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I 颗粒包装机械毕业论文颗粒包装机械毕业论文 摘 要 本论文是关于小颗粒食品的包装设备简称颗粒包装机的设计。颗粒包装机 是将小颗粒的食品装入袋内，再封装。主要适用于小食品、医药产品的包装。 它具有操作简单、生产量大、适用范围广等特点。 颗粒包装机主要由几部分构成：引导成型部分、喂料部分、纵封牵引部分 横封切割部分。塑料薄膜安装在退卷装置上，经过导辊的引导输送塑料薄膜在 成型器的作用下形成袋状，这时纵封将袋封上纵向口，喂料装置下料，横封辊 在将其封住横向开口，并且切断。至此一个包装袋形成。 本文从基本理论、基本工作原理、基本分析方法上对设计作了阐述。在本 次设计中采用了象鼻成型器，转盘式定量供料器，滚轮纵封装置，整体加工式 横封辊结构。 滚轮纵封装置将以往的纵封和牵引合为一体，这样既节省了空间，又使整 体更具有美观性。整体加工式横封辊结构将横封和切断装置合成一体，减少了 封装时间。 最后一个重要的部分是 UG 的建模、装配。Unigraphics(简称 UG)是当前世 界上最先进和紧密集成的、面向制造行业的 CAID/CAD/CAE/CAM 高端软件。 作为一个集成的全面产品工程解决方案，UG 软件家族使得用户能够数字化地 创建和获取三维产品定义。UG 软件被当今许多世界领先的制造商用来从事概 念设计、工业设计、详细的机械设计以及更成仿真和数字化的制造等各个领域。 本文详细介绍了轴的建模、齿轮的建模，以及其装配和动态仿真。 关键字：颗粒包装机；纵封；横封；关键字：颗粒包装机；纵封；横封；UGUG 装配装配 II Abstract This paper is about the design of the packing equipments with small grain food which is call for grain packer. the grain packer is to pack the food of the small grain into the bag inside, then seal the bag. It is applicable to the packing of small food, medicine product primarily. It has the operation simple、produce have great capacity、apply wide etc. in scope characteristics. The grain packer is main from several parts of composingses: the part of the leading models and the part of feeding machine device, the part which vertical-seal and draught, and the part which horizontal-seal and cut down. The plastics thin film installs at equipment for withdraw the film, hasing been led the leading roller to molding machine, with which the film is form pockety, at this time vertical-seal seal the vertical caliber, feeding machine put the feed into the pockety, horizontal-seal seal the horizontal caliber, and cut off. Thus pockety is done. This paper makes to expatiate to the design from the basic theories, basic work principle, basic analysis method. Vertical-seal rolling device will be former seals with lead to match for integral whole, thus this device saved the space, and make the whole even have