【包装印刷造纸】全自动粉料立式包装机毕业设计论文

【包装印刷造纸】全自动粉料立式包装机毕业设计论文摘要全自动粉料立式包装机适用于日化、医药、食品、农药等行业的粉料类产品的灌装生产。整机采用不锈钢制造，清洁卫生。它的特点是机械式传动，设计紧凑合理，外形简洁美观，调节便利，同时具有计量功能。灌装速度和灌装容量均可在一定范围内进行调节，从而满足不同的生产需求。整机灵敏性高，低速转矩大，速度稳定，工作电压稳定，抗干扰能力强。粉料立式包装机由供料装置、供膜装置、传动系统、热封装置、切割装置、操作箱等几部分组成。本次设计主要完成传动系统（包括链轮、齿轮、轴），物料计量装置及总体装配的结构设计。全自动粉料立式包装机采用功能完善齐全，操作灵敏简便，包装质量完美，安全卫生可靠，性价比高，其技术参数如下：包装速度：50～120袋/分包装容量：5～27ml/袋电源电压：220V50Hz整机功率：0.75kw整机重量：350㎏外形尺寸：1425mm×735mm×1430mm（长×宽×高）具体设计请参见图纸和说明书关键词　粉料立式包装机传动系统链轮齿轮可调容积式计量盘供膜装置切割装置热封装置AbstractFull-automaticpowderverticalmodlepackingmachineisusedfortheconsecutivefillingofgranuarproductswithvariedviscosityindailychemicalindusty,medicine,foodstuffs,pesticideandpetrochemicalindustry.Thewholemachine,madeofstainlesssteel,iscleanandhygienic,andfullyincompliancewiththeGMPrequirementsformedicineproduction.Itsfeaturesareasfollows:compactandreasonabledesign,andsimpleandattractiveappearance,easyadjustmentsandaccuratefillingcanbeachievedandcountingisprovided.Thefillingrangeandspeedcouldbeadjustedandverysimple.Ithascharacteristicsofstartbuffering,highflexibility,largetorqueatlowervelocity,stablespeed,,constantworkingvoltageandantidisturbance.Full-automaticpowderverticalmodlepackingmachineiscomposedbymaterialprovidinginstalllation,membraneprovidinginstallation,transmissionsystem,sealinginstallation,cuttinginstallationoperatingboxandsoon.Thisdesignmainlycompletesthetransmissionsystem(includingchainwheel,gear,axis),materialmeasurementinstallmentandoverallassemblystructuraldesign.Full-automaticpowderstandmodlepackingmachineincludesperfectfunctionsandiseasytouse,inadditionthemachinehasabeautifulpackageandahighquality/priceratio.Itsspecificationsareasfollows:Packingspeed:50120bags/minPackingvolume:5～27ml/bagPowersource:220V50HzPower:0.75kwWeight:350㎏Dimension:1300*800*1700mmPleaselookatthediagranmpaperandthespecificationfortheconcretedesign.Keywords：Full-automaticpowderverticalmodlepackingmachine;drivingsystem;Chainwheel;Gear;Adjustablevolumetypemeasurementplate;Formembraneequipment;Cuttinginstallment;Heat-sealinstallment.目录摘要IAbstractII第1章绪论11.1我国粉料立式包装机械现状11.2我国粉料立式包装机存在的主要问21.3我国食品包装机械存在的发展趋势21.4本章小结4第2章设计任务简介52.1设计题目52.2主要组成部分52.3主要技术参数52.4用途62.5包装材料：62.6.本章小结：7第3章传动系统83.1传动系统简介83.2电机的计算和选用83.2.1选择电机类型83.2.2确定电机容量83.2.3确定电机的转速93.2.4总传动比的分配103.3减速器的选用113.4机械无极变速器的选用113.5链传动123.5.1链传动的特点123.5.2链传动的主要设计任务123.5.3链传动的张紧133.5.4链传动部分的设计133.6齿轮传动173.6.1齿轮传动特点173.6.2齿轮的材料183.6.3直齿圆柱齿轮传动的设计计算183.6.4直齿锥齿轮传动的设计计算213.7轴的设计计算273.7.1轴的强度计算273.7.2轴的校核293.8滚动轴承的选用323.9本章小结34第4章物料计量装置354.1粉状物料的定量装置354.2容积定量354.3可调容积式量杯计量装置的工作原理374.4本章小结38第5章供膜装置395.1.