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摘要 目前絕大部分蘋果等果類的包裝均會應用塑料發(fā)泡網套，塑料發(fā)泡網套能有效降低運輸過程中蘋果發(fā)生撞擊而損傷的概率，并且質量極輕，對蘋果運輸起到關鍵作用；水果的網套包裝主要采用手工包裝方式，這種包裝方式效率低下，成本高昂。 本論文設計一種蘋果發(fā)泡網套包裝機，包括機架、下料模塊、切膜出料模塊、網套供料模塊、下膜模塊和包裝模塊。本設計包括機械結構設計、動力系統(tǒng)設計以及自動化控制設計。本設計是一款基于補填市場空白及滿足人們需求的創(chuàng)新型產品。 關鍵詞：發(fā)泡網套；包裝；機械結構；自動化 Abstract At present, the vast majority of apple and other fruit packaging will be used plastic foam net cover, plastic foam net cover can effectively reduce the probability of apple collision and damage in the process of transportation, and the quality is very light, play a key role in apple transport;The net cover packaging of fruit mainly USES manual packaging, which is inefficient and costly. This paper designs a kind of apple foaming net packaging machine, including rack, blanking module, film cutting and discharging module, net cover feeding module, film blanking module and packaging module.The design includes mechanical structure design, power system design and automatic control design.This design is an innovative product based on filling the market gap and meeting people's needs. Key words: foaming net cover;Packaging;Mechanical structure;automation 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 研究背景及意義 1 1.2 國內外發(fā)展現狀 3 1.3 研究的內容和方法 4 1.4 本章小結 4 第2章 設計內容 6 2.1 設計的內容 6 2.2 設計的依據 6 2.3 設計的要求 6 第3章 蘋果發(fā)泡網套包裝機各部分介紹 7 3.1 總體設計 7 3.2 下料模塊設計 7 3.3 出料模塊設計 8 3.4 供料模塊設計 9 3.5 下膜模塊設計 9 3.6 包裝模塊設計 10 第4章 重要零部件設計計算 11 4.1 直線導軌的設計計算 11 4.1.1導軌的設計 11 4.1.2 導軌摩擦力計算 13 4.2 滾珠絲杠的設計計算 15 4.3 同步帶設計計算 23 4.4 鍵的選用 24 4.5 滾動軸承的選用與校核 25 4.6 聯(lián)軸器的選型 26 4.7 電機選型計算 26 第5章 蘋果發(fā)泡網套包裝機工作流程 30 第6章 蘋果發(fā)泡網套包裝機綜合性能測試儀總結和展望 31 6.1 設計總結 31 6.2 未來展望 31 致 謝 33 參考文獻 34 第1章 緒論 蘋果是世界四大水果之一，也是中國最大的水果，其生產和種植面積在中國排名第一。蘋果生產在中國水果產業(yè)中占有最重要的地位，其發(fā)展對水果地區(qū)的經濟振興，市場供應和出口收入產生了很大的影響。作為中國種植面積和產量最大的樹，蘋果發(fā)揮了作用。在促進農民扶貧，改善農村經濟條件，促進農業(yè)產業(yè)化方面發(fā)揮了重要作用。作為中國的第一批水果，蘋果正處于水果市場的繁榮之中，滿足了消費者的需求。它起到了基礎性作用;蘋果作為中國少數幾個在國際市場上具有競爭優(yōu)勢的農產品，在新鮮蘋果和濃縮蘋果汁出口方面取得了顯著成效，并在國際市場上發(fā)揮了重要作用。目前，中國的蘋果產業(yè)正進入從傳統(tǒng)產業(yè)向現代產業(yè)轉變?yōu)槭澜缣O果產國的又一個重要的歷史階段。 隨著蘋果產業(yè)的快速發(fā)展，中國已成為世界上最大的蘋果和蘋果汁生產國和出口國。加入WTO進一步促進了中國的蘋果出國，在世界水果市場占據了越來越重要的地位，對國內外水果市場產生了更大的影響。而且，在今天物質生活水平的不斷提高，人們對蘋果的要求從簡單的數量轉向質量，對“精”的需求不僅僅是蘋果本身的質量，而且包裝需要精致，攜帶方便。因此，有必要包裝蘋果，塑料泡沫網罩無疑是最佳選擇，主要是因為它可以改善運輸過程中果實的碰撞和擠壓等機械損傷。然而，目前，如此大量蘋果的裝袋或人工裝袋大大降低了生產效率，增加了勞動力并增加了蘋果的成本，為此，本文致力研發(fā)一種蘋果發(fā)泡網套包裝機，該機器簡單易操作。