the beautiful again. Integer machining type horizontal-seal make the whole horizontal seal with the cut-off device synthesize the integral whole, reducing sealing-pack time. The last important part really is an UG to set up the molding and assemble. The Unigraphics (brief name UG) is current to enter first in the world with close gather of, face to the CAID/CAD/CAE/CAM that make the profession the high carrying the software. Be used Be used as a gathers of completely product engineering solution, the UG software household makes customer can the arithmetic figure turn the ground creates to set up with obtain three dimension product definition. This paper is detailed to introduced to set up axially the mold, wheel gear sets up the mold, and its assemble really imitate with the development. III KeyKey word:word: TheThe graingrain packer,packer, vertical-seals,vertical-seals, horizontal-seal,horizontal-seal, UGUG assembleassemble IV 目目 录录 摘 要 . Abstract 第 1 章 概述 .1 第 2 章 方案设计及选择 .2 2.1 卧式间歇制袋三边封口包装机 2 2.2 横枕式自动制袋装填包装机 3 2.3 立式间歇制袋中缝封口包装机 3 2.4 立式双卷膜制袋和单卷膜等切对合成型制袋四边封口包装机 4 2.5 立式连续制袋三边封口包装机 5 第 3 章 机械部分设计 .8 3.1 成型器的选择和设计计算 8 3.1.1 翻领成型器 .8 3.1.2 象鼻成型器的设计 .9 3.2 传动系统方案设计 11 3.3 动力及运动参数计算 12 3.3.1 主电机的确定 .12 3.3.2 主轴转速计算 .12 3.3.3 主轴功率计算 .13 3.3.4 主轴最小直径估算 .13 3.4 热封设计 14 3.4.1 纵封滚轮的设计及计算 .14 3.4.2 横封装置设计 .16 3.5 封合调整 18 3.6 引导装置 22 第 4 章 UG 部分设计.23 4.1 建模 23 4.1.1 轴的建模 .23 V 4.1.2 齿轮的建模： .24 4.2 装配 29 4.2.1 基本概念 .29 4.2.2 装配的方式 .30 4.2.3 装配模块的启动 .30 参考资料 .36 毕业设计总结 .37 致 谢 .38 颗粒包装机械毕业论文 - 1 - 第 1 章 概述 完成包装工序的机械通称为包装机械。包装机械以中小型单机为主，具有 体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。包装机械的范 畴广泛，种类繁多。 包装是产品进入流通领域的必要条件，而实现包装的主要手段是使用包装 机械。随着时代的发展和技术的进步，包装机械在流通领域中正起着越来越大 的作用。 而颗粒包装机的设计意义在于使小颗粒物品易于携带方便，且外形美 观。 我们设计的是一个自动制袋装填包装机,通常自动制袋装填包装机所采用的 包装材料是卷筒式包装材料,在机器上实现自动制袋、装填 封口 切断等全部包 装工序.其包装材料可以为塑料单膜 复合薄膜等.对于不同的机型,可以采用单卷 薄膜制袋或两卷薄膜制袋的形式,但主要以前者居多。 颗粒包装机械毕业论文 - 2 - 第 2 章 方案设计及选择 2.1 卧式间歇制袋三边封口包装机 图 21 卧式间歇制袋三边封口包装原理 1卷筒薄膜 2导辊 3成型器 4导杆 5张口器 6横封器 7加料器 8纵封牵引器 9分切刀 10成品袋 此类机型的包装原理如图 2-1 所示。