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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：顆粒包裝機(jī)自動(dòng)供料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
系 別： 機(jī)電信息系
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：
學(xué) 生：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
2013年5月
顆粒包裝機(jī)自動(dòng)供料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
摘要
本設(shè)計(jì)是關(guān)于顆粒包裝機(jī)自動(dòng)供料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。顆粒包裝機(jī)是將小顆粒產(chǎn)品通過計(jì)量裝入包裝袋內(nèi)，再進(jìn)行封裝的包裝機(jī)械。能較大提高生產(chǎn)效率、降低人工勞動(dòng)強(qiáng)度。
本設(shè)計(jì)主要研究物料供送系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和包裝材料供送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。首先由包裝機(jī)的生產(chǎn)能力確定計(jì)量裝置的大小來完成物料的計(jì)量，從而完成物料的供送。其次由包裝材料的傳送路線確定引導(dǎo)輥的位置來完成包裝材料的供送。
本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)顆粒包裝機(jī)的包裝材料成型與供送系統(tǒng)，包括供送包裝材料的輥?zhàn)樱龑?dǎo)輥，成型器；物料供給系統(tǒng)，包括料斗，計(jì)量器，導(dǎo)流槽；以及計(jì)量器的傳動(dòng)系統(tǒng)。本次設(shè)計(jì)采用了象鼻成型器和改進(jìn)后的轉(zhuǎn)鼓式計(jì)量裝置。
本設(shè)計(jì)能進(jìn)一步提高其包裝性能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、外形尺寸小、設(shè)備費(fèi)用低、運(yùn)轉(zhuǎn)安全，操作方便、便于維修和管理。
關(guān)鍵詞：顆粒包裝機(jī)；成型器；計(jì)量器
A design of the automatically feeding system for Granule packing machine
Abstract
This design is about automatic feeding system of packaging machine. Granule packaging machine feeds small products through the measurement into the packing bag, and then packaging system to finish packing. It could greatly improve the production efficiency,and reduce labor intensity.
This design mainly research materials for structure design and packaging material feeding system. Determined firstly by packing machine production capacity to complete material metering device size, thus completing the material supply. To determine the route followed by packaging materials to finished packaging material guide roller position feeding.
Packaging material forming the main design particles this design packaging machine and feeding system, including the supply roller, and sent packing material guide roller, forming device; material supply system, including the hopper, measuring device, guide groove; and the metering transmission system. This design uses a drum type metering device for trunk shaper and it improved better than any other types which exist in this society.
This design can improve the packaging performance, such as simple structure, light weight, small size, low cost of equipment, operation safety, convenient operation, and easy to repair and management for users.
Key Words: granule packing machine; shaper; meter
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1題目背景和意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3
2 包裝機(jī)概述 6
2.1產(chǎn)品包裝概述 6
2.2包裝機(jī)的分類 7
2.3包裝機(jī)的組成 8
2.4顆粒包裝機(jī)的工作原理 9
3 方案設(shè)計(jì)及選擇 10
3.1物料供送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案 10
3.2包裝材料供送機(jī)構(gòu)方案 12
4 機(jī)械部分設(shè)計(jì) 15
4.1計(jì)量裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 15
4.2生產(chǎn)能力計(jì)算 16
4.3制袋成型器的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.3.1常用成型器 17
4.3.2成形器的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算 20
4.4引導(dǎo)裝置 24
4.5軸的設(shè)計(jì) 24
4.5.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 24
4.5.2軸的強(qiáng)度校核 26
4.6電機(jī)的選擇 27
4.7其他零件的設(shè)計(jì) 28
5 總結(jié) 29
參考文獻(xiàn) 30
致謝 31
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 32
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 33
IV
1 緒論
1 緒論
1.1題目背景和意義
包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通區(qū)域的必要條件，實(shí)現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機(jī)械。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和工業(yè)自動(dòng)化水平的提高，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的包裝要求也越來越高，而我國(guó)的包裝行業(yè)發(fā)展相對(duì)緩慢，故對(duì)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)研究具有一定意義。本課題所設(shè)計(jì)的顆粒包裝機(jī)適用于包裝散粒食品、藥品、化學(xué)制劑、茶葉等小包產(chǎn)品，其具有快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)。
