食品真空包裝機設計【三維SW】,三維SW,食品,空包,裝機,設計,三維,SW
畢 業(yè) 論 文
題 目： 食品真空包裝機設計
學院：
專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班級： 學號：
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導師姓名：
完成日期：
1
誠 信 聲 明
本人聲明：
1、本人所呈交的畢業(yè)設計（論文）是在老師指導下進行的研究工作及取得的研究成果；
2、據查證，除了文中特別加以標注和致謝的地方外，畢業(yè)設計（論文）中不包含其他人已經公開發(fā)表過的研究成果，也不包含為獲得其他教育機構的學位而使用過的材料；
3、我承諾，本人提交的畢業(yè)設計（論文）中的所有內容均真實、可信。
作者簽名： 日期： 年 月
摘 要
目前，我國的食品包裝企業(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，重復生產那些成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機械產品，行業(yè)內目前大約有1/4的企業(yè)存在低水平重復生產現象。這是對資源的極大浪費，造成包裝機械市場的混亂，阻礙行業(yè)的發(fā)展。 本設計主要從提高生產效率入手，設計一臺食品真空包裝機。
本次食品真空包裝機采用枕式包裝結構，主要有以下幾個主要部件組成，分別是食品輸送裝置，包裝薄膜輸送裝置，縱封機構，橫封機構和切刀部分，真空負壓部分，本設計的創(chuàng)新點在于把橫封機構和切刀機構組合，在切斷的情況下同時進行橫封，大大簡化了目前傳統包裝機的傳動結構。最后本文利用SOLIDWORKS軟件對整個包裝機進行三維建模，并生產二維工程圖。
關鍵詞：包裝機、縱封機構、橫封機構、真空負壓、三維建模
ABSTRACT
At present, the food packaging enterprises in China most dimensions slants small, "small and complete" is one of the main characteristics, at the same time, there exist regardless of the industry development, the low cost, repeated production technology level is relatively backward, easy manufacture of mechanical products, the industry is currently about 1/4 of enterprise existence low-level repeating production phenomenon. This is a great waste of resources, resulting in the packaging machinery market chaos, hinder the development of the industry. This design mainly from improving production efficiency of design, a food vacuum packaging machine.
The food vacuum packaging machine adopts a pillow type packing structure, has the main components of the following components, respectively is the food conveying device, packaging film feeding device, a longitudinal sealing mechanism, a transverse sealing mechanism and a