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××大學學士學位論文
摘要
本課題專門針對量杯充填形式的顆粒物料臥式成型-充填-封口包裝機的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。該包裝機計量最大范圍100ml，包裝速度50-70袋/min，采用三邊封。
此類包裝機的計量裝置主要采用可調(diào)容量式充填量杯，量杯由上下兩部分構(gòu)成。通過調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)可以改變上下量杯的相對位置，實現(xiàn)容積微調(diào)。微調(diào)可以自動進行，也可以手動進行。封口和充填采用直移型袋成型-充填-封口機構(gòu)設(shè)計。采用間歇式牽拉機構(gòu)對薄膜進行牽引?？紤]經(jīng)濟性及為使結(jié)構(gòu)簡單化，故橫、縱封采用熱板加壓封合，切斷部分使用熱刀熔斷。三角板成型器主要由等腰銳角三角形平板、導輥和固定支板聯(lián)接而成。在多種機型上應用，尤其當制袋規(guī)格有較大變化時，它具有良好的適應性。利用三角板成型器即可將平張薄膜折疊成型，本機采用機械式無級調(diào)速裝置，通過旋鈕的順，逆轉(zhuǎn)動帶動可動錐盤上下移動，即可實現(xiàn)速度的增減，達到無級調(diào)速的目的。其結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，使用維修方便，效率高，所以在各類機械中得到了廣泛的應用。有了這樣的包裝機，會提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，保護環(huán)境，節(jié)約材料；有利于保證被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品質(zhì)量，延長產(chǎn)品的保質(zhì)期；可減少包裝場地面積，節(jié)約基建投資，贏得更多的利潤。
關(guān)鍵詞:包裝機；顆粒物料；結(jié)構(gòu)設(shè)計；計量
Abstract
In this paper, the structure of granular materials horizontal molding - filling – Sealer packaging machine in the form of measuring cup filling is designed. The packaging machine measures the largest extend of 100 ml, packages at the speed of 50-70 bags / min, and adopts a trilateral closure.
Such packaging machine measurement devices mainly used filling measuring cup of adjustable capacity which is cast with top part and bottom part. By adjusting the structure, we could change the relative position of top part and bottom part, and achieve volume fine-tuning. Fine-tuning can be carried out automatically, or manually. The structure of Sealing and filling bags adopts direct Shift-forming - filling - Seal mechanism. By Using Intermittent pulling mechanism, packaging machine can pull film. Considering the economy and simplified structure, the horizontal and vertical closure adopts closure of pressurized hot plate, and part of cutting off uses hot knife fuse. Triangle forming machine is consisited of isosceles acute triangle plate, guided rollers and fixed-link plate. Used in a variety of models, especially when a bag specification changes largely, it can be adapted widely. Triangle forming machine can fold film, and it regulats speed steplessly by mechanical devices, the knob can drive movable cone move up or down, you can a change the speed steplessly. It has simple structure, smooth transmission, few noise, easy maintenance, high efficiency, so it has been widely used in all types of machinery. With such a packaging machine, factories can increase efficiency of producing, reduce labor intensity, protect environmental, and conserve materials; it is conducive to guarantee the health of products, improve product quality, and extend the Preservation period of products; it also can reduce packaging space, save infrastructure Investment, and win more profits.
