巧克力糖包装机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

本 科 毕 业 设 计题目 巧克力糖包装机设计系 别专 业学生姓名学 号指导教师职 称摘 要科技的快速发展对社会的方方面面都产生的深远的影响。机械化和自动化设备的普遍应用，使包装行业从以前的单纯手工包装转换成机械自动化包装。这样不仅降低了工人的劳动强度，而且使产品包装的更美观和卫生。因此传动系统对一个机械设备很重要，它不仅是设备的核心，保证机器正常运行，还是给执行机构传递动力的重要部分。本次毕业设计,决定设计一种巧克力包装机的传动系统。该机主要包括箱体、主电机、减速器、传动主轴、槽轮机构、链轮及锥齿轮。此包装机的传动系统工作原理：电动机带动带轮转动，将转速和动力沿着减速器、链轮输送到第一传动轴，再经过锥齿轮传动传递到第二传动轴，经过槽轮传动到第三传动轴。本包装机可完全实现自动化运行，同现代机械相比较，本机器具有连续性好、容易维修、操作简单等优点。关键词：自动化； 现代化； 减速器； 机械化ABSTRACTThe rapid development of science and technology in all aspects of society will have a profound effect. The universal application of mechanization and automation equipment, the packaging industry conversion from the previous simple manual packaging packaging machinery automation. This not only reduces the labor intensity of workers, but also make the product packaging more beautiful and health. It is very important to a transmission system of mechanical equipment, it is not only the core equipment, ensure the normal operation of the machine, or to an important part of actuator power transmission.This graduation design, the decision of transmission system design of a chocolate packaging machine. This machine mainly comprises a box body, a main motor, speed reducer, transmission shaft, Geneva mechanism, sprocket and bevel gear. The transmission system working principle of the packaging machine: the motor drives the belt wheel, the speed and power along the reducer, transported to the first sprocket drive shaft, through the bevel gear transmission to the second drive shaft, the drive shaft third to drive sheave. The packaging machine can be fully automated operation, compared with the modern machine, this machine has the advantages of good continuity, easy repair, simple operation etcKey words:automation; modernization; reducer; mechanization目 