卷筒塑料薄膜 1 经导辊 2 引入成型器 3，在成型器 3 及导杆 4 的作用下形成 U 形并由张口器 5 撑开。当加料器 7 下 行进入加料位置时，横封器 6 闭合，同时装填物料；随后，横封器 6 和加料器 7 复位；紧接着，纵封器 8 闭合热封并牵引薄膜移动一个袋位；最后由切刀 9 把包装袋切断。 颗粒包装机械毕业论文 - 3 - 2.2 横枕式自动制袋装填包装机 该机集自动裹包物品，封口，切断于一体，是一种高效率的连续式的包装 机，广泛应用于饼干，速食面等的自动包装上。其包装材料为塑料或其复合材 料，采用卷盘式薄膜供料，由牵引辊松卷，经导辊的导向进入成型器，受成型 器的作用，薄膜自然形成卷包的形式。同时，待包物品由供料输送链送入至薄 膜卷包的空间。卷包的薄膜在牵引轮的作用下向前运行并被中封轮实施中缝热 融封合。物品随薄膜同步运行。包装物品在最后经横封辊刀封合切断，形成一 个成品包装，由卸料传送带输出。由于其包装形式成枕状，故称为枕式裹包或 中缝包装。6 这种包装机采用有色标带包装时，需要随时对纸长进行调整，因此需配备 光电检测控制系统，以实现光标的正确定位。 2.3 立式间歇制袋中缝封口包装机 此类机型包装原理如图 2-2 所示。卷筒塑料薄膜 3 经导辊 2 被引入成型器 4，通过成型器 4 和加料管 5 以及成形筒 6 的作用，形成中缝搭接的圆筒形。 其中加料管 5 的作用为：外作制袋管，内为输料管。 封合时，纵封器 7 垂直压合在套于内筒 5 外壁的薄膜搭接处，加热形成牢 固的纵封。其后，纵封器回退复位，由横封器 8 闭合对薄膜进行横封同时向下 牵引一个袋的距离，并在最终位置加压切断。可见，每一次横封可以同时完成 上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的充填是在薄膜受牵引下移时完成的。 颗粒包装机械毕业论文 - 4 - 图 22 立式间歇制袋中缝封口包装原理 1 供料器 2 导辊 3 卷筒薄膜 4 成型器 5 加料管 6 成型筒 7 纵封器 8 横封牵引器 9 成品器 2.4 立式双卷膜制袋和单卷膜等切对合成型制袋四边封口包装机 此类包装机可制造四边封口的包装袋型。双卷膜制袋包装机采用双卷薄膜 进行连续制袋，左右薄膜卷料对称配置，经各自的导辊被纵封滚轮牵引，引入 引导管处汇合。薄膜在牵引的同时被封合两边缘，形成两条纵封缝。在横封辊 闭合后，物料由加料器进入，随后完成横封切断，分离上下包装袋。6 单卷膜等切对合成型制袋包装机只采用一卷薄膜制袋，其制袋过程是先将 薄膜对中等切分离，然后两半材料复合成型。其成型原理及性能比前者更优异。 颗粒包装机械毕业论文 - 5 - 2.5 立式连续制袋三边封口包装机 图 23 立式连续制袋三边封口包装原理 1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器 5-纵封滚轮 6-横封辊 7-成品袋 卷筒薄膜在纵封滚轮的牵引下，经导辊进入制袋成型器形成种纸管状。纵封滚 轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊闭合实行横封切断。同样， 每次横封动作可同时完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的 充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。 这种机型是一种广泛应用的机型，因其包装原理的合理性和科学性而成为 较多采用的设计方案。根据这一包装原理可设计出多种的袋型。例如，增加一 对纵封滚轮，使两对纵封滚轮对称布置在纸管两边缘，同时进行牵引纵封则形 颗粒包装机械毕业论文 - 6 - 成两条纵封缝，经横封后产生的袋型则为四边封口袋。采用这种制袋方法主要 是以美观为出发点，因为增加的一条纵封缝在包装袋结构上是“多余”的，称作 “假封”，但它却起到一种对称美的作用。 另外，把横封辊旋转 90 布置，使纵封的封合面与横封的封合面成垂直状 态，则可产生另一种袋型。包装薄膜经成型器被纵封滚轮牵引纵封，随后经过 导板并被与纵封面成垂直布置的横封辊封合切断，形成一个中缝对折两端封合 的包装袋，也就是平常所说的“枕式包装”。