Key words: packaging machines; granular materials; structure design; measurement
目錄
第1章 緒論 1
前言 1
1.1 包裝機械概述 2
1.1.1包裝機械的定義 2
1.1.2 包裝機械的分類 2
1.1.3 包裝機械的特點 4
1.2 袋成型—充填—封口機簡介 5
第2章 包裝機總體方案設(shè)計 6
2.1包裝機的功能要求 6
2.2工藝分析 6
2.2.1包裝程序 6
2.2.2工藝路線 6
2.3確定主要執(zhí)行構(gòu)件 6
2.3.1包裝材料供送系統(tǒng) 6
2.3.2物料充填系統(tǒng) 7
2.3.3包裝方式與封口方法 9
2.3.4開袋吸嘴裝置 11
2.3.5無極調(diào)速裝置 12
2.3.6確定主軸轉(zhuǎn)速 13
2.3.7選擇電動機 13
2.4設(shè)計主傳動路線 13
2.5設(shè)計總體布局 14
第3章 主要機構(gòu)設(shè)計與計算 16
3.1成型器的設(shè)計與計算 16
3.2蝸輪減速器的設(shè)計 17
3.3主軸設(shè)計及軸承與鍵的選擇 21
3.3.1按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 21
3.3.1軸承的選擇和壽命計算 25
3.4 直齒圓柱齒輪設(shè)計 26
3.5直齒錐齒輪設(shè)計 29
3.6 V帶設(shè)計 31
3.7 同步帶設(shè)計 33
3.8 橫、縱封尺寸計算 34
第4章 結(jié)論 35
致謝 36
參考文獻 37
II
××大學學士學位論文
第1章 緒論
前言
包裝工業(yè)是國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，其在國民經(jīng)濟中所占比重和作用越來越大。世界各國經(jīng)濟發(fā)展歷程證明了這一點。包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證，因此包裝機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當重要的作用。
1. 能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率。如啤酒灌裝機的生產(chǎn)宰可高達36000瓶／小時，這是手工灌裝無法比擬的。又如蛋形巧克力的包裝，用手工包裝每人每班可包裝20kg，而用機械包裝，每入每班可包裝250kg以上。
2. 降低勞動強度，改善勞動條件。如手工包裝糖果，一個工人8小時要重復動作80000多次；再如人工袋裝化肥，粉塵飛揚污染環(huán)境等等。如果廣泛地采用包裝機械代替手工包裝，不但能將包裝工人從繁重的體力勞動中解放出來，而且還大大地改善了工人的勞動條件。
3. 保護環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本。手工包裝液體產(chǎn)品時，易造成產(chǎn)品外濺；包裝粉狀產(chǎn)品時，往往造成粉塵飛揚，既污染了環(huán)境，又浪費了原材料。采用機械包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護了環(huán)境，又節(jié)約了原材料。
4. 有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強市場銷售的競爭力。有些產(chǎn)品的衛(wèi)生要求很嚴格，如藥品、食品等。采用機械包裝，避免了人手和藥品、食品的直接接觸，減少了對產(chǎn)品的污染。同時由于機械包裝速度快，食品、藥品在空氣中停留時間短，從而減少了污染機會，有利于食品和藥品的保潔。
另外．由于包裝機械的計量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴密，從而提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，提高了產(chǎn)品銷售的競爭力，可獲得較高的經(jīng)濟效益。
5. 延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。采用真空、換氣、無菌等包裝機，可使食品和飲料等的流通范圍更加廣泛，延長食品的保質(zhì)期。
6. 可減少包裝場地面積，節(jié)約基建投資。當產(chǎn)品采用手工包裝時，由于包裝工人多，工序不緊湊，所以包裝作業(yè)占地面積大，基建投資多。而采用機械包裝，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，因而減少了包裝的占地面積，可以節(jié)約基建投資。
改革開放以來，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展。商品流通的增加，物質(zhì)的不斷豐富，生活水平的提高，人們在追求商品內(nèi)在質(zhì)量提高的同時，對商品包裝的要求也在不斷提高，包裝工業(yè)隨之迅速發(fā)展，在我國國民生產(chǎn)總值中已占到2％以上，與經(jīng)濟發(fā)達國家的差距正逐步縮小。
我國包裝工業(yè)雖然發(fā)展很快，成就很大，但與發(fā)達國家相比，無論在產(chǎn)品品種、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有很大差距。發(fā)達國家已將微機控制、激光技術(shù)、人工智能、光導纖維、圖像傳感、工業(yè)機器人等高新技術(shù)成熟地應用于包裝機械，而這些高新技術(shù)在我國包裝機械行業(yè)才剛剛開始采用；我國的包裝機械產(chǎn)品品種缺口約30％～40％，包裝機械產(chǎn)品的性能、外觀質(zhì)量有一定差距。因此我們必須采取強有力的措施，進一步加快包裝機械行業(yè)的發(fā)展速度，為早日趕上世界先進水平而奮斗！
