咖啡粉枕式包装机设计说明书.doc

目 录摘 要1 第一章 咖啡粉枕式包装机总体设计31.1 电动机的选择41.2 计算传动装置运动和动力参数51.3 传动装置的总传动比及分派各级传动比的计算6 第二章 传动装置设计82.1 V带设计82.2 蜗轮蜗杆设计92.2.1 模数m和压力角102.2.2 蜗杆标准直径d1102.2.3 按接触疲劳强度计算122.3 链传动设计162.4 直齿圆柱齿轮的设计192.4.1 按齿面接触疲劳强度设计计算192.4.2 按齿根弯曲疲劳强度设计计算212.5 直齿锥齿轮传动的设计232.5.1 齿根弯曲疲劳强度计算与校核232.5.2 齿面接触疲劳强度计算与校核242.6 轴的结构设计和校核252.6.1 轴的结构设计252.6.2 轴的最小直径估算262.6.3 各轴段直径和长度的拟定272.6.4 轴承的选择272.6.5 滚动轴承的密封27 第三章 计量装置设计293.1 料盘装置设计293.2 量杯尺寸拟定303.3 料盘结构尺寸拟定303.4 料盘罩设计31 第四章 横封切断装置设计32 第五章 总结33 参考文献34 致 谢35摘 要 包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装行业内占有举足轻重的地位，开发潜力巨大，有着很大的发展空间。咖啡粉枕式包装机是实现咖啡粉销售包装的重要机械工具。包装机械工具的使用不仅体现了现代生产的发展方向，同时也是提高经济效益的重要途径。进入21世纪，包装机械除继续增长新品种外，在产品的技术水平、内在质量和性能等方面都有了很大进步，这一切都与包装机械的设计有着密切的联系2。在商品流通中人们对小袋商品的包装提出了越来越高的规定,不仅规定包装美观、便于运送、储存、使用方便和产品保质,并且规定包装袋内的商品计量准确,误差小。“计量”是包装过程中的重要组成部分,因此商品包装的精确计量是包装行业时刻关注的一项重要课题。 本设计的内容为咖啡粉枕式包装机，重要应用CAXA绘图软件进行咖啡粉包装机参数化的设计,具体任务是进行总体设计、计量装置设计及横封切断装置设计。需要解决的问题重要有:根据包装袋的形状、尺寸、袋内咖啡粉的体积、封边方式的规定完毕包装袋封口位置、装料位置及计量装置形式的选择；成形器、牵引棍、纵封棍等部件先后位置的拟定;横封头及加料装置的设计。 本课题的设计意义及价值：所设计的设备应能满足咖啡粉包装规定，保证包装膜对正，便于调整，结构简朴、运转平稳，工作可靠，便于维修。关键词：包装机械 咖啡粉包装机 CAXAABSTRACT The packaging machinery is a door products in the packaging industry occupies a pivotal position in the packaging industry, tremendous potential for development, with much room for development. The coffee powder pillow packaging machine sales of coffee powder packaging machine tools. The use of packaging machinery and tools not only reflects the direction of development of modern production, but also an important way of improving economic efficiency. The 21st century, packaging machinery in addition to continue to add new varieties have a lot of progress in terms of technological level of products, the inherent quality and performance, all these are closely linked 2 and the design of the packaging machinery. People pouch packaging of goods in the circulation of commodities, the ever-increasing demands, require not only the packaging beautiful, easy to transport, storage, easy to use, and product shelf life, and requires accurate measurement of the packaging bag of goods, the error is small. Measurement is an important part of the packaging process, the accurate measurement of packaging is an important topic to always pay attention to the packaging industry. The