咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书2007目录1前言.12咖啡粉枕式包装机总体设计.32.1动力设计.42.1.1电动机的选择.42.1.2计算传动装置运动和动力参数.42.1.3传动装置的总传动比及分配各级传动比的计算.53传动装置设计.73.1V带设计.73.2蜗轮蜗杆设计.83.3同步带传动设计.143.4齿轮的设计.163.5料盘轴的结构设计和校核.194.计量装置设计.214.1料盘装置设计.224.2量杯尺寸确定.224.3料盘结构尺寸确定.234.4联接盘设计.244.5料盘罩设计.245结论.25参考文献.26致谢.27附录.28盐城工学院本科生毕业设计说明书200711前言食品包装是指为在流通过程中保护食品，方便储运，促进销售，按一定技术方法而采用容器、材料及辅助物等的总体名称，也为达到上述目的而采用容器、材料和辅助物的过程中施加一定技术方法的操作活动。食品包装是生产的继续，是实现食品价值和使用价值并增加价值的一种手段，它对食品生产有着重大意义。食品包装是食品生产的最后一道工序，是商品的组成部分；它是食品进入流通领域的必要条件；它有利于食品的卫生；它能减少食品损耗，降低生产成本。食品包装应主要考虑：食品的性质和特点；食品的生产、流通与消费的社会性；合适的包装材料与包装机械。随着食品生产与商品流通的发展，食品包装的形式日益繁多，按照食品包装在商品流通中的作用进行分类，它分为销售包装与运输包装两类。销售包装（包括内包装和中包装）的主要目的是促进商品的销售，它除具有保护食品，方便流通基本功能外，还具有美化食品、宣传食品，促进销售的功能。销售包装一般与充填、包封、灌装、封口及贴标签等机械联系在一起1。食品包装技术的应用及其创新，极大地推动着包装机械的发展。应用与现代食品工业的自动化包装大多数以生产线的形式出现，集机、电、气、液控制于一体，成套性强、可靠性高。并且，以模块化组合的形式出现，具备系列化、标准化、通用化的特点。此外，越来越多采用的微机控制、模拟控制等高新技术，使包装机械跃上一个新台阶。咖啡粉枕式包装机是实现咖啡粉销售包装的主要机械工具。包装机械工具的使用不仅体现了现代生产的发展方向，同时也是提高经济效益的重要途径。1）包装机的使用大大提高了产品的数量和质量，提高了产品的竞争能力。2）包装机械不仅可以大大改善操作条件，而且能最大限度的避免操作人员同食品直接接触是可能产生的污染，从而保证食品的清洁卫生和金属制品的防锈防蚀。采用机械化包装就可以把人们从复杂、笨重的手工劳动中解放出来，减轻了体力劳动的强度，增进了工人的健康。3）机械包装的生产能力一般比手工包装提高几倍、十几倍甚至几十倍，不仅提高了劳动生产率，而且能更好的适应市场的实际需要，加速产品的更新换代。4）咖啡粉在手工包装过程中容易发生逸散、飞溅现象，采用机械包装则会大大地减少损失，节约原料，有利于提高经济效益。随着市场经济的发展，包装工业在国民经济中所占的比重和作用也越来越大。我国成功加入WTO后，全球经济贸易一体化进程的发展促使商品流通领域的竞争更加激烈，人们在追求商品内在质量的同时，对商品包装的要求也越来越高。20世纪80年代后，我国的包装机械的生产和设计取得了巨大的发展，大量填补国内空白的包装机械问世，品种规格不断增加，同时出现了很多包装机械的生产企业，许多研究机构着手研究包装机械，高等院校也纷纷设立了包装工程专业，从而形成了一个独立的的包装机械行业。进入21世纪，包装机械除继续增加新品种外，在产品的技术水平、内在质量和性能等方面都有了很大进步，这一切都与包装机械的设计有着密切的联系2。本课题设计的内容是设计咖啡粉枕式包装机。课题来源于盐城市盛和轻工机械咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计2厂。本课题有两个人共同参与，本人设计的内容为咖啡粉枕式包装机，具体任务是进行总体设计、计量装置设计及横封切断装置设计。需要解决的问题主要有:根据包装袋的形状、尺寸、袋内咖啡粉的体积、封边方式的要求完成包装袋封口位置、装料位置及计量装置形式的选择；卷筒、光电检测器、成形器、牵引棍、纵封棍等部件先后位置的确定；横封头及加料装置的设计；不等速机构、无级变速机构的设计及位置布置。本课题设计思路：分析封袋的封装要求以及封袋总体尺寸确定包装的总体工艺方案。包装过程：片状包装纸由卷筒引出，经光电检测器再由成形器成形和牵引辊，纵封辊制成包装。已充填包装物的包装袋上下整形输出，经输送带送到横封头横封并切断排出成品。传动部分是：主电机将运动传入横封传动轴，再经不等速机构带动横封头传动，不等速机构是用来调整横封头的封切瞬时速度，使之与包装袋移动速度同步的。调节无级变速差动机构可以得到所需袋长。