机械毕业设计（论文）-偏心链轮不等速机构设计【全套图纸UG三维】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 偏心链轮不等速机构设计偏心链轮不等速机构设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：副教授） （职称： ） 2013 年 5 月 25 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 偏心链轮不 等速机构设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用， 表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、 集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 93 学 号： 0923103 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题：一、题目及专题： 1、题目 偏心链轮不等速机构设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 随着科技和经济的快速发展，社会对自动化设备的需求越来越 大，此机构用于塑料制袋包装机上，利用偏心轮可以使塑料薄膜送进 速度与热封辊圆周速度相等，保证热封辊快速张开，以免热封辊被包 装物相碰。这一研究对工业有很大帮助。 在机械加工过程中，偏心链轮机构的链轮松紧是一大难题，通过 优化张紧轮的转动中心位置，偏心量和初始角位移，使链条在工作中 始终处于紧张状态，才能提高生产效率，因此着重于这个问题，利用 微分原理对该机构进行运动学分析，列出了主从链轮位移关系的求 解方程，并以此为基础，进行了传动系统的运动学分析和紧张轮的轮 心坐标，初始相位移和偏心量的优化计算，其目的是在周期中使链条 波动最小，从而达到工业要求。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 阅读外文资料，并翻译与所学专业或课题相关的外文文献 5000 II 字 III 左右，语句通顺、流畅、准确； 根据加工产品上具体结构和加工要求，拟定分析设备设计方案； 运用三维软件进行三维造型设计、三维装配； 绘制设备总装图和关键零部件二维工程图； 编写设计说明书，符合本科论文的格式要求，语言简洁、流畅、层 次分明； 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 93 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所学科组组长研究所 所长所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 IV 摘摘 要要 本研究主要包括偏心链轮的结构改进设计，并设计出试验装置，进行设计工艺参数的 试验研究。在整机设计中，通过对偏心链轮总体方案的分析，编制了工作循环图，确定 主要装置（偏心链轮，从动轮，张紧轮，调节机构）之间的相互配合关系；完成了偏心 链轮的结构改进设计和理论分析及其主要参数的确定；对横封装置进行了改进设计，提 出适应包装袋长度可连续变化的翻领成型器，扩大了偏心链轮的使用范围，并进行了理 论研究，本文的研究对其它偏心链轮机械的设计和开发有着积极的指导意义。 利用设计的试验装置，确定了偏心链轮传动的特性，即匀速度传入主动轮偏心链轮中， 由于偏心链轮各处的中心距不等，呈现增大减小的规律运动，所以滚子链的瞬时速度也 不一样，其运动类似于正弦运动，传到从动轮上的速度也就是正弦运动，此运动方式适 用于包装机，包装机在包装物品时，就需要快慢不一的速度。本研究结果对包装材料的 生产厂家、偏心链轮械生产厂家、机械用户以及科研人员具有十分重要的意义。 关键词：关键词：偏心链轮；横封装置；包装 V Abstract This study included the modified structure design of the eccentric sprocket, the finite element analysis and solid modeler. Besides, designed tester and tested sealing quality. In the entire machine design, established working cycle and conformed work in relations of main fixtures(feeding ,forming, retractor, sealing, driving)through analysis of eccentric sprocket overall plan; completed the modified structure design of the forming filling sealing eccentric sprocket and conformed the main