非標包裝機設計 摘 要 目前，世界各國對包裝機械發(fā)展十分重視，集機、電、氣、光、聲、磁為一體的高 新技術產品不斷涌現。生產高效率化、資源高利用化、產品節(jié)能化、高新技術實用化、 科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機械發(fā)展的趨勢。這也是我國包裝機械業(yè)的發(fā)展方 向。對于我國的包裝機械生產企業(yè)，并不是求大求全，而是求精求專。努力提高技術含 量，把產品做精、做細、做專、做強，靠技術進步來提升行業(yè)的發(fā)展。 食品包裝技術的應用及其創(chuàng)新，極大地推動著包裝機械的發(fā)展。應用與現代食品工 業(yè)的自動化包裝大多數以生產線的形式出現，集機、電、氣、液控制于一體，成套性強、 可靠性高。并且，以模塊化組合的形式出現，具備系列化、標準化、通用化的特點。此 外，越來越多采用的微機控制、模擬控制等高新技術，使包裝機械躍上一個新臺階。 課題利用 AutoCAD 設計軟件作為輔助設計工具。本課題設計思路：分析封袋的封裝 要求以及封袋總體尺寸確定包裝的總體工藝方案。包裝過程：筒形帶狀包裝袋由卷筒引 出，經光電檢測器再由牽引輥，經過紅外傳感器至吸盤位置。在吸盤位置由機械手夾具 夾緊，傳送給分度器連接的分度盤，進行開袋裝填。已充填包裝物的包裝袋左右整形輸 出，經輸送帶線縫機排出成品。傳動部分是：減速電機 1 驅動分度盤轉動；減速電機 2 驅動牽引機構運動；由于輸送帶的運動和轉盤的運動相一致，所以其采用的減速電機 3 和分度盤采用的電機一致；其他機構的驅動由氣源完成。 關鍵詞：包裝機；分度器；減速電機；機械手夾具；機械手指 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 目錄 1.緒論 .1 1.1 設計目的 .1 1.2 國內外研究現狀 .1 1.3 設計內容 .3 1.4 設計要求 .4 2.總體設計 .4 3.包裝機基礎部分設計 .6 3.1 輸送機構的設計 .6 3.1.1 概述 .6 3.1.2 帶的設計 .6 3.1.3 張緊裝置設計計算 .11 3.2 分度器的選型 .13 3.2.2 分度器選型 .14 3.3 分度器使用的電機的選型 .15 3.3.1 分度器使用的減速電機簡介 .15 3.3.2 減速電機的相關計算 .16 3.3 相關軸的設計 .17 3.3.1 軸的設計 .17 3.3.2 擬定軸上零件的裝配方案 .17 3.3.3 各軸段直徑和長度的確定 .17 3.5 輸送機構的傳動機構設計 .18 3.5.1 輸送機構的電動機的選擇 .18 3.5.2 輸送機構傳動部分 V 帶的設計 .20 4.取袋機構設計 .26 41 滾輪設計 .22 4.1.1 滾輪基本尺寸 .22 4.1.2 滾輪材料選擇 .23 4.2 剪刀機構的設計 .23 4.2.1 切斷機構選型 .23 4.2.2 剪刀機構的尺寸計算 .24 4.3 牽引機構設計 .24 4.3.1 牽引機構選型 .24 4.3.2 牽引機構設計及分析 .25 4.4 電動機選型及校核 .26 4.4.1 電動機選型及校核 .26 本章小結 .27 5.開袋機構設計（專題部分） .27 5.1 系統方案概要 .27 5.2 系統要求 .28 5.3 吸盤設計 .28 5.3.1 吸盤尺寸的計算 .28 5.1.2 吸頭的選型 .29 5.4 行程氣動夾具（氣動手指）選型 .30 5.4.1 氣動夾具介紹 .30 5.4.2.33 5.5 機械手夾具選型 .35 5.5.1 機械手夾具介紹 .35 5.5.2 機械手夾具的選型 .35 本章小結 .36 6.裝袋機構設計 .36 6.1 概述 .36 6.2 供送機構氣壓缸的選取 .37 6.3 推板式供送機構 .39 6.3.1 推送裝置 .39 6.3.2 氣缸行程及推程回程時間計算 .39 6.3.3 氣馬達的選取 .40 7.線縫機的選型 .42 7.1 線縫機的選型 .42 7.1.1 縫合方式選擇 .42 7.1.2 線縫機的選型設計 .43 總結 .45 結論與展望 .46 1.結論 .46 2.研究展望 .46 謝辭 .47 參考文獻 .48 附錄 A：畢業(yè)設計（論文）外文翻譯原文 .49 附錄 B：外文資料中文翻譯 .53 1.緒論 1.1 設計目的 食品包裝是指為在流通過程中保護食品，方便儲運，促進銷售，按一定技術方法而 采用容器、材料及輔助物等的總體名稱，也為達到上述目的而采用容器、材料和輔助物 的過程中施加一定技術方法的操作活動。食品包裝是生產的繼續(xù)，是實現食品價值和使 用價值并增加價值的一種手段，它對食品生產有著重大意義。食品包裝是食品生產的最 后一道工序，是商品的組成部分；它是食品進入流通領域的必要條件；它有利于食品的 衛(wèi)生；它能減少食品損耗，降低生產成本。食品包裝應主要考慮：食品的性質和特點； 食品的生產、流通與消費的社會性；合適的包裝材料與包裝機械。隨著食品生產與商品 流通的發(fā)展，食品包裝的形式日益繁多，按照食品包裝在商品流通中的作用進行分類， 它分為銷售包裝與運輸包裝兩類。