课程设计说明书
课程名称 机械原理课程设计 题目名称 巧克力糖自动包装机 专 业 机械设计制造及其自动化 姓 名 梁灿辉 指导教师 张恩光老师
2014 年 11 月 15 日
目录
一、设计任务书 .................................................................................................................................................. 1
1、设计题目 ..................................................................................................................................................... 1
2、原始数据及设计要求 ................................................................................................................................. 1 3、设计任务 ..................................................................................................................................................... 2
二、设计方案的拟定、选择以及评价 .............................................................................................................. 2
1、方案的拟定和选择 ..................................................................................................................................... 2
2、方案的评价 ................................................................................................................................................. 4
三、巧克力糖包装机的工艺确定 ...................................................................................................................... 5
1、工艺方案 ..................................................................................................................................................... 5
2、方案选择 ..................................................................................................................................................... 5
3、粒状巧克力包装机的总体布局 .................................................................................................................... 5
3.1粒装巧克力糖包装机机构简图 ................................................................................................................. 6
3.2执行机构简图 ............................................................................................................................................. 6 3.3折纸机构 ..................................................................................................................................................... 7 3.4送纸与切纸机构 ......................................................................................................................................... 7 3.5推糖机构 ..................................................................................................................................................... 7 3.6其他 ............................................................................................................................................................. 8
