0004-春卷自动成型生产线上包装成型部分的机械结构设计【全套4张CAD图+文献翻译+说明书】
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  • 导言

    春卷,是中国的传统食品之一,随着社会的发展和人民生活水平的逐步提高,这一传统食品不仅越来越受到国人们的青睐,也渐渐博得许多外国人的喜爱。因此,无论国内外对春卷的需求仍在日益上升。然而,多年来,我国的春卷生产一直停留在落后的手工操作水平上,生产效率低下,根本不能满足当前的社会需要。不仅劳动量大而繁重,而且在质量方面和许多标准受到限制而难以提高。尽管近两年来,国内已有春卷皮机问世并投产,为这传统的手工操作减轻了一大负担,但春卷的成型仍旧依靠手工实现,并未完全摆脱手工操作。显然,这与人们日益提高的质量和卫生要求不相适应。与此同时,机械化,自动化生产已被广泛运用于各个生产领域。因此改变手工成型春卷势在必行。面对国内当前还没有全自动春卷成型机这一市场空白,我们提出设计课题,力求设计的机器能生产出高质量且合乎卫生标准的春卷,以开发这片前景光广阔的市场。
    由于这是新课题,无现成经验可循,可参考的数据极少,且国内外相关技术保密,我们只能尽己所学所能,模拟手工操作中的功能性动作,从可行性,合理性及规范性出发进行设计,至于强度校核,寿命及优化性等方面,还有待样机制成后根据实际工作情况来权衡和实验,以进一步改进。
    我们的设计原则是低成本,高效率,安全耐用,动作准确可靠,外形美观大方,择最优方案,力求结构紧凑,布局合理。由于时间仓促,我们的实际经验有限,许多原始材料缺乏,我们的设计还欠缺完善,所以仍需不断改进,安全自动春卷成型机早日问世投产,为春卷生产自动化的发展尽我们绵薄之力感到欣慰。

    设计任务书
    机器名称:全自动春卷成型机
    生产能力:1000个/小时
    (即3.6秒生产出一个春卷)
    产品规格:长X宽X高(mm)---90X20X20
    春卷皮规格: 长X宽(mm)---150X150
    厚度(mm)----0.6-0.8
    春卷陷规格:长X宽X高(mm)---80X15X15
    设计要求:
    该机系食品机械,且整个生产过程与食品接触,在使用过程中须经常用水清洗,即该机工作条件是潮湿有水,故设计过程中应考虑到机器不能污染食品,机器的性能必须与工作环境相适应。
    要求该机器完成动作准确性好,结构紧凑,机体占空间小,成本低廉,在市场中有竞争力。
    该机是整套春卷生产设备的一部分,要求该机具有良好的协调性,即重要部件具有可调性。