供膜装置的选用395.2供膜装置的主要组成395.3供膜装置的工作过程395.4本章小结40第6章热封装置416.1热封装置概况416.2热封装置主要组成部分416.3本章小结42第7章切割装置437.1切割装置主要组成部分：437.2切割装置的调整437.3本章小结44结论45参考文献46致谢47附录148附录254附录361第1章绪论为满足现代化商品包装多样化的要求，目前国内外开始不断发展适应多品种，小批量的通用包装机械和设备，从而使得包装机械的形式日趋增多，粉料立式包装机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，在一台设备上自动完成制袋成型，计数充填，封口剪切等全过程的自动包装设备。它常用于食品药品的大众包装中。1.1我国粉料立式包装机械现状我国包装机械发展较晚，目前正处于起步应用阶段，虽然从九十年代后，我国的制袋充填机有了较快发展，通过参考国内外产品进行消化吸收，自主开发研制，技术上有了很大的提高，但和国外相比，国内大多数产品技术含量低，产品差异程度低，成熟产品技术易模仿和抄袭，造成低水平重复，阻碍了对包装机的技术创新和发展。在产品技术方面，国内粉料包装机的主要特点如下：1.速度低，品种少。国外大多数制袋充填包装机根据包装物料的不同和产量的大小，一般在20-100袋/分之间，大多为单列式包装，封合形式一般是三边封，四边封和背封式。2.精度低采用螺杆充填的粉料计量充填系统，当充填量为100g～1000g时，国外机器的计量精度一般<1%，而国内一般在62%～63%之间。3.可靠性低国内一些企业为了能在产品初期快速赚钱，低价格倾销，采用无质量保证的电子元件、控件或低级的原材料，再加上无的加工和装配工艺，没有针对具体情况进行改造，导致产品不稳定或不适合用户使用要求。4.自动化和智能化水平低近年来，我国的包装机械虽采取了一些PLC和具有智能控制功能的仪表，但总体来说，大多数仍是低水平的机电控制，仍没有带有数据储存、采集、修正功能的机器。1.2我国粉料立式包装机存在的主要问题粉料立式包装机虽然占地面积小，成本低，但在包装粉末型物料的效果和物料品种兼容性这俩项要求上，大多数这种设备中都不能尽如人意。粉末型产品颗粒细小，在包装过程极易产生粉末“反扑”现象。“反扑”现象会造成包装封口不严，且会在一定程度上污染工作环境，因为立式包装设备是垂直下料，下料口和包装袋袋底距离较大，且且是在包装的同时进行制袋，在下料过程中物料以包材为“滑梯”滑入袋内，如果粉末扬起，则会污染封口，致使封口不能被密封，这样一来，产品的质量往往会受到影响。其次，生产混合型物料时，立式包装设备因为无法在设备上曾加工位，所以在灌装时必须将物料预先混合才能下料，但实际生产中往往因为物料预先混合或传输过程中的不均匀，导致实际产品混合比例和配方比例不符。粒状物料飞溅严重，粉尘飞扬，空气污染严重，工作环境恶劣，有毒有害的粉尘对人体伤害严重。而且对食品、药品采用手工包装不能符合卫生要求，以及对人体有毒有害的物品更需要自动化、无人化包装。比如给料系统的优劣，也将直接影响计量结果，有时，甚至造成设备无法使用的严重后果。因为给料过程中的落差，是对一部分物料的估计值，如果给料系统不稳定，那么落差就处于不稳定状态，计量结果就会不稳定。[8]因此尽快解决粉粒状物料高速度、高准确度自动定量充填包装技术难题具有非常重要的意义。另外，在粉料立式包装机中仍可能存在夹料、包装袋错边或起皱、包装袋封口不严、包装袋外形不正等问题。1.3我国食品包装机械存在的发展趋势包装机械是包装工业的重要基础，没有现代化的包装机械就没有现代化的包装工业。包装机械的未来是各种高新技术、新机构、新控制方法。高度结合，其技术特征将趋于“三高”，即高速、高效、高质量、重点发展方向将趋于节能降耗、性能稳定可靠、控制水平先进、结构紧凑、噪音低、效率高操作简单、外观造型更加注重美学设计、控制和操作更加趋于人性化。包装机械未来的发展趋势如下：1.自动化程度越来越高提高自动化程度是包装机械发展最重要的趋势。品种和产量均居世界之首的美国十分重视包装机械和计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多应用于包装机械之中。日本的包装机械控制系统也十分先进和完善，有效地促进了无人操作和自动化程度的提高。在计量、制造和技术性能等方面居于世界领先地位的德国也高度重视提高包装机械的自动化程度。几年前，德国包装机械系统设计的自动化技术在整个系统操作及运行中仍只占30%，当下已占到50%之上。2、高生产率，高可靠性世界4大包装机械强国(美、日、德、意)均十分重视市场及用户需求，把提高机器转数提高生产率作为设计追求的重要指标。3、好的柔性和灵活性随着市场竞争日益加剧，产品更新换代的周期已越来越短，因此要求包装机械具有好的柔性和灵活性，这样才能符合经济性要求。许多专家预测，多用途、高效率、简洁化、组合化、可移动、更小型、更加柔性和灵活性将是未来包装机械发展的重要趋势。为使包装机械具有好的柔性和灵活性，更要求提高自动化程度，大量采用微电脑技术、模块化技术和单元组合形式。4、注重成套性和配套性包装机械设备的成套性和配套性关系到包装机械的功能能否全部发挥，只重视主机生产，而不考虑配套设备完整，将使包装机械应有的功能不能发挥出来。因此开发配套设备，使主机的功能得到最大的扩张，是提高设备的市场竞争力和经济性至关重要的因素。5、广泛采用先进的设计方法和技术世界包装机械强国为适应市场不断变化的要求，努力提高设计质量，缩短设计周期，广泛采用了先进的设计方法和设计技术。先进的设计方法有优化设计、可靠性设计和且行设计(且行工程)等。先进的设计技术，已普遍采用的有计算机辅助设计(CAD)，正在推广应用的是计算机仿真设计技术。1.4本章小结本章主要介绍了我国粉料立式包装机的发展现状和存在的问题，且介绍了包装机械的发展趋势。