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摘 要
肥料自動(dòng)包裝機(jī)適用于包裝顆粒狀、低黏度的肥料。市場(chǎng)上現(xiàn)有的肥料包裝機(jī)大多數(shù)是半自動(dòng)包裝機(jī)，就是包裝袋的進(jìn)給是用人工的方式進(jìn)給的，生產(chǎn)效率不是很高，而且加大了勞動(dòng)強(qiáng)度，在生產(chǎn)時(shí)還有一定的危險(xiǎn)，本設(shè)計(jì)為給袋式的自動(dòng)進(jìn)給。
本文介紹了題目的研究背景和意義，論述了肥料包裝機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和前景,介紹了本次設(shè)計(jì)研究的內(nèi)容及方法。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是包裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案、包裝過程的裝袋、取袋、張口和夾持的方式，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)采用的包裝方法是回轉(zhuǎn)式，轉(zhuǎn)盤是通過槽輪機(jī)構(gòu)的啟停來完成各個(gè)工藝的要求；通過氣泵的吸力（大氣壓）來吸取包裝袋（不透氣）；依靠氣缸提供動(dòng)力的機(jī)械手來夾持包裝袋進(jìn)行多工位的位置要求；同時(shí)本機(jī)采用PLC微電腦控制氣壓閥來調(diào)節(jié)氣缸，使機(jī)器完成全自動(dòng)，同時(shí)該機(jī)還有結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低、無污染、密封可靠、噪聲小和人機(jī)功能合理的特點(diǎn)。
關(guān)鍵詞： 肥料；包裝；包裝機(jī)；供袋
Abstract
Fertilizer automatic packaging machine for packing granules, low viscosity of the fertilizer. Fertilizers available in the market most of semi-automatic packaging machine packing machine is packing bags is to use artificial feeding means feed, the production efficiency is not high, and increasing the labor intensity in production there is still certain dangerous, this bag is designed to automatically feed.
This article describes the background and significance of the research topics discussed fertilizer packaging machine development at home and abroad, introduces the design of this study the content and methods. The design focuses on the overall design scheme packing machine, packaging and bagging process, taking bags, open mouth method and means of clamping, in this based on the movement and structure design. The design of the packaging used is rotary, start and stop through the slot to complete the round of the requirements of each station; through the pump suction (atmospheric pressure) to absorb bags; rely on the cylinder-powered mechanical hand to grip bags multi-station position request; while the machine is PLC controlled pneumatic valve to achieve fully automatic machine, while machine is still a simple structure, low cost, clean, reliable sealing, noise, and machine features reasonable features.
Key words: Fertilizer; packaging; packing machine; for bags
目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究內(nèi)容的現(xiàn)狀 1
1.2 選題意義 2
第2章 肥料自動(dòng)包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 任務(wù)書 4
2.2 任務(wù)書抽象化 4
2.3 確定工藝原理 5
2.4 功能分解 5
2.5 確定每種功能方案 5
2.6 形態(tài)矩陣求解 6
2.7 邊界條件 7
2.8 方案評(píng)價(jià) 7
2.9 簡圖 8
2.10 主要參數(shù)確定 8
2.10.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 8
2.10.2 技術(shù)參數(shù)及要求 8
2.11 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定 9
2.11.1 袋的供給 9
2.11.2 張口裝置 9
2.11.3 夾持機(jī)械手 10
2.11.4 轉(zhuǎn)盤 10
