枕式包裝機的機械結構設計【含CAD圖紙、說明書】【三維SolidWorks】

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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. This topic is produce pillow for automatic packaging machine on reverse design, mainly made the following aspects of the job: produce pillow automatic packaging machine working principle and structure are studied and analyzed, based on which the machine design. Based on the above, the packaging machine sealing device has carried on the detailed structure design and calculation. Keywords: Pillow packaging machine Reverse design Sealing device. IV 目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1課題研究的來源和意義 1 1.2本課題研究內容 1 2 枕式包裝機的總體設計 2 2.1枕式包裝機設計的一般過程 2 2.2 總體方案設計的基本內容 2 2.3總體布局 4 3 傳送裝置的設計 8 3.1支架的選擇 8 3.2傳送系統(tǒng)的選擇 8 3.3 供膜裝置的設計 14 3.3.1供膜裝置的基本要求 14 3.3.2供膜裝置原理 15 3.3.3供膜裝置的設計 16 3.3.4滾軸的布置 16 4 包裝的設計 17 4.1包裝裝置的認知 17 4.2包裝裝置的設計要求 17 4.3包裝裝置的結構原理及特點 18 4.4封口機械的設計 19 4.4.1 概述 19 4.4.2 封口機械的分類 19 4.4.3 端封的設計 21 4.5 包裝裝置重要零部件的校核與計算 22 4.5.1 從動軸的抗彎扭強度校核計算 22 4.5.2深溝球軸承型號選擇計算 25 5.計量裝置設計 28 5.1料盤裝置設計 28 5.2量杯尺寸確定 28 5.3料盤結構尺寸確定 29 5.4聯接盤設計 29 5.5料盤罩設計 30 總 結 31 致 謝 32 畢業(yè)設計 1 緒論 1.1課題研究的來源和意義 隨著時代的進步和生活水平的提高，近年來食品問題引起了人們的極大關注，國家也加大了對食品、藥品質量安全的監(jiān)督力度，對食品的生產加工包裝技術都提出了新的要求，這使得包裝機械在包裝領域發(fā)揮著越來越大的作用。但我們的食品包裝機械的發(fā)展水平還不能滿足市場需求，尤其是在與西方發(fā)達國家競爭中還明顯處于弱勢。一些食品企業(yè)為了技術改造，不得不花費大量的資金從國外引進一些技術先進的、生產效率高、包裝精度高的成套食品包裝生產線，導致很大一部分國內的市場份額被國外品牌所占領。 食品機械及食品包裝機械是食品工業(yè)發(fā)展的重要保障，食品工業(yè)的發(fā)展好壞，食品機械將起主導作用。所以，食品包裝機械的設計與研發(fā)對保障民族食品工業(yè)的安全，提高我國食品包裝機械的競爭力有著十分重要的意義。 包裝機械行業(yè)面對市場的需求和如何趕上甚至超越發(fā)達國家的食品包裝機械，及如何加大自主創(chuàng)新步伐,如何在短時間內開發(fā)出一批具有自主知識產權和國際先進水平的產品，是擺在我國食品包裝機械企業(yè)面前的緊迫任務。 1.2本課題研究內容 本課題主要針對枕式自動包裝機進行反求設計，主要作了以下幾方面的工作： 1) 對枕式自動包裝機工作原理和結構進行了研究和分析，在此基礎上進行整機的設計。 2) 在上述基礎上，對該包裝機的包裝部分(包括物料傳送、封裝)進行了詳細的結構設計和計算。 3) 對計量裝置進行了設計計算。  2 枕式包裝機的總體設計 2.1枕式包裝機設計的一般過程 1. 總體設計階段 總體設計階段，主要做可行性分析與進行初步設計兩方面工作。 2. 