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机械毕业设计论文
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机械毕业设计379包膜机的结构设计说明书,机械毕业设计论文
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1 第 1 章 绪 论 1.1 课题研究的目的和意义 随着世界经济的飞速发展和货物流通的日益频繁，每天要有大量的货物要运往世界各地，这就必然产生大量货物对包装的需求，由此也产生了对各种包装机械需求，其中专门针对栈板货物包装的包装机械也应运而生。这种包装机主要采用 LLDPE（ 线性低密度聚乙烯 ） 伸缩膜作为包装材料，这种材料符合国际环保卫生标准，方便快捷，适用于托盘运输包装，被世界各行业公认为最好、最有效、最廉价的包装方式。 LLDPE伸缩膜具有质轻，强韧抗刺破性优，无论是产品的集体打包或货物机板打包，均能防潮，防尘 及减少人工提高效率达到保护产品及降低成本的目的。采用转盘型可以实现货物的连续包装，且适用于较大较重的货物。 1.2 包装机的历史背景 据统计，全球的包装机械需求正以每年 5.3%的速度增长， 2005 年的需求额已达290 亿美元。如此大的包装机械市场为世界范围内的包装机械生产商们提供了广阔的发展空间。 包装机械是随着新包装材料的出现和包装技术的不断革新而发展的。从我国四大发明中造纸技术的诞生为纸包装的产生提供条件开始，到 1911 年德国生产出全自动成形充填封口机，再到 20 世纪下半叶包装新材料、集装箱等的发明产生，每 一种包装材料和技术的创新都促进和推动了包装机械的进一步完善和发展。 中国包装机械起步较晚，起于上个世纪 70 年代，北京市机械研究所研究了日本的包装机械后，完成制造了中国第一台包装机，经过 20 多年的发展，中国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为中国包装工业快速发展提供了有力的保障，有些包装机械填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求，部分产品还有出口。但在目前，中国包装机械出口额还不足总产值的 5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚在行业快速发展的同时也存在一系列的问题，现阶段中国包装水平还不够高 。包装机械市场日趋垄断化，除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规模和优势外，其它包装机械几乎不成体系和规模，特别是市场上需求量大的一些成套包装生产线，如液体灌装生产线、饮料包装容器成套设备、无菌包装生产线等，在世界包装机械市场中均被几家大包装机械企业集团所垄断，面对国外品牌强劲冲击国内企业应该采取积极对策。 从产品结构看，我国包装机械品种约有 1300 多种，配套数量少，缺少高精度和大nts 2 型化产品，不能满足市场需求。产品质量差距表现在产品性能低，稳定性和可靠性差，外观造型不美观，表面处理粗糙，许多元器件质量差 ，寿命短、可靠性低，影响了整体产品的质量；机械性能落后，大多精度低、速度慢、平稳性差；控制水平低、自动性差、故障率高。 从企业状况看，国内包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、产品档次高的企业不多；从产品开发看，我国还基本停留在测试仿制阶段，自行开发能力弱，缺少科研生产中试基地，科研经费仅占销售额的 1%，而国外高达 8% 10%。 1.3 转盘型包装机的应用 转盘型包装机是量大面广的通用机械产品，该机采用 LLDPE（ 线性低密度聚乙烯 ）伸缩膜作为包装材料对栈板进行包装，能自动完成制袋、充填、封口、切断等全部包装过程，经过包装的商品可以防潮、防霉、防污染、防氧化，延长储存期。它适用于各种塑料复合薄膜袋或铝箔复合薄膜袋，如聚酯 /聚乙烯、尼龙 /聚乙烯、聚丙烯 /聚乙烯、聚酯 /铝箔 /聚乙烯、尼龙 /铝箔 /聚乙烯等复合材料，广泛应用于轻工、食品、药物、化工等各行各业，目前在我国内销及出口产品包装中运用非常广泛。 该种机器有各种规格的产品，有大袋、重袋包装机，有中型包装机，也有小袋包装机，计量方式有电子秤式、容积式，包装物料的不同可以分为液体、颗粒、粉末等类型的包装机。