全自动成型灌装封口包装机中自动间隙式封口膜传送机构的设计

1、本科毕业设计（论文）全自动成型灌装封口包装机中自动间隙式封口膜传送机构的设计学院机电工程学院专 业 机械设计制造及其自动化（机械电子工程方向）年级班别 学 号学生姓名指导教师全自动成型灌装封口包装机中自动间隙式封口膜传送机构的设计摘 要灌装封口机顾名思义是一种既可灌装乂可封口的一种机器，针对不同行业可有不同 机型。它在食品领域主要应用于无菌食品以及带有不同粘稠度可泵送的半流体产品。本 论文主要涉及全自动成型灌装封口包装机中自动间隙式封口膜传送机构的设计。送膜机 构是指将包装膜通过一定的轨迹输送到指定工位进行加工的机构。本次设计包括送膜机 构方案的选择，具体结构的设计，机械零部件参数计算，相关材

2、料选择、电气元件的选 型，用solidworks软件建立起机构的三维模型示意图，并导出对应的装配图、零件图。 确定相关配合公差，使用ansys软件对关键零件的受力程度和形变量进行有限分分析。 使得设计岀的送膜机构能实现间隙送膜，并且机器运行过程中要保证膜的松紧程度相对 稳定，出现故障可以及时停机，满足灌装封口包装机的使用要求关键词：食品包装机械，送膜机构，设计，有限元分析abstractas the name suggests, the filling and sealing machine is a kind of machine that can be filled and sealed,

3、 and can be different for different industries.lt is mainly used in the field of food products of sterile food and the semi fluid products of different viscosity which can be pumped.this thesis is mainly related to design about the sealing film delivery mechanism with automatic gap type in the fully

4、 automatic forming filling sealing packaging machine.the sealing film delivery mechanism is refers to the packaging film through a certain path to the designated position of the processing mechanism. it includes scheme selection,design of concrete structure,parameter calculation of mechanical compon

5、ents,selection of related materials,type selection of electrical components,using solidworks software to establish the 3d model of the mechanism,and make the corresponding assembly drawing and part drawing,determine the relative fit tolerance.using ansys software to analyze the stress degree and sha

6、pe variable of key parts.made the design of the film feeding mechanism can realize the gap to send the film and ensure that the degree of tightness of the film is relatively stable in the course of running of the machine.lt also can be stopped in time if gets a failure .meet the requirements of the

7、use of filling and sealing packaging machine.key words： food packaging machinery, film feeding mechanism,design, finiteelement analysis1绪论11食品包装技术介绍11.2包装机械简介21.3灌装封口机简介31.4本文主要研究课题32送膜机构简介43送膜机构方案设计选择63机构的设计要求63.2送膜机构整体设计概述63.3装料部分设计83.4驱动部分设计83.4.1驱动部分结构设计83.4.2驱动屯机的选择9343齿轮副的选择设计103.4.4导胶轴的结构设计14

8、3.4.5键的选择153.4.6轴承的选择153.5张紧装置设计163.5.1张紧装置结构设计163.5.2限位开关选型173.6色标检测和刹车部分设计183.6.1色标检测和刹车部分结构设计183.6.2气缸的选型183.6.3色标传感器的选型193.7缓冲机构的设计204送膜机构材料选择235零件图设计256机构零件的有限元分析277总结与展望32参考文献33致谢341绪论1.1:品包装技术介绍我们知道，没有经过封存包装的食品只能保存很短的时间，食品如果不能及时食用 就会腐坏变质，失去其食用价值，而食品包装技术可以延长食品的保质期，提高其价值 性，食品包装可以保护食品的外观质量和食品的原有

9、品质，延长食品的保存期，还可以 增加食品品种，方便消费者，方便流通。食品包装又可以防止食品的污染，促进食品流 通的合理性和计划性，促进食品的竞争，扩大食品的销售。因此，充分利用现有的食品资 源，通过加工和包装向人民提供丰富、安全、卫生、富有营养的食品，是人们生存和发 展的需要,现代生活离不开食品包装。现代食品包装技术主要包括以下几种技术：充填技术：充填是指将食品按一定的规格、重量要求充入到包装容器中的操作，主 要包括食品的计量和充入。根据食品计量方式的不同,将食品充填技术分为容积式充填、 称重式充填和计数式充填三种方式。灌装技术：灌装是指将液体（或半流体）食品灌入包装容器内的操作。液体的灌装具

10、 有灌装精度高，使用方便、卫生、快速的特点。液体的灌装方法一般有常压灌装、等压 灌装、真空灌装和压力灌装。裹包技术：裹包是块状类物品包装的基木形式，它用柔性包装材料对被包装物品进 行全部或局部的包封。这种方法不但能对单件物品进行裹包，也能对排列后的物品做集 积式裹包。由于块状物品的物化特性各异，所需裹包的目的不同，裹包的形式也多种多 样，一般可分为半裹包、全裹包、缠绕裹包、贴体裹包、收缩裹包以及拉伸裹包。袋装技术：在现代食品加工工业中，袋装技术应用最为广泛，许多食品包装技术都是 以袋装技术为基础发展起来的。集装技术：集装技术就是将若干产品或包装件包装在一起，使其形成一个合适的搬 运单元。集装的