第3章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 11
3.1 外槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 14
4.1 電機(jī)選擇 14
4.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)功率 14
4.2 總傳動(dòng)比計(jì)算及傳動(dòng)比分配 15
4.3 各軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算 15
4.4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.4.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 17
4.4.2 直齒圓柱輪計(jì)算 19
4.4.3 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 23
4.5 軸的計(jì)算 25
4.6 軸承壽命計(jì)算 32
4.7 鍵聯(lián)接的選擇 34
4.8 聯(lián)軸器的選擇 34
第5章 肥料自動(dòng)包裝機(jī)的安裝、維護(hù)和安全要求 36
第6章 結(jié)論 37
參考文獻(xiàn) 38
致 謝 40
42
第1章 緒論
1.1 研究內(nèi)容的現(xiàn)狀
包裝工業(yè)是國民經(jīng)擠支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展．其在國民經(jīng)濟(jì)中所占比重和作用越來越大世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程證明這點(diǎn)。改革開放以來，隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展商品流通的增加．物質(zhì)的不斷豐富，生活水平的提高，人們?cè)谧非笊唐穬?nèi)在質(zhì)量提高的同時(shí)．對(duì)商品包裝的要求也在不斷提高，包裝工業(yè)隨之迅速發(fā)展．在我國國民生產(chǎn)總值中已占到2％以上，與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家的差距正逐步縮小。包裝機(jī)械在包裝工業(yè)中地位十分重要，對(duì)包裝工業(yè)現(xiàn)代化具有舉足輕重的作用。
目前，我國的包裝企業(yè)大部分規(guī)模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同時(shí)存在著不顧行業(yè)發(fā)展要求，重復(fù)生產(chǎn)那些成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機(jī)械產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)目前大約有1/4的企業(yè)存在低水平重復(fù)生產(chǎn)現(xiàn)象。這是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，造成包裝機(jī)械市場(chǎng)的混亂，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)值在幾百萬元到1000萬元之間，低于100萬元的企業(yè)為數(shù)還不少。每年有近15%的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉，但又有15%的企業(yè)加入這個(gè)行業(yè)，極其不穩(wěn)定，現(xiàn)象阻礙了行業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種食品、水產(chǎn)、化工、醫(yī)藥、輕業(yè)加工品等的出現(xiàn)，對(duì)包裝技術(shù)和設(shè)備都提出了新的要求。目前，包裝機(jī)械競爭日趨激烈，未來的包裝機(jī)械將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化，促進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的包裝設(shè)備。
傳統(tǒng)的包裝機(jī)械多采用機(jī)械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了光電控制、氣動(dòng)控制等控制形式。但是，隨著加工工藝的日益提高，對(duì)包裝參數(shù)的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應(yīng)采用新的技術(shù)改變包裝機(jī)械的面貌。當(dāng)今的包裝機(jī)械是集機(jī)、電、氣、光、磁于一體的機(jī)械電子設(shè)備，應(yīng)著力于提高包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，將包裝機(jī)械的研發(fā)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。
總體來講，它是將微機(jī)技術(shù)引入到包裝機(jī)械，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，開發(fā)智能化包裝技術(shù)，按產(chǎn)品自動(dòng)包裝工藝要求組合成全自動(dòng)包裝系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制、故障的診斷與排除將實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全生產(chǎn)?？捎糜诩庸さ木_計(jì)量、高速充填和包裝過程自動(dòng)控制等，將使包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化，提高包裝產(chǎn)品質(zhì)量。如塑料袋封口機(jī)，其封口質(zhì)量與包裝材料、熱封溫度和運(yùn)行速度等有關(guān)。如材料(材質(zhì)、厚度)發(fā)生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機(jī)控制，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳參數(shù)匹配輸入微機(jī)存儲(chǔ)器，再配上必要的傳感器，組成自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，這樣，不管哪個(gè)工藝參數(shù)改變，都能保證最佳的封口質(zhì)量。
