包装机械总体设计课件.pptx

1、包装机械总体设计内容2.1 概述2.2 执行系统方案设计2.3 传动系统方案设计2.4 原动机选择2.5 控制系统方案设计2.1 概述2.1.1 机械设计的内容机械设计的内容 机械设计是设计者通过创造性劳动将人的意念和思想转化为物质资料，以满足人类社会的需求并进一步促进人类社会的发展。 社会需求不断提出新的功能要求是促进机械设计发展的一个主要动力。 科学技术的进步、生产能力的提高、机械设计工作者的知识基础和技术能力的加强是实现机械设计发展的重要条件。 机械设计根据是否采用新的工作原理和变更现有机械的设计方案来划分，可分为以下三种类型： (1)(1)开发性设计开发性设计在没有类似机械的情况下，根

2、据对机械产品的功能要求，并结合有关各方面的条件，提出新的工作原理和新的设计方案，设计出满足要求的新机械产品。 (2)(2)适应性设计适应性设计在工作原理和设计方案基本不变的情况下，对现有机械产品做局部的更改，设计出适应新的各种要求的机械产品。一般情况下，适应性设计较多。 (3)(3)变异性设计变异性设计在功能要求和工作原理不变的情况下，改变现有机械的结构组成、布置方式和某些尺寸，设计出满足较多方面要求的机械产品。 2.1.2 包装机设计要求包装机设计要求1.1.功能及应用场合功能及应用场合 功能：功能：所能完成的包装工序的种类，例如制袋成型、充填、封口。 应用场合：应用场合：适应不同产品的包装

3、能力，例如颗粒、液体、粉剂、块体。2.2.技术性能及质量要求技术性能及质量要求 生产率：生产率：单位时间内生产的产品数量，分理论生产率和实际生产率。表示方法：件min、mmin、kgmin等。 工作适应性：工作适应性：工况发生时，设备对变化适应能力的大小。涉及两个方面：A、作业对象的形状、尺寸等发生变化；B：作业环境发生变化。一般，适应性越好，产品性能越好。 工作精度：工作精度：机器正常工作时的量值与理论要求值之间的误差，可用绝对值和相对值表示。 工作可靠性：工作可靠性：产品在规定条件下、规定使用时间内完成规定功能的能力，或说是正常工作的概率。 产品寿命：产品寿命：（A）自然寿命：到因自然磨损

4、、腐蚀等原因使设备老化不能再用所经历的时间。（B）技术寿命：到设备因技术老化而被淘汰所经历的时间。（C）市场寿命：产品在市场上的生命期所决定的时间。3.3.经济性要求经济性要求 由产品总成本与产品性能质量关系图，寻找最佳设计点P，使成本最低。另外，产品成本约有70%是由方案设计决定的，故在方案设计时应注意功能与成本的协调问题。4.4.人机工程学要求人机工程学要求（A）确保操作人员能有效的操纵和控制机器；（B）确保操作人员能正确读取设备显示信息，减少误读的可能；（C）装拆、保养维修方便。 操纵件布置范围操纵件布置范围5.5.安全保护要求安全保护要求6.6.产品外观造型要求产品外观造型要求 造型美

5、观大方，色调和谐，给人以悦心宜人的感觉。2.1.3 包装机设计步骤包装机设计步骤1.1.产品计划产品计划（1 1）选择设计产品或接受客户定单）选择设计产品或接受客户定单 选择适应市场需求、有较强的市场竞争力、能获得良好经济效益的产品。（2 2）作可行性研究）作可行性研究 论证项目在技术经济上的可行性；为企业或主管部门决策提供依据；为谈判、签约和贷款提供依据。（3 3）明确设计任务、拟订设计要求明细表。）明确设计任务、拟订设计要求明细表。（4 4）设计要求要详细、明确、合理而且先进，符合标准。）设计要求要详细、明确、合理而且先进，符合标准。2.2.方案设计方案设计（1 1）设计任务的抽象）设计任

6、务的抽象 在方案设计之前，先对设计任务进行抽象，使其变成带有普遍意义的设计任务，以真正抓住设计任务的实质。 例如：设计一炉具，要求使用方便安全，清洁卫生，使用费用低。 若不对任务进行抽象，则会想到：煤球炉、蜂窝煤炉、煤油炉、煤气炉、电热炉、以及太阳能炉等。 若将设计任务抽象成设计用于将某种能量转化成热能的装置，于是想出了远红外加热炉、微波炉、电磁炉、蒸汽柜等。（2 2）建立黑箱）建立黑箱 设计，实质上就是解决将输入转化为输出的技术问题。 即用一方框表示黑箱，代表待设计产品；左右箭头表示输入和输出，并可归纳为物质、能量、信息物质、能量、信息三种形式。输入黑箱（袋成型充填封口机）输出不需要的需要的