11、目的就是节省运输费用；减少货差、货损事故；便于实现搬运现代化； 提高仓库与货位利用率。封口技术：封口操作是食品包装继计量充填或灌装之后的另一道重要的包装工序。 由于被包装食品种类繁多,包装要求所用的包装材料和容器各不相同，因此采用的封口技 术也就各不相同。按封口的不同方法,分为无封口材料的封口机、有封口材料的封口机和 有辅助封口材料的封口机3种。贴标技术：贴标是在包装作业的最后进行。标签是在容器或商品上的标示，标签的 种类主要有胶粘标签、热敏标签等以及直接印在包装件或包装容器上的标签。贴标的基 本工艺过程一般为取标、标签传送、印码、涂胶、贴标、抚平等。绿色包装技术：绿色包装是指包装材料及包装制

12、品从设计、制造、使用到废弃及其 处理均对环境无害，或者说在包装的全过程中对环境的影响降低到最低限度。绿色包装 技术主要体现在冋收技术、减量技术、再生技术。而要实现这些食品包装技术，做到高效精准，需要制作对应的包装机械。1.2包装机械简介包装机械除具有一般机械的共性外，还具有其自身的特点。主要是多功能、高速度、 自动化程度高、成套性较强、多品种、小批量生产和容易实现三化（系列化、通用化、 标准化）等特点。现代商品种类繁多，尺寸各异，因此对包装机械的要求是多功能、多 品种、小批量生产，例如对于颗粒状物料的包装就要使用具有制袋、计量充填、封口、 打印h期、传递输送等功能的立式包装机；而对于果酱、蜂蜜

13、等膏状物的小包装就要使 用容器热成型、充填、封口、打印口期、切割和传输的卧式热成型包装机2】。国外发达国家包装机械的发展已有较长历史，伴随其商品生产的发展，一直处于领 先地位，国外工业发达国家的包装机械，近些年来，一方面为满足现代商品包装多样化 的需求，发展适应多品种，小批量生产的包装技术装备，同时紧跟当代新技术革命的发 展步伐，积极研究和开发对现代先进技术的应用，发展应用高新技术的现代包装机械。 现代包装机械上已应用了航天中的技术，微电子技术、信息处理技术，传感技术、激光 技术、生物技术以及新工艺技术和光纤材料等，口以群体的复合应用方式岀现，反映出 先进包装机械的高技术水平。随着药品制造业的

14、迅猛发展，其对制药包装机的要求也越来越高。人工智能包装机 械也应运而生，人工智能是传感技术、图象识别技术、信息处理技术和电子计算机技术 间完善结合应用的产物随着包装机械上微机控制技术的成功应用，高品质药品生产要求 包装向无人化发展。当今很多的包装机械生产有小批量、多品种、多规格化生产的特点，使用块化与成 组化技术能较好地适应这种变化趋势提高三化水平和提高其性能的研究，有利于缩短生 产周期，提高机器的可靠性和降低生产成本。包装机械产品要适应不断变化市场和满足相应的质量要求，大量采用先进的设计方 法和设计技术。如机械优化设计、可靠设计、人机学设计、工业造型设计、专家系统、 并行设计、机械cad/c

15、app/cam以及价值优化设计等。1.3灌装封口机简介灌装封口机顾名思义是一种既可灌装又可封口的一种机器，针对不同行业可有不同 机型。在食品领域主要应用于无菌食品的全自动包装，包括奶油牛奶酸奶奶制品；还 可用于灌装航空用矿泉水、蕃茄酱蛋黄酱、果酱、蜂蜜、黄油、食用油，以及带有不 同粘稠度可泵送的半流体产品。它已经发展成液体食品行业，对世界有着重要的影响并在市场上有较高占有率。 因此，液体灌装机市场有很好的发展潜力。目前，各种灌装机生产厂生产的灌装机在灌 装能力、效率、适用范围和自动化程度等方面，各有优缺点。在很大程度上制约了生产 质量和生产效率。本包装机主要用于生产小盒装的奶酪，实现吸塑的成型

16、加工、奶酪的灌装、封口一 系列自动化过程，全机主要由真空吸塑成型机构、自动定量灌装机构、自动间隙式封口 膜传送机构、气压式封口机构、气液式裁断机构、片材收放及间歇步进拉片机构组成。 木机集气、液、电为一体的自动包装机，自动化程度高，应用前景十分广阔。充填量： 10克（偏差:00.5克），生产能力：6次/min。1 4本文主要研究课题本论文主要涉及全自动成型灌装封口包装机屮自动间隙式封口膜传送机构的设计。 送膜机构是指将包装膜通过一定的轨迹输送到指定工位进行加工的机构。本次设计包括 送膜机构方案的选择，具体结构的设计，机械零部件参数计算，相关材料选择、电气元 件的选型，用solidworks软件

