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摘要
食品包裝機械，是指能夠完成全部或部分的產(chǎn)品和食品包裝過程的機械，包裝的過程有填充物料、裹包、封口等主要工序，以及與之相關(guān)聯(lián)的前后工序，如清洗、堆碼等。此外，包裝還包含計量或在包裝件上蓋印等工序。使用機械包裝的產(chǎn)品可提高生產(chǎn)效率，減輕勞動的強度，適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)需要，且滿足清潔衛(wèi)生要求。目前國內(nèi)生產(chǎn)的設(shè)備大多是對國外進(jìn)口設(shè)備的簡單仿制，同時我國的包裝機械產(chǎn)品也普遍存在質(zhì)量的不好、性能單一、成本較高、技術(shù)含量較低的狀況。因此對食品自動包裝機械關(guān)鍵部件的深入研究，對原理、功能、結(jié)構(gòu)、運動等分析，提供結(jié)構(gòu)簡單可靠、自動化程度高、操作方便、用途范圍廣的包裝機很有必要的。
本文在分析方便面自動包裝機的包裝工藝和使用要求的基礎(chǔ)上，通過對關(guān)鍵部件的理論分析，提出一種實用、簡單的橫封機構(gòu)，實現(xiàn)了根據(jù)薄膜厚度不同自動調(diào)節(jié)加熱時間和溫度的功能，并且對方便面包裝機封切機構(gòu)的機構(gòu)，工作原理及各組成部分功能做了較為詳細(xì)的研究和設(shè)計，對關(guān)鍵部分提出完整的設(shè)計方法和造型設(shè)計，旨在滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。
本文借助了UG、CAD等軟件分析運動規(guī)律和結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種利用計算機輔助設(shè)計和分析的方法，可以應(yīng)用與其它類型包裝設(shè)備的設(shè)計和分析中。
關(guān)鍵詞：包裝機械；封切機構(gòu)；包裝工藝；機構(gòu)設(shè)計
Abstract
Food packaging machinery is able to complete all or part of the products and food packing process machinery, packaging process, including filling, wrapping, sealing and other major process, and the associated processes before and after, such as cleaning, stacking, and demolition. In addition, the packaging also includes a measurement or on the package stamped and other process. The use of mechanical packaging products to increase productivity, reduce labor intensity, to meet the needs of the large-scale production, and meet the requirements of hygiene, at present , domestic equipment is mostly a simple imitation of the imported product. Also, prevalence of inconsistent quality, and performance of a single, high cost, low technical content and packaging machinery products in China situation. Therefore, in-depth study of the key components of food-automatic packaging machine, the principle, structure, movement , functional analysis. Provide a simple and reliable structure, convenient operation, high degree of automation is necessary to use a wide range of packaging machines.
This article based on analysis of instant noodles, automatic packing machine packaging technology and use requirements. By means of the theoretical analysis of the key components, propose a practical, simple cross-seal mechanism, realized the function automatically adjusts the heating time and temperature according to the film thickness, and instant noodles packaging machine sealing and cutting to the structure, working principle and part of the functional to do a more detailed study and design. The key components of a complete design methodology and design, designed to meet the market demand, to promote the pace of business innovation.
In this paper, using the AUTOCAD, UG, such as movement of software analysis and structural design, such as the use of computer-aid design and analysis methods can be applied to other types of packaging equipment design and analysis.
Key words: Packaging Machinery； Sealing and Cutting institutions； Packing technology； Mechanism Design
目錄
摘要 III
Abstract IV
1 緒論 1
1.1 課題的來源 1
