充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 三角包裝袋形式的液體立式成型充填封口包裝機設計 成型充填封口包裝機是能夠完成包裝容器的成型，充填，封口的機器。按其功能可以分為袋成型充填封口包裝機和熱成型充填封口包裝機兩大類型。其中立式袋成型充填封口包裝機是包裝機械中應用最廣泛，批量最大的機型之一，其特點是被包裝材料的供料筒設置在制袋器內側，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行。該成型機器主要由計量裝置，傳動系統，橫封和縱封裝置，成型器，充填管及薄膜牽拉供送機構等部件組成。本次設計的包裝機為三角包裝袋形式的液體立式成型充填封口包裝 機，選用翻領式成型器，機械無級調速裝置，高頻加熱式橫封器，縱封牽拉滾輪通過傳動，執行機構實現包裝機的包裝參數要求。 關鍵詞： 包裝機，計量裝置，成型器，機械無級調速裝置 Title The Design of Triangular Form of Liquid Packaging Bags Vertical Shaped-filling-sealing Packaging Machine Abstract Shaped-filling-sealing packaging machine is a machine which can model， fill， seal of the packing container。 It can be divided into two types by the function ,including bag modeling packing machine and hot modeling packing machine. The upright sack modeling filling sealing packing machine is the most applicative type. The character of this type of packing machine is as following .The material canister is in the bag making ware ， and bag making and atling is completed from top to bottom . This machine is mostly composed of metering device， transmission agent， crosswise and vertical envelop device， former， stowing pipe and film hauling and pulling feed deliver mechanism. The packing machine designed now is upright sack modeling filling sealing packing machine for paper cornucopia bag . In this machine ,there is lapel type former， - II - mechanism infinite speed variation device， dielectric heating crosswise enveloping ware and the truck of vertical enveloping. keywords packaging machine ,metering device, former, infinite speed variation 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 充值下載文檔就送全套 CAD 圖紙 扣扣加 414951605 目 錄 引言 . 1 1 成型充填封口包裝機概述 . 5 1.1 成型充填封口包裝機的發展概況 . 5 1.2 成型充填封口包裝機的分類及特點 . 5 2 袋成型充填封口包裝機 . 6 2.1 分類及組成 . 6 2.2 立式袋成型充填封口包裝機 . 6 3 立式袋成型充填封口包裝機典型部件設計 . 7 3.1 三角袋成型器的設計 . 7 3.2 機械無級調速裝置 . 12 3.3 高頻加熱式橫封器 . 13 3.4 縱封牽拉滾輪 . 13 3.5 總體布局圖 . 14 4 設計數據計算 . 15 4.1 確定主軸轉速 . 16 4.2 軸的設計 . 16 4.3 選擇電動機 . 19 4.4 蝸輪減速器的設計 . 