牙签自动包装机的研究开发与设计

I牙签自动包装机的研究开发与设计摘要随着社会的发展，和人们生活水平的提高，餐饮服务业蓬勃发展，对与之配套的包装机机械的要求也越来越高，而适合中小型餐饮服务业需求的小型、自动化程度高又价格低的餐饮用具包装机还未见普及，本课题针对这种现象和需求，开发设计了体积小，造价低的小型全自动牙签包装机。本课题设计采用直线型，通过牙签的整理、充填，对环保包膜材料进行三边封并切断，完成对牙签的包装。该整机包括七大部分：传动系统、薄膜供送装置、袋成型装置、纵封装置、横封及切断装置、物料供给装置以及电控系统，可完成送纸、理送料、封合、切断、传输等工作。本设计主要完成牙签包装机的输送部分、牵引封切及传动部分的结构和方案设计。通过对各部件结构参数的分析设计，使组成该机的各部分结构运动协调平稳，结构紧凑，美观经济。真正做到小型自动化。关键词牙签、包装机、小型、自动化。IITOOTHPICKPACKINGMACHINERESEARCHANDDEVEIOPMENTANDDESIGNABSTRACTWiththedevelopmentofsociety,andpeopleslivingstandards,rapiddevelopmentoffoodandbeverageindustry,therequirementsoffoodpackagingmachineryisalsoincreasing,butthepackagingmachineofthekindofsmall,highdegreeofautomation,andlowprices,butalsonoPopularityofthesubjectandthedemandforthisphenomenon,developmentanddesignofthesmallsize,lowcostandsmallautomatictoothpickpackingmachine.Thedesignusesalinearproject,throughthecollationoftoothpicks,filling,coatingmaterialsonthetrilateralenvironmentalsealandcutoffthecompletepackageoftoothpicks.Themachineconsistofsevenparts:transmission,deliverydevicesforfilms,bagformingdevice,verticalsealingunit,horizontalsealingandcuttingdevice,thematerialsupplydevice,andelectroniccontrolsystemscancompletethepaper,therationaleforfeeding,sealing,Cutoff,thetransmissionandsoon.Completedthedesignofthemainconveyortoothpickpackagingmachineparts,traction,sealing,cutting,andtransmissionpartsofthestructuredesign.Structuralparametersofthecomponentsthroughtheanalysisanddesign,sothatallpartsoftheaircraftstructurecomposedofmotorcoordinationsmooth,compactstructure,beautifuleconomy.Trulysmall-scaleautomation.Keywords:toothpick,packagingmachines,smallandautomation.III目录中文摘要.I英文摘要.1、绪论.11.1选题背景.11.2国内外包装机械的发展状况.22、牙签自动包装机的总体设计.42.1总体设计的内容和要求.42.2总体设计方案的比较.52.3包装材料和包装工艺流程.72.4牙签整理及计量充填方案.92.4.1料斗.92.4.2牙签计量充填装置.102.5包装材料的供送成型装置设计.112.5.1退卷装置设计.122.5.2导引装置设计.122.5.3包装袋成型装置设计.142.5.4牵引装置设计.152.6热封及分切装置设计.162.6.1纵封牵引装置设计.162.6.2横封分切装置设计.172.7传动系统设计.203、主要传动零部件结构和参数的设计.223.1设计准则.223.2电动机的选择.23IV3.3传动比的分配.253.4运动与动力参数计算.273.5链传动设计.293.6直齿锥齿轮传动的设计.333.7直齿圆柱齿轮的设计.383.8带传动的设计.433.9轴的设计.504、控制系统设计说明.535、使用说明和维护.545.1使用操作.545.2维护要点.545.3常见故障及排除方法.55致谢57参考文献.5911.