parameters. In this paper, designed the horizontal sealing fixtures and advanced new forming fixture which can adjust the packaging length and extended the useable range of the eccentric sprocket and studied. At the same time, offered a method of parallel measure feeding and founded vibration feeding fixtures of oscillatory differential equation. This study can direct the design and exploitation of other bag eccentric sprocket actively. Using the tester carries on the package sealing test, the tensile test and the endure stress test that the tests were based on the national standards, experimented data and the results indicate sealing intensity conforms to the national standard. Through data analysis obtained the permits packing sealing temperature range and the relations of the sealing intensity of the horizontal fixtures and the vertical sealing fixtures ,time and temperature and the best packing material sealing condition. Key words: eccentric sprocket；horizontal sealing；packing machine VI 目录目录 摘 要 .III AbstractIV 目录.V 1 绪论 .1 1.1 本课题的研究内容和意义.1 1.2 国内外的发展概况.1 1.3 本课题应达到的要求.1 2 总体方案设计 .3 2.1 偏心链轮机构的组成.3 2.2 偏心链轮运动规律的分析.5 2.2.1 偏心链轮机构工作原理 5 2.3 偏心链轮各基本参数的确定.9 2.3.1 主动链轮的偏心距的计算 9 2.3.2 链轮的节圆半径 11 2.3.3 主从动链轮传动轴的中心距 12 2.4 轴承的选择.12 2.4.1 轴的设计校核 12 2.4.2 轴承的润滑及密封 15 3 热封装置设计 .18 3.1 热封材料及封口方法.18 3.2 纵封滚轮的设计及计算.18 3.3 横封装置设计.19 3.4 封合调整.22 4 包装机的设计 .24 4.1 包装机工作原理及功能.24 4.1.1 功能要求 24 4.1.2 主要构成及工作原理 24 4.1.3 执行机构的动作配合 25 5 链轮的设计 .26 5.1 链轮设计与机械加工.26 5.1.1 常见链轮的形状与结构 26 5.1.2 链轮材料的选择 26 5.1.3 链轮的基本参数 26 5.1.4 链轮齿形的几何形状与设计原则 26 5.1.5 链轮设计与加工 27 5.1.6 刀具设计 28 6 结论与展望 .30 VII 致 谢 .31 参考文献 .32 偏心链轮不等速机构设计 1 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义 随着社会的发展、生活水平的提高，尤其是加入WTO后，人民对热封装置提出了更高 的要求。与人民生活和工农业生产密切相关的粉粒状物料，如生活日用品、营养食品、 药品，种子、化肥、农药、化工原料等工农业生产用品，都需要稳定的热封装置。 偏心链轮是现代工业的基本设备，是商品生产中必不可少的关键性技术设备。随着 人类社会的进步，国民经济的发展，人民生活水平的提高，人们越来越重视链轮的质量、 品种类型，链轮机械在工业领域中起着重要的作用。链轮机械是使产品实现机械化、自 动化的根本保证。它能够大幅度地提高生产效率；降低劳动强度，改善劳动条件；保护 环境，节约原材料，降低产品成本；有利于热封机械的发展，提高产品效率，增强市场 销售的竞争力。 偏心链轮保证包装机热封的质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本 低、环境污染小，因而获得较强的市场竞争能力，带来巨大的社会效益和经济效益。偏 心链轮被堪称为拥有漫长发展历史和富有强大生命力的主导机型。现已被各国视为前景 较好的热封机械。据调查，现有偏心链轮机构存在以下问题： (1)速度不稳定； (2)薄膜送进速度难以与热封辊圆周速度相等； (3)链轮传送消耗大； (4)包装机的横封机构运动形式的不合理，将导致封口质量问题。 