颗粒灌装机(说明书)本科毕设论文.doc

毕业设计说明书
1 绪论
1.1 本课题研究的背景
仿真技术是一种基于智能设计技术、并行工程、仿真工程及网络技术的先进制造技术。仿真技术也是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验[1]。
仿真技术经过半个多世纪的发展，从研究简单系统到现在已经成为人们研究复杂系统的有力工具，大致经历了三个阶段。发展阶段：二次大战末期，火炮控制与飞行控制动力学系统的研究促进了仿真技术的发展。成熟阶段：在军事需求推动下，70年代中期，仿真技术不但在军事领域迅速发展，而且扩展到许多领域，20世纪80年代初以美国国防高级研究计划局(DARPA)和美国陆军共同制定和执行的SIMNET(SimMlators Network)研究计划以及美国三军建立先进的半实物仿真试验室为标志，标志着仿真技术发展到了一个新的高级阶段[2]。
随着仿真技术的发展，仿真技术应用目的趋于多样化、全面化。最初仿真技术是作为对实际系统进行试验的辅助工具而生的，而后又用于训练目的，现在仿真系统的应用包括：系统概念研究、系统的可行性研究、系统的分析与设计、系统开发、系统测试与评估、系统操作人员的培训、系统预测、系统的使用与维护等各个方面。
动态仿真的应用领域已经发展到军事以及与国民经济相关的各个重要领域。在包装行业中，利用仿真技术的优势，可加快包装产品的研制、开发过程，缩短了设计、试制周期。仿真在包装装潢方面也有重要的作用，可对包装产品的设计思想、理念、产品的设计创新、设计效果等进行仿真，并可随时进行修改，使计算机模拟出想要设计的精美画面[3]。
1.2 动态仿真技术的研究现状
动态仿真技术的快速发展使得仿真技术在人类的生活和生产的各个方面都得到了重要的应用。
李伟等[4]对塔式起重机载荷摆振的仿真进行了研究，它可以帮助研究者在计算机上仿真塔机的起升、变幅、回转运动，动画显示载荷的摆动情况；仿真塔机的联锁保护功能，动态显示、打印实验数据和摆振的相轨迹供研究者使用。通过并行接口接上按钮、转换开关以后也可以用于对塔机司机的操作训练。
黄苏融等[5]用直接数值解法进行机电一体化力矩电机调压调速时的动态仿真，采用a如坐标系下的电机数学模型，结合坐标轴转动法，通过多步积分法计算得到与实测结果相一致的仿真波形。
潘法周[6]对近区目标特征信号动态仿真进行了研究，利用数据采集和处理技术可以较精确地算出运动目标瞬时位五的RCS，动态仿真测试可以逼真模拟出弹目交会过程中的RCS。
吴晓蓓[7]采用动态仿真方法建立了一个简单机械手臂系统的模型。方法简单，仿真结果表明该方法在栈线性系统建模中应用的可行性及可推广性。
黄克谨等[8]在综合了大量参考文献的基础上，较为全面地总结了精馏过程模型化及仿真技术的发展现状，系统地阐明了该领域的几大研究方向。同时还从系统工程和控制论的观点出发，对精馏过程模型化及仿真技术的最新进展做了恰当的评价，指出了其不足之处，并就其未来的发展作了客观的预测。
王平等[9]编制了计算金属燃料钠冷快堆在超功率事故下的动态过程的仿真程序MFTOP，并用它对美国池式钠冷快堆EBR一I在启动和功率运行工况下的反应性引入事故瞬态进行了大量的分析计算，所得结果与国外大型程序NATDEMO的相应预测结果符合良好，本程序可用于其它钠冷快堆的超功率瞬态计算。
吴陈燕[10]对三爪卡盘三维建模与动态仿真提出了一种基于Pro/E的三维实体建模方法，可使抽象的问题直观化，还可以利用机构仿真来制作动画，它能实时录制三爪卡盘机构运动的全过程，从而增强了对三爪卡盘运动机构的理解。
虽然动态仿真技术的应用领域很广泛，但仿真技术在在包装行业的应用还不是很多，这方面的技术仍需不断的发展和进一步的成熟。
桂新军等[11]简要剖析了液态化学品灌装工艺流程及其灌装原理，应用物料平衡、气体状态方程和过程技术数据，通过微分方程法和动态补偿法等方法建立灌装过程动态仿真数学模型。研制了一套完备的动态仿真系统，实现了灌装工艺过程的全面动态仿真。
朱慧等[12]为方便教师生动教学，提高学生感性认识，应用3DS MAX5、Swift3D、Photoshop、Flash等软件，通过贴体包装产品制作、贴体包装设备制作、贴体包装动态过程制作，完成了贴体包装工艺的动态模拟。
高博[13]研究了瓦楞纸箱成型过程仿真。针对压痕与折叠过程中容易出现纸板卷曲或压线破裂等故障现象，采用ANSYS参数化设计语言就瓦楞纸板机械方向和正交方向运用接触分析技术建立了压痕与折叠工艺的3维有限元模型并对瓦楞纸板的压痕及折叠过程进行了仿真，仿真结果表明经压痕后的瓦楞纸板的强度、压痕力与折叠力矩基本随纸板变形增大而增加但呈非线性变化。
屈俭[14]研究了液体灌区动态建模与仿真平台的建立及其应用，液体灌区是一个广泛存在的重要工业流程。文章首先对罐区流程进行了功能模块的可组装划分，建立了功能模块的严格机理模型，然后借助Simulink的图形建模及微分方程求解功能，建立了一套可用于有温度变化的多组分液体罐区建模与仿真的软件工具。 应用本文的建模与仿真软件工具,论文分别开发了白酒罐区和油品罐区仿真系统，验证了本文开发的软件工具的有效性和应用价值。
蔡潇[15]研究装载机变速箱仿真设计。为改变工程机械传统设计计算与绘图的繁复和难以形式化的不足及其设计、制造依赖二维工程图的落后现状,以铲土运输机械典型机种—轮式装载机为例，进行了工程机械变速箱技术形态计算机辅助仿真设计研究，为实现工程机械快速自动化设计与制造作了实际探讨和研究。
1.3 灌装机和灌装工艺
1.3.1 灌装机的概述
将液体产品充填到包装容器内的机械通常称为灌装机械。
