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1、 畢業(yè)設計(論文) 顆粒包裝機的總體結構設計 學 號： 09130180 姓 名： 專 業(yè)： 機械工程及自動化 系 別： 機械與電氣工程系 指導教師： 教授 二〇一三年六月 （正文下頁開始） 裝配圖（0號圖） 裝配圖細節(jié) 摘 要 顆粒包裝機一般適用于食品、醫(yī)藥、茶葉、化工、等產(chǎn)品中松散狀、無粘性、細小的顆粒物品的小劑量自動包裝，主要由包裝材料輸送機構、成型機構、封口機構、送料機構、切斷機構、機架等組成，具有操作簡單、生產(chǎn)量大、適用范圍廣等特點。本設計進行了

2、顆粒包裝機的設計方案論證、包裝原理分析、機械結構設計和強度計算等，設計的顆粒包裝機主要由供料料斗、計量供料、包裝薄膜供給、成型、縱封、橫封、定量供料器、切斷、電器加熱等組成，其工作原理是薄膜卷裝在可調節(jié)軸向距離的軸上，薄膜經(jīng)張緊裝置、導向滾筒、牽引滾筒進入薄膜導向成型器，形成對折的U形結構。進而，縱封輥將薄膜橫封成筒狀，橫封輥將筒狀薄膜的底部封口，制成敞口袋，供料機構向敞口袋內(nèi)充填物料，然后橫封輥將敞口袋的口封合，切割裝置的切刀將連續(xù)包裝袋切成單袋，完成包裝過程。本機具有整體性好、運動精度高、工作效率高、安全可靠、操作容易、制造成本低等特點。 關鍵詞：顆粒包裝機；結構設計；袋成型；縱封；

3、橫封。 ABSTRACT Granule packing machine is generally used in food, medicine, tea, chemicals, and other products in loose form, non-sticky, tiny particles goods in small doses automatic packaging, mainly by the packaging material transport mechanism, forming mechanism, sealing mechanism, feed

4、mechanism, cutting institutions, racks, etc., with simple operation, production capacity, wide application and other characteristics. This design makes packing machine design argument, packaging principle analysis, mechanical design and strength calculation, particle packing machine designed mainly

5、by the supply hopper, metering feed, packaging film supply, molding, longitudinal sealing, transverse sealing , quantitative feeder, cutting, heating and other electrical components, its working principle is mounted on an adjustable film reel shaft axial distance, the film by the tensioning device,

6、the guide rollers, traction roller guide into the film forming device to form a folded U-shaped configuration. Further, the longitudinal sealing rollers transverse sealing the film into a tubular shape, transverse sealing the tubular film roll at the bottom of the seal, made of open pocket, to open

7、the bag feeding mechanism for filling material, and horizontal sealing rollers seal the mouth of the pocket open , cutter cutting device into a continuous bag single bag, complete packaging process. The machine has good integrity, high precision, high efficiency, safety and reliability, easy operati

8、on, and low manufacturing costs. KEYWORDS：Granule packing machine; structural design; bags molding; longitudinal sealing; transverse sealing. v 目 錄 摘 要 i ABSTRACT ii 目 錄 iii 1 緒論 1 1.1 包裝機械的作用 1 1.2 包裝機械的分類 1 1.3 顆粒包裝機械的組成 2 1.4 顆粒包裝機械的發(fā)展趨勢 2 2 顆粒包裝機總體結構方案設計 4 2.1 顆粒包裝機設計參數(shù) 4

9、2.2 顆粒包裝機的設計方案 4 2.3 顆粒包裝機總體設計 6 2.3.1 執(zhí)行機構 6 2.3.2 傳動系統(tǒng) 6 2.3.3 支撐形式選擇 7 2.3.4 機體強度設計 7 3 包裝紙輸送機構設計 10 3.1 包裝紙輸送機構設計 10 3.2 機體強度設計 12 4 袋成型機構設計 14 4.1 袋成型機構的選擇 14 4.2 象鼻成型機構的設計計算 14 5 傳動系統(tǒng)方案設計 19 5.1 總體傳動比分配 20 5.2 主軸轉速計算 21 5.3 主軸功率的確定 21 5.4 主軸最小直徑估算 22 6 熱封設計 23 6.1 縱封滾輪的設計及計算

10、23 6.2 橫封裝置設計 25 6.3 封合調整 27 6.4 引導裝置 32 結論 33 致 謝 34 參考文獻 35 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 1 緒論 包裝機械是完成全部或部分包裝過程的機械。包裝過程包括成型、填充、裹包等主要包裝工序，以及清洗、干燥、殺菌、貼標等前后包裝工序，轉送、選別等其他輔助工序。自動顆粒包裝機是針對食品、醫(yī)藥、茶葉、化工、等產(chǎn)品中松散狀、無粘性、細小的顆粒物品并能自動進行幾道集中工序的包裝機，大部分應用于食品、生活行業(yè)，跟人們的生活關系密切。 1.1 包裝機械的作用 包裝機械是使產(chǎn)品實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證

11、，因此包裝機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當重要的作用。 （1）大幅度的提高生產(chǎn)效率 如顆粒包裝機的生產(chǎn)率可高達30000袋/h，這是手工包裝無法比擬的。 （2）降低勞動強度，改善勞動條件 如手工包裝糖果，一個工人8小時要重復動作80000多次；如果廣泛的采用包裝機械代替手工包裝，不但能將包裝工人從繁重的體力勞動中解救出來，還大大改善了工人的勞動條件。 （3）保護環(huán)境，節(jié)約原材料，降低成本 手工包裝液體產(chǎn)品時，易造成產(chǎn)品外濺；包裝粉末狀產(chǎn)品時，往往造成粉塵飛揚，既污染了環(huán)境，又浪費了原材料。采用機械包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護了環(huán)境，又節(jié)約了原材料。 （4）改善產(chǎn)品衛(wèi)生條件，提高產(chǎn)品包裝質量

