咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)及橫封切斷裝置設(shè)計(jì)含開題及21張CAD圖,咖啡,粉枕式包,裝機(jī),總體,設(shè)計(jì),切斷,裝置,開題,21,CAD 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)及橫封切斷裝置設(shè)計(jì) 摘 要：隨著包裝工業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品包裝在產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品開發(fā)和產(chǎn)品銷售過程中所起著越來越重要的作用。 本設(shè)計(jì)通過分析粒料包裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案及對橫封切斷裝置的部件原理設(shè)計(jì),確定主要裝置(供送、下料、成型、牽引、封切、傳動(dòng))之間的相互配合關(guān)系。分析了機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理,該設(shè)計(jì)解決了粒料快速、自動(dòng)包裝等問題。為實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)的預(yù)期功能,對其機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定傳動(dòng)路線,并給出其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡圖。在分析橫封切斷機(jī)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上, 研究出一種新型凸輪滑桿式間歇橫封機(jī)構(gòu), 其特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)中力系處于封閉平衡狀態(tài), 且結(jié)構(gòu)簡單, 加工方便, 易于調(diào)試安裝。根據(jù)多功能枕型包裝機(jī)橫封切斷工藝要求， 選用凸輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)其橫封軸不等速傳動(dòng)， 并對此傳動(dòng)機(jī)理進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)分析， 推導(dǎo)出了通用計(jì)算公式。 關(guān)鍵詞：枕式包裝機(jī);運(yùn)動(dòng)分析; 結(jié)構(gòu)特點(diǎn);橫封切斷裝置 Design for Pillow-style Packaging Machine of Coffee and Horizontal Cutting Fixtures Abstract: As the developing of the packing industry, the technique of product packing has played a great role in the products' production,development and selling. By analyzing the design schema and design principle of the horizontal cutting fixtures for packaging grainy material was introduced,conformed work in relations of main fixtures(feeding, forming, retractor, sealing,driving) through analysis of packaging machine overall plan .The mechanism, driving system and control system were analyzed. The problems of fast and automatically packaging grainy material was solved with this equipment. Based on the requirements for transmission system of handy needle packing machine , a scheme design for transmission system was completed in order to accomplish the expectant function of the mechanism. The transmission route was determined. The sketch was offered. Based on the requirements for transmission system of horizontal cutting fixtures. It conducts an analys is and comparison of mechanism about intermittent traverse seal, and the focus point is to study mechanism about bring forth new idea of interm- ittent trarerse seal.According to the technology require of cross sealing axle of pillow multi-function packaging machine,the cam is used to realize vary velocity motion,and its kinematic analysis is performed,the general caculating formula is deduced. Key word: Pillow-style packaging machine; Kinematic analysis; Structural characteristics; Horizontal