1、1由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系 153893706小型红薯粉打捆机的设计学 生: 指导老师: 摘 要: 由于我国绿色环保食品行业的迅速发展,食品机械越来越受到人们的关注,捆扎包装机械对食品销售、储藏、运输显得尤为重要。本文在相关捆扎机械理论的基础上，运用一般常用机械的传动控制系统，对红薯粉丝进行单带式捆扎，其机械原理设计分为四个部分：送带、收带机构的设计；红薯粉丝间歇步进输送机构的设计；压带、热合、剪切凸轮机构的设计；捆扎带引导槽机构的设计。应用现代 ADAMS 建模与仿真、VB 进行运动分析得出凸轮参数，实现对红薯粉丝的捆扎工作。关键词：捆扎；间歇；凸轮
2、；引导槽；建模与仿真Design of A Small Sweet Potato Powder Binding MachineStudent: Tutor: (Orient Science Intermission; Cam; Bind guiding trough; Modeling and Simulation1 前言在改革开放的浪潮中，包装工业迅速崛起。人类进行包装活动的历史虽然很久，甚至可以追溯到人类产生之初，但包装实际上形成为行业的时间并不长。尤其是作为现代包装行业，还是在世界工业革命之后，世界资本主义兴起并将电子、化工、机械、生物工程、能源开发等现代科技应用于开发商品新包装，是自
3、20 世纪 30 年代开始的。所以说现代包装工业的历史，最多也只有半个世纪 1。当今世界，随着现代商品经济高速发展，大量涌现于市场的一切新商品，都需要有适时的新包装 2。这就必然促使现代包装工业以与资本主义商品经济同样的高速度相应发展，我国的现代包装工业，自进入 20 世纪 70 年代末期，经过几年的调整、准备之后，于 80 年代初开始迅速发展。但由于起步晚、基础薄弱，工程技术人才和管理人才极端缺乏，所以大大落后于世界先进水平。目前，在我国的包装工业中，包装机械还是一个薄弱环节。已使用的包装机械，无论在数量上、品种上都很少。包装机械的生产也满足不了包装工业的日益增长的需求。包装工业的发展，必将
4、推动包装机械的更快的发展。随着进入 WTO，我国的包装工业将面临着更严峻的挑战，大力研制包装机械成了目前迫切的任务。现代各行各业发展都很迅速，国家支持的西部大开发也取得了一些进展，需要包装美观、实用，又要快速、经济 3。捆扎机械也在飞速发展，捆扎范围增大，自动化程度也在不断提高，由人工打捆向机械自动化迈进并逐渐替代人工劳动力。捆扎机械在国民生产中的用途：1、保护功能。它可以将包装物捆紧，扎牢并压缩，增加外包装强度，减少散包装所造成的损失。2、方便。它可提高装卸效率，节省运输时间、空间和成本。3、便于销售、美观、顾客易携带。32 关于红薯粉打捆机的研制开发的可行性报告2.1 红薯粉打捆机的目的和
5、意义近半个多世纪以来,随着生产与流通日益社会化、现代化,产品的包装正以崭新的面貌崛起,受到人们普遍重视。现代包装的基本含义是：对不同批量的产品,选用某种有保护性、装饰性的包装材料或包装容器,并借助适当的技术手段实施包装作业,以达到规定的数量和质量,同时设法改善外部结构,降低包装成本,从而在流通直至消费的整个过程中使之容易储存搬运,防止产品破损变质,不污染环境,便于识别应用和回收废料,有吸引力,广开销路,不断促进扩大再生产 1。 2.2 国内外的红薯粉打捆机的研究现状无论在国内或国外,包装工作已涉及到各行各业,面广量大,对人民生活、国际贸易和国防建设都带来深刻的影响,甚至在现代生活中出现了过去难
6、以想象的新情况:未经包装出售的商品变得越来越少了,而且包装上的失败往往会使很好的产品得不到成功的销售 18。因而不妨这样说,在将来,如果没有现代化的包装就没有商品的生产和销售;可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展,也不可能出现高水平的现代化包装。迄今,一些科学技术发达的国家,在食品、医药、轻工、化工、纺织、电子、仪表和兵器等工业部门,已经程度不同地形成了由原料处理、中间加工和产品包装三大基本环节所组成的包装连续化和自动化的生产过程,有的还将包装材料加工、包装容器成型及包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。大量事实表明,实现包装的机械化和自动化,尤其是实现具有高度灵活性(或称柔