在保證運行要求（不損害蘋果）的前提下，降低成本，使果農易于接受，從而降低員工的勞動強度，降低勞動風險因素，提高勞動生產率。 1.1研究背景及意義 中國是最大的蘋果生產國。目前，蘋果產業(yè)因其抗擊自然災害能力強，經濟效益穩(wěn)定，已成為中國農村經濟的重要支柱。它也是農民收入和財富的主要來源。蘋果的質地清脆嫩滑。在包裝，運輸，儲存和深加工的各個方面，它可能會因加工機械，運輸工具，摩擦等的掉落，碰撞和擠壓而造成機械損壞，從而直接或間接地影響蘋果。外觀和質量，減少果農的經濟效益。導致蘋果機械損傷的因素很多。目前，由于蘋果的快速商業(yè)化，運輸過程中的振動和摩擦損傷已成為蘋果損失的主要因素之一。蘋果的機械損傷主要是由外部接觸力引起的蘋果變形引起的。果皮和果肉受損，導致蘋果局部質地發(fā)生變化，蘋果結構破壞，導致蘋果生理活動失衡和代謝異常。這種損害很容易導致病原微生物的入侵導致蘋果發(fā)霉。 機械損傷是水果和蔬菜生產中的常見問題。目前，減少水果和蔬菜收獲的損失已成為全球農產品產業(yè)的主要關注點之一。運輸過程是生產和消費之間的橋梁。它是貨物流通中不可或缺的重要環(huán)節(jié)。運輸過程中機械損壞造成的損失約占總產量的25％-45％，發(fā)達國家的損害也達到15％-20％。實踐證明，使用適當的水果緩沖包裝可以有效減少運輸過程中果蔬的振動損害。目前，常用的蘋果緩沖包裝包括泡沫塑料網，瓦楞紙板襯墊等。采用各種緩沖包裝對盒裝蘋果進行振動試驗，不同緩沖包裝形式對振動傳遞率和損傷的影響。分析水果。當泡沫塑料網用作緩沖包裝時，可有效降低蘋果的損傷率，泡沫塑料網對蘋果的整體保護性能優(yōu)于瓦楞紙板襯里。 蘋果公司在收獲后立即使用網套保護蘋果是避免機械損傷的重要方法，但這一過程是手工完成的，增加了生產和勞動力成本，以及蘋果包裝的自動化要求。改進，設計能夠自動實現Apple快速網絡的設備勢在必行;蘋果網絡設備代替人工操作，到蘋果的自動網絡，可以有效提高網絡效率，增加蘋果商品的價值，提高水果的經濟效益，促進農民增收和農村經濟發(fā)展。 如今，蘋果包裝的有以下幾個顯著特點： 一是方便小巧型。目前，城市水果消費逐漸變得越來越流行。這是消費者永恒的追求。因此，10公斤以上的水果已不能滿足消費者的需求。相反，它是3-5公斤。 二是精美高檔型。高檔的國內優(yōu)質水果包裝將是占領國內市場，走出國門參與國際競爭的必然選擇。 三是信任透明型。部分透明的材料用于包裝設計窗口，可以看到吸引消費者注意的窗口，使消費者一眼就能看到水果的形狀，大小和顏色，增強自然親和力，并鼓勵消費者對它們進行比較。之后，更快地做出偏好選擇，增加消費者的購買和信任欲望。 四是綠色環(huán)保型。水果的包裝必然會轉向綠色包裝?；貧w自然，追求健康不僅是消費者對水果質量的要求，也是包裝的必然要求。目前，水果包裝材料突破了普通紙盒包裝的單一格局，發(fā)展成綠色，環(huán)保包裝材料，如精致的竹子，藤條，木制和可回收的瓦楞紙箱。 而想要在低成本的情況下達到以上包裝效果，使用塑料發(fā)泡網無疑是最好的選擇。 塑料網套主要用于包裝水果，瓜類和蔬菜，不怕擠壓，需要隔離。由于其低成本和良好的包裝效果，它逐漸取代紙包裝，已成為水果儲存和包裝的趨勢。此外，塑料網包裝不僅有利于水果的儲存和運輸，而且有助于貨架的保質期。 塑料泡沫網廣泛用于水果包裝，特別是單果包裝，主要是因為它們可以改善水果碰撞和擠壓的機械損傷。其主要優(yōu)點有： (1) 具有一定的彈性和柔軟度，可以有效地起到緩沖和防振作用，從而避免水果在儲運中由于碰撞和擠壓造成的破損。 (2) 重量輕，成本低 便于運輸，減少了運輸成本。 (3) 塑料網套的色澤可以選擇潔白色，也可以通過加色料而改變其色澤， 這樣有利于與水果形成顏色對比，增加了美觀效果，促進消費者購買。 (4) 塑料網套是由塑料經過發(fā)泡得到的，包裝使用很方便。一般采用發(fā)泡 LDPE，因其具有較好的拉伸強度和彈性。 然而，目前，如此大量蘋果的裝袋或人工裝袋大大降低了生產效率，增加了勞動力并增加了蘋果的成本，為此，研發(fā)一種全蘋果發(fā)泡網套包裝機勢在必行。 本課題提出研究制造一種蘋果發(fā)泡網套包裝機，簡單易操作，在保證操作要求（不破壞蘋果）的前提下，盡可能降低成本，使果農能夠輕松接受，從而降低員工的勞動強度，減少勞動力風險因素，提高勞動生產率。 1.2國內外發(fā)展現狀 包裝設備的發(fā)展引起了全世界的關注，電氣，光學，磁力和氣動等高科技水果包裝技術的新產品也在不斷涌現。目前，國際包裝設備市場競爭激烈?！叭摺币馕吨咚?，高效，高品質已成為包裝機械發(fā)展的大趨勢。包裝設備的研發(fā)主要集中在低能耗，重量輕，占地面積小，效率高的機械設計上。將高科技應用于現代先進的包裝機械和設備是國外包裝機械發(fā)展的大趨勢。特別是歐洲，美國和日本等國家在科學技術和經濟方面高度發(fā)達。他們生產的先進包裝機械設備在世界上處于領先地位。近年來，為了滿足現代商品包裝多樣化的要求，發(fā)達國家開發(fā)了小批量，多品種的通用包裝技術和機械設備在不斷應用先進技術的同時，緊跟高科技的發(fā)展，開發(fā)和發(fā)展高科技現代包裝機械。 與世界發(fā)達國家相比，中國的包裝機械行業(yè)起步較晚。在建國之初，中國包裝機械行業(yè)的發(fā)展基本上是空白。其中大多數是小型車間或小型工廠，沒有標準的系統(tǒng)手動包裝機械。