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龟苓膏装箱机下包装分析及其设计研究毕业论文

引言 5

1、我国包装机发展现状 5

2、国内包装机械自动化存在的问题 5

3、包装机械发展新趋势 8

4、自动化包装的发展前景 8

4.1从市场前景看 8

4.2从发展前景看 9

5、国外包装机械发展状况 10

5.1美国包装机械发展现状 10

5.2德国包装机械发展现状 11

5.3意大利包装机械现状 11

5.4日本包装机械现状 12

第一章包装机械概述 12

1.1包装机械的组成 12

1.1.1供送机构 12

1.1.2主传送系统 13

1.1.3包装执行机构 13

1.1.4成品输出机构 13

1.1.5动力机与传动系统 13

1.1.6控制系统 13

1.1.7机身 13

1.1.8包装材料的整理系统 13

1.1.9包装机械的系统图 14

1.2包装机械化意义 14

1.2.1可以使产品多样化，使产品更有市场。

1.2.2可以节省劳动力，解放生产力，生产出更绿色安全的产品。

1.2.3可以提高产品的生产率。

1.2.4可以节省材料，做到节能减排。

第二章包装机结构设计 15

2.1电机的选择 15

2.2减速器的选择 17

2.3链及链轮的设计与计算 17

2.3.1传动方式的选择 17

2.3.2链条的选取 18

2.3.3链轮的设计与计算 18

2.3.4链轮材料的选择 21

2.3.5传动比设定 21

第三章主要装置设计 22

3.1传送带装置 22

3.2纸箱定位机构 24

3.3纸箱输送装置 25

3.4纸箱定位与完成装置 26

3.5包装移动装置 27

3.6包装机整体装置图 28

第四章包装机传动轴有限元模型 29

1、建模方法 29

2、图表分析 29

结论 33

致谢 34

引言

1、我国包装机发展现状

产品的包装是我国工业发展的重要组成部分，是国民经济中不可缺少的新兴行业。

我国包装机械总体呈现低出发点趋势。

由于企业的性质不同，企业之间资金和设备存在区别，自动化水平也不一致，大多数企业在低水平设备上徘徊。

20年前，第一次应用在包装机械产品的PLC开启了包装机械自动化技术的时代。

之后，随着控制与驱动技术、伺服技术及数字化理念的介入，包装机械市场已经经历了多轮变革。

目前中国已经成为世界最大的商品生产和出口大国，全球的目光也聚焦在发展最快、规模最大、最具潜力的中国包装市场。

经过20多年的发展，我国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为我国包装工业快速发展提供了有效的保障。

但目前，我国包装机械出口额还不足总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。

包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、产品档次高的企业不多。

根据食品和包装机械工业协会的统计，中国目前有包装机械厂商3,600多家，但产值及销售额超过亿元的现在只有20家。

我国包装产品需求的突飞猛进带动了整个包装行业的蓬勃发展，其中包装机械企业也同样面临着非常好的发展机会，但是却有诸多因素制约着包装机械行业的发展。

2、国内包装机械自动化存在的问题

我国自动化包装机械还基本停留在测试仿制阶段，自行开发能力弱，缺少科研生产中试基地。

统计显示，我国包装机械品种只有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型化产产品，不能满足市场需求：

产品质量差距表现在产品性能低，稳定性和可靠性差、外观造型不美观、表面处理粗糙，许多元器件质量差，寿命短、可靠性低，影响了整体产品的质量。

尽管市场前景广阔，但诸如企业规模较小、产品层次低和可靠性差、进口依赖严重、开发能力低下、研发投入不足、专业技术人才缺乏等问题也使国内包装机械产品饱受诟病。

企业规模较小统计数据显示，我国包装工业发展迅速，到目前为止全国包装机械产量达53.3万台套，产值为1300亿元。

包装机械企业有9000多家，从业人数55万以上，科研院所和高等院校130余所，产品品种1300余种。

包装企业多，产量多，产品结构零散成为制约我国包装机械行业发展的重要因素之一。

包装机械行业存在着严重的重复建设问题，进入门槛低和调控手段不够是造成这个问题的主因。

因包装机械企业起点低、“先天不足”且跨部门，存在统筹规划、宏观指导难的问题，在投资和开发新产品方面往往一哄而起，出现低水平重复的无序竞争。

国内包装机械企业主要生产比较简单的设备，低水平重复太多，产品技术含量低，制造工艺简单，加工设备精度要求不高，多数企业靠这种产品起步，一部分企业靠低水平产品积累资金和经验，向中高档产品靠近，一部分企业则停滞不前。

