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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923023 學(xué)生姓名： 董譯文 指導(dǎo)教師： 唐正寧 （職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè) 設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計 （論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 91 學(xué) 號： 0923023 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 機(jī) 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本課題來源于生產(chǎn)實際，按照公司的要求，印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計，并 能滿足生產(chǎn)實際的需求。 本課題緊密結(jié)合生產(chǎn)實際的課題，對學(xué)生了解和掌握包裝機(jī)提高工程設(shè) 計和解決實際問題的能力具有很重要的意義 。 通過設(shè)計這臺機(jī)器，可以讓學(xué)生掌握相關(guān)的知識及技能，傳授給學(xué)生整 體的設(shè)計方法、設(shè)計理念，對提高學(xué)生的綜合分析問題和解決問題的能力及 社會競爭力有積極的作用。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 通過該設(shè)計使學(xué)生熟悉機(jī)械設(shè)計的一般思路 ； 使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計的方法和技巧； 通過設(shè)計鞏固機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計課程的基礎(chǔ)知識； 完成主要部件的參數(shù)計算； 完成標(biāo)準(zhǔn)件的選用； II 完成零、部件圖 6 張以上，完成包裝機(jī)總裝圖 1 張。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 91 班 姓名 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝行業(yè)內(nèi)占有舉足輕重的地位，開發(fā)潛 力巨大，有著很大的發(fā)展空間。咖啡粉枕式包裝機(jī)是實現(xiàn)咖啡粉銷售包裝的主要機(jī)械工 具。包裝機(jī)械工具的使用不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時也是提高經(jīng)濟(jì)效益的重 要途徑。進(jìn)入21世紀(jì)，包裝機(jī)械除繼續(xù)增加新品種外，在產(chǎn)品的技術(shù)水平、內(nèi)在質(zhì)量和 性能等方面都有了很大進(jìn)步，這一切都與包裝機(jī)械的設(shè)計有著密切的聯(lián)系。在商品流通 中人們對小袋商品的包裝提出了越來越高的要求,不僅要求包裝美觀、便于運(yùn)輸、儲存、 使用方便和產(chǎn)品保質(zhì),而且要求包裝袋內(nèi)的商品計量準(zhǔn)確,誤差小。 本設(shè)計的內(nèi)容為咖啡粉枕式包裝機(jī)，主要應(yīng)用CAD繪圖軟件進(jìn)行咖啡粉包裝機(jī)參數(shù) 化的設(shè)計,具體任務(wù)是進(jìn)行總體設(shè)計、橫封切斷裝置設(shè)計。需要解決的問題主要有:根據(jù)包 裝袋的形狀、尺寸、袋內(nèi)咖啡粉的體積、封邊方式的要求完成包裝袋封口位置、裝料位 置；成形器、縱封棍等部件先后位置的確定。 本課題的設(shè)計意義及價值：所設(shè)計的設(shè)備應(yīng)能滿足咖啡粉包裝要求，保證包裝膜對 正，便于調(diào)整，結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，便于維修。 關(guān)鍵詞：包裝機(jī)械 ；咖啡粉包裝機(jī)； CAD； IV Abstract The packaging machinery is a door products in the packaging industry occupies a pivotal position in the packaging industry, tremendous potential for development, with much room for development. The coffee powder pillow packaging machine sales of coffee powder packaging machine tools. The use of packaging machinery and tools not only reflects the direction of development of modern production, but also an important way of improving economic efficiency. The 21st century, packaging machinery in addition to continue to add new varieties have a lot of progress in terms of technological level of products, the inherent quality and performance, all these are closely linked 2 and the design of the packaging machinery. People pouch packaging of goods in the circulation of commodities, the ever-increasing demands, not only require the packaging beautiful, easy to transport, storage, easy to use, and product shelf life, but also require accurate measurement of goods in the packaging bag, and the error is small. The design pillow packing machine for coffee powder, the main application CAD mapping software for parametric design of the coffee powder packaging machine, the specific task of the overall design, the metering device and the horizontal seal cut-off device design. Need to be resolved to complete the sealing of the bags: bags of shapes, sizes, bags of coffee powder size, edge banding pattern of the loading position and form of metering device selection; shaper, pulling the stick, vertical seal sticks and other components has to determine the location. Design significance and value of the subject: the design of equipment should be able to meet the packaging requirements of the coffee powder to ensure that packaging films are easy to adjust, simple structure, stable operation, reliable, easy to repair. Key words: Packing Machinery; Coffee powder packaging machine; CAD V 目 錄 摘 要 .III Abstract .