方盒自動裝箱裝置的設計
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方盒自動裝箱裝置的設計
摘 要
包裝機械屬于高技術、高智能、高競爭的機電一體化產品，高技術成果都會在包裝機械產品中得到應用。紙盒裝箱機械可分為折紙、下紙、方盒推送、紙盒打開、紙盒傳輸、折舌、插舌、壓平和打批號等功能。
本次設計為方盒裝盒裝置的設計，主要內容有方盒貨物的輸送裝置設計、方盒貨物裝盒裝置設計、紙箱的支承裝置設計、傳動裝置及原動機四部分。方盒貨物的輸送裝置利用輸送帶進行方盒貨物的輸送到位，輸送速度0.8m/s；方盒推貨裝置通過正弦機構進行方盒貨物的推送入箱，推貨速度1.25s/層，一層設計為4盒；紙箱支承裝置利用凸輪配合支承板來完成紙箱的上下升降，支承板尺寸260mm×160mm，凸輪基圓半徑150mm，升程150mm；驅動方式采用分別驅動，使各機構單獨驅動。
本設計充分考慮了機械動力學分析，使結構盡量簡單，機械運行平穩(wěn)，各機構間能實現(xiàn)較好的配合。設計過程參考了各類包裝機械設計中的長處，同時也借鑒了其它機械的優(yōu)點來完成方盒裝箱裝置的設計。
關鍵詞：裝盒裝置；機構；配合；凸輪。
畢業(yè)設計中文摘要
畢業(yè)設計英文摘要
Design of automatic packing device for square box
Abstract
Packaging machinery belongs to high technology, high intelligence, high competition of mechatronics products, high-tech achievements will be used in packaging machinery products. Carton packing machinery can be divided into origami, paper, box pushing, box opening, box transmission, folding tongue, tongue inserting, pressing and making batch number and other functions.
This design is the design of the box loading device, the main content has the transport device design of the box goods, the box loading device design, the supporting device design of the carton, the transmission device and the prime mover four parts. The conveying device of the square box goods uses the conveyor belt to transport the square box goods in place, the conveying speed is 0.8m/s; The square box pushing device pushes the square box goods into the box through sinusoidal mechanism. The pushing speed is 1.25s/ layer. One layer is designed to be 4 boxes. The carton supporting device uses the CAM with the supporting plate to complete the carton up and down, the supporting plate size is 260mm×160mm, the CAM base circle radius is 150mm, the lift is 150mm; The drive mode is driven separately, so that each mechanism is driven separately.
This design fully considers the mechanical dynamics analysis, so that the structure as simple as possible, the mechanical operation is stable, the mechanism can achieve better coordination. The design process refers to the advantages of all kinds of packaging machinery design, but also learn from the advantages of other machinery to complete the design of the box packing device.
Keywords:Boxing device; Agencies; Cooperate；Cam.
目 錄
目錄
1 緒論 1
1.1 課題背景及其研究目的、意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2
1.2.1 國外先進裝箱機介紹 3
1.2.2 國內裝箱機發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3 課題研究方案與技術路線 4
1.4 本章小結 5
2 方盒自動裝箱裝置的總體設計 6
2.1 方盒自動裝箱裝置的性能要求 6
2.1.1 方盒規(guī)格 6
2.1.2 技術要求 6
2.2 方盒自動裝箱裝置的總體設計 7
2.2.1 總體設計要求 7
2.2.2 系統(tǒng)工藝過程 7
2.2.3 系統(tǒng)機械機構設計與分析 8
2.2.4 本章小結 8
