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畢業(yè)設計（論文）中期報告
題目：顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)的設計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2013年 3 月 20 日
1.設計（論文）進展狀況：
本畢業(yè)設計的主要內(nèi)容是顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)的設計，具體包括對顆粒包裝機的物料供送與計量的設計，還有包裝袋供送的詳細設計，從一開始拿到任務書正式開始畢業(yè)設計以來，按照任務書的要求，我的工作進展還較為順利。至今為止，通過大量查閱相關資料，我了解了課題的背景和發(fā)展狀況，完成了對課題的分析，學習了常用包裝機械設計的基礎知識和工作原理，并提出了自己的方案，完成了開題報告和對外文文獻的翻譯，對物料供送和計量，還有包裝袋的供送有了一定的認識，對其結構已經(jīng)設計完成，現(xiàn)在正對其進行詳細設計計算。
圖1 螺桿式計量裝置示意圖
螺桿式定容計量裝置是一種螺旋推進器，通常適用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)的粉料或顆粒的包裝前計量。記得我前期物料計量裝置選用的是可調(diào)量杯式計量裝置，但是通過閱讀大量資料發(fā)現(xiàn)如果用這個裝置就必須要一個調(diào)節(jié)手柄，不是很精確還不能全自動化，但是這個螺桿式計量裝置可以完成全自動化，而且計量更為精確，簡單。它的原理是由發(fā)動機3帶動皮帶輪4，再由皮帶輪4帶動軸6轉動，這樣由軸6就可以帶動計量螺桿8轉動使得計量螺桿通過自身完成的轉數(shù)來完成計量。而電機1帶動鏈輪2轉動是為了使鏈輪2帶動攪料桿7轉動，如果設計過程中我們假設為理想狀態(tài)，就是顆粒物料不會粘附在料斗壁上，那么就不需要用到攪料桿7的設計，那樣會更加簡便。
1—卷筒薄膜 2—導輥 3—成型器 4—加料器
圖2 包裝供送系統(tǒng)的設計示意圖
圖2是包裝袋供送裝置的的簡圖，1是卷筒薄膜，在2上我的設計不只是起到一個導輥的作用，而且還應起到張緊作用，我的設計在2上連一個四桿機構，使得它可以往復上下移動，保證包裝袋既不打滑也不會出現(xiàn)拉伸過長的情況，接著再由一個導輥引下來完成成型工作，同時完成加料等工作。
圖3 象鼻成型器
在制袋過程中，制袋成型器在卷筒薄膜由舒展平坦輸送到卷折成各種袋型的過程中起到一個十分關鍵的作用，它對包裝的形式、尺寸以及包裝質(zhì)量有直接的影響。因此成型器的選擇和設計計算是非常重要的。
設計和制造成型器的關鍵為：
（1）盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力，使薄膜不產(chǎn)生縱向或橫向的拉伸變形。
（2）確保薄膜自然貼合、無拉伸、無騰空的通過成型器，自然卷和，正確成形。
（3）結構簡單可靠，制造方便，調(diào)試容易。
選取象鼻成型器是因為它兼?zhèn)浞I和三角成型器的工作原理，是U型成型器的改進型。運動阻力小，充填距離短，對材料適應性強，設計、制造較易。多用于立式包裝機。
2.存在問題及解決措施：
由于畢業(yè)設計涉及的范圍很廣，幾乎囊括了在大學里所學的全部知識，很多在大一、大二學習的知識由于很久沒有接觸造成了這些知識的模糊甚至淡忘，所以在某些細節(jié)方面總是會有多多少少的問題，給設計帶來了不小的麻煩。下面是我設計過程中遇到的問題以及解決方案。
問題1怎么樣使物料供送的更加簡單以及物料計量的簡單準確性?
在設計過程中，通過翻閱大量資料，我首先想到的是量杯式供送機構，但是在反復和老師討論的過程中總是在找我們怎么樣可以完善這個供送裝置，使得它更加簡單，穩(wěn)定，更具自動化，最終我在包裝機械這本書上找到這種螺桿式供送裝置。
問題2怎么樣是包裝袋順利的供送？
在設計中，我沒有考慮這個問題，可是不代表不會發(fā)生這個問題，是老師幫我糾正了這個問題的嚴重性，如果不能合理保證這個問題的解決就不能保證包裝袋的順利供送當然也就不能進行包裝。在查閱資料的同時我發(fā)現(xiàn)可以多加一根導輥，可以張緊包裝袋，是的包裝袋不用打滑。
問題3怎么樣使得張緊導輥上下往復運動完成自動控制？
在設計中我發(fā)現(xiàn)有兩種方法，一種是四桿機構，一種是凸輪機構，由于凸輪機構沒有四桿機構簡單方便，所以我選用四桿機構。
3.后期工作安排：
（1）完成詳細的配合設計并計算；
（2）根據(jù)計算數(shù)據(jù)以及所選機構畫出零件圖和裝配圖；
（3）編寫設計說明書以及校核圖紙，交給導師查閱；
（4）準備完成最后答辯。
指導教師簽字：
年 月 日
畢業(yè)設計（論文）開題報告
題目：顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)的設計
系 別 機電信息系
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
姓 名
學 號
導 師
2012 年 12 月 24 日
1.畢業(yè)設計（論文）綜述（題目背景、研究意義及國內(nèi)外相關研究情況）
1.1題目背景
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的日益提高，對產(chǎn)品的包裝要求也越來越高。顆粒包裝機是輕工業(yè)生產(chǎn)中必不可少的自動機械之一，其主要用于各種顆粒產(chǎn)品的包裝。我國近些年來包裝工業(yè)發(fā)展迅速，但又在某種程度上受到機械工業(yè)發(fā)展相對滯后的影響。對于包裝機，無論它適用于何種商品包裝，根據(jù)其工作原理，結構設計和功能特點，我們把包裝機械的工作部件分為包裝機的結構及其組成中完成各有關包裝操作的自動機械裝置，即包裝物品的給料裝置，計量裝置，包裝材料和容器的供送裝置，裝填灌注裝置，封口執(zhí)行裝置等。本課題著重對自動供料系統(tǒng)中的給料裝置，計量裝置和包裝材料的供送裝置進行研究和設計。使其具有快速，準確，經(jīng)濟，適用等優(yōu)點，能較大的提高生產(chǎn)效率，降低工人的勞動程度。同時培養(yǎng)學生在給定設計任務下的創(chuàng)造性思維的能力。
1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
包裝機械概述包裝機械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作用，它給行業(yè)提供必要的技術設備，尤其是其中重點設計的給料裝置，計量裝置和包裝材料的供送裝置等，以完成產(chǎn)品的包裝工藝過程。就目前我國包裝機械的發(fā)展相對還屬于滯后階段，盡管包裝機械的產(chǎn)值在整個包裝工業(yè)中所占的比重不如包裝材料大，不屬于經(jīng)常性消耗品，但對包裝工業(yè)的現(xiàn)代化卻是不可缺少的支撐。沒有現(xiàn)代化的包裝機械，就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。用于完成包裝機自動供料系統(tǒng)的設計可分為包裝材料的整理和供送系統(tǒng)，被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)兩大重點。包裝機械作為專業(yè)性機械，除了同于普通機械的一般要求外，還有外表美觀，傳動裝置緊湊、運轉平穩(wěn)、精度高、生產(chǎn)效率高等要求，以很好地完成自身功能適應市場需求。
國內(nèi)：我國包裝機械業(yè)概況與展望目前我國包裝機械企業(yè)規(guī)模偏小，技術裝備不很完善，管理水平比較低，自我發(fā)展和技術設計開發(fā)能力較弱，產(chǎn)品品種單一。產(chǎn)品的技術含量、附加值較低：新產(chǎn)品開發(fā)周期長，不能及時響應市場的需求，及時提供市場、用戶所急需的產(chǎn)品。企業(yè)主要精力都花費在量的擴張上，對質(zhì)的提升、科技進步的投入嚴重不足，產(chǎn)品在低水平上重復，許多企業(yè)生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，從而使許多產(chǎn)品銷不出去。低價競爭已威脅到企業(yè)生存的地步；另外，產(chǎn)品安全防護措施較差，安全意識不強，這些都造成國內(nèi)產(chǎn)品與國外市場競爭能力偏低。散體物料包裝機的改進設計目前我國包裝機械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術含量低的狀況。隨著我國進入世貿(mào)組織(WTO)，國際先進的技術、設備和管理經(jīng)驗的進入勢必 會對我國剛剛發(fā)展起來的包裝機械工業(yè)造成巨大沖擊，企業(yè)面臨著前所未有的嚴峻考驗。包裝機械產(chǎn)品量面廣，我們的行業(yè)仍欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”。