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和目的 .1 1.1.1 本課題的研究目的 .1 1.1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 .1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .1 1.2.1 包裝機(jī)械的介紹 .1 1.2.2 包裝機(jī)的國內(nèi)外研究情況 .2 1.3 自動化生產(chǎn)線技術(shù)概述 .3 1.3.1 自動生產(chǎn)線的發(fā)展歷程 .3 1.3.2 自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢 .4 2 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計 .6 2.1 電動機(jī)的選擇 .6 2.2 計算傳動裝置運(yùn)動和動力參數(shù) .7 2.3 傳動裝置的總傳動比及分配各級傳動比的計算 .8 2.3.1 擬定傳動方案 .8 2.3.2 選擇電動機(jī) .9 2.3.3 傳動裝置總傳動比的計算及其分配計算 .10 3 傳動裝置設(shè)計 .12 3.1 蝸輪蝸桿設(shè)計 .12 3.1.1 模數(shù) m 和壓力角 .12 3.1.2 蝸桿標(biāo)準(zhǔn)直徑 d1 .12 3.1.3 按接觸疲勞強(qiáng)度計算 .14 3.2 鏈傳動設(shè)計 .18 3.3 直齒圓柱齒輪的設(shè)計 .20 3.3.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 .20 3.3.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 .21 3.3.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 .23 3.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .24 3.4.1 軸的最小直徑估算 .24 3.4.2 各軸段直徑和長度的確定 .25 3.4.3 軸承的選擇 .25 3.4.4 滾動軸承的密封 .25 VI 4 橫封切斷裝置設(shè)計 .26 4.1 橫封機(jī)構(gòu)的選擇及分析 .26 4.1.1 橫封機(jī)構(gòu)的選擇及分析 .26 4.2 包裝機(jī)封合位置誤差的產(chǎn)生及補(bǔ)償方法 .27 4.3 封合溫度的影響 .27 4.3.1 橫封機(jī)構(gòu)的影響 .27 4.3.2 誤差的補(bǔ)償 .27 6 結(jié)論與展望 .29 致 謝 .30 參考文獻(xiàn) .31 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容和目的 1.1.1 本課題的研究目的 枕式包裝機(jī)是用于包裝產(chǎn)品，使產(chǎn)品增長其保質(zhì)期，增加產(chǎn)品美觀度的一種機(jī)械本 包裝機(jī)是針對固型物的包裝而設(shè)計的，適合于包裝各類固態(tài)有規(guī)則的物 體，如食品類的餅干、面包、月餅、糖果等，以及日用品、工業(yè)零件等，對于散 狀物或個體分離的物體，則須將被包物先置于盒內(nèi)，或?qū)⒅壥梢惑w，使之形 成一個整體后，才可在本機(jī)上包裝，至于其它非固態(tài)的被包物亦須準(zhǔn)此要領(lǐng)。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的日益發(fā)展壯大，包裝工業(yè)也以年均 18%的速度快速發(fā)展，但與發(fā)達(dá)國家 相比，無論在產(chǎn)品品種、技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有很大差距。在我國包裝工業(yè)快速 發(fā)展的進(jìn)程中，大量技術(shù)含量高的成套設(shè)備仍依靠進(jìn)口。我國包裝機(jī)械對國外高端技術(shù) 的過度依賴已成為嚴(yán)重制約我國包裝工業(yè)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的隱憂。鑒于以上原因，且包 裝行業(yè)又屬于配套行業(yè)，涉及國民經(jīng)濟(jì)的許多領(lǐng)域， 特別是食品行業(yè)與飲料行業(yè)，更是有賴于包裝行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步、配套服務(wù)，因此， 我們不能再忽視包裝機(jī)械落后狀況對我國包裝行業(yè)整體發(fā)展的負(fù)面影響。 1.1.2 本課題研究的主要內(nèi)容 為保證封袋的外觀總體質(zhì)量和包裝密封要求、提高生產(chǎn)效率，設(shè)計一臺枕式包裝機(jī)。 分析包裝過程各動作的先后順序和各動作之間的相互關(guān)系,依照咖啡粉包裝袋的包裝要求， 確定咖啡粉包裝機(jī)設(shè)計配置型式及結(jié)構(gòu)方案。 本課題主要進(jìn)行包裝機(jī)的設(shè)計。包裝機(jī)械由動力機(jī)、傳動部分和執(zhí)行部分組成。為 了便于掌握和研究包裝機(jī)械的工作原理與結(jié)構(gòu)性能，通常又將包裝機(jī)械分成下列八個組 成要素。 (1)被包裝物品的計量與供送系統(tǒng) 被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)是指將包裝物品進(jìn)行計量、整理、排列，并輸送至預(yù) 定工位的裝置系統(tǒng)。有的還完成被包裝物品的成型、分割。 (2)主傳送系統(tǒng) 主傳送系統(tǒng)是指將被包裝物品和包裝材料由一個包裝工位順次傳送到下一個包裝工 位的裝置系統(tǒng)。 (3)包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu) 包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指直接進(jìn)行裹包、充填、封口、貼標(biāo)、捆扎和容器成型等包裝操作 機(jī)構(gòu)。 (4)成品輸出機(jī)構(gòu) 成品輸出機(jī)構(gòu)是指將包裝成品從包裝機(jī)上卸下、定向排列并輸出的機(jī)構(gòu)。有的機(jī)器 的成品輸出由主傳送系統(tǒng)完成或靠成品自重卸下。 (5)動力機(jī)與傳動系統(tǒng) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 動力機(jī)與傳動系統(tǒng)是指將動力機(jī)的動力與運(yùn)動傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制元件使之實現(xiàn) 預(yù)定動作的裝置系統(tǒng)。通常由機(jī)、電、光、液、氣等多種形式的傳動、操作、控制以及 輔助等裝置組成。 (6)控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由各種自動和手動控制裝置等組成，是現(xiàn)代包裝機(jī)的重要組成部分，包括 包裝過程及其參數(shù)的控制，包裝質(zhì)量，故障及安全的控制等。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 1.2.1 包裝機(jī)械的介紹 包裝機(jī)械是指能完成全部或部分產(chǎn)品和商品包裝過程的機(jī)械。包裝過程包括充填、 裹包、封口等主要工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包 裝還包括計量或在包裝件上蓋印等工序。使用機(jī)械包裝產(chǎn)品可提高生產(chǎn)率，減輕勞動強(qiáng) 度，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。 目前我國大多數(shù)據(jù)技術(shù)較為先進(jìn)的包裝機(jī)械的研發(fā)還處在仿制階級，獨(dú)立開發(fā)的能 力還十分有限。為此，不少國外大企業(yè)將自己的技術(shù)和部件引入中國，在本土加工,從而 降低了成本，與本土產(chǎn)品展開了激烈的競爭。 包裝鏈高度自動化的大部分包裝工作，特別是較復(fù)雜的包裝物品的排列、裝配等工 作基本上是人工操作，難以保證包裝的統(tǒng)一和穩(wěn)定，可能造成對被包裝產(chǎn)品的污染。因 此，提高整個包裝鏈的自動化水平和質(zhì)量水平，是非常重要的。真正的現(xiàn)代化包裝機(jī)械 的每個機(jī)械手均應(yīng)由電腦控制，并具有對材質(zhì)及厚度的高分辨能力。 