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咖啡
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切断
装置
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咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计,咖啡,粉枕式包,装机,总体,设计,切断,装置
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目目 录录1 前言 .12 咖啡粉枕式包装机总体设计 .22.1 总体方案论证.22.1.1 功能与应用范围.22.1.2 工艺分析.22.1.3 总体布局.32.1.4 工作循环过程.52.2 总体传动系统.52.2.1 传动系统的组成.53 咖啡粉枕式包装机横封切断装置设计 .53.1 基于功能原理与功能分析方案设计.53.2 结构设计.63.3 机构分析.73.3.1 受力分析.73.3.2 运动分析.83.3.3 工艺分析.83.4 关键部件设计.83.5 其他设计问题.113.5.1 分析机构运动时间.113.5.2 分析机构移动位移.113.5.3 机构调节.113.5.4 压簧的设计与计算.113.6 咖啡粉枕式包装机计量装置三维爆炸图.134 结论 .17参考文献 .18致 谢 .19附 录 .2011 前言包装机是一种高效率的包装机械,包装机械行业也是直接为提高人民生活质量服务的新兴行业。随着市场经济的深入发展和人民生活水平的不断提高, 对商品包装提出了更高的要求。哪里有商品,哪里就有包装,各种各样的商品,有着千变万化的包装,对应着种类繁多的包装机械,其中立式袋成型充填封口包装机(以下称立式袋成型包装机) 在众多的包装机械产品中属于量大面广的一类, 它广泛应用于食品、医药、化工等行业。由于立式袋成型包装机结构复杂、调整机构多, 对不同的包装材料、不同的包装物料、不同的包装袋大小等都有特定的要求, 因此企业的生产方式多为先按照大类生产出基本型, 再根据用户所提供的包装物料和提出的特殊要求, 在基本型的基础上生产出定型成品。国内生产的立式袋成型包装机以普通型、通用型为主,即在同一台设备上,同一竖直方向上自动完成包装袋成型、计量、打印日期、充填、封口、切断、输出等工序。包装物料一般为: 液体、粘稠体、颗粒物料、粉料、膏体、片剂、膨化食品等。充填计量方式一般为:容积式、称重式。容积式又可分为量杯式、旋转阀式、柱塞式; 称重式又可分为电子秤、杠杆秤两种。有些包装机还采用组合式,如粗供料采用容积式, 精供料采用称重式等。所用包装材料主要是具有可热封的塑料单膜和各种复合膜(如:纸塑复合、塑塑复合、铝塑复合等) 。包装成形袋以扁平袋为多(如:枕形袋、三边封口袋、四边封口袋) 。热封方式主要有:往复式、L 型闭合式、旋转式。在产品技术方面，包装机的主要特点是：a. 速度高，品种多；b.精度高; c.可靠性高;d.自动化和智能化水平高。包装机械是包装工业的重要基础，没有现代化的包装机械就没有现代化的包装工业。包装机械的未来是各种高新技术、新机构、新控制方法的高度结合，其技术特征将趋于“三高”，即高速、高效、高质量，重点发展方向将趋于节能降耗、性能稳定可靠、控制水平先进、结构紧凑、噪音低、效率高、操作简单、外观造型更加注重美学设计、控制和操作更加趋于人性化。1本课题枕式包装机来源于盐城市盛和轻工机械厂，具体的内容为咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计。