7、需要的不需要的气压尘埃薄膜材料被包装物料能源封口温度包装产品计数等信息废品噪声振动（3 3）建立功能结构）建立功能结构 总功能总功能：代表一个完整独立产品的技术系统。 分功能：分功能：代表某一分系统或某一零部件的技术系统。 功能结构：功能结构：就是用一定的形式来表达各分功能及其相互连接关系以实现产品总功能的一种图示表达。袋成型充填封口机的功能结构图 （4 4）寻找实现分功能的解）寻找实现分功能的解 从功能原理设计到实际执行机构的设计。（5 5）总体方案设计）总体方案设计 总功能载体（即支撑）的初步设计，包括总体尺寸和空间布置； 辅助装置的初步设计； 检查总体布局设计，优化总体设计； 编制初步技

8、术文件； 画总体设计图，包括工艺原理图、总体布局图、循环图、控制原理图、零部件草图及总装配草图等。3.3.技术设计技术设计 在方案设计的基础上，围绕保证产品功能、质量、可靠性、经济合理性、工艺可能性等，进行详细的设计计算。内容包括： 传动系统设计； 各执行机构的详细设计； 控制系统及辅助装置设计； 工程图的绘制； 技术文件的编制，包括设计说明书、使用说明书。4.4.试制、试验、鉴定和改进试制、试验、鉴定和改进5.5.正式生产、销售及售后服务正式生产、销售及售后服务机械新产品的开发设计过程可分为四个阶段：机械新产品的开发设计过程可分为四个阶段：调研报告调研报告产品开发产品开发可行性论可行性论证报

9、告证报告设计任设计任务书务书选选 题题调研和预测调研和预测可行性论证可行性论证确定设计任务确定设计任务初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计小 结初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计总体方案总体方案示意图；示意图；机械系统机械系统方案运动方案运动简图；简图；运动循环运动循环图；图；方案设计方案设计计算说明计算说明书书目标分析目标分析创新构思创新构思方案拟定方案拟定方案评价方案评价方案决策方案决策初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计

10、生产施工设计全套设计全套设计图纸；图纸；设计计算设计计算说明书说明书结构方案拟定结构方案拟定造型设计造型设计结构设计结构设计材料选择与材料选择与尺寸设计尺寸设计设计图绘制设计图绘制初期规划设计初期规划设计总体方案设计总体方案设计结构技术设计结构技术设计生产施工设计生产施工设计工艺流程卡片；工艺流程卡片；工装设计图；工装设计图；基础安装图；基础安装图；技术文件；技术文件；使用说明书；使用说明书；备件明细表备件明细表工艺设计工艺设计工装设计工装设计施工设计施工设计 机械系统主要是由原动机、传动系统、执行系统和控制系统所组成。总体方案设计是这几部分的方案设计。 机械系统总体方案设计是机械设计过程中极

11、其重要的一步，也是最具创造性的一环，它直接决定着产品的性能、质量及其在市场上的竞争力和企业的效益。 （1）执行系统的方案设计。主要包括执行系统的功能原理设计、运动规律设计、执行机构的型式设计、执行系统的协调设计、执行系统的方案评价与决策。 （2）传动系统的方案设计。主要包括传动类型和传动路线的选择、传动链中机构顺序的安排、各级传动比的分配。 （3）原动机类型的选择。 （4）控制系统的方案设计。 （5）其它辅助系统的设计。主要包括润滑系统、冷却系统、故障监测系统、安全保护系统、照明系统等的设计。机械预期的功能要求机械预期的功能要求功能原理设计功能原理设计运动规律设计（工艺动作分解与运动方案选择）

12、运动规律设计（工艺动作分解与运动方案选择）执行机构形式设计（机构型综合）执行机构形式设计（机构型综合）执行系统协调设计（循环图设计）执行系统协调设计（循环图设计）机构尺度设计（运动和动力设计）机构尺度设计（运动和动力设计）运动和动力分析运动和动力分析方案评价与决策方案评价与决策2.2 执行系统方案设计机械预期实现的功能要求机械预期实现的功能要求（使用要求或工艺要求）（使用要求或工艺要求）功能原理设计功能原理设计运动规律设计运动规律设计（工艺动作分解与运动方案选择）（工艺动作分解与运动方案选择）执行机构型式设计（机构的型综合）执行机构型式设计（机构的型综合）执行机构协调设计（运动循环图设计）执行

