《总体方案设计》PPT课件.ppt

第一节 设计包装机的基本要求第二节 包装机的设计步骤第三节 包装机总体方案设计的基本内容第四节 总体方案设计举例,第三章 总体方案设计,提示包装机械总体方案设计是包装机械设计过程中极其重要的一步，对机械的性能、尺寸、外形、质量及生产成本具有重大的影响。总体方案设计应尽可能考虑人机关系、环境条件以及与加工装配、运行管理系统等的联系，使机械系统与外部系统协调和适应，以求设计更趋完善。机械系统的总体设计主要包括：总体方案的设计、总体布置的设计、主要参数的确定等内容。基本要求掌握基于功能原理的总体方案设计的基本方法，了解机械系统总体布置及主要参数确定和机械系统方案评价的基本思路。,第一节 设计包装机的基本要求,设计包装机时,要使机械具有先进的技术性,良好的使用性和机械加工工艺性,就必须注意满足以下几项基本要求。一、包装机的功能和应用范围 包装机的功能是指其所完成的包装工序的种类；包装机的应用范围,是指一台包装机所能完成的包装形式、适用包装物料的种类和规格、包装材料的品种和规格等。通常,当包装机的应用范围小时,它的结构较简单,生产率较高,而且易实现生产的自动化。若扩大包装机的应用范围,虽然可以实现一机多用,但往往造成机械结构的复杂、提高成本。因此要根据使用工厂的实际需要、物料性质、包装材料性质以及包装产品的批量来确定包装机的使用范围。,机械产品设计的最初环节，是针对产品的主要功能提出一些原理性的构思。这种针对主要功能的原理设计，称为“功能原理设计”。如：设计一台洗衣机，其总功能为“洁衣”，即“分离脏物”。方法一：模仿人手洗衣的动作，它将包括手臂、手指等由多杆机构组成的机械手来完成，那将非常复杂，而且刚性构件坚硬性对衣料的磨损也难以控制。,方法二：采用水流与衣料相对运动的的洗法，则可用简单的正转和反转的机械运动来实现，这是目前最常见的洗衣机的方式。方法三：利用超声波产生很强的水压使衣物纤维振动，同时借助气泡上升的力使衣物运动而产生摩擦，达到洗涤去脏的目的。,再如要设计一台点钞机，为达到钞票分离的目的，可以采用下图所示的几种功能原理方案。显然，进行原理性构思时首先要考虑应用某种“物理效应”（如图中的摩擦、离心力、气吹等），然后利用某种“作用原理”（如图中的摩擦轮、转动架、气嘴等），最后达到实现“功能目标”的结果。,由此可见，不同的功能原理所需要的工艺动作，以及所设计的机械在工作性能、工作品质和使用场合等方面会有很大差异。功能原理设计的重点在于提出创新构思，使思维尽量发散，力求提出较多的解以便比较和选优。对构件的具体结构、材料和制造工艺等则不一定要有成熟的考虑。由此可见，功能原理设计的特点如下：1）功能原理设计往往是用一种新的物理效应来代替旧的物理效应，使机器的工作原理发生根本变化的设计。,2）功能原理设计中往往要引入某种新技术或新材料和新工艺，特别计算机和信息技术的应用。但首先要求设计人员要有新的构思，否则即使新技术放到面前也不会把它运用到设计中去。3）功能原理设计使机器品质发生质的变化。例如，机械表不论在技术上如何改进，其精确性不可能与石英电子表比美。4）不断进行比较和多解选优。,总功能的分析在系统工程学中常用黑箱来研究分析问题，对于复杂的未知系统，犹如一个不知其内部结构的黑箱。当此系统以实现某种任务为目标时，分析、比较它的输入和输出量之间的关系，分析黑箱与周围环境的联系，了解其功能、特性，从而探求其内部原理和结构。,如下图所示，把技术系统看成一个黑箱，其输入和输出用信息流S、能量流E和物料流M来描述；输出用相应的S、E、M来描述。黑箱法只是描述从系统外部观察到的功能特点，而黑箱内部结构是未知的，需要设计者去进行具体构思和设计。,如下图所示为一台硬币计数包卷机，它的功能是用来整理、清点、计数，最后按一定的枚数将硬币用纸包卷起来或装入袋内。末图所示为用黑箱法描述的硬币机的总功能。硬币计数包卷机（如图）,功能分解一般的机械执行系统都比较复杂，难以直接求得满足总功能的原理解。如果利用系统工程分解的原理，将总功能进行分解，则可化繁为简。如硬币计数包卷机可分解为下图所示的的7个分功能，各功能单元具有一定的独立性。,1.硬币堆放、输送功能单元 2.