绪论随着市场经济的不断发展及人们生活水平的日益提高，对饮食加工和包装的要求越来越高精细化、高档化、美观化已逐渐成为现代人的追求标准。人们追求的不再只是食品的味道已开始重视食品的包装。近来，市场上存在一种先手工捆扎包装成捆，后袋装的牙签极受广大餐饮业的青睐。此种包装的生产方式存在着几个问题：一是生产效率低，不能满足市场需求；二是在生产过程中始终与手接触，造成了产品的二次污染。鉴于此，我们寻求一种用机械形式实现此功能的包装设备。1.1选题背景随着社会的发展以及人们生活水平的提高，商品流通的深度和广度进一步扩大，包装工业在国民经济中的作用和地位越来越高。特别是我国成功加入WTO后，全球经济贸易一体化进程的发展促使商品流通领域的竞争更加激烈，人们在追求商品内在质量的同时，对商品包装的要求也越来越高。哪里有商品，哪里就有包装。可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广，广泛应用于食品、医药、化工等各个行业。仅从食品和其他轻工产品来看，在我国的出口总额中占有13以上，均要求提高包装档次，这就为包装机械的发展带来了许多机遇。对餐饮服务业来说，由于人们对于自身身体健康和服务质量越来越关注。因此一次性用品也越来越受欢迎，但是正是一次性用品的增多严重浪费了有限的资源，同时也造成了环境的污染。目前国内所使用的包装机多位技术含量低，包装质量有的不能得到保证，餐饮服务业蓬勃发展，对与之配套的包装机机械的要求也越来越高，经过市场调查，部分中小型餐馆的配套餐饮用具已由一些公司统一包装供应，而其他的依然是传统的清洗消毒模式，面对消费者的卫生意识提高，和餐饮业对卫生和快速包装的需求，而适合中小型餐饮服务业需求的小型、自动化程度高又价格低的餐饮用具包装机还未见普及，牙签是不可缺少的餐具，即是生活必需，也有明确卫生要求，市场急需价位较低、符合环保、保证卫生的牙签包装机。2本课题针对这种现象和需求，开发设计了体积小，造价低的小型全自动牙签包装机。1.2国内外包装机械的发展状况我国的包装机械产业在新中国成立时,几乎是一片空白,只有少数工厂或作坊在生产一些简单的手工包装机具,或为少数进口机器进行修配服务。经过五十年的发展,我国包装机械已成为机械工业中的十大行业之一,无论是产量还是品种,都取得了令人瞩目的成就,我国包装工业的高速发展提供了有力的保障。纵观国内现有的包装机械,除大型生产包装线外(许多是从国外引进产品生产后随即包装,如奶粉、洗衣粉之类,耗资大,占地面积大,物料多品种适应性差)大都处于一种落后的局面,如一些家庭个人小作坊,买一些现成的包装袋(包装袋有人专业生产,也十分精致、漂亮)将需要包装的粉状、颗粒状食品或其它商品用量杯类器具灌装在袋中,用热膜封口机封口后流通于市场。这种包装作业方式不仅不符合卫生条例,产品计量无法保障,也为产品掺假、制假打开了方便之门,是目前产品升级、上档次必须严格杜绝的包装作业方式。80年代末,国内陆续引进并迅速发展生产了一系列机械传动的小型全自动包(灌)装机,因能基本上满足小袋物品包装从有计量的落料到制袋、灌装、分割等动作的自动化作业,生产效率和包装质量得到了很大程度的提高,克服了众多作业环节中人为因素的影响。加上投资少(每台售价35万元),占地面积小,适应于个体小作坊的作业生产,因而深受用户的欢迎,也使包装机械的成长有了新的发展目标和前景,小袋物品的包装质量也有了质的飞跃。但是，在设计过程中，大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法2，如高速包装机械的动力学设计理论和方法等，对高速情况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决；产、学、研，结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训；整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。国内一些大学的设计软件，可以对包装机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构CADCAM软件已经能够满足企业进行凸轮连杆3机构自主设计的能力，但在实际包装机械的设计中应用还不普遍。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。10多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制。从上世纪90年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头，其产品多以内销为主，出口只占包装机械总产值的18%。继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，中国已成为美国包装机械的第6大出口市场。