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1、本设计的题I1.为粉料填充机传动与控制系统设计.社会和经济的发展给人们生活带来r很多方便，同时带来r很多负面的影响，许多病毒也不断进化，这样就需要大量:的药品,粉料型的药品也随之增长，这样就需要台包装机把它们包装起来。本台粉料填充机，不但提高了效率，减少成本，而且环保卫生。在以后的发展过程中，有很大很好的前景。本次设计传动部分主要是从电机到主轴的设计。其间经过了减速器并用带和链把他们链接起来.控制部分采用P1.C时整台机械的封合、灌装等动作进行控制.其中有两处传感器的信号也是通过PI.C的接收并转化为控制信号，增加了机器的可行性和现代化水平。本设计在满足功能原理实现的条件卜.，考虑机械的工艺性
2、和经济性，参考了其他各类成型机械的设计优点，并且在原有机械上进行了创新和改进。地后完成粉料填充机传动与控制的设计。本台机械主要技术参数为：生产能力120-180袋/分、规格1820克/袋、包装袋尺寸长=60或120mm宽=6()nm.机器的外型尺寸为：长1068mm,宽：950mm.高：1910mm。整机要求为立式布置。关键词：填充：粉料：P1.e包装机:AbstractThedesignofthetopicforpowderfi1.1.ingmachinedriveandcontro1.systemdesign.Socia1.andeconomicdeve1.opmenttopeop1.es
3、1.ifebringsa1.otofconvenience,andbringsa1.otofnegativeeffects,manyvirusesareevo1.ving,itrequiresa1.otofdrugs,powdertypea1.sogrow,sotheyneedapackingmachinepackaging.SoIdesignedthispowderfi1.1.ingmachine,itcannoton1.yimprovetheefficiencyandreducecost,andenvironmenta1.hea1.th.1.aterinthedcvc1.opmcnipro
4、cess,haveverygoodprospects.Thisdesignismain1.yfromthetransmissionpartofthespind1.emotortodesign.PI.Cinthecontro1.partofthesea1.ingmachine,ti1.1.ingtheactionsuchascontro1.Themaindesignstepsfordesignscheme,designtransmissionsystem,designcontro1.system.Thedesignprincip1.eoftherea1.izationinfunctionunde
5、rtheconditionofmachinery,consideringtheeconomy,simp1.eandothervariousmo1.dingmachinerydesignmerits,andintheorigina1.machineinnovationandimprovement.Fina1.1.yfinishov1.erfi1.1.ingmachinedriveandcontro1.design.ThiSmachinemaintechnica1.ParaIneIerSfortheproductioncapacity:120-180bags，Poin1.s.specificati
6、ons,18-2()gbag.packingsize1.ong=60or12()nmwidth=60mn.Themachineis1.ong:1068nmenve1.opdimensions,width:950mn.high:19IOmm.Thervqirc11entsforvertica1.1.ayout.Keywords：!i1.1.;Powder；P1.C；Packagingmachine；第1章绪论I1.1 题目研究背景I1.2 国内外研究现状11.3 题目的设计内容2第2爰总体方案设计32.1 研究给定的设计任务32.2 确定黑箱32.3 工艺原理方案设计42.4 功能分解42.5
