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糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 目 錄 1 前言 .1 2 糖果枕式包裝機的總體設計 .3 2.1 設計參數(shù)要求： .3 2.2 總體方案設計 .3 2.3 傳動裝置的設計 .6 2.3.1 傳動路線 .6 2.3.2 電動機的選擇 .6 2.3.3 分配各級傳動比 .7 2.4 定量供料裝置的設計 .8 2.5 制袋成型器的設計 .8 3 機械傳動件的設計 .10 3.1 齒輪的設計和強度校核 .10 3.2 軸的設計 .13 3.2.1 軸的最小直徑估算： .13 3.2.2 確定各軸段尺寸 .13 3.2.3 軸上零件的定位與固定 .14 3.3 鍵的強度計算 .14 4 橫封切斷裝置設計 .16 4.1 凸輪的設計 .16 4.2 彈簧的設計計算 .17 4.3 軸承的選擇 .19 4.4 導桿套的設計 .20 4.5 封切頭的設計 .20 5 結論 .22 致 謝 .23 參考文獻 .24 附 錄 .25 1 1 前言 本次畢業(yè)設計的課題是糖果包裝機的總體設計及橫封切斷裝置的設計。課題來 源于鹽城市盛和輕工機械廠。為了提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，改善生產(chǎn)環(huán)境， 提高商品檔次，增加附加值，從而增強商品的市場競爭力而設計的一臺橫封切斷裝 置的糖果包裝機。 所設計出來的包裝機應滿足下列組成部分的技術要求： a.包裝材料的整理與供送系統(tǒng)，該系統(tǒng)在供送包裝材料的過程中可以完成自動 制袋。 b.被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將被包裝物品進行計量、整理、排 列，并輸送到預定工位的系統(tǒng)。 c.主傳送系統(tǒng)，該系統(tǒng)是將包裝材料和被包裝物品由一個包裝工位順序傳送到 下一個包裝工位的系統(tǒng)。主傳送機構的形式影響其外形，所以有專門的機構來傳送 包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。 d.包裝執(zhí)行機構，包裝執(zhí)行機構是直接完成包裝操作的機構。 e.成品輸出機構，成品輸出機構是把包裝好的產(chǎn)品從包裝機卸下、定向排列并 輸出的機構。本包裝機械的成品輸出是靠包裝產(chǎn)品的自重卸下的。 f.動力機與傳動系統(tǒng)，動力機是機械工作的原動力，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中通常為 電動機，傳動系統(tǒng)是指將動力機的動力與運動傳給執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)，使其實現(xiàn) 預定動作的裝置。通常由零件，如帶輪、齒輪、凸輪等組成。 g.控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)由各種手動、自動裝置組成。在包裝機中從動力的輸出、 傳動機構的運轉、包括執(zhí)行機構的動作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是由控 制系統(tǒng)來操作的。本包裝機械的控制方法除機械形式外，還有電氣控制。 h.機架，機身用于安裝、固定支撐包裝機的所有零件，滿足其相互運動和相互 位置的要求，因此，機身必須有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。 設計的包裝機需保證封袋的外觀總體質量、包裝密封要求、能夠帶來更大的經(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越來越大。我 國成功加入 WTO 后，全球經(jīng)濟貿(mào)易一體代進程的發(fā)展促使商品流通領域的競爭更加 激烈，人們在追求質量的同時，對商品包裝的要求也越來越高。包裝機械在包裝工 業(yè)中的地位十分重要，對包裝工業(yè)現(xiàn)代化具有舉足輕重的作用。食品包裝機械是一 種專用機械，食品的種類繁多，各種食品的形態(tài)和性質多種多樣，對包裝的要求各 不相同，所以食品包裝機械也有各種型式。國內(nèi)外十分重視研究和發(fā)展食品包裝機 械，我國食品包裝機械既面臨著國外先進產(chǎn)品的挑戰(zhàn)和競爭，同時也面臨著巨大的 國內(nèi)外市場和較好的發(fā)展機遇。進入 21 世紀，我國國民經(jīng)濟整體水平和綜合國力 將邁上一個新的臺階，國際國內(nèi)的環(huán)境都將為我國經(jīng)濟的進一步發(fā)展提供良好的機 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 2 遇。 