机械毕业设计1256热成型填充封口包装机.doc

本科学生毕业设计 热成型 填充 封口包装机结构设计 院系名称 机电工程学院 专业班级 学生姓名 指导教师 二 一一年六月 fill seal thermoforming packing machine design 2011 06 harbin 摘 要 传统的药品包装材料主要是金属和玻璃 跟据对药品包装市场的研究表明 今后将向纸板箱和泡罩包装转变 如欧洲市场的药品包装材料市场的年销售额 32 46 亿美元中 容器和纸板包装各占25 泡罩包装占22 就包装材料而言 纸和纸板箱销售额则占37 塑料占28 金属占20 玻璃仅占 9 连续立式热成型 充填 封口机是一种多功能包装机 各个包装工序分别 在不同的工位上进行 包装机上设置若干个薄膜输送机构 其作用是输送薄膜使 其通过上述各工位 完成泡罩包装工艺 国产各种类型泡罩包装机采用的输送机 构有槽轮机构 凸轮 摇杆机构 凸轮分度机构 棘轮机构等 可根据输送位置的 准确度 加速度曲线和包装材料的适应性进行选择 针对本机的适应性 作者将 使用偏心轴完成间歇运动的控制 连续运动则由齿轮 链轮等传动机构联合控制 冲裁是包装机工作中最后一道工序 它是把封合 打印好的成型膜片按预定 的数量和排列形式冲切成板块的装置 从传动上来看 主要有两种形式 一种是 凹模固定 凸模运动 另一种是凸模固定 凹模运动 对于本机来说 采用前者 关键词 填充 热成型 包装 冲裁 封合 输送 i abstract conventional drug packaging materials mainly metal and glass according to the drug packaging market research shows that the future will change in cardboard boxes and blister packs such as the european market drug packaging materials market 3 246 000 000 in annual sales in each container and 25 of cardboard packaging blister packaging accounted for 22 for packaging materials paper and cardboard boxes sales accounted for 37 plastics 28 20 of metal glass only 9 continuous vertical hot forming filling sealing machine is a multifunctional packaging machine each packaging process at different stations were carried out set a number of packaging machine film conveying mechanism and its function is to carry them through the above mentioned film station complete blister packaging process various types of blister packaging machines made by the transportation sector grooved wheel mechanism cam rocker cam indexing mechanism ratchet mechanism etc according to the location accuracy of transmission acceleration curves and adaptive selection of packaging materials adaptability for the machine the completion of the eccentric shaft is used to control intermittent motion continuous motion by gears sprockets and other transmission joint control blanking is a packaging machine at work last process it is the sealing printed patch according to a predetermined shape and arrangement of the number plate of the device into the form of red from the transmission point of view there are two forms one is the fixed die the punch movement the other is fixed