2999 咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計

2999 咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計,咖啡,粉枕式包,裝機,總體,整體,設(shè)計,計量,裝置 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007目　錄1．前言 .................................................................................................................................12．咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計 .........................................................................................32.1動力設(shè)計 ........................................................................................................................42.1.1電動機的選擇 ............................................................................................................42.1.2計算傳動裝置運動和動力參數(shù) ................................................................................42.1.3傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比的計算 ....................................................53 傳動裝置設(shè)計 ....................................................................................................................73.1V帶設(shè)計 ..........................................................................................................................73.2蝸輪蝸桿設(shè)計 ................................................................................................................83.3同步帶傳動設(shè)計 ..........................................................................................................143.4齒輪的設(shè)計 ..................................................................................................................163.5料盤軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核 ..........................................................................................194.計量裝置設(shè)計 ..................................................................................................................224.1料盤裝置設(shè)計 ..............................................................................................................224.2 量杯尺寸確定 ...............................................................................................................224.3 料盤結(jié)構(gòu)尺寸確定 .......................................................................................................234.4 聯(lián)接盤設(shè)計 ...................................................................................................................244.5 料盤罩設(shè)計 ...................................................................................................................245．結(jié)論 ...............................................................................................................................25參考文獻 .............................................................................................................................26致 謝 .............................................................................................................................27附 錄 .............................................................................................................................28鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 200711．前言食品包裝是指為在流通過程中保護食品，方便儲運，促進銷售，按一定技術(shù)方法而采用容器、材料及輔助物等的總體名稱，也為達到上述目的而采用容器、材料和輔助物的過程中施加一定技術(shù)方法的操作活動。食品包裝是生產(chǎn)的繼續(xù)，是實現(xiàn)食品價值和使用價值并增加價值的一種手段，它對食品生產(chǎn)有著重大意義。食品包裝是食品生產(chǎn)的最后一道工序，是商品的組成部分；它是食品進入流通領(lǐng)域的必要條件；它有利于食品的衛(wèi)生；它能減少食品損耗，降低生產(chǎn)成本。食品包裝應(yīng)主要考慮：食品的性質(zhì)和特點；食品的生產(chǎn)、流通與消費的社會性；合適的包裝材料與包裝機械。隨著食品生產(chǎn)與商品流通的發(fā)展，食品包裝的形式日益繁多，按照食品包裝在商品流通中的作用進行分類，它分為銷售包裝與運輸包裝兩類。銷售包裝（包括內(nèi)包裝和中包裝）的主要目的是促進商品的銷售，它除具有保護食品，方便流通基本功能外，還具有美化食品、宣傳食品，促進銷售的功能。銷售包裝一般與充填、包封、灌裝、封口及貼標簽等機械聯(lián)系在一起 [1]。食品包裝技術(shù)的應(yīng)用及其創(chuàng)新，極大地推動著包裝機械的發(fā)展。應(yīng)用與現(xiàn)代食品工業(yè)的自動化包裝大多數(shù)以生產(chǎn)線的形式出現(xiàn)，集機、電、氣、液控制于一體，成套性強、可靠性高。并且，以模塊化組合的形式出現(xiàn)，具備系列化、標準化、通用化的特點。此外，越來越多采用的微機控制、模擬控制等高新技術(shù)，使包裝機械躍上一個新臺階?？Х确壅硎桨b機是實現(xiàn)咖啡粉銷售包裝的主要機械工具。包裝機械工具的使用不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時也是提高經(jīng)濟效益的重要途徑。1）包裝機的使用大大提高了產(chǎn)品的數(shù)量和質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的競爭能力。2）包裝機械不僅可以大大改善操作條件，而且能最大限度的避免操作人員同食品直接接觸是可能產(chǎn)生的污染，從而保證食品的清潔衛(wèi)生和金屬制品的防銹防蝕。采用機械化包裝就可以把人們從復(fù)雜、笨重的手工勞動中解放出來，減輕了體力勞動的強度，增進了工人的健康。3）機械包裝的生產(chǎn)能力一般比手工包裝提高幾倍、十幾倍甚至幾十倍，不僅提高了勞動生產(chǎn)率，而且能更好的適應(yīng)市場的實際需要，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代。4）咖啡粉在手工包裝過程中容易發(fā)生逸散、飛濺現(xiàn)象，采用機械包裝則會大大地減少損失，節(jié)約原料，有利于提高經(jīng)濟效益。隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，包裝工業(yè)在國民經(jīng)濟中所占的比重和作用也越來越大。我國成功加入 WTO 后，全球經(jīng)濟貿(mào)易一體化進程的發(fā)展促使商品流通領(lǐng)域的競爭更加激烈，人們在追求商品內(nèi)在質(zhì)量的同時，對商品包裝的要求也越來越高。20 世紀 80 年代后，我國的包裝機械的生產(chǎn)和設(shè)計取得了巨大的發(fā)展，大量填補國內(nèi)空白的包裝機械問世，品種規(guī)格不斷增加，同時出現(xiàn)了很多包裝機械的生產(chǎn)企業(yè)，許多研究機構(gòu)著手研究包裝機械，高等院校也紛紛設(shè)立了包裝工程專業(yè)，從而形成了一個獨立的的包裝機械行業(yè)。進入 21 世紀，包裝機械除繼續(xù)增加新品種外，在產(chǎn)品的技術(shù)水平、內(nèi)在質(zhì)量和性能等方面都有了很大進步，這一切都與包裝機械的設(shè)計有著密切的聯(lián)系 [2]。本課題設(shè)計的內(nèi)容是設(shè)計咖啡粉枕式包裝機。課題來源于鹽城市盛和輕工機械咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計2廠。