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0092yg
设计题目：
粒状巧克力包装机设计
机械工程及自动化专业20070002
设 计 者：
学 号：
张莹
指 导 老 师：
廖华丽
2009年06月28日
目 录
一、粒状巧克力包装机的市场性与设计要求……………………2
二、前期分析………………………………………………………4
三、工艺动作分解…………………………………………………4
四、执行机构功能分解……………………………………………5
五、执行机构的选择与比较………………………………………5
六、机械系统运动方案的拟定与原理说明………………………9
七、包装机的总体布局图…………………………………………10
八、原动件的选择…………………………………………………10
九、传动机构的选择与比较………………………………………11
十、运动循环图……………………………………………………13
十一、执行机构的计算………………………………………………14
参考文献………………………………………………………………15
心得体会………………………………………………………………15
凸轮机构程序…………………………………………………………17
粒状巧克力包装机的
功能和设计说明
一、粒状巧克力包装机的市场性与设计要求
1.市场需求性
包装是巧克力制品生产的最后一道工序,在糖果,巧克力制品中起着重要的作用.首先,漂亮的外包装可以保护产品应有的光泽,香味与形态,延长其货架寿命;其次,高质量的包装也能够防止微生物和灰尘污染,提高产品卫生安全性;再次,精美的产品包装可以提高消费者购买欲望和商品价值.此外,高质量的包装对于巧克力制品的贮存,流通和消费有着很重要的作用.我国巧克力包装机械起步较晚,生产水平低,生产的包装设备在使用性能方面还不能满足生产要求,因此,巧克力包装机械的设计与研究愈显必要.本机加工对象是呈圆台形粒状巧克力糖，如图1所示，该巧克力糖生产批量很大，畅销国内外。
过去由于手工包装质量不均，工人劳动强度大，远远不能适应市场的需要。
所以粒状巧克力糖包装机的有它的设计意义。
2.包装材料
巧克力糖包装采用厚度0.008mm的金色铝箔筒纸。
3.机器的生产效率
生产任务为每班产量570kg，约合自动机的正常生产率120件/min考虑自动机的工艺条件的变化，采用无级调速，使自动机的生产率为70~130件/min.
表1设计数据表
方案号
A
B
C
D
E
F
G
电动机转速
r/min
1440
1440
1440
960
960
820
820
每分钟包装糖果数目
个/min
120
90
60
120
90
90
80
4.包装质量要求
要求巧克力糖包装后外形美观、挺括、铝箔无明显损伤、撕裂、褶皱（如图2）
5.对自动机的基本要求
机械结构简单，工作可靠、稳定，操作方便、安全，维修容易，造价低。
二、前期分析
粒状巧克力糖呈圆台形，轮廓清楚，但质地疏松，容易碰伤。
因此，考虑机械动作时要适合她的特点，以保证产品的加工质量。
包装工艺首要解决抷件上料的问题。
显然，像巧克力糖之类的产品，使用一般料斗上料方法是不适宜的。
如果采用料仓式上料方法，则需要人工定时放料，每分钟放120粒糖也够紧张的。
如果将自动机的进料系统直接与巧克力糖浇注成形机的出口相衔接，则比较容易解决巧克力糖的自动上料问题。
三、工艺动作分解：
1.将64mm×64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖ф17mm小端正上方；
2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；
3.将余下的铝箔纸分半，先后向ф24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。
包装工序分解图（见图纸）
四、执行机构功能分解
化零为整，包装机可简单分为：
