顆粒包裝機設計說明書10.doc

目目 錄錄 摘 要 引 言 第第 1 章 設計任務 1 第 2 章 方案設計及選擇 2 2 1 立式連續(xù)制袋三邊封口包裝機 5 第 3 章 機械部分設計 8 3 1 成型器的選擇和設計計算 8 3 1 1 翻領成型器 8 3 1 2 象鼻成型器的設計 9 3 2 傳動系統(tǒng)方案設計 11 3 3 動力及運動參數計算 12 3 3 1 主電機的確定 12 3 3 2 主軸轉速計算 12 3 3 3 主軸功率計算 13 3 3 4 主軸最小直徑估算 13 3 4 熱封設計 14 3 4 1 縱封滾輪的設計及計算 14 3 4 2 橫封裝置設計 16 3 5 封合調整 18 3 6 引導裝置 22 第 4 章 UG 部分設計 23 4 1 建模 23 4 1 1 軸的建模 23 4 1 2 齒輪的建模 24 4 2 裝配 29 4 2 1 基本概念 29 4 2 2 裝配的方式 30 4 2 3 裝配模塊的啟動 30 參考資料 36 畢業(yè)設計總結 37 致 謝 38 摘 要 本論文是關于小顆粒食品的包裝設備簡稱顆粒包裝機的設計 顆粒包裝機 是將小顆粒的食品裝入袋內 再封裝 主要適用于小食品 醫(yī)藥產品的包裝 它具有操作簡單 生產量大 適用范圍廣等特點 顆粒包裝機主要由幾部分構成 引導成型部分 喂料部分 縱封牽引部分 橫封切割部分 塑料薄膜安裝在退卷裝置上 經過導輥的引導輸送塑料薄膜在 成型器的作用下形成袋狀 這時縱封將袋封上縱向口 喂料裝置下料 橫封輥 在將其封住橫向開口 并且切斷 至此一個包裝袋形成 本文從基本理論 基本工作原理 基本分析方法上對設計作了闡述 在本 次設計中采用了象鼻成型器 轉盤式定量供料器 滾輪縱封裝置 整體加工式 橫封輥結構 滾輪縱封裝置將以往的縱封和牽引合為一體 這樣既節(jié)省了空間 又使整 體更具有美觀性 整體加工式橫封輥結構將橫封和切斷裝置合成一體 減少了 封裝時間 最后一個重要的部分是 UG 的建模 裝配 Unigraphics 簡稱 UG 是當前世 界上最先進和緊密集成的 面向制造行業(yè)的 CAID CAD CAE CAM 高端軟件 作為一個集成的全面產品工程解決方案 UG 軟件家族使得用戶能夠數字化地 創(chuàng)建和獲取三維產品定義 UG 軟件被當今許多世界領先的制造商用來從事概 念設計 工業(yè)設計 詳細的機械設計以及更成仿真和數字化的制造等各個領域 本文詳細介紹了軸的建模 齒輪的建模 以及其裝配和動態(tài)仿真 關鍵字 顆粒包裝機 縱封 橫封 關鍵字 顆粒包裝機 縱封 橫封 UGUG 裝配裝配 引言 當今世界科學技術發(fā)展日新月異 產品的科技含量越來越高 高新技術產 品已進入家庭 世界進入知識經濟的時代 只有科學技術才能興國 由于一些 發(fā)達國家在計算機技術 微電子技術 人工智能技術 材料科學技術 空間科 學技術 制造工業(yè)技術 等領域處于領先地位 引進發(fā)達國家的先進技術為我 所用 是發(fā)展本國經濟的最佳途徑 我國是一個發(fā)展中國家 科學技術相對落 后 投入大量資金去研究發(fā)達國家已推向市場的產品或技術是完全沒有必要的 這不僅浪費資金 也拖延發(fā)展經濟的時間 而且涉及到發(fā)展經濟的科學技術領 域非常廣泛 我國也缺少巨額資金去進行大面積的科學研究 因此 引進發(fā)達 國家先進的科學技術或先進的產品 然后進行反求設計 仿照或創(chuàng)新設計更新 的產品 是發(fā)展中國家發(fā)展國民經濟的必由之路 因此 學習反求設計和進行 此次反求設計的課程設計對于我們機械專業(yè)的學生尤為重要 我們只有抓住此 次機會好好訓練 才能在以后的工作中有所貢獻 第 1 章 任務分析 完成包裝工序的機械通稱為包裝機械 包裝機械以中小型單機為主 具有 體積小 精密度高 易安裝 操作方便 自動化程度高等優(yōu)點 包裝機械的范 疇廣泛 種類繁多 包裝是產品進入流通領域的必要條件 而實現包裝的主要手段是使用包裝 機械 隨著時代的發(fā)展和技術的進步 包裝機械在流通領域中正起著越來越大 的作用 而顆粒包裝機的設計意義在于使小顆粒物品易于攜帶方便 且外形美 觀 我們設計的是一個自動制袋裝填包裝機 通常自動制袋裝填包裝機所采用的 包裝材料是卷筒式包裝材料 在機器上實現自動制袋 裝填 封口 切斷等全部包 裝工序 其包裝材料可以為塑料單膜 復合薄膜等 對于不同的機型 可以采用單卷 薄膜制袋或兩卷薄膜制袋的形式 但主要以前者居多 第 2 章 顆粒自動包裝機可行性論證 2 1 研究開發(fā)的目的意義 隨著人們生活水平的提高 對顆粒狀物料的包裝要求逐漸提高 長久以來 對于顆粒狀物料的包裝一直存在生產率低 充填精度不高 污染環(huán)境等問題 設計出能夠實現自動計量 成型 充填 封口的顆粒包裝機 對于解決此類問 題并滿足市場需求具有重要意義 2 2 目前國內外該產品的發(fā)展狀況 近十余年來 國際包裝界十分重視提高包裝機械及整個包裝系統(tǒng)的通用能 力和多功能集成能力 為市場開拓日新月異的多樣化商品提供及時靈活應變的 生產手段 