17、建立起机构的三维模型示意图，并导出对应的装配图、零 件图。确定相关配合公差，使用ansys软件对关键零件的受力程度和形变量进行有限分 分析。2送膜机构简介木论文主要涉及灌装封口机里的送膜机构的设计。送膜机构是指将包装膜通过一定的轨迹输送到指定工位进行加工的机构。也称包装 材料供送装置，现代的送膜机构基本采用卷筒材料。因为与预先裁切好的平张材料相比, 卷筒材料更适宜包装机的连续化、高速化和自动化生产。它应包括卷筒状材料的支撑装 置，驱动部分，压紧部分，刹车部分，导向装置，自动检测部分。现有的送膜机构一般有一下缺点：自动包装机预送膜机构结构设置不太合理，预送 膜时需要人工掌控，送膜不稳定，效果不好

18、且预送电机启动频繁，市场上同行业包装机 的送膜系统，大部分送只安装一卷薄膜，有些客户的包装产品较大时，一卷薄膜会在很 短的时间内用完，就需要经常换膜，但现有的结构换膜时操作十分繁琐，需要多人协助, 一个人往往很难完成，膜的传送过程中平稳性差，膜传输过程中，有吋只需单边膜，现 有的设备很难完成或者操作繁琐设置两个电机，增加了整体的成木不利于市场竞争。其以后的发展主要是简化换膜机构，使用一个电机代替多个电机正常工作，增加膜 传送的稳定性，可以同时传送多种类型的膜以满足生产，更多地朝着智能化的方向发展。从包装材料层数方面可分为单层卷筒材料送膜机构、多层卷筒材料送膜机构如图 2.1、图2.2,从包装材

19、料的供送方式可分为间歇送膜和连续送膜。其中间歇送膜机构又 可分为后退或前进补偿式间歇送膜、随机补偿式间歇送膜和育接补偿式间歇送膜，连续 送膜机构可分为后退或前进补偿式连续送膜如图和随机补偿式连续送膜刃。本次论文所 采的送膜机构为单层间歇送膜机构。图2.1单层卷筒材料供送装置示意图图2.2双层卷筒材料供送装置示意图3送膜机构方案设计选择3. 1机构的设计要求要让灌装封口机能止常工作，其对送膜机构有以下要求：送膜机构为非连续送膜， 因为将膜送到工位后，需要进行膜的贴合、牛奶盒的裁剪的步骤，这个过程膜是静止的, 必须等这些工序完成，膜才能接着传动，因此膜的传送是断续的；机器运行过程屮要保 证膜的松紧

20、程度相对稳定，稳定的松紧程度不会让膜出现变形，有利于提高产品质量； 膜的安装要相对简单，有利于提高换料速度，提高生产率；送膜过程不能出现倾斜、折 皱现象，若出现以上现象可以及时停止膜的传送；电机要满足功率、转速要求；当机器 出现问题时能够及时停止膜的传送，防止原料的损失浪费。3. 2送膜机构整体设计概述根据上述灌装机对于送膜机构的要求选择送膜机构的设计方案其具体的示意图如下 图 2.3、图 2.4：7拉料滚筒2； 8拉料滚筒3； 9拉料滚筒4； 10-拉料滚筒5；11 色标检测传感器；12旋转块1； 13-弹簧1； 14-旋转块2； 15-弹簧图2.3送膜机构示意图a图2.4送膜机构示意图b此

21、送膜机构是由：装料部分、驱动部分、导胶辘、导胶压辘、张紧辘、拉料辗、检 测装置，缓冲机构组成。膜传送的方向如图2里的红色线方向所示，依次是：装料轴导胶轴张紧车昆 拉料滚筒1拉料滚筒2拉料滚筒3拉料滚筒4拉料滚筒5。其具体的工作过程如下：通过拉料电机和驱动电机使膜传动，驱动电机通过齿轮传 动转动导胶银，由导胶辘和导胶压辗压住膜从装料辘送出，之后在拉料电机的引导下经 过张紧辗、拉料滚筒和缓冲机构。期间，通过张紧车昆、限位开关的控制保持膜的松紧程 度相对稳定，限位开关闭合，驱动电机工作，限位开关断开，驱动电机停机。设驱动电 机的转速稍快于拉料屯机的转速。当张紧辘打到限位开关，驱动电机停机，拉料屯机工

22、 作，膜在传送过程中渐渐将张紧辐往上拉，直至其离开槽的底部，此时限位开关闭合， 驱动电机开始工作，乂将张紧辘慢慢沿着槽往下放直到碰到槽底的限位开关，限位开关 再断开。如此循环，就保证了传送过程中膜的张紧程度。在拉料滚筒1和拉料滚筒2之 间安装色标传感器，用以检测膜上的图案印刷是否有课，若岀现错谋则发岀信号，刹车 装置工作，薄型气缸向前推动刹车块，刹车块在气缸两侧的导柱的导向下移动，将膜按 在拉料滚筒的外胶上，及吋将传动的膜刹住。机构里的缓冲机构被用来分担膜之间的拉 力，将膜刚刚传动时的拉力转为拉料滚筒的重力势能和弹簧的弹性势能，有利于机构的 稳定性。3. 3装料部分设计为防止装料轴每次受拉力而

