枕式自动包装机设计

摘 要枕式自动包装机主要用于用成卷的塑料薄膜对有形物品进行不同规格的多功能包装，是针对固型物的包装而设计的，适合于包装各类固态有规则的物体。在这里我们采用制袋裹包封口切断包装机械，它可以用来包装块状，带托盘的固体颗粒状等产品，其袋形为枕形。其主要包装工序包括供膜、供料、裹包、封口，切断等。本课题由四人共同完成,我负责设计包装材料的供送部分。在薄膜的输送过程中要考虑到薄膜的张力调节和居中调节，压力辊和驱动辊快速离合等问题。针对这些问题，这次设计分别用压力调节摆动辊，带梯形螺纹的托辊套筒，偏心轮快速锁紧机构解决上述问题。并完成了薄膜的供送的方案拟定和部装设计，以及链轮、轴等零件的结构设计。另外这次设计还用到了UG，Solid Edge等软件对部件及零件进行了实体造型和三维设计，并导出了供膜装置和一些重要零件的三维图，二维图。关键词: 枕式包装机 ；供膜；张力调节；薄膜居中调节AbstractAutomatic pillow packing machine is mainly used by the plastic film roll into tangible objects of different multi-functional packaging specifications. we designed a bag forming, wrapping and sealing machine here，it can be used to package bulk, granular solid with trays and other products, and its pocket for the pillow-shaped. The main packing process include for the delivery of film, the material, wrapping, the sealing and cutting off. This topic is completed by four people together. I am responsible to design the packing material for wrapping assembly. Transmission in the process of film taking into account the tension-regulation, regulation of the middle film, and the clutch between pressure roller and drive roller, as well as to meet the film for the Synchronization for delivery and so on.。To solve these problems, the design pressure regulator with swinging roller, with trapezoidal thread roller sleeve, Rapid eccentric locking body to solve the above problems. And delivery of films for the ministry of programming and the design, as well as the sprocket, shaft and other parts of the structural design was completed. In addition this design also used in the UG, Solid Edge, such as software components and parts for the solid modeling and three-dimensional design, and membrane devices for export and some important parts of the three-dimensional drawing, two-dimensional drawing.Keywords: Pillow Packaging Machine；delivery of film；tension adjustment； Conditioning film center1. 绪论1.1包装机械的概论包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。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、捆扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序1。包装机械是包装工业的重要基础，在轻工机械行业中占有重要的地位。