1.2 本課題設(shè)計的目的意義 1
1.2.1 設(shè)計的目的及研究的內(nèi)容 1
1.2.2 設(shè)計的意義 1
1.3 本設(shè)計的發(fā)展方向與存在的問題 2
1.3.1 設(shè)計的方向 2
1.3.2 設(shè)計存在的問題 2
1.3.3 研究的內(nèi)容和方法 2
2 總體方案設(shè)計 5
2.1 主要組成結(jié)構(gòu) 5
2.2 主要技術(shù)參數(shù) 5
2.3 橫封裝置的工作原理 7
2.4 橫封的工藝要求 7
2.5 適用范圍 8
3 傳動機構(gòu)設(shè)計 9
3.1 偏心鏈輪 9
3.1.1 偏心鏈輪運動規(guī)律的分析 9
3.1.2 計算設(shè)計 10
3.2 齒輪的設(shè)計 12
4 橫封裝置設(shè)計 17
4.1 彈簧的選擇 17
4.2 熱封頭的設(shè)計 18
4.3 軸承的設(shè)計 19
4.3.1 軸承的選擇 19
4.3.2 軸承的潤滑及密封 19
4.3 軸的設(shè)計與計算 20
5 使用和維護(hù)保養(yǎng) 25
5.1 安全操作規(guī)程 25
5.2 封口質(zhì)量的調(diào)整 25
5.3 常見故障及排除方法 25
5.4 維護(hù)清潔與保養(yǎng) 25
6 三維軟件的應(yīng)用 27
6.1 三維軟件的介紹 27
6.2 CAD模塊 27
6.3 UG在橫封裝置設(shè)計中的使用 27
7 結(jié)論與展望 31
7.1 結(jié)論 31
7.2 不足之處及未來展望 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
V
裹包機橫封裝置設(shè)計
1 緒論
1.1 課題的來源
隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，包裝機械工業(yè)在國民經(jīng)濟中所占作用和比重也越來越大。一方面顯示出工業(yè)化生產(chǎn)發(fā)展的高速，另一方面又顯示出人們在追求商品質(zhì)量的同時，對商品的包裝要求也越來越高。這一切為推動包裝機械行業(yè)帶來了巨大的動力。 綜觀世界范圍來看，包裝機械工業(yè)是一個市場潛力巨大的新興產(chǎn)業(yè)，尤其是在最近幾年發(fā)展極其迅猛，已經(jīng)在各國國民經(jīng)濟中占用重要的地位。它可以提高勞動生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)的環(huán)境，降低生產(chǎn)的成本，提高商品的檔次，增加商品的附加值，從而增強商品的市場競爭力、社會效益和經(jīng)濟效益。目前，美國、日本、德國、意大利是世界包裝機械的四大強國，這些國家生產(chǎn)的包裝機械產(chǎn)品品種多、數(shù)量大，在國際市場上有著較高的占有率。 目前包裝機械發(fā)展的總趨勢是發(fā)展重點趨向于能耗低、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、占地空間小、效率高的產(chǎn)品包裝機。這在國外體現(xiàn)為現(xiàn)代化先進(jìn)包裝機械的高新技術(shù)，他們將機械技術(shù)與微電子技術(shù)和信息技術(shù)結(jié)合，開發(fā)數(shù)字化、智能化、柔性化的新型包裝機械產(chǎn)品。在國內(nèi)，包裝機械行業(yè)的發(fā)展趨勢是在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上，已經(jīng)有一定創(chuàng)新，產(chǎn)品的科技含量在不斷的提高，這些包裝機械產(chǎn)品正在向機電結(jié)合、主輔機結(jié)合、成套連線的方向發(fā)展。但是，包裝機械產(chǎn)品在開發(fā)的過程中也存在一定的問題，主要是如何面對國外企業(yè)及外資企業(yè)的競爭，如何根據(jù)中國的國情，提高產(chǎn)品的“三化”水平，做到生產(chǎn)的高速化，包裝產(chǎn)品規(guī)格的多樣化，提高產(chǎn)品的可靠性及如何使食品和藥品的包裝機達(dá)到無菌化。而這些需要我們抓緊包裝機械的研究，不斷的開發(fā)新的技術(shù)，這樣才能加快國內(nèi)包裝機械技術(shù)的提升。
1.2 本課題設(shè)計的目的意義
1.2.1 設(shè)計的目的及研究的內(nèi)容
商品包裝是一個朝陽行業(yè)，是在市場競爭日趨激烈、商品經(jīng)濟日益繁榮的新形式下，逐步成長起來的。在商品的流通過程中，袋裝商品的包裝要求主要有兩個方面，一是要求包裝美觀，以便吸引顧客，并保證商品在流通中包裝袋不會出現(xiàn)任何形式的破損。其二是要求包裝袋內(nèi)的商品要計量準(zhǔn)確，誤差要?。òb機械行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)要求計量誤差要小于5‰），以便維護(hù)商品生產(chǎn)廠商的信譽和形象。因此商品包裝的精確計量，是包裝行業(yè)內(nèi)時刻關(guān)注的一項重要課題。
1.2.2 設(shè)計的意義
目前市場上的包裝機種類繁多，性能各異，面對品種繁多的商品自動化包裝的要求，這些設(shè)計方案都需要改進(jìn)。 我國的包裝機械工業(yè)自上世紀(jì)90年代以來的發(fā)展成績顯著，在引進(jìn)、消化、吸收的基礎(chǔ)上已經(jīng)自行研制和開發(fā)產(chǎn)品，且有部分的出口。但是，我國的包裝機械工業(yè)的整體水平還比較差，有的產(chǎn)品只能達(dá)到發(fā)達(dá)國家90年代末期的水平，但數(shù)量極少。從總體上來看，我國包裝工業(yè)水平處于世界的落后地位，而作為包裝機械中重要產(chǎn)品的枕式包裝機在日常生活的需求上也越來越突出，無論是從藥品包裝還是從食品包裝上，它都充當(dāng)著十分重要的角色。因此，如何能生產(chǎn)出現(xiàn)代化的食品包裝的質(zhì)量乃至提高人民物質(zhì)生活需求水平上具有重要的意義，尤其是作為世界上人口最多的發(fā)展中國家來說，提高食品包裝機的性能對解決眾多消費者對商品龐大的需求，提升國民經(jīng)濟生產(chǎn)總值，提高人民的生活水平上來說意義極其重大。同時，對提高我國在枕式包裝機橫封包裝機械甚至包裝機械行業(yè)方面具有十分積極的作用。
1.3 本設(shè)計的發(fā)展方向與存在的問題
1.3.1 設(shè)計的方向
