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苹果 泡网 套包 装机 设计 三维

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内容简介：

摘要目前绝大部分苹果等果类的包装均会应用塑料发泡网套，塑料发泡网套能有效降低运输过程中苹果发生撞击而损伤的概率，并且质量极轻，对苹果运输起到关键作用；水果的网套包装主要采用手工包装方式，这种包装方式效率低下，成本高昂。本论文设计一种苹果发泡网套包装机，包括机架、下料模块、切膜出料模块、网套供料模块、下膜模块和包装模块。本设计包括机械结构设计、动力系统设计以及自动化控制设计。本设计是一款基于补填市场空白及满足人们需求的创新型产品。关键词：发泡网套；包装；机械结构；自动化AbstractAt present, the vast majority of apple and other fruit packaging will be used plastic foam net cover, plastic foam net cover can effectively reduce the probability of apple collision and damage in the process of transportation, and the quality is very light, play a key role in apple transport;The net cover packaging of fruit mainly USES manual packaging, which is inefficient and costly.This paper designs a kind of apple foaming net packaging machine, including rack, blanking module, film cutting and discharging module, net cover feeding module, film blanking module and packaging module.The design includes mechanical structure design, power system design and automatic control design.This design is an innovative product based on filling the market gap and meeting peoples needs.Key words: foaming net cover;Packaging;Mechanical structure;automation目 录第1章 绪论11.1 研究背景及意义11.2 国内外发展现状31.3 研究的内容和方法41.4 本章小结4第2章 设计内容62.1 设计的内容62.2 设计的依据62.3 设计的要求6第3章 苹果发泡网套包装机各部分介绍73.1 总体设计73.2 下料模块设计73.3 出料模块设计83.4 供料模块设计93.5 下膜模块设计93.6 包装模块设计10第4章 重要零部件设计计算114.1 直线导轨的设计计算114.1.1导轨的设计114.1.2 导轨摩擦力计算134.2 滚珠丝杠的设计计算154.3 同步带设计计算234.4 键的选用244.5 滚动轴承的选用与校核254.6 联轴器的选型264.7 电机选型计算26第5章 苹果发泡网套包装机工作流程30第6章 苹果发泡网套包装机综合性能测试仪总结和展望316.1 设计总结316.2 未来展望31致 谢33参考文献34第1章 绪论苹果是世界四大水果之一，也是中国最大的水果，其生产和种植面积在中国排名第一。苹果生产在中国水果产业中占有最重要的地位，其发展对水果地区的经济振兴，市场供应和出口收入产生了很大的影响。作为中国种植面积和产量最大的树，苹果发挥了作用。在促进农民扶贫，改善农村经济条件，促进农业产业化方面发挥了重要作用。作为中国的第一批水果，苹果正处于水果市场的繁荣之中，满足了消费者的需求。它起到了基础性作用;苹果作为中国少数几个在国际市场上具有竞争优势的农产品，在新鲜苹果和浓缩苹果汁出口方面取得了显着成效，并在国际市场上发挥了重要作用。目前，中国的苹果产业正进入从传统产业向现代产业转变为世界苹果产国的又一个重要的历史阶段。随着苹果产业的快速发展，中国已成为世界上最大的苹果和苹果汁生产国和出口国。加入WTO进一步促进了中国的苹果出国，在世界水果市场占据了越来越重要的地位，对国内外水果市场产生了更大的影响。