硬币排列、分选、挑残功能单元 3-硬币分选计数功能单元 4-硬币堆码、整理功能单元 5-送纸、撕纸功能单元 6-硬币包卷功能单元 7-卷边功能单元,二、包装质量与生产率1、包装质量影响因素被包装物品、包装材料的性能、所用包装技术方法、包装机的质量及其使用条件和操作者的技术熟练程度。两个方面：（1）包装成品的质量工序完成后的质量（裹包的紧密度、计数精度、封口的牢度和密封性等）（2）被包装物品和包装材料的损耗,2、生产率包装机的生产率,是指一台机器在单位时间内所包装物料的数量或件数。生产率又分为理论生产率和实际生产率,上述的定义是指的理论生产率；但是,在实际生产中,有时要做生产的准备、要停机装添物料和包装材料、调试和维修机器、检验产品质量等,所以在实际生产中,一般用实际生产率来表示包装机的生产率,它是指一台包装机在一段时间内(一日、一班)的包装物料的数量。设计中,在满足使用要求的前提下,要尽量提高生产率,措施是提高包装机的运动精度、自动化程度和可靠性,分散包装工序,增加包装执行机构数量,以及缩短辅助时间等。,表3.1 自动机的生产率和功率表,三、具有一定的精度 生产中,要求包装机的生产率高、可靠性高、包装成品质量好、噪音小等,因此包装机本身应具备一定的精度。精度分为静力精度、运动精度和动力精度。静力精度运动精度动力精度包装机的精度愈高,对机械的制造精度、零件材料的要求愈高,使机械制造成本高。因此,包装机的精度必须根据各种要求,进行全面综合分析后再确定。,包装机空运转时部件的运动精度和相互间的位置精度；它是由机械零件的加工精度和装配精度决定的.,包装机的工作部件运动均匀性和协调性。它是由传动系统中零部件的设计、加工、装配和调整精度决定的。,包装机在包装工作的过程中,包装机部件在工作力,温升振动的作用下的运动精度和相互位置精度。它是由包装机的零部件的刚度、按触刚度、抗振性和热变形等因素决定的。,四、提高机械的自动化程度 包装机械分为半自动包装机和全自动包装机,若包装机在完成完整的包装循环的过程中,包装物料或包装材料的传送要人工来完成,则称为半自动包装机；若上述工作全部由机器来完成,则称为全自动包装机。包装机的自动化程度愈高,它的生产率愈高,工人的劳动强度愈低。但是,机器的构造和控制系统则愈复杂,从而提高了机器的成本、增加了机器维修的难度。所以,必须根据使用要求和上述各种因素来确定包装机的自动化程度。,五、提高“三化”程度“三化”包装机的品种系列化,零、部件的通用化和标准化。提高机器的“三化”程度,可以减少零件和部件的品种,缩短机器的设计和制造周期,增加生产批量,便于组织生产、降低机器制造成本,有利于提高机器的质量；便于维修和保养。包装机的结构复杂、品种繁多,所以提高机器的“三化”程度是非常迫切的,但是,包装机的发展正处在新兴阶段,“三化”工作刚刚开始,这就要求在设计包装机时,必须对其“三化”给予极大的重视。,六、便于制造、操作、维修 包装机的零件结构复杂,在设计中,要注意零件的结构工艺性,若工艺性差,会造成加工性差、延长制造周期,增加制造成本。同时,设计者必须为机器的操作者着想,使操作者便于更换包装材料、添加物料，便于观察机器的工作情况、以及便于调整、维修和保养机器。另外,要有安全保护装置,防止发生人身安全事故、机器损坏和包装质量事故等。,七、控制机器的噪声 包装机正向高速化、多功能发展,控制机器的噪声是设计和制造时的一个重要问题。噪声能损伤人的听觉器官和生理机能,必须采取一定的措施降低噪声。如提高零部件的制造精度、配合精度,减少机器的激振力,安装隔振和吸振装置等,使包装机的噪声不超过80dB(A)。,八、提高包装机的工作质量 包装机的工作质量是以物料被包装后的成品质量来衡量的,一般用被包装成品的正品率表示。正品率是表示在一段时间内,被包装物料的总数与其中包装质量合格的数量之比；废品是指包装物料或材料损伤、物料外露、空包及计量不准确等。包装机的工作质量高,能直接提高包装机的生产效率、降低产品成本,所以设计机器时应给予极大的重视。九、外形美观 包装机的外形要美观、色调要和谐、人机关系要合理,这样能够提高机器在销售中的竞争力,又有利于操作工人的生产活动。因此,设计时应使包装机的外形美观、尺寸比例协调、颜色美观大方。