應(yīng)用于連續(xù)制袋式袋裝機上的橫封機構(gòu)有如下一些工藝要求應(yīng)滿足,一是橫封器的熱封件與連續(xù)運動著的包裝料袋熱封瞬時應(yīng)有相同的線速度。這點若不能滿足,熱封時就可能造成封口部位起皺、拉伸過度,甚至斷裂；二是袋長規(guī)格變化時,橫封器熱封件回轉(zhuǎn)半徑不變下經(jīng)調(diào)節(jié)有關(guān)部位能得到所需熱封線速度。對此,要求橫封器在工作中用不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)帶動,袋裝機上常用偏心鏈輪及轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)作橫封不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)。
1.3.2 設(shè)計存在的問題
枕式包裝機由于包裝機械動作頻繁而復(fù)雜，執(zhí)行元件也較多，如果采用傳統(tǒng)繼電器控制的電路則會導(dǎo)致設(shè)備的故障率較高、動作不精確、包裝質(zhì)量也不穩(wěn)定，停機維修的時間多等缺點，因此，研發(fā)包裝機時，重視高新技術(shù)的應(yīng)用，是提高其先進(jìn)性、可靠性的主要途徑。 此外，跟國外包裝機的設(shè)計水平相比，我國的包裝機設(shè)計雖然品種繁多，但是適應(yīng)面小，基本上只是針對單一品種和單一定量的商品包裝，面對品種多樣的商品自動化包裝要求，跟不上包裝形式，此外，由于其標(biāo)準(zhǔn)化、通用化水平低，其生產(chǎn)成本相對偏高。這些都是需要在以后的包裝機設(shè)計中著力解決的。
1.3.3 研究的內(nèi)容和方法
本次畢業(yè)設(shè)計主要就枕式袋裝機橫封包裝裝置及其傳動系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行研究，并對其運行的流程、工藝方案、參數(shù)的設(shè)定、設(shè)備的選擇及結(jié)構(gòu)和零件的設(shè)計做詳細(xì)的說明論證。
按照一般枕式袋裝機橫封包裝機執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)，由以下幾個方面進(jìn)行研究：
（1）枕式袋裝機橫封包裝機的應(yīng)用范圍
指其包裝不同產(chǎn)品的能力，包括所能包裝的產(chǎn)品的類型與所采用的包裝材料的種類，一般來說，縮小應(yīng)用的范圍，可以簡化機器的結(jié)構(gòu)、降低成本、提高生產(chǎn)效率、易于實現(xiàn)生產(chǎn)自動化。反之，增加功能、擴大應(yīng)用范圍，則可以一機多用、減少占地面積、有利于擴大機器的批量制造，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高。
（2）包裝質(zhì)量和生產(chǎn)率
① 包裝質(zhì)量
影響包裝質(zhì)量的因素有許多，它既與被包裝產(chǎn)品、包裝材料性能及所用的包裝技術(shù)的方法有關(guān)，也與包裝機的質(zhì)量及其使用的條件和操作者技術(shù)的熟練程度有關(guān)，就包裝機而言，主要考慮以下的幾個方面：
a. 包裝成品的質(zhì)量 其一是包裝工序完成后的質(zhì)量，比如熱壓后的緊密程度、 計算精度、封口的牢度及密封性；其二是包裝的過程對包裝質(zhì)量的影響，比如被包裝的物品和包裝的材料由于受到摩擦、振動以及環(huán)境的污染等機械和化學(xué)的作用，對包裝的內(nèi)在和外觀質(zhì)量的影響，在任何情況下，對質(zhì)量的影響都不應(yīng)超過其允許的程度。
b. 包裝物料和包裝材料的損耗 在機械包裝的過程中，由于片狀、塊狀物料的損壞，粉狀、顆粒狀物料的飛揚及散落，包裝材料的撕裂及破損，以及缺少自動控制所引起多于供料、包裝不良等原因所造成的各種損耗，通常是難以完全避免的，因此應(yīng)從包裝的工藝設(shè)計、機構(gòu)的選型，結(jié)構(gòu)的設(shè)計、自動控制及制造精度等方面綜合采取有效的措施，以便降低這些損耗，提高商品包裝的正品率。
② 生產(chǎn)效率
常用的是計件的生產(chǎn)效率，即單位時間內(nèi)所生產(chǎn)的包裝商品的件數(shù)，又稱為理論生產(chǎn)效率。在實際生產(chǎn)過程中，開機前后的準(zhǔn)備和結(jié)束的工作時間，添加包裝的材料以及發(fā)生故障時所造成的生產(chǎn)停歇的時間，及出現(xiàn)空位與廢次品等的損失時間總是難以避免的，因此，實際的生產(chǎn)率總是小于理論的生產(chǎn)率。因此，有的工廠為了管理方便，通常用一個工作的班次內(nèi)所能包裝的產(chǎn)品數(shù)量或質(zhì)量來表示包裝機的生產(chǎn)效率。
提高生產(chǎn)效率的主要措施有縮短輔助的操作時間，分散包裝的工序、增加執(zhí)行機構(gòu)的頭數(shù)、合理擬定執(zhí)行機構(gòu)運動規(guī)律及提高制造的精度等。
③ 自動化及自動控制
現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的發(fā)展為包裝機械的自動化及自動控制提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，同時也對其提出了更高的要求，在確定設(shè)計的包裝機的自動化程度及自動控制方案時，應(yīng)根據(jù)具體的情況區(qū)別對待，既要盡可能的采用先進(jìn)技術(shù)，趕超國際的先進(jìn)水平，又要結(jié)合我國的國情，講究經(jīng)濟效益，以及便于推廣應(yīng)用。
（3）制造及維修
在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能的使制造和維修方便，可以采取以下方面的措施：
① 裝機的系列化、零部件的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化程度 提高“三化”的程度是我國的一項重要的技術(shù)政策，也是包裝機械的一個發(fā)展趨勢。
② 結(jié)構(gòu)的工藝性 機械的結(jié)構(gòu)工藝性是由零件的機構(gòu)復(fù)雜程度、加工表面的數(shù)量、精度的要求、對制造單位的適應(yīng)能力、零部件的可拆性與標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的程度等來評定。結(jié)構(gòu)的工藝性差，不但使制造的成本增加，而且還使制造維修的周期延長，甚至難以達(dá)到預(yù)定的加工要求。
（4）操作條件及工作的可靠性
枕式袋裝機橫封包裝機的操縱、裝卸物料、排除故障及維護(hù)保養(yǎng)等工作應(yīng)省時、省事和省力，被包裝的物品規(guī)格發(fā)生變化時，有關(guān)工作部件的調(diào)整或更換也要迅速方便。另外，還需要有安全的措施，如防止誤過載保護(hù)、故障報警、自動停機等。
工作的可靠性是評定包裝機質(zhì)量的一項重要指標(biāo)之一，如果可靠性低，則必然會降低機器生產(chǎn)的效率，增加操作的困難，這對組成包裝自動線的包裝機應(yīng)相當(dāng)?shù)闹匾暋?