    第一部分--------工艺流程设计与工作原理-----------
    ■概述:
    生产一项产品其效率的高低,重要因素之一就是其工艺流程设计的合理性如何。而工艺流程直接影响着工作原理,工作原理又是设计整台机器设备的核心与灵魂。正因如此,将工艺流程设计的合理且高效,对机器的设计尤为突出而重要。接受设计任务后,面对国内没有现成的,合理的工艺流程方案,可参考,我们只能模拟春卷的人工成型过程,试着设计,就如当初一位领导人曾描述我国的改革开放政策是摸着石头过河一样,走一步看一步,在不断的设计中不断地改进和完善。
    ■工艺流程设计方案考虑因素:
    ---出发点Ⅰ:产品材料是春卷皮,一种薄而软的面皮,既没有纸或纸盒皮的挺度,也没有家塑料薄膜那样的韧性,这样的材料特性就决定春卷的机械成型不能像纸盒成型那样在传输带的两边有摺角器,随着传输带往前运行,春卷逐渐成型。
    ---出发点Ⅱ:春卷,顾名思义,必须把陷包卷在春卷皮内才能符合要求,即要求工艺过程必须有包和卷的动作。如果采用间歇式多工位依次完成要求动作,则传输带要加长,增加空间位置,且对传输带有许多特殊要求,不符合设计要求中提到的结构紧凑,成本低廉等要求。
    ---所以我们考虑的结果是:采用一个工位多动作的形式,即在一个工作台面上依次完成已折和裹卷动作。
    现将初始设计和改进设计中较为成熟的两个方案对比如下:
    【初始设计方案】
    初始设计方案将春卷成型的工艺过程分为6步,其工艺流程及时间分配如图所示:
    图1-1春卷成型工作流程
    【改进设计方案】
    改进后的设计方案将春卷成型的工艺过程缩减为4步,其工艺流程及时间分配如图所示:
    图1-2改进后的春卷成型流程图
    ■工艺流程方案确定
    改进设计方案是在生产周期3.6S不变的情况下,将工艺步骤缩短,延长每一工艺步骤的时间,提高各步骤的动力性能,同时,使某些工艺步骤的时间重叠,在不发生相互干涉的情况下。这一改进方案得以实现,是根据较为精确的计算及翻板的改型设计,即通过对翻板实施改造,使其既能完成翻板动作又能实现压折效果。同时,在改进方案中,大胆尝试将机械手的送陷皮动作及搓滚动作用气动来实现,大大简化机械结构,提高了整合机器的机电一体化程度。就目前进展而言,我们认为这一工艺流程方案较为合理。
    ■工作原理
    ---工作原理设计思想
    由于我们的设计采用间歇式一工位多动作的运动形式,这就要求执行件完成其动作后,必须让出空间给写一个执行件进行动作,而实现要求的关键是依靠各个动作完成的时间来协调和保证。所以设计时除了合理分配一个生产周期内各动作的执行时间外,还必须能严格控制这些时间,以确保动作完成准确无误,同时各执行件不会在工作台上发生相互干涉现象。
    我们以执行件的间歇运动为设计出发点,由于机械手的夹送陷皮动作和搓滚春卷动作比较简单,是往复直线运动,采用气动方式可直接实现,而翻板的翻折运动相比之下比较复杂,既要保证翻折的角度一定且是≧120°的钝角(通过模拟手工成型而得),还要保证翻板在一个生产周期内只运动一次。我们考虑用齿条的往复直线运动带动与之齿和的齿轮实现来回翻转,其优点在于翻转角度无论大小,都可以实现而不受机构本身所限制。由于齿条的往复直线运动时水平方向,在众多的间歇机构中,既能实现间歇往复直线运动又能保证运动平稳且动力性能较好的,首推圆柱凸轮机构。但在进一步的设计计算中,我们发现翻板的运动时间0.8S只占整个生产周期的1/4不到,停歇时间是运动时间的三倍有多,这样设计下去圆柱凸轮的直径将很大,不合乎我们的设计要求。所以我们考虑在圆柱凸轮直径一定的情况下,再用一个间歇机构来实现圆柱凸轮的间歇转动,且间歇转动的角度必须正好是360°,若不正好是360°,其结果是翻板翻折一定角度后不能回到初始位置,继续下去就会使翻板停歇在工作台上而与其他执行件发生运动干涉。按照这一思路,经过思考和大量查阅一些机械设计手册,我们认为不完全齿轮机构能满足我们的设计要求,它既能实现360°的间歇转动,又能将几对不完全齿轮安装同一轴上,可以实现统一分度控制运动时间,还为以后调整时间重叠创造便利条件。既不完全齿轮的主动轮与主传动轴的固定方式不采用键联接,而同一种胀紧装置可任意调节不完全齿轮主动轮与轴的相对位置。这根轴因此成为主传动轴,而机械手,搓滚动作的时间控制也可以通过主轴而与翻板的动作统一协调起来,成为一个整体,共同完成春卷成型这一过程。
    ----工作原理介绍
    Ⅰ,运动开始,主轴上的小拨杆波动其周围一系列机控阀,使机械手的气缸运动,进而使机械手从初始位置运动到规定位置夹取陷皮,并将陷皮拉送到工作台后,机械手的手抓自动松开,然后机械手退回初始位置保持静止状态。
    Ⅱ,当机械手退回初始位置后,B,C翻板传动系统中的不完全齿轮进入齿和,在不完全齿轮从动轮的带动下,经过一系列调位,变向的等速比传动,圆柱凸轮转动,带动其上面两个齿轮同时作相反方向往复直线运动,分别带动与之齿和的小齿轮旋转而翻板就固定在小齿轮的轴上,所以翻板随之翻转,即B,C翻板同时对春卷皮翻折后,同时回到各自的初始位置。
    Ⅲ,由于设计中就将B,C翻板的运动时间与A翻板的运动时间有重叠,所以B,C翻板还没有回到各自初始位置时,A翻板传动系统中的不完全齿轮已进入齿和,随之带动圆柱凸轮(A翻板的圆柱凸轮)转动,于是齿条开始其往复直线运动,带着与之齿和的小齿轮按规定角度旋转一个来回,即让与小齿轮轴固定的A翻板实现翻折动作并回到初始位置。当然,在A翻板还没有翻折起来与陷接触时,B,C翻板已经回到其初始位置,因此不会发生运动干涉。
    Ⅳ,A翻板回到初始位置的时候,主轴上的小拨杆由原来的一段空白区转到控制搓滚动作的机控阀位置,拨动机控阀使搓滚的气缸启动,进而搓滚装置从初始位置开始运动,将半成型春卷搓卷成型,凭着搓滚的运动惯性,春卷沿着工作台面特设的一小段斜坡,滚落到下面的传输带上,由传输带送入下一道工序---成盒包装。搓滚装置在机控阀的控制下回到初始位置,等待下一个生产周期的动作信号到来。
    以上四步就是整合全自动春卷成型机的工作原理简介,由于整个设计组各有分工各有侧重,我们这一设计小组负责翻板运动的设计,在这之后将详细阐述翻板运动中各部分机构的工作原理。
    第二部分
    -----各部分设计及参数确定----
    ■翻板传动系统设计与计算
    1,主传动轴传动机设计与计算
    按照我们的设计思想,为实现协调而准确的间歇运动,对主轴的传动机构所采用的设计方案是不完全齿轮机构。
    1,1不完全齿轮机构介绍
    如右图所示:

