颗粒包装机的总体结构设计毕业设计(论文)

毕业设计(论文) 颗粒包装机的总体结构设计学 号：09130180姓 名： 专 业：机械工程及自动化系 别：机械与电气工程系指导教师： 教授二一三年六月（正文下页开始） 装配图（0号图）装配图细节摘 要颗粒包装机一般适用于食品、医药、茶叶、化工、等产品中松散状、无粘性、细小的颗粒物品的小剂量自动包装，主要由包装材料输送机构、成型机构、封口机构、送料机构、切断机构、机架等组成，具有操作简单、生产量大、适用范围广等特点。本设计进行了颗粒包装机的设计方案论证、包装原理分析、机械结构设计和强度计算等，设计的颗粒包装机主要由供料料斗、计量供料、包装薄膜供给、成型、纵封、横封、定量供料器、切断、电器加热等组成，其工作原理是薄膜卷装在可调节轴向距离的轴上，薄膜经张紧装置、导向滚筒、牵引滚筒进入薄膜导向成型器，形成对折的U形结构。进而，纵封辊将薄膜横封成筒状，横封辊将筒状薄膜的底部封口，制成敞口袋，供料机构向敞口袋内充填物料，然后横封辊将敞口袋的口封合，切割装置的切刀将连续包装袋切成单袋，完成包装过程。本机具有整体性好、运动精度高、工作效率高、安全可靠、操作容易、制造成本低等特点。关键词：颗粒包装机；结构设计；袋成型；纵封；横封。ABSTRACT Granule packing machine is generally used in food, medicine, tea, chemicals, and other products in loose form, non-sticky, tiny particles goods in small doses automatic packaging, mainly by the packaging material transport mechanism, forming mechanism, sealing mechanism, feed mechanism, cutting institutions, racks, etc., with simple operation, production capacity, wide application and other characteristics. This design makes packing machine design argument, packaging principle analysis, mechanical design and strength calculation, particle packing machine designed mainly by the supply hopper, metering feed, packaging film supply, molding, longitudinal sealing, transverse sealing , quantitative feeder, cutting, heating and other electrical components, its working principle is mounted on an adjustable film reel shaft axial distance, the film by the tensioning device, the guide rollers, traction roller guide into the film forming device to form a folded U-shaped configuration. Further, the longitudinal sealing rollers transverse sealing the film into a tubular shape, transverse sealing the tubular film roll at the bottom of the seal, made of open pocket, to open the bag feeding mechanism for filling material, and horizontal sealing rollers seal the mouth of the pocket open , cutter cutting device into a continuous bag single bag, complete packaging process. The machine has good integrity, high precision, high efficiency, safety and reliability, easy operation, and low manufacturing costs.KEYWORDS：Granule packing machine; structural design; bags