包装容器的封口，是包装工艺中不可缺少的工序。封口的好坏将直接影响生产效率。 因此，包装质量在很大程度上取决于封口质量，所以链轮机构的研究改进对提高封口质 量有着重要的意义，本研究在整机研究的基础上，针对横封封口形式影响封口质量这个 问题进行深入的研究。同时，通过一系列试验，研究总结出较为完整的工艺参数，对实 际生产具有十分重要的现实意义。 1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况 从广义而言，现代机械的含义和领域很广，包括各种自动化和半自动化传动机械、 包装机械、横封机械等。这些相互密切联系的机械设备组成了现代化的传动机械体系。 随着科技和经济的快速发展，社会对自动化设备的需求越来越大，此机构用于塑料 制袋包装机上，利用偏心链轮可以使塑料薄膜送进速度与热封辊圆周速度相等，保证热 封辊快速张开，以免热封辊被包装物相碰。这一研究对工业有很大帮助。 1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求 设计偏心链轮不等速机构，运用于塑料制袋包装机上，其原理方案的功能实现，总 体方案的设计，结构形式，结构参数，工作参数的设计。要求： （1）热封时，塑料薄膜送进速度必须与热封辊圆周速度相等。由于产品规格不同，袋长 不同，要求送料速度变化，这时热封辊速度必须随之产生相应的变化，因此，要求回转 一周时获得快慢变化的周期变速运动，以使热封时热封辊与薄膜送进达到相等的速度。 从而可以使包装物顺利传送。 无锡太湖学院学士学位论文 2 （2）热封后，最好能保证热封辊快速张开，以免热封辊与被包装物相碰。 偏心链轮不等速机构设计 3 2 2 总体总体方案设计方案设计 2.1 偏心链轮机构偏心链轮机构的组成的组成 如图 2.1 所示是偏心链轮不等速回转机构，它由主动链轮 2 和从动链轮 4 和一只张 紧链轮 5 组成，其中主从动链轮齿数相等，套筒滚子链 3 套在其上。主动链轮 2 由分配 轴带动作匀速回转，滚花手轮 1 可调整偏心距。从动链轮 4 绕定轴做不等速回转运动， 并经中间传动装置带动横封器的热封头（图 2.1 中未示）实现不等速回转。 1-滚花手轮 2-主动链轮 3-套筒滚子链 4-从动链轮 5-张紧链轮 图 2.1 偏心链轮不等速机构 如图 2.2 所示为偏心链轮组成的重要环节，为调节机构，该运动主要是靠这个环节 运作的。它是由偏心调整架，主动轴，调整螺杆，偏心链轮，刻度盘装配起来的。 无锡太湖学院学士学位论文 4 图 2.2 调节机构 基本要求 （1）必须按照设计要求和有关标准进行装配。 （2）装配条件必须干净。相关装配条件必须符合有关规定。 （3）在装配之前所有零件必须要检验合格。 （4）零件在装配前不得有毛刺、氧化皮、锈蚀、切屑、灰尘、沙砾和油污等。 （5）装配过程中零件不得损坏，划伤，腐蚀。 （6）装配前应对零、部件的主要配合尺寸，特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。 （7）装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。 （8）螺钉、螺栓和螺母紧固时，严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、 螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。 偏心链轮不等速机构设计 5 2.2 偏心链轮运动规律的分析偏心链轮运动规律的分析 2.2.1 偏心链轮机构工作原理简图见图偏心链轮机构工作原理简图见图 2.3： 图 2.3 偏心链轮机构工作原理简图 设分别为主从动链轮的转动中心,中心距,节圆半径;主动 2 ,OOLOO 2 RBOAO 21 链轮的偏心距,角速度为。若某瞬时的角位移为,相应的从动链轮的角位移为eOO 10 ,主动轮节圆上任一点转到与链条相切时,则点瞬时线速度为,其值(AABA A 0 A 为该瞬时点的回转半径),设它与链条同向的分速度为,另与的夹角为,则AOA A A A 其值: (2.1) coscos 0 AA 由三角形余弦定理可得： (2.2) R eR 2 )( cos 222 令,因为是直角，故 21O OO 21O AO (2.3) 2 3 1O AO 又得sinRe2) 2 3 cos(Re2 22222 eReR 令由三角形中应用余弦定理和正弦定理分别得：SOO 2121O OO )cos2( 22 eLLeS 无锡太湖学院学士学位论文 6 (2.4) S L sin sin 所以 )cos2( sin sin 22 eLLe L 经整理得到： (2.5) ) )cos2( sin ( 22 0 eLLe eL R A 由图 2.3 可见,同一根链条在张紧时两点的线速度应该相等,即。若与BA, AB B 从动链轮的节圆相切,并令该轮的瞬时角速度为, 则: ) )cos2( sin ( 22 0 eLLe eL RR B 故得: (2.6) )cos2( sin 1 ( 22 0 eLLeR eL 上式表明,当主动偏心轮以等角速回转时,则从动链轮作变角速度转动。