从上世纪八十年代开始，通过采用国际标准和吸收国外先进技术特 点，该种包装机在标准水平、设计制造技术和产品质量方面都有了较大的提高。一些企业的产品质量达到或接近国外同类机器的先进水平。但随着时代发展该类机械生产厂家不断增多，而且多为中、小型企业，乡镇、私营企业也占不小比例，有些企业缺乏技术，缺乏自我发展能力，质量管理水平较低，对包装机械生产工艺把握不严。一些企业为了在价格方面占有优势，往往采取恶性竞争手段，为降低成本，采用恶劣材料、偷工减料、减化生产工艺，致使一些包装机质量低劣。目前，此种机器在国内的生产量较大，在各类包装机械产品中产量名列前茅，并且小型机的产量在该种 包装机中所占份额尤其大，国外这种小型机产量不大，由于中国产品价格便宜，目前大量出口世界各地，东南亚等地的需求量比较突出。 业内人士认为，未来包装业将配合产业自动化趋势，在技术发展上正朝着机械功能多元化；结构设计标准化、模组化；控制智能化；结构高精度化等几个方向发展。我们如何在包装业发展的大趋势下，把民族的医药包装机械行业做大做强，在国际同行业中发挥积极的作用，为推动我国医药包装行业的发展做出贡献，是每个业内企业和技术人员都需要思考的问题 nts 3 1.4 世界包装工业发展趋势多样化 随着经济的发展和人们生活水平的提高， 商品的包装愈显重要。当今包装工业的发展异常迅猛，有关资料表明，全球包装材料与容器消费市场规模， 2000 年达到约 6000亿美元。美国的包装材料与容器消费金额超过了 2212 亿美元，领先于其他国家。德国包装消费市场规模仅次于美国、日本，是西欧规模最大和全球第三大包装消费国。 当今包装工业发展最重要的一个方面是包装市场的国际化、包装业发展的全球化。目前，世界包装工业的发展趋势正朝着多样化、多功能、高效率、利环保的方向发展。 包装生产趋向多样化现今包装界为适合消费者需求的变化，生产趋向多样化。以食品工 业为例，由于当今美国人对食品的消费需求已向多规格、多样化、特色化方向变化，因此食品加工业已将费用投向开发具有更加灵活和机动能力的包装线上。以往开发一种新的包装产品通常需要 2 至 3 年，现只需半年就能让新产品上市。这充分说明，美国包装界开发新品种、新产品的速度快、时间短。同时，美国包装界致力于为消费者提供更方便的包装。据美国人口调查局预测，到 2025 年，美国人口将进入高龄化，美国包装界充分考虑到老年消费者对于包装品潜在的需求，开始研制适应未来老龄化社会特点的产品包装，如带有拉链式的封盖、便于开启的金属顶盖、双指拉 环等。 包装趋向多功能为确保消费者的安全，包装趋向为多种产品所利用，最显著的是防盗开封口包装。美国制药业最先采用了防盗开封口包装，近年药品的多样化，更加使防盗开封口包装有增无减。现在，这种确保产品品质的安全包装，已经应用于食品加工业。商品包装被看做是有利于促销的媒介，这已成为包装界的共识。据市场调查表明，由于有七成的消费者是就近购物，因此零售包装成为影响促销的重要因素。消费者比较喜欢有金属箔的包装，赏心悦目的图案包装，可以提高包装产品自身价值的商品标签以及产品的形态、规格、式样、重量多样化的包装设计 。 包装趋向大量使用多功能的信息标贴系统为迎合美国政府和消费者的需求，美国包装界趋向大量使用信息标贴系统。由于政府要求包装产品标有营养成分使用说明、条码，从而促使标贴系统朝向具有多功能信息方向发展。 包装设计朝着符合国际标准的趋势为了参与全球市场的竞争，美国各企业都致力于从包装材料、设备、销售等方面寻求对全球市场具有特色的产品包装。包装制造商们正致力于制定一项政策，使之符合设计师们所强调的国际标准的发展趋势。 包装设备的开发向多用途、高效率方向发展种种信息表明，包装机械厂商越来越注重 开发快速、成本较低的包装设备，未来的发展趋势是设备更小型、更灵活机动的机器，更趋向多用途、高效率。 74的厂商认为这种趋势对节约时间和降低成本有利，因为包装界所追求的是组合化、简洁化、可移动的包装设备。在包装机械自动化方面，nts 4 自动化操作程序已应用于更多的先进包装系统中。如 PLG 设备数据收集系统的作用，代表了先进包装的走向及自动检验系统的应用等。为确保高水准的生产力，高效率的自动化系统是必不可少的。为了使包装材料和包装系统总成本得到降低，包装工业使用较轻的材料来减少装运成本，采用特殊设计的组件、系统来缩短生产时 间，同时与供应商朝着以最少的用料提供多种包装作业的目标努力。包装界正着眼于如何减少操作工序中的包装废弃物、所需的人工、如何从流通系统降低库存与搬运成本等等。 