【单斗包装秤的机械结构的设计14000字（论文）】

PAGE2单斗包装秤的机械结构的设计摘要自动定量包装秤是产品包装机器，可以分为单斗包装秤和双斗包装秤。采用一体化结构，秤体高度小，结构紧凑，外观新颖，安装简单，维修方便。自从进入新世界以来，随着各种新兴产业的兴起，形色多样的包装机械为人们的生活带来了很大的帮助。包装秤的作用就是把零散的产品包装起来，有保护和美观的作用。实现产品包装机械化和自动化离不开包装机械。包装秤可以大大提高生产效率，并使工人减轻劳动强度，改善工作条件；保护环境，节省原材料并降低产品成本；有利于改善包装产品的卫生，提高产品的包装质量，增强产品销售的竞争力。可以使产品保留时间更长，并促进产品的流通，并且可以得到更高的经济效益。本课题研究的单斗包装秤为净重式包装秤，当单斗包装秤进入运行状态后，封闭式螺旋给料机构开始给储料仓输送物料，储料仓由双向阀门通过快速，中速和慢速三阶段给料方式给称重装置进料。当称重传感器检测到物料质量达到固定值时，关闭双向阀门，称重装置完成一次动态称量。然后系统控制夹袋装置夹紧物料袋，并进行卸料，卸料完成后夹袋装置松开物料袋，并由输送机构将其送至缝包机进行封口。主要包括以下装置：给料机构、储料仓、称重装置、下料仓、袋夹装置、输送机构、缝包系统、重量传感器等，通过智能型电控系统控制整体机构，完成给料、称量、夹袋、放料等工序的自动化。用于物料、食品、化工、轻工、建材等行业物体的自动单斗、计量、包装。本文主要基于粉状物料为研究，设计单斗包装秤的机械结构。【关键词】单斗包装秤粉状物料机械结构目录TOC\h\z\t"大标题,1,一级标题,2,二级标题,3,小标题,1"第1章绪论 91.1研究内容和意义 91.2国内外的发展概况 91.2.1国外研究现状 91.2.2国内研究现状 10第二章单斗包装秤组成结构及工作原理 112.1单斗包装秤结构组成 112.2单斗包装秤工作原理 12第三章单斗包装秤的机械结构的设计 143.1螺旋给料机构设计 143.2螺旋给料机构参数确定 143.2.1输送量 143.2.2螺旋叶片尺寸计算 163.2.3螺旋轴转速 173.2.4螺距 183.2.5螺旋轴直径计算 193.2.6倾斜角度 203.2.7传动功率的计算 203.2.8电机的选择 213.3储料仓的设计 223.3.1给料速度 233.4称重机构的设计 243.4.1双向阀门 243.4.2称重装置的结构形式选择 243.4.3秤体结构 253.4.4称量斗材料选择 253.4.5称体容积选择 253.5下料仓的设计 263.6夹袋装置的设计 263.6.1气动机构的选择 283.7缝包装置的选择 29第四章输送机构的设计 304.1带式输送机概述 304.2带的选择 304.3滚筒的选择 314.4托辊的选择 32第五章轴承和联轴器的计算与选择 345.1轴承选择 345.1.1轴承所受载荷的大小和方向 345.1.2轴承的传递 345.1.3轴承中心线 345.1.4装拆方便 345.1.5经济性 345.2轴承的选用与配合 345.2.1轴承的选择 345.2.2轴承的尺寸 355.3轴承的校核 355.4联轴器的选择 36第六章结论与展望 386.1结论 386.2不足之处及未来展望 38参考文献 39

第1章绪论1.1研究内容和意义随着现如今世界的发展，人们的生活水平都有了普遍的提高，不仅仅是城市中生活的人们，也包括种地的农民，物料的需求也就确定了包装是一个比较重要的部分，所以单斗包装秤在轻工业中也就变得必不可少。我国的包装工业相对来说起步比较晚，但是近几年来发展的速度比较迅速，从一开始人工控制到现在的自动控制已经有了很大进步，但是在某种程度上机械的发展也受到了一些固有因素的制约，比如机床落后，技术不够新等等。通过本次的设计，能够使我个人对包装机械有深一步的了解，对于传统的粉料单斗包装秤以及其他的包装机械有一个很好的认识，同时也能培养对我们所学的知识的理解以及文献资料的查阅、运用收集等能力的一个锻炼，相信对自己是一次不错的锻炼。1.2国内外的发展概况1.2.1国外研究现状包装机械是包装行业的主要机器，且在包装行业中有有很重要的作用。它是该行业的必要设备，用来完成产品的包装过程。尽管整个包装行业中包装机械的产值不如包装材料大，也不是常规消耗品，但它确实是包装行业现代化的必不可少的支持。没有先进的包装机械，就不会有先进的包装工业。用于完成包装过程的包装机械可分为11类。它们分别是灌装机械、充填机械、密封机械、裹包机械、多功能包装机械、标签机械、清洁机械、干燥机械、消毒机械、捆扎机械和集装机械、辅助包装机械设备等。