包装机毕业设计说明书.doc

郑州轻工业学院郑州轻工业学院 本科毕业设计 论文 题 目 粉粒类物料包装机改进设计 学生姓名 薛梦楠 专业班级 机械设计 07 级 2 班 学 号 200702010247 院 系 机电工程学院 指导老师 职称 刘吉彬 讲师 完成时间 2011 年 6 月 1 日 郑州轻工业学院 毕业设计 论文 任务书毕业设计 论文 任务书 题目题目 粉粒类物料包装机改进设计粉粒类物料包装机改进设计 专业专业 机械设计制造及其自动化 机设 机械设计制造及其自动化 机设 班班 20072007 级级 2 2 班班 学号学号 4747 姓名姓名 薛梦楠薛梦楠 主要内容主要内容 一 粉粒类物料包装机传动系统设计 一 粉粒类物料包装机传动系统设计 1 1 确定包装机的传动方案 绘制传动原理图 确定包装机的传动方案 绘制传动原理图 2 2 横封装置设计 横封装置设计 3 3 纵封装置设计 纵封装置设计 4 4 切刀的设计 切刀的设计 二 包装材料供送过程的调节补偿装置设计 二 包装材料供送过程的调节补偿装置设计 三 编写设计说明书 三 编写设计说明书 基本要求基本要求 1 1 计量速度 计量速度 100100 袋袋 min min 2 2 计量精度 计量精度 5 5 3 3 计量规格 计量规格 5050 200g200g 主要参考资料主要参考资料 1 1 BDZF 30BDZF 30 型自动颗粒包装机说明书 型自动颗粒包装机说明书 2 2 有关设计手册 图册 资料 有关设计手册 图册 资料 3 3 CADCAD 绘图软件及相关资料 绘图软件及相关资料 完完 成成 期期 限 限 2 20 01 11 1 2 2 2 28 8 2 20 01 11 1 6 6 5 5 指指导导教教师师签签章章 刘刘吉吉彬彬 专业负责人签章 专业负责人签章 王良文王良文 20112011 年年 1 1 月月 2020 日日 摘要 I 粉粒类物料包装机改进设计 摘要 本文主要介绍了一种包装机械 粉粒类物料包装机的工作原理及其设计过程 对其传动系统的参数进行计算和主要传动部件的选择与强度校核 对其整体外观和 箱体以及支架进行合理的改进 粉粒类物料包装机主要适用于包装食品 茶叶 医 药 化工等的松散状 无粘性细小颗粒物品的小剂量自动包装 其包装材料为复合 材料 只有在一定温度下才能正常粘合 这是通过加热管来实现的 本机的主要结构有送纸机构 袋成型机构 纵封机构 给料机构 横封机构 反馈装置 传动机构及电器控制系统 在本设计中 我们的主要任务是提高粉粒类 物料包装机的包装精度和包装速度 使其满足设计要求 以达到生产产品包装质量 的提高 本机的特点是能自动完成制袋 使用螺杆计量实现包装机包装精度与速度的提 高 可以通过色标检测装置反馈 本机还能够通过改变挂轮以适应包装袋长的改变 关键词 包装机械 设计 工作原理 传动系统 粉粒物料 摘要 II POWDER KIND MATERIAL PACKAGING MACHINE SIMPROVEMENT DESIGN Abstract This paper presents a packaging machine powder type materials packaging machine of their design process to calculate the parameters of its transmission system and major transmission components selection and strength check of its box and the overall appearance and support a reasonable improvement Powder type materials packaging machine is suitable for packaging food tea medicine chemical industry and so loose non sticky fine particles of small dose automatic packing materials The packaging material is composite material and only at a certain temperature for proper bonding which is achieved by heating The main structure of the paper machine body bag forming institutions and vertical organizations to the feeding mechanism cross seal mechanism feedback devices transmission and electrical control systems In this design our main task is to improve the powder type of packaging material packaging machine Packing speed accuracy and so meet the design requirements to achieve the production of