業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，未來包裝業(yè)將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，在技術(shù)發(fā)展上朝著機(jī)械功能多 元化，結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、模組化，控制智能化，結(jié)構(gòu)高精度化等幾個方向發(fā)展。 機(jī)械功能多元化已趨向精致化和多元化方向發(fā)展，單品種大批量的產(chǎn)品越來越少， 而多品種小批量的產(chǎn)品日益成為主流。在大環(huán)境的變化趨勢下，多元化、具有多種切換 功能，能適應(yīng)多種包材和模具更換的包裝機(jī)才能夠適應(yīng)市場的需求。例如，在一臺泡罩 包裝機(jī)上既能進(jìn)行“鋁塑”包裝又能進(jìn)行“鋁鋁”包裝，且要求切換簡單，所需更換的 模具少。而目前，更換模具的時間一般在 12 個小時，如此長的時間無法適應(yīng)多品種小 批量的生產(chǎn)要求。 結(jié)構(gòu)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)模塊化對于傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計來說，如果想要推出一個新機(jī)型，需要進(jìn) 行大量繁重的工作，還要靠新設(shè)備收回高昂的設(shè)計成本，從而拉高了新機(jī)型的價格。未 來的設(shè)計應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的設(shè)計理念，能夠充分利用原有機(jī)型的模塊化設(shè)計，可 以在短時間內(nèi)將之轉(zhuǎn)換成新機(jī)型，把新機(jī)型的價格控制在比較合理的范圍內(nèi)。 1.2.2 包裝機(jī)的國內(nèi)外研究情況 我國包裝的發(fā)展進(jìn)程以及現(xiàn)況：上個世紀(jì)80年代之前，我國的包裝還不是獨(dú)立的工 業(yè)體系，分散于各個工業(yè)部門。作為包裝工業(yè)主要組成部分的包裝機(jī)械，分屬于不同制 造業(yè)。上個世紀(jì)90年代中國包裝技術(shù)協(xié)會報國家經(jīng)貿(mào)委批準(zhǔn)，國家民政部備案，成立了 中國包裝技術(shù)協(xié)會機(jī)械工業(yè)分會，掛靠機(jī)械工業(yè)部。和機(jī)械工業(yè)部包裝食品機(jī)械行業(yè)辦 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 3 公室，兩塊牌子一套機(jī)構(gòu)，承擔(dān)包裝機(jī)械和機(jī)械產(chǎn)品包裝組織行業(yè)、指導(dǎo)行業(yè)、服務(wù)行 業(yè)的職能。 1998年5月至2000年10月，國家機(jī)械工業(yè)部、局相繼撤消后，中國包裝聯(lián)合會機(jī)械工 業(yè)分會獨(dú)立的承擔(dān)包裝機(jī)械和機(jī)械產(chǎn)品包裝的行業(yè)工作。 根據(jù)國家計委1986年委托機(jī)械工業(yè)部會同輕工、商業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、航空、航天、 兵器、船舶等部門進(jìn)行行業(yè)調(diào)查的產(chǎn)品分類目錄有12類：1)充填機(jī)械；2)封口機(jī)械；3) 貼標(biāo)機(jī)械；4)容器成型機(jī)械；5)收縮包裝機(jī)械；6)裹包機(jī)械；7)捆扎打包機(jī)械；8)集合 裝箱機(jī)械；9)包裝容器制造機(jī)械；10)包裝材料制造機(jī)械；11)包裝裝潢印刷機(jī)械；12)包 裝相關(guān)機(jī)械(計量、傳遞、輸送、容器清洗、干燥等)。 國際總體狀況：包裝機(jī)械是集機(jī)、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(diǎn)。世界上一切高技術(shù) 成果，都會在包裝機(jī)械產(chǎn)品中得到應(yīng)用。 國外的包裝機(jī)械近些年有了新特點(diǎn)，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(jì)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(jì)；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(jī)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(jī)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。特別是我國近五年來，加快發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品深加工建設(shè)節(jié) 約型社會，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)和加大技術(shù)創(chuàng)新力度，造成新一輪技術(shù)引進(jìn)高潮。如我國近年 對農(nóng)產(chǎn)品深加工總投資達(dá)到320多億元，加工和包裝設(shè)備80以上靠進(jìn)口。 由此可見，我國在“十一五”期間包裝機(jī)械的供需矛盾十分激烈。發(fā)展重點(diǎn)為： (1)瓦楞紙板生產(chǎn)線、制箱(盒)、印刷成套設(shè)備；(2)環(huán)保型包裝機(jī)械；(3)醫(yī)藥包裝機(jī)械 和包裝材料；(4)啤酒、飲料灌裝生產(chǎn)線；(5)袋成型、充填、封口設(shè)備；(6)無菌包裝設(shè) 備；(7)捆扎包裝、集裝設(shè)備；(8)制罐設(shè)備；(9)煙草加工及包裝設(shè)備；(10)在線或離線 檢測設(shè)備等。 對機(jī)電產(chǎn)品包裝，重點(diǎn)推進(jìn)“專業(yè)定點(diǎn)、資質(zhì)認(rèn)證、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、國際接軌、擴(kuò)大出 口”的試點(diǎn)工作。按照專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、市場化的要求，以及建設(shè)節(jié)約型社會的要求， 推進(jìn)節(jié)材代木工作，推廣應(yīng)用“單板層積材”為代表的人造板材，開發(fā)研制農(nóng)秸干包裝 板材，為擴(kuò)大機(jī)電產(chǎn)品出口、為農(nóng)民增收、為改善我國生態(tài)環(huán)境和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)服務(wù)。 1.3 自動化生產(chǎn)線技術(shù)概述 1.3.1 自動生產(chǎn)線的發(fā)展歷程 自動生產(chǎn)線是由工件傳送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，將一組自動機(jī)床和輔助設(shè)備按照工藝順 序聯(lián)結(jié)起來，自動完成產(chǎn)品全部或部分制造過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，簡稱自動線。 采用自動線進(jìn)行生產(chǎn)的產(chǎn)品應(yīng)有足夠大的產(chǎn)量;產(chǎn)品設(shè)計和工藝應(yīng)先進(jìn)、穩(wěn)定、可靠， 并在較長時間內(nèi)保持基本不變。在大批、大量生產(chǎn)中采用自動線能提高勞動生產(chǎn)率，穩(wěn) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 定和提高產(chǎn)品質(zhì)量，改善勞動條件，縮減生產(chǎn)占地面積，降低生產(chǎn)成本，縮短生產(chǎn)周期， 保證生產(chǎn)均衡性，有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 機(jī)械制造業(yè)中有鑄造、鍛造、沖壓、熱處理、焊接、切削加工和機(jī)械裝配等自動線， 也有包括不同性質(zhì)的工序，如毛坯制造、加工、裝配、檢驗和包裝等的綜合自動線。 自動線中設(shè)備的聯(lián)結(jié)方式有剛性聯(lián)接和柔性聯(lián)接兩種。在剛性聯(lián)接自動線中，工序 之間沒有儲料裝置，工件的加工和傳送過程有嚴(yán)格的節(jié)奏性。當(dāng)某一臺設(shè)備發(fā)生故障而 停歇時，會引起全線停工。