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“經(jīng)濟型”節(jié)能系統(tǒng)在水泵方面的應用
我們已經(jīng)對經(jīng)濟型的水泵節(jié)能系統(tǒng)作了一些研究，這個系統(tǒng)幫助節(jié)約馬達對運輸水時的功耗。在節(jié)能領域，傳統(tǒng)的方法是利用整流器通過壓力來控制水量，而“經(jīng)濟型”系統(tǒng)采用多種水壓保證流量的水壓相一致，因此這個系統(tǒng)能使節(jié)能效率達到90%。本文將著重介紹系統(tǒng)的原理基本功能以及部分實際應用情況。
引言
在保護地球的號召下，許多國家聯(lián)合并鞏固了相關的法律法規(guī)來實現(xiàn)減少能源消耗，能量守恒問題之所以成為工廠機構(gòu)最重要的問題之一，歸功于ISO14000系列標準的保證，因為他們每年都必須達標就如同服從法律一樣，在長期的經(jīng)濟蕭條中，與經(jīng)濟緊密相連的節(jié)能投資已經(jīng)開始倍受關注。
然而大規(guī)模的節(jié)能設施投資之所以沒有那么容易實施，主要是需要負擔巨大的經(jīng)濟成本，漸漸的，人們對低風險，低成本，高效率的能量守恒需求越高。
圖1，指示了辦公室各種設備能量消耗的情況，此圖由日本能量建筑理事協(xié)會通過研究得出，從圖可得空調(diào)的消耗量占一半，這意味著空調(diào)將是能量守恒所研究的主要對象。
圖1 辦公室各種設備能量消耗的情況
在眾多的關于空調(diào)的技術(shù)中，我們已經(jīng)把目標集中在空調(diào)泵上，并制造出一種“經(jīng)濟型”的新型節(jié)能控制系統(tǒng)，這個系統(tǒng)迎合了先前系統(tǒng)所缺少的需求。
“經(jīng)濟型”節(jié)能系統(tǒng)采取了一種新的控制機制，這個機制由Yokojana電子公司，Asahikojyoshal有限公司和第一能源服務公司三大企業(yè)聯(lián)合制定。第一能源服務公司后來通過發(fā)展和研究被Yokojana吞并。并且通過了ZN與（工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織）ITDO的聯(lián)合研究。
回顧先前空調(diào)系統(tǒng)
圖2顯示了空調(diào)的內(nèi)部系統(tǒng)，分析先前空調(diào)系統(tǒng)，從總體上講，能源主要以散熱，水泵，通風裝置的形式消耗。
圖2 空調(diào)的內(nèi)部系統(tǒng)
通過電動機引起的熱能給水升溫，然后通過水泵把冷/熱水輸?shù)娇照{(diào)內(nèi)部。冷/熱水進入轉(zhuǎn)換由排風扇實行空氣升/降溫，然后從管道中釋放冷空氣。
水泵主要分為主水泵，次要水泵和冷卻水泵，但他們的能源幾乎相同，其中我們主要研究次要水泵，他的流量大小可通過需要發(fā)生改變。
不規(guī)則空調(diào)系統(tǒng)的構(gòu)造指示了冷/熱水的流經(jīng)方向通過加熱產(chǎn)生的冷/熱水被回流到主要水泵當中，應承對恒溫水的要求很高，次要水泵主要負責輸送要求的水量。
任何位置的空調(diào)操作都由室內(nèi)溫度傳感器和雙向回管所控制的，當溫度達到預先設置的溫度時，這些管會自動關閉，因此次要水泵的流量會發(fā)生顯著變化，多功能的次要水泵常用于保證流量的有效變化，例如，一個或三個水泵根據(jù)流量變化來操作控制每個泵的開關，還有，為了保護管道與空調(diào)，回管常用水控制以使產(chǎn)生的壓力的管道承受力相符。
然而美中不足的是回管會把水泵中的水引流到原位置，產(chǎn)生能源損耗的負面效果，目前隨著整流器價格的不斷下跌，通通控制提供必須必要水量時間的長短的節(jié)能技術(shù)得到光泛觀注，然而這些整流器為了使水壓力保持不變，使用了控制裝置，所以事實上他們沒有達到真正的能量守恒效果。
"ECONO-PILOT”ENERGY-SAVING SYSTEM FOR WATER PUMPS
We have developed the “Econo-Pilot” energy-saving system for water pumps, which reduces the power consumption of motors for water supply. In the energy-saving control field, the conventional method used is that of constant pressure control of the water supply with inverters. However, as Econo-Pilot employs a method of variable water pressure control corresponding to flow volume, the system can raise the energy-saving ratio up to 90 percent.
This paper describes the principles of the system and its basic functions, along with a case study of some practical applications.
INTRODUCTION
With the background of fulfilling public commitments for the prevention of global warning, many countries have consolidated related laws and regulations aiming to reduce energy consumption. Energy conservation has become one of the important issues for companies and organizations accredited with the ISO 14000 series standards certification because they are required to achieve yearly targets for improvements, which have, in a sense, the same implications as laws. In a prolonged recession, investments in energy-saving activities directly linked with cost reduction have attracted increasing attention.
However, large-scale renewal investments which entail enormous costs cannot be implemented easily. Consequently, there have been increasing needs for energy conservation activities which bring about substantial cost reduction effects but can be conducted inexpensively with ease and minimum risks, while at the same time utilizing existing facilities.
