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糖果枕式包裝機總體設計及豎封裝置設計
摘要：本課題是在目前市場上較熱門的包裝機械的基礎上，對其豎封裝置及總體結(jié)構(gòu)進行設計。該類包裝機要求傳動系統(tǒng)簡潔，工作穩(wěn)定，維修保養(yǎng)簡單，所有控制由軟件實現(xiàn)，方便功能調(diào)整和技術(shù)升級。
在傳動系統(tǒng)設計中，主要是對齒輪和軸的設計。整個系統(tǒng)的設計充分體現(xiàn)了價廉物美、簡單實用、結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)省材料的設計原則，同時大量地使用了通用件，降低了制造成本。在豎封裝置的結(jié)構(gòu)設計中，主要采用了凸輪來控制豎封機構(gòu)的間歇運動。不但結(jié)構(gòu)簡單，而且運動也十分平穩(wěn)?？刂撇糠植捎萌藱C界面的PLC控制，具有故障自診斷功能和參數(shù)存儲功能。而且還采用了雙變頻器控制，帶長即設即切，無須調(diào)節(jié)空走，一步到位，省時省膜。另外還用高感度光電眼色標跟蹤，數(shù)字化輸入封切位置，使封切位置更加準確。溫度獨立PID控制，更好適合各種包裝材料。
本次設計的糖果枕式包裝機功能良好，性能可靠，操作靈活方便；在結(jié)構(gòu)上，方便工廠生產(chǎn)制造以及車間內(nèi)的安裝，在使用中，便于調(diào)試和維護；同時具有生產(chǎn)成本和使用成本低等特點。
關(guān)鍵詞：包裝機；總體設計；豎封裝置設計
The Overall Design of the Candy Pillow Type Packaging Machine and the Design of the Vertical Encapsulation Device
Abstract: This topic is the design of the packing machine’s vertical closure device and the design of the overall structure foundation in the more popular packing machine present-market. This kind of packaging machine request succinct transmission system、stable work、the simple service maintenance and all controls realized by the software, It can adjust function and update technology.
In the design of the transmission system, main problem is the computation and examination of the gear transmission and the axis. The overall system design fully manifested the low-price and good-quality, the simple and practical principle, the simple structure, the material-saved, at the same time it has used the standard part massively, reduced the cost of production. The design of vertical closure device in the structure, mainly use the cam to control the intermittent motion of vertical closure structure. The structure not only is extreme simple, but also has steady movement. The control department adopts human-machine interface, PLC control. It has diagnosis function, and can preserve parameter. Moreover, It also uses the double – frequency changer control, when the belt has been long, it can cut following supposes, it need not to adjust and wastes time, reaches only one step to goal instantly, time-saving and material-saving. Moreover it also uses the high sensitivity electricity eye color code to track, the digitized input to the seal cut position, to make the seal cuts position more accurate. The independent PID temperature control can suit each kind of packing material better.
This device about the candy pillow type packaging machine, has good function, creditable capability, and very flexible manipulating; in its structure, it convenient plant’s production and manufacture and the workshop’s installment, in its use, it is advantageous for the debugging and the maintenance; Simultaneously the characteristic is the low cost of the production and the use and so on.
Key word: packaging machine; overall design; the design of vertical encapsulation device
畢 業(yè) 設 計