molding; longitudinal sealing; transverse sealing.v目 录摘 要iABSTRACTii目 录iii1 绪论11.1 包装机械的作用11.2 包装机械的分类11.3 颗粒包装机械的组成21.4 颗粒包装机械的发展趋势22 颗粒包装机总体结构方案设计42.1 颗粒包装机设计参数42.2 颗粒包装机的设计方案42.3 颗粒包装机总体设计62.3.1 执行机构62.3.2 传动系统62.3.3 支撑形式选择72.3.4 机体强度设计73 包装纸输送机构设计103.1 包装纸输送机构设计103.2 机体强度设计124 袋成型机构设计144.1 袋成型机构的选择144.2 象鼻成型机构的设计计算145 传动系统方案设计195.1 总体传动比分配205.2 主轴转速计算215.3 主轴功率的确定215.4 主轴最小直径估算226 热封设计236.1 纵封滚轮的设计及计算236.2 横封装置设计256.3 封合调整276.4 引导装置32结论33致 谢34参考文献35北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）1 绪论包装机械是完成全部或部分包装过程的机械。包装过程包括成型、填充、裹包等主要包装工序，以及清洗、干燥、杀菌、贴标等前后包装工序，转送、选别等其他辅助工序。自动颗粒包装机是针对食品、医药、茶叶、化工、等产品中松散状、无粘性、细小的颗粒物品并能自动进行几道集中工序的包装机，大部分应用于食品、生活行业，跟人们的生活关系密切。1.1 包装机械的作用包装机械是使产品实现机械化、自动化的根本保证，因此包装机械在现代工业生产中起着相当重要的作用。（1）大幅度的提高生产效率 如颗粒包装机的生产率可高达30000袋/h，这是手工包装无法比拟的。（2）降低劳动强度，改善劳动条件 如手工包装糖果，一个工人8小时要重复动作80000多次；如果广泛的采用包装机械代替手工包装，不但能将包装工人从繁重的体力劳动中解救出来，还大大改善了工人的劳动条件。（3）保护环境，节约原材料，降低成本 手工包装液体产品时，易造成产品外溅；包装粉末状产品时，往往造成粉尘飞扬，既污染了环境，又浪费了原材料。采用机械包装能防止产品的散失，既保护了环境，又节约了原材料。（4）改善产品卫生条件，提高产品包装质量，增强市场的销售能力。（5）延长产品保质期，方便产品的流通 采用真空、换气、无菌等包装机，可使食品等流通范围更加广泛，延长食品的保质期。（6）减少包装场地面积，节约基金投资 采用机械包装，产品和包装材料的供给是比较集中的，各包装工序安排比较紧凑，因而减少了包装的占地面积，可以节约基建投资。1.2 包装机械的分类我国国家标准局按主要功能的不同可分为： 充填机、干燥机、灌装机、杀菌机、封口机、捆扎机、裹包机 集装机、多功能包装机、辅助包装机、贴标签机、包装容器制造类、清洗机、无菌包装机械、充填机。包装机还有很多其他的分类方法：按产品状态分，有液体、块状、散粒体包装机；按包装作用分，有内包装、外包包装机；按包装行业分，有食品、日用化工、纺织品等包装机；按包装工位分，有单工位、多工位包装机；按自动化程度分，有半自动、全自动包装机等。1.3 颗粒包装机械的组成自动颗粒包装机主要由以下6大部件组成：（1） 包装纸输送机构：把圈在筒上的单层包装纸通过设计的绷紧机构以平张薄膜的形式输送到纸袋成型机构。（2） 袋成型机构：把接收到的平张薄膜通过三角板和圆弧槽卷成圆筒状，利于竖封和供料。（3） 热定型式封口机构：利用特殊处理过滚轮的回转，对圆筒状包装纸进行枕式竖封，并在竖封同时利用摩擦牵引包装纸，使之向下运动，保证包装纸的持续成型；横封机构是回转机构，对以竖封的筒状包装纸周期性的封口。所以，结合成型机构，就实现了：卷状平张筒状竖封横封。（4） 送料机构 通常有导管连通容器和灌装带，并可以调节流速大小。（5） 切断机构：在热定型式封口机构持续运转的同时，切断机构通过凸轮回转推动推杆，使切刀周期性的接触，从而从中切断横封的封区。（6） 输送机构：利用带式输送机持续传递已包装好的产品。1.4 颗粒包装机械的发展趋势包装机械发展生产增长最快的是在发展中的国家和地区，发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家寻求合适的生产厂家，特别是在食品加工厂进行投资，提供包装设备。国外的包装机械发展情况尤其以美国与德国的为代表。美国当前包装机械发展的趋势：微电子、电脑、工业机器人、智能型、图像传感技术和新材料等在包装机械中将会得到越来越广泛的应用，包装机械日趋向自动化、高效率化、节能化方向发展。德国的包装机械，以用户需求为先导提供成套设备，为生产企业提供结构性以及经济性完整的系统方案。在为用户提供生产自动线或生产流水线设备的同时，尤其注重成套设备的完整性，尤其是高技术、高附加值设备，还是较简单的设备，都按配套性要求提供。纵观美国和德国的发展趋势，虽然各有特色，但自动化、高效化、节能化将是包装机械生产商共同的追求。