立式袋包裝機總體設計作者姓名：指導教師：單位名稱：專業名稱：TheoveralldesignofaverticalbagpackagingmachineBySupervisor：畢業設計（論文）任務書畢業設計（論文）題目：立式袋包裝機總體設計設計(論文)的基本內容：立式袋包裝機總體方案設計及主要參數計算總體裝配圖設計主要零部件零件圖設計編寫設計說明書外文科技文獻翻譯畢業設計（論文）專題部分：題目：設計或論文專題的基本內容：學生接受畢業設計（論文）題目日期第周指導教師簽指字：年月日立式袋包裝機總體設計摘要本文主要介紹了立式袋包裝機的設計過程，對設備的基本原理、結構設計、參數設計以及各個子系統的主要功能都作了詳細介紹。

立式包裝機適用于日化、醫藥、食品、農藥等各個行業的連續灌裝。整機采用不銹鋼制造，清潔衛生，完全符合食品生產的GMP要求。其包裝速度快，可調速，可自動完成制袋、計量、充填、封合、分切、計數。這種方法適用于粉狀、顆粒、塊狀、流體及膠體狀物料的包裝，特別以小食品、顆粒沖劑和速溶食品的包裝應用最為廣泛。其包裝材料可為塑料單膜、復合薄膜等。立式包裝機主要由計量裝置、傳動系統、橫封裝置、縱封裝置，切斷裝置、成型器，光電監測系統等幾部分構成。本次設計主要完成機器總體、制袋成型器、橫封裝置，縱封裝置、傳動系統等主要零部件的設計，對主要結構的基本參數做了設計計算，完成了基本方案的確定。在此基礎上，運用三維繪圖軟件SolidWorks進行三維建模和結構優化，使用CAXA繪制二維工程圖。

立式包裝機的特點是設計緊湊合理，外形簡潔美觀，調節便利，裝置準確，整體靈敏度高，速度穩定，工作電壓穩定，抗干擾能力強。關鍵詞：立式包裝機，傳動系統，橫封裝置，縱封裝置TheoveralldesignofaverticalbagpackagingmachineAbstract

Thispaperintroducesverticalbagpackagingmachineprocess,thebasicprinciplesofequipment,structuraldesign,parameterdesignandthemainfunctionsofthevarioussubsystemsaredescribedindetail.

Verticalpackagingmachineissuitableforcosmetic,pharmaceutical,food,pesticideandotherindustriescontinuousfilling.Themachinemadebystainlesssteelisclean,fullcompliancewithGMPrequirementsoffoodproduction.Itspackagingspeedcanbeadjusted.Theverticalpackagingmachinecanautomaticallycompletepacking,measuring,filling,sealing,cuttingandcounting.Thismethodissuitableforthepackagingofpowder,granule,block,fluidandgel-likematerials,particularlyinsmallfoodgranules,andinstantfoodproductsmostwidelyused.Thepackagingmaterialcanbeplasticsingle-membrane,compositefilm,etc.Verticalpackagingmachineismainlycomposedofmeasurementdevices,transmission,transversesealingdevice,verticalsealingdevice,cuttingdevices,former,andoptoelectronicmonitoringsystemforseveralparts.Thisdesignwascompletedforthewholemachine,former,transversesealingdevice,verticalsealingdevice,transmissionandothermajorcomponentsofthedesign.Thebasicparameterscalculationsofthemainstructuraldesignandthebasicprogramwascompleted.Moreover,the3DmodelingandstructureoptimizingarefulfilledbySolidWork,andthe2DengineeringdrawingisdesignedbyCAXA.VerticalPackagingMachineischaracterizedbycompactandreasonabledesign,simpleandbeautifulappearance,convenientadjustment,accurateinstallation,theoverallhighsensitivity,speedstability,voltagestability,anti-interferenceability.Keywords

:VerticalPackagingMachine,TransmissionSystem,TransverseSealingDevice,VerticalSealingDevice目錄畢業設計（論文）任務書 表3.1[6]所示。表3.1執行機構基本運動形式和可選機構類型序號機構運動形式可選的機構形式1勻速轉動機構摩擦輪傳動、齒輪、輪系、平行四邊形機構、轉動導軌機構2非勻速轉動機構非圓齒輪機構、雙曲柄四桿機構、轉動導桿機構3往復移動或擺動曲柄搖桿機構、雙搖桿機構、曲柄滑塊機構、齒輪齒條機構4間歇運動機構間歇轉動機構（棘輪、槽輪、凸輪、不完全齒輪、連桿機構等）；間歇擺動機構（擺動從動件凸輪機構）；間歇移動機構（凸輪機構、行星輪機構）5給定運動機構各種鉸接四桿機構執行機構運動變換的選型在確定執行構件的運動形式和某些運動參數（如行程）后，接著要考慮用何種機構來實現所需要的設計動作，即機構的選型及其綜合問題。一般上，機構的選型多選用已經成熟的機構類型，這樣做是為了減少設計工作量，便于設計加工零件，與此同時還可以根據設計需要進行一系列相關的創新。機構的選型時應該考慮的要求和主要條件有以下幾項：(1)運動規律包裝工藝要求執行機構按照某種規律運動，有時還要求運動規律在規定范圍內做有級或者無級的調節。運動規律及其調節范圍是機構選型的主要內容。(2)運動精度運動精度要求對機構選型有重要影響。例如，對運動速度和時間都有很高要求的部分，就不宜采用液壓傳動，反之若用近似直線運動來替代直線運動，或者用近似停留替代停留，可以擴大機構的選型范圍。(3)承載能力與工作速度各種機構的承載能力和能達到的最大工作速度是不同的，因而必須個布局速度的高低、載荷的大小及其特征選用合適的機構。執行機構基本運動形式與可選機構的關系見表3.1，執行機構的運動變換形式與可選機構形式的關系見表3.2。立式袋包裝機部件分析如圖2.5所示的總體結構中，立式袋包裝機的執行系統包括：薄膜供送裝置、袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置、物料供給裝置。本次設計中主要從袋成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置三個方面進行詳細分析介紹。表3.2執行機構運動變換形式與可選機構形式關系序號基本功能結構示例1變換運動形式轉動與轉動雙曲柄機構、帶傳動機構、齒輪機構、不完全齒輪機構、槽輪機構、鏈傳動機構等轉動與擺動曲柄搖桿機構、擺動導桿機構、擺動從動件凸輪機構、棘輪機構等轉動與移動曲柄滑塊機構、直動從動件凸輪機構、螺旋機構、卷筒鋼絲繩機構、齒輪齒條機構等擺動與擺動雙搖桿機構擺動與移動正弦機構移動與移動雙滑塊機構、移動凸輪機構2變換運動速度齒輪機構、摩擦輪機構3變換運動方向齒輪機構4運動合成和分解差動機構、雙自由度機構5運動狀態斷續離合器、凸輪機構6達到待定的位置或軌跡平面連桿機構、連桿凸輪機構、行星輪系于連桿組合機構等7實現待定的功能（超越、微調、過載保護、鎖緊、定位、放大等）超越：棘輪機構、定向摩擦機構、超越離合器保護：摩擦輪機構、摩擦帶傳動、超越離合器微調：螺旋機構、差動螺旋機構制袋成型器的設計袋立式成型－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

