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本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 47 頁 共 47 頁
1 緒論
1.1 本課題的目的和意義
當(dāng)今社會(huì)正在飛快的發(fā)展，科技正在飛速進(jìn)步，消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品的要求也不斷的提高。隨著近些年國(guó)際包裝機(jī)械的迅猛發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)包裝機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)自動(dòng)化程度和位置跟蹤精度的要求也不斷提高。包裝機(jī)械的科技含量越來越高，新興的一些科學(xué)技術(shù)正在逐漸應(yīng)用其中，如：微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、新傳感器技術(shù)、激光技術(shù)等等。這些技術(shù)在包裝機(jī)械中需求越來越多，應(yīng)用也越來越廣泛，這給從事包裝機(jī)械設(shè)計(jì)研究的工程師帶來了很大挑戰(zhàn)，要求他們有更高的才能素質(zhì)，同時(shí)也給他們帶來了機(jī)遇。高素質(zhì)的人才，加上新興的科學(xué)技術(shù)，包裝機(jī)械的前景勢(shì)必一片光明，智能、快速、精準(zhǔn)、柔性、易操作、環(huán)保終將成為它的代名詞。
最近幾年，由于人們的消費(fèi)水平提高，我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展迅速，但是橫向來看，與發(fā)達(dá)國(guó)家的包裝機(jī)械產(chǎn)品相比，仍然有20年左右的技術(shù)差距。我國(guó)投入市場(chǎng)使用的一些包裝機(jī)械產(chǎn)品中，所含的科學(xué)技術(shù)并不高，屬于低端產(chǎn)品。但在發(fā)達(dá)國(guó)家，他們所生產(chǎn)的包裝機(jī)械，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用了很多先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，如：遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)、激光技術(shù)、信息處理技術(shù)、自動(dòng)柔性補(bǔ)償技術(shù)等等。同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó)的包裝機(jī)械的差距主要表現(xiàn)在精度低、可靠性和穩(wěn)定性低、零件壽命短等。包裝機(jī)械的技術(shù)落后，嚴(yán)重影響著我國(guó)包裝工業(yè)快速穩(wěn)定的發(fā)展，進(jìn)而影響著一系列產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。就如我所研究的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)來說，茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的落后，會(huì)影響茶葉包裝工業(yè)的發(fā)展，深一步更影響茶葉產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
中國(guó)作為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展增長(zhǎng)最快國(guó)家之一，包裝行業(yè)也在迅速發(fā)展。尤其是在中國(guó)加入WTO以后，中國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)在經(jīng)濟(jì)全球化的影響下，面臨著許多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。為了跟上時(shí)代的步伐，只有努力學(xué)習(xí)并引進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家的優(yōu)秀科學(xué)技術(shù)，才能是我國(guó)的包裝機(jī)械在世界上占有一席之地。
茶葉包裝是一個(gè)新興的行業(yè)，中國(guó)茶葉文化源遠(yuǎn)流長(zhǎng)，人們對(duì)茶葉的需求量很大，在市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)下，茶葉包裝行業(yè)脫穎而出。對(duì)于商品的包裝，人們對(duì)其主要有兩個(gè)方面要求，第一是對(duì)于商品的包裝，要求外觀漂亮，吸引消費(fèi)者，并且包裝質(zhì)量要可靠，不能出現(xiàn)任何形式的破損。第二方面，確保商品包裝所裝商品重量精確，裝多會(huì)增加生產(chǎn)商的成本，裝少會(huì)損害消費(fèi)者的利益，損害生產(chǎn)商的信譽(yù)，要求包裝行業(yè)的計(jì)量誤差在一定范圍之內(nèi)，一般誤差在千分之五以內(nèi)。正因?yàn)榘b的商品重量計(jì)量影響著生產(chǎn)商和消費(fèi)者的利益，所以商品的包裝計(jì)量誤差是包裝機(jī)械行業(yè)時(shí)時(shí)刻刻不能忽略的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)。上面曾提到我國(guó)包裝機(jī)械精度低，而發(fā)達(dá)國(guó)家的包裝機(jī)械精度更高，這就要求我國(guó)包裝機(jī)械學(xué)習(xí)發(fā)達(dá)國(guó)家包裝機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)，引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，不斷地提高我國(guó)包裝機(jī)械的精準(zhǔn)度，使我國(guó)包裝機(jī)械在世界上占有一席之地，趕上世界水平，甚至超過世界水平，以提高我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1.2 國(guó)內(nèi)外包裝機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r
1.2.1 包裝機(jī)械概述
包裝機(jī)械是能夠進(jìn)行對(duì)產(chǎn)品的一系列包裝過程的機(jī)械。包裝機(jī)械的應(yīng)用范圍很廣，它有很多優(yōu)點(diǎn)，具有自動(dòng)化、體積小、易安裝、易操作、精度高、效率高等特點(diǎn)。包裝機(jī)械所完成的包裝工序大致上可以分為以下幾類：封口、裝填、裹包、灌裝、打標(biāo)、清洗、
干燥、捆扎、殺菌等等。因?yàn)榘b過程中會(huì)遇到這些包裝工序，所以包裝機(jī)械種類也五花八門。產(chǎn)品包裝很大程度上影響著產(chǎn)品是否能夠暢銷，因此包裝機(jī)械一定要保證傳動(dòng)裝置緊湊、精度高，才能確保包裝的美觀漂亮。