improved quality of product packaging The machine can automatically complete the bag feature use the screw to achieve measurement accuracy and speed packaging machine packaging improvement of detection devices can color the feedback the unit can be hung round by changing to adapt to changes in long bags KEY WORDS Packaging machinery design principle of work transmission system powder kind materia 目录 III 目 录 中文摘要 英文摘要 1 绪论 1 1 1 本课题的目的和意义 1 1 2 包装机械国内 外发展状况 2 1 2 1 包装机械概述 2 1 2 2 国外包装机械业概况 2 1 2 3 我国包装机械业概况与展望 3 1 3 本人设计任务 4 2 总体结构设计 4 2 1 自动制袋装填包装工艺流程 4 2 2 立式连续制袋装填包装机总体结构计 5 2 2 1 包装卷膜的供送装置 袋成形装置 物料供给装置 5 2 2 2 有色标包装材料带在供送过程中的补偿调节 5 2 2 3 传动系统的设计 7 2 2 4 纵封装置 8 2 2 5 横封装置 9 2 2 6 切断装置 10 2 2 7 可调式偏心链轮 11 2 2 8 横封和纵封协调动作控制流程 11 3 定量供料装置 12 3 1 自定量装置选择方案的比较 12 3 1 1 容杯式定量装置 12 3 1 2 转鼓式定量装置 13 3 1 3 螺杆定量装置 14 3 1 4 柱塞式定容定量装置 15 目录 IV 3 2 方案确定 16 3 3 卷筒薄膜尺寸和包装袋尺寸计算 17 4 制袋成形器及包装卷膜的供送装置 18 4 1 制袋成形器的设计 18 4 1 1 三角形成型器 19 4 1 2 U 形成型器 19 4 1 3 象鼻式成型器 19 4 1 4 翻领式成型器 20 4 1 5 直角缺口导板式成型器 20 4 1 6 成型器的选择 21 4 2 包装卷膜的供送装置 21 4 2 1 牵引装置 21 4 2 2 退卷装置 22 5 2 3 容让装置 23 5 主要传动件的参数确定及其强度校核 24 5 1 选择电动机 24 5 2 轴上两齿轮的设计计算 24 5 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 24 5 2 2 按齿面接触强度设计计算 24 5 3 纵封部件受力估算 27 5 3 1 纵封齿轮的校核 28 5 3 2 几何尺寸的验算 29 5 4 横封齿轮的校核 29 5 4 1 横封受力估算 30 5 4 2 横封齿轮的校核 30 5 5 轴承的设计及计算 32 5 5 1 求两轴承受到的径向载荷 Fr1 和 Fr2 32 5 5 2 计算轴承受到的轴向力 32 目录 V 5 5 3 轴承的当量载荷 32 5 5 4 验证轴承寿命 32 5 6 键的校核 33 5 7 主轴 的设计与校核 33 5 7 1 求输出轴上的功率 转速 转矩 33 5 7 2 求作用在齿轮上的力 33 5 7 3 初步确定轴的最小直径 34 5 7 4 选定轴上各零件布局和装配方案 35 5 7 5 求轴上的载荷 35 5 7 6 按弯扭合成应力校核轴的强度 35 5 7 7 精确校核轴的疲劳强度 36 6 使用说明和维护 38 6 1 使用操作 38 6 2 维护要点 39 6 3 常见故障及排除方法 39 后 记 44 致 谢 46 参考文献 47 粉粒类物料包装机改进设计 1 1 绪论 1 1 本课题的目的和意义 随着社会的发展 科技的进步 消费者的要求不断提高 国际包装机械的 飞速发展 人们对包装传动系统的高自动化 位置跟踪精度要求也越来越高 将微电子技术 信息处理技术 新传感器技术 激光技术以及新工艺技术与新 材料技术等应用于包装机械 各类先进技术以群体综合应用方式谋求实现自动 化 智能化 高效能化 这反映出现代包装机械的高科技水平和发展方向 但 是也给从事包装工程研究的科技人员提出了更高的要求 不但带来了机遇 也 带来了挑战 包装机械未来的发展趋势将会是这样的一幅蓝图 智慧型人机界面 高速 精美 柔性 易调 自我诊断 节省包装材料 能源 保鲜 保质 保味 密 封性佳 与 Internet 技术充分结合达到遥测 遥控 遥修及生产管理 近年来 虽然我国包装机械行业取得的成绩是显著的 但是与国外产品相 比仍存在 20 年的技术差距 我国现有的一些包装机械产品技术含量不高 而国 外已将很多先进技术应用在包装机械上 如远距离遥控技术 包括监控 步进 电机技术 自动柔性补偿技术 激光切割技术 信息处理技术等 我国食品和 包装机械产品的质量差距主要表现在稳定性和可靠性差 造型落后 外观粗糙 基础件和配套件寿命短 无故障运行时间短 大修周期短 且绝大多数产品还 没有制定可靠性标准 包装机械技术的落后业已成为严重制约我国包装工业持续 稳定发展的隐 患 中国是世界上经济发展最快的国家之一 包装业发展迅猛 经济效益引人 