商品包裝是一個(gè)新興的行業(yè)，是在商品經(jīng)濟(jì)日益繁榮，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的新形式下，逐步成長(zhǎng)起來的。在商品流通中，人們對(duì)粉狀顆粒狀小袋商品的包裝要求主要有兩個(gè)方面，一是要求包裝美觀，以便吸引顧客，并保證商品在流通環(huán)節(jié)中包裝袋不出現(xiàn)任何形式的破損。其二是要求包裝袋內(nèi)的商品計(jì)量準(zhǔn)確，誤差?。òb行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求計(jì)量誤差小于5‰），以維護(hù)商品生產(chǎn)廠商的信譽(yù)、形象。因此商品包裝的精確計(jì)量，是包裝行業(yè)時(shí)刻關(guān)注的一項(xiàng)重要課題。
包裝機(jī)械是現(xiàn)代包裝工業(yè)的基本設(shè)備，是商品生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備。隨著人類社會(huì)的進(jìn)步，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們?cè)絹碓街匾暟b的質(zhì)量、品種類型，包裝機(jī)械在包裝領(lǐng)域中起著重要的作用。包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證。它能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率；降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件；保護(hù)環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本；有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強(qiáng)市場(chǎng)銷售的競(jìng)爭(zhēng)力；由于包裝機(jī)械的計(jì)量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴(yán)密，提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，增強(qiáng)了產(chǎn)品銷售的競(jìng)爭(zhēng)力，可獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益；延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
包裝機(jī)械概述包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作用，它給行業(yè)提供必要的技術(shù)設(shè)備，以完成產(chǎn)品的包裝工藝過程。盡管包裝機(jī)械的產(chǎn)值在整個(gè)包裝工業(yè)中所占的比重不如包裝材料大，不屬于經(jīng)常性消耗品，但對(duì)包裝工業(yè)的現(xiàn)代化卻是不可缺少的支撐。沒有現(xiàn)代化的包裝機(jī)械，就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。用于完成包裝過程的包裝機(jī)械可分為11類，它們是充填機(jī)械、灌裝機(jī)械、封口機(jī)械、裹包機(jī)械、多功能包裝機(jī)械、標(biāo)簽機(jī)械、清洗機(jī)械、干燥機(jī)械、殺菌機(jī)械、捆扎機(jī)械和集裝機(jī)械、輔助包裝機(jī)械和設(shè)備等。包
15
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
裝機(jī)械作為專業(yè)性機(jī)械，除了同于普通機(jī)械的一般要求外，還有外表美觀、傳動(dòng)裝置緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、精度高、生產(chǎn)效率高等要求，以很好地完成自身功能，適應(yīng)市場(chǎng)需求。
1.2.1國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外包裝機(jī)械業(yè)概況美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利是世界上包裝機(jī)械四大強(qiáng)國(guó)。美國(guó)是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長(zhǎng)的國(guó)家，早已形成了獨(dú)立完整的包裝機(jī)械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國(guó)始終保持著世界最大包裝機(jī)械生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。新型機(jī)械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機(jī)械的增長(zhǎng)最快，裹包機(jī)和薄膜包裝機(jī)占整個(gè)市場(chǎng)份額的15%，紙盒封盒包裝機(jī)在市場(chǎng)占有率中居第二位。從上世90年代初以來，美國(guó)包裝機(jī)械業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭。散體物料包裝機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)日本與美國(guó)、德國(guó)相比，起步較晚。上世紀(jì)60年代以前，包裝機(jī)械廠家不足60家，只能包裝糖果、香煙等。60-70年代，是日本包裝機(jī)械業(yè)起步階段，產(chǎn)值增長(zhǎng)速度很快。70-80年代，增長(zhǎng)速度雖不如上一階段那么高，但年增長(zhǎng)率仍達(dá)13%。80-90年代是穩(wěn)定增長(zhǎng)分階段，將微電子技術(shù)成功地應(yīng)用于包裝機(jī)械的控制，以后又將光導(dǎo)纖維技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、模塊化技術(shù)應(yīng)用于包裝機(jī)械，達(dá)到安全性高、無人操作、高生產(chǎn)率的水平，大大提高了其國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，從上世紀(jì)60年代到90年代初，日本包裝機(jī)械工業(yè)連續(xù)30多年高速增長(zhǎng)，經(jīng)歷了引進(jìn)—消化—發(fā)展的過程。德國(guó)、意大利、英國(guó)、瑞士和法國(guó)等，都是世界上很重要的包裝機(jī)械生產(chǎn)國(guó)家。德國(guó)的包裝機(jī)械在計(jì)量、制造、技術(shù)性能等方面居領(lǐng)先地位，特別是啤酒、飲料灌裝設(shè)備具有高速、成套、自動(dòng)化程度高、可靠性好等特點(diǎn)，享譽(yù)全球。一些大公司生產(chǎn)的包裝機(jī)械集機(jī)-電-儀及微機(jī)控制于一體，采用光電感應(yīng)，以光標(biāo)控制，并配有防靜電裝置。其大型自動(dòng)包裝機(jī)不僅包裝容積大，而且能集制袋、稱重、充填、抽真空、封口等工序在一臺(tái)單機(jī)上完成。德國(guó)包裝機(jī)械業(yè)多年來始終處于穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài)，出口比例占80%左右。德國(guó)是世界上最大的包裝機(jī)械出口國(guó)。意大利是僅次于德國(guó)的第二大包裝機(jī)械出口國(guó)。意大利的包裝機(jī)械多用于食品工業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，出口比例占80%左右。目前，世界各國(guó)對(duì)包裝機(jī)械的發(fā)展都十分重視，集機(jī)、電、氣、光、生、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。
生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、高新技術(shù) 實(shí)用化、科研成果商業(yè)化已成為世界各國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)。近年來國(guó)外包裝機(jī)械工業(yè)的發(fā)展有以下趨勢(shì)：
a. 重點(diǎn)發(fā)展食品包裝機(jī)械。國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家食品包裝機(jī)械占包裝機(jī)械的比重往往在50%以上。據(jù)世界包裝機(jī)械聯(lián)合會(huì)統(tǒng)計(jì)，1992年日本和美國(guó)用于食品包裝的包裝機(jī)械產(chǎn)值占包裝機(jī)械總產(chǎn)值的60%以上。在市場(chǎng)上，糧食、蔬菜、水果、焙烤食品、糖果、飲料、肉、禽、水產(chǎn)品及各種熟食和方便食品均有方便適用、美觀大方的包裝。這樣既保護(hù)了商品，又美化了商品。而這些商品的包裝都是通過包裝機(jī)械來實(shí)現(xiàn)的，所以食品包裝機(jī)械的應(yīng)用特別普遍。
