摘 要
肥料自動包裝機適用于包裝顆粒狀、低黏度的肥料。市場上現(xiàn)有的肥料包裝機大多數(shù)是半自動包裝機，就是包裝袋的進給是用人工的方式進給的，生產(chǎn)效率不是很高，而且加大了勞動強度，在生產(chǎn)時還有一定的危險，本設(shè)計為給袋式的自動進給。
本文介紹了題目的研究背景和意義，論述了肥料包裝機在國內(nèi)外的發(fā)展狀況和前景,介紹了本次設(shè)計研究的內(nèi)容及方法。本次設(shè)計的重點是包裝機的總體設(shè)計方案、包裝過程的裝袋、取袋、張口和夾持的方式，在此基礎(chǔ)上進行了運動與結(jié)構(gòu)的設(shè)計。本次設(shè)計采用的包裝方法是回轉(zhuǎn)式，轉(zhuǎn)盤是通過槽輪機構(gòu)的啟停來完成各個工藝的要求；通過氣泵的吸力（大氣壓）來吸取包裝袋（不透氣）；依靠氣缸提供動力的機械手來夾持包裝袋進行多工位的位置要求；同時本機采用PLC微電腦控制氣壓閥來調(diào)節(jié)氣缸，使機器完成全自動，同時該機還有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、無污染、密封可靠、噪聲小和人機功能合理的特點。
關(guān)鍵詞： 肥料；包裝；包裝機；供袋
Abstract
Fertilizer automatic packaging machine for packing granules, low viscosity of the fertilizer. Fertilizers available in the market most of semi-automatic packaging machine packing machine is packing bags is to use artificial feeding means feed, the production efficiency is not high, and increasing the labor intensity in production there is still certain dangerous, this bag is designed to automatically feed.
This article describes the background and significance of the research topics discussed fertilizer packaging machine development at home and abroad, introduces the design of this study the content and methods. The design focuses on the overall design scheme packing machine, packaging and bagging process, taking bags, open mouth method and means of clamping, in this based on the movement and structure design. The design of the packaging used is rotary, start and stop through the slot to complete the round of the requirements of each station; through the pump suction (atmospheric pressure) to absorb bags; rely on the cylinder-powered mechanical hand to grip bags multi-station position request; while the machine is PLC controlled pneumatic valve to achieve fully automatic machine, while machine is still a simple structure, low cost, clean, reliable sealing, noise, and machine features reasonable features.
Key words: Fertilizer; packaging; packing machine; for bags
目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究內(nèi)容的現(xiàn)狀 1
1.2 選題意義 2
第2章 肥料自動包裝機總體方案設(shè)計 4
2.1 任務(wù)書 4
2.2 任務(wù)書抽象化 4
2.3 確定工藝原理 5
2.4 功能分解 5
2.5 確定每種功能方案 5
2.6 形態(tài)矩陣求解 6
2.7 邊界條件 7
2.8 方案評價 7
2.9 簡圖 8
2.10 主要參數(shù)確定 8
2.10.1 設(shè)計內(nèi)容 8
2.10.2 技術(shù)參數(shù)及要求 8
2.11 執(zhí)行機構(gòu)方案確定 9
2.11.1 袋的供給 9
2.11.2 張口裝置 9
2.11.3 夾持機械手 10
2.11.4 轉(zhuǎn)盤 10
第3章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計計算 11
