食品包装机设计[SW]【全套CAD图纸+word说明书】
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I 课 题 食品 包装机的设计 专 业 机械设计制造及其自动化 年 级 姓 名 学 号 指 导 教 师 （签字） 学 院 院 长 （签字） 摘 要 目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制 ，因此针对食品机械关键部件的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、机械化程度高、使用范围广的食品机械是很有必要的。 本文在分析食品机械的工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计 ;本文分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足切割工艺 ;对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。 关键词： 食品机械 ，传动系统，结构设计，计算机辅助设计 V s of is to of of to a of a of is on of of on of of a a to of of of as of as a of to a of a to I 目 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪论 . 1 品装置 (机械 )的应用及适用范围 . 1 品装置 (机械 )的国内外发展情况 . 1 品装置 (机械 )研究开发的意义 . 4 第 3 章 电机至输送带部分的设计计算 . 5 同步带的概述 . 20 同步带介绍 . 20 同步带传动的主要失效形式 . 21 4 同步带传动的设计准则 . 23 5 同步带分类 . 23 同步带传动计算 . 23 同步带计算选型 . 23 同步带的主要参数（结构部分） . 26 同步带的设计 . 28 同步带轮的设计 . 28 小弹簧的设计计算 . 37 1 第 1 章 绪论 品装置 (机械 )的应用及适用范围 现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过机械加工来提高产品的生产率。而有些产品的包装要借助包装技术及装备。所以包装设备在包装过程中是不可或缺的工艺手段。 食品切断装置是包装设备中较为重要的一种机械设备形式，可广泛应用于一般块状食品的包装，尤其适用于大批量的转移、称重、封口 、码放等过程。利用小型自动包装机械包装是提高装袋速度，减轻工人劳动强度的有效方法。 品装置 (机械 )的国内外发展 情况 食品机械，最初是由美国于上世纪五十年代开发出来的产品。后来日本得到发展，并于上世纪六七十年代随日本经济高速发展，技术性能得到长足的进步。 上世纪八十年代初，我国大量引进食品机械并生产出自己的产品。以日清品牌为代表，主要针对方便面生产线配套使用。上世纪九十年代，这种机型开始大量用于粮食流通，同时派生出各种各样的类似包装机。随着机电一体化的应用，粉料自动包装也向着高速全自动模块化的方向发展及创新。 现今国外开发的食品机械已极其人性化 :高速、节能、全自动、模块化。 就国内外食品机械的开发情况来看，主要从以下 几点进行 : (l)不断扩大其通用能力，以满足多种属性粉料的包装。 (2)高速全自动，配备微机控制系统，借助预先储存的程序控制多台伺服电机，分别驱动有关执行机构。 (3)参数化调整和设置，对主要操作部件 (供送、袋成型、牵引、封切等 )作适当调整有关工作参数，便可在较宽的尺寸范围内，满足不同品种不同尺寸的包装。 (4)模块化结构设计，对供送、牵引、封切等主要部件进行相对独立并又能较为自由组合的结构设计，以满足卧式组合和立式组合的包装机。 德国与美国、日本、意大利均为世界食品机械机械大国。在食品机械机械设计、制造、 技术性能等方面居于领先地位。德国食品机械机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德 2 (1)工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑(2)提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国食品机械机械以饮料、啤酒灌装机械和塑料食品机械机械 见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达 12 万瓶 /h，小袋食品机械机的包装速度高达 900 袋(3)使产品机械和食品机械机械一体化。许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。 (4)适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求食品 机械机械具有良好的柔性和灵活性，使食品机械机械的寿命远大于产品的寿(5)普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德国食品机械机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了食品机械机械的开发设计周期 . 食品机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的 6 8，其他的就是运转成本。 我国食品机械行业起步于 20 世纪 70 年代，在 80 年代末和 90 年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的 10 大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前，我国已成为世界食品机械工业生产和消费大国之一。 食品机械作为一种产品，它的含义不仅仅是产品本身的物质意义，而是包括形式产品、隐形产品及延伸产品 3 层含义。形式产品是指食品机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指食品机给用户提供的实际效用；延伸产品是指食品机的质量保证、使用指导和售后服务等。所以食品机的设计应该包括：市场调研、原理图设计、结构设计、施工图设计、使用说明书编写及售后服 务预案等。 3 食品机械设计的类别主要有：测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。如啤酒灌装生产线生产能力为 1 6 4 万瓶 /h，其中灌装机的灌装阀工位数从 48个、 60 个、 90 个到 120 个就属于系列化设计。 由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开发性设计。对于中低速运行的食品机，目前我们基本上可以进行自主设计。而高速运行的食品机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。其主要的原因是： (1)大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法，如高 速食品机械的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决； (2)产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训； (3)整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。 在食品机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设计方法： (1)根据设计任务书寻找同类机型作为样机； (2)参考样机制定各项技术性能指标及使用范围； (3)设计工作原理图、传动系统图； (4)设计关键零件，部件； (5)设计总装图方案和动作循环图； (6)设计 部件图、总装图和零件图； (7)对主要部件中的关键零件进行强度、刚度校核； (8)而今，国内一些大学的设计软件，可以对食品机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构 件已经能够满足企业进行凸轮连杆机构自新型食品机械往往是机、电、气一体化的设备。充分利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。其中的关键技术之一 是采用了多电机拖动的同步控制技术。其实掌握这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解食品机械的这一发展趋势。如果说以前我国食品机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识。 我国食品行业技术与机械近些年所取得的成绩是显著的，其起步于 20 世纪 70 年代末，刚起步时年产值仅七、八千万元，产品品种仅 100 余种，技术水平也较低。在 20纪 80 年代中期至 20 世纪年代中期十余年的时间里，才得到快速发展，年增长率达到 20% 30% ，到 1999 年底塑料和食品机械达 40 大类，品种达 1700 种，到 2000 年产值增 4 加到 300 亿元，且技术水平也上了个台阶，开始出现了规模化、自动化趋势，传动复杂、技术含量高的设备也开始出现，许多食品机械如液体塑料灌装机等设备已开始成套出口。 品装置 (机械 )研究开发的意义 针对国内许多部门对食品切断机械的需求，本设计着重探讨食品切断机械的整体结构设计和模块化结构，开发出具有包装速度快，通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新颖食品切断机械，对我国食品行业发展有着积极的意义。 