在设计前认真研究被加工包装的图样，研究其尺寸、形状、材料、硬度、重量、加工部位的结构及加工时进行必要的消毒和对操作人员身体健康要求等内容，为设计提供大量的数据、资料，作好充分的、全面的技术准备。在准备了充足的资料之后,进行分析与整理。总体的主要设计任务是进行咖啡粉枕式包装机总体设计,在完成总体设计的基础之上，主要完成其横封切断装置的设计. 使设备既能满足包装要求，保证包装膜对正，便于调整；又能使其运转平稳，工作可靠，结构简单；便于维修。咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计22 咖啡粉枕式包装机总体设计咖啡粉枕式包装机总体设计，通常是根据与用户签定的合同和技术协议书,针对具体加工对象，拟订结构方案，并进行方案图样和有关技术文件的设计。2.1 总体方案论证咖啡粉包装机总体方案的拟订是进行机器设计的关键一步。因为总体方案在很大程度上决定了机器的结构配置和使用性能。因此，应根据粉剂物料的形态要求和特点，按一定的原则、结合一般食品机械常用的设计,使用方法、充分考虑各种因素，并经技术经济分析后拟订出先进、合理、经济、可靠的总体方案。2.1.12.1.1 功能与应用范围功能与应用范围咖啡粉枕式包装机自上世纪五十年代开发到现在已有数十年了，当时开发出的机种功能单一，应用范围窄，但是容易实现、可靠。电动机的动力和运动通过三角带(或称为V形带)或平皮带输送给分配轴，再由分配轴分给计量装置、竖封切断装置、横封切断装置、输出包装物等，只能对单一内装物及同一尺寸的内装物进行包装。这样就存在有如下几个问题:(a)包装机的生产能力不可改变;(b)包装机对内装物尺寸变化的适应性差;(c)横封封切时的线速度与竖封牵引供送的速度应该一致，但必须改变横封封切的运动规律来实现。横封切断的运动规律问题;(d)供送内装物、供送薄膜、竖封牵引、横封切断等的最佳配合问题;(e)是否要配备离合器，对调试是至关重要的。(f)对刀的调整问题;(g)当有印刷图案时，保证图案的完整性的问题。考虑到市场的深入，人们对产品追求多元化、个性化。故产品的包装范围要广、功能要齐全、速度要快。加上我国超市的发展，推动咖啡粉枕式包装机的发展，也提出了相适性的功能与适用范围的需求问题适用的范围如下:(a)包装材料:防潮玻璃纸、涂塑玻璃纸、聚乙烯、聚丙烯、袋包纸、铝箔以及其他复合材料(b)包装物品:面包、糕点、蔬菜、加工食品、医药品、机械零件、咖啡粉及其他等粉状物品32.1.22.1.2 工艺分析工艺分析咖啡粉枕式自动包装机是针对粉状物件进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、包装材料和包装过程作详细的分析和研究，并对单功能机的分析，进行扩展其功能，如扩展它的包装尺寸范围、扩展它的包装物件、扩展它的包装材料、扩展它的包装生产力等。这些扩展涉及到的主要部件3的分析比较，以便得出可靠的机构。(a)粉体物料的特性工艺分析粉状物体可以是包装咖啡粉、味精、感冒冲剂及其它颗粒性物料。一般来说在设计时，为了简化结构，针对类型范围相近的物件进行设计，因此就会选择一些相近的物件在同一台机上包装。另一方面，内装物的变化，只需简单更改零件就可以了。如尺寸大小变更可以调整成型器或更换成型器，其它的可以只是简单调整。易碎的物件可以在竖封牵引、横封切断器上粘贴一些缓冲的物料，而无需更换零件就可以使机械适应范围广。总而言之，咖啡粉枕式包装机的适用范围极广，只要是成粉状物件一般都可以包装。(b)包装材料的要求包装纸的选择在包装机设计中也是重要的。塑料包装的问世，引起了包装机的革命。使包装工艺、包装技术发生了巨大变化。如塑料包装，可以采用高频加热热封包装、或电热丝脉冲热封包装。如袋装的味精、小儿感冒冲剂等，目前食品、医药行业采用聚乙烯薄膜包装是很广泛的;纸张经涂塑料后的复合材料包装也被广泛使用，如糖果等。