毕业设计（论文）-餐具包装纸袋包装机的设计

16届毕业设计餐具包装纸袋包装机设计学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化班 级 机械设计16-1指导老师 日 期 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言随着生产和流通的日益社会化现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。机械化，自动化设备的普遍应用，为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营销，提高了产品在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。本次机械设计，通过许多种方案的综合评价、筛选，最后确定了这一台连续式纸袋餐具包装机。该机由输送带机构送料部件、齿轮齿条推料部件、纸袋推送部件、纸袋张口部件、纸袋热封部件以及动力源二级减速器、电机等几大部件。整个包装过程实现了自动化，与现代机械相比，本机器实现了高速、连续性，具有高的生产率、低动力消耗、使用简单、维修方便可靠等优点。关键词：餐具；特殊纸袋；包装机；热封机构全套图纸加扣 3346389411或3012250582目 录1 概述11.1 课题背景及意义11.1.1 包装机械的分类及作用11.1.2 包装机械的特点11.2 国外包装机械发展概况11.3 国内包装机机械发展现状21.4 我国包装机械与国外先进包装技术机械的差距32 纸袋餐具包装机工艺的确定42.1 产品特征42.2 纸袋餐具包装工艺的拟定43 纸袋餐具包装机总体布局53.1 纸袋餐具包装机三维视图53.2 送纸机构53.3 热封机构53.4 箱体机构63.5 底座机构64 纸袋餐具包装机工作周期84.1 机构初始状态设置84.2 执行机构的周期确定85 执行机构的设计95.1 曲柄滑块机构的设计95.2 齿轮齿条机构的设计95.3 输送带机构设计96 传动系统的计算116.1 选择电动机116.1.1 机械特性116.1.2 转速116.1.3 运行经济性116.2 电动机的选择116.2.1 传动机构传动比计算116.2.2 传动机构传动比计算117 减速器的选择137.1 确定减速器的传动比137.2 选择的减速器的型号及尺寸138 链传动的设计计算148.1选择链轮齿数148.2确定计算功率148.3选择链条型号和节距148.4计算链节数和中心距148.5计算链速v，确定润滑方式148.6计算压轴力Fp148.7主要设计结论14总结16致谢17参考文献18工程概况本文首先介绍的是包装机械的分类和作用，以及国内外包装机械的发展概况。分析了国内外包装技术机械的差距。明细餐具包装纸袋机械的在市场上的需求性和可实施性。确定纸袋包装机的工艺，以及纸袋包装餐具包装机械的整体布局，其中包括送纸机构、热封机构、箱体机构、底座机构的设计。通过合理的设计明确包装机的工作周期，设计合适的链传动，输送带，通过分析计算，选择合适的三相异步电动机、减速器、金属联轴器。从而装配形成整体。最后通过餐具包装的工作情况，提出餐具包装纸袋包装机设计的合理性和可行性。塔里木大学毕业论文1概述1.1课题背景及意义包装机械是指在运用自动化机械设备将所需的产品经行外包装，具有高效，统一的包装过程的机械1。一般包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。本文所设计的包装机械是餐具包装机械。目前塑料薄模餐具包装机在市场上极为普遍，应用极广。包装作为商品生产和流通的主要重要部分，随着科技的进步和物质文明的进步的得到了巨大的发展。但是，由于其寿命周期短，废弃物产生量大的特点，包装废物给环境保护带来了极大的压力2 。1.1.1 包装机械的分类及作用机械包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业产品包装，按产品包装的结构形式分类，有内包装和外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。其中按包装的结构形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构形式，它包括直接包装和中间包装。直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。1.1.2包装机械的特点:（1）大多数包装机械结构和机构复杂，运动速度快且动作配合要求高。（3）包装机械执行机构的工作用力一般偏小，所以一般包装机的电机都功率较小。 （4）包装机机械一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包装机的生产能力。（5）包装机械是特殊类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。（6）包装机械的自动化程度高，大部分已采用PLC、单片机控制，实现了智能化。 （7）包装机械实现了包装生产的专业化，大幅度地提高生产效率。（8）包装机械化降低了劳动强度，改善劳动条件，保护环境，节约原材料，降低产品成本。（9）提高产品包装质量，保证了包装产品的卫生和安全，增强了市场销售的竞争力。1.2国外包装机械的发展趋势目前，国际包装机械市场竞争激烈，包装机械发展的总趋势是趋于“三高”高速、高效、高质量。发展重点是趋向于能耗低、自重轻、结构紧凑、占地空间小、效率高外观造型适应环境和操作人员心里需求、环保需求等 3 。1.2.1包装机械的发展进程标准包装绿色包装太空包装金属包装防腐包装辐照包装 塑料包装纳米包装1.2.2发达国家包装工业目前，国外包装和食品机械水平高的国家主要是德国、美国、日本。而德国的包装机械在计量、制造及技术性能等方面则居于领先地位，尤其是在酒类等饮料灌装设备中，其包装机械不仅自动话程度高，高速，而且稳定，可靠性要更好4 。德国包装机械设计的新趋势:德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：(1) 其工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手杆按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。(2) 提高包装机械生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包装机械产品在饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械中优势明确，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达11.5万瓶/h，小袋包装机的包装速度高达910袋min。(3) 促进产品机械和包装机械一体化。另外许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。比如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。(4) 要求适应产品变化，具有良好的柔性和灵活性。因为市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。包装产品在整个包装运输过程中，对不同的包装容器、不同的包装内容物、不同的包装方法以及不同的包装材料，包装机械通过电脑控制的摄像机和探测器来分辨其变化，使系统控制在最优化状态下工作，以最短时间完成包装工序 5。(5) 普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发周期速度不断加快，德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。美国包装机械工业市场规模大，发展迅速，主导着世界的包装技术更新。而且其包装业的各种协会繁多，各项制度完备，有一整套包装工业的管理办法，使得在包装业发展中起着至关重要的作用 6。在美国，塑料是主要的包装材料，近年来以6.4%的速度增长，而纸制品在包装材料中所占的比重在逐年下降；在日本，包装材料主要以塑料包装和纸包装为主，而且每年都有较高的增长。如下表1所示表1-1 包装材料的年均增长率纸制品金属玻璃塑料美国2.20%4.90%0.90%6.40%日本4.70%4.90%3.30%7.10%1.3国内包装机发展现状及趋势近年来我国包装机械得到了显著发展，但是仍然面临着很多问题，其中专业化和经营理念落后、技术含量低、创新能力不强等严重阻碍了我国包装机机械的发展7。1.3.1 我国包装机械发展中存在的问题大多数企业规模小，专业化程度低，经营理念落后，中小型包装机械企业占据了国内包装机械业的大多数，具有分散性、规模小、技术落后、资金缺乏等特征，不利于包装机械业向集中、高产、高技术创新性方向发展，这样造成了中国包装机械产业长期处于低水平重复生产的局面。半数以上的包装机械业并非专门生产包装机械，这些企业通常以多品种、小批量为主要方向兼顾经营其他方面的生产，这样就难以将主要的资金投入扩大规模、提高技术含量中，不利于企业做大做强。另外，中国包装机械生产主要集中在卷烟、饮料、轻工业等方面，在重袋包装机械产品领域极少涉足，这是因为企业技术水平难以到达这些领域的行业标准，无法集中资金投入科研当中。