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食品
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食品包装机转台设计含CAD图,食品,装机,转台,设计,CAD
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摘 要本文所研究的是一种用于食品包装机械。随着社会的进步，人民的生活水平得提高，人民的工作环境的改善，输送装置的使用越来越广泛，同时其自动化程度越来越高。输送机是在一定的路线上进行物料传输的机械，是提高生产力，减轻工人劳动强度不可或缺的机械设备，输送机被广泛用在采矿，食品，冶金等行业。包装机工作转台，按照一定的顺序提供原料，让执行机构有效的工作，实现这一间歇动作，包装完一个，开始传递下一个，这样能包装包装有序的进行。本系统在设计过程中充分考虑到了零件的可替换性，在选择电机，以及传动方案，设计驱动装置，齿轮设计，都采用了最常用的一些型号，并且进行了：优化整机的结构参数、确定输送带尺寸参数，计算传动系统，同时对链轮轴、进行了强度分析、进行强度，对滚筒轴承和链轮进行了使用寿命校核，使之满足要求。根据尺寸参数用CAD二维工程图。本文是对此次设计的一个记录，在本系统中，每小时可以对700左右个包装箱进行包装，从而提高了生产效率，降低了生产成本。关键词：工作转台；生产线；间歇运动；包装箱AbstractResearch in this paper is used in food packaging machinery，Along with social progress、The standards of peoples living and the Improvement of peoples work environment, The use of conveyor is more and more extensive, at the same time its degree of automation is increasing. Conveyor which is mechanical which transmits n material in a certain line is the intensity of essential machinery and equitment，to increase productivity and reduce the labor. conveyors are widely used in mining, food, metallurgical and other industries.The design of the vertical and horizontal conveyor of packing machine d is a roller conveyors, which not only conveyor to the packing box full of food bags from the packaging machine to the end of a device。 but also can push the packing box out of the production line 。The vertical and horizontal conveyor of packing machine can be horizontal and vertical transmission：in the vertical， the transportation device is powered；in the horizontal，the power devices are situated， when the bad packing box which is not full of food is detected，the power device will work together to launch the bad packing box out of the production line。In order to reach this effect, its power plant must be corresponding fast。 so in the horizontal transmission road power plant it is necessary to add the electromagnetic clutch。