23、开始转动时出现振动、跳动等不利于膜稳定传送的现象, 在装料轴的端部挂上预拉伸的弹簧，弹簧连着弹簧连接件，弹簧的松紧程度可以通过调 节弹簧连接件的高度进行调整。这样装料轴开始转动时膜对其的拉力可以转化为弹簧的 弹性势能，防止其跳动，提高了整个机器的稳定性。如图3.1,为能让机器使用吋工人能够方便的拆装薄膜卷，将装料辘胶1和装料辘胶 2用螺钉连接。这样，更换时先把挂在装料轴两端的弹簧从轴上取下，卸下螺钉，再把 原先套在装料辗胶1上的薄膜卷取下，再将薄膜卷套进装料辗胶1上，再旋上装料辗胶 2,重新挂上弹簧，这样就完成了薄膜卷的换装，方便高效。1 装料轴,2装料鶴胶1,3装料鶴胶2； 4轴承;5弹簧;

24、6弹簧连接件;7左右支架图3.1装料示意图3. 4驱动部分设计 3. 4. 1驱动部分结构设计送膜机构是由拉膜电机和驱动电机带动的，在这里省略了拉膜电机的设计。驱动电 机主要是根据送膜速度来选择的，由于膜的传送过程是个不连续、间断的过程，同时述 要保证膜要拥有比较稳定的张紧程度，因此选用电磁离合刹车电机，此类电机适合在不 连续、需不断启动停止的工作场合工作，且采用离合刹车结构使其断电后快速停止转动, 保证传送过程膜的张紧程度。如下图3.2所示，电磁离合刹车电机通过齿轮传动的方式驱动导胶馄转动。旋转块1 的一面与左支架的一面保持平行，其一端通过轴连接的方式固定在左支架上，使其能够 围绕这个轴进行

25、旋转，并在旋转块的另一端嵌入压辘轴，这样导胶压辘就可以用平行于 导胶辐轴的方式围绕着旋转块的一端进行摆动。工作吋，膜从导胶压辘和导胶辘的接触 面穿过。导胶压辗凭借自身的重力，与导胶辗一起压紧要传送的膜，使电机能顺利驱动 导胶辗将膜从装料辗上拉出。利用导胶压辗自身重力压紧薄膜的方式，因其能够摆动， 并不是固定死，因而提高机械的灵活性，例如：当遇到传送过程膜起皱的现彖，可以抬 起导胶压辘，对压皱的膜进行处理，而且能够适应不同厚度的膜。1 电磁离合刹车电机;2齿轮；3旋转块1； 4导胶辘;5左支架；6导胶压辘图3.2驱动导胶部分3.4.2驱动电机的选择根据前面所述方案，膜的运送是由收料滚轮处的电机和

26、驱动滚筒处的电机完成。驱 动滚筒处的电机转速要比收料滚轮处的电机速速快。由于设计了可上下移动的张紧馄， 当两个电机工作时，相同时间内驱动滚筒出来的膜长度要长于收料滚轮收的膜长度，张 紧轮下降，当其接触到最下端的常闭限位开关吋，常闭限位开关断开，限位开关驱动处 电机的通断，故驱动处电机断电。此时要求电机立即停止转动，以保持送膜机构对膜一 定的张紧，故选择离合刹车电机。设驱动滚筒出来的膜速为130mm/s,设导胶辗外胶直径40mm,则其转速约为62rpm,故电动机还需接上减速机，由于传送过程屮膜对导胶辘的作用力可以忽略。 因此选择台湾astk调速附电磁刹车电机作为送膜机构驱动处的电机，选择型号为

27、5rk90gu-amf （60w,额定转速为1650rpm）,搭配其型号为5gu25k的减速机（减 速比为1:25）可将速度减至66rpm,基本满足送膜机构驱动电机的要求。调速附电磁刹车电机是具有负载保持力的刹车马达。在电源off的同时，马达会瞬 间停止并保持负载。最适用于紧急刹车作业的用途。（因马达后部装有交流无激磁作动 型电磁刹车器（断电刹车），在电源off的同时，马达会瞬间停止，并且具有负载保 持力。适用于紧急时刹车保持位置用。3. 4. 3齿轮副的选择设计由己选定的电机可知，输入功率p=90w,小齿轮转速ni=66i7min,齿数比为1:1.06, 由电动机驱动，设机器的工作寿命为15

28、年（每年工作300天），两班制，机构工作平 稳，转向不变。参考机械设计，选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取为20°；灌装机器为一般工 作机器，选用7级精度。材料选择：由于大小齿轮的传动比接近1:1,故都选择45钢（调质），其齿面硬度 为 240 hbso设选小齿轮齿数zi为18,则大齿轮齿数为z2=uz'=1.06x18=19.08,取20。（1）按齿面接触疲劳强度设计，如式3.1(3.1)取心|=13,齿轮转矩=9.55x1?/ =1.3x1 （fnmm（3.2）取齿宽系数叭=1,区域系数乙产2.5；材料弹性影响系数z严189mr严；通过计算可得其接触疲劳强度用重合度系数z严丰

