416 多功能封口机结构设计
- 格式：pdf
- 大小：784.29 KB
- 文档页数：24
现假定需要生产的袋大小为长×宽：60-100cm×50-100cm 。 机器的包装速度要求在 30-60 袋/min 。 多功能封口机的高度适宜，假定其为 180cm 高。 2.3 多功能封口机工作原理 多功能封口机的基本工作原理如图 2.1 所示：
图 2.1 立式袋成形-充填-封口机工作原理图 以立式袋成型-充填-封口机为例。 首先，1-包装材料经由导辊和张紧辊引导至 2-成形器处，完成成型，同时 产品通过 3-加料斗充填入成型的包装袋中，然后由 4-纵封辊完成对包装袋的纵
工艺路线图如图 2.2 所示。
2.4 方案选择 本文主要针对封合装置以及切断装置进行设计，可选方案如表 2-1 所示：
装置
方案
部分
1
2
3
封合装置
偏心轮或凸轮
周转模具
曲柄滑块
切断装置
偏心轮或凸轮
周转模具
曲柄滑块
表 2-1 可选方案选择
1. 偏心轮或凸轮
其运动平稳且工作曲线圆滑，然而有易磨损，且装卸不易的问题，凸轮的形
图 1-4 横封辊 横封装置：将完成纵向封口后的包装袋进行横向封口。
5） 切断装置。
图 1-5 切断刀 切断装置：将完成的一条包装袋进行切断，使之成为所需的包装袋个体。
2 方案设计
2.1 方案设计方法 根据假定的设计要求，从现有的多功能封口机中选择最合适设计要求的部分
进行组合设计、计算，由此得到能够满足需要的多个多功能封口机，由对比及说 明的方法从一个部件的多种方案中进行选择。 2.2 任务要求
厂家
台州恒富 电机厂
3.2.2 运动参数计算
初定定量供料装置转动一周，可以完成 5 袋填料，机器的包装速度要求在
30-60 袋/min,故定量供料装置要求每分钟转动 6-12 周，即其中心轴转速为
6-12r/min。由定量供料装置有 5 个定量孔可知横封器封制次数也应为 n=30-60
次/min。假定袋长为 L=60-100mm，设纵封器转速为α，纵封装置压辊半径为 R，
1.3 设计内容 本次毕业设计的内容主要分为以下几个部分： 1） 导辊；
图 1-1 导辊 导辊：引导包装材料至成型器处，同时也起到了张紧材料的作用。 2） 成型器；
图 1-2 成型器 成型器：将包装材料根据要求成形为所需要的包装袋形状。
3） 纵封装置；
图 1-3 纵封辊 纵封装置：将成型后的包装袋进行纵向封口，纵封装置即纵封辊，辊内有热 封所需的加热管以及电偶，由于本文主要对封口机的结构进行设计，故将不对热 封相关的零件进行详细说明与计算。 4） 横封装置；
3.2 总体方案设计
图 3.3 多功能封口机传动系统 如图 3.3 所示，电机输出动力，由皮带轮传递给蜗轮蜗杆减速器，之后带动 主轴转动，主轴经由链传动分别使得图示所示的纵封装置、横封装置、偏心轮转 动，其中纵封装置也起到了引导的作用，其拉动包装材料，同时横封装置将纵封 好的袋的部分进行横封，最后偏心轮转动，推动动刀与定刀交错切断包装袋，完 成整个过程。
则有：
LM · nM = 2παM ·R
3-5
现初定 R=50mm，则αM =19.1r/min
同理：
Lm · nm = 2παm ·R
3-6
αm =5.7r/min
总传动效率η=η带·η减·η链 ·η齿
3-7
其中 带传动效率为 0.96，齿轮传动效率为 0.97，链传动效率为 0.96,减
速器传动效率为 0.8，则η=0.712
安装角α实质上就等于三角形成形器在顶角附近薄膜运动的压力角,α角越 大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,压力角太大时,薄膜在受力翻 折中容易产生拉伸变形,严重的甚至撕裂或拉断。压力角小时,成形阻力就小,但 压力角太小,致使结构不紧凑。