b. 在系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，包裝單機(jī)向高速化方向發(fā)展。提高包裝機(jī)的速度，相應(yīng)地對(duì)包裝材料、包裝容器的要求也高了。同時(shí)，還要滿足壽命、噪音、工作穩(wěn)定性的要求。通過系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，把技術(shù)的先進(jìn)性、可行性與經(jīng)濟(jì)合理性有機(jī)地結(jié)合起來。從而實(shí)現(xiàn)包裝單機(jī)向高速化方向發(fā)展。
c. 在包裝機(jī)上廣泛應(yīng)用電子計(jì)算機(jī)。例如用電子計(jì)算機(jī)控制被包裝物的計(jì)量精度，使精確度大大提高；用可編程序控制器控制安瓿多頭高速灌裝機(jī)，按指令程序控制安瓿的惰性氣體沖洗以及灌裝、充氮和封口等；在貼標(biāo)機(jī)、制袋-充填-封口機(jī)、捆扎機(jī)中采用電子計(jì)算機(jī)打印、記錄并進(jìn)行故障診斷等。
d. 一方面為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的需求，發(fā)展適應(yīng)多品種、小批量的通用包裝技術(shù)及設(shè)備；同時(shí)又緊跟當(dāng)代高新技術(shù)的發(fā)展步伐，不斷研究和開發(fā)現(xiàn)代的先進(jìn)包裝技術(shù)，發(fā)展應(yīng)用高新技術(shù)的現(xiàn)代化專用型包裝機(jī)械。
e. 包裝生產(chǎn)線向柔性自動(dòng)化和“無人化”過渡。在某些包裝生產(chǎn)線中更多的引入微機(jī)、智能機(jī)器人等先進(jìn)技術(shù)，用于包裝生產(chǎn)線中物料供送控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)、故障診斷和管理等方面，使包裝生產(chǎn)線向柔性自動(dòng)化和“無人化”自動(dòng)包裝車間、工廠過渡。從而使包裝機(jī)和包裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率更高、成本更低、包裝產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定。
f. 包裝機(jī)械企業(yè)向?qū)I(yè)化和大型化發(fā)展，形成若干壟斷性生產(chǎn)基地，以低廉的投入換取高額的利潤(rùn)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)快速發(fā)展。
1.2.2國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
中國(guó)包裝機(jī)械起步較晚，經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國(guó)包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為中國(guó)包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障，有些包裝機(jī)械填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，已能基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在目前，中國(guó)包裝機(jī)械出口額還不足總產(chǎn)值的5%，進(jìn)口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相去甚遠(yuǎn)。中國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的產(chǎn)品從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)看，中國(guó)包裝機(jī)械品種只有1300多種，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產(chǎn)產(chǎn)品，不能滿足市場(chǎng)需求：產(chǎn)品質(zhì)量差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質(zhì)量差，壽命短、可靠性低，影響了整體產(chǎn)品的質(zhì)量；從企業(yè)狀況看，國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品檔次高的企業(yè)不多；從產(chǎn)品開發(fā)看，中國(guó)還基本停留在測(cè)試仿制階段，自行開發(fā)能力弱，缺少科研生產(chǎn)中試基地，科研經(jīng)費(fèi)僅占銷售額的1%，而國(guó)外高達(dá)8-10%。中國(guó)包裝機(jī)械的技術(shù)水平相較于先進(jìn)國(guó)家的整體技術(shù)水平落后20年，在產(chǎn)品的開發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、服務(wù)等方面的競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。
目前，在包裝行業(yè)不斷發(fā)展的前提下，可以看到包裝機(jī)械行業(yè)中矛盾重重，企業(yè)無法應(yīng)對(duì)形勢(shì)的變化，行業(yè)發(fā)展思想觀念與形勢(shì)發(fā)展不相適應(yīng)；技術(shù)創(chuàng)新能力弱，工藝技術(shù)進(jìn)展緩慢，新產(chǎn)品開發(fā)還沒有從根本上擺脫仿研跟蹤的局面，競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、效益提升仍然主要靠規(guī)模拉動(dòng)。此外，還存在一些包裝機(jī)械企業(yè)管理粗放，精細(xì)化管理尚未實(shí)現(xiàn)；市場(chǎng)意識(shí)、競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)、憂患意識(shí)不強(qiáng)，服務(wù)市場(chǎng)、服務(wù)客戶的意識(shí)以及發(fā)展的緊迫感、責(zé)任感不強(qiáng)，一些包裝機(jī)械企業(yè)對(duì)人的認(rèn)識(shí)和使用與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)規(guī)律之間不相適應(yīng)等現(xiàn)象。面對(duì)不利因素，最緊迫的是改變包裝機(jī)械行業(yè)中各企業(yè)的發(fā)展方式，企業(yè)要站在新的起點(diǎn)上去審視和解決好以上的矛盾和問題，轉(zhuǎn)變發(fā)展理念，強(qiáng)化自主創(chuàng)新，增強(qiáng)市場(chǎng)意識(shí)，大力推進(jìn)國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展。要改變包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀，促進(jìn)包裝機(jī)械的發(fā)展，行業(yè)在大步前進(jìn)的同時(shí)要注意包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)。
國(guó)內(nèi)包裝機(jī)械業(yè)概況與展望目前我國(guó)包裝機(jī)械企業(yè)規(guī)模偏小，技術(shù)裝備不很完善，管理水平比較低，自我發(fā)展和技術(shù)設(shè)計(jì)開發(fā)能力較弱，產(chǎn)品品種單一。產(chǎn)品的技術(shù)含量、附加值較低：新產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，不能及時(shí)響應(yīng)市場(chǎng)的需求，及時(shí)提供市場(chǎng)、用戶所急需的產(chǎn)品。企業(yè)主要精力都花費(fèi)在量的擴(kuò)張上，對(duì)質(zhì)的提升、科技進(jìn)步的投入嚴(yán)重不足，產(chǎn)品在低水平上重復(fù)，許多企業(yè)生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，從而使許多產(chǎn)品銷不出去。低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)已威脅到企業(yè)生存的地步；另外，產(chǎn)品安全防護(hù)措施較差，安全意識(shí)不強(qiáng)，這些都造成國(guó)內(nèi)產(chǎn)品與國(guó)外市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力偏低。 散體物料包裝機(jī)的改進(jìn)設(shè)計(jì)目前我國(guó)包裝機(jī)械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術(shù)含量低的狀況。隨著我國(guó)進(jìn)入世貿(mào)組織(WTO)，國(guó)際先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備和管理經(jīng)驗(yàn)的進(jìn)入勢(shì)必會(huì)對(duì)我國(guó)剛剛發(fā)展起來的包裝機(jī)械工業(yè)造成巨大沖擊，企業(yè)面臨著前所未有的嚴(yán)峻考驗(yàn)。展起著重要的作用。包裝機(jī)械產(chǎn)品量面廣，我們的行業(yè)仍欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”。