国内的包装机械发展历史时间短，总体技术水平和生产能力较低，但近年来在国内巨大包装市场的促进以及国外先进技术的影响，发展速度很快，局部技术有了很明显的提高。35北京交通大学海滨学院毕业设计（论文）2 颗粒包装机总体结构方案设计2.1 颗粒包装机设计参数计量方式：容积式计量计量精度：5%包装速度：50-75 袋/分制袋尺寸：长 55-100mm、宽 30-80mm电源电压：220 伏/50 Hz2.2 颗粒包装机的设计方案方案一：组成机构名称包装纸输送机构纸袋成型机构热定型式封口机构切断机构机构形式由供纸辊、导向辊、拉纸辊及切纸刀组成象鼻成型器1对纵封辊，1对横封辊凸轮机构，切刀功能实现过程把圈在筒上的单层包装纸通过设计的绷紧机构以平张薄膜的形式输送到象鼻成型器，象鼻成型器把接收到的平张薄膜通过三角板和圆弧槽卷成圆筒状，利于竖封和灌料；纵封辊回转，对圆筒状包装纸进行枕式竖封，并在竖封同时利用摩擦牵引包装纸，使之向下运动，保证包装纸的持续成型；回转的横封辊，对已竖封的筒状包装纸周期性的封口，在热定型式封口机构持续运转的同时，凸轮回转推动推杆上连接的切刀，使两块切刀周期性的接触，从而从中切断横封的封区，产品制成并利用带式输送机持续传递出。特点整体机构多利用齿轮、链轮，传力特性良好，运动精确性高，工作效率高，靠操作性强，安全可靠性高，加工容易，互换性良好而制造成本低廉。方案二：组成机构名称包装纸输送机构纸袋成型机构热定型式封口机构切断机构机构形式由1个固定在机架上的传动杆套牢卷筒薄膜，令三根传动杆作绷紧装置三角形成型器L型封口器，横封器切刀功能实现在此方案中采用间歇式运动，包装袋成型的方式是纸从上方向下运送，运动是由下方的辊轮牵引的。纸通过三角形成型器将其卷成圆筒状后继续向下运动。封口成L型，将纸筒的纵向开口和底面开口封合，封好后开始进行灌装。灌装好后的纸袋继续向下运动，下面横封器使上开口封合，并由下面的切刀切断。特点整体机构多利用齿轮、链轮，传力特性良好，靠操作性强，安全可靠性高，加工容易，封口和切断在一个运动中同时完成，操作简单，但对机构求较高。 机械运动方案评价比较机械运动方案评价的方法有3种，分别是经验法、数学法和试验法，课程设计采用经验评价法，根据自己的经验对方案作粗略的定性评价。表2-1 机械运动方案评价比较方案一方案二传动机构执行机构传动机构执行机构系统功能实现工艺动作的准确性良好良好一般良好特定功能良好良好良好良好运动性能转速、行程可调性良好一般一般一般运动精度优优良好良好动力性能承载能力良好良好良好良好增力特性良好良好良好良好传力特性良好良好良好良好震动噪声小小一般一般工作性能效率高低较高较高较高很好寿命长短较长较长较长较长可操作性便捷便捷便捷便捷安全性好好好好可靠性好好好好适用范围广泛广泛有限制广泛经济性加工难易易易易易能耗大小小小小小制造成本低低低低根据表2-1的综合比较可知，输送机构选择方案一更加完备，功能更加完善；成型机构优选象鼻成型器更为高效，应用更广泛；封口机构成对出现更好，切断机构也是优选方案一。在保证基本功能的前提下，方案一的互换性良好而制造成本低廉，方案二相对的对机构要求比较高，故我们最后采用了方案一。2.3 颗粒包装机总体设计包装机械的总体设计的步骤是：布置执行机构、传动系统和操作件，确定支撑形式和绘制总体布局图。本文主要针对结构设计进行分析，包括支撑形式、成型机构设计、其他结构类的零件设计。2.3.1 执行机构即布置被包装物品的计量与供送系统、包装材料整理与供送系统、主传送系统、包装执行机构和成品抽出机构。首先，根据包装工艺路线图，各个执行构件应布置在整体的上部，以便于观察执行情况，并且颗粒物受到重力向下流，安装在较高位置可以顺流而下，提高效率。对此，必须注意以下两点：1、为使执行机构简单紧凑.应尽量减少机构的构件和运动副，并尽量缩小其几何尺寸和所占空间位置。原动件应尽可能接近执行构件。2、为简化传动系统、便于阅试与维修和减少传动件居损对传动梢度的影响，要求原动件尽可能集中地布，在一根或少数几根轴上。实际上，执行构件往往是比较分散的.以致于它们的原动件较难集中。这时，可将相近的几个执行机构集中布置成为一个大部件。这样，一台包装机就相当于由若干个大部件所构。2.3.2 传动系统布置机械传动系统包括安排动力机、变速与润速装置、传动装置、操纵与控制装置以及抽助装置等的位置。布置气液压传动系统。包括安排动力机、液压马达、油泵、空气压编机、油气管道以及气液压控创箱等装置。布置传动系统时必须注意的问题有以下几点：1、选用的方案应力求结构简单、传动链短、且容易配备；2、充分利用机体和支承架的内部空间，将动力机和传动件尽量布置在内部或者侧面，以缩小机器外形；3、在布置传动是应使各执行机构动作协调，例如在远距离传递旋动运动时常采用链传动，但注意到链节的磨损可能会使从动链轮与主动链轮产生相位错移精；4、为便于调试，机械传动系统的手动调整装置，最好安置在操作者能观察到有关执行机构工作情况的位置。