茶叶自动包装机的设计含9张CAD图
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设 计(XX)任 务 书2 1本毕业设计(论文)课题应达到的目的: 茶叶自动包装机设计包含了机械、电子等的相关技术,学生通过查阅资料、方案的确定、机械部分结构、控制部分设计、相关的运算等相关环节的亲身实践,能够锻炼学生对所学知识的综合运用能力,提高他们分析问题、解决问题的能力。通过查阅资料,了解目前机电行业的现状及发展趋势,对就业环境有初步的认识和了解。2本毕业设计(论文)课题任务的内容和要求设计内容对于茶叶、小颗粒包装等行业,其产品最后都要装成一定规格的包装,本题目就是针对这一行业,完成茶叶或颗粒状物料按照一定的设定值称量并打包。本题目包括袋子成型,茶叶称量,袋子热封、切断等动作,符合国家规定的精度标准。设计要求1、通过查阅资料,了解设备的用途、现状和发展趋势等,完成前期资料(开题报告、外文翻译)的撰写;2、安装并学习绘图软件,为下一步设计做准备;3、通过对设备动作的分析,及相关的计算,对比不同的可采纳的方案的优缺点,确定自己要采用的方案,进行总装配图设计;4、优化系统结构,进行零件图的设计及相关的校核。5、完成设计说明书的撰写。6、提供完整设计资料一套。 摘 要本设计主要从提高生产效率与准确定量填充方面入手,设计一台茶叶包装机。根据设计要求和包装机的工作原理,首先对是计量填充机构的设计,本装置定量机构采用计量螺杆,通过控制螺杆的转速来达到准确计量的目的;然后袋成型装置进行设计,本设计的袋成型装置为象鼻成型器;第三对包装材料供送、牵引、封口、切断这一系列包装工作机构的设计,并对其零部件的结构进行设计。包装材料供送装置为送膜架;牵引装置为牵引辊和步进电机等主要部件协调工作实现;封口、切断这一系列工作机构由封口-切断机构完成;最后输送机构及其零部件的设计,输送装置利用输送带和滚筒实现输送;本次设计还对主要传动链的传动方案做了分析和选择,对主要传动零件做了校核。关键词:茶叶包装机、定量填充、制袋、封口、传动ABSTRACTThe design mainly from increased production efficiency and accurate quantitative filling aspects, design a powder packaging machine. According to the packaging design of require and machine powder principle, the first of the bag forming device design, this design of the bag forming device for trunk-forming. Second, to achieve accurate filled with powder agencies design, and the achievement of this action necessary components for structural design, design of this quantitative measurement devices filled with measures adopted by screw, by controlling the speed of the screw to achieve accurate measurement Purpose; again, for the delivery of packaging materials,draught, sealed and cut off this series of working bodies of the packaging design, and this series of body parts of the structure design. Packaging materials for sending equipment to send film frames, sealed and cut off this series of work by sealing bodies - cut off to complete. Traction device for the traction roller and stepper motor coordination, such as the realization of the main components The last,transportation of framework and and this series of body parts of the structure design. Transportation device use conveyer belt and rollers to complete. For the main transmission chainss transmiss prcept made analyses and choices. Key words: powder packaging machines, quantitative filling, bag, seal transmission目 录摘 要IABSTRACTII第1章 绪 论11.1 国内外包装机的发展现状11.2 包装机的发展趋势11.3本次设计的内容概叙2第2章 茶叶包装机总体方案设计32.1设计任务32.1.1题目32.1.2参数32.2茶叶包装机类型的选择32.2.1 工位32.2.2运动形式32.2.3单头型和多头型42.3主要构成和工作原理42.3.1主要构成42.3.2工作原理52.4编制工作循环图52.5绘制结构图5第3章 执行机构设计73.1计量充填机构的设计73.1.1计量充填方案的选定73.1.2计量螺杆式充填机的设计83.1.2.1计量充填机构的工作原理及工作过程83.1.2.2 计量充填机构的零件设计83.2制袋成型器的设计113.2.1制袋成型器的选定113.2.2 象鼻成型器装置的设计133.3封口机构的设计143.3.1封口机构的选定143.3.2封口结构的设计173.4包装材料供送系统设计183.4.1送膜架供送装置结构图绘制183.4.2送膜架的设计193.4.2.2 张紧辊支架的设计203.5切断机构的设计223.5.1切断机构的选定223.5.2切断刀的设计223.6成品输出机构的设计233.6.1成品输出机构方案的选定233.6.2成品输出机构的设计233.7料袋牵引装置设计253.7.1料袋牵引装置的选定25料袋牵引装置的设计263.8机架的设计273.8.1 包装机箱的设计273.8.2支腿的设计28第4章 传动部分设计304.1传动方案的选定304.1.1封口机构传动方案的选定304.1.2薄膜牵引机构传动方案的选定304.1.3成品输出机构传动方案的选定314.1.4总体传动方案的确定324.2 传动系统零件的设计及力学分析334.2.1传动比的确定和分配及电动机的选择334.2.2 V带的设计364.2.4减速器的选择374.2.5 润滑方式与牌号的选择384.2.6 轴的设计384.2.7成品输出机构传动齿轮的设计424.2.8轴承的选用454.2.9联轴器的设计454.2.10热封和剪切夹具处的拉伸弹簧的选择464.2.11连接键的选择及计算46结 论48参考文献49致谢5051 第1章 绪 论1.1 国内外包装机的发展现状包装机械经过近百年的发展已经处在一个自动化程度比较高的阶段,大量新技术新工艺新材料应用于包装机械行业使包装机械效率及包装质量都大大提升。包装机械总体处在一个比较高的发展水平上,基本国外包装机械以美,德,日,意大利为代表的西方先进制造强国占领着高,大,精,尖的制高点。我国由于包装机械起步慢,投入不足等因素的制约虽然经过近些年的快速发展,但与这些制造研发强国相比还有很大的差距,严格意义上说,我国包装机械基本上处于仿制,测绘,稍加1国产化改进阶段,中国的包装机械在产品开发,性能,质量,可靠性,价格,服务,等方面与进口产品的竞争中都处于劣势,大量的进口设备大多是国内不能制造或达不到技术使用要求的大型设备,像无菌包装机,大型高速饮料罐装机,贴标机等2 。1.2 包装机的发展趋势国际包装机械竞争日趋激烈 ,快速发展的国际包装业需要大量高质量的包装机械,结合国际包装机械行业的形势,分析包装机械发展趋总体朝着如下方向发展3。首先,市场日趋垄断化,更少的企业掌握市场的大部分份额,生产更加的集中,并继续朝着规模化,集团化发展,以追求规模效益。其次,零部件生产专业化,缘于整个包装机械,包装系统具有比较高的通用性,可以相互借用 ,所以包装机械朝着专业化方向发展是包装机械发展的必然趋势。再次 ,提升技术含量,向智能化发展 。加工产品的多样化,用户多包装机的品质品种都有了更高的要求,借助包装新科技技术,新工艺,新材料,新产品的发展,这必然促使包装机械向高新技术方向发展。朝着高精度、专业化、绿色包装技术发展,包括产品朝单一多功能两级化发展,伴着人们对产品要求提升, 环保的更加重视,生活品质的提升都是未来行业发展的趋势。随着生产与流通日益社会化、现代化、产品包装正以崭新的面貌崛起,受到人们普遍重视,无论在国内或国外,包装工作已涉及到各行各业,面广量大,对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响,甚至在现实生活中出现了过去难以三个想象的新情况:未经包装出售的商品变得越来越少了,而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售。因而不妨这样说,在将来,如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售;可是如果没有先进的工业与科学技术和综合发展,也不可能出现高水平的现代化包装。大量事实表明,实现包装的机构化和自动化,尤其是实现具有高度灵活性(或称柔性)的自动包装线,不仅体现了现代生产的发展方向,同时也可以获得巨大的经济效益,是关系到国家长远规划的一件大事,也是搞好社会主义现代化的一项重要内容。1.3本次设计的内容概叙本次设计的包装机为茶叶包装机。在本次设计中,如何实现茶叶的准确定量计量与包装袋的成形是本次设计的难点。