13、机构协调设计（运动循环图设计）机构尺度设计（运动和动力设计）机构尺度设计（运动和动力设计）运动分析和动力分析运动分析和动力分析方案评价方案评价是否满足要求是否满足要求绘制执行系统运动简图绘制执行系统运动简图是是改变改变机构机构参数参数重新构思功能原理重新构思功能原理构思新的运动规律构思新的运动规律改变机构型式改变机构型式改改变变设设计计策策略略否否2.2.1 执行系统方案设计概述 机器中最接近被加工工件一端的机构称为执行机构。机器中最接近被加工工件一端的机构称为执行机构。 执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执执行机构中接触工件或执行终端运动的构件称为执行构件。行构件。 机器通过执行构件

14、完成作业任务。机器通过执行构件完成作业任务。 1.1.功能原理设计功能原理设计 根据机械预期实现的功能，考虑选择何种工作原理来实现所需的功能要求。 采用不同的工作原理设计出的机械，其性能、结构、工作品质、适用场合等都会有很大的差异，因此必须根据机械的具体工作要求，如强度、精度、寿命、效率、产量、成本、环保等诸多因素综合考虑确定。 功能原理决定了机械产品的技术水平、工作质量、传动方案、结构形式和成本等，是一个施展创新能力的空间。颗粒糖果包装机工作原理扭结式扭结式接缝式接缝式折叠式折叠式2.2.运动规律设计运动规律设计 根据工艺要求进行工艺动作的分解及执行运动的确定。 同一个工作原理，可以有多种工

15、艺动作分解。不同的工艺动作分解，将会得到不同的设计结果。 工艺动作分解是一个创造性的工作。要求动作简单、合理。分解的方法不同，所得的运动规律也各不相同，所形成的运动方案也不相同。例例1 1：例2：3.3.执行机构型式设计执行机构型式设计 即选用何种机构来实现所需运动，需要考虑机构的动力特性、机械效率、制造成本等因素。实现同一种运动，可以选择不同型式的机构。 执行机构的典型机构主要有齿轮机构、连杆机构、螺旋机构、凸轮机构、带传动与链传动等。 可实现直线运动、回转运动、任意轨迹运动等多种运动形式。执行机构运动方式及功能机构类型典型应用实例与原理匀速运动1)连杆机构 平行四边形机构 双转块机构2)齿

16、轮机构3)行星轮系4)摩擦轮传动机车车轮联动机构、联轴器联轴器用于减速、增速和变速用于减速、增速、运动的合成与分解，无级变速非匀速转动1)连杆机构 铰链四杆机构 转动导杆机构 曲柄滑块机构2)非圆齿轮机构3)组合机构惯性振动筛、机床牛头刨床、发动机往复移动机构1)连杆机构 曲柄滑块机构 移动导杆机构2)齿轮齿条机构3)凸轮机构 用于冲、压、锻等机械装置缝纫机针头机构可实现匀速运动，用于插床用于控制动作执行机构运动方式及功能机构类型典型应用实例与原理往复摆动1)连杆机构 曲柄摇杆机构 摇杆滑块机构 摆动导杆机构 曲柄摇块机构2)凸轮机构3)齿轮齿条机构破碎机车门启闭机构具有急回性质，牛头刨床液压

17、摆缸，用于自卸装置间歇运动1)棘轮机构2)槽轮机构3)凸轮机构4)不完全齿轮机构机床进给、转位或分度、单向离合器、超越离合器车床刀架的转位、自动包装机的转位、电影放映机、分度装置、间歇回转工作台 根据机器的使用要求根据机器的使用要求(实现工艺动作所需的运动要求实现工艺动作所需的运动要求)，将，将各种常用的各种常用的基本机构基本机构进行适当的进行适当的组合组合，从而形成结构简单、设，从而形成结构简单、设计制造方便、性能优良的机械系统。计制造方便、性能优良的机械系统。机构的组合方式机构的组合方式 组合机构是用一种或一种以上的机构来约束或影响另一单自由度或多自由度机构的封闭式机构，或者是几种基本机构

18、互相协调配合组成的机构系统。组合机构多用来实现一些特殊的运动轨迹或获得特殊的运动规律。 组合机构可以是同类基本机构的组合，也可以是不同类型基本机构的组合。通常，由不同类型的基本机构所组成的组合机构用得最多，因为它更有利于充分发挥各基本机构的特长和克服各基本机构固有的局限性。 机构的主要组合方式：串联式、并联式、复合式、反馈式、叠联式。工工件件自自动动装装卸卸机机系系统统执行机构型式设计准则传动链应尽可能短传动链应尽可能短机械效率应尽可能高机械效率应尽可能高传动比的分配应尽可能合理传动比的分配应尽可能合理传动机构的顺序安排应尽可能恰当传动机构的顺序安排应尽可能恰当机械的安全运转必须保证机械的安全

