立式颗粒包装机设计

毕 业 设 计 （ 论 文 ） 任 务 书姓名： 院别： 班号： 专业：包装工程毕业设计（论文）题目：立式颗粒包装机设计立题目的和意义：随着人们生活水平的提高，对于颗粒状物料的包装要求逐渐提高。长久以来对于颗粒状物料的包装一直存在生产率低、充填精度不高、污染环境等问题。设计出能够实现自动计量-成型-充填 -封口的粉料包装机，对于解决此类问题并满足市场需求具有重要意义。通过本题目的锻炼，可使学生具备一定的工程设计能力，即根据给定的题目进行调研和收集资料，对国内外颗粒物料包装机市场进行调研分析，形成针对一定要求的设计方案，培养学生根据拟定的要求设计包装工艺路线、包装机传动路线，设计包装执行机构、包装材料整理及供送系统、被包装物料的计量及供送系统的能力，以及说明书的撰写、计算机辅助设计等能力。完成本题目对于培养学生的包装系统设计能力和工程师基本素质训练具有重要意义。技术要求与工作计划：技术要求：（1） 在毕业设计中，应学会运用图书、资料、图册、标准等的能力。独立完成立式袋装颗粒包装机设计任务，设计图样符合国家标准，设计计算准确，说明书条理清楚。（2） 设计完成的基本工作量为设计图纸折合零号图纸四张（CAD） ，设计计算说明书不至于少于二万字，并需要外文摘要。工作计划：1.立式袋装颗粒包装机设计方案草图（1）根据市场调查确定包装机械的使用范围和生产率，并根据产品的特性拟定包装工艺路线，绘制包装工艺流程图，初选包装执行机构类型，选择包装机支撑形式。（2）根据主要技术参数，拟定整台包装机传动系统图（电机选择、传动比分配等） ，并绘制包装机整体机构草图。2. 立式袋装颗粒包装机设计（1）总体装配图绘制（手绘、CAD、三维模型）（2）拉膜机构设计（3）横封机构设计（4）纵封机构设计（5）量杯计量机构设计（6）卷材安装及固定机构设计（7）成型器设计（8）支撑机架及调节机构设计（9）传动零件设计及校核3. 技术经济分析4. 完成设计说明书时间安排：1-3 周（3.7-3.27）：结合毕业实习，完成实习日记，实习报告，论文综述、外文翻译、收集与设计题目相关的技术资料。4 周（2.28-4.2）：确定包装机械的使用范围和生产率，拟定包装工艺流程图和传动系统图，绘制方案草图，完成开题报告。4 月 2 日（周六）开题检查，检查内容包括：实习日记、实习报告、论文综述、外文翻译、开题报告。 5-11 周（4.3-5.20）：完成总体装配图（平面结构图和三维模型） ，拉膜机构设计、横封机构设计、纵封机构设计、量杯计量机构设计、卷材安装及固定机构设计、成型器设计、支撑机架及调节机构设计。5 月 20 日（周五）中期检查。12-13 周（5.21-6.3）：完成主要零件图设计（平面及三维模型）及毕业设计说明书。 6 月12 日（周日）验收检查14 周（6.4-6.12）：修改毕业设计说明书 ，准备答辩（幻灯片制作） 。毕业答辩。（6.10-12）：毕业答辩。指导教师要求（签字） 年 月 日教研室主任意见（签字） 年 月 日院长意见（签字） 年 月 日摘 要本文主要介绍了立式颗粒包装机的国内外研究现状及发展趋势。并且以相似类型的颗粒包装机为参考，依据包装工艺路线，确定了设计方案；根据对比分析结果，确定了有关机构的形式，并进行了结构设计及相关计算；绘制了整机的装配图、部件图、零件图，对重要部件进行了计算校核，根据平面图结构参数，利用 Pro/E 软件对其进行了三维建模，对指导整机结构设计提供参考；进行了技术经济分析。 关键词：立式颗粒包装机；设计方案；计算校核AbstractThe article is aimed at introducing the current status and development trend of the vertical particles packing machine.Similar to the type of domestic liquid packaging machine as a reference,packaging technology based on line to determine the