食品包裝機械的發(fā)展趨勢：目前，國際包裝機械競爭日趨激烈，未來食品包裝 機械應配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，朝著以下四個方向努力 。2 a.市場日趨壟斷化。隨著國外企業(yè)進入我國市場，國內(nèi)一些無競爭力的包裝機 械企業(yè)將被國外企業(yè)收購、兼并或破產(chǎn)，一些包裝產(chǎn)品將被幾家大企業(yè)所壟斷，并 且壟斷的范圍逐漸從香煙、飲料包裝機械產(chǎn)品擴大到其他包裝機械產(chǎn)品。 b.零部件生產(chǎn)專業(yè)化。我國目前包裝行業(yè)“小而全” 、 “ 大而全” 的格局應盡 快調(diào)整。 c.向智能化發(fā)展。智能化包裝的技術，已經(jīng)在美國、法國等地投入使用。食品 技術人員估計，未來 20%到 40%的食品包裝將會應用智能化包裝技術技術。智能化 能更有效地保護食品質量，或直接顯示食品是否新鮮，使消費者不必等到拆開包裝 之后才發(fā)現(xiàn)事物是否已經(jīng)變質。 d.向求精求專發(fā)展。今后我國食品包裝機械業(yè)的發(fā)展方向是求精求專。 本課題設計內(nèi)容涉及機械類專業(yè)近四年的專業(yè)教學內(nèi)容，可以使我得到綜合鍛 煉。為保證封袋的外觀總體質量和包裝密封要求、提高生產(chǎn)效率，根據(jù)畢業(yè)設計的 要求特擬定了設計思路，首先，要分析封袋的封裝要求以及封袋總體尺寸確定包裝 的總體工藝方案其次，認真研究樣機，看懂其工作原理，根據(jù)具體的要求設計相應 的包裝機。最后，在加工條件允許的前提下，最好選擇精度等級較高的配合制，以 保證包裝機的包裝膜能準確定位。 本課題需要解決的問題是參照已有的包裝機進行創(chuàng)新，去除繁雜的零部件， 從而實現(xiàn)設備的結構簡單。在包裝機的設計過程中盡可能地使用通用部件，使得其 在出現(xiàn)故障時易于維修，同時方便日后的調(diào)整，降低生產(chǎn)成本。工藝方案確定后， 根據(jù)封袋的大小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 體結構緊湊。 本課題設計出來的包裝機是以大量的通用部件為基礎，配以少量的專用部件而 組成。包裝機在能夠滿足糖果包裝要求，保證包裝膜對正的基礎上，還具有便于調(diào) 整、結構簡單、運轉平穩(wěn)，工作可靠、易于維修效率高、成本低、 操作使用方便 等特點。同時該包裝機減輕了工人的勞動強度，提高了勞動生產(chǎn)率；適用性較強。 具有較好的經(jīng)濟性。 3 2 糖果枕式包裝機的總體設計 2.1 設計參數(shù)要求： 設計的糖果枕式包裝機的方案滿足如下性能、性質要求： A.包裝物品：塊狀糖果 B.包裝速度：40 粒/min；料盤轉速：10r/min；主軸轉速：40 r/min C.包裝膜：PP 卷、最大寬度 50mm、長度 50m D.技術要求： a.設備應能滿足糖果包裝要求。 b.設備應保證包裝膜對正，便于調(diào)整。 c.設備應結構簡單、運轉平穩(wěn)，工作可靠。 d.設備應便于維修。 e.設計時考慮加工工藝性和裝配工藝性，盡量使用標準件、通用件，以降低制 造成本。 2.2 總體方案設計 為了使設計的包裝機既能滿足多項指標，又能結構合理，造價低，在市場上具 有一定的先進性為此擬定二套方案對此進行分析： A.橫枕式自動制袋裝填包裝機 3 這個方案的動力由主電動機通過無級變速器，輥式縱封，輥式牽引和橫封頭。 此種方案的工作特色：臥式中用得比較多，該機集自動裹包物品、封口、切斷于一 體，是一種高效率的連續(xù)式包裝機，廣泛應用于餅干、糖果等的自動包裝上。其包 裝材料為塑料或其復合材料，采用卷盤式薄膜供料，由牽引輥松卷，經(jīng)導輥的導向 進入成型器，成型器讓薄膜自然形成卷包的形式，同時待包物品由供料輸送鏈送入 至薄膜卷包的空間。卷包的薄膜在牽引的作用下向前運行并被中封輥熱融封合。物 品隨薄膜同步運行。包裝物品最后經(jīng)橫封切斷，形成一個成品包裝。這種機器接觸 精度比較高，不好保證其摩擦系數(shù)。而且結構比較復雜，制造成本比較高。 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 4 圖 2-1 橫枕式自動制袋裝填包裝機原理圖 1紙卷 2 反射光電頭 3包裝物 4下紙輥輪 5.成型器 6.牽引輥輪 7縱封輥輪 8橫封 頭 9不等速機構 10超越離合器 11主電機 12無級變速器 13伺服電機 14輸送機構 15調(diào)速機構 16送紙光電傳感器 17橫封光電傳感器 18成品 19勾爪差動機構 B.立式間歇制袋中縫封口包裝機 4 圖 2-2 立式間歇制袋中縫封口包裝原理 1加料管 2翻領成型器 3送紙輥 4包裝膜 5導輥 6縱封器 7橫封器 8.切刀 5 這個方案的動力由電機減速機，經(jīng)過一對齒輪軸輸出。此類機型是由卷筒薄膜 塑料 3 經(jīng)過導輥 5 被引入成型器 2，通過成型器 2 和加料筒 1 的作用形成中縫搭接 的圓筒形。其中加料筒 1 的作用是為外作制袋管，內(nèi)為輸料管。 