在本次设计中采用了电动机作为原动机,用齿轮传动、V带传动及凸轮传动组合的机械传动方式。机械传动式是一种传统的传动方式,具有在稳态传动效率高和制造成本低方面的优势,在调速范围要求小,经济要求苛刻和作业速度稳定的领域有着不可取代的优势。此次设计主要是从准确定量称量及制袋方面入手,因此,实现粉料包装的主要设计要点在于,既要实现粉料准确计量工作,又要能同制袋装置之间的运动不发生干涉,同时还要求不增加工作机构。准确的实现定量计量填装装置的设计是此次设计的重点。 目前常用的定量称量装置有很多种,从效果来看,容杯式定量装置、转鼓式、螺杆式定量装置、自动称等都可以达到计量的目的,制袋装置有: 翻领式成型器、三角板成型器、U行板成型器、象鼻成型器等。但是这几种装置各有优劣。本次设计从准确性及经济性及装置的适用性加以考虑以上装置的可用性。此次设计完成装配图绘制并绘出整体装配图及各部件的部件图和零件图。同时也可以在设计后期对前期选定的方案进行论证,及时地完善整体设计方案与部分构件的方案。另外本次设计也是一个尝试,一个本科生运用所学知识进行实际运用的尝试。尝试着自行解决茶叶包装动作如何实现,并如何解决辅助动作的实现与协调问题。 第2章 茶叶包装机总体方案设计2.1设计任务2.1.1题目 茶叶包装机机械部分的设计2.1.2参数(1)填装速度50袋/分钟(2)计量范围 50200g(3)电源电压;AC 220V/50HZ(4)使用寿命;810年2.2茶叶包装机类型的选择 2.2.1 工位分为单工位和多工位。单工位包装机的所有包装操组都集中在一个工位上完成,当一件物品完成工序并输出之后,下一件物品才能进入机器开始包装;多工位包装机,物品从输入输出,必须经过多个工位,而且在不同的工位上一次完成不同的各个操作。由于茶叶包装机包装过程比较复杂,需要较多的执行机构(供料,计量,充填,封口,切断等),将包装操作分散在不同的工位上同时进行,能够提高生产效率,所以选择多工位。2.2.2运动形式运动形式分为间歇运动和连续运动。间歇运动指物品有一个工位转移到另一个工位间歇步进运动,主要包装操作可在物品静止完成。一般适用于执行机构比较多的机器,但其惯性力和冲击现象不利于提高生产效率。连续运动是物品及传送系统均作连续等速运动。在包装机进行包装工作时,各个执行机构是并行工作的,这样既能够提高生产效率,缩短生产周期,也能减少机器空间,根据分析和设计要求,本设计选用间歇运动。2.2.3单头型和多头型特指连续运动多工位包装机完成同一包装操作的执行机构的数目。每一物品的包装操作都一次经过所有执行机构,则称为单头连续运动;若完成同一包装操做的执行机构有多个则称为多头连续运动多工位包装机4。当执行机构种类较多时,为减少执行机构的数目,宜于选用单头型。综上分析,本设计包装机采用多工位,单头,间歇运动形式。2.3主要构成和工作原理 结合茶叶包装机工作原理,绘制茶叶包装机的工艺路线如图所示充填计量被包装物料供料包装材料定尺寸牵引光标定位成型封口:切断 产品输出 图2.1茶叶包装机工艺流程图2.3.1主要构成茶叶制袋-充填-封口包装机主要执行构件构成如下:(1) 包装材料供送机构(2) 袋成型机构(3) 计量填充机构(4) 热封机构(5) 切断机构(6) 成品输出机构2.3.2工作原理首先把物料送入包装机的料斗内,计量装置将称量好的定量物料送入制袋成型装置,同时包装材料经薄膜传送装置引入成型器卷成筒状,热封装置将同时完成一个包装袋的侧封和顶封,(顶封同时也是下一包装袋的底封)由于下料通道被包装袋裹住,然后向袋内下料随之由传代机构移动一个工位完成顶封封合,并用切断刀切断完成包装工序,由产品输出机构输出成品。2.4编制工作循环图本机的主要执行机构有:包装材料供送、制袋、茶叶计量填充、热封、切断等,其中制袋机构由袋成型和热封机构来完成。通过分析各执行机构的运动规律及对它们的动作配合要求,可绘制工作循环图15,如下图2.2工作循环图2.5绘制结构图依据包装机的主要构成和工作原理绘制机构简图图如下1-薄膜传送机构 2-袋成型机构 3- 薄膜牵引机构 4- 薄膜封切机构 5- 成品输送机构6- 计量机构 7- 计量机构固定装置 8- 主分配轴 9- 动力电机 10- 包装机箱体 图 2.3 茶叶包装机机构简图第3章 执行机构设计3.1计量充填机构的设计3.1.1计量充填方案的选定计量充填是产品包装的一个重要环节,计量充填机械是指将待包装物料按所需的精确量充填到包装容器内的机械。计量充填机械的种类有很多,但一般由物料供送装置、计量装置、下料装置等组成。根据计量充填机械所采用的计量原理不同,可分为容积式充填机、称重式充填机、记数式充填机5。对粉状物品主要采用容积式充填机,本机设计为茶叶包装机,因此选用的计量充填装置为容积式充填机。其中容积式充填机又分为多个种类,我们们需分析其各种类的特点来确定具体机械所需容积式充填机的类型。(1) 量杯式充填机 适用于颗粒较小、且均匀的物料,计量范围一般在200mm以下为宜。(2) 柱塞式充填机 适用于颗粒状、粉状物料的计量,其工作速度较低。(3) 螺杆式充填机 主要用于粉料或小颗粒物料的计量,其主要特点是结构紧凑,无粉尘飞扬,还可以通过改变螺杆的参数来扩大计量范围。