我國(guó)包裝機(jī)械工業(yè)歷史短，總體技術(shù)水平和生產(chǎn)能力較低，但近年來在國(guó)內(nèi)巨大包裝市場(chǎng)的促進(jìn)下，并受國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的影響，發(fā)展速度很快，局部技術(shù)水平有了明顯提高。根據(jù)我國(guó)國(guó)情，包裝機(jī)械工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)是：
a. 引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，建立一批包裝機(jī)械骨干企業(yè)，包括個(gè)別中外合資企業(yè)。這是縮短我國(guó)包裝機(jī)械技術(shù)水平與世界先進(jìn)水平差距的有效途徑可滿足大型包裝生產(chǎn)線以及高精度、高自動(dòng)化程度的單機(jī)或機(jī)組生產(chǎn)的需要，進(jìn)而可加快包裝機(jī)械國(guó)產(chǎn)化的速度。
b. 大多數(shù)企業(yè)要重點(diǎn)發(fā)展中、小型包裝機(jī)械。我國(guó)大多數(shù)企業(yè)技術(shù)水平不高，生產(chǎn)能力較低，生產(chǎn)以單機(jī)為主的中、小型包裝機(jī)械比較適宜，但要在此基礎(chǔ)上不斷提高制造精度、自動(dòng)化程度和配套能力。
c. 在包裝機(jī)械生產(chǎn)中，大量引入高新技術(shù)，如微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、傳感技術(shù)、激光技術(shù)，新的機(jī)械結(jié)構(gòu)（如錐形同步齒輪帶傳動(dòng)）、新的光纖材料以及運(yùn)用可靠性、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，研制組合式、模塊式等先進(jìn)結(jié)構(gòu)，使包裝機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)先進(jìn)、使用可靠，使其性能指標(biāo)、工藝水平、“三化”（多功能化、高速化、自動(dòng)化）水平高，向機(jī)電結(jié)合、主輔機(jī)結(jié)合、成套聯(lián)線方向發(fā)展。
d. 以滿足重點(diǎn)商品的包裝為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)展包裝機(jī)械新品種。目前，我國(guó)重點(diǎn)發(fā)展食品、醫(yī)藥、化工、日用品以及易碎、易腐爛變質(zhì)等商品的包裝技術(shù)和包裝機(jī)械。
2 包裝機(jī)概述
2 包裝機(jī)概述
2.1產(chǎn)品包裝概述
產(chǎn)品包裝是為保護(hù)產(chǎn)品數(shù)量與質(zhì)量的完整性而必需的一道工序。由于產(chǎn)品的包裝直接影響到產(chǎn)品的價(jià)值與銷路，因而對(duì)絕大多數(shù)的產(chǎn)品來說，包裝是產(chǎn)品運(yùn)輸、儲(chǔ)存、銷售不可缺少的必要條件。
a. 保護(hù)產(chǎn)品，這是包裝的主要目的和重要功能。產(chǎn)品在從出廠到用戶的整個(gè)流通過程中，都必須進(jìn)行運(yùn)輸和儲(chǔ)存，即使到了用戶手中，從開始使用到使用完畢，也還有存放的問題。產(chǎn)品在運(yùn)輸中會(huì)遇到震動(dòng)、擠壓、碰撞、沖擊以及風(fēng)吹、日曬、雨淋等損害；在貯存時(shí)也會(huì)受到溫度、濕度和蟲蛀、鼠咬、塵埃損害和污染。合理的包裝就能保護(hù)產(chǎn)品在流通過程中不受自然環(huán)境和外力的影響，從而保護(hù)產(chǎn)品的使用價(jià)值，使產(chǎn)品實(shí)體不致?lián)p壞、散失、變質(zhì)和變形。
b. 提高產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)效率。包裝對(duì)小件產(chǎn)品起著集中的作用。包裝袋或包裝紙上有有關(guān)產(chǎn)品的鮮明標(biāo)記，便于裝卸、搬運(yùn)和堆碼，利于簡(jiǎn)化產(chǎn)品的交接手續(xù)，從而使工作效率明顯地提高。外包裝的體積、長(zhǎng)寬高尺寸、重量與運(yùn)輸工具的標(biāo)重、容積相匹配，對(duì)于提高運(yùn)輸工具利用率、以及節(jié)約動(dòng)力和運(yùn)費(fèi)，都具有重要的意義。
c. 便于使用。適當(dāng)?shù)陌b還可以起到便于使用和指導(dǎo)消費(fèi)的作用。包裝上的使用說明、注意事項(xiàng)等，對(duì)消費(fèi)者或用戶使用、保養(yǎng)、保存產(chǎn)品，具有重要的指導(dǎo)意義。
d. 促進(jìn)產(chǎn)品銷售。產(chǎn)品包裝還具有識(shí)別和促銷的作用。產(chǎn)品包裝后，可與同類競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相區(qū)別。精美的包裝，不易被仿制、假冒、偽造，有利于保持企業(yè)的信譽(yù)。在產(chǎn)品陳列時(shí)，包裝是“無聲的推銷員”。良好的包裝，往往能為廣大消費(fèi)者或用戶所矚目，從而激發(fā)其購買欲望，成為產(chǎn)品推銷的一種主要工具和有力的競(jìng)爭(zhēng)手段。包裝還能收到廣告宣傳的效果。有時(shí)，同種產(chǎn)品的質(zhì)量可能不相上下，這樣，包裝就往往會(huì)成為消費(fèi)者或用戶選購產(chǎn)品的主要考慮因素。由于包裝的改進(jìn)，可以使一項(xiàng)舊產(chǎn)品給人帶來一種新的印象。由此可見，包裝能夠有效地幫助產(chǎn)品上市行銷，維持或擴(kuò)大市場(chǎng)占有率。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝化，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，豐富產(chǎn)品品種，還可方便銷售，有助于推廣自動(dòng)售貨和自我服務(wù)售貨。
e. 促進(jìn)企業(yè)收入的增加。優(yōu)良、精美的包裝，不僅可以使好的產(chǎn)品與好的包裝相得益彰，避免“一等產(chǎn)品，二等包裝，三等價(jià)格”的現(xiàn)象，而且，還能夠抬高產(chǎn)品的身價(jià)，使消費(fèi)者或用戶愿意出較高的價(jià)格購買。從而使企業(yè)增加銷售收入。此外，包裝產(chǎn)品的存貨控制，比較簡(jiǎn)單易行。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品包裝化，還可使產(chǎn)
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品損耗率降低，提高運(yùn)輸、儲(chǔ)存、銷售各環(huán)節(jié)的勞動(dòng)效率。這些都可使企業(yè)增加利潤(rùn)。
2.2包裝機(jī)的分類
包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、供料、堆碼和拆卸等此外，包裝還包括計(jì)量或在包裝件上打印日期等工序。使用包裝機(jī)械包裝產(chǎn)品可提高生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。包裝機(jī)械的種類繁多，分類方法很多。從不同的觀點(diǎn)出發(fā)可有多種，按產(chǎn)品狀態(tài)分，有液體、塊狀、散粒體包裝機(jī)；按包裝作用分，有內(nèi)包裝、外包包裝機(jī)；按包裝行業(yè)分，有食品、日用化工、紡織品等包裝機(jī)；按包裝工位分，有單工位、多工位包裝機(jī)；按自動(dòng)化程度分，有半自動(dòng)、全自動(dòng)包裝機(jī)等。
包裝機(jī)械的分類方法還有許多，各種分類方法各有其特點(diǎn)及適用范圍，但均有其局限性。從國(guó)際上包裝機(jī)械總的情況來看，比較科學(xué)的分類方法是按其主要功能進(jìn)行分類，它能抓住事物的本質(zhì)。其基本分類如下：
a. 充填機(jī)充填機(jī)是將精確數(shù)量的包裝品裝入到各種容器內(nèi)的包裝機(jī)。其主要種類有：（1）容積式充填機(jī)。包括量杯式、插管式、柱塞式、料位式、螺桿式、定時(shí)式充填機(jī)。（2）稱重式充填機(jī)。包括間歇稱重式、連續(xù)稱重式、稱重—離心等分式等充填機(jī)。（3）計(jì)數(shù)式充填機(jī)。包括單件計(jì)數(shù)式、多件計(jì)數(shù)式充填機(jī)。
