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糖果包裝機(jī)扭結(jié)手的設(shè)計(jì)
目錄
第一章 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)
1.1 目的
1.2 內(nèi)容
第二章 課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容
第三章 間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機(jī)的組成及工作原理
3.1 間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機(jī)
3.2 扭結(jié)手運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)分析
第四章 設(shè)計(jì)步驟
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
4.2 扭結(jié)手的方案設(shè)計(jì)
4.3 扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第五章 計(jì)算說明
5.1 齒輪的計(jì)算
5.2 凸輪的計(jì)算
5.3 應(yīng)力的計(jì)算
5.4 配合說明
第一章 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)
1.1、目的
1) 包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)是該課程的延續(xù)，通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，進(jìn)一步學(xué)習(xí)掌握包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的一般方法。
2) 培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)專業(yè)基礎(chǔ)課、專業(yè)課理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行有效結(jié)合的能力。
3) 培養(yǎng)綜合運(yùn)用機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、機(jī)械制造基礎(chǔ)等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)的能力。
4) 培養(yǎng)使用手冊(cè)、圖冊(cè)、有關(guān)資料及設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的能力。
5) 提高技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。
6) 提高學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。
7) 為畢業(yè)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。
1.2 內(nèi)容
1) 參數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)課題設(shè)計(jì)任務(wù)，確定糖果包裝機(jī)扭結(jié)手主要構(gòu)件（例如滑移齒輪、凸輪）的結(jié)構(gòu)形式與尺寸參數(shù)、運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
2) 方案設(shè)計(jì) 根據(jù)糖果包裝機(jī)扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)形式、性質(zhì)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，擬定扭結(jié)手的機(jī)械傳動(dòng)鏈、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)圖、工作循環(huán)圖。計(jì)算并確定各級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)比，齒輪傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等傳動(dòng)構(gòu)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸，擬定扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)方案圖。
3) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)結(jié)構(gòu)方案圖，在正式圖紙上擬定傳動(dòng)構(gòu)件與執(zhí)行構(gòu)件的位置。
第二章 課程設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)內(nèi)容
本次課程設(shè)計(jì)需要完成的是間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機(jī)扭結(jié)手的設(shè)計(jì)，其主要技術(shù)參數(shù)如下：
(1) 生產(chǎn)能力 200～350塊／min
(2) 糖塊規(guī)格 圓柱形(直徑×長度) 13～32
長方形(長×寬×高) 27×16×11
(3) 包裝紙規(guī)格 商標(biāo)紙 寬90 ，內(nèi)襯紙 寬30
(4) 電機(jī) 理糖電機(jī) 0.37kW，主電機(jī) 0.75kW
