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糖果包裝機扭結(jié)手的設(shè)計
一、課程設(shè)計目的及內(nèi)容
（一）目的
包裝機械課程設(shè)計是專業(yè)課教學(xué)的一個重要實踐性環(huán)節(jié)，是機械零件課程設(shè)計的延伸，是包裝機械設(shè)計的一次全面訓(xùn)練，目的是：
1． 聯(lián)系實際生產(chǎn)，運用所學(xué)知識，培養(yǎng)獨立分析問題、解決問題的能力；
2． 利用“包裝機械設(shè)” 、“機械原理” 、“機械設(shè)計”等前序課知識，學(xué)會并掌握包裝機械的特點及方法；
3． 加強機械設(shè)計基本技能的訓(xùn)練，加強計算能力和運用有關(guān)設(shè)計資料、設(shè)計手冊、標準、規(guī)范及經(jīng)驗數(shù)據(jù)的能力的培養(yǎng)，加強機械繪圖能力的培養(yǎng)，綜合培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計的能力；
4． 鞏固和加強學(xué)生進行技術(shù)總結(jié)及編制技術(shù)文件的能力。
（二）內(nèi)容
本課程以間歇雙端扭結(jié)式糖果包裝機的扭結(jié)手作為設(shè)計課題，需學(xué)生兩周內(nèi)，完成糖果包裝機扭結(jié)手的全部設(shè)計，獲得包裝機械設(shè)計的基本訓(xùn)練。
1. 參數(shù)設(shè)計 根據(jù)課題設(shè)計任務(wù)，確定糖果包裝機扭結(jié)手主要構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式和尺寸參數(shù)、運動參數(shù)。
2. 方案設(shè)計 根據(jù)糖果包裝扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)形式、性質(zhì)及運動參數(shù)，擬定扭結(jié)手的機械傳動鏈、傳動系統(tǒng)圖、工作循環(huán)圖。計算并確定各級傳動的傳動比，齒輪傳動、凸輪傳動等傳動構(gòu)建的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸，擬定扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)方案圖。
3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)結(jié)構(gòu)方案圖，在正式圖紙上擬訂傳動構(gòu)件與執(zhí)行構(gòu)件的位置，然后依次進行執(zhí)行構(gòu)件設(shè)計、傳動系統(tǒng)設(shè)計、操縱機構(gòu)設(shè)計、密封及潤滑的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
二、設(shè)計要求
（一）根據(jù)課程設(shè)計任務(wù)書，在兩周時間內(nèi)，獨立完成糖果包裝機扭結(jié)手的設(shè)計。
（二）圖紙設(shè)計要求
1．圖量
1）完成0號圖一張，進行糖果包裝機扭結(jié)手總裝配圖的設(shè)計
2）完成3號圖三張，進行三個主要零件的零件圖設(shè)計
2．要求
1)設(shè)計方案必須合理
2）裝配圖必須表明扭結(jié)手的全部結(jié)構(gòu)、原理
3）標明每個機械零件的功能、形狀、尺寸、位置及相互聯(lián)接的方法、相互配合的性質(zhì)及運動關(guān)系；
4）必須標明所有配合尺寸、定位及聯(lián)結(jié)尺寸、位置及相互聯(lián)接方法、相互配合的性質(zhì)及運動關(guān)系；
5）必須由視圖及剖視圖組成，視圖完整，投影關(guān)系準確，線條及畫法、尺寸及配合的標注必須符合國家標準，技術(shù)條件齊全；
6）零件圖必須標清零件的形狀、大小及結(jié)構(gòu)、尺寸精度、表面粗糙度；形狀及位置公差，按國家標準繪制，技術(shù)條件齊全。
（三）設(shè)計說明書要求
設(shè)計說明書是設(shè)計的主要依據(jù)，內(nèi)容必須詳盡準確，必須使用工程術(shù)語，文字通順簡練，字跡工整，總文字不少于5000字。設(shè)計說明書具體包括：
1. 設(shè)計題目；
2. 用途與規(guī)格（生產(chǎn)能力）；
3. 運動參數(shù)、動力參數(shù)及主要結(jié)構(gòu)尺寸的確定；