12、，增強市場的銷售能力。 （5）延長產(chǎn)品保質期，方便產(chǎn)品的流通 采用真空、換氣、無菌等包裝機，可使食品等流通范圍更加廣泛，延長食品的保質期。 （6）減少包裝場地面積，節(jié)約基金投資 采用機械包裝，產(chǎn)品和包裝材料的供給是比較集中的，各包裝工序安排比較緊湊，因而減少了包裝的占地面積，可以節(jié)約基建投資。 1.2 包裝機械的分類 我國國家標準局按主要功能的不同可分為： 充填機、干燥機、灌裝機、殺菌機、封口機、捆扎機、裹包機 集裝機、多功能包裝機、輔助包裝機、貼標簽機、包裝容器制造類、清洗機、無菌包裝機械、充填機。包裝機還有很多其他的分類方法：按產(chǎn)品狀態(tài)分，有液體、塊狀、散粒體包裝機；按包裝作用分，

13、有內(nèi)包裝、外包包裝機；按包裝行業(yè)分，有食品、日用化工、紡織品等包裝機；按包裝工位分，有單工位、多工位包裝機；按自動化程度分，有半自動、全自動包裝機等。 1.3 顆粒包裝機械的組成 自動顆粒包裝機主要由以下6大部件組成： （1） 包裝紙輸送機構：把圈在筒上的單層包裝紙通過設計的繃緊機構以平張薄膜的形式輸送到紙袋成型機構。 （2） 袋成型機構：把接收到的平張薄膜通過三角板和圓弧槽卷成圓筒狀，利于豎封和供料。 （3） 熱定型式封口機構：利用特殊處理過滾輪的回轉，對圓筒狀包裝紙進行枕式豎封，并在豎封同時利用摩擦牽引包裝紙，使之向下運動，保證包裝紙的持續(xù)成型；橫封機構是回轉機構，對以豎封的筒狀

14、包裝紙周期性的封口。所以，結合成型機構，就實現(xiàn)了：卷狀→平張→筒狀→豎封→橫封。 （4） 送料機構 通常有導管連通容器和灌裝帶，并可以調節(jié)流速大小。 （5） 切斷機構：在熱定型式封口機構持續(xù)運轉的同時，切斷機構通過凸輪回轉推動推桿，使切刀周期性的接觸，從而從中切斷橫封的封區(qū)。 （6） 輸送機構：利用帶式輸送機持續(xù)傳遞已包裝好的產(chǎn)品。 1.4 顆粒包裝機械的發(fā)展趨勢 包裝機械發(fā)展生產(chǎn)增長最快的是在發(fā)展中的國家和地區(qū)，發(fā)達國家將從刺激國內(nèi)需求中獲利，并在發(fā)展中國家尋求合適的生產(chǎn)廠家，特別是在食品加工廠進行投資，提供包裝設備。 國外的包裝機械發(fā)展情況尤其以美國與德國的為代表。美國當前包裝

15、機械發(fā)展的趨勢：微電子、電腦、工業(yè)機器人、智能型、圖像傳感技術和新材料等在包裝機械中將會得到越來越廣泛的應用，包裝機械日趨向自動化、高效率化、節(jié)能化方向發(fā)展。德國的包裝機械，以用戶需求為先導提供成套設備，為生產(chǎn)企業(yè)提供結構性以及經(jīng)濟性完整的系統(tǒng)方案。在為用戶提供生產(chǎn)自動線或生產(chǎn)流水線設備的同時，尤其注重成套設備的完整性，尤其是高技術、高附加值設備，還是較簡單的設備，都按配套性要求提供。縱觀美國和德國的發(fā)展趨勢，雖然各有特色，但自動化、高效化、節(jié)能化將是包裝機械生產(chǎn)商共同的追求。 國內(nèi)的包裝機械發(fā)展歷史時間短，總體技術水平和生產(chǎn)能力較低，但近年來在國內(nèi)巨大包裝市場的促進以及國外先進技術的影響，

16、發(fā)展速度很快，局部技術有了很明顯的提高。 38 北京交通大學海濱學院畢業(yè)設計（論文） 2 顆粒包裝機總體結構方案設計 2.1 顆粒包裝機設計參數(shù) 計量方式：容積式計量 計量精度：5% 包裝速度：50-75 袋/分 制袋尺寸：長 55-100mm、寬 30-80mm 電源電壓：220 伏/50 Hz 2.2 顆粒包裝機的設計方案 方案一： 組成 機構名稱 包裝紙輸送機構 紙袋成型機構 熱定型式封口機構 切斷機構 機構形式 由供紙輥、導向輥、拉紙輥及切紙刀組成 象鼻成型器 1對縱封輥，1對橫封輥 凸輪機構，切刀 功能實現(xiàn)過程 把圈

17、在筒上的單層包裝紙通過設計的繃緊機構以平張薄膜的形式輸送到象鼻成型器，象鼻成型器把接收到的平張薄膜通過三角板和圓弧槽卷成圓筒狀，利于豎封和灌料；縱封輥回轉，對圓筒狀包裝紙進行枕式豎封，并在豎封同時利用摩擦牽引包裝紙，使之向下運動，保證包裝紙的持續(xù)成型；回轉的橫封輥，對已豎封的筒狀包裝紙周期性的封口，在熱定型式封口機構持續(xù)運轉的同時，凸輪回轉推動推桿上連接的切刀，使兩塊切刀周期性的接觸，從而從中切斷橫封的封區(qū)，產(chǎn)品制成并利用帶式輸送機持續(xù)傳遞出。 特點 整體機構多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，運動精確性高，工作效率高，靠操作性強，安全可靠性高，加工容易，互換性良好而制造成本低廉。 方案二：

18、 組成 機構名稱 包裝紙輸送機構 紙袋成型機構 熱定型式封口機構 切斷機構 機構形式 由1個固定在機架上的傳動桿套牢卷筒薄膜，令三根傳動桿作繃緊裝置 三角形成型器 L型封口器，橫封器 切刀 功能實現(xiàn) 在此方案中采用間歇式運動，包裝袋成型的方式是紙從上方向下運送，運動是由下方的輥輪牽引的。紙通過三角形成型器將其卷成圓筒狀后繼續(xù)向下運動。封口成L型，將紙筒的縱向開口和底面開口封合，封好后開始進行灌裝。灌裝好后的紙袋繼續(xù)向下運動，下面橫封器使上開口封合，并由下面的切刀切斷。 特點 整體機構多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，靠操作性強，安全可靠性高，加工容易，封