(5) 外形尺寸 1450×650×1620
第三章 間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機(jī)的組成及工作原理
3.1 間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機(jī)
間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機(jī)主要由料斗、理糖部件、送紙部件、工序盤以及傳動(dòng)操作系統(tǒng)等組成?？赏瓿蓡螌踊螂p層包裝材料的雙端扭結(jié)裹包。其包裝工藝流程圖如圖1所示。
包裝機(jī)工作時(shí),主傳送機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工序盤2作間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2所示，隨著工序盤2的轉(zhuǎn)動(dòng)，分別完成對(duì)糖果的四邊裹包及雙端扭結(jié)。在第1工位，工序盤2停歇時(shí)，送糖桿7、接糖桿5將糖果9和包裝紙6一起送入工序盤上的一對(duì)糖鉗手內(nèi)，并被夾持形成U形狀。然后，活動(dòng)折紙板4將下部伸出的包裝紙(U形的一邊)向上折疊。當(dāng)工序盤轉(zhuǎn)動(dòng)到第Ⅱ工位時(shí)，固定折紙板10已將上部伸出的包裝紙 (U形的另一邊)向下折疊成筒狀。
固定折紙板10沿圓周方向一直延續(xù)到第Ⅳ工位。在第Ⅳ工位，連續(xù)回轉(zhuǎn)的兩只扭結(jié)手夾緊糖果兩端的包裝紙，并且完成扭結(jié)。在第Ⅵ工位，鉗手張開，打糖桿3將已完成裹包的糖果成品打出，裹包過程全部結(jié)束。
圖1 包裝工藝流程圖
1－送糖；2－糖鉗手張開、送紙；3－夾糖；4－切紙；5－紙、糖送入糖鉗手；
6－接、送糖桿離開；7－下折紙；8－上折紙；9－扭結(jié)；10－打糖
圖2 包裝扭結(jié)工藝路線圖
1－扭結(jié)手；2－工序盤；3－打糖桿；4－活動(dòng)折紙板；5－接糖桿；
6－包裝紙；7－送糖桿；8－輸送帶；9－糖果；10－固定折紙板
包裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)由主傳動(dòng)系統(tǒng)和理糖供送系統(tǒng)兩部分組成。圖3所示為間歇雙端扭結(jié)糖果包裝機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖。主電機(jī)經(jīng)機(jī)械式無級(jí)變速器、軸I將運(yùn)動(dòng)傳遞給分配軸Ⅱ，分配軸Ⅱ?qū)⑦\(yùn)動(dòng)平行進(jìn)行分配。經(jīng)齒輪、馬氏盤將運(yùn)動(dòng)傳遞給軸Ⅲ，帶動(dòng)工序盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，軸Ⅲ每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，工序盤轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)工位（60°）。另一傳動(dòng)路線為經(jīng)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)軸V、Ⅵ轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)扭結(jié)手完成扭結(jié)動(dòng)作。軸V經(jīng)鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)供紙輥及切刀運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)包裝紙的供送及切斷。分配軸Ⅱ上的偏心輪(1)帶動(dòng)送糖桿送糖；偏心輪(2)帶動(dòng)鉗手開、合；偏心輪(3) 帶動(dòng)活動(dòng)折紙板完成下折紙；偏心凸輪(4)帶動(dòng)接糖桿和打糖桿分別完成接糖和打糖動(dòng)作。包裝機(jī)正常工作之前，通過轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)試手輪對(duì)包裝機(jī)進(jìn)行調(diào)試。主機(jī)采用機(jī)械式無級(jí)調(diào)速，生產(chǎn)能力連續(xù)可調(diào)，能適應(yīng)不同的包裝紙和糖果的變化。由于采用馬氏機(jī)構(gòu)，該機(jī)不宜高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖3 間歇雙端扭結(jié)糖果包裝機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)圖
3.2 扭結(jié)手運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)分析
