免费毕业论文--巧克力包装机设计(一)

时间：2023-03-08 11:43:06 其他毕业论文我要投稿

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免费毕业论文--巧克力包装机设计(一)

一、设计任务书
1、粒状巧克力糖
被加工对象是呈圆台形粒状巧克力糖，如图1所示。H=12mm，Ø1=30mm，Ø2=20mm。

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2、包装材料
巧克力糖包装采用厚度0.008mm的银色铝箔卷筒纸。
3、机器的生产率
生产任务为每班产量570kg，约合自动机的正常生产率为120件/ min。考虑自动机工艺条件的变化，采用无级调速，使自动机的生产率为70～130件/min。
4、包装质量要求
要求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（如图2所示）。
5、对自动机的基本要求
机械机构简单，工作可靠、稳定，操作方便、安全，维修容易，造价低。
6、研制费用：
4万元。

7、设计工作量：
1）巧克力糖包装机装配图1张(A0)；
　 2）零件图1～3张；
　 3）设计说明书一份。

二、粒状巧克力糖包装机的工艺确定
在广泛调查研究的基础上，对产品的包装工艺进行详细的分析。
一般来说，开始总是以模仿人工包装的动作，作为自动机工艺设计的初步依据。但是作为高明的设计者，不能只局限于模仿人工包装动作。如大家熟悉的家用缝纫机，它的缝制工艺远比手工缝制的完美，面线、底线同时完成。
因此，在开始设计自动机工艺时，首先应对人工包装动作进行分析研究，并在此基础上进行综合、提高，使之更加完善，更能适合机械动作的要求。
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。例如产品夹紧力要适当；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。
包装工艺首要的是要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。
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。
在选择供纸机结构时，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。
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。
3．包装工艺方案拟定

图3 包装工序分解图

图3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90mm×90mm铝箔纸覆盖在巧克力糖Ø20小端正上方,如图3(a)所示。
   2) 使铝箔纸沿糖块锥面强迫成行如图3(b)所示.
3)将余下的铝箔纸分成两半,先后向Ø30大端中央折去,迫使包装纸紧贴巧克力糖,如图3(c),(d)所示.
上述包装工艺只是一种设想,还须经过工艺实验加以验证.
4.巧克力糖包装工艺的实验
工厂的设计人员,根据初拟的包装工艺方案,进行了工艺实验.在第一次实验时,采用刚性锥形模腔,迫使铝箔纸紧贴在糖块的圆台锥面上.图4为第一次工艺实验的结构简图.

图4 第一次工艺试验结构图
1-转轴   2-巧克力糖   3-转盘
4-顶糖杆   5-铝箔纸 6-槽凸轮机构
如上图所示,糖块和包装纸由顶糖杆4顶入转盘上的锥形模腔,迫使铝箔纸紧贴糖块.实验结果表明,基本符合要求,但还存在如下问题:由于巧克力糖在浇注成行时,外形尺寸误差较大,而刚性模腔不能完全适应这种情况;又由于铝箔纸又薄又脆,在强迫成行时,铝箔纸有被拉破的现象,特别当糖块与模腔之间间隙太小时,使铝箔纸没有足够的变形间隙而被撕破;此外,在实验中常常发生糖块贴牢模腔不能自由落下的情况;有时在顶杆顶糖时发生损伤糖块的现象等等.这说明第一次工艺实验还很不完善.
在第二次工艺实验时,将刚性锥形模腔改成具有一定弹性的钳糖机械手.图5为钳糖机械手及巧克力糖包装简图.

   图5 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)
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,解决第一次工艺实验中存在的拉破铝箔纸的现象.在机械手下面有圆环形托板,以防止糖块下落。
第二次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5(b)所示,接着折边器10向左折边,成图5(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5(d)所示.
第二次工艺实验,获初步成功.铝箔纸没有撕破现象,糖块也没有说明损伤.但是包装纸表面还不够光滑,有时还发生褶皱现象,还需要进一步改进.
又经过讥刺实验,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6是经过改进后的巧克力糖包装成型机机构简图。

图6 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。这样的工艺方案就比较完善了。
三、粒状巧克力糖包装机的总体布局
1.机型选择
从产品的数量看，属于大批量生产，给定生产任务超过年产100万粒。因此，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，一个是进料、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。
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：
送糖机构；
供纸机构；
接糖和顶糖机构；
抄纸机构；
拨糖机构；
钳糖机械手的开合机
转盘步进传动机
   下面介绍主要执行机构的结构和工作原理。
图7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8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.包装机总体布置

