本科畢業(yè)設計（論文） 全自動成型灌裝封口包裝機中自動間隙式封口膜傳送機構的設計學 院 機電工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 （機械電子工程方向) 年級班別 學 號 學生姓名 指導教師 全自動成型灌裝封口包裝機中自動間隙式封口膜傳送機構 的設計摘 要灌裝封口機顧名思義是一種既可灌裝又可封口的一種機器，針對不同行業(yè)可有不同機型。它在食品領域主要應用于無菌食品以及帶有不同粘稠度可泵送的半流體產品。本論文主要涉及全自動成型灌裝封口包裝機中自動間隙式封口膜傳送機構的設計。送膜機構是指將包裝膜通過一定的軌跡輸送到指定工位進行加工的機構。本次設計包括送膜機構方案的選擇，具體結構的設計，機械零部件參數計算，相關材料選擇、電氣元件的選型，用 SolidWorks 軟件建立起機構的三維模型示意圖，并導出對應的裝配圖、零件圖。確定相關配合公差，使用 ansys 軟件對關鍵零件的受力程度和形變量進行有限分分析。使得設計出的送膜機構能實現間隙送膜,并且機器運行過程中要保證膜的松緊程度相對穩(wěn)定，出現故障可以及時停機，滿足灌裝封口包裝機的使用要求關鍵詞：食品包裝機械，送膜機構，設計，有限元分析AbstractAs the name suggests，the filling and sealing machine is a kind of machine that can be filled and sealed, and can be different for different industries.It is mainly used in the field of food products of sterile food and the semi fluid products of different viscosity which can be pumped.This thesis is mainly related to design about the sealing film delivery mechanism with automatic gap type in the fully automatic Forming filling sealing packaging machine.The sealing film delivery mechanism is refers to the packaging film through a certain path to the designated position of the processing mechanism. It includes Scheme selection,design of concrete structure,parameter calculation of mechanical components,selection of related materials,type selection of electrical components,using SolidWorks software to establish the 3D model of the mechanism,and make the corresponding assembly drawing and part drawing,determine the relative fit tolerance,using ANSYS software to analyze the stress degree and shape variable of key parts.Made the design of the film feeding mechanism can realize the gap to send the film and ensure that the degree of tightness of the film is relatively stable in the course of running of the machine.It also can be stopped in time if gets a failure .Meet the requirements of the use of filling and sealing packaging machine.Key words: Food packaging machinery, Film feeding mechanism,Design, finite element analysis目 錄1 緒論.11.1 食品包裝技術介紹11.2 包裝機械簡介21.3 灌裝封口機簡介31.4 