同時基于合理簡化包裝和優(yōu)勢包裝工藝方法的實際需要 不斷探索 明顯地加快了自身技術革新的步伐 尤其是與現代自動機床同步發(fā)展相呼應 逐步明確 要想建立多樣化 通用化 多功能集成化的包裝機械新體系 首先 必須著重解決組合化和機電一體化的大問題 無疑這是今后的重要發(fā)展方向 中國真空包裝機形成行業(yè)僅 20 年 基礎相對薄弱 技術及科研力量不足 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 預測到 2010 年 國內行業(yè)總產值可達到 1300 億元 現價 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 我國真空包裝機起步于上個世紀 70 年代末 年產值只有七八千萬元 產品 品種僅有 100 多種 近 5 年來食品和真空包裝機行業(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 產品品種由 1994 年的 270 種發(fā)展到 2000 年的 3700 種 產品水平上了新臺階 開始出現規(guī)模化 成套化 自動化的趨勢 傳動復 雜 技術含量高的設備開始出現 可以說我國的機械生產已滿足了國內的基本 需求 并開始向東南亞及第三世界國家出口 如我國 2000 年的進出口總額為 27 37 億美元 其中出口額為 12 9 億美元 比 1999 年提高了 22 2 在出口 的機械品種中以食品 乳品 糕點 肉類 水果 加工機 烤箱 封裝 貼標簽 機 紙塑鋁復合罐生產設備等機械出口較多 食品機械如制糖 釀酒 飲料 真空包裝機等設備已開始成套出口 中國包裝機械起步較晚 起于上個世紀 70 年代 北京市商業(yè)機械研究所 在研究了日本的包裝機械后 完成制造了中國第一臺包裝機 經過 20 多年的 發(fā)展 中國包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一 為中國包裝工業(yè)快速發(fā) 展提供了有力的保障 有些包裝機械填補了國內空白 已能基本滿足國內市場 的需求 部分產品還有出口 但在目前 中國包裝機械出口額還不足總產值的 5 進口額卻與總產值大抵相當 與發(fā)達國家相去甚遠 在行業(yè)快速發(fā)展的同時也存在一系列的問題 現階段中國包裝機械行業(yè)水 平還不夠高 包裝機械市場日趨壟斷化 除了瓦楞紙箱包裝機械和一些小型包 裝機有一定規(guī)模和優(yōu)勢外 其它包裝機械幾乎不成體系和規(guī)模 特別是市場上 需求量大的一些成套包裝生產線 如液體灌裝生產線 飲料包裝容器成套設備 無菌包裝生產線等 在世界包裝機械市場中均被幾家大包裝機械企業(yè)集團所壟 斷 面對國外品牌強勁沖擊國內企業(yè)應該采取積極對策 從現階段情況看 全球的包裝機械需求以每年 5 3 的速度增長 美國擁 有最大的包裝設備生產商 其次是日本 其他主要生產商還包括德國 意大利 和中國 但未來包裝設備生產增長最快的是在發(fā)展中的國家和地區(qū) 發(fā)達國家 將從刺激國內需求中獲利 并在發(fā)展中國家尋找當地合適的生產廠家 特別是 在食品加工廠進行投資 提供包裝機械設備 而中國自加入世貿組織以來取得 了長足的進步 中國的包裝機械水平提升非?？?與世界的先進水平差距逐漸 縮小 隨著中國的日益開放 中國的包裝機械也將進一步打開國際市場 2 3 市場需求分析 要想在規(guī)定的時間內 為自己創(chuàng)造出最大的利益 就要確保自己的食品包 裝生產線運行良好 在生產過程中不會出現錯誤 這樣在盡量避免錯誤出現和 故障的影響 才會為企業(yè)獲得最大的利益 自動化水平在制造工業(yè)中不斷提高 應用范圍正在拓展 包裝機械行業(yè)中自動化操作正在改變著包裝過程的動作方 式和包裝容器及材料的加工方法 實現自動控制的包裝系統(tǒng)能夠極大地提高生 產效率和產品質量 顯著消除包裝工序及印刷貼標等造成的誤差 有效減輕職 工的勞動強度并降低能源和資源的消耗 具有革命意義的自動化改變著包裝機械行業(yè)的制造方法及其產品的傳輸方 式 設計 安裝的自動控制包裝系統(tǒng) 無論從提高包裝機械行業(yè)的產品質量和 生產效率方面 還是從消除加工誤差和減輕勞動強度方面 都表現出十分明顯 的作用 尤其是對食品 飲料 藥品 電子等行業(yè)而言 都是至關重要的 自 動裝置和系統(tǒng)工程方面的技術正在進一步深化 并得到更廣泛的應用 隨著人們生活水平不斷提高 對各種方便食品的需求也隨之大增 這近一 步拉動了我國食品包裝業(yè)的快速發(fā)展 2 4 產品原理方案分析 顆粒包裝機主要工作流程 顆粒物料計量 包裝制袋成型填充包裝切封成型 根據現有的顆粒包裝機來看 由于產品采用三封袋包裝已定 其制袋成型 填充包裝 切封成型基本與計量裝置的方案有直接關聯(lián) 因此 提升顆粒包裝 機包裝效率的關鍵技術在于計量方案的選擇 由現有的資料查知 計量方案主 要有以下三種 2 4 1定容積式計量 主要有 a 定容積量杯式計量方案 b 移動式定容積量杯自動計量的方案 