香皂肥皂包装机设计（全套含CAD图纸三维建模）
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摘 要 由于生产和流通的日益社会化，现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。 科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。特别是机械化，自动化设备的普遍应用，更为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营销，提高了产品在市 场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。 本次毕业设计，通过许多种方案的综合评价、筛选，最后确定了这一台连续式包装机。该机由电磁震动上料斗、分落部件、钳部件、扭结部件、纸架部件、切纸部件以及动力源 无级变速部件、动力分度箱等几大部件，整个包装过程实现了自动化，与现代机械相比，本机器实现了高速、连续性，具有高的生产率、低动力消耗、使用简单、维修方便可靠等优点。 关键词 ： 上料；分落部件；切纸部件；自动化；现代化 of of at At it is to of on in so of to s of at of at My is to a a of is of of of of of to a a 2 目 录 第 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 装机械 . 错误 !未定义书签。 装的分类及作用 . 错误 !未定义书签。 装机械的组成 . 错误 !未定义书签。 装机械的特点 . 错误 !未定义书签。 装机发展方向 . 错误 !未定义书签。 内包装机发展现状及趋势 . 错误 !未定义书签。 我国包装技术与国外先进包装技术的差距 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 肥皂包装机的工艺确定 . 错误 !未定义书签。 品特征 . 错误 !未定义书签。 装材料 . 错误 !未定义书签。 装工艺方案拟定 . 错误 !未定义书签。 皂包 装工艺的实验 . 错误 !未定义书签。 第 3 章 肥皂包装机的总体布局 . 错误 !未定义书签。 型选择 . 错误 !未定义书签。 动机的执行机构 . 错误 !未定义书签。 装机总体布置 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 肥皂包装机的传动系统 . 错误 !未定义书签。 择电动机 . 错误 !未定义书签。 械特性 . 错误 !未定义书签。 速 . 错误 !未定义书签。 行经济性 . 错误 !未定义书签。 动机的选择 . 错误 !未定义书签。 第 5 章 电机到主输送带装置的传动设计 . 错误 !未定义书签。 第一级传动 带的设计 . 错误 !未定义书签。 轮的设计 . 错误 !未定义书签。 轮材料 . 错误 !未定义书签。 配轴上螺旋齿轮的尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 械手及送轴上的螺旋齿轮的尺寸计算 . 错误 !未定义书签。 三级传动 链传动的设计计算 . 错误 !未定义书签。 传送带的设计计算 . 错误 !未定义书签。 传动链的设计计算 . 错误 !未定义书签。 3 算主传送带的牵引力 F . 错误 !未定义书签。 算主链条输送装置的功率 . 错误 !未定义书签。 第 6 章 肥 皂包装机的工作循环图 . 错误 !未定义书签。 析各执行机构的运动循环图 . 错误 !未定义书签。 执行机构运动循环的时间同步化设计 . 错误 !未定义书签。 制包状肥皂自动包装机的工作循环 . 错误 !未定义书签。 正自动包装机的工作循环图 . 错误 !未定义书签。 第 7 章 肥皂包装机的齿轮设计 . 错误 !未定义书签。 齿轮副 1、 2、 3 的设计计算表 . 错误 !未定义书签。 准直齿齿轮副 16 的设计计算表 . 错误 !未定义书签。 第 8 章 肥皂包装机的机械手设计 . 错误 !未定义书签。 第 9 章 肥皂包装机的凸轮设计 . 错误 !未定义书签。 杆槽凸轮设计 . 错误 !未定义书签。 杆偏心凸轮设计 . 错误 !未定义书签。 纸刀平面凸轮 6 、抄纸 板平面凸轮 8 . 错误 !未定义书签。 杆圆柱凸轮 . 错误 !未定义书签。 第 10 章 肥皂包装机的槽轮设计 . 错误 !未定义书签。 第 11 章 肥皂包装机 维建模 . 错误 !未定义书签。 本简介 . 错误 !未定义书签。 件特点 . 错误 !未定义书签。 动感用户界面 . 错误 !未定义书签。 置管理 . 错误 !未定义书签。 同工作 . 错误 !未定义书签。 配设计 . 错误 !未定义书签。 程图 . 错误 !未定义书 签。 皂包装机三维图 . 错误 !未定义书签。 械手部件图 . 错误 !未定义书签。 料与夹持 . 错误 !未定义书签。 体装配图 . 错误 !未定义书签。 结论 . 错误 !未定义书签。 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 本 科 毕 业 设 计（论 文） 题 目 肥皂包装机设计 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 - - 0 原创性声明 本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成 肥皂 。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成 肥皂 。