(5) 經(jīng)濟性和其它
在設(shè)計時要考慮經(jīng)濟性的問題，這就要求制造的成本低，功率消耗要少，使用的壽命 長，運輸、安裝、維修方便及生產(chǎn)率高。
另外，包裝機的占地面積要小，外形要美觀，這與操作條件、機械機構(gòu)、產(chǎn)品的銷售都有密切關(guān)系。美麗的外觀和協(xié)調(diào)的色彩可以提高市場的綜合競爭能力。
2 總體方案設(shè)計
2.1 主要組成結(jié)構(gòu)
圖2.1 橫封裝置機構(gòu)
包裝機橫封裝置用于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(dāng)然，有些包裝機設(shè)有獨立的分切裝置，但采用橫封同時分切的方式是連續(xù)式自動制袋裝填包裝機的共同趨勢。因為橫封切斷合二為一不但簡化了傳動機構(gòu)，而且對有色標(biāo)薄膜帶的分切更準(zhǔn)確，封切質(zhì)量更高，生產(chǎn)效率更高。該裝置主要結(jié)構(gòu)組成有調(diào)節(jié)機構(gòu)、加熱機構(gòu)、封切機構(gòu)、傳動機構(gòu)、軸向固定機構(gòu)等。
2.2 主要技術(shù)參數(shù)
包裝機的主要參數(shù)如下：
表2-1 包裝機技術(shù)參數(shù)
項目
參數(shù)
總功率（千瓦）
3.2
主電機功率（千瓦）
1.1
加熱功率（千瓦）
2.1
包裝速度（袋/分）
10~120
成袋尺寸（毫米）
160~210（長），50~160(寬)，5~35（高）
機器凈重（千克）
440
封口壓力（牛頓/平方毫米）
15
成袋合格率
≥97%
2.3 橫封裝置的工作原理
圖2.2 橫封裝置裝配圖
熱封是回轉(zhuǎn)軸2和6上的熱封頭13和16在回轉(zhuǎn)過程中完成的，同時裝在熱封頭上的切斷刀14和15也完成袋與袋之間的分切。熱封運動是由鏈輪4傳入的，主動齒輪3為便于調(diào)整和過載保護(hù)，用錐面與軸2聯(lián)接，從動齒輪5為控制嚙合側(cè)隙，采用兩片組成。每個熱封頭內(nèi)一般裝有兩個電熱管。溫度的控制是由裝在熱封頭內(nèi)的熱電偶測溫探頭得到測溫信號，然后由溫度控制儀實現(xiàn)對熱封溫度的自動控制，加熱電流由軸2和6的端部分別裝有的滑環(huán)9和電刷10輸入的，而測溫信號是軸6右端的滑環(huán)7及電刷傳出的，兩軸分別裝在可以浮動的軸承架11和20上，以便改變包裝厚度時，調(diào)整封切的中心位置。螺桿12和螺栓19的變動量可由指針18和標(biāo)尺17指示。熱切的壓力由軸承架20上部的彈簧21調(diào)節(jié)。
2.4 橫封的工藝要求
根據(jù)包裝工藝要求，橫封時必須滿足如下要求：
(1) 速度同步
在橫封過程中，從橫封頭接觸的袋筒開始，到橫封頭完成橫封脫離包裝袋為止，都要求橫封頭的線速度在袋筒運動方向上的分量和袋筒的運動速度相等，否則，橫封頭在橫封時會出現(xiàn)封口部位起皺或拉長，甚至出現(xiàn)斷裂或碰壞包裝袋等不良現(xiàn)象。
(2) 橫封頭的不等速轉(zhuǎn)動
由于橫封時，要求橫封頭在袋筒運動方向上的線速度和袋筒的運動速度相同，所以橫封頭必須作不等速運動，此外，工作中的橫封頭是處于高溫狀態(tài)（溫度高于100℃）。為了防止包裝材料發(fā)生過熱現(xiàn)象，應(yīng)使橫封頭在橫封動作一結(jié)束，就快速讓開，所以橫封頭也必須作不等速運動，常用的不等速機構(gòu)有偏心鏈輪機構(gòu)和轉(zhuǎn)動導(dǎo)桿機構(gòu)。
(3) 速度的無極可調(diào)
當(dāng)包裝機的生產(chǎn)能力和包裝袋袋長規(guī)格變化時，由于橫封頭的回轉(zhuǎn)半徑不能調(diào)，所以只有改變橫封頭的回轉(zhuǎn)速度，既橫封速度的連續(xù)可調(diào)。
2.5 適用范圍
塑料袋封口機適用于聚乙烯或聚丙烯單層薄膜。聚乙烯或聚丙烯為內(nèi)層的聚烴復(fù)合薄膜塑料袋等復(fù)合軟包裝袋的封口制袋。因具有連續(xù)封口的特點，可以制成各種規(guī)格尺寸的包裝袋，且可在各種包裝流水線上配合使用。塑料袋封口機應(yīng)用于食品、飲料、醫(yī)藥、水產(chǎn)、土特產(chǎn)、日用化妝品、服裝、電子元件、小五金、化工等產(chǎn)品的包裝封口。廣泛應(yīng)用與工廠、商店、零售部門，服務(wù)性行業(yè)及科研軍工等各行各業(yè)。
3 傳動機構(gòu)設(shè)計
3.1 偏心鏈輪
偏心鏈輪機構(gòu)是一種不等速的機構(gòu)，。通過對偏心鏈輪不等速機構(gòu)的調(diào)節(jié)，可以使連續(xù)式袋裝機的橫封器可以滿足以下的一些工藝要求：熱封時，熱封頭與連續(xù)運動著的袋筒要具有同步的線速度，否則，封口部位就會可能發(fā)生起皺或者拉長甚至斷裂等不良的現(xiàn)象，當(dāng)袋長的規(guī)格有變化時，尤其應(yīng)當(dāng)注意這一點。
3.1.1 偏心鏈輪運動規(guī)律的分析
偏心鏈輪機構(gòu)工作原理見圖3.1。
圖3.1 偏心鏈輪機構(gòu)簡圖
設(shè)、分別為主、從動鏈輪的回轉(zhuǎn)中心，中心距,節(jié)圓半徑；主動鏈輪的偏心距，角速度為，若某瞬時的角位移為，從動鏈輪的角位移為，主動輪的節(jié)圓上任意一點轉(zhuǎn)到與鏈條相切時，則點瞬時的線速度為, 為該瞬時點的回轉(zhuǎn)半徑），設(shè)它與鏈條同向的分速度為， 與的夾角為，則其值：
（3.1） （3.2）