首先，传动设计部件包括动力机、变速与调速装置、传动装置、操纵与控制装置应置于下方，便于查看并应对工作突发情况。综合以上考虑，我们把大部分传动系统零件设计在中部以及下部。2.3.3 支撑形式选择包装机的支撑件有底座、箱体、立柱、横梁等。支撑件的作用是使有关零部件正确定位并保持其相对工作位置。对支撑件的要求如图2-1所示：图2-1 包装机的支撑形式（1）足够的刚度，支撑件在承受较大载荷时的变形不超过允许值；（2）足够的抗振性，是机器能稳定可靠的工作；（3）质量适中，力求节约材料，容易搬运；（4）便于零部件的装配调试、操作保养和机器的调运安装；（5）外形美观，给人以调和、匀称、稳定、安全的感觉。常用的支撑形式有“一”型 、“1” 型、“口”型。由于工作环境的限制，并且生产也仅仅是小批量间歇式生产，故，我们选择“1” 型，即立体式。它占地面积小，操作灵活，工序紧凑，很符合我们的设计需求。 2.3.4 机体强度设计（1）静刚度 机器中任何一构件均可视为弹性体，在受载后都要产生一定的变形。水平抗弯刚度 (2-1)垂直抗弯刚度 (2-2)抗扭刚度 (2-3)式(2-1) (2-3)中： Py水平、垂直作用力； M扭矩，Nmm； 扭转角，（）； x ，y水平方向和垂直方向的位移。外壳就是一个立方体 其变形主要分为几部分：立柱自身的变形、连接头部分凸缘的局部变形和与支架发生的接触变形。弯矩变形 用位移y和表示变形的程度 (2-4) (2-5) (2-6) (2-7) (2-8) (2-9)式(2-4) (2-9)中： P作用力(包括重力)，N； E支撑件材料弹性模量，Pa； J支撑件的截面惯性矩，m4。（2）扭转变形 用横截面的相对转角来表示变形的程度 (2-10)式(2-10) 中： M作用扭矩，Nm； L长度，m； G弹性剪切模量，Pa。（3）截面形状与抗弯抗扭间的关系圆形截面有较高的抗扭刚度，但抗弯强度较差，故宜用于受扭为主的机架。工字形截面的抗弯强度大，但是抗扭很低故宜用于承受纯弯的机架。方形截面抗弯，抗扭分别低于工字形和圆形截面，有一定的综合性能。无论圆形、方形或矩形，空心截面的刚度总比实心截面的刚度大，因此支撑件应该做成中空形式。 另外，截面面积不变，加大外形轮廓尺寸，减小壁厚，亦即使材料远离中性轴的位置，可提高截面的抗弯，抗扭刚度。从结构上来看，由于空心矩形内腔容易安设其他零件，故许多机架的截面常采用方形或矩形截面。 槽形截面钢和工字形截面比较，抗弯强度相差不大，抗扭强度又高于工字形截面。3 包装纸输送机构设计设计的自动颗粒包装机的输送机构没有专门的动力机构，原因有以下几点：(1)包装纸是软的，如果输送不好会使包装纸堆积或者拉断；(2)输送包装纸不需要很大的动力；(3)液体包装机构中的纵封可以在封装包装袋的同时将包装纸向下拉，这样就可以使输送机构中的包装纸按需求送纸，不会出现堆积或者是拉断的可能。3.1 包装纸输送机构设计本设计中，输送机构参考BZ350糖果包装机卷筒纸连续供纸装置，如图3-1：图3-1 糖果包装纸输送机构 1-轴 2-铜套 3-套筒 4、5-夹纸盘 6-调节滑轮 7-皮带 8-螺钉 9-拉簧 10-调节螺杆 11-滚动轴承 12-拉簧 13-紧定螺钉 14-油杯本设计与图3-1的不同点是，只需要一个供纸辊、三个导向辊。卷带在被牵引供送时，容易产生拉伸变形或者在接触的辊面上打滑，当纸张力变化或纸卷转动惯量的变化引起供纸速度不稳定时，通过拉簧12、皮带7阻止纸速和张力的突变，保持稳定供纸。当商标纸和内衬纸的位置不对中时，通过调节螺杆10进行调整。本设计的颗粒包装机属于中小袋型包装机，卷材宽度和直径小于400mm，重量较轻，卷材布置在包装机的上方，更换材料卷方便，便于包装机的总体布局，并采用悬臂支撑式，节省材料。传送机构还包括三个传动辊，包装纸通过供纸辊，接着在传动杆2、传动杆3上的绕节可使包装纸绷紧，这样可使包装纸稳定的输送下来，不会产生输送过量现象。具体的绕节方式如图3-3所示。三根传动杆外面有可滚动的套筒，可减少包装纸与轴表面的摩擦。最终设计的纸袋传输机构如下： 图3-2 包装纸输送机构 图3-3 包装纸输送机构示意图3.2 机体强度设计（1）静刚度 机器中任何一构件均可视为弹性体，在受载后都要产生一定的变形。水平抗弯刚度 (3-1)垂直抗弯刚度 (3-2)抗扭刚度 (3-3)式(3-1) (3-3)中： Py水平、垂直作用力； M扭矩，Nmm； 扭转角，（）； x ，y水平方向和垂直方向的位移。包装纸输送机构是一个立方体 其变形主要分为几部分：立柱自身的变形、连接头部分凸缘的局部变形和与支架发生的接触变形。弯矩变形 用位移y和表示变形的程度 (3-4) (3-5) (3-6) (3-7) (3-8) (3-9)式(3-4) (3-9)中： P作用力(包括重力)，N； E支撑件材料弹性模量，Pa； J支撑件的截面惯性矩，m4。（2）扭转变形 用横截面的相对转角来表示变形的程度 (3-10)式(3-10)中： M作用扭矩，Nm； L长度，m； G弹性剪切模量，Pa。