糖果經(jīng)包裝紙四面裹包后，兩端需扭結(jié)封閉。扭結(jié)機(jī)構(gòu)由左右對(duì)稱兩部分組成，圖4為單端扭結(jié)手機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)示意圖,主要由扭結(jié)手、槽凸輪、擺桿、撥輪、齒輪及傳動(dòng)軸等組成，圖5是扭結(jié)手的空間立體圖。為滿足包裝紙扭結(jié)的要求，扭結(jié)機(jī)構(gòu)在扭結(jié)過程中完成扭結(jié)手的轉(zhuǎn)動(dòng)、軸向移動(dòng)和扭結(jié)手的張開、閉合等三種運(yùn)動(dòng)。輸入軸1的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪4、5、6、7傳動(dòng)后，帶動(dòng)扭結(jié)手2實(shí)現(xiàn)扭結(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)；輸入軸1的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪4、5帶動(dòng)槽凸輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過擺桿10、撥輪8、傘齒輪齒條3帶動(dòng)扭結(jié)手的張、合運(yùn)動(dòng)；輸入軸1的運(yùn)動(dòng)經(jīng)齒輪4、5帶動(dòng)槽凸輪12轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過擺桿10、撥輪9實(shí)現(xiàn)扭結(jié)手的軸向位移運(yùn)動(dòng)。扭結(jié)手張開和閉合的角度大小與進(jìn)退距離的協(xié)調(diào)，由槽凸輪12的曲線保證。齒輪5、齒輪6的齒數(shù)分別為60和24，齒數(shù)比為2.5，保證扭結(jié)手每張、合一次，扭結(jié)手旋轉(zhuǎn)2.5圈。根據(jù)包裝機(jī)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及其動(dòng)作配合要求，可繪制出包裝機(jī)的工作循環(huán)圖。當(dāng)工序盤攜帶糖塊及包裝紙旋轉(zhuǎn)至扭結(jié)工位時(shí)，扭結(jié)手進(jìn)行張合、旋轉(zhuǎn)和軸向位移，完成扭結(jié)工序，其工作循環(huán)圖如圖6所示。
圖4 扭結(jié)手機(jī)構(gòu)示意圖
1-輸入軸 2-扭結(jié)手 3-傘齒輪齒條 4、5、6、7、13、14-齒輪
8、9-撥輪 10-擺桿 11-彈簧 12-凸輪 15-手盤 16-調(diào)節(jié)螺桿
圖5 扭結(jié)手的空間立體圖
圖6 扭結(jié)手工作循環(huán)圖
圖7為扭結(jié)手機(jī)構(gòu)的裝配簡圖。左右扭結(jié)手之間的距離及對(duì)稱度的調(diào)節(jié)，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手輪20來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪20旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑座23左右移動(dòng)，改變擺桿12的下支點(diǎn)位置，實(shí)現(xiàn)扭結(jié)手產(chǎn)生軸向位移。
圖7 扭結(jié)手結(jié)構(gòu)裝配簡圖
1-扭結(jié)手 2-套軸 3-扭結(jié)手軸 4、13、16-齒輪 5-螺母
6-撥輪 7-彈簧 812-擺桿 9、15-銷 10-槽凸輪 11-凸輪軸
14-輸入軸 17-滑塊 18-滑塊軸 19-滾子軸 20-手輪 21-固定板
22-調(diào)節(jié)螺桿 23-滑座 24-螺栓 25-箱體
第四章 設(shè)計(jì)步驟
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
用電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、效率高、控制使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī)作原動(dòng)機(jī)。
電動(dòng)機(jī)在輸出同樣功率時(shí)轉(zhuǎn)速越高，電動(dòng)機(jī)的極數(shù)越小，尺寸和重量就越小，價(jià)格也越低。從價(jià)格方面考慮一般盡量用選用高速電動(dòng)機(jī)，選電機(jī)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)為：機(jī)型Y802--4，功率0.75Kw，同步轉(zhuǎn)速1500r/min，額定頻率50Hz，電壓380V，滿載時(shí)轉(zhuǎn)速1390r/min。
4.2扭結(jié)手的方案設(shè)計(jì)
4.2.1、嵌手運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式
1） 嵌手實(shí)現(xiàn)張合運(yùn)動(dòng)，可采用多種不同的結(jié)構(gòu)，如圖8所示，而且，需要一個(gè)復(fù)位裝置，一般是采用彈簧進(jìn)行復(fù)位。
2） 實(shí)現(xiàn)嵌手軸向移動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式有多種，如圖9所示。不同的機(jī)構(gòu)形式，具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。端面凸輪—連桿—滑移齒輪方式，結(jié)構(gòu)緊湊；盤形凸輪—滑移齒輪方式，空間結(jié)構(gòu)較大；四連桿機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡單，但體積較大。
3） 實(shí)現(xiàn)嵌手轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用齒輪傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)（同步帶）等方式。鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳動(dòng)，帶傳動(dòng)磨損較快；齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比恒定，傳遞扭矩大。
4.2.2扭結(jié)手應(yīng)實(shí)現(xiàn)的功能
