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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007
目 錄
1．前言 1
2．咖啡粉枕式包裝機總體設(shè)計 3
2.1動力設(shè)計 4
2.1.1電動機的選擇 4
2.1.2計算傳動裝置運動和動力參數(shù) 4
2.1.3傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比的計算 5
3傳動裝置設(shè)計 7
3.1V帶設(shè)計 7
3.2蝸輪蝸桿設(shè)計 8
3.3同步帶傳動設(shè)計 14
3.4齒輪的設(shè)計 16
3.5料盤軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核 19
4.計量裝置設(shè)計 22
4.1料盤裝置設(shè)計 22
4.2量杯尺寸確定 22
4.3料盤結(jié)構(gòu)尺寸確定 23
4.4聯(lián)接盤設(shè)計 24
4.5料盤罩設(shè)計 24
5．結(jié)論 25
參考文獻(xiàn) 26
致 謝 27
附 錄 28
1．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(jìn)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(dá)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)銷售的功能。銷售包裝一般與充填、包封、灌裝、封口及貼標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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。
咖啡粉枕式包裝機是實現(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(jìn)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(jìn)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(jì)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(jìn)入21世紀(jì)，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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行檢測并用超越電機動作使之運動或制動停止達(dá)到對速度誤差進(jìn)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(jìn)行補償。
咖啡粉是粉狀食品，包裝速度為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(biāo)準(zhǔn)件和通用件，非標(biāo)準(zhǔn)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。
2．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)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(zhǔn)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(dāng)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：
（2-1）
-- 料盤的轉(zhuǎn)動線速度
擬定 0.25 m/s
-- 料盤直徑
擬定 294 mm
由公式4-1得：
=7.5 r/min
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
C. 式中 ,,，，
確定電機的輸出功率 P：
由于料盤的轉(zhuǎn)速很慢P < 0.5kw
查表16-1-28[8]，根據(jù)其中Y系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)選擇電動機的型號為Y802-4，額定功率0.75Kw，滿載轉(zhuǎn)速為1390r/min，安裝類型為B5型。
2.1.2計算傳動裝置運動和動力參數(shù)
I軸 n1 = (2-2)
n1 =
P1 = Po·η帶 (2-3)
P1= 0.75×0.95×0.99 = 0.705kw
T1 = (2-4)
T1 =
II軸 n2=
P2 = =0.705×0.99×0.8= 0.558kw
T2 = N·m
Ⅲ軸 n3=/min
P3 = P2·η軸承·η軸承·η齒輪·η同步帶= 0.558×0.99×0.99×0.98×0.98 = 0.525kw
