粒状巧克力糖包装机的传动系统设计【2013年最新整理毕业论文】

目 录 1绪 论 . 1 2粒状巧克力糖包装机的工艺确定 . 1 2.1产品特征 . 1 2.2包装材料 . 4 2.3包装工艺方案拟定 . 5 2.4巧克力糖包装工艺的实验 . 5 3粒状巧克力糖包装机的总体布局 . 6 3.1机型选择 . 6 3.2自动机的执行机构 . 7 3.3包装机总体布置 . 7 4粒状巧克力糖包装机的传动系统 . 8 5粒状巧克力糖包装机的电机选择 . 8 5.1电动机类型和结构的选择 . 8 5.2电动机容量选择 . 9 5.3确定电动机转速 . 9 5.4分配各级传动装置传动比 . 10 6 V带传动设计 . 10 6.1确定设计功率 . 10 6.2选择带的型号 . 10 6.3确定带轮的基准直径 . 10 6.4验算带的速度 . 11 6.5确定中心距 a和 V带基准长度 Ld . 11 6.6计算小轮包角 . 11 6.7确定 V 带根数 Z . 12 6.8确定初拉力 . 12 6.9计算作用在轴上的压力 FQ . 12 6.10 带轮结构设 计 . 13 7链传动设计 . 14 7.1选择链轮齿数 . 14 7.2确定计算功率 . 14 7.3确定链节距 p . 14 7.4初定中心距 a0，取定链节数 Lp. 14 7.5确定链长和中心距 . 15 7.6求作用在轴上的力 . 15 7.7确定润滑方式 . 15 7.8链轮的设计 . 15 8螺旋齿轮设计 . 16 8.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 . 16 8.2按齿面接触强度设计 . 17 8.2.1 确定公式内各计算数值 . 17 8.2.2 计算 . 18 8.2.3 几何尺寸计算 . 19 9轴设计 . 19 10凸轮和槽轮设计 . 20 结 论 . 24 参考文献 . 25 致 谢 . 26 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 1 1 绪 论 粒装巧克力糖呈圆台形，轮廓清楚，但质地疏松，容易碰伤 ,且生产批量很大，畅销国内外，手工包装质量存在包装质量不均。上料时需要人工定时放料，每分钟放 80 粒糖，工人劳动强度大，远远不能适应市场的需要，因此改进粒装巧克力糖包装机 传动系统 ，提高生产率，提高质量，是迫切需要解决的。本论文 主要工作是完成粒状巧克力包装机传动系统的设计，确定包装机工作循环图，设计动力的传递方式和方法，实现转速的传递，完成包装机的传动，提高生产力，减少工人工作量。 具体内容有 总体设计的初步构思；电动机的选择； V 带传 动设计；螺旋齿轮设计；槽轮设计；凸轮等设计。 2 粒状巧克力糖包装机的工艺确定 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 2 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 3 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 4 2.1 产品特征 粒装巧克力糖呈圆台形，轮廓清楚，但质地疏松，容易碰伤。因此，考虑机械动作时应适合它的特点，以保证产品的加工质量。产品夹紧力要适当；在进出料时避免碰撞而损伤产品；包装速度应适中，过快会引起冲击而可能损伤产品等。 包装工艺首要的是解决坯件的上料问题。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 80 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。 2.2 包装材料 食品包装材料应十分注重卫生。粒状巧克力糖包装纸采用厚度为 0.008mm 的金色铝箔纸，它的特点是薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂，也容易褶皱。因此，在设计供纸部件时对速度应十分注意。一般包装的速度越高，纸张的拉力就越大。根据经验，一般送纸速度应小于 500mm/s。 选择供纸机结构时，主要依据下列两点： 1）采用纸片供料或是采用卷筒纸供料。本机采用卷筒纸。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 5 2）纸张送出时的空间位置时垂直置放的还是水平置放的。将纸片水平置放对包 装工艺有利。但卷筒纸水平输送，只能采用间歇式剪切供纸方法。 2.3 包装工艺方案拟定 图 2-1 包装工序分解图 图 2-1 为最初的巧克力糖包装工艺图 .根据人工包装动作顺序 ,针对产品包装质量要求 ,该机包装工艺如下 : 1) 将 75mm 75mm 铝箔纸覆盖在巧克力糖小端正上方 ,如图 2-1(a)所示。 2) 使铝箔纸沿糖块锥面强迫成行如图 2-1(b)所示 . 