【《热收缩薄膜柑橘包装机的结构设计》12000字】

[15]，如图4.9所示。图4.9交流伺服电机伺服电机可控制速度，位置精度非常准确，还可将电压信号转为转矩和转速用来驱动控制对象。伺服电机可分为交流、直流伺服电机，交流伺服电机与单相异步电机相比有以下三个特点：具有启动转矩大、起动快和灵敏度高等特点。速度调节范围广，可以实现转速从几转到几千转的精确控制。灵活性高。触碰开关，就可开始移动，旋转操纵杆，就会反转。这两种动作都能使电动机获得最大功率，并且不产生额外的损耗。另外，它们还具备快速启动能力。交流伺服电机的选型过程中若盲目追求大功率电机，这样不仅会增加机械制造成本，而且也会使得机械体积过大，结构不够紧凑，伺服电机的选型原则为：在正常工作状态下，负载转矩不超过电机额定转矩的80%；瞬时最大扭矩（加速时）应限定在电机的最大输出转矩的80%以内；机器惯量比小于电机规定的惯量比；电机转速应严格控制在电机额定速度内。伺服电机的选择步骤包括以下几个方面：确定机构部件结构。本次热薄膜包装机一共需要3个交流伺服电机，别分在物料传送装置、自动下料装置以及自动热切热封装置中，其中物料传送装置的伺服电机与同步带连接进行传动，自动下料装置中伺服电机与转轴直接连接，自动热切热封装置中伺服电机与曲柄滑块机构连接。确定运转模式。因为本热收缩薄膜包装机多数情况下都是稳步运行，因加减速时间较短可选择容量较小的电机。分别计算负载惯量和惯量比确定使用的电机型号。对于自动下料装置而言其负载旋转惯量JK可由下列公式计算：Jk=(Mk∗D2)8式中：Mk—零件质量kgD—外径mm设自动下料装置的质量为2kg,轴的直径为20mm，因此可以得到其负载旋转惯量Jk为1kg.cm2,根据负载旋转惯量与电机转子惯量之比小于3倍的原则，当选择电机功率为200W时，电机转子惯量Jm为0.17，Jk与Jm之比为17，满足要求，因此电机型号为60CB020C-010000。对于自动热切热封装置而言其负载旋转惯量JK可由下列公式计算：Jk=(Mk∗D2)8式中：Mk—零件质量kgD—外径mmS—轴向距离mm设自动热切热封装置的质量为20kg,单边质量为10kg,轴的直径为25mm，因此可以得到其负载旋转惯量Jk为650kg.cm2,按照电机转子惯量与负载旋转惯量之比小于30倍的原则，Jm应该小于21.6，由于该装置中应该有减速机构存在，设减速比为2，根据负载惯量Jk与减速比之商应该小于3倍电机转子惯量Jm，则Jm应该大于5.4，由于电机转子惯量Jm越大电机尺寸越大，造价越高，因此综上考虑选择电机型号为110MB060D-010000。对于物料传送装置而言其负载旋转惯量JK可由下列公式计算：Jk=(Mk∗D2)设物料传送装置的质量为40kg,轴的直径为40mm，因此可以得到其负载旋转惯量Jk为200kg.cm2,按照电机转子惯量与负载旋转惯量之比小于30倍的原则，Jm应该小于9.25，由于负载较大，这里选择功率尽可能较大的电机，因此综上考虑选择电机型号为120MB055A-010000。因此热薄膜包装机的电机具体型号如表4-2所示表4-2交流伺服电机规格型号一览表序号型号额定功率（W）额定转矩（N·m）额定转速（rpm）转子惯量（kg·cm2）电机重量（kg）160CB020C-0100002000.6430000.171.02110MB060D-0100006004.015006.55.03120MB055A-0100005505.2510009.25.8

5热收缩薄膜包装机主要零件的载荷分析5.1有限元法介绍有限元方法（FEA）是一种高效、常用的计算方法，其涉及领域广泛，主要分布在工业领域，在结构、流体、热及电磁四种场合中应用最为广泛。ANSYS有着强大的三维建模能力，且软件中包含CAE建模、分析及优化工具，同时ANSYS为用户提供了相对灵活的数据传输窗口，可在CAD中建模然后输送到ANSYS环境中。利用这些功能可实现不同分析软件间的模型切换，且模型的细节不会缺失，方便高效。5.2传动轴的有限元分析由于整体机械的载荷并不大，因此这里选择45号碳素结构钢作为其材料，在伺服电机的拖动下其所受的扭矩为52.5N·m,通过ANSYSWorkbench且其所承受的载荷是否在规定屈服强度范围内。首先对轴进行网格划分，采用多区域的方式对其进行网格划分，确保网格的均匀细致，如图5.1所示。图5.1驱动轴的网格划分在施加扭矩载荷后进行应力应变的求解可以得到如图5.2，图5.3的结果图5.2驱动轴的形变情况图5.3驱动轴的应力分布情况由图可以看出碳素结构钢的屈服强度是220MPa,驱动轴在受力情况下其最大应力为10MPa，其结构不会发生较大形变和破坏，满足设计要求。5.3同步带齿轮的有限元分析同步带的齿轮轮齿所受的载荷较大，因此需要对其进行有限元分析，确保其轮齿有足够的强度不会发生折断，根据机械结构，设单个齿侧面所受的最大应力不会超过100N,齿轮材料依然选用碳素结构钢，通过ANSYSWorkbench且其所承受的载荷是否在规定屈服强度范围内。首先对同步带齿轮进行网格划分，采用多区域的方式对其进行网格划分，确保网格的均匀细致，如图5.4所示。图5.4齿轮的网格划分在施加扭矩载荷后进行应力应变的求解可以得到如图5.5，图5.6的结果图5.5齿轮的形变情况图5.6齿轮的应力分布情况由图可以看出碳素结构钢的屈服强度是220MPa,齿轮单个轮齿在受力情况下其最大应力为2.57MPa，其结构不会发生较大形变和破坏，满足设计要求。根据对传动轴和同步带齿轮进行的有限元分析的结果表明，传动轴和同步带齿轮在载荷的作用下，其变形及所受应力均在规定范围以内，故满足设计要求。6总结本毕设起先是通过查找相关资料，了解国内外当前热收缩薄膜包装机的发展现状，根据设计要求确定柑橘热薄膜包装机的设计要求，通过研究热薄膜包装机的热切热封装设计思路，完成了薄膜包装机的机械结构参数的设计以及部分零部件的校核，初步确定了热薄膜包装机的外形尺寸，在三维建模软件SolidWorks中完成了热收缩薄膜包装机的建模设计，为主要传动零部件进行有限元分析打下基础。利用有限元分析软件ANSYSWorkbench对热薄膜包装机的主传动轴施加扭矩后进行应力应变分析，确认主轴的受力情况满足设计要求；对同步齿轮带的齿轮进行齿根弯曲强度分析，通过软件仿真得到了齿轮的弯曲应力分布情况图，确保选用的同步带型号满足设计要求。保证了机械结构设计的有效性和合理性。本文研究设计的柑橘热薄膜包装机目前只做了初始阶段的机械结构设计，对于一个合格的机械设计产品而言，更多的是关注实际使用中如何提高机器的工作效率以及降低机械的设计、制造以及维护成本，这部分研究实验性操作更强，对仿真分析软件的应用要求也更加全面，这是作为一个初学者而言，今后需要继续提升的地方，相信在未来的研究学习之中会进一步提高自身的设计能力，更加熟练的应用仿真软件解决更多的实际问题。

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