當(dāng)今食品行業(yè)越來越注重包裝外表，包裝機(jī)械行業(yè)自然而然成為了一個(gè)較大行業(yè)，它在包裝工業(yè)中起著非常大的作用，并占有著重要地位。包裝機(jī)械使得包裝過程得以快速、精準(zhǔn)的完成，為包裝行業(yè)提供了必要的生產(chǎn)設(shè)備，是商品得以暢銷的必要條件。而對(duì)于包裝小顆粒產(chǎn)品的包裝機(jī)械，它能夠使這些顆粒狀產(chǎn)品方便使用，便于攜帶，并且使這些產(chǎn)品更加美觀，吸引消費(fèi)者眼球。
1.2.2 國(guó)外包裝機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀
世界上包裝機(jī)械的四大強(qiáng)國(guó)當(dāng)屬美國(guó)、德國(guó)、意大利和日本。
美國(guó)的包裝機(jī)械發(fā)展歷史比較悠久，是世界上為數(shù)不多的國(guó)家，該國(guó)的包裝機(jī)械已經(jīng)有了一套獨(dú)立的成熟的包裝機(jī)械系統(tǒng)。美國(guó)的包裝機(jī)械種類繁多，產(chǎn)量也很大，均排世界首位。十多年里，美國(guó)在世界上一直占據(jù)著包裝機(jī)械最大生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)的王冠。美國(guó)的包裝機(jī)械效率高、精度高，并融入了尖端的科學(xué)技術(shù)，包裝機(jī)械采用了微電子技術(shù)、信息處理技術(shù)，與計(jì)算機(jī)完美結(jié)合，使得包裝機(jī)械變得更加智能化。增長(zhǎng)速度最快的包裝機(jī)械產(chǎn)品種類當(dāng)屬填充類機(jī)械、封口類機(jī)械和成型類機(jī)械。自從二十世紀(jì)九十年代，美國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)始終保持著穩(wěn)定快速的發(fā)展。
德國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)在技術(shù)和性能方面處于領(lǐng)先地位，該國(guó)的包裝機(jī)械計(jì)量精度非常的精準(zhǔn)。由于德國(guó)的啤酒出名，很多包裝機(jī)械的誕生都是為此服務(wù)。目前，針對(duì)啤酒等灌裝產(chǎn)品的包裝機(jī)械，德國(guó)的更加具備高效率、高自動(dòng)化、高精度的特點(diǎn)，德國(guó)的這些包裝機(jī)械受到了全球的一致認(rèn)可。德國(guó)一些較大的包裝機(jī)械企業(yè)應(yīng)用了光電感應(yīng)技術(shù)，使得包裝精度大大提高。這些企業(yè)所生產(chǎn)的大型自動(dòng)包裝機(jī)械包裝容積很大，并且集多種包裝工序于一體，如：制袋、稱重、填充、抽真空、密封等，大大方便了人們的操作，也使得的包裝機(jī)械更加智能化。多年來，德國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)一直在穩(wěn)定快速的增長(zhǎng)，所生產(chǎn)的包裝機(jī)超過80%用于出口，是世界上包裝機(jī)械出口最大的國(guó)家。
意大利的包裝機(jī)械行業(yè)也很厲害，是繼德國(guó)之后，世界上包裝機(jī)械第二出口大國(guó)，僅次于德國(guó)，有近80%用于出口。意大利的包裝機(jī)械以食品商業(yè)方向居多，該國(guó)的包裝機(jī)械性能可靠，價(jià)格便宜，十分受用戶的歡迎。
關(guān)于日本的包裝機(jī)械行業(yè)，起步發(fā)展比美國(guó)和德國(guó)晚。二十世紀(jì)六十年代前，日本的包裝機(jī)械企業(yè)連六十家都不到，而且所生產(chǎn)的包裝機(jī)械科技含量比較低，只能進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的商品包裝，如：煙、糖果等。日本包裝機(jī)械行業(yè)真正快速起步增長(zhǎng)的時(shí)期，是在二十世紀(jì)六十年代到七十年代。隨后的十年，包裝機(jī)械的增長(zhǎng)速度有所下降，但同世界包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展速度相比，還是相對(duì)較快，增長(zhǎng)率達(dá)13%。到了八九十年代，日本包裝機(jī)械保持穩(wěn)定的增長(zhǎng)同時(shí)，開始更加注重科技的投入，在包裝機(jī)械控制中采用微電子技術(shù)，另外還將模塊化技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)等等先進(jìn)的科技應(yīng)用到包裝機(jī)械當(dāng)中，使得該國(guó)的包裝機(jī)械生產(chǎn)效率和生產(chǎn)精度大大提高，并更加智能化，在國(guó)際市場(chǎng)中競(jìng)爭(zhēng)力大大提高。二十世紀(jì)六十年代到九十年代，日本包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展顯著，總的歷程經(jīng)歷了引進(jìn)、吸收、發(fā)展三大過程。
從這四個(gè)國(guó)家來看，它們的包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展形勢(shì)都非常的好，它們?cè)诎l(fā)展包裝機(jī)械的同時(shí)，十分看重對(duì)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，用高科技成果同世界競(jìng)爭(zhēng)。這些高效率、高智能、高精度、高可靠性、高技術(shù)含量的包裝機(jī)械的不斷出現(xiàn)，使得世界各國(guó)紛紛效仿美國(guó)、德國(guó)、意大利和日本。創(chuàng)造新型的包裝機(jī)械，已經(jīng)成為了世界包裝機(jī)械發(fā)展的主導(dǎo)潮流。因此，我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)要想在世界上站穩(wěn)腳跟，就必須效仿美國(guó)、德國(guó)、意大利和日本，對(duì)包裝機(jī)械應(yīng)用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，使其更高效和智能。
1.2.3 我國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展?fàn)顩r
當(dāng)前我國(guó)經(jīng)濟(jì)正在快速穩(wěn)定的增長(zhǎng)，人民的生活水平同前十年相比有了質(zhì)的提高，人們不但消費(fèi)在不斷提高，消費(fèi)質(zhì)量也在提高，消費(fèi)者現(xiàn)在對(duì)產(chǎn)品的外包裝是否美觀、包裝是否環(huán)保、包裝是否密封結(jié)實(shí)越來越看重。