包装废弃物的再生利用与经济可持续发展战略同步据统计，世界年包装总额近5512 亿美元，根据美国农业部测算，每消费 1 美元的食品包含 8的包装。包装有功也有过，有的包装废弃物严重地污染着人们的生存环境。在一些发达国家，包装废弃物已占生活垃圾体积的 60左右。为了消除包装废弃物给人们带来的危害，保护环境，包装回收再生利用业在国外应运而生，并且飞速发展。 为促进包装回收再利用业的发展，各国政府一是制定法律法规，强化对包装的回收再利用；二是加强环保教育，增强全民的环保意识；三是加大投入，使废弃物的再生利用与经济可持续发展战略同步。欧美日等发达国家均颁布法令，要求产品制造商、进口商与零售商，必须负起包装回收再利用与再制造的责任。随着环保治理的进一步加大，包装回收利用工业也将获得进一步发展。 1.5 包装机械发展新趋向 随着国家经济的发展和人们生活方式的变化，国际国内包装机械市场竞争日趋激烈，产品营销成败除了必须注重产品本身的质量外，包装质量也是关键因素之一。世界包 装工业正在实行强强联合，是包装材料、包装产品有了新发展。中国加入 WTO之后，为我国民族包装业带来了机遇，同时也增加了压力。我们必须审时度势，赶上国际包装业发展趋势。 机械功能多元化 工商业产品已趋向精致化和多元化，包装机种也开始向多元化、弹性化和具有多种切换功能的方向发展，以适应市场的需求。 结构设计标准化、模组化 充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型。 控制智能化 控制器是机械的大脑，也就是下达动作命令的主要设备。目前包装机械厂家普遍采用 PLC 控制。 结构运动高精度化 结构设计及结构 运动控制等事关包装机械的性能，可通过马达、编码器及数字控制（ NC）、动力负载控制（ PCC）等高精密控制器来完成，并适度的进行产品延伸，朝高科技产业的方向来研发包装设备。 nts 5 1.5.1 包膜机简介 包膜机又称包装机，它是利用拉伸膜被拉伸后产生的张力，拉伸膜 拉得 愈长， 回弹力 愈 强，紧紧把货物裹住，达到栈板打包的最佳效果。 广州市中兴新包装材料有限公司的 预拉伸式转盘型栈板 -伸缩膜包装机 SM-1517和 SM-2517，能实现 缓慢起动、停止、胶膜拉力控制和多功能包装方式等功能，并具有自保开关装置、局部加紧包装装置、胶 膜自动断裂装置。 伸缩膜包装机 YP-8150 和YP-8156，还具有 光电开关检测装置。 台湾 北峰精 机 工 业 有限公司 的无 段 预 延伸 栈板 包膜 机 PLUS-800，转盘 具有 缓冲启动 及 缓冲 定位停止功能 ，胶 膜座升降速度可 无 段 调 整，在包裝 作业 中可 设定中间加强捆包 圈数 功能。在包裝作 业 中，如 胶 膜用完或 断膜时 ， 该机器将会 即刻停止 运转，并且蜂鸣警告 。 该机 型 采 用 PLC 可 编程序 控制 器 ，操作 电压为 24V， 该机 型 结构 精密，能 将 任何 厂 牌 拉伸膜 拉 长 至 极限 ， 并测出破断点 ，再 将破断点 明白 显示 在刻度 盘 上，让 操作者依各 厂 不同的延伸率做最有利的 调整 ，以 达 到又紧 又省的包裝目的。 1.5.2 包装膜材料简介 1. PVC 热缩膜 此产品为筒状膜，它的收缩比率为：横向： 40% 45%，纵向： 20% 25%。折径从 22MM 至 710MM，厚度（单层）：从 0.02MM 0.05MM。适用于食品、日用品、药品、纺织品、文具、书刊、玩具、音像制品等外包装。 2. POF-C3 多层共挤环保热缩包装膜 其 主要特点 为： A. 环保无毒。由于采用无毒环保材料，其产品符合美国 FDA 与USDA 标准，废料处理没有二次污染，是当今世界塑料包装膜换代产品。 B. 收缩自如，低温柔软。热收 缩率可达 60%，对各类异型产品具有恰倒好处，完美无暇的能力，在低温摄氏零下 40 度仍能保持柔软。 C. 高度透明，晶莹光泽。清晰透明度高，光泽度好，且弹力大。 D. 密封包装，防尘阻温。因三层复合产生的独特隔氧层，不透气，不透温。轻薄坚韧，集体包装，适用广泛。机械强度好，撕裂强度大，可做任何商品多体或成套包装，适用于食品，冷冻品，日用品，药品，纺织品，文具，书刊，玩具，音像带，盘等包装。 3. PE 拉伸膜 PE 拉伸膜（又称缠绕膜）具有较高的拉伸强度、抗撕裂强度，并具有良好的自粘性，因此能使物体裹成一个整体，防 止运输时散落倒塌。该膜具有优良的透明性。包裹物体美观大方，并能使物体防水、防尘、防损坏。