图9 总体布置图
四、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，拟定如图10所示的传动系统。

图10 粒状巧克力糖包装机传动系统
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-顶躺杆     15-送糖盘         16-齿轮副
17-供纸部件链轮    18-输送带链轮   19-螺旋齿轮副     20-分配轴
如图所示，电动机转速为1440r/min，功率为0.4kW,分配转速为70～130r/min，总降速比＝，采用平带、链轮两级降速，其中＝1/（4.4～8），＝1/2.67。而无级变速的锥轮直径。螺旋齿轮副1、2、3的传动比,直齿标准齿轮副的传动比i=2。

五、粒状巧克力糖包装机的工作循环图
1.分析各执行机构的运动循环图
1) 确定各机构的运动循环。
已知＝120件/min，则分配轴的转速为
                      n=120(r/min)
分配轴每转的时间就是该机的工作循环，即等于各个执行机构的运动循环，所以
＝（s）
2) 确定各机构运动循环的组成区段。
拨糖机、送料辊轮和机械手转位都是间歇运动机构，它们的运动循环由两个区段组成：
——拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的转位运动时间；
——拨糖机、送料辊轮和机械手转位等三个机构的的停歇时间。
因此，应有        ＝＋                               (5.1)
相应的分配轴转角为                                (5.2)
剪刀机构8的运动循环可分为三个区段：
——剪刀机构的剪切工作行程时间；
——剪刀机构的返回行程时间；
——剪刀机构在初始位置的停留时间。
因此，应有
                 ＝＋＋                          (5.3)
相应的分配轴转角为
                                             (5.4)
顶糖杆机构5的运动循环的组成区段为：
——顶糖杆机构的顶糖工作行程时间；
——顶糖杆机构在工作位置的停留时间
——顶糖杆机构的返回行程时间；
——顶糖杆机构在初始位置的停留时间。
因此，应有
                                           (5.5)
相应的分配轴转角为
                                           (5.6)
活动折纸板机构6的运动循环也可以分为四个区段：
——活动折纸板机构的折纸工作行程时间；
——活动折纸板机构在工作位置的停留实际；
——活动折纸板机构的返回行程时间；
——活动折纸板机构在初始位置的停留时间；
因此，应有
                                           (5.7)
相应的分配轴转角为
                                            (5.8)
3) 确定各机构运动循环内各区段的时间及分配轴转角
由于粒状巧克力自动包装机的工作循环是从送料开始的，因此以送料辊轮机构的工作起点为基准进行同步化设计，拨糖盘和机械手转位两个机构与之相同。
a.送料辊轮机构运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取送料时间＝，则停歇时间为＝，相应的分配轴转角为
                 =360°×=360°×＝120°
                 =360°×=360°×＝240°
b．剪刀机构8运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取剪切工作行程时间＝，则相应的分配轴转角分别为：
                   ＝360°×＝360°×＝26.7°
初定＝s，则＝s，则相应的分配轴转角分别为：
                   ＝360°×＝360°×＝44.4°
                   ＝360°×＝360°×＝288.9°
c.顶糖杆机构5运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取工作位置停留时间＝s，则相应的分配轴转角为：
                    ＝360°× ＝360°×＝9.1°
初定＝s，＝s，则＝s，相应的分配轴转角分别为：
                    ＝360°×＝360°×＝80°
                    ＝360°×＝360°×＝62.2°
                    ＝360°×＝360°×＝208.9°
d．活动折纸板机构6运动循环各区段的时间及分配轴转角：根据工艺要求，试取折纸工作行程时间＝s，则相应的分配轴转角为：
                    ＝360°×＝360°×＝36.9°
初定＝s，＝s，则＝s，相应的分配轴转角分别为：
                    ＝360°×＝360°×＝18.5°
                    ＝360°×＝360°×＝161.5°
                    ＝360°×＝360°×＝143.1°
2.各执行机构运动循环的时间同步化设计
确定粒状巧克力自动包装机最短的工作循环。
                (5.9)
                     ＝＝（s）

确定粒状巧克力自动包装机的工作循环。
令上述三对同步点的错移量分别为△t1、△t2和△t3，若取
△t1=△t2=△t3=17/4212（s）
则其在分配轴上相应的转角为

粒状巧克力自动包装机的工作循环应为

3.绘制粒状巧克力自动包装机的工作循环(如图11)