3 執(zhí)行裝置的設計 10
3.1 輸送裝置的設計 10
3.1.1 輸送裝置總體概述 10
3.1.2 輸送機尺寸設計 10
3.2 推貨裝置的設計 11
3.2.1 推貨裝置總體概述 11
3.2.1 推貨裝置尺寸設計 12
3.3 移箱裝置的設計 14
3.3.1 移箱裝置總體概述 14
3.3.2 盤形凸輪機構尺寸設計 14
3.4 循環(huán)圖設計 18
3.5 本章小結 18
4 驅動設計 19
4.1 送貨裝置驅動設計 19
4.2 推貨裝置驅動設計 19
4.3 支承機構驅動設計 22
4.4 本章小結 24
5 主要零件設計及校核 25
5.1 推貨裝置軸的設計 25
5.2 支承裝置軸的設計 28
5.3 本章小結 31
6 箱體及其他輔助部件設計 32
6.1 輸送裝置支架設計 32
6.2 推貨裝置箱體設計 33
6.3 推貨裝置擋板設計 34
6.3 本章小結 35
7 總結與改進 36
7.1 總結 36
7.2 改進 36
參 考 文 獻 37
致 謝 38
1 緒論
1.1 課題背景及其研究目的、意義
包裝機械是我國機械工業(yè)中的一大門類產品，包裝機械廣泛應用于食品、化工、醫(yī)藥等領域，其作用不僅能簡單地把產品給包裝起來，還能保證包裝產品的質量、提高生產效率等。而裝箱機可以說是作為商品包裝機的一個重要技術分支，是一種將所有需要銷售的小包裝的商品或者無包裝商品半自動或者自動地直接裝入大型運輸包裝的一種包裝設備，其工作基本原理就是將所有待裝商品按設計規(guī)定的排列方式計時定量地裝箱（紙箱、塑料箱等）打包，并對箱體開口部分進行閉合或封勞。按照裝箱的要求裝箱機還應具有打開紙箱、產品輸送、產品裝箱并根據(jù)不同客戶的特殊需求還會有自動封箱或捆扎等功能。
自動裝箱機就其自動程度上可分為全自動和半自動兩種。全自動裝箱機能實現(xiàn)完全自動地完成將包裝物成形排列，被包裝產品有序裝箱，自動封箱等功能，并且所有動作都是完全自動的，因而大多數(shù)自動裝箱機都包括包裝物整形裝置、產品排列裝置、充填裝置和封箱裝置等功能單元，分別完成對應動作。PLC控制系統(tǒng)的使用也是全自動裝箱機的一大特點，大大方便了操作和管理，減輕了生產人員的勞動強度。但全自動裝箱機造價昂貴使用和維修費用較高，雖然能提高工作效率，但對于中小型企業(yè)來說盈利空間不大，因此半自動裝箱機便在這種情況下發(fā)揮出優(yōu)勢，半自動裝箱機能在一定程度上提高工作效率且機構較簡單且造價較低，因而能夠在滿足中小型企業(yè)裝箱需求的情況下盡可能的使成本更低，獲得更多的利潤。
裝箱機的工作形式主要分為臥式、垂直跌落式、側推式和夾持式等，其傳動以機械、氣動、光電一體化為主。目前國產裝箱機主要有小盒、塑料瓶、玻璃瓶、軟袋包裝、金屬罐等多種類型的裝箱，其基本技術要求就是能夠做到箱板拾取、箱板成形、箱體輸送、產品輸送、產品裝箱、箱體密封。根據(jù)所要包裝產品的不同，對應的使用不同的裝箱方式。塑料瓶、玻璃瓶、金屬罐等硬質包裝一般采用夾持裝置將產品夾持并裝入箱內，而軟袋類包裝一般不需要特別規(guī)則的裝入箱內，因此可采用跌落式裝箱。自動裝箱機的主要輔助工作就是封箱和捆扎，因此就要求一臺輔助裝箱設備的功能是對已裝好的箱子進行封箱和捆扎，完成包裝的最后一道工序。如圖1-1所示為常見的裝箱機。
圖1-1常見的自動裝箱機
本課題主要設計一種方盒裝箱機的主要組成部位—方盒自動裝箱裝置，能夠對方盒貨物進行自動裝箱，裝箱方式采用側推式，主要組成機構有輸送裝置、推貨裝置、移箱裝置三部分，輸送裝置主要由輸送機構成，推貨裝置主要由一種止轉軛機構組成，移箱裝置主要組成為尖底推桿凸輪，該裝箱裝置采用自動化與人工相結合的方式。通過合理的驅動方式控制貨物推送裝置進行往復運動并將貨物輸送裝置運輸過來的方盒貨物有序推入支承裝置上面的箱子內，每推送一次支承裝置下降一次來完成貨物的規(guī)則裝箱。
本課題所研究的方盒自動裝箱裝置具有一定的研究意義及使用價值，一方面，它采用自動運輸生產線，通過傳送帶將貨物自動運輸?shù)街付ㄎ恢茫阌谙乱徊酵曝浹b置將貨物推進箱體，且利用止轉軛機構進行對稱布置，提高了裝箱效率；另一方面，箱子的更換采用人工完成，很大程度上節(jié)省了成本，提供了更多的盈利空間。
1.2 國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢
近年來，我國的現(xiàn)代包裝印刷機械得到了迅速的穩(wěn)步發(fā)展，逐漸改變了我們傳統(tǒng)的包裝手工和工業(yè)半自動化的工作狀況，企業(yè)逐漸開始采用高效、自動化的裝箱方式，大大提高了裝箱效率，使其成為了我國機械工業(yè)中的十大行業(yè)之一。資料分析表明，美國、德國、日本、意大利是目前世界上生產和出口包裝機械的四大強國。德國的包裝機械在計量、技術性能、制造等各個方面處于世界領先水平，是世界上最大的包裝機械出口國。意大利目前已經(jīng)是僅次于德國的第二大包裝機械產品出口國，出口范圍遍布世界150多個國家。
1.2.1 國外先進裝箱機介紹
近年來，國外裝箱機制造商不斷改進技術，使裝箱機的自動化程度不斷提高，功能更多，效率也不斷提升。著名的裝箱機生產公司有SWF公司、Douglas公司和ABC公司等。
SWF公司推出的DP320裝箱機，具有高速、適應性強、操作界面簡潔等特點。該機器裝箱速度可達每分鐘25箱，并且能夠連續(xù)地包裝尺寸不同的纖維、玻璃、塑料或金屬容器，適用范圍較廣。且該種機器在正常工作條件下具有一系列獨特的性能，如垂直紙箱輸送、PLC自動控制、安全保護自鎖、擁堵自動攔截傳感器等，還配有規(guī)格更換輔助裝置、NEMA12電控控制系統(tǒng)，下游還設置有一個光電控制器以實現(xiàn)自動啟動或停機。該裝箱機采用帶式紙箱輸送,配備低壓氣動裝置和塑料帶以實現(xiàn)平穩(wěn)輸送[1]。
