資源目錄里展示的全都有預(yù)覽可以查看的噢，，下載就有,,請(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：11970985 可咨詢(xún)交流】====================喜歡就充值下載吧。。。資源目錄里展示的全都有，，下載后全都有,,請(qǐng)放心下載，原稿可自行編輯修改=【QQ：197216396 可咨詢(xún)交流】==================== 理工學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 姓 名： xxx 學(xué) 號(hào)： xxxxx 外文出處：Applied Mechanics and Materials Vol.533 (2014) pp 294-297 附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 簽名： 年 月 日  研究和自動(dòng)化控制系統(tǒng)的材料拆分包裝開(kāi)發(fā)和包裝一體機(jī) 楊凱、李忠申和張磊 機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院、華僑大學(xué),廈門(mén),361021,中國(guó) yangkai1@hqu.edu.cn,lzscyw@hqu.edu.cn,zllxj@vip.163.com 關(guān)鍵詞:自動(dòng)控制系統(tǒng)、分包裝、包裝機(jī)、LPC2478、μC/OS-II。 文摘 為了滿(mǎn)足高速度、高精度、高可靠性的包裝機(jī),提供了一種新穎的控制系統(tǒng)。在硬件方面， 主電路由主處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、溫度測(cè)量和控制模塊、輸入信號(hào)檢測(cè)模塊、材料拆分包裝模塊,輸出驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)界面模塊,系統(tǒng)監(jiān)控模塊,電源模塊,通過(guò)JTAG調(diào)試模塊等組成。在軟件方面，多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-II和圖形用戶(hù)界面μC/GUI被成功移植到LPC2478。然后建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。另外還有許多控制任務(wù)，包括自動(dòng)計(jì)量、制袋、加載、轉(zhuǎn)讓、抽真空、封口、數(shù)據(jù)顯示、自動(dòng)并持續(xù)地在平臺(tái)上執(zhí)行。最后結(jié)果顯示:機(jī)器在一分鐘內(nèi)可以包30包(每5 g),包裝誤差≤0.2 g;包裝合格率≥93%?？傊?系統(tǒng)性能良好。 介紹 隨著人民生活水平的提高,人們對(duì)材料包裝提出了更高的要求。一些材料,如食品、藥品包裝不僅需要精確的分割,但還需要真空包裝。然而,在傳統(tǒng)的分割包裝和包裝方式上,工作很重,材料很容易污染,包裝質(zhì)量不好,包裝效率也低。為了實(shí)現(xiàn)集成的自動(dòng)拆分包裝和包裝,以滿(mǎn)足高速度、高精度和高可靠性,迫切需要新型控制系統(tǒng)。因此,研究和開(kāi)發(fā)拆分包裝和包裝上的控制系統(tǒng)集成機(jī)器具有十分重要的意義。那臺(tái)機(jī)器的自動(dòng)控制系統(tǒng)提供基于A(yíng)RM。 控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 根據(jù)市場(chǎng)需求和小顆粒材料的拆分包裝和包裝特點(diǎn),包裝流程,包含自動(dòng)測(cè)量,使袋、抽真空和密封的研究?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),如圖1所示。當(dāng)拆分包裝和包裝機(jī)運(yùn)行時(shí),包裝材料由材料巧妙地被分割模塊,然后他們被放入到一個(gè)現(xiàn)成的內(nèi)袋。之后,袋放入一個(gè)外袋,整個(gè)包被操縱者轉(zhuǎn)移到一個(gè)真空室,那里的空氣袋將由氣泵疏散。最后,整個(gè)袋子被密封。在這些過(guò)程中,許多電磁閥被用來(lái)控制各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)。還有許多傳感器用于檢測(cè)材料的重量和位置信息。因此,一個(gè)完整的閉環(huán)系統(tǒng)的形成,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 硬件電路由主處理器模塊、存儲(chǔ)器模塊、溫度測(cè)量和控制模塊、輸入信號(hào)檢測(cè)模塊、材料拆分包裝模塊、 輸出驅(qū)動(dòng)模塊、人機(jī)接口模塊、系統(tǒng)監(jiān)控模塊,電源模塊,通過(guò)JTAG調(diào)試模塊等構(gòu)成。其中一些人介紹如下。 主處理器模塊：由NXP半導(dǎo)體設(shè)計(jì)而成的LPC2478單片機(jī),以ARM7TDMI-S為核心,它是一個(gè)高度集成的單片機(jī)，用于一個(gè)需要先進(jìn)通信和高質(zhì)量圖形顯示的廣泛的應(yīng)用程序。 溫度測(cè)量和控制模塊：在這臺(tái)機(jī)器中,成型內(nèi)袋和密封外袋都是在高溫操作。溫度由K-type熱電偶來(lái)衡量和LPC2478來(lái)控制。電路是圖2所示。熱電偶參考函數(shù)給出如下： E= (1) 它的逆函數(shù)是: (2) 是攝氏溫度的熱電偶,,和E(mV)是相應(yīng)的電動(dòng)勢(shì),和E是轉(zhuǎn)換系數(shù)。[7]。 熱電阻的溫度通過(guò)安裝在上面的熱電偶被探測(cè)到,并放大了運(yùn)算放大器OP07。然后這個(gè)信號(hào)從模擬到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換。按照LPC2478溫度控制規(guī)則,處理結(jié)果被輸出到ULN2003，來(lái)控制固態(tài)熱繼電器YJGX-3FA的開(kāi)始。 圖1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 圖2溫度測(cè)量和控制電路 包裝材料分割模塊：小顆粒材料通過(guò)振動(dòng)給料機(jī)轉(zhuǎn)移到重儲(chǔ)料器,他們通過(guò)稱(chēng)重傳感器探測(cè)到的重量是3公斤。這些信號(hào)通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器CS5532進(jìn)行轉(zhuǎn)換。之后,轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過(guò)SPI總線(xiàn)轉(zhuǎn)移到LPC2478。稱(chēng)重模塊電路圖3所示。由于當(dāng)前的重量和設(shè)置重量之間的差異和改變利率,LPC2478控制振動(dòng)供料器所輸出的頻率不同。 圖3稱(chēng)重模塊電路 圖4模塊級(jí)聯(lián)圖 模塊級(jí)聯(lián)：大部分信號(hào)通過(guò)直接耦合級(jí)聯(lián)連接,但在外部傳感器、執(zhí)行器和模塊電路的信號(hào)通過(guò)光電隔離耦合級(jí)聯(lián)連接，以提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。所有模塊示意圖和整體控制系統(tǒng)的原理通過(guò)專(zhuān)業(yè)繪圖軟件被繪制。模塊級(jí)聯(lián)如圖4所示。 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-II的介紹，是為了設(shè)計(jì)基于自上而下的結(jié)構(gòu)模型和模塊化設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)軟件。首先,系統(tǒng)μC/OS-II和圖形用戶(hù)界面μC/GUI成功移植到LPC2478并且初始化好。然后主程序開(kāi)始創(chuàng)建任務(wù)?？刂迫蝿?wù)主要由自動(dòng)測(cè)量、制袋、加載、抽真空、封口和數(shù)據(jù)顯示等,它們通過(guò)液晶顯示程序,觸摸屏程序,拆分包裝程序,溫度控制程序、包裝控制程序、通用輸入和輸出程序等進(jìn)行。其中一些人介紹如下。 液晶顯示程序：LPC2478有自己的LCD控制器。TFT真彩液晶用于顯示包裝的信息,如包裝參數(shù)調(diào)整界面,手動(dòng)操作界面,實(shí)時(shí)重量,材料成型內(nèi)包溫度、密封外袋溫度和錯(cuò)誤消息窗口。圖形用戶(hù)界面μC/GUI在系統(tǒng)μC/OS-II中運(yùn)行,另外人機(jī)互交界面非常漂亮。LCD控制流程如圖5所示。 包裝控制程序：根據(jù)包裝的控制要求,有很多輸入和輸出信號(hào)的過(guò)程。輸入數(shù)據(jù)包括各種開(kāi)關(guān)，傳感器輸出信號(hào)，用于檢測(cè)包裝機(jī)運(yùn)行過(guò)程。