日本与美国、德国相比，起步较晚，包装机械制造业的发展经历了引进-消化-发展的研究过程，在吸收国外长处的基础上加以改进提高，目前已成为世界上仅次于美国的包装机械生产国。日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种、规格较多。包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、操作方便、自动化程度高等优点。90年代以来，已将变频调整、光电追踪、无触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。日本包装机械的很大一部分用于食品包装领域，食品包装机械产值占包装机械总产值的一半以上。日本包装机械的主要市场也在本国，出口额只占总产值的10%。亚洲是日本包装机械的主要出口市场。从上世纪90年代以来，日本对中国的出口额连年大幅增长，自1995年起，中国已成为日本包装机械的最大出口国。目前，世界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。42.牙签自动包装机的总体设计本课题所设计的包装机是属于制袋、充填、封口包装机一类的自动化包装机械，设计的重点是针对物料的属性，选择合适的机构来实现预期的动作，并保证各机构之间合理配置，协调工作。合理选择牙签计量充填机构来和包装机的生产效率相协调适应，从而更大限度的满足实际生产的需求；另外就是如何更加合理的实现纵封横封机构，送筷以及薄膜输送机构的同步性，并完成检测反馈系统的适时反馈和调整，使各机构动作准确，减小误差，提高工作精度。本设计的任务是为适应社会的发展，针对人们现实生活的需求，用自动化技术手段来实现牙签的整理、供送、制袋、装填、分切的动作，进而实现牙签的自动包装并达到美观、卫生、健康、快捷、迅速的目的。2.1总体设计的内容和要求自动制袋装填包装机所采用的包装材料为卷筒式包装材料，在机上实现自动化制袋、装填、封口、切断等全部包装工序。其包装材料可为塑料单膜、复合薄膜等。对于不同的机型，可采用单卷薄膜成袋或两卷薄膜制袋的形式。此类包装袋形式有多种，而日常最常用的有几种：中缝式两端封口、四边封口以及三边封口等。对于不同的袋型，包装机的结构也有所不同，但主要构件及工作原理是基本相似的。自动制袋装填包装机普遍采用的包装流程如图2-1所示。当然，牙签包装机的流程及结构会有所差异，但包装原理却大体相同。包装材料成型纵封（横封）横封（纵封）装填分切成品物料计量图2-1自动制袋装填包装工艺流程5本设计主要研究适用于牙签等细长棒料类包装物的全自动制袋、充填、封口包装机，制袋充填包装机基本的组成机构主要由机体，输送机构（包括物料输送和包装材料输送），计量装置，纵封机构，牵引机构，横封机构，切断装置和电控系统等几部分组成。根据牙签包装机要实现的功能现各部分机构的内容可能采用的机构动作和工作原理如下:第一、机体，包装机械的机体大多采用铸铁，铸铝或焊接件，但铸件由于需要投入大量的模型费用，成本较高，所以在批量较小时多采用焊接方法，成本较低；第二、送膜机构，可采用有驱动式送膜和无驱式送膜两种方式，主要是针对不同的包装材料而言，若材料受力较小时可采用无驱动式送膜机构，主要包括支撑板，供纸电机，牵引辊，压辊，浮辊等；第三、计量装置，一般对散体物料类包装机械多采用量杯式或转鼓式的计量方式，但对于牙签等棒料类物料多在设计机构时满足计量（计数）要求；第四、纵封机构，有辊式纵封和板式纵封两种机构，对应着连续式间歇式两种方式可供选择，对辊式来说，机构比较简单，但往往传动较麻烦，传动精度不容易保证，对板式纵封，可采用气动控制，由气缸带动连接板，沿直线轴承的导杆做直线相对运动；第五、横封机构，通常也有辊式纵封和板式纵封两种机构，同时包括切断装置，实现横封-切断；第六、电控系统，通常由检测系统检测出封切时位置误差，再反馈给纠偏装置，使其调整横封、纵封及切刀的相对速度保证封切位置准确，若是采用热封切，还要检测温度并控制。2.2总体设计方案的比较1.传动方式的选择方案一：间歇式6方案二：连续式比较：通常包装机可实现间歇式和连续式包装，间歇式包装定位准确，容易实现较复杂的包装工艺，较适用于体积大，工艺复杂的方案，连续式包装，生产效率高，结构紧凑，针对包装工艺简单的牙签包装，我选择连续式包装方式。2.运动方式的选择方案一：直线式方案二：回转式牙签包装工艺并不复杂，使用直线式可以很好的设计不知各系统装置，使结构简单，容易操作，这里选择直线式。3.运动方向的选择方案一：纸料在垂直方向运动方案二：纸料在水平方向运动对结构布置来说，垂直布置和水平布置有相似性，不会影响结构尺寸，但对于小型的包装机来说，水平布置更有利于放在桌子上并进行移动，而且符合人手操作习惯，并且可视化效果好。在这点上倾向于水平布置，考虑到牙签在包装纸上定位的问题，垂直布置的连续式运动不能很好的控制牙签的下料和到位，而水平运动的纸带能很好的拖着牙签运动，最终确定采用水平方向布置。