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α，顯然D

是

AB直線

的中點，∠ACD=∠BCD=β

,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

，TE'

//

Oz

，CE

//

Ox，由此

得知∠

CET'，

∠CTT'均為直角，且△CT'T

與△

ABC共面，

△CET'與xOz共

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

，∠

NOQ

=

f

D==

。為求PQ

與u的函數

關系，又令CNh

=

，PQz

=

，并寫出P點的坐標：

cos

xr

f

=

，

sin

yr

f

=

，

()

zu

y

=

，同理可以寫出

T

點的坐標：

cos

t

xre

a

=-

，

t

yetgb

=-

，

sin

t

zeh

a

=+

，進而求得：

2222

()()()

ttt

fxxyyzz

=-+-+-

代入以上各坐標值則得：

2222

(coscos)(sin)[sin()]

freretgrehu

afbfay

=--+--++-

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：

(

)

2

1

(sin)(cos)(1cos)

2

(11)

(1sin)

etgurreru

uh

e

ba

a

-F+--F+

Y=--

+

22

1

2

2

?(12)

(1sin)2cos

br

e

hbtgr

aba

-

=-

+--

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a

及其半頂角b

，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

Y

()

u

，便不難連成交接曲線（scs為成型器的領口交接曲線）正確設計和制造成型器的關鍵點為：(1)盡量減少薄膜通過成型器所受的阻力，使薄膜不產生縱向或橫向的拉伸變形以及皺折等；(2)確保薄膜自然貼合、無拉伸、無騰空地通過成型器，自然卷合，正確成型；(3)結構簡單可靠，制造方便，調試容易；圖3.1制袋成型器示意圖對于所需設計的立式連續制袋裝填包裝機，結合各種成型器原理性質特點，象鼻成型器在是最適合應用于該機械上的成型器。象鼻成型器是在三角板成型器的基礎上增加圓弧槽并作適當修正，再加以圓弧過渡。所以首先進行三角板成型器的分析。三角板成型器是一種簡單的成型器，如圖3.2所示。成型器呈傾斜狀安裝，安裝角度為。薄膜經成型器后對折，寬度為a，2a為薄膜寬。設2為三角板成型角，h為三角板腰高。假設三角板厚度計．且薄膜對折后緊貼，則可推導如下：在△DEC中，，則在△ADC中，。故（3-1）即（3-2）圖3.2三角板成型器參數計算圖由圖可見，薄膜受水平力P牽引時，會緊貼成型器沿DC方向移動。在端點C處速度為，因此P和間形成一個壓力角等于。當增大，即壓力角增大，成型阻力也增大，薄膜易拉伸變形；反之，阻力減小，薄膜對折順暢，但令三角板長度增加。一般取=20o~30o，因此可知30o。在設計時，一般先確定，然后再求出。當確定后．可求出三角板腰高如下：(3-3)式中為最大袋寬；為三角板增長量，—般取30~50mm。三角板的厚度與其尺寸及材料團素有關，通常在10~20mm間選擇。三角板成型器的特點是適應性好，—個成型器可適應多個袋寬規格，其設計制造方便，但調試較復雜。象鼻成型器的特點是在三角板成型器的基礎上，增加圓弧槽并作適當修正，再加以圓弧過渡。其外形如圖3.1。相對應的三角板的安裝角可取=5o~12o。圓弧槽半徑取R=(0.1~0.3)。根據前文設定的參數，得mm因此，取取=7o，R=(0.1~0.3)=14mm根據參數，和R中象鼻成型器的系列規格參數可求出值、h值和n值，如圖3.3所示。圖3-3象鼻成型器參數計算及其截面示意圖6.9o由圖3.3，（3-4）得（3-5）令圓弧底部距C點距離為n，則mm象鼻成型器的兩邊都帶有護邊，目的是防止成型器曲面過長而導致薄膜貼合不良面跑偏，影響翻折制袋。折邊的寬度可取m＝35~20mm。圖3.3中，在D處，三角板離上頂面距離為m。實際生產中，往往將GD段截斷，在G處設置導輥將薄膜直接引入D處。圖3.4象鼻成型器及展開圖象鼻成型器的制造一般采用不銹鋼薄板，要求外表面光滑乎整。其三角部分和圓弧槽部分可用整塊板料卷曲而成，因為它們的展開寬度是相等的。圖3.4所示是象鼻成型器結構及展開圖，沿虛線卷折即可制得成型器，圖中參數可通過計算加以選擇。在表3.3中，列出了多種象鼻成型器的設計參數，這是實際應用中所設計的成型器。根據計算出的參數選擇以最大帶寬b=70mm。所以，取參數70mm，173mm，141mm，108mm，116mm，53mm，69mm，108mm，129mm，45.5mm，7.1o。在設計象鼻成型器時，除折邊部分外，其寬度應與薄膜寬度大致相等。