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 并表示了谢意 。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 摘 要 由于生产和流通的日益社会化，现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。 科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。特别是机械化，自动化设备的普遍应用，更为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营销，提高了 产品在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。 本次毕业设计，通过许多种方案的综合评价、筛选，最后确定了这一台连续式包装机。该机由电磁震动上料斗、分落部件、钳部件、扭结部件、纸架部件、切纸部件以及动力源 无级变速部件、动力分度箱等几大部件，整个包装过程实现了自动化，与现代机械相比，本机器实现了高速、连续性，具有高的生产率、低动力消耗、使用简单、维修方便可靠等优点。 关键词 ： 上料；分落部件；切纸部件；自动化；现代化 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 of of at At it is to of on in so of to s of at of at My is to a a of is of of of of of to a a 含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 目 录 第 1 章 绪论 . 1 装机械 . 1 装的分类及作用 . 1 装机械的组成 . 2 装机械的特点 . 2 装机发展方向 . 2 内包装机发展现状及趋势 . 3 我国包装技术与国外先进包装技术的差距 . 5 第 2 章 肥皂包装机的工艺确定 . 6 品特征 . 6 装材料 . 6 装工艺方案拟定 . 6 皂包 装工艺的实验 . 7 第 3 章 肥皂包装机的总体布局 . 9 型选择 . 9 动机的执行机构 . 9 装机总体布置 . 10 第 4 章 肥皂包装机的传动系统 . 11 择电动机 . 12 械特性 . 12 速 . 12 行经济性 . 12 动机的选择 . 12 第 5 章 电机到主输送带装置的传动设计 . 14 第一级传动 带的设计 . 14 轮的设计 . 15 轮材料 . 15 配轴上螺旋齿轮的尺寸计算 . 15 械手及送轴上的螺旋齿轮的尺寸计算 . 16 三级传动 链传动的设计计算 . 17 传送带的设计计算 . 18 传动链的设计计算 . 18 包含 纸和三维建模及说明书 ,咨询 Q 197216396 算主传送带的牵引力 F . 20 算主链条输送装置的功率 . 20 第 6 章 肥 皂包装机的工作循环图 . 23 析各执行机构的运动循环图 . 23 执行机构运动循环的时间同步化设计 . 25 制包状肥皂自动包装机的工作循环 . 26 正自动包装机的工作循环图 . 26 第 7 章 肥皂包装机的齿轮设计 . 27 齿轮副 1、 2、 3 的设计计算表 . 27 准直齿齿轮副 16 的设计计算表 . 27 第 8 章 肥皂包装机的机械手设计 . 29 第 9 章 肥皂包装机的凸轮设计 . 30 杆槽凸轮设计 . 30 杆偏心凸轮设计 . 30 纸刀平面凸轮 6 、抄纸 板平面凸轮 8 . 31 杆圆柱凸轮 . 32 第 10 章 肥皂包装机的槽轮设计 . 33 第 11 章 肥皂包装机 维建模 . 34 本简介 . 34 件特点 . 34 动感用户界面 . 34 置管理 . 35 同工作 . 35 配设计 . 35 程图 . 35 皂包装机三维图 . 36 械手部件图 . 36 料与夹持 . 36 体装配图 . 37 结论 . 38 致谢 . 39 参考文献 . 40 1 第 1 章 绪论 装机械 包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。 装的分类及作用 包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业 产品包装，按产品包装的结构形式分类，有内包装和外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。其中按包装的结构形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构形式，它包括直接包装和中间包装。直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。直接包装时，必须根据被包装物品的物理性能，按包装要求，选择包装材料或容器，制定包装工艺，选择或设计包装机械设备。中间包装是以一定数量的直接包装品经组合后再作一次包装的包 装形式。如物品装瓶或装袋后的装盒包装；卷烟小包包装后的条包包装；牙膏类物品的装管封尾后的装盒包装等。 随着消费者需要的多样化，尤其是超级市场的发展，内包装突出日益重要的地位。完成内包装所需的机器设备，在包装工业中的需求量最大。 外包装是以一定数额的、经内包装后的产品装裁到包装箱的包装结构形式。包装箱现在多用瓦楞纸板箱。内包装的主要目的，在于促进销售，并为消费者提供使用上的方便，在包装设计中，除保证包装内容物质和量的要求外，还需重视包装装潢的重要作用。外包装的主要目的，是为流通储运提供保障，要求包装坚固牢实。 