由圖3.1可見，同一根鏈條在張緊時、兩點的線速度相等，即 (3.3)
所以：
（3.4）
上式表明，當(dāng)主動偏心鏈輪以等角速回轉(zhuǎn)時，則從動輪作變角速轉(zhuǎn)動。
調(diào)解選用熱合瞬時的角，使其中偏心距、鏈輪半徑及兩輪回轉(zhuǎn)中心距不變的條件下，根據(jù)輸出的角速度，找到相應(yīng)的主動輪瞬時轉(zhuǎn)角，可見，當(dāng)袋長變化時應(yīng)先打開不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)輸出軸到橫封器輸入軸間的從動鏈。
調(diào)節(jié)主動鏈輪的偏心距也可以達(dá)到改變輸出角速度，滿足熱封的需要，這是利用特性曲線兩個極值點作為專門熱封點，偏心距的改變會使輸出的極大的角速度在之間；也可使輸出的極小角速度在之間，同時，速度極限角、分別有、靠攏的微小變化，袋裝機在規(guī)定袋長范圍內(nèi)，偏小規(guī)格利用的極點進(jìn)行熱合，偏大規(guī)格利用這一極點輸出角速度進(jìn)行熱合。
如果將經(jīng)過換算后的袋長值刻在相應(yīng)的偏心距標(biāo)尺上，只要調(diào)節(jié)偏心距到預(yù)定的袋長刻度距到預(yù)定的袋長刻度上，并加以固定，就可以立即使用。這種方法調(diào)整方便，得到了廣泛應(yīng)用。這種機構(gòu)就是可調(diào)式偏心鏈輪，見圖3.2
圖3.2 偏心鏈輪簡圖
3.1.2 計算設(shè)計
設(shè)計可調(diào)式的偏心鏈輪機構(gòu)要求能夠適應(yīng)袋長的尺寸在150-170mm范圍內(nèi)，其設(shè)備的生產(chǎn)能力為40-120袋/分，本論文設(shè)計選用的偏心鏈輪齒數(shù)31，模數(shù)4，設(shè)計計算如下所示：
確定鏈輪節(jié)圓的半徑。
查詢文獻(xiàn)[2]得到公式：
（3.5）
其中：
mm (3.6)
代入上式得：
mm (3.7)
（1）確定不同的袋長對應(yīng)的偏心距刻度值。
已知袋長最小值和最大值mm，mm，所以平均袋長：
(3.8)
查詢文獻(xiàn)[2]得到公式：
偏心距為:
，式中：··· (3.9)
當(dāng)160,170,180，···210mm時，將求得的值代入可得表3-1
表3-1 袋長與偏心距
袋長
160 170
180 190
200 210
偏心距
8.49 5.09
1.70 -1.70
-5.09 -8.49
（2）確定主動鏈輪的最大偏心距。
最大偏心距是最大或最小袋長所對應(yīng)的絕對值，即：mm,
（3）橫封頭回轉(zhuǎn)半徑。
熱封頭數(shù)取，查詢文獻(xiàn)[2]得到公式：
（3.10）
（4）偏心鏈輪機構(gòu)主、從動軸的中心距。
考慮其結(jié)構(gòu)，查詢文獻(xiàn)[2]得到公式：
（3.11）
采用其運動特性，采用推薦值
(mm)
最后本設(shè)計選用(mm)
3.2 齒輪的設(shè)計
已知輸入功率為1.1kw，齒輪轉(zhuǎn)速為60r/min，齒數(shù)比，由偏心鏈輪驅(qū)動，工作壽命為15年（設(shè)每年工作300天），兩班制，工作穩(wěn)定，轉(zhuǎn)向不變。
1. 選定齒輪的類型，精度等級，材料及齒數(shù)
（1）按圖所示的傳動方案，選擇直齒圓柱齒輪傳動。
圖3.3 齒輪傳動簡圖
（2）裹包機橫封裝置傳動機構(gòu)為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB 10095-88）。
（3） 材料選擇。查詢文獻(xiàn)[4]表10-1選擇兩齒輪的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。
（4）選擇主從動齒輪齒數(shù)
2. 按齒面的接觸強度設(shè)計
由文獻(xiàn)[4]設(shè)計計算公式(10-9a)進(jìn)行試算，即
（3.12）
(1) 確定公式內(nèi)各計算數(shù)值
1) 試選載荷系數(shù)。
2) 計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
Nmm （3.13）
3) 查閱文獻(xiàn)[4]選取齒寬系數(shù)。
4) 查詢文獻(xiàn)[4]表查得材料的彈性影響系數(shù)。
5) 查詢文獻(xiàn)[4]圖10-21d按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度的極限MPa。
6) 查詢文獻(xiàn)[4]式10-13計算應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)。
(3.14)
(3.15)
7) 查詢文獻(xiàn)[4]圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)。
8) 計算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)，則查詢文獻(xiàn)[4]由式（10-12）得
MPa (3.16)
(2) 計算
1) 試算齒輪分度圓的直徑，代入中較小的值
(3.17)
2) 計算圓周速度
m/s (3.18)
3) 計算齒寬
mm (3.19)
4) 計算齒寬與齒高之比
模數(shù) mm (3.20)
齒高 (3.21)
(3.22)
5) 計算載荷系數(shù)
