顆粒狀物料螺桿填充機結構設計含8張CAD圖
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,,顆粒狀物料螺桿填充機結構設計,,,,,,目錄,CONTENTS,,2,3,隨著我國經濟的飛速發(fā)展，市場對商品的需求也隨著經濟的發(fā)展而迅速增長，包裝的商品也在人們日常生活中的越來越普遍，而我國的包裝行業(yè)的技術水平長期落后于經濟的發(fā)展，包裝技術的精度低。在產品的生產過程中存在浪費大、生產效率低等問題。,,進料段+緊實段+排氣端+卸料段,減速比5.56,1.完成上料機構設計 2.完成二維圖和零件圖 3.校核零件 4.完成設計說明書,8,謝謝老師,顆粒狀物料螺桿填充機 結構設計,學院：XXX,學號：XX,答辯人：XX,指導老師：XX,PART 01,PART 02,PART 03,PART 04,研究背景和現(xiàn)狀,填充方案的選擇,機構的設計,結論,01,PART ONE,研究背景和現(xiàn)狀,01,研究背景和現(xiàn)狀,1,2,3,4,填充機廣泛應用于食品、化工、醫(yī)藥、礦業(yè)等行業(yè)的包裝。,美國德國等發(fā)達國家早已形成完善的包裝工業(yè)體系。,目前國內研究水平還稍有落后，但發(fā)展勢頭迅猛。,主要的缺點為填充誤差高、效率低、適應性較差。,研究方向為在提高精度和效率的基礎上，使包裝機更智能化。,02,PART TWO,填充方案的選擇,02,填充方案的選擇,3.容積式計量,1.螺桿式計量,2.稱重式計量,02,填充方案的選擇,,,螺桿式計量,1、3-電機 2、4-帶輪 5-制動器 6-螺桿軸 7-攪拌棒 8-填充螺桿,02,填充方案的選擇,,,稱重式計量,1-料斗 2-閘門 3-稱重調節(jié)器 4-輸送帶 5-稱臺 6-傳感器 7-板簧,02,填充方案的選擇,,,容積式計量,1-轉軸；2-轉盤；3-刮板；4-料斗；5-透明蓋；6-定量量杯；7-活動底蓋；8-支撐座；9-滑座；10-攪拌器；11-漏斗；12-計量杯；13-滑板；14-漏斗,03,PART THREE,機構的設計,03,機構的設計,,01,總體二維裝配圖,傳動機構的設計,,02,填充螺桿的設計,,03,,04,攪拌軸和螺桿軸的設計,03,機構的設計,,總體二維裝配圖,03,機構的設計,,,螺桿的設計,參數(shù)：外徑D外=75mm 內徑D內=20mm 螺距S=60mm,填充要求：白糖填充 500g/袋 填充速度45袋/min 白糖密度：1.582x103kg/m3,03,機構的設計,,,傳動機構的設計,攪拌棒部分傳動機構：攪拌棒部分由于沒有精度要求，僅滿足轉矩要求即可，故選用傳動比1:1的帶傳動。,填充部分傳動機構：因多級傳動會產生一定的誤差，所以 選擇單級齒輪傳動，減速比3:1，齒輪傳動瞬時傳動比恒定，能保證填充所需的精度要求。,03,機構的設計,,,攪拌棒軸螺桿軸結構設計,要求攪拌棒與填充螺桿轉向相反，所以將攪拌棒軸設計成空心軸，使兩軸在同一軸線上。,04,研究結論,04,研究結論,本次設計在保證精度和效率的基礎上，采用了步進電機改善了粉劑填充機的適應性，可以用于不同種類、不同質量的顆粒物填充，改善了傳統(tǒng)粉劑填充機適應性差、功能單一的缺點。,但仍有一些缺陷，還有可以提高的地方，應在日后繼續(xù)改善。,謝謝各位老師,
XXX
XXXXX
設計題目：
顆粒狀物料螺桿填充機結構設計
學 院：
年 級：
專 業(yè)：
姓 名：
學 號：
指導教師：
20XX年 5 月 10 日
摘要
隨著科學技術的進步和社會的發(fā)展，粉末螺桿灌裝機廣泛應用于食品、冶金、化工農藥等行業(yè)，近年來食品行業(yè)高速發(fā)展，填充機械超過一半用于食品包裝。盡管使用自動化設備提高了包裝的效率，并降低了勞動力成本，但通過仔細研究包裝生產數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)包裝的精度卻逐年下降。本文在PLC控制器的基礎上，介紹了以步進電機作為驅動，螺桿進給為基礎的粉劑填充機構，既提高了包裝效率，還提高了填充的穩(wěn)定性。