1-步进电机;2-联轴器;3-齿轮;4-搅拌器;5-料斗 6-计量螺杆;7-螺旋给料器导管 8轴承图3.1螺杆式充填机机构图螺杆式充填机与其它计量充填机构相比具有充填距离较短,很少粉尘飞扬,等优点,并且可以通过改变螺杆的转数来改变茶叶的充填质量。经比较各方案的优缺点,本次设计选用螺杆式充填机。3.1.2计量螺杆式充填机的设计3.1.2.1计量充填机构的工作原理及工作过程螺杆式充填机实际上是一种螺旋给料器。是利用螺杆的螺旋槽的容腔来计量物料。由于每一个螺距中都有一定的理论容积,因此通过准确的控制螺杆的转速和转数,而获得较为准确的计量值。达到定量填充的目地。工作过程是:物料经料仓进入螺旋给料器经导管输出,由电机带动螺旋给料器的计量螺杆转动,通过控制称量螺杆转动的速度实现定容定量。3.1.2.2 计量充填机构的零件设计(1)料斗的设计为了搅拌器的安装,料斗采用斗身与盖板结合的方式设计,盖板与斗身边沿钻有两个7 mm孔,采螺栓连接斗和盖板,其中盖板与进料口采用铸造融于一体,盖板铸成4mm厚,斗身其用2mm厚的45号钢板焊接而成。料斗设计尺寸为直径300mm,高250mm的圆锥形;进料部分设计尺寸为70mm,60mm结构图如下: 图3.2料斗图示(2)计量螺杆的设计计量螺杆多为单头矩形截面螺旋。经精密加工后的每个螺旋槽都有相同的理论容积。本次设计要求计量范围在50g200g,通过改变螺杆的转速也即通过改变步进电机的转速可以实现。选择一种螺杆也就选择了固定的容积V 。结合计量范围和设计经验来设计螺杆的基本参数,从下图可以推出容积V6的计算公式如下可按下; (3-1)生产率: (3-2)式中b螺旋片宽度, cm; s螺距,cm;螺旋片厚度,cm; R螺旋片外径,cm;R螺杆片内径,cm; a螺杆升角,(。)n螺杆转速,r/min。计量螺杆参数如图:图3.3计量螺杆图示(3)螺旋给料器导管设计为确保螺旋计量准确度高且稳定,对螺旋有适当的制造精度外,螺旋外径与导管间配合间隙要选择恰当,在导管内螺旋扣数不少于5扣。螺旋给料器导管设计尺寸为外径28mm,内径20mm长150mm材料,采用无逢钢管。如图3.3所示:图3.4螺旋给料器导管(4)计量充填机构底座的设计计量机构底座是计量充填机构在包装机上安装、定位、支撑的装置。计量机构底座采用10 mm 厚的45号钢板制成,如图: 图3.5计量机构底座(5)计量机构电机的选定本次设计中,计量充填机构的动力装置采用独立配置的电动机。在计量充填机构中需要提供动力的机构有两个,分别为计量螺杆和搅拌机构。计量螺杆的电动机要求能变速,通过控制电动机的转速来控制计量螺杆的转速以实现定量计量的目的。搅拌机构的功率不是很大但要求电动机工作稳定。由设计要求与已知条件,结合此设计的计量充填机构的工作特点计量螺杆的动力机选用三相磁阻式步进电动机,型号选用130BC3100A型 18。搅拌机构的动力机选用单相电容运转异步电动机,电动机额定功率为40W,同步转速1300r/min。由于电动机转速较高,因此需要为电动机配置合适的减速器,减速器选用CJ40-152减速器。表3.1电动机参数表电动机型号额定功率(w)满载转速(r/min)外形尺寸长x宽x高(mm)YCJ40D401300100x90x90电动机型号电压V步距角外形尺寸长x宽x高(mm)130BC3100A83000.6/1.2170x130 3.2制袋成型器的设计3.2.1制袋成型器的选定制袋成型器是使塑料薄膜材料卷折成各种袋型的专用装置,它是成型-充填-封口机上的专用部件之一,它对包装的形式、尺寸产品质量均有直接影响。以下是生产中常用的几种成型器分别做些简单的介绍并加以比较7 (见图3.6) (1) 象鼻式成型器:平张薄膜拉过成型器时变化较平缓成型阻力较小不易产生变形能使用单膜、复合膜制袋 成型器设计制造、使用较容易,但薄膜易拉偏,无通用性。 (2)U形成型器:由带有导板的U形折叠板与加接U形导槽组成薄膜在卷曲成型时受力比三角形成型器好能用于各种袋包装。成型器结构较复杂。 (3)直角缺口导板式成型器:由缺口导板、导辊及纵封辊组成将平张薄膜对开后又能自动对折封口成袋型薄膜成型时变形较大多使用复合膜制袋常用于立式连续包装机。 图3.6制袋成型器机构形式b-象鼻式; d-U形;e-直角缺口导板式由于本机是小型机从设计制造的难易程度及使用的方便性加以考虑象,鼻成型器相对于直角缺口成型器U行板成型器具有制作简单,对塑料单膜的适应性较好。因此,本机选用象鼻成型器1。 3.2.2 象鼻成型器装置的设计包装的塑料薄膜经过成型器,自动卷成圆筒形。要求塑料薄膜不应发生纵向和横向变形,同时要求塑料薄膜经过成型器时摩擦阻力较小。这就要求所设计的成型器能适应塑料薄膜的自然弯曲变形,且使包装容器的表面积应等于通过成型器的塑料薄膜总面积。成型装置由象鼻成型器、成型器座构成它将送膜架送来的塑料薄膜经成型器归整为筒状,它是本设备的关键件。本设计的象鼻成型器为可更换型,即根据需要更换不同型号的象鼻成型器。设计特点是互换性好,更换方便,根据不同的薄膜宽度更换不同的袋成型器。更换时只需要松开两个手柄式螺母取下袋成型器,更换上新的袋成型器即可。选用薄膜宽度2b=120mm,安装角=,在此选,并根据公式 (4-1)计算顶角。