Figure 1 is a graphical indication of the energy consumption ratios of office buildings, which is based on research conducted by the Building-Energy Manager's Association of Japan. As indicated in the graph, air conditioning-related items account for half of the total consumption. This means that air conditioning must be the main target for energy conservation.
Figure 1 Energy Consumption of Office Buildings by Usage
Among air conditioning-related technologies, we have focused on the control of air conditioning pumps and have developed a new energy-saving control system called "Econo-Pilot" which meets the requirements for implementations mentioned earlier system.
The Econo-Pilot adopts a new control mechanism contrived by three enterprises-Yokogawa Electric Corporation, Asahi Kogyosha Co, Ltd., and The First Energy Service Company, Limited-and was commercialized by Yokogawa after the development and demonstration phases, through joint research with the New Energy and Industrial Technical Development Organization (NEDO).
OVERVIEW OF AN AIR CONDITIONING SYSTEM
Figure 2 shows an overview of an air conditioning system. Broadly speaking, energy is consumed by heat sources, water pumps, and ventilators.
FIgure 2 Overview of an Air Conditioning System
A heat source generates cold/hot water through gas combustion in the case of applying a gas-based cold/hot water generator, the cold/hot water is then conveyed to air conditioners by water pumps. Inside air conditioner, the cold/hot water is flowing through heat exchange equipment where air is warned up or cooled when passing through the heat exchange equipment via ventilators- and then the warned/cooled air is blown to an area through ducts.
Water pumps are mainly classified into primary pumps, secondary pumps, and cooling pumps, but their power consumption is almost the same. Among them, we have focused on secondary water pumps whose flow volume varies significantly according to demand.
摘 要
肥料自動包裝機適用于包裝顆粒狀、低黏度的肥料。市場上現(xiàn)有的肥料包裝機大多數(shù)是半自動包裝機，就是包裝袋的進給是用人工的方式進給的，生產(chǎn)效率不是很高，而且加大了勞動強度，在生產(chǎn)時還有一定的危險，本設計為給袋式的自動進給。
本文介紹了題目的研究背景和意義，論述了肥料包裝機在國內(nèi)外的發(fā)展狀況和前景,介紹了本次設計研究的內(nèi)容及方法。本次設計的重點是包裝機的總體設計方案、包裝過程的裝袋、取袋、張口和夾持的方式，在此基礎上進行了運動與結(jié)構(gòu)的設計。本次設計采用的包裝方法是回轉(zhuǎn)式，轉(zhuǎn)盤是通過槽輪機構(gòu)的啟停來完成各個工藝的要求；通過氣泵的吸力（大氣壓）來吸取包裝袋（不透氣）；依靠氣缸提供動力的機械手來夾持包裝袋進行多工位的位置要求；同時本機采用PLC微電腦控制氣壓閥來調(diào)節(jié)氣缸，使機器完成全自動，同時該機還有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、無污染、密封可靠、噪聲小和人機功能合理的特點。
關鍵詞： 肥料；包裝；包裝機；供袋
Abstract
Fertilizer automatic packaging machine for packing granules, low viscosity of the fertilizer. Fertilizers available in the market most of semi-automatic packaging machine packing machine is packing bags is to use artificial feeding means feed, the production efficiency is not high, and increasing the labor intensity in production there is still certain dangerous, this bag is designed to automatically feed.