20世紀70年代末，技術水平較低的包裝機械開始出現，難以形成獨立的產業(yè)。自20世紀80年代以來，中國經濟實現了跨越式發(fā)展，國內市場對包裝機械的需求越來越迫切。機械包裝行業(yè)借鑒國外經驗，生產出多種包裝設備風格。先進的技術和設備，以及包裝機械行業(yè)已逐步形成。20世紀90年代以后，隨著中國包裝機械行業(yè)的快速發(fā)展，在借鑒和借鑒國外先進技術和產品，消化，吸收的基礎上，開始自主設計，研發(fā)，在包裝機械技術水平上有很大提高，尤其是產品功能和自動化。 高新技術的應用促進了包裝機械行業(yè)的快速發(fā)展。隨著科學技術的進步，傳統(tǒng)包裝機械已不能滿足實際生產需求，逐步退出歷史舞臺。例如，不能再使用早期使用的機械控制設備。適應需求，逐步發(fā)展為光電控制，氣動控制等控制形式。然而，隨著加工技術的發(fā)展，對封裝參數的要求越來越高，需要新技術的開發(fā)和應用。目前，包裝機械涉及機械，電力，燃氣，光，磁等各個方面。在設計過程中，要提高包裝機械的功能，必須實現機電一體化控制，以實現整體優(yōu)化。目前，中國對高端包裝機械設備的需求明顯低于中低端設備的需求。我們現在應該積極擴大需求，開拓市場，大力發(fā)展高端包裝機械設備，設計和推出新型號，以滿足市場多樣化和高質量的需求。 1.3研究的內容和方法 這款蘋果發(fā)泡網套包裝機研究內容主要包括前期資料查詢、查找成功案例并且對案例進行分析，從而設計改造，并且對設計改造完的自動化機構進行分析，通過分析將蘋果發(fā)泡網套包裝機分成機械設計控制系統(tǒng)和動力的選取，采用電氣自動化控制系統(tǒng)，動力采用伺服電機方式，設計完成后進行可靠性分析，驗證結束后進行產品說明和機械制圖等主要工作[4]。 當提出設計思路和問題與老師和同學們進行設計分析，認真學習蘋果發(fā)泡網套包裝機領域的相關資料，明確需要分析的成功案例，了解蘋果發(fā)泡網套包裝機的機構和控制系統(tǒng)的相關知識，爭取在畢業(yè)設計每個時間段內提前完成相應的任務，與此同時多了解一些蘋果發(fā)泡網套包裝機結構及設計的相關參數和最新的技術發(fā)展。通過實際生產調查和相關行業(yè)查閱書籍資料，不斷分析和優(yōu)化成功案例的優(yōu)點與不足，利用匯集的技術資料設計一款滿足要求的蘋果發(fā)泡網套包裝機[5]。 1.4本章小結 本章主要是對蘋果發(fā)泡網套包裝機的研究背景、國內外的發(fā)展現狀和需求分析進行了初步的研究[6]，對蘋果發(fā)泡網套包裝機目前的狀況有了比較清晰的認識和了解，明確了設計的內容和研究的方法，確定了接下來需要做的事情和研究計劃，通過上述分析讓自己對后期的資料研究、問題發(fā)現和設計分析更加的有信心。 42 第2章 設計內容 2.1 設計的內容 本設計是針對果農使用的，自動化程度較高，使用機電自動控制及編程技術，采用自動化機械機械設計，是為了操作簡單，使用方便，本設計原理可靠，結構簡單，減低人工勞動強度，提高工作效率。并且保證不損傷蘋果。 (1) 總體設計：以包裝模塊為中心：機架上安裝包裝模塊，包裝模塊的斜上方安裝切膜出料模塊，再上方安裝網套供料模塊，網套供料模塊與其下方的下膜模塊相連，下膜模塊安裝在包裝模塊的正上方，下料模塊安裝在獨立機架，且在包裝模塊的一側。 (繪制總裝圖、 繪制ug裝配圖呈現整機結構) (2) 零部件設計: 完成主要零部件設計計算，并且繪制零件圖 2.2 設計的依據 (1) 蘋果物理特性: 蘋果為近似球形， 直徑在 40～80mm, 厚度在 35～60mm， 質量在 150～200 克。 (2) 發(fā)泡網的特性： 發(fā)泡網具有彈性， 因此可以套在圓通外， 發(fā)泡網是連續(xù)的， 因此可以實現蘋果的連續(xù)套袋 (3) 理論依據： 槽輪機構是間歇運動機構， 因此可以實現套袋機中剪斷及套袋的先后作業(yè) 2.3 設計的要求 (1) 本產品自動化程度高操作簡單,勞動強度低，成本低。 (2) 部件設計時應盡量避免焊接及剛性固定, 應多采用靈活的螺栓等方式固定，以方便安裝和拆卸，并有利于維修。 (3) 設計時考慮加工工藝性和裝配工藝性, 盡量使用標準件, 通用件, 降低制造成本。 (4) 采用較為人性化的設計理念，方便勞動者的操作和使用, 減少勞動者的體力消耗。 第3章 蘋果發(fā)泡網套包裝機各部分介紹 3.1總體設計 整體構建以包裝模塊為中心：機架上安裝包裝模塊，包裝模塊的與擴膜錐體相連的滾珠絲杠的上方安裝切膜出料模塊的同步帶滑臺，包裝模塊的與托盤相連的滾珠絲杠的上方是切膜出料模塊的滑槽；下膜模塊安裝在包裝模塊的正上方，其擴膜圓柱筒與包裝模塊的錐體接觸，且擴膜圓柱筒與錐體的圓心在同一垂線上；下料模塊安裝在獨立機架，且在包裝模塊的一側，與下膜模塊相對，下料模塊的滑槽的出口與包裝模塊的U形擋板的開口相對；包裝模塊的與錐體相連的滾珠絲杠的后方為電控箱；切膜出料模塊的同步帶滑臺的上方為網套供料模塊的大圓盤，網套供料模塊的支架在下膜模塊的擴膜圓柱筒的正上方。如圖3-1蘋果發(fā)泡網套包裝機 1-機架 2-下料模塊 3-出料模塊 4-供料模塊 5-下膜模塊 6-包裝模塊 圖3-1蘋果發(fā)泡網套包裝機 3.2下料模塊設計 下料模塊由滑槽、帶缺口的扇形圓盤、電機、軸、軸承座和機架組成；軸與帶缺口的扇形圓盤組合，由軸承座固定在滑槽的下半部分，并由電機帶動整體轉動。應注意帶缺口的扇形圓盤的厚度略大于蘋果的直徑，缺口大小能夠剛好放進一個蘋果。軸的軸心應在滑槽的底部在同一個平面?