銷售包裝（包括內包裝和中包裝）的主要目的是促進 商品的銷售，它除具有保護食品，方便流通基本功能外，還具有美化食品、宣傳食品， 促進銷售的功能。銷售包裝一般與充填、包封、灌裝、封口及貼標簽等機械聯系在一起。 保護食品，方便流通基本功能外，還具有美化食品、宣傳食品，促進銷售的功能。 銷售包裝一般與充填、包封、灌裝、封口及貼標簽等機械聯系在一起 1。 食品包裝技術的應用及其創(chuàng)新，極大地推動著包裝機械的發(fā)展。應用與現代食品工 業(yè)的自動化包裝大多數以生產線的形式出現，集機、電、氣、液控制于一體，成套性強、 可靠性高。并且，以模塊化組合的形式出現，具備系列化、標準化、通用化的特點。此 外，越來越多采用的微機控制、模擬控制等高新技術，使包裝機械躍上一個新臺階。 （1）通過設計，把有關課程（機構分析與綜合、機械原理、機械設計、液壓與氣動 技術、自動控制原理、測試技術、理論力學、常用電氣、可編程控制技術等）中獲得的 理論知識在實際中綜合地加以利用，使這些知識得到鞏固與發(fā)展，使理論知識與生活密 切地結合起來。因此，工業(yè)機器人設計是有關專業(yè)基礎和專業(yè)課后綜合性的專業(yè)課程設 計。 （2）自動打包機構設計是機械設計與制造專業(yè)和機械電子工程專業(yè)學生一次性比較 完整的機電一體化整體設計。通過設計，培養(yǎng)學生獨立的機械整機的分析能力，樹立正 確的設計思想，掌握機電一體化產品設計的基本方法和步驟，為自動化機械設計打下良 好的基礎。 （3）通過設計，熟練地應用有關參考資料，計算圖表、手冊、圖冊和規(guī)范，熟悉有 關國家標準，以完成一個工程技術人員在機械整體設計方面所必須具備的基本技能訓練。 培養(yǎng)學生獨立工作與分工合作完成大型設計的能力。 （4）本次設計的具體要求：進行相關的機械、檢測以及自動控制等方面的理論與技 術研究，開發(fā)基于機電一體化的高效、簡易、價廉的方便面塊包裝的自動包裝機。 1.2 國內外研究現狀 目前，世界各國對包裝機械發(fā)展十分重視，集機、電、氣、光、聲、磁為一體的高 新技術產品不斷涌現。生產高效率化、資源高利用化、產品節(jié)能化、高新技術實用化、 科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機械發(fā)展的趨勢。這也是我國包裝機械業(yè)的發(fā)展方 向。對于我國的包裝機械生產企業(yè)，并不是求大求全，而是求精求專。努力提高技術含 量，把產品做精、做細、做專、做強，靠技術進步來提升行業(yè)的發(fā)展。 國外鋼帶氣動打包機的發(fā)展：60 年代，出現了分離式鋼帶氣動打包機，即一臺拉緊 機和一臺鎖扣機配套使用，以代替手動鋼帶打包機，到了 70 年代人工控制的集拉緊、鎖 扣、切斷等打包動作與一體的聯動式鋼帶氣動打包機進入市場，該機操作時比起分離式 要方便得多，而且效率提高 50%以上，既可手提進行單件打包，又可懸掛用于生產流水線 上作業(yè)，比起分離式只能手提使用優(yōu)越得多，這種機器在西方發(fā)達國家尤其是德國、英 國、日本發(fā)展很快，形成了多類型、多用途、多規(guī)格的系列化產品，應用于生產線流水 線上不再需要人工操作，全部由電子計算機進行控制，是目前上最先進的機型，現在國 外的發(fā)展方向就是這種臺式全自動鋼帶氣動打包機和流動性很強的聯動式輕型鋼帶氣動 打包機。這些聯動式輕型鋼帶氣動打包機的傳動機構絕大多數是螺旋傘齒輪機構，它比 渦輪傳動效率高，而且重量輕，其使用鋼帶的果個已趨向各種寬度的鋼帶，能一機多規(guī) 格鋼帶操作。 隨著市場經濟的發(fā)展，包裝工業(yè)在國民經濟中所占的比重和作用也越來越大。我國 成功加入 WTO 后，全球經濟貿易一體化進程的發(fā)展促使商品流通領域的競爭更加激烈， 人們在追求商品內在質量的同時，對商品包裝的要求也越來越高。20 世紀 80 年代后，我 國的包裝機械的生產和設計取得了巨大的發(fā)展，大量填補國內空白的包裝機械問世，品 種規(guī)格不斷增加，同時出現了很多包裝機械的生產企業(yè)，許多研究機構著手研究包裝機 械，高等院校也紛紛設立了包裝工程專業(yè)，從而形成了一個獨立的的包裝機械行業(yè)。進 入 21 世紀，包裝機械除繼續(xù)增加新品種外，在產品的技術水平、內在質量和性能等方面 都有了很大進步，這一切都與包裝機械的設計有著密切的聯系。 國外打包機正向全自動、高級化和多樣化方向發(fā)展。 （1）全自動化 提高單機的自動化程度是包裝物從輸送輥道送入后，打包機能自動 定位、自動捆扎、自動轉位、以進行十字型、井字型捆扎，采用微機控制，以實現無人 操作的自動打包生產線。 （2）高級化 提高打包機打包速度；研制捆扎力可隨機調節(jié)的打包機；提高自動打 包機的適應性（如帶寬、打包規(guī)格、工作臺高、打包能力等） 。 （3）多樣化 研制各種用途的打包機，如研制代替鋼帶的重型帶、聚酯帶。開發(fā)不 同的捆扎帶以適應不同打包機的要求并滿足不同用戶的需要。 我國鋼帶氣動打包機的現狀和技術差距：80 年代前鋼帶氣動打包機在國內還是空白， 需要完全依賴進口，70 年代末國內研制出第一臺鋼帶氣動打包機，但由于我國工藝技術 落后，與國外產品相比還存在許多差距，這下差距是： （1）易損零件壽命短：日本產品壽命（每天工作八小時）可使用二年，而我國的同 類產品最多只能使用六個月。 （2）產品性能差：耗能大，取得拉緊的效率卻小。 （3）打包速度慢：國產設備與進口設備相比，每次打包速度平均慢 10 秒以上。 （4）制造水平低：國外產品結構合理，加工制造精良，表面處理質量好，而國內產 品由于材質差、熱處理水平低、加工機床精度等原因，致使國產設備無法與國外同類產 品相比。 綜述，我國的打包機技術及其工程應用的水平與國外相比還有一定的距離。打包機 應用工程起步較晚，應用領域窄，生產線系統技術與國外比有差距；以上原因主要是缺 乏宏觀調控、缺乏資金投入以及缺乏專業(yè)技術人員，發(fā)展我國氣動打包機要重視高新技 術的引入和應用、增強打包機的開發(fā)能力、開發(fā)與氣動式打包機配套的輔助裝置以及提 高打包機的系列化、標準化、通用化、加強對熱處理和材質的研究開發(fā)，積極推進產業(yè) 化進程。 現階段仍存在很多問題，現狀仍不容樂觀，我國食品及食品包裝機械從 80 年代初開 始引進，到目前所引進的設備中，約有 40%屬國內不能供應的，40%是國內己批量生產不 靠進口的，20%是可以替代進口的。綜合分析看，國內食品及食品包裝機械需求市場約 30%的保有量被國外設備所占領。此外國內有很多的產品急需提高技術含量和水平，所以 開拓國內外市場的潛力很大。為了改變現階段的食品及食品包裝機械發(fā)展遠遠滿足不了 食品工業(yè)高速發(fā)展的現況，從根本上改變制約食品工業(yè)發(fā)展的機械水平大量依賴于從國 外進口以及出口低的狀況，一條有效的解決途徑就是采取措施對國內空白的進口設備抓 緊消化吸收并國產化，通過發(fā)展國內自己的技術和產品來制約進口。 技術引進是促進一個國家經濟高速增長的戰(zhàn)略措施。但要取得最佳技術和經濟效益， 除了引進技術外還要對其進行深入的研究，這就需要應用反求工程消化創(chuàng)新和開發(fā)出先 進產品，形成自己的技術體系。 1.3設計內容 包 裝 過 程 包 括 充 填 、 裹 包 、 封 口 等 主 要 工 序 ， 以 及 與 其 相 關 的 前 后 工 序 ， 如 清 洗 、 堆 碼 和 拆 卸 等 。 此 外 ， 包 裝 還 包 括 計 量 或 在 包 裝 件 上 蓋 印 等 工 序 。 使 用 機 械 包 裝 產 品 可 提 高 生 產 率 ， 減 輕 勞 動 強 度 ， 適 應 大 規(guī) 模 生 產 的 需 要 ， 并 滿 足 清 潔 衛(wèi) 生 的 要 求 。 成 型 -充 填 -封 口 包 裝 機 是 一 種 多 功 能 的 包 裝 機 。 物 料 進 入 包 裝 機 的 頂 部 后 ， 計 量 部 分 將 定 好 數 量 的 產 品 依 次 送 入 物 料 通 道 。 卷 筒 包 裝 材 料 在 通 過 物 料 通 道 的 外 壁 時 ， 被 成 形 器 卷 繞 成 筒 狀 ， 縱 封 器 將 其 縱 向 縫 焊 封 牢 固 。 橫 封 器 完 成 包 裝 袋 的 頂 封 和 下 一 個 袋 子 的 底 封 ， 成 為 兩 道 焊 縫 。 由 于 下 料 通 道 被 包 裝 袋 裹 住 ， 底 封 封 焊 后 就 可 直 接 向 袋 內 下 料 ， 隨 之 移 動 一 個 工 位 完 成 頂 封 封 口 ， 并 用 切 刀 切 斷 ， 完 成 包 裝 工 序 。 卷 筒 包 裝 材 料 有 單 層 的 和 復 合 的 。 單 層 的 如 防 潮 玻 璃 紙 、 聚 乙 烯 、 聚 丙 烯 、 高 密 度 聚 乙 烯 ， 復 合 的 如 拉 伸 聚 丙 烯 聚 乙 烯 、 聚 乙 烯 玻 璃 紙 鋁 箔 。 此 外 還 有 可 熱 封 的 材 料 等 。 包 裝 封 口 型 式 有 枕 式 封 口 、 三 邊 封 口 和 四 邊 封 口 等 。 裝 盒 機 用 于 產 品 銷 售 的 包 裝 。 包 裝 機 械 有 多 種 分 類 方 法 。 按 功 能 可 分 為 單 功 能 包 裝 機 和 多 功 能 包 裝 機 ； 按 使 用 目 的 可 分 為 內 包 裝 機 和 外 包 裝 機 ； 按 包 裝 品 種 又 可 分 為 專 用 包 裝 機 和 通 用 包 裝 機 ； 按 自 動 化 水 平 分 為 半 自 動 機 和 全 自 動 機 等 。 本 課 題 需 要 包 裝 的 物 體 是 方 便 面 塊 ， 包 裝 材 料 是 蛇 皮 袋 。 而 且 要 進 行 的 是 全 自 動 包 裝 ， 所 以 選 用 的 包 裝 袋 是 筒 形 的 單 邊 通 的 料 袋 。 本課題設計思路：分析封袋的封裝要求以及封袋總體尺寸確定包裝的總體工藝方案。 包裝過程：筒形帶狀包裝袋由卷筒引出，經光電檢測器再由牽引輥，經過紅外傳感器至 吸盤位置。在吸盤位置由機械手夾具夾緊，傳送給分度器連接的分度盤，進行開袋裝填。 已充填包裝物的包裝袋左右整形輸出，經輸送帶線縫機排出成品。傳動部分是：減速電 機 1 驅動分度盤轉動；減速電機 2 驅動牽引機構運動；由于輸送帶的運動和轉盤的運動 相一致，所以其采用的減速電機 3 和分度盤采用的電機一致；其他機構的驅動由氣源完 成。 