的数据为：
表3—1
轴承的效率ηw
V带传动效率ηb
齿轮传动效率ηg
链轮传动效率ηl
0.99
0.95
0.97
0.96
则：
=
功率：
（3-2）
=0.42/0.88=0.45（kw）
因载荷平稳，电动机额定功率P，需略大于电动机所需的工作功率,查《机械零件设计手册》表19-11，Y系列（IP44）封闭式、三相异步电动机技术数据得，选择的电动机的额定功率为0.55[13]。
3.1.2确定电动机转速
因为初步定每分钟包装糖果120~150块，而夹糖盘一次可以夹6块糖，所以应该保证转速为120~150/6=20~25。
电动机总共分三级将最后的转速传到夹糖盘，分别经I轴的带轮，带轮传动比范围为=2~4,经II轴链轮，链轮的传动比范围为=2~4,III轴锥齿轮，锥齿轮的传动比范围=2~3[11]。
所以传动比范围的总和为=8~24。
计算电动机转速范围的公式为
n=×120r/min
=8×120=960r/min
=24×120=5760r/min
所以电动机的转速范围为960r/min~5760r/min，根据《机械设计》查同步转速为：
1000r/min、1500r/min、3000r/min。
查《机械设计手册减（变）速器电机与电器》[12]选择电动机用Y801-4的型号。
确定的转速为1390r/min。
则，
=
=11.58
3.1.3分配各级传动装置传动比
确定各分配轴的传动比，带轮在I轴的传动比为i=4,链轮在II轴的传动比为i=2.5，齿轮在三轴可确定传动比为i=1.16。
各轴转速分别为==348r/min
==139r/min
==120r/min
各轴的功率分别为=×=0.55×0.99=0.545kw
=×=0.545×0.99=0.539kw
=×=0.539×0.99=0.534kw
各轴转矩分别为===14.96Nm
===37.03Nm
===42.5Nm
3.2圆台形巧克力糖果包装机V带传动设计
3.2.1功率的计算
查，，则。
3.2.2选择带的型号
普通V带的选型图，V带为Z型。
3.2.3带轮的基准直径和
由《机械设计》查得，因为是选择的Z型带，=56≥=50mm。
因此，大带轮基准直径：
=4.1×56mm=229.6mm。
选取大带轮基准直径=251mm。
3.2.4验算带的速度
计算带的公式为:
V=（3-3）
=3.14×55×1395/（60x1000）
=5.16m/s
带速要求在5～25m/s范围内，最高也不可以超过30m/s，V=5.16符合要求
3.2.5确定带的基准长度和实际中心距
初选中心距
0.7×（55+251）≤≤2×（55+251）
245.7≤≤702
根据以上要求初选择中心距=430mm
则Ld：
（3-4）
=2x430++
=1394.8mm
取L=1400mm。
中心距≈＋（3-5）
＝430＋
≈432.6mm
中心距的变化范围是
＝-0.015=430-0.015×1394.8=409.078
＝＋0.03=430+0.03×1394.8=471.844
3.2.6计算小轮包角
校验小带轮包角＝180°－×57.3°（3-6）
计算得:
180-×57.3°
=>
3.2.7确定V带根数Z
Z≥（3-7）
根据＝56mm、＝1390r/min，查表，用内插法得
＝0.22＋
＝0.783kw
则，
＝
查表得＝1.0275×
根据传动比i＝1.44（取最小值）得＝1.1202，则
＝1.0275××1390×（1－）]kW
＝0.153kW
查表＝0.93，包角系数＝0.98，得普通V带根数
Z＝＝0.88
圆整得z=1根。
3.2.8初拉力的计算
初拉力计算公式为：
（3-8）
其中=0.605kw，V=5.16m/s,Z=1，=0.93，q=0.06kg/m
查相关机械设计书m=0.1kg/m，所以，
3.2.9计算作用在轴上的压力
为了设计带轮轴的轴承，就要计算带传动作用在轴上的压力
（3-9）
所以
3.2.10带轮的结构简图
图3-1小带轮结构示意图
图3-2大带轮结构示意图
3.3圆台形巧克力糖果包装机链传动的设计
3.3.1选择链轮齿数
链传动比：
。
由《机械设计》查得，因为链节数一般是偶数的，所以链轮齿数一般选择奇数，并尽可能与链接数互质：
则选小链轮齿数；
大链轮齿数≤120，所以
升级会员 