而且，在今天物质生活水平的不断提高，人们对苹果的要求从简单的数量转向质量，对“精”的需求不仅仅是苹果本身的质量，而且包装需要精致，携带方便。因此，有必要包装苹果，塑料泡沫网罩无疑是最佳选择，主要是因为它可以改善运输过程中果实的碰撞和挤压等机械损伤。然而，目前，如此大量苹果的装袋或人工装袋大大降低了生产效率，增加了劳动力并增加了苹果的成本，为此，本文致力研发一种苹果发泡网套包装机，该机器简单易操作。在保证运行要求（不损害苹果）的前提下，降低成本，使果农易于接受，从而降低员工的劳动强度，降低劳动风险因素，提高劳动生产率。1.1研究背景及意义中国是最大的苹果生产国。目前，苹果产业因其抗击自然灾害能力强，经济效益稳定，已成为中国农村经济的重要支柱。它也是农民收入和财富的主要来源。苹果的质地清脆嫩滑。在包装，运输，储存和深加工的各个方面，它可能会因加工机械，运输工具，摩擦等的掉落，碰撞和挤压而造成机械损坏，从而直接或间接地影响苹果。外观和质量，减少果农的经济效益。导致苹果机械损伤的因素很多。目前，由于苹果的快速商业化，运输过程中的振动和摩擦损伤已成为苹果损失的主要因素之一。苹果的机械损伤主要是由外部接触力引起的苹果变形引起的。果皮和果肉受损，导致苹果局部质地发生变化，苹果结构破坏，导致苹果生理活动失衡和代谢异常。这种损害很容易导致病原微生物的入侵导致苹果发霉。机械损伤是水果和蔬菜生产中的常见问题。目前，减少水果和蔬菜收获的损失已成为全球农产品产业的主要关注点之一。运输过程是生产和消费之间的桥梁。它是货物流通中不可或缺的重要环节。运输过程中机械损坏造成的损失约占总产量的25-45，发达国家的损害也达到15-20。实践证明，使用适当的水果缓冲包装可以有效减少运输过程中果蔬的振动损害。目前，常用的苹果缓冲包装包括泡沫塑料网，瓦楞纸板衬垫等。采用各种缓冲包装对盒装苹果进行振动试验，不同缓冲包装形式对振动传递率和损伤的影响。分析水果。当泡沫塑料网用作缓冲包装时，可有效降低苹果的损伤率，泡沫塑料网对苹果的整体保护性能优于瓦楞纸板衬里。苹果公司在收获后立即使用网套保护苹果是避免机械损伤的重要方法，但这一过程是手工完成的，增加了生产和劳动力成本，以及苹果包装的自动化要求。改进，设计能够自动实现Apple快速网络的设备势在必行;苹果网络设备代替人工操作，到苹果的自动网络，可以有效提高网络效率，增加苹果商品的价值，提高水果的经济效益，促进农民增收和农村经济发展。如今，苹果包装的有以下几个显著特点：一是方便小巧型。目前，城市水果消费逐渐变得越来越流行。这是消费者永恒的追求。因此，10公斤以上的水果已不能满足消费者的需求。相反，它是3-5公斤。二是精美高档型。高档的国内优质水果包装将是占领国内市场，走出国门参与国际竞争的必然选择。三是信任透明型。部分透明的材料用于包装设计窗口，可以看到吸引消费者注意的窗口，使消费者一眼就能看到水果的形状，大小和颜色，增强自然亲和力，并鼓励消费者对它们进行比较。之后，更快地做出偏好选择，增加消费者的购买和信任欲望。四是绿色环保型。水果的包装必然会转向绿色包装。回归自然，追求健康不仅是消费者对水果质量的要求，也是包装的必然要求。目前，水果包装材料突破了普通纸盒包装的单一格局，发展成绿色，环保包装材料，如精致的竹子，藤条，木制和可回收的瓦楞纸箱。而想要在低成本的情况下达到以上包装效果，使用塑料发泡网无疑是最好的选择。塑料网套主要用于包装水果，瓜类和蔬菜，不怕挤压，需要隔离。由于其低成本和良好的包装效果，它逐渐取代纸包装，已成为水果储存和包装的趋势。此外，塑料网包装不仅有利于水果的储存和运输，而且有助于货架的保质期。塑料泡沫网广泛用于水果包装，特别是单果包装，主要是因为它们可以改善水果碰撞和挤压的机械损伤。其主要优点有：(1) 具有一定的弹性和柔软度，可以有效地起到缓冲和防振作用，从而避免水果在储运中由于碰撞和挤压造成的破损。(2) 重量轻，成本低 便于运输，减少了运输成本。(3) 塑料网套的色泽可以选择洁白色，也可以通过加色料而改变其色泽， 这样有利于与水果形成颜色对比，增加了美观效果，促进消费者购买。(4) 塑料网套是由塑料经过发泡得到的，包装使用很方便。一般采用发泡 LDPE，因其具有较好的拉伸强度和弹性。然而，目前，如此大量苹果的装袋或人工装袋大大降低了生产效率，增加了劳动力并增加了苹果的成本，为此，研发一种全苹果发泡网套包装机势在必行。本课题提出研究制造一种苹果发泡网套包装机，简单易操作，在保证操作要求（不破坏苹果）的前提下，尽可能降低成本，使果农能够轻松接受，从而降低员工的劳动强度，减少劳动力风险因素，提高劳动生产率。1.2国内外发展现状包装设备的发展引起了全世界的关注，电气，光学，磁力和气动等高科技水果包装技术的新产品也在不断涌现。目前，国际包装设备市场竞争激烈。