國外：國外包裝機械業(yè)概況美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機械四大強國。美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨立完整的包裝機械體 系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機械生產(chǎn)和消費大國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機械與計算機緊密結合，實現(xiàn)機電一體化控制。新型機械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機械的增長最快，裹包機和薄膜包裝機占整個市場份額的15%，紙盒封盒包裝機在市場占有率中居第二位。從上世90年代初以來，美國包裝機械業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢頭。散體物料包裝機的改進設計日本與美國、德國相比，起步較晚。上世紀60年代以前，包裝機械廠家不足60家，只能包裝糖果、香煙等。60-70年代，是日本包裝機械業(yè)起步階段，產(chǎn)值增長速度很快。70-80 年代，增長速度雖不如上一階段那么高，但年增長率仍達 13%。80-90 年代是穩(wěn)定增長分階段，將微電子技術成功地應用于包裝機械的控制，以后又將光導纖維技術、工業(yè)機器人技術、模塊化技術應用于包裝機械，達到安全性高、無人操作、高生產(chǎn)率的水平，大大提高了其國際市場競爭力。因此從上世紀 60 年代到 90 年代 初，日本包裝機械工業(yè)連續(xù)30多年高速增長，引進--消化--發(fā)展的過程。 德國、意大利、英國、瑞士和法國等，都是世界上很重要的包裝機械生產(chǎn)國家。德國的包裝機械在計量、制造、技術性能等方面居領先地位，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，享譽全球。一些大公司 生產(chǎn)的包裝機械集機-電-儀及微機控制于一體，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，而且能集制袋、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。德國是世界上最大的包裝機械出口國。意大利是僅次于德國的第二大包裝機械出口國。意大利的包裝機械多用于食品工業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價格便宜的特點，出口比例占80%左右。目前，世界各國對包裝機械的發(fā)展都十分重視，集機、電、氣、光、生、磁為一 體的高新技術產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)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.本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案、研究方法或措施
2.1主要內(nèi)容和要求
主要內(nèi)容：
(1)包裝材料的供送系統(tǒng)的設計
包裝材料的供送是實現(xiàn)產(chǎn)品機械化包裝的必要條件，必須保證包裝材料的供送速度快、穩(wěn)定性好、可控性強。包裝材料的供送機構的選擇和設計應滿足：
1）符合包裝工藝流程，滿足包裝材料的連續(xù)性和間歇性的供送要求。
2）根據(jù)包裝材料及容器的類別和特征，確定具體的供送方式和機構。
3）滿足包裝材料生產(chǎn)率對包裝材料供送速度或供送頻率的要求，供送的生產(chǎn)能力或工作速度應該可調(diào)整。
4）滿足包裝材料供送的定長、定位、定向控制要求，供送過程的穩(wěn)定性要好、可控性要強，便于與包裝材料供送和充填動作的同步。
5）便于與包裝執(zhí)行機構同步工作和協(xié)調(diào)設置。
(2) 物料計量供送的設計；
物料的準確計量和快速穩(wěn)定供送是實現(xiàn)機械化包裝的首要條件。物料的計量供送裝置的選擇和設計應滿足：
1）滿足包裝工藝要求，實現(xiàn)物料連續(xù)或間歇供送。
2）根據(jù)物料類別和包裝要求，實現(xiàn)物料計量及供送的機械化和自動化。
3）滿足包裝機生產(chǎn)率對物料供送速度和計量精度的要求，生產(chǎn)能力、工作速度可調(diào)整。
4）包裝物料供送的定量要準、定向要好、供送過程要穩(wěn)、可控性要強，便于與包裝材料供送機構、包裝執(zhí)行機構同步工作及協(xié)調(diào)布置。
5）便于檢測、控制、維修和調(diào)試。
要求：
(1) 包裝速度：30—60袋/min；
(2) 薄膜直徑不超過500mm；
(3) 薄膜寬度不超過400mm；
(4) 制袋尺寸(長X寬高)：(60—180)mmX(70—120)mmX(20—70)mm；
(5) 繪制相關設計的零件圖和裝配圖；
(6) 撰寫畢業(yè)論文。
2.2研究方法和步驟
顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)設計的形態(tài)學矩陣：
物料供送裝置
振動給料裝置
鏈條給料裝置
帶式給料裝置
輥軸式給料裝置
計量裝置
計數(shù)計量法
容積計量法
稱重計量法
包裝材料
供送裝置
板、片包裝材料供送裝置
卷帶包裝材料供送裝置
瓶、罐及盒類包裝容器供送裝置
蓋塞類供送裝置
可能組合成方案：N=4×3×4=48
方案一：選用斗式電磁振動給料器，其計量裝置選用定容法量杯式，而包裝材料供送裝置選用單端懸臂式卷帶包裝材料供送裝置。
方案二：選用帶式輸送給料機，其計量裝置選用間歇式稱重，而包裝材料供送 裝置選用單端懸臂式卷帶包裝材料供送裝置。
方案三：選用帶式輸送給料機，其計量裝置選用定容法量杯式，而包裝材料供 送裝置選用單端懸臂式卷帶包裝材料供送裝置。
我選擇的最優(yōu)方案是方案三。因為斗式電磁振動給料器和帶式輸送給料器都是經(jīng)過數(shù)年發(fā)展已逐步完善的裝置，而斗式電磁振動給料器工作原理較為簡單，但是影響物件供送效果的因素卻很多，帶式輸送給料更適用于顆粒物品的供送。而定容法更適用于粉末、細顆粒、膏狀物料且構造簡單，造價低，計算速度快，但精度稍低。而本課題設計的顆粒包裝物，我選擇用卷帶包裝材料供送裝置。經(jīng)過對比我選取方案三。
3.本課題研究的重點及難點，前期已開展工作
3.1自動供料系統(tǒng)的設計的難點和特點
（1）物料供送裝置的設計以及工作原理；
（2）計量裝置的設計以及工作原理；
（3）包裝材料供送裝置的設計以及工作原理。
（4）結構和機構復雜，各部分動作配合要求高；
（5）物料供送與包裝材料供送協(xié)調(diào)關系的處理。
3.2前期工作
（1）我查閱了相關資料，了解了課題的背景和發(fā)展狀況；
（2) 學習了常用包裝機械設計的基礎知識、并提出初步的原理方案；
（3) 對傳動系統(tǒng)方案進行優(yōu)化比較，論證并選擇最優(yōu)方案。
4.完成本課題的工作方案及進度計劃（按周次填寫）
1—2周：接受設計任務，查閱相關資料，了解課題的背景和發(fā)展狀況；
3—4周：學習常用包裝機械設計的基礎知識、原理方案的提出；
5周：傳動系統(tǒng)方案的優(yōu)化比較，論證并選擇最優(yōu)方案；
6周：物料供給機構的結構設計；
7周：包裝袋供給機構的結構設計；
8周：包裝袋成型機構的結構設計；
9—10周：對系統(tǒng)的論證和驗算；
11—12周：繪制相關設計的零件圖和裝配圖；
13—14周：撰寫畢業(yè)論文；
15周：準備答辯。
指導教師意見（對課題的深度、廣度及工作量的意見）
指導教師： 年 月 日
所在系審查意見：
系主管領導： 年 月 日
參考文獻
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本科畢業(yè)設計(論文)
題目：顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)的設計
系 別： 機電信息系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級：
學 生：
學 號：
指導教師：
2013年5月
顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)的設計
摘要
本設計是關于顆粒包裝機自動供料系統(tǒng)的設計。顆粒包裝機是將小顆粒產(chǎn)品通過計量裝入包裝袋內(nèi)，再進行封裝的包裝機械。能較大提高生產(chǎn)效率、降低人工勞動強度。
本設計主要研究物料供送系統(tǒng)的結構設計和包裝材料供送機構的設計。首先由包裝機的生產(chǎn)能力確定計量裝置的大小來完成物料的計量，從而完成物料的供送。其次由包裝材料的傳送路線確定引導輥的位置來完成包裝材料的供送。
本設計主要設計顆粒包裝機的包裝材料成型與供送系統(tǒng)，包括供送包裝材料的輥子，引導輥，成型器；物料供給系統(tǒng)，包括料斗，計量器，導流槽；以及計量器的傳動系統(tǒng)。本次設計采用了象鼻成型器和改進后的轉鼓式計量裝置。
本設計能進一步提高其包裝性能，結構簡單、重量輕、外形尺寸小、設備費用低、運轉安全，操作方便、便于維修和管理。
關鍵詞：顆粒包裝機；成型器；計量器
A design of the automatically feeding system for Granule packing machine
Abstract
This design is about automatic feeding system of packaging machine. Granule packaging machine feeds small products through the measurement into the packing bag, and then packaging system to finish packing. It could greatly improve the production efficiency,and reduce labor intensity.