第2章设计任务简介2.1设计题目粉料立式包装机整体及传动系统设计粉料包装机是针对粉状物料而实现自动包装而设计的单辊筒多配置的包装机械。可实现三边封口的包装。要设计完成的包装膜供给装置采用倾斜方式。被包装的物料通过计量装置的精密计量后落入下料嘴，通过下料嘴落入包装袋内。本机采用可调量杯式计量方式，该计量方式可根据需要调整包装袋内物料的体积。封口采用辊筒方式，横封和纵封在同一封口辊上完成，封口花纹采用完整，连续的棋盘纹。切断刀具采用锯齿刀。整体的电器控制均采用优质的电器元件。其中封口辊筒温度控制采用智能温度控制仪，机械速度控制采用变频器调节。2.2主要组成部分(1)传动系统(2)供膜装置(3)转盘式计量装置(4)热封装置(5)切割装置(6)电器控制装置2.3主要技术参数(1)生产率：50～120袋/分钟(2)计量范围：5～27ml/袋(3)制袋尺寸：60mm×55mm(4)主电机功率：0.75kw(5)电加热器功率：150w*2(6)电源电压：380v/50Hz三相四线制(7)外形尺寸：长×宽×高（1425mm×735mm×1430mm）(8)整机质量：350kg2.4用途适用于食品、医药、化工农药等各种粉末、细粉等物品的包装。如豆粉、奶粉、调味粉料、药品冲剂等。2.5包装材料：纸/聚乙烯，BOPP/聚乙烯，铝箔/聚乙烯，涤纶/镀铝/聚乙烯，尼龙/聚乙烯等复合材料。图2-1包装机总体简图2.6.本章小结：本章主要介绍了设计题目，设计任务以及包装机的设计设计参数和用途。第3章传动系统3.1传动系统简介传动系统是机器的重要组成部分，由它驱动各执行部件按工艺要求完成各种动作。传动系统的精度将直接影响机器的加工余量，传动系统的震动、噪音是机器震动、噪音的主要来源，传动系统直接影响机器的复杂程度，关系到机器的结构和性能。3.2电机的计算和选用3.2.1选择电机类型选择Y系列(IP44)封闭式三相笼型异步电动机，该类型的电动机结构简单，维修方便，重量较轻，成本较低，工作效率高，负载特性较硬，能满足大多数工业生产机械的电器传动需要，而Y系列(IP44)型能防止灰尘、铁屑或其他杂物侵入电机内部。3.2.2确定电机容量电动机的输出功率主要分配给俩部分，即切割装置和封口装置。切割装置：按最高产量120袋/min计算，切刀的旋转速度为120r/min，切刀半径约为0.04m传动系统效率：减速器效率：链传动效率：轴承效率：直齿锥齿轮传动效率：无级变速器效率封口装置：封口装置驱动轴的转速为60r/min，刀具转速为30r/min,刀具旋转一周包装材料的消耗量为55×4=220mm，v=220n/60=110mm/s，=0.96，F=300N由此可得:传动系统效率：：减速器效率：链传动效率：轴承效率：直齿锥齿轮传动效率：无级变速器效率：渐开线直齿轮传动效率所以电机容量3.2.3确定电机的转速初步确定链轮的传动比为1～2，直齿锥齿轮传动比为1～4，减速器传动比约为15，无极变速器传动比为0.25～4，所以总传动比范围3.75～480，故电机的可选转速范围112.5～14400r/min,符合这一范围的同步转速有750r/min，1000r/min，1500r/min,3000r/min，综合考虑电动机的传动装置的尺寸，重量，价格以及总传动比，为使传动装置结构紧凑，选择电机的同步转速为1500r/min，额定功率为0.75KW，满载转速1390r/min,电机质量为17Kg,电机型号为Y802-4。3.2.4总传动比的分配总传动比分配：直齿锥齿轮传动=2，链传动=2，减速器传动=12.5，无极变速器传动=0.923.2.5运动学计算各轴输入功率：各轴转速：各轴转矩：3.3减速器的选用减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来增大转矩和降低转速，以满足工作需要。减速器的种类很多，按传动类型可分为齿轮减速器，蜗杆减速器和行星轮减速器，以及它们相互结合起来的减速器，根据结构的需要，本机选择蜗轮蜗杆减速器，采用蜗杆下置式，啮合处冷却和润滑都较好，蜗杆轴承润滑也方便，一般用于蜗杆圆周速度v﹤5m/s，选择CW型圆弧圆柱蜗杆减速器，CW型圆弧圆柱蜗杆减速器具有整体机体，模块化设计的特点，用于传递俩交错轴间的运动和功率的机械传动，如冶金、矿山、起重、运输、化工、建筑、建材、能源及轻工等行业的机械设备。使用范围为：减速器的输入轴转速≤1500r/min；减速器工作环境温度-40°C-40°；当工作环境温度低于0°C，启动前润滑油必须加热到0°C之上，或采用低凝固点的润滑油，当工作环境温度高于40°C时，必须采用冷却措施，减速器输入轴可正、反俩方向旋转。减速器的型号为CW-12.5-IFJB/T7935-1999重量20Kg,主要生产厂家：西安重型机械研究所。3.4机械无极变速器的选用本机器选用普通V带无极变速器，传动比i=0.25～4,结构为：单面可动锥盘式。其结构简单，变速范围小，，它广泛应用于金属切削机床、纺织机械、造纸机械、印刷机械、化学机械、食品工业及造船工业等，起着传递动力和曾减速的作用。其特点为：1)结构简单，制造精细，性能优良，经久耐用；2)依靠V带和摩擦锥体间的摩擦传递动力，输出轴装有螺旋自动调压装置，在工作负荷变化时，仍能使V带俩侧保持一定得压力，故保证了转速均匀，无相对滑动;3)V带由涤纶，橡胶制成，外加金属骨架，刚柔结合，故功率损耗小，耐磨性强；采用封闭式自给润滑，经长时间使用后才需要更换润滑油，故维修保养简单；4)安装不受角度限制;5)传动平稳，无噪声。另外根据所选电动机的型号，所选变速器的型号为：GMWB-1-0.75。3.5链传动链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮(大链轮和小链轮)组成，通过链轮轮齿和链条链节的啮合来传递运动和动力，链传动在机械制造中广泛应用。