7、性)的自动包装线,不仅体现了现代生产的发展方向,同时也可以获得巨大的经济效益 5。3 捆扎带材料的选择人们很早就开始用铁捆扎带（简称铁腰子）来捆扎，组装货物。五十年代以后，各种合成材料捆扎带相继出现。按捆扎带的材料分为：金属捆扎带、聚丙烯塑料捆扎带、聚酯捆扎带、尼龙捆扎带、加强捆扎带、人造丝捆扎带。市场上常用捆扎带有：塑料绳、发泡绳索、拉伸膜和收缩膜、胶带。表 1 捆扎带材料性能对比表Table 1 Banding belt material performance contrast table捆扎材料 断裂强度 张力的工 接续张力 伸长回复 耐热性 耐湿性 处理的难4（0.50.02 英寸或
8、130.5mm）作范围 率 易程度聚丙烯聚酯尼龙钢中等中等中等最高最小中等中等最大中等良好良好最高高中最高可忽略中等良好良好优秀高高低高优优优中等目前，国外常用的捆扎材料有钢、聚丙烯、聚酯（PETP）和尼龙（PA）等四种。国内，最常用的还是钢带和聚丙烯带两种，由于聚丙烯成本低，来源广泛，捆扎美观牢固，所以逐渐成为国内一种主要的捆扎材料。表 1 列出四种最直接影响捆扎带包装性能的捆扎材料的特性。在非金属捆扎带中，以塑料捆扎带的应用最多、最广。在塑料带中由于聚丙烯带具有成本低、机械通用性好、带子色彩鲜艳、不吸收水分和消费者便于割断特点，对于不是特别沉重的货物，目前国内外多数皆采用聚丙烯带进行捆扎。
9、因此，本设计选择聚丙烯带作为捆扎机的捆扎带，即 PP 带。4 小型红薯粉打捆机的机械原理方案设计4.1 机械总体方案设计为了便于运输、包装、销售，小型红薯粉打捆机的工作是对定量，定长的红薯粉进行捆扎，其主要包括如 1 图所示部分。图 1 小型红薯粉打捆机结构框图Fig1 Small sweet potato powder binding machine structure diagram54.1.1 打捆机压带、热合、剪切机构压带、热合。剪切机构是红薯粉打捆机机械设备中比较重要的一个机构，它主要完成对送入的红薯粉丝进行压紧捆扎、热合捆扎及对捆扎带的剪切工作。4.1.2 送带、收带机构送带机构是
10、把定长的捆扎带送到预定的位置，以便于压带、热合、剪切的进行。收带机构是当压带机构压紧捆扎带后，收带轮工作，使捆扎带捆紧红薯粉丝。4.1.3 传送运输带部分这部分是有间歇的进行，把红薯粉丝传送到捆扎工作台，然后，捆扎机构对红薯粉丝捆扎，从而完成对粉丝的捆扎工作。根据结构框图及机械所要求完成的动作，初定小型红薯粉打捆机的设计方案结构如图 2 所示：1.二级圆柱齿轮减速器 2.槽轮机构 3.传输带 4.锥齿轮 5.收带摩擦轮 6.送带摩擦轮7.压带凸轮 8.剪切凸轮 9.热合片凸轮 10.热合凸轮 11.链轮 12.联轴器 13.电机14.V 带轮图 2 小型红薯粉打捆机传动方案简图Fig2 Sma
11、ll sweet potato powder binding machine transmission scheme diagram64.2 间歇传送运输机构方案此处已删除7.5 链传动的设计计算提供的参数为：主动链轮转速 ，传动比为 ，传递的功率min301rn3i为 载荷平稳，中心线水平布置。kWP148.7.5.1 选择链轮齿数取小链轮齿数 ，大链轮的齿数为 。19z 5712zi7.5.2 确定计算功率由参考文献14表 9-7 查得 ，图 9-13 查得 ，单排链，则0.1AK2.2K计算功率为：(46) kWPKPAca 745.18.52.27.5.3 选择链条型号和节距根据 及
12、查参考文献 14图 9-11 可选 16A-1，kWca745.1min301rn查表 9-1，链条节距为 。p.277.5.4 计算链节数和中心距初选中心距 ，取mpa12706)503(0 ma10相应的链长节数为 (47)67.202210 pzzLp 取链长节数 。节17p查参考文献14表 9-7 得到中心距计算系数 ，则链传动的最大中2471.1f心距为：(48)mzLPfap 3.9)(2211 7.5.5 计算链速 V,确定润滑方式(49)sznv 24.0160.53106由 及链号 16A-1，查参考文献14图 9-14 可知应采用定期人工润滑。sm24.07.5.6 计算压