7、确定边界条件42.6 方案评价52.7 方案简图(如图2-3)62.8 总体布置72.9 主要参数的确定72.9.1 尺寸参数72.9.2 运动参数7293动力参数7第3章传动系统设计计算83.1 动力机选择83.2 减速器的选择8321总传动比计算8322传动比分配83.3 各轴功率与转速计算83.3.1 传动效率83.3.2 各轴功率、转速计算93.4 传动零件的设计10341带传动设计计兑1()342链传动的设计计算4343轴的设计计尊83.5 轴承的选用I1.第4章控制部分设计124.1 触摸屏的选择124.2 传感器的选择134.3 变频器的选择144.4 电磁阀的选择144.5 P
8、1.C硬件选择154.6 P1.C连接电路图154.7 P1.C软件设计16第5章结论23参考文献24致谢25第1章绪论1.1题目研究背景社会和经济的发展给人们生活带来了很多方便，同时带来了很多负面的影响，许多病毒也不断进化，这样就需要大量的药品，粉料型的也随之增长，这样就需要一台包装机把它们包装起来。而我国又是一个人口的大国，所需要的药品要比其他国家多上几倍。所以一台方便快她的粉料包装机是不可缺少的。而且在人们生活上也需要很多干净丑生的粉料包装品.如盐、味素、香料等.总结以上诸多因素,设计台可以包装各种粉料的机器是有着划时代意义的。12国内外研究现状上世纪60年代末期，个别专家、学者通过考察
9、从撼国带回了饮料灌奘生产线技术，并在国内忒制成功。该技术后被某企业购买，并迅速制成产品，投放市场.可称为我国第一代具备现代意义的滩装技术。随着改革开放的推进，一批中小企业对市场经济表现出无所适从，企业遇到较大困难。一些原来从事机床、农机制造的企业就转到濯装设备的开发制造上。另外，啤酒饮料灌装机械行业市场空间巨大，一些私营企业开始看好这一行业，也加入啤酒饮料濯装设备的生产行列.从业厂商逐渐增多，市场逐步由卖方市场向买方市场转变。在这种情况下，啤酒饮料灌装机械行业乃至整个食品包装机械行业迅速扩大，从业厂商和市场规模均快速增长。1981年机械工业部组建了中国包装技术协会包装机械委员会，1984年成立
10、了中国食品工业协会食品机械专业协会，1989年9月上述两个二级协会合并组建了中国食品和包装机械工业协会（国家一级协会，具有社团法人）。以此为起点才真正确立了食品和包装机械行业，成为机械工业部直管的十二个行业之一。相对丁中国的机械行业，食品包装机械行业的正式确立晚了32年。I、包装机械技术含量日趋增加。我国现有的些包装机械产品技术含量:不高,而国外已将很多先进技术应用在包装机械上，如远距离遥控技术（包括监控）、步进电机技术、自动柔性补偿技术、激光切割技术、信息处理技术等。2、包装机械市场日趋垄断化。目前我国除了瓦楞纸箱包装机械和一些小型包装机有一定规模和优势外，其它包装机械几乎不成体系和规模，特
11、别是市场上需求圻大的一些成套包装生产线,如液体灌奘生产线、饮料包装容器成套设备、无菌包装生产线、香烟包装生产线等，在世界包装市场中均被几家大包装机械企业（集团）所垄断，3、包装机械零部件牛产专业化。国际包装界十分重视提高包装机械工和整个包装系统的通用能力。所以包装机械零部件生产专业化是发展的必然趋势。很多零部件不再由包装机械厂生产，而是由一些通用的标准件厂生产，某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产.4、走向多功能与单一高速两极化“包装机械的最终目的在于提高生产率和产品多样化。这就使得包装机械产品规格朝着两极化方向发展，即多功能与单高速。在饮料灌装机械设备方面，美国、谯国、日本、意大利和英