    图2-1不完全齿轮机构
    1,主动轴
    2,从动轴
    3,锁止弧

    不完全齿轮机构是由齿轮机构演变而成的一种间歇运动机构,它与普通渐开线齿轮机构不同之处是轮齿没有满布于整个节圆圆周上,故当主动轮作连续回转运动时,从动轮作间歇回转运动。外齿和式两者转向相反,内齿和时则相同。主动轮的凸锁止弧和从动轮的凹锁止弧配合可使从动轮在一定时间内停歇不动。这种机构结构简单,从动轮运动时间和停歇时间之比即动停比不受机构结构的限制,工位数可任意配制。但从动轮在进入齿合和脱离齿合时有速度突变,从而会引起较大的冲击,故只能用在低速,轻载和冲击不影响正常工作的场合。若设置缓冲结构可改善机构的动力性能。
    不完全齿轮的齿合特性是:每一次间歇运动可以只由一对齿轮进行齿合来完成,也可由若干对齿轮来完成。不完全齿轮机构首末二对齿的齿合过程与完全齿轮不同,而中间各对齿的齿合过程与完全齿轮相同。
    1,2 不完全齿轮设计参数的计算与确定
    1)该不完全齿轮机构要进行间歇运动,属动力传动齿轮的范围,故选取模数m=1.5
    2)该不完全齿轮的齿是普通渐开线圆柱直齿,根据国家对一般用途齿轮传动规定的标准,压力角α=20°
    3)按照我们的设计要求,主动轮转一周,从动轮也转一周并停歇一次,即N=1.又根据生产周期是3.6S,翻板完成一次动作的时间是0.8s,选定从动轮的假想齿数Z2=20,则主动轮的假想齿数Z1=90(Z2’/Z1’=0.8/3.6=>Z1’=90)
    4)假想齿数已确定,根据公式d=mz,a=m(Z1’+Z2’), 则主动轮分度圆直径d1=mz1’=1.5x90=135mm,
    从动轮分度圆直径
    中心距
    5)根据假想齿数Z1’,Z2’,查表8.6-12,取k=2,确认从动轮实际齿数Z2=18,于是主动轮相邻二锁止弧间的齿数(即主动轮实际齿数)
    Z1=Z2’+1-K=20+1-2=19
    6)主,从动齿轮的齿顶高系数ha1*=ha2*=1
    7)主,从动齿轮的齿顶压力角,根据公式:


    8)从动轮顶圆齿间所对应的中心角(也叫齿顶圆齿槽对中心角),根据公式:



    =14.38
    9)当从动轮具有标准齿顶高,主动轮为修正齿顶高has=ham时,二顶圆交点能对从动轮中心角之半β2为

    =31.65°
    10)由5)可知,从动轮锁止弧占有2个齿,为了保证始齿点不致因磨损而变动,锁止弧(凹弧)应在两侧留有0.5模数的齿顶厚,其所对中心角λ2为

    11)锁止凹弧半径Ra为

    =66.67mm
    因为从动轮的锁止凹弧与主动轮的锁止凸弧相配合,所以二者半径相等,即Rd=Ra=66.67mm
    12)由于不完全齿轮首末齿的齿和过程与完全齿轮不同,在理论上虽然可使has*=ham*,但实际上考虑加工精度的影响,为了保证进入齿和时不发生齿顶干涉,取has*≦ham*,根据公式,主动轮末齿齿顶高系数ham*为

    =0.563
    其中L=
    =51
    13)连续传动性能(首齿重合度)
    由于首齿齿顶高被修正,为避免产生二次冲击,须校核首齿与第二对齿之间的重合度 >1,根据公式
    =
    =16.1623>1
    其中 主动轮首齿的齿顶压力角

    14)从动轮锁止弧两侧齿顶点对应的中心角θ为
    Θ=2(β2-δ2)=2(31.65°-14.38°)=34.54°
    1.3不完全齿轮机构的安装及有关参数确定(主要指主动轮与主轴的安装固定)
    1)不完全齿轮机构进入齿和状态时主动轮的位置

    图2-2不完全齿轮进入齿和状态
    2)B.C翻板的主动轮与A翻板主动轮在主轴上的相对位置二者分别是各自翻板传动系统中的动力来源,二者在主轴上的相对位置关系代表着翻板动作时间的分配,其合理性当然由最后的执行件翻板的动作来决· 定。
    为保证A翻板动作不与B.C翻板动作发生干涉,且又能节约一部分时间,则需要对执行动作的时间进行部分重叠,重跌量的大小则由翻板刚好不发生相互干涉的极限位置而定。该极限位置就是B.C翻板往运动初始位置翻回与工作台面成90°的同时,A翻板刚从其初始位置运动翻转了90°。
    计算Ⅰ:A翻板到达90°所需时间(设其为X1)
    (A翻板的翻折角度为170°,在后面的章节中介绍)

    Ⅱ:B,C翻板从其运动终点位置返回到90°位置所需时间x2(B,C翻板翻折角度为150°)
    Ⅲ:△x=x1-x2=0,212-0.16=0.052s
    即B,C翻板到达终点位置还差0,052s时,A翻板已经开始运动,为方便后面角度计算,取△x=0.05s
    Ⅳ:时间重叠量△t(最大时间重叠量)
    △t=△x+0.4=0.05+0.4=0.45s
    实际设计时,我们取△t=0.4s<△tmax
    所以重叠时间后A.B.C翻板运动共需要时间1.2s,比原来不重叠时的
    0.8×2=1.6s节约了0.4s出来。
    根据时间重叠量0.4s,B.C翻板主动轮与A翻板主动轮在主轴上的相对位置是相差40° 。
    如右图所示: 图2-3B.C翻板与A翻板在主轴上的位置
    1.B.C 翻板主动轮有齿部分
    2.A翻板主动轮有齿部分
    3)不完全齿轮机构的主动轮与主轴固定方式
    由于翻板动作时间最终要通过不完全齿轮机构的间歇转动来实现,为使动作相互协调达到设计要求,主动轮在主轴上必须有较高的可调性,便于安装调试。显然,采用键联接是不可取的,因为一旦键槽铣好,便决定了主动轮与主轴的相对位置关系,是不能调整变动的。我们设计采用胀紧装置,即在不完全齿轮和主轴之间套入两个相配合的锥形套,内套有一部分套丝出一段螺纹,旋入圆螺母和防松用的止退垫圈,圆螺母往右方旋,项着外套向右走,利用外套的内移而最终将主动轮胀紧左移而可以旋转一个角度进行调节,然后旋紧即可又胀紧。
    如下图所示:
    图2-4不完全齿轮的主动轴