3)将余下的铝箔纸分成两半 ,先后向大端中央折去 ,迫使包装纸紧贴巧克力糖 ,如图 2-1(c),(d)所示 . 2.4 巧克力糖包装工艺的实验 由于条件限制实验无法 实现，以下为自动机械设计 1相关内容 根据初拟的包装工艺方案 ,进行工艺实验 . 图 2-3 为钳糖机械手及巧克力糖包装简图 . 图 2-2 钳糖机械手及巧克力糖包装 1-转轴 2-转盘 3-弹簧 4-接糖杆 5-钳糖机械手 (共 6组 ) 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 6 6-糖块 7-顶糖杆 8-铝箔纸 9-环行托板 10-折边器 如上图所示 ,机械手设计上是具有弹性的锥形模腔 ,这样能适应巧克力糖外形尺寸的变化 ,I 不存在拉破铝箔纸的现象 .在机械手下面有圆环形托板 ,以防止糖块下落。 工艺实验的 过程如下 : 当钳糖机械手转至装糖未位置时 ,接糖杆 4向下运动 ,顶糖杆 7向上推糖块 6和包装纸 8,使糖块和铝箔纸夹在顶糖杆和接糖杆之间 ,然后它们同步上升 ,进入机械手 5,迫使铝箔纸成型如图 2-2(b)所示 ,接着折边器 10 向左折边 ,成图 2-2(c)状 ,然后转盘 2 带机械手 5 作顺时针方向转动 ,途径环行托板 9,使铝箔纸全部覆盖在糖块的大端面上 ,完成全部包装工艺如图 2-2(d)所示 . 由于包装纸表面还不够光滑 ,有时还发生褶皱现象 ,需要进一步改进 . 经过实验 ,发现铝箔纸只要用柔软之物轻轻一抹 ,就很光滑平整地紧贴在糖块表面上 ,达 到预期的外观包装质量要求 .因此增设了一个带有锥形毛刷圈（软性尼龙丝），在定糖过程中，先让糖块和铝箔纸通过毛刷圈，然后再进入机械手成形，结果使包装纸光滑、平整、美观，完全达到包装质量要求。 图 2-3 是经过改进后的巧克力糖包装成型机机构简图。 图 2-3 巧克力糖包装成型机构 1-左抄板纸 2-钳糖机械手 3-接糖杆 4-右抄板纸 5-锥形尼龙丝圈 6-铝箔纸 7-糖块 8-顶糖杆 另外，考虑自动机工作的可靠性，在成品出料口增设拨糖杆，确保机械手中的糖块落入输送带上。这 样的工艺方案就此确定。 3 粒状巧克力糖包装机的总体布局 3.1 机型选择 由于大批量生产，所以选择全自动机型。 根据前述工艺过程，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，实际上需要两个工中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 7 位，一个是进料、成型、折边工位另一个是出料工位。自动机采用四槽槽轮机构作工件步进传送。 3.2 自动机的执行机构 根据巧克力糖包装工艺，确定自动机由下列执行机构组成： 1) 送糖机构； 2) 供纸机构； 3) 接糖和顶糖机构； 4) 抄纸机构； 5) 拨糖机构； 6) 钳糖机械手的开合机 7) 转盘步进传动机 下面是主要执行机构的结构和工作原理。 图 3-1 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。机械手的开合动作，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 3-2 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的弹性件。 3.3 包装机总体布置 图 3-3 总体布置图 1-输送带 2-糖块 3-托盘 4-钳糖机构 5-钳糖机械手 6-弹簧 7-托板 8-机械手 9-机械手开合凸轮 10-输料带 I-进料 ,成型 ,折边工位 II-出糖工位 图 3-1 接糖和顶糖杆机构 1-圆柱凸轮 2-接糖杆 3-糖块 4-顶糖杆 5-平面槽凸轮 图 3-1 钳糖机械手及进出糖块机构 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 8 4 粒状巧克力糖包装机的传动系统 粒状巧克力糖包装机是专用自动机，根据自动机传动系统设计的一般原则和巧克力糖包装工艺的具体要求，如图 9 所示安排传动系统。 图 4-1 粒状巧克力糖包装机传动系统简图 1-电动机 2-带式无级变速机构 3-链轮幅 4-盘车手轮 5-顶糖杆凸轮 6-剪纸导凸轮 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-槽轮机构 13-接糖杆 14-顶糖杆 15-送糖盘 16-螺旋齿轮副 17-分配轴 5 粒状巧克力糖包装机的电机选择 5.1 电动机类型和结构的选择 16 17 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 9 由机械设计 2选择 Y 系列三相异步电动机，此系列电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单，工作可靠，价格低廉，维护方便，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械 . 