Douglas機器公司研發(fā)的新型AxiomTM系列自動裝箱機通過其本身采用伺服驅動系統(tǒng)來實現(xiàn)紙箱包裝過程中地各種間歇連續(xù)運動，不僅使生產速度能夠提高大約50%，而且其運動范圍則比機械結構縮小30%。Axiom系列機器采用第三代伺服系統(tǒng)，通過增強動態(tài)位置重復精度以及對失誤檢測與恢復簡化，使生產效率得到了大幅提升。該設備的改進包括采用不銹鋼網(wǎng)板以及使零部件數(shù)減少50%，可有效減少設備維護、配件更換等所需時間。
ABC公司推出的一種裝箱機，在進行裝箱的同時可直接在高速生產線上對紙箱表面進行印刷。客戶可在生產線上快捷的完成企業(yè)商標、產品說明、產品批號等信息的印刷。這種裝置適應性強，當裝箱完成時，相關的圖案、文字就會一并出現(xiàn)在箱體的對應部分。包裝制造商將省去印刷頭、紙箱旋轉等設備的昂貴支出。該機器每分鐘可以完成35箱的包裝，具體速度與印刷圖像的復雜程度有關。
1.2.2 國內裝箱機發(fā)展現(xiàn)狀
我國的裝箱機技術起步較晚，目前國內專業(yè)的生產廠家也只有十幾家，國內裝箱機與世界先進裝箱技術水平仍有較大差距。國內裝箱機設備在自動化程度、自動控制和加工精度等方面比較落后，效率低、性能不穩(wěn)、能耗高、結構復雜維修麻煩等是制約國內裝箱機發(fā)展的主要幾個問題。
國內的第一臺軟袋裝箱機是由武漢人天包裝機械有限公司研制成功的。該裝箱機主要由五部分組成：取箱裝置，用于將空箱取出并整理成型，然后將箱體豎直放置于指定位置待裝箱；疊袋裝置，用于將輸送來的待包裝物進行計數(shù)和分層；充填裝置，用于將已成形箱體取出置于充填臺上，并將分層包裝物在紙箱中分層疊放；送箱裝置，用于將充填完成的紙箱輸出；電控系統(tǒng)和電控柜，用于裝箱機的控制和生產線的協(xié)同工作。該機廣泛適用于多種軟袋包裝物的自動裝箱，且價格僅為進口同類機的1/3[2]。
我國南方一家包裝機械設備有限公司研制成功的多功能全自動裝箱機在多項性能指標上都已達到了國際先進水平。這項多功能全自動裝箱機適用于各種規(guī)格的圓形瓶、扁形瓶、方形瓶。該機特點是可以根據(jù)裝箱要求，將產品自動分道理排。在控制上，采用伺服控制系統(tǒng)，定位準確、動作穩(wěn)定。并且該機可以自動完成瓶子提升、移動、降落的裝箱動作，抓瓶器可以將瓶子自動裝進帶隔板的箱子內。該機設計結構合理：運動由伺服驅動器和變頻器控制的電機驅動，起步和終止均緩慢平穩(wěn)，裝箱速度采用變頻AD53器進行無級調速，生產效率極高，生產時速高達10000瓶/小時—90000瓶/小時。更換不同瓶型時，只需更換夾瓶機構即可。該裝箱機采用現(xiàn)代顯示技術—觸摸屏，設備常見故障可自行分析、診斷并排除。產品除了設置有保護罩外，還配備光電安全保護裝置，當裝箱過程中出現(xiàn)缺瓶、堵箱、錯位等現(xiàn)象時，能立即自動停機，保護機器[3]。
1.3 課題研究方案與技術路線
本課題研究的自動裝箱裝置主要適用于方盒裝箱，對稱布置提高了裝箱效率，自動運輸貨物和人工換箱，不僅保證了較好的裝箱效率，同時還降低了生產成本，并且還一定程度上簡化了結構。
本課題的研究方案主要從一下幾個方面進行：
1.全面查閱國內外相關文獻，熟悉裝箱機的種類、特點及優(yōu)缺點，了解國內外裝箱機的發(fā)展史，結合國內具體市場需求，從企業(yè)的角度出發(fā)，同時結合現(xiàn)有的裝箱機構，確定裝箱裝置的研究方案，并明確方案具有的指導作用和價值。
2.參考現(xiàn)有裝箱機的結構及其有關技術，建立方盒自動裝箱裝置的設計思路，明確裝置各部分運作所需的主要機構，要對其工作原理有深刻的把握。
3.裝置的各機構之間的空間布局要合理分配，同時借助二維、三維軟件對裝箱裝置進行模型建立，重點對裝箱裝置的關鍵部位進行闡述，說明方盒自動裝箱裝置各機構之間的相互關系并進行計算說明。
1.4 本章小結
本章主要介紹了國內外裝箱機械的工作原理、性能參數(shù)以及發(fā)展狀況，簡要闡述了本次設計的目的及意義，對本設計的課題研究方案與技術路線進行了簡要的說明。
2 方盒自動裝箱裝置的總體設計
進行自動裝箱裝置的設計之前，要明確技術要求，然后根據(jù)要求進行總體傳動方案的設計，明確各部位機構在整個工作過程中的功能，并根據(jù)該功能進行更加詳細的機構設計。
2.1 方盒自動裝箱裝置的性能要求
2.1.1 方盒規(guī)格
如圖2-1（a）所示，方盒規(guī)格尺寸為12×6×3(cm3)，每盒重量250g，在傳送帶上運輸時，如圖2-1（b）按每四個為一組，最終每箱裝6層，箱子理想尺寸如圖2-1（c），實際設計時考慮到箱子紙板厚度再適當調整。
圖2-1方盒規(guī)格
2.1.2 技術要求
1.包裝速度：25s/箱
2.包裝規(guī)格：12×6×3(cm3)；
3.包裝重量：250g×6；
4.推送與箱體下降動作連貫，工作穩(wěn)定。
5.每次推送后都要有短暫停歇，配合推貨機構進行裝箱；
6.裝箱完畢后要有一定空余時間來進行換箱。
2.2 方盒自動裝箱裝置的總體設計
2.2.1 總體設計要求
方盒自動裝箱裝置的執(zhí)行機構由輸送裝置、推貨裝置和支承裝置三部分組成。根據(jù)自動裝箱裝置的應用背景及工作環(huán)境，提出以下要求：
1.保證各機構間的準確配合。
2.在保證裝箱速度和質量的前提下，結構盡可能簡單。
3.設備便于操作，制造成本低。
2.2.2 系統(tǒng)工藝過程
在進行自動裝箱裝置的結構設計之前，要對方盒裝箱的工藝過程有一個整體的把握，指定裝箱工序。如圖2.2所示，展示了裝箱的整個過程。
圖2-2裝箱工藝流程圖
2.2.3 系統(tǒng)機械機構設計與分析
根據(jù)系統(tǒng)的設計要求，進行機械結構的總體設計。
圖2-3所示為自動裝箱裝置的機械結構簡圖。該裝置的單側裝箱步驟為：1.傳送帶2將貨物運送到推貨機構1前；2.推貨機構做往復運動將貨物推入3支撐板上的箱子內；3.支撐板下架一定高度后接著重復1、2步；4.如此再重復4次后人工換箱；5.到此為止，一箱貨物就完成了裝箱。
圖2-3裝置機械結構簡圖
流程圖如圖2-4所示。
圖2-4裝箱流程圖
2.2.4 本章小結