punch and die movement for this machine the adoption of the former key words fill thermoforming packing blanking sealing transportation ii 目 录 摘 要 i abstract ii 第1 章 绪 论 1 1 1研究的背景和意义 1 1 2热成型 填充 封口包装机的简介 2 1 3本课题研究的重要内容 2 1 4热成型 填充 封口包装机的发展趋势 3 1 5本课题研究的创新点 3 第2 章 热成型 填充 封口包装机的总体设计 4 2 1热成型 填充 封口包装机的技术条件 4 2 2热成型 填充 封口包装机的目标需要 5 2 3热成型 填充 封口包装机的功能树 8 2 4热成型 填充 封口包装机的设计方案选择 9 2 5原始材料 9 2 6热成型填充封口包装机的工艺流程 10 2 7热成型 填充 封口包装机的输送装置 10 2 8热成型 填充 封口包装机的热成型系统 10 2 9热成型 填充 封口包装机的热封系统 14 2 10 热成型 填充 封口包装机的冲裁系统 15 2 11热成型 填充 封口包装机的主要技术参数 16 2 12 本章小结 16 第3 章 热成型填充封口包装机的典型零件的设计与校核 17 3 1电机的选择 17 3 2一级链传动装置的设计 18 3 3拉伸滚机构中的典型齿轮的设计与校核 19 3 4典型轴的设计与校核 21 3 5拉伸滚齿轮链接键的选择与校核 26 3 6轴承的选择与校核 26 3 7本章小结 28 结 论 29 参考文献 30 致 谢 32 附 录 33 第1章绪 论 1 1 研究的背景和意义 1 1 1 研究的背景 传统的药品包装材料主要是金属和玻璃 跟据对药品包装市场的研究表明 今后将向纸板箱和泡罩包装转变 如欧洲市场的药品包装材料市场的年销售额 32 46 亿美元中 容器和纸板包装各占25 泡罩包装占22 就包装材料而言 纸和纸板箱销售额则占37 塑料占28 金属占20 玻璃仅占 9 今后几年 大体积的药品包装逐步减少 而根据需要设计的小包装则相应增加 且每个小 包装都会有独立的外包装 附有标签和宣传品 1 药品的塑料泡罩又称热成型包装 简称 pt press through packaging 这种包装形式具有很多优点 首先能给用户提供一次剂量的药品 包装 方便经济 其次是塑料泡罩包装保护药品的性能好 生产速度快 成本低 贮运方便 安全性好 预计用于药品泡罩材料的包装占未来药品的生片剂 胶囊包 装的 60 70 是目前发展前景最好的包装材料之一 药品包装是一种方兴未艾的产业 随着新材料 新技术 新工艺的不断进步 药品包装将会更加方便安全 更加符合环保要求 更好地为人们服务 同时这 个产业也会迅猛发展 为应对药用热成型包装的产业革新 热成型包装机设计的 改进和创新势在必行 为用户创造人性化的绿色设计包装 为生产商创造自动化 的便捷包装工艺 是包装行业一直追求的目标 也是作者在设计连续立式热成 型充填封口包装机时力求做到的 1 1 2 研究的意义 酒香不怕巷子深 这句话随着时代的发展 已经不再灵验 越来越多的企 业 客户开始重视产品的包装 包装的好坏将直接影响产品的质量和企业的经济 效益 据估计 药品包装材料销售额将与药品销售额平行增长 降低包装重量的 负面效应将会被高价值的高分子新材料和低包装所平衡药品包装销售额的增幅 可能会比药品还要大 此外 考虑到医药包装的特殊性 如何解决这些问题 各国的生产企业都 进行了很多尝试 其中 利用热成型充填封口包装机制造的泡罩包装取得了很好 1 的效果 我国药品包装机械经过多年的奋斗 取得了长足的进步 但是从整体上 看和外国的设备还是存在着很大的差距 如产量不高 运行不稳定 零部件标准 化低等 面对诸多的发展机遇和挑战 包括作者在内 我们在提高自身水平的同 时 明确今后发展思路很有必要 1 2 热成型 填充 封口包装机的简介 所谓热成型包装是指利用热塑性塑料片材作为原料来制造容器 在充填物 料后再以薄膜或片材密封容器的一种包装形式 热成型包装的关键是塑料片材的 热成型 这是包装过程的第一步 片材经加热 深拉成型 冷却 定型并脱模 即 成为包装物品的装填容器 装填容器一般呈半壳形 即俗称的托盘形状 在全自 动热成型真空包装机中较常采用卷筒片材实现连续成型封装 由底膜热成型 上膜封合 其成型片材厚度以0 2 0 4mm居多 一般不超过1mm 热成型包装 的形式有多种多样 如 托盘包装 泡罩包装 贴体包装 软膜预成型包装等 在 全自动热成型真空包装机中 所应用的底膜具备成型及热封的性能 因此以复 合材料最理想 全自动热成型充填封口包装机是近年开发使用的一种多功能多用途包装机 型 它集薄膜拉伸成型 充填物料 抽真空 充气 热封 分切等功能于一体 在一 台机械设备上具备了一条包装生产线的功能 2 对食品生产等使用厂家来说 无需事先制盒或向制盒厂订购包装盒 把多个工序集中在一起一次完成 可见这 类机型的性能强 适用性广 包装形式多样 可广泛应用于各种食品 药品 五 金等包装领域 连续立式热成型 充填 封口机的工作原理与卧式相似 