“三高”意味着高速，高效，高品质已成为包装机械发展的大趋势。包装设备的研发主要集中在低能耗，重量轻，占地面积小，效率高的机械设计上。将高科技应用于现代先进的包装机械和设备是国外包装机械发展的大趋势。特别是欧洲，美国和日本等国家在科学技术和经济方面高度发达。他们生产的先进包装机械设备在世界上处于领先地位。近年来，为了满足现代商品包装多样化的要求，发达国家开发了小批量，多品种的通用包装技术和机械设备在不断应用先进技术的同时，紧跟高科技的发展，开发和发展高科技现代包装机械。与世界发达国家相比，中国的包装机械行业起步较晚。在建国之初，中国包装机械行业的发展基本上是空白。其中大多数是小型车间或小型工厂，没有标准的系统手动包装机械。20世纪70年代末，技术水平较低的包装机械开始出现，难以形成独立的产业。自20世纪80年代以来，中国经济实现了跨越式发展，国内市场对包装机械的需求越来越迫切。机械包装行业借鉴国外经验，生产出多种包装设备风格。先进的技术和设备，以及包装机械行业已逐步形成。20世纪90年代以后，随着中国包装机械行业的快速发展，在借鉴和借鉴国外先进技术和产品，消化，吸收的基础上，开始自主设计，研发，在包装机械技术水平上有很大提高，尤其是产品功能和自动化。高新技术的应用促进了包装机械行业的快速发展。随着科学技术的进步，传统包装机械已不能满足实际生产需求，逐步退出历史舞台。例如，不能再使用早期使用的机械控制设备。适应需求，逐步发展为光电控制，气动控制等控制形式。然而，随着加工技术的发展，对封装参数的要求越来越高，需要新技术的开发和应用。目前，包装机械涉及机械，电力，燃气，光，磁等各个方面。在设计过程中，要提高包装机械的功能，必须实现机电一体化控制，以实现整体优化。目前，中国对高端包装机械设备的需求明显低于中低端设备的需求。我们现在应该积极扩大需求，开拓市场，大力发展高端包装机械设备，设计和推出新型号，以满足市场多样化和高质量的需求。1.3研究的内容和方法这款苹果发泡网套包装机研究内容主要包括前期资料查询、查找成功案例并且对案例进行分析，从而设计改造，并且对设计改造完的自动化机构进行分析，通过分析将苹果发泡网套包装机分成机械设计控制系统和动力的选取，采用电气自动化控制系统，动力采用伺服电机方式，设计完成后进行可靠性分析，验证结束后进行产品说明和机械制图等主要工作4。当提出设计思路和问题与老师和同学们进行设计分析，认真学习苹果发泡网套包装机领域的相关资料，明确需要分析的成功案例，了解苹果发泡网套包装机的机构和控制系统的相关知识，争取在毕业设计每个时间段内提前完成相应的任务，与此同时多了解一些苹果发泡网套包装机结构及设计的相关参数和最新的技术发展。通过实际生产调查和相关行业查阅书籍资料，不断分析和优化成功案例的优点与不足，利用汇集的技术资料设计一款满足要求的苹果发泡网套包装机5。1.4本章小结本章主要是对苹果发泡网套包装机的研究背景、国内外的发展现状和需求分析进行了初步的研究6，对苹果发泡网套包装机目前的状况有了比较清晰的认识和了解，明确了设计的内容和研究的方法，确定了接下来需要做的事情和研究计划，通过上述分析让自己对后期的资料研究、问题发现和设计分析更加的有信心。42第2章 设计内容2.1 设计的内容本设计是针对果农使用的，自动化程度较高，使用机电自动控制及编程技术，采用自动化机械机械设计，是为了操作简单，使用方便，本设计原理可靠，结构简单，减低人工劳动强度，提高工作效率。并且保证不损伤苹果。(1) 总体设计：以包装模块为中心：机架上安装包装模块，包装模块的斜上方安装切膜出料模块，再上方安装网套供料模块，网套供料模块与其下方的下膜模块相连，下膜模块安装在包装模块的正上方，下料模块安装在独立机架，且在包装模块的一侧。 (绘制总装图、 绘制ug装配图呈现整机结构)(2) 零部件设计: 完成主要零部件设计计算，并且绘制零件图2.2 设计的依据(1) 苹果物理特性: 苹果为近似球形， 直径在 4080mm, 厚度在 3560mm， 质量在 150200 克。(2) 发泡网的特性： 发泡网具有弹性， 因此可以套在圆通外， 发泡网是连续的， 因此可以实现苹果的连续套袋(3) 理论依据： 槽轮机构是间歇运动机构， 因此可以实现套袋机中剪断及套袋的先后作业2.3 设计的要求(1) 本产品自动化程度高操作简单,劳动强度低，成本低。(2) 部件设计时应尽量避免焊接及刚性固定, 应多采用灵活的螺栓等方式固定，以方便安装和拆卸，并有利于维修。(3) 设计时考虑加工工艺性和装配工艺性, 尽量使用标准件, 通用件, 降低制造成本。(4) 采用较为人性化的设计理念，方便劳动者的操作和使用, 减少劳动者的体力消耗。