紙盒四角邊封箱機結構設計

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摘 要I摘 要包裝機械能大幅度地提高生產(chǎn)效率，加快產(chǎn)品的不斷更新；降低勞動強度，改善勞動條件；能節(jié)約材料，降低成本，保護環(huán)境；有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品質量。本次課題設計的是紙盒四角邊封箱機，采用傳送帶驅動來進行封箱的方案，自動折蓋封箱、四角邊封箱、經(jīng)濟、快速、平穩(wěn)。這種方案在技術上是相當成熟的一種，它被廣泛應用于生產(chǎn)實際中。這次設計的紙盒四角邊封箱機，可以根據(jù)紙箱規(guī)格，手動調節(jié)寬度及高度，可單機作業(yè)，也可與自動化包裝流水線配套使用。工作時，當箱體進入工作空間后，箱體在底部傳送帶的輸送下前進。當箱體運行至刀架位置時，箱體將刀架和前膠帶壓輪壓退位，而后膠帶壓輪在四桿機構的作用下與前膠帶壓輪保持同步運動而退位，并使前面的膠帶與紙箱貼合并封箱。隨著箱體前進，膠帶不斷地抽出封在箱體上。當箱體的后部離開刀架時，前膠帶壓輪由于四桿機構的作用與后膠帶壓輪的運動一致，而刀架受彈簧彈力作用，復位彈起，切斷膠帶。當箱體運動至離開后膠帶壓輪時，后膠帶壓輪也由于受可調彈簧回位作用而復位，使連在箱體上最后的膠帶也貼在箱體上，完成后段封箱任務。該論文詳細說明了本次四角邊封箱機設計的步驟及其依據(jù)，包括設計方案的選擇、電機的選擇、工作臺部件的設計、頂式部件設計和刀片的設計。關鍵詞 自動折蓋封箱機、四角邊自動封箱機、折蓋組件、毛刷組件、封箱組件燕山大學本科畢業(yè)論文IIAbstractPackaging machinery can greatly increase productivity, accelerate constantly updated products; reduce labor intensity and improve working conditions; energy saving materials, reduce costs，protect the environment; conducive to health is packaged products，improve product quality. This topic is designed carton tape sealing machine, using belt drive for sealing solutions, sealing up and down, economic, fast and smooth. This approach is technically quite mature one, it is widely used in actual production.The design of the carton tape sealing machine, carton size can be adjusted according to the manual width and height can be stand-alone operation, but also with supporting the use of automated packaging line. In operation, when the working space into the box, the box at the bottom of the forward conveying belt. When the tank runs to turret position, the knife box and press wheel pressure to step down before the tape, and then push the wheel under the influence of tape four-bar mechanism to keep pace with the movement of the wheel while pressing the tape before the abdication, and to the front of the tape Post merger with carton sealing. With forward box, tape withdrawn continuously sealed in the housing. When the rear of the cabinet to leave the knife, tape before pressing wheel due to the effect of the four-bar mechanism is consistent with the movement of the tape pressure roller, and knife by the elastic force of the spring, reset bouncing off the tape. When the box moves to the left pinch roller tape, the tape is also due to the pressure roller adjustable spring return action reset, so that even at the end of the tape on the box is also attached to the box, after the completion of the task segment sealing . The paper details the design of this step and sealing machine basis. Including the selection of design options, select the motor, design workbench