一般灌装机是所有包装机中的一中很小的分类产品，常规来讲从对物料的包装方面来看可以分为液体灌装机，粉剂灌装机，膏体灌装机，颗粒灌装机，如果要从自动化的程度来讲的话，一般分为半自动的和全自动的灌装机[16]。
颗粒灌装机是对那些流动性较好的粉粒状物料的灌装机械。颗粒灌装机适用于医药、食品、化工、农药等方面的小袋包装。适合生产颗粒类药品、砂糖、咖啡、果珍、茶、味精、盐、种子、干燥剂等生产细颗粒物厂家[17]。胶囊剂在中药固体制剂中占居较大比例，由于多颗粒释药理念及服用的方便性，其越来越多地受到消费者的青睐[18]。
目前，国内灌装机生产厂家并不是很多，从设备的机型来看大多停留在国外20 世纪90 年代中期的产品档次。国内产品以多列、价格便宜取胜，但产品跟国外设备相比存在着较大差距。设备装量不稳，偏差较大；加热系统设计不合理，热封合效果不理想，漏气率偏高；单列灌装速度较慢；设备细节考虑不够（跟材料工艺都有很大的关系）；人机安全性差。
总体来说，国产颗粒袋包装机要达到进口机器的性能水平还有很长的路要走，但只要生产厂家时刻关注使用厂家的建议，多多了解生产一线员工的操作情况。并对进口设备进行分析，抓住国外设备设计的细节，增强创新思维，变仿造为创造。国产设备的发展速度才会更快，毕竟国产机在市场竞争上是有着很大的优势的[19]。
1.3.2 灌装工艺
液体物料包括低粘性液体，如酒类、果汁、牛奶等;也包括粘稠性液体，如冷霜、牙膏、胶糊等。液体物料的灌装工艺方法可包括按重量定量、体积定量和控制液位定量等，而颗料灌装方法基本与液体灌装基本相似。
重力灌装法是灌装容器到预定的液位。来自贮液箱的液体流经一个弹簧充填阀，该阀是由阀下容器打开，液体由于自重流入被密封的容器。容器内的空气经高出贮液箱液面的排气管排出。当容器内的液位上升到比排气管的下口略高时，灌装停止。同压力灌装和真空灌装一样，这种灌装方法不会有液体溢出，液体中渗气很少，灌装液位高度一致、灌装方法比较简单、易于掌握。它可以用于大规模的无菌灌装,灌装各种不含气的液体。
计时流液灌装法这是一种计量液体容积的方法。它比较新颖，从字面上理解，即液流进入一个容器时被“计时”。输送到容器的液体体积是靠时间的量来控制的,时间是指液体被允许流过液管的时间。在压力的作用下，液流从外部的液泵流到一个固定的圆盘，圆盘上有一个输送液体的长孔，通过以一定的转速转动计量圆盘到固定的液管，计量和计时产生。圆盘转动的速度确定在这个灌装长孔下是多长的灌装口，这些决定了输送到容器的液体体积。另外，也可以靠改变液体流向计量长孔的流速的方法,来使灌装体积增加或减少。通过使用一个以上的计量长孔，可以完成在同一容器中不同产品的多级充填。
薄膜容积计量灌装法这种方法灌装预定容积的液体进入容器。它是近年来发展的成果，是一个不同于容积计量灌装的概念，这种灌装法精确、卫生，并且速度较高。液阀被安装在回转灌装机上面的贮液箱上，液阀连接贮液箱和一个容积腔。贮液箱保持液面上的压力达0.1Mpa，这个压力履行容积腔卸料后再回填的任务。如果没有待灌容器存在，容积腔就不会卸料[20]。
针对颗粒式灌装工艺所处的对象，可知计量式颗粒灌装首先要解决的问题便是物料的计量方式问题。如何高效，均匀，精确地进行产品包装的计量显得尤为重要。而包装计量方式一般分为如下三种：
方案一：计数法是用来测定每一规定批次的产品数量的方法在条状、块状、片状、颗粒状产品包装中广泛应用。计数装置由三个基本功能系统组成：内装物件数检测；内装物件数显示、产品的递送。
方案二：定容法对于密度较稳定的粉末、细颗粒、膏状物料等，采用定容积的计量方法较合适。定容法律计量装置有量杯式、螺杆式、活塞式等不同类型定容法构造简单造价低，计量速度快，但精度稍低。
方案三：有许多物料常易受潮而结块，使颗粒大小不均、密度变化幅度较大，此类产品适合采用称重法计量以保证精度。
经分析可知，对于一般性颗粒密度较稳定和流动性的特点优先选用定容法计量方式对产品进行灌装。
为了求取较优越的工艺操作控制条件，减少实物灌装试验的次数，提高灌装过程的研究和设计效率及其自动化生产的程度，减小研究研究过程的复杂程度，有必要建立灌装过程仿真系统,进行灌装过程的原理性仿真试验和仿真操作与控制试验[21]。
1.4 本课题的研究内容
本课题研究内容包括：掌握颗粒灌装机的组成、工作原理和相关工序流程；熟练应用图形处理和动态仿真软件；利用动态仿真软件对颗粒灌装机工作过程中涉及到的各个元件进行建模、装配和动态仿真，在这个设计里本人使用的是solidworks仿真运动软件。本次运动仿真的颗粒灌装机为浙江葆春包装机械有限公司生产的HP-100系列颗粒灌装机。整机由主传动、调速、拉袋、供纸、袋成型、光电自动对标、计量、热封、成品输送和电器控制等机构组成。本次设计初步完成对主传动部件的动态仿真，然后进行计量盘的动态模拟，接着进行横封纵封装置的仿真，最后进行对传送带等运动的模拟，装配完整后保存整机各个角度各元件的仿真运动视频。
2 HP-100颗粒灌装机简介
2.1 总体方案
2.1.1 主要技术指标
本颗粒灌装机适用范围如下
(1)包装速度：55-90bags/min 35-80。
(2)计量范围：1-50ml。
(3)包装物料：颗粒。
(4)包装材料：纸/聚乙烯、玻璃纸/聚乙烯、铝箔/聚乙烯、涤纶/聚乙烯、尼龙/聚乙烯、镀铝/聚乙烯、BOPP/聚乙烯等。
(5)电机功率：主电机370W380V 供纸电机10W220V或15W220V
热封功率：180W*2。
(6)电源：380V三相四线制或220V单相。
(7)外型尺寸：625*751*155mm（长*宽*高）。
(8)重量：约170kg。
2.1.2 工艺分析
根据功能要求，颗粒灌装机的包装过程循环如图2.1所示。机器类型的选择如下：

