枕式自動包裝機設計

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摘 要 枕式自動包裝機主要用于用成卷的塑料薄膜對有形物品進行不同規(guī)格的多功能包裝，是針對固型物的包裝而設計的，適合于包裝各類固態(tài)有規(guī)則的物體。在這里我們采用制袋—裹包—封口切斷包裝機械，它可以用來包裝塊狀，帶托盤的固體顆粒狀等產品，其袋形為枕形。其主要包裝工序包括供膜、供料、裹包、封口，切斷等。 本課題由四人共同完成,我負責設計包裝材料的供送部分。在薄膜的輸送過程中要考慮到薄膜的張力調節(jié)和居中調節(jié)，壓力輥和驅動輥快速離合等問題。針對這些問題，這次設計分別用壓力調節(jié)擺動輥，帶梯形螺紋的托輥套筒，偏心輪快速鎖緊機構解決上述問題。并完成了薄膜的供送的方案擬定和部裝設計，以及鏈輪、軸等零件的結構設計。另外這次設計還用到了UG，Solid Edge等軟件對部件及零件進行了實體造型和三維設計，并導出了供膜裝置和一些重要零件的三維圖，二維圖。 關鍵詞: 枕式包裝機 ；供膜；張力調節(jié)；薄膜居中調節(jié) Abstract Automatic pillow packing machine is mainly used by the plastic film roll into tangible objects of different multi-functional packaging specifications. we designed a bag forming, wrapping and sealing machine here，it can be used to package bulk, granular solid with trays and other products, and its pocket for the pillow-shaped. The main packing process include for the delivery of film, the material, wrapping, the sealing and cutting off. This topic is completed by four people together. I am responsible to design the packing material for wrapping assembly. Transmission in the process of film taking into account the tension-regulation, regulation of the middle film, and the clutch between pressure roller and drive roller, as well as to meet the film for the Synchronization for delivery and so on.。To solve these problems, the design pressure regulator with swinging roller, with trapezoidal thread roller sleeve, Rapid eccentric locking body to solve the above problems. And delivery of films for the ministry of programming and the design, as well as the sprocket, shaft and other parts of the structural design was completed. In addition this design also used in the UG, Solid Edge, such as software components and parts for the solid modeling and three-dimensional design, and membrane devices for export and some important parts of the three-dimensional drawing, two-dimensional drawing. Keywords: Pillow Packaging Machine；delivery of film；tension adjustment； Conditioning film center 1. 緒論 1.1包裝機械的概論 包裝機械是指完成全部或部分包裝過程的機器。包裝過程包括成型、充填封口、裹包等主要包裝工序以及清洗、干燥、殺菌、貼標、捆扎、集裝、拆卸等前后包裝工序，轉送、選別等其他輔助包裝工序[1]。 包裝機械是包裝工業(yè)的重要基礎，在輕工機械行業(yè)中占有重要的地位。包裝機械為包裝行業(yè)提供重要技術保障，對包轉業(yè)的發(fā)展起著重要的作用，同時在食品、醫(yī)藥、日用品化工生產中也起著重要的作用。包裝機械是使產品實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證[2]。 1.1.1國內外發(fā)展現(xiàn)狀 目前，世界各國對包裝機械發(fā)展十分重視，集機、電、氣、光、儀為一體的高新技術產品不斷涌現(xiàn)。