3.5.1链传动的特点和摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高，又因链条不需要像带那样张的很紧，所以作用在轴上的径向压力较小，链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑，同时链传动能在高温和潮湿的环境中工作。和齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低，成本也低，在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。链传动的主要缺点是：只能实现平行轴间链轮的同向传动，运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不易用在载荷变化很大，高速和急速反向的传动中。3.5.2链传动的主要设计任务确定链条型号，链节数和排数，链轮齿数Z以及链轮的结构，材料和几何尺寸，链传动的中心距a,压轴力，润滑方式和张紧装置等。3.5.3链传动的张紧链传动的张紧的目的，主要是为了避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条的震动现象，同时也为了增加链条和链轮的啮合包角。当中心线和水平线的夹角大于60°时，通常设有张紧装置。张紧的方法很多，中心距不可调时，设张紧轮。张紧轮能够是链轮，也能够是滚轮，张紧轮的直径应和小链轮的直径相近，张紧轮有自动张紧和定期张紧。3.5.4链传动部分的设计总传动系统简图：图3-1传动系统简图1.各轴中心距的确定减速机轴—中心轴(切割装置驱动轴)(1)取小链轮齿数,i=1,大链轮齿数(2)修订算功率式中工况系数(3)确定链型规格，链节距根据计算的功率和小链轮的转速n=120r/min,可选取链的规格型号为08-A-1-42-GB/T1243-1997，链条节距P=12.7mm(4)初定中心距取(5)确定链长节数X链长节数实际链条节数链条长度(6)最大中心距（理论中心距）为保证传动松边一定的下垂度，实际中心距应比计算值小约2～5mm实际中心距(7)链速(8)有效圆周力(9)作用在轴上的拉力(10)润滑方式的选定根据链号08-A和链条速度，选用润滑方式为用油壶或油刷定期人工润滑。同理，计算出各轴之间的中心距和其他参数如下表（其中链的规格型号均为08-A-1-42-GB/T1243-1997，链条节距P=12.7mm）表3-1各轴中心距数值表 参数 减速机轴—中心轴 中心轴—凸轮轴 凸轮轴—计量盘驱动轴 X(mm) 88 66 80 L(mm) 1117.6 838.2 1016 a(mm) 440 260 350 v(mm) 0.406 0.406 0.305 FN(N) 899 432 577 FQ(N) 1078 571 7362．链轮的基本参数和主要尺寸：图3-2链轮尺寸示意图齿数均为16，节距p=12.7mm，滚子外径dr=7.92mm分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径齿宽齿侧倒角齿侧半径轮毂厚度轮毂长度轮毂直径排距各链轮的基本参数和主要尺寸见下表：3-2各链轮参数数值表 链轮 齿数 d(mm) da(mm) df(mm) bf(mm) h(mm) Z1Z2 16 65.1 70.7 57.2 7.3 10.8 Z3 16 65.1 70.7 57.2 7.3 9.1 Z4Z5 32 129.6 135.8 121.7 7.3 13.0 Z6 16 65.1 70.7 57.2 7.3 9.1 Z7Z8 24 97.8 103.4 89.4 7.3 8.8 Z9 32 129.6 135.8 121.7 7.3 11.9 Z10 12 49 54.2 41.1 7.3 12.53.6齿轮传动3.6.1齿轮传动特点1)瞬时传动比恒定。2)传动比范围大，用于增速或减速。3)速度和传递功率的范围大，可用于高速、中速和低速的传动功率能够小于到。4)传动效率高，一对高精密的渐开线圆柱齿轮，效率可达99%之上。5)结构紧凑，适用于近距离传动。6)制造成本高，某些具有特殊齿形或精度很高的齿轮，故需要专用或高精密的机床、刀具和俩仪等，故制造工艺复杂，成本高。7)精度不高的齿轮，传动时噪声、振动和冲击大，污染环境。8)无过载保护作用。3.6.2齿轮的材料对齿轮材料的基本要求是：齿面要硬，齿芯要韧，以抵抗齿面失效和轮齿折断。另外，选择材料时仍应考虑加工和热处理工艺性及经济性的要求。制造齿轮的材料最常用的是各种钢材，其次是铸铁，以及非金属材料。钢材可分为锻钢和铸钢俩大类，处尺寸较大（d>400~600㎜），结构形状复杂时宜用铸钢外，一般均用锻钢制造齿轮。铸铁：由于抗弯和耐冲击性能均较差，故铸铁主要用于制造低速不重要的开式传动齿轮和功率不大的场合。常用材料有HT250、HT300、QT500等。非金属材料：在高速、小功率、精度不高的齿轮传动中，也有用非材料制造齿轮的。3.6.3直齿圆柱齿轮传动的设计计算1)选择齿轮材料，确定试验齿轮的疲劳极限应力初选齿轮材料为45，调质，硬度220～240HBS，精度等级为8级，齿数查图16.2-17及图16.2-26按MQ级质量要求取值，查得2)按弯曲疲劳强度初步确定模数，且初选主要参数按表16.2-33式中齿轮传递的转矩:载荷系数K:考虑到齿轮做不对称布置，速度较低，冲击载荷不大，取K=1.9。齿宽系数：取齿数比：取许用弯曲应力：按表16.2-33，取最小安全系数外齿轮的复合齿形系数：查图16.2-23得将之上数据代入计算模数的公式得取模数：齿宽：分度圆直径：3)校核齿根弯曲疲劳强度按表16.2-34使用系数：查表16.2-36及16.2-37得动载荷系数：式中齿轮分度圆上的圆周力：圆周速度：将各数据代入公式得弯曲强度计算的载荷分布系数：弯曲强度计算的载荷分配系数：查表16.2-42得弯曲强度计算的重合度：将之上各数值代入齿根弯曲应力计算公式得：许用应力：：抗弯强度计算的寿命系数其中寿命极限：相对齿根圆角敏感性系数：相对表面状况系数：尺寸系数：所以安全系数取最小安全系数所以结论：结构符合要求4)主要尺寸3.6.4直齿锥齿轮传动的设计计算热封装置锥齿轮设计：1)选择齿轮材料，初步确定齿数选择俩齿轮材料为45，调质，硬度220～240HBS，精度等级为8级。