使操作者喜欢机器、有较高的工作情绪和安全感,以利于提高生产效率。,第二节 包装机的设计步骤,一、总体方案设计,总体方案设计,调查研究,可行性分析论证,确定包装机的使用范围,确定包装机的包装工艺方法,初选各部件结构和总体布局,1.调查研究(1)调查使用单位要求主要调查、了解被包装物的种类、性质、尺寸、形状、包装方法和形式及对包装的要求、包装材料的种类、规格、特性及供应情况，了解操作工人对现有同类型包装机的意见、对新设计包装机的要求；了解工人的操作技术水平，并且要了解新设计包装机的工作环境,包装环境的温度、湿度等。(2)调查机器制造单位的情况主要了解制造单位的设备和工人的技术水平；了解各种原材料的供应情况；以及制造包装机的经验。,(3)查阅有关技术资料主要查阅现有同类型包装机的图样、技术资料以及有关使用情况的资料；查阅国内外有关的各种科技文献,了解国内外同类机型机械的现状及发展趋势。2.可行性分析论证可行性分析，即在充分调查研究的基础上、提出该项目是否可行的论证报告。如果该项目是可行时,还必须提出方案的具体实施方案计划和措施,并请有关专家论证,然后报请主管部门审批。,3.初步设计确定包装机的使用范围和生产率；进行包装工艺分析、确定出包装方法和形式并画出工艺流程图；初选包装机的类型、各组成部分的结构并画出草图；确定包装机的外形尺寸并画出总体尺寸联系图；拟定整台机的传动系统图；拟定包装机的工作循环图；在上述工作进行的同时进行总体布局、定出主要的技术参数、绘出包装机的总体图。以上各阶段既有相对的独立性,又是互相密切联系的,在设计中可以交叉进行,减少不必要的返工,以便使设计工作周密地、有次序地进行,确保设计质量和进度。,二、技术设计1.设计计算根据包装机总体方案,对包装机组成部分进行运动设计计算、结构设计、动力计算、同时,对有的零件要进行强度和刚度校核,并且要绘制出各部件的装配图,专用零件图和通用件的补充加工图。为确定主要零件的基本尺寸，需要：（1）运动学设计（2）动力学设计（3）零件的工作能力设计（4）部件装配草图及总装配草图设计（5）主要零件的校核,2.编写技术文件(1)设计计算说明书 它包括总体方案设计、零部件的运动计算、结构设计、动力设计、有关零件的强度和刚度校核等内容.同时,要对整机进行经济效益分析。(2)使用说明书 它包括包装机的技术性能、各部件构造说明,包装机的安装、调试、润滑方式,常见故障的排除方法,易损零件列表和图样、电气设备表,以及包装机的运输方法和验收标准,有时要编制各种通用件、标准件名细表。,三、审核鉴定对所拟定的方案、技术计算、设计图样等进行详细审核、并对试制的样机进行鉴定。特别要注意审查整个设计方案是否合理，各个具体设计环节是否正确，设计是否完整，还需做哪些改进。,第三节 总体方案设计的基本内容,确定包装机的使用范围,包装工艺设计,包装机的总体布局,编制工作循环图,拟定主要技术参数,总体方案设计基本内容,一、确定包装机的使用范围按使用范围分,包装机可分为专用包装机、通用包装机和多用包装机。确定使用范围的原则是：1.专用包装机若被包装的物料生产批量大、品种规格不变,可选用专用包装机,这样便于提高包装机的生产率和自动化程度。,2.多用包装机 若被包装的物料生产批量中等、品种规格要一定时期才更换,可选用多用包装机,只要更换有关部件即可。3.通用包装机 若被包装物料批量小,经常更换物料的品种、规格,可选用通用包装机。这样可增加同类包装机的生产批量,减少包装机使用单位的设备投资费用,同时也降低了包装成本。一般应跟据包装机使用单位的要求,在保证机械作用可靠性高、制造成本低的原则下,使包装机的应用范围广一些为宜。,二、包装工艺设计 包装工艺设计分析、确定该机应采用的包装方法和形式、包装程序、包装路线、工位数等。鉴于被包装物料种类、规格繁多。包装材料的品种、规格和性能又各不相同，包装产品流通环境也各不相同，所适用的包装工艺也各不相同。导致包装机的结构也各不相同，所以包装工艺是整台机设计的依据。,包装工艺设计,机构选型,确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路线图,确定机器类型,确定包装方式,1.