多功能封口机结构设计

重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 1 1绪论1.1多功能封口机设计背景封口机是典型的包装机械，包装机械在世界上已有一段历史。可以说，正因为有中国的造纸技术，才给纸包装技术的产生以及发展提供了必要条件，之后才得以由此发展出各种材料的包装机械。从1850年始，世界的纸价格大幅跌落，纸张开始应用于食品包装。在这之后的1852年，美国的沃利发明出了纸袋制造机，由此正式出现了纸制品机械。1861年，德国人建立了世界上第一个包装机械工厂，并且在50年后也就是1911年成功生产出全自动成形充填封口机，这应该是有历史记载的最早的多功能封口机。而中国在此方面由于各种原因起步晚于欧美各国，但经过了二十多年的发展，中国的包装机械已经成为国内机械工业十大行业之一，为中国的包装工业作出了重大贡献，满足了国内市场的基本需求，填补国内在此方面的空白，甚至出口国外。但是总体上看，中国包装机械的进出口额与发达国家相比仍然相去甚远，品种少，配套数量少，缺乏高精度以及大型化产品仍然是国内市场不可忽视的问题。而且国内此类产品主要以针对国外产品的仿制为主而缺少自主创新类产品，元器件的整体质量也不如国外，这就导致了包装产品的质量不如国外。1.2设计目的与意义本此设计的目的，在于对于多功能封口机的原理分析与结构设计，加深对于包装类机械的了解，能够在现有机械的基础上作出自己的一些设计，增强自我设计方面的能力，锻炼自身的相关能力。由上文可知我国当前在包装机械上的成果并不如国外，因此，就更加需要我们对其产生重视，藉由对于多功能封口机的设计，进一步了解机械包装产业。重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 2 1.3设计内容本次毕业设计的内容主要分为以下几个部分：1）导辊；图1-1导辊导辊：引导包装材料至成型器处，同时也起到了张紧材料的作用。2）成型器；图1-2成型器成型器：将包装材料根据要求成形为所需要的包装袋形状。重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 3 3）纵封装置；图1-3纵封辊纵封装置：将成型后的包装袋进行纵向封口，纵封装置即纵封辊，辊内有热封所需的加热管以及电偶，由于本文主要对封口机的结构进行设计，故将不对热封相关的零件进行详细说明与计算。4）横封装置；图1-4横封辊横封装置：将完成纵向封口后的包装袋进行横向封口。重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 4 5）切断装置。图1-5切断刀切断装置：将完成的一条包装袋进行切断，使之成为所需的包装袋个体。重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 5 2方案设计2.1方案设计方法根据假定的设计要求，从现有的多功能封口机中选择最合适设计要求的部分进行组合设计、计算，由此得到能够满足需要的多个多功能封口机，由对比及说明的方法从一个部件的多种方案中进行选择。2.2任务要求现假定需要生产的袋大小为长×宽：60-100cm×50-100cm。机器的包装速度要求在30-60袋/min。多功能封口机的高度适宜，假定其为180cm高。2.3多功能封口机工作原理多功能封口机的基本工作原理如图2.1所示：图2.1立式袋成形-充填-封口机工作原理图以立式袋成型-充填-封口机为例。首先，1-包装材料经由导辊和张紧辊引导至2-成形器处，完成成型，同时产品通过3-加料斗充填入成型的包装袋中，然后由4-纵封辊完成对包装袋的纵重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 6 向封口，同时纵封辊也起到拉扯引导包装材料的作用，包装袋接着向下运动至5-横封辊完成横向封口，横封辊每横向封制两次，完成一个包装袋个体部分，最后6-固定切刀和7-回转切刀对每个袋进行切断，使之分离成所需的包装袋个体。包装材料↓充填物料→成形器↓纵封装置↓横封装置↓切断装置↓成品图2.2工艺路线图工艺路线图如图2.2所示。2.4方案选择本文主要针对封合装置以及切断装置进行设计，可选方案如表2-1所示：装置部分方案123封合装置偏心轮或凸轮周转模具曲柄滑块切断装置偏心轮或凸轮周转模具曲柄滑块表2-1可选方案选择1.