1.前言
1.1本课题设计的目的意义
1.1.1设计的目的及研究的内容
商品包装是一个新兴的行业，是在商品经济日益繁荣，市场竞争日趋
激烈的新形式下，逐步成长起来的。在商品流通中,人们对粉状颗粒
状小袋商品的包装要求主要有两个方面,一是要求包装美观,以便吸引
顾客,并保证商品在流通环节中包装袋不出现任何形式的破损。其二
是要求包装袋内的商品计量准确,误差小（包装行业标准要求计量误
差小于5‰）,以维护商品生产厂商的信誉、形象。因此商品包装的精
确计量,是包装行业时刻关注的一项重要课题。
1.1.2设计的意义
目前市场上的包装机种类繁多，性能各异。其计量方案主要有以下几
种：a. 定容积式量杯计量；b. 称重式计量；c. 螺杆式容积计量等上
述几种落料计量方案,结构简单,动作灵活,传动效率高。上述计量方案
实用意义不大,而且其适应面窄，基本上只是针对单一品种单一定量
的产品包装，面对品种繁多的商品自动化包装要求，这些设计方案都
需要改进。
1.2本设计的发展方向与存在的问题
1.2.1设计的发展方向 从发达国家生产的包装机械水平来看，当
代包装机械的发展动向具有以下几个特点：
a.提高包装机械系列化、标准化和通用化水平，建立组合化、机电一
体化的现代包装机械的结构体系仍是今后的一个重要的发展方向 包
装机械发展到今天，其系列化、标准化和通用化水平不断提高。有些
国家生产的包装机，通用件、标准件约占整机零部件的70%，有的
高达90%，产品更新的速度很快。
b.包装机械日趋高速化、自动化和联合化.机械设备的高速化是实现人
类社会高速发展的根本措施，是提高设备生产率的主要途径，故包装
机的工作速度是衡量其性能优劣的重要指标。包装机械的高速化，随
之对相应设备的联动化和自动化提出了更高的要求。
c.重视高新技术的应用，使包装机械的功能日趋先进可靠
而针对我的课题：称量式充填设备，其发展方向为，发展各种形式的
称量填充设备，着力提高速度和精度以及稳定性和可靠性，并与自动
包装设备配套。
1.2.2设计存在的问题 计量包装机的由于包装机械动作复杂而
频繁，执行元件比较多，若采用传统的继电器控制电路会导致设备的
故障率高、动作不准确、包装质量不稳定，停机维修时间多等弊病。
因此，研制和发展包装机时，重视高新技术的应用，是提高其先进性、
可靠性的主要途径。
另外，跟国外包装机械设计水平相比，我国的包装机设计虽然品种繁
多，但是其适应面窄，基本上只是针对单一品种单一定量的产品包装，
面对品种繁多的商品自动化包装要求，跟不上包装形式，同时，由于
其标准化、通用化水平低，其生产成本相对偏高。这些都是需要在以
后的包装机设计中着力解决的。
1.3本人的工作构思和主要工作任务
1.3.1工作构思
我先简单介绍一下：主动件为步进电机，由它实现包装设备间歇进行，
它下面月利用齿轮减速连接到主动轴，进而由主动轴与一个充填螺杆
相连，由充填螺杆实现颗粒物料的计量控制。另外辅助方面，由于物
料需要经过搅拌系统才能实现物料的顺利填充。而搅拌系统是由减速
机通过皮带传动给搅拌器，进而与充填螺杆一起实现物料的填充计
量。
1.3.2主要工作任务
a. 确定定量自动充填包装机的总体结构设计方案；
b. 设计定量自动充填包装机的总装图；
c. 设计定量自动充填包装机的部件和零件图；
d. 设计说明书及相关文件
e. 外文翻译。 2. 总体方案设计
2.1已有的定量充填包装机设计方案
目前市场上的定量充填包装机种类繁多，性能各异。其计量方案主要
有以下几种：a. 定容积式量杯计量；b. 称重式计量；c. 螺杆式容积
计量；d.记数计量等，下面我先简要介绍一下这几种方案。
2.1.1定容积式量杯计量装置 图1为定容积量杯式计量方案,如
方案a所示:转盘2随轴1在原动机的驱动下转动。转盘2上固定有
定容积式量杯6。料斗4、刮板3、透明罩5随机架固定不动,且刮板
3、透明罩5与活动转盘2上平面形成一定容积的料仓（为1／2转
盘面积,由料斗4补充上料）。当转盘2上的定容积量杯6转入由刮板
3隔断的料仓时,量杯内充填粉状颗粒状物料;转过180°时,量杯上口
被刮板刮平;再转一定角度到卸料口时,由机构顶开量杯的下底盖7,将