小齿轮齿数，传动比，大齿轮齿数查图16.2-17及图16.2-26按MQ级质量要求取值，查得2)按弯曲疲劳强度初步确定模数，且初选主要参数设计公式许用弯曲应力：按表16.2-33，取最小安全系数外齿轮的复合齿形系数：查图16.4-25得载荷系数：所以取3)几何计算分锥角：大端分度圆直径：外锥距：当量齿数：齿宽系数取齿宽：取实际齿宽系数：中点模数：中点分度圆直径：切向变位系数：，高变位系数：，顶隙：大端齿顶高：大端齿根高：全齿高：齿根角：齿顶角：，（采用等顶隙收缩齿）顶锥角：根锥角：大端齿顶圆直径：当量齿轮分度圆直径：当量齿顶圆直径：当量齿轮传动中心距：当量齿轮基圆齿距：啮合线长度当量齿轮顶圆直径：端面重合度：齿中部接触线长度：齿中部接触线的投影长度：4)齿根抗弯疲劳强度校核使用系数：查表16.2-36及16.2-37得精度等级和中点圆周速度：动载荷系数：齿轮分度圆上的圆周力：复合齿形系数，重合度系数：锥齿轮系数：载荷分布系数则齿根弯曲应力：齿根许用弯曲应力:齿根弯曲疲劳强度基本值寿命系数：(长期工作，取为无限寿命设计)相对齿根圆角敏感系数：相对齿根表面状况系数：尺寸系数：最小安全系数：许用弯曲应力值：齿根弯曲强度校核结果：，所以设计符合结构要求。切割装置锥齿轮设计：齿数：模数：大端分度圆直径：中点分度圆直径：齿轮分度圆上的圆周力：分锥角：外锥距：齿宽：b=16mm大端齿顶高：大端齿根高：齿根角：齿顶角：3.7轴的设计计算3.7.1轴的强度计算按许用切应力计算：受转矩T(N·mm)的实心圆轴，其切应力为：写成设计公式，则轴的最小直径为：式中为轴的抗扭截面系数：轴传递的功率：轴的转速：和轴材料有关的系数，轴的材料为45钢，取：许用切应力，取40Mpa各轴的直径最小值计算如下：中心轴：切割装置驱动轴：凸轮轴：空转轴：计量盘驱动轴：3.7.2轴的校核按安全系数法进行轴的强度校核（以切割装置驱动轴为例进行校核）：图3-3切割装置驱动轴简图图3-4轴受力图图3-5水平面（XY）平面受力图图3-6垂直面（XZ）平面受力图图3-7水平面弯矩图图3-8垂直面弯矩图图3-9合成弯矩图1）计算锥齿轮受力转矩圆周力径向力轴向力2）计算轴承反力水平面：垂直面：3)画出水平面弯矩图（图3-7），垂直面弯矩图图（图3-8）和合成弯矩图（图3-9）。4）初步分析截面1有较大的应力和应力集中。下面以截面1为例进行安全系数校核。5）轴材料选用45号钢调质，，，求得疲劳极限：由式，得6）求截面1上的应力弯矩7）求截面1的有效应力集中系数因在此截面处有轴直径变化，过度圆角，又因为，由查得，。8）求表面状态系数及尺寸系数，，由表查得，。9）求安全系数（设无限寿命）得结论：根据校核，截面1足够安全，其他截面尚需进一步分析和校核。3.8滚动轴承的选用滚动轴承的选择，包括类型、尺寸、精度、游隙、配合以及支撑形式的选择和寿命计算，通常可按以下步骤进行：（1）根据工作条件确定轴承部件的结构形式。（2）根据支承形式及轴承的工作特性确定轴承类型、精度。（3）通过轴承部件的结构设计，强度和寿命的计算，具体确定轴承的型号。（4）验算轴承的负荷能力和极限转速。滚动轴承的工作特性：（1）负荷能力：滚动轴承的负荷能力和轴承类型和尺寸有关。负荷能力一般以额定动负荷比粗略表示，其含义为某种滚动轴承的额定动负荷值和相同外形尺寸的深沟球轴承额定动负荷的比值。通常额定动负荷用C表示。（2）速度特性：在一定负荷和润滑条件下，滚动轴承所能允许的最大转速称为轴承的极限转速。它和轴承的类型、尺寸、负荷大小及方向、润滑剂的种类及用量、润滑方式以及散热条件等有关。如果极限转速不能满足要求，需要另选轴承或采取改进措施。如提高轴承精度，加大球轴承的游隙，采用青铜或夹布胶木保持架，采用喷油或油雾润滑等，综合使用之上各项措施，可使极限转速提高一倍之上。（3）调心性：轴承能够自动补偿轴和外壳孔中心线的相对偏斜，从而保证轴承正常工作状态的能力称为轴承的调心性。调心球轴承和调心滚子轴承都具有良好的调心性能，它们所允许的轴线偏斜角分别为3度和0.5度到2度。（4）运转精度：对于运转精度要求高的轴承需选用过盈配合。对于游动支承常使用圆柱滚子轴承，因为这种轴承的俩个套圈在安装时都可采用过盈配合。轴承的套圈一般比较薄，因此和轴承相配合的轴和外壳孔的形状误差也会影响轴承的运转精度，故配合件的精度必须和轴承相一致。滚动轴承的类型选择：选择滚动轴承类型时应考虑轴承所受负荷，运转和工作环境，经济性及其它特殊要求等多种因素的影响。下述原则可供参考：（1）转速较高，负荷不大。而旋转精度要求较高宜用球轴承；转速较低，负荷较大或有冲击负荷时宜采用滚子轴承。（2）当径向负荷比轴向负荷都比较大时，若转速高宜用角接触球轴承，若转速不高宜用圆锥滚子轴承；当径向负荷比轴向负荷大的多且且转速较高时宜用向心球轴承；当轴向负荷比径向负荷大的多且且转速较低时，常用俩种不同类型的轴承组合，让他们分别承受轴向及径向负荷。支承刚度要求较高时，能够成对采用角接触轴承。（3）需要调整径向间隙时，宜采用带内锥孔的轴承。（4）支点夸距大，轴的变形大或多支点轴，宜采用调心轴承。在满足使用要求的情况下，优先选用价格低的轴承。一般来说，球轴承的价格低于滚子轴承；精度愈高，价格愈贵；同精度的轴承中深沟球轴承最便宜。3.9本章小结本章对主要进行了传动系统中各个链轮，齿轮，轴的计算，确定了其基本尺寸，且介绍了轴承的选用原则。第4章物料计量装置4.1粉状物料的定量装置在轻工业生产中很多物料是呈粉粒装、液体状、粘稠状、颗粒状、块状或梗枝状。