This design mainly research materials for structure design and packaging material feeding system. Determined firstly by packing machine production capacity to complete material metering device size, thus completing the material supply. To determine the route followed by packaging materials to finished packaging material guide roller position feeding.
Packaging material forming the main design particles this design packaging machine and feeding system, including the supply roller, and sent packing material guide roller, forming device; material supply system, including the hopper, measuring device, guide groove; and the metering transmission system. This design uses a drum type metering device for trunk shaper and it improved better than any other types which exist in this society.
This design can improve the packaging performance, such as simple structure, light weight, small size, low cost of equipment, operation safety, convenient operation, and easy to repair and management for users.
Key Words: granule packing machine; shaper; meter
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1題目背景和意義 1
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 3
2 包裝機概述 6
2.1產(chǎn)品包裝概述 6
2.2包裝機的分類 7
2.3包裝機的組成 8
2.4顆粒包裝機的工作原理 9
3 方案設計及選擇 10
3.1物料供送系統(tǒng)結構方案 10
3.2包裝材料供送機構方案 12
4 機械部分設計 15
4.1計量裝置設計計算 15
4.2生產(chǎn)能力計算 16
4.3制袋成型器的選擇和設計計算 17
4.3.1常用成型器 17
4.3.2成形器的結構尺寸計算 20
4.4引導裝置 24
4.5軸的設計 24
4.5.軸的結構設計 24
4.5.2軸的強度校核 26
4.6電機的選擇 27
4.7其他零件的設計 28
5 總結 29
參考文獻 30
致謝 31
畢業(yè)設計（論文）知識產(chǎn)權聲明 32
畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明 33
IV
1 緒論
1 緒論
1.1題目背景和意義
包裝是產(chǎn)品進入流通區(qū)域的必要條件，實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機械。隨著經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)自動化水平的提高，市場對產(chǎn)品的包裝要求也越來越高，而我國的包裝行業(yè)發(fā)展相對緩慢，故對包裝機的設計研究具有一定意義。本課題所設計的顆粒包裝機適用于包裝散粒食品、藥品、化學制劑、茶葉等小包產(chǎn)品，其具有快速、準確、經(jīng)濟實用等優(yōu)點。
商品包裝是一個新興的行業(yè)，是在商品經(jīng)濟日益繁榮，市場競爭日趨激烈的新形式下，逐步成長起來的。在商品流通中，人們對粉狀顆粒狀小袋商品的包裝要求主要有兩個方面，一是要求包裝美觀，以便吸引顧客，并保證商品在流通環(huán)節(jié)中包裝袋不出現(xiàn)任何形式的破損。其二是要求包裝袋內(nèi)的商品計量準確，誤差?。òb行業(yè)標準要求計量誤差小于5‰），以維護商品生產(chǎn)廠商的信譽、形象。因此商品包裝的精確計量，是包裝行業(yè)時刻關注的一項重要課題。
包裝機械是現(xiàn)代包裝工業(yè)的基本設備，是商品生產(chǎn)中必不可少的關鍵性技術設備。隨著人類社會的進步，國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們越來越重視包裝的質(zhì)量、品種類型，包裝機械在包裝領域中起著重要的作用。包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證。它能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率；降低勞動強度，改善勞動條件；保護環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本；有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品包裝質(zhì)量，增強市場銷售的競爭力；由于包裝機械的計量精度高，產(chǎn)品包裝的外形美觀、整齊、統(tǒng)一、封口嚴密，提高了產(chǎn)品包裝的質(zhì)量，增強了產(chǎn)品銷售的競爭力，可獲得較高的經(jīng)濟效益；延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，方便產(chǎn)品的流通。
1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
包裝機械概述包裝機械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作用，它給行業(yè)提供必要的技術設備，以完成產(chǎn)品的包裝工藝過程。盡管包裝機械的產(chǎn)值在整個包裝工業(yè)中所占的比重不如包裝材料大，不屬于經(jīng)常性消耗品，但對包裝工業(yè)的現(xiàn)代化卻是不可缺少的支撐。沒有現(xiàn)代化的包裝機械，就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。用于完成包裝過程的包裝機械可分為11類，它們是充填機械、灌裝機械、封口機械、裹包機械、多功能包裝機械、標簽機械、清洗機械、干燥機械、殺菌機械、捆扎機械和集裝機械、輔助包裝機械和設備等。包
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畢業(yè)設計（論文）
裝機械作為專業(yè)性機械，除了同于普通機械的一般要求外，還有外表美觀、傳動裝置緊湊、運轉平穩(wěn)、精度高、生產(chǎn)效率高等要求，以很好地完成自身功能，適應市場需求。
1.2.1國外發(fā)展現(xiàn)狀