注目 加入 WTO 后 关税的降低 经济全球化给我国包装业带来前所未有的 挑战和机遇 学习 吸收 引进国外先进技术和设备 增强企业竞争力 已成 为中国包装界刻不容缓的工作和任务 商品包装是一个新兴的行业 是在商品经济日益繁荣 市场竞争日趋激烈 的新形势下 逐步成长起来的 在商品流通中 人们对粉状颗粒状小袋商品的 包装要求主要有两个方面 一是要求包装美观 以便吸引顾客 并保证商品在 粉粒类物料包装机改进设计 2 流通环节中包装袋不出现任何形式的破损 其二是要求包装袋内的商品计量准 确 误差小 包装行业标准要求计量误差小于 以维护商品生产厂商的信 誉 形象 因此商品包装的精确计量 是包装行业时刻关注的一项重要课题 因此 应开发全功能 一体化的自动包装机 通过创新和学习国外的先进 设计技术 来不断提高机器运行的可靠度和精确度 使我国的包装机械达到国 际先进水平 以提高我国包装机械的市场竞争力 1 2 包装机械国内 外发展状况 1 2 1 包装机械概述 包装机械是包装工业的一大门类产品 在包装工业中有着举足轻重的地位 和作用 它给行业提供必要的技术设备 以完成产品的包装工艺过程 尽管包 装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大 不属于经常性消 耗品 但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑 没有现代化的包装机械 就没有现代化的包装工业 用于完成包装过程的包装机械可分为 11 类 它们是充填机械 灌装机械 封口机械 裹包机械 多功能包装机械 标签机械 清洗机械 干燥机械 杀 菌机械 捆扎机械和集装机械 辅助包装机械和设备等 包装机械作为专业性机械 除了同于普通机械的一般要求外 还有外表美 观 传动装置紧凑 运转平稳 精度高 生产效率高等要求 以很好地完成自 身功能 适应市场需求 1 2 2 国外包装机械业概况 美国 日本 德国 意大利是世界上包装机械四大强国 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 新型机械产品中以成型 填充 封口 三种机械的增长最快 裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的 15 纸盒封盒 粉粒类物料包装机改进设计 3 包装机在市场占有率中居第二位 从上世 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 日本与美国 德国相比 起步较晚 上世纪 60 年代以前 包装机械厂家不 足 60 家 只能包装糖果 香烟等 60 70 年代 是日本包装机械业起步阶段 产值增长速度很快 70 80 年代 增长速度虽不如上一阶段那么高 但年增长率 仍达 13 80 90 年代是稳定增长分阶段 将微电子技术成功地应用于包装机 械的控制 以后又将光导纤维技术 工业机器人技术 模块化技术应用于包装 机械 达到安全性高 无人操作 高生产率的水平 大大提高了其国际市场竞 争力 因此 从上世纪 60 年代到 90 年代初 日本包装机械工业连续 30 多年高 速增长 经历了引进 消化 发展的过程 德国 意大利 英国 瑞士和法国等 都是世界上很重要的包装机械生产 国家 德国的包装机械在计量 制造 技术性能等方面居领先地位 特别是啤酒 饮料灌装设备具有高速 成套 自动化程度高 可靠性好等特点 享誉全球 一些大公司生产的包装机械集机 电 仪及微机控制于一体 采用光电感应 以 光标控制 并配有防静电装置 其大型自动包装机不仅包装容积大 而且能集 制袋 称重 充填 抽真空 封口等工序在一台单机上完成 德国包装机械业 多年来始终处于稳定增长状态 出口比例占 80 左右 德国是世界上最大的包 装机械出口国 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国 意大利的包装机械多用于 食品工业 具有性能优良 外观考究 价格便宜的特点 出口比例占 80 左右 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 1 2 3 我国包装机械业概况与展望 目前我国包装机械企业规模偏小 技术装备不很完善 管理水平比较低 自我发展和技术设计开发能力较弱 产品品种单一 产品的技术含量 附加值 较低 新产品开发周期长 不能及时响应市场的需求 及时提供市场 用户所 粉粒类物料包装机改进设计 4 急需的产品 企业主要精力都花费在量的扩张上 对质的提升 科技进步的投 入严重不足 产品在低水平上重复 许多企业生产相同的产品 从而使许多产 品销不出去 低价竞争已威胁到企业生存的地步 另外 产品安全防护措施较 差 安全意识不强 这些都造成国内产品与国外市场竞争能力偏低 目前我国包装机械产品普遍存在质量不稳定 性能单一 成本高 技术含 量低的状况 随着我国进入世贸组织 WTO 国际先进的技术 设备和管理经 验的进入势必会对我国刚刚发展起来的包装机械工业造成巨大冲击 企业面临 着前所未有的严峻考验 但是 我国人口众多 民以食为天 包装与食品机械产品市场广阔 潜力 巨大 包装与食品机械工业在我国的迅速崛起已引起社会的的广泛关注 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 