黏稠液体包装机的方案设计论文.docx

1 目目 录录 1 黏稠液体包装机的方案设计与基本原理 3 1 1 方案设计论述 3 1 2 运动基本原理 4 2 黏稠液体包装机的类型选择与主要参数 6 2 1 包装机类型的确定 6 2 2 机器性能参数 6 3 黏稠液体包装机传动系统的计算 7 3 1 电动机的选择计算 7 3 2 V 带传送及带轮的设计计算 7 3 2 1 总传动比的分配 7 3 2 2 V 带及带轮传动设计 7 3 3 主轴 包含轴承 的设计计算 11 3 4 减速器的设计与选择计算 11 3 5 联轴器的选择计算 12 3 6 无极变速器的选择与性能要求 12 3 7 凸轮机构的设计计算 12 3 7 1 基圆半径的选择 13 3 7 2 凸轮轮廓线的设计 13 3 8 渐开线直齿圆柱齿轮的设计计算 18 3 8 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 18 3 8 2 按齿面接触强度设计 18 3 8 3 圆柱齿轮几何尺寸计算 20 3 9 直齿锥齿轮的设计计算 20 3 9 1 第一对锥齿轮 20 3 9 2 第二对锥齿轮 23 3 10 曲柄摇杆机构的设计计算 24 3 10 1 曲柄摇杆机构一 充填机构阀门 24 3 10 2 曲柄摇杆机构二 充填机构的活塞杆处 25 3 11 离合器的设计与选择 25 4 黏稠液体包装机执行机构的设计计算 26 4 1 供料填充机构的设计 26 4 2 薄膜送纸机构的设计 27 2 4 3 步进电动机的选择 27 4 4 成型器的设计 28 4 5 热封与切断机构的设计 31 毕业设计总结 33 致 谢 34 参 考 文 献 35 1 1 黏稠液体包装机的方案设计与基本原理黏稠液体包装机的方案设计与基本原理 3 1 11 1 方案设计论述方案设计论述 本次毕业设计课题为立式间歇式黏稠液体包装机 执行机构 包装机是比较典型的集机 电 液于一体化的自动机械 此次毕业设计黏 稠液体包装机属于食品包装机家族序列的一个分支 随着经济全球化的进程加 快和我国城市化的快速发展 人们的生活质量要求越来越高 对食品 日用品 的包装要求也急剧提高 基于现在的包装机发展趋势 我认为选取袋成型 充填 封口集成的 DXD 序列的多功能包装机械 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 包装材料的供送装置 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 采用通用的多重辊轮依次排列 使薄膜平整张紧 输送时不褶皱 拉袋时保持韧性不至于被撕裂 很好的满足了设计要求 物料的计量与供送装置 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 因为液体的流动性相对于固体颗粒物料 而言差距较大 流动性差导致不能依靠自身重力等因素 必须有推进装置 活 塞 辅助 挤压液体送至下个工作空间 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 4 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 本设计要求机身结构紧凑 工作能力较小 主传动系统包括电机 减速器 无极变速器 齿轮 输送带等基本上是标准件 以前课程设计都有设计经验或 者涉及到 可按国标要求进行参数的选择与型号的确定 而此次设计的重点方 向则是非标准件的执行部分 例如凸轮机构 连杆机构 柱塞阀式机构 成型 器设计计算 热封机构 确定热封时间及转角 和辅助装置等 设计数据量大 任务繁重 难度较大 要以最优化的参数 参观了实践生产的主流包装机械 参照前人的设计经验 才能较好的完成 1 21 2 运动基本原理运动基本原理 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时完成 上述执行操作由电动机提供动力 通过联轴器与蜗轮蜗杆减速器相连接 将转矩传递至主轴及直齿轮 锥齿轮 凸轮等传动分配装置 拉袋的步进电机 等提供向下牵引动力 与切刀 连在摆臂上 相互配合完成整个流程 整体示 意图如下图 1 1 所示 5 图 1 1 立式间歇式黏稠液体包装机械运动简图 6 2 2 黏稠液体包装机的类型选择与主要参数黏稠液体包装机的类型选择与主要参数 2 12 1 包装机类型的确定包装机类型的确定 结合设计题目 立式间歇式黏稠液体包装机 为满足设计要求 接轨生产 实践 确定包装机类型为小型多功能 DXDK 60C 系列自动包装机 它集袋成 型 充填 封合功能于一身 生产效率高 经济成本较低 性能实用 既满足 课题要求 又跟随现代工业自动化发展 故确定选取上述型号的包装机 2 22 2 机器性能参数机器性能参数 表 2 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 20 50 液 体 膏 体 40 60 20 100 长 80 145 宽 30 100 8 0 70 铝箔 聚乙 烯 BOPP 主电 动机 1360W 