3.1 外槽輪機構(gòu)設(shè)計 11
第4章 傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 14
4.1 電機選擇 14
4.1.1 選擇電動機功率 14
4.2 總傳動比計算及傳動比分配 15
4.3 各軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算 15
4.4 傳動零件的設(shè)計計算 17
4.4.1 帶傳動設(shè)計計算 17
4.4.2 直齒圓柱輪計算 19
4.4.3 鏈傳動設(shè)計計算 23
4.5 軸的計算 25
4.6 軸承壽命計算 32
4.7 鍵聯(lián)接的選擇 34
4.8 聯(lián)軸器的選擇 34
第5章 肥料自動包裝機的安裝、維護和安全要求 36
第6章 結(jié)論 37
參考文獻 38
致 謝 40
42
第1章 緒論
1.1 研究內(nèi)容的現(xiàn)狀
包裝工業(yè)是國民經(jīng)擠支柱產(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世界各國經(jīng)濟發(fā)展歷程證明這點。改革開放以來，隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展商品流通的增加．物質(zhì)的不斷豐富，生活水平的提高，人們在追求商品內(nèi)在質(zhì)量提高的同時．對商品包裝的要求也在不斷提高，包裝工業(yè)隨之迅速發(fā)展．在我國國民生產(chǎn)總值中已占到2％以上，與經(jīng)濟發(fā)達國家的差距正逐步縮小。包裝機械在包裝工業(yè)中地位十分重要，對包裝工業(yè)現(xiàn)代化具有舉足輕重的作用。
目前，我國的包裝企業(yè)大部分規(guī)模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同時存在著不顧行業(yè)發(fā)展要求，重復生產(chǎn)那些成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機械產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)目前大約有1/4的企業(yè)存在低水平重復生產(chǎn)現(xiàn)象。這是對資源的極大浪費，造成包裝機械市場的混亂，多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)值在幾百萬元到1000萬元之間，低于100萬元的企業(yè)為數(shù)還不少。每年有近15%的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉，但又有15%的企業(yè)加入這個行業(yè)，極其不穩(wěn)定，現(xiàn)象阻礙了行業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，各種食品、水產(chǎn)、化工、醫(yī)藥、輕業(yè)加工品等的出現(xiàn)，對包裝技術(shù)和設(shè)備都提出了新的要求。目前，包裝機械競爭日趨激烈，未來的包裝機械將配合產(chǎn)業(yè)自動化，促進包裝設(shè)備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的包裝設(shè)備。
傳統(tǒng)的包裝機械多采用機械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了光電控制、氣動控制等控制形式。但是，隨著加工工藝的日益提高，對包裝參數(shù)的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應(yīng)采用新的技術(shù)改變包裝機械的面貌。當今的包裝機械是集機、電、氣、光、磁于一體的機械電子設(shè)備，應(yīng)著力于提高包裝機械的自動化程度，將包裝機械的研發(fā)與計算機結(jié)合，實現(xiàn)機電一體化控制。
總體來講，它是將微機技術(shù)引入到包裝機械，應(yīng)用機電一體化技術(shù)，開發(fā)智能化包裝技術(shù)，按產(chǎn)品自動包裝工藝要求組合成全自動包裝系統(tǒng)進行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程的檢測與控制、故障的診斷與排除將實現(xiàn)全面自動化，實現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全生產(chǎn)?？捎糜诩庸さ木_計量、高速充填和包裝過程自動控制等，將使包裝機械結(jié)構(gòu)大為簡化，提高包裝產(chǎn)品質(zhì)量。如塑料袋封口機，其封口質(zhì)量與包裝材料、熱封溫度和運行速度等有關(guān)。如材料(材質(zhì)、厚度)發(fā)生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機控制，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳參數(shù)匹配輸入微機存儲器，再配上必要的傳感器，組成自動跟蹤系統(tǒng)，這樣，不管哪個工藝參數(shù)改變，都能保證最佳的封口質(zhì)量。