本文主要研究課題32 送膜機構簡介.43 送膜機構方案設計選擇.63.1 機構的設計要求63.2 送膜機構整體設計概述63.3 裝料部分設計83.4 驅動部分設計83.4.1 驅動部分結構設計.83.4.2 驅動電機的選擇.93.4.3 齒輪副的選擇設計.103.4.4 導膠軸的結構設計.143.4.5 鍵的選擇.153.4.6 軸承的選擇.153.5 張緊裝置設計163.5.1 張緊裝置結構設計.163.5.2 限位開關選型.173.6 色標檢測和剎車部分設計183.6.1 色標檢測和剎車部分結構設計.183.6.2 氣缸的選型.183.6.3 色標傳感器的選型.193.7 緩沖機構的設計204 送膜機構材料選擇.235 零件圖設計.256 機構零件的有限元分析.277 總結與展望.32參考文獻.33致謝.3411 緒論1.1 食品包裝技術介紹我們知道，沒有經過封存包裝的食品只能保存很短的時間，食品如果不能及時食用就會腐壞變質，失去其食用價值，而食品包裝技術可以延長食品的保質期，提高其價值性，食品包裝可以保護食品的外觀質量和食品的原有品質，延長食品的保存期，還可以增加食品品種，方便消費者，方便流通。食品包裝又可以防止食品的污染，促進食品流通的合理性和計劃性，促進食品的競爭，擴大食品的銷售。因此,充分利用現有的食品資源，通過加工和包裝向人民提供豐富、安全、衛(wèi)生、富有營養(yǎng)的食品，是人們生存和發(fā)展的需要,現代生活離不開食品包裝。現代食品包裝技術主要包括以下幾種技術：充填技術：充填是指將食品按一定的規(guī)格、重量要求充入到包裝容器中的操作，主要包括食品的計量和充入。根據食品計量方式的不同,將食品充填技術分為容積式充填、稱重式充填和計數式充填三種方式。灌裝技術：灌裝是指將液體(或半流體)食品灌入包裝容器內的操作。液體的灌裝具有灌裝精度高，使用方便、衛(wèi)生、快速的特點。液體的灌裝方法一般有常壓灌裝、等壓灌裝、真空灌裝和壓力灌裝。裹包技術：裹包是塊狀類物品包裝的基本形式，它用柔性包裝材料對被包裝物品進行全部或局部的包封。這種方法不但能對單件物品進行裹包，也能對排列后的物品做集積式裹包。由于塊狀物品的物化特性各異，所需裹包的目的不同，裹包的形式也多種多樣，一般可分為半裹包、全裹包、纏繞裹包、貼體裹包、收縮裹包以及拉伸裹包。袋裝技術：在現代食品加工工業(yè)中,袋裝技術應用最為廣泛，許多食品包裝技術都是以袋裝技術為基礎發(fā)展起來的。集裝技術：集裝技術就是將若干產品或包裝件包裝在一起，使其形成一個合適的搬運單元。集裝的目的就是節(jié)省運輸費用；減少貨差、貨損事故；便于實現搬運現代化；提高倉庫與貨位利用率。封口技術：封口操作是食品包裝繼計量充填或灌裝之后的另一道重要的包裝工序。2由于被包裝食品種類繁多,包裝要求所用的包裝材料和容器各不相同，因此采用的封口技術也就各不相同。按封口的不同方法,分為無封口材料的封口機、有封口材料的封口機和有輔助封口材料的封口機 3 種。貼標技術：貼標是在包裝作業(yè)的最后進行。標簽是在容器或商品上的標示，標簽的種類主要有膠粘標簽、熱敏標簽等以及直接印在包裝件或包裝容器上的標簽。貼標的基本工藝過程一般為取標、標簽傳送、印碼、涂膠、貼標、撫平等。綠色包裝技術：綠色包裝是指包裝材料及包裝制品從設計、制造、使用到廢棄及其處理均對環(huán)境無害，或者說在包裝的全過程中對環(huán)境的影響降低到最低限度。綠色包裝技術主要體現在回收技術、減量技術、再生技術 [1]。而要實現這些食品包裝技術，做到高效精準，需要制作對應的包裝機械。1.2 包裝機械簡介包裝機械除具有一般機械的共性外，還具有其自身的特點。主要是多功能、高速度、自動化程度高、成套性較強、多品種、小批量生產和容易實現三化(系列化、通用化、標準化) 等特點?，F代商品種類繁多，尺寸各異，因此對包裝機械的要求是多功能、多品種、小批量生產，例如對于顆粒狀物料的包裝就要使用具有制袋、計量充填、封口、打印日期、傳遞輸送等功能的立式包裝機；而對于果醬、蜂蜜等膏狀物的小包裝就要使用容器熱成型、充填、封口、打印日期、切割和傳輸的臥式熱成型包裝機 [2]。國外發(fā)達國家包裝機械的發(fā)展已有較長歷史，伴隨其商品生產的發(fā)展，一直處于領先地位，國外工業(yè)發(fā)達國家的包裝機械，近些年來，一方面為滿足現代商品包裝多樣化的需求，發(fā)展適應多品種，小批量生產的包裝技術裝備，同時緊跟當代新技術革命的發(fā)展步伐，積極研究和開發(fā)對現代先進技術的應用，發(fā)展應用高新技術的現代包裝機械?，F代包裝機械上已應用了航天中的技術，微電子技術、信息處理技術，傳感技術、激光技術、生物技術以及新工藝技術和光纖材料等，且以群體的復合應用方式出現，反映出先進包裝機械的高技術水平。