；蹆A斜一定角度，使得蘋果能夠在沒有外力的作用下能夠順利滾下。電機做間歇運動，其周期是包一個蘋果的時間，一個周期轉動一圈。如圖3-2下料模塊 1- 機架 2-電機 3-軸 4-軸承座 5-圓盤 6-滑槽 圖3-2下料模塊 3.3出料模塊設計 出料模塊由電機，同步帶滑臺、切膜架、電熱絲和出料槽組成。切膜架有突出的兩端和一個縱向的弧面構成：兩端由一根電熱絲相連，一個縱向的弧面能夠在切膜的同時推出蘋果；電熱絲通電發(fā)熱能夠融化發(fā)泡網套，起到切膜的作用。電機與同步帶滑臺相連，切膜架與同步帶滑臺相連；出料槽在同步帶運動的方向上。圖3-3出料模塊 1-電機 2-同步帶滑臺 3-切膜架 4-電熱絲 圖3-3出料模塊 3.4供料模塊設計 供料模塊由大圓盤、長軸、軸承座、短軸和支架構成。兩個大圓盤由一根長軸穿過，兩個圓盤之間放一卷發(fā)泡網套，長軸由軸承座固定在機架上；四根短軸組成兩組對輥固定在一對支架上，對輥的間隙能夠接觸發(fā)泡網套并使網套順利向下運動。圖3-4供料模塊 1-大圓盤 2-長軸 3-軸承座 4-短軸 5-支架 圖3-4供料模塊 3.5下膜模塊設計 下膜模塊由XY雙向滾珠絲杠滑臺、兩瓣下膜卡筒、擴膜圓柱筒和電機組成。發(fā)泡網套套在擴膜圓柱筒，擴膜圓柱筒在包裝模塊的擴膜錐體的正上方，由擴膜圓柱筒支撐，兩瓣下膜卡筒在擴膜圓柱筒的兩側分別與XY雙向滾珠絲杠的Y方向的兩個雙向滾珠絲杠滑臺相連。圖3-5下膜模塊 1- 電機1 2-X向絲杠滑臺 3-電機2 4-Y向絲杠滑臺 5-連接板 6-卡筒 圖3-5下膜模塊 3.6包裝模塊設計 包裝模塊由U形擋板、L形擋板、推桿、托盤、擴膜錐體、滾珠絲杠和電機組成。擴膜錐體的中心與U形擋板的中心在一條垂線上，擴膜錐體在上，U形擋板在下，連接在一個滾珠絲杠上；L形擋板擋在U形擋板與下料模塊的滑槽之間的空隙間；推桿的上端連接托盤，下端連接L形擋板，并且推桿的下端與另一個滾珠絲杠相連；兩個滾珠絲桿相對，擴膜錐體的中心與托盤的中心在同一垂線上，且U形擋板移動到最高位置，托盤移動到最低位置是時，托盤的頂部略低于U形擋板的底部。圖3-6包裝模塊 1- 電機1 2-滾珠絲杠1 3-擴膜圓柱筒 4-擴膜椎體 5-U形擋板 6-托盤 7-L形擋板 8-推桿 9-滾珠絲杠2 10-電機2 圖3-6包裝模塊 第4章 重要零部件設計計算 4.1直線導軌的設計計算 4.1.1導軌的設計 導軌主要用于支撐和引導運動部件沿某一軌道運動。圖4-1顯示了導軌定心導軌的輪廓。移動側稱為支撐導軌。移動軌道相對于支撐軌道移動，通常執(zhí)行線性和旋轉運動 圖4-1 導軌外形圖 （1）直線運動導軌副的基本截面形狀分類：（見表4-1） 表4-1直線運動導軌副的基本截面形狀分類 1）矩形導軌 矩形導軌易于制造和制造，具有較大的剛性和承載能力，安裝調整方便，起主要指導作用。 磨損后，間隙不能自動補償，需要間隙調節(jié)裝置。它用于負載大，導向精度低的機床。 2）三角形指南 磨損后，可自動補償，不產生間隙，導向精度高，但仍需要板面間隙調整裝置。三角形的頂角之間的角度使得如果重型機床承受較大的載荷，為了增加軸承面積，該角度可以視為α，但導向精度較差。精密機床可以使用小于角度來提高轉向精度。 3）燕尾軌 這是在閉合軌道中具有最小接觸表面的結構。磨損后，間隙不能自動補償，需要用條帶調整。燕尾導軌的制造，檢查和維護復雜，摩擦阻力大，可以承受顛覆扭矩，剛性差。 4）圓柱形導軌 導軌剛性好，易于制造，外徑可以磨削，內孔可以通過磨削精確匹配，但磨損后的間隙調整困難。它適用于形狀取決于軸向載荷的應用，例如壓力機，機器人等。 （2） 直線滾動導軌的選型 圖4-2 導軌內部結構圖 圖4-3導軌截面圖 1） 機構與優(yōu)點 線性滾動導軌對，滑塊，剛性球，反向器，保持架，密封端蓋和擋板如圖4-2所示。導軌的內部結構和圖4-3的滾動導軌的橫截面視圖。當導軌和滑塊相對于彼此移動時，鋼球沿導軌上的滾道滾動。在滑塊的末端，鋼球通過反向裝置進入反向孔，然后進入導軌上的滾道。因此，鋼球以這種方式來回滾動。反轉器末端設有防塵密封端蓋，可有效防止灰塵和碎屑進入滑塊內部。直線滾動導軌具有以下優(yōu)點： （1）直線滾動導軌在滑塊和導軌之間放置合適的鋼球，使滑塊之間的滑動摩擦成為滾動摩擦，大大降低了兩者之間的摩擦力，從而可以獲得以下優(yōu)異的性能： ①導軌動，靜摩擦系數差異小，后續(xù)性能優(yōu)良，即驅動信號與機械動作滯后之間的時間間隔極短，有效提高了響應速度數控系統(tǒng)的速度和靈敏度; ②滑動功率大大降低，僅為普通機械的1/10; ③與滑動導軌相比，摩擦力可減少約40倍; ④適用于高速直線運動，運動速度比滑動導軌高10倍左右; ⑤可以實現更高的定位精度和重復定位精度。 （2）可以實現無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 （3）成對使用導軌時，具有“誤差均化效應”，從而可以降低基礎件（滑軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎部件的機械制造成本與難度。 （4）簡化了機械結構的設計和制造。 除了上述優(yōu)點外，滾動直線導軌還具有安裝和維護方便的優(yōu)點。由于它是一個單獨的部件，機器支撐部件的技術要求不高，不需要硬化或磨削或刮削。只需要精細銑削或精細刨削。由于導軌可以預張緊，滾動導軌不通過滾動元件循環(huán)的材料具有高剛性和大承載能力，但不如滑動導軌和抗振機器好。 