毕业设计（论文）-粉料包装机结构设计

工业—机械制造与自动化专业-1-1前言针对国内许多粮食部门对先进粉料自动包装机的需求，本设计着重探讨粉料自动包装机的整体结构设计和模块化结构，开发出具有包装速度快，通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新颖包装机，对我国包装行业发展有着积极的意义。根据包装过程的需要和被包装物的性状特点，粮食类粉料自动包装设备主要由下各系统组成：通过总体结构设计，初步确定小型机械的总体尺寸，初步确定各组成系统的尺寸和相对位置和装配方式。2总体布局及传动系统2.1总体方案设计2.1.1功能与应用范围粉料自动包装机自上世纪五十年代开发到现在己有数十年了，当时开发出的机种功能单一，应用范围窄，但是容易实现、可靠，。电动机的动力和运动通过三角带(或称为V形带)或平皮带输送给分配轴，再由分配轴分给供送内装物、中封牵引器、端封切断器、输出包装物等，只能对单一内装物及同一尺寸的内装物进行包装。这样就存在有如下几个问题:(1)包装机的生产能力不可改变;(2)包装机对包装袋尺寸变化的适应性差;(4)供送粉粒料、供送包装膜、中封牵引、端封切断等的最佳配合问题;(7)当有印刷图案时，保证图案的完整性的问题。考虑到市场的深入，人们对生产追求高效化、安全化、自动化。故产品的功能要齐全、速度要快。粉料自动包装机适用的范围如下:(l)包装材料:塑编袋、纸质袋。(2)包装物品:小麦、玉米、大米等粉粒料的大多数粮食。(3)包装规格:长(70~90cm);宽40~55cm。(4)生产能力:7-8袋/分(5)附属装置:光电跟踪补偿装置、计数装置、温度控制装置、工控装置等(6)电能消耗:3.2Kw2.1.2工艺分析粉料自动包装机是针对粉料粒式粮食或其他产品进行外包装的一种手段。在工艺分析中，首先对内装物物件的特性、包装材料和包装过程作详细的分析和研究，并对单功能机的分析，进行扩展其功能，如扩展它的包装尺寸范围、扩展它的包装物件、扩展它的包装材料、扩展它的包装生产力等。这些扩展涉及到的主要部件的分析比较，以便得出可靠的机构。2.1.3总体布局包装工艺确定以后，要考虑如何实现这种包装动作。因此，要求选择合适的传动、操作和执行机构。这些机构组成若干个部件，这些部件相互位置怎样安排?它们又是怎样联系和形成一个完整的总体?这就是包装机总体设计的任务。包装机的传动与控制机构，可以采用机械式，液压式，或气动式。应根据产品的特点、生产能力、使用者的情况等具体条件以及机器动作的复杂程度而定。粉料自动包装机一般包装速度在7袋每分，最高可以达到10袋没分钟。要实现这样高的包装速度，而且要保证动作的相互协调和工作可靠稳定，用液压式或气动式控制机构尚有困难，因为液体和气体有可压缩性，而且油液的粘度大，高速换向运动时惯性冲击大、发热高，液压还会因温度升高而使粘度变化，影响动作的准确性，所以一般只用于活塞往复动作较慢的机械。目前国内外在粉料自动包装机中大多采用机械传动方式。因为连杆、凸轮机构一经调整后就能严格保证动作的可靠性，并且能实现比较复杂的动作，并配合当今的电子技术和微机控制技术，更进一步提高生产率。根据以上分析，本文设计的粉料自动包装机的操纵系统采用机械式控制系统，涉及有:链条传动，带(齿形带)传动，齿轮传动等机构。布局形式的选定，最主要根据包装工艺的特点即决定于包装的工艺性。布局式要便于包装，使机构简化，工人操作和维修方便。根据包装工艺，粉料包装机布局形式宜采用立式布局，这样便于进料、送纸、包装、封切等。在设计中总体布局要求:(1)传动系统力求简洁，在能满足多功能基础上保证结构简单;(2)机械操作，调整简单，易上手，装拆方便，联锁防护可靠;(3)操纵手柄位置方便操作，也考虑到润滑系统等;(4)排料位置考虑方便安全;(5)外形美观大方，移动安装方便。2.2总体传动系统传动系统是机器的重要组成部分由它驱动各个执行部件按工艺要求完成各种动作。传动系统的传动精度，将直接影响机器的包装加工质量。传动系统的精度不高是机器振动、噪音主要来源。