4 袋成型机构设计袋型容器有很多种类，本设计采用三边封口式。要完成成型填充封口全过程，成型器的选择是一个关键部分。它的选择与原材料规格、袋型、机器布局等有直接关系。4.1 袋成型机构的选择 表4-1列举了常用的几种类型的成型器以及其特点：表4-1 常用成型器及其特点成型器类型成型特点应用范围适应性折叠成型时受力状况是否满足课程要求备注三角板成型器可将平张薄膜折叠成型多种机型上应用，尤其当制袋规格较大变化时良好差是U形板成型器可将平张薄膜折叠成型应用比较广较好比三角板成型器好是象鼻成型器可将平张薄膜折叠成型只能适应一种带宽较好弯折平缓，成型阻力小是设计制造比翻领式简单翻领成型器可将平张薄膜折叠成型只能适应一种带宽较差成型阻力较大，容易造成拉伸等塑性变形是设计、制造和调试比其他成型器复杂由表4-1可知，他们的共同点是利用成型器外表面形状的变化而将平张薄膜逐渐变成对折状态的过程。其中，象鼻成型器它的安装角比三角形及U形成型器都要小得多，制袋成型阻力比较小。而制同样的一个袋.成型器结构尺寸要大得多。因此，考虑到整体布局以及空间大小，我们最终采用象鼻成型器。 4.2 象鼻成型机构的设计计算象鼻成型器可看作是在U型成型器的设计基础上,结构方面作了一些修改而形成的,象鼻成型器设计时建议按选用三角形板的安装角,并计算三角形顶角值,根据所制作空袋袋宽计算三角形板的高。按U形成型器的设计方法找准圆弧槽装接位置L,并取用圆弧部分半径。设薄膜的宽度为2a=90mm，对折后的空袋高度为a=45mm(立式机为空袋宽度)，三角形板与水平面间的倾斜角即安装角为，三角板的顶角为，薄膜在三角形板上翻折的这一区段长为b，若不计三角形板的厚度，假定薄膜在对折后两膜间贴得很紧,则： 图4-1 象鼻成型器结构在直角三角形DEC中，, ,所以有 (4-1) 即 (4-2)在直角三角形ADC或BDC中：,所以有 (4-3)对既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸, 是一个定值,所以有如下关系： (4-4) 即： (4-5)决定三角形成型器的尺寸除顶角外,还有三角形板的高,它和制袋的最大尺寸有关: (4-6)式(4-6)中：能制作最大空袋的高（立式机为带宽）若满足上述成型器展开平面宽度处处为,则圆弧槽中心线装接位置应有: (4-7)但这时圆弧槽与三角形板的边线并不相切,也就难以装接,见图4-3所示。实际使用中,圆弧槽装接即考虑展开面的宽度与基本相符,又考虑与三角形板能顺利装接,故只好采用圆弧过渡来解决,取 (4-8)式(4-8)中： RU型槽圆弧部分的半径,可根据工艺上需要来取值,亦可按推荐取用；空袋高度(立式为宽度)。图4-2 象鼻成型器结构图4-3 象鼻成型器结构象鼻成型器的形成还需加装薄膜护边,以利控制包装材料跑偏,常取护边宽。见图4-3所示。实际使用中又截去三角形板的GHK部分,减少成型器尺寸,在原三角形板的底边G处设置一薄膜导辊,让包装材料经这一导辊后直接拉上成型器的截面处。最终设计的象鼻成型器如图4-4所示：图4-4 象鼻成型器设计图5 传动系统方案设计要实现包装的全过程，主要是实现包装的牵引走膜，下料及封切。也就是说从塑料卷筒到最终成品要经过以下过程： 图5-1 连续式自动制袋袋填包装机传动系统1-主电机 2-皮带 3-蜗轮蜗杆减速器 4-偏心轮机构 5-横封器 6-纵封器 7-离合器 8-上料机构 9-不完全齿轮 10-行星齿轮差动器 11-伺服电机 12-无级变速器动力由减速器输出后，通过带传动带动主轴运转，再通过主轴分配，形成三路传动，分别驱动定量供料器8、纵封滚轮6以及横封辊5。三路传动如下：（1）主轴通过齿轮Z20带动二联体齿轮的齿轮Z52和 Z20，再经过二联体齿轮Z52和Z36传到齿轮Z36驱动轴，使定量供料器8回转。（2）主轴通过锥齿轮Z30带动无级变速器的轴变速器的输出轴。经过差动传动装置，综合伺服电机11输出的补偿速度，再经过一对不完全齿轮Z60，带动轴旋转，从而驱动纵封滚轮6相对回转。 （3）主轴通过锥齿轮Z36 带动轴的偏心链轮机构4输出一个不等速运动，带动齿轮Z18，经齿轮Z22和一对Z30驱动横封辊相对回转。通过调节偏心链轮的偏心值可以实现热封速度的调整。作用在纵封滚轮上的牵引力应该与滚轮受到塑料薄膜给它的力相等，才能使塑料薄膜匀速下滑。5.1 总体传动比分配定量供料装置转动一圈，可以填6袋，而机器的包装速度是3660袋/min，所以定量供料装置最多要每分钟转10转，所以定量供料装置中心轴的转速为610r/min。定量供料装置的转盘有6个定量孔，所以横封器啮合次数应该达到3660次/min。