4.封口方式的选择：产品的包装机械中，产品的封口方式可以分为：结扎、热封、钉封和粘封。而常见的是热封和粘封，因此本次设计也有两个方案。方案一：采用热封的形式封口；方案二：采用粘封的形式封口；7比较：方案一较为简单，封口后自然冷却即可，而方案二在封口之后还需要烘干，因此需要设计相关的烘干机构，还需要用胶，成本较高，并且会造成污染。所需机构较复杂，不易实现，因此在比较之后，本设计决定采用方案一。5.切断装置的选择对于连续运动的包装机，切断方式一般用一个固定，一个旋转的切刀最符合要求，本设计考虑各方面因素，得出两种方案。方案一：采用一对一个固定，一个旋转的相错切刀冷切。方案二：把切刀装在横封装置上，利用切刀和刀板的挤压，切断材料。比较：方案一常用易实现，对精度要求相对不高，但会是整体结构变大，并且不能很好的定位，相比较，方案二结构紧凑，精度高，能很好的定位并切断包装袋。综合比较，选择方案二。2.3包装材料和包装工艺流程对包装机械和包装材料来说，卫生环保仍是关键的问题。为使餐饮包装工业与环境能协调发展人们应注重包装的清洁生产，发展绿色包装。纸包装是目前国际流行的“绿色包装”。由于纸袋的主要成分是天然植物纤维素，易被微生物分解，重新加人自然循环。同时纸包装的原材料丰富易得，也可以减少将用过后的包装收集到工厂再循环所面对的成本和技术困难。所以纸包装材料便是牙签包装机的首选。纸浆模塑制品的出现是纸包装的一次突出革命。纸浆模塑来自天然可再生资源，用后能在短期内被自然吸纳再生，越来越受人们青睐。它具有优良的防腐缓冲性，在出口市场上几乎成为公认的水果蔬菜标准包装。用它制成的纸浆模塑餐具无毒无味，防油防水，耐高温，可自然溶解烂掉，能适应中国人的饮食习惯，已广泛应用于食品包装。欧美等发达国家则用纸塑类复合材料，并结8合无菌包装技术包装牛奶、果汁类饮料产品，不仅节省了大量包装能源和成本，也较好保持了食品原有的风味和质量。纸包装材料是绿色包装材料，而且容易分解，但考虑到牙签是用在餐桌酒席上，纸容易被浸湿，反而造成二次污染，另外纸质材料缝合是要用涂胶等方法，不适合卫生条件要求严格的餐馆。综合考虑，则纸塑复合材料更合适于牙签的包装。自动制袋装填包装机械所采用的包装材料为卷筒式包装材料，在机上实现自动制袋、装填、封口、切断等全部包装工序。对于不同的机型，可以采用单卷薄膜成袋或两卷薄膜制袋的形式，但主要以前者较多。整机包括六大部分：传动系统、薄膜供送装置、牙签整理和供送装置、袋成型装置、纵封装置、横封切断装置。在牙签包装机中每一个动作就需要一个相对的机构来完成，而完成牙签包装需要如下一些工艺：1、送纸2、制袋3、牵引4、计量5、下料6、纵封7、横封8、切断为使成机尺寸小，结构简单，对各工艺进行分析研究，并参照大量的资料，通对各个工艺分析，决定采用连续式运动机构，牵引机构由纵封实现，得出其工艺流程图如下所示：9计量牙签充填纵封成型送纸横封切断成品图2-2牙签包装工艺流程图2.4牙签整理及计量充填方案2.4.1料斗料斗用以储存待计量的的工件。其结构型式，可按工件的结构形状需要设计，对于牙签来说，成品牙签一般都是整理整齐的，可以用单排料斗使它们整齐的排列在料斗了等待计量，这样减少了牙签的整理机构，减化了整机的结构和尺寸。所以这里料斗可以实现预整理的功能。所设计料斗形状如下：图2-3所示：101.料仓2.拨轮拨料口图2-3料斗结构图2.4.2牙签计量充填装置牙签计量充填装置主要是实现牙签的计数和输送充填。有些机构中计量和输送充填可以是分开的。本设计课题的计量充填装置功能是用一个开有料槽装有拨板的转轮来实现的，在转轮缓慢的转动过程中，拨板把两根牙签拨进料槽，并输送带已经过成型器的包装纸带上方，然后落入包装袋里，设计计量充填装置时，考虑到转轮转速不易过大，因为容易拨乱牙签并且不能很好的充填，速度太慢又势必会使转轮上的料槽太过紧密，容易造成充填时间误差，使下料不准确，造成无法正常包装，对装置精度要求过高，综合考虑，转轮直径取100mm，上开10个料槽，通过计算，平均距离31.4mm，线速度2.62cm/s。（后面有详细计算）计量转轮如下图所示：11图2-4牙签计量转轮结构图当牙签落入纸袋与横封装置工作的相位差可以通过调整转轮的相位来保证，调整好后，锁紧固定螺栓即可。2.5包装材料的供送成型装置设计该系统的功能是将包装材料（包括刚性，半刚性，刚性包装材料和包装容器及辅助物）进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定工位的系统。如糖果包装机中包装纸的供送，切断机构。有的系统在供送过程中还能完成制袋或包装容器的竖起，定型，定位等工作，有的封罐机的供送系统还可完成罐盖的定向，供送等工作。在自动制袋填包装机中采用的卷筒式包装薄膜，在进行自动包装的过程中，首先要由卷筒形式舒展成带，再按要求进行成型及冲填包装。这一运行过程，其实就是包装材料带的供送过程。实现这个供送过程的装置主要包括三部分：退卷装置、导引装置以及牵引装置。