理想狀態是：制造完工的成型器，其表面寬度比薄膜寬度大0.5-1mm。這樣可確保薄膜自然貼合成型器而不起皺。表3.3系列規格象鼻成型器設計參數b/mme/mmf/mmg/mmh/mmi/mmj/mmk/mmm/mm(n)/mm(d)/(o)5013310168763349688928.34.45514311178863854789932.65.160153121889643598810936.95.8651631319810648649811941.26.470173141108116536910812945.57.175183151118126587411813949.87.880193161128136637912814954.18.4熱封方式的選擇塑料袋的加熱封口方法，大體上分為接觸式和非接觸式兩大類。接觸式應用最廣，其封合的實質就是利用塑料薄膜本身所具有的熱熔性和熱塑性，使其封口部位受熱、受壓而相互粘合在一起。目前，這類熱封方式雖己發展為很多種，但影響封口質量的因素大致是相同的，即加熱溫度、封合壓力(也有不加壓)和作用時間。合理確定這些參數與許多具體條件有關。而且要靠實踐摸索。[10]以下介紹幾種幾種熱封方式。接觸式熱封方法圖3.5熱板加壓封合圖3-6熱棍加壓封合1-熱板2-封縫3-薄膜4-耐熱橡膠墊5-工作臺1，5-輥筒2,4-薄膜3-封縫=1\*GB3①熱板加壓封合如圖3.5所示，當熱板1被加熱到預定的溫度后，將要封合的塑料薄膜3緊壓在工作臺5上的耐熱橡膠墊4和熱板1之間，使其封合。這是熱封裝置中原理與構造最為簡單的一種，封合速度較快，可恒溫控制。適用于封合聚乙烯等復合薄膜，而對受熱易收縮、易分解的，如各種熱收縮薄膜、聚氯乙烯等，不宜使用。=2\*GB3②熱棍加壓封合如圖3.6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。=3\*GB3③預熱壓紋封合如圖3.7所示，薄膜先經一對熱板1加熱（電加熱或熱空氣加熱），再經一對相向回轉的加熱滾輪2進行壓紋封合，此法結構簡單，連續工作，能適應熱變形很大的薄膜。圖3.7預熱壓紋封合1-熱板2-加熱滾輪3-封縫4-薄膜（2）非接觸式熱封方式=1\*GB3①熱板熔焊封合如圖3.8所示、將加熱板6靠近薄膜l、3的一端，使封口熔磁呈細桿狀。由于這種封縫強度較大，適用于熱收縮性薄膜，但不適用于熱分解性簿膜。=2\*GB3②超聲波熔焊封合如圖3.9所示，將超聲波發生器發出的超聲波傳到薄膜4、5的封口位置，使其從里向外發熱而熔融粘合，因中心溫度高，故對易熱變形薄膜的連續封合較為理想，但設備投資費用較大。綜合以上幾種應用最為廣泛的加熱封合方式的可行性、性價比及結構簡易程度選擇熱棍加壓封合作為該立式袋包裝機的封合方式。前文提到成品袋為三邊封口的邊鋒方形袋，所以需要縱封滾輪和橫封輥對其縱邊及上下橫邊進行熱封。圖3.8熱板熔焊封合圖3.9超聲波熔焊封合1,3-薄膜2-封縫4,5-冷卻板1-工作臺2-超聲波發生器3-封縫4,5薄膜塑料薄膜及其復合材料是自動制袋包裝機中最常用的包裝材料，特別是多層復合薄膜，因其氣密性良好以及高強度而廣泛應用于食品包裝中。塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法，具體操作是：對塑料薄膜的兩個接觸面加熱，使其處于熔融的熱塑化狀態，再給封接部位施壓，使薄膜兩個封接面融合密封牢固。影響封口質量的因素主要是加熱溫度、封合壓力和作用時間。在自動制袋裝填包裝機中，廣泛應用電阻加熱的熱融封合方法，因其具有結構簡單，調控方便的特點。面且，用于食品包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復合材料居多，也就是說主要以聚乙烯為熱封合材料，因此用電阻加熱封合法是完全能滿足要求的。連續式自動制袋裝填包裝機中有兩個封合裝置：縱封裝置和橫封裝置，分別實現包裝袋的縱縫封接和橫向封合切斷。它們均采用電阻加熱封合方法，以下分別介紹洋述各個結構。縱封滾輪的設計（1）縱封滾輪結構設計在連續式自動制袋裝填包裝機中，由于薄膜連續輸送，因此其縱縫封接是連續進行的。為此采用一對滾輪式電阻加熱的熱融封接器來實現連續縱封。在此，熱融封接滾輪不僅完成包裝薄膜制袋的縱向熱封，問時還起到對包裝薄膜的牽引輸送作用。也就是說，牽引和縱封是同時進行的，牽引滾輪同時也是縱封滾輪。如圖3-10所示是縱封牽引滾輪的結構。圖3.10縱封滾輪結構1-安裝板2-加熱器安裝座3，4-縱封封輪5-加熱器6-可調軸承座7-彈簧8-調節螺桿9-安裝板210,13-齒輪11,12-縱封滾輪軸如圖3.10所示，縱封裝置主要由一對滾輪3和4組成，滾輪的外圓周表面緊密壓合，壓合力來自彈簧7的作用。縱封滾輪3和4分別安裝在縱封滾輪軸11和12的左端，由螺母固定，使縱封滾輪可隨袖轉動。軸12的兩端軸承固定安裝；而軸11的左邊軸承座6可滑動，軸承座14可在安裝板1的滑槽內作滑動微調。由于受彈簧力的作用．可調軸承座6受壓內移，使滾輪3和4緊密壓合。兩個縱封滾輪的圓筒內均裝有加熱器5．加熱器出發熱元件和支座組成。發熱元件一般采用電阻發熱線圈，繞裝在支座上，再通過支座安裝在軸承座或安裝板上。