录1 绪论 11.1 包装机械介绍 11.1.1 包装机械发展过程 11.1.2 包装的分类及作用 11.1.3 包装机械的组成 21.1.4 包装机械的特点 21.2 包装机发展趋势 31.3 我国包装技术与国外先进包装技术的差距 32 巧克力包装机的传动系统 42.1 电动机的选择 42.2 传动方案的确定 52.3 各级传动比的确定 63 带传动的设计 63.1 带传动的特点 63.1.1 带传动的优点 63.1.2 带传动的缺点 63.2 带轮的设计 64 链传动的设计 84.1 链传动的特点 84.1.1 链传动的优点 84.1.2 链传动的缺点 84.2 链传动设计过程 84.2.1 链轮齿数 和 8124.2.2 确定计算功率 84.2.3 确定链节距 p 94.2.4 计算链节数和中心距 94.2.5 计算链速 v，确定润滑方式 94.2.6 计算压轴力 95 锥齿轮传动的设计 .105.1 确定齿轮类型、精度等级、齿数及材料 .105.2 按齿面接触疲劳强度设计 .105.2.1 确定上式中各参数 .105.2.2 计算 .115.2.3 几何尺寸的计算 .116 巧克力包装机的槽轮设计 .127 结论 .14参考文献 15致 谢 1611绪论1.1包装机械介绍能完成全部或部分产品包装过程的机械叫包装机械。此外充填、裹包、封口、清洗、拆卸、堆码、计量或在包装件上盖印等主要工序也属于包装过程。使用机械包装产品不仅可以提高生产效率，减轻员工劳动强度，还可以适应大规模生产的需要，并使产品干净卫生等。 11.1.1包装机械发展过程随着新包装材料的出现，包装机械也应运而生，包装技术也不断的创新发展。中国发明的造纸术，为以纸为包装材料的出现提供了条件。1850 年世界纸价大跌，食品开始用纸来包装。1852 年美国的沃利发明出制纸袋机，纸制品机械从此诞生。世界上首个包装机械厂是德国在 1851 年建立的， 1911 年生产出了全自动成形充填封口机。中国包装机械起步较晚，历经多年的发展，包装机械已成为我国机械工业中十大行业之一。随着中国包装工业不断的快速发展，有些包装机械不仅在国内畅销，而且部分产品还有出口海外。从产品结构看，中国包装机械品种只有 1000 多种，缺少精度高和大型化量产产品，配套数量少，无法满足市场需求；从产品质量看，我国生产的包装机械产品性能低，稳定性和可靠性差、外观造型不够美观、表面处理粗糙，许多元器件寿命短，质量差、可靠性差；从企业状况看，国内包装机械行业缺少生产规模大、高档次产品的龙头企业；从产品开发看，中国缺少自行开发能力，主要靠仿制生产。 1随着科学技术的发展，包装机械不仅在流通领域发挥越来越大的作用，同时对包装材料和包装设备要求也越来越高。包装机械的竞争日益激烈，而且越来越朝着高度自动化、智能化、多功能、低消耗发展。 2国外包装和食品机械水平高的国家主要有德国、美国、意大利、日本和英国等。其中，德国的包装机械在设计、制造材料等方面都处于领先地位。1.1.2包装的分类及作用包装的分类有很多种。表 1 包装的分类分类方式 举例按产品内容 食品类、烟酒类、化装品类、医药类、文体类、工艺品类、化学品类等按包装材料 纸包装、金属包装、玻璃包装、木包装、陶瓷包装、塑料包装等2续表 1分类方式 举例按产品性质 商业包装、储运包装、军需品包装等按包装容量 小包装、中包装、大包装按包装方式 高阴隔包装、防锈包装、抗静电包装、防水防潮包装等包装的主要目的在于保护产品的使用价值。此外，包装还具有美化、推销、吸引顾客的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节，也是提高产品的商品价值不可忽视的重要环节。1.1.3包装机械的组成包装机械主要由驱动系统、控制系统、执行机构、传动系统等组成，根据其工作原理和性能特征可将其分为八个组成部分。（1）包装材料的整理与供送系统；（2）被包装物品的供应和系统；（3）主传送系统；（4）包装执行机构；（5）成品输出机构；（6）动力机与传动系统；（7）控制系统；（8）机身。1.1.4包装机械的特点（1）种类繁多。不同种类的包装机械在原理与结构上有很大的不同，即使是能够完成同样包装功能的机械，其工作原理和结构也可能不同。（2）更新换代快。