采用新技術(shù)，建立自動(dòng)化、多樣化、多功能集成化的包裝機(jī)械新體系包裝機(jī)械其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動(dòng)化、單機(jī)多功能、多功能組成生產(chǎn)線等。在封口方面應(yīng)用熱管和冷封口技術(shù)。另外，隨著包裝從單一技術(shù)轉(zhuǎn)向與加工相結(jié)合研究取得進(jìn)展，應(yīng)將包裝技術(shù)領(lǐng)域延伸到加工領(lǐng)域，開發(fā)包裝、加工一體化的加工包裝機(jī)設(shè)備。
中國包裝機(jī)形成行業(yè)僅20年，基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，技術(shù)及科研力量不足，其發(fā)展相對(duì)滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。上個(gè)世紀(jì)70年代末，年產(chǎn)值只有七八千萬元，產(chǎn)品品種僅有100多種。近5年來包裝機(jī)行業(yè)每年以11%～12%的平均增長速度發(fā)展，高于同期國民經(jīng)濟(jì)增長速度，銷售總額由1994年的150億元增加到2000年的300億元，產(chǎn)品品種由1994年的270種發(fā)展到2000年的3700種。預(yù)測(cè)到2010年，國內(nèi)行業(yè)總產(chǎn)值可達(dá)到1300億元(現(xiàn)價(jià))，而市場(chǎng)需求可能達(dá)到2000億元。如何能夠盡快的趕上并且抓住這個(gè)巨大的市場(chǎng)是我們迫切需要解決的問題是包裝的方法。
如今產(chǎn)品水平上了新臺(tái)階，開始出現(xiàn)規(guī)模化、成套化、自動(dòng)化的趨勢(shì)，傳動(dòng)復(fù)雜、技術(shù)含量高的設(shè)備開始出現(xiàn)。可以說我國的機(jī)械生產(chǎn)已滿足了國內(nèi)的基本需求，并開始向東南亞及第三世界國家出口。
1.2 選題意義
隨著消費(fèi)者需要的多樣化，尤其是超級(jí)市場(chǎng)的發(fā)展，包裝突出日益重要的地位。完成包裝所需的機(jī)器設(shè)備，在包裝工業(yè)中的需求量最大。包裝的主要目的，在于促進(jìn)銷售，并為消費(fèi)者提供使用上的方便，在包裝設(shè)計(jì)中，除保證包裝內(nèi)容物質(zhì)和量的要求外，還需重視包裝裝潢的重要作用。包裝的主要目的，是為流通儲(chǔ)運(yùn)提供保障，要求包裝堅(jiān)固牢實(shí)。包裝是對(duì)被包裝物所采取的一種保護(hù)性措施，包裝的主要目的在于保護(hù)產(chǎn)品的使用價(jià)值。因此，包裝中還要顧及到物品在流通中的運(yùn)輸、裝卸、存貯保管和銷售的方便；此外，包裝的裝潢還起到美化、宣傳和推銷的作用。包裝加工是產(chǎn)品在生產(chǎn)中的最后環(huán)節(jié)，是高產(chǎn)品的商品價(jià)值不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
加入WTO后，國際包裝機(jī)械行業(yè)競爭日益激烈，國外的綠色貿(mào)易壁壘對(duì)包裝機(jī)械行業(yè)提出更高的要求，所以，必須改變傳統(tǒng)的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)及開發(fā)模式，本設(shè)計(jì)包裝機(jī)考慮到使包裝機(jī)械在其全生命周期中(設(shè)計(jì)、加工制造、裝配、使用、維修直至廢棄后處理處置過程)對(duì)環(huán)境無影響或影響最小化、資源低耗、易于回收等“綠色特征”，以提升我國包裝機(jī)械的核心競爭力。
市場(chǎng)上現(xiàn)有的肥料包裝機(jī)大多數(shù)是半自動(dòng)包裝機(jī)，就是包裝袋的進(jìn)給是用人工的方式進(jìn)給的，生產(chǎn)效率不是很高，而且還大大加大了勞動(dòng)強(qiáng)度，在生產(chǎn)時(shí)還有一定的危險(xiǎn)，因此，本設(shè)計(jì)選用了給袋式的自動(dòng)包裝機(jī)來補(bǔ)缺這個(gè)缺陷。
第2章 肥料自動(dòng)包裝機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1 任務(wù)書
表2.1 任務(wù)書
功能
主要功能
包裝肥料
輔助功能
稱重，取袋
適應(yīng)性
對(duì)象
顆粒裝肥料，低粘度肥料
環(huán)境
常溫、室內(nèi)
性能
動(dòng)力
1000w
外形尺寸
整體重量
包裝能力
1200袋/小時(shí)
可靠度
99%
壽 命
10年
經(jīng)濟(jì)成本
人機(jī)工程
操作方便
安全性
保證人身、設(shè)備安全，有漏電保護(hù)裝置
2.2 任務(wù)書抽象化
此設(shè)計(jì)的目的是將一定量的肥料裝入包裝袋中，按條件繪制黑箱，如圖1所示。
黑箱
肥料
包裝 包裝好的肥料
圖2.1任務(wù)書抽象化
2.3 確定工藝原理
成疊袋 取袋 拉袋 張口 充料 計(jì)量 計(jì) 數(shù) 封口 送出產(chǎn)品
成疊的袋經(jīng)過摩擦輪的帶動(dòng)進(jìn)給，拉出一個(gè)袋子送入下道工序，袋子到達(dá)張口位置，用氣吸把袋子的口吸開，通過夾持機(jī)構(gòu)加緊后，送入肥料等，通過計(jì)量裝置測(cè)量，肥料充填后通過橫向密封裝置加熱而被橫向封密，松開袋子，落入輸送帶送去，完成加工。
2.4 功能分解
