包装机械说明书要点

目录

1 绪论 (1)

1.1包装机械 (1)

1.2 包装机发展现状及趋势 (2)

2包装机传动方案设计................................................................... (3)

2.1电动机的选择........................................................................................................... (3)

2.2 传动方案的确定 (4)

2.3各级传动比确定 (5)

3 电机到主输送带传动装置设计........................................................................ .. (6)

3.1 带的设计 (6)

3.2 蜗轮蜗杆传动减速箱设计 (8)

4 主要机构设计............................................................................ ...................... (9)

4.1转鼓轮设计.................................................................................................... .. (10)

4.2 花轮盘设计 (11)

4.3槽轮机构设计 (12)

4.1直齿圆柱齿轮设计.............................................................................................. (14)

5 总结................................................................ ...................... .................... .. (17)

6 参考文献......................................................... ...................... (18)

第1章绪论

1.1包装机械

包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。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。

1.1.2包装的分类及作用

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。直接包装时，必须根据被包装物品的物理性能，按包装要求，选择包装材料或容器，制定包装工艺，选择或设计包装机械设备。中间包装是以一定数量的直接包装品经组合后再作一次包装的包装形式。

随着消费者需要的多样化，尤其是超级市场的发展，内包装突出日益重要的地位。完成内包装所需的机器设备，在包装工业中的需求量最大。外包装是以一定数额的、经内包装后的产品装裁到包装箱的包装结构形式。包装箱现在多用瓦楞纸板箱。内包装的主要目的，在于促进销售，并为消费者提供使用上的方便，在包装设计中，除保证包装内容物质和量的要求外，还需重视包装装潢的重要作用。外包装的主要目的，是为流通储运提供保障，要求包装坚固牢实。

包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装的主要目的在于保护产品的使用价值。因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节，是提高产品的商品价值不可忽视的重要环节。

1.1.3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。

（2）用于食品和药品的包装机要便于清洗，符合药品和食品的卫生和安全要求。

（3）包装执行机构的工作力一般都较小，所以包装机的电机功率较小。

（4）包装机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）保证了包装产品的卫生和安全，提高了产品包装质量，增强市场销售的竞争力。。

1.2国内包装机发展现状及趋势

我国包装业技术与机械近些年所取得的成绩是显著的，其起步于20世纪70年代末，刚起步时年产值仅七、八千万元，产品品种仅100 余种，技术水平也较低。在20纪80年代中期至20世纪年代中期十余年的时间里，才得到快速发展，年增长率达到20%—30% ，到1999年底食品和包装机械达40 大类，品种达1700种，到2000年产值增加到300亿元，且技术水平也上了个台阶，开始出现了规模化、自动化趋势，传动复杂、技术含量高的设备也开始出现，许多包装机械如液体食品灌装机等设备已开始成套出口。我国包装行业的发展趋势主要有如下几个方面：

(1)制袋—充填—封口包装机械

大多数是小包装机械，在这一范围内已较好地解决了颗粒、膏体和粉状的包装的问题。

(2)无菌包装机械

无菌包装是将经过消毒的食品在无菌环境装入消毒的容器中，可最大限度地保持食品的天然风味、品质和营养，确保产品质量等优点。无无菌袋式小包装又分为杯式、盒式、袋式成型充填密封小包装三种类型。由于无菌包装机械制造工艺和技术比较复杂，我国以前一直依靠进口。

(3)啤酒灌装成套设备

随着国内啤酒行业向规模化集约化经营方向发展，啤酒灌装成套设备要重点发展年产5万吨以上的大型灌装成套设备，适度发展10万吨以上的大型灌装成套设备。目前我国广州轻工机械厂已能生产4万瓶/小时、6万每小时的啤酒灌装成套设备。

包装业在生产自动化趋势的影响下，呈现高度自动化的包装链、机械功能要求多元化、结构设计标准模块化、控制功能智能化要求、装重安全方便环保等特点。今后朝着高速、低耗、计量精确、自动检测、多功能、全自动大型化成套设备发展。其他还有真空包装机械和塑料中空容器加工机械。