然后將產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)通過(guò)LPC2478打開(kāi)電磁閥或啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。最后的材料將被打包成包。包裝過(guò)程流程如圖6所示。 圖5液晶控制流程圖 圖6包裝過(guò)程流程圖 測(cè)試實(shí)驗(yàn) 硬件和軟件集成到一個(gè)如圖7（a）所示的自動(dòng)控制系統(tǒng)原型。一個(gè)拆分包裝和包裝集成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)被建立，如圖7所示(b)。在主界面,控制系統(tǒng)可以顯示兩組材料的實(shí)時(shí)重量,成型溫度內(nèi)袋,密封外袋溫度和它們的設(shè)置。用戶(hù)可以通過(guò)“+ -”按鈕調(diào)整設(shè)置。此外,這里有手工操作、包裝參數(shù)調(diào)整,日期和時(shí)間顯示等。在測(cè)試實(shí)驗(yàn)中,一分鐘里包裝重量和數(shù)量被測(cè)量的設(shè)置分別是5克,7 g和15 g。每個(gè)包被稱(chēng)重如圖7(c)所示。然后,所有袋的材料重量被計(jì)算和記錄。測(cè)量點(diǎn)和稱(chēng)重結(jié)果如圖7(d)所示。長(zhǎng)期的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示:機(jī)器可以在一分鐘內(nèi)包30包(每包5 g),包裝誤差≤0.2 g;包裝合格率≥93%。 （a） (b) (c) (d) 圖7(a)電路板的自動(dòng)控制系統(tǒng),(b)實(shí)驗(yàn)平臺(tái),(c)包裝材料稱(chēng)重,(d)測(cè)量點(diǎn)、稱(chēng)重結(jié)果圖表 結(jié)論 按照小顆粒材料的拆分包裝和包裝要求,一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)被研究和開(kāi)發(fā)。主要結(jié)論有：a)控制系統(tǒng)的硬件和軟件被設(shè)計(jì),研究了實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)μC/OS-II和圖形用戶(hù)界面μC/GUI,并成功地移植到LPC2478。b)拆分包裝和包裝一體機(jī)的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)被建立。許多控制任務(wù)是自動(dòng)的,并不斷在平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。c)包裝內(nèi)袋和外袋包裝在機(jī)器上被完成。包裝產(chǎn)品的外觀(guān)是一致的。整個(gè)控制系統(tǒng)的性能很好。 感謝 這項(xiàng)工作得到了中央大學(xué)基礎(chǔ)研究基金(JB-ZR1107)和廈門(mén)集美科技計(jì)劃項(xiàng)目的支持,中國(guó)(20137C01)。 參考文獻(xiàn) [1] H.K.Tonshoff,C.Soehner and G.Isensee: Robotics and Computer-Integrated Manufacturing Vol.13 (1997),p.1-7 [2] 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Its packaging materials for packaging plastic film, and only under a certain temperature to normal adhesion, this is done by heating heat sealing roller and heat sealing piece. The process of the machine for the tea packing mainly has the bag forming, cutting, weighing, tea bag heat sealing action, can be divided into two systems: bag, bag system. Bag making systems work mainly by motor drives the driving part, bagging system movement mainly through the control of the cylinder, bagging process with weighing hopper, responsible for quantitative weighing of each bag bag. The machine can automatically is the feature of bag making, independently can bag reserves up ahead, for the use of bag, can also be independent of bag making, sales package. Bag bag keywords automatic packaging machine independent system Key Words ： Packaging machine automatic independent 目 錄 1 緒論 1 1.1 本課題的目的和意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外包裝機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r 2 1.3 本人的設(shè)計(jì)任務(wù) 4 2 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 2.1 自動(dòng)制袋、稱(chēng)量、熱封、切斷工藝流程圖 6 2.2 立式連續(xù)型茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 11 3.1 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型 11 3.2 計(jì)算總傳動(dòng)比，并分配各級(jí)傳動(dòng)比 12 3.3 計(jì)算傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速以及動(dòng)力參數(shù) 13 3.4 V帶的計(jì)算選型 15 3.5 減速器的計(jì)算選型 19 3.6 直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 19 3.7 凸輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 23 3.8 滾子鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 29 3.9 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 32 3.10 縱封輥及牽引輥的設(shè)計(jì) 35 3.11 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 36 3.12 螺旋推料的設(shè)計(jì)計(jì)算 38 3.13 氣缸的選型 40 3.14 稱(chēng)重傳感器的選型 40 4 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的使用操作 43 結(jié)束語(yǔ) 44 致 謝 45 參 考 文 獻(xiàn) 46 1 緒論 1.1 本課題的目的和意義 當(dāng)今社會(huì)正在飛快的發(fā)展，科技正在飛速進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求也不斷的提高。隨著近些年國(guó)際包裝機(jī)械的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)包裝機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化程度和位置跟蹤精度的要求也不斷提高。包裝機(jī)械的科技含量越來(lái)越高，新興的一些科學(xué)技術(shù)正在逐漸應(yīng)用其中，如：微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、新傳感器技術(shù)、激光技術(shù)等等。這些技術(shù)在包裝機(jī)械中需求越來(lái)越多，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，這給從事包裝機(jī)械設(shè)計(jì)研究的工程師帶來(lái)了很大挑戰(zhàn)，要求他們有更高的才能素質(zhì)，同時(shí)也給他們帶來(lái)了機(jī)遇。高素質(zhì)的人才，加上新興的科學(xué)技術(shù)，包裝機(jī)械的前景勢(shì)必一片光明，智能、快速、精準(zhǔn)、柔性、易操作、環(huán)保終將成為它的代名詞。 