技术开发的成本在设备总成本中所占的比例越大，设备的技术含量越高。

国内的包装设备技术含量占整个设备的成本约为3％，有的甚至不足0.3％，只有极少数项目达到20％以上。

我国包装机械品种约有1300多种，配套数量少，缺少高精度和大型产品，不能满足市场需求。

产品质量差距表现在产品性能稳定性和可靠性差，外观造型不美观，表面处理粗糙，许多元器件质量差、寿命短、可靠性低，影响了整体产品的质量。

我国包装机械和国际先进产品相比，在产品的开发、性能、质量、可靠性、服务等方面都处于劣势。

我国高端设备主要依赖进口，只有少数国内企业能够提供成套的生产线。

2003年，我国包装行业的进口接近200亿人民币，其中包装机械的进口则占了很大一部分，包装机械进口占国内包装机械设备的50％～60％。

有资料显示，我国包装机械出口额还不足这一行业总产值的5%，进口额却与总产值大抵相当。

我国与国外先进的包装机械的差距还很大，最主要是技术上的差距。

我国的出口结构中呈现“小而散”的状况,以单件产品为主；而进口的多为成套或大型设备。

可见我国目前的包装机械出口与进口相比,无论从产品质量、数量还是技术含量等各方面而言，都与国外产品存在着相当大的差距。

我国与国外现代先进包装机械的差距还很大，最主要是技术上的差距。

虽然在普遍应用上国内企业并不落后于国外多少，但是在新产品开发上却落后了一大截。

国内的很多企业对国际上先进包装机械装备知之甚少，国内进口的设备只是代表国外正在使用的设备，根本就代表不了他们正在开发和研制的设备。

我国包装机械行业没有自己的研发力量，研究投入极少，只靠低价竞争。

这也是机械行业的共性，难以吸引大量资金投入，难以进行大量的技术改造。

企业用于研究和开发的投资占销售额平均水平不到1％，而国外高达8％～10％。

因经费不足，自行开发能力弱，不能做到生产一代，开发一代，研究一代。

技术开发是一项系统工程，需要较长的时间，并且所开发的技术很少有能够直接应用的，而对企业来说，如果不能在最短的时间内获得利益，他们不会把资金投到研发上的。

尤其是民营企业，资金的周转对他们来说很是关键，他们不愿做长期投资。

由于没有技术储备，引进技术、消化吸收工作不力，使企业新产品少，缺乏竞争力。

由于小型包装机械企业的生产水平低，技术含量低，一味仿制而没有创新能力，在市场竞争中会处于劣势，企业利润率相对较低，抵御市场风险能力较弱。

随着我国对知识产权保护的不断加强和发达国家生产商对于跨国维权的重视，这些企业面临侵权纠纷的可能性在不断上升。

因包装机械业利润不高，难以吸引优秀的技术人才，以致人才队伍参差不齐，自主开发产品和创新能力薄弱，甚至消化吸收国外同类产品的能力都很弱，造成产品多年一贯制。

目前研究院所忙于创收保饭碗，有的形同一个工厂，只忙于生产及销售，有的想搞研究又没有经费，有的有技术但找不到中间实验用户，生产企业又不愿出钱冒风险，以至于产、学、研脱节，本来就不强的技术力量没有发挥出应有的作用。

在包装机械行业的研究所里，人员流失的情况比较严重。

研究所与企业的相互信任度不高。

对企业来说，由于受“借用不如拥有”思想的影响，他们希望研究人员能成为企业的一员，可是由于资金实力有限，不可能把一个团队都挖过来，这也造成了研发实力的分散。

重大的项目对一个企业或者一个研究所来说都很难承担起来，只有联合起来才能出成果。

3、包装机械发展新趋势

高度自动化、智能化已经成为了包装机械未来发展的主要趋势。

在包装机械自动化方面,自动化操作程序已获得广泛应用,如PLC设备、数据收集系统等。

机械制造企业在为用户提供生产自动线或生产流水线设备时更注重成套完整性,无论是高技术附加值还是较简单的设备门类,都按配套性要求提供。

通过此次统计发现,新型设备及技术得到了普及,如高智能数控系统、编码器及数字控制组件、动力负载控制等新型智能设备已经普遍应用到包装机械设备中,使设备使用者在操作过程中更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率和兼容性。