根據(jù)m/s，7級精度，查得文獻(xiàn)[4]圖10-8查得動載系數(shù)；
直齒輪，；
由文獻(xiàn)[4]表10-2查得使用系數(shù)；
由表10-4用插值法查得7級精度，齒輪做懸臂布置時，。
由,查文獻(xiàn)[4]圖10-13得，故載荷系數(shù) (3.23)
6) 按實際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由式（10-10a）得
mm (3.24)
7) 計算模數(shù)m
mm (3.25)
3. 按齒根的彎曲強度設(shè)計
由文獻(xiàn)[4]式（10-5）得彎曲強度的設(shè)計公式為
(3.26)
(1) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1) 由文獻(xiàn)[4]圖10-20c查得齒輪的彎曲疲勞強度極限MPa
2) 由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)
3) 計算彎曲疲勞的需用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù),由式（10-12）得
MPa (3.27)
4) 計算載荷系數(shù)k。
(3.28)
5) 查取齒形系數(shù)。
由表10-5查得
5) 查詢應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5查得
7) 計算齒輪的
(3.29)
(2) 設(shè)計計算
(3.30)
對比計算的結(jié)果，齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，而齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，且齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)3.59并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值mm,按接觸強度算得的分度圓直徑mm,算得齒輪齒數(shù)
(3.31)
取齒輪齒數(shù)為31，這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，有滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
4. 幾何尺寸計算
(1) 計算分度圓直徑
mm (3.32)
mm
(2) 計算中心距
mm (3.33)
(3) 計算齒輪的寬度
mm (3.34)
4 橫封裝置設(shè)計
4.1 彈簧的選擇
(1) 根據(jù)工作條件選擇材料并確定其許用應(yīng)力
選用碳素彈簧鋼絲級，試選鋼絲直徑，查文獻(xiàn)[4]表16-3暫選1570MPa,由文獻(xiàn)[4]表16-2查得彈簧的許用剪切應(yīng)力 MPa 。
(2) 根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲直徑
查閱文獻(xiàn)[5]選取旋繞比=6，則公式（16-4）得
(4.1)
根據(jù)公式（16-10）得
mm (4.2)
選mm ,查得不變，故不變，取mm,,計算得，于是
mm (4.3)
上值與原估值相近，取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑mm。此時mm,為標(biāo)準(zhǔn)值，則，
所得尺寸與題中的限制條件相符，合適。
(3) 根據(jù)剛度條件，計算彈簧圈數(shù)
初選彈簧剛度，由文獻(xiàn)[4]式（16-9）得，
N/mm (4.4)
確定切邊模量G查文獻(xiàn)[4]表16-2得MPa
確定工作圈數(shù)為
(4.5)
取圈。此時彈簧的剛度為
N/mm (4.6)
(4) 驗算
① 彈簧初拉力
N (4.7)
初應(yīng)力應(yīng)按式（16-8）得
MPa (4.8)
按照文獻(xiàn)[4]圖16-9，當(dāng)時，初應(yīng)力的推薦值為65~150MPa，故此初應(yīng)力值合適。
② 極限工作應(yīng)力
取,則
MPa (4.9)
③ 極限工作載荷
N (4.10)
4.2 熱封頭的設(shè)計
由于包裝材料為塑料，制成的塑料袋的材料具有熱熔性，因此常使用熱壓封口、熔焊封口、脈沖封口或者超聲波封口，其封口質(zhì)量好、速度快而且工藝簡單。本課題采用的是熱壓封口。
熱壓封口機采用電加熱的方法使塑料袋口的兩層薄膜受熱軟化，然后對其施加接觸壓力，使處于軟化熔融狀態(tài)的兩層薄膜黏合成一體，冷卻后即得密封性封口。該機中的電加熱器一般是將電阻絲鑲嵌在用金屬材料制成的輥輪上；加壓動作可以由加熱器完成，也可以用專門機構(gòu)來完成；加熱或加壓裝置的封口工作面上，通常做出花跡來提高封口質(zhì)量并使封口美觀。
圖4.1 封口刀
因為塑料熔融所以在封口的時候要有防黏材料，一般用的防黏材料是聚四氟乙烯，因為此材料耐高溫。這樣主要是為了避免工作臺與薄膜材料層粘接，使袋口封口美觀又能保持工作臺潔凈。為了提高效率，把封口裝置和封切裝置合在一起。每一個橫封，一個切斷。在封切頭裝置中大量用了螺母來鎖定固定，確保準(zhǔn)確封切。
4.3 軸承的設(shè)計
4.3.1 軸承的選擇
選擇滾動軸承的類型，一般從載荷大小、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，適合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。