c 轉鼓定容積式計量方案 d 螺旋輸送式定容積計量方案 上述a b c三種方案都是間歇式落料方案 也就是兩次落料過程之間有一 定的時間間隔 這樣有利于包裝制袋的橫封 并保證轉鼓 量杯計量的物品 與落人包裝袋中的物料容積保持一致 以確保計量的相對準確性 上述幾種落料計量方案 結構簡單 動作靈活 傳動效率高 但定容積 量杯和轉鼓容積不可調整 只能適用于某單一品種的某一限定計量的包 裝 且由于量杯 轉鼓的制造誤差 加上物料的密度變化 計量誤差無法調 整 螺旋輸送式計量雖可調整 但調整誤差 動作不夠敏捷 面對品種繁多 的商品自動化包裝要求 上述計量方案實用意義不大 都需要改進 2 4 2容積可調式量杯計量裝置 2 4 3容積可調式動態(tài)計量裝置 此方案采用步進電機為驅動元件 直接驅動螺旋推進器計量所包裝的物料 把整個落料過程電子秤動態(tài)檢測得的計量誤差反饋到計算機系統(tǒng) 相應做出反 應 實現了商品包裝中自動計量誤差的動態(tài)調整 進而實現更高的計量精度要 求 推薦方案 容積可調式動態(tài)計量裝置 其不僅操作方便 計量準確 適應性廣泛 結構也十分簡單 是值得推廣 的計量方式 2 5 技術發(fā)展趨勢與市場前景 2 5 1 技術發(fā)展趨勢 A 向多功能 高效 低耗的方向發(fā)展 許多加工設備 已經越來越被用 戶要求向著多功能方向發(fā)展 比如一套設備可以生產兩種以上的不同型號產品 因此包裝機械也必須向多功能方向發(fā)展 同時 要求設備提高效率 降低消耗 以降低成本 贏得市場 B 要求包裝機械向靈活性 柔軟性方向發(fā)展 對于同一種設備 每一個 用戶都有不同的要求 因為其產品各有特色 這就要求包裝機械 根據用戶要 求的不同而設計 變化 C 包裝具有保質期的食品 藥品等物料 一旦出現機械故障導致停產 就會導致物料積壓和浪費 所以更高的穩(wěn)定性 可靠性是一個發(fā)展方向 D 在采用技術上 越來越多地向高科技方向發(fā)展 包裝機械已越來越多 地采用了機 電 光 聲 磁 化 生等技術 使其越來越適合于各類戶的要 求 同時采用高新技術 操作方便 維修簡單 穩(wěn)定性好 壽命長 同時給生 產管理上帶來很大益處 E 包裝機械越來越多地體現出其社會性 如其對環(huán)境保護 使用安全等 方面的考慮 體現得越來越多 2 5 2 市場前景 顆粒包裝機市場前景廣闊 我國國民對日常用品特別是食品類的需求已從 最初的完全靠自主生產加工發(fā)展到現在的部分后大部分市場采購 多數一線城 市已經完全靠采購來滿足日常需求 而對于擁有 13 億人口的大國來說 這顯 然是一個巨大的發(fā)展空間 顆粒包裝機在其中必然扮演著重要角色 據統(tǒng)計 我國對顆粒包裝機類產品的需求量以每年 12 的速度增長 巨大的市場潛力下 我國的顆粒包裝機以國外先進技術為參照不斷進行創(chuàng)新 從原來的完全靠進口 彌補缺失迅速發(fā)展至現在的部分 大部分靠自主開發(fā) 新的市場形勢造就了新 的技術團隊 國內需求鏈的馬達也隨之啟動 2 6 產品成本及經濟效益分析 該顆粒包裝機的成本構成主要有 標準件費用 非標準件的材料和加工費 用 裝配費用 自動控制裝置的費用以及管理費用 2 6 1 標準件費用 統(tǒng)計標準件的種類 數量 和價格入下表 表 6 1 名稱數量 個單價 元成本 元 氣缸3100 300600 軸承1010100 螺栓820 541 螺母 墊片300 515 彈簧21 53 其他2010200 總計147959 2 6 2 非標準件材料費用 本包裝機使用材料種類主要鋼 不銹鋼 尼龍類 根據目前市場上各種原 材料的價格 對各種材料用量和費用進行估計如下表 表 6 2 材料用量 kg單價 元 噸成本 元 普通碳素鋼10800080 不銹鋼9015000 250001800 總計1021880 工時計算主要包括機加工 鑄造費用和裝配費用 工時的估算包括加工工 時和輔助工時 工時的成本標準按表 進行估算 工時計算詳細塑膠見表 所 示 2 6 3 非標準件加工費用 表 6 3 加工方法成本 元 車20 30 小時 銑30 50 小時 磨40 60 小時 鉗20 小時 鏜80 小時 非標準件的加工費用根據經驗大概可估算得 1600 元 臺 2 6 4 綜合各種費用列出成本核算表 表 6 4 項目費用 標準件費用959 非標準件材料費1880 非標準件加工費1600 裝配費用600 自動控制費用1300 管理費用500 總計6839 根據調查 目前市場上同類產品不同廠家的售價大概在 15000 到 25000 之 間 利潤空間在 8000 18000 左右 2 7 預期社會 經濟效益分析 經濟效益是通過商品的勞動和勞動對外交換所取得的社會勞動節(jié)約 用它 盡量減少勞動的耗費 這是為了取得更多的經營成果 提高經濟效益對社會等 具有十分重要的意義 目前的市場經濟的發(fā)展正在迅速的發(fā)展 市場經濟中出 現了供不應求的現象 這給市場經濟的發(fā)展帶來了一定的影響 根據市場的需 求以及商場中包裝行業(yè)的發(fā)展前景 設計出了該顆粒自動包裝機 