食品真空包装机设计【三维SW】,三维SW,食品,空包,装机,设计,三维,SW
毕 业 论 文
题 目： 食品真空包装机设计
学院：
专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学号：
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1
诚 信 声 明
本人声明：
1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；
2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；
3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。
作者签名： 日期： 年 月
摘 要
目前，我国的食品包装企业大部分规模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同时存在着不顾行业发展要求，重复生产那些成本低、工艺水平比较落后、易于制造的机械产品，行业内目前大约有1/4的企业存在低水平重复生产现象。这是对资源的极大浪费，造成包装机械市场的混乱，阻碍行业的发展。 本设计主要从提高生产效率入手，设计一台食品真空包装机。
本次食品真空包装机采用枕式包装结构，主要有以下几个主要部件组成，分别是食品输送装置，包装薄膜输送装置，纵封机构，横封机构和切刀部分，真空负压部分，本设计的创新点在于把横封机构和切刀机构组合，在切断的情况下同时进行横封，大大简化了目前传统包装机的传动结构。最后本文利用SOLIDWORKS软件对整个包装机进行三维建模，并生产二维工程图。
关键词：包装机、纵封机构、横封机构、真空负压、三维建模
ABSTRACT
At present, the food packaging enterprises in China most dimensions slants small, "small and complete" is one of the main characteristics, at the same time, there exist regardless of the industry development, the low cost, repeated production technology level is relatively backward, easy manufacture of mechanical products, the industry is currently about 1/4 of enterprise existence low-level repeating production phenomenon. This is a great waste of resources, resulting in the packaging machinery market chaos, hinder the development of the industry. This design mainly from improving production efficiency of design, a food vacuum packaging machine.
The food vacuum packaging machine adopts a pillow type packing structure, has the main components of the following components, respectively is the food conveying device, packaging film feeding device, a longitudinal sealing mechanism, a transverse sealing mechanism and a cutting part, vacuum part, the innovation of this design lies in the transverse sealing mechanism and a cutting mechanism combination, in cut off at the same time the transverse sealing, greatly simplifies the transmission structure of the traditional packaging machine. Finally, this paper use the SOLIDWORKS software for three-dimensional modeling of the packaging machine, and the production of 2D engineering drawing.
