1立式粉料包裝機結構設計摘 要包裝工業(yè)是國民經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，其在國民經(jīng)濟中所占比重和作用越來越大。包裝機械在包裝工業(yè)中地位十分重要，它可以提高勞動生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，減少環(huán)境污染，增加產(chǎn)品品種，提高商品檔次，增加附加值，從而增加市場競爭力，帶來更大的社會效益和經(jīng)濟效益。首先，本文通過對包裝機械國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和多種典型袋裝機工作原理的分析，對袋裝機的總體結構進行了設計，整體采用立式結構。普通包裝機一般采用間歇式運動，包裝速度慢，或者對包裝材料的規(guī)格適用性小而無法滿足生產(chǎn)要求。針對這些弱點，本文設計的包裝機在傳動系統(tǒng)中采用連續(xù)式縱封裝置與橫封裝置相結合的設計，通過縱封與橫封裝置加熱輥的連續(xù)式滾動擠壓包裝材料接口，大大的縮短了包裝時間，提高勞動生產(chǎn)率。對于包裝材料的供送問題，本設計利用兩對同步齒形帶傳動時的摩擦進行牽引，實現(xiàn)薄膜塑料的連續(xù)供送。由于包裝材料在供送時是初始的平張式薄膜，所以需要經(jīng)過成型器的成型后進行充填與封轉。通過對常見的成型器的對比選擇，本設計采用適應性好，制造相對簡單的象鼻式成型器。關鍵詞：包裝機；立式袋成型；連續(xù)式；結構設計立式粉料包裝機結構設計2目 錄1.緒論………………………………………………………………11.1 包裝機的概念、作用及特點……………………………………11.1.1 包裝機械的概念…………………………………………………………11.1.2 包裝機械的作用…………………………………………………………11.1.3 包裝機械的特點……………………………………………………………21.2 國內(nèi)外包裝機械發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢…………………………………21.3 本文主要研究內(nèi)容……………………………………………62.總體方案設計…………………………………………………72.1 包裝機的組成…………………………………………………72.2 典型袋裝機的結構及工作原理…………………………………82.3 袋裝機的設計數(shù)據(jù)與要求…………………………………132.4 方案的簡介與比較選擇……………………………………133．袋裝機主要機構的設計……………………………………………163.1 成型器的設計…………………………………………………163.1.1 袋成型器的選擇………………………………………………………163.1.2 袋成型器的設計………………………………………………………173.2 薄膜牽拉供送裝置的設計………………………………………183.2.1 齒輪的設計計算………………………………………………………183.2.2 同步齒形帶傳動的設計………………………………………………213.2.3 同步帶輪主軸的設計計算………………………………………………223.2.4 同步帶輪傳動軸的設計計算…………………………………………2833.3 縱封器的設計…………………………………………………… 343.3.1 縱封轂的尺寸確定……………………………………………………353.3.2 縱封齒輪的設計………………………………………………………363.4 橫封器的設計……………………………………………………393.4.1 橫封轂的尺寸確定……………………………………………………403.4.2 橫封齒輪的設計………………………………………………………413.5 執(zhí)行機構運動循環(huán)圖……………………………………………424.袋裝機其他部件的設計…………………………………………434.1 原動機的選擇……………………………………………………434.2 拉簧的設計……………………………………………………444.3 薄膜導輥組………………………………………………………465.總結…………………………………………………………………47參考文獻致謝立式粉料包裝機結構設計41.緒論1.1 包裝機械的概念、作用及特點1.1.1 包裝機械的概念國家標準 GB/T4122.2-1996《包裝術語機械》中對包裝機械所下定義是：完成全部或部分包裝過程的機器。包裝過程包括成型、充填封口、裹包等主要包裝工序及清洗、干燥、殺菌、貼標、捆扎、集裝、拆卸等前后包裝工序，轉送、選別等其他輔助包裝工序。包裝機械屬于自動機范疇，由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等組成。包裝機械是包裝工業(yè)的重要基礎，在輕工機械行業(yè)中占有重要的地位。包裝機械為包裝業(yè)提供重要的技術保障，對包裝業(yè)的發(fā)展起著重要的作用，同時在食品、醫(yī)藥、日用品、化工產(chǎn)品等生產(chǎn)中也起著舉足輕重的作用。包裝機械是使產(chǎn)品包裝實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證。1.1.2 包裝機械的作用（1）能大幅度的提高生產(chǎn)效率，加快產(chǎn)品的不斷更新包裝機械的生產(chǎn)能力一般比手工包裝提高十幾倍，甚至幾十倍，無疑對產(chǎn)品的包裝花樣更新起著舉足輕重的作用。如啤酒灌裝機的生產(chǎn)能力可達 120000瓶/h；袋裝機小袋包裝大都在 60～120 袋/min 之間，中袋包裝 35～60 袋/min；國外機械包裝速度小袋已達到 1200 袋/min；中袋 160 袋/min ，這些都是手工業(yè)無法比擬的。