最近幾年，由于人們的消費(fèi)水平提高，我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展迅速，但是橫向來(lái)看，與發(fā)達(dá)國(guó)家的包裝機(jī)械產(chǎn)品相比，仍然有20年左右的技術(shù)差距。我國(guó)投入市場(chǎng)使用的一些包裝機(jī)械產(chǎn)品中，所含的科學(xué)技術(shù)并不高，屬于低端產(chǎn)品。但在發(fā)達(dá)國(guó)家，他們所生產(chǎn)的包裝機(jī)械，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了很多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，如：遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)、激光技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)柔性補(bǔ)償技術(shù)等等。同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的包裝機(jī)械的差距主要表現(xiàn)在精度低、可靠性和穩(wěn)定性低、零件壽命短等。包裝機(jī)械的技術(shù)落后，嚴(yán)重影響著我國(guó)包裝工業(yè)快速穩(wěn)定的發(fā)展，進(jìn)而影響著一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。就如我所研究的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)來(lái)說(shuō)，茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的落后，會(huì)影響茶葉包裝工業(yè)的發(fā)展，深一步更影響茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 中國(guó)作為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長(zhǎng)最快國(guó)家之一，包裝行業(yè)也在迅速發(fā)展。尤其是在中國(guó)加入WTO以后，中國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)在經(jīng)濟(jì)全球化的影響下，面臨著許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了跟上時(shí)代的步伐，只有努力學(xué)習(xí)并引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的優(yōu)秀科學(xué)技術(shù)，才能是我國(guó)的包裝機(jī)械在世界上占有一席之地。 茶葉包裝是一個(gè)新興的行業(yè)，中國(guó)茶葉文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，人們對(duì)茶葉的需求量很大，在市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，茶葉包裝行業(yè)脫穎而出。對(duì)于商品的包裝，人們對(duì)其主要有兩個(gè)方面要求，第一是對(duì)于商品的包裝，要求外觀(guān)漂亮，吸引消費(fèi)者，并且包裝質(zhì)量要可靠，不能出現(xiàn)任何形式的破損。第二方面，確保商品包裝所裝商品重量精確，裝多會(huì)增加生產(chǎn)商的成本，裝少會(huì)損害消費(fèi)者的利益，損害生產(chǎn)商的信譽(yù)，要求包裝行業(yè)的計(jì)量誤差在一定范圍之內(nèi)，一般誤差在千分之五以?xún)?nèi)。正因?yàn)榘b的商品重量計(jì)量影響著生產(chǎn)商和消費(fèi)者的利益，所以商品的包裝計(jì)量誤差是包裝機(jī)械行業(yè)時(shí)時(shí)刻刻不能忽略的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。上面曾提到我國(guó)包裝機(jī)械精度低，而發(fā)達(dá)國(guó)家的包裝機(jī)械精度更高，這就要求我國(guó)包裝機(jī)械學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家包裝機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)，引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷地提高我國(guó)包裝機(jī)械的精準(zhǔn)度，使我國(guó)包裝機(jī)械在世界上占有一席之地，趕上世界水平，甚至超過(guò)世界水平，以提高我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 1.2 國(guó)內(nèi)外包裝機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r 1.2.1 包裝機(jī)械概述 包裝機(jī)械是能夠進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品的一系列包裝過(guò)程的機(jī)械。包裝機(jī)械的應(yīng)用范圍很廣，它有很多優(yōu)點(diǎn)，具有自動(dòng)化、體積小、易安裝、易操作、精度高、效率高等特點(diǎn)。包裝機(jī)械所完成的包裝工序大致上可以分為以下幾類(lèi)：封口、裝填、裹包、灌裝、打標(biāo)、清洗、 干燥、捆扎、殺菌等等。因?yàn)榘b過(guò)程中會(huì)遇到這些包裝工序，所以包裝機(jī)械種類(lèi)也五花八門(mén)。產(chǎn)品包裝很大程度上影響著產(chǎn)品是否能夠暢銷(xiāo)，因此包裝機(jī)械一定要保證傳動(dòng)裝置緊湊、精度高，才能確保包裝的美觀(guān)漂亮。 當(dāng)今食品行業(yè)越來(lái)越注重包裝外表，包裝機(jī)械行業(yè)自然而然成為了一個(gè)較大行業(yè)，它在包裝工業(yè)中起著非常大的作用，并占有著重要地位。包裝機(jī)械使得包裝過(guò)程得以快速、精準(zhǔn)的完成，為包裝行業(yè)提供了必要的生產(chǎn)設(shè)備，是商品得以暢銷(xiāo)的必要條件。而對(duì)于包裝小顆粒產(chǎn)品的包裝機(jī)械，它能夠使這些顆粒狀產(chǎn)品方便使用，便于攜帶，并且使這些產(chǎn)品更加美觀(guān)，吸引消費(fèi)者眼球。 1.2.2 國(guó)外包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 世界上包裝機(jī)械的四大強(qiáng)國(guó)當(dāng)屬美國(guó)、德國(guó)、意大利和日本。 美國(guó)的包裝機(jī)械發(fā)展歷史比較悠久，是世界上為數(shù)不多的國(guó)家，該國(guó)的包裝機(jī)械已經(jīng)有了一套獨(dú)立的成熟的包裝機(jī)械系統(tǒng)。美國(guó)的包裝機(jī)械種類(lèi)繁多，產(chǎn)量也很大，均排世界首位。十多年里，美國(guó)在世界上一直占據(jù)著包裝機(jī)械最大生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)的王冠。美國(guó)的包裝機(jī)械效率高、精度高，并融入了尖端的科學(xué)技術(shù)，包裝機(jī)械采用了微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)，與計(jì)算機(jī)完美結(jié)合，使得包裝機(jī)械變得更加智能化。增長(zhǎng)速度最快的包裝機(jī)械產(chǎn)品種類(lèi)當(dāng)屬填充類(lèi)機(jī)械、封口類(lèi)機(jī)械和成型類(lèi)機(jī)械。自從二十世紀(jì)九十年代，美國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)始終保持著穩(wěn)定快速的發(fā)展。 德國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)在技術(shù)和性能方面處于領(lǐng)先地位，該國(guó)的包裝機(jī)械計(jì)量精度非常的精準(zhǔn)。由于德國(guó)的啤酒出名，很多包裝機(jī)械的誕生都是為此服務(wù)。目前，針對(duì)啤酒等灌裝產(chǎn)品的包裝機(jī)械，德國(guó)的更加具備高效率、高自動(dòng)化、高精度的特點(diǎn)，德國(guó)的這些包裝機(jī)械受到了全球的一致認(rèn)可。德國(guó)一些較大的包裝機(jī)械企業(yè)應(yīng)用了光電感應(yīng)技術(shù)，使得包裝精度大大提高。這些企業(yè)所生產(chǎn)的大型自動(dòng)包裝機(jī)械包裝容積很大，并且集多種包裝工序于一體，如：制袋、稱(chēng)重、填充、抽真空、密封等，大大方便了人們的操作，也使得的包裝機(jī)械更加智能化。