3.6.1盘形机构 .......................................................................................................................................... 8 3.6.2卸糖机构 .......................................................................................................................................... 9
4、巧克力糖包装机的工作循环图 .................................................................................................................... 9
4.1执行机构的运动循环图 ............................................................................................................................. 9
4.2执行机构周期确定 ................................................................................................................................... 10 4.3机构初始状态设置 ................................................................................................................................... 10 4.3传动机构传动比计算 ................................................................................................................................11
五、曲柄滑块机构 ............................................................................................................................................ 12
5.1曲柄滑块机构的设计 ............................................................................................................................... 12
5.2曲柄滑块机构的运动线图 ....................................................................................................................... 12
六、粒状巧克力糖包装机的齿轮机构设计 .................................................................................................... 21 七、巧克力糖包装机的凸轮机构 .................................................................................................................... 13
7.1顶糖凸轮机构设计 ................................................................................................................................... 13
7.1.1 凸轮机构轮廓曲线设计结构示意图 ............................................................................................ 14 7.1.2顶糖凸轮机构平底从动件位移曲线图 ......................................................................................... 14 7.2送纸滚筒凸轮机构设计 ........................................................................................................................... 15 7.3折纸凸轮机构设计 ................................................................................................................................... 17 7.4压糖凸轮及剪纸凸轮设计 ....................................................................................................................... 19