19、运转必须保证4.4.执行系统的协调设计执行系统的协调设计 对于由多个执行构件及执行机构组合而成的复杂机械，必须使这些执行构件的运动以一定的次序协调配合，以完成预期的工作要求。 对包装机械来说，特别指循环图设计。5.5.机构的尺度设计机构的尺度设计 对所选择的各个执行机构进行运动和动力设计，确定各执行机构的运动学尺寸，如转动副间的相对位置尺寸、移动副的导路位置、高副运动副元素的几何形状及尺寸等等。 6.6.运动和动力分析运动和动力分析 对整个系统进行运动分析和动力分析，检验是否满足运动和动力性能方面的要求。7.7.方案评价与决策方案评价与决策 实现同一种功能要求，可以采用不同的工作原理；实现同一

20、种工作原理，可以选择不同的运动规律；实现同一种运动规律，可以采用不同型式的机构。 因此，为了实现同一种预期的功能要求，可以有多种不同的方案。机械执行系统方案设计就是合理利用设计者的专业知识和分析能力，创造性地构思出各种可能的方案，并从中选出最佳方案。 方案评价包括定性评价和定量评价。科学的评价和决策 从技术、经济、安全可靠三方面进行评价，其中技术方面的因素即功能和技术性能的指标占较大比例。2.2.2 包装机械的循环图设计1. 循环图的概念循环图的概念（1 1）工作循环时间）工作循环时间 在包装机械中，顺序给出相邻两产品之间的时间间隔TP。（2 2）运动循环时间）运动循环时间 执行机构周期性回到

21、初始位置之间的时间间隔。（3 3）循环图）循环图 描述各个执行构件在整个运动循环内的运动规律及其工作顺序的图表。 则有：TP=Tk+Td+To 其中：TP工作循环时间； Tk基本工艺时间； Td空行程时间； To等待停歇时间。2.执行机构运动循环图的表示方法执行机构运动循环图的表示方法（1 1）直线式循环图）直线式循环图将运动循环的各区段时间（或分配轴转角）及顺序按比例绘制在直线坐标上。TkT0TdTs（2 2）圆形循环图）圆形循环图 将运动循环的各区段时间（或分配轴转角）及顺序按比例绘制在圆形坐标上。TkT0TdTs（3 3）直角坐标循环图）直角坐标循环图 以横坐标表示运动循环内各区段时间（

22、或分配轴转角），以纵坐标表示执行机构的运动特征（比如：位移、速度、加速度等）。TkT0TdTsSTSO3典型机构循环图的画法典型机构循环图的画法（1）平移机构 平移到达后立即返回、持续一段时间或递进平移后返回。TTkT0TdSTSO到达后立即返回TkT0TdTsSSO持续一段时后返回Tk1T0TdTk2STS2S1递进平移后返回（2）旋转机构TpT（3）脉冲动作机构TpT（4）瞬时动作机构TpT215o切纸4.包装机械循环图的表示方法包装机械循环图的表示方法 包装机械循环图就是将各执行机构循环图按同一时间（或分配轴转角）的刻度绘制在一起的总图。 即以某一主要机构的工作起点为基准，表示出各执行机

23、构相对于该主要执行机构的运动循环的先后顺序。例:封罐机的执行系统协调设计 工序盘卷封机头下托盘压盖杆分配轴转角0 90o 180o 270o 360o自动封罐机工作循环图125O125O121O145O184O184O323O315O184O323O347O5.执行机构运动循环图的设计与计算执行机构运动循环图的设计与计算 执行机构运动循环图是包装机械循环图的组成部分，是在拟订工艺原理图的基础上进行设计和计算的。 下面结合一具体实例，通过实际设计计算，了解循环图的设计步骤。 例例1：设计打印机打印头的：设计打印机打印头的循环图，已知打印机构生循环图，已知打印机构生产纲领为产纲领为4800件件班。

24、班。（1）确定打印头的运动循环时间TP 由打印机构生产纲领为4800件班，得生产率Q=4800（860）=10件min； 设凸轮每转一转完成一个产品的打印，则凸轮轴转速n=10rmin； 则打印机构工作循环时间TP=6010=6秒。（2）确定运动循环的组成区段 根据工艺要求，打印头的运动循环由以下区段组成：TP=Tk+Ts+Td+To 其中：Tk打印头向下接近产品的时间； Ts打印头打印产品的停留时间； Td打印头向上返回时间； To打印头初始位置停留时间。（3）确定运动循环内各区段的时间（或分配轴转角） 根据工艺要求，打印头应在产品上停留时间Ts=2秒，相应分配轴转角s=360o26=120