传动系统直接影响机器结构的复杂程度，所以传动系统关系到机器的结构和性能。2.2.1传动系统的组成由上面讨论过的包装工艺知，传动系统的组成由如下几部分组成:(l)供送包装薄膜;(2)粒料供送;(3)中封牵引的运动;(4)端封切断器的运动。由包装工艺及循环过程知，它们的几部分传动要求是:(1)在工作时，端封切断器应与包装薄膜材料的运动速度相当，以免端封产生皱纹。为适应不同袋长要求，选用变速机构驱动，使端封切断器封切瞬时的角速度可调。(2)端封切断器应在两袋之间的中间位置缝合并切断。当袋长改变时，它的工作相位需作相应调整。2.3本章小结(1)本章分析了接缝式包装机的功能:高速、多功能、包装范围大，提出包装工艺路线图和合理的布局。(2)重点分析粉料自动包装机的传动系统，提出将单一包装袋长的传动系统拓展到袋长可调节、范围广的传动系统，从包装单一产品到可以包装系列产品。(3)详细分析供送薄膜、中封牵引、端封切断的传动系统及确定相互关系参数。3结构设计3.1包装袋供送结构设计包装机械正朝着连续化、高速化、自动化方向发展。使用卷筒式包装材料纸张、铝箔、复合薄膜、金属丝带等)越来越多，而且在商品流通领域还要求不断提高商品包装的装演水平。往往需要预先在卷状包装材料上印好商标图案。对于以独立单元等距分布的商标图案来说，在完成产品包装时，必须保证定位断准确，图形完整无损。不过，干扰因素难以完全排除，其中最为常见的是卷被牵引供送时发生拉伸变形和同辊面打滑。因而本文在前面传动系统分析时到，设计时应妥善考虑并解决这个问题，。粉料自动包装机采用已印刷图案并且带有定位标记的卷筒包装材料作为包装薄膜。包装袋供送结构图3.1如下图3.1包装袋供送结构图3.2成品袋输送结构设计为适应包装机的高速运行，成品袋必须快速及时的运出机器。考虑到本包装机的成品袋都是重达50kg的大袋，必须有足够强度的机构拖出成品袋，也因此需要相当稳定的动力机构。如下图3.2所示图3.2成品袋输送机构示意图3.3称重系统结构设计称重系统的任务是使每一个成品袋内的粮食等粒料具有相同的重量，既达到包装袋均重且规格。由于目前应用于包装机的称重系统有多种原理，但综合其灵敏性、准确性、可靠性、本设计选用机械杠杆秤，在料斗不断进料的同时，该杠杆撑的三根秤杆相继抬起，在达到设定重量时，秤杆触动落料开关，完成一个包装袋的计量。总和结构设计如下图3.3所示：图3.3称重系统结构设计图3.4本章小结(l)本章是本文设计的重点，对包装机多个子系统的结构设计较为详细分析和研究。(2)重点研究供送薄膜、成品袋输送带、称重系统三大部分的结构，在分析的基础上提出本文的设计和结构。4电机的选择4.1电动机使用环境1、包装机属于功率较小的机械，根据工作条件：室内常温、灰尘较大、单向运行，启动频繁，电压为380V的三相交流电源，因此根据当前和面机产品所选用的电机情况分析选用一般用途的Ｙ系列三相异步电动机,它为卧式封闭结构。2、总效率：由参考文献[2]P19表3-1查得η1（滚动轴承）=0.99，η2（滑动轴承）=0.98，η3（齿轮传动）=0.97，η4（带传动）＝0.96=η1η2η3η4＝0.99×0.98×0.97×0.963、计算电动机的输出转矩：由已知条件得工作轴Tw=300及i、得：需电机功率：P=Tn/9550=1.78KW所选用电机的参数如下：表3-1电机参数表电机型号额定功率Kw同步转速r/min满载转速r/min电机质量Kg轴径mmY100L1-42.21500142034284.2计算各级传动比和效率1、各级传动比：第一级传动比：=5.28第二级传动比：=Z2/Z1=112/15=7.332、名级效率：第一级效率：第二级效率：4.3计算各轴的功率和转矩1、各轴转速：轴I：轴II：2、输出功率：轴I：轴II：3、输出转矩：轴I：轴Ⅱ:表3－2各轴运动参数参数轴轴出功率P（Kw）转速n(r/min)输出转矩T（N.M）i效率η轴I2.099336.578.335.280.95轴II1.98745542.227.330.9515工作能力分析计算5.1齿轮设计及强度校核齿轮之间传动比为7.46，所以定小齿轮Z1＝15，则大齿轮的齿数Z2＝=110精度取7级。