5.2 电动机容量选择 由机械设计 2根据已知条件，电动机工作所需要的有效功率为： kwVFPwwww 4.010 3 公式（ 5-1） 式中 Fw 1600N Vw 120r/min w 轴承的效率 0.98 b V 带传动效率 0.98 g 齿轮传动效率 0.97 l 链轮传动效率 0.96 由电动机至运输带的传动总效率为： lgwb 2总 公式（ 5-2） 则： 88.096.097.098.098.0 2 总 所以：电机所需的工作功率： 总wPP 0 公式（ 5-3） 代入数值 : 0p=0.4 0.88=0.46(kw) 因载荷平稳，电动机额定功率 Pm 只需略大于 P0 即可，选 Y 系列电动机技术数据，选电动机的额定功率为 0.55KW。 5.3 确定电动机转速 取螺旋圆斜柱齿轮传动一级传动比范围 21gi.取 V 带传动比 42bi,链轮的传动比21li ,则总传动比例的范围 162ai .故电动机转速的可选范围为 n= wa ni 120 r/min =(216) 120 r/min =2401920r/min 则符合这一范围的同步转速有： 750r/min、 1000 r/min、 1500 r/min 三种。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 10 根据容量和转速，由机械设计 2查出适用的电动机型号 为 Y801-4 额定功率 0.55kw，额定转速 1390r/min。 根据电机转速转速得总的传动比 : mm nni =1500/120 =12.5 5.4 分配各级传动装置传动比 由机械设计 2查，确定带轮的传动比 4bi，链轮的传动比 1.2li，齿轮传动比 5.1gi 表 5-1 各轴数据参数 参数 电动机轴 1 轴 2 轴 3 轴 转速 /（ r/min） 1390 348 174 116 功率 P/kW 0.55 0.539 0.507 0.482 转矩 T/(Nm) 3.78 14.79 27.83 39.68 6 V带传动设计 6.1 确定设计功率 由机械设计 2查得工作情况系数 1.1ak，则 kwkwpkpad 605.055.01.1 。 6.2 选择带的型号 V 带型号根据设计功率 Pd 和小带轮转速 n1 确定，查机械设计 2可选取 Z 型带。 6.3 确定带轮的基准直径 1dd 和 2dd 由机械设计 2查， V 带带轮最小基准直径 mindd ，知 z 型带 mindd =50mm,选取小带轮基准直径：1dd =63mm；因此，大带轮基准直径： 12 dd did =4 63mm=252mm。选取大带轮基准直径 2dd =250mm。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 11 6.4 验算带的速度 由带的速度公式： 31060/)( DNV 公式（ 6-1） 代入数值 : =3.14x63x1390/(60x1000) =4.6m/s 式中 : n 为电动机转速； D 为小带轮基准直径。 即 v=4.6m/s90 6.7 确定 V带根数 Z 由机械设计 2查得 Ld KKpp Pz)( 00 公式（ 6-5） 确定式中各值： k为包角修正系数，考虑包角 180 对传动能力的影响，由参考文献查得 93.0k； lk为带长修正系数，考虑带长不为特定带长时对使用寿命的影响，由参考文献查得 14.1lk； 0p为 V 带基本额定功率，由机械 设计 2单根 V 带所能传递的功率为0p=0.28kW；计算功率增量0p=0.03。 ld kkpp pz)( 00 公式（ 6-6） 代入数值 : z=0.605/(0.28+0.03)x093x1.14=1.84 所以，选取 V 带根数 z=2。 6.8 确定初拉力0F 单根普通 V 带初拉力计算公式： 20 )5.2(500 mvK KvzPF d 公式（ 6-7） 式中 Pd 为设计功率； 为 V 带速度； z 为带的根数； k为包角修正系数； m 为普通 V 带每米长度质量，由参考文献查得 m=0.1kg/m。 所以 NF 4.542.52.506.02.5293.0 )93.025(605.05000 6.9 计算 作用在轴上的压力 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 13 压力等于松边和紧边拉力的向量和，如果不考虑带两边的拉力差，可以近似为按带两边所受初拉力的合力来计算： 2s i nz22c o s2 10 FZFF Q = 公式（ 6-8） 式中， 0F为初拉力； z 为带的根数； 1为小轮包角。 