封口包装机设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 三角包装袋形式的液体立式成型充填封口包装机设计 成型充填封口包装机是能够完成包装容器的成型，充填，封口的机器。按其功能可以分为袋成型充填封口包装机和热成型充填封口包装机两大类型。其中立式袋成型充填封口包装机是包装机械中应用最广泛，批量最大的机型之一，其特点是被包装材料的供料筒设置在制袋器内侧，制袋与充填物料由上到下沿竖直方向进行。该成型机器主要由计量装置，传动系统，横封和纵封装置，成型器，充填管及薄膜牵拉供送机构等部件组成。本次设计的包装机为三角包装袋形式的液体立式成型充填封口包装 机，选用翻领式成型器，机械无级调速装置，高频加热式横封器，纵封牵拉滚轮通过传动，执行机构实现包装机的包装参数要求。 关键词： 包装机，计量装置，成型器，机械无级调速装置 Title The Design of Triangular Form of Liquid Packaging Bags Vertical Shaped-filling-sealing Packaging Machine Abstract Shaped-filling-sealing packaging machine is a machine which can model， fill， seal of the packing container。 It can be divided into two types by the function ,including bag modeling packing machine and hot modeling packing machine. The upright sack modeling filling sealing packing machine is the most applicative type. The character of this type of packing machine is as following .The material canister is in the bag making ware ， and bag making and atling is completed from top to bottom . This machine is mostly composed of metering device， transmission agent， crosswise and vertical envelop device， former， stowing pipe and film hauling and pulling feed deliver mechanism. The packing machine designed now is upright sack modeling filling sealing packing machine for paper cornucopia bag . In this machine ,there is lapel type former， - II - mechanism infinite speed variation device， dielectric heating crosswise enveloping ware and the truck of vertical enveloping. keywords packaging machine ,metering device, former, infinite speed variation 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 目 录 引言 . 1 1 成型充填封口包装机概述 . 5 1.1 成型充填封口包装机的发展概况 . 5 1.2 成型充填封口包装机的分类及特点 . 5 2 袋成型充填封口包装机 . 6 2.1 分类及组成 . 6 2.2 立式袋成型充填封口包装机 . 6 3 立式袋成型充填封口包装机典型部件设计 . 7 3.1 三角袋成型器的设计 . 7 3.2 机械无级调速装置 . 12 3.3 高频加热式横封器 . 13 3.4 纵封牵拉滚轮 . 13 3.5 总体布局图 . 14 4 设计数据计算 . 15 4.1 确定主轴转速 . 16 4.2 轴的设计 . 16 4.3 选择电动机 . 19 4.4 蜗轮减速器的设计 . 20 4.5 锥齿轮的设计 . 24 4.6 V 带设计 . 27 4.7 双联滑移齿轮设计 . 29 毕业设计总结 . 