旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機設(shè)計含4張CAD圖
旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機設(shè)計含4張CAD圖,旋轉(zhuǎn),工作,臺式,真空,裝機,設(shè)計,cad
MEMS真空包裝技術(shù)及應(yīng)用
Jin Yufeng, Zhang Jiaxun
北京大學(xué)深圳研究生院，深圳，518055，中國
中國的微/納米加工技術(shù)國家重點實驗室
Tel: 86-10-62752536, Fax: 86-10-62751789, jinyf@ime.pku.edu.cn
摘 要
許多MEMS（微電子機械系統(tǒng)）裝置必須要滿足真空包裝的要求。在真空包裝中，滲漏和氣體滲透，這兩個將影響元件的正常功能，這是一個主要的問題。密封技術(shù)是一個最重要的、可靠的真空包裝技術(shù)。在本文中，一些真空包裝的密封技術(shù)將被提及??，其中包括共晶鍵合，粘合連接，玻璃熔塊粘接，硅玻璃靜電鍵合。此外，筆者還將介紹兩種方法來處理由于電密封裝置引起表面密封不完善的情況，電密封裝置是鏈接到MEMS傳感器的小型腔內(nèi)外部。此外，吸氣劑也將被討論到，為了設(shè)備內(nèi)部的空腔保持真空環(huán)境，它是必不可少的，因為真空密封后，可能會釋放氣體。
1．用于MEMS真空包裝的材料[1]
在MEMS應(yīng)用包裝選擇材料時，應(yīng)該考慮真空包裝的氣體滲透的情況。同樣的數(shù)量滲透氣體,氣體滲透壓力引起的惡化情況，MEMS明顯高于常規(guī)結(jié)構(gòu),這主要是由于MEMS體積較小的原因。此外，更薄的結(jié)構(gòu)通常也用于MEMS真空包裝。這將導(dǎo)致MEMS器件會有更嚴重的滲透問題。例如，當(dāng)減少墻壁或隔膜的厚度從1mm至10um時，滲透的氣體將是百倍以上。
在氣體滲透的情況下，我們應(yīng)該選擇低滲透率的包裝材料。圖1是來比較水分子的滲透率或者水分子通過多種現(xiàn)代電子制造和包裝的材料。其滲透率，范圍為從
圖1.通過非密封和密封的滲透物料
具有較低的滲透率,例如玻璃，陶瓷，硅氮化物，金屬，和一些純粹的晶體是密封包裝的首選材料。那些具有較高的滲透速率，則是作為非封閉的材料。在我們的工作中，玻璃，陶瓷，膠粘劑等低滲透率的材料被選為包裝結(jié)構(gòu)/材料。
2.密封MEMS結(jié)構(gòu)
對于許多微系統(tǒng)，密封包裝起著重要的作用。在有害環(huán)境下，密封保護顯著提高了它們的可靠性以及壽命。除了靜電鍵合，其他連接技術(shù)也已用于密封包裝，其中包括硅-金共晶鍵合，玻璃熔塊粘接，熔融鍵合，以及使用蒸發(fā)玻璃的粘接。這項研究工作的發(fā)展進程同樣包括靜電鍵合（或靜電硅玻璃鍵合），共晶鍵合，玻璃熔塊粘接。
2.1焊接接合，共晶鍵合
焊料粘接密封晶圓是基于焊料加入兩個晶圓使之一起。其中，共晶鍵合被廣泛應(yīng)用于MEMS封裝，它采用共晶合金的優(yōu)勢，以實現(xiàn)兩個基板在一個較低的溫度下實施。一個合適的焊錫之間的粘接面積的材料，可以形成一套基板封裝和設(shè)備。提高溫度，直到焊料流動，并創(chuàng)建一個靜電來封住兩個基板。在微電子領(lǐng)域，最明顯的使用材料是那些使用標準的焊料，但是許多此類焊料材料含有雜質(zhì)。這些在回流焊的過程中會造成重大出氣。用這樣真空包裝的焊料，將成為一個重要的問題時。最近的發(fā)展研究表面，在新的無焊劑焊接材料可以克服這樣的問題 [2]。相比標準焊料，它也有可能使用不同的共晶焊料形式的合金材料的。其中最常見的材料套，是黃金和硅晶。
硅-金晶體是相當(dāng)具有吸引力的，因為它是在溫度為363°C形成一個部分硅和四個部分黃金。這種材料是常用的MEMS制造。形成共晶時，通過放氣問題來解決，而且形成的混合物提高溫度和起始原料是純的。在此外，溫度足夠低，是對于大多數(shù)應(yīng)用的。
一方面，雖然硅-金共晶鍵合的共晶點是363°C，但是鍵合溫度必須要高。較高的溫度可以促進擴散黃金和相互轉(zhuǎn)化的硅，增加擴散層的厚度，此處的化學(xué)成分可以與共晶靜電需要的所匹配。因此，較高的溫度和較長的粘接時間，對于良好的粘接是非常有益的。另一方面，如果粘接溫度過高，可能會導(dǎo)致黃金分子嚴重擴散到硅，這將降低硅器件的功能。圖2顯示密封晶圓的SAM照片，共晶合金在靜電感應(yīng)硅片和硅晶圓接合溫度為400 - 450℃。 SAM的分析期間過程中，靜電晶圓浸泡在去水離子中。觀察發(fā)現(xiàn)無氣泡，并沒有水被吸入并進入腔內(nèi)。這表明腔的密封良好。拉力試驗也結(jié)果表明，靜電強度超過5兆帕。
圖2.密封晶圓的SAM照片
2.2粘接
粘接的優(yōu)點是其低溫度的過程以及可以加入不同的材料[3]。這種粘合技術(shù)是利用一個中間體加入兩個不同屬性的基板材料作為粘接層。粘合材料可以是環(huán)氧樹脂或聚合物。環(huán)氧樹脂有時候是用來填充氣體MEMS器件。例如，環(huán)氧樹脂用于微光學(xué)切換為光學(xué)元件組合在一起。 然而，在光路的環(huán)氧樹脂是不可取的，因為它的年齡，漂移或打擊在激光功率水平可能滿高。這會導(dǎo)致包裝的問題，因為包裝有保護設(shè)備的同時還提供訪問環(huán)境，并與該設(shè)備的聯(lián)系。因此，很多努力已經(jīng)用來開發(fā)保護/封裝MEMS的媒介。
光纖
玻璃蓋璃蓋
陶瓷板 2
陶瓷板 1
基板
膠粘劑
圖三是粘接的應(yīng)用實例微型光學(xué)開關(guān)。粘接的進程啟動應(yīng)用靜電層，其次是聯(lián)系晶圓和熱固化成型靜電，或紫外線（UV）
圖3. 微型光開關(guān)的粘合劑包裝
膠粘劑被廣泛應(yīng)用于MOEMS的包裝，例如縫的填充和密封的精密結(jié)構(gòu)，加入的陶瓷框架、玻璃蓋和PCB基板形成一個密封封裝。
然而由于水分滲透導(dǎo)致濕度不敏感，這很難得到統(tǒng)一的密封粘接與真空級。我們可以選擇低滲透率的粘合劑或防滲透材料，比如用 層來解決這樣的問題。
2.3玻璃熔塊粘接
玻璃熔塊粘接的優(yōu)點是能夠產(chǎn)生良好的氣密性密封。玻璃熔塊的粘接工藝是使兩者之間的玻璃層溫度低于400°C，通過靜電鍵合來相結(jié)合各種材料，例如硅，陶瓷和金屬，除了玻璃外的硅片它可能是靜電鍵合晶片。此外，它可以用于陶瓷層之間的密封粘接。圖4其應(yīng)用的一個例子。
硅膠蓋 玻璃熔塊 基板
圖4. 玻璃粉粘接包裝原理
這個過程可以描述如下。第一次合適的熔塊通過絲網(wǎng)印刷基板，粘貼到MEMS芯片上。這個過程之后，熔塊必須徹底保持干燥。這個可以用烘箱烘干來實現(xiàn)。然后提高溫度至約400℃，熔塊軟化點，在溫度降低前，到5保持10分鐘。密封周期取決于密封界面的幾何形狀和大小。最重要的加熱過程中的參數(shù)是起點實驗，熱溫度，保溫封溫度，每一步的加熱速度，所應(yīng)遵循的熔塊給定的規(guī)范。在腔內(nèi)隨時保持靜電環(huán)境是必要的。
2.4靜電鍵合
靜電鍵合，可用于靜電兩種材料，例如玻璃和硅，硅和硅，陶瓷和金屬，近年來，靜電鍵合已廣泛應(yīng)用于MEMS真空包裝。它是對于密封硅片玻璃硅片或石英基片一個可靠的，并且有效的過程。靜電鍵合通常是恒定的溫度和電壓下進行。 陰極接觸玻璃基板，而靜電連接到硅片。通過加熱，在200?500°C和200?1500伏直流電壓晶圓堆疊，玻璃的正離子，鈉離子這從分離，移動到陰極，離開非橋氧離子（氧離子靜電只有一個硅原子）后面。因此，一種帶負電荷的耗盡層相鄰的形成靜電。這種負一層和靜電作用力靜電周圍產(chǎn)生的正電荷，使雙方密切與對方聯(lián)系。這股力量，使得相關(guān)玻璃的軟化，密封表面之間的靜電是不完善的。
低溫靜電鍵合密封被開發(fā)。接口的完整性下觀察掃描電子顯微鏡（SEM）。圖5顯示了一個典型保稅硅和玻璃的橫截面。它證明了硅和玻璃被密集粘合在一起。
圖5. 一個典型的保稅硅和玻璃的橫截面
元素Si，O分布的測量和Na在Si和玻璃之間的接口也表明硅含量降低，而在硅片玻璃基板側(cè)的一面O含量增加。被發(fā)現(xiàn)的Na無明顯變化元素。原因是，我們在結(jié)合的過程中使用低溫度。雖然鈉離子可能遷移到陰極，但是遷移水平比高溫低得多。
2.5不完善表面密封粘接