1.1 包裝機械概述
1.1.1包裝機械的定義
包裝機械即完成全部或部分包裝過程的一類機器。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要包裝工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、干燥、殺菌、堆碼、拆卸等，也包括打印、貼標、計量等輔助工序。
1.1.2 包裝機械的分類
包裝機械的分類方法很多，廣義地講整個包裝工業(yè)所用的機械設(shè)備都屬于包裝機械的范疇。它可分為兩大類：(1)用于加工包裝材料的機械；(2)用于完成包裝過程的機械。國內(nèi)外在研究包裝機械術(shù)語和分類時，通常將其限定在“完成包裝過程的機械”的范圍之內(nèi)。我國國家標準GB4122—83《包裝通用術(shù)語》中對包裝機械所下定義是：“完成全部或部分包裝過程的機器。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要包裝工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，還包括蓋印、計量等附屬設(shè)備?！?
包裝機械按其功能的不同，可分為：
1.裹包機
用撓性包裝材料全部或局部裹包產(chǎn)品的機器稱為裹包機。按裹包方式的不同，裹包機分為：半裹式裹包機、全裹式裹包機、纏繞式裹包機、拉伸裹包機、貼體包裝機、收縮包裝機。
2.充填機
將產(chǎn)品按預定量充填到包裝容器內(nèi)的機器稱為充填機。充填液體產(chǎn)品的充填機特
稱為灌裝機。按計量原理與充填方法的不同，充填機分為：容積式充填機（量杯式充填機、計量泵式充填機、螺桿式充填機、插管式充填機、料位式充填機、定時式充填機）、稱重式充填機（間歇稱重式充填機、連續(xù)稱重式充填機、稱重-離心等分式充填機）、計數(shù)式充填機（單件計數(shù)式充填機、多件計數(shù)式充填機）、灌裝機（負壓灌裝機、常壓灌裝機、等壓灌裝機）、重力式充填機、推入式充填機、拾放式式充填機。
3.封口機
將容器的開口部分封閉起來的機器稱為封口機。按封口方法的不同，封口機分為：無封口材料的封口機（熱壓式封口機、熔焊式封口機、壓紋式封口機、折疊式封口機、插合式封口機），有封口材料的封口機（滾壓式封口機、卷邊式封口機、壓力式封口機、旋合式封口機），有輔助封口材料的封口機（結(jié)扎封口機、膠帶封口機、粘結(jié)封口機、縫合封口機、釘合機）。
4. (固定)標簽機
在產(chǎn)品或包裝件上加貼或掛插標簽的機器稱為標簽機。按固定標簽方法的不同，標簽機分為：貼標簽機、收縮標簽機、掛標簽機、訂標簽機、插放標簽機。
5.多功能包裝機
能完成兩個或兩個以上包裝工序的機器稱為多功能包裝機。常以其所能完成的包裝工序聯(lián)合命名，但也有以其主要功能命名的。多功能包裝機發(fā)展很快，種類日趨增多，主要有：充填-封口機，成型-充填-封口機（箱（盒）成型-充填-封口機、袋成型-充填-封口機、沖壓成型-充填-封口機、泡罩包裝機、熔融成型-充填-封口機）、定型-充填-封口機（開箱（盒）-充填-封口機、開袋-充填-封口機、開瓶-充填-封口機），真空包裝機、充氣包裝機，裹包-貼標機。
6.清洗、干燥、殺菌用機器
（1）清洗機
清洗包裝材料、包裝件等，使其達到預期清潔度的機器稱為清洗機。
（2）干燥機
減少包裝材料、包裝件等的水分，使其達到預期干燥程度的機器稱為干燥機。
（3）殺菌機
清除或殺死包裝材料、產(chǎn)品或包裝件等上的微生物，使其降低到允許范圍內(nèi)的機器稱為殺菌機。
7.單元貨載用集裝和拆卸機
將若干個產(chǎn)品或包裝件集合包裝而形成一個搬運或銷售單元的機器稱為集裝機。有的集裝機的工作原理與前述第一至第五部分中所述的包裝機的工作原理是相同的，此外還有：捆扎機，捆結(jié)機，壓縮打包機，堆碼機。
將集裝件拆開，并將其中產(chǎn)品取出，卸下和分離的機器稱為拆卸機。有的機器兼有集裝和拆卸的功能。
8.輔助包裝機械和設(shè)備
凡是完成對產(chǎn)品、包裝材料、包裝件有關(guān)作用，而又不能編入上述第一至第七部分的包裝機械和設(shè)備都歸屬于此類。包括：
輔助手工包裝用機械和設(shè)備，如手動封箱器、手動捆扎器等。
排列、輸送或存儲產(chǎn)品、包裝材料及包裝件用機械和設(shè)備，如輸送裝置、堆碼臺等。
加工處理產(chǎn)品、包裝材料及包裝件用機械和設(shè)備，如計量機、開箱機、涂膠器等。
對產(chǎn)品、包裝材料及包裝件作打印、檢驗、試驗的機械和設(shè)備，如打印裝置、物重選別機等。處理包裝廢物用機械和設(shè)備，如破碎機、分選機等。環(huán)境調(diào)節(jié)用機械和設(shè)備。
此外，還有兩種常用的分類方法：
按機器自動化程度的不同，將其分為半自動包裝機和自動包裝機。由人工供給被包裝物品、包裝材料或由人工取出包裝成品，但能自動完成其他包裝操作的機器，稱為半自動包裝機。全部自動完成供料、包裝和成品輸出的機器，稱為自動包裝機。
按機器應用范圍的不同，將其分為專用、多用和通用包裝機。用于包裝某種特定形狀尺寸及重量規(guī)格的產(chǎn)品的機器，稱為專用包裝機。能包裝規(guī)定范圍內(nèi)任意形狀尺寸及重量規(guī)格的產(chǎn)品的機器，稱為通用包裝機。通過調(diào)整或更換有關(guān)工作部件，能包裝兩種或兩種以上產(chǎn)品的機器，則稱為多用包裝機。
1.1.3 包裝機械的特點
包裝機多屬于自動機。它既具有一般自動機的共性，也具有其自身的特性。包裝機械的主要特點是；
（1）大多數(shù)包裝機械結(jié)構(gòu)復雜，運動速度快，動作精度高。為滿足性能要求，對零部件的剛度和表面質(zhì)量等都有較高的要求。
