粘稠液体间歇式立式袋装机设计说明书.doc

目录1 设计任务书.12 设计方案分析.12.1 包装机工作原理.12.2 包装机结构分析.33设计计算.43.1 已知设计参数.43.2 锥齿轮设计及计算.53.2.1第一对锥齿轮.53.2.2 传送带速度.73.2.3第二对锥齿轮.83.3直齿圆柱齿轮设计及计算.93.4 平面连杆机构计算.123.5 主轴（包含轴承）的设计计算.13设计总结.18参考文献.19171 设计方案说明 主要设计部分：直齿轮轴锥齿轮曲柄摇杆机构直齿轮本次设计的题目是粘稠液体间歇式立式袋装机的传动系统，这种包装机的工作要求较小，相对于其他的包装生产线成本要求较低，设计结构也相对紧凑。在传动部分的设计中，传动皮带轮通过联轴器与驱动装置直接相连，从而传递动力。另外还对装置中的包装机构、横封部分和下料装置进行了选择设计，同时其他的辅助设备也进行了必要的计算和选择。本设计主要设计传动部分的结构，确定了内部各传动齿轮及轴的主要参数，以及对整个包装机的工作原理的详细分析。 目前我国包装工业虽然发展很快，但与发达国家相比，无论在产品的品种、技术水平和产品的质量方面都有很大差距。发达国家已将微机控制、光导纤维、激光技术、人工智能、工业机器人、图像传感等高新技术成熟地应用于包装机械，包装机械的发展前景还是很广的，目前国内的在包装机械生产中，开始引入高新技术，如微电子技术、传感技术、信息处理技术、新的机械结构、优化设计方法和计算机辅助设计，使包装机械产品设计先进、使用更可靠，使其性能指标、工艺水平、向机电结合、成套联线方向发展。本次设计的粘稠液体间歇式立式袋装机的主要参数见表1-1表1-1 包装机主要性能参数包装材料包装速度/（袋/min）计量范围/ml制袋尺寸/mm包装袋材料电动机功率热封器功率电源电压重量外形尺寸/mm液体膏体40602050长80145宽30100（80*70）铝箔、聚乙烯、BOPP主电动机1360W供纸电动机40W180W2380V/50Hz，三相四线，应具备零线小于170kg长*宽*高550*700*2028201002 设计方案分析2.1 包装机工作原理本次设计的成型-充填-封口包装机是一种多功能的包装机。它的工作原理是卷筒薄膜经由导辊被牵引入成型器，通过成型器和加料管的支承与塑形作用，形成三边封口袋的雏形；封合时，L形热封器垂直压合在薄膜的搭接处，通电加热形成牢固的纵封，随后热封器复位张开，由横封牵引滚轮对薄膜进行向下的牵引一个袋长的距离，由切刀在最终位置加压切断，可见L形热封器每次可以完成上一个袋子的下口和下个袋子的上口及同时纵封，物料的充填则是在薄膜受拉向下牵引的同时由柱塞式充填机构将定好容量的物料送入物料通道，完成充填的过程。2.2包装机结构分析包装机主要由薄膜供送系统，物料计量与填充系统，主传动系统，执行系统，输出机构及控制系统和机架组成。包装材料的供送系统：该机构是将薄膜进行定长或整理排列，并按要求输送到预定工位的机构，如此次设计中要求间歇式送纸，成型，输送和相应的检测等功用。物料的计量与供送系统：由于流体，固体，粉末，块状等物料状态不同，决定了其采用的计量方式，供送方式都不同。因为黏稠液体产品我选取了容积式计量装置，柱塞阀式填充推进机构。主传动系统:将薄膜材料和被包装物料由一个工位传送至下一个工位的装置，为了提高生产效率和可靠性，同时增强包装机的多元化功能，包装作业通常由多个机构，其传动形式决定了整体的形式，如直线式，间歇式，或者连续式。电动机为包装机械提供动力来源，传动系统有包括轴，带轮，齿轮，涡轮蜗杆，凸轮，连杆等动力分配传输装置组成，将运动传递给执行机构和控制系统。执行机构：直接完成包装作业的机构，是包装机械非常重要的部分，要求比较精密，其性能往往决定了包装机的整体性能，主要完成充填、裹包、封合、贴标、捆扎、切断等操作。产品输送机构：即把合格的包装产品从机器上输出，或实施定向排列的输出机构，通常选用输送皮带，也有用链式输送，或考机械手抓取等装置。控制系统：由光电控制装置，各种机械辅助装置，微机芯片组成，从动力的输出，传动机构的运行，执行机构的动作及配合，都是由控制系统发号施令的。包括自动检测，故障诊断，安全保障措施等等。机架：用于安装、固定、支承包装机械所有的零部件，满足其运动要求和装配位置要求。包装机机械运动简图见图1-1图1-1 立式间歇式黏稠液体包装机械运动简图3 设计计算3.1已知条件：1）电动机主要参数型号额定功率额定电流同步转速实际转速效率重量Y90L-41.5KW3.65A1500r/min1400r/min0.7922Kg3.2.1第一对锥齿轮选用直齿锥形齿轮,取锥齿轮传动效率=0.95,已知齿轮直径d=30mm小锥齿轮传动功率为P=0.545 kw,转速n=45r/min.