cutting fixtures 目 錄 1 前言 3 2 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì) 4 2.1 總體方案論證 4 2.1.1功能與應(yīng)用范圍 4 2.1.2 工藝分析 4 2.1.3總體布局 5 2.1.4工作循環(huán)過程 7 2.2總體傳動(dòng)系統(tǒng) 7 2.2.1傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 7 3 咖啡粉枕式包裝機(jī)橫封切斷裝置設(shè)計(jì) 7 3.1基于功能原理與功能分析方案設(shè)計(jì) 7 3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3.3機(jī)構(gòu)分析 9 3.3.1受力分析 9 3.3.2運(yùn)動(dòng)分析 10 3.3.3工藝分析 10 3.5其他設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.5.1分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間 13 3.5.2分析機(jī)構(gòu)移動(dòng)位移 13 3.5.3分析機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié) 13 3.5.4壓簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 13 4結(jié)論 17 參考文獻(xiàn) 18 致 謝 19 附 錄 20 1 前言 包裝機(jī)是一種高效率的包裝機(jī)械,包裝機(jī)械行業(yè)也是直接為提高人民生活質(zhì)量服務(wù)的新興行業(yè)。隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入發(fā)展和人民生活水平的不斷提高, 對商品包裝提出了更高的要求。哪里有商品,哪里就有包裝,各種各樣的商品,有著千變?nèi)f化的包裝,對應(yīng)著種類繁多的包裝機(jī)械,其中立式袋成型—充填—封口包裝機(jī)(以下稱立式袋成型包裝機(jī)) 在眾多的包裝機(jī)械產(chǎn)品中屬于量大面廣的一類, 它廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)。 由于立式袋成型包裝機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、調(diào)整機(jī)構(gòu)多, 對不同的包裝材料、不同的包裝物料、不同的包裝袋大小等都有特定的要求, 因此企業(yè)的生產(chǎn)方式多為先按照大類生產(chǎn)出基本型, 再根據(jù)用戶所提供的包裝物料和提出的特殊要求, 在基本型的基礎(chǔ)上生產(chǎn)出定型成品。 國內(nèi)生產(chǎn)的立式袋成型包裝機(jī)以普通型、通用型為主,即在同一臺設(shè)備上,同一豎直方向上自動(dòng)完成包裝袋成型、計(jì)量、打印日期、充填、封口、切斷、輸出等工序。包裝物料一般為: 液體、粘稠體、顆粒物料、粉料、膏體、片劑、膨化食品等。充填計(jì)量方式一般為:容積式、稱重式。容積式又可分為量杯式、旋轉(zhuǎn)閥式、柱塞式; 稱重式又可分為電子秤、杠桿秤兩種。有些包裝機(jī)還采用組合式,如粗供料采用容積式, 精供料采用稱重式等。所用包裝材料主要是具有可熱封的塑料單膜和各種復(fù)合膜(如:紙—塑復(fù)合、塑—塑復(fù)合、鋁—塑復(fù)合等) 。包裝成形袋以扁平袋為多(如:枕形袋、三邊封口袋、四邊封口袋) 。熱封方式主要有:往復(fù)式、L 型閉合式、旋轉(zhuǎn)式。 在產(chǎn)品技術(shù)方面，包裝機(jī)的主要特點(diǎn)是： a. 速度高，品種多； b.精度高; c.可靠性高; d.自動(dòng)化和智能化水平高。 包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的重要基礎(chǔ)，沒有現(xiàn)代化的包裝機(jī)械就沒有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。包裝機(jī)械的未來是各種高新技術(shù)、新機(jī)構(gòu)、新控制方法的高度結(jié)合，其技術(shù)特征將趨于“三高”，即高速、高效、高質(zhì)量，重點(diǎn)發(fā)展方向?qū)②呌诠?jié)能降耗、性能穩(wěn)定可靠、控制水平先進(jìn)、結(jié)構(gòu)緊湊、噪音低、效率高、操作簡單、外觀造型更加注重美學(xué)設(shè)計(jì)、控制和操作更加趨于人性化。[1] 本課題枕式包裝機(jī)來源于鹽城市盛和輕工機(jī)械廠，具體的內(nèi)容為咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)及橫封切斷裝置設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)前認(rèn)真研究被加工包裝的圖樣，研究其尺寸、形狀、材料、硬度、重量、加工部位的結(jié)構(gòu)及加工時(shí)進(jìn)行必要的消毒和對操作人員身體健康要求等內(nèi)容，為設(shè)計(jì)提供大量的數(shù)據(jù)、資料，作好充分的、全面的技術(shù)準(zhǔn)備。在準(zhǔn)備了充足的資料之后,進(jìn)行分析與整理。總體的主要設(shè)計(jì)任務(wù)是進(jìn)行咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì),在完成總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，主要完成其橫封切斷裝置的設(shè)計(jì). 使設(shè)備既能滿足包裝要求，保證包裝膜對正，便于調(diào)整；又能使其運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單；便于維修。 