T3 = N·m
Ⅳ軸 n4=
P4= P3·=0.525×0.99×0.98=0.51kw
T4 =
表2-1參數(shù)表
參數(shù)
軸名
電動機軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
轉(zhuǎn)速n/r.min-1
1390
600
30
15
7.5
功率P/KW
0.75
0.705
0.558
0.525
0.51
轉(zhuǎn)距T/N.m
2.2
11.22
177.63
334.25
649.4
傳動比i
2.3167
2
2
2
效率η
0.94
0.79
0.94
0.97
2.1.3傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比的計算
電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速n m及工作軸的轉(zhuǎn)速n w即可確定傳動裝置的總傳動比i=n m /n w 。
具體分配傳動比時，應(yīng)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其允許的最大值。
b. 應(yīng)注意使傳動級數(shù)少﹑傳動機構(gòu)數(shù)少﹑傳動系統(tǒng)簡單，以提高精度。
c. 應(yīng)使各級傳動的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)﹑勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。
d. 應(yīng)使傳動裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。
電動機滿載轉(zhuǎn)速 n m = 1390 r/min
工件（料盤）轉(zhuǎn)速 = 7.5 r/min
機構(gòu)總傳動比i =185.33
，，，
3傳動裝置設(shè)計
3.1V帶設(shè)計
小帶輪大帶輪
初定傳動比 傳遞功率P=0.75kw
設(shè)計項目
設(shè)計依據(jù)幾內(nèi)容
設(shè)計結(jié)果
a.選擇V帶型號
1）計算功率
2）V帶型號
查文獻(xiàn)[9]表4.6得工作情況系數(shù)=1.1
=P=1.1×0.75
按=0.825kw， =1390r/min 查文獻(xiàn)[9]表4.11選Z型V帶
=0.825
kw
選Z型V帶
b.確定帶輪的直徑dd1 dd2
1）選取小帶輪的直徑dd1=71mm
2）驗算帶速
3）確定大帶輪的直徑dd2
4）算從動輪實際轉(zhuǎn)速
5）算實際傳動比
參考文獻(xiàn)[9]圖4.11及4.44[9]，選取小帶輪的直徑dd1=71mm
V==m/s
dd2 =dd1 =1390/600×71mm查文獻(xiàn)[9]表4.4
考慮到三角帶的滑動系數(shù)=0.02 則
= dd1/ dd2 ×（1-）
=71/160×1390（1-0.02）
= /=1390/604
dd1=71mm
V=5.165m/s
在5～25m/s內(nèi)，合適
dd2 =160mm
=604r/min
=2.3
c. 確定中心距a和帶長Ld
1）初選中心距a0
0.7(dd1+dd2)≤a0 ≤2(dd1+dd2)
取a0 =200mm
2）求帶輪的計算長度Lo
3)計算中心距a
4)確定中心距的調(diào)整范圍
Lo==772.756mm
查表4.2[9] 取Lo=800mm
a==()=213.5mm
=a+0.03ld=(213.5+0.03×800)mm =a-0.015 ld =213.5- (2×8.5+0.009×800)mm
Lo=800mm
a=213.5mm
=237.5mm
=189.3mm
d.驗算小帶輪的包角α1
α1=180°- (dd2 -dd1 )×57.3°/a
=156°﹥120°
α1 =156°
合適
e. 確定V帶的根數(shù)Z
1)確定額定功率P0
2)確定V帶的根數(shù)Z
確定
確定包角系數(shù)
確定帶長系數(shù)
計算V帶根數(shù)Z
由dd1=71mm, =1390r/min及=600r/min
查文獻(xiàn)[9]表4.5，得單根Z型V帶的額定功率分別為0.27kw和0.3kw，用線性插值法求=1390r/min時的額定功率P0值
kw
Z≥
查文獻(xiàn)[9]表4.7得 ≈0
查文獻(xiàn)[9]表4.8得≈0.93
查文獻(xiàn)[9]表4.2得=1
Z≥根
=0.293kw
=0
=0.93
=1
取Z=4根，
合適
f.計算單根V帶的初拉力
查文獻(xiàn)[9]表4.1得q=0.06kg/m
=()N
≈35.3N
g.確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，繪制帶輪工作圖
dd1 =71mm,采用實心式結(jié)構(gòu)
dd2 =160mm，采用孔板式結(jié)構(gòu)