本文先介紹了粉劑填充機構的機械結構和工作原理，填充機采用了步進電機驅動螺桿進行定量填充，螺桿式粉劑填充機的結構簡單，效率高，主要原理是通過控制螺桿的旋轉一周填充的體積和旋轉的時間來控制填充粉劑的重量，通過選擇步進電機，電機的轉速由輸入的脈沖頻率決定，因此可以通過改變輸入脈沖的頻率來改變填充的重量，達到滿足多種產品的填充要求。這種填充機不僅效率高，而且極大地降低了勞動力成本，減少了有毒有害粉劑顆粒對勞動者的傷害，精度也能達到一定要求。
關鍵詞:粉劑填充機；螺桿；PLC；步進電機
Abstract
With the advancement of science and technology and the development of society, powder screw filling machines are widely used in food, metallurgy, chemical pesticides and other industries. In recent years, the food industry has developed rapidly, and more than half of the filling machinery is used for food packaging. Although the use of automated equipment has improved the efficiency of packaging and reduced labor costs, through careful study of packaging production data, we found that the accuracy of packaging is decreasing year by year. Based on the PLC controller, this paper introduces the powder filling mechanism based on stepping motor as the driving and screw feeding, which not only improves the packaging efficiency, but also improves the filling stability.
This paper first introduces the mechanical structure and working principle of the powder filling mechanism. The filling machine adopts the stepping motor to drive the screw for quantitative filling. The screw type powder filling machine has simple structure and high efficiency. The main principle is to fill the rotation of the screw by one rotation. The volume and rotation time to control the weight of the filling powder. The speed of the motor is determined by the input pulse frequency by the selection of the stepping motor. Therefore, the filling weight can be changed by changing the frequency of the input pulse to achieve the filling of various products. Claim. The filling machine not only has high efficiency, but also greatly reduces the labor cost, reduces the damage of the toxic and harmful powder particles to the laborer, and the precision can also meet certain requirements.