薄膜在供送过程中必须要保持平稳无跳动，正确到位而不会偏移，否则包12装机无法实现包装动作。2.5.1退卷装置设计退卷装置即包装材料卷的支承装置，用于安装包装材料卷，使包装材料卷在支承装置上灵活转动，并在牵引滚轮的作用力下，以给定的速度连续回转，松展成带。退卷装置的结构形式有多种，本课题所设计中选用带轴向调节的退卷装置如图2-3：图2-3.退卷装置其工作原理是：心轴固安装在支承座上，退卷器装在心轴上，后端靠轴肩定位，前端装一挡环定位，安装卷膜材料是，退下挡环和退卷器，把卷膜材料装在退卷器上，安装调节好位置后，锁紧挡环上的锁紧螺钉固定。适当调节挡环位置可增大或减小退卷器的工作阻力，以保证包装材料带在适度张力下平稳供送。2.5.2导引装置设计导引装置主要是一系列导辊组，通过导辊的作用，使包装材料带平展输送，并起到自由转向，校正纠偏的作用。导辊的结构很简单，主要由心轴、辊筒和13轴承组成。如图2-4所示：1-心轴2-轴承3-辊筒4-螺钉5-端盖图2-4导辊结构心轴固定安装在支座上，使辊筒在轴上能灵活转动。辊筒一般用不锈钢管表面抛光制作，也可用工程塑料管等材料制造。无论用何种材料，辊筒外表面应保持光洁圆滑，以便使薄膜带输送平滑稳定。一台包装机一般有若干支导辊，安装时须确保相互平等，并且按薄膜带的走向设定安装位置。导辊的数量与薄膜带输送速度有关，对于牵引速度高的包装机，薄膜带高速输送，则需要较多14数量的导辊以提高薄膜带输送的稳定性。反之，牵引速度较低的包装机，配置较少的导辊即可满足要求。2.5.3包装带成型装置设计对于要完成制袋、充填、封口全过程的包装机而言，成型器是一个十分重要的部件。它的合理选择使用与原材料的规格，袋形、机器的布局等有直接的关系6。常用的成型器有三角型成型器，U型成型器，象鼻型成型器，翻领型成型器等。三角形成型器是用等腰锐角三角形与平行导辊联结在基板上而成的，有较好的适应性，一个成型器可适应多个袋宽规格，它由等腰锐角三角形、平行导辊与基板三大件组成，其结构简单，设计制造方便，是成型器中最简单的一种。；U型成型器由U型折叠板与结合杆组成，是在三角形成型器的基础上，增加了圆弧槽并做适当修正，再加以圆弧过渡形成的，薄膜受阻力比三角形成型器小；象鼻型适合于薄膜受阻力比较小且单膜成型，多用于立式三面封口或枕式制袋包装机；翻领成型器，薄膜受阻力比较大，容易变形，故适合复合薄膜，多用于立式枕型袋包装机；缺口导板式多用于立式连续包装机。本设计一来考虑结构的简单性，二来纸带比较狭窄，只有30mm,折叠后只有15mm，三是纸带直线成型受力简单而且受力不大，在牙签充填部位要保证纸带的张开，充分考虑其各方面功能要求，决定采用如图所示的两个装置把纸带成型开综合。15图2-5纸带成型装置结构图工作原理：安装时，使纸带穿过成型器，在成型器约束下，纸带由平展逐渐折叠预成型，充填装置两边各安装一个成型器，保证在填入牙签是纸带的张开度。需要适当调节高度时，下端螺杆可调节成型器高度，然后锁紧即可。2.5.4牵引装置设计牵引装置是包装材料卷松展输送的动力。卷筒薄膜的牵引装置主要有钳拉式和滚拉式两种。钳拉式主要是通过机械或气动的摆杆机构实现动作，用于间歇性的牵引供送；而滚轮式则采用一对相对滚动的滚轮对薄膜进行辗送牵引，实现连续供送，其结构较钳拉式简单，在连续式包装机中广泛应用。16在连续式自动制袋装填包装机中，牵引滚轮一般都兼备纵封滚轮的作用，其外圆周面滚花，以增强牵引摩擦力和增加热封压合的效果。本设计中，牵引装置作用即使由纵封实现，详细设计在纵封装置中论述。2.6热封及分切装置设计塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热，使其处于熔热的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。在自动制袋填包装机中，广泛应用电阻加热的热熔封合方法，因其具有结构简单，调节方便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合方法是完全能满足要求的。2.6.1纵封牵引装置的设计在连续式自动制袋装填包机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连续进行的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热熔封接器来实现连续纵封。在此，热熔封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的牵引输送作用。也就是说，牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮也是纵封滚轮。纵封装置采用连续式加热加压熔断封切的原理，与横向封切相似。一对纵封器相互反向旋转，薄膜通过两辊间，被纵封成型，形成半成品。他的纵封器里面空腔装有加热线圈，且有独立的加热系统，两纵封器的轴间压力可调，能根据纵向的封切条件调节温度和轴间压力。