送推料机构、工序盘间歇机构、包装机构。
五、执行机构的选择与比较
方案一：
传送带+槽轮机构+钳糖机械手
方案二:
曲柄滑块机构+槽轮机构+刚性锥形模腔
方案三：
凸轮机构+棘轮机构+钳糖机械手
送推料机构各方案：
曲柄滑块机构、齿轮齿条机构、凸轮机构、传送带
工序盘用间歇机构方案：
槽轮机构、棘轮机构、不完全齿轮机构
包装机构：
刚性锥形模腔、钳糖机械手
N=4*3*2=24
方案对比：
送推料机构各方案对比
性能特点
曲柄滑块机构
齿轮齿条机构
凸轮机构
传送带
运动速度
高
高
较高
平稳、简单、速度可调节，由电机决定、效率高、承载能力高
行程大小及可调程度
行程大小取决于曲柄尺寸，可调
可任意调整
行程小，调节困难
动力性能
平衡困难
好
取决于凸轮形状
简单性
一般
简单
简单
机械效率
一般
较高
一般
承载能力
高
高
较低
其他特征
有急回特性
传动平稳
可实现任意运动规律
工序盘用间歇机构方案对比
机构类型
优点
缺点
槽轮机构
结构简单，外形尺寸小机械效率高，传动平稳。
存在少许柔性冲击。
棘轮机构
结构简单，制造方便，运动可靠，转动角度可以调节。
有较大的冲击和噪声，运动精度较差。
不完全齿轮机构
结构简单，制造容易，工作可靠，设计时运动静止时间可在较大范围内变化。
有较大冲击，只能用于低速轻载场合。
综上：
送推料机构采用传送带，工序盘间歇机构采用槽轮机构。
包装机构如采用刚性锥形模腔，，糖块和包装纸由顶糖杆顶入转盘上的锥形模腔，迫使铝纸紧贴糖块。
但还存在问题：
1.由于巧克力糖在浇注成形时，外形尺寸误差较大，而刚性模腔不能完全适应这种情况
2.由于铝纸又薄又脆，在强破成形时，铝纸有被拉破的现象，特别是当糖块与模腔之间的间隙太小时，使铝箔纸没有足够的变形间隙而被撕破
3.可能会发生糖块贴牢模腔不能自由下落的情况
4.可能在顶糖时发生损伤糖块的现象。
将刚性模腔改成具有一定弹性的钳糖机械手，这样能适应巧克力的外形尺寸的变化。
包装机构采用钳糖机械手。
方案选择
方案一：
传送带+槽轮机构+钳糖机械手
其工作原理如下：
送推料机构：
通过传送带将巧克力糖送到托盘上，再通过送糖盘将巧克力糖送到钳糖机械手上，包装完成后由传送带将成品输出；
工序盘用间歇机构：
利用槽轮机构通过螺旋齿轮副带动钳糖机械手做间歇运动，从而实现传送和包装同时同时进行，提高生产效率。
包装机构：
糖通过送到托板上以后，接糖杆向下运动，顶糖杆向上运动使糖块和铝箔纸夹在两者之间，然后同步上升，进入通过凸轮控制开合的机械手，使铝箔纸成形，经过折边器折一边，由转盘带着机械手旋转，经过环形托板，使箔纸全部覆盖到糖块的大端面上，完成全部包装。
方案二：
曲柄滑块机构+槽轮机构+刚性锥形模腔
即送推料机构采用曲柄滑块机构，工序盘间歇机构采用槽轮机构，包装机构采用刚性锥形模腔为主体的执行机构。
其工作原理如下：
先由曲柄滑块机构传推送巧克力糖，将糖块推到锥形腔膜上，槽轮间歇机构带动锥形膜腔运动，进入下一步褶纸包装，褶纸工艺完成后，间歇槽轮继续带动锥形膜腔转动，包装好的巧克力糖因重力作用而掉到传送带上，被传送出。
方案不足：
曲柄滑块：
结构简单，平衡困难，有急回性。
刚性锥形膜腔：
巧克力糖在浇注成形时，外形尺寸误差较大，而刚性模腔不能完全适应这种情况；由于铝纸又薄又脆，在强破成形时，铝纸有被拉破的现象，特别是当糖块与模腔之间的间隙太小时，使铝箔纸没有足够的变形间隙而被撕破。
整套方案中的机构简易，工艺程序清晰简单，生产效率较高，操作方便，成本低廉。
方案三：
凸轮机构+棘轮机构+钳糖机械手
即送推料机构采用曲凸轮机构，工序盘间歇机构采用棘轮机构，包装机构采用钳糖机械手为主体的执行机构。
此方案具有诸多缺点：
所选凸轮机构行程小，不能达到设计要求；棘轮机构生产中会产生较大的冲击和噪声。
综上所述，方案一最好。
钳糖机械手及
巧克力糖包装图：
（见图纸）
六、机械系统运动方案的拟定与原理说明
1.机型选择
从产品的数量上看，属于大批量生产，选择全自动机型。
从产品的工艺过程看，选择回转式工艺路线的多工位自动机型。