隨著藥品制造業(yè)的迅猛發(fā)展，其對制藥包裝機的要求也越來越高。人工智能包裝機械也應運而生，人工智能是傳感技術、圖象識別技術、信息處理技術和電子計算機技術間完善結合應用的產物.隨著包裝機械上微機控制技術的成功應用，高品質藥品生產要求包裝向無人化發(fā)展。3當今很多的包裝機械生產有小批量、多品種、多規(guī)格化生產的特點，使用塊化與成組化技術能較好地適應這種變化趨勢提高三化水平和提高其性能的研究，有利于縮短生產周期，提高機器的可靠性和降低生產成本 [3]。包裝機械產品要適應不斷變化市場和滿足相應的質量要求，大量采用先進的設計方法和設計技術。如機械優(yōu)化設計、可靠設計、人機學設計、工業(yè)造型設計、專家系統(tǒng)、并行設計、機械 CAD/CAPP/CAM 以及價值優(yōu)化設計等 [4]。1.3 灌裝封口機簡介灌裝封口機顧名思義是一種既可灌裝又可封口的一種機器，針對不同行業(yè)可有不同機型。在食品領域主要應用于無菌食品的全自動包裝，包括奶油·牛奶·酸奶·奶制品；還可用于灌裝航空用礦泉水、蕃茄醬·蛋黃醬、果醬、蜂蜜、黃油、食用油，以及帶有不同粘稠度可泵送的半流體產品 [5]。它已經發(fā)展成液體食品行業(yè)，對世界有著重要的影響并在市場上有較高占有率 [6]。因此，液體灌裝機市場有很好的發(fā)展?jié)摿?。目前，各種灌裝機生產廠生產的灌裝機在灌裝能力、效率、適用范圍和自動化程度等方面，各有優(yōu)缺點。在很大程度上制約了生產質量和生產效率 [7]。本包裝機主要用于生產小盒裝的奶酪，實現吸塑的成型加工、奶酪的灌裝、封口一系列自動化過程，全機主要由真空吸塑成型機構、自動定量灌裝機構、自動間隙式封口膜傳送機構、氣壓式封口機構、氣液式裁斷機構、片材收放及間歇步進拉片機構組成。本機集氣、液、電為一體的自動包裝機，自動化程度高，應用前景十分廣闊。充填量：10 克（偏差:0～-0.5 克），生產能力：6 次 /min。1.4 本文主要研究課題本論文主要涉及全自動成型灌裝封口包裝機中自動間隙式封口膜傳送機構的設計。送膜機構是指將包裝膜通過一定的軌跡輸送到指定工位進行加工的機構。本次設計包括送膜機構方案的選擇，具體結構的設計，機械零部件參數計算，相關材料選擇、電氣元件的選型，用 SolidWorks 軟件建立起機構的三維模型示意圖，并導出對應的裝配圖、零件圖。確定相關配合公差，使用 ansys 軟件對關鍵零件的受力程度和形變量進4行有限分分析。2 送膜機構簡介本論文主要涉及灌裝封口機里的送膜機構的設計。送膜機構是指將包裝膜通過一定的軌跡輸送到指定工位進行加工的機構。也稱包裝材料供送裝置，現代的送膜機構基本采用卷筒材料。因為與預先裁切好的平張材料相比，卷筒材料更適宜包裝機的連續(xù)化、高速化和自動化生產。它應包括卷筒狀材料的支撐裝置，驅動部分，壓緊部分，剎車部分，導向裝置，自動檢測部分?，F有的送膜機構一般有一下缺點：自動包裝機預送膜機構結構設置不太合理，預送膜時需要人工掌控，送膜不穩(wěn)定，效果不好且預送電機啟動頻繁，市場上同行業(yè)包裝機的送膜系統(tǒng)，大部分送只安裝一卷薄膜，有些客戶的包裝產品較大時，一卷薄膜會在很短的時間內用完，就需要經常換膜，但現有的結構換膜時操作十分繁瑣，需要多人協助，一個人往往很難完成，膜的傳送過程中平穩(wěn)性差，膜傳輸過程中，有時只需單邊膜，現有的設備很難完成或者操作繁瑣設置兩個電機，增加了整體的成本不利于市場競爭 [8]。其以后的發(fā)展主要是簡化換膜機構，使用一個電機代替多個電機正常工作，增加膜傳送的穩(wěn)定性，可以同時傳送多種類型的膜以滿足生產，更多地朝著智能化的方向發(fā)展。從包裝材料層數方面可分為單層卷筒材料送膜機構、多層卷筒材料送膜機構如圖2.1、圖 2.2，從包裝材料的供送方式可分為間歇送膜和連續(xù)送膜。其中間歇送膜機構又可分為后退或前進補償式間歇送膜、隨機補償式間歇送膜和直接補償式間歇送膜，連續(xù)送膜機構可分為后退或前進補償式連續(xù)送膜如圖和隨機補償式連續(xù)送膜 [9]。本次論文所采的送膜機構為單層間歇送膜機構。51-包裝材料；2-導輥； 3-輸送輥；4-導板；5- 裁切裝置； 6-卷筒薄膜；7-導輥組；8-成型器；9-光電檢測控制裝置；10- 張緊裝置；11-橫向熱封器圖 2.1 單層卷筒材料供送裝置示意圖1、6-拉簧；2-支桿；3- 壓簧；4、5-制動杠桿圖 2.2 雙層卷筒材料供送裝置示意圖63 送膜機構方案設計選擇3.1 機構的設計要求要讓灌裝封口機能正常工作，其對送膜機構有以下要求：送膜機構為非連續(xù)送膜，因為將膜送到工位后，需要進行膜的貼合、牛奶盒的裁剪的步驟，這個過程膜是靜止的，必須等這些工序完成，膜才能接著傳動，因此膜的傳送是斷續(xù)的；機器運行過程中要保證膜的松緊程度相對穩(wěn)定，穩(wěn)定的松緊程度不會讓膜出現變形，有利于提高產品質量；膜的安裝要相對簡單，有利于提高換料速度，提高生產率；送膜過程不能出現傾斜、折皺現象，若出現以上現象可以及時停止膜的傳送；電機要滿足功率、轉速要求；當機器出現問題時能夠及時停止膜的傳送，防止原料的損失浪費。