本机的 主运动方向为立式 故占地小 结构紧凑 适于小件多品种产品的生产 1 3 本课题研究的重要内容 本课题的主要研究内容是在现有热成型 充填 封口机的基础上 设计一 个结构较为简单 产品生产效率适中 质量合格的连续立式热成型 充填 封口 机 研究整机的连续化生产 复合式成型模辊实现pvc 加热成型 与计数充填 器配合完成精确充填 并与热封辊联合执行铝箔与完成物料充填的成型模片的 线性连续封合 实现冲裁 打印的功能 作者具体设计分析了热成型 充填 封口机的传动系统 加热封合机构 吸 泡成型机构 冲裁打印机构 送料拉膜机构等各个组成部分的结构以及性能特点 最终设计出一种适合医药泡罩包装的连续立式热成型 充填 封口机 2 1 4 热成型 填充 封口包装机的发展趋势 近年来 我国包装机虽然采用了一些plc 和具有智能控制功能的仪表 但 总体来说 大多数还是低水平的机电控制 还没有带有数据储存 采集 修正功 能的机器 反观技术领先国家的包装产业发展 他们近年为适应客户多元化 高 效率的要求开始着重于 1 提高流程自动化 每个机械手均由单独电脑控制 一台包装机械为完 成复杂的包装动作 需由多个机械手完成 2 努力寻求提高生产率的途径 降低工艺流程成本 3 采用连续工作或多头工作方式 降低废品率 提供故障分析系统 使产 品生产机械和包装机械一体化 4 适应包装市场变化 注重设备柔性灵活性 量的灵活性 构造灵活性 供货灵活性 纵观国际包装业发展情况 推动包装业技术发展的主要动因有经济形势变 化 人口结构变化 市场区别性 消费与市场安全考虑 包装材料与容器制品的发 展 包装机械设备进步 数字化技术 电子组合技术等 今后用户最希望的包装机械性能可归纳为 柔性与组合性好 操作速度高 劳工时间少 包括维修 改型 自动化程度高 可靠性高 占地空间小 节省 资源 为此 中国包装机械企业必须重视采用各种先进技术 努力开发机械 电子 气液 生物 光 磁等在包装中的应用 重点在工作效率 资源利用 节省资源 高性 能上下功夫 淘汰一批高消耗低效率的产品 作为现代制造业 必须加快产业的 信息化改造 1 5 本课题研究的创新点 本课题研究的创新点在于 1 复合模具辊一个部件可完成吸泡成型和热合密封两个工作过程 与传统 技术采用吸泡与热合分开作业工艺相比 简化了机器的结构 从而简化了机器 的作业工艺 2 采用加热辊内部加热和复合模具相互结合 优势互补 取消了外加热弧 形板 进一步缩小了复合模具辊的直径 3 3 采用手动离合 与传统气动热合网纹辊比较 取消了气动结构 不必配 套相应的空气压缩机 更适合小型药厂的情况 4 第2章热成 填充 封口包装机的总体设计 2 1 热成型 填充 封口包装机的技术条件 按照中华人民共和国机械行业标准对作者设计的热成型 充填 封口包装 机进行技术条件的测定 1 包装机应能根据用户要求 在一定范围内对包装板块尺寸 包装物件排列 方式作适当调整 2 包装机气控系统 真空系统 冷却系统不得有渗漏现象 3 包装机正常运转时 各运动部位和机构的动作转换应灵活可靠 无卡滞现 象 4 包装机的冲裁频率可调 其值不小于表2 1的规定 表2 1包装机冲裁频率基本参数 型式辊简式辊板式平板式 冲裁频率 次 min 254020 5 包装机应有打批号装置 6 包装机正常工作时无异常声 其工作噪声不大于85db a 7 包装成品外观质量应符合表2 2的要求 8 电气系统安全可靠 操作时应灵敏准确 9 包装机的电路系统应有连续可靠的接地电路 并应符合gb t5226 1 1996 中20 2的有关规定 10 包装机的动力电路导线与保护电路之间施加500vd c实测得的绝缘电阻 不得小于1m 11 包装机应能承受50hz 的正弦波交流电压1000v 至少1s 时间的耐压试验 无击穿或闪烁现象 12 包装机上应有清晰醒目的操纵 润滑 安全或警告等多种标志 安全标志 应符合 gb 2894和 gb 16179 的规定 13 包装机应装有安全防护装置并应符合jb7233 1994 中第4 章规定 14 包装机与被包装物及包装材料相接触的表面应采用不锈 无毒及化学性 能稳定的材料制造 15 包装机润滑系统 气控系统不得污染被包装物 5 表2 2成品外观质量 项目要求 泡罩光洁 完整 挺括 封合平整 无皱纹 网纹清晰 无压穿现象 批号字迹清晰 折裂线痕迹清晰 可折断性好 冲切切口无毛刺 16 包装机可用度 a 值不小于85 17 包装机从开始使用起到第一次大修 累计工作时间不少于8000h 18 涂漆表面应完整 光亮 色调均匀 不允许有斑点 皱纹 起泡 脱落和明显 划伤等缺陷 19 外露不锈钢零件表面应平整 光洁 20 其它外露零件表面应作防锈处理 2 2 热成型 填充 封口包装机的目标需要 本课题要求针对热成型填充封口热成型包装机的结构设计 根据分析拟定 目标需求 主要分为以下三个方面 性能 安全 效率 依据以上三个方面的主要目标为基础做出目标树如下 图2 1 热成型填充封口包装机目标需求树 性能方面的主要目标主要有 实现机器的连续化工作 包菜芯径 70 76mm 最大包材宽度 90mm 最大成型深度7mm 设计好传动机构 包材膜的大小 横切时机的把握 