In general, the electromagnetic clutch does not work, when there are unqualified box, the central controller give issue commands, then the electromagnetic clutch work. In the front-end the conveyor are equipped with infrared sensors to detect the compliance box.The system design fully take into account that the part can be replaced, In the choice of gear, design-driven devices, timing belt pulleys, it have adopted some of the most common type, and I optimization the parameters of machine structural ，determine the size parameters of the conveyor belt and calculate transmission， While I make the strength analysis of the Side roller and roller and check the life of roller bearings and sprockets ,in order to meet requirements., I model the part and make its two-dimensional drawings with SolidWorks2007.This article is a record of the design .every hour ，this machine can detecte 700 or so boxes，thereby increasing productivity, lowering production costs.Key words: transportation equipment production line infrared sensor 目录摘 要- 1 -Abstract- 2 -第1章 绪论- 3 -1.1问题的提出- 3 -1.2国内外研究现状- 3 -1.3本文所研究的主要内容和目标- 4 -第二章 转位工作台槽轮机构设计- 5 -21整体传动方案的设计- 5 -2.1 槽轮机构运动特性分析- 5 -2.2 动静比的计算- 7 -2.3 槽轮机构的动力学计算- 9 -第三章 传动方案设计- 15 -3.1辊子输送机电机选定及传动比分配- 15 -3.2齿轮传动设计- 16 -第四章 轴类零件设计- 21 -4.1驱动主轴轴设计- 21 -4.2驱动轴的强度计算- 23 -4.3驱动轴的刚度计算- 29 -4.4轴承和键的校核- 31 -结 论- 33 -致 谢- 34 -参考文献- 35 - 36 - 第1章 绪论1.1问题的提出随着我国综合国力的提高，人民生活素质的提高，在我国，一个行业包装机械也迅速成长。早在上个世纪，包装机就已经在我国出现，尤其是进入改革开放后，由于国民经济迅速发展，对外贸易不断扩大，人民生活水平明显提高，对产品的包装要求越来越高，更促使了包装机械工业的成长。进入了21世纪，为了早日实现小康社会，包装机进入了全面革新换代。其更新换代的主要是：各种现代化高精传感器，PLC等先进的计算机技术在包装机中的应用，进一步提高包装机械装备和生产线的可靠性、安全性、无人作业性等自动化水平。智能化将进入整个包装机械装备和生产线领域。正是在这种背景下，我的开始了我的毕业设计：在包装机械生产线中，当装满食品的包装箱从装机出来后，设计一个传送装置，在传送过程中能对包装箱实行自动检测并能将不合格的推出生产线。1.2国内外研究现状 目前，能解决上述问题的方法有很多种，比如：用自动分拣技术，能自动将不合格的产品筛选出来；在传送路线中，添加一个可以旋转的托盘，当传感系统检查到有不合格的产品，控制单元发出一个信号让托盘旋转，从而改变产品的传动路线；由于滚柱传送装置能实现分流，滚柱传送装置与其他装置的组合也能实现这一要求等等。