非标包装机毕业设计

非标包装机设计 摘 要 目前，世界各国对包装机械发展十分重视，集机、电、气、光、声、磁为一体的高 新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、 科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。这也是我国包装机械业的发展方 向。对于我国的包装机械生产企业，并不是求大求全，而是求精求专。努力提高技术含 量，把产品做精、做细、做专、做强，靠技术进步来提升行业的发展。 食品包装技术的应用及其创新，极大地推动着包装机械的发展。应用与现代食品工 业的自动化包装大多数以生产线的形式出现，集机、电、气、液控制于一体，成套性强、 可靠性高。并且，以模块化组合的形式出现，具备系列化、标准化、通用化的特点。此 外，越来越多采用的微机控制、模拟控制等高新技术，使包装机械跃上一个新台阶。 课题利用 AutoCAD 设计软件作为辅助设计工具。本课题设计思路：分析封袋的封装 要求以及封袋总体尺寸确定包装的总体工艺方案。包装过程：筒形带状包装袋由卷筒引 出，经光电检测器再由牵引辊，经过红外传感器至吸盘位置。在吸盘位置由机械手夹具 夹紧，传送给分度器连接的分度盘，进行开袋装填。已充填包装物的包装袋左右整形输 出，经输送带线缝机排出成品。传动部分是：减速电机 1 驱动分度盘转动；减速电机 2 驱动牵引机构运动；由于输送带的运动和转盘的运动相一致，所以其采用的减速电机 3 和分度盘采用的电机一致；其他机构的驱动由气源完成。 关键词：包装机；分度器；减速电机；机械手夹具；机械手指 Abstract Currently, the world of packaging machinery, attaches great importance to the development of machine, electricity, gas, light, sound, magnetic for the integration of high-tech products. Production efficiency, high resource utilization, energy-saving, high-tech practical, scientific research achievement commercialization has become the world packaging machinery development trend. This is the development direction of China JiXieYe packaging. For our countrys packaging machinery production enterprise, and perfection, but not too fine for AD. Efforts to improve the technical content, the products made of fine, fine, do it, and to promote technological progress, and on the development of industry. Food packaging technology application and innovation, greatly promote the development of packaging machinery. With the application of modern food industry automatic packaging production line with the form of most, the collecting machine, electricity, gas, hydraulic control integrated, systematic, high reliability. And, in the form of modular combinations, seriation, standardization and generalization. In addition, more and more used to simulate the control computer control, the high and new technology such as packaging machinery onto a new stage. Automatic machine mainly by the controller, driving system and detection sensor and mechanical parts of the body, is a kind of electromechanical integration automation production equipment. As a modern high-speed wire production line equipment, the unique mechanical, pneumatic, electric control, accurate and reliable. Its exquisite action process for production of modern high speed wire rod, build a beautiful scenery line. This design using AutoCAD topics as the assistant software design tools. This topic design ideas: the packaging requirements