當縱封滾輪隨軸旋轉時，加熱器固定不動，持續的對滾輪的圓筒壁均勻加熱。加熱溫度通過測溫器測量，并由溫控表控制其變化范圍。縱封滾輪的動力來自齒輪10，由傳動機構帶動齒輪10旋轉，并通過相互嚙合的齒輪13同時驅動袖11和12，使縱封滾輪實現相對旋轉。在縱封滾輪的封合圓柱面上都加工有均勻細密的網紋，以增加封口的牢固度，使熱封縫美觀而且質量保證。另外，由于縱封滾輪在工作中長時間處于加熱狀態，并作連續相對滾壓運轉，因此需要有較好的綜合力學性能。在實際生產中可采用合金結構鋼加工，如40cr等鋼材制造。縱封滾輪參數設計圖3.11縱封滾輪參數計算如圖3.11，根據設計前擬定的參數，包裝速度n=30—60袋/min；制袋長度l=60—80mm；制袋寬度m=50—70mm；取成品袋封合邊的寬度為，所以mm。縱封滾輪線速度初取mm，rad/s，r/minrad/s，r/min滾體用40Cr制造。橫封輥的設計（1）橫封輥機構設計橫封裝置用于復合薄膜包裝袋的橫向熱融封合，在熱封的同時起到分切包裝袋的作用。當然，有些包裝機設有獨立的分切裝置，但采用橫封同時分切的方式是連續式自動制袋裝填包裝機的共同趨勢。因為橫封切合二為—不但簡化了傳動機構，而且對有色標薄膜帶的分切更準確，封切質量更高，生產效率更高。圖3.12是橫封裝置的結構，圖中一對橫封輥5和12都具有兩個封合面，對稱布置，相對旋轉一周則可封切兩次，完成兩袋包裝。圖3.12橫封輥結構圖1-加熱管2-電刷環3-安裝板14-軸瓦套5-橫封輥16-安裝板27,8,9-齒輪10-彈簧11-調節螺桿12-橫封輥213-滑動軸承座橫封輥1的兩端裝有滑套軸承，通過軸瓦套4固定在安裝板3和6上；橫封輥2兩端的滑套軸承裝配在滑動軸承座13上，左右兩個滑動軸承座可以在安裝板3和6的滑槽內移動。受彈簧力的作用，橫封輥2向橫封輥1壓合，兩輥的左右圓環部分的圓周面保持緊密接觸。動力由齒輪8輸入，經齒輪7和9傳遞到橫封輥1、2上，由相互嚙合的齒輪驅動兩個橫封輥做相對回轉，實現封切。橫封輥的發熱源來自電熱管1，電熱管從橫封輥的軸端穿人，其穿人長度應比橫封輥的封切面稍長，以確保封切面受熱均勻。由于在運行過程中電熱管隨橫封輥一起旋轉，因此需要在橫封輥軸端裝配電刷環2，通過電刷導人電源。橫封輥的溫度，通過測溫頭測定，再由溫控表調節，測溫頭可裝配在滑動軸承座或軸瓦套上。橫封輥的結構有兩種形式，分別是整體加工式和裝配式。選擇整體加工式為此次設計的橫封輥結構。整體加工式的橫封輥是將回轉軸和熱封板加工成一體，如圖3.13所示。圖3.13整體加工式橫封輥切刀布置1-固定螺釘2-橫封輥13-切刀4-刀板5-電熱管6-橫封輥2圖3.14橫封輥參數計算圖（2）橫封輥參數設計如圖3.14所示，橫封輥旋轉半周，進行一次封切，自圖中虛線位置，兩輥相觸，開始進行封合，此時封合的是上袋的上邊封口；兩輥均處于水平位置時，這一瞬間進行切斷，然后繼續進行封合，此時上一包裝袋已分離，封合的是下一包裝袋的下邊封口。運動到對稱位置時，封合動作結束，等待下一次封合。橫封輥受彈簧力的作用，相互擠壓，有一定中心偏移，偏移量為。取橫封輥半徑為R，厚度為h。寬度為a。制袋長度為=6080mm，取上下封合邊的的寬度為，為7mm。橫封輥弧長mm所以mm（3-6）（3-7）綜合各執行機構間傳動關系（見第四章），聯立式3-2、3-3初取mm，所以mmmmmm是包裝薄膜自上而下所產生的垂直度誤差，因包裝袋的尺寸不需嚴格遵守精度要求，對包裝袋的尺寸印象很小，可以忽略不計。[11]橫封輥的封合面同樣加工有花紋，樣式與縱封輥一致。至于完成分切動作的刀具。加工及材料有一定要求。一般情況下，帶刃口的刀具可用T8A材料加工，刀口熱處理HRC55-60；而平面刀板可用45號鋼加工，不處理。（3）橫封輥封合調整對于連續式自動制袋裝填包裝饑，縱封滾輪以—定值的速度運轉，使縱封連續地進行。因此，包裝薄膜通過縱封牽引后被連續送進橫封裝置。由以上分析可知，橫封輥在回轉一周的過程中，并非如縱封一樣每時每刻保持壓合熱封狀態，它只有在封合面對接的時候才進行熱封分切。在橫封輥對接的瞬間，運行的包裝薄膜被壓合，此時，必須保證橫封輥封合面的線速度與薄膜送進速度一致，即橫封線速度應等于縱封牽引線速度，只有如此．才能保證封切質量。否則，當>時，會導致薄膜拉伸撕裂；而當<時，會導致薄膜出現皺折。假設縱封牽引速度保證在一個封切周期T內送進一個袋長，而橫封速以勻速旋轉，并且一周封切兩次，于是有（3-8）式中R為橫封輥最大回轉半徑。由此可見，要生產不同規格的袋長l，橫封輥必須有不同的半徑與之對應，這樣的設計時非常不合算也不合理的。為此，在設計中，應使橫封輥R不變。采用一個不等速機構，使橫封輥在周期T內作不等速回轉，以適應不同袋長的生產．從而使機器的通用性更好。借助于不等速機構，在熱封切瞬時，使橫封輥對滾的線速度與薄膜送進速度達到一致。在完成封切后又迅速退離，讓包裝物科順利通過，以免干涉。因此，可保證封切質量和包裝工作的順利進行。要實現橫封不等速回轉運動，所采用的機構有多種，如偏心鏈輪機構、轉動導桿機構、雙曲柄機構、變速鏈輪機構、橢圓齒輪機構等。在實際生產制造中，根據運動特征，考慮其結構特點及制造工藝等，主要采用偏心鏈輪機構、轉動導桿機構和雙曲柄機構三種形式。這些不等速機構的運動特性均符合橫封工作要求．