鉴于实际本设计的实际情况：传送物件为大箱体，传送的精度要求不高，才用了滚柱传输机与链板传输机的组合。随着科学技术的不断发展，各种食品、水产加工品的出现，对食品包装技术和设备都提出了新的要求。目前，食品包装机械竞争日趋激烈，未来的食品包装机械将配合产业自动化，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的食品包装设备。品传送：在水平或轻微斜向上的输送，对轻的物品可用人力推移，当重的物品可用机械或气力推杆推移；在微向下的方向上输送，可借助于自身的重力在该方向上的分力来实现滑移。有驱动的传输机，滚筒一般是由原动机通过中间合适的传动系来驱动，当然也可以原动机直接驱动。物品靠滚筒给它的摩擦力来实现移动。从滚柱输送机的滚柱的形状和布置形式可以有多种。滚柱一般采用圆柱形式结构。在适宜的被运输物品的支撑表面许可的条件下，有时也有采用圆盘形和双圆锥形结构。圆盘形滚柱的优点是自重小，便于构成岔道，曲线区段。按照输送方向及生产工艺要求，输送机可以布置成各种线路，如直线的，转弯的，水平的，倾斜的和具有各种过渡装置的交叉线路等。发达国家包装机械的发展趋势：a.工艺流程自动化程度越来越高，自动化技术在包装生产线中已占50%以上，大量使用了电脑设计和机电一体化控制，增加机械手以完成复杂的包装动作。每个机械手均由单独的电脑控制，摄像机监控包装动作并将信息反馈到电脑以调整动作幅度，保证包装的高质量。同时对包装材质及厚度有自动识别功能，再由电脑计算后控制机械动作，完全是“自适应”系统，保证系统在最优状态下工作；b.适应产品变化，设计具有好的柔性和灵活性;为了适应竞争需要，产品更新换代的周期越来越短。包装机械的使用寿命远大于产品的寿命周期，所以某些包装机械要适应产品的变化，只能以柔性和灵活性来适应，包括量的灵活、构造的灵活和供货的灵活。构造可以采用单元模块化，供货灵活是指一机可实现多种包装组合，实现多个进料口及不同形式包;c. 成套供应能力强，仅一个供货商就可以完成从工程设计、安装、调试到最后交用户验收的工序。我国自动包装机地发展新趋势：(1)生产效率化(1)生产效率化机电一体化是提高包装机械自动化程度及运行可靠性和稳定性的重要保证。未来包装机械产业将配合产业自动化趋势，技术发展将朝着四个方向发展:a.是机械功能多元化。工商业产品已趋向精致化及多元化，在大环境变化形势，多元化、弹性化且具有多种切换功能的包装机种方能适应市场需求。二是结构设计标准化、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。三是控制智能化。四是结构高精度化；b.资源的高利用化资源的高利用化有三重含义：提高资源的综合利用率；提高有效成分的提取率；减少其营养成分的损失；c.产品节能化节能的新技术、新产品已成为当今国内外包装工业的发展重点，在包装机械中，广泛采用节能技术对降低生产和提高经济效益具有重要作用；d.高技术实用化在包装机械中采用微机技术、真空技术、无菌包装、膜分离技术、超高压等新技术，可提高产品品质；e.大力加强科研、开发能力1.3本文所研究的主要内容和目标本文包装机转位工作台实际工作情况为：当包装好的食品通过过平带传到托盘，托盘旋转一个工作位，将食品袋传动下一个工作位置，其初始速度为0.5m/s，每小时传递700个，食品袋单重为0.3KG。第二章 转位工作台槽轮机构设计转位工作台的运动为间歇性，能实现间隙运动方式有很多：1.通过程序控制，设置一定的检测原件，以及控制原件，等就能实现其间隙运动，这种是通过软件来实现，通常其成本比较高，因为涉及到软件开发；2.通过机械传动的方式实现，一些间隙机构，比如槽轮机构，棘轮机构，凸轮机构，曲轴滑块机构都能实现间隙运动。通过考虑到成本，以及包装机转位工作台要求精度不是特别高，本文采用6工位槽轮机构来实现这一间隙运动。21整体传动方案的设计2.1 槽轮机构运动特性分析从结构原理上分析，槽轮机构实际上是曲柄滑块机构的一种变型。在槽轮机构运动过程的任一瞬时，如图2-1所示，槽轮的转角和曲柄的转角之间的几何关系为图2-1 槽轮机构运动特性计算图其中令，把它代入上式，得（2-1）将上式对时间逐次求导，即得槽轮运动的角速度和角加速度为。（2-2） (2-3)式中为曲柄转角若满足槽轮机构运动平稳无冲击的要求，则拨销在进入退出槽轮的速度和加速度为最小值。于是，由式（2-2），得 式中为拨销进入槽轮时的角速度，为相应于时的曲柄转角。即（2-4） 所以当曲柄拨销在垂直角进入时可以避免第一冲击，此时槽轮的角加速度由式（2-3）可得，式中为拨销进入槽轮时的角加速度， 将代入上式可得可见，曲柄销进入槽轮时存在角速度产生的第二冲击。