作为专业的机械包装机械除具有一般机械的要求外，还具有外形好看，传动紧凑，运行稳定，包装精度高，生产效率高等要求，从而发挥自身特有的功能，满足市场需求。国外包装机械行业概述：国际上美国，日本，德国和意大利为四大包装机械大国。美国的包装机械发展了很长时间，并且已经形成了独立而完整的包装机械体系，生产的产品和生产量都为世界第一。十多年来，美国一直保持着其作为世界上最大的包装机械生产国和消费国的地位。其产品主要是高，大型，精密和尖端产品，并且机械和计算机紧密结合在一起，实现了机电一体化的集成控制。从1960年代到1970年代，日本的包装机械行业处于起步阶段，其产值迅速增长。尽管未来十年的增长率不及前一阶段，但年增长率仍为13％。1.2.2国内研究现状我国的包装机械行业历史较短，总体技术水平和生产能力相对较低。但是，近年来，在巨大的国内包装市场的推动下，在国外先进技术的影响下，发展速度很快，局部技术水平得到了显着提高。根据我国现状，该行业的发展趋势是：引进，消化和吸收国外先进技术，并建立了包括中外合资企业在内的多家关键性包装机械企业。这是缩小我国包装机械技术水平与世界先进水平之间差距的有效途径。它可以满足大型包装生产线和高精度，高自动化的单机或单元生产的需求，可以加快包装机械发展的速度。大多数公司应将重点放在中小型包装机械的发展上。我国大多数企业技术水平低，生产能力低。更适合生产基于单台机器的中小型包装机械。但是，有必要在此基础上不断提高制造精度，自动化和支持能力。在包装机械的生产中，引入了许多高新技术，例如微电子技术，信息处理技术，传感器技术，激光技术，新的机械机构，新的光纤材料，应用可靠性，优化设计方法以及计算机辅助设计，研发组合式和模块化等先进结构，是包装机械产品的先进设计和可靠使用，使其性能指标，技术水平和“三个现代化”（多功能化，高速化，自动化）水平提高。它是机电，主辅之间的结合。机器组合的发展和完整的集线连接。以适应重点商品包装为切入点，开发包装机械新品种。目前，我国致力于食品，药品，化学药品，日用品以及易碎易腐产品的包装技术和包装机械的发展。

第二章单斗包装秤组成结构及工作原理2.1单斗包装秤结构组成单斗包装秤的机械部分是粉状物料称重的载体，结构组成包括螺旋给料机，伺服电机、称重传感器、夹带装置、滚珠丝杠、三行程双向阀门、储料仓、上框架、下框架、气缸、吸风口、电控柜、上下法兰、气动系统以及电气控制系统组成。各个机构互相配合，由控制系统根据程序控制整个单斗包装秤完成包装。图2-1为单斗包装秤整体结构示意图：1—夹袋摇臂;2—气缸;3—夹袋装置;4—下法兰;5—称重传感器;6—称重容器;7—上法兰;8—双向阀门;9—储料仓;10—出料口;11—滚珠丝杠;12—伺服电机;13—上框架;14—下框架;15—电控柜;16—螺旋轴;17—料槽图2-1单斗包装秤整体结构示意图单斗包装秤由两部分组成：机械结构和控制系统。单斗包装秤需要实现快速准确的称量。在精确称量中，通过快速、中速和慢速三个过程控制下料口。在机械结构设计中，滚珠丝杠用于驱动双向阀门来控制阀门的大小。以控制下料速度。为了提高称量准确性选用螺旋给料机构。螺旋给料机构封闭，可以防止粉末状物料飞散。旋转轴的每个螺距的体积都为固定值，只要控制和计算旋转轴旋转的角度。就可以计算出螺旋给料机构输送的粉状物料的量。伺服电机连接到螺旋给料机构的旋转轴。电动控制柜中的控制器可以控制伺服电机来实现快，中，慢三种给料过程。同时，三种给料速度也可以通过螺旋给料机构进行调节给料机制。图2-2为单斗包装秤实物图：图2-2单斗包装秤实物图2.2单斗包装秤工作原理启动螺旋给料机伺服电机带动螺旋轴旋转，并从进料口添加粉状物料。粉状物料受到螺旋叶片的法向力。法向力可以分解成径向力和轴向力。粉状物料的重力与旋转的螺旋叶片产生摩擦，因此，在螺旋轴的旋转过程中，螺旋叶片的法向推力的径向分力和螺旋叶片在粉状材料上的摩擦力驱动粉状物料绕螺旋轴旋转。即槽的内壁还在粉状材料上产生摩擦力，这导致粉状材料不随螺杆轴旋转，但在螺旋叶片的法向推力的轴向分力的作用下，粉状物料沿机槽中的轴向到达单斗包装秤的储料仓。在通过螺旋给料机输送粉状物料的过程中，粉状物料的运动受螺旋旋转的影响，因此，该运动不仅是沿轴线的线性运动，而且是沿螺旋轴线的复合运动。这是一种空间运动。如图粉状物料受到螺旋叶片受力如图2-3示。图2-3粉状物料受到的法向力螺旋给料机构打开后，控制器接收信号，控制快速给料信号，中速给料信号和慢速给料信号的继电器都打开。