12、国的制造水平相对较高。这些设备呈现出新的发展动向：多功能同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装：均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的滩装。高速度、高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达20濯/分，德国H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其潴装机的灌装阀分别达到165头、144头、178头。非碳酸饮料灌装机的灌装阀50-100头，潴装速度最高达1500灌/分。技术含员而、可靠性高。全线的自控水平高和全线效率高。在线检测装置和计显:装置配套完备，能自动检测各项参数、计量精确。集机、电、气、光、磁为体的高新技术产品不断涌现。1.3题目的设计内容我的题目是粉料填充的传动与控制
13、系统设计，首先，我所设计的机器是专门用来灌装如板蓝根、味素、鸡精等粉料产品的。查阅资料后才用了填充这个词语来表示，我认为比较合适。在设计这个机器之中，我主要侧筑了它的传动和用P1.C控制。最后和指导教师商议认为这个题11比较合适。第2章总体方案设计2.1 研究给定的设计任务I、主要技术添装头数：5生产能力：120-180袋/分规格：1820克/袋包装袋尺寸：氏=60或120mm宽=6Ornm包装袋排数：5封合尺寸：20mm2、要求立式粉料黏度不要太高P1.C控制包装材料为卷料2. 2确定黑箱图形表示输入项输出项如图2.1所示。物利包装及动力他号黑箱袋装给料壬件机构能.信号图2.1黑箱供料填充一
14、一模具封合一一断裂线纵切输送2.4功能分解总功能：粉料填充与封合输送功能：粉料的运输与输出传动功能：包装材料的进给控制功能：填充控制，封合控制，纵切控制，打撕裂口控制，安全保护控制,人机交互上述功能的功能分解图如图2,2所示。图2.2功能分解图2.5确定边界条件(1)机器要有防护黑，确保加工人员的安全。(2)机器对外界的噪声要控制在4050之间。(3)机器运行时人禁止手伸进机涔里。(4)机器要在环境清洁的位置工作2.6方案评价本机设讦方案是参考DXDK320包装机制作而成，DXDK320在当今市场上以广泛使用，本设计在其基础上加以优化改进，系统桎定性有所提高，牛产率有了小幅度的提高，减少了废品
15、率。所以它的可行性是毋席置疑的。该机噪声小，人机功能合理,环保卫生。目前市场对该机需求量很大，并且本机采用先进设计和加工方法，具仃成本低的优点，大大提高了劳动生产率，会给企业带来很多利润。具不但能包装药品类粉料，稍作改动可以装其他如食品类的粉料产品。其用途之广泛，前景之无限是显而易见的。其经济效益是不可限身的图2-3整台机微立式放置。首先，原料由上科系统向卜.供绐，其料量由P1.C控制气压缸的往返运动来定量。其次，经过封合系统，封合采用封合模具一次成型。其温度由温度传感器传给P1.C进行控制。再次，经过纵断裂系统打撕裂口。接下来就是纵切系统.最后由传送带把包装好的产品送走。2.8总体布置主电机
16、在最下端的机座上。从上到下依次为供料机构-封合机构一一打字机构一一撕裂口机构纵切机构一一传送机构。包装膜供送机构在与供料机构一个水平面内。2.9主要参数的确定1.9.1 尺寸参数长1068mm宽95Omm高19IOnn1.9.2 运动参数灌装速度1.=I800袋/分2. 9.3动力参数主轴电机功率075kv,传送机功率0.65kw第3章传动系统设计计算2.1 动力机选择根据轻工机械在动力方面的要求，不需要太高的强度，参考同类成型机械的电动机的种类、功率、转速的选择。根据国家标准杳机械设计手册，有变速要求所以选择变速电机MB1.O9-Y0.75,额定功率O.75kw,转速200min-1.000
17、min,转矩6Nmn-1.2Nmn.3. 2减速器的选择减速器选择KB100型提线针轮减速器。HB系列减速机具有传动比大、效率高、体积小、质量轻、经久耐用、使用可祭、寿命长，可在任何角度任何方向安装使用等特点.适用用于食品机械、印刷机械、纺织机械、橡塑机械、制药机械、陶兖机械及各种工业生产流水线的减速装置与传动装置，4. 2.1总传动比计算生产率：180带/min动力分配轴转一转10瓶电机转速选在720rmin息传动比i=迫=工”=40nt185. 2.2传动比分配带传动比为=2.35联轴器传动比为k=1蜗轮蜗杆减速器传动比为%=176. 3各轴功率与转速计算7. 3.1传动效率根据2中表1.