豎封切斷裝置三維圖集
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
學生姓名 夏 美 麗
班 級 BD機制031
學 號 0320110121
指導教師 陳 樹 祥
完成日期 2007年6月13日
1、裝配圖
2、爆炸圖
3、墊板1
4、法蘭盤
5、推塊
6、M24螺栓
7、M24螺母
8、M5螺母
9、M12小螺釘
10、M12螺釘
11、M20螺母
12、M5螺釘
13、M8圓頭螺母
14、切條
15、墻板
16、熱封板1
17、熱封板2
18、熱封墊塊
19、熱封塊
20、彈簧
21、熱封嵌塊
22、軸套
23、銅套
24、凸輪
25、小彈簧
26、銷軸
27、墊板2
28、拉桿
29、軸承
30、大軸套
31、軸1
32、M8螺釘
17
目 錄
1、裝配圖 1
2、爆炸圖 1
3、墊板1 2
4、法蘭盤 2
5、推塊 3
6、M24螺栓 3
7、M24螺母 4
8、M5螺母 4
9、M12小螺釘 5
10、M12螺釘 5
11、M20螺母 6
12、M5螺釘 6
13、M8圓頭螺母 7
14、切條 7
15、墻板 8
16、熱封板1 8
17、熱封板2 9
18、熱封墊塊 9
19、熱封塊 10
20、彈簧 10
21、熱封嵌塊 11
22、軸套 11
23、銅套 12
24、凸輪 12
25、小彈簧 13
26、銷軸 13
27、墊板2 14
28、拉桿 14
29、軸承 15
30、大軸套 15
31、軸1 16
32、M8螺釘 16
目 錄
1 前言 1
1.1 課題的來源、基本前提條件及技術(shù)要求 1
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題 1
1.3 本課題設計的總體思路 2
1.4 本課題要解決的主要問題及預期成果 2
2 總體設計 4
2.1 總體方案設計 4
2.2 傳動系統(tǒng)的設計 7
2.2.1電機的選擇 7
2.2.2 主動軸的設計與校核 9
2.2.3 齒輪的設計與強度校核 11
3 豎封裝置的設計 15
3.1 豎封器裝置的總體結(jié)構(gòu)設計 15
3.2 豎封凸輪的設計 16
3.2.1 從動件運動規(guī)律的選擇 16
3.2.3 凸輪機構(gòu)設計的基本問題 17
3.3 軸承的選用 18
3.3.1 軸承類型的選擇 18
3.3.2 軸承的潤滑 19
3.3.3 滾動軸承的密封 19
3.4 彈簧的設計 19
3.4.1 選擇彈簧的材料并正確許用應力 19
3.4.2 計算彈簧絲直徑 20
3.4.3 確定工作圈數(shù) 20
3.4.4 計算彈簧幾何尺寸 20
3.4.5 驗算穩(wěn)定性 21
3.4.6 繪制彈簧兩件工作圖 21
3.5推塊桿的設計 22
3.6 銅套的設計 23
3.7 豎封燙頭的設計 23
3.8 直軸1的設計 24
3.9 直軸2的設計 24
3.10 滑移板的設計 25
4 結(jié)論 26
參考文獻 27
致 謝 28
附 錄 29
1 前言
1.1 課題的來源、基本前提條件及技術(shù)要求
本課題是為包裝糖果而設計一臺糖果枕式包裝機，其中包括豎封裝置的設計和橫封切斷裝置的三維爆炸設計。課題來源于鹽城市盛和輕工機械廠。
基本條件是：包裝物品為塊狀糖果；包裝速度為40粒/min；包裝膜為PP卷、最大寬度50mm、長度50m。
技術(shù)要求:a. 設備應能滿足糖果包裝要求。
b. 設備應保證包裝膜對正，便于調(diào)整。
c．設備應結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠。
d．設備應便于維修。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及存在的問題
隨著包裝行業(yè)的發(fā)展, 糖果包裝機正向著連續(xù)化、高速化、自動化方向發(fā)展。鑒于現(xiàn)今人們生活水平不斷提高，購買能力加強，對休閑食品的需要日益擴大，從而帶動了枕式包裝的發(fā)展與應用。據(jù)GEL International Plc公司的公關(guān)經(jīng)理Lucia Costanzia所言，糖果及各種休閑食品的消費市場將以個別小包裝和組合包裝為主導。在包裝款式設計上，世界各地將趨向于標準化發(fā)展，因此，中國的枕式包裝款式與美國、歐洲等地區(qū)相同。
我國目前立式袋成型機結(jié)構(gòu)復雜、調(diào)整機構(gòu)多，且包裝精度低，一般在～ 之間，有的還在以上，而國外同類產(chǎn)品包裝精度為，且穩(wěn)定可靠。包裝速度低，機械式和一般伺服控制成型機耗電量大，封口不結(jié)實，尤其是印有彩色圖案的商標不能準確到位，那是因為包裝紙的實際運動速度與預計的有誤差，積累起來會使商標位置發(fā)生變動，迫切需要改進。
包裝機械是集機、電、光、聲、磁、化、生、美為一體的高技術(shù)、高智能、高競爭的產(chǎn)品。發(fā)展速度快、更新速度快是它的一大特點。世界上一切高技術(shù)成果，都會在包裝機械產(chǎn)品中得到應用。
國外的包裝機械近些年有了新特點，主要是：一是生產(chǎn)高效率，生產(chǎn)線高度自動化，生產(chǎn)規(guī)模大型化，以獲得最佳勞動生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益；二是資源的高利用率，高度的綜合利用和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟；三是產(chǎn)品高度重視節(jié)能，重視降低成本；四是高新技術(shù)實用化，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)品上水平、上檔次；五是科研成果商品化，使包裝機械產(chǎn)品向知識密集化、技術(shù)綜合化、產(chǎn)品智能化等方面發(fā)展。
在這樣的新形勢下，我國的包裝機械產(chǎn)品由于品種少、技術(shù)水平低、產(chǎn)品可靠性差等原因，面臨著激烈的國際競爭。包裝機械進入21世紀所面臨的挑戰(zhàn)，要求全球化、個人化包裝與靈活性。我國食品包裝機械存在的問題有：
A. 與國外產(chǎn)品差距大。
a. 產(chǎn)品技術(shù)方面的差距主要表現(xiàn)在：控制技術(shù)和產(chǎn)品可靠性方面較差，且技術(shù)更新的速度太慢，新技術(shù)、新材料、新工藝推廣的范圍太窄。
b. 產(chǎn)品品種方面的差距：目前國外包裝機械產(chǎn)品的品種大約有2300多種，成套數(shù)量多，并且不斷有新技術(shù)、新產(chǎn)品出現(xiàn)。國外的包裝機械產(chǎn)品一方面向高精度、大型化發(fā)展，另一方面向多功能方向發(fā)展。