components, component design and top-blade design.Keywords Automatic carton folded sealing machine、Four automatic sealing machine、Folding door Assembly 、Brush components、Sealingo目 錄III目 錄摘要……………………………………………………………………………ⅠAbstract………………………………………………………………………II第 1 章 緒論……………………………………………………………………11.1 課題背景……………………………………………………………11.2 封箱機的發(fā)展狀況…………………………………………………11.2.1 國外封箱機的發(fā)展狀況……………………………………21.2.2 國內封箱機的發(fā)展狀況……………………………………31.3 課題研究的內容以及采取的方法…………………………………41.4 技術參數(shù)要求………………………………………………………51.5 基本任務……………………………………………………………51.6 本章小結……………………………………………………………5第 2 章 方案設計………………………………………………………………72.1 傳送機構方案設計…………………………………………………72.1.1 間歇式傳送……………………………………………………72.1.2 方案二：連續(xù)式傳送…………………………………………82.2 封箱機結構設計……………………………………………………82.3 設計方案的確定……………………………………………………102.3.1 傳送機構方案的確定…………………………………………102.3.2 封箱機構設計方案的確定……………………………………10第 3 章 傳送裝置設計…………………………………………………………123.1 電動機的選用………………………………………………………123.1.1 電動機的性能和分類…………………………………………123.1.2 選擇電動機應綜合考慮的問題………………………………133.1.3 本傳動機構電動機的類型選擇………………………………133.2 電機選型……………………………………………………………133.2.1 伺服電機選型原則及其工作特點……………………………133.2.2 選型計算及電機參數(shù)…………………………………………143.3 減速器的選用………………………………………………………153.3.1 減速器性能和分類……………………………………………153.4 帶傳動的設計………………………………………………………163.4.1 平帶傳動……………………………………………………16燕山大學本科畢業(yè)論文IV3.4.2 V 帶傳動……………………………………………………183.5 主軸部分……………………………………………………………183.6 聯(lián)軸器的選用………………………………………………………193.7 輥筒的設計與計算…………………………………………………20第 4 章 封箱機構設計………………………………………………………214.1 工作臺高度的調節(jié)機構……………………………………………214.2 紙箱寬度調節(jié)機構…………………………………………………214.2.1 導向桿的設計………………………………………………214.2.2 寬度調節(jié)機構………………………………………………214.3 紙箱高度調節(jié)機構…………………………………………………224.4 刀架部件設計………………………………………………………234.5 刀片的設計…………………………………………………………244.6 壓帶機構的設計……………………………………………………244.7 機臺高度調整………………………………………………………25第 5 章 機器安裝與調試……………………………………………………275.1 貼帶器的操作及調節(jié)………………………………………………27第 6 章 日常維護……………………………………………………………296.1 封箱機安裝注意事項………………………………………………296.2 封箱機的日常維護…………………………………………………296.3 封箱機常見故障及其排除方法……………………………………29結論……………………………………………………………………………31參考文獻………………………………………………………………………32致謝……………………………………………………………………………33附錄 1…………………………………………………………………………33附錄 2…………………………………………………………………………42第 1 章 緒 論1第 1 章 緒論1.1 課題背景包裝機械能大幅度地提高生產(chǎn)效率，加快產(chǎn)品的不斷更新；降低勞動強度，改善勞動條件；能節(jié)約材料，降低成本，保護環(huán)境；有利于被包裝產(chǎn)品的衛(wèi)生，提高產(chǎn)品質量，增強市場銷售的競爭力；延長產(chǎn)品的保質期，方便產(chǎn)品的流通；可減少包裝場地的面積，節(jié)約基建投資。因此，設計、安裝自動包裝機械，無論是從提高產(chǎn)品質量、 生產(chǎn)效率，還是從消除加工誤差、減輕勞動強度方面，都表現(xiàn)出十分明顯的作用。隨著社會的發(fā)展，封箱機在各種機中發(fā)揮著越來越重要的作用。包裝是產(chǎn)品進入流通領域的必要條件而實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機。同時伴隨著時代的發(fā)展和技術的進步，封箱機在流通領域中起著越來越重要的作用。隨著科學技術在不斷發(fā)展 和各種食品加工品的出現(xiàn)，對包裝技術和包裝設備都提出了新的要求。封箱機更是包裝機中不可缺少的部分。