19、口和切斷在一個運動中同時完成，操作簡單，但對機構求較高。 機械運動方案評價比較 機械運動方案評價的方法有3種，分別是經(jīng)驗法、數(shù)學法和試驗法，課程設計采用經(jīng)驗評價法，根據(jù)自己的經(jīng)驗對方案作粗略的定性評價。 表2-1 機械運動方案評價比較 方案一 方案二 傳動機構 執(zhí)行機構 傳動機構 執(zhí)行機構 系統(tǒng)功能 實現(xiàn)工藝動作的準確性 良好 良好 一般 良好 特定功能 良好 良好 良好 良好 運動性能 轉速、行程可調性 良好 一般 一般 一般 運動精度 優(yōu) 優(yōu) 良好 良好 動力性能 承載能力 良好 良好 良好 良好

20、 增力特性 良好 良好 良好 良好 傳力特性 良好 良好 良好 良好 震動噪聲 小 小 一般 一般 工作性能 效率高低 較高 較高 較高 很好 壽命長短 較長 較長 較長 較長 可操作性 便捷 便捷 便捷 便捷 安全性 好 好 好 好 可靠性 好 好 好 好 適用范圍 廣泛 廣泛 有限制 廣泛 經(jīng)濟性 加工難易 易 易 易 易 能耗大小 小 小 小 小 制造成本 低 低 低 低 根據(jù)表2-1的綜合比較可知，輸送機構選擇方案一更加完備，功能更加完善；成型機構優(yōu)選象鼻成

21、型器更為高效，應用更廣泛；封口機構成對出現(xiàn)更好，切斷機構也是優(yōu)選方案一。在保證基本功能的前提下，方案一的互換性良好而制造成本低廉，方案二相對的對機構要求比較高，故我們最后采用了方案一。 2.3 顆粒包裝機總體設計 包裝機械的總體設計的步驟是：布置執(zhí)行機構、傳動系統(tǒng)和操作件，確定支撐形式和繪制總體布局圖。本文主要針對結構設計進行分析，包括支撐形式、成型機構設計、其他結構類的零件設計。 2.3.1 執(zhí)行機構 即布置被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)、包裝材料整理與供送系統(tǒng)、主傳送系統(tǒng)、包裝執(zhí)行機構和成品抽出機構。 首先，根據(jù)包裝工藝路線圖，各個執(zhí)行構件應布置在整體的上部，以便于觀察執(zhí)行情況，并且

22、顆粒物受到重力向下流，安裝在較高位置可以順流而下，提高效率。對此，必須注意以下兩點： 1、為使執(zhí)行機構簡單緊湊.應盡量減少機構的構件和運動副，并盡量縮小其幾何尺寸和所占空間位置。原動件應盡可能接近執(zhí)行構件。 2、為簡化傳動系統(tǒng)、便于閱試與維修和減少傳動件居損對傳動梢度的影響，要求原動件盡可能集中地布，在一根或少數(shù)幾根軸上。 實際上，執(zhí)行構件往往是比較分散的.以致于它們的原動件較難集中。這時，可將相近的幾個執(zhí)行機構集中布置成為一個大部件。這樣，一臺包裝機就相當于由若干個大部件所構。 2.3.2 傳動系統(tǒng) 布置機械傳動系統(tǒng)包括安排動力機、變速與潤速裝置、傳動裝置、操縱與控制裝置以及抽助裝

23、置等的位置。布置氣液壓傳動系統(tǒng)。包括安排動力機、液壓馬達、油泵、空氣壓編機、油氣管道以及氣液壓控創(chuàng)箱等裝置。 布置傳動系統(tǒng)時必須注意的問題有以下幾點： 1、選用的方案應力求結構簡單、傳動鏈短、且容易配備； 2、充分利用機體和支承架的內(nèi)部空間，將動力機和傳動件盡量布置在內(nèi)部或者側面，以縮小機器外形； 3、在布置傳動是應使各執(zhí)行機構動作協(xié)調，例如在遠距離傳遞旋動運動時常采用鏈傳動，但注意到鏈節(jié)的磨損可能會使從動鏈輪與主動鏈輪產(chǎn)生相位錯移精； 4、為便于調試，機械傳動系統(tǒng)的手動調整裝置，最好安置在操作者能觀察到有關執(zhí)行機構工作情況的位置。首先，傳動設計部件包括動力機、變速與調速裝置、傳動裝

24、置、操縱與控制裝置應置于下方，便于查看并應對工作突發(fā)情況。 綜合以上考慮，我們把大部分傳動系統(tǒng)零件設計在中部以及下部。 2.3.3 支撐形式選擇 包裝機的支撐件有底座、箱體、立柱、橫梁等。支撐件的作用是使有關零部件正確定位并保持其相對工作位置。對支撐件的要求如圖2-1所示： 圖2-1 包裝機的支撐形式 （1）足夠的剛度，支撐件在承受較大載荷時的變形不超過允許值； （2）足夠的抗振性，是機器能穩(wěn)定可靠的工作； （3）質量適中，力求節(jié)約材料，容易搬運； （4）便于零部件的裝配調試、操作保養(yǎng)和機器的調運安裝； （5）外形美觀，給人以調和、勻稱、穩(wěn)定、安全的感覺。 常用的支撐

25、形式有“一”型 、“1” 型、“口”型。由于工作環(huán)境的限制，并且生產(chǎn)也僅僅是小批量間歇式生產(chǎn)，故，我們選擇“1” 型，即立體式。它占地面積小，操作靈活，工序緊湊，很符合我們的設計需求。 2.3.4 機體強度設計 （1）靜剛度 機器中任何一構件均可視為彈性體，在受載后都要產(chǎn)生一定的變形。 水平抗彎剛度 (2-1) 垂直抗彎剛度 (2-2) 抗扭剛度 (2-3) 式(2-1) ~ (2-3)中： Py——水平、垂直作用力；

26、 M——扭矩，Nmm； θ——扭轉角，（）； Δx ，Δy——水平方向和垂直方向的位移。 外殼就是一個立方體 其變形主要分為幾部分：立柱自身的變形、連接頭部分凸緣的局部變形和與支架發(fā)生的接觸變形。 彎矩變形 用位移y和θ表示變形的程度 (2-4) (2-5) (2-6) (2-7)