多年來(lái)，德國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)一直在穩(wěn)定快速的增長(zhǎng)，所生產(chǎn)的包裝機(jī)超過(guò)80%用于出口，是世界上包裝機(jī)械出口最大的國(guó)家。 意大利的包裝機(jī)械行業(yè)也很厲害，是繼德國(guó)之后，世界上包裝機(jī)械第二出口大國(guó)，僅次于德國(guó)，有近80%用于出口。意大利的包裝機(jī)械以食品商業(yè)方向居多，該國(guó)的包裝機(jī)械性能可靠，價(jià)格便宜，十分受用戶(hù)的歡迎。 關(guān)于日本的包裝機(jī)械行業(yè)，起步發(fā)展比美國(guó)和德國(guó)晚。二十世紀(jì)六十年代前，日本的包裝機(jī)械企業(yè)連六十家都不到，而且所生產(chǎn)的包裝機(jī)械科技含量比較低，只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的商品包裝，如：煙、糖果等。日本包裝機(jī)械行業(yè)真正快速起步增長(zhǎng)的時(shí)期，是在二十世紀(jì)六十年代到七十年代。隨后的十年，包裝機(jī)械的增長(zhǎng)速度有所下降，但同世界包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展速度相比，還是相對(duì)較快，增長(zhǎng)率達(dá)13%。到了八九十年代，日本包裝機(jī)械保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)同時(shí)，開(kāi)始更加注重科技的投入，在包裝機(jī)械控制中采用微電子技術(shù)，另外還將模塊化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等等先進(jìn)的科技應(yīng)用到包裝機(jī)械當(dāng)中，使得該國(guó)的包裝機(jī)械生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度大大提高，并更加智能化，在國(guó)際市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。二十世紀(jì)六十年代到九十年代，日本包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展顯著，總的歷程經(jīng)歷了引進(jìn)、吸收、發(fā)展三大過(guò)程。 從這四個(gè)國(guó)家來(lái)看，它們的包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展形勢(shì)都非常的好，它們?cè)诎l(fā)展包裝機(jī)械的同時(shí)，十分看重對(duì)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，用高科技成果同世界競(jìng)爭(zhēng)。這些高效率、高智能、高精度、高可靠性、高技術(shù)含量的包裝機(jī)械的不斷出現(xiàn)，使得世界各國(guó)紛紛效仿美國(guó)、德國(guó)、意大利和日本。創(chuàng)造新型的包裝機(jī)械，已經(jīng)成為了世界包裝機(jī)械發(fā)展的主導(dǎo)潮流。因此，我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)要想在世界上站穩(wěn)腳跟，就必須效仿美國(guó)、德國(guó)、意大利和日本，對(duì)包裝機(jī)械應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使其更高效和智能。 1.2.3 我國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r 當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正在快速穩(wěn)定的增長(zhǎng)，人民的生活水平同前十年相比有了質(zhì)的提高，人們不但消費(fèi)在不斷提高，消費(fèi)質(zhì)量也在提高，消費(fèi)者現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品的外包裝是否美觀(guān)、包裝是否環(huán)保、包裝是否密封結(jié)實(shí)越來(lái)越看重。 雖然在這種社會(huì)背景下，人們的精神需求給我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)帶來(lái)了很多機(jī)遇，但考慮到我國(guó)包裝機(jī)械現(xiàn)有的科技實(shí)力，我國(guó)包裝機(jī)還比較落后，想要滿(mǎn)足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，還要面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)屬于正在發(fā)展中的行業(yè)，企業(yè)不大，管理水平還不算成熟，技術(shù)研發(fā)人員欠缺，技術(shù)裝備都不是很成熟。新的包裝機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，同快速發(fā)展變化的市場(chǎng)不能進(jìn)行同步，大大折扣了包裝機(jī)械的生產(chǎn)價(jià)值。另外，許多企業(yè)不是在追求包裝機(jī)械的科技上的提高，而是在低技術(shù)含量的產(chǎn)品中進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，大大浪費(fèi)了企業(yè)的精力和時(shí)間，這些外表不同，本質(zhì)相同的包裝機(jī)械也會(huì)造成企業(yè)的低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，損害企業(yè)的利益。 我國(guó)生產(chǎn)的包裝機(jī)械質(zhì)量并不穩(wěn)定，科學(xué)技術(shù)含量很低，而且成本高。在世界激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)先進(jìn)的包裝機(jī)械嚴(yán)重的沖擊著我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)。這也使我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。 不管是消費(fèi)者消費(fèi)質(zhì)量的需求，同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，或是國(guó)際包裝機(jī)械之間的競(jìng)爭(zhēng)，都是不容忽視的，想要解決這些難題，唯有引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，努力的創(chuàng)新，以提高包裝機(jī)械的精準(zhǔn)度和效率，并使其更加智能化。 1.3 本人的設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)要能過(guò)對(duì)茶葉或顆粒狀物料按照一定的質(zhì)量進(jìn)行稱(chēng)量并打包，裝成一定規(guī)格的包裝。 該茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)包括袋子成型，茶葉稱(chēng)量，袋子熱封、切斷等動(dòng)作。結(jié)合市場(chǎng)的茶葉包裝，對(duì)茶葉包裝機(jī)做出基本參數(shù)要求： 工作時(shí)間 16 h/天 工作壽命 5年 計(jì)量速度 120袋/min 計(jì)量精度 ±5% 計(jì)量規(guī)格 50g 茶葉包裝袋規(guī)格如下： 長(zhǎng)×寬×高 100×40×270（mm） 包裝所需包裝塑料膜規(guī)格如下： 寬度 300 mm 一卷直徑 400 mm 2 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的種類(lèi)很多，按總的布局大致上可歸為兩大類(lèi)：臥式自動(dòng)包裝機(jī)和立式自動(dòng)包裝機(jī)。如圖2.1（a）（b）所示： 圖2-1（a）臥式自動(dòng)包裝機(jī) 圖2-1（b）立式自動(dòng)包裝機(jī) 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)按照制袋的運(yùn)動(dòng)過(guò)程來(lái)劃分，可分為間歇式包裝機(jī)械和連續(xù)式包裝機(jī)械。 間歇式茶葉自動(dòng)包裝機(jī)效率低，尺寸結(jié)構(gòu)大，但精度高；連續(xù)式茶葉包裝機(jī)效率高，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊。在這里，本人將對(duì)茶葉包裝機(jī)按照立式連續(xù)型進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？