13、轴力 pF有效圆周力为：(50)NvPe 56.472.01810链轮水平布置时的压轴力系数 ， 则压轴力为：5.FpK。FePp 54716.4717.6 联轴器的选择及计算7.6.1 类型选择选用 GY 型凸缘联轴器 6。7.6.2 载荷计算公称转矩： mNnPT 81.267.43105.9105.96615.430 6363由参考文献14表 14-1 查得 ，故由式（14-1）得计算转矩为：5.1AK(51)mNTAca 215.4826.118mNTKAca 84.576.3845.1337.6.3 型号的选择从 中，查文献6得 型凸缘联轴器的许用转矩为20584GB3GY，许用最大
14、转速为 ，轴径为 之间，故合适 1mN12min95r240轴。而 3 轴联轴器选用 型凸缘联轴器的许用转矩为 ，许用最大转速6YmN9为 ，轴孔直径为 。in680r387.7 凸轮轴的设计计算7.7.1 设计参数由前面计算可得，凸轮轴上的传递功率为： ，转速kWP148.6，转矩为 ， 轴上的径向力主要是压带凸轮的所min15rn mNT89.7300致，初定 。NFr7.7.2 初步确定轴的最小直径先按式 14（15-2）初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为 45 钢，调质处理，根据参考文献14 表 15-3，取 ，于是得：105A(52)mnPd 58.4.3360min 输出轴的最小
15、直径显然是安装链轮的直径 ，为了使所选的链轮配合，故取 d。d457.7.3 轴的结构设计(1)拟定轴上零件的装配方案（图 10 所示） 。(2)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度，为了满足链轮的轴向定位要求，- 轴段右端需要制出一轴肩，故取-段的直径 ，左端用md50轴端挡圈定位按轴端直径取挡圈直径 ，链轮与轴配合的毂孔长度mD5，为了保证轴端挡圈只压在链轮上，而不压在轴的端面上，故-段mL861的长度应比 略短一些，现取 。1L09(3)初步选择滚动轴承，因轴承只受径向力的作用，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据 ，由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组，标准精md50度级的单列
16、深沟球轴承 6011，其尺寸为 ，故1895BDd，右端深沟球轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得 6011 型d5轴承的定位轴肩高度 ，因此，取mh5m60(4)取安装压带凸轮的轴段-的直径 ；压带凸轮的左端轴承d之间采用套筒定位，取压带凸轮轮毂的宽度为 30mm,为了使套筒端面可靠地压紧凸轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 ，凸轮的右端采用套筒定位，则安l27装剪切凸轮处的轴段 ，剪切凸轮轮毂宽度为 30mm，为了使套筒端md65面可靠地压紧凸轮，此轴段应略短于轮毂宽度，故取 ，剪切凸轮的md27右端采用轴肩定位，轴肩高度为 ，取 ，则轴环处的直径h07.h5，轴环宽度 ，取 ，其轴环的右
17、边的热合md70 b4.1l片凸轮、热合凸轮与左端的压带凸轮、剪切凸轮设计相同，凸轮宽度为 30mm。(5)轴承端盖的总宽度为 20mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与链右端面间的距离 ，故取ml30ml50(6)取箱体内壁这距离 ，箱体的壁厚 。a16B图 10 轴的结构与装配Fig10 Axis of the structure and Assembly10图 11 轴的载荷分析图Fig11 Analysis on axial load7.7.4 轴上零件的周向定位凸轮、链轮与轴的周向定位均采用平键连接，按 由表 6-1 查得平键截面 d，键槽用键槽铣刀加
