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畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 顆粒包裝機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 學(xué) 號： 09130180 姓 名： 嚴密 專 業(yè)： 機械工程及自動化 系 別： 機械與電氣工程系 指導(dǎo)教師： 李連進 教授 二〇一三年六月 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(gòu)、成型機構(gòu)、封口機構(gòu)、送料機構(gòu)、切斷機構(gòu)、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(shè)計進行了 顆粒 包裝機的設(shè)計方案論證、包裝原理 分析、機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 和 強度計算等，設(shè)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(diào)節(jié)軸向距離的軸上，薄膜經(jīng)張緊裝置、導(dǎo)向滾筒、牽引滾筒進入薄膜導(dǎo)向成型器，形成對折的 U 形結(jié)構(gòu)。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(gòu)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(guān)鍵詞： 顆粒 包裝機；結(jié)構(gòu)設(shè)計；袋成型；縱封；橫封 。 is in in in by by is on an by to a a at of of to of a 錄 摘 要 ....................................................................................................................... i ............................................................................................................ 錄 ..................................................................................................................... 緒論 ...................................................................................................................... 1 裝機械的作用 ....................................................................................... 1 裝機械的分類 ....................................................................................... 1 粒包裝機械的組成 ............................................................................... 2 粒包裝機械的發(fā)展趨勢 ....................................................................... 2 2 顆粒包裝機總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 .......................................................................... 4 粒包裝機設(shè)計參數(shù) ............................................................................... 4 粒包裝機的設(shè)計方案 ........................................................................... 4 粒包裝機總體設(shè)計 ............................................................................... 6 行機構(gòu) ........................................................................................ 6 動系統(tǒng) ........................................................................................ 6 撐形式選擇 ................................................................................ 7 體強度設(shè)計 ................................................................................ 8 3 包裝紙輸送機構(gòu)設(shè)計 ........................................................................................ 10 裝紙輸送機構(gòu)設(shè)計 ............................................................................. 10 體強度設(shè)計 ......................................................................................... 12 4 袋成型機構(gòu)設(shè)計 ................................................................................................ 14 成型機構(gòu)的選擇 ................................................................................. 14 鼻成型機構(gòu)的設(shè)計計算 ..................................................................... 15 5 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計 ............................................................................................ 19 體傳動比分配 ..................................................................................... 20 軸轉(zhuǎn)速計算 ......................................................................................... 21 軸功率的確定 ..................................................................................... 21 軸最小直徑估算 ................................................................................. 22 6 熱封設(shè)計 ............................................................................................................ 