b. 封口機(jī)封口機(jī)是將充 填有包裝物的容器進(jìn)行封口的機(jī)械，其主要種類有：（1）無封口材料封口機(jī)。包括熱壓式、冷壓式、熔焊式、插合式、折疊式等封口機(jī)。（2）有封口材料封口機(jī)。包括旋合式、滾紋式、卷邊式、壓合式等封口機(jī)。（3）有輔助封口材料封口機(jī)。包括膠帶式、粘結(jié)式、釘合式、結(jié)扎式、縫合式等封口機(jī)。
c. 裹包機(jī)裹包機(jī)是用柔性的包裝材料，全部或部分地將包裝物裹包起來的包裝機(jī)。其主要種類有：（1）全裹式裹包機(jī)。包括扭結(jié)式、覆蓋式、貼體式、接縫式等裹機(jī)。（2）半裹式裹包機(jī)。包括折疊式、收縮式、拉伸式、纏繞式等裹機(jī)。
d. 多功能包裝機(jī)這類包裝機(jī)具有以上介紹的兩種或兩種以上的功能。
2.3包裝機(jī)的組成
包裝機(jī)械屬于自動(dòng)機(jī)范疇，它的種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新型包裝機(jī)械不斷涌現(xiàn)，它們的組成不盡相同。但通過對(duì)大量包裝機(jī)械的工作原理和結(jié)構(gòu)性能的分析，
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可找出其組成的共同點(diǎn)。即包裝機(jī)械都是由八個(gè)部分組成的，又稱為包裝機(jī)械組成的八大要素。
圖2.1 包裝機(jī)的組成
a. 包裝材料及容器的整理與供送系統(tǒng)該系統(tǒng)是將包裝材料（包括撓性、半剛性、剛性包裝材料和包裝容器及輔助物）進(jìn)行定長(zhǎng)切斷或整理排列，并逐個(gè)輸送到預(yù)定工位的系統(tǒng)，如糖果包裝機(jī)中包裝紙的供送、切斷機(jī)構(gòu)。有的系統(tǒng)在供送過程中還能完成制袋或包裝容器的豎起、定型、定位等工作；有的封罐機(jī)的供送系統(tǒng)還可完成罐蓋的定向、供送等工作。
b. 被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)該系統(tǒng)是將被包裝物品進(jìn)行計(jì)量、整理、排列，并輸送到預(yù)定工位的系統(tǒng)。有的還可完成被包裝物品的定型、分割。如飲料灌裝機(jī)的計(jì)量和液料供送系統(tǒng)；餅干包裝機(jī)的餅干整理、排列和供送系統(tǒng)。
c. 主傳送系統(tǒng)該系統(tǒng)是將包裝材料和被包裝物品由一個(gè)包裝工位順序傳送到下一個(gè)包裝工位的系統(tǒng)。單工位包裝機(jī)沒有傳送系統(tǒng)。全部包裝工序在包裝機(jī)上往往分散成幾個(gè)工位來協(xié)同完成，所以必須有專門的機(jī)構(gòu)來傳送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。主傳送機(jī)構(gòu)的形式，一般決定了包裝機(jī)的形式并影響其外形。
d. 包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)是直接完成包裝操作的機(jī)構(gòu)，即完成裹包、灌裝、封口、貼標(biāo)、捆扎等操作的機(jī)構(gòu)。如糖果裹包機(jī)的前、后推糖板，抄紙板，糖鉗手和扭結(jié)手等組成的機(jī)構(gòu)就是包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)；封罐機(jī)中的兩邊卷封滾輪也是包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
e. 成品輸出機(jī)構(gòu)成品輸出機(jī)構(gòu)是把包裝好的產(chǎn)品從包裝機(jī)上卸下、定向排列并輸出的機(jī)構(gòu)。有的包裝機(jī)械的成品輸出是由主傳送機(jī)構(gòu)完成的或是靠包裝產(chǎn)
3 方案設(shè)計(jì)及選擇
品的自重卸下的。
f. 動(dòng)力機(jī)與傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)是機(jī)械工作的原動(dòng)力，在包裝機(jī)械中通常為電動(dòng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)，個(gè)別情況也有采用燃動(dòng)機(jī)或其它動(dòng)力機(jī)的。傳動(dòng)系統(tǒng)是指將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，使其實(shí)現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作的裝置。通常由傳動(dòng)零件，如帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪、蝸輪蝸桿等組成，或者由機(jī)、電、液、 氣等多種形式的傳動(dòng)組成。
g. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由各種手動(dòng)、自動(dòng)裝置組成。在包裝機(jī)中從動(dòng)力的輸出、傳動(dòng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是由控制系統(tǒng)指令操縱的。它包括包裝過程、包裝質(zhì)量、故障與安全的控制。現(xiàn)代包裝機(jī)械的控制方法除機(jī)械形式外，還有電控制、氣動(dòng)控制、光電控制、電子控制、射流控制、PLC控制和智能控制等，可根據(jù)包裝機(jī)械的自動(dòng)化水平和生產(chǎn)要求選擇。
h. 機(jī)身機(jī)身用于安裝、固定、支承包裝機(jī)所有的零部件，滿足其相互運(yùn)動(dòng)和相互位置的要求。因此，機(jī)身必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。
包裝材料
2.4 顆粒包裝機(jī)的工作原理
物料
成型器
計(jì)量
縱封
填裝
橫封
分切
成品
圖2.2 顆粒包裝機(jī)包裝流程圖
3 方案設(shè)計(jì)及選擇
3.1物料供送系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案
包裝物料的準(zhǔn)確計(jì)量和快速穩(wěn)定供送是實(shí)現(xiàn)機(jī)械化包裝的首要條件。包裝物料計(jì)量裝置的選擇和設(shè)計(jì)基本要求如下：
a. 滿足包裝工藝要求，實(shí)現(xiàn)物料連續(xù)或間歇供送。
b. 根據(jù)物料類別和包裝要求，實(shí)現(xiàn)物料計(jì)量及供送的機(jī)械化和自動(dòng)化。
c. 滿足包裝機(jī)生產(chǎn)率對(duì)物料供送速度和計(jì)量精度的要求，生產(chǎn)能力、工作速度可調(diào)整。
d. 包裝物料供送的計(jì)量要準(zhǔn)、定向要好、供送過程要穩(wěn)、可控性要強(qiáng)，便于與包裝材料或容器供送機(jī)構(gòu)、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)同步工作及協(xié)調(diào)布置。
e. 便于檢測(cè)、控制、維修和調(diào)試。
f. 滿足衛(wèi)生性和安全性要求，物料損耗少，便于清洗和維護(hù)。
包裝物料供送計(jì)量裝置按給定工作要求，將包裝物料從料倉輸送到包裝工位并填充到包裝容器中。包裝物料的狀態(tài)、形狀及物理性質(zhì)直接影響物料的計(jì)量和供送，因此在設(shè)計(jì)包裝物料供送計(jì)量裝置時(shí)，必須全面了解被包裝物料的基本物理性質(zhì)。包裝物料按其狀態(tài)和流動(dòng)性可分為：流體、半流體、散體、固體；按物料形狀可分為：粉體、顆粒、規(guī)則塊體、不規(guī)則塊體等。
包裝物料的計(jì)量供送方式，根據(jù)物料的計(jì)量方法可分為：計(jì)數(shù)計(jì)量法、容積計(jì)量法、稱重計(jì)量法。一般來說，形狀規(guī)則的固體塊狀物品或顆粒狀物品采用計(jì)數(shù)計(jì)量，形狀不規(guī)則塊狀物料采用稱重計(jì)量，液體或散體物料采用容積式計(jì)量。
對(duì)于密度穩(wěn)定、顆粒均勻、粘附性小、不易潮濕結(jié)塊、流動(dòng)性好的松散粉粒、顆粒物料，如味精、食鹽、顆粒藥品等，采用容積式計(jì)量方式比較適合。本設(shè)計(jì)所要計(jì)量的物品有散粒食品、藥品、化學(xué)試劑等小顆粒產(chǎn)品，經(jīng)過詳細(xì)研究比較，選用容積式計(jì)量裝置最為合適。常用的容積式計(jì)量裝置有量杯式、轉(zhuǎn)鼓式、螺桿式、活塞式等不同類型。經(jīng)過分析比較，提出以下兩種適合本設(shè)計(jì)的方案：
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方案一：定容式量杯充填機(jī)