包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装的主要目的在于保护产品的使用价值。因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节，是提高产品的商品价值不可忽视的重要环节。 2 装机械的组成 图 装机械的特点 （ 1）大多数包装机械结构和机构复杂，运动速度快且动作配合要求高。 （ 2）用于食品和药品的包装机要 便于清洗，符合药品和食品的卫生和安全要求。 （ 3）包装执行机构的工作力一般都较小，所以包装机的电机功率较小。 （ 4）包装机一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包装机的生产能力。 （ 5）包装机械是特殊类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。 （ 6）包装机械的自动化程度高，大部分已采用 片机控制，实现了智能化。 （ 7）包装机械实现了包装生产的专业化，大幅度地提高生产效率。 （ 8）包装机械化降低了劳动强度， 改善劳动条件，保护环境，节约原材料，降低产品成本。 （ 9）保证了包装产品的卫生和安全，提高了产品包装质量，增强市场销售的竞争力。 （ 10）延长产品的保质期，方便产品的流通。产品采用包装机，可减少包装场地面积，节约基建投资 。 装机发展方向 目前，国外包装和食品机械水平高的国家主要是美国、德国、日本、意大利和英国。而德国的包装机械在设计、制造及技术性能等方面则居于领先地位， 被包装物品 供送系统 主传送 系统 成品输出系统 控 制系统 传动系统 辅助装置 动力机 机身 包装材料供送系统 包装操作执行系统 3 2002 年德国包装机械产值达 34 亿欧元，其产量的 77 %为出口产品。最近几年，这些国家包装和食品机械设备发展呈现出新的趋势。 德国包装机械设计的新趋势 : 德国与美国、日本、意大利均为世界包装机械大国。在包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结 肥皂 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，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施： (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，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。 (2) 提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包装机械以饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械见长，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，小袋包装机的包装速度高达 900 袋 (3) 使产品机械和包装机械一体化。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 肥皂 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，因此要求包装机械具有良好的柔性和灵活性，使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。 (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，德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。 包装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。 内包装机发展现状及趋势 我国包装机械行业起步于 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，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。 包装机械作为一种产品，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。形式产品是指包装机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指包装机给用户提供的实 际效用；延伸产品是指包装机的质量保证、使用指导和售后服务等。所以包装机的设计应该包括：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。 4 包装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。对于中低速运行的包装机，目前我们基本上可以进行自主设计。而高速运行的包装机，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，如高速包装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 肥皂 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。 在包装机械设计领域，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)设计控制原理图、施工图等。 