偏心链轮输出 0 运动的特性曲线见图 2.4,实质上它反映了的变化规律。 欲确定该曲线的极值点，需对上式求极值。令,可求出从动链轮具有最大和0)(f 最小角速度值时主动链轮所对应的相位角，其值分别为： (2.7) L e arccos 1 (2.8) L e arccos2 2 再将，值分别代入（2.6） ，则： 1 2 (2.9)1 ( 0max R e (2.10) )1 ( 0min R e 偏心链轮不等速机构设计 7 图 2.4 偏心链轮机构输出运动特性曲线 根据不同袋长需要,输出满足工艺要求的角速度带动横封器,是设计偏心链轮机构时 必须考虑的可调问题,欲得到所需的角速度,在实际应用中有两个不同的途径:直接调节选 用热合瞬时角;调解主动链轮上的偏心距。第一种方法找准夹角十分麻烦,而且不怎么精 确，一般采用甚少。调节主动链轮的偏心距同样可以满足热封的需要,它是利用特性曲线 的两个极值点作为专门的热封点,改变偏心距可使输出的极大角速度在之 00 )1 ( R e 间;同样也可使输出的极小角速度在之间。速度极限角分别有向 00 )1 ( R e 21, 稍微靠拢的变化,袋装机在规定的袋长范围内,其中偏小规格利用的极点进行热 2 3 , 2 min 合,偏大规格利用这一极点输出角速度进行热合如图 2.5。 max 无锡太湖学院学士学位论文 8 图 2.5 偏心距变化对输出运动特性曲线的影响 将设置好的袋长的长度刻在标尺上,只要调节偏心距到预定的袋长刻度上并用锁紧螺 母固定,就能立即使用。这种机构就叫可调式偏心链轮,见图 2.6。 图 2.6 可调式偏心链轮结构简图 调整时首先将锁紧螺母松开,然后转动调整螺杆,使偏心链轮所需调整的刻度值对准 传动轴中心,调节好之后将其锁紧即可。 偏心链轮偏心位置相对横封辊的位置调整见图 2.7。 偏心链轮不等速机构设计 9 图 2.7 偏心链轮与横封辊相对位置示意图 偏心链轮与链轮 1 的齿数相同,前后横封辊齿轮的齿数相同,后横封辊齿轮齿数是齿 轮 1 齿数的 2 倍。这样,偏心链轮沿传动轴转一圈,链轮 1 与齿轮 1 也相应转一圈,而前后 横封辊齿轮只转半圈。这就是说,偏心链轮沿传动轴转一圈,横封辊转半圈,封一袋。经主 机点动运转,当前横封辊上的点与后横封辊上的点重合时,调节偏心轴的位置,使偏心AB 链轮的偏心方向与链条紧边运动轨迹方向垂直,并使偏心轴处于链条紧边的一侧,然后将 齿轮 1 与后横封辊齿轮相啮合即可。 2.3 偏心链轮各基本参数的确定偏心链轮各基本参数的确定 2.3.1 主动链轮的偏心距主动链轮的偏心距的计算的计算 由前分析可知,主动链轮的输出角速度的两个极限值: , (2.11) R e 1 0 max R e 1 0 min 两式左端、为从动轮与主动轮的角速度之比,用字母 表示,改写成: 0 max 0 min i (2.12) R e i R e i1,1 minmax 由此看出，当为定值时，则 必随 的值大小而发生相应的变化，且呈简单R minmax,i ie 的线性函数关系.这样，借助中间传动环节，便能找出偏心距与袋长的对应关系。 图 2.8 所示为立式袋装机连续横封器采用的一种中间传动机构。传动齿轮的齿数关 系为，.其中，是单轴横封切刀（或热封头）的个数，通常取 21 ZZ 63 ZZ 84 qZZ q 1-4.如果要求该不等速机构输出的封合角速度为，相应的横封辊封合角速度为则: f hf hff hf f q q Z Z Z Z 3 4 1 2 无锡太湖学院学士学位论文 10 图 2.8 横封器的中间传动机构 如前所述,制袋工艺要求热封件在热合瞬间与包装料袋运动线速度相同,则有: 60 Ql Rh hf 式中:横封件的回转半径,故得: h R (2.13) h f R Ql q 60 在设计时可在规定袋长范围内取中间袋长或称平均袋长的热封计算值,可使、 p l0e ,由式(2.13)可知:1 f i h p R qQl 60 0 设偏心链轮的转速为,由于,则:min)/( 0 rn 30 0 0 n (2.14) 260 0 pp h qlqQl R 代入(2.13),可得: p f l 0 也可以写成： (2.15) p f l i 1 与式(2.12)联立,求得不同袋长所对应的主动链的偏心距: (2.16)Rie ff )1 ( 偏心链轮不等速机构设计 11 2.3.2 链轮的节圆半径链轮的节圆半径 图 2.9 偏心距调节装置 链轮的节圆半径与选用的链条节距及链轮齿数有关。当一定，若值过大。RPZPZ 则必将随之增大，不仅结构不紧凑，还会影响主动偏心链轮的动力状态。反之，若R 值过小，则亦必将随之减小，以致会加剧链传动的不均匀性，况且对安排偏心调节ZR 元件还会带来一定困难。 如图 2.9 所示为偏心距调节装置，表示了当包装袋为最小长度时调节位置的变动 min l 情况。由于分配轴已位于偏心刻度的极点，故,考虑到结构布局的可能性，应O min1 eOO 取 ) 2 ( min B d Re 式中 -分配轴在装配偏心链轮处的直径；d -与调节结构尺寸有关（一般为 ）Bmm2515 再考虑制袋的工艺要求，根据上式及 1 min min p f l l i 应取 )1 ( minminf iRe 故得 ) 2 ()1 ( min B d RiR f 无锡太湖学院学士学位论文 12 即 (2.17) min ) 2 ( l l B d R p 实用中链轮的节圆半径还要受链条节距以及链轮齿数的约束。