产品开发课程设计说明书1.doc

课 程 设 计 说 明 书课程设计说明书 课 程 名 称: 产品开发课程设计 课 程 代 码: 8205331 题 目: 学院(直属系) : 机械工程与自动化学院 年级/专业/班: 2007/机设/3 学 生 姓 名: 学 号: 312007080301305 指 导 教 师: 陈守强 开 题 时 间: 2011 年 2 月 21 日完 成 时 间: 2011 年 3 月 11 日 目 录摘要一、 颗粒自动包装机可行性论证二、 产品原理设计三、 产品的运动学与动力学计算四、 总体设计五、 心得体会六、 参考文献摘要针对机电一体化产品为样机。通过市场调研、查找相关资料，进行产品开发的可行性论证。完成可行性报告。分析、构思出产品系统总功能和功能分解，并进行功能分解画出功能结构图，进行功能原理分析、构思出系统总的功能原理图，进行原理方案评价，确定产品的技术参数；整机工作循环图绘制。 本课程设计在于让我们对机械产品开发的过程和方法步骤有一个完整的经历，学习掌握调查收集信息，资料获取的具体方法，学习掌握可行性论证应该包括的内容，掌握用系统设计的思想和方法对产品进行功能原理设计的过程，掌握机械工艺动作分析、分解，功能原理分析和功能分解。 近十余年来，国际包装界十分重视提高包装机械及整个包装系统的通用能力和多功能集成能力，为市场开拓日新月异的多样化商品提供及时灵活应变的生产手段。同时基于合理简化包装和优势包装工艺方法的实际需要，不断探索，明显地加快了自身技术革新的步伐。尤其是与现代自动机床同步发展相呼应，逐步明确。要想建立多样化、通用化、多功能集成化的包装机械新体系，首先必须着重解决组合化和机电一体化的大问题，无疑这是今后的重要发展方向。 学习锻炼这方面的知识是非常必要的关键词： 颗粒包装机 产品开发 系统设计 功能设计一、 颗粒自动包装机可行性论证（一） 颗粒自动包装机开发的目的与意义 1、需求的分析与认识要想在规定的时间内，为自己创造出最大的利益，就要确保自己的食品包装生产线运行良好，在生产过程中不会出现错误，这样在尽量避免错误出现和故障的影响，才会为企业获得最大的利益。自动化水平在制造工业中不断提高，应用范围正在拓展。包装机械行业中自动化操作正在改变着包装过程的动作方式和包装容器及材料的加工方法。实现自动控制的包装系统能够极大地提高生产效率和产品质量，显著消除包装工序及印刷贴标等造成的误差，有效减轻职工的劳动强度并降低能源和资源的消耗。具有革命意义的自动化改变着包装机械行业的制造方法及其产品的传输方式。设计、安装的自动控制包装系统，无论从提高包装机械行业的产品质量和生产效率方面，还是从消除加工误差和减轻劳动强度方面，都表现出十分明显的作用。尤其是对食品、饮料、药品、电子等行业而言，都是至关重要的。自动装置和系统工程方面的技术正在进一步深化，并得到更广泛的应用。随着人们生活水平不断提高，对各种方便食品的需求也随之大增，这近一步拉动了我国食品包装业的快速发展。2、目前国内外该产品的发展状况近十余年来，国际包装界十分重视提高包装机械及整个包装系统的通用能力和多功能集成能力，为市场开拓日新月异的多样化商品提供及时灵活应变的生产手段。同时基于合理简化包装和优势包装工艺方法的实际需要，不断探索，明显地加快了自身技术革新的步伐。尤其是与现代自动机床同步发展相呼应，逐步明确。要想建立多样化、通用化、多功能集成化的包装机械新体系，首先必须着重解决组合化和机电一体化的大问题，无疑这是今后的重要发展方向。中国真空包装机形成行业仅20年，基础相对薄弱，技术及科研力量不足，其发展相对滞后，在某种程度上拖了食品和包装工业的后腿。预测到2010年，国内行业总产值可达到1300亿元(现价)，而市场需求可能达到2000亿元。如何能够尽快的赶上并且抓住这个巨大的市场是我们迫切需要解决的问题。