調整方便，能適應不同的包裝工作速度和不同袋長。而且結構簡單緊湊，制造方便。又因為轉動導桿機構運動空間較大，此處，選擇偏心鏈輪為封合調整機構。偏心鏈輪機構是一種不等速機構，它被廣泛應用在立式袋包裝機連續橫封輥的傳動鏈中。通過調節偏心鏈輪不等速機構，可使連續式袋裝機的橫封器能滿足如下一些工藝要求：熱封時，橫封輥熱封頭與連續運動著的袋筒必須具有同步的線速度,否則,封口部位就可能發生起皺或拉長甚至斷裂等不良現象,當袋長規格有變化時,尤其應該注意這一點.[12]偏心鏈輪機構工作原理如圖3.15[13]，設、分別為主從動鏈輪的回轉中心，中心距=L,節圓半徑，主動鏈輪的偏心距,角速度為。若某瞬時的角位移為，相應的從動鏈輪的角位移為ψ，主動輪節圓上任一點A轉到與鏈條AB相切時，則A點瞬時線速度為，其值(AO為該瞬時A點的回轉半徑)，設它與鏈條同向的分速度為，另與的夾角為,則其值：（3-9）得：（3-10）由圖3.15可見，同一根鏈條在張緊時A、B兩點的線速度應該相等，即。若與從動鏈輪的節圓相切，并令該輪的瞬時角速度為ω，,則：（3-11）故得：（3-12）圖3.15偏心鏈輪工作原理圖3.16偏心鏈輪輸出運動特性曲線上式表明,當主動偏心輪以等角速回轉時，則從動鏈輪作變角速度轉動。偏心鏈輪輸出運動的特性曲線見圖3.16實質上它反映了的變化規律。根據不同袋長需要，輸出滿足工藝要求的角速度帶動橫封器，是設計偏心鏈輪機構時必須考慮的可調問題，,欲得到所需的角速度，在實際應用中有兩個不同的途徑：直接調節選用熱合瞬時角；調解主動鏈輪上的偏心距。調節主動鏈輪的偏心距可達到改變輸出角速度滿足熱封的需要，它是利用特性曲線的兩個極值點作為專門的熱封點，偏心距的改變可使輸出的極大角速度在之間，同樣也可使輸出的極小角速度在之間。與此同時，速度極限角、分別有向、靠攏的微小變化，袋裝機在規定的袋長范圍內，其中偏小規格利用的極點進行熱合，偏大規格利用這一極點輸出角速度進行熱合。如將經換算后袋長值刻在相應的偏心距的標尺上,只要調節偏心距到預定的袋長刻度上并加以固定，就能立即使用。這種方法調整方便，得到廣泛應用。這種機構就叫可調式偏心鏈輪，見圖3.17。調整時首先松開調整螺桿上的鎖緊螺母,然后轉動調整螺桿,使偏心鏈輪所需調整的刻度值對準傳動軸中心,調節好之后將其鎖緊即可。由于偏心鏈輪不等速回轉機構輸出角速度的大小與偏心距e、鏈輪半徑R、兩輪軸中心距L各參數有關，因此設計偏心鏈輪不等速機構時,e、R、g也是必須計算確定的重要參數。圖3.17偏心鏈輪結構圖1-鏈輪2-偏心調整架3-滑塊4-調節螺桿由前分析可知,主動鏈輪的輸出角速度的兩個極限值:，兩式左端、為從動輪與主動輪的角速度之比，用字母表示。所以，如前所述,制袋工藝要求熱封件在熱合瞬間與包裝料袋運動線速度相同,則有:式中:—橫封件的回轉半徑,故得:在設計時可在規定袋長范圍內取中間袋長或稱平均袋長的熱封計算值,可使,，可知:設偏心鏈輪的轉速為（r/min）,由于則:，，。求得不同袋長所對應的主動鏈的偏心距：（3-13）本次設計中，=50~70mm,mm，代入上式，求的偏心距如下表3.3。表3.3不同袋長所對應的偏心距制袋長度/mm506070偏心距-4.504.5為了合理設計機械結構，在偏心鏈輪上采取偏心值的調整方法。這樣當時，不等速機構的輸出角速度剛好能滿足不同袋長規格中薄膜袋的中間長度的調整要求。偏心鏈輪隨著轉角的變化，其輸出的角速度在發生有規律的變化。如果在調整偏心距時，主從兩鏈輪處于任意嚙合位置，顯然不能滿足工藝要求。正確的方法應在橫封輥處于封切位置，即偏心鏈輪處于極限角處時進行調整。在裝配和調整不等速機構時．可遵循以下方法：=1\*GB3①首先把偏心鏈輪調節在處，即鏈輪中心和主軸中心重合。轉動偏心鏈輪，使其偏心線(即調節螺桿軸線)垂直于兩鏈輪軸的中心連線，同時使最小袋長值的一邊靠近鏈條主動邊。=2\*GB3②確保橫封輥正處于熱合狀態，即封切刀相互接合狀態。=3\*GB3③配上鏈條，完成安裝。=4\*GB3④按要求調節偏心值到需要的袋長值，如此即可啟動機器工作。偏心鏈輪不等速機構的優點在于結構簡單，精度要求較低，使用調整方便。但其調速范圍因為取決于錠輪偏心值，因此受到結構的限制。而且此結構不適于高速運動和可逆傳動，速度越高，鏈條跳動越厲害。對于該立式袋包裝機來說，精度不需要太高，且速度不大，可應用偏心鏈輪進行封合調整。立式袋包裝機傳動系統設計傳動系統設計示意圖圖4.1立式袋包裝機傳動系統示意圖1-主電機2-減速器3-軸承4-偏心鏈輪傳動5-偏心鏈輪6-橫封輥7-縱封滾輪8-離合器9-定量供料器10-量杯11-蝸輪蝸桿傳動12-伺服電機如上圖4.1所示，是最終確定的立式袋包裝機傳動系統示意圖。主電機1經減速器2減速后，采用鏈傳動將動力傳遞到主軸I上，此后將分成三路將動力往下傳遞（1）通過偏心鏈輪不等速機構傳遞到齒輪,、嚙合進一步減速，再通過、傳遞到橫封輥軸上，、嚙合改變中心距，是橫封輥相對旋轉進行橫封切斷。（2）通過錐齒輪將動力傳遞到固定在豎直軸IV上的錐齒輪上，從而達到驅動定量供料器工作的目的，定量供料器不屬于本次設計的范圍之內。（3）通過一組換擋齒輪，驅動Ⅱ軸轉動，三對相互嚙合的齒輪同中心距，有不同的傳動比，適用于不同的袋長。Ⅱ軸通過鏈傳動驅動Ⅲ軸轉動。