而今，国内一些大学的设计软件，可以对包装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主设计的能力，但在实际包装机械的设计中应用还不普遍。 新型包装机械往往是机、电、气一体化的设备。 充分利用信息产品的最新成 肥皂 ，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包装机械的这一发展趋势。如肥皂 说以前我国包装机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识 我国包装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年底食品和包装机械达 40 大类，品种达 1700种，到 2000年产值增加到 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，许多包装机械如液体食品灌装机等设备已开始成套出口。我国包装行业的发展趋势主要有如下几个方面： (1) 制袋 充填 封口包装机械 大多数是小包装机械，在这一范围内已较好地解决了颗包、膏体和粉状的包装的问题。 (2) 无菌包装机械 无菌包装是将经过消毒 的食品在无菌环境装入消毒的容器中，可最大限度地保持食品 5 的天然风味、品质和营养，确保产品质量等优点。无菌包装机主要分为无菌袋式大包装和无菌袋式小包装。无菌袋式大包装一般在原料产地用于 肥皂 蔬浓缩汁包装。而无菌袋式小包装通常用于饮料品，供市场零售。无菌袋式小包装又分为杯式、盒式、袋式成型充填密封小包装三种类型。由于无菌包装机械制造工艺和技术比较复杂，我国以前一直依靠进口。当然，近年来，我国一些企业努力，在这方面取得了很大的进展，如上海轻工装备（集团）公司研制的屋顶盒式纸盒无菌包装机。 (3) 啤酒灌装成套设备 随 着国内啤酒行业向规模化集约化经营方向发展，啤酒灌装成套设备要重点发展年产5万吨以上的大型灌装成套设备，适度发展 10 万吨以上的大型灌装成套设备。目前我国广州轻工机械厂已能生产 4万瓶 /小时、 6万每小时的啤酒灌装成套设备。 包装业在生产自动化趋势的影响下 ，呈现高度自动化的包装链、机械功能要求多元化、结构设计标准模块化、控制功能智能化要求、装重安全方便环保等特点。今后朝着高速、低耗、计量精确、自动检测、多功能、全自动大型化成套设备发展。其他还有真空包装机械和塑料中空容器加工机械。 我国包装技术与国外先进 包装技术的差距 虽然我们食品包装技术与机械在近年来取得骄人的成绩，但同国外比较，技术上仍存在二十年的差距，其具体表现在： 1） 产品品种单调，成套设备少 到 2000 年为止 ,国外食品包装机械达 2300 余种，且大多配套生产；国内食品包装机械只有 1700余种，且多以单机为主。 2） 技术水平低 主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新料材应用少，单机多，成套机少，技术含量低的产品多，高技术含量的产品少，智能化的设备还处于研制阶段。 3） 产品质量低 主要表现在稳定性可靠性差，造型落后，外观粗糙， 且大多数产品还无可靠标准。 4） 开发能力不足 主要表现是我们还在仿制、测绘或稍加国产化的改进，更谈不上系统的开发研究。 6 第 2 章 肥皂包装机的工艺确定 课题参数 1整机功率： 82承载能力： 53输送速度： 0 /分 4可调温度： 0 5枕袋尺寸： 200 4006使用电压： 220V 或 380V、 50品特征 包装肥皂呈 枕袋尺寸： 200 400廓清楚，但质地疏松，容易碰伤。因此，考虑机械动作时应适合它的特点，以保证产品的加工质量。产品 夹紧力要适当；在进出料时避免碰撞而损伤产品；包装速度应适中，过快会引起冲击而可能损伤产品等。 包装工艺首要的是解决坯件的上料问题。显然，像肥皂之类的产品，使用一般料斗上料方法是不适宜的。如 肥皂 采用料仓式上料方法，则需要人工定时放料，每分钟放 80 包也够紧张的。如 肥皂 将自动机的进料系统直接与肥皂浇注成形机的出口相衔接，则比较容易解决肥皂的自动上料问题。 装材料 食品包装材料应十分注重卫生。肥皂包装纸采用厚度为 的特点是薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂，也容易褶皱。因此，在设计供 纸部件时对速度应十分注意。一般包装的速度越高，纸张的拉力就越大。根据经验，一般送纸速度应小于500mm/s。 选择供纸机结构时，主要依据下列两点： 1）采用纸片供料或是采用卷筒纸供料。本机采用卷筒纸。 2）纸张送出时的空间位置时垂直置放的还是水平置放的。将纸片水平置放对包装工艺有利。但卷筒纸水平输送，只能采用间歇式剪切供纸方法。 装工艺方案拟定 图 装工序分解图 图 最初的肥皂包装工艺图 针对产品包装质量要求 ,该机包装工艺如下 : 1) 将 7575 箔纸覆盖在肥皂小端正上方 ,如图 2.2(a)所示。 7 2) 使铝箔纸沿块锥面强迫成行如图 2.2(b)所示 . 3) 将余下的铝箔纸分成两半 ,先后向 大端中央折去 ,迫使包装纸紧贴肥皂 ,如图 c),(d)所示 . 皂包装工艺的实验 根据初拟的包装工艺方案 ,进行工艺实验 . 图 图 机械手及肥皂包装 1 2 3 4 5共 6 组 ) 6 78 9 10如上图所示 ,机械手 设计上是具有弹性的锥形模腔 ,这样能适应肥皂外形尺寸的变化 ,I 不存在拉破铝箔纸的现象 以防止块下落。 工艺实验的过程如下 : 当钳机械手转至装未位置时 ,接杆 4向下运动 ,顶杆 7向上推块 6和包装纸 8,使块和铝箔纸夹在顶杆和接杆之间 ,然后它们同步上升 ,进入机械手 5,迫使铝箔纸成型如图 4(b)所示 ,接着折边器 10 向左折边 ,成图 4(c)状 ,然后转盘 2 带机械手 5 作顺时针方向转动 ,途径环行托板 9,使铝箔纸全部覆盖在块的大端面上 ,完成全部包装工艺如图 4(d)所示 . 