國外包裝機械業(yè)概況美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機械四大強國。美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨立完整的包裝機械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來，美國始終保持著世界最大包裝機械生產(chǎn)和消費大國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機械與計算機緊密結合，實現(xiàn)機電一體化控制。新型機械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機械的增長最快，裹包機和薄膜包裝機占整個市場份額的15%，紙盒封盒包裝機在市場占有率中居第二位。從上世90年代初以來，美國包裝機械業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢頭。散體物料包裝機的改進設計日本與美國、德國相比，起步較晚。上世紀60年代以前，包裝機械廠家不足60家，只能包裝糖果、香煙等。60-70年代，是日本包裝機械業(yè)起步階段，產(chǎn)值增長速度很快。70-80年代，增長速度雖不如上一階段那么高，但年增長率仍達13%。80-90年代是穩(wěn)定增長分階段，將微電子技術成功地應用于包裝機械的控制，以后又將光導纖維技術、工業(yè)機器人技術、模塊化技術應用于包裝機械，達到安全性高、無人操作、高生產(chǎn)率的水平，大大提高了其國際市場競爭力。因此，從上世紀60年代到90年代初，日本包裝機械工業(yè)連續(xù)30多年高速增長，經(jīng)歷了引進—消化—發(fā)展的過程。德國、意大利、英國、瑞士和法國等，都是世界上很重要的包裝機械生產(chǎn)國家。德國的包裝機械在計量、制造、技術性能等方面居領先地位，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，享譽全球。一些大公司生產(chǎn)的包裝機械集機-電-儀及微機控制于一體，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，而且能集制袋、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。德國是世界上最大的包裝機械出口國。意大利是僅次于德國的第二大包裝機械出口國。意大利的包裝機械多用于食品工業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價格便宜的特點，出口比例占80%左右。目前，世界各國對包裝機械的發(fā)展都十分重視，集機、電、氣、光、生、磁為一體的高新技術產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。
生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)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。近年來國外包裝機械工業(yè)的發(fā)展有以下趨勢：
a. 重點發(fā)展食品包裝機械。國外一些發(fā)達國家食品包裝機械占包裝機械的比重往往在50%以上。據(jù)世界包裝機械聯(lián)合會統(tǒng)計，1992年日本和美國用于食品包裝的包裝機械產(chǎn)值占包裝機械總產(chǎn)值的60%以上。在市場上，糧食、蔬菜、水果、焙烤食品、糖果、飲料、肉、禽、水產(chǎn)品及各種熟食和方便食品均有方便適用、美觀大方的包裝。這樣既保護了商品，又美化了商品。而這些商品的包裝都是通過包裝機械來實現(xiàn)的，所以食品包裝機械的應用特別普遍。
b. 在系統(tǒng)優(yōu)化設計的基礎上，包裝單機向高速化方向發(fā)展。提高包裝機的速度，相應地對包裝材料、包裝容器的要求也高了。同時，還要滿足壽命、噪音、工作穩(wěn)定性的要求。通過系統(tǒng)的優(yōu)化設計，把技術的先進性、可行性與經(jīng)濟合理性有機地結合起來。從而實現(xiàn)包裝單機向高速化方向發(fā)展。
c. 在包裝機上廣泛應用電子計算機。例如用電子計算機控制被包裝物的計量精度，使精確度大大提高；用可編程序控制器控制安瓿多頭高速灌裝機，按指令程序控制安瓿的惰性氣體沖洗以及灌裝、充氮和封口等；在貼標機、制袋-充填-封口機、捆扎機中采用電子計算機打印、記錄并進行故障診斷等。
d. 一方面為滿足現(xiàn)代商品包裝多樣化的需求，發(fā)展適應多品種、小批量的通用包裝技術及設備；同時又緊跟當代高新技術的發(fā)展步伐，不斷研究和開發(fā)現(xiàn)代的先進包裝技術，發(fā)展應用高新技術的現(xiàn)代化專用型包裝機械。
e. 包裝生產(chǎn)線向柔性自動化和“無人化”過渡。在某些包裝生產(chǎn)線中更多的引入微機、智能機器人等先進技術，用于包裝生產(chǎn)線中物料供送控制、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、故障診斷和管理等方面，使包裝生產(chǎn)線向柔性自動化和“無人化”自動包裝車間、工廠過渡。從而使包裝機和包裝生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率更高、成本更低、包裝產(chǎn)品質(zhì)量更穩(wěn)定。
f. 包裝機械企業(yè)向?qū)I(yè)化和大型化發(fā)展，形成若干壟斷性生產(chǎn)基地，以低廉的投入換取高額的利潤，實現(xiàn)企業(yè)快速發(fā)展。
1.2.2國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
中國包裝機械起步較晚，經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為中國包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有效的保障，有些包裝機械填補了國內(nèi)空白，已能基本滿足國內(nèi)市場的需求，部分產(chǎn)品還有出口。但在目前，中國包裝機械出口額還不足總產(chǎn)值的5%，進口額卻與總產(chǎn)值大抵相當，與發(fā)達國家相去甚遠。中國包裝機械行業(yè)的產(chǎn)品從產(chǎn)品結構看，中國包裝機械品種只有1300多種，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型化產(chǎn)產(chǎn)品，不能滿足市場需求：產(chǎn)品質(zhì)量差距表現(xiàn)在產(chǎn)品性能低，穩(wěn)定性和可靠性差、外觀造型不美觀、表面處理粗糙，許多元器件質(zhì)量差，壽命短、可靠性低，影響了整體產(chǎn)品的質(zhì)量；從企業(yè)狀況看，國內(nèi)包裝機械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產(chǎn)規(guī)模大、產(chǎn)品檔次高的企業(yè)不多；從產(chǎn)品開發(fā)看，中國還基本停留在測試仿制階段，自行開發(fā)能力弱，缺少科研生產(chǎn)中試基地，科研經(jīng)費僅占銷售額的1%，而國外高達8-10%。中國包裝機械的技術水平相較于先進國家的整體技術水平落后20年，在產(chǎn)品的開發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、服務等方面的競爭中處于劣勢。
目前，在包裝行業(yè)不斷發(fā)展的前提下，可以看到包裝機械行業(yè)中矛盾重重，企業(yè)無法應對形勢的變化，行業(yè)發(fā)展思想觀念與形勢發(fā)展不相適應；技術創(chuàng)新能力弱，工藝技術進展緩慢，新產(chǎn)品開發(fā)還沒有從根本上擺脫仿研跟蹤的局面，競爭力不強，經(jīng)濟增長、效益提升仍然主要靠規(guī)模拉動。此外，還存在一些包裝機械企業(yè)管理粗放，精細化管理尚未實現(xiàn)；市場意識、競爭意識、憂患意識不強，服務市場、服務客戶的意識以及發(fā)展的緊迫感、責任感不強，一些包裝機械企業(yè)對人的認識和使用與市場經(jīng)濟規(guī)律之間不相適應等現(xiàn)象。面對不利因素，最緊迫的是改變包裝機械行業(yè)中各企業(yè)的發(fā)展方式，企業(yè)要站在新的起點上去審視和解決好以上的矛盾和問題，轉變發(fā)展理念，強化自主創(chuàng)新，增強市場意識，大力推進國內(nèi)包裝機械行業(yè)發(fā)展。要改變包裝機械行業(yè)現(xiàn)狀，促進包裝機械的發(fā)展，行業(yè)在大步前進的同時要注意包裝機械的發(fā)展趨勢。