2.5 確定每種功能方案
2.6 形態(tài)矩陣求解
表2.2 形態(tài)矩陣
功能解
分功能
1
2
3
4
A供料
重力
機(jī)械
人工
B袋進(jìn)給
摩擦輪
重力
吸氣盤
C動(dòng)力
電動(dòng)機(jī)
汽油機(jī)
液壓馬達(dá)
氣壓馬達(dá)
D張口
氣壓缸
液壓缸
齒輪
E封口
齒輪
桿機(jī)構(gòu)
滑塊
F控制
帶
摩擦
傳感器
離合
G交互
旋鈕
按鈕
觸摸
可能組合方案：N=3x3x4x3x3x4x3=3888
候選方案 ( 1 ) A1+B1+C1+D3+E1+F1+G1
( 2 ) A1+B1+C1+D2+E4+F2+G1
( 3 ) A2+B2+C3+D2+E2+F2+G3
( 4 ) A2+B3+C4+D1+E2+F2+G2
( 5 ) A2+B3+C4+D1+E1+F4+G2
2.7 邊界條件
外界：對(duì)外界條件要求
內(nèi)部：對(duì)外界條件影響
2.8 方案評(píng)價(jià)
表2.3 方案評(píng)價(jià)
P1
P2
P3
P4
P5
Si
Vi
P1
0
0.5
0
0
0
0.5
0.05
P2
0.5
0
0
0
0
0.5
0.05
P3
1
1
0
0.5
0
2.5
0.25
P4
1
1
0.5
0
0
2.5
0.25
P5
1
1
1
1
0
4
0.4
Σsi=10 Σvi=1.0
即（5）號(hào)方案最好
2.9 簡圖
5
3
2
1
4
6 7
8
圖2.2 結(jié)構(gòu)簡圖
1-袋箱，2-吸氣，3-張口，4-機(jī)械手，5-供料，6-轉(zhuǎn)盤，7-橫封，8-輸送帶
2.10 主要參數(shù)確定
2.10.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
肥料自動(dòng)包裝機(jī)袋進(jìn)給部裝設(shè)計(jì)
2.10.2 技術(shù)參數(shù)及要求
（1）主要參數(shù)：
①生產(chǎn)能力：1200袋/小時(shí)
②袋子尺寸：直徑300～450mm；高450～800mm
2.11 執(zhí)行機(jī)構(gòu)方案確定
2.11.1 袋的供給
通過吸氣（真空）來吸取包裝袋，從而達(dá)到取去一個(gè)包裝袋的目的，如圖2.3所示。
圖2.3 吸氣式袋進(jìn)給
2.11.2 張口裝置
通過吸氣（真空）來吸取包裝袋的兩個(gè)面，氣缸拉動(dòng)杠機(jī)構(gòu)，使其向兩側(cè)張口，來達(dá)到張口，如圖2.4所示。
圖2.4張口裝置
2.11.3 夾持機(jī)械手
用氣缸來帶動(dòng)齒條，往復(fù)移動(dòng)，上下兩個(gè)齒條夾一個(gè)齒輪，使其夾持包裝袋，還具有保壓的作用，如圖2.5所示。
圖2.5夾持機(jī)械手
2.11.4 轉(zhuǎn)盤
轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)由槽輪組成，運(yùn)動(dòng)為間歇是的進(jìn)給，來滿足四個(gè)工位的要求，通過氣缸來完成上下運(yùn)動(dòng)，如圖2.6所示。
圖2.6 轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)
第3章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 外槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
槽數(shù) Z=4
效率 Q=1200個(gè)/min
圓銷數(shù) m=1
中心距 a=c=2000mm
動(dòng)停比 k=
工作轉(zhuǎn)盤靜止時(shí)間td=2s
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JV=15kg。
槽輪每一次轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的轉(zhuǎn)角為2，主動(dòng)件相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為2
==90
2=π-2==180-90=90
槽輪一個(gè)循環(huán)的時(shí)間為：T==3s
撥盤轉(zhuǎn)速為：n1=
轉(zhuǎn)位分度時(shí)間為：tf=
實(shí)際周期為：
實(shí)際生產(chǎn)率：
圓銷中心軌跡半徑
取圓銷半徑 RT=15mm
得槽輪外圓半徑
R2=
取圓銷與輪槽底部之間的徑向間隙 =5mm
輪槽深度為：
h=R1+R2-C+RT+=141.42+142.2-200+15+5=103.62mm
撥盤回轉(zhuǎn)軸徑
d1<2(c-R2)=2(200-142.2)=117.16mm
求得撥盤上鎖止弧所對(duì)中心角為：
R=2π-2=360-90=270
取槽輪在槽口處厚度 b=12mm
得鎖止弧半徑
R0=R1-B-RT=141.42-12-15=114.42mm
槽輪發(fā)生最大角加速度時(shí)撥銷所在的位置
=11.33
槽輪發(fā)生最大扭矩
N·M
所需功率
Nmax=
圖3.1槽輪機(jī)構(gòu)
第4章 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 電機(jī)選擇
4.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)功率
傳動(dòng)裝置的總效率：
式中: 減速器效率： = 0.95
聯(lián)軸器效率： = 0.99
V帶傳動(dòng)效率： = 0.95
圓錐滾子軸承效率： = 0.96
滾子鏈效率： = 0.95
直齒輪嚙合效率： = 0.97
直齒圓錐齒輪效率： = 0.95
槽輪效率： = 0.9
所需電動(dòng)機(jī)功率：P==902.15W
