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摘 要
自動粉料立式包裝機適用的場合廣泛，常用于化工、食品、藥品，化肥農(nóng)藥等行業(yè)產(chǎn)品的自動化灌裝生產(chǎn)加工。其自動化程度高、結(jié)構(gòu)緊湊。自動粉料包裝機的應(yīng)用，減少了人工成本，提升了企業(yè)效益。
自動粉料包裝機主要由供膜機構(gòu)、定量供料機構(gòu)、傳動機構(gòu)、熱封機構(gòu)、切割機構(gòu)和電氣控制部分等五部分組成。本課題主要完成傳動系統(tǒng)，各機構(gòu)的設(shè)計及總體裝配的結(jié)構(gòu)設(shè)計。同時對相關(guān)機構(gòu)進行了分析計算與校核。最后，利用UG三維數(shù)字化建模， 并完成了粉料包裝機的三維裝配。
關(guān)鍵詞：粉料立式包裝機；傳動系統(tǒng)；機構(gòu)設(shè)計；UG建模
I
Abstract
Abstract
Automatic powder vertical packaging machine is widely used in the fields, is often used in the automatic filling and processing of chemical, food, medicine, fertilizer pesticide and other industries. It has high degree of automation and compact structure. The application of automatic powder packing machine reduces the artificial cost and improves the enterprise benefit.
The automatic powder packaging machine is mainly composed of gongmo mechanism, quantitative feeding mechanism, transmission mechanism, heat sealing mechanism, cutting mechanism and electrical control part. This paper mainly completes the transmission system, the design of each mechanism and the structure design of the overall assembly. At the same time, the relevant institutions are analyzed and checked. Finally, ug three-dimensional digital modeling, and completed the three-dimensional assembly of powder packaging machine.
Keywords：Vertical powder packaging machine ；drive system mechanism design；UG modeling
III
目錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 國內(nèi)自動粉料包裝機械現(xiàn)狀 1
1.2 自動粉料包裝機存在的主要難題 3
1.3 本課題主要研究內(nèi)容及參數(shù) 4
第2章 總體方案的設(shè)計 5
2.1.包裝成袋工藝： 5
2.2.包裝過程擬定： 6
2.3.包裝過程分析： 7
第4章 傳動系統(tǒng) 8
4.1 傳動系統(tǒng)簡介 8
4.2 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 8
4.3 確定和計算有關(guān)動力參數(shù) 11
第5章 定量供料機構(gòu)及供膜機構(gòu)的設(shè)計 15
5.1 定量供料機構(gòu) 15
5.2 結(jié)構(gòu)方案的選定 17
5.3 量杯容積計算 17
5.4.供膜機構(gòu)的結(jié)構(gòu) 18
5.5 供膜裝置的工作原理 19
5.6 本章小結(jié) 19
第6章 側(cè)封機構(gòu)的設(shè)計 20
6.1熱封裝置概況 20
6.2側(cè)封結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
6.3 本章小結(jié) 24
第7章 端封機構(gòu)的設(shè)計 25
7.1端封機構(gòu) 25
7.2 工作原理 26
7.3熱熔原理 26
7.4 凸輪軸段的設(shè)計計算 26
7.5彈簧的設(shè)計計算 31
結(jié) 論 34
參考文獻 35
致 謝 37
V
第1章 緒論
包裝是產(chǎn)品進入流通領(lǐng)域的前步條件，如實現(xiàn)產(chǎn)品包裝，其主要手段是靠包裝機械。時代的發(fā)展和技術(shù)的進步促使著我們不斷的進取和努力，希望包裝機械在流通領(lǐng)域中正起著越來越大的作用。而本次粉料包裝機的設(shè)計意義在于使粉狀小顆粒物品，容易攜帶方便，且外形美觀，所以隨著社會的發(fā)展以及人們?nèi)找婢康纳罴妓嚕恍┬“b，多樣化的包裝就不斷的發(fā)展起來，包裝品種種類的繁多和日新月異的變化，使得小型自動粉料包裝設(shè)備有了長足的進步和更加優(yōu)化且寬泛的使用。自動粉料包裝機是將有熱塑特性的塑料薄膜經(jīng)熱合制成包裝容器，在一臺自動化設(shè)備上可自動完成制袋成型，裝袋，分剪切袋等全過程。