技術設計階段 技術設計內容包括各組部分的運動設計、結構設計、零件強度與剛度校核、動力計算。 3. 審核鑒定 對所擬定的方案、技術計算、設計圖樣等進行詳細審核，并對試制的樣機進行鑒定。特別要注意審查整個設計方案是否合理，各個具體設計環(huán)節(jié)是否正確，設計是否完善，還需做哪些改進。 2.2 總體方案設計的基本內容 1. 確定功能與應用范圍 枕式包裝機是針對固型物的包裝而設計的，適合于包裝各類固態(tài)有規(guī)則的物體，如食品類的餅干、面包、月餅、糖果等，以及日常用品，工業(yè)零件等，對于散狀物或個體分離的物體，則須將被包物先置于盒內，或將之綁束成一體，使之形成一個整體后，才可在本機上包裝，至于其它非固態(tài)的被包物亦須準此要領。 2. 工藝分析 工藝分析是研究、分析和確定所設計包裝機完成預定包裝工序的工藝方法。一般情況下必須同時擬定幾個方案，進行分析、比較，必要時通過實驗之后，最后確定一個原理先進、工作可靠、結構簡單、成本低廉的方案。著重考慮一下幾個問題。 3. 包裝方式 保證包裝質量放在首位，不論采取何種包裝方式，都要適應被包裝物品和包裝材料的特性，當有多種方式都能滿足要求時，應選容易實現的方式。 4. 機器類型 1) 單工位與多工位 包裝機的工位選擇依據有： 根據包裝機的執(zhí)行結構的多少來選擇，結構簡單用單工位；根據生產率的高低來選擇，單工位生產率較低，圖2-1是所設計的枕式包裝機的工序過程圖,又該圖可知，包裝機的執(zhí)行機構比較少，工序比較簡單，可承擔中小型生產率的任務，每個工序在不同工位上完成，故此包裝機是多工位包裝機。 2) 間歇運動與連續(xù)運動 由圖2-1可知，包裝工序是串聯連續(xù)進行的，故包裝機的運動也是連續(xù)運動。 3) 單頭與多頭 “單頭”，“多頭”特指連續(xù)運動的多工位包裝機為完成同一包裝操作所配備的執(zhí)行機構的數目。對一臺包裝機而言，若完成每一包裝操作的執(zhí)行機構只有一個，亦即每一物品的包裝以此經過所有的執(zhí)行機構，則稱為單頭連續(xù)運動多工位包裝機。 5. 包裝程序、工藝路線和工位數 1) 包裝程序 圖2-1 包裝機工序過程圖 2) 包裝工藝路線 對于多工位包裝機，從被包裝物品和包裝材料輸入到成品輸出的傳送路線可以有多種形式。常見的有：直線型、階梯型、圓弧型和組合型。 3) 工位數 4) 工藝路線圖 6. 運動要求和機構選型 根據已定的功能、應用范圍和工藝方法，分析和確定對執(zhí)行機構的運動要求，進而完成機構的選型及其綜合。應考慮的要求和條件主要有以下幾點： 1) 運動規(guī)律 2) 運動精度 3) 承載能力和工作速度 枕式包裝機運動形式是連續(xù)運動的,運動精度要求較高,工作速度和承載能力比較低,一般選擇,齒輪、輪系傳動機構,常用的有同步帶輪傳遞，傳遞效率好，平穩(wěn)，沒有噪聲，距離較大。對于包裝和端封這些執(zhí)行機構的運動變換采用直齒輪、錐齒輪傳動機構。 2.3總體布局 總體布局的步驟是布置執(zhí)行機構、傳動系統(tǒng)和操作件，確定支撐形式和繪制總體布局圖。各步驟之間互相牽連，必將它們作為一個整體交叉進行，往往要經過多次反復才能完成。 1. 布置執(zhí)行機構 枕式包裝機的執(zhí)行機構包括：供料輸送架，送膜機構，成型器，包裝機構，端封切斷機構和成品輸出機構。布置執(zhí)行機構，應盡量減少機構的運動副數，幾何尺寸和占地空間的大小，所以要求原動件盡可能布置在一根或少數幾根軸上。 根據包裝機包裝工藝圖，我們可以將各部分執(zhí)行機構預定在如圖2-2所示裝置，這樣可以使包裝機的機構緊湊，占地空間比較小。 1.送膜機構 2.控制臺 3.端封及切斷機構 4.物料輸出機構 5.包裝機構6.供料輸送機構 7.袋成型機構 圖2-2 枕式包裝機總體布局示意圖 2. 布置傳動系統(tǒng) 枕式包裝機主要用到機械傳動系統(tǒng)，包括動力機、變速調速裝置、傳動裝置、操縱與控制裝置以及輔助裝置等。圖2-3是此包裝的傳動系統(tǒng)圖 1.產品輸出傳動軸 2.端封及剪斷軸 3.錐齒輪組 4.齒輪副 5.包裝拉膜輪 6.分配軸 7.電動機 8.帶式無級變速機構 9.分配軸 10.鏈輪福 11.盤車手輪 12.送膜輥 13.掛膜輪 圖2-3 枕式包裝機傳動示意圖 由上圖，我們知道此包裝機用了兩個電機，電機1帶動輸送架和送膜輥運動， 使物料和薄膜輸入包裝機。電機2帶動包裝和端封機構運動，完成包裝、端封、切斷及成品輸出的任務。