餐具包装纸袋包装机的设计【全套含有CAD图纸三维建模】

餐具包装纸袋包装机的设计【全套含有CAD图纸三维建模】,全套含有CAD图纸三维建模,餐具,包装,纸袋,装机,设计,全套,含有,CAD,图纸,三维,建模 毕业设计 餐具包装纸袋包装机设计 学生姓名 学 号 所属学院 专 业 班 级 指导老师 日 期 机械电气化工程学院制 前 言 随着生产和流通的日益社会化现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。 科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。机械化，自动化设备的普遍应用，为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营销，提高了产品在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。 本次机械设计，通过许多种方案的综合评价、筛选，最后确定了这一台连续式纸袋餐具包装机。该机由输送带机构送料部件、齿轮齿条推料部件、纸袋推送部件、纸袋张口部件、纸袋热封部件以及动力源——二级减速器、电机等几大部件。整个包装过程实现了自动化，与现代机械相比，本机器实现了高速、连续性，具有高的生产率、低动力消耗、使用简单、维修方便可靠等优点。 关键词：餐具；特殊纸袋；包装机；热封机构 目 录 1 概述 1 1.1 课题背景及意义 1 1.1.1 包装机械的分类及作用 1 1.1.2 包装机械的特点 1 1.2 国外包装机械发展概况 1 1.3 国内包装机机械发展现状 2 1.4 我国包装机械与国外先进包装技术机械的差距 3 2 纸袋餐具包装机工艺的确定 4 2.1 产品特征 4 2.2 纸袋餐具包装工艺的拟定 4 3 纸袋餐具包装机总体布局 5 3.1 纸袋餐具包装机三维视图 5 3.2 送纸机构 5 3.3 热封机构 5 3.4 箱体机构 6 3.5 底座机构 6 4 纸袋餐具包装机工作周期 8 4.1 机构初始状态设置 8 4.2 执行机构的周期确定 8 5 执行机构的设计 9 5.1 曲柄滑块机构的设计 9 5.2 齿轮齿条机构的设计 9 5.3 输送带机构设计 9 6 传动系统的计算 11 6.1 选择电动机 11 6.1.1 机械特性 11 6.1.2 转速 11 6.1.3 运行经济性 11 6.2 电动机的选择 11 6.2.1 传动机构传动比计算 11 6.2.2 传动机构传动比计算 11 7 减速器的选择 13 7.1 确定减速器的传动比 13 7.2 选择的减速器的型号及尺寸 13 8 链传动的设计计算 14 8.1选择链轮齿数 14 8.2确定计算功率 14 8.3选择链条型号和节距 14 8.4计算链节数和中心距 14 8.5计算链速v，确定润滑方式 14 8.6计算压轴力Fp 14 8.7主要设计结论 14 总结 16 致谢 17 参考文献 18 工程概况 本文首先介绍的是包装机械的分类和作用，以及国内外包装机械的发展概况。分析了国内外包装技术机械的差距。明细餐具包装纸袋机械的在市场上的需求性和可实施性。确定纸袋包装机的工艺，以及纸袋包装餐具包装机械的整体布局，其中包括送纸机构、热封机构、箱体机构、底座机构的设计。通过合理的设计明确包装机的工作周期，设计合适的链传动，输送带，通过分析计算，选择合适的三相异步电动机、减速器、金属联轴器。从而装配形成整体。最后通过餐具包装的工作情况，提出餐具包装纸袋包装机设计的合理性和可行性。 塔里木大学毕业论文 1概述 1.1课题背景及意义 包装机械是指在运用自动化机械设备将所需的产品经行外包装，具有高效，统一的包装过程的机械[1]。一般包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。本文所设计的包装机械是餐具包装机械。目前塑料薄模餐具包装机在市场上极为普遍，应用极广。包装作为商品生产和流通的主要重要部分，随着科技的进步和物质文明的进步的得到了巨大的发展。但是，由于其寿命周期短，废弃物产生量大的特点，包装废物给环境保护带来了极大的压力[2] 。 