Ⅲ軸上裝有行星輪系統，行星輪外圈為蝸輪，通過蝸輪蝸桿傳動外接伺服系統進行微調。經過差動傳動裝置，綜合伺服電機12輸出的補償速度，再經過齒輪、傳遞到縱封滾輪上，齒輪、嚙合，使縱封滾輪相對旋轉。齒輪還起到換向的作用。動力系統選擇主電機、減速器選擇在正文3.3.3中，確定了縱封滾輪最大的回轉速度為r/min。對于橫封輥，若以最小袋長mm包裝時，暫不考慮偏心鏈輪的偏心調整作用。則mm/srad/sr/min所以電機經減速器減速后轉速必須維持在兩位數。初取轉速為1000r/min、經二級圓柱齒輪減速器減速，輸出轉速為50r/min左右。根據市場已有類似產品，采用類比法，選擇額定功率為1.5kW的電機。欲符合上述條件，選擇三相異步電動機Y100L-6，同步轉速為1000r/min，滿載時轉速為940r/min，額定功率為1.5kW，有6級變速功能，可用于改變包裝速度。三相異步電動機結構簡單，制造使用維護方便，運行可靠，重量輕，成本低，具有較高的效率和接近恒速的負載特性。選擇ZLY112二級圓柱齒輪減速器為減速機構，傳動比。電機滿載時，經電機減速，輸出轉速r/min。減速器輸出鏈傳動計算該設計中所有的鏈傳動傳動比都為，僅作傳動。按《機械設計》[14]的公式進行計算。（1）傳動比=0（2）選擇鏈輪齒數估計鏈速m/s，取（3）確定鏈號和鏈節距鏈號和節距，可根據所傳遞的功率及小鏈輪轉速，由滾子鏈許用功曲線圖[14]中選定，根據工況系數=1.0，小鏈輪齒數系數0.9，多排鏈系數1.0。減速器傳至鏈輪的功率kW所以kW選擇鏈號為12A-GB1243.1-83的鏈條，鏈節距mm（4）確定中心距根據實際需要，取中心距mm（5）確定鏈節數、鏈長m（6）確定鏈輪參數（兩鏈輪相同）因傳動比=0，所以大小鏈輪基本參數一致。分度圓直徑mm齒頂圓直徑mmmm取mm齒根圓直徑mm，取mm分度圓弦齒高mmmm實際分度圓弦齒高mm。如圖4.2，齒寬mm取齒寬mm倒角寬，取mm倒角半徑，取mm齒側凸緣圓角半徑mm圖4.2鏈輪齒廓使用45鋼制造鏈輪，齒面淬火處理，HRC40~圖4.2鏈輪齒廓（7）鏈輪校核不計離心拉力和懸垂拉力，則鏈傳動的壓軸力可近似用下式計算NN鏈速m/s的低速鏈傳動，其主要失效形式是鏈條的靜拉斷，故因按靜拉強度條件進行計算。12A鏈條的許用最低破斷載荷N，所以安全系數為4~8，，所以該鏈傳動的設計符合要求。主軸I相關設計主軸I相關傳動比分配主軸I上的動力來源為鏈傳動傳遞。主電機輸出經聯軸器、減速器兩次閉式齒輪傳動、再經鏈傳動至主軸I。主軸I兩端有一對滾動軸承。所以，主軸I傳遞到下級的功率為（kW）轉速為r/min。分別由鏈傳動、錐齒輪傳動、一組換擋齒輪傳動向下級輸出動力。鏈傳動、錐齒輪傳動的傳動比均為1，換擋齒輪傳動比計算如下：以最大包裝速度袋/min進行包裝，對應主電機滿載轉速940r/min,不同的袋長需要一對相嚙合的齒輪。縱封滾輪與袋長相對應的旋轉速度如下表4.1。表4.1袋長——縱封滾輪旋轉速度袋長/mm607080旋轉速度n/（r/min）19.1122.2925.48設定Ⅱ軸與縱封滾輪間傳動比為，主要靠換擋齒輪改變傳動比，軸Ⅲ上伺服系統進行微調，所以Ⅰ、Ⅱ軸之間齒輪的傳動比不需特別精確。對應的Ⅰ、Ⅱ之間傳動比，，。換擋齒輪設計因為Ⅰ、Ⅱ軸中心距不變，對于相互嚙合的齒輪、、，有，綜合上文傳動比，取，，，，，。均采用直齒圓柱齒輪傳動。小齒輪組選用40Cr鋼，調質處理，齒面硬度241~286HBS。大齒輪組材料選用45鋼，調質處理，齒面硬度217~255HBS。中心距mm，模數。通過一組滑移齒輪減速后，傳動比的誤差值采用伺服系統進行微調。主軸Ⅰ設計軸Ⅰ的布置如圖4.3所示，1、6段用于一對滾動軸承的布置，2段用于偏心鏈輪的裝配，3段用于錐齒輪的裝配，4為軸上加工的三個齒輪，5用于鏈輪的裝配。軸Ⅰ上涉及動力的分流，下級的執行機構的動力均全部或部分來自于軸Ⅰ驅動，在本設計中，軸Ⅰ是關鍵軸，且直徑不能太大，否則不宜裝配直徑不大的鏈輪和加工軸上齒輪，采用40Cr為該軸加工材料，調質處理，硬度241~286HBS。圖4.3軸Ⅰ布置圖軸為實心，軸的直徑為（mm）（4-1）式中，——由軸的材料及承載情況確定的系數，查表得。所以(mm)取mm圖4.3中，mm，mm，mm，mm。軸Ⅱ至縱封滾輪的傳動設計Ⅱ、Ⅲ軸間鏈傳動設計同減速器輸出軸計算，相關計算過程略。（1）傳動比=0（2）選擇鏈輪齒數，取（3）確定鏈號和鏈節距軸Ⅰ往下級傳遞的功率為1.3kW，分三路往下傳遞，傳至Ⅲ軸的功率為kW選擇鏈號為10A-GB1243.1-83的鏈條，鏈節距mm。（4）確定中心距根據實際需要，取中心距mm（5）確定鏈節數、鏈長m（6）確定鏈輪參數（兩鏈輪相同）分度圓直徑mm，齒頂圓直徑mm，齒根圓直徑mm，分度圓弦齒高mm。如圖4.2，齒寬mm，倒角寬mm，倒角半徑mm，齒側凸緣圓角半徑mm。使用45鋼制造鏈輪，齒面淬火處理，HRC40~45。伺服微調系統設計如圖4.4所示，軸Ⅲ上裝配有行星輪，輪2的外圈加工蝸輪，中心輪3與軸Ⅲ間用鍵圖4.4行星輪微調系統連接，輪2與4內裝有滾動軸承，可相對軸轉動，外接伺服電機與蝸桿連接，蝸桿蝸輪配合。輪1分別與輪2和3嚙合，輪2與輪3不等速轉動，讓輪1得到需要的速度，帶動輪4，輪4與齒輪嚙合，向下級傳動。