在布置傳動件時應使各執(zhí)行機構的動作要協調。例如：對于張緊輪的布置,圖2-4(a)中張緊輪布置在松邊，結果會使從動輪的相位滯后；（b）中張緊輪布置在緊邊，它會使從動輪的相位超前；而（c）中在帶的松、緊邊都有張緊輪，若同時調節(jié)它們的位置，則可消除因帶的磨損對相位同步所產生的影響，但結構較為復雜。 圖2-4 張緊輪的布置方式 3. 布置操作件 為便于操作，應保證操作者與操作件之間有合適的相對位置，為此必須注意一下幾點。 (1) 常用的操作件盡量布置在操作者的近旁，操作件距離地面的高度以600 ～1100mm為宜。 (2) 包裝機的工作臺面的高度一般在700～900mm范圍內選取。 (3) 操作者應經常注意包裝操作最集中和最容易發(fā)生故障的部位。在決定物 品走向時，一般是使其自左向右運動或者是順時針運動。 (4) 溫度、壓力、轉速、計數等指示儀表、以及信號燈、報警器、安全閥、 排液閥和有關的銘牌，都應布置在操作者容易觀察、安全可靠、便于維護的位置 4. 選擇支撐形式 包裝機的支撐件有底座，箱體，立柱，橫梁等。對其有以下幾點要求：足夠的剛度，足夠的抗震性，重量適度，力求節(jié)省材料，便于零件的裝配調試。此外，要做到外形美觀，給人以協調、勻稱、穩(wěn)定、安全的感覺。 5.擬定主要技術參數 包裝速度：0-10m/min 包裝膜寬度：最大450mm 切斷長度：最長200mm 包裝產品尺寸：最寬400mm 機身重量：約1000kg 電壓:三相380V 50Hz 總功率：8kw 3 傳送裝置的設計 3.1支架的選擇 支架用于支撐供料輸送帶、鏈輪副以及各種相關元件的機構，在輸送部分起著固定、支撐、載物的作用，因此需要很好的剛度和穩(wěn)定性能。我們常用角鋼作為支架材料。 角鋼屬于建造用碳素結構鋼，是簡單斷面的型鋼剛才，主要用于金屬構件及廠房的框架等。在使用中要求有較好的可焊性、塑性變形性能及一定的機械強度。生產角鋼的原料鋼坯為低碳方鋼坯，成品角鋼為熱軋成型、正火或熱軋狀態(tài)交互。 綜上所述，結合枕式包裝機的實際情況，我們選擇大型角鋼作為支架的材料。 3.2傳送系統(tǒng)的選擇 傳動系統(tǒng)在枕式包裝機作用很重要，一方面他將原動力傳遞給各個執(zhí)行機構，另外，它還承擔著控制執(zhí)行機構動作的任務，是包裝機全身的經脈。在機械傳動系統(tǒng)中，最常見的是，齒輪傳動，鏈傳動，帶傳動。而在枕式包裝機上，不同的部位，需要結合實際情況，選擇不同的傳動方式。 1. 電動機到送膜機構之間的傳動 圖3-1 同步帶的傳動 電動機的動力經減速后將直接傳遞給送膜輥的主動輪，送膜輥的轉速約為90n/min傳遞的功率約為1.5kw，作為一個高效率，高自動化的包裝機，我們要求其傳動系統(tǒng)必須平穩(wěn)，不能產生噪聲，結構簡單，具有較好的緩沖吸振性，另外要求傳遞效率要高，速比范圍要大，傳動準確，具有恒定的傳動比。 綜上所述，在這個部分，我們不能用鏈傳動，此外，由于傳遞的距離比較大，也不適合用齒輪傳動，因此我們選用同步帶傳動。 圖3-2 同步帶示意圖 2. 供料輸送裝置的傳動 本次設計的枕式包裝機采用的鏈式輸送裝置，與摩擦型的帶傳動相比，鏈傳動無彈性打滑和整體滑動現象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張得很緊，所以作用于軸上的徑向力較?。绘湕l采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊。 與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與安裝精度要求較低，成本也低。在遠距離傳動時，其機構比齒輪傳動輕便的多。 a) 滾子鏈輪傳動的設計計算 1) 已知條件和設計內容 設計鏈傳動時的已知條件包括：鏈傳動的工作條件，傳動位置與總體尺寸限制，所需傳遞的功率P，主傳動鏈輪速度n1，從動鏈輪的速度或傳動比i。 設計內容包括：確定鏈條型號、鏈節(jié)數Lp和排數，鏈輪齒數z1、z2以及鏈輪的結構、材料和幾何尺寸，鏈傳動的中心距a、壓軸力Fp、潤滑方式和張緊裝置等。 擬定傳遞的功率為3.5 ，主動輪的轉速n1=， 2) 設計步驟和方法 (1) 選擇鏈輪齒數z1、z2和確定傳動比i 一般鏈輪齒數在17-114之間。傳動比按下公式計算 （3-1） 根據枕式包裝機的實際情況，選擇鏈輪齒數z1=19，z2=38.