20 4.5 錐齒輪的設計 . 24 4.6 V 帶設計 . 27 4.7 雙聯滑移齒輪設計 . 29 畢業設計總結 . 33 致 謝 . 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 . 34 附 錄 . 35 本科畢業設計說明書 - 1 - 引言 買文檔送全套圖紙 扣扣414951605引言 - 2 - 本科畢業設計說明書 - 3 - 包裝機械根據包裝物與包裝材料的供給方式，可分為全自動包裝機械及半自動包裝機械 ； 按包裝物的使用范圍劃分，還可分為通用包裝機、兼用包裝機及專用包裝機 ； 依包裝種類可分為內包裝機及外包裝機等 。近幾年來我國的包裝機械雖然發展很快， 產品水平 也上升到了 新臺階，開始顯現規模化、成套化、自動化的趨勢，傳動復雜、技術含量高的設備開始出現。但是與國外產品相比仍然存在很大的技術差距。 我國現有的一些包裝機械產品技術含量不高，而國外已將很多先進技術應用在包裝機械上，如遠距離遙控技術 (包括監控 )、步進電機技術、自動柔性補償技術、激光切割技術、信息處理技術等。國內大多以生產單機為主，而國外大多為成套生產線，很少單機 銷售。我國的食品和包裝機械單機多、成套少，通用機型多、滿足特殊要求、特殊物料的設備少 ；技術含量低的多，高技術附加值、高引言 - 4 - 生產率的產品少 ； 智能化設備還處于研制階段。我國食品和包裝機械產品的質量差距主要表現在穩定性和可靠性差、造型落后，外觀粗糙、基礎件和配套件壽命短、無故障運行時間短、大修周期短，且絕大多數產品還沒有制定可靠性標準。 同時 我國食品和包裝機械主要還是仿制、測繪，稍加國產化改進，很少有自行研究開發的。目前國內的科研、開發投人較少。我們的開發手段落后，現在好一點的企業開展了 “甩圖版工程 ”，但真正使用 CAD 的還很少。產品開發缺少創新，難上水平。生產手段落后，大部分還是用陳舊的通用設備加工。新產品開發不但數量少，而且開發周期長。在企業管理上，往往重生產加工、輕研究開發、創新不夠，不能緊跟市場需求及時提供產品。 現在隨著人們 膳食結構的調整和飲食習慣的改變，促進了食品加工業的快速發展，增加了對高品質的包裝機械和食品加工機械的需求。 所以 現代包裝機設計應該滿足 “綠色設計 ”，即人性化設計的要求。它是面向質量設計、裝配設計、制造設計、維修設計、可靠性設計的綜合設計。包裝 機械 的設計要考慮到可靠性、安全性、環保性、低噪音等各方 面的因素。充分體現原理優化、結構優化、制造優化、造型優化。 按包裝機械的工作原理與結構性能通常將包裝機械分成八個組成要素： ，被包裝物品的計量與供送系統；該系統是指將被包裝物品進行計量，整理，排列，并輸送至預定工位的裝置系統。有的還完成被包裝物品的成型和分割。 ，包裝材料的整理與供送系統；該系統是指將包裝材料進行定長切斷或整理排列，并逐個輸送至預定工位的裝置系統。 ，主傳送系統；該系統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。 ，包裝執行機構； ，成品輸出機構。 ，動力機與傳動系統；該系統是指將動力機的動力與運動傳遞給執行機構和控制元件，使之實現預定動作的裝置系統。 本科畢業設計說明書 - 5 - ，控制系統；控制系統由各種自動和手動控制裝置組成，是現代包裝機械的重要組成部分，包括包裝過程及其參數的控制，包裝質量，故障與安全的控制等。 ，機身；機身用于支撐和固定有關零部件，保持其工作時要求的相對位置，并起一定的保護和美化外觀等作用。本次包裝機械的畢業設計涉及到大學期間所學的機械原理，機械設計，機械系統設計，機電傳動控制，測試與傳感等多門課程。作為大學四年的最后一次大型的綜合性設計它會提升我們綜 合運用所學知識，融合各個學科，交叉運用各個學科知識的能力，很好的培養了我們的研究能力，設計能力和動手能力，認真完成本次的畢業設計可以為我們將來的學習和工作打下良好的基礎。 三角包裝袋形式的液體立式成型充填封口包裝機設計 1 成型充填封口包裝機概述 1.1 成型充填封口包裝機的發展概況 成型充填封口包裝機是能夠完成包裝容器的成型，充填，封口的機器。我國的成型充填封口包裝機起步較晚， 80 年代以前只能生產幾個品種，且水平很低。自 70 年代末， 80 年代初起，由于我國改革開放，經濟飛速發展，人 民生活水平不斷提高，對包裝產品的數量和質量的需求不斷增加。這種市場需求的刺激，加上國家和政府主管部門的重視，政策引導和積極扶持，使成型充填封口包裝機的研究，設計和制造得到迅速的發展。機電一體化和微機控制也為研發成型充填封口包裝機提供了廣闊的前景。 