本課題有兩個人共同參與，本人設(shè)計的內(nèi)容為咖啡粉枕式包裝機，具體任務(wù)是進行總體設(shè)計、計量裝置設(shè)計及橫封切斷裝置設(shè)計。需要解決的問題主要有:根據(jù)包裝袋的形狀、尺寸、袋內(nèi)咖啡粉的體積、封邊方式的要求完成包裝袋封口位置、裝料位置及計量裝置形式的選擇；卷筒、光電檢測器、成形器、牽引棍、縱封棍等部件先后位置的確定;橫封頭及加料裝置的設(shè)計;不等速機構(gòu)、無級變速機構(gòu)的設(shè)計及位置布置。本課題設(shè)計思路：分析封袋的封裝要求以及封袋總體尺寸確定包裝的總體工藝方案。包裝過程：片狀包裝紙由卷筒引出，經(jīng)光電檢測器再由成形器成形和牽引輥，縱封輥制成包裝。已充填包裝物的包裝袋上下整形輸出，經(jīng)輸送帶送到橫封頭橫封并切斷排出成品。傳動部分是：主電機將運動傳入橫封傳動軸，再經(jīng)不等速機構(gòu)帶動橫封頭傳動，不等速機構(gòu)是用來調(diào)整橫封頭的封切瞬時速度，使之與包裝袋移動速度同步的。調(diào)節(jié)無級變速差動機構(gòu)可以得到所需袋長。工藝方案確定后，根據(jù)封袋的大小及咖啡粉的多少來確定各個部分的尺寸，保證各個部件之間工作連續(xù)可靠，包裝機總體結(jié)構(gòu)的緊湊，本裝置用容積計量裝置對粉式裝料咖啡進行計量。為保證封袋兩側(cè)大小相等，故在機構(gòu)中有成形器和牽引棍。為保證包裝紙的運動速度與橫封速度的同步，故用光電傳感器對其進行檢測并用超越電機動作使之運動或制動停止達到對速度誤差進行補償?shù)哪康?。為了避免包裝過程中得到的袋長誤差，故有調(diào)節(jié)無級變速差動機構(gòu)可以對得到的袋長加以調(diào)整。本課題需要解決的問題主要有:根據(jù)包裝袋的形狀、尺寸、袋內(nèi)咖啡的體積、封邊方式的要求完成包裝袋封口位置、裝料位置及計量裝置形式的選擇；卷筒、光電檢測器、成形器、牽引棍、縱封棍等部件先后位置的確定;橫封頭及加料裝置的設(shè)計;不等速機構(gòu)、無級變速機構(gòu)的設(shè)計及位置布置;差動機構(gòu)的設(shè)計;誤差補償機構(gòu)對各個部分誤差進行補償?？Х确凼欠蹱钍称罚b速度為 30 袋/min，包裝膜為 PP 卷、最大寬度50mm、長度 50m?？Х确郯b機由計量充填裝置、封口裝置、牽引裝置、動力機構(gòu)組成。各個裝置之間通過一定的傳動關(guān)系聯(lián)系在一起，協(xié)調(diào)的工作。本設(shè)計的重點是在完成包裝機總體設(shè)計的基礎(chǔ)上完成計量裝置的具體設(shè)計和橫封切斷機構(gòu)的三圍結(jié)構(gòu)設(shè)計。本包裝機為粉類食品專用，其料盤上的主要零件均為自行設(shè)計加工。設(shè)計時盡量使用標準件和通用件，非標準件設(shè)計尺寸是取整，以便縮短設(shè)計周期，降低加工難度，提高經(jīng)濟效益。所設(shè)計的包裝機為企業(yè)的生產(chǎn)提供參考。本課題的設(shè)計意義及價值：所設(shè)計的設(shè)備應(yīng)能滿足咖啡粉包裝要求，保證包裝膜對正，便于調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，便于維修。鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 200732．咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計咖啡粉枕式包裝機的包裝原理： 咖啡粉枕式包裝機整體是由幾個機構(gòu)組成，主要有：料盤裝置，橫封裝置，豎封裝置，走袋裝置，料卷裝置，電機等通過一定的傳動關(guān)系組成。塑料薄膜卷在料卷裝置上通過成型器成型形成卷筒狀然后通過豎封裝置熱封，再通過牽引機構(gòu)向前走袋，在走袋的過程中料盤裝置把計量好的咖啡粉通過料斗注入豎封好的袋中，最后通過橫封機構(gòu)橫封切斷，包裝完成。根據(jù)包裝機的要求，在包裝過程中要確保各個裝置之間運動協(xié)調(diào)。圖 2.1包裝機總體結(jié)構(gòu)圖傳動方案要滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率、使用維護便利、工藝和經(jīng)濟性好等要求。經(jīng)過分析與比較,決定采用如下運動方式：電動機帶動 V帶輪轉(zhuǎn)動,經(jīng)過蝸桿蝸輪減速帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，然后一部分動力通過用同步帶軸，同步帶軸通過一對齒輪把動力傳給料盤軸。用蝸桿蝸輪減速是因為它的傳動比大可以一次將轉(zhuǎn)速降到需要的大小，使結(jié)構(gòu)簡單；用一根軸同時帶動橫封機構(gòu)、豎封機構(gòu)、走帶機構(gòu)既能使結(jié)咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計4構(gòu)簡單又能保證三者之間同時協(xié)調(diào)的工作；用同步帶傳動既能保證準確的傳動比又能實現(xiàn)較大中心距的傳動。整個機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，沖擊小。2.1 動力設(shè)計2.1.1電動機的選擇電動機的容量（功率）選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或電動機因長期過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運動，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費。