and sealing bag packing seal overall size determine the overall process scheme. Packing: packing cylindrical belt by the photoelectric detector, drum drawn by drawing roller, through an infrared sensor to chuck position. In the cups of manipulator clamping fixture position, send DuQi points connected indexing plate, opens bag filling. The filling packing bag has left the conveyor belt, plastic output line from sewing machine. Part 1: gear motor driver indexing plate rotating, Slow motion of the traction motor drive; 2 Because the rotary motion and belt of movement, so its consistent by slowing the motor 3 and indexing plate adopts the motor, Other institutions of driven by air. Keywords: packaging machine, DuQi points, Decelerating motors, Manipulator fixture, Mechanical fingers 目录 1.绪论 .1 1.1 设计目的 .1 1.2 国内外研究现状 .1 1.3 设计内容 .3 1.4 设计要求 .4 2.总体设计 .4 3.包装机基础部分设计 .6 3.1 输送机构的设计 .6 3.1.1 概述 .6 3.1.2 带的设计 .6 3.1.3 张紧装置设计计算 .11 3.2 分度器的选型 .13 3.2.2 分度器选型 .14 3.3 分度器使用的电机的选型 .15 3.3.1 分度器使用的减速电机简介 .15 3.3.2 减速电机的相关计算 .16 3.3 相关轴的设计 .17 3.3.1 轴的设计 .17 3.3.2 拟定轴上零件的装配方案 .17 3.3.3 各轴段直径和长度的确定 .17 3.5 输送机构的传动机构设计 .18 3.5.1 输送机构的电动机的选择 .18 3.5.2 输送机构传动部分 V 带的设计 .20 4.取袋机构设计 .26 41 滚轮设计 .22 4.1.1 滚轮基本尺寸 .22 4.1.2 滚轮材料选择 .23 4.2 剪刀机构的设计 .23 4.2.1 切断机构选型 .23 4.2.2 剪刀机构的尺寸计算 .24 4.3 牵引机构设计 .24 4.3.1 牵引机构选型 .24 4.3.2 牵引机构设计及分析 .25 4.4 电动机选型及校核 .26 4.4.1 电动机选型及校核 .26 本章小结 .27 5.开袋机构设计（专题部分） .27 5.1 系统方案概要 .27 5.2 系统要求 .28 5.3 吸盘设计 .28 5.3.1 吸盘尺寸的计算 .28 5.1.2 吸头的选型 .29 5.4 行程气动夹具（气动手指）选型 .30 5.4.1 气动夹具介绍 .30 5.4.2.33 5.5 机械手夹具选型 .35 5.5.1 机械手夹具介绍 .35 5.5.2 机械手夹具的选型 .35 本章小结 .36 6.装袋机构设计 .36 6.1 概述 .36 6.2 供送机构气压缸的选取 .37 6.3 推板式供送机构 .39 6.3.1 推送装置 .39 6.3.2 气缸行程及推程回程时间计算 .39 6.3.3 气马达的选取 .40 7.线缝机的选型 .42 7.1 线缝机的选型 .42 7.1.1 缝合方式选择 .42 7.1.2 线缝机的选型设计 .43 总结 .45 结论与展望 .46 1.结论 .46 2.研究展望 .46 谢辞 .47 参考文献 .48 附录 A：毕业设计（论文）外文翻译原文 .49 附录 B：外文资料中文翻译 .53 1.绪论 1.1 设计目的 食品包装是指为在流通过程中保护食品，方便储运，促进销售，按一定技术方法而 采用容器、材料及辅助物等的总体名称，也为达到上述目的而采用容器、材料和辅助物 的过程中施加一定技术方法的操作活动。食品包装是生产的继续，是实现食品价值和使 用价值并增加价值的一种手段，它对食品生产有着重大意义。食品包装是食品生产的最 后一道工序，是商品的组成部分；它是食品进入流通领域的必要条件；它有利于食品的 卫生；它能减少食品损耗，降低生产成本。食品包装应主要考虑：食品的性质和特点； 食品的生产、流通与消费的社会性；合适的包装材料与包装机械。随着食品生产与商品 流通的发展，食品包装的形式日益繁多，按照食品包装在商品流通中的作用进行分类， 它分为销售包装与运输包装两类。销售包装（包括内包装和中包装）的主要目的是促进 商品的销售，它除具有保护食品，方便流通基本功能外，还具有美化食品、宣传食品， 促进销售的功能。销售包装一般与充填、包封、灌装、封口及贴标签等机械联系在一起。 保护食品，方便流通基本功能外，还具有美化食品、宣传食品，促进销售的功能。 销售包装一般与充填、包封、灌装、封口及贴标签等机械联系在一起 1。 食品包装技术的应用及其创新，极大地推动着包装机械的发展。应用与现代食品工 业的自动化包装大多数以生产线的形式出现，集机、电、气、液控制于一体，成套性强、 可靠性高。并且，以模块化组合的形式出现，具备系列化、标准化、通用化的特点。此 外，越来越多采用的微机控制、模拟控制等高新技术，使包装机械跃上一个新台阶。 （1）通过设计，把有关课程（机构分析与综合、机械原理、机械设计、液压与气动 技术、自动控制原理、测试技术、理论力学、常用电气、可编程控制技术等）中获得的 理论知识在实际中综合地加以利用，使这些知识得到巩固与发展，使理论知识与生活密 切地结合起来。因此，工业机器人设计是有关专业基础和专业课后综合性的专业课程设 计。 （2）自动打包机构设计是机械设计与制造专业和机械电子工程专业学生一次性比较 完整的机电一体化整体设计。通过设计，培养学生独立的机械整机的分析能力，树立正 确的设计思想，掌握机电一体化产品设计的基本方法和步骤，为自动化机械设计打下良 好的基础。 （3）通过设计，熟练地应用有关参考资料，计算图表、手册、图册和规范，熟悉有 关国家标准，以完成一个工程技术人员在机械整体设计方面所必须具备的基本技能训练。 培养学生独立工作与分工合作完成大型设计的能力。 （4）本次设计的具体要求：进行相关的机械、检测以及自动控制等方面的理论与技 术研究，开发基于机电一体化的高效、简易、价廉的方便面块包装的自动包装机。 1.2 国内外研究现状 目前，世界各国对包装机械发展十分重视，集机、电、气、光、声、磁为一体的高 新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、 科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。这也是我国包装机械业的发展方 向。对于我国的包装机械生产企业，并不是求大求全，而是求精求专。努力提高技术含 量，把产品做精、做细、做专、做强，靠技术进步来提升行业的发展。 国外钢带气动打包机的发展：60 年代，出现了分离式钢带气动打包机，即一台拉紧 机和一台锁扣机配套使用，以代替手动钢带打包机，到了 70 年代人工控制的集拉紧、锁 扣、切断等打包动作与一体的联动式钢带气动打包机进入市场，该机操作时比起分离式 要方便得多，而且效率提高 50%以上，既可手提进行单件打包，又可悬挂用于生产流水线 上作业，比起分离式只能手提使用优越得多，这种机器在西方发达国家尤其是德国、英 国、日本发展很快，形成了多类型、多用途、多规格的系列化产品，应用于生产线流水 线上不再需要人工操作，全部由电子计算机进行控制，是目前上最先进的机型，现在国 外的发展方向就是这种台式全自动钢带气动打包机和流动性很强的联动式轻型钢带气动 打包机。这些联动式轻型钢带气动打包机的传动机构绝大多数是螺旋伞齿轮机构，它比 涡轮传动效率高，而且重量轻，其使用钢带的果个已趋向各种宽度的钢带，能一机多规 格钢带操作。 随着市场经济的发展，包装工业在国民经济中所占的比重和作用也越来越大。我国 成功加入 WTO 后，全球经济贸易一体化进程的发展促使商品流通领域的竞争更加激烈， 人们在追求商品内在质量的同时，对商品包装的要求也越来越高。20 世纪 80 年代后，我 国的包装机械的生产和设计取得了巨大的发展，大量填补国内空白的包装机械问世，品 种规格不断增加，同时出现了很多包装机械的生产企业，许多研究机构着手研究包装机 械，高等院校也纷纷设立了包装工程专业，从而形成了一个独立的的包装机械行业。进 入 21 世纪，包装机械除继续增加新品种外，在产品的技术水平、内在质量和性能等方面 都有了很大进步，这一切都与包装机械的设计有着密切的联系。 国外打包机正向全自动、高级化和多样化方向发展。 （1）全自动化 提高单机的自动化程度是包装物从输送辊道送入后，打包机能自动 定位、自动捆扎、自动转位、以进行十字型、井字型捆扎，采用微机控制，以实现无人 操作的自动打包生产线。 （2）高级化 提高打包机打包速度；研制捆扎力可随机调节的打包机；提高自动打 包机的适应性（如带宽、打包规格、工作台高、打包能力等） 。 （3）多样化 研制各种用途的打包机，如研制代替钢带的重型带、聚酯带。开发不 同的捆扎带以适应不同打包机的要求并满足不同用户的需要。 我国钢带气动打包机的现状和技术差距：80 年代前钢带气动打包机在国内还是空白， 需要完全依赖进口，70 年代末国内研制出第一台钢带气动打包机，但由于我国工艺技术 落后，与国外产品相比还存在许多差距，这下差距是： （1）易损零件寿命短：日本产品寿命（每天工作八小时）可使用二年，而我国的同 类产品最多只能使用六个月。 （2）产品性能差：耗能大，取得拉紧的效率却小。 （3）打包速度慢：国产设备与进口设备相比，每次打包速度平均慢 10 秒以上。 （4）制造水平低：国外产品结构合理，加工制造精良，表面处理质量好，而国内产 品由于材质差、热处理水平低、加工机床精度等原因，致使国产设备无法与国外同类产 品相比。 综述，我国的打包机技术及其工程应用的水平与国外相比还有一定的距离。打包机 应用工程起步较晚，应用领域窄，生产线系统技术与国外比有差距；以上原因主要是缺 乏宏观调控、缺乏资金投入以及缺乏专业技术人员，发展我国气动打包机要重视高新技 术的引入和应用、增强打包机的开发能力、开发与气动式打包机配套的辅助装置以及提 高打包机的系列化、标准化、通用化、加强对热处理和材质的研究开发，积极推进产业 化进程。 现阶段仍存在很多问题，现状仍不容乐观，我国食品及食品包装机械从 80 年代初开 始引进，到目前所引进的设备中，约有 40%属国内不能供应的，40%是国内己批量生产不 靠进口的，20%是可以替代进口的。综合分析看，国内食品及食品包装机械需求市场约 30%的保有量被国外设备所占领。此外国内有很多的产品急需提高技术含量和水平，所以 开拓国内外市场的潜力很大。为了改变现阶段的食品及食品包装机械发展远远满足不了 食品工业高速发展的现况，从根本上改变制约食品工业发展的机械水平大量依赖于从国 外进口以及出口低的状况，一条有效的解决途径就是采取措施对国内空白的进口设备抓 紧消化吸收并国产化，通过发展国内自己的技术和产品来制约进口。 技术引进是促进一个国家经济高速增长的战略措施。