cutting part, vacuum part, the innovation of this design lies in the transverse sealing mechanism and a cutting mechanism combination, in cut off at the same time the transverse sealing, greatly simplifies the transmission structure of the traditional packaging machine. Finally, this paper use the SOLIDWORKS software for three-dimensional modeling of the packaging machine, and the production of 2D engineering drawing.
Keywords: packing machine, vertical sealing mechanism, a transverse sealing mechanism, vacuum, 3D modeling
目錄
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 緒論 1
1.1 課題研究的目的與意義 1
1.2包裝機械發(fā)展概況以及發(fā)展趨勢 1
1.2.1國內包裝機械發(fā)展概況 1
1.2.2國外包裝機械發(fā)展概況 1
1.2.3包裝機械的發(fā)展趨勢 2
1.2.4我國與世界先進水平的差距 3
1.3包裝機械的組成及特點 3
1.3.1包裝機械的組成 3
1.3.2包裝機械的特點 4
1.4 本課題主要研究的內容 4
1.4.1 設計題目 4
1.4.1 擬定完成的內容 4
第2章 食品真空包裝機整體方案的擬定 5
2.1 總體方案的確認 5
2.1.1 食品真空包裝機的整體工藝流程 5
2.1.2 整機結構方案 5
2.2 驅動方案的選擇 6
2.3 食品輸送方案的選取 7
2.3.1 帶式輸送機 7
2.3.2 鏈板式輸送機 7
2.3.3 鱗板式輸送機 7
2.4 包裝袋成型方案的確認 8
2.4.1臥式間歇制袋三邊封口系統 8
2.4.2 立式間歇制袋中縫封口系統 8
2.4.3 立式連續(xù)制袋三邊封口系統 9
2.4.4 方案確定 10
第3章 食品真空包裝機整體結構的設計計算 11
3.1 擬定設計參數 11
3.2 輸送線驅動電機功率計算 11
3.2.1 輸送線所需拉力的確認 11
3.2.2 電動機的功率 11
3.2.3 選擇電動機的型號 11
3.3 輸送線減速機的選擇計算 12
3.3.1 分配傳動比 12
3.3.2 選擇減速機的型號 12
3.4 軸的設計 12
3.4.1 主傳動軸的設計 12
3.4.3 從動軸的設計 15
3.5 軸承的選擇與壽命計算 15
3.5.1 主動軸方形帶座軸承的選擇與壽命計算 15
3.5.2 從動軸帶撥輪座軸承選擇與壽命計算 17
3.6 真空系統的設計 17
3.6.1 真空發(fā)生器的設計 17
3.6.2 其他元器件的選用 19
第4章 食品真空包裝機三維造型的設計 20
4.1 Solidworks軟件簡介 20
4.2 零件建模 22
4.2.1軸三維建模的形成 22
4.2.2 罩殼的三維建模形成 22
4.2.3其他零件的三維模型造型 23
4.3零件裝配 24
4.4三維向二維的轉換 27
第5章 結論 30
5.1 本論文所取得的結果 30
5.2 技術展望 30
致 謝 31
參考文獻 32
III
畢業(yè)設計說明書(論文)
第1章 緒論
1.1 課題研究的目的與意義
近半個多世紀以來，隨著生產與流通日益社會化、現代化，產品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們的普遍重視。