1.1.1 包装机械的分类及作用 机械包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业产品包装，按产品包装的结构形式分类，有内包装和外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。其中按包装的结构形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构形式，它包括直接包装和中间包装。直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。 1.1.2包装机械的特点: （1）大多数包装机械结构和机构复杂，运动速度快且动作配合要求高。 （3）包装机械执行机构的工作用力一般偏小，所以一般包装机的电机都功率较小。 （4）包装机机械一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包装机的生产能力。 （5）包装机械是特殊类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。 （6）包装机械的自动化程度高，大部分已采用PLC、单片机控制，实现了智能化。 （7）包装机械实现了包装生产的专业化，大幅度地提高生产效率。 （8）包装机械化降低了劳动强度，改善劳动条件，保护环境，节约原材料，降低产品成本。 （9）提高产品包装质量，保证了包装产品的卫生和安全，增强了市场销售的竞争力。 1.2国外包装机械的发展趋势 目前，国际包装机械市场竞争激烈，包装机械发展的总趋势是趋于“三高”——高速、高效、高质量。发展重点是趋向于能耗低、自重轻、结构紧凑、占地空间小、效率高外观造型适应环境和操作人员心里需求、环保需求等 [3] 。 1.2.1包装机械的发展进程 标准包装——绿色包装——太空包装——金属包装——防腐包装——辐照包装 ——塑料包装——纳米包装 1.2.2发达国家包装工业 目前，国外包装和食品机械水平高的国家主要是德国、美国、日本。而德国的包装机械在计量、制造及技术性能等方面则居于领先地位，尤其是在酒类等饮料灌装设备中，其包装机械不仅自动话程度高，高速，而且稳定，可靠性要更好[4] 。 德国包装机械设计的新趋势:德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：  (1) 其工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手杆按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。  (2) 提高包装机械生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包装机械产品在饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械中优势明确，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达11.5万瓶/h，小袋包装机的包装速度高达910袋／min。 (3) 促进产品机械和包装机械一体化。另外许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。比如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。  (4) 要求适应产品变化，具有良好的柔性和灵活性。因为市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。包装产品在整个包装运输过程中，对不同的包装容器、不同的包装内容物、不同的包装方法以及不同的包装材料，包装机械通过电脑控制的摄像机和探测器来分辨其变化，使系统控制在最优化状态下工作，以最短时间完成包装工序 [5] 。 (5) 普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发周期速度不断加快，德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。    