25、o 则其余区段时间（或分配轴转角）：Tk+Td+To=4秒，k+d+o=240o 取Tk=2秒，Td=1秒，则To=1秒；相应k=120o，d =60o，则o=60o（4）绘制执行机构的运动循环图TkT0TdTsSTSO6.包装机械循环图的设计与计算包装机械循环图的设计与计算在确定执行机构工艺原理及执行机构运动循环之后，应设计整机的循环图，即建立各执行机构运动循环间的正确关系，使各执行机构运动同步化。同步化设计包括以下两种不同情况：同步化设计包括以下两种不同情况：当各执行机构只有时间上的顺序关系时，需作时间同步化设计。当各执行机构既有时间上的顺序关系，又有空间上的干涉关系时，需作空间同步化设计

26、。 下面仍已打印机为例，但增加一推送机构。既先由推送机构将产品送至打印位置，然后打印头下压，完成打印动作。 例例2：设计打印机的循环图，并作时间同步化设计。已知：设计打印机的循环图，并作时间同步化设计。已知打印机构生产纲领为打印机构生产纲领为4800件件班。班。1.绘制各执行机构的运动循环图（1）确定各执行机构的运动循环时间TP1、TP2 由打印机构生产纲领为4800件班，得生产率Q=4800（860）=10件min； 设凸轮每转一转完成一个产品的打印，则凸轮轴转速n=10rmin； 则推送机构、打印机构工作循环时间TP1=TP2=6010=6秒。（2）确定各执行机构运动循环的组成区段 推送机

27、构：推送机构：TP1=Tk1+Td1+To1 其中：Tk1推送时间； Td1返回时间； To1初始位置停留时间。 打印机构：打印机构：TP2=Tk2+Ts2+Td2+To2 其中：Tk2打印头向下接近产品的时间； Ts2打印头打印产品的停留时间； Td2打印头向上返回时间； To2打印头初始位置停留时间。（3）确定各执行机构运动循环内各区段的时间（或分配轴转角） 推送机构：推送机构：取Tk1=1.5秒；Td1=1.5秒；To1=3秒。相应有k1=90o，d1=90o，则o1=180o 打印机构：打印机构：取Ts2=2秒；Tk2=2秒；Td2=1秒；To2=1秒。相应有s2=120o；k2=12

28、0o，d2=60o，则o2=60o。（4）绘制各执行机构的运动循环图TkT0TdSTSOA1推送机构TkT0TdTsSTSOA2打印机构2.各执行机构运动循环图的时间同步化设计（1）确定打印机最长工作循环时间TPmax TPmax=TP1+TP2=12秒（2）确定打印机最短工作循环时间TPmin 使两机构循环图上A1、A2点重合。设T=0.5秒，则TPmin=TP2+T=6.5秒。（3）同步化之后的工作循环时间TP 为保证机器可靠工作，A1应较A2有超前量t，具体数值可通过实验确定。 设t=0.2秒，则TP=TPmin-t=TP2+T-t=6.3秒。TkT0TdTsSTSOA2A13.绘制打印

29、机的工作循环图推送机构打印机构T p0小 结 1.循环图就是描述各个执行构件在整个运动循环内的运动规律及其工作顺序的图表。 2.执行机构运动循环图有直线式、圆形和直角坐标式三种表示方法。 3.包装机械循环图就是将各执行机构循环图按同一时间（或分配轴转角）的刻度绘制在一起的总图。 4.执行机构运动循环图的设计分确定循环时间、区段、各区段时间和绘制循环图四个步骤。 5.包装机械的循环图还需要进行时间和空间的同步化设计。 作 业 设计电阻自动压帽机中夹紧机构和压帽机构的循环图，并作时间同步化设计。 已知电阻自动压帽机的生产纲领为14400件/班。2.3 传动系统方案设计 传动系统位于原动机和执行系统

30、之间，主要将原动机的运动和动力传递给执行系统。 传动系统方案设计是机械系统方案设计的重要组成部分。当完成了执行系统的方案设计和原动机的预选型后，即可根据执行机构所需要的运动和动力条件及原动机的类型和性能参数，进行传动系统的方案设计。2.3.1 传动系统的作用2.3.2 传动系统的类型1.1.传动的类型及其特点传动的类型及其特点（1 1）机械传动）机械传动 利用机构所实现的传动称为机械传动。 优点：优点：工作稳定、可靠，对环境的干扰不敏感。 缺点：缺点：响应速度较慢、控制欠灵活。（2 2）液压、液力传动）液压、液力传动 利用液压泵、阀、执行器等液压元器件实现的传动称为液压传动；利用叶轮通过液体的

31、动能变化来传递能量的传动称为液力传动。 优点：优点：速度、扭矩和功率均可连续调节；调速范围大，能迅速换向和变速；传递功率大；结构简单，易实现系列化、标准化，使用寿命长；易实现远距离控制、动作快速；能实现过载保护。 缺点：缺点：传动效率低，不如机械传动精确；制造、安装精度要求高；对油液质量和密封性要求高。（3 3）气压传动）气压传动 以压缩空气为工作介质的传动称为气压传动。 优点：优点：易快速实现往复移动、摆动和高速转动，调速方便；气压元件结构简单、适合标准化、系列化，易制造、易操纵、响应速度快、可直接用气压信号实现系统控制，完成复杂动作；管路压力损失小，适于远距离输送；与液压传动相比，经济且不