電氣貫穿件，它鏈接到外部全密封結(jié)構(gòu)，使基材表面不完善的。因此，電氣密封包裝密封裝置是要考慮許多微系統(tǒng)[5,6]。一般的電氣貫穿件需要連接微型傳感器或執(zhí)行元件外界的密封結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。例如，電力需要提供的密封區(qū)和電氣傳感信號需要提取密封包裝。
金屬導(dǎo)體的橫向電氣貫穿件常用于很長一段時間。在標準制造半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的過程中，如電子電鍍，氣相沉積，磁控濺射，使橫向的電氣穿透技術(shù)非常方便。然而，厚重的金屬硅片或玻璃基板界面上的涂料由于空氣泄漏或粘接剝離接口，會導(dǎo)致在靜電硅和玻璃之間的粘接失敗。
有兩種方法來實現(xiàn)密封，通過厚的金屬或者表面上的饋通靜電鍵合硅玻璃 [7]。它們的圖案嵌入式電極，垂直通過電極法與MEMS器件的互連。
由CMP MEMS結(jié)構(gòu)準備接口拋光
靜電鍵合
金屬電極制造
SiO2成形
刻蝕淺溝
圖6. 一個流程嵌入式電極法
嵌入式電極法的制造過程如圖 6。玻璃和硅片可在這一進程中獲得。首先在晶體表面上蝕刻圖案的淺溝。第二個硅片，額外薄膜的沉積，以形成一個保溫層。在此之后，金屬沉積形成的圖案晶圓溝槽內(nèi)嵌入厚的電極。進行化工機械拋光（CMP）工藝，開展
形成一個光滑和水平的粘接面。最后，硅和玻璃晶圓粘合在一起靜電粘接。
試驗結(jié)果表明，CMP后玻璃晶圓的粗糙度是13納米，對于硅玻璃靜電連接密封是足夠的。嵌入式玻璃基板上的電極硅片已經(jīng)成功地制作。電極可從20微米至80微米的制造，厚度從0.5微米到1.9微米。使用MEMS壓力傳感器的氣密性進行調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，平整、打磨的嵌入式電極的玻璃基板與硅片靜電鍵合。
另一種方法被稱為垂直通過電極方法。通過標準的微結(jié)構(gòu)制備MEMS工藝和靜電靜電。在蝕刻孔后，通過孔后形成垂直電極金屬薄膜的沉積和圖案。然后，金屬通過應(yīng)用過程中形成三維電互連。在同時，它也填充到孔的金屬材料作為密封過程。最后工序，如填充聚合物絕緣（PI），沉積UBM和晶圓凸塊，進行三維（3-D）由通孔形成互連。圖7顯示了通過對硅片的電動顯微鏡。
頂部電極electrode
頂部電極
垂直互連
圖7. 通過對硅片的電鏡照片
3. MEMS封裝的真空維護
密封后，小規(guī)模的內(nèi)壁腔可能釋放氣體，從而影響真空維護。隨著吸附能力的優(yōu)勢，用商業(yè)非蒸散型吸氣劑（NEG）已被勇于真空電子包裝維修。它被準備成條狀或片狀并涂料吸氣材料，通過機械切割或激光束削成理想的形狀和大小。然后NEG被緊固在設(shè)備的結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面上。然而，這是難以適用NEG保持較高的真空環(huán)境中微觀尺度腔，以配合小型化MEMS器件。處理薄膜或厚膜吸氣材料的方法是在內(nèi)表面的微結(jié)構(gòu)成為一個解決方案，以保持在微真空腔[8,9]。
關(guān)鍵的工藝步驟的原理圖8。由層面設(shè)計的前過程，使吸氣劑混合粘貼，ZR-V-Fe合金粉，石墨，MEMS芯片的制造。首先，吸氣劑被粘貼在兩面拋光過的Pyrex7740玻璃基板表面形成一個模式。然后NEG被鋪在厚膜表面上。經(jīng)過在120°C的條件下預(yù)烘半小時，含有MEMS結(jié)構(gòu)的玻璃晶圓和硅晶片用來清理消除表面的顆粒和其他污染。玻璃晶體將被與硅片靜電鍵合來形成密封。粘接工藝在壓力為1×托兒并且60分鐘的1000伏特的直流電壓下使用EV501粘合機。粘接溫度為450°C。
我們測試的吸收能力來研究吸氣劑薄膜的性能。試驗壓力對時間的變化如圖 9。在6.5Pa L/ s的吸氣的條件下測出具有良好的吸附能力為4.88×Pa L/。
晶圓粘合和吸氣劑激活
MSMS結(jié)構(gòu)制造
在玻璃基板涂上厚的吸氣劑薄膜
圖9. NEG與厚膜的MEMS包裝流
圖10.吸附能力測試：壓力變化與時間
閃動的吸氣材料因為其吸引人的特點也被用于點MEMS封裝的研究，如性能穩(wěn)定，一致的吸氣產(chǎn)量在蒸發(fā)過程中的材料和最小出氣。通過蒸發(fā)，它可以在薄膜形式的微腔的內(nèi)壁上很容易沉積。我們的研究是的吸氣劑市售下的，貿(mào)易名稱的BI5U1HFG21，含有鋇，鋁，鎳，以及其有效成分合金。除了其高效率的吸附性能，實驗結(jié)果還表明，它具有良好的附著力薄膜。涂吸氣劑薄膜的厚度晶圓是可以控制的范圍在幾個到幾百通過調(diào)整加熱器的溫度和處理時間的微米。采用物理膜之間的吸氣源和目標用來在蓋子上形成一個圖案的吸氣劑薄膜表面這也是可行的。
4．結(jié)論
硅-金共晶粘合，是形成一個允許對非平面表面的粘接軟晶，它可以做到比共晶溫度（363℃）更高，本身不會有其他方法生產(chǎn)出的毒氣問題。靜電有一個低的工藝溫度，并且它可以加入不同的材料。但其水分的滲透需要計算出來。此外玻璃塊靜電擁有能夠產(chǎn)生良好的氣密性密封的能力。對于玻璃基片粘接硅片，陽極粘合具有良好的性能。在腔內(nèi)NEG是有效保持內(nèi)部的真空環(huán)境。
外文資料翻譯
院 系
?！ I(yè)
學(xué)生姓名
班級學(xué)號
外文出處
The 5th Electronics Packaging Technology Conference (EPTC 2003), Singapore, pp.301-306
附件：1.外文資料翻譯譯文（約3000漢字）；
2.外文資料原文(與課題相關(guān)的1萬印刷符號左右)。
指導(dǎo)教師評語：
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
2
XXXX
設(shè)計（XX）任務(wù)書
機械工程 學(xué)院
XX專業(yè)
論文題目 旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機設(shè)計
學(xué)生姓名 XX 學(xué) 號 XX
起訖日期 20XX.2.20-20XX.6.8
指導(dǎo)教師姓名（簽名）
指導(dǎo)教師職稱 XX
指導(dǎo)教師工作單位 XX
院（系）領(lǐng)導(dǎo)簽名
下發(fā)任務(wù)書日期 ： 20XX年2月 20日
題 目
旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機設(shè)計
論文時間
20XX年2月20日至 20XX年6月1日
課題的主要內(nèi)容及要求(含技術(shù)要求、圖表要求等)
根據(jù)以下參數(shù)
旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機是一種新型高效包裝機，它在厚兩工儉，聯(lián)動真空包裝機的基礎(chǔ)上創(chuàng)新突破，大大提高了生產(chǎn)效率。適合于食品保鮮，包裝行業(yè)的大批量生產(chǎn)。該設(shè)備目前沒有廠家生產(chǎn)，有一定的推廣價值。
設(shè)計一種旋轉(zhuǎn)式真空包裝機，完成總裝圖及零件。編寫設(shè)計說明書；完成專業(yè)外文資料翻譯1份。
課題的實施的方法、步驟及工作量要求
設(shè)計方法：學(xué)生在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下，利用所學(xué)的課程并自學(xué)有關(guān)知識，掌握機械設(shè)計的特點、方法，借助《機械設(shè)計手冊》等技術(shù)資料，完成本機設(shè)計。
設(shè)計步驟：調(diào)研收集設(shè)計資料——根據(jù)所給定的參數(shù)制定總體設(shè)計方案——完成總裝圖及部裝圖——完成零件圖——編寫設(shè)計說明書。
工作量要求：設(shè)計圖紙工作量合計3張零號圖紙（A0-2張，A1-2張，A2-0張，A3-0張，A4-0張，電子手繪-若干）；畢業(yè)設(shè)計說明書不少于8000漢字；外文資料原文(與課題相關(guān)的1萬印刷符號左右)，外文資料翻譯譯文（約3000漢字）。
指定參考文獻
[1]成大先主編.機械設(shè)計手冊（單行本）-減（變）速器.電機與電器[M]
北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[2]濮良貴,紀名剛主編.機械設(shè)計（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2001.