Keywords: packing machine, vertical sealing mechanism, a transverse sealing mechanism, vacuum, 3D modeling
目录
摘 要 I
ABSTRACT II
第1章 绪论 1
1.1 课题研究的目的与意义 1
1.2包装机械发展概况以及发展趋势 1
1.2.1国内包装机械发展概况 1
1.2.2国外包装机械发展概况 1
1.2.3包装机械的发展趋势 2
1.2.4我国与世界先进水平的差距 3
1.3包装机械的组成及特点 3
1.3.1包装机械的组成 3
1.3.2包装机械的特点 4
1.4 本课题主要研究的内容 4
1.4.1 设计题目 4
1.4.1 拟定完成的内容 4
第2章 食品真空包装机整体方案的拟定 5
2.1 总体方案的确认 5
2.1.1 食品真空包装机的整体工艺流程 5
2.1.2 整机结构方案 5
2.2 驱动方案的选择 6
2.3 食品输送方案的选取 7
2.3.1 带式输送机 7
2.3.2 链板式输送机 7
2.3.3 鳞板式输送机 7
2.4 包装袋成型方案的确认 8
2.4.1卧式间歇制袋三边封口系统 8
2.4.2 立式间歇制袋中缝封口系统 8
2.4.3 立式连续制袋三边封口系统 9
2.4.4 方案确定 10
第3章 食品真空包装机整体结构的设计计算 11
3.1 拟定设计参数 11
3.2 输送线驱动电机功率计算 11
3.2.1 输送线所需拉力的确认 11
3.2.2 电动机的功率 11
3.2.3 选择电动机的型号 11
3.3 输送线减速机的选择计算 12
3.3.1 分配传动比 12
3.3.2 选择减速机的型号 12
3.4 轴的设计 12
3.4.1 主传动轴的设计 12
3.4.3 从动轴的设计 15
3.5 轴承的选择与寿命计算 15
3.5.1 主动轴方形带座轴承的选择与寿命计算 15
3.5.2 从动轴带拨轮座轴承选择与寿命计算 17
3.6 真空系统的设计 17
3.6.1 真空发生器的设计 17
3.6.2 其他元器件的选用 19
第4章 食品真空包装机三维造型的设计 20
4.1 Solidworks软件简介 20
4.2 零件建模 22
4.2.1轴三维建模的形成 22
4.2.2 罩壳的三维建模形成 22
4.2.3其他零件的三维模型造型 23
4.3零件装配 24
4.4三维向二维的转换 27
第5章 结论 30
5.1 本论文所取得的结果 30
5.2 技术展望 30
致 谢 31
参考文献 32
III
毕业设计说明书(论文)
第1章 绪论
1.1 课题研究的目的与意义
近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化、现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们的普遍重视。
现代包装的普遍含义是：对不同批量的产品，选用某种有保护性、装饰性的包装材料或包装容器，并借助适当的技术手段实施包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低包装成本，从而在流通直至消费的整个过程中使之容易储存搬运，防止产品破坏变质，不污染环境，便于识别应用和回收废料，有吸引力，广开销路，不断促进扩大再生产。
自动食品真空包装机由于功能较少应用范围小，但生产率较高，本次设计的主要对象是包装机的整机机械结构的设计，介绍了包装机的封口机构和计量供料机构以及箱体和支架设计。
食品真空包装机设计的意义，在课题设计的过程中我们能学到较多课堂上学不到的东西，在设计进行阶段指导老师提供了很多相关机械机构设计的基本要求和设计思路，整个设计过程中使受益匪浅。是我在即将离开学校踏入社会一次重要的设计体验。也是为以后的工作生活打下了基础，在此过程中我学到机械产品的设计方法和步骤。本次设计将是我们走出校园步入社会的一次练兵。
1.2包装机械发展概况以及发展趋势
1.2.1国内包装机械发展概况
我国包装机械行业起步晚，发展较快，成就很大。目前在茶品质量、品种、技术水平和性能上有了很大进步。产品的技术水平与国外先进水平的差距在逐渐缩小。平均年增长速度大于30%，品种规格不断增加，有大量填补国内空白的包装机械问世。但从严格意义上讲，我国食品和包装机械主要还是仿制、测绘，稍加国产化改进，谈不上开发研究，大部分还是用陈旧的通用设备加工，新产品开发不但数量少，而且开发周期长。
1.2.2国外包装机械发展概况