This article describes the background and significance of the research topics discussed fertilizer packaging machine development at home and abroad, introduces the design of this study the content and methods. The design focuses on the overall design scheme packing machine, packaging and bagging process, taking bags, open mouth method and means of clamping, in this based on the movement and structure design. The design of the packaging used is rotary, start and stop through the slot to complete the round of the requirements of each station; through the pump suction (atmospheric pressure) to absorb bags; rely on the cylinder-powered mechanical hand to grip bags multi-station position request; while the machine is PLC controlled pneumatic valve to achieve fully automatic machine, while machine is still a simple structure, low cost, clean, reliable sealing, noise, and machine features reasonable features.
Key words: Fertilizer; packaging; packing machine; for bags
目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究內(nèi)容的現(xiàn)狀 1
1.2 選題意義 2
第2章 肥料自動包裝機總體方案設計 4
2.1 任務書 4
2.2 任務書抽象化 4
2.3 確定工藝原理 5
2.4 功能分解 5
2.5 確定每種功能方案 5
2.6 形態(tài)矩陣求解 6
2.7 邊界條件 7
2.8 方案評價 7
2.9 簡圖 8
2.10 主要參數(shù)確定 8
2.10.1 設計內(nèi)容 8
2.10.2 技術(shù)參數(shù)及要求 8
2.11 執(zhí)行機構(gòu)方案確定 9
2.11.1 袋的供給 9
2.11.2 張口裝置 9
2.11.3 夾持機械手 10
2.11.4 轉(zhuǎn)盤 10
第3章 執(zhí)行系統(tǒng)設計計算 11
3.1 外槽輪機構(gòu)設計 11
第4章 傳動系統(tǒng)設計計算 14
4.1 電機選擇 14
4.1.1 選擇電動機功率 14
4.2 總傳動比計算及傳動比分配 15
4.3 各軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算 15
4.4 傳動零件的設計計算 17
4.4.1 帶傳動設計計算 17
4.4.2 直齒圓柱輪計算 19
4.4.3 鏈傳動設計計算 23
4.5 軸的計算 25
4.6 軸承壽命計算 32
4.7 鍵聯(lián)接的選擇 34
4.8 聯(lián)軸器的選擇 34
第5章 肥料自動包裝機的安裝、維護和安全要求 36
第6章 結(jié)論 37
參考文獻 38
致 謝 40
42
第1章 緒論
1.1 研究內(nèi)容的現(xiàn)狀
包裝工業(yè)是國民經(jīng)擠支柱產(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)展歷程證明這點。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。包裝機械在包裝工業(yè)中地位十分重要，對包裝工業(yè)現(xiàn)代化具有舉足輕重的作用。
目前，我國的包裝企業(yè)大部分規(guī)模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同時存在著不顧行業(yè)發(fā)展要求，重復生產(chǎn)那些成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機械產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)目前大約有1/4的企業(yè)存在低水平重復生產(chǎn)現(xiàn)象。這是對資源的極大浪費，造成包裝機械市場的混亂，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)值在幾百萬元到1000萬元之間，低于100萬元的企業(yè)為數(shù)還不少。每年有近15%的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉，但又有15%的企業(yè)加入這個行業(yè)，極其不穩(wěn)定，現(xiàn)象阻礙了行業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各種食品、水產(chǎn)、化工、醫(yī)藥、輕業(yè)加工品等的出現(xiàn)，對包裝技術(shù)和設備都提出了新的要求。目前，包裝機械競爭日趨激烈，未來的包裝機械將配合產(chǎn)業(yè)自動化，促進包裝設備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的包裝設備。