雖然在這種社會(huì)背景下，人們的精神需求給我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)帶來了很多機(jī)遇，但考慮到我國(guó)包裝機(jī)械現(xiàn)有的科技實(shí)力，我國(guó)包裝機(jī)還比較落后，想要滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，還要面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)屬于正在發(fā)展中的行業(yè)，企業(yè)不大，管理水平還不算成熟，技術(shù)研發(fā)人員欠缺，技術(shù)裝備都不是很成熟。新的包裝機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間長(zhǎng)，同快速發(fā)展變化的市場(chǎng)不能進(jìn)行同步，大大折扣了包裝機(jī)械的生產(chǎn)價(jià)值。另外，許多企業(yè)不是在追求包裝機(jī)械的科技上的提高，而是在低技術(shù)含量的產(chǎn)品中進(jìn)行改裝設(shè)計(jì)，大大浪費(fèi)了企業(yè)的精力和時(shí)間，這些外表不同，本質(zhì)相同的包裝機(jī)械也會(huì)造成企業(yè)的低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，損害企業(yè)的利益。
我國(guó)生產(chǎn)的包裝機(jī)械質(zhì)量并不穩(wěn)定，科學(xué)技術(shù)含量很低，而且成本高。在世界激烈的競(jìng)爭(zhēng)中，發(fā)達(dá)國(guó)家技術(shù)先進(jìn)的包裝機(jī)械嚴(yán)重的沖擊著我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)。這也使我國(guó)的包裝機(jī)械行業(yè)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
不管是消費(fèi)者消費(fèi)質(zhì)量的需求，同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的壓力，或是國(guó)際包裝機(jī)械之間的競(jìng)爭(zhēng)，都是不容忽視的，想要解決這些難題，唯有引進(jìn)先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，努力的創(chuàng)新，以提高包裝機(jī)械的精準(zhǔn)度和效率，并使其更加智能化。
1.3 本人的設(shè)計(jì)任務(wù)
本次設(shè)計(jì)的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)要能過對(duì)茶葉或顆粒狀物料按照一定的質(zhì)量進(jìn)行稱量并打包，裝成一定規(guī)格的包裝。
該茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)包括袋子成型，茶葉稱量，袋子熱封、切斷等動(dòng)作。結(jié)合市場(chǎng)的茶葉包裝，對(duì)茶葉包裝機(jī)做出基本參數(shù)要求：
工作時(shí)間 16 h/天
工作壽命 5年
計(jì)量速度 120袋/min
計(jì)量精度 ±5%
計(jì)量規(guī)格 50g
茶葉包裝袋規(guī)格如下：
長(zhǎng)×寬×高 100×40×270（mm）
包裝所需包裝塑料膜規(guī)格如下：
寬度 300 mm
一卷直徑 400 mm
2 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的種類很多，按總的布局大致上可歸為兩大類：臥式自動(dòng)包裝機(jī)和立式自動(dòng)包裝機(jī)。如圖2.1（a）（b）所示：
圖2-1（a）臥式自動(dòng)包裝機(jī) 圖2-1（b）立式自動(dòng)包裝機(jī)
茶葉自動(dòng)包裝機(jī)按照制袋的運(yùn)動(dòng)過程來劃分，可分為間歇式包裝機(jī)械和連續(xù)式包裝機(jī)械。
間歇式茶葉自動(dòng)包裝機(jī)效率低，尺寸結(jié)構(gòu)大，但精度高；連續(xù)式茶葉包裝機(jī)效率高，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)緊湊。在這里，本人將對(duì)茶葉包裝機(jī)按照立式連續(xù)型進(jìn)行總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？紤]到現(xiàn)實(shí)中可能需要產(chǎn)品的一機(jī)多用，我決定將茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的制袋和裝袋過程分開設(shè)計(jì)，滿足茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的基本要求外，還能夠獨(dú)立的制袋，銷售包裝袋。
2.1 自動(dòng)制袋、稱量、熱封、切斷工藝流程圖
茶葉包裝機(jī)的自動(dòng)制袋、稱量、熱封、切斷工藝流程如圖2-2所示。
圖2-2 工藝流程圖
2.2 立式連續(xù)型茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的總體機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 塑料膜輸送裝置、袋子成型裝置和物料供給系統(tǒng)
2.2.1.1 塑料膜輸送裝置
茶葉自動(dòng)包裝機(jī)在制袋過程中，連續(xù)性長(zhǎng)時(shí)間的工作，為了滿足塑料膜的供應(yīng)，減少塑料膜的占地空間，采用卷筒式的包裝塑料膜卷。在制袋過程中，首先要將包裝膜展開，此時(shí)包裝膜卷會(huì)跟隨相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了保證在包裝膜卷轉(zhuǎn)動(dòng)過程中始終保持穩(wěn)定，可將包裝膜卷軸孔處與軸過盈配合，同時(shí)為了方便包裝膜卷的每次裝夾，可將轉(zhuǎn)動(dòng)軸與機(jī)架設(shè)計(jì)成快速安放型，如圖2-3。
圖2-3 快速安放型結(jié)構(gòu)
考慮到在制袋過程中，塑料膜需要進(jìn)行兩次的成型引導(dǎo)，為了防止機(jī)械在牽引塑料膜過程中使已成型的塑料膜在力的作用下變形，可將引導(dǎo)輥和牽引輥同時(shí)受力，使其同時(shí)起著引導(dǎo)和牽引的作用。如圖2-4所示，引導(dǎo)輥和縱封輥同時(shí)受力。
圖2-4 引導(dǎo)輥和縱封輥
關(guān)于包裝膜的輸送過程，還需要考慮一個(gè)非常重要的問題，就是每次開機(jī)啟動(dòng)，塑料膜都會(huì)瞬間受到一個(gè)力的沖擊，這使得包裝機(jī)械的精準(zhǔn)度大大降低。為了解決這一難題，我采用了一種緩沖機(jī)構(gòu)，它靠活動(dòng)軸自身的重力，緩沖掉開機(jī)啟動(dòng)時(shí)的沖擊。當(dāng)開機(jī)啟動(dòng)時(shí)，迅速繃緊的塑料膜會(huì)牽引活動(dòng)軸上升，減緩包裝膜的緊繃。緩沖機(jī)構(gòu)如圖2-5。
圖2-5 緩沖機(jī)構(gòu)
2.2.1.2 袋子成型裝置
當(dāng)前，市場(chǎng)上的茶葉包裝機(jī)主要是在制袋的過程中裝袋，因此，多以翻領(lǐng)成型器和象鼻成型器為主，這些成型器能夠保證制袋的過程中進(jìn)行裝袋。
我所設(shè)計(jì)的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)，制袋的過程不需裝袋，只需進(jìn)行兩次成型，因此，我采用了兩種成型器。第一種成型器進(jìn)行包裝膜的第一次成型，需要將包裝膜由片狀翻折成U型，結(jié)構(gòu)模型如圖2-6，包裝膜從成型器縫隙中間通過；第二種成型器進(jìn)行包裝膜的第二次成型，將包裝膜由U型再次翻折，結(jié)構(gòu)模型如圖2-7，成型器伸入以翻折的包裝膜內(nèi)部，將包裝膜再次成型。