design.According to the results of comparative analysis relevant bodies to determine the form concerning mrvhsnidm,and structure design and related computing.Drew the whole assembling drawing, parts chart and part drawing of machine and carry on to computing and the school checks of important parts.According to plan structure parameter, make use of Pro/E software as to its carried on a 3D model, provide reference to instruction whole machine structure design.Carried out a techno-economic analysis.Key Words：Packing machine；Design Program ；Checking calculation目录摘 要 .IAbstract.II1 绪 论 .11.1 包装机械概述 .11.1.1 包装机械的定义 .11.1.2 包装机械化的重要意义 .11.2 我国包装机械的发展趋势 .11.3 粉料包装机的国内外发展情况 .21.4 粉料包装机现存的问题 .21.5 研究开发的意义 .31.6 基本依据参数 .32 方案设计 .42.1 总体方案设计 .42.1.1 包装工艺流程确定 .42.1.2 总体布局 .42.1.3 成型器的选择 .52.1.4 袋的封口方式选择 .62.1.5 方案确定及简图 .72.2 总体传动系统设计 .72.2.1 主要执行机构的组成 .72.2.2 工作原理及传动系统图 .83 结构设计 .93.1 卷材供送结构设计 .93.2 量杯式计量供料结构设计 .93.3 纵封横封结构设计 .103.3.1 方案比较及选择 .103.3.2 纵封器设计 .123.3.3 横封器设计 .123.4 Proe 三维视图 .134 结构参数设计计算 .154.1 电机的选择 .154.2 计算总传动比及分配各级传动比 .164.3 计算各轴的功率和转矩 .164.4 齿轮设计及强度校核 .174.5 V 带设计计算 .194.6 轴的设计及强度校核 .204.7 键的设计及强度校核 .234.8 气缸的选择 .244.9 润滑与密封 .245 技术经济分析 .255.1 成本核算 .255.1.1 标准件费用 .255.1.2 非标准件材料费用 .255.1.3 非标准件加工费用核算 .25总 结 .27参考文献 .28致 谢 .291 绪 论1.1 包装机械概述1.1.1 包装机械的定义包装机械即完成全部或部分包装过程的一类机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要包装工序，以及与其相关的前后工序，如清洗、干燥、杀菌、堆码、拆卸等，也包括打印、贴标、计量等辅助工序。1.1.2 包装机械化的重要意义 近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化、现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们普遍重视。无论在国内或国外，包装工作已涉及到各行各业，面广量大,对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响，甚至在现代生活中出现了过去难以想象的新情况，未经包装出售的商品变得越来越少了，而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。