采用新技術(shù)，建立自動化、多樣化、多功能集成化的包裝機械新體系包裝機械其技術(shù)發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動化、單機多功能、多功能組成生產(chǎn)線等。在封口方面應(yīng)用熱管和冷封口技術(shù)。另外，隨著包裝從單一技術(shù)轉(zhuǎn)向與加工相結(jié)合研究取得進展，應(yīng)將包裝技術(shù)領(lǐng)域延伸到加工領(lǐng)域，開發(fā)包裝、加工一體化的加工包裝機設(shè)備。
中國包裝機形成行業(yè)僅20年，基礎(chǔ)相對薄弱，技術(shù)及科研力量不足，其發(fā)展相對滯后，在某種程度上拖了食品和包裝工業(yè)的后腿。上個世紀70年代末，年產(chǎn)值只有七八千萬元，產(chǎn)品品種僅有100多種。近5年來包裝機行業(yè)每年以11%～12%的平均增長速度發(fā)展，高于同期國民經(jīng)濟增長速度，銷售總額由1994年的150億元增加到2000年的300億元，產(chǎn)品品種由1994年的270種發(fā)展到2000年的3700種。預測到2010年，國內(nèi)行業(yè)總產(chǎn)值可達到1300億元(現(xiàn)價)，而市場需求可能達到2000億元。如何能夠盡快的趕上并且抓住這個巨大的市場是我們迫切需要解決的問題是包裝的方法。
如今產(chǎn)品水平上了新臺階，開始出現(xiàn)規(guī)?；?、成套化、自動化的趨勢，傳動復雜、技術(shù)含量高的設(shè)備開始出現(xiàn)?？梢哉f我國的機械生產(chǎn)已滿足了國內(nèi)的基本需求，并開始向東南亞及第三世界國家出口。
1.2 選題意義
隨著消費者需要的多樣化，尤其是超級市場的發(fā)展，包裝突出日益重要的地位。完成包裝所需的機器設(shè)備，在包裝工業(yè)中的需求量最大。包裝的主要目的，在于促進銷售，并為消費者提供使用上的方便，在包裝設(shè)計中，除保證包裝內(nèi)容物質(zhì)和量的要求外，還需重視包裝裝潢的重要作用。包裝的主要目的，是為流通儲運提供保障，要求包裝堅固牢實。包裝是對被包裝物所采取的一種保護性措施，包裝的主要目的在于保護產(chǎn)品的使用價值。因此，包裝中還要顧及到物品在流通中的運輸、裝卸、存貯保管和銷售的方便；此外，包裝的裝潢還起到美化、宣傳和推銷的作用。包裝加工是產(chǎn)品在生產(chǎn)中的最后環(huán)節(jié)，是高產(chǎn)品的商品價值不可忽視的重要環(huán)節(jié)。
加入WTO后，國際包裝機械行業(yè)競爭日益激烈，國外的綠色貿(mào)易壁壘對包裝機械行業(yè)提出更高的要求，所以，必須改變傳統(tǒng)的包裝機械設(shè)計及開發(fā)模式，本設(shè)計包裝機考慮到使包裝機械在其全生命周期中(設(shè)計、加工制造、裝配、使用、維修直至廢棄后處理處置過程)對環(huán)境無影響或影響最小化、資源低耗、易于回收等“綠色特征”，以提升我國包裝機械的核心競爭力。
市場上現(xiàn)有的肥料包裝機大多數(shù)是半自動包裝機，就是包裝袋的進給是用人工的方式進給的，生產(chǎn)效率不是很高，而且還大大加大了勞動強度，在生產(chǎn)時還有一定的危險，因此，本設(shè)計選用了給袋式的自動包裝機來補缺這個缺陷。
第2章 肥料自動包裝機總體方案設(shè)計
2.1 任務(wù)書
表2.1 任務(wù)書
功能
主要功能
包裝肥料
輔助功能
稱重，取袋
適應(yīng)性
對象
顆粒裝肥料，低粘度肥料
環(huán)境
常溫、室內(nèi)
性能
動力
1000w
外形尺寸
整體重量
包裝能力
1200袋/小時
可靠度
99%
壽 命
10年
經(jīng)濟成本
人機工程
操作方便
安全性
保證人身、設(shè)備安全，有漏電保護裝置
2.2 任務(wù)書抽象化
此設(shè)計的目的是將一定量的肥料裝入包裝袋中，按條件繪制黑箱，如圖1所示。
黑箱
肥料
包裝 包裝好的肥料
圖2.1任務(wù)書抽象化
2.3 確定工藝原理
成疊袋 取袋 拉袋 張口 充料 計量 計 數(shù) 封口 送出產(chǎn)品
成疊的袋經(jīng)過摩擦輪的帶動進給，拉出一個袋子送入下道工序，袋子到達張口位置，用氣吸把袋子的口吸開，通過夾持機構(gòu)加緊后，送入肥料等，通過計量裝置測量，肥料充填后通過橫向密封裝置加熱而被橫向封密，松開袋子，落入輸送帶送去，完成加工。
2.4 功能分解
2.5 確定每種功能方案
2.6 形態(tài)矩陣求解
表2.2 形態(tài)矩陣
功能解
分功能
1
2
3
4
A供料
重力
機械
人工
B袋進給
摩擦輪
重力
吸氣盤
C動力
電動機
汽油機
液壓馬達
氣壓馬達
D張口
氣壓缸
液壓缸
齒輪
E封口
齒輪
桿機構(gòu)
滑塊
F控制
帶
摩擦
傳感器
離合
G交互
旋鈕
按鈕
觸摸
可能組合方案：N=3x3x4x3x3x4x3=3888
候選方案 ( 1 ) A1+B1+C1+D3+E1+F1+G1
( 2 ) A1+B1+C1+D2+E4+F2+G1
( 3 ) A2+B2+C3+D2+E2+F2+G3
( 4 ) A2+B3+C4+D1+E2+F2+G2
( 5 ) A2+B3+C4+D1+E1+F4+G2
2.7 邊界條件
外界：對外界條件要求
內(nèi)部：對外界條件影響
2.8 方案評價
表2.3 方案評價
P1
P2
P3
P4
P5
Si
Vi
P1
0
0.5
0
0
0
0.5
0.05
P2
0.5
0
0
0
0
0.5
0.05
P3
1
1
0
0.5
0
2.5
