【正文】 于電腦的智能型儀器將成為食品包裝機(jī)械控制器的新趨勢。今后要想在包裝市場取得一席之地，高效率的客戶服務(wù)與機(jī)械維修也將是包裝機(jī)械公司制造商所必須考慮的事情。首先可以使設(shè)計(jì)者了解到世界上先進(jìn)的包裝技術(shù)。第2章 糖果包裝機(jī)方案設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求已知條件：把已加工成型的圓臺狀巧克力糖用鋁箔紙包裹起來，并逐個(gè)輸出，巧克力糖的形狀尺寸大小如圖。要求巧克力糖包裝后外觀美觀，鋁箔紙無明顯損傷、撕裂。圖21 巧克力的尺寸 建立黑箱糖果包裝機(jī)黑箱圖見圖22。將黑箱轉(zhuǎn)變?yōu)榘紫?。圖23技術(shù)過程簡圖 引進(jìn)技術(shù)系統(tǒng)，確定邊界其系統(tǒng)及邊界如圖24所示。其中扭結(jié)式包括單扭結(jié)和雙扭結(jié)兩種形式。因此，在開始設(shè)計(jì)機(jī)器的工藝時(shí)，首先應(yīng)對人工包裝動作進(jìn)行分析和研究，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行提高，現(xiàn)做如下分析：產(chǎn)品的特征：粒狀巧克力糖呈圓臺形，輪廓清楚，但質(zhì)地疏松，容易碰傷。例如產(chǎn)品的夾緊力要適當(dāng)。首先要解決好產(chǎn)品的上料問題。如果采用料倉式上料機(jī)構(gòu)，則需要人工定時(shí)放料。包裝材料：食品包裝材料應(yīng)十分注意衛(wèi)生。一般包裝的速度較高，紙張的拉力越大，紙容易拉斷。包裝工藝方案的擬定根據(jù)人工包裝動作順序，針對產(chǎn)品包裝質(zhì)量的要求，務(wù)必使包裝過程不損傷產(chǎn)品的表面，包裝紙要緊貼巧克力糖，而且小端和圓臺側(cè)面的鋁箔紙要平整、光滑、美觀。包裝工序分解圖如圖25所示。功能是對于某產(chǎn)品的特定工作能力的抽象化的描述，它可定義為一個(gè)技術(shù)系統(tǒng)在以實(shí)現(xiàn)某種任務(wù)為目標(biāo)時(shí)，其輸入量和輸出量之間的相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。 功能分解從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)看，系統(tǒng)可以分解為一些子系統(tǒng)，那么一個(gè)系統(tǒng)的總功能也應(yīng)該可以分解為一些分功能。這樣一個(gè)過程，稱為“功能分析”。圖26 包裝機(jī)的功能分解 包裝機(jī)的總體方案設(shè)計(jì)1．機(jī)型選擇從產(chǎn)品的數(shù)量上看，屬于大批量生產(chǎn)。從產(chǎn)品的工藝過程看，選擇回轉(zhuǎn)式工藝路線多工位自動機(jī)型。自動機(jī)采用六槽槽輪機(jī)構(gòu)作步進(jìn)傳送。機(jī)器其總體布置如圖27所示。開閉由機(jī)械手開合凸輪，控制，該凸輪的輪廓線是由兩個(gè)半徑不同的圓弧組成，機(jī)械手的夾緊主要靠彈簧力。因此他們的運(yùn)動循環(huán)設(shè)計(jì)必須遵循空間同步化的設(shè)計(jì)原則，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是應(yīng)予充分重視。因此在接糖桿的頭部采用橡皮類彈性元件制成。圖28 抄紙和撥糖機(jī)構(gòu)(4) 工位間步進(jìn)傳送機(jī)構(gòu)、工件在工位間的步進(jìn)傳送，即鉗糖手的間歇轉(zhuǎn)位，由六槽槽輪機(jī)構(gòu)帶動兩組螺旋齒輪副分別傳動機(jī)械手的轉(zhuǎn)盤和送糖盤，見第二章的傳動系統(tǒng)圖。但為了實(shí)現(xiàn)糖果包裝機(jī)的總功能，這些各自獨(dú)立的動作又必須相互配合。