机械夹袋式面粉打包机机械结构设计设计说明书.doc

1.3 设计要求
根据调研参观学习发现，现在的面粉打包机绝大多数的夹紧方式都是气缸驱动的。而气缸驱动的方式虽然驱动简单，易于操作，但是仍有很多弊端，例如气缸使用时间长了会容易出现漏气，造成面粉袋在夹持过程中出现松动，造成夹不紧等问题。而更为关键的是，气缸驱动需要布置复杂的供气系统，给本不复杂的机器制造人为的设计困难。所以本次设计便针对这一点进行改进，将使用气动的夹紧方式改为使用机械式的夹紧方式。机械夹紧方式不仅有结构简单、夹紧牢固等优点，更能省去占很大部分的供气系统，从而优化机器的整体性。使用机械的夹紧方式将是面粉打包机未来的发展趋势。
驱动电动机功率（kw）计算公式：
N=Q/367η(wL+H)K
式中，Q——输送量，已知数据是1.5t/h；
W——物料阻力系数：粮食及其加工产品取1.2～1.3，棉籽、麦芽、糖块取1.5，苏打、食盐取2.5；
L——螺旋输送机的水平投影长度，设计量为1.0m；
H——倾斜输送时物料提升的高度，向上为+，向下为-，本次设计为水平布置，为0；
S——螺距，推荐的直径为160mm的叶片对应的螺距为130mm；
n——螺旋轴转速（r/min），系列值为60、70、80、90、100、110、120、140、160、190，选择推荐值100r/min；
γ—— 物料容重，上面表格可查阅；
C——倾斜修正系数，为水平布置，其值为1.0
K——螺旋叶片叶形的影响系数，选择的为满面式，其值1.0。
本次的设计主要内容包括进料部分的设计与夹紧部分的控制这两个重要的环节。通过这两个方面来协调控制面粉打包机的工作过程。对于面粉打包机进料部分的设计，通过查阅资料发现，发现物料的输送有多种方式包括螺旋输送及振动输送等几种输送方式。螺旋输送机的设计简单，造价低廉，在相同的可比输送能力下，螺旋输送机比其他类型的输送机的投资费用更低；可以呈现水平、垂直或倾斜输送；可以保证防尘及密封结构的槽体设计，工业生产中零部件的标准化程度较高。并且螺旋输送的最大优点便是结构紧凑，可以再有限空间内进行物料的大功率输送。而面粉打包机的空间有限，需要在狭小的空间里进行面粉的输送，并且面粉打包机的进料部分需要在一个密闭的空间内实现，通过这些客观条件，便将进料的方式设计为螺旋进料方式，下面两张图片便是螺旋进料部分的简单示意图以及其实物图，本次设计将会借鉴已有生产螺旋进料机的公司的设计思路。
γ——物料的单位容积重量（t/m³）
机槽内物料的横断面积为：
F=(πD²/4)ψβK
其中，D——螺旋叶片直径（m）；
Ψ——机槽的填充系数，其具体数据可见下表3-1；
β——倾斜布置的输送机对F的修正系数，由于本次设计的输送进料部分是水平方向布置，故其值为1.0
K——螺旋叶片的形式对输送量的影响系数，见表3-2。
机电工程学院
毕业设计说明书
设计题目:机械夹袋式面粉打包机机械结构设计
学生姓名：
学号：
专业班级：
指导教师：
2012年5月19日
目 次
1 设计方案说明
本次毕业设计的课题名称为机械夹袋面粉打包机机械结构设计该机用于面粉装包，其进料部分为螺旋，夹袋部分为间歇运动机械夹紧。
面粉打包机属于包装机械。包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器的总程，其中包装过程包括包装物的成型、充填、裹包等主要包装工序，也包括与其相关的前后工序。
图2-1螺旋进料原理
图 2-2 螺旋进料
通过原理示意图可以看到，面粉的进料过程可以再一个密闭的空间内实现，这样便能保证面粉在输送过程中不被污染。在实物图中，绞龙叶片上方的轴为搅杆，通过链传动与绞龙一块转动，可以防止面粉结块成拱。
夹紧部分的设计是本次设计任务的重中之重。因为现在的夹紧方式多为气动，而机械式的夹紧方式还没有成型，改成机械加紧方式具有很大的挑战性需要多方查阅资料才能完成。
2 设计方案分析
本次设计要求是对面粉打包机中的夹紧部分进行改进，将现在多数面粉打包机上使用的气动夹紧方式改进为机械式夹紧方式。与气动夹紧方式相比，机械夹紧方式有很多优点，由于夹紧完全是靠机械力提供，所以夹紧的过程安全可靠，不会出现夹不紧等问题。而且夹紧力是由电动机驱动，而电动机是一系列的标准件，设计过程中只需通过数据计算，选出设计所需要的电动机即可，不需再对驱动元件进行额外的设计计算。这一方面与气动的夹紧方式相比，省去了驱动元件的设计，省去了供气系统的设计以及其布置。因此，机械加紧在打包机中的推广具有很大的应用价值。
i=Z2/Z1
根据推荐值，选择小链轮齿数Z1=21，由以计算得到的数据知道链轮传动比为i=2，则，大链轮齿数Z2=42
（2）计算当量的单排链的计算功率Pca
根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正系数为当量的单排链的计算功率
Pca=KAKZP/Kp
式中，KA——工况系数，其从动机械特性与主动机械特性均为平稳运行，工况系数为1.0
图 2-3 气动夹紧装置