在一定时间后，当粉状物料下降到目标值的一半时，电控柜中的控制器会向伺服电机发送信号，控制阀门的伺服电机开始旋转，滚珠丝杠通过联轴器旋转。滚珠丝杠螺母推动双向阀门。双向阀门将进料口关闭一半。此时，它实际上是中速给料信号的状态。当称重料斗中粉状物料的重量达到设定值的某个值（理论测量值的95％）时，控制柜中的控制器此时将接收称重传感器的模拟信号，并且控制器发出伺服电机信号，双向阀门由滚珠丝杠驱动以缩小给料口，只留下一个小口供料。此时，实际上是慢速给料状态。当达到设定的理论值时，双向执行相同的运动，直到双向阀门接触到开关并断开控制伺服电机的电源。此时，双向阀门完全关闭进料口，给料结束。然后，该信号传输到控制称重装置的继电器，两侧的夹袋气缸收缩，阀门打开，开始下料和填充。装满包装袋后，夹袋气缸伸出，夹紧摇臂打开，包装袋落在皮带输送机上，然后传送到缝包机上封口。等待下一个周期。通过三行程机构实现下料口快、中、慢的下料方式，解决了空中余量所带来的误差。

第三章单斗包装秤的机械结构的设计3.1螺旋给料机构设计封闭式螺旋给料机可以有效的防止散状物料的气味散布、灰尘飞散。并且可以控制所输送散状物料的重量。螺旋给料机在整体包装过程中有很重要的位置。根据总体方案，采取倾斜输送。目前的螺旋给料机有单螺旋给料机和双螺旋给料机。双螺旋叶片的螺旋角大，且输送量相对较大。当前，通常使用单螺旋输送。为了使粉状物料平稳，规则和均匀地输送到储料仓，根据总体设计选择标准的单螺旋给料机。螺旋给料机的原理是通过螺旋叶片的旋转将粉状物料向前推动。螺旋给料机的设计是根据输出量再设计其他相关参数。螺旋给料机精确控制是实现快速精确称量的重要途径。图3-1为螺旋给料机示意图：1.伺服电机2.螺旋轴3.料槽4.出料口图3-1螺旋给料机示意图3.2螺旋给料机构参数确定3.2.1输送量螺旋输送量是输送粉状物料的重要指标。螺旋输送量是根据单斗包装秤快速、中速和慢速三种给料方式掌握输送量。当螺旋输送粉状物料时，尽管轴径使输送能力减小，但在整个包装过程中影响很小。因此，可以按以下类型粗略计算螺旋给料机的物料输送量：Q=3600F∙λ∙VtF=D2πΦ4式中Q——螺旋给料机输送量(m3/h)；F——物料层横截面积(m2)，其中，φ为填充系数，D为叶片直径(mm)。其中φ取决于所输送物料的摩擦性和粘附性、螺距和螺旋给料机中心线的倾角。一般取为：对于具有磨损性和腐蚀性且堆积密度较大的散装物料（例如矿渣，碎石），取φ=0.15；对于少量的磨料和颗粒状至小块状物料（例如盐，煤），取φ=0.33；对于易于流动且不易磨损的材料（例如面粉，谷物，），取φ=0.45。λ——物料的单位容积质(kg/)，与原料类型，湿度，切料的长度，提纯方法和效果等因素有关。见表3-1。表3-1常见物料阻力系数λ物料物料运行阻力系数物料，谷物，锯木屑，面粉1.2棉子，麦芽，糖块，石灰粉1.5纯碱，块煤，食盐2.5卵石，砂，水泥，焦碳3.2炉灰，石灰，砂糖，矿砂4.0Vt——为粉状物料沿着螺旋轴方向移动的速度(m/s)；ε——倾斜输送系数。倾斜输送系数见表3-2。表3-2倾斜输送系数表倾斜角度o0510倾斜输送系数ε10.970.94填充系数φ0.50.460.46在实际生产中，一般不考虑粉状物料轴向阻塞。所以粉状物料的轴向移动速度Vt=Sn∕60。所以Q=可以看出，螺旋给料机的物料输送量与D、S、n、φ、λ、ε3.2.2螺旋叶片尺寸计算叶片的直径是螺旋给料机的重要参数。螺旋给料机的生产能力和结构尺寸都与它相关。通常，螺旋叶片的直径根据螺旋给料机的生产能力，输送材料的类型，结构和布局来确定。设S=D，为螺距与直径的比例系数，一般取=0.8，则（3-3）（3-4）令则（3-5）式中K——物料综合特性系数（是一个经验值）。一般来说，根据物料的性质，物料可分为4类。第一类是具有良好流动性，重量轻和非磨蚀性的物料。第二类是流动性比第一类低的非磨料；第三类在粒度和流动性方面与第二类相似。接近但具有高耐磨度的物料；第四类是流动性差，耐磨性强的物料。查表3-3取K为0.0415，查表3-1取为0.52kg/，给料螺旋的倾斜输送系数为1、填充系数为0.5，计量螺旋的倾斜输送系数为0.46、填充系数为1。代入公式3-5得到叶片直径为193.4mm，圆整为200mm。计量螺旋叶片直径为161mm,圆整为160mm。表3-3物料综合特性系数举例填充系数φK值A值面粉、玉米0.40-0．