【毕业设计论文】咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计-说明书【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕 业 设 计 说 明 书 咖啡粉枕式包装机总体设计及 计量装置设计 本科生毕业设计说明书 1 目 录 1前言.9 2咖啡粉枕式包装机总体设计.11 2 . 1 动力设计12 2 . 1 . 1 电动机的选择12 2 . 1 . 2 计算传动装置运动和动力参数12 2 . 1 . 3 传动装置的总传动比及分配各级传动比的计算13 3 传动装置设计15 3 . 1 V 带设计15 3 . 2 蜗轮蜗杆设计16 3 . 3 同步带传动设计22 3 . 4 齿轮的设计24 3 . 5 料盘轴的结构设计和校核27 4.计量装置设计29 4 . 1 料盘装置设计30 4.2 量杯尺寸确定.30 4.3 料盘结构尺寸确定.31 4.4 联接盘设计.32 4.5 料盘罩设计.32 5 结论.33 参考文献.34 致 谢.35 附 录.28 咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计 2 1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 本科生毕业设计说明书 3 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。 咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计 4 2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 本科生毕业设计说明书 5 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： ()/ 60 1000vdn= （2 - 1 ） v - - 料盘的转动线速度 拟定 0 . 2 5 m / s d - - 料盘直径 拟定 2 9 4 m m 由公式 4 - 1 得： () 60 1000/nvd= = 7 . 5 r / m i n B . 传动效率的计算： 由于传动装置较为复杂，取保险效率 = 25 v iiii 带蜗杆同步带齿轮轴承 = 25 0.95 0.8 0.98 0.980.99= 0 . 6 8 C . 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 1d 查轴承样本，选用型 号为 3 6 2 0 6 的角接触球轴承，其内径 d = 3 0 m m , 外径 D = 6 2 m m , 宽度 B = 1 6 m m 。 c . 段直径 3 d ，为方便安装， 3 d 应略大于 2 d ，取 3 d = 3 6 m m 。段长度 3 L ，根据 料盘总体结构取 3 L = 6 8 m m 。 D . 轴承的选择 选择滚动轴承的类型，一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同 的条件下，滚子轴承比球轴承承载能力大，适用于载荷较大或有冲击的场合。当承 受纯径向载荷时，通常选用径向接触轴承或深沟球轴承；当承受纯轴向载荷时，通 常选用推力轴承；当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时，可选用角接触球轴承。 根据轴的应用场合可知，轴主要受到径向力和轴向力。查询常用滚动轴承的性 能和特点，选择角接触球轴承。角接触球轴承的性能特点：可同时承受径向负荷和 轴向负荷，也可承受纯轴向负荷。应用场合：适用于刚性较大跨距不大的轴及须在 工作中调整游隙的场合。 E . 轴承的润滑 润滑对于滚动轴承具有重要意义。轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力， ，还 具有散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等。润滑方式与轴承速度有关，一 般根据轴承的 d n值（d 为滚动轴承内径，单位 m m ；n 为轴承转速，单位 r / m i n ）做 出选择。如表 3 - 1 所示： 表 3 - 1 深沟球轴承润滑方式 d n值界限（1 0 4 m m r / m i n ） 轴承类型 脂润滑 油润滑 深沟球轴承 1 6 2 5 轴承的润滑方式选择脂润滑。 F . 滚动轴承的密封 轴承工作时，润滑剂不允许很快流失，且外界灰尘、水分及其他杂物也不允许 本科生毕业设计说明书 29 进入轴承，故应对轴承设置可靠的密封装置。密封装置可分为接触式和非接触式两 类。 a . 