根據(jù)軸的應(yīng)用場合可知，軸主要受到徑向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點，選擇深溝球軸承。深溝球軸承軸承的性能特點：主要承受徑向負(fù)荷，當(dāng)量摩擦系數(shù)最高。應(yīng)用場合：適用于剛性較大軸，常用于小功率電機、減速機、運輸機等。
根據(jù)要求查參文獻(xiàn) [3], 在這里選用602深溝球軸承。
4.3.2 軸承的潤滑及密封
軸承在運動過程中，軸承內(nèi)外圈及滾動體之間必然產(chǎn)生相對運動，這樣運動之間就要產(chǎn)生摩擦，消耗一部分動力，引起內(nèi)外圈和滾動體之間發(fā)熱、磨損。為了減少摩擦阻力，減緩軸承的磨損速度并控制軸承的溫升，提高軸承的使用壽命，在使用軸承的機構(gòu)設(shè)計中必須考慮軸承的潤滑問題，而為了使軸承保持潤滑，還必須考慮軸承的密封。
本文的橫封裝置中，由于兩根軸的轉(zhuǎn)速較低，且軸承的內(nèi)徑不大，所以選用潤滑脂來進(jìn)行潤滑，潤滑脂比用潤滑油溫升低，且適用于不需要冷卻的場合。脂潤滑的結(jié)構(gòu)比較簡單，不存在漏油的問題。使用脂潤滑進(jìn)行潤滑，潤滑的填充量不宜過多，不能把軸承填滿。否則將引起軸承發(fā)熱并把脂熔化流出，潤滑效果舍得其反。另外填充油脂時不要用手抹（因為手上有汗，會腐蝕軸承），應(yīng)用針筒注入，使?jié)L道和每個滾動體都粘上脂。
橫封裝置中的密封結(jié)構(gòu)，對脂潤滑的軸承結(jié)構(gòu)來說，由于脂不會外泄，主要是防止灰塵屑末等外物的進(jìn)入。因此對于脂潤滑密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是考慮外物的浸入。
4.3 軸的設(shè)計與計算
按彎矩合力校核軸的強度
(1) 繪出軸的受力簡圖
計算直齒輪的圓周力和徑向力
圖4.2 軸的受力圖
mm，mm，mm
參照文獻(xiàn)[4] 式（10-14）得
圓周力
N (4.11)
徑向力
N (4.12)
軸向力
(2) 水平面支撐力
圖4.3 軸的水平面受力簡圖
(4.13)
N
(4.14)
水平面彎矩
Nmm (4.15)
(3) 垂直面
圖4.4 軸的垂直面受力簡圖
力矩平衡式
(4.16)
N
N (4.17)
垂直面彎矩
Nmm (4.18)
Nmm (4.19)
在B處的突變值
Nm (4.20)
集中力偶為
(4.21)
可見彎矩突變值等于集中力偶的大?。ㄆ湮⑿〉牟顒e是由于計算過程中的舍入誤差造成的）說明垂直面的計算結(jié)果是正確的。
(4) 計算B處左右兩側(cè)的合成彎矩
Nmm (4.22)
Nmm (4.23)
可見B處在右側(cè)的合成彎矩較大，合成彎矩見圖
(5) 計算危險截面的當(dāng)量彎矩
由彎矩圖可見B處是危險截面（其上的內(nèi)力最大），計算該處的當(dāng)量彎矩（對一般軸可視其扭矩為脈動循環(huán)性質(zhì)，取扭矩校正系數(shù)a=0.6）
Nmm (4.24)
(6) 計算B處的需要軸徑
已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查文獻(xiàn)[4]表15-1查得MPa
(4.25)
它小于該處實際直徑25mm故軸的彎矩組合強度足夠。
圖4.5 彎矩圖
5 使用和維護(hù)保養(yǎng)
5.1 安全操作規(guī)程
(1) 啟動設(shè)備前，拿走機器上的雜物，用盤車手輪轉(zhuǎn)動機器2-3轉(zhuǎn)，確保機器能無障礙、無干涉摩擦狀態(tài)下自由轉(zhuǎn)動。
(2) 電源開啟時，不要打開控制箱的蓋門，切勿用手觸摸配電箱內(nèi)部，維護(hù)時切斷電源。
(3) 運轉(zhuǎn)的切刀和齒輪可能導(dǎo)致拉入危險，工作時勿將手伸入。
(4) 橫封部位是高溫?zé)嵩?，加熱或運行時切勿靠近，需要維護(hù)時，也須關(guān)閉電源，待溫度降至60℃以下后再進(jìn)行操作，以免燙傷。
5.2 封口質(zhì)量的調(diào)整
(1) 不同封口材料，需要確定不同的溫度和封口速度，而溫度與速度是相關(guān)的。在實際操作中必須協(xié)調(diào)試驗，反復(fù)多次，調(diào)節(jié)不同溫度和相應(yīng)封口速度，達(dá)到滿意為止。
(2)初次試驗時，需慢慢地將溫度逐步提高，應(yīng)仔細(xì)選擇合適溫度及封口速度。如溫度過高，則使薄膜融化粘在封口刀上。如有以上情況應(yīng)及時清除剝離否則將影響封口質(zhì)量。
(3)封口溫度選擇與封口速度有直接關(guān)系，同樣材料，溫度選擇高時，速度可提高，速度低時，溫度宜低些。薄膜厚度越厚，溫度也需越高，反之也一樣。
5.3 常見故障及排除方法
(1) 包裝袋無法切斷
①切刀彈簧力不足：重新調(diào)整壓力；②切刀溫度不足：略升橫封溫度；③切刀磨損：調(diào)整或更換。
(2) 橫封刀嚙合時出現(xiàn)重音
①上、下切刀嚙合時，產(chǎn)生碰撞：減少下刀片；②上、下刀座牙槽沒對位：參照調(diào)整說明書。
(3) 容易切到被包裝物體
①橫切刀高度設(shè)定不正確：重新調(diào)整高度；②空袋子內(nèi)殘留空氣過多：調(diào)整平壓毛刷，排除空氣；③包裝速度太快：降低包裝速度；④包裝袋太寬松：適當(dāng)收緊制袋器。
(4) 橫封漏氣或爛膜
