自动装盒机取盒

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1、自动装盒机取盒-开盒机构设计李艳;张炜【摘 要】在参阅大量有关自动装盒机的资料的基础上，对装盒机执行机构进行了 深入的研究和分析，尝试凸轮机构在自动装盒机的应用。充分考虑了自动装盒机的 机械性能，详细分析了自动装盒机的取盒-开盒机构的工作原理，以凸轮-齿轮组合 机构作为核心机构，行星轮上联接摆动滚子作为凸轮机构的从动件，在凸轮与中心 轮的作用下能实现行星架满足“运动停止运动停止”的运动要求， 而相对静止状态可为吸盘吸盒留出足够的时间。为保证自动装盒机在高速下取盒- 开盒的稳定性问题，提高装盒的效率，避免在高速运转过程中容易出现的冲击现象， 提出了组合凸轮机构的研发设计方案。%On the ba

2、sis of a large amount of information about the automatic packing machine, the implementation mechanism of the machine is studied and analyzed, and the application of the cam mechanism in the automatic packing machine is attempted.This paper takes full account of the mechanical properties of the auto

3、matic packing machine, analyzes the box opening mechanism of the automatic packing machine in detail, takes the cam gear combination mechanism as the core mechanism, the planet wheel is connected with the oscillating roller as the follower of the cam mechanism, under the action of the cam and the ce

4、nter wheel, the planet frame can meet the requirement of movement-stop-movement-stop, and the relative static state can be set aside enough time for the suction box.The mechanism to ensure the stability of the automatic cartoning machine in high speed box taking-off the box, to improve the efficienc

5、y of the packaging box, to avoid the likely impact phenomenon during high-speed operation, put forward the research design combination of cam mechanism.【期刊名称】机电工程技术年(卷),期】2016(045)010【总页数】4页(P53-56) 【关键词】 装盒机;取盒-开盒机构;凸轮机构【作 者】 李艳;张炜【作者单位】 河源理工学校，广东河源 517000;河源理工学校，广东河源 517000【正文语种】 中 文【中图分类】 TP211国产

6、装盒机在过去10年里得到了快速发展，但问题仍然很多。在国内自动装盒机 机厂家中，高技术含量和高质量的生产厂家很少，而且大多停留在半自动或中低速 水平，与国外同类产品比较，无论设备的开发水平、技术含量和应用推广都难以令 人满意1。现阶段我国的自动装盒机还只能适应单一类型的包装种类，纸盒的 尺寸大小不能大范围变化，一般的生产速度只能维持在中低档，这些都是短板。 自动装盒机的取盒-开盒的工艺过程是：把纸盒从放盒架上吸出纸盒打开一点 反向吸住纸盒纸盒张开放盒纸盒输出。 本文介绍的取盒-开盒机构的工艺过程如图1所示。其工作过程如下。前一后带有真空吸盘的支架吸住药盒的前后侧面，接着后面吸盘的支架以r为半

7、径对前吸盘的支架运动(r为纸盒的侧面高度)，从而把药盒打开成呈六面体。为 清晰说明机构运动轨迹，在省略气动控制回路等辅助机构前提下，选用气阀控制真 空吸盘来实现纸盒的抓放2。 第一步：在吸取药盒位置前吸盘需停一段时间，作为吸盘吸取药盒的时间，从放置 架上把药盒吸出。 第二步：在挡块作用力下药盒打开一点，控制吸盘向回转中心的方向移动。 第三步：在前吸盘的支架移动到水平方向时，后吸盘的支架上的真空吸盘应吸住药 盒的另一面。 第四步：后吸盘的支架相对于前吸盘的支架做等半径运动从而展开药盒。 第五步：前吸盘支架上的吸盘因释放真空而放开纸盒。 第六步：后吸盘支架上的吸盘松开药盒，进行下一个循环。通过上述

8、分析可知，该机构采用回转式循环工作过程为执行路线，前后吸盘配合动 作运动来完成药盒开盒过程3。如图 2 所示，在取盒-开盒机构上固定的轴承 1 和 6，通过轴承 l 固定联接于槽凸轮 2 与槽凸轮 4 上，主动件直齿轮 5 做匀速的转 动。前吸盘的支架11 与滑杆 3固定连接，通过槽凸轮 2 动作，滑杆 3沿着径 向移动。不完全扇形齿轮 5与直齿轮 5 啮合，在转盘的带动下摆杆3 绕着轴承 l 旋转运动，同时在槽凸轮 4 动作下，不完全扇形齿轮5做反向回转运动，从而使 摆杆3暂时停止不动，为真空吸盘吸取药盒留出一定时间。通过轴承 6固定联接 槽凸轮7，经过外部联接传动机构带动摆杆10 做匀速反