定容积的物料倒入落料口,以完成定计量自动落料的动作要求。图1
（b）为移动式定容积量杯自动计量的方案。料斗11固定在机架上,
由匀速转动的搅拌器10阻止物料结块,保证落入量杯的物料比重均
匀。安装在滑板上的定容积式量杯,在滑板等幅往复滑移时,将物料填
入量杯刮平,再落入出料口。
1—转轴 2—转盘 3—刮板 4—料斗 5—透明罩 6—定量量杯 7—
活动底盖 8—支座 9—滑座 10—搅拌器 11—料斗 12—计量杯
13—滑板 14—漏斗 图1定容积量杯计量装置简图 2.1.2称重
式计量装置 从计量原理上容易看出,容积式计量精度不高,不适
合一些流动性差,比重变化较大或容易结块的物料。对于这些物料,往
往采用称重式计量,而称重计量装置通常采用电子秤。 图2为电
子皮带秤称重装置示意图。称重时,物料由料斗1经闸门2流到输送
带4上,连续运转的输送带4将物料送至秤台5上,物料的重量使秤台
5下面的支承板弹簧7发生挠曲变形,秤台下移,其位移信号由传感器
6传输给称重调节器3,使皮带秤可立即测出该段皮带上的物料重量。
若重量不符合要求,称重调节器3可根据传感器6传来的信号,来调节
闸门2的开度,通过控制秤台的位移量来调节秤台上物料的重量,以保
证待称的物料重量稳定在一定范围之内。 称重控制系统的性能
对计量的精确度起决定作用。在秤体结构设计方面,主要有板弹簧的
设计计算,阻尼器的设定,传感器的选用等。
1- 料斗 2-闸门 3-称重调节器 4-输送带5-秤台 6-传感器 7-板弹簧
图2 皮带秤称重式计量装置示意图 2.1.3螺杆式容积计量
图3所示为螺杆式定容计量装置原理图。这种计量装置是利用计量螺
杆螺旋槽的容腔来计量物料的。工作时,电机3通过皮带轮4带动螺
杆轴6旋转,螺杆轴6则带动计量 螺杆8转动,使计量螺杆8转
过预定的圈数来实现计量。 由于物料的计量是利用螺杆螺旋槽
的容腔来实现的,每圈螺旋槽都有一定的理论容积,因此,只要准确地
控制计量螺杆转过的圈数,就能获得较为精确的计量值。物料的重量
由下式求出:G=Vρn0其中,物料的体积V=π2sD中t 式中:G—每
次供送物料的重量;ρ—物料比重;n0—每次送料计量螺杆转过的圈
数;S—计量螺杆的螺距;D中—计量螺杆的中径;t—计量螺杆的螺旋槽
深度。
计量螺杆与通常所说的螺纹件不一样,结构要简单得多,其螺旋槽的断
面通常为矩形,可以用铁皮类薄板绕着圆形杆件焊接而成。设计时,要
选择的主要设计参数是计量螺杆的中径D中、螺旋槽深度t、螺杆的
螺距S和必要的螺杆长度。 1、3-电机 2-链轮 4-皮带轮 5-制
动器6-轴 7-搅料杆 8-计量螺杆 图3 螺杆式计量装置示意图
2.1.4记数式计量 对于颗粒状物品,常采用转盘计数式计量方法
进行计量。转盘计数式计量装置是利用转盘上的计数板对产品进行计
数的,其原理如图5所示。在包装时,转动的定量盘3上的
1- 平板 2-料箱 3-定量盘 4-卸料槽5-底盘 6-卸料盘 7-支架
图4 计数式计量装置原理图
2-
小孔通过料箱2的底部时,料箱中的物料就落入小孔中,每孔1粒,
定量盘上的小孔计数额通常分为几组(图示为3组)。当定量盘3
转到卸料工位时,物料通过卸料槽4充入包装容器。该定量装置的
设计主要在结构方面。为确保物料能顺利地进入计量盘的小孔中,
常使定量盘3上的小孔直径略大于物料的直径(约大0.5～
1.0mm)。盘的厚度也比物料厚度稍大些。料箱正面平板1多采用
透明材料,以利于观测料箱内物料的入孔情况。此板底部与定量盘
上表面的间隙不宜过大,以防多余的物料漏出或被板缝挤碎或刮
碎。
3-
2.2方案比较 上面讨论的几种计量方法中,容积式计量装置
结构简单,操作方便,适应性广泛,对于计量不要求很精确时,是首选
方式。相对容积式计量来说,称重式计量方法生产效率高,精度也较
高,适用于比重变化比较大的物料。在计量精度要求较高的生产线
上,可将介绍的皮带电子秤与容积式计量配合使用,能使计量精度
进一步提高。计数式计量,适用于有固定形状的块状或颗粒状物
料。螺杆式计量一般适用于流动性较好的颗粒状固体物料,但不宜
用于计量比重变化较大的物料。对这4种计量方法,应当根据物料
的性质,生产成本,计量精度等要求来进行选用。