图2.1 包装过程循环图
工位分为单工位和多工位。单工位包装机的所有包装操作都集中在一个工位上完成，当一件（组）物品完成全部包装并输出之后，下一件（组）物品才能进入机器开始包装。多工位包装机，物品从输入到输出，必须经过多个工位，而且在不同的工位上依次完成各个包装操作。由于颗粒灌装机的包装过程比较复杂，需要较多的执行机构（供料、计量、充填、封口、切断等），将包装操作分散在不同的工位上同时进行，能够提高生产效率，所以选择多工位。
运动形式分为间歇运动和连续运动。间歇运动指物品由一个工位转移到另一个工位作间歇步进运动，主要包装操作可在物品静止时完成。一般适用于执行机构比较多的机器，但其惯性力和冲击现象不利于提高生产率。连续运动是物品及传送系统均作连续等速运动。在包装机进行工作时，各个执行机构是并行工作的，这样既能够提高生产率，缩短生产周期，也能减小机器空间。根据分析，本设计采用间歇式运动。
单头型和多头型特指连续运动多工位包装机完成同一包装操作的执行机构的数目。每一物品的包装操作都依次经过所有执行机构，则称为单头连续运动；若完成同一包装操作的执行机构有多个则称为多头连续运动多工位包装机。当执行机构种类较多时，为减少执行机构的数目，宜于选用单头型。
综上分析，本课题研究的包装机采用多工位、单头间歇运动型。
2.1.3 主要构成及工作原理
颗粒灌装机由主传动、调速、拉带、供纸、袋成形、光电自动对标、剂量、热封、成品输送和电气控制等机构组成，如图2.2。