该膜广泛用 于 货物托盘包装，如电子、建材、化工、金属制品、汽车配件、电线电缆、日用品、食品等行业的捆裹包nts 6 装。 表 1-1 给出了 PE 拉伸膜常用规格 4. LLDPE（ 线性低密度聚乙烯 ） 拉伸膜 工业用线性低密度聚乙烯膜质轻 （ 比重 0.92） 、强韧、抗刺破性优，符合国际环保卫生标准，方便快捷，就地包装，无论是产品的集体打包或货物机板打包，均能防潮、防尘及减少人工、提高效率，达到保护产品及降低成本的目的。适用于托盘运输包装，门窗，轻工产品，建材，造纸印刷，烟草牧草，袋装箱等包装，尤其用于货物机板打包运输作业，充分发挥胶膜的强韧及自粘性，配合缠绕时层层张力的紧束作用，达到机板打包的最佳效果。表 1.2 给出了 LLDPE 预拉伸倍率及用途。 表 1.2 LLDPE 预拉伸倍率及用途 利用 LLDPE 延伸膜 来包装栈板货物 ，已被世界各行各 业 公 认为 最有效率也最 廉价 的包 装 方式。自 1970 年以 来 ， 栈板集体 包 装 用的薄膜由 EVA 至 PVC 再 发展 至LLDPE，其研究之 焦点 不外乎 （ 1） 加强 薄膜的回 弹 力 （ 2） 提 高薄膜的有效使用 长度（ 3） 降低薄膜厚度 （ 4） 减少工业 垃圾 数量 （ 5） 避免 造成 二次公害。 由是之故，延伸膜的物理特性是愈做愈好，其延伸率 从当初 1 公尺可延伸 为 1.5公尺 （ 150%） 发展 到 现今 1 公尺已可延伸至 6 公尺 （ 600%） 方始 破断。因为 LLDPE延伸膜的 优点 在 于 延伸愈 长 ，回 弹 力愈強，又因它的特性 与 橡皮筋 类 似， 虽经 拉伸而变细变 薄，但其回 弹 力 却 反而愈強，而 在破断点 之前的 80 位置最 为强劲。表 1-3 是薄膜宽度 500mm、 450mm、250mm 小规格可分切 薄膜厚度 15um-100um 可按要求订做 薄膜长度 100m-200m 20um 厚约 120/kg 芯内径 76.2mm、 50.8mm、38mm、 20、 mm 薄膜宽度 外包装 1 卷 /箱、 4 卷 /箱、 6卷 /箱 按要求或中性包装 打包类型 预拉伸倍率 用途 预拉伸（双面粘） 150%-300% 机械机板打包用 机械打包（内面粘） 200%-400% 机械机板打包用 机械打包（外面粘） 150%-400% 机械机板打包用 手包袋 机板打包用 nts 7 LLDPE 延伸膜 的 物理特性 。 表 1.3 LLDPE 延伸膜的物理特性 1.6 本文主要研究内容 本文主要内容是研究包膜机，包膜机又称包装机，它是利用拉伸膜被拉伸后产生的张力，拉伸膜 拉得 愈长， 回 弹力 愈 强，紧紧把货物裹住，达到栈板打包的最佳效果。栈板式 包膜机以其快捷、简便的包膜方式，愈来愈被广泛的应用在包装行业领域。 回弹 300MM 回弹 600MM 回弹 900MM 回弹 1200MM nts 8 第 2 章 设计计算 2.1 方案论证 随着世界经济的飞速发展 和货物流通的日益频繁，每天要有大量的货物要运往世界各地，这就必然产生大量货物对包装的需求，由此也产生了对各种包装机械需求，其中专门针对栈板货物包装的包装机械也应运而生。本次设计就是预拉伸式转盘型栈板 伸缩膜包装机。 它所采用的包装材料是 LLDPE（线性低密度聚乙烯）伸缩膜，这种材料符合国际环保卫生标准，方便快捷，就地包装，适用与托盘运输包装，门窗，轻工产品，建材，造纸印刷，烟草牧草，袋装箱等包装。，以被世界各行业公认为最好的最有效的也最廉价的包装方式。 LLDPE 伸缩膜具有质轻，强韧抗刺破性优，无论是产 品的集体打包或货物机板打包，均能防潮，防尘及减少人工提高效率达到保护产品及降低成本的目的。采用转盘型可以实现货物的连续包装，且适用于较大较重的货物。采用胶膜拉力控制，可以自动检测胶膜的张力并调整大小以适合包装需要。 栈板货物的包装顺序采用螺旋交叉缠绕，具有纵向和横向之束缚力量是长途运输最加的包裹方式，如图： 图 2.1 栈板包装方式 本设计采用转盘与包膜同步结构，即转盘带动货物转动的同时包膜做垂直上升，下降或者静止运动。转盘由一电动机通过链传动带动其旋转，其速度可调。包膜机也是通过另一电动机带动， 是将包膜机的滑轮吻合在滑道上，再通过链带动其运动。包膜过程是在转盘旋转时产生的力带动胶膜进行缠绕，在缠绕的同时通过电磁张紧装置控制胶膜的伸缩率使之达到最佳包装效果。 在本设计中之所以都采用链传动是因为它有以下优点：结构简单，简化设计，成本低；经久耐用，由于运行速度平稳所以磨损小，减轻了维护强度，降低了维护费用；传动精度高，是实现自动运行的保障。 