成型模具的大小 6 热成型 填充 封口包装机 性能安全效率 图 2 2 性能需求目标树 安全方面的主要目标主要有 可在操作中停止 无尖角 低噪声 线路绝缘装 置 停机方便 保护人员安全 图 2 3 安全需求目标树 7 安全 可在操作中停止无尖角低噪声 线路绝缘装置停机方便保护人员安全 性能 设计好传动机构包材膜的大小横切时机的把握成型模具的大小 实现机器的连续 化工作 包材芯径 70 76mm 最大包材宽度 90mm 最大成型深度 7mm 效率方面的主要目标主要有 最高冲裁速度30次 min 生产效率60板 min 易于修理 机械功能强 质量稳定 更换零件时间短 图 2 4 效率需求目标树 8 效率 最高冲裁速度 30 次 min 生产效率 60 板 min 易于修理 机械功能强质量稳定更换零件时间短 预热装置 加热装置 成型装置 装填装置 装封装置 横切装置 纵切装置 打印装置 2 3 热成型 填充 封口包装机的功能树 热成型装置 能量 能量 能量 能量 能量 能量 成品 图2 5 热成型填充包装机功能树 9 2 4 热成型 填充 封口包装机的设计方案选择 热成型 充填 封口包装机的主要结构包括 加热机构 成型机构 充填机 构 热合机构 传动机构 供送机构 电子控制系统等 塑料片材经加热辊加热后 随即被真空成型辊的凹模吸入成型为泡状 在被冷却定型的同时 药品自动充 填到泡状容器中 当运行到热封辊处 被铝箔覆盖 封合 随后脱模 此类型包装机能够用一台机器实现流水线的快速生产 可以有效的提高生 产效率 同时降低了工人的劳动强度 生产成本 是包装行业优质的机器设备 可广泛应用于医药行业 2 5 原始材料 1 产品 本机的加工对象是药品 由于生产批量很大 要求设计针对于药品的热成型 填充封口包装机 2 包装材料 目前我国制药厂多数采用pvc 硬片作为泡罩包装基材 它的优点是具有一 定的加工成型性能 热封性及透明度 机械强度好 但防水蒸汽透过性差 由于 药品对包装材料的要求较高 尤其是对潮气湿气敏感 塑料硬片需要更高的阻 隔水蒸气的性能 所以要选择塑料复合材料如 pvc pvdc pvc pe pvc pvd pe等复合塑料基材 泡罩包装的另一种材料是密封在塑料硬片上的盖材 成为 ptp 药用铝 箔 它是以硬质工业用铝箔为基材 具有无毒 耐腐蚀 不渗透 卫生 阻潮阻热 等特性 所以它可很容易灭菌 并能阻光 可保护药品免受光线的破坏 考虑到适应性和成本因素 本机将采用pvc 硬片和铝箔进行包装程序 3 机器的生产率 生产任务为60板 min 4 包装质量要求 要求药品包装后外形美观 挺括风和薄膜无明显损伤撕裂 褶皱 5 对包装机的基本要求 机械结构简单 工作可靠 稳定 操作方便 安全 维修容易造价低 10 2 6 热成型填充封口包装机的工艺流程 本研究的热成型 充填 封口包装机应用于药片的包装 此热成型包装工 艺流程为 pvc 材经加热辊加热 随即导向吸泡热合复合模具辊 pvc 硬片被 加热至塑性变形温度 完成吸泡成型 之后 已成型吸泡的pvc 带状片经导辊 给料充填机构充填药物 pvc 片带的泡眼啮合入复合模具辊体泡窝内 并在复 合模具辊上的一点与涂有无毒胶铝箔带汇合 在热合网纹压辊温度和压力作用 下 在复合模具上方圆弧一区段完成热合工序 随后 经过打印 由冲裁装置冲 裁 成品输出 废料由废料卷辊卷取 完成整个包装过程 如下图所示 图 2 6 热成型 填充 封口包装机流程图 2 7 热成型 填充 封口包装机的输送装置 连续立式热成型 充填 封口机是一种多功能包装机 各个包装工序分别 在不同的工位上进行 包装机上设置若干个薄膜输送机构 其作用是输送薄膜使 其通过上述各工位 完成泡罩包装工艺 国产各种类型泡罩包装机采用的输送机 构有槽轮机构 凸轮 摇杆机构 凸轮分度机构 棘轮机构等 可根据输送位置的 准确度 加速度曲线和包装材料的适应性进行选择 针对本机的适应性 作者将 使用偏心轴完成间歇运动的控制 连续运动则由齿轮 链轮等传动机构联合控制 2 8 热成型 填充 封口包装机的热成型系统 热成型系统的设计包括 热成型方法的选择 成型装置的设计 加热装置的 设计等在此分别介绍 2 8 1 热成型 填充 封口包装机的热成型方法选择 热成型是整个包装过程的重要程序 热成型的方法多种多样 形式有很多 变化 成型泡罩方法可分为以下四种 11 pvc 膜加热成型成型牵引冲裁 热封合 打码冲裁牵引冲裁 成品输出 废料回收 吸塑成型 负压成型 利用抽真空将加热软化的薄膜吸入成型模的泡罩 窝内成一定几何形状 从而完成泡罩成型 吹塑成型 正压成型 利用压缩空气将加热软化的薄膜吹入成型模的泡 罩窝内 形成需要的几何形状的泡罩 冲头辅助吹塑成型 借助冲头将加热软化的薄膜压入模腔内 当冲头完全 压入时 通过压缩空气 使薄膜紧贴模腔内壁 完成成型加工工艺 凸凹模冷冲压成型 当采用包装材料刚性较大时 热成型方法显然不能适 用 而是采用凹凸模冷冲压方法 即凸凹模合拢 对膜片进行成型加工 针对此次药品泡罩包装尺寸较小 结构简单的特点 作者拟采用吸塑成型 2 8 2 热成型 填充 封口包装机的成型装置的设计 本连续立式热成型 充填 封口包装机的吸泡热合复合模具辊采用了一种 