方盒自动装箱装置的设计
方盒自动装箱装置的设计,喜欢这个资料需要的话就充值下载吧。资源目录里展示的全都有预览可以查看的噢,下载就有,请放心下载,原稿可自行编辑修改=【QQ:11970985,可咨询交流】=喜欢就充值下载吧。资源目录里展示的全都有,下载后全都有,请放心下载,原稿可自行编辑修改
键入文字方盒自动装箱装置的设计摘 要包装机械属于高技术、高智能、高竞争的机电一体化产品,高技术成果都会在包装机械产品中得到应用。纸盒装箱机械可分为折纸、下纸、方盒推送、纸盒打开、纸盒传输、折舌、插舌、压平和打批号等功能。本次设计为方盒装盒装置的设计,主要内容有方盒货物的输送装置设计、方盒货物装盒装置设计、纸箱的支承装置设计、传动装置及原动机四部分。方盒货物的输送装置利用输送带进行方盒货物的输送到位,输送速度0.8m/s;方盒推货装置通过正弦机构进行方盒货物的推送入箱,推货速度1.25s/层,一层设计为4盒;纸箱支承装置利用凸轮配合支承板来完成纸箱的上下升降,支承板尺寸260mm160mm,凸轮基圆半径150mm,升程150mm;驱动方式采用分别驱动,使各机构单独驱动。本设计充分考虑了机械动力学分析,使结构尽量简单,机械运行平稳,各机构间能实现较好的配合。设计过程参考了各类包装机械设计中的长处,同时也借鉴了其它机械的优点来完成方盒装箱装置的设计。关键词:装盒装置;机构;配合;凸轮。毕业设计中文摘要毕业设计英文摘要Design of automatic packing device for square boxAbstractPackaging 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 260mm160mm, 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 录目录1 绪论11.1 课题背景及其研究目的、意义11.2 国内外研究现状与发展趋势21.2.1 国外先进装箱机介绍31.2.2 国内装箱机发展现状31.3 课题研究方案与技术路线41.4 本章小结52 方盒自动装箱装置的总体设计62.1 方盒自动装箱装置的性能要求62.1.1 方盒规格62.1.2 技术要求62.2 方盒自动装箱装置的总体设计72.2.1 总体设计要求72.2.2 系统工艺过程72.2.3 系统机械机构设计与分析82.2.4 本章小结83 执行装置的设计103.1 输送装置的设计103.1.1 输送装置总体概述103.1.2 输送机尺寸设计103.2 推货装置的设计113.2.1 推货装置总体概述113.2.1 推货装置尺寸设计123.3 移箱装置的设计143.3.1 移箱装置总体概述143.3.2 盘形凸轮机构尺寸设计143.4 循环图设计183.5 本章小结184 驱动设计194.1 送货装置驱动设计194.2 推货装置驱动设计194.3 支承机构驱动设计224.4 本章小结245 主要零件设计及校核255.1 推货装置轴的设计255.2 支承装置轴的设计285.3 本章小结316 箱体及其他辅助部件设计326.1 输送装置支架设计326.2 推货装置箱体设计336.3 推货装置挡板设计346.3 本章小结357 总结与改进367.1 总结367.2 改进36参 考 文 献37致 谢381 绪论1.1 课题背景及其研究目的、意义包装机械是我国机械工业中的一大门类产品,包装机械广泛应用于食品、化工、医药等领域,其作用不仅能简单地把产品给包装起来,还能保证包装产品的质量、提高生产效率等。而装箱机可以说是作为商品包装机的一个重要技术分支,是一种将所有需要销售的小包装的商品或者无包装商品半自动或者自动地直接装入大型运输包装的一种包装设备,其工作基本原理就是将所有待装商品按设计规定的排列方式计时定量地装箱(纸箱、塑料箱等)打包,并对箱体开口部分进行闭合或封劳。按照装箱的要求装箱机还应具有打开纸箱、产品输送、产品装箱并根据不同客户的特殊需求还会有自动封箱或捆扎等功能。自动装箱机就其自动程度上可分为全自动和半自动两种。全自动装箱机能实现完全自动地完成将包装物成形排列,被包装产品有序装箱,自动封箱等功能,并且所有动作都是完全自动的,因而大多数自动装箱机都包括包装物整形装置、产品排列装置、充填装置和封箱装置等功能单元,分别完成对应动作。PLC控制系统的使用也是全自动装箱机的一大特点,大大方便了操作和管理,减轻了生产人员的劳动强度。