包装机械总体设计

往复摆动
摆动导杆机构 曲柄摇块机构
2)凸轮机构
3)齿轮齿条机构
1)棘轮机构
2)槽轮机构 间歇运动 3)凸轮机构 4)不完全齿轮机构
机床进给、转位或分度、单向离合器、超 越离合器
车床刀架的转位、自动包装机的转位、电 影放映机、分度装置、间歇回转工作台
机构的组合方式
根据机器的使用要求(实现工艺动作所需的运动要求)，将 各种常用的基本机构进行适当的组合，从而形成结构简单、设 计制造方便、性能优良的机械系统。
1.功能原理设计 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理 来实现所需的功能要求。 采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结构、 工作品质、适用场合等都会有很大的差异，因此必 须根据机械的具体工作要求，如强度、精度、寿命、 效率、产量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定。 功能原理决定了机械产品的技术水平、工作质量、 传动方案、结构形式和成本等，是一个施展创新能 力的空间。
机械设计根据是否采用新的工作原理和变更现有机械的设计方 案来划分，可分为以下三种类型： (1)开发性设计——在没有类似机械的情况下，根据对机械产品 的功能要求，并结合有关各方面的条件，提出新的工作原理和 新的设计方案，设计出满足要求的新机械产品。 (2)适应性设计——在工作原理和设计方案基本不变的情况下， 对现有机械产品做局部的更改，设计出适应新的各种要求的机 械产品。一般情况下，适应性设计较多。 (3)变异性设计——在功能要求和工作原理不变的情况下，改变 现有机械的结构组成、布置方式和某些尺寸，设计出满足较多 方面要求的机械产品。
4.试制、试验、鉴定和改进 5.正式生产、销售及售后服务
小 结
机械新产品的开发设计过程可分为四个阶段：
初期规划设计 总体方案设计 结构技术设计 生产施工设计
选 题
调研和预测 可行性论证 确定设计任务
调研报告
产品开发 可行性论 证报告 设计任 务书
目标分析
初期规划设计
创新构思
总体方案 示意图； 机械系统 方案运动 简图； 运动循环 图；
5.机构的尺度设计 对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确 定各执行机构的运动学尺寸，如转动副间的相对位 置尺寸、移动副的导路位置、高副运动副元素的几 何形状及尺寸等等。
6.运动和动力分析 对整个系统进行运动分析和动力分析，检验是否满 足运动和动力性能方面的要求。
7.方案评价与决策 实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理； 实现同一种工作原理，可以选择不同的运动规律； 实现同一种运动规律，可以采用不同型式的机构。 因此，为了实现同一种预期的功能要求，可以有多 种不同的方案。机械执行系统方案设计就是合理利 用设计者的专业知识和分析能力，创造性地构思出 各种可能的方案，并从中选出最佳方案。
包装机械总体设计
内容
2.1 概述 2.2 执行系统方案设计 2.3 传动系统方案设计 2.4 原动机选择 2.5 控制系统方案设计
2.1 概述
2.1.1 机械设计wenku.baidu.com内容
机械设计是设计者通过创造性劳动将人的意念和思 想转化为物质资料，以满足人类社会的需求并进一 步促进人类社会的发展。 社会需求不断提出新的功能要求是促进机械设计发 展的一个主要动力。 科学技术的进步、生产能力的提高、机械设计工作 者的知识基础和技术能力的加强是实现机械设计发 展的重要条件。
非匀速转动
惯性振动筛、机床 牛头刨床、 发动机
用于冲、压、锻等机械装置 缝纫机针头机构 可实现匀速运动，用于插床
往复移动机构
移动导杆机构 2)齿轮齿条机构
执行机构运动方式 及功能
机构类型
1)连杆机构 曲柄摇杆机构 摇杆滑块机构 破碎机
典型应用实例与原理
车门启闭机构 具有急回性质，牛头刨床 液压摆缸，用于自卸装置
2.2 执行系统方案设计