咖啡粉枕式自动包装机多采用PP卷和聚乙烯涂塑纸等复合材料等。考虑到在薄膜牵引时，薄膜要受较大的张力，一般说来，包装的速度越高，包装材料越容易被拉断。如果包装纸的拉力强度不够，势必影响包装速度的提高。因此，选择包装纸的质量是十分重要的。在此设计过程中我们采用PP卷。(c)包装工艺方案的拟定由分析可知，包装工艺路线是:薄膜经牵引辊牵引由导向辊进入成型器，再经竖封牵引器牵引并封边使PP卷薄膜成型袋筒形.如图2.1所示，是咖啡粉枕式自动包装机图。PP卷在走带装置牵引下，牵引PP卷间隙式前进，在通过成型器时被折成筒状，计量装置将计量好的物料咖啡粉送入成型器中的筒状材料内，物品便随同材料一起前进，竖封装置将包裹在筒柱状的PP卷竖向热封，后经走袋装置下拉至横封装置。横封切断器热封咖啡袋的左端和右端，同时在中间切断分开，切断分开的咖啡带靠自重掉入料仓输出成品。从工艺上分析可知，为达到高速，要优化横封切断器的运动规律。由于横封装置靠凸轮构件作间隙式往复运动，是否适宜高速运行，要对横封切断器进行详细分析。为满足其多功能，横封装置和竖封装置都可以进行细微调整，来适应不同内装物的尺寸，达到满足大范围包装。简单更改成形器，可以使其满足包装内装物尺寸的变化，如宽度和高度。简单调整计量装置的计量容积，可以包装不同重量的咖啡粉。因此，要完成其多功能、范围广、高速度等，就必须设计出更为合理的机构来满足要求2.1.32.1.3 总体布局总体布局包装工艺确定以后，要考虑如何实现这种包装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排?它们又是怎样联系和形成一个完整的总体?这就是包装机总体设计的任务。包装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计4品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。咖啡粉枕式自动包装机一般包装速度在(3050袋/min)，最高可以达到(100袋:/min)。要实现这样高的包装速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，用液压式或气动式控制机构尚有困难，因为液体和气体有可压缩性，而且油液的粘度大，高速换向运动时惯性冲击大、发热高，液压还会因温度升高而使粘度变化，影响动作的准确性，所以一般只用于活塞往复动作在30袋/min左右的机械。目前国内外在咖啡粉枕式自动包装机中大多采用机械传动方式。因为连杆、凸轮机构一经调整后就能严格保证动作的可靠性，并且能实现比较复杂的动作，并配合当今的电子技术和微机控制技术，更进一步提高生产率图 2.1 咖啡粉枕式包装机总装图根据以上分析，本毕业设计设计的咖啡粉枕式自动包装机的总体设计和横封装置采用机械式控制系统，涉及有:链条传动，带(齿形带)传动，齿轮传动，凸轮传动等机构。一台包装机由哪些几部分组成，决定于包装工艺的要求。咖啡粉枕式自动包装机由以下部分组成:(a)传动系统;(b)供纸装置;(c)成形器部件;(d)走袋装置;(e)竖封装置;5(f)横封切断装置;(g)配电装置和杀菌装置。布局形式的选定，最主要根据包装工艺的特点即决定于包装的工艺性。布局形式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据包装工艺，咖啡粉枕式自动包装机布局形式宜采用立式布局，这样便于进料、送纸、包装、封切等。因咖啡粉状物料易自动落料，所以省去一些辅助送料装置。在设计中总体布局要求:(a)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单;(b)机械操作，调整简单，易上手，装拆方便，联锁防护可靠:(c)操纵面板位置因方便操作，同时也要考虑到食品的卫生安全等等;(d)排料位置考虑方便安全，能不用动力，靠自身重力安全落料;(e)外形美观大方，移动安装方便。