則傳動比 (2) 計算當量的單排鏈的計算功率 （3-2） 式中：——工況系數 ——主動鏈輪齒數系數，見機械設計書（濮良貴主編）圖9-6 ——多排鏈系數，雙排鏈時=1.75，三排鏈時=2.5 ——傳遞的功率，Kw 查表9—6（機械設計，濮良貴主編，高等教育出版社）得：工況系數 =1 查表9—13（機械設計，濮良貴主編，高等教育出版社）（以下皆是） 得：主動輪齒數系數 =1.4 因為是單排鏈傳動，所以=1， 包裝機的傳遞功率為已知參數：=3.5kw 所以單排鏈的功率 (3) 確定鏈條型號和節(jié)距p 鏈條型號根據當量的單排鏈計算功率和主動輪轉速由圖9-11得到。然后由表9-1確定鏈條節(jié)距p 查表9—11選擇鏈條的型號為24，查表9—1確定鏈條節(jié)距p=38.1 (4) 計算鏈節(jié)距和中心距 初步選中心距 按下式計算鏈節(jié)數 （3-3） 帶入以上的數字計算的=228 鏈傳動的最大中心距為： （3-4） 式中，為中心距的計算系數，見表9—7.得=0.249 帶入參數得：a=3785.27mm (5) 計算鏈速v，確定潤滑方式 （3-5） 根據鏈輪的速度，查表9—14選擇的潤滑方式為：定期人工潤滑 (6) 計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力 （3-6） 式中：——有效圓周力 ——壓軸力系數，對于水平傳動=1.15；對于垂直傳動=1.05 (7) 鏈傳動的布置和張緊方式 鏈傳動布置時，鏈輪必須位于鉛垂面內，兩鏈輪共面。中心線可以水平，也可以傾斜，但盡量不要處于鉛垂位置。作為輸送架的鏈輪傳動，中心線必須水平。張緊方式采用布置另外一個鏈輪在松邊的方式，如下圖所示。 圖3-3 b) 齒輪傳動設計 在枕式包裝機中用到了大量的齒輪傳動，齒輪傳動的主要特點有： 1) 效率高：在常用的機械傳動中，以齒輪傳動的效率為最高。 2) 結構緊湊：在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需要的空間尺寸一般較小。 3) 工作可靠、壽命長：設計制造正確合理、使用維護良好的齒輪傳動，工 作十分可靠，壽命可達一、二十年，這也是其他機械傳動所不能比擬的。 4) 傳動比穩(wěn)定：傳動比穩(wěn)定往往是對傳動性能的基本要求。 我們以下面兩個設計齒輪的例子，來設計包裝機上所用到的齒輪傳動。 a) 下圖是帶動橫封、切斷動作的一對齒輪。查資料可知，輸入功率，齒輪1的轉速=90r/min。齒數比u=1，由電動機驅動，工作壽命10年（每年工作300天），兩班制，帶式輸送機平穩(wěn)，轉向不變。 圖3-4 1) 選定齒輪類型，精度等級，材料及齒數。 包裝機為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB 10095—88）選用材料。由表10—1（機械設計，濮良貴主編，高等教育出版社）（以下皆是），選擇齒輪的材料為35（調制），硬度為280HBS，選擇兩齒輪的齒數，按齒面接觸強度設計： 由設計計算公式（10-9a）進行計算，即 （3-7）確定公式內各計算的值: (1) 選擇齒載荷系數 =1.2 。 (2) 計算小齒輪的轉矩 （3-8） (3) 由表（10-7）選取齒寬系數=0.5 (4) 由表（10-6）查的彈性影響系數 (5) 由圖10-21d按齒面硬度查的齒輪的接觸疲勞強度極限 (6) 由式10-13計算力學循環(huán)次數 =60x90x（2x8x300x10）= （3-9） (7) 由圖10—19區(qū)接觸疲勞壽命系數 (8) 計算接觸疲勞許用應力 去安全系數S=1，由式（10—12）得： （3-10） 2) 計算 (1) 計算齒輪的分度圓直徑d，帶入中較小的值 （3-11） = (2) 計算圓周速度v (3) 計算齒寬b 0.5x113.8mm=56.9mm （3-12） (4) 計算齒寬與齒高之比 模數 =mm （3-13） 齒高 2.25x1.89mm=4.27mm （3-14） （3-15） (5) 計算載荷系數。 根據0.56m/s，7級精度，由圖10—8查的動載荷系數=1.1；直齒輪。由表10—2查的使用系數=1；由表10—4插值法查的7級精度，齒輪相對支撐對稱布置時，=1.158；由=13.33，=1.158查圖10—13得=1.16；故載荷系數： 1.28 （3-16） (6) 按實際的載荷系數校正所算的分度圓直徑，由式（10—10a）得 （3-17） (7) 計算模數m 3.3 供膜裝置的設計 3.3.1供膜裝置的基本要求 在商品競爭日益激烈的情形下，高效、美觀精致、高的成功包裝率是個 好的枕式包裝機所追求的效果。