現代包裝的普遍含義是：對不同批量的產品，選用某種有保護性、裝飾性的包裝材料或包裝容器，并借助適當的技術手段實施包裝作業(yè)，以達到規(guī)定的數量和質量，同時設法改善外部結構，降低包裝成本，從而在流通直至消費的整個過程中使之容易儲存搬運，防止產品破壞變質，不污染環(huán)境，便于識別應用和回收廢料，有吸引力，廣開銷路，不斷促進擴大再生產。
自動食品真空包裝機由于功能較少應用范圍小，但生產率較高，本次設計的主要對象是包裝機的整機機械結構的設計，介紹了包裝機的封口機構和計量供料機構以及箱體和支架設計。
食品真空包裝機設計的意義，在課題設計的過程中我們能學到較多課堂上學不到的東西，在設計進行階段指導老師提供了很多相關機械機構設計的基本要求和設計思路，整個設計過程中使受益匪淺。是我在即將離開學校踏入社會一次重要的設計體驗。也是為以后的工作生活打下了基礎，在此過程中我學到機械產品的設計方法和步驟。本次設計將是我們走出校園步入社會的一次練兵。
1.2包裝機械發(fā)展概況以及發(fā)展趨勢
1.2.1國內包裝機械發(fā)展概況
我國包裝機械行業(yè)起步晚，發(fā)展較快，成就很大。目前在茶品質量、品種、技術水平和性能上有了很大進步。產品的技術水平與國外先進水平的差距在逐漸縮小。平均年增長速度大于30%，品種規(guī)格不斷增加，有大量填補國內空白的包裝機械問世。但從嚴格意義上講，我國食品和包裝機械主要還是仿制、測繪，稍加國產化改進，談不上開發(fā)研究，大部分還是用陳舊的通用設備加工，新產品開發(fā)不但數量少，而且開發(fā)周期長。
1.2.2國外包裝機械發(fā)展概況
國外包裝機械的發(fā)展有近百年的歷史，大體經歷了以下幾個階段:簡單機械化、初級自動化、自動包裝生產線、電腦控制的高度自動化生產線。
20世紀40年代中期，在食品、火柴、卷煙等行業(yè)最先使用包裝機械進行產品包裝，如英國的巧克力包裝，美國的餅干包裝被稱為現代包裝的先驅；20世紀5O年代，在包裝機上廣泛采用了光電管、電氣開關，實現了包裝機械的初級自動化；20世紀60年代，在包裝機上廣泛采用了各種新型電子元件組成控制系統，并采用機械、電氣、液壓、氣動等綜合技術，出現了專用的自動包裝生產線；20世紀70年代，采用電子計算機對包裝機進行控制，進一步提高了單機和自動線的自動化水平；20世紀80年代以來，包裝機械行業(yè)大量地應用高新技術，如微電子技術、微光技術、超聲波技術以及先電纖維等，使包裝機及生產線高度自動化，使用效果更加理想可靠，包裝質量大大提高。經過50多年的發(fā)展，國外包裝機械工業(yè)已經形成了獨立完整的體系，成為機械制造的一個重要分支。
據世界包裝機械聯合會統計:2010年包裝機械產值居前四位的日、德、美、意四國的產值分別是37 .6億美元(與1980年相比增加1.5倍)、56.6億馬克(與1986年相比增加1倍)、28.8億美元(與過去5年相比增加40%)和20.7億美元。從上述數據可以看出發(fā)達國家的包裝機械產使在穩(wěn)步大幅度上升，并形成強烈競爭的態(tài)勢。
1.2.3包裝機械的發(fā)展趨勢
在包裝機械的生產制造上，專業(yè)化生產已成為趨勢。國際包裝機械廠商都十分重視包裝機械與整個包裝系統的通用能力，一些通用標準件不再由包裝機械公司生產，某些特殊的零部件則由高度專用化的生產廠家生產，而真正的包裝機械公司在某種意義上是組裝廠。技術性能上，將其他領域的先進技術應用在包裝機械上，如機電一體化技術、遠距離遙控技術、自動柔性補償技術等，使產品技術性能大幅度提高。包裝生產線向柔性自動化和“無人化”過渡。在某些包裝生產線中更多地引入微機、智能機器人等先進技術，用于包裝生產線中物料供送控制、產品質量檢測、故障診斷和管理等方面，使包裝生產線向柔性自動化和“無人化”自動包裝車間、工廠過渡。從而使包裝機和包裝生產線的生產效率更高、成本更低、包裝產品質量更穩(wěn)定。
同時包裝機械設計使用仿真設計技術變得越來越普遍。把各種機器單元以數據庫形式存入計算機，把圖紙數字化后輸入計算機，由計算機自動合成三維模型；再把實際生產的指標和數據、可能發(fā)生的故障等輸入計算機。計算機三維模型即可依照實際工作情況進行操作，演示出生產能力、廢品率、生產環(huán)節(jié)匹配、生產線瓶頸在何處等，還可根據用戶意見進行修改模型直到用戶滿意。采用計算機仿真技術后，大大縮短了包裝機械的設計周期及新產品開發(fā)周期。