上图便是已生产的面粉打包机的夹紧部分，这种夹紧方案是由气缸驱动两边的夹紧杆的放松，夹紧等动作。但是可以看到气缸都需要专门的供气系统进行供气，这样便会是整机看起来比较复杂，所以这次设计便对这一方面进行改进，采用凸轮机构来控制夹紧杆的夹紧与放松。
图 2-4 凸轮夹紧机构原理图
上图便是凸轮机构运动的原理图。中间凸轮随轴转动，从而带动凸轮上的摆杆上下摆动，，摆杆的摆动控制夹紧杆的运动，两边使用弹簧可以对摆杆进行预紧，使其上的小轮始终与凸轮接触。而夹紧与放松的时间，便由凸轮的轮廓与凸轮的转速进行控制，这些可以根据实际的需要进行计算设计。
1.1 面粉打包机简介
面粉打包机是面粉自动化装袋过程中所使用的机器，具有设计简便、结构简单，能够有效提高面粉装袋效率的优点。然而在我平时的了解中，面粉打包机在村镇级的地区使用还不是很普遍，大多采用的仍是人工撑袋装面粉，这样做不仅工人的劳动强度大，而且效率较低。所以为了提高生产效率，实现现代化，国家应该加大在这些方面的投入，应该大力推广面粉打包机在面粉厂的使用率。
1.2 面粉打包机的研究现状
我国是一个粮食生产大国，而且我们河南更是我国重要的粮食生产基地，其中以小麦的种植为主，所以面粉的生产，运输，贮存等是我们要解决的重要问题。其中，面粉打包机是包装机械在粮食加工方面的重要应用，其主要用于面粉的装袋过程，是粮食机械里面重要的组成部分。
以前，我们的面粉装袋以人力为主，后来随着打包机从国外的引入，面粉打包机极大提高了装袋效率，解放了人力。随着近来技术的进步，面粉打包机更是引入了自动称重部分，得到了极大发展，应用也更加广泛。
3 设计计算书
3.1 进料部分的设计计算
3.1.1已知参数和工作条件
本次设计的面粉打包机装袋面粉量为1.5t/h。
3.1.2螺旋输送机输送量和功率计算
水平螺旋输送机的生产率可以按照下边的经验公式进行计算:
Q=3600Fvγ (t/h)
Hale Waihona Puke 式子中，F——机槽内物料的横断面积（m²）；
V——被输送的物料的轴向的运动速度；
（5）v带轮的设计
V带轮材料选用HT200，大小带轮设计成实心式，以下两图是大小带轮的设计图
图 3-2 小带轮设计尺寸
图 3-3 大带轮设计尺寸
3.3 链传动设计计算
小链轮在螺旋转轴上装，转速为100r/min，大链轮在带动搅杆转动，转速50r/min。
（1）选择链轮齿数Z1、Z2和确定传动比i
一般链轮齿数在17～114之间。传动i按下式计算
（3）确定带轮的基准直径并验算带速v
1) 初选小带轮的基准直径d1
根据v带的带型，参考机械设计课本157页表格，确定小带轮基准直径为80mm
2）计算大带轮基准直径
有d2=id1计算，得出大带轮基准直径为160mm
（4）确定中心距a，并选择v带的基准长度L
1）根据带传动的总体尺寸的限制条件或要求的中心距，初定中心距400mm。
0.7
0.3
查询粮食工程设计手册中的关于螺旋输送轴的有关设计技术要求等，选择满面式叶片的螺旋体，根据螺旋输送机螺旋体与螺旋轴的系列推荐尺寸，选择螺旋体直径D=160mm，对应的螺旋轴直径d=36mm。在根据以下公式进行计算：
Q=47D²ψSnγCK
其中,D——螺旋叶片直径，以选择的为160mm；
Ψ——物料的装满系数；
KZ——主动链轮齿数系数，查课本图可知其修正系数为1.2
Kp——多排链系数，本次选择单排链，修正系数为1.0
P ——传递的功率，kw。
带入各已知数据计算而得单排链的计算功率为0.024kw。
（3）确定链条型号和节距p
链条型号根据当量的单排链的计算功率Pca和主动链轮转速n1由图3-4得到。
P——所需传递的额定功率，如电动机的额定功率或名义的负载功率，kw。
根据公式得出计算功率Pca=0.108kw。
（2）选择v带的带型
根据计算功率Pca和小带轮转速，从图3-1选取普通v带的带型
图 3-1 普通v带选型图
根据算出的计算功率Pca=0.108kw以及小带轮的转速，结合上图，确定选择的带型为Z型带。
3.2 带传动设计计算
电机输出转速为1400r/min,螺旋轴转速为100r/min,其总传动比i=14，减速器分配传动比为i1=7，则带传动分配到的传动比为i2=2。
（1）确定计算功率
计算功率是Pca是根据传递的功率和带的工作条件而确定的
Pca=KAP
式中Pca——计算功率，kw；
KA——工作情况系数，打包机在工作过程中载荷变动微小，每天工作时间10到16个小时，故其工作系数情况系数选择1.2。
K——电机功率储备系数，取1～1.4；
η——总传动效率，减速器取0.94，三角带取0.95；
根据粮食部门对螺旋输送机的测试结果，实际轴的功率要比理论计算功率大3～4倍。根据以上公式及一些已知数据，最后算出电动机的理论功率为0.0082kw，考虑到绞龙轴还要带动搅杆轴转动，电动机所需功率应比理论计算的大，查询建明机械零件设计手册，选择YS系列小功率三相异步电动机，其具体参数为机座号56，铁芯书2，极数4，电机功率90w，电机转速1400r/min。减速器选用谐波减速器，根据设计手册选择NAF型减速器，其公称传动比为7。减速器通过带传动与螺旋轴传动。