18、1-22得：传动装置总效率=/&at77厘皮带传动效率净=0.95濯动轴承效率尚=1.O减速器效率M=O.99齿轮喷合效率小i=097(齿轮精度为8级)所以，传动总效率=0.950.991.00.97=0.913.3.2各轴功率、转速计算0轴：即电动机轴P0=Pr=0.75kwn0=720rminT转递rmin)转矩(Nm)传动形式传动比效率O0.757209.95带传动2.350.95I0.71306.22.1齿轮传动170.97I1.0.6818360.8齿轮传动170.97III0.6518344.9健传动10.9734传动零件的设计3.4.1带传动设计计算1、确定设计功率PC查机械设计
19、手册表M.1-2得KA-1.IPc=KAXP=1.1.0.75-0.825kw2、选取V带的型号根据Pc=O.825kw和n0=720rmin由机械设计手册图14.1-2确定为Z型3、确定带轮基准直径dd1.、dd2选择小带轮直径dd1.参考机械设计手册14.1-2和图14.1-2,取dd1.=7Im脸算带速V成八i1x71x720-,o.=2.68m/s60I(X)O6()X100O确定从动轮基准直径dd2da：=d1.=71=166.84mm306.4由参考机械设计手册表14.1-18查得标准值为450Inm实际从动轮转速n1.和实际传动比idu：166.84=2.35不计影响，若算得n1
20、.与预定转速相差5%为允许1.71301.2rninno720n=iff2.39IO4、确定中心距a和带的基准长度1.d初定中心a,按文献卜0第:章式3-25确定O.1.(d,ii+d,ii)a2(dn+da：)0.7(71+I66,84)02x(71+166.84)166.5M475.7取a0=350n确定带的计算基准长度1.C按式H/、(dd2-dd1.)r1.c2aO+(120符合要求6、确定带根数Z由文献10第三章:式3-19单根V带所能传递的功率Pu-=Ka(P+AP1.+P)w,由文献10悌三章式3-20包角系数KaK.=1.25x(1.-5勺=1.25(1-5司=0.96由文献1
21、0第3章表3-2查得CI=2.07i()-C2=3.921.0,0=5.51.()FC=2.55KIOT1.,=1320wm2加2zr720=-=6060=75.36w4/S,()=ddC1.-C3(1wd)2-C4Ig(JJ1.u1.)dd=7175.42.07X1.OT-392C2I+10-5.5101.5(71754)、2.55105g(71X75.4)=0.3API=C4u1.1.g2=2.550,7175.41.g)=0.04AP1.=C，dnIg器=2.55x|0x71x75.4X1.gU1320=-0.00974P1.Ka(PO+API+P2)=0.96X(0.3+0.(”-0.
22、(X)974)=0.32V带的根数Z查表各种类型丫带功率得PI-0.17包表“带长修正系数K1.(D得K1.=1.O8Z-,Pd(P+P)KaK1.KuP(P+P)KdK1.0.96x0.825(0.17+0.04)0.96x.08=3.9625所以选Z-4根用Z蟹带合理7、确定初拉力0按文献10第3率式3-30铿表“丫带每米长质量”得m=0.06kgmo=5(X)+mv5000.96x0.8252.68x4-I+0.06x2.682=55.8N8、计算轴压力Q按文献10第3章式3-31Q=IFoZsmycc。=451Z7=571.5zmc=45-=2022最大中心距=；1+JC2_03)=子
23、(20+2O2-8)=127链速ZizjiP25x18x12.7_,.V=0.1z11560IO(X)6()x1.(MX)有效圆周力1.1000P100.65uwF=650ON链轮几片尺寸计祟查表“链条主要尺寸、测量力和抗拉载荷”得P-12.7的dr=7.92,PK.525的dr=6.35d150K3.24.86.49.5齿数Z=25,节距P=12.7分度圆直径=-三=101.33.180.180sinSuiZ25齿顶圆直径da=J+1.25,-1=1()1+I.2512.7-7.92=109齿根圆直径(1.fd-dr=O-7.92=93.08轮较厚度=C+-+0.0W=6.4+-+0.01x