我国真空包装机起步于上个世纪70年代末，年产值只有七八千万元，产品品种仅有100多种。近5年来食品和真空包装机行业每年以11%12%的平均增长速度发展，高于同期国民经济增长速度，销售总额由1994年的150亿元增加到2000年的300亿元，产品品种由1994年的270种发展到2000年的3700种。产品水平上了新台阶，开始出现规模化、成套化、自动化的趋势，传动复杂、技术含量高的设备开始出现。可以说我国的机械生产已满足了国内的基本需求，并开始向东南亚及第三世界国家出口，如我国2000年的进出口总额为27.37亿美元，其中出口额为12.9亿美元，比1999年提高了22.2%。在出口的机械品种中以食品(乳品、糕点、肉类、水果)加工机、烤箱、封装、贴标签机、纸塑铝复合罐生产设备等机械出口较多，食品机械如制糖、酿酒、饮料、真空包装机等设备已开始成套出口。 中国包装机械起步较晚，起于上个世纪70年代，北京市商业机械研究所在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，与发达国家相去甚远。在行业快速发展的同时也存在一系列的问题，现阶段中国包装机械行业水平还不够高。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。从现阶段情况看，全球的包装机械需求以每年5.3%的速度增长。美国拥有最大的包装设备生产商，其次是日本，其他主要生产商还包括德国、意大利和中国。但未来包装设备生产增长最快的是在发展中的国家和地区。发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家寻找当地合适的生产厂家，特别是在食品加工厂进行投资，提供包装机械设备。而中国自加入世贸组织以来取得了长足的进步，中国的包装机械水平提升非常快，与世界的先进水平差距逐渐缩小。随着中国的日益开放，中国的包装机械也将进一步打开国际市场。3、颗粒自动包装机的关键技术1包装机的种类繁多，分类方法很多。从不同的观点出发可有多种，按产品状态分，有液体、块状、散粒体包装机；按包装作用分，有内包装、外包包装机；按包装行业分，有食品、日用化工、纺织品等包装机；按包装工位分，有单工位、多工位包装机；按自动化程度分，有半自动、全自动包装机等。 （1）充填机是将精确数量的包装品装入到各种容器内的包装机。其主要种类有： 容积式充填机。包括量杯式、插管式、柱塞式、料位式、螺杆式、定时式充填机。 称重式充填机。包括间歇称重式、连续称重式、称重离心等分式等充填机。 计数式充填机。包括单件计数式、多件计数式充填机。 (2)封口机 封口机是将充填有包装物的容器进行封口的机械，其主要种类有： 无封口材料封口机。包括热压式、冷压式、熔焊式、插合式、折叠式等封口机。 有封口材料封口机。包括旋合式、滚纹式、卷边式、压合式等封口机。 有辅助封口材料封口机。包括胶带式、粘结式、钉合式、结扎式、缝合式等封口机。 (3)裹包机 裹包机是用柔性的包装材料，全部或部分地将包装物裹包起来的包装机。其主要种类有： 全裹式裹包机。包括扭结式、覆盖式、贴体式、接缝式等裹机。 半裹式裹包机。包括折叠式、收缩式、拉伸式、缠绕式等裹机。 (4)多功能包装机 这类包装机具有两种或两种以上的功能。其主要种类有： 全自动枕式包装机 充填封口机。它具有充填、封口两种功能。 成型充填封口机。它具有成型、充填、封口三种功能。成型的种类有袋成型、瓶成型、箱盒成型、泡罩成型、熔融成型等。 定型充填封口机。它具有定型、充填、封口功能。定型方式 双面封箱机。它能同时封上盖和下底两个面。封箱时，箱子可侧放或立放。 （3)按胶带所封位置和条数分类 I型封箱机。它在箱子的上盖和下底的外折页接缝处用一条胶带封合。这种封合，操作简单，但密封性较差。H型封箱机.