Key words:Powder Filling Machine；Screw；PLC；Stepping Motor
目錄
摘要 I
關鍵詞 II
第一章 緒論 1
1.1 論文研究背景 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 1
1.3 研究的內容和意義 2
第二章 總體方案設計 3
2.1 螺桿式計量原理介紹 3
2.2 稱重式計量原理介紹 7
2.3 容積式計量原理介紹 7
2.4 設計要求與方案對比 8
第三章 機構設計 10
3.1 填充螺桿的設計計算 10
3.2 電機的選擇 12
3.3 傳動機構設計 15
3.4 軸的設計 18
第四章 總體結構設計及功能分析 21
4.1 總體結構的二維圖 21
4.2 軸零件的二維圖 21
4.3 齒輪二維圖 22
結論 23
參考文獻 22
致謝 23
第一章 緒論
1.1 論文研究背景
隨著社會經濟的快速發(fā)展，市場對產品的要求也隨著經濟的高速發(fā)展而快速增加，包裝的產品在我們的生活中也越來越普遍，食品、化工、醫(yī)藥、礦業(yè)、等行業(yè)所用的包裝機械逐漸趨于自動化與智能化，由于顆粒狀物料有特殊的物理特性，它的填充方式也有一定的特殊性，但是我國的包裝行業(yè)的包裝水平卻遠遠低于我們對產品質量的需要，包裝的精度不能達到標準。在產品的包裝過程中存在效率低，浪費多等一系列問題。為了迎合社會日益增長的需要，包裝設備在技術和制造水平上都需要我們達到更高的水平。在國外制造業(yè)高速發(fā)展時，我國制造業(yè)正處于低迷時期。中國人民共和國成立后，中國的經濟快速發(fā)展。改革開放后，國民生產總值快速增長，使包裝設備的要求越來越高，我們的人民的需求也越來越多樣化。我國粉末灌裝機設備的開發(fā)已經進行了30多年，并取得了很大的進步，但與發(fā)達國家相比，特別是美國、德國和意大利，到今天已經形成了高度完善的包裝工業(yè)體系，并將多種封裝技術與計算機技術相結合，形成了機電一體化的模式，改革開放以來，中國在包裝設備方面取得了重大的進展，多數(shù)廠家有嚴重抄襲，并在研發(fā)和制造灌裝機上投資較少。為了制造更多的利潤，企業(yè)之間一直存在惡性競爭的現(xiàn)象，沒有把重心放在設備研發(fā)上，造成了一定的惡性循環(huán)，因此國內的填充機行業(yè)一直處于水平低，填充效率低的情況，大量的小企業(yè)為了減少制造成本，選擇抄襲其他廠商的技術。
大多數(shù)灌裝設備用于食品包裝行業(yè)，我國食品市場巨大，對食品包裝需求大，中國的包裝工業(yè)已經成為我國機械工業(yè)的十大行業(yè)之一，近年來，情況有所改善，企業(yè)對自主知識產權的重視程度越來越高，積極科研和創(chuàng)新，加大研發(fā)創(chuàng)新的投入成本，為趕上國外包裝設備的發(fā)展，設計和制造出生產效率高、灌裝精度高、運行可靠的粉劑灌裝機已經成為首要目標。
1.2 國內外研究現(xiàn)狀
與國外的相比，國內的制造水平相對落后，尤其是機械技術。中華人民共和國成立之前，國內對于灌裝機的研究是一個空白階段，在上世紀70年代末期，中國大力發(fā)展制造業(yè)，經過科研人員的努力，在灌裝機械的技術上也有了很大的進步，定量灌裝技術上也有較好的成果。