（2）降低勞動強度，改善勞動條件機械包裝能將工人從緊張繁重的重復勞動中解放出來，而且可以避免和減少有劇毒、刺激性的、腐蝕性的、低溫、潮濕、粉塵等條件對工人的身體造成影響，大大的改善勞動條件。（3）能節(jié)約材料，降低成本，保護環(huán)境有些粉末、液體物料在手工包裝過程中容易發(fā)生逸散、起泡、飛濺現(xiàn)象，采用機械包裝能防止產(chǎn)品的散失，既保護了環(huán)境，又節(jié)約了原材料、降低了成本。（4）有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品質量，增加市場銷售的競爭力5類似藥品、食品等衛(wèi)生條件要求很嚴格的產(chǎn)品，采用機械包裝避免了人與產(chǎn)品的直接接觸，減少了對產(chǎn)品的污染，同時由于機械包裝速度快，產(chǎn)品在空氣中停留時間短，從而將少了產(chǎn)品的污染機會，有利于提高產(chǎn)品的衛(wèi)生條件。（5）延長產(chǎn)品的保質期，方便產(chǎn)品的流通采用真空、充氣、無菌等包裝機械，可使食品、飲料等延長保質期，并使產(chǎn)品流通銷售范圍更加擴大。（6）可減少包裝場地面積，節(jié)約基建投資 產(chǎn)品采用手工包裝，若要完成同樣的包裝量，需要包裝工人多，工序不緊湊，作業(yè)占地面積大，基建投資多。采用機械包裝，產(chǎn)品和包裝材料的供給比較集中，各包裝工序安排緊湊，有的可采用立體作業(yè)，因而減少了包裝的占地面積，節(jié)約基建投資。1.1.3 包裝機械的特點包裝機械多屬于自動機械，它具有自動機械的共性，也具有自身的特點，包裝機械的主要特點如下：大多數(shù)包裝機械種類繁多，結構復雜，運動速度快，動作精度較高。為滿足不同的性能要求，對零部件的剛度和表面質量等有較高的要求。用于食品、藥品等包裝機械要便于清洗，與食品、藥品接觸的部位要用不銹鋼或經(jīng)過化學處理的無毒材料制成。進行包裝作業(yè)的工藝力一般都較小，所以包裝機械的電動機功率較小。包裝機械一般都采用無極變速裝置，以便靈活調整包裝速度，調節(jié)包裝機的生產(chǎn)能力。因為影響包裝質量的因素很多，諸如包裝機的工作機構的運動狀態(tài)，工作環(huán)境的溫度、濕度，包裝材料和包裝物的質量等。所以，為便于機械的調整，滿足包裝質量和生產(chǎn)能力的需要，往往把包裝機設計成無級可調的，即采用無極變速裝置。包裝機械是特殊種類的專業(yè)機械，使用需求數(shù)量有限。為便于制造和維修，減少設備投資，在各種包裝機械設計中應該注意通用性及多功能性。1.2 國內(nèi)外包裝機械發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢（1）國內(nèi)外包裝機械的概況在世界范圍內(nèi)，包裝工業(yè)的發(fā)展歷史比較短些，科學技術發(fā)達的歐美各國立式粉料包裝機結構設計6大體上是在 20 世紀初起步的，及至 50 年代步伐才大為加快。從 20 世紀初到第二次世界大戰(zhàn)結束前，在醫(yī)藥、食品、煙卷、火柴、日用化工等工業(yè)部門實現(xiàn)了包裝作業(yè)的機械化；50 年代，包裝機廣泛采用以普通電開關和電子管為主要元件的控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了初級自動化；60 年代，包裝機中采用機電光液氣綜合技術明顯增多，機種進一步擴大，在此基礎上實現(xiàn)了專用的自動包裝線；70 年代，將微電子技術引入自動包裝機和包裝線，實現(xiàn)了由電子計算機控制的包裝生產(chǎn)過程；從 80 至 90 年代初開始，在某些包裝領域里將微機，機器人更多的應用于供送、檢測、管理等方面，準備向柔性自動包裝線和“無人化”自動包裝車間過渡。由于社會上各方面的積極推動和有力配合，逐步的建立起包裝材料、包裝印刷、包裝機械等生產(chǎn)部門和與之相適應的科研、設計、情報、教育、學術、管理等組織機構，進而形成了獨立完整的包裝工業(yè)體系，且在整個國民經(jīng)濟中占據(jù)著重要地位。1986 年，世界包裝聯(lián)盟（WPO ）宣告成立，各國的包裝行業(yè)與學術團體更加發(fā)展壯大。根據(jù)近幾年的統(tǒng)計資料得知，這些國家包裝工業(yè)的總產(chǎn)值大約占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值的 2%左右；其中包裝機械所占比重雖然不算很大，但發(fā)展迅猛，平均每年幾乎以 10%左右的速率增長?，F(xiàn)在投產(chǎn)使用的包裝機已超過千余種（約半數(shù)屬于食品包裝機械），同時包裝聯(lián)合機以及自動線的配套設備已于單機等量齊觀了。根據(jù)世界新技術革命的發(fā)展趨勢，預料包裝材料以及與此緊密相關的包裝工藝和包裝機械將會取得一系列新的突破，并且?guī)痈嗟漠a(chǎn)業(yè)部門進入包裝行列。這種形勢反過來又會影響科研、教育事業(yè)，要求未來有大批包裝專家。因此，一般認為，一個國家包裝工業(yè)的總水平基本能反映該國工業(yè)與科學技術現(xiàn)代化的進程。然而由于各國的歷史條件、社會制度、經(jīng)濟基礎機科技水平有所差異，以致各自的發(fā)展狀況也出現(xiàn)一定的不平衡。 美國、日本、德國、意大利是世界上包裝機械四大強國。美國是世界上包裝機械發(fā)展歷史較長的國家，早已形成了獨立完整的包裝機械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。