c. 生產(chǎn)技術(shù)與企業(yè)管理方面的差距：目前，國內(nèi)包裝機械企業(yè)大多采用了CAD/CAM技術(shù)，數(shù)控加工中心和柔性制造系統(tǒng)的應用也較規(guī)范。發(fā)達國家包裝機械企業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)、銷售等管理工作基本實現(xiàn)了計算機化。而我國的包裝機械生產(chǎn)企業(yè)還存在技術(shù)裝備水平偏低、設備陳舊、效率低、精度差等問題，從而使企業(yè)缺乏市場競爭力。
B. 重復建設嚴重。目前，中國食品和包裝機械市場上充斥著成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機械的產(chǎn)品。這樣的市場環(huán)境如果長期不能得到改善，將不利于整個行業(yè)產(chǎn)品的升級換代。
C. 開發(fā)能力不足。我國食品和包裝機械主要還是仿制、測繪、稍加國產(chǎn)化改進，談不上開發(fā)研究。目前國內(nèi)的科研、開發(fā)投入較少。
D．知識產(chǎn)權(quán)意識談薄。我國食品和包裝機械行業(yè)缺乏知識產(chǎn)權(quán)意識，對自己開發(fā)出來的新產(chǎn)品沒有及時申請專利權(quán)加以保護。我國食品和包裝機械產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度太慢，完全趕不上低水平重復生產(chǎn)的速度。許多的企業(yè)忙著就現(xiàn)有產(chǎn)品擴大市場，忙著仿制和抄襲他人的設備產(chǎn)品，根本不去考慮機械產(chǎn)品如何升級換代，如何實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新。
1.3 本課題設計的總體思路
根據(jù)畢業(yè)設計的要求擬定總體思路如下：
首先分析封袋的封裝要求以及封袋總體尺寸確定包裝的總體工藝方案。
然后認真研究樣機，看懂其工作原理，根據(jù)具體的要求設計所需要的包裝機；在加工條件允許的前提下，選擇精度等級較高的配合制，以保證包裝機的包裝膜能準確定位；
其次；嚴格按照任務書上所示的設計要求，使得包裝機的相關(guān)參數(shù)與要求的相接近，參照已有的包裝機進行創(chuàng)新，去除冗余繁雜的零部件，從而實現(xiàn)設備的結(jié)構(gòu)簡單；
最后在包裝機的設計過程中盡可能地使用通用部件，使得其在出現(xiàn)故障時易于維修，同時方便日后的調(diào)整。工藝方案確定后，根據(jù)封袋的大小確定各個部分的尺寸，保證各個部件之間工作連續(xù)可靠，包裝機總體結(jié)構(gòu)緊湊。
1.4 本課題要解決的主要問題及預期成果
該課題需要解決的問題主要是：根據(jù)包裝袋的形狀、尺寸以及封邊方式的要求完成包裝袋封口位置、裝料位置的選擇；豎封頭及加料裝置的設計；不等速機構(gòu)、無級變速機構(gòu)的設計及位置布置；差動機構(gòu)的設計；誤差補償機構(gòu)對各個部分誤差進行補償。運用AutoCAD繪制包裝機的總裝配圖、各個零件的零件圖和傳動路線圖，以指導各零件的加工和包裝機的設計。運用Pro/E進行該包裝機零件的三維實體建模，生成三維爆炸視圖，指導該包裝機的生產(chǎn)裝配。通過專業(yè)知識核實所設計的包裝機總體結(jié)構(gòu)和各零部件是否合格。
設計的預期效果是：所設計的設備應結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠,易于維修，能滿足糖果包裝要求要求，保證包裝膜對正，便于調(diào)整。
2 總體設計
由于該設計的是糖果枕式包裝機，所以在考慮具體方案時，應遵守的基本原則是在滿足使用要求的前提下，盡量降低成本。要求工作運行平穩(wěn)，應用范圍廣。糖果包裝機有簡易，有萬能，有普通，有高速，有扭結(jié)，有折疊，此外還有：熱封形式的，包括枕式，條形，棕子形等。枕式包裝機大多為臥式，它的主要結(jié)構(gòu)是：理糖送糖機構(gòu)，供紙機構(gòu)，識標定位器，縱橫熱封機構(gòu)，電腦控制裝置和落糖機構(gòu)。本設計是簡易的，熱封形式是枕式的，整體采用的是立式的。
2.1 總體方案設計
A．選定包裝機的設計參數(shù)
a．設計依據(jù)
包裝物品：塊狀糖果；包裝速度：40粒/min；包裝膜：PP卷、最大寬度50mm、長度50m。
b. 設計要求
設備應能滿足糖果包裝要求；設備應保證包裝膜對正，便于調(diào)整；設備應結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠；設備應便于維修。
B．選定包裝機完成包裝加工工藝過程的方案
該方案是設計包裝機的基礎，但對方案的選擇則是較復雜的問題，它與被包裝物品的性能、包裝材料或容器的特性、包裝產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、包裝速度、產(chǎn)量和質(zhì)量要求等因素有關(guān)，需要從產(chǎn)品的質(zhì)量、生產(chǎn)率、產(chǎn)品成本、生產(chǎn)自動化要求以及改善照管包裝的操作工人的勞動條件等各方面進行研究，應力求使所定的包裝加工工藝方案既先進又可靠，在運動原理和結(jié)構(gòu)上是可行的，機器的結(jié)構(gòu)簡單而完善，能在保證包裝加工質(zhì)量要求的前提下具有高的生產(chǎn)率。此外，應能較方便地適應多品種或多功能的包裝需要，要利于實現(xiàn)包裝的自動化生產(chǎn)管理、控制和調(diào)節(jié)。
當今包裝機有兩種款式：臥式與立式。
圖2-1臥式包裝機
a. 臥式包裝機結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，并配有光電色標定位裝置，經(jīng)此機包裝的單粒糖果，其外觀新穎，圖案完整，密封性強，衛(wèi)生、儲存期長等優(yōu)點。臥式糖果包裝機，含有糖紙輸送機構(gòu)、糖果輸送機構(gòu)、糖果包裹機構(gòu)、糖果包裹物供給機構(gòu)、鏈式糖果包裹物輸送機構(gòu)和糖果包裹物扭結(jié)機構(gòu)，糖果包裹物扭結(jié)機構(gòu)含有兩只相對設置在主軸上的行星輪系工作箱，兩只行星輪系工作箱相對的內(nèi)側(cè)面上設置有可實現(xiàn)伸縮、夾緊和扭轉(zhuǎn)動作的扭爪機構(gòu)，鏈式糖果包裹物輸送機構(gòu)的主動鏈輪裝在兩只行星輪系工作箱之間的主軸上，主動鏈輪與糖果包裹物輸送鏈條相嚙合，糖果包裹物輸送鏈條上設有糖果包裹物夾鉗機構(gòu)，主軸與從動鏈輪軸在床身上均為臥式設置。具有無污染，設計合理，結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)整的優(yōu)點。