紤]到現(xiàn)實(shí)中可能需要產(chǎn)品的一機(jī)多用，我決定將茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的制袋和裝袋過(guò)程分開(kāi)設(shè)計(jì)，滿(mǎn)足茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的基本要求外，還能夠獨(dú)立的制袋，銷(xiāo)售包裝袋。 2.1 自動(dòng)制袋、稱(chēng)量、熱封、切斷工藝流程圖 茶葉包裝機(jī)的自動(dòng)制袋、稱(chēng)量、熱封、切斷工藝流程如圖2-2所示。 圖2-2 工藝流程圖 2.2 立式連續(xù)型茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.2.1 塑料膜輸送裝置、袋子成型裝置和物料供給系統(tǒng) 2.2.1.1 塑料膜輸送裝置 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)在制袋過(guò)程中，連續(xù)性長(zhǎng)時(shí)間的工作，為了滿(mǎn)足塑料膜的供應(yīng)，減少塑料膜的占地空間，采用卷筒式的包裝塑料膜卷。在制袋過(guò)程中，首先要將包裝膜展開(kāi)，此時(shí)包裝膜卷會(huì)跟隨相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證在包裝膜卷轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終保持穩(wěn)定，可將包裝膜卷軸孔處與軸過(guò)盈配合，同時(shí)為了方便包裝膜卷的每次裝夾，可將轉(zhuǎn)動(dòng)軸與機(jī)架設(shè)計(jì)成快速安放型，如圖2-3。 圖2-3 快速安放型結(jié)構(gòu) 考慮到在制袋過(guò)程中，塑料膜需要進(jìn)行兩次的成型引導(dǎo)，為了防止機(jī)械在牽引塑料膜過(guò)程中使已成型的塑料膜在力的作用下變形，可將引導(dǎo)輥和牽引輥同時(shí)受力，使其同時(shí)起著引導(dǎo)和牽引的作用。如圖2-4所示，引導(dǎo)輥和縱封輥同時(shí)受力。 圖2-4 引導(dǎo)輥和縱封輥 關(guān)于包裝膜的輸送過(guò)程，還需要考慮一個(gè)非常重要的問(wèn)題，就是每次開(kāi)機(jī)啟動(dòng)，塑料膜都會(huì)瞬間受到一個(gè)力的沖擊，這使得包裝機(jī)械的精準(zhǔn)度大大降低。為了解決這一難題，我采用了一種緩沖機(jī)構(gòu)，它靠活動(dòng)軸自身的重力，緩沖掉開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊。當(dāng)開(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，迅速繃緊的塑料膜會(huì)牽引活動(dòng)軸上升，減緩包裝膜的緊繃。緩沖機(jī)構(gòu)如圖2-5。 圖2-5 緩沖機(jī)構(gòu) 2.2.1.2 袋子成型裝置 當(dāng)前，市場(chǎng)上的茶葉包裝機(jī)主要是在制袋的過(guò)程中裝袋，因此，多以翻領(lǐng)成型器和象鼻成型器為主，這些成型器能夠保證制袋的過(guò)程中進(jìn)行裝袋。 我所設(shè)計(jì)的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)，制袋的過(guò)程不需裝袋，只需進(jìn)行兩次成型，因此，我采用了兩種成型器。第一種成型器進(jìn)行包裝膜的第一次成型，需要將包裝膜由片狀翻折成U型，結(jié)構(gòu)模型如圖2-6，包裝膜從成型器縫隙中間通過(guò)；第二種成型器進(jìn)行包裝膜的第二次成型，將包裝膜由U型再次翻折，結(jié)構(gòu)模型如圖2-7，成型器伸入以翻折的包裝膜內(nèi)部，將包裝膜再次成型。 圖2-6 初次成型器 圖2-7 最終成型器 2.2.1.3 物料供給系統(tǒng) 目前的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)計(jì)量多采用定容法計(jì)量，定容法計(jì)量有很多形式，如對(duì)液體產(chǎn)品，可進(jìn)行容杯式計(jì)量，對(duì)粉末或顆粒狀產(chǎn)品，可以使用轉(zhuǎn)鼓式計(jì)量、螺旋推料式計(jì)量和柱塞式計(jì)量等。使用這種方法生產(chǎn)效率高，但物料內(nèi)部可能有密有疏，這使得包裝一定質(zhì)量的誤差很大。 為了滿(mǎn)足包裝產(chǎn)品的質(zhì)量精度，首先要考慮產(chǎn)品的密度的疏密，為了排除密度不同對(duì)包裝質(zhì)量的影響，我采用稱(chēng)重傳感器直接測(cè)量質(zhì)量，而不是通過(guò)容積計(jì)算。但使用直接稱(chēng)量質(zhì)量法，物料下落的沖擊避免不了，為了減小物料下落沖擊帶來(lái)的質(zhì)量誤差，就要保證物料均勻的下落。 因此，在直接稱(chēng)量的基礎(chǔ)上，采用螺旋推料，稱(chēng)量的結(jié)果反饋給螺旋軸，使每次稱(chēng)量能夠進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償，這使包裝計(jì)量精度大大提高。 螺旋推料裝置和稱(chēng)量裝置如圖2-8和圖2-9。 圖2-8 螺旋推料裝置 圖2-9 稱(chēng)量裝置 2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì) 要完成茶葉包裝的一系列過(guò)程，即制袋、下料、稱(chēng)量、裝袋、封口等動(dòng)作，需要對(duì)每個(gè)動(dòng)作細(xì)化，采用合適的機(jī)構(gòu)完成該動(dòng)作。 由于下料、稱(chēng)量、裝袋、封口與制袋獨(dú)立，下料、稱(chēng)量、裝袋封口等一系列動(dòng)作可采用氣缸和擺動(dòng)氣馬達(dá)帶動(dòng)。制袋過(guò)程細(xì)分可化為牽引、導(dǎo)向壓實(shí)、縱向封口、橫向封口和切斷等動(dòng)作，可采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，通過(guò)一根主軸進(jìn)行齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)這些一系列動(dòng)作。制袋的過(guò)程機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2-10。 圖2-10 制袋過(guò)程機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)圖 動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出，經(jīng)過(guò)帶傳動(dòng)，傳遞給蝸輪蝸桿減速器，再由減速器輸出到主軸上，再通過(guò)主軸傳動(dòng)，形成四路傳動(dòng)。一路通過(guò)直齒圓錐齒輪和直齒圓柱齒輪，將動(dòng)力傳動(dòng)到引導(dǎo)牽引輥上，引導(dǎo)牽引包裝膜；一路通過(guò)直齒圓錐齒輪和直齒圓柱齒輪，將動(dòng)力傳動(dòng)到縱向封口輥上；牽引包裝膜并對(duì)其進(jìn)行縱封；一路通過(guò)直齒圓錐齒輪將動(dòng)力傳遞給鏈輪，再通過(guò)鏈傳遞將動(dòng)力傳遞給引導(dǎo)牽引輥，引導(dǎo)牽引包裝膜；一路通過(guò)凸輪，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)橫封塊、切斷刀，完成橫封、切斷動(dòng)作。 3 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 3.1 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型 因?yàn)橐龑?dǎo)牽引輥和縱封輥拉動(dòng)包裝塑料膜的拉力不大，設(shè)包裝塑料膜拉力最大20 N，5個(gè)輥轉(zhuǎn)速相同，同時(shí)作用，因此，5個(gè)輥平分對(duì)包裝塑料膜的拉力，每個(gè)輥牽引力F=4 N。 包裝袋子高220 mm,包裝機(jī)制袋速度60袋/min,即牽引輥轉(zhuǎn)速n=60 r/min。 包裝塑料膜牽引速度 m/min 已知每個(gè)輥的牽引力F和牽引速度V，則輥?zhàn)虞S所需功率為： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的機(jī)械傳動(dòng)效率表，可知：齒輪傳動(dòng)效率 ，V帶傳動(dòng)效率 ，鏈傳動(dòng)效率 ，蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)效率 ，軸承傳遞效率 ，聯(lián)軸器傳遞效率 。 由此，可得動(dòng)力從電機(jī)傳遞到各個(gè)輥的總效率： 式3-1 傳遞到Ⅰ、Ⅲ軸上的傳遞總效率 =0.97×0.96×0.99×0.8×0.99 =0.68 式3-2 傳遞到Ⅱ、Ⅳ軸上的傳遞總效率 =0.97×0.96×0.99×0.8×0.99 =0.71 傳遞到Ⅴ軸上的傳遞總效率 式3-3 =0.97×0.96×0.96×0.99×0.8×0.99 =0.65 所以電動(dòng)機(jī)所需提供的工作功率為 式3-4 根據(jù)所算功率查電機(jī)手冊(cè)，因?yàn)椴枞~包裝機(jī)械多為包裝企業(yè)使用，使用電壓為380V,所以，選用三相異步電動(dòng)機(jī)Y90S-4-B35，參數(shù)如下表3-1。 