33 致 谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 34 附 录 . 35 本科毕业设计说明书 - 1 - 引言 买文档送全套图纸 扣扣414951605引言 - 2 - 本科毕业设计说明书 - 3 - 包装机械根据包装物与包装材料的供给方式，可分为全自动包装机械及半自动包装机械 ； 按包装物的使用范围划分，还可分为通用包装机、兼用包装机及专用包装机 ； 依包装种类可分为内包装机及外包装机等 。近几年来我国的包装机械虽然发展很快， 产品水平 也上升到了 新台阶，开始显现规模化、成套化、自动化的趋势，传动复杂、技术含量高的设备开始出现。但是与国外产品相比仍然存在很大的技术差距。 我国现有的一些包装机械产品技术含量不高，而国外已将很多先进技术应用在包装机械上，如远距离遥控技术 (包括监控 )、步进电机技术、自动柔性补偿技术、激光切割技术、信息处理技术等。国内大多以生产单机为主，而国外大多为成套生产线，很少单机 销售。我国的食品和包装机械单机多、成套少，通用机型多、满足特殊要求、特殊物料的设备少 ；技术含量低的多，高技术附加值、高引言 - 4 - 生产率的产品少 ； 智能化设备还处于研制阶段。我国食品和包装机械产品的质量差距主要表现在稳定性和可靠性差、造型落后，外观粗糙、基础件和配套件寿命短、无故障运行时间短、大修周期短，且绝大多数产品还没有制定可靠性标准。 同时 我国食品和包装机械主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进，很少有自行研究开发的。目前国内的科研、开发投人较少。我们的开发手段落后，现在好一点的企业开展了 “甩图版工程 ”，但真正使用 CAD 的还很少。产品开发缺少创新，难上水平。生产手段落后，大部分还是用陈旧的通用设备加工。新产品开发不但数量少，而且开发周期长。在企业管理上，往往重生产加工、轻研究开发、创新不够，不能紧跟市场需求及时提供产品。 现在随着人们 膳食结构的调整和饮食习惯的改变，促进了食品加工业的快速发展，增加了对高品质的包装机械和食品加工机械的需求。 所以 现代包装机设计应该满足 “绿色设计 ”，即人性化设计的要求。它是面向质量设计、装配设计、制造设计、维修设计、可靠性设计的综合设计。包装 机械 的设计要考虑到可靠性、安全性、环保性、低噪音等各方 面的因素。充分体现原理优化、结构优化、制造优化、造型优化。 按包装机械的工作原理与结构性能通常将包装机械分成八个组成要素： ，被包装物品的计量与供送系统；该系统是指将被包装物品进行计量，整理，排列，并输送至预定工位的装置系统。有的还完成被包装物品的成型和分割。 ，包装材料的整理与供送系统；该系统是指将包装材料进行定长切断或整理排列，并逐个输送至预定工位的装置系统。 ，主传送系统；该系统是指将被包装物品和包装材料由一个包装工位顺次传送到下一个包装工位的装置系统。 ，包装执行机构； ，成品输出机构。 ，动力机与传动系统；该系统是指将动力机的动力与运动传递给执行机构和控制元件，使之实现预定动作的装置系统。 本科毕业设计说明书 - 5 - ，控制系统；控制系统由各种自动和手动控制装置组成，是现代包装机械的重要组成部分，包括包装过程及其参数的控制，包装质量，故障与安全的控制等。 ，机身；机身用于支撑和固定有关零部件，保持其工作时要求的相对位置，并起一定的保护和美化外观等作用。本次包装机械的毕业设计涉及到大学期间所学的机械原理，机械设计，机械系统设计，机电传动控制，测试与传感等多门课程。作为大学四年的最后一次大型的综合性设计它会提升我们综 合运用所学知识，融合各个学科，交叉运用各个学科知识的能力，很好的培养了我们的研究能力，设计能力和动手能力，认真完成本次的毕业设计可以为我们将来的学习和工作打下良好的基础。 三角包装袋形式的液体立式成型充填封口包装机设计 1 成型充填封口包装机概述 1.1 成型充填封口包装机的发展概况 成型充填封口包装机是能够完成包装容器的成型，充填，封口的机器。我国的成型充填封口包装机起步较晚， 80 年代以前只能生产几个品种，且水平很低。自 70 年代末， 80 年代初起，由于我国改革开放，经济飞速发展，人 民生活水平不断提高，对包装产品的数量和质量的需求不断增加。这种市场需求的刺激，加上国家和政府主管部门的重视，政策引导和积极扶持，使成型充填封口包装机的研究，设计和制造得到迅速的发展。机电一体化和微机控制也为研发成型充填封口包装机提供了广阔的前景。 1.2 成型充填封口包装机的分类及特点 成型充填封口包装机按其功能可以分为袋成型充填封口包装机和热成型充填封口包装机两大类型。 