171.加热线圈2.纵封器3.连接螺母4.调节螺杆5.锁紧螺母6.轴7.齿轮2-6纵封装置的构成2.6.2横封分切装置的设计横封装置用于复合薄膜包装袋的横向热熔封合和切断，在热封的同时起到分切包装袋的作用。采用横封同时分切的方式是连续式自动制袋填包机的共同趋势。因为，横封和切断合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标薄膜带的分切更准确，使封切质量和生产效率更高。横向封切的组成零件有切刀，横封器，刀板，加热线圈，线圈座，连接螺母，轴，调节螺杆，锁紧螺母，齿轮，滚动轴承等。横向封切采用一对横封器来完成。两轮相互反向回转，横封器下装有加热线圈，两片塑料薄膜通过两轮之间，在封切处受到滚压使横向热熔封口并被切断开来。横封辊一周有2条封合带，即每转一周可封合2个袋数。横封装置用于复合薄膜包装袋的横向热融封合，在热封的同时起到分切包18装袋的作用,如下图2-7所示。1.切刀2.横封器3.刀板4.加热线圈5.线圈座6.连接螺母7.轴8.调节螺杆9.锁紧螺母10.齿轮图2-7横封分切装置的构成19图2-8横封分切装置截面结构图动力传递到主轴后，由一对标准直齿轮啮合来实现两轴的反向运动。两封轮之间的距离和压力可以通过调节螺杆来调整，然后锁紧锁紧螺母即可。横封封切合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标薄膜带的分切更准确封切质量更高，生产效率更高。本机就采用整体加工式横封辊，横封和分切合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标薄膜带的分切更准确封切质量更高，生产效率更高。切刀1和刀板3分别装嵌在两轮的槽隙，由螺钉固定。横封器有两个封切面，也就是每转20一转封切2袋。横封辊的封合面加工有花纹，样式与纵封辊一致。2.7传动系统设计全部包装工序在包装机上往往分散成几个工位来协同完成供送包装材料和被包装物品，直到把产品输出。主传动机构的形式影响其外形，所以必须有专门的机构来传送包装机械材料和被包装物品，直到输出。在牙签自动包装机中，薄膜和牙签由一个包装工位顺序传送到下一个包装工位，直到把产品输出，实现整机的连续工作。在牙签自动包装机中，传动系统把电动机的动力通过减速器，链传动传递到主分配轴，再由主分配轴分成三条路线分别传递给纵封牵引，热封分切，和计量充填装置。如图2-9所示：1.电动机2.减速器3.链传动4.主分配轴5.纵封装置主轴6.横封分切装置主轴7.充填计量装置主轴图2-9主传动系统结构图21路线一：电动机减速器链传动主分配轴锥齿轮传动纵封装置主轴路线二:电动机减速器链传动主分配轴锥齿轮传动热封分切装置主轴路线三：电动机减速器链传动主分配轴带传动充填计量装置主轴动力传递到纵横封装置主轴后，由一对标准直齿轮啮合来实现两轴的反向运动。223.主要传动零部件结构和参数的设计3.1设计准则要满足使用性，工艺性，经济性等方面要求。1保证使用性能要求材料的使用要求主要是针对材料的强度、刚度、塑性、韧性、耐热性、耐磨性等性能指标要求，为保证满足这些要求，通常从零件的工作条件、失效形式和性能指标三个方面进行分析确定。机械零件的工作条件：机械零件的工作条件也称服役条件，它是指零件在正常工作过程中的受力状况、工作温度及所处的环境介质类型和性质。此外还应考虑在突发情况下段时过载、环境突变等因素，以确保零件的使用性能和操作者的人身安全。失效形式是指在使用过程中的过量变形、断裂和尺寸变化。零件的失效形式决定了其所用材料应满足的主要力学性能，分析失效形式也是改进设计、制造的重要手段。对于还没有失效案例可循的零件或产品，往往还需在投产前强制进行失效试验，以获得第一手自资料，从而有效地保证满足性能指标要求。不同的零件及材料都有其相应的性能要求与指标数据，要考虑二者的匹配情况。此外还应考虑这些数据的实际条件，以免条件不符造成误用。通常，零件（如齿轮、轴）的尺寸决定于强度条件时，应选择高强度材料，如调质钢、合金钢或高强度铸铁；零件的尺寸决定于刚度时，除在零件结构方面保证有较大刚度外，还应选高弹性模量的材料；零件的尺寸决定于耐磨耐腐蚀条件时，应选择机械强度高、自润滑性能好、耐磨损耐腐蚀的尼龙或聚砜等。2考虑零件的工艺性能要求工艺性能要求是指所选材料能用最简易的方法制造出零件。在选材时，与使用性能比较，工艺性能处于次要地位，但在某些情况下由于材料不同，制造方法就不同，例如铁不能锻打，塑性小的材料不宜冲压等。零件的尺寸和形状不同时，也要求不同的材料，如外形复杂的零件往往只能铸造，外形简单的大23批量生产的小零件往往采用冲压或模锻更有利，这时工艺性能就可能成为选材考虑的主要根据。3满足经济性能指标经济要求是指所选材料能够制造出成本最低的机器。当然采用价廉又易获得的材料是一个解决办法，但应注意机器价格不仅取决于材价，而与加工费用关系很大，有时虽采用了较昂贵的材料，但由于加工简便，外廓尺寸及重量减少，却制造出成本较低的机器来。