工藝方案確定后，根據料袋的大小及方便面塊的尺寸來確定各個部分的尺寸，保證 各個部件之間工作連續(xù)可靠，包裝機總體結構的緊湊。為保證封袋兩側大小相等，故在 機構中有成形器和牽引棍。為保證包裝紙的運動速度與線縫速度的同步，故用光電傳感 器對其進行檢測并用減速電機加分度器動作使之運動或制動停止達到目的。為了避免包 裝過程中得到的袋長誤差，故有電磁制動的牽引機構可以對得到的袋長加以調整。 本課題需要解決的問題主要有:根據包裝袋的形狀、尺寸、袋內方便面塊的體積、封 邊方式的要求完成包裝袋封口位置、裝料位置及計量裝置形式的選擇；卷筒、牽引棍、 分度轉盤、輸送帶等部件先后位置的確定;吸盤設計及氣夾設計選型；推進氣缸的選型及 設計；輸送帶的設計等。 方便面塊是塊狀食品，包裝速度為 1 袋/5s，包裝膜為蛇皮袋卷。咖啡粉包裝機由充 填裝置、封口裝置、牽引裝置、動力機構組成。各個裝置之間通過一定的傳動關系聯系 在一起，協調的工作。本設計的重點是在完成包裝機總體設計的基礎上完成牽引裝置的 具體設計和輸送機構的結構設計。本包裝機為食品專用，其料盤上的主要零件均為自行 設計加工。設計時盡量使用標準件和通用件，非標準件設計尺寸是取整，以便縮短設計 周期，降低加工難度，提高經濟效益。所設計的包裝機為企業(yè)的生產提供參考。 本課題的設計意義及價值：所設計的設備應能滿足方便面塊包裝要求，保證包裝袋 對正，便于調整，結構簡單、運轉平穩(wěn)，工作可靠，便于維修。 1.4 設計要求 （1） 工作可靠，無沖擊； （2） 布局合理，維護操作方便； （3） 滿足定位精度要求； （4） 結構簡單，高效、價廉； （5） 符合國家關于食品生產設備相關規(guī)定。 2.總體設計 本課題設計思路：分析封袋的封裝要求以及封袋總體尺寸確定包裝的總體工藝方案。 包裝過程：筒形帶狀包裝袋由卷筒引出，經光電檢測器再由牽引輥，經過紅外傳感器至 吸盤位置。在吸盤位置由機械手夾具夾緊，傳送給分度器連接的分度盤，進行開袋裝填。 已充填包裝物的包裝袋左右整形輸出，經輸送帶線縫機排出成品。傳動部分是：減速電 機 1 驅動分度盤轉動；減速電機 2 驅動牽引機構運動；由于輸送帶的運動和轉盤的運動 相一致，所以其采用的減速電機 3 和分度盤采用的電機一致；其他機構的驅動由氣源完 成。 工藝方案確定后，根據料袋的大小及方便面塊的尺寸來確定各個部分的尺寸，保證 各個部件之間工作連續(xù)可靠，包裝機總體結構的緊湊。為保證封袋兩側大小相等，故在 機構中有成形器和牽引棍。為保證包裝紙的運動速度與線縫速度的同步，故用光電傳感 器對其進行檢測并用減速電機加分度器動作使之運動或制動停止達到目的。為了避免包 裝過程中得到的袋長誤差，故有電磁制動的牽引機構可以對得到的袋長加以調整。 本課題需要解決的問題主要有:根據包裝袋的形狀、尺寸、袋內方便面塊的體積、封 邊方式的要求完成包裝袋封口位置、裝料位置及計量裝置形式的選擇；卷筒、牽引棍、 分度轉盤、輸送帶等部件先后位置的確定;吸盤設計及氣夾設計選型；推進氣缸的選型及 設計；輸送帶的設計等。 方便面塊是塊狀食品，包裝速度為 1 袋/5s，包裝料袋為蛇皮袋卷。方便面塊包裝機 由充填裝置、封口裝置、牽引裝置、動力機構組成。各個裝置之間通過一定的傳動關系 聯系在一起，協調的工作。本設計的重點是在完成包裝機總體設計的基礎上完成牽引裝 置的具體設計和輸送機構，充填機構的結構設計。本包裝機為食品專用，其料盤上的主 要零件均為標準的零件加常用件。設計時盡量使用標準件和通用件，非標準件設計尺寸 是取整，以便縮短設計周期，降低加工難度，提高經濟效益。所設計的包裝機為企業(yè)的 生產提供參考。 而且必須滿足以下的設計要求: 1.工作可靠，無沖擊； 2.布局合理，維護操作方便； 3.滿足定位精度要求； 4.結構簡單，高效、價廉。 自動包裝機的設計參數 打包對象：五塊面塊一起包裝，面塊規(guī)格：12012025mm，總的包裝體體積： 120120125mm 位置檢測：用行程開關、紅外傳感器等等 驅動方式：氣壓驅動、電機驅動 包裝材料：蛇皮袋 包裝機工作過程和循環(huán)過程: 1)主要工作過程： 本機工作的基本原理和機構分析，料袋選擇是一捆一捆的單邊縫口的。所以在必須應 該有的幾個基本過程,取袋過程、開袋過程、充填過程、線縫過程。 （a）取料袋過程，牽引機構通過滾輪將料袋送到機械手夾具位置，這個過程是通過 滾輪和料袋之間的摩擦力進行的，料袋到達機械手夾具位置，吸盤打開從而拉開料袋， 夾具夾緊后吸盤氣門關閉，剪刀機構開始動作，料袋剪斷后進入一個工位。 （b）開袋過程，主要動作是氣動手指的動作進行料袋的張開，張開的距離是料袋寬 度的一半，機械手夾具在充填過程完成后松開，氣動手指回位。 （c）充填過程:充填動作是由氣缸進行，位置控制靠行程開關達到。 （d）線縫機構：采用的普通的線縫機進行縫口動作，位置靠紅外傳感器控制，線進 行單邊縫口。 循環(huán)過程 自動包裝機的開袋機構有 3 個工位同時工作。自動包裝機啟動后檢測氣壓、料袋安 裝是否正常，檢測到料袋到達紅外傳感器位置，電磁制動器啟動，吸頭的氣門打開，隨 即機械手夾具動作夾緊料袋，然后剪刀機構動作對料袋機械剪斷。料袋剪斷后進入下一 個工位，該工位是對料袋進行張開。料袋張開后進到第三工位，該工位在氣缸完成推進 和退出動作后，機械手夾具松開，轉盤轉動。