但全自动装箱机造价昂贵使用和维修费用较高,虽然能提高工作效率,但对于中小型企业来说盈利空间不大,因此半自动装箱机便在这种情况下发挥出优势,半自动装箱机能在一定程度上提高工作效率且机构较简单且造价较低,因而能够在满足中小型企业装箱需求的情况下尽可能的使成本更低,获得更多的利润。装箱机的工作形式主要分为卧式、垂直跌落式、侧推式和夹持式等,其传动以机械、气动、光电一体化为主。目前国产装箱机主要有小盒、塑料瓶、玻璃瓶、软袋包装、金属罐等多种类型的装箱,其基本技术要求就是能够做到箱板拾取、箱板成形、箱体输送、产品输送、产品装箱、箱体密封。根据所要包装产品的不同,对应的使用不同的装箱方式。塑料瓶、玻璃瓶、金属罐等硬质包装一般采用夹持装置将产品夹持并装入箱内,而软袋类包装一般不需要特别规则的装入箱内,因此可采用跌落式装箱。自动装箱机的主要辅助工作就是封箱和捆扎,因此就要求一台辅助装箱设备的功能是对已装好的箱子进行封箱和捆扎,完成包装的最后一道工序。如图1-1所示为常见的装箱机。图1-1常见的自动装箱机本课题主要设计一种方盒装箱机的主要组成部位方盒自动装箱装置,能够对方盒货物进行自动装箱,装箱方式采用侧推式,主要组成机构有输送装置、推货装置、移箱装置三部分,输送装置主要由输送机构成,推货装置主要由一种止转轭机构组成,移箱装置主要组成为尖底推杆凸轮,该装箱装置采用自动化与人工相结合的方式。通过合理的驱动方式控制货物推送装置进行往复运动并将货物输送装置运输过来的方盒货物有序推入支承装置上面的箱子内,每推送一次支承装置下降一次来完成货物的规则装箱。本课题所研究的方盒自动装箱装置具有一定的研究意义及使用价值,一方面,它采用自动运输生产线,通过传送带将货物自动运输到指定位置,便于下一步推货装置将货物推进箱体,且利用止转轭机构进行对称布置,提高了装箱效率;另一方面,箱子的更换采用人工完成,很大程度上节省了成本,提供了更多的盈利空间。1.2 国内外研究现状与发展趋势近年来,我国的现代包装印刷机械得到了迅速的稳步发展,逐渐改变了我们传统的包装手工和工业半自动化的工作状况,企业逐渐开始采用高效、自动化的装箱方式,大大提高了装箱效率,使其成为了我国机械工业中的十大行业之一。资料分析表明,美国、德国、日本、意大利是目前世界上生产和出口包装机械的四大强国。德国的包装机械在计量、技术性能、制造等各个方面处于世界领先水平,是世界上最大的包装机械出口国。意大利目前已经是仅次于德国的第二大包装机械产品出口国,出口范围遍布世界150多个国家。1.2.1 国外先进装箱机介绍近年来,国外装箱机制造商不断改进技术,使装箱机的自动化程度不断提高,功能更多,效率也不断提升。著名的装箱机生产公司有SWF公司、Douglas公司和ABC公司等。SWF公司推出的DP320装箱机,具有高速、适应性强、操作界面简洁等特点。该机器装箱速度可达每分钟25箱,并且能够连续地包装尺寸不同的纤维、玻璃、塑料或金属容器,适用范围较广。且该种机器在正常工作条件下具有一系列独特的性能,如垂直纸箱输送、PLC自动控制、安全保护自锁、拥堵自动拦截传感器等,还配有规格更换辅助装置、NEMA12电控控制系统,下游还设置有一个光电控制器以实现自动启动或停机。该装箱机采用带式纸箱输送,配备低压气动装置和塑料带以实现平稳输送1。Douglas机器公司研发的新型AxiomTM系列自动装箱机通过其本身采用伺服驱动系统来实现纸箱包装过程中地各种间歇连续运动,不仅使生产速度能够提高大约50%,而且其运动范围则比机械结构缩小30%。Axiom系列机器采用第三代伺服系统,通过增强动态位置重复精度以及对失误检测与恢复简化,使生产效率得到了大幅提升。该设备的改进包括采用不锈钢网板以及使零部件数减少50%,可有效减少设备维护、配件更换等所需时间。ABC公司推出的一种装箱机,在进行装箱的同时可直接在高速生产线上对纸箱表面进行印刷。客户可在生产线上快捷的完成企业商标、产品说明、产品批号等信息的印刷。这种装置适应性强,当装箱完成时,相关的图案、文字就会一并出现在箱体的对应部分。包装制造商将省去印刷头、纸箱旋转等设备的昂贵支出。该机器每分钟可以完成35箱的包装,具体速度与印刷图像的复杂程度有关。1.2.2 国内装箱机发展现状我国的装箱机技术起步较晚,目前国内专业的生产厂家也只有十几家,国内装箱机与世界先进装箱技术水平仍有较大差距。