根据压力角及结构尺寸间的关系,三角形成形器安装角的选择范围为α =20°~30°由此可见,β角最适宜的角度不大于 30°。所以,通常三角形成型器 采用顶角 2β<60°的等腰三角形,取极限时,则呈等边三角形。
3.2.4 主轴最小直径
P
d0 ³A 3 =17.9mm
38
n
设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响，设计时应该根据槽的个数增大 尺寸，其经验公式计算如下：
d=d（0 1+ 4%）n3 = 17.9 » 18mm
39
因为主轴与减速器由联轴器连接，所以选择标准件联轴器的复合最小轴直经 为 d=20mm。
3-1 在直角三角形 ADC 或 BDC 中:AD=DB=a, DC=b,所以有
3-2 对既定的三角形成形器和一定的空袋尺寸,a/b 是一个定值,所以有如下关
系： 3-3
在生产实践中,三角形顶角 2β值是加工后得到的,而安装角α可通过一定 结构,并加以调试来保证。故最好α值是一个容易测量的整数,设计中通常是选定 α后,再用关系式来求解β值。
里我选择此种成形器。 d-U 形成形器，受力较三角形成形器好，适应范围也广，唯一的缺点是结构
较为复杂。 e-直角缺口导板式成形器，能将平张薄膜对开后又能自动对折封口成袋，但
薄膜成形时变形较大。 故 d、e 两种成形器都不选择。 以上，我选择三角成形器作为此次多功能封口机设计的成形器。
3.1.3 成形器相关计算
Kp=1.75，则计算功率： P0 =KA KZ P/KP=0.28KW 根据 P0、n1 查表确定，故选链号 16A，表链节距 p=25.4mm。 3) 验算链速 v V=Pz1n1/(60x1000)=3m/s=3m/s 故链速适宜。 4) 确定链条数和中心距 a.初定中心距 a0=30-50P，取 a0=30P，用于表示链条长度的链节数 Lp0，
图 3.1 成形器种类 如图 3.1 所示，封口机的袋成形器主要有五个种类。 a-翻领式成形器，成形时形成阻力比较大，容易使薄膜发生变形，由而产生 发皱或撕裂，故适用性小，但使用较多，较为常见，最主要的问题是成形器的设 计、制造及调试都较为复杂，故在此不选择使用此种成形器。 b-象鼻式成形器，它没有形成阻力大的缺点，适用性更好，但存在有成型宽 度受限制，成形时薄膜易跑偏的缺点，故也不选择。 c-三角形成形器，通用性强，且适应规格变化，适用较广，结构简单，在这
1绪 论
1.1 多功能封口机设计背景 封口机是典型的包装机械，包装机械在世界上已有一段历史。可以说，正因
为有中国的造纸技术，才给纸包装技术的产生以及发展提供了必要条件，之后才 得以由此发展出各种材料的包装机械。
从 1850 年始，世界的纸价格大幅跌落，纸张开始应用于食品包装。在这之 后的 1852 年，美国的沃利发明出了纸袋制造机，由此正式出现了纸制品机械。 1861 年，德国人建立了世界上第一个包装机械工厂，并且在 50 年后也就是 1911 年成功生产出全自动成形充填封口机，这应该是有历史记载的最早的多功能封口 机。
II 轴（纵封装置所在轴） P2 = P1 η链=296W 初定 i12=3 n2 =n1/i12 =19.3r/min T2 =9550 P2/n2=146.5 N·m III 轴（横封装置所在轴） P3 =P2=296w 初定 i13=2 n3 =n1/i13=29r/min T3 =9550 P3/n3=97.5 N·m IV 轴 (偏心轮所在轴) P4 =P1η链η齿 =287.1W 现定 i14=0.5 n4 =n1/(i14 i 齿)=29r/min T4 =9550 P4/n4=94.5 N·m