國內(nèi)包裝機械業(yè)概況與展望目前我國包裝機械企業(yè)規(guī)模偏小，技術裝備不很完善，管理水平比較低，自我發(fā)展和技術設計開發(fā)能力較弱，產(chǎn)品品種單一。產(chǎn)品的技術含量、附加值較低：新產(chǎn)品開發(fā)周期長，不能及時響應市場的需求，及時提供市場、用戶所急需的產(chǎn)品。企業(yè)主要精力都花費在量的擴張上，對質(zhì)的提升、科技進步的投入嚴重不足，產(chǎn)品在低水平上重復，許多企業(yè)生產(chǎn)相同的產(chǎn)品，從而使許多產(chǎn)品銷不出去。低價競爭已威脅到企業(yè)生存的地步；另外，產(chǎn)品安全防護措施較差，安全意識不強，這些都造成國內(nèi)產(chǎn)品與國外市場競爭能力偏低。 散體物料包裝機的改進設計目前我國包裝機械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術含量低的狀況。隨著我國進入世貿(mào)組織(WTO)，國際先進的技術、設備和管理經(jīng)驗的進入勢必會對我國剛剛發(fā)展起來的包裝機械工業(yè)造成巨大沖擊，企業(yè)面臨著前所未有的嚴峻考驗。展起著重要的作用。包裝機械產(chǎn)品量面廣，我們的行業(yè)仍欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”。
我國包裝機械工業(yè)歷史短，總體技術水平和生產(chǎn)能力較低，但近年來在國內(nèi)巨大包裝市場的促進下，并受國外先進技術的影響，發(fā)展速度很快，局部技術水平有了明顯提高。根據(jù)我國國情，包裝機械工業(yè)發(fā)展的趨勢是：
a. 引進、消化、吸收國外先進技術，建立一批包裝機械骨干企業(yè)，包括個別中外合資企業(yè)。這是縮短我國包裝機械技術水平與世界先進水平差距的有效途徑可滿足大型包裝生產(chǎn)線以及高精度、高自動化程度的單機或機組生產(chǎn)的需要，進而可加快包裝機械國產(chǎn)化的速度。
b. 大多數(shù)企業(yè)要重點發(fā)展中、小型包裝機械。我國大多數(shù)企業(yè)技術水平不高，生產(chǎn)能力較低，生產(chǎn)以單機為主的中、小型包裝機械比較適宜，但要在此基礎上不斷提高制造精度、自動化程度和配套能力。
c. 在包裝機械生產(chǎn)中，大量引入高新技術，如微電子技術、信息處理技術、傳感技術、激光技術，新的機械結構（如錐形同步齒輪帶傳動）、新的光纖材料以及運用可靠性、優(yōu)化設計方法和計算機輔助設計，研制組合式、模塊式等先進結構，使包裝機械產(chǎn)品設計先進、使用可靠，使其性能指標、工藝水平、“三化”（多功能化、高速化、自動化）水平高，向機電結合、主輔機結合、成套聯(lián)線方向發(fā)展。
d. 以滿足重點商品的包裝為出發(fā)點，發(fā)展包裝機械新品種。目前，我國重點發(fā)展食品、醫(yī)藥、化工、日用品以及易碎、易腐爛變質(zhì)等商品的包裝技術和包裝機械。
2 包裝機概述
2 包裝機概述
2.1產(chǎn)品包裝概述
產(chǎn)品包裝是為保護產(chǎn)品數(shù)量與質(zhì)量的完整性而必需的一道工序。由于產(chǎn)品的包裝直接影響到產(chǎn)品的價值與銷路，因而對絕大多數(shù)的產(chǎn)品來說，包裝是產(chǎn)品運輸、儲存、銷售不可缺少的必要條件。
a. 保護產(chǎn)品，這是包裝的主要目的和重要功能。產(chǎn)品在從出廠到用戶的整個流通過程中，都必須進行運輸和儲存，即使到了用戶手中，從開始使用到使用完畢，也還有存放的問題。產(chǎn)品在運輸中會遇到震動、擠壓、碰撞、沖擊以及風吹、日曬、雨淋等損害；在貯存時也會受到溫度、濕度和蟲蛀、鼠咬、塵埃損害和污染。合理的包裝就能保護產(chǎn)品在流通過程中不受自然環(huán)境和外力的影響，從而保護產(chǎn)品的使用價值，使產(chǎn)品實體不致?lián)p壞、散失、變質(zhì)和變形。
b. 提高產(chǎn)品儲運效率。包裝對小件產(chǎn)品起著集中的作用。包裝袋或包裝紙上有有關產(chǎn)品的鮮明標記，便于裝卸、搬運和堆碼，利于簡化產(chǎn)品的交接手續(xù)，從而使工作效率明顯地提高。外包裝的體積、長寬高尺寸、重量與運輸工具的標重、容積相匹配，對于提高運輸工具利用率、以及節(jié)約動力和運費，都具有重要的意義。
c. 便于使用。適當?shù)陌b還可以起到便于使用和指導消費的作用。包裝上的使用說明、注意事項等，對消費者或用戶使用、保養(yǎng)、保存產(chǎn)品，具有重要的指導意義。
d. 促進產(chǎn)品銷售。產(chǎn)品包裝還具有識別和促銷的作用。產(chǎn)品包裝后，可與同類競爭產(chǎn)品相區(qū)別。精美的包裝，不易被仿制、假冒、偽造，有利于保持企業(yè)的信譽。在產(chǎn)品陳列時，包裝是“無聲的推銷員”。良好的包裝，往往能為廣大消費者或用戶所矚目，從而激發(fā)其購買欲望，成為產(chǎn)品推銷的一種主要工具和有力的競爭手段。包裝還能收到廣告宣傳的效果。有時，同種產(chǎn)品的質(zhì)量可能不相上下，這樣，包裝就往往會成為消費者或用戶選購產(chǎn)品的主要考慮因素。由于包裝的改進，可以使一項舊產(chǎn)品給人帶來一種新的印象。由此可見，包裝能夠有效地幫助產(chǎn)品上市行銷，維持或擴大市場占有率。實現(xiàn)產(chǎn)品包裝化，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，豐富產(chǎn)品品種，還可方便銷售，有助于推廣自動售貨和自我服務售貨。
e. 促進企業(yè)收入的增加。優(yōu)良、精美的包裝，不僅可以使好的產(chǎn)品與好的包裝相得益彰，避免“一等產(chǎn)品，二等包裝，三等價格”的現(xiàn)象，而且，還能夠抬高產(chǎn)品的身價，使消費者或用戶愿意出較高的價格購買。從而使企業(yè)增加銷售收入。此外，包裝產(chǎn)品的存貨控制，比較簡單易行。實現(xiàn)產(chǎn)品包裝化，還可使產(chǎn)
畢業(yè)設計（論文）
品損耗率降低，提高運輸、儲存、銷售各環(huán)節(jié)的勞動效率。這些都可使企業(yè)增加利潤。
2.2包裝機的分類
包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關的前后工序，如清洗、供料、堆碼和拆卸等此外，包裝還包括計量或在包裝件上打印日期等工序。使用包裝機械包裝產(chǎn)品可提高生產(chǎn)率，減輕勞動強度，適應大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。包裝機械的種類繁多，分類方法很多。從不同的觀點出發(fā)可有多種，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。
包裝機械的分類方法還有許多，各種分類方法各有其特點及適用范圍，但均有其局限性。從國際上包裝機械總的情況來看，比較科學的分類方法是按其主要功能進行分類，它能抓住事物的本質(zhì)。其基本分類如下：
a. 充填機充填機是將精確數(shù)量的包裝品裝入到各種容器內(nèi)的包裝機。其主要種類有：（1）容積式充填機。包括量杯式、插管式、柱塞式、料位式、螺桿式、定時式充填機。（2）稱重式充填機。包括間歇稱重式、連續(xù)稱重式、稱重—離心等分式等充填機。（3）計數(shù)式充填機。包括單件計數(shù)式、多件計數(shù)式充填機。
b. 封口機封口機是將充 填有包裝物的容器進行封口的機械，其主要種類有：（1）無封口材料封口機。包括熱壓式、冷壓式、熔焊式、插合式、折疊式等封口機。（2）有封口材料封口機。包括旋合式、滾紋式、卷邊式、壓合式等封口機。（3）有輔助封口材料封口機。包括膠帶式、粘結式、釘合式、結扎式、縫合式等封口機。
c. 裹包機裹包機是用柔性的包裝材料，全部或部分地將包裝物裹包起來的包裝機。其主要種類有：（1）全裹式裹包機。包括扭結式、覆蓋式、貼體式、接縫式等裹機。（2）半裹式裹包機。包括折疊式、收縮式、拉伸式、纏繞式等裹機。
d. 多功能包裝機這類包裝機具有以上介紹的兩種或兩種以上的功能。
2.3包裝機的組成
包裝機械屬于自動機范疇，它的種類繁多，結構復雜，新型包裝機械不斷涌現(xiàn)，它們的組成不盡相同。但通過對大量包裝機械的工作原理和結構性能的分析，
畢業(yè)設計（論文）
可找出其組成的共同點。即包裝機械都是由八個部分組成的，又稱為包裝機械組成的八大要素。
圖2.1 包裝機的組成
a. 包裝材料及容器的整理與供送系統(tǒng)該系統(tǒng)是將包裝材料（包括撓性、半剛性、剛性包裝材料和包裝容器及輔助物）進行定長切斷或整理排列，并逐個輸送到預定工位的系統(tǒng)，如糖果包裝機中包裝紙的供送、切斷機構。有的系統(tǒng)在供送過程中還能完成制袋或包裝容器的豎起、定型、定位等工作；有的封罐機的供送系統(tǒng)還可完成罐蓋的定向、供送等工作。
