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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；引导槽；
2、建模与仿真Design of A Small Sweet Potato Powder Binding MachineStudent: Tutor: (Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: Due to the rapid development of Chinas green food industry, food machinery draws more and more peoples attention, package tying
3、machine attaches much importance on food sale, storage, and transport. This article is on the basis of package tying, makes use of common mechanical drive control system, straps sweet potato starch noodles with one band, the principle of its mechanical design is divided into four parts: the design o
4、f the system of carousel and machine reel, sweet potato starch noodles intermission step conveyor, the cam mechanism for pressure, thermal sealing, shearing and bind guiding trough. It applied by modern modeling and simulation ADAMS, VB sports analysis cam parameters, therefore realized the package
5、of sweet potato starch noodles.Key Words: Tying; 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
6、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
7、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。2 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
8、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
9、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
10、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（0.50.02英寸或130.5mm）张力的工作范围接续张力伸长回复率耐热性耐湿性处理的难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
11、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。 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
12、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 diagram4.1.1 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
13、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 Small sweet potato powder binding machine transmission scheme diagram4.2 间歇传送运
14、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，传递的功率为载荷平稳，中心线水平布置。7.5.1 选择链轮齿数取小链轮齿数，大链轮的齿数为。7.5.2 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，则计算功率为： (46) 7.5.3 选择链条型号和节距根据及查参考文献14图9-11可选16A-1，查表9-1，链条节距为。7.5.4 计算链节数和中心距初选中心距，取相应的链长节数为 (47)取链长节数。查参考文献14表9-7得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距为： (48)7.5.5 计算链速V,确定润滑方式 (49)由及链号16A-1
15、，查参考文献14图9-14可知应采用定期人工润滑。7.5.6 计算压轴力有效圆周力为： (50)链轮水平布置时的压轴力系数，则压轴力为：。7.6 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： 由参考文献14表14-1查得，故由式（14-1）得计算转矩为： (51)7.6.3 型号的选择 从中，查文献6得型凸缘联轴器的许用转矩为，许用最大转速为，轴径为之间，故合适1轴。而3轴联轴器选用型凸缘联轴器的许用转矩为，许用最大转速为，轴孔直径为。7.7 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，转矩为，轴上的径向力
16、主要是压带凸轮的所致，初定。7.7.2 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： (52)输出轴的最小直径显然是安装链轮的直径，为了使所选的链轮配合，故取。7.7.3 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，为了保证轴端挡圈只压在链轮上，而不压在轴的端面上，故-段的长度应比略短一些，现取。(3)初步选择滚
17、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，标准精度级的单列深沟球轴承6011，其尺寸为，故，右端深沟球轴承采用套筒进行轴向定位。由手册上查得6011型轴承的定位轴肩高度，因此，取(4)取安装压带凸轮的轴段-的直径；压带凸轮的左端轴承之间采用套筒定位，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，剪切凸轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度为，取，则轴环处的直
18、径，轴环宽度，取，其轴环的右边的热合片凸轮、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(6)取箱体内壁这距离，箱体的壁厚。图10 轴的结构与装配Fig10 Axis of the structure and Assembly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，键槽用键槽铣刀加工，长为20mm,同时，为了保证凸轮与轴的配
19、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，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是由过渡配合来保证的，此外，选轴的直径尺寸公差为。7.7.5 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。7.7.6 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弯矩图和扭矩图（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
20、值列于下表（表4）。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弯矩M总弯矩扭矩T7.7.7 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（15-5）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，(53)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。7.8 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
21、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环图。 0 30 90 120 240 360送带推远回近压带回近推远回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
22、率半径005004062.5108.915150.559810.010140.6199380.4282018.811151.683119.732241.725656.6788303051.961529.400841.979540.74444041.781249.792938.655740.293935.23665052.596844.13446.484836.219231.82856060.62183551.96153030.6257065.778523.941456.381620.5212708068.936512.155459.088510.418970907006007010068.93
23、65-12.155459.0885-10.41897011065.7785-23.941456.3816-20.52127012060.6218-3551.9615-307013053.6231-44.995145.9627-38.56727014044.9952-53.623138.5673-45.96277015035-60.621830-51.961570 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16023.9414-65.778520.5212-56.38157017012.1554-68.936510.4189-59.0885701800-
24、700-6070190-12.1553-68.9365-10.4189-59.088570200-23.9414-65.7785-20.5212-56.381670210-35-60.6218-30-51.961570220-44.9951-53.6231-38.5672-45.962770230240-53.6231-60.6218-44.9952-35-45.9626-51.9615-38.5673-307070250260270-65.7785-68.9365-70-23.9415-12.15540-56.3815-59.0885-60-20.5212-10.41890707030.62
25、5280-67.617211.9227-58.36668.124338.8884290-61.0822.2313-53.623715.567790.295300-51.961530-46.451621.6548347.8997310-42.132535.3533-37.951426.269370.9837320-33.000639.3285-28.97930.132845.9604330-2543.3012-2034.64150340-17.10146.9846-13.680837.587750350-8.682549.2404-6.94639.39235036005004050设初步确定凸轮
26、的基圆半径为， 推杆滚子半径为，其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。图11 压带凸轮运动规律图（位移、速度、加速度）Fig11 Pressure cam movement(displacement、speed、
27、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
28、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
29、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：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，200
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32、w York: Wiley, 1967:69-132.20Orlov P. Fundamentals of Machine Design. Moscow: Mir Pub.,1987:52-87.致 谢四年的艰苦跋涉，二个月的精心准备，毕业论文终于到了划句号的时候。心头如释重负，但写作过程中常常出现的辗转反侧和力不从心之感挥之不去。论文写作的过程并不轻松，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，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
33、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，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（）附录2：零件图（）附录3：零件图（）