根據(jù)工作負(fù)荷的大小和性質(zhì)、工作機(jī)的特性和工作環(huán)境等，可參考包裝機(jī)進(jìn)行選擇電動(dòng)機(jī)的種類、類型和結(jié)構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速，進(jìn)而確定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)。因?yàn)樨?fù)荷穩(wěn)定（或變化很?。?、長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械，可按照電動(dòng)機(jī)的額定功率選擇，而不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。所以根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，查文獻(xiàn)[20]第35篇表35.1-52選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)額定功率為1.1kw額定轉(zhuǎn)速1400r/min。，代號(hào)Y2-90s-4。
表4.1 電動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)及傳動(dòng)比
方案號(hào)
電機(jī)型號(hào)
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動(dòng)比
1
Y2-90s—4
1.1kw
1500
1310
21.83
電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-90s—4，其額定功率為1.1KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min，軸伸直徑D=10mm，軸伸長度E=20mm，電動(dòng)機(jī)中心高H=63mm。
4.2 總傳動(dòng)比計(jì)算及傳動(dòng)比分配
分配傳動(dòng)比：
總傳動(dòng)比
i=1400/5=280
V帶傳動(dòng)比，取3.11
減速器傳動(dòng)比，取20
即 CW-80-20-Ⅷ 型減速器
對(duì)總體傳動(dòng)比進(jìn)行分配：
i1＝1.0 （低速軸鏈輪）
i2＝4.0 （低速軸槽輪）
i3 ＝0.5 （圓柱直齒輪）
4.3 各軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計(jì)算：
0軸：即電機(jī)軸
P0= Pr =0.903w
1400r/min
9.55 P0/n0=6.16N·m
Ⅰ軸：即減速器高速軸
P1= P0×η帶=0.903×0.96=0.857w
n0÷i帶= 1400/3.11=450.2r/min
9.55 P1 /n1 =18.9N·m
Ⅱ軸：即減速器低速軸
P1×η減=0.857×0.95=0.814w
n1/ i減=450/20=22.5r/min
9.55P2/i減=345.7 N·m
Ⅲ軸：即分配軸
P3= P2×η鏈=0.814×0.99=0.806 kw
n3=n2=22.5 r/min
T3=9.55P2 /n3=343 N·m
Ⅳ軸：即鏈輪傳動(dòng)軸
P4= 45.4w
n4=n3/1.0=22.5 r/min
T4=9.55P4 /n4=21.7N·m
Ⅴ軸：小槽輪撥盤軸
P5= P4×η槽=45.4×0.9=40.9w
n5=n4/i槽=22.5/4.0=5.625r/min
T5=9.55P5 /n5=78.2N·m
Ⅵ軸：小槽輪軸
P6= P5×η直=40.9×0.99=40.5w
n6=n5/0.5=11.25r/min
T6=9.55P6 /n6=38.7N·m
Ⅷ軸：大槽輪軸
P7= 163.3×η槽=163.3×0.90=147w
N7=n6/i槽=22.5/4.0=5.625r/min
T7=9.55P7 /n7=249.5N·m
表4.2 各軸功率即傳動(dòng)比
序號(hào)
功率
P/w
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
轉(zhuǎn)矩T
傳動(dòng)型式
傳動(dòng)比
效率η
0
903
1400
6.16
帶
3.11
0.95
1
857
450.2
18.18
聯(lián)軸器
1.0
0.99
2
814
22.5
345.7
減速器
20.0
0.95
3
806
22.5
343
鏈
1.0
0.99
4
45.4
22.5
21.7
直齒輪
0.5
0.99
5
40.9
5.625
78.2
槽輪
4.0
0.90
6
40.5
11.25
38.7
7
147
5.625
249.53
4.4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算
4.4.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
1.原始數(shù)據(jù)
電動(dòng)機(jī)的輸出功率: =1.1kw
滿載轉(zhuǎn)速:=1400r/min
帶傳動(dòng)傳動(dòng)比
2.設(shè)計(jì)步驟和方法
1）選定帶種類
查[22]中表5.1-1選窄V帶。
2）確定設(shè)計(jì)功率Pc
=1.1kw
得KA=1.1
0.9924kw
3）選定帶型
根據(jù)和由[17]第14篇圖14.1-4選取普通V帶Z型。
4）確定小帶輪基準(zhǔn)直徑
由[17]第14篇表14.1-18選=71mm。
5) 確定大帶輪基準(zhǔn)直徑dd2
通常、對(duì)轉(zhuǎn)速要求不高的可以忽略，i=3.11 則
mm
取 dd2=224mm
6)驗(yàn)算帶速v
m/sm/s，合適。
7）初定中心距
取=220mm
8) 所需基準(zhǔn)長度
mm
由[19]第14篇表14.1－8選取=1080mm
9)實(shí)際中心距
mm
10)調(diào)整范圍
=+0.03=295+0.03×1080=327.4 mm
=-0.015=295-0.015×1080=278.8 mm
11)驗(yàn)算包角α
α×60
×57.3=> 符合要求。
12）單根V帶傳遞的基本額定功率P1
根據(jù)帶型Z型、=71mm和=1400r/min由[17]第14篇表14.1-17b得=2.8kw, =0.056。
13）確定V帶根數(shù)Z
由[17]第14篇表14.1-13小輪包角系數(shù)=0.95,由[17]第14篇表14.1-15得帶長修正系數(shù)=0.99則
取 Z=1
14)單根V帶的預(yù)緊力F0