（2）用于食品和藥品的包裝機要便于清洗，與食品和藥品接觸的部位要用不銹鋼或經(jīng)化學處理的無毒材料制成。
（3）進行包裝作業(yè)時的工藝力一般都較小，所以包裝機的電動機功率較小。
（4）包裝機一般都采用無級變速裝置，以便靈活調(diào)整包裝速度、調(diào)節(jié)包裝機的生產(chǎn)能力。因為影響包裝質(zhì)量的因素很多，諸如包裝機的工作狀態(tài)(機構(gòu)的運動狀態(tài)，工作環(huán)境的溫度、濕度等)、包裝材料和包裝物的質(zhì)量等等。所以，為便于機器的調(diào)整，滿足質(zhì)量和生產(chǎn)能力的需要，往往把包裝機設(shè)計成無級可調(diào)的，即采用無級變速裝置，某些零件還設(shè)計成可以調(diào)整的。
（5）包裝機械是特殊類型的專業(yè)機械，種類繁多，生產(chǎn)數(shù)量有限。為便于制造和維修，減少設(shè)備投資，在各種包裝機的設(shè)計中應注意通用性及多功能性。
1.2 袋成型—充填—封口機簡介
將撓性包裝材料形成袋，然后進行充填和封口的機器稱為袋成型—充填—封口機。
紙、鋁箔、塑料薄膜及其復合材料等，因其具有良好的保護物品的性能，并且來源豐富、價格低廉，又易于印刷、制袋等，因此，廣泛應用于袋成型—充填—封口機。
用塑料薄膜及其復合材料制成的包裝袋形式較多，袋形及其大小主要取決于被充填物料的性質(zhì)、容量、包裝材料的性能、制袋封口方法及使用要求等。下列為一些常見的基本袋形：
四邊封口袋、三邊封口袋、兩邊封口袋、搭接或?qū)尤娣饪谡硇未?、三邊封口棱錐型袋、三邊封口自立袋、三邊封口叉形袋、三邊封口長方形底袋。
袋形的多樣化，決定了袋成型—充填—封口機機型的繁多。根據(jù)包裝工藝路線、運動形式及總體布局的不同，主要機型分類如下表所列：
38
第2章 包裝機總體方案設(shè)計
2.1包裝機的功能要求
包裝機要求的功能參數(shù)：
制袋尺寸：長50~100mm, 寬45~90mm
制袋形式：三邊封
計量范圍：最大100ml
計量方法：量杯充填式
包裝速度：50~70袋/min
2.2工藝分析
確定包裝程序、工藝線路
2.2.1包裝程序
先將薄膜通過成型器折疊，再進行兩邊縱封，然后向其中填料，再用橫封封合最后一邊，最后用切刀切斷。
2.2.2工藝路線
考慮包裝過程及功能要求，選用臥式直線型工藝路線。
2.3確定主要執(zhí)行構(gòu)件
2.3.1包裝材料供送系統(tǒng)
為使機器結(jié)構(gòu)合理，更換包裝薄膜方便，將卷筒架設(shè)置在成型器的下方，并通過兩根導輥引入成型器。
采用間歇式牽拉機構(gòu)對薄膜進行牽引，牽引機構(gòu)設(shè)置在橫封機構(gòu)和切斷機構(gòu)之間，以方便夾持熱封過的袋邊。
為實現(xiàn)間歇式牽拉和袋寬調(diào)整，采用超越離合器作為裝置主要構(gòu)件。下圖所示為間歇牽引及袋寬調(diào)整裝置示意圖。凸輪帶動擺桿使單向超越離合器轉(zhuǎn)動一定角度，升程時，離合器外圈帶動離合器軸旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)牽拉過程；回程時，離合器外圈與軸脫開空轉(zhuǎn)，此過程軸停轉(zhuǎn)，牽拉停止，以實現(xiàn)間歇運動。凸輪每轉(zhuǎn)一圈，為離合器所轉(zhuǎn)過的角度。通過調(diào)節(jié)調(diào)整螺桿1限制單向超越離合器5的擺角大小，便可得到所需袋長。
圖2-1間歇牽引及袋寬調(diào)整裝置
1-調(diào)整螺桿 2-鎖緊螺母 3-支架 4-軸
5-單向超越離合器 6-凸輪 7-拉簧
由于帶長取決于牽拉輥的線速度，所以在單向超越離合器和牽拉輥之間使用較為精確的同步帶傳動方式。
2.3.2物料充填系統(tǒng)
本機器要求使用量杯式充填機構(gòu)，因為袋寬、袋長均可變，則容積也要相應可變，且限制了計量范圍為最大100ml。為實現(xiàn)上述功能要求，故采用可調(diào)容量式量杯充填器。如下圖所示：
圖2-2可調(diào)容量式充填機裝置
1-護圈 2-上量杯 3-可調(diào)下量杯 4-軸 5-拉簧 6-下料斗
7-物料托盤 8-凸輪 9-可調(diào)套筒 10-頂緊螺釘
可調(diào)容量式充填裝置是采用可隨產(chǎn)品容量變化而自動調(diào)節(jié)容積的量杯量取產(chǎn)品，并將其充填到包裝容器內(nèi)的機器。
可調(diào)容量式充填機如上圖所示：量杯由上、下兩部分組成。通過調(diào)節(jié)機構(gòu)可以改變上、下量杯的相對位置，實現(xiàn)容積微調(diào)。微調(diào)可以自動進行，也可以手動進行。為使機構(gòu)簡單，選用手動微調(diào)機構(gòu)。即通過上下旋可調(diào)套筒9，以實現(xiàn)下量杯的位置。
物料托盤7在凸輪8轉(zhuǎn)動到一定位置時，托盤傾斜一定角度，將量杯內(nèi)物料放出。
設(shè)計量杯數(shù)為四組，按下圖分布：
圖2-3量杯
則轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)1/4周，完成一次下料。
2.3.3包裝方式與封口方法
采用三邊封方式
塑料袋的加熱封口方法，大體上分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式應用最廣，其封合的實質(zhì)就是利用塑料薄膜本身所具有的熱熔性和熱塑性，使其封口部位受熱、受壓而相互粘合在一起。主要有下列幾種熱封方法：
接觸式熱封方法：熱板加壓封合、熱輥加壓封合、環(huán)帶熱壓封合、預熱壓紋封合、脈沖加壓封合、熱刀（或電熱細絲）加壓熔斷封合、高頻加壓封合。
非接觸式熱封方法：熱板熔焊封合、超聲波熔焊封合、電磁感應熔焊封合、紅外線熔焊封合。
由于本包裝機在包裝材料和包裝精度方面都沒有特殊要求，考慮經(jīng)濟性及為使結(jié)構(gòu)簡單化，故橫、縱封采用熱板加壓封合，切斷部分使用熱刀熔斷。其工藝過程如下:
1.熱板加壓封合：
如下圖所示，當熱板1被加熱到預定的溫度后，將要封合的塑料薄膜3緊壓在工作臺5上的耐熱橡膠墊4和熱板1之間，使其封合。這是熱封裝置中原理與構(gòu)造最為何單的一種，封合速度較快，可恒溫控制。