32、易污染环境，安全、能适应恶劣的工作环境。 缺点：缺点：传动效率低；因压力不能太高，故不能传递大功率，因空气的可压缩性，故载荷变化时，传递运动不太平稳，排气噪音大。（4 4）电气传动）电气传动 利用电动机和电气装置实现的传动称为电气传动。 特点：特点：传动效率高、控制灵活、易于实现自动化。2.2.选择传动类型的原则选择传动类型的原则 执行系统的工况和工作要求与原动机的机械特性相匹配。 考虑工作要求传递的功率和运转速度。 在满足功能要求的前提下，优先选用效率高的传动类型。 在满足传动比、功率等技术指标的条件下，尽可能选用单级传动，以缩短传动链，提高传动效率。 根据原动机输出轴与执行系统输入轴的相对

33、位置和距离来考虑系统结构布置，并选择传动类型。 首先考虑选择寿命长的传动类型，其次考虑费用问题。 要根据现场条件，包括场地大小、能源条件、工作环境，来选择传动类型。2.3.3 传动系统的设计过程 1.确定传动系统的总传动比。 2.选择传动类型。即根据设计任务书中所规定的功能要求，执行系统对动力、传动比或速度变化的要求以及原动机的工作特性，选择合适的传动装置类型。 3.拟定传动链的布置方案。即根据空间位置、运动和动力传递路线及所选传动装置的传动特点和适用条件，合理拟定传动路线，安排各传动机构的先后顺序，以完成从原动机到各执行机构之间的传动系统的总体布置方案。 4.分配传动比。即根据传动系统的组成

34、方案，将总传动比合理分配至各级传动机构。 5.确定各级传动机构的基本参数和主要几何尺寸，计算传动系统的各项运动学和动力学参数，为各级传动机构的结构设计、强度计算和传动系统方案评价提供依据和指标。 6.绘制传动系统运动简图。2.4 原动机的选择2.4.1 2.4.1 原动机的类型和特点原动机的类型和特点（1 1）动力电动机）动力电动机电动机的类型很多，根据使用电源的不同，又分为交流电动机和直流电动机两大类。优点：优点：驱动效率高、有良好的调速性能、可远距离控制，启动、制动、反向调速都易控制，与传动系统或工作机械联接方便，作为一般传动，电动机的功率范围很广。缺点：缺点：必须有电源，不适于野外使用。

35、（2 2）控制电动机（伺服电动机）控制电动机（伺服电动机） 伺服电动机是指能精密控制系统位置和角度的一类电动机。 特点：特点：体积小、重量轻；具有宽广而平滑的调速范围和快速响应能力，其理想的机械特性和调节特性均为直线。 应用：应用：伺服电机广泛应用于工业控制、军事、航空航天等领域，如数控机床、工业机器人、火炮随动系统中。（3 3）内燃机）内燃机 分类：分类：按燃料种类分：柴油机、汽油机和煤油机 按工作循环中的冲程数分:四冲程和二冲程内燃机 按汽缸数目分:单缸和多缸内燃机 按主要机构的运动形式分:往复活塞式和旋转活塞式 优点：优点：功率范围宽、操作简便、启动迅速；适用于工作环境无电源的场合，多用

36、于工程机械、农业机械、船舶、车辆等。 缺点：缺点：对燃油的要求高，排气污染环境、噪音大、结构复杂。（4 4）液压马达）液压马达 液压马达又称为油马达，它是把液压能转变为机械能的动力装置。 优点：优点：可获得很大的动力或转矩，可通过改变油量来调节执行机构速度，易进行无级调速，能快速响应，操作控制简单，易实现复杂工艺过程的动作要求。 缺点：缺点：要求有高压油的供给系统，液压系统的制造装配要求高，否则易影响效率和运动精度。（5 5）气动马达）气动马达 气动马达是以压缩空气为动力，将气压能转变为机械能的动力装置。常用的有叶片式和活塞式。 优点：优点：工作介质为空气，故容易获取且成本低廉；易远距离输送，

37、排入大气也无污染；能适应恶劣环境；动作迅速、反应快。 缺点：缺点：工作稳定性差、噪音大，输出转矩不大，只适用于小型轻载的工作机械。2.4.2 原动机的选择（1 1）原动机选择的原则）原动机选择的原则 考虑工作机械的负载特性、工作制度、启动和制动的频繁程度。 考虑原动机本身的机械特性能否与工作机械的负载特性(包括功率、转矩、转速等)相匹配，能否与工作机械的调速范围、工作的平稳性等相适应。 考虑机械系统整体结构布置的需要。 考虑经济性，包括原动机的原始购置费用、运行费用和维修费用等。（2 2）原动机类型的选择）原动机类型的选择 若工作机械要求有较高的驱动效率和较高的运动精度，应选用电动机。 在相同