由于包装纸表面还不够光滑 ,有时还发 生褶皱现象 ,需要进一步改进 . 经过实验 ,发现铝箔纸只要用柔软之物轻轻一抹 ,就很光滑平整地紧贴在块表面上 ,达到预期的外观包装质量要求 性尼龙丝），在定过程中，先让块和铝箔纸通过毛刷圈，然后再进入机械手成形，结 肥皂 使包装纸光滑、平整、美观，完全达到包装质量要求。 图 8 图 皂包装成型机构 1 2 3 45 6 7 8另外，考虑自动机工作的可靠性，在成品出料口增设拨杆，确保机械手中的块落入输送带上。这样的工艺方案就此确定。 9 第 3 章 肥皂包装机的总体布局 型选择 由于大批量生产，所以选择全自动机型。 根据前述工艺过程，选择回转式工艺路线的多工位自动机型。 根据工艺路线分析，实际上需要两个工位，一个是进料、成型、折边工位另一个是出料工位。自动机采用六槽槽轮机构作工件步进传送。 动机的执行机构 根据肥皂包装工艺，确定自动机由下列执行机构组成： 1) 送机构； 2) 供纸机构； 3) 接和顶机构； 4) 抄纸机构； 5) 拨机构； 6) 钳 机械手的开合机 7) 转盘步进传动机 下面是主要执行机构的结构和工作原理。 图 肥皂 机械手及进出 肥皂 块机构 1 2 34皂 机构， 5皂 机械手， 67 10 910成型 ,折边工位， 皂 工位 图 出机构结构图。送盘 4与机械手作同步间歇回转，逐一将块送至包装工位。机械手的开合动作，由固定的凸轮 8控制，凸轮 8的廓线是由两个半径不同的圆弧组成，当从动滚子在 大半径弧上，机械手就张开；从动滚子在小半径弧上，机械手靠弹簧 6闭合。 图 杆和顶杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的相互干涉关系，因此它们的运动循环必须遵循空间同步化的原则设计，并在结构上应予以重视。 接杆和顶杆夹住块和包装纸同步上升时，夹紧力不能太大，以免损伤块。同时应使夹紧力保持稳定，因此在接杆的头部采用如橡皮类的弹性件。 图 接 肥皂 和顶 肥皂 杆机构 1 2皂 杆 3 4皂 杆 5轮 装机总体布置 图 总体布置图 11 第 4 章 肥皂包装机的传动系统 肥皂包装机是专用自动机，根据自动机传动系统设计的一般原则和肥皂包装工艺的具体要求，拟定如图 示的传动系统。 图 肥皂包装机传动系统 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20如图所示，电动机转速为 1440r/率为 配转速为 70 130r/降速比，采用平带、链轮两级降速，其中 带 u， u。而无级变速的锥轮直径m i n m a , 7 0D m m D m m。螺旋齿轮副 1、 2、 3的 传动比1 2 3i = i = i =1,直齿标准齿轮副的传动比 i= 运动分析 电动机通过链轮减速至 24r/动主动轴，主动轴通过锥齿轮，槽轮机构带动链轮转动，从而使得工作顺利进行。 此次选定的加工速度是 120 包 /分，即要求机械手和送盘的转动速度为 20r/ 传动比选定推杆滚子半径为 5次要选定推杆的运动规律，由于该运动为中高速轻载，推程运动选择正弦加速度运动规律，回程运动选择五次多项式运动规律。对推杆的要求：凸轮转过 90，推杆上升 h，凸轮继 续转过 90推杆停止不动；凸轮再继续转过 60，推杆下降 h，转过其余角度，推杆又不动。 对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论廓线的坐标为（ a） 位移 s 分段 12 计算。 （ 1）推程阶段 （ 2）远休止阶段 （ 3）回程阶段 （ 4）近休止阶段 取计算间隔为 5，将以上各相应值代入式（ a）计算理论轮廓线上各点的坐标值。计算时应注意，在推程阶段应取，在远休止阶段取，在回程阶段取，在近休止阶段。 剪纸机构：纸的厚度大约是 h=纸 机 构 h= 机构 h=机构 h= 择电动机 合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。 电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求： 械特性 由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。 速 电动机的转速满足工作机械要求，其最高转 速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。 行经济性 从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗 。 动机的选择 本机器的动力选用交流 380V。包装机械中常用的点机转速多为 1400 分转 /分，由于整个载荷比较小，所以综合考虑最终选用 压为 380V，功率为180W，额定转速为 1400r/据电机转速及效率要求确定各级传动比。其中转送带为主要工作部件，其效率直接影响整机工作效率。电动机的外形图及尺寸见表 13 图 电动机外形尺寸 表 动机外形尺寸 机座号 安装尺寸 D(E F(G M N(P R S T 80 19 +0 6 65 130 +00 0 12 +形尺寸不大于 D 175 120 110 300 14 第 5 章 电机到主输送带装置的传动设计 第一级传动 带的设计 1）确定带的计算功率查得带的工作情况系数 ，故 198w ( 2） 选取窄 根据 3） 确定带轮基准直径 由表 863 根据式（ 8 2121 ，从动轮基准直径2 21634=252 ( 本 科 毕 业 设 计（论 文） 题 目 肥皂包装机设计 专 业 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 二 年 月 日 - - 0 毕业设计（论文）原创性声明 本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文），是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本研究做出过重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明 并表示了谢意 。