在常见装置上稍作改进和优化的机构设计 如图2 6所示 吸泡热合复合模具辊 通过轴 轴承和轴承座安装于机体上 在轴上还安装有传动链轮和齿轮 吸泡热 合复合模具辊体上铣有多排与包装药品形状 规格相适应的泡眼窝槽 每个窝槽 有一至三个小孔与辊体内对应的真空气道相通 由真空泵来的真空管路通向用 弹簧导柱 弹簧及固定在轴承座上的阀板 阀板与轴承座一起相对机器静止不动 并通过弹簧的压力 经摩擦盘与吸泡热合复合模具辊体相贴 辊体运动时 当 某一路真空孔道与静止阀板的真空气孔相通时 贴合在辊体上已被加热至塑性 变形温度的pvc 硬片 由于泡眼窝槽的真空负压作用 被吸泡成型出泡眼 已 吸泡的 pvc 片 经给料充填机构填充药品 在复合模具辊圆周的上半部 其泡 眼重新进入模具窝槽内 并与涂有无毒胶铝箔汇合 在热合网纹压辊温度和压 力作用下完成热合密封压网纹 辊体内部需冷却水循环 循环水阀体通过卡板和 支架安装在机体上 并通过轴承 密封环等与运动的传动轴相连 冷却水进水 回水管道通过传动轴内孔道与阀体相通 冷却水循环保证了pvc 片吸泡成型后 可较好的保持固定形态 12 图 2 7 成型装置部装图 2 8 3 热成型 填充 封口包装机的加热装置的设计 包装薄膜在此实现热成型 形成可充填物料的容器 为整个包装提供了先 决条件 热成型系统包括预热部分和热成型部分 底模受牵引步进 首先停留在预热 区接受加温 预热部分下图所示 由爪蹄和发热板组成 固定在机架上 薄膜运 行时平贴在其发热面下 通过螺杆课调节发热板与薄膜表面的距离 从而达到 理想的加热效果 预热的作用是为下一步热成型工序做准备 并且起到提高热成 型效率的作用 图 2 8 预热装置 1 罩体 2 螺杆 3 发热板 4 电热管 5 底膜 13 加热装置的作用是将pvc 薄膜加热软化至可塑状态 使得其在成型模辊上 通过真空系统吸出泡罩 辊式泡罩包装机的加热形式一般有两种 即辐射加热和接触加热 即内加 热和外加热 外加热多采用石英玻璃加热管作为加热元件 数值加热管组成一 个与成型模辊同心的弧形加热面 通电后产生远红外线 对pvc 进行烘烤加热 内加热是将管状加热元件均匀置于加热辊体内 辊体与成型模辊接触且与成型 模辊同步转动 通电后辊体变热 对pvc 直接接触加热 现在市面上的泡罩包装机普遍采用了吸泡热合复合模具辊结构 都因采用 弧形板外加热形式 使得模具辊直径较大 在200 250mm 范围内 不能在减小 基于本课题 热成型 充填 封口包装机机的结构设计 主旨在于减小机械设 备占地面积 增加便捷性的考虑 作者采用加热辊内部加热 不占据吸泡热合 复合模具辊圆周区段 取消了外加热弧形板 因而进一步缩小了复合模具辊的 直径 直径可减至98 160mm 本连续立式热成型 充填 封口包装机采用了一种常见的内加热装置 由 不锈钢制造的加热辊体 通过传动轴 轴承和轴承座安装于机体上 并通过传动 齿轮有吸泡热合复合模具辊输入动力 使加热辊体与吸泡热合复合模具辊同步 运动 在加热辊体内装有 6支电加热管和6支控温热电偶 其导线通过传动轴左 端内部孔道引至集流环 经碳刷与机器电路相连 pvc 片围绕加热辊体外周围 与辊体同步运动 并吸收热量加温 温度可有热电偶及温度调节仪来控制和调节 具体结构参见图2 4 14 图 2 9加热辊部装图 2 9 热成型 填充 封口包装机的热封系统 热封合装置是将单面涂胶的铝箔与已填入被包装物的泡罩膜带牢固地粘合 在一起 将被包装物密封在泡罩内 热封合装置由封合辊 拉膜辊 支架 支承轴等组成 不锈钢制造的圆周表面 有网纹的热合网纹辊体 通过轴 内外侧滑动座安装于固定在机体的支架上 内 外侧滑动座可在支架导向槽内滑动 通过压簧将网纹压辊体向吸泡热合复合模 具辊 气压力大小靠调整螺钉调节 热合网纹辊体离合靠离合杆扳动长支臂带 动短支臂将离合传向内外侧滑动座 可使热合网纹压辊体上抬或下落 热合网纹 压辊体内装有6支电加热管及控温热电偶 其导线通过传动轴内部孔道与集流 环和碳刷相连 并与机器电路相连 通过电加热管使辊体加热 并通过热电偶 测温和控制加热温度 与传统的气动热合网纹辊相比 由于采用了手动离合 弹簧加压热合网纹辊 及离合机构 取消了气动机构 避免了购置压缩空气系统的必要 因而更加适 合小型药厂的情况 同时减小了机器的总体尺寸 降低了制造成本和售价 虽然 取消气动机构降低了机器的自动化水平 但从使用 调整 维修简便的角度 又 适应了小型药厂的计数和维修状况 图2 10热封合装置部装图 15 2 10 热成型 填充 封口包装机的冲裁系统 冲裁是包装机工作中最后一道工序 它是把封合 打印好的成型膜片按预定 的数量和排列形式冲切成板块的装置 从传动上来看 主要有两种形式 一种是 凹模固定 凸模运动 另一种是凸模固定 凹模运动 对于本机来说 采用前者 目前国内制药厂使用的铝塑泡罩包装机的冲裁装置大部分是由箱体 传动机 构 偏心轴 连杆 冲裁凸模 冲裁凹模 座板及导柱 导套构成 其存在的问题是 整个冲裁装置笨重 由于冲裁箱体是通过螺栓 螺钉把合在固定板上 因此 更 换模具和冲裁时 需要拆卸或安装整个冲裁装置 费时费力 本机的冲裁装置是 在原有基础上 结合近期发明的新型快速拆卸式冲裁装置 