包装机械产品量面广 我们的行业仍欣欣向荣 堪称 朝阳工业 1 3 本人设计任务 本次设计的目的 在保证计量充填的速度同时 提高包装精度 本次设计主要针对粉粒类物料 由于它们具有密度不稳定 颗粒易破碎等 性质 这就决定我们在选用机构时受到限制 在提高包装速度的前提下 保证 计量的精度 目前 称重计量包装精度高 但其速度低 量杯式计量精度低但 其速度高 因此要根据实际情况进行选择 设计要求 包装 50 200 克 袋产品 包装速度不小于 100 袋 分钟 计量 精度 5 完成计量装置 薄膜供送装置 袋成形装置及产品质量检测反馈系 统等几个方面的设计 2 总体结构设计 自动制袋装填包装机的类型有多种多样 按总体布局分为立式和卧式两类 按制袋的运动形式来分 有连续式和间歇式两大类 间歇式包装机包装速度慢 结构尺寸大 而连续性具有包装速度快 结构紧凑 所以在这里选择连续型包 装机进行设计 粉粒类物料包装机改进设计 5 2 1 自动制袋装填包装工艺流程 图 2 1 制袋型粉粒类物料包装机生产工艺流程图 2 2 立式连续制袋装填包装机总体结构计 2 2 1 包装卷膜的供送装置 袋成形装置 物料供给装置 2 2 1 1 包装卷膜的供送装置 在自动制袋装填包装机中采用的卷筒式包装卷膜 在进行自动包装的过程 中 首先要由卷筒形式舒展成带 再按要求进行成形及充填包装 这一运行过 程中 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 退卷装置采用卡爪定位式退卷装置 导引装置为一系列导辊组 牵引装置采用纵封辊兼备牵引滚轮的作用 具体设 计将在以下章节中重点阐述 2 2 1 2 袋成形装置 常用的制袋成形器主要有以下几种 翻领成形器 三角板成形器 象鼻成 形器 U 型板成形器以及缺口导板成形器等 本次设计采用象鼻形成型器比较 合适 详细内容将在以下章节中介绍 2 2 1 3 物料供给装置 定容法计量根据物料性质不同也有多种形式 可分为容杯式计量 转鼓式 计量 柱塞式计量 螺杆式计量等 本次设计采用螺杆式计量 详细内容将在 以下章节中介绍 2 2 2 有色标包装材料带在供送过程中的补偿调节 粉粒类物料包装机改进设计 6 食品包装中所采用的包装材料一般都印有商标图案 每个商标图案作为独 立的单位按一定长度等距分布 在完成产品的包装过程中 必须保证横封切断 的位置准确 使包装袋上的商标图案完整无缺 不会错位 包装薄膜带每个商标图案之间都印有一个条形标记 一般是宽约 5mm 的矩 形 称作 色标 其颜色要求与图案底色反差明显 管电检测装置正是通过识 别光标而发出信号 使控制装置执行对包装材料带输送速度的调节 也即设计 一个光电微调系统 1 具体设计是 通过光电继电器及凸轮同步开关控制伺服电机 经减速及差 动轮系 使纵封牵引滚轮实现随机的增速或减速 从而调整包装膜在输送过程 中色标滞后或超前的现象 光电微调系统原理图如下 在本机器上使用独立商标包装材料进行工作时 按成品袋要求 横封封口 的位置正好处于两个商标的中央 但是 在工作中由于纵封辊送进的拉伸 加 热温度的影响 包装纸在送进过程中的阻尼 包装材料在加工过程中复卷时的 拉力 包装纸的存放时间和时间等因素的影响 包装纸在使用过程中 不能保 证横封封合位置都处于两个商标的中间 为了补救位置的偏差 必须对纵封辊 进行速度的修正 以达到此目的 可采用行星差动轮系 2 牵引滚轮由差动机构带动着忽快忽慢的回转 当薄膜上的光标滞后于封切 图 2 2 光电微调系统原理图 粉粒类物料包装机改进设计 7 时刻到达光电传感器时 差动机构输出一个正补偿的转速 因而牵引滚轮的实 际转速比正常值稍大 当薄膜上的光标超前于封切时刻到达光电传感器时 差 动机构输出一个负补偿的转速 从而导致牵引滚轮的实际转速比正常值稍小 因此 牵引滚轮按光电信号时刻纠正包装材料袋的输送速度 保证其正确定位 输送 控制系统采用微电脑编程控制 光电检测电控原理 包装机在运行中 包装材料带连续输送 带上光标不断通过光电传感器 并由光电检测装置发出脉冲信号 经电子装置控制光电继电器动作 实现调控 为了识别信号是超前还是滞后 还需要采用一个同步信号装置配合光电检测装 置工作 因为光电信号只能提供两种状态 通或断 然而 补偿调节需要有三 种状态 正常状态 正补偿状态 负补偿状态 对应于伺服电机的运动状态就 是停转 正转 反转 为此设计一个凸轮同步信号装置 图 2 3 凸轮同步开关装置 2 2 3 传动系统的设计 电机的选择 型号 Y100L1 4 功率 kw h 3 满载时 电流 A 6 8 转速 r min 1420 效率 82 5 额定转矩 22 最大转矩 2 2 粉粒类物料包装机改进设计 8 传动系统原理图 如图 2 4 图 2 4 连续式自动制袋装填包装机传动系统 它的动力来自电机带动的减速器 动力由减速器输出后 通过链传动带动 主轴 运转 再通过主轴分配 形成三路传动 分别驱动定料供料器 纵封滚 轮 横封辊 3 2 2 4 纵封装置 在连续式自动制袋装填包装机中 由于薄膜连续供送 因此其纵封是连续 进行的 为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封切器来实现连续纵封 如图 2 5 在此 热融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 牵引滚轮同时也 是纵封滚轮 