24、101=16.9166轮毅长度/=33=3316.91=55.803齿数Z=15,节距P=9.525分度圆直径d=1.-=士言=45.82.180,180sinsinZ15齿顶圆直径dad+1.25P-d=45.82+1.259.525-6.35=51.6齿根圆直径(If=(/-dr=45.82-6.35=39.65轮较厚度h=K+O.OJ=3.2+-+0.0146=6.9966轮毂长度I=3.3/j=3.36,99=23.08齿数Z=20,节距P=9.525分度圆直径d=。=950=60.90.180.180Suisinz20齿顶圆直径da=(J+i.25P-30mm.装链轮处的轴径2=e3
25、5mm.轴上受力分析（图4.6b）轴的传递转矩NmmT,0.65X955IO4/1=18=34486INmm=345Nm链轮的圆周力r27；2x345-ZF.=-=-69(X)NN,d1.0.1链轮的径向力F2=Fv&1.20工尸=1.201.06900=8280N求支反力a.在水平平面内的支反力(图4.6C)由ZK1.=O得Rb(c+d+e)-F3C=()=2488N由ZZ=O得Rh/+zFti0u=5792N作弯矩和转矩图a.水平平面的弯矩图(图4.6d)链轮在水平平面的弯矩Ms，=居，/)=-625.15Nm则在C点的水平弯矩MCZ=Me1.+,Ti=248()NmT2=CXX)NmTs
26、=8280Nm3.4.2.轴的强度校核确定危险截面根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图，截面C处弯矩较大，而且直径与其它相差不多：故C截面都是危险截面，现对C截面分别进行校核。(2X；截面安全系数校核计算由中表19.3-16查得W=44.0XK)Ym3弯曲应力幅为,=空=15.2(MPa由于是对称循环弯曲应力，故平均应力Bm=O由2中表19.1-1查得(TT=270MPa由中表19.3-5按键槽杳得K,=2.02由2中表19.3-8查得/?=0.9由中表19.3T1.查得6=0.73根据2中式(19.3-2)SC=K-=13776-,1.+“由中表19.3-15查得叫,=-匕)二=95.100XK
27、)Fn?则162d=r=-=1.446MPa由2中表19.1-1查得一I=155MPa由中表19.3-5按犍槽查得&=1.66由中表19.3-13查得外=0.21，r同应力情况根据2中式(19.3-3)Sr=23.169俄JEe轴C截面的安全系数由2中式(19.3-1)确定5=1,32由2中表19.3-4可知,S=1.31.5故5S,该轴C截面是安全的。IO3. 5轴承的选用以下设计步骤参考17中210页例921 .轴承的选用根据轴的受力，选取深沟球轴承60000,2 .计算轴承的径向支反力由上可知垂直方向支反力Ra=3023.563N,R12=-532.123N3 .确定釉承的轴向载荷由结构
28、可知，主轴上所安装的各个零件的重力G-4N,此电力全部和我在主轴上端的轴承上，最终通过转盘卸载在机架上。则1.-nuM0.SI)=365NA2=mx(G,S1)=ma4173.124+4(XX)=1254N4 .计算轴承电量动栽荷1.A.365由一1.=R,365=1.t=0.37查17中表9-6,X1=0.4,Yi=1.6由券4173.124588.62()=7.09e=0.37查17中表9-6,X2=0.4,K=1.6查17中表9-7,=1.5,根据弯矩图，取乙=5,A2=1.04=1.X田I+XA)=3652.145N=j(2+)=256323N5 .演身轴承寿命机器一天工作2班（每班8
29、小时），一年工作300天，机涔寿命10年。因为玛6,故按内计算.查17中表9-4,/；=11.M=M(与)=3.226XIOtih4供=6X3XIO=48000h,故圆深沟球轴承6000()适用。第4章控制部分设计4.1触摸屏的选择根据本台机器的工艺要求，选择IX）PA75CSTD型触摸屏（如图47）。其主要技术参数如下：7.5彩色STN1.CD,256色RM9CP1.i,202.8Hz640480像素图形线文字显示5个功能键7MF1.ashMemory256kbytesSRAM2个串列通讯口ISBI.1高速下载支持SMC卡输入电压直流24V触摸面板暮符合IP65规格4.2传感器的选择本台机械