供纸 电动 机 40W 180W2 380V 50Hz 三 相四 线 应具 备零 线 小 于 170 kg 长 宽 高 770 70 0 2028 机器的设计数据如表 2 1 所示 由于设计要求生产能力和速度可调节 故 此计算时应该按照上面表格中给出的数据范围中最大值进行设计计算 才符合 课题要求与实践应用 7 3 3 黏稠液体包装机传动系统的计算黏稠液体包装机传动系统的计算 3 13 1 电动机的选择计算电动机的选择计算 由表 2 1 知 主电动机功率为 1360W 参考同类大小的包装机型号 因为 电动机的磁极对数 同步转速等涉及其性能和造价 查阅机械设计标准手册 确定用 Y 系列电动机 摘自 JB T8680 1 1998 全封闭型自扇冷式鼠笼型三相 交流异步电动机 其参数如下表 表 3 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 7922Kg 3 23 2 V V 带传送及带轮的设计计算带传送及带轮的设计计算 3 2 1 总传动比的分配 电动机的转速为 1400r min 包装速度为 60 袋 min 即主轴转速为 60 r min 则总传动比 i n1 n 1400 60 23 33 带传动 i1 2 减速器传动 i2 11 67 无极 变速器传动 i3 3 可调 直齿锥齿轮传动 i4 1 5 3 2 2 V 带及带轮传动设计 已知电动机的额定功率为 1 5KW 转速 n 1400r min 选取传动比为 i1 2 采 用普通 V 带传动 1 确定计算功率 Pca 由参考资料 1 表 8 7 查得工作情况系数 Ka 1 1 故 P KaP 1 11 5 1 65 KW ca 2 选取带型 根据 P n 由参考资料 1 表 8 4a 确定选用 A 型 ca 3 确定带轮基准直径 由 1 表 8 6 和表 8 8 取小带轮基准直径 d 90mm 则大带轮基准直径 1d d i d 290 180mm 2d 1d 按参考资料 1 式 8 13 验算带的速度 V 6 60m s 100060 11 ndd 8 因为 5m s V 30m s 故带的速度合适 4 确定 V 带的基准长度和中心距 根据经验公式 0 7 dd1 dd2 a 2 dd1 dd2 0 即 189 a 120 所以小带轮上的包角合适 6 计算 V 带的根数 Z 由参考资料 1 式 8 22 知 ld ca KKPP P z 00 由 n1 1400r min dd1 90mm i 2 查由参考资料 1 表 8 4a 和参考资料 1 表 8 4b 得 P 1 07kw P 0 17kw 00 查参考资料 1 表 8 5 得 K 0 98 查参考资料 1 表 8 2 得 K 0 99 l 则 1 29 99 0 98 0 17 0 07 1 65 1 z 9 取 z 2 式 8 26 中 K 包角系数 K 长度系数 l P 单根 V 带的基本额定功率 0 P 计入传动比的影响时 单根 V 带额定功率的增量 0 7 计算预紧力 F0 由参考资料 1 式 8 27 知 F 0 2 1 5 2 500qv Kzv Pca 查参考资料 1 表 8 3 得 q 0 1kg m 故 F 96 94N 0 2 60 6 1 0 1 98 0 5 2 60 6 2 65 1 500 8 计算作用在轴上的压轴力 F p 由参考资料 1 式 8 28 得 F 386 1N p 2 sin F2 1 0 d z 2 4 169 sin96 9422 9 V 带轮的材料 在机械工程中 带轮的材料通常为灰铸铁 当带速 v 300 mm 的场合 d 10 因为 d 90mm d 180mm 所以 大带轮均采用了腹板式结构 小带轮采 1d2d 用实心式 图 3 1 V 带轮的轮槽尺寸 V 带轮的结构参数如表 3 2 所示 11 表 3 2 V 带轮的结构参数 3 33 3 主轴 包含轴承 的设计计算主轴 包含轴承 的设计计算 轴的设计 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 取扭矩系数 110 转速低且单向旋转 P1 P 1 2 3 4 1500 0 96 0 8 0 9 0 98 1016 1W d 28 25mm 取 d 30mm 轴的长度 L 1060mm 3 A 包装机属于轻型机械 载荷较轻 所以选择深沟球轴承 6006 型号 滚动 轴承 6006 GB T 276 1994 脂润滑 12 3 43 4 减速器的设计与选择计算减速器的设计与选择计算 已知减速器传动 i2 11 67 大于一般的圆柱齿轮减速器 故选取蜗轮蜗杆 减速器 CWU80 参阅机械设计课程设计图册图 44 46 确定为一级立式蜗杆减 速器 既满足了传动减速比要求 又整体机体的结构简单 紧凑 中心距较小 符合设计理念 蜗杆减速器轴伸出端的直径为 41 6 因为电动机的功率本身不大 按照机 械设计轴的设计与校核程序 因为弯矩可以忽略不计 经过扭转校核后 确定 轴是安全的 完全满足扭转要求与安全性能 3 53 5 联轴器的选择计算联轴器的选择计算 蜗杆减速器输出轴端的半联轴器 参阅机械设计手册 由于电动机转速 