傳統(tǒng)的包裝機械多采用機械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了光電控制、氣動控制等控制形式。但是，隨著加工工藝的日益提高，對包裝參數(shù)的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應采用新的技術(shù)改變包裝機械的面貌。當今的包裝機械是集機、電、氣、光、磁于一體的機械電子設備，應著力于提高包裝機械的自動化程度，將包裝機械的研發(fā)與計算機結(jié)合，實現(xiàn)機電一體化控制。
總體來講，它是將微機技術(shù)引入到包裝機械，應用機電一體化技術(shù)，開發(fā)智能化包裝技術(shù)，按產(chǎn)品自動包裝工藝要求組合成全自動包裝系統(tǒng)進行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程的檢測與控制、故障的診斷與排除將實現(xiàn)全面自動化，實現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全生產(chǎn)?？捎糜诩庸さ木_計量、高速充填和包裝過程自動控制等，將使包裝機械結(jié)構(gòu)大為簡化，提高包裝產(chǎn)品質(zhì)量。如塑料袋封口機，其封口質(zhì)量與包裝材料、熱封溫度和運行速度等有關。如材料(材質(zhì)、厚度)發(fā)生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機控制，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳參數(shù)匹配輸入微機存儲器，再配上必要的傳感器，組成自動跟蹤系統(tǒng)，這樣，不管哪個工藝參數(shù)改變，都能保證最佳的封口質(zhì)量。
采用新技術(shù)，建立自動化、多樣化、多功能集成化的包裝機械新體系包裝機械其技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動化、單機多功能、多功能組成生產(chǎn)線等。在封口方面應用熱管和冷封口技術(shù)。另外，隨著包裝從單一技術(shù)轉(zhuǎn)向與加工相結(jié)合研究取得進展，應將包裝技術(shù)領域延伸到加工領域，開發(fā)包裝、加工一體化的加工包裝機設備。
中國包裝機形成行業(yè)僅20年，基礎相對薄弱，技術(shù)及科研力量不足，其發(fā)展相對滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。上個世紀70年代末，年產(chǎn)值只有七八千萬元，產(chǎn)品品種僅有100多種。近5年來包裝機行業(yè)每年以11%～12%的平均增長速度發(fā)展，高于同期國民經(jīng)濟增長速度，銷售總額由1994年的150億元增加到2000年的300億元，產(chǎn)品品種由1994年的270種發(fā)展到2000年的3700種。預測到2010年，國內(nèi)行業(yè)總產(chǎn)值可達到1300億元(現(xiàn)價)，而市場需求可能達到2000億元。如何能夠盡快的趕上并且抓住這個巨大的市場是我們迫切需要解決的問題是包裝的方法。
如今產(chǎn)品水平上了新臺階，開始出現(xiàn)規(guī)?；⒊商谆?、自動化的趨勢，傳動復雜、技術(shù)含量高的設備開始出現(xiàn)?？梢哉f我國的機械生產(chǎn)已滿足了國內(nèi)的基本需求，并開始向東南亞及第三世界國家出口。
1.2 選題意義
隨著消費者需要的多樣化，尤其是超級市場的發(fā)展，包裝突出日益重要的地位。完成包裝所需的機器設備，在包裝工業(yè)中的需求量最大。包裝的主要目的，在于促進銷售，并為消費者提供使用上的方便，在包裝設計中，除保證包裝內(nèi)容物質(zhì)和量的要求外，還需重視包裝裝潢的重要作用。包裝的主要目的，是為流通儲運提供保障，要求包裝堅固牢實。包裝是對被包裝物所采取的一種保護性措施，包裝的主要目的在于保護產(chǎn)品的使用價值。因此，包裝中還要顧及到物品在流通中的運輸、裝卸、存貯保管和銷售的方便；此外，包裝的裝潢還起到美化、宣傳和推銷的作用。包裝加工是產(chǎn)品在生產(chǎn)中的最后環(huán)節(jié)，是高產(chǎn)品的商品價值不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
加入WTO后，國際包裝機械行業(yè)競爭日益激烈，國外的綠色貿(mào)易壁壘對包裝機械行業(yè)提出更高的要求，所以，必須改變傳統(tǒng)的包裝機械設計及開發(fā)模式，本設計包裝機考慮到使包裝機械在其全生命周期中(設計、加工制造、裝配、使用、維修直至廢棄后處理處置過程)對環(huán)境無影響或影響最小化、資源低耗、易于回收等“綠色特征”，以提升我國包裝機械的核心競爭力。
市場上現(xiàn)有的肥料包裝機大多數(shù)是半自動包裝機，就是包裝袋的進給是用人工的方式進給的，生產(chǎn)效率不是很高，而且還大大加大了勞動強度，在生產(chǎn)時還有一定的危險，因此，本設計選用了給袋式的自動包裝機來補缺這個缺陷。
第2章 肥料自動包裝機總體方案設計
2.1 任務書
表2.1 任務書
功能
主要功能
包裝肥料
輔助功能
稱重，取袋
適應性
對象
顆粒裝肥料，低粘度肥料
環(huán)境
常溫、室內(nèi)
性能
動力
1000w
外形尺寸
整體重量
包裝能力
1200袋/小時
可靠度
99%
壽 命
10年
經(jīng)濟成本
人機工程
操作方便
安全性
保證人身、設備安全，有漏電保護裝置
2.2 任務書抽象化
此設計的目的是將一定量的肥料裝入包裝袋中，按條件繪制黑箱，如圖1所示。
黑箱
肥料
包裝 包裝好的肥料
圖2.1任務書抽象化
2.3 確定工藝原理
成疊袋 取袋 拉袋 張口 充料 計量 計 數(shù) 封口 送出產(chǎn)品
成疊的袋經(jīng)過摩擦輪的帶動進給，拉出一個袋子送入下道工序，袋子到達張口位置，用氣吸把袋子的口吸開，通過夾持機構(gòu)加緊后，送入肥料等，通過計量裝置測量，肥料充填后通過橫向密封裝置加熱而被橫向封密，松開袋子，落入輸送帶送去，完成加工。
2.4 功能分解
2.5 確定每種功能方案
2.6 形態(tài)矩陣求解
表2.2 形態(tài)矩陣
功能解
分功能
1
2
3
4
A供料
重力
機械
人工
B袋進給
摩擦輪
重力
吸氣盤
C動力
電動機
汽油機
液壓馬達
氣壓馬達
D張口
氣壓缸
液壓缸
齒輪
E封口
齒輪
桿機構(gòu)
滑塊
F控制
帶
摩擦