它主要是采用膠帶對紙箱封口，可以根據(jù)紙箱大小隨意調整 封箱尺寸，封箱平整，可一次完成上、下封箱動作，即可單機作業(yè)，也可與流水線配 套使用，廣泛應用于家用電器、紡織、百貨、醫(yī)藥等行業(yè)。目前封箱機競爭日趨激烈，未來的封箱機將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，促進包裝設備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的包裝設備，而封箱機技術也正朝著以下幾個趨勢發(fā)展：機電一體化、機功能多元化、結構設計標準化、控制智能化、結構 運動高精度化。1.2 封箱機的發(fā)展狀況隨著世界科技的發(fā)展，發(fā)達國家己經(jīng)把核能技術、微電子技術、激光技術、生物技術和系統(tǒng)工程融入了傳統(tǒng)的機制造技術中。新的合金材料、高分子材料、復合材料、 無機非金屬材料等新材料也得到了推廣應用，封箱機的集成化、智能化、網(wǎng)絡化、柔性化將成為未來發(fā)展的主流。21.2.1 國外封箱機的發(fā)展狀況國外的封箱機工業(yè)技術的發(fā)展大體經(jīng)歷了以下幾個幾段;簡單機化、初級自動化、自動封箱機、計算機控制的高度自動化封口機。20 世紀 40 年代中期，在食品、卷煙、火柴等行業(yè)最先使用了封箱機對產(chǎn)品包裝箱進行封口，如英國的巧克力包裝封口，美國的餅干包裝封口被稱為包裝箱封口界的先驅。50 年代，封箱機上廣泛釆用了光電管、電氣開關實現(xiàn)了封箱機的初級自動化。60 年代，在封箱機上廣泛采用了各種新型電子元件組成控制系統(tǒng)，并采用機、電氣、 液壓、氣動等綜合技術，出現(xiàn)了自動封箱機。70 年代，由于采用電子計算機對封箱 機進行控制，進一步了解單片機和自動化封箱機的水平。80 年代，封箱機行業(yè)大量的應用了高新技術，如微電子技術、激光技術、超聲波技術以及光電纖維等，從而使封箱機及生產(chǎn)線高度自動化，使用效果更加理想可靠，包裝封口質量更加提高。經(jīng)過 60 多年的發(fā)展，國外封箱機的發(fā)展己經(jīng)形成了獨立完整的體系，成為機制造行業(yè)的一個重要分支。美國包裝工業(yè)起步于 20 世紀初期，自二戰(zhàn)以來得到快速發(fā)展，逐步建立并形成 包括包裝材料、包裝工藝和包裝機完整而獨立的工業(yè)體系。其包裝工業(yè)總產(chǎn)值占國民經(jīng)濟總產(chǎn)值 3%。據(jù)美國行業(yè)調查分析，其封箱機最大使用行業(yè)是食品產(chǎn)業(yè)，其次是 飲料產(chǎn)業(yè)、家庭清潔用品與化妝品產(chǎn)業(yè)、醫(yī)藥用品及煙草業(yè)。美國當前前景看好的 封箱機是:水平枕式微機控制、配有伺服電機和薄膜張力好的電力控制裝置的包裝機。 今后微電子、電腦、工業(yè)機器人、智能型、圖像傳感技術和新材料等在包裝機中將會 得到越來越廣泛的應用，使包裝機日趨向自動化、高效率化、節(jié)能化方向發(fā)展。德國的封箱機在計量、制造、技術性能方面均屬世界一流。該國生產(chǎn)的啤酒、飲料灌裝成套設備生產(chǎn)速度快、自動化程度高、可靠性好。主要體現(xiàn)在：工藝流程的自 動化、生產(chǎn)效率高，滿足了交貨期短和降低工藝流程成本的要求；設備具有更高的柔 性和靈活性。主要體現(xiàn)在生產(chǎn)的靈活性、構造的靈活性和供貨的靈活性，以適應產(chǎn)品 更新?lián)Q代的需要；利用計算機和仿真技術提供成套設備，故障率低，可以進行遠程診 斷服務；對環(huán)境污染少，主要包括噪音、粉塵和廢棄物的污染。意大利生產(chǎn)的封箱機中，40%是食品封箱機，如糖果包裝機、茶葉包裝機、灌裝機等。產(chǎn)品的特點是外觀考宄、性能優(yōu)良、價格便宜。意大利包裝機行業(yè)的最大優(yōu)勢 就在于可以按照用戶的要求進行設計和生產(chǎn)，并能保證很好地完成設計、生第 1 章 緒 論3產(chǎn)、試驗, 實現(xiàn)監(jiān)督、檢驗、組裝、調整和用戶需求分析等。曰本是封箱機的后起之秀。它是第二次世界大戰(zhàn)后才發(fā)展起來的，但是發(fā)展速度很快，20 世紀 60 年代至 70 年代，封箱機的產(chǎn)值平均每年增長 20%。70 年代初期達到世界先進水平，成為第二包裝大國，封箱機的平均年產(chǎn)量是 60 萬臺 (套)，其年增長率為 10%。發(fā)展速度快的原因是日本善于引進、仿制、創(chuàng)新和經(jīng)營。德國的封箱機也很發(fā)達。它擁有幾家在世界上號稱規(guī)模最大的包裝機廠，它的包裝機產(chǎn)品大量用于出口。此外，英國、法國、瑞典、瑞士等國家的封箱機業(yè)各有優(yōu)勢，它們都在不斷研制新型封箱機，都有久享盛譽的封箱機供應國內外市場。1.2.2 國內封箱機的發(fā)展狀況解放前，我國封箱機基本上是空白的。絕大部分產(chǎn)品都不用包裝，只有少數(shù)產(chǎn)品采用手工包裝，因此談不上不上包裝機化。只有上海、北京、天津、廣州等幾大城市有英、美等國進口的啤酒、汽水灌裝機及卷煙小包裝機等。解放后的 30 年間，我國封箱機的發(fā)展相當緩慢。1956 年我國生產(chǎn)了第一臺卷煙小包裝機。20 世紀 60 年代，我國又生產(chǎn)了果酒、啤酒灌裝機，20 世紀 70 年代木逐漸開發(fā)了真空包裝機等，但是還沒有形成包裝工業(yè)體系。進入 20 世紀 80 年代，由于國民經(jīng)濟迅速發(fā)展，對外貿(mào)易不斷擴大人民生活水平顯著提高，對產(chǎn)品的包裝要求越來越高，迫切要求包裝實現(xiàn)機化、自動化，從而大大促使了包裝機的發(fā)展，包裝機在國民經(jīng)濟中占有的位置越來越重要。20 世紀 90 年代以來，包裝機工業(yè)每年平均以 20%-30%的速度增長，發(fā)展速度高于整個包裝工業(yè)平均增長速度的 15%-17%,比傳統(tǒng)的機工業(yè)的平均增長值高4.7%。