表3-1 三相異步電動(dòng)機(jī)Y90S-4-B35參數(shù) 電動(dòng)機(jī) 額定功率 額定電壓 轉(zhuǎn)速 效率 Y90S-4-B35 1.1 kw 380 V 1400 r/min 78% 式3-5 根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出功率進(jìn)行校核： =1.1×0.78=0.858 kw > 所以，所選電動(dòng)機(jī)符合要求。 3.2 計(jì)算總傳動(dòng)比，并分配各級(jí)傳動(dòng)比 3.2.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算 茶葉包裝機(jī)制袋機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比為： 3.2.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比 式3-6 考慮到包裝機(jī)械的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，初定： =1.17 =20 =0.5 =1 3.3 計(jì)算傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速以及動(dòng)力參數(shù) 3.3.1 計(jì)算各軸及鏈輪軸轉(zhuǎn)速 V軸： Ⅰ軸： =120 r/min III軸： =120 r/min VI軸： =120 r/min II軸： =120 r/min IV軸： =120 r/min 鏈輪軸： =120 r/min 3.3.2 計(jì)算各軸及鏈輪軸的輸入功率 V軸： 式3-7 =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78 =0.65 kw Ⅰ軸： 式3-8 =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97 =0.61 kw III軸： =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97 =0.61 kw VI軸： =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97 =0.61 kw II軸： 式3-9 =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97 =0.59 kw IV軸： =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97 =0.59 kw 鏈輪軸： 式3-10 =1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97×0.96 =0.57 kw 3.3.3 計(jì)算各軸及鏈輪軸的輸入轉(zhuǎn)矩 三相異步電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩為： =9.55×10 式3-11 =9.55×10=5.858×10 N·mm V軸： = 式3-12 =5.858×10×0.8×0.99×1.17×20=1.085×10 N·mm Ⅰ軸： = 式3-13 =1.085×10×0.97×0.99×0.5=5.158×10 N·mm III軸： = =1.085×10×0.97×0.99×0.5=5.158×10 N·mm VI軸： = =1.085×10×0.97×0.99×0.5=5.158×10 N·mm II軸： = =5.158×10×0.97×0.99×1=4.904×10 N·mm IV軸： = =5.158×10×0.97×0.99×1=4.904×10 N·mm 鏈輪軸： = =5.158×10×0.96×0.99×1=4.853×10 N·mm 將以上計(jì)算的轉(zhuǎn)速、輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)行整理，歸納成表3-2。 表3-2 各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩 軸名 功率P/kw 轉(zhuǎn)矩T/(Nmm) 轉(zhuǎn)速n/(r/min) V軸 0.65 1.085×10 60 Ⅰ軸 0.61 5.158×10 120 III軸 0.61 5.158×10 120 II軸 0.59 4.904×10 120 IV軸 0.59 4.904×10 120 VI軸 0.61 5.158×10 120 鏈輪軸 0.57 4.853×10 120 3.4 V帶的計(jì)算選型 本設(shè)計(jì)中，需要將功率從電機(jī)傳遞到減速器，因此需要用V帶或是滾子鏈等與三相異步電動(dòng)機(jī)和減速器相連。因所選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1400 r/min,轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，V帶更適合中高速傳遞，所以，選用V帶進(jìn)行從電機(jī)到減速器之間的傳遞。 已知用V帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)額定功率由表3-1可知，P=1.1 kw，小帶輪與電機(jī)軸相聯(lián)，轉(zhuǎn)速n=1400 r/min。一天工作16小時(shí)。 傳動(dòng)比=1.17，因此，大帶輪轉(zhuǎn)速=1200 r/min。 3.4.1 確定計(jì)算功率 通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表，得工作情況系數(shù)K=1.1，可得功率P： =1.1×1.1=1.21 kw 3.4.2 選擇V帶的型號(hào) 根據(jù)上面所計(jì)算出的P=1.21 kw和小帶輪的轉(zhuǎn)速n=1400 r/min，通過(guò)普通V帶選型圖，選用Z型帶。 3.4.3 計(jì)算確定V帶輪的基準(zhǔn)直徑d,并計(jì)算帶速 1) 根據(jù)V帶的選型，查表，選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑d d=71 mm 2) 計(jì)算V帶的帶速V V= m/s 計(jì)算的V帶帶速V在5 m/s~30 m/s之間，所以V帶帶速符合要求。 3）設(shè)計(jì)計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑d。 d=82.83 mm 根據(jù)查表選取d=80 mm。 則從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速為： n′= 式3-14 取=0.02 n′==×1400×（1-0.02） =1217.65 r/min 轉(zhuǎn)速誤差為： =-1.47% 所計(jì)算誤差在-5%到+5%之間，故符合要求。 3.4.4 計(jì)算確定大小帶輪的中心距a，計(jì)算選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L 根據(jù)初定中心距公式，得 0.7（d+d）a 式3-15 0.7×（71+80）a2×（71+80） 105.7a302 mm 初步計(jì)算確定大小帶輪的中心距a=200 mm。 根據(jù)公式，計(jì)算相應(yīng)的V帶帶長(zhǎng)L，得： L 式3-16 2×200+×（71+80）+ 637.29 mm 通過(guò)查表，選取V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L=630 mm。 通過(guò)公式計(jì)算，計(jì)算大小V帶輪的實(shí)際中心距a: =196 mm 通過(guò)公式計(jì)算，計(jì)算大小V帶輪中心距a變動(dòng)范圍： =(196-0.015×630)=186.55 mm =(196+0.03×630)=214.9 mm 3.4.5 計(jì)算驗(yàn)算小帶輪上的包角 故包角符合要求。 3.4.6 計(jì)算確定V帶的根數(shù) 通過(guò)公式計(jì)算，得： 式3-17 通過(guò)查表可知，用內(nèi)插法得P=0.30 kw， 通過(guò)查表，得=0.02 kw, 通過(guò)查表可知，用內(nèi)插法得K=0.99， 通過(guò)查表可知，用內(nèi)插法得K=0.96. = 所以，選取V帶根數(shù)為Z=4 根。 3.4.7 計(jì)算確定V帶的初拉力F 通過(guò)查表，得q=0.06 kg/m 通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算： =45.98 N 3.4.8 計(jì)算壓軸力F 通過(guò)公式，進(jìn)行計(jì)算，得： =2×4×45.98×=367.74 N 3.5 減速器的計(jì)算選型 已知大V帶輪的轉(zhuǎn)速為1200 r/min,即減速器的輸入軸轉(zhuǎn)速為n=1200 r/min,V軸的轉(zhuǎn)速n=60 r/min。 