1.1 國內(nèi)自動粉料包裝機械現(xiàn)狀
由于我國工業(yè)起步就比較晚，所以國內(nèi)自動粉料包裝機還處于剛起步階段，再經(jīng)過一階段的消化吸收國外的先進產(chǎn)品后，通過自身的技術(shù)改進及自主開發(fā)，在此行業(yè)技術(shù)上我國也有了一定的突破和較為可觀的進步。當(dāng)然，相比國外技術(shù)還有一定的差距，但從現(xiàn)階段飛速發(fā)展的中國來看，相信差距會越來越小，甚至?xí)幸惶斐^國外的技術(shù)水平。經(jīng)查閱資料分析，國內(nèi)該類型設(shè)備在技術(shù)方層次，相比國外具有以下缺點：
1.效率低，適用范圍小。
根據(jù)物料不同，產(chǎn)量大小的不同國內(nèi)一般大多數(shù)制袋充填包裝機的效率為20-100袋/分之間，且大多為單列式包裝，封合形式一般是三邊封，四邊封和背封式。此種機械的效率不高，試用范圍單一。
2.精度低
國內(nèi)的物料計量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較粗糙，精度比較低，當(dāng)充填量為100g～1000g時，而國內(nèi)一般在62%～63%之間。而國外采用螺桿充填的粉料計量充填系統(tǒng)，機器的計量精度同比情況下一般<1%。
3.穩(wěn)定性低低
由于國內(nèi)一些企業(yè)為了保證能在產(chǎn)品初期得到很好的效益，進行低成本低價格銷售，所以采用劣質(zhì)價格低廉的電子元件、控件或低級的原材料，再加上加工和裝配工藝不規(guī)范，涉及具體問題沒有很好解決，導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定性差，生產(chǎn)效率偏低。
4.自動化與智能化水平一般
幾年來，隨著控制技術(shù)的發(fā)展與進步，國內(nèi)的自動包裝機械也采取了一些PLC等先進的控制系統(tǒng)和智能化控制功能的儀表，但總體來看，應(yīng)用程度不夠，應(yīng)用層次比較淺，有很多還是低水平的機電控制，卻乏帶有數(shù)據(jù)儲存、采集、修正功能的閉環(huán)自控的機器。
粉末自動包裝機是一種集機械、電、儀器于一體的高新技術(shù)產(chǎn)品[1]。具有效率高、產(chǎn)量高，自動化程度比較高，成本優(yōu)勢高的特點，可用于化學(xué)工業(yè)、醫(yī)療食品等行業(yè)，其完全可以實現(xiàn)像顆粒物糧食，谷物，肥料，粉裝料，水泥等包裝，還可以實現(xiàn)全自動稱量、裝袋，折疊，密封袋，倒塑料袋、金屬檢測、重量測量等功能。包裝生產(chǎn)線是由傳感器信號檢測，PLC的邏輯控制信號是由PLC產(chǎn)生的輸出通道控制繼電器和電磁控制閥，交流接觸器等一些設(shè)備來控制執(zhí)行部件運動來實現(xiàn)自動粉末包裝。同時，幾個PLC還可以通過總線通信的方式來實現(xiàn)各個進程的綜合控制。
全自動粉體包裝生產(chǎn)線是基于機電控制的發(fā)展而設(shè)計的。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,國外粉末自動包裝機的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)很先進了。例如,日本公司的ds產(chǎn)業(yè)功能實現(xiàn)了自動封裝;瑞士蘇黎世梅特萊爾集團開發(fā)的重量復(fù)檢,可以完成重量超差的自動識別和剔除。然而,我國自動包裝機在70年代初開始研究,國產(chǎn)包裝機的自動化程度不夠高,與國外有差距。然而,總的來說,我國粉末包裝行業(yè)經(jīng)過近30年的摸索取得了初步成果。如國內(nèi)公司的迅捷機械公司生產(chǎn)的dxl定量包裝機,是一種人工輔助上袋、自動稱重、夾帶、灌裝、自動密封;東莞金屬檢測設(shè)備有限公司生產(chǎn)的sa型皮帶輸送機，主要用于食品、玩具、服裝、鞋、化工、皮革、針織等行業(yè),檢測金屬雜質(zhì)混入生產(chǎn)過程中。這些公司的發(fā)展為我國實現(xiàn)全自動包裝生產(chǎn)線奠定了堅實的基礎(chǔ)。
包裝機械是包裝行業(yè)的重要基礎(chǔ)，目前如果沒有現(xiàn)代包裝機械沒有現(xiàn)代包裝行業(yè)。 包裝機械的未來是各種高科技，創(chuàng)新的制度，創(chuàng)新的控制手段的綜合體。 只有高質(zhì)量，高品質(zhì)，且注重發(fā)展方向?qū)⒓又?jié)能，才能達到性能穩(wěn)定可靠，控制水平先進，結(jié)構(gòu)緊湊，噪音低，效率高，操作簡單，操作簡單，質(zhì)量高，品質(zhì)高，不但外觀更注重美學(xué)設(shè)計，控制和操作也需要更人性化。國內(nèi)自動粉料包裝機械預(yù)計未來發(fā)展趨勢總結(jié)如下：
1.整體綜合自動化程度根據(jù)發(fā)展趨勢分析會變得更高