從 20 世紀 90 年代起，美國始終保持著世界最大包裝機械生產(chǎn)和消費大國的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機械與計算機緊密結合，實現(xiàn)機電一體化控制。新型機電產(chǎn)品中以成型、充填、封口三種機械的增長最快，裹包機和薄膜包裝機占整個市場份額的15%，紙盒封盒包裝機在市場占有率中居第二位。從 20 世紀 90 年代初以來，美國包裝機械業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢頭。1998 年美國包裝機械國內(nèi)消費占782%，出口只占產(chǎn)值的 18%，但出口額大。繼加拿大、墨西、日本、英國、德國之后 ，中國是美國包裝機械的第 6 大出口市場。日本的包裝機械制造廠以中小企業(yè)為主，包裝機械的品種近 500 種，規(guī)格有 700 多個。包裝機械以中小型單機為主，具有體積小、精密度高、易安裝、操作方便、自動化程度高等優(yōu)點。90 年代以來，已將變頻調整、光電追蹤、無觸點電子開關、動態(tài)數(shù)據(jù)顯示等技術運用在包裝機械中。日本包裝機械的很大一部分用于食品包裝領域，食品包裝機械產(chǎn)值占包裝機械總產(chǎn)值的一半以上。日本包裝機械的出口額只占產(chǎn)值的 10%。亞洲是日本包裝機械的主要出口市場。自 1995 年起，中國已成為日本包裝機械的最大出口國。德國、意大利、瑞士、英國和法國等，都是世界上很重要的包裝機械生產(chǎn)國家。歐洲各國包裝機械業(yè)的一個共同特點，是出口比例都很大，如德國和意大利近 80%，瑞士超過 90%。中國有著悠久的包裝歷史。我國古代勞動人民對包裝的發(fā)展曾做出許多杰出的貢獻。特別是防腐包裝、防震包裝和禮品包裝更帶有民族的傳統(tǒng)特色，一直延續(xù)至今?？墒侵袊默F(xiàn)代包裝工業(yè)起步較晚，20 世紀 80 年代以前發(fā)展緩慢，只能生產(chǎn)幾種水平很低的包裝機械，主要在煙草加工、制糖、制鹽、釀酒等行業(yè)，包裝機械沒有成為一個獨立的行業(yè)。80 年代以后，由于改革開放，經(jīng)濟迅猛發(fā)展，社會對包裝機械的需求不斷增加，年平均增長速度大于 30%。進入 90 年代，仍以 20%以上的速度增長。現(xiàn)在我國包裝機械已成為機械工業(yè)中十大行業(yè)之一，2001 年全國包裝機械產(chǎn)量達 53.3 萬臺（套），產(chǎn)值為 195.5 億元，占全國包裝工業(yè)總產(chǎn)值的 8.2%，我國已成為世界包裝機械生產(chǎn)和消費大國之一。然而，中國包裝機械存在不少問題。一是缺乏宏觀調控，因包裝機械企業(yè)起點低、“先天不足”且跨部門，存在統(tǒng)籌規(guī)劃、宏觀指導難的問題，在投資和開發(fā)新產(chǎn)品方面往往一哄而起，出現(xiàn)低水平重復的無序競爭。二是缺乏資金投入，難以進行大量的技術改造，因經(jīng)費不足，企業(yè)用于研究和開發(fā)的投資占銷售額平均水平不到 1%，不能做到生產(chǎn)一代，開發(fā)一代，研究一代。由于沒有技術儲備，引進技術、消化吸收工作不力，使企業(yè)新產(chǎn)品少，缺乏競爭力。三是缺乏專業(yè)技術人員，因包裝機械利潤不高，難以吸引優(yōu)秀的技術人才，以致人才隊伍參差不齊，自主開發(fā)產(chǎn)品和創(chuàng)新能力薄弱，甚至消化吸收國外同類產(chǎn)品的能力都很弱，造成產(chǎn)品多年一貫制。以上這些已經(jīng)制約了行業(yè)的發(fā)展。（2）中國包裝機械業(yè)發(fā)展方向立式粉料包裝機結構設計8目前，世界各國對包裝機械發(fā)展十分重視，集機、電、氣、光、聲、磁為一體的高新技術產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、高新技術實用化、科技成果商業(yè)化已成為世界各國包裝機械發(fā)展的趨勢。這也是我國包裝機械業(yè)的發(fā)展方向。對于我國的包裝機械生產(chǎn)企業(yè)，并不是求大求全，而是應求精求專。努力提高技術含量，把產(chǎn)品做精、做細、做專、做強，靠技術進步來提升行業(yè)的發(fā)展。近年來，中央曾采取一系列有力措施，有計劃的改造從前遺留下來的陳舊設備，同時采取引進與研究相結合不到辦法，逐步提高我國包裝機械的生產(chǎn)水平。令人鼓舞的是，通過全行業(yè)大聯(lián)合，業(yè)已取得顯著成績。至今，全國已涌現(xiàn)出一大批包裝機械制造企業(yè)和科研、設計、情報單位。新開發(fā)的一些機種有的開始面向出口。據(jù)有關專家分析，我國包裝機械業(yè)主要門類產(chǎn)品發(fā)展趨向如下袋成型—充填—封口設備 發(fā)展系列化產(chǎn)品及配套裝置，解決對物料的適應性、配套性和可靠性問題；采用先進技術。提高速度，同時可適用于単膜和復合膜兩用的包裝機；盡快開發(fā)性能可靠、高水品的粉粒自動包裝設備。啤酒、飲料灌裝成套設備 開發(fā)適用于 10 萬噸/年以上大型啤酒、飲料灌裝成套設備；發(fā)展具有高速、低耗、計量精度、自動檢測等多功能全自動大型成套設備，使灌裝、壓蓋、貼標、捆扎、集裝等工序的生產(chǎn)效率一致，提高啤酒、飲料灌裝的整配套整體技術水平。稱量式充填設備 發(fā)展各種形式的稱量充填設備，努力提高速度、精度及穩(wěn)定性和可靠性，并與自動化包裝設備相配套。裹包設備 提高產(chǎn)品的可靠性和操作安全性；除塑料薄膜裹包設備外，還要開發(fā)折紙設備；大力發(fā)展與裹包設備配套的各種輔助裝置，一擴大主機功能應用面。