毕业设计（论文）-拖鞋自动生产线整形及封装装置设计

摘要I毕业设计（论文）题目：拖鞋自动生产线自动整形及封装装置设计

摘要拖鞋作为日常生活中必不可少的一种生活用品，在我们的生活中起着至关重要的作用，这就意味着拖鞋仍然是有着很大的市场。随着我国经济以及社会的快速发展、城镇化进一步推进，国家的根本矛盾发生改变的同时人们的消费观念也在改变，人们对日常生活中的用品的要求也进一步提高。中国作为世界上较大的鞋类制造生产国，二十一世纪初中国鞋类制造行业通过低廉的生产力成本吸引了大量的世界资金，促进了我国轻工业的蓬勃发展。但是就目前我国的鞋类生产方式而言，由于鞋类制作的工艺过程较为复杂，大多数的制鞋工厂仍然是采用人工流水线的方式来进行鞋类生产过程中的分拣，缝合及包装，在我国社会与经济的高速发展过程中，生产力成本不断增加。正因如此，自动化的生产线对于我国鞋类制造的发展十分重要。故需要设计出一款能够代替人工实现自动整形与包装的鞋类生产线对我国进一步实现高质量发展十分重要。本设计采用规范化的设计计算对全自动拖鞋生产线中的自动整形以及封装装置进行设计。首先，通过查阅相关书籍和资料，学习包装机械的相关知识，认真阅读参考资料，大量查阅现有生产的设计经验和成果，深刻了解枕式包装机在我国和外国的发展现状和应用现状结合课本知识和参考文献信息，设计出能够实现整形、送料、送膜、制袋、纵封、横封、切割、排气、调节长度等功能的包装设备。关键词:拖鞋；自动化；生产线；枕式包装机；自动整形；Abstract全套图纸加V信153893706或扣3346389411

AbstractSlippers,asanessentialdailynecessitiesinourdailylife,playavitalroleinourlife,whichmeansthatslippersstillhavealargemarket.WiththerapiddevelopmentofChina'seconomyandsocietyandthefurtheradvancementofurbanization,thefundamentalcontradictionofthecountryhaschanged,andpeople'sconsumptionconceptisalsochanging,andpeople'srequirementsfordailynecessitiesarealsofurtherimproved.Asthelargestfootwearmanufacturingcountryintheworld,China'sfootwearmanufacturingindustryattractedalargeamountofworldcapitalthroughlowproductivitycostatthebeginningofthe21stcentury,whichpromotedthevigorousdevelopmentofChina'slightindustry.ButthefootwearproductionmodeinChina,asaresultofthefootwearproductionprocessisrelativelycomplex,mostoftheshoefactoryisstillusingartificiallineinfootwearproductionintheprocessofsorting,sewingandpacking,intheprocessoftherapiddevelopmentofoursocietyandeconomy,productivitycostscontinuetoincrease.Becauseofthis,automaticproductionlineisveryimportantforthedevelopmentofChina'sfootwearmanufacturing.Therefore,itisveryimportanttodesignashoeproductionlinethatcanreplacemanualtoachieveautomaticshapingandpackagingforChinatofurtherachievehighqualitydevelopment.Thisdesignadoptsstandardizeddesigncalculationtodesigntheautomaticshapingandpackagingdeviceintheautomaticproductionlineofslippers.Firstofall,byreferringtotherelevantbooksandmaterials,learntherelevantknowledgeofpackagingmachinery,carefullyreadthereferencematerials,alargenumberofaccesstothedesignexperienceandresultsoftheexistingproduction,adeepunderstandingofthedevelopmentandapplicationofpillowpackagingmachineinChinaandforeigncountriescombinedwithtextbookknowledgeandreferenceinformation,Designcanrealizeshaping,feeding,filmfeeding,bag-making,verticalsealing,horizontalsealing,cutting,exhaust,lengthadjustmentandotherfunctionsofthepackagingequipment.Keywords:Slippers.Automation;Productionline;Pillowpackingmachine;Automaticshaping;目录