29、学= 0.91(3.3)计算接触疲劳需用应力参考图表可知两齿轮的接触疲劳极限为550 mpa,查得接触疲劳寿命系数k州=0.95,失效概率为1%,安全系数s=l,由公式% = khew = "93x550= 540mpa(3.4)51则该齿轮副的接触疲劳许用应力为523 mpa 2)试算小齿轮分度圆直径(3.5)2xl3xl3xl()41(20/18) + 1(20/18)x(25xl89.8x091523)2mm= 35.488(2)调整小齿轮分度圆直径1)计算实际在和系数前的数据准备圆周速度_ 7id“_ 7ix35.488x66v_ 60xl00060x1000=0j 23m/

30、s(3.6)齿宽bb = 屛 ” =lx35.488/wn = 35.488(3.7)2)计算实际载荷系数 查得使用系数 由v=0.123m/s、7级精度,查得动载系数为kv=1.02 齿轮的圆周力f = ztjdi = 2x1.3x104/35.488/v = 733nka 你/b = 1x0.733x103/35.488n/加加= 20.7n/”mv100n/"72°可得齿间载荷分配系数为k = 1.2取齿向载荷分布系数k = 1.421,可得实际载荷系数k” =心心«弘«卩=1x1.02x1.2x1.421 = 1.743）可得实际载荷系数算出分度

31、圆直径d = d,3准=35.488x3/ 二 39.11mm v kh（v 1.3及相应的齿轮系数(3.9)(3.10)m - d /z =35.488/18加加=2.17加加(3.11)3.按齿根弯曲疲劳强度设计，如式3.2（1）计算模数(32)试选k/1.3 取齿形系数y刖=2.92, y啟=2.82,应力修正系数鼻产1,52, ysa2=.55,两齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为ofiim=380 mpa,弯曲疲劳系数k2=0.88取弯曲疲劳安全系数为s=1.4,则(3.13)of = k 饗 him = 23&s6mpa 込=2.92x1.52 =oo86of238.86心二竺竺

32、= 0.0183of238.86取普讪862）试算模数(3.14)2k fzt,rc9 y fa y sa = 13 °2f°（2）调整齿轮模数圆周速度v(3.15)v =兀"'"=0.07m/s 60x1000 齿宽bb = mi = 1 x 20.34 = 20.34加n 宽高比b/hb/h = 20.34/2.543 = 82)计算实际载荷系数k由v=0.07m/s, 7级精度得动载系数kv = 1.01(3.16)(3.17)(3.18)由=27；/ =2xl.3xl04/20.34 = 1.278xl03n(3.19)kaft/b =

33、6sa<100n(3.20)故取k“=1.2由插值法可得k邯，结合b/h得k邛= 1.34故载荷系数为kf = kakvkf(ik=.35(3.21)3）可得模数m = 1.15mm对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的 模数，由于齿轮模数m的大小主要取决弯曲疲劳强度所决定承载能力，而齿面接触疲劳 强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可去由弯曲疲劳强度算得的模数1.13mm,并将其圆整为1.5mm,按接触疲劳强度算得到的分度圆直径d. =39.11mm,算出小齿轮齿数z =/m = 39.11/1.5 = 26.07取z产27,则大齿轮齿数z2=uz

34、 =1.064x27 = 28.728(3.22)(3.23)取z2=29, 27与29互为质数。d = z, = 1.13x18mm = 20.34mm4、几何尺寸计算(1)计算分度圆直径(2) 计算中心距(3) 计算齿轮宽度£ = zj/? = 27x1.5 = 40.5/w71d2 - z2m = 29x 1.5 = 43.5mmg = (d + d?) / 2 二 42mmb 屛i = 1x40.5 = 40.5/71/71(3.24)(3.25)(3.26)(3.27)则取两齿轮齿宽为42mml0j3.4.4导胶轴的结构设计选择材料：由于输入功率较小，为90w,所以对轴的强

35、度硬度要求不高，选择45 号钢调质处理。从安装齿轮的轴段开始，设此轴段的直径dl=10mm,为了保证齿轮可靠的轴向固定, 轴段的长度应略小于轮毂的宽度，根据前面取的齿轮宽度可以确定该轴段的长度，取其 长度为ll=56mm,轴段d2用来过渡到轴承，故取其长度l2=5mm,其直径为15mm, 轴段d3用来安装轴用挡圈，轴用档圈宽1mm,还有0.5mm余量用于安装轴承，因此轴 段d3长为1.5mm,其直径根据轴用挡圈取13.8mm,轴段d4的长度耍比轴承长度固定 板厚度的和小一点，取l4= 13.5mm,直径取为15mm,轴段d5做非定位轴肩，故取其 直径为20mm,取l5=5mm,作为过渡长度，轴

36、段d6用来安装轴用挡圈，轴用档圈宽 1mm,还有lmm余量用于安装导胶套时便于其固定，因此轴段d6长为2mm,其直径 根据轴用扌当圈取18.5mm,轴段d7直径取20mm,长度比导胶套长度短一点，取319mm, 轴段观用来安装轴用挡圈，轴用档圈宽1 mm,因此轴段d8长为1mm,其直径根据轴 用挡圈取18.5mm,轴段d9直径取20mm,长度考虑从导胶套端部到右支架的距离加上 一部分右支架的厚度，故取其长度l9=14mm,轴段dlo的长度要比轴承宽度小一点， 因为轴承宽为9mm,故取l10=8.5mm,直径取为15mm,轴段dll用来安装轴用扌当圈, 轴用档圈宽1mm,还有0.5mm余量用于安