第2章包装机的传动方案设计

2.1 选择电动机

合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。

电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求：

1．机械特性

由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。2．转速

电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。

3．运行经济性

从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗。

2.2电动机的选择

本机器的动力选用交流380V。包装机械中常用的点机转速多为1400分转/分，由于整个载荷比较小，所以综合考虑最终选用Y112M-4型三相异步电动机，电压为380V，功率为180W，额定转速为1400r/min，根据电机转速及效率要求确定各级传动比。其中转送带为主要工作部件，其效率直接影响整机工作效率。

2.3传动方案的确定

包转机工作时，先将经理瓶机构整理的瓶子经输送带8送入，再经花盘轮9旋转转到送料装置10，然后通过槽轮6进行间歇运动使之停下，进行灌料。然后再通过花盘轮

转出，由输送带送出。

1.电机

2.带轮

3.减速箱

4.减速箱链轮

5.齿轮

6.槽轮机构

7.圆锥齿轮

8.送瓶传送带

9.花盘轮 10.转鼓计数装置

图2.1片剂包装机系统传动原理图

2.4各级传动比的确定

按图2.1，电动机经带轮、减速器、链轮减速。减速器选用传动比为i 2=1：50的蜗轮减速机，电机与减速箱采用皮带传动，其传动比为i 1=1：4，链轮减速的传动比为i 3=1：1，即

411：：减电机==ωωi ————电机与减速器的传动比 2150i i ==减：

————蜗轮减速箱传动比

31212020

i ωω==Z Z =减：：： ————减速箱与主轴间传动比

所以主轴转速及传动带上的瓶的线速度为

7102.025.0140014003212=???=???=i i i 轴ω（r/min ）

dn V π=/(

)

601000?=710014.3??/(

)

601000?=0.03663m/s=36.63mm/s

每分钟30瓶，那么瓶子间的距离为：27.7330/6063.36=?=L mm

第三章 电机到主输送带装置的传动设计

3.1第一级传动——带的设计

1）确定带的计算功率ca P

由表8-6[1]

查得带的工作情况系数 1.1A K =，故

1801.1?==P K P A ca w =198w (3.1) 2） 选取窄V 带带型

根据 ca P 、1n 由图8-9确定选用SPZ 型。 3） 确定带轮基准直径

由表8-3和表8-7取主动轮基准直径1d d =63mm 。 根据式（8-15），21

2

1

d d d n n d i =

≈

，从动轮基准直径2d d 。

21d d d id ==634?=252 mm (3.2) 根据表8-7，取mm d 250d 2=。

按式11

1601000

p d n V π=

≈

?11

601000

d d n π?=

631400

601000

π???=4.618 m/s (3.3)

21

2601000

p d n V π=

?=4.618m/s

所以带的速度合适。

4） 确定窄V 带的基准长度和传动中心距

根据0.7（12012)2()d d d d d d a d d +<<+，初步确定中心距0a =400 mm 。 根据下式计算所需的基准长度

()2

2

1'021

2()2

4d d d

d d d d L a d d a π

-=+

++=mm 40046325263252240022

?????

??-+++?）（）（π

=1316.9mm (3.4) 由表8-2选带的基准长度d L =1400mm 。 则按式（8-21）计算实际的中心距a

'02

d d L L a a -=+=29

.131********-+=442.4mm (3.5)

圆整取a=442mm

5） 验算主动轮上的包角1α

由式（8-6）得 0021118057.5d d d d a α-=-

?==?--005.57442

63252180001203.155? (3.6) 主动轮上的包角合适。 6）计算窄V 带的根数Z

由 ()00ca

L

P Z P P K K α=

+? (3.7)

又1n =1400 r/min 、1d d =63mm 、i =4,查表8-5a 和表8-6b 得 0P =0.24 kw △P 0=0.03 kw

查表8-8得 包角系数K α=0.93，查表8-2得长度系数L K =0.99，则

()0.180.240.0

30.950.99

Z =

+

??=0.7

则取Z=1根。 7） 计算预紧力0F

由20 2.5500

1ca p F qv vz K α??