根据制袋的袋宽b和公式a=sinA*B确定三角板的顶高。圆弧槽圆弧部分的半径R=(0.10.3)b,在此取R=0.2b=12mm。象鼻成型器的两侧均加装护边,以利控制卷带走偏现象。护边宽度m可取1520mm,在此选取m=15mm。从结构和工艺要求出发,应截去U形槽右端的PQEF部分。若令纵封辊的回转半径为r,则要求PQ2r,QEm。将U形槽成型部分上开口向内卷曲,开成如上图侧视图所示的封闭形,以便纵缝封。制袋长度计算根据以上成型器的设计计算,假设成型器出料口的长度为40mm,则由公式计算包装袋的长度求得由于封合切断处也需要一定的薄膜长度,因此选择验算出料口尺寸出料口截面周长为:符合设计要求。 图3.7象鼻成型器图3.3封口机构的设计3.3.1封口机构的选定包装容器的封口是包装工艺中不可缺少的工序,封合的好坏将直接影响产品的外观质量和保质期。封口方式有很多种,经分析筛选本机采用的是热封。现有的热封机构根据加热原理和热封装置结构不同,分为很多种,常见的有:热板式加压封合、热辊式加压封合、环带式加压封合、熔断封合等。(1) 热板式加压封合加热板被加热到一定温度,把塑料薄膜压合到一起。 1-加热板;2-薄膜;3 封缝; 4-硅橡胶;5-工作台图3.8热板式加压封合机构图(2) 热辊式加压封合特点是连续封接。 1-加热辊;2-薄膜;3-封缝图3.9热辊式加压封合机构图以上是比较常见的封口装置(1)热板式加压封合装置。热板式加压封合装置结构简单,热合速度快。(2)热辊式加压封合装置,特点是连续封接。本机设计的工作机构是间歇式的,所以热辊式加压封合装置不适用于本机。(通过以上分析可知,热板式加压封合装置结构简单,热合速度快。能满足本机的工作要求,因此本机封口装置采用热板式加压封合装置。热板式加压封合装置结构主要有两种7:(1) 平行开合形式。 1-热封块;2-支架;图3.10平行开合形式图(2)左右热封块扇形开合1- 热封块;2-支架; 图3.11左右热封形式图平行开合封口机构热封机构图封产品的封口质量要比左右热封块扇形开合的封口机构好,封口产品热封面平整。但是平行开合形封口机构结构复杂,本机为小型包装机,包装产品对结构较为简单故选用左右热封块扇形封口机构3.3.2封口结构的设计 袋成型-充填-封口类型包装机上的封口机构,主要用来完成袋筒成型后的纵边和横边封合。封口结构工作原理:先由加热管加热到设定温度,加热温度根据不同包装材料而定,由热电耦将热能转变为电能。传递给温控仪,由温控仪控制加热管使其在设定温度加热,然后由连杆带动导向轴推动左支撑使压簧压在固定的右支撑体上,在一定的温度和压力下通过一定的时间将薄膜封好。封口机构通常分纵封和横封两步完成,纵封机构的作用是完成包装袋的纵向封合,横向热封机构的作用是完成包装袋的横向封合。为了提高工作效率和简化机构本机将纵封和横封合并为一个机构。即横封器和纵封器设计在一个工作机构上,横封和纵封同时进行。本次设计采用扇形开合方式,通过对封口装置的设计采用横封纵封联合机构热封块结构设计成L型,设计尺寸如下:纵封面长130 mm,宽24 mm。横封面长100 mm,宽30 mm。结构图如下 图3.12热封块3.4包装材料供送系统设计 3.4.1送膜架供送装置结构图绘制供送装置是粉粒-制袋-封口包装机的重要组件,其工作是否可靠,直接影响制袋及包装产品的质量。供送装置主要完成包装材料送入成型器制袋,并且要保证包装袋供送及时,在封切时图案完整等功能。现代包装机械大多采用卷筒材料,与预先裁切好的平张材料相比,卷筒材料更适合于包装机的连续化、高速化和自动化。卷筒材料的供送方式,有间歇供送和连续供送两种。按照切断位置,有定长切断和定位切断。定长切断,适用于没有印刷图案的(如玻璃纸、铝箔等)或虽有图案但不要定位的(如一般印刷精美图案,要求在供送切断过程中始终保持图案完整,并使图案与物品保持准确的相对位置。这就要求只能在指定的位置切断,即定位切断。根据这包装材料的选择和整机的结构,本设计采用间歇定长切断供送方式。3.4.1.1主要构成供料装置由侧板和各种辊轴构成,包括:调压辊轴3、牵引辊轴4、放膜辊轴5过渡辊轴6和调位辊轴7。机构简图(如图3.13)所示3.4.1.2供料装置的传袋补偿及自动定位 在茶叶包装机中,材料的供送装置容易出现包装材料跑偏、供送时出现时紧时松而且抖动,包装袋在切断时不能保证完整的图案等现象。这是由于包装材料在供送过程中受力不均,输送过程中阻力大使包装材料产生弹性拉伸变形等原因造成的。为了解决上述问题,包装机要具有传袋补偿功能和自动定位功能。 本设计用光电传感器与电磁制动离合器配合进行光标位置补偿。 无张力送包装材料机构是采用电机、传感器(接近开关)、齿轮减速器、卷筒、辊轴等组成,见原理图3-13,它们之间是靠包装材料连接的,当拉袋轮工作时,包装材料就会产生一牵引力,使包装材料带动放膜辊轴5向上运动,包装材料只受重力作用而张紧完成输纸运动。当放膜辊轴到一定高度时,电机收到传感器发出的电信号,驱动牵引辊轴4开始送膜,当放膜辊轴5接触传感器8后,电机收到信号停止工作。开机前,要让包装材料上的商标图案与各执行机构的位置相互对应,调节光电传感器2使其对准包装材料上的色标。