2 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì) 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)，通常是根據(jù)與用戶簽定的合同和技術(shù)協(xié)議書,針對具體加工對象，擬訂結(jié)構(gòu)方案，并進(jìn)行方案圖樣和有關(guān)技術(shù)文件的設(shè)計(jì)。 2.1 總體方案論證 咖啡粉包裝機(jī)總體方案的擬訂是進(jìn)行機(jī)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一步。因?yàn)榭傮w方案在很大程度上決定了機(jī)器的結(jié)構(gòu)配置和使用性能。因此，應(yīng)根據(jù)粉劑物料的形態(tài)要求和特點(diǎn)，按一定的原則、結(jié)合一般食品機(jī)械常用的設(shè)計(jì),使用方法、充分考慮各種因素，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析后擬訂出先進(jìn)、合理、經(jīng)濟(jì)、可靠的總體方案。 2.1.1功能與應(yīng)用范圍 咖啡粉枕式包裝機(jī)自上世紀(jì)五十年代開發(fā)到現(xiàn)在已有數(shù)十年了，當(dāng)時(shí)開發(fā)出的機(jī)種功能單一，應(yīng)用范圍窄，但是容易實(shí)現(xiàn)、可靠。電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)通過三角帶(或稱為V形帶)或平皮帶輸送給分配軸，再由分配軸分給計(jì)量裝置、豎封切斷裝置、橫封切斷裝置、輸出包裝物等，只能對單一內(nèi)裝物及同一尺寸的內(nèi)裝物進(jìn)行包裝。這樣就存在有如下幾個(gè)問題: (a)包裝機(jī)的生產(chǎn)能力不可改變; (b)包裝機(jī)對內(nèi)裝物尺寸變化的適應(yīng)性差; (c)橫封封切時(shí)的線速度與豎封牽引供送的速度應(yīng)該一致，但必須改變橫封封切的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來實(shí)現(xiàn)。橫封切斷的運(yùn)動(dòng)規(guī)律問題; (d)供送內(nèi)裝物、供送薄膜、豎封牽引、橫封切斷等的最佳配合問題; (e)是否要配備離合器，對調(diào)試是至關(guān)重要的。 (f)對刀的調(diào)整問題; (g)當(dāng)有印刷圖案時(shí)，保證圖案的完整性的問題。 考慮到市場的深入，人們對產(chǎn)品追求多元化、個(gè)性化。故產(chǎn)品的包裝范圍要廣、功能要齊全、速度要快。加上我國超市的發(fā)展，推動(dòng)咖啡粉枕式包裝機(jī)的發(fā)展，也提出了相適性的功能與適用范圍的需求問題 適用的范圍如下: (a)包裝材料:防潮玻璃紙、涂塑玻璃紙、聚乙烯、聚丙烯、袋包紙、鋁箔以及其他復(fù)合材料 (b)包裝物品:面包、糕點(diǎn)、蔬菜、加工食品、醫(yī)藥品、機(jī)械零件、咖啡粉及其他等粉狀物品[3] 2.1.2 工藝分析 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)是針對粉狀物件進(jìn)行外包裝的一種手段。在工藝分析 中，首先對內(nèi)裝物物件的特性、包裝材料和包裝過程作詳細(xì)的分析和研究，并對 單功能機(jī)的分析，進(jìn)行擴(kuò)展其功能，如擴(kuò)展它的包裝尺寸范圍、擴(kuò)展它的包裝物 件、擴(kuò)展它的包裝材料、擴(kuò)展它的包裝生產(chǎn)力等。這些擴(kuò)展涉及到的主要部件的 分析比較，以便得出可靠的機(jī)構(gòu)。 (a)粉體物料的特性工藝分析 粉狀物體可以是包裝咖啡粉、味精、感冒沖劑及其它顆粒性物料。一般來說在設(shè)計(jì)時(shí)，為了簡化結(jié)構(gòu)，針對類型范圍相近的物件進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此就會(huì)選擇一些相近的物件在同一臺機(jī)上包裝。另一方面，內(nèi)裝物的變化，只需簡單更改零件就可以了。如尺寸大小變更可以調(diào)整成型器或更換成型器，其它的可以只是簡單調(diào)整。易碎的物件可以在豎封牽引、橫封切斷器上粘貼一些緩沖的物料，而無需更換零件就可以使機(jī)械適應(yīng)范圍廣?？偠灾Х确壅硎桨b機(jī)的適用范圍極廣，只要是成粉狀物件一般都可以包裝。 (b)包裝材料的要求 包裝紙的選擇在包裝機(jī)設(shè)計(jì)中也是重要的。塑料包裝的問世，引起了包裝機(jī)的革命。使包裝工藝、包裝技術(shù)發(fā)生了巨大變化。如塑料包裝，可以采用高頻加熱熱封包裝、或電熱絲脈沖熱封包裝。如袋裝的味精、小兒感冒沖劑等，目前食品、醫(yī)藥行業(yè)采用聚乙烯薄膜包裝是很廣泛的;紙張經(jīng)涂塑料后的復(fù)合材料包裝也被廣泛使用，如糖果等。 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)多采用PP卷和聚乙烯涂塑紙等復(fù)合材料等?？紤]到在薄膜牽引時(shí)，薄膜要受較大的張力，一般說來，包裝的速度越高，包裝材料越容易被拉斷。如果包裝紙的拉力強(qiáng)度不夠，勢必影響包裝速度的提高。因此，選擇包裝紙的質(zhì)量是十分重要的。在此設(shè)計(jì)過程中我們采用PP卷。 (c)包裝工藝方案的擬定 由分析可知，包裝工藝路線是:薄膜經(jīng)牽引輥牽引由導(dǎo)向輥進(jìn)入成型器，再經(jīng)豎封牽引器牽引并封邊使PP卷薄膜成型袋筒形. 如圖2.1所示，是咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)圖。PP卷在走帶裝置牽引下，牽引PP卷間隙式前進(jìn)，在通過成型器時(shí)被折成筒狀，計(jì)量裝置將計(jì)量好的物料—咖啡粉送入成型器中的筒狀材料內(nèi)，物品便隨同材料一起前進(jìn)，豎封裝置將包裹在筒柱狀的PP卷豎向熱封，后經(jīng)走袋裝置下拉至橫封裝置。橫封切斷器熱封咖啡袋的左端和右端，同時(shí)在中間切斷分開，切斷分開的咖啡帶靠自重掉入料倉輸出成品。