1.2.4我國與世界先進水平的差距
與發(fā)達國家相比，中國包裝機械存在以下幾點差距：
(1)從產品結構看，中國包裝機械品種少，配套數量少，缺少高精度產品和大型包裝生產線，不能滿足國內市場需求。
(2)從產品質量看，我國包裝機械存在性能低、穩(wěn)定性和可靠性差、控制技術差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙、許多基礎元器件質量差等缺點，整體產品的質量受到影響，使低檔產品居多，無法滿足包裝高檔產品及出口商品的需求。
(3)從企業(yè)狀況看，中國包裝機械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)。大多數企業(yè)生產規(guī)模小，專業(yè)化程度低，產品檔次低并且制造同類產品的企業(yè)多，普遍存在技術力量薄弱、技術裝備水平偏低的狀況。
(4)從產品開發(fā)看，我國還基本停留在測試仿制階段，自行開發(fā)能力弱，缺少科研生產基地，科研經費少。
(5)從技術更新速度看，中國包裝機械技術更新的速度太慢?，F在我國包裝機械產品中僅有5%左右能夠達到發(fā)達國家20世紀90年代初期的水平；還有20%的產品僅能和國外20世紀80年代的產品相比；其余60%左右僅能達到國外20世紀70年代的水平。
總之，中國包裝機械技術水平比先進國家的技術水平整體落后20年，在產品的開發(fā)、性能、質量、可靠性和服務等方面的競爭中處于劣勢。
1.3包裝機械的組成及特點
1.3.1包裝機械的組成
包裝機械結構有復雜有簡單，自動化程度有高有底，但可以歸納為六大組成部分：
（1） 動力架與機架動力架提供動力，機架用于安裝、固定、支撐包裝機械。
（2）包裝材料、容器的整理與供送系統完成對包裝材料容器的供送與整理等工序。
（3）被包裝產品的計量與供送系統對被包裝產品進行整理、排列、計量，并輸送到預定工位。
（4）包裝執(zhí)行機構直接完成包裝操作。
（5）傳動系統用各種形式的結構將動力與運動傳給執(zhí)行機構和控制系統。
（6）控制系統控制機械的動力輸出、傳動機構的運動、包裝執(zhí)行機構的動作及相互配合。
1.3.2包裝機械的特點
包裝機械應用于食品、醫(yī)藥、化工及軍事等多種行業(yè)，具有以下特點：
（1）種類繁多，包裝對象、工藝多樣化；
（2）更新換代快，產品不斷向高速化發(fā)展；
（3）電動機功率小，一般為0.2-20KW；
（4）多功能性，便于提高生產效率，方便制造和維修，減少設備投資。
1.4 本課題主要研究的內容
1.4.1 設計題目
食品真空包裝機設計。
1.4.1 擬定完成的內容
通過查找食品真空包裝機相關參考資料，根據設計任務要求和設計參數，我們擬定完成以下幾點內容
(1) 首先確定食品真空包裝機的總體設計方案，包括整機的布置方案，結構組成，傳動形式等。
(2) 確認整體設計方案后，根據設計參數，對整個傳動系統進行設計計算
(3) 完成主要零部件的強度的校核。
(4) 完成整個機器三維建模和工程圖的繪制。
第2章 食品真空包裝機整體方案的擬定
2.1 總體方案的確認
2.1.1 食品真空包裝機的整體工藝流程
食品真空包裝機的整體工藝流程如下圖2-1所示：
圖2-1 食品真空包裝機工藝流程
2.1.2 整機結構方案
根據上述工藝流程，確認包裝機的整機方案如下圖2-2所示：
圖2-1 食品真空包裝機整機方案
包裝材料由卷筒的形式放在材料固定架上，通過成形裝置使得包裝材料成型，包裝食品通過輸送帶輸入到成品后的包裝材料中；物料通過輸送帶上的隔斷塊自動定量給料，食品填入成型完成后的材料袋進行下一道工序縱封；成型后的包裝袋又縱封牽引裝置輸送到縱封加熱器中完成縱封，縱封完成后，進行下一道工序分切，橫封，分切部分是負壓區(qū)域，當縱封完成后的半成品輸送到該區(qū)域后，自動完成抽真空工作，同時通過切刀的旋轉，完成橫封和切斷工作，將封裝完畢的包裝物料分切成一袋一袋的成品，整個包裝過程結束。