圖2-4熱板加壓封合裝置
1-熱板 2-封縫 3-薄膜 4-耐熱橡膠墊 5-工作臺
2.熱刀加壓熔斷：
熱刀與薄膜接觸，使其熔斷，同時得到封口和分離的方法，雖然封口強度不好，但由于上步已經(jīng)封口，只需熔斷分離即可，所以適合使用。
橫、縱封與切刀都采用凸輪來實現(xiàn)工作過程，即凸輪轉(zhuǎn)動一周，實現(xiàn)一個動作循環(huán)。以縱封為例，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖2-5縱封結(jié)構(gòu)示意圖
1- 凸輪 2-滾子 3-導桿 4-拉簧5-縱封熱板 6-縱封固定端 7-彈簧
凸輪1通過滾子2和導桿3推動縱封熱板5向前移動，進行封合；拉簧4起回位作用，彈簧7起緩沖作用。凸輪轉(zhuǎn)動一周實現(xiàn)一個工作循環(huán)。
由于切斷過程安排在縱封之后，即切刀切斷時要正好處在縱封過的封縫上。本包裝機要求袋寬可變，則封縫的位置也會有相應變化，需要切刀在水平方向可以調(diào)整，以實現(xiàn)對刀，設(shè)計此部分結(jié)構(gòu)如下圖所示：
圖2-6切刀調(diào)整裝置示意圖
1-導桿 2-切刀 3-切刀架 4-可調(diào)螺桿
將切刀2通過螺紋旋在螺桿4上，這樣旋轉(zhuǎn)螺桿4時，切刀通過螺紋實現(xiàn)左右移動，在螺桿一端的手輪上標上刻度即可實現(xiàn)微調(diào)對刀。
2.3.4開袋吸嘴裝置
因為開袋吸嘴需要同時從包裝薄膜的兩側(cè)進行壓緊和拉開動作，因為傳動系統(tǒng)最好都布置在包裝材料的一側(cè)，所以擬采用一個凸輪同時控制一對吸嘴。設(shè)計為下圖所示結(jié)構(gòu)。
圖2-7開袋吸嘴裝置
1-凸輪 2-氣囊 3-導氣管 4-吸嘴導管 5-開袋吸嘴 6-彈簧
將凸輪設(shè)計成如圖的橢圓狀，則轉(zhuǎn)動時，由小徑向大徑變化時為升程，大徑向小徑變化時為回程，升程時由凸輪1通過導桿4推動吸嘴5向中間壓緊，氣囊2被松開，吸入氣體即吸住薄膜；回程時由彈簧6使吸嘴5向兩邊分開，氣囊2被壓緊，放出氣體即吹開薄膜。上述循環(huán)完成一次開袋過程。
由于橫、縱封及切刀都是凸輪轉(zhuǎn)動一周開合一次，而開袋吸嘴是凸輪轉(zhuǎn)動一周開合兩次。如果橫、縱封及切刀部置在主軸上，要使吸嘴開合頻率與它們一致，就要使吸嘴凸輪軸的轉(zhuǎn)速為主軸轉(zhuǎn)速的1/2，擬用一對傳動比為1：2的齒輪來實現(xiàn)。
2.3.5無極調(diào)速裝置
本機采用機械式無級調(diào)速裝置，根據(jù)實際需要包裝速度可以在50-70袋/min范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)，下圖為所示的無級調(diào)速裝置示意圖。通過旋鈕的順、逆轉(zhuǎn)動帶動可動錐盤上下移動，即可實現(xiàn)速度的增減，達到無級調(diào)速的目的。機械無級調(diào)速機構(gòu)的類型很多，但多數(shù)是利用摩擦傳動機構(gòu)實現(xiàn)的，由于其結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，使用維修方便，效率高，所以在各類機械中得到了廣泛的應用。但由于摩擦副元件的彈性滑動，存在速度損失，所以不能用于要求調(diào)速精度高的場合。該設(shè)計采用寬V帶式機械無級調(diào)速裝置，其傳動比范圍為2－4。
圖2-8無極調(diào)速裝置結(jié)構(gòu)
1－螺母；2－v形帶；3－鍵；4－彈性定位套；5－分離錐盤；6－可動分離錐盤；7－調(diào)節(jié)螺母；8－調(diào)節(jié)螺桿；9－手輪；10－鎖緊螺母
2.3.6確定主軸轉(zhuǎn)速
該包裝機時采用牽拉輥實現(xiàn)間歇牽拉，采用獨立的橫、縱封和切斷裝置，因為這些機構(gòu)的一個工作循環(huán)都是由凸輪轉(zhuǎn)動一周而帶動，且凸輪均安排在主軸上所以包裝機工作的時候其包裝速度就是主軸轉(zhuǎn)速。由設(shè)計參數(shù)我們知道該包裝機的包裝速度為50-70袋/min，所以主軸的轉(zhuǎn)速為50-70r/min。
2.3.7選擇電動機
電動機一般由專業(yè)工廠按標準系列成批大量生產(chǎn)，在機械設(shè)計中應該根據(jù)工作載荷，工作要求，工作環(huán)境，安裝要求及尺寸，重量有無特殊限制等條件從產(chǎn)品目錄中選擇電動機的類型和結(jié)構(gòu)型式、容量和轉(zhuǎn)速，并確定其具體的型號。生產(chǎn)單位一般采用三相交流電源，如果沒有特殊要求通常采用Y系列三相交流異步電動機。電動機的容量主要根據(jù)運行時發(fā)熱條件決定，額定功率是連續(xù)運轉(zhuǎn)下電動機的發(fā)熱不超過許用溫度的最大功率，滿載轉(zhuǎn)速是指負荷相當于額定功率時的電機轉(zhuǎn)速，同一類型的電動機按額定功率和轉(zhuǎn)速的不同具有一定的型號，對于長期連續(xù)運行的機械，要求所選的電動機的額定功率應該大于等于電動機所需要的功率，通常不必校驗發(fā)熱和啟動力矩。電動機工作要求的功率Pw應該由機器工作阻力和運動參數(shù)計算求得，設(shè)計過程中按進行計算，該包裝機的主軸轉(zhuǎn)速為50－70r/min。通過上式可以知道所需電動機的很小，根據(jù)設(shè)計資料選取Y90S－4三相異步交流電動機，其額定功率為1.1KW，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min。
2.4設(shè)計主傳動路線
因為所選的電動機的滿載轉(zhuǎn)速為1400 r/min，而主軸的轉(zhuǎn)速為50－70r/min，調(diào)速范圍較大，所以選擇傳動比比較大的蝸桿傳動實現(xiàn)調(diào)速。電動機輸出軸與無級調(diào)速裝置相聯(lián)，選用寬V帶無級調(diào)速裝置，其傳動比為2－4。蝸桿傳動的單級傳動比為5－80，選取傳動比為10進行計算。則此時無級調(diào)速裝置的傳動比為2－2.8，在所選取的無級調(diào)速裝置的傳動比范圍之內(nèi)，所以滿足要求。