3.2 送膜機構整體設計概述根據上述灌裝機對于送膜機構的要求選擇送膜機構的設計方案其具體的示意圖如下圖 2.3、圖 2.4：1-裝料軸；2-導膠軸；3-導膠壓輥；4- 張緊輥；5-限位開關；6- 拉料滾筒 1；7-拉料滾筒 2；8-拉料滾筒 3；9- 拉料滾筒 4；10-拉料滾筒 5；11-色標檢測傳感器； 12-旋轉塊 1；13-彈簧 1；14- 旋轉塊 2；15-彈簧圖 2.3 送膜機構示意圖 a716-電磁離合電機；17-薄型氣缸；18-剎車塊；19-機架；20-坐支架；21- 右支架圖 2.4 送膜機構示意圖 b此送膜機構是由：裝料部分、驅動部分、導膠輥、導膠壓輥、張緊輥、拉料輥、檢測裝置，緩沖機構組成。膜傳送的方向如圖 2 里的紅色線方向所示，依次是：裝料軸——導膠軸——張緊輥——拉料滾筒 1——拉料滾筒 2——拉料滾筒 3——拉料滾筒 4——拉料滾筒 5。其具體的工作過程如下：通過拉料電機和驅動電機使膜傳動，驅動電機通過齒輪傳動轉動導膠輥，由導膠輥和導膠壓輥壓住膜從裝料輥送出，之后在拉料電機的引導下經過張緊輥、拉料滾筒和緩沖機構。期間，通過張緊輥、限位開關的控制保持膜的松緊程度相對穩(wěn)定，限位開關閉合，驅動電機工作，限位開關斷開，驅動電機停機。設驅動電機的轉速稍快于拉料電機的轉速。當張緊輥打到限位開關，驅動電機停機，拉料電機工作，膜在傳送過程中漸漸將張緊輥往上拉，直至其離開槽的底部，此時限位開關閉合，驅動電機開始工作，又將張緊輥慢慢沿著槽往下放直到碰到槽底的限位開關，限位開關再斷開。如此循環(huán)，就保證了傳送過程中膜的張緊程度。在拉料滾筒 1和拉料滾筒 2 之間安裝色標傳感器，用以檢測膜上的圖案印刷是否有誤，若出現錯誤則發(fā)出信號，剎車裝置工作，薄型氣缸向前推動剎車塊，剎車塊在氣缸兩側的導柱的導向下移動，將膜按在拉料滾筒的外膠上，及時將傳動的膜剎住。機構里的緩沖機構被用來分擔膜之間的拉力，將膜剛剛傳動時的拉力轉為拉料滾筒的重力勢能和彈簧的8彈性勢能，有利于機構的穩(wěn)定性。3.3 裝料部分設計為防止裝料軸每次受拉力而開始轉動時出現振動、跳動等不利于膜穩(wěn)定傳送的現象，在裝料軸的端部掛上預拉伸的彈簧，彈簧連著彈簧連接件，彈簧的松緊程度可以通過調節(jié)彈簧連接件的高度進行調整。這樣裝料軸開始轉動時膜對其的拉力可以轉化為彈簧的彈性勢能，防止其跳動，提高了整個機器的穩(wěn)定性。 如圖 3.1，為能讓機器使用時工人能夠方便的拆裝薄膜卷，將裝料輥膠 1 和裝料輥膠 2 用螺釘連接。這樣，更換時先把掛在裝料軸兩端的彈簧從軸上取下，卸下螺釘，再把原先套在裝料輥膠 1 上的薄膜卷取下，再將薄膜卷套進裝料輥膠 1 上，再旋上裝料輥膠 2，重新掛上彈簧，這樣就完成了薄膜卷的換裝，方便高效。1-裝料軸，2-裝料輥膠 1,3-裝料輥膠 2；4-軸承；5- 彈簧； 6-彈簧連接件；7-左右支架圖 3.1 裝料示意圖3.4 驅動部分設計3.4.1 驅動部分結構設計送膜機構是由拉膜電機和驅動電機帶動的，在這里省略了拉膜電機的設計。驅動電9機主要是根據送膜速度來選擇的，由于膜的傳送過程是個不連續(xù)、間斷的過程，同時還要保證膜要擁有比較穩(wěn)定的張緊程度，因此選用電磁離合剎車電機，此類電機適合在不連續(xù)、需不斷啟動停止的工作場合工作，且采用離合剎車結構使其斷電后快速停止轉動，保證傳送過程膜的張緊程度。如下圖 3.2 所示，電磁離合剎車電機通過齒輪傳動的方式驅動導膠輥轉動。旋轉塊1 的一面與左支架的一面保持平行，其一端通過軸連接的方式固定在左支架上，使其能夠圍繞這個軸進行旋轉，并在旋轉塊的另一端嵌入壓輥軸，這樣導膠壓輥就可以用平行于導膠輥軸的方式圍繞著旋轉塊的一端進行擺動。工作時，膜從導膠壓輥和導膠輥的接觸面穿過。導膠壓輥憑借自身的重力，與導膠輥一起壓緊要傳送的膜，使電機能順利驅動導膠輥將膜從裝料輥上拉出。利用導膠壓輥自身重力壓緊薄膜的方式，因其能夠擺動，并不是固定死，因而提高機械的靈活性，例如：當遇到傳送過程膜起皺的現象，可以抬起導膠壓輥，對壓皺的膜進行處理，而且能夠適應不同厚度的膜。1-電磁離合剎車電機；2-齒輪；3- 旋轉塊 1；4-導膠輥；5- 左支架；6-導膠壓輥圖 3.2 驅動導膠部分3.4.2 驅動電機的選擇根據前面所述方案，膜的運送是由收料滾輪處的電機和驅動滾筒處的電機完成。驅動滾筒處的電機轉速要比收料滾輪處的電機速速快。