封合時縱封器 6 垂直壓合在套于內(nèi)筒 1 外壁的薄膜搭接處，加熱形成牢固的縱 封。其后，縱封器回退復位，由橫封頭 7 對其橫封和切斷。如圖所示可以知道每一 次封合可以完成下袋上口封和上袋下口的封塑。 C.方案對比分析 大體可以將立式包裝機與臥式包裝機的區(qū)別列出如下幾點： a.由于臥式機器的高度比較低， ，因此上料比較容易；而立式機器由于高度的 原因上料要通過很大的傳送系統(tǒng)才能完成。 b.臥式機的制袋和灌裝是分開進行的，所以要先制好袋子后再進行灌裝，因此 所灌裝的物料不會進入到側封和底封中；而立式機器的制袋與灌裝是同步進行的， 一邊制袋成型一邊灌裝，所以物料較容易進入密封區(qū)（如側封、底封處） ，從而影 響袋子的密封質量。 c.另外，臥式機一般采用潛入式灌裝，即灌裝頭伸入到袋的中下部進行灌裝， 灌裝過程中灌裝頭會上下往復運動。潛入式灌裝縮短了物料的下落行程，避免粉末 下落后的“反撲 ”現(xiàn)象引起的封口不嚴問題；而立式機在灌裝過程中物料的行程相對 較長，而且灌裝頭是固定的。 d.臥式機的工位較多，可以加入很多的附件，如：切圓角、易撕口等；而立式 機器不能同時加入這些附件。 綜上所述，方案 1 和方案 2 操作都比較方便。但方案 2 比方案 1 結構簡單、造 價低，方案 2 更切合實際的需要，所以方案 2 為選用方案。 系統(tǒng)采用以 PLC 為控制核心， 采用數(shù)字電路與模擬相結合，經(jīng)實踐證明，系 統(tǒng)操作簡單，性能穩(wěn)定可靠，維護方便，而且能夠在噪音、振動、粉塵嚴重的惡劣 環(huán)境下正常工作。間歇式橫封機構是制袋封口機最重要的機構之一。常用的橫封機 構有氣動式、機械式和機械氣缸組合式三種。氣動式需要兩個以上專門的氣缸和供 氣系統(tǒng)； 機械氣缸組合式是經(jīng)多個典型的(機構 如多桿組合機構、曲柄滑塊結構、 凸輪擺桿)結構或曲擺桿機構等與氣缸組合而成；常用的機械式橫封機構多桿結構 或成組的齒輪擺桿機構。如何對這些橫封機構進行微機控制，是當前包裝機械工作 者最熱門的題。本文采用 PLC 不僅能實現(xiàn)復雜的邏輯控制，還能完成各種順序或定 時的閉環(huán)控制系統(tǒng)，并且可靠性高， 穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，在惡劣環(huán)境下能 長時間不間斷進行，編程簡單且維護工作量少。 在方案 2 中用凸輪機構實現(xiàn)封燙。凸輪滑桿間歇式橫封機構的結構圖如圖所示 ，其結構主要凸輪由動力傳送機構帶動旋轉， 而內(nèi)外封合由橫封滑桿、回位彈簧 和旋轉凸輪三部分組成。橫封滑桿在凸輪驅動下，作往復移動，將筒狀包裝材料夾 持， 其夾持部位嵌有加熱器使包裝材料封口處受熱熔化并使之夾緊，從而實現(xiàn)封 合。回位彈簧與凸輪配合， 使滑桿能準確地靠住凸輪輪廊， 在包裝材料的移動過 程中， 完成夾持、開合的動作。凸輪由動力傳送機構帶動旋轉， 而內(nèi)外封合機構 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 6 則通過拉簧拉緊至與凸輪接觸，凸輪旋轉時使內(nèi)外封合機構作往復移動并實現(xiàn)封口 處兩熱封器間歇開合；兩熱封器張開時，凸輪驅動兩封器合攏，最后將其包裝封壓 緊，使包裝袋受熱加壓而封口。緊接著機構再進行下一個封口動作。 圖 2-3 凸輪機構原理圖 1凸輪 2回位彈簧 3、4滑桿 5包裝袋及熱封器 運動中，力系處于封閉平衡狀態(tài)， 使機械傳動運行中沖擊振動小。封口性能 好采用柔性沖擊凸輪輪廓曲線， 使得封口器在封口瞬間既降低了沖擊又保證了封 口性能。 2.3 傳動裝置的設計 2.3.1 傳動路線 經(jīng)過分析與比較，決定采用如下運動方式：由電動機減速機輸出動力帶動一對 齒輪旋轉工作，把動力傳給主傳動軸。軸上分別裝有兩凸輪分實現(xiàn)橫封和豎封，同 時有一對錐齒輪實現(xiàn)包裝帶的牽引，在軸的最上方安裝了同步齒形帶帶動料盤轉動。 整個機構結構緊湊，傳動平穩(wěn)，沖擊小。 2.3.2 電動機的選擇 電動機的功率選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當功率小于 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；功率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。 工作機所需功率為 Pw，由于包裝速度為 40 顆/min，分切力為 3T。所以送料速 度： 103.4910.47/6WdVms 7 120.470.6289WwFVPkW 電動機所需功率為 : (2-1)oP 從電動機到工作機之間的傳動裝置總效率 為： (2-2)帶齒 輪 軸 承 式中 ， ，0.95帶 0.9軸 承 0.95齒 輪 由式（2-2）得 8217 由式（2-1）得 .62.317oPwkW 工作機滾子軸的轉速 n 為： n 6010.40/min39wVD 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、結構和帶傳動及減速器的傳動比，參考文 獻 選定電動機的型號為 Y802-4。