nts 9 2.2 设计参数 1 总体参数 总长： 2220 mm 总宽： 1500 mm 总高： 2500 mm 最大包装高度： 2300 mm 最大包装重量： 2000 kg 操控电压 : 24 v 2 工作参数 转盘转数： 10 n/min 伸缩膜提升速度： 05 m/min 最大供膜速度： 50 m/min 工作电源： 380v 3 各部件参数 （ 1） 提升柱 提升链轮中心距 2400 mm 传动比 I=45 （ 2） 供膜机 张力装置预紧力 400 N （ 3） 底盘 距地高度 85 mm 传动比 I=71 链轮中心距 1450 mm （ 4） 筒状膜 宽： 500 mm 长： 500 mm 厚： 0.0150.020 mm 内径： 60 mm 2.3 电动机及减数器的选择 2.3.1 提升电动机及减速器的选择 1 电动机的选择 （ 1） 选型 nts 10 所选电动机主要用于供膜机的提升，工作平稳 ，有一定的调速功能，经济性好。综合以上因素选用 Y 系列全封闭三相异步电机，电压 380V。 （ 2） 选电机容量 电动机所需工作功率为 /W W dP P Pkw （ 2.1） 工作机所需工作功率为 2( 0 . 5 ) / 1 0 0 0WVP F m vkw （ 2.2） Pd 电动机所需工作功率 Pw 工作机所需工作功率 总效率 （ 3） 负载 FN=400 N F = 4 0 0 0 . 1 4 0NfF N FN r = 1 0 4 0 0 .0 4 = 4 2MF N f r = 1 0 4 0 0 .0 4 = 4 2MFN.M Mg 图 2.2 负载受力图 F 总提升力； mg 重力； f 摩擦力； FN 正压力 传动装置的总效率为 1 2 3= + + 1 减速器传动效率， 2 链传动效率， 3 其它传动效率 =0.75*0.96*0.95=0.705 所需电机功率为 = / = ( 1 0 4 0 0 .5 + 1 2 .5 ) / 7 0 0 = 0 . 7 6dwpp kw 因载荷平稳，电动机额定功率 Ped 略大于 Pd 即可，查手册，选 Y 系电动机，型号为 Y90S-6， N=910 n/min, Ped=1.1 kw 2 减速器的选择 （ 1） 选型 由于输入轴与输出轴垂直，故选 CW 型圆弧圆柱蜗杆减速器。 （ 2） 确定传动比 12/ = 9 1 0 / 2 1 = 4 5I n nn1=输入轴转速 n/min nts 11 n2=输出轴转速 n/min （ 3） 确定减速器规格 根据工作转矩为 40N.M，选中心距为 63mm的 CW-63-50 型圆弧圆柱蜗杆减速器。 1 电动机的选择 2.3.2 转盘电动机及 减速器选择 （ 1） 选型 所选用电动机用于带动转盘作低速转动，运动平稳，冲击小，负载转矩小，消耗功率少。综合经济和性能因素选择 Y 系列全封闭三相异步电动机，电压 380V （ 2） 选电机容量 电动机所需工作功率为 d /WPPkw （ 2.3） 工作机所需工作功率为 / 1 0 0 0WP M Wkw （ 2.4） Pd 电动机所需工作功率 Pw 工作机所需工作功率 总效率 （ 3） 负载计算 mg r F1 F2 f 图 2.3 负载受力分析 1 ( m g / 2 ) / 8 = 2 0 0 0 0 / 2 / 8 = 1 2 5 0F N 1= F 1 2 5 0 0 . 0 5 6 2 . 5f N 8 = 6 2 . 5 0 . 7 = 3 5 0M f r N.M / 1 0 0 0WP M Wkw 传动装置的总效率为 1 2 3 确定各部分效率为：摆线减速器 1=0.8,链传动的效率 2=0.96 轴承的传动效率为3=0。 99 所需电机功率为 nts 12 1= M V / 1 0 0 0 3 5 0 / ( 1 0 0 0 6 0 ) 0 . 5dP 因载荷平稳，包装机额定功率 Ped 略大于 Pd 即可。根据 Y 系列电动机技术手册选电动机的额定功率为 0.75 kw N=1500 n/min. 2 减速器的选择 （ 1） 选型 根据机器结构，传动比，初步选择摆线针减速器。 （ 2） 主要参数 从动机：低速旋转 工作时间：每日 20 小时 低速轴转速： N=20n/min 低速轴实际所需转矩： M=700n.m （ 3） 选型 由上述参数选择 XLD-8115 型减速器，输入功 0.75 kw 传动比为 71。 