[3]成大先主編.機械設(shè)計手冊（單行本）-機構(gòu)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[4]王世剛,張秀親,苗淑杰.機械設(shè)計實踐（修訂版）[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,2003.
[5]孫鳳蘭,馬喜川主編.包裝機械概論[M].北京：印刷工業(yè)出版社, 2006.
[6]成大先.機械設(shè)計手冊（第七卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
畢業(yè)設(shè)計(論文)進度計劃(以周為單位)
第 1 周（2012年 2月20日----2012年 2 月 26 日）：
下達設(shè)計任務(wù)書，明確任務(wù)，熟悉課題，收集資料，上交外文翻譯、參考文獻和開題報告。
第2周——第8周（2012年 2 月 27 日----2012年4 月 15 日）：
制定總體方案，繪制總裝圖草圖。
第 9 周——第14周（2012年4月16 日----2012年 5月 27日）：
修改并完成總裝圖及部裝圖，完成有關(guān)零件圖的設(shè)計。
第15 周（2012年 5 月28日----2012年 6 月5 日）：
編寫設(shè)計說明書
第 16 周（2012年 6月 6日----2012年6 月 8 日）：
準備答辯
備注
開題報告
題 目
旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機設(shè)計
學(xué)生姓名、學(xué)號
專業(yè)
指導(dǎo)教師姓名
職稱
1.課題背景和意義：
我國真空包裝機起步于上個世紀70年代末，形成行業(yè)僅20多年，年產(chǎn)值只有七八千萬元．產(chǎn)品品種僅有100多種。隨著產(chǎn)品研發(fā)的投入，我國真空包裝機的產(chǎn)品水平也有了新的發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)開始有了自動化，成套化，規(guī)?；内厔荩呒夹g(shù)含量．傳動復(fù)雜的設(shè)備開始出現(xiàn)。近5年來食品和真空包裝機行業(yè)每年以11％～12％的平均增長速度發(fā)展．高于同期國民經(jīng)濟增長速度，銷售總額由1994年的150億元增加到2000年的300億元。產(chǎn)品品種由1994年的270種發(fā)展到2000年的3700種?？梢哉f我國的機械生產(chǎn)已滿足了國內(nèi)的基本需求，并開始向東南亞及第三世界國家出.如我國2000年的進出13總額為27．37億美元．其中出口額為12．9億美元，比1999年提高了22．2％。在出口的機械品種中以食品(乳品、糕點，肉類、水果)加工機、烤箱，封裝，貼標簽機、紙埋鋁復(fù)合罐生產(chǎn)設(shè)備等機械出口較多，食品機械如制糖、釀酒、飲料。
近十余年來，國際包裝界十分重視提高包裝機械及整個包裝系統(tǒng)的通用能力和多功能集成能力，為市場開拓日新月異的多樣化商品提供及時靈活應(yīng)變的生產(chǎn)手段。同時基于合理簡化包裝和優(yōu)勢包裝工藝方法的實際需要，不斷探索，明顯地加快了自身技術(shù)革新的步伐。尤其是與現(xiàn)代自動機床同步發(fā)展相呼應(yīng)，逐步明確。要想建立多樣化、通用化、多功能集成化的包裝機械新體系，首先必須著重解決組合化和機電一體化的大問題，無疑這是今后的重要發(fā)展方向。
真空包裝機等設(shè)備已開始成套出口。本次畢業(yè)設(shè)計題目方向為旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機。目前市場上的真空包裝機種類型繁多。但其中旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機尚為市場空白。其研發(fā)前景和市場預(yù)期都較為樂觀。現(xiàn)有的包裝接卸很多已經(jīng)是集成機、電、光、氣一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，自動化、智能化、全電腦控制、觸摸屏操作顯示的多功能包裝機亦有成熟發(fā)展。
2.文獻綜述：
2.1調(diào)研報告：
在進一個月的調(diào)研中，通過查找相關(guān)資料信息，使自己對包裝機械的生產(chǎn)技術(shù)、市場開發(fā)以及先關(guān)服務(wù)都有了一定程度的認識。
以下是對市場上主要包裝機械的生產(chǎn)廠家所生產(chǎn)的包裝機械（真空充氣包）
（1）.DZQ400/2S雙室真空中期包專機
生產(chǎn)廠家：上海人民包裝股份有限公司
用途特點：該機適合于各類食品、果品、醬品等的真空包裝。該機采用深式工作室，雙工作室可輪番工作，每室有兩組單獨加熱帶封口裝置，并有生產(chǎn)日期壓字機構(gòu)，工作性能穩(wěn)定，可在商場、食品加工廠使用。
技術(shù)參數(shù)：包裝能力3.5次/min（800mmf封口長度，真空包裝）
工作室尺寸（長*寬*高）410mm*45mm*140mm 真空度 -0.1MPa
真空充氣包裝 3次/min（800mm封口長度） 整機質(zhì)量 300kg
電熱封口長度 400mm*2 電機功率 1.5kw
電熱 0.7kw*2 外形尺寸（長*寬*高） 1000mm*710*950mm
（2）.DZ600/2S不銹鋼真空包裝機
生產(chǎn)廠家：上海人民包裝股份有限公司
用途特點：該機采用電腦控制的新一代全不銹鋼真空包裝機。其工作室采用新工藝成型，強度高，確保該機長期使用的可靠性和穩(wěn)定性。該機采用雙室結(jié)構(gòu)，工作控制采用電腦版和觸摸式面板操作方便，維修容易。
技術(shù)參數(shù)：工作室尺寸（長*寬*高）720mm*580mm*45
封口有效尺寸（長*寬） 600mm*12mm 供電電源 380V/50Hz
真空度 -0.1MPa 工作周期 約30S/次
真空泵抽氣率 內(nèi)接泵（XD-063泵）63 外接泵（ZX-15）15L/S
功率 ：泵電機功率 1.5kw（XD-063）2.2kw(ZX-15) 封口功率 1kw
外形尺寸（長*寬*高）1500mm*730mm*880mm 整機質(zhì)量 320kg
（3）.DZ/DZ15002SB雙室真空（充氣）包裝機
生產(chǎn)廠家：上海余特包裝機械制造有限公司
用途特點：本機適合對食品行業(yè)的肉類、醬制品、果脯、糧食、豆制品、化學(xué)行業(yè)、制藥等行業(yè)的顆粒、分裝、液體等商品進行真空后充惰性氣體包裝，可以防止產(chǎn)品氧化霉變、腐敗、防潮、達到產(chǎn)品的儲存期限。本機以電腦芯片為控制核心，技術(shù)國內(nèi)領(lǐng)先。
技術(shù)參數(shù)：真空室尺寸（長*寬*高）570mm*470mm*90mm
封口有效尺寸（長*寬） 500mm*10mm 供電電源 380V/50Hz
真空室絕對值 MPa 包裝能力13次/min
泵功率 0.75kw*2 熱封功率 0.9kw
外形尺寸（長*寬*高）1300mm*770mm*960mm 整機質(zhì)量 215kg
（4）.DZD-680/2SD系列真空包裝機
生產(chǎn)廠家：南通騰通包裝機機械有限公司
該機適合于偏大包裝裝及高效要求的產(chǎn)品真空包裝，如肉類熟食、畜禽分割速凍出口產(chǎn)品、醬腌制品、水產(chǎn)品等。并能適應(yīng)潮濕、腐蝕性特強的使用環(huán)境。由專用PC進口泵（德國），進口電器元件（法國）配置，屬高配制，高穩(wěn)定性機構(gòu)，整機價格是國外同檔次機型的1/3.