包裝機械發(fā)展最重要的前提是提高綜合自動化程度。 美國高度重視包裝機械和電腦控制的密切聯(lián)系，實現(xiàn)機電一體化控制以及自動化操作程序。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，自動檢測系統(tǒng)更較多地被用于包裝機械。日本的包裝機械控制系統(tǒng)也非常先進完善，其先進程度可以達到無人值守操作。在測量方向，在制造和技術(shù)性能等方面有優(yōu)勢的德國也十分度重視關(guān)于包裝機械的自動化程度。多幾年前，德國包裝系統(tǒng)機械自動化技術(shù)在整個包裝系統(tǒng)的運行和運行中也僅占30％，現(xiàn)占50％以上。
2、提高生產(chǎn)效率，提高穩(wěn)定性
目前處于前列的世界的幾大包裝機械強國有美國、日本、德國、意大利，他們都及時把握和掌控市場及用戶的需求，把產(chǎn)品的高效作為衡量設(shè)計的重要指標(biāo)。
3、模塊化組合的靈活性
隨著市場競爭的加劇，產(chǎn)品更換周期越來越短，包裝機械具有很好的靈活性才會滿足經(jīng)濟要求。 許多專家預(yù)測，多功能，高效，簡單，模塊化，移動，更小，更靈活的將是未來包裝機械發(fā)展的重要方向。 為了使包裝機械具有好的包裝范圍，還需要進一步提高包裝機的自動化程度，應(yīng)該采用大量的計算機機技術(shù)，通過模塊化的技術(shù)和單元組合才能使機械變得更強大。
4、成套與配套關(guān)系
包裝機械設(shè)備的包裝與配套功能之間的關(guān)系被業(yè)界引起關(guān)注，目前一些廠家只關(guān)注主機生產(chǎn)，不考慮整機設(shè)備，從而使功能無法播放。 所以，相關(guān)配套設(shè)備的進展，財能使主機的主要功能加大，由此才能提高設(shè)備和市場競爭力。
5、設(shè)計方法與理念的先進和技術(shù)的采應(yīng)用
世界包裝機械需要滿足市場不斷變化的需求,力求提高設(shè)計質(zhì)量,縮短設(shè)計周期,廣泛使用較為先進的設(shè)計方法理念和設(shè)計技術(shù)。先進的設(shè)計方法是優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、可靠性的設(shè)計和并行設(shè)計-并行工程。先進設(shè)計技術(shù)已廣泛應(yīng)用于計算機輔助設(shè)計 CAD ,并正在促進計算機仿真設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用。
1.2 自動粉料包裝機存在的主要難題
資料總結(jié)，我國的自動化水平有所提高，自動控制技術(shù)被眾多領(lǐng)域使用相信以后的應(yīng)用也會變得越來越廣泛。包裝行業(yè)歷史悠久，在一般的手工稱重、繼電器的控制、稱重儀表的控制、PLC的控制等技術(shù)已應(yīng)用到其中。中國的包裝行業(yè)的發(fā)展大致可以分為三個部分，一是包裝材料和包裝機械設(shè)備工業(yè)，資本比較密集和技術(shù)比較密集的行業(yè)，附加值高的產(chǎn)業(yè)，其行業(yè)競爭壁壘的門檻也相對較高。二是由紙包裝的制品，塑料制品，金屬，四的包裝和包裝印刷工業(yè)玻璃，大型企業(yè)基本上屬于勞動密集型企業(yè)，加工行業(yè)競爭激烈，隨著成本的地理優(yōu)勢，進入門檻低，生產(chǎn)附加值也會相應(yīng)變得比較低。如今市場的競爭已經(jīng)非常激烈。三是由包裝代理、科研、管理機構(gòu)和其他服務(wù)的包裝和包裝是知識密集型產(chǎn)業(yè),附加值高、進入壁壘低,發(fā)展迅速,但總體發(fā)展水平不高,
全行業(yè)還沒有標(biāo)準(zhǔn)化。這三塊的發(fā)展構(gòu)成了中國包裝行業(yè)的整體發(fā)展。
包裝品種多樣化與包裝效率高是檢驗包裝設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)，雖然設(shè)備占地面積小，成本較低，但目前國內(nèi)自動粉料包裝機在標(biāo)準(zhǔn)方面都不盡如人意。
像粉末類型的產(chǎn)品，其微小顆粒在包裝過程中很容易產(chǎn)生粉末“反擊”的現(xiàn)象?！胺磽簟爆F(xiàn)象的產(chǎn)生將會導(dǎo)致包裝的松動，污染環(huán)境程度上升，由于包裝設(shè)備是垂直切割，底部的口袋和底部的袋子較大，而在包裝中同時包裝，在切割材料的過程中將包裝材料“滑動”到袋中，導(dǎo)致粉末升起，進一步會污染密封，使密封不能被密封，造成產(chǎn)品質(zhì)量問題和效果不好。
其次在進行混合材料的生產(chǎn)包裝時，包裝設(shè)備因為裝置不能在現(xiàn)場進行加工，所以在填充材料之前需要混合材料才能使用，但實際生產(chǎn)中一般是因為混合前的材料傳輸過程不均勻，使實際產(chǎn)品混合比例和配方不符合要求，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量事故。
顆粒物質(zhì)飛濺嚴(yán)重，粉塵飛揚，空氣污染嚴(yán)重，工作條件惡劣，對人體有害的粉塵超標(biāo)。 而食品，醫(yī)藥，手工包裝等行業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品是對人體有害的或者人體不能直接接觸的，所以就更需要自動化，無人包裝。