9、方向转动。连杆8在槽凸 轮7 作用下，带动滑块 9 与摆杆 10 沿特定曲线运动，在连杆8 的两端分别联接一 个滚子与槽凸轮7 相接触。 根据取盒-开盒机构的组成与原理，对其运动过程分析如下。 图2所示机构运动过程可分解为前吸盘支架11 的传动运动和后吸盘支架12的传 动运动，把它表示为图 3 所示的运动简化图，可以更好地分析各个构件的运动。 图3左侧部分是实现前吸盘的支架11 运动的凸轮齿轮的组合机构，前吸盘支架 11 和滑杆 3固定连接。凸轮2 和滑杆 3组成从动件滚子凸轮机构；摆杆3 和 滑杆3组成滑块机构；凸轮 4 和不完全扇形齿轮5组成了摆动从动件是滚子凸 轮机构，直齿轮构件5 和不

10、完全扇形齿轮5组成了齿轮机构。主动件直齿轮5以匀速转动，与摆杆3配合成滑块机构的滑杆3中联接着滚子，在凸轮2 作用下沿径向运动，以保证真空吸盘可以到达需要的既定位置。摆 杆3 上铰接着的不完全扇形齿轮5啮合直齿轮 5，另外一端带着滚子随槽凸轮4 的轨迹运动；当滚子端的轨迹到达凸轮4的第一个回程阶段，在与直齿轮5啮合 中，使不完全扇形齿轮5产生一个可以回转的角位移，使得摆杆3停滞，此时真 空吸盘已经在凸轮2 作用下到达既定位置并开始吸取药盒；同样的道理，当滚子 端的运动到凸轮4的第二个回程阶段，在与直齿轮5的啮合作用下，使不完全扇 形齿轮5产生一个可以回转的角位移，使摆杆3停滞不动，并配合连杆8

11、的动 作，将药盒完全打开。一系列动作结束后，真空吸盘放开药盒，开始下一个循环。 为了便于分析，反转机架构件5 静止槽凸轮4 做匀速的转动轨迹。齿轮传动机构 的主动轮与从动轮的传动关系见式（1）：不完全扇形齿轮 5当摆杆 3 相对静止时的最大摆动角度见式（2）：其中，0 5是凸轮4的从动件不完全扇形齿轮5当摆杆3在静止时的最大摆动 角度。0 5是摆杆3相对于直齿轮5的最大摆动角度，由于该机构在凸轮回程时 （即吸盒过程）摆杆3相对静止，因此05就是相对应的时段内的齿轮5的运动的 角度。根据药盒打开的要求，确定出不完全扇形齿轮5在两个回程段的最大摆动 角度。图3右侧是后吸盘支架12 动作的凸轮连杆的

12、组合机构，后吸盘支架12 与连杆8 固定联接。凸轮7和连杆8组成了凸轮机构，连杆8和滑块9 组成了滑块机构 4。在该机构中主动件摆杆10 作匀速转动，在凸轮7升程阶段时，后吸盘支架上的吸 盘吸取药盒，同时在摆杆10 的带动下，连杆8水平向沿凸轮7的轨迹运动，并配 合暂时静止的滑杆 3，把药盒完全打开。吸盘凸轮7 在升程阶段时的运动轨迹见下式：上式中r为纸盒的高度，e是药盒错动的转角(3000 1350), a = 300时是 吸盘离回转中心的水平方向距离。根据既定的机构循环路径，选用适合从动件运动的规律，从而设计出凸轮 4 的轮 廓轨迹曲线。根据吸盘和纸盒架，吸盘和挡板及传动带间相对位置，可知

13、滑杆 3 的位移路线图。根据可行的从动件的运动规律，同理设计出凸轮 2 轮廓的曲线。 根据后吸盘的支架上吸盘的运动路线，设计凸轮 7 的轮廓图。由凸轮控制该机构的整个动作行程。机构最核心的构件为凸轮 2、凸轮 4 和凸轮 7 所以详细地设计凸轮轮廓线能保证机构的位置精确度与机构在高速时运动的性能。 在不改变机构运转速度的前提下，为了机构的效率提高，设计在直齿轮5 的周向 均布4套相同的单元，用凸轮2、4 和7控制，按顺序可完成纸盒的展开过程，既 提高机构的效率还能保证机构的运行稳定性。在本文设计的取盒-开盒机构中，最关键的机构是凸轮机构。 凸轮机构在机械设计中是最常用的机构之一，它设计简单，机