18、工，长为 20mm,同时，为了保证凸轮与轴的配18hb合有良好的对中性，故选择凸轮轮毂与轴的配合为 ，同样，链轮与轴的连接，67nH选用平键为 ，链轮与轴的配合为 ，深沟球轴承与轴的周向定位7094 k是由过渡配合来保证的，此外，选轴的直径尺寸公差为 。57.7.5 确定轴上圆角和倒角尺寸从参考文献14 表 15-2，取轴端倒角 ，各轴肩处的圆角半径如图 10 所示。427.7.6 求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图 10）做出轴的计算简图（图 11） 。在确定轴承的支点位11置时，对于 6011 型深沟球轴承，由手册中查得取轴承中点。因此，作为简支梁的轴的支承跨距 。根据轴的计算简图做出轴的
19、弯矩图和mL25034932扭矩图（图 11） 。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 C 是轴的危险截面。现将计算出的截面 C 处的 、 及 的值列于下表（表 4） 。HMV表 4 截面 C的计算表Table4 Calculation of cross section C of the table载 荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F NNH86.423,517NFNV4.19,56802弯矩 M m mM73总弯矩 6.847.95.22扭矩 T NT1067.7.7 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）强度。根据式（15-
20、5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力，6.0(5MPaWTMca 47.3.182560942864022 3)前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由 参考文献14 表 15-1 查得，因此 ，故安全。Pa6011ca7.8 凸轮机构的设计凸轮机构的设计是本设计方案中最多的机构设计，牵涉执行动作最多，按布局分配方案知，运动竖直方向的移动，由于整体的设计要求凸轮的转速为低速，即，选用滚子直动推杆凸轮机构， 下图 12 为各凸轮机构的执行工作循min10rn环图。0 30 90 120 240 360送带 推 远 回 近12压带 回 近 推 远 回
21、收带 回 近 推 远 回热合片 近 推 远 回粘合 回 近 推 远剪切 回 近 推 回60 150 180 240 270 330图 12 凸轮机构工作循环图 Fig12 Cam mechanism working cycle diagram7.8.1 确定凸轮机构的基本尺寸表 5 凸轮廓线坐标曲率半径参数Table5 Cam coordinates radius parameter凸轮转角（度）理论廓线 X坐标理论廓线 Y坐标实际廓线 X坐标实际廓线 Y坐标 曲率半径0 0 50 0 40 62.510 8.9151 50.5598 10.0101 40.6199 380.42820 18.
22、8111 51.6831 19.7322 41.7256 56.678830 30 51.9615 29.4008 41.9795 40.744440 41.7812 49.7929 38.6557 40.2939 35.236650 52.5968 44.134 46.4848 36.2192 31.828560 60.6218 35 51.9615 30 30.62570 65.7785 23.9414 56.3816 20.5212 7080 68.9365 12.1554 59.0885 10.4189 7090 70 0 60 0 70100 68.9365 -12.1554 59.