23 封滾輪的設(shè)計及計算 ......................................................................... 23 封裝置設(shè)計 ......................................................................................... 25 合調(diào)整 ................................................................................................. 27 導(dǎo)裝置 ................................................................................................. 32 結(jié)論 ........................................................................................................................ 33 致 謝 .................................................................................................................... 34 參考文獻 ................................................................................................................ 35 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 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(biāo)等前后包裝工序，轉(zhuǎn)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(yīng)用于食品、生活行業(yè)，跟人們的生活關(guān)系密切。 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，因此包裝機械在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著相當(dāng)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(fù)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(zhì)量，增強市場的銷售能力。 （ 5）延長產(chǎn)品保質(zhì)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(zhì)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。 裝機械的分類 我國國家標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)簽機 、北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 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，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。 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(gòu)：把圈在筒上的單層包裝紙通過設(shè)計的繃緊機構(gòu)以平張薄膜的形式輸送到紙袋成型機構(gòu)。 （ 2） 袋成型機構(gòu)：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(gòu)：利用特殊處 理過滾輪的回轉(zhuǎn)，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(gòu)是回轉(zhuǎn)機構(gòu)，對以豎封的筒狀包裝紙周期性的封口。所以，結(jié)合成型機構(gòu)，就實現(xiàn)了：卷狀→平張→筒狀→豎封→橫封。 （ 4） 送料機構(gòu) 通常有導(dǎo)管連通容器和灌裝帶，并可以調(diào)節(jié)流速大小。 （ 5） 切斷機構(gòu)：在熱定型式封口機構(gòu)持續(xù)運轉(zhuǎn)的同時，切斷機構(gòu)通過凸輪回轉(zhuǎn)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(gòu)：利用帶式輸送機持續(xù)傳遞已包裝好的產(chǎn)品。 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(shè)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(dāng)前包裝機械發(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(shù)和新材料等在包裝機械中將會得到越來越廣泛的應(yīng)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(dǎo)提供成套設(shè)備，為生產(chǎn)企業(yè)提供結(jié)構(gòu)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(shè)北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 備的同時，尤 其注重成套設(shè)備的完整性，尤其是高技術(shù)、高附加值設(shè)備，還是較簡單的設(shè)備，都按配套性要求提供?？v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(shù)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(shù)的影響，發(fā)展速度很快，局部技術(shù)有了很明顯的提高。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 2 顆粒包裝機總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 粒包裝機設(shè)計參數(shù) 計量方式：容積式計量 計量精度：± 5% 包裝速度： 50 /分 制袋尺寸：長 55 30源電壓： 220 伏 /50 粒包裝機的設(shè)計方案 方案一： 組成 機構(gòu)名稱 包裝紙輸送機構(gòu) 紙袋成型機構(gòu) 熱定型式封口機構(gòu) 切斷機構(gòu) 機構(gòu)形式 由供紙輥、導(dǎo)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(gòu)，切刀 功能實現(xiàn)過程 把圈在筒上的單層包裝紙通過設(shè)計的繃緊機構(gòu)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)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(gòu)持續(xù)運轉(zhuǎn)的同時，凸輪回轉(zhuǎn)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(gòu)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： 組成 機構(gòu)名稱 包裝紙輸送機構(gòu) 紙袋成型機構(gòu) 熱定型式封口機構(gòu) 切斷機構(gòu) 機構(gòu)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 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 