传动比i=11选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1)选择齿轮材料 齿轮用45调质,齿面硬度240HBS， 根据齿面硬度中值,按参考资料MQ线查得 齿轮=600MPa2)选定齿轮精度等级 根据工作情况,选用8级精度2. 按接触疲劳强度设计齿轮分度直径 已知：1）小齿轮传递的转矩TT=9550P/n=95500.545/45=115.70Nm2）齿数比i=Z2/Z1=1 3） 载荷系数 根据载荷情况,齿轮精度和1齿轮结构位置取K=1.54)许用应力 =0.9=0.9600=540MPa5）计算小齿轮分度圆直径d 四、计算主要尺寸与参数1)选定小齿轮齿数z 由参考资料2图17-18,并根据小齿轮直径,齿面硬度选定z=30,则z=2)确定模数m =60/30=2mm 取标准值m=2mm3)计算分度圆直径, =m z=60mm =m z=60mm4)计算分锥角, =arc tan(z/ z)=45 =90-=455）计算锥距R R=42.5mm6）计算轮齿宽度b 取=0.33b=R=42.5=14.0mm 取b=20mm7）计算齿顶圆直径, =12=2mm =64mm8） 计算平均圆周速度 =50.1mm =0.12m/s表3-2 锥齿轮传动参数参数代号参数值小齿轮大齿轮齿形角2020大端面模数m33传动比i1.51齿数z3045分锥角33.756.3分度圆直径d90135锥距R80.680.6齿宽系数0.330.33齿宽b3030齿顶高33齿高h6.756.75齿根高3.753.75齿顶圆直径94.9138.3齿根角2.652.65齿顶角2.122.12顶锥角35.8258.42根锥角31.0553.653.2.2 传送带速度从动锥齿轮的转速n2=n1/i=60/1.5=40r/min=0.67r/s传送带的速度v=rr滚轮为半径，r=40mmv=2nr=20.670.04=0.17m/s0.08m/s3.2.3第二对锥齿轮第二对锥齿轮传动参数见表3-3表3-3 第二对锥齿轮传动参数代号参数值小齿轮大齿轮齿形角2020大端面模数m44传动比i11齿数z3030分锥角4545分度圆直径d6060锥距R42.542.5齿宽系数0.330.33齿宽b2020齿顶高22齿高h4.59齿根高2.55齿顶圆直径6464齿根角3.263.26齿顶角2.702.70顶锥角47.747.7根锥角 41.6341.63 齿 宽BB 分度圆齿厚S3.3直齿圆柱齿轮设计及计算1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1） 齿轮类型为直齿圆柱齿轮。2）传动装置速度不高，故选用7级精度。 3）材料选择：查表可选择两齿轮材料为45钢(调质)，主动轮硬度为280 HBS 从动轮硬度为240HBS。 4）两齿轮齿数Z1 =Z2 =402、按齿面接触强度设计，按计算式试算即1）确定公式内的各计算数值试选载荷系数主动轮传递转矩P=0.75=0，545kwN.mm由机械设计课本，查表10-7可选取齿宽系数查表10-6可得材料的弹性影响系数。查图10-21d得按齿面硬度选取两齿轮的接触疲劳强度极限=。按计算式计算应力循环次数N1 =N2 = 60n1jLh= =4.05107 查图10-19可选取接触疲劳寿命系数 。计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数，按计算式(10-12)得 =577 MPa2）计算相关数值试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得 计算圆周速度 计算齿高h齿宽模数 计算载荷系数根据v=0.25m/s ,7级精度，查表10-8可得动载系数，由表10-4直齿轮，由表10-2查得使用系数=1.0由表10-14用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置， 由b/h=17.8，=1.491查图10-13得=1.5故载荷系数 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，按计算式得 计算模数m 取模数m=2.5 mm3）几何尺寸计算两齿轮齿数 Z1 =Z2 =40, m=2.5mm, =20，ha* =1, c*=0.25中心距a=(z1+z2)m/2=(40+40) 2.52mm=100mm分度圆直径d1 =d2 =mz1=2.540mm=100mm齿顶高 ha1=ha2=2.5mm齿根高 hf1=hf2=( ha* + c*)m=(1+0.25) 2.5mm=3.15mm齿全高h1=h2= ha1 +hf1=2.5+3.13=5.65mm齿顶圆直径da1=da2=(z1+2ha*)m=(40+2) 2.5mm=105mm齿根圆直径df1=df2=(z1-2ha*-2c*)m=(40-2-0.5) 2.5mm=93.75mm齿距p=m=2.53.14mm=7.85mm齿厚s=m/2=3.93mm3.4平面连杆机构计算1.