1 袋成型充填封口包装机 袋成型充填封口包装机是将卷筒状的挠性包装材料制成袋筒，充入物料后，进行封 口，三个功能自动连续完成的机器。袋成型充填封口包装机应用广泛，可包装液体，糊状物料，也可以包装颗粒和固体物料。包装袋的形式有枕形袋，三封袋，四封袋，砖形袋，屋形袋，角形自立袋等多种类型。 引言 - 6 - 2 热成型充填封口包装机 热成型充填封口包装机是在加热的条件下，对热塑性的片状包装材料进行深冲形成包装容器，然后进行充填和封口的机器。该机器一般使用两层卷料，一层是“成型”卷料，另一层是“盖封”卷料。“成型”卷料经过加热成型制成包装容器，由工人或自动充填装置填料后，再将“盖封”覆盖在容器上，用加热的方式与容 器四周凸面密封，再由冲裁装置冲裁成单个的包装盒。 2 袋成型充填封口包装机 2.1 分类及组成 袋成型充填封口包装机常用于包装块状，片状，粒状，梗枝状，粉状以及流体和半流体物料。其特点是直接用卷筒状的热封包装材料，自动完成制袋，计量和充填，排气或充气，封口和切断等多种功能。热封包装材料主要有各种塑料薄膜以及由纸，塑料，铝箔等制成的复合材料，它们具有防湿阻气，易于热封和印刷，质轻柔，价廉，易于携带和开启等优点。根据制袋与充填物料的方向不同，袋成型充填封口包装机一般分为立式和卧式两种类型。 2.2 立式袋成型充填封口包装机 立式袋成型充填封口包装机是包装机械中应用最广泛，批量最大的机型之一，其特点是被包装材料的供料筒设置在制袋器内侧，制袋与充填物料由上到下沿竖直方向进行。该成型机器主要由计量装置，传动系统，横封和纵封装置，成型器，充填管及薄膜牵拉供送机构等部件组成。其工作原理（如图 1 所示）为：放置在支承装置上的卷筒薄膜 1，绕经导辊组2，张紧装置 3，通过成型器 4 卷成薄膜圆筒裹包在充填管 5 的表面。先用纵向热封器 6 对卷成圆筒的接口部位薄膜进行纵向热封，得到密封管筒，然后筒状薄膜移动到横封器 7 处进行横封，构成包装袋筒。计量装置（图中未画出）把量好的物料，通过上部的充填管 5 充填到包装袋内，再由横向热封器 7 热封并在中间切断，形成包装袋单元体，同时形成下一个筒袋的底部封口。 本科毕业设计说明书 - 7 - 图 1 立式袋成型充填封口包装机工作原理图 1卷筒薄膜； 2导辊组； 3张紧装置； 4成型器； 5充填管； 6纵向热封器； 7横向热封器 3 立式袋成型充填封口包装机典型部件设计 3.1 三角袋成型器的设计 三角袋立式成型充填封口包装机的三角袋有四个侧面，外形象粽子，常用于包装小份量的咖啡，牛奶，袋乳 品，蜂蜜，糖浆，果汁或者其他类似的产品。因这种袋开口后还须保持原形而依然挺立，所以应该采用金属或其他较厚的材料制成。翻领式成型器由外表为领状而内表面为圆形的内外工作曲面组合而成，平张薄膜沿着翻领外表面翻折并沿着管子内壁下降。当其强制通过该成型器后，其纵缝就互相搭接或者对接而形成筒状，成型时运动阻力较大，容易造成拉伸等塑性变形，故对单层塑料薄膜的适应性较差，而适用于金属膜或者其他较厚的材料。这种成型器广泛的应用于立式充填封口机上，该设计中的袋宽尺寸通过更换成型器来实现。 薄膜在通过该成型器的时候应该力求不产生 纵向与横向拉伸变形，使成袋第 3章 立式袋成型充填封口包装机典型部件设计 - 8 - 的外形平整美观，符合制袋要求。因此，在设计翻领式成型器的时候，不但要考虑形状和尺寸，更主要的在于确定其领口交接曲线，该设计中选用圆形加料管翻领式成型器。 图 2 圆形料管翻领式成型器的几何图形及参数关系图 如上图 2，圆形料管翻领式成型器的几何图形及参数关系图，为推导方便，取直角坐标 xyz ，设料管的中心线为 Oz 轴，它同 xOy 平面的相贯线是以r 为半径的一个圆。平张薄膜经过导辊引至成型器未 折弯以前要求与 ABC共面，则构成等腰三角形，且与 xOy 平面的夹角为 ，显然 D 是 AB直线的中点， A C D B C D ,则 ACS 与 BCS 对 xoz 呈对称曲面， SCS 即为翻领式成型器的交接曲线。 S 是该曲线的最低点，位于 x 轴上， c 为最高点，在 xOy 平面上的投影点是 N，也位于 x 轴上。 若将 AC 任意延长至 T 点，依次作 /TT Oy ， /T E Oz ， /CE Ox ，由此得知 CET ， CTT 均为直角，且 CTT 与 ABC 共面， CET 与 xOz 共 本科毕业设计说明书 - 9 - 面。在领口交接线上任取一点 P，连 PT，令 PT f ， CT e ， P 点在 xOy平面上的投影为 Q 点，令 NQ u ， uN O Qr 。