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(gòu)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，封口和切斷在一個運動中同時完成，操作簡單，但對機構(gòu)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(xué)法和試驗法， 課程設(shè)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機械運動方案評價比較 方案一 方案二 傳動機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 傳動機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu) 系統(tǒng)功能 實現(xiàn)工藝動作的準(zhǔn)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(zhuǎn)速、行程可調(diào)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 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 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 根據(jù)表 2綜合比較可知，輸送機構(gòu)選擇方案一更加完備，功能更加完善；成型機構(gòu)優(yōu)選象鼻成型器更為高效，應(yīng)用更廣泛；封口機構(gòu)成對出現(xiàn)更好，切斷機構(gòu)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(gòu)要求比較高，故 我們最后采用了方案一。 粒包裝機總體設(shè)計 包裝機械的總體設(shè)計的步驟是：布置執(zhí)行機構(gòu)、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(jié)構(gòu)設(shè)計進行分析，包括支撐形式、成型機構(gòu)設(shè)計、其他結(jié)構(gòu)類的零件設(shè)計。 行機構(gòu) 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(gòu)和成品抽出機構(gòu)。 首先 ， 根據(jù)包裝工藝路線圖，各個執(zhí)行構(gòu)件應(yīng)布置在整體的上部，以便于觀察執(zhí)行情況，并且 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(gòu)簡單緊湊 并盡量縮小其幾何尺寸和所占空間位置。原動件應(yīng)盡可能接近執(zhí)行構(gòu)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(gòu)件往往是比較分散的 時 ，可將相近的幾個執(zhí)行機構(gòu)集中布置成為一個大部件。這樣 ， 一臺包裝機就相當(dāng)于由若干個大部件所構(gòu)。 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(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、傳動鏈短、且容易配備； 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 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(cè)面，以縮小機器外形； 3、在布置傳動是應(yīng)使各執(zhí)行機構(gòu)動作協(xié)調(diào)，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(diào)試，機械傳動系統(tǒng)的手動調(diào)整裝置，最好安置在操作者能觀察到有關(guān)執(zhí)行機構(gòu)工作情況的位置。首先，傳動設(shè)計部件包括動力機、變速與調(diào)速裝置、傳動裝置、操縱與控制裝置應(yīng)置于下方，便于查看并應(yīng)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(shè)計在中部以及下部。 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(guān)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示 ： 圖 2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(zhì)量適中，力求節(jié)約材料，容易搬運； （ 4）便于零部件的裝配調(diào)試、操作保養(yǎng)和機器的調(diào)運安裝； （ 5）外形美觀，給人以調(diào)和、勻稱、穩(wěn)定、安全的感覺。 常用的支撐形式有“一”型 、“ 1” 型、“口”型。由于工作環(huán)境的限制，并北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 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(shè)計需求。 體強度設(shè)計 （ 1）靜剛度 機器中任何一構(gòu)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 ( / ) m m? ? (2垂直抗彎剛度 ( / )yy m m??(2抗扭剛度 ( / ) m m? ?? ? ?(2式 (2~ (2 ： 水平、垂直作用力； M—— 扭矩， N· θ—— 扭轉(zhuǎn)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 ()3A P a L J??(222()6D P a x L J L???(2( 2 3 )6A P a L ?? (23B ?(23C ??(222( 3 )6D P a x L? ??(2北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 式 (2~ (2 ： P—— 作用力 (包括重力 )， N； E—— 支撐件材料彈性模量， J—— 支撐件的截面慣性矩， （ 2）扭轉(zhuǎn)變形 用橫截面的相對轉(zhuǎn)角 ? 來表示變形的程度 ? (2式 (2中 ： M—— 作用扭矩， N·m； L—— 長度， m； G—— 彈性剪切模量， （ 3）截面形狀與抗彎抗扭間的關(guān)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(yīng)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(jié)構(gòu)上來看，由于空心矩形內(nèi)腔容易安設(shè)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。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 3 包裝紙輸送機構(gòu)設(shè)計 設(shè)計的自動 顆粒 包 裝機的 輸送機構(gòu) 沒有專門的動力機構(gòu)，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(gòu)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(gòu)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。 裝紙輸送機構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計中，輸送機構(gòu)參考 果包裝機卷筒紙連續(xù)供紙裝置，如圖 3 圖 3糖果包裝紙輸送機構(gòu) 1 2 3 4、 5 6輪 7 8 9 10 11 12 13 14本設(shè)計與圖 3 不同點 是 ，只需要一個供紙輥、三個導(dǎo)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(dāng)紙張力變化或紙卷轉(zhuǎn)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(dāng)商標(biāo)紙和內(nèi)襯紙的位置不對中時，通過調(diào)節(jié)螺桿 10 進行調(diào)整。