工艺方案确定后，根据封袋的大小及咖啡粉的多少来确定各个部分的尺寸，保证各个部件之间工作连续可靠，包装机总体结构的紧凑，本装置用容积计量装置对粉式装料咖啡进行计量。为保证封袋两侧大小相等，故在机构中有成形器和牵引棍。为保证包装纸的运动速度与横封速度的同步，故用光电传感器对其进行检测并用超越电机动作使之运动或制动停止达到对速度误差进行补偿的目的。为了避免包装过程中得到的袋长误差，故有调节无级变速差动机构可以对得到的袋长加以调整。本课题需要解决的问题主要有:根据包装袋的形状、尺寸、袋内咖啡的体积、封边方式的要求完成包装袋封口位置、装料位置及计量装置形式的选择；卷筒、光电检测器、成形器、牵引棍、纵封棍等部件先后位置的确定；横封头及加料装置的设计；不等速机构、无级变速机构的设计及位置布置；差动机构的设计；误差补偿机构对各个部分误差进行补偿。咖啡粉是粉状食品，包装速度为30袋/min，包装膜为PP卷、最大宽度50mm、长度50m。咖啡粉包装机由计量充填装置、封口装置、牵引装置、动力机构组成。各个装置之间通过一定的传动关系联系在一起，协调的工作。本设计的重点是在完成包装机总体设计的基础上完成计量装置的具体设计和横封切断机构的三围结构设计。本包装机为粉类食品专用，其料盘上的主要零件均为自行设计加工。设计时尽量使用标准件和通用件，非标准件设计尺寸是取整，以便缩短设计周期，降低加工难度，提高经济效益。所设计的包装机为企业的生产提供参考。本课题的设计意义及价值：所设计的设备应能满足咖啡粉包装要求，保证包装膜对正，便于调整，结构简单、运转平稳，工作可靠，便于维修。盐城工学院本科生毕业设计说明书200732咖啡粉枕式包装机总体设计咖啡粉枕式包装机的包装原理：咖啡粉枕式包装机整体是由几个机构组成，主要有：料盘装置，横封装置，竖封装置，走袋装置，料卷装置，电机等通过一定的传动关系组成。塑料薄膜卷在料卷装置上通过成型器成型形成卷筒状然后通过竖封装置热封，再通过牵引机构向前走袋，在走袋的过程中料盘装置把计量好的咖啡粉通过料斗注入竖封好的袋中，最后通过横封机构横封切断，包装完成。根据包装机的要求，在包装过程中要确保各个装置之间运动协调。图2.1包装机总体结构图传动方案要满足工作可靠、结构简单、尺寸紧凑、传动效率、使用维护便利、工艺和经济性好等要求。经过分析与比较,决定采用如下运动方式：电动机带动V带轮转动,经过蜗杆蜗轮减速带动凸轮轴转动，然后一部分动力通过用同步带轴，同步带轴通过一对齿轮把动力传给料盘轴。用蜗杆蜗轮减速是因为它的传动比大可以一次将转速降到需要的大小，使结构简单；用一根轴同时带动横封机构、竖封机构、走带机构既能使结咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计4构简单又能保证三者之间同时协调的工作；用同步带传动既能保证准确的传动比又能实现较大中心距的传动。整个机构结构紧凑，传动平稳，冲击小。2.1动力设计2.1.1电动机的选择电动机的容量（功率）选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或电动机因长期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成浪费。A.料盘转速的计算：/601000vdn（2-1）v-料盘的转动线速度拟定0.25m/sd-料盘直径拟定294mm由公式4-1得：601000/nvd=7.5r/minB.传动效率的计算：由于传动装置较为复杂，取保险效率=25v带蜗杆同步带齿轮轴承=250.950.80.980.980.99=0.68C.式中0.95带,0.99轴承,0.98齿轮，0.8蜗轮，0.98同步确定电机的输出功率P：由于料盘的转速很慢P<0.5kw查表16-1-288，根据其中Y系列电动机技术数据选择电动机的型号为Y802-4，额定功率0.75Kw，满载转速为1390r/min，安装类型为B5型。2.1.2计算传动装置运动和动力参数I轴n1=mni带(2-2)n1=1390600/min2.3167rP1=Po·带(2-3)P1=0.75×0.95×0.99=0.705kw盐城工学院本科生毕业设计说明书20075T1=119550pn(2-4)T1=0.705955011.22600NmII轴n2=1160030/min20nri蜗杆P2=1P蜗杆轴承=0.705×0.99×0.8=0.558kwT2=220.55895509550177.6330pnN·m轴n3=230152nri同步带/minP3=P2·轴承·轴承·齿轮·同步带=0.558×0.99×0.99×0.98×0.98=0.525kwT3=330.52595509550334.2515pnN·m轴n4=3157.5/min2nri齿轮P4=P3·轴承齿轮=0.525×0.99×0.98=0.51kwT4=440.5195509550649.47.5pNmn表2-1参数表参数轴名电动机轴轴轴轴轴转速n/r.min-1139060030157.5功率P/KW0.750.7050.5580.5250.51转距T/N.m2.211.22177.63334.25649.4传动比i2.3167222效率0.940.790.940.972.1.3传动装置的总传动比及分配各级传动比的计算电动机选定后，根据电动机的满载转速nm及工作轴的转速nw即可确定传动装置的总传动比i=nm/nw。