包装机械为包装行业提供重要技术保障，对包转业的发展起着重要的作用，同时在食品、医药、日用品化工生产中也起着重要的作用。包装机械是使产品实现机械化、自动化的根本保证2。1.1.1国内外发展现状目前，世界各国对包装机械发展十分重视，集机、电、气、光、仪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2。美国的包装机械以大型为其特色，因为美国的包装机械用户以大型生产企业为主，靠大批量生产来降低生产成本，主要满足美国国内大流通的需要，其产量和品种均居世界之首。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快2。德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面均名列前茅，特别是啤酒、饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点。一些大公司生产的包装机械集机、电、仪表及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，而且能使制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占80 左右，是世界上最大的包装机械出口国2。 日本包装机械产业的目前年产值仅次于美国和德国居世界第三位。日本的包装机械制造厂以中小企业为主， 目前有200多家，还有100多家包装材料、包装机械相关设备生产厂商。包装机械的品种近500种，规格有700多个2。 意大利的包装机械设备向来以产品灵活、技术先进而闻名于世。意大利的商品包装材料行业和设备行业是由大约250家具有工艺水平、形成产业规模的企业和百余家基于手工艺水平的小规模的生产单元组成。近年来，意大利的包装机械在世界获得了巨大的成功，使意大利包装机械受到了全世界的青睐。需要特别指出的是意大利生产的包装机械大多用于食品和饮料工业， 占国内大约40 的营业额。而且意大利的饮料包装设备已经达到尖端的水平，技术趋势将朝着越来越一体化、紧凑和快速的方向发展。比如意大利西帕公司生产的PET瓶一步法生产设备在世界享有盛名，美国可口可乐、百事可乐瓶装水厂均使用西帕公司的设备2。 我国目前从事包装机械生产的企业约有1500多家，其中具有一定规模的企业近400家。产品有40类，2700多种，其中有一批即能满足国内市场需要，又能参与国际市场竞争的优质产品。90年代以来，包装机械工业每年平均以2030%的速度增长，发展速度高于整个包装工业平均增长速度的15-17%，比传统的机械工业的平均增长值高4.7个百分点。包装机械工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。但目前中国包装机械行业也存在的问题.从1990年以来，包装机械已成为我国机械制造业中十大行业之一。2001年后包装机械产值占包装工业总产值的9%左右，中国已成为包装机械生产消费大国。但是中国包装机械出口额不足包机总产值的5%。 中国包装机械业中一直低水平重复多，无序竞争多，目前还无根本改变。我国包装机械除了瓦楞纸箱机械、小型包装机械有一定优势，其他都不成体系和规模。液体灌装生产线、饮料包装容器成套设备、无菌包装生产线、卷烟生产线等几乎都被国外几家大公司所垄断。现有中国包装机械的技术含量不高，遥控、现场监测、伺服技术、自动柔性补偿、激光技术、数字信息应技术等应用的不多。引进国外包装机械多，引进先进技术少，缺少有组织有意识的消化研究。中国企业研究开发费用只占总销售额的1%不到，无长远技术储备，自主性先进技术少2。1.1.2枕式自动包装机的总体论述本课题的“枕式自动包装机”是以实现被包装物的进料、喂料、用卷状塑料薄膜为包装材料对其进行裹包、封口切断为目的的多功能自动包装机。枕式包装机的类型很多，它能够包装的物品也是多种多样的，既可包装液体、粘稠膏体，也可以包装粉、粒、块等。它在食品、日用化工、医药、轻工等领域得到广泛应用。另外，它所用的包装材料种类也很多。如属于柔软的有塑料薄膜等；属于半挠性材料的有瓦楞纸箱、塑料薄片等。本次所要设计的枕式自动包装机属于多功能包装机中的卧式成型-裹包-封口包装机，其应用范围之广泛，主要适用于块状物料的包装，如饼干、面包、冰淇淋、方便面等，其袋形为枕形。卧式成型-裹包-封口包装机根据包装材料上的商标印刷的不同（有标卷材和无标卷材）而不同。对于有标卷材，为保证商标图案的完整性，必须采用光标自动定位系统，对包装材料进行定位封合及切断；而对于无标卷材，只需采取定长切断即可。整个机器主要包括三大部分：1.主电机部分；2.执行机构；3.传动机构3。其中执行机构又包括包装材料的供送与成型、被包装物品的同步供送、成品输出机构以及纵封横封装置。其典型部件有：包装材料供送机构，；包装物品的供送装置；成型器部件；纵封器机构； 横封、切断装置、PLC控制电路。