4 粉粒类物料包装机改进设计 9 图 2 5 纵封装置 1 圆螺母 2 调节套筒 3 弹簧 4 调节螺杆 5 压紧块 6 压紧螺母 7 固定螺母 8 滑槽 9 螺钉 10 发热 管 11 绝缘快 12 轴承 13 轴承 14 套筒 15 销轴 16 齿轮轴 17 封板 18 纵封轴 在纵封滚轮的封合圆柱面上都加工有均匀细密的网纹 以增加封口的牢固 度 使热封封美观而且质量保证 由于纵封滚长时间处于加热状态 并作连续 相对滚压运转 因此需要有较好的综合力学性能 采用合金结构钢加工 40Cr 即可满足其要求 2 2 5 横封装置 粉粒类物料包装机改进设计 10 图 2 6 横封装置 1 主动齿轮 2 横封器 3 电热管 4 压缩弹簧 5 机架 6 调节套筒 7 锁紧螺母 8 支杆 9 滑环 10 碳刷 本机采用连续式横封器 如图 2 6 此横封器为立式连续式袋装机上进行横 封热合的典型回转辊形横封器结构 每一只横封器上有对称分布的两只热封件 如图 A A 截面 热封件由电热丝加热并自动进行恒温控制 热封所需压力 通过调节套筒 6 及压缩弹簧 4 对包装料袋施加热封压力 通过锁紧螺母 7 支 杆 8 可调节两个横封器间的间隙 横封件的工作表面大都具有花纹 以加强包装袋的密封强度并增加美观 2 2 6 切断装置 图 2 7 切断装置 粉粒类物料包装机改进设计 11 本次设计采用滚刀式切断装置 4 如图 2 7 所示 由动刀与固定刀组合而成 动刀顺料袋前进方向作等速回转 每袋一周 动刀与定刀间有微隙 保证无袋 时不会打坏刀尖 有袋进顺利分切 2 2 7 可调式偏心链轮 当纵封辊的转速改变 而横封辊的转速不变时 由于横封时瞬时线速度与 料袋膜的线速度不一致 而使料袋膜起皱或拉伸过度 甚至折断 为了解决这 个问题 我们在横封辊的传动链中采用了可调式偏心链轮机构 5 用于调整横 封时瞬时线速度与料袋膜的线速度相一致 如图 2 8 所示为可调式偏心链轮的 结构简图 图 2 8 可调式偏心链轮示意图 2 2 8 横封和纵封协调动作控制流程 在连续式自动制袋装填包装机中 横封运动速度的控制在整个包装过程中 是最复杂和重要的 6 它要求在一个周期中做变速运动 既要保证封切位置准 确 又要保证在封切点纵封和横封线速一致 同时 要保证每一个横封周期刚 好送入一个袋长 传统的控制方式是非常复杂的 因此本机采用微电脑编程控 制系统控制步进电机来完成这一工作 可达到圆满的效果 横封和纵封协调动 作控制流程如图 2 9 所示 粉粒类物料包装机改进设计 12 图 2 9 横封和纵封协调动作控制流程 3 定量供料装置 自动制袋装填包装机广泛应用于粉状 颗粒状等散装物料的包装中 部分用于流体 针对不同的物料 计量方式有多种 概括起来说 物料计量有容积定量法和称重定量法两 大类 其中 因为定容法比称重法结构简单 定量速度快 因此 在此类机型中应用比较 广泛 定容法计量根据物料性质不同也有多种形式 可分为容杯式计量 转鼓式计量 柱 塞式计量 螺杆式计量等 下面将详细介绍 3 1 自定量装置选择方案的比较 3 1 1 容杯式定量装置 粉粒类物料包装机改进设计 13 图 3 1 可调量杯供料结构示意图 1 上转盘 2 上容杯 3 下容杯 4 下转盘 5 活门 6 调节机构 如图 3 1 所示 在转盘 1 上装有四个圆筒状容杯 用活门 5 封底口 工作 时 料由料斗落入容料室 转盘在转动时由刮板将料拨入容杯并刮去溢出部分 装满料的容杯 随着转盘转到卸料工位时 顶杆拨开活门底盖 粉粒料倒落 完成供料过程 当需要调节定量时 可换装容杯 或者在原容杯中套容杯 当需要调节定 量时 通过调节机构 6 使下转盘上下移动靠近或者离开转盘 使上下容杯重叠 部分变化 从而改变其定量容积 活门 5 采用张开式打开 容杯中的物料通过 料斗落入容器中 7 3 1 2 转鼓式定量装置 粉粒类物料包装机改进设计 14 图 3 2 转鼓式定量装置工作示意图 1 鼓体 2 转鼓 3 调节螺钉 4 调节片 转鼓式供料机构由鼓体和转鼓两部分组成 如图 3 2 所示 鼓体上有装料 斗和落料斗 转鼓上开有容料槽 可在鼓体中转动 当容料槽口对住装料斗时 料斗中的物料填充进容料槽 鼓继续转动 鼓体内壁刮去多余料 当鼓转动使 容料槽口对住落料斗时 物料倒落入容器 完成供料过程 通常调节螺钉 3 可 改变容料槽的体积 槽底不能有尖角 加工精度要求较高 转鼓外缘与转鼓外 壳之间的间隙要根据物料的粒度 易碎性等因素选定 适用性较差 3 1 3 螺杆定量装置 如图 3 3 螺杆 3 设置在料斗 2 的导管中 由离合器 1 实现其与驱动装置的 结合与脱开 当螺杆转动时 物料充填进入定截面螺旋槽中 随螺杆的转动 物料不断填充输送 最后由出料口落入容器中 只要控制螺杆的转数 即可完 成定量供料 螺杆 3 和搅拌器 4 可结块物料破开 粉粒类物料包装机改进设计 15 图 3 3 螺杆式供料机构示意图 1 离合器 2 料斗 3 螺杆 4 搅拌器 5 电动机 螺杆螺旋槽的每个螺矩之间具有一定的理论体积 只要精确控制螺旋转数 即可得到准确的定量 但是 对于粒度或者小块状物料易于产生磨碎现象 螺 杆螺旋必须精确加工 使每一个螺矩内螺旋槽的理论容积都准确一致 螺杆外径 与导管之间的间隙应选择适当 制造难度大成本较高 比较适用于结块物料或 者粉状物料的包装 8 3 1 4 柱塞式定容定量装置 图 3 4 柱塞式供料机构示意图 1 料斗 