500.038786水泥、石灰0.30-0.400.041575小麦、玉米0.25-0.300.055846砂石、化肥0.20-0.350.063228豆粕、菜饼0.30-0.350.058436煤、矿石0.15-0.200.079515面浆、纸浆0.55-0.200.08519混凝土、建材0.50-0.550.0654283.2.3螺旋轴转速如下图3-1所示螺旋叶片的半径与转速之间的关系图。图3-1螺旋叶片半径和转速关系图螺旋轴速度与输送能力有很大的关系。一般而言，螺旋轴的速度增加并且输送机的生产能力增加。如果速度太小，则输送能力降低。但是速度不能太高，因为当速度超过某个极限值时，由于过大的离心力会把物料贴紧外壁，从而使物料无法输送。因此，必须限制速度n，该速度不能超过某个极限值。当位于螺旋外径处的物料不产生垂直于输送方向的径向运动时，其所接收的惯性离心力的最大值与其自身重力应具有以下关系：（3-6）即2πr/60≤（3-7）考虑不同输送物料的影响则≤K（3-8）所以（3-9）式中ωmaxK——物料的综合系数，见表3-3；g——重力加速度(m/)；——螺旋的最大临界速度(r/min)。令，则得到经验公式：=（3-10）式中A——物料的综合特性系数；D——螺旋叶片直径。查表3-3，A可取75,由上节知给料螺旋的叶片直径为200mm，计量螺旋叶片直径为160mm。代入数据，得给料轴最大转速=167.7r/min,计量轴最大转速=187.5r/min。因此，应根据物料输送量，螺杆直径和物料特性确定螺杆给料机的螺杆转速。满足输送量后，螺杆的转速不能太高，更不能超过临界转速，即：n≤（3-11）式中n——螺旋的实际转速(r/min)。圆整为下列转速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190。故取螺旋转速为n=150。3.2.4螺距螺距决定螺旋升角和粉状物料的滑动面。因此螺距的多少直接关系着物料的运动过程。一般情况下，螺距应满足螺旋表面与物料之间的摩擦关系以及速度的各个分量之间的适当分布关系。以此确定合理的螺距大小。材料颗粒M的螺旋表面的轴向力Pt为：Ρt=pcos(α+β）≈Ρcos⁡(α+ρ)（3-12）为使Pt>0，必须满足α<π/2-ρ。因为在=d/2处的α最大(d为螺旋轴直径)，Pt最小。所以许用螺距可由下式求得：≤πdtan(π/2-ρ)或≤πd/f（3-13）若令=d/D（3-14）则≤πD/f（3-15）式中——物料与叶片的摩擦系数；——螺旋轴直径系数，=0.3～0.6。螺距的大小关系着速度分量的分布。当螺距较小时，速度分量的分布较好，但轴向输送速度较小。反之亦然。在确定最大允许螺距时，必须满足物料颗粒在速度分量之间具有合理的关系，即物料应尽可能大的增加轴向输送速度。使所有地方的轴向输送速度都大于圆周速度。也就是说，V2≤V12，因此可得：（3-16）整理得：S≤2rtan(π/4-ρ)。因此在2r=D处，可将上式化为：≤2πDtan(π/4-ρ)（3-17）螺距S应满足以下两条件：{（3-18）物料的摩擦系数与物料的运动方向和速度、物料尺寸、湿度、螺旋叶片材料以及料槽中的表面状况有关。通常，螺距可以如下计算：S=K1D（3-19）标准的给料机螺距为K1=0.8～1.0。当水平布置时，K1≤0.8～1.0；当倾斜放置时K1=0.8。对于给料螺旋叶片K1取0.7，计量螺旋叶片K1取1.0。所以知道了给料螺旋的螺距为140mm，计量螺旋的螺距160mm。3.2.5螺旋轴直径计算螺旋轴直径的大小与螺距有关。因为螺旋轴直径和螺距共同决定了螺旋叶片的升起角度，所以它们也决定了物料的滑动方向和速度分布。确定轴直径和螺距之间最合理关系的分布。分析物料的运动，为确保物料的轴向运动，直径处的轴向速度V1必须大于0。即螺旋内升角α2<π/2-ρ。并且因为tanρ=f，tanα=S/πd，所以螺距与轴径之间必须满足：（3-20）实践证明，大多数螺旋给料机都能满足上式条件。但是对于螺旋直径较小（例如，D=100mm）的螺旋给料机，α2不一定满足第一条件。轴直径与螺距间的关系还应满足螺旋轴直径处的轴向速度V1大于圆周速度V2，即V1>V2。我们可以得到：（3-21）当f取0.3，S=(0.8～1)D时，d≥(0.47～0.59)D；当f的值上升时，d/D的值随之上升。为了确保足够有效的输送部位以确保输送能力，需要增大结构，这使得输送机结构庞大且笨重，并且成本增加。通常轴径的计算公式为：d=(0.15～0.25)D（3-22）给料螺旋轴径系数取0.16可得轴径为32mm。计量螺旋轴径系数取0.18后圆整为30mm。3.2.6倾斜角度倾斜角度对于螺旋给料机输送过程中生产率和功率消耗有影响。通常以影响系数体现。倾斜输送系数见表3-2。