=-+

???

(3.8) 查表8-4得q=0.06kg/m ，故

200.18 2.550010.06

4.6184.61810.95

F ???

?

=??-+?

????????

N=33.08N 8） 计算作用在轴上的压轴力

1

02sin 2p F ZF α==0

162.12133.078sin 2

???=65.35 N (3.9)

3.2 蜗轮蜗杆传动减速箱的计算

蜗杆所在轴Ⅰ：1n =700 r/min, 1p =1d p η=1800.96?=172.8 w ，传动比50i =， 传动不反向，工作载荷稳定，设计寿命h L =12000 h 。

3.2.1 选择蜗杆的传动类型

根据GB/T10085—1988 的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI ）。

3.2.2选择材料

考虑到本设计中蜗杆传动的传递功率不大，速度较低，所以蜗杆用45钢。因希望效率高些赖磨性好，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45—55HRC 。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为里节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

3.2.3蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸

1）蜗杆

轴向齿距a P =m π=7.854；直径系数q=12；齿顶直径1a d =12d m +=35 mm ， 齿根圆直径11 2.4f d d m =-=24mm ；

分度圆导程角1arctan Z r q ??

= ???=0'''44549；蜗杆轴向齿厚0.5a s m π==6.283 mm 。

2）蜗轮

蜗轮齿数2Z =51；变位系数12

22d d a x m m

+=

-=0.5-； 验算传动比2151

1

z i z =

==51，这时传动比误差为

515050-=2.0﹪，这是 许的。

蜗轮分度圆直径 22d mz ==2.551?=127.5 mm 蜗轮喉圆直径 2222a a d d h =+=127.5+2?2.5=132.5 mm 蜗轮齿根圆直径 2222f f d d h =-=127.5-2 1.2 2.5??=121.5 mm

蜗轮咽喉母圆半径 2212g a r a d =-=1

80132.52

-? mm

第4章 主要机构的设计

4.1转鼓计数装置

4.1.1转鼓计数装置总体确定

1. 料斗

2. 计数转鼓

图3.1 转鼓计数装置

转鼓每转一圈计数120粒。每分钟30瓶，每瓶30粒，那么转鼓一分钟计数

9003030=?=N 粒，间歇机构采用槽轮机构，要求灌装的瞬间，工作台停止转动，每

装完一瓶，工作台转过一个角度，采用槽轮机构可方便地实现这一功能。主动轮转一圈，从动轮转1/4圈，这样计数转鼓刚好计数30粒，那么主动轮和从动轮的传动比为：

=i =21:ωω30：7。这里可以通过一对齿轮来改变传动比。

4.1.2转鼓的尺寸确定

因为料呈颗粒状，这里设定料的直径为d=6mm ，转鼓上右20道槽，每条槽刚好可放下6颗。转鼓每转四分之一圈刚好有5道槽转过，所以转过的颗粒为n=5×6=30颗。其主要尺寸如图4.2所示。

图3.2转鼓轮的设计

4.2花盘轮的设计

图3.3花盘轮的结构

花盘轮的结构参数通常由经验方法确定，齿槽半径R略大输送容器主体部位的半径，因为瓶子的半径为25mm，取齿槽半径R=26mm工作齿槽外径部位需进行修缘，使容器能顺利地进入或脱离齿槽。上下齿轮片间距离H以确保容器在输送中具有良好的平稳性为前提，根据容器结构确定。花轮盘的轮齿片通常用高强度铸铁或中碳钢制造，轴套可用