由于設計了可上下移動的張緊輥，當兩個電機工作時，相同時間內驅動滾筒出來的膜長度要長于收料滾輪收的膜長度，張緊輥下降，當其接觸到最下端的常閉限位開關時，常閉限位開關斷開，限位開關驅動處電機的通斷，故驅動處電機斷電。此時要求電機立即停止轉動，以保持送膜機構對膜一定的張緊，故選擇離合剎車電機。設驅動滾筒出來的膜速為 130mm/s，設導膠10）（ 1.3輥外膠直徑 40mm，則其轉速約為62rpm，故電動機還需接上減速機，由于傳送過程中膜對導膠輥的作用力可以忽略。因此選擇臺灣 ASTK 調速附電磁剎車電機作為送膜機構驅動處的電機，選擇型號為5RK90GU-AMF（60W，額定轉速為 1650rpm），搭配其型號為 5GU25K 的減速機（減速比為 1:25）可將速度減至 66rpm，基本滿足送膜機構驅動電機的要求。調速附電磁剎車電機是具有負載保持力的剎車馬達。在電源 OFF 的同時，馬達會瞬間停止并保持負載。最適用于緊急剎車作業(yè)的用途。（因馬達后部裝有交流無激磁作動型電磁剎車器（斷電剎車），在電源 OFF 的同時，馬達會瞬間停止，并且具有負載保持力。適用于緊急時剎車保持位置用。3.4.3 齒輪副的選擇設計由已選定的電機可知，輸入功率 P=90w，小齒輪轉速 n =66r/min，齒數比為11:1.06，由電動機驅動，設機器的工作壽命為 15 年（每年工作 300 天），兩班制，機構工作平穩(wěn)，轉向不變。參考《機械設計》，選用直齒圓柱齒輪傳動，壓力角取為 20°；灌裝機器為一般工作機器，選用 7 級精度。材料選擇：由于大小齒輪的傳動比接近 1:1，故都選擇 45 鋼（調質），其齒面硬度為 240 HBS。設選小齒輪齒數 z 為 18，則大齒輪齒數為 z =uz =1.06×18=19.08，取 20。1 21（1）按齒面接觸疲勞強度設計，如式 3.1≥td13 2Hε1 )]σ[.(.Ф2 ZuTk EdH?取 ，齒輪轉矩3.1?HKN·mm (3.2)416103.n/5.9??PT取齒寬系數 =1，區(qū)域系數 =2.5；材料彈性影響系數 ；dФHZ 2/189MPaZE?11）（ 4.3）（ 5.3）（ 6.3）（ 7.）（ 8.3通過計算可得其接觸疲勞強度用重合度系數91.03ε4ε??Z（3.3）計算接觸疲勞需用應力[σ ]，參考圖表可知兩齒輪的接觸疲勞極限為 550 MPa，查得H接觸疲勞壽命系數 K =0.95，失效概率為 1%，安全系數 S=1，由公式N540MPa195.0σ][lim???sNH則該齒輪副的接觸疲勞許用應力為 523 MPa2）試算小齒輪分度圓直徑≥td13 2Hε1 )]σ[.(.Ф2 ZuTk EdH?48.35m)52391.081.()18/20(13.3 24? ????）（（2）調整小齒輪分度圓直徑1）計算實際在和系數前的數據準備①圓周速度v= smn/123.0648.35π106dt ????②齒寬 b 8Ф1btd2)計算實際載荷系數 K H①查得使用系數 K =1A②由 V=0.123 m/s、7 級精度，查得動載系數為 K =1.02v③齒輪的圓周力 mNmNbFKdTtAt /10/7.20/48.35/107./ 321 ＜???12）（ 9.3）（ 10.）（ .3）（ 12.3）（ 13.）（ 14.3可得齒間載荷分配系數為 K =1.2Ha④取齒向載荷分布系數 K =1.421，可得實際載荷系數B 74.12.0.1βα ????HvAH3）可得實際載荷系數算出分度圓直徑 m.39.1748.35331HttKd及相應的齒輪系數 Zm7.2/4./1??3.按齒根彎曲疲勞強度設計,如式 3.2（1）計算模數 3Fsa21dεt1)][σY·(ФzTKF?①試選 K =1.3Ft②取齒形系數 Y =2.92，Y =2.82，應力修正系數 =1.,52， ，1a2Fa 1SaY5.12?sa兩齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為 σ =380 MPa，彎曲疲勞系數 Klim 80FN取彎曲疲勞安全系數為 S=1.4，則 0183.6.2358]σ[96.23S][F21FliF???sasNYMPaK取 0186.]σ[F?saY2）試算模數 13.)][σY·(Ф2Fsa21dε1 ??zTKmFt(2)調整齒輪模數13）（ 15.3）（ 6）（ 17.3）（ 8.）（ 19.3）（ 20）（ 21.3）（ 2.3）（ .①圓周速度 v m34.20183.1???zmdsv/760nπ②齒寬 b db34.20.1Ф???