为求 PQ 与 u 的函数关系，又令 CN h ， PQ z ，并写出 P 点的坐标： cosxr ， sinyr ，()zu ，同理可以写出 T 点的坐标： c o stx r e ， ty etg ，sintz e h，进而求得： 2 2 2 2( ) ( ) ( )t t tf x x y y z z 代入以上各坐标值则得： 2 2 2 2( c o s c o s ) ( s i n ) s i n ( ) f r e r e t g r e h u 通过解析作图法求解，得到交接曲线上任意点 P 的轨迹方程： 21( s i n ) ( c o s ) ( 1 c o s )2 ( 1 1 )( 1 s i n )e t g u r r e r uuh e 221 22 ； ( 1 2 )( 1 s i n ) 2 c o sbre h b t g r 设计中如果能首先确定袋子的净宽 b，料管半径 r，翻领三角平面的后倾角 及其半顶角 ，领口交接曲线的最大高度 h，则可以求得 e 值。再利用公式（ 1 1）计算出与每一段弧长 u 对应的在交接曲线上各点高度 ()u ，便不难连成交接曲线（ scs 为成型器的领口交接曲线） 确定 , , ,rh 各参数必须满足包装工艺的要求： 圆形料管的半径。 由于袋筒的内表面与料管的外表面近似直接触，故取 bb r r 翻领三角平面的后倾角 翻领三角平面的后倾角与三角板成型器的安装角相似， 角越大则薄膜通过成型器的阻力越大，而结构尺寸却趋于减小，这样包装机的总体尺寸就显得更加紧凑。生产实践表明，翻领式成型器后倾角的可取范围较宽，即6 0 6 0 oo: ，此设计中取 45o 。 第 3章 立式袋成型充填封口包装机典型部件设计 - 10 - 翻领三角平面的尺寸 由图可知，三角平面 ABC 是将平张薄膜从导辊牵至成型器最高点 C，在开始折弯成型之前用来引导和承载包装材料的，其形状尺寸应该由底AB=2b，高 DC a (或者顶角 2ACB B)来决定。如前所述 b 值与袋子尺寸有关，至于 a 值的大小实际上反映了引导面的大小，若 a 值太小不仅起不了引导与承载的作用，而且会使薄膜在交接曲线附近的运动阻力过大，容易引起拉伸变形。反之，若太大又会导致成型器结构不够紧凑，并增加了薄膜与成型器表面之间的摩擦。设计中可取 ah ，则 bbtgah ；设计时为使领口交接曲线比较精确，对 来说在 0 : 范围内一般不应少于八个计算点，而在 2: 之间因曲线对称，无需重复计算。 领口交接线的最大高度。 由于领口交接线是一条空间曲线，因此对于某一特定的 r , 和 而言，由式（ 1 2）可见，其领口交接线的最大高度 h 与线段 e 的长度有关。当 e值由 0 变化时， h 则由某一高度值逐渐趋小， 直至减为2 2 c o s1 s i nb t g rh ；当 e 值取得较大时， h 较小，成型器较矮，薄膜在成型时变形急剧，阻力增大，不利于制袋。当 e 值取得较小时， h 较大，成型器较高，虽然薄膜成型时变形和阻力较小但是结构不紧凑，而且导致加料管悬臂增长，受力情况变差，对制造与使用都会带来困难。当 2cosre 时， h 的变化已经极为缓慢，所以可以取 20cosre 。将（ 1 2）代入上述不等式中，得到：1c o s c o s41 s i nb r b t ghh ；（ 1 3）为了不使成型器尺寸过大，通常 h 值在1h计算值附近取整数。 翻领成型器的参数计算： 设计参数：制袋尺寸：长 120 180mm，宽 100 150mm；后倾角 45o 。袋宽取 100mm进行计算，其他袋宽尺寸的算法与此相同。 确定圆形料管的半径 r 由式 bb r r 100 31.83mm 本科毕业设计说明书 - 11 - 确定三角平面的顶角及领口交接曲线的最大高度 取翻领成型器的引导面长与领口交接曲线的最到高度相等，则100btg hh ，再运用式（ 1 3）求交接曲线的最大高度的计算值111001 0 0 c o s 4 5 3 1 . 8 3 c o s 4 5 1 0 0c o s c o s441 s i n 1 s i n 4 5b r b t g hh ooo化简得： 22111 . 7 0 7 1 7 8 . 0 4 1 1 0 0 0hh 解得：1 1 0 2 .7 4h m m；故取 110h mm 1 0 0 1 0 0 4 2 . 3110r c t g r c t gh o 确定领口交接曲线的轨迹点： 由式（ 1 2 ） 221 22(1 s i n ) 2 c o sbre h b t g r 代入得：221 1 0 0 2 3 1 . 8 32 5 7 . 3 31001 1 0 ( 1 s i n 4 5 ) 1 0 0 2 3 1 . 