圖2-2臥式制帶包裝機
1-成卷薄膜 2-牽引輥 3-割帶成型器 4-送料機構(gòu) 5-縱向牽引輥 6-橫封切斷器
圖2－2為臥式制袋包裝機。兩卷薄膜之一經(jīng)導輥被牽引輥引出，經(jīng)制袋成形器變成筒形。被包食品由輸送鏈自動送人筒形薄膜內(nèi)，薄膜與食品同時被尼龍毛刷輸送帶（圖上來表示）和縱向牽引輥帶動向前，尼龍毛刷輸送帶還起排除袋內(nèi)空氣的作用。緊接著的縱封輥將筒形薄膜的縱縫熱合，橫封切斷器有兩把橫封頭和一把切刀，同時完成相鄰兩袋的兩道橫封和切斷操作。成品由輸送帶送至下一包裝工序。臥式制袋包裝機形成的包裝袋與立式包裝機的不同，圖11－39右方給出了底部朝上的包裝袋接封形式、稱之為枕形包裝袋。如果物料是顆粒，在左面輸送帶上方還需安裝計量機構(gòu)。一般也設有商標光電定位裝置來控制正確的切斷位置。
圖2-3立式包裝機
b. 圖2－3為枕形立式包裝機，主要性能結(jié)構(gòu)和功能特點：
a) 整機結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、操作簡單。
b) 獨特的往復式切刀系統(tǒng)使可包裝產(chǎn)品的規(guī)格范圍更加廣泛。
c) 高精度光電跟蹤系統(tǒng)，封切位置準確。停車位置、打印位置可以任意設置。
d) 經(jīng)特別設計的制袋器，可以方便、迅速地調(diào)節(jié)到不同包裝產(chǎn)品尺寸。備有多種自動供料裝置。
e) 先進的變頻調(diào)整方式，無級變速。
f) 整機配置多項安全保護設施。
g) 經(jīng)特別設計的驅(qū)動式拉紙裝置，可以隨意調(diào)整包裝的松緊度。
h) 可升降式端封裝置，能使封口更美觀，并徹底排除切包現(xiàn)象。
i) 采用了獨特的封口齒形設計和刀封直接加溫方式，大大提高包裝速度。
綜上因素考慮，本設計選擇立式的包裝機比較合理，工作也比較簡易。
C．進行包裝機的工作循環(huán)和自動化控制設計
已確定的工藝方案和包裝加工工藝原理圖能大體上確定自動包裝機的運動特征、包裝 工作循環(huán)、自動控制方案和機器的總體配置等。立式與臥式制袋包裝機的基本工作程序相同，見圖2－4工作程序方塊圖。
圖2-4立式包裝機的工藝流程
2.2 傳動系統(tǒng)的設計
傳動系統(tǒng)是用各種形式的機構(gòu)來傳遞運動和動力的。當完成了執(zhí)行系統(tǒng)的方案設計和原動機的預選型后，即可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)所需要的運動和動力條件及原動機的類型和性能參數(shù)進行傳動系統(tǒng)的方案設計了。傳動系統(tǒng)設計的前提條件是對傳動感系統(tǒng)的運動特性要求和動力特性要求，其中運動特性一般包括轉(zhuǎn)速、傳動比、變速范圍和轉(zhuǎn)差率等參數(shù)，動力特性一般包括功率及變矩系數(shù)等。
由于糖果包裝機采用了專門的控制軟件通過雙變頻控制，帶長即設即切，無需調(diào)節(jié)空走，一步到位，省時省膜。利用自重進料可大大提高了工作效率。所以將工作臺設計成立式工作臺，使工作更加平穩(wěn)，更加可靠。
由于工作臺要求是快速，平穩(wěn)，所以采用二級齒輪傳動，以減輕對工作臺的沖擊。由步進電機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，再由一對直齒齒輪帶動主動軸轉(zhuǎn)動，再由凸輪機構(gòu)帶動橫封裝置的間歇運動，再通過一對斜齒輪帶動2軸進行牽引，再由凸輪機構(gòu)帶動豎封裝置進行間歇運動，最后主軸通過同步帶帶動料斗部位的軸進行轉(zhuǎn)動。
2.2.1電機的選擇
電動機的容量（功率）選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或電動機因長期過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運動，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費。
根據(jù)設計要求包裝速度為40粒/min，由經(jīng)驗選0.75kw的電機。
查表可得電機型號為：Y802-4
額定功率為：0.75kw
同步轉(zhuǎn)速選：n=1500r/min
滿載時：轉(zhuǎn)速為1390r/min
電流為2.01A
效率為74.5 %
功率因數(shù)為0.76 電動機所需功率為
（3-1）
查參考文獻[10]取
由式3-1得：
2.2.1.1分配各級傳動比
電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速及工作軸的轉(zhuǎn)速即可確定傳動裝置的總傳動比
具體分配傳動比時，應注意以下幾點：
1）各級傳動的傳動比最好在推薦范圍內(nèi)選取，對減速傳動盡可能不超過允許的最大值。
2）應注意使傳動級數(shù)少﹑傳動機構(gòu)數(shù)少﹑傳動系統(tǒng)簡單，以提高和減少精度的降低。
3）應使各級傳動的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)﹑勻稱利于安裝，絕不能造成互相干涉。
4）應使傳動裝置的外輪廓尺寸盡可能緊湊。
為了使主軸箱結(jié)構(gòu)緊湊，齒輪傳動的外輪廓尺寸不宜過大，因而取傳動比
取 則
2.2.1.2 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)
I軸
P1 = Po·η帶 = 0.75×0.96 = 0.72kw
II軸 n2= r/min
P2 = P1·η斜齒= 0.72×0.95= 0.76kw
T2 = N·m
Ⅲ軸 n 3=
P3 = P2·η軸承=0.76×0.99 = 0.75kw
T3 = N·m
將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果進行整理并列于下表：
參數(shù)
電動機軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
轉(zhuǎn)速n/r.min-1
1390
347.5