23、0885 -10.4189 70110 65.7785 -23.9414 56.3816 -20.5212 70120 60.6218 -35 51.9615 -30 70130 53.6231 -44.9951 45.9627 -38.5672 70140 44.9952 -53.6231 38.5673 -45.9627 70150 35 -60.6218 30 -51.9615 70续表 5凸轮转角（度）理论廓线 X坐标理论廓线 Y坐标实际廓线 X坐标实际廓线 Y坐标 曲率半径160 23.9414 -65.7785 20.5212 -56.3815 70170 12.1554 -68.
24、9365 10.4189 -59.0885 70180 0 -70 0 -60 70190 -12.1553 -68.9365 -10.4189 -59.0885 70200 -23.9414 -65.7785 -20.5212 -56.3816 70210 -35 -60.6218 -30 -51.9615 70220 -44.9951 -53.6231 -38.5672 -45.9627 70230240-53.6231-60.6218-44.9952-35-45.9626-51.9615-38.5673-30707013250260270-65.7785-68.9365-70-23.94
25、15-12.15540-56.3815-59.0885-60-20.5212-10.41890707030.625280 -67.6172 11.9227 -58.3666 8.1243 38.8884290 -61.08 22.2313 -53.6237 15.5677 90.295300 -51.9615 30 -46.4516 21.6548 347.8997310 -42.1325 35.3533 -37.9514 26.2693 70.9837320 -33.0006 39.3285 -28.979 30.1328 45.9604330 -25 43.3012 -20 34.641
26、50340 -17.101 46.9846 -13.6808 37.5877 50350 -8.6825 49.2404 -6.946 39.3923 50360 0 50 0 40 50设初步确定凸轮的基圆半径为 ， 推杆滚子半径为 ， 其mr50mr10次要选定推杆的运动规律，同时其工作为低速轻载，稳定性较好，由参考文献13表9-1 可知，初定推程运动规律用简谐运动规律，回程运动规律用简谐运动规律。由上述数据可得出,压带凸轮如图所示(图 12)。7.8.2 求理论轮廓线对于对心直动滚子推杆盘形凸轮机构，可得 e=0mm。统一升程为 20mm,利用 ADAMS建模与仿真、VB 进行运动分析与
27、综合可得到廓线坐标曲率半径、运动参数压力角、运动规律图和动态仿真，表 5 为廓线坐标曲率半径参数。14图 11 压带凸轮运动规律图（位移、速度、加速度）Fig11 Pressure cam movement(displacement、speed、acceleration)由软件得其运动规律图（位移图、速度图、加速度图） ，如图 11 所示。图 12 压带凸轮Fig12 Pressure cam其他凸轮可按上述步骤得出，此处略。8 结论本次设计课题是小型红薯粉打捆机的设计,红薯粉丝包装打捆机是粉丝精整包装生产线的急需设备,而且是粉丝包装生产线的核心设备。随着食品加工行业的发展，食品加工机械的广泛
28、应用极大提高了劳动生产率，提高了产品的质量，降低了生产成本，还极大的减轻了人的劳动强度，改善了劳动条件，对食品的打捆机的研究渐渐成为了人类必不可少的工作，因此，对本次课题的设计意义深远。主要工作及结论：1.学会了对机械总体方案的设计及步骤；2.对设计工作有了更深的理解，端正了对设计工作的态度；3.在选择机构的重要零部件时，学会了正确查15询资料的方法；4.了解了设计的过程，更理解了设计是一个反复的过程；5.间歇传送运输机构的设计；6.送带、收带机构的设计；7.压带、热合、剪切机构的设计；8.导向槽的设计；9.小型红薯粉打捆机的装配图的设计；10.小型红薯粉打捆机的主要部件的设计；11.翻译有关