27、 (2-8) (2-9) 式(2-4) ~ (2-9)中： P——作用力(包括重力)，N； E——支撐件材料彈性模量，Pa； J——支撐件的截面慣性矩，m4。 （2）扭轉變形 用橫截面的相對轉角來表示變形的程度 (2-10) 式(2-10) 中： M——作用扭矩，Nm； L——長度，m； G——彈性剪切模量，Pa。 （3）截面形狀與抗彎抗扭間的關系 圓形截面有較高的抗扭剛度，但抗彎強度較差，故宜用于受扭為主

28、的機架。工字形截面的抗彎強度大，但是抗扭很低故宜用于承受純彎的機架。方形截面抗彎，抗扭分別低于工字形和圓形截面，有一定的綜合性能。無論圓形、方形或矩形，空心截面的剛度總比實心截面的剛度大，因此支撐件應該做成中空形式。 另外，截面面積不變，加大外形輪廓尺寸，減小壁厚，亦即使材料遠離中性軸的位置，可提高截面的抗彎，抗扭剛度。從結構上來看，由于空心矩形內(nèi)腔容易安設其他零件，故許多機架的截面常采用方形或矩形截面。 槽形截面鋼和工字形截面比較，抗彎強度相差不大，抗扭強度又高于工字形截面。 3 包裝紙輸送機構設計 設計的自動顆粒包裝機的輸送機構沒有專門的

29、動力機構，原因有以下幾點： (1)包裝紙是軟的，如果輸送不好會使包裝紙堆積或者拉斷； (2)輸送包裝紙不需要很大的動力； (3)液體包裝機構中的縱封可以在封裝包裝袋的同時將包裝紙向下拉，這樣就可以使輸送機構中的包裝紙按需求送紙，不會出現(xiàn)堆積或者是拉斷的可能。 3.1 包裝紙輸送機構設計 本設計中，輸送機構參考BZ350糖果包裝機卷筒紙連續(xù)供紙裝置，如圖3-1： 圖3-1 糖果包裝紙輸送機構 1-軸 2-銅套 3-套筒 4、5-夾紙盤 6-調節(jié)滑輪 7-皮帶 8-螺釘 9-拉簧 10-調節(jié)螺桿

30、 11-滾動軸承 12-拉簧 13-緊定螺釘 14-油杯 本設計與圖3-1的不同點是，只需要一個供紙輥、三個導向輥。卷帶在被牽引供送時，容易產(chǎn)生拉伸變形或者在接觸的輥面上打滑，當紙張力變化或紙卷轉動慣量的變化引起供紙速度不穩(wěn)定時，通過拉簧12、皮帶7阻止紙速和張力的突變，保持穩(wěn)定供紙。當商標紙和內(nèi)襯紙的位置不對中時，通過調節(jié)螺桿10進行調整。 本設計的顆粒包裝機屬于中小袋型包裝機，卷材寬度和直徑小于400mm，重量較輕，卷材布置在包裝機的上方，更換材料卷方便，便于包裝機的總體布局，并采用懸臂支撐式，節(jié)省材料。傳送機構還包括三個傳動輥，包裝紙通過供紙輥，接著在傳動桿2、傳

31、動桿3上的繞節(jié)可使包裝紙繃緊，這樣可使包裝紙穩(wěn)定的輸送下來，不會產(chǎn)生輸送過量現(xiàn)象。具體的繞節(jié)方式如圖3-3所示。三根傳動桿外面有可滾動的套筒，可減少包裝紙與軸表面的摩擦。 最終設計的紙袋傳輸機構如下： 圖3-2 包裝紙輸送機構 圖3-3 包裝紙輸送機構示意圖 3.2 機體強度設計 （1）靜剛度 機器中任何一構件均可視為彈性體，在受載后都要產(chǎn)生一定的變形。 水平抗彎剛度 (3-1) 垂直抗彎剛度 (3-2) 抗扭剛度

32、(3-3) 式(3-1) ~(3-3)中： Py——水平、垂直作用力； M——扭矩，Nmm； θ——扭轉角，（）； Δx ，Δy——水平方向和垂直方向的位移。 包裝紙輸送機構是一個立方體 其變形主要分為幾部分：立柱自身的變形、連接頭部分凸緣的局部變形和與支架發(fā)生的接觸變形。 彎矩變形 用位移y和θ表示變形的程度 (3-4) (3-5) (3-6)

33、 (3-7) (3-8) (3-9) 式(3-4) ~ (3-9)中： P——作用力(包括重力)，N； E——支撐件材料彈性模量，Pa； J——支撐件的截面慣性矩，m4。 （2）扭轉變形 用橫截面的相對轉角來表示變形的程度 (3-10) 式(3-10)中： M——作用扭矩，Nm； L——長度，m； G——彈性剪切模量，Pa。 4

34、 袋成型機構設計 袋型容器有很多種類，本設計采用三邊封口式。要完成成型填充封口全過程，成型器的選擇是一個關鍵部分。它的選擇與原材料規(guī)格、袋型、機器布局等有直接關系。 4.1 袋成型機構的選擇 表4-1列舉了常用的幾種類型的成型器以及其特點： 表4-1 常用成型器及其特點 成型器類型 成型特點 應用范圍 適應性 折疊成型時受力狀況 是否滿足 課程要求 備注 三角板成型器 可將平張薄膜折疊成型 多種機型上應用，尤其當制袋規(guī)格較大變化時 良好 差 是 U形板成型器 可將平張薄膜折疊成型 應用比較廣 較好 比三角板成型器好 是 象

35、鼻成型器 可將平張薄膜折疊成型 只能適應一種帶寬 較好 彎折平緩，成型阻力小 是 設計制造比翻領式簡單 翻領成型器 可將平張薄膜折疊成型 只能適應一種帶寬 較差 成型阻力較大，容易造成拉伸等塑性變形 是 設計、制造和調試比其他成型器復雜 由表4-1可知，他們的共同點是利用成型器外表面形狀的變化而將平張薄膜逐漸變成對折狀態(tài)的過程。其中，象鼻成型器它的安裝角α比三角形及U形成型器都要小得多，制袋成型阻力比較小。而制同樣的一個袋.成型器結構尺寸要大得多。因此，考慮到整體布局以及空間大小，我們最終采用象鼻成型器。 4.2 象鼻成型機構的設計計算 象鼻成型器可看