但要取得最佳技术和经济效益， 除了引进技术外还要对其进行深入的研究，这就需要应用反求工程消化创新和开发出先 进产品，形成自己的技术体系。 1.3设计内容 包 装 过 程 包 括 充 填 、 裹 包 、 封 口 等 主 要 工 序 ， 以 及 与 其 相 关 的 前 后 工 序 ， 如 清 洗 、 堆 码 和 拆 卸 等 。 此 外 ， 包 装 还 包 括 计 量 或 在 包 装 件 上 盖 印 等 工 序 。 使 用 机 械 包 装 产 品 可 提 高 生 产 率 ， 减 轻 劳 动 强 度 ， 适 应 大 规 模 生 产 的 需 要 ， 并 满 足 清 洁 卫 生 的 要 求 。 成 型 -充 填 -封 口 包 装 机 是 一 种 多 功 能 的 包 装 机 。 物 料 进 入 包 装 机 的 顶 部 后 ， 计 量 部 分 将 定 好 数 量 的 产 品 依 次 送 入 物 料 通 道 。 卷 筒 包 装 材 料 在 通 过 物 料 通 道 的 外 壁 时 ， 被 成 形 器 卷 绕 成 筒 状 ， 纵 封 器 将 其 纵 向 缝 焊 封 牢 固 。 横 封 器 完 成 包 装 袋 的 顶 封 和 下 一 个 袋 子 的 底 封 ， 成 为 两 道 焊 缝 。 由 于 下 料 通 道 被 包 装 袋 裹 住 ， 底 封 封 焊 后 就 可 直 接 向 袋 内 下 料 ， 随 之 移 动 一 个 工 位 完 成 顶 封 封 口 ， 并 用 切 刀 切 断 ， 完 成 包 装 工 序 。 卷 筒 包 装 材 料 有 单 层 的 和 复 合 的 。 单 层 的 如 防 潮 玻 璃 纸 、 聚 乙 烯 、 聚 丙 烯 、 高 密 度 聚 乙 烯 ， 复 合 的 如 拉 伸 聚 丙 烯 聚 乙 烯 、 聚 乙 烯 玻 璃 纸 铝 箔 。 此 外 还 有 可 热 封 的 材 料 等 。 包 装 封 口 型 式 有 枕 式 封 口 、 三 边 封 口 和 四 边 封 口 等 。 装 盒 机 用 于 产 品 销 售 的 包 装 。 包 装 机 械 有 多 种 分 类 方 法 。 按 功 能 可 分 为 单 功 能 包 装 机 和 多 功 能 包 装 机 ； 按 使 用 目 的 可 分 为 内 包 装 机 和 外 包 装 机 ； 按 包 装 品 种 又 可 分 为 专 用 包 装 机 和 通 用 包 装 机 ； 按 自 动 化 水 平 分 为 半 自 动 机 和 全 自 动 机 等 。 本 课 题 需 要 包 装 的 物 体 是 方 便 面 块 ， 包 装 材 料 是 蛇 皮 袋 。 而 且 要 进 行 的 是 全 自 动 包 装 ， 所 以 选 用 的 包 装 袋 是 筒 形 的 单 边 通 的 料 袋 。 本课题设计思路：分析封袋的封装要求以及封袋总体尺寸确定包装的总体工艺方案。 包装过程：筒形带状包装袋由卷筒引出，经光电检测器再由牵引辊，经过红外传感器至 吸盘位置。在吸盘位置由机械手夹具夹紧，传送给分度器连接的分度盘，进行开袋装填。 已充填包装物的包装袋左右整形输出，经输送带线缝机排出成品。传动部分是：减速电 机 1 驱动分度盘转动；减速电机 2 驱动牵引机构运动；由于输送带的运动和转盘的运动 相一致，所以其采用的减速电机 3 和分度盘采用的电机一致；其他机构的驱动由气源完 成。 工艺方案确定后，根据料袋的大小及方便面块的尺寸来确定各个部分的尺寸，保证 各个部件之间工作连续可靠，包装机总体结构的紧凑。为保证封袋两侧大小相等，故在 机构中有成形器和牵引棍。为保证包装纸的运动速度与线缝速度的同步，故用光电传感 器对其进行检测并用减速电机加分度器动作使之运动或制动停止达到目的。为了避免包 装过程中得到的袋长误差，故有电磁制动的牵引机构可以对得到的袋长加以调整。 本课题需要解决的问题主要有:根据包装袋的形状、尺寸、袋内方便面块的体积、封 边方式的要求完成包装袋封口位置、装料位置及计量装置形式的选择；卷筒、牵引棍、 分度转盘、输送带等部件先后位置的确定;吸盘设计及气夹设计选型；推进气缸的选型及 设计；输送带的设计等。 方便面块是块状食品，包装速度为 1 袋/5s，包装膜为蛇皮袋卷。咖啡粉包装机由充 填装置、封口装置、牵引装置、动力机构组成。各个装置之间通过一定的传动关系联系 在一起，协调的工作。本设计的重点是在完成包装机总体设计的基础上完成牵引装置的 具体设计和输送机构的结构设计。本包装机为食品专用，其料盘上的主要零件均为自行 设计加工。设计时尽量使用标准件和通用件，非标准件设计尺寸是取整，以便缩短设计 周期，降低加工难度，提高经济效益。所设计的包装机为企业的生产提供参考。 本课题的设计意义及价值：所设计的设备应能满足方便面块包装要求，保证包装袋 对正，便于调整，结构简单、运转平稳，工作可靠，便于维修。 1.4 设计要求 （1） 工作可靠，无冲击； （2） 布局合理，维护操作方便； （3） 满足定位精度要求； （4） 结构简单，高效、价廉； （5） 符合国家关于食品生产设备相关规定。 2.总体设计 本课题设计思路：分析封袋的封装要求以及封袋总体尺寸确定包装的总体工艺方案。 包装过程：筒形带状包装袋由卷筒引出，经光电检测器再由牵引辊，经过红外传感器至 吸盘位置。在吸盘位置由机械手夹具夹紧，传送给分度器连接的分度盘，进行开袋装填。 已充填包装物的包装袋左右整形输出，经输送带线缝机排出成品。传动部分是：减速电 机 1 驱动分度盘转动；减速电机 2 驱动牵引机构运动；由于输送带的运动和转盘的运动 相一致，所以其采用的减速电机 3 和分度盘采用的电机一致；其他机构的驱动由气源完 成。 工艺方案确定后，根据料袋的大小及方便面块的尺寸来确定各个部分的尺寸，保证 各个部件之间工作连续可靠，包装机总体结构的紧凑。为保证封袋两侧大小相等，故在 机构中有成形器和牵引棍。为保证包装纸的运动速度与线缝速度的同步，故用光电传感 器对其进行检测并用减速电机加分度器动作使之运动或制动停止达到目的。