37、装轴承，因此轴段dll长为1.5mm,轴段dl2直径取15mm,长度l12=10mmo故导胶轴的结构示意图为图3.3“口。3. 4. 5键的选择选择半圆平键作为轴与齿轮的链接件。由于键槽所在的轴的直径为15mm,通过查表可知平键的bxh=5x5, l取25mm。3. 4. 6轴承的选择由机构的总体设计可得轴的主要受径向载荷因而轴承可选择深沟球轴承设其能稳定工作5000ho以导胶轴上的轴承选择为例轴上的齿轮通过啮合对轴承施加的力为厂 t 1.3x104= 5987v加上导胶轴、导胶套、齿轮本身的重量、对轴承产生的径向力总共为_ 598 + 18 -2= 308n取载荷系数人=12则当量动载荷为p

38、 = fd(xfr + yfa)(3.28)(3.29)(3.30)取 x=l, y=0所以p = 370n轴承应有的基木额定动载荷值为= 370x360x62x500010"n = 980n = 0.98kn(3.31)查表可选择深沟球轴承6002型号其基木额定静载荷为2.85kn 则其寿命为(3.32)世王止（型论9.22x10讪 '60/? p 60x62 370远大于5000h故符合使用要求。其它轴承的选择校验请参考上例。3.5张紧装置设计 3.5.1张紧装置结构设计如下图3.4是送膜机构的张紧辐部分，张紧辐是用来张紧膜，保证传送过程中膜的 张紧度不会出现较大波动，保

39、证机辭的正常运行。由于送膜机构有两个电机驱动，两个 电机的转速很难统一，故设定驱动电机的转速稍快于拉料电机的转速。为保证膜的张紧, 将张紧辘设计成可在支架的槽内上下移动，并在槽的底部安装常闭限位开关，限位开关 闭合，驱动电机工作，限位开关断开，驱动电机停机。一开始张紧辘打到限位开关，驱 动电机停机，拉料电机工作，膜在传送过程中渐渐将张紧辐往上拉，直至其离开槽的底 部，此时限位开关闭合，驱动电机开始工作，乂将张紧辘慢慢沿着槽往下放直到碰到槽1-张紧馄；2-限位开关图3.4张紧楹部分3. 5. 2限位开关选型限位开关又称行程开关，可以安装在相对静止的物体(如固定架、门框等，简称静 物)上或者运动的

40、物体(如行车、门等，简称动物)上。当动物接近静物时，开关的连 杆驱动开关的接点引起闭合的接点分断或者断开的接点闭合。由开关接点开、合状态的 改变去控制电路和电机。限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。限位开关有接触式的 和非接触式的。接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相 对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当行程开关的机械触头 碰上挡块时，切断了(或改变了)控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械的 惯性运动，这种行程开关有一定的“超行程”以保护开关不受损坏。非接触式的形式很多, 常见的有干簧管、光电式、感应式等，这几种形式在电

41、梯中都能够见到。当然还有更多 的先进形式。由于送膜机构的工作温度处于常温状态，湿度为一般湿度，对限位开关的灵敏度、 额定频率、工作方式、外形结构要求不高，故选择欧姆龙d4cc-1024限位开关。其具 体参数如下图3.5o形状结构通用直立型寿命一邂动作方式快动传动器滚珠摆杆型电气鞭启ac125v1a额走频率50/60 hz开关机构目呈位机构接触方式单极双投型接点构成1c负载一般负载开关能力(ac ) /无电感负 载额走电ac125v/ 电阻负1a(nc) 1a(no)/ 灯负载:1a(nc)0.7a(no)开关能力(ac ) /电感负载额走电)±： ac125v/电恿负载:1a(nc)

42、 1a(no)/电动机负载：1a(nc) 1a(no)容许浪涌电流常闭电路(nc)： 5a 常开电路(no)： 2.5a环境温度范围使用 bl：-1070°c环境湿度范围使用时:35-95%图3.5欧姆龙d4cc-1024限位开关参数图3. 6色标检测和刹车部分设计 3. 6. 1色标检测和刹车部分结构设计如图3.6是送膜机构里的色标检测和刹车部分，送膜时膜经过拉料滚筒1和拉料滚 筒2,色标检测传感器安装在拉料滚筒1和拉料滚筒2之间，在膜的下方，实时检测膜 上面印刷的图案，当检测错误时，发岀信号，机器可以控制薄型气缸动作，薄型气缸向 前推动刹车块，刹车块在气缸两侧的导柱的导向下移动，

43、将膜按在拉料滚筒的外胶上， 及时将传动的膜刹住，避免生产出现重人错误以及浪费。1 薄型气缸；2刹车块；3拉料滚筒1； 4色标检测传感器；4拉料滚筒2图3.6色标检测及刹车3.6.2气缸的选型气缸安装在刹车板上用来在送膜异常时，停止膜的整体输送，防止后面的膜出现变 形、撕裂等现象。需要气缸可以提供足够的压力防止膜的滑动。由于膜传送的拉力不大, 于是对气缸所输出的工作压力没有太高要求。设气缸工作压力为30n,选择气缸缸径为 32mm,则根据公式：p=f/s(3.33)可得提供给气缸的工作气压约为0.4mpa,符合气缸的一般工作气压(0.3mpao.smpa)的范围。设气缸顶部与膜的距离为15mm,