机械预期的功能要求 功能原理设计 运动规律设计（工艺动作分解与运动方案选择） 执行机构形式设计（机构型综合） 执行系统协调设计（循环图设计） 机构尺度设计（运动和动力设计） 运动和动力分析 方案评价与决策
2.2.1 执行系统方案设计概述
机器中最接近被加工工件一端的机构称为执行机构。 执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执 行构件。 机器通过执行构件完成作业任务。
工作适应性：工况发生时，设备对变化适应能力的大小。涉及 两个方面：A、作业对象的形状、尺寸等发生变化；B：作业环 境发生变化。一般，适应性越好，产品性能越好。
工作精度：机器正常工作时的量值与理论要求值之间的误差， 可用绝对值和相对值表示。
工作可靠性：产品在规定条件下、规定使用时间内完成规定功 能的能力，或说是正常工作的概率。 产品寿命： （A）自然寿命：到因自然磨损、腐蚀等原因使设备老化不能再用 所经历的时间。 （B）技术寿命：到设备因技术老化而被淘汰所经历的时间。 （C）市场寿命：产品在市场上的生命期所决定的时间。
颗粒糖果包装机工作原理
扭结式
接缝式
折叠式
2.运动规律设计 根据工艺要求进行工艺动作的分解及执行运动的确 定。 同一个工作原理，可以有多种工艺动作分解。不同 的工艺动作分解，将会得到不同的设计结果。 工艺动作分解是一个创造性的工作。要求动作简单、 合理。分解的方法不同，所得的运动规律也各不相 同，所形成的运动方案也不相同。
（2）建立黑箱
设计，实质上就是解决将输入转化为输出的技术问题。 即用一方框表示黑箱，代表待设计产品；左右箭头表示输入和 输出，并可归纳为物质、能量、信息三种形式。
输入 不需要的 气压 尘埃 需要的 薄膜材料 被包装物料 能源 封口温度
输出
黑箱 （袋成型—充填— 封口机）
需要的 包装产品 计数等信息
方案评价包括定性评价和定量评价。
科学的评价和决策
从技术、经济、安全可靠三方面进行评价，其中技术方面的 因素即功能和技术性能的指标占较大比例。
2.2.2 包装机械的循环图设计
1. 循环图的概念
（1）工作循环时间 在包装机械中，顺序给出相邻两产品之间的时间间 隔TP。
（2）运动循环时间 执行机构周期性回到初始位置之间的时间间隔。
工 件 自 动 装 卸 机 系 统
执行机构型式设计准则
传动链应尽可能短 机械效率应尽可能高 传动比的分配应尽可能合理 传动机构的顺序安排应尽可能恰当 机械的安全运转必须保证
4.执行系统的协调设计 对于由多个执行构件及执行机构组合而成的复杂机 械，必须使这些执行构件的运动以一定的次序协调 配合，以完成预期的工作要求。 对包装机械来说，特别指循环图设计。
操纵件布置范围
5.安全保护要求 6.产品外观造型要求 造型美观大方，色调和谐，给人以悦心宜人的感觉。
2.1.3 包装机设计步骤
1.产品计划
（1）选择设计产品或接受客户定单 选择适应市场需求、有较强的市场竞争力、能获得良好经济效益 的产品。 （2）作可行性研究 论证项目在技术经济上的可行性；为企业或主管部门决策提供依 据；为谈判、签约和贷款提供依据。 （3）明确设计任务、拟订设计要求明细表。 （4）设计要求要详细、明确、合理而且先进，符合标准。
3.经济性要求
由产品总成本与产品性能质量关系图，寻找最佳设计点P，使成 本最低。另外，产品成本约有70%是由方案设计决定的，故在方 案设计时应注意功能与成本的协调问题。
4.人机工程学要求
（A）确保操作人员能有效的操纵和控制机器； （B）确保操作人员能正确读取设备显示信息，减少误读的可能； （C）装拆、保养维修方便。
工艺流程卡片； 工装设计图； 基础安装图； 技术文件； 使用说明书； 备件明细表
机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和 控制系统所组成。总体方案设计是这几部分的方案 设计。 机械系统总体方案设计是机械设计过程中极其重要 的一步，也是最具创造性的一环，它直接决定着产 品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业的效 益。