圖4-4 導軌安裝結構示意圖 由于滾動直線導軌具有上述優(yōu)點，因此選擇數控機床的導軌作為直線滾動導軌。從平滑度和承載角度來看，導軌對每個導軌采用兩個滑塊。 4.1.2導軌摩擦力計算 （1）計算在切削狀態(tài)下的Z向（立柱）導軌摩擦力。 =μ（+ ） 式中： W—移動部件的全部重量。 μ—導軌摩擦系數，取μ=0.01； —導軌預緊力，查表得=75N。 取計算重量M=30kg，W=30kg×9.8N/kg=294N。 則：=μ（+ ） =36.6 N （2）計算導軌摩擦力。 =μ（W+）=0.01（2940+75）N=30.15 N （1）滾動直線導軌的選型 一般是根據導軌的承載量，先根據經驗確定導軌的規(guī)格，然后進行壽命計算。導軌的承載量與導軌規(guī)格一般有表4-3所列出的經驗關系。 表4-3 承載量/N 3000以下 3000～5000 5000～10000 10000～25000 25000～50000 50000～60000 導軌規(guī)格 30 35 45 55 65 85 （2）滾動直線導軌的計算 ①距離額定壽命H和時間額定壽命可以用以下公式計算： H=Km =h 式中：——硬度系數，一般要求滾道的硬度不得低于58HRC，故通常可取=1； ——溫度系數 ——接觸系數 ——接觸系數 ——接觸系數 ——額定動負荷（N） F——計算載荷（N） l——行程長度（m） n——每分鐘往返次數 ②作用于滾動直線導軌載荷的計算。 滾動直線導軌支撐系統(tǒng)所受的載荷，受到下列各種因素的影響導軌的配置形式（水平、垂直、橫排），移動部件的重心和受力點位置，導軌上移動部件牽引力的作用點，啟動及終止時的慣性力以及運動阻力。 據此選擇滾動直線導軌30型號。 ③導軌長度的計算 導軌長度=軸的行程+安全行程 =300mm 4.2滾珠絲杠的設計計算 4.2.1滾珠絲杠的設計 滾珠絲杠螺母副是數控機床的進給傳動系統(tǒng)中，將回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置。 1）滾珠絲杠螺母副工作原理 滾珠絲杠螺母對是一種新型的傳動裝置，可以在直線運動和旋轉運動之間進行轉換。其結構如圖4-5所示的滾珠絲杠的結構圖和外形圖所示。在導螺桿3和螺母1上有半圓形螺旋槽，當它們放在一起時，形成球的螺旋滾道。螺母具有球環(huán)δ，其連接螺旋滾道的兩端形成一個封閉的螺旋滾道，并在滾道中填充滾珠2.當導螺桿旋轉時，滾珠在滾道和滾道中旋轉，從而迫使螺母（或滾珠絲杠）軸向移動。 1-螺母；2-滾珠；3-絲杠；4-滾珠回路裝置；5-端蓋 圖4-5 滾珠絲杠的結構圖及外形圖 2）滾珠絲杠螺母副的特點 （1）傳動效率高，摩擦損失小。 （2）給予適當預緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙，反向時就可以消除空載死區(qū)。從而使絲杠的定位精度高，剛度好。 （3）運動平穩(wěn)，無爬行現象，傳動精度高。 （4）具有可逆性，既可以從轉動運動轉換成直線運動，也可以直線運動轉換成 旋轉運動 。 （5）磨損損失小，使用壽命長。 （6）制造工藝復雜。（加工精度、表面粗糙度、要求高，故成本高） （7）不能自鎖。（特別是對于垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性力的作用，下降時當傳動切斷后，不能立即停止運動，故需要增加制動裝置。） 4.2.2 計算滾珠絲杠螺母副的軸向負載力 滾珠絲杠螺母副軸向負載力是指滾珠絲杠螺母副在驅動主軸箱時滾珠絲杠所受的軸向力，也稱為進給牽引力。 軸向負載力Fa=kFN=300N 4.2.3 滾珠絲杠的動負荷計算與直徑估算 1．確定滾珠絲桿的導程 =mm 式中：——移動部件的最高移動速度（mm/min）； i ——傳動比，當滾珠絲桿與電動機直接連接時i=1； ——電動機的最高轉速r/min 初步選用為5 mm 。 （1）.計算滾珠絲杠螺母副在各種切削方式下的轉速。 n1===200r/min（L0為滾珠絲杠的導程） n4===600r/min （2）.按式計算滾珠絲杠螺母副的平均（當量）轉速nm nm= r/min =（）=560r/min （3）.按表計算滾珠絲杠螺母副的平均（當量）載荷Fm F1=Famax F2=Famin+20%Famax F3=Famin+5%Famax F4=Famin 按公式計算滾珠絲杠螺母副的平均載荷Fm。 Fm= 3. 確定滾珠絲桿預期的額定動載荷 （1）按預定工作時間估算。 = N 式中：——滾珠絲杠的當量轉速，取=600r/min； ——數控機床的預期工作時間，由已知條件可知道=20000 h； ——滾珠絲杠的當量載荷，取 ——可靠性系數，查資料，一般情況下可靠性系數應達到97%，取=0.44； ——精度系數，查資料，根據初步選擇滾珠絲杠的精度等級為2級精度，取=1； ——負荷系數，查資料，根據負荷性質，有輕微沖擊，取=1.3。 = （2）因為滾珠絲杠預期的額定動負荷。 = N 式中：——預加負荷系數，查資料，按中預載選取=4.5。 = 4. 按精度要求確定允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑 1） 根據定位精度和重復定位精度的要求估算允許的滾珠絲杠的最大軸向變形量必須滿足下式： =（~）重復定位精度m 從定位精度的角度考慮，規(guī)定滾珠絲杠允許的最大軸向變形量必須滿足下式： =（~）定位精度m 已知機床的定位精度為20m，重復定位精度為10m，則 =（~）×10m=（3.33～5）m =（~）×20m=（4～5）m 取上述計算結果較小的值，=3.33m，即允許滾珠絲杠的最大軸向變形越小越好。 