包裝機工業(yè)己經(jīng)成為我國國民經(jīng)濟中不可缺少的非常重要的新興行業(yè)。隨著我國商品經(jīng)濟的繁榮和人民生活水平的提高，封箱機包裝技術的前景十分樂觀。近年來，國家加大了對食品和藥品質量和安全的監(jiān)督力度，對食品的生產(chǎn)加工包 裝技術都提出了新的要求。一批生產(chǎn)企業(yè)先后投入資金進行包裝設備的技術改造和生 產(chǎn)技術的創(chuàng)新，在一定程度上提升了我國封箱機的水平和市場競爭力。盡管我國封箱機包裝技術的水平有了提高，但是我國的包裝箱機包裝技術與發(fā)達國家的相比在競爭中還是明顯處于弱勢。無論在產(chǎn)品品種、技術水平還是產(chǎn)品質量方面都有一定的差距。并且我國包裝機行業(yè) 30%左右的企業(yè)存在低水平的重復建4設。 這種狀況不但浪費了有限的資金、人力等重要資源，還造成了包裝機市場的無序混亂,阻礙了行業(yè)的健康發(fā)展，制約了我國中小食品企業(yè)包裝機的升級換代和包裝技術的創(chuàng) 新。我國的包裝機多以單機為主，科技含量和自動化程度低，在新技術、新工藝、新材料方面應用的少，滿足不了我國當前食品企業(yè)發(fā)展的要求一些食品企業(yè)為了技術改造，不得不花費大量的資金從國外引進一些技術先進的、生產(chǎn)效率高、包裝精度高的成套食品包裝生產(chǎn)線，導致很大一部分國內的市場份額被國外品牌所占領。我國的食品包裝機發(fā)展空間依然廣闊，食品包裝機包裝技術的水平有待迫切開發(fā)的需要。曰前，隨著包裝機技術含量日趨增加，國外己經(jīng)己將很多先進技術應用在包裝機上，如遠距離遙控技術、步進電機技術、自動柔性補償技術、激光切割技術、信息處理技術等，國內現(xiàn)有的一些包裝機技術含量較低，先進技術應用較少，國內包裝機低 水平重復建設對行業(yè)產(chǎn)品的升級換代和創(chuàng)新已經(jīng)構成了阻礙。另外，包裝機市場日趨壟斷化。目前中國除了瓦愣紙箱包裝機和一些小型包裝機有一定規(guī)模和優(yōu)勢外，其他包裝機幾乎不成體系和規(guī)模，特別是市場上需求量大的一些成套包裝生產(chǎn)線，在世界包裝市場中均被幾家大包裝機企業(yè)（集團）所壟斷，包裝機零部件生產(chǎn)專業(yè)化。國際包裝界十分重視提高包裝機加工和整個包裝系統(tǒng)的通用能力，所以包裝機零部件生產(chǎn)專業(yè)化是發(fā)展的必然趨勢，很多零部件不再由包裝機廠生產(chǎn)，而是由一些通用的標準件廠生產(chǎn)，某些特殊的零部件由高度專業(yè)化的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)，真正有名的包裝機廠將可能是組裝廠。產(chǎn)品向多功能與單一、高速兩極化發(fā)展。包裝機的最終作用在于提高 生產(chǎn)效率和產(chǎn)品多樣化。包裝機行業(yè)面對市場的需求和如何趕上甚至超越發(fā)達國家的 包裝機，及如何加大自主創(chuàng)新的步伐，力爭在短時間內開發(fā)出一批具有自主知識產(chǎn)權 和國際先進水平的產(chǎn)品，是擺在我國封箱機機企業(yè)面前的緊迫任務。1.3 課題研究的內容以及采取的方法課題研宄內容為：比較各種方案優(yōu)越性，并選擇一種設計,確定紙盒四角邊封箱機整體方案包括（機械本體結構方案、零部件選取、控制系統(tǒng)方案）進行機器人三維實體設計，造型，計算，仿真模擬。封箱機的原理及結構，首先制定出設計過程中各部分的方案， 如傳動方案、結構方案、壓帶機構、封箱機構的方案等，利用第 1 章 緒 論3方6案的對比的要求，確定最佳方案，然后根據(jù)這套方案進行具體設計，如強度校核、尺寸選擇、材料選擇等。擬采用的方法是理論推導和計算繪圖分析的方法。機械裝備現(xiàn)代設計方法也為我們提出了很多的新思路，如機構的運動分析、機構的力學分析、利用 CAD/CAM進 行設計等。在設計過程中我們應該綜合運用這些方法，可以使設計更為細致。另外， 要使我們的設計盡量優(yōu)化，以達到符合要求的性價比。1.4 技術參數(shù)要求紙盒尺寸范圍：L320-500×W200-500 ×H180-500mm效率：360-500 箱/小時封箱膠帶寬度：36mm、48mm、60mm使用膠帶類型：OPP 膠帶工作臺高度：750mm-785mm1.5 基本任務設計說明書 60-70 頁，繪圖工作量不小于 3 張 A0機械系統(tǒng)整體裝配圖一張 A0機械系統(tǒng)部件圖一張 A1主要零件圖1.6 本章小結傳統(tǒng)的膠帶封箱機在把紙箱送進封合時需要手工對紙箱的上蓋進行折合后送進封箱機，因此當封箱機與生產(chǎn)線配套時，必須在此處配置一個工位進行人工折合上蓋送入封箱機進行封箱。隨著國民經(jīng)濟和科學技術的發(fā)展，我國的工業(yè)生產(chǎn)方式逐步趨向于大規(guī)模連續(xù)流水線作業(yè)及完全自動生產(chǎn)線的方向發(fā)展。而作為能更好地和流水線及全自動生產(chǎn)線配套的實用新型全自動紙盒四角封箱機必將取代現(xiàn)有的傳統(tǒng)的膠帶封箱機。為了使企業(yè)擁有一個方便、經(jīng)濟、安全且占地面積小的封箱設備，設計一個全自動的紙盒四角封箱機成了我們目前要解決的難題。首先我們通過各種搜索途徑查閱和分析國內外已有的研究成果，分析其中的優(yōu)點缺點，對比各種已知方案的優(yōu)劣性，從而得出我們需要解決的主要問題。然后，我們第 1 章 緒 論5通過實驗模擬、三維仿真、動畫模擬、有限元分析，最后結合經(jīng)濟性分析和安全性分析等各個角度分析，從而得到我們所具有創(chuàng)新意識的新的問題解決的方案。第 2 章 方案設計7第 2 章 方案設計全自動紙盒四角邊封箱機可以分為四個部件，分別為折蓋封箱機、四角邊封箱機、連接滾筒架、側邊滾筒架。兩個封箱機部件都是由傳動機構、驅動機構、封箱機構、高度寬度調節(jié)機構組成。2.1 傳送機構方案設計 2.1.1 間歇式傳送（1）槽輪機構槽輪由主動撥盤、從動槽輪和機架組成。主動撥盤以一定加速度勻速轉動。