(图11)                                (图12)
4.修正自动包装机的工作循环图
实际上,粒状巧克力自动包装机要求每转生产一个产品,即要求,因此应对图进行修正,即按比例或用其他分析方法,求出循环图截短后各动区段的分配轴转角若将修正前各机构运动循环各区段对应的分配轴转角按比例放大,则有

式中, ----修正后各机构运动循环各区段对应的分配轴转角.
根据修正后的分配轴转角绘制的粒状巧克力自动包装机的工作循环图,如图12所示.
六、粒状巧克力糖包装机的齿轮设计
1．斜齿轮副1、2、3的设计计算表
项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果
1．选齿轮精度等级   级 7
2.材料选择
   45#钢
3.选择齿数Z

Z1=28
Z2=1×28
个 28

28
4.选取螺旋角β 一般取（8-20）度 12 度 12
5.齿宽系数Фd    0.6
6.选取模数查标准模数系列表
mm 2
7.计算齿轮的
分度圆直径d

  mm 57.25

57.25
8.计算齿轮宽
度B
b = φdd1 圆整后取：
B1 =57.25×0.6=35
B2 =57.25×0.6=35 mm 35
35

2．标准直齿齿轮副16的设计计算表
项目计算（或选择）依据计算过程单位计算（或确定）结果
1.选齿轮精度等级级 7
2.材料选择
45#钢
3.选择齿数Z

Z1=28
Z2=2×28
个 28

56
4.齿宽系数Фd    0.5
5.选取模数查标准模数系列表
mm 2.1
6.计算齿轮的
分度圆直径d

  mm 56

117
7.计算齿轮宽度B
b = φdd1 圆整后取：
B1 = 28
B2 = 56 mm 28
56

七、粒状巧克力糖包装机的机械手设计
钳糖机械手及送糖盘的设计计算表

项目计算（或选择）依据计算（或确定）结果项目计算（或选择）依据计算（或确定）结果
A1  A1> Ø1= 40 R5 R5=（ R1－R2）/2 =（5~15） 10
A2  取A2=A1 40 T1 取 T1=60度 60
r1 r1=（100~200） 150 T2 T1= T2=60度 60
r2 取 r2= r1-（30~50） 110  Ø1’ Ø1’= Ø1= 30
r’ r’=（30~50） 50 Ø2’ Ø2’= Ø2= 20
R1 R1=（80~120） 100 Ø3 Ø3= Ø2’-(5~10) 14
R2 R2= R1-（10~30） 80 Ø4 Ø4 =Ø3= 14
R3 R3= R4- Ø1’ 100 R 取 2R= Ø1=15 15
R4 R4=（100~200） 130 H H= h+(4~10)= 16
八、粒状巧克力糖包装机的凸轮设计
1．顶糠杆槽凸轮5

R=（40~70） 50
H=（50~100） 80
推程h=H-R 30

2．拨糠杆偏心凸轮7

R=（40~70） 50
H=（50~100） 87
推程h=H-R 37

3．剪纸刀平面凸轮6 、抄纸板平面凸轮8

剪纸刀平面凸轮6参数
序号凸轮运动角δ 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
抄纸板平面凸轮8参数
序号凸轮运动角δ 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

4．接糖杆圆柱凸轮9

R=（50~150）

60

推程h=（50~120）

100

九、粒状巧克力糖包装机的槽轮设计

项目计算（或选择）依据计算（或确定）结果项目计算（或选择）依据计算（或确定）结果
T1  取T1=30度 30度 d d=(15~30) 20
T2  取T2=90度 90度 d1 d1<2L(1-sinT1)-d-2(3~6) 20
L L=（100~200） 150 h h=L(sinT1+cosT1-1)+d/2+(3~6) 80
D D= 2LcosT1=259.8 260  R R=Lsin(180/z) 75
z 取z=6 6 d2 d2<2(L-h) 20

十、设计小结

十一、参考资料
[1] 濮良贵，纪名刚。机械设计。北京：高等教育出版社，2001。
[2] 孙桓，陈作模。机械原理。北京：高等教育出版社，2000。
[3] 尚久浩。自动机械设计。北京：中国轻工业出版社，2006。
[4] 汤瑞。轻工机械设计。上海：同济大学出版社，1994。
[5] 邹慧君。机械系统设计。上海：上海科学技术出版社，1996。
[6] 成大先。机械设计手册。北京：化学工业出版社，1993。
[7] 吴宗泽。高等机械设计。北京：清华大学出版社，1991。

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