要達到這些要求必須要有滿足各種條件的機構 所支持，在這里供膜裝置就必須滿足以下一些基木條件才能算的上合格。 a) 在機器運行的過程中始終保持薄膜有一定的張力，且張力均勻。張力小 會導褶皺，袋長不均勻等弊病，張力過大又會增加機器負荷和增大卷筒材料的應力，甚至引起材料斷裂或造成停機。張力不穩(wěn)時，卷筒材料會發(fā)生跳動，以致出現袋長不均勻等問題。 b) 薄膜的裝卸要非常方便。要求薄膜裝卸方便不僅可以提高生產效率還可 以減少工人的勞動強度。 c) 卷筒薄膜的寬度能在定范圍內連續(xù)司調。 d) 卷筒材料定位精確，保證小偏小斜。隨著商品包裝裝潢水平和要求的提 高，往往在卷簡材料上事先印有精關圖案，文字。一個包裝材料上的圖 案數量及位置是固定的，這就要求卷筒材料定位精確，保證不偏不斜。 e) 膜的輸送速度要與各部分機構的運行速度同步，保證供膜速度與供料、 封切速度一致。雖然影響供送材料精度的因素是多方面的：設計計算和制造安裝方面的誤差、包裝材料厚度、彈性模量的差別、牽引力的變化、包裝車間環(huán)境的溫濕度也會影響供送長度。顯然要保證封切精度的關鍵是首先要保證膜的輸送速度與其他傳動速度致。 3.3.2供膜裝置原理 供膜裝置大體由:托輥，驅動輥，壓力輥，過渡輥，張力調節(jié)輥，入膜角度調節(jié)輥等部分構成。薄膜的繞行示意圖如圖3-5所示，運動從鏈輪傳到驅動輥，驅動輥在壓力輥的作用卜與薄膜形成較大的摩擦力，由于摩擦薄膜會被牽引著運動，當薄膜被張緊時，薄膜經過過渡輥、張力調節(jié)輥然后帶動托輥上的卷筒轉動來完成薄膜的供送。 圖3-5薄膜繞行圖 3.3.3供膜裝置的設計 設計要求： 1. 掛膜輥具有放置、支撐和釋放卷簡薄膜的功能； 2. 張力自動調節(jié)擺桿裝置能實現自動調節(jié)薄膜張力并使其穩(wěn)定在定范圍內 的功能； 3. 渡輥:適度地保持和均勻的分配薄膜張力； 4. 入膜角度調節(jié)輥:調節(jié)薄膜進入成型器時的角度，使薄膜能順利的進入成 型器并包裝順利； 5. 驅動輥及驅動壓力輥：驅動輥要具有牽引薄膜的功能；壓力輥需要能 增加薄膜與驅動輥的摩擦力，并且能實現快開快合的功能。 3.3.4滾軸的布置 薄膜的牽引輸送離不開導輥組，導輥組在薄膜的輸送中起承托、導引、轉向及校正作用，導輥組是由定數量的導輥按規(guī)定的安裝位置組裝而成。導輥組在薄膜的輸送過程中對薄膜的定向前進起著決定性的作用。 下面是初步確定的墻板和輥軸的安裝位置示意圖: 圖3-6 供膜裝置布置圖 4 包裝的設計 4.1包裝裝置的認知 包裝裝置是完成制袋成型后筒狀薄膜縱向封接功能的重要部件，適用于薄膜包裝材料的縱向封口。根據包裝薄膜運動方式的不同，可將包裝裝置分為連續(xù)式和間歇式兩大類。連續(xù)式包裝裝置又稱為輥式縱封器，采用一對作等速相向回轉的封接輥輪機構，完成薄膜材料的施壓、拉膜、加熱及封邊作用，形成一道密合的封縫。間歇式縱封裝置又稱為板式縱封器，大多呈斑條狀結構，多采用凸輪、氣缸等結構，推動熱封器做往復直線運動，實現薄膜的熱封合，其后還需借助其它裝置完成拉膜動作。 4.2包裝裝置的設計要求 實際設計過程中，為改善縱封質量、簡化機構設計、減小機構體積，一般會結合拉膜、加熱、封合等多種機構，進行綜合整體設計。圖5-5所示為一種輥式拉膜、板式加熱、輥式熱封的連續(xù)式縱封器機構，同時繼續(xù)牽引薄膜往前運動。對該機構進行改進，去除中間的板式加熱器，將板式加熱器與縱封輥結合設計，即可實現薄膜材料的連續(xù)拉膜與熱封，枕式包裝機的縱封器就采用此類改進機構。 圖4-1復合式縱封器機構 圖4-2枕式包裝機包裝裝置 4.3包裝裝置的結構原理及特點 1. 包裝裝置的結構原理 包裝裝置的結構原理如圖5-7所示，圖中：1為復合薄膜；2為封合輥；3為封縫。兩個作相向純滾動的封合輥同樣起到復合薄膜紙勻速平穩(wěn)地輸送作用。封合輥芯部裝有電熱環(huán)，它發(fā)出的熱量通過輔射傳給封輥體。當兩片塑料薄膜通過兩封合輥熱合接觸面時被滾壓互相粘合而成一道密合的縱縫，完成糖果縱向封合。 圖4-3包裝裝置結構原理示意圖 1.復合薄膜 2.封合輥 3.封縫 2. 