圖2-6 初次成型器 圖2-7 最終成型器
2.2.1.3 物料供給系統(tǒng)
目前的茶葉自動(dòng)包裝機(jī)計(jì)量多采用定容法計(jì)量，定容法計(jì)量有很多形式，如對(duì)液體產(chǎn)品，可進(jìn)行容杯式計(jì)量，對(duì)粉末或顆粒狀產(chǎn)品，可以使用轉(zhuǎn)鼓式計(jì)量、螺旋推料式計(jì)量和柱塞式計(jì)量等。使用這種方法生產(chǎn)效率高，但物料內(nèi)部可能有密有疏，這使得包裝一定質(zhì)量的誤差很大。
為了滿足包裝產(chǎn)品的質(zhì)量精度，首先要考慮產(chǎn)品的密度的疏密，為了排除密度不同對(duì)包裝質(zhì)量的影響，我采用稱重傳感器直接測(cè)量質(zhì)量，而不是通過容積計(jì)算。但使用直接稱量質(zhì)量法，物料下落的沖擊避免不了，為了減小物料下落沖擊帶來的質(zhì)量誤差，就要保證物料均勻的下落。
因此，在直接稱量的基礎(chǔ)上，采用螺旋推料，稱量的結(jié)果反饋給螺旋軸，使每次稱量能夠進(jìn)行調(diào)整補(bǔ)償，這使包裝計(jì)量精度大大提高。
螺旋推料裝置和稱量裝置如圖2-8和圖2-9。
圖2-8 螺旋推料裝置 圖2-9 稱量裝置
2.2.2 傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)
要完成茶葉包裝的一系列過程，即制袋、下料、稱量、裝袋、封口等動(dòng)作，需要對(duì)每個(gè)動(dòng)作細(xì)化，采用合適的機(jī)構(gòu)完成該動(dòng)作。
由于下料、稱量、裝袋、封口與制袋獨(dú)立，下料、稱量、裝袋封口等一系列動(dòng)作可采用氣缸和擺動(dòng)氣馬達(dá)帶動(dòng)。制袋過程細(xì)分可化為牽引、導(dǎo)向壓實(shí)、縱向封口、橫向封口和切斷等動(dòng)作，可采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，通過一根主軸進(jìn)行齒輪傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)這些一系列動(dòng)作。制袋的過程機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見圖2-10。
圖2-10 制袋過程機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)輸出，經(jīng)過帶傳動(dòng)，傳遞給蝸輪蝸桿減速器，再由減速器輸出到主軸上，再通過主軸傳動(dòng)，形成四路傳動(dòng)。一路通過直齒圓錐齒輪和直齒圓柱齒輪，將動(dòng)力傳動(dòng)到引導(dǎo)牽引輥上，引導(dǎo)牽引包裝膜；一路通過直齒圓錐齒輪和直齒圓柱齒輪，將動(dòng)力傳動(dòng)到縱向封口輥上；牽引包裝膜并對(duì)其進(jìn)行縱封；一路通過直齒圓錐齒輪將動(dòng)力傳遞給鏈輪，再通過鏈傳遞將動(dòng)力傳遞給引導(dǎo)牽引輥，引導(dǎo)牽引包裝膜；一路通過凸輪，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橥鶑?fù)的直線運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)橫封塊、切斷刀，完成橫封、切斷動(dòng)作。
3 茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
3.1 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型
因?yàn)橐龑?dǎo)牽引輥和縱封輥拉動(dòng)包裝塑料膜的拉力不大，設(shè)包裝塑料膜拉力最大20 N，5個(gè)輥轉(zhuǎn)速相同，同時(shí)作用，因此，5個(gè)輥平分對(duì)包裝塑料膜的拉力，每個(gè)輥牽引力F=4 N。
包裝袋子高220 mm,包裝機(jī)制袋速度60袋/min,即牽引輥轉(zhuǎn)速n=60 r/min。
包裝塑料膜牽引速度 m/min
已知每個(gè)輥的牽引力F和牽引速度V，則輥?zhàn)虞S所需功率為：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的機(jī)械傳動(dòng)效率表，可知：齒輪傳動(dòng)效率 ，V帶傳動(dòng)效率 ，鏈傳動(dòng)效率 ，蝸輪蝸桿減速器傳動(dòng)效率 ，軸承傳遞效率 ，聯(lián)軸器傳遞效率 。
由此，可得動(dòng)力從電機(jī)傳遞到各個(gè)輥的總效率：
式3-1
傳遞到Ⅰ、Ⅲ軸上的傳遞總效率
=0.97×0.96×0.99×0.8×0.99
=0.68
式3-2
傳遞到Ⅱ、Ⅳ軸上的傳遞總效率
=0.97×0.96×0.99×0.8×0.99
=0.71
傳遞到Ⅴ軸上的傳遞總效率
式3-3
=0.97×0.96×0.96×0.99×0.8×0.99
=0.65
所以電動(dòng)機(jī)所需提供的工作功率為
式3-4
根據(jù)所算功率查電機(jī)手冊(cè)，因?yàn)椴枞~包裝機(jī)械多為包裝企業(yè)使用，使用電壓為380V,所以，選用三相異步電動(dòng)機(jī)Y90S-4-B35，參數(shù)如下表3-1。
表3-1 三相異步電動(dòng)機(jī)Y90S-4-B35參數(shù)
電動(dòng)機(jī)
額定功率
額定電壓
轉(zhuǎn)速
效率
Y90S-4-B35
1.1 kw
380 V
1400 r/min
78%
式3-5
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的輸出功率進(jìn)行校核：
=1.1×0.78=0.858 kw >
所以，所選電動(dòng)機(jī)符合要求。
3.2 計(jì)算總傳動(dòng)比，并分配各級(jí)傳動(dòng)比
3.2.1 總傳動(dòng)比的計(jì)算
茶葉包裝機(jī)制袋機(jī)構(gòu)的總傳動(dòng)比為：
3.2.2 分配各級(jí)傳動(dòng)比
式3-6
考慮到包裝機(jī)械的實(shí)際運(yùn)動(dòng)，初定：
=1.17
=20
=0.5
=1
3.3 計(jì)算傳動(dòng)部件的轉(zhuǎn)速以及動(dòng)力參數(shù)
3.3.1 計(jì)算各軸及鏈輪軸轉(zhuǎn)速
V軸：
Ⅰ軸： =120 r/min
III軸： =120 r/min
VI軸： =120 r/min
II軸： =120 r/min
IV軸： =120 r/min
鏈輪軸： =120 r/min
3.3.2 計(jì)算各軸及鏈輪軸的輸入功率
V軸： 式3-7
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78
=0.65 kw
Ⅰ軸： 式3-8
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97
=0.61 kw
III軸：
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97
=0.61 kw
VI軸：
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97