因此，對剛性聯(lián)接自動線中各種設(shè)備的工作可靠性要求高。 在柔性聯(lián)接自動線中，各工序(或工段)之間設(shè)有儲料裝置，各工序節(jié)拍不必嚴(yán)格一致，某 一臺設(shè)備短暫停歇時，可以由儲料裝置在一定時間內(nèi)起調(diào)劑平衡的作用，因而不會影響 其他設(shè)備正常工作。綜合自動線、裝配自動線和較長的組合機(jī)床自動線常采用柔性聯(lián)接。 自動線的控制系統(tǒng)主要用于保證線內(nèi)的機(jī)床、工件傳送系統(tǒng)，以及輔助設(shè)備按照規(guī) 定的工作循環(huán)和聯(lián)鎖要求正常工作，并設(shè)有故障尋檢裝置和信號裝置。為適應(yīng)自動線的 調(diào)試和正常運(yùn)行的要求，控制系統(tǒng)有三種工作狀態(tài): 調(diào)整、半自動和自動。在調(diào)整狀態(tài)時 可手動操作和調(diào)整，實現(xiàn)單臺設(shè)備的各個動作;在半自動狀態(tài)時可實現(xiàn)單臺設(shè)備的單循環(huán) 工作; 在自動狀態(tài)時自動線能連續(xù)工作。 控制系統(tǒng)有“ 預(yù)停” 控制機(jī)能，自動線在正常工作情況下需要停車時，能在完成一個工 作循環(huán)、各機(jī)床的有關(guān)運(yùn)動部件都回到原始位置后刁停車。自動線的其他輔助設(shè)備是根 據(jù)工藝需要和自動化程度設(shè)置的，如清洗機(jī)工件自動檢驗裝置、自動換刀裝置、自動捧 屑系統(tǒng)和集中冷卻系統(tǒng)等。為提高自動線的生產(chǎn)率，必須保證自動線的工作可靠性。影 響自動線工作可靠性的主要因素是加工質(zhì)量的穩(wěn)定性和設(shè)備工作可靠性。 自動線的發(fā)展方向主要是提高生產(chǎn)率和增大多用性、靈活性。為適應(yīng)多品種 生產(chǎn)的需要，將發(fā)展能快速調(diào)整的可調(diào)自動線。 1.3.2 自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢 由于自動生產(chǎn)線所涉及的技術(shù)領(lǐng)域廣泛，所以它的發(fā)展、完善是與各種相關(guān)技術(shù)的 進(jìn)步及互相滲透緊密相連的。因而我們研究自動生產(chǎn)線的發(fā)展概況就必須與整個支持自 動生產(chǎn)線的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展聯(lián)系起來。 首先，是自動化技術(shù)的驚人進(jìn)步。六十年代，以集成電路為中心的微電子技術(shù)的出 現(xiàn)與發(fā)展引起了工業(yè)上一場新的革命。隨著集成電路集成度的提高，在應(yīng)用方面，相繼 開拓了許多新的領(lǐng)域，特別是應(yīng)用于計算機(jī)上，使計算機(jī)的處理、運(yùn)算能力大大提高， 體積、功能、重量大大減小，成本急劇下降。同時由于可靠性的大幅度提高而使其應(yīng)用 得到迅速普及。計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展也開始與機(jī)械制造業(yè)相結(jié)合。在應(yīng)用于自動化生產(chǎn)線 方面，微電子技術(shù)越來越多地代替了自動生產(chǎn)線中原來由機(jī)械方式組成的控制部分，使 自動生產(chǎn)線具有檢測、記憶、運(yùn)算、比較判斷、反饋控制及顯示等一系列功能，從而使 自動生產(chǎn)線開始進(jìn)入了升級換代的發(fā)展時期。 其次，是大規(guī)模集成電路時代的到來。進(jìn)入大規(guī)模集成電路時代，使微機(jī)開始作為 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 5 商品出現(xiàn)。同時，在這一時期，機(jī)械技術(shù)也發(fā)生了變化，自動生產(chǎn)線在結(jié)構(gòu)設(shè)計上改變 了傳統(tǒng)的設(shè)計方法，向著縮小體積、減輕重量、提高剛性、實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和提高 系統(tǒng)整體可靠性的方向發(fā)展。自動生產(chǎn)線所使用的材料也從以鋼鐵為主發(fā)展到也使用一 些非金屬復(fù)合材料等。 第三，是可編程控制器的出現(xiàn)。它是一種以順序控制為主，回路調(diào)節(jié)為輔的工業(yè)控 制機(jī)。不僅能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)、記憶和算術(shù)運(yùn)算等功能，而且能大規(guī)模地控 制開關(guān)量和模擬量，克服了小型機(jī)用于開關(guān)控制系統(tǒng)所存在的編程復(fù)雜、非標(biāo)準(zhǔn)外部接 口的配套復(fù)雜、機(jī)器資源未能充分利用而導(dǎo)致功能過剩、造價高昂、對工程現(xiàn)場環(huán)境適 應(yīng)性差等缺點(diǎn)。由于可編程序控制器具有一系列優(yōu)點(diǎn)，因而替代了許多傳統(tǒng)的順序控制 器，如繼電器控制邏輯、二極管矩陣邏輯以及變換線的數(shù)字邏輯等，開始廣泛應(yīng)用于自 動生產(chǎn)線的控制。 第四，是機(jī)器人技術(shù)的飛速發(fā)展。由于微機(jī)的出現(xiàn)，機(jī)器人內(nèi)裝的控制器被計算機(jī) 代替而產(chǎn)生了第二代的工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人技術(shù)由通用型走向?qū)I(yè)化，出現(xiàn)了噴涂用、 電焊用、點(diǎn)焊用等各具特色的商品化工業(yè)機(jī)械手和機(jī)器人，在自動生產(chǎn)線中的裝卸工件、 定位夾緊、工件在工序間的輸送、加工余料的排除，加工操作、包裝等部分得到廣泛使 用?，F(xiàn)在正在研制的第三代智能機(jī)器人不但具有運(yùn)動操作技能，而且還有視覺、聽覺、 觸覺等感覺的辨別能力。具有判斷、決策能力。能掌握自然語言的自動裝置也正在逐漸 應(yīng)用到自動生產(chǎn)線中。 第五，是傳感技術(shù)的形成。傳感技術(shù)隨著材料科學(xué)的發(fā)展和固體物理效應(yīng)的不斷出 現(xiàn)，形成并建立了一個完整的獨(dú)立科學(xué)體系傳感器工程學(xué)。在應(yīng)用上出現(xiàn)了帶微處理 器的“智能傳感器”，它在自動生產(chǎn)線的生產(chǎn)中監(jiān)視著各種復(fù)雜的自動控制程序，發(fā)揮著極 其重要的作用。 第六，是液壓和氣壓傳動技術(shù)的飛速發(fā)展。特別是氣動技術(shù)，由于使用的是取之不 盡的空氣作為介質(zhì)，具有傳動反應(yīng)快、動作迅速、氣動元件制作容易、成本低和便于集 中供應(yīng)和長距離輸送等優(yōu)點(diǎn)，而引起人們的普遍重視。氣動技術(shù)己經(jīng)發(fā)展到一個獨(dú)立的 技術(shù)領(lǐng)域。在各行業(yè)，特別是電子行業(yè)的自動生產(chǎn)線中得到迅速發(fā)展和廣泛地應(yīng)用。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 2 咖啡粉枕式包裝機(jī)總體設(shè)計 咖啡粉枕式包裝機(jī)的包裝原理： 咖啡粉枕式包裝機(jī)整體是由幾個機(jī)構(gòu)組成，主要有： 料盤裝置，橫封裝置，豎封裝置，走袋裝置，料卷裝置，電機(jī)等通過一定的傳動關(guān)系組 成 4。塑料薄膜卷在料卷裝置上通過成型器成型形成卷筒狀然后通過豎封裝置熱封，再 通過牽引機(jī)構(gòu)向前走袋，在走袋的過程中料盤裝置把計量好的咖啡粉通過料斗注入豎封 好的袋中，最后通過橫封機(jī)構(gòu)橫封切斷，包裝完成。根據(jù)包裝機(jī)的要求，在包裝過程中 要確保各個裝置之間運(yùn)動協(xié)調(diào)。 傳動方案要滿足工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、傳動效率、使用維護(hù)便利、工藝和 經(jīng)濟(jì)性好等要求。 經(jīng)過分析與比較,決定采用如下運(yùn)動方式：電動機(jī)帶動 V 帶輪轉(zhuǎn)動,經(jīng)過蝸桿蝸輪減速 帶動凸輪軸轉(zhuǎn)動，然后一部分動力通過用同步帶軸，同步帶軸通過一對齒輪把動力傳給 料盤軸。