目录摘要 IAbstract II第一章 概述 11.1设计背景 11.2包装机械简介 11.3研究现状及已有成果 21.3.1国外包装机械的主要特点 31.3.2国内包装机械的主要特点 31.4本课题主要研究内容 41.5本课题研究的意义 5第二章 自动整形及封装装置的总体方案与机构分析 62.1引言 62.2自动整形及封装装置的设计要求 62.3自动整形及封装装置的总体方案 62.3自动整形及封装装置的机构分析 6第三章 自动整形及封装装置的机构设计计算 83.1送料机构设计计算 83.2横封横切装置设计计算 103.3送膜及中封、出料装置设计计算 123.3.1送膜装置设计 123.3.2中封装置设计 133.3.3出料装置设计 153.3.4润滑方式设计 163.3.5热封方式设计 17第四章自动整形及封装装置的机构三维建模 184.1整形送料装置 184.2送膜装置 194.3制袋成型器 204.4中封装置 204.5横封横切装置 214.6成品输出装置 214.7三维虚拟样机总装配图 22第五章设计结论与展望 23参考文献 24致谢 27

第一章概述第一章概述概述1.1设计背景就人们的日常生活而言，拖鞋是人们必不可少的一种极为常见的生活用品，在我们的生活中起着至关重要的作用，根据大范围的调查以及现有数据来看每个人都有两到三双的拖鞋，且对拖鞋的购买更新都有着不小的意向，大多数人也希望能购买到足够舒适的拖鞋来替换原有的较为劣质的拖鞋，这样的优质拖鞋能够让现如今的人们能在家中得到足够的幸福感，这就意味着拖鞋在我国仍然是有着很大的市场以及市场景。自改革开放以来，我国的经济迎来了极大的发展，伴随着我国经济社会的快速发展、城镇化和科技化的进一步推进和人民生活水平以及物质需求的也在逐步提高，我国的鞋类制造业也迫切需要进入下一阶段，从采用廉价劳动力的落后发展方式改变为以各种机械为主，人工劳动力为辅助的高新产业。中国作为世界上较大的鞋类制造生产国，二十一世纪初中国鞋类制造行业通过低廉的生产力成本吸引了大量的世界资金，从而促进了我国轻工业的蓬勃发展。但是就目前我国的鞋类生产方式而言，由于拖鞋的生产制造较为复杂且在之前的生产中机械的成本并不如人工劳动了来的便宜，现在除去一些年纪较大的老人还知道如何自己制鞋且还能自己手工做鞋外，人们的大部分鞋类都来自工厂的流水线生产，然而就我国现在的工厂情况来看，大多工厂仍采用手工制鞋以及包装的方式进行制作，大多流水线生产上面人工的部分占据大多数，故在大批量制鞋的时候，难免会由于操作者等等原因造成鞋的质量不统一，良莠不齐，时好时坏，这显然不利于整个制鞋业的进一步发展与转型。同时流水线的高速作业也让工人在制鞋的过程中由于高速和机械化的动作容易受到伤害从而大大提升了制鞋厂的成本，如高速运转的缝纫机容易对工人的手部造成伤害，既耽误生产且工伤也让劳动力成本上升。受到新型冠状病毒肺炎（CoronaVirusDisease2019，COVID-19）疫情的冲击，全国的工业生产都受到了不小的影响，工厂停工的事件时有发生，工人感染新型冠状病毒肺炎的也时有发生，这也进一步影响着工厂的正常运作，过多的人工也导致了制鞋成本大幅上升。在工业4.0的大幅推进下，中国的企业也要求进一步转型，从人工转向机械化自动化的生产线，将原本国家经济高速发展转变到高质量发展的路上来。同时，在国家进一步的教育推进下，人们受教育的程度进一步的较之前有了很大的提升，社会经济的进一步发展导致生活成本进一步的提高，这也就意味着类似制鞋流水线这样以廉价生产力创造收益的高强度机械化工作越来越难以招到工人，接受了一定程度教育的年轻人因为无趣的生产线工作以及较为微薄的收入不愿意去做这样的工作，而年纪较大的一些人也因为体力原因无法胜任流水线上高强度的工作。所以中国如今的制鞋机械、完整的鞋类生产线研发是很有必要的。1.2包装机械简介由于自动化的生产线的不断更新与进步，社会科技化的进一步推进，为了实现我国从“中国制造”转型为“中国智造”，发展我国的包装工业是十分有必要的项目，包装机械业在这样的时代需求、国家需求的大背景之下迎来了良好的发展机遇。要想发展我国独立自主创新的包装机械就要解决我国现如今包装机械工业的发展面临着的十分严重的问题，其中最重要的就是受到了发达国家的技术封锁，高质量以及高技术含量的包装机成套设备中国并不能生产出来，这样的高级设备大多是来自外国进口而来。我国包装机械的技术含量与外国先进包装机械的差距主要是体现在我国的包装加工工艺较为落后以及技术装备的柔性化程度并无法去外国先进企业所生产的包装机械相竞争。由于我国包装机械起步较晚且技术较为落后，无法满足我国现如今工厂的需求，所以我国的大多包装机械制造企业仍然需要每年花费一笔昂贵的资金去购买外国企业所生产的高新包装机械设备以及部件。虽然大力的从国外引进大量的高新包装机械设备，能在短时间之内激活我国一些企业的生产力，提升我国包装工业在现如今的发展速度，从而拉近我国的包装工业与发达国家包装工业之间的技术层面的差距，解决我国现在包装机械欠缺的燃眉之急，但是长期的像国外进口将会导致我国大量的资金流失。国外的包装机械进口较昂贵，这也让规模较小的企业无法引进，或者说引进的成本大大大于人工劳动力成本，正是这样导致了我国包装机械的研发受到了不公平待遇，从而陷入了一种恶性循环之中。不利于我国包装机械进一步发展的同时大大打击了我国科研人员的积极性，不利于发展属于我国独立创新的知识产权，同时也不利于我国培养真正的科技创新人才。所以说我国的包装工业要想在这样的大环境之下真正做到高质量发展，我国的自主研发是十分重要的，只有这样才能突破某些发达国家的技术封锁，将市场的主动权和控制权掌握在自己手中。