0.25
P4
1
1
0.5
0
0
2.5
0.25
P5
1
1
1
1
0
4
0.4
Σsi=10 Σvi=1.0
即（5）號方案最好
2.9 簡圖
5
3
2
1
4
6 7
8
圖2.2 結(jié)構(gòu)簡圖
1-袋箱，2-吸氣，3-張口，4-機械手，5-供料，6-轉(zhuǎn)盤，7-橫封，8-輸送帶
2.10 主要參數(shù)確定
2.10.1 設(shè)計內(nèi)容
肥料自動包裝機袋進給部裝設(shè)計
2.10.2 技術(shù)參數(shù)及要求
（1）主要參數(shù)：
①生產(chǎn)能力：1200袋/小時
②袋子尺寸：直徑300～450mm；高450～800mm
2.11 執(zhí)行機構(gòu)方案確定
2.11.1 袋的供給
通過吸氣（真空）來吸取包裝袋，從而達到取去一個包裝袋的目的，如圖2.3所示。
圖2.3 吸氣式袋進給
2.11.2 張口裝置
通過吸氣（真空）來吸取包裝袋的兩個面，氣缸拉動杠機構(gòu)，使其向兩側(cè)張口，來達到張口，如圖2.4所示。
圖2.4張口裝置
2.11.3 夾持機械手
用氣缸來帶動齒條，往復移動，上下兩個齒條夾一個齒輪，使其夾持包裝袋，還具有保壓的作用，如圖2.5所示。
圖2.5夾持機械手
2.11.4 轉(zhuǎn)盤
轉(zhuǎn)盤機構(gòu)由槽輪組成，運動為間歇是的進給，來滿足四個工位的要求，通過氣缸來完成上下運動，如圖2.6所示。
圖2.6 轉(zhuǎn)盤機構(gòu)
第3章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計計算
3.1 外槽輪機構(gòu)設(shè)計
槽數(shù) Z=4
效率 Q=1200個/min
圓銷數(shù) m=1
中心距 a=c=2000mm
動停比 k=
工作轉(zhuǎn)盤靜止時間td=2s
轉(zhuǎn)動慣量 JV=15kg。
槽輪每一次轉(zhuǎn)動過程中的轉(zhuǎn)角為2，主動件相應(yīng)的轉(zhuǎn)角為2
==90
2=π-2==180-90=90
槽輪一個循環(huán)的時間為：T==3s
撥盤轉(zhuǎn)速為：n1=
轉(zhuǎn)位分度時間為：tf=
實際周期為：
實際生產(chǎn)率：
圓銷中心軌跡半徑
取圓銷半徑 RT=15mm
得槽輪外圓半徑
R2=
取圓銷與輪槽底部之間的徑向間隙 =5mm
輪槽深度為：
h=R1+R2-C+RT+=141.42+142.2-200+15+5=103.62mm
撥盤回轉(zhuǎn)軸徑
d1<2(c-R2)=2(200-142.2)=117.16mm
求得撥盤上鎖止弧所對中心角為：
R=2π-2=360-90=270
取槽輪在槽口處厚度 b=12mm
得鎖止弧半徑
R0=R1-B-RT=141.42-12-15=114.42mm
槽輪發(fā)生最大角加速度時撥銷所在的位置
=11.33
槽輪發(fā)生最大扭矩
N·M
所需功率
Nmax=
圖3.1槽輪機構(gòu)
第4章 傳動系統(tǒng)設(shè)計計算
4.1 電機選擇
4.1.1 選擇電動機功率
傳動裝置的總效率：
式中: 減速器效率： = 0.95
聯(lián)軸器效率： = 0.99
V帶傳動效率： = 0.95
圓錐滾子軸承效率： = 0.96
滾子鏈效率： = 0.95
直齒輪嚙合效率： = 0.97
直齒圓錐齒輪效率： = 0.95
槽輪效率： = 0.9
所需電動機功率：P==902.15W
根據(jù)工作負荷的大小和性質(zhì)、工作機的特性和工作環(huán)境等，可參考包裝機進行選擇電動機的種類、類型和結(jié)構(gòu)形式、功率和轉(zhuǎn)速，進而確定電動機的型號。因為負荷穩(wěn)定（或變化很?。?、長期連續(xù)運轉(zhuǎn)的機械，可按照電動機的額定功率選擇，而不必校驗電動機的發(fā)熱和起動轉(zhuǎn)矩。所以根據(jù)國家標準，查文獻[20]第35篇表35.1-52選擇Y系列三相異步電動機，該電機額定功率為1.1kw額定轉(zhuǎn)速1400r/min。，代號Y2-90s-4。
表4.1 電動機數(shù)據(jù)及傳動比
方案號
電機型號
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
總傳動比
1
Y2-90s—4
1.1kw
1500
1310
21.83
電動機型號為Y2-90s—4，其額定功率為1.1KW，轉(zhuǎn)速為1400r/min，軸伸直徑D=10mm，軸伸長度E=20mm，電動機中心高H=63mm。
4.2 總傳動比計算及傳動比分配
分配傳動比：
總傳動比
i=1400/5=280
V帶傳動比，取3.11
減速器傳動比，取20
即 CW-80-20-Ⅷ 型減速器
對總體傳動比進行分配：
i1＝1.0 （低速軸鏈輪）
i2＝4.0 （低速軸槽輪）
i3 ＝0.5 （圓柱直齒輪）
4.3 各軸的轉(zhuǎn)速、功率及轉(zhuǎn)矩的計算
各軸功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的計算：
0軸：即電機軸
P0= Pr =0.903w
1400r/min
9.55 P0/n0=6.16N·m
Ⅰ軸：即減速器高速軸
P1= P0×η帶=0.903×0.96=0.857w
n0÷i帶= 1400/3.11=450.2r/min
9.55 P1 /n1 =18.9N·m
Ⅱ軸：即減速器低速軸
P1×η減=0.857×0.95=0.814w