取齒輪、、，蝸輪，模數，則若不考慮蝸輪蝸桿傳動的微調作用，，然后取、、，軸Ⅲ至縱封滾輪的傳動比，取蝸桿，靠伺服電機驅動，完成微調作用。在二維圖設計中，沒有考慮伺服系統的作用，為保證Ⅲ軸至縱封滾輪的傳動比仍為1，取、、，直接用鍵與軸連接，軸Ⅲ直接驅動齒輪，往下級傳遞。軸Ⅱ至縱封滾輪間各齒輪參數經計算，確定軸Ⅱ至縱封滾輪間各齒輪參數如表4.2所示。表4.2軸Ⅱ至縱封滾輪間各齒輪參數代號456910111213141516齒數54576025501004020403030模數（mm）2分度圓直徑（mm）108114120501002008040806060齒頂圓直徑（mm）112118124541042048444846464齒根圓直徑（mm）10310911545951957535755555齒輪精度8級軸Ⅰ至橫封輥傳動設計偏心鏈輪傳動同減速器輸出鏈傳動，計算過程略，計算所得參數為：齒數，選擇鏈號為10A-GB1243.1-83的鏈條，鏈節距mm。中心距mm，因張緊輪布置偏離鏈輪中心線，取鏈節數，鏈長m。鏈輪參數為（兩鏈輪相同）：分度圓直徑mm，齒頂圓直徑mm，齒根圓直徑mm，分度圓弦齒高mm，齒寬mm，倒角寬mm，倒角半徑mm，齒側凸緣圓角半徑mm。鏈輪使用45鋼制造，齒面淬火處理，HRC40~45。軸Ⅰ至橫封輥傳動齒輪設計見4.2.1，軸Ⅰ與橫封輥間的傳動比為，因鏈傳動的傳動比為1，其僅作傳動，沒有減速的作用，所以，如圖4-1，取，，、的中心距與、的中心距必須相等，取，。且橫封輥半徑為mm，為使兩輥等速相對旋轉，取，模數均為2。軸Ⅰ與橫封輥間的各齒輪參數如表4.3所示。表4.3軸Ⅰ與橫封輥間的各齒輪參數代號212223242526齒數214734342727模數（mm）2分度圓直徑（mm）429468685454齒頂圓直徑（mm）489872725858齒根圓直徑（mm）378963634949精度等級8級經濟技術綜合分析食品包裝機產品綜合性能的優劣很大程度上取決于設計過程。產品設計就是為產品提供一個技術上完善，經濟上合理，并符合美學要求的一種解決方案。因此對包裝機的評定即是設計過程的評定，就該立式袋包裝機而言，從以下幾個方面進行討論。包裝機經濟分析立式袋包裝機的各包裝工位處于同一個豎直面上，包裝薄膜經導輥、成型器、縱封滾輪、橫封輥，形成成品袋。這種立式包裝機結構簡單，在實際生產中操作簡單、維護方便，因而生產時設備的維護費用較低。本包裝機設計時，多采用標準件和簡單的零件，選用通用的電機與減速器。加工時在滿足設計要求時，盡量選用較低的公差范圍，這降低了設備的制造成本。本設計采用了角鋼支撐鋼板作為機架，很大程度上節省了材料，更加適用于經濟、簡便的食品包裝行業。包裝機技術分析立式袋包裝機工作時，包裝材料沿著流水線順次完成包裝各步驟，最終成為成品袋。制袋成型器采用的是現在立式包裝機中應用最為廣泛的象鼻成型器；橫封輥上橫封和切斷作為一個加工工序處理，更大程度上簡化了包裝步驟；傳動過程中，采用的偏心鏈輪結構、滑移齒輪結構、行星輪結構、伺服系統等都具有一定的技術含量。環境分析產品設計的過程中，所設計的產品對環境的影響是否嚴重是設計時的關鍵問題，若在包裝機工作過程中，產生了大量的油污、噪聲等影響，那么該設計就是不合理的。機器在運轉過程中，應注意機器聲音是否協調，要迅速分清事故前的一場運轉聲音。因各部件的運轉速度慢，采用的油脂潤滑，且包裝機加油2mm的外殼，不會造成油脂的外漏。包裝機載荷平穩，運轉時不會造成很大的噪聲，對環境的影響基本上可以忽略不計。因此基于以上幾點考慮，經經濟技術綜合分析，該包裝機在實際加工生產中具有一定的可行性，可以適用于本設計所擬定的方便面調料包的包裝生產。結論本次設計在很短的時間內完成了從方案構思、方案論證、實體建模最后到平面圖輸出等相關工步。食品包裝機屬于輕工機械，是代表一個國家工業水平的重要標志。在現代化的工業生產中包裝機的效率直接影響到產品的生產成本，因此隨著計算機CAD技術的發展，涌現出許多現代化的設計方法。本次立式袋包裝機的設計經過了：方案原理的提出、方案的論證、具體機構的仿真、實體建模、繪圖輸出等步驟。本次設計的立式袋包裝機基本實現了所需要的基本功能，即實現包裝袋的成型，采用縱封滾輪進行縱封，橫封輥進行橫封切斷，然后形成成品袋。此過程中，由電機輸出動力，經減速器，鏈傳動及一系列相關傳動機構實現縱封滾輪、橫封輥的運動，以及定量供料器的定量供給。由于設計開始時，擬定的包裝速度，成品袋的制袋寬度、制袋長度可調，具有相應的分檔。包裝速度可直接由電機輸出的速度調節，選擇的電機為6級的可變速電機，完全符合調節包裝速度的功能；制袋寬度可直接由包裝薄膜的寬度決定，且橫封輥及制袋成型器都具有相應的工作能力，能加工所需的最大寬度；制袋長度改變時，橫封輥的包裝速度由連接橫封棍的偏心鏈輪調節，縱封滾輪的速度由一組換擋齒輪進行調節，且期間裝有伺服調節系統可以對滑移齒輪造成的傳動比誤差進行修正。在包裝機械的設計過程中，對產品進行校核計算是很重要的，這包括強度、剛度、震動穩定性等，由于時間及知識水平的限制，這里不能詳盡計算了。總之，這次設計無論從完成量和質量上算，應該是比較成功的，后續的工作需要必前期工作更細致的執行才能真正設計完成真正能加工產品的食品包裝機。