用蝸桿蝸輪減速是因為它的傳動比大可以一次將轉(zhuǎn)速降到需要的大小，使結(jié)構(gòu) 簡單；用一根軸同時帶動橫封機(jī)構(gòu)、豎封機(jī)構(gòu)、走帶機(jī)構(gòu)既能使結(jié)構(gòu)簡單又能保證三者 之間同時協(xié)調(diào)的工作；用同步帶傳動既能保證準(zhǔn)確的傳動比又能實現(xiàn)較大中心距的傳動。 整個機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，沖擊小。 2.1 電動機(jī)的選擇 電動機(jī)的容量（功率）選得是否合適，對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量 小于工作要求時，電動機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或電動機(jī)因長期過載而過早損 壞；容量過大則電動機(jī)的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運(yùn)動，其效 率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。 傳動效率的計算： （1）由于傳動裝置較為復(fù)雜，取保險效率 0.634.980.9807.95272272 錐 齒 輪軸 承齒 輪鏈 輪蝸 桿帶 V （2）式中 帶 , 軸 承 ,齒 輪 ， 蝸 輪 ，0.970.98鏈 輪錐 齒 輪 ， 確定電機(jī)的輸出功率 P： 由于料盤的轉(zhuǎn)速很慢P 80 100)時才進(jìn)行輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度計算。對于開式傳2z 動，則按蝸輪輪齒的彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計。 3.1.3 按接觸疲勞強(qiáng)度計算 1、選擇蝸桿傳動類型 根據(jù) GB/T10085-1988 推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） 。 2、選擇材料 考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨 性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC 。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1， 金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅鑄造，而輪心用灰鑄鐵HT100制造。 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計 根據(jù)閉式蝸桿傳動的設(shè)計準(zhǔn)則，先按齒面接觸疲勞強(qiáng)度驚醒設(shè)計，再校核齒根彎 曲疲勞強(qiáng)度。所以傳動中心距 322HEZKTa 21矩確 定 作 用 在 蝸 輪 上 的 轉(zhuǎn) ， 則， 估 取 效 率按 0.82z mT N.179540.30.7519.nP19.56262 確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) ；由文獻(xiàn)1表11-5選取使用系數(shù)K ；由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，取動載系數(shù) ，則1A 1.v KAvEZ3確 定 彈 性 影 響 系 數(shù) 。蝸 輪 和 鋼 蝸 桿 配 件 ， 故因 選 用 的 是 鑄 錫 磷 青 銅 MPa160ZE確 定 接 觸 系 數(shù)4 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 和傳動中心距 a 的1d 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 比值 ，從文獻(xiàn)1圖 11-18 中查得 。 35.01ad 9.2ZH確 定 許 用 接 觸 應(yīng) 力 145HRC， 可 從 表桿 螺 旋 齒 面 硬 度青 銅 ， 金 屬 膜 制 造 ， 蝸根 據(jù) 蝸 輪 材 料 為 鑄 錫 磷 268MPa7- 應(yīng) 力中 查 得 蝸 輪 的 基 本 許 用 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7h2 105.4301L0jnN 壽命系數(shù) .8105.4K87HN 則 218MPa6.34HN （6）計算中心距 9.35m218.01795.a3 取中心距a=100mm，因i=20，故從文獻(xiàn)1表11-2中取模數(shù)m=4mm ，蝸桿分度圓直徑 d1=40mm。這時 ，故從文獻(xiàn)1圖11-18中可查得接觸系數(shù) ，因為 4.01ad 74.2Z ，所以以上結(jié)果可用。Z 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 17 圖 3-1 蝸輪 蝸輪蝸桿的主要參數(shù)與幾何尺寸 （1）蝸桿尺寸 =2, m=4mm1z 分度圓直徑 =40mmd 齒頂直徑 112(46.2)48aahm 齒根直徑 .30.ff 導(dǎo)程角 右 旋 638 軸向齒距 1412.56xpm 蝸桿軸向齒厚 .sn 蝸輪尺寸 根據(jù) 查文獻(xiàn)1表 11-2 得蝸輪齒數(shù) ；變位系數(shù),10,21aZ 412Z5.02x 分度圓直徑 m1644mzd2 齒頂圓直徑 72haa 齒根圓直徑 154.-f2f2 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 咽喉母圓半徑 14m721-0d21-arg 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 FF21FYmd.53KTa2 當(dāng)量齒數(shù) 43.8.1cosz332v 根據(jù) ，從文獻(xiàn)1圖 11-19 中可查得齒形系數(shù) 。,5.022vx 87.2aFY 螺旋角系數(shù) 0.9124.3-10-Y 許用彎曲應(yīng)力 FNFK 從文獻(xiàn)1表 11-8 中查得由 ZCuSn10P1 制造的蝸輪的基本許用彎曲應(yīng)力 。MPaF56 壽命系數(shù) 0.6415.K976FN 3.8MPaa 1.3092.741609.3F 求， 所 以 彎 曲 強(qiáng) 度 滿 足 要因 為 F 驗算效率 vtan 0.96有 關(guān) 。與 相 對 滑 動 速 度，已 知 svvfarctn1.3 1.782m/s310co.6410cos6ds 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 19 從文獻(xiàn)1表 11-18 中用插值法查得 ；代入公式得 ，928.1,037.vvf8.05. 不用重算。 精度等級公差和表面粗糙度的確定 考慮到所設(shè)計的蝸桿傳動是動力傳動，屬于通用機(jī)械減速器，從 GB/T10089-1988 圓柱 蝸桿、蝸輪精度中選擇 8 級精度，側(cè)隙種類為 f，標(biāo)注為 8f GB/T10089-1988。然后由有 關(guān)手冊查得要求的公差項目及表面粗糙度，此處從略。 8、潤滑方式 根據(jù)其具體的功用，采用噴油潤滑。 9、蝸輪蝸桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計 蝸桿：車制 蝸輪：采用齒圈壓配式結(jié)構(gòu) 3.2 鏈傳動設(shè)計 鏈傳動是屬于帶有中間撓性機(jī)構(gòu)件的嚙合傳動。它是由鏈條和主、從動連輪所組成 的。鏈輪上有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來運(yùn)動和動力。與屬于摩擦傳 動的帶傳動相比：鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動比，傳動 效率較高；又因不需要像帶那樣張的很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較小；在同樣使 用條件下，鏈傳動結(jié)構(gòu)較為緊促。 同時鏈傳動能在高溫及速度較低的情況下工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動的制造與 安裝精度要求較低，成本低廉，再較遠(yuǎn)距離傳動時，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動簡便的多。 鏈輪是鏈傳動的主要部件，鏈輪齒形已標(biāo)準(zhǔn)化，鏈輪的設(shè)計主要是確定其結(jié)構(gòu)及尺 寸，選擇材料和熱處理的方法。 