    参数确定:
    Ⅰ,根据GB157-83对一般用途圆锥的锥度与锥角的规定,我们胀紧装置的锥套设计为易拆零件的锥形联接,锥度基本值为1:5,圆锥角α=11°25'16.3"=11.421186°
    Ⅱ,对内外锥套的配合及内锥套与主轴的配合,我们选用优先配合系列中的 和 ,它属于中等压入配合,适合于一般钢件,或用于薄壁件的冷缩配合,能满足我们的设计要求。
    Ⅲ,圆螺母,止退垫圈的选取则根据内锥套那段螺纹来决定,由GB812-76选定M30×1.5的圆螺母,有GB858-76选定内经d=30的止退垫圈。
    4)由不完全齿轮主动轮有齿部分只占整个齿轮的四分之一不到,所以主动轮做成后必须做到平衡实验,在无齿部分打孔,减小无齿部分的质量,以保证传动平稳,冲击小,偏心惯性力小。
    2,B.C翻板传动机构设计与计算 图2-5B.C翻板传动机构
    由示意图可知,动力传动路线是:主轴----不完全齿轮主动轮-----不完全齿轮从动轮-----传动轴Ⅰ -----调位等速比传动齿轮-----传动轴Ⅱ-----圆锥齿轮----传动轴Ⅲ-----圆柱凸轮。
    2.1调位等速比传动齿轮设计计算
    如下图所示,为使翻板轴在托板上,其余的传动装置都能在托板之下,一来为机器传动零件不与食品接触,不污染食品;二来,为机器外形美观大方,我们设计一对等速比传动齿轮来调节传动轴间的相对位置。 图2-6调位等速比传动齿轮设计
    我们先假定L长度为150mm
    则a=L-C=150-82.5cos5°=67.81°(82.5为不完全齿轮的中心距)
    翻板轴与主轴距离h=112mm(该尺寸是由A翻板传动系统和运动控制系统设计而定的)
    d=112-30-5-20- =43.5mm
    其中30为圆柱凸轮半径,20为齿条厚度,27为小齿轮分度圆直径,5是圆柱凸轮到齿条底的距离。
    所以b=d+82.5×sin5°=43.5+82.5×sin5°=50.69mm
    所以x=
    即调高轮直径为84.66mm.
    齿轮模数取m=2,则z=42.33取整为z=41
    则x'=41×2=82mm
    所以a'=
    所以L'=a'+c=69.51+82.5×cos5°=151.70mm
    所以调位等速比传动齿轮参数确定为:
    模数m=2,齿数z=41,分度圆直径d=82mm
    齿根圆直径
    齿顶圆直径
    齿顶高
    齿根高
    齿全高
    ( )
    2.2 圆锥齿轮设计计算
    由B.C翻板的位置决定圆柱凸轮轴与主轴方向垂直,故采用一对完全相同的正交的渐开线直齿圆锥齿轮进行变向等速传动。
    确定模数m=2,压力角α=20°,齿顶高系数ha*=1,顶隙系数c*=0.2,齿数z1=z2=30
    由于是正交圆锥齿轮Σ=90°
    取节锥角δ1=δ2=45°
    分度圆直径d1=d2=mz=1.5×30=45mm
    齿顶圆直径
    齿根高直径
    =1.5(30-2.5cos45°)=42.348mm
    外锥距(分度圆锥面母线的长度)
    L=
    齿顶角