注重生产率未来的自动化发展趋势是设备更小型、更灵活机动、多用途、高效率。

追求的是组合化、简洁化、可移动性，有效降低成本。

如PLC设备、数据收集系统的新一代自动化操作程序已获得广泛应用。

遵守人性化设计是从操作者的角度探索，那么从人类的长远发展角度出发的设计就是绿色设计。

工业产品的诞生，要经历一个复杂的过程，而操作这个过程的就是设计者。

设计者对产品既要考虑结构、功能，同时也要环保问题，考虑废料的回收和利用问题，这是设计者的社会责任。

小范围看，是厂家的节约，大范围看是一种社会资源的节约，更是一种环保的举措。

4、自动化包装的发展前景

与其他机械产品一样，我们从包装机械的需求量、产品结构和自动化水平三个方面来讨论中国包装机械行业自动化产品的市场前景。

4.1从市场前景看

包装机械的需求量继续增加中国具有庞大的包装市场。

随着中国向世界制造工厂角色的转化，中国的商品产量迅速增加，而且有更多的生产能力进入中国。

中国每年生产的大量的商品需要包装，尤其是中国为满足国际市场需求而生产的商品需要国际水平的包装，因此中国包装机械市场将快速增长。

包装水平落后，自动化水平将继续提高新型包装机械往往是机电—体化的设备，充分利用信息产品的最新成果。

我国一些企业的设计人员却对电子产品不熟悉，不敢或不会选用，大大限制了包装机械水平的提高。

例如许多国外新型包装机械大都采用分离传动，使得整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。

这里面的关键技术之—是采用了多电机拖动的同步化技术，其实掌握这种技术并不很难，只是—些设计人员不了解包装机械的这一发展趋势。

另—关键技术是大量采用伺服传动，老设计人员却不会设计和选用伺服机构及其控制系统。

先进的包装机械大量采用若干新型检测系统，保证包装机械的稳定可靠运转。

随着自动化厂商对行业渗透的增加和信息技术的发展，更多的设计人员接受了先进的自动化技术，并利用先进的自动化产品来提高设备的性能。

中国的包装机械整体水平比发达国家水平落后多年，除开国内厂商技术水平的提高外，国外厂商的本地化生产也对中国包装机械自动化水平的提升有很大的推动作用。

由于中国经济的快速增长，除开原有的中、低设备端包装设备保持了原有的需求外，市场中国市场高端包装设备的需求迅速增加，尽管这些设备主要来自进口，但国内生产的产品所占的比例正在稳步提高，同时为抢占迅速增长的中国市场，国外的包装机械厂商纷纷在内地投资建厂。

这些外来的厂商在内地采购他们需要的零部件，包括通用的电控产品。

4.2从发展前景看

随着科学技术的不断发展进步，各种新的产品的出现，对包装技术和包装设备都提出了新的要求，包装机械在流通领域中发挥着越来越大的作用。

目前包装机械竞争日趋激烈，而高度自动化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包装设备越来越受到行业的青睐。

进入21世纪以来，较之传统包装机械，新型包装机械要求具有简洁化、高生产率、配套更完善，更具自动化等特点。

未来的包装机械将配合产业自动化趋势，促进包装设备总体水平提高。

如高智能数控系统、编码器及数字控制组件、动力负载控制等新型智能设备已经普遍应用到包装机械设备中，使设备使用者在操作过程中更具有独立性、灵活度、操作正确性、高效率和兼容性。

包装机械集机、电、光、声、磁、化、生、美为一体的高技术、高智能、高竞争的产品。

发展速度快、更新速度快是它的一大特点。

世界上一切高科技产品都可以应用其中。

我们不能忽视我国包装机械落后的现状，努力积极推动包装业走上快速健康发展的自动化道路。

5、国外包装机械发展状况

国外包装机械的发展趋势体现了现代化先进包装机械的高新技术，特别是科技与经济发达的欧美及日本等国家生产的包装机械及设备，其技术伴随着科技和商品经济的发展，已处于国际领先地位。

近些年来，发达国家一方面为满足现代商品包装多样化的需求，发展多品种、小批量的通用包装技术及设备，同时又紧跟高技术发展步伐，不断应用先进技术，发展和开发应用高新技术的现代化专用型包装机械。

5.1美国包装机械发展现状

美国包装机械工业主要用户大致可分为食品工业及非食品工业。

食品工业包括蔬菜水果、肉类、乳制品、面包、糕点等；非食品工业则包括饮料、医药品、化学品、香烟等。

至20世纪80年代前半期，食品与非食品大致各占一半比例，而最近几年非食品工业的使用比例则有提高之势，特别是在饮料、电气制品、化学品、电脑市场的成长最为显著。

在食品包装方面，也可见微波、无菌包装等的新技术。

美国包装工业已经逐步建立并形成包括包装材料、包装工艺和包装机械完整而独立的工业体系，其自动化操作程序已应用于更多的先进包装系统中，代表了先进包装系统的走向。

美国的包装机械将新技术和包装自动化操作程序广泛应用。

美国各企业都在致力于从包装材料、设备、销售等方面寻求对全球市场具有特色的有利包装，正进入一个机电一体化、激光扫描、无线电射频发射、纳米技术和系统简化的包装新世界。