所以 NS inFQ 216)2157(5522 6.10 带轮结构设计 图 6-1 小带轮 图 6-2 大带轮 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 14 7 链传动设计 7.1 选择链轮 齿数 链传动速比： 1.21 i 。由机械设计 2查表得： 小链轮齿数 191 z ； 大链轮齿数 40191.212 ziz ， 1202 z ，合适。 7.2 确定计算功率 已知链传动工作平稳，电动机拖动，由表选 KA=1.0， 32.1zk ，单排链则计算功率为 : kwpkkp zac 7.0539.032.11 公式（ 7-1） 7.3 确定链节距 p 首先确定系数plz kkk ,。 由机械设计 2查得小链轮齿数系数 09.1；34.1 lz kk。选单排链， 0.1pk。所需传递的额定功率为： kwKKK ppPLZc 34.1 75.90 公式（ 7-2） 选择滚子链型号为 10A，链节距 p=15.875mm。 7.4 初定中心距 a0，取定链节数 Lp 初定中心距 0a =(3050)p： 75.79325.476)5030(0 pa 公式（ 7-3） 取 640mm； 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 15 02122100 )2(22 apzzzzpaL p 公式（ 7-4） 带入数值得 111.9 节； 由机械设计 2取链节数为 112 节。 7.5 确定链长和中心距 链长 L=Lp p/1000=112 15.875/1000=1.778m 中心距： )(2 211 zzLpfa p 公式（ 7-5） mma 7.6 5 2)4019(1 1 228 7 5.152 4 9 1 7.0 取 a=653mm， a550mm，符合设计要求。 7.6 求作用在轴上的力 链速： smpnzv /7.11060 875331 公式（ 7-6） 工作拉力： F=1000P/v=1000 0.539/1.7=317N； 由机械设计 2查得，工作平稳，取压轴力系数QK=1.15。 轴上的压力 : QF=QK=1.15 317N=365N 7.7 确定润滑方式 由机械设计 2根据 P、 v 查 表 ，知可采用油脂润滑。 7.8 链轮的设计 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 16 8 螺旋齿轮设计 8.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 8.1.1 高速级选用直齿圆柱齿轮传动； 8.1.2 运输机为一般工作机器，速度不高，故选用 7级精度； 8.1.3 材料选择 图 7-2大链轮 图 7-1 小链轮 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 17 选择小齿轮材料为 40Cr(调质 )，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 (调质 )，硬度为 240HBS，二者材料硬度差为 40HBS； 8.1.4 初选小齿轮齿数 Z1=40，大齿轮齿数 112 ZiZ =1.5 24=60，取； Z2=60 8.1.5 选取螺旋角 =45 度 8.2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算 3 21 )(12HEHdtt ZZiiTkd 公式（ 8-1） 8.2.1 确定公式内各计算数值 1)试选载荷系数 Kt=1.6。 2)小齿轮传递的转矩 mmNnpT 1 1 6 2 41055.9 5 3)由机械设计 2查得，选取齿宽系数 d=1。 4)由机械设计 2查得 材料的弹性影响系数锻钢 ZE=189.8MPa12 5)由机械设计 2查得 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 lim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳极限 lim2=550MPa。 6)由 机械设计 2查得 计算应力循环次数 (设每年工作 300 天 ) 911 1081.1158230014196060 hjLnN 公式（ 8-2） 99112 1021.15.1 1081.1 iNN 公式（ 8-3） 7) 由机械设计 2查得， 取接触疲劳寿命系数 05.1,9.0 21 HNHN KK 8)计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1，安全系数 S=1,则 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 18 M p aSK HNH 540 1l i m11 M p aSK HNH 5.522 2l i m22 