图2.2 整机示意图
1.摩擦盘 2.调整杯 3.架纸轴 4.料斗 5.支臂 6.控制杆 7.刮平 8.计量盘 9.下料门
10.制袋器 11.离合器手柄 12.热封器 13.滚轮 14.热封壁板 15.电磁离合制动装置
16.脚轮 17.地脚螺栓 18.输送皮带 19.刀架.20.切刀 21.电控箱 22.立柱 23.光电头
24.接近开关 25.供纸电机 26.控制板 27.滚筒 28.架纸壁板
工作时，物料（粉粒、颗粒等）进入颗粒灌装机的料斗4中，经计量盘8将完成定量的物料经下料门9进入纸袋器中，同时包装材料经薄膜传送装置引入成型器卷绕成筒状，热封装置12完成纵封和横封，由于下料通道被包装袋裹住，纵封封合后就可直接向袋内填充物料，随之由滚轮13移动一个工位完成顶封封口，并用切刀切断完成包装工序，最终袋经输送皮带输出。
2.2 主传动机构
传动系统将电动机提供的动力，通过分配轴，传给拉袋装置、热封装置等。
由主电机通过减速器驱动分配轴，分配给热封、切断、拉带、计量、填充等机构，以及给光电自动对标、计数提供同步信号，如图2.3.

图2.3 主传动机构
1.带座轴承 2.小齿轮 3.固定螺栓 4.带座轴承 5.小凸轮 6.皮带 7.主电机 8.固定调速轮 9.减速器 10.调速螺杆 11.调速锁母 12.滑动调速轮 13.轴套 14.送出锥齿轮 15.支撑板 16.热封凸轮 17.分配轴
根据包装工艺和工作循环过程可知，主要装置的传动要求：物料的充填周期与包装袋的尺寸相适应，充填周期要求满足最大包装袋尺寸，下料时物料的充填速度要与供送材料的速度一致；保证包装袋被切断时，物料充填进行下一个周期；横封装置应在两袋之间的中间位置热封并切断，要适当调整运动周期，以符合包装袋颗粒灌装机的设计尺寸和计量的改变；包装材料的牵引辊和传袋装置滚轮的运动要保证材料在整个工作循环过程中有适宜的张紧力，并且运动速度要与包装袋的长度相适应。
2.3 调速机构
通过调节调速螺杆，可以改变主、从皮带轮的转速比，得到不同转速，即改变包装速度，如图2.3。
2.4 热封机构
热封装置分为横封装置和纵封装置。
横封装置是颗粒灌装机中最重要的机构。横封装置的作用是利用加热元件配合相应的运动从而实现包装袋的横向（顶部或底部）封口。包装的封口是包装工艺中不可缺少的工序。封口的好坏将直接影响包装产品的外观质量和保质期。因此，包装质量在很大程度上取决于封口质量。所以，横封装置的改进设计是更为重要的。本包装机纵封装置和横封装置位于统一支架上，有同一的驱动源。
本设计采用凸轮摆杆式间歇横封装置，该装置是在广泛吸收各种间歇横封机构优点的基础上，进行结构简化后得到的一种创新机构。
常用的横封机构有气动式、机械式和机械气缸组合式3种。气动式需要两个以上专门的气缸和供气系统；机械气缸组合式是经多个典型的机构（如多杆组合机构、曲柄滑块机构、凸轮摆杆机构或曲柄摆杆机构等）与气缸组合而成，由于气动元件成本高，并且中、小型厂家没有气源的条件和一些药品的包装需要在无菌、无尘的条件下生产，压缩空气的排放影响产品质量。常用的机械式横封机构是多杆机构或成组的齿轮摆杆机构，存在结构复杂、制造安装调试较困难以及工作可靠性偏低等问题。
本设计采用凸轮摆杆式间歇横封装置，该装置是在广泛吸收各种间歇横封机构优点的基础上，进行结构简化后得到的一种创新机构。
2.5 供纸机构
供送装置是颗粒灌装机的重要组件，其工作是否可靠，直接影响制袋及包装产品的质量。供送装置主要完成将包装材料送入成型器制袋，并且要保证包装袋供送及时，在封切时图案完整等功能。现代包装机械大多采用卷筒材料，与预先裁切好的平张材料相比，卷筒材料更适宜于包装机的连续化、高速化和自动化。
卷筒材料的供送方式，有间歇供送和连续供送两种。按照切断位置，有定长切断和定位切断。定长切断，适用于没有印刷图案的(如玻璃纸、铝箔等)或虽有图案但不要定位的(如一般的糖果包装商标纸)卷筒材料。随着商品包装装潢水平和要求的提高，往往在卷筒材料上预先印刷精美图案，要求在供送切断过程中始终保持图案完整，并使图案与物品保持准确的相对位置。这就要求只能在指定的位置切断，即定位切断。
根据包装材料的选择和整机的结构，本研究采用间歇式定长切断供送方式。
补偿方式有后退补偿式，前进补偿式和随机补偿式。前两种方式只能实现单方向补偿。当卷筒材料的印刷色标间距的误差较大，或每次牵引长度不能得到精确保证时，单方向的补偿就不太适用。随机补偿，则能自动检测牵引长度的偏长(色标超前)或偏短(色标滞后)，随机地完成后退或前进补偿。本研究中采用随机补偿式。用光电传感器与电磁制动离合器配合进行光标位置补偿。
将包装材料按图2-4所示安装正确后，接通启动开关K2，滚轮向下拉纸，于是供纸控制杆被抬起，致使接近开关K5动作而接通供纸电路，使供纸电机启动，把包装材料向下输送。此时控制杆因自重下落，当它接近开关K5时，又使供纸电路失去信号，于是电机停转。为此循环，完成自动供纸过程。