B=(z-1)e+2f=(4-1)×12+2×8=52mm
帶傳動效率取 ，
3.2蝸輪蝸桿設(shè)計
采用阿基米德蝸桿傳動，其特點是：
a.齒廓凹凸嚙合的形式，而共軛曲面的當(dāng)量曲率半徑大，單位齒面壓力小。因而接觸強度得到提高。
b.瞬時接觸線方向與相對滑動速度方向的夾角比較大，有利于形成和保持共軛齒面間的動壓油膜。能夠減小磨損，提高傳動效率及可靠性。
c.基本齒廓為圓弧齒形，只要齒形參數(shù)選擇合適，就能增大齒根厚度，提高齒的彎曲強度和抗沖擊能力。
d.設(shè)計方便，工藝簡單。制造加工不需要特殊專用機床。
e.采用蝸輪正變位，變位系數(shù)一般在0.5以上嚙合性能好，能保證傳動質(zhì)量，當(dāng)然也應(yīng)該注意防止大變位引起的理論嚙合區(qū)減少，蝸輪齒面根切區(qū)擴大。以至齒頂變尖等現(xiàn)象。
總之它具有承載能力大，傳動效率高。使用壽命長，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。
A.模數(shù)m和壓力角α
通過蝸桿軸線并垂直蝸輪軸線的平面稱中間平面。在中間平面上，蝸桿與蝸輪的嚙合相當(dāng)于齒條和齒輪嚙合。阿基米德蝸桿傳動中間平面上的齒廓為直線，夾角為2α=40°蝸輪在中間平面上齒廓為漸開線，壓力角等于20°。顯然，蝸桿軸向齒距（相當(dāng)于螺紋螺距）應(yīng)等于蝸輪端面齒距，因而蝸桿軸向模數(shù)必須等于蝸輪端面模數(shù)；蝸桿軸向壓力角必須等于蝸輪端面壓力角，即==m， ==α。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓力角α=20°。
B.蝸桿標(biāo)準(zhǔn)直徑d1
為了保證蝸桿與蝸輪正確嚙合，蝸輪通常用與蝸桿形狀和尺寸完全相同的滾刀加工。區(qū)別在于蝸輪滾刀有刃槽，且外徑比蝸桿稍大，以便切出蝸桿傳動的頂隙。也就是說，切削蝸輪的滾刀不僅與蝸桿模數(shù)和壓力角一樣，而且其頭數(shù)和分度圓直徑還必須與蝸桿的頭數(shù)和分度圓直徑一樣。即同一模數(shù)蝸輪將需要有許多把直徑和頭數(shù)不同滾刀。為了限制滾刀數(shù)目和有利于滾刀標(biāo)準(zhǔn)化，以降低成本，特制定了蝸桿分度圓直徑系列的國家標(biāo)準(zhǔn)，即蝸桿分度圓直徑與模數(shù)m有一定的搭配關(guān)系，由此可見，同一模數(shù)只有有限幾種蝸桿直徑。蝸桿同螺旋一樣如果旋轉(zhuǎn)一周的周長為π其螺旋升角為γ，則沿軸線移動距離為（p為蝸桿軸向齒距）則可得：
(3-1)
(3-2)
式中q為蝸桿分度圓直徑與模數(shù)的比值，稱為蝸桿直徑系數(shù)，由上式可知，q值越小，即蝸桿直徑越小，則升角越大，傳動效率越高，但直徑變小會導(dǎo)致蝸桿的剛度和強度削弱，設(shè)計時應(yīng)綜合考慮。一般轉(zhuǎn)速高的蝸桿可取較小q值，蝸輪齒數(shù)較多時可取較大q值。
C.蝸桿螺旋升角與蝸輪螺旋角β
?一對蝸桿蝸輪嚙合時，蝸輪螺旋角β與蝸桿螺旋升角γ大小相等，且旋向相同，才能吻合一致，即=β。
D.蝸桿頭數(shù)和蝸輪齒數(shù)
蝸桿頭數(shù)愈多，角愈大，傳動效率高；蝸桿頭數(shù)少，升角γ也小，則傳動效率低，自鎖性好。一般自鎖蝸桿頭數(shù)取=1。常用蝸桿頭數(shù)=1、2、4，過多，制造高精度蝸桿和蝸輪滾刀有困難。蝸輪齒數(shù)=i。和取推薦值。為了避免根切，不應(yīng)少于26，但也不宜大于60～80。過多時，會使結(jié)構(gòu)尺寸過大，蝸桿支承跨距加大，剛度下降，影響嚙合精度。
E.傳動比i和中心距a
對于減速蝸桿傳動
（3-3）
式中：和分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)速r/min。對于單級動力蝸桿傳動，i=5～80，常用15～50。普通圓柱蝸桿減速裝置傳動比i的公稱值，推薦按下列數(shù)值選?。?；7.5；10；12.5；15；20；25；30；40；50；60；70；80，其中10；20；40和80為基本傳動比，應(yīng)優(yōu)先采用。非變位的標(biāo)準(zhǔn)蝸桿傳動的中心距為
（3-4）
式中，為蝸輪分度圓直徑，=m國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了中心距標(biāo)準(zhǔn)系列值：40．50．63．80．100．125．160．（180）．200．250. （280）. 315. 355. 400. 450. 500另外，為了配湊中心距，蝸桿傳動常需要變位。
所以取中心距a=80mm
蝸桿頭數(shù)Z1=1
蝸輪齒數(shù)Z2=30
蝸桿傳動的受力分析：
蝸桿傳動的受力分析與斜齒輪傳動相似。通常不考慮摩擦力的影響。
蝸桿傳動時，齒面間相互作用的法向力可分解為三個相互垂直的分力：切向力，徑向力r和軸向力。蝸桿，蝸輪所受各分力大小和相互關(guān)系如下:
(3-5)