36、作是在U型成型器的設計基礎上,結構方面作了一些修改而形成的,象鼻成型器設計時建議按選用三角形板的安裝角,并計算三角形頂角值,根據(jù)所制作空袋袋寬計算三角形板的高。按U形成型器的設計方法找準圓弧槽裝接位置L,并取用圓弧部分半徑。 設薄膜的寬度為2a=90mm，對折后的空袋高度為a=45mm(立式機為空袋寬度)，三角形板與水平面間的傾斜角即安裝角為，三角板的頂角為，薄膜在三角形板上翻折的這一區(qū)段長為b，若不計三角形板的厚度，假定薄膜在對折后兩膜間貼得很緊,則： 圖4-1 象鼻成型器結構 在直角三角形DEC中，, ,所以有

37、 (4-1) 即 (4-2) 在直角三角形ADC或BDC中：,,所以有 (4-3) 對既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸, 是一個定值,所以有如下關系： (4-4) 即： (4-5) 決定三角形成型器的尺寸除頂角外,還有三角形板的高,

38、它和制袋的最大尺寸有關: (4-6) 式(4-6)中： —能制作最大空袋的高（立式機為帶寬） 若滿足上述成型器展開平面寬度處處為,則圓弧槽中心線裝接位置應有: (4-7) 但這時圓弧槽與三角形板的邊線并不相切,也就難以裝接,見圖4-3所示。實際使用中,圓弧槽裝接即考慮展開面的寬度與基本相符,又考慮與三角形板能順利裝接,故只好采用圓弧過渡來解決,取

39、 (4-8) 式(4-8)中： R—U型槽圓弧部分的半徑,可根據(jù)工藝上需要來取值,亦可按推薦取用； —空袋高度(立式為寬度)。 圖4-2 象鼻成型器結構 圖4-3 象鼻成型器結構 象鼻成型器的形成還需加裝薄膜護邊,以利控制包裝材料跑偏,常取護邊寬。見圖4-3所示。實際使用中又截去三角形板的GHK部分,減少成型器尺寸,在原三角形板的底邊G處設置一薄膜導輥,讓包裝材料經(jīng)這一導輥后直接拉上成型器的截面處。 最終設計的象鼻成型器如圖4-4所示： 圖4-4 象鼻成型器設計圖 5 傳動系統(tǒng)方

40、案設計 要實現(xiàn)包裝的全過程，主要是實現(xiàn)包裝的牽引走膜，下料及封切。也就是說從塑料卷筒到最終成品要經(jīng)過以下過程： 圖5-1 連續(xù)式自動制袋袋填包裝機傳動系統(tǒng) 1-主電機 2-皮帶 3-蝸輪蝸桿減速器 4-偏心輪機構 5-橫封器 6-縱封器 7-離合器 8-上料機構 9-不完全齒輪 10-行星齒輪差動器 11-伺服電機 12-無級變速器 動力由減速器輸出后，通過帶傳動帶動主軸運轉，再通過主軸分配，形成三路傳動，分別驅動定量供料器8、縱封滾輪6以及橫封輥5。三路傳動如下： （1）主軸Ⅰ通過齒輪Z20帶動二聯(lián)體齒輪的齒輪Z52和 Z20，再經(jīng)過二

41、聯(lián)體齒輪Z52和Z36傳到齒輪Z36驅動軸Ⅵ，使定量供料器8回轉。 （2）主軸Ⅰ通過錐齒輪Z30帶動無級變速器的軸Ⅱ變速器的輸出軸Ⅲ。經(jīng)過差動傳動裝置，綜合伺服電機11輸出的補償速度，再經(jīng)過一對不完全齒輪Z60，帶動軸Ⅴ旋轉，從而驅動縱封滾輪6相對回轉。 （3）主軸Ⅰ通過錐齒輪Z36 帶動軸Ⅲ的偏心鏈輪機構4輸出一個不等速運動，帶動齒輪Z18，經(jīng)齒輪Z22和一對Z30驅動橫封輥相對回轉。通過調節(jié)偏心鏈輪的偏心值可以實現(xiàn)熱封速度的調整。 作用在縱封滾輪上的牽引力應該與滾輪受到塑料薄膜給它的力相等，才能使塑料薄膜勻速下滑。 5.1 總體傳動比分配 定量供料裝置轉動一圈，可以填6袋，

42、而機器的包裝速度是36~60袋/min，所以定量供料裝置最多要每分鐘轉10轉，所以定量供料裝置中心軸的轉速為6~10r/min。定量供料裝置的轉盤有6個定量孔，所以橫封器嚙合次數(shù)應該達到36~60次/min。初定袋長80~140mm,而且再根據(jù)產(chǎn)量計算縱封器的轉速α，如下： αmax： 14060=2R3.14αmax (5-1) R―縱封器壓輥半徑，初定為R=55mm 14060=2553.14αmax αmax=121.6r/min

43、 (5-2) αmin： 8036=2R3.14αmin (5-3) αmin=41.7r/min 根據(jù)所有執(zhí)行機構的軸的轉速設定如下傳動計算框圖： 圖5-2 傳動計算框圖 5.2 主軸轉速計算 綜合傳動計算框圖5-2，主軸轉速計算如下： n主軸=n電機 i減速器 (5-4) 其中nmax電機=840~1400 r/min ∴n主軸=42~70r/min 5.3 主軸功率的確定 P主軸=P電機 η帶η減η

44、聯(lián) (5-5) 式(5-5)中： η帶 —帶傳動效率，取為0.96 η減—蝸輪蝸桿減速器效率，取為0.8 η聯(lián)—聯(lián)軸器效率，取為0.99 P主軸=5500.960.80.99=418.2W 5.4 主軸最小直徑估算 d0A==20.6mm (5-6) 設計軸時一般考慮軸上的鍵槽對強度的影響，設計時應該根據(jù)槽的個數(shù)增大尺寸，其經(jīng)驗公式計算如下： d=d023.624mm (5-7) 因為主軸與減速器由聯(lián)軸器連接，所以選擇標準件聯(lián)軸器的復合最小軸直經(jīng)