1.3研究现状及已有成果我国目前现有的传统的包装机不仅包装品种极少，而且对于现如今产品的种类越来越多，传统的包装机械的通用性不佳,已经不能满足人民日益增长的需求，人们的消费观念逐渐进步，对商品包装的要求也有了一定的提高，在实际购买情况中来看，相同价位的物品人们往往会选择包装较为精美的一款。虽然我国的小型包装机械生产企业目前在市场的需求下也发展到了一定的程度，通过网络上的数据来看我国小型包装机械生产企业在市场占有率和市场覆盖面上都有着较为不错的表现，但是中小型包装机械企业并不以科技创新为内在动力发展创新高端的包装机械，而是一直将重心放在与同为中小型包装机械企业的竞争中，各自抢占市场份额，将目光投在技术含量较低的技术产品上竞争，导致了出现了很不客观的恶性竞争，这样的竞争对虽然对购买者来说是有利的，但是并不能促进包装机械的真正进步。而对于高端企业而来说的话也成功做出了一些多伺服控制技术为核心的包装机械，并且在部分高端企业中也进行了应用，取得了较为优秀的表现和成绩，大大减少了人工的参与，降低了劳动力成本，对国内自主的包装机械的研发产生了较为积极的影响。所以自主知识产权的拖鞋自动整形及封装装置的产业化与普及化是十分重要的，有利于我国包装行业从落后到先进，对包装机械制造行业也能突破国外技术封锁实现弯道反超。对目前的包装机械发展的情况来看的话，国内外的包装机械生产企业都已经向着能够适应多品种、小批量的通用包装机械和设备研究和发展，为了认包装机械拥有一定的适应能力，所设计的包装机械需要在一定程度上具有一定的柔性，这样新兴的包装机械才能够去满足现代商品种类越来越多的情况下商品包装的多样化、个性化、特殊化的要求，正是因为这样的市场需求不断推进，包装机械制造行业以及包装机械制造企业才可能通过机械科技的创新来实现进步。本次毕业设计的由来是某个拖鞋制鞋厂的真实需求，需要一条完整的制鞋生产线来替代人工，该部分主要研究的为一种包装机应该能够满足鞋类生产中的自动整形与包装封袋部分，主要包括整形、送料、送膜、制袋、纵封、横封、切割、排气、调节长度等功能的包装设备。1.3.1国外包装机械的主要特点（1）包装形式多样化。国外的包装类型很多且适用于更多客户不同的需求，已经能够满足大多需要包装的工厂的需求。如三边热封袋、四边热封袋、枕形袋等；（2）包装速度快。国外包装机械的包装速度远远大于国内包装速度、小袋包装机包装速度一般为30-80袋/分，在这样的基础条件下，国外的很多包装机械企业通过科技创新研发推出了更加快速的多列式包装机。如意大利ILAPAK公司的300和400系列枕型包装机，包装速度达到120袋/分。国外大型的包装机械生产企业起步较早且在当时的市场竞争并不激烈，在我国包装机械还未起步之前已有了较好的技术基础；（3）运动精度高。外国大型得包装机械企业所生产的高精度的包装机械，主要采用更加有效的高新技术，通过运用多个伺服电机以及多种多样的传感器等高科技设备，结合上程序编程方面的优势，加上一些精密度很高的新型机构去控制和协调各个伺服电机，这样就可以让包装机械在加工过程中的的制袋精度提高；（4）结构设计模块化。将一台包装机拆分为各个部分进行设计和制造，模块化的思想来对整机进行设计，这样就可以针对不同的包装需求来组装一台完整的包装机械。在实际生产情况中，如果出现某个部分的损坏和故障，只需利用模块的思想进行维修或者购买，能实现在短时间内进行修复，不影响工厂的生产节奏，如若在一段时间的生产之后需要变更为其它包装形式的生产需求也可以通过更换模块的方法来实现；（5）控制智能化、弹性化。国外的包装机械已经实现了智能化的实时监控和调控，生产加工中的数据都能被机器所识别，通过物联网的技术就能够实现在电子设备上查看和调整整个包装机械的各种参数，从而减少了人工的参与减低了劳动力成本。并且采用了一定的色标传感器，保证包装产品在包装过程中，包装袋的图案并不会因为识别错误影响印刷于包装膜上图案的完整。1.3.2国内包装机械的主要特点我国的包装机械企业发展总体来说较为落后，包装机械的科技创新能力较弱，很多年来国家不重视包装机械行业的发展。过去多年，我国因为人口较多的情况，且当时的教育机制很落后，导致市场上出现了大量的没有文化的人民，这样的人民为我国建国之初提供了大量的廉价劳动力，低廉的劳动力让人们失去了机械方面科技创新的想法，导致国家整体的机械水平都起步较外国明显晚了不少，且发展较不健全。然而自改革开放以来，随着社会经济的不断发展，人民受教育的程度不断增加，低廉的劳动力在市场中的占比大幅度的减小，但是人民日益增长的美好生活需要和不平衡不充分的发展之间的矛盾又不得加大了我国对机械替代人工的需求。正因为这样，国家主席习近平也多次强调“科技强国”的道路。在政府和领导人如此强调科技创新的大环境之下，政策也向着机械产业倾斜，为我国的包装机械的发展注入了新的活力。在产品技术方面，国内包装机械的主要特点：（1）包装精度低。包装精度的问题不仅仅只是体现在包装机械上，我国的基础加工设备如车床、铣床等设备精度较低导致无法生产高精度的部件，从而导致我国受到外国高新机械企业的技术封锁，对于高新科技只能选择进口的方式满足目前国内短缺的高精度零件机械问题；（2）速度低、品种少。由于包装机械方面的短缺、精度低限制了我国的包装机械包装的速度，而且因为起步较晚，由我国独立研发创新的包装机械水平较低，导致制造包装机械的成本过高，与外国生产的包装机械差距较大，无法占据一定的市场，导致没有足够的资金研发更多种类的包装机械；（3）自动化和智能化水平低。过去多年中国的市场主要是依靠低廉的劳动力成本进行发展，低廉的劳动力吸引了来自外国大量的资金涌入我国市场，为我国的轻工业发展做出了极大的贡献，但也导致了我国现如今大多工厂仍在使用大量人工参与的半自动化生产流水线，但劳动力成本的上升，让国家，社会，企业都不得不重视自动化和智能化的发展；（4）开发能力不足。我国包装机械的发展目前仍有很大的瓶颈目前处于一个断层阶段之间，我国现有包装机械制造企业无法制造出高端的包装机械，而这些工厂做出的大多包装机械由于技术的落后以及人才的短缺，使得成本高于外国高新企业所生产的能满足同等功能的包装机械。