它是機(jī)器各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)圖按同一時(shí)間比例繪制的總圖，表示各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動循環(huán)相對于主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動作順序。運(yùn)動循環(huán)圖可用來核算機(jī)器的生產(chǎn)率，并通過分析運(yùn)動循環(huán)圖，從中尋找提高機(jī)器生產(chǎn)率的途徑，可用來指導(dǎo)各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，還可用來檢驗(yàn)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)中執(zhí)行構(gòu)件的動作是否緊密配合、相互協(xié)調(diào)。巧克力糖包裝機(jī)工作循環(huán)圖如圖31所示。,此時(shí)機(jī)械手、送糖盤轉(zhuǎn)位60176。時(shí)停止供紙。在分配軸轉(zhuǎn)位110176。2．在分配軸轉(zhuǎn)位127176。緊接著頂糖機(jī)構(gòu)開始啟動，它慢慢地向上運(yùn)動。時(shí)，接糖機(jī)構(gòu)運(yùn)動到其行程的最下端，也就是送糖盤的上表面，而此時(shí)頂糖機(jī)構(gòu)也行進(jìn)到送糖盤的下表面，所以此時(shí)的接糖機(jī)構(gòu)與頂糖機(jī)構(gòu)間距剛好為一粒巧克力糖的高度為12mm，隨后它們就保持這樣的間距作同步平移運(yùn)動。剪紙機(jī)構(gòu)運(yùn)動極端位置，以實(shí)現(xiàn)剪紙功能，隨后快速退回。時(shí)，退至原位，直至下一循環(huán)分配軸轉(zhuǎn)位127176。5．在分配軸轉(zhuǎn)位220176。時(shí)完全閉合，期間實(shí)現(xiàn)的是巧克力糖包裝的折邊功能。時(shí)，頂糖機(jī)構(gòu)也運(yùn)動到了機(jī)械的上表面，它與頂糖機(jī)構(gòu)的間距始終是巧克力糖的高度為12mm。7．到分配軸轉(zhuǎn)位300176。8．到分配軸轉(zhuǎn)位310176。左右又開始啟動。時(shí)抄紙功能實(shí)現(xiàn)完畢，直到下一循環(huán)分配軸轉(zhuǎn)位10176。而此時(shí)接糖機(jī)構(gòu)也退回到了起始位置，保持不動，直到下一循環(huán)的110176。 機(jī)械手Ⅱ工位段最后來研究分配軸轉(zhuǎn)位與機(jī)械手轉(zhuǎn)位、撥糖機(jī)構(gòu)及Ⅱ工位機(jī)械手開合的關(guān)系1．當(dāng)循環(huán)一開始，機(jī)械手剛開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，撥糖機(jī)構(gòu)恰好離開機(jī)械手，慢慢退回，到分配軸轉(zhuǎn)位60176。時(shí)，撥糖機(jī)構(gòu)又運(yùn)動到了機(jī)械手的上方，而此時(shí)的機(jī)械手已轉(zhuǎn)到位，靜以待命。左右Ⅱ工位機(jī)械手開始張開，直到170176。3．到分配軸轉(zhuǎn)位240176。 第4章 傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)的作用是將原動機(jī)的運(yùn)動和動力傳遞給工作機(jī)，以完成預(yù)期的功能。傳動機(jī)構(gòu)在使用中最主要的目的是為了實(shí)現(xiàn)速度或力的變換，或?qū)崿F(xiàn)特定運(yùn)動規(guī)律的要求。 