    齿根高

    2.3 不完全齿轮从动轮与传动轴Ⅰ的固定
    ·不完全齿轮与传动轴Ⅰ的联接方式采用键联接,选用平键,根据传动轴Ⅰ的轴经d=14,选取键5×10 GB1096-79,即普通圆头平键(A型) b=5mm,h=5mm,L=10mm.
    ·不完全齿轮与传动轴Ⅰ的轴向固定能采用的方式是:一端用轴肩,一端用套筒固定。
    ·不完全齿轮与传动轴Ⅰ相配合的尺寸为
    2.4 调位等速比传动齿轮与传动轴Ⅰ,Ⅱ的固定
    ·与轴联接方式为键联接,选用平键5×10 GB1096-79,即圆头普通平键(A型)b=5mm,h=5mm,L=10mm.
    ·轴向固定方式是一端用轴环,一端用套筒。
    ·齿轮与轴相合的尺寸是
    2.5 圆锥齿轮与传动轴Ⅱ,Ⅲ的固定
    ·圆锥齿轮与其传动轴的配合尺寸为 ,与轴的联接方式是键联接为主,紧定螺钉联接为辅,选用的键为3×8GB1096-79,选用的紧定螺钉是开槽锥端紧定螺钉GB71-85. M3×5.
    ·圆锥齿轮均为悬臂设置,则另一端用轴肩在轴向固定。
    2.6 圆柱凸轮与传动轴Ⅲ的固定
    ·考虑到圆柱凸轮在机器调试时必须要调零位,即它与轴的固定要求具有较高的可调性,同时考虑到轴向力不是很大,能以采用紧定螺钉联接固定为主,与传动轴Ⅲ进行过盈配合尺寸是 ,为合乎工艺要求,特将传动轴Ⅲ设计成如下图所示,双点划线表示圆柱凸轮。 图2-7圆柱凸轮与传动轴Ⅲ的固定
    ·圆柱凸轮轴向固定方式是一端用轴环固定,一端用套筒固定。
    2.7 传动轴与轴承的固定
    B.C翻板传动结构中所有传动轴的轴承代号为201,即单列向心球轴承(GB276-82),d=12mm,D=32mm,B=10mm.
    ·轴承组合形式均采用双支单向式,因为轴较短,轻载,间歇转动工作温度变化不大。轴承外圈用端盖固定,轴承内圈则用套筒或轴肩固定,轴向间隙则通过垫片组来进行调整。
    ·轴承与轴的配合采用基孔制,因为轴承是标准件,配合尺寸为 ,轴承与轴承座的配合则采用基轴制,配合尺寸为 ,是间隙定位配合。
    ·轴承端盖与轴承座的联接采用螺钉联接,选用内六角圆柱头螺钉,GB70-85,M5×20,调节轴向间隙能用垫圈为小垫圈(GB848-85),公称直径d=5,厚度h=1,内经d1=5.3,外径d2=9.
    ·由于圆锥齿轮是悬臂装置,其附近的轴承端盖不是封闭的,则选用毛毡圈对其进行密封。
    ·考虑机器需经常冲洗,所以滚动轴承的润滑采用2号钙基脂润滑脂,同时在轴承座内侧配有一挡尘盖,挡尘盖与轴承座孔的配合尺寸 ,是间隙定位配合,能保证工作时一般相对静止不动。挡尘盖既能挡些面尘,也能防止水把润滑脂冲洗掉。
    2.8 轴承座的安装与固定
    ·轴承座与底托板的固定采用螺栓联接,选取六角螺栓(A级)GB5782-86,M6×40,同时配合用平垫圈GB97.1-85防松,其公称直径d=6mm,内经d1=6.4mm,外径d2=12mm,厚度h=1.6mm.
    ·轴承座在安装经整机调试后,必须用定位销定位,便于以后拆卸安装,选用GB119-86圆柱销(A型)4×20.
    3. A翻板传动机构设计与计标
    传动机构示意图: 图2-8传动机构示意图
    1,不完全齿轮机构
    2,调位等速比传动齿轮
    3,圆柱凸轮
    4,主轴
    5,传动轴Ⅰ
    6,传动轴Ⅱ
    动力传动路线:主轴-----不完全齿轮机构-----传动轴Ⅰ-----调位等速比传动齿轮-----圆柱凸轮
    3.1 调位等速比传动齿轮设计计算
    如下图所示,该调位轮的作用只是将圆柱凸轮轴作了一端平移,其目的是加长A翻板轴,如果A翻板轴过短,则春卷的皮不能平放在三块翻板上,且A翻板轴的小齿轮与春卷皮会接触而污染食品,所以这对调位等速比传动齿轮必不可少。
    图2-9调位等速比传动齿轮设计
    已知齿条厚为20mm,圆柱凸轮直径60mm,圆柱凸轮与齿条底间距为5mm,小齿轮直径31.5mm,a=82.5mm.



    即翻板轴到主轴的距离为112mm.
    图中b的长度由设计确定,只须满足前面能提设计要求,我们设计b=70mm,则分度圆d=70mm,
    确定模数m=2,齿顶高系数ha*=1,顶隙系数c*=0.25,α=20°.
    得齿数z1=z2= = =35
    齿顶圆直径
    齿根圆直径
    齿顶高 齿根高
    齿全高
    3.2 不完全齿轮从动轮与传动轴Ⅰ的固定(同2.3)
    3.3 调位等速比传动齿轮与传动轴Ⅰ,Ⅱ的固定(参见2.4)
    3.4 圆柱凸轮与传动轴Ⅱ的固定(参见2.6)
    3.5 传动轴与轴承的固定(参见2.7)
    3.6 轴承座的安装与固定(参见2.8)
    █ 翻板运动控制系统设计与计算
    1. 翻板运动控制系统工作原理
    ·由于不完全齿轮机构的间歇转动,严格控制并实现0.8s内圆柱凸轮刚好转一圈,使凸轮槽中的小滚子沿凸轮曲线做往复直线运动,小滚子的另一端与齿条紧固联接,随小滚子一起作往复直线运动,从而使之相齿合的小齿轮作来回滚动,最终实现翻板轴带动翻板完成翻折运动。
    ·为齿条提供支承和导向作用的齿条滑槽最初设计方案是矩形槽或燕尾槽,考虑到该方案加工精度要求较高,成本也较高,而且存在一定的摩擦阻力对运动十分不利(主要是滑动摩擦)故又设计了一改进方案,即在齿条两侧钻孔,打入圆柱销做销轴,销轴两端用轴用弹性挡圈固定两个微型轴承,微型轴承相当于小滚子在滑道上滚动,实现我们的要求。
    2. 圆柱凸轮机构设计与计算
    2.1 凸轮曲线的设计
    将圆柱凸轮展开成平面,使之成为如图所示的长度为2πRm的平面移动的凸轮,已知从动件的位移曲线,圆柱凸轮的平均半径Rm(即凹槽深度一半处的凸轮半径),及从动件的位移量为h(也叫导程)。