b. 被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)該系統(tǒng)是將被包裝物品進行計量、整理、排列，并輸送到預定工位的系統(tǒng)。有的還可完成被包裝物品的定型、分割。如飲料灌裝機的計量和液料供送系統(tǒng)；餅干包裝機的餅干整理、排列和供送系統(tǒng)。
c. 主傳送系統(tǒng)該系統(tǒng)是將包裝材料和被包裝物品由一個包裝工位順序傳送到下一個包裝工位的系統(tǒng)。單工位包裝機沒有傳送系統(tǒng)。全部包裝工序在包裝機上往往分散成幾個工位來協(xié)同完成，所以必須有專門的機構來傳送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。主傳送機構的形式，一般決定了包裝機的形式并影響其外形。
d. 包裝執(zhí)行機構包裝執(zhí)行機構是直接完成包裝操作的機構，即完成裹包、灌裝、封口、貼標、捆扎等操作的機構。如糖果裹包機的前、后推糖板，抄紙板，糖鉗手和扭結手等組成的機構就是包裝執(zhí)行機構；封罐機中的兩邊卷封滾輪也是包裝執(zhí)行機構。
e. 成品輸出機構成品輸出機構是把包裝好的產(chǎn)品從包裝機上卸下、定向排列并輸出的機構。有的包裝機械的成品輸出是由主傳送機構完成的或是靠包裝產(chǎn)
3 方案設計及選擇
品的自重卸下的。
f. 動力機與傳動系統(tǒng)動力機是機械工作的原動力，在包裝機械中通常為電動機和空氣壓縮機，個別情況也有采用燃動機或其它動力機的。傳動系統(tǒng)是指將動力機的動力與運動傳給執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)，使其實現(xiàn)預定動作的裝置。通常由傳動零件，如帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪、蝸輪蝸桿等組成，或者由機、電、液、 氣等多種形式的傳動組成。
g. 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由各種手動、自動裝置組成。在包裝機中從動力的輸出、傳動系統(tǒng)的運轉、包裝執(zhí)行機構的動作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是由控制系統(tǒng)指令操縱的。它包括包裝過程、包裝質(zhì)量、故障與安全的控制。現(xiàn)代包裝機械的控制方法除機械形式外，還有電控制、氣動控制、光電控制、電子控制、射流控制、PLC控制和智能控制等，可根據(jù)包裝機械的自動化水平和生產(chǎn)要求選擇。
h. 機身機身用于安裝、固定、支承包裝機所有的零部件，滿足其相互運動和相互位置的要求。因此，機身必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。
包裝材料
2.4 顆粒包裝機的工作原理
物料
成型器
計量
縱封
填裝
橫封
分切
成品
圖2.2 顆粒包裝機包裝流程圖
3 方案設計及選擇
3.1物料供送系統(tǒng)結構方案
包裝物料的準確計量和快速穩(wěn)定供送是實現(xiàn)機械化包裝的首要條件。包裝物料計量裝置的選擇和設計基本要求如下：
a. 滿足包裝工藝要求，實現(xiàn)物料連續(xù)或間歇供送。
b. 根據(jù)物料類別和包裝要求，實現(xiàn)物料計量及供送的機械化和自動化。
c. 滿足包裝機生產(chǎn)率對物料供送速度和計量精度的要求，生產(chǎn)能力、工作速度可調(diào)整。
d. 包裝物料供送的計量要準、定向要好、供送過程要穩(wěn)、可控性要強，便于與包裝材料或容器供送機構、包裝執(zhí)行機構同步工作及協(xié)調(diào)布置。
e. 便于檢測、控制、維修和調(diào)試。
f. 滿足衛(wèi)生性和安全性要求，物料損耗少，便于清洗和維護。
包裝物料供送計量裝置按給定工作要求，將包裝物料從料倉輸送到包裝工位并填充到包裝容器中。包裝物料的狀態(tài)、形狀及物理性質(zhì)直接影響物料的計量和供送，因此在設計包裝物料供送計量裝置時，必須全面了解被包裝物料的基本物理性質(zhì)。包裝物料按其狀態(tài)和流動性可分為：流體、半流體、散體、固體；按物料形狀可分為：粉體、顆粒、規(guī)則塊體、不規(guī)則塊體等。
包裝物料的計量供送方式，根據(jù)物料的計量方法可分為：計數(shù)計量法、容積計量法、稱重計量法。一般來說，形狀規(guī)則的固體塊狀物品或顆粒狀物品采用計數(shù)計量，形狀不規(guī)則塊狀物料采用稱重計量，液體或散體物料采用容積式計量。
對于密度穩(wěn)定、顆粒均勻、粘附性小、不易潮濕結塊、流動性好的松散粉粒、顆粒物料，如味精、食鹽、顆粒藥品等，采用容積式計量方式比較適合。本設計所要計量的物品有散粒食品、藥品、化學試劑等小顆粒產(chǎn)品，經(jīng)過詳細研究比較，選用容積式計量裝置最為合適。常用的容積式計量裝置有量杯式、轉鼓式、螺桿式、活塞式等不同類型。經(jīng)過分析比較，提出以下兩種適合本設計的方案：
畢業(yè)設計（論文）
方案一：定容式量杯充填機
1.料斗 2.刮板 3.定量杯 4.活動底蓋 5.轉軸 6.轉盤 7.護圈
圖3.1 轉盤式定容積量杯計量裝置
工作原理：量杯式計量裝置的量杯是由量杯筒體和活動底蓋組成，量杯筒體常采用圓柱狀空腔結構；在計量過程中，活動底蓋根據(jù)計量裝料和排料的需要，交替的開啟與關閉量杯筒體底端；量杯上端面設置刮板，用以刮平量杯中的物料，實現(xiàn)定容填充物料。
方案二：轉鼓式計量裝置
1.料斗 2.殼體 3.轉鼓 4.包裝材料 5.導管 6.縱封輥
圖3.2 定容積式轉鼓計量裝置
工作原理：轉鼓容積計量與量杯容積計量的原理相同，其計量容腔為各種形狀的槽形腔體，直接開設在轉鼓上。待包裝物料放入料斗中，計量鼓被驅(qū)動裝置驅(qū)動而旋轉。當計量容腔經(jīng)過進料口時，從料斗充填物料；當計量裝置旋轉到排料口時，計量腔中的物料在重力作用下排出，經(jīng)過導管填充到包裝袋中，實現(xiàn)物料的計量包裝。槽形腔體可設計成定容積式或可調(diào)容積式。轉鼓容積計量裝置與轉鼓給料機的結構相似，具有結構簡單、緊湊的特點，適用于散堆密度穩(wěn)定、流動性好、無結塊的細粉粒物料的小包裝計量，如味精、精鹽等。
方案比較選擇：以上兩種方案原理相同，其計量容腔為各種形狀的槽型腔體，轉盤式定容積量杯和轉鼓式都有結構簡單緊湊的特點，與轉盤式量杯計量裝置轉鼓式具有效率高的優(yōu)點，而且結構更為緊湊，故選擇轉鼓式。
3.2包裝材料供送機構方案：
包裝材料及容器的供送是實現(xiàn)產(chǎn)品機械化包裝的必要條件，必須保證包裝材料及容器的供送速度快、穩(wěn)定性好、可控性強。包裝材料及容器的供送系統(tǒng)必須滿足如下基本要求：
a. 符合包裝工藝流程，滿足包裝材料及容器連續(xù)性或間歇性的供送要求。
b. 根據(jù)包裝材料及容器的類別和特征，確定具體的供送方式和結構。
c. 滿足包裝機生產(chǎn)率對包裝材料及容器供送速度或供送頻率的要求，供送的生產(chǎn)能力或工作速度應該可調(diào)。
d. 滿足包裝材料及容器供送的定長、定位、定向控制要求，供送過程的穩(wěn)定性要好、可控性要強，便于與包裝物料供送和充填動作的同步。
e. 便于與包裝執(zhí)行機構同步工作和協(xié)調(diào)布置，利于包裝機總體布局，方便實現(xiàn)傳動、檢測、控制和維護。
根據(jù)題目要求，所用的包裝材料為卷帶包裝材料。根據(jù)卷帶的包裝材料卷寬的大小和卷帶的支撐方式，供送機構可分為懸臂支撐式和兩端支撐式。當卷帶包裝材料的寬度和直徑小于400mm左右，且材料重量較輕時，一般采用單端懸臂支撐式。單端懸臂支撐式包裝材料供送裝置一般布置在包裝機的上方，這種包裝材料供送方式更容易更換材料，便于包裝機的整體布局，大多應用于中小包裝機。
結合題目中要求的包裝袋以及包裝材料的規(guī)格，單端懸臂支撐式比較適合本設計，因此采用單端懸臂支撐式。提出以下兩種方案可供選擇：
方案一：立式連續(xù)制帶
1.卷筒薄膜 2.導輥 3.成型器 4.加料器
圖3.3 立式連續(xù)制帶
工作原理：卷筒薄膜在縱封滾輪的牽引下，經(jīng)導輥進入制袋成型器形成種紙管狀。縱封滾輪在牽引的同時封合紙管對接兩邊緣。物料的充填是在紙管受縱封牽引下行至橫封閉合前完成的。