具体分配传动比时，应注意以下几点：咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计6a.各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，对减速传动尽可能不超过其允许的最大值。b.应注意使传动级数少传动机构数少传动系统简单，以提高精度。c.应使各级传动的结构尺寸协调匀称利于安装，绝不能造成互相干涉。d.应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑。电动机满载转速nm=1390r/min工件（料盘）转速wn=7.5r/min机构总传动比i=185.33213112.32()EtDHKTZudu2.3167i带，20i蜗杆，2i同步带，2i齿轮盐城工学院本科生毕业设计说明书200773传动装置设计3.1V带设计小带轮1390/minnr小大带轮600/minnr大初定传动比139013960060i带传递功率P=0.75kw设计项目设计依据几内容设计结果a.选择V带型号1）计算功率dP2）V带型号查文献9表4.6得工作情况系数AK=1.1dP=AKP=1.1×0.75按dP=0.825kw，n小=1390r/min查文献9表4.11选Z型V带dP=0.825kw选Z型V带b.确定带轮的直径dd1dd21）选取小带轮的直径dd1=71mm2）验算带速3）确定大带轮的直径dd24）算从动轮实际转速2n5）算实际传动比参考文献9图4.11及4.449，选取小带轮的直径dd1=71mmV=1d13.14d60000n=7113903.14601000m/sdd2=1idd1=1390/600×71mm查文献9表4.4考虑到三角带的滑动系数1=0.02则2n=dd1/dd2×1n（1-1）=71/160×1390（1-0.02）1i=1n/2n=1390/604dd1=71mmV=5.165m/s在525m/s内，合适dd2=160mm2n=604r/min1i=2.3c.确定中心距a和带长Ld1）初选中心距a00.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)取a0=200mm2）求带轮的计算长度L3)计算中心距a4)确定中心距的调整范围L=d1d20d1d203.14(dd)2a2(dd)24a=772.756mm查表4.29取L=800mma=do(L-L)2oa=(800772.7562002)=213.5mmmaxa=a+0.03ld=(213.5+0.03×800)mmL=800mma=213.5mmmaxa=237.5mm咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计8mina=a-0.015ld=213.5-(2×8.5+0.009×800)mmmina=189.3mmd.验算小带轮的包角11=180°-(dd2-dd1)×57.3°/a=156°120°1=156°合适e.确定V带的根数Z1)确定额定功率P02)确定V带的根数Z确定0P确定包角系数K确定带长系数lK计算V带根数Z由dd1=71mm,n小=1390r/min及n大=600r/min查文献9表4.5，得单根Z型V带的额定功率分别为0.27kw和0.3kw，用线性插值法求n小=1390r/min时的额定功率P0值00.30.270.2713906001390600PkwZcaoolpppKK查文献9表4.7得0P0查文献9表4.8得K0.93查文献9表4.2得lK=1Z0.8253.0270.2930.931根0P=0.293kw0P=0K=0.93lK=1取Z=4根，合适f.计算单根V带的初拉力0F查文献9表4.1得q=0.06kg/m202.55001caPFqvvzK=(20.8252.550010.065.1655.16540.93)N0F35.3Ng.确定带轮的结构尺寸，绘制带轮工作图dd1=71mm,采用实心式结构dd2=160mm，采用孔板式结构B=(z-1)e+2f=(4-1)×12+2×8=52mm带传动效率取0.95带，0.99轴承20.750.950.990.705Pkw3.2蜗轮蜗杆设计采用阿基米德蜗杆传动，其特点是：