因而不妨这样说，在将来，如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售，可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展，也不可能出现高水平的现代化包装。迄今，一些科学技术发达的国家,在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程，有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高度灵活性（或称柔性）的自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向，同时也可以获得巨大的经济效益。1.2 我国包装机械的发展趋势从目前来看食品包装机械其技术发展趋势主要体现在高生产率、自动化、单机多功能、多功能组成生产线、采用新技术上。但是传统的包装机械多采用机械式控制，如凸轮分配轴式，后来又出现了光电控制、气动控制等控制形式。然而随着食品加工工艺的日益提高，对包装参数的要求不断增多，原有的控制系统已难以满足发展的需要，近年来飞速发展的机电一体化技术改变食品包装机械的面貌。机电一体化的实质就是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。它是将微机技术引入到包装机械，应用机电一体化技术，开发智能化包装技术，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化，实现高速、优质、低耗和安全生产。利用新技术，建立自动化、多样化、多功能集成化的包装机械新体系，如新产品真空包装机。目前国家倡导可持续发展，我们要开发绿色包装机械以适应国际市场要求，因此必须改变传统的包装机械设计及开发模式，在设计阶段考虑到使包装机械在其全生命周期中(设计、加工制造、装配、使用、维修直至废弃后处理处置过程)对环境无影响或影响最小化、资源低耗、易于回收等“绿色特征” ，以提升我国包装机械的核心竞争力。 由此，包装机的发展趋势就是智能化加自动化加绿色化。1.3 粉料包装机的国内外发展情况粉料自动包装机，最初是由美国于上世纪五十年代开发出来的产品。后来日本得到发展，并于上世纪六七十年代随日本经济高速发展，技术性能得到长足的进步。上世纪八十年代初，我国大量引进粉料自动包装机并生产出自己的产品。以日清品牌为代表，主要针对方便面生产线配套使用。上世纪九十年代，这种机型开始大量用于粮食流通，同时派生出各种各样的类似包装机。随着机电一体化的应用，粉料自动包装也向着高速全自动模块化的方向发展及创新现今国外开发的粉料自动包装机已极其人性化：高速、节能、全自动、模块化。就国内外粉料自动包装机的开发情况来看，主要从以下几点进行：(l)不断扩大其通用能力，以满足多种属性粉料的包装。(2)高速全自动，配备微机控制系统，借助预先储存的程序控制多台伺服电机，分别驱动有关执行机构。(3)参数化调整和设置，对主要操作部件(供送、袋成型、牵引、封切等)作适当调整有关工作参数，便可在较宽的尺寸范围内，满足不同品种不同尺寸的包装。(4)模块化结构设计，对供送、牵引、封切等主要部件进行相对独立并又能较为自由组合的结构设计，以满足卧式组合和立式组合的包装机。1.4 粉料包装机现存的问题目前使用的粉料自动包装机的特点是都是用于中小袋的粉料包装，包装品种单一，不能适应粮食类粉料的大规模包装运输。过去的包装机需要人工套袋，不仅影响了包装速度，包装过程中产生的粉尘对工人的身体健康也有伤害，同时也也有一定的危险性。过去的粉料自动包装机已经不能满足人们对包装机高效、安全、卫生的要求了。1.5 研究开发的意义随着人们生活水平的提高，对于颗粒状物料的包装要求逐渐提高。长久以来对于颗粒状物料的包装一直存在生产率低、充填精度不高、污染环境等问题。设计出能够实现自动计量-成型- 充填 -封口的粉料包装机，对于解决此类问题并满足市场需求具有重要意义。1.6 基本依据参数包装对象：颗粒性物料，如：味精、感冒冲剂等；生产能力：75 袋/分钟；包装材料：聚乙烯涂塑纸；制袋尺寸：长 130mm，宽 60mm。