捆扎包裝設備 發(fā)展多種多樣的捆扎機械；重點開發(fā)小型臺式和大型塑料帶捆扎設備和重物的自動連續(xù)鋼帶捆扎機，開發(fā)小型紙帶捆扎機，提高果蔬，日用百貨，工業(yè)材料包裝自動化水平。無菌包裝設備 縮短與國際先進水平的差距，提高速度，完善性能；發(fā)展大袋無菌包裝技術和設備；研制半液體無菌包裝設備，使無菌包裝設備產(chǎn)品系列化；發(fā)展杯式無菌小包裝機械產(chǎn)品，以填補國內(nèi)空白。真空、換氣包裝設備 發(fā)展適用于袋容量較大的連續(xù)或半連續(xù)真空包裝設備和將所需氣體按比例充入袋內(nèi)的高速換氣包裝設備。9瓦楞紙板生產(chǎn)設備 發(fā)展寬幅、高速成套設備；在中輕型設備上注重成套性；擴展計算機技術的應用深度和廣度，重在提高性能，提高可靠性。制罐設備 研制無汞焊輪和專用電源，提高生產(chǎn)速度；發(fā)展復合罐、異形罐和噴霧罐等多種系列制罐成套設備及相應的制蓋生產(chǎn)線。1.3 本文主要研究內(nèi)容本文針對袋成型—充填—封口包裝機類型的包裝機進行研究設計。 袋成型—充填—封口機常用于包裝塊狀、片狀、粒狀、梗枝狀、粉狀以及流體和半流體物料。通過對包裝機械國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和多種典型袋裝機工作原理的分析，對袋裝機的總體結構進行了設計，整體采用立式結構。通過薄膜牽拉供送裝置的拉力拉動薄膜包裝材料，通過成型器成型變?yōu)橥矤?。被包裝物料的供料筒設置在制袋器內(nèi)側，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行。其組成：計量裝置，傳動裝置，橫封和縱封裝置、成型器、充填管及薄膜牽拉供送機構。如圖 1-1 所示：被包裝物料供料 計量 充填包裝材料 定尺寸牽引光標定位成型封接 封口 充氣排氣切斷產(chǎn)品質量檢測廢品剔除 計數(shù)輸出圖 1-1 袋成型—充填—封口包裝機構成示意圖Fig.1-1 Process of bag-making,filling-in and sealing-off structural立式粉料包裝機結構設計10本文主要研究傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)，對橫封和縱封裝置、成型器及薄膜牽拉供送機構做重點介紹。2.總體方案設計2.1 包裝機的組成包裝機械屬于自動機范疇，它的種類繁多，結構復雜，新型包裝機械不斷涌現(xiàn)，很難將它們的組成分類。但通過對大量包裝機械的工作原理和結構性能的分析，可找出其組成的共同點。包裝機械由動力系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)等組成。為了便于掌握和研究包裝機械的工作原理與結構性能，通常又將包裝機械分成下列組成部分。（1）包裝材料的整理與供送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將包裝材料（包括剛性、半剛性、剛性包裝材料和包裝容器及輔助物）進行定長切斷或整理排列，并逐個輸送到預定工位的系統(tǒng)，如糖果包裝機中包裝紙的供送，切斷機構。有點系統(tǒng)在供送過程中還能完成制袋或包轉容器的豎起、定型、定位等工作，有的封罐機的供送系統(tǒng)還可完成罐蓋的定向、供送等工作。（2）被包裝物品的計量與供送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將被包裝物品進行計量、整理、排列，并輸送到預定工位的系統(tǒng)。有的還可完成被包裝物品的定型、分割。如飲料灌裝機的計量和液料供送系統(tǒng)；餅干包裝機的餅干整理、排列和供送系統(tǒng)。（3）主傳送系統(tǒng) 該系統(tǒng)是將包裝材料和被包裝物品由一個包裝工位順序傳送到下一個包裝工位的系統(tǒng)。單工位包裝機沒有傳送系統(tǒng)。全部包裝工序在包裝機上往往分散成幾個工位來協(xié)同完成供送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。主傳送機構的形式影響其外形，所以必須有專門的機構來傳送包裝材料和被包裝物品，直到把產(chǎn)品輸出。（4）包裝執(zhí)行機構 包裝執(zhí)行機構是直接完成包裝操作的機構，即完成裹包、灌裝、封口、貼標、捆扎等操作的機構。如糖果裹包機的前、后推糖板，抄紙板，糖鉗手和扭結手等組成的機構就是包轉執(zhí)行機構；封裝機中的兩道卷封滾輪也是包裝執(zhí)行機構。（5）成品輸出機構 產(chǎn)品輸出機構是把包裝好的產(chǎn)品從包裝機上卸下、定向排列并輸出的機構。有的包裝機械的成品輸出是由主傳送機構完成的或是11靠包裝產(chǎn)品的自重卸下的。（6）動力機與傳動系統(tǒng) 動力機是機械工作的原動力，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中通常為電動機，傳動系統(tǒng)是指將動力機的動力與傳動執(zhí)行機構和控制系統(tǒng)，使其實現(xiàn)預定動作的裝置。通常由傳動零件，如帶輪、齒輪、鏈輪、凸輪、渦輪、蝸桿等組成，或者由機、電、液、氣等多種形式的傳動組成。（7）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由各種手動、自動裝置組成。在包裝機中從動力的輸出、傳動機構的運轉、包裝執(zhí)行機構的動作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是由控制系統(tǒng)指令操作的。