1.料斗 2.刮板 3.定量杯 4.活動(dòng)底蓋 5.轉(zhuǎn)軸 6.轉(zhuǎn)盤 7.護(hù)圈
圖3.1 轉(zhuǎn)盤式定容積量杯計(jì)量裝置
工作原理：量杯式計(jì)量裝置的量杯是由量杯筒體和活動(dòng)底蓋組成，量杯筒體常采用圓柱狀空腔結(jié)構(gòu)；在計(jì)量過程中，活動(dòng)底蓋根據(jù)計(jì)量裝料和排料的需要，交替的開啟與關(guān)閉量杯筒體底端；量杯上端面設(shè)置刮板，用以刮平量杯中的物料，實(shí)現(xiàn)定容填充物料。
方案二：轉(zhuǎn)鼓式計(jì)量裝置
1.料斗 2.殼體 3.轉(zhuǎn)鼓 4.包裝材料 5.導(dǎo)管 6.縱封輥
圖3.2 定容積式轉(zhuǎn)鼓計(jì)量裝置
工作原理：轉(zhuǎn)鼓容積計(jì)量與量杯容積計(jì)量的原理相同，其計(jì)量容腔為各種形狀的槽形腔體，直接開設(shè)在轉(zhuǎn)鼓上。待包裝物料放入料斗中，計(jì)量鼓被驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。當(dāng)計(jì)量容腔經(jīng)過進(jìn)料口時(shí)，從料斗充填物料；當(dāng)計(jì)量裝置旋轉(zhuǎn)到排料口時(shí)，計(jì)量腔中的物料在重力作用下排出，經(jīng)過導(dǎo)管填充到包裝袋中，實(shí)現(xiàn)物料的計(jì)量包裝。槽形腔體可設(shè)計(jì)成定容積式或可調(diào)容積式。轉(zhuǎn)鼓容積計(jì)量裝置與轉(zhuǎn)鼓給料機(jī)的結(jié)構(gòu)相似，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊的特點(diǎn)，適用于散堆密度穩(wěn)定、流動(dòng)性好、無結(jié)塊的細(xì)粉粒物料的小包裝計(jì)量，如味精、精鹽等。
方案比較選擇：以上兩種方案原理相同，其計(jì)量容腔為各種形狀的槽型腔體，轉(zhuǎn)盤式定容積量杯和轉(zhuǎn)鼓式都有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊的特點(diǎn)，與轉(zhuǎn)盤式量杯計(jì)量裝置轉(zhuǎn)鼓式具有效率高的優(yōu)點(diǎn)，而且結(jié)構(gòu)更為緊湊，故選擇轉(zhuǎn)鼓式。
3.2包裝材料供送機(jī)構(gòu)方案：
包裝材料及容器的供送是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品機(jī)械化包裝的必要條件，必須保證包裝材料及容器的供送速度快、穩(wěn)定性好、可控性強(qiáng)。包裝材料及容器的供送系統(tǒng)必須滿足如下基本要求：
a. 符合包裝工藝流程，滿足包裝材料及容器連續(xù)性或間歇性的供送要求。
b. 根據(jù)包裝材料及容器的類別和特征，確定具體的供送方式和結(jié)構(gòu)。
c. 滿足包裝機(jī)生產(chǎn)率對(duì)包裝材料及容器供送速度或供送頻率的要求，供送的生產(chǎn)能力或工作速度應(yīng)該可調(diào)。
d. 滿足包裝材料及容器供送的定長(zhǎng)、定位、定向控制要求，供送過程的穩(wěn)定性要好、可控性要強(qiáng)，便于與包裝物料供送和充填動(dòng)作的同步。
e. 便于與包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)同步工作和協(xié)調(diào)布置，利于包裝機(jī)總體布局，方便實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)、檢測(cè)、控制和維護(hù)。
根據(jù)題目要求，所用的包裝材料為卷帶包裝材料。根據(jù)卷帶的包裝材料卷寬的大小和卷帶的支撐方式，供送機(jī)構(gòu)可分為懸臂支撐式和兩端支撐式。當(dāng)卷帶包裝材料的寬度和直徑小于400mm左右，且材料重量較輕時(shí)，一般采用單端懸臂支撐式。單端懸臂支撐式包裝材料供送裝置一般布置在包裝機(jī)的上方，這種包裝材料供送方式更容易更換材料，便于包裝機(jī)的整體布局，大多應(yīng)用于中小包裝機(jī)。
結(jié)合題目中要求的包裝袋以及包裝材料的規(guī)格，單端懸臂支撐式比較適合本設(shè)計(jì)，因此采用單端懸臂支撐式。提出以下兩種方案可供選擇：
方案一：立式連續(xù)制帶
1.卷筒薄膜 2.導(dǎo)輥 3.成型器 4.加料器
圖3.3 立式連續(xù)制帶
工作原理：卷筒薄膜在縱封滾輪的牽引下，經(jīng)導(dǎo)輥進(jìn)入制袋成型器形成種紙管狀?？v封滾輪在牽引的同時(shí)封合紙管對(duì)接兩邊緣。物料的充填是在紙管受縱封牽引下行至橫封閉合前完成的。
方案二：.臥式間歇制袋
1.卷筒薄膜 2.導(dǎo)輥 3.成型器 4.導(dǎo)桿
圖3.4 臥式間歇制袋三邊封口包裝
工作原理：卷筒塑料薄膜1經(jīng)導(dǎo)輥2引入成型器3，在成型器3及導(dǎo)桿4的作用下形成U形并由張口器5撐開。后面還有牽引輪。
方案比較選擇：立式連續(xù)三邊封口包裝機(jī)是將縱封和牽引合為一個(gè)縱封輪，節(jié)省時(shí)間、空間。臥式間歇制袋包裝機(jī)效率低，占地面積大，而且供送機(jī)構(gòu)還需牽引裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為了結(jié)構(gòu)緊湊，經(jīng)濟(jì)實(shí)用選擇立式連續(xù)封口包裝。
4 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
4 機(jī)械部分設(shè)計(jì)
4.1計(jì)量裝置設(shè)計(jì)計(jì)算
1.料斗 2.轉(zhuǎn)鼓 3.軸 4.殼體 5.同步帶輪 6.端蓋
圖4.1 定容積式轉(zhuǎn)鼓計(jì)量裝置
上圖為計(jì)量裝置原理簡(jiǎn)圖。帶包裝物料放入料斗中，計(jì)量轉(zhuǎn)鼓被傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。當(dāng)計(jì)量容腔經(jīng)過進(jìn)料口時(shí)，從料斗充填物料；當(dāng)計(jì)量裝置旋轉(zhuǎn)到排料口時(shí)，計(jì)量腔中的物料在重力作用下排出，經(jīng)過導(dǎo)管填充到包裝袋中，實(shí)現(xiàn)物料的計(jì)量包裝。
圖4.2 計(jì)量裝置轉(zhuǎn)鼓圖
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
計(jì)量容腔是由轉(zhuǎn)鼓的內(nèi)槽和殼體的內(nèi)圓弧槽形成的密閉容積，轉(zhuǎn)鼓上有四個(gè)扇形槽，扇形大圓半徑R，小圓半徑r，槽型長(zhǎng)度L。則單個(gè)計(jì)量腔的體積V為：
（4.1）
式中：V——單個(gè)計(jì)量腔容積；
——扇形的弧度；
R——扇形外圓半徑；
r——扇形內(nèi)圓半徑；
L——槽的長(zhǎng)度。
由于題目要求制袋尺寸：
(長(zhǎng)寬高)=
而且要求包裝物料的體積是可調(diào)的，在查閱相關(guān)資料之后，將上圖中轉(zhuǎn)鼓設(shè)計(jì)成一系列的不同大小的，可以根據(jù)所需要計(jì)量容積快速更換的一系列零件，考慮到成本和制造方面，以及整體機(jī)器比較輕便，材料選用尼龍。這一系列零件只通過改變扇形槽的長(zhǎng)度L就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)量不同容量。
4.2生產(chǎn)能力計(jì)算
關(guān)于可更換扇形槽轉(zhuǎn)鼓生產(chǎn)能力的計(jì)算：
（4.2）
式中： —每個(gè)定容杯中的料重，；
—轉(zhuǎn)鼓的轉(zhuǎn)速；
—轉(zhuǎn)鼓上計(jì)量槽的個(gè)數(shù)；
—計(jì)量槽的容積；
—物料密度。
扇形槽的容積：
（4.3）
式中： V——單個(gè)計(jì)量腔容積；
——扇形的弧度；
R——扇形外圓半徑；
r——扇形內(nèi)圓半徑；
L——槽的長(zhǎng)度。
計(jì)量裝置計(jì)量體積的大小通過槽的容積大小來調(diào)節(jié)，而槽的大小是通過設(shè)定不同的槽長(zhǎng)度來確定的，截面形狀是不變的。
4.3制袋成型器的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算
制袋成型器是自動(dòng)包裝機(jī)的一個(gè)關(guān)鍵零部件，其作用是使平面狀的包裝薄膜材料轉(zhuǎn)變?yōu)閳A筒狀，并產(chǎn)生封接邊，以利于包裝物料的進(jìn)入。在制袋過程中，制袋成型器在卷筒薄膜由舒展平坦輸送到卷折成各種袋型的過程中起到一個(gè)十分關(guān)鍵的作用，制袋成型器的選擇、設(shè)計(jì)和使用，對(duì)包裝的形式、尺寸以及包裝質(zhì)量有直接的影響。因此成型器的選擇和設(shè)計(jì)計(jì)算是非常重要的。