美国包装机械工业市场规模大，发展迅速，主导着世界的包装技术更新。而且其包装业的各种协会繁多，各项制度完备，有一整套包装工业的管理办法，使得在包装业发展中起着至关重要的作用 [6]。在美国，塑料是主要的包装材料，近年来以6.4%的速度增长，而纸制品在包装材料中所占的比重在逐年下降；在日本，包装材料主要以塑料包装和纸包装为主，而且每年都有较高的增长。如下表1所示 表1-1 包装材料的年均增长率 纸制品 金属 玻璃 塑料 美国 2.20% 4.90% 0.90% 6.40% 日本 4.70% 4.90% 3.30% 7.10% 1.3国内包装机发展现状及趋势 近年来我国包装机械得到了显著发展，但是仍然面临着很多问题，其中专业化和经营理念落后、技术含量低、创新能力不强等严重阻碍了我国包装机机械的发展[7]。 1.3.1 我国包装机械发展中存在的问题 大多数企业规模小，专业化程度低，经营理念落后，中小型包装机械企业占据了国内包装机械业的大多数，具有分散性、规模小、技术落后、资金缺乏等特征，不利于包装机械业向集中、高产、高技术创新性方向发展，这样造成了中国包装机械产业长期处于低水平重复生产的局面。半数以上的包装机械业并非专门生产包装机械，这些企业通常以多品种、小批量为主要方向兼顾经营其他方面的生产，这样就难以将主要的资金投入扩大规模、提高技术含量中，不利于企业做大做强。另外，中国包装机械生产主要集中在卷烟、饮料、轻工业等方面，在重袋包装机械产品领域极少涉足，这是因为企业技术水平难以到达这些领域的行业标准，无法集中资金投入科研当中。因此，我国包装机械企业的进一步发展，必须依靠经营理念的变革: (1) 在重有形资本向重无形资本转变。随着全球化的发展，不同国家地区之间的竞争越来越转化为无形资本的竞争，要扭转国际竞争中的弱势地位，必须抓获无形资本的提升。 (2) 在重数量增长向重质量效益提升转变。企业发展应该学习外国经营的成功经验，逐步走向“少品种、专业化、大批量”的经营生产方式。 (3) 从最终产品质量控制向全程质量控制转变。加强对生产和使用的各个环节的质量检测力度。 技术产品含量不高，成套装备严重依赖进口产品技术含量低、附加值低等问题严重阻碍了包装机械业的进一步发展。其主要表现在: 品种局限性强；对配套附件及软件的生产重视程度不足，在与国外引进的机械相比，难以形成更强的吸引力；设备稳定性差，寿命短； 设计方法落后。我们的国家在机械设计上，计算机仿真运用水平不高，很难做到数据的进一步精确，使得制造过程中容易出现误差，生产过程不能明确，导致问题溯源困难。 1.4我国包装技术与国外先进包装技术的差距 虽然我们食品包装技术与机械在近年来取得骄人的成绩，但同国外比较，技术上仍存在二十年的差距，其具体表现在： (1) 产品品种单调，成套设备少 到2001年为止,国外食品包装机械达2400余种，且大多配套生产；国内食品包装机械只有1800余种，且多以单机为主。 (2)技术水平低 其主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新料材应用少，单机多，成套机少，技术含量低的产品多，高技术含量的产品少，智能化的设备还处于研制阶段。 (3)产品质量低 其主要表现在稳定性可靠性差，造型落后，外观粗糙，且大多数产品还无可靠标准。 (4) 开发能力不足 其主要表现是我们还在仿制、测绘或稍加国产化的改进，更谈不上系统的开发研究。 2纸袋餐具包装机工艺的确定 2.1产品特征 餐具包装的餐具包括一定尺寸的碗、碟、和茶杯和勺。包装餐具的纸袋需设计一定的尺寸cm,纸袋的外层用毫米的牛皮纸，五面封口的牛皮纸袋。 图2-1 纸袋 餐具内部用一定可降解的树脂高分子材料，高温时满足餐具包装机械的热封。 2.2纸袋餐具包装工艺的拟定 餐具从传送带送入，通过具有动力装置驱动的齿轮齿条推杆机构，将纸袋由传送带的特定位置推送到已经被纸袋张口机构张口的纸袋中，曲柄滑块运动到达最高点时用过延时电路装置，控制电机的暂停运转。 齿轮齿条推杆继续推送已经被纸袋装好的餐具，直到餐具到达指定的热封位置。在三相异步电动机的动力下，齿轮齿条推杆机构作回程运动直至一定的位置，YCJ130齿轮减速电机的继续工作，曲柄滑块运动开始，纸袋张口继续动作同时热封纸袋开始工作。