4 表 2-1 電動機性能參數(shù)表 電動機型號 額定功率 Pw/kW 同步轉速/ 1minr滿載轉速/ 1ir電動機質 量/kg 總傳 動比 同步 帶傳 動 減速器 Y802-4 075 1500 1390 18 139 4 2896 2.3.3 分配各級傳動比 電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉速 n m及工作軸的轉速 n w即可確定傳動裝 置的總傳動比： i=n m /n w (2-3)由式（2-3）得 i=139/10 =139 具體分配傳動比時，應注意以下幾點： a各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內(nèi)選取，對減速傳動盡可能不超過允許 的最大值。 b應注意使傳動級數(shù)少傳動機構數(shù)少傳動系統(tǒng)簡單，以提高和減少精度 的降低。 c應使各級傳動的結構尺寸協(xié)調(diào)勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。 d應使傳動裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。 因此初選 i =12，i =4；則 =139/1 2 4=2896齒 輪 帶 i減 速 器 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 8 n = n m / =1390 /2896=4799r/min 1i減 速 器 n2= /min1480.ri齒 n2= /min 2i帶 P1 = Po 軸承 齒輪= 075 099 098= 072765kw P2 = P1 軸承 齒輪= 072765099098= 07kw P3 = P1 軸承 帶= 07099098=068kw T1 = Nm 1.72659503.48pn T2 = Nm 20.14 T3 = Nm 3.689509.pn 運動和動力參數(shù)計算結果進行整理并列于下表： 軸名參數(shù) 電動機軸 軸 軸 軸 轉速 n/rmin-1 1390 48 40 10 功率 P/KW 075 072 07 068 轉距 T/Nm 22 8831 37373 157916 傳動比 i 2896 12 4 效率 096 0972 0971 （以上設計計算參照文獻4 ） 2.4 定量供料裝置的設計 8 對于不同的包裝物品有不同的計量方式，對于糖果這樣顆粒狀的物品用轉盤式 的供料裝置比較合理。采用可調(diào)容積的轉盤，這樣提高其多功能性。根據(jù)要求，包 裝速度為 40 顆分鐘，將轉盤做四個量杯，在各個量杯底部都有一個活動底蓋， 當轉到其位置時通過開蓋銷撥開，使糖壞掉入加料筒里。同時也有閉蓋銷推動活動 底蓋，不讓糖果掉下來。 2.5 制袋成型器的設計 2 在自動制袋包裝機中，卷筒薄膜由舒展平坦輸送到卷折成各種袋型的全過程中， 制袋成型器起了一個關鍵的作用，它對包裝的形式、尺寸及質量有直接的影響。因 9 些正確選擇成型器是非常重要的。 常用的制袋成型器主要有以下幾種：翻領成型器、三角板成型器、象鼻成型器、 U 型板成型器以及缺口導板成型器等。正確設計和制造成型器的關鍵點為： a.盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力，使薄膜不產(chǎn)生縱向或橫向的拉伸變形 以及皺折等。 b.確保薄膜自然貼合、無拉伸、無騰空地通過成型器，自然卷合，正確成型。 c.結構簡單可靠，制造方便，調(diào)試容易。 可熱封薄膜包裝制袋的形式很多，因此制袋成形器也有各種不同型式，主要有 以下幾種： 圖 2-4 常用成型器示意圖 1.三角形 2.U 形 3. 象鼻式 4.缺口導板式 搭接式和對接式包裝袋，一般采用 “翻領”立式成形器制袋。成卷薄膜經(jīng)導 輥，由商標光電定位裝置檢測后，進人翻領式成形器卷成圓筒狀，縱向封接器進行 縱向縫封接，由橫向封接器封接前一袋的上部封口和下一個袋子的下部封口。一般 由橫向封接器的上下運動配合張合，實現(xiàn)薄膜的向下牽引，高速包裝機也有利于輥 式縱封器加牽引器，完成薄膜的牽引。所以本課題用的就是翻領成型器。 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 10 3 機械傳動件的設計 3.1 齒輪的設計和強度校核 按齒面接觸疲勞強度設計，再按齒根彎曲疲勞強度校核。 A.選擇齒輪的材料、精度、齒數(shù)和齒寬： 考慮該機床的結構，大、小齒輪都采用 45Cr 調(diào)質處理后表面淬火，由于齒輪 轉速不高，選 7 級精度，閉式軟齒面齒輪傳動。小齒輪齒數(shù) Z1=56，則大齒輪齒數(shù) Z2= 68。