2 活门 3 出料斗 4 柱塞 5 缸体 6 连杆 7 进料活门 这种供料机构的主体是由缸体和柱塞组成 如图 3 4 所示 当柱塞 4 向左 移动时 吸动活门 2 闭合 料斗 1 中的物料填充缸内 当柱塞四向右移动时 粉粒类物料包装机改进设计 16 推动物料 打开活门使物料由出料斗 3 落入容器中 柱塞式适宜于流动性较差 的物料 结构比较简单 但是定量精度低 3 2 方案确定 考虑到本机主要适用于散体物料包装 其密度相对来说比较稳定 因此采 用容积定量法 9 根据实际加工要求的不同 该设计采用螺杆定量供料器 采 用负荷传感器 测量后根据包装要求由步进电机带动螺杆就可以解决采用容积 法包装精度低的问题 这样就把包装速度和精度统一了起来 图 3 5 螺杆式容积计量装置方案简图 1 支架 2 料门 3 螺杆 4 步进电机 5 料斗 螺杆式供料机构如图 3 5 所示 料斗布置在支架中心位置 当螺杆转动时 物料填充进入定截面螺旋槽中 随螺杆的转动 物料不断填充 输送 最后由 出料口落入容器中 只要控制螺杆的转数 即可完成定量供料 粉粒类物料包装机改进设计 17 图 3 6 螺杆部分剖面图 为保证供料的准确度和稳定性 螺杆必须经过精加工 螺杆外径与导管内 径间配合间隙要适当 在导管内的螺距数应大于 5 个 螺旋槽一般采用单头矩 形截面 螺杆式供料机构适宜于易结块的粉料的供料 螺杆式供料机构生产能力按下式计算 10 Q G n 3 1 0 n G V 3 2 0 n V s t L 3 3 L cos 3 4 1 D 式中 G 螺杆一次供料量 kg n 螺杆转速 r min V 每圈螺旋槽的容积 物料视密度 kg 3 cm 3 cm 供料一次螺杆的转数 s 槽宽 cm 0 n t 槽深 cm L 圈螺旋周长 cm 1 D 螺旋中径 cm 对应中径螺旋升角 3 3 卷筒薄膜尺寸和包装袋尺寸计算 根据本包装机的设计要求 包装速度为 100 包 分钟 故采用螺杆计量装置 共可初步设计包装袋尺寸为 长 宽 90mm 60mm 如图 3 7 所示 并印有一 粉粒类物料包装机改进设计 18 排色标 色标图案为 5mm 的正方形 卷筒薄膜尺寸如图 3 8 所示 图 3 7 卷筒薄膜尺寸图 图 3 8 包装袋尺寸图 4 制袋成形器及包装卷膜的供送装置 4 1 制袋成形器的设计 在自动制袋包装机中 卷筒薄膜由舒展平坦输送到卷折成各种袋型的过程 中 制袋成形器起着一个重要的作用 它对包装的形式 尺寸及其质量都有直 接的影响 因此正确的设计和选择成形器非常重要的 常用的制袋成形器主要有以下几种 翻领成形器 三角板成形器 象鼻成 形器 U 型板成形器以及缺口导板成形器等 11 正确设计和制造成形器的关键 点为 1 尽量减少薄膜通过成形器所受的阻力 使薄膜不产生纵向或者横向的 拉伸变形以及褶皱等 粉粒类物料包装机改进设计 19 2 确保薄膜自然贴合 无拉伸 无腾空地通过成形器 自然卷合 正确 成形 3 结构简单可靠 制造方便 易于调试 4 1 1 三角形成型器 由锐角三角形板与 U 形立杆联接在可调基板上组成 结构最简单 薄膜变 化较平缓 成型阻力较小 不易产生变形 能使用单膜 复合膜制袋 能用于 各种袋包装 图 4 1 三角形成型器 4 1 2 U 形成型器 成型器设计制造 使用较容易 有一定通用性 由带有导板的 U 形折叠板 与加接 U 形导槽组成 薄膜在卷曲成型时受力比三角形成型器好 能用于各种 袋包装 成型器结构较复 图 4 2 U 形成型器 4 1 3 象鼻式成型器 粉粒类物料包装机改进设计 20 平张薄膜拉过成型器时变化较平缓 成型阻力较小 不易产生变形 能使 用单膜 复合膜制袋 成型器设计制造 使用较容易 但薄膜易拉偏 图 4 3 象鼻形成器 4 1 4 翻领式成型器 平张薄膜拉过即成圆筒状 成型阻力大 易产生变形 皱折 撕裂 多使 用复合膜制袋 常用于立式枕形袋包装 成型器设计制造及调试都较复杂 规 格上无通用性 图 4 4 翻领成型器 4 1 5 直角缺口导板式成型器 由缺口导板 导辊及纵封辊组成 将平张薄膜对开后又能自动对折封口成 袋型 薄膜成型时变形较大 多使用复合膜制袋 常用于立式连续包装机 粉粒类物料包装机改进设计 21 图 4 5 直角缺口导板成型器 4 1 6 成型器的选择 根据设计要求 散体物料的制袋包装机可设计为立式包装机 因其供料方 便可以靠物料的自重装填适合散体物料的包装 常用在立式制袋包装机上的成 型器有翻领成型器 象鼻成型器 U 型成型器其中象鼻成型器常用与平张单膜 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 制造较容易因此选择封装材料为纸塑复合材料 三面封口 选用象鼻成 型器 4 2 包装卷膜的供送装置 在自动制袋装填包装机中采用的卷筒式包装卷膜 在进行自动包装的过 程中 首先要由卷筒形式舒展成带 再按要求进行成形及充填包装 这一运行 过程中 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 供送装置设计的合理性直接影响着包装的质量 甚至影响到包装机的正常 运转 薄膜在供送过程中必须要保持平稳无跳动 正确到位而不会影响 否则 包装机无法实现包装动作 12 4 2 1 牵引装置 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 