1400r min 转速小于 8000r min 实际转矩远小于联轴器公称转矩 400N m 确 定型号取 GYS5 凸缘联轴器 J1 42 60 GB T5843 2003 A 型键槽 同理 主轴端的半联轴器 确定型号取 GYS4 凸缘联轴器 J1 30 60 GB T5843 2003 A 型键槽 3 63 6 无极变速器的选择与性能要求无极变速器的选择与性能要求 包装执行机构工作速度需要连续无极变化 以合理利用包装材料 电机功 率保证产品质量 机械无极变速可通过控制电机输出转速或机械变速机构实现 使得执行机构的输出在 2 个极限范围内连续变化 无级变速的种类很多 大都 利用摩擦来传递运动及功率 机械式无极变速结构比较简单 效率高 空间体 积小 常见的有金属带式无级变速和 V 带无极变速装置 因无极变速器传动 i3 3 故选择 V 带式恒功率型无极变速器 电机输出的转速 通过 V 带传动 输入蜗杆减速器 转动手轮 带动从动轮活动锥盘沿着轴向移动 使 V 带沿着 径向变动 从而改变从动轮的实际作用半径 实现无极调速 当包装执行机构 达到预定转速时 将锁紧螺母拧紧 使调节环和调节螺杆之间没有相对运动 获得稳定的输出转速 V 带无极变速构造简单 过载时可利用摩擦件皮带与带轮间的打滑而避免损 坏机器 在可调范围内平稳变速 详细可参考相关机械设计文献 13 3 73 7 凸轮机构的设计计算凸轮机构的设计计算 凸轮机构通常由凸轮 推杆 机架三个基本构件组成 其特点是凸轮具有 曲线工作表面 利用不同的凸轮轮廓曲线可使推杆实现各种预定规律 并且简 单紧凑 根据装置要求 为避免包装袋在切刀处积压而影响热封及剪切 需要 凸轮有急回特性 故采用偏置摆动滚子推杆盘形凸轮机构 这种推杆由于滚子 与凸轮轮廓之间为滚动摩擦 所以磨损比较小 可以用来传递比较大的动力 凸轮运动规律为正弦运动规律 有利于与装置其他部件协调 为不产生过大冲 击 凸轮运动采用正弦曲线 3 7 1 基圆半径的选择 根据上面机械原理公式 2 tan 2 其中为位移曲线的斜率 e 为偏距 s 为推程 代入数据算的凸轮的基圆半径为 取 r 为 50mm 滚子半径 43 56 r1 16mm 3 7 2 凸轮轮廓线的设计 中心距初定 250mm a 220mm b 77 5mm r1 16mm 14 图 3 2 凸轮机构简图 1 凸轮的重要设计参数如下 从动件摆角 8 35 度 滚子半径 Rr 16mm 推程运动角 1 108 度 远休止角 72 度 回程运动角 2 108 度 中心距 L 250mm 基圆半径 Rb 50mm 凸轮转角增量 5 度 2 摆动滚子从动件凸轮设计计算公式 15 3 凸轮设计计算值列表 转角转角压力角压力角工作轮工作轮工作轮工作轮工作工作工作轮工作轮位移位移速度速度加速度加速度 16 度度 度度 廓廓 X Xn n廓廓 Y Yn n轮廓轮廓 r rn n 廓廓 n n 度度 0 13 815 31 71720 21150 047 17 246000 5 14 644 32 98416 32750 055 22 2470 005 0 1864 235 10 16 968 34 21912 25150 157 27 2450 043 0 7298 114 15 20 379 35 4487 98450 462 32 2330 142 1 58211 311 20 24 3 36 693 49851 063 37 2020 326 2 67513 558 25 28 122 37 933 1 2552 031 42 1430 613 3 91614 666 30 31 354 39 136 6 30553 411 47 0461 011 5 19914 542 35 33 697 40 229 11 698 55 211 51 9021 518 6 41813 195 40 35 028 41 12 17 436 57 406 56 712 126 7 4710 74 45 35 335 41 709 23 494 59 937 61 4722 815 8 2667 383 50 34 666 41 891 29 808 62 711 66 1973 559 8 743 405 55 33 093 41 573 36 278 65 617 70 8974 33 8 852 0 859 60 30 703 40 685 42 777 68 526 75 5885 093 8 592 5 05 65 27 605 39 189 49 151 71 313 80 2865 819 7 983 8 818 70 23 941 37 076 55 238 73 863 85 0076 478 7 075 11 844 75 19 901 34 365 60 877 76 081 89 7627 047 5 945 13 876 80 15 721 31 084 65 921 77 902 94 5617 512 4 687 14 741 85 11 671 27 264 70 2579 298 99 4077 865 3 408 14 368 90 8 027 22 934 73 