2 方案设计2.1 总体方案设计2.1.1 包装工艺流程确定通过实习观察分析及相关资料搜集分析总结，确定工作流程图（见图 2-1） ，图 2-1 包装机工作流程图2.1.2 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。目前国内外在粉料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。根据以上分析，本文设计的粉料包装机的操纵系统主要采用机械式控制系统，涉及有：带传动，齿轮传动、凸轮传动等机构；同时为降低机械动作的复杂程度，横封、纵封机构则采用气动式控制系统。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。布局式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据设计题目及包装工艺，包装机布局形式采用立式布局，这样便于进料、送纸、包装、封切等。在设计中总体布局要求：(1)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单；(2)机械操作，调整简单，易上手，装拆方便，联锁防护可靠；(3)操纵手柄位置方便操作，也考虑到润滑系统等；(4)排料位置考虑方便安全；(5)外形美观大方，移动安装方便。2.1.3 成型器的选择在自动包装机中，成型器起到一个关键的作用，它对包装的形式、尺寸及其质量有直接的影响。因此，正确地设计和选择成型器非常重要。常用的成型器主要有：翻领成型器、三角板式成型器、象鼻成型器、等等（见表 2-1） 。正确设计和制造成型器的关键在于以下几点：1）尽量减少薄膜通过成型器所受的阻力，使薄膜不产生纵向或横向的拉伸变形以及皱折等。2）确保薄膜自然贴合、无拉伸、无腾空地通过成型器，自然卷合，正确成型。3）结构简单可靠，制造方便，调试容易。表 2-1常见制袋成型器类型及特点类型 特点 结构1翻领成型器 由外表面为翻领状而内表面为圆形或方形的工作曲面组成。用语平张搭接纵封三面封口扁平袋成型。运动阻力较大，单膜易拉伸变形，对复合膜适应性较好。设计、制造较复杂，不能适应袋形规格变化。广泛应用于立式包装机或小计量袋的成型。2三角成型器 利用成型器形状，迫使平张薄膜近似对折成型。用锐角三角形板与U 型立杆（或平行辊）连接在基板上而成。用于对接纵封三面或四面封口成型。对机型袋形规格及材料的适应性能好，多用于卧式包装机或小计量袋的成型。3大刀成型器 成型原理同三角成型器，用三角板和与其圆滑连接的 U 型导槽及侧向导板组成，是三角成型器的变异型式。单膜受力情况适用袋形规格与应用范围均优于三角成型器。4象鼻成型器 兼备翻领和三角成型器的工作原理，是 U 形成型器的改进型。用于平张单膜对接纵封三面封口扁平袋成型。运动阻力小，充填距离短，对材料适应性强，设计、制造较易。但不能适应袋形规格变化，相同袋形规格的结构尺寸较翻领成型器大，多用于立式包装机。因此，结合课题要求，方案确定采用象鼻成型器最为适合。2.1.4 袋的封口方式选择用袋装机加工的塑料薄膜，袋的形式甚多。常见的有下列几种： 1枕形袋 按接缝方式可分为纵缝搭接袋和纵缝搭接侧边折叠袋。2扁平袋 可分为三面封口袋和四面封口袋。3自立袋 其中常见的有尖顶角形袋、椭圆柱形袋、三角形袋和立方柱形袋。（袋形见图 2-2）图 2-2 各种袋形制袋过程中，一般是先纵向封口，然后横向封口，所以在枕形袋搭接和对接封口缝的全长内，封口部分有三层或四层薄膜重叠在一起，这对封口质量有一定影响。扁平式三面封口袋的内薄膜的层数相等，封接质量较好，但袋的外形不对称，美观性较差。四面封口克服了上述两种情况的缺点。但包装材料用得较多。各种自立式袋的外形美观，有立而不倒的优点，便于后续装箱工序的进行和产品的安置陈列，但对包装材料的要求较多，需采用复合包装材料。根据调研，本设计采用三面封口较为适合，在流水做业过程中自动化更容易实现，且应用广泛。从包装原理的合理性和科学性而确定采用此方案。