由图2-1知，槽轮机构角速度变化曲线是对称于位置的，在时达最大值。这对其他槽数的槽轮机构也都成立。只要用带入式（2-2），即可求得槽轮的最大角速度为（2-5）槽轮角速度最大值并不发生在位置。对它求一次倒数并令它等于零得（2-6）角速度分析，=0.5 = 0 10 20 30 40 5060708090 10.9150.710.4770.2750.1180-0.087-0.015-0.2角加速度分析= 01020304050607080900-0.929-1.335-1.272-1.029-0.8-0.577-0.428-0.319-0.2462.2 动静比的计算 由于转台为6工位，因此槽轮有6个均匀分布的径向槽，槽轮每一次转动过程的转角为主动件相应的转角为。由此得槽轮的转角（2-7）曲柄的转角（即转臂或拨销盘的转角）（2-8）槽数为6，代入公式，得将值代入下式 设槽轮在一个循环周期中的运动时间为静止时间为，曲柄销转一周的时间为T。（2-9）将式代入以上两式，得2.3 槽轮机构的动力学计算驱动直线步进机械设备扭矩的计算 在传送带上，这种机械设备一般都在低速情况下工作，计算扭矩时，通常可忽略惯性力矩而仅考虑摩擦阻力矩。由功率相等原理有：(3-1)式中 F-机械设备的生产阻力，如传送带与支撑导轨间的摩擦力（N） dh-机械设备的微小位移量（m） M2-槽轮轴上的平均扭动转矩（NM） d-槽轮的微小转角（rad） (3-2)式中 H机械设备的最大步进位移量（m） 槽轮的槽间角（rad）将 f=0.2，N=6 , m=20kg代入上式F= Nmgf=659.80.2=235.2N为槽轮轴上平均驱动转矩，主动拨销盘支承轴上的扭矩Mc为： (3-3)式中 Mc拨销盘支撑轴上的扭矩 槽轮转动的角速度 0拨销盘转动的角速度 槽轮机构的传动效率 将式（3-2）结果代入上式并按最大扭矩计算得3.2 驱动功率的计算主动转臂轴上所需的驱动最大功率为（3-4）转臂轴上需要的平均功率为（3-6）查自动机械设计表7-2知：Z=6时，如果由电动机来驱动单个槽轮机构，则电机的额定功率乘以过载系数一定要大于槽轮机构的最大功率。上式求出的P2需乘以过载系数后后选择驱动电机的额定功率，此时选电机的过载系数为1.8，则选取小功率电动机，选择YC系列功率为0.25kW 转速1400r/min此时通过用无级降速器降到6r/min。4 槽轮机构结构尺寸设计轴受弯矩不大，所以按扭转强度条件计算，轴的扭转强度为(3-7)式中 扭转切应力，； T轴所受的扭矩，Nm；轴的抗扭截面系数，；n轴的转速，r/min；P轴的传递的功率，kW；d计算截面处轴的直径，mm；许用扭转切应力，单位,由上式可得轴的直径(3-8)按最大功率校核，轴选用45号钢，则将P1max=0.041kw,n=6rmin代入上式计算得出主动曲柄的直径：当轴截面上开有键槽时，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的消弱。对于直径mm的轴，有一个键槽时，轴径应增大10%。故槽轮轴的直径：圆整后去24mm。主动曲柄的直径：图4-1 槽轮机构简图槽轮主要结构尺寸计算槽轮机构的主要结构尺寸取决于机构所能传递的扭矩，即应具备的强度条件。这和机构的使用情况，材料、热处理、加工装配技术，结构形式等许多影响因素有关。设计时，通常根据工艺要求、布局条件选定适当的中心距和槽数。(a)、中心距暂时选取中心距=120mm(b)、主动曲柄半径r (c)、主动圆销半径ra(d)、槽轮名义半径R 槽轮的名义外圆半径是指当圆销开始进入槽轮（即当圆销中心A处在位置,如图3-1）所示时槽轮轴心到滚子中心A之间的距离为.如果槽轮为外圆半径则当圆销进入槽轮时，将与轮槽两侧顶端有一间隙，使冲击加剧，这时槽轮实际外圆半径应是槽轮轴心到轮槽边延长线与圆销切点D之间的距离，即(e)、槽深h(f)、槽顶厚取b=10mm(g)、槽轮轮毂半径(h)、曲柄轴半径，(i)、锁止狐半径(j)、锁止狐张角对定位精度要求较高时，刚可主动转臂上锁止弧所对中心角，应与槽轮在静止时的转臂转角相等，故槽轮机构结构型式槽轮机构主动件的结构型式，可做成拨销盘或曲柄，也可做成其他形式，如带有拨销的齿轮或蜗杆等。拨销可做成悬臂式单支承或双支承。单支承的刚度一般能满足要求，且适应性强，故本次设计采用单支承。拨销采用套在螺栓上的滚子（套筒）型式。槽轮尺寸较大时可做成镶嵌式结构，在尺寸不大时可做成整体式结构，本次设计采用整体式结构，以降低制造成本。