A. 料盤轉(zhuǎn)速的計算：（2-??/601vdn???1）-- 料盤的轉(zhuǎn)動線速度擬定 0.25 m/s-- 料盤直徑d擬定 294 mm由公式 4-1得：=7.5 r/min??601/nvd???B. 傳動效率的計算：由于傳動裝置較為復(fù)雜，取保險效率= = =0.68?25v?::帶 蝸 桿 同 步 帶 齒 輪 軸 承 250.98.09.??C. 式中 , , ， ，0.95?帶 .軸 承 ?齒 輪 ??蝸 輪 8同 步確定電機的輸出功率 P：由于料盤的轉(zhuǎn)速很慢 P 80 100)時才進2z行輪齒彎曲疲勞強度計算。對于開式傳動，則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強度進行設(shè)計。A.按接觸疲勞強度計算a.選 ,1z2查文獻[9]表 7.2 取 =4 則 。1z124nz?b.蝸輪轉(zhuǎn)矩 2T咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計12初選 0.8??121/0/82.1pTininNm??????c.載荷系數(shù) K 查文獻[9]表 7.8 得 K=1.1 d.材料系數(shù) eZ查文獻[9]表 7.9 得 MPae15?e. 12dm??22 23123. 3.51().18.()4EHZKTm????39.5m?f.初選 m, 1d查文獻[9]表 7.1 取 m=4mm、 =40mm、q=10,此時 =6401d12dm3g.導(dǎo)成角 ?1tan0.zq? rct.543???h.許用接觸應(yīng)力 []H?=242MPa1.20NOZMPa??其中 []HB．計算傳動效率a.滑移速度 SV13.4061.2/60coscos5.7Sdnms??????b.齒合效率 1?由 Vs=1.26m/s 查文獻[9]表 7.5得 =2.433?v?26???（3-8）1vtan()???鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007130.701??tan543(26)????c.傳動效率（軸承效率 =0.99，潤1230.79.80.?2?滑效率 =0.98）3?d.檢驗 值12dm（3-9）211/Tin??=2521.3649.5010.7/682.Nm??????2212)3(ZKdmHE??100mm 時，單咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計20鍵槽增大 3％，雙鍵槽增大 7％；d 100mm時，單鍵槽增大 5％～7％，雙鍵槽增大?10％～15％。最后對 d進行圓整。查表 C=103 (當所受彎距較小或只受轉(zhuǎn)距、載荷較平穩(wěn)，無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之，[ ]取小值，C 取較大T?值。)料盤的實際功率很小，扭矩約等于零，取 P=0.1kw,n=7.5r/min3min0.124.75dm???最小直徑處有鍵槽，增大 5%取 =26mm indC.各軸段直徑和長度的確定軸的結(jié)構(gòu)如圖 3.1所示：圖 3.1軸a.Ⅰ段軸頭的長度，此處要裝料盤、聯(lián)結(jié)盤、法蘭，取 。130Lm?b. 確定 、 選擇滾動軸承型號,取 > 查軸承樣本，選用型2d4 2430d?d號為 36206的角接觸球軸承，其內(nèi)徑 d=30mm,外徑 D=62mm,寬度 B=16mm。c.Ⅲ段直徑 ，為方便安裝， 應(yīng)略大于 ，取 =36mm。Ⅲ段長度 ，根據(jù)3333L料盤總體結(jié)構(gòu)取 =68mm。LD.軸承的選擇選擇滾動軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)入手。在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，適用于載荷較大或有沖擊的場合。當承受純徑向載荷時，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承；當承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用角接觸球軸承。根據(jù)軸的應(yīng)用場合可知，軸主要受到徑向力和軸向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點：可同時承受徑向負荷和軸向負荷，也可承受純軸向負荷。應(yīng)用場合：適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中調(diào)整游隙的場合。 E.軸承的潤滑潤滑對于滾動軸承具有重要意義。軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力， ，還具有散熱、減小接觸應(yīng)力、吸收振動、防止銹蝕等。潤滑方式與軸承速度有關(guān)，一般根據(jù)軸承的 d 值（d 為滾動軸承內(nèi)徑，單位 mm；n 為軸承轉(zhuǎn)速，單位 r/min）n做出選擇。如表 3-1所示：鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 200721表 3-1 深溝球軸承潤滑方式d 值界限（10 mm·r/min）n4軸承類型 脂潤滑 油潤滑深溝球軸承 16 >25軸承的潤滑方式選擇脂潤滑。F.滾動軸承的密封軸承工作時，潤滑劑不允許很快流失，且外界灰塵、水分及其他雜物也不允許進入軸承，故應(yīng)對軸承設(shè)置可靠的密封裝置。