280.24
70.06
功率P/KW
0.75
0.72
0.76
0.75
轉(zhuǎn)距T/Nm
2.2
88.31
25.9
102.23
傳動比
5.25
4.37
4.53
效率η
0.96
0.931
0.931
2.2.2 主動軸的設計與校核
2.2.2.1 主動軸材料及熱處理方法的選擇
軸的常用材料是碳素鋼、合金鋼及球墨鑄鐵。碳素鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性低，經(jīng)熱處理或化學處理可得到較高的綜合力學性能（尤其在耐磨性和抗疲勞強度兩個方面）應用較多。常用的碳素鋼有35、40、45和50等幼稚中碳鋼，其中45鋼應用最廣，通常驚醒正火或調(diào)質(zhì)處理，一般用于比較重要或承載較大的軸。對于不重要的或承載較小的軸，也可采用Q235，Q275等普通碳素鋼。
選擇軸的材料和熱處理方法，主要根據(jù)軸的受力、轉(zhuǎn)速、重要性等組軸的強度和耐磨性提出的要求。研究表明，鋼材的種類和熱處理的措施對其彈性模量影響較小。軸的剛度主要取決于軸的剖面尺寸，可用適當增加軸的截面面積來提高軸的剛度。此外，合金鋼取決于應力集中敏感性較強，價格也較高。選材是應考慮到這些。
綜合考慮軸的運行環(huán)境以及軸材料的力學性能，軸的材料選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
表3.1 軸常用材料的及C值
軸的材料
Q235-A,20
Q275,35
45
40Cr,35SiMn,38SiMnMo
/MPa
15～25
20～35
25～45
35～55
C
149～126
135～112
126～103
112～97
2.2.2.2 軸的最小直徑估算
根據(jù)設計要求包裝速度為40粒/min，由電機的選擇可得轉(zhuǎn)速為1390r/min。
假設取
故取>合格
2.2.2.3 軸的結(jié)構(gòu)設計
A．各軸段的直徑
階梯軸各軸段直徑的變化應遵循下列原則：
a.配合性質(zhì)不同的表面（包括配合表面與非配合表面），直徑應有所不同；
b.加工精度、粗糙度不同的表面，一般直徑亦應有所不同；
c.應便于軸上零件的裝拆。
B．通常從初步估算的軸段最小直徑d開始，考慮軸上配合零部件的標準尺寸、結(jié)構(gòu)特點和定位、固定、裝拆、受力情況等對軸結(jié)構(gòu)的要求，一次確定軸段的直徑。具體操作時還應注意以下幾個方面問題：
a.與軸承配合的軸頸，其直徑必須符合滾動軸承內(nèi)徑的標準系列。
b.軸上螺紋部分必須符合螺紋標準。
c.軸肩定位是軸上零件最方便可靠的定位方法。軸肩分定位軸肩和非定位軸肩，定位軸肩通常用于軸向力較大的場合,其高度,查表3.2。軸承定位軸肩的高度必須低于軸承內(nèi)圈的高度，以便于拆卸軸承，具體尺寸可查軸承標準或手冊。非定位軸肩是為加工和裝配而設置的，其高度沒有嚴格的規(guī)定，一般取1～2。
d.與軸上傳動零件配合的軸頭直徑，應盡可能圓整成標準直徑尺寸系列（表11.5）或以0、2、5、8結(jié)尾的尺寸。
f.非配合的軸身直徑，可不取標準值，但一般應取成整數(shù)。
C．各軸段的長度
各軸段的長度決定于軸上零件的寬度和零件固定的可靠性，設計時應注意以下幾點：
a.軸頸的長度通常于軸承的寬度相同。
b.軸頭的長度取決于與其相配合的傳動輪轂的寬度。
c.軸身長度的確定應考慮軸上各零件之間的相互位置關(guān)系和拆裝工藝要求，各零件間的間距查參考文獻[11][12]。
d.軸環(huán)寬度一般取～或，并圓整為整數(shù)。
表3.2 定位軸肩或軸環(huán)的最小高度、圓角r、零件孔端圓角半徑R倒角C
直徑d
>10～18
>18～30
>30～50
>50～80
>80～100
2
2.5
3.5
4.5
5.5
r
0.8
1.0
1.6
2.0
2.5
R或C
1.6
2.0
3.0
4.0
5.0
2.2.2.4 軸上零件的定位與固定
A. 常用的軸向定位和固定方法兩類
a.利用軸本身的組成部分，如軸肩、軸環(huán)、圓錐面等；
b.采用附件，如套筒、鎖緊擋圈、圓螺母和止動墊圈、緊定螺釘?shù)取?
B. 軸上零件的周向定位與固定
為了傳遞運動與轉(zhuǎn)矩，軸上零件必須有可靠的周向定位。該設計中的主動軸上齒輪用平鍵做周向定位。軸承內(nèi)圈靠它與軸之間的過盈配合來實現(xiàn)周向定位。常用軸上零件周向固定的方法有鍵連接、花鍵連接、型面連接、銷連接、彈性環(huán)連接、過盈連接等。緊釘螺釘也可以做周向定位。，但只用在傳力不大之處。
2.2.2.5 繪制軸的零件工作圖
圖3-1主傳動軸結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.3 齒輪的設計與強度校核
2.2.3.1 選擇齒輪材料、熱處理方法、精度等級、齒數(shù)、及齒寬系數(shù)
a. 大小齒輪材料均為45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度非別為220HBS、260HBS。初選7級精度，小齒輪齒數(shù)，大齒輪齒數(shù)，齒數(shù)比，
b.齒寬系數(shù)的選擇
（3-2）
由齒輪的強度公式可知，輪齒越寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數(shù)應取得適合。圓柱齒輪齒寬系數(shù)的薦用值列于下表。對于標準圓柱齒輪減速器，齒寬系數(shù)取為：
（3-3）
所以對于外捏合齒輪傳動的值規(guī)定為0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。運用設計計算公式時，對于標準減速器，可先選定再用上式計算出相應的值 。
表3.3 按軟齒面齒輪非對稱安裝查表6.5，取齒寬系數(shù)
裝置狀況
兩支撐相對小齒輪作對稱布置
兩支撐相對小齒輪作不對稱布置
小齒輪作懸臂布置
0.9～1.4（1.2～1.9）
0.7～1.15（1.1～1.65）
0.4～0.6
注：a. 大、小齒輪皆為硬齒面時應取表中偏下限的數(shù)值；若皆為軟齒面或僅大齒輪為 軟齒面時可取表中偏上限的數(shù)值；
b. 括號內(nèi)的數(shù)值用于人字齒輪，此時b為人字齒輪的總寬度；
c. 金屬切削機床的齒輪傳動，若傳遞的功率不大時，可小到0.2；
d. 非金屬齒輪可取≈0.5～1.2。
對接觸疲勞強度計算，由于點蝕破壞發(fā)生后只引起噪聲、振動增大，并不立即導致不能繼續(xù)工作的后果，故可取S==1。但是，如果一旦發(fā)生斷齒，就會引起嚴重的事故，因此在進行齒根彎曲疲勞強度的計算時S==1.25～1.5。?