8 3 c o s 4 5110e m m oo若沿着料管的半周长 (100 )mm 分成 10 等分，并分别将 u 值代入下列曲线高的计算式： 21( s i n ) ( c o s ) ( 1 c o s )2()( 1 s i n )e t g u r r e r uuh e 21 0 0 15 7 . 3 3 ( 3 1 . 8 3 s i n ) 3 1 . 8 3 ( 5 7 . 3 3 c o s 4 5 3 1 . 8 3 ) ( 1 c o s )1 1 0 21105 7 . 3 3 ( 1 s i n 4 5 )uu oo经计算得出下表所示值： 0o 18o 36o 54o 72o 90o 108o 126o 144o 162o 180o u 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ()u 110 109.26 106.73 101.97 94.69 84.72 72.07 56.91 39.54 20.40 0 第 3章 立式袋成型充填封口包装机典型部件设计 - 12 - 3.2 机械无级调速装置 图 3 无级调速装置 1螺母； 2 v 形带； 3键； 4弹性定位套； 5分离锥盘； 6可动分离锥盘； 7调节螺母； 8调节螺杆； 9手轮； 10锁紧螺母 本机采用机械式无级调速装置，根据实 际需要包装速度可以在 15 20袋 /min 范围内任意调节，图 3 所示为无级调速装置结构图。分离锥盘 5是不动的，由输出轴通过弹性定位套 4 加以固定，当需要变速时，首先松开锁紧螺母 10，转动手轮 9，调节螺杆 8转动时，带动调节螺母 7 轴向移动，分离锥盘 6 也轴向移动，使三角胶带沿径向外移或内嵌。因而改变输入与输出轮的作用半径，达到无级调速的要求。机械无级调速机构的类型 本科毕业设计说明书 - 13 - 很多，但多数是利用摩擦传动机构实现的，由于其结构简单，传动平稳，噪声小，使用维修方便，效率高，所以在各类机械中得到了广泛的应用。但由于摩擦副元件的弹性滑动，存 在速度损失，所以不能用于要求调速精度高的场合。该设计采用宽 V带式机械无级调速装置，其传动比范围为 2 4。 3.3 高频加热式横封器 图 4 高频加热式横封器 1， 3 封合电极 2，弹性夹板 4，加热切刀 上图 4 所示为高频加热式横封器的截面图。它左右两只电极，即封合电极。其间通入高频电流进行加热。在电极两外侧各配置一对弹性夹板，以利于减少电极合拢时的刚性冲击和对封口缝的拉力。电极表面胶粘着环氧板及聚四氟乙烯编织物作为耐热，绝缘，防粘材料，与薄膜偶尔被热穿时可以防止高频加热切刀与封合电极直接接触而产生 的电火花现象。这种高频加热式横封器兼有横封和切断的功能。 3.4 纵封牵拉滚轮 该立式包装机的纵封牵拉滚轮选用热辊加压封合，如图 5 所示，将一对或其中一个相向等速回转的辊筒 1加热，使连续通过其间的薄膜 2受压封合，因为三角袋立式包装机袋用材料较厚，所以易采用这种热封加压封合方法。这组纵封牵拉滚轮兼有纵封和牵拉薄膜的功能。该设计中纵封滚轮的转动是通过一对锥齿轮传动从主轴上得到。 第 3章 立式袋成型充填封口包装机典型部件设计 - 14 - 图 5 热辊加热封合 1辊筒； 2薄膜； 3封缝 3.5 总体布局图 本科毕业设计说明书 - 15 - 1，料斗 2，阀开度调节器 3，翻领式成型器 4，锥 齿轮 5，双联滑移齿轮 6，二轴 7，凸轮 8，主轴 9，蜗轮减速器 10，无级调速装置 11，电动机 4 设计数据计算 设计参数 制袋尺寸：长 120 180mm，宽 100 150mm 计量范围： 150 550ml 包装速度： 15 20 袋 /min 见主传动示意图 6，设电动机的转速为 n ，无级调速装置输出轴的转速为1n，主轴的转速为2n，二轴的转速为3n，带动纵封滚轮转动的轴的转速为4n，无级调速装置的传动比为1i，蜗轮减速器的传动比为2i，主轴与二轴之间齿轮的传动比为3i。其中：1 1nn i ； 12 2 1 2n nn i i i ； 23 3 1 2 3n nn i i i i ；43nn； t 为两横封凸轮之间的间隔时间，260tkn （ 360k o ； 为两凸轮之间的夹角，该设计中 180 o ，即 12k） 故12226 0 1 3 0 3 02t i in n n 纵封滚轮的角速度341 2 32 6 0 3 0 3 0nn ni i i ； 线速度1 2 330nv r ri i i （ r 为纵封滚轮的半径） 包装袋的袋长121 2 3 33030 n r rL v t i ii i i n i 由上式可以看出：包装袋的袋长 L 取决于3i和 r ，纵封滚轮的半径 r 在设第 4 章 设计数据计算 - 16 - 计的过程中是个定值，所以要想改变包装袋的袋长尺寸必须改变传动比3i。