随着社会的发展，对包装机械的要求也越来越高，包装机械也朝着高速化和精密化发展，因此零部件容易疲劳磨损，所以更新换代快。（3）控制要求高。结构复杂、包装工艺动作配合要求高的包装机械，其自动控制不仅直接影响自身的结构、 工作可靠性，还影响包装后的产品质量、生产效率和操作环境等。因此对包装机械的控制要求较快高。 33（4）多动能性。包装机械是生产数目有限的专业机械，为提高生产效率、方便制造和维修、控制智能化、模组化、结构高精度化。1.2包装机发展趋势目前，包装机械水平高的国家主要有美国、德国、意大利、日本和英国。而德国的包装机械在设计、制造和技术性能等方面，都居于世界首位。德国包装机械设计部门和制造厂商，为适应市场的需求，采取了如下措施：（1）提高自动化程度前几年，自动化技术只占包装机械设计的 30%左右，目前已达 50%以上，并且大量使用机电一体化和电脑控制，其目的：一是为了为了提高设备的柔性和灵活性；二是为了提高生产率；三是为了提高包装机械完成复杂包装动作的能力。（2）提高生产效率，降低成本，更好的满足生产要求提高机器转速可以降低单件生产成本，但厂房使用面积会随之增加。另外，电动机转速也是有限度的，所以不能想多快就多快。除了提高转速可以提高生产率，还有其他三个办法解决：降低废品率，提供故障分析系统。采用连续工作或多头工作方式。使产品生产机械和包装机械合为一体。（3）市场产品变化多样，柔性和灵活性更好的设备很重要包装机械的灵活性和柔性主要表现在以下三个方面： 量的灵活性。既能包装单件产品，也能对批量的产品进行包装。包装机构造的灵活性。整个包装机采用单元组成，更换部分单元后，也能适应产品的变化。供货的灵活性。（4）提供成套设备德国的包装机械，在以用户需求为前提下，为生产厂家提供完整的结构性及经济性的系统方案，并用计算机仿真技术演示给用户看，征求用户意见后进行修改，以满足用户需求。在为用户提供流水线生产设备时，无论是技术和附加值高的设备，还是结构简单的设备，都配套要求。 2（5）普遍使用计算机仿真设计技术新产品的开发周期越来越短，德国包装机械设计大部分采用了计算机仿真技术，即将各种机器元素和图纸数字化后以数据库方式存入计算机，计算机即可自动显示出直观逼真的三维模型。再把实际生产时的数据和指标以及可能发生的故障输进去，计算机三维模型就可以仿照真实工作情况进行操作，演示出生产率和废品率的情况，客户根据显示屏上显示的曲线一目了然，并可根据客户的意见修改模型。1.3我国包装技术与国外先进包装技术的差距我国的食品包装设备和国外的先进的包装设备相比，存在一些差距，综合来说，国际先进包装设备比我国包装设备先进之处体现在以下六点：（1）灵活性强。只对同一种加工设备进行简单操作，就能改变包装方式和种类，这一功能对小批量生产、多品种的市场需求非常有效。4（2）高精度、高效且高速。机器不仅能高速稳定的工作，还能的减少空闲时间（如换料、维修等），如此就提高了工作效率。（3）安全、节能且环保。这不仅能保护设备和操作人员的安全，同时能节能减排，使对环境的不利影响降到最低。 3（4）互联性强。把单机连成整线，不仅方便管理，还易于实现监控、统计和分析。（5）机器的控制软件可容易地进行维护和修改。标准化后的控制软件，使控制程序结构清晰、易读性强和容易理解，可方便地对系统进行维护和升级。（6）故障自动诊断和恢复。该功能的实施不仅可减少排除故障时间，还能降低人员培训费用。2巧克力包装机的传动系统根据巧克力的包装步骤和工艺的具体要求，确定如图 1 所示的传动系统。图 1巧克力包装机的传动系统1电动机 2传送带 3减速器 4锥齿轮 5链 6盘车手轮7送糖盘 8接糖杆 9顶糖杆 10机械手 11槽轮机构电动机转速为 1400r/min，功率为 4kW,总传动比 =10.720，取 =20。总 总52.1电动机的选择包装机械中常用的电机转速为 1400r/min，由于整个载荷比较小，所以综合考虑最终选用 Y112M-4 型三相异步电动机，电压为 380V，功率为 4Kw，额定转速为 1400r/min，根据电机转速及效率要求确定各级传动比。电动机的外形图及尺寸见表 2、表 3 和图 2。