在立式机身上进行 改进 从而提供一种结构轻巧 可快速拆装且更换方便的冲裁装置 改进是这样实现的 它有两个冲裁固定板 在冲裁固定板上设有轴承座 在轴承座上通过轴承安装有偏心轴 其特殊之处在于偏心轴的另一端通过轴承 插接有冲裁推拉座 在冲裁固定板内壁下部设有滑槽 在滑槽内装有凸模安装 板 其上安装有冲裁凸模集冲裁退料板 在凸模安装板上设有导套 冲裁导柱由 导套引出且冲裁导柱下部安装有冲裁凹模 由于冲裁推拉座与冲裁凹模相连接 而冲裁凸模插装在冲裁固定板上 工作室冲裁凹模运动 冲裁凸模相对静止 因 此 整个冲裁装置结构轻巧 既省时又省力 16 图 2 11 冲裁装置部装图 2 11 热成型 填充 封口包装机的主要技术参数 连续立式热成型 充填 封口包装机的主要技术指标为 1 最大成型面积 90 36m 2 包材芯径 70 76mm 3 最大成型深度 7mm 4 耗水量 1 8升 分 5 最高冲裁速度 30次 min 6 生产效率 60板 min 7 总功率 3 0kw 8 电压 380v 50hz 9 最大包材宽度 90mm 10 整体重量 600kg 11 包材最大外径 pvc280mm ptp160mm 12 外形尺寸 长 宽 高 2340 800 1600mm 2 12 本章小结 本章详细的介绍了热成型 填充 封口包装机的总体设计 包括对膜材料的 选择 工艺流程 热型装置 封合装置 冲裁装置的原来和设计以及各项主要技术 参数 17 第3章热成型填充封口包装机的典型零件的设计与 校核 3 1 电机的选择 3 1 1 选择电动机类型 按已知工作效率和要求 考虑同类型包装机械的选用情况 作者选用y 系 列三相异步y2 100l 2 4 ghf w 齿轮减速电动机 3 1 2 选择电动机的容量 工作机所需功率按如下公式 kw vf p w w 1000 计算 式中 根据生产实践估计f 700n v 30 90 0 001 2 7m s 工作机的效率 w 0 94 代入上式得 电动机的输出功按下式计算 kw p p w d 式中 为电动机至工作机轴的传动装置总效率 由 crgb 2 由 机械设计课程设计手册 表2 1 1 取链传动效 率 95 0 b 滚动轴承效率 995 0 c 8级精度齿轮传动效率 97 0 g 联轴 器效率 98 0 c 则 9 098 0995 097 095 0 2 18 故 d 2 01 2 33 0 9 w p pkw h 因载荷平稳 电动机额定功率ped只需略大于pd即可 所以选电动机的额定 功率 ped为3 0kw 3 1 3 确定电动机的转速 根据本机选用的麦奇电机微型齿轮减速电机相关参数 减速比为40 工作 机轴转速为 w 1410 n35 25r min 40 3 1 4 传动装置的总传动比 传动装置的总传动比 m w n35 25 i5 875 n6 3 2 一级链传动装置的设计 fv700 2 7 0 001 1 890pkw 创 3 2 1 选择链轮齿数 z1 z2 一级链传动的传动比为2 098 根据 机械设计 表5 18 推荐 选择z1 25 按照 i1 得出z2 52 3 2 2 求计算功率 pc pkkp zac 由 机械设计 工作情况系数 查得ka 1 由 机械设计 齿数系数 查得kz 0 887 c p 1 0 887 1 890 1 68kw 3 2 3 确定链节距 由设计功率及 机械设计 滚子链额定功率曲线 查询得到链号 进而直接 得出对应的链条节距 选择链号12a 链条节距p 19 055mm 3 2 4初定中心距 由最小中心距计算公式 19 0min1 a0 2z i 1p15 49p 推荐 0 a 30 50 p 0 a30p 3 2 4 确定链条参数 链长节数 2 21 012 0 0 zz p 2azz2 98 81 p2a x p 骣 琪 桫 实际链长节数 0 x经过圆整 x 99 链条长度 1 89 1000 p x l 链速 1122 z n pz n p v0 28m s 60 100060 1000 创 根据公式得出理论中心距 2 3 p acc8f 4 轾 臌 12 z z c 2 x a 570 39mm 取 a 0 004a 实际中心距 a a a 570mm 有效圆周力 f 6071 43n 作用于轴上的拉力fq 7285 72n 3 2 5 确定润滑方式 根据链速和链号 查图 确定采用油谷润滑 3 2 6 链轮设计 链轮材料 因是较重要的传动 链轮材料选40钢 热处理后硬度40 50hrc 链 轮尺寸及齿形 分度圆直径 dp sin 180 152 0z mm 齿顶圆直径 da 164mm 齿根圆直径 df 140mm 20 3 3 拉伸滚机构中的典型齿轮的设计与校核 3 3 1 选择齿轮材料和热处理 精度等级 齿轮齿数 考虑到具体应用环境和生产效率等因素 要求结构紧凑 使用寿命较长 齿面啮合类型选择为硬齿面 大小齿轮材料用40mnb 表面淬火 齿面硬度45 50hrc 8级精度 齿轮 1布置形式为非对称布置 轴钢性较大 齿轮2布 置形式为悬臂布置 选小齿轮齿数 1 25z 2 45z 传动比i 1 79 3 3 2 