普通铸铁或工程塑料制造。

4.3槽轮机构的设计

1.拨轮A.圆柱销

2. 槽轮

图3.4槽轮机构的设计

1.几何要求:圆销线速度方向与轮槽方向一致

2.设计要点:圆柱销与锁住弧配合

3.基本参数选择 (1)槽数z

几何关系：

运动关系(运动特性系数τ)：

π

φφπφ=+=2122222z

??? ??-=z z 221

πφz

z 22221-==

πφτ

讨论：τ>0，z ≥3，一般取z=4-8 (2)销数K

讨论：τ<1， 常用K=1 4. 几何尺寸计算

表3.1 几何尺寸计算

在一个运动循环中，槽轮的运动时间t 2与销轮的运动时间t 1之比，称为运动系数，用τ表示。

对于外槽轮机构,为了避免或减轻槽轮在开始转动和停止转动时的碰撞或冲击，圆

销在开始进入径向槽或从径向槽脱出的瞬时，圆销中心的线速度方向均沿着径向槽的中心线方向，以便槽轮在启动和停止时的瞬时角速度为零。 210

+ 2

20

=π

2

10

=π- 220

=π- (2π/z )

z

z K 2)

2(-=τ2

2-<

z z K

式中z为槽轮的槽数。

主动件以等角速度ω

1

转动时，槽轮转动一次所需的时间为 t2= 210/ω1。

当主动拨盘对称均布有k个圆销时，则主动拨盘转过2π/k角度便完成槽轮的一个运动循环，其所需的时间为t1 = 2π/ [kω1]。

此外，由于槽轮机构是作间歇运动的，故必须有间歇时间，所以运动系数τ总是小于1，因此 k 与Z 的关系应为 k<2z/(z-2)，常取z = 4 ～ 8。

5．槽轮机构的角速度和角加速度

槽轮机构的运动分析和曲柄导杆机构的运动分析完全一样。下图分别列出了槽数为

4、6、8的外啮合槽轮机构角速度ω

2/ω

1

和角加速度α

2

/ω

1

2的变化情况。从图中可

以看出，槽数愈少，则角速度、角加速度的变化愈大，由此产生的冲击和磨损也就愈大。

由以上公式可以算出槽轮机构的具体尺寸：

中心距：a=150mm

拨轮的轴径：d1=34mm

槽轮的轴径：d2=30mm

锁止符半径：Rx=83mm

圆销回转半径：R1=75mm

槽底高：b=29mm

槽深：h=76

锁止符张开角：γ=270度

4.4直齿圆柱齿轮的几何计算

渐开线圆柱齿轮传动设计

(1)、设计参数

传递功率 P=0.18(kW)

齿轮1转速 n1=7(r/min)

齿轮2转速 n2=30(r/min)

传动比 i=7:30

工作机载荷特性：均匀平稳

预定寿命 H=36000(小时)

(2)、布置与结构

结构形式：开式

齿轮1布置形式：对称布置

齿轮2布置形式：对称布置

齿轮1材料及热处理45号钢<表面淬火> 齿轮2材料及热处理45号钢<表面淬火> (3)、齿轮精度

齿轮1第Ⅰ组精度7级 齿轮2第Ⅰ组精度 7级 (4)、齿轮基本参数 模数(法面模数) M=4 齿轮1齿数 Z1=60 齿轮1齿宽 B1=40.00(mm) 齿轮2齿数 Z2=14 齿轮2齿宽 B2=40.00(mm) 标准中心距 A0=148.00000(mm) 实际中心距 A=150.00000(mm) 齿轮1分度圆直径 d1=240.00000(mm) 齿轮2分度圆直径 d2=56.00000(mm) 齿顶高系数 ha*=1.00 顶隙系数 c*=0.25 压力角 α*=20(度)

4.5 主传动轴的设计

4.5.1 选择主传动动轴的材料

由于轴工作时产生的应力多是循环变应力，所以轴的损坏常为疲劳破坏。而轴的设计是包装机设计中的重要的组成部分，因此我校核主传动动轴，应保证其有足够高的强度和韧性。对应力集中敏感性小和良好的工艺性，还须满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求。轴的一般材料主要是碳素钢和合金钢。碳素钢强度虽然较合金钢低，但价廉，对应力集中的敏感性低，故在本次设计主传动轴时采用碳素钢比较合适。