粉状物料如豆奶粉、速溶咖啡、橙汁冲剂、洗衣粉、爽身粉、塑料粉粒等；液体物料如汽水、啤酒、牛奶、白酒、果汁、酱油等。粘稠状物料如果酱、香脂、牙膏、鞋油等。颗粒状、块状、梗枝状物料如纽扣、药片、香皂、香烟、铅笔、火柴等。这些物料在生产过程中的供计量或最后做成为成品包装需要解决按一定量的计量供送问题，因此要有定量计量装置。根据定量装置的不同，定量装置有容积定量、称重定量和计数定量三种。对粉状物料主要采用容积定量和称重定量的计量方法，对液体、粘稠状物料采用容积定量的计量方法，对颗粒状、块状、梗枝状物料采用计数定量的计量方法。对于定量装置的要求，是具有较高的计量精度和速度，结构简单，且能根据计量要求进行调整和自动调节。粉状物料的定量装置，比其他物料的定量装置要困难的多。它和粉状物料的物理、化学特征由直接的关系。例如物料视密度（即堆积密度）的不稳定性，产品的易吸潮性，产品和接触材料的易粘结性以及产品的不易流动性等都给计量问题带来困难。仍有些产品的粉尘飞扬有害身体健康。故此类物料的供送、包装或包装过程中计量的解决，必须考虑物料的具体特性。一般说来，粉状物料的定容计量比称重计量结构简单，计量速度快，造价低但计量精度低。容积定量比较适合小重量的粉料包装和视密度较稳定的物料，能达到包装重量的指标要求。4.2容积定量常见的容积定量法有：量杯式、轮毂式、螺杆式、柱塞式、甩勺式等。容积定量装置：它主要由料斗、回转盘及刮板等组成。回转盘由转轴带动回转，盘上有四个圆筒形定量杯，计量杯由活门盖住。粉料由料斗送入粉罩内，再靠自重流入定量杯内。回转盘运转时刮板刮去定量杯上多余的粉料。已装好粉料的定量杯随圆盘回转到卸料口时，顶杆推开定量杯底部的活门，粉料自定量杯下落入漏斗，装入包装袋中，当圆盘继续回转时，顶杆又将活门推回到定量杯底部，从而阻止物料的下落。固定容积式量杯式定量装置，它只能计量一定容积的物料，不能做任何调整，若要改变容积则必须换用另一种定量杯。另外，这种装置只能适用于视密度非常稳定的物料，物料视密度的变化会直接影响定量精度，所以对视密度有变化的物料需要采用结构复杂一些的可调容积式定量装置。可调容积式量杯由一个上量杯和一个下量杯组合而成。通过调节机构改变上下量杯的相对位置，以改变容积，使其计量也随着改变，但这种调整量是有限的。调整方法有手动和自动俩种。手动调节方法是根据灌装过程检测其重量波动情况，人工转动手轮及调节机构升降上下量杯的相对位置以达到改变量杯容积。自动调整方法则比较复杂，要在粉料进给系统中，加电子检测装置，来测得瞬时物料变化的电讯号，信号经放大装置放大后，驱动电动机，转动量杯调节机构，以调节组合量杯的容积。容积式量杯计量装置的生产能力：式中—驱动量杯的转盘的转速（r/min）—转盘上的量杯个数—每个量杯的计量重量（g）式中—量杯的容积（cm）—物料的视密度（g/cm2）,即粉料堆积的密度，又称堆积密度固定量杯容积：式中—固定量杯直径（cm2）—上量杯的计量高度（cm2）可调量杯容积：式中—上量杯内直径（cm）—上量杯计量高度（cm）—下量杯内直径（cm）—下量杯计量高度（cm）4.3可调容积式量杯计量装置的工作原理量杯式计量装置在充填机上应用广泛，结构形式较多。采用量杯式计量装置计量的物料，要求它们的容积和重量较为稳定。为补偿容重的变化及适应充填量的变化，本机采用可调容积式量杯计量装置。它由上下俩个半只组成，一个半只固定，另外半只则是可调的，通过调整上下量杯的相对位置，从而改变容积的大小。其工作流程：在料斗内加上被包装物后，通过物料的自重和搅拌器的搅拌，计量盘以容积计量方式进行计量，计量过得被包装物通过卸料斗，充填到包装袋内。表5-1计量杯设计尺寸表 整体尺寸 340(mm)×450(mm)×540（mm） 固定量杯 D=25mm H=25mm 可调量杯 D=35mm H=15mm 容积可调范围 4.42～26.67mm 可移动行程 16mm虽然此设计的计量杯在容积上能够进行调节，可是由于调节的方式只能通过手动进行，那么所调节的精度就受到了一定了影响，所以此结构仍然需要进行进一步的改善。4.4本章小结本章介绍了粉状物料的几种计量方法，着重阐述了可调容积式计量盘的组成和工作原理，且对其计量容积进行了计算。第5章供膜装置5.1.供膜装置的选用轻工业生产常常是成批大量的，在生产过程中要把工件按一定的节拍和方位送到工作位置，经过加工、装配、或包装后再取下。如果工件的供送和取下采用手工操作，不仅体力劳动繁重，而且生产率也不可能提高。因此为了提高生产率，降低劳动强度，保证加工质量，采用自动上、下料装置是必不可少的措施。也只有实现上、下料的自动化，才能实现机械加工、装配、包装的全自动化。由于轻工业行业加工对象范围的广泛性和多样性，轻工业机械的上料自动化比其他行业的上料自动化在装置的结构和设计上要复杂的多。这些装置应满足轻工业机械生产的一些基本要求：①卷料和条料，②板片料，③件料，④长棒料，⑤液体、胶状料，⑥粉粒料等上、下料装置。液体、胶状料及粉粒料属于流动性而不成形的物料，它们的上料装置需解决定量供料问题。纸料和塑料薄膜送料装置是轻工业机械，特别是包装机械常用的上料装置，以供给包裹用纸和各种商标用纸。提供的纸料和塑料薄膜，能够是片状的，也能够是卷状的，相应的有片状送料装置和卷料送料装置俩类不同形式。5.2供膜装置的主要组成1.包装薄膜安装轴2.包装薄膜张力自动调整装置3.薄膜终了检测装置4.图案校准光电控制装置5.包装薄膜送人装置6.包装薄膜导辊筒7.包装薄膜导向器5.3供膜装置的工作过程将一卷包装薄膜经初级导向辊筒，橡胶辊筒，由薄膜引导器对折，接着由热辊筒进行封口，制成袋状后，各袋子通过切口装置，然后经旋转切割装置按规定尺寸切割后，由成品排出槽排入下道工序。5.4本章小结本章对供膜装置进行了简单介绍，且概括了供膜装置的组成部分和工作原理。第6章热封装置6.1热封装置概况将容器的开口部分封闭起来的机器成为封口机。食品原料经过加工成成品后，为了能够长期保存，必须装入相应的容器且封口杀菌，使装入容器内的食品和外界隔绝，不在受到外界空气及微生物的污染而引起腐败。