45、為d=25mm。 所以主軸最小直徑為 dmin=25mm 功率分配 共有三條傳動線需要分配功率一條是橫封機構，一條是縱封機構，還有一條是定量供料裝置。由于橫封機構需要的力相對來說不是很大，所以橫封機構分配到的功率為總功率的1/5其它兩個占總功率的4/5；縱封相對定量供料裝置來說需要的力大一些，所以它分配到剩下功率的1/5， 則： P橫封=P主軸 =418.2=83.6W (5-8) P縱封= P主軸=200.6W (5-9) P定量= P主軸=133.7

46、W (5-10) 6 熱封設計 塑料薄膜及其復合材料是自動制袋包裝機中最常用的包裝材料，特別是多層復合薄膜，因為它的氣密性良好以及高強度而廣泛應用于食品包裝中。 塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法，具體操作是：對塑料薄膜的兩個接觸面加熱，使其處于熔融的熱塑化狀態(tài)，再給封接部位施壓，使薄膜兩個封接面融合密封牢固。影響封合質量的因素主要是加熱溫度、封合壓力和和作用時間。熱融封合的方法有多種形式，最常用的是電阻加熱法和脈沖加熱法，另外還有高頻電加熱封合、超聲波加熱封合、電磁加熱封合和紅外線加熱封合等。每種方法均適用于一定品種范圍的

47、塑料材料。在自動制袋裝填包裝機中，廣泛應用電阻加熱的熱融封合方法，因其具有機構簡單，調控方便的特點。而且，用于食品包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復合材料居多，也就是說主要以聚乙烯為熱封合材料，因此用電阻加熱封合法是完全能滿足要求的。 連續(xù)制袋包裝機中有兩個封合裝置：縱封裝置和橫封裝置，分別實現(xiàn)包裝袋的縱縫封接和橫向封合切斷。他們均采用電阻加熱的封合方法。 6.1 縱封滾輪的設計及計算 在連續(xù)式自動制袋裝填包裝機中，由于薄膜連續(xù)輸送，因此其縱縫封接是連續(xù)進行的。為此采用一對滾輪式電阻加熱的熱融封接器來實現(xiàn)連續(xù)縱封。在此，熱融封接滾輪不僅完成包裝薄膜制袋的縱向熱封，同時還起到對包裝薄膜的牽引輸送

48、作用。也就是說，牽引和縱封是同時進行的，牽引滾輪同時也是縱封滾輪。如圖示是縱封牽引滾輪的結構。 圖6-1 縱封裝置 1－縱封滾輪 2－加熱器 3－螺母 4－箱體 5－支架 6－支桿 7－鎖緊螺母 8－調節(jié)套筒 9－彈簧 10－調心球軸承 11－齒輪 12－軸 13－軸承座 14－不完全齒輪 如圖6-1所示，縱封裝置主要由一對滾輪1組成，滾輪的外圓周表面緊密壓合，壓合力來自彈簧力的作用?？v封滾輪1分別安裝在軸12的左端，由螺母固定，使?jié)L輪可隨軸轉動。軸12的兩端軸承固定安裝；而短軸的左邊軸承座10可滑動，

49、其右邊的固定軸承座裝置一個調心軸承，因此軸承座可在箱體4的滑槽內(nèi)作滑動微調。由于受彈簧力的作用，可調軸承座10受壓內(nèi)移，使兩個滾輪緊密壓合。兩滾輪間的壓力可以調整，當擰緊調節(jié)套筒8時，彈簧9壓縮，使壓力增大，放松調節(jié)套筒則壓力減小。圓螺母7用來鎖緊調節(jié)套筒。 兩縱封滾輪的圓筒內(nèi)均裝有加熱器，發(fā)熱元件一般用電阻發(fā)熱線圈，繞裝在支座上，再通過支座安裝在軸承座或安裝板上。當縱封滾輪隨軸旋轉時，加熱器固定不動，持續(xù)的對滾輪的圓筒壁均勻加熱。加熱溫度通過測溫器測量，并由溫控表控制其變化范圍。 縱封滾輪的動力來自不完全齒輪14，由傳動機構帶動齒輪14旋轉，通過相互嚙合的齒輪同時驅動兩個軸，使縱封滾輪實

50、現(xiàn)相對旋轉。 在縱封滾輪的封合圓柱面上都加工有均勻細密的網(wǎng)紋，以增加封口的牢固度,使熱封縫美觀而且質量保證。另外，由于縱封滾輪在工作中長時間處于加熱狀態(tài)，并作連續(xù)相對滾壓運轉，因此需要有較好的綜合力學性能。在實際生產(chǎn)中可采用合金結構鋼加工，如40Cr等鋼材制造。 6.2 橫封裝置設計 橫封裝置用于復合薄膜包裝袋的橫向熱融封合，在熱封的同時起到分切包裝袋的作用。當然,有些包裝機設有獨立的分切裝置，但采用橫封同時分切的方式是連續(xù)式自動制袋裝填包裝機的共同趨勢。因為橫封切斷合二為一不但簡化了傳動機構，而且對有色標薄膜帶的分切更準確，封切質量更高，生產(chǎn)效率更高。 如圖6-2所示，橫封裝置的結構

51、，圖中的一對橫封輥1和2都具有兩個封合面，對稱布置，相對旋轉一周則可封切兩次,完成兩袋包裝。 橫封輥1的兩端裝有滑套軸承17，通過軸瓦套16固定在支撐座19和安裝板15上。橫封輥2兩端的滑套軸承裝配在滑動軸承座3上，左右兩個滑動軸承座可以在支撐座19和安裝板15的滑槽內(nèi)移動。受彈簧力的作用，橫封輥2相橫封輥1壓合，兩輥的左右圓環(huán)部分的圓周面保持緊密接觸。兩輥壓合力可以調節(jié)，當旋緊調節(jié)套筒5時，彈簧8壓縮，使壓力增大,放松調節(jié)套筒則壓力減小。圓螺母4用來鎖緊調節(jié)套筒。動力有雙聯(lián)鏈輪10輸入，經(jīng)中間雙聯(lián)齒輪13帶動橫封雙聯(lián)齒輪12，然后由相互嚙合的齒輪驅動兩個橫封輥作相對回轉，實現(xiàn)封切。 橫封