從工藝上分析可知，為達(dá)到高速，要優(yōu)化橫封切斷器的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。由于橫封裝置靠凸輪構(gòu)件作間隙式往復(fù)運(yùn)動(dòng)，是否適宜高速運(yùn)行，要對橫封切斷器進(jìn)行詳細(xì)分析。 為滿足其多功能，橫封裝置和豎封裝置都可以進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，來適應(yīng)不同內(nèi)裝物的尺寸，達(dá)到滿足大范圍包裝。簡單更改成形器，可以使其滿足包裝內(nèi)裝物尺寸的變化，如寬度和高度。簡單調(diào)整計(jì)量裝置的計(jì)量容積，可以包裝不同重量的咖啡粉。因此，要完成其多功能、范圍廣、高速度等，就必須設(shè)計(jì)出更為合理的機(jī)構(gòu)來滿足要求 2.1.3總體布局 包裝工藝確定以后，要考慮如何實(shí)現(xiàn)這種包裝動(dòng)作。因此，要求選擇合適的傳動(dòng)、操作和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這些機(jī)構(gòu)組成若干個(gè)部件，這些部件相互位置怎樣安排?它們又是怎樣聯(lián)系和形成一個(gè)完整的總體?這就是包裝機(jī)總體設(shè)計(jì)的任務(wù)。 包裝機(jī)的傳動(dòng)與控制機(jī)構(gòu)，可以采用機(jī)械式，液壓式，或氣動(dòng)式。應(yīng)根據(jù)產(chǎn) 品的特點(diǎn)、生產(chǎn)能力、使用者的情況等具體條件以及機(jī)器動(dòng)作的復(fù)雜程度而定。 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)一般包裝速度在(3050袋/min)，最高可以達(dá)到(100袋/min)。要實(shí)現(xiàn)這樣高的包裝速度，而且要保證動(dòng)作的相互協(xié)調(diào)和工作可靠穩(wěn)定，用液壓式或氣動(dòng)式控制機(jī)構(gòu)尚有困難，因?yàn)橐后w和氣體有可壓縮性，而且油液的粘度大，高速換向運(yùn)動(dòng)時(shí)慣性沖擊大、發(fā)熱高，液壓還會(huì)因溫度升高而使粘度變化，影響動(dòng)作的準(zhǔn)確性，所以一般只用于活塞往復(fù)動(dòng)作在30袋/min左右的機(jī)械。目前國內(nèi)外在咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)中大多采用機(jī)械傳動(dòng)方式。因?yàn)檫B桿、凸輪機(jī)構(gòu)一經(jīng)調(diào)整后就能嚴(yán)格保證動(dòng)作的可靠性，并且能實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的動(dòng)作，并配合當(dāng)今的電子技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)，更進(jìn)一步提高生產(chǎn)率 圖2.1 咖啡粉枕式包裝機(jī)總裝圖 根據(jù)以上分析，本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)和橫封裝置采用機(jī)械式控制系統(tǒng)，涉及有:鏈條傳動(dòng)，帶(齒形帶)傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)，凸輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)。 一臺包裝機(jī)由哪些幾部分組成，決定于包裝工藝的要求?？Х确壅硎阶詣?dòng)包裝機(jī)由以下部分組成: (a)傳動(dòng)系統(tǒng); (b)供紙裝置; (c)成形器部件; (d)走袋裝置; (e)豎封裝置; (f)橫封切斷裝置; (g)配電裝置和殺菌裝置。 布局形式的選定，最主要根據(jù)包裝工藝的特點(diǎn)即決定于包裝的工藝性。布局形式要便于包裝，使機(jī)構(gòu)簡化，工人操作和維修方便。根據(jù)包裝工藝，咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)布局形式宜采用立式布局，這樣便于進(jìn)料、送紙、包裝、封切等。因咖啡粉狀物料易自動(dòng)落料，所以省去一些輔助送料裝置。 在設(shè)計(jì)中總體布局要求: (a)傳動(dòng)系統(tǒng)力求簡潔，在能滿足多功能基礎(chǔ)上保證結(jié)構(gòu)簡單; (b)機(jī)械操作，調(diào)整簡單，易上手，裝拆方便，聯(lián)鎖防護(hù)可靠: (c)操縱面板位置因方便操作，同時(shí)也要考慮到食品的衛(wèi)生安全等等; (d)排料位置考慮方便安全，能不用動(dòng)力，靠自身重力安全落料; (e)外形美觀大方，移動(dòng)安裝方便。[10] 2.1.4工作循環(huán)過程 咖啡粉枕式自動(dòng)包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)適合于間隙式自動(dòng)包裝。 工藝是間隙的，只有在內(nèi)裝物供送時(shí)，每送入一件必須保證橫封切斷器封切一件。因此其工作循環(huán)過程比較簡單。 2.2總體傳動(dòng)系統(tǒng) 傳動(dòng)系統(tǒng)是機(jī)器的重要組成部分，由它驅(qū)動(dòng)各個(gè)執(zhí)行部件，按工藝要求完成各種動(dòng)作。傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度，將直接影響機(jī)器的包裝加工質(zhì)量。傳動(dòng)系統(tǒng)的精度不高是機(jī)器振動(dòng)、噪音主要來源。傳動(dòng)系統(tǒng)直接影響機(jī)器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，所以傳動(dòng)系統(tǒng)關(guān)系到機(jī)器的結(jié)構(gòu)和性能。 