當主動撥盤上的圓銷沒有進入槽輪的槽中的時候，槽輪上的內凹鎖止弧被撥盤外凸的鎖止弧卡住，槽輪靜止；當主動撥盤上的圓銷進入槽輪的槽中的時候，撥盤鎖止弧與槽輪鎖止弧分離，撥盤撥動槽輪轉動，直到圓銷與槽輪的槽脫離為止。如此循環(huán)實現(xiàn)槽輪的間歇運動.圖 2-1 槽輪機構（2）曲柄連桿機構圖 2-2 曲柄連桿機構該機構實際為雙曲柄機構，中間連桿在曲柄的帶動下可以實現(xiàn)桿上任一點軌跡8為圓的運動，依靠連桿上的特殊結構來推動其上物品，實現(xiàn)間歇式的傳送。（3）其他機構可以實現(xiàn)間歇式運動的其他機構還有：不完全齒輪，曲柄搖塊機構等，在此未考慮選用，故不作詳細說明。2.1.2 方案二：連續(xù)式傳送直接依靠變速系統(tǒng)輸出的運動帶動傳送帶實現(xiàn)連續(xù)的傳送。變速系統(tǒng)通過帶傳動、齒輪傳動、以及平帶傳動實現(xiàn)。2.2 封箱機結構設計封箱機構的具體功能是使封箱膠帶把紙箱封住，并且切斷膠帶，然后回到初始狀態(tài)等待下一次工作。機構主要依靠紙箱的運動，滾輪的滾動和彈簧（彈簧未畫出）的回復力壓緊膠帶，在紙箱通過各個機構后，機構依靠彈簧的彈力恢復初始位子。第 2 章 方案設計9圖 2-3 封箱機結構設計流程圖102.3 設計方案的確定以上各種機構的設計方案中各有優(yōu)缺點，需要對其進行比較分析，選擇最終的方案。2.3.1 傳送機構方案的確定間歇式傳送的一個很大的好處是可以配合其他裝置進行有規(guī)律的加工，但若電機 轉速不變，其每次傳送距離與停留時間是固定的，考慮到現(xiàn)實中紙箱尺寸的不確定，在這里選取間歇式傳送機構己無多大意義，因為若紙箱尺寸改變，則不能保證裝置可以正常工作。并且間歇式的傳送工作效率較低，不能滿足快速封箱的要求。因此，傳 送機構選擇連續(xù)式傳送。運動由電機提供依次經(jīng)過帶傳動、齒輪傳動、傳送帶傳遞到封箱機構下。2.3.2 封箱機構設計方案的確定上面設計的封箱機構的方案我們可以簡單設計成 2 滾輪的，當箱體從右往左行進時，推動滾輪 1,滾輪 2 會跟著滾輪 1 一起運動，并且把刀片抬起；膠帶被貼在箱體 上，接著繼續(xù)向前行進，直至箱體通過滾輪 2 時，滾輪 2 向下運動，而滾輪1 隨著滾 輪 2—起向下運動，由于滾輪 1 的向下運動，帶動刀片的向下運動，因此膠帶會被切 斷，當箱體完全通過時，機構回到初始狀態(tài)（依靠彈簧回到初始狀態(tài)，圖中未畫出）。圖 2-4 封箱機構設計方案(1) 高度調節(jié)機構選用絲杠，確定為手動調節(jié)，因為單線絲杠自鎖性好，所以選單線絲杠，螺紋大徑取 30mm ,螺 距 取 10mm ,矩形螺紋牙，螺紋牙高度 5 mm。第 2 章 方案設計11(2) 水平寬度的調節(jié)使用同軸的旋向相反的絲桿，可以實現(xiàn)兩邊對稱的調節(jié)。2.4 本章小結課題研究內容為：比較各種方案優(yōu)越性，并選擇一種設計,確定紙盒四角邊封箱機整體方案包括（機械本體結構方案、零部件選取、控制系統(tǒng)方案）進行機器人三維實體設計，造型，計算，仿真模擬。根據(jù)封箱機的原理及結構，首先制定出設計過程中各部分的方案， 如傳動方案、結構方案、壓帶機構、封箱機構的方案等，利用方案的對比的要求，確定最佳方案，然后根據(jù)這套方案進行具體設計，如強度校核、尺寸選擇、材料選擇等。擬采用的方法是理論推導和計算繪圖分析的方法。機械裝備現(xiàn)代設計方法也為我們提出了很多的新思路，如機構的運動分析、機構的力學分析、利用 CAD/CAM進 行設計等。在設計過程中我們應該綜合運用這些方法，可以使設計更為細致。另外， 要使我們的設計盡量優(yōu)化，以達到符合要求的性價比。12第 3 章 傳送裝置設計根據(jù)上述選定的傳送機構方案，采用連續(xù)傳送，即：直接依靠變速系統(tǒng)輸出的運動帶動傳送帶實現(xiàn)連續(xù)的傳送。變速系統(tǒng)通過帶傳動、齒輪傳動、以及平帶傳動實現(xiàn)。 結構如下圖示：1-傳 送 帶 2-滾 筒 3-V 帶 4-減 速 器 5-電 動 機圖 3-1 傳送裝置設計3.1 電動機的選用3.1.1 電動機的性能和分類電動機可分為交流電動機和直流電動機兩大類?，F(xiàn)就這兩種類型電機論述如下：(1)交流電動機交流電動機簡單、耐用、可靠、易維護、價格低、特性硬，但起動和調速性能差, 輕載時功率因素低，一般在無調速要求的機械廣泛應用。在可變級頻率電源供電下可平滑調速。(2)直流電動機直流電動機的調速性能好，范圍寬，采用電子控制，能充分適應各種機械負載特 性的需求，但它的價格貴、維護復雜且需要直流電源，因此只有在交流電動機第 3 章 傳送裝置設計13不能滿 足要求時才采用。其中串勵電動機的特點是起動轉矩大、過載能力大、特性軟、適用于電力牽引機械等。復勵電動機的起動轉矩和過載能力比并勵電動機大，但調速范圍稍窄。3.1.2 選擇電動機應綜合考慮的問題選擇電動機應綜合考慮的問題：(1)根據(jù)機械的負載性質和生產(chǎn)工藝對電動機的起動、制動、反轉、調速等要求, 選擇電動機的類型。(2)根據(jù)負載轉矩，速度變化范圍和起動的頻率程度要求，考慮電動機的溫升限 制，過載能力和起動轉矩，選擇電動機的功率。所選電動機的功率應留有余量，負載 率一般取 0.8?0.9。過大的備用功率會使電機的效率降低，對于感應電動機，其功率 因素將變壞。(3)如溫度、濕度、灰塵、雨水、腐蝕及易燃易爆氣體和其他因素的必要保護方 式選擇電動機的結構形式。除此之外，選擇電動機還必須考慮運行的可靠性、設備的供貨情況、安裝檢修的 難易、以及產(chǎn)品的價格、建設費用和生產(chǎn)過程前后期電動機功率變化關系等各種因素。3. 1.3 本傳動機構電動機的類型選擇由于本設計中電動機是用來給傳動機構做動力，且載荷平穩(wěn)，常溫下連續(xù)運轉，生產(chǎn)批量為小批量，所以按工作要求及工作條件選用三相異步電動機，代號為 Y系列，同時為了其具有廣泛的適用性，采用了 380V 電壓 50HZ 的頻率。A 選擇電動機的功率(容量）電動機功率選擇是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。