式中：、、分別為蝸桿所受的切向力，軸向力，徑向力；、、分別為蝸輪的切向力，軸向力，徑向力；、分別為蝸桿、蝸輪的分度圓直徑；α為壓力角，T1、T2分別為蝸桿和蝸輪的轉(zhuǎn)矩，,i為傳動比，η為蝸桿傳動的總效率。
蝸桿，蝸輪上各分力方向的判定方法如下：切向力方向?qū)χ鲃蛹仐U，與其運動方向相反；對從動件蝸輪，與其受力點運動方向相同。徑向力各自指向輪心。而蝸桿軸向力的方向則與蝸桿轉(zhuǎn)向和螺旋線旋向有關(guān)。用左（右）手定則來判定比較方便：右旋蝸桿用右手，左旋蝸桿用左手，四指順著蝸桿轉(zhuǎn)動方向，四指伸直所指方向即為蝸桿軸向力的方向。蝸桿軸向力的反方向即蝸輪的切向力的方向。
蝸輪齒面接觸疲勞強度的計算主要是為了防止齒面產(chǎn)生點蝕。鋼蝸桿與青銅或灰鑄鐵蝸輪配對時，齒面接觸疲勞強度公式如下：
校核公式 （3-6）
設(shè)計公式 （3-7）
式中，K為載荷系數(shù)，用以考慮載荷集中和動載荷的影響。一般K=1.11.5。當(dāng)載荷平穩(wěn)、蝸輪圓周速度≤3m/s和7級以上精度時，取較小值，否則取較大值；為蝸輪許用接觸應(yīng)力（MPa），G為承載能力提高系數(shù)，對于普通圓柱蝸桿傳動，G=1；對于圓弧圓柱蝸桿傳動，G=1.10-3.9。當(dāng)中心距a和蝸輪齒數(shù)較小時，G取較大值；其他符號意義和單位同前。2．蝸輪輪齒彎曲疲勞強度計算對于閉式蝸桿傳動，輪齒彎曲折斷的情況較少出現(xiàn)，通常僅在蝸輪齒數(shù)較多(>80100)時才進(jìn)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(jìn)行設(shè)計。
A.按接觸疲勞強度計算
a.選 ,
查文獻(xiàn)[9]表7.2 取=4則 。
b.蝸輪轉(zhuǎn)矩
初選
c.載荷系數(shù)K
查文獻(xiàn)[9]表7.8 得K=1.1
d.材料系數(shù)
查文獻(xiàn)[9]表7.9 得
e.
f.初選m,
查文獻(xiàn)[9]表7.1 取m=4mm、=40mm、q=10,此時=640
g.導(dǎo)成角
h.許用接觸應(yīng)力
=242MPa
其中
B．計算傳動效率
a.滑移速度
b.齒合效率
由Vs=1.26m/s 查文獻(xiàn)[9]表7.5得 =2.433
（3-8）
0.70
c.傳動效率
（軸承效率=0.99，潤滑效率=0.98）
d.檢驗值
（3-9）
=2521.3
<640 原選參數(shù)強度足夠
C．確定傳動的主要尺寸
m=4mm, =40mm, =2, 中心距 a=100mm
a.蝸桿尺寸
a）分度圓直徑d
=40mm
b）齒頂直徑
c）齒根直徑
d）導(dǎo)程角
右旋
e）軸向齒距
f）輪齒部分長度
取=60mm
b.蝸輪尺寸
a）分度圓直徑d
b）齒頂圓直徑
c）齒根圓直徑
d）外圓半徑
e）蝸輪輪齒寬度
f）螺旋角
g）齒寬角
h）咽喉母圓半徑
D．潤滑方式
根據(jù)其具體的功用，采用噴油潤滑。
E．蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計
蝸桿：車制 蝸輪：采用齒圈壓配式結(jié)構(gòu)
3.3同步帶傳動設(shè)計
傳動功率
小帶輪轉(zhuǎn)速 大帶輪轉(zhuǎn)速
傳動用途：輕型包裝機 原動機種類：交流電動機 工作制度：8-10小時/天
由于轉(zhuǎn)速不大 所以選擇模數(shù)制同步帶(設(shè)計查表參照《機械設(shè)計手冊.機械傳動》成大先 主編
計算項目
單位
公式及數(shù)據(jù)
說明
設(shè)計功率
kw
查表12-1-67=1.2
=0.67kw
帶型或模數(shù)m
mm
根據(jù)和=30r/min
由圖12-1-8選取m4
-小帶輪轉(zhuǎn)速
小帶輪齒數(shù)
由表12-1-68
取
小帶輪節(jié)圓直徑
mm
帶速v
m/s
<
m=4mm
傳動比i
<10 合適
-大帶輪轉(zhuǎn)速
r/min
大帶輪齒數(shù)
大帶輪節(jié)圓直徑
mm
初定中心距
mm
初選mm
初定帶的節(jié)線長度及其齒數(shù)
mm
=687.244mm
查表12-1-54[8]
取
實際中心距a
mm
鑒于整體結(jié)構(gòu)中心距不可調(diào)
查表12-1-71
得
a=202.178mm
小帶輪嚙合齒數(shù)
帶寬
mm
模數(shù)制=
=
=148.4mm
取
=
-小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)=7所以
=1.00
單位帶寬許用應(yīng)力查表12-1-76[8]得：
=
因為v<0.1m/s取
=80N/mm
帶的單位寬度、單位長度的質(zhì)量由表12-1-76得：
3.4齒輪的設(shè)計
a．選擇齒輪的材料、精度、齒數(shù)和齒寬：
由于齒輪轉(zhuǎn)速不高，選7級精度，開式硬齒面齒輪傳動。小齒輪齒數(shù)Z1=20，則大齒輪齒數(shù)Z2= 40。齒輪的布置形式為非對稱布置，查文獻(xiàn)[9]表6.5，選齒寬系數(shù)。