擁有定量灌裝機領先技術的國家制造業(yè)起步早，具有較高的發(fā)展水平，大量的企業(yè)在填充機的研發(fā)和設計上都投入了大量的科研成本，不斷地提升填充機械的技術水平。美國的自動化和智能化水平處于世界領導地位，填充機械廣泛應用于各行各業(yè)，填充機械的種類多，技術水平高，運用計算機控制技術，大大的提升了填充設備的智能化程度。德國以其高水平的設計，精確的制造能力和穩(wěn)定的技術性能，已成為最大的灌裝設備出口商。 日本灌裝機重量輕，方便，自動化，在市場上具有很大的吸引力。隨著計算機技術的發(fā)展，結合智能控制技術，使這些國家定量控制技術水平遠高于國內的填充設備技術。其定量填充設備主要具有下列特點：第一，包裝效率高，生產效率作為決定填充設備水平高地的重要標準，國內外的科研人員致力于提高填充的速度，或增多填充落料的頭數(shù)。第二，定量填充機的機械結構，國外的研發(fā)人員嘗試努力改變填充機的機械結構，減小動力傳動的級數(shù)，提高傳動的精度。第三，定量灌裝機的自動化技術水平很高。上述發(fā)達國家憑借其技術含量高、精度高的優(yōu)點，基本壟斷了全世界百分之七十的粉劑填充機產品。
目前，國內的定量填充機的生產效率較低，且填充的誤差也較大，經過調查得知，雖然近年來我國的包裝行業(yè)發(fā)展勢頭迅猛，然而，造成灌裝誤差的精度沒有達到20世紀20年代末制定的標準，主要原因在于在填充速度和顆粒狀物在填充期間的損失。國內的灌裝機械企業(yè)對顆粒狀物料的定量控制方法主要有容積式計量，稱重式計量和螺桿式計量。雖然品種較多，但是適應性較差，基本是針對單一的顆粒種類和單一定量包裝，面對種類繁多、填充重量不等的產品包裝，跟不上需求，標準化通用化水平較低，生產成本高，這些都需要在今后的設計中著力解決。
1.3 研究的內容和意義
（1） 如圖1-1為粉劑填充機的實物圖，研究內容為調查企業(yè)填充白糖的速度，確定粉劑填充機的設計要求和技術指標，確定設備的大小尺寸和重量的限制，通過對比確定設備的設計方案和各個部分的機械結構。
（2） 根據(jù)所確定的機械結構進行具體的設計，包括填充螺桿、齒輪傳動、帶傳動、箱體的設計和電機的選擇，對重要的零件，如軸、齒輪、鍵進行受力分析和校核。
（3） 保證各個功能可以正常實現(xiàn)，開啟之后螺桿能夠正常的運轉進行填充，攪拌棒轉向與螺桿相反，達到充分攪拌容器中的顆粒狀物料，減少顆粒狀物料之間的空氣或較粘稠的物料對填充精度的影響。
（4） 填充設備日益高速化、智能化、自動化是提高填充效率的根本途徑，是加快社會經濟的根本動力。灌裝設備的系列化，標準化，通用化是未來灌裝設備的一個重要發(fā)展方向。由發(fā)達國家制定包裝機的標準件占整機零件的相當大部分，從而提高了產品更新?lián)Q代的速度。大力提升填充設備的穩(wěn)定性和可靠性，使填充設備的功能日益完善，運行更加可靠。
圖1-1 粉劑填充機
第二章 總體方案設計
2.1 螺桿式計量原理介紹
如圖2-1所示為螺桿式計量填充機原理圖，這種計量方式是通過計算螺桿槽的容腔體積來控制輸送物料的體積，通過物料的密度計算出輸送的質量來達到填充要求。運行時，電機3通過帶輪4的減速帶動軸6，軸6帶動螺桿8旋轉，通過計量螺桿8的旋轉圈數(shù)來計量填充的質量。電機1帶動帶輪2經過減速帶動攪拌棒7轉動，通過攪拌棒的攪動減小物料之間的空氣或粘稠物料對填充精度的影響。
圖2-1螺桿式計量填充機原理圖
1、3-電機；2、4-帶輪；5-制動器；6-螺桿軸；7-攪拌棒；8-填充螺桿
在填充的過程中，為了計算螺桿一個導程輸送顆粒物的質量，根據(jù)理論公式計算出螺桿一個導程的體積，再根據(jù)輸送顆粒狀物料的密度計算出螺桿一個導程輸送物料的質量，從而計算所選電機的脈沖的總數(shù)，從而控制螺桿的旋轉角度。
在實際的生產中，阿基米德螺線螺桿被廣泛使用，因為它加工較為方便。螺桿的軸向剖面是梯形的如圖2-2所示。
圖2-2螺桿的軸向剖面
r1-螺桿小徑；r2-螺桿大徑；a-剖面梯形的上底邊；b-剖面梯形的下底邊
為了計算方便，螺桿的軸向截面由一個矩形¨BCED和兩個三角形△ABC、△DEF組成，需要分別計算出兩部分的體積，如圖2-3所示。
圖2-3 梯形剖面
2.1.1 三角形區(qū)域體積計算
以三角形區(qū)域△ABC按圖2-4建立直角坐標系。
圖2-4 △ABC部分直角坐標系
在直角坐標系中，以螺桿半徑r為橫坐標，r的大小范圍在小徑r1到大徑r2之間，縱坐標y為中間量。
由相似三角形關系可以得到式：
得到