图 2 Y112M-4型三相异步电动机表 2 电动机安装尺寸安装尺寸D(j6) E F(N9) G M N(j6) P R S T19 40 6 15.5 165 130 200 0 12 3.5表 3 电动机外形尺寸外形尺寸不大于AC AD AE L175 120 110 30062.2传动方案的确定先由电动机动力输入，经过一带轮传动减速，再经过一单极圆柱齿轮减速器降速，再经过一链传动将动力传入第一传动轴，经过 2 对锥齿轮传动将动力传入第二传动轴，再经过 2 对槽轮机构将动力传入第三传动轴。2.3各级传动比的确定电动机经过带轮、减速器和链轮减速，减速器选用传动比 =3 的单极圆柱齿轮减速减器，电动机与减速器选择皮带连接，其传动比 =2，链轮的传动比 =3。带 链3带传动的设计3.1带传动的特点3.1.1带传动的优点带传动具有传动平稳，结构简单，价格便宜和缓冲吸震的特点。但机器过载时，带子会发生打滑现象，防止零件损坏。3.1.2带传动的缺点带传动不能保证准确传动比，传动效率低，带寿命短。在传递相同转矩时，外廓尺寸比啮合传动尺寸大。带传动需要张紧，因此作用在轴和轴承上的载荷大。3.2带轮的设计（1）确定带的计算功率 根据机械设计手册查得，带的工作情况系数 =1.1，故= P=1.1×4=4.4KW （公式 3-1）（2）选择 V 带的带型根据计算功率 和小带轮转速 ，从机械设计选择普通 V 带的带型。选择 A 型 1带。（3）确定带轮的基准直径由机械设计手册 7，取主动轮基准直径 =90mm。1（4）计算大带轮的基准直径由 =i 计算，并根据机械设计手册，确定 =2×90=180mm。21 2= =6.59m/s = =6.59m/s （公式 3-2）11160×1000 2 2260×1000所以带的速度合适。7（5）确定中心距 a，并选择 V 带的基准长度 根据公式0.7（ + ） 2（ + ） （公式 3-3）12 0 12初步确定中心距 =400mm。0相应的带长=2 + ( + )+ =2×300+ (80+160)+ =1229.1mm （公式 3-4）002 12(21)240 2 (16080)24×300根据机械设计手册，确定带的基准长度 =1250mm。计算实际的中心距a= + =300+ =410.45mm （公式 3-5）002 990982.32圆整取 a=410mm。（6）验算小带轮上的包角 1= -( - ) = （公式 3-6）1180 2157.3 167.4 120主动轮上的包角合适。（7)确定带的根数由Z= （公式 3-7）(0+0)又 =1400 r/min 、 =90mm、i=2,查机械设计得 =1.07 kw，P0=0.17 kw1 1 0查机械设计手册得 包角系数 =0.96，长度系数 =0.93，则 Z= =3.97 （公式 3-8）4.4（ 1.07+0.17） ×0.96×0.93取 Z=4 根。（8）确定带的初拉力 0由公式=500 +q （公式 3-9）02.51 2查机械设计手册得，q=0.105kg/m，故=500× +0.105× =138.44N （公式 3-10）04.46.59×4 2.50.961 6.592（9）计算带传动的压轴力 =2z sin =2×4×138.44×sin =998.32N （公式 3-11） 02 167.42(10)带轮结构设计8图 3 带轮结构设计4链传动的设计4.1链传动的特点4.1.1链传动的优点链传动没有弹性滑动和整体打滑现象，传动效率高，作用在轴上的径向压力较小。链传动整体尺寸较小，结构紧凑，能在高温和潮湿的环境下工作。4.1.2链传动的缺点链传动只能是平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比，容易磨损，易发生跳齿，工作时噪声较大，不适合于载荷变化较大、高速和急速反向的传动中。4.2链传动设计过程4.2.1链轮齿数 和1 2链传动比 =3，由机械设计手册 查得，链小链轮齿数 =19，大链轮齿数 =3×19=57150，合适。1 24.2.2确定计算功率由电动机驱动，平稳运转，取 =1.0， =1.35， 9= P=1.0×1.35×0.539=0.72kW （公式 4-1）4.2.3确定链节距 p根据机械设计手册查得， =20.72，选择滚子链型号为 08A，节距 p=12.7。