确定包装方式(1)分析包装物料的性质 常用的物料按其状态可分为块状、粉状、颗粒状、流体状，应采用的包装方法和形式也各不相同,如流体物料常采用常压灌装法、等压灌装法、真空灌装法等。为了保证包装的质量，如装啤酒宜采用等压灌装法、桔汁宜采用真空灌装法；另外,同一种物料,当规格相同时，也可以采用不同的包装形式，如糖块可选用裹包方法中的单端及双端扭结式、端折式、袋装式等。这时要在充分分析、比较的基础上，选择能使包装机结构简单的包装方法和形式。,图（a）所示为扭结式包装图（b）所示的折叠式包装图（c）所示的接缝式包装,图3-1糖果包装方式,(2)包装材料的选择 当多种包装材料都能满足物料的包装要求和使用要求时,选择包装材料的原则是:a.能简化包装机的结构;b.使包装机具有较高的生产率;c.包装质量好、易于销售;d.包装材料来源方便、充足、成本低;e.便于消费者携带和废物处理等。,2、确定机器类型（1）单工位和多工位 单工位包装机所有操作都集中在一个工位上完成，当一件（组）物品完成全部包装并输出之后，下一件（组）物品才能进入机器开始包装。多工位包装机物品从输入到输出，须经过多个工位，且在不同的工位上依次完成各个包装操作。,（2）间歇运动与连续运动 A、间歇运动式多工位包装机 物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一包装工位的运动形式是间歇式的。执行机构多时，为使结构简单常选用这种形式。B、连续运动式多工位包装机 物品及主传送系统均作连续等速运动，当执行机构种类较少，生产率要求高时可选用这种形式。,（3）单头与多头 物料在包装过程中,由一个包装工位转移到另一个包装工位是由主传送机构驱动作连续运动的。它又分为单头式和多头式。单头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行执构只有一个。多头式：是在一台包装机中,完成同一包装操作的执行机构有数个。,3.确定包装程序、包装工艺路线、包装工位数、绘制包装工艺路线图(1)包装程序 包装程序对物料进行包装时,各个包装动作的顺序。用来表示这种顺序的图称为包装程序图,如图所示。,1-供送物料 2-供送包装材料 3-长接口折边及第一次热封4-长接口边第二次热封 5-两侧面折边 6-侧面第一次热封7-包装件翻转 8一侧面第二次热封,图3-2 块状物料裹包包装程序图,有的包装方法和形式往往就决定了包装程序,如液体真空灌装程序是升瓶-抽气-灌液-排除余液-降瓶。有的包装方法和形式相同,可以用不同的包装程序来完成,如图3-3所示是裹包方法中的折叠式包装。从图中看出不同的包装程序将使包装机的有关结构和总体布局不相同,应选择使包装机械结构简单、便于总体布局的包装程序,程序是包装机总体布局的依据,必须给予充分的重视。,图3-3 裹包包装程序图,(2)包装工艺路线 包装工艺路线包装物料和包装材料的供送路线、包装过程中物料的运动路线、包装成品的输出路线。常见的工艺路线有直线型、阶梯型、圆孤型和组合型。直线型被包装物料在包装过程中的运动路线是直线,按其运动方向又可分为立式、卧式和倾斜式。图3-3是折叠式裹包的卧式直线型工艺路线图。,图3-5 圆弧型工艺路线1、2-供袋 3-张袋 4-充填 5-排气 6-横封口 7-输出,图3-4 阶梯形工艺路线图,阶梯型被包装物料在包装过程中的运动路线既有水平直线运动,又有垂直直线运动。圆孤型被包装物料在包装过程中沿圆弧轨迹运动,又称为旋转型工艺路线。图3-4、图3-5分别是常用的阶梯型工艺路线和充填一封口机的圆孤型工艺路线图。,图3-6是液体灌装机的圆弧型工艺路线图。灌装过程是在主轴旋转,瓶子在分配盘的旋转过程中完成的。组合型被包装物料在包装过程中既作圆弧运动,又作直线运动。如图3-7所示。,图3-6 圆弧型工艺路线图,图3-7 组合型工艺路线图,包装工艺路线直接影响包装机的外形、操作条件、执行机构数目和包装机的生产率、成本等。为了搞好包装机设计,必须分析各种工艺路线的特点,找到最佳的工艺路线。(3)工位数 工位数多工位包装机上,包装材料和被包装物料接触并开始包装到输出工位区间内所包含的包装物品个数或件数。