社会的教育水平在之前都较低，没有一个系统的对科技创新人才的培养制度，且对于科技创新人才的引进机制也较为落后，对科技创新人才的待遇也很差，所以科技创新人才出现了大规模的短缺，导致了开发能力的低下。1.4本课题主要研究内容拖鞋自动生产线包括自动点胶装置、自动贴片装置、鞋底鞋面自动贴合装置、自动缝鞋装置、自动剪线装置、自动封装装置。此次拖鞋自动生产线分为了三个部分，这里主要是设计拖鞋自动生产线尾端的自动整形及封装装置设计，拖鞋自动生产线的自动整形及封装装置的设计主要的设计部分是自动封装机的设计，根据题目所给的要求以及多方面的查阅资料后，自动整形的机构可以选择通过两侧与传送带的限位配合伺服电机和红外传感器即可实现，并不需要冗杂的计算过程，顾在说明书中主要体现自动封装装置的设计及计算过程。对于本课题而言，经过多方面的资料查阅以及多层次的考查之后，在开题阶段在导师的建议下自动封装机构选择设计一个三伺服枕式包装机即可满足任务书中所给的设计要求：（1）包装塑料膜自动输送功能；（2）包装袋排气、热封、切割功能。三伺服真是包装机的运动过程主要核心为包装机前端的上料过程以及送膜同步进行，这就需要伺服电机带动各个部分的过程中能够实现协调工作。工作流程简图如图1.1图1.1工作流程简图从系统的功能性能来看的话，本次毕业设计的的研究内容和设计工作主要包括以下几点：（1）构成三伺服枕式包装机的部件和三伺服枕式包装机的工艺流程；（2）伺服电机的选择，传动系统方案的拟定；（3）与前端机器的配合以及自动整形和送料装置的组成；（3）送料装置的组成；（4）送膜机构的组成；（6）中封装置的选择和结构设计；（7）横封横切装置的选择和结构设计。1.5本课题研究的意义在经济不断高速发展进步的今天，人们生活水平的日益提高，对商品包装的要求也越来越高。同时劳动力成本的大幅度上升也使制鞋企业的成本上升，所以制鞋企业对于包装机械来实现包装过程的需求越来越紧迫。运用出色的包装机械，能大幅的减小人工在整个过程中的参与，提高拖鞋包装的质量从而能够在一定程度上赢得市场份额，提高整个企业生产的拖鞋在国内甚至是国际市场上的竞争力。除此之外，本次毕业设计课题更是对自己大学四年所学机械知识的一个检验和考核，丰富自己设计经验的同时为将来从事机械方面工作打下坚实的基础，培养自己独立创新的能力，才为国家机械的发展与进步做出自己的贡献。第二章自动整形及封装装置的总体方案与机构分析

自动整形及封装装置的总体方案与机构分析2.1引言本课题主要是完成一条拖鞋自动生产线中的自动整形及封装装置的设计，主要需要在这个部分解决的就是来自前端机械生产过程中产生的拖鞋凌乱以及如何自动包装的问。结合资料以及现有技术的情况下来设计一套外观较为美观，工作稳定、高效且浪费较少的自动化封装生产线。本章主要是介绍自动整形及封装装置的总体方案，并且根据总体方案对自动整形及封装装置的机构进行分析，为下一步的设计计算做铺垫。同时在本章也体现了各个机构基于solidwoeks的三维建模。2.2自动整形及封装装置的设计要求拖鞋自动生产线主要包括自动点胶装置、自动贴片装置、鞋底鞋面自动贴合装置、自动缝鞋装置、自动剪线装置、自动整形及封装装置。在本次拖鞋自动生产线中主要设计的是拖鞋自动生产线中的自动整形及封装装置，在本次设计方案中主要是要求实现：（1）包装塑料膜自动输送设计开发；（2）包装袋排气、热封、切割设计开发；2.3自动整形及封装装置的总体方案在本次设计的要求下，由于自动整形的要求并不高且自动整形的机构可以选择通过两侧与传送带的限位配合伺服电机和红外传感器即可实现，并不需要冗杂的计算过程。自动整形的机构并不需要严格的设计，本课题的设计重点还是以枕式包装机为主，目前的枕式包装机可以由进料以及包装方式分为卧式枕型包装机和立式纵型枕型包装机,卧式枕型包装机适用于包装各类固态形状有规则的物料，如食品类的饼干、面包、糖果，以及日用品、工业零件等。而对分散状的物料则需将被包物先置于一个盒内，使之形成一个有规则的整体，才可以进行下一步的包装；对于立式纵型枕型包装机的话，包装所用的塑料膜通常处于机器的上端，通过立式的制袋器将塑料膜制成成型的包装袋，然后进行充填包装、封口等工序水平式包装机大致分为两种：给袋式和自制袋式。立式纵型枕型包装机主要适合于颗粒状、短条状、粉条状物料的包装，如：螺丝螺母、膨化食品、茶叶、咖啡、乐高零件、糖果，药等。同时，卧式枕形包装机械，在送膜的方式上仍分为里两类：上走膜卧式枕形包装机械以及下走膜卧式枕形包装机械。上走膜的包装机械包膜的情景是膜从上往下折叠在下端进行中封，这样的上走膜机械在现实生成包装过程中，可能会出现送料不到位的生产问题，导致夹料等，所以综合拖鞋实际的生产过程中的需求，在这个课题下我们是选择采用下走膜卧式枕形包装机械，即可实现课题所需要求。2.3自动整形及封装装置的机构分析主要分析的为枕式包装机的各个机构，经过多个方面的查阅资料，联系现有生产商以及和导师的沟通后，确定了适合该课题的枕式包装机的主要机构包括：（1）整形送料装置。整形的过程主要是解决流水线前端生产加工过程中，根据前面的方案来看，即拖鞋自动生产线自动缝鞋装置与剪线装置的方案来看的话，前端的左右两只鞋采取了两个对称生产的流水线加工过程，在前端的生产中容易使鞋类出现混乱，同时也要求将两只鞋并拢后在进行包装。通过两侧板件与传送带的限位配合伺服电机和红外传感器即可实现拖鞋的整形过程，对于送料来说的话，需要运动传送带以及伺服电机来完成。在机械方面，送料装置一般都包括链轮、带轮、伺服电机、推杆、导轨等；（2）送膜装置。送膜装置作为本次设计的难题来说，主要需要将膜在工作过程中实现膜的张紧，由于在枕式包装机的工作过程中，由于伺服电机的介入膜速度在工作过程中的时间间隔之中速度会发生改变，导致薄膜时松时紧，为了使膜在工作工程中保持张紧的状态，需要有一个摆臂张紧装置（图2.1）来实现膜的稳定，有利于实际加工中的协调性。