小齒輪的布置形式為懸臂布置，查表 4-1，選齒寬系數(shù) ，0.5d （3-1）)1(5.0/udba 由齒輪的強度公式可知，輪齒越寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但 增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數(shù)應取得適合。圓柱齒輪 齒寬系數(shù)的薦用值列于下表。對于標準圓柱齒輪減速器，齒寬系數(shù)取為 （3-2）adub)1(5.0 所以對于外捏合齒輪傳動 的值規(guī)定為a 0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。運用設計計算公式時， 對于標準減速器，可先選定再用上式計算出相應的 值 d 表 3-1 圓柱齒輪的齒寬系數(shù) 裝置狀況 兩支撐相對小齒輪作對稱布 置 兩支撐相對小齒輪作不對稱布 置 小齒輪作懸臂布置 d 0.91.4（1.21.9） 0.71.15（1.11.65） 0.40.6 注：a.大、小齒輪皆為硬齒面時 應取表中偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為 d 軟齒面時 可取表中偏上限的數(shù)值； b.括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時 b 為人字齒輪的總寬度； c.金屬切削機床的齒輪傳動，若傳遞的功率不大時， 可小到 0.2； d d.非金屬齒輪可取 0.51.2。 d 對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即 導致不能繼續(xù)工作的后果，故可取 S= =1。但是，如果一旦發(fā)生斷齒，就會引起nS 嚴重的事故，因此在進行齒根彎曲疲勞強度的計算時 S= =1.251.5。nS B.按接觸疲勞強度計算： 2132.EFzkTdd 11 a.確定公式中的各參數(shù) 取載荷系數(shù) Kt=1.3 小齒輪的轉距 T1=135.29N/m 材料系數(shù) 查文獻4表 6.3 得 189.EZMpa 大小齒輪的接觸疲勞強度 按齒面硬度查文獻4圖 6.8 得lim1,Hli2, li160HPlim2460HMPa 應力循環(huán)次數(shù) 8148131.hNnjL2/0.92u 接觸疲勞壽命系數(shù) 、 ，查文獻4圖 6.6 得 0.92 0.931HNK1HNK2HN 確定許用接觸應力 2、11lim/0.9265SMPa 22HNli347.8H b.設計計算 試算小齒輪分度圓直徑 取 H2 =121.84Mpa 2131.Et FzkTdd 取 125mm1t 計算圓周速度 V V= 0.314m/s160tdn3.4125860 計算載荷系數(shù) K 查文獻4表 6.2 得使用系數(shù) K =1；根據(jù) V=0.314m/s7 級精度查文獻4圖A 6.10 得支載荷系數(shù) K =1.15；查圖 6.13 得 K =1.13，則 K= K K K =1.2995v Av 校正分度圓直徑 d1 d1= =125mm1td3/t 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 12 計算齒輪傳動的幾何尺寸 計算模數(shù) m=d1/z =125/56=2.23，按標準取模數(shù) m=3mm1 兩分度圓直徑 d1=m z =3 56=168mm， d2=mz =3 68=204mm2 中心距 a=m(z + z )/2=3 (56+68)/2=186mm2 齒寬 b= d1=0.5 168=84mm；b1=b2+(510)mm=90mm 取 b1=90mm， b2=85mmd 齒高 h=2.25m=2.25 3=6.75mm c.校核齒根彎曲疲勞強度 由文獻4公式 6.12 123FFaSFdkTYzm 查文獻4圖 6.9 取 ，li10aMPlim240aP 彎曲疲勞壽命系數(shù) ，F(xiàn)NK2 =0.92 =0.901 許用彎曲應力 11lim1/20.92/1.46.8FNSTF aYMP22li40357K 齒形系數(shù) ，1.3FaY.5Fa ，7S217SY 計算大小齒輪的 、 / 與 、 / ，并加以比較取其中大值1FaFa2SF 帶入公式計算 12.370.1568FaSY2.4.2FaS 校核計算： 31 12.9.10.723.84056F FMpa= 彎曲疲勞強度足夠（以上設計計算參照文獻4） 13 3.2 軸的設計 4 3.2.1 軸的最小直徑估算： 軸的結構設計時，一般已知裝配圖、軸的轉速、傳遞的功率及傳動零件的類型 和尺寸等。 轉軸受彎扭組合作用，在軸的結構設計前，其長度、跨距、支反力及其作用點 的位置等都未知，尚無法確定軸上彎矩的大小和分布情況，因此也無法按彎扭組合 來確定轉軸上各段的直徑。為此應先按扭轉強度條件估算轉軸上僅受轉矩軸徑。 d =105 (3-3)minP 3 當軸段上開有鍵槽時，應適當增大直徑以考慮鍵槽對軸的削弱：d100mm 時， 單鍵槽增大 3，雙鍵槽增大 7；d 100mm 時，單鍵槽增大 57，雙鍵槽增 大 1015。最后對 d 進行圓整。 