它包括執(zhí)行機構的動作及相互配合以及包裝產(chǎn)品的輸出，都是由控制系統(tǒng)指令操作的。它包括包裝過程、包裝質量、故障與安全的控制?，F(xiàn)代包裝機械的控制方法除機械形式外，還有電氣控制，氣動控制、光電控制、電子控制和射流控制，可根據(jù)包裝機械的自動化水平和生產(chǎn)要求選擇。（8）機身 機身用于安裝、固定、支撐包裝機所有的零部件，滿足其相互運動和相互位置的要求。因此，機身必須具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。2.2 典型袋裝機的結構及工作原理由于包裝袋形式的多樣性，決定了完成袋裝充填的包裝機械的機型和結構形式繁多。其機器的主要構成部分有：包裝物料的供送裝置，制袋成型器、產(chǎn)品定量和充填裝置，封袋與切斷裝置、成品輸送裝置等?，F(xiàn)就一些典型的結構及工作原理加以說明。袋成型—充填—封口機按工藝路線走向可分為立式與臥式；按制袋、充填、封口等工序間的布局情況可分為直線型與回轉型，臥式直移型通常只有間歇運動的機型。（1）立式袋成型—充填—封口機立式袋成型—充填—封口機是包裝機械中應用最廣泛，批量最大的機型之一。其特點是被包裝物品的供料筒設置在制袋器內(nèi)側，制袋與充填物料由上到下沿豎直方向進行這類袋裝機械按工藝路線走向可分為立式與臥式；按制袋、充填、封口等工序間的布局情況可分為直移型與回轉型；臥式直移型通常只有間歇運動的機型。按其所形成的袋子的結構形式不同，包裝機可分為以下幾種類型。1)枕形袋成型—充填—封口機立式粉料包裝機結構設計12如圖 2-1 所示是立式、連續(xù)運動枕形袋象鼻成型器—充填—封口機，可完成縱封對接封口，充填封口及切斷工作。卷筒薄膜 1 在多到導輥、張緊裝置的作用下，由光電檢測裝置對包裝材料上的商標圖案位置進行檢測后，被引入象鼻形成器 2，將薄膜卷折成圓筒狀，被連續(xù)回轉的縱封器 4 加熱加壓熱封定型，同時縱封器 4 連續(xù)回轉牽引薄膜料袋自上而下連續(xù)運動。計量好的物料由加料斗 3 充填入已封底的料袋中，橫封器 5 不等速回轉，分別將上下兩袋的袋口和袋底封合，縱封器的回轉軸線與橫封器回轉軸線成空間垂直，因而獲得枕式袋，封好口的連續(xù)袋由下面回轉切刀 7 與固定切刀 6 接觸式切斷分開，得到成品。圖 2-1 象鼻形成型器—充填—封口機Fig.2-1 Elephant-nose auto-packing machines for bag-making,filling-in and sealing-off1-卷筒薄膜 2-象鼻成型器 3-加料斗 4-縱封器 5-橫封輥 6-固定切刀 7-回轉切刀圖 2-2 所示是立式、間歇運動的翻領形成型器—充填—封口機，可完成制袋、縱封、充填、封口及切斷等工作。卷筒薄膜經(jīng)多道導輥引上翻領形成型器2，縱封器 3 封合定型搭接或對接成圓筒狀，計量后的物料通過加料管 1 導入袋內(nèi)，橫封器 4 在封底同時將袋間歇的向下牽引，并在兩袋間切斷使之分開。13圖 2-2 翻領形成型器—充填—封口機Fig.2-2 Lapel shaper auto-packing machines for bag-making,filling-in and sealing-off1-加料管 2-翻領成型器 3-縱封器 4-橫封器2)四邊封口袋成型—充填—封口機圖 2-3 為四邊封口袋成型—充填—封口機示意圖，兩個卷筒薄膜經(jīng)導輥進入加料管 1 的兩側，縱封器 2 將其對接成圓筒狀后填充物料，隨后橫封器 3 將其橫行封口，切刀 4 將料袋切斷成單個四邊封口袋成品。圖 2-3 四邊封口袋成型—充填—封口機立式粉料包裝機結構設計14Fig.2-3 Quadrilateral Sealing packing mach ines for bag-making,filling-in and sealing-off1-加料管 2-雙道縱封輥 3-橫封器 4-切刀3)三邊封口袋成型—充填—封口機圖 2-4 所示為三邊封口袋成型—充填—封口機，卷筒薄膜經(jīng)多道導輥被引入象鼻成型器 1，在成型器下端薄膜逐漸卷曲成圓筒，接著被縱封器 3 進行加熱加壓封合，同時縱封滾輪還進行薄膜的拉送。被包裝物料經(jīng)計量裝置定量后由加料斗 2 與成型器內(nèi)壁組成的充填筒導入袋內(nèi)。橫封器 4 將其橫向封口，縱封器的回轉軸線與橫封器回轉軸線成空間平行，封好的袋由切刀 5 將料袋 從橫封邊居中切斷分開，得到三邊封口袋。由于象鼻形成器制袋時對薄膜的牽引力比翻領形成器小，所以對薄膜強度的要求并不高。圖 2-4 三邊封口袋成型—充填—封口機Fig.2-4 Tri-sealing packing machines for bag-making,filling-in and sealing-offines for bag-making,filling-in and sealing-off1-象鼻成型器 2-加料斗 3-縱封器 4-橫封器 5-切刀立式連續(xù)的三邊封口多功能包裝機的成型器也有 U 形的，機器的基本工作原理與象鼻成型器的一樣，只是成型器不一樣而已。4)屋頂形成型—充填—封口機 圖 2-5 所示為屋頂形成型—充填—封口機，該成型裝置較復雜，包括成型圓管筒裝置、成型方管筒裝置。折角板 8 使兩端收口，橫封器 9 橫封上下兩道15封口并切斷，在橫向封口裝置完成上述操作過程中，受包裝袋筒牽引裝置 6 的作用，夾持薄膜向下牽拉一個袋長距離，而后松弛，空程返回。分離下來的包裝袋由燙底器 11 將自立袋底部燙成平底，而后排除。