工位数应根据包装程序、包装工艺路线和包装机的生产率等选定。,（4）工艺路线图在确定了包装程序、工艺路线和工位数之后，就该用工艺路线图将它们表达出来。可采用两种表达方式：A、用轴测投影图表示，直观，常见于使用说明书；B、用投影图表示，为设计工作所需要。,图3-8 面包裹包机工艺路线图,4、机构选型 机构选型是根据已确定机械的使用范围、机械类型和工艺设计中所确定的各项基本内容,选择包装机中各组成部件的结构型式和驱动机构型式。包装机主要由被包装物料整理和计量供送机构、包装材料的整理和供送机构、包装执行机构、主传送机构、包装成品输出机构、控制、操纵机构、传动系统和支承件组成。每个组成机构有多种结构型式,驱动各个机构运动的机构型式也是多种多样的,所以要在全面综合考虑的基础上加以选择。,机构选型及其综合时应考虑的要求和条件：1）运动规律 2）运动精度 3）承载能力与工作速度 4）总体布局 5）使用要求与工作条件 此外，机器的制造批量、噪声控制及制造条件等方面的要求也要综合考虑。,三、包装机的总体布局 1.总体布局含义 总体布局在初选机器各机构的基础上,根据使包装机结构简单、紧凑、合理的原则,按一定相互位置关系,在整机中安排各组部件的位置。总体布局时,一般以主传动系统为基准,本着从粗到细、从简单到复杂的原则,周密分析各种因素的影响,经过多次反复布置才能完成。,2.对总体布局的基本要求(l)要保证各个机构相互位置和相对运动的正确性。(2)布置操纵件和调试件时,应使操作者便于观察包装过程,便于操纵机器、便于调试和维修机器。(3)应保证包装机具有足够的强度和刚度,具有一定的抗振性、耐热变形性。(4)使单机的布局便于组成生产自动线。(5)注意整机造型美观。在机器造型设计时,必须懂得造型要素的形状、色彩、比例、平衡、调和等美学法则。,3.总体布局的步骤(1)布置主传送机构 根据包装工艺路线图确定主传送机构的布局和运动形式,再以它的中心线为基础布置整台包装机。(2)布置执行机构 即是安排被包装物料计量与供送机构、包装材料整理与供送机构、包装执行机构和成品输出机构。根据包装工艺路线图,以主传送系统为基础,将各个执行件安排在相应的位置上。再安排各个执行机构的运动驱动件的位置。,布置包装材料的供送机构,包装材料一般是同包装物料同时传入主传送机构,有时也提前进入。柔性包装材料从上向下送入方便,但也可以水平供送。半刚性和刚性材料以水平送进较多。卷筒材料支架的高度要安排适当,重量大时可以安在机器的侧面,重量小时可放在机器的上部。布置时不仅要考虑操作方便,而且还要考虑整机造型美观。,布置被包装物料的计量与供送机构,一般要放在主传送机构的前面,可在横向、纵向、上面和下面供送,被包装物料的计量与供送机构往往设计为一体,料斗的高度要适当。布置包装执行机构,首先按包装工艺路线图,沿主传送机构的方向,将各个包装执行件布置在主传送机构的一侧、两侧或上方。然后再安排各包装执行机构运动的驱动机构。,布置包装成品输出机构,一般应放在主传送机构的后部或上方。应注意使操作者便于观察包装质量、便于整理与收集成品。布置各执行机构的驱动机构时,为了提高传动精度,缩短传动链,尽量减少构件的数量和运动副,尽量将原动件靠近执行构件,并尽量集中在一根或少数几根轴上。,(3)布置传动系统 布置传动系统时,必须保证各执行机构和驱动机构按规定的运动规律运动,并保证各构件间的运动相互精确配合。一般都拟定数种方案,经充分分析比较后,选择其中结构简单、紧凑、传动链短、传动精度高、传动效率高、且易于布置空间位置的方案。如包装机一般不选用摩擦传动,尽量将传动件布置在支承件内部或侧面,以利于减少包装机的体积和占地面积。,根据已选定的传动方案,拟定出传动系统图。即是根据国家机械制图标准规定的符号,把轴、轴承、皮带轮、链轮、齿轮、离合器、联轴器、电动机、变速器等各传动件的相互联系和位置表达出来。它是设计包装机具体结构的基础。如图3-9、3-10所示。