設(shè)計(jì)和制造成型器的關(guān)鍵為：盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力，使薄膜不產(chǎn)生縱向或橫向的拉伸變形以及皺折等。確保薄膜自然貼合、無拉伸、無騰空地通過成型器，自然卷合，正確成型。 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，制造方便，調(diào)試容易。
4.3.1常用成型器
常用的成型器主要有以下幾種：
a. 翻領(lǐng)成型器翻領(lǐng)式成型器，平張薄膜拉過該成形器就成圓筒狀，成形阻力大，對(duì)塑料單膜適應(yīng)性差，當(dāng)薄膜厚薄不勻時(shí)更易使塑料變形，使薄膜折皺或撕裂；對(duì)塑料復(fù)合膜適應(yīng)性較好，常用于立式枕形包裝機(jī)上作粉體、顆粒物料的充填。成形器的設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試都較復(fù)雜，且每種規(guī)格要一種成形器，無通用性。在常用的幾種成型器中，它的成形阻力較大,易使薄膜產(chǎn)生變形，使之發(fā)皺或撕裂，故對(duì)塑料薄膜適應(yīng)性差，而對(duì)復(fù)合膜適應(yīng)性較好，它常用于立式枕型制袋包裝機(jī)上，包裝粉狀、顆料狀物料。每種規(guī)格的成型器只能成型一種規(guī)格的袋寬，當(dāng)袋寬規(guī)格發(fā)生變化時(shí)，就要更換相應(yīng)尺寸的成型器。而且成型器的設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試都較復(fù)雜。
在成型過程中，薄膜自然卷合成圓筒狀。由此可見，其設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于正確設(shè)計(jì)翻領(lǐng)曲面與成型筒曲面的拼接曲線，要求自然圓滑地過渡。
圖4.3 翻領(lǐng)成型器的工作原理
如圖所示，用一張邊長(zhǎng)等于成型器筒周長(zhǎng)的方形紙，緊貼包卷在圓筒外表面，將上端打開并且無折皺地翻展，即可形成翻領(lǐng)成型器的工作曲面。工作曲面與圓筒曲面的交接線就是需要設(shè)計(jì)所求的拼接曲線。圖中(b)為展開的平面曲線圖，其中r為圓筒半徑。
b. 象鼻成型器的設(shè)計(jì)圖4.3為象鼻式成型器，該成型器類似象鼻的形狀，平張薄膜拉過該成型器時(shí)，薄膜變化較平緩，故成型的阻力比翻領(lǐng)成型器的阻力小，適用于塑料單膜的成型，它常用于立式連續(xù)三面封口制袋包裝機(jī)及枕式對(duì)接制袋包裝機(jī)上。但是，對(duì)制造同一尺寸的枕形袋所需對(duì)應(yīng)的成型器，象鼻成型器的結(jié)構(gòu)尺寸比翻領(lǐng)式結(jié)構(gòu)尺寸大，薄膜也易于跑偏，同樣，該成型器只能成型同一寬度的袋形。平張薄膜拉過該成形器成形時(shí)變化較為平緩，故成形阻力比翻領(lǐng)式小，適用于塑料單膜包裝，主要用于立式連續(xù)式三面封口式或枕式對(duì)接袋的包裝。設(shè)計(jì)、制造、使用較為容易，有時(shí)薄膜容易拉偏。對(duì)于象鼻成型器，其安裝角可取，圓弧槽半徑推薦值為。根據(jù)參數(shù)a，a和R可求出β值、h值和n值，如下圖所示：
圖4.4 象鼻成型器參數(shù)及其示意圖
象鼻成型器的兩邊都帶有護(hù)邊目的是防止成型器曲面過長(zhǎng)而導(dǎo)致薄膜貼合不良而跑偏，影響翻折制袋。折邊的寬度可取15～20=mm。下圖中，在D處，三角板離上頂面距離為m。實(shí)際生產(chǎn)中，往往將GD段截?cái)啵贕處設(shè)置導(dǎo)輥將薄膜直接引入D處。象鼻成型器的制造一般采用不銹鋼薄板，要求外表面光滑平整。其三角部分合圓弧槽部分可用整塊板料卷曲而成，因?yàn)樗鼈兊恼归_寬度是相等的。下圖中所示是象鼻成型器結(jié)構(gòu)及展開圖，沿虛線卷折即可制得成型器，圖中參數(shù)可通過計(jì)算加以選擇。
在設(shè)計(jì)象鼻成型器時(shí)應(yīng)注意，除了折邊部分外，其寬度應(yīng)與薄膜寬度大致相等。理想狀態(tài)是：制造完工的成型器，其表面寬度比薄膜大15～20mm。這樣可確保薄膜自然貼合成型器而不起皺。
c. 三角板成型器三角板成形器，它由銳角三角形板與U形立桿（或兩平行輥）聯(lián)結(jié)在基板上而形成，它是最簡(jiǎn)單的成形器，不論立式或臥式、連續(xù)或者間歇運(yùn)動(dòng)的三面封口式包裝機(jī)都有應(yīng)用該成形器作為制袋器。它有一定的通用性，一定尺寸的塑袋范圍只要調(diào)節(jié)基板的上、下位置即可。對(duì)折后的薄膜上口有一塊隔離板，幫助袋口張開，薄膜料袋的間歇移動(dòng)靠牽引輥間歇回轉(zhuǎn)帶動(dòng)，制成開口向上的空袋后，可如圖所示先行裝填,而后橫封、切斷，也有空袋制成后先行分切交由帶夾持手的直線輸送鏈?zhǔn)介g歇回轉(zhuǎn)工序盤，在每次運(yùn)動(dòng)停歇的工位上進(jìn)行裝袋、封口及卸料。
根據(jù)設(shè)計(jì)需要，選擇成本較低的象鼻成形器，并在原象鼻成形器兩邊加上導(dǎo)槽，以彌補(bǔ)原設(shè)計(jì)容易被拉偏的的缺陷并具有了一定的通用性。
4.3.2成形器的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算
從三角形、U型及象鼻成型器可見，它們的共同特點(diǎn)是利用成型器外表面形狀的變化而將平張薄膜折成對(duì)折或近似對(duì)折的形狀，在平張薄膜逐漸變成對(duì)折狀態(tài)的過程中，被一個(gè)個(gè)三角形圖形所分割，下面就從這些三角形圖形入手來研究其設(shè)計(jì)的一般方法：
a. 三角形成型器的設(shè)計(jì)三角形成型器使平張薄膜對(duì)折成型的過程如圖4-2所示。
圖4.5 三角板成形器對(duì)折過程示意圖
設(shè)薄膜的寬度為，對(duì)折后的空袋高度為 (立式機(jī)為空袋寬度)，三角形板與水平面間的傾斜角即安裝角為，三角板的頂角為，薄膜在三角形板上翻折的這一區(qū)段長(zhǎng)為，若不計(jì)三角形板的厚度，假定薄膜在對(duì)折后兩膜間貼得很緊，則：
在直角三角形DEC中，, ,所以有
（4.4）
在直角三角形ADC或BDC中：,,所以有
（4.5）
對(duì)既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸, 是一個(gè)定值,所以有如下關(guān)系；
（4.6）
即：
由此可見，三角形成型器的頂角與安裝角有相互制約的關(guān)系，而值的大小關(guān)系到三角形板形狀尺寸，所以一定的安裝角必對(duì)應(yīng)著一定形狀尺寸的三角形成型器，否則會(huì)影響成型器正常制袋。
在生產(chǎn)實(shí)踐中，三角形頂角值是加工后得到的，而安裝角可通過一定結(jié)構(gòu)，并加以調(diào)試來保證。故最好值是一個(gè)容易測(cè)量的整數(shù)，設(shè)計(jì)中通常是選定后，再用關(guān)系式來求解值。
安裝角實(shí)質(zhì)上就等于三角形成型器在頂角附近薄膜運(yùn)動(dòng)的壓力角，角越大就表示壓力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大，壓力角太大時(shí)，薄膜在受力翻折中容易產(chǎn)生拉伸變形，嚴(yán)重的甚至撕裂或拉斷。壓力角小時(shí)，成形阻力就小，但壓力角太小，致使結(jié)構(gòu)不緊湊。
根據(jù)壓力角及結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系，三角形成型器安裝角的選擇范圍為，由此可見，角最適宜的角度不大于。所以,通常三角形成型器采用頂角的等腰三角形，取極限時(shí)，則呈等邊三角形。
決定三角形成型器的尺寸除頂角外，還有三角形板的高，它和制袋的最大尺寸有關(guān)：
（4.7）
式中：—能制作最大空袋的高（立式機(jī)為帶寬）。
b. U形成型器的設(shè)計(jì)U形成型器可看做是在三角形成型器的三角形板上裝接了圓弧導(dǎo)槽及薄膜導(dǎo)板并用圓弧過渡后得到的。三角形板安裝角，設(shè)裝接的圓弧導(dǎo)槽的圓弧半徑為，如將U形成型器展開成平面，它與薄膜寬度相當(dāng)，否則說明成型器在某處多了或少了一塊，為此U形槽與三角形板的裝接部位有一定位置要求，它以圓弧槽中心線與三角形板的頂點(diǎn)C間距離用L來表示。
圖4.6 U型成型器示意圖
若滿足上述成型器展開平面寬度處處為，則圓弧槽中心線裝接位置應(yīng)有：
（4.8）
但這時(shí)圓弧槽與三角形板的邊線并不相切，也就難以裝接，見圖4.3所示。實(shí)際使用中，圓弧槽裝接即考慮展開面的寬度與基本相符，又考慮與三角形板能順利裝接，故只好采用圓弧過渡來解決，取
（4.9）
式中： R—U型槽圓弧部分的半徑，可根據(jù)工藝上需要來取值，亦可按推薦取用；
—空袋高度(立式為寬度)。
c. 象鼻成型器的設(shè)計(jì)象鼻成型器可看作是在U型成型器的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，結(jié)構(gòu)方面作了一些修改而形成的，它的安裝角比三角形及U型成型器都要小得多，它的成型阻力比較小，而制同樣的一個(gè)袋，成型器結(jié)構(gòu)尺寸倒要大得多。象鼻成型器設(shè)計(jì)時(shí)建議按選用三角形板的安裝角，并計(jì)算三角形頂角值，根據(jù)所制作空袋袋寬計(jì)算三角形板的高。按U形成型器的設(shè)計(jì)方法找準(zhǔn)圓弧槽裝接位置L，并取用圓弧部分半徑。