生產高效率化、資源高利用化、產品節(jié)能化、高新技術實用化、科研成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機械發(fā)展的趨勢[2]。 美國的包裝機械以大型為其特色，因為美國的包裝機械用戶以大型生產企業(yè)為主，靠大批量生產來降低生產成本，主要滿足美國國內大流通的需要，其產量和品種均居世界之首。新型機械產品中以成型、填充、封口三種機械的增長最快[2]。 德國的包裝機械在計量、制造、技術性能等方面均名列前茅，特別是啤酒、飲料灌裝設備具有高速、成套、自動化程度高、可靠性好等特點。一些大公司生產的包裝機械集機、電、儀表及微機控制于一體，采用光電感應，以光標控制，并配有防靜電裝置。其大型自動包裝機不僅包裝容積大，而且能使制袋、稱重、充填、抽真空、封口等工序在一臺單機上完成。德國包裝機械業(yè)多年來始終處于穩(wěn)定增長狀態(tài)，出口比例占80％ 左右，是世界上最大的包裝機械出口國[2]。 日本包裝機械產業(yè)的目前年產值僅次于美國和德國居世界第三位。日本的包裝機械制造廠以中小企業(yè)為主， 目前有200多家，還有100多家包裝材料、包裝機械相關設備生產廠商。包裝機械的品種近500種，規(guī)格有700多個[2]。 意大利的包裝機械設備向來以產品靈活、技術先進而聞名于世。意大利的商品包裝材料行業(yè)和設備行業(yè)是由大約250家具有工藝水平、形成產業(yè)規(guī)模的企業(yè)和百余家基于手工藝水平的小規(guī)模的生產單元組成。近年來，意大利的包裝機械在世界獲得了巨大的成功，使意大利包裝機械受到了全世界的青睞。需要特別指出的是意大利生產的包裝機械大多用于食品和飲料工業(yè)， 占國內大約40％ 的營業(yè)額。而且意大利的飲料包裝設備已經達到尖端的水平，技術趨勢將朝著越來越一體化、緊湊和快速的方向發(fā)展。比如意大利西帕公司生產的PET瓶一步法生產設備在世界享有盛名，美國可口可樂、百事可樂瓶裝水廠均使用西帕公司的設備[2]。 我國目前從事包裝機械生產的企業(yè)約有1500多家，其中具有一定規(guī)模的企業(yè)近400家。產品有40類，2700多種，其中有一批即能滿足國內市場需要，又能參與國際市場競爭的優(yōu)質產品。90年代以來，包裝機械工業(yè)每年平均以20—30%的速度增長，發(fā)展速度高于整個包裝工業(yè)平均增長速度的15-17%，比傳統(tǒng)的機械工業(yè)的平均增長值高4.7個百分點。包裝機械工業(yè)已經成為我國國民經濟中不可缺少的非常重要的新興行業(yè)。但目前中國包裝機械行業(yè)也存在的問題.從1990年以來，包裝機械已成為我國機械制造業(yè)中十大行業(yè)之一。2001年后包裝機械產值占包裝工業(yè)總產值的9%左右，中國已成為包裝機械生產消費大國。但是中國包裝機械出口額不足包機總產值的5%。 中國包裝機械業(yè)中一直低水平重復多，無序競爭多，目前還無根本改變。我國包裝機械除了瓦楞紙箱機械、小型包裝機械有一定優(yōu)勢，其他都不成體系和規(guī)模。液體灌裝生產線、飲料包裝容器成套設備、無菌包裝生產線、卷煙生產線等幾乎都被國外幾家大公司所壟斷?，F(xiàn)有中國包裝機械的技術含量不高，遙控、現(xiàn)場監(jiān)測、伺服技術、自動柔性補償、激光技術、數(shù)字信息應技術等應用的不多。引進國外包裝機械多，引進先進技術少，缺少有組織有意識的消化研究。中國企業(yè)研究開發(fā)費用只占總銷售額的1%不到，無長遠技術儲備，自主性先進技術少[2]。 1.1.2枕式自動包裝機的總體論述 本課題的“枕式自動包裝機”是以實現(xiàn)被包裝物的進料、喂料、用卷狀塑料薄膜為包裝材料對其進行裹包、封口切斷為目的的多功能自動包裝機。枕式包裝機的類型很多，它能夠包裝的物品也是多種多樣的，既可包裝液體、粘稠膏體，也可以包裝粉、粒、塊等。它在食品、日用化工、醫(yī)藥、輕工等領域得到廣泛應用。另外，它所用的包裝材料種類也很多。如屬于柔軟的有塑料薄膜等；屬于半撓性材料的有瓦楞紙箱、塑料薄片等。 本次所要設計的枕式自動包裝機屬于多功能包裝機中的臥式成型-裹包-封口包裝機，其應用范圍之廣泛，主要適用于塊狀物料的包裝，如餅干、面包、冰淇淋、方便面等，其袋形為枕形。臥式成型-裹包-封口包裝機根據(jù)包裝材料上的商標印刷的不同（有標卷材和無標卷材）而不同。對于有標卷材，為保證商標圖案的完整性，必須采用光標自動定位系統(tǒng)，對包裝材料進行定位封合及切斷；而對于無標卷材，只需采取定長切斷即可。 整個機器主要包括三大部分：1.主電機部分；2.執(zhí)行機構；3.傳動機構[3]。其中執(zhí)行機構又包括包裝材料的供送與成型、被包裝物品的同步供送、成品輸出機構以及縱封橫封裝置。其典型部件有：包裝材料供送機構，；包裝物品的供送裝置；成型器部件；縱封器機構； 橫封、切斷裝置、PLC控制電路。 1.1.3枕式自動包裝機的工作原理 枕式自動包裝機，是一種多功能包裝機，它是將塑料復合膜制成包裝容器，在一臺設備上自動完成制袋成型裹包、封切等全過程的自動包裝設備 枕式自動包裝機用變頻無段調速電機的運轉,通過鏈條驅動齒鏈式無級變速器轉動;變速箱內通過變速鏈條的調速,得到了不同的運轉速度；然后再由同步帶傳給行星差動機構,使紙膜輸送長度的調整、變速箱的輸出軸經過鏈條傳動帶動紙膜壓輥轉動輸送紙膜,紙膜輸出長度的設置可在齒鏈調速器上施行手工操作。并在包裝過程中由光電跟蹤色標進行監(jiān)控。