圖 2-5 屋頂形成器—充填—封口機Fig.2-5 Dom-packing machines for bag-making,filling-in and sealing-off1-圓形料管 2-翻領成型器 3-導輥 4-折紙滾輪 5-縱封器 6-吸氣拉袋裝置 7-方形料管 8-折角板 9-橫封器 10-切刀 11-燙底器 12-輸出槽（2）臥式袋立式袋成型—充填—封口機臥式成型—充填—封口機是物料充填與袋子成型沿水平方向進行，可以包裝塊狀，梗枝狀、顆粒狀等固體物料，如點心、方便面、面包、香腸、糖果等。其組成與立式袋成型—充填—封口機相比，由于包裝材料在成型制袋過程中充填管不伸入袋管筒中，袋口的運動方向與充填物料方向呈垂直狀態(tài)，袋之間是側邊相互連接，這些決定臥式包裝工藝過程、執(zhí)行機構的結構均比立式機要復雜的多，需增加一些專門的工作裝置，如袋口裝置。袋口裝置有多鐘形式，有采用隔板的，還有采用吸盤的。采用吸盤的在開袋工位將袋口吸開，并往袋內(nèi)噴吹壓縮空氣，使袋口張開，由鉗手使包裝的袋口保持張開，以使充填物順利充填。臥式袋成型—充填—封口機按其成型袋的結構形式可分為：四面封袋、立式粉料包裝機結構設計16三面封袋和筒狀薄膜成型—充填—封口機。此處不做贅述。綜合上述各個機構的優(yōu)缺點，本設計采用象鼻形成型器—充填—封口機的設計思路，并對其橫封裝置部分進行一定的改進，應用連續(xù)式橫封器，實現(xiàn)封裝的連續(xù)性。2.3 袋裝機的設計數(shù)據(jù)與要求袋裝機的設計數(shù)據(jù)與要求，大體上包括以下幾個方面：(1)生產(chǎn)數(shù)據(jù):1)包裝袋尺寸 80×60mm 2)包裝速度 60~100 袋/min 3)外形尺寸 750×750×1750mm(2)選擇設計尺寸1)包裝塑料薄膜寬度 1202)包裝速度 90 袋/min3)外形尺寸 750×750×1750mm(3)設計要求：1)同步齒形帶式薄膜牽拉供送機構同步齒形帶式機構是在充填筒兩側對稱安裝兩組同步齒形帶，齒形帶轉動時靠摩擦完成拉膜。同步齒形帶與充填筒和薄膜之間的壓力可有彈簧或氣缸提供。設計過程主要包括同步齒形帶、拉簧、帶輪的計算選取。2)縱封裝置根據(jù)所要達到的袋長規(guī)格和牽拉速度，選擇合適的縱封速度，合理設計縱封輥，加熱線圈和軸承。3)連續(xù)式橫封裝置17根據(jù)所要達到的袋長規(guī)格和牽拉速度，合理選擇電熱管，橫封輪轂和軸承等。4)象鼻式成型器根據(jù)袋寬尺寸合理設計象鼻式成型器的結構，要求能夠防止包裝材料的跑偏，并且便于縱封裝置的安裝。5)傳動裝置包括電機的選用，嚙合齒輪的設計，卷筒的合理選擇，導軌組及張緊裝置的設計。2.4 方案的簡介與比較選擇根據(jù)袋包裝機不同結構種類的組合，帶包裝機的方案有多種，前面已經(jīng)提到，本設計采用象鼻式成型器-充填-封口結構進行設計，這樣就縮小了我們的選擇范圍，如表 2-1 所示是兩種典型的設計方案：表 2-1 設計方案Table2-1 Design scheme機構名稱機構形式 袋成型機構 熱定型式封口機構輸送機構組成 袋包裝機由 1 個固定在機架上的傳動桿套牢卷筒薄膜，令三根傳動桿作繃緊裝置象鼻成型器1 對縱封輥，1 對橫封輥帶式輸送機功能實現(xiàn)過程把圈在筒上的單層塑料薄膜通過設計的繃緊機構以平張薄膜的形式輸送到象鼻成型器，象鼻成型器把接收到的平張薄膜通過三角板和圓弧槽卷成圓筒狀，利于豎封和灌料；縱封輥回轉，對圓筒狀包裝紙進行枕式豎封；與此同時薄膜牽拉供送裝置依靠兩對同步帶輪的摩擦牽引包裝塑料薄膜，使之向下運動，保證包裝塑料薄膜的持續(xù)成型；回轉的橫封輥，對已豎封的筒狀包裝紙周期性的封口，產(chǎn)品制成依靠自身中立，通過輸出口輸出。方案一特點整體機構多利用齒輪傳動，傳力特性良好，運動精確性高，工作效率高，靠操作性強，安全可靠性高，加工容易，互換性良好而制造成本低廉機構名稱 機構形式 袋成型機構 熱定型式封口 輸送機構立式粉料包裝機結構設計18機構組成 袋包裝機由 1 個固定在機架上的傳動桿套牢卷筒薄膜象鼻成型器 L 型封口器，橫封器 帶式輸送機功能實現(xiàn)過程在此方案中采用間歇式運動，包裝袋成型的方式是紙從上方向下運送，運動是由下方的輥輪牽引的。紙通過象鼻式成型器將其卷成圓筒狀后繼續(xù)向下運動。封口成 L 型，將紙筒的縱向開口和底面開口封合，封好后開始進行灌裝。灌裝好后的塑料包裝袋繼續(xù)向下運動，下面橫封器使上開口封合，并由下面的切刀切斷。方案二特點整體機構多利用齒輪、鏈輪，傳力特性良好，靠操作性強，安全可靠性高，加工容易，封口和切斷在一個運動中同時完成，操作簡單，但對機構要求較高。 通過以上兩種方案的對比，我們可以看出方案一的整體機構傳力特性良好，運動精確性高，工作效率高，靠操作性強，安全可靠性高，加工容易，互換性良好而制造成本低廉等等特點更加符合生產(chǎn)需求，所以我們選擇方案一的思路進行設計。193．袋裝機主要結構的設計3.1 成型器的設計袋成型器是各種成型充填封口包裝機上的重要部件之一，對包裝袋的形式、尺寸、產(chǎn)品包裝質量、機器的布局等均有直接的影響，是塑料薄膜材料折疊成各種袋型的專用裝置。成型器常用的有翻領成型器、象鼻式成型器、三角形成型器、U 型成型器和缺口導板成型器等。3.1.1 袋成型器的選擇常見成型器：三角板成型器、U 形板成型器、翻領成型器、象鼻成型器的特點和應用范圍如表 3-1 所示。表 3-1 成型器的比較Table3-1 The comparing of former成型器類型成型特點 應用范圍 適應性 折疊成型時受力狀況是否滿足課程要求備注立式粉料包裝機結構設計20三角板成型器可將平張薄膜折疊成型多種機型上應用，尤其當制袋規(guī)格較大變化時良好 差 是U 形板成型器可將平張薄膜折疊成型應用比較廣 較好 比三角板成型器好是象鼻成型器可將平張薄膜折疊成型只能適應一種袋寬較好 彎折平緩，成型阻力小是 設計制造比翻領式簡單翻領成型器可將平張薄膜折疊成型只能適應一種袋寬較差 成型阻力較大，容易造成拉伸等塑性變形是 設計、制造和調試比其他成型器復雜結合成型器的特點（包括優(yōu)缺點）和課程設計要求，此方案選擇象鼻成型器作為立式袋包裝機的袋成型機構。