它在I型封箱的基础上,即在I型封合胶带的两端加封两条胶带,形如H,故称H型.它能增加箱子强度和密封性能,但成本较高.(4)按专用化程度分类 通用封箱机.它能调节某些机构以变换封箱机的有关尺寸,来适应多种尺寸规格箱子的封箱,它适应范围较广,是一种普遍使用的封箱机.专用封箱机.它只能封合某一种规格尺寸的箱子,封箱速度快,适用大批量封箱作业.随机型封箱机.它在规定的尺寸范围内,各有关机构能自动地变换,以适应不同尺寸箱子的封箱需要,是一种自动化程度很高的封箱机.成型充填封口包装机 它是一种多功能的包装机。物料进入包装机的顶部后，计量部分将定好数量的产品依次送入物料通道。卷筒包装材料在通过物料通道的外壁时，被成形器卷绕成筒状，纵封器将其纵向缝焊封牢固。横封器完成包装袋的顶封和下一个袋子的底封，成为两道焊缝。由于下料通道被包装袋裹住，底封封焊后就可直接向袋内下料，随之移动一个工位完成顶封封口，并用切刀切断，完成包装工序。 4经济型真空包装机技术特点1、 进出料方式:前进右出式 2、 压缩真空包装机采用热箱固定瞬间加热方式,节省能源 3、 特殊电热排列,热量分布均匀. 4、 机体小巧,占地面积小5、适用于小批量生产和中量生产.可配合流水线作业，提高效率的真空包装机器6、 采用台湾、日本、韩国原装进口零配,性能稳定可靠二、 产品原理设计1、 颗粒自动包装机的总功能 颗粒自动包装机的黑箱图 颗粒自动包装机操作指令S220V E物料、包装纸 MS 显示M 包装好的成品噪声、发热2、 颗粒自动包装机的分功能 颗粒自动包装机计量/数包裹堆放、输送量杯计量成品计数3、 颗粒自动包装机功能求解（1）颗粒自动包装机的功能结构图堆放、输送量杯计量装袋电动机传动机构包裹横、纵封送纸放纸切断成品成品颗粒220V包装纸指令计数包装速度电控器机控器显示器显示噪声发热 （2）探索功能元解并列出形态学矩阵如下： 颗粒自动包装机的形态学矩阵功能元功能元解1234A输送蜗杆传动锥齿传动圆柱齿轮传动双曲柄机构B计量方式量杯计量螺杆式可调容量式气流式C计数机械光学电感应电子扫描D横、纵封、切断链传动齿轮传动带传动蜗杆传动E放纸、送纸自身摩擦力输送带F换向蜗杆传动齿轮传动回转导杆取6种分功能的各一解法组合得到传动装置的一种方案，可组合的最多方案数 N=4*4*4*4*2*3=1536（3）方案评选考虑到，颗粒包装机的工作环境，且需结构紧凑等方面的因素，有两种方案可作为参考方案1：A1B3C3D1E1F2方案2：A1B3C3D2E1F1最后得出，方案1适用于横封，方案2适用于纵封三、偏心轮机构的运动学与动力学计算1、链传动的特点与应用 链传动是属于具有中间挠性件的啮合传动，它兼有齿轮传动和带传动的一些特点。与齿轮传动相比，连传动的制造与安装精度要求较低；链轮齿受力情况较好，承载能力较大；有一定的缓冲和减震性能；中心距可大而结构轻便。与摩擦型带传动相比，链传动的平均传动比准确；传动效率稍高；链条对轴的拉力较小；同样使用条件下，结构尺寸更为紧凑；此外，链条的磨损伸长比较缓慢，张紧调节工作量较小，并且能在恶劣的环境条件下工作。但是链传动还是有一定的缺点：不能保证瞬时传动比恒定；工作时有噪声；磨损后易发生跳齿；不适用于受空间限制要求中心距小以及急速反向传动的场合。 链传动的应用范围很广。通常，中心距较大、多轴、平均传动比要求准确的传动，环境恶劣的开式传动、低速重载传动，润滑良好的高速传动等都可成功的采用链传动。 按用途不同，链条可分为：传动链、输送链和起重链。在链条的生产与应用中，传动用短节距精密滚子链占有最主要的地位。通常，滚子链的传动功率在100kw以下，链速在15m/s以下。现代先进的链传动技术已能使优质滚子链的传动功率达5000kw，速度可达35m/s；高速齿形链的速度则可达40m/s。链传动的效率，对于一般传动，其值约为0.940.96;对于用循环压力供油润滑的高精度传动，其值约为0.98。