n1/ i減=450/20=22.5r/min
9.55P2/i減=345.7 N·m
Ⅲ軸：即分配軸
P3= P2×η鏈=0.814×0.99=0.806 kw
n3=n2=22.5 r/min
T3=9.55P2 /n3=343 N·m
Ⅳ軸：即鏈輪傳動軸
P4= 45.4w
n4=n3/1.0=22.5 r/min
T4=9.55P4 /n4=21.7N·m
Ⅴ軸：小槽輪撥盤軸
P5= P4×η槽=45.4×0.9=40.9w
n5=n4/i槽=22.5/4.0=5.625r/min
T5=9.55P5 /n5=78.2N·m
Ⅵ軸：小槽輪軸
P6= P5×η直=40.9×0.99=40.5w
n6=n5/0.5=11.25r/min
T6=9.55P6 /n6=38.7N·m
Ⅷ軸：大槽輪軸
P7= 163.3×η槽=163.3×0.90=147w
N7=n6/i槽=22.5/4.0=5.625r/min
T7=9.55P7 /n7=249.5N·m
表4.2 各軸功率即傳動比
序號
功率
P/w
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
轉(zhuǎn)矩T
傳動型式
傳動比
效率η
0
903
1400
6.16
帶
3.11
0.95
1
857
450.2
18.18
聯(lián)軸器
1.0
0.99
2
814
22.5
345.7
減速器
20.0
0.95
3
806
22.5
343
鏈
1.0
0.99
4
45.4
22.5
21.7
直齒輪
0.5
0.99
5
40.9
5.625
78.2
槽輪
4.0
0.90
6
40.5
11.25
38.7
7
147
5.625
249.53
4.4 傳動零件的設(shè)計計算
4.4.1 帶傳動設(shè)計計算
1.原始數(shù)據(jù)
電動機的輸出功率: =1.1kw
滿載轉(zhuǎn)速:=1400r/min
帶傳動傳動比
2.設(shè)計步驟和方法
1）選定帶種類
查[22]中表5.1-1選窄V帶。
2）確定設(shè)計功率Pc
=1.1kw
得KA=1.1
0.9924kw
3）選定帶型
根據(jù)和由[17]第14篇圖14.1-4選取普通V帶Z型。
4）確定小帶輪基準直徑
由[17]第14篇表14.1-18選=71mm。
5) 確定大帶輪基準直徑dd2
通常、對轉(zhuǎn)速要求不高的可以忽略，i=3.11 則
mm
取 dd2=224mm
6)驗算帶速v
m/sm/s，合適。
7）初定中心距
取=220mm
8) 所需基準長度
mm
由[19]第14篇表14.1－8選取=1080mm
9)實際中心距
mm
10)調(diào)整范圍
=+0.03=295+0.03×1080=327.4 mm
=-0.015=295-0.015×1080=278.8 mm
11)驗算包角α
α×60
×57.3=> 符合要求。
12）單根V帶傳遞的基本額定功率P1
根據(jù)帶型Z型、=71mm和=1400r/min由[17]第14篇表14.1-17b得=2.8kw, =0.056。
13）確定V帶根數(shù)Z
由[17]第14篇表14.1-13小輪包角系數(shù)=0.95,由[17]第14篇表14.1-15得帶長修正系數(shù)=0.99則
取 Z=1
14)單根V帶的預緊力F0
由[17]第14篇表14.1-14得每米V帶的質(zhì)量m=0.06kg/m，則
15)計算軸壓力Q
按式3-31
Q=2F0zsin=2×148.44×1×sin(150.28/2)＝286.95N
4.4.2 直齒圓柱輪計算
1.選擇齒輪材料精度等級
齒輪一般機械，小齒輪材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表5—1查得
小齒輪45調(diào)質(zhì)，硬度217～255HB，取硬度為235—255HB；
大齒輪材料選用45鋼，正火處理，硬度162～217HB，取190—217HB。
齒輪精度等級為8級（GB10095-88)
低速級傳遞功率=40.9w,齒輪轉(zhuǎn)速=5.6r/min,傳動比i= 0.5每天1班，預期壽命10年。
計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N
由[18]第16篇圖16.2-18得1.08 1.13
由[18]第16篇圖16.2-22得==1.0
由[18]第16篇圖16.2-21得1.0
由[18]第16篇圖16.2-19得
由[18]第16篇表16.2-46得
由文獻[17] 第14篇 中圖14-16(b)得=690Mpa，=570MPa
由文獻[17] 第14篇 中(14-28)計算許用接觸應(yīng)力
=ZN1ZXZWZLVR==685.6Mpa
=ZN1ZXZWZLVR==592.6Mpa
2.按齒面接觸強度確定中心距
小輪轉(zhuǎn)矩T6,由[21]中式（5-2）得
初選取，由[18]第16篇表16.2-43得
由u=i=0.5。由[21]中式（5-14）計算
由[21]中式（5-18）計算中心距
mm
取中心距=75mm
估算模數(shù)m =（0.01～0.02=0.525～1.5
由[18]第16篇圖16.2-3得取標準模數(shù)m =1.5mm
齒數(shù),取Z1=67
i=33/67=0.493
齒輪分度圓直徑 d1=mz1=100.5mm
=mz=49.5mm
齒輪齒頂園直徑 ==103.5mm
==52.5mm
齒輪基圓 =cos=94.45mm
