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1、机电工程学院毕业设计说明书 设计题目:JFD-1型挂面封头机改进设计 2015 年 5 月 20 日1目 次前言21.设计方案说明31.1任务内容和要求31.2任务书分析31.3挂面封尾机现状及未来趋势32.整体设计方案42.1 现存问题分析42.2改进方案论证62.3方案确定72.4 整机及改进原理72.4.1 折纸机构72.4.2 传动装置83.滚子链传动的设计计算93.1 电机的选择93.2 已知条件和需计算内容103.3 设计步骤和方法103.3.1 确定链轮齿数和传动比103.3.2 计算当量的单排链计算功率103.3.3 确定链条型号和节距p103.3.4 确定链节数和链轮中心距1
2、13.3.5 确定链速，选择润滑方式113.3.6 链传动作用在轴上的压轴力114. 齿轮校核计算124.1 确定齿轮的类型、精度等级、齿数等124.2 齿面接触疲劳强度设计124.2.1 初步计算齿轮的分度圆直径124.2.2 修正齿轮的分度圆直径134.3 几何尺寸计算145. 毕业设计总结14致谢16参考文献17前 言 毕业设计是本科院校教育计划中大学生达到培养目标的一个非常重要的关键所在。它的意义在于，经过学生对所选课题的一系列社会实践，翻阅相关资料，编写论文材料等等，全方位的培养一个大学生的独立学习和分析解决问题的能力，还包含团队合作和动手创新能力。除此之外，毕业设计对一个大学生的思
3、想品德和学习态度也有重要影响。毕业设计内容繁多，时间跨度大，问题不断，没有良好的学习态度，坚毅的信心是不会做出优秀的毕业作品的。对于学校而言，毕业设计也是一个重要的衡量学校办学水平教学质量的内容，而且也关系到学生四年来的学习情况，最终决定学生是否有资格从学校毕业。在本院的包装工程专业教学计划中，毕业设计的目的在于1. 培养学生综合运用四年所学的能力，将之前掌握的内容融会贯通，处理一般性的问题。2. 通过毕业设计，培养和提升学生的绘图、包装结构分析、查阅外文资料并翻译的能力。3. 通过毕业设计，使学生对包装结构包装机械的设计内容，设计原则，设计过程有一个深刻的认知，并能够熟悉相关的准则规范及相关
4、手册和工具书，为此后走上工作岗位打下基础。4. 培养学生的动手创新能力，培养学生脚踏实地，认真学习，坚持不懈的工作学习态度。1. 设计方案说明 1.1任务内容和要求 JFD-1型挂面封头机是利用气缸、PLC控制系统、连杆机构、轮齿链条机构以及V型槽等组成的自动封尾系统。主要设计内容为研究挂面自动封头机整机的工作原理及JFD-1型挂面封头机改进设计。设计要求为全自动，高效，安全，出错率低并能适应不同挂面规格。 1.2任务书分析此次设计为JFD-1型挂面封头机改进形设计，在原有基础上对传输系统和夹紧装置进行改进，以达到更高的生产效率，降低出错率，实现快速高效生产。挂面封头机与挂面裹包机相连，实现挂
5、面的自动封尾包装。散装的挂面经过称重分堆，由捆扎机捆成圆柱状，再由裹包机包装，最后由封头机封合，完成挂面的自动包装。现有的封头机采用的是V型槽固定挂面，上面有一条细长的金属压紧片共同完成对挂面的固定。但是现有装置并不能很好的完成自动封尾任务，出错率较高，很难适应高速生产。改进型设计就是要解决这些问题，让可靠性大大提高。 1.3挂面封尾机现状及未来趋势我国地处北温带，幅员辽阔，南北跨度大，形成了不同的饮食风格，南方以大米为主食，而北方，面食一直是传统的主食。挂面制作简单，吃起来风味独特，是很受我国北方喜爱的主食，同时我国也是世界上最大的挂面生产国和消费国。所以，挂面生产加工以及包装销售，有着广阔