4.2.4计算链节数和中心距初选中心距 =（3050）p=381635mm，取 =450mm0 0链节距数=2 + + （公式 4-2）001+22 （ 212） 20带入数值得 109.89，由机械设计手册取链节数为 110 节。中心距a= p2 -（ + ）=0.24643×12.72×110-（19+57）=450.6mm （公式 4-3）1 12取 a=451mm。4.2.5计算链速 v，确定润滑方式v= = =0.93m/s （公式 4-4）1160×100019×233.3×12.760×1000根据机械设计手册 ，选择滴油润滑。4.2.6计算压轴力 首先确定系数 =1.05，=1000× =574.6N （公式 4-5）0.530.93= =603.3N （公式 4-6）表 4 滚子链链轮的主要尺寸名称 符号 计算或确定结果10小链轮 大链轮分度圆直径 d 77.16 230.90齿顶圆直径 82 236齿根圆直径 69.24 222.98齿高 3.0 3.0最大凸缘直径 62.13 216.22节距 P 12.7 12.75锥齿轮传动的设计5.1确定齿轮类型、精度等级、齿数及材料(1)选择直齿圆锥齿轮传动。(2)包装机作为一般机器，速度不高，选择 7 级精度。(3)初选小齿轮齿数 Z1=40，大齿轮齿数为 Z2=2×40=80。(4)选择小齿轮材料为 40Cr（调质处理） ，布氏硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45（调质处理） ，布氏硬度为 240HBS。5.2按齿面接触疲劳强度设计试算小齿轮分度圆直径，即 （公式 5-1）3 41（ 10.5） 2（ ） 25.2.1确定上式中各参数（1）试选 =1.3。（2）计算小齿轮传递的转矩=9.55× P/ =9.55× ×3.42×77.7=4.203× N·mm （公式 5-2）1 106 1 106 105（3）选取齿宽系数 =0.3。11（4）由机械设计手册查得区域系数 =2.5。（5）由机械设计手册查得材料的弹性影响系数 =189.8MPa。（6）根据机械设计手册查得小齿轮的接触疲劳极限分别为 =600Mpa，大齿轮1的接触疲劳极限为 =500Mpa。2（7）计算应力循环次数（假设每年工作 300 天）=60 j =60×77.7×1×（2×8×300×15 ）=3.35× ， （公式 5-3）1 1 108= /i=1.67×21 108（8）根据机械设计手册查得，小齿轮的接触疲劳寿命系数 =1.0，大齿轮的1接触疲劳寿命系数 =1.1，安全系数 S=1，失效概率为 1%。2（9）计算接触疲劳许用应力= =600Mpa （公式 5-4）111= =550MPa （公式 5-5）222取 =550 MPa。5.2.2计算（1）计算小齿轮分度圆直径 =160.76mm （公式 5-6）3 4×1.3×4.2×1051.2（ 10.5×1.2） 2×2（ 2.5×189.8550） 2（2）圆周速度 v= (1-0.5 )=161.76×(1-0.5×1.2)=64.70 （公式 5-7）1 V= =0.26m/s （公式 5-8）1160×1000（3）计算实际载荷系数 = （公式 5-9）12由机械设计手册查得， =1， =1.01， =1， =1.454， 最后计算 =1.468。（4）按实际载荷系数算得的分度圆直径为= =161.76× =168.447 （公式 5-10）13 31.4681.3相应的齿轮模数m= / =168.447/40=4.21，取 m4。115.2.3几何尺寸的计算（1）计算分度圆直径 m=4×43172mm， m4×87348mm1 1 2 2（2）计算分锥角=arctan(1/u)=arctan(43/187)= （公式 5-11）1 26.30= - =29026.3083.70（3）计算齿轮宽度b= = =227.47mm （公式 5-12）12+1/21.2×16887/432+1/2取 = =227mm。