786 80 275 104 301 8 109 2 215 12 788 95 5 039 18 129 76 491 80 874 109 237 8 257 1 208 10 133 100 2 905 12 89 78 378 81 171 114 207 8 328 0 471 6 627 105 1 756 7 269 79 502 81 265 119 198 8 349 0 067 2 564 110 1 569 1 338 79 943 81 268 124 198 8 34900 115 1 5694 652 79 774 81 268 129 198 8 34900 120 1 56910 606 78 999 81 268 134 198 8 34900 125 1 56916 479 77 622 81 268 139 198 8 34900 130 1 56922 228 75 655 81 268 144 198 8 34900 135 1 56927 807 73 111 81 268 149 198 8 34900 17 140 1 56933 174 70 012 81 268 154 198 8 34900 145 1 56938 289 66 379 81 268 159 198 8 34900 150 1 56943 113 62 241 81 268 164 198 8 34900 155 1 56947 608 57 6381 268 169 198 8 34900 160 1 56951 741 52 5881 268 174 198 8 34900 165 1 56955 48 47 1381 268 179 198 8 34900 170 1 56958 797 41 321 81 268 184 198 8 34900 175 1 56961 667 35 197 81 268 189 198 8 34900 180 1 56964 067 28 806 81 268 194 198 8 34900 185 1 05565 926 22 226 81 258 199 28 3450 186 4 235 1900 42367 13 15 523 81 134 204 218 8 3070 729 8 114 1952 72167 639 8 76480 788 209 263 8 2081 582 11 311 2005 64267 434 2 04780 124 214 347 8 0242 675 13 558 2058 94766 524 50179 077 219 475 7 7373 916 14 666 21012 37764 91910 73977 612 224 657 3395 199 14 542 21515 67262 67116 52675 732 229 869 6 8326 418 13 195 22018 59659 83621 73773 474 235 126 6 2247 47 10 74 22520 9456 49426 28470 908 240 409 5 5358 266 7 383 23022 52552 74530 12668 131 245 704 4 7918 74 3 405 23523 18848 69333 27665 256 250 9964 028 8520 859 24022 77544 43635 79862 405 256 271 3 2578 5925 05 24521 14540 04737 79759 695 261 516 2 5317 9838 818 25018 19735 56839 40357 231 266 723 1 8727 07511 844 25513 94231 02840 74755 095 271 891 3035 94513 876 2608 59826 4641 94653 341 277 018 0 8384 68714 741 2652 66621 93743 08151 994 282 110 4853 40814 368 270 3 13417 5644 19151 045 287 174 0 2412 21512 788 275 8 07313 43345 26750 454 292 214 0 0931 20810 133 280 11 6199 62246 25750 155 297 236 0 0220 4716 627 285 13 5086 16547 07550 055 302 245 0 0010 0672 564 18 290 13 8133 05947 61950 051 307 245 0 00100 295 13 8130 00847 80150 051 312 245 0 00100 300 13 813 3 04347 6250 051 317 245 0 00100 305 13 813 6 07147 07750 051 322 245 0 00100 310 13 813 9 05246 17550 051 327 245 0 00100 315 