=0.61 kw
II軸： 式3-9
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97
=0.59 kw
IV軸：
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97
=0.59 kw
鏈輪軸： 式3-10
=1.1×0.96×0.8×0.99×0.78×0.99×0.97×0.96
=0.57 kw
3.3.3 計(jì)算各軸及鏈輪軸的輸入轉(zhuǎn)矩
三相異步電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩為：
=9.55×10 式3-11
=9.55×10=5.858×10 N·mm
V軸： = 式3-12
=5.858×10×0.8×0.99×1.17×20=1.085×10 N·mm
Ⅰ軸： = 式3-13
=1.085×10×0.97×0.99×0.5=5.158×10 N·mm
III軸： =
=1.085×10×0.97×0.99×0.5=5.158×10 N·mm
VI軸： =
=1.085×10×0.97×0.99×0.5=5.158×10 N·mm
II軸： =
=5.158×10×0.97×0.99×1=4.904×10 N·mm
IV軸： =
=5.158×10×0.97×0.99×1=4.904×10 N·mm
鏈輪軸： =
=5.158×10×0.96×0.99×1=4.853×10 N·mm
將以上計(jì)算的轉(zhuǎn)速、輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩進(jìn)行整理，歸納成表3-2。
表3-2 各軸轉(zhuǎn)速、輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩
軸名
功率P/kw
轉(zhuǎn)矩T/(Nmm)
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
V軸
0.65
1.085×10
60
Ⅰ軸
0.61
5.158×10
120
III軸
0.61
5.158×10
120
II軸
0.59
4.904×10
120
IV軸
0.59
4.904×10
120
VI軸
0.61
5.158×10
120
鏈輪軸
0.57
4.853×10
120
3.4 V帶的計(jì)算選型
本設(shè)計(jì)中，需要將功率從電機(jī)傳遞到減速器，因此需要用V帶或是滾子鏈等與三相異步電動(dòng)機(jī)和減速器相連。因所選電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1400 r/min,轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，V帶更適合中高速傳遞，所以，選用V帶進(jìn)行從電機(jī)到減速器之間的傳遞。
已知用V帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，電動(dòng)機(jī)額定功率由表3-1可知，P=1.1 kw，小帶輪與電機(jī)軸相聯(lián)，轉(zhuǎn)速n=1400 r/min。一天工作16小時(shí)。
傳動(dòng)比=1.17，因此，大帶輪轉(zhuǎn)速=1200 r/min。
3.4.1 確定計(jì)算功率
通過機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查表，得工作情況系數(shù)K=1.1，可得功率P：
=1.1×1.1=1.21 kw
3.4.2 選擇V帶的型號(hào)
根據(jù)上面所計(jì)算出的P=1.21 kw和小帶輪的轉(zhuǎn)速n=1400 r/min，通過普通V帶選型圖，選用Z型帶。
3.4.3 計(jì)算確定V帶輪的基準(zhǔn)直徑d,并計(jì)算帶速
1) 根據(jù)V帶的選型，查表，選取小帶輪的基準(zhǔn)直徑d
d=71 mm
2) 計(jì)算V帶的帶速V
V= m/s
計(jì)算的V帶帶速V在5 m/s~30 m/s之間，所以V帶帶速符合要求。
3）設(shè)計(jì)計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑d。
d=82.83 mm
根據(jù)查表選取d=80 mm。
則從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速為：
n′= 式3-14
取=0.02
n′==×1400×（1-0.02）
=1217.65 r/min
轉(zhuǎn)速誤差為：
=-1.47%
所計(jì)算誤差在-5%到+5%之間，故符合要求。
3.4.4 計(jì)算確定大小帶輪的中心距a，計(jì)算選擇V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L
根據(jù)初定中心距公式，得
0.7（d+d）a 式3-15
0.7×（71+80）a2×（71+80）
105.7a302 mm
初步計(jì)算確定大小帶輪的中心距a=200 mm。
根據(jù)公式，計(jì)算相應(yīng)的V帶帶長(zhǎng)L，得：
L 式3-16
2×200+×（71+80）+
637.29 mm
通過查表，選取V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L=630 mm。
通過公式計(jì)算，計(jì)算大小V帶輪的實(shí)際中心距a:
=196 mm
通過公式計(jì)算，計(jì)算大小V帶輪中心距a變動(dòng)范圍：
=(196-0.015×630)=186.55 mm
=(196+0.03×630)=214.9 mm
3.4.5 計(jì)算驗(yàn)算小帶輪上的包角
故包角符合要求。
3.4.6 計(jì)算確定V帶的根數(shù)
通過公式計(jì)算，得：
式3-17
通過查表可知，用內(nèi)插法得P=0.30 kw，
通過查表，得=0.02 kw,
通過查表可知，用內(nèi)插法得K=0.99，
通過查表可知，用內(nèi)插法得K=0.96.
=
所以，選取V帶根數(shù)為Z=4 根。
3.4.7 計(jì)算確定V帶的初拉力F
通過查表，得q=0.06 kg/m
通過公式進(jìn)行計(jì)算：
=45.98 N
3.4.8 計(jì)算壓軸力F
通過公式，進(jìn)行計(jì)算，得：
=2×4×45.98×=367.74 N
3.5 減速器的計(jì)算選型
已知大V帶輪的轉(zhuǎn)速為1200 r/min,即減速器的輸入軸轉(zhuǎn)速為n=1200 r/min,V軸的轉(zhuǎn)速n=60 r/min。
所以i==20,在這里，通過根據(jù)傳動(dòng)比，選擇傳動(dòng)比20的蝸輪蝸桿減速器，通過查表，選擇WPO80-20蝸輪蝸桿減速器。
3.6 直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
通過茶葉自動(dòng)包裝機(jī)傳遞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，制袋過程中，主軸向下一級(jí)傳動(dòng)，需要三組相同的直齒圓錐齒輪傳遞。在這里，對(duì)其中一組直齒圓錐齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算以及校核。