图2.4 供纸机构
1．架纸臂板 2.立柱 3.支臂 4.调节螺钉 5.导向轴支板 6.导向轴 7.导纸板 8.光电头 9.接近开关 10.控制杆 11.控制板 12.滚筒 13.胶套 14包装材料 15架纸轴
2.6 制袋成型机构
制袋成型器是使塑料薄膜材料卷折成各种袋型的专用装置，对包装的形式、尺寸、产品质量等均有直接影响。通过对制袋成型器的改进使其能够适应不同包装材料的宽度。
常用的制袋成型器有翻领成型器、象鼻成型器、三角板成型器、u形板成型器和缺口导板成型器五种，其中，三角板式成型器的形状最简单，而翻领成形器的形状最复杂且最具理论特色，其设计与制造也相当麻烦。但由于翻领成型器的结构尺寸紧凑，充填操作方便，都优于其它四种成型器，因而在包装机中被广泛的采用。
翻领成型器由外表面为领状而内表面为管形的内、外工作曲面组合而成。薄膜沿翻领外表面翻折并沿管内壁下降。当其强制通过该成型器后，其纵缝相互搭接或对接而形成筒状。由于一只成型器只适用一种袋宽，当袋宽变化时则需另行更换。
2.7 拉袋机构
拉袋装置的主要作用是完成包装袋的牵引功能，如图2.5。

图2.5 拉袋机构
1.螺母 2.滚轮 3.齿轮 4.传动轴 5.旋转编码器 6.轴承座 7.拉膜电机 8.连接轴 9.抽动器 10.轴承座
将包装膜放入拉带滚轮中间，用于搬动拉带轮试看滚轮干拉出包装膜是否平整，如不平整可将拉带轮紧固螺母向内或外调整即可。
不拉带，或拉出袋或长或短。注意观察、制动器距离，一般抽动器距离在0.2mm，一般情况下不得小于0.2mm，在调整中必须注意对抽动器旋转方向时平整，否则拉出的袋长将会或长或短。
不拉袋时，首先仔细检查拉膜电机是否损坏；在次检查拉膜电机启动电容，如损坏立即更换；调整拉膜电机抽动器距离，应保证于符合上述要求；检查袋长控制器在正常工作中有无电压、拉袋时为12V，停止时24V输出。
2.8 计量机构
包装计量是物料包装的一道重要工序。根据物料特点和生产需要，被包装物料可按实重、容积、个数进行计量。需要完成在一定计量误差范围内，对被包装物料按规定定量直接进行计量的功能。
目前我国颗粒状物料自动定量充填的主要有两种方式：容积式和称重式。颗粒灌装机的设计容积式定量充填是基于容积来计算充填物料的重量，由于其依赖于物料视比重的稳定性，受物料松散程度、颗粒大小均匀程度、吸湿性、溶解性等物理化学性质的影响较大，所以主要适用于颗粒大小均匀、自流性好、视比重相对稳定的物料定量充填。
称重式定量充填是以重量来计量充填物料的重量，与容积式定量充填相比，结构复杂，成本高，充填速度慢，但是包装机的功能不仅要能够满足多品种、多计量的粉粒包装要求，而且还要保证计量精度准确，用称重式计量方法进行充填计量精度能够达到0.1%-1%。其中混合式定量充填采用粗进料和细进料串行工作，从而提高进料精度。
依靠分配轴带动计量盘旋转，通过计量机构完成填充和计量过程，如图2-6。
图2.6 计量机构
1．支柱 2.支持架 3.法兰管子 4.计量盘 5.门轴 6.调节螺环 7.支座 8机箱 9.带座轴承 10.上离合器 11.小齿轮 12.大齿轮 13.铜垫 14.分配轴 15轴承支板 16.带座轴承 17.下离合器 18.拨叉 19.离合器手柄 20.拨叉支架 21.拨门支架 22.拨门杆 23.下料门 24.容杯 25.计量轴 26.料斗
2.9 光电自动对标机构
对印有色标的包装材料，由光电头识别色标，通过光电自动对标，使成品可获得完整图案,达到包装理想效果。、
2.10 成品输送机构
分配轴通过一对锥具轮动力使给输送机构。得用皮带将成品送出机构。
2.11 电器控制机构
用来实现本机的各种电气控制操作及其指示，如图2.7。