偏心轮或凸轮其运动平稳且工作曲线圆滑，然而有易磨损，且装卸不易的问题，凸轮的形状计算比较复杂。2.周转模具与前者类似，工作曲线圆滑且运动较平稳，同时加工精度更高，模具的针对性也更强，缺点是针对的加工产品较为单一。3.曲柄滑块结构简单，便于制造，且可以承受较大载荷，但对于死点的计算要求较高，重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 7 且运动方向单一，整体上的运动平稳度以及工作圆滑度就相对不够。综上所述，从结构的复杂程度、控制的难易程度以及装卸的方便程度上选择了封合装置周转模具以及切断装置偏心轮的方案。2.5总体布置封口机外型上可选择的有立式与卧式两种，在此使用立式，可以尽可能地减少占地面积，同时使空间利用率提高，高度适宜便于操作，结构一目了然。结构上由上至下，由图1.1以及1.2可知分别为：导辊--填料装置、成形器--纵封辊--横封辊—切断刀即由此布置进行此设计。重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 8 3结构设计3.1成形器3.1.1袋形选择封口机成形的袋型有扁平袋以及自立袋两种，前者主要适用于小颗粒状的产品包装，后者则主要适用于液体类产品的包装，初定设计的多功能封口机以包装小颗粒状产品为目的，故选用扁平袋，在此选择典型的三边袋作为最后生产出的袋成品。3.1.2成形器种类及选择图3.1成形器种类如图3.1所示，封口机的袋成形器主要有五个种类。a-翻领式成形器，成形时形成阻力比较大，容易使薄膜发生变形，由而产生发皱或撕裂，故适用性小，但使用较多，较为常见，最主要的问题是成形器的设计、制造及调试都较为复杂，故在此不选择使用此种成形器。b-象鼻式成形器，它没有形成阻力大的缺点，适用性更好，但存在有成型宽度受限制，成形时薄膜易跑偏的缺点，故也不选择。c-三角形成形器，通用性强，且适应规格变化，适用较广，结构简单，在这重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 9 里我选择此种成形器。d-U形成形器，受力较三角形成形器好，适应范围也广，唯一的缺点是结构较为复杂。e-直角缺口导板式成形器，能将平张薄膜对开后又能自动对折封口成袋，但薄膜成形时变形较大。故d、e两种成形器都不选择。以上，我选择三角成形器作为此次多功能封口机设计的成形器。3.1.3成形器相关计算图3.2三角形成形器折叠示意图如图3所示，设薄膜的宽度为2a,对折后的空袋高度为a(立式机为空袋宽度)，三角形板与水平面间的倾斜角即安装角为α，三角板的顶角为2β,薄膜在三角形板上翻折的这一区段长为b,若不计三角形板的厚度,假定薄膜在对折后两膜间贴得很紧,则:在直角三角形DEC中,DE=b,DC=a,所以有：3-1在直角三角形ADC或BDC中:AD=DB=a,DC=b,所以有3-2对既定的三角形成形器和一定的空袋尺寸,a/b是一个定值,所以有如下关系：3-3重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 10 在生产实践中,三角形顶角2β值是加工后得到的,而安装角α可通过一定结构,并加以调试来保证。故最好α值是一个容易测量的整数,设计中通常是选定α后,再用关系式来求解β值。安装角α实质上就等于三角形成形器在顶角附近薄膜运动的压力角,α角越大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,压力角太大时,薄膜在受力翻折中容易产生拉伸变形,严重的甚至撕裂或拉断。压力角小时,成形阻力就小,但压力角太小,致使结构不紧凑。根据压力角及结构尺寸间的关系,三角形成形器安装角的选择范围为α=20°~30°由此可见,β角最适宜的角度不大于30°。所以,通常三角形成型器采用顶角2β60°的等腰三角形,取极限时,则呈等边三角形。在此，初定α=30°，则β=26.5°，2β=53°三角形成形器的尺寸除顶角外,还有三角形板的高h,它和制袋的最大尺寸有关:3-4式中:amax—能制作最大空袋的高(立式机为袋宽)；Δh—放出的余量,取30~50毫米。取amax=100mm,a=50mm,b=100mm,Δh=50mm，则h=150mm。