技術(shù)參數(shù)：真空室尺寸（長*寬*高）680mm*700mm*110mm
包裝能力34次/min 整機質(zhì)量 580kg
外形尺寸（長*寬*高）1680mm*935mm*1080mm
（5）.ZBJ84-型自動真空包裝機
生產(chǎn)廠家：天津天利航空機電有限公司
用途特點：本機適用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)產(chǎn)品中的固體顆粒、液體等多種形態(tài)物品的真空包裝。包裝物品在無氧狀態(tài)下進行。本機可連續(xù)運轉(zhuǎn)，工作效率高。ZBJ84-BS型自動真空包裝機是再B型基礎(chǔ)上設(shè)計的一種新產(chǎn)品，忒單是再電氣方面具有兩套控制線路，真空室有雙電熱棒，適用于小袋包裝。ZBJ84-BB豪華型，是自動真空包裝機精品，箱體全部采用不銹鋼材料制造，適用于腐蝕性的工作環(huán)境。
技術(shù)參數(shù)：真空室尺寸（長*寬*高）1000mm*350mm*100（60）mm
封口有效尺寸（長*寬） 1000mm*8mm 供電電源 380V/50Hz
真空泵 30L/S 真空度 >97.325kpa
功率 7.5kw （含ZX-30泵）（B型BB型）9.5kw（含ZX-30泵）(BS型)
外形尺寸（長*寬*高）1740mm*1360mm*1100mm 整機質(zhì)量 約500kg
以上調(diào)研機型是本次設(shè)計數(shù)據(jù)源，因而得出以下結(jié)論。
2.2抽氣形式的選用：
要實現(xiàn)真空包裝，必須要對包裝袋抽氣達到真空。實現(xiàn)真空方法有：（1）機械擠壓式（2）吸管脫氣式（3）腔室方法：裝有物品的包裝袋放在腔室中，打開閥門，由真空泵進行抽氣，然后加以熱封。通常的真空包裝機都是采用的這種方式。實踐證明，腔室方法工作可靠，生產(chǎn)效率高，易于自動，故該機采用腔式真空法。
2.3真空室和電熱帶數(shù)的確定：
真空室和電熱帶數(shù)的確定主要依據(jù)生產(chǎn)效率上的要求。通常用單位時間內(nèi)包裝機能夠完成的包裝袋的數(shù)量表示：
式中-生產(chǎn)效率，次/min L-加熱帶的有效長度，mm
b-袋口寬度,mm K-包裝袋熱封時，袋之間的間隔,mm
-包括合箱、抽氣、熱封、放氣及開箱的時間
-制袋或袋的供給、送人腔室的時間
由上式可知，采用四真空箱對稱布置和旋轉(zhuǎn)工作臺（8個工作位）可以提高機器效率。
2.4傳動設(shè)計：
旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機的傳動系統(tǒng)分為兩個部分，即工作臺旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)和真空箱升降傳動系統(tǒng)。
在初做課題的時候，我選定了多種傳動系統(tǒng)，經(jīng)過比較。首先，在電機控制上，初定一臺電機同時控制旋轉(zhuǎn)和升降系統(tǒng)，由此設(shè)計出來的傳動系統(tǒng)需要一根長度貫穿整個機器的傳動橫軸，此傳動橫軸的長度約在1600mm以上，不但制造上有難度，而且由于長度、傳動穩(wěn)定性的原因，否定了該方案，改為雙電機同步控制，兩套傳動系統(tǒng)。
其次，對于真空箱升降系統(tǒng)，實現(xiàn)此工作要求，可以用四連桿機構(gòu)，凸輪連桿機構(gòu)、液（氣）壓升降機構(gòu)。經(jīng)過比較，四連桿機構(gòu)傳動性雖好，但是剛性沖擊大，穩(wěn)定性方面也存在問題，而液（氣）壓缸升降系統(tǒng)在控制上比較有難度，為簡化電氣控制，降低成本呢，最終選定凸輪連桿這個方案，凸輪連桿方案的優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，和諧，通過自身輪廓線實現(xiàn)運動，控制上比較簡單，此方案的原理圖如下：
圖示原理中，有一杠桿，目的是放在凸輪滾子行程，以減小設(shè)計凸輪時的尺寸，本方案所涉及的頂桿，由于較長，可能存在壓桿穩(wěn)定上的問題，故以套筒配以間隙配合，起到穩(wěn)定頂桿的作用。
再次，對于旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)的設(shè)計，有著多種方案，可以用槽輪分度，或者分度盤分度。涉及到傳動考慮到工作速度和電機旋轉(zhuǎn)，我所確定的傳動方案都是靠齒輪的傳動來實現(xiàn)，由電機到齒輪的直接相聯(lián)，省去了減速箱。而且，對于我所采用的偏心分度盤，由于其結(jié)構(gòu)上的特殊，可以省去離合器，實現(xiàn)電機-齒輪的不間斷運動，避免了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜和沖擊。
3.課題研究的基本內(nèi)容：
我的研究目標是旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計。要實現(xiàn)這一目標，需要進行的研究基本內(nèi)容有：
1）傳動方案的選擇，保證傳動的穩(wěn)定性及正確性;
2）在基本參數(shù)和受力分析的條件下，確定各軸的基本尺寸;
3）確真空包裝機機構(gòu)中電機、軸承、鍵型號；
4）繪制機構(gòu)各二維圖包括:總體裝配圖，真空箱裝配圖和零件圖。
4.選題研究的技術(shù)路線、研究方法和要解決的主要問題：
研究技術(shù)路線：首先，了解本論題的研究狀況，形成文獻綜述和開題報告。其次，進一步搜集閱讀資料并研讀文本，做好相關(guān)的記錄，形成論題提綱。第三，深入研究，寫成初稿。最后，反復(fù)修改，完成定稿。
研究方法： 運用文獻分析法、比較法、綜合分析法等進行研究。
要解決的關(guān)鍵問題：1、傳動方案的選擇 2、電機型號的選擇 3、軸承類型的選擇 4、真空箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.研究與寫作計劃：
第 1 周（2012年 2月20日----2012年 2 月 26 日）：
下達設(shè)計任務(wù)書，明確任務(wù)，熟悉課題，收集資料，上交外文翻譯、參考文獻和開題報告。
第2周——第8周（2012年 2 月 27 日----2012年4 月 15 日）：
制定總體方案，繪制總裝圖草圖。
第 9 周——第14周（2012年4月16 日----2012年 5月 27日）：
修改并完成總裝圖及部裝圖，完成有關(guān)零件圖的設(shè)計。
第15 周（2012年 5 月28日----2012年 6 月5 日）：
編寫設(shè)計說明書
第 16 周（2012年 6月 6日----2012年6 月 8 日）：
準備答辯
6、參考文獻：
[1]成大先主編.機械設(shè)計手冊（單行本）-減（變）速器.電機與電器北京[M]：化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[2]濮良貴.紀名剛主編.機械設(shè)計（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2001.
[3]成大先主編.機械設(shè)計手冊（單行本）-機構(gòu)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[4]王世剛.張秀親.苗淑杰.機械設(shè)計實踐（修訂版）[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,2003.
[5]孫鳳蘭.馬喜川主編.包裝機械概論[M].北京：印刷工業(yè)出版社,2006.