图2.7 电气控制机构

3 HP-100颗粒灌装机仿真
3.1 SolidWorks简介
SolidWorks软件采用了特征建模技术和设计过程的全相关技术，是目前领先 的、主流的三维CAD软件。它具有配置管理、协同工作、零件建模、装配设计、相关工程图、钣金设计、有限元分析和动态仿真等多项功能，它为广大用户提供了多种多样的设计过程专用工具。对于焊件设计，可以使用直观的布局方法来迅速获取设计意图。通过利用焊缝、角撑板、顶盖和切割清单，迅速完成焊件设计和文档。它还包含功能强大的钣金工具，用于在折叠或展开状态创建高级钣金设计。该模块自动应用所有钣金特性（如金属厚度、折弯半径和折弯释放槽），并自动完成法兰、切口、放样的折弯、展开、正交切除、角切除、正交处理、褶边、 转折等的创建过程。借助SolidWorks软件，用户可以灵活地在一个文档中创建零件、装配体和工程图的多个版本，由此最大程度地提供重用机会[22]，图3-1为SolidWork
操作页面。

图3-1 SolidWorks操作页面
3.2 颗粒灌装机的零件建模
本文列举了直齿轮、斜齿轮、电动机的建模，具体步骤如下。
3.2.1 直齿轮的建模
SolidWorks提供了诸如ToolBox、库特征等丰富的可重用建模单元，涵盖了螺母、螺栓、垫片等标准件，甚至还包括齿轮、管接头、管路等标准化零件。在装配体环境下直接调用标准零件，是提高产品设计效率的一个重要手段。可重用建模单元都位于任务窗格的设计库页面当中，其中ToolBox是重要的零件库，包括常用的结构件和坚固件等标准件。
首先需要激活SolidWorks Toolbox和SolidWorks Toolbox Browser两个插件。选择菜单栏【工具】→【插件】，弹出【插件】对话框，如图3.2所示。在此对话框中勾选这两个插件，单击【确定】按钮，即可激活插件。

图3.2 【插件】对话框
单击绘图区右侧的设计库按钮，出现【设计库】对话框，展开ToolBox，选择合适的标准件类型，这里是【ISO】→【动力传动】→【齿轮】→【正齿轮】，右击该齿轮的图标，在弹出的快捷菜单中选择【生成零件】，如图3.3所示，系统会自动打开该齿轮的模型文件，并在设计树中出现该模型的属性管理器，如图3.4所示。选择合适的规格后，单击【确定】按钮，即可生成主轴机构中的直齿轮，如图3.5所示。

图3.3 【设计库】对话框图 图3.4 【直齿轮】属性管理器

图3.5 直齿轮图
接着单击常用草图工具栏上【圆】按钮，点击齿轮边框生成基准面，然后选用第一种圆工具，以齿轮中心为圆心，齿轮内圆为边线画出图，点击草图工具栏上的智能尺寸，将半径改为15mm，如图3.6所示

图3.6 内圆确定
然后以齿轮内圆圆心为圆心，用相同的方法画出直径为35mm的圆。如图3.7所示。然后点击常用特征工具栏【拉伸凸台/基体】，系统弹出【拉伸】属性管理器，如图3.8选择拉伸长度为21mm，然后点击单击【确定】按钮，如图3.9即完成主轴齿轮的建模。

图3.7 外圆确定

图3.8 【拉伸】属性管理器 图3.9 主轴直齿轮完成图
用主轴直齿轮建模的方法可以完成充填机构中大直齿轮的建模，如图3.10。

图3.10 大直齿轮的完成图
3.2.2 锥齿轮的建模
单击绘图区右侧的设计图按钮，出现【设计库】对话框，展开ToolBox，选择合适的标准件类型，这里是【ISO】→【动力传动】→【齿轮】→【直齿伞】，右击该齿轮的图标，在弹出的快捷菜单中选择【生成零件】，如图3.11所示，系统会自动打开该齿轮的模型文件，并在设计树中出现该模型的属性管理器，如图3.12所示。选择合适的规格后，单击【确定】按钮，即可生成主轴机构中的斜齿轮，如图3.13所示。