1.2 成型充填封口包裝機的分類及特點 成型充填封口包裝機按其功能可以分為袋成型充填封口包裝機和熱成型充填封口包裝機兩大類型。 1 袋成型充填封口包裝機 袋成型充填封口包裝機是將卷筒狀的撓性包裝材料制成袋筒，充入物料后，進行封 口，三個功能自動連續完成的機器。袋成型充填封口包裝機應用廣泛，可包裝液體，糊狀物料，也可以包裝顆粒和固體物料。包裝袋的形式有枕形袋，三封袋，四封袋，磚形袋，屋形袋，角形自立袋等多種類型。 引言 - 6 - 2 熱成型充填封口包裝機 熱成型充填封口包裝機是在加熱的條件下，對熱塑性的片狀包裝材料進行深沖形成包裝容器，然后進行充填和封口的機器。該機器一般使用兩層卷料，一層是“成型”卷料，另一層是“蓋封”卷料。“成型”卷料經過加熱成型制成包裝容器，由工人或自動充填裝置填料后，再將“蓋封”覆蓋在容器上，用加熱的方式與容 器四周凸面密封，再由沖裁裝置沖裁成單個的包裝盒。 2 袋成型充填封口包裝機 2.1 分類及組成 袋成型充填封口包裝機常用于包裝塊狀，片狀，粒狀，梗枝狀，粉狀以及流體和半流體物料。其特點是直接用卷筒狀的熱封包裝材料，自動完成制袋，計量和充填，排氣或充氣，封口和切斷等多種功能。熱封包裝材料主要有各種塑料薄膜以及由紙，塑料，鋁箔等制成的復合材料，它們具有防濕阻氣，易于熱封和印刷，質輕柔，價廉，易于攜帶和開啟等優點。根據制袋與充填物料的方向不同，袋成型充填封口包裝機一般分為立式和臥式兩種類型。 2.2 立式袋成型充填封口包裝機 立式袋成型充填封口包裝機是包裝機械中應用最廣泛，批量最大的機型之一，其特點是被包裝材料的供料筒設置在制袋器內側，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行。該成型機器主要由計量裝置，傳動系統，橫封和縱封裝置，成型器，充填管及薄膜牽拉供送機構等部件組成。其工作原理（如圖 1 所示）為：放置在支承裝置上的卷筒薄膜 1，繞經導輥組2，張緊裝置 3，通過成型器 4 卷成薄膜圓筒裹包在充填管 5 的表面。先用縱向熱封器 6 對卷成圓筒的接口部位薄膜進行縱向熱封，得到密封管筒，然后筒狀薄膜移動到橫封器 7 處進行橫封，構成包裝袋筒。計量裝置（圖中未畫出）把量好的物料，通過上部的充填管 5 充填到包裝袋內，再由橫向熱封器 7 熱封并在中間切斷，形成包裝袋單元體，同時形成下一個筒袋的底部封口。 本科畢業設計說明書 - 7 - 圖 1 立式袋成型充填封口包裝機工作原理圖 1卷筒薄膜； 2導輥組； 3張緊裝置； 4成型器； 5充填管； 6縱向熱封器； 7橫向熱封器 3 立式袋成型充填封口包裝機典型部件設計 3.1 三角袋成型器的設計 三角袋立式成型充填封口包裝機的三角袋有四個側面，外形象粽子，常用于包裝小份量的咖啡，牛奶，袋乳 品，蜂蜜，糖漿，果汁或者其他類似的產品。因這種袋開口后還須保持原形而依然挺立，所以應該采用金屬或其他較厚的材料制成。翻領式成型器由外表為領狀而內表面為圓形的內外工作曲面組合而成，平張薄膜沿著翻領外表面翻折并沿著管子內壁下降。當其強制通過該成型器后，其縱縫就互相搭接或者對接而形成筒狀，成型時運動阻力較大，容易造成拉伸等塑性變形，故對單層塑料薄膜的適應性較差，而適用于金屬膜或者其他較厚的材料。這種成型器廣泛的應用于立式充填封口機上，該設計中的袋寬尺寸通過更換成型器來實現。 薄膜在通過該成型器的時候應該力求不產生 縱向與橫向拉伸變形，使成袋第 3章 立式袋成型充填封口包裝機典型部件設計 - 8 - 的外形平整美觀，符合制袋要求。因此，在設計翻領式成型器的時候，不但要考慮形狀和尺寸，更主要的在于確定其領口交接曲線，該設計中選用圓形加料管翻領式成型器。 圖 2 圓形料管翻領式成型器的幾何圖形及參數關系圖 如上圖 2，圓形料管翻領式成型器的幾何圖形及參數關系圖，為推導方便，取直角坐標 xyz ，設料管的中心線為 Oz 軸，它同 xOy 平面的相貫線是以r 為半徑的一個圓。平張薄膜經過導輥引至成型器未 折彎以前要求與 ABC共面，則構成等腰三角形，且與 xOy 平面的夾角為 ，顯然 D 是 AB直線的中點， A C D B C D ,則 ACS 與 BCS 對 xoz 呈對稱曲面， SCS 即為翻領式成型器的交接曲線。 S 是該曲線的最低點，位于 x 軸上， c 為最高點，在 xOy 平面上的投影點是 N，也位于 x 軸上。 若將 AC 任意延長至 T 點，依次作 /TT Oy ， /T E Oz ， /CE Ox ，由此得知 CET ， CTT 均為直角，且 CTT 與 ABC 共面， CET 與 xOz 共 本科畢業設計說明書 - 9 - 面。在領口交接線上任取一點 P，連 PT，令 PT f ， CT e ， P 點在 xOy平面上的投影為 Q 點，令 NQ u ， uN O Qr 。