第三章 传动方案设计通过查阅资料，本文转位工作台的传动方案如图3.1，其传动路线为：电机，减速齿轮，锥齿轮，曲柄驱动轴，槽轮。 图3.1 转位工作台传动路线3.1辊子输送机电机选定及传动比分配前面我们已经求出了槽轮曲柄的驱动功率，通过总效率可以计算出转位工作台的驱动功率，由驱动功率可以选定电机，得到电机转速，可求出总传动比，进一步求出传动比分配（1）辊子输送机驱动电机 电机功率可按式 （2-14）： （2-14）式中 _功率安全系数， _驱动装置效率，取， 根据实际条件可以确定定电机型号，同时结合经济性以及所需工况，选定型号为5RK60GN-CW2J的电机,其额定功率为60W,额定转速为（2）传动比分配传动比分配：传动路线为电机_电机自带减速器_一级减速齿轮_二级减速齿轮_槽轮驱动曲柄_槽轮。因此其传动比式为： （2-15）式中 _电机自带减速器的传动比； _一级齿轮传动比； _二级圆锥齿轮传动传动比。根据相关的资料可以，选取，则，取，。3.2齿轮传动设计齿轮材料，热处理及精度考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线斜齿轮。（1）齿轮材料及热处理 材料：小齿轮选用（调质），硬度为280HBS，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取小齿齿数=32；大齿轮选用45钢（调质），齿面硬度为大齿轮 240HBS，二者材料硬度差为40HBS，Z=iZ=432=128，故取Z=128. 齿轮精度,按GB/T100951998，选择8级，齿根喷丸强化。按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式（10-9a）进行试算，即 确定公式各计算数值试选载荷系数计算小齿轮传递的转矩由表10-7选取齿宽系数由表10-6查得材料的弹性影响系数由图10-30选取区域系数由图10-21 d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限大齿轮的接触疲劳强度极限由图10-26查得，由式10-13计算应力循环次数 由图10-19查得接触疲劳强度寿命系数，计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为，安全系数为S=1，由式（10-12）得 许用接触应力计算试算小齿轮分度圆直径，代入的值计算圆周速度v 计算齿宽计算齿宽与齿高之比模数=，取2mm。齿高h=2.25=2.252=4.5mm =59/4.50=13.1计算载荷系数K使用系数=1根据,8级精度, 查课本图10-8得动载系数K=1.22,由表10-4用插值法查得，小齿轮相对支撑非对称布置时，K的值:K=1.334查图10-13得: K=1.29查表10-3得: K=K=1.4故载荷系数:KK K K K =11.221.41.334=2.28,3按齿根弯曲强度设计由式(10-17)确定计算参数（）计算载荷系数KK K K K =11.221.41.29=2.20,（2）查取齿形系数由表10-5查得（3）查取应力校正系数由表10-5查得（4）由图10-20c查得，小齿轮的弯曲疲劳强度极限大齿轮的弯曲疲劳强度极限（5）由图10-18查得弯曲疲劳强度寿命系数（6）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S1.4，由式得 (7)计算大,小齿轮的并加以比较。 大齿轮的数据大设计计算对比计算结果，已可满足弯曲强度，为安全起见这里取=2.0mm。4几何尺寸计算计算中心距 a=160中心距圆为1602)计算大、小齿轮的分度圆直径d=64.0d=264计算齿轮宽度取；第四章 轴类零件设计转位工作台中轴类零件主要包括，驱动主轴，槽轮轴。作为回转运动的零件都要安装在轴上来实现回转。根据承载情况可以分为转轴、心轴和转动轴，转抽同时承受转矩和弯矩，链轮轴，纵向驱动轴都为转轴。轴的材料选取45优质碳素结构钢，为保证其力学性能，进行调制或正火处理。当结构或者机械承受载荷或传递运动时，每一构件都必须正常工作的要求：在载荷作用下构件不至于断裂破坏，即应具有足够的强度；在载荷作用下构件产生的变形不超过工程上允许的范围，即应具有足够的刚度；承受载荷时，构件在其原有的形态下的平衡应保持为稳定的平衡，即要满足稳定性的要求。设计构件时不但满足强度、刚度和稳定性要求，还必须尽可能的合理选用材料和降低材料的消耗量，以节约资金或减轻构件的自身重量。