1） 嵌手可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；
2） 嵌手可實(shí)現(xiàn)軸向直線運(yùn)動(dòng)；
3） 扭結(jié)手各運(yùn)動(dòng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系可手動(dòng)調(diào)整；
4） 扭結(jié)手可進(jìn)行糖果的手動(dòng)扭結(jié)包裝。
4.2.3確定扭結(jié)手的總體方案及總體布局
根據(jù)扭結(jié)手功能設(shè)計(jì)要求，對(duì)比不同結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)，類比現(xiàn)有糖果包裝機(jī)扭結(jié)手形式，確定扭結(jié)手的總體方案及總體布局。初步確定扭結(jié)手箱體的總體尺寸為320×230×200mm。
4.2.4擬定扭結(jié)手的傳動(dòng)系統(tǒng)圖、工作循環(huán)圖、部件的裝配圖、有關(guān)零件的零件圖，如圖紙所示。并完成相關(guān)參數(shù)的確定及尺寸的計(jì)算。
圖8 嵌手張合機(jī)構(gòu)簡圖
圖9 嵌手軸向移動(dòng)簡圖
4.3扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
方案設(shè)計(jì)結(jié)束后，審定方案的合理性，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。裝配圖的繪制與相關(guān)的設(shè)計(jì)、計(jì)算應(yīng)交替進(jìn)行，相輔相成。
4.3.1傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)在機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上完成，主要包括：
1） 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)。計(jì)算直齒、斜齒齒輪傳動(dòng)的中心距、模數(shù)、齒數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸。
2） 凸輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)。計(jì)算凸輪的輪廓尺寸進(jìn)行強(qiáng)度校核；
3） 根據(jù)軸上零件的結(jié)構(gòu)尺寸以及支撐軸承的尺寸，確定各軸的結(jié)構(gòu)尺寸；
4） 對(duì)各軸的軸承潤滑及密封進(jìn)行設(shè)計(jì)；
5） 對(duì)主要傳動(dòng)軸的軸承進(jìn)行受力分析、強(qiáng)度校核及壽命校核。
4.3.2各元件的空間布置、定位與支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
4.3.3手動(dòng)操作裝置的設(shè)計(jì)
4.3.4相對(duì)位置調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
第五章 計(jì)算說明
5.1 齒輪的計(jì)算
設(shè)扇形齒輪的全齒數(shù)Z為17，模數(shù)M為1.25，齒條厚度L=40mm，Hz=9，扇形齒輪轉(zhuǎn)過的角度為β ，則
齒輪中心距Dz=Mz+Hz=17×1.25+9=30.25mm
∠AO1B=2arcsin（1/4L）=2arcsin(15/2/40)=21.62o
[β]=Kβ=1.2×21.62o=25.95o
△S9=[β]mZ/360o=25.95o×1.25×17/360o=1.532mm
[S9]=Ks9×S9=1.2×1.532=1.838mm
5.2 凸輪的計(jì)算
前面已給出凸輪圖。設(shè)L1=5mm，L2=10mm，已知S8=5mm，則槽輪中S8軌道的行程S8c滿足：
于是確定工作循環(huán)圖中對(duì)應(yīng)曲線的最大位移為S8c。討論S9對(duì)應(yīng)槽輪曲線。如上圖中手爪由左向右移動(dòng)過程中對(duì)應(yīng)于165o點(diǎn)，手爪處于最左側(cè)，同時(shí)處于張開狀態(tài)，并開始閉合到195o點(diǎn)完成閉合。此過程中運(yùn)動(dòng)的距離為△S9（上面已求出），對(duì)應(yīng)于槽輪12中S9的對(duì)應(yīng)軌道行程S9c：
5.3 應(yīng)力計(jì)算
Ft=2T/d Fr=Fttanα Fn=Ft/cosα
已知T=0.05Nm=500Nmm，小齒輪分度圓直徑d=21.25mm，嚙合角α=20，則計(jì)算出：
圓周力：Ft=2T/d=2×500/21.25=47.06N
徑向力：Fr=Fttanα=47.06×0.364=17.13N
法向載荷：Fn=Ft/cosα=47.06/0.9397=50.07N
5.4 配合說明
本次課程設(shè)計(jì)扭結(jié)手是可進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向移動(dòng)，嵌手的張合三種運(yùn)動(dòng)。這就要求有間隙配合（如扭結(jié)軸和齒條軸的配合）、過渡配合（如扇形齒輪的固定）以及過盈配合（如套筒和軸之間的配合）。具體的配合關(guān)系和公差詳見機(jī)械制圖書中的附表。
參考文獻(xiàn)：
[1] 《包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》，黃穎為，主編，化學(xué)工業(yè)出版社
[2] 《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》（中冊(cè)）第二版（修訂），化學(xué)工業(yè)出版社
[3] 百度文庫，www.baidu.com