5 第 3 章 电机至 输送带部分的设计计算 装机 参数 设计 该课题设计的包装速度 60 包 / 包 /s, 假设输送带的需要的驱动力 F=2400N， V=1m/s， P=对圆锥滚子轴承的效率 3= 对球轴承的效率 4= 式直齿圆锥齿传动效率 5= 式直齿圆柱齿传动效率 6= b. 总效率 =12 23 3456= c. 所需电动机的输出功率 w/=. 选择电动机的型号 查 参考文献 1表得 表 案号 电 机 类型 额定 功率 同步 转速 满载 转速 总传 动比 1 1500 1420 1000 960 据以上两种可行同步转速电机对比可见，方案 2 传动比小且质量价格也比较合理，所以选择 电动机。 三， 动力参数的计算 1. 分配传动比 （ 1） 总传动比 i= 2） 各级传动比：直齿轮圆锥齿轮传动比 直齿轮圆柱齿轮传动比 （ 3） 实际总传动比 = i=传动比满足要求满足要求。 2. 各轴的转速（各轴的标号均已在图 标出） 60r/n1=60r/n2=n4=轴的功率 6 p0= p4=. 各轴的转矩，由式： T=得： m, Nm, m, m, m 四，传动零件的设计计算 1. 闭式直齿轮圆锥齿轮传动的设计计算 a选材： 小齿轮材料选用 45 号钢，调质处理， 17255， 80 220 齿轮材料选用 45 号钢，正火处理， 62217， 60 210 b. 由 参考文献 2（以下简称 2）式（ 5 33），计算应力循环次数 N： 009601811250=0 9 1/ =0/3=0 8 查图 5 17 得 式（ 5 29）得 H1=80 H2=56077 H1 H2， 计算取 H= H2=pa c 按齿面接触强度设计小齿轮大端模数（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计）： 取齿数 1，则 1 2=79，取 9 实际传动比 u=1=79/21= u= 2=72o 16 35， 1=17o 42 12，则小圆锥齿轮的当量齿数 z1/21/=23， z2/9/= 2图 55 H=2/2/= 2表 11 2 t= 7 由 2 取 K= m ， u= R= 2式 5算小齿轮大端模数： m41F（ 2 +1 将各值代得 m 2表 5 m=3 d齿轮参数计算： 大端分度圆直径 d1=21=63 ， d2=79=237 齿顶圆直径 3+， 37+= 齿根圆直径 = 37= 齿轮锥距 R=， 大端圆周速度 v=0000=3960/60000=s， 齿宽 b= 由 2表 5齿轮精度为 8 级 由 1表 1=（ R =（ 取 1=10 ， 2=14 ,c=10 轮宽 93= 291=39 e验算齿面接触疲劳强度： 按 2式 5H= u+1/1 u（ 2 ，代入各值得 H=H = 小齿轮满足接触疲劳强度，且大齿轮比小齿轮接触强度高，故齿轮满足接触强度条件 f齿轮弯曲疲劳强度校核：按 2式 58 由 2图 5 由 2式 5 m=2 5 ，得 2式 5算许用弯曲应力： 220 21000 F=300 2式 5算齿跟弯曲应力： =200702= 300 = =300 两齿轮满足齿跟弯曲疲劳强度 2. 闭式直齿轮圆柱齿轮传动的设计计算 a选材： 小齿轮材料选用 45 号钢，调质处理， 17255， 80 20 齿轮材料选用 45 号钢，正火处理， 62217， 60 10 b. 由参考文献 2（以下简称 2）式（ 5 33），计算应力循环次数 N： 009601811250=0 9 ， 1/0/3=0 8 查图 5 17 得 式（ 5 29）得 H1=80H2=60 H1 H2， 计算取 H= H2=pa c. 按齿面接触强度计算中心距（由于小齿轮更容易失效故按小齿轮设计）： u=， a= 2/2/ =由 2表 11 2 t= 2式 5算中心距： 9 a（ 1+u） （ Z E Z H H ） 2 /（ 2u a ） =56955 24= 由 1表 整 取 a=160 d齿轮参数设计： m=（ a=180（ = 查 2表 5 m=2 齿数 a/m（ 1+u） =2160/2（ 1+4） =32 Z2=32=128 取 28 则实际传动比 i=149/31=4 分度圆直径 d1=32=64 ， d2=128=256 齿顶圆直径 m=68 ， m=260 齿基圆直径 4 = 56 = 齿根圆直径 =59 =251 圆周速度 v=0103 =560103 =m/s， 中心距 a=（ d1+ 齿宽 b=60=64 由 2表 5齿轮精度为 8 级 e. 验算齿面接触疲劳强度 按电机驱动，载荷平稳，由 2表 5 2图 5d），按 8 级精度和 00=0000/100= 2表 5 2图5 b/2/60= K= a1=8） = =28o 1 36； 60） = =22o 0 17 重合度 a=z（ + z（ /2=32（ 10 +128（ = （ 4，且 H =u+1） / u=3510 72622 =H = 小齿轮满足接触疲劳强度，且大齿轮比小齿轮接触强度高，故齿轮满足接触强度条件 f齿轮弯曲疲劳强度校核： 按 2， 28，由 2图 5 2图 5 2式 5算 Y=a= 2图 5 由 2式 5 m=2 5 ，得 2式 5算许用弯曲应力： 220 1000 F=300 2式 5算齿跟弯曲应力： 3510 26464） = 300 =300 两齿轮满足齿跟弯曲疲劳强度 五， 轴的设计计算 3. 