2.1.5 方案确定及简图综合以上论述分析最终方案确定如右图 2-3，卷筒包材 1 通过导向辊和象鼻成型器 2 对折后被热封器 3 纵向封合，随后包装袋被拉纸辊 4 拉下一个袋长，然后被横封、切断装置 5 横向封合成袋。计量装置将计量好的物料充填入袋。随后充填后的包装袋再被拉膜辊拉下一个袋长，再横封切断，同时完成下一个包装袋的成型。然后输出成品，完成一个包装过程。图 2-3 立式颗粒包装机简图1、包装材料；2、象鼻成型器；3、纵封器；4、拉膜辊；5、横封器2.2 总体传动系统设计 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。2.2.1 主要执行机构的组成由上面讨论过的包装工艺知，主要的执行机构由如下几部分组成：(l)卷材供送机构；(2)物料供送机构；(3)纵封机构；(4)拉膜机构；(5)横封切断机构。由包装工艺及循环过程知，它们的几部分传动要求是：(1)在工作时，横封切断器应与包装薄膜材料的运动速度相当，以免端封产生皱纹。为适应不同袋长要求，选用变速机构驱动，使端封切断器封切瞬时的角速度可调。(2)横封切断器应在两袋之间的中间位置缝合并切断。当袋长改变时，它的工作相位需作相应调整。2.2.2 工作原理及传动系统图图 2-4 所示为该机的传动系统图。主电机 1 通过减速器 2 将运动传递给分配轴3，随分配轴旋转的拉纸凸轮 6 推动单项超越离合器 15 的臂杆作往复摆动，单项超越离合器则将此摆动转变为单项间歇旋转运动，并通过齿轮 13、14 将运动传递给拉纸辊 4、5，从而完成单项拉纸的动作，同时由气缸带动横封器 16 完成横封切断。通过齿轮 7、9 带动计量装置 8 转动完成物料的计量充填。图 2-4 传动系统图1、主电机；2、减速器；3、分配轴；4，5、拉膜辊；6、凸轮；7，9 齿轮；8、计量装置；10、调整手轮；11、压簧；12、联轴器；13,14、齿轮；15、单项超越离合器；16、横封器；17、纵封器3 结构设计3.1 卷材供送结构设计包装机械正朝着连续化、高速化、自动化方向发展。使用卷筒式包装材料纸张、铝箔、复合薄膜、金属丝带等)越来越多，而且在商品流通领域还要求不断提高商品包装的装演水平。往往需要预先在卷状包装材料上印好商标图案。对于以独立单元等距分布的商标图案来说，在完成产品包装时，必须保证定位断准确，图形完整无损。不过，干扰因素难以完全排除，其中最为常见的是卷被牵引供送时发生拉伸变形和同辊面打滑。因而本文在前面传动系统分析时到，设计时应妥善考虑并解决这个问题。本设计的包装机采用已印刷图案并且带有定位标记的卷筒包装材料作为包装薄膜。包装材料供送结构图 3-1 如下：图 3-1 卷材供送机构结构图1、卷筒；2、导向辊；3,4、压力辊；5、支架；6、电机3.2 量杯式计量供料结构设计本设计采用量杯式计量装置，结构如图 3-2，通过对螺母 3 的调节，在螺纹滑套 4 的带动下计量盘 6 可作上下直线划动，从而调节量杯的容积，获得预定体积的物料。图 3-2 量杯计量结构图1、供料斗；2、量杯；3、螺母；4、螺纹滑套；5、下计量盘；6、上计量盘3.3 纵封横封结构设计塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机最常用的包装材料，特别是多层复合薄膜，因其气密性良好以及高强度的特点而广泛应用于食品包装中。塑料薄膜的封口采用热融封口的方法，具体过程是：对塑料薄膜的两个接触面加热，使其处于熔融状态，再给封接部位使压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影响封口质量的因素主要是加热温度、封口压力和作用时间。还要注意在封合时要保证膜的平整。纵封、横封机构是包装机的主要机构，其中热封装置设计是关键，决定了热封的质量。决定热封质量的因素主要有封接时间、封接温度和封接压力。如果是单膜，封接温度要低点、封接时间要短点，封接压力要适中；如果是复膜，封接温度要高点、封接时间要长点，封接压力要大点；这样才能保证质量好。要想提高包装速度就要提高加热功率和压力。