,图3-9 BZ350-型糖果包装机的主传动系统 1卷纸筒 2滚刀轴 3橡皮滚筒 4扭手 5扭手套轴 6糖钳 7转盘 8凸轮 9马氏轮 10偏心轮（2）11拨销 12拨盘 13扭手凸轮 14手轮 15后冲头 16偏心轮（4）17打棒 18偏心轮（3）19偏心轮（1）20扇形齿轮 21齿条 22后冲头 23抄纸板 24盘手手轮,图 3-10 理糖传动示意图 1 理糖电机 2料斗 3转盘 4毛刷 5导向板 6糖块输送带 7带轮,(4)布置操作件和控制系统 设计包装机工作台和布置操作件的位置时,要考虑人体各部位的尺寸,如图所示。首选确定操作者的位置、一般操作者站在包装机的前面,操作者的工作位置应是包装工序最集中和最容易发生故障的位置。工作位置确定后,再参照图的尺寸范围,将各操纵件布置在相应的位置。,一般操纵件的运动方向应与被操纵件运动方向保持一致。调速手轮要轻便、灵活、顺时针转动为增速并设指示牌。确定包装机工作台面的高度时,要考虑包装操作者工作状态,当站着工作时，工作台面高度应在10001200mm的范围内为宜；当经常坐着工作时,台面的高度应在700900mm的范围内为宜。包装机上的指示仪表、信号灯、报警器、安全阀等装置,都应布置在便于操作者观察、维护和安全可靠的位置。,(5)选择机器支承件的形式 选择机器的支承件形式时,要考虑整台机的外形结构,既美观又便于操作者工作,同时便于装配和维修。卧式包装机一般采用“”形支承；立式包装机采用“”形支承,如图3-12(a)(b)所示。也有的包装机采用“”支承,如图3-12(c)所示,图(d)是框架式支承。,图3-12 包装机支承形式,(6)绘制总体布局图 在总体布局图上,应将包装机各部件的相对位置和联系尺寸、机器的主要外廓表示清楚。图3-13是总体布局简图。,图3-13 总体布局简图1-料斗 2包装材料供送机构 3成形器 4-纵封器 5操纵开关 6控制系统 7横封机构 8一成品输出部件 9一调整手轮 10支承,四、绘制包装机的工作循环图 包装机包装物料时,由于包装工序多,使包装机的执行机构数量多、动作复杂,为了很好的完成包装工作,各执行件既要按一定规律运动,又要求各动作互相协调、配合、这些要求是通过拟定工作循环图来完成的。1.工作循环图包装机在一个工作循环周期内,它的各个执行构件的运动规律和工作顺序(或称运动配合)的图表。工作循环图的表示方法有两种：圆环型以包装机的主分配轴转一周为一个工作循环周期,将各个执行执构的运动时间转换成为与主分配轴转角的关系,再用圆形表达出来。,四冲程内燃机的圆周式工作循环图,六缸发动机工作循环图,直线型以一条水平线段为一个工作循环周期,再按包装程序将各个执行机构在此循环周期内的工作状况分别用线段表示出来。当机构在某段时间内做连续匀速转动、振动或静止时,是用水平线段表示；当机构在某段时间内是运动的时候,是用斜直线表示的。在机械传动的包装机中,由于主分配轴往往做连续回转运动,主分配轴转一周为一个工作循环周期,所以应将各执行机构运动与主分配轴转角的关系表达清楚,如图3-14所示。注意工作循环图只能表示在一个工作循环周期内,各执行机构的运动和停留的顺序及时间,并不能表示各执行机构的运动速度和变化规律。,上图是饼干包装机包装纸折边机构和其工作循环图，图中横坐标表示机械分配轴（定标件）运动的转角，纵坐标表示执行构件的转角。此图不仅能表示出两执行构件动作的先后，而且能表示出两执行构件的工作行程和空回行程的运动规律以及它们在运动上的配合关系，所以是一种比较完善的工作循环图。,2.绘制包装机工作循环图的步骤(1)拟定各执行机构的运动规律 根据包装工艺所要求的工艺时间、包装材料、包装时间、包装执行件等允许的运动速度和加速度,拟定各执行件的工作时间、回程时间和停留时间,也可同时确定速度变化规律。(2)拟定各执行机构的包装动作配合关系,对于机械传动的包装机,要将各执行机构运动规律转化为与包装机的主分配轴的转角关系。,(3)绘制包装机工作循环图 绘制包装机工作循环图时,要以主要执行机构(往往是主分配轴)为基础,按包装程序将各执行机构的运动规律表示出来。(4)将各控制元件的讯号发出时间和工作状态在循环图上表达出来。(5)检查和修改工作循环图。,检查工作循环图正确性的标准：a.必须保证各执行构件工作时,不发生时间上和空间上的干涉,它们的工作要密切配合,保证包装顺利完成。b.避免由于某个执行机构的工作速度影响整台包装机的生产率的提高,因此,应尽量使各执行机构的运动速度和加速度同时达到许用值。,c.