包裝裝置的結構特點 1) 包裝輥采用帶有網紋的金屬輥，兩輥之問靠彈簧力保持著適當的壓力， 使包裝紙沒有明顯的松馳、打滑現象。 2) 為使卷帶紙在輸送輥與封輥中能快速地引進與退出，在輸送輥與封輥的 主動輥上設計了一個離合柄，使兩輸送輥封合輥迅速離合。 4.4封口機械的設計 4.4.1 概述 柔性包裝材料（如普通紙、玻璃紙、蠟紙、復合薄膜、塑料等）的封口一般是粘封或熱封，不需要另設封口機，封口是在相應的裹包或帶裝機上完成。枕式包裝機所用的材料主要是薄膜等復合性材料，它采用熱封封口方法。 4.4.2 封口機械的分類 在包裝容器內盛裝產品后，對容器進行封口的機械，稱為封口機械，在枕式包裝里面，它包含兩部分，包裝機構和端封機構。 在枕式包裝機類，包裝的材料是薄膜等復合性材料，常用熱壓封口機，根據熱合方式不同，熱封方法分為以下幾種。 1. 板式熱封 這是一種最普通的熱封方式。原理如圖5-1所示，將要封合的薄膜3緊壓在耐熱橡膠4及加熱到一定溫度的加熱板1之間實現熱封。 圖4-4 板式熱封 1 加熱板 2 密封部 3 薄膜 4 耐熱橡膠 5 底座 2. 滾輪式熱封 如圖5-2所示，它是加熱一對滾輪1中的一個或兩個，使疊合的薄膜2從兩滾輪之間通過而熱封。其特點是連續(xù)封合，適用于由基體薄膜和熱封性薄膜組成的復合薄膜的熱封。 圖4-5 滾輪式熱封 1 加熱滾輪 2 薄膜 3 密封部 3. 帶式熱封 如圖5-3所示，它是將疊合的兩層薄膜2夾在一對回轉的聚四氟乙烯帶1之間，經帶內側的加熱部4和冷卻部5使薄膜2封合。 圖4-6帶式熱封 1 聚四氟乙烯帶 2 薄膜 3 密封部 4 加熱部 5 冷卻部 4. 滑動滾壓式熱封 它是將疊合的兩層薄膜1從一對加熱板4之間通過，然后用壓輪3壓緊粘合。 5. 滑動式熱封 滑動式熱封用于裹包包裝。它是用薄膜3包住被包裝物2，使其在加熱板4上滑動，靠北包裝物所加的輕微壓力和加熱板4的熱量來粘合兩層薄膜疊合部分的。 6. 脈沖熱封 鎳鉻合金條2將薄膜4壓在耐熱橡膠5上，瞬間通過大量電流加熱鎳鉻合金條，利用這種熱進行熱封。 7. 熔切式熱封 利用加熱刀5，同時進行薄膜2的熔融切斷和縫合。 圖4-7 熔切式熱封 1 送膜輥 2 薄膜 3 橡膠輥 4 密封部 5 加熱刀 8. 高頻熱封 這種熱封方法如圖5-4所示，是利用上下電極2壓緊薄膜4，加上高頻電壓，由聚合物的介電損失發(fā)熱進行熱封。 4.4.3 端封的設計 端封器也稱橫封器是完成經包裝器熱封合后的包裝材料，按工藝要求的長度規(guī)格進行橫向封合。為簡化機構設計、減小端封器體積，一般將橫封器與切斷裝置結合在一起設計。按其運動方式可分為旋轉式端封器和往復式端封器?；剞D式端封的結構形式如圖5-14所示。 圖4-8電加熱端封器 4.5 包裝裝置重要零部件的校核與計算 4.5.1 從動軸的抗彎扭強度校核計算 圖4-9從動軸 從動軸是枕式包裝機包裝部分重要的一根軸，它起著傳遞運動與動力的作用，下圖是所設計從動軸的結構，軸上安裝了以下的零件：包裝輥組件，滑動軸承，錐齒輪，直齒圓柱齒輪，以及一個電磁繼電器。 圖4-10從動軸 我們已知電機的輸出功率約為2.5kw，轉速90轉/每分鐘，結合上面設計的軸的結構，我們對其結構進行分析與計算。 1. 選擇軸的材料 該軸無特殊要求，因而選用調質處理的45鋼，查表得45鋼的抗彎強度極限 2. 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度，軸的各段直徑和長度見下 表。 表4-1 軸段位置 軸段直徑和長度 說明 安裝包裝輥軸段 Ⅰ-Ⅱ 25 軸的結構，各段的長度及直徑都是經過反求，以及對總體結構分析得到。 25 包裝輥與錐齒輪之間軸段 Ⅱ-Ⅲ 25 135 錐齒輪與直齒圓柱齒輪之間的軸段 Ⅲ-Ⅳ 20 30 3. 軸上零件的軸向與周向定位 包裝輥與軸的周向定位是采用平鍵連接；錐齒輪與軸的軸向定位有軸肩，軸階，周向定位采用平鍵連接；直齒圓柱齒輪周向定位采用平鍵，軸向定位有繼電器上端面。 4. 按彎扭合成強度進行計算 1) 做出軸的力學模型 軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。計算時，通常軸上的分布載荷化為集中力，其作用點取為載荷分布段的中點。下圖是根據驅動軸實際受力情況做的力學模型，模型簡圖中作出了，彎矩模型圖和扭矩模型圖。 