该设计采用一对双联滑移齿轮来改变3i的值。 袋长 L 取 120mm 和 180mm 两种尺寸规 格进行计算，纵封滚轮的半径取定值 30r mm ，则3 9 4 .2ri LL当 120L mm 时，3 39 4 . 2 9 4 . 2 10 . 7 8 5 1 . 3120i Li 当 180L mm 时，3 39 4 . 2 9 4 . 2 10 . 5 2 3 1 . 9180i Li 4.1 确定主轴转速 该包装机时采用纵封滚轮实现连续牵拉和纵封，采用两组相互垂直的横封装置连续工作实现对包装袋的横封和切断，所以包装 机工作的时候其包装速度取决于两垂直横封器之间的间隔时间，间隔时间越长每分钟包装的袋子就越少，正因为这样我们可以知道横封器的间隔时间又与主轴的转速有关，主轴转速越高，两垂直横封器之间的间隔时间就越短。由设计参数我们知道该包装机的包装速度为 15 20 袋 /min，即横封器的间隔时间为 3 4s/袋。主轴旋转一周包装机完成两次包装，所以主轴的转速为 7.510r/min 4.2 轴的设计 轴是机器中的重要零件之一，主要用来支承旋转的机械零件（如齿轮，蜗轮，带轮，链轮和联轴器等），并且传递动力及运动。根据承受载荷的不 同，轴可以分为转轴，心轴和传动轴三种。工作中既要承受弯矩又要承受扭矩的轴称为转轴，如齿轮减速器中的轴；只承受弯矩而不承受扭矩的轴称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴两种；只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。按轴线的形状不同，轴还可以分为直轴和曲轴。 轴通过轴承与机架相联接，装在轴上的零件都围绕轴心线回转运动，形成了一个以轴为基础的轴系部件。因此，在轴的设计过程中，不能只考虑轴本身，还必须计及轴系零部件对轴的影响，轴的设计主要解决轴的结构 本科毕业设计说明书 - 17 - 设计和工作能力计算两方面的问题。 轴的结构设计是根据轴上的零件的安装 ，定位以及轴的制造工艺等方面的要求。合理的确定轴的各部分形状和结构尺寸，轴的结构设计不合理将会影响轴的工作能力和轴上零件的可靠性，造成轴上零件装配困难等。 轴的工作能力的计算指的是轴的强度，刚度和振动稳定性等方面的计算，多数情况下轴的工作能力的计算主要取决于轴的强度，这时只需要对轴进行强度计算，防止轴断裂或塑性变形，对刚度要求较高的轴和受力大的细长轴，还应该进行刚度计算，防止轴工作的时候产生过大的弹性变形。对高速运转的轴还应改进行振动稳定性的计算，防止轴因发生共振而破坏。 轴的结构设计包括决定轴的合理结构和 全部结构尺寸。在进行轴的结构设计时，一般应已知：装配简图，轴的转速，传递的功率，轴上零件的主要参数和尺寸等。轴的设计应该以强度计算为基础，但在轴的结构设计前，不知道支反力的作用点，因而不能按弯扭合成的强度条件确定轴的直径，通常按扭转强度初步估算出轴端直径，如果该轴端需要开键槽，应该将此轴径圆整成标准值并作为轴端最小直径，在此基础上再合理地定出轴的结构形状以及相关配置的结构。轴的合理外形应该满足：轴和装在轴上的零件定位准确，便于装拆和调整，轴应该具有良好的制造和装配工艺性。 轴的设计的目的，是要确定轴的形状和 全部结构尺寸，轴径一般按许用扭转剪应力的计算方法估算，估算公式为3 Pd c mmn，该设计中轴的材料选用的是 45 号钢，故式中 c 值为： 118 107: ；初估轴径 d 作为轴的最小直径，若该轴段有键槽，应该增大 3，并圆整为标准尺寸。下面是根据设计要求建立的二轴三维模型： 第 4 章 设计数据计算 - 18 - 本科毕业设计说明书 - 19 - 图 6 主传动示意图 1锥齿轮； 2凸轮； 3蜗轮减速器 ； 4纵封滚轮 4.3 选择电动机 电动机一般由专业工厂按标准系列成批大量生产，在机械设计中应该根据工作载荷，工作要求，工作环境，安装要求及尺寸，重量有无特殊限制等条件从产品目录中选择电动机的类型和结构型式，容量和转速，并确定其具体的型号。生产单位一般采用三相交流电源，如果没有特殊要求通常采用 Y 系列三相交流异步电动机。电动机的容量主要根据运行时发热条件决定，额定功率是连续运转下电动机的发热不超过许用温度的最大功率，第 4 章 设计数据计算 - 20 - 满载转速是指负荷相当于额定功率时的电机转速，同一类型的电动机按额定功率和转速的不同具有一定的 型号，对于长期连续运行的机械，要求所选的电动机的额定功率应该大于等于电动机所需要的功率，通常不必校验发热和启动力矩。