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多功能封口機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1 多功能封口機(jī)初步方案 多功能封口機(jī)從方向上一般分為兩種：立式和臥式。由于本次設(shè)計(jì)以小規(guī)模生產(chǎn)為考慮，故選擇立式多功能封口機(jī)，其可以有效得減少占地面積，同時(shí)上下結(jié)構(gòu)便于利用重力作用連續(xù)填料、封口。 從上之下，如圖1所示工作過程: 包裝材料 ↓ 充填物料→成型器 ↓ 縱封裝置 ↓ 橫封裝置 ↓ 切斷裝置 ↓ 產(chǎn)品 圖1 立式多功能封口機(jī)工作過程 以此為依據(jù)，逐步進(jìn)行設(shè)計(jì)及計(jì)算。 2 成型器 多功能封口機(jī)使用的成型器有多種，如圖2所示： 圖2 成型器種類 a-翻領(lǐng)式成型器，形成阻力比較大，易使薄膜變形、發(fā)皺或撕裂，適用性小，最主要的是成型器的設(shè)計(jì)、制造及調(diào)試都較為復(fù)雜，故在此不使用此種成型器。 b-象鼻式成型器，沒有形成阻力大的缺點(diǎn)，適用性更好，但同樣有成型寬度受制，成型時(shí)薄膜易跑偏的缺點(diǎn)，故也不選擇。 c-三角形成型器，通用性強(qiáng)，且適應(yīng)規(guī)格變化，適用較廣，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在此我選擇此種成型器。 d-U形成型器，受力較三角形的好，適應(yīng)范圍也廣，唯一的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。 e-直角缺口導(dǎo)板式成型器，能將平張薄膜對(duì)開后又能自動(dòng)對(duì)折封口成袋，但薄膜成型時(shí)變形較大。 d、e兩種都不選擇。 圖3 三角成型器折疊示意圖 如圖3所示，設(shè)薄膜的寬度為2a,對(duì)折后的空袋高度為a(立式機(jī)為空袋寬度)，三角形板與水平面間的傾斜角即安裝角為α，三角板的頂角為2β,薄膜在三角形板上翻折的這一區(qū)段長(zhǎng)為b,若不計(jì)三角形板的厚度,假定薄膜在對(duì)折后兩膜間貼得很緊,則: 在直角三角形DEC中,DE=b,DC=a,所以有： ab=sinα 2-1 在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a, DC=b,所以有 ab=tanβ 2-2 對(duì)既定的三角形成型器和一定的空袋尺寸,a/b是一個(gè)定值,所以有如下關(guān)系： sinα=tanβ 2-3 在生產(chǎn)實(shí)踐中,三角形頂角2β值是加工后得到的,而安裝角α可通過一定結(jié)構(gòu),并加以調(diào)試來保證。故最好α值是一個(gè)容易測(cè)量的整數(shù),設(shè)計(jì)中通常是選定α后,再用關(guān)系式來求解β值。 安裝角α實(shí)質(zhì)上就等于三角形成型器在頂角附近薄膜運(yùn)動(dòng)的壓力角,α角越大就表示壓力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,壓力角太大時(shí),薄膜在受力翻折中容易產(chǎn)生拉伸變形,嚴(yán)重的甚至撕裂或拉斷。壓力角小時(shí),成形阻力就小,但壓力角太小,致使結(jié)構(gòu)不緊湊。 根據(jù)壓力角及結(jié)構(gòu)尺寸間的關(guān)系,三角形成型器安裝角的選擇范圍為α=20°~30°由此可見,β角最適宜的角度不大于30°。所以,通常三角形成型器采用頂角2β<60°的等腰三角形,取極限時(shí),則呈等邊三角形。 在此，假定α=30°，則β=26.5°，2β=53° 形成型器的尺寸除頂角外,還有三角形板的高h(yuǎn),它和制袋的最大尺寸有關(guān): h=amaxsinα+Δh 2-4 式中: amax—能制作最大空袋的高(立式機(jī)為袋寬)； Δh—放出的余量,取30~50毫米。 取amax=100mm,a=50mm,b=100mm, Δh=50mm，則h=150mm。 3 總體傳動(dòng)方案 系統(tǒng)傳動(dòng)如圖3所示： 圖4 傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 電機(jī)輸出動(dòng)力，由帶傳動(dòng)傳遞給蝸輪蝸桿減速器，之后帶動(dòng)主軸三路傳動(dòng)，使得圖示所示的縱封裝置、橫封裝置以及切斷裝置工作，其中縱封裝置也起到了導(dǎo)輥的作用，拉動(dòng)包裝材料。 