13 813 11 96544 92250 051 332 245 0 00100 320 13 813 14 78643 32750 051 337 245 0 00100 325 13 813 17 49541 40350 051 342 245 0 00100 330 13 813 20 07139 16350 051 347 245 0 00100 335 13 813 22 49436 62550 051 352 245 0 00100 340 13 813 24 74633 80850 051 357 245 0 00100 345 13 813 26 8130 73450 051 362 245 0 00100 350 13 813 28 6727 42750 051 367 245 0 00100 355 13 813 30 31123 9150 051 372 245 0 00100 3 83 8 渐开线直齿圆柱齿轮的设计计算渐开线直齿圆柱齿轮的设计计算 3 8 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 主动齿轮硬度为 280HBS 被动齿轮硬度为 240HBS 4 两齿轮齿数 Z1 Z2 40 3 8 2 按齿面接触强度设计 按计算式试算即 3 2 1 1 1 2 32 E t dH KTZu d u 1 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数1 3 t k 主动轮传递转矩 19 N mm 5 5 1 1 5 1062 1 60 016 1 10 5 95105 95 n P T 由机械设计课本 查表 10 7 可选取齿宽系数1 d 查表 10 6 可得材料的弹性影响系数 1 2 189 8 E ZMP 查机械设计图 10 21d 得按齿面硬度选取两齿轮的接触疲劳强度极限 1limH lim2 550 Ha MP 按计算式计算应力循环次数 N1 N2 60n1jLh 5 4 107 53001016060 查图 10 19 可选取接触疲劳寿命系数04 1 21 HNHN KK 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1S MPa S KHN HH 55004 1 1lim1 21 605 MPa 2 计算相关数值 试算小齿轮分度圆直径 由计算公式得 1t d mmd t 7 80 605 8 189 1 2 1 1062 13 1 32 2 3 2 5 1 计算圆周速度 sm nd v t 25 0 100060 60 7 80 100060 11 计算齿高 h 齿宽模数b nt m mmmmdb td 7 80 7 801 1 mm z d m t t 02 2 40 7 80 1 1 mmmmmh t 54 4 02 2 25 2 25 2 20 8 17 54 4 7 80 h b 计算载荷系数k 根据 v 0 25m s 7 级精度 查表 10 8 可得动载系数 由表 10 41 07 V k 直齿轮 由表 10 2 查得使用系数 Ka 1 0 1 0 HF kk 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 423 1 H K 由 b h 17 8 1 491 查图 10 13 得 1 5 H k FK 故载荷系数 52 1 423 1 107 1 1 HHVA KKKKK 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 按计算式得 mm K K dd t t 02 85 3 1 52 1 7 80 3 3 11 计算模数 m mmmm z d m13 2 40 02 85 1 1 取模数 m 3 mm 3 8 3 圆柱齿轮几何尺寸计算 两齿轮齿数 Z1 Z2 40 m 3mm 20 ha 1 c 0 25 中心距 a z1 z2 m 2 40 40 32mm 120mm 分度圆直径 d1 d2 mz1 3 40mm 120mm 齿顶高 ha1 ha2 ha m 3mm 齿根高 hf1 hf2 ha c m 1 0 25 3mm 3 75mm 齿全高 h1 h2 ha1 hf1 6 75mm 齿顶圆直径 da1 da2 z1 2ha m 40 2 3mm 126mm 齿根圆直径 df1 df2 z1 2ha 2c m 40 2 0 5 3mm 112 5mm 齿距 p m 3 3 14mm 9 42mm 齿厚 s m 2 4 71mm 21 3 93 9 直齿锥齿轮的设计计算直齿锥齿轮的设计计算 3 9 1 第一对锥齿轮 选用直齿锥齿轮 取锥齿轮传动效率 0 95 小锥齿轮传动功率为 P 1 016 kw 转速 n 60r min 传动比 i 1 5 一 选择齿轮材料 齿轮用 45 钢调质 齿面硬度 240HBS 根据齿面硬度中值 按参考资料 2 图 10 21d中 MQ 线查得 齿轮 600MPa 1limH 二 选定齿轮精度等级 根据工作情况 选用 8 级精度 三 按接触疲劳强度设计齿轮分度直径 