已知兩直齒圓錐齒輪的兩軸交角為90度，單向進(jìn)行傳遞?？紤]到茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的工作環(huán)境，制袋過程中，只在剛剛啟動(dòng)時(shí)，載荷有輕微沖擊，包裝機(jī)每天工作16個(gè)小時(shí)，有五年的工作壽命（250個(gè)工作日/年），傳遞的功率即為V軸的輸入功率P=0.65 kw,主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速即為V軸的轉(zhuǎn)速n=60 r/min,傳動(dòng)比為i=0.5。通過對(duì)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖進(jìn)行分析，小直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)成懸臂布置，大直齒圓錐齒輪設(shè)計(jì)成兩端支撐。
3.6.1 選擇大小直齒圓錐齒輪的精度等級(jí)，以及材料和齒數(shù)
1） 精度等級(jí)的選擇
通過主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速60 r/min可知，大小圓錐齒輪的傳動(dòng)速度不是很高，所以，可以選擇精度等級(jí)為8級(jí)精度。
2）兩齒輪材料的選擇
考慮到在齒輪傳動(dòng)過程中的直齒圓錐齒輪傳動(dòng)，小的直齒圓錐齒輪有可能做成齒輪軸，可選用軟齒面?zhèn)鲃?dòng)。
通過查表，可將大小直齒圓錐齒輪的材料均選為調(diào)質(zhì)45鋼，令小圓錐齒輪齒面的平均硬度為250HBS,大圓錐齒輪的齒面平均硬度比小圓錐齒輪的平均硬度低40HBS，為210HBS。
3）選擇大直齒圓錐齒輪的齒數(shù)=60,小直齒圓錐齒輪的齒數(shù)=i=60×0.5=30。
4） 計(jì)算大小齒輪的齒數(shù)比
計(jì)算傳動(dòng)比誤差
=0<5%
傳動(dòng)比誤差符合要求。
3.6.2 設(shè)計(jì)計(jì)算
通過設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行估算，即
式3-18
1） 查取確定計(jì)算公式內(nèi)的各數(shù)值
試選擇載荷系數(shù)K=1.6。
大直齒圓錐齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩為
T=5.158×10 N·mm
通過查表可知，齒寬系數(shù)通常取0.25~0.35，在這里，選取齒寬系數(shù)=0.3。
通過查表可知，z=189.8 MPa。
經(jīng)查得，小直齒圓錐齒輪=560 MPa,
大直齒圓錐齒輪=520 MPa
通過計(jì)算公式，計(jì)算大小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=60×60×1×（16×360×5）=1.037×10
=1.037×10÷0.5=2.074×10
已知大小齒輪的應(yīng)力系數(shù)，可查得:
小直齒圓錐齒輪K=0.95，大直齒圓錐齒輪K=0.95
計(jì)算大小圓錐齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力
通過查表，選取安全系數(shù)S=1，失效概率取1%，由公式得：
=560×0.95=532 MPa
=520×0.95=494 MPa
大直齒圓錐齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力數(shù)值小。
2） 計(jì)算
計(jì)算小直齒圓錐齒輪的分度圓直徑d,將上面計(jì)算的中較小的數(shù)值代入計(jì)算公式
87.00 mm
試計(jì)算在平均分度圓處，得圓周速度
平均分度圓直徑計(jì)算：
=87.00×（1-0.5×0.3）=62.86 mm
由平均分度圓直徑可得，在平均分度圓處，圓周速度得：
=0.39 m/s
計(jì)算載荷系數(shù)
通過查表可得，使用系數(shù)K=1;
已知，在平均分度圓處，圓周速度0.39 m/s,所選的精度等級(jí)為8級(jí)精度，通過動(dòng)載系數(shù)值圖表進(jìn)行查取，按圖表中精度等級(jí)降一級(jí)的精度等級(jí)曲線，選取動(dòng)載系數(shù)K=1.05;
根據(jù)齒間載荷分配系數(shù)表，選取齒間載荷分配系數(shù)=1;
通過查得軸承系數(shù)表，因?yàn)樾≈饼X圓錐齒輪采用兩端支撐，大直齒圓錐齒輪采用一端支撐、一端懸臂，所以，選取=1.25，=1.25×1.5=1.875。
所以，可計(jì)算載荷系數(shù)
K=K=K= 式3-19
=1×1.05×1×1.875=1.969
根據(jù)計(jì)算的實(shí)際載荷系數(shù)，校正驗(yàn)算所得的分度圓直徑，通過公式得：
d=93.23 mm
計(jì)算大小齒輪的模數(shù)m。
m===3.11 mm
通過查表，選取一個(gè)模數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值，取
m=3 mm
3) 對(duì)大小圓錐齒輪的外形尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算
計(jì)算兩個(gè)圓錐齒輪大端分度圓直徑
大圓錐齒輪 d=zm=60×3=180 mm
小圓錐齒輪 d=zm=30×3=90 mm
計(jì)算確定兩個(gè)圓錐齒輪的分錐角
=63.4349
=26.5651
錐距驗(yàn)算
R==100.63 mm
齒寬的計(jì)算
b==30.19 mm
校核齒根強(qiáng)度
校核彎曲強(qiáng)度的式子為：
式3-20
根據(jù)查圖，得
=380 MPa，=340 MPa
通過查圖，取K=K=0.90
許用應(yīng)力的計(jì)算
選取安全系數(shù)S為1.4，通過計(jì)算公式，得：
=244.286 MPa
=218.571 MPa
齒數(shù)當(dāng)量和齒形系數(shù)計(jì)算
=134.16
=33.54
通過查表，用插值法求得
=2.4704，=2.1527
彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
式3-21
=131.76 MPa<[]
=126.80 MPa<[]
通過校核計(jì)算，大小圓錐齒輪的強(qiáng)度滿足要求。
3.7 凸輪的設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.7.1 凸輪的分類及特點(diǎn)
凸輪在我們的生活中極其的常見，很多機(jī)械中，都能看到凸輪的身影，特別是自動(dòng)化程度很高的機(jī)械中，經(jīng)常應(yīng)用到凸輪機(jī)構(gòu)。由于凸輪機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)都非常的簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，并且能夠?qū)崿F(xiàn)很多復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，而且，只需設(shè)計(jì)出凸輪輪廓外形，這對(duì)實(shí)現(xiàn)一套復(fù)雜的往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng)而言，所設(shè)計(jì)的工作量非常小，所以，凸輪常常被人們采用。