為求 PQ 與 u 的函數關系，又令 CN h ， PQ z ，并寫出 P 點的坐標： cosxr ， sinyr ，()zu ，同理可以寫出 T 點的坐標： c o stx r e ， ty etg ，sintz e h，進而求得： 2 2 2 2( ) ( ) ( )t t tf x x y y z z 代入以上各坐標值則得： 2 2 2 2( c o s c o s ) ( s i n ) s i n ( ) f r e r e t g r e h u 通過解析作圖法求解，得到交接曲線上任意點 P 的軌跡方程： 21( s i n ) ( c o s ) ( 1 c o s )2 ( 1 1 )( 1 s i n )e t g u r r e r uuh e 221 22 ； ( 1 2 )( 1 s i n ) 2 c o sbre h b t g r 設計中如果能首先確定袋子的凈寬 b，料管半徑 r，翻領三角平面的后傾角 及其半頂角 ，領口交接曲線的最大高度 h，則可以求得 e 值。再利用公式（ 1 1）計算出與每一段弧長 u 對應的在交接曲線上各點高度 ()u ，便不難連成交接曲線（ scs 為成型器的領口交接曲線） 確定 , , ,rh 各參數必須滿足包裝工藝的要求： 圓形料管的半徑。 由于袋筒的內表面與料管的外表面近似直接觸，故取 bb r r 翻領三角平面的后傾角 翻領三角平面的后傾角與三角板成型器的安裝角相似， 角越大則薄膜通過成型器的阻力越大，而結構尺寸卻趨于減小，這樣包裝機的總體尺寸就顯得更加緊湊。生產實踐表明，翻領式成型器后傾角的可取范圍較寬，即6 0 6 0 oo: ，此設計中取 45o 。 第 3章 立式袋成型充填封口包裝機典型部件設計 - 10 - 翻領三角平面的尺寸 由圖可知，三角平面 ABC 是將平張薄膜從導輥牽至成型器最高點 C，在開始折彎成型之前用來引導和承載包裝材料的，其形狀尺寸應該由底AB=2b，高 DC a (或者頂角 2ACB B)來決定。如前所述 b 值與袋子尺寸有關，至于 a 值的大小實際上反映了引導面的大小，若 a 值太小不僅起不了引導與承載的作用，而且會使薄膜在交接曲線附近的運動阻力過大，容易引起拉伸變形。反之，若太大又會導致成型器結構不夠緊湊，并增加了薄膜與成型器表面之間的摩擦。設計中可取 ah ，則 bbtgah ；設計時為使領口交接曲線比較精確，對 來說在 0 : 范圍內一般不應少于八個計算點，而在 2: 之間因曲線對稱，無需重復計算。 領口交接線的最大高度。 由于領口交接線是一條空間曲線，因此對于某一特定的 r , 和 而言，由式（ 1 2）可見，其領口交接線的最大高度 h 與線段 e 的長度有關。當 e值由 0 變化時， h 則由某一高度值逐漸趨小， 直至減為2 2 c o s1 s i nb t g rh ；當 e 值取得較大時， h 較小，成型器較矮，薄膜在成型時變形急劇，阻力增大，不利于制袋。當 e 值取得較小時， h 較大，成型器較高，雖然薄膜成型時變形和阻力較小但是結構不緊湊，而且導致加料管懸臂增長，受力情況變差，對制造與使用都會帶來困難。當 2cosre 時， h 的變化已經極為緩慢，所以可以取 20cosre 。將（ 1 2）代入上述不等式中，得到：1c o s c o s41 s i nb r b t ghh ；（ 1 3）為了不使成型器尺寸過大，通常 h 值在1h計算值附近取整數。 翻領成型器的參數計算： 設計參數：制袋尺寸：長 120 180mm，寬 100 150mm；后傾角 45o 。袋寬取 100mm進行計算，其他袋寬尺寸的算法與此相同。 確定圓形料管的半徑 r 由式 bb r r 100 31.83mm 本科畢業設計說明書 - 11 - 確定三角平面的頂角及領口交接曲線的最大高度 取翻領成型器的引導面長與領口交接曲線的最到高度相等，則100btg hh ，再運用式（ 1 3）求交接曲線的最大高度的計算值111001 0 0 c o s 4 5 3 1 . 8 3 c o s 4 5 1 0 0c o s c o s441 s i n 1 s i n 4 5b r b t g hh ooo化簡得： 22111 . 7 0 7 1 7 8 . 0 4 1 1 0 0 0hh 解得：1 1 0 2 .7 4h m m；故取 110h mm 1 0 0 1 0 0 4 2 . 3110r c t g r c t gh o 確定領口交接曲線的軌跡點： 由式（ 1 2 ） 221 22(1 s i n ) 2 c o sbre h b t g r 代入得：221 1 0 0 2 3 1 . 