第3章 苹果发泡网套包装机各部分介绍3.1总体设计整体构建以包装模块为中心：机架上安装包装模块，包装模块的与扩膜锥体相连的滚珠丝杠的上方安装切膜出料模块的同步带滑台，包装模块的与托盘相连的滚珠丝杠的上方是切膜出料模块的滑槽；下膜模块安装在包装模块的正上方，其扩膜圆柱筒与包装模块的锥体接触，且扩膜圆柱筒与锥体的圆心在同一垂线上；下料模块安装在独立机架，且在包装模块的一侧，与下膜模块相对，下料模块的滑槽的出口与包装模块的U形挡板的开口相对；包装模块的与锥体相连的滚珠丝杠的后方为电控箱；切膜出料模块的同步带滑台的上方为网套供料模块的大圆盘，网套供料模块的支架在下膜模块的扩膜圆柱筒的正上方。如图3-1苹果发泡网套包装机1-机架 2-下料模块 3-出料模块 4-供料模块 5-下膜模块 6-包装模块图3-1苹果发泡网套包装机3.2下料模块设计下料模块由滑槽、带缺口的扇形圆盘、电机、轴、轴承座和机架组成；轴与带缺口的扇形圆盘组合，由轴承座固定在滑槽的下半部分，并由电机带动整体转动。应注意带缺口的扇形圆盘的厚度略大于苹果的直径，缺口大小能够刚好放进一个苹果。轴的轴心应在滑槽的底部在同一个平面。滑槽倾斜一定角度，使得苹果能够在没有外力的作用下能够顺利滚下。电机做间歇运动，其周期是包一个苹果的时间，一个周期转动一圈。如图3-2下料模块1- 机架 2-电机 3-轴 4-轴承座 5-圆盘 6-滑槽图3-2下料模块3.3出料模块设计出料模块由电机，同步带滑台、切膜架、电热丝和出料槽组成。切膜架有突出的两端和一个纵向的弧面构成：两端由一根电热丝相连，一个纵向的弧面能够在切膜的同时推出苹果；电热丝通电发热能够融化发泡网套，起到切膜的作用。电机与同步带滑台相连，切膜架与同步带滑台相连；出料槽在同步带运动的方向上。图3-3出料模块1-电机 2-同步带滑台 3-切膜架 4-电热丝图3-3出料模块3.4供料模块设计供料模块由大圆盘、长轴、轴承座、短轴和支架构成。两个大圆盘由一根长轴穿过，两个圆盘之间放一卷发泡网套，长轴由轴承座固定在机架上；四根短轴组成两组对辊固定在一对支架上，对辊的间隙能够接触发泡网套并使网套顺利向下运动。图3-4供料模块1-大圆盘 2-长轴 3-轴承座 4-短轴 5-支架图3-4供料模块3.5下膜模块设计下膜模块由XY双向滚珠丝杠滑台、两瓣下膜卡筒、扩膜圆柱筒和电机组成。发泡网套套在扩膜圆柱筒，扩膜圆柱筒在包装模块的扩膜锥体的正上方，由扩膜圆柱筒支撑，两瓣下膜卡筒在扩膜圆柱筒的两侧分别与XY双向滚珠丝杠的Y方向的两个双向滚珠丝杠滑台相连。图3-5下膜模块1- 电机1 2-X向丝杠滑台 3-电机2 4-Y向丝杠滑台 5-连接板 6-卡筒图3-5下膜模块3.6包装模块设计包装模块由U形挡板、L形挡板、推杆、托盘、扩膜锥体、滚珠丝杠和电机组成。扩膜锥体的中心与U形挡板的中心在一条垂线上，扩膜锥体在上，U形挡板在下，连接在一个滚珠丝杠上；L形挡板挡在U形挡板与下料模块的滑槽之间的空隙间；推杆的上端连接托盘，下端连接L形挡板，并且推杆的下端与另一个滚珠丝杠相连；两个滚珠丝杆相对，扩膜锥体的中心与托盘的中心在同一垂线上，且U形挡板移动到最高位置，托盘移动到最低位置是时，托盘的顶部略低于U形挡板的底部。图3-6包装模块1- 电机1 2-滚珠丝杠1 3-扩膜圆柱筒 4-扩膜椎体 5-U形挡板 6-托盘 7-L形挡板 8-推杆 9-滚珠丝杠2 10-电机2图3-6包装模块第4章 重要零部件设计计算4.1直线导轨的设计计算4.1.1导轨的设计导轨主要用于支撑和引导运动部件沿某一轨道运动。图4-1显示了导轨定心导轨的轮廓。移动侧称为支撑导轨。移动轨道相对于支撑轨道移动，通常执行线性和旋转运动图4-1 导轨外形图（1）直线运动导轨副的基本截面形状分类：（见表4-1）表4-1直线运动导轨副的基本截面形状分类1）矩形导轨矩形导轨易于制造和制造，具有较大的刚性和承载能力，安装调整方便，起主要指导作用。磨损后，间隙不能自动补偿，需要间隙调节装置。它用于负载大，导向精度低的机床。2）三角形指南磨损后，可自动补偿，不产生间隙，导向精度高，但仍需要板面间隙调整装置。三角形的顶角之间的角度使得如果重型机床承受较大的载荷，为了增加轴承面积，该角度可以视为，但导向精度较差。精密机床可以使用小于角度来提高转向精度。3）燕尾轨这是在闭合轨道中具有最小接触表面的结构。磨损后，间隙不能自动补偿，需要用条带调整。燕尾导轨的制造，检查和维护复杂，摩擦阻力大，可以承受颠覆扭矩，刚性差。4）圆柱形导轨导轨刚性好，易于制造，外径可以磨削，内孔可以通过磨削精确匹配，但磨损后的间隙调整困难。它适用于形状取决于轴向载荷的应用，例如压力机，机器人等。（2） 直线滚动导轨的选型图4-2 导轨内部结构图图4-3导轨截面图1） 机构与优点线性滚动导轨对，滑块，刚性球，反向器，保持架，密封端盖和挡板如图4-2所示。导轨的内部结构和图4-3的滚动导轨的横截面视图。当导轨和滑块相对于彼此移动时，钢球沿导轨上的滚道滚动。