按照凸輪的外形劃分，凸輪可分為盤型凸輪、圓柱型凸輪和移動(dòng)型凸輪等。如圖3-1所示：
圖3-1（a） 盤型凸輪
圖3-1（b） 移動(dòng)型凸輪
圖3-1（c） 圓柱型凸輪
按照從動(dòng)件的形狀來劃分，從動(dòng)件可分為尖頂型從動(dòng)件、滾子型從動(dòng)件和平底型從動(dòng)件。如圖3-2所示。
圖3-2（a） 尖頂型從動(dòng)件
圖3-2（b） 滾子型從動(dòng)件
圖3-2（c） 平底型從動(dòng)件
3.7.2 凸輪的選型
結(jié)合茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的制袋過程，可用凸輪機(jī)構(gòu)帶動(dòng)橫封切斷機(jī)構(gòu)。主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一次，拉動(dòng)包裝膜走兩個(gè)包裝袋袋長(zhǎng)的長(zhǎng)度。所以，主軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，需要進(jìn)行兩次橫封切斷，因此，所設(shè)計(jì)的凸輪需要兩個(gè)推程和兩個(gè)回程。
考慮到凸輪的工作環(huán)境情況，從動(dòng)件需帶動(dòng)橫封切斷機(jī)構(gòu)，受到較大的力，并且需要從動(dòng)件柔性沖擊，凸輪機(jī)構(gòu)處在低速重載的情況下，所以，選用余弦加速度的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線。
選用滾子型從動(dòng)件，盤型凸輪，對(duì)心布置。
3.7.3 凸輪的計(jì)算
1）選擇設(shè)定行程
考慮到茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的實(shí)際制袋運(yùn)動(dòng)，令從動(dòng)件的行程h=20 mm
2）選擇設(shè)定凸輪的推程角和回程角
因?yàn)橥馆喌耐瞥逃袃蓚€(gè)，回城也有兩個(gè)，所以，取推程角=90，回程角=90。
3）根據(jù)從動(dòng)件位移方程，計(jì)算位移
推程位移方程： 式3-22
回程位移方程： 式3-23
等分推程角和回程角，分成6份，根據(jù)位移方程求得：
=0: s==0 mm
=30: s==5 mm
=60: s==15 mm
=90: s==20 mm
=120: s==15 mm
=150: s==5 mm
=180: s==0 mm
另一個(gè)推程角和回程角的位移與其相同：
=210: s==5 mm
=240: s==15 mm
=270: s==20 mm
=300: s==15 mm
=330: s==5 mm
=360: s==0 mm
將計(jì)算的各個(gè)角度時(shí)的位移歸納成表3-3
表3-3 各個(gè)角度對(duì)應(yīng)位移表
/度
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
S/mm
0
5
15
20
15
5
0
5
15
20
15
5
0
3.7.4 凸輪的輪廓設(shè)計(jì)確定
1）凸輪的基圓半徑確定
根據(jù)凸輪實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況，試確定凸輪的基圓半徑為r=50 mm
2）確定凸輪的理論輪廓、實(shí)際輪廓及滾子直徑
根據(jù)凸輪的基圓直徑和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律曲線，確定凸輪的理論輪廓，凸輪的理論輪廓如圖3-3所示。
圖3-3 凸輪的理論輪廓線
計(jì)算滾子半徑
r=(0.1~0.5)r=19 mm
選取滾子軸承 KR22PP
通過運(yùn)動(dòng)傳遞，選取一個(gè)凸輪合適的厚度30 mm
根據(jù)凸輪的理論輪廓曲線和滾子的半徑，確定凸輪的實(shí)際輪廓曲線，凸輪實(shí)際輪廓曲線如圖3-4所示。
圖3-4 凸輪實(shí)際輪廓曲線
3.8 滾子鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.8.1 鏈在機(jī)械中的應(yīng)用及其分類
鏈在機(jī)械傳動(dòng)中，發(fā)揮著重要作用，很多地方上，有著不可替代的地位。
鏈的種類主要有三種，一種用于傳遞動(dòng)力，可以稱為傳動(dòng)鏈；一種主要用于吊起重物，叫做起重鏈；還有一種主要負(fù)責(zé)物體的移動(dòng)，用于牽引，成為牽引鏈。這三種鏈如圖3-5所示。
圖3-5（a） 傳動(dòng)鏈
圖3-5（b） 起重鏈
圖3-5（c） 牽引鏈
3.8.2 鏈的選擇
根據(jù)茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的工作需求，一個(gè)牽引輥的轉(zhuǎn)動(dòng)，需要用到帶或鏈的傳動(dòng)。由于帶適合高速傳動(dòng)，但傳動(dòng)精度不高；鏈卻恰恰相反，適合中低速傳動(dòng)，傳動(dòng)精度高?？紤]到茶葉包裝機(jī)在這處的傳動(dòng)，要求傳動(dòng)精度高，而傳動(dòng)速度不高，所以，選用滾子鏈。
已知，傳遞的功率為VI軸的輸入功率P=0.61 kw,兩個(gè)鏈輪轉(zhuǎn)速都為VI軸的轉(zhuǎn)速，n=n=120 r/min,啟動(dòng)時(shí)，有輕微的沖擊。
3.8.3 鏈及鏈輪的計(jì)算
1）確定鏈輪、
設(shè)鏈的速度V在0.6m/s~3m/s,取=17
則=i=17
2） 中心距、鏈節(jié)數(shù)
設(shè)=40P
= 式3-24
=97 節(jié)
一般鏈節(jié)取偶數(shù)，所以，=98 節(jié)。
3） 計(jì)算功率
式3-25
查表取K=1.1
通過公式得K、:
K==0.89
==0.99
選用單排鏈，
所以，計(jì)算得：
=0.76 kw
3.8.4 選取鏈條型號(hào)和鏈條節(jié)距P
通過功率=0.76 kw和轉(zhuǎn)速=120 r/min,選取08A型號(hào)的鏈條
查表得：P=12.70 mm
3.8.5 實(shí)際的中心距′
通過公式計(jì)算：
式3-25
=514.35 mm
取′=514 mm
3.8.6 驗(yàn)算速度V
0.44 m/s<0.6 m/s
與所設(shè)不符，V<0.6 m/s,計(jì)算靜強(qiáng)度。
3.8.7 計(jì)算靜強(qiáng)度
公式 式3-26
取S=4，根據(jù)鏈條查得=13.8 KN。
查得=1.1
緊邊拉力 =F 式3-26
其中 2773 N
=0.029 N
因?yàn)殒溳喌膬奢S水平布置，取=6，
所以 =6×0.6×9.8×0.514=18.13 N
所以
=F=2773+0.029+18.13=2791.2 N
所以
=4.49>S=4
即鏈條及鏈輪符合要求。
3.8.8 壓軸力
=，取=1.2 式3-27
==1.2×2773=3327.6 N
3.9 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
通過茶葉自動(dòng)包裝機(jī)傳遞的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，我們需要用到兩組相同的圓柱齒輪。下面，對(duì)其中一組齒輪，進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。