[6]成大先.機械設(shè)計手冊（第七卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
學(xué)生簽名： 年 月 日
指導(dǎo)教師批閱意見
（指導(dǎo)教師應(yīng)對課題研究的思路、方法、對策、措施和預(yù)期成效等做出評價，并提出具體的改進意見）
指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日
7
XXX
XX設(shè)計（XX）
題 目 旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機設(shè)計
XXX 學(xué)院
XXXXXXX專業(yè)
學(xué)生姓名 XXX 學(xué)號 XXXXXXX
指導(dǎo)教師 XXX 職稱 XX
指導(dǎo)教師工作單位 XXX
起訖日期 20XX.2.20-20XX.6.8
摘 要
包裝機行業(yè)是我國的一個新興產(chǎn)業(yè)，它產(chǎn)生于改革開放之初，并且在上世紀末開始了蓬勃發(fā)展。經(jīng)過二十多年的飛速發(fā)展，我國的包裝機行業(yè)取得了長足的進步，但由于起步較晚，與國外同行業(yè)相比仍有一定的差距，而這種落后主要體現(xiàn)在包裝機的精度、電器控制系統(tǒng)、機電一體化的程度等。本論文主要對國內(nèi)外包裝行業(yè)的歷史、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢進行了闡述。論述了旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機的市場應(yīng)用價值，描述了其工藝過程，并在現(xiàn)有的真空包裝機的基礎(chǔ)上，著重對其旋轉(zhuǎn)的工作方式進行了詳細的分析和說明，并對其機械部分結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，對各類工件進行了計算及驗算。闡述了其工作過程和主要機構(gòu)及核心部件的工作原理和工藝過程，并且在滿足使用要求的基礎(chǔ)上大大提高了工作效率。
關(guān)鍵詞：真空包裝機；旋轉(zhuǎn)工作臺；真空箱；偏心分度盤；升降凸輪
ABSTRACT
In china ,the manufacturing of packaging machine is a quiet new industry .During last twenty years of development , Chinese packaging machinery industry has made substantial progress, but due to a late start compared with the same industry abroad a certain gap, and this backwardness is mainly reflected in the accuracy of the packaging machine, electrical controlsystem, the degree of mechanical and electrical integration. This thesis focuses on the history, status and development trend of the packaging industry at home and abroad are described. The rotary desktop vacuum packaging machine market value, describe its process, and on the basis of the existing vacuum packaging machine, focusing on their rotating work out a detailed analysis and description. Described the course of their work and the main institutions and the core components of the working principle and process. Meet the requirements on the basis of greatly improved work efficiency.
Key words：packaging machine; vacuum; roating working bench;
Vacuum bag; dimensional tolerances
目 錄
緒論 1
第一章 總體方案設(shè)計 2
1.1課題分析 2
1.2總體方案的確定 2
1.3傳動方案的選擇 3
第二章 計算和校核 5
2.1電機的選擇 5
2.2凸輪升降機構(gòu) 6
2.3各傳動軸的校核 7
2.4軸承的選擇 9
2.5分度機構(gòu)設(shè)計 9
2.6鍵的校核 9
2.7真空箱設(shè)計 10
2.8旋轉(zhuǎn)工作臺與升降機構(gòu)的工作要求 11
2.9齒輪校核 11
2.10真空泵的選擇 14
2.11聯(lián)軸器的選擇 15
第三章 其他說明 17
3.1機器的保養(yǎng) 17
結(jié)束語 18
致 謝 19
參考文獻 20
三江學(xué)院2012屆本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
20
緒論
我國真空包裝機起步于上個世紀70年代末，形成行業(yè)僅20多年，年產(chǎn)值只有七八千萬元．產(chǎn)品品種僅有100多種。隨著產(chǎn)品研發(fā)的投入，我國真空包裝機的產(chǎn)品水平也有了新的發(fā)展，產(chǎn)品生產(chǎn)開始有了自動化，成套化，規(guī)?；内厔荩呒夹g(shù)含量．傳動復(fù)雜的設(shè)備開始出現(xiàn)。近5年來食品和真空包裝機行業(yè)每年以11％～12％的平均增長速度發(fā)展．高于同期國民經(jīng)濟增長速度，銷售總額由1994年的150億元增加到2000年的300億元。產(chǎn)品品種由1994年的270種發(fā)展到2000年的3700種?？梢哉f我國的機械生產(chǎn)已滿足了國內(nèi)的基本需求，并開始向東南亞及第三世界國家出.如我國2000年的進出13總額為27．37億美元．其中出口額為12．9億美元，比1999年提高了22．2％。在出口的機械品種中以食品(乳品、糕點，肉類、水果)加工機、烤箱，封裝，貼標簽機、紙埋鋁復(fù)合罐生產(chǎn)設(shè)備等機械出口較多，食品機械如制糖、釀酒、飲料。
近十余年來，國際包裝界十分重視提高包裝機械及整個包裝系統(tǒng)的通用能力和多功能集成能力，為市場開拓日新月異的多樣化商品提供及時靈活應(yīng)變的生產(chǎn)手段。同時基于合理簡化包裝和優(yōu)勢包裝工藝方法的實際需要，不斷探索，明顯地加快了自身技術(shù)革新的步伐。尤其是與現(xiàn)代自動機床同步發(fā)展相呼應(yīng)，逐步明確。要想建立多樣化、通用化、多功能集成化的包裝機械新體系，首先必須著重解決組合化和機電一體化的大問題，無疑這是今后的重要發(fā)展方向。
真空包裝機等設(shè)備已開始成套出口。本次畢業(yè)設(shè)計題目方向為旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機。目前市場上的真空包裝機種類型繁多。但其中旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機尚為市場空白。其研發(fā)前景和市場預(yù)期都較為樂觀?，F(xiàn)有的包裝接卸很多已經(jīng)是集成機、電、光、氣一體化的高新技術(shù)產(chǎn)品，自動化、智能化、全電腦控制、觸摸屏操作顯示的多功能包裝機亦有成熟發(fā)展。
第一章 總體方案設(shè)計
1.1課題分析
本次畢業(yè)設(shè)計的題目是旋轉(zhuǎn)工作臺式真空包裝機的機械部分
真空包裝機品種較多，通常分為機械擠壓式、插管式、腔室式熱成型式。機械擠壓式方法較為簡單，但真空度低；插管式結(jié)構(gòu)緊湊，但效率低；本機采用腔室式。改進現(xiàn)有兩工作位及鏈動真空包裝機，可具有多個工位（4工位）生產(chǎn)效率大大提高。
本機采用四個真空箱，4個工位，8個裝卸點，人工輔助機型，每兩個真空室共用一套抽真空系統(tǒng)。交替工作，生產(chǎn)效率大大提高，生產(chǎn)能力為20次/min。
該種機型尚無國內(nèi)廠家生產(chǎn)，具有一定的市場推廣價值和前景。本次的課題研究是有一定的價值的。
1.2總體方案的確定
1.2.1抽氣形式的選用
要實現(xiàn)真空包裝，必須要對包裝袋抽氣，達到真空。實現(xiàn)真空的方法有：（1）機械擠壓式；（2）吸管脫氣室；（3）腔室方法：裝有物品的包裝袋放在腔室中，打開閥門，由真空泵進行抽氣，然后加以熱封。通常的真空包裝機械都是采用的這種方案。實踐證明，腔室方法工作可靠，生產(chǎn)效率高，易于自動化，故該機采用腔式真空法。
1.2.2真空室和電熱帶數(shù)的確定
真空室和電熱帶數(shù)的確定主要依據(jù)生產(chǎn)效率的要求。通常用單位時間內(nèi)包裝機能夠完成的包裝袋的數(shù)量表示：
式中-生產(chǎn)效率，次/min -加熱帶的有效長度，mm
b-袋口寬度，mm k-包裝袋熱封時，每袋之間的間隔,mm
-包括合箱、抽氣、熱封、放氣及開箱的時間
-制袋或袋的供給、送入腔室的時間
由上式可知，采用四真空箱對稱布置和旋轉(zhuǎn)工作臺（4個工作為）可以提高機械效率。
1.2.3程序和氣路的設(shè)計
為滿足工作的需要，機器應(yīng)有下面的動作程序：真空箱上升——工作臺旋轉(zhuǎn)——真空箱下降——抽氣——熱封——冷卻——放氣——重復(fù)上述程序。
氣路原理如下圖所示：
1——真空泵
2——放氣閥
3——兩位四通電磁閥
4——真空箱
5——小氣室
包裝過程概述：
真空箱上升
熱封
抽氣
真空箱下落
開啟電源后，兩臺電機開始工作，分別帶動凸輪和分度盤，實現(xiàn)頂桿的上升和工作臺的旋轉(zhuǎn)運動。
重復(fù)框中動作
工作位旋轉(zhuǎn)至工人處，取出包裝物
工人在其余四個工作位放下新的未包裝物
工作臺旋至真空箱下方
放入包裝物—開機— —
1．3傳動方案的選擇
旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機的傳動系統(tǒng)分為兩個部分，即工作臺旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)和真空箱升降傳動系統(tǒng)。