2.2.1傳動(dòng)系統(tǒng)的組成 由上面討論過的包裝工藝知，傳動(dòng)系統(tǒng)的組成由如下幾部分組成: (1) 供送薄膜; (2)內(nèi)裝物件供送; (3)豎封裝置的運(yùn)動(dòng); (4)橫封切斷器裝置的運(yùn)動(dòng)。 由包裝工藝及循環(huán)過程知，它們的幾部分傳動(dòng)要求是: (1)內(nèi)裝物供送的推頭間距應(yīng)與袋長相適應(yīng)。一般來說在高速接縫式自動(dòng)包裝機(jī)中，內(nèi)裝物供送的推頭間距應(yīng)取包裝物最長的尺寸，以達(dá)到大范圍包裝的功能。理想情況是內(nèi)裝物被推送進(jìn)成型器時(shí)與包裝材料的速度大致協(xié)調(diào)。 (2)在工作時(shí)，橫封切斷裝置應(yīng)與包裝薄膜材料的運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)，以免橫封產(chǎn)生皺紋。為適應(yīng)不同袋長要求，因使橫封切斷裝置封切瞬時(shí)的位移可微調(diào)。 (3)應(yīng)嚴(yán)格保證滿足橫封切斷裝置往復(fù)封切一袋咖啡粉時(shí)，走帶裝置下一步前進(jìn)一個(gè)咖啡帶長的傳動(dòng)要求。 (4)橫封切斷裝置應(yīng)在兩袋之間的中間位置熱封并切斷。 對于走袋裝置，它的運(yùn)動(dòng)首先要保持PP卷在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中有適宜的張緊力;其次它們的運(yùn)動(dòng)速度應(yīng)與供送袋長相適應(yīng)。當(dāng)包裝薄膜材料印有商標(biāo)圖案，并要求圖案與物品始終保持相對位置時(shí)，則需要自動(dòng)補(bǔ)償供送長度與圖案間距不一致所造成的積累誤差。 3 咖啡粉枕式包裝機(jī)橫封切斷裝置設(shè)計(jì) 全自動(dòng)制袋包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)組成,除去動(dòng)力、傳動(dòng)和輸送部分及控制系統(tǒng)外,主要由制袋裝置、計(jì)量充填裝置、封口切斷裝置等構(gòu)成。該機(jī)主要適用于顆粒狀、粉狀及流體或半流體物料的小袋包裝。 3.1基于功能原理與功能分析方案設(shè)計(jì) 基于功能原理與功能分析方案設(shè)計(jì)的任務(wù)是:針對機(jī)械系統(tǒng)的某些確定的功能要求，去尋找某些物理效應(yīng)、原理方法，并借助一些作用原理來求得實(shí)現(xiàn)這些功能目標(biāo)的解法原理。在功能方案設(shè)計(jì)中常常引入某種新技術(shù)、新工藝、新材料，它首先要求設(shè)計(jì)者要有新想法、新構(gòu)思。同時(shí)同一功能要求可以采用不同的工作原理來實(shí)現(xiàn)，而同一種工作原理，又可以采用不同的實(shí)現(xiàn)方法，從而等到不同的方案設(shè)計(jì)。 當(dāng)明確了設(shè)計(jì)任務(wù)后，把要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行功能分析，分析其總功能。為了便于實(shí)現(xiàn)，一個(gè)系統(tǒng)的總功能常常需要分解成若千個(gè)分功能，并相應(yīng)找到實(shí)現(xiàn)各分功能的原理方案，如果分功能還是太復(fù)雜，則可進(jìn)一步分解為更低層次的分功能。一個(gè)同時(shí)對總功能進(jìn)行功能分解，可以得到不同的功能元，再通過系統(tǒng)搜索得到一系列的功能元解，從而形成功能元矩陣，就可以得到若千種組合方案。機(jī)械系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)的最終目的是要尋求一種既能實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能要求、又能性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的最佳方案。最后通過對各種方案進(jìn)行分析、比較，經(jīng)過科學(xué)的評價(jià)和決策，才能獲得最佳方案。 間歇式橫封機(jī)構(gòu)是制袋封口機(jī)中最重要的機(jī)構(gòu)之一。它是利用加熱元件配合相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)包裝袋的橫向(頂部或底部) 封口。常用的橫封機(jī)構(gòu)有氣動(dòng)式、機(jī)械式和機(jī)械氣缸組合式3種。氣動(dòng)式需要兩個(gè)以上專門的氣缸和供氣系統(tǒng); 機(jī)械氣缸組合式是經(jīng)多個(gè)典型的機(jī)構(gòu)(如多桿組合機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、凸輪擺桿機(jī)構(gòu)或曲柄擺桿機(jī)構(gòu)等) 與氣缸組合而成; 常用的機(jī)械式橫封機(jī)構(gòu)是多桿機(jī)構(gòu)或成組的齒輪擺桿機(jī)構(gòu), 存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造安裝調(diào)試較困難以及工作可靠性偏低等問題。 凸輪滑桿間歇橫封機(jī)構(gòu)是在廣泛吸收各種間歇橫封機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上, 進(jìn)行結(jié)構(gòu)簡化后而得到的一種創(chuàng)新機(jī)構(gòu)。它可以取代現(xiàn)有的多種間歇橫封機(jī)構(gòu), 并可應(yīng)用于高速自動(dòng)制袋機(jī)中。 就具體到本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)來說,設(shè)計(jì)者所設(shè)計(jì)的橫封裝置是通過凸輪來進(jìn)行往復(fù)的壓切咖啡粉包裝袋,使其獲得要達(dá)到的運(yùn)動(dòng)目的.機(jī)構(gòu)的部裝圖詳見圖3.1。[6] 3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸輪滑桿間歇橫封機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。