电动机工作要求的功率 Pw 应该由机器工作阻力和运动参数计算求得，设计过程中按9550wwwTnPw 进行计算，该包装机的主轴转速为 7.5 10r/min。通过上式可以知道所需电动机的 Pw 非常小，根据设计资料选取 Y90S 6 三相异步交流电动机，其额定功率为 0.75KW，满载转速为 910r/min。 4.4 蜗轮减速器 的设计 因为所选的电动机的满载转速为 910 r/min，而主轴的转速为 7.5 10r/min，调速范围很大，所以选择传动比比较大的蜗杆传动实现调速。电动机输出轴与无级调速装置相联，选用宽 V 带无级调速装置，其传动比为 2 4。蜗杆传动的单级传动比为 10 40，选取传动比为 40 进行计算。则此时无级调速装置的传动比为 2.3 3.0，在所选取的无级调速装置的传动比范围之内，所以满足要求。 电动机驱动，电动机的型号为 Y90S 6，额定功率为 0.75KW，满载转速为 910r/min。则蜗杆轴输入功率 P=0.75 0.75 0.95 0.71 KW；蜗轮轴的转速为 10 r/min，载荷平稳，单向连续运转，预期使用寿命为 16000h。 1 选择蜗杆，蜗轮材料，确定许用应力。 选择材料： 由于是自动生产线上的传送机构，较为重要，选择蜗杆的材料为 40Cr，表面淬火，硬度为 45 50HRC；蜗轮齿圈的材料为 ZCuSn10Pb1，金属模铸造。 确定许用应力： 应力循环次数 6226 0 6 0 1 0 1 6 0 0 0 9 . 6 1 0hN n L 查表 10-4（参考机械设计 教材，以下计算过程中所查的图，表未注明的与此相同）得： 220OH M P a ； 70OF M Pa 本科毕业设计说明书 - 21 - 78210 2 2 1 . 1NH O H O HZ M P aN 69210 5 4 . 4NF O F O FY M P aN 2 选择1Z, 2Z根据传动比 40i ，参考 10-2 节的推荐，取1Z 1 2Z1iZ 1 40 40，取2Z 41，则实际传动比 i 41； 3 按齿面接触疲劳强度设计 2212 29 ( )E HZm d K T Z 由表 10-7 查得： 1.1AK ； 由 于2n较低，估计2 3/v m s，取 1.1VK ； 因载荷平稳，通过跑合可以改善偏载程度，取 1K ； 载荷系数 1 . 1 1 . 1 1 1 . 2 1AVK K K K ； 21T Ti当1 1Z时，取 0.7 661219 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 0 . 7 1 2 0 . 5 0 . 7PTi n =123002Nmmg 由表 10-6 查得， 155EZ M Pa 将以上数值代入接触疲劳强度设计公式，求得 2212 29 ( )E HZm d K T Z 231559 1 . 2 1 1 2 3 0 0 2 ( ) 7 6 04 1 2 2 1 . 1 mm 第 4 章 设计数据计算 - 22 - 按疲劳强度要求， 21 760md，查表 10-1 选出 5m mm ，1 50d mm，1 1z，10q ， 2 41z ， 5 42 38r o 5.71o 中心距2 5( ) ( 1 0 4 1 ) 1 2 7 . 522ma q z m m ，22 5 4 1 2 0 5d m z m m 127.5a mm 不是标准中推 荐的中心距，如取推荐的中心距 125a mm ，蜗轮变位系数2 0.50x ，本设计不采用变位，取 127.5a mm 。 4 验算初设参数 蜗轮圆周速度2v222 3 . 1 4 2 0 5 1 0 0 . 1 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s 原估计2 3/v m s选VK值相符。 滑动速度sv2 1 .6s ins vv r，选用锡青铜为蜗轮材料适合。 蜗杆传动效率 1( 0 .9 5 0 .9 6 ):，根据 1.6 /sv m s，查表 10-8 得 2.1v ，15 . 7 1 0 . 7 3( ) ( 5 . 7 1 2 . 1 )vt g r t gt g r t g oo传动效率 ( 0 . 9 5 0 . 9 6 ) 0 . 7 3 0 . 6 9 0 . 7 0 :，初选 0.7 与之相符。 5 验算齿根弯曲疲劳强度 222121 . 6 FaF FK T Y Ym d z 蜗轮当量齿数 22 3 43c o sv zz r，由图 9-19 查得2 43vz 时的齿形系数2 2.38FaY ， 1 0 . 9120rY o 本科毕业设计说明书 - 23 - 21 . 