2.1.2 包装机设计要求
1.功能及应用场合
功能：所能完成的包装工序的种类，例如制袋成型、充填、封 口。 应用场合：适应不同产品的包装能力，例如颗粒、液体、粉剂、 块体。
2.技术性能及质量要求
生产率：单位时间内生产的产品数量，分理论生产率和实际生 产率。表示方法：件∕min、m∕min、kg∕min等。
2.方案设计
（1）设计任务的抽象
在方案设计之前，先对设计任务进行抽象，使其变成带有普遍 意义的设计任务，以真正抓住设计任务的实质。 例如：设计一炉具，要求使用方便安全，清洁卫生，使用费用 低。 若不对任务进行抽象，则会想到：煤球炉、蜂窝煤炉、煤油炉、 煤气炉、电热炉、以及太阳能炉等。 若将设计任务抽象成设计用于将某种能量转化成热能的装置， 于是想出了远红外加热炉、微波炉、电磁炉、蒸汽柜等。
不需要的 废品 噪声 振动
（3）建立功能结构 总功能：代表一个完整独立产品的技术系统。
分功能：代表某一分系统或某一零部件的技术系统。 功能结构：就是用一定的形式来表达各分功能及其相互连
接关系以实现产品总功能的一种图示表达。
袋成型—充填—封口机的功能结构图
（4）寻找实现分功能的解 从功能原理设计到实际执行机构的设计。
（1）执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能原理设
计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计、 执行系统的方案评价与决策。
（2）传动系统的方案设计。主要包括传动类型和传动路线的 选择、传动链中机构顺序的安排、各级传动比的分配。 （3）原动机类型的选择。 （4）控制系统的方案设计。 （5）其它辅助系统的设计。主要包括润滑系统、冷却系统、 故障监测系统、安全保护系统、照明系统等的设计。
执行机构运动方式
及功能
机构类型
1)连杆机构 平行四边形机构
典型应用实例与原理
机车车轮联动机构、联轴器 联轴器 用于减速、增速和变速 用于减速、增速、运动的合成与分解，无级变速
匀速运动
双转块机构 2)齿轮机构 3)行星轮系 4)摩擦轮传动 1)连杆机构 铰链四杆机构 转动导杆机构 曲柄滑块机构 2)非圆齿轮机构 3)组合机构 1)连杆机构 曲柄滑块机构
（5）总体方案设计 ①总功能载体（即支撑）的初步设计，包括总体尺寸和空 间布置； ②辅助装置的初步设计； ③检查总体布局设计，优化总体设计； ④编制初步技术文件； ⑤画总体设计图，包括工艺原理图、总体布局图、循环图、 控制原理图、零部件草图及总装配草图等。
3.技术设计
在方案设计的基础上，围绕保证产品功能、质量、可靠性、 经济合理性、工艺可能性等，进行详细的设计计算。内容 包括： ①传动系统设计； ②各执行机构的详细设计； ③控制系统及辅助装置设计； ④工程图的绘制； ⑤技术文件的编制，包括设计说明书、使用说明书。
组合机构是用一种或一种以上的机构来约束或影响 另一单自由度或多自由度机构的封闭式机构，或者 是几种基本机构互相协调配合组成的机构系统。组 合机构多用来实现一些特殊的运动轨迹或获得特殊 的运动规律。 组合机构可以是同类基本机构的组合，也可以是不 同类型基本机构的组合。通常，由不同类型的基本 机构所组成的组合机构用得最多，因为它更有利于 充分发挥各基本机构的特长和克服各基本机构固有 的局限性。 机构的主要组合方式：串联式、并联式、复合式、
总体方案设计
方案拟定
结构技术设计
方案评价
生产施工设计
方案决策
方案设计 计算说明 书
结构方案拟定
初期规划设计
造型设计
总体方案设计
结构设计
全套设计 图纸； 设计计算 说明书
结构技术设计 生产施工设计
材料选择与 尺寸设计
设计图绘制
初期规划设计 总体方案设计 结构技术设计 生产施工设计
工艺设计 工装设计 施工设计
例1：
例2：
3.执行机构型式设计 即选用何种机构来实现所需运动，需要考虑机构的 动力特性、机械效率、制造成本等因素。实现同一 种运动，可以选择不同型式的机构。 执行机构的典型机构主要有齿轮机构、连杆机构、 螺旋机构、凸轮机构、带传动与链传动等。 可实现直线运动、回转运动、任意轨迹运动等多种 运动形式。