本設(shè)計選用滾子鏈，已知電動機(jī)驅(qū)動減速器，然后經(jīng)鏈傳動到主分配軸，主動鏈輪 轉(zhuǎn)速為30r/min，傳動比為2，載荷平穩(wěn)，中心線垂直。 1. 選擇鏈輪齒數(shù) ，1Z2 為減小鏈傳動尺寸，選取主動鏈輪齒數(shù) =17，從動輪齒數(shù) =172=34，取為38.1Z2Z 2 確定計算功率 caP 由文獻(xiàn)1表9 6查得工作情況系數(shù) =1，由圖9-13查得主動鏈輪齒數(shù)系數(shù) =1.55AKzK 單排鏈 則計算功率為 = P=1x1.55x0.490w=0.76kwcaPAKz 選擇鏈條型號和節(jié)距 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速 ，及功率 ，由文獻(xiàn)1圖911，選鏈號為08A 單排鏈，min/30rcaP 再由文獻(xiàn)1表 91查得鏈節(jié)距 p=12.7mm。 滾子鏈的規(guī)格和參數(shù)如下： 鏈號：08A-160 銷軸直徑 ：3.98mm2d 節(jié)距 p：12.7mm 內(nèi)鏈板高度：12.07mm 滾子外徑 ：7.92mm 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 =7.85mm1d1b 計算鏈節(jié)數(shù)和中心距 一般初選中心距為30-50個節(jié)距，中心距過短，單位時間內(nèi)鏈條的繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，鏈 條屈伸次數(shù)和應(yīng)力循環(huán)增多，加劇鏈的磨損，若中心距過大，松邊垂度過大，傳動時松 邊顫動?？紤]本次設(shè)計，傳動功率很小，鏈條受力不大，而且整機(jī)工作時間短，應(yīng)力循 環(huán)次數(shù)小，為減小整機(jī)尺寸，初取中心距 ，則鏈節(jié)數(shù)為ma320 節(jié) 6.8221010 ZapZpaLP 取 =84節(jié)。 查文獻(xiàn)1表9-7的到中心距計算系數(shù) 239.01f 則鏈傳動最大中心距為： mm，取為345mm。5.4)(zLpa 5、計算鏈速v，確定潤滑方式 smspzn/154.0/607.123160 由v=0.154m/s ，查文獻(xiàn)1圖9-14可知，應(yīng)采用定期人工潤滑，每班注油一次。 6、計算壓軸力 作用在軸上的壓軸力 的確定eFPK 有效圓周力： NvPFe9.8210 按水平布置壓軸力系數(shù) ，故05.1FP =87.045NeFPK 7、鏈輪的基本參數(shù)和尺寸設(shè)計 鏈輪的材料應(yīng)能保證輪齒具有足夠的耐摩性和強(qiáng)度，由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比 大鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)多，所受沖擊也較嚴(yán)重，小鏈輪一般采用較好的材料. 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 21 查表兩鏈輪選用材料是 20#鋼，熱處理方法是滲碳、淬火、回火 ： 計算滾子鏈輪主要尺寸如下： 分度圓直徑： d=P/sin(180o/Z) 小鏈輪分度圓： m2.169小d 大鏈輪分度圓： 753大 齒頂圓直徑： 1max.dp 75.16 0a大小d 1min)/(dp m37.5 2a大小 齒根圓直徑： 1df 87.45 206f大小 齒側(cè)凸緣直徑： 76.0.12 hpctgd m95.13 624g大小d 計算滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸如下： 齒寬：bf1=0.93b1=0.93 7.81=7.27m 3.3 直齒圓柱齒輪的設(shè)計 由縱封橫封機(jī)構(gòu)可知，機(jī)構(gòu)主動軸和從動軸之間是靠一對傳動比為 1 的直齒圓柱齒 輪傳動的，縱封機(jī)構(gòu)傳遞功率較大，先按照縱封機(jī)構(gòu)功率設(shè)計齒輪。 已知要傳動比為 1，轉(zhuǎn)速為 15r/min。為保證縱封和橫封輪的尺寸相近性，要求滿足 縱封同樣每轉(zhuǎn)一圈封兩袋長，即為 260mm。所以縱封輪直徑為 d=260/3.14 81mm。同樣 可知，此值也是圓柱齒輪的分度圓直徑，即 d=81mm 直齒圓柱齒輪的設(shè)計步驟如下： （1）用直齒圓柱齒輪傳動； （2）包裝機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 7 級精度（GB10095-88） ； 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 （3）材料齒數(shù)選擇 齒輪 1 選 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，齒數(shù) 29 齒輪 2 選 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，齒數(shù) 29 兩齒輪參數(shù)相同，所以下列計算式不許比較。 3.3.1 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 由設(shè)計下列計算公式進(jìn)行計算，即： 21312. HEdtt ZuTKd （1）確定公式內(nèi)的計算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù)Kt=1.3 2）計算齒輪1傳遞的轉(zhuǎn)矩 m31.97N50.49nP501 T 3）由表10-7選取齒寬齒數(shù) d 4）由文獻(xiàn)1表106查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8 2 1MPa 5）由文獻(xiàn)1圖1021d，按齒面硬度查知 齒輪1的接觸疲勞強(qiáng)度為 aHMP50lim 齒輪2的接觸疲勞強(qiáng)度為 li 6）計算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 7h1 102.30156jL0nN 7）由文獻(xiàn)1圖1019查知接觸疲勞壽命系數(shù) =1.14HNK 8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由文獻(xiàn)1式10 12得：627MPa501.4lim1FSNH 計算有關(guān)參數(shù) 1）計算齒輪直徑d1t代入 中得：2H 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 23 m87.9621.13970.2.132.1 HEdtt ZuTKd 2）計算圓周速度 ssmnvt 0.63/106587.9106 3）計算齒寬 m87.9.7db1t 4）計算齒寬與齒告之比 模數(shù) z mtt 5.29.1 齒高 mht 19.67.25. 0.19.687b 5）計算載荷系數(shù) 根據(jù) =0.054m/s,7級精度，由文獻(xiàn)1圖10-8查得動載系數(shù) ； 12.VK 由文獻(xiàn)1表10-3查得直齒輪 ；1FHK 由文獻(xiàn)1表10-2查得使用系數(shù) ；A 由文獻(xiàn)1表10-4用插值法查得7級精度，齒輪相對支撐對稱布置時 ；159.HK 由 ， ，得 90.12hb159.HK09.1FK .28.5.2HvA 6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑， mKdtt 3.793.187.931 7）計算模數(shù) mz75.29.1 3.3.2 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 由文獻(xiàn)1式10 5得彎曲強(qiáng)度的計算公式為： 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 FS132dYKTmZ （1）確定公式中的各計算數(shù)值 1）由文獻(xiàn)1圖1020d查得： 齒輪1的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： =380 ； 1FEaMP 齒輪2的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： =380 ； 2 2）由文獻(xiàn)1圖1018查得彎曲疲勞壽命系數(shù)， =1.1421FNK 3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式1012得 