由[17]第14篇表14.1-14得每米V帶的質(zhì)量m=0.06kg/m，則
15)計(jì)算軸壓力Q
按式3-31
Q=2F0zsin=2×148.44×1×sin(150.28/2)＝286.95N
4.4.2 直齒圓柱輪計(jì)算
1.選擇齒輪材料精度等級(jí)
齒輪一般機(jī)械，小齒輪材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表5—1查得
小齒輪45調(diào)質(zhì)，硬度217～255HB，取硬度為235—255HB；
大齒輪材料選用45鋼，正火處理，硬度162～217HB，取190—217HB。
齒輪精度等級(jí)為8級(jí)（GB10095-88)
低速級(jí)傳遞功率=40.9w,齒輪轉(zhuǎn)速=5.6r/min,傳動(dòng)比i= 0.5每天1班，預(yù)期壽命10年。
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
由[18]第16篇圖16.2-18得1.08 1.13
由[18]第16篇圖16.2-22得==1.0
由[18]第16篇圖16.2-21得1.0
由[18]第16篇圖16.2-19得
由[18]第16篇表16.2-46得
由文獻(xiàn)[17] 第14篇 中圖14-16(b)得=690Mpa，=570MPa
由文獻(xiàn)[17] 第14篇 中(14-28)計(jì)算許用接觸應(yīng)力
=ZN1ZXZWZLVR==685.6Mpa
=ZN1ZXZWZLVR==592.6Mpa
2.按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距
小輪轉(zhuǎn)矩T6,由[21]中式（5-2）得
初選取，由[18]第16篇表16.2-43得
由u=i=0.5。由[21]中式（5-14）計(jì)算
由[21]中式（5-18）計(jì)算中心距
mm
取中心距=75mm
估算模數(shù)m =（0.01～0.02=0.525～1.5
由[18]第16篇圖16.2-3得取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m =1.5mm
齒數(shù),取Z1=67
i=33/67=0.493
齒輪分度圓直徑 d1=mz1=100.5mm
=mz=49.5mm
齒輪齒頂園直徑 ==103.5mm
==52.5mm
齒輪基圓 =cos=94.45mm
=cos=46.52mm
圓周速度 m/s
由[18]第16篇表16.2-73選齒輪精度為8級(jí)
3.驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度
按電機(jī)驅(qū)動(dòng)，載荷平穩(wěn)，由[18]第16篇表16.2-36取KA=1.0
由[18]第16篇表16.2-39，按8級(jí)精度和VZ1/100=0.294m/s,得Kv=1.02。
齒寬mm
取b1=30mm,b2=35mm
由[18]第16篇表16.2-40,按b/d1=30/100.5=0.30,軸的剛度較大，二級(jí)傳動(dòng)中齒輪相對(duì)軸承為懸臂支撐，得1.04
由[18]第16篇表16.2-42得出Ka =1.2
計(jì)算載荷系數(shù)
按公式計(jì)算端面重合度
齒頂壓力角
由[18]第16篇式16.2-15計(jì)算
由[18]第16篇表16.2-34計(jì)算齒面接觸疲應(yīng)力
Mpa 安全。
4.校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度
按=67, =33
由[18]第16篇圖16.2-23得，
由[18]第16篇圖16.2-24得，。
由[21]中式（5-23）計(jì)算
由[18]第16篇圖16.2-26得,得MPa MPa
由[21]中圖5-15，得，。
由[21]中式（5-32），m =1.5﹤5mm, 。
取，。
由[21]中式（5-31）計(jì)算許用彎曲應(yīng)力
MPa
MPa
由[21]中式（5-24）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力
MPa MPa,安全。
MPa MPa，安全。
5.齒輪主要幾何參數(shù)
Z1=67,Z2=33，u=0.5，m=1.5mm
d=m Z1=100.5mm
d=m Z2=49.5mm
d=d+2ham=103.5mm
d=d+2ham=52.5mm
d=d-2(ha+c)m=94.45mm
d=d-2(ha+c)m=46.52mm
75mm
4.4.3 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
鏈輪基本參數(shù)計(jì)算
傳動(dòng)功率0.046kw
確定鏈輪齒數(shù)
（1） 修正功率P
kw
式中為工況系數(shù)
為主動(dòng)鏈齒數(shù)系數(shù)
查文獻(xiàn)[20] 第14篇 表14.2-4得
=1.0 =1.1
（2） 鏈條節(jié)距
查文獻(xiàn)[20] 第14篇圖14.2-2選型號(hào) 為08A節(jié)距為12.7㎜
圖4.4.3鏈輪
=
=254mm
取
（3） 計(jì)算鏈長節(jié)數(shù)
=
式中
取節(jié)
（4）鏈條長度L
（5）最大中心距
（6）實(shí)際中心距
取 1190
（7）鏈速
（8）有效圓周力
（9）小鏈輪包角
（10）鏈輪幾何尺寸計(jì)算
，
4.5 軸的計(jì)算
圖4.5.1軸
1．軸的設(shè)計(jì)計(jì)算(小槽輪輪盤軸的設(shè)計(jì)計(jì)算)
（1）選擇軸的材料：
軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。
由文獻(xiàn)[18] 第19篇 表19.1-1查得材料力學(xué)性能數(shù)據(jù)為：
MPa， MPa,MPa ， MPa，E=2.1510 MPa
（2）按扭矩初步估算軸端直徑
根據(jù)文獻(xiàn)[18] 第19篇 表19.3-1公式初步計(jì)算軸徑，由于材料為45，由文獻(xiàn)[18] 第19篇 表19.3-2選取 A=115，
按文獻(xiàn)[18] 第19篇 中式（8-2）
mm
取=20mm
該軸軸長
=188mm