表 给出常用传动链的类型、结构特点和应用，可供参考 表种类结构和特点应用传动用短节距精密滚子链由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和內链板为静配合；销轴和套筒为动配合；滚子空套在套筒上可以自由转动，以减少啮合时的摩擦和磨损，并可以缓和冲击。动力传动双节距滚子链除链板节距为滚子链的两倍外，其他尺寸与滚子链相同，链条重量减轻中小载荷、中低速和中心距较大的传动装置，亦可用于输送装置传动用短节距精密套筒链除无滚子外，结构和尺寸同滚子链。重量轻、成本低，并可提高节距精度 为提高承受能力，可利用原滚子的空间加大销轴和套筒尺寸，增大承压面积不经常传动，中低速传动或起重装置（如配重、铲车起升装置）等弯板滚子传动链无内外链节之分，磨损后链节节距仍较均匀。弯板使链条的弹性增加，抗冲击性能好。销轴、套筒和链板之间的间隙较大，对链轮共面性要求较低。销轴拆装容易，便于维修和调整松边下垂量。低速或极低速、载荷大、有尘土的开式传动和两轮不易共面处，如挖掘机等工程机械的行走机构、石油机械等。齿形传动链由多个齿形链片并列铰接而成。链片的齿形部分和链轮啮合，有共轭啮合和非共轭啮合两种。传动平稳准确，振动、噪声小，强度高，工作可靠；但重量较重，装拆较困难。高速或运动精度要求较高的传动，如机床主传动、发动机正时传动、石油机械以及重要的操纵机构等。成型链链节由可锻铸铁或钢制造，装拆方便用于农业机械和链速在3m/s以下的传动。2、 链传动的运动特性 因为链是由刚性链节通过销轴铰接而成的，当；链绕在链轮上时，其链节与相应的轮齿啮合后，这一段链条将曲折成正多边形的一部分。该正多边形的边长等于链条的节距p，边数等于链轮齿数z，链轮每转过一圈，链条走过zp长，所以链的平均速度v为式中： 分别为主、从动链轮的齿数分别为主、从动链轮的转速，r/min 链传动的平均传动比为 3、链传动的动载荷 链传动在工作过程中，链速和从动链的转速都是变化耳朵，因而会引起变化的惯性力及相应的动载荷。 链速变化引起的惯性力为 式中：m紧边链条的质量，kg； 链条变速运动的加速度，。 如果视主动链轮匀速转动，则 当时从动链轮因角速度引起的惯性力为 式中：J从动系统转化到从动链轮轴上的转动惯量， 从动链轮的角速度，rad/s 。链轮的转速越高，节距越大，齿数越少，则惯性力就越大，相应的动载荷也就越大。同时，链条沿垂直方向也在作变速运动，也会产生一定的动载荷。此外，链节和链轮啮合瞬间的相对速度，也将引起冲击和振动。当链节和链轮轮齿接触瞬间，因链节的运动速度和链轮轮齿的运动速度在大小和方向上的差别，从而产生冲击和附加的动载荷。显然，节距越大，链轮的转速越高，则冲击越严重。4、 链传动的受力分析链传动在安装时，应使链条受到一定的张紧力。张紧力使通过使链条保持适当的垂度所产生的悬垂拉力来获得的。链传动张紧的目的主要是使松边不致过松，以免出现链条的不正常啮合、跳齿或脱链。因为链传动为啮合传动，所以与带传动相比，链传动所需的张紧力要小得多。链传动在工作时，存在紧边拉力和松边拉力。如果不计传动中的动载荷，则紧边拉力和松边拉力分别为式中：有效圆周力，N；离心力引起的拉力，N；悬垂力，N 。 有效圆周力为 式中：P传递的功率，KW； v链速，m/s 。离心力引起的拉力为式中，q为链条单位长度的质量，kg/m 垂悬拉力为5、滚子链传动的设计计算 （1）选择链轮齿数、和确定传动比i为了使颗粒自动包装机的工作速度和包装容量可以调节，并且为了简化结构，在这里我们采用偏心链轮结构来满足这一条件，由于链轮的中心是可变的，所以，在这里，我们取传动比i为1，便于设计计算。一般链轮齿数在17114之间，且传动比为1，所以两链轮的齿数是一样的，在这里，我们先暂时取齿数=25。