7轴的强度计算主要有三中方法：许用切应力计算、许用弯曲应力计算、安全系数校核计算。轴的刚度要求轴的变形：挠度、转角和扭角不超过许用值。轴的稳定性要求轴的反复变形轴的振动不发生共振，不超过显著变形的转速临界转速。工作转速低于第一阶临界转速的轴，称为刚性轴。对于刚性轴，通常。3轴上零件的装配方案如图4-2所示。4.1驱动主轴轴设计链轮轴主要的主要零件有：圆柱齿轮，轴承，键，圆锥齿轮。驱动轴将转矩从一级圆柱齿轮传递到圆锥齿轮，它即受转矩，同时承受弯矩。（1）求轴的转速n、功率P、扭矩T（详见第二章第二节）（3）按许用切应力初估直径轴选用45号钢，查3P314：取C=112由于轴上有键槽的存在，因此轴的直径去大一点，取（4）确定轴的结构 图4.1 链轮轴装配图 轴段一： 此段轴上安装装有齿轮，由于带轮宽度为30mm，结合结构，取： 轴段二：为使链轮顺利对位，与段应有阶梯过度（非定位轴肩），同时结合轴承，选轴承：面对面角接触球轴承 7010AC，材料：钢，类别：标准件。其轴承型号为6204。d=50mm，D=110mm，B=29.5mm，选取轴承润滑方法：曲轴轴圆周速度： 轴承采用脂润滑。轴承内圈长度27mm，故 轴段三：此处起按照固定轴承作用，根据实际结构长度，取 轴段四：此处安装轴角接触球轴承，故轴段五：此段安装圆锥小齿轮，故（5）选键圆柱齿轮处键：选C型普通平键，链轮处平键尺寸。圆锥齿轮处键：选普通平键，链轮处平键尺寸。（6）选配合滚动轴承处：H7/m6（过盈配合）；圆柱齿轮处：H7/k6（基轴制）；圆锥齿轮：H7/js6（基轴制）。4.2驱动轴的强度计算（1）按许用弯曲应力计算轴的强度许用切应力计算只是需要知道转矩的大小，方法简便，但是计算精度低。故要进行许用弯曲应力校核。轴的受力分析见图 图4.2 链轮轴受力分析 画轴受力图，支点间距离： 求水平支承反力，水平弯矩，水平弯矩图：由得; 则： 水平弯矩： 求齿轮传动平面的支承反力，弯矩，弯矩图：由得; 则： 同步带传动平面弯矩： 求合成弯矩，弯矩图：其弯矩图，如图所示，从图中可看出：在链轮处出现最大合成弯矩，在同步带传动平面中该点的弯矩： 由于同步带传动平面与水平面不垂直，其夹角为，因此合成弯矩： 画图：由3 P315知：， 画当量弯矩图： 轴的强度校核：D截面轴径最小；B截面受弯矩最大。故校核B、D截面。D截面：只受扭矩由3附录表7 B截面：只受扭矩由3附录表7 所以强度验算通过。（2）安全系数校核计算判断危险剖面：初步判断B、C剖面有较大的应力集中和应力。轴材料选择为45号钢调质，由3查得：，。由3P41表3-2可得疲劳极限：由3 P48式（3-9）可得：C截面：有配合H7/k6。 弯曲应力幅与平均弯曲应力：扭转切应力幅与平均切应力： 查3 P330：配合引起的应力集中综合系数为：，设为寿命系数：则由3 P315式（16-5）：（S由1P316查取）扭转安全系数：弯曲安全系数： 复合安全系数： 故轴设计合格B截面：M较大，有键槽，有配合H7/g6。B处的弯矩：由前面得出B处的弯矩为：转矩为：查3 P330：键槽引起的有效应力集中系数为：查3 P331：键槽引起的应力集中综合系数为：查3 P330：配合引起的应力集中综合系数为：，取较大值为： , 设为寿命系数：则由3 P315式（16-5）：（S由3P316查取）弯曲安全系数：扭转安全系数： 复合安全系数： 根据校核，A、C剖面足够安全。4.3驱动轴的刚度计算 扭角的计算： 由3： （4.1）式中故满足要求。 弯曲变形的计算：由文献7：采用当量轴径法对轴进行弯曲变形校核；由于在A,C点轴上安装有轴承座，不能相对转动，因此将轴分为两段分别对其进行弯曲校核：轴AC段，轴AC实际上式简支梁： （4.2） （4.3）式中： 所以轴AC满足刚度要求。轴CE弯曲校核：轴CE相当于悬臂梁结构，最大绕度 最大转角 故轴CE满足要求，设计正确。4.4轴承和键的校核（1）轴承的校核轴承选取深沟球轴承7210，轴承主要承受径向载荷，。由前面分析可知，C处轴承的受力比A处的力要大，因此以C处轴承校核，且受两个力：,其合力为： 冲击载数当量动载荷：。额定动载荷：基本额定动载荷。故满足要求。（2）键的校核选用A型普通平键，链轮处平键尺bxhxl=12x7x20。由3假设压力在键的接触长度内均匀分布，则根据挤压强度和耐磨性的条件计算，求得键动联结所能传递的转矩（4.5）式中 键的高度； 键的接触长度； 轴
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