功率過小不能保 證工作機的正常工作，若功率選得過大，電動機的價格高，效率和功率因數(shù)都較低， 造成浪費。負荷穩(wěn)定(或變化很小) 、長期連續(xù)運轉的機械(例如運輸機)，可按照電動機的額 定功率選擇，而不必校驗電動機的發(fā)熱和起動轉矩。3.2 電機選型3.2.1 伺服電機選型原則及其工作特點 伺服電機選型原則如下： 1.連續(xù)工作轉矩小于額定轉矩；2.瞬時工作最大轉矩14小于最大扭矩；3.負載慣量小于 3 倍電機轉子慣量；4.連續(xù)工作轉速小于額定轉速。工作特點如下：1.最大轉矩為額定轉矩的 2-3 倍；2.變功率運行，轉矩和電流在額定值以下可以長期運行；3.超額定轉矩工作時間不超過 2min；4.工作在最低轉速和額定轉速之間時為恒轉矩調速，在額定轉速和最大轉速之間時為恒功率調速。3.2.2 選型計算及電機參數(shù)1.封箱機電機選型由式（3-2）已算出工作轉矩為 2509.3TMNm?AN.m 查資料并計算得出聯(lián)軸器、蝸輪蝸桿、兩對軸承的總傳動效率為 0.78，所以電機功率為：3.87950nPKw????總（3-1）可以首先根據(jù)功率確定選型的大致范圍，然后根據(jù)扭矩確定傳動比，最后驗算等效轉動慣量是否滿足要求。利用 solidworks 建立封箱機的三維模型，并且對各個零件賦予材料屬性，然后利用“評估”中的“質量屬性”得出相對某軸的轉動慣量。其中蝸桿、蝸輪和擺臂裝配體工作時的轉動慣量分別為 213.460Jkgm???A kg.m2、 2.30Jkgm?A kg.m2 和23196.05Jkgm?Akg.m2 ，所以折算到電機軸的等效轉動慣量為 ??2213.8LzJ???????kg.m2 （3-2）由設定轉速和轉速比可以得出電機轉速應大于 157.5rpm，額定轉矩應大于1593.61N·m?？紤]到封箱機為非連續(xù)性工作，工作力矩小于最大值，且電機可以短時間超額定轉矩工作。綜上所述，選擇西門子 1PH8224-1-b2-電機。2.封箱機電機選型小車主軸、大齒輪和小齒輪的轉動慣量分別為 249.3510Jkgm???A kg.m2、250.46Jkgm?Akg.m2 和 3264.150Jkgm???A kg.m2。封箱機速度最大為 30rpm,設定加速過程為 0.1 秒，則加速度大小為 /rads?? ，所需驅動力矩為：??457TN?N.m （3-3）當加速到最大速度的瞬時具有最大消耗功率，最大功率為 34.65PW? W。小、大齒輪的齒數(shù)分別為 32z? 、 40z，等效轉動慣量為 2.10LJkgm??A kg.m2。綜上所述，選擇安川電機 SGMCS-14C-C。第 3 章 傳送裝置設計15所選伺服電機電機參數(shù)如表 3-1 所示。表 3-1 伺服電機參數(shù)電機型號 輸入電壓 P[Kw]M[Nm]I[A]N[rpm]J[kg.m2]M[kg]西門子1PH8224-1-b2-SLM/BLM 400V 36.0 860 100 400 1.452 610安川SGMCS-14C-C 200V 0.293 14.0 2.8 200 0.022 14.23.3 減速器的選用減速器是用于原動機和工作機之間的獨立的封閉的傳動裝置。由于減速器具有結構緊湊、傳動效率高、傳動準確可靠、使用維護方便等特點，故在各種機械設備中應用甚廣。3.3.1 減速器性能和分類減速器按其機構分為：圓柱齒輪減速器、圓錐一圓柱齒輪減速器；蝸桿減速器；行星輪齒輪減速器；擺線針輪減速器以及諧波輪減速器等等。常見減速器的類型及其 應用簡述如下：(1)圓柱齒輪減速器兩級展開式圓柱齒輪減速器。它是兩級減速器中運用最廣，最簡單的一種。齒輪 相對軸承位置不對稱。當軸產(chǎn)生彎曲變形時，載荷在齒寬上分布不均勻。因此，軸應具有較大的剛度，并盡量使高速齒輪遠離輸入端，高速級可制成斜齒，低速級可制成 直齒。相對分流式講，用于載荷較平穩(wěn)的場合，傳動比一般為 i=8?60。(2)圓錐及圓錐圓柱齒輪減速器圓錐一圓柱齒輪減速器：它主要用于輸入軸與輸出軸相交而傳動化又較大的傳 動。圓錐齒輪應在高速級，以減少錐齒輪尺寸，齒輪可分別制成直齒和斜齒。傳動比在直齒圓錐齒輪為 8?22,斜齒輪及螺旋齒輪為 8?40。3.3.2 減速器類型的選擇由前面計算知本設計所用減速器傳遞的功率 P=0.14kW,傳動比 i=8.732,輸入轉速 n=1390 r/min,則選擇兩級圓柱齒輪 (ZLY)減速器。由《機械設計實用手冊》表 9-1-2 查得:兩級減速器總中心距 a=192mm，b 16=80mm,a2=112mm。根據(jù)表 9-1-4 選取減速器公稱傳動比系列/=5.8 根據(jù)表 9-2-3 ZLY 型減速器低速級許用輸入功率 6=1.4 kW 根據(jù)表 9-2-9 ZLY 型減速器外形尺寸設計減速器的尺寸。3.4 帶傳動的設計帶傳動的類型很多，根據(jù)《機械設計實用手冊》表 8-1-1 長用帶傳動的類型、特 點及應用，選擇普通 V 帶用于連接減速器低速軸和滾筒軸之間的傳動；而置于導軌 上用于輸送箱體的帶則選用聚酰胺片基復合平帶。3.4.1 平帶傳動平帶傳動在機械傳動中應用較普遍。它的特點是：（1)結構簡單，能適應多種傳動形式如交叉與角度傳動、多被動輪傳動、張緊離合器等。⑵主動輪與被動輪之間 距離較大。適于體積較大的機具之間的傳動。⑶膠帶有彈性，傳動中產(chǎn)生打滑，可 以緩和沖擊載荷和短時過載，又安全作用。⑷ 不能保持準確穩(wěn)定的速比。 （5)軸和軸承上受壓力較大。聚酰胺片基復合平帶按承載層(聚酰胺片基)的能力(抗拉強度)分為輕型 L、中型 M、重型 H 和特輕型 EL、加重型 EH、超重型 EEH 等幾種，其尺寸規(guī)格見《機械設 計實用手冊》表 8-1-39。本設計中采用聚酰胺片基復合平帶傳動設計可以參照《機械設計實用手冊》表 8-1-35 進行，但應考慮下列幾點 ： 選擇帶型時，現(xiàn)根據(jù)用途、載荷的大小和變化情況按《機械設計實用手冊》 表 8-1-40選擇貼面類型，然后再根據(jù)設計功率尺和小帶輪轉速〃,由《機械設計實用手冊》圖 8-1-7 選擇帶型。