4 電機(jī)的選擇 由于設(shè)計(jì)整體傾向于小規(guī)模生產(chǎn)，且機(jī)器的體積及工作量都并不大，故可以選擇較小的電機(jī)，參考需求以及市場(chǎng)選擇Y系列三相電機(jī)，參數(shù)如表1所示： 型號(hào) 額定功率 額定電流 轉(zhuǎn)速 效率 功率因數(shù) 廠家 Y80M1-4 0.55kW 1.5A 1390r/min 73% 0.76 臺(tái)州恒富電機(jī)廠 表1 電機(jī)基本參數(shù) 5 運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 假定定量供料裝置轉(zhuǎn)動(dòng)一周，可以完成5袋填料，機(jī)器的包裝速度要求在30-60袋/min,故定量供料裝置要求每分鐘轉(zhuǎn)動(dòng)6-12周，即其中心軸轉(zhuǎn)速為6-12r/min。由定量供料裝置有5個(gè)定量孔可知橫封器封制次數(shù)也應(yīng)為n=30-60次/min。假定袋長(zhǎng)為L(zhǎng)=60-100mm，設(shè)縱封器轉(zhuǎn)速為α，縱封裝置壓輥半徑為R，則有： LM · nM = 2παM ·R 5-1 現(xiàn)初定R=50mm，則αM =19.1r/min 同理： Lm · nm = 2παm ·R 5-2 αm =5.7r/min 總傳動(dòng)效率η=η帶·η減·η鏈 ·η齒 5-3 其中 帶傳動(dòng)效率為0.96，齒輪傳動(dòng)效率為0.97，鏈傳動(dòng)效率為0.96,減速器傳動(dòng)效率為0.8，則η=0.712 總傳動(dòng)比i=n電/α=72。 初定減速器減速比24。 分配傳動(dòng)比齒輪總傳動(dòng)比為1，鏈輪總傳動(dòng)比為3，帶傳動(dòng)總傳動(dòng)比為 1。 6 傳動(dòng)軸參數(shù)計(jì)算 計(jì)算各軸功率及轉(zhuǎn)矩： 電動(dòng)機(jī)軸（0軸）： P0 = P電 η電=401.5W n0 = 1390r/min T0 = 9550 P0/n0 =2.76N·m I軸（蝸輪蝸桿所在主軸）： P1 = P0 η減 η帶 則P1 =308.3W n1 =n0/i減 =58r/min T1 =9550 P1/n1=49.1 N·m II軸（縱封裝置所在軸） P2 = P1 η鏈=296W 初定i12=3 n2 =n1/i12 =19.3r/min T2 =9550 P2/n2=146.5 N·m III軸（橫封裝置所在軸） P3 =P2=296w 初定i13=2 n3 =n1/i13=29r/min T3 =9550 P3/n3=97.5 N·m IV軸 (偏心輪所在軸) P4 =P1η鏈η齒 =287.1W 現(xiàn)定i14=0.5 n4 =n1/(i14 i齒)=29r/min T4 =9550 P4/n4=94.5 N·m 7 鏈輪設(shè)計(jì) 已知橫封裝置有: P =296W ,n=29r/min, i鏈=3 1) 確定鏈輪齒數(shù) 初定其速度為v=0.6-3m/s,查表選取小鏈輪齒數(shù)z1=21，z2 =63. 2）確定鏈型號(hào)和鏈節(jié)距 由表4-14，查得工作情況系數(shù)KA=1.5，由圖4-39查得小鏈輪齒系數(shù)Kz=0.74,由表4-15查得多排鏈系數(shù)Kp=1.75，則計(jì)算功率： P0 =KA KZ P/KP=0.28KW 根據(jù)P0、n1查表確定，故選鏈號(hào)16A，表鏈節(jié)距p=12.7mm。 3) 驗(yàn)算鏈速v V=Pz1n1/(60x1000)=3m/s=3m/s 故鏈速適宜。 4) 確定鏈條數(shù)和中心距 a.初定中心距a0=30-50P，取a0=30P，用于表示鏈條長(zhǎng)度的鏈節(jié)數(shù)Lp0， Lp0=2a0P+z1+z22+P/a0(z2-z12π） 7-1 =75 取Lp =108 節(jié)。 b.確定實(shí)際中心距: a=a0+(L0-Lp0)P/2 7-2 =280.67mm 5) 確定鏈的尺寸 a．小鏈輪的主要尺寸 查表滾子鏈的基本參數(shù)與尺寸查得16A內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 b1=15.75mm，滾子外徑d1=15.88 mm，內(nèi)鏈板高度h2=24.13 mm。 