軸的其他結(jié)構(gòu)有實(shí)際情況決定。
（3）初選滾動(dòng)軸承
因該軸為垂直方向安裝，上裝有鏈輪，槽輪盤。需要調(diào)整軸向位置，考慮裝拆調(diào)整方便等原因，根據(jù)軸端尺寸，鏈輪，槽輪盤的定位方式和軸承的大概安裝位置，初選圓錐滾子軸承。
（4）設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)
a．兩軸承之間的跨距
b．確定軸承的潤滑方式與密封方式
滾動(dòng)軸承采用脂潤滑。
c．布置軸上零件，設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)安裝和定位的需要，初定各軸段直徑和長度，各跨度尺寸，作軸的簡圖如圖（a）
圖4.4.4.1簡圖(a)
（5）軸上受力分析
軸傳遞的扭矩21.7N?m
鏈輪的圓周力
鏈輪的壓軸力力
槽輪輪盤的圓周力
材料的自重G
即 軸向力 G=200N
圖4.4.4.2受力分析圖(b)
（5）求支反力，畫受力圖（c）（d）
在X-Y平面內(nèi)由 即H面
解得 ：91.0N 353.9 N
圖4.4.4.3X-Y平面受力分析圖(c)
在X-Z平面內(nèi)由即V面
解得 ：97.1N 209.8 N
圖4.4.4.4X-Z平面受力分析圖(d)
（6）求彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，畫彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖
在H平面彎矩圖
N?mm
N?mm
在V平面彎矩圖
N?mm
A B C D
A B C D
圖4.4.4.5H平面（上）彎矩圖（e），V平面（下）彎矩圖（f）
垂直平面彎矩圖（圖3.3垂直面彎矩圖）
A B C D
圖4.4.4.6平面彎矩圖（g）
（7）轉(zhuǎn)矩圖
軸傳遞的扭矩21700 Nmm
作轉(zhuǎn)矩圖（圖4.4.4.7轉(zhuǎn)矩圖）
T
T=21700N?mm
C
A
圖4.4.4.7平面彎矩圖（h）
（8） 求計(jì)算彎矩 ，畫彎矩圖
,其中 得
A B C D
圖4.4.4.8轉(zhuǎn)矩圖
(9)軸的強(qiáng)度校核
①.確定危險(xiǎn)截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、扭矩圖，截面C處彎矩最大，故屬于危險(xiǎn)截面，需對(duì)截面C進(jìn)行強(qiáng)度校核。
截面C的計(jì)算應(yīng)力
===23.43MPa
式中 W——抗彎斷面系數(shù)，由文獻(xiàn)[21] 第19篇 表19.3—17查得
查得,所以安全。
②.安全系數(shù)校核計(jì)算
由于此軸轉(zhuǎn)動(dòng)，彎矩引起對(duì)稱循環(huán)的變應(yīng)力，轉(zhuǎn)矩引起的為脈動(dòng)循環(huán)的切應(yīng)力。
由于是對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力
根據(jù)文獻(xiàn)[18] 第19篇式（19.3—2）得出：
===4.61
式中
—45鋼彎曲對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力時(shí)的疲勞極限，由表19.1-1查得=257Mpa；
—正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻(xiàn)[18] 第19篇 表19.3-5，按配合查得=1.90；
—表面質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車削加工，由文獻(xiàn)[18] 第19篇表19.3-8查得=0.95；—尺寸系數(shù)，由文獻(xiàn)[18] 第19篇表19.3-11 查得=0.84。
切應(yīng)力幅為
===MPa
式中 ：—抗扭斷面系數(shù)， ==15.42
根據(jù) 文獻(xiàn)[18] 第19篇式（19.3-3）
===10.65
式中：、
—45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由文獻(xiàn)[18]第19篇表19.1-1查得=155Mpa；
— 切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻(xiàn)[18]第19篇表19.3-5按配合查得：=1.45；——同正應(yīng)力情況；
——平均應(yīng)力折算系數(shù)，由文獻(xiàn)[18]第19篇表19.3-13查得=0.25。
軸C截面的安全系數(shù)由文獻(xiàn)[18]第19篇式（19.3-1）確定
===4.23
由文獻(xiàn)[19]第19篇表19.3-4可知：
[S]=1.8，S＞[S]，所以該軸C截面安全的。
4.6 軸承壽命計(jì)算
已知成型軸軸頸直徑d=20mm，工作中無沖擊；工作溫度低于C，要求軸承壽命為10年。
由[18]第20篇表20.6-1
初選圓錐滾子軸承30204?；绢~定動(dòng)載荷26.8KN，基本額定靜載荷=18.2 KN。圓錐滾子軸承30205?；绢~定動(dòng)載荷32.2KN，基本額定靜載荷=23 KN。
由前面計(jì)算得知，
該對(duì)軸承的水平支反力分別為
91.0N 353.9 N
垂直支反力分別為：
97.1N 209.8 N
軸承徑向力：
N
合成支反力：
計(jì)算軸承的派生軸向力S 圖4.6圓錐滾子軸承
求軸承的軸向載荷A
由 軸的結(jié)構(gòu)知==200 N
=max（44.4+200,137.1）=244.4 N
=max（44.4）=44.4 N
計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P
由
查表9-6， =1,=0
查表9-6， =0.4,=2
查表9-7，取=1.5
= (+)=1.5×(1×133.1+0×1908)=199.7 N
= (+)=1.5×(0.4×411.4+2×44.4)=380.0 N
< 計(jì)算軸承2的壽命
查表9-4
8小時(shí)一班工作制，每天兩班，一年工作360天計(jì)算軸承的使用年限為
年
4.7 鍵聯(lián)接的選擇