=cos=46.52mm
圓周速度 m/s
由[18]第16篇表16.2-73選齒輪精度為8級
3.驗算齒面接觸疲勞強度
按電機驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由[18]第16篇表16.2-36取KA=1.0
由[18]第16篇表16.2-39，按8級精度和VZ1/100=0.294m/s,得Kv=1.02。
齒寬mm
取b1=30mm,b2=35mm
由[18]第16篇表16.2-40,按b/d1=30/100.5=0.30,軸的剛度較大，二級傳動中齒輪相對軸承為懸臂支撐，得1.04
由[18]第16篇表16.2-42得出Ka =1.2
計算載荷系數(shù)
按公式計算端面重合度
齒頂壓力角
由[18]第16篇式16.2-15計算
由[18]第16篇表16.2-34計算齒面接觸疲應(yīng)力
Mpa 安全。
4.校核齒根彎曲疲勞強度
按=67, =33
由[18]第16篇圖16.2-23得，
由[18]第16篇圖16.2-24得，。
由[21]中式（5-23）計算
由[18]第16篇圖16.2-26得,得MPa MPa
由[21]中圖5-15，得，。
由[21]中式（5-32），m =1.5﹤5mm, 。
取，。
由[21]中式（5-31）計算許用彎曲應(yīng)力
MPa
MPa
由[21]中式（5-24）計算齒根彎曲應(yīng)力
MPa MPa,安全。
MPa MPa，安全。
5.齒輪主要幾何參數(shù)
Z1=67,Z2=33，u=0.5，m=1.5mm
d=m Z1=100.5mm
d=m Z2=49.5mm
d=d+2ham=103.5mm
d=d+2ham=52.5mm
d=d-2(ha+c)m=94.45mm
d=d-2(ha+c)m=46.52mm
75mm
4.4.3 鏈傳動設(shè)計計算
鏈輪基本參數(shù)計算
傳動功率0.046kw
確定鏈輪齒數(shù)
（1） 修正功率P
kw
式中為工況系數(shù)
為主動鏈齒數(shù)系數(shù)
查文獻[20] 第14篇 表14.2-4得
=1.0 =1.1
（2） 鏈條節(jié)距
查文獻[20] 第14篇圖14.2-2選型號 為08A節(jié)距為12.7㎜
圖4.4.3鏈輪
=
=254mm
取
（3） 計算鏈長節(jié)數(shù)
=
式中
取節(jié)
（4）鏈條長度L
（5）最大中心距
（6）實際中心距
取 1190
（7）鏈速
（8）有效圓周力
（9）小鏈輪包角
（10）鏈輪幾何尺寸計算
，
4.5 軸的計算
圖4.5.1軸
1．軸的設(shè)計計算(小槽輪輪盤軸的設(shè)計計算)
（1）選擇軸的材料：
軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。
由文獻[18] 第19篇 表19.1-1查得材料力學性能數(shù)據(jù)為：
MPa， MPa,MPa ， MPa，E=2.1510 MPa
（2）按扭矩初步估算軸端直徑
根據(jù)文獻[18] 第19篇 表19.3-1公式初步計算軸徑，由于材料為45，由文獻[18] 第19篇 表19.3-2選取 A=115，
按文獻[18] 第19篇 中式（8-2）
mm
取=20mm
該軸軸長
=188mm
軸的其他結(jié)構(gòu)有實際情況決定。
（3）初選滾動軸承
因該軸為垂直方向安裝，上裝有鏈輪，槽輪盤。需要調(diào)整軸向位置，考慮裝拆調(diào)整方便等原因，根據(jù)軸端尺寸，鏈輪，槽輪盤的定位方式和軸承的大概安裝位置，初選圓錐滾子軸承。
（4）設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)
a．兩軸承之間的跨距
b．確定軸承的潤滑方式與密封方式
滾動軸承采用脂潤滑。
c．布置軸上零件，設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)
根據(jù)安裝和定位的需要，初定各軸段直徑和長度，各跨度尺寸，作軸的簡圖如圖（a）
圖4.4.4.1簡圖(a)
（5）軸上受力分析
軸傳遞的扭矩21.7N?m
鏈輪的圓周力
鏈輪的壓軸力力
槽輪輪盤的圓周力
材料的自重G
即 軸向力 G=200N
圖4.4.4.2受力分析圖(b)
（5）求支反力，畫受力圖（c）（d）
在X-Y平面內(nèi)由 即H面
解得 ：91.0N 353.9 N
圖4.4.4.3X-Y平面受力分析圖(c)
在X-Z平面內(nèi)由即V面
解得 ：97.1N 209.8 N
圖4.4.4.4X-Z平面受力分析圖(d)
（6）求彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖，畫彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖
在H平面彎矩圖
N?mm
N?mm
在V平面彎矩圖
N?mm
A B C D
A B C D
圖4.4.4.5H平面（上）彎矩圖（e），V平面（下）彎矩圖（f）
垂直平面彎矩圖（圖3.3垂直面彎矩圖）
A B C D
圖4.4.4.6平面彎矩圖（g）
（7）轉(zhuǎn)矩圖
軸傳遞的扭矩21700 Nmm
作轉(zhuǎn)矩圖（圖4.4.4.7轉(zhuǎn)矩圖）
T
T=21700N?mm
C
A
圖4.4.4.7平面彎矩圖（h）
（8） 求計算彎矩 ，畫彎矩圖
,其中 得
A B C D
圖4.4.4.8轉(zhuǎn)矩圖
(9)軸的強度校核
