包装机械设计课程设计指导书(3)-圆形或方形料管翻领成型器.doc
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包装机械设计课程设计指导书(3)
机械工程学院
2012年十一月
一、课程设计的目的
《包装机械设计》课程设计是本课程各教学环节中重要的一环,它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。
其基本目的是:
(1)培养理论联系实际的设计思想,训练综合运用包装机械和有关先修课程的理论,结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力,巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。
(2)通过制订设计方案,合理选择包装袋成型器的形式,正确计算和确定尺寸和选择材料,以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求,之后进行结构设计,达到了解和掌握机械零件、包装机械经常采用的成型器的设计过程和方法。
(3)进行设计基本技能的训练。
例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料(手册、图册、标准和规范等)以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。
二、设计内容与步骤
(一)设计内容
以袋成型-充填-封口机中包装袋成型器为题。
课程设计通常包括如下内容:
了解设计题目要求;合理选择成型器的类型,具体计算和设计成型器的基本参数;进行结构设计;绘制零件工作图;编写计算说明书以及进行设计答辩。
(二)设计步骤:
(1)设计准备
认真研究设计任务书,明确设计要求、条件、内容和步骤;通过阅读有关资料、图纸、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图等,了解设计对象;复习有关课程内容,熟悉零部件的设计方法和步骤;准备好设计需要的图书、资料和用具;拟定设计计划等。
(2)成型器类型的选择
根据题意,选择合适的成型器类型。
(3)参数设计和计算
计算和选择成型器的参数;确定成型器的有关尺寸;进行结构设计;完成图纸的绘制;审核图纸。
(4)零件工作图设计
(5)整理和编写计算说明书
(6)设计总结和答辩
三、设计要求
在课程设计之前,准备好必要的设计手册或参考资料,以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。
确定设计题目后,至少应复习在课程中学过的相关内容。
完成本课程设计的具体要求如下:
1、设计说明书要全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。
其工艺设计要有文字、计算、公式来源、参数选取的资料名称或代号、图表(草图)。
说明书用A4纸打印,约20页左右,并装订成册。
2、设计图样按“机械制图”、“公差与配合”等国家标准完成。
3、零件图按生产图样要求完成,零件的有关精度和技术要求要有合理的标注或说明。
设计过程中,提倡独立思考、深入钻研,主动地、创造性地进行设计,反对不求甚解、照抄照搬或依赖老师。
要求设计态度严肃认真、有错必改。
只有这样,才能保证课程设计达到教学基本要求,在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练。
四、设计指导
制袋成型器是自动袋装机的一个关键部件,其作用是使平面状的包装薄膜材料转变为圆筒状,并产生封接边以利于包装物料的进入。
制袋成型器的选择、设计、和使用,直接影响着产品的包装形式、包装袋的形状与尺寸、包装质量以及机器布局等。
1.翻领成型器
如图
(1)所示,平张薄膜拉过该成型器后,成塔接或对接圆筒状。
翻领成型器成型阻力较大,容易使薄膜产生变形、发皱或撕裂,对塑料薄膜的适应性差,对复合膜适应性较好,常用于粉状、颗粒状物料以及部分液料的包装,立式枕型包装机应用较多。
每种规格的翻领成型器只能成型一种规格的袋宽,当袋宽规格发生变化时,需要更换相应尺寸的成型器,设计、制造以及调试都比较复杂。
图1翻领成型器
2.圆形管翻领成型器的设计
(1)数学模型的建立
图2所示为圆形管翻领成型器的结构参数设计简图。
图2圆形管翻领成型器计算简图
以圆形管的轴线为纵轴,建立直角坐标系,管料与平面相交所得圆半径为r。
直线AB为包装材料从最后一根导辊引出后与成型器的接触线。
ABC构成平面等腰三角形,并与平面的夹角为角。
D是AB的中点,有∠ACD=∠BDC=。
空间曲线ACS、BCS构成对称的两个曲面,SCS为成型器领口交接曲线,S为该曲线的最低点且位于轴上;C为该曲线的最高点,其在平面上的投影我为N点,N点位于轴上,令。
将AC延长至T,DC延长至,作,由此得到的和均为直角,且与在同一平面,在平面,令。
成型器领口交接曲线上任一点P在平面上的投影为Q,令弧长,P点的高即为交接曲线函数,则P点的直角坐标值为:
T点的直角坐标值为:
连接P,T两点,并令f=PT,有:
将P、T两点的直角坐标值带入上式得:
(1)
将成型器沿剪开并展平,如图(3)所示,PT长度可由下式表达:
(2)
对于同一成型器,展开前后,PT的长度不会改变,也即f值不会改变,联立式
(1),式
(2),消去f,可得领口交接曲线上任意点P的高度的表达式:
(3)
此式的边界条件为:
时,;时,(4)
令,代入式(3),可求得线段的长度值e:
(5)
由此可见,设计中若能首先包装袋净宽、管料半径r、翻领三角形ABC的半顶角、翻领三角平面的后倾角以及成型器领口交接曲线的最大高度h,则可求得e值,再利用式(3),计算出每一段弧长所对应的在交接曲线上各点的高度,即成型器的领口交接曲线。
其整体设计步骤如下:
(2)参数、、的确定
①包装袋净宽。
包装袋袋筒的内表面与料管的外表面近似直接接触,故取。
②翻领三角平面的后倾角。
与三角成型器安装角相似,角越大,则薄膜通过成型器的成型阻力亦大,但结够尺寸小,包装机总体尺寸紧凑。
生产实践表明,翻领成型器的后倾角取用范围较大,一般在。
③翻领三角形平面的形状尺寸。
如图3所示,三角形平面将平张薄膜从导辊牵引至成型器最高点,在开始拆弯成型器之前用来引导和承载包装材。
其形状尺寸由底、高(或顶角)来决定。
值与包装袋袋尺寸有关。
值大小反映了引导面的大小,如果值太小,会使包装薄膜在交接曲线附近的运动阻力过大,引起包装薄膜材料的拉伸变形;反之,则会导致成型器结构不够紧凑,且增加
薄膜与成型器表面之间的摩擦。
设计时可取,则
(7)
图3圆形管翻领成型器展开示意图
④领口交接曲线的最大高度。
领口交接线是一条空间曲线,对某一特定的、和而言,其领口交接线的最大高度与线段的长度有关。
当值由0→∞变化时,由某一高度值逐渐减小(起初值随变化较大,而后越来越小),值至减为
(8)
当取值较大时,较小,成型器较矮,包装薄膜在成型时变形急剧,阻力增大,不利于制袋;当取值较小时,较大,成型器较高,虽然薄膜成型时的变形或阻力较小,但结构不紧凑,导致加料管悬臂增长,受力情况变差,给制袋成型器的制造与使用带来困难。
由图(4)可知,当时,的变化已极为缓慢,一般可取。
将式(5)代入此不等式,推导得
为不使成型器尺寸过大,值通常在计算值附近取整数。
设计时,为使领口交接曲线较精确,对来说,在的范围内一般不应少于8个计算点,在之间,因曲线对称,则无需重复计算。
⑤确定领口交接曲线的轨迹点由式(5)
五、设计题目与分组
按学号顺序(或自由组合)每组学生人数为1~2名。
同组同学之间的内容不能雷同。
表1:
设计任务参数
设计
要求
组号
a(圆形料管)
a(异形料管)
1
30
30
2
35
35
3
40
40
4
45
45
5
50
50
6
55
55
7
60
60
8
65
65
9
70
70
10
75
75
11
80
80
12
85
85
8
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