而中国在此方面由于各种原因起步晚于欧美各国，但经过了二十多年的发 展，中国的包装机械已经成为国内机械工业十大行业之一，为中国的包装工业作 出了重大贡献，满足了国内市场的基本需求，填补国内在此方面的空白，甚至出 口国外。但是总体上看，中国包装机械的进出口额与发达国家相比仍然相去甚远， 品种少，配套数量少，缺乏高精度以及大型化产品仍然是国内市场不可忽视的问 题。而且国内此类产品主要以针对国外产品的仿制为主而缺少自主创新类产品， 元器件的整体质量也不如国外，这就导致了包装产品的质量不如国外。
3.2.1 电机的选择 由于设计整体倾向于小规模生产，且机器的体积及工作量都并不大，故可以
选择较小的电机，参考需求以及市场选择 Y 系列三相电机，参数如表 3-1 所示：
型号 Y80M1-4
额定功率 0.55kW
额定电流
转速 效率
1.5A 1390r/min 73%
表 3-1 电机参数
功率因 数 0.76
3 结构设计
3.1 成形器 3.1.1 袋形选择
封口机成形的袋型有扁平袋以及自立袋两种，前者主要适用于小颗粒状的产 品包装，后者则主要适用于液体类产品的包装，初定设计的多功能封口机以包装 小颗粒状产品为目的，故选用扁平袋，在此选择典型的三边袋作为最后生产出的 袋成品。 3.1.2 成形器种类及选择
1.2 设计目的与意义 本此设计的目的，在于对于多功能封口机的原理分析与结构设计，加深对于
包装类机械的了解，能够在现有机械的基础上作出自己的一些设计，增强自我设 计方面的能力，锻炼自身的相关能力。
由上文可知我国当前在包装机械上的成果并不如国外，因此，就更加需要我 们对其产生重视，藉由对于多功能封口机的设计，进一步了解机械包装产业。
了封合装置周转模具以及切断装置偏心轮的方案。
2.5 总体布置 封口机外型上可选择的有立式与卧式两种，在此使用立式，可以尽可能地减
少占地面积，同时使空间利用率提高，高度适宜便于操作，结构一目了然。 结构上由上至下，由图 1.1 以及 1.2 可知分别为： 导辊--填料装置、成形器--纵封辊--横封辊—切断刀 即由此布置进行此设计。
向封口，同时纵封辊也起到拉扯引导包装材料的作用，包装袋接着向下运动至
5-横封辊完成横向封口，横封辊每横向封制两次，完成一个包装袋个体部分，最
后 6-固定切刀和 7-回转切刀对每个袋进行切断，使之分离成所需的包装袋个体。
图 2.1 立式袋成形-充填-封口机工作原理图 以立式袋成型-充填-封口机为例。 首先，1-包装材料经由导辊和张紧辊引导至 2-成形器处，完成成型，同时 产品通过 3-加料斗充填入成型的包装袋中，然后由 4-纵封辊完成对包装袋的纵
工艺路线图如图 2.2 所示。
2.4 方案选择 本文主要针对封合装置以及切断装置进行设计，可选方案如表 2-1 所示：
装置
方案
部分
1
2
3
封合装置
偏心轮或凸轮
周转模具
曲柄滑块
切断装置
偏心轮或凸轮
周转模具
曲柄滑块
表 2-1 可选方案选择
1. 偏心轮或凸轮
其运动平稳且工作曲线圆滑，然而有易磨损，且装卸不易的问题，凸轮的形
图 1-4 横封辊 横封装置：将完成纵向封口后的包装袋进行横向封口。
5） 切断装置。
图 1-5 切断刀 切断装置：将完成的一条包装袋进行切断，使之成为所需的包装袋个体。
2 方案设计
2.1 方案设计方法 根据假定的设计要求，从现有的多功能封口机中选择最合适设计要求的部分
进行组合设计、计算，由此得到能够满足需要的多个多功能封口机，由对比及说 明的方法从一个部件的多种方案中进行选择。 2.2 任务要求
厂家
台州恒富 电机厂
3.2.2 运动参数计算
初定定量供料装置转动一周，可以完成 5 袋填料，机器的包装速度要求在
30-60 袋/min,故定量供料装置要求每分钟转动 6-12 周，即其中心轴转速为
6-12r/min。由定量供料装置有 5 个定量孔可知横封器封制次数也应为 n=30-60
次/min。假定袋长为 L=60-100mm，设纵封器转速为α，纵封装置压辊半径为 R，