在滑块的末端，钢球通过反向装置进入反向孔，然后进入导轨上的滚道。因此，钢球以这种方式来回滚动。反转器末端设有防尘密封端盖，可有效防止灰尘和碎屑进入滑块内部。直线滚动导轨具有以下优点：（1）直线滚动导轨在滑块和导轨之间放置合适的钢球，使滑块之间的滑动摩擦成为滚动摩擦，大大降低了两者之间的摩擦力，从而可以获得以下优异的性能：导轨动，静摩擦系数差异小，后续性能优良，即驱动信号与机械动作滞后之间的时间间隔极短，有效提高了响应速度数控系统的速度和灵敏度;滑动功率大大降低，仅为普通机械的1/10;与滑动导轨相比，摩擦力可减少约40倍;适用于高速直线运动，运动速度比滑动导轨高10倍左右;可以实现更高的定位精度和重复定位精度。（2）可以实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。（3）成对使用导轨时，具有“误差均化效应”，从而可以降低基础件（滑轨安装面）的加工精度要求，降低基础部件的机械制造成本与难度。（4）简化了机械结构的设计和制造。 除了上述优点外，滚动直线导轨还具有安装和维护方便的优点。由于它是一个单独的部件，机器支撑部件的技术要求不高，不需要硬化或磨削或刮削。只需要精细铣削或精细刨削。由于导轨可以预张紧，滚动导轨不通过滚动元件循环的材料具有高刚性和大承载能力，但不如滑动导轨和抗振机器好。图4-4 导轨安装结构示意图由于滚动直线导轨具有上述优点，因此选择数控机床的导轨作为直线滚动导轨。从平滑度和承载角度来看，导轨对每个导轨采用两个滑块。4.1.2导轨摩擦力计算（1）计算在切削状态下的Z向（立柱）导轨摩擦力。=（+ ） 式中：W移动部件的全部重量。导轨摩擦系数，取=0.01；导轨预紧力，查表得=75N。取计算重量M=30kg，W=30kg9.8N/kg=294N。则：=（+ ） =36.6 N（2）计算导轨摩擦力。=（W+）=0.01（2940+75）N=30.15 N（1）滚动直线导轨的选型一般是根据导轨的承载量，先根据经验确定导轨的规格，然后进行寿命计算。导轨的承载量与导轨规格一般有表4-3所列出的经验关系。表4-3承载量/N3000以下30005000500010000100002500025000500005000060000导轨规格303545556585（2）滚动直线导轨的计算距离额定寿命H和时间额定寿命可以用以下公式计算：H=Km =h 式中：硬度系数，一般要求滚道的硬度不得低于58HRC，故通常可取=1；温度系数接触系数接触系数接触系数额定动负荷（N）F计算载荷（N）l行程长度（m）n每分钟往返次数作用于滚动直线导轨载荷的计算。滚动直线导轨支撑系统所受的载荷，受到下列各种因素的影响导轨的配置形式（水平、垂直、横排），移动部件的重心和受力点位置，导轨上移动部件牵引力的作用点，启动及终止时的惯性力以及运动阻力。据此选择滚动直线导轨30型号。导轨长度的计算 导轨长度=轴的行程+安全行程 =300mm4.2滚珠丝杠的设计计算4.2.1滚珠丝杠的设计滚珠丝杠螺母副是数控机床的进给传动系统中，将回转运动与直线运动相互转换的传动装置。1）滚珠丝杠螺母副工作原理滚珠丝杠螺母对是一种新型的传动装置，可以在直线运动和旋转运动之间进行转换。其结构如图4-5所示的滚珠丝杠的结构图和外形图所示。在导螺杆3和螺母1上有半圆形螺旋槽，当它们放在一起时，形成球的螺旋滚道。螺母具有球环，其连接螺旋滚道的两端形成一个封闭的螺旋滚道，并在滚道中填充滚珠2.当导螺杆旋转时，滚珠在滚道和滚道中旋转，从而迫使螺母（或滚珠丝杠）轴向移动。1-螺母；2-滚珠；3-丝杠；4-滚珠回路装置；5-端盖图4-5 滚珠丝杠的结构图及外形图2）滚珠丝杠螺母副的特点（1）传动效率高，摩擦损失小。（2）给予适当预紧，可以消除丝杠和螺母之间的螺纹间隙，反向时就可以消除空载死区。从而使丝杠的定位精度高，刚度好。 （3）运动平稳，无爬行现象，传动精度高。 （4）具有可逆性，既可以从转动运动转换成直线运动，也可以直线运动转换成旋转运动 。（5）磨损损失小，使用寿命长。（6）制造工艺复杂。（加工精度、表面粗糙度、要求高，故成本高）（7）不能自锁。（特别是对于垂直安装的丝杠，由于其自重和惯性力的作用，下降时当传动切断后，不能立即停止运动，故需要增加制动装置。）4.2.2 计算滚珠丝杠螺母副的轴向负载力滚珠丝杠螺母副轴向负载力是指滚珠丝杠螺母副在驱动主轴箱时滚珠丝杠所受的轴向力，也称为进给牵引力。轴向负载力Fa=kFN=300N4.2.3 滚珠丝杠的动负荷计算与直径估算1确定滚珠丝杆的导程 =mm 式中：移动部件的最高移动速度（mm/min）；i 传动比，当滚珠丝杆与电动机直接连接时i=1；电动机的最高转速r/min初步选用为5 mm 。 （1）.计算滚珠丝杠螺母副在各种切削方式下的转速。 