2.2 驅動方案的選擇
目前機械設備的主要驅動形式有三大類：液壓驅動、氣動驅動和電機驅動。
液壓驅動具有輸出功率大、控制精度高、可無級調速，反應靈敏，可實現連續(xù)軌跡控制等優(yōu)點。但是液壓傳動有較多的能量損失(泄漏損失、壓力損失等)，傳動效率相對低。液壓傳動需要配套設備如：液壓站、各種液壓控制閥等，它適用于重載、低速驅動，成本高，體積大。并不適合。
氣動驅動功率/質量比大，體積小，結構緊湊，密封問題較小，成本低。但是由于氣體壓縮性大，精度低，低速時不易控制，需要專門的氣源輸送站。所以這種驅動方式和液壓驅動一樣，不符合本課題的設計方向。
電機驅動與氣動驅動和液壓驅動相比，具有能精確定位，反應靈敏，可實現高速、高精度的連續(xù)軌跡控制，伺服性好等優(yōu)點；另外結構簡單、易于控制、使用維修方便、不污染環(huán)境，比較適合本課題的設計要求，因此本設備采用電機驅動。
2.3 食品輸送方案的選取
常見的輸送機的帶式輸送機，鏈板輸送機，鱗板輸送機等等。
2.3.1 帶式輸送機
其應用非常廣泛，又叫帶式輸送機，多用于塊狀或粒狀及單件物品的水平及傾斜輸送。既可以在小輸送量短距離情況下使用，也可以大輸送量長距離運送物料，具有動力消耗少、使用經濟的特點。
2.3.2 鏈板式輸送機
鏈板輸送機常見于工業(yè)生產中，可以滿足飲料貼標、灌裝、食品等單列輸送的要求，同樣也可以使單列變成多列并行走緩慢，從而產生儲存量，滿足殺菌機、儲瓶臺、冷瓶機的大量供料的要求，鏈板輸送機鏈板材質：碳鋼、不銹鋼、熱塑鏈，根據您的產品的需要可選取不同寬度、不同形狀的鏈板來完成平面輸送、平面轉彎、提升、下降等要求。 鏈板輸送機的輸送面平坦光滑摩擦力小，物料在輸送線之間的過渡平穩(wěn)。鏈板輸送機規(guī)格品種繁多，可以根據輸送工藝要求選用，能滿足各種不同行業(yè)的需要。
2.3.3 鱗板式輸送機
鱗板輸送機是板式輸送機的一種，廣泛用于礦山、冶金和水泥等行業(yè)，是原料處理或連續(xù)生產過程中不可缺少的設備，對輸送大塊和尖銳的物料尤為適宜。該系列輸送機具有結構簡單、運行可靠、使用壽命長，安裝維修簡單等特點，對物料粒度、塊狀、工作環(huán)境無特殊要求，運送單個物料（件）的重量可達70-120kg，輸送機長度可達40-80米且允許25°傾角輸送。鱗板輸送機可用于沿水平或傾斜方向由儲倉向破碎機、輸送機或其它工作機械輸送各種塊狀或松散物料。有輕型和中型之分。本系列輸送機適用于輸送塊粒及粉狀物料，是水泥廠物料設備更新換代產品，常用于輸送散狀物料，也適應于銳利灼熱物料的輸送。
綜合上訴三種輸送機方案，本設計采用鏈板式輸送機。
2.4 包裝袋成型方案的確認
2.4.1臥式間歇制袋三邊封口系統
臥式間歇制袋三邊封口系統，如圖2-2所示。
1-卷筒薄膜 2-導輥 3-成型器 4-導桿 5-張口器
6-橫封器 7-加料器 8-縱封牽引器 9-分切刀 10-成品袋
圖2-2臥式間歇制袋三邊封口系統
此類型的封口原理如圖2-2所示。卷筒塑料薄膜1經導輥2引入成型器3，在成型器3和導桿4的作用下形成U形并由張口器5撐開。當加料器7下行進入加料位置時，橫封器6閉合，同時裝填物料。隨后，橫封器6和加料器7復位。然后?？v封器8閉合熱封并牽引薄膜移動一個袋位。最后由切刀9把包裝袋切斷。
2.4.2 立式間歇制袋中縫封口系統
立式間歇制袋中縫封口系統，如下圖2-3所示。
1-供料器 2-導輥 3-卷筒薄膜 4-成型器
5-加料管 6-成型筒7-縱封器 8-橫封牽引器 9-成品器
圖2-3立式間歇制袋中縫封口系統
如圖2-3所示，卷筒塑料薄膜3經導輥2被引入成型器4，通過成型器4和加料管5以及成型筒6的作用，形成中縫搭接的圓筒形。其中加料管5的作用為：外作制袋管，內為輸料管。封合時，縱封器7垂直壓合在套于內筒和外壁的薄膜搭接處，加熱形成牢固的縱封。然后，縱封器復位，由橫封器8閉合對薄膜進行橫封同時向下牽引一個袋的距離，并在最終位置加壓切斷。可見，每一次橫封可以同時完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的填充實在薄膜受牽引下移時完成的。