則△ABC內任意一小微元面積S1可又理論公式計算。
對應于小面積區(qū)域S1的螺旋展開長度是展開高度H，并且積分法可用于找到一個導程內三角形△ABC體積為V0。
一條引線中有兩個三角形區(qū)域△ABC、△DEF，所以一條引線中的三角形區(qū)域的體積為：
將上式整理得：
設為常數(shù)，設，令
則
因此，對應于一個引線的兩個三角形區(qū)域的體積V1為：
2.1.2 矩形區(qū)域體積計算
對一個導程的矩形區(qū)域¨BCED建立直角坐標系如圖2-5所示，h為所選螺桿矩形區(qū)域的高，矩形區(qū)域¨BCED內任意的一個小微元的面積S2為：
圖2-5 矩形區(qū)域直角坐標系
小微元的面積S2對應的高度H：
由此可以算出螺桿一個導程內矩形區(qū)域的體積：
所以一個導程內總的可以輸送物料的體積為：
2.2 稱重式計量原理介紹
如圖2-6所示電子皮帶秤稱重裝置原理圖。運行時，粉劑由料斗1經過閘門2輸送到輸送帶4上，輸送帶4將物料運送到稱臺5上，粉劑由于重力作用使下面的支撐板彈簧7發(fā)生形變，稱臺被壓下降，位移傳感器6發(fā)送信號至稱重調節(jié)器3，皮帶秤即可測出粉劑的重量。如果重量沒有達到標準或超出，稱重調節(jié)器3可調節(jié)閘門2的開度，進而保證物料重量在一定的標準內。
圖2-6皮帶稱重式計量設備原理圖
1- 料斗；2-閘門；3-稱重調節(jié)器；4-輸送帶；5-稱臺；6-傳感器；7-板簧
稱重式計量適合于物料顆粒形狀不規(guī)則的填充，計量設備一般采用的精確地稱重秤，在灌裝過程中，多級上料和實時監(jiān)控檢測的組合計量經常被用來實現(xiàn)材料填充和計量。稱重式測量精度高，誤差通?？梢栽诖蠹s2％的控制范圍內，但機械結構是更復雜的，但這種方式是不方便維護，而且成本高的。而且由于稱重傳感器的精度和多級填充的限制，會導致填充的效率較低，無法滿足大規(guī)模的生產。
2.3 容積式計量原理介紹
如圖2-7所示 為容積式計量方式的原理圖，軸1由于電機的驅動帶動轉盤2旋轉運動，固定定容積式量杯6在轉盤2上，料斗4、刮板3、透明蓋5固定在機架上，并且刮板3、透明蓋5與可以動的轉盤2上平面形成一定體積的容納空間（轉盤區(qū)域的1/2，由料斗4補充顆粒狀物料）。當固定在轉盤2上的定容積式量杯6轉入由刮板3分離的材料倉時,粉狀顆粒物料填充在量杯中;轉過半圈時,量杯上端被刮板壓平;當轉過一定的角度到排出口時,將量杯的下底蓋7頂起,將定容積的顆粒狀物料倒入落料口,為達到自動計量的目的。圖2-1（ｂ）為移動定容積式自動計量的方案。料斗11固定在框架上,攪拌棒10恒定的速度轉動打散物料進而防止粘稠,保證落入量杯的物料有足夠的精度。安裝在滑板13上的定容積式量杯,物料填入量杯并被滑板的往復運動刮平,再進入排出口。
（a） （b）
圖2-7定容積量杯計量裝置原理圖
1- 轉軸；2-轉盤；3-刮板；4-料斗；5-透明蓋；6-定量量杯；7-活動底蓋；8-支撐座；
9- 滑座；10-攪拌器；11-料斗；12-計量杯；13-滑板；14-漏斗
容積式填充較好的結合了機械結構和電機控制，根據(jù)計算公式算出理論填充量，并通過實驗修正得出達到填充要求的質量。研究和開發(fā)人員簡化容積填充計量方法的機械結構，降低了由多級變速器帶來的精度誤差，提高了填充機的生產效率，并降低了制造生產成本。目前國內小型容積式填充機的誤差通?？梢钥刂圃?%左右。
2.4 設計要求與方案對比
（一）填充要求
經過調查最終確定，填充顆粒狀物料為白糖，填充速度為45袋/分鐘，每袋重量500g，白糖為細小顆粒，較為粘稠，密度。
（2） 方案對比與確定
上述三種計量方案，容積式計量機械結構簡潔、便于操控、適應性更好，但精度較低，對于填充精度要求低的包裝來說，是性價比最高的填充方式。與容積式計量方式相比較而言，稱重式計量方式生產效率更高，精度也更高，適用于重量變化大的物料填充。在精度要求高的生產線上通常將容積式與稱重式兩種計量方法結合使用，可以使兩種優(yōu)點相結合。螺桿式計量通常用于流動性好的顆粒狀物料，不宜用于重量變化大的物料。綜合考慮，顆粒狀物料填充最中選擇螺桿式計量方法性價比最高，且能滿足精度上、生產效率上的要求。