（1）小帶輪直徑名可按表 8-1-35 的計算值減小 30%?50%,但必須大于表 8-1-39 中規(guī)定的 rfmin，并應使帶速 10?15m/s。（2）曲撓次數(shù) w 應小于 Wmin=l5?50 小帶輪直徑大時取高值，若 w〉w min，則應該用輕薄的帶或較大的帶輪直徑以免影響帶的壽命。（1）確定帶寬根據(jù)上式算出帶寬，再結合所要輸送箱體的寬度，初步確定輸送帶的寬度，并按 《機械設計實用手冊》表 8-1-39 選取標準值。取 b=250mm，選用兩根該帶。由以上推理計算可知，本設計中使用的聚酰胺片基復合平帶為：LR-M250x3350 GB/1063-89(—面粘鉻鞣革、一面粘彈性膠片、帶寬為 250mm、 帶長為第 3 章 傳送裝置設計173350mm 的聚酰胺片基復合平帶)。由以上推理計算可知，本設計中使用的聚酰胺片基復合平帶為：LR-M 250x3350 GB/1063-89(—面粘鉻鞣革、一面粘彈性膠片、帶寬為 250mm、 帶長為3350mm 的聚酰胺片基復合平帶)。平帶傳動在機械傳動中應用較普遍。它的特點是：（1)結構簡單，能適應多種傳動形式如交叉與角度傳動、多被動輪傳動、張緊離合器等。⑵主動輪與被動輪之間 距離較大。適于體積較大的機具之間的傳動。⑶膠帶有彈性，傳動中產(chǎn)生打滑，可 以緩和沖擊載荷和短時過載，又安全作用。⑷ 不能保持準確穩(wěn)定的速比。 （5)軸和軸承上受壓力較大。聚酰胺片基復合平帶按承載層(聚酰胺片基)的能力(抗拉強度)分為輕型 L、中型 M、重型 H 和特輕型 EL、加重型 EH、超重型 EEH 等幾種，其尺寸規(guī)格見《機械設 計實用手冊》表 8-1-39。本設計中采用聚酰胺片基復合平帶傳動設計可以參照《機械設計實用手冊》表 8-1-35 進行，但應考慮下列幾點 ： 選擇帶型時，現(xiàn)根據(jù)用途、載荷的大小和變化情況按《機械設計實用手冊》 表 8-1-40選擇貼面類型，然后再根據(jù)設計功率尺和小帶輪轉速〃,由《機械設計實用手冊》圖 8-1-7 選擇帶型。（1）小帶輪直徑名可按表 8-1-35 的計算值減小 30%?50%,但必須大于表 8-1-39 中規(guī)定的 rfmin，并應使帶速 10?15m/s。（2）曲撓次數(shù) w 應小于 Wmin=l5?50 小帶輪直徑大時取高值，若 w〉w min，則應該用輕薄的帶或較大的帶輪直徑以免影響帶的壽命。（1）確定帶寬根據(jù)上式算出帶寬，再結合所要輸送箱體的寬度，初步確定輸送帶的寬度，并按 《機械設計實用手冊》表 8-1-39 選取標準值。取 b=250mm，選用兩根該帶。由以上推理計算可知，本設計中使用的聚酰胺片基復合平帶為：LR-M250x3350 GB/1063-89(—面粘鉻鞣革、一面粘彈性膠片、帶寬為 250mm、 帶長為3350mm 的聚酰胺片基復合平帶)。由以上推理計算可知，本設計中使用的聚酰胺片基復合平帶為：LR-M 250x3350 GB/1063-89(—面粘鉻鞣革、一面粘彈性膠片、帶寬為 250mm、 帶長為3350mm 的聚酰胺片基復合平帶)。183.4.2 V 帶傳動V 帶比平帶應用更廣泛，在許多情況下代替了平膠帶傳動和鏈傳動。V 帶傳動的 特點：(1)與鏈傳動相比，結構簡單，成本低，制造、使用、維護方便，能適應多種復 雜的傳動形式。但其傳動不穩(wěn)定，局部損壞不易修理，需更換新品。(2)與平帶相比，不易掉帶，帶輪安裝要求不太嚴格，允許兩輪中心面有較大的 位置度和平行度偏差，能更好地適應多種傳動形式，簡化傳動機構。V 帶得出拉力較 低，允許用較小的包角和中心距，傳動比可以比較大，外廓尺寸小，沒有接頭，運行 平穩(wěn)。(1)小帶輪直徑名可按表 8-1-35 的計算值減小 30%?50%,但必須大于表 8-1-39 中規(guī)定的 rfmin，并應使帶速 10?15m/s。(2)曲撓次數(shù) w 應小于 Wmin=l5?50 小帶輪直徑大時取高值，若 w〉w min，則應該用輕薄的帶或較大的帶輪直徑以免影響帶的壽命。(3)確定帶寬根據(jù)上式算出帶寬，再結合所要輸送箱體的寬度，初步確定輸送帶的寬度，并按 《機械設計實用手冊》表 8-1-39 選取標準值。取 6=250mm，選用兩根該帶。由以上推理計算可知，本設計中使用的聚酰胺片基復合平帶為：LR-M250x3350 GB/1063-89(—面粘鉻鞣革、一面粘彈性膠片、帶寬為250mm、 帶長為 3350mm 的聚酰胺片基復合平帶)。3.5 主軸部分軸材料的選擇主軸零件要求材料具有良好的機械強度、韌性和耐磨性。這些性質是通過熱處理方法實現(xiàn)的。因此要求材料具有良好的淬火硬度，同時保持材料內在的軔性。低碳合 金鋼的韌性優(yōu)于中碳鋼，故于重載、高速。氮化鋼具有淬火變形小的特點，使之適于精密主軸使用。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用于軋制圓鋼和鍛件，有的則第 3 章 傳送裝置設計19直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理 或化學處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造尤為廣泛，45 號鋼 等優(yōu)質中碳鋼是最常用的材料。 Q235-A 等普通碳素鋼用于不重要的軸或受載較小的 軸。合金鋼比碳鋼具有更高的力學性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并 要求減少尺寸與質量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常 采用合金鋼。各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強化處理（如噴丸、滾壓等)，對提高軸的抗疲勞強度都有著顯著的效果。由于此設計中軸主要傳遞運動，且受力較小，選擇 45 鋼作為軸的材料，調質處理。