③寬高比 b/h 8=./5/h2)計算實際載荷系數 K①由 v=0.07m/s，7 級精度得動載系數 K =1.01v②由 NdTFt 3411 10278.30/.2/ ????NbtA68＜故取 K =1.2Fa③由插值法可得 K ，結合 b/h 得 K =1.34βHβF故載荷系數為 35.1β??FavAF3)可得模數 m = 1.15mm對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數 m 的大小主要取決彎曲疲勞強度所決定承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可去由彎曲疲勞強度算得的模數1.13mm，并將其圓整為 1.5mm，按接觸疲勞強度算得到的分度圓直徑 d =39.11mm，1算出小齒輪齒數 07.265.1/39/1??mdz取 z =27，則大齒輪齒數1 8.04.12?uz14）（ 24.3）（ 5）（ 26.3）（ 7.取 z =29，27 與 29 互為質數。24、幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑 mzd5.40.1271???392（2）計算中心距 da42/)(21??（3）計算齒輪寬度 mb5.0.Ф1d??則取兩齒輪齒寬為 42mm[10]3.4.4 導膠軸的結構設計選擇材料：由于輸入功率較小，為 90W，所以對軸的強度硬度要求不高，選擇 45號鋼調質處理。從安裝齒輪的軸段開始，設此軸段的直徑 d1=10mm，為了保證齒輪可靠的軸向固定，軸段的長度應略小于輪轂的寬度，根據前面取的齒輪寬度可以確定該軸段的長度，取其長度為 L1=56mm，軸段 d2 用來過渡到軸承，故取其長度 L2=5mm，其直徑為15mm，軸段 d3 用來安裝軸用擋圈，軸用檔圈寬 1mm，還有 0.5mm 余量用于安裝軸承，因此軸段 d3 長為 1.5mm，其直徑根據軸用擋圈取 13.8mm，軸段 d4 的長度要比軸承長度固定板厚度的和小一點，取 L4=13.5mm，直徑取為 15mm，軸段 d5 做非定位軸肩，故取其直徑為 20mm，取 L5=5mm，作為過渡長度，軸段 d6 用來安裝軸用擋圈，軸用檔圈寬 1mm，還有 1mm 余量用于安裝導膠套時便于其固定，因此軸段 d6 長為 2mm，其直徑根據軸用擋圈取 18.5mm，軸段 d7 直徑取 20mm，長度比導膠套長度短一點，取 319mm，軸段 d8 用來安裝軸用擋圈，軸用檔圈寬 1mm，因此軸段 d8 長為 1mm，其直徑根據軸用擋圈取 18.5mm，軸段 d9 直徑取 20mm，長度考慮從導膠套端部到右支架的距離加上一部分右支架的厚度，故取其長度 L9=14mm，軸段 d10 的長度要比軸承寬度小一點，因為軸承寬為 9mm，故取 L10=8.5mm，直徑取為 15mm，軸段 d11 用15）（ 28.3）（ 29.3）（ 0.來安裝軸用擋圈，軸用檔圈寬 1mm，還有 0.5mm 余量用于安裝軸承，因此軸段 d11 長為 1.5mm，軸段 d12 直徑取 15mm，長度 L12=10mm。故導膠軸的結構示意圖為圖3.3[11]。圖 3.3 軸設計示意圖3.4.5 鍵的選擇選擇半圓平鍵作為軸與齒輪的鏈接件。由于鍵槽所在的軸的直徑為 15mm，通過查表可知平鍵的 b×h=5×5，L 取 25mm。3.4.6 軸承的選擇由機構的總體設計可得軸的主要受徑向載荷因而軸承可選擇深溝球軸承設其能穩(wěn)定工作 5000h。以導膠軸上的軸承選擇為例軸上的齒輪通過嚙合對軸承施加的力為 NRTF5982.4310???加上導膠軸、導膠套、齒輪本身的重量、對軸承產生的徑向力總共為 Gr 308159???取載荷系數 則當量動載荷為2.10f )(ardYFXfP取 X=1，Y=016）（ 31.）（ 32.所以 NP370?軸承應有的基本額定動載荷值為 KNNhC 98.01056237106nLε, ???查表可選擇深溝球軸承 6002 型號其基本額定靜載荷為 2.85KN則其壽命為 hPCnLh 536ε6 102.9h705821)(01????）（遠大于 5000h 故符合使用要求。其它軸承的選擇校驗請參考上例 [10]。3.5 張緊裝置設計3.5.1 張緊裝置結構設計如下圖 3.4 是送膜機構的張緊輥部分，張緊輥是用來張緊膜，保證傳送過程中膜的張緊度不會出現較大波動，保證機器的正常運行。由于送膜機構有兩個電機驅動，兩個電機的轉速很難統(tǒng)一，故設定驅動電機的轉速稍快于拉料電機的轉速。為保證膜的張緊，將張緊輥設計成可在支架的槽內上下移動，并在槽的底部安裝常閉限位開關，限位開關閉合，驅動電機工作，限位開關斷開，驅動電機停機。一開始張緊輥打到限位開關，驅動電機停機，拉料電機工作，膜在傳送過程中漸漸將張緊輥往上拉，直至其離開槽的底部，此時限位開關閉合，驅動電機開始工作，又將張緊輥慢慢沿著槽往下放直到碰到槽底的限位開關，限位開關再斷開。