12表 5 标准直齿锥齿轮传动的几何参数13计算结果名称 代号小齿轮 大齿轮分锥角 26.30° 63.70°齿顶高 4 4齿根高 4.8 4.8分度圆直径 d 172 348齿顶圆直径 179.17 348.87齿根圆直径 163.39 346.94锥距 R 194.09 194.09齿根角 1.41° 1.41°顶锥角 27.71° 85.11°根锥角 24.89° 82.29°顶隙 C 0.8 0.8分度圆齿厚 S 6.28 6.28当量齿数 47.96 793.07齿宽 B 64 64146巧克力包装机的槽轮设计图 4 槽轮的设计表 6 槽轮各部分尺寸项目 计算公式（或依据）计算（或确定）结果项目 计算公式（或依据）计算（或确定）结果A A=Lsin(180/z) 75 T1 取 T1=30° 30°B 取 B=10 10 T2 取 T2=90° 90°D D=L(sinT1+cosT1-1)+d/2+(36) 80 d d=(1530) 20L L=（100200） 150 d1 d12L(1-sinT1)-d-2(36) 20R1 R1= LcosT1 260 d2 d22(L-D) 20157结论经过三个多月的努力，本次毕业设计中的巧克力包装机已经完成，在理论上，本设计的包装机能满足生产需求，使包装后的巧克力完好、美观。本设计中的包装机主要是对原来已有的巧克力包装机部分进行改进，意在能够快速、完美的包装出巧克力。本次设计的包装机主要有以下二个方面的改进：一、传动主轴与第一输出轴、第二输出轴采用一组圆锥齿轮传动，效率高。二、采用单基圆柱齿轮减速器进行减速，节约成本，占用空间小。在撰写完设计说明书后，也对包装机用 CAD 绘制了它的装配图和部分零件图，并且进行了公差和基本尺寸的标注。本次设计的包装机只是针对这一特定形状的巧克力而应用的，对于机器能否正常工作，则需要制作出实物后方能验证。本次设计的包装机也有许多地方需要改进，如：整个机器体积较大；在大部分各功能部件不换的情况下，只做稍微调整就能包装其他形状16和品种的糖果；提高生产效率等。通过本次设计，培养了初步掌握独立从事专业技术工作的能力，提高从事工艺和工艺装备设计的水平，使我初步掌握从事本专业科学研究工作的能力。通过毕业设计不但培养了我们运用各种工具书的方法和技巧，同时也培养了我们独立思考问题、解决问题的能力。通过翻阅查找各种工具书，扩大了视眼，丰富了自己的知识范围。参考文献1 尚浩久主编. 自动机械设计. 北京：中国轻工业出版社，1987，176254.2 尚浩久主编. 机械原理. 西安工业大学教研室，1988，143235.3 汤瑞. 自动机械设计. 上海：同济大学出版社，1994.4 邹慧君. 机械系统设计. 上海：上海科学技术出版社，1996.5 袁祖强.机械设计基础课程设计指导书A.北京：北京航空航天大学出版社，2013.6 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理A.北京：高等教育出版社，2006.177 陈国定，吴立言.机械设计A.北京：高等教育出版社，2013.8 郭克希，王建国.机械制图A.北京：机械工业出版社，2010.9 桂兴春，林艾光.液压与气压传动A.北京：北京航空航天大学出版社，2011.10 WangShuqing，DesignofDieCastingDieforEA111OilTankGeChundong，Automobile，1994.11 liwei,ApplicationofLostFoamCastingtoArtCasting,TechnicalQualityCenterofMachineryPlant，2006.18致 谢时间如流水，转眼间大学四年的时光即将结束。经过三个多月的努力，我的毕业设计也已进入尾声。四年的读书生活即将在这个季节结束，我也要进入一种新的生活中了。在此感谢我的指导老师牛博英老师，教授我们文化知识和指导我的毕业设计。毕业设计是对我们大学四年所学知识的一次总结，同时也是对我们各种能力的一次考验。设计过程中通过初步尝试、发现问题、寻找解决方法、确定方案的步骤，逐渐培养了我们独立思考问题的能力和创新能力，同时也使我们更加熟悉了一些基本的机械设计知识。本次设计几乎运用了我们所学的全部机械课程，内容涉及到机械设计、机械材料、力学、液压传动、机械图学等知识，以及一些生产实际方面的知识。通过设计巩固了理论知识，接触了实际经验，提高了设计能力和查阅文献的能力。最后再一次感谢所有在毕业设计中曾经帮助过我的良师益友和同学，以及在设计中被我引用或参考的论著的作者。