在初做課題的時候，我選定了多種傳動系統(tǒng)，經(jīng)過比較。首先，在電機控制上，初定一臺電機同時控制旋轉(zhuǎn)和升降系統(tǒng)，由此設(shè)計出來的傳動系統(tǒng)需要一根長度貫穿整個機器的傳動橫軸，此傳動橫軸的長度約在1600mm以上，不但制造上有難度，而且由于長度、傳動穩(wěn)定性的原因，否定了該方案，改為雙電機同步控制，兩套傳動系統(tǒng)。
其次，對于真空箱升降系統(tǒng)，實現(xiàn)此工作要求，可以用四連桿機構(gòu)，凸輪連桿機構(gòu)、液（氣）壓升降機構(gòu)。經(jīng)過比較，四連桿機構(gòu)傳動性雖好，但是剛性沖擊大，穩(wěn)定性方面也存在問題，而液（氣）壓缸升降系統(tǒng)在控制上比較有難度，為簡化電氣控制，降低成本，最終選定凸輪連桿這個方案，凸輪連桿方案的優(yōu)點是傳動平穩(wěn)，和諧，通過自身輪廓線來實現(xiàn)運動，控制上比較簡單，此方案的原理圖如下：
圖示原理中，有一杠桿，目的是放在凸輪滾子行程，以減小設(shè)計凸輪時的尺寸，本方案所涉及的頂桿，由于較長，可能存在壓桿穩(wěn)定上的問題，故以套筒配以間隙配合，起到穩(wěn)定頂桿的作用。
再次，對于旋轉(zhuǎn)分度系統(tǒng)的設(shè)計，有著多種方案，可以用槽輪分度，或者分度盤分度。涉及到傳動考慮到工作速度和電機旋轉(zhuǎn)，我所確定的傳動方案都是靠齒輪的傳動來實現(xiàn)，由電機到齒輪的直接相聯(lián)，省去了減速箱。而且，對于我所采用的偏心分度盤，由于其結(jié)構(gòu)上的特殊，可以省去離合器，實現(xiàn)電機-齒輪的不間斷運動，避免了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜和沖擊。
第二章 計算和校核
2.1電機的選擇
旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機，屬一般輕工機械，并且根據(jù)工作需要和傳動方案的需要，我將目光投向了轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大、體積小的Y系列（IP44）的派生系列。由同軸轉(zhuǎn)速器和全封閉自冷式電動機構(gòu)成一個整體。B級絕緣，IC0141冷卻方式、容量范圍0.55~1.5KW。適用于驅(qū)動低轉(zhuǎn)速傳動機械，可供礦山、冶金、制糖、造紙、化工、橡膠等行業(yè)設(shè)備配套。
本機需要低轉(zhuǎn)速，考慮到簡化傳動方案設(shè)計，選用YCJ200-1.5-14齒輪減速電機。
含義：CJ-齒輪減速
200-輸出軸中心高（mm）
14-輸出轉(zhuǎn)速（r/min）
1.5-電動機額定功率（kw）
輸出轉(zhuǎn)矩：941N.m
配用電動機Y100L-6.
由該機型的結(jié)構(gòu)，組成傳動裝置和工作機器的各部分運動副或傳動副的效率分別為（由[4]表10.7）得總效率
聯(lián)軸器 齒輪傳動
球推力軸承 凸輪傳動
所以
由[4]表10.17得
錐出輪傳動比
工作臺轉(zhuǎn)速
進過齒輪和錐齒輪后，分度盤主軸的轉(zhuǎn)速為
所以分度盤主軸的功率
其扭矩為
2.2凸輪升降機構(gòu)
旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機，要求真空箱作升降，工作行程300mm,經(jīng)杠桿原理與槽輪連接，可是凸輪設(shè)計尺寸縮小，減輕設(shè)計重量。
最大速度因數(shù) 凸輪轉(zhuǎn)速 5r/min
由[3]表19-2-17，定需用壓力角
由[3]3.4枝，
設(shè)計參數(shù)：
滾子行程h=150mm
凸輪最小半徑
相應(yīng)外徑
推程運動角
回程運動角
由[3]表19-2-22畫出凸輪輪廓線展開如下：
由[3]表19-2-43可知，由工作條件決定選用一般精度即可。
極限偏差：向徑
極角
基準孔H7(H8)
凸輪槽寬H8
表面粗糙度
凸輪工作輪廓0.8~1.6 凸輪槽壁1.6
曲線槽坐標值公差
支承總重量：
真空箱為鋁合金鑄件，，真空箱吊臂為角鋼，具體尺寸見圖紙所示，估算總重量為35kg，頂桿尺寸見圖紙，可以承受此重量而不發(fā)生壓潰、壓彎等變形。
2.3各傳動軸的校核
由[2]表15-3，軸常用幾種材料的
軸選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理。
根據(jù)該機型工作條件，所受彎矩較小，主要受扭矩作用，載荷平穩(wěn)，低速度，只做單向旋轉(zhuǎn)。
由[2]式15-1，
當(dāng)軸截面上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑，從考慮鍵槽對軸的強度的削弱。對于軸徑d>100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大3%；有兩個鍵槽時，應(yīng)增大7%，對于直徑d《100mm的軸，有一個鍵槽時，軸徑增大5%~7%，有兩個鍵槽時，應(yīng)增大10%~15%，然后將軸徑圓整為標準直徑。
由此最小直徑
將軸徑圓整為標準直徑d=55mm。
由[2]式15-16，得
對于階梯軸軸向扭轉(zhuǎn)變形：
，式中，L為階梯軸受扭矩作用的長度，（mm）
G為軸的材料的剪切彈性模量，單位為MPa，對于鋼材，
分別代表階梯軸第i段上的收到扭矩，長度和極慣性矩。
為階梯軸受扭矩作用的軸段數(shù)
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為，式中為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，對于一般傳動軸，可取
所以安全。
2.4軸承的選擇
由于傳動方案的要求，軸承將承受機器相當(dāng)一部分的軸向載荷，故選用能夠承購較大軸力載荷的推力球軸承。
本機所選用的四種軸承型號分別為51203、51206、51210、51208。
其中51203型可承受的基本額定載荷為：
動載荷Ca=17.0kg，靜載荷Coa=27.2kg
其中51206型可承受的基本額定載荷為：
動載荷Ca=28.0kg，靜載荷Coa=54.2kg
其中51208型可承受的基本額定載荷為：
動載荷Ca=47.0kg，靜載荷Coa=98.2kg
其中51210型可承受的基本額定載荷為：
動載荷Ca=48.5kg，靜載荷Coa=112kg
其潤滑方式選擇為脂潤滑。
2.5分度機構(gòu)設(shè)計
本旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機，有四個工作真空箱、四個工位，四工人操作，所有工序連接有序，皆有賴于分度機構(gòu)是否可以準確分度，此偏心輪分度定位機構(gòu)原理如下圖所示：
滑塊4、5鉸接于桿3上，可分別在桿7與固定盤6的滑槽中滑動。當(dāng)主動軸1回轉(zhuǎn)時，通過偏心輪2使桿3繞滑塊5上的鉸銷作往復(fù)擺動，此時，桿3帶動滑塊4、5交替插入輸出盤的周邊孔中，當(dāng)4脫出周邊孔而5插入時，輸出盤固定不動。反之，5脫出而4插入周邊孔，則輸出盤被帶動，做單向間歇運動，且每次旋轉(zhuǎn)都為45度角（由周邊孔數(shù)目決定）。輸出盤工作平穩(wěn)，分度可靠。偏心分度盤機構(gòu)間圖紙。
2.6鍵的校核
根據(jù)工作條件決定，一般8級以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。平鍵聯(lián)接具有結(jié)構(gòu)簡單，裝拆方便等優(yōu)點。由于齒輪不在軸端，故選用圓頭普通平鍵（A型）宜放在軸上，用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好，缺點是鍵的側(cè)面與輪轂上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應(yīng)力集中放大，形式和尺寸如圖。
根據(jù)軸尺寸由[4]表18.1中查得鍵的截面尺寸，齒輪軸端直徑d=40mm。則b=12mm，h=8mm.t=5.0mm,由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=32mm，凸輪軸段直徑d=30mm，則b=8mm,h=7mm,t=4.0mm，由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取建長L=125mm。
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由[2]表6-2查得需用擠壓應(yīng)力
鍵的工作長度l=L-b=32-12=20mm。
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5*8=4mm
由[2]式6-1得
所以鍵具備足夠的強度
鍵的工作長度l=L-b=125-8=117mm
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.5*7=3.5mm
由[2]式6-1得
可知連接的擠壓強度不夠，考慮到相差很大，因此改用雙鍵，相隔180度布置，雙鍵的工作長度l=1.5*117=175.5mm
由[2]式6-1得
故雙鍵可用。
2.7真空箱設(shè)計
普通真空包裝機的真空箱，熱封頭在下方的臺板上。但由于本機的工作臺在做工時不斷旋轉(zhuǎn)，如將熱封頭布置在工作臺上，則其布線和真空管都將就糾纏在一起。故將熱封頭與真空管插口處布置于真空向內(nèi)。
真空箱的尺寸（長*寬*高）為490mm*280mm*193mm。
其材料為2L401，壁厚10mm。
真空箱通過角鋼和圓盤與頂桿相連接（具體形式見部件圖所示）。為使真空箱落下后與工作臺密封嚴閉，工作臺相應(yīng)的工位上開與箱形相應(yīng)的槽溝，內(nèi)嵌入密封膠圈。
本真空箱的熱封頭由加熱器、臺板、緩沖墊條、復(fù)位彈簧、活塞、壓條、玻璃布、保護膜、電熱帶、枕條、接線塊、鎖緊螺釘、鑲板組成、其活塞是靠上部的大氣壓與下部小氣室的真空壓差而實現(xiàn)的。加熱器見圖見部件圖。其封口方法為脈沖熱封。聚四氟乙烯墊條起到絕緣與隔熱作用，而玻璃布保護膜的作用是防止粘接。
2.8旋轉(zhuǎn)工作臺與升降機構(gòu)的工作要求
本機器的設(shè)計工作能力為20次/min，即在每分鐘內(nèi)工作臺完成5次旋轉(zhuǎn)，真空箱實現(xiàn)5次升降，要求旋轉(zhuǎn)和升降要同步配合，已完成動作。
電機轉(zhuǎn)速:
初級錐齒輪出動比
經(jīng)初級減速后，到分度盤的轉(zhuǎn)速為10r/min.