为了避免包 装过程中得到的袋长误差，故有电磁制动的牵引机构可以对得到的袋长加以调整。 本课题需要解决的问题主要有:根据包装袋的形状、尺寸、袋内方便面块的体积、封 边方式的要求完成包装袋封口位置、装料位置及计量装置形式的选择；卷筒、牵引棍、 分度转盘、输送带等部件先后位置的确定;吸盘设计及气夹设计选型；推进气缸的选型及 设计；输送带的设计等。 方便面块是块状食品，包装速度为 1 袋/5s，包装料袋为蛇皮袋卷。方便面块包装机 由充填装置、封口装置、牵引装置、动力机构组成。各个装置之间通过一定的传动关系 联系在一起，协调的工作。本设计的重点是在完成包装机总体设计的基础上完成牵引装 置的具体设计和输送机构，充填机构的结构设计。本包装机为食品专用，其料盘上的主 要零件均为标准的零件加常用件。设计时尽量使用标准件和通用件，非标准件设计尺寸 是取整，以便缩短设计周期，降低加工难度，提高经济效益。所设计的包装机为企业的 生产提供参考。 而且必须满足以下的设计要求: 1.工作可靠，无冲击； 2.布局合理，维护操作方便； 3.满足定位精度要求； 4.结构简单，高效、价廉。 自动包装机的设计参数 打包对象：五块面块一起包装，面块规格：12012025mm，总的包装体体积： 120120125mm 位置检测：用行程开关、红外传感器等等 驱动方式：气压驱动、电机驱动 包装材料：蛇皮袋 包装机工作过程和循环过程: 1)主要工作过程： 本机工作的基本原理和机构分析，料袋选择是一捆一捆的单边缝口的。所以在必须应 该有的几个基本过程,取袋过程、开袋过程、充填过程、线缝过程。 （a）取料袋过程，牵引机构通过滚轮将料袋送到机械手夹具位置，这个过程是通过 滚轮和料袋之间的摩擦力进行的，料袋到达机械手夹具位置，吸盘打开从而拉开料袋， 夹具夹紧后吸盘气门关闭，剪刀机构开始动作，料袋剪断后进入一个工位。 （b）开袋过程，主要动作是气动手指的动作进行料袋的张开，张开的距离是料袋宽 度的一半，机械手夹具在充填过程完成后松开，气动手指回位。 （c）充填过程:充填动作是由气缸进行，位置控制靠行程开关达到。 （d）线缝机构：采用的普通的线缝机进行缝口动作，位置靠红外传感器控制，线进 行单边缝口。 循环过程 自动包装机的开袋机构有 3 个工位同时工作。自动包装机启动后检测气压、料袋安 装是否正常，检测到料袋到达红外传感器位置，电磁制动器启动，吸头的气门打开，随 即机械手夹具动作夹紧料袋，然后剪刀机构动作对料袋机械剪断。料袋剪断后进入下一 个工位，该工位是对料袋进行张开。料袋张开后进到第三工位，该工位在气缸完成推进 和退出动作后，机械手夹具松开，转盘转动。在转让转到第一工位的时间内完成，气动 手指的回位动作。 在转盘进行上述动作的同时，运进面块的输送带运进面块，在装填平台完成装填动 作后，输出面块的输送带运送面块到达线缝位置，线缝完成后，循环结束进入下一个循 环。 自动包装机的组成： 1）取袋机构 取袋机构主要有牵引机构和剪断机构组成。牵引机构主要是由 4 组滚轮组成，两组 驱动滚轮，两组定位滚轮，滚轮上面包裹着食用橡胶增加摩擦力，牵引机构牵引料袋运 行的长度是 390mm，牵引机构利用电磁制动对料袋的长度进行控制。剪断机构是利用冷切 机构进行，采用的是剪刀机构进行剪断，剪断的驱动力是气缸控制。 2）开袋机构 开袋机构主要组成部分：吸盘，气动手指，机械手夹具。开袋机构主要的零件安装 在分度器连接的转盘上，吸盘上安装吸头，吸头的控制通过气门的开闭进行。机械手夹 具和气动手指都是常用的零件只进行选型。转盘的驱动由减速电机驱动的分度器完成， 分度器的工位是 3 个，分度时间为 1s，停止时间为 4s。本部分机构完成的动作有吸袋、 夹袋、开袋，松袋，部分零件有红外传感器、气动手指、机械手夹具、安装吸盘和机械 手夹具的导杆、相关的继电器。该机构采用分度器来进行工位的划分，分度器连接大型 转盘，转盘安装所需要的零件以完成下列动作。该机构采用 3 个工位工作：第一工位料 袋经过红外传感器后，打开吸盘气夹，吸盘开始工作袋口张开，夹具夹紧料袋，吸盘停 止工作；第二工位夹紧的料袋，由于气动手指的工作使袋口张开到 145mm145mm 大小； 第三工位使料袋到达水平面上，在气缸完成充填过程后，松开袋口；在气夹松开袋子回 到第一工位的过程中间完成行程气夹回复原位。主体结构是在转盘上安装选好型的行程 气夹，行程气夹连接导杆以满足机械手夹具和吸盘的安装。 3）装填机构 装袋机构装置用于大中型块状物品的供送，基本工作要求是能适当控制被送物件的路线、 排列、间距。状态和速度等。作为多工位传送系统中的组成部分，也可与其他机构相配合组成 包装主机。 常见的块体物料供送装置类型有：链带式、推板式、动梁式。拨轮式和螺杆式等。这里采 用推板式供送装置。 推板式供送装置利用推板的间歇往返运动实现间歇式送料，在推板驱动装置安装气缸机构 实现推板间歇往返运动。在设计的过程中工位的工作时间和停止时间需要进行合理安排，在初 步计算时对每个工位停止时间设计的时间是 4s，为确保推板准确的把面块装进袋中，须准确控 制气缸的行程及推进返回的时间。 4）缝口机构 充 填 有 包 装 物 的 容 器 进 行 封 口 的 机 械 ， 在 产 品 装 入 包 装 容 器 后 ， 为 了 使 产 品 得 以 密 封 保 存 ， 保 持 产 品 质 量 ， 避 免 产 品 流 失 ， 需 要 对 包 装 容 器 进 行 封 口 ， 这 种 操 作 是 在 封 口 机 上 完 成 。 由 于 本 包 装 机 采 用 的 是 蛇 皮 袋 作 为 包 装 材 料 ， 所 以 必 须 采 用 冷 封 。 用 的普通的线缝机进行缝口动作，位置靠红外传感器控制，线进行单边缝口。 5)输送带 输送带有两根，一根是输进面块的输送带，另外一根是输出面块的输送带。输进面 块的带宽为 150mm，输出面块的带宽为 210mm。电机选用减速电机，通过 V 带和输送带连 接。