3.1.2 袋成型器的設計(1)三角板的設計象鼻成型器可以看作在 U 形板成型器的基礎上，對結構作一些修改而形成的成型器如圖 3-1 所示。三角板的安裝角 ，并以此算其頂角 2B。按012~5?A所制空袋的袋寬 2a 確定三角板的高 ，按 U 行成型器的設計方法找準圓弧ah槽裝接位置 m,圓弧槽圓弧半徑為 。??R3.021圖 3-1 象鼻式成型器Fig.3-1 Elephant-nose-fomer圖中個數(shù)值之間的關系如表 3-2：表 3-2 成型器參數(shù)表Table3-2 Parametric of fomer未知 關系式 數(shù)值R 設 aR2.0?12mmB BAtnsi 9.851°m m16.97mm(2)圓弧槽的設計在 U 形成型器中，U 形槽的周長與袋寬相等，那么在我們設計的圓弧槽中，我們加入了橢圓，使得在豎封的時候更容易成形；同時我們留出 20mm 的余量，利于封口，即：橢圓周長 L，短軸長 d，長軸長 c，則 ，且??c????42?R?圓弧槽（包括橢圓部分）的周長 , 且 ??dcY????2???maY0?由以上式子得， , mc32.4?d1?3.2 薄膜牽拉供送裝置的設計包裝薄膜的牽拉送進機構（拉膜機構）種類較多，常見的有膠輥式拉膜機構、滾輪式拉膜機構、氣動式拉膜機構、同步齒形帶式拉膜機構，由于同步齒形帶式拉膜機構結構簡單、制造使用方便，價格低廉等優(yōu)勢，本設計選擇同步齒形帶傳動進行設計。同步齒形帶式拉膜機構是在充填筒兩側對稱安裝兩組同步齒形帶，齒形帶轉動時靠摩擦完成拉膜。同步齒形帶與充填筒和薄膜之間的壓力可由薄膜間的彈簧提供。該種傳動方式具有傳動比準確，運動平穩(wěn)等特點。如圖 3-2 所示立式粉料包裝機結構設計22圖 3-2 同步齒形帶式薄膜牽拉裝置Fig.3-2 Circular Arc Profile Synchronous Belt of thin-film pull device 1-充填筒 2-拉簧 3-同步齒形帶 4-同步帶輪 5-支板3.2.1 齒輪的設計計算已知薄膜牽拉機構的功率 , , ,預期壽命 10 年KWP1.0?min29r1??（每年按 300 天計算） ，載荷平穩(wěn)，單班制。解：該齒輪傳動是閉式傳動，通常采用齒面硬度 的軟齒面鋼制HBS350?齒輪。根據(jù)計算準則，應按齒面接觸疲勞強度設計，確定齒輪傳動的參數(shù)尺寸，然后驗算齒輪的彎曲疲勞強度，計算步驟如下：（1）選擇材料，熱處理方式及精度等級①選擇齒輪材料，熱處理方式該齒輪傳動無特殊要求，可選一般齒輪材料，考慮 的要求，查表得原動機齒輪選用 45 鋼，HBSSHB50~321??正火處理，齒面硬度 169~217HBS②選定精度等級因該齒輪為一般齒輪傳動，圓周速度小于 5m/s,查表初選 8 級精度。（2）按齒面接觸疲勞強度設計①a.選擇齒數(shù) 選 , 261?Z1?23b.確定極限應力 ，查圖表，按齒面硬度值 255HBS,查得原動齒輪lim?,按齒面硬度值 200HBS,查得從動齒輪MPa601lim?? MPa502lim??c.應力循環(huán)次數(shù) N ,確定壽命系數(shù) ZN（3-71 1064.831056?????tn1）（3-704.82??2）查得 12?NIZd.許用應力 查表 ,由式得，limHS（3-??MPaNH6011lim1??3）（3-??ZSNH52lim2 ??4）e.載荷系數(shù) K 查表得，按原動機和工作機特性，選 1?Kf.計算小齒輪傳遞的轉矩。（3-mNT????5.327091.05.9165）g.選擇齒寬系數(shù) 查表，因齒輪不對稱布置， 4.0?d?h.節(jié)點區(qū)域系數(shù) 5.2?HZi.確定材料系數(shù) ZE,查表得， MPaE8.19②計算 d1 和 va.原動齒輪分度圓直徑立式粉料包裝機結構設計24（3-????mZKTdHEd 5.132508.19.24.0537123 22?????????????????????????6）b.圓周速度（3-snd5210695.310????????7）故 8 級精度合適c.模數(shù)（3-03.5261?Zdm8）圓整取 （3）計算齒輪的主要尺寸①齒輪的分度圓直徑 （3-mZd13026511????9）（3-22?10）②中心距（3-??mda130212???11）③齒寬（3-db51304.1???12）取 ，m52?mb21?25（4）驗算齒輪彎曲疲勞強度①確定極限應力 mlib'?根據(jù)圖表，按照齒面硬度中間值 225，查得原動齒輪 .按MPab251lim'??齒面硬度中間值 200HBS,查得大齒輪 Pab215lim'??②確定壽命系數(shù) 由圖表查得 和 ，由題意可知，NIY21NY③確定最小安全系數(shù) 查表得，limFS4.limFS④確定許用應力 ??'b?（3-?? MPaSYbFNb 7.1604.251' 1minli' ?????13）（3-Fb .3.' 2inli'2?14）⑤確定復合齒形系數(shù) 和 ，查表得，1SY2F（3-2.411??FaSFY15）（3-0.22?FaSF16）④計算齒根彎曲應力（3-??1'11' 847.05132.72 bFSbmdYKT ?? ??????17）（3-??2'12'2' 7408. bFSbY?18）故符合要求。3.2.2 同步齒形帶傳動的設計立式粉料包裝機結構設計26已知主動帶輪 ,從動帶輪 。單班制工作，兩軸min6.17rn?min6.172r?間距離為 a.3(1)由于該同步帶傳動機構的功率 ,選擇周節(jié)制同步帶KW5.0?(2)選擇帶型根據(jù)基準帶寬所傳遞的功率，選擇帶型 MXL,齒距制式：周節(jié)制。