在机械方面的话，送膜装置主要包括塑料薄膜的支撑装置、塑料薄膜的导向装置、以及塑料薄膜的张紧装置。如果需要更换膜的时候，需要人工进行更换；（3）制袋成型器。制袋成型器作为在整个包装机中起到了较为重要的作用。制袋成型器的主要作用是将塑料薄膜进行一定的折叠从而使膜的形状发生改变，将平面拉伸过来的塑料薄膜折叠为圆筒型（图2.2），此时能够将输送装置过来的拖鞋进入由制袋成型器折叠为圆筒状的塑料膜内，实现包装中的将物料放入塑料薄膜内的操作。而对于制袋成型器来说，应能实现调整宽度，在实际的生产过程中，工厂需要包装不同尺码的拖鞋，这就要求制袋成型器的两段应该能实现位置的改变与固定，在这里选用螺栓的方式进行固定；（4）中封装置。中封装置在整个下走膜枕式包装机中起到一个十分重要的承前启后的作用，是整个枕式包装机械在实现加工的过程中的关键。中封装置不仅仅只是需要将膜进行加热以及中封，更需要结合拉膜的功能来进行设计，所以在本次课题下选自使用辊式纵缝器来实现拉膜、加热、中封的功能，中封装置并不需要太大的载荷，如果在实际生产过程中，为了确保加工质量，在更换膜或者更改制袋成型器尺寸之后，应该由熟练掌握该生产线机械模块的工人进行调节并进行试包装之后，即可正常运行；（5）横封横切装置。对于横封横切装置而言种类较多，根据横封横切机构加热方式的不同，市面上大多分为高频加热式、电加热式、热板式、脉冲电加热式，而根据机构的运动方式来说又分为旋转式横封器和往复式横封器。本次设计过程中，由于加工的速度并不是太慢，选择往复式的横封横切装置的话加工过程较慢且不稳定，所以在本方案中选择旋转式横封横切机构，能够合理的满足中封装置对于实现目标功能的要求，且保证加工过程的稳定性；（6）成品输出装置。成品输出装置位于本设计的最后一个模块，对功能以及计算来说都不算复杂，成品输出装置的主要要求是传动速度与之前保持一致，所以不需要另外的动力装置，只需要与前端的传动装置相连即可，并不需要过多计算。整个成品输出装置受到的负载较小，且所需要成品输出装置运输的距离较短，且运输距离短，并不承受较大的载荷，只需要和现有的选择完毕的机构共用一个电机即可满足要求。第三章自动整形及封装装置的机构设计计算

自动整形及封装装置的机构设计计算3.1送料机构设计计算1、电机的设计和计算本次设计并未给定要求工厂加工所需要的生产节拍，在查阅多方面的资料，结合现有类似机械参数后，设定生产节拍为每小时包装拖鞋7200PCS，换算可得60pcs/min。根据拖鞋长度约为300mm及传输时需要的间距为200㎜，则相邻的拖鞋传送距离为300+200=500mm。计算可得，送料速度v=0.5m/s设每只拖鞋重量0.5kg，每次进入传送带设定为200双，则总传送重量为100kg，计算所需牵引力为：F=μmg=0.2×100×9.8N=196N（3-1）因此所需电机功率计算如下式所示：P其中η=η轴承ηP0=2×196×0.50.95考虑传送带的自重及摩擦力等因素，选取电机功率为0.4kW，最终选择送料机构的伺服电机型号为GYC401DC1-SA-Z12，电机主要参数为：额定功率P0=0.40kW，T0=2.39Nm，n0=3000r/min。2、同步带的设计和计算本课题选择送料机构的蜗轮蜗杆减速机减速比1:20，而送料机构的同步带传动传动比为2:1，因此传送带驱动带轮转速为n1=300r/min由于送料速度与转速有如下对应关系：v=因此计算可得驱动带轮直径为：d=60·1000·取整D=30mm，因此电机轴主动轮的直径为60mm。（1）计算设计功率查阅相关资料可得，设计功率按照下式来计算：P其中KA为工作情况系数，如下图3.1所示，由于本文为包装机，设备运转时间为普通使用，每日运转时间8h，故选取KA=图3.1工作情况系数K由于选取电动机功率PII=故可得Pd=1.5×0.4kw=0.6kw（3-4（2）选定带型和节距确定电机选型以后开始选择需要使用到的同步带，同步带选型图如下图3.2所示，本文选取的H型梯形同步带，其节距为pb=12.7mm图3.2同步带选型图（3）确定带轮齿数小带轮齿数z1根据带型L和小带轮转速n1，由于小带轮转速为300r/min,由下图3.3所示，为小带轮最小齿数表。图3.3小带轮最小齿数表查得小带轮的最小齿数z1min=14，此处取z1=14，由于传动比为2:1，因此大带轮齿数为2（4）计算带速vv=πd1nII与上文设计的节拍一致。（5）初定轴间距由上文可知，小带轮节圆直径d1=30mm，大带轮节圆直径d2=查阅相关资料，可得如下公式：0.7(d1+d2)<a0<2(d计算可得：63<a0<180（3-6故取带传动中心距a0=80mm（6）带长及其齿数计算带长的长度如下式所示：Ld0=2a0计算可得带长Ld0=80+141.3+（7）同步带齿高及带厚本文选取的H型同步带，查阅相关资料，选取同步带齿高为2.29mm，带厚为4.3mm，同时本文选取双面挡边类型带轮。3.2横封横切装置设计计算由于横封横切装置受力较小所需扭矩不大，因此电机选取型号为GYC401DC1-SA-Z12的伺服电机，功率400W，额定转速3000r/min，配合减速器也是蜗轮蜗杆减速器，减速比为20。因此齿轮轴上转速为150r/min。齿轮传动的特点是可以传递较大的扭矩，同时，齿轮传动具有结构紧凑、可靠性能高、工作寿命长等优点。1、确定齿轮精度等级及材料本文设计的齿轮传动的材料选择为齿轮材料为40cr，调质处理，其硬度为280HBS。查阅相关文献可知，本文设计的齿轮传动机构选取了7级精度。同时，齿轮齿数为Z22、齿面接触强度设计查阅相关参考文献，可以按照下式进行，如下所示：d1t≥2.233k电机输出扭矩为T=9550Pn=1.27N·m，由于蜗轮蜗杆减速器减速比为20，因此齿轮传递的扭矩为T1=确定上式内的各计算数值为，初步选取Kt=1.3；查阅相关参考文献，可知齿宽系数为Φd=1；由参考文献查得材料的弹性影响系数为ZE=189.8MPa1/2；由参考文献按齿面硬如下，齿轮的接触疲劳极限为σHlim1=600MPa。