例如当生产个别形状不很复杂的大型机构时，采用辗轧钢材焊接结构就比用铸铁成的成本低。选择钢材时，应在满足使用要求的前提下，尽量采用价格便宜供应充分的材料。上述材料的选择原则之间既相互影响又相互制约，三个原则的主次地位也随实际情况的变化而变化，致使选择材料成为一个复杂的技术经济问题，但总的原则是要综合考虑，全面衡量的，拟出几个不同方案进行比较分析，才能选出适合使用的工程材料。3.2电动机的选择1.基本要求1包装速度：50袋/分2计量规格：2只/袋；3包装袋长：90-92mm；4包装纸宽度：27-30mm；5包装纸定量：28-80g/m2打字纸。本牙签包装机初取生产率为50双/min，包装纸带的宽度是30mm，包装纸带的长度是90-92mm。在本设计中纸的输送速度，两对滚轮和切刀三者之间的线速度是相同的。由生产率为50双/min，可得：To=60/50=1.2s。由于牙签的包装纸的初取长度是Lo=90mm,则包装纸线速度为：24v=Lo/To=(90-120)/1.2=75-76.67mm/s=0.075-0.0767m/s初取横封分切装置横论每转一周封切2袋，由生产率的速度是50双/min，故其转速是n=25r/min.电动机所需工作功率为=dP总wp由于主分配轴分三条路线传递动力，所以动力计算分也三条路线。所以电机所需功率计算公式变为;=dP3521wwp初设纵封牵引机构纸带牵引力为100N。横封切断机构最大工作阻力为40N。牙签充填机构滚筒表面受阻力最大为20N。各传动副的传动效率如下:轴承:=0.99齿轮传动：=.97链传动：=0.97减速器：=0.96带传动：=0.96由上面计算可得：纸带速度为v=0.075-0.0767m/s取v=0.767m/s进行计算：则得纵封牵引机构所需功率为：=Fv=7.67w2wp横封分切机构所需功率为：=Fv=3.067w3由前可知牙签计量充填转轮一周有十个工位，直径为100mm。所以可知转轮转25一周周期为T=12s。转轮线速度为v=smsTd/026./62./所以计量转轮所需功率为:wFvpw54.5pd06.129.7096.052496.07.3.2可知机器所需工作功率比较小。工作机载荷平稳，选电动机系列为Y系列查取Y801-4三相异步电机技术数据如下:型号Y801-4额定功率（KW）0.55同步转速（r/min）1500满载转速(r/min)1390电动机选取机座不底脚，端盖有凸缘。以便于选择直联型标准减速器。3.3传动比的分配总传动比wmni/由计算知;纵封机构转速为min/25rnw横封机构转速为3牙签计量充填机构转速为：in/5rw26为保证三个工作机构的的工作配合性，设计机构将转速减速到主分配轴，再分别直接传递给各执行机构，初步考虑将电动机转速经减速器和链传动减速到25r/min，然后由主分配轴1:1传递给纵封和横封机构，5:1传递给充填机构。则电机到主分配轴的减速比为：6.52/1390/01nim链传动传动比一般小于6,标准减速器查取机械设计手册选取查得电动机直联型单级摆线针轮减速器（卧式安装），基本参数如下表：代号BWY-15-23-0.55传动比23机型号15输入功率1.5kw可配备电机功率2.2kw输入轴转速1500r/min单向连续运转，载荷平稳。所以链传动传动比为=55.6/23=2.417链i分配轴到纵封横封机构的传动比为1，分配轴到计量充填机构的总传动比为5，由于两轴之间距离比较大，经初步计算，有300mm，所以选用带传动，带传动比一般为小于等于5，由于两轴间距较大，所以设计两级带传动。分配传动比：主分配轴到中间带轮之减传动选取2.5，中间带轮到充填机构主轴传动比为5/2.5=2.所以传动比分配如下:272i5.i1i417.2345132第二级带传动第一级带传动横封机构锥齿轮纵封机构锥齿轮链传动：减速器：链减速器iii3.4运动与动力参数计算0轴：即减速器输出轴mNrTnPodO.1830.5.9in/46023/1kw25.0减1轴：即主传动分配轴mNrTnP.4290.5.9in/4172/60kw13.1112轴：即纵封牵引机构主轴mNrkwTnP.2930.5.9mi/2076.23轴：即横封分切机构28mNrkwTnP.170.5.9mi/2036.67.3334轴：即中间带轮轴mNrwPTn.5.05.9mi/10.9.62444455轴：即充填机构主轴mNrwTnP.10.5.9mi/2.05上述计算结果汇总列于下表，以便计算设计查用。轴序列功率P/w转速n/(r/min)转距T/N.m011.589602.674111.23254.2927.67252.9333.067251.1740.55105550.5245100293.5链传动设计链传动是属于带有中间挠性机构件的啮合传动。它是由链条和主、从动连轮所组成的。链轮上有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来运动和动力。