52、輥的發(fā)熱源來自電熱管20。電熱管從橫封輥的軸端穿入，其穿入長度應比橫封輥的封切面稍長，以確保封切面受熱均勻。由于在運行過程中電熱管隨橫封輥一起旋轉，因此需要在橫封輥軸端裝配電刷環(huán)18，通過電刷導入電源。橫封輥的溫度，通過測溫頭測定，再由溫控表調節(jié)，測溫頭可裝配在滑動軸承座3或軸瓦套16上。 圖6-2 橫封裝置 1，2－橫封輥 3－滑動軸承座 4－橫封輥 5－齒輪 6－鍵 7－二聯(lián)體齒輪 8－軸承 9－螺栓 10－調壓支桿 11－電熱管 12－隔熱套筒 13－觸電凸臺 14－絕緣套筒 15－導線 橫封輥的結構有兩種形式，分別是整體

53、加工式和裝配式。整體加工式的橫封輥是將回轉軸和熱封板加工成一體，如下圖所示，切刀3和刀板2分別裝嵌在兩輥的槽隙內(nèi)，由螺釘固定。 圖6-3 整體加工式橫封輥結構 1，4－輥體 2－刀板 3－切刀 5－電熱管 橫封輥的縫合面同樣加工有花紋，樣式與縱封輥一致。至于完成分切動作的刀具，加工及材料有一定要求。一般情況下，帶刃口的刀具可用T8A材料加工，刀口熱處理HRC55~60；而平面刀板可用45號鋼加工，不處理。 整體加工式的橫封輥，一般結構尺寸較小，適合小袋的包裝機。而裝配式的橫封輥主要應用于較大包裝的機器。 6.3 封合調整 對于連續(xù)式自動制袋裝填包裝機，縱封滾

54、輪以一定值的速度運轉，使縱封連續(xù)地進行。因此，包裝薄膜通過縱封牽引后被連續(xù)送進橫封裝置。由以上分析可知，橫封輥在回轉一周的過程中，并非如縱封一樣每時每刻保持壓合熱封狀態(tài)，它只有在封合面對接的時候才能進行熱封分切。在橫封輥對接的瞬間，運行的包裝薄膜被壓合，此時，必須保證橫封輥封合面的線速度與薄膜送進速度一致，即橫封線速度應等于縱封牽引速度，只有如此，才能保證封切質量。否則，當時，會導致薄膜拉伸撕裂；而當時，會導致薄膜出現(xiàn)皺折。 假設縱封牽引速度保證在一個封切周期內(nèi)送進一個袋長，而橫封輥以勻速旋轉，并且一周封切兩次，于是有

55、 (6-1) 式6-1中： 為橫封滾輪最大回轉半徑。 由此可見，要生產(chǎn)不同規(guī)格的袋長，橫封輥必須要有不同的半徑與之對應，這樣的設計是非常不合算也不合理的。 為此，在設計中，應使橫封輥不變，采用一個不等速機構，使橫封輥在周期內(nèi)作不等速回轉，以適應不同袋長的生產(chǎn)，從而使機器的通用性更好。 借助不等速機構，在熱封切瞬時，使橫封輥對滾的線速度與薄膜送進速度達到一致。在完成封切后又迅速退離，讓包裝物料順利通過，以免干涉。因此，可保證封切質量合包裝工作的順利進行。 要實現(xiàn)橫封不等速回轉運動，所采用的機構有多種，如偏心鏈輪機構、轉動導桿機構、雙曲柄機構、變速鏈輪機構、橢圓齒輪機構等。在實際

56、生產(chǎn)制造中，根據(jù)運動特征，考慮其結構特點及制造工藝等，主要采用偏心鏈輪機構、轉動導桿機構和雙曲柄機構三種形式。這些不等速機構的運動特性均符合橫封工作要求，調整方便，能適應不同的包裝工作速度和不同袋長，且結構簡單緊湊，制造方便。 偏心鏈輪不等速機構 當主動軸等速回轉時，將帶動偏心鏈輪等角速回轉。由于偏心的作用，使得通過鏈條帶動的從動鏈輪1的轉速發(fā)生周期性的變化。當偏心距增加或減小時，將可改變周期中轉速快慢之間的差值。從動鏈輪1通過齒輪傳動帶動橫封輥旋轉，由于其轉速周期性變化，因此，可以設計成：當橫封輥在熱封切時獲得與送膜相等的速度，在熱封切后則快速分離。 機構中設置有張緊輪，通過彈簧保持鏈

57、條的張緊。 圖6-4 偏心鏈輪傳動示意圖 圖6-4是偏心鏈輪不等速機構的傳動示意圖。令主動鏈輪和從動鏈輪的節(jié)圓半徑為，兩輪回轉的中心距為，主動鏈輪的偏心距為，為主動鏈輪的轉角。主動鏈輪以等角速勻速旋轉，則從動力鏈輪的角速度可通過下式計算： (6-2) 對式6-2求極值可得： w2max=w1 即 imax=1+ w2min=w1 即 imin= 因此變速范圍為

58、 (6-3) 圖6-5 偏心輪機構的輸出速度特性曲線 圖6-5是偏心輪機構的輸出速度特性曲線，表明變速范圍決定于偏心距和鏈輪節(jié)圓半徑，而與中心距無關。當一定時，調整即可獲得不同的變速范圍。若不斷調整值，可得到圖示的曲線簇。由圖可見，調整偏心距，當其值由大到小變化時，所反應的特性曲線越來越平坦，直到變成勻角速為止。隨著值的變小，速度極限角和分別向和趨近，直到時，，而。只要橫封輥在角度位置處進行封切動作，則可滿足包裝工藝要求。 由于值的改變，使得在封切位置處的發(fā)生變化，而的變化正好適應不同袋長的變化。具體推導