b．按接觸疲勞強度計算：
a）取載荷系數(shù) Kt=1.5
b）小齒輪的轉(zhuǎn)距 T1=649.4N/m
c）大小齒輪的彎曲疲勞強度
查圖6.9[9] 得
d）應(yīng)力循環(huán)系數(shù) N1=60nJLh=60×7.5×3000×16=2160×109
N2= N1/i=108×108
e）彎曲疲勞強度
查文獻(xiàn)[9]圖6.7 KFN1=0.88 KFN2=1
f）計算許用彎曲應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)，應(yīng)力特征系數(shù)，則 MPa
MPa
g）查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
根據(jù)當(dāng)量齒數(shù)
由文獻(xiàn)[9]表6.4查取齒形系數(shù)和應(yīng)力校正系數(shù)
h）計算大小齒輪的并加以比較
c．設(shè)計計算：
a）計算齒輪模數(shù)
=3.52mm
b）計算圓周速度V
c）計算載荷系數(shù)
查文獻(xiàn)[9]表6.2得
根據(jù)V=0.0553m/s，10級精度，查文獻(xiàn)[9]圖6.10得
查文獻(xiàn)[9]圖6.13得齒間載荷分配系數(shù)=1
則載荷系數(shù)
d）校正并確定模數(shù)
mm 取=4mm
d. 計算齒輪傳動幾何尺寸
a）中心距a
mm 取a=120mm
b）兩分度圓直徑
c）齒寬
0.08×160=12.8mm 取18mm， mm
e. 校核齒面接觸疲勞強度
由公式6.12
確定公式中各項參數(shù)值
a)齒輪的接觸疲勞強度極限
按齒面硬度查文獻(xiàn)[9]圖6.8得，350MPa
b)接觸疲勞壽命系數(shù)、
查文獻(xiàn)[9]圖6.6得
c)計算許用接觸應(yīng)力 取安全系數(shù)，則
=1.05×350/1=367.5MPa
=1.1×350/1=385 MPa
=385 MPa
d)材料系數(shù)
由文獻(xiàn)[9]表6.3查得材料系數(shù)=146
校核計算
=
≈28.1 MPa≤385 Mpa 接觸疲勞強度滿足要求。
f. 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
大齒輪：分度圓直徑160mm，所以選用整體式結(jié)構(gòu)。
3.5料盤軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核
A.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu)，以及包括各軸段長度、直徑及其它細(xì)小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。
軸的結(jié)構(gòu)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它一些要求。由于影響因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性。但是，不論具體情況如何，軸的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下幾個方面的要求：
a.軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；
b.軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；
c.軸應(yīng)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(yīng)力集中。
B.軸的最小直徑估算
軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般已知裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率及傳動零件的類型和尺寸等。
轉(zhuǎn)軸受彎扭組合作用，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhuǎn)軸上各段的直徑。為此應(yīng)先按扭轉(zhuǎn)強度條件估算轉(zhuǎn)軸上僅受轉(zhuǎn)矩作用。
d=C (3-10)
C——計算常數(shù)，取決于軸的材料和受載情況。
當(dāng)軸段上開有鍵槽時，應(yīng)適當(dāng)增大直徑以考慮鍵槽對軸的削弱：d>100mm時，單鍵槽增大3％，雙鍵槽增大7％；d100mm時，單鍵槽增大5％～7％，雙鍵槽增大10％～15％。最后對d進(jìn)行圓整。
查表C=103 (當(dāng)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取較大值。)
料盤的實際功率很小，扭矩約等于零，取P=0.1kw,n=7.5r/min
最小直徑處有鍵槽，增大5%取=26mm