因此，我国包装机械企业的进一步发展，必须依靠经营理念的变革: (1) 在重有形资本向重无形资本转变。随着全球化的发展，不同国家地区之间的竞争越来越转化为无形资本的竞争，要扭转国际竞争中的弱势地位，必须抓获无形资本的提升。(2) 在重数量增长向重质量效益提升转变。企业发展应该学习外国经营的成功经验，逐步走向“少品种、专业化、大批量”的经营生产方式。(3) 从最终产品质量控制向全程质量控制转变。加强对生产和使用的各个环节的质量检测力度。技术产品含量不高，成套装备严重依赖进口产品技术含量低、附加值低等问题严重阻碍了包装机械业的进一步发展。其主要表现在: 品种局限性强；对配套附件及软件的生产重视程度不足，在与国外引进的机械相比，难以形成更强的吸引力；设备稳定性差，寿命短； 设计方法落后。我们的国家在机械设计上，计算机仿真运用水平不高，很难做到数据的进一步精确，使得制造过程中容易出现误差，生产过程不能明确，导致问题溯源困难。1.4我国包装技术与国外先进包装技术的差距虽然我们食品包装技术与机械在近年来取得骄人的成绩，但同国外比较，技术上仍存在二十年的差距，其具体表现在：(1) 产品品种单调，成套设备少到2001年为止,国外食品包装机械达2400余种，且大多配套生产；国内食品包装机械只有1800余种，且多以单机为主。(2)技术水平低其主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新料材应用少，单机多，成套机少，技术含量低的产品多，高技术含量的产品少，智能化的设备还处于研制阶段。(3)产品质量低其主要表现在稳定性可靠性差，造型落后，外观粗糙，且大多数产品还无可靠标准。(4) 开发能力不足其主要表现是我们还在仿制、测绘或稍加国产化的改进，更谈不上系统的开发研究。2纸袋餐具包装机工艺的确定2.1产品特征餐具包装的餐具包括一定尺寸的碗、碟、和茶杯和勺。包装餐具的纸袋需设计一定的尺寸cm,纸袋的外层用毫米的牛皮纸，五面封口的牛皮纸袋。图2-1 纸袋餐具内部用一定可降解的树脂高分子材料，高温时满足餐具包装机械的热封。2.2纸袋餐具包装工艺的拟定餐具从传送带送入，通过具有动力装置驱动的齿轮齿条推杆机构，将纸袋由传送带的特定位置推送到已经被纸袋张口机构张口的纸袋中，曲柄滑块运动到达最高点时用过延时电路装置，控制电机的暂停运转。 齿轮齿条推杆继续推送已经被纸袋装好的餐具，直到餐具到达指定的热封位置。在三相异步电动机的动力下，齿轮齿条推杆机构作回程运动直至一定的位置，YCJ130齿轮减速电机的继续工作，曲柄滑块运动开始，纸袋张口继续动作同时热封纸袋开始工作。当第二个餐具推送到热封机构的位置的同时推送出第一个包装好的餐具。如此往复配合运动形成餐具的连续包装。3纸袋餐具包装机总体布局3.1纸袋包装机三维视图如图3-1图3-1 纸袋包装机装配图3.2 送纸机构送纸机构的的工作原理：通过弹簧可恢复性形态推送纸袋。填充纸袋时通过人工下拉把手进行填充，送纸机构如图3-2所示。3.3 热封机构热封机构工作原理：经过使用通电迅速发热的电阻丝，对纸袋进行热封使纸袋内部高分子树脂材料速融，从而完成纸袋的热封。为了使纸袋的热封均匀、快速、有效。采用一定材料的弹簧对热封部件悬坠，以获取充足的纸袋热封时间，热封机构如图3-3所示。图3-2 送纸机构 图3-3 热封机构3.4箱体机构餐具包装机的箱体机构主要作用是传动轴和曲柄滑块的导轨的定位。避免传动暴露在空气当中造成的危害。箱体机构如图3-4所示。图3-4 箱体3.5底座机构底座机构的主要作用是Y112M-6电机、ZLY-112减速器、传送带和YCJ130齿轮减速三相异步电动机的定位。底座机构如图3-5所示。图3-5 底座机构4纸袋包装机的工作周期 4.1机构初始状态的设置推杆的最初位置与纸袋的张口位置相距L1=400mm；纸袋张口机构的吸盘最初位置是曲柄滑块的最远处，L2=150 mm；第一个餐具的最初位置与推杆相遇位置为L3=157mm；第一个和第二个餐具相距L4=628mm；4.2执行机构的周期确定理想状态：即齿轮齿条推杆的往复运动与机架的摩擦系数为0，以及三相异步电动机的正反转的过渡时间为0。在理想状态下，假设推杆与餐具的相遇时间在t1=0.5s，与张口纸袋相遇的时间在t2=1s，即曲柄滑块到到达最高点时与纸袋相遇。可计算出：餐具的进给速度v=0.314m/s，即传送带的进给速度；齿轮齿条推杆运动的进给速度v=0.4m/s；曲柄滑块的上升速度v=0.15m/s；齿轮齿条推杆运动往复的运动周期T=4.6s为了齿轮齿条推杆机构的往复运动与其他的运动紧密配合，互不干涉。采用一定的PLC电路控制装置，当曲柄滑块到达最高点时，延时控制YCJ-130电机的运转，保证曲柄滑块和餐具不影响齿轮齿条推杆的回复运动。当推杆到达曲柄滑块的初始相遇位置时，即YCJ-130电机延时2.6S后继续运转工作。