5.2德国包装机械发展现状

德国的包装机械在全球占有十分重要的地位，约占世界总产值的五分之一，德国包装机械业出口额占世界总额约三成。

德国包装机械在计中机生产力促进中心量、制造、技术性能方面均属世界一流。

其发展趋势为：

一是大力提高工艺流程自动化程度；二是适应变化设计柔性灵活性设备；三是普遍使用计算机仿真设计技术。

德国生产的啤酒、饮料包装成套设备生产速度快、自动化程度高、可靠性好。

主要体现在：

工艺流程的自动化、生产效率高，满足了交货期短和降低工艺流程成本的要求，设备具有更高的柔性和灵活性。

主要体现在生产的灵活性、构造的灵活性和供货的灵活性，以适应产品更新换代的需要。

利用计算机和仿真技术提供成套设备，故障率低，可以进行远程诊断服务，对环境污染少，主要包括噪音、粉尘和废弃物的污染。

德国包装机械设计依据市场调研及市场分析，努力为客户尤其是大企业服务，以用户需求为前提提供成套设备，为生产企业提供结构性及经济性完整的系统方案，并用计算机仿真技术演示操作给用户，征得用户意见后进行修改，并可根据客户的意见修改模型，直到使客户或设计者满意。

5.3意大利包装机械现状

意大利以性能优良、外观考究、价格便宜为特点，意大利是世界第四大包装机械生产国、第二大包装机械出口国。

其包装设备多用于食品工业，如糖果包装机、茶叶包装机、灌装机等，其中意大利饮料和食品行业的包装机械占了包装机械大约40％的比重，这是由于意大利的饮料行业成为设备制造商最为感兴趣的行业。

20世纪90年代以来，意大利对中国的包装机械出口额迅速增长，2010年在意大利的出口排名榜上，中国已跃升为第二位。

今天，意大利的包装机械在全球范围内一枝独秀，在欧洲，意大利占了整个欧洲包装机械销售市场的25%，是仅次于德国的第二大包装机械销售国。

在美国，意大利占了19%市场分额。

在大洋洲和非洲，意大利是最大的供应商。

同时也是中国香港、中国台湾、印度和土耳其等地区的第一大供应商。

5.4日本包装机械现状

日本自20世纪60年代以来，对包装机械的需求猛增，生产得到迅速发展，目前已占据世界包装机械工业的领先地位，包装机械销售额位居全球第二，仅次于美国。

日本将包装机械分为三类，即小包装及内包装、外包装和打包机械、配套机器（如供料器等）。

日本的食品包装机械，虽然以中小单机为主，但设备体积小、精度高、易于安装、操作方便、自动化程度也较高。

日本包装机械主要是抓住两个核心技术，一是计算机技术进入包装机械领域，二是研制出了伺服马达驱动的包装机械。

成功地开发出世界首台微电脑程控卧式成形装填封口机，并实现实用化，以此为契机在短短时间之内各种包装机开始装载微电脑。

之后，又陆续研制成功世界上首台装载有热管的热封机机器，并投入实用，向众多包装机械厂家提供该设备，实现了热封机设备的低能源化和质量、性能的提高。

日本研制出的伺服马达驱动包装机械，使包装机械行业实现了由机械装置为主向电脑程控为主的技术升级，机械性能的柔软性、系统化程度迅速提高，使日本的包装机械以其独特性赢得了世界市场广阔的销售空间。