3.6 聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器按計算轉矩 7；進行選擇，要求所選聯(lián)軸器允許的最大轉矩大于計算轉矩 T； ,且孔徑應與被連接的兩軸直徑一致。聯(lián)軸器的類型應根據(jù)工作要求選擇，一般多采用可移式聯(lián)軸器，它可以補償由于 制造、安裝生產(chǎn)的徑向位移和角位移。在啟動頻繁、變載荷、高速級正反轉的場合， 應采用彈性聯(lián)軸器。本設計中電動機與減速器高速軸之間使用聯(lián)軸器。20再根據(jù)軸徑的大小査《機械設計實用手冊》表 4-2-19 選用 TL3 聯(lián)軸器。其主要 參數(shù)如下：TL3:軸孔直徑范圍為 16?22mm,公稱轉矩 7:T=63 Nm 合適，許用轉速 [n]=4700(鐵) ，[n]?。合適。3.7 輥筒的設計與計算簡單的帶式輸送機上裝有傳動滾筒和張緊滾筒；較復雜的結構上還設有該項滾 筒，用以增加包角或改變輸送方向。常用的輥筒結構型式見《實用機械設計手冊》圖 13.3-3。為了獲得所需的傳動牽 引力，而又不致使輸送帶的張力過大，可在傳動滾筒表面包覆木材、皮革或橡膠，以 增加滾筒與輸送帶之間的摩擦力，并可采用各種輸送帶圍繞型式以增大輸送帶在滾筒 上的包角。滾筒基本參數(shù)和尺寸見《實用機械設計手冊》表 13.3-9。重型帶式輸送機多采用各種類型的多滾筒傳動方式，以增加傳動功率，見《實用 機械設計手冊》圖 13.3-5。根據(jù)輥筒在本設計中的作用以及它與封箱機的連接形式，設計結構簡單、占用空 間少、具有足夠承載能力的滾筒，如圖 3-2 所示：圖 3-2 輥筒3.8 本章小結本章主要講述了傳送裝置的設計過程，包括電機的選型，減速器的選型，帶傳動的設計，主軸設計，聯(lián)軸器的選用和輥筒的選用計算過程，根據(jù)上述選定的傳送機構方案，采用連續(xù)傳送，即：直接依靠變速系統(tǒng)輸出的運 動帶動傳送帶實現(xiàn)連續(xù)的傳送。變速系統(tǒng)通過帶傳動、齒輪傳動、以及平帶傳動實現(xiàn)。 第 4 章 封箱機構設計21第 4 章 封箱機構設計4.1 工作臺高度的調節(jié)機構為適應不同生產(chǎn)線的要求，工作臺的高度可通過 4 根支柱上所連接的 4 根中間含 有矩形孔的支柱通過螺栓連接來調整?？烧{范圍是 20cm。由于 4 根支柱上的孔是矩 形分布的，調節(jié)起來特別容易。采用這種設計，具有簡單、方便的優(yōu)點。4.2 紙箱寬度調節(jié)機構4.2.1 導向桿的設計本設計中，導向桿用于使隨輸送帶動作的紙箱由于導向桿的作用，使箱體自動調 節(jié)對中位置，并進入封箱位置中，完成紙箱的自動封箱動作。結合《機械設計實用手冊》選用 45 號鋼作為導向桿的材料。4.2.2 寬度調節(jié)機構為適應各種紙箱的寬度，兩調節(jié)桿的寬度在 150-500_范圍內可調節(jié)。調節(jié)桿 之間的距離由兩根螺桿確定，兩螺桿兩頭分別為左旋和右旋螺紋，中間留有 40mm光 桿，用于把不同旋向的螺紋分開。當旋轉調節(jié)手輪如圖 4-2 所示，兩根螺桿通過鏈條 的帶動同方向旋轉，于是兩調節(jié)桿靠攏或向兩邊分開，以適應不同的箱體寬度。圖 4-1 調節(jié)導軌寬度圖22搖動搖把手柄可以調整封箱寬度，順時針（在操作側側視） 轉動曲柄可調窄，逆時針轉動曲柄可調寬。4-2 搖動手柄4.3 紙箱高度調節(jié)機構高度調節(jié)機構選用絲杠，確定為手動調節(jié)，因為單線絲杠自鎖性好，所以選單線 絲杠，螺紋大徑取 30mm,螺距取 10_,矩形螺紋牙，螺紋牙高度 5_。搖動搖把手柄 b51 可以調整封箱高度，順時針(俯視)轉動曲柄可調高，逆時針轉動曲柄可調低。圖 4-3 紙箱高度調節(jié)機構第 4 章 封箱機構設計234.4 刀架部件設計該機構分別由上刀架和下刀架組成，完成紙箱的頂面和底面的封口和膠帶切斷任 務。由于是膠帶封箱機封箱質量的關鍵部件，要求 ：(1) 要確保其工作的準確性和合理性。(2) 要確保其工作的穩(wěn)定性。(3) 要確保去工作的高效率。刀架結構如圖 4-4 所示。在當箱體進入工作空間后，箱體在側面的齒將皮帶的摩 擦力作用下前進。當運行至刀架位置時，箱體將刀片架和膠帶壓輪 1 壓退位，而膠帶 壓輪 2 在四桿機構的作用下與膠帶壓輪 1 保持同步運動而退位，并使前面的膠帶與紙 箱貼合并封箱。隨著箱體前進，膠帶不斷地抽出封在箱體上。當箱體的后部離開刀片 時，膠帶壓輪 1 由于四桿機構的作用與膠帶壓輪 2 的運動一致，而刀片架受小彈簧 彈力作用，復位彈起，切斷膠帶。當箱體運動離開膠帶壓輪 2時，膠帶壓輪 2 也由于 受可調彈簧回位作用而復位，使連在箱體上最后的膠帶也貼在箱體上，完成后段封箱任務。圖 4-4 刀架機構244.5 刀片的設計膠帶刀片設計如圖 4-5 所示。膠帶在切斷前繃得很緊，只要斷開處有一點先被切 破，斷口就會迅速擴大，直到全部切斷。為了增強切斷瞬間的壓強的作用效果，設計刀齒的排列有一定的斜度，其斜度為 3°，從而使瞬間的接觸面積大大減少，盡可能的使刀片一次性切斷膠帶。圖 4-5 刀片的結構圖4.6 壓帶機構的設計壓帶機構初步選定采用四連桿機構，連桿機構的共同點是原動件的運動都要經(jīng)過 一個不與機架直接相連的中間構件才能傳動從動件，即連桿機構。連桿機構具有以下一些傳動特點：連桿機構中的運動副一般均為低副，其運動副元素為面接觸，壓力較小，承載能 力較大，潤滑好，磨損小，加工制造容易，且連桿機構中的低副一般是幾何密封，對 保證工作的可靠性有利。在連桿機構中，在原動件的運動規(guī)律不變的條件下，可用改變各相對長度來使從 動件得到不同的運動規(guī)律。在連桿機構中，連桿上個點的軌跡是各種不同形狀的曲線，其形狀隨著各構件相 對長度的改變而改變，故連桿曲線的形式多樣，可用滿足一些特定工作需要。連桿機構也存在如下一些缺點：由于連桿機構的運動必須經(jīng)過中間桿件進行傳遞，因而傳動路線較長，易產(chǎn)生較 大的誤差積累，同時也使機械效率降低。在連桿機構運動中，連桿及滑塊所產(chǎn)生的慣性力難以用一般平衡方法加以消除，因而連桿機構不宜用于高速運動。