6、而远大的前景的。然而多年以来，人们大多觉得挂面生产技术含量低，附加值低，因而在制面行业一直不受关注。近年来由于人们的生活水平有了很大提升，挂面制造行业迅速发展，挂面产品的种类也逐渐丰富，市场潜力巨大。且挂面生产投资门槛低，回报快，利润高，因而愈来愈受到面制品行业的正视。目前挂面的包装主要有两种，一是塑料薄膜包装，二是纸包装。随着国家倡导绿色环保，节能减排，绿色包装也就成为挂面包装的一项重要标准，随之纸包装逐渐成为主流包装。相对与挂面生产技术的不断完善，我国的挂面包装封尾技术却一直没有得到实质性的进步，根据市场调查，目前国内的大部分挂面生产厂家采用的依然是手工包装封尾，自动化程度很低，已经很难适
7、应高速高效的挂面生产设备。这些问题与中国挂面制造业的状况是有联系的。根据2012年发布的市场调查指出，我国的挂面生产行业主要有以下几个不足：1.产业的集中度较低，南北发展不均衡；2.企业的创新能力不足，主要设备是靠进口或模仿；3.挂面生产企业规模小，市场缺少能够起领导作用的品牌； 现在我国的挂面生产行业处在一个重要的发展转折时期，产业结构也在逐步的调整完善中，未来的发展方向，可以朝着以下几个方向努力。 1.挂面更加营养安全。将粗粮广泛的应用到挂面的生产加工中，丰富挂面的产品种类和营养成分。2.使用更加方便快捷。挂面的使用要迎合当前快节奏的生活，在不同时候不同地方都能快捷方便的食用。3.塑造强势
8、品牌。品牌的推广，可以很好的促进人们对挂面的认知及认同，对企业的经济效益有着很大的影响。4.最大限度节约成本。减少资源浪费，节约成本，是对挂面产业的一个非常重要的要求，这也要求在生产设备，制造技术，物流等方面要有更大的提高。2.整体设计方案 2.1 现存问题分析现有JFD-1型挂面封头机采用单发动机驱动，发动机驱动链轮，链条之上固定有一对V型槽（如图2-1所示），上一单元裹包完成的挂面由V型槽固定位置，上压一金属条来紧固，经过四边折纸封合，从而完成封尾任务。 图2-1 V型槽示意图现有问题为：1.端口变形。挂面是很松散的，虽然经过了裹包，依然比较容易变形。在V型槽固定时，由于自身重量，以及V型
9、槽形状，挂面的两端形状根本不可能是比较规整的圆形，这就为封尾带来了很大困难，如图2-2所示。封尾折纸原理，正是把端口当规整的圆形处理才得以实现，非圆形就可能会出现失误，包装不完整，形状不美观，封尾失败等问题。 图2-2 端口变形示意图2.压紧力不足。V型槽材质为不锈钢，表面光滑，挂面放置于V型槽之后，靠一个条形的金属条压紧，保证在运动作业时不发生打转情况。但是，挂面外包装为纸质材料，与金属间的摩擦系数很低；压紧条靠之上的弹簧紧缩的伸张力来压紧挂面。弹簧时间久了会产生疲劳，压紧力不够，挂面在V型槽中运动时，很容易因折纸的力产生打滑转圈，直接导致封尾失败。在研究过程中发现，用手轻轻压紧挂面时，失误
10、率是有所下降的，也证实了压力对封尾来说是一个很重要的元素。 2.2改进方案论证针对以上存在的问题，然后通过查阅资料，网上搜索等途径，以及同老师同学讨论，提出了几个改进方案设计。方案一：加大挂面与V型槽的摩擦系数。在V型槽与挂面接触的部分贴上砂纸，以增大摩擦系数，这样挂面在运动过程中就很难转动，不需要很大的压紧力即可实现可靠的固定。此方法简单轻便，且易于实现，也不需要很大成本。但是，挂面裹包完之后，落入V型槽的位置并非是最终工作的位置，需要在挡板的推动下往前移动，完成前后方向的固定。贴上砂纸后，摩擦力显著增大，亦会使推动需要的力大大增加，这会磨损挂面的外包装。且不停的移动也会严重磨损砂纸，需要不