减速电机的设计在机械传动行业设计是相当成熟的，传动比由于几到几千甚至几万， 转速由 0.07r/min 到几百几千，功率由 0.12kw 到几十几百，所以市场上的减速电机完全 能达到包装机设计的要求。 3.包装机基础部分设计 3.1输送机构的设计 3.1.1概述 传送机构是生产线中不可缺少的组成部分。因为有了输送机构，才能把各生产单机、 生产工序、生产工位有机的连接起来，避免了人力搬运过程中的占时、占地和工件的磨 损，达到省时、省力、保证产品质量的目的，使生产效率大大的提高。所以，输送装置 在生产线中得到了广泛的应用。 在自动生产线中，大多数的装置以电机为动力，按输送的物料方式分为连续输送和 间歇输送两种装置，本设计要求在自动化生产线输送的过程中要在工位处加工，所以本 设计采用间歇输送装置。输送装置的形式有带输送和链输送两种，借助于输送带的运动 将物料从一个工位送到另一个工位的装置称为带输送，带输送除了具有连续输送装置的 优点外，还具有适应多种物料输送的特点，此外，带输送装置结构简单，制作经济，维 修方便，输送平稳，因此，带输送装置被广泛的应用于自动生产线上。本章将对传输带 系统的传动系统，支承托辊，张紧装置进行设计计算。减速电机的选择和分度器的选型 不在节阐述。下图是分度器驱动的输送带的一个雏形，在本包装机使用的带是食用塑料。 本装置的运动是由减速电机带动分度器，分度器驱动带的运动。带的运动是间隙运动的 每 5s 运动 1s，停止 4s,分度器的角速度是 r/s。32 3.1.2带的设计 带型的选择 先选择输出方便面块的输送带，然后再计算输进方便面块的输送带。 根据工件状况：实验室所需，环境安全，无腐蚀，运行平稳，初选择：胶帆布平带 （由数层挂帆布粘合而成，有开边式和包边式） 其性能特点：抗拉强度大，耐湿性好、价廉，耐热，耐油性能差，开边式较柔软， 30 m/s p500kw,I minF =92.71+39.98=132.69(N)1388.736F =58.0+.2159.8(47+.05) 则：取 。可得稳定运行工况下：2Wmax2.69.12.896()VFW 输送带层数的计算: 3 (3.12)1maxnB 式中： 为稳定工况下输送带最大张力 N1maxF n 为稳定工况下输送带静安全系数 为输送带纵向拉断强度.n/(mm 层.)见表: =150N/mm 层) B 为带宽， B=210mm，带长 C=936mm 按参考文献表 2-16 取最小值符合设计要求。 输进面块的带宽是 150mm，其它尺寸一样。 3.1.3张紧装置设计计算 张紧装置的作用是使输送带具有足够的除张力，以使输送带与驱动滚筒间能够产生 必要的摩擦力，并补偿输送带在工作过程中的伸长，从而限制输送带在个支承间的垂度， 保证输送装置的正常工作。常见的张紧装置有张紧轮式、螺杆式、坠重式及气液缸等多 种形式。本次设计采用坠重式张紧装置，结构简单、价格低廉、安装维护方便，且能自 动的补偿由于温度变化、输送带的伸长等因素对张紧力的影响，保证张力的恒定。 由参考文献有关计算公式： (3.13)1112.()VBVBFGIqfLnqHge 式中 为回程分支托辊每米长旋转部分质量 kg/mRVq14.78.6/3RVunqkgma148.2(.05.)2159G =2.16.3+3.1215=19.785(KG) 则拉紧力为 19.785 9.8=193.09(N) 配件的校核 （1）托辊校核： 1）静载荷滚筒校核： 由前面的带传动功率计算数据，查参考文献,静载时棍子载荷： 0 ()mBIpeaqgV =e g u 式中： 承载分支托辊静载荷 N;0P 回程分支托辊静载荷 N;up 为承载分支托辊间距 m; 0a 回程分支托辊间距 m;u e为辊子载荷系数由参考文献表 2-35 查得； 带速 m./s; v 每米长输送带质量 kg/m ; Bq 输送能力 kg/s；MI 由 e=1; 0a=1; =3; v=0.05m/s; Bq=8.805kg/m; MI=0.126kg/s 代入公式得：u 承载分支： 0.126(8.05)9.1.08()p N 回程分支： 由参考文献表 2-73 辊子承载能力：上下托辊 D=210mm，L 210mm，所用支承轴承 3G203，承载能力 1070N 均能满足传动要求。 2）动载校核： 滚筒转动时，滚筒载荷： 0suapf 式中： 承载分支托辊动载 N； 0p 回程分支托辊动载荷 N；u 运行系数由表 2-36，每天运行 916 小时， 1.1sf sf 冲击系数见表：2-37 ；畅料长度 150300mm.带速 v 2m/s; =1.20;d df 工况系数见表：2-38 ；正常工作和维护条件 =1；af af 将数据代入公式得： 承载分支： 01.98.1246.5107pN 回程分支： 所以所选托辊及滚筒均能满足设计要求。 （2）传动滚筒校核 传动滚筒平均表面压强：传动滚筒平均表面压强不得超过其最大的允许值,滚筒 直径的计算公式为: D= UFB 式中： 为滚筒表面压强 Mpa；B带宽 mm;为圆包角。 UF为圆周力 N；代入个数 值计算得： D300mm 所以初选适合。 3.2分度器的选型 3.2.1分度器介绍 凸 轮 分 度 器 在 工 程 上 也 叫 做 凸 轮 分 割 器 ， 它 是 一 种 高 精 度 的 回 转 装 置 。 它 的 机 械 结 构 ： 一 根 由 电 机 驱 动 的 输 入 轴 ， 凸 轮 副 ， 输 出 轴 或 法 兰 盘 。 用 于 安 装 工 件 及 定 位 夹 具 等 负 载 的 转 盘 就 安 装 在 输 出 轴 上 。 凸 轮 分 度 器 在 结 构 上 属 于 一 种 空 间 凸 轮 转 位 机 构 ， 在 各 类 自 动 机 械 中 主 要 实 现 了 以 下 功 能 ： l 圆 周 方 向 上 的 间 歇 输 送 l 直 线 方 向 上 的 简 写 输 送 l 摆 动 驱 动 机 械 手 图 3-2 平 台 式 分 度 器 凸 轮 分 度 器 是 依 靠 凸 轮 与 滚 针 之 间 的 无 间 隙 配 合 ， 并 沿 着 既 定 的 凸 轮 曲 线 进 行 重 复 传 递 动 作 的 装 置 。 