    图2-10平面运动凸轮

    图2-11直线从动件圆柱凸轮轮廓曲线画法
    图解步骤:
    (1)按需要将位移曲线的横坐标等分,并从各等分点作垂线
    (2)按与位移曲线中位移s相同比例尺,画凸轮展开图,其宽度等于2πRm,高度等于H,取δ&#755;= 为凸轮轮廓线的起始点。
    (3)将展开图的宽度与位移曲线相同的间隔等分,过各等分线作垂线,各垂线就代表反转后各导路方向量取纵坐标,使其等于δ&#755;加上对应的位移量Si(i=0,1,2,······),于是得到1',2'······诸点,用光滑曲线联接各点,即得到凸轮在基圆柱展开平面上的凸轮理论轮廓曲线β。
    (4)以理论轮廓曲线上各点为圆心,滚子半径为半径作一系列小圆,作小圆的上下两条已修线就是所求凸轮实际轮廓曲线的展开图(如图),将展开图围成圆柱,就得到圆柱凸轮凹槽的实际轮廓曲线。
    2.2 凸轮直径的计标
    δ。=wt (1)
    δ。=最大推程的转角(弧度)
    W-----转速(弧度/秒) t-----时间(秒)
    Dk1=
    Dk1-----圆柱凸轮直径
    H-----最大推程 θ。-----最大压力角
    2.3 凸轮宽度设计计算
    B=富余量+导程 (由设计而定)
    3. B.C翻板运动控制机构设计与计标
    3.1 圆柱凸轮设计
    由上面的公式(1)得 δ。=wt= = =π
    由公式(2)得 Dk1=
    取整Dk1=60mm
    凸轮宽度B=2×12.5+35=60mm
    3.2 滚子设计及滑道设计(与齿条相联部分)
    为减小运动过程中所产生的摩擦,变滑动摩擦为滚动摩擦,同时保证结构紧凑,我们选用GB272-64.1000085系列的微型轴承,内经d=5mm.
    齿条滑道分为上下两部分,这样的结构优点是:1)能分能合,安装方便;2)上,下两部分用螺栓联接,可通过加减垫片调整高度方向间隙,保证机构具有一定的可调性。
    3.3 齿条设计
    齿条也是选用标准渐开线直齿,各项参数与普通齿轮一样,齿条厚度取20mm(指底到分度圆的距离),宽取15mm,长则根据B.C翻板的圆柱凸轮的导程和富余量选取,取富余量为15mm,所以l=2×15+30=60mm,即齿条长60mm.
    3.4 与齿条齿合的小齿轮的设计与计算
    为使小齿轮在加工过程中不发生根切现象,z≧17.
    我们取z=18,模数m=1.5,得分度圆直径d=mz=27
    BC翻板翻折角度是150°.
    则导程s= =35.34 取整s=35mm
    即B.C翻板实际翻折角度为
    小齿轮齿顶圆直径
    齿根圆直径
    齿顶高 =m=1.5mm
    齿根高 =1.25m=1.25×1.5=1.875mm
    齿全高h= =1.5+1.875=3.375mm
    4. A翻板运动控制机构设计与计算
    4.1 与齿条齿合的小齿轮设计及导程设计
    模数m=1.5,取 =21,
    则分度圆直径d= =1.5×21=31.5mm
    齿顶圆直径da=d+2ha=(z+2)m=(21+2)×1.5=34.5mm
    齿根圆直径
    齿顶高ha=m=1.5mm
    齿根高 =1.25m=1.25×1.5=1.875mm
    齿全高h=ha+ =1.5+1.875=3.375mm
    因为A翻板理论翻折角度是170°,
    则导程 =
    取整 得 =47mm
    A翻板实际翻折角度是
    4.2 齿条设计
    齿条与小齿轮相齿和,则模数m=1.5
    所以,齿顶高ha=m=1.5mm
    齿根高 =1.25m=1.875mm
    齿全高ha= =1.5+1.875=3.375mm
    与B,C翻板能用齿条一样,厚度为20mm,宽15mm,长60mm.
    4.3 圆柱凸轮设计
    由公式
    h= =47mm,取θ。=27°
    则由公式Dk1=
    将Dk1取整为60mm即圆柱凸轮直径
    4.4 小滚子设计与滑道设计
    小滚子设计同B,C翻板的一样,由于A翻板的动作角度增大,导致圆柱凸轮的导程增长,则滑道也相应增长。
    █ 翻板的设计与计算
    1, A翻板的结构与参数确定
    图1是A翻板结构示意图,图2为A翻板工作示意图

    图2-12A翻板结构与工作示意图
    如图1所示,为很好实现动作要求,A翻板的长度l=150mm,
    宽度b=55mm,厚度为2mm,硬海绵衬垫厚度约8mm,翻板材料为不锈钢。
    将A翻板设计成图1所示,即保持翻板原有的作用,拖着春卷皮进行翻折,又实现部分压实作用,Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ三个小边均能在翻板的翻折过程中对春卷有压折作用,在翻板一端粘有硬海绵垫,使A翻板在翻折过程中可将春卷皮部分压实,从而使春卷初步成型,为下一道工序搓滚成型提供便利。理论设计A翻板翻折角度为170°,是考虑到180°对春卷皮压力过大,压坏春卷皮,同时也增大圆柱凸轮的导程,而小于170°产生的压实效果太小,则要增厚硬海绵衬垫,硬海绵衬垫太厚又形成春卷皮陷不能较平放在三块翻板上,还会干涉机械手的运动。