3.11【设计库】对话框图 3.12 【直齿伞】属性管理器

图3.13 锥齿轮
接着单击常用草图工具栏上【圆】按钮，点击齿轮边框生成基准面，然后选用第一种圆工具，以斜齿轮背面中心为圆心画圆，点击草图工具栏上的智能尺寸，将直径改为30mm，如图3.14所示。

图3.14 锥齿轮切除圆确定
然后点击常用特征工具栏【拉伸切除】，系统弹出【拉伸】属性管理器，如图3.15。选择深度为100mm，然后点击单击【确定】按钮，如图3.16即完成主轴斜齿轮的建模。

图3.15 【拉伸】属性管理器 图3.16 主轴锥齿轮完成图
3.2.3 电动机的建模
打开SolidWorks软件，点击新建按钮，然后出现如图3.17。选择零件图后点击确定，单击常用草图工具栏上【圆】按钮，然后选用第一种圆工具画圆，点击草图工具栏上的智能尺寸，将直径改为50mm，如图3.18所示。

图3.17 新建零件

图3.18 圆的建立
然后点击常用特征工具栏【拉伸凸台/基体】，系统弹出【拉伸】属性管理器，如图3.19，选择深度为150mm，然后点击单击【确定】按钮，如图3.20生成圆柱体。

图3.19 【拉伸】属性管理器 图3.20 圆柱体的建立
以圆柱体的一端面圆心为圆心，单击常用草图工具栏上【线】按钮，然后绘制出封闭线框，点击草图工具栏上的智能尺寸，确定各条线的长度，如图3.21。

图3.21 电动机底座建模
然后点击常用特征工具栏【拉伸凸台/基体】，系统弹出【拉伸】属性管理器，选择深度为150mm，然后点击单击【确定】按钮如图3.22生成电动机底座。

图3.22 电动机底座
如图3.23所示，确定底座螺栓孔的位置，然后绘制四个直径为6mm的圆。点击常用特征工具栏【拉伸切除】，系统弹出【拉伸】属性管理器，选择深度为20mm，然后点击单击【确定】按钮，如图3.24即完成螺栓孔的切除。

图3.23 电动机螺栓孔的位置确定

图3.24 电动机螺栓孔
单击常用草图工具栏上【圆】按钮，然后选用第一种圆工具画圆，以圆柱体一端圆心为圆心画直径为50mm的圆，然后点击常用特征工具栏【拉伸切除】，系统弹出【拉伸】属性管理器，选择深度为30mm，然后点击单击【确定】按钮，如图3.25。

图3.25 电动机轴孔中心确定

图3.26 电动机轴孔形成
最后对电动机倒圆角，常用特征栏中的【圆角】，然后点击电动机圆柱体边线，选择圆角半径10mm，然后点击单击【确定】按钮，电动机制作完成，如图3.27。

图3.27 电动机完成图
3.3 颗粒灌装机的机构装配
3.3.1 供料装置的装配
打开SolidWorks软件，点击新建按钮，然后出现如图3.28。选择装配体后点击确定。在插入零部件处单击浏览，将供料装置需要的零件全部导入进来，如图3.29。最先导入进来的零件默认是固定的，如图3.30所示。

图3.28 新建装配体

图3.29 供料装置导入图

图3.30 零件排序
导入之后，开始装配。单击常用工具栏的【配合】，然后点击需要配合的实体位置，如图3.31，点击重合配合，料槽架和漏斗上下边便重合在一起。然后移动漏斗到合适位置，单击配合，选择两轴的面，点击锁定，如图3.32两零件锁定到一起，不会相互移动。

图3.31 重合配合 图3.32 锁定配合
点配合，单击料槽和供料装置下盘中心圆，产生同轴心配合，如图3.33所示。然后进行距离3mm的距离配合，如图3.34。

图3.33 同轴心配合 图3.34 齿轮同轴心配合
然后将料槽架地轴和下盘进行锁定配合，如图3.35。最后完成螺栓的配合，螺栓和其它地方有两种配合，同心和重合。如图3.36和图3.37所示。

图3.35 锁定配合

图3.36 螺栓同轴心配合

图3.37 螺栓重合配合

图3.38 供料装置装配体
3.3.2 供送装置的装配
打开SolidWorks,单击【新建】→【装配体】，点击【浏览】，导入所需零件。如图3.39。点击配合，将左机架和最高轴形成重合关系，如图3.40，3.41。接着进行距离配合，如图3.42。
图3.39 导入零件图 3.40 边线重合配合

图3.41 底边重合配合 图3.42 端面距离配合
利用同样的方法将最高轴与右机架，机架与其它轴配合起来。然后将螺栓配合在机架上进行定位固定，最终完成供送装置的装配，如图3.43。