8 32 5 7 . 3 31001 1 0 ( 1 s i n 4 5 ) 1 0 0 2 3 1 . 8 3 c o s 4 5110e m m oo若沿著料管的半周長 (100 )mm 分成 10 等分，并分別將 u 值代入下列曲線高的計算式： 21( s i n ) ( c o s ) ( 1 c o s )2()( 1 s i n )e t g u r r e r uuh e 21 0 0 15 7 . 3 3 ( 3 1 . 8 3 s i n ) 3 1 . 8 3 ( 5 7 . 3 3 c o s 4 5 3 1 . 8 3 ) ( 1 c o s )1 1 0 21105 7 . 3 3 ( 1 s i n 4 5 )uu oo經計算得出下表所示值： 0o 18o 36o 54o 72o 90o 108o 126o 144o 162o 180o u 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 ()u 110 109.26 106.73 101.97 94.69 84.72 72.07 56.91 39.54 20.40 0 第 3章 立式袋成型充填封口包裝機典型部件設計 - 12 - 3.2 機械無級調速裝置 圖 3 無級調速裝置 1螺母； 2 v 形帶； 3鍵； 4彈性定位套； 5分離錐盤； 6可動分離錐盤； 7調節螺母； 8調節螺桿； 9手輪； 10鎖緊螺母 本機采用機械式無級調速裝置，根據實 際需要包裝速度可以在 15 20袋 /min 范圍內任意調節，圖 3 所示為無級調速裝置結構圖。分離錐盤 5是不動的，由輸出軸通過彈性定位套 4 加以固定，當需要變速時，首先松開鎖緊螺母 10，轉動手輪 9，調節螺桿 8轉動時，帶動調節螺母 7 軸向移動，分離錐盤 6 也軸向移動，使三角膠帶沿徑向外移或內嵌。因而改變輸入與輸出輪的作用半徑，達到無級調速的要求。機械無級調速機構的類型 本科畢業設計說明書 - 13 - 很多，但多數是利用摩擦傳動機構實現的，由于其結構簡單，傳動平穩，噪聲小，使用維修方便，效率高，所以在各類機械中得到了廣泛的應用。但由于摩擦副元件的彈性滑動，存 在速度損失，所以不能用于要求調速精度高的場合。該設計采用寬 V帶式機械無級調速裝置，其傳動比范圍為 2 4。 3.3 高頻加熱式橫封器 圖 4 高頻加熱式橫封器 1， 3 封合電極 2，彈性夾板 4，加熱切刀 上圖 4 所示為高頻加熱式橫封器的截面圖。它左右兩只電極，即封合電極。其間通入高頻電流進行加熱。在電極兩外側各配置一對彈性夾板，以利于減少電極合攏時的剛性沖擊和對封口縫的拉力。電極表面膠粘著環氧板及聚四氟乙烯編織物作為耐熱，絕緣，防粘材料，與薄膜偶爾被熱穿時可以防止高頻加熱切刀與封合電極直接接觸而產生 的電火花現象。這種高頻加熱式橫封器兼有橫封和切斷的功能。 3.4 縱封牽拉滾輪 該立式包裝機的縱封牽拉滾輪選用熱輥加壓封合，如圖 5 所示，將一對或其中一個相向等速回轉的輥筒 1加熱，使連續通過其間的薄膜 2受壓封合，因為三角袋立式包裝機袋用材料較厚，所以易采用這種熱封加壓封合方法。這組縱封牽拉滾輪兼有縱封和牽拉薄膜的功能。該設計中縱封滾輪的轉動是通過一對錐齒輪傳動從主軸上得到。 第 3章 立式袋成型充填封口包裝機典型部件設計 - 14 - 圖 5 熱輥加熱封合 1輥筒； 2薄膜； 3封縫 3.5 總體布局圖 本科畢業設計說明書 - 15 - 1，料斗 2，閥開度調節器 3，翻領式成型器 4，錐 齒輪 5，雙聯滑移齒輪 6，二軸 7，凸輪 8，主軸 9，蝸輪減速器 10，無級調速裝置 11，電動機 4 設計數據計算 設計參數 制袋尺寸：長 120 180mm，寬 100 150mm 計量范圍： 150 550ml 包裝速度： 15 20 袋 /min 見主傳動示意圖 6，設電動機的轉速為 n ，無級調速裝置輸出軸的轉速為1n，主軸的轉速為2n，二軸的轉速為3n，帶動縱封滾輪轉動的軸的轉速為4n，無級調速裝置的傳動比為1i，蝸輪減速器的傳動比為2i，主軸與二軸之間齒輪的傳動比為3i。其中：1 1nn i ； 12 2 1 2n nn i i i ； 23 3 1 2 3n nn i i i i ；43nn； t 為兩橫封凸輪之間的間隔時間，260tkn （ 360k o ； 為兩凸輪之間的夾角，該設計中 180 o ，即 12k） 故12226 0 1 3 0 3 02t i in n n 縱封滾輪的角速度341 2 32 6 0 3 0 3 0nn ni i i ； 線速度1 2 330nv r ri i i （ r 為縱封滾輪的半徑） 包裝袋的袋長121 2 3 33030 n r rL v t i ii i i n i 由上式可以看出：包裝袋的袋長 L 取決于3i和 r ，縱封滾輪的半徑 r 在設第 4 章 設計數據計算 - 16 - 計的過程中是個定值，所以要想改變包裝袋的袋長尺寸必須改變傳動比3i。