当推杆推进第二个餐具到达热封机构的位置时顺势推出第一个已经热封好的餐具，完成一个餐具包装热封的周期。即T=4.6+2.3-1=5.9s。故知道包装机的包装速度为600个/h。5执行机构的设计 5.1曲柄滑块机构的设计曲柄滑块的结构简图如下图5-1所示。1曲柄 2连杆 3.滑块 4连杆 5.吸盘 6.销轴1 7销轴2图5-1 曲柄滑块机构简图 5.2齿轮齿条机构的设计图5-2 推杆的传动齿轮齿条的推杆的最大进给量为L=920mm齿轮齿条的的进给速度v=0.4m/s故可计算出所需转速为106r/min5.3输送带结构的设计输送带的相关数据：设计皮带周长为L周=3768mm主动带轮和从动带轮的直径为D1=D2=200mm故皮带可标记的6个相距628mm的餐具固定点，第一个餐具的位置与齿轮齿条配合的固定点相距L=157mm=0.157m/s，带运动t=0.5s时，与齿轮齿条推杆相遇，此时v=L/t=0.157/0.5=0.314m/s此由计算可得所需转速n=30r/min。实际内部结构图如图5-3所示，实际装配图如5-4所示。图5-3输送带内部结构图图5-4 输送带装配图6传动系统的计算6.1选择电动机三项异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种动力机械。合理的选择与使用电动机能保证电动机安全，经济、高效的运行；选择使用不得当，轻者造成浪费，重者烧毁电动机造成经济损失8。6.1.1机械特性电动机类型决定的电动机机械特性与工作机械特性配合要恰当，机械结构稳定的运行；电动机的起动转矩、最大转矩以及牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。6.1.2转速电动机的转速应满足工作机械要求，其最高转速、稳速调速、等性能均可适应工作机械的运行的要求。6.1.3运行经济性从降低整个电动机驱动系统的耗能以及电动机的综合成本来选用电动机的类型，针对工况选择不同效率标准的电动机类型。6.2电动机的选择6.2.1齿轮齿条推杆动力机构电动机的选择根据餐具包装机的工作设计要求选用同步转速为1000r/min的Y112M-6电机，其中减速器选用ZLY-112减速器。由机械设计课程设计手册第十二章相关资料查的电动机的数据列于表6-1，电动机的外形尺寸如表6-2，电动机结构简图如图6-1。表6-1 Y系列电动机的技术数据（JB/T10391-2008）9电动机型号额定功率/kw满载转速(r/min)额定转矩最大转矩质量/kgY112M-62.29402.02.245表6-2 Y112M-6型电动机外形尺寸机座号级数ABCDE F G H K AB AC AD HD BB L 112M4 190140702860 8 24 112 12 245 240 190 265 185 400图6-1 电机结构简图6.2.1热封机构和传送带机构电动机的选择热封机构和传送带机构根据工况要求，选用YCJ130齿轮减速电动机。结构外形如图6-2，技术参数如表6-1。图6-2 YCJ130减速电机表6-1 电动机技术参数11产品型号功率/kw输出转速(r/min)输出转矩配用电动机YCJ1300.7530224Y90S-67减速器的选择减速器是原动机和工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需求9。按照传动形式不同可分为齿轮减速器、涡杆减速器和行星减速器。其中齿轮减速器传动效率可靠性高，工作寿命长，维修护理相对简便，适用范围更广。7.1确定减速器的传动比齿轮齿条推杆机构的所需速度v=0.4 m/s故n1= =106r/minY112M-6电机的额定功率为2.2kw，额定转速n2 =1000 r/min故传动比7.2选择的减速器的型号及尺寸由传动比可选硬齿面圆柱齿轮二级减速器ZLY-112型号i=6.311.2ZLY-112二级减速器的结构外形如图7-1所示，具体尺寸如表7-1所示图7-1 Y112M-6二级减速器表7-1 Y112M-6型电动机外形尺寸型号ZLYABHad1l1 L1 b1 t1 d2 l2 L2 b2 t2 c m1 m3 n1 n2 e1 e2 e3 h112385 2152681922436 141 8 27 48 82 192 14 51.5 22 160 180 43 85 75.5 92 134 1258链传动的设计计算 链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮（小链轮和大链轮）组成。通过链轮轮齿和链条链节的啮合来传递运动和动力。链传动的在机械制造中广泛应用 10 。