它 输 入 连 续 旋 转 驱 动 ， 输 出 间 歇 旋 转 ， 或 摆 动 、 提 升 等 动 作 。 主 要 用 于 自 动 化 加 工 、 组 装 、 检 测 等 设 备 上 面 。 凸轮分度器，又称凸轮分割器，1926 年，美国机械师福克森（FERGUSON）于 1926 年 生产出第一台凸轮分割器,凸轮分割器又称福克森。它主要分弧面凸轮和平面凸轮，原理 不同： 1.弧面凸轮 弧面凸轮分度器是输入轴上的弧面共轭凸轮与输出轴上的分度轮无间隙垂直啮合的 传动装置。弧面凸轮轮廓面的曲线段驱使分度轮转位，直线段使分度轮静止，并定位自 锁。通过该机构将连续的输入运动转化为间歇式的输出运动。 2.平面凸轮 平面凸轮分度器是输入轴上的平面共轭凸轮与输出轴上的分度轮无间隙平行啮合的 传动装置。平面凸轮轮廓面的曲线段驱使分度轮转位，直线段使分度轮静止，并定位自 锁。通过该机构将连续的输入运动转化为间歇式的输出运动。 由 于 凸 轮 分 度 器 为 纯 机 械 传 动 ， 并 工 作 在 全 密 封 的 油 箱 中 ， 所 以 它 具 有 高 精 度 、 高 寿 命 、 高 可 靠 的 传 动 特 点 。 世 界 上 知 名 的 凸 轮 分 度 器 生 产 厂 家 有 CDS(意 大 利 ） 、 CAMCO（ 美 国 ） 、 三 共 （ 日 本 SANDEX） 、 CKD（ 日 本 ） 等 。 3.2.2 分 度 器 选 型 分 度 器 选 择 要 注 意 几 个 关 键 问 题 ： 停 止 工 位 数 、 每 个 工 位 停 止 时 间 、 每 个 工 位 分 度 时 间 、 设 计 转 速 、 工 作 台 直 径 、 工 作 台 重 量 、 夹 具 数 量 。 停 止 工 位 数 ， 按 照 开 袋 的 工 位 是 3 个 ； 每个工位的时间是 t=5s，停止时间 =3s，每个工位分度时间 =1s；1t 2t 设 计 转 速 是 w= r/s；32 工 作 台 直 径 D=600mm。 图 3-3 分度器尺寸简图 表 3-1 分度器选型表 分 度 器 选 择 日 本 三 共 的 分 度 器 18DT， 工 位 数 设 置 为 3 个 ， 输 出 转 速 W= r/s。32 3.3分度器使用的电机的选型 3.3.1分度器使用的减速电机简介 分 度 器 将 采 用 的设计在机械传动行业设计是相当成熟的，传动比由于几到几千甚至几 万，转速由 0.07r/min 到几百几千，功率由 0.12kw 到几十几百，所以市场上的减速电机 完全能达到包装机设计的要求。采用减速电机的另外好处是不需要对传动部分进行设计， 节省设计时间，减少工作量。 减 速 电 机 是 指 减 速 机 (马 达 )的 集 成 体 。 这 种 集 成 体 通 常 也 可 称 为 齿 轮 马 达 机 。 通 常 由 专 业 的 减 速 机 生 产 厂 进 行 集 成 组 装 好 后 成 套 供 货 。 减 速 电 机 广 泛 应 用 于 钢 铁 行 业 、 机 械 行 业 等 。 使 用 减 速 电 机 的 优 点 是 简 化 设 计 、 节 省 空 间 。 减 速 电 机 优 点 ： 1、 减 速 电 机 结 合 国 际 技 术 要 求 制 造 ,具 有 很 高 的 科 技 含 量 。 2、 节 省 空 间 ,可 靠 耐 用 ,承 受 过 载 能 力 高 ,功 率 可 达 95KW 以 上 。 3、 能 耗 低 ,性 能 优 越 ,减 速 机 效 率 高 达 95%以 上 。 3、 振 动 小 ,噪 音 低 ,节 能 高 ,选 用 优 质 段 钢 材 料 ,钢 性 铸 铁 箱 体 ,齿 轮 表 面 经 过 高 频 热 处 理 。 5、 经 过 精 密 加 工 ,确 保 定 位 精 度 ,这 一 切 构 成 了 齿 轮 传 动 总 成 的 齿 轮 减 速 电 机 配 置 了 各 类 电 机 ,形 成 了 机 电 一 体 化 ,完 全 保 证 了 产 品 使 用 质 量 特 征 。 6、 产 品 才 用 了 系 列 化 、 模 块 化 的 设 计 思 想 ,有 广 泛 的 适 应 性 ,本 系 列 产 品 有 极 其 多 的 电 机 组 合 、 安 装 位 置 和 结 构 方 案 ,可 按 实 际 需 要 选 择 任 意 转 速 和 各 种 结 构 形 式 。 减 速 电 机 分 类 ： 1、 大 功 率 齿 轮 减 速 电 机 2、 同 轴 式 斜 齿 轮 减 速 电 机 3、 平 行 轴 斜 齿 轮 减 速 电 机 3、 螺 旋 锥 齿 轮 减 速 电 机 5、 YCJ 系 列 齿 轮 减 速 电 机 减 速 电 机 广 泛 应 用 于 冶 金 、 矿 山 、 起 重 、 运 输 、 水 泥 、 建 筑 、 化 工 、 纺 织 、 印 染 、 制 药 等 各 种 通 用 机 械 设 备 的 减 速 传 动 机 构 。 一 些 减 速 电 机 的 著 名 品 牌 ： 1、 日 本 东 方 2、 日 本 松 下 3、 台 湾 仲 益 3、 日 本 椿 本 （ Tsubaki） 5、 韩 国 三 洋 （ SYAMYANG) 6、 韩 国 SPG 7、 韩 国 MNI 8、 德 国 SEW 9、 德 国 弗 兰 德 10、 日 本 住 友 减 速 电 机 行 业 标 准 ： 1、 JB-T6337-92 YCJR 齿 轮 减 速 三 相 异 步 电 动 机 2、 Q/ZTB03-2000 S 系 列 斜 齿 -蜗 杆 减 速 电 机 3.3.2减速电机的相关计算 F 系列减速机，结合国际技术要求制造，具有很高的科技含量，节省空间，可靠耐用， 承受过载能力高，功率可 90KW 一上，能耗低，性能优越，减速机效高达 95%以上，振动 小嗓音低，节能高，选用优质锻钢材料，钢性铸铁箱体，齿轮表面经过高频热处理，经 过精密加工，确保轴平行度和定位的精度，这一切构成了齿轮传动总成的减速机配置了 各种类电极，形成了电极一体化，完全保证了产品使用质量特性. 