国外包装机械的发展有近百年的历史，大体经历了以下几个阶段:简单机械化、初级自动化、自动包装生产线、电脑控制的高度自动化生产线。
20世纪40年代中期，在食品、火柴、卷烟等行业最先使用包装机械进行产品包装，如英国的巧克力包装，美国的饼干包装被称为现代包装的先驱；20世纪5O年代，在包装机上广泛采用了光电管、电气开关，实现了包装机械的初级自动化；20世纪60年代，在包装机上广泛采用了各种新型电子元件组成控制系统，并采用机械、电气、液压、气动等综合技术，出现了专用的自动包装生产线；20世纪70年代，采用电子计算机对包装机进行控制，进一步提高了单机和自动线的自动化水平；20世纪80年代以来，包装机械行业大量地应用高新技术，如微电子技术、微光技术、超声波技术以及先电纤维等，使包装机及生产线高度自动化，使用效果更加理想可靠，包装质量大大提高。经过50多年的发展，国外包装机械工业已经形成了独立完整的体系，成为机械制造的一个重要分支。
据世界包装机械联合会统计:2010年包装机械产值居前四位的日、德、美、意四国的产值分别是37 .6亿美元(与1980年相比增加1.5倍)、56.6亿马克(与1986年相比增加1倍)、28.8亿美元(与过去5年相比增加40%)和20.7亿美元。从上述数据可以看出发达国家的包装机械产使在稳步大幅度上升，并形成强烈竞争的态势。
1.2.3包装机械的发展趋势
在包装机械的生产制造上，专业化生产已成为趋势。国际包装机械厂商都十分重视包装机械与整个包装系统的通用能力，一些通用标准件不再由包装机械公司生产，某些特殊的零部件则由高度专用化的生产厂家生产，而真正的包装机械公司在某种意义上是组装厂。技术性能上，将其他领域的先进技术应用在包装机械上，如机电一体化技术、远距离遥控技术、自动柔性补偿技术等，使产品技术性能大幅度提高。包装生产线向柔性自动化和“无人化”过渡。在某些包装生产线中更多地引入微机、智能机器人等先进技术，用于包装生产线中物料供送控制、产品质量检测、故障诊断和管理等方面，使包装生产线向柔性自动化和“无人化”自动包装车间、工厂过渡。从而使包装机和包装生产线的生产效率更高、成本更低、包装产品质量更稳定。
同时包装机械设计使用仿真设计技术变得越来越普遍。把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，由计算机自动合成三维模型；再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机。计算机三维模型即可依照实际工作情况进行操作，演示出生产能力、废品率、生产环节匹配、生产线瓶颈在何处等，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。采用计算机仿真技术后，大大缩短了包装机械的设计周期及新产品开发周期。
1.2.4我国与世界先进水平的差距
与发达国家相比，中国包装机械存在以下几点差距：
(1)从产品结构看，中国包装机械品种少，配套数量少，缺少高精度产品和大型包装生产线，不能满足国内市场需求。
(2)从产品质量看，我国包装机械存在性能低、稳定性和可靠性差、控制技术差、外观造型不美观、表面处理粗糙、许多基础元器件质量差等缺点，整体产品的质量受到影响，使低档产品居多，无法满足包装高档产品及出口商品的需求。
(3)从企业状况看，中国包装机械行业缺少龙头企业。大多数企业生产规模小，专业化程度低，产品档次低并且制造同类产品的企业多，普遍存在技术力量薄弱、技术装备水平偏低的状况。
(4)从产品开发看，我国还基本停留在测试仿制阶段，自行开发能力弱，缺少科研生产基地，科研经费少。
(5)从技术更新速度看，中国包装机械技术更新的速度太慢。现在我国包装机械产品中仅有5%左右能够达到发达国家20世纪90年代初期的水平；还有20%的产品仅能和国外20世纪80年代的产品相比；其余60%左右仅能达到国外20世纪70年代的水平。
总之，中国包装机械技术水平比先进国家的技术水平整体落后20年，在产品的开发、性能、质量、可靠性和服务等方面的竞争中处于劣势。
1.3包装机械的组成及特点
1.3.1包装机械的组成
包装机械结构有复杂有简单，自动化程度有高有底，但可以归纳为六大组成部分：
（1） 动力架与机架动力架提供动力，机架用于安装、固定、支撑包装机械。
（2）包装材料、容器的整理与供送系统完成对包装材料容器的供送与整理等工序。
（3）被包装产品的计量与供送系统对被包装产品进行整理、排列、计量，并输送到预定工位。
（4）包装执行机构直接完成包装操作。
（5）传动系统用各种形式的结构将动力与运动传给执行机构和控制系统。
（6）控制系统控制机械的动力输出、传动机构的运动、包装执行机构的动作及相互配合。
1.3.2包装机械的特点
包装机械应用于食品、医药、化工及军事等多种行业，具有以下特点：
（1）种类繁多，包装对象、工艺多样化；