design pillow packing machine for coffee powder, the main application CAXA mapping software for parametric design of the coffee powder packaging machine, the specific task of the overall design, the metering device and the horizontal seal cut-off device design. Need to be resolved to complete the sealing of the bags: bags of shapes, sizes, bags of coffee powder size, edge banding pattern of the loading position and form of metering device selection; shaper, pulling the stick, vertical seal sticks and other components has to determine the location; cross-head and the design of the feeding device. Design significance and value of the subject: the design of equipment should be able to meet the packaging requirements of the coffee powder to ensure that packaging films are easy to adjust, simple structure, stable operation, reliable, easy to repair.Key Words:Packaging Machinery; Coffee powder packaging machine; CAXA第一章 咖啡粉枕式包装机总体设计 咖啡粉枕式包装机的包装原理： 咖啡粉枕式包装机整体是由几个机构组成，重要有：料盘装置，横封装置，竖封装置，走袋装置，料卷装置，电机等通过一定的传动关系组成4。塑料薄膜卷在料卷装置上通过成型器成型形成卷筒状然后通过竖封装置热封，再通过牵引机构向前走袋，在走袋的过程中料盘装置把计量好的咖啡粉通过料斗注入竖封好的袋中，最后通过横封机构横封切断，包装完毕。根据包装机的规定，在包装过程中要保证各个装置之间运动协调。 传动方案要满足工作可靠、结构简朴、尺寸紧凑、传动效率、使用维护便利、工艺和经济性好等规定。 通过度析与比较,决定采用如下运动方式：电动机带动V带轮转动,通过蜗杆蜗轮减速带动凸轮轴转动，然后一部分动力通过用同步带轴，同步带轴通过一对齿轮把动力传给料盘轴。用蜗杆蜗轮减速是由于它的传动比大可以一次将转速降到需要的大小，使结构简朴；用一根轴同时带动横封机构、竖封机构、走带机构既能使结构简朴又能保证三者之间同时协调的工作；用同步带传动既能保证准确的传动比又能实现较大中心距的传动。整个机构结构紧凑，传动平稳，冲击小。图1-1 咖啡粉包装机总图1.1 电动机的选择电动机的容量（功率）选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作规定期，电动机不能保证工作装置的正常工作，或电动机因长期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充足运用，且因经常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，导致浪费。（1）料盘转速的计算： - 料盘的转动线速度拟定 0.25 m/s - 料盘直径 拟定 294 mm由文献1公式4-1得： =7.5 r/min（2）传动效率的计算：由于传动装置较为复杂，取保险效率（3）式中 ,，拟定电机的输出功率 P： 由于料盘的转速很慢P 80100)时才进行轮齿弯曲疲劳强度计算。对于开式传动，则按蜗轮轮齿的弯曲疲劳强度进行设计。2.2.3 按接触疲劳强度计算1、选择蜗杆传动类型 根据GB/T10085-1988推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。2、 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中档，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面规定淬火，硬度为4555HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮心用灰铸铁HT100制造。3、 按齿面接触疲劳强度进行设计 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度惊醒设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。