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 摘 要 由于生产和流通的日益社会化，现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。 科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。特别是机械化，自动化设备的普遍应用，更为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营 销，提高了产品在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。 本次毕业设计，通过许多种方案的综合评价、筛选，最后确定了这一台连续式包装机。该机由电磁震动上料斗、分落部件、钳部件、扭结部件、纸架部件、切纸部件以及动力源 无级变速部件、动力分度箱等几大部件，整个包装过程实现了自动化，与现代机械相比，本机器实现了高速、连续性，具有高的生产率、低动力消耗、使用简单、维修方便可靠等优点。 关键词 ： 上料；分落部件；切纸部件；自动化；现代化 of of at At it is to of on in so of to s of at of at My is to a a of is of of of of of to a a 目 录 第 1 章 绪论 .装机械 . 包装的分类及作用 . 包装机械的组成 .装机发展方向 .内包装机发展现状及趋势 .我国包装技术与国外先进包装技术的差距 . 2 章 肥皂包装机的 工艺确定 .品特征 .装材料 .装工艺方案拟定 .皂包装工艺的实验 . 3 章 肥皂包装机的总体布局 .型选择 .动机的执行机构 .装机总体布置 . 4 章 肥皂包装机的传动系统 .择电动机 . 11 械特性 . 11 速 . 11 行经济性 . 11 第一级传动 带的设计 .轮的设计 . 齿轮材料 . 分配轴上螺旋齿轮的尺寸计算 . 机械手及送轴上的螺旋齿轮的尺寸计算 . 第三级传动 链传动的设计计算 .传送带的设计计算 . 主传动链的设计计算 . 计算主传送带的牵引力 F . 验算主链条输送装置的功率 . 5 章 肥皂包装机零部件的设计 .动机构齿轮的设计 . 传动机构斜齿轮副 1、 2、 3 的设计计算表 . 传动机构标准直齿齿轮副 16 的设计计算表 .行机构凸轮设计 . 执行机构 顶杆槽凸轮设计 . 执行机构拨杆偏心凸轮设计 . 执行机构剪纸 刀平面凸轮 . 执行机构接杆圆柱凸轮 .行机构槽轮设计 .论 .谢 .考文献 .2 第 1 章 绪论 装机械 包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。 装的分类及作用 包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业产品包装，按产品包装的结构形式分类，有内包装和 外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。其中按包装的结构形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构形式，它包括直接包装和中间包装。直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。直接包装时，必须根据被包装物品的物理性能，按包装要求，选择包装材料或容器，制定包装工艺，选择或设计包装机械设备。中间包装是以一定数量的直接包装品经组合后再作一次包装的包装形式。如物品装瓶或装袋后的装盒包装；卷烟小包 包装后的条包包装；牙膏类物品的装管封尾后的装盒包装等。 随着消费者需要的多样化，尤其是超级市场的发展，内包装突出日益重要的地位。完成内包装所需的机器设备，在包装工业中的需求量最大。 外包装是以一定数额的、经内包装后的产品装裁到包装箱的包装结构形式。包装箱现在多用瓦楞纸板箱。内包装的主要目的，在于促进销售，并为消费者提供使用上的方便，在包装设计中，除保证包装内容物质和量的要求外，还需重视包装装潢的重要作用。外包装的主要目的，是为流通储运提供保障，要求包装坚固牢实。 包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装 的主要目的在于保护产品的使用价值。因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节，是提高产品的商品价值不可忽视的重要环节。 3 装机械的组成 图 装机发展方向 目前，国外包装机械水平高的国家主要是美国、德国、日本、意大利和英国。而德国的包装机械在设计、制造及技术性能等方面则居于领先地位， 2002年德国包装 机械产值达34 亿欧元，其产量的 77 %为出口产品。最近几年，这些国家包装机械设备发展呈现出新的趋势。 德国包装机械设计的新趋势 :德国与美国、日本、意大利均为世界包装机械大国。在包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国包装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。 