在轉讓轉到第一工位的時間內完成，氣動 手指的回位動作。 在轉盤進行上述動作的同時，運進面塊的輸送帶運進面塊，在裝填平臺完成裝填動 作后，輸出面塊的輸送帶運送面塊到達線縫位置，線縫完成后，循環(huán)結束進入下一個循 環(huán)。 自動包裝機的組成： 1）取袋機構 取袋機構主要有牽引機構和剪斷機構組成。牽引機構主要是由 4 組滾輪組成，兩組 驅動滾輪，兩組定位滾輪，滾輪上面包裹著食用橡膠增加摩擦力，牽引機構牽引料袋運 行的長度是 390mm，牽引機構利用電磁制動對料袋的長度進行控制。剪斷機構是利用冷切 機構進行，采用的是剪刀機構進行剪斷，剪斷的驅動力是氣缸控制。 2）開袋機構 開袋機構主要組成部分：吸盤，氣動手指，機械手夾具。開袋機構主要的零件安裝 在分度器連接的轉盤上，吸盤上安裝吸頭，吸頭的控制通過氣門的開閉進行。機械手夾 具和氣動手指都是常用的零件只進行選型。轉盤的驅動由減速電機驅動的分度器完成， 分度器的工位是 3 個，分度時間為 1s，停止時間為 4s。本部分機構完成的動作有吸袋、 夾袋、開袋，松袋，部分零件有紅外傳感器、氣動手指、機械手夾具、安裝吸盤和機械 手夾具的導桿、相關的繼電器。該機構采用分度器來進行工位的劃分，分度器連接大型 轉盤，轉盤安裝所需要的零件以完成下列動作。該機構采用 3 個工位工作：第一工位料 袋經過紅外傳感器后，打開吸盤氣夾，吸盤開始工作袋口張開，夾具夾緊料袋，吸盤停 止工作；第二工位夾緊的料袋，由于氣動手指的工作使袋口張開到 145mm145mm 大??； 第三工位使料袋到達水平面上，在氣缸完成充填過程后，松開袋口；在氣夾松開袋子回 到第一工位的過程中間完成行程氣夾回復原位。主體結構是在轉盤上安裝選好型的行程 氣夾，行程氣夾連接導桿以滿足機械手夾具和吸盤的安裝。 3）裝填機構 裝袋機構裝置用于大中型塊狀物品的供送，基本工作要求是能適當控制被送物件的路線、 排列、間距。狀態(tài)和速度等。作為多工位傳送系統中的組成部分，也可與其他機構相配合組成 包裝主機。 常見的塊體物料供送裝置類型有：鏈帶式、推板式、動梁式。撥輪式和螺桿式等。這里采 用推板式供送裝置。 推板式供送裝置利用推板的間歇往返運動實現間歇式送料，在推板驅動裝置安裝氣缸機構 實現推板間歇往返運動。在設計的過程中工位的工作時間和停止時間需要進行合理安排，在初 步計算時對每個工位停止時間設計的時間是 4s，為確保推板準確的把面塊裝進袋中，須準確控 制氣缸的行程及推進返回的時間。 4）縫口機構 充 填 有 包 裝 物 的 容 器 進 行 封 口 的 機 械 ， 在 產 品 裝 入 包 裝 容 器 后 ， 為 了 使 產 品 得 以 密 封 保 存 ， 保 持 產 品 質 量 ， 避 免 產 品 流 失 ， 需 要 對 包 裝 容 器 進 行 封 口 ， 這 種 操 作 是 在 封 口 機 上 完 成 。 由 于 本 包 裝 機 采 用 的 是 蛇 皮 袋 作 為 包 裝 材 料 ， 所 以 必 須 采 用 冷 封 。 用 的普通的線縫機進行縫口動作，位置靠紅外傳感器控制，線進行單邊縫口。 5)輸送帶 輸送帶有兩根，一根是輸進面塊的輸送帶，另外一根是輸出面塊的輸送帶。輸進面 塊的帶寬為 150mm，輸出面塊的帶寬為 210mm。電機選用減速電機，通過 V 帶和輸送帶連 接。減速電機的設計在機械傳動行業(yè)設計是相當成熟的，傳動比由于幾到幾千甚至幾萬， 轉速由 0.07r/min 到幾百幾千，功率由 0.12kw 到幾十幾百，所以市場上的減速電機完全 能達到包裝機設計的要求。 3.包裝機基礎部分設計 3.1輸送機構的設計 3.1.1概述 傳送機構是生產線中不可缺少的組成部分。因為有了輸送機構，才能把各生產單機、 生產工序、生產工位有機的連接起來，避免了人力搬運過程中的占時、占地和工件的磨 損，達到省時、省力、保證產品質量的目的，使生產效率大大的提高。所以，輸送裝置 在生產線中得到了廣泛的應用。 在自動生產線中，大多數的裝置以電機為動力，按輸送的物料方式分為連續(xù)輸送和 間歇輸送兩種裝置，本設計要求在自動化生產線輸送的過程中要在工位處加工，所以本 設計采用間歇輸送裝置。輸送裝置的形式有帶輸送和鏈輸送兩種，借助于輸送帶的運動 將物料從一個工位送到另一個工位的裝置稱為帶輸送，帶輸送除了具有連續(xù)輸送裝置的 優(yōu)點外，還具有適應多種物料輸送的特點，此外，帶輸送裝置結構簡單，制作經濟，維 修方便，輸送平穩(wěn)，因此，帶輸送裝置被廣泛的應用于自動生產線上。本章將對傳輸帶 系統的傳動系統，支承托輥，張緊裝置進行設計計算。減速電機的選擇和分度器的選型 不在節(jié)闡述。下圖是分度器驅動的輸送帶的一個雛形，在本包裝機使用的帶是食用塑料。 本裝置的運動是由減速電機帶動分度器，分度器驅動帶的運動。帶的運動是間隙運動的 每 5s 運動 1s，停止 4s,分度器的角速度是 r/s。32 3.1.2帶的設計 帶型的選擇 先選擇輸出方便面塊的輸送帶，然后再計算輸進方便面塊的輸送帶。 根據工件狀況：實驗室所需，環(huán)境安全，無腐蝕，運行平穩(wěn)，初選擇：膠帆布平帶 （由數層掛帆布粘合而成，有開邊式和包邊式） 其性能特點：抗拉強度大，耐濕性好、價廉，耐熱，耐油性能差，開邊式較柔軟， 30 m/s p500kw,I minF =92.71+39.98=132.69(N)1388.736F =58.0+.2159.8(47+.05) 則：取 ?？