傳感器
離合
G交互
旋鈕
按鈕
觸摸
可能組合方案：N=3x3x4x3x3x4x3=3888
候選方案 ( 1 ) A1+B1+C1+D3+E1+F1+G1
( 2 ) A1+B1+C1+D2+E4+F2+G1
( 3 ) A2+B2+C3+D2+E2+F2+G3
( 4 ) A2+B3+C4+D1+E2+F2+G2
( 5 ) A2+B3+C4+D1+E1+F4+G2
2.7 邊界條件
外界：對外界條件要求
內(nèi)部：對外界條件影響
2.8 方案評價
表2.3 方案評價
P1
P2
P3
P4
P5
Si
Vi
P1
0
0.5
0
0
0
0.5
0.05
P2
0.5
0
0
0
0
0.5
0.05
P3
1
1
0
0.5
0
2.5
0.25
P4
1
1
0.5
0
0
2.5
0.25
P5
1
1
1
1
0
4
0.4
Σsi=10 Σvi=1.0
即（5）號方案最好
2.9 簡圖
5
3
2
1
4
6 7
8
圖2.2 結(jié)構(gòu)簡圖
1-袋箱，2-吸氣，3-張口，4-機械手，5-供料，6-轉(zhuǎn)盤，7-橫封，8-輸送帶
2.10 主要參數(shù)確定
2.10.1 設計內(nèi)容
肥料自動包裝機袋進給部裝設計
2.10.2 技術(shù)參數(shù)及要求
（1）主要參數(shù)：
①生產(chǎn)能力：1200袋/小時
②袋子尺寸：直徑300～450mm；高450～800mm
2.11 執(zhí)行機構(gòu)方案確定
2.11.1 袋的供給
通過吸氣（真空）來吸取包裝袋，從而達到取去一個包裝袋的目的，如圖2.3所示。
圖2.3 吸氣式袋進給
2.11.2 張口裝置
通過吸氣（真空）來吸取包裝袋的兩個面，氣缸拉動杠機構(gòu)，使其向兩側(cè)張口，來達到張口，如圖2.4所示。
圖2.4張口裝置
2.11.3 夾持機械手
用氣缸來帶動齒條，往復移動，上下兩個齒條夾一個齒輪，使其夾持包裝袋，還具有保壓的作用，如圖2.5所示。
圖2.5夾持機械手
2.11.4 轉(zhuǎn)盤
轉(zhuǎn)盤機構(gòu)由槽輪組成，運動為間歇是的進給，來滿足四個工位的要求，通過氣缸來完成上下運動，如圖2.6所示。
圖2.6 轉(zhuǎn)盤機構(gòu)
第3章 執(zhí)行系統(tǒng)設計計算
3.1 外槽輪機構(gòu)設計
槽數(shù) Z=4
效率 Q=1200個/min
圓銷數(shù) m=1
中心距 a=c=2000mm
動停比 k=
工作轉(zhuǎn)盤靜止時間td=2s
轉(zhuǎn)動慣量 JV=15kg。
槽輪每一次轉(zhuǎn)動過程中的轉(zhuǎn)角為2，主動件相應的轉(zhuǎn)角為2
==90
2=π-2==180-90=90
槽輪一個循環(huán)的時間為：T==3s
撥盤轉(zhuǎn)速為：n1=
轉(zhuǎn)位分度時間為：tf=
實際周期為：
實際生產(chǎn)率：
圓銷中心軌跡半徑
取圓銷半徑 RT=15mm
得槽輪外圓半徑
R2=
取圓銷與輪槽底部之間的徑向間隙 =5mm
輪槽深度為：
h=R1+R2-C+RT+=141.42+142.2-200+15+5=103.62mm
撥盤回轉(zhuǎn)軸徑
d1<2(c-R2)=2(200-142.2)=117.16mm
求得撥盤上鎖止弧所對中心角為：
R=2π-2=360-90=270
取槽輪在槽口處厚度 b=12mm
得鎖止弧半徑
R0=R1-B-RT=141.42-12-15=114.42mm
槽輪發(fā)生最大角加速度時撥銷所在的位置
=11.33
槽輪發(fā)生最大扭矩
N·M
所需功率
Nmax=
圖3.1槽輪機構(gòu)
第4章 傳動系統(tǒng)設計計算
4.1 電機選擇
4.1.1 選擇電動機功率
傳動裝置的總效率：
式中: 減速器效率： = 0.95
聯(lián)軸器效率： = 0.99
V帶傳動效率： = 0.95
圓錐滾子軸承效率： = 0.96
滾子鏈效率： = 0.95
直齒輪嚙合效率： = 0.97
直齒圓錐齒輪效率： = 0.95
槽輪效率： = 0.9
所需電動機功率：P==902.15W
根據(jù)工作負荷的大小和性質(zhì)、工作機的特性和工作環(huán)境等，可參考包裝機進行選擇電動機的種類、類型和結(jié)構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速，進而確定電動機的型號。因為負荷穩(wěn)定（或變化很?。㈤L期連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械，可按照電動機的額定功率選擇，而不必校驗電動機的發(fā)熱和起動轉(zhuǎn)矩。所以根據(jù)國家標準，查文獻[20]第35篇表35.1-52選擇Y系列三相異步電動機，該電機額定功率為1.1kw額定轉(zhuǎn)速1400r/min。，代號Y2-90s-4。
表4.1 電動機數(shù)據(jù)及傳動比
方案號
電機型號
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動比
1
Y2-90s—4
1.1kw
1500
1310
21.83
電動機型號為Y2-90s—4，其額定功率為1.1KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min，軸伸直徑D=10mm，軸伸長度E=20mm，電動機中心高H=63mm。
4.2 總傳動比計算及傳動比分配
分配傳動比：
總傳動比
i=1400/5=280
V帶傳動比，取3.11
減速器傳動比，取20
即 CW-80-20-Ⅷ 型減速器
對總體傳動比進行分配：
i1＝1.0 （低速軸鏈輪）
i2＝4.0 （低速軸槽輪）
i3 ＝0.5 （圓柱直齒輪）
4.3 各軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算
各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計算：
0軸：即電機軸
P0= Pr =0.903w
1400r/min
9.55 P0/n0=6.16N·m
Ⅰ軸：即減速器高速軸
P1= P0×η帶=0.903×0.96=0.857w
n0÷i帶= 1400/3.11=450.2r/min
9.55 P1 /n1 =18.9N·m
Ⅱ軸：即減速器低速軸
P1×η減=0.857×0.95=0.814w