    2. B.C翻板的结构设计与参数确定
    图1为B,C翻板结构示意图,图2为翻板工作示意图。
    图2-13B,C翻板结构示意图
    如图1所示,B翻板的长度l=95mm,宽度b=53mm,c=36mm,d=80mm,翻板厚度为2mm.
    图2-14B,C翻板工作示意图
    ·B.C翻板设计成图1所示形状,是考虑到如果没有Ⅰ这部分,翻板与春卷皮接触面积少,不利于翻板动作,若按照l长度成一块完整的矩形板,在翻折过程中会将陷压变形,综合以上两点因素,将B.C翻板设计成图1形状。
    ·B.C翻板理论翻板角度为150°的确定原则是必须大于120°,这是通过画图(1:1)计算而得,为方便以后计算,故取150°.
    ·B.C翻板以面皮中心轴线对称分布,尺寸相同。
    3. A.B.C翻板的固定
    1) 翻板与翻板轴采用焊接
    2) 考虑到机械本身的可拆卸性,翻板轴上的滑动轴承套由原来的焊接在上托板上改为用紧固螺钉固定。
    补充:小齿轮与翻板轴的固定采用轴与孔配合为主,轴与齿轮点焊接为辅。
    █ 春卷滑道的设计
    ·搓滚将春卷搓滚成形后,已到达托板某一位置,在这一位置处我们将托板截断一截,在截断处安装一块小板,小板与托板能成角度为40°,长为25mm,用紧定螺钉与上托板固定联接。
    ·春卷滑道设计目的:由于B.C翻板的小齿轮露出上托板半截,两齿轮间距为69,而搓滚本身的宽度是80mm,即搓滚是不能将春卷搓过两小齿轮,所以在这之前必须将春卷送出成型工作台,而采用设计一斜坡滑道。因为B.C翻板轴很细,d=6mm,太长会形成其传动性能,降低工作精度。所以设计这段距离应大于等于春卷离开搓滚的瞬间,且保证搓滚不与小齿轮相撞。由计算可知搓滚超前春卷的距离应等于春卷卷起来的长度,在研究了下陷位置后确定为120mm,120为B.C翻板轴齿轮距离春卷滑道的间距,加上富余量及翻板的尺寸,可确定A翻板轴距离B.C翻板的圆柱凸轮轴线距离为270mm。
    第三部分
    ------------动力传输系统设计--------
    █电机的选取与计标
    ·生产周期是3.6s,则主轴转速为3.6秒一周,电机一般转速为150转/分,由 ×3.6=90可知我们设计的降速比为90,减速比较大,普通的减速器要满足这个要求则体积相当大,所以我们选用行星摆线针轮减速机。
    ·行星摆线针轮减速机是一种应用行星传动原理,采用摆线针齿齿合,分为输入部分,减速部分,输出部分。
    ·行星摆线针轮减速机的特点
    1)减速比大
    2)传动效率高,由于该机齿合部分采用了滚动齿合,故效率可达90%以上。
    3)体积小,重量轻,不仅采用了行星传动原理,输入轴与输出轴在同一轴线上,而且有与电动机直联呈一体的独特之处,因而车机具有结构紧凑,体积小,重量轻的特点。
    4)故障少,寿命长,主要传动齿合件采用轴承钢制造,机械性能好,耐磨性好,再加采用滚动摩擦,故使之故障少,寿命长。
    5)运转可靠平稳:该机传动过程中为多齿齿合,能以使之运动平稳,可靠,噪声小。
    6)拆装方便,容易维修。
    7)车机还具有过载能力强,耐冲击,惯性力矩小适用于起动频繁和翻转的特点。
    ·由链轮选取z1=13,z2=27,得传动比i=27/13=2.077,90/2.077=43.33
    故选取电机型号为XWD0.37-2型的加速机
    █ 链轮的设计与计算
    ·由于本机的动作时间是通过传动来控制的,所以对传动比的准确性要求严格,故选用链传动。链传动无弹性滑动和打滑现象,且作用于轴上经内压力较小,结构较紧凑,与齿轮传动相比,链传动较易安装,成本低廉。
    ·链轮参数设计确定:
    1)主轴链轮
    节距p=12.70m, z=27 选取08B型链条
    分度圆直径 d=
    齿顶圆直径 da=d+(1- )p-d1 (d1查表而得)
    =109.40+(1-1.6/27)×12.70-8.51
    =112.84mm
    齿根圆直径 =109.40-8.51=100.89mm
    齿侧凸缘直径 h2=11.81
    故 取95.62 取整95mm
    链轮内经 =16mm(由主轴经决定)
    链轮厚 l=1.25d=20mm
    2)减速机上链轮 z=13
    分度圆直径 d= = =53.07mm
    齿顶圆直径
    齿根圆直径
    齿侧凸缘直径 =38.49=38mm
    链轮内经 =25(电机输出轴轴经)
    链轮厚 l=1.25d=31.25mm





























    参考文献
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    [2]《简明机械设计手册》 上海科学技术出版社 唐金松主编
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    [4]《画法几何及机械制图》 (上,下册) 陕西科学技术出版社 西北工业大学制图教研室 编
    [5]《机械零件课程设计图册》 人民教育出版社 龚桂义 主编
    《现代机构设计手册》 机械工业出版社 孟宪源 主编
    [6]稽光国,液压泵故障诊断与排除[M],北京:机械工业出版社,1997
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    [11]钱可强,机械制图,北京:高等教育出版社,2007
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    [17]粮油食品科技,1984年04期:CJP-50型春卷皮机 ,作者:刘群
    [18]包装与食品机械,PACKAGING AND FOOD MACHINERY,1996年02期 :春卷皮机的电热原理与设计,(机构) 天津商学院,作者:蒋立康、许国义
    [19]石一兵等,食品机械与设备中国商业出版社,1992

















    附录:开题报告(或数据报告)