（3） 設計方案的確立
根據(jù)多方面的調研和資料收集，最終確立了具體的課題方案。
首先，驅動件為步進電機，由步進電機實現(xiàn)填充設備的啟停和運行，傳動機構采用一級齒輪減速連接主動軸與從動軸，從動軸與螺桿相連帶動螺桿旋轉，實現(xiàn)填充并且對填充物料計量的目的。另外，攪拌棒由電動機驅動時，攪拌軸為中空軸，并且連接到螺桿從動軸是同心的，攪拌棒的旋轉方向是螺桿的旋轉方向的反向，所以該攪拌更均勻，對精度影響小。
為達到適應多種填充要求的目的，選用了步進電機作為螺桿的驅動件，每輸入一個脈沖，則電機轉過固定的角度，將電信號轉化為角位移，所以便可以通過改變脈沖頻率的方式，改變填充量，來達到顆粒種類不同、填充質量不同等包裝要求。這種方法解決了驅動元件為交流伺服電機適應性差，只針對單一產品，單一質量的問題。但是，也存在一些缺陷：例如，步進電機的成本較高；步進電機矩頻特性與所得的數(shù)據(jù)總有一定偏差,影響了灌裝設備的工作性能和計量裝置的可靠性;在檢測方面，動態(tài)測量誤差調整的理想化還有待進一步的解決。
第三章 機構設計
3.1 填充螺桿的設計計算
如圖3-1為填充螺桿，通過螺桿旋轉將物料輸出，輸出的質量與螺桿一個導程的體積有關，螺桿大徑D外=75mm，小徑D內=20mm，導程S=60mm，螺旋長度L=600mm。
圖3-1 填充螺桿
下面給出螺桿設計的計算過程：
根據(jù)填充要求，填充速度Q：
物料粒度
物料的磨琢性
物料的典型例子
推薦的填充系數(shù)
特性系數(shù)K
綜合系數(shù)A
粉狀
無磨琢性、半磨琢性
面粉、石灰、水泥
0.35~0.40
0.0415
75
粒狀
磨琢性、無磨琢性、半磨琢性
谷物、泥煤砂、成粒的爐渣
0.25~0.35
0.0490
50
圖3-2 常見物料特性
根據(jù)經驗公式外徑D外：
式中：白糖密度 ；
粉體物料綜合特性系數(shù)A，見圖3-2；
填充系數(shù)=0.3；
螺距和螺旋葉片直徑的比例系數(shù)K1=0.8；
D外經圓整后：
經圓整：
校核轉速：
校核填充系數(shù)：
經校核此螺桿滿足要求。
3.2 電機的選擇
（一）驅動螺桿電機的選擇
步進電機是一種開環(huán)控制電機，可以將電脈沖信號轉化為線位移或者角位移，在正產運行不超載的情況下，電機的轉速、啟停僅與脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)、脈沖頻率有關，不受負載變化的影響，當步進驅動器接收到一個脈沖信號，電機相應的轉過一定的角度，這個角度被稱為步距角，因而可以通過控制脈沖個數(shù)來精確控制轉過的角度，通過控制步進電機的脈沖頻率進而控制電機的輸出轉速。與交流伺服電機相比，雖然兩種電機都適合用于頻繁啟停的情況，但步進電機角位移或線位移和脈沖數(shù)嚴格成比例，不會引起誤差的積累，控制更精確，步進電機也可以控制轉速滿足不同填充要求。
目前，步進電機類型分為反應式、永磁式、混合式三類。反應式步進電機的結構較為簡潔，生產成本較低，步距角與其他種類電機相比小，但運行性能較差，效率低，散熱差，可靠性差。永磁式步進電機運動性能好，輸出的轉矩大，但步距角較大，無法保證一定的精度?；旌鲜讲竭M電機綜合了上述兩種電機的優(yōu)點，精度更高，運動性能更好，步距角小，唯一的不足是成本較高。
下面為選擇電機進行的計算。
螺桿每個導程的容積為V
式中F為螺桿軸向剖面面積（m2）
式中l(wèi)為一圈螺旋的周長（m）
式中中為螺旋中經的升角（°）
每次螺桿的輸送量G為
式中n0為每次填充轉數(shù)，由上述公式可知
計算填充每袋白糖的轉數(shù)
因步進電機與螺桿經過1:3減速，所以螺桿每次轉n0時，步進電機相應的轉3n0，即每填充一袋白糖，電機轉過的角度為
初選步進電機的步距角為1.5度/step，所以螺桿每轉n0，步進電機需走
根據(jù)設計要求，填充的速度為45袋/分，即1.33s填充完一袋，所以，取步進電機的運行距頻特性為
步進電機走1713.6step需1.33s，反推計算n0.