八、总结 ............................................................................................................................................................ 24
参考文献 ......................................................................................................................................................... 25
一、设计任务书
1、设计题目
设计巧克力糖自动包装机。包装对象为圆台状巧克力糖（图6），包装材料为厚0.1mm的金色铝箔纸。包装后外形应美观挺拔，铝箔纸无明显损伤、撕裂和褶皱（图7）。包装工艺方案为：纸坯型式采用卷筒纸，纸片水平放置，间歇剪切式供纸（图8）。包装工艺动作为：
（1）将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，先后向大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。
图1 圆台状巧克力糖尺寸 图2 包装后的巧克力
图3 包装工艺动作过程
2、原始数据及设计要求
（1）铝箔纸尺寸为64mm 64mm
（2）巧克力糖小端直径17mm，大端直径24mm，高12mm。 （3）生产率为60块/min
（4）锥面成形机构不论采用平面连杆机构、凸轮机构或者其他常用机构，要求成形动作
尽量等速，启动与停顿时冲击小。
（5）电机转速为960r/min
3、设计任务
（1）执行机构选型与设计：构思出至少3种运动方案，并在说明书中画出运动方案，经过所有运动方案，经过所有运动方案，并在说明书中画出运动方案草图，经过所有运动方案进行分析评价后，选择其中的最优方案进行详细设计。
（2）机构运动协调设计：对选择的方案画出机构运动循环图。 （3）传动系统的设计。
（4）对系统运动方案进行机构的尺寸综合。 （5）用UG软件对机构系统进行运动仿真。
（6）用UG软件对机构系统进行动力学分析，并画出输出机构的位移、速度和加速度线图。 （7）画出最终方案的机构运动简图。
二、设计方案的拟定、选择以及评价
1、方案的拟定和选择
图4 方案一设计简图
图5 方案二设计简图
图6 方案三设计简图
小组讨论中发现方案三过于复杂并且加工成本高，不易用UG运动仿真。机构之间的传动也存在很大的局限性。而方案三虽然结构简单，但是巧克力糖纸的加工效率却很难达到。与另外两个方案相比之下，方案一传动紧凑，加工效率高并且可以用UG进行仿真，所以经小组成员一致决定采用方案一。
2、方案的评价
（1）方案的评分
表一 方案评价表
总分：A1=9⨯0.2+8⨯0.1+7⨯0.1+9⨯0.3+8⨯0.2+7⨯0.1=8.3
+7⨯0.+1⨯60+.1⨯8+0.3⨯6+0.⨯2 8= A2=6⨯0.2
A3=8⨯0.2+8⨯0.1+8⨯0.1+7⨯0.3+8⨯0.2+6⨯0.1=7.5 结果选取方案一。 （2）结论与评价
方案中大部分用了四个凸轮机构，三个间歇机构，一个连杆机构，虽然机构总体可靠性高，但是期间的传动较为复杂，不易仿真。经老师和小组成员一致决定将原先任务要求的一个电动机，改为四个电动机。这样既降低了方案的难度，也同样能达到锻炼学生的能力的目的。
方案中的四个凸轮机构中主要用于压紧，虽然凸轮属于高副接触，易磨损，但是结构简单、紧凑，只需要设计适当的凸轮轮廓，便可以达到预期的运动效果。
方案中的送料、送出运动用的是槽轮间歇机构，但考虑到不完全齿轮机构更多用于生产线上，并且送料的运动中传动速度不高，符合本次设计要求。不完全齿轮虽然加工比较复杂，但是设计灵活，从动轮的运动角范围大，很容易一个周期实现多次动、停不等的间歇运动，
并且利于运动仿真，相对于槽轮机构来说更为合适。
三、巧克力糖自动包装机的工艺确定
1、工艺方案
巧克力糖果从浇注成型机出口进入送糖传送带，送糖传送带匀速将糖果挨个送给曲柄滑块推糖机构，推糖机构滑块开有圆形凹槽，能把糖果精准地推到垫有包装纸盘形机构上，再由压糖机构将糖压入盘形机构圆形凹槽中，迫使包装纸紧贴糖。在每次将糖果送给压糖机构之时，完成一次送纸的动作；由于压糖凸轮内嵌入了剪纸的凸轮，并保持一定的角度（即有时间先后关系），所以在压糖之前先进行了剪纸的动作。当压糖机构完成动作时，槽轮带动盘形机构转过90度，此时由折纸机构先后将包装纸压平，完成之后盘形机构再次转过90度，此时先有顶糖机构先将糖顶出圆形凹槽，最后由卸糖机构将包装包装好的糖送入卸糖的传送带。
值得说明的是：面压迫成型斜曲压迫成型时，应保持适当的间隙，大端面铝箔纸应该渐被压入；由于采用的是卷筒纸，铝箔纸依靠滚筒的摩擦力进给，两滚筒之间间隙应适当， 并且应使铝箔纸平行且轻贴与导轨，导轨上开一个宽64mm，深0.01mm的矩形长槽。
2、方案选择
电动机转速为960r／min
糖果包装数为60个／min
3、巧克力糖自动包装机的总体布局
3.1巧克力糖自动包装机机构简图
3.2执行机构简图
巧克力糖自动包装机
1、折纸凸轮 2、折纸挡板 3、卸糖盘 4、出糖传送带 5、盘形机构
6、剪纸刀 7、卷筒纸 8、上摩擦轮 9、送糖传送带 10、推糖四杆机构
3.3折纸机构
3.4送纸与切纸机构
3.5推糖机构
参照第6部分，采用e=0的对心曲柄滑块机构，机构无急回特性
参数：曲柄长度L1=29mm，从动杆L2=87mm，滑块最大行程s=58mm。
3.6其他 3.6.1盘形机构
3.6.2卸糖机构
4、巧克力糖自动包装机的工作循环图
4.1执行机构的运动循环图
4.2执行机构周期确定
工作正常的情况下完成一个糖包装工作为一个周期T。 推糖曲柄滑块机构与卸糖机构为匀速圆周运动，周期分别为T，2T
盘形机构: 转动时间 送纸机构： 送纸时间 剪纸机构： 剪纸时间 压糖机构： 近休时间 远休时间
TZ=
T4
停下时间
TT=
3T4
TS=
T
4（送纸与盘形机构转动同步） T
8（剪纸在送纸结束时执行） T4
TJ=
TC1=
推程时间
TD1=
3T8
TF1=
T8
回程时间
TU1=
T4