所以i==20,在這里，通過(guò)根據(jù)傳動(dòng)比，選擇傳動(dòng)比20的蝸輪蝸桿減速器，通過(guò)查表，選擇WPO80-20蝸輪蝸桿減速器。 3.6 直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 通過(guò)茶葉自動(dòng)包裝機(jī)傳遞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，制袋過(guò)程中，主軸向下一級(jí)傳動(dòng)，需要三組相同的直齒圓錐齒輪傳遞。在這里，對(duì)其中一組直齒圓錐齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算以及校核。 已知兩直齒圓錐齒輪的兩軸交角為90度，單向進(jìn)行傳遞?？紤]到茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的工作環(huán)境，制袋過(guò)程中，只在剛剛啟動(dòng)時(shí)，載荷有輕微沖擊，包裝機(jī)每天工作16個(gè)小時(shí)，有五年的工作壽命（250個(gè)工作日/年），傳遞的功率即為V軸的輸入功率P=0.65 kw,主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速即為V軸的轉(zhuǎn)速n=60 r/min,傳動(dòng)比為i=0.5。通過(guò)對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖進(jìn)行分析，小直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)成懸臂布置，大直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)成兩端支撐。 3.6.1 選擇大小直齒圓錐齒輪的精度等級(jí)，以及材料和齒數(shù) 1） 精度等級(jí)的選擇 通過(guò)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速60 r/min可知，大小圓錐齒輪的傳動(dòng)速度不是很高，所以，可以選擇精度等級(jí)為8級(jí)精度。 2）兩齒輪材料的選擇 考慮到在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中的直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，小的直齒圓錐齒輪有可能做成齒輪軸，可選用軟齒面?zhèn)鲃?dòng)。 通過(guò)查表，可將大小直齒圓錐齒輪的材料均選為調(diào)質(zhì)45鋼，令小圓錐齒輪齒面的平均硬度為250HBS,大圓錐齒輪的齒面平均硬度比小圓錐齒輪的平均硬度低40HBS，為210HBS。 3）選擇大直齒圓錐齒輪的齒數(shù)=60,小直齒圓錐齒輪的齒數(shù)=i=60×0.5=30。 4） 計(jì)算大小齒輪的齒數(shù)比 計(jì)算傳動(dòng)比誤差 =0<5% 傳動(dòng)比誤差符合要求。 3.6.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行估算，即 式3-18 1） 查取確定計(jì)算公式內(nèi)的各數(shù)值 試選擇載荷系數(shù)K=1.6。 大直齒圓錐齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩為 T=5.158×10 N·mm 通過(guò)查表可知，齒寬系數(shù)通常取0.25~0.35，在這里，選取齒寬系數(shù)=0.3。 通過(guò)查表可知，z=189.8 MPa。 經(jīng)查得，小直齒圓錐齒輪=560 MPa, 大直齒圓錐齒輪=520 MPa 通過(guò)計(jì)算公式，計(jì)算大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù) =60×60×1×（16×360×5）=1.037×10 =1.037×10÷0.5=2.074×10 已知大小齒輪的應(yīng)力系數(shù)，可查得: 小直齒圓錐齒輪K=0.95，大直齒圓錐齒輪K=0.95 計(jì)算大小圓錐齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力 通過(guò)查表，選取安全系數(shù)S=1，失效概率取1%，由公式得： =560×0.95=532 MPa =520×0.95=494 MPa 大直齒圓錐齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力數(shù)值小。 2） 計(jì)算 計(jì)算小直齒圓錐齒輪的分度圓直徑d,將上面計(jì)算的中較小的數(shù)值代入計(jì)算公式 87.00 mm 試計(jì)算在平均分度圓處，得圓周速度 平均分度圓直徑計(jì)算： =87.00×（1-0.5×0.3）=62.86 mm 由平均分度圓直徑可得，在平均分度圓處，圓周速度得： =0.39 m/s 計(jì)算載荷系數(shù) 通過(guò)查表可得，使用系數(shù)K=1; 已知，在平均分度圓處，圓周速度0.39 m/s,所選的精度等級(jí)為8級(jí)精度，通過(guò)動(dòng)載系數(shù)值圖表進(jìn)行查取，按圖表中精度等級(jí)降一級(jí)的精度等級(jí)曲線(xiàn)，選取動(dòng)載系數(shù)K=1.05; 根據(jù)齒間載荷分配系數(shù)表，選取齒間載荷分配系數(shù)=1; 通過(guò)查得軸承系數(shù)表，因?yàn)樾≈饼X圓錐齒輪采用兩端支撐，大直齒圓錐齒輪采用一端支撐、一端懸臂，所以，選取=1.25，=1.25×1.5=1.875。 所以，可計(jì)算載荷系數(shù) K=K=K= 式3-19 =1×1.05×1×1.875=1.969 根據(jù)計(jì)算的實(shí)際載荷系數(shù)，校正驗(yàn)算所得的分度圓直徑，通過(guò)公式得： d=93.23 mm 計(jì)算大小齒輪的模數(shù)m。 m===3.11 mm 通過(guò)查表，選取一個(gè)模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，取 m=3 mm 3) 對(duì)大小圓錐齒輪的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算兩個(gè)圓錐齒輪大端分度圓直徑 大圓錐齒輪 d=zm=60×3=180 mm 小圓錐齒輪 d=zm=30×3=90 mm 計(jì)算確定兩個(gè)圓錐齒輪的分錐角 =63.4349 =26.5651 錐距驗(yàn)算 R==100.63 mm 齒寬的計(jì)算 b==30.19 mm 校核齒根強(qiáng)度 校核彎曲強(qiáng)度的式子為： 式3-20 根據(jù)查圖，得 =380 MPa，=340 MPa 通過(guò)查圖，取K=K=0.90 許用應(yīng)力的計(jì)算 選取安全系數(shù)S為1.4，通過(guò)計(jì)算公式，得： =244.286 MPa =218.571 MPa 齒數(shù)當(dāng)量和齒形系數(shù)計(jì)算 =134.16 =33.54 通過(guò)查表，用插值法求得 =2.4704，=2.1527 彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算 式3-21 =131.76 MPa<[] =126.80 MPa<[] 通過(guò)校核計(jì)算，大小圓錐齒輪的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。 3.7 凸輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算 3.7.1 凸輪的分類(lèi)及特點(diǎn) 凸輪在我們的生活中極其的常見(jiàn)，很多機(jī)械中，都能看到凸輪的身影，特別是自動(dòng)化程度很高的機(jī)械中，經(jīng)常應(yīng)用到凸輪機(jī)構(gòu)。由于凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)都非常的簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)很多復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)，而且，只需設(shè)計(jì)出凸輪輪廓外形，這對(duì)實(shí)現(xiàn)一套復(fù)雜的往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)而言，所設(shè)計(jì)的工作量非常小，所以，凸輪常常被人們采用。 按照凸輪的外形劃分，凸輪可分為盤(pán)型凸輪、圓柱型凸輪和移動(dòng)型凸輪等。如圖3-1所示： 圖3-1（a） 盤(pán)型凸輪 圖3-1（b） 移動(dòng)型凸輪 圖3-1（c） 圓柱型凸輪 按照從動(dòng)件的形狀來(lái)劃分，從動(dòng)件可分為尖頂型從動(dòng)件、滾子型從動(dòng)件和平底型從動(dòng)件。如圖3-2所示。 