初定袋长80140mm,而且再根据产量计算纵封器的转速，如下：max： 14060=2R3.14max (5-1)R纵封器压辊半径，初定为R=55mm 14060=2553.14max max=121.6r/min (5-2)min： 8036=2R3.14min (5-3) min=41.7r/min根据所有执行机构的轴的转速设定如下传动计算框图： 图5-2 传动计算框图5.2 主轴转速计算综合传动计算框图5-2，主轴转速计算如下： n主轴=n电机 i减速器 (5-4) 其中nmax电机=8401400 r/minn主轴=4270r/min5.3 主轴功率的确定 P主轴=P电机 带减联 (5-5)式(5-5)中： 带 带传动效率，取为0.96减蜗轮蜗杆减速器效率，取为0.8联联轴器效率，取为0.99 P主轴=5500.960.80.99=418.2W 5.4 主轴最小直径估算 d0A=20.6mm (5-6)设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响，设计时应该根据槽的个数增大尺寸，其经验公式计算如下：d=d023.624mm (5-7)因为主轴与减速器由联轴器连接，所以选择标准件联轴器的复合最小轴直经为d=25mm。所以主轴最小直径为 dmin=25mm功率分配共有三条传动线需要分配功率一条是横封机构，一条是纵封机构，还有一条是定量供料装置。由于横封机构需要的力相对来说不是很大，所以横封机构分配到的功率为总功率的1/5其它两个占总功率的4/5；纵封相对定量供料装置来说需要的力大一些，所以它分配到剩下功率的1/5，则： P横封=P主轴 =418.2=83.6W (5-8) P纵封= P主轴=200.6W (5-9) P定量= P主轴=133.7W (5-10)6 热封设计塑料薄膜及其复合材料是自动制袋包装机中最常用的包装材料，特别是多层复合薄膜，因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于食品包装中。塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热，使其处于熔融的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影响封合质量的因素主要是加热温度、封合压力和和作用时间。热融封合的方法有多种形式，最常用的是电阻加热法和脉冲加热法，另外还有高频电加热封合、超声波加热封合、电磁加热封合和红外线加热封合等。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在自动制袋装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有机构简单，调控方便的特点。而且，用于食品包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的。连续制袋包装机中有两个封合装置：纵封装置和横封装置，分别实现包装袋的纵缝封接和横向封合切断。他们均采用电阻加热的封合方法。6.1 纵封滚轮的设计及计算在连续式自动制袋装填包装机中，由于薄膜连续输送，因此其纵缝封接是连续进行的。为此采用一对滚轮式电阻加热的热融封接器来实现连续纵封。在此，热融封接滚轮不仅完成包装薄膜制袋的纵向热封，同时还起到对包装薄膜的牵引输送作用。也就是说，牵引和纵封是同时进行的，牵引滚轮同时也是纵封滚轮。如图示是纵封牵引滚轮的结构。图6-1 纵封装置1纵封滚轮 2加热器 3螺母 4箱体 5支架 6支杆 7锁紧螺母 8调节套筒 9弹簧10调心球轴承 11齿轮 12轴 13轴承座 14不完全齿轮如图6-1所示，纵封装置主要由一对滚轮1组成，滚轮的外圆周表面紧密压合，压合力来自弹簧力的作用。纵封滚轮1分别安装在轴12的左端，由螺母固定，使滚轮可随轴转动。轴12的两端轴承固定安装；而短轴的左边轴承座10可滑动，其右边的固定轴承座装置一个调心轴承，因此轴承座可在箱体4的滑槽内作滑动微调。由于受弹簧力的作用，可调轴承座10受压内移，使两个滚轮紧密压合。两滚轮间的压力可以调整，当拧紧调节套筒8时，弹簧9压缩，使压力增大，放松调节套筒则压力减小。圆螺母7用来锁紧调节套筒。两纵封滚轮的圆筒内均装有加热器，发热元件一般用电阻发热线圈，绕装在支座上，再通过支座安装在轴承座或安装板上。当纵封滚轮随轴旋转时，加热器固定不动，持续的对滚轮的圆筒壁均匀加热。加热温度通过测温器测量，并由温控表控制其变化范围。纵封滚轮的动力来自不完全齿轮14，由传动机构带动齿轮14旋转，通过相互啮合的齿轮同时驱动两个轴，使纵封滚轮实现相对旋转。在纵封滚轮的封合圆柱面上都加工有均匀细密的网纹，以增加封口的牢固度,使热封缝美观而且质量保证。另外，由于纵封滚轮在工作中长时间处于加热状态，并作连续相对滚压运转，因此需要有较好的综合力学性能。在实际生产中可采用合金结构钢加工，如40Cr等钢材制造。6.2 横封装置设计横封装置用于复合薄膜包装袋的横向热融封合，在热封的同时起到分切包装袋的作用。当然,有些包装机设有独立的分切装置，但采用横封同时分切的方式是连续式自动制袋装填包装机的共同趋势。因为横封切断合二为一不但简化了传动机构，而且对有色标薄膜带的分切更准确，封切质量更高，生产效率更高。