曲柄摇杆机构一：充填机构阀门设计此四杆机构要满足杆长条件的基本原则：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。a=40.5mm, b=55.4mm, c=101.4mm, d=54mma+d=94.5mmb+c=156.8mma杆是曲柄, b杆是连杆,c杆是摆动杆，摆角1=arccos-arccos=arccos-arccos=82.5-32.6=49.9 图3-2 曲柄摇杆机构简图2曲柄摇杆机构二：充填机构的活塞杆处此四杆机构也须满足杆长基本条件：最短杆与最长杆长度之和小于或等于其他两杆之和。a =32mm, b=270.4mm, c=107.5mm, d=316mma +d=348mmb+c=377.9mma杆是曲柄, b杆是连杆，c杆是摆动杆，摆角2=arccos-arccos=arccos-arccos=71.8-37.3=34.5经验证，两个曲柄摇杆机构均符合设计要求，满足设计题目，摆角合适，行程合适。a杆是曲柄, b杆是连杆3.5主轴（包含轴承）的设计计算1、初定轴的最小直径，选用材料45钢，调质处理。根据机械设计表15-3取弯扭组合系数A=110（转速低且单向旋转）。P1=P*1*2*3*4= 15000.960.80.90.98=1016.1W d，取d=30mm，轴的长度L=1060mm.2、轴的结构设计(1)确定轴各段直径和长度为了满足轴向定位要求,轴段右端需制出一轴肩,故取段的直径,左端用轴端挡圈定位,查手册表按轴端去挡圈直径,与轴配合的毂孔长度:,为了保证轴端挡圈不压在轴的端面上,故段的长度应比略短,取:.初步选择滚动轴承,因轴承只受有径向力的作用 ,故选用深沟球轴承,参照工作要求并根据:.由机械设计课程设计表12-5，选取6209型轴承,尺寸:，轴肩故，左端滚动轴承采用套筒进行轴向定位,右端滚动轴承采用轴肩定位.取=53mm取安装齿轮处轴段的直径：，齿轮左端与左轴承之间采用套筒定位,已知齿轮轮毂的宽度为,为了使套筒端面可靠地压紧齿轮,此轴段应略短与轮毂宽度,故取：,齿轮右端采用轴肩定位,轴肩高度,取,则轴环处的直径：，轴环宽度：,取。 轴承端盖的总宽度为：,取：.取齿轮距箱体内壁距离为:，s=8mm,T=19mm,由于这是对称结构，算出.至此,已初步确定了轴的各段直径和长度.(3)轴上零件的周向定位齿轮与轴的连接按查课本表6-1,得:平键截面,键槽用键槽铣刀加工,长为:.为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;(4)确定轴上圆角和倒角尺寸参照课本表15-2,取轴端倒角为:,处圆角取R2，各轴肩处圆角半径取(5)求轴上的载荷在确定轴承的支点位置时,深沟球轴承的作用点在对称中心处，作为简支梁的轴的支撑跨距,据轴的计算简图作出轴的弯矩图,扭矩图和计算弯矩图,可看出截面处计算弯矩最大 ,是轴的危险截面.(6)按弯扭合成应力校核轴的强度. 作用在齿轮上的力切向力径向力求作用于轴上的支反力水平面内支反力: 垂直面内支反力: 作出弯矩图分别计算水平面和垂直面内各力产生的弯矩.计算总弯矩:作出扭矩图:.作出计算弯矩图:,校核轴的强度对轴上承受最大计算弯矩的截面的强度进行校核.危险截面在A的左侧。, 由表15-1查得，因此，故安全。设计总结首先不得不说的是首次利用CAD计算机制图，好像距离学习CAD已经很遥远了，因为这次课程设计让我们重新学习摸索这个基础画图软件，从最初的“磕磕巴巴”到最后画出一个完整零件图的喜悦，每一天都过的很充实，这样的自我动手方式让我们逼着自己以更快的方式去学习掌握本专业的基础技能。每一次的课程设计是我们在校其间实践性的教学总结环节，是我们在综合运用所学的专业知识的前提下，通过指导老师的帮助对专业知识进行的一次综合性、专业性、代表性的工程设计，一次全面系统的考核。通过这次设计培养我们运用知识的能力、理论联系实际的能力，还有解决实际问题的能力。通过设计进一步巩固课堂教学的知识，提高我们参与实际工作的能力与信心。通过这次不也设计我们学到知识的同时也能看到我们知识的匮乏。最关键的体验在专业知识上面，此次设计的课题是“粘稠液体间歇式立式袋装机 ”还记得去年包装专业实习，老师带我们去参观星火包装机械有限公司时看到的机械中就有这个，所以当拿到图时心里有了以想象的空间，但真正开始做时，从设计到分析到画图，每一步都不是一帆风顺，但是在设计的过程中总是出现了这样那样的问题，有的是我们考虑的不全面，有的是我们认识的太浅，原先感觉十分简单的东西有时却让我们焦头烂额。几次的教训让我们什么都不能想当然，每个问题都要认真考虑和分析，不能太浮躁。但是错误有时并不是一件坏事