n1=200r/min（L0为滚珠丝杠的导程）n4=600r/min（2）.按式计算滚珠丝杠螺母副的平均（当量）转速nmnm= r/min =（）=560r/min（3）.按表计算滚珠丝杠螺母副的平均（当量）载荷FmF1=FamaxF2=Famin+20%FamaxF3=Famin+5%FamaxF4=Famin按公式计算滚珠丝杠螺母副的平均载荷Fm。Fm=3. 确定滚珠丝杆预期的额定动载荷（1）按预定工作时间估算。= N 式中：滚珠丝杠的当量转速，取=600r/min；数控机床的预期工作时间，由已知条件可知道=20000 h；滚珠丝杠的当量载荷，取可靠性系数，查资料，一般情况下可靠性系数应达到97%，取=0.44；精度系数，查资料，根据初步选择滚珠丝杠的精度等级为2级精度，取=1；负荷系数，查资料，根据负荷性质，有轻微冲击，取=1.3。=（2）因为滚珠丝杠预期的额定动负荷。= N式中：预加负荷系数，查资料，按中预载选取=4.5。=4. 按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径1） 根据定位精度和重复定位精度的要求估算允许的滚珠丝杠的最大轴向变形量必须满足下式：=（）重复定位精度m从定位精度的角度考虑，规定滚珠丝杠允许的最大轴向变形量必须满足下式：=（）定位精度m已知机床的定位精度为20m，重复定位精度为10m，则=（）10m=（3.335）m=（）20m=（45）m取上述计算结果较小的值，=3.33m，即允许滚珠丝杠的最大轴向变形越小越好。2） 估计允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径。滚珠丝杠螺母副的安装方式拟采用两端固定的支承方式，则10= 式中：L滚珠丝杠螺母副的两个固定支承之间的距离。L=行程+安全行程+2余程+螺母长度+支承长度440 =2.55 3）初步确定滚珠丝杠螺母副的规格型号根据计算所得的、和结构的需要，按滚珠丝杠副的额定动载荷大于，2.55mm的原则，以及老师和前辈的经验， 初步选择HIWIN精密研磨级内循环双螺母FDI40-5T4 型滚珠丝杠，其公称直径为、基本导程、额定动负荷其具体参数如下表4-3:表4-3:型号公称直径mm导程mm珠径mm珠圈数动负载kgf静负载kgfFDI40-5T44053.175415995280其中导程P：5mm 、螺纹长度为710mm、动负载1599kgf=15999.8=15670.2N， =15670.2 N=4529.6N=37.324=2.25 故满足要求。4）确定滚珠丝杠螺母副的预紧力=282.65 N=94.2 N5）计算滚珠丝杠螺母副的目标行程补偿值与预拉伸力（1）计算目标行程补偿值。= 式中：温度变化值（23），取=2；丝杠的线膨胀系数（m/），取=11m/；滚珠丝杠副的有效行程（）。=Z轴行程+安全行程+2余程+螺母长度=300=112520=0.011（2）计算滚珠丝杠的预拉伸力=1.81 N 式中：滚珠丝杠螺纹底径（），取=37.324E弹性模量（MPa），取E=2.1 MPaA滚珠丝杠轴的截面积；滚珠丝杠的温升变化值（23），取取=2。=4.2.4滚珠丝杠螺母副的承载能力校荷1压杆稳定性的计算。由于滚珠丝杠属于细长杆，其螺纹长度（有效长度）L=5200mm，其长径比=4L/ d2。表4-4 螺杆支撑方式和系数螺杆支承方式螺杆支承简图长度系数系数两端固定0.54.730一端固定，一端不完全固定0.64.730一端固定，一端铰子0.73.927两端铰子1.03.112一端固定，一端自由2.02.875本丝杠采用2端固定方式取=0.5得，长径比 =4L/ d2=40.5550/37.324=29.5 当40的时候需要进行压杆稳定性计算，由于丝杠采用淬火处理，可以按公式计算：Fc=Fc/Famax4，故满足要求。 2滚珠丝杠螺母副临界转速nc的校验。 滚珠丝杠螺母在旋转时不会共振的最大转速是临界速度nc。对于数控机床，滚珠螺母对的最大速度是指它快速移动的速度。因此，只要速度不超过此时的临界速度。出于安全原因，最大速度为滚珠丝杠螺母对应低于临界速度。临界转速可以按公式计算： = r/min 式中：L2临界转速的计算长度； E滚珠丝杠弹性模量（Mpa），一般取E=2.1105Mpa； 滚珠丝杠密度（g/mm3），一般取=7.810-5N/mm3；g 重力加速度（g/），g=9.8 g/ I滚珠丝杠的最小惯性矩（mm4），一般取I=； A滚珠丝杠的最小截面积（mm2），一般取A=； K1安全系数，取K1=0.8 与支承方式有关的系数，查表 表4-5 螺杆支撑方式有关的系数支撑方式K2f一端固定,一端自由0.251.8753.4一端固定,一端游动23.92715.1两端固定44.7321.9本丝杠采用两端固定方式，滚珠丝杠距离固定端最远距离L2=570mm。