59、如下： 薄膜運動的線速為 (6-4) 式6-4中： 為薄膜運行線速（mm/s），為薄膜袋的袋長（mm），為包裝機生產(chǎn)率（袋/min）。而橫封輥封切的瞬時角速為 (6-5) 式6-5中： 為橫封輥最大回轉半徑（mm），為由從動鏈輪到橫封輥的傳動比（定值）。 以帶兩個封合面的橫封輥為例，當從動鏈輪轉一周時，橫封輥應轉半周，即封切一次，此時。因此由式6-5可得

60、 (6-6) 把式(6-4)代入式(6-6)得： (6-7) 式(6-7)所示正是同一生產(chǎn)率下不同袋長所要求的輸出角速度。 可見在封切位置處，值由最大值變到最小值時，亦由最大值變到最小值。而隨著的變化，由式(6-7)可見，袋長同樣由最大值變到最小值。因此，袋長可以通過改變值的大小來適應。若將值用袋長量標刻在偏心鏈輪半徑上，就能直觀地進行調整。 為了合理實際機械機構，在偏心鏈輪上采取偏心值的調整方法。這樣當時，不等速機構的輸出角速度剛好能滿足不同袋長規(guī)格中薄膜袋的中間長度的調整要求。 偏心鏈輪隨著轉角的變化，其輸出的角速度

61、在發(fā)生有規(guī)律的變化。如果在調整偏心距時，主從兩鏈輪處于任意嚙合位置，顯然不能滿足工藝要求。正確的方法應在橫封輥處于封切位置，即偏心鏈輪處于極限角處時進行調整。在裝配和調整不等速機構時，可遵循以下方法： （1）首先把偏心鏈輪調節(jié)在處，即鏈輪中心和主軸中心重合。轉動偏心鏈輪使其偏心線（即調節(jié)螺桿軸線）垂直于兩鏈輪軸的中心連線，同時使最小袋長值的一邊靠近鏈條主動邊。 （2）確保橫封輥正處于熱合狀態(tài)，即封切刀相互接合狀態(tài)。 （3）配上鏈條，完成安裝。 （4）按要求調節(jié)偏心值到需要的袋長值，如此即可啟動機器工作。 偏心鏈輪不等速機構的有點在于結構簡單，精度要求較低，使用調整方便。但其調速范圍因

62、為取決于鏈輪偏心值，因此受到結構的限制。而且值大側鏈條張緊輪擺動范圍大，其張力波動大，對運動不利。另外，此結構步適于告訴運動合可逆?zhèn)鲃樱俣仍礁?，鏈條跳動越歷害。 6.4 引導裝置 引導裝置主要是一系列導輥組，通過導輥的作用，使包裝材料帶平展輸送，并起到自由轉向，校正糾偏的作用。 導輥的機構很簡單，主要由心軸、輥筒和軸承組成。如圖6-6所示： 圖6-6 導輥結構 1－螺母 2－彈簧擋圈 3－軸承 4－心軸 5－輥筒 心軸固定安裝在支座上，使輥筒在軸上能靈活轉動。輥筒一般用不銹鋼管表面拋光制作，也可用工程塑料管等材料制造。無論用何種材料，輥筒外表面應保持光潔圓滑

63、，以便使薄膜帶輸送平滑穩(wěn)定。 一臺包裝機一般有若干支導輥，安裝時須確保平行，并且按薄膜帶的走向設定安裝位置。導輥的數(shù)量與薄膜帶輸送速度有關，對于牽引速度高的包裝機，薄膜帶高速輸送，則需要較多數(shù)量的導輥以提高薄膜帶輸送的穩(wěn)定性。反之，牽引速度較低的包裝機，配置較少的導輥即可滿足要求。 結論 商品包裝是一個新興的行業(yè)，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展而愈顯重要。人們要求商品的包裝美觀；在商品流通過程中包裝不能出現(xiàn)破損；包裝袋內(nèi)的商品計量準確，誤差小，以維護生產(chǎn)廠商的信譽和形象。因此，商品的高速精確包裝是包裝機械制造行業(yè)時刻關注的一項重要課題。 本文通過設計計算，采用機電一體化技術，使包裝機能自動完成顆粒

64、狀物的計量、充填、封口。包裝機的結構合理，標準化程度高，應用范圍廣，成本較低，經(jīng)濟效益好。符合包裝機的發(fā)展趨勢。 今后在包裝機的設計中，應重視高新技術的應用，使包裝機械的功能日趨先進可靠。 致 謝 本畢業(yè)設計（論文）的工作是在李連進老師的悉心指導下完成的，李連進老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和科學的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝四年來李連進老師對我的關心和指導。 李連進老師悉心指導我們完成了畢業(yè)設計（論文），在學習上和生活上都給予了我很大的關心和幫助，在此向李連進老師表示衷心的謝意。 李連進老師對于我的畢業(yè)設計（論文）都提出了許多的寶貴意見，在此表示衷心的感謝。 在撰寫畢業(yè)

65、設計（論文）期間，崔強、陶霖等同學對我畢業(yè)設計（論文）中的袋成型機構的選擇研究工作給予了熱情幫助，在此向他們表達我的感激之情。 另外也感謝家人父母，他們的理解和支持使我能夠在學校專心完成我的學業(yè)。 參考文獻 [1]機械設計手冊編委會，機械設計手冊，機械工業(yè)出版社，2004年．P101-110 [2]黃穎為，包裝機械結構與設計，化學工業(yè)出版社，2007年．P2-27 [3]李連進、李光、王東愛，包裝機械選用設計手冊，化學工業(yè)出版社，2013年．P291-300 [4]何銘新、錢可強，機械制圖，高等教育出版社，2003年．P213-242 [5] GB10609.1—1989

66、　 技術制圖　標題欄 [6] GB10609.2—1989　 技術制圖　明細欄 [7] GB/T14689—1993　 技術制圖　圖紙幅面和格式 [8] GB/T14690—1993　 技術制圖　比例 [9] GB/T17450—1998　 技術制圖　圖線 [10] GB/T17453—1998　技術制圖　圖樣畫法　剖面區(qū)域的表示法 [11] GB4458.4—1984　 機械制圖　尺寸注法 [12] GB4458.5—1984　 機械制圖　尺寸公差與配合注法 內(nèi)部資料 請勿外傳 9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ^!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQ@Gn8xp$R#͑Gx^Gjqv^$UE9wEwZ#Qc@UE%&qYp@Eh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu##KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9Cp