如此循環(huán)，就保證了傳送過程中膜的張緊程度。171-張緊輥；2- 限位開關圖 3.4 張緊輥部分3.5.2 限位開關選型限位開關又稱行程開關，可以安裝在相對靜止的物體（如固定架、門框等，簡稱靜物）上或者運動的物體（如行車、門等，簡稱動物）上。當動物接近靜物時，開關的連桿驅動開關的接點引起閉合的接點分斷或者斷開的接點閉合。由開關接點開、合狀態(tài)的改變去控制電路和電機。限位開關就是用以限定機械設備的運動極限位置的電氣開關。限位開關有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀，機械設備的運動部件上，安裝上行程開關，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關有一定的“超行程 ”以保護開關不受損壞。非接觸式的形式很多，常見的有干簧管、光電式、感應式等，這幾種形式在電梯中都能夠見到。當然還有更多的先進形式。由于送膜機構的工作溫度處于常溫狀態(tài)，濕度為一般濕度，對限位開關的靈敏度、額定頻率、工作方式、外形結構要求不高，故選擇歐姆龍 D4CC-1024 限位開關。其具體參數如下圖 3.5。18）（ 3.圖 3.5 歐姆龍 D4CC-1024 限位開關參數圖3.6 色標檢測和剎車部分設計3.6.1 色標檢測和剎車部分結構設計如圖 3.6 是送膜機構里的色標檢測和剎車部分，送膜時膜經過拉料滾筒 1 和拉料滾筒 2，色標檢測傳感器安裝在拉料滾筒 1 和拉料滾筒 2 之間，在膜的下方，實時檢測膜上面印刷的圖案，當檢測錯誤時，發(fā)出信號，機器可以控制薄型氣缸動作，薄型氣缸向前推動剎車塊，剎車塊在氣缸兩側的導柱的導向下移動，將膜按在拉料滾筒的外膠上，及時將傳動的膜剎住，避免生產出現重大錯誤以及浪費。1-薄型氣缸；2-剎車塊；3- 拉料滾筒 1；4-色標檢測傳感器； 4 拉料滾筒 2圖 3.6 色標檢測及剎車3.6.2 氣缸的選型氣缸安裝在剎車板上用來在送膜異常時，停止膜的整體輸送，防止后面的膜出現變形、撕裂等現象。需要氣缸可以提供足夠的壓力防止膜的滑動。由于膜傳送的拉力不大，于是對氣缸所輸出的工作壓力沒有太高要求。設氣缸工作壓力為 30N，選擇氣缸缸徑為 32mm，則根據公式：P=F/S可得提供給氣缸的工作氣壓約為 0.4MPa，符合氣缸的一般工作氣壓（ 0.3MPa—190.8MPa）的范圍。設氣缸頂部與膜的距離為 15mm，故可選擇 SSA32X25 的薄型氣缸。薄型氣缸是引導活塞在其中進行直線往復運動的圓筒形金屬機件。工質在發(fā)動機氣缸中通過膨脹將熱能轉化為機械能；氣體在壓縮機氣缸中接受活塞壓縮而提高壓力。渦輪機、旋轉活塞式發(fā)動機等的殼體通常也稱“氣缸 ”。薄型氣缸，具有結構緊湊、重量輕、占用空間小等優(yōu)點。3.6.3 色標傳感器的選型色標傳感器指的是對各種標簽進行檢測，即使背景顏色有著細微的差別的顏色也可以檢測到，處理速度快。自動適應波長，能夠檢測灰度值的細小差別，與標簽和背景的混合顏色無關。它是通過與非色標區(qū)相比較來實現色標檢測，而不是直接測量顏色。色標傳感器實際是一種反向裝置，光源垂直于目標物體安裝，而接收器與物體成銳角方向安裝，讓它只檢測來自目標物體的散射光，從而避免傳感器直接接收反射光，并且可使光束聚焦很窄。選用德國 SICK 生產的色標傳感器，型號為 KT3，它有如下優(yōu)點：（1）小型外殼；（2）RGB-3 種顏色技術；（3）具有大掃描距離的激光變型；（4）簡單示教功能（在機器停機或操作）；（5）在極其閃亮的物體自動防眩適應確保高設備利用率在高亮的薄膜上運行穩(wěn)定實現更高的機器使用性；（6）物料流安全運行；（7）開關頻率 10 kHz；如圖 3.7 為其參數示意圖。20圖 3.7 KT3 色標傳感器參數示意圖3.7 緩沖機構的設計如圖 3.8 是送膜機構的緩沖機構，它是由旋轉塊 2、拉料滾筒 3、彈簧和兩枚限位螺釘組成。因為送膜機構又是非連續(xù)工作的，現實中當拉膜電機拉動膜運行時，前面的膜具有了速度，而后面的膜還保持靜止的狀態(tài)，要克服膜之前保持的靜止的慣性，考慮到膜傳送的距離比較長，與膜接觸的輥膠比較多，產生的摩擦力比較大。因而從膜開始傳動到整個機構平穩(wěn)運行期間，膜之間的拉力會較大而且不穩(wěn)定。這容易對膜造成拉扯，變形，斷裂、折皺等損害。所以在膜傳送的中間加入緩沖機構，可以用它來分擔膜之間的拉力，防止其出現上述的損害。如圖 3.9 是送膜機構膜沒傳送時緩沖機構靜止的狀態(tài)，紅線和箭頭表示膜及其傳送的方向。容易知道，開始緩沖機構不受膜對它的拉力，由于拉料滾筒的自重和限位螺釘 1 的作用，緩沖機構靜止時其拉料滾筒 3 與垂線會形成一定角度。