3 2 2 2 1 5 01 92 2 u ZKT d RRHp E 1 小齿轮传递的转矩 T T 9550P n 9550 1 016 60 161 7N m 2 齿数比 i Z2 Z1 1 5 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 5 4 许用应力 Hp 0 9 0 9 600 540MPa 1Hp 1limH 5 计算小齿轮分度圆直径 d1 75mm 3 2 2 2 5 133 0 5 0133 0 540 7 1615 1 8 189 92 2 1 d 四 计算主要尺寸与参数 1 选定小齿轮齿数 z1 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 1 z i z 45 21 22 2 确定模数 m 90 30 3mm 1 1 z d m 取标准值 m 3mm 3 计算分度圆直径 1 d 2 d m z 90mm 1 d 1 m z 135mm 2 d 2 4 计算分锥角 1 2 arc tan z z arc tan 30 45 33 7 1 12 90 56 3 2 1 5 计算锥距 R R 81 1mm 2 2 2 1 2 zz m 22 4530 2 3 6 计算轮齿宽度 b 取 0 33 R b R 81 1 26 6mm R 33 0 取 b 30mm 7 计算齿顶圆直径 1a d 2a d 1 3 3mm a hmha 95mm 1a d 11 cos2 a hd 7 33cos3290 8 计算平均圆周速度 m v 75 15mm 33 0 5 01 90 5 01 11 Rm dd 0 24m s m v 100060 6015 7514 3 100060 11 ndm 锥齿轮传动参数见下表 3 3 表 3 3 第一对锥齿轮计算参数 参数值 参数代号 小齿轮大齿轮 23 齿形角 20 20 大端面模数 m33 传动比 i1 51 齿数 z3045 分锥角 33 7 56 3 分度圆直径 d90135 锥距 R80 680 6 齿宽系数 R 0 330 33 齿宽 b3030 齿顶高 a h 33 齿高 h6 756 75 齿根高 f h 3 753 75 齿顶圆直径 a d 94 9138 3 齿根角 f 2 65 2 65 齿顶角 a 2 12 2 12 顶锥角 a 35 82 58 42 根锥角 f 31 05 53 65 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 r 其中 r 滚轮为半径 r 40mm v 2 nr 20 67 0 04 0 17m s 0 08m s 3 9 2 第二对锥齿轮 第二对锥齿轮传动参数见表 3 4 24 表 3 4 第二对锥齿轮计算参数 参数值 代号 小齿轮大齿轮 齿形角 20 20 大端面模数 m44 传动比 i11 齿数 z3030 分锥角 45 45 分度圆直径 d120120 锥距 R84 9684 96 齿宽系数 R 0 330 33 齿宽 b3030 齿顶高 a h 44 齿高 h99 齿根高 f h 55 齿顶圆直径 a d 125 7125 7 齿根角 f 3 37 3 37 齿顶角 a 2 70 2 70 顶锥角 a 47 7 47 7 根锥角 f 41 63 41 63 3 103 10 曲柄摇杆机构的设计计算曲柄摇杆机构的设计计算 3 10 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 25 于或等于其他两杆之和 a 40 5mm b 55 4mm c 101 4mm d 54mm a d 94 5mm b c 156 8mm a 杆是曲柄 b 杆是连杆 c 杆是摆动杆 摆角1 arccos arccos 1 2 arccos arccos adc bcad 2 22 2 adc bcad 2 22 2 90 32 6 57 4 图 3 3 曲柄摇杆机构运动示意图 3 10 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 316mm a d 348mm b c 377 9mm a 杆是曲柄 b 杆是连杆 c 杆是摆动杆 摆角2 arccos arccos 1 2 26 arccos arccos adc bcad 2 22 2 adc bcad 2 22 2 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 3 113 11 离合器的设计与选择离合器的设计与选择 离合器在机器运转中可随时将传动系统分离或接合 常见的类型主要有牙 嵌式和摩擦式两大类 对于离合器要求接合平稳 分离迅速而彻底 调节修理 方便 外轮廓尺寸小 质量轻 耐磨性好且散热性好 操作省时省力 此次设 计采用了机械式圆盘摩擦离合器 单盘式 在主动摩擦盘转动时 由主 从动 盘的接触面间产生的摩擦力矩来传递转矩的 在主动轴和从动轴上 分别安装摩擦盘 操纵环可以使被动摩擦盘沿着从 动轴移动 接合时用力将从动盘压在主动盘上 