图3.43供送装置装配体
3.3.3 主轴传动装置的装配
打开SolidWorks,单击【新建】→【装配体】，点击【浏览】，导入所需零件。如图3.44。点击配合，将凸轮中心与主轴中心重合，如图3.45，3.46。

图3.44 主轴装配图

图3.45 同轴心配合 图3.46 距离配合
利用同样的方法将齿轮、轴承、轴套等分别与主轴配合起来，然后加入螺栓进行定位固定，最终完成主轴传送装置的装配，如图3.47。

图3.47 主轴传送装置装配体
3.3.4 横封纵封装置的装配
打开SolidWorks,单击【新建】→【装配体】，点击【浏览】，导入所需零件。如图3.48。通过平行、垂直、重合、同心、相切、距离、角度、锁定等配
合关系，把横封纵封机构的零件装配起来，如图3.49。

图3.48 热封机构零件

图3.49 横封纵封机构装配体
3.3.5 传送带的装配
打开SolidWorks,单击【新建】→【装配体】，点击【浏览】，导入所需零件。通过平行、 垂直、重合、同心、相切、距离、角度、锁定等配合关系，把传送带装配起来，如图3.50。

图3.50 传送带装配体
3.3.6 电动机的装配
打开SolidWorks,单击【新建】→【装配体】，点击【浏览】，导入所需零件。将轴承与电动机通过重合，同心装配在一起，如图3.51，再将外轴和轴承通过重合，同心装配在一起，完成装配，如图3.52。

图3.51 轴承电动机装配

图3.52 轴承外轴与电动机装配
3.4 颗粒灌装机的整机装配
在SolidWorks中，装配体的零部件可以是独立的零件，也可以是其它的装配体。在大多数情况下，零件和子装配体的操作方法是相同的。
装配体文件中保存了两方面的内容：一是进入装配体中个零件的路径，二是各零件之间的配合关系。一个零件放入装配体中时，这个零件文件会与装配体文件产生链接的关系。所以装配体文件不能单独存在，要和零件文件一起存在才有意义。
颗粒灌装机的整机装配与各个机构的装配过程类似，新建装配图，将需要用到的零件导入到装配图中，可根据自己的习惯按一定的顺序导入后再进行装配，也可导入和装配同时进行。相对于各个机构的装配，整机装配工作量要大得多，而且也容易发生遗漏，过定义等错误。所以装配时需要细心，一步步来，过程不再详细写出。如图3.53为灌装机整机装配体。

图3.53 灌装机整机装配体
3.5 颗粒灌装机的动态仿真
颗粒灌装机的动态仿真就是运用仿真软件，将颗粒灌装机相关的运动记录下来，然后做成视频动画形式，模拟颗粒灌装机的工艺过程。下面以颗粒灌装机中直齿轮之间的配合运动为例，模拟颗粒灌装机的动态仿真。
在进行仿真之前，打开先前制作好的装配体，将直齿轮的配合关系配合好，然后利用移动和旋转工具，将装配体中需要模拟的运动部件放置在图的中央，这样做能使模拟的运动更加清晰，点击保存，接下来进行仿真。
点击SolidWorks界面左下角的运动算例，如图3.54。然后单击界面中的【马达】选择需要驱动的部件，选择旋转方向和速度后，点对号完成马达的选取，如图3.55，图3.56。

图3.54 运动算例

图3.55 马达的选择

图3.56 选择的运动部件
然后拖动时间轴调整动态仿真进行的时间，以10秒处为例，接着将【键码属性】拖到10秒处，如图3.57。接着点【计算运动算例】，然后就可以看见相互传动的齿轮了，等待运动算例运动完20秒后，点播放，可以再次浏览运动过程。完成后点击【保存动画】，如图3.58，选择路径，按AVI视频模式进行保存，然后选择画质质量，一般默认选择，如图3.59，这样就完成了运动的仿真。

图3.57 时间轴

图3.58 保存动画

图3.59 视频质量

4 结论
通过对计量式颗粒灌装机的组成、工作原理和相关工序流程的认识，以及用SolidWorks软件对灌装机进行建模、装配和动态仿真，使我对颗粒灌装机和SolidWorks软件有了更深一步的认识，学会了利用建模和仿真思想去处理制图问题，对以后的工作和学习作了很好的铺垫。
写论文之前，搜集资料，明白了课题研究的背景—仿真技术的。仿真技术是一门多学科的综合性技术，它以控制论、系统论、相似原理和信息技术为基础，以计算机和专用设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验。动态仿真的应用领域已经发展到军事以及与国民经济相关的各个重要领域。
另外通过实验室的实验研究，知道了颗粒灌装机的组成和工作原理。颗粒灌装机一般由主传动、调速、拉带、供纸、袋成形、光电自动对标、剂