同時變速箱還通過多組鏈動,實現(xiàn)了包裝物件、輸送帶、拉紙輪、壓合輪、橫封刀及成品輸送帶的運動。 枕式包裝機的包裝紙膜卷安裝于軸輥上,被包裝物件放置于加料器中(對于無規(guī)則形狀的物件需用手工加料),輸送帶自動將被包裝物件輸送到包裝位置,包裝在紙膜中；然后經過加熱后壓合成型,送至橫封切刀處熱合橫封,切斷。再由輸送帶輸出成品。 1.2 課題設計任務及內容 本次畢業(yè)設計為枕式自動包裝機的設計與研究。該包裝機主要用于用成卷的塑料薄膜對有形物品進行不同規(guī)格的包裝（包括進料、裹包、封口、切斷實現(xiàn)多功能包裝）。 1.2.1設計任務要求： 包裝機產量與產品規(guī)格[4] 包裝速度： 60~160包/分 包裝材料： 成卷的薄膜 被包裝物： 長65～135mm寬 10～70mm、厚50mm 功能要求： 1、橫切刀每轉一圈，封切1次；縱封機構在機器突然斷電時能自動彈開，也能手動分離兩個壓緊的熱封輥； 2、封切溫度能設定與控制；。 3、要求能實現(xiàn)色標跟蹤商標對齊功能。 4、要求整體運轉平穩(wěn)可靠；能適應以上列舉的各種規(guī)格的調節(jié)。 5、主要參數(shù)有： （1）包裝材料及電源等條件 該機使用以高壓聚乙烯為內涂覆層的復合薄膜包裝材料，電源為220伏交流 薄膜上印制色標寬4~5mm，長大于8 mm。各機構的最大功率為300w。 （2）橫封速度：60-160袋/分 （3）薄膜的最大寬度：300mm。 該枕式自動包裝機采用PLC控制；袋長速度自動顯示，切割準確；交流電機附置變頻器，實現(xiàn)無級變速控制，運行過程中可動態(tài)調整；光電檢測，雙向追蹤，可有效消除包裝誤差，避免物料浪費；縱封加熱，能 在低溫狀態(tài)下封合，減少停車燙膜；可調制袋器，，方便品 種更換；結構緊湊，噪音低。 該自動包裝機屬于多功能自動包裝機的一種，是一臺袋成型-裹包-封口機。而成型-裹包-封口機就是將具有熱塑特性的塑料復合膜經加熱軟化制成包裝容器，在一臺整機上自動完成制袋成型、裹包、封口剪切等全過程的包裝設備。 1.2.2設計任務內容 1、枕式自動包裝機的組成 一般包裝機械通常分成下列幾個組成部分： 包裝材料的整理與供送系統(tǒng)；被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)；主傳送系統(tǒng)；包裝執(zhí)行機構；成品輸出機構；動力機與傳動系統(tǒng)；控制系統(tǒng)；機身。自動枕式包裝機作為一種特殊的包裝機械，其具有上述所有組成部分，其主要組成為： 動力機構：電機 執(zhí)行機構：供膜機構、供料機構、成型器、縱封機構和橫封切機構 主傳送機構：送料系統(tǒng)、托運及輸出裝置 2、包裝工藝及特點 （1）包裝工藝過程：包裝工藝過程示意圖如下圖所示。卷筒材料5在牽引滾筒7、壓力滾筒6、主牽引滾輪9和縱封器輪11的聯(lián)合牽引下勻速前進，在通過成型器8時被折成筒狀。供送鏈推板1將物品推送經成型器成型成筒狀材料內，物品將隨同材料一起前進。橫封切斷器12在熱風左面袋的前端和右面袋的后端的同時，在中間切斷分開，輸送帶將成品輸出[5]。 圖1-1 包裝工藝示意圖 1—供送鏈推板； 2—物品； 3—調節(jié)輥； 4—過渡輥；5—卷筒材料； 6—壓力輥； 7驅動輥； 8—成型器；9—主牽引滾輪； 10—傳送帶； 11—縱封器輪；12—橫封切斷器；13—毛刷； 14—輸送帶 2）枕式包裝機的特點： 包裝機進行包裝時的作用力一般都較小，所以電動機的功率較小，一般小于1kw； 包裝機一般都采用無級變速裝置，以便靈活調整包裝速度，調節(jié)包裝機的生產能力； 該枕式包裝機選用卷筒材料。因為與預先裁切好的平張材料相比，卷筒材料更適宜于包裝機的連續(xù)化、高速化和自動化生產。隨著商品包裝裝潢水平和要求的提高，往往在卷筒材料上事先印有精美圖案，文字。一個包裝材料上的圖案數(shù)量及位置是固定的，這就要求卷筒材料定位精確，保證不偏不斜；還有要與各部分機構的傳動同步，保證供膜速度與封合速度一致；更重要的是在機器運行的過程中始終保持薄膜有一定的張力，且張力均勻，張力太小會導致褶皺，套印不準等弊病，張力過大又會增加機器負荷和增大卷筒材料的應力，甚至引起材料斷裂或造成停機。張力不穩(wěn)時，卷筒材料會發(fā)生跳動，以致出現(xiàn)套印不準等問題；最后在生產過程中薄膜是要經常更換的，所以必須要讓薄膜的裝卸非常方便。 我的設計任務就是設計和研究出上述所說的薄膜供送裝置。它的意義不言而喻，既能提高生產效率，還能保證產品的包裝質量，一個枕式包裝機必須先有優(yōu)良的供膜裝置。 2. 供膜裝置的設計 2.1 供膜裝置的基本要求 在商品競爭日益激烈的情形下，高效、美觀精致、高的成功包裝率是一個好的枕式包裝機所追求的效果。要達到這些要求必須要有滿足各種條件的機構所支持，在這里供膜裝置就必須滿足以下一些基本條件才能算的上合格。 a) 在機器運行的過程中始終保持薄膜有一定的張力，且張力均勻。張力太小會導致褶皺，袋長不均勻等弊病，張力過大又會增加機器負荷和增大卷筒材料的應力，甚至引起材料斷裂或造成停機。張力不穩(wěn)時，卷筒材料會發(fā)生跳動，以致出現(xiàn)袋長不均勻等問題。 b) 薄膜的裝卸要非常方便。要求薄膜裝卸方便不僅可以提高生產效率還可以減少工人的勞動強度。 c) 卷筒薄膜的寬度可在一定范圍內連續(xù)可調。 d) 卷筒材料定位精確，保證不偏不斜。隨著商品包裝裝潢水平和要求的提高，往往在卷筒材料上事先印有精美圖案，文字。一個包裝材料上的圖案數(shù)量及位置是固定的，這就要求卷筒材料定位精確，保證不偏不斜。 