本章主要方盒自動裝箱裝置的工作原理、技術要求、機械結構和工作流程進行總體說明，要求該裝置裝箱速度能達到25s/箱，每箱24盒，分六次裝箱。該裝置分三部分工作，送貨裝置采用輸送機運輸貨物；推貨裝置主要組成部分為正弦機構；移箱裝置主要組成部分為尖底推桿盤形凸輪機構。
3 執(zhí)行裝置的設計
方盒自動裝箱裝置的推貨裝置和移箱裝置是整個設計工作的重點。推貨裝置與支承裝置必須緊密配合才能保證裝箱有序進行。本節(jié)對自動裝箱裝置按輸送裝置、推貨裝置、移箱裝置的順序進行介紹。
3.1 輸送裝置的設計
3.1.1 輸送裝置總體概述
送貨裝置選用輸送機實現(xiàn)，其主要任務是將方盒運輸?shù)酵曝浹b置前，因此送貨裝置要與推貨裝置實現(xiàn)連續(xù)配合，要根據(jù)技術要求和推貨裝置進行速度、貨物放置間隔、高度、驅動裝置等一系列計算。
由于運送貨物較輕，因此傳送帶速度不能過大，再考慮到要配合推貨裝置的運動，因此初選傳送帶帶速0.8m/s。
3.1.2 輸送機尺寸設計
根據(jù)《運輸機械設計選用手冊》，該輸送機構應選用特輕型帶式輸送機。
輸送機布置形式為水平式，帶速0.8m/s，貨物寬度為120mm，帶寬應比所輸送貨物橫向尺寸大50～100mm[4]，再根據(jù)推貨機構推桿的尺寸設計，這里取帶寬200mm，輸送帶材質選用單層橡膠輸送帶，厚度約10mm，查表可得傳動滾筒數(shù)據(jù)如圖3-1。
圖3-1傳動滾筒尺寸
托輥數(shù)據(jù)如圖3-2所示。
圖3-2托輥尺寸
輸送機支架高度根據(jù)支承裝置凸輪尺寸并查表選取655mm。
3.2 推貨裝置的設計
3.2.1 推貨裝置總體概述
推貨裝置作為箱裝置的重要組成部位，其主要任務是將輸送過來的方盒貨物推送進箱子內。主要由一種止轉軛機構搭配推板組成。簡圖如圖3-3所示。
圖3-3傳動滾筒尺寸
之所以選擇止轉軛機構，是由于：
1.往復運動。推貨裝置需重復進行推進、回復的動作，而止轉軛機構剛好能滿足這種運動要求并且是慢速推進、快速返回。且在原有的一邊安排一個支承機構的前提下在以推貨裝置為中心的對稱位置再安放一個對稱裝置，充分利用該機構的往復特性來提高裝箱速度。
2.正弦運動特性。止轉軛機構是純正弦運動，速度是余弦，加速度是正弦的，該特性可以增加裝置的運動平穩(wěn)性，并且在往復運動時推桿達到最遠處時會有一個短暫的停頓，保證了貨物推送的穩(wěn)定性[5]。
3.結構簡單。止轉軛機構只有兩個移動部件，結構較簡單，且容易維護。
由于推貨裝置是該設計中的重要組成部分之一，那么對該部分需要進行必要的計算說明。
3.2.1 推貨裝置尺寸設計
根據(jù)技術要求25s/箱，而一箱是6層，由止轉軛機構的結構特性與側推式裝箱機的工作原理知，推板每推一次止轉軛機構就轉一圈，則6層就是推6次，即止轉軛機構轉6圈，在考慮到止轉軛機構的特殊性，換算出來即1.25秒轉一圈即0.8r/s。查資料結合技術要求得運動規(guī)律如圖3-4。
圖3-4推貨裝置運動位移規(guī)律
如圖3-5所示為推貨機構涉及到的基本尺寸，根據(jù)技術要求0.8r/s，根據(jù)止轉軛機構的運動特性，即最大推貨速度為：
v推max=n×2r
圖3-5推貨裝置尺寸圖
由于推貨裝置與送貨裝置要一直配合運動，兩者之間不能沖突，因此在當推桿從開始推進到碰到貨物的這段距離即b應設計說明。按理論推桿位移2b的時間應大于等于貨物移動一個身位0.24m的時間，再考慮到各種誤差與實際生產制造的情況，這里按1b的時間計算，推桿速度由于是余弦變化，這里按最大推貨速度計算，即
v推max=n×2r
由于推貨裝置所推貨物質量較小，根據(jù)實際生產制造情況，這里初選r=0.15m，a取0.025m，則R=0.175m，d理論長度0.3m，取加工時薄板厚度3mm，高度4cm，則實際長度0.306m，凸出卡扣取半徑10mm，凸出高度為則理論寬度e=20mm，實際寬度0.026m，而轉速n=0.8r/s，則
v推max=0.8×2×0.15≈0.75m/s
傳送帶速度v帶與b與v推max三者之間關系為
b/v推max=0.24/v帶
傳送帶速度v帶=0.8m/s，v推max≈0.75m/s，則
b=0.24v推max/v帶=0.24×0.75÷0.8≈0.23m
考慮到推桿需固定，則c的存在是有必要的，根據(jù)運動規(guī)律分析知，c≤b-c，在考慮到承重與成本，因此取c=0.05m。
則推桿總長l推=c+b+2R+0.12=0.05+0.23+0.35+0.12=0.75m，實際加工時左右兩端長度l=l推-e實際2 =0.362m
實際生產加工初選圓盤厚度取40mm，材料用鋁合金材料。
如圖3-6所示為推桿與推貨機構箱體的固定方式，不難看出，推桿與固定部位將經(jīng)常進行摩擦，因此推桿與固定內圈選用鍍鉻處理，鍍鉻后鍍鉻層具有很高的硬度，且具有很好的耐磨性，潤滑摩擦下摩擦系數(shù)為0.34。推桿與豎直滑軌同樣采用該方式加工。推桿圓柱半徑取r推=15mm。以上未涉及材料均選用45鋼加工。
圖3-6推桿固定方式大概形狀
3.3 移箱裝置的設計
3.3.1 移箱裝置總體概述
該移箱裝置需要能夠實現(xiàn)間歇下降與往復運動，利用機械方面相關知識可設計一種尖底推桿盤形凸輪機構，利用凸輪的運動特性，來實現(xiàn)箱體的5次間歇下降與往復運動。
3.3.2 盤形凸輪機構尺寸設計
根據(jù)推貨裝置的運動特性可知，推貨裝置需推送6次完成一次裝箱，則支承裝置需間歇下載5次即可，每次下降高度即為一層貨物的高度h1=30mm，每次間歇時間應大于等于推貨機構從開始推貨到推貨結束的時間，一次間歇加一次下降的時間應等于推貨裝置推送一層貨物的時間即1.25s，為節(jié)省時間，推貨裝置第一層推貨可對應凸輪上升時的一段時間。
凸輪基圓半徑初取r0=150mm，最大行程為5層貨物高度h=150mm，查資料[16]得對心直動尖底推桿盤形凸輪機構的理論輪廓方程式為:
x=(r0+s)sinδ
y=(r0+s)cosδ
利用excel結合AutoCAD繪制出凸輪機構的輪廓，凸輪excel參數(shù)如圖3-7所示
凸輪廓線部分點的坐標如下表3-1所示。
表3-1支承凸輪外廓線部分參數(shù)
δ
s
r0+s
x
y
0°
3°
6°
9°
12°
.