与属于摩擦传动的带传动相比：链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧促。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度要求较低，成本低廉，再较远距离传动时，其结构比齿轮传动简便的多。链轮是链传动的主要部件，链轮齿形已标准化，链轮的设计主要是确定其结构及尺寸，选择材料和热处理的方法。本设计选用滚子链，已知电动机驱动减速器，然后经链传动到主分配轴，主动链轮转速为60.4r/min，传动比为2.417，载荷平稳，中心线垂直。1.选择链轮齿数，1Z2为减小链传动尺寸，选取主动链轮齿数=17，1Z从动轮齿数=172.417=41.089，取为41.22确定计算功率caP由机械设计表97查得工作情况系数=1，由图9-1查的=1.55AKzK单排链则计算功率为故=P=28w=0.028kwcaPAz3.选择链条型号和节距根据链轮转速，及功率，由图911，选链号为08A单排链，min/60rca再由表91查得链节距p=12.7mm。滚子链的规格和参数如下：30链号：08A-160销轴直径：3.98mm2d节距p：12.7mm内链板高度：12.07mm滚子外径：7.92mm内链节内宽=7.85mm1d1b4.计算链节数和中心距一般初选中心距为30-50个节距，中心距过短，单位时间内链条的绕转次数增多，链条屈伸次数和应力循环增多，加剧链的磨损，若中心距过大，松边垂度过大，传动时松边颤动。考虑本次设计，传动功率很小，链条受力不大，而且整机工作时间短，应力循环次数小，为减小整机尺寸，初取中心距，则链节数为ma180节4.58221010ZapZpaLP取=60节。PL查表9-8的到中心距计算系数398.1f则链传动最大中心距为：49.18)(221zLpa5计算链速v，确定润滑方式smspznv/7.0/60.174.160由v=0.217m/s，查图9-14可知，应采用定期人工润滑，每班注油一次。6.计算压轴力作用在轴上的压轴力的确定eFPK有效圆周力：Nve9.8210按水平布置压轴力系数，故5.FPK=87.045Ne317.链轮的基本参数和尺寸设计链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐摩性和强度，由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，所受冲击也较严重，小链轮一般采用较好的材料.查表两链轮选用材料是20#钢，热处理方法是渗碳、淬火、回火：计算滚子链轮主要尺寸如下：分度圆直径：d=P/sin(180o/Z)小链轮分度圆：m2.169小d大链轮分度圆：5大齿顶圆直径：1max2.dpd86.1730a大小1min)7/(dpd18.02a大小齿根圆直径：1dfm98.642f大小齿侧凸缘直径：3276.04.17802hpctgdm.5264g大小计算滚子链链轮轴向齿廓尺寸如下：齿宽：bf1=0.93b1=0.937.81=7.27其结构如图3-1所示：图3-1a大链轮结构图33图3-1b小链轮结构图图3-1链轮结构图3.6直齿锥齿轮传动的设计锥齿轮为最常用的轴叫交角为90度的标准直齿锥齿轮。直齿锥齿轮的传动是以大端参数为标准值的，在强度计算时则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据。齿数比u，锥距R分度圆直径d1，d2，平均分度圆直径dm1，dm2，当量分度圆直径dv1，dv2，关系如下：令R=b/R，称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取R=0.25到0.35，最常用的值为R=1/3。于是dm=d（1-0.5R）。341.选取精度等级，材料及齿数本节主要设计计算主传动轴与纵封机构主轴之间的锥齿轮传动（1）材料与热处理。由于传动比为1，两锥齿轮基本参数相同，所以计算时只需要计算一个就可以。选取齿轮材料为40Cr，硬度280HBS。（2）表面淬火，轮齿变形不大，故精度等级选取7级。（3）选取齿数Z=30，o453.6.1齿根弯曲疲劳强度计算与校核直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可以近似的按平均分度圆处的当量齿轮进行计算，可直接用进行校核。)5.01(RbmYKFSatF（1）确定设计计算公式中的有关参数如下：1）载荷系数K=KVA2）由机械设计表102查取，使用系数KA=13）由机械设计图108中低一级的精度线及Vm（m/s）查知=1.01VK4）齿间载荷分配系数，均可取为1HaKF5）齿向载荷分布系数1.5=1.65FbeH式中的是轴承系数，由表109查得=1.1beHKbeHK6）Y，分别为齿形系数和应力校正系数按当量齿数Zv=Z/cosFSa查表105得