4. 結(jié)構(gòu)形式、傳動方式、傳動系統(tǒng)的擬定，方案的論證，畫結(jié)構(gòu)草圖；
5. 機構(gòu)及主要零部件的設(shè)計、選用；
6. 主要零件、部件的強度、剛度設(shè)計計算校核；
7. 操縱機構(gòu)及潤滑方式的設(shè)計計算；
8. 設(shè)計說明書中的理論及計算公式要 注明出處；參考文獻標注規(guī)范。
三、扭結(jié)手工作原理
間歇式雙端扭結(jié)式糖果包裝機主要由料斗、理糖部件、送紙部件、工序盤以及傳動操作系統(tǒng)等組成，昌東系統(tǒng)如圖1所示。包裝機工作時，住傳送機構(gòu)帶動工序盤作間歇轉(zhuǎn)動，隨著工序盤轉(zhuǎn)動，完成對單層或雙層材料卷封糖果的雙端扭結(jié)包裝。調(diào)整主電機的轉(zhuǎn)速，即可調(diào)整包裝機的生產(chǎn)速度，從而適應(yīng)不同的包裝紙和糖果。
圖3工作循環(huán)圖
糖果經(jīng)包裝紙四面裹包后，兩端扭結(jié)封閉。糖果包裝機扭結(jié)手由左、右兩手組成，左右對稱布置，單端扭結(jié)手結(jié)構(gòu)示意如圖2所示，主要由扭結(jié)手、槽凸輪、擺桿、撥輪、齒輪及傳動軸等組成。為滿足包裝紙扭結(jié)的要求，在扭結(jié)過程中，鉗手應(yīng)完成自身的轉(zhuǎn)動、軸向移動和張合三種運動。輸入軸1的運動經(jīng)齒輪4、5、6、7傳動后，帶動鉗手2實現(xiàn)扭結(jié)轉(zhuǎn)動;輸入軸1的運動經(jīng)齒輪4、5帶動凸輪12轉(zhuǎn)動，經(jīng)過擺桿10、撥輪、傘輪3齒條3帶動鉗手的張、合運動；輸入軸1的運動經(jīng)齒輪4、5帶動槽凸輪12轉(zhuǎn)動，經(jīng)擺桿10、撥輪9實現(xiàn)鉗手的軸向位移運動。彈簧11使鉗手在復(fù)位時總保持張開的狀態(tài)，鉗手張合的角度的大小與軸向移動距離的大小，由凸輪12的曲線保證。齒輪5、齒輪6的齒數(shù)比，保證鉗手每張、合一次，鉗手旋轉(zhuǎn)一定的圈數(shù)。
根據(jù)包裝機各執(zhí)行機構(gòu)的運動規(guī)律及動作配合要求，可繪制出包裝機的工作循環(huán)圖，如圖3。當工序盤攜帶糖塊及包裝紙旋轉(zhuǎn)至扭結(jié)工位時，鉗手進行張合、旋轉(zhuǎn)和軸向位移，完成扭結(jié)工序。
扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示。扭結(jié)手的手動調(diào)整通過旋轉(zhuǎn)手輪15實現(xiàn)。左右扭結(jié)手之間距離及對稱度的調(diào)節(jié)，通過轉(zhuǎn)動螺桿16來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)動手輪螺桿16，改變擺桿10的下支點位置，帶動扭結(jié)手產(chǎn)生軸向位移。
四、設(shè)計步驟
（一）方案設(shè)計
1、 設(shè)計的要求：
1）、設(shè)計題目：糖果包裝機的機械扭結(jié)手設(shè)計。
2）、設(shè)計任務(wù)：
a、設(shè)計參數(shù)
生產(chǎn)能力：200~300塊/分鐘
包裝物尺寸：
①圓柱形：直徑13X長32mm
②長方形：長27X寬16X高11 mm
箱體外形尺寸：長320X寬230X高200 mm
傳 動 比：1：2.5
鉗手展開距離：30mm；包裝一次旋轉(zhuǎn)圈數(shù)2~3；鉗手軸向移動距離：5mm
包裝扭轉(zhuǎn)阻力矩：0.05Nm
2、 鉗手運動實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式
1） 鉗手實現(xiàn)張合運動，可采用多種不同結(jié)構(gòu)，如圖5所示，而且，需要一個復(fù)位裝置，一般采用彈簧進行復(fù)位。
2） 實現(xiàn)鉗手軸向移動的結(jié)構(gòu)形式有多種，圖6所示。不同的機構(gòu)形式，具有不同的優(yōu)缺點。端面凸輪一連桿一滑移齒輪方式，結(jié)構(gòu)緊湊；盤形凸輪一滑移齒輪方式，空間結(jié)構(gòu)比較大；四連桿機構(gòu)比較簡單，但體積比較大。
3） 實現(xiàn)鉗手轉(zhuǎn)動，可采用齒輪傳動、鏈傳動、帶傳動（同步帶）等方式。鏈傳動和帶傳動可實現(xiàn)遠距離傳動，帶傳動磨損較快；齒輪傳動結(jié)構(gòu)緊湊，傳動恒定，傳遞扭矩大。
3、 扭結(jié)手應(yīng)實現(xiàn)功能：