不论是铁罐、玻璃罐等容器，或是其他包装材料如铝、塑料等以及由塑料薄膜、铝箔等制成的复合薄膜，如不能严密封口蜂蜜，就不能达到长期保存的目的。所以封口是食品加工过程中主要工序之一。常用的封口方法可分为：热压式封口；压纹式封口；辊压式封口；卷边式封口；压力式封口；旋合式封口。本机采用热封方式，主要装置是封口热辊筒装置。热封广泛使用在塑料薄膜的封口上，大多数采用电热丝加热，加热温度在130～150°C之间。有常热式、脉冲加热式、油热式等数种。对于卷筒平张塑料薄膜来说，制成袋形尚需经过纵封和横封操作。纵封又分为间歇式和连续式俩种，横封一般均采用间歇式。6.2热封装置主要组成部分1.封口热辊筒装置2.左右挤压调整螺栓3.定位螺栓4.热辊筒座固定螺栓5.热辊筒齿轮6.驱动变向齿轮7.热辊筒座8.调整用垫片9.辊筒安装座口热辊筒装置用等速旋转的单热辊筒牵引包装薄膜，且将薄膜热压熔接，此时纵向和横向封口将同时进行。热辊式加压封合工作原理：本机采用热辊热封。机用电热丝对辊形热封头恒温加热，经过和热的一对辊轮(加热也能够是其中的一个)作连续对滚运动，将要封合的薄膜送入俩辊轮之间，在薄膜向前输送的过程中被加热封合。由于热辊式加热能连续工作，因此生产率较高，可用于复合薄膜的制袋。6.3本章小结本章对热封装置进行了简单介绍，且概括了热封装置的组成部分和工作原理。第7章切割装置7.1切割装置主要组成部分：（1）割装置离合器手柄（2）切割位置调整旋转（3）割位置微调手柄（4）螺旋齿轮（5）旋转刀具（6）固定刀具（7）固定刀具安装螺栓（8）固定刀具轴（9）旋转刀具轴（10）切割装置地板7.2切割装置的调整1）切割装置的微调:用切割位置微调手柄对切割的位置进行微调。在手柄不能调整的范围内时转动手柄，使螺旋齿轮位于中心部位。2）切割位置的粗调：①将切割装置离合器手柄放在“ON”的位置。②向里按进切割位置固定侧的咬合齿，再旋转刀具，按旋转方向转动，切割位置下降，按逆方向转动，则切割位置上升。3)转动旋转刀具至如下图所示位置，调整使其在斜线围内再固定。注意:在切割之前，包装品接触旋转刀具的安装部位时，会造成切割位置偏移。4）封口部位被斜切时的调整：根据薄膜的特性，有时填充密封后发生倾斜，则松动固定螺栓进行调整。①松动切割台固定用螺母，使切割台整体倾斜，用切割台调整螺栓进行调整,调整后不要忘记拧紧固定螺栓及调整螺栓。②不同的薄膜以及在填充后及空袋的情况下，在切割台其切口的倾斜度是不同的。5）切割刀具的更换及切割情况调整：松动固定切割装置的螺母，使固定刀的刀口在距离机器基板200㎜处水平安装。6）松动旋转刀具安装螺栓后，使旋转刀刃刚接触到固定刀刃之后固定。7）然后，再次用手转动旋转刀刃，切割使用的薄膜。观察其切割状况，用铜锤轻轻敲击固定刀进行调整。为使其能理想的切割薄膜，脱开离合器，用手转动旋转轴，来确认其切割程度。注意事项:①热辊筒起密封薄膜的作用，也起着牵引薄膜的作用。②挤压的程度要达到能够拉紧薄膜为止。注意挤压过强易造成薄膜破裂。③用挤压调整螺栓调整，使密封强度达到所要求的强度。④薄膜安装轴的中心和纵向热封口的咬合位置都要距衬底195㎜，其理由是在纵向封口之前，薄膜从中央部分开始对折，然后才能进行封口。因热辊筒的部位会有和热辊筒几乎一样的温度，为尽可能地延长辊筒座的使用寿命，要使用专门的耐热油，注入辊筒座的注油孔。如果使用一般的透平油，因其不具备耐热性，会立即变质固化，固化后再辊筒座和热辊筒之间积聚，会妨碍辊筒的转动，使辊筒很快磨损。7.3本章小结本章简要介绍了切割装置的主要组成部分和调整方法。结论经过半个学期的努力，通过资料查阅，参照多本机械设计及老师的多次指导，我完成了粉料立式袋包装机的传动系统设计和总体设计。本次设计中包含的传动系统的设计，可调容积式量杯的结构设计，总体装配图的绘制以及轴和齿轮等部分的绘制。其工作原理为：通过传动系统驱动供料系统下料，进入可调容积式计量盘，同时供膜系统动作，使包装材料经过成型器，在热封辊的拉动下进行热封，最终经过切割装置切断输出成品。它的优点是设计结构紧凑，外形简洁美观大方，调节方便，实现计量的可调节性，制袋的速度和每袋的容量均可调节，具有启动缓冲功能，速度稳定，工作电压稳定，抗干扰能力强。它的缺点是计量盘调节及切割角度调节都是手工调节，不够精确。另外，由于包装材料在热封辊的拉力作用下直接经过成型器，无变速机构对包装薄膜的位置进行自动调节，包装薄膜经过一定时间的拉伸，它的张力可能发生变化，从而导致薄膜供送的不准确性。在专业知识方面，通过本次毕业设计，使我重新温习了以前所学的知识，机械制图，机械原理，机械设计，材料力学，互换性原理等，且能够将各科知识结合起来考虑问题。另外也进一步掌握了机械制图的辅助设计软件，如AutoCAD、CAXA等。在整个设计过程中，指导老师张连东老师也给予了多次指导，是整个设计更加正确和完善，从而最终完成了设计任务。参考文献[1]国内外制袋充填包装机的状况分析[J].中国包装工业，2008,(1、2)：46-47.[2]张西良.立式包装机工艺过程及控制系统研究[J].轻工机械,2003,(3):27-29[3]朱满平,周长会,付云强.粉料包装机用排料泵的改进[J].矿山机械,2005,33(9):112-114[4]刘方全.定量包装技术的发展方向[J].中国计量,1999(3)[5]许立忠,龚景安.机械设计[M].北京:机械工业出版社2003,1.[6]包装物易开启性分析[J].中国包装工业,2009,(1)[7]安子军,李纯德.机械原理教程[M].北京:机械工业出版社2003,8.[8]王玉生,姜彤.充填机机电一体化系统设计[J].机械设计及制造,2008,(12)：50-51[9]戴宏民.世界包装机械的发展趋势及我国的发展战略[J].重庆工商大学学报(自然科学版),2003,20(2):1-4[10]粉状调味品包装设备水平式全自动包装机[J].中国包装工业,2008,(3):16[11]林学翰.