由链传动基本 R pZ 原理得知： (2.18)Z p R 2 180csc 联立式（2.17） （2.18） ，可解出值，并加大圆整至基数值。Z 由此可见，只要知道袋长的各种规格，并满足安装偏心链轮的有关结构尺寸（如 等） ，就可通过式（2.17） （2.18）求算链轮的节圆半径。Bd, 2.3.3 主从动链轮传动轴的中心距主从动链轮传动轴的中心距 中心距可按以下两种方法来确定。L (1）从结构上考虑 为保证两轮可靠地工作，则该机构的最小中心距 maxmin eDL a 式中 -链轮的顶圆半径，； a D) 180 6 . 0( Z ctg pDa -两转动链轮的最小安全距离，可取。mm10 (2）从运动特性考虑 由式（2.11）可以看出，从动链轮输出的最大，最小角速度均与两轮传动轴的中心 距无关，而变速范围仅与链轮的节圆大小及偏心量有关。 当为定值时，它会影响最大最小速度的输出发生时刻。在上图 2.3 所示的两条,Re 曲线（）清楚的表明了这一点。若值由小增大，则值分别趋近于及 21 LL L 21, 2 ,但总是，这有利于改善输出运动的平稳性。总之，在不使结构布局显得庞大的前提 2 3 下，一般推荐，尽量取较大值为宜。RL)75( 2.4 轴承的选择轴承的选择 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，适合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。查询常用滚动轴承的性能和特点，选 择深沟球轴承。深沟球轴承轴承的性能特点：主要承受径向负荷，当量摩擦系数最高。 应用场合：适用于刚性较大轴，常用于小功率电机、减速机、运输机等。 根据要求查参文献 3, 在这里选用 602 深沟球轴承。 2.4.1 轴的设计校核轴的设计校核 按弯矩合力校核轴的强度 (1) 绘出轴的受力简图 偏心链轮不等速机构设计 13 计算直齿轮的圆周力和径向力 mm，mm，mm 674 AC L654 AB L20 BC L 得 圆周力 N 22 175083 2824 124 t T F d 径向力 Ntan2824 tan201028 rtn FFa 轴向力0 a F (2) 水平面支撑力 ( )2824 6746540 tBHBH M AF ACRABR N2910 BH R ( )6542824 200 AHtA M BRABF BCF 86 AH RN 水平面弯矩 N mm86 65456244 BHA MFAB (3) 垂直面 无锡太湖学院学士学位论文 14 力矩平衡式 ( )654 1028 6740 BVrBV MA ARABFACR N1059 BV R 0Y N1059 102831 AVBVr RRF 垂直面弯矩 N mm 31 65420274 BVAV MRAB N mm 1028 2020560 BVr MFBC 在 B 处的突变值 N mm 2056020274286 BVBV MM 集中力偶为 0 2 a a F 可见弯矩突变值等于集中力偶的大小（其微小的差别是由于计算过程中的舍入误差造成 的）说明垂直面的计算结果是正确的。 (4）计算 B 处左右两侧的合成弯矩 N mm 2222 562442027459786 BBHBV MMM N mm 2222 562442056059884 BBHBV MMM 可见 B 处在右侧的合成弯矩较大，合成弯矩见图 M (5）计算危险截面的当量弯矩 由弯矩图可见 B 处是危险截面（其上的内力最大） ，计算该处的当量弯矩（对一般轴可视 其扭矩为脉动循环性质，取扭矩校正系数 a=0.6） N mm 2222 ()59884(0.6 175083)120919 ec MMaT (6) 计算 B 处的需要轴径 b d 已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，查文献4表 15-1 查得MPa 1 60 偏心链轮不等速机构设计 15 3 3 1 120919 23 0.10.1 60 b Me d 它小于该处实际直径 25mm 故轴的弯矩组合强度足够。 2.4.2 轴承的润滑及密封轴承的润滑及密封 轴承在运动过程中，轴承内外圈以及滚动体之间必然产生相对运动，这样运动体之 间就要产生摩擦，消耗一部分动力，引起内外圈和滚动体之间发热、磨损。为了减少摩 擦阻力，减缓轴承的磨损速度并控制轴承的温升，提高轴承的使用寿命，在使用轴承的 机构设计中必须考虑轴承的润滑问题，而为了使轴承保持润滑，还必须考虑轴承的密封。 润滑的作用 减少摩擦、磨损 ，在摩擦面之间加入润滑剂，在相对运动体之间形成液体或半液体 无锡太湖学院学士学位论文 16 摩擦，降低相对运动体之间的摩擦系数，从而减少摩擦力。由于在相对运动体之间形成 油膜隔离，避免两摩擦面之间相互接触导致磨损。 降低温升 由于摩擦系数降低，减少了两摩擦面的摩擦，相应减少轴承的发热；同时润滑油流 过润滑面时，可以带走一部分热量。 