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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="<
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