按齿根弯曲疲劳强度设计 1 3 2 1 2 fasa d f ktyy y m z e js 骣 琪 琪 桫 确定式中各项数值 1 5 a k 故初选 2 t k 666 1 1 p2 5 9 55 109 55 10n mm 1 42 10 n mm n16 8 t 捶捶 由公式 12 11 1 883 2 zz a e 轾骣 犏琪 桫臌 1 77 由公式 0 75 0 25ye a e 0 7 查表选取 d f 0 7 由图查得 a1f y 2 25 sa1 y 1 65 a2f y 2 78 sa1 y 1 75 由表查得 1n y 0 85 2n y 0 88 取 minf s 1 25 按齿面硬度均值衡量 在ml线上查得 lim1f s lim2f s 450mpa 21 lim11 1 min fn f f y s s s 306mpa lim22 2 min fn f f y s s s 316mpa 将相关系数带入设计公式 求得齿轮模数 1 3 t 2 1 2 fasa d f ktyy y m z e js 骣 琪 琪 桫 3 34mm 查表得到系数k 3 t mm k k 3 48mm 由表选取第一系列模数 m 4mm 齿轮主要几何尺寸 1 d 180mm 2 d100mm 1 70mmb 2 75mmb 3 3 3 校核齿面接触疲劳强度 1 2 1 21 heh h kt u z z z bdu e ss 由表查得 e z 189 800 h z 2 5 z 0 881 按不允许出现点蚀 查得 1n z 0 88 2n z 0 91 并查表得出 lim1h s 1060mpa lim2h s 1060mpa 取 minh s 1 则可以求出 lim11 1 min hn h h z s s s 932mpa 22 lim22 2 min hn h h z s s s 964mpa 根据接触强度校核公式 1 2 1 21 heh h kt u z z z bdu e ss 再求得 h s 809mpa h s 3 4 典型轴的设计与校核 3 4 1 选择轴的材料及热处理方式 轴的材料选45钢 调质处理 其力学性能由 机械设计 表8 1 查得 b 640mpa s 355mpa 1 275mpa 1 155mpa 1 60mpa 根据 机械设计 表8 3 取 0 a 110 需进行调质处理 平键部分还应淬火 增加其强度 3 4 2 轴的结构设计 按许用扭转剪应力估算轴的最小直径 估算公式 3 p dcmm n 因为轴的转速不高 取偏小的c 值 c 98 p 2 95kw n 35 25r min 代 入数据 再由 机械设计 表 2 1 5中的数据圆整为标准尺寸系列 根据轴的结 构选取轴端于轴承配合处的轴径为30mm 平键部分应增大最少3 再根据链轮 和轴承的位置设计轴肩及其它轴段的尺寸 轴左端的螺纹段配合螺母和垫片用于 链轮左端定位 为了加工螺纹 螺纹左端应有退刀槽 考虑到轴加工时在车床上 的装夹 轴的左端还有顶尖孔 在gb145 85中选取带护锥的b 型中心孔 3 4 3 轴的校核 1 绘制轴的计算简图 23 图 2 12 受力分析图 2 计算轴上外力 1 轴上的受力分析 轴传递的转矩为 t1 1000 109553 1 4 n mm 12415n mm 12 5n m 带轮的周向力 ft 176 9n 作用在轴上的压力 fr 1751 7n 联轴器由 于制造和安装误差所产生的附加圆周力f0 方向不定 f0 0 3 2 12 5 0 04 187 5n 2 求支反力 24 1 在水平面内的支反力 如图 由 a m 0得 rbz a b fr a 0 rbz ba afr 147153 1537 1751 893 4n z 0 得 raz fr rbz 1751 7 893 4 858 3n 2 在垂直面内的支反力 由图可知 ray rby t f 2 1 176 9 2 88 4n 3 由于f0的作用在支点 a b 处的支反力 b m 0 得 r 0a a b f0 c 0 r 0a ba cf 0 787 5 97 153 147 254 6n r 0b f0 r 0a 187 5 254 6 442 1n 3 作弯矩图和转矩图 作用在水平面的弯矩图 mdz raz a 858 3 153 10 3 131 3n m 作用在垂直面内的弯矩图 mdy ray a 88 4 0 153 13 5 n m 作用在d 截面的做出的最大合成弯矩 md 22 5 133 131 132 n m 由于f0作用而作出的弯矩图 m 0b f0 c 187 5 0 09 16 9 n m 25 m 0d 8 6 该弯矩的作用平面不定 但当其与上述合成弯矩图共面时是最危险情况 这 时弯矩为二者之和 则截面d 的最大合成弯矩为 md md m 0d 132 8 6 140 6n m 作弯矩图 t1 12 5 n m 3 按疲劳强度的安全系数校核计算 1 确定危险截面 根据轴的结构尺寸及弯矩图 转矩图 截面b 弯矩较大 且有轴承配合引 起的应力集中 截面e 处弯矩也较大 直径较小 又有圆角引起的应力集中 截面 d 