包装技术和方法[M].长沙:湖南大学出版社1988,12.[12]许林成，赵治华，王治.包装机械原理和设计[M].上海：上海科学技术出版社，1988[13]孙凤兰，马喜川.包装机械概论[M].北京：印刷工业出版社，2006.[14]韩晓娟.机械设计课程设计[M].北京：印刷工业出版社，2000.8[15]机械设计手册编委会[M].北京：印刷工业出版社，2007.3[16]Hanlon,J.F.HandbookofPackageEngineering,NewYork,McGraw-HillBookCompany,2003[17]ModernPackagingEncyclopedia,2001[18]GerardLallemem.SemigronpandCombinataormlApplurations.Johnwcilcy&NewYork.2001致谢作为大学生涯的重要一环，在最后的半年里，所有的人都将精力和心血投入到了毕业设计当中。如果说当初走入校园的开学典礼时我们人生的序曲，那么毕业设计就是将我们带入人生起步的前奏。大学四年的所有知识都将融入到一张张图纸，一片片论文中，既要求我们运用所学知识完成课题任务，又要求我们的动手动脑能力在综合运用中得到提高、巩固和加强。在专业知识方面，通过毕业设计我能够将以前所学过的机械设计和制造和包装巧妙的结合起来，且通过CAD、CAXA等制图工具的熟练运用，最终完成毕业设计。随着食品工业的现代化水平提高，在很大程度上依赖于食品机械的发展，离开现代化机械和设备，现代食品工业就无从谈起。食品工业的发展史设备和工艺共同发展的结果，应使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工艺的改进和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。俩者相互促进，相互完善是整个食品工业向现代化迈进的必要条件。在整个设计过程中，我逐渐认识到自身存在了很多问题，很多以前学过的知识且没有掌握牢固，遇到问题的时候，仍需要经常翻阅以前的资料，把所涉及到的知识重新温习一遍。而且通过应用计算机而将以前废弃的很多软件重新拾起，又重新掌握了其技能和要领。半年的时间似乎吸收了四年的知识，虽忙碌、却充实、快乐、充满了成功的喜悦。本次毕业设计主要是在张**老师的细心指导下完成的，在这里衷心感谢***老师在设计中对我的帮助和指导，以及**教研室的各位老师和师傅对我的指导。同时在这里向所有在设计过程中帮助我的同学表示感谢，谢谢你们！附录1开题一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义小袋粉料立式包装机广泛应用于小袋食品药品的包装，如豆奶粉、速溶咖啡、方便面调料包等。因为它和人们的日常生活息息相关，所以市场需求量大，发展前景很大，它能够提供给消费者简便、易携带、分量适中的商品，相对于体积大、重量大、不易携带、分量多的大包装，它适用于在旅游、餐饮等用量不大的环境。但小袋包装自身也存在了一定的问题，比如它容易造成包装材料的浪费，从而也在一定程度上对环境造成了影响。可是随着近些年来一些新型无污染材料的出现，那么由于包材对环境的污染现象也会得到一定的解决。比如澳大利亚研发出了由玉米淀粉制成的塑料包材，日本成功研制出了生物可降解型增塑剂和酵母可分解塑料，我国的科研人员也成功地将二氧化碳可降解材料吹膜且制成环保塑料袋，这在国际上尚属首例。市场对于小袋包装的需求拉动了粉料立式包装机的技术的发展。德国、美国、日本、意大利为世界四大包装机械大国。品种和产量均居世界之首的美国十分重视包装机械和计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多应用于包装机械之中。日本的包装机械控制系统也十分先进和完善，有效地促进了无人操作和自动化程度的提高。在计量、制造和技术性能等方面居于世界领先地位的德国也高度重视提高包装机械的自动化程度。为使新产品开发速度不断加快，德国包装机械设计已普遍采用了计算机仿真技术，即将各种机器元素以数据库存入计算机，设计人员根据要求直接调用各种机器零、部件参数进行设计后，计算机即可自动合成为三维模型。再把实际生产时的数据和指标输进去，把各种可能发生的故障输进去，计算机三维模型即可依照真实工作情况进行操作，使客户根据显示屏上显示的图像和曲线一目了然，且可根据客户的意见修改模型。计算机合成速度很快，因此修改工作迅速方便，直到使客户或设计者满意。采用计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。而国内生产的粉料立式包装机速度低，品种少，精度低，可靠性低，自动化和智能化水平低，低水平重复建设严重，开发能力不足等方面。我国应实现食品包装机械机电一体化，建立集成化的包装机械新体系，实现包装技术智能化，开发设计绿色包装机械。二、研究的基本内容，拟解决的主要问题本课题研究的内容是粉料立式包装机，主要研究其执行机构、传动系统、卷膜牵引机构、下料充填系统、横纵封切断系统、计数系统。目标：制袋尺寸：60mm×55mm；产量50～120（袋/分）1.布置执行机构的位置即布置被包装物品的计量和供送系统、包装材料整理和供送系统、主传送系统、包装执行机构和成品输出机构的位置。因为制袋尺寸比较小，所以应尽量减小机器的尺寸和所占空间位置，设计执行机构时应做到简单紧凑，减少机构的构件数和运动付数，原动件应尽可能靠近执行机构。2.确定传动系统包括选择合适的动力机、变速和调速装置、传动装置、操纵和控制装置以及辅助装置。3.设计卷膜牵引机构要求结构简单、新颖，拉膜动作平稳、可靠、稳定且无跑偏现象，确保制袋长度的准确性，成品率高。因为小袋包装无需太多关注其包装袋的美学特性，所以采用三边封口方式即可，无需对成型器做过多的设计。4.选择合适的下料充填系统该系统设计的优劣性将直接影响到包装物料的计量准确度，