钳拉式和滚轮式两种 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碾送牵 粉粒类物料包装机改进设计 22 引 实现连续供送 其结构较钳拉式简单 在连续式包装机中应用比较广泛 在连续式自动制袋包装机中 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 本次设计采用纵封滚轮作为牵引滚轮 使得结构简单 4 2 2 退卷装置 退卷装置即包装材料卷的支撑装置 用于安装包装材料卷在支撑装置上灵 活转动 并在牵引滚轮的作用下 以给定的速度连续回转 松展成袋 退卷装 置的结构形式有多种 本次设计采用卡爪定位式退卷装置 13 图 4 6 卡爪定位式退卷装置 1 定位块 2 支撑座 3 槽轮 4 弹簧 5 卷膜 6 心轴 7 锥套 8 卡爪 9 轴承 10 套筒 11 滑套 12 紧定旋钮 卡爪定位式退卷装置的特点是使用活动卡爪固定包装材料卷 使装卸卷动 作轻易简便 如图 4 6 所示 心轴 6 固定在支撑座 2 上 锥套 7 外的套筒 10 开 有缺口 使活动卡爪 8 可以插入并突出套筒表面 当旋紧紧定按钮 12 时 可使 滑套 11 向右运动并推动锥套 7 轴向移动 其锥面因此迫使活动卡爪 8 做径向外 移运动 即径向膨大 从而卡持紧固包装材料卷 当放松紧定旋钮时 在弹簧 4 的作用力下 推动滑套 并带动锥套向左移动 使卡爪径向内移复位 从而 松懈材料卷 装置中的定位块 1 的作用是使套筒 10 轴向定位 粉粒类物料包装机改进设计 23 5 2 3 容让装置 在包装材料带输送的过程中 由于各方面的原因 会导致输送速度的瞬时 变化 而且变化会很频繁 特别是对于有色标材料带的供送 由于需要补偿调 节 使牵引速度忽快忽慢 从而造成对包装材料带牵引出现时紧时松的现象 这种瞬时变化会引起转动部件的惯性作用 因而影响包装材料的正常供送 当牵引速度瞬时增大时 包装材料卷将加速回转 但是由于材料卷本身及 支撑装置转动部件的惯性作用 使薄膜带的张力增大 以至拉伸变形 当牵引 速度由快变慢时 转动部件的惯性又会引起材料卷的过度松展 使薄膜带成松 弛状态 因此会导致薄膜带输送出现抖动和跑偏现象 为消除惯性对包装材料 带的供送的影响 可以在输送过程中设置容让装置 或者对卷筒包装材料设置 制动装置 如图 4 7 所示 容让辊可以上下浮动或者摆动 14 当薄膜的输送线速度加 快时 薄膜带的拉力增大 容让辊被薄膜带上提 从而避免因惯性而导致薄膜 拉长 当输送线速度减慢时 薄膜带过度松弛以至打折的可能性会增大 但是 由于容让辊靠自重下移 给薄膜适度张紧 从而抵消了薄膜的松弛 图 4 7 容让装置示意图 1 卷膜 2 导辊 3 容让辊 4 成形器 粉粒类物料包装机改进设计 24 5 主要传动件的参数确定及其强度校核 5 1 选择电动机 已知条件 负载转矩 100N m 齿轮效率 97 V 带传动效率 96 转承效 率 99 链传动效率 96 蜗杆效率 80 电动机转矩mNmNT 76 139 96 0 99 0 97 0 100 276 0 电动机转速选 2800r min 电动机功率W nT P50 9550 280076 139 9550 00 0 根据所算功率和转速查电机手册选用单相异步电动机 JY7134 参数如下表 额定功率额定电压转速效率 370W220V2800r min0 65 5 2 轴上两齿轮的设计计算 5 2 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 1 选用圆柱齿轮传动 15 2 包装机传动功率较大 大齿轮选 45 钢 调质 硬度为 240HBS 小齿 轮材料为 40CR 调质 硬度为 280HBS 两者材料硬度差为 40HBS 3 选取精度等级 因齿形变形不大 不需磨削 选用 7 级精度 4 小齿轮齿数选为 Z1 20 大齿轮齿数 Z2 uz1 2 20 40 5 2 2 按齿面接触强度设计计算 由设计公式进行试算 即 3 2 1 1 1 32 2 H E d t t Z U UTK d 5 1 1 确定公式内各计算数值 1 试选载荷系数 KT 1 3 2 计算小齿轮传递的转矩 粉粒类物料包装机改进设计 25 T1 95 5 105P1 n1 95 5 105 2 37 120 1 886 105N mm 3 选取齿宽系数 d 1 0 4 查得材料的弹性影响系数 ZE 189 8MPa1 2 5 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 HLim1 600MPa 大齿轮接触疲劳强度极限 HLim2 550MPa 6 计算应力循环次数 N1 60n1jLh 60 140 1 2 8 300 10 3 456 108 N2 3 456 108 2 1 728 108 7 查得接触疲劳寿命系数 KHn1 1 05 KHn2 1 09 8 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 得 11 1 1 05 600630 HNHLim h K MPa S 22 2 1 09 550600 HNHLim H K MPa S 2 计算 1 试算小齿轮分度圆直径 d1t 代入 H 中较小的值 2 2 5 1 33 1 11 3 1 886 103189 