包装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。 内 包装机发展现状及趋势 我国包装机械行业起步于 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，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。 被包装物品 供送系统 主传送 系统 成品输出系统 控制系统 传动系统 辅助装置 动力机 机身 包装材料供送系统 包装操作执行系统 4 包装机械作为一种产品，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。形式产品是指包装机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指包装机给用户提供的实际效用；延伸产品是指包装机的质量保证、使用指导和售 后服务等。所以包装机的设计应该包括：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。 而今，国内一些大学的设计软件，可以对包装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主设计的能力，但在实际包装机械的设计中应用还不普遍。 新型包装机械往往是机、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包装机械的这一发展趋势。如果说以前我国包装机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识 我国包装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年底包装机械达 40 大类，品种达 1700 种，到 2000年产值 增加到 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，许多包装机械如液体装装机等设备已开始成套出口。 我国包装技术与国外先进包装技术的差距 虽然我们包装技术与机械在近年来取得骄人的成绩，但同国外比较，技术上仍存在二十年的差距，其具体表现在： 1） 产品品种单调，成套设备少 到 2000年为止 ,国外包装机械达 2300余种，且大多配套生产；国内包装机械只有 1700余种，且多以单机为主。 2） 技术水平低 主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技 术、新工艺、新料材应用少，单机多，成套机少，技术含量低的产品多，高技术含量的产品少，智能化的设备还处于研制阶段。 3） 产品质量低 主要表现在稳定性可靠性差，造型落后，外观粗糙，且大多数产品还无可靠标准。 4） 开发能力不足 主要表现是我们还在仿制、测绘或稍加国产化的改进，更谈不上系统的开发研究。 5 第 2 章 肥皂包装机的工艺确定 课题参数 1整机功率： 82承载能力： 53输送速度： 0 /分 4可调温度： 0 5枕袋尺寸： 200 4006使用电压： 220V 或 380V、 50品特征 包装肥皂呈 枕袋尺寸： 200 400廓清楚，但质地疏松，容易碰伤。因此，考虑机械动作时应适合它的特点，以保证产品的加工质量。产品夹紧力要适当；在进出料时避免碰撞而损伤产品；包装速度应适中，过快会引起冲击而可能损伤产品等。 包装工艺首要的是解决坯件的上料问题。显然，像肥皂之类的产品，使用一般料斗上料方法是不适宜的。如果采用料仓式上料方法，则需要人工定时放料，每分钟放 80 包也够紧张的。如果将自动机的进料系统直接与肥皂浇注成形机的出口相衔接，则比较容易解决肥皂的自动上料 问题。 装材料 肥皂包装纸采用厚度为 的特点是薄而脆，抗拉力较小，容易撕裂，也容易褶皱。因此，在设计供纸部件时对速度应十分注意。一般包装的速度越高，纸张的拉力就越大。根据经验，一般送纸速度应小于 500mm/s。 选择供纸机结构时，主要依据下列两点： 1）采用纸片供料或是采用卷筒纸供料。本机采用卷筒纸。 2）纸张送出时的空间位置时垂直置放的还是水平置放的。将纸片水平置放对包装工艺有利。但卷筒纸水平输送，只能采用间歇式剪切供纸方法。 6 装工艺方案拟定 图 装工序分解图 图 最初的肥皂包装工艺图 针对产品包装质量要求 ,该机包装工艺如下 : 1) 将 200400箔纸覆盖在肥皂小端正上方 ,如图 2.1(a)所示。 2) 使铝箔纸沿块锥面强迫成行如图 2.1(b)所示 . 3) 将余下的铝箔纸分成两半 ,先后向 大端中央折去 ,迫使包装纸紧贴肥皂 ,如图 c),(d)所示 . 皂包装工艺的实验 根据初拟的包装工艺方案 ,进行工艺实验 . 图 图 机械手及肥皂包装 1 2 3 4 5共 6 组 ) 6 78 9 10如上图所示 ,机械手设计上是具有弹性的锥形模腔 ,这样能适应肥皂外形尺寸的变化 ,I 不存在拉破铝箔纸的现象 以防止块下落。 工艺实验的过程如下 : 当钳机械手转至装未位置时 ,接杆 4向下运动 ,顶杆 7向上推块 6和包装纸 8,使块和铝箔纸夹在顶杆和接杆之间 ,然后它们同步上升 ,进入机械手 5,迫使铝箔纸成型如图 2.2(b)所示 ,接着折边器 10 向左折边 ,成图 2.2(c)状 ,然后 转盘 2 带机械手 5 作顺时针方向转动 ,途径环行托板 9,使铝箔纸全部覆盖在块的大端面上 ,完成全部包装工艺如图 2.2(d)所示 . 由于包装纸表面还不够光滑 ,有时还发生褶皱现象 ,需要进一步改进 . 