方案二：.臥式間歇制袋
1.卷筒薄膜 2.導輥 3.成型器 4.導桿
圖3.4 臥式間歇制袋三邊封口包裝
工作原理：卷筒塑料薄膜1經(jīng)導輥2引入成型器3，在成型器3及導桿4的作用下形成U形并由張口器5撐開。后面還有牽引輪。
方案比較選擇：立式連續(xù)三邊封口包裝機是將縱封和牽引合為一個縱封輪，節(jié)省時間、空間。臥式間歇制袋包裝機效率低，占地面積大，而且供送機構還需牽引裝置，結構復雜。為了結構緊湊，經(jīng)濟實用選擇立式連續(xù)封口包裝。
4 機械部分設計
4 機械部分設計
4.1計量裝置設計計算
1.料斗 2.轉鼓 3.軸 4.殼體 5.同步帶輪 6.端蓋
圖4.1 定容積式轉鼓計量裝置
上圖為計量裝置原理簡圖。帶包裝物料放入料斗中，計量轉鼓被傳動系統(tǒng)驅(qū)動而旋轉。當計量容腔經(jīng)過進料口時，從料斗充填物料；當計量裝置旋轉到排料口時，計量腔中的物料在重力作用下排出，經(jīng)過導管填充到包裝袋中，實現(xiàn)物料的計量包裝。
圖4.2 計量裝置轉鼓圖
畢業(yè)設計（論文）
計量容腔是由轉鼓的內(nèi)槽和殼體的內(nèi)圓弧槽形成的密閉容積，轉鼓上有四個扇形槽，扇形大圓半徑R，小圓半徑r，槽型長度L。則單個計量腔的體積V為：
（4.1）
式中：V——單個計量腔容積；
——扇形的弧度；
R——扇形外圓半徑；
r——扇形內(nèi)圓半徑；
L——槽的長度。
由于題目要求制袋尺寸：
(長寬高)=
而且要求包裝物料的體積是可調(diào)的，在查閱相關資料之后，將上圖中轉鼓設計成一系列的不同大小的，可以根據(jù)所需要計量容積快速更換的一系列零件，考慮到成本和制造方面，以及整體機器比較輕便，材料選用尼龍。這一系列零件只通過改變扇形槽的長度L就可以實現(xiàn)計量不同容量。
4.2生產(chǎn)能力計算
關于可更換扇形槽轉鼓生產(chǎn)能力的計算：
（4.2）
式中： —每個定容杯中的料重，；
—轉鼓的轉速；
—轉鼓上計量槽的個數(shù)；
—計量槽的容積；
—物料密度。
扇形槽的容積：
（4.3）
式中： V——單個計量腔容積；
——扇形的弧度；
R——扇形外圓半徑；
r——扇形內(nèi)圓半徑；
L——槽的長度。
計量裝置計量體積的大小通過槽的容積大小來調(diào)節(jié)，而槽的大小是通過設定不同的槽長度來確定的，截面形狀是不變的。
4.3制袋成型器的選擇和設計計算
制袋成型器是自動包裝機的一個關鍵零部件，其作用是使平面狀的包裝薄膜材料轉變?yōu)閳A筒狀，并產(chǎn)生封接邊，以利于包裝物料的進入。在制袋過程中，制袋成型器在卷筒薄膜由舒展平坦輸送到卷折成各種袋型的過程中起到一個十分關鍵的作用，制袋成型器的選擇、設計和使用，對包裝的形式、尺寸以及包裝質(zhì)量有直接的影響。因此成型器的選擇和設計計算是非常重要的。
設計和制造成型器的關鍵為：盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力，使薄膜不產(chǎn)生縱向或橫向的拉伸變形以及皺折等。確保薄膜自然貼合、無拉伸、無騰空地通過成型器，自然卷合，正確成型。 結構簡單可靠，制造方便，調(diào)試容易。
4.3.1常用成型器
常用的成型器主要有以下幾種：
a. 翻領成型器翻領式成型器，平張薄膜拉過該成形器就成圓筒狀，成形阻力大，對塑料單膜適應性差，當薄膜厚薄不勻時更易使塑料變形，使薄膜折皺或撕裂；對塑料復合膜適應性較好，常用于立式枕形包裝機上作粉體、顆粒物料的充填。成形器的設計、制造及調(diào)試都較復雜，且每種規(guī)格要一種成形器，無通用性。在常用的幾種成型器中，它的成形阻力較大,易使薄膜產(chǎn)生變形，使之發(fā)皺或撕裂，故對塑料薄膜適應性差，而對復合膜適應性較好，它常用于立式枕型制袋包裝機上，包裝粉狀、顆料狀物料。每種規(guī)格的成型器只能成型一種規(guī)格的袋寬，當袋寬規(guī)格發(fā)生變化時，就要更換相應尺寸的成型器。而且成型器的設計、制造及調(diào)試都較復雜。
在成型過程中，薄膜自然卷合成圓筒狀。由此可見，其設計關鍵在于正確設計翻領曲面與成型筒曲面的拼接曲線，要求自然圓滑地過渡。
圖4.3 翻領成型器的工作原理
如圖所示，用一張邊長等于成型器筒周長的方形紙，緊貼包卷在圓筒外表面，將上端打開并且無折皺地翻展，即可形成翻領成型器的工作曲面。工作曲面與圓筒曲面的交接線就是需要設計所求的拼接曲線。圖中(b)為展開的平面曲線圖，其中r為圓筒半徑。
b. 象鼻成型器的設計圖4.3為象鼻式成型器，該成型器類似象鼻的形狀，平張薄膜拉過該成型器時，薄膜變化較平緩，故成型的阻力比翻領成型器的阻力小，適用于塑料單膜的成型，它常用于立式連續(xù)三面封口制袋包裝機及枕式對接制袋包裝機上。但是，對制造同一尺寸的枕形袋所需對應的成型器，象鼻成型器的結構尺寸比翻領式結構尺寸大，薄膜也易于跑偏，同樣，該成型器只能成型同一寬度的袋形。平張薄膜拉過該成形器成形時變化較為平緩，故成形阻力比翻領式小，適用于塑料單膜包裝，主要用于立式連續(xù)式三面封口式或枕式對接袋的包裝。設計、制造、使用較為容易，有時薄膜容易拉偏。對于象鼻成型器，其安裝角可取，圓弧槽半徑推薦值為。根據(jù)參數(shù)a，a和R可求出β值、h值和n值，如下圖所示：
圖4.4 象鼻成型器參數(shù)及其示意圖
象鼻成型器的兩邊都帶有護邊目的是防止成型器曲面過長而導致薄膜貼合不良而跑偏，影響翻折制袋。折邊的寬度可取15～20=mm。下圖中，在D處，三角板離上頂面距離為m。實際生產(chǎn)中，往往將GD段截斷，在G處設置導輥將薄膜直接引入D處。象鼻成型器的制造一般采用不銹鋼薄板，要求外表面光滑平整。其三角部分合圓弧槽部分可用整塊板料卷曲而成，因為它們的展開寬度是相等的。下圖中所示是象鼻成型器結構及展開圖，沿虛線卷折即可制得成型器，圖中參數(shù)可通過計算加以選擇。
在設計象鼻成型器時應注意，除了折邊部分外，其寬度應與薄膜寬度大致相等。理想狀態(tài)是：制造完工的成型器，其表面寬度比薄膜大15～20mm。這樣可確保薄膜自然貼合成型器而不起皺。
c. 三角板成型器三角板成形器，它由銳角三角形板與U形立桿（或兩平行輥）聯(lián)結在基板上而形成，它是最簡單的成形器，不論立式或臥式、連續(xù)或者間歇運動的三面封口式包裝機都有應用該成形器作為制袋器。它有一定的通用性，一定尺寸的塑袋范圍只要調(diào)節(jié)基板的上、下位置即可。對折后的薄膜上口有一塊隔離板，幫助袋口張開，薄膜料袋的間歇移動靠牽引輥間歇回轉帶動，制成開口向上的空袋后，可如圖所示先行裝填,而后橫封、切斷，也有空袋制成后先行分切交由帶夾持手的直線輸送鏈式間歇回轉工序盤，在每次運動停歇的工位上進行裝袋、封口及卸料。
根據(jù)設計需要，選擇成本較低的象鼻成形器，并在原象鼻成形器兩邊加上導槽，以彌補原設計容易被拉偏的的缺陷并具有了一定的通用性。
4.3.2成形器的結構尺寸計算
從三角形、U型及象鼻成型器可見，它們的共同特點是利用成型器外表面形狀的變化而將平張薄膜折成對折或近似對折的形狀，在平張薄膜逐漸變成對折狀態(tài)的過程中，被一個個三角形圖形所分割，下面就從這些三角形圖形入手來研究其設計的一般方法：
a. 三角形成型器的設計三角形成型器使平張薄膜對折成型的過程如圖4-2所示。
圖4.5 三角板成形器對折過程示意圖
設薄膜的寬度為，對折后的空袋高度為 (立式機為空袋寬度)，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，薄膜在三角形板上翻折的這一區(qū)段長為，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：
在直角三角形DEC中，, ,所以有
（4.4）
在直角三角形ADC或BDC中：,,所以有
（4.5）
對既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸, 是一個定值,所以有如下關系；
（4.6）
即：
由此可見，三角形成型器的頂角與安裝角有相互制約的關系，而值的大小關系到三角形板形狀尺寸，所以一定的安裝角必對應著一定形狀尺寸的三角形成型器，否則會影響成型器正常制袋。
在生產(chǎn)實踐中，三角形頂角值是加工后得到的，而安裝角可通過一定結構，并加以調(diào)試來保證。故最好值是一個容易測量的整數(shù)，設計中通常是選定后，再用關系式來求解值。
安裝角實質(zhì)上就等于三角形成型器在頂角附近薄膜運動的壓力角，角越大就表示壓力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大，壓力角太大時，薄膜在受力翻折中容易產(chǎn)生拉伸變形，嚴重的甚至撕裂或拉斷。壓力角小時，成形阻力就小，但壓力角太小，致使結構不緊湊。