102.1.42.1.4 工作循环过程工作循环过程咖啡粉枕式自动包装机的结构适合于间隙式自动包装。工艺是间隙的，只有在内装物供送时，每送入一件必须保证横封切断器封切一件。因此其工作循环过程比较简单。2.2 总体传动系统传动系统是机器的重要组成部分，由它驱动各个执行部件，按工艺要求完成各种动作。传动系统的传动精度，将直接影响机器的包装加工质量。传动系统的精度不高是机器振动、噪音主要来源。传动系统直接影响机器结构的复杂程度，所以传动系统关系到机器的结构和性能。2.2.12.2.1 传动系统的组成传动系统的组成由上面讨论过的包装工艺知，传动系统的组成由如下几部分组成:(1)供送薄膜;(2)内装物件供送;(3)竖封装置的运动;(4)横封切断器装置的运动。由包装工艺及循环过程知，它们的几部分传动要求是:(1)内装物供送的推头间距应与袋长相适应。一般来说在高速接缝式自动包装机中，内装物供送的推头间距应取包装物最长的尺寸，以达到大范围包装的功能。理想情况是内装物被推送进成型器时与包装材料的速度大致协调。(2)在工作时，横封切断装置应与包装薄膜材料的运动速度相当，以免横封产生皱纹。为适应不同袋长要求，因使横封切断装置封切瞬时的位移可微调。(3)应严格保证满足横封切断装置往复封切一袋咖啡粉时，走带装置下一步前进一个咖啡带长的传动要求。(4)横封切断装置应在两袋之间的中间位置热封并切断。对于走袋装置，它的运动首先要保持PP卷在整个运动过程中有适宜的张紧力;其次它们的运动速度应与供送袋长相适应。当包装薄膜材料印有商标图案，并要求图案与物品始终保持相对位置时，则需要自动补偿供送长度与图案间距不一致所造成的积累误差。咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计63 咖啡粉枕式包装机横封切断装置设计全自动制袋包装机的结构组成,除去动力、传动和输送部分及控制系统外,主要由制袋装置、计量充填装置、封口切断装置等构成。该机主要适用于颗粒状、粉状及流体或半流体物料的小袋包装。3.1 基于功能原理与功能分析方案设计基于功能原理与功能分析方案设计的任务是:针对机械系统的某些确定的功能要求，去寻找某些物理效应、原理方法，并借助一些作用原理来求得实现这些功能目标的解法原理。在功能方案设计中常常引入某种新技术、新工艺、新材料，它首先要求设计者要有新想法、新构思。同时同一功能要求可以采用不同的工作原理来实现，而同一种工作原理，又可以采用不同的实现方法，从而等到不同的方案设计。当明确了设计任务后，把要实现的设计任务进行功能分析，分析其总功能。为了便于实现，一个系统的总功能常常需要分解成若千个分功能，并相应找到实现各分功能的原理方案，如果分功能还是太复杂，则可进一步分解为更低层次的分功能。一个同时对总功能进行功能分解，可以得到不同的功能元，再通过系统搜索得到一系列的功能元解，从而形成功能元矩阵，就可以得到若千种组合方案。机械系统方案设计的最终目的是要寻求一种既能实现预期功能要求、又能性能优良、价格低廉的最佳方案。最后通过对各种方案进行分析、比较，经过科学的评价和决策，才能获得最佳方案。间歇式横封机构是制袋封口机中最重要的机构之一。它是利用加热元件配合相应的运动从而实现包装袋的横向(顶部或底部) 封口。常用的横封机构有气动式、机械式和机械气缸组合式3 种。气动式需要两个以上专门的气缸和供气系统; 机械气缸组合式是经多个典型的机构(如多杆组合机构、曲柄滑块机构、凸轮摆杆机构或曲柄摆杆机构等) 与气缸组合而成; 常用的机械式横封机构是多杆机构或成组的齿轮摆杆机构, 存在结构复杂、制造安装调试较困难以及工作可靠性偏低等问题。