設(shè)主軸為1軸，開袋吸嘴凸輪周為2軸，充填器軸為3軸。因為2軸轉(zhuǎn)速為主軸轉(zhuǎn)速的1/2，轉(zhuǎn)動方向平行，則通過一對傳動比為1：2的直齒圓柱齒輪來實現(xiàn)；3軸轉(zhuǎn)速為主軸轉(zhuǎn)速的1/4，即為2軸的1/2，轉(zhuǎn)動方向互相垂直，則通過一對傳動比為1：2的直齒錐齒輪來實現(xiàn)。超越離合器和牽拉輥通過同步帶傳動。安排傳動路線如下：
圖2-9主傳動示意圖
1-電機 2-無極調(diào)速系統(tǒng) 3-蝸輪蝸桿減速器 4-切刀
5-橫封 6-縱封 7-開袋吸嘴 8-充填器
圖中數(shù)據(jù)為：=2—2.8 ， =10 ， =2 ，=2 。
因為n=1400 r/min
可算出： =500—700 r/min
=50—70 r/min
=25—35 r/min
=12.5—17.5 r/min
2.5設(shè)計總體布局
根據(jù)上述設(shè)計和計算，畫出如下布局圖：
圖2-10包裝機總體布局
1-電動機 2-無極調(diào)速裝置 3-蝸輪蝸桿減速器 4-主軸 5-單項超越離合器
6-二軸 7-三軸 8-直齒圓柱齒輪 9-三角板成型器
第3章 主要機構(gòu)設(shè)計與計算
3.1成型器的設(shè)計與計算
三角板成型器主要由等腰銳角三角形平板、導輥和固定支板聯(lián)接而成。在多種機型上應用，尤其當制袋規(guī)格有較大變化時，它具有良好的適應性。利用三角板成型器即可將平張薄膜折疊成型，如下圖所示：
圖3-1三角成型器的尺寸圖
設(shè)薄膜寬度為2b,折疊后臥式機的空袋高度為b(即袋長)；三角板與水平面的傾斜角(即安裝角)為，三角板的頂角為2，薄膜經(jīng)三角板翻折的這一區(qū)段長為，若不計三角板的厚度，而且折疊后兩膜又貼得很緊，那末，在直角三角形DEC中，令DE＝b,DC=a故:
直角三角形ADC或BDC中，令AD＝BD＝b，DC＝a,故：
對同一個三角板成型器和空袋尺寸來說，顯然
或
由此可見，三角板成型器的頂角與其安裝角有關(guān)、而值的大小關(guān)系到三角板的形狀和尺寸。換言之，在給定條件下，一定的安裝角必對應著一定形狀尺寸的三角板成型器，否則，會影響成型器的正常制袋。
在生產(chǎn)實踐中，三角板頂角的2值是加工后得到的，而安裝角則可調(diào)整，所以值最好是一個易于測量的整數(shù)。通?？上冗x定再用式求解值。
實際上，安裝角就等于薄膜在三角板成型器頂角附近運動時的壓力角。越大表示壓力角也大，從而使薄膜折疊所受阻力也大。當然，壓力角過大時，薄膜容易產(chǎn)生拉伸變形，甚至被撕裂或拉斷。反之若壓力角很小，又會使結(jié)構(gòu)不緊湊，根據(jù)上述的壓力角與結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系，三角板成型器安裝角的選擇范圍一般為。由此可見，。據(jù)此，既可將成型板制成等腰三角形，也可制成等邊三角形。
決定三角板成型器的尺寸，除頂角外還有三角板頂高h。而它與所制袋的最大尺寸有關(guān)，即 ：
式中 ——空袋的最大高度
——余量，取30~50mm
下面根據(jù)上述方法計算本機的成型器尺寸：
取安裝角，b為袋長，則b=100mm,
因為：，則
又： 符合范圍
取，
則：
根據(jù)上述數(shù)據(jù)，畫出成型器示意圖
圖3-2成型器
確定厚度、直徑等其他尺寸。
3.2蝸輪減速器的設(shè)計 (按主軸轉(zhuǎn)速50 r/min設(shè)計)
電動機無級驅(qū)動，電動機的型號為Y90S－4，額定功率為1.1KW，滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min。經(jīng)調(diào)速裝置傳到蝸桿軸后轉(zhuǎn)速為500r/min，蝸輪軸的轉(zhuǎn)速為50 r/min，載荷平穩(wěn)，單向連續(xù)運轉(zhuǎn)，預期使用壽命為19200h。
1.選擇蝸桿，蝸輪材料，確定許用應力。
選擇材料：
選擇蝸桿的材料為40Cr，表面淬火，硬度為45－50HRC；由于轉(zhuǎn)速不快，先選蝸輪齒圈的材料為ZCuAl10Fe3，金屬模鑄造。
確定許用應力：
應力循環(huán)次數(shù)
查表10-4（參考《機械設(shè)計》教材，以下計算過程中所查的圖，表未注明的與此相同）得：；
2.選擇,
根據(jù)傳動比，參考10-2節(jié)的推薦，取＝4
＝＝＝40，?。?0，則實際傳動比＝10；
3.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
由表10-7查得：；
由于較低，估計，??；
因載荷平穩(wěn)，通過跑合可以改善偏載程度，??；
載荷系數(shù)；
當時，取
=189000
由表10-6查得，
將以上數(shù)值代入接觸疲勞強度設(shè)計公式，求得
＝
按疲勞強度要求，，查表10-1選出，，，，，。
中心距，
4.驗算初設(shè)參數(shù)
蝸輪圓周速度
原估計選值相符。
滑動速度
，選用鋁青銅為蝸輪材料適合。
蝸桿傳動效率＝，根據(jù)，查表10-8得，
傳動效率<0.9，不相符。
則驗算=170000
=
不影響前面的結(jié)果
5.驗算齒根彎曲疲勞強度
蝸輪當量齒數(shù)，由圖9-19查得時的齒形系數(shù)，
，彎曲強度滿足。
6.熱平衡計算
計算箱體散熱面積A。
取環(huán)境溫度,潤滑油工作溫度，散熱系數(shù)（通
風條件好）。
所需散熱面積
7.蝸桿、蝸輪幾何尺寸計算
蝸桿齒頂圓直徑：
蝸桿齒根圓直徑：
蝸桿齒寬
蝸輪喉圓直徑：
蝸輪齒根圓直徑：
蝸輪咽喉母圓直徑
蝸輪齒寬＝（取）
選蝸輪輪齒端面為錐面結(jié)構(gòu)，見表10-3
蝸輪輪緣高度：
取
為切去頂圓齒尖，蝸輪頂圓直徑：
為了不損傷齒寬
取
3.3主軸設(shè)計及軸承與鍵的選擇