1.1.3枕式自动包装机的工作原理枕式自动包装机，是一种多功能包装机，它是将塑料复合膜制成包装容器，在一台设备上自动完成制袋成型裹包、封切等全过程的自动包装设备枕式自动包装机用变频无段调速电机的运转,通过链条驱动齿链式无级变速器转动;变速箱内通过变速链条的调速,得到了不同的运转速度；然后再由同步带传给行星差动机构,使纸膜输送长度的调整、变速箱的输出轴经过链条传动带动纸膜压辊转动输送纸膜,纸膜输出长度的设置可在齿链调速器上施行手工操作。并在包装过程中由光电跟踪色标进行监控。同时变速箱还通过多组链动,实现了包装物件、输送带、拉纸轮、压合轮、横封刀及成品输送带的运动。枕式包装机的包装纸膜卷安装于轴辊上,被包装物件放置于加料器中(对于无规则形状的物件需用手工加料),输送带自动将被包装物件输送到包装位置,包装在纸膜中；然后经过加热后压合成型,送至横封切刀处热合横封,切断。再由输送带输出成品。1.2 课题设计任务及内容本次毕业设计为枕式自动包装机的设计与研究。该包装机主要用于用成卷的塑料薄膜对有形物品进行不同规格的包装（包括进料、裹包、封口、切断实现多功能包装）。1.2.1设计任务要求：包装机产量与产品规格4包装速度： 60160包/分包装材料： 成卷的薄膜被包装物： 长65135mm宽 1070mm、厚50mm功能要求：1、横切刀每转一圈，封切1次；纵封机构在机器突然断电时能自动弹开，也能手动分离两个压紧的热封辊；2、封切温度能设定与控制；。3、要求能实现色标跟踪商标对齐功能。4、要求整体运转平稳可靠；能适应以上列举的各种规格的调节。5、主要参数有：（1）包装材料及电源等条件该机使用以高压聚乙烯为内涂覆层的复合薄膜包装材料，电源为220伏交流薄膜上印制色标宽45mm，长大于8 mm。各机构的最大功率为300w。（2）横封速度：60-160袋/分（3）薄膜的最大宽度：300mm。该枕式自动包装机采用PLC控制；袋长速度自动显示，切割准确；交流电机附置变频器，实现无级变速控制，运行过程中可动态调整；光电检测，双向追踪，可有效消除包装误差，避免物料浪费；纵封加热，能 在低温状态下封合，减少停车烫膜；可调制袋器，方便品 种更换；结构紧凑，噪音低。该自动包装机属于多功能自动包装机的一种，是一台袋成型-裹包-封口机。而成型-裹包-封口机就是将具有热塑特性的塑料复合膜经加热软化制成包装容器，在一台整机上自动完成制袋成型、裹包、封口剪切等全过程的包装设备。1.2.2设计任务内容1、枕式自动包装机的组成一般包装机械通常分成下列几个组成部分：包装材料的整理与供送系统；被包装物品的计量与供送系统；主传送系统；包装执行机构；成品输出机构；动力机与传动系统；控制系统；机身。自动枕式包装机作为一种特殊的包装机械，其具有上述所有组成部分，其主要组成为：动力机构：电机执行机构：供膜机构、供料机构、成型器、纵封机构和横封切机构 主传送机构：送料系统、托运及输出装置2、包装工艺及特点（1）包装工艺过程：包装工艺过程示意图如下图所示。卷筒材料5在牵引滚筒7、压力滚筒6、主牵引滚轮9和纵封器轮11的联合牵引下匀速前进，在通过成型器8时被折成筒状。供送链推板1将物品推送经成型器成型成筒状材料内，物品将随同材料一起前进。横封切断器12在热风左面袋的前端和右面袋的后端的同时，在中间切断分开，输送带将成品输出5。 图1-1 包装工艺示意图1供送链推板； 2物品； 3调节辊； 4过渡辊；5卷筒材料； 6压力辊； 7驱动辊； 8成型器；9主牵引滚轮； 10传送带； 11纵封器轮；12横封切断器；13毛刷； 14输送带2）枕式包装机的特点：包装机进行包装时的作用力一般都较小，所以电动机的功率较小，一般小于1kw；包装机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；该枕式包装机选用卷筒材料。因为与预先裁切好的平张材料相比，卷筒材料更适宜于包装机的连续化、高速化和自动化生产。随着商品包装装潢水平和要求的提高，往往在卷筒材料上事先印有精美图案，文字。一个包装材料上的图案数量及位置是固定的，这就要求卷筒材料定位精确，保证不偏不斜；还有要与各部分机构的传动同步，保证供膜速度与封合速度一致；更重要的是在机器运行的过程中始终保持薄膜有一定的张力，且张力均匀，张力太小会导致褶皱，套印不准等弊病，张力过大又会增加机器负荷和增大卷筒材料的应力，甚至引起材料断裂或造成停机。张力不稳时，卷筒材料会发生跳动，以致出现套印不准等问题；最后在生产过程中薄膜是要经常更换的，所以必须要让薄膜的装卸非常方便。我的设计任务就是设计和研究出上述所说的薄膜供送装置。它的意义不言而喻，既能提高生产效率，还能保证产品的包装质量，一个枕式包装机必须先有优良的供膜装置。2. 供膜装置的设计2.1 供膜装置的基本要求 在商品竞争日益激烈的情形下，高效、美观精致、高的成功包装率是一个好的枕式包装机所追求的效果。要达到这些要求必须要有满足各种条件的机构所支持，在这里供膜装置就必须满足以下一些基本条件才能算的上合格。a) 在机器运行的过程中始终保持薄膜有一定的张力，且张力均匀。张力太小会导致褶皱，袋长不均匀等弊病，张力过大又会增加机器负荷和增大卷筒材料的应力，甚至引起材料断裂或造成停机。