要尽可能增加各执行构件运动的同步化。执行机构工作时间重叠越多,工作循环周期愈短,包装机的生产率就愈高。在技术设计完成后,要根据设计的实际情况补充和修改原拟定的工作循环图,得到包装机实际的工作循环图。,例：糖果包装机 工序盘间歇转位采用槽轮机构来实现，一般有68个工位。工序盘在转位时，除了固定圆弧板进行上抄纸外，其余包装执行机构全部处于停止工作状态；当工序盘转位停止时，包装执行机构中的前冲、后冲、开钳、进糖、夹糖、下抄纸、扭结、打糖等动作才同时或先后进行，直至完成全部包装工序。,图3-14 扭结式糖果裹包机工作循环图,图3-14是扭结式糖果裹包机的工作循环图。图中实线部分是原绘制的工作循环草图,虚线部分是在完成整台机的技术设计后修改和补充的部分。在原方案中,出糖工位的糖钳是在120150期间完成张开动作的。在完成技术设计后,发现所选用的开闭钳机构使糖钳在235270期间内张开,使打糖杆在糖钳没有张开时强行将糖输出。由此,必须修改原先的总体方案,修改的方法很多,本修改方案选用办法是将打糖杆与推糖杆用同一曲柄机构驱动,使打糖杆的出糖动作延迟,等到输出工位的糖钳张开后再进行打糖。如图3-14中点划线所示部分。,3.包装机工作循环图的用途 工作循环图在包装机的设计、装配和调试工作中都起着极其重要的作用。(1)保证包装机具有较高的包装质量(2)为提高包装机的生产率提供了可靠的依据(3)为设计机构提供了依据。(4)是装配和调试包装机的依据,4.绘制旋转型灌装机工作循环图,图3-15 旋转式真空灌装机简图1-底座 2-传齿轮 3-主轴承座 4-下凸轮 5-主分配转盘 6-瓶子升降机构 7-面板 8-玻璃瓶 9-量杯 10-灌装头 11-上托板 12-真空管 13-抽料管 14-拉臂 15-上凸轮 16-真空表 17-控制箱 18-汽液分离器 19-进料阀门 20-液位控制箱 21-外套箱 22-料箱 23-真空分配器24-真空管 25-进料管,1.旋转型灌装机工作过程 旋转式灌装机平均分布着16个灌装头、瓶子升降机构和量杯。空瓶是由输送履带和星形拨轮送到旋转盘的升瓶机构6上,经过旋转一定的角度,空瓶被下凸轮顶入灌装头内,瓶内被抽成真空时量杯已提升到液面以上,量杯内的料液被抽人瓶内。空瓶是按顺时针方向旋转,空瓶一进入升降机构上转盘已转22,这时量杯已低于液面进入进料阶段,量杯9通过上凸轮开始从料液中逐渐提升。,当转至35时,空瓶自下凸轮4的斜坡开始上升。当转至68时,量杯已升至液面之上,此时空瓶继续上升,当转至80时,空瓶被顶入灌装头,瞬时内,空瓶被抽成真空、量杯内的液料即被吸人瓶内,经转至229244范围内灌装完毕,在244289范围内为稳定阶段,主要为了防止真空漏失,或者真空减弱时,管子漏料(指的是料管内的点滴附壁料液)而留的安全余地,如果灌装一完毕瓶口马上离开,灌装头的料管内的附壁点滴液料会漏下来。,转至289时料瓶开始由下凸轮斜坡下降,当转到298时量杯也由上凸轮斜坡开始下降,转至325时料瓶进人退瓶水平方位,转至328时量杯已下降到料箱液面之下开始进料阶段,当转至337时已灌装完毕的瓶子由星形拨轮拨离旋转盘进人输送带。,3.拟定执行机构的运动规律和动作配合(1)进瓶和升瓶机构 空瓶由拨轮到主分配盘上,此时主分配盘已转动22。当分配盘转至35时,空瓶在升瓶机构带动下开始上升,当主分配盘转至80时,瓶口已同灌装咀紧密接触,瓶子不再上升。(2)计量杯 当主分配转盘转至22时，已装满液料的量杯从料箱的液面下开始上升，当转盘转至68时,量杯已升至液面之上；当转盘转至298时,杯开始下降,直到转盘转至328时,量杯已完全进入料箱液面之下,开始为下一个工作循环作进液工作。,(3)灌装机构 当主分配转盘至80时,瓶口与灌装咀紧密按触,瓶内空气瞬间抽出,打开灌装阀,量杯内液料流人瓶内,当转盘转至224时灌装完毕,在244289期间为稳定阶段,目的是防止瓶内的附壁液料和真空管内液料漏失。(4)降瓶机构和出瓶机构当主分配盘转至289时,液瓶由降瓶机构带动开始下降,转盘转至 325时液瓶进入水平退位的拨瓶轮,当转盘转至337时,液瓶由拨瓶轮送人输出系统。(5)主传送系统 主分配盘是主传送机构,转盘转动一周为一个包装工作循环周期,它以生产率所要求的转速作连续回转运动。