①溫度偏低或偏高：調(diào)整溫度適合為宜；②刀座不清潔：用銅絲刷清理臟物：③上下刀錯位；④包裝紙膜紙質(zhì)差：更換紙膜。
5.4 維護(hù)清潔與保養(yǎng)
(1) 機器外觀清潔:清潔時用干凈捻濕的抹布擦拭機器工作臺面及外表面。清洗擦拭機器前，須先關(guān)閉電源，以確保人機的安全。
用壓縮空氣清除橫封處的產(chǎn)品碎屑。
(2) 每月的檢查和保養(yǎng):
① 對枕式包裝機傳動系統(tǒng)中互相嚙合的齒輪和鏈輪鏈條給潤滑油，潤滑方式以淡涂抹為原則，對于機器上的同步帶和輸送平皮帶，絕對禁止給潤滑油。
② 對端封軸承給潤滑脂。
③ 檢查傳動部件的鏈條和皮帶張緊情況，必要時將其調(diào)緊。
④ 檢查各部件的螺釘或螺母松動情況，必要時將其壓緊。
⑤ 檢查電刷積碳情況，必要時擦拭。
(3) 半年的維護(hù)和保養(yǎng)
① 檢查傳動皮帶和輸送皮帶磨損情況，必要時換新。
② 檢查各種易損件，注意及時更換。
③ 檢查各傳動件磨損情況，必要時換新。
④ 檢查并緊固電器接線，并用壓縮空氣清潔各電氣組件上的灰塵
6 三維軟件的應(yīng)用
6.1 三維軟件的介紹
UG NX 是 Unigraphics Solutions 公司推出的集 CAD/CAM/CAE 于一體的三維參數(shù)化設(shè)計軟件，在汽車、交通、航空航天、日用消費品、通用機械及電子工業(yè)等工程設(shè)計領(lǐng)域得到了大規(guī)模的應(yīng)用。
UG NX4.0軟件是由多個模塊組成的，主要包括CAD、CAM、注塑模、鈑金件、Web、管路應(yīng)用、質(zhì)量工程應(yīng)用、逆向工程等應(yīng)用模塊，其中每個功能模塊都以Gateway環(huán)境為基礎(chǔ)，它們之間既有聯(lián)系又相互獨立。
6.2 CAD模塊
(1) 實體建模
(2) 特征建模
(3) 工程制圖
(4) 轉(zhuǎn)配建模
6.3 UG在橫封裝置設(shè)計中的使用
由于我學(xué)過一學(xué)期UG，所以利用UG進(jìn)行三維建模，在本次裹包機橫封裝置設(shè)計中提供了我很大的幫助，使我很直觀的可以看到部分零部件的尺寸及外形。在完成本課題的設(shè)計的基本過程是：任務(wù)分析—方案擬定—結(jié)構(gòu)設(shè)計—UG零件造型設(shè)計，使用UG使我可以順利的完成裹包機橫封裝置的設(shè)計。圖6-1,6-2,6-3是用三維軟件UG畫的封口刀、軸、切斷刀，可以看出用三維軟件對零件進(jìn)行造型設(shè)計，可以使零件更形象、更直觀。
圖6-1 封口刀
圖6-2 軸
圖6-3 切斷刀
7 結(jié)論與展望
7.1 結(jié)論
本次畢業(yè)設(shè)計讓我系統(tǒng)地鞏固了大學(xué)幾年的學(xué)習(xí)課程，比如《機械制圖》、《機械設(shè)計》、《互換性與技術(shù)測量》、UG、 CAD等課程。
通過對裹包機橫封裝置的分析，研究了橫封裝置的工作原理，運用了以前學(xué)過的機械設(shè)計，機械原理等方面的知識，確定了裹包機橫封裝置的總體方案論證，根據(jù)功能設(shè)計要求，設(shè)計了簡單且使用的設(shè)計方案，對部件的主要傳動機構(gòu)、軸、彈簧進(jìn)行了校核計算。所設(shè)計的機構(gòu)是在吸取以前常見橫封機構(gòu)成功經(jīng)驗基礎(chǔ)上進(jìn)行的，具有如下特點：結(jié)構(gòu)簡單；機器平穩(wěn)性好；封口性能好；使用價值高；便于更換構(gòu)件。
本裹包機橫封裝置設(shè)計合理，符合實際應(yīng)用，滿足加工要求，具有較好的經(jīng)濟性。但由于本人水平有限，尚存不足，待進(jìn)一步研究。
7.2 不足之處及未來展望
當(dāng)然，在此過程中也有許多不足之處，例如：知識的不全面，所學(xué)的還沒有全部掌握，思維的狹隘等，讓我在畢業(yè)前上了生動形象的一課。
同時，做畢業(yè)設(shè)計也是磨練毅力和決心的過程，面對復(fù)雜冗長的數(shù)據(jù)，打印長篇的論文，期間是煩躁與枯燥的，但是我還是堅持了下來，做完了后，有一種豁然開朗的感覺，內(nèi)心激動無比，經(jīng)過了這次設(shè)計以后，我有信心，我也堅信只要努力、堅持，我們就能走好人生的每一步。
致 謝
本文是在導(dǎo)師唐正寧教授的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料，設(shè)計草案的確定和修改，中期檢查，后期的詳細(xì)設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。值此畢業(yè)設(shè)計即將完成之際，謹(jǐn)向唐老師表示最誠摯的感謝！
經(jīng)過將近三個月的努力，畢業(yè)設(shè)計終于接近尾聲，在這些日子里，我經(jīng)歷了大學(xué)四年最辛苦也是最充實的生活，雖然感到很累，但看到自己這么多天來作出的成果，感到些許安慰。
我之所以今天能順利地完成畢業(yè)設(shè)計，是跟四年來學(xué)校、老師對我的培養(yǎng)分不開的，不是一朝一夕的努力能做到的，在此感謝學(xué)校對我的培養(yǎng)。同時，在畢業(yè)設(shè)計的這些日子里，指導(dǎo)老師唐老師給予了我非常大的指導(dǎo)和幫助，我非常感激！
最后，祝我的母校再創(chuàng)輝煌！祝我們的老師工作順利！
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