其結(jié)構(gòu)主要由橫封滑桿、回位彈簧和旋轉(zhuǎn)凸輪部分組成。 橫封滑桿在凸輪驅(qū)動(dòng)下, 作往復(fù)移動(dòng), 在移動(dòng)過程中將筒狀包裝材料進(jìn)行夾持。其夾持部位嵌有加熱器使包裝材料封口處受熱熔化并使之夾緊, 從而實(shí)現(xiàn)封合。包裝材料被夾持壓緊的時(shí)間與程度均與凸輪和滑桿有關(guān), 應(yīng)在機(jī)構(gòu)安裝時(shí)調(diào)試決定。 回位彈簧與凸輪配合,使滑桿能準(zhǔn)確地靠住凸輪輪廓, 在包裝材料的移動(dòng)過程中, 完成夾持、開合的動(dòng)作。凸輪是保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成封合的關(guān)鍵機(jī)構(gòu), 凸輪旋轉(zhuǎn)一周, 完成一個(gè)袋的封口。凸輪的結(jié)構(gòu)與行程決定著袋的高度和封口效果, 一般都采用圓盤凸輪。凸輪的結(jié)構(gòu)特性取決于包裝機(jī)的制袋規(guī)格和充滿物料后的體積( 特別是截面尺寸) 及包裝袋的輸送( 移動(dòng)) 速度。 整個(gè)機(jī)構(gòu)由機(jī)架支承。凸輪由動(dòng)力傳送機(jī)構(gòu)(也可直接由電機(jī)) 帶動(dòng)旋轉(zhuǎn), 由它驅(qū)動(dòng)嵌有加熱元件的滑桿總成?；瑮U總成有作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)外封合機(jī)構(gòu), 而內(nèi)外封合機(jī)構(gòu)則通過拉簧拉緊至與凸輪接觸。凸輪旋轉(zhuǎn)時(shí), 使內(nèi)外封合機(jī)構(gòu)作往復(fù)移動(dòng)并實(shí)現(xiàn)封口處兩熱封器間歇開合; 兩熱封器張開時(shí), 裝滿定量物品的長條袋(塑料類軟性包裝材料向下移動(dòng), 移動(dòng)一個(gè)袋高距離時(shí)停止, 凸輪驅(qū)動(dòng)兩熱 圖3.1 橫封裝置部裝圖 封器合攏, 最后將其包裝封壓緊, 使包裝袋受熱加壓而封口。緊接著機(jī)構(gòu)再進(jìn)行下一個(gè)封口動(dòng)作) 。 這種機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單輕巧, 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn), 易于調(diào)節(jié)控制, 且制造成本較低。 3.3機(jī)構(gòu)分析 機(jī)構(gòu)分析包括受力分析、運(yùn)動(dòng)分析和工藝分析。 3.3.1受力分析 (a)凸輪受力分析 凸輪受驅(qū)動(dòng)力(凸輪軸上的作用力)、滑桿總成的作用力和凸輪本身的慣性力。凸輪驅(qū)動(dòng)力等于滑桿總成作用力與凸輪慣性力之和, 而滑桿總成的作用力由正壓力和接觸點(diǎn)處的摩擦力組成。即: P = F + Q = f + N + Q (1) 式中: P —凸輪驅(qū)動(dòng)力 F —滑桿總成作用力(F= f + N ) f —凸輪滑桿接觸處的摩擦力 N —凸輪滑桿接觸處的正壓力 Q —凸輪慣性力 (b)滑桿總成受力分析 滑桿總成受力就是內(nèi)外滑桿的受力, 當(dāng)滑桿質(zhì)量相等時(shí), 其內(nèi)外滑桿受力大小相等、方向相反, 正因?yàn)檫@一特點(diǎn)使得包裝機(jī)在間歇封口時(shí)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。內(nèi)外滑桿受力表達(dá)式為: N = T + QG+ fG+ W (2) 式中:N —凸輪滑桿接觸處的正壓力, 即凸輪推動(dòng) 滑桿運(yùn)動(dòng)的力 T—彈簧(拉簧) 拉力 QG—滑桿慣性力 fG—滑桿與機(jī)架導(dǎo)軌間的摩擦力 W —包裝袋封口處對滑桿上熱封器的作用力 (c)包裝袋封口處受力分析 包裝袋封口處垂直方向上受包裝成袋物品的重力(一袋重或多袋重, 封口切斷時(shí)為單袋重, 只封不切為多袋重) , 而在水平方向上就只有熱封器的壓力。該力在封口時(shí)由包裝材料受壓的變形能和處彈性元件的受壓變形能抵消。 3.3.2運(yùn)動(dòng)分析 本創(chuàng)新機(jī)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)之一就是在水平面上受力處于封閉平衡狀態(tài)。其運(yùn)動(dòng)對于兩滑桿來說,也是封閉的, 即內(nèi)滑桿與外滑桿運(yùn)動(dòng)方向互逆。當(dāng)兩者質(zhì)量完全相等時(shí), 其運(yùn)動(dòng)的位移大小、速度和加速大小均相等。在封袋時(shí), 靠內(nèi)外滑桿的力同時(shí)作用在包裝袋封口處。當(dāng)把包裝袋拋開時(shí), 實(shí)際上也是內(nèi)外滑桿的兩個(gè)大小相等、方向相反的作用力再加上內(nèi)外滑桿兩方向相反慣性力發(fā)生作用,也就是內(nèi)滑桿的慣性力和熱封作用力對外滑桿的慣性力和熱封作用力發(fā)生碰撞作用。為避免在熱封時(shí)產(chǎn)生沖擊與振動(dòng), 除調(diào)整時(shí)保證有一定的間隙外, 更主要的是通過凸輪設(shè)計(jì)來解決。 將凸輪設(shè)計(jì)為等加速與等減速運(yùn)動(dòng)的圓盤(盤狀) 對稱凸輪。也就是使滑桿在行程運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行壓合(內(nèi)外滑桿向包裝袋靠攏) 時(shí)前半個(gè)行程作等加速運(yùn)動(dòng), 后半個(gè)行程作等減速運(yùn)動(dòng), 且加速度與減速度絕對值完全相等?；瑮U作回程運(yùn)動(dòng)時(shí)先作等加速后作等減速運(yùn)動(dòng), 以減小滑桿回到凸輪基圓時(shí)的慣性沖擊。封口處熱封器張開的時(shí)間和寬度用凸輪驅(qū)動(dòng)滑桿運(yùn)動(dòng)控制, 要保證一個(gè)袋長(單袋) 能準(zhǔn)確順利地下移到位。