凸轮滑杆间歇横封机构是在广泛吸收各种间歇横封机构优点的基础上, 进行结构简化后而得到的一种创新机构。它可以取代现有的多种间歇横封机构, 并可应用于高速自动制袋机中。就具体到本次的毕业设计来说,设计者所设计的横封装置是通过凸轮来进行往复的压切咖啡粉包装袋,使其获得要达到的运动目的.机构的部装图详见图3.1。63.2 结构设计凸轮滑杆间歇横封机构的结构图如图所示。其结构主要由横封滑杆、回位弹簧和旋转凸轮部分组成。横封滑杆在凸轮驱动下, 作往复移动, 在移动过程中将筒状包装材料进行夹持。其夹持部位嵌有加热器使包装材料封口处受热熔化并使之夹紧, 从而实现封合。包装材料被夹持压紧的时间与程度均与凸轮和滑杆有关, 应在机构安装时调试决定。7回位弹簧与凸轮配合,使滑杆能准确地靠住凸轮轮廓, 在包装材料的移动过程中, 完成夹持、开合的动作。凸轮是保证在规定的时间内完成封合的关键机构, 凸轮旋转一周, 完成一个袋的封口。凸轮的结构与行程决定着袋的高度和封口效果, 一般都采用圆盘凸轮。凸轮的结构特性取决于包装机的制袋规格和充满物料后的体积( 特别是截面尺寸) 及包装袋的输送( 移动) 速度。整个机构由机架支承。凸轮由动力传送机构(也可直接由电机) 带动旋转, 由它驱动嵌有加热元件的滑杆总成。滑杆总成有作往复运动的内外封合机构, 而内外封合机构则通过拉簧拉紧至与凸轮接触。凸轮旋转时, 使内外封合机构作往复移动并实现封口处两热封器间歇开合; 两热封器张开时, 装满定量物品的长条袋(塑料类软性包装材料向下移动, 移动一个袋高距离时停止, 凸轮驱动两热图 3.1 横封装置部装图封器合拢, 最后将其包装封压紧, 使包装袋受热加压而封口。紧接着机构再进行下一个封口动作) 。这种机构结构简单轻巧, 运动平稳, 易于调节控制, 且制造成本较低。3.3 机构分析机构分析包括受力分析、运动分析和工艺分析。3.3.13.3.1 受力分析受力分析(a)凸轮受力分析凸轮受驱动力(凸轮轴上的作用力)、滑杆总成的作用力和凸轮本身的惯性力。凸轮驱动力等于滑杆总成作用力与凸轮惯性力之和, 而滑杆总成的作用力由正压力和接触点处的摩擦力组成。即:P = F + Q = f + N + Q (1)式中: P 凸轮驱动力F 滑杆总成作用力(F= f + N )f 凸轮滑杆接触处的摩擦力咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计8N 凸轮滑杆接触处的正压力Q 凸轮惯性力(b)滑杆总成受力分析滑杆总成受力就是内外滑杆的受力, 当滑杆质量相等时, 其内外滑杆受力大小相等、方向相反, 正因为这一特点使得包装机在间歇封口时运动平稳。内外滑杆受力表达式为:N = T + QG+ fG+ W (2)式中:N 凸轮滑杆接触处的正压力, 即凸轮推动滑杆运动的力T弹簧(拉簧) 拉力QG滑杆惯性力fG滑杆与机架导轨间的摩擦力W 包装袋封口处对滑杆上热封器的作用力(c)包装袋封口处受力分析包装袋封口处垂直方向上受包装成袋物品的重力(一袋重或多袋重, 封口切断时为单袋重, 只封不切为多袋重) , 而在水平方向上就只有热封器的压力。该力在封口时由包装材料受压的变形能和处弹性元件的受压变形能抵消。3.3.23.3.2 运动分析运动分析本创新机构最大的优点之一就是在水平面上受力处于封闭平衡状态。其运动对于两滑杆来说,也是封闭的, 即内滑杆与外滑杆运动方向互逆。当两者质量完全相等时, 其运动的位移大小、速度和加速大小均相等。在封袋时, 靠内外滑杆的力同时作用在包装袋封口处。当把包装袋抛开时, 实际上也是内外滑杆的两个大小相等、方向相反的作用力再加上内外滑杆两方向相反惯性力发生作用,也就是内滑杆的惯性力和热封作用力对外滑杆的惯性力和热封作用力发生碰撞作用。