2.2.3.2 按齒面接觸疲勞強度設計
A. 確定公式中的各參數(shù)
（3-4）
a. 載荷系數(shù)：試選
b. 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3-5）
表3.4 材料系數(shù)
小齒輪材料
大齒輪材料
鋼
鑄鋼
球墨鑄鐵
灰鑄鐵
E/MPa
206000
202000
173000
126000
鋼
206000
189.8
188.9
181.4
165.4
鑄鋼
202000
--
188.0
180.5
161.4
球墨鑄鐵
17300
--
--
173.9
156.6
灰鑄鐵
126000
--
--
--
146.0
c. 材料系數(shù)：查表3.4得，
d. 大、小齒輪的接觸疲勞強度極限，
e. 應力循環(huán)次數(shù)
f. 接觸疲勞壽命系數(shù)、：查參考文獻 [11] 圖6.6得
,
g.確定許用接觸應力、
取安全系數(shù)
2.2.3.3 設計計算
A. 試算小齒輪分度圓直徑
取
由式3-4得：
B. 計算圓周速度
C. 計算載荷系數(shù)K
查參考文獻[11]表6.2得使用系數(shù)；根據(jù)、7級精度查圖6.10得動載系數(shù)；查圖6.13得，則
D. 校正分度圓直徑
2.2.3.4 計算齒輪傳動的幾何尺寸
A. 計算模數(shù)
B. 兩輪分度圓直徑、
C. 中心距
D. 齒寬
E. 齒高
2.2.3.5 校核齒根彎曲疲勞強度
A. 確定公式中各參數(shù)值
（3-5）
a. 大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限、：查圖6.9取
，
b. 彎曲疲勞壽命系數(shù)、
取定彎曲平老強度安全系數(shù)，應力修正系數(shù),得
c.齒寬系數(shù)、和應力修正系數(shù)，
查參考文獻[11]表6.4得，，，
d. 計算大小齒輪的與，并加以比較取其中大值帶如公式計算
B. 校核計算
由式3-5得：
3.
3 豎封裝置的設計
圖3-7 立式制帶充填包裝機的封口機構(gòu)原理
1.加料管2.翻領(lǐng)成型器3.送膜輥4.包裝膜5.導輥6.豎封器7.橫封器8.加熱切刀
該包裝機采用的是板式豎封器，其結(jié)構(gòu)能實現(xiàn)的運動一般比較簡單，主要通過凸輪來驅(qū)動控制豎封的間歇運動的。當帶筒停歇時，豎封裝置可對其疊合的側(cè)邊壓緊并進行脈沖式熱封，使其形成一道密合的豎縫。釋放后，再借助其他裝置完成牽引的動作。該機構(gòu)具有運動可靠、平穩(wěn)、效率高,使得整套動作均能嚴格按規(guī)律進行等優(yōu)點。
3.1 豎封器裝置的總體結(jié)構(gòu)設計
圖3-8 豎封裝置的總體結(jié)構(gòu)圖
1-豎封凸輪 2-主動軸 3-鍵 4-推塊桿 5-法蘭套 6-直軸1 7-直軸2 8-豎封燙頭
上圖為豎封裝置的總體設計圖
該機構(gòu)的工作順序如下：在凸輪的驅(qū)動下，推動拉桿塊帶動豎封裝置完成往復左右運動，而豎封裝置通過一滑移板在一對開有平槽的兩螺栓桿上實現(xiàn)豎封的間歇運動，而兩螺栓桿均固定在墻板上，整個運動相當平穩(wěn)。在設計又考慮到行程的調(diào)節(jié)，故在拉桿的頂頭加了個調(diào)節(jié)螺母，更方便了整個機構(gòu)的可調(diào)性。
3.2 豎封凸輪的設計
該豎封凸輪在豎封裝置中有著及其重大的作用，整個豎封裝置是通過凸輪來實現(xiàn)機構(gòu)的往復間歇運動。
設計該凸輪首先確定工作行程 ，為使設計的凸輪機構(gòu)運動平穩(wěn)，設的從動件的運動規(guī)律應使凸輪機構(gòu)具有較好的動力學性能為此，必須優(yōu)選從動件的運動規(guī)律。
3.2.1 從動件運動規(guī)律的選擇
選擇除了要滿足機械的具體工作要求外，還應使凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性，以及應使所設計的凸輪廓線便于加工等。而這些往往又是相互制約的，因此，在學則或設計從動件的運動規(guī)律時，必須根據(jù)使用的場合、工作條件等分清主次綜合考慮，確定選擇或設計的運動規(guī)律的主要依據(jù)。
A. 當機械的工作過程只要求從動件實現(xiàn)一定的工作行程，而對運動規(guī)律無特殊要求時，應學則使凸輪機構(gòu)具有良好的動力特性和便于加工的運動規(guī)律。對于減速輕載的凸輪機構(gòu)，因為這是動力特性不是主要的，可主要從凸輪廓線便于加工來考慮，選擇圓弧、直線等便于加工曲線作為凸輪廓線。而對于速度較高的凸輪機構(gòu)，應考慮其定理特性，避免產(chǎn)生較大的沖擊。
B. 機械的工作過程對從動件的運動能夠規(guī)律有特殊要求時，耳凸輪的轉(zhuǎn)速又不太高時，應滿足工作需要出發(fā)來選擇從動件的運動規(guī)律，其次考慮其動力特性和便于加工。
C. 機械的工作過程對從動件的運動規(guī)律有特殊要求時，凸輪的轉(zhuǎn)速由特別高時，應兼顧兩者來設計從動件的運動規(guī)律。通?？蛇x用組合運動規(guī)律來滿足這種要求。
D. 在選擇和設計從動件的運動規(guī)律時，除了要考慮沖擊性外，還應考慮具有較大的速度，，最大加速度，最大躍度，較小。這些因素回影響帶技術(shù)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，因此總希望其越小越好。特別對于告訴凸輪機構(gòu)，這一點尤其重要。