該設計采用一對雙聯滑移齒輪來改變3i的值。 袋長 L 取 120mm 和 180mm 兩種尺寸規 格進行計算，縱封滾輪的半徑取定值 30r mm ，則3 9 4 .2ri LL當 120L mm 時，3 39 4 . 2 9 4 . 2 10 . 7 8 5 1 . 3120i Li 當 180L mm 時，3 39 4 . 2 9 4 . 2 10 . 5 2 3 1 . 9180i Li 4.1 確定主軸轉速 該包裝機時采用縱封滾輪實現連續牽拉和縱封，采用兩組相互垂直的橫封裝置連續工作實現對包裝袋的橫封和切斷，所以包裝 機工作的時候其包裝速度取決于兩垂直橫封器之間的間隔時間，間隔時間越長每分鐘包裝的袋子就越少，正因為這樣我們可以知道橫封器的間隔時間又與主軸的轉速有關，主軸轉速越高，兩垂直橫封器之間的間隔時間就越短。由設計參數我們知道該包裝機的包裝速度為 15 20 袋 /min，即橫封器的間隔時間為 3 4s/袋。主軸旋轉一周包裝機完成兩次包裝，所以主軸的轉速為 7.510r/min 4.2 軸的設計 軸是機器中的重要零件之一，主要用來支承旋轉的機械零件（如齒輪，蝸輪，帶輪，鏈輪和聯軸器等），并且傳遞動力及運動。根據承受載荷的不 同，軸可以分為轉軸，心軸和傳動軸三種。工作中既要承受彎矩又要承受扭矩的軸稱為轉軸，如齒輪減速器中的軸；只承受彎矩而不承受扭矩的軸稱為心軸，心軸又分為轉動心軸和固定心軸兩種；只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動軸。按軸線的形狀不同，軸還可以分為直軸和曲軸。 軸通過軸承與機架相聯接，裝在軸上的零件都圍繞軸心線回轉運動，形成了一個以軸為基礎的軸系部件。因此，在軸的設計過程中，不能只考慮軸本身，還必須計及軸系零部件對軸的影響，軸的設計主要解決軸的結構 本科畢業設計說明書 - 17 - 設計和工作能力計算兩方面的問題。 軸的結構設計是根據軸上的零件的安裝 ，定位以及軸的制造工藝等方面的要求。合理的確定軸的各部分形狀和結構尺寸，軸的結構設計不合理將會影響軸的工作能力和軸上零件的可靠性，造成軸上零件裝配困難等。 軸的工作能力的計算指的是軸的強度，剛度和振動穩定性等方面的計算，多數情況下軸的工作能力的計算主要取決于軸的強度，這時只需要對軸進行強度計算，防止軸斷裂或塑性變形，對剛度要求較高的軸和受力大的細長軸，還應該進行剛度計算，防止軸工作的時候產生過大的彈性變形。對高速運轉的軸還應改進行振動穩定性的計算，防止軸因發生共振而破壞。 軸的結構設計包括決定軸的合理結構和 全部結構尺寸。在進行軸的結構設計時，一般應已知：裝配簡圖，軸的轉速，傳遞的功率，軸上零件的主要參數和尺寸等。軸的設計應該以強度計算為基礎，但在軸的結構設計前，不知道支反力的作用點，因而不能按彎扭合成的強度條件確定軸的直徑，通常按扭轉強度初步估算出軸端直徑，如果該軸端需要開鍵槽，應該將此軸徑圓整成標準值并作為軸端最小直徑，在此基礎上再合理地定出軸的結構形狀以及相關配置的結構。軸的合理外形應該滿足：軸和裝在軸上的零件定位準確，便于裝拆和調整，軸應該具有良好的制造和裝配工藝性。 軸的設計的目的，是要確定軸的形狀和 全部結構尺寸，軸徑一般按許用扭轉剪應力的計算方法估算，估算公式為3 Pd c mmn，該設計中軸的材料選用的是 45 號鋼，故式中 c 值為： 118 107: ；初估軸徑 d 作為軸的最小直徑，若該軸段有鍵槽，應該增大 3，并圓整為標準尺寸。下面是根據設計要求建立的二軸三維模型： 第 4 章 設計數據計算 - 18 - 本科畢業設計說明書 - 19 - 圖 6 主傳動示意圖 1錐齒輪； 2凸輪； 3蝸輪減速器 ； 4縱封滾輪 4.3 選擇電動機 電動機一般由專業工廠按標準系列成批大量生產，在機械設計中應該根據工作載荷，工作要求，工作環境，安裝要求及尺寸，重量有無特殊限制等條件從產品目錄中選擇電動機的類型和結構型式，容量和轉速，并確定其具體的型號。生產單位一般采用三相交流電源，如果沒有特殊要求通常采用 Y 系列三相交流異步電動機。電動機的容量主要根據運行時發熱條件決定，額定功率是連續運轉下電動機的發熱不超過許用溫度的最大功率，第 4 章 設計數據計算 - 20 - 滿載轉速是指負荷相當于額定功率時的電機轉速，同一類型的電動機按額定功率和轉速的不同具有一定的 型號，對于長期連續運行的機械，要求所選的電動機的額定功率應該大于等于電動機所需要的功率，通常不必校驗發熱和啟動力矩。