为避免在热封时产生冲击与振动, 除调整时保证有一定的间隙外, 更主要的是通过凸轮设计来解决。将凸轮设计为等加速与等减速运动的圆盘(盘状) 对称凸轮。也就是使滑杆在行程运动中进行压合(内外滑杆向包装袋靠拢) 时前半个行程作等加速运动, 后半个行程作等减速运动, 且加速度与减速度绝对值完全相等。滑杆作回程运动时先作等加速后作等减速运动, 以减小滑杆回到凸轮基圆时的惯性冲击。封口处热封器张开的时间和宽度用凸轮驱动滑杆运动控制, 要保证一个袋长(单袋) 能准确顺利地下移到位。在袋的规格变化后, 应能通过凸轮的控制系统进行调节。3.3.33.3.3 工艺分析工艺分析包装工艺最关键的是凸轮运动能驱动滑杆使内外热封器张开到所要求的宽度, 并使一袋的高度距离下移到位, 然后马上合拢, 使袋在规定的时间内压合封牢。当装入定量物料后的袋形尺寸规格(高度和断面尺寸等) 发生变化时, 整个机构必须能调节,应充分考虑对凸轮的运动控制、热封器的安装调节以及滑杆与凸轮接触处的结构与调节元件等,以满足变化后的要求。9由于内滑杆尺寸比外滑杆大, 而为了保证封口质量和机械运动的平稳性, 应设法使内外滑杆质量相等。具体而言, 可在选材时加以考虑。3.4 关键部件设计创新机构的典型部件主要是凸轮。凸轮的形状及凸轮轮廓曲线决定着整个机构的工作性能, 设计不当会影响整个机构的动作及效率。将凸轮设计成等加速与等减速运动对称圆盘凸轮。这样可以保证凸轮高速旋转时, 滑杆不致于产生刚性冲击, 同时还可消除振动, 提高包装机的工作平稳性。所示为凸轮轮廓示意图。滑杆在凸轮驱动下作等加速和等减速运动。即滑杆在一个行程h 中, 前半行程0 (对应凸轮转角为0, 对应滑杆移动时间为0) 间滑杆2h0202t作等加速运动。式中: 0和分别为滑杆完成一个行程h 时凸轮转过的角度和滑杆所0t需时间。图 3.2 凸轮轮廓示意图滑杆作等加速运动时的运动方程可写为: (3)112212312acvadtctcsvdtctc tc当滑杆作等减速运动时, a 为负值, 分别将初始条件代入式(3) 并以和0代替t和, 得到滑杆的运动方程表达式( , 为凸轮旋转角速度) :0t00t咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计10 (4)2020220244hshvha (5)2020020220244hshhvha 式(4) 为从0时的等加速运动; 式(5)为从0时的等减速运0202动。同理, 可得出滑杆从凸轮顶部返回(回程) 作等加速和等减速运动的运动方程如下:(1) 从00/2 时的等加速运动方程: (6)22020220244hshhvha (2) 从0/2 0时的等减速运动方程: (7)2020020220244hshhvha 由式(4)、(5)、(6)、(7) 可绘出滑杆完成一次封口包装的位移线图。11 图 3.3 凸轮位移线图速度和加速度线图同理,可绘出. 图 3.4 滑杆零件轮廓图由滑杆运动线图可知, 在某些点上有加速度突变, 滑杆的惯性力也会有突变, 会产生冲击, 但因为惯性力突变值有限, 比起其它运动方式冲击要小, 在机械传动中也称之为柔性冲击。除凸轮外, 滑杆结构及其选材和机械加工也必须加以注意, 滑杆整体重量应尽可能轻, 内外滑杆重量应尽可能一致。由于凸轮高速连续运转, 滑杆与凸轮相接触处始终处于高速摩擦状态, 故凸轮轮廓以及滑杆与凸轮轮廓相接触的零件都必须选用耐磨材料:45钢.3.5 其他设计计算3.5.13.5.1 分析机构运动时间分析机构运动时间凸轮驱动滑杆, 使滑杆上热封器间歇开合。开启的时间必须保证包装袋单袋高度移动到位。合拢时进行封口, 封口时间应在保证封牢的前提下尽可能短。机构开合运动时间越短, 机械效率就越高。