2.4.3 立式連續(xù)制袋三邊封口系統
方案三：立式連續(xù)制袋三邊封口系統，如下圖2-4所示。
1-卷筒薄膜 2-導輥 3-成型器 4-加料器
5-縱封滾輪 6-橫封輥 7-切斷刀 8-成品袋
圖2-4立式連續(xù)制袋三邊封口系統
如圖2-4所示卷筒薄膜在縱封滾輪的牽引下，經導輥進入制袋成型器形成種紙管狀。縱封滾輪在牽引的同時封合紙管對接兩邊緣。隨后由橫封輥閉合實行橫封切斷。同樣，每次橫封動作可同時完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切斷分離。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。
2.4.4 方案確定
本次包裝機的整體機構是臥式結構，因此只能選用臥式間隙制袋機構，因此選擇方案一。
第3章 食品真空包裝機整體結構的設計計算
3.1 擬定設計參數
輸送線排滿食品個數：12只
輸送速度：0.2m/s
3.2 輸送線驅動電機功率計算
3.2.1 輸送線所需拉力的確認
已知條件：可得出排滿后的食品的個數為12個。單個包裝食品的總量150g，
即：
輸送線的最大拉力為：
功率
pw=vF=1.8×0.2=0.36kw
3.2.2 電動機的功率
（1）傳動裝置的總效率η
由參考文獻[1]表1-2查得：
滾筒效率η1=0.96；
減速器效率η2=0.9；
滾動軸承效率η3=0.98；
鏈輪傳動效率η4=0.97；
輸送鏈傳動效率η5=0.95；
總效率η=η12η22η33η4η5=0.962×0.92×0.983×0.97×0.95=0.7834
（2）所需電動機的功率
Pr=Pw/η=0.36/0.7834=0.425kw
3.2.3 選擇電動機的型號
根據工作條件：為一般工作場合使用，選用常用的三相異步電機。查參考文獻[2]表7-2-2選擇電動機的型號為Y2-80M-4，額定功率0.55kw，滿載轉速1450r/min,電動機軸伸直徑19mm。
3.3 輸送線減速機的選擇計算
3.3.1 分配傳動比
3.3.2 選擇減速機的型號
根據工作條件：為一般工作場合使用，選用常用的擺線減速機。選擇減速機的型號為RNYM05-1420-AV,EV-B，額定功率0.55kw，減速比為25
3.4 軸的設計
3.4.1 主傳動軸的設計
（1）選擇材料
由于傳遞中小功率，轉速不太高，故選用45優(yōu)質碳素結構鋼，經調質處理，查參考文獻[4]表12-1得材料的力學性能數據為：
MPa MPa MPa
（2）初步估算軸徑
由于材料為45鋼，查參考文獻[3]表19.3-2選取A=115，則得：
=25.04㎜
考慮裝齒輪加鍵需將其軸徑增加4%～5%，故取軸的最小直徑為30㎜
（3）軸的結構設計
如圖3-1所示，.
圖3-1 主傳動軸
（4）軸上受力分析（如圖3-2a所示）
①鏈輪上的作用力
圓周力：
=1812.298N
徑向力：=635.078
軸向力：=178.098
②求軸承的支反力
水平面上支反力：
圖3-2受力分析
垂直面上支反力：
=487.649N
=1065.057N
（5）畫彎矩圖（如圖3-2b、c）
剖面B處彎矩：
水平面上彎矩=233.8N·m
垂直面上彎矩
=72.2N·m
合成彎矩=244.694
剖面C處彎矩：=9.7N·m
（6）畫轉矩圖（如圖4d）
98.6N·m
（7）計算當量彎矩
因單向回轉，視轉矩為脈動循環(huán)，，則=0.602
剖面B處當量彎矩
=251.3N·m
剖面C處當量彎矩
=60.1N·m
（8）判斷危險剖面并驗算強度
①剖面B處當量彎矩最大，而其直徑與相鄰段相差不大，故剖面B為危險剖面
=MPa=39.3MPa<59MPa
②剖面C處直徑最小，為危險剖面
MPa=22.3MPa
e=0.37
查[4]表14-12，=1.5
=1.5×(0.4×1474.555+1.6×1233.19)=3844.389N
軸承Ⅱ:=1055.095/3376.293=0.313
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