38、功率下，要求外形尺寸尽可能小、重量尽可能轻时，宜选用液压马达。 要求易控制、响应快、灵敏度高时，宜采用液压马达或气动马达。 要求在易燃、易爆、多尘、振动大等恶劣环境中工作时，宜采用气动马达。 要求对工作环境不造成污染，宜选用电动机或气动马达。 要求启动迅速、便于移动或在野外作业场地工作时，宜选用内燃机。 要求负载转矩大，转速低的工作机械或要求简化传动系统的减速装置，需要原动机与执行机构直接联接时，宜选用低速液压马达。（3 3）原动机转速的选择）原动机转速的选择 原动机的额定转速一般是直接根据工作机械的要求而选择的。但需考虑： 原动机本身的综合因素。例如，对于电动机来说，在额定功率相同的情况下，

39、额定转速越高的电动机尺寸越小，重量和价格也低，即高速电动机反而经济。 传动系统的结构。若原动机的转速选得过高，势必增加传动系统的传动比，从而导致传动系统的结构复杂。（4 4）原动机容量的选择）原动机容量的选择 原动机的容量主要指功率。它是由负载所需的功率、转矩及工作制来决定的。 负载的工作情况大致可分为连续恒负载；连续周期性变化负载；短时工作制负载和断续周期性工作制负载等。 电动机的功率是设计传动件的结构和尺寸的依据，常用的选择方法有类比法、计算法和实测法。类比法类比法 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。计算法计算法 包装机的动力机输出功率可用等值功率法

40、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i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。midiiNkN11di实测法实测法 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。2.5 控制系统方案设计 包装机械控制系统的作用是保证工作机的所有机构能严格按照预定的顺序，协调地、有节奏地实现动作的运

41、动和停止，使工作循环周而复始地进行。 控制系统对生产率和工作可靠性影响很大，因此，要求控制准确、灵敏、可靠、耐用、调整方便。 2.5.1 控制技术的种类 包装的机械化和自动化，早期主要是依靠凸轮、靠模和自动停车等方法实现。随着科学技术的发展，许多新的控制技术，已被广泛应用于实现包装过程的自动控制。 目前常用的控制技术可归纳为四大类。 1机械控制 机械控制主要是由分配轴、凸轮、从动杆及一些调整环节构成。 分配轴上的凸轮根据各执行机构的运动要求，设计成相应的轮廓形状，并按工作循环图的规定，在分配轴上严格保持相互间的相位角，从而使工作机上的各执行机构能严格按照预定的程序和时间运动。当被包装物变更时，

42、应按照新的工作循环图调整凸轮间的相互位置，有时还需要换上新凸轮。 这种控制方式结构复杂，调整麻烦，但可靠易行，应用较广。 2流体控制 流体控制是利用流体的各种控制元件及装置，组成控制回路，进行自动控制。分为液压控制和气动控制。(1)液压控制 液压传动与控制是以液压油作为工作介质，进行能量传递和控制的一种形式。 液压装置工作平稳，质量轻，惯性小，反应快，易于实现快速启动、制动和频繁的换向，能在大范围内实现无级调速，并能在运行的过程进行调速。 液压系统的缺点是工作过程有较大的能量损失(摩擦损失、泄漏损失等)，对有温的变化比较敏感，因此不宜在很高或很低的温度条件下工作。(2)气动控制 气动控制技术是

43、将压缩空气作为传递动力或信号的工作介质，气动元件按生产工艺要求的工作状况，自动按设定的顺序或条件动作的一种自动化技术。 与液压控制相比，气动控制动作迅速，使用的元件和工作介质成本低，便于现有设备的自动化改装，能在恶劣的条件下正常工作；缺点是运动的平稳性较差，有噪声，控制元件体积较大。3电气控制 电气控制由电动机、各种低压电器(如接触器、继电器、电磁阀、行程开关等)和保护电器(如熔断丝、热继电器等)通过导线连接而成。 当各执行机构工作时，利用行程、压力或时间的变化，通过电器元件触头接通或断开电动机、电磁铁或电磁阀的电路，改变各机构的运动状态。 有触点的电器控制反应慢，长时间工作后，触点会烧焦，使