傻梅€(wěn)定運行工況下：2Wmax2.69.12.896()VFW 輸送帶層數的計算: 3 (3.12)1maxnB 式中： 為穩(wěn)定工況下輸送帶最大張力 N1maxF n 為穩(wěn)定工況下輸送帶靜安全系數 為輸送帶縱向拉斷強度.n/(mm 層.)見表: =150N/mm 層) B 為帶寬， B=210mm，帶長 C=936mm 按參考文獻表 2-16 取最小值符合設計要求。 輸進面塊的帶寬是 150mm，其它尺寸一樣。 3.1.3張緊裝置設計計算 張緊裝置的作用是使輸送帶具有足夠的除張力，以使輸送帶與驅動滾筒間能夠產生 必要的摩擦力，并補償輸送帶在工作過程中的伸長，從而限制輸送帶在個支承間的垂度， 保證輸送裝置的正常工作。常見的張緊裝置有張緊輪式、螺桿式、墜重式及氣液缸等多 種形式。本次設計采用墜重式張緊裝置，結構簡單、價格低廉、安裝維護方便，且能自 動的補償由于溫度變化、輸送帶的伸長等因素對張緊力的影響，保證張力的恒定。 由參考文獻有關計算公式： (3.13)1112.()VBVBFGIqfLnqHge 式中 為回程分支托輥每米長旋轉部分質量 kg/mRVq14.78.6/3RVunqkgma148.2(.05.)2159G =2.16.3+3.1215=19.785(KG) 則拉緊力為 19.785 9.8=193.09(N) 配件的校核 （1）托輥校核： 1）靜載荷滾筒校核： 由前面的帶傳動功率計算數據，查參考文獻,靜載時棍子載荷： 0 ()mBIpeaqgV =e g u 式中： 承載分支托輥靜載荷 N;0P 回程分支托輥靜載荷 N;up 為承載分支托輥間距 m; 0a 回程分支托輥間距 m;u e為輥子載荷系數由參考文獻表 2-35 查得； 帶速 m./s; v 每米長輸送帶質量 kg/m ; Bq 輸送能力 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 承載分支： 0.126(8.05)9.1.08()p N 回程分支： 由參考文獻表 2-73 輥子承載能力：上下托輥 D=210mm，L 210mm，所用支承軸承 3G203，承載能力 1070N 均能滿足傳動要求。 2）動載校核： 滾筒轉動時，滾筒載荷： 0suapf 式中： 承載分支托輥動載 N； 0p 回程分支托輥動載荷 N；u 運行系數由表 2-36，每天運行 916 小時， 1.1sf sf 沖擊系數見表：2-37 ；暢料長度 150300mm.帶速 v 2m/s; =1.20;d df 工況系數見表：2-38 ；正常工作和維護條件 =1；af af 將數據代入公式得： 承載分支： 01.98.1246.5107pN 回程分支： 所以所選托輥及滾筒均能滿足設計要求。 （2）傳動滾筒校核 傳動滾筒平均表面壓強：傳動滾筒平均表面壓強不得超過其最大的允許值,滾筒 直徑的計算公式為: D= UFB 式中： 為滾筒表面壓強 Mpa；B帶寬 mm;為圓包角。 UF為圓周力 N；代入個數 值計算得： D300mm 所以初選適合。 3.2分度器的選型 3.2.1分度器介紹 凸 輪 分 度 器 在 工 程 上 也 叫 做 凸 輪 分 割 器 ， 它 是 一 種 高 精 度 的 回 轉 裝 置 。 它 的 機 械 結 構 ： 一 根 由 電 機 驅 動 的 輸 入 軸 ， 凸 輪 副 ， 輸 出 軸 或 法 蘭 盤 。 用 于 安 裝 工 件 及 定 位 夾 具 等 負 載 的 轉 盤 就 安 裝 在 輸 出 軸 上 。 凸 輪 分 度 器 在 結 構 上 屬 于 一 種 空 間 凸 輪 轉 位 機 構 ， 在 各 類 自 動 機 械 中 主 要 實 現 了 以 下 功 能 ： l 圓 周 方 向 上 的 間 歇 輸 送 l 直 線 方 向 上 的 簡 寫 輸 送 l 擺 動 驅 動 機 械 手 圖 3-2 平 臺 式 分 度 器 凸 輪 分 度 器 是 依 靠 凸 輪 與 滾 針 之 間 的 無 間 隙 配 合 ， 并 沿 著 既 定 的 凸 輪 曲 線 進 行 重 復 傳 遞 動 作 的 裝 置 。 它 輸 入 連 續(xù) 旋 轉 驅 動 ， 輸 出 間 歇 旋 轉 ， 或 擺 動 、 提 升 等 動 作 。 主 要 用 于 自 動 化 加 工 、 組 裝 、 檢 測 等 設 備 上 面 。 凸輪分度器，又稱凸輪分割器，1926 年，美國機械師福克森（FERGUSON）于 1926 年 生產出第一臺凸輪分割器,凸輪分割器又稱?？松Ｋ饕只∶嫱馆喓推矫嫱馆?，原理 不同： 1.弧面凸輪 弧面凸輪分度器是輸入軸上的弧面共軛凸輪與輸出軸上的分度輪無間隙垂直嚙合的 傳動裝置?；∶嫱馆嗇喞娴那€段驅使分度輪轉位，直線段使分度輪靜止，并定位自 鎖。通過該機構將連續(xù)的輸入運動轉化為間歇式的輸出運動。 2.平面凸輪 平面凸輪分度器是輸入軸上的平面共軛凸輪與輸出軸上的分度輪無間隙平行嚙合的 傳動裝置。平面凸輪輪廓面的曲線段驅使分度輪轉位，直線段使分度輪靜止，并定位自 鎖。通過該機構將連續(xù)的輸入運動轉化為間歇式的輸出運動。 