e) 膜的輸送速度要與各部分機構的運行速度同步，保證供膜速度與供料、封切速度一致。雖然影響供送材料長度精度的因素是多方面的，設計計算和制造安裝方面的誤差；包裝材料厚度與彈性模量的差別；牽引力的變化；包裝車間環(huán)境的溫、濕度也會影響供送長度。顯然要保證封切精度的關鍵是首先要保證膜的輸送速度與其他傳動速度一致[6]。 2.2 供膜裝置的工作原理 供膜裝置大體由：托輥，驅動輥，壓力輥，過渡輥 ，張力調節(jié)輥，入膜角度調節(jié)輥等部分構成。薄膜的繞行示意圖見下： 如圖2-1所示，運動從鏈輪傳到驅動輥，驅動輥在壓力輥的作用下與薄膜形成較大的摩擦力，由于摩擦薄膜會被牽引著運動，當薄膜被張緊時，薄膜經過過渡輥、張力調節(jié)輥然后帶動托輥上的卷筒轉動來完成薄膜的供送。 圖2-1 薄膜穿繞示意圖 2.3 供膜裝置的結構設計 2.3.1 設計要求 1、托輥：具有放置、支撐和釋放卷筒薄膜的的功能； 2、張力自動調節(jié)擺桿裝置：能實現(xiàn)自動調節(jié)薄膜張力并使其穩(wěn)定在一定范圍內的功能； 3、過渡輥：適度地保持和均勻的分配薄膜張力； 4、入膜角度調節(jié)輥：調節(jié)薄膜進入成型器時的角度，使薄膜能順利的進入成型器并包裝順利； 5、驅動輥及可動壓力輥：驅動輥要具有牽引薄膜的功能；壓力輥要需要能增加薄膜與驅動輥的摩擦力，并且能實現(xiàn)快開快合的功能。 2.3.2 輥軸的布置 薄膜的牽引輸送離不開導輥組，導輥組在薄膜的輸送中起承托、導引、轉向及校正作用，導輥組是由一定數(shù)量的導輥按一定的安裝位置組裝而成。導輥組在薄膜的輸送過程中對薄膜的定向前進起著決定性的作用。 導輥一般是由套筒、芯軸、軸承組成。套筒多由鋼管鍍鉻、鋁管氧化或尼龍做成，這種套筒不生銹，對薄膜無污染，套筒外表面光潔。在薄膜幅度很大時，由數(shù)個導輥還加有定向螺紋。芯軸和套筒之間常用滾動軸承，這樣套筒轉動靈活，對薄膜的阻力就小。怎樣確定導輥組中導輥的數(shù)量呢？從防止薄膜偏斜的觀點看，數(shù)量多些為好，輥子之間可以相互平衡受力的不均勻狀態(tài)，使薄膜各處受力均勻，對被送進的薄膜起校正作用，達到穩(wěn)定輸送的目的。但是塑料薄膜易變形，特別是單膜，導輥組的每個導輥在輸送薄膜的過程中或多或少地都給薄膜加上一個阻力，若導輥過多，總的阻力過大，不僅增加了負荷，而且使薄膜變形量增大，對包裝產品不利。薄膜和棍子之間的摩擦力會使薄膜的靜電力增加，這樣在包裝時容易引起熱封口的污染，影響包裝質量。 輥子間距的確定原則：各輸送物在輸送時，各瞬間物品應保持最少有二根輥筒支托，否則可能導致輸送物不能順利進行。 確定導輥多少的一般原則是：當牽引速度較低時，則需要較少的導輥，當牽引速度較高時，則需要較多的導輥。這是因為速度越高，薄膜卷的慣性、牽引力的變化對薄膜偏斜影響越明顯。在設計時一般選定5~7個為宜。我在這里采用了二個過渡導向輥，另外還有一個擺桿機構，還有驅動輥和壓膜輥。 導輥的數(shù)量確定后，就要確定它的結構位置，使之更有利于薄膜的輸送及成型。一般的包裝薄膜都由商標面和光面組成，卷筒薄膜皆是商標面在外，與物品接觸的光面在內，導輥的安裝應當使薄膜在若干次轉向成型后光面處于內層，還應當使薄膜在起初接觸的導輥上有大的轉向，在后面的導輥上只有微轉向，導輥基本上只起支托作用。這樣的結構使得薄膜在前幾個導輥中基本就已定向，后面的轉角小，有利于薄膜成型。從理論上分析，導輥的直徑對薄膜的牽引影響不大，但從機加工上要求芯軸不能過細，一是因為過細難加工，二是剛度不夠。 下面是初步確定的的墻板和輥軸的安裝位置示意圖： 圖2-2 墻板及輥軸安裝位置示意圖 1—入膜調節(jié)輥； 2—入膜調節(jié)支承； 3—張力調節(jié)輥； 4—張力調節(jié)支撐；5—托輥； 6—過渡輥； 7—壓力輥； 8—驅動輥； 9—支撐桿； 10—高墻板 2.3.3 托輥的結構設計 在整個裝置的設計過程中，托輥的設計是一個重要的環(huán)節(jié)，因為托輥的結構、 功能將直接影響到薄膜的正常供送。 對于托輥的設計要求如下[8]： 1. 托輥要便于裝卸薄膜卷筒； 2. 托輥要便于調節(jié)薄膜滾筒的中心位置，來與縱封器、橫封器對中； 3. 托輥能適應于一定寬度，一定內筒直徑的薄膜卷筒； 4. 托輥上要能安裝剎車輪，剎車輪上繞有剎車皮帶，通過調節(jié)皮帶的張緊力大小讓放置了卷筒薄膜的托輥軸具有一定的阻力矩，使得薄膜具有一定的張力。 滿足以上要求設計的方案如下圖所示： 圖2-3 托輥結構示意圖 1—微調螺帽；2—微調螺桿；3—圓錐鎖緊裝置； 4—托輥套筒； 5—軸承套；6—機架；7—剎車輪；8—軸承；9—托輥軸 安裝卷筒包裝材料時，將左端的微調螺帽旋松，把圓錐鎖緊裝置取下來，再將卷筒塑料薄膜裝上去，然后將圓錐鎖緊裝置和微調鏍帽上的鏍釘旋緊。簡單方便，當然在安裝卷筒材料時必須使包裝材料的寬度方向中心線與縱封，橫封的中心線保持一致。當中心位置稍有偏離時，簡單的對中就先從調節(jié)兩端的圓錐鎖緊裝置的位置開始，然后再通過轉動微調螺帽進行微動調節(jié)，其逆時針旋轉是使托輥套筒遠離墻板運動，順時針旋轉式使托輥套筒向墻板一側運動，從而達到微調的效果。圓錐鎖緊裝置的錐面能在一定范圍能適應不同內筒直徑的卷筒材料。 由于卷筒薄膜支架上需要套剎車盤，則其軸徑及長度不僅要根據(jù)卷筒薄膜來確定，還要根據(jù)剎車盤的直徑和寬度來確定。選定剎車盤內徑為30mm，寬度為25mm，為了周向固定剎車輪，則把軸的端部加工螺紋。