電動機工作要求的功率 Pw 應該由機器工作阻力和運動參數計算求得，設計過程中按9550wwwTnPw 進行計算，該包裝機的主軸轉速為 7.5 10r/min。通過上式可以知道所需電動機的 Pw 非常小，根據設計資料選取 Y90S 6 三相異步交流電動機，其額定功率為 0.75KW，滿載轉速為 910r/min。 4.4 蝸輪減速器 的設計 因為所選的電動機的滿載轉速為 910 r/min，而主軸的轉速為 7.5 10r/min，調速范圍很大，所以選擇傳動比比較大的蝸桿傳動實現調速。電動機輸出軸與無級調速裝置相聯，選用寬 V 帶無級調速裝置，其傳動比為 2 4。蝸桿傳動的單級傳動比為 10 40，選取傳動比為 40 進行計算。則此時無級調速裝置的傳動比為 2.3 3.0，在所選取的無級調速裝置的傳動比范圍之內，所以滿足要求。 電動機驅動，電動機的型號為 Y90S 6，額定功率為 0.75KW，滿載轉速為 910r/min。則蝸桿軸輸入功率 P=0.75 0.75 0.95 0.71 KW；蝸輪軸的轉速為 10 r/min，載荷平穩，單向連續運轉，預期使用壽命為 16000h。 1 選擇蝸桿，蝸輪材料，確定許用應力。 選擇材料： 由于是自動生產線上的傳送機構，較為重要，選擇蝸桿的材料為 40Cr，表面淬火，硬度為 45 50HRC；蝸輪齒圈的材料為 ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造。 確定許用應力： 應力循環次數 6226 0 6 0 1 0 1 6 0 0 0 9 . 6 1 0hN n L 查表 10-4（參考機械設計 教材，以下計算過程中所查的圖，表未注明的與此相同）得： 220OH M P a ； 70OF M Pa 本科畢業設計說明書 - 21 - 78210 2 2 1 . 1NH O H O HZ M P aN 69210 5 4 . 4NF O F O FY M P aN 2 選擇1Z, 2Z根據傳動比 40i ，參考 10-2 節的推薦，取1Z 1 2Z1iZ 1 40 40，取2Z 41，則實際傳動比 i 41； 3 按齒面接觸疲勞強度設計 2212 29 ( )E HZm d K T Z 由表 10-7 查得： 1.1AK ； 由 于2n較低，估計2 3/v m s，取 1.1VK ； 因載荷平穩，通過跑合可以改善偏載程度，取 1K ； 載荷系數 1 . 1 1 . 1 1 1 . 2 1AVK K K K ； 21T Ti當1 1Z時，取 0.7 661219 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 0 . 7 1 2 0 . 5 0 . 7PTi n =123002Nmmg 由表 10-6 查得， 155EZ M Pa 將以上數值代入接觸疲勞強度設計公式，求得 2212 29 ( )E HZm d K T Z 231559 1 . 2 1 1 2 3 0 0 2 ( ) 7 6 04 1 2 2 1 . 1 mm 第 4 章 設計數據計算 - 22 - 按疲勞強度要求， 21 760md，查表 10-1 選出 5m mm ，1 50d mm，1 1z，10q ， 2 41z ， 5 42 38r o 5.71o 中心距2 5( ) ( 1 0 4 1 ) 1 2 7 . 522ma q z m m ，22 5 4 1 2 0 5d m z m m 127.5a mm 不是標準中推 薦的中心距，如取推薦的中心距 125a mm ，蝸輪變位系數2 0.50x ，本設計不采用變位，取 127.5a mm 。 4 驗算初設參數 蝸輪圓周速度2v222 3 . 1 4 2 0 5 1 0 0 . 1 6 /6 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0dnv m s 原估計2 3/v m s選VK值相符。 滑動速度sv2 1 .6s ins vv r，選用錫青銅為蝸輪材料適合。 蝸桿傳動效率 1( 0 .9 5 0 .9 6 ):，根據 1.6 /sv m s，查表 10-8 得 2.1v ，15 . 7 1 0 . 7 3( ) ( 5 . 7 1 2 . 1 )vt g r t gt g r t g oo傳動效率 ( 0 . 9 5 0 . 9 6 ) 0 . 7 3 0 . 6 9 0 . 7 0 :，初選 0.7 與之相符。 5 驗算齒根彎曲疲勞強度 222121 . 