１、齿面接触疲劳强度校核采用软齿面，小齿轮40调质，齿面硬度为270HBS，大齿轮用45号钢调质齿面硬度为245HBS。因，SH1=1.1，SH2=1.1，，因：，，SF=1.32、按齿面接触强度设计设齿轮按7级精度制造。取载荷系数K=1.3，齿宽系数小齿轮上的转矩：T＝9550P/n=9550×2.099/255.6=78.4Nm确定中心距u=i=7.33模数取法向模数m＝3.5确定中心矩a=m(z1+z2)/2=3.5×（110+15）/2＝218.75mm齿宽b=mm=45mm,=43mm3、验算弯曲强度齿形系数YF1=2.57，YF2=2.18按式（11-8）轮齿弯曲强度满足强度要求。5.2键的设计及强度校核1.对于小带轮的键，选用半圆头平键C855，GB1096－79和面机上的键都为静联接，材料为钢，则许用挤压应力取100,由参考文献[1]P103公式6－1强度符合2大带轮上键校核选用半圆头平键C836，GB1096－79强度符合3.小齿轮上键校核选用半圆头平键C845，GB1096－794.大齿轮上键校核选用半圆头平键C1050，GB1096－79强度符合5.3轴的设计及强度校核按弯扭合成应力校核轴的强度设计轴的尺寸由参考文献[1]公式15－2由参考文献[1]表15－3取110所以传动轴D1＝24mm搅拌轴D2＝35mm图5.1齿轮受力分析图齿轮的力分析计算：圆周力Ft=径向力Fr=轴向力2.对H面上各力分析=322N=4970N3.对V面上各个力分析＝＝以下图组为轴受力分析图：图5.2轴受力总图图5.3轴H面受力及力矩图图5.4V面受力及力矩分析图图5.5扭矩图4.当量弯矩：由轴的结构简图及当量弯矩图可知截面A处当量弯矩最大，是轴的危险截面。进行校核时，只校核轴上承受最大当量弯矩的截面的强度合成弯矩：当转矩T=300000N；取得：当量弯矩：由参考文献[1]公式15－5由参考文献[1]公式15－14＝0.12轴强度足够。5.4轴承的选择及校核要据设计的尺寸轴承初选72005GB/T292－94，对于球轴承：＝图5.6轴承受力分析图对于7000C型轴承，按参考文献[1]表13－7计算轴承的派生轴向力：e为参考文献[1]表13－5的判断系数。所以轴承1被挤压，轴承2被放松。对轴承1＝0.44＝1.12对轴承2由参考文献[1]公式13－19按轴承2受力大小分析并验算轴承寿命：轴承预计寿命由参考文献[1]公式13－21+轴承寿命符合要求。5.5润滑与密封1、齿轮的润滑：采用定时加油润滑，由于齿轮间的啮合不能浸在油液中，所以只能人工的定时给相互啮合的齿轮加油。2、轴承的润滑：滑动轴承与轴固定在一起，在法兰盘里滚动，通过法兰上部的油标向滑动轴承里加油，轴承内侧加毡圈油封，防止油液流出。轴承外侧加透盖，起固定和密封的作用。3、润滑油的选择:齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备,选用L-AN15润滑油。4、搅拌桶与搅拌轴配合挡面环，防止面粉尘进入法兰盘中，同时也是对毡圈油封密封作用的再次加强。5.6本章小结本章首先研究了包装机传动系统的方式，然后对包装机的传动系统进行了设计，校核，最后分析了各部分润滑与密封的特点。参考文献[1]高德,陆俊杰,陈根浪,张炜,张学昌.基于虚拟仿真的包装机械实验课程建设与实践[J].大学教育,2021,(03):49-52.[2]王力.论机电一体化在工程机械上的应用与发展[J].内燃机与配件,2021,(03):86-87.[3]PopovAM,PopovDM,MukhimZadeM,WegnerNA.Industrialinternetofthingsinproductionofcookedsmokedsausages[J].IOPConferenceSeries:EarthandEnv