30、在包装膜供送和袋的封合上有用传感器的要求，所以选择热电偶和光电式两种传感器。热电偶传感器选择KTY81-11O型传感罂。它具有精度高，稳定性好，可驱性强，产品寿命长等优点，该温度传感器已广泛应用于电机变频调速温度控制，太阳能热水器温度测量领域彩印设备温控，汽车油温测量、发动机冷却系统、工业控制系统中过热保护、加热控制系统、电源供电保护等。其测量温度范用-50C150,C,温度系数TCO.79VK,精度等级0.5%,探头保护管直径4,5,6,公称压力0.6Mpa,可选标准安装螺纹M8X1,M1.OX1.,G1./2”任选。光电式传感器选择欧姆龙的光电传感器E3JK-5M3.其技术参数如下：消费电
31、力:小于3W检出距离:5M.指向角:3、20,继电器输出:最大:250V3A,最小5VDC1OM.响应时间小于或等于:30M5.工作温度：-2555湿度：35、95周国照明：小于或等于30001x.保护构造：IEC60529IP64.4 .3变频器的选择变频器选择MMV型变频错.MMV变频器是种无速度传感器矢后控制的通用型变频器，可以广泛地用于各种三相交流电机的转速控制。MMV变频器启动转矩大，控制精度高，过我能力强，保护措施安全可靠。安装、设定、调试都比较方便。通过计算所需的输出电流和频率的变化量以维持所期望的电机转速、转矩等，使其不受负载条件变化的影响可以通过出口（RS-485和RS-23
32、2）实现远程控制，使用USS通讯方式可控制多达31台变领器.MMV变频器可以方便地通过MPI和S7-200/300P1.C相连接5 .4电磁阀的选择电磁阀选择DN20型其主要参数如卜;适用压力：0.0220YPa适用介质：气、水、油、蒸汽、制冷剂、腐蚀性流体介质温度：-200+200C介质粘度：小于50CSt（大于时需定制）防护性能：防水、防爆、防腐防爆标志：Exd1ICT5阀门材质:304、316、控制方式：一进二出、二进一出，一进一出电源电压：DC3-127VAC36-380V连接方式：内螺纹、外螺纹、法兰泄漏量：零4.5P1.C硬件选择本台机器有2个传感器信号输入，9个开关地输入，10个
33、输出触点，1个触摸屏输入。所以选择CP1314、SM321十六点数字输入模块、SM331模拟量输入模块、SM322数字量输出模块,PS307电源模块.CPU314主要参数如下：工作存储器96KB装载存储器8MB处理时间位指令0.1s、字指令024S整数运算2s、浮点运算3S定时器256个计数器256个位存储港256B模拟室通道256个块组织块（见指令表）、功能块FB2018、功能调用块FC2018、数据块DB功耗2.5wSM321卜六点数字量输入模块主要参数如下：输入点数16额定负载电压DC24V负载电压范困20.4-28.8V额定输入电压DC24V输入电压“1”范围13-30V输入电压“0”
34、范围-3-+5V隔离（与背板总线）光耦SM331模拟出输入模块模拟员输入模块选择212位即2个输入模块、转换精度12位SM322数字量输出模块数字量输出模块选择16点直流24V,它把S7-300的内部信号转换成现场过程需要的信号电平，可以直接驱动接触器、继电器、电磁阀、小型电动机、灯等设备。PS307电源模块输入电压单相交流120/230.5060Hz输入电压为DC24V具有短路和断路保护。4.6P1.C连接电路图（如图42）本次设计的P1.C有输入模块、输出模块、电源模块、CPU模块组成.P1.C通过光电耦合控制开关进而控制电机的起停,通过控制二位三通电磁阀来控制气缸的左右移动，通过控制变频涔来控制主轴电机1的转速，进而达到改变生产率的目的。4.7P1.C软件设计4.7.1P1.C控制流程图（如图4-3）图4-34.7.2程序设计I、地址分配输入端输出端启动10.0主轴转Q0.0主轴转10.1包装膜电机转Q0.1包装膜电机转10.2包装膜电机停Q0