6 FaF FK T Y Ym d z 蝸輪當量齒數 22 3 43c o sv zz r，由圖 9-19 查得2 43vz 時的齒形系數2 2.38FaY ， 1 0 . 9120rY o 本科畢業設計說明書 - 23 - 21 . 6 1 . 2 1 1 2 3 0 0 2 2 . 3 8 0 . 9 3 6 . 85 5 0 4 1F M P a F F ，彎曲強度滿足。 6 蝸桿，蝸輪幾何尺寸計算 蝸桿齒頂圓直徑1 1 1 12 2 5 0 2 5 6 0 ( 1 )aa a ad d h d h m m m h 蝸桿齒根圓直徑： 1 1 12 2 ( ) 5 0 2 ( 1 0 . 2 ) 5 3 8 ( 0 . 2 )f f ad d h d h c m m m c 蝸桿齒寬122 . 5 1 2 . 5 5 4 1 1 8 1b m z m m 蝸輪喉圓直徑： 2 2 2 2 2 22 2 ( ) 2 0 5 2 5 1 2 1 5 ( 0 )a a ad d h d m h x m m x 蝸輪齒根圓直徑： 2 2 2 2 22 2 ( ) 2 0 5 2 5 ( 1 0 . 2 ) 2 0 5 1 2 1 9 3f f ad d h d m h c x m m 蝸輪咽喉母圓直徑 22 2151 2 7 . 5 2 022ag dr a m m 蝸輪齒寬21sin 2bd 5 0 s i n 5 0 3 8 . 3 mmo （取 100 o ） 選蝸輪輪齒端面為錐面結構，見表 10-3 蝸輪輪緣高度： 1( 2 ) s i n 0 . 8 ( 6 0 2 0 . 2 5 ) s i n 5 0 0 . 8 5 ( 6 0 2 ) s i n 5 0 4 5 1 .52aB d c m m m m oo取 52B mm 為切去頂圓齒尖，蝸輪頂圓直徑： 2 2 22 ( 1 c o s ) 2 1 5 2 2 0 ( 1 c o s 5 0 ) 2 2 92e a gd d r m m o為了不損傷齒寬2b22 2 2 3 8 . 32 ( ) 2 1 5 2 ( 2 0 ) 2 2 1 . 92 5 0 2 5 0e a g bd d r m mt g t g oo取2 225ed mm第 4 章 設計數據計算 - 24 - 4.5 錐齒輪的設計 取主軸的轉速2 7 .5 / m innr設計傳動比為3i的雙聯滑移齒輪，則對應的3 9 .5 5 / m innr； 14.34 / minr 該設計中，縱封滾輪的轉動是通過一對錐齒輪傳動從主軸上得到，傳遞功率 0 . 7 5 0 . 9 5 0 . 7 5 0 . 9 7 0 . 5 2P k w ，錐齒輪的轉速為 14.34r/min，傳動比 1i ，載荷穩定，使用壽命為 18000h； 1 選擇齒輪材料，熱處理 因是開式齒輪傳動，選用軟齒面齒輪，參考表 9-1，選用 45 號鋼。小齒輪調質，齒面硬度為 220 230HBS；大齒輪正火，齒面硬度為 190 200HBS。 2 選擇齒輪精度等級，齒數，齒寬系數 選用 8級精度，開式齒輪傳動，推薦1 17 25z :，選擇1 19z ，2119z iz；211zu z錐齒輪推薦齒寬系數 0 .2 5 0 .3R : ，因齒輪懸臂布置，取0.26R 。 3 確定相關參數 1 221c o s 0 . 7 0 7 11 1 1uu ，1 45 o2 221c o s 0 . 7 0 7 11 1 1uu ，2 45 o當量齒數：11127c o sv zz ； 22227c o sv zz 當量齒輪端面重合度va12111 . 8 8 3 . 2 ( ) 1 . 6 4va vvzz ； 本科畢業設計說明書 - 25 - 4 按齒根彎曲疲勞強度設計 開式齒輪傳動，主要失效形式是齒面磨損，按彎曲疲勞強度設計，通過增大模數考慮磨損的影響。由式 9-35： 3 2 2 214 ()0 . 8 5 ( 1 0 . 5 ) 1 F a S aFRRk T Y Y Ym zu 確定式中各項數值： 因載荷平穩，轉速不高，可以初選載荷系數 1.5tk ； 661 0 . 5 29 . 5 5 1 0 9 . 5 5 1 0 3 4 6 3 0 41 4 . 3 4PT N m mn g 由式 9-13， 0 . 7 5 0 . 7 50 . 2 5 0 . 2 5 0 . 7 11 . 6 4vaY 由圖 9-19， 9-20，按1vz，2vz查取 1 2.58FaY ，1 1.60SaY 2 2.58FaY ，2 1.60SaY 由式 9-12， 7116 0 6 0 1 4 . 3 4 1 8 0 0 0