n1/ i減=450/20=22.5r/min
9.55P2/i減=345.7 N·m
Ⅲ軸：即分配軸
P3= P2×η鏈=0.814×0.99=0.806 kw
n3=n2=22.5 r/min
T3=9.55P2 /n3=343 N·m
Ⅳ軸：即鏈輪傳動軸
P4= 45.4w
n4=n3/1.0=22.5 r/min
T4=9.55P4 /n4=21.7N·m
Ⅴ軸：小槽輪撥盤軸
P5= P4×η槽=45.4×0.9=40.9w
n5=n4/i槽=22.5/4.0=5.625r/min
T5=9.55P5 /n5=78.2N·m
Ⅵ軸：小槽輪軸
P6= P5×η直=40.9×0.99=40.5w
n6=n5/0.5=11.25r/min
T6=9.55P6 /n6=38.7N·m
Ⅷ軸：大槽輪軸
P7= 163.3×η槽=163.3×0.90=147w
N7=n6/i槽=22.5/4.0=5.625r/min
T7=9.55P7 /n7=249.5N·m
表4.2 各軸功率即傳動比
序號
功率
P/w
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
轉(zhuǎn)矩T
傳動型式
傳動比
效率η
0
903
1400
6.16
帶
3.11
0.95
1
857
450.2
18.18
聯(lián)軸器
1.0
0.99
2
814
22.5
345.7
減速器
20.0
0.95
3
806
22.5
343
鏈
1.0
0.99
4
45.4
22.5
21.7
直齒輪
0.5
0.99
5
40.9
5.625
78.2
槽輪
4.0
0.90
6
40.5
11.25
38.7
7
147
5.625
249.53
4.4 傳動零件的設計計算
4.4.1 帶傳動設計計算
1.原始數(shù)據(jù)
電動機的輸出功率: =1.1kw
滿載轉(zhuǎn)速:=1400r/min
帶傳動傳動比
2.設計步驟和方法
1）選定帶種類
查[22]中表5.1-1選窄V帶。
2）確定設計功率Pc
=1.1kw
得KA=1.1
0.9924kw
3）選定帶型
根據(jù)和由[17]第14篇圖14.1-4選取普通V帶Z型。
4）確定小帶輪基準直徑
由[17]第14篇表14.1-18選=71mm。
5) 確定大帶輪基準直徑dd2
通常、對轉(zhuǎn)速要求不高的可以忽略，i=3.11 則
mm
取 dd2=224mm
6)驗算帶速v
m/sm/s，合適。
7）初定中心距
取=220mm
8) 所需基準長度
mm
由[19]第14篇表14.1－8選取=1080mm
9)實際中心距
mm
10)調(diào)整范圍
=+0.03=295+0.03×1080=327.4 mm
=-0.015=295-0.015×1080=278.8 mm
11)驗算包角α
α×60
×57.3=> 符合要求。
12）單根V帶傳遞的基本額定功率P1
根據(jù)帶型Z型、=71mm和=1400r/min由[17]第14篇表14.1-17b得=2.8kw, =0.056。
13）確定V帶根數(shù)Z
由[17]第14篇表14.1-13小輪包角系數(shù)=0.95,由[17]第14篇表14.1-15得帶長修正系數(shù)=0.99則
取 Z=1
14)單根V帶的預緊力F0
由[17]第14篇表14.1-14得每米V帶的質(zhì)量m=0.06kg/m，則
15)計算軸壓力Q
按式3-31
Q=2F0zsin=2×148.44×1×sin(150.28/2)＝286.95N
4.4.2 直齒圓柱輪計算
1.選擇齒輪材料精度等級
齒輪一般機械，小齒輪材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表5—1查得
小齒輪45調(diào)質(zhì)，硬度217～255HB，取硬度為235—255HB；
大齒輪材料選用45鋼，正火處理，硬度162～217HB，取190—217HB。
齒輪精度等級為8級（GB10095-88)
低速級傳遞功率=40.9w,齒輪轉(zhuǎn)速=5.6r/min,傳動比i= 0.5每天1班，預期壽命10年。
計算應力循環(huán)次數(shù)N
由[18]第16篇圖16.2-18得1.08 1.13
由[18]第16篇圖16.2-22得==1.0
由[18]第16篇圖16.2-21得1.0
由[18]第16篇圖16.2-19得
由[18]第16篇表16.2-46得
由文獻[17] 第14篇 中圖14-16(b)得=690Mpa，=570MPa
由文獻[17] 第14篇 中(14-28)計算許用接觸應力
=ZN1ZXZWZLVR==685.6Mpa
=ZN1ZXZWZLVR==592.6Mpa
2.按齒面接觸強度確定中心距
小輪轉(zhuǎn)矩T6,由[21]中式（5-2）得
初選取，由[18]第16篇表16.2-43得
由u=i=0.5。由[21]中式（5-14）計算
由[21]中式（5-18）計算中心距
mm
取中心距=75mm
估算模數(shù)m =（0.01～0.02=0.525～1.5
由[18]第16篇圖16.2-3得取標準模數(shù)m =1.5mm
齒數(shù),取Z1=67
i=33/67=0.493
齒輪分度圓直徑 d1=mz1=100.5mm
=mz=49.5mm
齒輪齒頂園直徑 ==103.5mm
==52.5mm
齒輪基圓 =cos=94.45mm
=cos=46.52mm
圓周速度 m/s
由[18]第16篇表16.2-73選齒輪精度為8級
3.驗算齒面接觸疲勞強度
按電機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由[18]第16篇表16.2-36取KA=1.0
由[18]第16篇表16.2-39，按8級精度和VZ1/100=0.294m/s,得Kv=1.02。
齒寬mm
取b1=30mm,b2=35mm
由[18]第16篇表16.2-40,按b/d1=30/100.5=0.30,軸的剛度較大，二級傳動中齒輪相對軸承為懸臂支撐，得1.04
由[18]第16篇表16.2-42得出Ka =1.2
計算載荷系數(shù)
按公式計算端面重合度
齒頂壓力角
由[18]第16篇式16.2-15計算
由[18]第16篇表16.2-34計算齒面接觸疲應力
Mpa 安全。
4.校核齒根彎曲疲勞強度
按=67, =33
由[18]第16篇圖16.2-23得，
由[18]第16篇圖16.2-24得，。
由[21]中式（5-23）計算