主动轴上的转矩即可由接触面 产生的摩擦力矩传到从动轴上 可以手动操纵手柄离合 4 4 黏稠液体包装机执行机构的设计计算黏稠液体包装机执行机构的设计计算 4 14 1 供料填充机构的设计供料填充机构的设计 充填机械种类虽多 但一般都由物料供送装置 计量装置 下料装置等组 成 对应充填定量的基本方法 可分为容积式 称重式 计数式三种类型 由 于此次黏稠液体间歇式设计 物料流动性差且有粘滞性 不宜采用称重式和计 数式的 故直接采用容积式充填机 由于我的课题是黏稠液体物料 所以选取柱塞式容积充填机构 其结构如 下图 4 1 所示 柱塞通常由曲柄摇杆机构或气动液压缸等推动 以驱动其作往 复直线运动 运动中 柱塞两极限位置间就自然形成了一定空间的容腔 此容 腔就是用以计量物料的容积的计量腔 27 图 4 1 柱塞式填充机构 活塞杆 总长 347mm 直径 24mm 前端与活塞连接处直径 18mm 末端铣出齿形 做成齿轮齿条啮合 扇形齿轮摆角2 为 34 5 活塞 由环形密封圈密封 轴肩定位 对顶螺母紧固 容积腔 下料口处和出料口由球阀转动 阀杆摆角 57 4 密封 考虑到密封 性和液体粘滞性 腔内实际容积要大于包装袋的规格容积 活塞杆每次行程挤 压出的液体容积也要大于包装规格 4 24 2 薄膜送纸机构的设计薄膜送纸机构的设计 1 包装纸是软塑料的 如果输送不恰当会使包装纸堆积 撕裂或者拉断 2 输送包装纸不需要很大的牵引力 注意纸张开平稳运动 3 液体包装机构中的纵封可以在封装包装袋的同时将包装纸向下拉 这样就 可以使输送机构中的包装纸按需求送纸 不会出现堆积或者是拉断的可能 基于上述要求 考虑生产实际 包装塑料由轻型系列导辊组在空间错开布 置 运送时各瞬间在输送辊道上应最少保持有三根辊筒支撑 通过导辊的作用 使包装材料平展输送 并起到自由转向 校正纠偏的作用 导辊的机构组成很 简单 主要由心轴 辊筒和轴承组成 材料为不锈钢管或者工程塑料管件或铝 管均可 辊筒外表面应保持光整圆滑 以便使薄膜带输送平滑稳定 另有行程 接近开关控制拉袋电机的步进角转动 有光电开关监控包装塑料上的色标 以 确定包装塑料的牵引长度 不出现包装纸的堆积或者撕裂 调节手动旋钮可以 28 调节包装塑料的宽度 继而调节包装规格 以适应产品生产效率或者包装产量 4 34 3 步进电动机的选择步进电动机的选择 步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的执行元 件 在一个指令脉冲下 便会转过一个相应的步距角 只要控制了产生一定的 脉冲数 即可精确的控制步进电动机的转角 其位移量和输入脉冲数严格地成 比例 不会引起误差的积累 因此步进电动机的步距角是一个决定旋转精度的 至关重要的参数 包装机设计题目要求 60 袋 分钟的生产能力 袋长是可调范 围 初定为 80mm 在执行机构中分为送纸电机和牵引电机 送纸步进电机与行 程接近开关相配合 牵引步进电机与光电开关相配合 构成伺服装置连接控制 系统 电机当向下牵引一个袋长近 80mm 时 电眼实时检测到塑料薄膜上的色标 位置 发出停止信号到控制器 使牵引电机停转 此时热封器对薄膜进行压封 完成后又向下牵引一个袋长的距离后停转 切刀将热封好的包装袋切断 同时 热封器封合下一个袋子 动作如此循环往复 步进电机的选择如下表 6 所示 表 4 1 三相混合式步进电动机 分类型号规格相数步距角 保持转矩 N m 外形尺寸 mm 送纸电机 60BYG350CL 054130 6 1 20 960 60 55 牵引电机 86BYG350AH 020130 6 1 22 585 85 69 4 44 4 成型器的设计成型器的设计 29 图 4 2 U 形成型器的简图 成型器又称为薄膜对折器 其主要作用就是将平张的塑料膜 经过对折夹 板 光滑圆接的背板翻叠 送到下部的成型弧段 这样整张塑料膜就会变为两 边对折贴着了 既有利于填充物料也有利于后续的热封合过程 常用的成型器 类型见下表所列 表 4 2 常见的成型器的比较 成型器类成型器类 型型 成型特点成型特点应用范围应用范围适应性适应性备注备注 三角板成 型器 可将平张薄 膜简单折成 型 多种机型上应用 尤其 当制袋规格较大变化时 很好 U 形板成 型器 可将平张薄 膜对折成型 由三角板和与其圆滑连 接的 U 型导槽及侧向导 板组成 其结构也较简 单 较好满足设计要 求 容易制 造 30 象鼻成型 器 可将薄膜折 叠成型 是 U 形成型器的改进型 成型器的结构尺寸比翻 领式大薄膜易于跑偏 且不能适应袋型规格变 化 较好设计制造比 翻领式简单 翻领成型 器 可将薄膜翻 折成型 易使薄膜产生变形 发 皱或撕裂 故对塑料薄 膜适应性差 只能成型 一种规格的袋宽 且设 计 制造及调试复杂 一般设计 制造 和调试比其 他成型器复 杂 U 形成型器如图 4 2 所示 对折后的薄膜上口有一块隔离板 帮助袋口张 开 薄膜袋的间歇运动 由辊轮间歇回转牵引和步进电机决定 制成开口的空 袋后可充填物料 对比各种成型器的受力情况 制造成本 适应产品变化类型 综合分析后选取使用 U 形成型器 U 型成型器是由三角板成型器发展而来的 所以设计计算从三角板开始 设平张薄膜的宽度为 