滚珠丝杠的最小惯性矩为： I= 滚珠丝杠的最小截面积为： A= 则 安全系数，取=0.8；与支撑有关的系数，由表3-16得=4.73=本丝杠的最高转速为3000r/min，小于其临界转速，故满足要求。3滚珠丝杠螺母副额定寿命的校验。滚珠丝杠螺母副的寿命主要是疲劳点蚀。它是一批尺寸、规格、精度相同的滚珠丝杠在相同的条件下回转时，其中90%不发生疲劳脱落的情况下的总时间。劳寿命L和寿命时间的计算：L= r = h 式中：额定动负荷（N），查滚珠丝杠样本得=15670.2 N轴向载荷（N），取=300 N 滚珠丝杠螺母副转速（r/min），取n=3000 r/min运转条件系数；一般运转时取=1.2；L= r = 9.861010 r =h=547777.8 h一般来讲，在设计数控机床时，应保证滚珠丝杠螺母副的总时间寿命20000h，故满足要求。4.3同步带设计计算（1）传递的功率为查得KA=1.7.由于电机反复启动，正反转频繁，故KA应增加10%。（2）主动轮转速：电机直接驱动主动轮，初选电机转速为2000r/min。从动轮转速：从带轮直径等于主带轮直径，故其转速为2000r/min。（3）选定带型和节距：根据和，选取H型同步带。查表得节距=12.7mm。（4）小带轮齿数：查表得=18.因为，故取=60（5）小带轮节圆直径（6）大带轮齿数（7）大带轮节圆直径 （8）带速（9）初定轴间距a0：由于工作台单向形成为2100mm，故取a0=2150mm。（10）同步带长度查1表B&C-3选取带长代号为2200的H型同步带。其节线长=5424mm，节线上的齿数为=340。（11）实际轴间距（12）小带轮啮合齿数（13）基本额定功率其中，Ta为宽度为bs0的带的许用工作拉力，m为宽度为bs0的带单位长度的质量。查表得bs0=76.2mm，Ta=2100N，m=0.448kg/m。（14）带宽bs 其中，故查1表B&C-4，选择带宽代号为200的H型带，其带宽 mm。（15）作用在轴上的力 为查表得，预紧力4.4键的选用（1） 连接交流伺服电动机与联轴器的键查手册，连接交流伺服电动机与联轴器的键选A型普通平键，其公称尺寸为：bxhxl=8x7x40，其许用应力。键的工作长度l=L-b=40-8=32符合要求。（2） 连接联轴器和同步皮带的键查手册，连接联轴器和同步皮带上的键与连接电机输出轴与联轴器的键采用相同类型的键。选用A型普通平键，其公称尺寸为：bxhxl=6x6x20，其许用应力。键的工作长度l=L-b=20-6=14K=0.5h=0.5x6=3符合要求。4.5滚动轴承的选用与校核根据工作情况以及受力情况，初选轴承为角接触球轴承，其，型号为7005AC，基本额定动载荷为，基本额定静载荷为。 受力情况如下图： （Fr为移动载荷） 轴承支反力计算轴承当量动载荷，工作在受中等冲击时，载荷系数。因为，故X=1，Y=0。故当量动载荷计算轴承的寿命:对于球轴承，寿命指数，基本额定动载荷为，转速n=3000r/min。故因为，所以轴承符合要求4.6 联轴器的选型联轴器是把两轴直接联接在一起，在机器运转时两轴不能分离，只有在机器停止运转并将联轴器拆开后，两轴才能分离。选用精密膜片弹性联轴器。1精密膜片弹性联轴器的选用原则：（1）按结构要求和工作条件选定膜片弹性联轴器的型号。（2）主、从动端轴径不一致时，应按大端直径选联轴器的规格。（3）选择联轴器的主要依据是传递的最大扭矩，传递的最大扭矩应小于或等于表中许用 扭矩值，最大扭矩的确定应考虑机器起制动所需加减速扭矩和过载扭矩。但是，往往因为在设计时资料不足或分析困难，最大扭矩不易确定。这种情况下，可按计算 扭矩选用。即计算扭矩不超过表中许用扭矩值。（4）选用联轴器规格时，还应注意扭转刚度和轴向刚度。当然如对此无严格要求时可放宽。 2精密膜片弹性联轴器型号的选用根据上面的原则。选用XF3系列弹性膜片联轴器。（1）XF3系列单节夹紧螺丝固定式联轴器主要特点：u 膜片型弹性联轴器u 高灵敏度、高扭矩刚性u 零回转间隙u 顺时针与逆时针回转特性完全相同u 不锈钢膜片补偿角向和轴向偏差u 利用夹紧螺丝固定根据前面所选电机的电机轴轴径为35，丝杠连接电机部分的轴径为25，选定XF3-82-2535型联轴器4.7伺服电机计算选型1.计算折算到电动机轴上负载惯量（1）计算滚珠丝杠的转动惯量。 = =28.68 kgc（2）计算联轴器的转动惯量。=0.78（-）16.3 =0.78（）16.3 =15.48 kgc（3）计算折算到电动机轴上的移动部件的转动惯量J。 J= kgc=0.95 kgc（4）加在电动机轴上总的负载转动惯量的计算。=+J=15.48+28.68+0.95=45.11 kgc2.