由 于 凸 輪 分 度 器 為 純 機 械 傳 動 ， 并 工 作 在 全 密 封 的 油 箱 中 ， 所 以 它 具 有 高 精 度 、 高 壽 命 、 高 可 靠 的 傳 動 特 點 。 世 界 上 知 名 的 凸 輪 分 度 器 生 產 廠 家 有 CDS(意 大 利 ） 、 CAMCO（ 美 國 ） 、 三 共 （ 日 本 SANDEX） 、 CKD（ 日 本 ） 等 。 3.2.2 分 度 器 選 型 分 度 器 選 擇 要 注 意 幾 個 關 鍵 問 題 ： 停 止 工 位 數 、 每 個 工 位 停 止 時 間 、 每 個 工 位 分 度 時 間 、 設 計 轉 速 、 工 作 臺 直 徑 、 工 作 臺 重 量 、 夾 具 數 量 。 停 止 工 位 數 ， 按 照 開 袋 的 工 位 是 3 個 ； 每個工位的時間是 t=5s，停止時間 =3s，每個工位分度時間 =1s；1t 2t 設 計 轉 速 是 w= r/s；32 工 作 臺 直 徑 D=600mm。 圖 3-3 分度器尺寸簡圖 表 3-1 分度器選型表 分 度 器 選 擇 日 本 三 共 的 分 度 器 18DT， 工 位 數 設 置 為 3 個 ， 輸 出 轉 速 W= r/s。32 3.3分度器使用的電機的選型 3.3.1分度器使用的減速電機簡介 分 度 器 將 采 用 的設計在機械傳動行業(yè)設計是相當成熟的，傳動比由于幾到幾千甚至幾 萬，轉速由 0.07r/min 到幾百幾千，功率由 0.12kw 到幾十幾百，所以市場上的減速電機 完全能達到包裝機設計的要求。采用減速電機的另外好處是不需要對傳動部分進行設計， 節(jié)省設計時間，減少工作量。 減 速 電 機 是 指 減 速 機 (馬 達 )的 集 成 體 。 這 種 集 成 體 通 常 也 可 稱 為 齒 輪 馬 達 機 。 通 常 由 專 業(yè) 的 減 速 機 生 產 廠 進 行 集 成 組 裝 好 后 成 套 供 貨 。 減 速 電 機 廣 泛 應 用 于 鋼 鐵 行 業(yè) 、 機 械 行 業(yè) 等 。 使 用 減 速 電 機 的 優(yōu) 點 是 簡 化 設 計 、 節(jié) 省 空 間 。 減 速 電 機 優(yōu) 點 ： 1、 減 速 電 機 結 合 國 際 技 術 要 求 制 造 ,具 有 很 高 的 科 技 含 量 。 2、 節(jié) 省 空 間 ,可 靠 耐 用 ,承 受 過 載 能 力 高 ,功 率 可 達 95KW 以 上 。 3、 能 耗 低 ,性 能 優(yōu) 越 ,減 速 機 效 率 高 達 95%以 上 。 3、 振 動 小 ,噪 音 低 ,節(jié) 能 高 ,選 用 優(yōu) 質 段 鋼 材 料 ,鋼 性 鑄 鐵 箱 體 ,齒 輪 表 面 經 過 高 頻 熱 處 理 。 5、 經 過 精 密 加 工 ,確 保 定 位 精 度 ,這 一 切 構 成 了 齒 輪 傳 動 總 成 的 齒 輪 減 速 電 機 配 置 了 各 類 電 機 ,形 成 了 機 電 一 體 化 ,完 全 保 證 了 產 品 使 用 質 量 特 征 。 6、 產 品 才 用 了 系 列 化 、 模 塊 化 的 設 計 思 想 ,有 廣 泛 的 適 應 性 ,本 系 列 產 品 有 極 其 多 的 電 機 組 合 、 安 裝 位 置 和 結 構 方 案 ,可 按 實 際 需 要 選 擇 任 意 轉 速 和 各 種 結 構 形 式 。 減 速 電 機 分 類 ： 1、 大 功 率 齒 輪 減 速 電 機 2、 同 軸 式 斜 齒 輪 減 速 電 機 3、 平 行 軸 斜 齒 輪 減 速 電 機 3、 螺 旋 錐 齒 輪 減 速 電 機 5、 YCJ 系 列 齒 輪 減 速 電 機 減 速 電 機 廣 泛 應 用 于 冶 金 、 礦 山 、 起 重 、 運 輸 、 水 泥 、 建 筑 、 化 工 、 紡 織 、 印 染 、 制 藥 等 各 種 通 用 機 械 設 備 的 減 速 傳 動 機 構 。 一 些 減 速 電 機 的 著 名 品 牌 ： 1、 日 本 東 方 2、 日 本 松 下 3、 臺 灣 仲 益 3、 日 本 椿 本 （ Tsubaki） 5、 韓 國 三 洋 （ SYAMYANG) 6、 韓 國 SPG 7、 韓 國 MNI 8、 德 國 SEW 9、 德 國 弗 蘭 德 10、 日 本 住 友 減 速 電 機 行 業(yè) 標 準 ： 1、 JB-T6337-92 YCJR 齒 輪 減 速 三 相 異 步 電 動 機 2、 Q/ZTB03-2000 S 系 列 斜 齒 -蝸 桿 減 速 電 機 3.3.2減速電機的相關計算 F 系列減速機，結合國際技術要求制造，具有很高的科技含量，節(jié)省空間，可靠耐用， 承受過載能力高，功率可 90KW 一上，能耗低，性能優(yōu)越，減速機效高達 95%以上，振動 小嗓音低，節(jié)能高，選用優(yōu)質鍛鋼材料，鋼性鑄鐵箱體，齒輪表面經過高頻熱處理，經 過精密加工，確保軸平行度和定位的精度，這一切構成了齒輪傳動總成的減速機配置了 各種類電極，形成了電極一體化，完全保證了產品使用質量特性. 由于分度器上已經有軸連出來，所以減速電機將要采用 FAF 系列的。