张力不稳时，卷筒材料会发生跳动，以致出现袋长不均匀等问题。b) 薄膜的装卸要非常方便。要求薄膜装卸方便不仅可以提高生产效率还可以减少工人的劳动强度。c) 卷筒薄膜的宽度可在一定范围内连续可调。d) 卷筒材料定位精确，保证不偏不斜。随着商品包装装潢水平和要求的提高，往往在卷筒材料上事先印有精美图案，文字。一个包装材料上的图案数量及位置是固定的，这就要求卷筒材料定位精确，保证不偏不斜。e) 膜的输送速度要与各部分机构的运行速度同步，保证供膜速度与供料、封切速度一致。虽然影响供送材料长度精度的因素是多方面的，设计计算和制造安装方面的误差；包装材料厚度与弹性模量的差别；牵引力的变化；包装车间环境的温、湿度也会影响供送长度。显然要保证封切精度的关键是首先要保证膜的输送速度与其他传动速度一致6。2.2 供膜装置的工作原理供膜装置大体由：托辊，驱动辊，压力辊，过渡辊 ，张力调节辊，入膜角度调节辊等部分构成。薄膜的绕行示意图见下：如图2-1所示，运动从链轮传到驱动辊，驱动辊在压力辊的作用下与薄膜形成较大的摩擦力，由于摩擦薄膜会被牵引着运动，当薄膜被张紧时，薄膜经过过渡辊、张力调节辊然后带动托辊上的卷筒转动来完成薄膜的供送。图2-1 薄膜穿绕示意图2.3 供膜装置的结构设计2.3.1 设计要求1、托辊：具有放置、支撑和释放卷筒薄膜的的功能；2、张力自动调节摆杆装置：能实现自动调节薄膜张力并使其稳定在一定范围内的功能；3、过渡辊：适度地保持和均匀的分配薄膜张力；4、入膜角度调节辊：调节薄膜进入成型器时的角度，使薄膜能顺利的进入成型器并包装顺利；5、驱动辊及可动压力辊：驱动辊要具有牵引薄膜的功能；压力辊要需要能增加薄膜与驱动辊的摩擦力，并且能实现快开快合的功能。2.3.2 辊轴的布置薄膜的牵引输送离不开导辊组，导辊组在薄膜的输送中起承托、导引、转向及校正作用，导辊组是由一定数量的导辊按一定的安装位置组装而成。导辊组在薄膜的输送过程中对薄膜的定向前进起着决定性的作用。导辊一般是由套筒、芯轴、轴承组成。套筒多由钢管镀铬、铝管氧化或尼龙做成，这种套筒不生锈，对薄膜无污染，套筒外表面光洁。在薄膜幅度很大时，由数个导辊还加有定向螺纹。芯轴和套筒之间常用滚动轴承，这样套筒转动灵活，对薄膜的阻力就小。怎样确定导辊组中导辊的数量呢？从防止薄膜偏斜的观点看，数量多些为好，辊子之间可以相互平衡受力的不均匀状态，使薄膜各处受力均匀，对被送进的薄膜起校正作用，达到稳定输送的目的。但是塑料薄膜易变形，特别是单膜，导辊组的每个导辊在输送薄膜的过程中或多或少地都给薄膜加上一个阻力，若导辊过多，总的阻力过大，不仅增加了负荷，而且使薄膜变形量增大，对包装产品不利。薄膜和棍子之间的摩擦力会使薄膜的静电力增加，这样在包装时容易引起热封口的污染，影响包装质量。辊子间距的确定原则：各输送物在输送时，各瞬间物品应保持最少有二根辊筒支托，否则可能导致输送物不能顺利进行。确定导辊多少的一般原则是：当牵引速度较低时，则需要较少的导辊，当牵引速度较高时，则需要较多的导辊。这是因为速度越高，薄膜卷的惯性、牵引力的变化对薄膜偏斜影响越明显。在设计时一般选定57个为宜。我在这里采用了二个过渡导向辊，另外还有一个摆杆机构，还有驱动辊和压膜辊。导辊的数量确定后，就要确定它的结构位置，使之更有利于薄膜的输送及成型。一般的包装薄膜都由商标面和光面组成，卷筒薄膜皆是商标面在外，与物品接触的光面在内，导辊的安装应当使薄膜在若干次转向成型后光面处于内层，还应当使薄膜在起初接触的导辊上有大的转向，在后面的导辊上只有微转向，导辊基本上只起支托作用。这样的结构使得薄膜在前几个导辊中基本就已定向，后面的转角小，有利于薄膜成型。从理论上分析，导辊的直径对薄膜的牵引影响不大，但从机加工上要求芯轴不能过细，一是因为过细难加工，二是刚度不够。下面是初步确定的的墙板和辊轴的安装位置示意图：图2-2 墙板及辊轴安装位置示意图1入膜调节辊； 2入膜调节支承； 3张力调节辊；4张力调节支撑；5托辊； 6过渡辊； 7压力辊；8驱动辊； 9支撑杆； 10高墙板2.3.3 托辊的结构设计在整个装置的设计过程中，托辊的设计是一个重要的环节，因为托辊的结构、功能将直接影响到薄膜的正常供送。对于托辊的设计要求如下8：1. 托辊要便于装卸薄膜卷筒；2. 托辊要便于调节薄膜滚筒的中心位置，来与纵封器、横封器对中；3. 托辊能适应于一定宽度，一定内筒直径的薄膜卷筒；4. 托辊上要能安装刹车轮，刹车轮上绕有刹车皮带，通过调节皮带的张紧力大小让放置了卷筒薄膜的托辊轴具有一定的阻力矩，使得薄膜具有一定的张力。满足以上要求设计的方案如下图所示：图2-3 托辊结构示意图1微调螺帽；2微调螺杆；3圆锥锁紧装置； 4托辊套筒；5轴承套；6机架；7刹车轮；8轴承；9托辊轴安装卷筒包装材料时，将左端的微调螺帽旋松，把圆锥锁紧装置取下来，再将卷筒塑料薄膜装上去，然后将圆锥锁紧装置和微调镙帽上的镙钉旋紧。简单方便，当然在安装卷筒材料时必须使包装材料的宽度方向中心线与纵封，横封的中心线保持一致。