本產品的研 發(fā)和生產不僅可以為企業(yè)帶來新的利益增長點 而且可以帶動相關產業(yè)的發(fā)展 提升相關產品的外觀質量 其預期社會效益和經濟效益包括以下幾點 1 減少對國外進口產品的依賴 快速發(fā)展的中國包裝工業(yè)和食品加工業(yè)需要進口大量高質量包裝機械和食 品加工機械 這給外國機械制造行業(yè)帶來了很大的商機 該產品的問世 預計 可以占據一定市場份額 從而是增加國產包裝機械的市場占有率 2 樂觀的市場前景 從市場需求看 隨著世界商品經濟日益繁榮 世界包裝市場巨大 僅我國 在 入世 后預測 2010 年 GDP 將比 2000 年翻一番 達到 20000 億美元 相應的包裝市場規(guī)模至少會達到 5000 到 6000 億人民幣 從而對包裝機械的市 場需 求量巨大 據專家預測 全球包裝機械需求年增長率為 5 3 左右 2005 年將達到 290 億美元 2010 年接近 400 億美元 而其中中國和印度將占 有最大的份額 因此對包裝機械市場的需求 國內 國際兩個市場都是巨大的 3 提高相關行業(yè)生產效率 該顆粒自動包裝機采用先進的關鍵技術 相比上一代的包裝機產品 生產 效率有很大提高 從而提高了生產效率 節(jié)約勞動成本和時間成本 2 8 本章小結 1 可行性論證報告主要是為了分析當前需求 以作出新的設計依據 再 根據經濟效益做進一步判斷 2 在分析中重要的是分析當前市場需求以及成本分析 控制好成本 把 握市場才能夠讓新產品獲得一席之地 第 3 章總體設計 3 1 顆粒自動包裝機的總功能 顆粒自動包裝機的黑箱圖 顆粒自動包裝機 操作指令 S 220V E 物料 包裝紙 M S 顯示 M 包裝好的成品 噪聲 發(fā) 熱 圖 3 1 黑箱圖 3 2 顆粒自動包裝機的分功能 顆粒自動包裝機 計量 數包裹 堆放 輸送量杯計量成品計數 圖 3 2 功能分解圖 3 3 顆粒自動包裝機功能求解 1 顆粒自動包裝機的功能結構圖 堆放 輸 送 量杯計量 電動機傳動機構裝袋橫 縱 封 成型送紙切斷成品 顆粒 220V 包裝 紙 指令 計數 包裝 速度 電控器機控器顯示器顯示 噪聲發(fā)熱 計數 圖 3 3 功能結構圖 2 探索功能元解并列出形態(tài)學矩陣如下 表 3 1顆粒自動包裝機的形態(tài)學矩陣 功能元 功能元解1234 A 能量傳遞蝸桿傳動錐齒傳動圓柱齒輪傳動雙曲柄機構 B 計量方式量杯計量螺桿式可調容量式氣流式 C 計數機械光學電感應電子掃描 D 橫 縱封 切 斷 鏈傳動齒輪傳動帶傳動蝸桿傳動 E 放紙 送紙自身摩擦力 輸送帶 F 換向蝸桿傳動齒輪傳動回轉導桿 取 6 種分功能的各一解法組合得到傳動裝置的一種方案 可組合的最多方 案數 N 4 4 4 4 2 3 1536 3 方案評選 考慮到 顆粒包裝機的工作環(huán)境 且需結構緊湊等方面的因素 有兩種 方案可作為參考 方案 1 A1B3C3D1E1F2 方案 2 A1B3C3D2E1F1 最后得出 方案 1 適用于橫封 方案 2 適用于縱封 3 4 顆粒包裝機的方案選擇 一般情況下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 這種機型是一種廣泛應用的機型 因其包裝原理的合理性和科學性而成為 較多采用的設計方案 根據這一包裝原理可設計出多種的袋型 例如 增加一 對縱封滾輪 使兩對縱封滾輪對稱布置在紙管兩邊緣 同時進行牽引縱封則形 成兩條縱封縫 經橫封后產生的袋型則為四邊封口袋 采用這種制袋方法主要 是以簡化成型器為出發(fā)點 使得成型器的加工變得簡單 節(jié)約成本 用一對對 稱的成型器 再用兩個送紙卷 兩邊同時供紙 這樣的包裝對稱美觀 起到一 種對稱美的作用 綜上所訴 采用立式連續(xù)制袋四邊封口包裝機 它將縱封和牽引合為兩對 縱封滾輪 節(jié)省了空間 提高了效率 簡化結構 又考慮到方便 造價低等特 點 此次選用立式連續(xù)制袋四邊封口包裝機 3 5 傳動系統(tǒng)方案設計 要實現包裝的全過程 主要是實現包裝的牽引走膜 下料及封切 也就是 說從塑料卷筒到最終成品要經過以下過程 圖 3 4 連續(xù)式自動制袋裝填包裝機傳動系統(tǒng) 1 主電機 2 皮帶 3 蝸輪蝸桿減速器 4 偏心輪機構 5 橫封器 6 縱封器 7 離合器 8 上料機構 9 不完全齒輪 10 行星齒輪差動器 11 伺服電機 12 無級變速器 動力由減速器輸出后 通過帶傳動帶動主軸 運轉 再通過主軸分配 形 成三路傳動 分別驅動定量供料器 8 縱封滾輪 6 以及橫封輥 5 三路傳動如 下 1 主軸 通過齒輪 Z20帶動二聯(lián)體齒輪的齒輪 Z52和 Z20 再經過二聯(lián)體齒 輪 Z52和 Z36傳到齒輪 Z36驅動軸 使定量供料器 8 回轉 2 主軸 通過錐齒輪 Z30帶動無級變速器的軸 變速器的輸出軸 經過 差動傳動裝置 綜合伺服電機 11 輸出的補償速度 再經過一對不完全齒輪 Z60 帶動軸 旋轉 從而驅動縱封滾輪 6 相對回轉 3 主軸 通過錐齒輪 Z36 帶動軸 的偏心鏈輪機構 4 輸出一個不等速運動 