增加倾斜角度，给料机的输送能力降低。同时，设置给料机的倾斜角度也会影响物料的输送。另外，倾斜角度也会影响填充系数（如表3-3所示）。倾斜角度越大，填充系数越小，螺杆的输送能力越低。螺旋给料机减小倾斜角度，最好水平放置；如果工艺需要倾斜布置，则为了提高输送效率，倾斜角不应太大，一般来说，倾斜角γ=10～20°。如果第一级不能满足要求，则可以使用多级倾斜装置来减少损耗。3.2.7传动功率的计算螺旋给料机的驱动力是在物料输送过程中克服各种阻力所消耗的能量。在计算功率时，为简单起见，螺旋给料机的功率可归纳为以下主要部分。轴的总功率P应包括物料运行所需的功率P1，空载运行所需的功率P2以及由倾斜引起的附加功率P3，并且=QLλ/367；（3-23）=DL/20；（3-24）=QHsinβ/367；（3-25）所以P=++(3-26)P=QLλ/367+DL/20+QHsinβ/367(3-27)式中P——给料机的驱动功率(kW)；Q——输送量(t/h)；L——输送距离(m)；H——倾斜高度(m)；D——螺旋外径(m)；λ——物料运行阻力系数。电动机驱动功率为：(3-28)式中ξ——表示功率储备系数。一般取为1.2～1.4；η——电动机传动效率，η≤0.9，一般为了方便，取0.9计算。查表3-1给料螺旋取λ为1.2，代入Q=0.4t/h，L=0.6m,H=0,D=0.2m，ξ=1.3，η=0.9可以得电动机驱动功率N=9.04W；同理对于计量螺旋，代入Q=0.4t/h，L=0.4m,H=0.4,D=0.16m，ξ=1.3，η=0.9可以得到电动机驱动功率N=6W。3.2.8电机的选择驱动机构是各种机械的重要组成部分。包装机械是一种低功率机械。另外，螺杆进给的速度低，并且螺杆计量需要精确地定位。根据工作条件：室温，粉尘少，启动频繁，选择伺服电机作为驱动机构。伺服电机是一种开环执行器，可以将电脉冲信号转换为角位移或线性位移。因为这种线性关系，加上伺服电动机只有周期性误差的特性，使其广泛用于控制领域。本设计将采用伺服电机。因为它具有结构简单、运行可靠、使用维修方便、调速性好、能精确定位、反应快速、稳定性好等特点。（3-29）式中P——螺旋轴所需驱动功率（w）——螺旋轴转动角速度（rad/s）由上一节得，给料螺旋轴需要的驱动功率为9.04W,螺旋轴转动角速度为15.7rad/s。代入公式3-29可以算出伺服电机需要的力矩为0.58Nm；同理计量螺旋轴所需伺服电机的力矩为0.38Nm。由此两轴驱动电机这里都选择松下的60系列的伺服驱动电机，其相关参数如表3-4所示。表3-4电机参数表电机型号额定功率/W额定电压/V额定电流/A额定转速/rpm额定力矩/Nm60ST-M006302002201.530000.6373.3储料仓的设计储料仓的形状上大下小,与箱体用嵌入式螺栓连接并在之间配有自动插板阀门，用于调整下料流量。在储料仓下面焊接一块矩形板，另外在箱体上附有矩形板插入口，如图3-2所示结构储料仓是单斗包装秤的第一个部分。它是单斗包装秤的进料口和物料的缓冲箱。工作时，物料通过螺旋给料机首先进入单斗包装秤的储料仓。图3-2储料仓3.3.1给料速度单位时间通过给料口的物料量称为进料速度。加料速度越快，误差越大。但是，为了确保误差在精度要求之内，精细进给速度必须小。进料口的通过能力对进料速度影响很大的。可以通过以下公式计算对矩形给料口：m=1.03ρ∙g0.5l−fp对圆形给料口：m=0.58ρ∙g0.5D0−式中：m为给料口的通过能力；ρ为物料的堆密度；g为重力加速度；fp为物料的形状系数。对于球状颗粒，fp=1.6；对于非球状颗粒，fp≈2.4；d为颗粒直径；fh为角度系数tanββ为料斗中心线与壁的夹角。当β<45°时，β按料斗休止角计算；当β>45°时，fh=1.0；l和b表示出料口的长和宽；D0表示圆形出料口的直径。可以通过调整进料口的尺寸来改变给料速度。此处选择的包装秤使用气动执行机构，执行速度快，使用方便，可以通过调节截料门的位置来改变进料口。以此实现不同速度的进料。3.4称重机构的设计3.4.1双向阀门称重装置是单斗包装秤的关键机构。当前，有多种类型的用于单斗包装秤的快速，准确的设备。例如，江西联大科技有限公司生产的单斗包装秤使用气缸控制进料斗阀的开度。但是基本上使用下料口径的控制来实现粗、细称量过程。根据单斗包装秤的整体设计，采用三行程双向阀门控制给料斗下料阀门，并与滚珠丝杠螺母机械连接，滚珠丝杠通过联轴器与伺服电机连接。三行程双向阀门如图3-3所示。图3-3三行程双向阀门双向阀门固定在储料仓的下端，下端为称量装置。