1.3 设计内容 本次毕业设计的内容主要分为以下几个部分： 1） 导辊；
图 1-1 导辊 导辊：引导包装材料至成型器处，同时也起到了张紧材料的作用。 2） 成型器；
图 1-2 成型器 成型器：将包装材料根据要求成形为所需要的包装袋形状。
3） 纵封装置；
图 1-3 纵封辊 纵封装置：将成型后的包装袋进行纵向封口，纵封装置即纵封辊，辊内有热 封所需的加热管以及电偶，由于本文主要对封口机的结构进行设计，故将不对热 封相关的零件进行详细说明与计算。 4） 横封装置；
3.2 总体方案设计
图 3.3 多功能封口机传动系统 如图 3.3 所示，电机输出动力，由皮带轮传递给蜗轮蜗杆减速器，之后带动 主轴转动，主轴经由链传动分别使得图示所示的纵封装置、横封装置、偏心轮转 动，其中纵封装置也起到了引导的作用，其拉动包装材料，同时横封装置将纵封 好的袋的部分进行横封，最后偏心轮转动，推动动刀与定刀交错切断包装袋，完 成整个过程。
则有：
LM · nM = 2παM ·R
3-5
现初定 R=50mm，则αM =19.1r/min
同理：
Lm · nm = 2παm ·R
3-6
αm =5.7r/min
总传动效率η=η带·η减·η链 ·η齿
3-7
其中 带传动效率为 0.96，齿轮传动效率为 0.97，链传动效率为 0.96,减
速器传动效率为 0.8，则η=0.712
安装角α实质上就等于三角形成形器在顶角附近薄膜运动的压力角,α角越 大就表示压力角越大,薄膜翻折所受阻力也就越大,压力角太大时,薄膜在受力翻 折中容易产生拉伸变形,严重的甚至撕裂或拉断。压力角小时,成形阻力就小,但 压力角太小,致使结构不紧凑。
根据压力角及结构尺寸间的关系,三角形成形器安装角的选择范围为α =20°~30°由此可见,β角最适宜的角度不大于 30°。所以,通常三角形成型器 采用顶角 2β<60°的等腰三角形,取极限时,则呈等边三角形。
3.2.4 主轴最小直径
P
d0 ³A 3 =17.9mm
38
n
设计轴时一般考虑轴上的键槽对强度的影响，设计时应该根据槽的个数增大 尺寸，其经验公式计算如下：
d=d（0 1+ 4%）n3 = 17.9 » 18mm
39
因为主轴与减速器由联轴器连接，所以选择标准件联轴器的复合最小轴直经 为 d=20mm。
3-1 在直角三角形 ADC 或 BDC 中:AD=DB=a, DC=b,所以有
3-2 对既定的三角形成形器和一定的空袋尺寸,a/b 是一个定值,所以有如下关
系： 3-3
在生产实践中,三角形顶角 2β值是加工后得到的,而安装角α可通过一定 结构,并加以调试来保证。故最好α值是一个容易测量的整数,设计中通常是选定 α后,再用关系式来求解β值。
里我选择此种成形器。 d-U 形成形器，受力较三角形成形器好，适应范围也广，唯一的缺点是结构
较为复杂。 e-直角缺口导板式成形器，能将平张薄膜对开后又能自动对折封口成袋，但
薄膜成形时变形较大。 故 d、e 两种成形器都不选择。 以上，我选择三角成形器作为此次多功能封口机设计的成形器。
3.1.3 成形器相关计算
Kp=1.75，则计算功率： P0 =KA KZ P/KP=0.28KW 根据 P0、n1 查表确定，故选链号 16A，表链节距 p=25.4mm。 3) 验算链速 v V=Pz1n1/(60x1000)=3m/s=3m/s 故链速适宜。 4) 确定链条数和中心距 a.初定中心距 a0=30-50P，取 a0=30P，用于表示链条长度的链节数 Lp0，
图 3.1 成形器种类 如图 3.1 所示，封口机的袋成形器主要有五个种类。 a-翻领式成形器，成形时形成阻力比较大，容易使薄膜发生变形，由而产生 发皱或撕裂，故适用性小，但使用较多，较为常见，最主要的问题是成形器的设 计、制造及调试都较为复杂，故在此不选择使用此种成形器。 b-象鼻式成形器，它没有形成阻力大的缺点，适用性更好，但存在有成型宽 度受限制，成形时薄膜易跑偏的缺点，故也不选择。 c-三角形成形器，通用性强，且适应规格变化，适用较广，结构简单，在这