基于以上几点及包装材料、制袋尺寸确定封口长度如下：纵封长度：L=130mm （由最大袋长决定的，其中最大袋长为 130mm） 。横封长度：H=60mm （由袋的宽度决定，其中袋的宽度为 60mm） 。3.3.1 方案比较及选择现提出二套设计方案进行比较分析（见表 3-1） 。表 3-1 方案比较表方案 A 方案 B 分析论证热封系统 电阻加热 电感加热 最常用的加热器是电阻加热器。此类加热器具有外形尺寸小、质量轻、拆装方便等优点。电感加热器的优点：加热温度均匀，预热时间短；调节温度时反应灵敏，温度稳定性好；热损失少，节能。缺点为：径向尺寸大，成本略高。气缸 标准气缸 标准气缸 标准气缸通用性好，结构简单，成本低。封袋方法 熔断封合 脉冲封合 熔断封合的强度大，封口的外观独特，便于连续封口。脉冲封合适合于易热变形与受热易分解的薄膜，封口质量比较好，冷却时间占用生产时间略长，适应于间歇封口。纵封器 辊式纵封器 板式纵封器辊式纵封器的辊面上开有直纹，斜纹或网纹等花纹，适应用于各种薄膜的封合。板式纵封器的结构简单，设计简单，经济，可以满足本设备要求。横封器 连续式横封器 间歇式横封器连续式横封器若只应用于一种规格的产品生产就比较简单，如果要用于多种规格的产品生产就比较复杂。间歇式横封器一般在控制上比较复杂，但通过 PLC 控制则比较简单。综合考虑各种因素确定方案 B：热封系统：电感加热；气 缸：标准气缸；封袋方法：脉冲封合；纵 封 器：板式纵封器；横 封 器：间歇式横封器。3.3.2 纵封器设计纵封器是完成制袋成型后筒状薄膜纵向封接功能的重要部件，适用于薄膜包装材料的纵向封口。根据包装薄膜运动方式的不同，可将纵封器分成连续式和间歇式两大类。连续式纵封器又称辊式纵封器，采用一对作等速相向回转的封接辊轮机构，完成薄膜材料的施压、拉膜、加热及封边作用，形成一道密合的纵缝。间歇式纵封器又称板式纵封器，大多呈板条状结构，多采用凸轮、气缸等机构，推动热封器作往复直线运动，实现薄膜的热封合，其后还需借助其他装置完成拉膜动作。本机采用间歇式纵封器，其结构如图 3-3，通过气缸 5 推动热封器 7，实现薄膜的热封合。图 3-3 纵封机构结构图1、螺栓；2，7、热封器；3、调整板；4、螺栓；5、气缸；6、螺母；3.3.3 横封器设计横封器是将经纵封器进行纵向封合后筒状的包装材料,按照工艺要求的长度规格进行横向封合，按照横封器工作的运动形式，可分为连续运动和间歇运动两种形式。根据本设备要求采用间歇式横封器，并将横封与切断设计在一起。立式间歇制袋式袋装机横封机构按功能和运动形式可分为两类，一类只作封口用,即只有间歇的往复运动，另一类除作封口热合外，还牵引料袋由上而下地移动，故往往作开合与上下运动合在一起的复合运动，显然后者结构较为复杂，本设计不采用。 图 3-4 中所示是气缸 2，3、在同一水平面内做往复直线运动带动横封器合拢及离开，从而完成横封切断的工序，再由拉膜辊将薄膜拉出一个袋的长度。间歇式横封器整体结构设计简图如图 3-4。图3-4 横封机构结构图1、螺母 2，3、气缸 4、横封体 5、横封体胶头 6、导向套筒 7、导向轴3.4 Proe 三维视图图 3-5 包装机整体侧视图图 3-6 包装机整体主视图 图 3-7 包装机整体俯视图图 3-8 包装机三维立体图4 结构参数设计计算计算与说明 结果4.1 电机的选择1、选择电动机类型包装机属于功率较小的机械，根据工作条件：室内常温、灰尘较大、单向运行，启动频繁，电压为 380V 的三相交流电源，因此根据当前设计的产品所需用的电机功率情况分析选用 JY 系列的电动机。2、选择电动机容量（1）求总效率 ：由参考文献2 P19 表 3-1 查得 1（滚动轴承）=0.98 ， 2（齿轮传动）=0.97， 3（带传动）0.96， 4（联轴器）0.99 ， 5（凸轮）0.96，得：=152234250.98 50.9720.960.9920.960.77 。（2）计算电动机的输出功率：由生产率 75 袋/分钟，确定拉膜辊转速 37.5r/min， 由已知条件得工作轴 Tw=0.004 及 得：mN电机功率：P m=Tn/9550 =0.00002kW，由于所求功率大小，故取P m=0.1kW。