43.2MPa80a1.4EN1 SKFF.E22FF 4）計算載荷系數(shù)K K= =11.1211.09=1.22FVA 5）查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn)1表10 5得， =2.53， =2.531FaY2Fa 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn)1表10 5得， = =1.621Sa2 7）計算齒輪1，2的下列值 = = = 0.00951F SY2FS43.6 8）設(shè)計計算 =2.05 FS132dYKTmZm 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模 數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度 所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.05并就近圓整為標(biāo) 準(zhǔn)值m=2.5mm ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d=79.83mm，算出齒輪齒數(shù) 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 25 取為 32 9.315.2871mdz 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度， 滿足了對紙帶牽引的線速度要求和每轉(zhuǎn)一周封兩個袋長的要求。 幾何尺寸計算： （1）分度圓直徑 = =zm=322.5mm=80mmd2 （2）計算中心距 =80/)(21am （3）計算齒輪寬度 08d1b 3.3.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計計算 由文獻(xiàn)1式10 5得彎曲強(qiáng)度的計算公式為：FS132dYKTmZ （1）確定公式中的各計算數(shù)值 1）由文獻(xiàn)1圖1020d查得： 齒輪1的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： =380 ； 1FEaMP 齒輪2的彎曲疲勞強(qiáng)度極限： =380 ； 2 2）由文獻(xiàn)1圖1018查得彎曲疲勞壽命系數(shù)， =1.1421FNK 3）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式1012得 43.2MPa80a1.4EN1 SKFF.E22FF 4）計算載荷系數(shù)K K= =11.1211.09=1.22FVA 5）查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn)1表10 5得， =2.53， =2.531FaY2Fa 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn)1表10 5得， = =1.621SaY2 7）計算齒輪1，2的下列值 = = = 0.00951F SY2FS43.6 8）設(shè)計計算 =2.05 FS132dYKTmZm 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模 數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度 所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.05并就近圓整為標(biāo) 準(zhǔn)值m=2.5mm ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d=79.83mm，算出齒輪齒數(shù) 取為32 9.315.2871mdz 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度， 滿足了對紙帶牽引的線速度要求和每轉(zhuǎn)一周封兩個袋長的要求。 幾何尺寸計算： （1）分度圓直徑 = =zm=322.5mm=80mmd2 （2）計算中心距 =80/)(21am （3）計算齒輪寬度 08d1b 3.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu)，以及包括各軸段長度、直徑及其它 細(xì)小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上 作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工 藝以及其它一些要求。由于影響因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異，所 以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性6。但是，不論具體情況如 何，軸的結(jié)構(gòu)一般應(yīng)滿足以下幾個方面的要求： 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 27 （1）軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置； （2）軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整； （3）軸應(yīng)具有良好的制造工藝性； （4）軸的受力合理，有利于提高強(qiáng)度和剛度； （5）節(jié)省材料，減輕重量； （6）形狀及尺寸有利于減小應(yīng)力集中。 3.4.1 軸的最小直徑估算 軸在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，一般已知裝配簡圖、軸的轉(zhuǎn)速、傳遞的功率及傳動零件的類型和 尺寸等。轉(zhuǎn)軸受彎扭組合作用，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，其長度、跨距、支反力及其作用點(diǎn) 的位置等都未知，尚無法確定軸上彎矩的大小和分布情況，因此也無法按彎扭組合來確 定轉(zhuǎn)軸上各段的直徑。為此應(yīng)先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件估算轉(zhuǎn)軸上僅受轉(zhuǎn)矩作用。 d = 3Pnmin0A = ，查文獻(xiàn)1表 15-3，取決于軸的材料和受載情況。0A32.950T 當(dāng)軸段上開有鍵槽時，應(yīng)適當(dāng)增大直徑以考慮鍵槽對軸的削弱：d100mm 時，單鍵槽增 大 3，雙鍵槽增大 7；d 100mm 時，單鍵槽增大 57，雙鍵槽增大 1015。最后對 d 進(jìn)行圓整。 查表 C=103 (當(dāng)所受彎距較小或只受轉(zhuǎn)距、載荷較平穩(wěn)，無軸向載荷或只有較小的軸 向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)；反之， T取小值，C 取較大值。) 料盤的實際功率很小，扭矩約等于零，取 P=0.531kw,n=7.5r/minmd61.425.7301min 最小直徑處有鍵槽，增大 5%取整 min=45mm 3.4.2 各軸段直徑和長度的確定 軸的結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示： 圖 2-1 料盤軸 （1）段軸頭的長度，此處要裝料盤、聯(lián)結(jié)盤、法蘭，取 。mL91 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 （2）確定 2d、 4選擇滾動軸承型號 ,取 1d 查文獻(xiàn)3表6-7，選用型md6042 號為30212的圓錐滾子軸承，其內(nèi)徑d=60mm,外徑D=110mm,寬度B=22mm。 （3）段直徑 3，為方便安裝， 3應(yīng)略大于 2，取 3=70mm。段長度 3L，根據(jù) 料盤總體結(jié)構(gòu)取 L=389mm。 （4）段軸頭的長度，此處要裝大錐齒輪，取 =55mm。2L 由上可知，軸最小直徑為12mm；軸、軸、軸、軸最小直徑為20mm。 3.4.3 軸承的選擇 選擇滾動軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)入手。在外廓尺寸相同的條 件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，適用于載荷較大或有沖擊的場合。