44、故可选择ssa32x25的 薄型气缸。薄型气缸是引导活塞在其屮进行直线往复运动的圆筒形金属机件。工质在发动机气 缸中通过膨胀将热能转化为机械能；气体在压缩机气缸中接受活塞压缩而提高压力。涡 轮机、旋转活塞式发动机等的壳体通常也称“气缸雹薄型气缸，具有结构紧凑、重量轻、占用空间小等优点。3. 6. 3色标传感器的选型色标传感器指的是对各种标签进行检测，即使背景颜色有着细微的差别的颜色也可 以检测到，处理速度快。自动适应波长，能够检测灰度值的细小差别，与标签和背景的 混合颜色无关。它是通过与非色标区和比较来实现色标检测，而不是直接测量颜色。色 标传感器实际是一种反向装置，光源垂直于目标物体安装，而

45、接收器与物体成锐角方向 安装，让它只检测来自冃标物体的散射光，从而避免传感器直接接收反射光，并且可使 光束聚焦很窄。选用德国sick生产的色标传感器，型号为kt3,它有如下优点：(1) 小型外壳；(2) rgb-3种颜色技术；(3) 具有大扫描距离的激光变型；(4) 简单示教功能(在机器停机或操作)；(5) 在极其闪亮的物体自动防眩适应确保高设备利用率在高亮的薄膜上运行稳定实 现更高的机器使用性；(6) 物料流安全运行；(7) 开关频率10 khz；如图3.7为其参数示意图。尺寸（竟x高x深）12 mm x 40 mm x 22 mm感应距离12.5 mm / 40 mm光线种类ledr rg

46、b 1）ledr白色1）led,绿色1）激光,红色2）开关频率10 khz 3)1.5 khz 3)响应时问50 ps 4)400 pis 4)设青示教功能程序（动态）（最小/最大）/2点目学习（静态）连接类型插头，m12,4针图3.7 kt3色标传感器参数示意图3. 7缓冲机构的设计如图3.8是送膜机构的缓冲机构，它是由旋转块2、拉料滚筒3、弹簧和两枚限位螺 钉组成。因为送膜机构又是非连续工作的，现实中当拉膜电机拉动膜运行吋，前面的膜 具有了速度，而后面的膜还保持静止的状态，要克服膜之前保持的静止的惯性，考虑到 膜传送的距离比较长，与膜接触的辘胶比较多，产生的摩擦力比较大。因而从膜开始传 动

47、到整个机构平稳运行期间，膜之间的拉力会较大而且不稳定。这容易对膜造成拉扯， 变形，断裂、折皱等损害。所以在膜传送的屮间加入缓冲机构，可以用它來分担膜z间 的拉力，防止其出现上述的损害。如图3.9是送膜机构膜没传送时缓冲机构静止的状态，红线和箭头表示膜及其传送 的方向。容易知道，开始缓冲机构不受膜对它的拉力，由于拉料滚筒的自重和限位螺钉 1的作用，缓冲机构静止时其拉料滚筒3与垂线会形成一定角度。当膜开始传送后，膜 的拉力会将拉料滚筒抬起并使连在旋转块2上的弹簧伸长，渐渐转化为拉料滚筒3的重 力势能和弹簧的弹性势能，当前后膜的速度一-致后，拉料滚筒3的垂力势能和弹簧的弹 性势能渐渐释放，在某个值达

48、到动态平衡。图3.10为送膜机构里的缓冲机构的拉料滚筒 3重力势能和弹性势能达到最大值的状态。因为有限位螺钉2的作用，限制拉料滚筒3 只能被抬高到某一高度，故此缓冲机构的作用是有限度的。1 拉料滚筒2； 2旋转块2； 3弹簧；4拉料滚筒3； 5拉料滚筒4图3.8缓冲机构限位螺钉2 限位螺钉1图3.9缓冲机构工作示意图a限位螺钉2o图3.10缓冲机构工作示意图b限位螺钉14送膜机构材料选择1、机构轴材料选择由于机构里的轴的受力负载不大，故对材料的强度，硬度要求不高，选45号钢作 为轴材料，做调质热处理。45号钢是国标屮的叫法，也叫“油钢”。其碳含量0.420.50%,该钢冷塑性一般， 退火、正火

49、比调质时要稍好，具有较高的强度和较好的切削加工性，经适当的热处理以 后可获得一定的韧性、塑性和耐磨性，材料来源方便。gb/t699-1999标准规定45钢抗 拉强度600mpa,屈服强度355mpa，伸长率16%,断面收缩率40%,冲击功为39j。 调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那 些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。但表面硬度较低，不耐磨。可用调 质+表面淬火提高零件表面硬度。2、装料轴、拉料滚筒导胶材料选择选择pom材料作为装料导胶材料pom （聚甲醛树脂）定义：聚甲醛是一种没有侧链、高密度、高结品性的线型聚合 物。按其分子链屮化学结构