根據(jù)具體要求，取裝剎車輪部分的長度為25mm，軸端部螺紋長度11mm. 要使卷筒輥軸固定且實現(xiàn)供膜功能，須采用一對軸承。參照工作要求并根據(jù)軸的直徑d=35mm,選取一對角接觸軸承背對背安裝，其基本參數(shù)為：，裝軸承段的軸的直徑為35mm，其長度為59.5mm。最后選定套托輥滾筒的一段輥軸直徑為最小直徑45mm，其長度根據(jù)卷筒的寬度300mm、調節(jié)范圍及留的余量確定為400mm。 剎車盤與輥軸的周向定位采用平鍵定位。安裝剎車盤段的軸徑d=30mm,查手冊得鍵的截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工。滾動軸承與軸的周向的定位是借過渡來配合的，此處軸采用基孔制，公差配合為k6。 托輥軸的零件如下圖所示： 圖2-4 托輥軸的零件圖 2.3.4 壓力調節(jié)擺動輥的結構設計 包裝薄膜的供送過程中由于其對不同的包裝物的不同尺寸要求，其速度要求就不等，走膜的速度不同，走膜過程中薄膜的張力也不同。為了調節(jié)薄膜前行時的張力均衡，采用了擺桿機構和制動輪。擺桿機構，摩擦輪工作示意圖如下： 圖2-5 摩擦輪工作示意圖 1—制動輪； 2—摩擦輪；3—固定端部；4—重力塊 圖2-6 張力調節(jié)擺桿結構示意圖 1—浮動擺桿支撐Ⅰ；2—固定擺桿；3—制動輪；4—機架； 5—浮動擺桿支撐Ⅱ；6—浮動擺桿滾筒；7—浮動擺桿 浮動擺桿7在薄膜的摩擦力的帶動下會產生一個繞固定軸轉動的力矩M1，使固定軸周向轉動一定得角度，這時，固定軸上與制動輪3相連的重力塊也繞固定軸跟著轉了相應的角度也產生一個繞固定軸的力矩M2，該力矩M2與M1相反，所以M2是M1的阻尼力矩，在工作過程中，當M1增大時M2也跟著增大，直到與M1相平衡。最終使固定軸停止轉動，浮動擺桿軸7也停在某個平衡位置，當M1減小時，反之亦然?？傊还躆1變大還是變小，即薄膜張力變大或變小，最終都會在重力塊4的自動調節(jié)下而達到平衡。從而使得薄膜的張力變化范圍保持在一定得數(shù)值之間，不會有很大的波動。同時，當薄膜的張力偏大時，薄膜帶動擺動輥逆時針轉動一個角度，與擺動輥相連的壓力調節(jié)固定輥及固定輥端部的制動輪也隨之逆時針周向轉動相應的角度。 如圖2-6所示，此時，制動輪上的皮帶釋放放松。皮帶與摩擦輪2的摩擦力減小。這就意味著薄膜卷筒轉動的阻尼會減小，相應地，薄膜的張力就會減小。同理，當薄膜的張力偏小時，在摩擦輪的調節(jié)下，就會增大。這樣就實現(xiàn)了對薄膜張力的控制和調節(jié)。 2.3.5 驅動輥與壓力輥的結構設計 1. 驅動輥的結構設計 驅動輥是整個供膜裝置的動力輥，對包裝薄膜的供送起牽引前進的作用。由于包裝薄膜的供送要求與橫封同步，所以其運動的輸入與橫封同樣由系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)輸出。動力從電動機出來經過變速器和差速器分配給各個執(zhí)行機構。這里的動力是經過鏈輪傳動到達驅動輥，使包裝薄膜被牽引前進。 驅動輥的相關計算如下： （1）求軸上的功率、轉速和轉矩。 取各級傳動效率為97%， 則功率 (2-1) 轉距 (2-2) （2）軸的最小直徑的確定： 軸的最小直徑 （2-3）查機械設計手冊，取，則 （2-4） 考慮到軸上開有鍵槽，故將軸的最小直徑增大5%到10%。 即。 1.）擬定軸上零件的裝配方案 為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上的零件除了有游動或空轉的要求之外，都必須進行軸向和周向定位。，以保證其準確的工作位置。 常見的軸向定位方式有：軸肩、套筒、軸端檔圈、軸承端蓋、圓螺母、彈簧擋圈等[10] 如圖所示： 圖2-7 驅動輥裝配示意圖 1—鏈輪；2—圓螺母；3—孔用彈簧擋圈Ⅰ；4—機架；5—軸承Ⅰ； 6—驅動輥軸Ⅰ；7—螺釘； 8—驅動滾筒； 9—軸承Ⅱ： 10—孔用彈簧擋圈Ⅱ；11—驅動輥軸Ⅱ； 12—平鍵 驅動輥軸Ⅰ的裝配方案是：從左邊依次為：鏈輪、平鍵、軸肩、圓螺母；孔用彈簧擋圈、軸承、軸肩、螺釘、驅動滾筒；驅動輥軸Ⅱ的裝配方案是：從右邊依次為：孔用彈簧擋圈、軸承、軸肩、螺釘、驅動滾筒。軸上零件的定位如上圖所示。 2.）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 從左端安裝零件的軸的直徑與長度選?。? 驅動輥軸Ⅰ：因軸的最小直徑d＝18mm，所以取安裝鏈輪處的軸的直徑20mm，取這截軸的長度為50mm,鏈輪的定位軸肩高度為2.5mm，所以靠鏈輪右端的一段軸的直徑為25mm.長度取25mm。軸承主要承受徑向載荷，并有可能受到小的軸向載荷，故選擇角接觸球軸承。軸承內圈和外圈分別用軸肩和孔用彈簧擋圈。參照工作要求并根據(jù)軸承安裝段的直徑d=25mm,選取軸承基本參數(shù)為：查相關手冊知道其安裝尺寸為3042mm，故取安裝軸承處軸肩處的直徑為30mm，取此段軸的長度為36mm。為了更好的與驅動滾筒連接，做了個結構如上圖所示的結構，以便能與驅動滾筒進行螺釘連接，驅動輥滾筒長度取290mm。 驅動輥軸Ⅱ類似于輥軸Ⅰ，其安裝軸承段，d=20mm，長度為13.5mm，固定軸承內圈的軸肩處直徑為25mm，長度為30mm.剩下的部分的結構和尺寸與驅動輥Ⅰ的一樣。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 鏈輪與軸的周向定位采用平鍵定位。