查阅相关参考文献，计算两个齿轮的应力循环次数如下所示：N=6.48×108（3查阅相关手册可知，接触疲劳寿命系数为kHN=0.92；计算接触许用应力，则取安全系数S=1.5。因此，根据相关公式计算可得：σH1=kHN本文设计的齿轮传动的相关参数计算过程如下所示：（1）计算齿轮分度圆直径d1t:d1t≥2.32×（2）计算圆周速度:v=π×d1与上文送料速度相近，因此满足设计要求。（3）计算齿宽b及模数mn:bmhbh=79.84.49=17.77（4）计算载荷系数k：已知使用系数为KA=1，又根据ν=0.49m/s和7级精度，根据参考文献查得动载系数为Kv=1.1。因此，由参考文献查得KHβ的计算公式为:kk由参考文献可知KFβ=1.3；同时由参考文献查得可知KHα=KFα=1.2。故载荷系数计算如下：k=kAkv（5）根据齿轮传动的实际的载荷系数来校正和计算，所得分度圆直径由参考文献如下所示：d1=d1t（6）计算模数m如下m=d1Z1综上所述，查参考文献取标准模数为m=3.5mm。3、按齿根弯曲疲劳强度校核查阅相关资料可知，本课题设计的曲柄压力机齿轮传动按照齿根弯曲疲劳强度校核计算如下式所示：σ确定公式内各参数的计算数值如下所示：Fbk查阅相关参考文献，可知查得齿轮弯曲疲劳强度极限为σFE1=500MPa，；由相关参考文献查得弯曲疲劳寿命系数为kFN1=0.85；此时的许用弯曲应力取S=1.4。因此计算可知：σF1=kFN查阅相关资料，取齿形系数可知YFa1=2.91，YFa2=2.18；Ysa1=1.53，Ysa2=1.79。因此计算可得：YFa1YSa1代入数值，计算可得：σ因此可以得到本次设计过程中的齿轮传动系统的弯曲强度符合设计要求。3.3送膜及中封、出料装置设计计算根据上文中的计算可知，由于本次设计中需求的力较小，所以送膜及中封、出料装置所需扭矩不大，为了方便统一整个机械的启停，所以在这里三个机构均使用同一电机带动，因此选取电机型号为GYC751DC1-SA-Z12，功率750W，额定3000r/min。3.3.1送膜装置设计通常送膜装置的送料的辊主要分为两种，一种为光辊，另一种为刻花辊。其主要作用就是将热量传到纤网的内层，并使其熔融后进行粘合。本次设计采用的就是上辊为刻花辊，下辊为光辊。本课题设计的上辊和下辊进行受力分析，本次采取的压力补偿方法为中凸-偏转轴线法。施加于轧辊的线压力如下式所示：q工作线压力如下式所示：q上辊线压力如下式所示：q下辊线压力如下式所示：q上轧辊挠度如下式所示：y3.3.2中封装置设计中封装置的运动过程，主要是电机通过链传动，然后带动一个同步链传动装置，电机转速300r/min，减速器减速比为20，因此链轮转速为150r/min。1、链条的设计本文的链传动采用滚子链，具体设计流程如下：（1）确定电机轴链轮的齿数z按照规定，链轮的最小齿数应该不小于9，为了使得链轮和链条在转动过程中可以互相磨损及配合良好，链轮齿数应该尽可能为奇数。一般情况下为了传动结构的紧凑，链轮取值z1≥17，本文最终选取电机轴链轮的齿数z1=17。一般情况下链传动的传动比不大于7，因此取主动轴链轮为zi=2317=1.35确定链条的链节数L初步选取中心距为a0=25p，因此链节数Lp=2a0（3）计算单排链所能传递的功率p0以及链节距查阅相关文献可得该链传动的工作情况系数KA=1，因此计算可得：Pca=KAP按链轮的转速可得，当链工作在功率曲线凸峰左侧时，可能出现链条的疲劳破坏。查得链轮齿数系数Kz=1.11，链长系数Kl=1.07；本文的设计选取单排链，查阅得到多排链系数Kp=1.0P0≥PcaK根据链轮转速n=30r/min和功率0.75KW，查阅相关文献可知链节距为p=12.700mm，选取链条型号为08A-1。（4）确定链条的实际长度L和中心距aL=Lpp1000=0.889计算可得a=p4Lp链条的中心距调整量∆因此实际中心距计算可得a'=a-∆a（5）核算链条链速查阅相关资料，计算可得链速为：v=n1zp60因此与原设计的链速相近，因此符合要求。（6）验算链轮轮毂的孔径查阅相关文献资料可知该链轮轮毂的直径为54mm，大于所选电动机的轴径22mm，所以符合设计要求。（7）作用在链轮轴上的压轴力Q查阅相关文献，圆周力按照如下式计算F=1000Pv≈1415.1N由于本文链传动的压轴力系数取KQQ=KQF≈2、电机轴链轮的设计查阅相关资料，链轮的分度圆直径计算如下[20]：d=psin180°齿顶圆的直径计算如下，其中d1为滚子外径，取值为d1=damin=d+pdamax=d+1.25p综上所述，本链传动齿顶圆直径取为88mm。因此齿根圆直径计算可得：df=d-d1=88-7.95=80.05齿的高度计算如下：hamin=0.5p-d1hamax=0.625p-0.5d1+3、主动轴链轮的设计查阅相关资料，主动轴链轮的分度圆直径计算如下：d=psin180°齿顶圆的直径计算如下，其中d1为滚子外径，由于链条型号为08A-1，因此取值为d1=7damin=d+pdamax=d+1.25综上所述，本链传动齿顶圆直径取为100mm。因此齿根圆直径计算可得：df=d-d齿的高度计算如下：hamin=0.5p-d1=2.375hamax=0.625p-0.5d1+出料装置设计1、传送带材料的选取本文设计的传送带，其主要作用是方便货物在传送带上运动，提供货物在传送带运动所需要的力。所以对本身的要求就很严格，需要强度高、耐磨性好、伸缩率小的，并且便于安装维修的皮带。普通橡胶带应用最广，它用棉织物或化织物的胶布层作带芯材料，本课题采用橡胶作传送带的覆盖材料，适合工作环境在-15℃-40℃之间、物料温度不超过50゜C的情况下工作。2、传送带对接方式的选取传送带最终是需要对接在一起的，对接的方式分为两种：机械对接、硫化对接。