11、停更换，这样就降低了工作效率。方案二：压紧带与挂面同步运动。把之前压紧用的金属条去掉，以一个可以与传动齿轮链条同步转动的平带带轮替代，如图2-3所示。这样，原有的挂面与金属条的动摩擦转变为静摩擦，在运动过程中，压紧效果较之以前有所提高。平带与 图2-3 方案二示意图传送带同由一个电动机驱动，经转向齿轮实现同步运动，保证挂面与压紧带时刻处于相对静止状态，这样就能够很好的起到压紧的效果，防止挂面转动。方案三：改变V型槽形状为圆形槽，采用上下夹紧方法。针对挂面在V型槽内变形问题，改进时就设计了一种凹型圆槽，这样挂面放置时，不会因为自身重量而变形，再加上在上面倒置的圆槽，能很好的保证端口基本保持为圆形
12、，如图2-4所示。 图2-4 圆形槽示意图下面的圆槽依然固定在传动链上，上边的圆槽则固定在类似方案二的同步链条上，与传动链同由一个电动机驱动，实现同步运动，保证在挂面进入夹紧圆槽时不会产生错位导致出错。此方案不仅能保证挂面端口不变形，而且上下压紧，挂面基本不会转动，两个问题都得到了解决。 2.3方案确定经过比较，最终采用的方案是方案三。此方案较为理想的解决现有设备存在的两大问题，也比较容易实现，加工起来没有难度。由于挂面有不同规格，直径不一，还需要设计不同的圆槽与之对应，在实际批量生产时更换也是比较方便的。挂面裹包之后落入圆槽内，经过弧形挡板往前推移，在开始折纸之前到达预定位置，此时上面的圆槽
13、也正好到达，与下面的圆槽配合夹紧挂面，之后开始预定折纸动作。完成封尾后，上面的圆槽脱离，挂面落入盛放的纸箱或筐等。 2.4 整机及改进原理改进过后的挂面封头机主要有两个主要部分组成，一是折纸机构，二是传动装置。下面一一说明其工作原理。 2.4.1 折纸机构 挂面尾部的封合包装共分为五个步骤，先是上折、左折、右折三个方向的折叠，然后涂胶，最后下折，完成封尾动作。整个机构由下底板做支撑，下底板固定在机架上（如图2-5所示）。 图2-5 折纸机构三维模型其中，左折由左边的两个气缸推动折板运动完成，完成一次动作后返回，等下一包挂面到时，再推动向前完成左折，如此重复运动。右折部分由最前面的固定折纸板完成
14、，在完成上折和左折后，在运动机构的推动下，通过固定折纸板，自动完成右折动作。三面折纸完成后，挂面通过感应器，控制系统收到信息后，发出指令，胶枪在气缸的推动下向上运动，完成涂胶动作。最后是下折，挂面到达前，下折滚轮向上运动，在挂面到达时，滚轮向下，完成下折，挂面在链条推动下继续向前，直至脱离固定圆槽。 2.4.2 传动装置 改进后的运动传递机构如图2-6所示。整个系统由一个电机驱动，从电机伸出一根轴，装有一个小链轮，由小链轮带动主轴旋转。主轴上装有一对主运动链轮，与末端的从动链轮连接，是带动挂面向前的主运动机构，在链条上固定有圆形槽装置，用来放置挂面。主轴外侧固定有一对参数相同的齿轮，实现运动方向的转向及同步传动。再经过一对小链轮，运动传递至上部压紧固定装置（如图2-7所示），固定装置中的链轮与主链轮规格相同。由此，实现了同一电机驱动，上下链轮同步同向运动。 图2-6 传动装置模型示意图 图2-7 传动装置局部示意图3.滚子链传动的设计计算（注：如无特别说明，以下所查阅的公式图表均来自西北工业大学机械原理及机械零件教研室编第九版机械设计） 3.1 电机的选择挂面封头机转速低，载荷较小，且在运动过程中会有间歇停顿，所以选用交流伺服电机。额定功率0.4kW，额定转速1000r/min，额定力矩3.82Nm。根据设定的参数，挂面封头机工作效率为12包/分