,图3.16 旋转型液体灌装机动作配合方框图,4.用方框图形式表示主要执行机构的运动规律和配合关系如图所示。,5.绘制工作循环图 在方框图3-16的基础上绘制旋转型灌装机的工作循环图,如图3-17所示。,五、拟定主要技术参数 1.结构参数反应包装机的结构特征和包装物件的尺寸范围。2.运动参数反映包装机的生产能力和执行机构的工作速度，如主轴速度、物件供送速度、计量与充填速度等。3.动力参数反映执行机构的工作载荷和包装机正常运转的能量消耗。4.工艺参数如制袋-充填-封口机中的热封温度、时间和压力；清洗机和杀菌机所需温度。等压灌装机中的压力。,确定包装机功率的方法有：（1）类比法 调查现有同类型包装机的功率,在大量统计资料的基础上,确定包 装机所需的功率。（2）实测法 实测同类型包装机或试制样机上动力机的输入功率,再根据实测结果算出传动效率和转速,计算出输出功率,并将计算的输出功率加以适当的修正,确定为包装机的功率。,（3）计算法 包装机的动力机输出功率可用等值功率法计算：式中：m执行构件数目；i包装机某执行机构,一般是工作负载最大的机构；i=1,2,3m Ni第 i个机构所需的功率；动力机与第 d个机构间的传动总效率；K负载特性影响系数,取 K=11.2。K值可根据包装机执行机构负载情况选取,当载荷稳定时,取 K=1;若负载变化大时,K=1.2。,第四节 总体方案设计实例,以粒状巧克力糖包装机设计实例，介绍自动机的设计过程。一、原始资料 1.产品圆锥台形粒状巧克力糖,图7-1 产品形状,2.包装材料 巧克力糖包装采用厚度0.008mm的金色铝箔卷筒纸。3.生产率 生产纲领每班产量为 570kg，约合自动机的正常生产率为 120粒min。,图7-2 包装后成品外形,4.包装质量要求 要求巧克力糖包装后外形美观、平整、铝箔纸无明显损伤、撕裂、褶皱（如图 4-2）。,5.对自动机的基本要求 机械结构简单，工艺先进，工作可靠、稳定，操作方便、安全，维修容易，造价低。,二、粒状巧克力糖包装工艺分析 巧克力糖包装机的工艺分析过程如下：1.被包物品的特征 圆台形、轮廓清楚，质地松软，容易碰损，包装工艺首先要解决坯料的上料问题 2.包装材料的要求 卫生、美观、适用的前提下，努力提高包装纸的质量,3.包装工艺方案的拟定,图7-3 包装工艺动作,1.将64mm64mm铝箔纸覆盖在巧克力糖17mm小端正上方；2.使铝箔纸沿糖块锥面强迫成形；3.将余下的铝箔纸分半，先后向24mm大端面上褶去，迫使包装纸紧贴巧克力糖。,4.包装工艺方案的试验 工厂根据初定的工艺方案，进行了两种工艺试验。第一种工艺试验：采用刚性锥形模腔,第二种工艺试验：锥形模腔改成具有一定弹性的钳糖机械手夹子。,三、自动机的总体布局 粒状巧克力糖包装机采用间歇回转型六工位,有几个基本组成部分：1）传动系统。2）钳糖机械手及进出糖机构。3）顶糖、接糖机构。4）抄纸和拨糖机构。5）供纸机构。6）送糖盘与钳糖机械手转盘间歇回转机构。,四、自动机的主要装置设计 1.传动系统设计,本机传动系统设计时，有两个重要参数要充分保证。一是分配轴的转速和调速范围，二是送纸长度。,生产率为 120 粒/min，分配轴的调速范围应在 70130r/min。即分配轴转速n为 70130r/min。,由图 7.8可知，槽轮到送纸滚轮之间采用了齿轮副 16、链轮副 17两级传动，由传动平衡方程式。取齿轮副的传动比为i齿2，并取小齿轮（从动轮）齿数 Z230，则主动齿轮齿数 Z1i齿Z2=2 3060。最后得链轮副17的传动比为 当位置允许时，可取从动链轮齿数Z418，则主动链轮齿数若位置不允许时，Z4 也可在 1218之间选取。,2.钳糖机械手及进、出糖机构,3.顶糖、接糖机构,5.供纸机构 本机需要水平供纸，故宜采用间歇剪切供纸机构，它的工 作原理可参考图 7.7之 6。6.送糖盘与钳糖机械手间歇回转机构 为了保证送糖盘与钳糖机械手间歇回转能同步进行，本机采用六槽槽轮机构带动两组螺旋齿轮分别传动送糖盘与钳糖机械手的转盘，详见图 7.8的传动系统图。,五、粒状巧克力糖包装机的工作循环图,粒状巧克力糖包装机的工作循环图,