選型表如下: 表 3-2 減速電機選型表 輸出轉速 r/min 輸出轉矩 Nm 傳動比 i 機型號 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 選型計算功率 P=FV=2.2kw,轉速 W=60 r/min=30 r/min。所以選型結果是上海頂32 益?zhèn)鲃訖C械 FAF 系列 2.5kw 功率電機系列里的轉速是 30 r/min 的減速電機。 3.3相關軸的設計 3.3.1軸的設計 軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下的 因素：軸在機器中的安裝位置及其形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數量以及和軸 聯接的方法；載荷的性質、大小、方向及其分布情況；軸的加工工藝等。 3.3.2擬定軸上零件的裝配方案 擬定軸上零件的裝配方案是預定出軸上主要零件的裝配方向、順序和相互關 系。在這里我們以為例說明裝配方案的選取，裝配方案是： 先在軸上安裝鍵，安裝完畢后安裝轉盤，接下來安裝支撐軸承，在軸兩端安裝軸套 和軸承以及端蓋。這里分析的是這根軸上的最好的裝配方案。 零件的軸向定位主要是采用軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和軸套定位相結合的 方式來實現軸向定位。周向定位的目的是限制軸上的零件與軸發(fā)生相對轉動，本軸主要 采用鍵和過盈配合來實現周向定位。 3.3.3各軸段直徑和長度的確定 按照所求的軸的扭矩初步估算軸所需要的直徑，將初步估算的直徑作為承受扭矩最 小軸段的最小直徑 dmm，然后根據軸上零件的裝配方案和定位要求，從 dmim 處起逐一確 定個軸段的直徑(一般為大 58mm)。由公式: mnpAd250min 考慮到其上開有鍵槽可適當增大軸徑，故本例中取和圓錐齒輪相配合的軸段的直徑 作為，圓整后即 dmin=30mm 作為最小軸徑。選取軸的材料為 35 鋼，并且調質處理。 1、軸的強度校核： 結合設計圖中處的截面軸徑大小，可以計算出危險截面位于截面附近(位于截面右端)， 這樣將截面當作危險截面計算，其誤差非常小，可以忽略?，F校核截面。 軸的彎扭合成強度條件為： 1 22224WaTMaTWca 其中 aca MP602.76.35810702. 424 由于前已經選定軸的材料是 35 鋼，調質處理，查表可得 ；符合彎扭強度。1 2、軸的剛度校核 (1) 軸的完全剛度校核計算： 進行軸的彎曲剛度和扭轉剛度的校核，軸的彎曲剛度條件為： 撓度 y 偏轉角 由于此軸為安裝齒輪的軸，所以其允許的撓度為 ，03.1.y ；由于軸端安裝有圓錐滾子軸承，可以知道其允許的偏09.3.0.1.nm 轉角度 ；由材料力學計算撓度和偏轉角的公式進行計算可知，此設計符合彎6. 曲剛度要求。 (2) 軸的扭轉剛度校核計算：軸的扭轉剛度校核條件為： zipiILTG14073.5 可知 ；軸的扭轉剛度條件為： ；對于一般傳動軸，可取m/7324.0。 ，可以知道軸的扭轉剛度是合適的。由以上分析可知，設計的軸徑 以。15. mind 及各軸段軸徑是符合實際需要的。 依據以上的設計步驟和原理以及校核方案可以設計其余三根傳動軸的軸徑和本軸尺寸 完全一樣。 3.5輸送機構的傳動設計 3.5.1輸送機構的電動機的選擇 圖 3-4 輸送帶的傳動機構簡圖 1-電動機 2-大帶輪 3-小帶輪 3-輸出軸 V 帶的有效拉力 F=8000（N）, 帶的速度 V=0.125m/s,筒的直徑 D=200mm。輸送機在 常溫下連續(xù)單向工作，載向較平穩(wěn)，無其他特殊要求。 1.選擇電動機 選擇已知條件選用上海頂益?zhèn)鲃訖C械有限公司 F 系列 FA 系列的減速電機。 選擇電動機容量 電動機所需功率為: dP= (1-1)w 工作所需工作功率為： W= = =1(KW)10FV0125.8 傳動裝置的總效率為： = 1 確定效率為：V 帶傳動效率 =0.961 電動機所需功率 = = KWdPw96.05. 因為載荷平穩(wěn)，電動機額定功率 應大于 1.05KW 即可。dP 確定電動機的轉速 輸送機構卷筒的轉速為： wn= = =11.95（r/min）D125.06204.315.6 通常，V 帶的傳動比常用范圍為 i=2-3，故電動機轉速范圍為: d=i =(2-3) 11.95=23.9-37.8(r/min) 符合這一轉速的范圍有 23,30,3,39,30,33 r/min。功率取 1.1KW，轉速取 33 r/min。 傳動裝置的傳動比計算： wn =11.95(r/min) 傳動比 i= = =2.7wmn95.13 3.5.2輸送機構傳動部分 V帶的設計 傳動系統中第一級的普通 V 帶傳動。已知電機功率 P=1.1KW,轉速 =33r/min,傳動比mn i=2.7,每天工作 10 小時。 確定計算功率 caP 由文獻查得工作情況系數 =1.1,故AK ca= P=1.11.1KW=1.21KWA 選擇 V 帶的帶型 根據 、 由機械設計查得選用 Y 型。caPmn 確定帶輪的基準直徑 并算帶速 vd 1） 初選小帶輪的基準直徑 。由機械設計表 8-6 和表 8-