步進電機走1.33s即1713.6step，又因步進電機步進角為1.5°/step
得到螺桿的轉數(shù)n0=7.14/3=2.38轉
所以螺桿的轉速為
即可得步進電機的轉速
此時，電機走一步，輸送物料的質量為
綜上選擇電機型號110BF003
（2） 攪拌棒電機的選擇
擺線針輪減速機因其體積小質量輕，傳動比大，傳動效率高，故障率低，壽命長，運行時可靠性高，過載能力強，適用于啟停頻繁并進行正反轉的優(yōu)點，適合作為攪拌棒的電機，省去了帶傳動的設計，使帶傳動僅用來傳遞動力，不改變傳動比。因僅用于為攪拌棒提供動力源，所需轉矩和功率也不大，所以選用XLD-4型擺線針輪減速機作為攪拌棒的驅動電機。輸入轉速1000r/min，輸出轉速91r/min，傳動比11。
圖3-3 擺線針輪減速機選型表
圖3-4 擺線針輪減速機尺寸表
3.3 傳動機構設計
螺桿軸的傳動機構采用直齒輪傳動，瞬時傳動比是恒定的，從而可以保證傳動的精度，為了進一步保證精度，采用單級傳動的方式，以減少由于多級傳動產生的誤差。
螺桿工作是所需的功率P
式中：f ——物料和容器壁面的摩擦系數(shù)；
H’——進料口分體堆積的高度，m；
r ——管道橫截面半徑，m；
l ——進料口長度，m。
本設計中，f為0.35，H’為容器的高度，r為管道橫截面半徑為0.04m，l為兩個導程的長度0.12m，求出螺桿的功率為0.15kw。
式中：——總效率
——滾珠軸承效率為0.99
——聯(lián)軸器效率為0.99
——齒輪傳動效率為0.98
則驅動螺桿電機的功率N為
式中，——功率的儲備系數(shù)，一般為1.2~1.4。
選擇兩個齒輪為7級精度，小齒輪材料40Cr，硬度為280HBS,大齒輪材料45鋼，硬度為240HBS,初選小齒輪齒數(shù)z1=42，大齒輪齒數(shù)z2=126，根據(jù)齒面接觸疲勞強度設計，根據(jù)機械設計可知。
式中：K1——載荷系數(shù)為1.3；
T1——小齒輪轉矩；
——齒寬系數(shù)，取1；
——彈性影響系數(shù)，查表得189.8；
——接觸疲勞強度，查表得大齒550MPa，小齒600MPa；
N——盈利循環(huán)次數(shù)；
——許用接觸疲勞強度，取是小概率1%，安全系數(shù)S=1；
計算圓周速度v
計算齒寬
計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
按齒面彎曲疲勞強度設計
查表得小齒輪彎曲疲勞強度極限，大齒輪彎曲疲勞強度極限380MPa，彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85,KFN2=0.88。
計算允許的最大彎曲疲勞強度，并取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4。
計算載荷系數(shù)
查表得齒形系數(shù)YFa1=2.65;YFa2=2.226。應力校正系數(shù)YSa1=1.58，YSa2=1.764。
通過比較齒根彎曲疲勞強度計算出來的模數(shù)大于齒面接觸疲勞強度計算出來的模數(shù)，因為齒輪的模數(shù)主要與彎曲強度確定的承載能力有關，承載能力由齒面接觸疲勞強度決定，僅和齒輪直徑有關系，彎曲疲勞強度算得的模數(shù)2.236mm，經查表將其取為m=2mm，最后計算出小齒輪齒數(shù)z1=42，大齒輪齒數(shù)z2=126。
幾何尺寸計算
分度圓直徑
中心距
齒輪寬度
3.4 軸的設計
軸類零件的設計主要是根據(jù)安裝在軸上的零件的定位、軸的制造工藝兩方面的需求，來確定軸的結構和尺寸大小。如果軸的結構設計不合理，一方面會影響到軸上零件軸向、周向定位，使軸上零件無法傳遞運動，嚴重時還會損壞零件，或影響到軸上零件的安裝，使零件無法正常安裝到軸上；另一方面還會影響到軸的制造工藝性，使加工軸的成本大大提升，降低了軸的加工精度。
為了使軸上的零件在受力使不發(fā)生軸向、周向移動，除特殊要求外，都需要對軸上零件進行軸向、周向的定位，以確保正確的工作位置。
（1） 軸上零件的軸向定位主要有軸肩定位、套筒、軸承擋圈、軸承端蓋、螺母、定位銷等定位方式。軸肩定位往往和套筒配合使用，在軸上不需要加工出槽和孔，不會削弱軸的強度。擋圈定位主要用于軸端的軸向定位，能承受比較大的軸向力。定位銷定位需要在軸上加工出孔，對軸的強度削弱較大，所能承受的力與銷的強度大小有關。本設計中，采用了軸肩套筒定位，擋圈定位兩種方式。