在袋的規(guī)格變化后, 應(yīng)能通過凸輪的控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 3.3.3工藝分析 包裝工藝最關(guān)鍵的是凸輪運(yùn)動(dòng)能驅(qū)動(dòng)滑桿使內(nèi)外熱封器張開到所要求的寬度, 并使一袋的高度距離下移到位, 然后馬上合攏, 使袋在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)壓合封牢。 當(dāng)裝入定量物料后的袋形尺寸規(guī)格(高度和斷面尺寸等) 發(fā)生變化時(shí), 整個(gè)機(jī)構(gòu)必須能調(diào)節(jié),應(yīng)充分考慮對凸輪的運(yùn)動(dòng)控制、熱封器的安裝調(diào)節(jié)以及滑桿與凸輪接觸處的結(jié)構(gòu)與調(diào)節(jié)元件等,以滿足變化后的要求。 由于內(nèi)滑桿尺寸比外滑桿大, 而為了保證封口質(zhì)量和機(jī)械運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性, 應(yīng)設(shè)法使內(nèi)外滑桿質(zhì)量相等。具體而言, 可在選材時(shí)加以考慮。 3.4關(guān)鍵部件設(shè)計(jì) 創(chuàng)新機(jī)構(gòu)的典型部件主要是凸輪。凸輪的形狀及凸輪輪廓曲線決定著整個(gè)機(jī)構(gòu)的工作性能, 設(shè)計(jì)不當(dāng)會(huì)影響整個(gè)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作及效率。將凸輪設(shè)計(jì)成等加速與等減速運(yùn)動(dòng)對稱圓盤凸輪。這樣可以保證凸輪高速旋轉(zhuǎn)時(shí), 滑桿不致于產(chǎn)生剛性沖擊, 同時(shí)還可消除振動(dòng), 提高包裝機(jī)的工作平穩(wěn)性。所示為凸輪輪廓示意圖?；瑮U在凸輪驅(qū)動(dòng)下作等加速和等減速運(yùn)動(dòng)。即滑桿在一個(gè)行程h 中, 前半行程0～ (對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角為0～, 對應(yīng)滑桿移動(dòng)時(shí)間為0～) 間滑桿作等加速運(yùn)動(dòng)。 式中: 0和——分別為滑桿完成一個(gè)行程h 時(shí)凸輪轉(zhuǎn)過的角度和滑桿所需時(shí)間。 圖3.2 凸輪輪廓示意圖 滑桿作等加速運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)方程可寫為: (3) 當(dāng)滑桿作等減速運(yùn)動(dòng)時(shí), a 為負(fù)值, 分別將初始條件代入式(3) 并以和0代替t和, 得到滑桿的運(yùn)動(dòng)方程表達(dá)式( , 為凸輪旋轉(zhuǎn)角速度) : (4) (5) 式(4) 為從0～時(shí)的等加速運(yùn)動(dòng); 式(5)為從～0時(shí)的等減速運(yùn)動(dòng)。同理, 可得出滑桿從凸輪頂部返回(回程) 作等加速和等減速運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)方程如下: (1) 從0～0/2 時(shí)的等加速運(yùn)動(dòng)方程: (6) (2) 從0/2～ 0時(shí)的等減速運(yùn)動(dòng)方程: (7) 由式(4)、(5)、(6)、(7) 可繪出滑桿完成一次封口包裝的位移線圖。 圖3.3 凸輪位移線圖 速度和加速度線圖同理,可繪出. 圖3.4 滑桿零件輪廓圖 由滑桿運(yùn)動(dòng)線圖可知, 在某些點(diǎn)上有加速度突變, 滑桿的慣性力也會(huì)有突變, 會(huì)產(chǎn)生沖擊, 但因?yàn)閼T性力突變值有限, 比起其它運(yùn)動(dòng)方式?jīng)_擊要小, 在機(jī)械傳動(dòng)中也稱之為柔性沖擊。除凸輪外, 滑桿結(jié)構(gòu)及其選材和機(jī)械加工也必須加以注意, 滑桿整體重量應(yīng)盡可能輕, 內(nèi)外滑桿重量應(yīng)盡可能一致。由于凸輪高速連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn), 滑桿與凸輪相接觸處始終處于高速摩擦狀態(tài), 故凸輪輪廓以及滑桿與凸輪輪廓相接觸的零件都必須選用耐磨材料:45鋼. 3.5其他設(shè)計(jì)計(jì)算 3.5.1分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間 凸輪驅(qū)動(dòng)滑桿, 使滑桿上熱封器間歇開合。開啟的時(shí)間必須保證包裝袋單袋高度移動(dòng)到位。合攏時(shí)進(jìn)行封口, 封口時(shí)間應(yīng)在保證封牢的前提下盡可能短。機(jī)構(gòu)開合運(yùn)動(dòng)時(shí)間越短, 機(jī)械效率就越高。 3.5.2分析機(jī)構(gòu)移動(dòng)位移 凸輪控制著滑桿的封口器開啟大小, 其開啟大小必須保證包裝袋充滿物料后能順利下移, 但不能開啟太大, 否則影響效率。另外, 要隨著包裝規(guī)格的改變, 調(diào)節(jié)開啟寬度, 保證工作效率。 3.5.3分析機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié) 機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)包括整機(jī)調(diào)節(jié)與部件機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)。應(yīng)使凸輪驅(qū)動(dòng)與滑桿運(yùn)動(dòng)能滿足整機(jī)調(diào)節(jié)的要求,而部件機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)則應(yīng)盡可能簡單方便。