根据工艺路线分析，实际上需要两个工位，一个进料、成型、折边工位，另一个是出料工位。
自动机采用六槽槽轮机构作工件步进传送。
送推料机构
2.自动机的执行机构
1）
送糖机构
2）
供纸机构
3）
包装机构
接糖和顶糖机构
4）
抄纸机构
5）
拨糖机构
6）
工序盘间歇机构
钳糖机械手的开合机构
7）
转盘步进传动机构
下面介绍主要执行机构的结构和工作原理。
图A（见图纸）为钳糖机械手、进出糖机构结构图。
送糖盘4与机械手作同步间歇回转，逐一将糖块送至包装工位Ⅰ。
机械手的开合工作，由固定的凸轮8控制，凸轮8的廓线是由两个半径不同的圆弧组成，当从动滚子在大半径弧上，机械手就张开；从动滚子在小半径弧上，机械手靠弹簧6闭合。
图B（见图纸）为接糖和顶糖机构示意图。
接糖杆和顶糖杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的相互干涉关系，因此它们的运动循环必须遵循空间同步化的原则设计，并在结构上应予以重视。
接糖杆和顶糖杆夹住糖块和包装纸同步上升时，夹紧力不能太大，以免损伤糖块。
同时应使夹紧力保持稳定，因此在接糖杆的头部采用如橡皮类弹性件。
七、包装机的总体布局图（见图纸）
八、原动件的选择
原动件是机械系统中的驱动部分。
工作机对起动、过载、运转平整性、调速和控制要求较高，且巧克力为食品，所以它要求不能污染食品而且便于清洗，所以液压传动不符合条件，气压和液压的成本都较高。
所以我们电动机传动。
通过对机构的分析，电动机的相关功率，电源，频率等的综合考虑，选择的电动机：
转速为1440r/min,功率为0.4kW，分配转速为70～130r/min。
九、传动机构的选择与比较
电动机和主轴采用链轮。
链轮相对于带轮较平稳，不容易打滑。
采用带式无级变速机构与电动机相连传动因为
⑴结构简单，体积小，零件少，大批量生产后的成本肯定要低于当前普通自动变速器的成本；
⑵它的工作速比范围宽，容易与电动机形成理想的匹配；
⑶具有较高的传送效率，功率损失少，经济性高。
垂直轴之间用螺旋齿轮副连接，节省空间，传递动力大，效率高，寿命长，传动平稳可靠等。
工序盘是用槽轮带动的。
粒状巧克力包装机
传动机构图：
（见插图）
十、运动循环图
0°120°
机械手转轮
六槽轮机构
送糖盘转位
六槽轮机构
供纸机构
剪纸机构
平面凸轮
抄纸机构
平面凸轮
接糖机构
圆柱凸轮
顶糖机构
槽凸轮
拨糖机构
偏心轮
Ⅰ工位机械手开合
Ⅱ工位
固定平面凸轮
十一、执行机构的计算
1.槽轮的计算：
⑴槽数ｚ按工位数要求拟定为6
⑵中心距a按结构情况确定a=100mm
⑶圆销半径r按结构情况确定r=10mm
⑷槽轮每次转动是主动件的转角2α2α=180°（1-
）=120°
⑸槽间角２β ２β＝360°／ｚ＝60°
⑹主动件圆销中心半径Ｒ１ Ｒ１＝ａsinβ＝50mm
⑺Ｒ１与ａ的比值λ λ＝Ｒ１／ａ＝sinβ＝0.5
⑻槽轮外圆半径Ｒ２ Ｒ２＝
⑼槽轮槽深ｈ ｈ≥ａ（λ+cosβ-1）+r=46.6mm取47mm
⑽运动系数kk=（z-2）/2z=0.5
2.顶糖杆的截面直径d1=20mm
接糖杆的截面直径d2=15mm
4.机械手的固定凸轮机构
基圆半径rb=60mm
推程角φ=0～95°
停歇角φ1=95°～265°
回程角φ2=265°～360°
参考文献：
1、《机械原理课程设计手册》高等教育出版社 邹慧君 主编
2、《机械原理教程》清华大学出版社 申永胜 主编
3.《自动机械设计》中国轻工业出版社尚久浩
主编
4.《包装机械技术》四川科学技术出版社四川省包装机械委员会主编
5.《包装机械原理与设计》上海科学技术出版社许林成主编
6.《包装机械产品样本》机械工业出版社机械工业部通用机械研究所包装机械分所主编
参考文献
[1]黄靖远，龚剑霞，贾延林.机械设计学.机械产品的实用化设计.机械工业出版社.2000（10）
94~97
[2]濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社.2001（10）