圖4.7象鼻成型器示意圖
象鼻成型器的形成還需加裝薄膜護(hù)邊，以利控制包裝材料跑偏，常取護(hù)邊寬。見圖4-4所示。實(shí)際使用中又截去三角形板的GHK部分，減少成型器尺寸，在原三角形板的底邊G處設(shè)置一薄膜導(dǎo)輥，讓包裝材料經(jīng)這一導(dǎo)輥后直接拉上成型器的截面處。
在上圖中右端U型槽處，應(yīng)截去PQEF部分，其中應(yīng)使。
其中：—縱封輥回轉(zhuǎn)半徑，—所選定的護(hù)邊寬度尺寸。
最后將U型槽余下部分上口并攏，使U型變成如圖4-4右側(cè)視圖那樣的封閉圖形，以利縱封封口，原U型成型器的GHK部分因有薄膜導(dǎo)輥G而可省略被截去。
綜上，將題目所需尺寸代入，首先選擇為三角形板的安裝角，則，根據(jù)空帶帶寬為180mm，計(jì)算出三角形板高，
取圓弧裝接位置，圓弧半徑。護(hù)邊。
在設(shè)計(jì)象鼻成型器時(shí)應(yīng)注意，除折邊部分以外，其寬度應(yīng)與薄膜的寬度大致相等，理想狀態(tài)是：制造完工的成型器，其表面寬度比薄膜寬度大。這樣可確保薄膜自然貼合成型器而不起皺。
平張薄膜通過該成型器的時(shí)，彎折比較平緩，成型阻力較小，對(duì)塑料單膜的適應(yīng)性較好。該成型器常用于立式連續(xù)制袋的充填封口機(jī)，其設(shè)計(jì)和制造比較方便，但是此成型器只適用一種袋寬。在自動(dòng)制袋裝填包裝機(jī)中采用卷筒式包裝薄膜，在進(jìn)行自動(dòng)包裝的過程中，首先要由卷筒形式舒展成帶，再按要求進(jìn)行成型及充填包裝。這一運(yùn)行過程，其實(shí)就是包裝材料帶的公司供送過程。實(shí)現(xiàn)這個(gè)供送過程的裝置主要包括三部分：退卷裝置、導(dǎo)引裝置以及牽引裝置（縱封器）。供送裝置設(shè)計(jì)的合理性直接影響著包裝的質(zhì)量，甚至影響到包裝機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。薄膜在供送的過程中必須保持平穩(wěn)無跳動(dòng)，正確到位而不會(huì)偏移，否則包裝機(jī)無法實(shí)現(xiàn)包裝動(dòng)作。
4.4引導(dǎo)裝置
引導(dǎo)裝置主要是一系列導(dǎo)輥組，通過導(dǎo)輥的作用，使包裝材料帶平展輸送，并起到自由轉(zhuǎn)向，校正糾偏的作用。導(dǎo)輥的機(jī)構(gòu)很簡(jiǎn)單，主要由心軸、輥筒和軸承組成（如圖4.8所示）。
1.心軸 2.角接觸球軸承 3.輥筒 4.套筒 5.墊圈 6.螺母
圖4.8 導(dǎo)輥結(jié)構(gòu)
心軸固定安裝在支座上，使輥筒在軸上能靈活轉(zhuǎn)動(dòng)。輥筒一般用不銹鋼管表面拋光制作，也可用工程塑料管等材料制造。無論用何種材料，輥筒外表面應(yīng)保持光潔圓滑，以便使薄膜帶輸送平滑穩(wěn)定。
一臺(tái)包裝機(jī)一般有若干支導(dǎo)輥，安裝時(shí)須確保平行，并且按薄膜帶的走向設(shè)定安裝位置。導(dǎo)輥的數(shù)量與薄膜帶輸送速度有關(guān)，對(duì)于牽引速度高的包裝機(jī)，薄膜帶高速輸送，則需要較多數(shù)量的導(dǎo)輥以提高薄膜帶輸送的穩(wěn)定性。反之，牽引速度較低的包裝機(jī)，配置較少的導(dǎo)輥即可滿足要求。
4.5 軸的設(shè)計(jì)
4.5.1 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的設(shè)計(jì)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工作能力計(jì)算兩方面的內(nèi)容。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會(huì)增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是軸設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容。
為了防止軸上零件受力時(shí)發(fā)生沿軸向或周向的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軸上零件除了有游動(dòng)或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，以保證其準(zhǔn)確的工作位置。
a. 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。套筒定位結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強(qiáng)度，一般用于軸上兩個(gè)零件之間的定位。
本設(shè)計(jì)中軸上的齒輪之間的軸向定位采用的就是軸肩加套筒定位。
軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動(dòng)造成螺釘松脫，可加圓柱銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動(dòng)墊片防松等固定方法。
b. 軸的工作能力計(jì)算指的是軸的強(qiáng)度、剛度和振動(dòng)穩(wěn)定性等方面的計(jì)算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強(qiáng)度。這時(shí)只需對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，以防止斷裂或塑性變形。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。因此，本設(shè)計(jì)中的軸均采用45鋼。
本設(shè)計(jì)中主要有三個(gè)軸其中第一個(gè)傳動(dòng)軸和計(jì)量轉(zhuǎn)鼓的安裝軸只傳送轉(zhuǎn)矩，因?yàn)樗b物品為茶葉，藥品等小包裝，每袋質(zhì)量100g左右，扭矩很小，所以不需要做校核計(jì)算。包裝袋的懸掛軸，因?yàn)橐惺軓澗?，因此要做校核?
a. 轉(zhuǎn)鼓安裝軸
圖4.9 轉(zhuǎn)鼓安裝軸
左起第一段安裝軸承，選用內(nèi)徑為的代號(hào)6006的深溝球軸承，第二段安裝軸承的軸肩，第三段為安裝轉(zhuǎn)鼓的軸間，第四段安裝轉(zhuǎn)鼓，轉(zhuǎn)鼓是通過鍵與軸連接，第五段安裝同步帶輪，為軸提供動(dòng)力，繼而為轉(zhuǎn)鼓提供動(dòng)力，完成包裝。軸的末端是安裝套筒，固定帶輪和軸承。末端同樣采用內(nèi)徑為的代號(hào)6006的深溝球軸承。
b. 傳動(dòng)軸
圖4.10 傳動(dòng)軸
左起第一段是安裝錐齒輪，錐齒輪通過鍵與軸連接，左端的環(huán)形槽是安裝擋圈，用來固定錐齒輪的軸端。第二段安裝同步帶輪，通過同步帶把動(dòng)力傳遞到轉(zhuǎn)鼓。第三段軸肩定位同步帶輪。第四段安裝軸承，通過深溝球軸承與機(jī)身連接，固定軸。第五段軸間也是固定和定位兩端軸承。最末端安裝深溝球軸軸承，連接機(jī)身。
c. 包裝袋懸掛輥安裝軸
圖4.11 包裝袋懸掛輥安裝軸
左起第一段車有螺紋，該軸通過螺母墊圈與左側(cè)安裝版安裝。第二段為軸肩，用做定位。第三段軸肩也是用作定位。第四段安裝兩個(gè)角接觸球軸承，因?yàn)檩S上安裝的是套筒，而且是懸臂結(jié)構(gòu)，危險(xiǎn)截面在最左端，因此不能做成中間最粗的軸，而兩端軸承要選一樣規(guī)格，因此，查閱相關(guān)資料后選用了兩個(gè)角接觸球軸承。末端是通過套筒和墊圈、螺母來固定軸承的另一端。
4.5.2 軸的強(qiáng)度校核
a. 校核要求軸的初步設(shè)計(jì)完成以后，需要對(duì)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核才能最后確定軸的結(jié)構(gòu)和各部分尺寸。對(duì)于重要的軸或有特殊需要的軸，還需要進(jìn)行軸的剛度、臨界轉(zhuǎn)速、失穩(wěn)等問題的校核計(jì)算等。
軸的強(qiáng)度校核包括如下內(nèi)容：
(1)做出軸的力學(xué)模型；
(2)分別作軸的垂直和水平受力圖，并求出軸的支座的垂直和水平支反力；
(3)分別做出軸的垂直和水平彎矩圖；
(4)作軸的合成彎矩圖；
(5)校核軸危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度。
本機(jī)屬于輕型機(jī)，轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩都較小，包裝材料懸掛軸承受力較大，且是懸臂機(jī)構(gòu)，所以只對(duì)包裝材料懸掛軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。
b. 軸強(qiáng)度校核計(jì)算根據(jù)軸的受力情況做出軸的剪力圖和彎矩圖。
圖4.12 軸的受力彎矩圖
根據(jù)對(duì)圖的受力分析，軸的左端安裝截面為危險(xiǎn)截面，危險(xiǎn)截面