2.4 提升机的链传动设计计算 2.4.1 链传动设计 1 主要参数 电动机功 P=1.1 kw,转速 n=910 r/min，传动比 I=1 2 链传动计算 （ 1） 选择链轮齿数 Z1， Z2 以知链的速度为 V=5 m/min, 由于速度低所以选小链轮齿数为 17，节距 P=12.7 mm （ 2） 计算功率 Pca = 1 1 . 1 1 . 1c a AP K P kw KA=1 （ 3） 确定链条节数 LP 初定中心距为 a0=9P, 链节数为 0 1 22 / ( ) / 2 1 8 1 7 3 5PL a P Z Z （ 4） 确定链条的中心距 P 由于链条的传递功率低 ,转速低 , 所以选 08A 单排 ,节距为 P=12.7 （ 5） 确定链长 L 及中心距 a / 1 0 0 0 3 5 1 2 . 7 / 1 0 0 0 0 . 4 4 4 5PL L P m 12/ 4 ( ( ) / ) 2 1 1 4 . 3PA P L Z Z m 中心距减少量 a = ( 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 ) a = 0 . 3 0 1V: mm nts 13 a =114.001 mm 2.4.2 链轮设计计算 小链轮尺寸计算 ： 齿数为 17，节距 P=12.7 mm 分度圆直径 d = / s i n ( 1 8 0 / ) = 1 2 . 7 / s i n ( 1 8 0 / 1 7 )d p z =76.712 mm 齿顶圆直径 da = ( 0 . 5 4 + c o t ( 1 8 0 / 1 7 ) = 1 2 . 7 ( 0 . 5 4 + c o t ( 1 8 0 / 1 7 )adp=82.5116 mm 分度圆弦齿高 ha = 0 . 2 7 = 0 . 2 7 1 2 . 7 = 3 . 4 2 9ahp mm 齿根圆直径 df 1= - = 7 6 .1 2 - 7 .9 5 = 6 8 . 7 6 2fd d dmm 齿侧凸缘直径 dg 2c o t (1 8 0 / ) - 1 . 0 4 - 0 . 7 6 = 6 2 .3 4gd p z hmm 齿宽 bf1 11= 0 .9 3 = 7 .3b f bmm 倒角宽 ba = ( 0 . 1 0 . 1 5 ) p = 1 . 5ab : mm 齿勾角 = (1 2 0 - 9 0 / ) (1 4 0 - 9 0 / ) = 1 2 0zz o: 2.5 电磁离合 器的选择 计算负载转距 N r =450f N =0.05r m = 4 5 0 0 .1 5N f r f =22.5 N.M 图 2.4 负载转矩 f 负载； r 力臂； N 负载转矩 2 选择电磁离合器 nts 14 取 d 50 N.M 由于本结构需要，选择结构简单，外型尺寸小，离合动作快的牙签式电磁离合器。型号为 DLY系列牙签式有滑环电磁离合器，额定功率为 50N.M 2.6 弹簧设计计算 1 弹簧的工作载荷计算 受力分析按静摩擦转距选择 d m a x = 1 . 5 2 2 . 5 = 3 2 . 5T k TN.M d 离合器额定转距 k 安全系数 Tmax 运转时的最大载荷转距 y F1 F2 x F3 F1 F4 图 2.5 弹 簧载荷 以上力的大小，方向均按比例 24400FFN 2 150XF N，2 375YF N 4 180XF N, 4 370YF N 11/5XFF, 113 5 / 3 6YFF3 3 3/2XYF F F FX: 3 2 4X X XX F F F FY: 1 3 2 4Y Y Y YF F F F 解得 F1=360 N 2 选材料并确定其许用应力 因弹簧在一般条件下工作，可以按第二类来考虑。现选用 65Mn，并出步选定D=12mm, d=1.5mm，暂选 B=1750 MPa ，可以算得 =0.4B=700 MPa。 3 根据强度条件计算弹簧钢丝直径 nts 15 现选取旋绕比 C=8，则由 F1 ( 4 -1 ) / ( 4 - 4 ) + 0 .6 1 5 /K c c c 得 K=1.18 根据 d1.6F2KC/=1.6360*1.25*8/700=1.825 mm 改取 d=2 mm 查得 不变，取 D=12mm c=12/2=6。 4 根据刚度条件，计算弹簧圈数 n 弹簧刚度 / 3 6 0 / 8 0 4 . 5FkF N/mm 取 G=82000Mpa,则弹簧圈 数 n 为 43n = ( G d ) / 8 2 4 . 