（2）更新换代快，产品不断向高速化发展；
（3）电动机功率小，一般为0.2-20KW；
（4）多功能性，便于提高生产效率，方便制造和维修，减少设备投资。
1.4 本课题主要研究的内容
1.4.1 设计题目
食品真空包装机设计。
1.4.1 拟定完成的内容
通过查找食品真空包装机相关参考资料，根据设计任务要求和设计参数，我们拟定完成以下几点内容
(1) 首先确定食品真空包装机的总体设计方案，包括整机的布置方案，结构组成，传动形式等。
(2) 确认整体设计方案后，根据设计参数，对整个传动系统进行设计计算
(3) 完成主要零部件的强度的校核。
(4) 完成整个机器三维建模和工程图的绘制。
第2章 食品真空包装机整体方案的拟定
2.1 总体方案的确认
2.1.1 食品真空包装机的整体工艺流程
食品真空包装机的整体工艺流程如下图2-1所示：
图2-1 食品真空包装机工艺流程
2.1.2 整机结构方案
根据上述工艺流程，确认包装机的整机方案如下图2-2所示：
图2-1 食品真空包装机整机方案
包装材料由卷筒的形式放在材料固定架上，通过成形装置使得包装材料成型，包装食品通过输送带输入到成品后的包装材料中；物料通过输送带上的隔断块自动定量给料，食品填入成型完成后的材料袋进行下一道工序纵封；成型后的包装袋又纵封牵引装置输送到纵封加热器中完成纵封，纵封完成后，进行下一道工序分切，横封，分切部分是负压区域，当纵封完成后的半成品输送到该区域后，自动完成抽真空工作，同时通过切刀的旋转，完成横封和切断工作，将封装完毕的包装物料分切成一袋一袋的成品，整个包装过程结束。
2.2 驱动方案的选择
目前机械设备的主要驱动形式有三大类：液压驱动、气动驱动和电机驱动。
液压驱动具有输出功率大、控制精度高、可无级调速，反应灵敏，可实现连续轨迹控制等优点。但是液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、压力损失等)，传动效率相对低。液压传动需要配套设备如：液压站、各种液压控制阀等，它适用于重载、低速驱动，成本高，体积大。并不适合。
气动驱动功率/质量比大，体积小，结构紧凑，密封问题较小，成本低。但是由于气体压缩性大，精度低，低速时不易控制，需要专门的气源输送站。所以这种驱动方式和液压驱动一样，不符合本课题的设计方向。
电机驱动与气动驱动和液压驱动相比，具有能精确定位，反应灵敏，可实现高速、高精度的连续轨迹控制，伺服性好等优点；另外结构简单、易于控制、使用维修方便、不污染环境，比较适合本课题的设计要求，因此本设备采用电机驱动。
2.3 食品输送方案的选取
常见的输送机的带式输送机，链板输送机，鳞板输送机等等。
2.3.1 带式输送机
其应用非常广泛，又叫带式输送机，多用于块状或粒状及单件物品的水平及倾斜输送。既可以在小输送量短距离情况下使用，也可以大输送量长距离运送物料，具有动力消耗少、使用经济的特点。
2.3.2 链板式输送机
链板输送机常见于工业生产中，可以满足饮料贴标、灌装、食品等单列输送的要求，同样也可以使单列变成多列并行走缓慢，从而产生储存量，满足杀菌机、储瓶台、冷瓶机的大量供料的要求，链板输送机链板材质：碳钢、不锈钢、热塑链，根据您的产品的需要可选取不同宽度、不同形状的链板来完成平面输送、平面转弯、提升、下降等要求。 链板输送机的输送面平坦光滑摩擦力小，物料在输送线之间的过渡平稳。链板输送机规格品种繁多，可以根据输送工艺要求选用，能满足各种不同行业的需要。
2.3.3 鳞板式输送机
鳞板输送机是板式输送机的一种，广泛用于矿山、冶金和水泥等行业，是原料处理或连续生产过程中不可缺少的设备，对输送大块和尖锐的物料尤为适宜。该系列输送机具有结构简单、运行可靠、使用寿命长，安装维修简单等特点，对物料粒度、块状、工作环境无特殊要求，运送单个物料（件）的重量可达70-120kg，输送机长度可达40-80米且允许25°倾角输送。鳞板输送机可用于沿水平或倾斜方向由储仓向破碎机、输送机或其它工作机械输送各种块状或松散物料。有轻型和中型之分。本系列输送机适用于输送块粒及粉状物料，是水泥厂物料设备更新换代产品，常用于输送散状物料，也适应于锐利灼热物料的输送。
综合上诉三种输送机方案，本设计采用链板式输送机。
2.4 包装袋成型方案的确认
2.4.1卧式间歇制袋三边封口系统
卧式间歇制袋三边封口系统，如图2-2所示。
1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-导杆 5-张口器
6-横封器 7-加料器 8-纵封牵引器 9-分切刀 10-成品袋
图2-2卧式间歇制袋三边封口系统
此类型的封口原理如图2-2所示。卷筒塑料薄膜1经导辊2引入成型器3，在成型器3和导杆4的作用下形成U形并由张口器5撑开。当加料器7下行进入加料位置时，横封器6闭合，同时装填物料。随后，横封器6和加料器7复位。然后。纵封器8闭合热封并牵引薄膜移动一个袋位。最后由切刀9把包装袋切断。