根据单斗包装秤的整体结构设计，将双向阀设计为300×300mm正方形，中间有一个直径为150mm的圆。在快速给料阶段，双向阀门完全打开。当重量≥（目标值－粗测量值）时，它进入中速给料阶段。两通阀关闭给料口径的一半。当重量≥（目标值－精细测量值）时，它会缓慢给料。在慢速进料阶段，双向阀关闭进料口，只留下一个小开口。当重量≥（目标值－超调值）时，双向阀门完全关闭，一次下料完成。3.4.2称重装置的结构形式选择单斗包装秤的称重形式有毛重式和净重式。与包装袋一起称重的方法称为毛重式（图3-4），在装满包装袋之前用称重料斗称重物料的方法为净重类式（图3-5）。本设计设备中使用的称量方法是净重式。这种包装机的工作过程是将图b所示储料仓1中的待称量物料直接填充到包装袋2中，首先由称重料斗4称量物料，然后填充物料放入包装袋中，分两步完成称重和填充。它包装速度快，但设备体型大，需要投资较多。对包装能力没有特殊要求的情况下,本设计采用净重式包装秤。图3-4毛重式图3-5净重式3.4.3秤体结构秤体由秤架和称重器组成。称架将进料装置，称重器和下料槽连接成一个整体。气动控制箱安装在框架的一侧。端面用于安装传感器。称重器由称重料斗和称重传感器组成。将卸料气缸水平放置在称重料斗的一侧，以打开/关闭称重料斗的卸料门。大致结构如图3-6所示：图3-6秤架3.4.4称量斗材料选择由于称重装置要求称量精度，为了保证称量精度和称重装置的整体结构及功能性，本文选择了白铁皮、不锈钢板作为候选称量桶的制作材料。3.4.5称体容积选择考虑到重力式粉状物料单斗包装秤工作的连续性，储料斗内的物料至少要保证两次包装所需的质量，即50kg。储料斗的容量为M料斗=ρ*V料斗（3-32）由于容重ρ的取值影响储料斗所装物料的最小质量，拿面粉举例子ρ面粉=1000kg/m^3（3-33）由结果可知，储料斗容积满足要求。3.5下料仓的设计料体称量完成后，储料仓的阀门会暂时的关闭，待夹上包装袋之后，下料仓部分会给气缸供电，供电后，气缸会收缩，由于下粮仓是分两部分组装，也就间接保证了下方能开下粮仓的仓口，在仓内的物料也就随之漏下装进包装袋之内。物料装完之后，气缸再次得电，气缸伸开，关闭阀门，以此起到一个开关的作用，主要是对已经称量好的物料的放置和装袋作用。具体装置图如图3-7所示。3.6夹袋装置的设计夹袋机构由机械本体和气动部分组成，夹袋装置是单斗包装秤的重要组成部分，对提高单斗包装秤自动化程度起着重要的作用。所述夹袋装置由夹袋斗体、夹袋摇杆、气缸、电磁阀和下法兰组成。夹袋摇杆是夹袋装置中的关键机构。夹袋摇杆的上端固定在下法兰上。气缸的两端水平地固定在夹袋摇杆的两端。为了确保在夹袋时夹袋摇杆能够夹住袋子，夹袋摇杆的下端必须在水平线上并且处于袋夹状态。在夹袋装置的下端手动完成套袋，并打开控制气缸的阀门。此时，气缸中的气压增加，活塞杆开始驱动夹袋摇杆。夹袋摇杆的下端夹紧袋子，粉状物料开始下料。当重量达到设定重量时，上部物料停止进给。气缸的另一个进气口充气，并且活塞杆驱动夹袋摇杆松开袋子。然后，装满粉状物料的袋子通过带式输送机被送至用于封口的缝包装置。夹袋装置如图3-8所示。图3-8夹袋装置在设计夹紧机械结构时主要考虑以下几个问题。1、具有足够的夹紧力2、具有足够的强度和刚度3、考虑被夹持对象的要求由于包装货物的出料口是一个垂直的圆柱体，因此在处于夹紧位置时，夹紧杆应处于垂直方向。处于夹紧位置时，气缸收缩，此时夹带装置属于闭合状态，在传感器检测到物料装满之后，气缸会供电伸开，进而打开夹带装置。一开始夹带装置属于打开状态，检测到有袋子放在下料口附近时，气缸收缩，4S后夹带装置会闭合，然后进行装料。为了避免包装袋直接接触金属造成包装袋因受重而损坏，在夹带装置夹子部分加一部分辅助材料，一方面增大与袋子的摩擦，另外避免袋子被损坏。气缸的气密性非常好。对于粉尘较大的粉状物料，在下料过程中不会散落粉尘，从而不破坏包装环境。3.6.1气动机构的选择为实现包装机械的自动化，必须有一定的动力源。动力源有气动、液动和电动。气动控制的原理是料斗中的物料被清空时，气流振动器将充满高压空气，从而连续产生高频振动。附着在料斗内壁上的粉末物料在高频振动下被甩掉。被称量的物料都可以落入包装袋中，从而可以保证称量的准确性。气压传动是一种将空气用作工作介质以传递力和信息的传递方法。它是流体传输和控制的一个分支。气动系统是从气源装置中产生具有一定压力能量的压缩气体，然后通过管道和中指阀部件将其输送到执行部件，以实现工程应用。如以上2.4中所述，袋子夹紧装置的驱动装置是一个气缸。气缸的主要结构由气缸筒，端盖，活塞，活塞杆和密封环组成。工作原理是通过压缩气体的线性运动在气缸中来回推动活塞。从而驱动活塞杆线性移动。选择气缸型号为SC50×100气缸，如图3-9所示：图3-9SC50×100气缸3.7缝包装置的选择本设计选择GK35-2C型缝包机，如图3-10。采用铜合金连杆和轴套，滚动轴承运动设计合理，手动上油结合毛毡上油润滑，半自动机械剪线装置，耐磨件，具有缝纫成熟度高，噪音低，维护方便。使用寿命长等特点图3-10GK35-2C型缝包机实物图