第一章包装机械概述

1.1包装机械的组成

现代包装主要包含了三个部分，即动力机，执行部分，还有就是传动部分。

人们为了研究现代包装机械，通常将包装机械分成了八个小的部分。

如下所示：

1.1.1供送机构

此系统指的是将产品进行计算，并且加以整合然后供送到下一机构。

1.1.2主传送系统

此系统指的是将完成了某一个工位的包装材料输送到下一个系统的系统。

1.1.3包装执行机构

此系统指的是直接将产品进行包装，加工，封口，贴标签等具体包装的机构。

1.1.4成品输出机构

此机构指的是讲已经包装好的产品即成品运输出去的机构。

1.1.5动力机与传动系统

此系统指的是把电动机提供的动力传递到要执行的机构的系统。

传动系统通常是由光电等形式组成的。

1.1.6控制系统

此系统，顾名思义，指的是实现控制作用的系统，当然，它包含了质量和安全等的控制。

1.1.7机身

机身，就是用来起支撑作用，并起到一定的保护作用的部件。

1.1.8包装材料的整理系统

此系统指的是将包装好了的产品进行整理，比如说将包装好了的产品切断，然后供送到下一机构。

1.1.9包装机械的系统图

1.2包装机械化意义

包装的机械化，可以节省大量的劳动力节省原材料，降低成本，提高生产率。

因此，可以说包装行业实现机械化有着重大的意义：

1.2.1可以使产品多样化，使产品更有市场。

产品的包装，使产品实现了多样化，现代人的审美观多种多样，因此，传统的包装显然已经不能迎合市场。

包装的机械化使产品多样化，使之更具有市场占有率。

1.2.2可以节省劳动力，解放生产力，生产出更绿色安全的产品。

有一些有毒产品，如果让人去直接操作，显然会对人本身造成危害，不符合以人为本的基本原则，包装的机械化，可以避免这种情况的发生。

对于有毒产品，机械自动化包装，节省了劳动力。

而且，机械化包装，而不是直接用手去触碰产品，对于一些食品来说，更绿色安全。

1.2.3可以提高产品的生产率。

机械包装显然比传统的手工包装更快，而且机械包装不知疲惫，可以无限加工下去，人总是需要休息的，机械包装可以解放和发展社会生产力。

1.2.4可以节省材料，做到节能减排。

机械包装比传统的包装更精细，机械包装都是经过了精密的计算，可以减少产品的浪费。

第二章包装机结构设计

2.1电机的选择

对于电机的选择，需要根据实际情况选择合适的电机，功率小的电机，不能满足机器的需求，功率大的电机，则会造成能源的浪费。

在绝大多数情况下，电源使用的是三相电源。

因此，我们选择三相电机，通常选择Y系列三相异步电机。

对于额定功率的选择，要满足电动机额定功率大于工作所需电动机的功率，即

Po≥Pr

式中

Po——电动机额定功率，KW

Pr——工作机所需电动机功率，KW

工作机所需电动机功率按下式计算

Pw=Fv

Pr=Pw

式中F——工作机圆周力，包装机的输送带有效拉力N.

v——工作机线速度，m/s。

V=3.14nDm/s

式中D——主要工作辊直径（热封辊），mm

n——工作机主动轴转速，r/min

V=3.14nD/30=0.03m/s

Pw=Fv=0.35KW

总传动效率η等于各级传动效率之积，

即

η=η1η2----ηn

V带传动效率是η带＝0.96；

链传动效率是η链＝0.96；

摆线针轮减速器的传动效率是η减＝0.9；

变位齿轮传动效率是η齿＝0.94。

由上可得：

热封辊传动效率是η热＝η带η链3η减η齿＝0.96×0.963×0.9×0.94＝0.71

打字辊传动效率是η打＝η带η链3η减η齿＝0.96×0.963×0.9×0.94＝0.71

纵切机构传动效率是η纵＝η带η链２η减＝0.96×0.96２×0.9＝0.81

由此可得传动总效率是0.71。

P=0.35/0.71=0.49KW

由上可知电机：

三相异步电动机（Y802-4）。

功率：

0.49KW，

频率：

50HZ，

转速：

1390r/min，

电压：

380V，

效率为0.71

2.2减速器的选择

此包装机的包装速度设定为180包每分钟，可以计算得到主轴转速是32.4r/min。

经过类推，我们可以选择传动比是43的XW型的摆线针轮减速器。

i＝n１/n２

由上可得

n１＝i×n２＝43×32.4＝1393r/min，

可以知道减速器输入转速是1393r/min。

减速器输出功率是：

Pｏ＝P电·η带·η减·η电＝0.75×0.96×0.9×0.73＝0.47KW

由上知道减速器：

摆线针轮减速器（XW1.1-3-43），

功率：

1.1KW，

传动比：

功率为0.47KW。

2.3链及链轮的设计与计算

2.3.1传动方式的选择

经过查阅相关书籍可知，齿轮传动：

稳定的传动，但是齿轮造价高，而且贵，再者用齿轮传动会导致机身太过庞大[6]。

链传动：

链传动造价低，价格便宜，加工相对来说更简单，链传动具有抗震减压的优点，链的损耗相对更低，更适合条件恶劣的环境。

综上所述，传动方式选择链传动。

2.3.2链条的选取

链条的选择，要根据实际情况来考虑，此包装机的传动速度不高，传动功率也不高，我觉得选择滚子键比较合适，选择滚子键只要查阅相关资料即可得到，单排套筒滚子链比较合适，链条是传动链.