經(jīng)主傳動齒輪（工作臺聯(lián)接）（i=2）減速后，工作臺轉(zhuǎn)速為5r/min。
經(jīng)主傳動齒（與頂桿凸輪聯(lián)接）（i=2）減速后，行程凸輪的轉(zhuǎn)速v=5r/min。
對于凸輪推程轉(zhuǎn)角
凸輪經(jīng)回轉(zhuǎn)后，進入推程作用，（經(jīng)時3s）帶動杠桿上頂真空箱，向下運動。3s后
達到工作臺面。滾子進入水平軌道，頂桿靜止（經(jīng)時6s）,真空箱完成熱封。凸輪經(jīng)回轉(zhuǎn)進入回程（經(jīng)時3s），帶動杠桿上推真空箱上升，完成熱封。
杠桿尺寸（mm）:
2.9齒輪校核
與工作臺相連接的傳動齒輪（D=240mm.d=120mm）是本次設(shè)計中需要校核的重點，其承受的轉(zhuǎn)矩和載荷可能會引起齒輪的損傷，因此以下校核：
（1） 選用直齒圓柱齒輪傳動。
（2） 包裝機為低轉(zhuǎn)輕載機器，故用7級精度（GB10095-88）
（3） 材料選擇。由[2]表10-1選用小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為280HBS，大齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，而這材料硬度差為40HBS。
（4） 選用小齒輪齒數(shù)（在此處，選擇多齒是因為提高傳動精度和穩(wěn)定性）。大齒輪齒數(shù).
由設(shè)計計算公式[2]10-9a進行試算，即
1)確定公式內(nèi)的個計算數(shù)值。
（1） 試選載荷系數(shù)
（2） 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3） 由[2]表10-7選取齒寬系數(shù)
（4） 由[2]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)
（5） 由[2]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限，大齒輪的接觸疲勞強度極限。
（6） 由[2]式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7） 由[2]圖10-19查得接觸疲勞系數(shù)
(8)計算接觸疲勞需用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由[2]式10-12得：
2)計算
（1） 計算小齒輪的圓周速度V
（2） 計算齒寬b,
（3） 計算齒寬與齒高之比 b/h
模數(shù),齒高
則， b/h=120/6.75=17.78
（4） 計算載荷系數(shù)
根據(jù)V=0.0628m/S,7級精度，由[2]圖10-8插得動載荷系數(shù)；
直齒輪，假設(shè),由[2]表10-3查得
由[2]表10-2查得使用系數(shù)
由[2]表10-4查得7級精度，小齒輪相對支承非對稱布置時，
將數(shù)據(jù)代入后得，
由b/h=17.78, ,查[2]圖10-13，得,故載荷系數(shù)
由[2] 式10-5得彎曲強度設(shè)計公式為
1）確定工室內(nèi)的各計算數(shù)值
（1）由[2]圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限大齒輪的疲勞強度極限
（2）由[2]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
(3)計算彎曲疲勞需用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由[2]表10-12得
(4)計算載荷系數(shù)K:
(5)查取齒形系數(shù)
由表10-5查得
(6)查取應(yīng)力校正系數(shù)
由[2]表10-5可查得
（7）計算大小齒輪的并加以比較。
，
所以大齒輪的數(shù)值大
小于初定模數(shù)
由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒數(shù)和模數(shù)乘積有關(guān)，因計算模數(shù)小于初定摸數(shù)，故初定各值可滿足安全要求。
2.10真空泵的選擇
在選擇真空泵時應(yīng)該考慮到一下幾個方面：
1.真空泵的工作壓強應(yīng)該滿足真空設(shè)備的極限真空及工作壓強要求。如：真空鍍膜要求1×10-5mmH的真空度，選用的真空泵的真空度至少要5×10-6mmHg。通常選擇泵的真空度要高于真空設(shè)備真空度半個到一個數(shù)量級。
2.正確地選擇真空泵的工作點。每種泵都有一定的工作壓強范圍，如：擴散泵為10-3~10-7mmHg，這樣寬壓強范圍內(nèi)，泵的抽速隨壓強而變化，其穩(wěn)定的工作壓強范圍為5×10-4~5×10-6mmHg。因而，泵的工作點應(yīng)該選在這個范圍之內(nèi)，而不能讓它在10-8mmHg下長期工作。
3.真空泵在其工作壓強下，應(yīng)能排走真空設(shè)備工藝過程中產(chǎn)生的全部氣體量。
4.真空設(shè)備對油污染的要求。若設(shè)備嚴格要求無油時，應(yīng)該選各種無油泵，如：水環(huán)泵、分子篩吸附泵、濺射離子泵、低溫泵等。如果要求不嚴格，可以選擇有油泵，加上一些防油污染措施，如加冷阱、障板、擋油阱等，也能達到清潔真空要求。
5.了解被抽氣體成分，氣體中含不含可凝蒸氣，有無顆?；覊m，有無腐蝕性等。選擇真空泵時，需知道氣體成分，針對被抽氣體選擇相應(yīng)的泵。如果氣體中含有蒸氣、顆粒、及腐蝕性氣體，應(yīng)該考慮在泵的進氣口管路上安裝輔助設(shè)備，如冷凝器、除塵器等。
6.真空泵排出來的油蒸氣對環(huán)境的影響如何。如果環(huán)境不允許有污染，可以選無油真空泵，或者把油蒸氣排到室外。
7.真空泵工作時產(chǎn)生的振動對工藝過程及環(huán)境有無影響。若工藝過程不允許，應(yīng)選擇無振動的泵或者采取防振動措施。
而泵的類型主要由工作所需的氣量、真空度或排氣壓力而定。
當(dāng)泵所需的真空度或氣體壓力不高時，可優(yōu)先在單級泵中選取。如果真空度或排氣壓力較高，單級泵往往不能滿足，或者，要求泵在較高真空度情況下仍有較大氣量，即要求性能曲線在較高真空度時較平坦，可選用兩級泵。如果真空度要求在－710mmHg以上，可選用水環(huán)－大氣泵或水環(huán)－羅茨真空機組作為抽真空裝置。
由于本機有4個真空箱，而且是同步工作，所以宜選用功率大，抽速快的真空泵，對此，選擇2SK型號真空泵，該型號是國內(nèi)設(shè)計雙級水環(huán)真空泵，相當(dāng)于兩臺SK水環(huán)泵串聯(lián)使用，比較單級水環(huán)泵具有真空度高及高真空下抽速較大的特點。目前國內(nèi)主流水環(huán)式真空泵。極限真空度為-735mmHg，工作真空度-300~700mmHg，抽速范圍1.5~30.采用盤根機械密封方式。
2.11聯(lián)軸器的選擇
常用聯(lián)軸器大多已標準化或規(guī)格化，一般情況下只需正確選擇聯(lián)軸器的類型、確定聯(lián)軸器的型號及尺寸。必要時，可對其易損的薄弱環(huán)節(jié)進行負荷能力的校核計算，轉(zhuǎn)速高時，還應(yīng)驗算其外緣的離心應(yīng)力和彈性元件的變形，進行平衡檢驗等。
1、聯(lián)軸器類型的選擇
選擇聯(lián)軸器類型時，應(yīng)考慮：
(1)所需傳遞轉(zhuǎn)矩的大小和性質(zhì)，對緩沖、減振功能的要求以及是否可能發(fā)生共振等。
(2)由制造和裝配誤差、軸受載和熱膨脹變形以及部件之間的相對運動等引起兩軸軸線的相對位移程度。
(3)許用的外形尺寸和安裝方法，為了便于裝配、調(diào)整和維修所必需的操作空間。對于大型的聯(lián)軸器，應(yīng)能在軸不需作軸向移動的條件下實現(xiàn)裝拆。
此外，還應(yīng)考慮工作環(huán)境、使用壽命以及潤滑和密封和經(jīng)濟性等條件，再參考各類聯(lián)軸器特性，選擇一種合用的聯(lián)軸器類型。