1- 卷筒材料 2- 光电传感器3- 调压辊轴 4- 牵引辊轴 5- 放膜辊轴6- 过渡辊轴 7- 调位辊轴 8- 传感器 9- 电机、减速器 10-侧架 图 3-13供料装置示意图3.4.2送膜架的设计送膜架是将成卷的包装用薄膜送入成型器制袋。送膜架主要由侧板及各种辊子构成。它包括:侧板、牵引辊压辊、张紧杆、调节辊等。要求装配后各辊子之间必须保持平行以保证薄膜受力均匀平整输送。送膜架的设计结构就保证了各辊子之间的平行。3.4.2.1侧支撑板的设计侧板是送膜架的主要构成部分。侧板设计尺寸为长660 mm宽50 mm 材料选用45钢,厚度10 图3.14侧支撑板图示3.4.2.2 张紧辊支架的设计张紧辊支架为支撑张紧辊的装置,张紧辊支架采用10mm厚45号钢板设计而成。支架长110mm宽35mm支架中间为宽10mm的张紧辊安装槽。零件结构如下:图3.15张紧辊支撑板3.4.2.3薄膜牵引辊支架设计图如下:薄膜牵引辊支架是送膜架的重要组成部分,是送膜电动机和薄膜牵引辊的安装架。设计尺寸如下图 3.16薄膜牵引辊侧支撑板3.4.2.4薄膜牵引电动机的选用送膜架设计结构上采用独立的动力装置,动力装置采用电动机。电动机为薄膜牵引辊提供动力。电动机选用YCJ10E型单相电容运转异步电动机7。电动机额定功率为10W,同步转速1200r/min。由于电动机输出轴转速较高,因此需要减速器减速以输出合适的转速。前部分设计采用传感器与电机配合使能准确的控制袋长输送及电机的停转。采用减速器只是转速太高启动瞬间会对薄膜及其装置形成过大的冲击以致损坏薄膜同时装置对电机负载和减速器强度都没有很大的要求,所以只需选用一个能把薄膜转筒转速控制中速(100300r/min)的减速器即可。本设计选用一级圆柱展开式齿轮减速器选用型号CJ15-9系列传动比i=5表3.2电动机参数表电动机型号额定功率(w)满载转速(r/min)外形尺寸长x宽x高(mm)YCJ10E1012003.5切断机构的设计3.5.1切断机构的选定卷筒包装材料的切断方式有热切和冷切两类。常用的热切方式有高频电热刀和脉冲电热熔断两种。但是同冷切方式相比热切方式的工作装置机构较复杂,因此本机采用冷切方式。冷切装置结构简单使用方便,本机采用剪式冷切装置3.5.2切断刀的设计3.5.2.1切断刀刀片的设计机械式切断包装袋的方法有很多种,大体上分为热切和冷切两种。可根据具体条件,如包装材料的材质,厚度,料袋的牵引运动形式切割方法和切口形状等来具体选用。本次设计采取冷切方式。冷切刀由两个刀片组成,呈剪状。刀片材料选用45钢,设计尺寸长110 mm,宽40 mm,刀厚4 mm。刀片形状如下:图3.17切断刀3.5.2.2切断刀刀座的设计切断刀座是冷切刀的安装底座,设计材料采用热轧等边角钢(GB/T 9787-1988),尺寸为长100 mm,宽30 mm,厚4 mm。形状如下:图3.18切断刀刀座3.6成品输出机构的设计3.6.1成品输出机构方案的选定包装机的成品输出机构采用输送带来完成,只要能完成短距离运送功能就可以了。选定采用平带输送机构。1-从动滚筒 2输送带轴 3主动滚筒 4输送带 图3.19 输送带机构简图 3.6.2成品输出机构的设计成品输出机构主要由滚筒,输送带和挡板三部分组成,滚筒有两个一为主动轮,另一为从动轮。3.6.2.1成品输出机构总体结构设计(1)包装机的成品输送采用平带输送的方式运送出去。包装机的输送部分一般受力很小,能完成短距离运送功能就可以了,因此只要带能满足低速运转,抗拉能力强就可以了。在此选用锦纶片复合平带,它的承载层为锦纶片,工作面贴有铬鞣革、挂胶帆布或特殊织物等层压而成,具有强度高,磨擦系数大,曲挠性好,不易松驰等优点。查机械设计手册9,选用带型为LRL,带厚度为3mm,带宽为125mm,带长选1030mm。(2)总体结构图1输送带轴;2滚筒支撑后板;3主动滚筒;4轴承端盖;5螺栓;6滚筒支撑前板7从动滚筒;8输送带定距棒;9输送带图3.20输送带总装图3.6.2.2 主动滚筒结构设计图3.21主动滚筒主动滚筒内孔与输送轴联接,外表面与输送带接触。为了减少材料使用,方便轴穿过滚筒,把滚筒设计成两端有部分中空,在滚筒中间钻孔,攻M6螺纹,用内六角螺栓把它与轴固定。3.6.2.3 从动滚筒的结构设计从动滚筒无动力机构,它的结构设计为滚筒内置轴承的形式,这样滚筒的轴可以不动,滚筒则可以滚动。从动滚筒轴放置在支撑板的部分结构为两端切削成平面,以便可以放置到支撑板槽内,并且可以防止轴的滚动;在滚筒轴两端攻M4螺纹孔,这样可以通过调节螺栓来达到输送带的松紧调节。3.6.2.4滚筒支撑板设计包装机输送部分输送距离不长,只要求把成品输送出包装机,所示支撑板的尺寸也就相对比较小。因为支撑板承载载荷比较小,故材料选用铸铁,支撑板长度设计为400mm,主动轴安装端尺寸为70 mm,从动轴安装端设计尺寸为50 mm。设计其结构尺寸如下图所示: 图3.22滚筒支撑板3.7料袋牵引装置设计3.7.1料袋牵引装置的选定从包装工艺上看,对料袋牵引装置的要求是:能准确而有节奏的按预定长度牵引料袋,能在一定范围内灵活调节所需的袋长;再有根据生产能力和料袋的变化,能控制适当的牵引速度。根据工艺生产要求我们来比较传统的机械式传动料袋牵引与步进电机牵引的优劣。