C.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。
b. 確定、選擇滾動軸承型號,取> 查軸承樣本，選用型號為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)料盤總體結(jié)構(gòu)取=68mm。
D.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(dāng)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(dāng)承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承；當(dāng)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(fù)荷和軸向負(fù)荷，也可承受純軸向負(fù)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）做出選擇。如表3-1所示：
表3-1深溝球軸承潤滑方式
d值界限（10mm·r/min）
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(jìn)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。
4.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(jìn)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(dāng)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)
4.2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(dá)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。
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
4.5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(jìn)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。
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計到此為止已接近尾聲，回顧整個過程，我覺得受益匪淺。畢業(yè)設(shè)計作為在大學(xué)里的最后一道學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，使理論與實踐更加接近，加深了我對理論知識的理解，強化了生產(chǎn)實習(xí)中的感性認(rèn)識。
對于計量裝置，我們還是比較陌生的，而咖啡粉枕式包裝機又是計量研究領(lǐng)域的先進(jìn)設(shè)備，因此，我的畢業(yè)設(shè)計必定存在不少問題。在解決這些問題時，我查閱了許多相關(guān)資料，并得到了陳樹祥老師的指點。
畢業(yè)設(shè)計是我們走向工作的前奏，作好畢業(yè)設(shè)計對我們以后的工作有很大幫助。而畢業(yè)設(shè)計完成得好壞離不開指導(dǎo)老師的幫助。完成本次畢業(yè)設(shè)計，首先要感謝陳樹祥老師，他在百忙之中抽出時間來指導(dǎo)、監(jiān)督我們，為我們糾正不少常見錯誤。其次要感謝我們所到的實習(xí)單位的技術(shù)人員，從他們身上我學(xué)到了不少相關(guān)知識。
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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007
附 錄
序號 圖 名 圖 號 圖 幅
1 咖啡粉包裝機總裝配圖 BFZ30-00 A0
2 料盤裝置裝配圖 BFZ30-11-00 A1
3 料盤 BFZ30-11-01 A1
4 軸承座 BFZ30-11-02 A2
5 轉(zhuǎn)軸 BFZ30-11-03 A2
6 機架 BFZ30-11-04 A2
7 量杯 BFZ30-11-05 A3
8 法蘭 BFZ30-11-06 A3
9 齒輪 BFZ30-11-07 A3
10 聯(lián)接盤 BFZ30-11-08 A3
11 料斗 BFZ30-11-09 A3
12 料盤罩 BFZ30-11-10 A3
13 活動底蓋 BFZ30-11-11 A4
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鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書 2007
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