2a 16 则 sin 0 2756 a b 式中 a 空袋的宽度 b 包装材料在成型器上被翻折区段的长度 三角形成型器安装角 三角板与水平面的夹角 有设计计算示意图 4 3 中 3 个小图所示几何关系知道 a b tan 式中 三 角形成型器顶角的一半 对于同一个三角形成型器 a b 应该是同一个定值 故有 sin tan arctan sin 15 4 H a max sin 100 0 2756 30 50 393 413mm R 0 4 0 6 a 12 60mm 由于三角板要与圆弧圆滑的过渡相切过来 1 414R L 1 5708R 则 17mm L 94 2mm 31 图 4 3 1 三角形成型板示意图 图 4 3 2 三角板汇合处示意图 32 图 4 3 3 成型器圆弧设计计算图 总高 430mm 有效宽度 140mm 过渡 U 形弧对应弦长 64mm 对折后包装袋的 宽度 70mm 安装角 与包装材料运动时的压力角相等 安装角大那么压力角就 大 薄膜翻折时的阻力也越大 对膜的运动 成型不利 的大致取值范围是 15 30 4 54 5 热封与切断机构的设计热封与切断机构的设计 塑料薄膜的封口采用的热融封合的方法 可分为扁形电阻丝脉冲封接 圆 形电阻丝的熔断封接 和板式的恒温封接 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 再给封合部位施压 使薄膜两个封接 面融合 成型 冷却 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 最常用的是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材料主要是聚乙烯或其复合材料 居多 加之此次设计中采用 L 形板式横封器 因此用板式恒温加热是完全能满 足要求的 L 形热封器 长 149mm 宽 118mm 厚 30mm 内置横封和纵封的电热管 靠电 阻丝通电加热至塑料薄膜的热熔状态 150 180 热封时间 0 2S 一边板采 用不锈钢制成 另一板采用耐热的硅橡胶所制 不加热 为避免热封时塑料膜 33 与加热板粘连 加热板上涂一层聚四氟乙烯 为了增加美观及提高强度 封头 表面有纵横花纹 封口宽度 10mm 左右 双面加热可以缩短时间提高生产效率 切断方法大致分为 2 种 热切断和冷切断 由于设计题目为间歇式工作 机器要求不高 本来电动机功率不大 所以不易选用热切断 因为电热刀切断 装置要消耗额外的电源 冷切断通常有 3 种 回转刀切断 剪刀式切断 锯齿 刀切断 因为回转刀需要在箱体内多配备一根旋转轴 装置稍微复杂 而剪刀 式则需要严密地调整好 2 个刀尖的相对位置 才能较好的切断薄膜 故而选用 锯齿形切刀 锯齿刀安装在一侧固定板的中间 另一端固定在相对机架板上 对应的位 置为凹槽 锯齿刀齿距 2 5mm 齿尖角 50 60 每个齿的齿侧均磨出 刃口 刀型尖而细 很锋利 插入薄膜内使上下袋子分离 分配轴上的热封凸轮驱动左右主动转臂 以上轴为中心摆动 固定在左 右主动摆臂上的臂板及左 右热封器 左 右切刀 厚 8 10mm 内嵌的锯齿 形刀片用来切易撕口 除气板等随着凸轮摆臂运动 对成形的包装袋进行热压 封合及切断 右边热封器体上装有钢字头 在热压封合时将生产日期和批号压 印在包装袋成品上 在热封器和臂板上有调节螺母 左右两个热封器的封合压 力是可以调节的 查看啮合线是否对中 是否贴合严密 压合纹路是否清晰等 特征 确定封合压力 满足生产要求为止 但注意过大的封合压力对于机器会 噪声较大 缩短寿命 34 毕业设计总结毕业设计总结 三个多月过去了 到了毕业季了 我的毕业设计也终于完成了 在徐老师 和张老师的谆谆教导和关怀下 我顺利的圆满的完成了设计任务 犹记得从半 年前为了设计课题 我就开始学习 CAD 绘图软件了 接受课题后我就义无反顾 地冲进图书馆借阅包装机械的各种相关书籍和机械设计标准手册 打下了坚实 的基础 跟随老师参观星火包装公司后 对生产包装机械的实际要求又有了深 入的认识 由于缺乏设计经验 开始感觉一头迷茫 回首过去的一百多天 从无到有 从不懂到理解 从书海中翻阅要点 我 慢慢地积累起来 为了精心求精的完成一篇优异的设计任务 我连续多日废寝 忘食 熬夜加班至凌晨 还在搜索必须的图文资料 这一次的设计把我大学四 年以来所学的知识全都运用进去了 把机械原理 机械设计 机械手册 互换 性测量 液压传动等专业书都翻了好几遍了 我遗忘的知识又捡起来了 为以 后的硕士课程学习和深入研究机械领域 铺设了牢固的桥梁 培养了很好的机 械设计人员的素养 获益匪浅 在设计过程中 同组成员蔡成波同学给予我莫大的帮助 我们在一起做设 计 算数据 绘出装配图 每次我们都较好的完成了任务 符合学校和老师的 检查进度要求 我们在设计过程中相互讨论问题 避免了方案的争议 统一了 方案设计原理 这里表示感谢 以前我觉得老师讲的东西很简单 可是到我真 正自己设计时发现了不少的问题 又重新开始学习 重新反思自己 书到用时 方恨少啊 我深刻地铭记了学以致用 眼高手低 熟能生巧这些话的意思 很 荣幸能够在河南工业大学完成自己的本科学业 大学时光将是我人生中