所以传动中心距 （2） 拟定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数；由文献1表11-5选取使用系数；由于转速不高，冲击不大，取动载系数，则 先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值，从文献1图11-18中查得。应力循环次数 寿命系数 则 （6）计算中心距 取中心距a=100mm，因i=20，故从文献1表11-2中取模数m=4mm，蜗杆分度圆直径d1=40mm。这时，故从文献1图11-18中可查得接触系数，由于，所以以上结果可用。4、 蜗轮蜗杆的重要参数与几何尺寸（1）蜗杆尺寸 =2, m=4mm分度圆直径=40mm齿顶直径 齿根直径 导程角轴向齿距蜗杆轴向齿厚（2） 蜗轮尺寸根据查文献1表11-2得蜗轮齿数；变位系数分度圆直径齿顶圆直径齿根圆直径咽喉母圆半径5、 校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据，从文献1图11-19中可查得齿形系数。螺旋角系数许用弯曲应力 从文献1表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力。寿命系数 6、 验算效率 从文献1表11-18中用插值法查得；代入公式得，不用重算。7、 精度等级公差和表面粗糙度的拟定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T10089-1988圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T10089-1988。然后由有关手册查得规定的公差项目及表面粗糙度，此处从略。8、润滑方式 根据其具体的功用，采用喷油润滑。9、蜗轮蜗杆的结构设计 蜗杆：车制 蜗轮：采用齿圈压配式结构2.3 链传动设计链传动是属于带有中间挠性机构件的啮合传动。它是由链条和主、从动连轮所组成的。链轮上有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来运动和动力。与属于摩擦传动的带传动相比：链传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因不需要像带那样张的很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动结构较为紧促。同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比，链传动的制造与安装精度规定较低，成本低廉，再较远距离传动时，其结构比齿轮传动简便的多。链轮是链传动的重要部件，链轮齿形已标准化，链轮的设计重要是拟定其结构及尺寸，选择材料和热解决的方法。本设计选用滚子链，已知电动机驱动减速器，然后经链传动到主分派轴，积极链轮转速为30r/min，传动比为2，载荷平稳，中心线垂直。1. 选择链轮齿数，为减小链传动尺寸，选取积极链轮齿数=17，从动轮齿数=172=34，取为38.2 拟定计算功率由文献1表96查得工作情况系数=1，由图9-13查得积极链轮齿数系数=1.55单排链则计算功率为=P=1x1.55x0.490w=0.76kw3. 选择链条型号和节距根据链轮转速，及功率，由文献1图911，选链号为08A单排链，再由文献1表91查得链节距 p=12.7mm。滚子链的规格和参数如下： 链号：08A-160 销轴直径：3.98mm 节距 p：12.7mm 内链板高度：12.07mm 滚子外径 ：7.92mm 内链节内宽=7.85mm4. 计算链节数和中心距一般初选中心距为30-50个节距，中心距过短，单位时间内链条的绕转次数增多，链条屈伸次数和应力循环增多，加剧链的磨损，若中心距过大，松边垂度过大，传动时松边颤动。考虑本次设计，传动功率很小，链条受力不大，并且整机工作时间短，应力循环次数小，为减小整机尺寸，初取中心距，则链节数为节取=84节。查文献1表9-7的到中心距计算系数则链传动最大中心距为：mm，取为345mm。5、计算链速v，拟定润滑方式由v=0.154m/s，查文献1图9-14可知，应采用定期人工润滑，每班注油一次。 6、计算压轴力 作用在轴上的压轴力的拟定有效圆周力：按水平布置压轴力系数，故=87.045N7、链轮的基本参数和尺寸设计链轮的材料应能保证轮齿具有足够的耐摩性和强度，由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮轮齿的啮合次数多，所受冲击也较严重，小链轮一般采用较好的材料.查表两链轮选用材料是 20#钢，热解决方法是渗碳、淬火、回火 ： 计算滚子链轮重要尺寸如下：分度圆直径：d=P/sin(180o/Z)小链轮分度圆： 大链轮分度圆：齿顶圆直径： 齿根圆直径： 齿侧凸缘直径： 计算滚子链链轮轴向齿廓尺寸如下：齿宽：bf1=0.93b1=0.937.81=7.272.4 直齿圆柱齿轮的设计由纵封横封机构可知，机构积极轴和从动轴之间是靠一对传动比为1的直齿圆柱齿轮传动的，纵封机构传递功率较大，先按照纵封机构功率设计齿轮。已知要传动比为1，转速为15r/min。为保证纵封和横封轮的尺寸相近性，规定满足纵封同样每转一圈封两袋长，即为260mm。所以纵封轮直径为d=260/3.14 81mm。