如給料系統(tǒng)的好壞，也會直接影響測量結(jié)果，有時會導(dǎo)致甚至設(shè)備不能使用嚴(yán)重的后果。 如果進料系統(tǒng)不穩(wěn)定，則處于不穩(wěn)定狀態(tài)，測量結(jié)果將不穩(wěn)定。 因此，盡快解決粉粒料高速，高精度自動定量包裝技術(shù)問題具有重要意義。另外，在粉料包裝機中還可能存在夾料、包裝袋錯邊或起皺、包裝袋封口不嚴(yán)、包裝袋外形不正等難題需要開發(fā)者們解決。
1.3 本課題研究主要內(nèi)容及參數(shù)
本次課題的主要內(nèi)容是粉料立式包裝機，根據(jù)工藝流程分模塊化設(shè)計各個部分結(jié)構(gòu)。粉料包裝機是專為粉狀物料自動包裝而設(shè)計的單輥多組態(tài)包裝機械。粉料立式自動包裝機是針對粉末狀或者顆粒狀物料的包裝機械，能夠?qū)崿F(xiàn)供袋、開袋、稱量、下料、封口等包裝過程的自動化，廣泛應(yīng)用于食品和化工包裝行業(yè)。
粉料包裝機擬設(shè)計參數(shù)：
1． 包裝速度100~180袋/小時;
2． 包裝容量5~27ml/袋；
3． 電源電壓220V 50Hz；
4． 整機功率0.75kw;
第2章 總體方案的設(shè)計
2.1 包裝成袋工藝
包裝成袋的工藝即是將粉末類型的料、半液體的料裝入到用柔性材料-塑料制成的袋形容器中,同時根據(jù)包裝內(nèi)容需求作排氣和充氣處理,最后進行袋口封緘與切斷,從而完成物料包裝。一般制袋工藝分如下幾種：
圖2-1制袋工藝
以上是根據(jù)不同類型的產(chǎn)品而區(qū)分的不同工藝措施，根據(jù)本次設(shè)計要求選擇三邊封平裝，縱封兩端封的形式。
2.2 包裝機結(jié)構(gòu)擬定
包裝原理：塑料薄膜經(jīng)供膜機構(gòu)被引送至指定位置，供料機構(gòu)將料分好至固定量杯中，供料機構(gòu)閥門打開，粉料滑落至塑料薄膜中。側(cè)封是由壓板和一對滾輪來完成，端封及切斷由凸輪機構(gòu)控制完成相應(yīng)動作。整體傳動一體化。
電氣控制采用優(yōu)質(zhì)電氣元件。封壓溫度控制采用智能溫控儀。
根據(jù)包裝原理及整體性能要求，將整個包裝過程分為以下幾個模塊：如圖所示
定量供料機構(gòu)模塊
供膜機構(gòu)模塊
側(cè)封機構(gòu)模塊
電氣控制模塊
端封切割機構(gòu)模塊
圖2-2包裝機模塊結(jié)構(gòu)示意圖
(1) 供膜機構(gòu)模塊
供膜機構(gòu)模塊主要作用是實現(xiàn)塑料薄膜定時定量的供給。主要結(jié)構(gòu)為回轉(zhuǎn)桿及支架類零件。
(2) 定量供料機構(gòu)模塊
該機構(gòu)用于被封裝物料的定量，保持被包裝物品的質(zhì)量恒定。主要結(jié)構(gòu)有量杯，回轉(zhuǎn)撥盤，和料倉開閉機構(gòu)等。
(3) 側(cè)封機構(gòu)模塊
是封袋一道側(cè)封工序，同時兼顧引膜的作用，側(cè)封開閉機構(gòu)和齒輪嚙合引薄膜機構(gòu)。
(4)端封切割機構(gòu)模塊
主要用于兩端面封和切斷工序，端面封與切斷同時進行。
(6)電器控制裝置模塊
分為操作和控制系統(tǒng)部分，用于人工參數(shù)設(shè)定。
2.3包裝過程分析
送料機構(gòu)定期送粉料輸送到包裝機上部的料斗容器內(nèi)，送進速度由光電傳感器定位檢測控制，整卷的塑料薄膜經(jīng)幾個導(dǎo)輥被引至翻領(lǐng)成型器位置，薄膜被折彎成型后再由縱封器搭邊接成為圓筒形狀，物料此時被稱重計量后落到制成的袋內(nèi)，橫封器進行熱封切割，同時將袋整體間歇地向下部牽引，最后形成三面封口的完整袋，從而完成整個包裝過程。
第4章 傳動系統(tǒng)
4.1 傳動系統(tǒng)簡介
傳動系統(tǒng)是整個設(shè)備的核心組成部分，它是由執(zhí)行過程的各個部分根據(jù)工藝要求決定的。傳動系統(tǒng)的精度會直接影響裝袋效率和質(zhì)量，同時傳動系統(tǒng)的振動和噪聲來源也主要是電機振動地噪聲，傳動系統(tǒng)的復(fù)雜度也直接影響到機器得性能及維護，所以傳動系統(tǒng)尤為重要。
4.2 傳動方案設(shè)計
采用的是分路傳動，系統(tǒng)有多個執(zhí)行機構(gòu)，且只有一個原動機。
4.2.1擬定運動方案
4.2.1.1供膜機構(gòu)模塊
減速電機 回轉(zhuǎn)機構(gòu)
4.2.1.2定量供料機構(gòu)模塊
主傳動 料盤分料定量撥盤回轉(zhuǎn)機構(gòu)
步進電機 料倉開閉機構(gòu)
4.2.1.3側(cè)封機構(gòu)模塊
主傳動 側(cè)封開合凸輪連桿機構(gòu)
步進電機 回轉(zhuǎn)
4.2.1.4端封切割機構(gòu)模塊
主傳動 端封開合凸輪連桿機構(gòu)
4.2.2機構(gòu)綜合
4.2.2.1繪制傳動系統(tǒng)簡圖
圖4-1 傳動系統(tǒng)簡圖
4.2.2.2傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意
整體包裝過程，需要實現(xiàn)包裝的牽引走膜，進料及封合，切斷。所以從塑料卷筒到最終包裝成品要經(jīng)過以下的過程：
動力機減速后輸出，經(jīng)由齒輪組帶動主軸旋轉(zhuǎn)，經(jīng)主軸分配至各個執(zhí)行部分，主要形成三路傳動，分別是驅(qū)動定量裝置、縱封裝置以及端封裝置。相關(guān)結(jié)構(gòu)見圖4-2.