5 6FDK 圈 取 n=25 2.7 薄膜导辊设计 薄膜导辊是很重要的零件，它直接关系到薄膜的拉伸程度。在本设计中薄膜导辊的材料选用胶木，即可以增大阻尼又可以防止薄膜损坏。 薄膜导辊外型，如图 2.6： 图 2.6 薄膜导辊 2.8 滑轮及导轨设计 1.导轨 采用 5mm的钢板的端面作为导轨，表面进行热处理加工和打磨。 2.滑轮 采用轴承嵌入式。将滑轮在径向分成两部分，将轴承镶 入其中一部分内，再用螺钉把另一部分与之固定，再将滑轮体套在滑轮轴上，使滑轮与轴相对运动。 nts 16 滑轮外型 如图 2.7： 图 2.7 滑轮 2.9 本章小结 本章主要是对栈板式包膜机的整体结构方案进行论证，给出包膜机的主要设计参数，并对电动机和减速器、离合器等主要零部件的进行选择，对提升机的链传动设计计算和弹簧的设计计算，本章同时对薄膜导辊、滑轮和导轨进行了设计 nts 17 第 3 章 张力器设计 3.1 张力器简介 3.1.1 机械式张力器 (1) 摩擦式张力器 1 1 7 4 7 2 5 6 6 3 2 1 3 5 4 图 3.1 摩擦式张力器 1 纤维； 2 制动轮； 3 刹车带； 4 螺母； 5 弹簧； 6 纤维卷盘； 7， 8 导棍 图 3.1 为在纱团轴上施加张力的装置。纱团和制动轮位于同一回转轴上，同步回转。制阻力矩是由制动轮与刹车带间的摩擦产生的，其大小由连接在刹车带上的弹簧的拉伸变形所决定的。在开卷过程中，纱线经过导辊被拉出，其对纱团的驱动力矩与阻力矩（摩擦力 矩）相平衡。故可通过改变弹簧变形的办法达到控制张力的目的。 (2) 力平衡式张力器 它是由刹车轮产生摩擦阻力矩的张力器。基本构造如图 3.3 所示。纱团 6 与制动轮 5 位于同一根转轴上。刹车带 3 一端固定在张力壳体上，另端固定在平衡杆 2 上。平衡杆一端为角支，因而可自由摆动。纱团的纱线通过位于平衡杆摆动端上的传感辊1 拉出。刹车带的预紧力是由一端固定在平衡杆上另一端固定在壳体上的弹簧 4 的变nts 18 形产生的。 图 3.2 力平衡图 图 3.3 单弹簧力平衡式张力器 1 传感器； 2 平衡杆； 3 拉杆； 4 拉簧； 5 制动轮； 6 纱团 (3) 双弹簧力平衡式张力器 图 3.4 所示的张力器，也是由刹车轮产生摩擦制阻扭矩的张力自动补偿张力器。与其图 3.2 的张力器主要不同点为双弹簧力平衡式，弹簧 6 的特性参数主要取决与张力静差率。弹簧 3 的特性参数则主要取决于张力值的大小。两个弹簧的特性匹配是影响性能的主要参数。 (4) “CTC”张力器 该张力器是具有机械反馈的力平衡式张力器自动补偿张力器。基本构造如图 3 5所示。制阻力矩是由刹车带 7 与制动轮 6 的摩擦产生的。刹车带一端连接刹车簧 8，另一端固定在可自由转动的曲柄轮 10 上。刹车带的预紧力是由刹车弹簧的拉伸变形产生的，而其中心是铰支点，固平衡杆与反馈轮可绕此铰支点自由摆动。扭簧 4 一端固定在壳体上，另端固定在反馈轮上，从而使平衡杆的摆动与刹车弹簧的变形建立了联系。为了防止纱线张力突然增高过大而使刹车弹簧过载损坏，装置有过载保护弹簧 5，过载弹簧的一端固定在壳体上，另端通过杠杆 9 与刹车弹簧相连。纱团与制动轮位于同一轴上，并同步回转。纱线通过平衡杆两端的传感辊拉出。平衡杆 在扭簧 4，传力绳 11 及纱线所产生的转动力矩平衡时，便可处于相对稳定状态。 随开卷过程的进行，纱团卷径不断减小；故使 纱线张力增大，从而就破坏了平衡杆的力矩平衡，而使平衡杆与反馈轮发生转动（逆时针方向），张力绳将变松，曲柄nts 19 轮上的转柄 也将向顺时针方向转动，因而纱车弹簧的拉伸变形将减小，亦即使刹车带产生摩擦矩的预紧力减小，故可控制纱线张力在一定范围内变化。 图 3.4 双弹簧力平衡式张力器 图 3.5 CTC 张力器 1 传感器； 2 摆杆； 3 拉簧 1 传感器； 2 平衡杆； 3 反馈杆 4 刹车带； 5 制动轮； 6 拉簧 4 扭簧； 5 过载簧； 6 制动轮 7 纱团 7 刹车带； 8 刹车簧； 9 杠杆 10 转柄； 11 传力绳； 12 缓冲轮； 13 纱团 3.1.2 电器张力器 （ 1）磁粉离合器 用磁粉作为介质来传递动力的磁粉离合器，具有良好的转矩控制性，近年 来它在各部门中的应用范围日益扩大。在张力自动控制或半自动控制系统中，是较为理想的动力执行元件。 （ 2） 力矩电机 利用力矩电机的软特性可将其应用在张力控制过程中，控制线团张力和线速度的稳定 。 3.2 张力器的选择 本设计选用电器式张力器中的电磁离合器张力器，结构图如图 3.6。 