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apacitancemetermeasuresthefull-bodycapacitancebetweentheslideranddiskwhilethesliderisloadingontothedisk,similartotheoneusedin(Suketal.2004).Thesliderwasloadedontoandunloadedfromthediskusingamovingrampwhilekeepingtheslider/suspensionassemblyfixedovertheODregionofthedisk.TheverticalmotionofthetrailingedgeofthesliderwasmeasuredusinganLDV.Alltestswerecarriedoutusingan84mmglassdiskandanegativepressurebobsledtypesliderwiththediskrotatingat10krpm.Thepitch-staticattitude(PSA)oftheslidersusedintheexperimentwasbetween1and2o.Toshowtheeffectoflackofpreloadbetweentheflexureandload-dome,wechosetwosuspensionassembliesthatareessentiallyidenticalwiththeexceptionofthepreload.Sincethedifferenceinthemagnitudeofthepreloadisdifficulttomeasure,onlytheexistenceofsubstantialdifferenceisverified.Todothis,wemounttheheadsuspensionassemblywithnormalpreload(NPHSA)ontotheramp.Asmallweight,thatissufficienttocauseload-domeseparationfromtheflexure,isthenattachedtotheflexure.TheamountofseparationismeasuredwithaproperlypositionedCCDcamera.Similarmeasurementismadeforaheadsuspensionassemblywithlowpreload(LP-HSA).Figures2and3showopticalimagesoftheload-domeandflexuretakenunderthesameconditionsforbothNP-HSAandLPHSA,respectively.Agreaterload-domeseparationfromtheflexureisobservedforLP-HSAthantheNP-HSA,confirmingthatLP-HSAhaslowerpreloadthanNPHSA.3ResultsanddiscussionFigure4showsatypicalloadingresponseofthesliderforNP-HSAmeasuredwithanLDV.Theinitialsloperepresentsthedesignedloadingspeedofabout15mm/s.Thesliderloadsontothediskandthenfollowstherunoutofthediskasexpected.ThebottomplotinFig.3isthecorrespondingfull-bodycapacitancemeasurement,whichshowsasinglejumpinthecapacitanceatthemomentthesliderloadsontothedisk.AsimilarmeasurementforLP-HSAisshowninFig.5.Inthiscase,theslideroscillatesbeforeloadingontothediskunlikethecasewithahigherpreloadbetweentheload-domeandflexure.Furthermore,theslider’sverticalloadingvelocitysuddenlyincreaseswhenthesliderisabout50lmawayfromthedisk.Associatedwiththissuddenincreaseinthevelocity,thecapacitancemeasurementrevealsmultiplesharptransitions.Followingthetransitions,thecapacitancedoesnotreachthemaximumvalueforanother1msorso.Theseobservationsindicateaproblem,butitisdifficulttoascertaintheprecisedynamicsduetothelowmeasurementbandwidth.Higherresolutionmeasurementrevealsthattheslidercontactsthediskmultipletimes(Fig.6)—notethatthise