6 图 24 中缝对接两端封口包装原理 1-薄膜 2-纵封滚轮 3-导向板 4-横封辊 5-成品袋 颗粒包装机械毕业论文 - 7 - 2.6 方案比较和选择 立式连续制袋三边封口包装机将纵封和牵引合为一个纵封滚轮，将横封和 切断装置和为一个横封装置，节省了空间、时间。又考虑到方便、造价低等特 点，此次选用立式连续制袋三边封口包装机。 颗粒包装机械毕业论文 - 8 - 第 3 章 机械部分设计 3.1 成型器的选择和设计计算 在制袋过程中，制袋成型器在卷筒薄膜由舒展平坦输送到卷折成各种袋型 的过程中起到一个十分关键的作用，它对包装的形式、尺寸以及包装质量有直 接的影响。因此成型器的选择和设计计算是非常重要的。 设计和制造成型器的关键为： 尽量减少薄膜通过成型器所受的阻力，使薄膜不产生纵向或横向的拉伸变形以 及皱折等。 确保薄膜自然贴合、无拉伸、无腾空地通过成型器，自然卷合，正确成型。 结构简单可靠，制造方便，调试容易。 常用的成型器主要有以下几种： 3.1.1 翻领成型器 如图式，薄膜由最后一根导辊引入，经翻领曲面滑入加料管 5 和成型筒 6 的间隙间。在这一过程中，薄膜自然卷合成圆筒状。由此可见，其设计关键在 于正确设计翻领曲面与成型筒曲面的拼接曲线，要求自然圆滑地过渡。 图 31 翻领成型器工作原理 颗粒包装机械毕业论文 - 9 - 如图示，用一张边长等于成型器筒周长的方形纸，紧贴包卷在圆筒外表面， 将上端打开并且无折皱地翻展，即可形成翻领成型器的工作曲面。工作曲面与 圆筒曲面的交接线就是需要设计所求的拼接曲线。图中(b)为展开的平面曲线图， 其中 r 为圆筒半径。 由于翻领成型器计算繁琐，设计时，采用了象鼻成型器 3.1.2 象鼻成型器的设计 对于象鼻成型器，其安装角可取 125 。圆弧槽半径推荐值为 aR3 . 01 . 0 。根据参数a，a和R可求出值、h值和n值，如下图所示： 图 32 象鼻成型器参数及其截面示意图 象鼻成型器的两边都带有护边目的是防止成型器曲面过长而导致薄膜贴合 不良而跑偏，影响翻折制袋。折边的宽度可取 2015m mm。下图中，在 D处，三角板离上顶面距离为m。实际生产中，往往将GD段截断，在G处设 置导辊将薄膜直接引入D处6。 颗粒包装机械毕业论文 - 10 - 图 33 象鼻成型器结构及展开图 象鼻成型器的制造一般采用不锈钢薄板，要求外表面光滑平整。其三角部 分合圆弧槽部分可用整块板料卷曲而成，因为它们的展开宽度是相等的。下图 中所示是象鼻成型器结构及展开图，沿虚线卷折即可制得成型器，图中参数可 通过计算加以选择。在下表中，列出了多种象鼻成型器的设计参数，这是实际 应用中所设计的成型器，可供参考选择6。 表 3-1 象鼻成型器参数 (mm) b e f g h i j k m (n) 50 133 101 68 76 33 49 68 89 28.3 55 143 111 78 86 38 54 78 99 32.6 60 153 121 88 96 43 59 88 109 36.9 65 163 131 98 106 48 64 98 119 41.2 70 173 141 108 116 53 69 108 129 45.5 75 183 151 118 126 58 74 118 139 49.8 80 193 161 128 136 63 79 128 149 54.1 颗粒包装机械毕业论文 - 11 - 在设计象鼻成型器时应注意，除了折边部分外，其宽度应与薄膜宽度大致相等。 理想状态是：制造完工的成型器，其表面宽度比薄膜大 15 . 0 mm。这样可确保 薄膜自然贴合成型器而不起皱。 3.2 传动系统方案设计 要实现包装的全过程，主要是实现包装的牵引走膜，下料及封切。也就是 说从塑料卷筒到最终成品要经过以下过程 图 34 连续式自动制袋装填包装机传动系统 1- 主电机 2-皮带 3-蜗轮蜗杆减速器 4-偏心轮机构 5-横封器 6-纵封器 颗粒包装机械毕业论文 - 12 - 7-离合器 8-上料机构 9-不完全齿轮 10-行星齿轮差动器 11-伺服电机 12-无级变速器 动力由减速器输出后，通过带传动带动主轴运转，再通过主轴分配，形 成三路传动，分别驱动定量供料器 8、纵封滚轮 6 以及横封辊 5。三路传动如 下： 1）主轴通过齿轮 Z20带动二联体齿轮的齿轮 Z52和 Z20，再经过二联体齿 轮 Z52和 Z36传到齿轮 Z36驱动轴，使定量供料器 8 回转。 2）主轴通过锥齿轮 Z30带动无级变速器的轴变速器的输出轴。经过 差动传动装置，综合伺服电机 11 输出的补偿速度，再经过一对不完全齿轮 Z60，带动轴旋转，从而驱动纵封滚轮 6 相对回转。 