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 本設(shè)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 400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(gòu)還包括三個傳動輥，包裝紙通過供紙輥，接著在傳動桿 2、 傳動桿 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(shè)計的紙袋傳輸機構(gòu)如下： 圖 3包裝紙輸送機構(gòu) 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 12 圖 3包裝紙輸送機構(gòu)示意圖 體強度設(shè)計 （ 1）靜剛度 機器中任何一構(gòu)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 ( / ) m m? ? (3垂直抗彎剛度 ( / )yy m m??(3抗扭剛度 ( / ) m m? ?? ? ?(3式 (3~(3 ： 水平、垂直作用力； M—— 扭矩， N· θ—— 扭轉(zhuǎn)角，（°）； 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 Δx ， Δy—— 水平方向和垂直方向的位移。 包裝紙輸送機構(gòu) 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 ()3A P a L J??(322()6D P a x L J L???(3( 2 3 )6A P a L ?? (33B ?(33C ??(322( 3 )6D P a x L? ??(3式 (3~ (3 ： P—— 作用力 (包括重力 )， N； E—— 支撐件 材料彈性模量， J—— 支撐件的截面慣性矩， （ 2）扭轉(zhuǎn)變形 用橫截面的相對轉(zhuǎn)角 ? 來表示變形的程度 ? (3式 (3 ： M—— 作用扭矩， N·m； L—— 長度， m； G—— 彈性剪切模量， 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 4 袋成型機構(gòu)設(shè)計 袋型容器有很多種類，本設(shè)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(guān)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(guān)系。 成型機構(gòu)的選擇 表 4舉了常用的幾種類型的成型器以及其特點： 表 4常用成型器及其特點 由表 4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 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。 成型器類型 成型特點 應(yīng)用范圍 適應(yīng)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(yīng)用，尤其當(dāng)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(yīng)用比較廣 較好 比三角板成型器好 是 象鼻成型器 可將平張薄膜折疊成型 只能適應(yīng)一種帶寬 較好 彎折平緩，成 型阻力小 是 設(shè)計制造比翻領(lǐng)式簡單 翻領(lǐng)成型器 可將平張薄膜折疊成型 只能適應(yīng)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(shè)計、制造和調(diào)試比其他成型器復(fù)雜 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 鼻成型機構(gòu)的設(shè)計計算 象鼻成型器可看作是在 U 型成型器的設(shè) 計基礎(chǔ)上 ,結(jié)構(gòu)方面作了一些修改而形成的 ,象鼻成型器設(shè)計時建議按 ?? 12~5?? 選用三角形板的安裝角 ,并計算三角形頂角 ?2 值 ,根據(jù)所制作空袋袋寬 a 計算三角形板的高 b 。按 U 形成型器的設(shè)計方法找準(zhǔn)圓弧槽裝接位置 L,并取用圓弧部分半徑 。 設(shè)薄膜的寬度為 2a=90折后的空袋高度為 a=45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 ?2 ，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象鼻成型器結(jié)構(gòu) 在直角三角形 ， , ,所以有 ? 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 即 ?在直角三角形 ： ? , ,所以有 ? (4對既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸 , 一個定值 ,所以有如下關(guān)系 ： ?? tg? (4即： )(? (4決定三角形成型器的尺寸除頂角外 ,還有三角形板的高 h ,它和制袋的最大尺寸有關(guān) : ???式 (4： 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(yīng)有 : ?(4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 示。實際使用中 ,圓弧槽裝接即考慮展開面的寬度與 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 22R L R???(4式 (4： 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； a — 空袋高度 (立式為寬度 )。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 圖 4象鼻成型器結(jié)構(gòu) 圖 4象鼻成型器結(jié)構(gòu) 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0~10?? 。見圖 4示。實際使用中又截去三角形板的 分 ,減少成型器尺寸 ,在原三角形板的底邊 G 處設(shè)置一薄膜導(dǎo)輥 ,讓包裝材料經(jīng)這一導(dǎo)輥后直接拉上成型器的 截面處。 最終設(shè)計的象鼻成型器如圖 4示 ： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 圖 4象鼻成型器設(shè)計圖 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 19 5 傳動系統(tǒng)方案設(shè)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連續(xù)式自動制袋袋填包裝機傳動系統(tǒng) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12動力由減速器輸出后，通過帶傳動帶動主軸 ? 運轉(zhuǎn)，再通過主軸分配，形成三路傳動，分別驅(qū)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 動二聯(lián)體齒輪 的齒輪 再經(jīng)過二聯(lián)體齒輪 到齒輪 動軸 Ⅵ ，使定量供料器 8 回轉(zhuǎn)。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 （ 2） 主軸Ⅰ通過錐齒輪 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 動軸Ⅴ旋轉(zhuǎn)，從而驅(qū)動縱封滾輪 6 相對回轉(zhuǎn)。 （ 3） 主軸Ⅰ通過錐齒輪 動軸 Ⅲ的 偏心鏈輪機構(gòu) 4 輸出一個不等速運動，帶動齒輪 齒輪 一對 動橫封輥相對回轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)偏心鏈輪的偏心值可以實現(xiàn)熱封速度的調(diào)整。 作用在縱封滾輪上的牽引力應(yīng)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。 