①.確定危險截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、扭矩圖，截面C處彎矩最大，故屬于危險截面，需對截面C進行強度校核。
截面C的計算應(yīng)力
===23.43MPa
式中 W——抗彎斷面系數(shù)，由文獻[21] 第19篇 表19.3—17查得
查得,所以安全。
②.安全系數(shù)校核計算
由于此軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起對稱循環(huán)的變應(yīng)力，轉(zhuǎn)矩引起的為脈動循環(huán)的切應(yīng)力。
由于是對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力
根據(jù)文獻[18] 第19篇式（19.3—2）得出：
===4.61
式中
—45鋼彎曲對稱循環(huán)應(yīng)力時的疲勞極限，由表19.1-1查得=257Mpa；
—正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻[18] 第19篇 表19.3-5，按配合查得=1.90；
—表面質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車削加工，由文獻[18] 第19篇表19.3-8查得=0.95；—尺寸系數(shù)，由文獻[18] 第19篇表19.3-11 查得=0.84。
切應(yīng)力幅為
===MPa
式中 ：—抗扭斷面系數(shù)， ==15.42
根據(jù) 文獻[18] 第19篇式（19.3-3）
===10.65
式中：、
—45鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限，由文獻[18]第19篇表19.1-1查得=155Mpa；
— 切應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，由文獻[18]第19篇表19.3-5按配合查得：=1.45；——同正應(yīng)力情況；
——平均應(yīng)力折算系數(shù)，由文獻[18]第19篇表19.3-13查得=0.25。
軸C截面的安全系數(shù)由文獻[18]第19篇式（19.3-1）確定
===4.23
由文獻[19]第19篇表19.3-4可知：
[S]=1.8，S＞[S]，所以該軸C截面安全的。
4.6 軸承壽命計算
已知成型軸軸頸直徑d=20mm，工作中無沖擊；工作溫度低于C，要求軸承壽命為10年。
由[18]第20篇表20.6-1
初選圓錐滾子軸承30204。基本額定動載荷26.8KN，基本額定靜載荷=18.2 KN。圓錐滾子軸承30205。基本額定動載荷32.2KN，基本額定靜載荷=23 KN。
由前面計算得知，
該對軸承的水平支反力分別為
91.0N 353.9 N
垂直支反力分別為：
97.1N 209.8 N
軸承徑向力：
N
合成支反力：
計算軸承的派生軸向力S 圖4.6圓錐滾子軸承
求軸承的軸向載荷A
由 軸的結(jié)構(gòu)知==200 N
=max（44.4+200,137.1）=244.4 N
=max（44.4）=44.4 N
計算軸承的當量動載荷P
由
查表9-6， =1,=0
查表9-6， =0.4,=2
查表9-7，取=1.5
= (+)=1.5×(1×133.1+0×1908)=199.7 N
= (+)=1.5×(0.4×411.4+2×44.4)=380.0 N
< 計算軸承2的壽命
查表9-4
8小時一班工作制，每天兩班，一年工作360天計算軸承的使用年限為
年
4.7 鍵聯(lián)接的選擇
槽輪撥盤裝在軸上，需用鍵進行周向定位和傳遞轉(zhuǎn)矩。由前面設(shè)計計算得知：槽輪撥盤材料為45，軸的材料為45鋼，與軸的配合直徑為21mm，輪轂長為L=35mm。
傳遞轉(zhuǎn)矩T=21700
1.選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸。
選擇最常用的圓頭（A型）平鍵，因為它具有結(jié)構(gòu)簡單，對中性好，裝拆方便等優(yōu)點。鍵的截面尺寸由鍵所在軸段的直徑 d由標準中選定，鍵的長度由輪轂的寬確定，查表得兩個鍵為:帶輪端的=6×6,=25mm。
2.鍵聯(lián)接的強度計算
普通平鍵的主要失效形式是鍵，軸和輪轂三個零件中較弱零件的壓潰。由于帶輪材料是鋼，許用擠壓應(yīng)力由表2-10查得=100MPa。
===9.06MPa< 滿足
4.8 聯(lián)軸器的選擇
在速器低速軸與主軸之間需采用聯(lián)軸器聯(lián)接。
故選用凸緣聯(lián)軸器。
由
Tc=KT=1.5×345.7=518.6
n=22.5r/min
由表4.7-1聯(lián)軸器YLD10型號 GB/T5843—1986
其公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=630>518.6
許用轉(zhuǎn)速[n]=3600r/min>22.5r/min
第5章 肥料自動包裝機的安裝、維護和安全要求
1、 本設(shè)備在裝配調(diào)試過程中，對各部件之間的運動位置及自動控制系統(tǒng)都已經(jīng)按運動要求調(diào)試好，使用時不要再做調(diào)整。
2、在運轉(zhuǎn)中，如發(fā)生故障，應(yīng)立即關(guān)掉電源，才能進行修理，在修理過程中絕對不允許，硬敲硬打，以免損壞機器。