3）主轴通过锥齿轮 Z36 带动轴的偏心链轮机构 4 输出一个不等速运动， 带动齿轮 Z18，经齿轮 Z22和一对 Z30驱动横封辊相对回转。通过调节偏心链轮 的偏心值可以实现热封速度的调整。 作用在纵封滚轮上的牵引力应该与滚轮受到塑料薄膜给它的力相等，才能 使塑料薄膜匀速下滑。 3.3 动力及运动参数计算 3.3.1 主电机的确定 由于整台机器比较小，所以不需要较大的电机,而且电机要实现变速。综合 上述条件后，参考有关资料选用型号为 Y801-4 的三相异步电动机，其主要性 能如下: 表 3-2 电机的主要性能 功 率电 流转 速 功率因数效 率起动电流 550W 4.17A 1400r/min 0.64 63% 29A 3.3.2 总体传动比分配 定量供料装置转动一圈，可以填 6 袋，而机器的包装速度是 3660 袋/min， 所以定量供料装置最多要每分钟转 10 转，所以定量供料装置中心轴的转速为 610r/min。定量供料装置的转盘有 6 个定量孔，所以横封器啮合次数应该达到 3660 次/min。初定袋长 80140mm,而且再根据产量计算纵封器的转速 ，计 算如下： max: 颗粒包装机械毕业论文 - 13 - 14060=2R3.14max （3- 1） R纵封器压辊半径，初定为 R=55mm 14060=2553.14max max=121.6r/min min： 8036=2R3.14min （3- 2） min=41.7r/min 根据所有执行机构的轴的转速设定如下传动计算框图： 图 3-5 传动计算框图 3.3.2 主轴转速计算 颗粒包装机械毕业论文 - 14 - 综合传动计算框图，主轴转速计算如下： n主轴=n电机 i减速器 （3-3） 其中 nmax 电机=8401400 r/min n主轴=4270r/min 3.3.3 主轴功率计算 P 主轴=P电机 带减联 （3-4） 其中 带 带传动效率，取为 0.96 减蜗轮蜗杆减速器效率，取为 0.8 联联轴器效率，取为 0.99 P主轴=5500.960.80.99=418.2W 3.3.4 主轴最小直径估算 d0A=20.6mm （3- 3 P n 3 42 418 . 0 110 5） 设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响，设计时应该根据槽的个数增 大尺寸，其经验公式计算如下： d=d023.624mm （3-6） 3n %41%41）（）（ 因为主轴与减速器由联轴器连接，所以选择标准件联轴器的复合最小轴直 经为 d=25mm。 所以主轴最小直径为 dmin=25mm 功率分配 共有三条传动线需要分配功率一条是横封机构，一条是纵封机构，还有一 条是定量供料装置。由于横封机构需要的力相对来说不是很大，所以横封机构 分配到的功率为总功率的 1/5 其它两个占总功率的 4/5；纵封相对定量供料装置 颗粒包装机械毕业论文 - 15 - 来说需要的力大一些，所以它分配到剩下功率的 1/5， 则： P横封=P主轴 =418.2=83.6W （3-7） 5 1 P纵封= P主轴=200.6W （3-8） 5 4 5 3 P定量= P主轴=133.7W （3-9） 5 4 5 2 3.4 热封设计 塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料，特别是多 层复合薄膜，因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于食品包装中。 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。 3.4.1 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。如图示是纵封牵引滚轮的结构。 颗粒包装机械毕业论文 - 16 - 图 35 纵封装置 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 如图 3-5 式，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 颗粒包装机械毕业论文 - 17 - 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。 3.4.2 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 3-6 式，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。 