包膜的工作过程： 把胶膜卷套在卷轴上，胶膜经惰辊使其背面不带胶的部分与惰辊接触，接着通过nts 20 副阻尼辊和主阻尼辊并依次绕在副、主阻尼辊上。再经过导辊，最后缠绕在货物上。胶膜的打卷、包装的动力是由货物在转盘上旋转提供的，可以说是胶膜在货物转 动带动下自动缠绕在货物上的。 图 3.6 电磁张力器工作图 1 胶膜卷； 2 胶膜； 3 惰辊； 4 副阻尼辊； 5 主阻尼辊； 6 弹 7 导辊； 8 电磁离和器 张力器的工作原理： 由于要使伸缩膜拉长，所以必须保证胶膜两端有一定的拉力，胶膜的一端粘在货物上，另一端则由阻尼辊挤着。由电磁离合器向阻尼辊提供反向的转矩，由于阻尼辊与胶膜之间产生了摩擦阻力在一定程度上阻止胶膜向货物 上缠绕，并使胶膜拉伸。这时导辊弹簧被拉开，使胶膜张力、弹簧拉力、二力杆力保持平衡，而使胶膜受到的拉力保持一定，即胶膜的伸缩比就保持一定。这样当电磁离合器力矩改变的同时，阻尼力矩也随之改变，导致胶膜的张力随之改变，最终就实现了膜的伸缩比的改变。从而实现根据不同厂家的胶膜产品的不同伸缩率和不同货物，进行胶膜伸缩比的调整，达到最佳的包装效果，即最省料、最耐用。 3.3 本章小结 本章主要介绍包膜机中主要装置张力器，张力器种类常分为摩擦式张力器、力平衡式张力器、双弹簧力平衡式张力器、 CTC 张力器。张力器的工作原理就 是保证胶膜两端有 一定的拉力，胶膜的一端粘在货物上，另一端则由阻尼辊挤着。 nts 21 第 4章 其它零部件的设计计算 4.1 轴承的选择 在本设计中，为了减小结构尺寸，减少机器重量，简化设计，所选用的轴承均为带密封圈的深沟球轴承（ GB/T276-94）所选用型号如下： 滑轮轴承： 6004-2LS 阻尼辊轴承： 61906-2LS 阻尼辊轴用轴承： 61907-2LS 61906-2LS 导辊轴承： 61804-2LS 惰辊轴承： 61903-2LS 4.2 光电开关的选择 在货物包装过程中，为了实现对不同高度的货物均能自动 缠绕直至货物顶部为止，不需另行个别设定而设有测高光电开关。 在本设计中选用 E3S-C 型光电开关。此开关采用集成电路，内置放大器，适用与直流电压 10-30V 的控制电路中，作无接触的操纵、控制、检测、限位、信号输出元件用，它具有检测距离远，检出物体范围广，具有寿命长，公耗低，响应速度快，有防止相互干扰机能。 E3S-C 型光电开关按检测分：对射型，回归型，扩散反馈型。本设计中选用扩散反射型，包括透明体在内，可检测出各种物体，其型号为 E3S-CD11（ MIJ） .其工作原理如图 4.1： 图 4.1 E3S-CD11 工作原理图 4.3 本章小结 本章主要介绍包膜机中的轴承的选择以及光电开关的选择，为 了减小结构尺寸，减 少机器重量，简化设计，所选用的轴承均为带密封圈的深沟球轴承，在本设计中选用E3S-C 型光电开关。 nts 22 结 论 在设计中完成了对包膜机总体结构设计，包括底座、转盘，控制箱，升降架的结构设计，链传动结构设计，箱体的结构设计，各部分传动轴的设计，轴承座的设计，链轮座的设计等，并进行了设计计算（部件的尺寸确定，运动情况分析，受力分析等），以及驱动用电动机的选择，减速器的选择，轴承的选择等。 1.本次设计的是 包膜机结构 ，相对于普通的 包装机 ， 栈板式包膜机 包膜机以其快捷、简便的包膜方式，愈来愈被广泛的应用在包装 行业领域。 2.采用 包膜机给货物 进 包膜 ，操作简单，反应灵敏，能实现过机构工作环境适应性好，不会污染环境。同时成本低廉。 3.通过 CAD软件对 包膜机 的 结构进行 设计，大大提高了绘图速度，节省了大量时间和避免了不必要的重复劳动，同时做到了图纸的统一规范。 4.包膜机 以其独有的中作性能和优点，在 包装领域 越来越凸显优势，因此设计一种结构 简单 和功能 全面 的 包膜机 是十分必要的。 在设计过程中，学到了很多有用的知识，如：包装机械，机械设计制造， AUTOCAD 应用软件等方面的知识。同时也使自己在离校之 前得到了一次很好的实践锻炼，为今后的实际工作打下了良好的基础，但由于本人的知识和经验有限仍有许多不足之处，仍需向各位老师和其他同学学习。 nts 23 参考文献 1成大先 .机械设计手册 M.北京 :化学工业出版社， 2001.8 2高德 .包装机械设计 M. 北京 :化学工业出版社， 2005.6 3汪再文 .世界包装机械发展
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