3.5.23.5.2 分析机构移动位移分析机构移动位移凸轮控制着滑杆的封口器开启大小, 其开启大小必须保证包装袋充满物料后能顺利下移, 但不能开启太大, 否则影响效率。另外, 要随着包装规格的改变, 调节开启宽度, 保证工作效率。3.5.33.5.3 分析机构调节分析机构调节机构调节包括整机调节与部件机构调节。应使凸轮驱动与滑杆运动能满足整机调节的要求,而部件机构调节则应尽可能简单方便。主要是调节凸轮控制机咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计12构和滑杆上热封器开合位移, 可通过在与凸轮轮廓相接触部位加垫块, 或调整滑杆上有关构件的安装固定位置等, 或设计一组便于更换的凸轮等方法解决。3.5.43.5.4 压簧的设计与计算压簧的设计与计算根据横封装置所设计的结构，要求设计一弹簧。由于咖啡粉枕式包装机横封切断装置设计中的凸轮运动所要推动导杆的力不是很大，所以设定弹簧最大工作载荷 F2=200N，估取弹簧丝直径 d=6mm。具体计算请见下表：项目公式或经验尺寸1材料 碳素65Mn2弹簧类别1 类3估取弹簧丝直径 d-mm64拉伸强度极限 -Mpab由估取弹簧丝直径 d 初选17165许用剪切应力 -Mpa0.3b514.800 6剪切弹性模量 G-Mpa8150078500, 78500785007拉压弹性模量 E-Mpa202000204000, 1970008中径2D由结构定489旋绕比(弹簧指数)C 4102DCd8.000 10补偿系数(曲度系数)K1.184 11最大工作载荷 -N2F20012试算弹簧丝直径d21.6F KCd2DCd3.069 13确定弹簧丝直径 ddd614重新计算旋绕比 C2DCd8.000 15重新计算补偿系数 K1.184 16重新试算弹簧丝直径d21.6F KCd3.069 17最终确定弹簧丝直径 ddd618最小变形量1f由结构设计定8.219工作行程 h由结构设计定501320最大变形量2f=+h2f213.14159cosDnL1f58.221弹簧工作圈数 n2228GDfnFC33.462 22n 圆整8.500 23弹簧刚度 k-N/mm28GDkCn13.528 24最小工作载荷 -N1F11Ffk110.932 25外径 D2DDd5426内径1D12DDd4227自由高度0H由结构设计定10028压缩弹簧细长比 b 15.302HbD2.083 29总圈数1n =+(22.5) 冷卷1nn1030死圈xn 1xnnn1xnnn1.500 31节距 t(0.5)oxHndtn11.059 32轴向间隙 =t-d5.059 33并紧高度bH两端磨平 1(0.5)bHnd57.000 3420bfHH0.30.7 理想值 0.6:1.353 35螺旋角 rad23.14159tarctgD0.073 36 5-9 度4.194 37展开长度 L213.14159cosDnL1512.013 38质量 ms g20.7853975msdL329.184 39疲劳强度验算40最大循环剪应力max22max383.14159KDFd134.004 咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计1441最小循环剪应力min21min383.14159KDFd74.326 42安全系数 can0minmax0.75can4.258 431.31.7 1.82.2:44静强度验算45剪切屈服极限 taoS46安全系数canmaxcataoSntao47振动验算48固有频率 bf0.5(1520)bwkffms:2DCd0.003 49工件频率wf1400r/min23.333 根据上面的一系列计算,可绘出压簧的图形,如图3.6 咖啡粉枕式包装机咖啡粉枕式包装机计量装置三维爆炸图 图 3.5 压簧在商品流通中人们对小袋商品的包装提出了越来越高的要求,不仅要求包装美观、便于运输、储存、使用方便和产品保质,而且要求包装袋内的商品计量准15确,误差小。 “计量”是包装过程中的重要组成部分,因此商品包装的精确计量是包装行业时刻关注的一项重要课题。这次毕业设计也遇到了这方面的问题，我们经过分析后，决定采用容积式定量包装计量装置，它主要适用于视密度稳定、容量较小的物料包装计量。其结构简单,计量速度快,成本低,但准确度低(一般只能达到 3%1 5%)。4容杯式定量包装计量装置,分为固定和可调容杯式定量包装计量装置两种。固定容杯式定量包装计量装置有两种类型,一种适用于颗粒状、粉状物料包装;另一种适用于粉状物料包装。适用于颗粒状、粉状物料包装主要由料斗、定量杯、转盘、刮板、粉罩、活门、转轴及机架等组成。其工作原理为:转盘带动定量杯在转轴的作用下作旋转运动,当定量杯转入由刮板隔断的料仓时,向其内充填物料,同时料斗补充物料,以便定量杯充满物料;当定量杯转出由刮板隔断的料仓时,刮板将其上口物料刮平,保证各杯料高一致;当定量杯转到卸料口时,由固定在机架上的顶杆拨开其底部的活门,物料经下料管落入包装袋,落料完毕再由顶杆关闭其底部的活门,完成计量自动落料的动作要求。适用于粉状物料包装主要由料斗、定量杯、滑板、滑座、滑座盖、支座、搅拌器及机架等组成。其工作原理同上相似。就本课题来讲，我们选择了固定定量包装计量装置。2根据同组同学设计的二维图，通过 PRO/E2.0 软件绘制出了咖啡粉枕式包装机计量装置三维爆炸图：(a)右侧面咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计16(b)左侧面(c)侧视图17(d)俯视图图 3.5 咖啡粉枕式包装机计量装置三维爆炸图4 结论通过对咖啡粉枕式包装机的总体分析,研究了粉剂包装工艺,运用以前学过的机械原理,机械设计方面的知识,确定了咖啡粉枕式包装机总体方案的论证.根据功能要求,设计了简单且实用的传动方案.对部件的主要零件凸轮,进行了力学分析.对与凸轮配合的轴进行了校核计算.所设计的机构是在吸取以前常见横封机构成功经验基础上进行的,具有具有如下特点:(a) )结构简单整个机构中没有特种加工的零件,所以加工方便、造价低、易于调试安装。(b) )机器平稳性好运动中力系处于封闭平衡状态, 使机械传动运行中冲击振动小。(c)封口性能好采用柔性冲击凸轮轮廓曲线, 使得封口器在封口瞬时既降低了冲击又保证了封口性能。(d)实用价值高结构简单、重量轻、造价低且调试方便。(e)便于实现程序控制本机构可配上先进的控制方式实现程序控制。(f)更换构件方便滑杆总成包括热封器及调整, 均为单件设计加工后组装, 便于改变结构及咖啡粉枕式包装机总体设计及横封切断装置设计18变更材料。 尚存在一些技术问题,如对热封器在烫头内部的布置路线还有待改进与调整.参考文献1 胡家秀主编.机械零件设计实用手册.北京：机械工业出版社，19992 陆振曦、陆守道主编.食品机械原理与设计M.北京：中国轻工业出版社，1995.3 伍水顺、张裕中主编.食品机械自动控制M. 北京：中国轻工业出版社，1994.4 宫相印主编.食品机械与设备M. 北京：中国商业出版社，1993.5 徐灏主编.新编机械设计师手册M.北京:机械工业出版社,1995.6 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(上册)M.北京:机械工业出版社,20017 叶伟昌主编.机械工程及自动化简明设计手册(下册)M.北京:机械工业出版社,2001.8 编写组编.中国轴承新旧型号对照手册M.北京:兵器
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