當膜開始傳送后，膜的拉力會將拉料滾筒抬起并使連在旋轉塊 2 上的彈簧伸長，漸漸轉化為拉料滾筒 3的重力勢能和彈簧的彈性勢能，當前后膜的速度一致后，拉料滾筒 3 的重力勢能和彈簧的彈性勢能漸漸釋放，在某個值達到動態(tài)平衡。圖 3.10 為送膜機構里的緩沖機構的拉料滾筒 3 重力勢能和彈性勢能達到最大值的狀態(tài)。因為有限位螺釘 2 的作用，限制拉料滾筒 3 只能被抬高到某一高度，故此緩沖機構的作用是有限度的。211-拉料滾筒 2；2-旋轉塊 2；3- 彈簧；4 拉料滾筒 3；5-拉料滾筒 4圖 3.8 緩沖機構圖 3.9 緩沖機構工作示意圖 a22圖 3.10 緩沖機構工作示意圖 b234 送膜機構材料選擇1、機構軸材料選擇由于機構里的軸的受力負載不大，故對材料的強度，硬度要求不高，選 45 號鋼作為軸材料，做調質熱處理。45 號鋼是國標中的叫法，也叫“油鋼” 。其碳含量 0.42~0.50%，該鋼冷塑性一般，退火、正火比調質時要稍好，具有較高的強度和較好的切削加工性，經適當的熱處理以后可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性，材料來源方便。GB/T699-1999 標準規(guī)定 45鋼抗拉強度≥600MPa，屈服強度≥355MPa，伸長率≥16%，斷面收縮率≥40%，沖擊功為39J。調質處理后零件具有良好的綜合機械性能，廣泛應用于各種重要的結構零件，特別是那些在交變負荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。但表面硬度較低，不耐磨?？捎谜{質+表面淬火提高零件表面硬度。2、裝料軸、拉料滾筒導膠材料選擇選擇 POM 材料作為裝料導膠材料POM（聚甲醛樹脂）定義：聚甲醛是一種沒有側鏈、高密度、高結晶性的線型聚合物。按其分子鏈中化學結構的不同，可分為均聚甲醛和共聚甲醛兩種。兩者的重要區(qū)別是：均聚甲醛密度、結晶度、熔點都高，但熱穩(wěn)定性差，加工溫度范圍窄（約10℃），對酸堿穩(wěn)定性略低；而共聚甲醛密度、結晶度、熔點、強度都較低，但熱穩(wěn)定性好，不易分解，加工溫度范圍寬（約 50℃），對酸堿穩(wěn)定性較好。是具有優(yōu)異的綜合性能的工程塑料。有良好的物理、機械和化學性能，尤其是有優(yōu)異的耐摩擦性能。俗稱賽鋼或奪鋼，為第三大通用塑料。 適于制作減磨耐磨零件，傳動零件，以及化工，儀表等零件。合成樹脂中的一種，又名聚甲醛樹脂、POM 塑料、賽鋼料等；是一種白色或黑色塑料顆粒，具有高硬度、高鋼性、高耐磨的特性。主要用于齒輪，軸承，汽車零部件、機床、儀表內件等起骨架作用的產品。它的一般性能特點為：（1）POM 是結晶型塑料,密度為 1.42g/cm3,它的鋼性很好,俗稱“賽鋼” 。（2）它具有耐疲勞、耐蠕變、耐磨、耐熱、耐沖擊等優(yōu)良的性能,且摩擦系數小,自潤滑性好。（3）POM 不易吸濕 ,吸水率為 0.22～0.25%,在潮濕的環(huán)境中尺寸穩(wěn)定性好 ,其收縮24率為 2.1%(較大 ),注塑時尺寸較難控制,熱變形溫度為 172℃,聚甲醛有均聚甲醛兩種,性能不同(均聚甲醛耐溫性好一點)。它的力學性能為：POM 強度、剛度高，彈性好，減磨耐磨性好。其力學性能優(yōu)異，比強度可達50.5MPa，比剛度可達 2650MPa，與金屬十分接近。POM 的力學性能隨溫度變化小，共聚 POM 比均聚 POM 的變化稍大一點。 POM 的沖擊強度較高，但常規(guī)沖擊不及ABS 和 PC； POM 對缺口敏感，有缺口可使沖擊強度下降 90%之多。POM 的疲勞強度十分突出，10 交變載荷作用后，疲勞強度可達 35MPa，而 PA 和 PC 僅為28MPa。POM 的蠕變性與 PA 相似，在 20℃、21MPa、3000h 時僅為 2.3%，而且受溫度的影響很小。POM 的摩擦因數小，耐磨性好（POMPA66PA6ABSHPVCPSPC），極限 PV 值很大，自潤滑性好。POM 制品對磨時，高載荷作用時易產生類似尖叫的噪聲。3、彈簧材料選用合金鋼 65Mn 作為彈簧材料，并采用淬火加中溫回火的熱處理方法。4、剎車材料選擇選用硅膠作為剎車材料硅膠（Silica gel; Silica）別名：硅酸凝膠是一種高活性吸附材料，屬非晶態(tài)物質。硅膠的化學組份和物理結構，決定了它具有許多其他同類材料難以取代得特點：吸附性能高、熱穩(wěn)定性好、化學性質穩(wěn)定、有較高的機械強度等。4、旋轉塊材料選擇選擇 45 號鋼作為旋轉塊材料，熱處理為調質。6、左右支架板材料選擇因為支架板所受負載不大，故選擇 Q235-A 作為左右支架板材料。