当中心位置稍有偏离时，简单的对中就先从调节两端的圆锥锁紧装置的位置开始，然后再通过转动微调螺帽进行微动调节，其逆时针旋转是使托辊套筒远离墙板运动，顺时针旋转式使托辊套筒向墙板一侧运动，从而达到微调的效果。圆锥锁紧装置的锥面能在一定范围能适应不同内筒直径的卷筒材料。由于卷筒薄膜支架上需要套刹车盘，则其轴径及长度不仅要根据卷筒薄膜来确定，还要根据刹车盘的直径和宽度来确定。选定刹车盘内径为30mm，宽度为25mm，为了周向固定刹车轮，则把轴的端部加工螺纹。根据具体要求，取装刹车轮部分的长度为25mm，轴端部螺纹长度11mm.要使卷筒辊轴固定且实现供膜功能，须采用一对轴承。参照工作要求并根据轴的直径d=35mm,选取一对角接触轴承背对背安装，其基本参数为：，装轴承段的轴的直径为35mm，其长度为59.5mm。最后选定套托辊滚筒的一段辊轴直径为最小直径45mm，其长度根据卷筒的宽度300mm、调节范围及留的余量确定为400mm。刹车盘与辊轴的周向定位采用平键定位。安装刹车盘段的轴径d=30mm,查手册得键的截面尺寸，键槽用键槽铣刀加工。滚动轴承与轴的周向的定位是借过渡来配合的，此处轴采用基孔制，公差配合为k6。托辊轴的零件如下图所示：图2-4 托辊轴的零件图2.3.4 压力调节摆动辊的结构设计包装薄膜的供送过程中由于其对不同的包装物的不同尺寸要求，其速度要求就不等，走膜的速度不同，走膜过程中薄膜的张力也不同。为了调节薄膜前行时的张力均衡，采用了摆杆机构和制动轮。摆杆机构，摩擦轮工作示意图如下：图2-5 摩擦轮工作示意图1制动轮； 2摩擦轮；3固定端部；4重力块 图2-6 张力调节摆杆结构示意图1浮动摆杆支撑；2固定摆杆；3制动轮；4机架；5浮动摆杆支撑；6浮动摆杆滚筒；7浮动摆杆浮动摆杆7在薄膜的摩擦力的带动下会产生一个绕固定轴转动的力矩M1，使固定轴周向转动一定得角度，这时，固定轴上与制动轮3相连的重力块也绕固定轴跟着转了相应的角度也产生一个绕固定轴的力矩M2，该力矩M2与M1相反，所以M2是M1的阻尼力矩，在工作过程中，当M1增大时M2也跟着增大，直到与M1相平衡。最终使固定轴停止转动，浮动摆杆轴7也停在某个平衡位置，当M1减小时，反之亦然。总之，不管M1变大还是变小，即薄膜张力变大或变小，最终都会在重力块4的自动调节下而达到平衡。从而使得薄膜的张力变化范围保持在一定得数值之间，不会有很大的波动。同时，当薄膜的张力偏大时，薄膜带动摆动辊逆时针转动一个角度，与摆动辊相连的压力调节固定辊及固定辊端部的制动轮也随之逆时针周向转动相应的角度。如图2-6所示，此时，制动轮上的皮带释放放松。皮带与摩擦轮2的摩擦力减小。这就意味着薄膜卷筒转动的阻尼会减小，相应地，薄膜的张力就会减小。同理，当薄膜的张力偏小时，在摩擦轮的调节下，就会增大。这样就实现了对薄膜张力的控制和调节。2.3.5 驱动辊与压力辊的结构设计1. 驱动辊的结构设计驱动辊是整个供膜装置的动力辊，对包装薄膜的供送起牵引前进的作用。由于包装薄膜的供送要求与横封同步，所以其运动的输入与横封同样由系统的传动系统输出。动力从电动机出来经过变速器和差速器分配给各个执行机构。这里的动力是经过链轮传动到达驱动辊，使包装薄膜被牵引前进。驱动辊的相关计算如下： （1）求轴上的功率、转速和转矩。取各级传动效率为97%，则功率 (2-1) 转距 (2-2) （2）轴的最小直径的确定：轴的最小直径 （2-3）查机械设计手册，取，则 （2-4） 考虑到轴上开有键槽，故将轴的最小直径增大5%到10%。即。1.）拟定轴上零件的装配方案为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上的零件除了有游动或空转的要求之外，都必须进行轴向和周向定位。，以保证其准确的工作位置。常见的轴向定位方式有：轴肩、套筒、轴端档圈、轴承端盖、圆螺母、弹簧挡圈等10如图所示：图2-7 驱动辊装配示意图1链轮；2圆螺母；3孔用弹簧挡圈；4机架；5轴承；6驱动辊轴；7螺钉； 8驱动滚筒； 9轴承：10孔用弹簧挡圈；11驱动辊轴； 12平键驱动辊轴的装配方案是：从左边依次为：链轮、平键、轴肩、圆螺母；孔用弹簧挡圈、轴承、轴肩、螺钉、驱动滚筒；驱动辊轴的装配方案是：从右边依次为：孔用弹簧挡圈、轴承、轴肩、螺钉、驱动滚筒。轴上零件的定位如上图所示。2.）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度从左端安装零件的轴的直径与长度选取：驱动辊轴：因轴的最小直径d18mm，所以取安装链轮处的轴的直径20mm，取这截轴的长度为50mm,链轮的定位轴肩高度为2.5mm，所以靠链轮右端的一段轴的直径为25mm.长度取25mm。轴承主要承受径向载荷，并有可能受到小的轴向载荷，故选择角接触球轴承。轴承内圈和外圈分别用轴肩和孔用弹簧挡圈。参照工作要求并根据轴承安装段的直径d=25mm,选取轴承基本参数为：查相关手册知道其安装尺寸为3042mm，故取安装轴承处轴肩处的直径为30mm，取此段轴的长度为36mm。为了更好的与驱动滚筒连接，做了个结构如上图所示的结构，以便能与驱动滚筒进行螺钉连接，驱动辊滚筒长度取290mm。