机械对接就是用一排或者几排特制的钢卡连接传送带的两端，但是这种连接方式长时间使用会对皮带有很大的损害，严重损害皮带的拉伸强度而且特制的钢卡长时间的裸露在外边会严重腐蚀，这种皮带只适合在短距离运输、室内使用、物料无腐蚀性的场合使用[25]。硫化对接就是把皮带的胶布层和和橡胶分别切割，切割成一定形状的并且能够配合的状态，在切割层的上表面涂抹胶，经过一定的处理，最终连接在一起。这种皮带的优点是远距离运输、抗腐蚀、耐磨、使用寿命长。本课题的传送带是长时间裸露在外边的，又是远距离运输，所以我们选择的是硫化对接。3、传送带总长的计算传送带每个接头长度计算如下式所示：Aj=（z-其中Aj为接头的长度（m）；z为织物芯的层数；bj为两者接头处阶梯的长度（m）；一般bj=0.15m如下图3.4所示，为传送带接头示意图。图3.4接头示意图传送带总长的计算如下式所示：LB=π2D其中LB为传送带总长（m）；D1为直径（mm）；本文由机械结构可知D1=32mm，因此本文设计的传送带总长计算为：LB=528.48mm3.3.4润滑方式设计本次拖鞋自动生产线中自动整形及封装装置的设计之中，运动机构较为复杂且运动速度也较快，各个需要润滑的机械机构较为分散，不适合采用如减速器中的集中润滑，在这里采用分散润滑的方式来实现整个自动整形及封装装置的润滑。（1）轴承润滑。轴承作为机构中十分重要的运动零件，需要充分的润滑由于需要保证包装过程中不污染包装的基本原则，在此次设计中采用脂润滑的方式。本次设计中载荷较小，根据轴径不同的线速度来选择不同的量即可；（2）齿轮润滑。齿轮运转时，接触面积较小，但压力大，并不适合采用添加润滑油的方式对整个齿轮系统进行润滑，在这次设计中，采用具有较高粘度的润滑油对其润滑即可；（3）链条润滑。本次设计中，由于动力传递的距离较远，不适合采用齿轮传动的方式，采用更为适合的链条传动来实现动力传输。根据现有加工过程中的工况结合设计手册来选择，由于本次设计中链条传动所传动的功率较小，整个机构的没有要求太高的密封性，所以选用30号机械油，润滑方式采用手工加油润滑即可。3.3.5热封方式设计塑料膜的热封能够实现主要是基于塑料膜材料所具有的热塑性，在生产加工过程中，通过加热的方式，对两部分的膜进行加压的过程，从而完成热封合，在本次拖鞋自动生产线自动整形及封装装置设计中，主要包括中封以及横封两个部分的热封。中封机构采用辊式加热的方式，主要机构由纵封辊轮、加热器以及动力系统组成，不同的辊轮可以加工出不同花纹的包装。横封机构采用常见的电加热式的热封方式，主要机构由热封板、热切刀以及加热元件组成，旋转式的热封机构能够很好的实现温度的控制，并且大大提升了热封的效率。确定机构的热封方式之后，需要选择热封过程中的温度、时间、压力等热封参数，在本次设计中并未给定包装所用的膜的参数以及要求，所以在本文中不选择热封过程中的具体参数，需要在生产加工过程中实验或者根据生产包装膜的厂家给定的参数为准。第三章自动整形及封装装置的机构设计计算第四章自动整形及封装装置的机构三维建模第四章自动整形及封装装置的机构三维建模本次设计要求建立设计方案三维虚拟样机，根据已完成的各个机构的设计计算，运用Solidworks软件进行三维建模以及虚拟装配。本章中主要体现部分关键机构的三维模型。4.1整形送料装置整形送料装置三维建模如图4.1所示。图4.1整形送料装置三维建模对于整形送料装置中零部件较为少且较为对称，在本文中主要展现其中几个零件的三维模型：（1）大带轮的三维模型，如图4.2所示；图4.2大带轮三维模型（2）主动带轮轴的三维模型，如图4.3所示。图4.3主动带轮三维模型4.2送膜装置送膜装置的三维建模主要包括两个部分，两个部分需要和机架一起安装后使用在这里主要是展现各个机构的三维建模示意图。（1）送膜装置走膜部分装配体，如图4.4所示。图4.4走膜部分装配体（2）送膜装置拖摸部分装配体，如图4.5所示。图4.5托膜部分装配体4.3制袋成型器制袋成型器的模型较为简单，但是对于整个包装机械来说意义重大，所以在这个部分之中单独展现，制袋成型器的三维建模如图4.6所示。图4.6制袋成型器三维模型4.4中封装置中封装置三维建模如下图4.7所示。、图4.7中封装置三维模型其中的热封机构建模如下图4.8所示。图4.8热封机构三维模型4.5横封横切装置横封横切装置主要是由齿轮机构组成，整体的三维建模如下图4.9所示。图4.9横封横切装置三维模型4.6成品输出装置成品输出装置三维建模如下图4.10所示。图4.10成品输出专职三维模型4.7三维虚拟样机总装配图在完成各个机构的三维建模之后进行总体装配，如下图4.11所示。图4.11三维虚拟样机总装配图

第五章设计结论与展望第五章设计结论与展望本次设计主要是设计一个下走膜式枕式包装机来实现拖鞋自动生产线中自动整形及封装的功能，主要目的是为了解决合作方制鞋厂仍然采用用人工包装的问题。该设计精度，速度和包装质量较人工包装有很大的提升，并且采用三个伺服电机共同运动，能及时的完成整个生产线的启停。该设计包装过程稳定、包装质量良好，包装速度快，且本次设计的机械具有一定的柔性，包装的范围可调，能满足在实际生产过程中，当于制鞋厂需要制造不同尺码的鞋时，能及时的更改包装尺寸，减少浪费，让工厂制鞋成本下降。本文主要完成了一下几个方面的工作：（1）完成了拖鞋自动生产线自动整形及封装装置的机械设计部分，了解多方面的知识后分析了该课题所需的机械机构以及各个机构所完成的功能，结合实际生产选择并设计了合理的包装工艺流程，完成了包装塑料膜自动输送、包装袋排气、热封、切割等功能；（2）根据所学的知识选择确定了拖鞋自动生产线自动整形及封装装置的传动方案，选择下走膜式枕式包装机，由三个伺服电机配合软件来实现该生产线的间歇运动，并完成传动方案的计算；（3）充分阅读文献在保证科学性的情况下选择了较为合理的各个机构，包括整形送料、送膜、制袋成型器、中封等装置，保证在实际生产过程中自动整形及封装装置能够顺利且流畅的完成；（4）运用solidworks完成了本次课题拖鞋自动生产线自动整形及封装装置零部件的虚拟三维建模并且完成了三维装配，基于三维建模运用Cad完成了装配图以及部分零件图的绘制。