(1)传统机械传动料带牵引在步进电机出现并成熟工业应用之前我们一般都是用普通电机提供动力,并通过机械传递动力,这种方式技术上是比较成熟,但结构比较复杂且占用的空间比较大,控制位置精度能满足普通工业要求,对生产不同要求的产品改造比较困难。(2)步进电机传动料带牵引步进电机现在在工业控制中应用比较普遍,相对比较成熟,实用中步进电机一般有三方面的特点,一是过载性好。其转速不受负载大小的影响;二是控制方便。步进电机以步为单位旋转,数字特征比较明显,这样为数字控制一体化带来方便。三整机结构简单,使用步进电机后12,使得整机的结构变得简单和紧凑。且步进电机相对成本不高所以其拥有了广阔的空间。 通过上面二者的比较分析以及结合本次设计对袋有明确的位置和自动调整位置的要求,本次设计料袋牵引动力选用三相磁阻式步进电动机,型号选用130BC3100A型。料袋牵引装置工作方式采用摩擦牵引。料袋牵引装置的设计在本章主要对料袋牵引装置的滚轮进行设计,滚轮材料采用45号钢,滚轮直径尺寸设计为D35 mm.示意图如下:图3.23料带牵引辊 (2)摩擦牵引力摩擦带工作时紧边拉力可由下式计算 (3-4)摩擦带对料袋的摩擦力满足下式才能牵引料袋与包装材料 (3-5)式中 f1摩擦带与料袋间摩擦系数; f2料袋与料管管壁之间摩擦系数; N调压装置通过带施加料管的正压力; PZ成型器、导辊等对料袋运动的阻力;则所需正压力 (3-6) 只有 ,摩擦带才能转动自如,亦即 由此式可求出皮带传递功率的大小。 考虑到皮带传动的效率所需输入磨擦带使之正常工作的功率。 (3-7) 式中 摩擦带在轮上的包角; f摩擦带与轮子之间的摩擦系数; v摩擦带线速度。 实际使用中也应考虑安全系数n=23左右。3.8机架的设计机架是用来支撑整个机器的一个架子,因此首先得考虑机架的承载能力,再次得确定机架的整体高度,使得机器的工作位置能在一个适当的高度,同时方便于人的操作,观察与维护。最后就是得考虑机架的结构合理性,便于摆放与移动以及与机构部分的联接。机架一般大多采用铸件或采用焊接件。但包装机械产品与其它机械产品相比批量较小,因此本设计机架采用焊接。它的特点是加工简单,装配方便。机架由四部分组成:送膜架、封口切断装置支架、机箱及支腿部分。送膜架在前面已作了详细的设计,在此不在重复,以下主要做机箱及支腿部分的设计。3.8.1 包装机箱的设计包装机机箱是机架的重要组成部分。它内部安装包装机的传动系统,外部安装包装机的各执行部件。包装机机箱是用来支撑整个机器的。因而设计的最基本要求就是能够支撑整机的重量,另外考虑到机器工作时会有一些轻微振动,因而有一定的动载荷,所以所选的材料要有一定的强度与刚度。包装机为小型机工作强度不大,因此机箱主体采用厚为4mm的钢板冷冲压成矩形箱体。矩形的长900mm,宽460mm,材料采用45号钢,各辅助结构采用焊接方式焊接在箱体的具体位置。另外从人机学方面考虑,为了便于人的操作与观察,包装机械的工作台的高度设计一般为。本次设计中,取工作台的高度为1000mm5。 图3.24包装机机箱结构图3.8.2支腿的设计支腿的设计要求是即能支撑整台包装机的重量,同时要求能平稳地把机器安放好。在机器工作过程中能平稳地运行。结合总的设计高度要求,支腿的设计高度为100 mm。本机为小型机为了方便使用本机的支腿设计为滚轮结构。滚轮采用橡胶制成,因本机重量较轻能满足支撑作用,同时又能起到减振作用。结构图如下:图3.25支腿结构图第4章 传动部分设计 4.1传动方案的选定4.1.1封口机构传动方案的选定封口机构的传动方案采用凸轮连杆机构。通过凸轮的转动推动凸轮传动杆的往复运动进而推动封口装置的开合,达到封口的目的。图4.1封口机构4.1.2薄膜牵引机构传动方案的选定为了使包装过程连续进行,由包装材料牵引进给机构,按工作节拍并由光电检测控制袋形成,进行包装材料的牵拉送进。包装薄膜的牵拉送进,可用单独的拉膜机构。此时,横向热封器仅作水平运动,无向下运动。薄膜材料牵引进给机构即拉膜机构,其工作性能直接影响送料的平稳性、袋长的稳定性和封口切断位置的准确性。拉膜机构种类较多,结构各异,常用的有:胶棍式拉膜机构、滚轮式拉膜机构(凸轮摆动式;离合制动式;步进电机式)、真空抱环拉膜机构、气动式拉膜机构、同步齿形带式拉膜机构(弹簧拉紧式;气缸顶紧式)等。结合本次设计的要求对袋子有明确的位置要求且能自动调整位置的要求,本机的薄膜牵引机构传动方案采用步进电机式拉膜机构。1牵引辊;2从动轴;3主轴;4齿轮;5步进电机;图4.2薄膜牵引机构示意图4.1.3成品输出机构传动方案的选定成品输出机构是将成品输出的机构,它的要求是匀速传动,要求传动平稳。成品输出机构传动方案采用锥齿轮传动系统 1小锥齿轮;2输送带输出轴;3输送带;4大锥齿轮;5主轴图4.3成品输出机构4.1.4总体传动方案的确定通过以上各执行机构的设计和传动方案的选定,我们可以确定本机传动系统总体传动方案。4.1.4.1封口传动机构封口机构的传动系统由两个凸轮、两根凸轮推杆、两根传动杆构成。凸轮安装在主轴上,凸轮推杆在凸轮的带动下推动传动杆运动实现封口动作的完成。 图4.4传动系统简图4.1.4.2薄膜牵引传动机构薄膜牵引传动机构的传动件主要由一个步进电机、一根主传动轴和一根从传动轴。