防止锈蚀和清洗作用 润滑油能够形成油膜，保护零件表面免受锈蚀，同时滚动体 带动润滑油流过零件表面时可以把摩擦面之间的赃物带走，起到清洗作用。 密封 润滑剂可以形成密封的作用，并与密封装置在一起，阻止外界的灰尘等杂物进入轴 承，保护轴承不受外物的入侵。 润滑剂的选用原则 为了获得良好的润滑效果，润滑剂必须具备：较低的摩擦系数，良好的吸附能力以 及渗入能力，以便能够很好地渗入到摩擦副的微小间隙内，牢固吸附在摩擦面上，形成 具有一定强度的抗压油膜。 滚动轴承的润滑 滚动轴承可以用润滑脂或润滑油来润滑。试验说明，在速度较低时，用润滑脂比用 润滑油温升低；速度较高时，用润滑油较好。可以根据速度的大小来选择润滑的方式。 (1) 脂润滑 脂润滑可用于值较低，又不需要冷却的场合。脂润滑的结构比较简单，不存在漏 n d 油问题。使用润滑脂进行润滑，润滑脂的的分量要适合，不能过多溢出来。否则将引起 轴承发热并把脂熔化流出，润滑效果将适得其反。 (2) 油润滑 油润滑适用一切转速，既可以起润滑作用，又能起冲洗降温作用。润滑油的粘度， 是随油温的升高而降低的。转速越高，粘度应降低；负荷越重，粘度应越高。如果轴系 机械结构中使用普通轴承，而且轴系运行速度不是很高，润滑一般采用油浴方式；对于 精度较高的设备，要求使用精密轴承，建议使用滴油或循环方式供油润滑，因为采用这 两种润滑方式，可以对润滑油进行更好的过滤，减少赃物进入轴承，同时这两种润滑方 式可以使润滑油充分散热，可以更好使轴承降温。 (3) 密封结构 机械系统中的密封结构，对于油润滑的轴承结构来说，为的是防止润滑油外漏和灰 尘屑末切削液等进入；对于脂润滑的轴承结构来说，由于脂不会外泄，主要是防止上述 外物。脂润滑的机械结构对防止外物进入的要求高些。因此对于密封结构的设计主要是 考虑防漏和外物的侵入。 润滑油的防漏主要靠疏导，同时也要设计合理的结构。由于角接触轴承有泵油作用， 而轴承一般是背靠背安装，所以主轴箱和端盖之间要有回油通道，以便润滑和防漏。如 图所示的甩油环密封结构，在工作时就能起到防漏和疏导作用。润滑油经轴承后，向右 经螺母 2 外流。螺母的外园有锯齿形环槽。主轴旋转时将油泵向压盖 1 内的空腔，然后 经回油孔流回主轴箱。锯齿的方向应逆着油流的方向。环形槽应有 2-3 条。回油孔直径 应尽量大一些。 偏心链轮不等速机构设计 17 (4) 一种新型的密封结构 新型机械式密封对于油润滑或脂润滑，为了有效防止外物侵入，主轴组件中甩油环 密封结构，其基本原理是：主轴上螺纹、螺纹同方向，螺纹、同方向，但 b M c M a M d M 方向与相反。当主轴旋转时，、把油甩向轴承，与此同时由于、旋转方 b M a MMc b M d M 向与相反，把外面的赃物挡在外面，防止异物的侵入。设计这种密封结构必须注意几 a M 个问题：最好把螺纹设计成锯齿形，其外径可以做成平型结构，根据主轴旋转方向确定 锯齿形螺纹的朝向；注意螺纹压盖的孔与螺纹的配合间隙的选定，一般选取主轴直径的 千分之二到千分之三之间，在工艺允许的情况下尽量取小值；主轴的旋转方向固定。 无锡太湖学院学士学位论文 18 3 3 热封装置设计热封装置设计 3.1 热封材料及封口方法热封材料及封口方法 塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热， 使其处于熔融的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影 响封合质量的因素主要是加热温度、封合压力和和作用时间。热融封合的方法有多种形 式，最常用的是电阻加热法和脉冲加热法，另外还有高频电加热封合、超声波加热封合、 电磁加热封合和红外线加热封合等。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在自 动制袋装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有机构简单，调控方 便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要 以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的6。 连续制袋包装机中有两个封合装置：纵封装置和横封装置，分别实现包装袋的纵缝 封接和横向封合切断。他们均采用电阻加热的封合方法。 3.2 纵封滚轮的设计及计算纵封滚轮的设计及计算 在连续式自动制袋装填包装机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连续进行 的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。在此，热融封接滚轮 不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的牵引输送作用。也就是说， 牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮同时也是纵封滚轮。如图（3.1）所示是纵封牵引滚 轮的结构。 