颗粒包装机械毕业论文 - 18 - 图 36 横封装置 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 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。 颗粒包装机械毕业论文 - 19 - 图 37 整体加工式横封辊结构 1，4辊体 2刀板 3切刀 5电热管 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。 3.5 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。 颗粒包装机械毕业论文 - 20 - 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 (3-10) 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。 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。 偏心链轮不等速机构 当主动轴等速回转时，将带动偏心链轮等角速回转。由于偏心的作用，使 得通过链条带动的从动链轮 1 的转速发生周期性的变化。当偏心距增加或减小 时，将可改变周期中转速快慢之间的差值。从动链轮 1 通过齿轮传动带动横封 辊旋转，由于其转速周期性变化，因此，可以设计成：当横封辊在热封切时获 得与送膜相等的速度，在热封切后则快速分离6。 机构中设置有张紧轮，通过弹簧保持链条的张紧。 颗粒包装机械毕业论文 - 21 - 图 38 偏心链轮传动示意图 图 3-8 示是偏心链轮不等速机构的传动示意图。令主动链轮和从动链轮的节圆 半径为R，两轮回转的中心距为d，主动链轮的偏心距为e，为主动链轮的 转角。主动链轮以等角速 1 w 匀速旋转，则从动力链轮的角速度 2 w 可通过下式 计算： cos2 sin 1 22 12 eddeR ed ww (3-11) 对上式求极值可 w2max=w1 即 imax=1+ R e 1 R e w2min=w1 即 imin= R e 1 R e 1 因此变速范围 n R 为 （3-12） 颗粒包装机械毕业论文 - 22 - 图 39 偏心轮机构的输出速度特性曲线 上式表 3-9 明，变速范围决定于偏心距e和链轮节圆半径R，而与中心距 d无关。当R一定时，调整e即可获得不同的变速范围。若不断调整e值，可得 到图示的曲线簇。由图可见，调整偏心距e，当其值由大到小变化时，所反应 的特性曲线越来越平坦，直到 0e 变成匀角速 1 w 为止。随着e值的变小，速度 极限角 1 和 2 分别向 2 和 2 3 趋近，直到 0e 时， 2 1 ，而 2 3 2 。 只要横封辊在 1 角度位置处进行封切动作，则可满足包装工艺要求。 由于e值的改变，使得在封切位置 1 处的 2 w 发生变化，而 2 w 的变化正好 适应不同袋长l的变化。具体推导如下： 薄膜运动的线速v为 60 lQ v (313) 式中v为薄膜运行线速（mm/s） ，l为薄膜袋的袋长（mm） ，Q为包装机生产率 （袋/min） 。而横封辊封切的瞬时角速 w 为 颗粒包装机械毕业论文 - 23 - 2 wi r v w （314） 式中r为横封辊最大回转半径（mm） ， i 为由从动链轮到横封辊的传动比（定 值） 。 以带两个封合面的横封辊为例，当从动链轮转一周时，横封辊应转半周，即封 切一次，此时 2 1 i 。因此由上式可得 r v w 2 2 （315） 把（3-13）式代入（3-15）式得 r lQ w 30 2 （316） 上式所示正是同一生产率下不同袋长l所要求的输出角速度 2 w 。 可见在封切位置 1 处，e值由最大值变到最小值时， 2 w 亦由最大值变到最 小值。而随着 2 w 的变化，由式（316）可见，袋长l同样由最大值变到最小值。 因此，袋长l可以通过改变e值的大小来适应。若将e值用袋长量标刻在偏心链 轮半径上，就能直观地进行调整。 为了合理实际机械机构，在偏心链轮上采取偏心值 e 的调整方法。这样当 0e 时，不等速机构的输出角速度刚好能满足不同袋长规格中薄膜袋的中间长 度的调整要求。 偏心链轮随着转角的变化，其输出的角速度 2 w 在发生有规律的变化。如 果在调整偏心距e时，主从两链轮处于任意啮合位置，显然不能满足工艺要求。 