驱动辊轴类似于辊轴，其安装轴承段，d=20mm，长度为13.5mm，固定轴承内圈的轴肩处直径为25mm，长度为30mm.剩下的部分的结构和尺寸与驱动辊的一样。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。链轮与轴的周向定位采用平键定位。装链轮轴段的直径d=20mm,查手册得键的截面尺寸，键槽用键槽铣刀加工，长L=25mm,。滚动轴承与轴的周向的定位是借过渡来配合的，此处选轴的直径尺寸公差为k6。由轴的工作图可看出，各轴段的实际直径均比最小直径大很多，故在应用中是安全的，不需较核。2.压力辊压力辊与驱动辊相配合。它的外层为橡胶，其摩擦系数大，在包装膜前行时，橡胶辊要与驱动辊压紧。在整个机械停车阶段，该辊要设计成与驱动辊可以分离开来的结构，因为这样才能把包装薄膜送入。因此把轴的两端都削平成长方体行的结构，在压力辊的下方在墙板上焊接一个凸台装上压力弹簧用来顶住压力辊使其在自然状态下给压力辊一个向上的弹力把压力辊顶起使其与驱动辊分离，压力辊的上方装有偏心轮，当偏心轮工作时能把压力辊向下压下使其与驱动辊接触。其结构图示如下：图2-10 压力辊结构示意图1 压力辊滚筒；2压力辊轴；3弹簧；4偏心轮上图中的偏心轮4的结构及其工作过程如下图：e=10mm; d=6mm; D=30mm图2-11 偏心轮结构及工作过程示意图显然，当偏心轮转过180度的时候偏心轮的垂直位移为2e=20mm，即其行程为20mm。而自然状态下压力辊与驱动辊之间的距离是20mm。所以当偏心轮转过180度的时候，压力辊正好被压到工作位置。而偏心轮所受到的支撑力在工作前后都经过中心，固其会形成自锁，这样，偏心轮不仅起到了控制压力辊与驱动辊离合的作用又起到了夹具的作用。2.3.6链传动的设计计算由于包装薄膜的供送要求与横封同步，所以其运动的输入与横封同样由系统的传动系统输出。其动力来自主电动机，动力从电动机出来经过变速器和差速器分配给各个执行机构。这里的动力就是经过链轮传动到达驱动辊，使包装薄膜被牵引前进。链轮的相关设计计算如下：1. 传动设计部分11:传动的输出功率是0.30kw，故链传动的设计参数为：传递功率： ;传动比： ；主动链轮转速： ；小链轮齿数Z1： ； （选取Z1=25）大链轮齿数Z2： （选取Z2=25）设计功率： ； （2-5）其中：P传递功率（kw），P=0.25kW；KA工况系数， 查表33.2-4得KA=1；KZ小链轮齿数系数，查表33.2-5得KZ=1.34；KM多排链排数系数，查表2-6得KM=1故 P=0.19kw；链条节距：根据设计功率P（取P=P0）和小链轮转速n1，查手册选用p=12.7mm。验算小链轮轮毂孔径（轴孔直径）：P；链轮轮毂孔的最大许用直径，查表33.2-7的=42mm； 由支承轴的设计决定，=18mm；，故满足要求。初定中心距 最佳a0=（3050）p；取0=30=3012.9=387mm。Lp=（2a/p）+（+()/（a/） （2-6）=75Lp取75节。 链条长度： L=（）/1000 （2-7）=53x12.7/1000=0.686 m理论中心距：当时, （2-8）=387.74mm; 实际中心距：=（0.0020.004）a;=- =384.74-0.0033 = 384mm;V=0.530 m/s; （2-9）F=FV= 0.26712.7/1000=786.52N; (2-10) 作用在轴上的拉力=786.52（1.15-1.20）=904.5943.8N （2-11）选择润滑方式为油刷或人工定期润滑。2. 链轮的结构设计13:分度圆直径: dp =101.33mm 齿顶圆直径：damax=dp+1.25p-d1=113.4mm （2-12） damax =d+p- d1=104.3mm （2-13）取 da=109.45mm.齿根圆直径：df=d- d1=93.58mm. （2-14）内链节内宽：b1=6.83mm齿宽 bf1=0.93b1=7.85mm齿侧倒角 ba=0.13p=0. 13x12.9=1.65mm.齿侧半径 rx=p=12.7mm齿全宽 bf1=3.07mm选用材料45钢,齿面硬度5060HRC14。其结构如下图2-8所示：图2-8 链轮结构示意图3.链传动的张紧 链传动张紧的目的，主要是为了避免在链条的垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象 ；同时也增加了链轮与链条的啮合包角。因两个链轮轴心连线倾斜角大于60度，故设置张紧轮来解决这个问题。2.3.7过渡辊的结构设计过渡辊顾名思义就是对包装薄膜的输送起导向的作用。其设计要求十分简单，就是使薄膜绕过辊子，依照辊子传递的方向传送薄膜。采用滚子轴承把辊轴两端与支架固定。其装配结构类似图2-5中的下端摆杆。 图2-9 过渡辊结构示意图1压力辊滚筒； 2压力辊轴； 3弹簧；4偏心轮 图2-10 过渡辊结构示意图2.4 本章小结 本章从供膜装置的基本要求、工作原理出发，主要对供膜装置中的一些重要零件做了结构设计和计算，主要有：托辊、张力调节辊（摆杆）、驱动辊、链轮、压力辊等。