重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 11 3.2总体方案设计图3.3多功能封口机传动系统如图3.3所示，电机输出动力，由皮带轮传递给蜗轮蜗杆减速器，之后带动主轴转动，主轴经由链传动分别使得图示所示的纵封装置、横封装置、偏心轮转动，其中纵封装置也起到了引导的作用，其拉动包装材料，同时横封装置将纵封好的袋的部分进行横封，最后偏心轮转动，推动动刀与定刀交错切断包装袋，完成整个过程。3.2.1电机的选择由于设计整体倾向于小规模生产，且机器的体积及工作量都并不大，故可以选择较小的电机，参考需求以及市场选择Y系列三相电机，参数如表3-1所示：型号额定功率额定电流转速效率功率因数厂家Y80M1-40.55kW1.5A1390r/min73%0.76台州恒富电机厂表3-1电机参数重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 12 3.2.2运动参数计算初定定量供料装置转动一周，可以完成5袋填料，机器的包装速度要求在30-60袋/min,故定量供料装置要求每分钟转动6-12周，即其中心轴转速为6-12r/min。由定量供料装置有5个定量孔可知横封器封制次数也应为n=30-60次/min。假定袋长为L=60-100mm，设纵封器转速为α，纵封装置压辊半径为R，则有：LM·nM=2παM·R3-5现初定R=50mm，则αM=19.1r/min同理：Lm·nm=2παm·R3-6αm=5.7r/min总传动效率η=η带·η减·η链·η齿3-7其中带传动效率为0.96，齿轮传动效率为0.97，链传动效率为0.96,减速器传动效率为0.8，则η=0.712总传动比i=n电/α=72。初定减速器减速比24。由此分配传动比齿轮总传动比为1，链轮总传动比为3，带传动总传动比为1。3.2.3各传动轴参数计算计算各轴功率及转矩：电动机轴（0轴）：P0=P电η电=401.5Wn0=1390r/minT0=9550P0/n0=2.76N·mI轴（蜗轮蜗杆减速器所在主轴）：P1=P0η减η带则P1=308.3Wn1=n0/i减=58r/min重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 13 T1=9550P1/n1=49.1N·mII轴（纵封装置所在轴）P2=P1η链=296W初定i12=3n2=n1/i12=19.3r/minT2=9550P2/n2=146.5N·mIII轴（横封装置所在轴）P3=P2=296w初定i13=2n3=n1/i13=29r/minT3=9550P3/n3=97.5N·mIV轴(偏心轮所在轴)P4=P1η链η齿=287.1W现定i14=0.5n4=n1/(i14i齿)=29r/minT4=9550P4/n4=94.5N·m3.2.4主轴最小直径 d0³A 3 P n =17.9mm                3­8 设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响，设计时应该根据槽的个数增大尺寸，其经验公式计算如下： d=d0=+ 3 n % 4 1 ）（ 17.9»18mm             3­9 因为主轴与减速器由联轴器连接，所以选择标准件联轴器的复合最小轴直经为d=20mm。所以主轴最小直径为 dmin=20mm重庆理工大学毕业论文多功能封口机设计 14 3.2.5功率分配共有三条传动线需要分配功率一条是横封装置，一条是纵封装置，还有一条是切断装置。由于横封机构需要的力相对来说不是很大，所以横封机构分配到的功率为总功率的 1/5 其它两个占总功率的 4/5；纵封相对切断装置来说需要的力更大，所以它分配到剩下功率的1/5，则： P 横封=P 主轴× 5 1 =61.7W P 纵封= P 主轴× 5 4 × 5 3 =148.0W P 切断= P 主轴× 5 4 × 5 2 =98.6W 3.3链轮设计已知横封装置有:P=296W,n=29r/min,i链=31)确定链轮齿数初定其速度为v=0.6-3m/s,查表选取小链轮齿数z1=21。2）确定链型号和链节距查表得工作情况系数KA=1.5，查得小链轮齿系数Kz=0.74,查得多排链系数Kp=1.75，则计算功率：P0=KAKZP/