根據(jù)壓力角及結構尺寸間的關系，三角形成型器安裝角的選擇范圍為，由此可見，角最適宜的角度不大于。所以,通常三角形成型器采用頂角的等腰三角形，取極限時，則呈等邊三角形。
決定三角形成型器的尺寸除頂角外，還有三角形板的高，它和制袋的最大尺寸有關：
（4.7）
式中：—能制作最大空袋的高（立式機為帶寬）。
b. U形成型器的設計U形成型器可看做是在三角形成型器的三角形板上裝接了圓弧導槽及薄膜導板并用圓弧過渡后得到的。三角形板安裝角，設裝接的圓弧導槽的圓弧半徑為，如將U形成型器展開成平面，它與薄膜寬度相當，否則說明成型器在某處多了或少了一塊，為此U形槽與三角形板的裝接部位有一定位置要求，它以圓弧槽中心線與三角形板的頂點C間距離用L來表示。
圖4.6 U型成型器示意圖
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有：
（4.8）
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4.3所示。實際使用中，圓弧槽裝接即考慮展開面的寬度與基本相符，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
（4.9）
式中： 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；
—空袋高度(立式為寬度)。
c. 象鼻成型器的設計象鼻成型器可看作是在U型成型器的設計基礎上，結構方面作了一些修改而形成的，它的安裝角比三角形及U型成型器都要小得多，它的成型阻力比較小，而制同樣的一個袋，成型器結構尺寸倒要大得多。象鼻成型器設計時建議按選用三角形板的安裝角，并計算三角形頂角值，根據(jù)所制作空袋袋寬計算三角形板的高。按U形成型器的設計方法找準圓弧槽裝接位置L，并取用圓弧部分半徑。
圖4.7象鼻成型器示意圖
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。見圖4-4所示。實際使用中又截去三角形板的GHK部分，減少成型器尺寸，在原三角形板的底邊G處設置一薄膜導輥，讓包裝材料經(jīng)這一導輥后直接拉上成型器的截面處。
在上圖中右端U型槽處，應截去PQEF部分，其中應使。
其中：—縱封輥回轉半徑，—所選定的護邊寬度尺寸。
最后將U型槽余下部分上口并攏，使U型變成如圖4-4右側視圖那樣的封閉圖形，以利縱封封口，原U型成型器的GHK部分因有薄膜導輥G而可省略被截去。
綜上，將題目所需尺寸代入，首先選擇為三角形板的安裝角，則，根據(jù)空帶帶寬為180mm，計算出三角形板高，
取圓弧裝接位置，圓弧半徑。護邊。
在設計象鼻成型器時應注意，除折邊部分以外，其寬度應與薄膜的寬度大致相等，理想狀態(tài)是：制造完工的成型器，其表面寬度比薄膜寬度大。這樣可確保薄膜自然貼合成型器而不起皺。
平張薄膜通過該成型器的時，彎折比較平緩，成型阻力較小，對塑料單膜的適應性較好。該成型器常用于立式連續(xù)制袋的充填封口機，其設計和制造比較方便，但是此成型器只適用一種袋寬。在自動制袋裝填包裝機中采用卷筒式包裝薄膜，在進行自動包裝的過程中，首先要由卷筒形式舒展成帶，再按要求進行成型及充填包裝。這一運行過程，其實就是包裝材料帶的公司供送過程。實現(xiàn)這個供送過程的裝置主要包括三部分：退卷裝置、導引裝置以及牽引裝置（縱封器）。供送裝置設計的合理性直接影響著包裝的質(zhì)量，甚至影響到包裝機的正常運轉。薄膜在供送的過程中必須保持平穩(wěn)無跳動，正確到位而不會偏移，否則包裝機無法實現(xiàn)包裝動作。
4.4引導裝置
引導裝置主要是一系列導輥組，通過導輥的作用，使包裝材料帶平展輸送，并起到自由轉向，校正糾偏的作用。導輥的機構很簡單，主要由心軸、輥筒和軸承組成（如圖4.8所示）。
1.心軸 2.角接觸球軸承 3.輥筒 4.套筒 5.墊圈 6.螺母
圖4.8 導輥結構
心軸固定安裝在支座上，使輥筒在軸上能靈活轉動。輥筒一般用不銹鋼管表面拋光制作，也可用工程塑料管等材料制造。無論用何種材料，輥筒外表面應保持光潔圓滑，以便使薄膜帶輸送平滑穩(wěn)定。
一臺包裝機一般有若干支導輥，安裝時須確保平行，并且按薄膜帶的走向設定安裝位置。導輥的數(shù)量與薄膜帶輸送速度有關，對于牽引速度高的包裝機，薄膜帶高速輸送，則需要較多數(shù)量的導輥以提高薄膜帶輸送的穩(wěn)定性。反之，牽引速度較低的包裝機，配置較少的導輥即可滿足要求。
4.5 軸的設計
4.5.1 軸的結構設計
軸的設計包括結構設計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。
軸的結構設計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結構形式和尺寸。軸的結構設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結構設計是軸設計中的重要內(nèi)容。
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，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。
a. 軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。套筒定位結構簡單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。
本設計中軸上的齒輪之間的軸向定位采用的就是軸肩加套筒定位。
軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉動造成螺釘松脫，可加圓柱銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動墊片防松等固定方法。
b. 軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。因此，本設計中的軸均采用45鋼。
本設計中主要有三個軸其中第一個傳動軸和計量轉鼓的安裝軸只傳送轉矩，因為所包裝物品為茶葉，藥品等小包裝，每袋質(zhì)量100g左右，扭矩很小，所以不需要做校核計算。包裝袋的懸掛軸，因為要承受彎矩，因此要做校核。
a. 轉鼓安裝軸
圖4.9 轉鼓安裝軸
左起第一段安裝軸承，選用內(nèi)徑為的代號6006的深溝球軸承，第二段安裝軸承的軸肩，第三段為安裝轉鼓的軸間，第四段安裝轉鼓，轉鼓是通過鍵與軸連接，第五段安裝同步帶輪，為軸提供動力，繼而為轉鼓提供動力，完成包裝。軸的末端是安裝套筒，固定帶輪和軸承。末端同樣采用內(nèi)徑為的代號6006的深溝球軸承。
b. 傳動軸
圖4.10 傳動軸
左起第一段是安裝錐齒輪，錐齒輪通過鍵與軸連接，左端的環(huán)形槽是安裝擋圈，用來固定錐齒輪的軸端。第二段安裝同步帶輪，通過同步帶把動力傳遞到轉鼓。第三段軸肩定位同步帶輪。第四段安裝軸承，通過深溝球軸承與機身連接，固定軸。第五段軸間也是固定和定位兩端軸承。最末端安裝深溝球軸軸承，連接機身。
c. 包裝袋懸掛輥安裝軸
圖4.11 包裝袋懸掛輥安裝軸
左起第一段車有螺紋，該軸通過螺母墊圈與左側安裝版安裝。第二段為軸肩，用做定位。第三段軸肩也是用作定位。第四段安裝兩個角接觸球軸承，因為軸上安裝的是套筒，而且是懸臂結構，危險截面在最左端，因此不能做成中間最粗的軸，而兩端軸承要選一樣規(guī)格，因此，查閱相關資料后選用了兩個角接觸球軸承。末端是通過套筒和墊圈、螺母來固定軸承的另一端。
4.5.2 軸的強度校核
a. 校核要求軸的初步設計完成以后，需要對軸進行強度校核才能最后確定軸的結構和各部分尺寸。對于重要的軸或有特殊需要的軸，還需要進行軸的剛度、臨界轉速、失穩(wěn)等問題的校核計算等。
軸的強度校核包括如下內(nèi)容：
(1)做出軸的力學模型；
(2)分別作軸的垂直和水平受力圖，并求出軸的支座的垂直和水平支反力；
(3)分別做出軸的垂直和水平彎矩圖；
(4)作軸的合成彎矩圖；
(5)校核軸危險截面的強度。
本機屬于輕型機，轉速和傳遞轉矩都較小，包裝材料懸掛軸承受力較大，且是懸臂機構，所以只對包裝材料懸掛軸進行強度校核。
b. 軸強度校核計算根據(jù)軸的受力情況做出軸的剪力圖和彎矩圖。
圖4.12 軸的受力彎矩圖
根據(jù)對圖的受力分析，軸的左端安裝截面為危險截面，危險截面