齒輪2
齒輪1
供膜
定量供料器
凸輪
凸輪
主軸
側(cè)封滾輪
端封
圖4-2 傳動機構(gòu)示意圖
三路傳動如下：
1）主軸上連接的齒輪1帶動齒輪2，齒輪2與主軸相連接，同時使定量供料器回轉(zhuǎn)。
2）主軸通過凸輪連桿機構(gòu)驅(qū)動側(cè)封開合牽引。
3）主軸凸輪連桿機構(gòu)使端封器開閉
4）側(cè)封滾輪通過兩個步進電機相對運轉(zhuǎn)進行側(cè)封；
作用在縱封滾輪上的牽引力等于滾輪受到塑料薄膜的力等，所以塑料才會勻速下滑。
4.3確定和計算有關(guān)動力參數(shù)
4.3.1主電機的確定
計算電動機功率：
＝
＝
：連桿傳動功率 ０.９６（兩對）
：滾動軸承?。?９９ （兩對）
：齒輪傳動效率?。?９７（一對）
＝0.75ＫＷ
＝０．876
則
由于整機相關(guān)動力參數(shù)要求都比較小，所以可以適當(dāng)選擇小型的電機,但電機要帶變速功能。經(jīng)上述條件分析，查閱有關(guān)資料選用型號為Y80M2-2的三相異步電動機，其主要性能如下:
表4-1 電機的主要性能
功 率
電 流
轉(zhuǎn) 速
功率因數(shù)
效 率
起動電流
1.1KW
2.5A
2830r/min
0.86
77%
6.5A
4.3.2 總體傳動比分配
已知機器的包裝速度要求是100~180袋/min，所以需要實線供料裝置每分鐘轉(zhuǎn)180轉(zhuǎn)，即中心軸的轉(zhuǎn)速為180r/min。由于本次設(shè)計定量供料裝置有1個定量容器孔，所以縫合嚙合次數(shù)也應(yīng)該達到180次/min。
根據(jù)任務(wù)書要求使用袋長80~140mm,根據(jù)產(chǎn)量計算縱封器的轉(zhuǎn)速α，計算如下：
αmax:
140×180=2R×3.14×αmax
R―縱封器壓輥半徑，為R=29mm
140×180=2×29×3.14×αmax
αmax=138.37r/min
根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的軸的轉(zhuǎn)速設(shè)定如下傳動計算框圖：
圖3-3傳動計算框圖
4.3.3 主軸轉(zhuǎn)速計算
主軸轉(zhuǎn)速計算如下：
n主軸=n電機 ×i減速器
其中nmax電機=2830 r/min
∴n主軸=188.6r/min
4.3.4主軸功率計算
P主軸=P電機 ×η帶×η減×η聯(lián)
其中 η帶 —連桿傳動效率，取為0.96
η減—速器效率，取為0.8
η聯(lián)—聯(lián)軸器效率，取為0.99
P主軸=1100×0.96×0.8×0.99=836.352W
4.3.5 主軸最小直徑估算
d0A==19.81mm
在進行軸設(shè)計時候，鍵槽會影響軸的強度，所以設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)槽的個數(shù)來相應(yīng)增大軸直徑尺寸，根據(jù)公式計算如下：
d=d022.2823mm
因為主軸連接減速器時通過聯(lián)軸器連接，所以查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇聯(lián)軸器的復(fù)合最小軸直經(jīng)為d=25mm。
所以主軸最小直徑為 dmin=25mm
功率分配
需要分配功率的整機共有三條傳動線，一條是橫封機構(gòu)，一條是縱封機構(gòu)，一條是定量供料裝置。相對力不是很大的橫封機構(gòu)分配到的功率為總功率的1/5，其余兩個占總功率的4/5；縱封對比定量供料裝置來說需要的力較大，所以它分配到剩下功率的1/5，
則：
P橫封=P主軸 ×=840×=168W
P縱封= P主軸××=403.2W
P定量= P主軸××=268.8W
4.3.6軸的強度校核
4.3.6.1求軸的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖。
因為該軸是垂直安裝的，因此不存在受彎矩影響。M=0N.mm,取=0.3
===0.3*55870=16761N.mm
2) 校核軸的強度
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表4-1查得=650N/mm2,則=0.09—0.1,即58—65 N/mm2，取=60 N/mm2，軸的計算應(yīng)力為
根據(jù)計算結(jié)果可知，該軸的強度足夠，其滿足要求。
49
第5章 定量供料機構(gòu)及供膜機構(gòu)的設(shè)計
5.1 定量供料機構(gòu)
填充機構(gòu)是指將一定量的包裝材料放入包裝容器中的包裝機構(gòu)。
灌裝機構(gòu)分為容積灌裝機構(gòu)、稱重式灌裝機構(gòu)和計數(shù)器灌裝機構(gòu)。根據(jù)灌裝的物理狀態(tài),可分為粉末灌裝機構(gòu)、顆粒灌裝機構(gòu)、體灌裝機構(gòu)、膏體充填機構(gòu)、液體灌裝機構(gòu)。如果根據(jù)灌裝機的功能,可分為制袋充填機、成型充填機、只完成灌裝功能等。本部分介紹了幾種典型充填機的結(jié)構(gòu)原理。
5.1.1容積式充填機構(gòu)