由于本人能力有限，在毕业设计期间仅仅研究了该课题拖鞋自动生产线自动整形及封装装置机械方面的基础设计，基于目前科技水平考虑，以较理论化的设计出了完整的机械方案，然而本次拖鞋自动生产线中自动整形及封装的设计在运用到实际生产的过程中，还需要进一步的改良以及完善，使该装置更加的科学，进一步实现包装机械的进步。本课题以后的提升方面主要有一下几个：（1）选择更加优秀的包装工艺，改良本次课题设计中包装设计中的不足之处，使最终加工出来的袋子外观更加美观；（2）添加上一个优良的PLC（可编程逻辑控制器），从而使控制系统变得完善。通过PLC加伺服系统的控制方式来对拖鞋自动生产线自动整形及封装装置的各个机构进行协调，同时PLC加上传感器可以使得该设计更加精度提高；（3）更改制袋成型器的结构，通过丝杆等来实现对制袋成型器的宽度修改，从而实现修改包装袋的宽度，减去人工调整的步骤，使整个拖鞋自动生产线封装装置更加自动化，减小了劳动力强度的同时也能实现整个装置的物联网；（4）设计更为优秀的送膜装置，本次拖鞋自动生产线自动整形及封装装置的设计，在膜以及更改包装宽度时，需要较为专业的工人进行调整，在实际生产过程中，塑料膜如果不进行调整会导致整个包装的中封阶段受到影响从而造成热封质量的下降，从而导致整个包装的外观质量下降。参考文献参考文献[1]班琦，李志松，我国立式带成型-充填-封口包装机现状和发展方向[J]，包装与食品机械，1999.17（1），23-27[2]秦保振，小袋自动充填包装机的发展趋势和多列小袋自动充填包装机的特点[J]，机电信息，2004,24，21-23[3]简析当前真空包装机的发展现状，中国包装工业[J]，2008.7，54-55[4]国内外制袋填充包装机的状况分析，中国包装工业[J]，2008.2，46-47[5]孙兵，国产颗粒袋包装机与进口袋包装机的比较[J]，中国制药装备，2008（4），44-48[6]MaLihui,TanRunhua,ZhangHuangao,ZhangXiaohui,TRIZApplicationinConceptualDesignofPackagingMachineforDroppingPillofChineseTraditionalMedicine[J],ManagementofInnovationandTechnology,21-23June2006,600[7]潘小青.国外包装机械的发展现状[J].山东工业技术,2016(12):215[8]刘道春.食品真空包装机械发展及其应用趋势[J].湖南包装,2014(1):19-22.[9]李广宇.绿色包装机械设计的关键技术分析[J].工业技术,2014.[10]史联群.包装机械行业的未来发展[J].电源技术应用,2014.[11]黄站立.世界包装机械发展趋势及我们的对策[J].湖南包装,2007.[12]唐唤清,吕建华.我国包装机械的现状与发展趋势[J].中国包装工业,2015(18):81-82+84[13]孙智慧，徐克非主编，包装机械概论[M]，印刷工业出版社，2007，3-6[14]FabioSaccomanno,ElectriePowerSystems:AnalysisandControl,SeP29,2004[15]付君，郭超，田青松，新型挂面包装机的输送和称重设计[J]，农业装备与车辆工程，2009.11,38[16]NiuLi&DingHaibo.(2020).ControlsystemdesignofpillowtypeautomaticpackagingmachinebasedonPLCandmotionmodule.Industrialcontrolcomputer(07),151-153[17]ChenYalin.(2020).Controlsystemdesignofthreeservopillowpackagingmachine.Packagingandfoodmachinery(01),61-63[18]ChenMingxia&ZhengYifeng.(2017).CharacteristicdesignofelectroniccamofpillowpackagingmachinebasedonPLCandservo.PackagingEngineering(23),167-171[19]GaoXue&YuanFei.(2019).DesignofpillowpackagingmachinecontrolsystembasedonSTM32andPLC.Packagingandfoodmachinery(03),19-23[20]YunShanqi,XuShixu,WangWei,WangPeng&ZhangJianxin.(2020).Controlsystemofpillowpackagingmachinebasedonelectroniccamflyingshear.ControlEngineering(10),1776-1780[21]孟康,陈田,吴入军.枕式包装机的纵封-横封机构设计[J].农业装备与车辆工程,2018,56(03):12-14.[22]刘祎,李虹,李瑞琴,郝亮亮.现代包装机械设计质量综合评价体系研究[J].包装工程,2015,36(21):75-78+121.[23]刘扬,贺兵.枕式包装机横封机构平衡设计[J].包装工程,2008,29(12):83-85.[24]尹章伟、毛中彦编著，包装机械[M]，北京：化学工业出版者，2005.7，10[25]黄颖为主编，包装机械机构与设计[M]，北京：化学工业出版者，2007.8，13-22[26]Grundelius,M.,IterativeOptimalC