分度圓直徑 d=p/sin(180/z1)= 69.12 mm 齒頂圓直徑 damax = d+1.25P- d1 = 69.115 mm damin = d+(1-1.6/z1)P- d1==64.97 mm damin < da < damax 取da = 65mm 齒側(cè)凸緣直徑 dg < pcot(180/z1)-1.04h2-2.76 = 116.60 mm 齒根圓直徑 df = d- d1= 69.12-15.88 = 53.24 mm 齒寬 bf1 = 0.93b1= 0.93×15.75 = 14.65 mm 倒角寬 ba = (0.1～0.15)p = 1.27～1.905 mm 倒角深 h = 0.5P = 0.5×12.7=6.35 mm 齒側(cè)凸緣(或排間距)圓角半徑 ra = 0.04P = 0.508 mm b．大鏈輪的主要尺寸 由于鏈輪有三種傳動(dòng)比2、3以及0.5，故還有三種鏈輪尺寸。 6) 計(jì)算壓軸力 鏈傳動(dòng)的圓周力 Ft = 1000p/v = 539.22N. 則壓軸力 Q = KQ·Ft = 647.06 N。 8 齒輪設(shè)計(jì) I．選擇材料 齒輪材料選用40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度。 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N N1 =60n2khi=2.78×107 N2 =60n3khi=4.18×107 式中 Ni—第i級(jí)載荷應(yīng)力循環(huán)次數(shù)； ni——第i級(jí)載荷作用下齒輪的轉(zhuǎn)速； k—齒輪每轉(zhuǎn)一周同側(cè)齒面接觸次數(shù)； hi—在i級(jí)載荷作用下齒輪的工作小時(shí)數(shù)。 查表接觸強(qiáng)度的計(jì)算壽命系數(shù)ZNT，得ZN1=1.15，ZN2=1.13 查表接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)ZX，得ZX1=ZX2=0。 查表最小安全系數(shù)參考值，得SHmin=1.0，查表工作得硬化系數(shù)Zw=1.0，軟齒面齒輪的ZLVR=1.0。 按齒面硬度250HBS，查表得齒面接觸疲勞極限σHlim=690Mpa。 由表圓柱齒輪傳動(dòng)齒面接觸疲勞強(qiáng)度與齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算許用應(yīng)力 II．按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距 齒輪轉(zhuǎn)矩T=49.1 N·m 初取K=1.1，由于齒寬系數(shù)取大些，可使中心距及直徑d減??；但是齒寬越大，載荷沿齒寬分布不均勻的現(xiàn)象越嚴(yán)重，故初取齒寬系數(shù)Φa=0.3，由表得材料彈性系數(shù)Ze=188.9MPa，減速比i=u=3。查表有： 由表知 圓柱齒輪傳動(dòng)簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)計(jì)算公式，計(jì)算中心距， 取中心距270mm。 估算模數(shù)m=0.007-0.02a=1.89-5.4，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)。 齒數(shù) z1=2a/m(u+1)=90 齒輪分度圓直徑 d=mz1=180 齒輪齒頂圓直徑 齒輪基圓直徑 圓周速度 由表圓柱齒輪傳動(dòng)各級(jí)精度的應(yīng)用范圍，選擇齒輪精度為8級(jí)。 III．驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 按表得使用系數(shù)KA=1.0，按表取動(dòng)載系數(shù)KV=1.06，按表取Kβ=Kα=1.1，則有： K=KAKVKβKα=1.28， 齒寬b=Φaa=45mm 齒頂壓力角 查表按式計(jì)算重合度 式中“”符號(hào)中，“+”號(hào)用于外嚙合傳動(dòng)，“-”用于內(nèi)嚙合傳動(dòng)，本傳動(dòng)為外嚙合傳動(dòng)，故選“+” 。 按式計(jì)算接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度 由表16.2-34計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 故安全。