查表 C=105 (當所受彎距較小或只受轉距、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；反之， 取小值，C 取較大T 值。) D105 =24.68mm0.684 3.2.2 確定各軸段尺寸 軸的結構設計就是要確定軸的合理外形和結構，以及包括各軸段長度、直徑及 其他細小尺寸在內(nèi)的全部結構尺寸。 軸的結構主要取決以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類； 軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸 的加工工藝以及其他一些要求。由于影響因素很多，且其結構形式又因具體情況的 不同而異，所以軸沒有標準的結構形式，設計具有較大的靈活性和多樣性。但是， 不論具體情況人如何，軸的結構一般應滿足以下幾個方面的要求： a. 軸和軸上零件要有準確的工作位置； b. 軸上零件應便于裝拆和調(diào)整； c. 軸應具有良好的制造工藝性； d. 軸的受力合理，有利于提高強度和剛度； e. 節(jié)省材料，減輕重量； f. 形狀及尺寸有利于減小應力集中。 A.各軸段的直徑 階梯軸各軸段直徑的變化應遵循下列原則： a.配合性質不同的表面（包括配合表面與非配合表面） ，直徑應有所不同； b.加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應有所不同； c.應便于軸上零件的裝拆。 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 14 B.通常從初步估算的軸段最小直徑 d 開始，考慮軸上配合零部件的標準尺寸、min 結構特點和定位、固定、裝拆、受力情況等對軸結構的要求，一次確定軸段的直徑。 具體操作時還應注意以下幾個方面問題： a.與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動軸承內(nèi)徑的標準系列。 b.軸上螺紋部分必須符合螺紋標準。 c.軸肩定位是軸上零件最方便可靠的定位方法。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩， 定位軸肩通常用于軸向力較大的場合。 d.定位軸肩是為加工和裝配方便而設置的，其高度沒有嚴格的規(guī)定。與軸上傳 動零件配合的軸頭直徑，應盡可能圓整成標準直徑尺寸系列。 f.非配合的軸身直徑，可不取標準值，但一般應取成整數(shù)。 C.各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性，設計時應注意以 下幾點： a.軸頸的長度通常于軸承的寬度相同。 b.軸頭的長度取決于與其相配合的傳動輪轂的寬度。 c.軸身長度的確定應考慮軸上各零件之間的相互位置關系和拆裝工藝要求，各 零件間的間距查參考文獻 。4 3.2.3 軸上零件的定位與固定 A.常用的軸向定位和固定方法兩類 a.利用軸本身的組成部分，如軸肩、軸環(huán)、圓錐面等； b.采用附件，如套筒、鎖緊擋圈、圓螺母和止動墊圈、緊定螺釘?shù)取?B.軸上零件的周向定位與固定 為了傳遞運動與轉矩，軸上零件必須有可靠的周向定位。該設計中的主動軸上 齒輪用平鍵做周向定位。軸承內(nèi)圈靠它與軸之間的過盈配合來實現(xiàn)周向定位。常用 軸上零件周向固定的方法有鍵連接、花鍵連接、型面連接、銷連接、彈性環(huán)連接、 過盈連接等。緊釘螺釘也可以做周向定位。 ，但只用在傳力不大之處。 3.3 鍵的強度計算 校核主傳軸上的鍵 A12 68，鍵的受力如圖 4-1 所示，該鍵的主要失效形式為 工作面的壓潰，按工作面上的擠壓力進行強度校核計算。 15 圖 3-1 鍵受力圖2pTdkl 式中 T傳遞的轉距，單位 ；Nm K鍵與輪轂的接觸高度，k=h/2，h 為鍵的高度 8，單位為 mm； d軸的直徑 48，單位為 mm； l鍵的工作長度，單位為 mm。A 型鍵 l=L-b。 327.1069.548(2)pTdkl 查文獻4 表 12.1 中選取324PpaMP p= 所以鍵的強度足夠。 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 16 4 橫封切斷裝置設計 4.1 凸輪的設計 凸輪機構因為機構中有一特征件凸輪而得名。凸輪是指具有曲線輪廓或凹槽等 特定形狀的構件。凸輪通過高副接觸帶動從動件實現(xiàn)預期的運動，這樣構成的機構 稱為凸輪機構。凸輪機構可以分為平面凸輪和空間凸輪，本課題用的是平面凸輪。 根據(jù)結構要求，選用盤狀凸輪，此凸輪為盤狀，具有變化的向徑。當繞固定軸 轉動的時候，可推動從動件在垂直于凸輪軸平面內(nèi)運動。這是凸輪機構中最基本的 形式，應用最廣。 根據(jù)行程用反轉法求凸輪的輪廓曲線，已知行程為 40mm，根據(jù)結構要求選取基 圓 d=90mm，為了使其滿足工作要求，用作圖法畫出輪廓曲線。從動件運動規(guī)律的選 擇除了了滿足機械的具體工作要求外，還應使凸輪機構具有良好的動力特性，以及 設計的凸輪要便于加工等，因此課題所采用的凸輪曲線為等加速等減速曲線，可以 避免剛性沖擊。 （查文獻4） 如下圖所示： 圖 4-1 凸輪運動規(guī)律曲線 17 用圖解法作出凸輪輪廓曲線如下圖所示： 圖 4-2 凸輪輪廓曲線圖 4.2 彈簧的設計計算 a.選擇彈簧的材料并確定許用應力 選用 A 組優(yōu)質碳素彈簧鋼絲，試選鋼絲直徑 d=5mm，查文獻5表 15.5 取 =1000MPa，由文獻5表 15.4 查得 I 類彈簧的許用剪切應力 =0.3 =300MPaB B b.計算彈簧鋼絲直徑 d 選擇 C，計算曲度系數(shù) K 參照文獻5表 15.8 取 C=9 由文獻5式(15.5)，k= ；410.65491.0375 K=1.1 由文獻式5（15.7）d mm；max.21.6164.130KFc 選 d=5mm c.確定工作圈數(shù) n: 初選彈簧剛度 KF 由文獻5式（15.1） ， =4.25N/mmmaxin()/(203)/4Fh 初算 ， = =200/4.25=47mmmaxamx/ 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 18 確定切變模量 G 查文獻5表 15.4 得 G=81500Mpa 確定工作圈數(shù) n N= =12.954；取 n=13max38dFC 確定彈簧鋼度 K = =4.429N/mm3n 確定 = =44.54mmmax/F d.計算彈簧幾何尺寸 彈簧內(nèi)徑 D1 D =D-d=48-5=43mm1 彈簧外徑 D2 D =D+d=53mm2 總圈數(shù) n =n+n =13+2=151 節(jié)距 p=13.6 自由高度 H0 H =n +2d=1970p 螺旋升角 =arctg(t/3.14159/D2) rad =5.512 彈簧絲展開長度 L L=3.14159 D n /cos()=2272.488 mmd1 e.驗算穩(wěn)定性 B=H /D=197/48=4.10 5.3；穩(wěn)定性滿足要求。0 f.繪制彈簧零件工作圖 計算 =500lim.51s 計算 ， = =464.6NliFlilim28dCK 19 計算 ， = / K =464.6/4.429=104.9mmlimlilimF 計算 ， = -h=44.54-40=5.4ininax 計算 ， = / =22.97Nmiiminax 詳圖見下圖所示： 圖 4-3 彈簧 圖 4-4 受力圖 4.3 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，時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)軸的應用場合可知，軸主要受到的徑向力。查詢常用滾動軸承的性能和特 點，選擇深溝球軸承。深溝球軸承軸承的性能特點：主要承受徑向負荷，當量摩擦 系數(shù)最高。應用場合：適用于剛性較大軸，常用天小功率電機、減速機、運輸機等。 技術要求 1 旋向：右旋 2 有效圈數(shù) n=13 3 總圈數(shù) n1=15 4 展開長度 L=2272.488 5 熱處理硬度 45HRC 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 20 根據(jù)要求查參考文獻4，在這里選 602 深溝球軸承。 4.4 導桿套的設計 7 銅套的內(nèi)徑主要由推桿的直徑來確定。因為推桿推動頻率很高，所以與之配合 的導桿套精度要很高，材料也要選耐摩的，所以把套筒做成銅套。為了節(jié)約材料， 降低成本，做一個銅套座。銅套的長度根據(jù)結構而定，這里我們把其做成長 65mm， 內(nèi)徑為 42.5mm，在銅套的軸向和徑向都留有一定切削量。銅套座與銅套過盈配合 好，再精鏜內(nèi)孔至尺寸要求，同時將多余的軸向材料車去。然后用螺釘將銅套座固 定在墻板上，這樣就可以定位了。銅套座的內(nèi)徑根據(jù)銅套的外徑來決定，因為是盈 配合，公差要求查有關資料，精度要很高，粗粗糙度要求也很高。 銅套座的外徑由結構而定，這里我們做 70mm，因為要與板固定所以把銅套座 做成蘭盤形式。如下圖所示，就是導桿套。 圖 4-5 導桿套 4.5 封切頭的設計 8 由于是糖果包裝，其包裝材料為塑料。制成塑料袋的材料具有熱熔性，因些常 使用熱壓封口、熔焊封口、脈沖封口或者超聲波封口，其封口質量好、速度快而且 工藝簡單。本課題采用的是熱壓封口。熱壓封口是指用熱封合的方式封閉包裝容器 的機器。 熱壓封口機采用電加熱的方法使塑料袋口的兩層薄膜受熱軟化，然后對其施加 接觸壓力，使處于軟化熔融狀態(tài)的兩層薄膜黏合成一體，冷卻后即得密封性封口。 該機中的電加熱器一般是將電阻絲鑲嵌在用金屬材料制成的板片上或輥輪上；加壓 動作可以由電加熱器完成，也可以用專門機構來完成；加熱或加壓裝置的封口工作 21 面上，通常做出花跡來提高封口質量并使封口美觀。 根據(jù)加熱加壓裝置不同，將塑料薄膜封口機分為板式，輥式、板輥式和環(huán)帶式， 本課題用的是板式封口機。采用加熱板間歇加熱、加壓實現(xiàn)塑料薄膜封口的。