（2）计算当量的单排链的计算功率 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率 式中：工况系数，查国标知，此类属于平稳运转，取值为1.0 。主动链轮齿数系数，查表得0.96 。多排链系数，双排链时取1.75 ，三排链时取2.5 ，在此处取的是单排链，所以取1.0 。P传递的功率，此处为1KW。这里的国家标准均摘自GB/T 181502000综上所述，=0.96kw(3) 确定链条型号和节距p 链条型号根据当量的单排链的计算功率和主动链轮的转速查表（GB/T 12431997）知，滚子链ISO链号为10A，节距p=15.875mm。 根据包装速度确定=50100r/min 。（4）计算链节数和中心距 初选中心距=（3050）p，按下式计算链节数为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数圆整为偶数，所以，我们86 。 从而，我们得出，此机构中链传动的最大中心距为 （5）计算链速v，确定润滑方式 平均链速为 根据链速v ，查表得润滑方式为滴油润滑，但是，考虑到链条的工作载荷较小，也可采用定期人工润滑的方式。（6）计算链传动作用在轴上的压轴力 压轴力可近似取为 式中： 有效圆周力，N；压轴力系数，对于水平传动=1.15；对于垂直传动=1.05所以 N6、链轮的设计计算 (1) 链轮齿形 滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，其链轮齿形的设计比较灵活。在国标GB/T 12431997中没有规定具体的链轮齿形，仅仅规定了最小和最大齿槽形状及其极限参数，见表 。实际齿槽形状取决于加工轮齿的刀具和加工方法，并应使其位于最下和最大齿槽形状之间 我们先最小齿槽形状来计算齿侧圆弧半径 滚子定位圆弧半径 滚子定位角 （2）链轮的基本参数和主要尺寸链轮的基本参数是配用链条的节距p，套筒的最大外径d1，排距pt和齿数z。链轮的主要尺寸计算见下：分度圆直径d （取整126）齿顶圆直径 取=134齿根圆直径 齿高 确定的最大轴凸缘直径 （3）链轮的结构小直径的链轮可制成整体式；中等尺寸的链轮可制成孔板式；大直径的链轮，常可将齿圈用螺栓连接成或焊接在轮毂上。在此次设计中，考虑到链轮中心要求可改变，我们选用孔板式。（4）链轮的材料链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度。由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮用采用较好的材料制造。但是这里我们采用相同的大小，所以不必考虑这些。链轮常用的材料和应用范围见表 表 链轮常用的材料及齿面硬度材料热处理热处理后的硬度应用范围15，20渗碳、淬火、回火5060HBSZ25,有冲击载荷的主、从动链轮35正火160200HBS在正常工作条件下，齿数较多（z25）的链轮40、50、ZG310570淬火、回火4050HBS无剧烈振动及冲击的链轮15Cr、20Cr渗碳、淬火、回火5060HBS有动载荷及传递较大功率的重要链轮（z25的从动链轮夹布胶木功率小于6kw、速度较高、要求传动平稳和噪声小的链轮 在这里我们选用40材料。7、链传动的布置、张紧、润滑与防护 （1）链传动的布置 链传动布置时，链轮必须位于铅垂面内，两链轮共面。中心线可以水平，也可以倾斜，但尽量不要处于铅垂位置。一般紧边在上，松边在下，以免在上的松边下垂量过大而阻碍链轮的顺利运转。（2）链传动的张紧 链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。当中心线与水平线的夹角大于60时，通常设有张紧装置。 张紧的方法很多。当中心距可调时，可通过调节中