减速器高速轴 I 的设计 a. 选择材料：由于传递中小功率，转速不太高，故选用 45 优质 碳素结构 钢 ，调质处理， 按 2表 8 得 B=637 b9 b. 由扭矩初算轴伸直径：按参考文献 2 有 dAp/n 60r/ A= 623 取 0 11 c. 考虑 I 轴与电机伸轴用联轴器联接。并考虑用柱销联轴器，因为电机的轴伸直径为 8 ，查 1表 取联轴器规格 2， 0），根据轴上零件布置，装拆和定位需要该轴各段尺寸如图 示 d. 该轴受力计算简 图如图 齿轮 1 受力： （ 1）圆周力 T1/ 6410） =， （ 2）径向力 =， （ 3）轴向力 =， e. 求垂直面内的支撑反力： ， 3） /74+55） /74= Y=0， ， 垂直面内 D 点弯矩 ， M1 3+ 3） =29= =m f. 水平面内的支撑反力： ， 3+/74+55） 4/74=， Z=0， 水 平 面 内 D 点 弯 矩 M 0 ， M 1 R 3 + R L 3 +L 2 )= 29=m g. 合成弯矩： z+ y= 0 Nm， =Nm h. 作轴的扭矩图如图 示， 计算扭矩： T=m I. 校核高速轴 I：根据参考文献 3第三强度理论进行校核： 由图 知， D 点弯矩最大，故先验算 D 处的强度， ， 取 M= =Nm， 又 抗弯截面系数： w=d3 32=03 /32=0 =+10=b59 该轴满足强度要求。 12 2. 减速器低速轴 设计 a. 选择材料：因为直齿圆柱齿轮的小轮直径较小（齿跟圆直径 2 ）需制成齿轮轴结构，故与齿轮的材料和热处理应该一致，即为 45 优质碳素结构钢，调质处理 按 2表 8得 b=637 b9 b. 该轴结构如图 力计算简 图如图 轮 2 受力（与齿轮 1 大小相等方向相反）： ， ， 齿轮 3 受力： （ 1）圆周力 T2/ 6410） = 2）径向力 = c. 求垂直面内的支撑反力： 0， R F L 2 + F 3 /（ L 1 +=70+63）+3/183= Y=0， 垂直面内 C 点弯矩： 1=m， y= 3） - 0= Nm， D 点弯矩： 3=3= m， y= 2） - 2 =0=m d. 水平面内的支撑反力： ， R (+F 3 2/（ =33/128= Z=0， 水平面内 C 点弯矩： 0=m， z= 2)- 13 =33 - 0=m， D 点弯矩： 3=3=m， z= 2） - 2=20 0= m e. 合成弯矩： z+ y= m =m z+ y=m ， =m f. 作轴的扭矩图如图 ，计算扭矩： T=m g. 校核低速轴 度，由参考文献 3第三强度理论进行校核： 1. 由图 知， D 点弯矩最大，故先验算 D 处的强度， ， 取 M= =Nm， 抗弯截面系数： w=d3 32=03 /32=0 = + / w= +10b9 2） 点轴径较小故也应进行校核： ， 取 M= =Nm， 抗扭截面系数： w=d3 32=03 /32=0 = + / w= + /0b59 该轴满足强度要求 3. 减速器低速轴 设计 a. 选择材料：由于传递中小功率，转速不太高，故选用 45 优质碳素结构钢，调质处理，按 2表 8得 B=637 b9 b. 该 轴受力计算简图如图 轮 4 受力（与齿轮 1 大小相等方向相反）： 圆周力 向力 c. 求垂直面内的支撑反力： ， 2） =1/（ 125+71） = Y=0， ， 14 垂直面内 D 点弯矩 5=m ， M 1 R 25=m d. 水平面内的支撑反力： ， 1/（ 2） =0/196 = Z=0， 水平面内 D 点弯矩 1=m， M 1 2=25=m e. 合成 弯矩： z+ y= m， =m f. 作轴的扭矩图如图 ，计算扭矩： T=m g. 校核低速轴 据参考文献 3第三强度理论校核： 由图 知， D 点弯矩最大，故先验算 D 处的强度， ， 取 M= Nm， 又 抗弯截面系数： w=d3 2=23 /32 =0 = + / w= + /0b59 该轴满足强度要求。 六，滚动轴承的选择与寿命计算 1. 减速器高速 I 轴滚动轴承的选择与寿命计算 a. 高速轴的轴承既承受一定径向载荷，同时还承受轴向外载荷，选用圆锥滚子轴承，初取 d=40 ，由 1表 用型号为 30208，其主要参数为： d=40 ，D=80 ， 9800 N， =Y=2800 查 2表 9 A/R时， X=1， Y=0； 当 A/R 时， X=Y=1.6 b. 计算轴承 D 的受力（图 （ 1）支反力 Y+ z= +=， R2 z= （ 2）附加轴向力（对滚子轴承 S=Y） 15 B/2Y=， C /2Y= c. 轴向外载荷 d. 各轴承的实际轴向力
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