T4
折纸机构1： 近休时间 TC2=T 推程时间
2
TD2=
远休时间
TF2=
T8
回程时间
TU2=
T8
折纸机构2： 近休时间
TC3=
TT
TD3=
2 推程时间 4
远休时间
1/4周期）
TF3=
T8
回程时间
TU3=
T
8（注：折纸机构
1先于折纸机构2，
顶糖机构： 近休时间 远休时间
TC4=
T4
推程时间
TD4=
T4
3T8
TF4=
T8
回程时间
TU4=
4.3机构初始状态设置
设置机构的初始状态是为了方便安装与调试，能够更好得了解机构各个时间段的分配情况。 表二 机构初始状态
4.3传动机构传动比计算
1.减速装置的设计计算：电动机转速为960r／min，糖果包装数为120个／min。降速比为i=8由于传送带需较高的转速，故减速箱降速比i取4。
2．带轮传动：带轮传动比由送糖传送带与出糖传送带所需速度大小自行调节 3.锥齿轮：模数为2齿数皆为20，传动比i=1 4.槽轮：4个直槽 传动比i=4
5.锥齿至槽轮：总降速比i=8,减速箱降速4，此传动比为2 6．锥齿至曲柄滑块：与槽轮相同的周期故传动比为2 7.槽轮至折纸凸轮：周期相同故i取1
8.链轮：送纸机构要获得与槽轮相同的周期 故传动比i=2 9. 其余齿轮皆为传递运动 所以传动比皆为1
五、曲柄滑块机构
5.1曲柄滑块机构的设计
曲柄滑块机构的设计主要用于进糖机构中进行推入到模具槽中，采用的对心曲柄滑块机。 参数：偏心距e=0，θ=0曲柄长度L1=29mm，从动杆L2=87mm，滑块最大行程s=58mm。
图7 曲柄滑块机构
5.2曲柄滑块机构的运动曲线图
图8 曲柄滑块机构的位移曲线图
图9 曲柄滑块机构的速度曲线图
图10 曲柄滑块机构的加速度曲线图
六、巧克力糖自动包装机的凸轮机构
6.1压糖凸轮机构设计
压糖机构主要使用的是偏心盘形凸轮机构，主要作用是将糖压入模具中，以完成包装的
动作。由于机构中对压糖动作要求不高，所以设计凸轮机构时，采用将两个偏心圆用曲线相连的办法进行设计，其中基圆半径r=20,偏心圆半径r1=12,偏心距e=20。
图11 压糖凸轮机构
6.1.1 凸轮机构轮廓曲线设计结构示意图
6.1.2压糖凸轮机构的运动曲线图
图12 压糖凸轮机构的位移曲线图
图13 压糖凸轮机构的速度曲线图
图14 压糖凸轮机构的加速度曲线图
6.2剪纸凸轮机构设计
该凸轮机构使用的是对心平底直动从动件盘形凸轮机构，主要作用是当纸筒送纸时将剪指刀顶起，基圆半径r=16，推程h=10，近休角40°，推程角25°，远休角270°，回程角25°推程、回程皆为简谐运动规律。
图15 剪纸凸轮机构
6.2.1凸轮机构轮廓曲线设计结构示意图
6.2.2剪纸凸轮机构的运动曲线图
图16 剪纸凸轮机构的位移曲线图
图17 剪纸凸轮机构的速度曲线图
图18 剪纸凸轮机构的加速度曲线图
6.3折纸凸轮机构设计
折纸凸轮为偏心盘形凸轮，利用等臂杠杆原理使得另一头折纸挡板转过相对应的角度，连续顶起连个折纸板，从而起到了一前一后的折纸效果。基圆半径r=20,偏心圆半径r1=15，偏心距e=35， 杆长L=200. 。
6.3.1凸轮机构轮廓曲线设计结构示意图
6.3.2折纸凸轮机构的运动曲线图
图19 折纸凸轮机构的位移曲线图
图20 折纸凸轮机构的速度曲线图
图21 折纸凸轮机构的加速度曲线图
6.4顶糖凸轮机构设计
顶糖凸轮与压糖凸轮设计原理相同。
顶糖机构主要使用的是偏心盘形凸轮机构，主要作用是将包装好的糖从模具中顶出，便卸糖机构将其送上传送带。由于机构中对顶糖动作要求不高，所以设计凸轮机构时，采用将两个偏心圆用曲线相连的办法进行设计，其中基圆半径r=20,偏心圆半径r1=14,偏心距e=20。
6.4.1凸轮机构轮廓曲线设计结构示意图
6.1.2顶糖凸轮机构的运动曲线图
图22 顶糖凸轮机构的位移曲线图
图23 顶糖凸轮机构的速度曲线图
图24 顶糖凸轮机构的加速度曲线图
七、巧克力糖自动包装机的齿轮机构设计
表三 不完全机构齿轮、曲柄滑块机构齿轮、折纸机构齿轮
表四 卸糖机构齿轮
表五 减速机内部齿轮与送纸机构传动齿轮
表六 锥齿轮参数
八、巧克力糖自动包装机传动总览
图25 原方案
上图为原先设计的巧克力糖自动包装机，该方案符合课本任务要求，采用一个原动
机传动，但是在仿真过程中却极其复杂，仿真容易失败。经老师和小组成员讨论一致决定将其改为四个原动机传动，在降低难度的基础上，达到原先的任务要求。
图26 修改后的方案
九、总结
由于在设计方面我们没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现问题，如：在选择计算传动间可能会出现误差，如果是联系紧密或者循序渐进的计算误差会更大，在查表和计算上精度不够准确。 课程设计运用到了很多知识，使我对以前学习的知识有了更深刻的体会。同时，在使用UG进行运动仿真的过程中，我们熟悉了传动命令、草图的建立，文件的保存操作。软件也有很多不完善的地方，比如需要不断的更新的新的运算。机械设计的过程需要不断的积累经验，增长自己对机械设计的理解和相关的知识，需要在不断的实践中熟练设计的过程，需要查阅许多的相关的资料，熟悉各种标准的查询也非常的重要。
通过课程设计，基本掌握了运用绘图软件制图的方法与思路，对使用UG有了进一步的加深，能独立完成所有零件的创建和零件间运动仿真。在课程设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中也培养出了我们的团队精神，大家互相帮助，互相询问，许多个人无法解决的问题都迎刃而解了，在这些设计，建模的过程中我深刻地认识到了自己在知识的理解和应用方面的不足，在今后的学习过程中我会更加注意这方面的加强。
参考文献
[1] 张传敏，张恩光，战欣.机械原理课程设计.[M].广州：华南理工大学出版社，2012年8
月.
[2] 秦荣荣，崔可维.机械原理 .[M].北京：高等教育出版社，2006年3月.
[3] 刘向阳，占向辉，张恩光，等.UG NX4.0中文版CAD详细教程[M].北京：清华大学出版
社，2007.
[4] 谭庆昌，赵洪志.机械设计.[M].北京：高等教育出版社，2008年3