第四章输送机构的设计4.1带式输送机概述带式输送机是输送能力最大的连续机械之一，广泛应用于国民经济的各个领域。其主要优点是运行平衡，运行可靠，能耗低，环境污染小，易于集中控制和自动化，便于管理和维护以及在连续负载条件下连续运输。有许多种对皮带输送机进行分类的方法。本设计的带式输送机一般用作辅助机械，属于轻型带式输送机。4.2带的选择随着工业的发展，越来越重视带式输送机。那么输送带作为输送机上的重要部件，输送机对其也是有一定的要求的。首先，要有足够的拉伸强度和弹性模量。其次，要有良好支撑和足够的宽度，来确保能满足运输物料时所需要的类型和体积。接着，承载面的覆盖胶也很重要。在传动时，覆盖胶能与滚筒之间有足够的摩擦力。具有良好的粘合力，避免脱层。输送带还需具有良好的耐撕裂性能，耐损伤。最后，还要能联结成环。整体编织织物层芯输送带厚度小，柔韧性好，抗冲击性好。使用期间它不会在两层之间剥离，但是具有很高的伸长率。在使用过程中，需要更大的拧紧行程。钢丝绳芯输送带是由许多细细的钢丝绳按一定间隔排列而成，并用橡胶材料胶粘，对钢丝绳具有良好的附着力。具有较高的纵向抗拉强度和良好的抗弯性。伸长率小，拧紧行程小。与其他输送带相比，钢丝绳输送带的厚度较小。鉴于经济和实用的考虑，选择钢丝绳芯输送带。输送机向上运输时，倾斜角度大，皮带速度应低；向下运输时，皮带速度应更低；水平运输时，选择高皮带速度。由于输送的物品为成品件，所以初步选取带速为0.5m/s。根据以上要求及各类技术参数，选定钢丝绳芯带做为本输送机的带型，根据钢丝绳芯带的参数表初选输送带如表3-5所示：表3-5输送带参数输送带型号带宽带质量带厚ST2500钢丝绳芯输送带400mm35.3kg/m26mm4.3滚筒的选择驱动滚筒是带式输送机的关键部件，其功能是将驱动装置提供的扭矩传递到输送带上。根据滚筒的承载能力的不同，滚筒有轻型、中型、重型。由于中，重型滚子的负荷大，计算不合理，容易引起滚轴断裂等事故。因此，本机采用轻型滚筒。对于带长小于80m的输送带，圆周驱动力为输送机所有阻力之和，即对于水平式输送带（4-1）式中——主要阻力——附加阻力——特种主要阻力——特种附加阻力——倾斜阻力后三项可以忽略不计，故（4-2）而,其中C为系数，可取为5，则（4-3）而（4-4）式中——为模拟摩擦系数——输送机长度——重力加速度——承载分支托辊每米长旋转部分质量——回程分支托辊每米长旋转部分质量——每米长输送带质量——每米长输送物料质量代入公式相关数据得到（4-5）N=268.8N再次代入得到=1344N滚筒轴所需总功率（kW）则=kW=0.672kW电动滚筒是一种新型装置。结构简单紧凑，占地面积小。密封良好，适用于粉尘浓度大、潮湿泥泞的工作场所。易于使用和维护，操作安全可靠，使用寿命长。能耗低，易于实现集中控制。综合以上考虑，选用QDF风冷电动滚筒。其相关参数如表4-1所示。表4-1QDF风冷电动滚筒参数滚筒直径D（mm）名义转矩M（）功率P（kW）参考重量W（kg）2402500.7560~804.4托辊的选择托辊是输送机中的重要组件。通常情况下，它的成本仅低于传送带。输送机中运动最多的部件也是托辊，长寿命和高可靠性将直接影响输送机的维护工作量，运行成本和运行可靠性。目前，市场上有多种托辊，性能差别很大。托辊辊子直径与带宽有关。通用固定式输送机标准设计中，带宽B为800mm以下的输送机，选用托辊直径为φ89mm；带宽1000～1400mm选用辊子直径为φ108mm。由于本设计输送带运送的为成品件，故选用平行托辊。第五章轴承和联轴器的计算与选择5.1轴承选择在选轴承方面，我们一般根据以下几个方面的因素来选择轴承类型。5.1.1轴承所受载荷的大小和方向载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。对于较大的轴承载荷，应首先选用滚子轴承。当承受径向载荷时，通常选择向心轴承。当承受纯轴向载荷时，通常选择止推轴承。5.1.2轴承的传递球轴承的速度高于滚子轴承的速度，因此应首先选择高速球轴承。