3.2.3 凸輪機構(gòu)設計的基本問題
A. 凸輪機構(gòu)類型選擇，確定凸輪形狀、從動件形狀與運動形式及凸輪與從動件維持高副接觸的方式。
從動件是滾動軸承，故選擇平底式凸輪。
B. 從動件規(guī)律的設計，根據(jù)應用場合對從動件行程和運動特性的要求，確定從動件運動規(guī)律。
C. 凸輪機構(gòu)的基本參數(shù)設計，確定從動件行程各運動角、凸輪基圓半徑、偏距、滾子半徑、中心距、從動件長度等。
D. 凸輪輪廓曲線設計。
E. 凸輪機構(gòu)承載能力計算
F. 凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)設計，繪制機構(gòu)裝配圖和各零件的工作圖。
凸輪的運動曲線如圖3-2所示：
圖3-2 凸輪的運動曲線
凸輪的結(jié)構(gòu)如圖3-3所示：
圖3-3 豎封凸輪
3.3 軸承的選用
軸承是支撐軸或軸上回轉(zhuǎn)體的部件。滾動軸承依靠元件之間的歸動接觸來承受載荷，相對于滑動軸承，滾動軸承具有摩擦小，效率高，啟動容易，潤滑簡便等優(yōu)點，在現(xiàn)代機器中應用很廣。其缺點是耐沖擊性能較差，高速時壽命低及噪聲和振動較大。
3.3.1 軸承類型的選擇
選擇滾動軸承的類型，一般從以下幾個方面進行考慮。
A. 轉(zhuǎn)速較高、載荷較小、要求旋轉(zhuǎn)精度高時宜選用球軸承；轉(zhuǎn)速較低、載荷較大或有沖擊載時則選用滾子軸承。
B. 軸承上同時受徑向和軸向聯(lián)合載荷，一般選用角接觸肄軸承或圓錐滾子軸承；若徑向載荷較大、軸向載荷小，可選用深溝球軸承；而當軸向載荷較大、徑向載荷小時，可采用推力角接觸球軸承、四點接觸球軸承或選用推力球軸承和深溝球軸承的組合結(jié)構(gòu)。
C. 各類軸承使用時內(nèi)、外圈間的候斜角應控制在允許角偏斜值之內(nèi)，否則會增大軸承的附加載荷而降低壽命。當兩軸承座孔軸線不對中咸由于加工、安裝誤差和軸撓曲變形大等原因使軸承內(nèi)、外圈傾斜角較大時，選用調(diào)心軸承對軸和軸承的工作情況會有一定改善。帶座外球面軸承則特別適用于補償安裝不良引起的對中性誤差。
D. 為便于安裝拆卸和調(diào)整間隙常選用內(nèi)、外圈可分寓的分離型軸承 (如圓錐滾子軸承、四點接觸球軸承) 、具有內(nèi)錐孔的軸承或帶緊定套的軸承。
E. 選軸承時要注意經(jīng)濟性 (各類型軸承價格比) 。球軸承比滾子軸承便宜。同型號尺寸公差等級為P0、P6、P5、P4、P2的滾動軸承價格比約為1：1．5：2：7：10。
根據(jù)以上考慮，選擇深溝球軸承602。
3.3.2 軸承的潤滑
潤滑對于滾動軸承具有重要意義。軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還具有散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等。潤滑方式與軸承速度有關(guān)，一般根據(jù)軸承的值（d為滾動軸承內(nèi)徑，單位mm；n為軸承轉(zhuǎn)速，單位r/min）作出選擇。
式中d=32mm;n=1390r/min
＝32×1390＝4.4×10mm?r/min
表3.5 適用于脂潤滑和油潤滑的值極限
軸承類型
脂潤滑
油潤滑
角接觸球軸承
16
>25
對照上表3.5，軸承的潤滑方式選擇脂潤滑。
3.3.3 滾動軸承的密封
軸承工作時，潤滑劑不允許很快流失，且外界灰塵、水分及其他雜物也不允許進入軸承，故應對軸承設置可靠的密封裝置。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩類。
A.接觸式密封
通過軸承蓋內(nèi)部放置的密封件與傳動軸表面的直接接觸而起密封作用。密封件主要用毛氈、橡膠圈、皮碗等軟性材料，也有用減磨性好的硬質(zhì)材料如石墨、青銅、耐磨鑄鐵等。軸與密封件接觸部位需要磨光，以增強防泄漏能力和延長密封件的壽命。
B.非接觸式密封
接觸式密封必然在接觸處產(chǎn)生摩擦，非接觸式密封則可以避免此類缺點，故非接觸式密封常用于速度較高的場合。
鑒于磨頭主軸在靠近砂輪端受到的振動比較大，在磨削時產(chǎn)生的磨削四處飛濺。假如用接觸式密封，主軸在高速旋轉(zhuǎn)時軸和密封圈摩擦厲害，磨簧機運轉(zhuǎn)一定時間密封圈就達不到密封效果。磨屑容易進入軸承，影響軸承壽命和磨削精度。權(quán)衡利弊，我選擇非接觸式密封，即選用迷宮式密封，在縫隙中填脂。
3.4 彈簧的設計
3.4.1 選擇彈簧的材料并正確許用應力
選擇彈簧的材料：，試選擇鋼絲直徑，查參考文獻[11]表15.5取，由表15.4查得載荷彈簧的許用剪應力
3.4.2 計算彈簧絲直徑
A. 計算
由結(jié)構(gòu)定中徑
B. 計算曲度系數(shù)
C. 計算彈簧絲的直徑
，與初選相符，故
3.4.3 確定工作圈數(shù)
A. 初算彈簧剛度
B. 初算
C. 確定切變模量
查參考文獻[11]表15.4,得
D. 確定工作圈數(shù)
取
E. 確定彈簧剛度
F. 確定
3.4.4 計算彈簧幾何尺寸
A. 彈簧中徑
B. 彈簧內(nèi)徑
C. 彈簧外徑