处弯矩最大 且有带轮配合与键槽引起的应力集中 故属危险截面 现对 d 截面进行强度校核 2 安全系数校核计算 由于轴转动 弯矩引起对称循环的弯应力 转矩引起的为脉动循环的切应 力 弯曲应力幅为 a w md 140 6 10 6 5 36 p a 26 2mpa 式中w 抗弯断面系数 有机械设计手册表19 3 16 查得 w 5 36cm 3 5 36 106 m 3 wp 11 6cm 3 11 6 106 m 3 由于是对称循环弯曲应力 故平均应力为 m 0 根据机械设计手册式 19 3 2 s maa k 1 0 84 092 0 2 261062 2 10270 6 6 3 0 26 式中 1 45 钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限 由机械设计手册表 19 1 1 查得 1 270mpa k 正应力有效集中系数 由表 19 3 6按键槽查得k 1 5 按配合查得k 2 62 故取k 2 62 表面质量系数 轴经车削加工 按表 19 3 8查得 0 92 尺寸系数 由表19 3 11查得 0 84 切应 力幅为 m p w t 2 1 6 112 105 12 6 pa 0 54mpa m x k s 1 66 6 1054 021 0103 2 84 092 0 89 1 10155 27 011 式中 1 45钢扭转疲劳极限 由机械设计手册表19 1 1查得 1 155mp a k 切应力有效应力集中系数 由机械设计手册表19 3 6 按键槽查得k 1 62 按配合查得 k 1 89 故取 k 1 89 同正应力情况 平均应力折算系数 由表19 3 13查得 0 21 轴截面的安全系数由机械设计手册中式19 3 1确定 s 22 ss ss 22 011 270 3 011 270 3 3 0 由机械设计手册中表19 3 5可知 s 1 3 2 5 故s s 该轴d 截面 是安全的 3 5 拉伸滚齿轮链接键的选择与校核 3 5 1 选择键联接的类型和尺寸 根据使用要求和工作条件 选择圆头普通平键 a 型 27 根据d 34mm 从 机械设计课程设计手册 中在键的标准型号中查得键的横 截面尺寸为 宽度b 10mm 高度h 8mm 由齿轮宽度并参考键的长度系列 取 键长 l 56mm 比齿轮宽度小些 3 5 2 校核键联接的强度 键 轴和齿轮的材料都是钢 查 机械设计手册 得许用挤压应力 100 120mpa 取其平均值 p 110mpa 键的工作长度l l b 56 10 46mm 键 和齿轮键槽的接触高度k 0 5h 4mm 由公式可得 33 2102 200 10 52 52a100a kld4 56 34 p t mpmps 创 创 可见连接的挤压强度足够 3 3 6 轴承的选择与校核 3 6 1 选择轴承类型 轴承需要承受径向载荷和单向的轴向载荷 所以选择角接触球轴承 3 6 2 轴承当量动载荷的计算 p fpr 1 2 1751 7 2102n 确定轴承的径向载荷 轴 1 r1 r2 1751 7n 56 5 110 5 r1 1751 7 105 所以可得 r1 1101 4n 28 r2 650 3n 所以 p1 fpr 1 2 1101 4n 1321 68n 所以 轴承的寿命为 l 1h 60 106 p c n h 3 6 68 1321 22200 100060 10 78985 h p2 fpr2 1 2 650 3n 780 4n l 2h 60 106 p c n h 3 6 4 780 22200 100060 10 383668h 轴 2上的轴承所受的径向力同轴1 轴承寿命同轴 1的 经验算可知 轴承的寿命为 78985小时 3 6 3 选择轴承的润滑形式 n d 40 1000 40000mm r min 由机械设计手册表12 17查得 选用油润滑形式 3 6 4 密封形式 采用毡圈油封和密封环 3 6 5 凸缘式轴承盖的设计 根据 机械设计课程设计 设计轴承盖 轴承外径 d 90mm 因此选螺钉直径 d 3 8mm d d3 1 8 1 9mm d0 d 2 5d 3 90 2 5 8 110mm d2 d0 2 5 d3 110 2 5 8 130mm 29 e 1 2 d3 1 2 8 9 6mm e1 9 6mm m 由结构确定 d4 d 10 15 mm 90 10 15 mm 80 75mm 取 d4 75nm 3 7 本章小结 本章主要对热成型 填充 封口包装机的典型零件进行了设计和校核 用以 实现各个部件的正常运转 30 结 论 本论文的研究工作涉及到机电控制 药用泡罩包装材料等方面的知识 因本 作者所学专业知识局限等原因 没有深入地对该机器的机电控制系统方面进行 研究分析 所以机电部分的设计调研还不够全面 后期的方案校核以及论证 因设计条件 时间等多方面原因 也没有进行试 验性的加工 生产 校核 验证 应用等 本文与预设想的结果略有不同 现提出几 点建议以供其他研究人员参考 1 设备的无菌系统 本文的研究工作没有具体分析机器本身对药厂生产环境的适应性 在无菌 生产环境下应进行进一步