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖傳動系統(tǒng)圖結(jié)構(gòu)簡圖如圖41所示。選擇原動機(jī)時(shí)應(yīng)考慮以下因素1．必須考慮到現(xiàn)場的能源供應(yīng)情況。2．必須考慮到原動機(jī)的機(jī)械特性和工作制度與工作機(jī)相匹配。4．必須考慮到工作環(huán)境的因素。5．必須考慮工作可靠，操作簡易，維修方便。此外，所選原動機(jī)的額定功率必須滿足負(fù)載需要，但也不宜過大。因?yàn)樵O(shè)計(jì)中涉及的都是低速輕載荷工作條件。但可以從相似的機(jī)器和由經(jīng)驗(yàn)粗取。；帶輪無級變速機(jī)構(gòu)為i=～；鏈輪機(jī)構(gòu)傳動比為i=；分配軸手輪上的齒輪i=1；槽輪為i=3；機(jī)械手及進(jìn)出糖機(jī)構(gòu)上的兩對齒輪副的傳動比都為 i=2。（此處功率只用于軸的設(shè)計(jì)） 帶傳動系統(tǒng)計(jì)帶輪傳動是無級變速機(jī)構(gòu)，使得巧克力糖果包裝機(jī)的生產(chǎn)率可以在一定的范圍內(nèi)變動。因帶和帶輪間有相對滑動（彈性滑動），所以不能嚴(yán)格保證一定的傳動比（一般為理論轉(zhuǎn)速的98～99%）；有一定的摩擦損失，通常傳動效率為90～97%；由于傳動帶需要張緊，因此軸和軸承受力較大。傳動的功率 P= kw大小輪的轉(zhuǎn)速、分別為= 250～375 r/min ，=1440 r/min帶傳動設(shè)計(jì)要求帶的類型、長度、根數(shù)為選用 V帶；帶輪的尺寸、材料、結(jié)構(gòu)；中心距a；作用于軸上的力R 帶傳動設(shè)計(jì)過程由帶傳動的特性可知，按大傳動（即小轉(zhuǎn)速）比進(jìn)行設(shè)計(jì) 帶傳動傳遞的名義功率N可由工作部分計(jì)算，如工作部分計(jì)算困難也可簡單以電機(jī)的額定功率代替，但設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)應(yīng)考慮機(jī)器工作載荷的性質(zhì)和連續(xù)工作時(shí)間長短的影響，其計(jì)算功率Pca的計(jì)算公式如下 Pca =PKg （41）式中P——機(jī)器的名義功率（kw）式中K g——工作情況系數(shù)因?yàn)樵搨鲃拥妮d荷平穩(wěn)，每天工作時(shí)間小于10小時(shí)所以取Kg=Pca== kw2．選定三角帶型別三角帶型別決定了帶的截面，型別過大，雖然減少了膠帶的根數(shù)，但帶高h(yuǎn)大，帶高與帶輪直徑的比值（h：D）也就大，因而會增大傳動時(shí)的彎曲應(yīng)力，降低膠帶壽命和效率。而型別太小，彎曲應(yīng)力雖小，但能傳遞的功率也小，使根數(shù)過多，容易因制造誤差而造成膠帶松緊不一。、1440r/min。3．確定大小帶輪的直徑DD2取大帶輪D2=300mm為實(shí)現(xiàn)傳動比1/～1/所以D1=～則取D1=50mm～80mm也就是小帶輪的最小直徑為50mm其最大直徑為80mm。帶速太高會因膠帶離心力太大而降低帶和帶輪間的正壓力，從而降低摩擦力，降低工作能力，同時(shí)會因σc過大，而降低疲勞強(qiáng)度。若Z、A、B、C型V帶帶速大于35米/秒，輪徑應(yīng)重選。5．計(jì)算中心距a，帶長L粗選中心距a0中心距過大，雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但帶長亦小，應(yīng)力變化加快，使使用壽命降低，并使包角α2減小，摩擦力降低，傳動能力減??；中心距過大，除有相反的利弊外，還易因速度較高引起膠帶顫動。 因此粗選中心距a0應(yīng)滿足如下的范圍（D1+D2）≤a0≤2（D1+D2）初步取中心距為a0=400mm由a0確定膠帶節(jié)線周長Ld選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1400mm計(jì)算實(shí)際中心距amm6．