50、的不同，可分为均聚甲醛和共聚甲醛两种。两者的重要区别 是：均聚甲醛密度、结晶度、熔点都高，但热稳定性差，加工温度范围窄（约10°c）, 对酸碱稳定性略低；而共聚甲醛密度、结晶度、熔点、强度都较低，但热稳定性好，不 易分解，加工温度范围宽（约50°c）,对酸碱稳定性较好。是具有优异的综合性能的工 程塑料。有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。俗称赛钢或夺 钢，为第三大通用塑料。适于制作减磨耐磨零件，传动零件，以及化工，仪表等零件。 合成树脂中的一种，又名聚甲醛树脂、pom塑料、赛钢料等；是一种白色或黑色塑料 颗粒，具有高硬度、高钢性、高耐磨的特性。主要用于齿

51、轮，轴承，汽车零部件、机床、 仪表内件等起骨架作用的产品。它的一般性能特点为：（1）pom是结晶型塑料，密度为1.42g/cm3,它的钢性很好，俗称“赛钢二（2）它具有耐疲劳、耐蠕变、耐磨、耐热、耐冲击等优良的性能,口摩擦系数小，自 润滑性好。（3）pom不易吸湿，吸水率为0.220.25%,在潮湿的环境中尺寸稳定性好，其收缩率 为2.1%(较大)，注塑时尺寸较难控制,热变形温度为1720聚甲醛有均聚甲醛两种，性能不 同(均聚甲醛耐温性好一点)。它的力学性能为：pom强度、刚度高，弹性好，减磨耐磨性好。其力学性能优异，比强度可达50.5mpa, 比刚度可达2650mpa,与金属十分接近。pom

52、的力学性能随温度变化小，共聚pom比 均聚pom的变化稍大一点。pom的冲击强度较高，但常规冲击不及abs和pc； pom 对缺口敏感，有缺口可使冲击强度下降90%z多。pom的疲劳强度十分突出，10交变 载荷作用后，疲劳强度可达35mpa,而pa和pc仅为28mpao pom的蠕变性与pa相 似，在20°c、21mpa、3000h时仅为2.3%,而且受温度的影响很小。pom的摩擦因数 小，耐磨性好(pom>pa66>pa6>abs>hpvc>ps>pc),极限pv值很大，自润滑性好。 pom制品对磨时，高载荷作用时易产生类似尖叫的噪声。3、弹簧材

53、料选用合金钢65mn作为弹簧材料，并采用淬火加中温回火的热处理方法。4、刹车材料选择选用硅胶作为刹车材料硅胶(silica gel; silica)别名：硅酸凝胶是一种高活性吸附材料，屈非晶态物质。 硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其他同类材料难以取代得特点：吸附性 能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。4、旋转块材料选择选择45号钢作为旋转块材料，热处理为调质。6、左右支架板材料选择因为支架板所受负载不大，故选择q235-a作为左右支架板材料。5零件图设计1装料轴零件图设计装料轴的零件图如图5所示，由于灌装机属于一般机械，其精度要求不高，故轴 与轴承的配合精度等级可以

54、取p0级，采用基孔制的的间隙配合方式，取公差为h7/g6。 则在图里标注为o20g6,取配合面粗糙度为3.2pn,其余取6.3hmri2o图5.1装料轴冬件图2电机轴齿轮零件图设计如下图5.2是电机轴齿轮的零件图，由电机轴直径为15mm,可选齿轮内孑l直径为15mm,采用基孔间隙配合方式，取公差为h7,设键连接为一般连接，其b值正负0.015mm,孔壁粗糙度为3.2切。57技术要求:1、去毛刺，锐角倒钝;2、未注公差枝±0.1；图5.2电机轴齿轮零件图3支架板零件图设计支架板的零件图如图5.3所示，由于灌装机属于一般机械，其精度要求不高，故轴 与轴承的配合精度等级可以取po级，采用基

55、孔制的的间隙配合方式，取公差为h7/g6。 则在图里标注为o20g6,取配合面粗糙度为3.2|im,其余取6.3切。图5.3支架板零件图6机构零件的有限元分析在木次设计里面，由于送膜机构的作用对象是膜，它对送膜机构产牛的作用力很小, 相对于送膜机构的材料，膜产生的作用力儿乎可以忽略不计，故基本上所用的零件承受 的负载都比较小。唯一有可能出现强度问题的是缓冲机构里的旋转块。如下图6.1里的 示意图所示，是旋转块在机构中的位置，它的示意图如图6.2,可以看到，在旋转块的 孔1插入定位销轴用于旋转块的一端定位，使其能够围绕销轴进行旋转，在旋转块的孔 2插入拉料滚筒轴，使得拉料滚筒可以连着旋转块绕着销轴进行转动。再在旋转块的3、 4处锁上螺钉，将孔和轴锁紧，防止轴从孔脱落。在图里可以看到，拉料滚筒的位置固 定全靠旋转块的孔2对拉料滚筒轴的作用约束，而其另一端是完全悬空的，这对旋转块 的孔2会有一个力矩的作用，如果