44、工作不可靠；但它的构造简单，造价低，使用方便。 4计算机控制 计算机的微型化、高速、大内存、高性能，促进了工业自动化，导致了包装机电一体化变革，机电一体化技术已从早期的机械电子化变为机械微电子化和机械计算机化。 在控制过程中，微型计算机收集和分析处理信息，发出各种指令去指挥和控制系统运行，并提供多种人机接口，以便观测结果、监测运行状态和实现对系统的控制和调整。2.5.2 控制系统的组成 控制系统通常由发令器、转换器、执行器等三个环节组成。1发令器 发令器的作用是按预定要求发送控制的原始指令。 按发出指令的能量形式不同，发令器有电电、光电光电、机械机械、气动气动和液压液压等方式。 例如按钮按钮、

45、挡铁挡铁、行程开关行程开关、行程阀行程阀、工作机分配轴上的凸轮凸轮靠模、各种自动度量仪自动度量仪、压力继动器压力继动器、速度继动器速度继动器以及时序信号发生器时序信号发生器等。2转换器 是将发令器所发出的指令传送到执行器。可以是简单地传递指令，但更多的是在传递过程中改变指令的量和质。 量的转换包括将指令的能量放大和缩小；将指令传到执行器的时间滞后于发令时间等。 质的转换则包括将传到执行器指令的能量形式改变等，例如将电的原始指令转换成液压或气动的指令，或者相反，然后再传给执行器。 常用的转换器有各种机械传动机构机械传动机构、电子放大器电子放大器、液压放大器液压放大器、中间继电器中间继电器、液压气

46、动中继器液压气动中继器等。 它们通常是机械、液压、气动、电和光电等各种元件的组合。3执行器 执行器是最终完成控制作用的环节，它直接控制工作机的运行部件按工序要求进行动作(如移动、转动、电动机正反转等)，以完成包装任务。 按能源形式的不同，执行器有机械机械、电子机械电子机械、液液压压-机械机械或气动气动等多种方式。 例如拨义拨义、插销插销、接触器接触器、电磁铁电磁铁、电磁离合器电磁离合器、电动机电动机、主控阀主控阀等。2.5.3 控制系统的设计步骤1原理图设计 (1) 根据要求拟定设计任务。 (2) 根据拖动要求设计主电路。在绘制主电路时，可考虑以下几个方面： 每台电动机的控制方式，应根据其容量

47、及拖动负载性质考虑其启动要求，选择适当的启动线路。对于容量小(7.5kw以下)、启动负载不大的电动机，可采用直接启动；对于大容量电动机应采用降压启动。 根据运动要求决定转向控制。 根据每台电动机的工作制，决定是否需要设置过载保护或过电流控制措施。 根据拖动负载及工艺要求决定停车时是否需要制动控制，并决定采用何种控制方式。 设置短路保护及其他必要的电气保护。 考虑其他特殊要求：调速要求、主电路参数测量、信号检测等。 (3) 根据主电路的控制要求设计控制回路，其设计方法是： 正确选择控制电路电压种类及大小。 根据每台电动机的启动、运行、调速、制动及保护要求，依次绘制各控制环节(基本单元控制线路)。

48、 设置必要的联锁(包括同一台电动机各动作之间以及各台电动机之间的动作联锁)。 设置短路保护以及设计任务书中要求的位置保护(如极限位、越位、相对位置保护)、电压保护、电流保护和各种物理量保护(温度、压力、流量等)。 根据拖动要求，设计特殊要求控制环节，如自动抬刀、变速与自动循环、工艺参数测量等控制。 按需要设置应急操作。 (4) 根据照明、指示、报警等要求设计辅助电路。 (5) 总体检查、修改、补充及完善。主要内容包括： 校核各种动作控制是否满足要求，是否有矛盾或遗漏。 检查接触器、继电器、主令电器的触点使用是否合理，是否超过电器元件允许的数量。 检查联锁要求能否实现。 检查各种保护能否实现。

49、检查发生误操作所引起的后果与防范措施。 (6) 进行必要的参数计算。 (7) 正确、合理地选择各电器元件，按规定格式编制元件目录表。 (8) 根据完善后的设计草图，按GB/T 6988电气制图标准绘制电气原理线路图，并按GB/T 5094-1985电气技术中的项目代号要求标注器件的项目代号，按GB 4884-1985绝缘导线的标记的要求对线路进行统一编号。2工艺设计 (1) 根据电气设备的总体配置及电器元件的分布状况和操作要求划分电器组件，绘制电气控制系统的总装配图和接线图。 (2) 根据电器元件的型号、外形尺寸、安装尺寸绘制每一组件的元件布置图(如电器安装板、控制面板、电源、放大器等)。 (3) 根据元件布置图及电气原理编号绘制组件接线图，统计组件进出线的数量、编号以及各组件之间的连接方式。 (4) 绘制并修改工艺设计草图后，便可按机械、电气制图要求绘制工程图。最后按设计过程和设计结果编写设计说明书及使用说明书。