偏心链轮不等速机构设计 19 1纵封滚轮 2加热器 3螺母 4箱体 5支架 6支杆 7锁紧螺母 8调节套筒 9弹簧 10调心球轴承 11齿轮 12轴 13轴承座 14不完全齿轮 图 3.1 纵封装置 如图 3.1，纵封装置主要由一对滚轮 1 组成，滚轮的外圆周表面紧密压合，压合力来 自弹簧力的作用。纵封滚轮 1 分别安装在轴 12 的左端，由螺母固定，使滚轮可随轴转动。 轴 12 的两端轴承固定安装；而短轴的左边轴承座 10 可滑动，其右边的固定轴承座装置 一个调心轴承，因此轴承座可在箱体 4 的滑槽内作滑动微调。由于受弹簧力的作用，可 调轴承座 10 受压内移，使两个滚轮紧密压合。两滚轮间的压力可以调整，当拧紧调节套 筒 8 时，弹簧 9 压缩，使压力增大，放松调节套筒则压力减小。圆螺母 7 用来锁紧调节 套筒。 两纵封滚轮的圆筒内均装有加热器，发热元件一般用电阻发热线圈，绕装在支座上， 再通过支座安装在轴承座或安装板上。当纵封滚轮随轴旋转时，加热器固定不动，持续 的对滚轮的圆筒壁均匀加热。加热温度通过测温器测量，并由温控表控制其变化范围。 纵封滚轮的动力来自不完全齿轮 14，由传动机构带动齿轮 14 旋转，通过相互啮合的 齿轮同时驱动两个轴，使纵封滚轮实现相对旋转。 在纵封滚轮的封合圆柱面上都加工有均匀细密的网纹，以增加封口的牢固度,使热封 缝美观而且质量保证。另外，由于纵封滚轮在工作中长时间处于加热状态，并作连续相 对滚压运转，因此需要有较好的综合力学性能。在实际生产中可采用合金结构钢加工， 如 40Cr 等钢材制造。 3.3 横封装置设计横封装置设计 横封装置用于复合薄膜包装袋的横向热融封合，在热封的同时起到分切包装袋的作 无锡太湖学院学士学位论文 20 用。当然,有些包装机设有独立的分切装置，但采用横封同时分切的方式是连续式自动制 袋装填包装机的共同趋势。因为横封切断合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标 薄膜带的分切更准确，封切质量更高，生产效率更高。 如图 3.2，横封装置的结构，图中的一对横封辊 1 和 2 都具有两个封合面，对称布置， 相对旋转一周则可封切两次,完成两袋包装。 横封辊 1 的两端装有滑套轴承 17，通过轴瓦套 16 固定在支撑座 19 和安装板 15 上。横封 辊 2 两端的滑套轴承装配在滑动轴承座 3 上，左右两个滑动轴承座可以在支撑座 19 和安 装板 15 的滑槽内移动。受弹簧力的作用，横封辊 2 相横封辊 1 压合，两辊的左右圆环部 分的圆周面保持紧密接触。两辊压合力可以调节，当旋紧调节套筒 5 时，弹簧 8 压缩， 使压力增大,放松调节套筒则压力减小。圆螺母 4 用来锁紧调节套筒。动力有双联链轮 10 输入，经中间双联齿轮 13 带动横封双联齿轮 12，然后由相互啮合的齿轮驱动两个横封辊 作相对回转，实现封切。 横封辊的发热源来自电热管 20。电热管从横封辊的轴端穿入，其穿入长度应比横封 辊的封切面稍长，以确保封切面受热均匀。由于在运行过程中电热管随横封辊一起旋转， 因此需要在横封辊轴端装配电刷环 18，通过电刷导入电源。横封辊的温度，通过测温头 测定，再由温控表调节，测温头可装配在滑动轴承座 3 或轴瓦套 16 上。 偏心链轮不等速机构设计 21 1，2横封辊 3滑动轴承座 4横封辊 5齿轮 6键 7二联体齿轮 8轴承 9螺栓 10调压支杆 11电热管 12隔热套筒 13触电凸台 14绝缘套筒 15导线 图 3.2 横封装置 横封辊的结构有两种形式，分别是整体加工式和装配式。整体加工式的横封辊是将 回转轴和热封板加工成一体，如下图 3.3 所示，切刀 3 和刀板 2 分别装嵌在两辊的槽隙内， 由螺钉固定。 无锡太湖学院学士学位论文 22 1，4辊体 2刀板 3切刀 5电热管 图 3.3 整体加工式横封辊结构 横封辊的缝合面同样加工有花纹，样式与纵封辊一致。至于完成分切动作的刀具， 加工及材料有一定要求。一般情况下，带刃口的刀具可用 T8A 材料加工，刀口热处理 HRC5560；而平面刀板可用 45 号钢加工，不处理。 整体加工式的横封辊，一般结构尺寸较小，适合小袋的包装机。而装配式的横封辊 主要应用于较大包装的机器。 3.4 封合调整封合调整 对于连续式自动制袋装填包装机，纵封滚轮以一定值的速度运转，使纵封连续地进 行。因此，包装薄膜通过纵封牵引后被连续送进横封装置。由以上分析可知，横封辊在 回转一周的过程中，并非如纵封一样每时每刻保持压合热封状态，它只有在封合面对接 的时候才能进行热封分切。在横封辊对接的瞬间，运行的包装薄膜被压合，此时，必须 保证横封辊封合面的线速度与薄膜送进速度一致，即横封线速度 h v 应等于纵封牵引速度 z v ，只有如此，才能保证封切质量。否则，当 zh vv 时，会导致薄膜拉伸撕裂；而当 zh vv 时，会导致薄膜出现皱折。 假设纵封牵引速度 z v 保证在一个封切周期T内送进一个袋长l，而横封辊以 b v 匀速旋 转，并且一周封切两次，于是有 hz v T R T l v (3-1) 式中R为横封滚轮最大回转半径。由此可见，要生产不同规格的袋长l，横封辊必须要有 不同的半径R与之对应，这样的设计是非常不合算也不合理的。 