8 2 322 3232 93 0 92600 tE t dH K TZU d U 2 计算圆周速度 v 11 32 93 120 0 243 60 100060 1000 t d n m s 3 计算齿宽 b mmdd td 6 2993 329 0 1 4 计算齿宽与齿高之比 b h 模数 1 1 32 93 1 647 20 t t d mmm Z 齿高 22 55 1 6474 199 at hhcmmm 049 7 199 4 6 29 h b 5 计算载荷系数 根据 v 0 243m s 7 级精度 查得动载系数 k1 05 粉粒类物料包装机改进设计 26 直齿轮 假设 由表 10 3 查得 A K 100 t F N mm b H KK1 2 F 查得使用系数 K1 A 查得 7 级精度 小齿轮相对支撑成非对称布置时 223 1 120 18 1 0 6 0 90 90 23 103 471 345 H K 由 查得049 7 h b 1 345 H K 1 29 F K 故载荷系数 1 1 05 1 2 1 3451 695 AHH KK KvKK 6 按实际的动载荷系数校正所得的分度圆直径 得 79 37 3 1 695 1 93 32 3 3 11 t t K K dd 7 计算模数 89 1 20 79 37 1 1 z d m t 3 按齿根弯曲强度设计 齿根弯曲强度设计公式为 16 5 2 FS1 3 2 d1F Y Y2KT m Z 1 确定公式内各计算数值 1 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 E1 500MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 E2 380MPa 2 查得弯曲疲劳寿命系数 FN1FN2 K0 85K0 88 3 计算弯曲疲劳极限许用应力 去弯曲疲劳强度系数 s 1 4 得 F 1FE1 F 1 0 85 500 303 57 1 4 N K MPa S F2FE2 F 2 0 88 380 238 86 1 4 N K MPa S 4 计算载荷系数 k 粉粒类物料包装机改进设计 27 AV K K K K K1 1 05 1 2 1 291 625 5 查取齿形系数 查得 F 1F2 Y2 80 Y 2 40 6 查取应力校正系数 可得 S 1S2 Y1 55 Y1 67 S 1S2 Y1 55 Y1 67 7 计算大小齿轮的 并加以比较 FS F Y Y F 1S 1 F 1 YY2 80 1 55 0 01430 303 57 F2S2 F 2 YY2 40 1 67 0 01678 238 86 大齿轮的数值大 几何尺寸计算 1 计算分度圆直径 60302 11 mzd 90452 22 mzd 2 计算中心距 mm dd a75 2 21 3 计算齿宽 54609 0 1 gdb d 取 mmB54 2 mmB60 1 5 3 纵封部件受力估算 纵封为一对辊轴在压力弹簧预紧力的作用下对滚 横封在工作时相当于钢 和包装袋之间的摩擦 包装袋材料为纸塑复合材料 查 实用机械设计手册 低密度聚乙烯和钢之间的静滑动摩擦系数 f 0 27 17 设弹簧的预紧力为 200N 则对纵封辊所产生的摩擦力为 F 200 0 27 54N 纵封辊直径 d 56mm 由公式 粉粒类物料包装机改进设计 28 T Fd 2 5 3 得 T1 54N 28mm 1512N mm 因两个纵封辊受力相同所以 T2 T1 1512 N mm 滚动轴承的效率为 0 99 电机效率 0 98 一级齿轮传动效率为 0 98 则电机 轴的转矩跟 据公式 得电机转矩 T T1 0 99 T2 0 99 0 98 0 98 3148 7 N mm 功率 P Tn 9550 5 4 P 0 02KW 5 3 1 纵封齿轮的校核 齿轮材料为 45 钢 调质 硬度为 240HBS 齿轮传动传动比为 2 选取齿轮模数 m 2 则齿轮齿数为 22 可根据齿根接 触强度进行校核 由弯曲强度设计计算公式 M 3 F 2 d SF z Y2KTY 5 5 1 确定公式内各计算数值 1 由图 10 20c 查出小齿轮的弯曲疲劳强度极限 齿轮的弯曲疲劳强度极限 Fz 380MPa 2 由图 10 18 查得出弯曲疲劳寿命系数 KFN 0 88 3 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由式 10 12 12 得 F 2 S K FZFN 1 4 3800 88 238 86MPa 粉粒类物料包装机改进设计 29 4 计算载荷系数 K KAKF KF KV 1 1 1 05 1 2 1 35 1 7 由表 10 2 查得使用系数 K A 1 由图 10 8 查得 KV 1 1 KF 由表 10 5 用差值法法求得 5 查取齿形系数 由表 10 5 12 查得 YF 2 226 6 查取应力校正系数 由表 10 5 12 查得 YS 1 764 计算大小齿轮的 YY F SF 并加以比较 YY F SF 86 238 764 1 226 2 0 01644 2 设计计算 m 3 F 2 d SF z YY2KT 3 2 4 281 01644 0 102 521 72 1 2mm 对比计算结果 设定的模数大于由齿根