如图6-2所示，横封装置的结构，图中的一对横封辊1和2都具有两个封合面，对称布置，相对旋转一周则可封切两次,完成两袋包装。横封辊1的两端装有滑套轴承17，通过轴瓦套16固定在支撑座19和安装板15上。横封辊2两端的滑套轴承装配在滑动轴承座3上，左右两个滑动轴承座可以在支撑座19和安装板15的滑槽内移动。受弹簧力的作用，横封辊2相横封辊1压合，两辊的左右圆环部分的圆周面保持紧密接触。两辊压合力可以调节，当旋紧调节套筒5时，弹簧8压缩，使压力增大,放松调节套筒则压力减小。圆螺母4用来锁紧调节套筒。动力有双联链轮10输入，经中间双联齿轮13带动横封双联齿轮12，然后由相互啮合的齿轮驱动两个横封辊作相对回转，实现封切。横封辊的发热源来自电热管20。电热管从横封辊的轴端穿入，其穿入长度应比横封辊的封切面稍长，以确保封切面受热均匀。由于在运行过程中电热管随横封辊一起旋转，因此需要在横封辊轴端装配电刷环18，通过电刷导入电源。横封辊的温度，通过测温头测定，再由温控表调节，测温头可装配在滑动轴承座3或轴瓦套16上。图6-2 横封装置1，2横封辊 3滑动轴承座 4横封辊 5齿轮 6键7二联体齿轮 8轴承 9螺栓 10调压支杆 11电热管12隔热套筒 13触电凸台 14绝缘套筒 15导线横封辊的结构有两种形式，分别是整体加工式和装配式。整体加工式的横封辊是将回转轴和热封板加工成一体，如下图所示，切刀3和刀板2分别装嵌在两辊的槽隙内，由螺钉固定。图6-3 整体加工式横封辊结构1，4辊体 2刀板 3切刀 5电热管横封辊的缝合面同样加工有花纹，样式与纵封辊一致。至于完成分切动作的刀具，加工及材料有一定要求。一般情况下，带刃口的刀具可用T8A材料加工，刀口热处理HRC5560；而平面刀板可用45号钢加工，不处理。整体加工式的横封辊，一般结构尺寸较小，适合小袋的包装机。而装配式的横封辊主要应用于较大包装的机器。6.3 封合调整对于连续式自动制袋装填包装机，纵封滚轮以一定值的速度运转，使纵封连续地进行。因此，包装薄膜通过纵封牵引后被连续送进横封装置。由以上分析可知，横封辊在回转一周的过程中，并非如纵封一样每时每刻保持压合热封状态，它只有在封合面对接的时候才能进行热封分切。在横封辊对接的瞬间，运行的包装薄膜被压合，此时，必须保证横封辊封合面的线速度与薄膜送进速度一致，即横封线速度应等于纵封牵引速度，只有如此，才能保证封切质量。否则，当时，会导致薄膜拉伸撕裂；而当时，会导致薄膜出现皱折。假设纵封牵引速度保证在一个封切周期内送进一个袋长，而横封辊以匀速旋转，并且一周封切两次，于是有 (6-1)式6-1中：为横封滚轮最大回转半径。由此可见，要生产不同规格的袋长，横封辊必须要有不同的半径与之对应，这样的设计是非常不合算也不合理的。为此，在设计中，应使横封辊不变，采用一个不等速机构，使横封辊在周期内作不等速回转，以适应不同袋长的生产，从而使机器的通用性更好。借助不等速机构，在热封切瞬时，使横封辊对滚的线速度与薄膜送进速度达到一致。在完成封切后又迅速退离，让包装物料顺利通过，以免干涉。因此，可保证封切质量合包装工作的顺利进行。要实现横封不等速回转运动，所采用的机构有多种，如偏心链轮机构、转动导杆机构、双曲柄机构、变速链轮机构、椭圆齿轮机构等。在实际生产制造中，根据运动特征，考虑其结构特点及制造工艺等，主要采用偏心链轮机构、转动导杆机构和双曲柄机构三种形式。这些不等速机构的运动特性均符合横封工作要求，调整方便，能适应不同的包装工作速度和不同袋长，且结构简单紧凑，制造方便。偏心链轮不等速机构当主动轴等速回转时，将带动偏心链轮等角速回转。由于偏心的作用，使得通过链条带动的从动链轮1的转速发生周期性的变化。当偏心距增加或减小时，将可改变周期中转速快慢之间的差值。从动链轮1通过齿轮传动带动横封辊旋转，由于其转速周期性变化，因此，可以设计成：当横封辊在热封切时获得与送膜相等的速度，在热封切后则快速分离。机构中设置有张紧轮，通过弹簧保持链条的张紧。 图6-4 偏心链轮传动示意图图6-4是偏心链轮不等速机构的传动示意图。令主动链轮和从动链轮的节圆半径为，两轮回转的中心距为，主动链轮的偏心距为，为主动链轮的转角。主动链轮以等角速匀速旋转，则从动力链轮的角速度可通过下式计算： (6-2)对式6-2求极值可得： w2max=w1 即 imax=1+ w2min=w1 即 imin= 因此变速范围为 (6-3)图6-5 偏心轮机构的输出速度特性曲线 图6-5是偏心轮机构的输出速度特性曲线，表明变速范围决定于偏心距和链轮节圆半径，而与中心距无关。当一定时，调整即可获得不同的变速范围。若不断调整值，可得到图示的曲线簇。由图可见，调整偏心距，当其值由大到小变化时，所反应的特性曲线越来越平坦，直到变成匀角速为止。随着值的变小，速度极限角和分别向和趋近，直到时，而。只要横封辊在角度位置处进行封切动作，则可满足包装工艺要求。由于值的改变，使得在封切位置处的发生变化，而的变化正好适应不同袋长的变化。具体推导如下：薄膜运动的线速为 (6-4)式6-4中：为薄膜运行线速（mm/s），为薄膜袋的袋长（mm），为包装机生产率（袋/min）。