槽輪撥盤裝在軸上，需用鍵進(jìn)行周向定位和傳遞轉(zhuǎn)矩。由前面設(shè)計(jì)計(jì)算得知：槽輪撥盤材料為45，軸的材料為45鋼，與軸的配合直徑為21mm，輪轂長為L=35mm。
傳遞轉(zhuǎn)矩T=21700
1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸。
選擇最常用的圓頭（A型）平鍵，因?yàn)樗哂薪Y(jié)構(gòu)簡單，對(duì)中性好，裝拆方便等優(yōu)點(diǎn)。鍵的截面尺寸由鍵所在軸段的直徑 d由標(biāo)準(zhǔn)中選定，鍵的長度由輪轂的寬確定，查表得兩個(gè)鍵為:帶輪端的=6×6,=25mm。
2.鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計(jì)算
普通平鍵的主要失效形式是鍵，軸和輪轂三個(gè)零件中較弱零件的壓潰。由于帶輪材料是鋼，許用擠壓應(yīng)力由表2-10查得=100MPa。
===9.06MPa< 滿足
4.8 聯(lián)軸器的選擇
在速器低速軸與主軸之間需采用聯(lián)軸器聯(lián)接。
故選用凸緣聯(lián)軸器。
由
Tc=KT=1.5×345.7=518.6
n=22.5r/min
由表4.7-1聯(lián)軸器YLD10型號(hào) GB/T5843—1986
其公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=630>518.6
許用轉(zhuǎn)速[n]=3600r/min>22.5r/min
第5章 肥料自動(dòng)包裝機(jī)的安裝、維護(hù)和安全要求
1、 本設(shè)備在裝配調(diào)試過程中，對(duì)各部件之間的運(yùn)動(dòng)位置及自動(dòng)控制系統(tǒng)都已經(jīng)按運(yùn)動(dòng)要求調(diào)試好，使用時(shí)不要再做調(diào)整。
2、在運(yùn)轉(zhuǎn)中，如發(fā)生故障，應(yīng)立即關(guān)掉電源，才能進(jìn)行修理，在修理過程中絕對(duì)不允許，硬敲硬打，以免損壞機(jī)器。
3、工作結(jié)束后，應(yīng)做好清潔工作，將殘留在機(jī)器上的污滯 清理干凈。檢查電源是否已經(jīng)關(guān)掉。
第6章 結(jié)論
本設(shè)計(jì)依據(jù)氣泵吸氣原理，采用吸頭的吸力（大氣壓）來吸取包裝袋（不透氣），吸頭采用2個(gè)執(zhí)行頭循環(huán)取袋；機(jī)械手通過齒輪齒條的換向來左右運(yùn)動(dòng)夾持包裝袋；回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)盤采用槽輪機(jī)構(gòu)的來實(shí)現(xiàn)啟停，以滿足工藝要求。本機(jī)具有裝袋、取袋、張口、夾持、回轉(zhuǎn)等功能，能夠裝載直徑300～450mm，高400～600mm的包裝袋、包裝顆粒狀肥料和低粘度的肥料、裝填肥料重量10-20kg、包裝能力達(dá)到能1200袋/時(shí)的任務(wù)。本機(jī)采用回轉(zhuǎn)式的工藝路線，節(jié)省空間，整體結(jié)構(gòu)緊湊；本機(jī)采用氣動(dòng)裝置減少噪音，衛(wèi)生；本機(jī)成本低、安裝維修方便、新穎、可靠，且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、性能良好、外型美觀；本機(jī)適用于室內(nèi)等干燥的場(chǎng)合。本次設(shè)計(jì)參考了各類包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的長處，同時(shí)借鑒了其它機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)完成了肥料自動(dòng)包裝機(jī)取袋部裝設(shè)計(jì)。
本機(jī)還存在生產(chǎn)率偏低、自動(dòng)化程度低、單機(jī)功能偏少等問題，應(yīng)在生產(chǎn)率、自動(dòng)化、多功能方面給以改進(jìn)。
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致 謝
經(jīng)過幾個(gè)月的不懈努力，終于順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的全部內(nèi)容。在這幾個(gè)月中，指導(dǎo)老師投入了大量的時(shí)間和精力，她不厭其煩地認(rèn)真講解、指導(dǎo)，對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)起到了很大的幫助，她精益求精、嚴(yán)肅認(rèn)真的治學(xué)態(tài)度給我留下了終身難忘的記憶，讓我受益菲淺。我要在此刻——畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束的時(shí)候，致以我最誠摯的敬意和感謝！感謝尚老師在我的整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予的無私奉獻(xiàn)和真切關(guān)懷。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，當(dāng)我遇到困難時(shí)同學(xué)們也熱心地伸出了援助之手，與我共同分析問題、解決問題，使畢業(yè)設(shè)計(jì)順利地進(jìn)行下去。當(dāng)我工作出現(xiàn)困難，心理上出現(xiàn)波動(dòng)時(shí)，他們都能給予我及時(shí)的關(guān)心和幫助。我心里十分感激他們，在此，我對(duì)所有幫助過我的同學(xué)表示感謝！
然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我打下機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
最后，再次感謝幫助過我的老師和同學(xué)，以及在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中所有給予我?guī)椭娜恕８兄x四年來對(duì)我的大力栽培