當(dāng)承受純徑向 載荷時，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當(dāng)承受純軸向載荷時，通常選用推力軸 承；當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用角接觸球軸承 7。 根據(jù)軸的應(yīng)用場合可知，軸主要受到徑向力和軸向力。查詢常用滾動軸承的性能和 特點(diǎn)，選擇圓錐滾子軸承。應(yīng)用場合：適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中調(diào)整 游隙的場合。 3.4.4 滾動軸承的密封 （1）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。密封元件主 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。 （2）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(diǎn)，故非接觸 式密封常用于速度較高的場合。 由于轉(zhuǎn)速大于5r/min 選擇非接觸密封。 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 29 4 橫封切斷裝置設(shè)計 橫封是枕式包裝的一道重要工序,它通常位于縱封工序的后面,作用是使物料經(jīng)過縱封 的袋子橫向密封并切斷。經(jīng)過這一工序,出來的便是成品。橫封器通常安裝在一對對滾的 軸上,兩軸對滾時,被加熱的封切器壓向兩塊包裝物中間的間隙,包裝材料于是被熱封;由于 封切器的中間安裝了一把切刀,使得包裝材料被熱封的同時也被切斷,成為獨(dú)立的包裝物。 枕式自動包裝機(jī)中橫封動作是由橫封機(jī)構(gòu)來完成。 4.1 橫封機(jī)構(gòu)的選擇及分析 4.1.1 橫封機(jī)構(gòu)的選擇及分析 根據(jù)上節(jié)對橫封工藝動作的分析,能實現(xiàn)橫封回轉(zhuǎn)式封切的不等速機(jī)構(gòu)有多種,如轉(zhuǎn)動 導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、偏心鏈輪機(jī)構(gòu)、差速器等等。轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、零件數(shù)量少、調(diào)整方 便,實現(xiàn)的不等速運(yùn)動規(guī)律變化較平緩且包裝袋長與偏心距的成正比, 所以采用轉(zhuǎn)動凸輪機(jī)構(gòu)較為合適, 使封切器圓周上任一點(diǎn)的線速度與包裝袋移動的速 度相等，以便與包裝袋同步運(yùn)動。但由于封切器在一周中完成熱封、切割的動作時間短， 大多數(shù)時間用于空轉(zhuǎn)，如果讓空程時也作勻速轉(zhuǎn)動，則會造成浪費(fèi)，所以設(shè)計橫封傳動 機(jī)構(gòu)時，應(yīng)使其處于非勻速轉(zhuǎn)動的狀態(tài)，即熱封和切斷時轉(zhuǎn)得慢，空程時轉(zhuǎn)得快。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 圖 3-5 橫封切斷裝置 4.2 包裝機(jī)封合位置誤差的產(chǎn)生及補(bǔ)償方法 根據(jù)包裝物料的使用要求,包裝袋有光標(biāo)要求和無光標(biāo)要求兩種。對物料的使用方法 及其用量需要特別說明的,要保留商標(biāo)及說明區(qū)的完整。為了達(dá)到這一目的,在封合包裝袋 過程中,必須有光標(biāo)限制其封合范圍,既要求切口位置準(zhǔn)確,又要求外形美觀。由此產(chǎn)生了封 合位置誤差。封合位置誤差的產(chǎn)生溫度和濕度的變化,印制光標(biāo)時的人為操作誤差,封裝袋 時的結(jié)構(gòu)因素,都會導(dǎo)致塑料袋在封合過程中不能按預(yù)定的要求進(jìn)行。 4.3 封合溫度的影響 當(dāng)封合溫度超過110時,塑料出現(xiàn)過軟。隨著溫度的升高,縱封輥封合處已無法將塑 料壓合運(yùn)動,甚至無法將塑料袋正常送到橫封輥，V 切在行進(jìn)中,將包裝不停地封合并運(yùn)送 到橫封位置。V切不變,由于過熱,導(dǎo)致封合處的塑料焦糊封合點(diǎn)的速 不相同,在某一點(diǎn)上的位置出現(xiàn)怠速。甚至縱出現(xiàn)停歇。塑料袋的不等速運(yùn)進(jìn),完全擾 亂了包裝機(jī)的正常工作秩序,靠速度補(bǔ)償,無法修正光標(biāo)之間的位置差。 4.3.1 橫封機(jī)構(gòu)的影響 橫封機(jī)構(gòu)的影響也不能忽視。封合位置的誤差,許多情況下是由于橫封傳動的不準(zhǔn)確 造成的。為了滿足包裝不同規(guī)格的袋,有些包裝機(jī)設(shè)置了偏心鏈輪機(jī)構(gòu),盡可能地使一種型 印刷標(biāo)記對準(zhǔn)機(jī)構(gòu) 31 號的包裝機(jī)能夠包裝多種規(guī)格的封裝袋。能否封裝多種規(guī)格的袋,關(guān)鍵是在橫封輥上找到 與縱封輥相同的一點(diǎn)速度相同由于制造和操作本身存誤差,十分精確地滿足速度相同是很 困難的。 4.3.2 誤差的補(bǔ)償 （1）初始位置補(bǔ)償 減少初始位置誤差,是控制累積誤差的主要措施。通常,這要由設(shè)備本身的結(jié)構(gòu) 來保 證。確定包裝袋光標(biāo)與運(yùn)行機(jī)構(gòu)的正確關(guān)系,使之按著預(yù)定的工作方式完成基本功能運(yùn)作, 其過程如下:拉出包裝袋,使袋上的光標(biāo)墨點(diǎn)對準(zhǔn)橫封輥 ,之后用于轉(zhuǎn)動橫封輥,讓兩個等徑 的最高點(diǎn)壓住光標(biāo)然后使光電頭對準(zhǔn)包裝袋上任一點(diǎn)的光標(biāo) 。隨后將增減速凸輪置于常 開常閉的位置。這三點(diǎn)符合運(yùn)動的初始要求。 （2）運(yùn)動過程中誤差補(bǔ)償 由于存在諸多的人為因素,即使原始位置正確也難免出現(xiàn)一些隨機(jī)誤差。這些誤差的 存在,僅靠原始位置補(bǔ)償是無法做到的,必須由其它機(jī)構(gòu)參與并修正其隨機(jī)誤差。對這一機(jī) 構(gòu)的要求: 不能停機(jī)重復(fù)初始位置的補(bǔ)償方法。 獲取補(bǔ)償信息后,反應(yīng)迅速,補(bǔ)償及時。 既能補(bǔ)償正方向誤差,也能補(bǔ)償負(fù)方向誤差。在立軸或其它位置設(shè)置一對凸輪,稱 增速輪和減速輪。實際上,一對凸輪相當(dāng)于脈沖電路上兩個開關(guān),控制光電信號的通與斷。 對包裝袋的運(yùn)行狀態(tài)作了三種規(guī)定:第一種是不需要補(bǔ)償?shù)?第二種是袋運(yùn)行慢,需要增速 的;第三種是袋運(yùn)行快,需要減速的。補(bǔ)償構(gòu)件就是縱封輥。開關(guān)的通與斷是由凸輪的結(jié) 構(gòu)來決定的,分配軸一轉(zhuǎn),增減速輪也轉(zhuǎn)一圈,在一轉(zhuǎn)中凸輪符合上述三種規(guī)定。符合第一 種規(guī)定,凸輪由初始位置到一周結(jié)束,沒有脈沖信號通過,縱封輥遵循約定的圓周速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 符合第二種情況,凸輪轉(zhuǎn)360送進(jìn)一個袋長,但是當(dāng)凸輪轉(zhuǎn)過360時,袋并未完全送完, 尚有L還在送進(jìn)中,從圓周中,一個袋長轉(zhuǎn)過360+才將一袋送完。也就是說,袋送進(jìn) 速度減慢,需要縱封輥加速才能補(bǔ)償。而區(qū)域還是上微動開關(guān)導(dǎo)通狀態(tài)。此時，光電頭 對準(zhǔn)遮光區(qū),產(chǎn)生光電脈沖。光電流被放大足以驅(qū)動伺服電機(jī),進(jìn)而使行星差 動輪系正轉(zhuǎn),使 縱封輥得到速度補(bǔ)償。由于伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)向可正可負(fù),因而蝸輪的轉(zhuǎn)速的方向亦可正可負(fù)， 從而達(dá)到增減速之目的。反之亦然。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 6 結(jié)論與展望 本課題是經(jīng)過對包裝要求和條件的分析，選擇型號為 Y802-4 的電機(jī)，選擇了 v 帶和 蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)作為減速機(jī)構(gòu)，運(yùn)用了齒輪傳動和同步帶傳動并且對齒輪、軸、帶輪、蝸 桿蝸輪進(jìn)行了設(shè)計校核，所設(shè)計的包裝機(jī)橫封、豎封、走帶都是用凸輪機(jī)構(gòu)，主要針對 用塑料袋包