接触式密封 通过轴承盖内部放置的密封件与传动轴表面的直接接触而起密封作用。密封元 件主要用毛毡、橡胶圈、皮碗等软性材料，也有用减磨性好的硬质材料如石墨、青 铜、耐磨铸铁等。 b . 非接触式密封 接触式密封必然在接触处产生摩擦，非接触式密封则可以避免此类缺点，故非 接触式密封常用于速度较高的场合。 由于转速大于 5 r / m i n 选择非接触密封。 4.计量装置设计 料盘装置工作原理是：料盘装置是由料盘，料盘罩，转轴，法兰，连接盘，活 动底盖，开盖销，闭盖销等主要部件通过一些辅助件连接在一起。其工作原理：料 盘是可以转动的，料盘中有圆周等分装配的 4 个量杯，在各个量杯的底部均有一个 活动底盖封闭其出口，在料盘内还设计一个料盘罩，上部开有一个圆孔，可以通过 料斗进料。转轴带动法兰旋转，法兰通过连接盘带动料盘连续旋转，由于料盘罩固 咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计 30 定不动，因此料盘罩可以把充填入量杯的物料面刮平，保证各量杯所盛的物料容积 相同。当量杯随料盘转到卸料位置时，活动底盖被开盖销碰开，物料靠自重向下卸 出，经成型器充填入包装内。随后料盘继续回转，使活动底盖碰到闭盖销令其回复 原位，重新另一个充填的过程。 4 . 1 料盘装置设计 图 3 . 1 料盘装置结构 4.2 量杯尺寸确定 量杯内径可以按照包装粉剂的体积多少来做相应大小的量杯，由于包装咖啡的 体积小，选择量杯外径 40mm，为了加工方便其他尺寸相应取整。其尺寸如图 3.2。 本科生毕业设计说明书 31 图 3 . 2 量杯 4.3 料盘结构尺寸确定 料盘直径的大小决定了料盘装夹量杯的尺寸和排部，料盘的直径不宜过大，太 大会增加总体的尺寸，导致制造成本的提高；料盘直径过小，达不到量杯排部的要 求。综合因素考虑取料盘直径2 9 4 m m , 高度 1 0 0 m m 。 料盘的材料为 2 C r 1 3 料盘上分布四个放量杯的沉孔，其尺寸同量杯外轮廓尺寸。 图 3 . 3 料盘 咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计 32 为保证料盘和料盘轴同步转动料盘上端用圆头螺母卡在料盘轴上保证轴向固 定，下端用联结盘连接法兰，法兰用键和轴连接保证同步转动从而带动料盘转动。 4.4 联接盘设计 联接盘的主要作用是连接料盘和法兰。上端用两个销与料盘相连，下端用四个 螺钉与法兰连接。其尺寸受料盘尺寸限制。其结构如图 3.4 图 3 . 4 联接盘 4.5 料盘罩设计 料盘罩的作用是挡料，一方面防止料从料斗下落时发生的逸散、飞溅，另一方 面是在装料过程中刮平量杯里的料，其结构尺寸由料盘尺寸和量杯的位置确定。 图 3 . 5 料盘罩 本科生毕业设计说明书 33 5 结论 本课题是经过对包装要求和条件的分析，选择型号为 Y 8 0 2 - 4 的电机，选择了 v 带和蜗杆蜗轮机构作为减速机构，运用了齿轮传动和同步带传动并且对齿轮、轴、 带轮、蜗杆蜗轮进行了设计校核，所设计的包装机横封、竖封、走带都是用凸轮机 构，主要针对用塑料袋包装的食品。其计量装置采用容积计量主要是针对咖啡粉一 类粉状食品设计的。计量用的量杯可以根据包装食品体积的不同做相应大小的内径。 料盘采用回转式圆盘，四周均匀分布四个量杯，其回转一周可以完成四个计量动作。 设计的包装机能满足加工要求，运转平稳，工作可靠，结构简单，便于调整和 维修。 咖啡粉枕式包装机总体设计及计量装置设计 34 参考文献 1 宫相印主编. 食品机械与设备 M . 北京：中国商业出版社，1 9 9 3 2 陆振曦、陆守道主编. 食品机械原理与设计 M . 北京：中国轻工业出版社， 1 9 9 5 3 伍水顺、张裕中主编. 食品机械自动控制 M . 北京：中国轻工业出版社， 1 9 9 4 4 徐灏主编. 新编机械设计师手册 M . 北京: 机械工业出版社, 1 9 9 5 5 叶伟昌主编. 机械工程及自动化简明设计手册( 上册) M . 北京: 机械工业出 版社, 2 0 0 1 6 叶伟昌主编. 机械工程及自动化简明设计手册( 下册) M . 北京: 机械工业出 版社, 2 0 0 1 7 M 编写组编. 中国轴承新旧型号对照手册. 北京: 兵器工业出版社, 1 9 9 5 8 成大先主编. 机械设计手册 M . 北京: 化学工业出版社, 2 0 0 4 9 徐锦康主编. 机械设计 M . 北京: 机械工业出版社，2 0 0 1 1 0 张聪主编. 自动化食品包装机 M . 广东: 广东科技出版社, 2 0 0 3 1 1 王旭、王积森主编. 机械设计课程设计 M . 北京: 机械工业出版社, 2 0 0 4 本科生毕业设计说明书 35 致 谢 本次毕业设计到此为止已接近尾声，回顾整个过程，我觉得受益匪浅。毕业设 计作为在大学里的最后一道学习环节，使理论与实践更加接近，加深了我对理论知 识