D. 總?cè)?shù)
E. 節(jié)距
F. 自由高度
G. 螺旋升角
H. 彈簧絲展開長度
3.4.5 驗算穩(wěn)定性
故穩(wěn)定性滿足
3.4.6 繪制彈簧兩件工作圖
A. 計算
B. 計算
C. 計算
D. 計算
E. 計算
F. 繪制彈簧工作圖
圖3-4 彈簧受力圖
圖3-5 彈簧結(jié)構(gòu)圖
3.5推塊桿的設計
推塊桿是由拉桿和推塊焊接而成，推塊主要是用于連接軸承與凸輪的運動的。拉桿主要是用于帶動縱封板來實現(xiàn)包裝機的熱封，其尺寸是根據(jù)主動軸與墻板之間的距離來決定的。
在凸輪的運動過成中，為了機構(gòu)能夠得到緩沖，故在拉桿上加了個彈簧。又考慮到拉桿是往復直線運動的且穿國墻板，時間久了容易使墻板損壞，所以在拉桿與墻板之間加個銅套與法蘭盤，并且此處的接觸面要求精度高。
具體結(jié)構(gòu)如圖3-6所示：
圖3-6 推塊桿
1-推塊 2-拉桿
3.6 銅套的設計
銅套的直徑由拉桿的與銅套接觸的那段直徑確定，為，外徑擬確定為。考慮到其他零件的安裝尺寸，以及豎封裝置的行程，導向套的長度擬確定為。
導向套剛度校核：
V> V
所以導向套滿足剛度要求。
3.7 豎封燙頭的設計
豎封燙頭是豎封裝置中較為重要的一個部件，豎封燙頭的結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖3-9 豎封燙頭
1-加熱器 2-豎封板
壓燙頭取寬，是取決于糖果紙的尺寸來要求的。該豎封燙頭利用在左孔中加入U形電熱絲進行加熱來實現(xiàn)壓燙的，其橫向定位是通過豎封燙頭右邊與滑移板之間用螺釘進行固定，縱向固定是通過在豎封燙頭上面用兩個螺釘與墊板1進行固定。具體尺寸根據(jù)總體結(jié)構(gòu)而定。
此外由于燙頭直接壓燙于材料易出現(xiàn)高溫而影響熱封的效率，故在壓燙頭前端繞一圈四氟帶。熱封用四氟膠帶熱封用四氟膠帶，是以浸漬聚四氟乙烯的玻璃布、聚四氟乙烯車削膜為基本材料制成的熱封專業(yè)的帶狀抗沾材料。為能夠適用于各熱封器，在厚度、寬度上備有多種規(guī)格。 主要用途：該產(chǎn)品廣泛用于米袋、藥袋、糕點袋、糖果袋，以及豆腐、液體容器的熱封。還用于其它聚乙烯等塑料制包裝用薄膜的熱封。主要特長：1、耐熱性能好，即使在過熱的加熱器上也能夠安全使用。 2、抗粘性好，熔化的包裝薄膜的“渣屑”不會粘到加熱器上。 3、電絕緣性極佳。
3.8 直軸1的設計
該結(jié)構(gòu)中用到了兩端有螺紋的直軸1，該直軸的作用一方面是與墻板固定，另一方面是讓豎封機構(gòu)在切有平槽的直軸1上滑移，實現(xiàn)豎封行程的控制。
具體結(jié)構(gòu)如下所示：
圖3-10 直軸1
3.9 直軸2的設計
該軸中間開個小縫的主要作用是繞四氟帶，長度由豎封燙頭的高度來決定的。
具體結(jié)構(gòu)如下所示：
圖3-11 直軸2
3.10 滑移板的設計
滑移板主要用來連接豎封機構(gòu)，實現(xiàn)豎封的進程運動。
具體結(jié)構(gòu)如下所示：
圖3-12 滑移板
4 結(jié)論
畢業(yè)設計是一項理論聯(lián)系實踐的工作，可以讓我們學生把書本上學來的東西融會到實踐中去，是檢驗我們對理論知識的掌握程度和動手能力的有效手段。
通過功能需求分析，確定了總體設計方案，根據(jù)生產(chǎn)率的要求，選擇了Y802-4電機，并對主動軸和齒輪進行了計算與校核，設計了豎封裝置的具體結(jié)構(gòu)，尤其其中采用了凸輪來實現(xiàn)豎封機構(gòu)的周期間歇運動，該設計結(jié)構(gòu)新穎、合理。但由于該設備采用的是立式的，故存在進料高度高等問題，需要進一步提高。
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[17] <<中國軸承新舊型號對照手冊>>編寫組編.中國軸承新舊型號對照手冊.北京：兵器工業(yè)出版社，1995.
[18] 鄢臘梅，曾曉紅，袁友偉.立式制袋填充包裝機封口機構(gòu)的智能化設計[J].中國包裝工業(yè)，2001.
[19] 王繼周，耿艾莉，王海洋.包裝機封合位置誤差的產(chǎn)生及補償方法[J].遼寧工學院學報， 2000,(03):42-44.
附 錄
1 糖果包裝機 BTZ07-00 A0
2 豎封裝置 BTZ07-06-00 A0
3 豎封凸輪 BTZ07-06-01 A3
4 銷軸 BTZ07-06-02 A4
5 隔套 BTZ07-06-03 A4
6 推塊桿 BTZ07-06-04-00 A2
7 推塊 BTZ07-06-04-01 A3
8 拉桿 BTZ07-06-04-02 A3
9 彈簧 BTZ07-06-05 A3
10 法蘭套 BTZ07-06-06-00 A3
11 法蘭盤 BTZ07-06-06-01 A3
12 銅套 BTZ07-06-06-02 A3
13 墊板1 BTZ07-06-07 A3
14 直軸1 BTZ07-06-08 A3
15 滑移板 BTZ07-06-09 A2
16 墊板2 BTZ07-06-10 A3
17 直軸 BTZ07-06-11 A2
18 豎封板 BTZ07-06-12 A2
19 墊板3 BTZ07-06-13 A3
20 螺栓桿 BTZ07-06-14 A3
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