圖3-2（a） 尖頂型從動(dòng)件 圖3-2（b） 滾子型從動(dòng)件 圖3-2（c） 平底型從動(dòng)件 3.7.2 凸輪的選型 結(jié)合茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的制袋過(guò)程，可用凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)橫封切斷機(jī)構(gòu)。主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，拉動(dòng)包裝膜走兩個(gè)包裝袋袋長(zhǎng)的長(zhǎng)度。所以，主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，需要進(jìn)行兩次橫封切斷，因此，所設(shè)計(jì)的凸輪需要兩個(gè)推程和兩個(gè)回程。 考慮到凸輪的工作環(huán)境情況，從動(dòng)件需帶動(dòng)橫封切斷機(jī)構(gòu)，受到較大的力，并且需要從動(dòng)件柔性沖擊，凸輪機(jī)構(gòu)處在低速重載的情況下，所以，選用余弦加速度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)。 選用滾子型從動(dòng)件，盤(pán)型凸輪，對(duì)心布置。 3.7.3 凸輪的計(jì)算 1）選擇設(shè)定行程 考慮到茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的實(shí)際制袋運(yùn)動(dòng)，令從動(dòng)件的行程h=20 mm 2）選擇設(shè)定凸輪的推程角和回程角 因?yàn)橥馆喌耐瞥逃袃蓚€(gè)，回城也有兩個(gè)，所以，取推程角=90，回程角=90。 3）根據(jù)從動(dòng)件位移方程，計(jì)算位移 推程位移方程： 式3-22 回程位移方程： 式3-23 等分推程角和回程角，分成6份，根據(jù)位移方程求得： =0: s==0 mm =30: s==5 mm =60: s==15 mm =90: s==20 mm =120: s==15 mm =150: s==5 mm =180: s==0 mm 另一個(gè)推程角和回程角的位移與其相同： =210: s==5 mm =240: s==15 mm =270: s==20 mm =300: s==15 mm =330: s==5 mm =360: s==0 mm 將計(jì)算的各個(gè)角度時(shí)的位移歸納成表3-3 表3-3 各個(gè)角度對(duì)應(yīng)位移表 /度 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 S/mm 0 5 15 20 15 5 0 5 15 20 15 5 0 3.7.4 凸輪的輪廓設(shè)計(jì)確定 1）凸輪的基圓半徑確定 根據(jù)凸輪實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，試確定凸輪的基圓半徑為r=50 mm 2）確定凸輪的理論輪廓、實(shí)際輪廓及滾子直徑 根據(jù)凸輪的基圓直徑和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線(xiàn)，確定凸輪的理論輪廓，凸輪的理論輪廓如圖3-3所示。 圖3-3 凸輪的理論輪廓線(xiàn) 計(jì)算滾子半徑 r=(0.1~0.5)r=19 mm 選取滾子軸承 KR22PP 通過(guò)運(yùn)動(dòng)傳遞，選取一個(gè)凸輪合適的厚度30 mm 根據(jù)凸輪的理論輪廓曲線(xiàn)和滾子的半徑，確定凸輪的實(shí)際輪廓曲線(xiàn)，凸輪實(shí)際輪廓曲線(xiàn)如圖3-4所示。 圖3-4 凸輪實(shí)際輪廓曲線(xiàn) 3.8 滾子鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.8.1 鏈在機(jī)械中的應(yīng)用及其分類(lèi) 鏈在機(jī)械傳動(dòng)中，發(fā)揮著重要作用，很多地方上，有著不可替代的地位。 鏈的種類(lèi)主要有三種，一種用于傳遞動(dòng)力，可以稱(chēng)為傳動(dòng)鏈；一種主要用于吊起重物，叫做起重鏈；還有一種主要負(fù)責(zé)物體的移動(dòng)，用于牽引，成為牽引鏈。這三種鏈如圖3-5所示。 圖3-5（a） 傳動(dòng)鏈 圖3-5（b） 起重鏈 圖3-5（c） 牽引鏈 3.8.2 鏈的選擇 根據(jù)茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的工作需求，一個(gè)牽引輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要用到帶或鏈的傳動(dòng)。由于帶適合高速傳動(dòng)，但傳動(dòng)精度不高；鏈卻恰恰相反，適合中低速傳動(dòng)，傳動(dòng)精度高?？紤]到茶葉包裝機(jī)在這處的傳動(dòng)，要求傳動(dòng)精度高，而傳動(dòng)速度不高，所以，選用滾子鏈。 已知，傳遞的功率為VI軸的輸入功率P=0.61 kw,兩個(gè)鏈輪轉(zhuǎn)速都為VI軸的轉(zhuǎn)速，n=n=120 r/min,啟動(dòng)時(shí)，有輕微的沖擊。 3.8.3 鏈及鏈輪的計(jì)算 1）確定鏈輪、 設(shè)鏈的速度V在0.6m/s~3m/s,取=17 則=i=17 2） 中心距、鏈節(jié)數(shù) 設(shè)=40P = 式3-24 =97 節(jié) 一般鏈節(jié)取偶數(shù)，所以，=98 節(jié)。 3） 計(jì)算功率 式3-25 查表取K=1.1 通過(guò)公式得K、: K==0.89 ==0.99 選用單排鏈， 所以，計(jì)算得： =0.76 kw 3.8.4 選取鏈條型號(hào)和鏈條節(jié)距P 通過(guò)功率=0.76 kw和轉(zhuǎn)速=120 r/min,選取08A型號(hào)的鏈條 查表得：P=12.70 mm 3.8.5 實(shí)際的中心距′ 通過(guò)公式計(jì)算： 式3-25 =514.35 mm 取′=514 mm 3.8.6 驗(yàn)算速度V 0.44 m/s<0.6 m/s 與所設(shè)不符，V<0.6 m/s,計(jì)算靜強(qiáng)度。 3.8.7 計(jì)算靜強(qiáng)度 公式 式3-26 取S=4，根據(jù)鏈條查得=13.8 KN。 查得=1.1 緊邊拉力 =F 式3-26 其中 2773 N =0.029 N 因?yàn)殒溳喌膬奢S水平布置，取=6， 所以 =6×0.6×9.8×0.514=18.13 N 所以 =F=2773+0.029+18.13=2791.2 N 所以 =4.49>S=4 即鏈條及鏈輪符合要求。 3.8.8 壓軸力 =，取=1.2 式3-27 ==1.2×2773=3327.6 N 3.9 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 通過(guò)茶葉自動(dòng)包裝機(jī)傳遞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們需要用到兩組相同的圓柱齒輪。下面，對(duì)其中一組齒輪，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。 傳遞功率即為Ⅰ軸的輸入功率，所以，P=0.61 kw,兩個(gè)齒輪軸向平行，水平放置，一個(gè)齒輪懸臂，另一個(gè)齒輪兩端采用軸承支撐。 3.9.1 選擇直齒圓柱齒輪的精度等級(jí)，以及材料和齒數(shù) 1） 精度等級(jí)的選擇 通過(guò)主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速120 r/min可知，齒輪的傳動(dòng)速度不是很高，所以，可以選擇精度等級(jí)為8級(jí)精度。 2）兩齒輪材料的選擇 兩齒輪選擇HT300，220HBS的硬度。 3） 齒數(shù)的選定 因?yàn)閭鲃?dòng)比為1，所以，選定兩齒輪==29 4） 齒數(shù)比 =1=i =0 3.9.2 設(shè)計(jì)計(jì)算 1）通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行估算，即 式3-28 2）確定數(shù)值 試選擇載荷系數(shù)K=1.5。 傳遞轉(zhuǎn)矩為 T=5.158×10 N·mm 通過(guò)查表，=0.8。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)計(jì)算 =60×120×1×16×360×5=2.074×10。 經(jīng)查得： =0.95 按照齒面硬度，可查得: =130 MPa 許用應(yīng)力 取S=1.4,由公式得： =88.21 MPa =88.21 MPa 查取、 由表查得： ==1.62 ==2.53 計(jì)算 式3-29 =0.0465，=0.0465 3) 計(jì)算 模數(shù)的試算 =2.72 mm 分度圓直徑 ==29×2.72=78.88 mm 圓周速度V的計(jì)算 =0.25 m/s 齒寬b =0.8×78.88=63.10 mm 齒寬齒高比 齒高： h==2.25×2.72=6.12 mm =10.31 載荷系數(shù) 通過(guò)查表，得=1.25 根據(jù)V