1绪 论
1.1 多功能封口机设计背景 封口机是典型的包装机械，包装机械在世界上已有一段历史。可以说，正因
为有中国的造纸技术，才给纸包装技术的产生以及发展提供了必要条件，之后才 得以由此发展出各种材料的包装机械。
从 1850 年始，世界的纸价格大幅跌落，纸张开始应用于食品包装。在这之 后的 1852 年，美国的沃利发明出了纸袋制造机，由此正式出现了纸制品机械。 1861 年，德国人建立了世界上第一个包装机械工厂，并且在 50 年后也就是 1911 年成功生产出全自动成形充填封口机，这应该是有历史记载的最早的多功能封口 机。
II 轴（纵封装置所在轴） P2 = P1 η链=296W 初定 i12=3 n2 =n1/i12 =19.3r/min T2 =9550 P2/n2=146.5 N·m III 轴（横封装置所在轴） P3 =P2=296w 初定 i13=2 n3 =n1/i13=29r/min T3 =9550 P3/n3=97.5 N·m IV 轴 (偏心轮所在轴) P4 =P1η链η齿 =287.1W 现定 i14=0.5 n4 =n1/(i14 i 齿)=29r/min T4 =9550 P4/n4=94.5 N·m
而中国在此方面由于各种原因起步晚于欧美各国，但经过了二十多年的发 展，中国的包装机械已经成为国内机械工业十大行业之一，为中国的包装工业作 出了重大贡献，满足了国内市场的基本需求，填补国内在此方面的空白，甚至出 口国外。但是总体上看，中国包装机械的进出口额与发达国家相比仍然相去甚远， 品种少，配套数量少，缺乏高精度以及大型化产品仍然是国内市场不可忽视的问 题。而且国内此类产品主要以针对国外产品的仿制为主而缺少自主创新类产品， 元器件的整体质量也不如国外，这就导致了包装产品的质量不如国外。
3.2.1 电机的选择 由于设计整体倾向于小规模生产，且机器的体积及工作量都并不大，故可以
选择较小的电机，参考需求以及市场选择 Y 系列三相电机，参数如表 3-1 所示：
型号 Y80M1-4
额定功率 0.55kW
额定电流
转速 效率
1.5A 1390r/min 73%
表 3-1 电机参数
功率因 数 0.76
3 结构设计
3.1 成形器 3.1.1 袋形选择
封口机成形的袋型有扁平袋以及自立袋两种，前者主要适用于小颗粒状的产 品包装，后者则主要适用于液体类产品的包装，初定设计的多功能封口机以包装 小颗粒状产品为目的，故选用扁平袋，在此选择典型的三边袋作为最后生产出的 袋成品。 3.1.2 成形器种类及选择
1.2 设计目的与意义 本此设计的目的，在于对于多功能封口机的原理分析与结构设计，加深对于
包装类机械的了解，能够在现有机械的基础上作出自己的一些设计，增强自我设 计方面的能力，锻炼自身的相关能力。
由上文可知我国当前在包装机械上的成果并不如国外，因此，就更加需要我 们对其产生重视，藉由对于多功能封口机的设计，进一步了解机械包装产业。
了封合装置周转模具以及切断装置偏心轮的方案。
2.5 总体布置 封口机外型上可选择的有立式与卧式两种，在此使用立式，可以尽可能地减
少占地面积，同时使空间利用率提高，高度适宜便于操作，结构一目了然。 结构上由上至下，由图 1.1 以及 1.2 可知分别为： 导辊--填料装置、成形器--纵封辊--横封辊—切断刀 即由此布置进行此设计。
向封口，同时纵封辊也起到拉扯引导包装材料的作用，包装袋接着向下运动至
5-横封辊完成横向封口，横封辊每横向封制两次，完成一个包装袋个体部分，最
后 6-固定切刀和 7-回转切刀对每个袋进行切断，使之分离成所需的包装袋个体。