由于分度器上已经有轴连出来，所以减速电机将要采用 FAF 系列的。选型表如下: 表 3-2 减速电机选型表 输出转速 r/min 输出转矩 Nm 传动比 i 机型号 15 3000 96.12 FA97 16 3000 88.38 FAF97 17 3000 86.63 F97 18 3736 79.27 FF97 20 3333 72.88 20 3331 72.62 22 3155 66.77 25 2712 57.39 28 2313 51.06 31 2207 36.71 39 1736 36.93 33 1533 32.58 33 2029 33.95 30 1703 36.06 33 1597 33.79 选型计算功率 P=FV=2.2kw,转速 W=60 r/min=30 r/min。所以选型结果是上海顶32 益传动机械 FAF 系列 2.5kw 功率电机系列里的转速是 30 r/min 的减速电机。 3.3相关轴的设计 3.3.1轴的设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下的 因素：轴在机器中的安装位置及其形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴 联接的方法；载荷的性质、大小、方向及其分布情况；轴的加工工艺等。 3.3.2拟定轴上零件的装配方案 拟定轴上零件的装配方案是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关 系。在这里我们以为例说明装配方案的选取，装配方案是： 先在轴上安装键，安装完毕后安装转盘，接下来安装支撑轴承，在轴两端安装轴套 和轴承以及端盖。这里分析的是这根轴上的最好的装配方案。 零件的轴向定位主要是采用轴肩、套筒、轴端挡圈、轴承端盖和轴套定位相结合的 方式来实现轴向定位。周向定位的目的是限制轴上的零件与轴发生相对转动，本轴主要 采用键和过盈配合来实现周向定位。 3.3.3各轴段直径和长度的确定 按照所求的轴的扭矩初步估算轴所需要的直径，将初步估算的直径作为承受扭矩最 小轴段的最小直径 dmm，然后根据轴上零件的装配方案和定位要求，从 dmim 处起逐一确 定个轴段的直径(一般为大 58mm)。由公式: mnpAd250min 考虑到其上开有键槽可适当增大轴径，故本例中取和圆锥齿轮相配合的轴段的直径 作为，圆整后即 dmin=30mm 作为最小轴径。选取轴的材料为 35 钢，并且调质处理。 1、轴的强度校核： 结合设计图中处的截面轴径大小，可以计算出危险截面位于截面附近(位于截面右端)， 这样将截面当作危险截面计算，其误差非常小，可以忽略。现校核截面。 轴的弯扭合成强度条件为： 1 22224WaTMaTWca 其中 aca MP602.76.35810702. 424 由于前已经选定轴的材料是 35 钢，调质处理，查表可得 ；符合弯扭强度。1 2、轴的刚度校核 (1) 轴的完全刚度校核计算： 进行轴的弯曲刚度和扭转刚度的校核，轴的弯曲刚度条件为： 挠度 y 偏转角 由于此轴为安装齿轮的轴，所以其允许的挠度为 ，03.1.y ；由于轴端安装有圆锥滚子轴承，可以知道其允许的偏09.3.0.1.nm 转角度 ；由材料力学计算挠度和偏转角的公式进行计算可知，此设计符合弯6. 曲刚度要求。 (2) 轴的扭转刚度校核计算：轴的扭转刚度校核条件为： zipiILTG14073.5 可知 ；轴的扭转刚度条件为： ；对于一般传动轴，可取m/7324.0。 ，可以知道轴的扭转刚度是合适的。由以上分析可知，设计的轴径 以。15. mind 及各轴段轴径是符合实际需要的。 依据以上的设计步骤和原理以及校核方案可以设计其余三根传动轴的轴径和本轴尺寸 完全一样。 3.5输送机构的传动设计 3.5.1输送机构的电动机的选择 图 3-4 输送带的传动机构简图 1-电动机 2-大带轮 3-小带轮 3-输出轴 V 带的有效拉力 F=8000（N）, 带的速度 V=0.125m/s,筒的直径 D=200mm。输送机在 常温下连续单向工作，载向较平稳，无其他特殊要求。 1.选择电动机 选择已知条件选用上海顶益传动机械有限公司 F 系列 FA 系列的减速电机。 选择电动机容量 电动机所需功率为: dP= (1-1)w 工作所需工作功率为： W= = =1(KW)10FV0125.8 传动装置的总效率为： = 1 确定效率为：V 带传动效率 =0.961 电动机所需功率 = = KWdPw96.05. 因为载荷平稳，电动机额定功率 应大于 1.05KW 即可。dP 确定电动机的转速 输送机构卷筒的转速为： wn= = =11.95（r/min）D125.06204.315.6 通常，V 带的传动比常用范围为 i=2-3，故电动机转速范围为: d=i =(2-3) 11.95=23.9-37.8(r/min) 符合这一转速的范围有 23,30,3,39,30,33 r/min。功率取 1.1KW，转速取 33 r/min。 传动装置的传动比计算： wn =11.95(r/min) 传动比 i= = =2.7wmn95.13 3.5.2输送机构传动部分 V带的设计 传动系统中第一级的普通 V 带传动。已知电机功率 P=1.1KW,转速 =33r/min,传动比mn i=2.7,每天工作 10 小时。 确定计算功率 caP 由文献查得工作情况系数 =1.1,故AK ca= P=1.11.1KW=1.21KWA 选择 V 带的带型 根据 、 由机械设计查得选用 Y 型。caPmn 确定带轮的基准直径 并算带速 vd 1） 初选小带轮的基准直径 。由机械设计表 8-6 和表 8-