裝鏈輪軸段的直徑d=20mm,查手冊得鍵的截面尺寸，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長L=25mm,。滾動軸承與軸的周向的定位是借過渡來配合的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。 由軸的工作圖可看出，各軸段的實際直徑均比最小直徑大很多，故在應用中是安全的，不需較核。 2.壓力輥 壓力輥與驅動輥相配合。它的外層為橡膠，其摩擦系數(shù)大，在包裝膜前行時，橡膠輥要與驅動輥壓緊。在整個機械停車階段，該輥要設計成與驅動輥可以分離開來的結構，因為這樣才能把包裝薄膜送入。因此把軸的兩端都削平成長方體行的結構，在壓力輥的下方在墻板上焊接一個凸臺裝上壓力彈簧用來頂住壓力輥使其在自然狀態(tài)下給壓力輥一個向上的彈力把壓力輥頂起使其與驅動輥分離，壓力輥的上方裝有偏心輪，當偏心輪工作時能把壓力輥向下壓下使其與驅動輥接觸。其結構圖示如下： 圖2-10 壓力輥結構示意圖 1— 壓力輥滾筒；2—壓力輥軸；3—彈簧；4—偏心輪 上圖中的偏心輪4的結構及其工作過程如下圖： e=10mm; d=6mm; D=30mm 圖2-11 偏心輪結構及工作過程示意圖 顯然，當偏心輪轉過180度的時候偏心輪的垂直位移為2e=20mm，即其行程為20mm。而自然狀態(tài)下壓力輥與驅動輥之間的距離是20mm。所以當偏心輪轉過180度的時候，壓力輥正好被壓到工作位置。而偏心輪所受到的支撐力在工作前后都經過中心，固其會形成自鎖，這樣，偏心輪不僅起到了控制壓力輥與驅動輥離合的作用又起到了夾具的作用。 2.3.6鏈傳動的設計計算 由于包裝薄膜的供送要求與橫封同步，所以其運動的輸入與橫封同樣由系統(tǒng)的傳動系統(tǒng)輸出。其動力來自主電動機，動力從電動機出來經過變速器和差速器分配給各個執(zhí)行機構。這里的動力就是經過鏈輪傳動到達驅動輥，使包裝薄膜被牽引前進。 鏈輪的相關設計計算如下： 1. 傳動設計部分[11]: 傳動的輸出功率是0.30kw，故鏈傳動的設計參數(shù)為： 傳遞功率： ; 傳動比： ； 主動鏈輪轉速： ； 小鏈輪齒數(shù)Z1： ； （選取Z1=25） 大鏈輪齒數(shù)Z2： （選取Z2=25） 設計功率： ； （2-5） 其中： P——傳遞功率（kw），P=0.25kW； KA——工況系數(shù)， 查表33.2-4得KA=1； KZ——小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查表33.2-5得KZ=1.34； KM——多排鏈排數(shù)系數(shù)，查表2-6得KM=1 故 P=0.19kw； 鏈條節(jié)距：根據(jù)設計功率P（取P=P0）和小鏈輪轉速n1， 查手冊選用p=12.7mm。 驗算小鏈輪輪轂孔徑（軸孔直徑）：P≤； ——鏈輪輪轂孔的最大許用直徑，查表33.2-7的=42mm； ——由支承軸的設計決定，=18mm； ≤，故滿足要求。 初定中心距 最佳a0=（30～50）p； 取ａ0=30ｐ=3012.9=387mm。 Lp=（2aｏ/p）+［（］+｛()/（aｏ/ｐ） （2-6） =75 Lp取75節(jié)。 鏈條長度： L=（）/1000 （2-7） =53x12.7/1000=0.686 m 理論中心距：當時, （2-8） =387.74mm; 實際中心距：△ａ=（0.002～0.004）a; ａ’=ａ-△ =384.74-0.0033 = 384mm; V==0.530 m/s; （2-9） F=FV= 0.26712.7/1000=786.52N; (2-10) 作用在軸上的拉力 =786.52（1.15-1.20）=904.5—943.8N （2-11） 選擇潤滑方式為油刷或人工定期潤滑。 2. 鏈輪的結構設計[13]: 分度圓直徑: dp =101.33mm 齒頂圓直徑：damax=dp+1.25p-d1=113.4mm （2-12） damax =d+p- d1=104.3mm （2-13） 取 da=109.45mm. 齒根圓直徑：df=d- d1=93.58mm. （2-14） 內鏈節(jié)內寬：b1=6.83mm 齒寬 bf1=0.93b1=7.85mm 齒側倒角 ba=0.13p=0. 13x12.9=1.65mm. 齒側半徑 rx=p=12.7mm 齒全寬 bf1=3.07mm 選用材料45鋼,齒面硬度50～60HRC[14]。 其結構如下圖2-8所示： 圖2-8 鏈輪結構示意圖 3.鏈傳動的張緊 鏈傳動張緊的目的，主要是為了避免在鏈條的垂度過大時產生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象 ；同時也增加了鏈輪與鏈條的嚙合包角。因兩個鏈輪軸心連線傾斜角大于60度，故設置張緊輪來解決這個問題。 2.3.7過渡輥的結構設計 過渡輥顧名思義就是對包裝薄膜的輸送起導向的作用。其設計要求十分簡單，就是使薄膜繞過輥子，依照輥子傳遞的方向傳送薄膜。采用滾子軸承把輥軸兩端與支架固定。其裝配結構類似圖2-5中的下端擺桿。 圖2-9 過渡輥結構示意圖 1—壓力輥滾筒； 2—壓力輥軸； 3—彈簧； 4—偏心輪 圖2-10 過渡輥結構示意圖 2.4 本章小結 本章從供膜裝置的基本要求、工作原理出發(fā)，主要對供膜裝置中的一些重要零件做了結構設計和計算，主要有：托輥、張力調節(jié)輥（擺桿）、驅動輥、鏈輪、壓力輥等。并分析了張力調節(jié)輥實現(xiàn)張力控制調節(jié)的過程，還分析了驅動輥和壓力輥之間是如何利用偏心輪鎖緊機構實現(xiàn)快速離合功能的。 