同样可知，此值也是圆柱齿轮的分度圆直径，即d=81mm直齿圆柱齿轮的设计环节如下：（1）用直齿圆柱齿轮传动；（2）包装机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）；（3）材料齿数选择齿轮1选45钢（调质），硬度为240HBS，齿数29齿轮2选45钢（调质），硬度为240HBS，齿数29 两齿轮参数相同，所以下列计算式不许比较。2.4.1 按齿面接触疲劳强度设计计算由设计下列计算公式进行计算，即：（1）拟定公式内的计算数值 1）试选载荷系数Kt=1.3 2）计算齿轮1传递的转矩 3）由表10-7选取齿宽齿数 4）由文献1表106查得材料的弹性影响系数ZE=189.8 5）由文献1图1021d，按齿面硬度查知齿轮1的接触疲劳强度为 齿轮2的接触疲劳强度为 6）计算应力循环系数 7）由文献1图1019查知接触疲劳寿命系数=1.14 8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，由文献1式1012得：（2） 计算有关参数 1）计算齿轮直径d1t代入中得： 2）计算圆周速度 3）计算齿宽 4）计算齿宽与齿告之比 模数 齿高 5）计算载荷系数 根据=0.054m/s,7级精度，由文献1图10-8查得动载系数； 由文献1表10-3查得直齿轮 ； 由文献1表10-2查得使用系数； 由文献1表10-4用插值法查得7级精度，齿轮相对支撑对称布置时； 由，查文献1图10-13得 6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径， 7）计算模数 2.4.2 按齿根弯曲疲劳强度设计计算由文献1式105得弯曲强度的计算公式为：（1）拟定公式中的各计算数值1）由文献1图1020d查得：齿轮1的弯曲疲劳强度极限： =380； 齿轮2的弯曲疲劳强度极限： =380； 2）由文献1图1018查得弯曲疲劳寿命系数， =1.143）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式1012得4）计算载荷系数KK=11.1211.09=1.225）查取齿形系数由文献1表105得， =2.53， =2.536）查取应力校正系数由文献1表105得， = =1.627）计算齿轮1，2的下列值 = = 0.00958）设计计算=2.05对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小重要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数2.05并就近圆整为标准值m=2.5mm，按接触强度算得的分度圆直径d=79.83mm，算出齿轮齿数 取为32这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，满足了对纸带牵引的线速度规定和每转一周封两个袋长的规定。几何尺寸计算：（1）分度圆直径 =zm=322.5mm=80mm（2）计算中心距=80（3）计算齿轮宽度2.5 直齿锥齿轮传动的设计锥齿轮为最常用的轴叫交角为90度的标准直齿锥齿轮。直齿锥齿轮的传动是以大端参数为标准值的，在强度计算时则以齿宽中点处的当量齿轮作为计算的依据。齿数比u，锥距R分度圆直径d1，d2，平均分度圆直径dm1，dm2，当量分度圆直径dv1，dv2，关系如下：令R=b/R，称为锥齿轮传动的齿宽系数，通常取R=0.25到0.35，最常用的值为R=1/3。于是dm=d（1-0.5R）。选取精度等级，材料及齿数本节重要设计计算主传动轴与纵封机构主轴之间的锥齿轮传动（1）材料与热解决。有前面的计算可知，轴上的锥齿轮传递力矩大，所以只需校核这一对锥齿轮即可。选取小锥齿轮材料为40Cr（调质），硬度280HBS。（2）表面淬火，轮齿变形不大，故精度等级选取7级。（3）选取齿数，2.5.1 齿根弯曲疲劳强度计算与校核直齿锥齿轮的弯曲疲劳强度可以近似的按平均分度圆处的当量齿轮进行计算，可直接用进行校核。 拟定设计计算公式中的有关参数如下：1）载荷系数 K=2）由文献1表102查取，使用系数KA=13）由文献1图108中低一级的精度线及Vm（m/s）查知动载系数=1.014）齿间载荷分派系数，均可取为15）齿向载荷分布系数1.5 =1.65式中的是轴承系数，由表109查得=1.16）Y，分别为齿形系数和应力校正系数按当量齿数Zv=Z/cos 查表105得Y由式中K=11.011.01.65=1.677）查得：弯曲疲劳安全系数S=1.4； 设计此包装机天天工作两小时，全年工作，使用寿命30年，得应力循环次数为N=300006030=5.4 弯曲疲劳寿命系数K=0.9 锥齿轮的弯曲疲劳极限为=500Mpa，计算弯曲许用应力：=321.4Mpa 由前计算知T=17763N.mm8）取的值为1/3，代入计算如下公式：m 1.19 齿根弯曲疲劳强度重要决定模数，根据计算数据，模数m大于1.19，为由于齿数取Z=20，为使锥齿轮不致过小，取模数m=2mm.所以大端齿根分度圆直径d=230mm=60mm2.5.2 齿面接触疲劳强度计算与校核拟定校核公式变形得：（1）拟定载荷系数K=1.67（2）T=17763N.mm（3）查文献1表10-6得弹性影响系数为：（4）查取（5）由N=3000060