圖4-11 2) 校核軸的強度 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面做彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應力 （4-1） 通常由彎矩所產生的彎曲應力是對稱循環(huán)變應力，而由扭矩所產生的扭轉切應力則常常不是對稱循環(huán)應力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數，則計算應力為 式中彎曲應力為對稱循環(huán)變應力，當扭轉切應力為靜應力時，??；當扭轉應力為脈動循環(huán)變應力時，取；若扭轉切應力亦為對稱循環(huán)變應力時，則取 對于直徑為的圓軸，彎曲應力為，扭轉切應力 將和代入式，則彎扭合成強度條件為 式中：——軸的計算應力， M——軸所受的彎矩， T——軸所受的扭矩， W——抗彎截面系數， 圓軸的抗彎截面系數計算公式是: (4-2) 經計算軸的強度滿足要求。 4.5.2深溝球軸承型號選擇計算 在枕式包裝機送膜部分的軸上，主要承受徑向載荷，所以用到了大量的深溝球軸承， 圖4-12 深溝球軸承 上圖所示的一對深溝球軸承，是用在驅動軸上的，已知軸承徑向載荷=1500N,軸向載荷N,軸承的轉速為，裝軸承的直徑可在20—30之間選擇，運轉時有輕微的沖擊，預期計算壽命，根據上面的數據，來選擇軸承的型號。 1.求比值 (4-3) 根據表13-5（機械設計，濮良貴主編，高等教育出版社）（以下皆是），深溝球軸承的最大值為0.44，故此時 2 初步計算當量載荷P，根據式（7-4） (4-4) 按照表13-6，，取=1.2 按照表13-5，X=0.56，Y值需在已知型號的基本額定靜載荷后才能求出，現暫選一近似中間值，取Y=1.5，則 3 根據式（7-5），求軸承應有的基本額定動載荷 (4-5) 按照軸承樣本的手冊選擇6005ZZ型號的軸承。 次軸承的基本額定靜載荷=5850N,驗算如下： 1) 求相對軸向載荷對應的值與Y值。 相對軸向載荷為 (4-6) 在表中介于0.07～0.13之間，對應的值為0.21～0.31，Y值1.6～1.4 用線性插值法求 (4-7) a) 求當量動載荷P 4) 驗算6005ZZ軸承的壽命，根據式（13-5） (4-8) 故選擇6005ZZ軸承能滿足壽命要求，該軸承的內徑為25。 5.計量裝置設計 料盤裝置工作原理是：料盤裝置是由料盤，料盤罩，轉軸，法蘭，連接盤，活動底蓋，開蓋銷，閉蓋銷等主要部件通過一些輔助件連接在一起。其工作原理：料盤是可以轉動的，料盤中有圓周等分裝配的4個量杯，在各個量杯的底部均有一個活動底蓋封閉其出口，在料盤內還設計一個料盤罩，上部開有一個圓孔，可以通過料斗進料。轉軸帶動法蘭旋轉，法蘭通過連接盤帶動料盤連續(xù)旋轉，由于料盤罩固定不動，因此料盤罩可以把充填入量杯的物料面刮平，保證各量杯所盛的物料容積相同。當量杯隨料盤轉到卸料位置時，活動底蓋被開蓋銷碰開，物料靠自重向下卸出，經成型器充填入包裝內。隨后料盤繼續(xù)回轉，使活動底蓋碰到閉蓋銷令其回復原位，重新另一個充填的過程。 5.1料盤裝置設計 圖5.1料盤裝置結構 5.2量杯尺寸確定 量杯內徑可以按照包裝粉劑的體積多少來做相應大小的量杯，由于包裝咖啡的體積小，選擇量杯外徑40mm，為了加工方便其他尺寸相應取整。其尺寸如圖5.2。 圖5.2量杯 5.3料盤結構尺寸確定 料盤直徑的大小決定了料盤裝夾量杯的尺寸和排部，料盤的直徑不宜過大，太大會增加總體的尺寸，導致制造成本的提高；料盤直徑過小，達不到量杯排部的要求。綜合因素考慮取料盤直徑φ294mm,高度100mm。 料盤的材料為2Cr13 料盤上分布四個放量杯的沉孔，其尺寸同量杯外輪廓尺寸。 圖5.3 料盤 為保證料盤和料盤軸同步轉動料盤上端用圓頭螺母卡在料盤軸上保證軸向固定，下端用聯結盤連接法蘭，法蘭用鍵和軸連接保證同步轉動從而帶動料盤轉動。 5.4聯接盤設計 聯接盤的主要作用是連接料盤和法蘭。上端用兩個銷與料盤相連，下端用四個螺釘與法蘭連接。其尺寸受料盤尺寸限制。其結構如圖3.4 圖5.4聯接盤 5.5料盤罩設計 料盤罩的作用是擋料，一方面防止料從料斗下落時發(fā)生的逸散、飛濺，另一方面是在裝料過程中刮平量杯里的料，其結構尺寸由料盤尺寸和量杯的位置確定。 圖5.5料盤罩 總 結 總結本次的設計，對要設計的部件所要滿足的基本要求及所要達到的性能指標做了認真的分析，并以此完成了對包裝裝置的整體結構進行了仔細的探索學習以及對部分零部件進行了基本的校核分析。然后用CAD軟件繪制各個部件的二維圖。 