查表可知，節(jié)距 ,齒形角 ，齒頂厚 ,齒高 ,齒mPb032.?042??mS14.?mht51.0?寬 ， 型號：025 型s4.6(3)因傳動比 ，故 ,初選帶輪基準直徑1?21dd721(4)初選同步齒形帶的節(jié)線長 ,代號為 230mL580?(5)驗算中心距（3-??mdLPa170258021????????????19）（3-LaP3.61.min?20）（3-mP7.805.ax??21）故中心距 。在此范圍內(nèi)，所選同步齒形帶符合尺寸要求。所6.13以該同步齒形帶的型號為：230 MXL 0253. 2. 3 同步帶輪主軸的設計計算軸是組成機器的主要零件之一。一切作回轉運動的零件（例如齒輪、蝸輪等） ，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此，軸的主要功用是支承回轉零件及傳遞運動和動力。27軸的設計也和其他零件的設計相似，包括結構設計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。軸的結構設計是根據(jù)軸上的零件安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。軸的設計，從節(jié)省材料、減少質量的角度來說，各橫截面強度相等是最好，最理想的；從加工工藝的角度來說，軸的形狀卻是越簡單越好，簡單的軸制造時省工，熱處理不易變形，并有可能減少應力集中。在決定軸的外形時，在保證裝配精度的前提下，既要考慮節(jié)省材料，又要考慮便于加工和裝配。因此實際的軸大多做成階梯型的。 。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算，多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度，這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形；而對剛度要求高的軸（如車床主軸）和受力大的細長軸，還應進行剛度計算，以防止工作時產(chǎn)生過大的彈性變形；對高速運轉的軸，還應進行振動穩(wěn)定性計算，以防止發(fā)生共振而破壞。（1）初估軸的最小軸徑 mind選用 45 鋼調質處理，查表得，其硬度為 217~255HBS 根據(jù)公式： ，取30nPAd?150?則 （3-22）m4.29.1530????????考慮軸端擬安裝聯(lián)軸器，需開設鍵槽，須將計算值放大 4%~5%，此處取 5%，則 ??d047.21%5104.2????∴選 m?（2）軸的結構設計1）軸上零件的定位，固定和裝配將圓柱主傳動齒輪在軸上用普通平鍵做周向過渡配合固定，兩軸承以軸肩擋圈和套筒定位，采用過渡配合固定軸向固定采用軸肩與套筒雙向固定的方式，如圖 3-3 所示。立式粉料包裝機結構設計28圖 3-3 同步帶齒輪軸 1Fig.3-3 Synchronous belt round axis12）確定軸各段直徑和長度軸段：○ 1d軸 間有定位肩，所以 2~hd212??，所以 ????mh4.~68.1.07???,為保證軸的強度，取??md 8.~36.712 ????m35軸段： 之間，為軸肩擋圈，查表得 ○ 2 32~dd32?軸段：按 軸上安裝的深溝球軸承的孔徑系列圓整，取○ 3 4d4 md40軸段： 5軸段間有非定位軸肩，且因與周孔配合，應按軸徑系列○ 4 5圓整，取 m2?軸段： 間有定位軸肩（軸環(huán)） ，并且因無配合要求，按自然整○ 5 6d65~d數(shù)圓整 ,所以??????mh 2.4~8.21.0~7.1.07. ????,取5064824256???? d506?軸段： 段間安裝同步帶輪，○ 6 7d76~d,取????h~0.1.??? 42729⑦ 軸段：為保證軸承座孔的同軸度，取右端軸承處軸徑亦為8d md40'?（3）確定各軸段的長度1） 段、 段和 段L57L與傳動零件配裝的軸段，長度應略小于傳動零件的輥長 2~3mm,以確保輪轂零件的軸向定位。① 選 Y 型凸緣聯(lián)軸器，其周孔長度 ,所以取mL381?mL421?② 鑄造齒輪的輥長應取 ,??????dB60~.375.~25.25 ?取 ,所以取 段長 , 段安裝同步齒輪 ,取mB45?5L47B,其余各軸段長度可以從安裝齒輪處軸段開始。L272）① 軸段， 軸段長：48為軸承座寬度，由軸承座旁連接螺栓直徑 、扳手空間 和 ，凸臺s 1d1c2高度，箱座厚度等決定，本設計取 ,mL324?68② 軸段長：2L軸段為過渡軸肩，根據(jù)該設計的需求 72③ 軸段長：3根據(jù)軸肩擋圈與軸的配合，查表可得 mL5.13?④ 軸段長：6L軸段為軸環(huán)寬度，所以 ????mhb8.5~976.32.4~8.4.6 ??取 , mb4?m46?（4）計算軸承跨距因為是非對稱布置，所以 BLBL135284675 ????立式粉料包裝機結構設計30（5）軸的強度校核1）作力學模型，如圖 3-42）計算支撐力① H 面反力，如圖 3-4（3-NFtA7.1635.??23）（3-??tBH3.89.4?24）② V 面支反力，如圖 3-4按中間平面計算：（3-NFrBVA9128??25）3)①H 面彎矩，如圖 3-4（3-??mNLFMADD ?????? 45.12078395.647.126）③ V 面彎矩，如圖 3-4（3-LACCH ?????5.61423927）4)扭矩，如圖 3-4mNT??32705)當量彎矩對于單向傳動的轉軸，按脈動循環(huán)考慮，取 ，D 面當量彎矩，如圖6.0??3-4（3-??mNTMDH?????85.12363706.45.120782?