主要是調(diào)節(jié)凸輪控制機(jī)構(gòu)和滑桿上熱封器開合位移, 可通過在與凸輪輪廓相接觸部位加墊塊, 或調(diào)整滑桿上有關(guān)構(gòu)件的安裝固定位置等, 或設(shè)計(jì)一組便于更換的凸輪等方法解決。 3.5.4壓簧的設(shè)計(jì)與計(jì)算 根據(jù)橫封裝置所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，要求設(shè)計(jì)一彈簧。由于咖啡粉枕式包裝機(jī)橫封切斷裝置設(shè)計(jì)中的凸輪運(yùn)動(dòng)所要推動(dòng)導(dǎo)桿的力不是很大，所以設(shè)定彈簧最大工作載荷F2=200N，估取彈簧絲直徑d=6mm。具體計(jì)算請見下表： 項(xiàng)目 公式或經(jīng)驗(yàn) 尺寸 1 材料 碳素 65Mn 2 彈簧類別 1類 3 估取彈簧絲直徑d--mm 6 4 拉伸強(qiáng)度極限 --Mpa 由估取彈簧絲直徑d初選 1716 5 許用剪切應(yīng)力τ--Mpa 0.3 514.800 6 剪切彈性模量G--Mpa 81500～78500, 78500 78500 7 拉壓彈性模量E--Mpa 202000～204000, 197000 8 中徑 由結(jié)構(gòu)定 48 9 旋繞比(彈簧指數(shù))C 4～10 8.000 10 補(bǔ)償系數(shù)(曲度系數(shù))K 1.184 11 最大工作載荷 --N 200 12 試算彈簧絲直徑 3.069 13 確定彈簧絲直徑d 6 14 重新計(jì)算旋繞比C 8.000 15 重新計(jì)算補(bǔ)償系數(shù)K 1.184 16 重新試算彈簧絲直徑 3.069 17 最終確定彈簧絲直徑d 6 18 最小變形量 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定 8.2 19 工作行程h 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定 50 20 最大變形量 =+h 58.2 21 彈簧工作圈數(shù)n 33.462 22 n圓整 8.500 23 彈簧剛度k--N/mm 13.528 24 最小工作載荷 --N 110.932 25 外徑D 54 26 內(nèi)徑 42 27 自由高度 由結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)定 100 28 壓縮彈簧細(xì)長比b 1～5.3 2.083 29 總?cè)?shù) =+(2～2.5) 冷卷 10 30 死圈 1.500 31 節(jié)距t 11.059 32 軸向間隙δ δ=t-d 5.059 33 并緊高度 兩端磨平 57.000 34 0.30.7 理想值0.6 1.353 35 螺旋角α α rad 0.073 36 5---9度 4.194 37 展開長度L 1512.013 38 質(zhì)量ms g 329.184 39 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 40 最大循環(huán)剪應(yīng)力 134.004 41 最小循環(huán)剪應(yīng)力 74.326 42 安全系數(shù) 4.258 43 1.31.7 1.82.2 44 靜強(qiáng)度驗(yàn)算 45 剪切屈服極限taoS 46 安全系數(shù) 47 振動(dòng)驗(yàn)算 48 固有頻率 0.003 49 工件頻率 1400r/min 23.333 根據(jù)上面的一系列計(jì)算,可繪出壓簧的圖形,如圖 圖3.5 壓簧 4結(jié)論 通過對咖啡粉枕式包裝機(jī)的總體分析,研究了粉劑包裝工藝,運(yùn)用以前學(xué)過的機(jī)械原理,機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識,確定了咖啡粉枕式包裝機(jī)總體方案的論證.根據(jù)功能要求,設(shè)計(jì)了簡單且實(shí)用的傳動(dòng)方案.對部件的主要零件—凸輪,進(jìn)行了力學(xué)分析.對與凸輪配合的軸進(jìn)行了校核計(jì)算.所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是在吸取以前常見橫封機(jī)構(gòu)成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的,具有具有如下特點(diǎn): (a)結(jié)構(gòu)簡單 整個(gè)機(jī)構(gòu)中沒有特種加工的零件,所以加工方便、造價(jià)低、易于調(diào)試安裝。 (b)機(jī)器平穩(wěn)性好 運(yùn)動(dòng)中力系處于封閉平衡狀態(tài), 使機(jī)械傳動(dòng)運(yùn)行中沖擊振動(dòng)小。 (c)封口性能好 采用柔性沖擊凸輪輪廓曲線, 使得封口器在封口瞬時(shí)既降低了沖擊又保證了封口性能。 (d)實(shí)用價(jià)值高 結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、造價(jià)低且調(diào)試方便。 (e)便于實(shí)現(xiàn)程序控制 本機(jī)構(gòu)可配上先進(jìn)的控制方式實(shí)現(xiàn)程序控制。 (f)更換構(gòu)件方便 滑桿總成包括熱封器及調(diào)整, 均為單件設(shè)計(jì)加工后組裝, 便于改變結(jié)構(gòu)及變更材料。 尚存在一些技術(shù)問題,如對熱封器在燙頭內(nèi)部的布置路線還有待改進(jìn)與調(diào)整. 參考文獻(xiàn) [1] 胡家秀主編.機(jī)械零件設(shè)計(jì)實(shí)用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999 [2] 陸振曦、陸守道主編.食品機(jī)械原理與設(shè)計(jì)[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1995. 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