29、英文资料；12.撰写毕业设计论文。存在的问题：1.由于缺乏工作经验，对机械结构的设计不完善，所设计的结构还有很多不足，也许从某种角度来说不是很合理；2.本次小型红薯粉丝打捆机的设计，控制系统采用的是纯机械控制，没有加入液压、电子等方面的内容，致使机械整体机型结构庞大，传送和感应精度不是很高。参考文献1王之栎，王大康. 机械设计综合课程设计M. 北京：机械工业出版社，2003:35-103.2许瑛. 机械设计课程设计M. 北京：北京大学出版社，2008:63-80.3成大先. 机械设计手册M. 北京：化学工业出版社，2004:152-360.4张黎骅，吕小荣. 机械工程专业毕业设计指导书M.北京
30、：北京大学出版社，2011:42-87.5张裕中. 食品加工技术装备M. 北京：中国轻工业出版社，2007:93-105.6吴宗泽. 机械设计课程设计手册M. 北京：高等教育出版社，2006:33-282.7濮良贵. 机械设计M.北京：高等教育出版社，2007:143-213.8邹慧君，殷鸿梁. 间歇运动机构设计与应用创新M. 北京：机械工业出版社，2008:69-152.9廖汉元，孔建益. 机械原理M. 北京：机械工业出版社，2007:151-173.10肖旭霖. 食品机械与设备M. 北京：科学出版社，2006:108-213.11李书国. 食品加工机械与设备手册M. 北京：科学技术文献出版
31、社，2006:1-43.12张淑娟，全腊珍. 画法几何与机械制图M.北京：中国农业大学出版社，2007:32-89.13孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理M. 北京：高等教育出版社，2006:151-173.14濮良贵，纪名刚. 机械设计M. 北京：高等教育出版社，2006:143-233.15刘鸿文. 材料力学M.北京：高等教育出版社，2004:63-152.16丁素珍. 新型捆钞机及捆扎带的发展趋势J. 浙江工贸职业技术学院学报，2005,(12):27-29.17刘协舫. 食品机械M. 武汉：湖北科学技术出版社，2002:53-251.18Patton W. J. Mechanical P
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33、的过程并不轻松，工作的压力时时袭扰，知识积累尚欠火候，于是，我只能一次次埋头于图书馆，找资料查数据，一次次在深夜奋笔疾书，花费如此长的时间和如此多的精力，16完成一篇具有一定学术价值的论文，其中的艰辛与困难难以诉说，留下的滋味，值得我一生慢慢品尝。敲完最后一个字符，从头细细阅读早已不陌生的文字，我感触颇多。虽然其中没有什么值得炫耀的成果，但相对而言，是宝贵的，它是无数教诲、关爱和帮助的结晶。我要感谢我的指导老师高英武教授，高老师虽身负教学任务，仍抽出时间，在工作日的每天晚上给予我们细心的指导，督责课业，殷殷之情尽在谆谆教诲中。这篇论文更倾注了她的大量心血。从初稿到定稿，高老师不厌其烦，一审再审
34、，大到篇章布局的偏颇，小到语句格式的瑕疵，都一一予以指出。同时，我也要感谢大学期间所有授课老师，是他们传授给我方方面面的知识，拓宽了我的知识面，这对论文的完成有着功不可没的作用。在此，还要感谢学校各位工作人员，他们细致的工作使我和同学们的学习和生活过得舒适、安逸。谨向我的父母和家人表示诚挚的谢意，他们是我生命中永远的依靠，他们无微不至的关怀，是我前进的动力；他们的殷殷希望，激发我不断前行，没有他们就没有我，我的点滴成就都来自他们。让我依依不舍的还有各位学友、室友，大学期间是你们给予我帮助和关爱，能和你们相遇、相交、相知是我人生的一大幸事。本论文的完成远非终点，文中的不足和浅显之处则是我新的征程上一个新的起点。附录附录 1：装配图（ ）10A附录 2：零件图（ ）2附录 3：零件图（ ）63