傳遞功率即為Ⅰ軸的輸入功率，所以，P=0.61 kw,兩個(gè)齒輪軸向平行，水平放置，一個(gè)齒輪懸臂，另一個(gè)齒輪兩端采用軸承支撐。
3.9.1 選擇直齒圓柱齒輪的精度等級(jí)，以及材料和齒數(shù)
1） 精度等級(jí)的選擇
通過主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速120 r/min可知，齒輪的傳動(dòng)速度不是很高，所以，可以選擇精度等級(jí)為8級(jí)精度。
2）兩齒輪材料的選擇
兩齒輪選擇HT300，220HBS的硬度。
3） 齒數(shù)的選定
因?yàn)閭鲃?dòng)比為1，所以，選定兩齒輪==29
4） 齒數(shù)比
=1=i =0
3.9.2 設(shè)計(jì)計(jì)算
1）通過設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行估算，即
式3-28
2）確定數(shù)值
試選擇載荷系數(shù)K=1.5。
傳遞轉(zhuǎn)矩為
T=5.158×10 N·mm
通過查表，=0.8。
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)計(jì)算
=60×120×1×16×360×5=2.074×10。
經(jīng)查得：
=0.95
按照齒面硬度，可查得:
=130 MPa
許用應(yīng)力
取S=1.4,由公式得：
=88.21 MPa
=88.21 MPa
查取、
由表查得：
==1.62
==2.53
計(jì)算 式3-29
=0.0465，=0.0465
3) 計(jì)算
模數(shù)的試算
=2.72 mm
分度圓直徑
==29×2.72=78.88 mm
圓周速度V的計(jì)算
=0.25 m/s
齒寬b
=0.8×78.88=63.10 mm
齒寬齒高比
齒高： h==2.25×2.72=6.12 mm
=10.31
載荷系數(shù)
通過查表，得=1.25
根據(jù)V=0.25 m/s，查得=1.05
查得1
通過查表，得=1.2009
=1.0340
所以， K 式3-30
=1.25×1.05×1×1.0340
=1.357
校核模數(shù)
=2.63 mm
m=1.1×2.63=2.89 mm
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=3 mm
4) 齒輪的幾何尺寸
分度圓直徑
=29×3=87 mm
=29×3=87 mm
中心距
=87 mm
齒寬
b=0.8×87=69.6 mm
b=0.8×87=69.6 mm
圓整取 b=70 mm
3.10 縱封輥及牽引輥的設(shè)計(jì)
3.10.1 牽引輥
由于上面所求的直齒圓柱齒輪中心距為87 mm,牽引輥與圓柱齒輪同軸，所以，兩牽引輥的中心距為87 mm,因?yàn)橐唤M牽引輥直徑相同，所以：
D=87 mm
所以牽引輪圓周周長(zhǎng)為S=Dπ=87×3.14=273 mm270 mm
因?yàn)闋恳? r/min，袋子也是一分鐘制兩袋，所以，牽引輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，袋子制一袋，即S=袋子高，已知袋子高270 mm,所以，牽引輪直徑符合要求。
包裝帶膜寬300 mm,經(jīng)過U型翻折，寬150 mm,所以牽引輪長(zhǎng)度應(yīng)大于150 mm,取230 mm。
另一組牽引輥應(yīng)保證包裝膜帶速與上面牽引輥同步，所以，D=87 mm,L取214 mm。
3.10.2 縱封輥
由于上面所求的直齒圓柱齒輪中心距為87 mm,縱封輥與圓柱齒輪同軸，所以，兩縱封輥的中心距為87 mm,因?yàn)橐唤M縱封輥直徑相同，所以：
D=87 mm
所以縱封輪圓周周長(zhǎng)為S=Dπ=87×3.14=273 mm270 mm。
因?yàn)榭v封輥2 r/min，袋子也是一分鐘制兩袋，所以，縱封輥轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，袋子制一袋，即S=袋子高，已知袋子高270 mm,所以，縱封直徑符合要求。
縱封寬度為10 mm,可取縱封輥L=15 mm,有10mm長(zhǎng)接觸膜帶。
3.11 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.11.1 軸的分類及特點(diǎn)
軸的應(yīng)用相當(dāng)普遍，它能很好地傳遞轉(zhuǎn)矩。
軸的種類很多，根據(jù)外形不同，可將軸分為兩類：曲軸和直軸。如圖3-6所示。
圖3-6（a） 曲軸
圖3-6（b） 直軸
在這里，根據(jù)茶葉自動(dòng)包裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)，選擇直軸。
3.11.2 材料的選擇
主軸轉(zhuǎn)速為120 r/min,屬于低速，結(jié)合實(shí)際情況，主軸的載荷不是很大，可選用45鋼。
3.11.3 主軸的裝配
考慮到主軸上需要裝配零件，這些零件影響著各個(gè)軸段的長(zhǎng)度，所以，確定主軸的裝配，結(jié)構(gòu)如圖3-7。
圖3-7 主軸的裝配
3.11.4 主軸的尺寸確定及裝配零件的選擇
因?yàn)橹鬏S的輸入功率P=0.65 kw,轉(zhuǎn)速為60 r/min,所以，最小直徑d得：
式3-31
其中，A=110，所以d=19.34 mm
因?yàn)檩S上需四個(gè)鍵槽，所以
d==22.63 mm
最小端通過聯(lián)軸器與減速器相聯(lián)，已知減速器輸出端為32 mm,選取GY5聯(lián)軸器,所以，主軸最小端直徑d=30 mm。
結(jié)合主軸的裝配，主軸外形如圖3-8。
圖3-8 主軸
17段：17段與聯(lián)軸器相聯(lián)L=65 mm,d=30 mm。選用鍵10×56。
16段：需要設(shè)有定位軸肩，L=10 mm,d=35 mm。
15段：L=11 mm,d=39 mm。
14段：該段裝配軸承，L=14 mm,d=40 mm,軸承選取角接觸軸承7008C。
13段：需要設(shè)有定位軸肩，L=40 mm,d=46 mm。
12段：該段裝配凸輪，L=30 mm,d=52 mm。選用鍵16×25。
11段：L=100 mm,d=58 mm。
10段：該段裝配齒輪，L=19 mm,d=64 mm。選用鍵B18×18。
9段： 需要設(shè)有定位軸肩，L=8 mm,d=70 mm。
8段： L=200 mm,d=64 mm。
7段： 需要設(shè)有定位軸肩，L=8 mm,d=70 mm。
6段： 該段裝配齒輪，L=19 mm,d=64 mm。選用鍵B18×18。
5段：需要設(shè)有定位軸肩， L=120 mm,d=58 mm。
4段： 該段裝配齒輪，L=19 mm,d=52 mm。選用鍵B16×18。
3段： 需要設(shè)有定位軸肩，L=200 mm,d=46 mm。
2段： 該段裝配軸承，L=14 mm,d=40 mm。軸承選取角接觸軸承7008C，
1段： 該段為螺紋，裝配圓螺母，L=11 mm,d=39 mm。選用圓螺母M39×1.5。
其中兩個(gè)角接觸軸承采用面對(duì)面式裝配。
3.12 螺旋推料的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.12.1 計(jì)算螺旋軸徑
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