由[18]第16篇圖16.2-26得,得MPa MPa
由[21]中圖5-15，得，。
由[21]中式（5-32），m =1.5﹤5mm, 。
取，。
由[21]中式（5-31）計算許用彎曲應力
MPa
MPa
由[21]中式（5-24）計算齒根彎曲應力
MPa MPa,安全。
MPa MPa，安全。
5.齒輪主要幾何參數(shù)
Z1=67,Z2=33，u=0.5，m=1.5mm
d=m Z1=100.5mm
d=m Z2=49.5mm
d=d+2ham=103.5mm
d=d+2ham=52.5mm
d=d-2(ha+c)m=94.45mm
d=d-2(ha+c)m=46.52mm
75mm
4.4.3 鏈傳動設計計算
鏈輪基本參數(shù)計算
傳動功率0.046kw
確定鏈輪齒數(shù)
（1） 修正功率P
kw
式中為工況系數(shù)
為主動鏈齒數(shù)系數(shù)
查文獻[20] 第14篇 表14.2-4得
=1.0 =1.1
（2） 鏈條節(jié)距
查文獻[20] 第14篇圖14.2-2選型號 為08A節(jié)距為12.7㎜
圖4.4.3鏈輪
=
=254mm
取
（3） 計算鏈長節(jié)數(shù)
=
式中
取節(jié)
（4）鏈條長度L
（5）最大中心距
（6）實際中心距
取 1190
（7）鏈速
（8）有效圓周力
（9）小鏈輪包角
（10）鏈輪幾何尺寸計算
，
4.5 軸的計算
圖4.5.1軸
1．軸的設計計算(小槽輪輪盤軸的設計計算)
（1）選擇軸的材料：
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。
由文獻[18] 第19篇 表19.1-1查得材料力學性能數(shù)據(jù)為：
MPa， MPa,MPa ， MPa，E=2.1510 MPa
（2）按扭矩初步估算軸端直徑
根據(jù)文獻[18] 第19篇 表19.3-1公式初步計算軸徑，由于材料為45，由文獻[18] 第19篇 表19.3-2選取 A=115，
按文獻[18] 第19篇 中式（8-2）
mm
取=20mm
該軸軸長
=188mm
軸的其他結(jié)構(gòu)有實際情況決定。
（3）初選滾動軸承
因該軸為垂直方向安裝，上裝有鏈輪，槽輪盤。需要調(diào)整軸向位置，考慮裝拆調(diào)整方便等原因，根據(jù)軸端尺寸，鏈輪，槽輪盤的定位方式和軸承的大概安裝位置，初選圓錐滾子軸承。
（4）設計軸的結(jié)構(gòu)
a．兩軸承之間的跨距
b．確定軸承的潤滑方式與密封方式
滾動軸承采用脂潤滑。
c．布置軸上零件，設計軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)安裝和定位的需要，初定各軸段直徑和長度，各跨度尺寸，作軸的簡圖如圖（a）
圖4.4.4.1簡圖(a)
（5）軸上受力分析
軸傳遞的扭矩21.7N?m
鏈輪的圓周力
鏈輪的壓軸力力
槽輪輪盤的圓周力
材料的自重G
即 軸向力 G=200N
圖4.4.4.2受力分析圖(b)
（5）求支反力，畫受力圖（c）（d）
在X-Y平面內(nèi)由 即H面
解得 ：91.0N 353.9 N
圖4.4.4.3X-Y平面受力分析圖(c)
在X-Z平面內(nèi)由即V面
解得 ：97.1N 209.8 N
圖4.4.4.4X-Z平面受力分析圖(d)
（6）求彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，畫彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖
在H平面彎矩圖
N?mm
N?mm
在V平面彎矩圖
N?mm
A B C D
A B C D
圖4.4.4.5H平面（上）彎矩圖（e），V平面（下）彎矩圖（f）
垂直平面彎矩圖（圖3.3垂直面彎矩圖）
A B C D
圖4.4.4.6平面彎矩圖（g）
（7）轉(zhuǎn)矩圖
軸傳遞的扭矩21700 Nmm
作轉(zhuǎn)矩圖（圖4.4.4.7轉(zhuǎn)矩圖）
T
T=21700N?mm
C
A
圖4.4.4.7平面彎矩圖（h）
（8） 求計算彎矩 ，畫彎矩圖
,其中 得
A B C D
圖4.4.4.8轉(zhuǎn)矩圖
(9)軸的強度校核
①.確定危險截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、扭矩圖，截面C處彎矩最大，故屬于危險截面，需對截面C進行強度校核。
截面C的計算應力
===23.43MPa
式中 W——抗彎斷面系數(shù)，由文獻[21] 第19篇 表19.3—17查得
查得,所以安全。
②.安全系數(shù)校核計算
由于此軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起對稱循環(huán)的變應力，轉(zhuǎn)矩引起的為脈動循環(huán)的切應力。
由于是對稱循環(huán)彎曲應力，故平均應力
根據(jù)文獻[18] 第19篇式（19.3—2）得出：
===4.61
式中
—45鋼彎曲對稱循環(huán)應力時的疲勞極限，由表19.1-1查得=257Mpa；
—正應力有效應力集中系數(shù)，由文獻[18] 第19篇 表19.3-5，按配合查得=1.90；
—表面質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車削加工，由文獻[18] 第19篇表19.3-8查得=0.95；—尺寸系數(shù)，由文獻[18] 第19篇表19.3-11 查得=0.84。
切應力幅為
===MPa
式中 ：—抗扭斷面系數(shù)， ==15.42
根據(jù) 文獻[18] 第19篇式（19.3-3）
===10.65
式中：、
—45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由文獻[18]第19篇表19.1-1查得=155Mpa；
— 切應力有效應力集中系數(shù)，由文獻[18]第19篇表19.3-5按配合查得：=1.45；——同正應力情況；
——平均應力折算系數(shù)，由文獻[18]第19篇表19.3-13查得=0.25。
軸C截面的安全系數(shù)由文獻[18]第19篇式（19.3-1）確定
===4.23
由文獻[19]第19篇表19.3-4可知：
[S]=1.8，S＞[S]，所以該軸C截面安全的。
4.6 軸承壽命計算
已知成型軸軸頸直徑d=20mm，工作中無沖擊；工作溫度低于C，要求軸承壽命為10年。