3、确定电动机转速包装机工作转速为：75r/min，V 带传动比： =24，i一级蜗轮蜗杆减速器传动比： =1080，i则总传动比合理范围： =20320，ai故电动机转速可选范围为：=150024000r/min。niad4、所选用电机的参数如下：电机型号：JY1B-2，额定功率：0.37 kW ，满载转速：2800 r/min，电机质量：15 kg，轴 径：16 mm。所选用电机的参数如下：电机型号：JY1B-2，额定功率：0.37 kW，满载转速：2800 r/min，电机质量：15 kg，轴 径：16 mm。计算与说明 结果4.2 计算总传动比及分配各级传动比1、总传动比：由电机转速 =2800r/min，主轴转速 =75r/min，得：总传1n2n动比： =2800/75=37.3；0i2、各级传动比：设 为 V 带传动比，为使 V 带外廓尺寸不至过大，取1i=2.6，得：减速器传动比： =37.3/2.6=14.4；i aiV 带传动比： =2.6； bi第一级传动比： =1；1第二级传动比： =4；2i第三级传动比： =8；3第四级传动比： =1/4。4i4.3 计算各轴的功率和转矩图 4-1 传动系统图1、各轴转速：轴 I：轴 II：轴：总 传 动 比：=37.3；0i减速器传动比：=14.4；aiV 带传动比： =2.6；bi第一级传动比：=1；1i第二级传动比：=4；2i第三级传动比：=8；3i第四级传动比：=1/4。4imin/.4987531rini/1r2计算与说明 结果轴：2、输出功率：轴 I： 轴 II：轴：轴：3、输出转矩：轴 I：轴：轴：轴：4.4 齿轮设计及强度校核齿轮之间传动比为 4，所以定小齿轮 Z124，则大齿轮的齿数 Z2 244=96，精度取 7 级。1、齿面接触疲劳强度校核采用软齿面，小齿轮 40Cr 调质，齿面硬度为 280HBS，大齿轮用 45 号钢调质齿面硬度为 240HBS。因 ， ，MPaH601limPaH502lim查图取接触疲劳寿命系数： =0.93， =0.94， 1NK2HN安全系数 =1， =1， 1S2 ，MaKHNH 586093.li1 ，PS174.2lim2 因： , ，SF=1.3MPaFE501 aFE380输出功率：轴 I：轴 II：轴：轴：WPd 08k.6.9.06.97.098.12354782 mNnPT1075.895011 39.2.22 min/.37.943rink.34134nT74.095033 mNP1.8.24 3.2，kWP.081，7.2，kP03.3。W7.4计算与说明 结果，MPaSFE.6384.1501，29.22、按齿面接触强度设计设齿轮按 7 级精度制造。取载荷系数 K=1.5，齿宽系数，小齿轮上的转矩： ，取 =189.8，40.dmNT10EZ，u=i=4，标准齿轮 ，321 dHEKuZ 5.2H，d .942.015457.89321 模数 ，取法向模数 ，81.zdmm确定中心矩 a=m(z1+z2)/2=2（24+96）/2120mm，齿宽 ， ，db.21749.01 mb2051，实际的 ，z8。m623、验算弯曲强度齿形系数：YFa1=2.8， YSa1=1.55； YFa2=2.22,YSa2=1.77轮齿弯曲强度：，MPaPazbmKTFSF6.38425.4255.10.1141，YFSaF.29.9711满足强度要求。齿轮的圆周速度： smv/38.0654.3齿数：z1=24,z2=96；模数：m2；尺宽：b2=20mm,b1=25mm；中心距：a=120mm；分度圆直径：d1=48mm,d2=192mm。计算与说明 结果4.5 V 带设计计算1、确定计算功率 Pca：已知电机输出功率 ， ，传动比kWP.10nr/mi280，每天工作 16 小时。则： ，取6.2i kWPKAca1.。AK2、根据 Pca、 n，查图选用 Z 型带。3、计算带轮基准直径：1） 、初选小带轮的基准直径 ，md5012） 、验算带的速度：，sndv /3.76284.3106因 ，故带速合适。