并分析了张力调节辊实现张力控制调节的过程，还分析了驱动辊和压力辊之间是如何利用偏心轮锁紧机构实现快速离合功能的。3.三维软件的应用3.1 三维软件的介绍在设计过程中，我用到了UG, Solid Edge两种三维实体造型软件，它们的功能都十分强大。3.1.1 UG的特点 Unigraphics CAD/CAM/CAE系统提供了一个基于过程的产品设计环境，使产品开发从设计到加工真正实现了数据的无缝集成，从而优化了企业的产品设计与制造。UG面向过程驱动的技术是虚拟产品开发的关键技术,在面向过程驱动技术的环境中，用户的全部产品以及精确的数据模型能够在产品开发全过程的各个环节保持相关，从而有效地实现了并行工程15。该软件不仅具有强大的实体造型、曲面造型、虚拟装配和产生工程图等设计功能；而且，在设计过程中可进行有限元分析、机构运动分析、动力学分析和仿真模拟，提高设计的可靠性；同时，可用建立的三维模型直接生成数控代码，用于产品的加工，其后处理程序支持多种类型数控机床。另外它所提供的二次开发语言UG/OPen GRIP，UG/open API简单易学，实现功能多，便于用户开发专用CAD系统。具体来说，该软件具有以下特点：（l）具有统一的数据库，真正实现了CAD/CAE/CAM等各模块之间的无数据交换的自由切换，可实施并行工程。（2）采用复合建模技术，可将实体建模、曲面建模、线框建模、显示几何建模与参数化建模融为一体。（3）用基于特征（如孔、凸台、型胶、槽沟、倒角等）的建模和编辑方法作为实体造型基础，形象直观，类似于工程师传统的设计办法，并能用参数驱动。（4）曲面设计采用非均匀有理B样条作基础，可用多种方法生成复杂的曲面，特别适合于汽车外形设计、汽轮机叶片设计等复杂曲面造型。（5）出图功能强，可十分方便地从三维实体模型直接生成二维工程图。能按ISO标准和国标标注尺寸、形位公差和汉字说明等。并能直接对实体做旋转剖、阶梯剖和轴测图挖切生成各种剖视图，增强了绘制工程图的实用性。（6）以Parasolid为实体建模核心，实体造型功能处于领先地位。目前著名CAD/CAE/CAM软件均以此作为实体造型基础。（7）提供了界面良好的二次开发工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通过高级语言接口，使UG的图形功能与高级语言的计算功能紧密结合起来。（8）具有良好的用户介面，绝大多数功能都可通过图标实现；进行对象操作时，具有自动推理功能；同时，在每个操作步骤中，都有相应的提示信息，便于用户做出正确的选择。3.1.2 Solid Edge的特点Solid edge作为专业CAD设计的大型软件包，包括多个功能模块，用户可以根据需要应用不同的功能模块，其主要特点包括以下几个方面:（1）Solid Edge 采用参数化及基于特征的实体建设技术，使软件操作步骤清晰直观，可以大大提高设计效率。（2）与Windows 产品完全兼容，提供给设计师软件应用程序和个人设计工具的无缝集成。全面应用Stream 技术，通过改善用户交互速度，全面优化工作效率。（3）Solid Edge 采用UGS 公司的Parasolid 造型技术核心，很容易和基于Parasolid的CAD/CAM/CAE 软件及其他需要实体模型支持或转换的应用程序集成。（4）Solid Edge Imsight将产品数据管理（PDM）融入到设计师日常CAD工作中，提供了功能强大的设计管理和知识共享工具。扩展了产品造型和制图功能，确保了设计数据的完整性和查找的高效性。（5）支持用户使用自顶向下或者自底向上的装配设计形式，能够自动生成爆炸图而保持装配结构中和零件的装配关系。（6）无可比拟的钣金功能、塑料设计、管道设计功能和焊接功能。（7）提供强大的产品工程制图功能。无论是从实体建模，还是从装配建模开始设计，甚至是从草图设计开始，Solid Edge 绘图和标注功能都能帮助用户完成高质量的设计文件16。3.2 三维软件的应用 综合我对以上介绍的两种软件的认识，UG的实体造型功能要比Solid Edge强大；而Solid Edge又较前者操作简单，容易上手并且从三维图导成维位图方面功能强大，易操作。所以我在完成本课题设计的基本过程是：任务分析方案拟定结构设计UG零件造型Solid Edge装配及出图。3.2.1 UG实体造型应用下面是使用SolidEdge在设计过程中所绘的三维立体图：图3-1 链轮的三维造型图上面链轮三维图，轮廓清晰，立体感强，比二维图更能表达信息。能在第一时间读出零件的结构和功能。图3-2 入膜角度调节辊的活动关节图3-3 压力调节摆杆支撑杆除了能更好的表达零件图之外，有些零件的装配图，零件过多结构复杂用二维图表达出来，非专业人士，很难读出来。试着用UG三维造型出来会是什么样子呢？