14、构紧凑性好，控制定 位准确，机械性能稳定，维护保养简便，适应性强，在与其他机构配合时能实现复 杂的运动路径。鉴于凸轮机构的突出的特点，在自动化机床、轻工机械和包装机械 等机电一体化产品中应用十分广泛。凸轮机构是由凸轮、从动件与机架组合而成的传动机构，如图 4。凸轮是具有一定 的曲线轮廓或凹槽的构件，在运动时，通过构件之间的高副接触能设计出预期的使 从动件得到连续或不连续的往复运动。凸轮机构常以凸轮作原动件，其运动轨迹主 要是连续转动，也有往复摆动或者往复移动的。根据不同机器工作性能的要求，也 可把凸轮和机架固定联接起来，把与凸轮从动件以运动副联接的构件作为原动件。 本文中的由摆杆3、凸轮4、直

15、齿轮5 以及不完全扇形齿轮5组成的组合凸轮机 构。其机构示意图如图5(a)所示。该组合凸轮机构是行星轮机构和摆动滚子的从动件凸轮机构组合而成的5(凸 轮机构从动件的运动就是该机构的输出运动，其规律与特性直接影响凸轮机构的运 动与机械性能) 。其中行星轮机构是由摆杆3、直齿轮5以及不完全齿轮5构成 的，凸轮机构是不完全扇形齿轮 5和凸轮 4组成的。如图5(b )所示，该机构的凸轮分为8个工作段：回程阶段AD、静止阶段DE、 升程阶段EF、静止阶段FG、回程阶段GJ、静止阶段JK、升程阶段KL以及静止 阶段LA。回程阶段需要根据机构的具体要求来设计，而在不同的升程阶段采用的 摆线运动规律，而其运动

16、规律的加速度因为是连续不断的，因而不存在冲击现象。 在设计组合凸轮机构时，根据机构的整体尺寸以及工作特点，具体选定初始尺寸： 5对行星轮机构，取模数m，直齿轮5的齿数Zs，不完全扇形齿轮的齿数Z5，则 行星架即摆杆3的长度可以确定。对凸轮机构，取凸轮上圆弧段FG和LA的半径 均为r，凸轮摆杆长度即不完全扇形齿轮5 上轴心到滚子中心的距离取为L，中 心距即为摆杆3的长度： a=L。该机构是靠吸盘内真空的通断来吸取和放开纸盒的。在机构运行过程中，有两段时 间里摆杆3是静止不动的，其中一段是在机构从放盒架上吸取药盒的位置，另一 段是在滑杆3和连杆8相对错动的位置，以保证纸盒打开。机构在吸取药盒时，因

17、为前吸盘支架11和滑杆3相连并暂时静止不动，为吸盘 内部真空的形成保证了时间；同时，当摆杆3移动到达吸取纸盒的位置时，吸盘 与药盒紧贴，因为前吸盘支架静止不动，所以在机构吸取纸盒时，吸盘可以始终保 持贴紧纸盒，机构就能够稳定地完成药盒的吸取动作。机构在运行过程中，纸盒的打开是因为分别吸取纸盒两面的前吸盘支架11与后吸 盘支架12 间的相对运动来实现的，因为两吸盘的支架相对运动的轨迹与纸盒自然 打开的运动轨迹完全一致，所以在药盒打开过程中，盒子受力很小，药盒不容易从 真空吸盘上脱落，机构能够比较稳定地实现纸盒打开动作。本文详细分析了高速自动装盒机的取盒-开盒机构的工作原理。以凸轮-齿轮组合机 构

18、作为核心机构，保持前吸盘支架和滑杆相对静止不动，行星轮上联接摆动滚子作 为凸轮机构的从动件，在凸轮与中心轮的作用下能实现行星架满足“运动停 止运动停止”的运动要求，而相对静止状态可为吸盘吸取纸盒留出足够 的时间。本机构为保证自动装盒机在高速下取盒-开盒的稳定性问题，避免在高速 运转过程中易出现的冲击现象提出了组合凸轮机构的研发方案。【相关文献】1浦绍俊启动装盒机在制药工业中的应用J 现代制造，2007 ( 11 ): 45-46.2 田耀华药品装盒机的基本要求和发展前景J 现代制造，2005 ( 12 ): 18-22. 3 熊勇刚，朱小东，孙晓.现代设计理论和方法在包装机械中的应用 J .包装工程， 2002 ， 23 (3):69-70.4 陈靖菲，钱炜，熊磊.间歇式药瓶自动装盒机的设计J 包装与食品机械，2009 ,27 ( 6 ): 5-7. 5 陈闽，曹巨江.自动装盒机纸盒打开机构运动方案设计与分析 J .机械传动， 2010 ， 34 (3):20-23.