驗(yàn)算小輪包角α1三角膠帶傳遞最大摩擦力是小輪包角范圍內(nèi)摩擦力的總和。小輪包角可按下式計(jì)算因?yàn)棣?≥120176。7．確定膠帶根數(shù)Z工作中常將幾根三角膠帶成組使用，各型三角膠帶斷面積一定，這樣，在一定條件下單根三角膠帶所能傳遞的功率也是一定的。這樣，膠帶根數(shù)Z可由下式求得 （43）式中 Pca——傳遞的計(jì)算功率Pca= kwP0包角a1=a2=180176。所以軸上壓力該帶傳動可以實(shí)現(xiàn)無級變速功能。圖42 帶輪機(jī)構(gòu) 鏈傳動設(shè)計(jì) 鏈傳動優(yōu)缺點(diǎn)1．優(yōu)點(diǎn)與摩擦傳動的帶傳動相比，它無彈性滑動和打滑現(xiàn)象；能夠保持準(zhǔn)確的平均傳動比；傳動效率高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用在軸上的徑向壓力較??；其結(jié)構(gòu)較緊湊；制造與安裝精度要求較低，成本低廉。 鏈傳動的設(shè)計(jì)過程已知條件：傳動比i=，電動機(jī)的功率P1=，轉(zhuǎn)速為250～375r/min。2．確定計(jì)算功率PcaPca=KAP （46）式中 KA——工作情況系數(shù)， KA =式中 P——傳遞的功率P= P 1η1；η1為帶的傳動效率；得：η1=；所以P== kw所以Pca=1= kw3．確定鏈條的節(jié)數(shù)LP初定中心距a0=40p,取LP=112節(jié)；4．確定鏈節(jié)距p按小鏈輪的轉(zhuǎn)速估計(jì)，鏈工作在功率曲線頂點(diǎn)左側(cè)時(shí)，可能出現(xiàn)鏈斑疲勞破壞。同時(shí)也證實(shí)原估計(jì)鏈工作在額定功率曲線左側(cè)是正確的。5．鏈傳動的中心距a和鏈長LL=LPP/1000=mmmm=379mm中心距減少量a=（~）a=（~）379mm=~實(shí)際中心距a′=a△a=379（~）mm=~取a′=378mm6．驗(yàn)算鏈速m/s與原假設(shè)相符7．鏈傳動作用在軸上的力（壓軸力）FP FP=KFFe （47）Fe為鏈傳遞的有效圓周力，單位為NN式中 KF壓軸力系數(shù) 因?yàn)槭谴怪眰鲃?，所以取KF=FP=520=546N8．鏈輪的尺寸計(jì)算小鏈輪：選擇三圓弧一直線的齒形分度圓直徑mm齒頂圓直徑da1=p[+cot（180176。/17）=56mm分度圓弦齒高h(yuǎn)a===齒根圓直徑df=dd1==齒側(cè)凸緣mm取dg=40mm；h2為內(nèi)鏈板高度大鏈輪：選擇三圓弧一直線的齒形分度圓直徑mm齒頂圓直徑da1=p[+cot]=[+cot]=135mm分度圓弦齒高h(yuǎn)a===齒根圓直徑df=dd1==齒側(cè)凸緣 mm取dg=120mm h2 為內(nèi)鏈板高度（由查表得）其尺寸形狀如圖43所示。圖43 連輪傳動機(jī)構(gòu) 齒輪傳動的設(shè)計(jì) 齒輪材料要求由齒輪的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動時(shí)，應(yīng)使齒面具有較高的抗磨損、抗點(diǎn)蝕、抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷能力。 分配軸上螺旋齒輪的設(shè)計(jì)軸空間布置如圖44所示。1．選擇材料(1) 齒輪傳動為斜齒輪傳動，主要傳遞運(yùn)動 (2) 精度等級7級(3) 由于兩齒輪的大小都一樣，選擇兩齒輪的材料都為45鋼，調(diào)質(zhì)。因此取β1=β1=45176。但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=。按照原