.
.
75°
78°
81°
84°
87°
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
.
.
.
126.0
132.0
138.0
144.0
150.0
150.0
155.0
160.0
165.0
170.0
.
.
.
276.0
282.0
288.0
294.0
300.0
0.2086
0.8255
1.8237
3.1595
4.1746
.
.
.
4.7746
3.1595
1.8237
0.8255
0.2086
0.0000
8.1120
16.7245
25.8116
35.3449
.
.
.
266.5955
275.8376
284.4542
292.3894
299.5888
150.0000
154.7875
159.1235
162.9685
166.2850
.
.
.
71.4340
58.6310
45.0531
30.7313
15.7007
圖3-7尖底從動件盤形凸輪部分數(shù)據(jù)
繪制出凸輪如圖3-8所示。
圖3-8尖底從動件盤形凸輪形狀
可以看出將凸輪推程的最后3°加上回程的前87°構成五次間歇下降的總行程，結合推貨裝置的運動運動狀況，即每18°對應推貨機構推一層貨物的時間，即凸輪每轉動18°所需要時間為1.25秒，則凸輪轉一圈需要時間25秒，則凸輪轉速為n=2.4r/min。之所以選擇18°為一次的下降角度，是因為考慮到間歇時間應大于等于推貨機構從開始推貨到推貨結束的時間，根據(jù)圖3-1可推出該時間應為：
t推=cos-1233590°×0.3125≈0.17s
則間歇時間應大于等于0.17s，為便于加工與計算，取6°為一次間歇時間，對應間歇時間：
t間=6°18°×1.25≈0.42s
符合要求。
支承板固定方式和形狀設計采用如圖3-9所示形式。
a-盤形凸輪機構，b-滑桿，c-尖底推桿，d-滑套，e-支承板，f-擋板
圖3-9移箱裝置尺寸及形狀
尺寸A為支承板到地面距離，根據(jù)輸送裝置的尺寸設計，該尺寸應與輸送機輸送帶到地面距離一致，則尺寸A=800mm；尺寸B為套筒長度為50mm；尺寸C為支承板厚度，根據(jù)承重情況與生產，選用與輸送帶厚度一致，則C=10mm，且支承板為260×160×10等薄板；D為套筒長度相對支承板高出長度為20mm；E為滑桿直徑，滑桿只起到限制支承板水平方向的移動，取E=20mm；F為套筒直徑，取F=30mm；G為擋板寬度，與支承板寬度一致，考慮到紙箱厚度等，厚度G比貨物兩端各多出10mm，即G=260mm，擋板尺寸260×100×5，且兩側同樣有擋板安置，尺寸140×100×5；H為尖底推桿直徑取30mm；I為尖底推桿長度，根據(jù)整體尺寸分配與工作情況，這里取I=150mm。
滑桿與滑套均采用45鋼，表面鍍鉻，摩擦系數(shù)0.34，支承板采用45鋼，尖底推桿采用45鋼且與支承板焊接連接，底部錐型表面鍍鉻，盤形凸輪采用45鋼，與尖底接觸表面鍍鉻處理，凸輪厚度取5cm，凸輪由于所設計體積較大，這里采用鋁合金材料，鋁合金材料單位體積質量小，強度比較高，塑性好，密度為2.7g/cm3，其他未提到部件均按45鋼選材。
3.4 循環(huán)圖設計
根據(jù)對推貨裝置與移箱裝置的運動分析，兩者的運動循環(huán)圖如圖3-10所示。
圖3-10循環(huán)圖
3.5 本章小結
本章對各裝置的具體尺寸、運動情況、材料使用做了具體的計算與分析。最終確定送貨裝置帶速0.8m/s；推貨裝置速度1.25s/層，即0.8r/s；支承裝置凸輪推程150mm，基圓半徑150mm，速度為2.4r/min，由于凸輪體積較大，選用鋁合金材料。
4 驅動設計
由于本設計采用多驅動方式，因此各裝置分開進行驅動設計。
4.1 送貨裝置驅動設計
由3.1可知送貨裝置采用輸送機來實現(xiàn)送貨，特輕型帶式輸送機可根據(jù)《運輸機械設計手冊》直接選用驅動裝置。
橡膠與紙盒摩擦系數(shù)取1計算，輸送機送貨做功:
W=Ff·s=m盒×g×0.24×6≈88J
P=Wt=889≈10w
查資料可直接選用特輕型風冷式電動滾筒，分為電機外裝式和電機內裝式兩種，根據(jù)工作情況這里選用電機外裝式，型號為：XD20-0.55/0.8，額定功率0.55kw電機外裝，減速器內裝，電機外部長度K＜265。具體形式如圖4-1所示
圖4-1驅動裝置
4.2 推貨裝置驅動設計
1.根據(jù)3.2尺寸計算與選材，接下來進行推貨機構的功率計算。
推桿與滑軌采用焊接連接，整體采用45鋼材料，45鋼密度為7.85g/cm3，推桿總體積為：
V推=2×l×2r推=2×36.2×2×1.5≈682350mm3
推桿質量：
m推=V推ρ45=682350×7.85≈5.40kg，
考慮到表面鍍鉻等生產因素取m推=10kg
滑軌體積：
V滑=s底h滑=（28×2+2）×0.3×4≈74740mm3
滑軌質量：
m滑=V滑ρ45=74740×7.85≈0.59kg，
考慮到內表面鍍鉻等生產因素取m滑=2kg
則可求出其在上述給定方式下的摩擦力：
Ff1=（m推+m滑）gf
摩擦系數(shù)f=0.34，則