正确的方法应在横封辊处于封切位置，即偏心链轮处于极限角 1 处时进行调整。 在装配和调整不等速机构时，可遵循以下方法： 1）首先把偏心链轮调节在 0e 处，即链轮中心和主轴中心重合。转动偏 心链轮使其偏心线（即调节螺杆轴线）垂直于两链轮轴的中心连线，同时使最 小袋长值的一边靠近链条主动边。 2）确保横封辊正处于热合状态，即封切刀相互接合状态。 颗粒包装机械毕业论文 - 24 - 3）配上链条，完成安装。 4）按要求调节偏心值e到需要的袋长值，如此即可启动机器工作。 偏心链轮不等速机构的有点在于结构简单，精度要求较低，使用调整方便。但 其调速范围因为取决于链轮偏心值e，因此受到结构的限制。而且e值大侧链 条张紧轮摆动范围大，其张力波动大，对运动不利。另外，此结构步适于告诉 运动合可逆传动，速度越高，链条跳动越历害。 3.6 引导装置 引导装置主要是一系列导辊组，通过导辊的作用，使包装材料带平展输送， 并起到自由转向，校正纠偏的作用。 导辊的机构很简单，主要由心轴、辊筒和轴承组成（如图 3-9 所示） 。 图 39 导辊结构 1螺母 2弹簧挡圈 3轴承 4心轴 5辊筒 心轴固定安装在支座上，使辊筒在轴上能灵活转动。辊筒一般用不锈钢管表面 抛光制作，也可用工程塑料管等材料制造。无论用何种材料，辊筒外表面应保 持光洁圆滑，以便使薄膜带输送平滑稳定。 一台包装机一般有若干支导辊，安装时须确保平行，并且按薄膜带的走向 设定安装位置。导辊的数量与薄膜带输送速度有关，对于牵引速度高的包装机， 薄膜带高速输送，则需要较多数量的导辊以提高薄膜带输送的稳定性。反之， 牵引速度较低的包装机，配置较少的导辊即可满足要求。 颗粒包装机械毕业论文 - 25 - 第 4 章 UG 部分设计 Unigraphics（简称 UG）是美国 EDS 公司集 CAD/CAM/CAE 于一体软件集 成系统，它的功能覆盖了整个产品的开发过称，即覆盖了从概念设计、功能设 计、分析到制造的过称，在航天、汽车、机械、模具和家电等工业领域的应用 非常广泛。目前 UG 以成为世界上最优秀公司广泛使用的软件系统。因此我选 择此软件。 我把我所设计的包装机的主要传动部件用 UG 进行实体建模，并装配起来， 进行运动仿真。 4.1 建模 4.1.1 轴的建模 总的来说轴的建模比较简单，下面是我画轴的简单过程： 1运行 UG，新建文件并取个名字。 图 4-1 新建文件的时候所需要注意的就是单位，我们通常所用的单位是毫米 （mm） ，所有选择 Millimeters。 图 42ug 存档窗口 颗粒包装机械毕业论文 - 26 - 选好了单位，取完名字点击 OK 按钮就进入了 UG 软件系统。 在工具栏上的 Application 下拉菜单里选择 modeling 进入建模模块，就可以进 行建模了。 先画圆，然后进行拉伸，就能做出一小段轴。 点击左边按钮出现基本曲线构造器如右图。 图 4-3 草图工具 画完圆点击进行拉伸。选择拉伸的方向、原点、和拉伸的长度就能得 到所需要长度的轴了。下面是画好的一段轴： 图 44 轴模型 4.1.2 齿轮的建模 A齿轮建模的一般步骤如下： 打开表达式编辑器，点击【Tools】【Expression】菜单选项； 用自定义表达式的方式建立复杂曲线方程的表达式； 启动规律曲线功能，点击【Insert】【Curve】【Law Curve】 ； 按着规律曲线的操作步骤建立曲线。 B参数： 渐开线外啮合直齿圆柱齿轮一个齿的基本齿廓（GB1356-87）形状由 5 段曲 线组成，其中有两段对称的渐开线，一段齿顶圆弧线和两段齿根圆弧曲线。 设渐开线外齿啮合直齿圆柱齿轮的模数为 m，齿数为 z，则基本的形状计算公 式为： 分度圆直径 zmd （41） 齿顶圆直径 )2( zmda 颗粒包装机械毕业论文 - 27 - （42） 齿根圆直径 )5 . 2( zmd f （43） 由于齿廓渐开线是从基圆开始生成，因此要确定基圆。基圆 b d 的计算公式为： 基圆直径 azmdbcos 为了生成渐开线，需要建立渐开线的参数方程。设定方程的参数为 t，则 根据渐开线参数方程，可建立如下的公式： t90 ；临时变量以简化后续公式，90 范围的渐开线 tds b 4 1 ；临时变量以简化后续的公式 sincos 2 1 sdx bt ；曲线的 X 分量坐标值 sincos 2 1 sdy bt ；曲线的 Y 分量坐标值 0 t z ；曲线的 Z 分量坐标值，平面曲线，建立在 WCS 上利用规律曲线功能可以建立齿轮渐开线的分支。 