容積灌裝機是根據(jù)預(yù)定的容量將包裝材料裝入包裝容器中,這種灌裝機適用于干燥或比較的狀體材料。主要類型有:量杯、螺旋、柱塞式、插管式、定時式。
圖5-1 固定武量杯計量裝置示意圖
容積式充填結(jié)構(gòu)比較適合于小粒物料、碎片類及微細粉末狀等流動性能比較好的物料填充，但物料的比重不穩(wěn)定則會影響到生產(chǎn)效率，設(shè)計時候要考慮。此種結(jié)構(gòu)形式的量杯可分為可固定式和可調(diào)節(jié)式兩種。
可固定式量杯容積充填機構(gòu)的定量結(jié)構(gòu)的工作原理是：圓盤口上裝有幾個均布的量杯和相對應(yīng)可活動打開的的活門底蓋4，同時圈盤的上部為物料罩2。當(dāng)物料從供料斗1自由落到量杯內(nèi)，支軸11帶動圓盤12旋轉(zhuǎn)，粉物料刮板9與供料斗1固定在一起將刮去量杯3上面多余的物料,當(dāng)量杯轉(zhuǎn)到卸料工位時,活門4打開,此時物料在自重作用下落到封裝位置。
5.1.2螺桿式充填計量機構(gòu)
螺桿式充填機構(gòu)有如下工作原理：通過螺桿的螺旋糟的間隙-容腔（蛟龍）計量輸送的物料。螺桿旋轉(zhuǎn)時候的每個螺距都會旋帶出一定量容積的物料,所以，對螺桿進行轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)數(shù)的控制，就可以做到精確計量。該裝置比較使用于的物料類型為流動性良好的細顆粒、粉末類型的，也可用于比較粘稠的，一般不宜用于容易碎的片、塊狀物料或視比重變化較大的料。
圖5-2 蛟龍充填機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
5.2 結(jié)構(gòu)方案的選定
本次設(shè)計結(jié)合上述的兩種計量機構(gòu)，特定設(shè)計出符合要求的結(jié)構(gòu)方案，具體結(jié)構(gòu)如圖：
量杯
回轉(zhuǎn)撥片
罐體
閥門電機
導(dǎo)料板板
圖5-3 結(jié)構(gòu)示意圖
本結(jié)構(gòu)由計量罐體，回轉(zhuǎn)撥片，量杯，閥門和閥門電機組成。
工作原理：將粉料裝入罐體料槽內(nèi)，回轉(zhuǎn)撥片旋轉(zhuǎn)一周后，將粉料裝入量杯內(nèi)并刮平實行定量，隨后開閉閥門電機打開閥門使粉料倒入塑料薄膜內(nèi)。
5.3 量杯容積計算
容積式量杯計量裝置的生產(chǎn)能力：
式中—驅(qū)動量杯的轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速（r/min）
—轉(zhuǎn)盤上的量杯個數(shù)
—每個量杯的計量重量（g）
式中—量杯的容積（cm）
—物料的視密度（g/cm2）,即粉料堆積的密度，又稱堆積密度
固定量杯容積：
式中—固定量杯直徑（cm2）
—上量杯的計量高度（cm2）
可調(diào)量杯容積：
式中—上量杯內(nèi)直徑（cm）
—上量杯計量高度（cm）
—下量杯內(nèi)直徑（cm）
—下量杯計量高度（cm）
固定量杯
D=96*96mm
H=100mm
表5-4 量杯尺寸圖
5.4.供膜機構(gòu)的結(jié)構(gòu)
供薄機構(gòu)主要是由支架，回轉(zhuǎn)電機和可調(diào)導(dǎo)向桿組成。
支架
可調(diào)導(dǎo)向桿
回轉(zhuǎn)電機
圖5-4 供膜機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
5.5 供膜裝置的工作原理
將薄膜裝至在有回轉(zhuǎn)電機的桿上，經(jīng)幾級導(dǎo)向桿的稱緊和導(dǎo)向后，被引導(dǎo)至封袋前的指定位置。
5.6 本章小結(jié)
本章介紹了粉狀物料的幾種計量方法，著重闡述了容積式計量盤的組成和工作原理，并對其計量容積進行了計算。對供膜裝置進行了簡單介紹，并概括了供膜裝置的組成部分和工作原理。
第6章 側(cè)封機構(gòu)的設(shè)計
6.1熱封裝置概況
塑料薄膜復(fù)合材料是自動制袋包裝機中最常用的包裝材料,特別是現(xiàn)代多層復(fù)合膜,廣泛應(yīng)用于食品包裝,具有良好的氣密性和高強度。
熱封原理：一般的包裝材料聚乙烯可以在加熱時熔化到塑化狀態(tài),通過加熱將兩層融化成熔融狀態(tài),同時通過一定的接觸壓力使熔化狀態(tài)的塑料粘合在一起。這是我們常說的熱熔密封。根據(jù)這一原理設(shè)計了機器的總封口結(jié)構(gòu)和端面密封。
塑料薄膜的密封采用熱熔的方法,具體操作是:通過加熱塑料薄膜兩個接觸面,使其處于熔化狀態(tài),并對其施加一定的壓力,使兩個塑料經(jīng)熔化壓緊后封合在一起。影響封合質(zhì)量的因素是加熱溫度、壓力和作用時間。熱熔封合存在多種形式,最常用的是電阻加熱和脈沖的方法,此外還有高頻加熱頭、超聲波加熱頭、電磁加熱頭、壓線和紅外加熱頭等。每種方法適用于一定范圍的塑料材料。在自動制袋充填機中,廣泛采用電阻加熱的熱熔法,因為它具有機構(gòu)簡單、調(diào)節(jié)方便等特點。此外,用于食品包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復(fù)合材料,主要是以聚乙烯為熱封材料,因此電阻加熱密封完全符合要求。