    1. 论文结构
    1.1 总体结构的设想 论文的总体结构将做如下安排: 1.综述目前春卷食品生产线的生产过程及其自动生产线的研发状况和现状,市场上的春卷皮生产的主要方式及成本消耗情况。 2.总结市场上主要的春卷皮生产的方式,它的结构特点,功率消耗和生产效率对比情况。 3.研究设计并确定春卷皮生产机器的传动方式,电机的选择,计算出各部分效率比值,选择市场上的面桨压力泵,确定滚筒和加热功率。 4.整体结构上的优化处理,解决运输难题和产品防震地面固定处理。 1.2 主要解决的问题 1.市场上春卷皮制作机器的结构特点、生产所采用的主要形式。
    2.分析春卷皮成型所需要达到的条件,机器传动方案的选择,整体结构的构思。
    3. 进行春卷自动成型生产线上春卷皮机机械传动结构的设计方案分析和具体结构设计。

    1.3 主要工作
    1.调查研究市场上的春卷皮机的结构,生产工作方式。
    2.确定春卷皮机机械传动结构设计方案,进行传动结构设计。
    3.设计滚筒和加热功率,选择最佳的设计方案。
    3.计算确定机械传动结构的传动比值,选择适合的传动方式及其具体参数的确定。
    4.设计春卷皮机的整体结构尺寸。

    2. 文献综述

    2.1 传统手工春卷皮制作方法
    1、普通面粉和的比较稀(但要比糊状稠一些),加盐和油少许,使劲朝一个方向拌,彻底均匀了后,醒2个小时左右;
    2、平底锅烧热(不要太热,中等温度就可以了),可以不放油,锅离开火,用刷子蘸面糊在锅内刷上一圈,再把锅放回火上,等看着颜色发白了就是熟了,揭起即可。
    锅太热,皮乾得太快,面糊抓起时会连烤好的皮一起抓起。
    锅太冷,做出来的皮较厚,且不易揭下。
    锅太黏,皮在上头很难揭下,可用纸沾点油擦拭锅心,如油太多,可用废弃的春卷皮擦拭去。
    缺点:面糊刷锅时,不能太薄,也不要太厚,太薄的话,皮熟后会变脆,不好包馅,太厚的话,当然是不好吃。操作麻烦,生产效率低,只能个人家中制作少量的食用,无法无法满足市场的销售量。

    2.2 春卷皮自动成型机的背景技术
    春巻皮的问市,是方便消费者作春巻时,不必再浪费时间购买面 粉制作春巻皮,可节省相当多的下厨时间。在申请人申请获准的中国
    台湾专利公告第423272号案中所揭露的春巻皮自动成型机1,如图L所 示,具有一料斗IO、 一成型烤轮Ll、 一输送装置12及一裁切装置13; 其中,该料斗10是设置在该春巻皮自动成型机1前侧位置,其内盛装有 粘稠状的液态面糊,该面糊再经一与料斗10连设的输送管101输送至一 预设的出料位置,而在其预设的出料位置处更加设有一可控制面糊出 口成型为春巻皮3的控制把手102。该成型烤轮Ll是为一金属制表面光 滑的滚轮,且其内组装有一加热装置110,使滚轮面Lll呈高温状态, 而滚轮面Lll并与面糊的预设出处接触,以使面糊自输送管101内输送 至预设出口处时,面糊可附着在呈高温的成型烤轮Ll的滚轮面Lll上, 成为干燥的薄皮,而在成型烤轮11的转动路径上更设有一刮刀片112, 以将贴附于滚轮面Lll上的春巻皮刮下,而该输送装置12是设置在成型 烤轮Ll设有刮刀片112的一侧位置,以输送自成型烤轮Ll刮下的成型后 已烤熟的春巻皮3,而在输送装置12的春巻皮行走路径上装设有散热风 扇120,以使具有热度的春巻皮3降温以利后续的包装作业,及设有一 洒粉装置121,以便于春巻皮3上洒粉,以使经由裁切装置13裁切而堆 迭的一张张舂巻皮3'不会粘在一起,该裁切装置13是组设在输送装置12 的输送路径后端位置,其具有一可控制春巻皮裁切大小及裁切数量的
    控制器130,且其上亦设置有一输送带131,以将裁切完成且裁切数量 达预设量的春巻皮3'整落的输送至一预设的包装位置作包装出厂。
    2.3 现有的春卷皮自动成型机的缺点
    1. 自始以来,因为成型烤轮Ll为一金属制经车削后再经加工使得表
    面光滑的滚轮,所以所成型的春巻皮3贴于该滚轮的内表面是呈光滑
    的,但在其外表面是自然形成粗糙凹凸的表面,光滑的内表面于裁切 后作一定数量迭堆时是会粘在一起的,这是目前业界最头痛的问题,
    因此才会在制程中加入洒粉装置121作洒粉以防止迭堆时粘在一起,然 而,洒粉不仅浪费成本,且因所撒的粉在油炸后会变成小黑点附着于 春巻上,造成春巻卖相不佳,油也很快变黑,就算未经油炸,在春巻 皮3'上裹一层粉也不美观。甚而为防止这种粘在一起的现象发生,业界 会在粘稠状的液态面糊料中加入适量的油,但效果不佳,且会造成春 巻皮3'的质变。
    2. 又因为成型烤轮11的表面是光滑的,所以有时会发生春巻皮3在 未到达刮刀片112的位置时,就提早于成型烤轮Ll的表面剥离的情形, 造成后段作裁切时形成长度不一致。
    3. 此外,还会有炸透春巻内层时外层却已焦黑的情形。
    因此,如何构思制造出一种春巻皮两表面呈粗糙凹凸,使得迭堆 时不粘合,方便裁切且裁切成一定的长度、包装及消费者容易分离取 用,春巻皮并具有小细孔,于烹炸时,内外层可受热均匀且呈现金黄 色而非炸透春巻内层时外层却已焦黑的春巻皮自动成型机,是一可改 进的课题。
    ...
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