sms/3/53） 、大带轮的基准直径： ，di1056.12圆整为 132mm。4、确定中心距 a0 和基准长度 Ld：1） 、根据 ，初定 。21021.7dma202） 、由式 。dL 4.79/10 查表选带的基准长度 。md83） 、按式 。a254/005、验算小带轮包角： , 905.16/3.711ad合适。6、计算带的根数 Z：1） 、单根 V 带的额定功率 Pr：由 , ，查表得： ，md50n/i28026.0由 ， 和 Z 型带，查表得： ，r/in6.4.P又查表取 ， ，9.K1L于是 。29.0rP2） 、V 带根数 ，所以选 1 根。4.0/rcaZ7、单根 V 带的初拉力的最小值：查表知 Z 型 V 带的单位长度质量 ，mkgq/6. 选 Z 型 V 带，小带轮的基准直径：d1=50mm，大带轮的基准直径：d2=132mm，中心距：a=254mm，V 带根数：1 根。计算与说明 结果NqvkldPKFca5.23.7063.72958.01)(.)( 2min0 8、计算压轴力 Fp： 。Z.9sin)()(m0min4.6 轴的设计及强度校核1、设计轴的尺寸：由参考文献1 公式 152 。30npAd由 参考文献1 表 153 取 1100A，md.4175.831，.6.2d.8214.90313，。m.6.574所以取 D1D 420mm，D 2D 330mm。2、轴强度校核：按弯扭合成应力校核轴的强度。图 4-2 齿轮受力分析图1、齿轮的力分析计算：圆周力： NdTFt .74180.7124 各轴直径： ，md2041。32齿轮受力分析：圆周力：计算与说明 结果径向力： NFtr 2670tan7.41an法向力： tn892cos2、对 H 面上各力分析：已知 ， ，mL3051L102121)(FLtNH836.523、 对 V 面上各个力分析：121LFr64057VN3.2164、求危险截面的当量弯矩：由轴的结构简图及当量弯矩图可知截面 A 处当量弯矩最大，是轴的危险截面。进行校核时，只校核轴上承受最大当量弯矩的截面的强度， NLFMV3.1205.61H883合成弯矩： 2VmN4.359.810轴传递的转矩：，取 得：mNdFtT17802.72 3.0当量弯矩：由参考文献1 公式 155b122WTMca22)(eFt=741.7N，径向力：Fr=267N，法向力：Fn=789N。经校核，轴径的强度足够。计算与说明 结果mN.659).81730(422由参考文献1 公式 1514， 31.0dW，轴强度足够。bca 1322 5.740.185945、以下图组为轴受力分析图：A 图 4-3 轴 H 面受力及弯矩图A图 4- 4 轴 V 面受力及弯矩图图 4-5 合力弯矩图计算与说明 结果图 4-6 扭矩图图 4-7 弯扭合成图4.7 键的设计及强度校核1、键的选择选用圆头平键 GB109679，都为静联接，材料为钢，则许用挤压应力 取 100 。paM由参考文献1 P103 公式 61 计算。kldTp3102p2、小齿轮上键校核选用圆头平键 A845，GB109679，强度符合。10963.24510.p3、大齿轮上键校核选用圆头平键 A1040，GB109679，10.63405.19p强度符合。4.8 气缸的选择气缸是气动系统的执行件，根据各部分确定的行程以及各动作所需的速度，参照济南华能 JPC 的产品手册，选择气缸的缸径及型号，例表如下（见表 4-1）：选圆头平键GB109679 。纵封气缸型号：GBM32-40横封气缸型号：QGD50-40计算与说明 结果表 4-1 气缸的选择执行机构 气缸型号缸径mm行程mm耗气量（L/次）理论推力（kgf ）纵封 GPM32-40 32 40 0.2 32.1横封 QGD50-40 50 40 0.4 78.51、纵封压强的计算汽缸的作用力 F=232.1kg=64.2kg 纵封头的作用面积 S=130mm10mm=1300mm2所以纵封的压强 P= = =0.037MPa。SF13.02482、横封压强的计