由設(shè)計參數(shù)我們知道該包裝機的包裝速度為50-70袋/min，所以主軸的轉(zhuǎn)速為50-70r/min，主軸材料的選擇為45鋼。
3.3.1按扭轉(zhuǎn)強度條件計算
這種方法是只按軸所受的扭矩來計算軸的強度；如果還受有不大的彎矩時，則用降低許用扭轉(zhuǎn)切應力的辦法予以考慮。在作軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計算結(jié)果。
1.軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為：
由上式可得軸的直徑 ：
式中查表15-3得：
考慮軸端有鍵槽，軸徑應增大，取d=35mm。
2.鍵聯(lián)接的強度校核
選用A型平鍵（GB1096-79），與齒輪聯(lián)接處鍵的尺寸,與蝸輪聯(lián)接處鍵的尺寸，因與齒輪聯(lián)接處鍵的尺寸及軸徑均較小且受載大，故只需校驗此鍵。
鍵聯(lián)接強度校核按表5-3-16公式計算，式中各參數(shù)為，，。
鍵聯(lián)接傳遞扭矩T為：
鍵工作面的比壓為：
3.計算支承反力、彎矩及扭矩
軸的受力簡圖、水平面及垂直面受力簡圖
圖3-3軸的校和圖
1）水平面彎矩計算：
2)垂直面彎矩計算：
3）扭矩計算：
4.軸的剛度校核計算：
由剛度條件式（3-17），軸每米的扭角為。
剛度條件滿足設(shè)計要求。
5.軸的強度校核計算
經(jīng)計算得出合格。
3.3.1軸承的選擇和壽命計算
蝸輪兩邊的軸承選擇的型號是相同的，由于右邊的受力大一些，所以這對軸承只需校核右邊的一個就可以了。根據(jù)主軸的設(shè)計和機床工作的需要，軸承選擇角接觸球軸承（GB292-83）型號為6310，軸承的主要參數(shù)為：
；B=20mm；；
1.求比值：
根據(jù)表13-5，角接觸球軸承的最大e值為0.56，故此時〉e。
2.初步計算當量動載荷p，
根據(jù)式
按照表13-5，X=0.44，Y取平均值等于1.2
3.驗算6300軸承的壽命
即所選取的軸承符合設(shè)計需要。
由于主軸另一端的軸承型號與這兩對軸承的型號相同，計算方式與上面相同，在這里不再計算，同時也能滿足設(shè)計需要。
主軸最右邊的軸承參數(shù)為：
；B=17mm；；
3.4 直齒圓柱齒輪設(shè)計
在該設(shè)計中，主軸與二軸之間采用一對直齒圓柱齒輪嚙合，以實現(xiàn)二軸的降速，在上面的設(shè)計過程中我們知道這對齒輪之間的傳動比i應為2，對應的二軸的轉(zhuǎn)速為。
1.選擇齒輪材料和熱處理，精度等級，齒輪齒數(shù)
因為是一般用途的閉式齒輪傳動，齒輪材料可選用45鋼，傳遞功率不大，且對尺寸無嚴格要求，可選擇軟齒面齒輪傳動，選小齒輪調(diào)質(zhì)，齒面硬度230~240HBS，大齒輪正火，齒面硬度190~200HBS，精度等級8級。
選小齒輪齒數(shù)，，
2.按齒面接觸強度設(shè)計
對閉式軟齒面齒輪傳動，承載能力一般取決于齒面接觸強度，故先按接觸強度設(shè)計，校核齒根彎曲疲勞強度
確定式中各項數(shù)值：
因載荷平穩(wěn)，可初選載荷系數(shù)
由表9-10，選取
由表9-7 ，查得
由圖9-14，查得
=
由圖9-13，查得
由圖9-15，查得，
由圖9-16d，查得，由圖9-16c，查得
由表9-8，選取
取設(shè)計齒輪傳動參數(shù)。
將確定出的各項數(shù)值代入接觸疲勞強度設(shè)計式中，得：
=65.9mm
由表9-5 ，查得
由圖9-7 ，查得
由圖9-10 ，查得
由表9-6 ，查得
則
，選
3.齒輪主要幾何尺寸：
，
,取，
4.校核齒根彎曲疲勞強度
由式9-13，
由圖9-19、圖9-20，查得：
由圖9-21,查得
由圖9-22c,按小齒輪齒面硬度均值235HBS，查得；
同理，由圖9-22b,查得
由表9-8，選取
將確定出的各項數(shù)值代入彎曲強度校核公式，得
齒根彎曲疲勞強度足夠。
3.5直齒錐齒輪設(shè)計
該設(shè)計中，三軸的轉(zhuǎn)動是通過一對錐齒輪傳動從二軸上得到，三軸的轉(zhuǎn)速為12.5~17.5r/min，傳動比，載荷穩(wěn)定，使用壽命為19200h；
1.選擇齒輪材料，熱處理
選用軟齒面齒輪，參考表9-1，選用45號鋼。小齒輪調(diào)質(zhì)，齒面硬度為220－230HBS；大齒輪正火，齒面硬度為190－200HBS。
2.選擇齒輪精度等級，齒數(shù)，齒寬系數(shù)
選用8級精度，選擇，；
錐齒輪推薦齒寬系數(shù)，因齒輪懸臂布置，取。
3.確定相關(guān)參數(shù)
，
，
當量齒數(shù)：；
當量齒輪端面重合度
；
4.按齒面接觸疲勞強度設(shè)計
確定式中各項數(shù)值：
因載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速不高，可以初選載荷系數(shù)；
由表9-7，選取
由圖9-14，查得
由圖9-13，查得
由圖9-15，查得，
由圖9-16d，查得，由圖9-16c，查得
由表9-8，選取
取設(shè)計齒輪傳動參數(shù)。
將確定出的各項數(shù)值代入接觸疲勞強度設(shè)計式中，得：
=113.7mm
由表9-5 ，查得
由圖9-7 ，查得
由圖9-10 ，查得
由表9-6 ，查得
則
，選
5.齒輪主要幾何尺寸：
，取
, 取（錐齒輪B應相等）
3.6 V帶設(shè)計
所選的電動機的型號為Y90－4，額定功率P＝1.1KW，轉(zhuǎn)速1400r/min,傳動比；
1.確定設(shè)計功率
，由表7-7查；
；
2.選擇V帶型號
選用普通V帶，根據(jù)和，由圖7-8選取用型V帶
3.選擇帶輪直徑，
由表7-4查，型V帶，應使?？紤]小帶輪轉(zhuǎn)速不是很高，結(jié)構(gòu)尺寸又沒有特別的限制，所以選取；
驗算帶速：
；
帶速在之間，也不過低，選擇合適。
；
查考表7-8給出的帶輪基準直徑系列，屬于基準直徑系列，故取。
4.確定中心距和帶長
設(shè)計條件中沒有限制中心距，故初選中心距，由式7-18
得：；
初選；
帶長：
查表7-3，?。?