2） 估計允許的滾珠絲杠的最小螺紋底徑。 滾珠絲杠螺母副的安裝方式擬采用兩端固定的支承方式，則 10=㎜ 式中：L—滾珠絲杠螺母副的兩個固定支承之間的距離。 L=行程+安全行程+2×余程+螺母長度+支承長度 440 ㎜ =2.55 ㎜ 3）初步確定滾珠絲杠螺母副的規(guī)格型號 根據計算所得的、、和結構的需要，按滾珠絲杠副的額定動載荷大于，≥2.55mm的原則，以及老師和前輩的經驗， 初步選擇HIWIN精密研磨級內循環(huán)雙螺母FDI40-5T4 型滾珠絲杠，其公稱直徑為、基本導程、額定動負荷 其具體參數如下表4-3: 表4-3: 型號 公稱 直徑mm 導程mm 珠徑mm 珠圈數 動負載 kgf 靜負載kgf FDI40-5T4 40 5 3.175 4 1599 5280 其中導程P：5mm 、螺紋長度為710mm、動負載1599kgf=1599×9.8=15670.2N， =15670.2 N>=4529.6N =37.324㎜>=2.25 ㎜ 故滿足要求。 4）確定滾珠絲杠螺母副的預緊力 ==×282.65 N=94.2 N 5）計算滾珠絲杠螺母副的目標行程補償值與預拉伸力 （1）計算目標行程補償值。 ==㎜ 式中：——溫度變化值（2～3），取=2； ——絲杠的線膨脹系數（m/），取=11×m/； ——滾珠絲杠副的有效行程（㎜）。 =Z軸行程+安全行程+2×余程+螺母長度 =300㎜ ===11×2×520×㎜=0.011㎜ （2）計算滾珠絲杠的預拉伸力 ===1.81 N 式中：——滾珠絲杠螺紋底徑（㎜），取=37.324㎜ E——彈性模量（MPa），取E=2.1× MPa A——滾珠絲杠軸的截面積； ——滾珠絲杠的溫升變化值（2～3），取取=2。 == 4.2.4滾珠絲杠螺母副的承載能力校荷 1．壓桿穩(wěn)定性的計算。 由于滾珠絲杠屬于細長桿，其螺紋長度（有效長度）L=5200mm，其長徑比λ=4μL/ d2。 表4-4 螺桿支撐方式和系數 螺桿支承方式 螺桿支承簡圖 長度系數μ 系數 兩端固定 0.5 4.730 一端固定，一端不完全固定 0.6 4.730 一端固定， 一端鉸子 0.7 3.927 兩端鉸子 1.0 3.112 一端固定， 一端自由 2.0 2.875 本絲杠采用2端固定方式取μ=0.5得， 長徑比 λ=4μL/ d2=4×0.5×550/37.324=29.5 當λ≥40的時候需要進行壓桿穩(wěn)定性計算，由于絲杠采用淬火處理，可以按公式計算： Fc= Fc/Famax≥4，故滿足要求。 2．滾珠絲杠螺母副臨界轉速nc的校驗。 滾珠絲杠螺母在旋轉時不會共振的最大轉速是臨界速度nc。對于數控機床，滾珠螺母對的最大速度是指它快速移動的速度。因此，只要速度不超過此時的臨界速度。出于安全原因，最大速度為滾珠絲杠螺母對應低于臨界速度。臨界轉速可以按公式計算： = r/min 式中：L2—臨界轉速的計算長度； E—滾珠絲杠彈性模量（Mpa），一般取E=2.1×105Mpa； ρ—滾珠絲杠密度（g/mm3），一般取ρ=×7.8×10-5N/mm3； g ——重力加速度（g/），g=9.8× g/ I—滾珠絲杠的最小慣性矩（mm4），一般取I=； A—滾珠絲杠的最小截面積（mm2），一般取A=； K1—安全系數，取K1=0.8 λ—與支承方式有關的系數， 查表 表4-5 螺桿支撐方式有關的系數 支撐方式 K2 λ f 一端固定,一端自由 0.25 1.875 3.4 一端固定,一端游動 2 3.927 15.1 兩端固定 4 4.73 21.9 本絲杠采用兩端固定方式，滾珠絲杠距離固定端最遠距離L2=570mm。 滾珠絲杠的最小慣性矩為： I= 滾珠絲杠的最小截面積為： A== 則 ——安全系數，取=0.8； ——與支撐有關的系數，由表3-16得=4.73 = 本絲杠的最高轉速為3000r/min，小于其臨界轉速，故滿足要求。 3．滾珠絲杠螺母副額定壽命的校驗。 滾珠絲杠螺母副的壽命主要是疲勞點蝕。它是一批尺寸、規(guī)格、精度相同的滾珠絲杠在相同的條件下回轉時，其中90%不發(fā)生疲勞脫落的情況下的總時間。勞壽命L和壽命時間的計算： L= r = h 式中：——額定動負荷（N），查滾珠絲杠樣本得=15670.2 N ——軸向載荷（N），取==300 N —— 滾珠絲杠螺母副轉速（r/min），取n==3000 r/min ——運轉條件系數；一般運轉時取=1.2； L= r = 9.86×1010 r =h=547777.8 h 一般來講，在設計數控機床時，應保證滾珠絲杠螺母副的總時間壽命20000h，故滿足要求。 4.3同步帶設計計算 （1）傳遞的功率為 查得KA=1.7.由于電機反復啟動，正反轉頻繁，故KA應增加10%。 （2）主動輪轉速：電機直接驅動主動輪，初選電機轉速為2000r/min。 從動輪轉速：從帶輪直徑等于主帶輪直徑，故其轉速為2000r/min。 （3）選定帶型和節(jié)距：根據和，選取H型同步帶。查表得節(jié)距=12.7mm。 （4）小帶輪齒數：查表得=18.因為≥，故取=60 （5）小帶輪節(jié)圓直徑 （6）大帶輪齒數 （7）大帶輪節(jié)圓直徑 （8）帶速 （9）初定軸間距a0：由于工作臺單向形成為2100mm，故取a0=2150mm。 （10）同步帶長度 查[1]表B&C-3選取帶長代號為2200的H型同步帶。其節(jié)線長=5424mm，節(jié)線上的齒數為=340。 （11）實際軸間距 （12）小帶輪嚙合齒數 （13）基本額定功率 其中，Ta為寬度為bs0的帶的許用工作拉力，m為寬度為bs0的帶單位長度的質量。查表得bs0=76.2mm，Ta=2100N，m=0.448kg/m。 （14）帶寬bs 其中，，故 查[1]表B&C-4，選擇帶寬代號為200的H型帶，其帶寬 mm。 （15）作用在軸上的力 為 查表得，預緊力 4.4鍵的選用 （1） 連接交流伺服電動機與聯(lián)軸器的鍵 查手冊，連接交流伺服電動機與聯(lián)軸器的鍵選A型普通平鍵，其公稱尺寸為：bxhxl=8x7x40，其許用應力。 鍵的工作長度l=L-b=40-8=32 符合要求。 （2） 連接聯(lián)軸器和同步皮帶的鍵 查手冊，連接聯(lián)軸器和同步皮帶上的鍵與連接電機輸出軸與聯(lián)軸器的鍵采用相同類型的鍵。選用A型普通平鍵，其公稱尺寸為：bxhxl=6x6x20，其許用應力。 鍵的工作長度l=L-b=20-6=14 K=0.5h=0.5x6=3 符合要求。 4.5滾動軸承的選用與校核 根據工作情況以及受力情況，初選軸承為角接觸球軸承，其，型號為7005AC，基本額定動載荷為，基本額定靜載荷為。 受力情況如下圖： （Fr為移動載荷） 軸承支反力 計算軸承當量動載荷，工作在受中等沖擊時，載荷系數。 因為，故X=1，Y=0。 故當量動載荷 計算軸承的壽命: 對于球軸承，壽命指數，基本額定動載荷為，轉速n=3000r/min。 故 因為，所以軸承符合要求 4.6 聯(lián)軸器的選型 聯(lián)軸器是把兩軸直接聯(lián)接在一起，在機器運轉時兩軸不能分離，只有在機器停止運轉并將聯(lián)軸器拆開后，兩軸才能分離。選用精密膜片彈性聯(lián)軸器。 1．精密膜片彈性聯(lián)軸器的選用原則： （1）按結構要求和工作條件選定膜片彈性聯(lián)軸器的型號。 （2）主、從動端軸徑不一致時，應按大端直徑選聯(lián)軸器的規(guī)格。 （3）選擇聯(lián)軸器的主要依據是傳遞的最大扭矩，傳遞的最大扭矩應小于或等于表中許用 扭矩值，最大扭矩的確定應考慮機器起制動所需加減速扭矩和過載扭矩。但是，往往因為在設計時資料不足或分析困難，最大扭矩不易確定。這種情況下，可按計算 扭矩選用。即計算扭矩不超過表中許用扭矩值。 （4）?選用聯(lián)軸器規(guī)格時，還應注意扭轉剛度和軸向剛度。當然如對此無嚴格要求時可放寬。 2．精密膜片彈性聯(lián)軸器型號的選用 根據上面的原則。選用XF3系列彈性膜片聯(lián)軸器。 （1）XF3系列單節(jié)夾緊螺絲固定式聯(lián)軸器主要特點： u 膜片型彈性聯(lián)軸器 u 高靈敏度、高扭矩剛性 u 零回轉間隙 u 順時針與逆時針回轉特性完全相同 u 不銹鋼膜片補償角向和軸向偏差 u 利用夾緊螺絲固定 根據前面所選電機的電機軸軸徑為35，絲杠連接電機部分的軸徑為25，選定XF3-82-2535型聯(lián)軸器 4.7伺服電機計算選型 1.計算折算到電動機軸上負載慣量 （1）計算滾珠絲杠的轉動慣量。 == =28.68 kg·c （2）計算聯(lián)軸器的轉動慣量。 =0.78×（-）16.3 =0.78×（）×16.3 =15.48 kg·c （3）計算折算到電動機軸上的移動部件的轉動慣量J。 J== kg·c㎡=0.95 kg·c （4）加在電動機軸上總的負載轉動慣量的計算。 =++J=15.48+28.68+0.95=45.11 kg·c 2.計算坐標軸折算到電動機軸上各種所需的力矩 線形加速力矩=（+）（1-）kgf·㎝ =（+）（1-） =（62+45.11）（1-）=39.53 kgf·㎝=3.87 N·m 所以選擇私服電機為：110ST-M04020 第5章 蘋果發(fā)泡網套包裝機工作流程 （1）準備階段，蘋果進入機器，機器電源打開復位： 1)將蘋果倒入下料模塊的滑槽里；將下料模塊的圓盤間的網套通過兩個對輥，套在擴膜圓柱筒上，將擴膜圓柱筒完全包住。 2)打開電源，讓擴膜錐體、托盤、兩瓣下膜卡筒復位：與擴膜錐體相連的滾珠絲杠滑臺移動至滾珠絲杠的最上段；與托盤相連的滾珠絲桿滑臺移至距底端10cm處；XY雙向滾珠絲杠的Y方向下膜卡筒距離擴膜卡筒外壁3cm，X方向下膜卡筒移至擴膜圓柱筒筒身的上端。切膜出料模塊的電熱絲加熱。 （2）包裝階段，打開開關，機器運作： 1)下料模塊的帶缺口的扇形圓盤轉動一圈，缺口內進入一個蘋果，并攜帶蘋果至滑槽另一側滾出，蘋果滾入滑槽撞在L形擋板，與托盤、L形擋板相連的滾珠絲杠滑臺下降至L形擋板的頂部低于下料模塊的滑槽，蘋果進入托盤，受U形擋板的作用，蘋果能穩(wěn)定落在托盤上，托盤再帶動蘋果推至托盤的初始位置。 2)下膜模塊的XY雙向滾珠絲杠滑臺的Y方向上雙向滾珠絲杠滑臺轉動，帶動兩瓣下膜卡筒向中間運動，夾住擴膜圓柱筒，然后X方向滾珠絲杠滑臺向下運動包一個蘋果的網套長度，擴膜圓柱筒由擴膜錐體支撐不動，套在擴膜圓柱筒的發(fā)泡網套在下膜卡筒的帶動下向下運動，將發(fā)泡網套套在擴膜錐體周圍。 3)兩瓣下膜卡筒夾住擴膜圓柱筒不動，擴膜錐體向下運動至擴膜錐體的頂端脫離擴膜圓柱筒的底部，托盤帶動蘋果向上運動至蘋果完全進入發(fā)泡網套里，擴膜錐體再向下運動至頂端略低于托盤的頂端。 4)切膜出料模塊的同步帶滑臺帶動電熱絲運動切斷蘋果上方的網套，切膜架的弧面推動蘋果離開托盤進入出料槽里。 （3）復位階段，包裝完成，滾珠絲杠，同步帶滑臺等機構移回初始位置： 1)擴膜錐體向上運動頂在擴膜圓柱筒的底部。 2)托盤27向下運動至滾珠絲杠最下端。 3)XY雙向滾珠絲杠滑臺的Y方向的雙向滾珠絲杠滑臺帶動分別帶動兩瓣下膜卡筒向遠離中心的方向運動至兩瓣下膜卡筒離發(fā)泡網套有一定距離，X方向滾珠絲杠滑臺向上運動至初始位置。完成一次包蘋果的過程。 第6章 蘋果發(fā)泡網套包裝機總結和展望 6.1設計總結 對本次設計做認真的總結，本論文基于機械設計、機械原理、機械制造工藝學等基礎，以設計蘋果發(fā)泡網套包裝機為目標，為質量要求高，生產效率需要提高，降低勞動成本，還克服了當前因為國外蘋果發(fā)泡網套包裝機價格高昂普通公司無法承擔的煩惱，同時還滿足了那些進行基礎教育操作的技工學校進行講解的案例要求，讓他們找到合理適合自己的生要操作要求的機會，讓工人操作更安全，強度也更低。通過本次設計研究，為蘋果發(fā)泡網套包裝機的研究提供了一定的思路，希望可以讓車間操作工人在以后的生產中能夠更輕松、更安全的工作，擁有一個更適合工作的環(huán)境。 通過這一階段的畢業(yè)設計，我受益匪淺，不僅鍛煉了良好的設計和邏輯思維能力，而且培養(yǎng)了棄而不舍的求學精神和嚴謹作風?；仡櫞舜萎厴I(yè)設計，是大學四年所學知識很好的總結。 此次蘋果發(fā)泡網套包裝機的設計不僅重溫了過去所學知識，而且學到了很多新的內容。相信這次畢業(yè)設計對我今后的工作會有一定的幫助。所以，我很用心的把它完成。在設計中體味艱辛，在艱辛中體味快樂。 通過本次設計我可以更加系統(tǒng)的了解蘋果發(fā)泡網套包裝機的知識；能夠了解蘋果發(fā)泡網套包裝機的設計理念以及應該達到的目標；能夠檢驗自己能否將大學里學習的理論知識轉化為實際應用；能夠培養(yǎng)自己自學和獨立思考的能力。 這次設計不但鍛煉我的思維能力，還鍛煉我的查閱資料獲取有用信息的能力，通過繪制設計圖紙，使我熟練的掌握了SolidWorks和CAD繪圖軟件的使用，我把自己的理論用到實際當中去，在設計過程當中遇到的各種困難，我通過思考和咨詢同學和老師獲得了許多解決問題的方法和方式。 畢業(yè)設計的過程是艱辛的，解決問題的過程是快樂的，成長過程是痛苦的，我相信只要我們保持嚴謹的學習態(tài)度，我一定能夠成長起來。 6.2未來展望 本論文完成了對蘋果發(fā)泡網套包裝機的結構設計，基本上滿足了蘋果發(fā)泡網套包裝機的需求，設計結果能否完全的實現這一目標，還需要大量的計算、分析等工作才能知曉。要想實現這款蘋果發(fā)泡網套包裝機達到完全實用的目的，讓蘋果發(fā)泡網套包裝機完全與實驗環(huán)境匹配，還需要對蘋果發(fā)泡網套包裝機進行適當的修改。如產品的尺寸比例、整個結構設計等都需要進行一定的調整，才能達到完全適應生產需求的目的。因此，還需要展開更多的研究工作，針對這些工作存在以下想法: 根據蘋果發(fā)泡網套包裝機設計研究過程，對蘋果發(fā)泡網套包裝機的人機關系和機械結構部分進行調整，實現蘋果發(fā)泡網套包裝機通用化設計。 對蘋果發(fā)泡網套包裝機結構進行更加全面的分析，設計出完全可以適應不同液壓機，不同模具的自動上料系統(tǒng)。 對蘋果發(fā)泡網套包裝機的運動仿真要求進行更見詳細的計算、分析和研究，保證此蘋果發(fā)泡網套包裝機運行安全可靠。 對零部件之間的精密配合要進行詳細的研究，實現各零部件之間完美的配合。 對蘋果發(fā)泡網套包裝機的功能和美觀的兼容性問題還有待于以后的繼續(xù)研究[25]。 一款多功能、安全的蘋果發(fā)泡網套包裝機在未來的社會發(fā)展中必然會受到廣大生產操作工人的青睞，但要想達到設計要求，還需要做大量的工作，由于本次設計時間緊迫，所以對于計算部分沒有做詳細的研究，在以后的學習中繼續(xù)進行這一部分的研究，爭取設計出一款經濟效益比較高的蘋果發(fā)泡網套包裝機。 致謝 本設計是在老師的悉心指導下完成的，老師嚴謹的治學態(tài)度，一絲不茍的工作作風，平易近人的性格都是我學習的楷模，感謝老師的指導讓我很好的完成了我的設計作品以及論文。 雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣，但我的收獲確實非常豐富。通過老師的悉心指導和其他老師的指導及其與同學們在制作作品時的交流，我了解到了許多關于蘋果發(fā)泡網套包裝機的知識，以及相關部件的設計標準，還有設計中各種容易忽略的細節(jié)，我的能力得到了提高。這次提高也是全面的，正是這一次設計讓我積累了大量的實際經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝了起來，也必然會讓我在未來的工作學習中表現出更強的設計能力，更強的理解能力，更強的溝通能力和更快的應變能力。 指導教師淵博的知識、嚴謹的治學態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風、忘我的工作精神和謙和的為人使我受益匪淺，老師的教誨和啟發(fā)使我終生難忘。最終按質按量完成本次設計，我的收獲是很難用語言來描述的，非常感謝老師的指導與幫助，老師您辛苦了。 參考文獻 [1] 蔡文.水果動態(tài)稱重與自動分選控制系統(tǒng)研究與開發(fā)[D].浙江大學,2011. 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