而横封辊封切的瞬时角速为 (6-5) 式6-5中：为横封辊最大回转半径（mm），为由从动链轮到横封辊的传动比（定值）。以带两个封合面的横封辊为例，当从动链轮转一周时，横封辊应转半周，即封切一次，此时。因此由式6-5可得 (6-6)把式(6-4)代入式(6-6)得： (6-7)式(6-7)所示正是同一生产率下不同袋长所要求的输出角速度。可见在封切位置处，值由最大值变到最小值时，亦由最大值变到最小值。而随着的变化，由式(6-7)可见，袋长同样由最大值变到最小值。因此，袋长可以通过改变值的大小来适应。若将值用袋长量标刻在偏心链轮半径上，就能直观地进行调整。为了合理实际机械机构，在偏心链轮上采取偏心值的调整方法。这样当时，不等速机构的输出角速度刚好能满足不同袋长规格中薄膜袋的中间长度的调整要求。偏心链轮随着转角的变化，其输出的角速度在发生有规律的变化。如果在调整偏心距时，主从两链轮处于任意啮合位置，显然不能满足工艺要求。正确的方法应在横封辊处于封切位置，即偏心链轮处于极限角处时进行调整。在装配和调整不等速机构时，可遵循以下方法：（1）首先把偏心链轮调节在处，即链轮中心和主轴中心重合。转动偏心链轮使其偏心线（即调节螺杆轴线）垂直于两链轮轴的中心连线，同时使最小袋长值的一边靠近链条主动边。（2）确保横封辊正处于热合状态，即封切刀相互接合状态。（3）配上链条，完成安装。（4）按要求调节偏心值到需要的袋长值，如此即可启动机器工作。偏心链轮不等速机构的有点在于结构简单，精度要求较低，使用调整方便。但其调速范围因为取决于链轮偏心值，因此受到结构的限制。而且值大侧链条张紧轮摆动范围大，其张力波动大，对运动不利。另外，此结构步适于告诉运动合可逆传动，速度越高，链条跳动越历害。6.4 引导装置引导装置主要是一系列导辊组，通过导辊的作用，使包装材料带平展输送，并起到自由转向，校正纠偏的作用。导辊的机构很简单，主要由心轴、辊筒和轴承组成。如图6-6所示：图6-6 导辊结构1螺母 2弹簧挡圈 3轴承 4心轴 5辊筒心轴固定安装在支座上，使辊筒在轴上能灵活转动。辊筒一般用不锈钢管表面抛光制作，也可用工程塑料管等材料制造。无论用何种材料，辊筒外表面应保持光洁圆滑，以便使薄膜带输送平滑稳定。一台包装机一般有若干支导辊，安装时须确保平行，并且按薄膜带的走向设定安装位置。导辊的数量与薄膜带输送速度有关，对于牵引速度高的包装机，薄膜带高速输送，则需要较多数量的导辊以提高薄膜带输送的稳定性。反之，牵引速度较低的包装机，配置较少的导辊即可满足要求。结论商品包装是一个新兴的行业，随着市场经济的发展而愈显重要。人们要求商品的包装美观；在商品流通过程中包装不能出现破损；包装袋内的商品计量准确，误差小，以维护生产厂商的信誉和形象。因此，商品的高速精确包装是包装机械制造行业时刻关注的一项重要课题。本文通过设计计算，采用机电一体化技术，使包装机能自动完成颗粒状物的计量、充填、封口。包装机的结构合理，标准化程度高，应用范围广，成本较低，经济效益好。符合包装机的发展趋势。今后在包装机的设计中，应重视高新技术的应用，使包装机械的功能日趋先进可靠。致 谢本毕业设计（论文）的工作是在李连进老师的悉心指导下完成的，李连进老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢四年来李连进老师对我的关心和指导。李连进老师悉心指导我们完成了毕业设计（论文），在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向李连进老师表示衷心的谢意。李连进老师对于我的毕业设计（论文）都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。在撰写毕业设计（论文）期间，崔强、陶霖等同学对我毕业设计（论文）中的袋成型机构的选择研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人父母，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。参考文献1机械设计手册编委会，机械设计手册，机械工业出版社，2004年P101-1102黄颖为，包装机械结构与设计，化学工业出版社，2007年P2-273李连进、李光、王东爱，包装机械选用设计手册，化学工业出版社，2013年P291-3004何铭新、钱可强，机械制图，高等教育出版社，2003年P213-2425 GB10609.11989 技术制图标题栏6 GB10609.21989 技术制图明细栏7 GB/T146891993 技术制图图纸幅面和格式8 GB/T146901993 技术制图比例9 GB/T174501998 技术制图图线10 GB/T174531998技术制图图样画法剖面区域的表示法11 GB4458.41984 机械制图尺寸注法12 GB4458.51984 机械制图尺寸公差与配合注法