1） 鉗手可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動；
2） 鉗手可實現(xiàn)軸向直線運動 ；
3） 扭結(jié)手各運動相對關(guān)系可手動調(diào)整；
4） 扭結(jié)手可進行糖果的手動扭結(jié)包裝。
4、 確定扭結(jié)手的總體方案及總體布局
根據(jù)扭結(jié)手功能設(shè)計要求。對比不同機構(gòu)形式的特點，類比現(xiàn)有糖果包裝機扭結(jié)手形式，確定扭結(jié)手的總體方案及總體布局。初步確定扭結(jié)手箱體的總體尺寸320×230×200mm。
5、 初步擬定傳動方式，布置主要傳動件的位置。
6、 擬定扭結(jié)手的機械傳動鏈、傳動系統(tǒng)圖、工作循環(huán)圖。計算并確定各級傳動的傳動比，齒輪傳動、凸輪傳動等傳動構(gòu)件的結(jié)構(gòu)參數(shù)及尺寸。
7、 參考機械設(shè)計理論，對各元件（主要是軸承、齒輪、軸）進行初步的手里分析和強度校核。
（二）結(jié)構(gòu)設(shè)計
方案設(shè)計結(jié)束后，審定方案的合理，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。裝配圖的繪制與相關(guān)的設(shè)計、計算應(yīng)交替進行，相輔相成。
1、 傳動系統(tǒng)設(shè)計
傳動系統(tǒng)設(shè)計在機械零件課程設(shè)計的基礎(chǔ)上完成，主要包括：
1） 齒輪傳動設(shè)計 計算齒輪、斜齒齒輪傳動的中心距、模數(shù)、齒數(shù)及結(jié)構(gòu)尺寸（如分度圓、頂圓、跟圓、齒寬等）；
2） 凸輪傳動設(shè)計 計算凸輪的輪廓尺寸并進行強度校核；
3） 根據(jù)軸上零件的結(jié)構(gòu)尺寸以及支撐軸承的尺寸，確定各軸的結(jié)構(gòu)尺寸；
4） 對各軸的軸承潤滑及密封進行設(shè)計；
5） 對主要傳動軸的軸承進行受力分析
2、 各元件的空間布置、定位與支撐面結(jié)構(gòu)設(shè)計
3、 手動操作裝置的設(shè)計
4、 相對位置調(diào)整機構(gòu)的設(shè)計
5、 加黑，標注尺寸與公差配合，標注件號，填寫明細欄及裝配技術(shù)要求。
（三）零件圖設(shè)計
1、三件主要零件的設(shè)計，零件形式：軸類零件一件、齒輪零件一件、凸輪零件一件。為防止學(xué)生之間有重復(fù)，零件的確定必須經(jīng)指導(dǎo)老師指定。
2、要求：
1）零件工作圖視圖完整，必須表明零件的結(jié)構(gòu)、形狀、大小。
2）注明零件所有表面的尺寸、尺寸公差、表面粗糙度、形狀及位置公差。
3）技術(shù)條件齊全。
（四）撰寫設(shè)計計算說明書
五、計算說明
（一）、齒輪的計算
設(shè)扇形齒輪的全齒數(shù)Z為17，模數(shù)M為1.25，齒條厚度L=40mm齒條厚度Hz為9，扇形齒輪轉(zhuǎn)過的角度為β。則
齒輪中心距Dz=MZ+Hz=17×1.25+9=30.25mm。
∠AO1B=2arcsin(l/4L)=2arcsin（15/2/40）=21.62°
[β]=Kβ=1.2×21.62°=25.95°。
△S9=[β]mZ/360°=25.95°×1.25×17/360°=1.532mm
[S9]=Ks9*S9=1.2×1.532=1.838mm
圖6
（二）凸輪的計算
前面已給出凸輪圖。設(shè)L1=5mm，L2=10mm，已知S8=5mm，則槽輪中S8軌道的行程S8c滿足：
于是確定工作循環(huán)圖中對應(yīng)曲線的最大位移為S8c。討論S9對應(yīng)槽輪曲線。如上圖中手爪由左向右移動過程中對應(yīng)于165°點，手爪處于最左側(cè)，同時處于張開狀態(tài)，并開始閉合到195°點完全閉合。此過程中構(gòu)件9相對于構(gòu)件8移動的距離為△S9（上面已求出），對應(yīng)于槽輪12中S9的對應(yīng)軌道行程S9c：
（三）應(yīng)力計算
圖7
已知 T=0.05Nm=500Nmm，小齒輪分度圓直徑 ，嚙合角，則計算出：
圓周力
徑向力
法向載荷 。
（四）配合說明
本次課程設(shè)計扭結(jié)手是可進行轉(zhuǎn)動，軸向移動，鉗手的張合三種運動。就要求有間隙配合（如扭結(jié)軸和齒條軸的配合），過度配合（如扇形齒輪的固定）、過盈配合（如套筒和軸之間的配合）。具體的配合關(guān)系和公差詳見附圖。
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