Ff1=（10+2）×9.8×0.34≈39.99N
推貨機構推每層貨物克服該摩擦所做的功：
W1=Ff1·s1
而s1=0.6m，則W1≈24.00J。
一層貨物重量1kg，實際計算取極限承重20kg，這里輸送帶與貨物之間摩擦系數(shù)取1計算，則摩擦力Ff2=196N，則克服摩擦力做功：
W2=Ff2·s2=196×0.12≈23.52J
滑軌與卡扣間摩擦力按最大值計算：
Ff3=（Ff1+Ff2）f≈80.24N
克服該摩擦所做功：
W3=Ff3·s3
而s3=1.2m，則W3≈96.29J。
則推貨機構運動一個周期對貨物和推桿所要做功大約W≈144J
對應功率
P=Wt=1441.25≈116w
圓盤體積：
V盤=r推2h滑=×17.52×4≈3848460mm3
圓盤質量：
m盤=V盤ρ鋁合金=3848460×2.7≈10.4kg
圓盤轉動慣量：
J=12mvw2≈0.16kg/m2
圓盤功率：
P=12Jw2≈223w
則總功率：
P總=339w
2.粗算輸入軸直徑。
軸的材料為45號鋼，調質處理。初步估算軸端直徑得
查表選取=110
≈21mm
軸的結構示意圖如圖4-2。
圖4-2軸結構簡圖
考慮軸端有兩個鍵槽則查資料[17]得
=21×1.1=23.1，取=30mm
初選電機型號Y112M-4[18]，轉速1440r/min，額定功率4000w，查表知輸出軸直徑28mm，可求得減速比：
i=144048=30
則查資料選用減速器型號KWU80，輸出軸直徑38mm，輸入軸直徑25mm查表得減速器與推貨機構輸入軸之間聯(lián)軸器選用型號GY5。則電動機輸出軸直徑28mm與減速器之間聯(lián)軸器選用型號GY4。
機器機架高度應與支承機構凸輪不沖突，則機架高度h＞600mm，而輸送機輸送帶距地高度為0.8m，輸送帶厚度0.01，則機架高度取0.59。
4.3 支承機構驅動設計
1.根據(jù)上述尺寸計算與選材計算該機構的功率。
支承板與尖底推桿采用焊接連接，整體采用45鋼材料，45鋼密度為7.85g/cm3，支承板總體積為：
V支=26×l4×1=364000mm3
支承板質量：
m支=V支ρ45=364000×7.85≈2.86kg，
推桿體積按圓柱體計算：
V推=s底h推=（×1.52）×15≈106030mm3
推桿質量：
m推=V推ρ45=106030×7.85≈0.84kg，
擋板總體積：
V擋=26×10×0.5+14×10×0.5×2=270000mm3
擋板總質量：
m擋=V擋ρ45=270000×7.85≈2.12kg
滑套總體積：
V套=（×1.52-×12）×5×2=39270mm3
滑套總質量：
m套=V套ρ45=39270×7.85≈0.31kg
貨物質量按一直一箱重量即6kg計算，則凸輪需支承重量12.13kg，設定極限支承重量按100kg，則支撐貨物做功：
W=F·S=100×9.8×0.15=147J
則功率：
P=wt=1479≈17w
凸輪面積由CAD軟件得出s約為1180cm2，則體積為：
V凸=1180×5=5900000mm3
凸輪質量：
m凸= 5900000×2.7=15.93kg
由于凸輪轉速較慢，可將凸輪功率轉化為求凸輪上下位移所做功與時間比，則功率：
P=wt=15.93×9.8×0.159≈3w
凸輪體積：
V凸=r凸2h =×202×5≈6283190mm3
凸輪質量：
m凸=V凸ρ鋁合金=6283190×2.7≈17kg
凸輪轉動慣量：
J=12mr2≈0.34kg/m2
凸輪功率：
P=12Jw2≈474w
則總功率：
P總=484w
2.粗算輸入軸直徑。
軸的材料為45號鋼，調質處理。初步估算軸端直徑得
查表選取=110
≈65mm
軸的結構示意圖同圖3-8.
考慮軸端有兩個鍵槽
=65×1.1=71.5，取=80mm
初選電機型號Y132S-6，轉速960r/min，額定功率3000w，查表知輸出軸直徑38mm，可求得減速比：
i=9602.4=400
則查資料選用減速器型號TB4HH5，輸入軸直徑30mm，輸出軸直徑95mm，則電動機輸出軸直徑38mm與減速器之間聯(lián)軸器選用型號GY5,查表得減速器與凸輪機構輸入軸之間聯(lián)軸器選用型號GYS9。
4.4 本章小結
本章主要對各裝置得驅動部分進行了仔細的計算與分析。根據(jù)各裝置的功率再結合實際工作情況選擇對應的電動機、減速器及聯(lián)軸器。輸送機驅動方式選用特輕型風冷式電動滾筒，型號為：XD20-0.55/0.8；推貨裝置選用電機型號Y112M-4，減速器型號KWU80，聯(lián)軸器型號GY5，GY4。支承裝置電機型號Y132S-6，減速器型號TB4HH5，聯(lián)軸器選用型號GY5，GYS9。
5 主要零件設計及校核
5.1 推貨裝置軸的設計
1.輸入軸上的功率P1、轉速n1和轉矩T1
P1 = 339w n1 = 48 r/min T1 = 23.08 N·m
2. 初步確定軸的最小直徑為
d=30mm
3. 求作用在軸上的力
圓盤斷直徑d1=38mm
Ft=2T1d1=2×1000×23.0838=1214.8N
Fr=m盤g=10.39×9.8=102N
4.軸的結構設計如圖5-1.