下面是压力调节固定辊及摆动辊的装配效果图：图3-4 压力调节固定辊及摆动辊的装配效果图下面是供膜装置的总装图图3-5 供膜装置装配效果图3.2.2 Solid Edge 由三维图生成平面图的应用下面是用Solid Edge 利用UG导过来的三维图生成的平面二维图：图3-6 供膜装置装配图的主视和侧视图图3-7 供膜装置轴侧图显然，利用Solid Edge生成的装配图大体上都正确只需少量的修改，这样绘制的图形，大大减少了工作量。节省了时间，提高了效率，而且出图的效果和直接作的平面图效果不分伯仲17。结 论 总结本次设计，对要设计的部件所要满足的基本要求及所要达到的性能指标做了认真的分析，并依次完成了对供膜装置的导辊的布置，托辊，压力调节摆动辊，驱动辊链轮，过渡辊，压力辊的结构设计和计算。然后用UG, Solid EdgeCAD,等软件对供膜装置进行了实体造型，完成了各个零件的三维图，并将零件图装配成装置的装配图。最后将三维的装配图导出生成平面的二维图。至此，一款枕式自动包装机的供膜装置设计完成。通过本次设计，使我了解了一般机械设计的设计流程，对设计有了比较理性的认识，懂得了运用计算机以及查阅资料文献来辅助设计，通过不断反复改进，使自己的设计更优化。不仅提高了综合设计、设计分析、设计计算以及CAD软件应用的能力，还学会了怎样更有效的利用图书馆的机械专业书籍，使我深深的认识到机械专业理论知识与实际紧密联系，在提高了自身各方面的素质，更增强了实践能力和动手能力。我认为自己在设计和画图过程中，增强了分析和解决问题的能力，也提高了自学能力，为今后的工作打下基础。同时，思维的严密性也得到了很好的锻炼，培养了一种严谨、认真、团结合作的工作态度和良好的工作习惯。我们觉得经过这一学期的毕业设计工作，使我在各个方面都取得了较大的进步。这个课题是由五个人来共同完成的，在这个过程中，我体会到了团队的力量和分工合作的重要性，这也为我今后在工作岗位中，与人合作打下了基础。毕业设计过程既是一个创新的过程，也是对所学知识的一次回顾。特别是让我对机械设计、包装机械概论等专业书籍有了更深入的了解。整个设计过程，也锻炼了我们自己查找资料的能力（特别是机械设计手册的运用）、分析问题和解决问题的能力。整个设计过程，虽然我们遇到了很多问题，但在不断发现问题的同时，解决问题，使自身的理论与实践结合的更加紧密。这次毕业设计非常有意义，它在我整个大学阶段扮演着一个非常重要的角色，同时对我今后的学习和工作具有非常重要的指导作用。 谢 辞 经过数月的资料查阅、整理和准备，今天我的设计终于顺利地完成了。回顾起这个艰辛却让人充实的过程，有太多的人需要感谢。首先，要特别感谢我的毕业设计指导老师，在老师的悉心指导下，我的毕业设计从开题报告、机构分析、方案拟定、结构设计、三维零件制作、三维装配、CAD出图、设计说明书才得以顺利完成。在整个过程中，老师倾注了大量的心血，她循循善诱，精心指导，给予我非常大的帮助。她对我开题报告和设计说明书初稿进行了逐字逐句的批阅，指正谬误，这种严谨的治学态度和一丝不苟的作风，将会成为我学习和效仿的榜样。在此，对老师做出的全部努力和付出，所给予的一切帮助，我深深地表感谢！ 同时，我还学到了做任何事情所要有的态度和心态。首先，做学问要一丝不苟，对于发展过程中出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决。在做事情的过程中要有耐心和毅力，要有坚持不懈、迎难而上的精神，只有坚持才会找到解决问题的思路。并且，要学会与人合作，这样做起事情来才会事半功倍。 再次感谢我大学生活中给予过我帮助和勉励的老师、同学和朋友们，谢谢你们！参考文献1 黄颖为.包装机械结构与设计M. 北京：化学工业出版社，20072 孙凤兰.包装机械概论M.河北：印刷工业出版社，2003年6月3 赵淮.包装机械选用手册M.北京：化学工业出版社，1998年3月4 卢秉恒.机械制造技术基础M.北京：机械工业出版社，1999年10月5 董志武.包装技术原理与工艺M.吉林：吉林大学出版社，2000年4月6 许林成.包装机械原理与设计M.上海：上海科学技术出版社，1988年7 楼任东.包装机械参考图册M.上海：上海科学技术出版社，1981年8 高德.包装机械设计M.北京：化学工业出版社，2000年7月9 纪铭刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2001年2月10 杨基厚.机械原理M.北京：机械工业出版社，1988年9月11 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社，2004年1月12 吴宗泽.机械零件设计手册M.北京：机械工业出版社，2003年7月13 汪恺.机械设计标准应用手册M.北京：机械工业出版社，1997年14 许林成.包装机械M.长沙：湖南大学出版社，1989年3月15 盛伯浩.机械产品技术与CAD技术M.北京：清华大学出版社。2005年2月16（美）M.贝克.包装技术大全M.科学出版社，1992年6月17 郑阿奇.AutoCAD2000中文实用教程M.北京：电子工业出版社，2000年10月附图：26