由[18]第20篇表20.6-1
初選圓錐滾子軸承30204?；绢~定動載荷26.8KN，基本額定靜載荷=18.2 KN。圓錐滾子軸承30205?；绢~定動載荷32.2KN，基本額定靜載荷=23 KN。
由前面計算得知，
該對軸承的水平支反力分別為
91.0N 353.9 N
垂直支反力分別為：
97.1N 209.8 N
軸承徑向力：
N
合成支反力：
計算軸承的派生軸向力S 圖4.6圓錐滾子軸承
求軸承的軸向載荷A
由 軸的結(jié)構(gòu)知==200 N
=max（44.4+200,137.1）=244.4 N
=max（44.4）=44.4 N
計算軸承的當量動載荷P
由
查表9-6， =1,=0
查表9-6， =0.4,=2
查表9-7，取=1.5
= (+)=1.5×(1×133.1+0×1908)=199.7 N
= (+)=1.5×(0.4×411.4+2×44.4)=380.0 N
< 計算軸承2的壽命
查表9-4
8小時一班工作制，每天兩班，一年工作360天計算軸承的使用年限為
年
4.7 鍵聯(lián)接的選擇
槽輪撥盤裝在軸上，需用鍵進行周向定位和傳遞轉(zhuǎn)矩。由前面設計計算得知：槽輪撥盤材料為45，軸的材料為45鋼，與軸的配合直徑為21mm，輪轂長為L=35mm。
傳遞轉(zhuǎn)矩T=21700
1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸。
選擇最常用的圓頭（A型）平鍵，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單，對中性好，裝拆方便等優(yōu)點。鍵的截面尺寸由鍵所在軸段的直徑 d由標準中選定，鍵的長度由輪轂的寬確定，查表得兩個鍵為:帶輪端的=6×6,=25mm。
2.鍵聯(lián)接的強度計算
普通平鍵的主要失效形式是鍵，軸和輪轂三個零件中較弱零件的壓潰。由于帶輪材料是鋼，許用擠壓應力由表2-10查得=100MPa。
===9.06MPa< 滿足
4.8 聯(lián)軸器的選擇
在速器低速軸與主軸之間需采用聯(lián)軸器聯(lián)接。
故選用凸緣聯(lián)軸器。
由
Tc=KT=1.5×345.7=518.6
n=22.5r/min
由表4.7-1聯(lián)軸器YLD10型號 GB/T5843—1986
其公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=630>518.6
許用轉(zhuǎn)速[n]=3600r/min>22.5r/min
第5章 肥料自動包裝機的安裝、維護和安全要求
1、 本設備在裝配調(diào)試過程中，對各部件之間的運動位置及自動控制系統(tǒng)都已經(jīng)按運動要求調(diào)試好，使用時不要再做調(diào)整。
2、在運轉(zhuǎn)中，如發(fā)生故障，應立即關掉電源，才能進行修理，在修理過程中絕對不允許，硬敲硬打，以免損壞機器。
3、工作結(jié)束后，應做好清潔工作，將殘留在機器上的污滯 清理干凈。檢查電源是否已經(jīng)關掉。
第6章 結(jié)論
本設計依據(jù)氣泵吸氣原理，采用吸頭的吸力（大氣壓）來吸取包裝袋（不透氣），吸頭采用2個執(zhí)行頭循環(huán)取袋；機械手通過齒輪齒條的換向來左右運動夾持包裝袋；回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)盤采用槽輪機構(gòu)的來實現(xiàn)啟停，以滿足工藝要求。本機具有裝袋、取袋、張口、夾持、回轉(zhuǎn)等功能，能夠裝載直徑300～450mm，高400～600mm的包裝袋、包裝顆粒狀肥料和低粘度的肥料、裝填肥料重量10-20kg、包裝能力達到能1200袋/時的任務。本機采用回轉(zhuǎn)式的工藝路線，節(jié)省空間，整體結(jié)構(gòu)緊湊；本機采用氣動裝置減少噪音，衛(wèi)生；本機成本低、安裝維修方便、新穎、可靠，且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、性能良好、外型美觀；本機適用于室內(nèi)等干燥的場合。本次設計參考了各類包裝機械設計的長處，同時借鑒了其它機械的優(yōu)點完成了肥料自動包裝機取袋部裝設計。
本機還存在生產(chǎn)率偏低、自動化程度低、單機功能偏少等問題，應在生產(chǎn)率、自動化、多功能方面給以改進。
參考文獻
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［21］機械設計手冊.新版.第三卷.機械工業(yè)出版社.2004
［22］Error! No bookmark name given.,Error! No bookmark name given.,Error! No bookmark name given..定量螺旋給料機的結(jié)構(gòu)研究[J].鹽業(yè)與化工.2010,(01)
［23］朱建萍,王鵬. 包裝機械設計方法研究[J].包裝工程,2007,(07)
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致 謝
經(jīng)過幾個月的不懈努力，終于順利地完成了本次畢業(yè)設計的全部內(nèi)容。在這幾個月中，指導老師投入了大量的時間和精力，她不厭其煩地認真講解、指導，對我的畢業(yè)設計起到了很大的幫助，她精益求精、嚴肅認真的治學態(tài)度給我留下了終身難忘的記憶，讓我受益菲淺。我要在此刻——畢業(yè)設計即將結(jié)束的時候，致以我最誠摯的敬意和感謝！感謝尚老師在我的整個畢業(yè)設計過程中給予的無私奉獻和真切關懷。
在畢業(yè)設計過程中，當我遇到困難時同學們也熱心地伸出了援助之手，與我共同分析問題、解決問題，使畢業(yè)設計順利地進行下去。當我工作出現(xiàn)困難，心理上出現(xiàn)波動時，他們都能給予我及時的關心和幫助。我心里十分感激他們，在此，我對所有幫助過我的同學表示感謝！
然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我打下機械設計專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。
最后，再次感謝幫助過我的老師和同學，以及在我的畢業(yè)設計過程中所有給予我?guī)椭娜恕８兄x四年來對我的大力栽培