帶動齒輪 Z18 經齒輪 Z22和一對 Z30驅動橫封輥相對回轉 通過調節(jié)偏心鏈輪 的偏心值可以實現熱封速度的調整 作用在縱封滾輪上的牽引力應該與滾輪受到塑料薄膜給它的力相等 才能 使塑料薄膜勻速下滑 3 6 動力及運動參數計算 3 6 1 主電機的確定 由于整臺機器比較小 所以不需要較大的電機 而且電機要實現變速 綜合 上述條件后 參考有關資料選用型號為 Y801 4 的三相異步電動機 其主要性 能如下 表 3 2 電機的主要性能 功 率電 流轉 速 功率因數效 率起動電流 550W 4 17A 1400r min 0 64 63 29A 3 6 2 總體傳動比分配 定量供料裝置轉動一圈 可以填 6 袋 而機器的包裝速度是 36 60 袋 min 所以定量供料裝置最多要每分鐘轉 10 轉 所以定量供料裝置中心軸的轉速為 6 10r min 定量供料裝置的轉盤有 6 個定量孔 所以橫封器嚙合次數應該達到 36 60 次 min 初定袋長 80 140mm 而且再根據產量計算縱封器的轉速 計 算如下 max 140 60 2R 3 14 max 3 1 R 縱封器壓輥半徑 初定為 R 55mm 140 60 2 55 3 14 max max 121 6r min min 80 36 2R 3 14 min 3 2 min 41 7r min 根據所有執(zhí)行機構的軸的轉速設定如下傳動計算框圖 圖 3 5 傳動計算框圖 3 6 3 主軸轉速計算 綜合傳動計算框圖 主軸轉速計算如下 n主軸 n電機 i減速器 3 3 其中 nmax 電機 840 1400 r min n主軸 42 70r min 3 6 4 主軸功率計算 P 主軸 P電機 帶 減 聯(lián) 3 4 其中 帶 帶傳動效率 取為 0 96 減 蝸輪蝸桿減速器效率 取為 0 8 聯(lián) 聯(lián)軸器效率 取為 0 99 P主軸 550 0 96 0 8 0 99 418 2W 3 6 5 主軸最小直徑估算 d0A 20 6mm 3 3 P n 3 42 418 0 110 5 設計軸時一般考慮軸上的鍵槽對強度的影響 設計時應該根據槽的個數增 大尺寸 其經驗公式計算如下 d d023 624mm 3 6 3n 41 41 因為主軸與減速器由聯(lián)軸器連接 所以選擇標準件聯(lián)軸器的復合最小軸直 經為 d 25mm 所以主軸最小直徑為 dmin 25mm 功率分配 共有三條傳動線需要分配功率一條是橫封機構 一條是縱封機構 還有一 條是定量供料裝置 由于橫封機構需要的力相對來說不是很大 所以橫封機構 分配到的功率為總功率的 1 5 其它兩個占總功率的 4 5 縱封相對定量供料裝置 來說需要的力大一些 所以它分配到剩下功率的 1 5 則 P橫封 P主軸 418 2 83 6W 3 7 5 1 P縱封 P主軸 200 6W 3 8 5 4 5 3 P定量 P主軸 133 7W 3 9 5 4 5 2 3 7 熱封設計 塑料薄膜及其復合材料是自動制袋包裝機中最常用的包裝材料 特別是多 層復合薄膜 因為它的氣密性良好以及高強度而廣泛應用于食品包裝中 塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法 具體操作是 對塑料薄膜的兩個接 觸面加熱 使其處于熔融的熱塑化狀態(tài) 再給封接部位施壓 使薄膜兩個封接 面融合密封牢固 影響封合質量的因素主要是加熱溫度 封合壓力和和作用時 間 熱融封合的方法有多種形式 最常用的是電阻加熱法和脈沖加熱法 另外 還有高頻電加熱封合 超聲波加熱封合 電磁加熱封合和紅外線加熱封合等 每種方法均適用于一定品種范圍的塑料材料 在自動制袋裝填包裝機中 廣泛 應用電阻加熱的熱融封合方法 因其具有機構簡單 調控方便的特點 而且 用于食品包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復合材料居多 也就是說主要以聚乙烯 為熱封合材料 因此用電阻加熱封合法是完全能滿足要求的 6 連續(xù)制袋包裝機中有兩個封合裝置 縱封裝置和橫封裝置 分別實現包裝 袋的縱縫封接和橫向封合切斷 他們均采用電阻加熱的封合方法 3 7 1 縱封滾輪的設計及計算 在連續(xù)式自動制袋裝填包裝機中 由于薄膜連續(xù)輸送 因此其縱縫封接是 連續(xù)進行的 為此采用兩對滾輪式電阻加熱的熱融封接器來實現連續(xù)縱封 在 此 熱融封接滾輪不僅完成包裝薄膜制袋的縱向熱封 同時還起到對包裝薄膜 的牽引輸送作用 也就是說 牽引和縱封是同時進行的 牽引滾輪同時也是縱 封滾輪 在縱封滾輪的封合圓柱面上都加工有均勻細密的網紋 以增加封口的牢固 度 使熱封縫美觀而且質量保證 另外 由于縱封滾輪在工作中長時間處于加熱 狀態(tài) 并作連續(xù)相對滾壓運轉 因此需要有較好的綜合力學性能 在實際生產 中可采用合金結構鋼加工 如 40Cr 等鋼材制造 3 7 2 橫封裝置設計 橫封裝置用于復合薄膜包裝袋的橫向熱融封合 在熱封的同時起到分切包 裝袋的作用 當然 有些包裝機設有獨立的分切裝置 但采用橫封同時分切的方 