6 1 . 2 1 1 2 3 0 0 2 2 . 3 8 0 . 9 3 6 . 85 5 0 4 1F M P a F F ，弯曲强度满足。 6 蜗杆，蜗轮几何尺寸计算 蜗杆齿顶圆直径1 1 1 12 2 5 0 2 5 6 0 ( 1 )aa a ad d h d h m m m h 蜗杆齿根圆直径： 1 1 12 2 ( ) 5 0 2 ( 1 0 . 2 ) 5 3 8 ( 0 . 2 )f f ad d h d h c m m m c 蜗杆齿宽122 . 5 1 2 . 5 5 4 1 1 8 1b m z m m 蜗轮喉圆直径： 2 2 2 2 2 22 2 ( ) 2 0 5 2 5 1 2 1 5 ( 0 )a a ad d h d m h x m m x 蜗轮齿根圆直径： 2 2 2 2 22 2 ( ) 2 0 5 2 5 ( 1 0 . 2 ) 2 0 5 1 2 1 9 3f f ad d h d m h c x m m 蜗轮咽喉母圆直径 22 2151 2 7 . 5 2 022ag dr a m m 蜗轮齿宽21sin 2bd 5 0 s i n 5 0 3 8 . 3 mmo （取 100 o ） 选蜗轮轮齿端面为锥面结构，见表 10-3 蜗轮轮缘高度： 1( 2 ) s i n 0 . 8 ( 6 0 2 0 . 2 5 ) s i n 5 0 0 . 8 5 ( 6 0 2 ) s i n 5 0 4 5 1 .52aB d c m m m m oo取 52B mm 为切去顶圆齿尖，蜗轮顶圆直径： 2 2 22 ( 1 c o s ) 2 1 5 2 2 0 ( 1 c o s 5 0 ) 2 2 92e a gd d r m m o为了不损伤齿宽2b22 2 2 3 8 . 32 ( ) 2 1 5 2 ( 2 0 ) 2 2 1 . 92 5 0 2 5 0e a g bd d r m mt g t g oo取2 225ed mm第 4 章 设计数据计算 - 24 - 4.5 锥齿轮的设计 取主轴的转速2 7 .5 / m innr设计传动比为3i的双联滑移齿轮，则对应的3 9 .5 5 / m innr； 14.34 / minr 该设计中，纵封滚轮的转动是通过一对锥齿轮传动从主轴上得到，传递功率 0 . 7 5 0 . 9 5 0 . 7 5 0 . 9 7 0 . 5 2P k w ，锥齿轮的转速为 14.34r/min，传动比 1i ，载荷稳定，使用寿命为 18000h； 1 选择齿轮材料，热处理 因是开式齿轮传动，选用软齿面齿轮，参考表 9-1，选用 45 号钢。小齿轮调质，齿面硬度为 220 230HBS；大齿轮正火，齿面硬度为 190 200HBS。 2 选择齿轮精度等级，齿数，齿宽系数 选用 8级精度，开式齿轮传动，推荐1 17 25z :，选择1 19z ，2119z iz；211zu z锥齿轮推荐齿宽系数 0 .2 5 0 .3R : ，因齿轮悬臂布置，取0.26R 。 3 确定相关参数 1 221c o s 0 . 7 0 7 11 1 1uu ，1 45 o2 221c o s 0 . 7 0 7 11 1 1uu ，2 45 o当量齿数：11127c o sv zz ； 22227c o sv zz 当量齿轮端面重合度va12111 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 6 4va vvzz ； 本科毕业设计说明书 - 25 - 4 按齿根弯曲疲劳强度设计 开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损，按弯曲疲劳强度设计，通过增大模数考虑磨损的影响。由式 9-35： 3 2 2 214 ()0 . 8 5 ( 1 0 . 5 ) 1 F a S aFRRk T Y Y Ym zu 确定式中各项数值： 因载荷平稳，转速不高，可以初选载荷系数 1.5tk ； 661 0 . 5 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 3 4 6 3 0 41 4 . 3 4PT N m mn g 由式 9-13， 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 7 11 . 6 4vaY 由图 9-19， 9-20，按1vz，2vz查取 1 2.58FaY ，1 1.60SaY 2 2.58FaY ，2 1.60SaY 由式 9-12， 7116 0 6 0 1 4 . 3 4 1 8 0 0 0