常用的碳素钢有30、40、45、和45钢，其中以45钢最为常用。同时主传动动轴一般是用碳钢或合金钢制成，且本设计中的主传动动轴是低速中载传动，所以综合上述考虑，我选择45钢作为主动轴的材料，为保证其力学性能，应进行调质热处理。其主要的力学性能参数见文献[1]表15--1，其中毛胚直径小于100mm 的45号钢调质处理后的主要参数有：硬度：217～255；抗拉强度：640B MPa σ=；屈服强度极限：355s MPa σ=；弯曲疲劳极限：1275MPa σ-=；剪切疲劳极限：1155MPa τ-=；许用弯曲应力：1[]60MPa σ-=。

4.5.2主传动轴的结构简图

根据主传动轴的工作情况，确定主传动轴的结构图如下。

图3.5 主动轴的结构

4.5.3轴力的计算分析

4.5.3.1求输入轴上的功率1P 、转速n 1和转矩T 1

若取每级齿轮传动的功率（包括轴承效率在内）η=0.97，则 P 1=P d ?η01

=P d ?η1

=180×0.96=172.8W

T 1=9550000n

P 1

1=9550000×

7

1728

.0=235749N ?mm 4.5.3.2求作用在齿轮上的力

因已知大齿轮的分度圆直径为 d 1=m 1Z =4×60=240mm 而 F t =d

T 1

12=

240

235749

2?=3802.40N

F r =F t

βαcos tan n

=3802.40×'

'34'068cos 20tan

=397.37N F a =F t tan β=3802.40×tan 34068\

\\

=154.06N

4.5.3.3初步确定轴的最小直径

初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取

A 0

=[]

32.09550000τT

=112，其中[]

τT 为许用扭转切应力，于是得 d

min

=A

3

1

1n

P =112×371728.0=15.63mm

输入轴的最小直径显然是安装锥齿轮处轴的直径。为了使轴直径与前面所设计的带轮相配合，这里需要确定其d 并周整，为了满足强度要求，这里取d=20mm 。

总结

本设计是对包装机械进行的一次有效的理论讨论。通过对包装机各级传动比的分配研究计算，了解了包装机实现送瓶，间歇运动及送料这一完整的过程。这为进一步了解包装的其他功能和发展要求打下了一定的基础。对包装机进行有效的理论分析，不仅有一定的使用价值，更有较高的理论参考价值，这有利于我们技术人员消化吸收国外先进技术，缩小与发达国家包装业的差距。

在本次设计过程中，我们大量阅读了各种技术资料及设计手册，认真探讨了机械领域内的各种基本问题。因此，本次设计不仅加强了对自己所学专业课程的理解和认识，而且也对自己的知识面进行了拓宽。此外，本次设计在绘图的过程中，使用了AUTOCA ，进一步提高了我们绘图识图的能力。

在本次毕业设计中，我得到郭虹老师的耐心指导，细心教诲，并在设计过程中及时的给我解答疑难，让我在本次毕业设计中得到了自己能力上的长进和知识上的飞跃，这对我的将来都会有深远的影响。并且，在设计过程中还有其他老师和同学的热忱帮助，在此表示由衷的感谢！

由于本人知识有限，实际经验更加不足，因此我的设计还存在着很多的不足之处，敬请各位老师指正，本人将不胜感激！

参考文献

[1] 雷伏元主编.自动包装机原理[M].天津科学技术出版社,1986.

[2]西北工业大学机械原理及机械零件教研室编,孙恒,陈作模主编.机械原理[M].第六

版.北京:高等教育出版社,2001.

[3]《机械设计手册》联合编写组编.机械设计手册[M].第二版.北京:化学工业出版

社,1987.

[4]《机械工程师手册》第二版编辑委员会编.机械工程师手册[M].第二版.北京:机械工

业出版社,2000.

[5]廖念钊等编.互换性与技术测量[M].第四版.北京:中国计量出版社,2000.

[6]卜炎主编.机械传动装置设计手册[M].上册.北京:机械工业出版社,1998.

[7] 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编, 濮良贵，纪名刚主编.机械设计[M].