步进电机直接与主传动轴连接,从传动轴利用从动滚轮与主动辊轮间的摩擦力与主传动轴同步协调运动主从动牵引滚轮利用摩擦力同步齿轮与从动齿轮配合带动从传动轴转动,由脉冲信号控制步进电机的速度与转停,从而精确的控制薄膜牵引的长度。4.1.4.3成品输出传动机构成品输出传动机构由两个锥齿轮、一根传动轴构成。,小锥齿轮安装在主轴上,大锥齿轮安装传动轴上,小锥齿轮与大锥齿轮啮合带动传动轴转动。4.2 传动系统零件的设计及力学分析4.2.1传动比的确定和分配及电动机的选择本机设计充填速度为50包/min的茶叶包装机。主轴每转动一周就完成一次充填包装动作,因此主轴的转速选为50r /min。对电动机功率的要求不大,选择YL系列小功率异步电动机,电动机型号为YL712-49,额定功率为0.37KW,同步转速1500r/min。此系列电动机,具有高转矩、高效率、高功率因数等优点18,适合本机的要求。电动机主要参数如下:表4.1电动机参数表电动机型号额定功率(Kw)满载转速(r/min)功率因数堵转电流(A)外形尺寸长x宽x高(mm)YL712-40.3715000.9221225x145x180 图4.5 YL712-4电机安装尺寸图4.2.1.1传动比的确定查1表1-7机械传动和摩擦副的效率概略值中查得。根据以上条件可算得机构总传动比 (4-1) 式中电动机输出采用二级传动的第一级用V带传动,二级用减速器传动。各级传动比有如下关系: (4-2)式中V带传动比小于710,减速器传动比在8100之间。因此选择如下: (4-3)4.2.1.2各轴转速 (4-4)4.2.1.3 各轴功率 (4-5)式中电动机输出功率,KW 电动机到V带的传递功率,KW 减速器到主轴的传递功率,KWV带传递效率,取0.94减速器传递效率,取0.924.2.1.4 各轴转矩 N.m (4-6) N.m式中,为电动机轴的输出转矩,N.m。 N.m电动机到减速器的转矩减速器到主轴的转矩4.2.2 V带的设计本机选用YL712-4型电动机,额定功率为0.37KW,转速为=1500r/min,传动比为。4.2.2.1确定计算功率 (4-7) 查表8-6得=1.1,4.2.2.2选取V带带型根据、,查普通V带选型3图8-8确定选用Z型。4.2.2.3确定带轮基准直径由3表8-3和3表8-7取主动轮基准直径=63mm。从动轮基准直径为 (4-8) 根据表8-7,取=63mm。验算带的速度v (4-9)带速合适。4.2.2.4确定V带的基准长度和传动中心距,初步确定中心距=250mm。计算带所需的基准长度 (4-10)由表38-2选带的基准长度=710mm。计算实际中心距(4-11)取为256mm4.2.2.5验算主动轮上的包角由公式可得 (4-12)主动轮上的包角合适。4.2.2.6计算V带的根数Z (4-13 ) 取Z=1根。3查表8-2得表8-8得3查表8-5a 3表8-5b得4.2.4减速器的选择减速器可用来降低原动机的转速,并改变它的转矩。减速器可分为齿轮和蜗杆减速器,行星减速器两大类。行星减速器并不适用于本机,因此在这里我们选用齿轮和蜗杆减速器。蜗杆减速器与齿轮减速器相比其优点是在减速器外廓尺寸较小的条件下,能获得较大的传动比,工作平稳,无噪声。此设计所要用的减速器是要能实现垂直传动的减速器,因此在这里我们选用蜗杆减速器。应用最广的是单级蜗杆减速器,两级蜗杆减速器应用得较少,所以此设计也选用单级蜗杆减速器。电动机减速器要传动的传动比为。蜗杆的单级传动比在880之间,而一般的圆锥齿轮单级传动比只有10以内,并且蜗杆的制造精确,润滑良好,寿命较长,满足设计所需4.7蜗杆减速器简图查表3-17得SCWS型减速器主要尺寸,如表4.2。表4.2减速器规格型号高速级轴低速级轴长度宽度高度SCWS6320mm25mm160mm125mm85mm4.2.5 润滑方式与牌号的选择根据机械零部件的工作情况,采用润滑剂的种类及供油量的要求,可采用不同的润滑方式。对于中速,中载较重要的机械,要求连续供油并能起一定的冷却作用时,常采用油浴,油环及溅油润滑方式。故此设计选用溅油润滑方式。查表7-19得选液压油L-HL22。4.2.6 轴的设计4.2.6.1主轴的设计主轴竖直安装,一端通过联轴器与减速器相连,另一端通过轴承固定在机架上。轴常用的材料是碳素钢和合金钢。碳素钢价格低廉,同时还能通过热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度,因此主轴材料选用45钢,调质处理。估算轴的最小直径。根据16表15-3,取,于是得 (4-14)故轴的直径取20mm。 许用应力由表15-19查得=60MPA在设计轴的结构时应尽可能使轴的形状简单,并具有良好的加工和装配工艺性能,以减少劳动量,提高劳动生产率,降低应力集中。根据传动路线和传动要求,考虑到轴承及零件在轴上的安装位置保证轴各处受力强度,并使包装机结构紧凑,因为下部分的传输带是锥齿轮传动,存在主轴上轴向力在轴承设计2mm的阶梯,便于轴承在轴上的定位。本机主轴结构设计为无阶梯实心光轴。由于包装机的主轴竖直安装且转速不高,轴上的齿轮、凸轮等零件用平键定
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