中心距；
的調(diào)整范圍：
；
；
5.驗算小帶輪的包角
由公式7-5，得：
，合適。
3.7 同步帶設(shè)計
上一章的設(shè)計過程中，在牽拉機構(gòu)中使用同步帶將單向超越離合器軸的轉(zhuǎn)動傳遞到牽拉輥上，是因為同步帶傳動有傳動比準確，傳動效率高，維護保養(yǎng)方便的特點。
由于超越離合器轉(zhuǎn)過的角度由凸輪推動，因此不可能轉(zhuǎn)太大的角度，根據(jù)畫圖過程中的實際情況，取擺桿擺動的最大角度為，凸輪轉(zhuǎn)一周，牽拉輥轉(zhuǎn)過的距離應該等于袋長，即，袋長L=90mm 。
則。
對于牽拉輥來說，R過大，所以同步帶傳動比不能為1，取R=41mm,比較符合實際，則定牽拉輥直徑為82mm,選取傳動比為2，為方便計算，使小帶輪直徑和牽拉輥直徑同為82mm。
則大帶輪直徑。
選同步帶帶型為L型，由表3-7（本節(jié)所查的圖表均出自《機電一體化設(shè)計基礎(chǔ)》）查得對應節(jié)距。
，取，則，
驗算帶速：
，
則
對L型同步帶，
，所以合格。
考慮到機器整體結(jié)構(gòu)，取中心距a=239mm
因為0.7（d1+d2）<239<2(d1+d2),所以此中心距合適
選擇帶寬
根據(jù)式（3-16）計算所需帶寬
式中，由表3-10查得；；。
基準額定功率=0.026Kw。
故=1.1mm。
為配合帶輪尺寸，按國標GB11616-89,取帶寬。
圖3-4同步帶輪圖
3.8 橫、縱封尺寸計算
縱封長度 袋長=100mm
頂端為橫封留了一點距離，可以選，寬度取10mm
橫封長度 帶寬=90mm
為保證封嚴，可適度取長一點
取=110mm,寬度取20mm
第4章 結(jié)論
根據(jù)以上對量杯充填形式的顆粒物料臥式成型-充填-封口包裝機結(jié)構(gòu)的設(shè)計，通過認真設(shè)計計算分析后，得出如下結(jié)論：
1.將包裝裝機的計量充填裝置設(shè)計成回轉(zhuǎn)形式的量杯式定容計量充填裝置是合理的，不僅提高了包裝的效率，也使機床結(jié)構(gòu)簡單化。
2.將包裝機的成型器設(shè)計成三角形的也是合理的，不僅制造工藝、方法比較簡單，同時滿足了使用要求，成本也較低，是成型器中結(jié)構(gòu)最為簡單的一種。
3.薄膜牽拉供送機構(gòu)采用間歇式牽拉機構(gòu)對薄膜進行牽引也是合理的，為實現(xiàn)間歇式牽拉和袋寬調(diào)整，采用超越離合器作為裝置主要設(shè)備,不僅提高了包裝的精度，使整個包裝線路協(xié)調(diào)工作。
4.橫封、縱封采用熱板加壓封合裝置，切斷采用熱刀加壓熔斷是合理的，同時橫、縱封與切刀都采用凸輪來實現(xiàn)工作過程，即凸輪轉(zhuǎn)動一周，實現(xiàn)一個動作循環(huán)也是合理的，不僅提高了包裝的效率，使機床簡單化，降低機床成本，在力學上也是合理的。
致謝
我要首先感謝我的指導老師給我的指點和教誨，并給我充分的選題和研究的自由，讓我可以在比較寬松的情況下完成我的畢業(yè)設(shè)計。在整個設(shè)計過程中，我遇到很多的問題，而且這些問題都是關(guān)鍵性的，對設(shè)計的成敗有很大的影響，在這個時候是張老師及時給予了指點，使設(shè)計得以繼續(xù)進行。張老師不但在設(shè)計上給予了很大的幫助，同時還教給我很多的東西，他時時告誡我們設(shè)計要認真完成，本著對自己負責的要求，努力鉆研，把自己的思想融于設(shè)計過程中，以一種良好的工作態(tài)度去面對設(shè)計，嚴格要求，使設(shè)計趨于完善。我還要感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學們，在設(shè)計過程中，他們也給了我很大的幫助，在有些問題的解決上，他們給我提供了寶貴的意見。在我做累了的時候，在我想偷懶的時候，是他們善意的忠告與真誠的鼓勵使我又努力進行下去，更加堅信自己一定能早日完成畢業(yè)設(shè)計。我知道這份真情很難得，在這里，我要忠心的感謝張老師和我的同學們，謝謝你們的幫助與鼓勵！
我也堅信我定能成功。謝謝你們，沒有你們的幫助就沒有這篇論文。再一次謝謝你們！！
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