本次設(shè)計的包裝機均采用電阻加熱的封合方法。
6.2 側(cè)封結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.2.1結(jié)構(gòu)示意圖
軸承
連桿
凸輪軸
壓板
圖6-1 側(cè)封機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
6.2.2工作原理
1）主傳動通過凸輪連桿機構(gòu)進行熱封（圖7-1）。
2）電阻絲加熱，熱輥通過連續(xù)運轉(zhuǎn)進行中完成熱封，熱輥可以同時起到牽引的作用，結(jié)構(gòu)簡單，可以連續(xù)進行，（圖7-2）具體結(jié)構(gòu)原理如圖：
電機
熱封輪
圖7-2 熱封機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
6.2.3傳動齒輪設(shè)計計算
1.初步計算齒數(shù)
熱封滾輪以一定值的速度運轉(zhuǎn)，使側(cè)封連續(xù)地進行。滾輪通過單個電機一對齒輪連接來完成整個動作。
設(shè)定端封牽引時速度在一個封切周期內(nèi)送進一個袋長=180mm，且封輥以做勻速旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周封切兩次，所以
得出R= 60
式中橫封滾輪最大回轉(zhuǎn)半徑為。
因此，不同規(guī)格的袋長，橫封輥必須要有不同的半徑，所以要通過調(diào)速電機才能實現(xiàn)
所以齒輪的齒數(shù)為：38齒 模數(shù)為：1.5
2）齒寬度的確定：
初步設(shè)計齒輪在軸承上為懸臂布置，軟齒面，由參考文獻1表6.6查得，選取齒寬系數(shù)=0.4*60=24mm
3）重合度系數(shù)的確定
對于標(biāo)準(zhǔn)外嚙合齒輪傳動，端面重合度
式中 、——齒數(shù)
把Z1=Z2=38代入上式得
=1.88-3.2()=1.71
根據(jù)經(jīng)驗公式，確定
4）許用彎曲應(yīng)力的確定
式中 ——計入了齒根應(yīng)力修正系數(shù)之后,試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力；當(dāng)齒輪雙側(cè)工作時圖中時值乘以0.7。
——安全系數(shù)；與疲勞點蝕相比，斷齒的后果更為嚴(yán)重。所以，一般取=1.25。
由參考文獻1圖6.29彎曲疲勞極限應(yīng)力：
齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)可按下式計算
式中 ——齒輪轉(zhuǎn)速，；
——齒輪轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)；
——齒輪的工作壽命，
代入數(shù)值，分別有
由教材圖6.32 得，彎曲強度壽命系數(shù)
故彎曲應(yīng)力
由于
所以
6.3 本章小結(jié)
本章對熱封裝置進行了簡單介紹，并概括了熱封裝置的組成部分和工作原理。
第7章 端封機構(gòu)的設(shè)計
7.1.端封機構(gòu)的結(jié)構(gòu)
彈簧
直線軸承
凸輪
導(dǎo)向滾輪
導(dǎo)桿
熱合板
圖7-1 端封機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖
7.2 工作原理
端封主要目的是通過熱合板的開合來實現(xiàn)封袋和切袋的。熱合板兩端分別通過帶有直線軸承的導(dǎo)桿，凸輪在轉(zhuǎn)到大段位置時候，致使彈簧壓縮并驅(qū)使熱合板開閉。
7.3 熱熔原理
熱板熔融式：電阻絲加熱，封接對象夾在冷卻板中間，熱板周期的向封接部分靠近，使其邊緣融化成球狀封口，封口強度高，適用于熱縮性材料，具體原理如下：
圖7-2 熱熔原理
7.4凸輪軸段的設(shè)計計算
按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
設(shè)計軸的尺寸由參考文獻[1] 公式15－2
由 參考文獻[1] 表15－3取110
所以傳動軸D1＝24mm
凸輪軸D2＝32mm
圖7.3 齒輪受力分析圖
1. 凸輪的力分析計算：
圓周力Ft =
徑向力Fr =
軸向力
2. 對H面上各力分析
=322N
=4970N
3. 對V面上各個力分析
＝
＝
以下圖組為軸受力分析圖：
圖7.5 軸受力總圖
3220
4970
圖7.6 軸H面受力及力矩圖
8190
圖7.7 扭矩圖
4. 當(dāng)量彎矩：
由上述分析，對當(dāng)量彎矩較大A處進行校核
合成彎矩：
當(dāng)轉(zhuǎn)矩T=300000N；取得：
當(dāng)量彎矩：
由參考文獻[1] 公式15－5
由參考文獻[1] 公式15－14
＝0.12
軸強度足夠。
7.5彈簧的設(shè)計計算
7.5.1強度約束條件
對承受軸向載荷的壓縮彈簧的受力情況進行分析：
首先進行模型簡化，經(jīng)分析其與拉伸彈簧的簧絲受力情況完全相同，在通過軸線的剖面上，彈簧絲的剖面為橢圓，但由于螺旋升角一般很小，可近似地用圓形剖面代替。