C下面是我建立的一个模数为 2、齿数为 24 的标准渐开线齿轮的过称： 1建立齿轮的一个齿的齿廓曲线 打开表达式编辑工具，建立齿轮渐开线参数方程所需要的表达式，如下： m=2 z=32 alpha=20 da=m*(z+2) df=m*(z-2.5) db=m*z*cos(alpha) t=0 qita=90*t s=pi()*db*t/4 xt=db*cos(qita)/2+s*sin(qita) yt=db*sin(qita)/2-s*cos(qita) zt0 利用规律曲线（Law Curve）功能，通过曲线方程的建立方式（By Equation） ，按默认方式建立 90 范围内的一段渐开线，其结果如下图： 颗粒包装机械毕业论文 - 28 - 图 45 齿轮渐开线 2建立齿顶圆和齿根圆，并将渐开线限定在齿顶圆和齿根圆之间 利用基本曲线功能，根据齿顶圆和齿根圆的直径，建立齿顶圆与齿根圆两 条曲线。 利用曲线修剪功能，将渐开线修剪在齿顶圆和齿根圆之内，多余的部分被 修剪掉。修剪时，采用相关输出选项（Associative Output） ；修剪齿顶圆部分采 用自然延长方式（Natural） ，以保证原规律曲线形状不变；由于从基圆到齿根 圆部分的齿面步参与啮合过称，因此从基圆延长到齿根圆部分的曲线采用线性 延长方式即可（Linear） 。经过修剪后的一支渐开线如图 4-6 所示： 图 46 渐开线 建立齿轮一个齿的另一侧渐开线 颗粒包装机械毕业论文 - 29 - 齿轮的一个齿的另一侧渐开线实际上是已经建立的这一侧渐开线的镜像线， 为了建立镜像线，需要线建立一些辅助曲线。 根据齿轮形状的理论，在分度圆上，齿厚与齿隙长度相等。因此，先建立 分度圆，再从分度圆与渐开线焦点出发建立一条通过原点的直线，以次来做参 考来确定其他的辅助线。如下图 4-7： 图 47 分度圆直径 以刚才建立直线为参考，向齿厚方向上建立一条镜像线，利用改镜像线即 可生成齿廓曲线的另一分支。由于分度圆上一个齿的包角为 180 /z，因此镜像 线与刚才建立的参照线之间的夹角为 90 /z。可以利用对象变换功能 （Transform）中的旋转变换来完成镜像线的建立，然后利用镜像变换来建立轮 齿渐开线的另一支，建立结果如图 4-8： 图 48 齿轮齿 形成完整的一个齿廓曲线 为了形成一个齿廓曲线，齿根圆部分再齿厚两端将各占齿隙的一半，因此 颗粒包装机械毕业论文 - 30 - 还要建立两条辅助线来限定齿廓的范围；同样可以利用对象变换功能 （Transform）中的旋转变换来完成辅助线的建立。利用曲线修剪功能将多余的 线条修剪掉，修剪时要注意各个选项的选择。形成的单个齿廓的曲线如图 4- 9： 图 49 齿廓曲线 为了方便齿轮曲线以后生成实体，我们可以利用图层功能将轮齿曲线部分 放到另一层，并设置为工作图层；而保留其他辅助曲线在默认的图层 1。 利用对象变换功能，通过其他旋转变换功能，即可以生成整个齿轮的齿轮曲线， 结果如图 4-10： 图 410 齿轮 颗粒包装机械毕业论文 - 31 - 4.2 装配 4.2.1 基本概念 1装配件（assembly）和子装配件（subssembly） 装配件就是我们在机械设计中学过的整件，子装配件就是部件，整件由部件和 零件装配而成。在 UG 软件中任何一个.prt 文件都可以作为装配件和子装配件， 当然也可以作为零件。通常我们将.prt 文件成为部件。 2组件对象（Component Objects， ） 每个装配件和子装配件都可以看作一个组件对象，组件对象是一个从装配件或 子装配件链接导主模型部件的指针实体。 3组件（Component） 组件是装配中由组件对象所指的.prt 文件，实际几何体存在在组件中，并被装 配件引用，而不是拷贝。 4单个零件（Piece part） 单个零件是指含有零件几何模型的.prt 文件，它可以作为组件添加导装配件中， 但是本身不能作为装配件。 主模型概念（Master Model Concept） 主模型是各个模块都能引用的部件模型，是计算机并行工程思想在 UG 软 件中的一种体现。一个主模型可同时被工程图、装配、加工、机构分析和有限 元分析等模块引用。装配件也是一个主模型，主模型改变后，相关应用会自动 更新。 4.2.2 装配的方式 UG 软件采用的是虚拟装配。采用此装配方法，进行装配，装配件中的零 件与原零件之间是指针引用连接关系，对原零件的修改会自动反应到装配件中， 从而节约了内存，提高了装配速度14。 4.2.3 装配模块的启动 选择 ApplicationAssemblies 或快捷键 CtrlAltW 启动装配模块后，方 可用相关的装配功能。 4配对