式是連續(xù)式自動制袋裝填包裝機的共同趨勢 因為橫封切斷合二為一不但簡化 了傳動機構 而且對有色標薄膜帶的分切更準確 封切質量更高 生產效率更 高 圖 3 6 橫封裝置 1 2 橫封輥 3 滑動軸承座 4 橫封輥 5 齒輪 6 鍵 7 二聯(lián)體齒輪 8 軸承 9 螺栓 10 調壓支桿 11 電熱管 12 隔熱套筒 13 觸電凸臺 14 絕緣套筒 15 導線 如圖 3 6 所示 橫封裝置的結構 圖中的一對橫封輥 1 和 2 都具有兩個封 合面 對稱布置 相對旋轉一周則可封切兩次 完成兩袋包裝 橫封輥 1 的兩端裝有滑套軸承 17 通過軸瓦套 16 固定在支撐座 19 和安裝板 15 上 橫封輥 2 兩端的滑套軸承裝配在滑動軸承座 3 上 左右兩個滑動軸承座 可以在支撐座 19 和安裝板 15 的滑槽內移動 受彈簧力的作用 橫封輥 2 相橫 封輥 1 壓合 兩輥的左右圓環(huán)部分的圓周面保持緊密接觸 兩輥壓合力可以調 節(jié) 當旋緊調節(jié)套筒 5 時 彈簧 8 壓縮 使壓力增大 放松調節(jié)套筒則壓力減小 圓螺母 4 用來鎖緊調節(jié)套筒 動力有雙聯(lián)鏈輪 10 輸入 經中間雙聯(lián)齒輪 13 帶 動橫封雙聯(lián)齒輪 12 然后由相互嚙合的齒輪驅動兩個橫封輥作相對回轉 實現 封切 橫封輥的發(fā)熱源來自電熱管 20 電熱管從橫封輥的軸端穿入 其穿入長度 應比橫封輥的封切面稍長 以確保封切面受熱均勻 由于在運行過程中電熱管 隨橫封輥一起旋轉 因此需要在橫封輥軸端裝配電刷環(huán) 18 通過電刷導入電源 橫封輥的溫度 通過測溫頭測定 再由溫控表調節(jié) 測溫頭可裝配在滑動軸承 座 3 或軸瓦套 16 上 橫封輥的結構有兩種形式 分別是整體加工式和裝配式 整體加工式的橫 封輥是將回轉軸和熱封板加工成一體 如下圖所示 切刀 3 和刀板 2 分別裝嵌 在兩輥的槽隙內 由螺釘固定 圖 3 7 整體加工式橫封輥結構 1 4 輥體 2 刀板 3 切刀 5 電熱管 橫封輥的縫合面同樣加工有花紋 樣式與縱封輥一致 至于完成分切動作 的刀具 加工及材料有一定要求 一般情況下 帶刃口的刀具可用 T8A 材料加 工 刀口熱處理 HRC55 60 而平面刀板可用 45 號鋼加工 不處理 整體加工式的橫封輥 一般結構尺寸較小 適合小袋的包裝機 而裝配式 的橫封輥主要應用于較大包裝的機器 3 8 封合調整 對于連續(xù)式自動制袋裝填包裝機 縱封滾輪以一定值的速度運轉 使縱封 連續(xù)地進行 因此 包裝薄膜通過縱封牽引后被連續(xù)送進橫封裝置 由以上分 析可知 橫封輥在回轉一周的過程中 并非如縱封一樣每時每刻保持壓合熱封 狀態(tài) 它只有在封合面對接的時候才能進行熱封分切 在橫封輥對接的瞬間 運行的包裝薄膜被壓合 此時 必須保證橫封輥封合面的線速度與薄膜送進速 度一致 即橫封線速度 h v 應等于縱封牽引速度 z v 只有如此 才能保證封切質 量 否則 當 zh vv 時 會導致薄膜拉伸撕裂 而當 zh vv 時 會導致薄膜出 現皺折 假設縱封牽引速度 z v 保證在一個封切周期T內送進一個袋長l 而橫封輥 以 b v 勻速旋轉 并且一周封切兩次 于是有 hz v T R T l v 3 10 式中R為橫封滾輪最大回轉半徑 由此可見 要生產不同規(guī)格的袋長l 橫封 輥必須要有不同的半徑R與之對應 這樣的設計是非常不合算也不合理的 為此 在設計中 應使橫封輥R不變 采用一個不等速機構 使橫封輥在周期 T內作不等速回轉 以適應不同袋長的生產 從而使機器的通用性更好 借助不等速機構 在熱封切瞬時 使橫封輥對滾的線速度與薄膜送進速度達到 一致 在完成封切后又迅速退離 讓包裝物料順利通過 以免干涉 因此 可 保證封切質量合包裝工作的順利進行 要實現橫封不等速回轉運動 所采用的機構有多種 如偏心鏈輪機構 轉 動導桿機構 雙曲柄機構 變速鏈輪機構 橢圓齒輪機構等 在實際生產制造 中 根據運動特征 考慮其結構特點及制造工藝等 主要采用偏心鏈輪機構 轉動導桿機構和雙曲柄機構三種形式 這些不等速機構的運動特性均符合橫封 工作要求 調整方便 能適應不同的包裝工作速度和不同袋長 而且結構簡單 緊湊 制造方便 偏心鏈輪不等速機構 當主動軸等速回轉時 將帶動偏心鏈輪等角速回轉 由于偏心的作用 使 得通過鏈條帶動的從動鏈輪 1 的轉速發(fā)生周期性的變化 當偏心距增加或減小 時 將可改變周期中轉速快慢之間的差值 從動鏈輪 1 通過齒輪傳動帶動橫封 輥旋轉 由于其轉速周期性變化 因此 可以設計成 當橫封輥在熱封切時獲 得與送膜相等的速度 在熱封切后則快速分離 6 機構中設置有張緊輪 通過彈簧保持鏈條的張緊 圖 3 8 偏心鏈輪傳動示意圖 圖 3 8 是偏心鏈輪不等速機構的傳動示意圖 令主動鏈輪和從動鏈輪的節(jié)圓半 徑為R 兩輪回轉的中心距為d 主動鏈輪的偏心距為e 為主動鏈輪的轉 角 主動鏈輪以等角速 1 w 勻速旋轉 則從動力鏈輪的角速度 2 w 可通過下式計 算 cos2 sin 1 22 12 eddeR ed ww 3 11 對上式求極值可 w2max w1 