3.三維軟件的應用 3.1 三維軟件的介紹 在設計過程中，我用到了UG, Solid Edge兩種三維實體造型軟件，它們的功能都十分強大。 3.1.1 UG的特點 Unigraphics CAD/CAM/CAE系統(tǒng)提供了一個基于過程的產品設計環(huán)境，使產品開發(fā)從設計到加工真正實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無縫集成，從而優(yōu)化了企業(yè)的產品設計與制造。UG面向過程驅動的技術是虛擬產品開發(fā)的關鍵技術,在面向過程驅動技術的環(huán)境中，用戶的全部產品以及精確的數(shù)據(jù)模型能夠在產品開發(fā)全過程的各個環(huán)節(jié)保持相關，從而有效地實現(xiàn)了并行工程[15]。 該軟件不僅具有強大的實體造型、曲面造型、虛擬裝配和產生工程圖等設計功能；而且，在設計過程中可進行有限元分析、機構運動分析、動力學分析和仿真模擬，提高設計的可靠性；同時，可用建立的三維模型直接生成數(shù)控代碼，用于產品的加工，其后處理程序支持多種類型數(shù)控機床。另外它所提供的二次開發(fā)語言UG/OPen GRIP，UG/open API簡單易學，實現(xiàn)功能多，便于用戶開發(fā)專用CAD系統(tǒng)。具體來說，該軟件具有以下特點： （l）具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM等各模塊之間的無數(shù)據(jù)交換的自由切換，可實施并行工程。 （2）采用復合建模技術，可將實體建模、曲面建模、線框建模、顯示幾何建模與參數(shù)化建模融為一體。 （3）用基于特征（如孔、凸臺、型膠、槽溝、倒角等）的建模和編輯方法作為實體造型基礎，形象直觀，類似于工程師傳統(tǒng)的設計辦法，并能用參數(shù)驅動。 （4）曲面設計采用非均勻有理B樣條作基礎，可用多種方法生成復雜的曲面，特別適合于汽車外形設計、汽輪機葉片設計等復雜曲面造型。 （5）出圖功能強，可十分方便地從三維實體模型直接生成二維工程圖。能按ISO標準和國標標注尺寸、形位公差和漢字說明等。并能直接對實體做旋轉剖、階梯剖和軸測圖挖切生成各種剖視圖，增強了繪制工程圖的實用性。 （6）以Parasolid為實體建模核心，實體造型功能處于領先地位。目前著名CAD/CAE/CAM軟件均以此作為實體造型基礎。 （7）提供了界面良好的二次開發(fā)工具GRIP（GRAPHICAL INTERACTIVE PROGRAMING）和UFUNC（USER FUNCTION），并能通過高級語言接口，使UG的圖形功能與高級語言的計算功能緊密結合起來。 （8）具有良好的用戶介面，絕大多數(shù)功能都可通過圖標實現(xiàn)；進行對象操作時，具有自動推理功能；同時，在每個操作步驟中，都有相應的提示信息，便于用戶做出正確的選擇。 3.1.2 Solid Edge的特點 Solid edge作為專業(yè)CAD設計的大型軟件包，包括多個功能模塊，用戶可以根據(jù)需要應用不同的功能模塊，其主要特點包括以下幾個方面: （1）Solid Edge 采用參數(shù)化及基于特征的實體建設技術，使軟件操作步驟清晰直觀，可以大大提高設計效率。 （2）與Windows 產品完全兼容，提供給設計師軟件應用程序和個人設計工具的無縫集成。全面應用Stream 技術，通過改善用戶交互速度，全面優(yōu)化工作效率。 （3）Solid Edge 采用UGS 公司的Parasolid 造型技術核心，很容易和基于Parasolid的CAD/CAM/CAE 軟件及其他需要實體模型支持或轉換的應用程序集成。 （4）Solid Edge Imsight將產品數(shù)據(jù)管理（PDM）融入到設計師日常CAD工作中，提供了功能強大的設計管理和知識共享工具。擴展了產品造型和制圖功能，確保了設計數(shù)據(jù)的完整性和查找的高效性。 （5）支持用戶使用自頂向下或者自底向上的裝配設計形式，能夠自動生成爆炸圖而保持裝配結構中和零件的裝配關系。 （6）無可比擬的鈑金功能、塑料設計、管道設計功能和焊接功能。 （7）提供強大的產品工程制圖功能。無論是從實體建模，還是從裝配建模開始設計，甚至是從草圖設計開始，Solid Edge 繪圖和標注功能都能幫助用戶完成高質量的設計文件[16]。 3.2 三維軟件的應用 綜合我對以上介紹的兩種軟件的認識，UG的實體造型功能要比Solid Edge強大；而Solid Edge又較前者操作簡單，容易上手并且從三維圖導成維位圖方面功能強大，易操作。所以我在完成本課題設計的基本過程是：任務分析—方案擬定—結構設計—UG零件造型—Solid Edge裝配及出圖。 3.2.1 UG實體造型應用 下面是使用SolidEdge在設計過程中所繪的三維立體圖： 圖3-1 鏈輪的三維造型圖 上面鏈輪三維圖，輪廓清晰，立體感強，比二維圖更能表達信息。能在第一 時間讀出零件的結構和功能。 圖3-2 入膜角度調節(jié)輥的活動關節(jié) 圖3-3 壓力調節(jié)擺桿支撐桿 除了能更好的表達零件圖之外，有些零件的裝配圖，零件過多結構復雜用二維圖表達出來，非專業(yè)人士，很難讀出來。試著用UG三維造型出來會是什么樣子呢？