（2） 軸上零件的周向定位主要有鍵連接、銷連接等，都會對軸的強度產生影響，鍵的橫截面積主要與軸的直徑有關，長度則取決于所連接零件的寬度。
（3） 軸的材料主要有碳鋼和合金鋼，合金鋼的成本比碳鋼要高，不容易產生應力集中，可以通過簡單的熱處理的方式提高耐磨性，提高它的疲勞強度，所以碳鋼的應用被大家廣為接受，最常用的為45鋼，本設計中所有的軸類零件均采用45鋼。
本設計中，軸類零件為傳動軸，只用于傳動，不傳遞轉矩，不承受壓軸力，故不需校核。
圖3-5 剖視圖
兩根軸在安裝時，如圖3-5所示，空心的攪拌軸通過兩個角接觸球軸承連接在機架上，軸上的帶輪收到圓周力帶動軸旋轉；螺桿的從動軸通過一個帶座軸承和一個深溝球軸承，帶座軸承固定在機架上，深溝球軸承固定在空心軸內部，軸上的齒輪受力旋轉。使兩根軸在同一軸線上，兩根軸之間有1mm間隙，可以相互反向旋轉。
第四章 總體結構設計及功能分析
4.1 總體結構的二維圖繪制
如圖4-1所示，可以清楚地看到動力部分、傳動部分、填充部分。填充部分的動力由左側的電機提供，通過齒輪單級減速，達到所需的轉速要求。攪拌部分的動力由右側的減速機提供，帶傳動進傳遞運動，不傳遞轉矩。可以通過改變步進電機的脈沖頻率來調節(jié)填充的速度。
圖4-1 裝配體的剖視圖
4.2 軸零件的二維圖繪制
如圖4-2與4-3所示，攪拌軸和螺桿從動軸為本次設計的關鍵部分，要達到使螺桿和攪拌棒反向轉動的目的，兩軸同軸心，轉向相反。
圖4-2 螺桿從動軸二維圖
圖4-3 攪拌棒空心軸的剖視圖
4.3 齒輪的二維圖繪制
如圖4-4所示，為單級傳動的小齒輪，采用單級傳動的目的是防止多級傳動造成較大誤差。
圖4-4 小齒輪二維圖
結論
本文對粉劑填充機的具體結構進行了詳細的設計，并介紹了粉劑填充機和包裝行業(yè)的背景，在將近三個月左右的時間里，完成了對于螺桿和傳動機構的設計計算，還有電機的選擇，使?jié)M足填充要求的基礎上，還能保證一定的精度，采用了步進電機則改善了粉劑填充機的適應性，可以用于不同種類、不同質量的顆粒物填充，改善了傳統(tǒng)粉劑填充機適應性差、功能單一的缺點。設計中的難點為需要將攪拌軸和與螺桿連接的從動軸安裝在同一軸線，并使攪拌軸和從動軸運動方向相反，目的是讓攪拌更均勻，最終將攪拌軸做成空心軸固定于機架，從動軸通過兩個深溝球軸承一端固定于機架，另一端固定在空心軸內部，進而達到目的。由于水平所限，用三個月的時間想要設計出一臺有實際應用價值的設備還是具有一定難度的，設計中還存在些許問題，在結構設計上還存在一些不合理之處，需要在今后的學習中繼續(xù)提高，設計中還存在可以提高之處，應在今后繼續(xù)完善。
改進方向：可以將螺桿式計量和稱重式計量結合使用，通過PLC控制進行多級下料，或在出料口添加一個截止門，防止物料滑落，進一步的提高精度?？傊?，這次設計總體上來說是成功的。通過畢業(yè)設計，學習掌握到了許多新知識和畫圖的技巧，并且提高了我的自學能力，為今后的學習奠定了良好的基礎。
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[10] 《包裝機械原理與設計》.西南交通大學出版社.主編：楊良渠，杜力.
致謝
畢業(yè)設計歷時將近三個月之久，作為大學的結尾，是我四年學習中最有意義的設計工作，在設計過程中，我深深地感到了掌握知識的不足，經常遇到困難，隨著不斷積累知識，設計內容也不斷完善，在未來的學習中，只有不斷的堅持努力，才能勝任各項工作。相信困難是有的，只要不斷學習，就一定會成功。
畢業(yè)設計已經接近尾聲，在期間遇到的許多困難，感謝指導老師畢老師提供的很多幫助，耐心仔細的幫助分析設計方案和圖紙，指導修改方案，提高了本次設計的質量，可以說，如果沒有畢老師，以我的能力可能完不成畢業(yè)設計。也感謝同組同學，在平時能夠互相交流心得和制圖技巧，互相幫助檢查畢業(yè)論文格式，遇到困難都積極地幫助對方解決困難，優(yōu)秀的同組同學幫助了我進步。
再次感謝無私給予我?guī)椭漠吚蠋?，在遇到困難時耐心的引導我，既提高了本次設計的質量，也保證了畢業(yè)設計的進度。
感謝設計過程中提供過幫助的畢老師和同組同學們！
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