偏心链轮不等速机构设计 23 为此，在设计中，应使横封辊R不变，采用一个不等速机构，使横封辊在周期T内作不等 速回转，以适应不同袋长的生产，从而使机器的通用性更好。 借助不等速机构，在热封切瞬时，使横封辊对滚的线速度与薄膜送进速度达到一致。在 完成封切后又迅速退离，让包装物料顺利通过，以免干涉。因此，可保证封切质量合包 装工作的顺利进行。 要实现横封不等速回转运动，所采用的机构有多种，如偏心链轮机构、转动导杆机 构、双曲柄机构、变速链轮机构、椭圆齿轮机构等。在实际生产制造中，根据运动特征， 考虑其结构特点及制造工艺等，主要采用偏心链轮机构、转动导杆机构和双曲柄机构三 种形式。这些不等速机构的运动特性均符合横封工作要求，调整方便，能适应不同的包 装工作速度和不同袋长，而且结构简单紧凑，制造方便。 无锡太湖学院学士学位论文 24 4 4 包装机的设计包装机的设计 4.1 包装机工作原理及功能包装机工作原理及功能 4.1.1 功能要求功能要求 (1) 功能要求 能够自动完成成型、计量、充填、封合及分切等工序，并解决现有几种包装机所存在的 封口质量的问题，可以达到生产要求。包装机械是指完成全部或部分包装过程的机械。 包装过程包括充填、裹包、封口、捆扎机等主要包装工序，以及与其相关的前后工序， 如开箱、洗瓶、堆垛和拆卸等。 4.1.2 主要构成及工作原理主要构成及工作原理 (1) 主要构成 粉粒制袋-充填-封口包装机由动力系统（电机 1） 、传动系统（分配轴 7、传袋轴） 、 执行系统（横封装置 2、传袋装置 3、纵封装置 5、成型装置 6、传送装置 8、计量装置 10、细供料装置 11、粗供料装置 12）和控制系统组成。 (2) 工作原理 工作时，由供料装置 11、12 将物料（粉粒、颗粒等）送入粉粒制袋-充填-封口包装 机的料仓后，计量装置 10 将完成定量的物料送入制袋成型装置 6，同时包装材料经薄膜 传送装置 8 引入成型器卷绕成筒状，纵封装置 5 完成纵向封口，横封装置 2 完成包装袋 的顶封和下一个袋的底面封口，成为两道焊缝。由于下料通道被包装袋裹住，纵封封合 后就可直接向袋内填充物料，随之由拉袋装置 3 移动一个工位完成顶封封口，并用切刀 切断完成包装工序，见图 4.1。 偏心链轮不等速机构设计 25 1-电机；2-横封装置；3-传袋装置；4-除静电装置；5-纵封装置 6-成型装置；7-分配轴；8-传送装置；9-薄膜；10-计量装置； 11-细供料装置；12-粗供料装置； 图 4.1 粉粒制袋-充填-封口包装机结构图 4.1.3 执行机构的动作配合执行机构的动作配合 本机执行机构主要为包装材料传送装置 8，传袋装置 3，计量装置 10，封口装置 2、5，见图 4.1。 包装材料传送装置：间歇运动，卷筒包装材料，通过输送辊、压纸辊和牵引辊匀速 输送一个包装袋的长度后，停止运动，此时充填、封口。传袋装置：间歇运动，当包装 材料传送装置输送一个袋长后，由滚轮传送包装材料下移一个袋距，然后停止运动。 计量装置：连续运动，送料后，粗计量与细计量同步工作，在包装材料完成封口时，物 料充填完全。 封口装置：间歇运动，包装材料与物料输送时，在开状态停止，完成一个袋的输送 后，封口装置匀速运动完成封口，在封口期间有停留时间，包装袋切断后，匀速运动回 到原位。各执行构件间动作应该相互协调，运动时间尽量重叠，便于缩短运动周期，提 高生产率。 无锡太湖学院学士学位论文 26 5 5 链轮的设计链轮的设计 5.1 链轮设计与机械加工链轮设计与机械加工 链轮是链传动中的重要零件，链轮齿形、节距等与链条相关尺寸加工是否正确，将 直接关系到链条的使用寿命。因此，必须给于足够的重视。 5.1.1 常见链轮的形状与结构常见链轮的形状与结构 通常，链轮是由齿圈、轮毅和轮幅三部分组成。常见链轮形状有: (1) 单片式单双排链轮。 (2) 单凸缘式单双排链轮。 (3) 双凸缘式单双排链轮。 链轮的结构大致有: (1) 整体结构。一般应用在标准链条 P=38.1 以下的单、双排，单、双凸缘链轮的加 工。 (2) 焊接结构。主要应用在中、大规格单、双凸缘链轮的加工。加工时，凸缘部分采 用棒料车成凸形。齿圈部分可采用板材切割后加工外径与轴孔，孔一端车出焊接坡口套 入凸缘部分进行焊接。焊接时要两端焊，采用低氢焊条如 T506 焊条等。 (3) 铸造链轮。主要应用在大型链轮的加工，加工时只加工齿圈、凸缘两端面、外径 和内径及键槽，然后再加工齿形。环链轮都是铸造的。铸造链轮的材料一般有两种，铸 铁和铸钢如 HTl5O、HT2O0 和 ZG310-570(ZG45)。 (4) 锻造链轮。主要应用在受力较大的中、大规格链轮的生产上。锻造时，不管是单 凸缘式或双凸缘式，一般都锻成凸形，轴孔留出足够的加工余量，材料利用率较低，成 本高。 5.1.2 链轮材料的选择链轮材料的选择 对于不需要热处理的片式链轮，可采用 Q235、Q345(16Mn)、或 10、20 钢制造。一般 硬度在 HBl40 以下，适于中速、中等功率、较大的链轮加工。要求热处理的链轮一般选 用 45 钢、45 钢锻造、45 铸钢或 4OCr 钢加工，适用于受力较大重要场合与高强度链条配 套的主、从动链轮的加工。铸铁链轮主要应用在精度要求不高或外形复杂的链轮，如环 链轮等。 5.1.