圖5-1推貨機構輸入軸
5.根據(jù)軸定位要求確定軸的各段直徑和長度
（1）為了滿足圓盤的定位要求，CD軸段長度至少65mm，兩端在考慮用墊圈等，則l4=65mm，d3=38mm，l1根據(jù)實際運動狀況取l1=30mm，軸徑應大于聯(lián)軸器端取d1=35mm，查表得l2=4，d2=46mm，墊圈l3=5mm，l5=4mm，d4= d1=35mm，l6=l1=30mm，EF斷與聯(lián)軸器連接，取l7=80mm，軸徑d5 =30mm。
（2）初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d1 = 35 mm，由軸承產品目錄中選擇深溝球軸承6207，其尺寸為d×D×B =35×80×21 mm 。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
6.軸的受力分析和校核
（1）作軸的計算:
根據(jù)6207型軸承查手冊得B=21mm
圓盤中點距左支點距離L1 = l4/2+ l3+ l2+21/2 =52mm
圓盤中點距右支點距離L2 = l4/2+l5+21/2 =47mm
聯(lián)軸器中點距右支點距離L3 =l7/2+21/2 =50.5mm
圓盤所受切向力Ft=50N，徑向力Fr=102N,聯(lián)軸器段扭矩T=1136.9N·m
（2）計算軸的支反力：
水平面支反力：
FNH1=FtL1L1+L2=50×5252+47=26.3N
FNH2=FtL2L1+L2=50×4752+47=23.7N
垂直面支反力：
FNV1=FrL1L1+L2=102×5252+37=53.6N
FNV2=FrL2L2+L3=102×4752+47=48.4N
（3）計算軸的彎矩，并做彎矩圖5-2：
截面A處的水平彎矩：
MH=FNH1L1+FNH2L22=26.3×52+23.7×472=1240.75N·mm
截面A處的垂直彎矩：
Mv=FNV1L1+FNV2L22=53.6×52+48.4×472=2531N·mm
截面A處的合成彎矩：
M=MH2+MV2=1240.752+25312=2818.8N·mm
（4）按彎扭組合強度條件校核軸的強度：
通常只校核軸上承受最大彎矩和轉矩的截面的強度。必要時也對要其他危險截面（轉矩較大且軸頸較小的截面）進行強度校核。根據(jù)公式取aa= 0.3，則有：
σca=M2+(αT)2W=2818.82+0.3×1136.920.1×383=0.5MPa≤σ-1=60MPa
故設計的軸有足夠的強度，并有一定的裕度。
圖5-2彎矩圖
5.2 支承裝置軸的設計
1.輸入軸上的功率P1、轉速n1和轉矩T1
P1 =484w n1 = 2.4 r/min T1 = 79.6 N·m
2. 初步確定軸的最小直徑為
d=80mm
3. 求作用在軸上的力
凸輪斷直徑d1=90mm
Ft=2T1d1=2×1000×79.690=1768.9N
Fr= m凸g=15.93×9.8=156.2N
4.軸的結構設計如圖5-3.
圖5-3支承機構輸入軸
5.根據(jù)軸定位要求確定軸的各段直徑和長度
（1）為了滿足凸輪的定位要求，CD軸段長度至少90mm，兩端在考慮用墊圈等，則l4=90mm，d3=90mm，l1根據(jù)實際運動狀況取l1=40mm，軸徑應大于聯(lián)軸器端取d1=85mm，查表得l2=6，d2=100mm，墊圈l3=5mm，l4=90mm，l5=5mm，d4= d1=85mm，l6=l1=40mm，EF斷與聯(lián)軸器連接，取l7=140mm，軸徑d5 =80mm。
（2）初步選擇滾動軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d1 = 85 mm，由軸承產品目錄中選擇深溝球軸承6217，其尺寸為d×D×B =85×150×28 mm 。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
6.軸的受力分析和校核
（1）作軸的計算:
根據(jù)6217型軸承查手冊得B=28mm
圓盤中點距左支點距離L1 = l4/2+ l3+ l2+28/2 =69mm
圓盤中點距右支點距離L2 = l4/2+l5+28/2 =64mm
聯(lián)軸器中點距右支點距離L3 =l7/2+28/2 =84mm
圓盤所受切向力Ft=40.5N，徑向力Fr=285.5N,聯(lián)軸器段扭矩T=17054N·m
（2）計算軸的支反力：
水平面支反力：
FNH1=FtL1L1+L2=40.5×6969+64=21N
FNH2=FtL2L1+L2=40.5×6469+64=20N
垂直面支反力：
FNV1=FrL1L1+L2=285.5×6969+64=148N
FNV2=FrL2L2+L3=285.5×6469+64=137N
（3）計算軸的彎矩，并做彎矩圖5-2：
截面A處的水平彎矩：
MH=FNH1L1+FNH2L22=21×69+20×642=1364.5N·mm
截面A處的垂直彎矩：
Mv=FNV1L1+FNV2L22=148×69+137×642=9490N·mm
截面A處的合成彎矩：
M=MH2+MV2=1364.52+94902=9588N·mm
（4）按彎扭組合強度條件校核軸的強度：
通常只校核軸上承受最大彎矩和轉矩的截面的強度。必要時也對要其他危險截面（轉矩較大且軸頸較小的截面）進行強度校核。根據(jù)公式取aa= 0.3，則有：
σca=M2+(αT)2W=95882+0.3×1705420.1×853=0.2MPa≤σ-1=60MPa
故設計的軸有足夠的強度，并有一定的裕度。
圖5-4彎矩圖
5.3 本章小結
為了保障機器的安全運作，本章主要進行關鍵零件的強度校核。校核結果顯示所設計推貨裝置輸入軸與移箱裝置輸入軸均符合強度要求。
6 箱體及其他輔助部件設計
6.1 輸送裝置支架設計
輸送裝置支架結構及尺寸查表得如圖6-1，6-2所示。
圖6-1輸送機支架
圖6-2輸送機支架
支架主要采用角鋼，該種支架適合本設計的地面型水平運輸。