即 imax 1 R e 1 R e w2min w1 即 imin R e 1 R e 1 因此變速范圍 n R 為 3 12 圖 3 9 偏心輪機構的輸出速度特性曲線 上圖 3 9 表明 變速范圍決定于偏心距e和鏈輪節(jié)圓半徑R 而與中心距 d無關 當R一定時 調整e即可獲得不同的變速范圍 若不斷調整e值 可得 到圖示的曲線簇 由圖可見 調整偏心距e 當其值由大到小變化時 所反應 的特性曲線越來越平坦 直到 0 e 變成勻角速 1 w 為止 隨著e值的變小 速度 極限角 1 和 2 分別向 2 和 2 3 趨近 直到 0 e 時 2 1 而 2 3 2 只要橫封輥在 1 角度位置處進行封切動作 則可滿足包裝工藝要求 由于e值的改變 使得在封切位置 1 處的 2 w 發(fā)生變化 而 2 w 的變化正好 適應不同袋長l的變化 具體推導如下 薄膜運動的線速v為 60 lQ v 3 13 式中v為薄膜運行線速 mm s l為薄膜袋的袋長 mm Q為包裝機生產 率 袋 min 而橫封輥封切的瞬時角速 w 為 2 wi r v w 3 14 式中r為橫封輥最大回轉半徑 mm i 為由從動鏈輪到橫封輥的傳動比 定 值 以帶兩個封合面的橫封輥為例 當從動鏈輪轉一周時 橫封輥應轉半周 即封 切一次 此時 2 1 i 因此由上式可得 r v w 2 2 3 15 把 3 13 式代入 3 15 式得 r lQ w 30 2 3 16 上式所示正是同一生產率下不同袋長l所要求的輸出角速度 2 w 可見在封切位置 1 處 e值由最大值變到最小值時 2 w 亦由最大值變到最 小值 而隨著 2 w 的變化 由式 3 16 可見 袋長l同樣由最大值變到最小值 因此 袋長l可以通過改變e值的大小來適應 若將e值用袋長量標刻在偏心鏈 輪半徑上 就能直觀地進行調整 為了合理實際機械機構 在偏心鏈輪上采取偏心值 e 的調整方法 這樣當 0 e 時 不等速機構的輸出角速度剛好能滿足不同袋長規(guī)格中薄膜袋的中間長 度的調整要求 偏心鏈輪隨著轉角 的變化 其輸出的角速度 2 w 在發(fā)生有規(guī)律的變化 如 果在調整偏心距e時 主從兩鏈輪處于任意嚙合位置 顯然不能滿足工藝要求 正確的方法應在橫封輥處于封切位置 即偏心鏈輪處于極限角 1 處時進行調整 在裝配和調整不等速機構時 可遵循以下方法 1 首先把偏心鏈輪調節(jié)在 0 e 處 即鏈輪中心和主軸中心重合 轉動偏 心鏈輪使其偏心線 即調節(jié)螺桿軸線 垂直于兩鏈輪軸的中心連線 同時使最 小袋長值的一邊靠近鏈條主動邊 2 確保橫封輥正處于熱合狀態(tài) 即封切刀相互接合狀態(tài) 3 配上鏈條 完成安裝 4 按要求調節(jié)偏心值e到需要的袋長值 如此即可啟動機器工作 偏心鏈輪不等速機構的有點在于結構簡單 精度要求較低 使用調整方便 但 其調速范圍因為取決于鏈輪偏心值e 因此受到結構的限制 而且e值大側鏈 條張緊輪擺動范圍大 其張力波動大 對運動不利 另外 此結構步適于告訴 運動合可逆?zhèn)鲃?速度越高 鏈條跳動越歷害 3 9 引導裝置 引導裝置主要是一系列導輥組 通過導輥的作用 使包裝材料帶平展輸送 并起到自由轉向 校正糾偏的作用 導輥的機構很簡單 主要由心軸 輥筒和軸承組成 如圖 3 9 所示 圖 3 9 導輥結構 1 螺母 2 彈簧擋圈 3 軸承 4 心軸 5 輥筒 心軸固定安裝在支座上 使輥筒在軸上能靈活轉動 輥筒一般用不銹鋼管 表面拋光制作 也可用工程塑料管等材料制造 無論用何種材料 輥筒外表面 應保持光潔圓滑 以便使薄膜帶輸送平滑穩(wěn)定 一臺包裝機一般有若干支導輥 安裝時須確保平行 并且按薄膜帶的走向 設定安裝位置 導輥的數量與薄膜帶輸送速度有關 對于牽引速度高的包裝機 薄膜帶高速輸送 則需要較多數量的導輥以提高薄膜帶輸送的穩(wěn)定性 反之 牽引速度較低的包裝機 配置較少的導輥即可滿足要求 3 10 本章小結 1 在總體設計中 首先運用黑箱圖 功能分解圖以及形態(tài)學矩陣 將所需 產品進行徹底分析 得到合適的原理方案設計 2 由于創(chuàng)新設計所以在成型器方面做出改進 那么原來的三封口包裝機改 為四封口的 同時要求增加一對縱封滾 這樣的改進在整體上對整個包裝機確 實有一點改動 但是對于整體的結構方案并沒有太大的影響 第 4 章 制袋及導向部件的設計 4 1 成型器的設計 在制袋過程中 制袋成型器在卷筒薄膜由舒展平坦輸送到卷折成各種袋型 的過程中起到一個十分關鍵的作用 它對包裝的形式 尺寸以及包裝質量有直 接的影響 因此成型器的選擇和設計計算是非常重要的 設計和制造成型器的關鍵為 1 盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力 使薄膜不產生縱向或橫向的拉伸 變形以及皺折等 2 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 結構簡單可靠 制造方便 調試容易 常用的成型器主要有以下幾種 4 1 1 翻領成型器 如圖式 薄膜由最后一根導輥引入 經翻領曲面滑入加料管 5 和成型筒 6 