所以將作用于彈簧的軸向載荷F加載至這個剖面，此剖面上的轉(zhuǎn)矩為：T=FD2/2和剪切力F。
T和F在彈簧絲剖面上引起的最大剪切應(yīng)力τ為：
式中：K為補償系數(shù)，用以考慮螺旋升角和彈簧絲曲率等的影響，其值可按下式計算：
則彈簧絲的強度約束條件為：
或
式中：[τ]為許用剪切應(yīng)力；
Fmax為彈簧的最大工作載荷。
圖16
7.5.2剛度約束條件
根據(jù)材料力學(xué)，求得圓柱螺旋彈簧的變形計算公式的，即：
式中，G為材料的剪切彈性模量。
由此可得剛度約束條件為
或
式中：k為彈簧剛度，表示彈簧單位變形所需的力。
一般n應(yīng)圓整為0.5的整數(shù)倍，且大于2。
7.5.3穩(wěn)定性約束條件
如果作用在壓縮彈簧的載荷過大，高度和直徑比b=H0/D2超出一定范圍值時，彈簧就會產(chǎn)生較大的側(cè)向彎曲導(dǎo)致失穩(wěn)。
為保證彈簧的相對穩(wěn)定性，經(jīng)查閱資料顯示，兩端固定時一般取b<5.3；一端固定另一端自由時，一般取b<3.7；兩端自由時，取b<2.6。如無上述條件，按下式進行穩(wěn)定性驗算：
結(jié) 論
經(jīng)過這段時間的鍛煉和辛苦努力，我按計劃完成了自動粉料包裝機的畢業(yè)設(shè)計。期間遇到的許多困難是通過翻閱相關(guān)資料，參照機械設(shè)計手冊以及向老師請教完成的，本次設(shè)計中包含了該機的結(jié)構(gòu)原理以及傳動系統(tǒng)的設(shè)計，定量分料的結(jié)構(gòu)設(shè)計，整體裝配圖的繪制以及分各零件部分的繪制。整機工作原理為：通過傳動系統(tǒng)驅(qū)動供料系統(tǒng)下料計量，同時供膜系統(tǒng)動作，使包裝材料經(jīng)過成型器至膜內(nèi)，在熱封輥的拉動下進行熱封，最終經(jīng)過端封和切割裝置輸出成品。
本次設(shè)計的亮點是結(jié)構(gòu)方面，其相對緊湊，外形和操作簡潔，美觀，各部分調(diào)節(jié)便捷，裝袋的速度和粉料的定量均可調(diào)節(jié)，具有一些啟動緩沖功能，速度比較穩(wěn)定，抗干擾能力增加。
其缺點是計量盤的調(diào)整和切割角度的調(diào)整都必須是手動調(diào)整，不夠精確。此外，由于包裝材料的熱封輥張力直接通過成型裝置下，包裝膜位置傳輸機制是一定時間的拉伸包裝薄膜后自動調(diào)整，其張力可能改變，導(dǎo)致沒有送膜精度。
通過本次的畢業(yè)設(shè)計，在所學(xué)專業(yè)知識方面，促使我重新鞏固了以前所學(xué)的知識，包括機械制圖及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，機械機構(gòu)原理，機械設(shè)計，材料力學(xué)，互換性等專業(yè)知識，并能夠?qū)⒏骺浦R結(jié)合起來解決問題。另外也進一步扎實了機械制圖的多種輔助設(shè)計軟件，如AutoCAD、UG等。在整個設(shè)計過程中，指導(dǎo)老師也給予了多次指導(dǎo)，是整個設(shè)計更加正確和完善，從而最終完成了設(shè)計任務(wù)。
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致 謝
大學(xué)生活最重要的組成部分就屬于畢業(yè)設(shè)計了，在即將過去的大學(xué)時光里，存在著美好的回憶也懂得了知識的寶貴。畢業(yè)后校園時光的結(jié)束，從此也代表進入了人生的另一步，此時所有幾年的大學(xué)所學(xué)的知識將被整合在這篇畢業(yè)設(shè)計論文中，它可能是一張圖紙，一張論文稿，看著慢慢的收獲自己也深刻的感受到了到任何時候我們都應(yīng)該用知識完成任務(wù)，加強和敦實實踐的能力是我們今后每一步的所必須遵循的。
本次畢業(yè)設(shè)計論文中，整合了我大學(xué)生活中的所學(xué)，其中包括機械設(shè)計基礎(chǔ)，關(guān)于包裝方面的知識以及制圖軟件CAD和UG制圖工具等。
食品工業(yè)機械化發(fā)展是人民生活水平提高的首要因素，食品工業(yè)中機械設(shè)備的普及率也越來越高，機器是生產(chǎn)力，食品行業(yè)如想得到長足的發(fā)展，也需要技術(shù)有創(chuàng)新和進步，只有共同完善才能實線現(xiàn)代化。
經(jīng)過本次的設(shè)計，我才感覺到有些不足之處，很多知識掌握的不扎實，未能做到學(xué)以致用，一些問題，還需要查閱以前的數(shù)據(jù)，把相關(guān)知識再復(fù)習(xí)一遍。并且通過電腦的應(yīng)用，會在很多軟件被拋棄之前拿起，重新掌握它的技巧和要領(lǐng)。一半的時間似乎吸收了四年的知識，雖然忙碌，但充實，快樂，充滿了成功的喜悅。本次畢業(yè)設(shè)計主離不開老師的細心的指導(dǎo)，在這里衷心感謝老師在設(shè)計中對我的幫助與指導(dǎo)，以及其他各位老師和師傅對我的指導(dǎo)。同時在這里向所有在設(shè)計過程中幫助我的同學(xué)表示感謝，謝謝你們！