體傳動比分配 定量供料裝置轉(zhuǎn)動一圈，可以填 6 袋，而機器的包裝速度是 36~60 袋 /以定量供料裝置最多要每分鐘轉(zhuǎn) 10 轉(zhuǎn)，所以定量供料裝置中心軸的轉(zhuǎn)速為6~10r/量供料裝置的轉(zhuǎn)盤有 6 個定量孔，所以橫封器嚙合次數(shù)應(yīng)該達到36~60 次 /定袋長 80~140且再根據(jù)產(chǎn)量計算縱封器的轉(zhuǎn)速α，如下： α 140× 60=2R× (5R―縱封器壓輥半徑 ，初定為 R=5540× 60=2× 55× α (5α 80× 36=2R× (5 α 據(jù)所有執(zhí)行機構(gòu)的軸的轉(zhuǎn)速設(shè)定如下傳動計算框圖： 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 圖 5傳動計算框圖 軸轉(zhuǎn)速計算 綜合傳動計算框圖 5軸轉(zhuǎn)速計算如下： n 主軸 =n 電機 × i 減速器 (5 其中 機 =840~1400 r/ n 主軸 =42~70r/軸功率 的確定 P 主軸 =P 電機 ×η帶×η減×η聯(lián) (5式 (5 ： η帶 — 帶傳動效率，取為 減 — 蝸輪蝸桿減速器效率，取為 聯(lián) — 聯(lián)軸器效率，取為 P 主軸 =550× 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 軸最 小直徑估算 n = 3 (5設(shè)計軸時一般考慮軸上的鍵槽對強度的影響，設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)槽的個數(shù)增大尺寸，其經(jīng)驗公式計算如下： d=??? 3n %41%41 ）（）（ 24 (5因為主軸與減速器由聯(lián)軸器連接，所以選擇標(biāo)準(zhǔn)件聯(lián)軸器的復(fù)合最小軸直經(jīng)為 d=25 所以主軸最小直徑為 5率分配 共有三條傳動線需要分配功率一條是橫封機構(gòu)，一條是縱封機構(gòu)，還有一條是定量供料裝置。由于橫封機構(gòu)需要的力相對來說不是很大，所以橫封機構(gòu)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 × 51 == (5 P 縱封 = P 主軸× 54 × 53 = (5P 定量 = P 主軸× 54 × 52 = (5北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 6 熱封設(shè)計 塑料薄膜及其復(fù)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(fù)合薄膜，因為它的氣密性良好以及高強度而廣泛應(yīng)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(zhì)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塑料材料。在自動制袋裝填包裝機中，廣泛應(yīng)用電阻加熱的熱融封合方法，因其具有機構(gòu)簡單，調(diào)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(fù)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。 封滾輪的設(shè)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(jié)構(gòu)。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 圖 6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(diào)節(jié)套筒 9－彈簧 10－調(diào)心球軸承 11－齒輪 12－軸 13－軸承座 14－不完全齒輪 如 圖 6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(zhuǎn)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，其右邊的固定軸承座裝置一個調(diào)心軸承，因此軸承座可在箱體 4 的滑槽內(nèi)作滑動微調(diào)。由于受彈簧 力的作用，可調(diào)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(diào)整，當(dāng)擰緊調(diào)節(jié)套筒 8 時，彈簧 9 壓縮，使壓力增大，放松調(diào)節(jié)套筒則壓力減小。圓螺母 7 用來鎖緊調(diào)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(dāng)縱封滾輪隨軸旋轉(zhuǎn)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。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 縱封滾輪的動力來自不完全齒輪 14，由傳動機構(gòu)帶動齒輪 14 旋轉(zhuǎn)，通過相互嚙合的齒輪同時驅(qū)動兩個軸，使縱封滾輪實現(xiàn) 相對旋轉(zhuǎn)。 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(zhì)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(zhuǎn)，因此需要有較好的綜合力學(xué)性能。在實際生產(chǎn)中可采用合金結(jié)構(gòu)鋼加工，如 40鋼材制造。 封裝置設(shè)計 橫封裝置用于復(fù)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(dāng)然 ,有些包裝機設(shè)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(gòu)，而且對有色標(biāo)薄膜帶的分 切更準(zhǔn)確，封切質(zhì)量更高，生產(chǎn)效率更高。 如 圖 6示 ，橫封裝置的結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)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(diào)節(jié)，當(dāng)旋緊調(diào)節(jié)套筒 5 時，彈簧 8 壓縮，使壓力增大 ,放松調(diào)節(jié)套筒則壓力減小 。圓螺母 4用來鎖緊調(diào)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(qū)動兩個橫封輥作相對回轉(zhuǎn)，實現(xiàn)封切。 橫封輥的發(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(yīng)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(zhuǎn)，因此需要在橫封輥軸端裝配電刷環(huán) 18，通過電刷導(dǎo)入電源。橫封輥的溫度，通過測溫頭測定，再由溫控表調(diào)節(jié)，測溫頭可裝配在滑動軸承座 3 或軸瓦套 16 上。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 圖 6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(diào)壓支桿 11－電熱管 12－隔熱套筒 13－觸電凸臺 14－絕緣套筒 15－導(dǎo)線 橫封輥的結(jié)構(gòu)有兩種形式，分別是整體加工式和裝配式。整體加工式的橫封輥是將回轉(zhuǎn)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。 北京交通大學(xué)海濱學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 圖 6整體加工式橫封輥結(jié)構(gòu) 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 料加工，刀口熱處理