当第二个餐具推送到热封机构的位置的同时推送出第一个包装好的餐具。如此往复配合运动形成餐具的连续包装。 3纸袋餐具包装机总体布局 3.1纸袋包装机三维视图如图3-1 图3-1 纸袋包装机装配图 3.2 送纸机构 送纸机构的的工作原理：通过弹簧可恢复性形态推送纸袋。填充纸袋时通过人工下拉把手进行填充，送纸机构如图3-2所示。 3.3 热封机构 热封机构工作原理：经过使用通电迅速发热的电阻丝，对纸袋进行热封使纸袋内部高分子树脂材料速融，从而完成纸袋的热封。为了使纸袋的热封均匀、快速、有效。采用一定材料的弹簧对热封部件悬坠，以获取充足的纸袋热封时间，热封机构如图3-3所示。 图3-2 送纸机构 图3-3 热封机构 3.4箱体机构 餐具包装机的箱体机构主要作用是传动轴和曲柄滑块的导轨的定位。避免传动暴露在空气当中造成的危害。箱体机构如图3-4所示。 图3-4 箱体 3.5底座机构 底座机构的主要作用是Y112M-6电机、ZLY-112减速器、传送带和YCJ130齿轮减速三相异步电动机的定位。底座机构如图3-5所示。 图3-5 底座机构 4纸袋包装机的工作周期 4.1机构初始状态的设置 推杆的最初位置与纸袋的张口位置相距L1=400mm； 纸袋张口机构的吸盘最初位置是曲柄滑块的最远处，L2=150 mm； 第一个餐具的最初位置与推杆相遇位置为L3=157mm； 第一个和第二个餐具相距L4=628mm； 4.2执行机构的周期确定 理想状态：即齿轮齿条推杆的往复运动与机架的摩擦系数为0，以及三相异步电动机的正反转的过渡时间为0。 在理想状态下，假设推杆与餐具的相遇时间在t1=0.5s，与张口纸袋相遇的时间在t2=1s，即曲柄滑块到到达最高点时与纸袋相遇。可计算出： 餐具的进给速度v=0.314m/s，即传送带的进给速度； 齿轮齿条推杆运动的进给速度v=0.4m/s； 曲柄滑块的上升速度v=0.15m/s； 齿轮齿条推杆运动往复的运动周期T=4.6s 为了齿轮齿条推杆机构的往复运动与其他的运动紧密配合，互不干涉。采用一定的PLC电路控制装置，当曲柄滑块到达最高点时，延时控制YCJ-130电机的运转，保证曲柄滑块和餐具不影响齿轮齿条推杆的回复运动。当推杆到达曲柄滑块的初始相遇位置时，即YCJ-130电机延时2.6S后继续运转工作。当推杆推进第二个餐具到达热封机构的位置时顺势推出第一个已经热封好的餐具，完成一个餐具包装热封的周期。 即T=4.6+2.3-1=5.9s。 故知道包装机的包装速度为600个/h。 5执行机构的设计 5.1曲柄滑块机构的设计 曲柄滑块的结构简图如下图5-1所示。 1．曲柄 2．连杆 3.滑块 4．连杆 5.吸盘 6.销轴1 7．销轴2 图5-1 曲柄滑块机构简图 5.2齿轮齿条机构的设计 图5-2 推杆的传动 齿轮齿条的推杆的最大进给量为L=920mm 齿轮齿条的的进给速度v=0.4m/s 故可计算出所需转速为106r/min 5.3输送带结构的设计 输送带的相关数据： 设计皮带周长为L周=3768mm 主动带轮和从动带轮的直径为D1=D2=200mm 故皮带可标记的6个相距628mm的餐具固定点，第一个餐具的位置与齿轮齿条配合的固定点相距L=157mm=0.157m/s，带运动t=0.5s时，与齿轮齿条推杆相遇，此时v=L/t=0.157/0.5=0.314m/s 此由计算可得所需转速n=30r/min。实际内部结构图如图5-3所示，实际装配图如5-4所示。 图5-3输送带内部结构图 图5-4 输送带装配图6传动系统的计算 6.1选择电动机 三项异步电动机是工农业生产中应用最广泛的一种动力机械。合理的选择与使用电动机能保证电动机安全，经济、高效的运行；选择使用不得当，轻者造成浪费，重者烧毁电动机造成经济损失[8]。 6.1.1机械特性 电动机类型决定的电动机机械特性与工作机械特性配合要恰当，机械结构稳定的运行；电动机的起动转矩、最大转矩以及牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。 6.1.2转速 电动机的转速应满足工作机械要求，其最高转速、稳速调速、等性能均可适应工作机械的运行的要求。 