2、聯(lián)軸器型號、尺寸的確定
對于已標準化和系列化的聯(lián)軸器，選定合適類型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。
聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：
Tca=KAT
式中：T 為聯(lián)軸器的名義轉(zhuǎn)矩(N.m)；
Tca為聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩(N.m)；
KA為工作情況系數(shù) (此系數(shù)也適用于離合器的選擇)。
根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和轉(zhuǎn)速等，由下面條件，可從有關(guān)手冊中選取聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。
Tca[T]
n
式中：[T]為所選聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩(N.m)；
n為被聯(lián)接軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；
為所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速(r/min)。
多數(shù)情況下，每一型號的聯(lián)軸器適用的軸徑均有一個范圍。標準中已給出軸徑的最大與最小值，或者給出適用直徑的尺寸系列，被聯(lián)接的兩軸應(yīng)在此范圍之內(nèi)。一般情況下，被聯(lián)接的兩軸的直徑是不同的，兩個軸端的形狀也可能不同。本次設(shè)計電機功率為1.5kw，轉(zhuǎn)速為1400r/min，電機機動軸和齒輪輸入軸的直徑均為16mm.為了緩沖和減輕震動，選用彈性套用柱銷聯(lián)軸器。
第三章 其他說明
3.1機器的保養(yǎng)
真空包裝機排除了包裝容器中的部分空氣（氧氣），能有效地防止食品腐敗變質(zhì)，它采用阻隔性（氣密性）優(yōu)良的包裝材料及嚴格的密封技術(shù)和要求，能有效防止包裝內(nèi)容物質(zhì)的交換，即可避免食品減重、失味，又可防止二次污染，真空包裝機廣泛用于熟制品如雞腿、火腿、香腸等；腌制品如各種醬菜以及豆制品、果脯等各種各樣需要保鮮的食品中，所以真空包裝機的維護和保養(yǎng)也是非常重要的。
3.1.1真空室的保養(yǎng)
對于真空室的保養(yǎng)而言，保持干燥以及清潔是必須的。同時真空室蓋上的橡膠密封圈是保證真空密封性的關(guān)鍵件,一定要防止劃傷?斷裂和腐蝕?若己損壞,須及時更換?另一種可能是蓋子有變形,引起密封不良,也需修理矯正?
3.1.2真空泵的保養(yǎng)
根據(jù)真空泵的型號及時做好維護保養(yǎng)工作，一般而言，一般3月一換油,一年一換排氣過濾器,及時對油質(zhì)進行檢查跟換。
3.1.3電機的保養(yǎng)
為了保證電機正常工作，除了按操作規(guī)程正常使用、運行過程中注意正常監(jiān)視和維護外，還應(yīng)該進行定期檢查，做好電機維護保養(yǎng)工作。這樣可以及時消除一些毛病，防止故障發(fā)生，保證電機安全可靠地運行。定期維護的時間間隔可根據(jù)電機的形式考慮使用環(huán)境決定。
結(jié)束語
截止今日19時30分，整個畢業(yè)設(shè)計工作宣告完工，前后共歷經(jīng)4個月的時間，在這百來天的時間里，使我對四年依賴的所學(xué)有了一個系統(tǒng)的回顧和綜合應(yīng)用?？梢哉f，在這白來天的時間里學(xué)到的東西要比以前多很多。
在本次設(shè)計的過程中，我曾走了許多彎路，也不止一次喪失設(shè)思路和靈感，但是在老師與同學(xué)們的幫助下，樹立信心，克服了這些困難。在沒有任何可供參考借鑒的條件下，充分發(fā)揮了自己的創(chuàng)新意義和自己的設(shè)計能力?？梢哉f，雖然我的設(shè)計還存在很多的缺陷和不足，但是它卻是充滿了我的知識，我將自己四年的所有知識應(yīng)用到這里，來完成這次設(shè)計。這是值得我所驕傲的。
通過此次的畢業(yè)設(shè)計，使我對本專業(yè)有了更新更深的認識，使我明白了一個合格的設(shè)計師的重任，所要承受的責(zé)任是非常重的。雖然在以后的工作中，我不一定有機會能夠再次設(shè)計產(chǎn)品，但是有了這次設(shè)計經(jīng)理，必將在我以后的學(xué)習(xí)生涯中書寫下濃重的一筆，在設(shè)計中學(xué)到的知識以及積累的經(jīng)驗也必將使我受益終身。
本文對旋轉(zhuǎn)工作臺真空包裝機的設(shè)計部分作出了說明，并對其數(shù)據(jù)及校核進行了驗算。
致 謝
在這次的畢業(yè)論文中，我得到了諸多的幫助和照顧，使得我的論文能得到順利的完成，這次畢業(yè)論文的結(jié)束，也代表了我這四年的學(xué)校將要結(jié)束了，在我大學(xué)的四年中，不管是同學(xué)還是老師，都給了我很大的鼓舞以及幫助，特此感謝：
首先，感謝我的導(dǎo)師對我的悉心指導(dǎo)。老師認真負責(zé)，對于我的論文經(jīng)多次修改更正，對我有耐心的進行教導(dǎo)，不止一次的對我的論文進行編排，好使我的論文能夠如期順利的完成，特此感謝我的老師在這期間對我的悉心照料。
其次，感謝學(xué)校為我提供豐富的資料，良好的編寫環(huán)境和諸多方便，使我在寫作中完成一切不安和后顧之，讓我在遇到困難的時候，能夠順利的進行查詢資料，及時的解決自己的錯誤，完善自己的論文
最后，感謝四年來所有教導(dǎo)過我的各位老師，是他們傳授的知識支持我順利完成這四年的學(xué)習(xí)，是他們教導(dǎo)我了經(jīng)驗，讓我在步入社會前能夠更擁有更多的自信以及經(jīng)驗，對我的幫助非常大。
參考文獻
[1]成大先主編.機械設(shè)計手冊（單行本）-減（變）速器.電機與電器[M].北京：化學(xué)工業(yè)出社,2004.
[2]濮良貴,紀名剛主編.機械設(shè)計（第七版）[M].北京：高等教育出版社,2001.
[3]成大先主編.機械設(shè)計手冊（單行本）-機構(gòu)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[4]王世剛,張秀親,苗淑杰.機械設(shè)計實踐（修訂版）[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社,2003.
[5]孫鳳蘭,馬喜川主編.包裝機械概論[M].北京：印刷工業(yè)出版社, 2006.
[6]成大先.機械設(shè)計手冊（第七卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002.
[7]王萍.真空包裝機氣路系統(tǒng)設(shè)計原理[J].包裝與食品機械，1998.
[8]金國斌.現(xiàn)在包裝技術(shù)[M].上海：上海大學(xué)出版社,20001.4.
[9]Walter Soroka.Fundamental of Packaging Technology(Third Edition)(M) .USA:Institute of Packaging Professionals(IOPP). 2002
[10]Glean Davis.Packaging Machinery Operations(J). USA:Packaging Machinery Manufactturers Intitute(PMMI).1986.
[11]Glean Davis.Introduction to Packaging Machinery(J).USA:Packaging Machinery Manufacturers Institute(PMMI).1997.
21
收藏