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩類。a.接觸式密封通過軸承蓋內(nèi)部放置的密封件與傳動軸表面的直接接觸而起密封作用。密封元件主要用毛氈、橡膠圈、皮碗等軟性材料，也有用減磨性好的硬質(zhì)材料如石墨、青銅、耐磨鑄鐵等。b.非接觸式密封接觸式密封必然在接觸處產(chǎn)生摩擦，非接觸式密封則可以避免此類缺點，故非接觸式密封常用于速度較高的場合。由于轉(zhuǎn)速大于 5r/min 選擇非接觸密封?？Х确壅硎桨b機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計224.計量裝置設(shè)計料盤裝置工作原理是：料盤裝置是由料盤，料盤罩，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(nèi)還設(shè)計一個料盤罩，上部開有一個圓孔，可以通過料斗進料。轉(zhuǎn)軸帶動法蘭旋轉(zhuǎn)，法蘭通過連接盤帶動料盤連續(xù)旋轉(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(jīng)成型器充填入包裝內(nèi)。隨后料盤繼續(xù)回轉(zhuǎn)，使活動底蓋碰到閉蓋銷令其回復(fù)原位，重新另一個充填的過程。4.1 料盤裝置設(shè)計圖 3.1料盤裝置結(jié)構(gòu)鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007234.2 量杯尺寸確定量杯內(nèi)徑可以按照包裝粉劑的體積多少來做相應(yīng)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(yīng)取整。其尺寸如圖3.2。圖 3.2量杯4.3 料盤結(jié)構(gòu)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(dǎo)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?？Х确壅硎桨b機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計24圖 3.3 料盤為保證料盤和料盤軸同步轉(zhuǎn)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(lián)結(jié)盤連接法蘭，法蘭用鍵和軸連接保證同步轉(zhuǎn)動從而帶動料盤轉(zhuǎn)動。4.4 聯(lián)接盤設(shè)計聯(lián)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(jié)構(gòu)如圖 3.4圖 3.4聯(lián)接盤鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007254.5 料盤罩設(shè)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(jié)構(gòu)尺寸由料盤尺寸和量杯的位置確定。圖 3.5料盤罩5．結(jié)論本課題是經(jīng)過對包裝要求和條件的分析，選擇型號為 Y802-4的電機，選擇了v帶和蝸桿蝸輪機構(gòu)作為減速機構(gòu)，運用了齒輪傳動和同步帶傳動并且對齒輪、軸、帶輪、蝸桿蝸輪進行了設(shè)計校核，所設(shè)計的包裝機橫封、豎封、走帶都是用凸輪機構(gòu)，主要針對用塑料袋包裝的食品。其計量裝置采用容積計量主要是針對咖啡粉一類粉狀食品設(shè)計的。計量用的量杯可以根據(jù)包裝食品體積的不同做相應(yīng)大小的內(nèi)徑。料盤采用回轉(zhuǎn)式圓盤，四周均勻分布四個量杯，其回轉(zhuǎn)一周可以完成四個計量動作。設(shè)計的包裝機能滿足加工要求，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整和維修。 咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計及計量裝置設(shè)計26參考文獻[1] 宮相印主編.食品機械與設(shè)備[M]. 北京：中國商業(yè)出版社，1993[2] 陸振曦、陸守道主編.食品機械原理與設(shè)計[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1995[3] 伍水順、張裕中主編.食品機械自動控制[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1994[4] 徐灝主編.新編機械設(shè)計師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995[5] 葉偉昌主編.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(上冊) [M].北京:機械工業(yè)出版社,2001[6] 葉偉昌主編.機械工程及自動化簡明設(shè)計手冊(下冊) [M].北京:機械工業(yè)出版社,2001[7] 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BFZ30-11-08 A311 料斗 BFZ30-11-09 A312 料盤罩 BFZ30-11-10 A313 活動底蓋 BFZ30-11-11 A4鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 20071