3、工作結(jié)束后，應(yīng)做好清潔工作，將殘留在機器上的污滯 清理干凈。檢查電源是否已經(jīng)關(guān)掉。
第6章 結(jié)論
本設(shè)計依據(jù)氣泵吸氣原理，采用吸頭的吸力（大氣壓）來吸取包裝袋（不透氣），吸頭采用2個執(zhí)行頭循環(huán)取袋；機械手通過齒輪齒條的換向來左右運動夾持包裝袋；回轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)盤采用槽輪機構(gòu)的來實現(xiàn)啟停，以滿足工藝要求。本機具有裝袋、取袋、張口、夾持、回轉(zhuǎn)等功能，能夠裝載直徑300～450mm，高400～600mm的包裝袋、包裝顆粒狀肥料和低粘度的肥料、裝填肥料重量10-20kg、包裝能力達到能1200袋/時的任務(wù)。本機采用回轉(zhuǎn)式的工藝路線，節(jié)省空間，整體結(jié)構(gòu)緊湊；本機采用氣動裝置減少噪音，衛(wèi)生；本機成本低、安裝維修方便、新穎、可靠，且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、性能良好、外型美觀；本機適用于室內(nèi)等干燥的場合。本次設(shè)計參考了各類包裝機械設(shè)計的長處，同時借鑒了其它機械的優(yōu)點完成了肥料自動包裝機取袋部裝設(shè)計。
本機還存在生產(chǎn)率偏低、自動化程度低、單機功能偏少等問題，應(yīng)在生產(chǎn)率、自動化、多功能方面給以改進。
參考文獻
[1] 高德. 包裝機械設(shè)計.化學工業(yè)出版社,2000
[2] 機械設(shè)計手冊.軟件版.V3.0
[3] 孫鳳蘭.包裝機械概論.印刷工業(yè)出版社,2005
[4] 許林成等.包裝機械原理與設(shè)計.上?？茖W技術(shù)出版社,1988
[5] 《包裝機械機構(gòu)參考圖冊》編寫組.包裝機械機構(gòu)參考圖冊.上?？茖W技出版社,1998
[6] 孫桓.機械原理.高等教育出版社, 2000
[7] 田萬祿.機械設(shè)計課程設(shè)計.東北大學出版社，2000
[8] 黃靖遠.機械設(shè)計學.機械工業(yè)出版社, 2004
[9] 侯珍秀.機械系統(tǒng)設(shè)計.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003
[10] 孫志禮等.機械設(shè)計.東北大學出版社，2004
[11] 中國機械CAD論壇http://www.jxcad.com.cn/read.php
[12] 包裝機械設(shè)計.遼寧工業(yè)大出版，2007
[13] 中國知網(wǎng).http://www.cnki.net/index.htm
［14］包裝與食品機械 1997年第15卷 第6期
［15］孔志禮 .機械設(shè)計.東北大學出版社， 2000年9月第一版
[16] 成大先.機械設(shè)計手冊.第四版.第一卷. 化學工業(yè)出版社，2002
[17] 成大先.機械設(shè)計手冊.第四版.第三卷. 化學工業(yè)出版社，2002
［18］成大先.機械設(shè)計手冊.第四版.第四卷.化學工業(yè)出版社,2002
［19］成大先.機械設(shè)計手冊.第四版.第五卷.化學工業(yè)出版社,2002
［20］機械設(shè)計手冊.新版.第二卷.機械工業(yè)出版社.2004
［21］機械設(shè)計手冊.新版.第三卷.機械工業(yè)出版社.2004
［22］Error! No bookmark name given.,Error! No bookmark name given.,Error! No bookmark name given..定量螺旋給料機的結(jié)構(gòu)研究[J].鹽業(yè)與化工.2010,(01)
［23］朱建萍,王鵬. 包裝機械設(shè)計方法研究[J].包裝工程,2007,(07)
［24］印波，李克天，劉吉安，陳鐵強，蔡召虎.槽輪組合驅(qū)動的取箱板機構(gòu)的設(shè)計及運動分析[J].包裝工程，2009，(02)
致 謝
經(jīng)過幾個月的不懈努力，終于順利地完成了本次畢業(yè)設(shè)計的全部內(nèi)容。在這幾個月中，指導老師投入了大量的時間和精力，她不厭其煩地認真講解、指導，對我的畢業(yè)設(shè)計起到了很大的幫助，她精益求精、嚴肅認真的治學態(tài)度給我留下了終身難忘的記憶，讓我受益菲淺。我要在此刻——畢業(yè)設(shè)計即將結(jié)束的時候，致以我最誠摯的敬意和感謝！感謝尚老師在我的整個畢業(yè)設(shè)計過程中給予的無私奉獻和真切關(guān)懷。
在畢業(yè)設(shè)計過程中，當我遇到困難時同學們也熱心地伸出了援助之手，與我共同分析問題、解決問題，使畢業(yè)設(shè)計順利地進行下去。當我工作出現(xiàn)困難，心理上出現(xiàn)波動時，他們都能給予我及時的關(guān)心和幫助。我心里十分感激他們，在此，我對所有幫助過我的同學表示感謝！
然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我打下機械設(shè)計專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。
最后，再次感謝幫助過我的老師和同學，以及在我的畢業(yè)設(shè)計過程中所有給予我?guī)椭娜?。感謝四年來對我的大力栽培