6.2 推貨裝置箱體設計
推貨裝置中的正弦機構箱體尺寸及結構如圖6-3所示。
圖6-3正弦機構箱體
6.3 推貨裝置擋板設計
為了保證避免推貨時后面貨物影響，設計擋板使推貨時被推貨物與后續(xù)貨物分開。如圖6-4所示。
圖6-4推貨擋板
6.3 本章小結
本章主要對各裝置的箱體機架等輔助部件進行設計說明。輸送機、電機及減速器支架采用角鋼材料，推貨裝置箱體及其他輔助部件材料選用45鋼材料。箱體內部根據(jù)軸設計選用對應得軸承嵌入。
7 總結與改進
7.1 總結
本次設計綜合參考了機械相關文獻，設計了一種自動裝箱裝置。對方盒自動裝箱裝置的整體方案和機構進行了設計，并進行了相關零部件的校核計算，根據(jù)實際工作情況與運動分析對裝置的尺寸進行了設計與計算。主要設計內容如下；
根據(jù)機械知識與實際工作情況對方盒自動裝箱裝置進行了結構設計，最終確定為輸送裝置、推貨裝置和移箱裝置三部分。輸送裝置的工作主要由帶式輸送機完成，選用特輕型帶式輸送機進行工作，驅動選用特輕型風冷式電動滾筒，型號為：XD20-0.55/0.8；推貨裝置主體為止轉軛機構，轉速48r/min，能夠達到1.25s推送一層貨物的速度；移箱裝置設計了一種尖底推桿盤形凸輪機構，該機構能實現(xiàn)箱體的間歇下降運動，轉速2.4r/min，間歇部分1.25s下降30mm，與推貨裝置完成良好的配合。
7.2 改進
本次設計的方盒自動裝箱裝置雖能正常完成方盒的自動裝箱，但由于是初次設計，且時間有限，一些方面沒有完全考慮到位，因此該裝置人仍存在一些缺陷。在此從提高功率方面提出一點方案:
考慮到推貨裝置采用正弦機構來完成推貨，因此可在輸送機相對推貨裝置的對稱位置擺放相同的一套送貨裝置和支承裝置，以此來實現(xiàn)裝箱速度的翻倍。具體布置如圖7-1。
圖7-1改進結構簡圖
參 考 文 獻
[1] 劉曉玫,王超,劉國靖.應加快發(fā)展我國包裝機械工業(yè)[J].中國包裝,2003(06):17-19.
[2] 李浩,立式袋全自動裝箱機.湖北省,武漢人天包裝自動化技術股份有限公司,2015-09-01.
[3] 邱竟,許衛(wèi)紅.我國裝箱機技術的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].中國包裝工業(yè),2013(23):50-54.
[4] 《運輸機械設計選用手冊》編輯委員會.運輸機械設計選用手冊[M].化學工業(yè)出版社.2004.3.
[5] 梁麗萍.基于MSC_ADAMS軟件的曲柄滑塊機構和止轉軛機構運動性能的比較與分析[J].機電產品開發(fā)與創(chuàng)新,2012,25(05):116-117+119.
[6] 馮詩愚,高秀峰,張旭東,郁永章.十字滑塊壓縮機的止轉軛機構研究[J].壓縮機技術,2004(02):1-4.
[7] 邱竟.談我國的裝箱機技術[J].中國包裝,2010,30(05):33-36.
[8] 崔鵬.簡易半自動裝箱機的研究[D].天津科技大學,2014.
[9] 鄧加尊,覃兆典.自動裝箱機的設計[J].糧油食品科技,2007(04):14-15.
[10] 趙淮.我國包裝機械行業(yè)現(xiàn)狀和提高技術水平的思路[J]. 中國機械工程，2003,( 3)
[11] 邱竟.談我國的裝箱機技術[J].中國包裝,2010,30(05):33-36.
[12] 何偲,李全華,李響,趙偉,牛雅寧.香煙裝箱機結構設計[J].輕工機械,2010,28(05):113-116.
[13] 黃濤,陳滿儒,張翠珠.火腿腸裝箱機設計[J].包裝與食品機械,2007(06):53-55+58.
[14] 朱佳琪,屠鳳蓮,岳翠萍,劉新樂,周益林.面向跌落式裝箱機的模塊化設計方法研究[J].機械工程與自動化,2016(04):192-193.
[15] 郝同暉.條盒類食品裝箱機的設計研究[D].青島科技大學,2018.
[16] 孫恒.陳作模.葛文杰.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.5.
[17] 裘建新.機械原理課程設計[M].北京：高等教育出版社，2010.7.
[18] 吳宗澤.高志.羅圣國.李威.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2012.5.
[19] 濮良貴.陳定國.吳立言.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2013.5.
[20] 牛雅寧,程亮,孫迪,葉國威,程書敏.軟袋物料的全自動裝箱機改進設計[J].輕工機械,2013,31(01):83-85.
致 謝
畢業(yè)設計是大學期間的一項特別重要的內容，是對我們大學所學知識的一次檢驗，對于培養(yǎng)我們的工作精神，鍛煉我們的工作能力，檢驗我們所學知識的掌握能力都有著重要的意義。
本次畢業(yè)設計的順利完成，離不開老師的耐心指導，特別感謝柴老師對我的細心點撥，老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從查閱資料到設計方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，部裝草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的基礎較差，但是老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了老師的專業(yè)水平外，她的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。
然后我還要感謝大學四年來的所有老師，為我打下了機械設計專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵，此次畢業(yè)設計才會順利完成。
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