的間隙間 在這一過程中 薄膜自然卷合成圓筒狀 由此可見 其設計關鍵在 于正確設計翻領曲面與成型筒曲面的拼接曲線 要求自然圓滑地過渡 圖 4 1 翻領成型器工作原理 如圖示 用一張邊長等于成型器筒周長的方形紙 緊貼包卷在圓筒外表面 將上端打開并且無折皺地翻展 即可形成翻領成型器的工作曲面 工作曲面與 圓筒曲面的交接線就是需要設計所求的拼接曲線 圖中 b 為展開的平面曲線圖 其中 r 為圓筒半徑 由于翻領成型器計算繁瑣 設計時 采用了象鼻成型器 4 1 2 象鼻成型器的設計 對于象鼻成型器 其安裝角可取 125 圓弧槽半徑推薦值為 aR3 0 1 0 根據參數a a和R可求出 值 h值和n值 如下圖所示 圖 4 2 象鼻成型器參數及其截面示意圖 象鼻成型器的兩邊都帶有護邊目的是防止成型器曲面過長而導致薄膜貼合 不良而跑偏 影響翻折制袋 折邊的寬度可取 20 15 m mm 下圖中 在 D處 三角板離上頂面距離為m 實際生產中 往往將GD段截斷 在G處設 置導輥將薄膜直接引入D處 6 圖 4 3 象鼻成型器結構及展開圖 象鼻成型器的制造一般采用不銹鋼薄板 要求外表面光滑平整 其三角部 分合圓弧槽部分可用整塊板料卷曲而成 因為它們的展開寬度是相等的 下圖 中所示是象鼻成型器結構及展開圖 沿虛線卷折即可制得成型器 圖中參數可 通過計算加以選擇 在下表中 列出了多種象鼻成型器的設計參數 這是實際 應用中所設計的成型器 可供參考選擇 表 4 1 象鼻成型器參數 mm b e f g h i j k m n 50 133 101 68 76 33 49 68 89 28 3 55 143 111 78 86 38 54 78 99 32 6 60 153 121 88 96 43 59 88 109 36 9 65 163 131 98 106 48 64 98 119 41 2 70 173 141 108 116 53 69 108 129 45 5 75 183 151 118 126 58 74 118 139 49 8 80 193 161 128 136 63 79 128 149 54 1 在設計象鼻成型器時應注意 除了折邊部分外 其寬度應與薄膜寬度大致相等 理想狀態(tài)是 制造完工的成型器 其表面寬度比薄膜大 15 0 mm 這樣可確保 薄膜自然貼合成型器而不起皺 4 1 3 新型成型器的設計 對于以上兩種成型器的研究可以發(fā)現二者雖然使用方便 成型效果好且廣 泛使用 但是它們都有一個共同的缺點或者說不足 那就是設計和加工此類的 成型器復雜 加工工藝復雜 成本較高 為此 我在象鼻成型器的基礎上進行 了創(chuàng)新設計 改進成了一種新型的成型器 命名為長方形成型器 該成型器的 優(yōu)點在于結構簡單 制造加工工藝簡單 節(jié)約成本且最后的包裝袋對稱美觀 圖 4 4 長方形成型器 為滿足顆粒包裝機的功能需求 該成型器采用不銹鋼材料 成型器安裝孔 成型器螺栓調節(jié) 孔 下面是成型器其他安裝調節(jié)部件的設計 1 成型器的安裝桿 圖 4 5 上端安裝桿 圖 4 6 下端安裝桿 注 上 下兩端的安裝桿采用不銹鋼材料 不允許生銹 才可以滿足生產要 求 水平調節(jié)孔 與成型器安裝 孔配合的桿 肋板 圖 4 7 縱向安裝及調整架 該縱向調整桿也是采用不銹鋼材料 足夠的剛度和強度 保證成型器的安裝和 調節(jié)功能 圖 4 8 整體裝配圖 縱向調整孔 螺栓孔 成型器 上端安裝 桿 下端安裝 桿 調節(jié) 螺栓 縱向 安裝 桿 采用對稱的成型器設計及調整 能夠完成空間三維 xyz 方向的調節(jié) 4 2 成型器及其部件的尺寸計算 4 2 1 成型器的尺寸計算 圖 4 9 成型器主視圖 圖 4 10 左視圖 圖 4 11 俯視圖 4 2 2 其他部件的尺寸計算 圖 4 12 上端安裝桿主視圖 圖 4 13 上端安裝桿俯視圖 圖 4 13 縱向安裝調整架 4 2 2 成型器材料的選擇 該成型器采用厚度為 0 5mm 的 304 不銹鋼材料 也就是 06Cr19Ni10304 不 銹鋼是一種很常見的不銹鋼 業(yè)內也叫做 18 8 不銹鋼 它的抗腐蝕性能要優(yōu) 于 430 不銹鐵 耐腐蝕耐高溫 加工性能好 因此廣泛使用于工業(yè)和家具裝飾 行業(yè)和食品醫(yī)療行業(yè) 例如 一些高檔的不銹鋼餐具 浴室廚房用具 4 2 3 成型器的加工工藝 毛胚 切割 沖壓 折彎 拋光 沖安裝調節(jié)孔 加工 M6 螺紋孔 焊接壓紙板 成型器的表面粗糙度達到 Ra1 6 以保證足夠的光滑 才能使包裝紙順利成 型及導向 去毛刺是為了避免刮破包裝紙 公差計算 成型器的安裝孔直徑為 15mm 采用基孔制 公差帶代號為 H7 查表得上偏差es 0 018 下偏差為ei 0 4 2 4 其他部件的加工工藝 1 上端安裝桿的加工工藝 毛胚 焊接 沖孔 去毛刺 上端安裝桿與下端安裝桿的工藝相同 材料是 304 不銹鋼 2 縱向安裝架的加工工藝 毛胚 切割 沖孔 加工 M6 螺紋孔 去毛刺 縱向安裝架采用 304 不銹鋼 厚度是 6mm 公差計算 上端及下端安裝桿的圓柱桿部分是直