计算坐标轴折算到电动机轴上各种所需的力矩线形加速力矩=（+）（1-）kgf =（+）（1-）=（62+45.11）（1-）=39.53 kgf=3.87 Nm所以选择私服电机为：110ST-M04020第5章 苹果发泡网套包装机工作流程（1）准备阶段，苹果进入机器，机器电源打开复位： 1)将苹果倒入下料模块的滑槽里；将下料模块的圆盘间的网套通过两个对辊，套在扩膜圆柱筒上，将扩膜圆柱筒完全包住。2)打开电源，让扩膜锥体、托盘、两瓣下膜卡筒复位：与扩膜锥体相连的滚珠丝杠滑台移动至滚珠丝杠的最上段；与托盘相连的滚珠丝杆滑台移至距底端10cm处；XY双向滚珠丝杠的Y方向下膜卡筒距离扩膜卡筒外壁3cm，X方向下膜卡筒移至扩膜圆柱筒筒身的上端。切膜出料模块的电热丝加热。（2）包装阶段，打开开关，机器运作：1)下料模块的带缺口的扇形圆盘转动一圈，缺口内进入一个苹果，并携带苹果至滑槽另一侧滚出，苹果滚入滑槽撞在L形挡板，与托盘、L形挡板相连的滚珠丝杠滑台下降至L形挡板的顶部低于下料模块的滑槽，苹果进入托盘，受U形挡板的作用，苹果能稳定落在托盘上，托盘再带动苹果推至托盘的初始位置。2)下膜模块的XY双向滚珠丝杠滑台的Y方向上双向滚珠丝杠滑台转动，带动两瓣下膜卡筒向中间运动，夹住扩膜圆柱筒，然后X方向滚珠丝杠滑台向下运动包一个苹果的网套长度，扩膜圆柱筒由扩膜锥体支撑不动，套在扩膜圆柱筒的发泡网套在下膜卡筒的带动下向下运动，将发泡网套套在扩膜锥体周围。3)两瓣下膜卡筒夹住扩膜圆柱筒不动，扩膜锥体向下运动至扩膜锥体的顶端脱离扩膜圆柱筒的底部，托盘带动苹果向上运动至苹果完全进入发泡网套里，扩膜锥体再向下运动至顶端略低于托盘的顶端。 4)切膜出料模块的同步带滑台带动电热丝运动切断苹果上方的网套，切膜架的弧面推动苹果离开托盘进入出料槽里。（3）复位阶段，包装完成，滚珠丝杠，同步带滑台等机构移回初始位置： 1)扩膜锥体向上运动顶在扩膜圆柱筒的底部。 2)托盘27向下运动至滚珠丝杠最下端。3)XY双向滚珠丝杠滑台的Y方向的双向滚珠丝杠滑台带动分别带动两瓣下膜卡筒向远离中心的方向运动至两瓣下膜卡筒离发泡网套有一定距离，X方向滚珠丝杠滑台向上运动至初始位置。完成一次包苹果的过程。第6章 苹果发泡网套包装机总结和展望6.1设计总结对本次设计做认真的总结，本论文基于机械设计、机械原理、机械制造工艺学等基础，以设计苹果发泡网套包装机为目标，为质量要求高，生产效率需要提高，降低劳动成本，还克服了当前因为国外苹果发泡网套包装机价格高昂普通公司无法承担的烦恼，同时还满足了那些进行基础教育操作的技工学校进行讲解的案例要求，让他们找到合理适合自己的生要操作要求的机会，让工人操作更安全，强度也更低。通过本次设计研究，为苹果发泡网套包装机的研究提供了一定的思路，希望可以让车间操作工人在以后的生产中能够更轻松、更安全的工作，拥有一个更适合工作的环境。通过这一阶段的毕业设计，我受益匪浅，不仅锻炼了良好的设计和逻辑思维能力，而且培养了弃而不舍的求学精神和严谨作风。回顾此次毕业设计，是大学四年所学知识很好的总结。此次苹果发泡网套包装机的设计不仅重温了过去所学知识，而且学到了很多新的内容。相信这次毕业设计对我今后的工作会有一定的帮助。所以，我很用心的把它完成。在设计中体味艰辛，在艰辛中体味快乐。通过本次设计我可以更加系统的了解苹果发泡网套包装机的知识；能够了解苹果发泡网套包装机的设计理念以及应该达到的目标；能够检验自己能否将大学里学习的理论知识转化为实际应用；能够培养自己自学和独立思考的能力。这次设计不但锻炼我的思维能力，还锻炼我的查阅资料获取有用信息的能力，通过绘制设计图纸，使我熟练的掌握了SolidWorks和CAD绘图软件的使用，我把自己的理论用到实际当中去，在设计过程当中遇到的各种困难，我通过思考和咨询同学和老师获得了许多解决问题的方法和方式。毕业设计的过程是艰辛的，解决问题的过程是快乐的，成长过程是痛苦的，我相信只要我们保持严谨的学习态度，我一定能够成长起来。6.2未来展望本论文完成了对苹果发泡网套包装机的结构设计，基本上满足了苹果发泡网套包装机的需求，设计结果能否完全的实现这一目标，还需要大量的计算、分析等工作才能知晓。要想实现这款苹果发泡网套包装机达到完全实用的目的，让苹果发泡网套包装机完全与实验环境匹配，还需要对苹果发泡网套包装机进行适当的修改。如产品的尺寸比例、整个结构设计等都需要进行一定的调整，才能达到完全适应生产需求的目的。因此，还需要展开更多的研究工作，针对这些工作存在以下想法:根据苹果发泡网套包装机设计研究过程，对苹果发泡网套包装机的人机关系和机械结构部分进行调整，实现苹果发泡网套包装机通用化设计。对苹果发泡网套包装机结构进行更加全面的分析，设计出完全可以适应不同液压机，不同模具的自动上料系统。对