[3]陈秀宁，施高义.机械设计课程设计.浙江大学出版社.1995
[4]哈尔滨工业大学，哈尔滨市教育局.专用机床设计与制造.黑龙江人民出版社.1979
[5]《机械设计手册》联合编写组.机械设计手册（中册）.机械设计计算.第二版.化学工业出版
社1982
[6]沈鸿，周建南，汪道涵等.机械工程手册.机械工程出版社.1982（9）
[7]产品样本.电机
（一）.上海市电机工业公司.1977
网址：
万方数据库
心得体会
两周的课程设计逐渐接近尾声，随着我们精心设计好的巧克力包装机，我们感受到作为一名设计者的成就感。
考虑到课本上所给的题目是往届学生做了又做的原因，因此我小组为了挑战难度，经过我们查阅了大量的资料发现，我国的巧克力生产批量很大，并畅销国内外。
但由于手工包装质量不均，工人劳动强度大，远远不能适应市场的需要。
为此我小组精心的找到了巧克力包装机这个题目，并得到了指导老师的许可。
拿到这个题目时，我小组并没有急于求成，我们做了大量的准备工作，首先我们小组每个人把机械原理的一些知识都复习了一遍，因为创新设计都要有理论基础做后盾。
借此我们还为即将进行的机械原理考试做了准备。
接下来我们了解了一下我们的题目所需要的哪些机构，并分工让每个人侧重的去了解那一方面的知识。
之后我们设计了一套较为粗糙的方案，但是出现了很多的问题，为此我们买了一包巧克力糖，观察了一下包好的实物发现稀薄纸薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂，也容易褶皱，巧克力糖质疏松，容易碰伤如何能保证巧克力糖包装后外形美观、挺括，铝箔纸无明显损伤、撕裂、褶皱？
我们向老师请教然后又继续查资料和研究，功夫不负有心人，最终我们成功的解决了这一系列的问题。
经过这一阵折腾，我们收获不小，我们学到了平时很少有机会学到的课本以外的知识，真正的达到了学校开创这门课的目的。
另外，通过课程设计，加深了我们对机械原理这门课的理解，理论与实际相结合，提高了动手能力，思维得到了发散，创新意识得到了加强。
短暂的课程设计即将结束了，但教会了我们今后怎样去学习这方面的知识，和如何去利用我们学习的这些知识，去解决生活中的种种问题，给人们带去便利。
通过这此课程设计，使我们感受到团队合作的重要性，任何困难当摆在我们个人面前时，可能很难翻越，但是摆在我们团队面前，任何艰难险阻都似纸老虎。
本次课程设计结束了，可我们的设计之路才刚刚开始，作为机自专业的学生，可能会一生与机械打交道，以前我对我们专业不是很感兴趣，但经过这次设计，我真的喜欢上《机械原理》这门课，更加了解了我们的专业，因为它给了我们更多创新、动手的机会，可以真正学到广泛的技能。
09年06月29日晚
凸轮机构程序
#include
#include
#definepiacos（-1）
doublechange1（doubletheta）
{
theta=theta*pi/180;
if（theta>=（2*pi））
theta-=（2*pi）;
elseif（theta<0）
theta+=（2*pi）;
returntheta;
}
doublechange2（doubletheta）
{
theta=theta*180/pi;
if（theta>=360）
theta-=360;
elseif（theta<0）
theta+=360;
returntheta;
}
voidmain（）
{
doublerb,thetat,thetah,h,w,thetas1;
doublefi,s,v,a,k1,rf,x,y;
cout<<"基圆:
";cin>>rb;
cout<<"推程角:
";cin>>thetat;
cout<<"回程角:
";cin>>thetah;
cout<<"停歇角:
";cin>>thetas1;
cout<<"从动杆高度:
";cin>>h;
cout<<"角速度:
";cin>>w;
doublet;