7 经过实验 ,发现铝箔纸只要用柔软之物轻轻一抹 ,就很光滑平整地紧贴在块表面上 ,达到预期的外观包装质量要求 性尼龙丝），在定过程中，先让块和铝箔纸通过毛刷圈，然后再进入机械手成形，结果使包装纸光滑、平整、美观，完全达到包装质量要求。 图 图 皂 包装成型机构 1 2 3 45 6 7 8另外，考虑自动机工作的可靠性，在成品出料口增设拨杆，确保机械手中的块落入输送带上。这样的工艺方案就此确定。 8 第 3 章 肥皂包装机的总体布局 型选择 由于大批量生产，所以选择全自动机型。 根据前述工艺过程，选择回转式工艺路线的多工位自动机型。 根据工艺路线分析，实际上需要两个工位，一个是进料、成型、折边工位另一个是出料工位。自动机采用六槽槽轮机构 作工件步进传送。 动机的执行机构 根据肥皂包装工艺，确定自动机由下列执行机构组成： 1) 送机构； 2) 供纸机构； 3) 接和顶机构； 4) 抄纸机构； 5) 拨机构； 6) 钳机械手的开合机 7) 转盘步进传动机 下面是主要执行机构的结构和工作原理。 图 块机械手及进出肥皂块机构 1 2 34 567 910成型 ,折边工位， 9 图 出机构结构图。送盘 4与机械手作同步间歇回转，逐一将块送至包装工位。机械手的开合动作，由固定的凸轮 8控制，凸轮 8的廓线是由两个半径不同的圆弧组成，当从动滚子在大半径弧上，机械手就张开；从动滚子在小半径弧上，机械手靠弹簧 6闭合。 图 杆和顶杆的运动，不仅具有时间上的顺序关系，而且具有空间上的相互干涉关系，因此它们的运动循环必须遵循空间同步化的原则设计，并在结构上应予以重视。 接杆和顶杆夹住块和包装纸同步上升时，夹紧力不能太大，以免损伤块。同时应使夹紧力保持稳定，因此在接杆的头部采用如橡皮类的弹性件。 图 接块和顶杆机构 1 2 3 4 5装机总体布置 图 总体布置图 10 第 4 章 肥皂包装机的传动系统 肥皂包装机是专用自动机，根据自动机传动系统设计的一般原则和肥皂包装工艺的具体要求，拟定如图 示的传动系统。 图 肥皂包装机传动系统 1 2 3 4 56 7 8 910 11 12 1314 15 16 1718 19 20如图所示，电动机转速为 1440r/率为 配转速为 70 130r/降速比，采用平带、链轮两级降速，其中 带 u， u。而无级变速的锥轮直径m i n m a , 7 0D m m D m m。螺旋齿轮副 1、 2、 3的传动比1 2 3i = i = i =1,直齿标准齿轮副的传动比 i= 运动分析 电动机通过链轮减速至 24r/动主动轴，主动轴通过锥齿轮，槽轮机构带动链轮转动，从而使得工作顺利进行。 此次选定的加工速度是 120 包 /分，即要求机械手和送盘的转动速度为 20r/ 传动比选定推杆滚子半径为 5次要选定推杆的运动规律，由于该运动为中高速轻载，推程运动选择正 弦加速度运动规律，回程运动选择五次多项式运动规律。对推杆的要求：凸轮转过 90，推杆上升 h，凸轮继续转过 90推杆停止不动；凸轮再继续转过 60，推杆下降 h，转过其余角度，推杆又不动。 11 对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，凸轮的理论廓线的坐标为（ a） 位移 s 分段计算。 （ 1）推程阶段 （ 2）远休止阶段 （ 3）回程阶段 （ 4）近休止阶段 取计算间隔为 5，将以上各相应值代入式（ a）计算理论轮廓线上各点的坐标值。计算时应注意，在推程阶段应取，在远休止阶段取，在回程阶段取，在近休止阶段。 剪纸机构：纸的厚度大约是 h=纸 机 构 h=机构 h=机构 h= 择电动机 合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。 电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求： 械特性 由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大 转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。 速 电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。 行经济性 从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低 总能耗 。 12 本机器的动力选用交流 380V。包装机械中常用的点机转速多为 1400 分转 /分，由于整个载荷比较小，所以综合考虑最终选用 压为 380V，功率为 180W，额定转速为 1400r/据电机转速及效率要求确定各级传动比。其中转送带为主要工作部件，其效率直接影响整机工作效率。电动机的外形图及尺寸见表 图 电动机外形尺寸 表 动机外形尺寸 机座号 安装尺寸 D(E F(G M N(P R S T 80 19 +0 6 65 130 +00 0 12 +形尺寸不大于 D 175 120 110 300 13 第一级传动 带的设计 1）确定带的计算功率查得带的工作情况系数 ，故 198w ( 2） 选取窄 根据 3） 确定带轮基准直径 由表 8基准直径163 根据式（ 8 2121 ，从动轮基准直径2 21634=252 (根据表 8 50d 2 。 按式 111 6 0 1 0 0 0 1160 1000= 63 140060 1000 =m/s (212 6 0 1 0 0 0 =s 所以带的速度合适。 4） 确定窄 根据 2 0 1 2) 2 ( )d d d dd d a d d ，初步确定中心距0a400 根据下式计算所需的基准长度 2210 2 102
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