链传动特点：链传动与带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因为能保持准确的传动比，传动效率高，又因为链条不需要像皮带那样需要很高的张紧，所以作用于轴上的径向压力小，链条采用金属材料制造。链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时还能在高温下工作。YCJ-130三相异步电动机的额定功率p=0.75kw，主动轮的转速为n1=30r/min,传动比的i=1.5，载荷平稳，中心线水平布置。8.1选择链轮齿数取小链轮的齿数为z1=17，大链轮的齿数为z2=iz1=1.5 17=25.5=25。 (8-1)8.2确定计算功率由机械设计第九章表9-6查得工况系数KA=1.0，查得主动链轮齿数系数KZ=1.53，单排链，则计算功率为： Pca=KAKzP=1.0 1.530.75=1.1475kw (8-2)8.3选择链条型号和节距根据Pca=1.1475 kw, n1=30r/min 和Pca Pc ，查图可得得链条型号16A-1，查表可得链条节距为P=25.48.4计算链节数和中心距初选中心距a0=（3050）P=（3050）25.4=7621270mm。取a0=762，相应的链长节数为 LP0=2+=81.005 (8-3)取链长节数LP=82。8. 5计算链速v，确定润滑方式 V=m/s=12.957m/s (8-4)故查图可知采用油池润滑8.6计算压轴力Fp 有效圆周力：Fe=1000P/v=10001/12.957N=77.17N (8-5)8.7主要设计结论链条型号16A-1；链轮齿数z1=17，z2=25；链长节数Lp=82，中心距为762mm。15总 结本文纸袋餐具包装机，解决了传统的塑料薄膜包装的资源污染问题，有效的缓解白色污染的问题，且包装速度快，精度也很好，实用性强，包装出来的质量好，效率好。本文主要完成了以下几方面的工作。（1）确定纸袋的的材料和基本尺寸。（2）确定了纸袋餐具包装机的技术参数，分析了主要的组成的机构以及运动原理。（3）确定了纸袋餐具包装机的传动方案，即曲柄滑块的张袋、热封机构、齿轮齿条机构等。（4）确定三个机构的配合时间（5）合理选择设计了纸袋餐具包装机的执行机构，能够让包装顺利完成。使用Auto CAD设计软件对包装机系统的关键部分进行了绘图，准确地描述了元件和装配件的关键尺寸，对设计进行了检查和修改。确定各相关零件运动是否协调，解决了许多本需要在制造原型机后才能解决的问题。本设计这是针对一个具体的餐具的包装生产情况下应用的机器，今后需要进一步的研究。如：如何在不更换各功能部件，仅在适当调节的情况下能对不同的对象，不同的包装要求下实现包装。再比如：如何进一步提高系统运行的可靠性和协调性，使系统对故障具有一定的应变能力。随着生产的扩大化和效率化，如何使包装机更具有规模和生产效率，这需要更与先进的机械部件进行融合。这是未来的趋势。致 谢该毕业设计是在周岭导师亲切关怀和悉心指导下完成的。在设计的选题、构思、资料的收集，以及在课题设计与研究方法确定方面，都得到了导师悉心细致的教导和指点迷津。导师博学多识、学术素养深厚，其治学的严谨精神和工作的一丝不苟作风，使作者深受启迪，受益匪浅，对以后的学习和科研工作产生深远影响。导师在平时的生活和学习中给予作者很多关心和帮助，导师孜孜教诲让作者终生难忘。值此论文脱稿之时，谨向导师表示最真诚的感谢和崇高的敬意！在开题论证、资料的收集和课题研究过程中，老师和周围的同学们们提出了许多宝贵的意见和建议，给予作者很多支持和帮助，在此向老师和各位同学们表示衷心的感谢！在此，向所有关心、支持和帮助过作者的人们表示由衷的谢意！参考文献1孙智慧,高 德.包装机械M.北京:中国轻工业出版社,2009.2苏建宁,李鹤岐,李奋强,基于知识的绿色包装评价体系J.包装工程，2003.3赵 霞. 国外包装机械的发展现状J.机械工业标准化与质量,2012,10.4戴宏民.德国包装机械设计的五大趋势J.中国包装,2003.5郭润兰.德国包装机械的发展J.中国包装,2012,04. 6 S Jayaram,HI Connacher,KW Lyons.Virtual assembly using virtual reality techniques.Computer-Aided DesignJ.1997:575-584.7 吴宗泽.主编机械设计课程设计手册M.北京：高等教育出版社,2012.5.8 成大先.机械设计手册.单行本.减（变）速器电机与电器M.化学工业出版社,2004.1.9 濮良贵,陈国定,吴立言.机械设计M.西北工业大学机械设计原理及机械零件教研室编著.北京:高等教育出版社,2013.5.10李晓飞.关于包装机械技术发展探讨J.科技展望,2016.11王联奎.三相异步电动机的选择与使用J.农机使用与维修,2007,02.18