for（fi=0;fi{
s=h*（fi/thetat-sin（2*pi*fi/thetat）/2*pi）;
v=h*w*（1-cos（2*pi*fi/thetat））/thetat;
a=2*pi*h*w*w*sin（2*pi*fi/thetat）/（thetat*thetat）;
k1=-h*cos（2*pi*fi/thetat）/thetat;
rf=atan（fabs（k1）/（s+rb））;
rf=change2（rf）;
t=change1（fi）;
x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;
y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;
cout<<"s="<cout<<"v="<cout<<"a="<cout<<"rf="<cout<<"x="<cout<<"y="<cout<}
for（fi=thetat;fi{
cout<<"s="<cout<<"v=0"<cout<<"a=0"<<'\t';
cout<<"rf=0"<t=change1（fi）;
x=（rb+s）*sin（t）+k1*cos（t）;
y=（rb+s）*cos（t）-k1*sin（t）;
cout<<"x="<cout<<"y="<cout<}
}
题目6巧克力糖包装机
6.1设计要求
设计巧克力糖自动包装机。
包装对象为圆台状巧克力糖（图6），包装材料为厚0.008mm的金色铝箔纸。
包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图7）。
包装工艺方案为：
纸坯型式采用卷筒纸，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图8）。
包装工艺动作为：
1.将64mm×64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖ф17mm小端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；3.将余下的铝箔纸分半，先后向ф24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。
表9设计数据表
方案号
A
B
C
D
E
F
G
H
电动机转速
r/min
1440
1440
1440
960
960
820
820
780
每分钟包装糖果数目
个/min
120
90
60
120
90
90
80
60
具体设计要求如下：
1.要求设计糖果包装机的间歇剪切供纸机构、铝箔纸锥面成形机构、褶纸机构以及巧克力糖果的送推料机构。
2.整台机器外形尺寸（宽×高）不超过800mm×1000mm。
1.4. 锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构，要求成形动作尽量等速，起动与停顿时冲击小。
6.2设计任务
1.巧克力糖包装机一般应包括凸轮机构、平面连杆机构、齿轮机构等。
2.设计传动系统并确定其传动比分配。
3.图纸上画出机器的机构运动方案简图和运动循环图。
4.设计平面连杆机构。
并对平面连杆机构进行运动分析，绘制运动线图。
5.设计凸轮机构。
确定运动规律，选择基圆半径，计算凸轮廓线值，校核最大压力角与最小曲率半径。
绘制凸轮机构设计图。
6.设计计算齿轮机构。
7.编写设计计算说明书。
8.学生可进一步完成凸轮的数控加工。
6.3设计提示
1.剪纸与供纸动作连续完成。
2.铝箔纸锥面成形机构一般可采用凸轮机构、平面连杆机构等。
3.实现褶纸动作的机构有多种选择：
包括凸轮机构、摩擦滚轮机构等。
4.巧克力糖果的送推料机构可采用平面连杆机构、凸轮机构。
5.各个动作应有严格的时间顺序关系。
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