9)区域系数 9.1HZ 10)端面齿和度 5.0,5.021 8.2.2 计算 1)试算小齿轮分度圆直径 d1t，由计算公式得 mmd t 57.30)25.531 8.1899.1(5.1 15.111 116246.123 21 2)计算圆周速度 67.01060 41957.301060 331 ndv t 3)计算齿宽 b mmdb td 57.3057.3011 公式（ 8-4） 4)计算齿宽与齿高比 b/h 模数： mmzdm tnt 54.04045c o s57.30c o s11 齿高： mmmht 25.2 1 1.2522.1 57.30 hb 5)计算纵向重合度 3.145t a n401138.0t a n138.01 zd 公式（ 8-5） 6)计算载荷系数 K 由机械设计 2查得 使用系数 KA=1；根据 7 级精度， 由机械设计 2查得 ,动载系数 KV=1.11；查表 4.1,35.1,42.1 HHFH KKKk 故载荷系数 11.11 HHVA KKKKK 公式（ 8-6） 7)按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径，有 58.336.1 21.257.30 3311 =tt KKdd 公式（ 8-7） 8)计算模数 1m 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 19 59.040 45c o s58.3345c o s111 zdm 取模数为 6.0nm 57.396.0 45c o s11 dz 取小齿数为 40，则大齿数为 60。 8.2.3 几何尺寸计算 1)计算大小齿轮的分度圆直径 46.3445c o s 6.040c o s11 nmzd 58.5145c o s 6.060c o s21 nmzd 2)计算中心距 4.4245cos2 )( 21 nmzza ， 圆整取中心距为 43mm。 3)按圆整后的中心距修正螺旋角 45432 6.010a r c c o s2 )(a r c c o s 221 a mzz n 公式（ 8-8） 4)计算齿轮 宽度 40.3440.3411 db d 圆整后取 B2=35mm, B1=40 mm。 9 轴设计 由机械设计 2初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为 45 钢，调质处理，查取0A=112 96.12348539.0112 330m i n npAd mm 公式（ 8-9） 初定轴的直径为 20mm，其余尺寸根据各零件相应确定。 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 20 10凸轮和槽轮设计 图 9-1 大带轮轴 图 9-2 单螺旋齿轮轴 图 9-3 凸轮轴 图 9-4 双螺旋齿轮轴 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 21 表 10-1 顶糖杆槽凸轮 5参数 R=（ 4070） 50 H=（ 50100） 80 推程 h=H-R 30 表 10-2 拨糖杆偏心凸轮参数 R=（ 4070） 50 H=（ 50100） 87 推程 h=H-R 37 图 10-1 顶糖杆槽凸轮 5 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 22 表 10-3 剪纸刀平面凸轮 6参数 序号 凸轮运动角 推杆的运动规律 1 0 120 等速上升 h= 60 2 120 180 推杆远休 3 180 270 正弦加速度下降 h= 60 4 270 360 推杆近休 偏心距 e = 25 基圆半径 r0 = 50 表 10-4 抄纸板平面凸轮 8参数 序 号 凸轮运动角 推杆的运动规律 1 0 120 等速上升 h= 50 2 120 180 推杆远休 3 180 270 正弦加速度下降 h=50 4 270 360 推杆近休 偏心距 e = 20 基圆半径 r0 =40 图 10-2 拨糖杆偏心凸轮 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 23 表 10-5 接糖杆圆柱凸轮参数 R=（ 50150） 60 推程 h=（ 50120） 100 图 10-3 剪纸刀平面凸轮 及抄纸板平面凸轮 图 10-4 接糖杆圆柱凸轮 中国地质大学长城学院 2012 届毕业设计 24 结 论 粒状巧克力糖包装机的传动系统已经完成，该传动装置有三级减速，有带轮传动，链轮传动，螺旋齿轮传动并通过与凸轮槽轮的配合，将电机工作 转速转化为设计要求的转速，该传动有一亮点，就是螺旋齿轮传动，该传动将水平转动转化为竖直方向的转动，减少了零件的尺寸。通过竖直轴与凸轮，槽轮的配合，凸轮轴转动带动顶糖杆，接糖