6.1.3运行经济性 从降低整个电动机驱动系统的耗能以及电动机的综合成本来选用电动机的类型，针对工况选择不同效率标准的电动机类型。 6.2电动机的选择 6.2.1齿轮齿条推杆动力机构电动机的选择 根据餐具包装机的工作设计要求选用同步转速为1000r/min的Y112M-6电机，其中减速器选用ZLY-112减速器。由《机械设计课程设计手册 》第十二章相关资料查的电动机的数据列于表6-1，电动机的外形尺寸如表6-2，电动机结构简图如图6-1。 表6-1 Y系列电动机的技术数据（JB/T10391-2008）[9] 电动机型号 额定功率/kw 满载转速(r/min) 额定转矩 最大转矩 质量/kg Y112M-6 2.2 940 2.0 2.2 45 表6-2 Y112M-6型电动机外形尺寸 机座号 级数 A B C D E F G H K AB AC AD HD BB L 112M 4 190 140 70 28 60 8 24 112 12 245 240 190 265 185 400 图6-1 电机结构简图 6.2.1热封机构和传送带机构电动机的选择 热封机构和传送带机构根据工况要求，选用YCJ130齿轮减速电动机。结构外形如图6-2，技术参数如表6-1。 图6-2 YCJ130减速电机 表6-1 电动机技术参数 [11] 产品型号 功率/kw 输出转速(r/min) 输出转矩 配用电动机 YCJ130 0.75 30 224 Y90S-6 7减速器的选择 减速器是原动机和工作机之间独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩以满足各种工作机械的需求[9]。按照传动形式不同可分为齿轮减速器、涡杆减速器和行星减速器。其中齿轮减速器传动效率可靠性高，工作寿命长，维修护理相对简便，适用范围更广。 7.1确定减速器的传动比 齿轮齿条推杆机构的所需速度v=0.4 m/s 故n1= =106r/min Y112M-6电机的额定功率为2.2kw，额定转速n2 =1000 r/min 故传动比 7.2选择的减速器的型号及尺寸 由传动比可选硬齿面圆柱齿轮二级减速器ZLY-112型号i=6.3~11.2 ZLY-112二级减速器的结构外形如图7-1所示，具体尺寸如表7-1所示 图7-1 Y112M-6二级减速器 表7-1 Y112M-6型电动机外形尺寸 型号ZLY A B H a d1 l1 L1 b1 t1 d2 l2 L2 b2 t2 c m1 m3 n1 n2 e1 e2 e3 h 112 385 215 268 192 24 36 141 8 27 48 82 192 14 51.5 22 160 180 43 85 75.5 92 134 125 8链传动的设计计算 链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮（小链轮和大链轮）组成。通过链轮轮齿和链条链节的啮合来传递运动和动力。链传动的在机械制造中广泛应用[ 10 ]。 链传动特点：链传动与带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因为能保持准确的传动比，传动效率高，又因为链条不需要像皮带那样需要很高的张紧，所以作用于轴上的径向压力小，链条采用金属材料制造。链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时还能在高温下工作。 YCJ-130三相异步电动机的额定功率p=0.75kw，主动轮的转速为n1=30r/min,传动比的i=1.5，载荷平稳，中心线水平布置。 8.1选择链轮齿数 取小链轮的齿数为z1=17，大链轮的齿数为z2=i·z1=1.5 17=25.5=25。 (8-1) 8.2确定计算功率 由《机械设计》第九章表9-6查得工况系数KA=1.0，查得主动链轮齿数系数KZ=1.53，单排链，则计算功率为： Pca=KAKzP=1.0 1.530.75=1.1475kw (8-2) 8.3选择链条型号和节距 根据Pca=1.1475 kw, n1=30r/min 和Pca

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