下面是壓力調節(jié)固定輥及擺動輥的裝配效果圖： 圖3-4 壓力調節(jié)固定輥及擺動輥的裝配效果圖 下面是供膜裝置的總裝圖 圖3-5 供膜裝置裝配效果圖 3.2.2 Solid Edge 由三維圖生成平面圖的應用 下面是用Solid Edge 利用UG導過來的三維圖生成的平面二維圖： 圖3-6 供膜裝置裝配圖的主視和側視圖 圖3-7 供膜裝置軸側圖 顯然，利用Solid Edge生成的裝配圖大體上都正確只需少量的修改，這樣繪制的圖形，大大減少了工作量。節(jié)省了時間，提高了效率，而且出圖的效果和直接作的平面圖效果不分伯仲[17]。 結 論 總結本次設計，對要設計的部件所要滿足的基本要求及所要達到的性能指標做了認真的分析，并依次完成了對供膜裝置的導輥的布置，托輥，壓力調節(jié)擺動輥，驅動輥鏈輪，過渡輥，壓力輥的結構設計和計算。然后用UG, Solid Edge CAD,等軟件對供膜裝置進行了實體造型，完成了各個零件的三維圖，并將零件圖裝配成裝置的裝配圖。最后將三維的裝配圖導出生成平面的二維圖。至此，一款枕式自動包裝機的供膜裝置設計完成。 通過本次設計，使我了解了一般機械設計的設計流程，對設計有了比較理性的認識，懂得了運用計算機以及查閱資料文獻來輔助設計，通過不斷反復改進，使自己的設計更優(yōu)化。不僅提高了綜合設計、設計分析、設計計算以及CAD軟件應用的能力，還學會了怎樣更有效的利用圖書館的機械專業(yè)書籍，使我深深的認識到機械專業(yè)理論知識與實際緊密聯(lián)系，在提高了自身各方面的素質，更增強了實踐能力和動手能力。 我認為自己在設計和畫圖過程中，增強了分析和解決問題的能力，也提高了自學能力，為今后的工作打下基礎。同時，思維的嚴密性也得到了很好的鍛煉，培養(yǎng)了一種嚴謹、認真、團結合作的工作態(tài)度和良好的工作習慣。我們覺得經過這一學期的畢業(yè)設計工作，使我在各個方面都取得了較大的進步。這個課題是由五個人來共同完成的，在這個過程中，我體會到了團隊的力量和分工合作的重要性，這也為我今后在工作崗位中，與人合作打下了基礎。畢業(yè)設計過程既是一個創(chuàng)新的過程，也是對所學知識的一次回顧。特別是讓我對《機械設計》、《包裝機械概論》等專業(yè)書籍有了更深入的了解。整個設計過程，也鍛煉了我們自己查找資料的能力（特別是《機械設計手冊》的運用）、分析問題和解決問題的能力。 整個設計過程，雖然我們遇到了很多問題，但在不斷發(fā)現(xiàn)問題的同時，解決問題，使自身的理論與實踐結合的更加緊密。這次畢業(yè)設計非常有意義，它在我整個大學階段扮演著一個非常重要的角色，同時對我今后的學習和工作具有非常重要的指導作用。 謝 辭 經過數(shù)月的資料查閱、整理和準備，今天我的設計終于順利地完成了?；仡櫰疬@個艱辛卻讓人充實的過程，有太多的人需要感謝。首先，要特別感謝我的畢業(yè)設計指導老師，在老師的悉心指導下，我的畢業(yè)設計從開題報告、機構分析、方案擬定、結構設計、三維零件制作、三維裝配、CAD出圖、設計說明書才得以順利完成。在整個過程中，老師傾注了大量的心血，她循循善誘，精心指導，給予我非常大的幫助。她對我開題報告和設計說明書初稿進行了逐字逐句的批閱，指正謬誤，這種嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和一絲不茍的作風，將會成為我學習和效仿的榜樣。在此，對老師做出的全部努力和付出，所給予的一切幫助，我深深地表感謝！ 同時，我還學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)。首先，做學問要一絲不茍，對于發(fā)展過程中出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決。在做事情的過程中要有耐心和毅力，要有堅持不懈、迎難而上的精神，只有堅持才會找到解決問題的思路。并且，要學會與人合作，這樣做起事情來才會事半功倍。 再次感謝我大學生活中給予過我?guī)椭兔銊畹睦蠋?、同學和朋友們，謝謝你們！ 參考文獻 [1] 黃穎為.包裝機械結構與設計[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2007 [2] 孫鳳蘭.包裝機械概論[M].河北：印刷工業(yè)出版社，2003年6月 [3] 趙淮.包裝機械選用手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，1998年3月 [4] 盧秉恒.機械制造技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，1999年10月 [5] 董志武.包裝技術原理與工藝[M].吉林：吉林大學出版社，2000年4月 [6] 許林成.包裝機械原理與設計[M].上海：上?？茖W技術出版社，1988年 [7] 樓任東.包裝機械參考圖冊[M].上海：上海科學技術出版社，1981年 [8] 高德.包裝機械設計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2000年7月 [9] 紀銘剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001年2月 [10] 楊基厚.機械原理[M].北京：機械工業(yè)出版社，1988年9月 [11] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業(yè)出版社，2004年1月 [12] 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