通過本次設計，我了解了一般機械設計的設計流程，對設計有了比較理性的認識，懂得運用計算機以及查閱資料文獻來輔助設計，通過不斷反復的改進，使自己的設計更優(yōu)化。不僅提高了綜合設計、設計分析、設計計算以及CAD軟件應用的能力，還學會了怎么樣更有效的利用圖書館的機械專業(yè)書籍，使我深深地認識到機械專業(yè)理論知識與實際緊密聯系，在提高了自身各方面的素質，更增強了實踐能力和動手能力。 我認為自己在設計和畫圖過程中，增強了分析和解決問題能力，也提高了自學能力，為今后的工作打下基礎。同時，思維的嚴密性也得到了很好的鍛煉，培養(yǎng)了一種嚴謹、認真、團結合作的工作態(tài)度和良好的工作習慣。經過這一學期的畢業(yè)設計工作，我各方面都取得了較大的進步。畢業(yè)設計過程是一個創(chuàng)新的過程，也是對所學知識的一次回顧。特別是讓我對《機械設計》、《包裝機械概論》等專業(yè)書籍有了更深入的了解。整個設計過程，也鍛煉了我們自己查找資料的能力（特別是《機械設計手冊》的運用）、分析問題和解決問題的能力。 整個設計過程，雖然我們遇到很多問題，但在不斷發(fā)現問題的同時，解決問題，使自身的理論與實踐結合的更加緊密。這次畢業(yè)設計非常有意義，它在我整個大學階段扮演一個非常重要的角色，同時對我今后的學習和工作具有非常重要的指導作用。 致 謝 本文在導師悉心認真的指導下完成的。我深深地被老師淵博的學識、扎實的理論知識和勇于創(chuàng)新的治學作風所感染，為此我將受益終身。在選題的初期，是導師的鼓勵和敢于困難挑戰(zhàn)的精神促我下定決心進行本課題的研究。是導師孜孜不倦的指導及耐心地解答在研究過程中遇到的各中問題，才始得本課題的研究從一開始的一籌莫展到柳岸花明。在此期間，導師勤勉的工作態(tài)度和誨人不倦的高尚品德深深地影響著我。在此，向老師表示誠摯的敬意和衷心的感謝！ 感謝家人和親朋好友對我精神和物質上的支特，才能使我克服學習和生活中的種種困難。 最后，感謝在百忙之中評閱論文的老師和參加答辯的專家和學者。參 考 文 獻 [1]孫智慧、高德主編．包裝機械．北京：中國輕工業(yè)出版社，2012.2. [2]孫鳳蘭、馬喜川主編．包裝機械概論．北京：印刷工業(yè)出版社，1998.6 [3]黃穎為主編. 包裝機械結構與設計. 北京：化學工業(yè)出版社，2007.7 [4]孫智慧、徐克非主編．包裝機械概論．北京：印刷工業(yè)出版社，2007.6 [5]許林成編著．包裝機械原理與設計．上海：上海科學技術出版社，1987 [6]孫鳳蘭主編．食品包裝機械學．哈爾濱：黑龍江科學技術出版社，1990 [7]包裝機械結構參考圖冊編寫小組. 包裝機械結構參考圖冊.上海：上?？茖W技術出版社，1981 [8]雷伏元主編.包裝工程機械概論.長沙：湖南大學出版社，2005.7 [9]高德著. 包裝機械設計. 北京：化學工業(yè)出版社，2007.2 [10]高德著. 實用食品包裝技術. 北京：化學工業(yè)出版社，2004 [12]趙延偉、彭國勛著.包裝技術與機械設備.長沙：湖南大學出版社，1989 [13]劉筱霞主編.包裝機械.北京：化學工業(yè)出版社，2007 [14]李毅尹章偉、毛中彥著.包裝機械.北京：化學工業(yè)出版社，2006 [15]張聰著.自動化食品包裝機.廣州：廣東科技出版社，2003 [16]候珍秀著.機械系統(tǒng)設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社,2001 [17]趙淮.包裝機械選用手冊.上冊.北京：化學工業(yè)出版社，2001 [18]中華人民共和國國家標準.GB/T7311-2003.包裝機械型號編制方法 [19]中華人民共和國國家標準.GB/T19857-2003.包裝機械分類 [20]趙雪松、任小中主編.機械制造裝備設計.武漢：華中科技大學出版社，2009.11 [21]魏兵主編.機械原理.武漢：華中科技大學出版社，2007.3 [22]濮良貴、紀名剛主編.機械設計.北京：高等教育出版社，2006.5 [23]何銘新、錢可強等主編.機械制圖.北京：高等教育出版社，2004.1 [24]廖念釗、古瑩菴等主編.互換性與技術測量.中國計量出版社，2008.6 [25]機械設計手冊編委會.機械設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2004 41