因為 塑料熔融所以在封口的時候要有防黏材料，一般用的防黏材料是聚四氟乙烯，因為 些材料耐高溫。這樣主要是為了避免工作臺與薄膜材料層粘接，使袋口封合美觀又 能保持工作臺潔凈。為了確保得到高質量的封接接縫，電熱板條封接表面要垂直， 這里我就把螺栓銑一個平面，用螺釘加一塊板在平面上移動，保證垂直，不偏移。 為了提高效率，把封口裝置和切斷裝置合在一起。每一個橫封，一個切斷。 由于會有一起其它原因，使凸輪推過來不能準確無誤的封切，比如安裝誤差等， 所以特別加了加壓彈簧微調(diào)，這樣多一點，少一點會由彈簧來控制。如果有大的出 入則通過鎖緊螺母來調(diào)節(jié)，在封切頭裝置中大量用了螺母來鎖緊固定，確保準確封 切。具體設計如下圖所示： 圖 4-6 封切頭 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 22 5 結論 本次設計糖果枕式包裝機是采用立式間歇封口的方案。該機自動制袋裝填，所 用的包裝材料為卷筒式包裝材料，在機上實現(xiàn)自動制袋、裝填、封口、切斷等全部 包裝工序。這種方法適用于塊狀的包裝，其包裝材料可為塑料單膜、復合膜等。該 機包括八大部分：傳動系統(tǒng)、薄膜供送裝置、袋成型裝置、縱封裝置、橫封切斷裝 置、牽引裝置、物料供給裝置以及電控檢測系統(tǒng)。 根據(jù)畢業(yè)設計要求，進行了總體方案設計、傳動裝置設計、機械傳動件的設計 并對主要零件進行了校核。 本課題設計出來的包裝機，機箱內(nèi)放置了動力裝置及傳動系統(tǒng)，驅動主傳動軸 旋轉，同時把動力傳給定量供料裝置。 卷筒薄膜安裝在退卷架上，可以平穩(wěn)自由轉動。在牽引力的作用下薄膜展開經(jīng) 導輥軸引導輸出。導輥對薄膜起張緊和糾偏的作用，使薄膜正確地平展輸出。 袋成型裝置主要是袋成型器這個部件，它使薄膜由平展逐漸形成袋形，是制袋 的關鍵部件。 縱封裝置和橫封裝切斷置原理一樣，都是通過凸輪的間歇運動進行封口切斷的， 凸輪的輪廓曲線按行程要求繪制。 牽引裝置是對薄膜進行牽引輸送，主要是通過一對錐齒輪從主動軸得到動力， 然后由四桿機構完成上下運動的牽引輸送。 物料供給裝置是一個定量供料器。對于這里的塊狀物料，主要采用量杯式定容 計量，從料倉掉下來的物料在其內(nèi)由四個圓周分布的量杯計量，并自動充填入成型 后的薄膜管內(nèi)。 電控檢測系統(tǒng)是包裝機工作的中樞系統(tǒng)。在此機的電控柜上可按需要設置縱封 溫度、橫封溫度以及印刷薄膜設定色標檢測數(shù)據(jù)等，這對包裝質量起到至關重要的 作用。 本包裝機設計合理，符合實際應用，滿足加工要求，具有較好的經(jīng)濟性。但由 于本人水平有限，尚存不足，待進一步研究。 23 致謝 為期三個月的畢業(yè)設計即將結束。本次畢業(yè)設計課題是糖果枕式包裝機的總體 設計和橫封切斷裝置設計。在設計過程中，不僅要運用到機械方面的知識，還需運 用到電氣方面的知識。通過這次畢業(yè)設計，使我基本上掌握了機械產(chǎn)品的設計的方 法和步驟，以及如何運用 CAD 繪圖軟件來畫零件，裝配圖，對 AutoCAD 繪圖進行了 回顧，還有運用 Pro-E 三維造型。并且也掌握了如何查閱各種文獻和相關的手冊等。 總的來說，這次設計把我以前所學的理論知識綜合運用，提高了我獨立思考問 題、發(fā)現(xiàn)問題以及解決問題的能力，為以后的工作奠定了堅實的基礎。這次畢業(yè)設 計讓我在解決實際問題等方面得到了一次較好的鍛煉。 本次設計任務雖然已完成，但由于本人水平有限，缺乏經(jīng)驗，也會存在一些問 題，在此懇請各位老師、同學多多指教。 此次畢業(yè)設計是在陳樹祥老師的指導下進行的，陳老師經(jīng)常為我解答一些疑難 問題。每次遇到困難，陳老師都會幫我解決問題，鼓勵我，給我克服困難的勇氣和 信心。在此，我衷心地向老師表示誠摯的感謝和敬意！ 糖果枕式包裝機總體設計及橫封切斷裝置設計 24 參考文獻 1 高德.包裝機械設計M. 化學工業(yè)出版社，2005. 2 張聰. 自動化食品包裝機M.廣東科技出版社，2003. 3 尹章偉等.包裝機械M.化學工業(yè)出版社，2005. 4 王旭、王積森.機械設計課程設計M. 機械工業(yè)出版社，2003. 5 徐錦康.機械設計M.機械工業(yè)出版社，2001. 6 沈世德.機械原理M.機械工業(yè)出版社，2001. 7 徐灝主編.新編機械設計師手冊M.北京:機械工業(yè)出版社，1995 8 徐峰.如何設置定量包裝機的參數(shù)J.中國計量 ， 2006. 9 張延波，李曉偉.PLC 在枕式包裝機控制系統(tǒng)中的應用M.山東科學， 2006. 10 楊易琳，牛潮.提高封口包裝機熱封輥滑動軸承使用壽命的探討J.有色冶金設計與研究， 2006. 11 王伯平.互換性與測量技術基礎第 2 版M.機械工業(yè)出版社，2004. 12 王紹俊.機械設計制造工藝手冊J.北京:機械工業(yè)出版社，1985. 13 李益民.機械制造工藝設計手冊M.機械工業(yè)出版社，1995. 14 錢志峰、劉蘇.工程圖學基礎教程（第三版）M.科學出版社，2003. 25