由于超轻系列轴承的外径较小，离心力较小，因此适合高速选择；而重载系列仅适用于低速重载系列轴承。推力轴承的极限速度较低，仅适用于低速。此外，保持架的结构和材料还具有轴承可以承受的较低速度，而坚固的保持架的冲击可以承受较高的速度。5.1.3轴承中心线当轴承中心线和轴的中心线不重合或者轴的弯曲变形很大时，应采用调心轴承，因为它有调心能力。如10000、20000型等。5.1.4装拆方便当轴承座没有裂开的表面并且必须沿轴安装和拆卸轴承组件时，内圈和外圈可分离的轴承可能是首选。如N0000、30000型等。5.1.5经济性经济性公差等级越高，轴承越贵，所以选用高公差等级轴承必须慎重。5.2轴承的选用与配合5.2.1轴承的选择综合设计要求，考虑到给料螺旋机构主要承受径向载荷，选择轴承为角接触球轴承（7305B型）GB/T292-2007。对于计量螺旋机构来说，其正常工作是对径向轴向的位移要求较高，由于其主要承受轴向力且螺旋安置的方式为竖直的，故选择轴承为圆锥滚子轴承（32306型）GB/T297-1994。5.2.2轴承的尺寸给料螺旋轴上的轴承：轴承类型：角接触球轴承轴承内径：25mm轴承外径：62mm轴承宽度：17mm基本额定载荷：=26.2kN=15.2kN5.3轴承的校核对于给料螺旋轴其主要受径向力，轴向力很小，所选轴承基本额定动载荷=26.2kN，基本额定静载荷=15.2kN。对于球轴承,受力分析如图5-1：＝N（5-1）N（5-2）图5-1轴承受力分析图计算轴承的派生轴向力：（5-3）（5-4）（5-5）（5-6）（5-7）所以轴承被挤压。（5-8）（5-9）对轴承＝0.44＝1.12轴承预计寿命（5-10）轴承寿命符合要求。计量螺旋轴两端轴承主要承受轴向力，其校核计算照此符合要求。5.4联轴器的选择本次驱动装置的设计中，较多的采用联轴器，这里对其做简单介绍。联轴器属于通用机械部件，其用于在不同机构中连接两个轴（主动轴和从动轴）并将它们一起旋转以传递扭矩。联轴器由两部分组成，分别与驱动轴和从动轴连接。通常，动力机器通常通过联轴器与工作机器连接，联轴器是机械产品的轴系传动装置中最常用的连接部件。由于凸缘联轴器构造简单，成本低。当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好。故选用连接到螺旋给料机和电机上。弹性套柱销联轴器可以补偿轴之间的相对位移，还具有缓冲和减少振动的能力。弹性套可以缓冲并减少振动。这种联接器易于制造，易于组装和拆卸且成本低廉。它适用于具有稳定的联轴器负载，正向和反向旋转或频繁启动的中小扭矩传动轴。所以选择弹性套柱销联轴器与计量螺旋端部轴的连接。根据本次设计需要所选用的联轴器如表4-1所示：表4-1联轴器参数联轴器类型型号公称扭矩TN（N•m）许用转速[n]r/min转动惯量kg*m2重量kg凸缘联轴器GYH263100000.00151.72弹性套柱销联轴器LT331.547000.00252.20

第六章结论与展望6.1结论本文主要设计了单斗包装秤的总体机械结构，包括螺旋给料机构、储料仓、称重机构、下料仓、夹袋装置、输送机构。以及各个机构之间的连接和工作原理。采用螺旋给料机构是因为螺旋叶片每一个进给量所送的粉状物料量是一定的，控制螺旋转轴的转动，大大的提高了给料过程中准确性。螺旋给料机通过控制器控制伺服电机转动，当称重传感器达到一定的设定值时，电机带动滚珠丝杆旋转，滚珠丝杠上的滚珠丝杠螺母带动双向阀门实现三行程运动，从而实现快、中、慢三种下料方式。本次设计的单斗包装秤用于工厂的粉状物料包装生产线上，对粉状物料质量的自动定量称重，其主要功能是：能实现边给料边称重，将规定质量的松散物料自动装入一个一个的包装袋中，装好物料的包装袋能满足自动包装生产线后续工序的工艺要求。使其提高生产效率，减轻工人劳动强度，满足工业发展的要求。6.2不足之处及未来展望机械设计部分仍然存在缺陷，结构设计缺乏系统思考的能力。粉状物料的单斗包装秤具有较高的技术含量和严格的加工设备。因此，就包装机械而言，它是可以完成整个包装过程的一种实施方法。包装的实际需求决定了其生存价值。这是一门综合性科学，涉及技术，自动控制，液压，传感器等。各个学科都需要同时发展相关学科。任何学科中的任何问题都将影响包装机械的整体性能。因此，包装机械的发展将有力地促进学科的进步。

参考文献[1]吴军主．气动工程手册[M].北京：国防工业出版社,1995.[2]WrightRT．ProcessesofManufacturing[M]．TheCoodheart：WillcoxCompany