2.4.2 立式间歇制袋中缝封口系统
立式间歇制袋中缝封口系统，如下图2-3所示。
1-供料器 2-导辊 3-卷筒薄膜 4-成型器
5-加料管 6-成型筒7-纵封器 8-横封牵引器 9-成品器
图2-3立式间歇制袋中缝封口系统
如图2-3所示，卷筒塑料薄膜3经导辊2被引入成型器4，通过成型器4和加料管5以及成型筒6的作用，形成中缝搭接的圆筒形。其中加料管5的作用为：外作制袋管，内为输料管。封合时，纵封器7垂直压合在套于内筒和外壁的薄膜搭接处，加热形成牢固的纵封。然后，纵封器复位，由横封器8闭合对薄膜进行横封同时向下牵引一个袋的距离，并在最终位置加压切断。可见，每一次横封可以同时完成上袋的下口和下袋的上口封合。而物料的填充实在薄膜受牵引下移时完成的。
2.4.3 立式连续制袋三边封口系统
方案三：立式连续制袋三边封口系统，如下图2-4所示。
1-卷筒薄膜 2-导辊 3-成型器 4-加料器
5-纵封滚轮 6-横封辊 7-切断刀 8-成品袋
图2-4立式连续制袋三边封口系统
如图2-4所示卷筒薄膜在纵封滚轮的牵引下，经导辊进入制袋成型器形成种纸管状。纵封滚轮在牵引的同时封合纸管对接两边缘。随后由横封辊闭合实行横封切断。同样，每次横封动作可同时完成上袋的下口和下袋的上口封合，并切断分离。物料的充填是在纸管受纵封牵引下行至横封闭合前完成的。
2.4.4 方案确定
本次包装机的整体机构是卧式结构，因此只能选用卧式间隙制袋机构，因此选择方案一。
第3章 食品真空包装机整体结构的设计计算
3.1 拟定设计参数
输送线排满食品个数：12只
输送速度：0.2m/s
3.2 输送线驱动电机功率计算
3.2.1 输送线所需拉力的确认
已知条件：可得出排满后的食品的个数为12个。单个包装食品的总量150g，
即：
输送线的最大拉力为：
功率
pw=vF=1.8×0.2=0.36kw
3.2.2 电动机的功率
（1）传动装置的总效率η
由参考文献[1]表1-2查得：
滚筒效率η1=0.96；
减速器效率η2=0.9；
滚动轴承效率η3=0.98；
链轮传动效率η4=0.97；
输送链传动效率η5=0.95；
总效率η=η12η22η33η4η5=0.962×0.92×0.983×0.97×0.95=0.7834
（2）所需电动机的功率
Pr=Pw/η=0.36/0.7834=0.425kw
3.2.3 选择电动机的型号
根据工作条件：为一般工作场合使用，选用常用的三相异步电机。查参考文献[2]表7-2-2选择电动机的型号为Y2-80M-4，额定功率0.55kw，满载转速1450r/min,电动机轴伸直径19mm。
3.3 输送线减速机的选择计算
3.3.1 分配传动比
3.3.2 选择减速机的型号
根据工作条件：为一般工作场合使用，选用常用的摆线减速机。选择减速机的型号为RNYM05-1420-AV,EV-B，额定功率0.55kw，减速比为25
3.4 轴的设计
3.4.1 主传动轴的设计
（1）选择材料
由于传递中小功率，转速不太高，故选用45优质碳素结构钢，经调质处理，查参考文献[4]表12-1得材料的力学性能数据为：
MPa MPa MPa
（2）初步估算轴径
由于材料为45钢，查参考文献[3]表19.3-2选取A=115，则得：
=25.04㎜
考虑装齿轮加键需将其轴径增加4%～5%，故取轴的最小直径为30㎜
（3）轴的结构设计
如图3-1所示，.
图3-1 主传动轴
（4）轴上受力分析（如图3-2a所示）
①链轮上的作用力
圆周力：
=1812.298N
径向力：=635.078
轴向力：=178.098
②求轴承的支反力
水平面上支反力：
图3-2受力分析
垂直面上支反力：
=487.649N
=1065.057N
（5）画弯矩图（如图3-2b、c）
剖面B处弯矩：
水平面上弯矩=233.8N·m
垂直面上弯矩
=72.2N·m
合成弯矩=244.694
剖面C处弯矩：=9.7N·m
（6）画转矩图（如图4d）
98.6N·m
（7）计算当量弯矩
因单向回转，视转矩为脉动循环，，则=0.602
剖面B处当量弯矩
=251.3N·m
剖面C处当量弯矩
=60.1N·m
（8）判断危险剖面并验算强度
①剖面B处当量弯矩最大，而其直径与相邻段相差不大，故剖面B为危险剖面
=MPa=39.3MPa<59MPa
②剖面C处直径最小，为危险剖面
MPa=22.3MPa
e=0.37
查[4]表14-12，=1.5
=1.5×(0.4×1474.555+1.6×1233.19)=3844.389N
轴承Ⅱ:=1055.095/3376.293=0.313
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