国内装箱机设备在自动化程度、自动控制和加工精度等方面比较落后,效率低、性能不稳、能耗高、结构复杂维修麻烦等是制约国内装箱机发展的主要几个问题。国内的第一台软袋装箱机是由武汉人天包装机械有限公司研制成功的。该装箱机主要由五部分组成:取箱装置,用于将空箱取出并整理成型,然后将箱体竖直放置于指定位置待装箱;叠袋装置,用于将输送来的待包装物进行计数和分层;充填装置,用于将已成形箱体取出置于充填台上,并将分层包装物在纸箱中分层叠放;送箱装置,用于将充填完成的纸箱输出;电控系统和电控柜,用于装箱机的控制和生产线的协同工作。该机广泛适用于多种软袋包装物的自动装箱,且价格仅为进口同类机的1/32。我国南方一家包装机械设备有限公司研制成功的多功能全自动装箱机在多项性能指标上都已达到了国际先进水平。这项多功能全自动装箱机适用于各种规格的圆形瓶、扁形瓶、方形瓶。该机特点是可以根据装箱要求,将产品自动分道理排。在控制上,采用伺服控制系统,定位准确、动作稳定。并且该机可以自动完成瓶子提升、移动、降落的装箱动作,抓瓶器可以将瓶子自动装进带隔板的箱子内。该机设计结构合理:运动由伺服驱动器和变频器控制的电机驱动,起步和终止均缓慢平稳,装箱速度采用变频AD53器进行无级调速,生产效率极高,生产时速高达10000瓶/小时90000瓶/小时。更换不同瓶型时,只需更换夹瓶机构即可。该装箱机采用现代显示技术触摸屏,设备常见故障可自行分析、诊断并排除。产品除了设置有保护罩外,还配备光电安全保护装置,当装箱过程中出现缺瓶、堵箱、错位等现象时,能立即自动停机,保护机器3。1.3 课题研究方案与技术路线本课题研究的自动装箱装置主要适用于方盒装箱,对称布置提高了装箱效率,自动运输货物和人工换箱,不仅保证了较好的装箱效率,同时还降低了生产成本,并且还一定程度上简化了结构。本课题的研究方案主要从一下几个方面进行:1.全面查阅国内外相关文献,熟悉装箱机的种类、特点及优缺点,了解国内外装箱机的发展史,结合国内具体市场需求,从企业的角度出发,同时结合现有的装箱机构,确定装箱装置的研究方案,并明确方案具有的指导作用和价值。2.参考现有装箱机的结构及其有关技术,建立方盒自动装箱装置的设计思路,明确装置各部分运作所需的主要机构,要对其工作原理有深刻的把握。3.装置的各机构之间的空间布局要合理分配,同时借助二维、三维软件对装箱装置进行模型建立,重点对装箱装置的关键部位进行阐述,说明方盒自动装箱装置各机构之间的相互关系并进行计算说明。1.4 本章小结本章主要介绍了国内外装箱机械的工作原理、性能参数以及发展状况,简要阐述了本次设计的目的及意义,对本设计的课题研究方案与技术路线进行了简要的说明。2 方盒自动装箱装置的总体设计进行自动装箱装置的设计之前,要明确技术要求,然后根据要求进行总体传动方案的设计,明确各部位机构在整个工作过程中的功能,并根据该功能进行更加详细的机构设计。2.1 方盒自动装箱装置的性能要求2.1.1 方盒规格如图2-1(a)所示,方盒规格尺寸为1263(cm3),每盒重量250g,在传送带上运输时,如图2-1(b)按每四个为一组,最终每箱装6层,箱子理想尺寸如图2-1(c),实际设计时考虑到箱子纸板厚度再适当调整。图2-1方盒规格2.1.2 技术要求1.包装速度:25s/箱2.包装规格:1263(cm3);3.包装重量:250g6;4.推送与箱体下降动作连贯,工作稳定。5.每次推送后都要有短暂停歇,配合推货机构进行装箱;6.装箱完毕后要有一定空余时间来进行换箱。2.2 方盒自动装箱装置的总体设计2.2.1 总体设计要求方盒自动装箱装置的执行机构由输送装置、推货装置和支承装置三部分组成。根据自动装箱装置的应用背景及工作环境,提出以下要求:1.保证各机构间的准确配合。2.在保证装箱速度和质量的前提下,结构尽可能简单。3.设备便于操作,制造成本低。2.2.2 系统工艺过程在进行自动装箱装置的结构设计之前,要对方盒装箱的工艺过程有一个整体的把握,指定装箱工序。如图2.2所示,展示了装箱的整个过程。图2-2装箱工艺流程图2.2.3 系统机械机构设计与分析根据系统的设计要求,进行机械结构的总体设计。图2-3所示为自动装箱装置的机械结构简图。该装置的单侧装箱步骤为:1.传送带2将货物运送到推货机构1前;2.推货机构做往复运动将货物推入3支撑板上的箱子内;3.支撑板下架一定高度后接着重复1、2步;4.如此再重复4次后人工换箱;5.到此为止,一箱货物就完成了装箱。图2-3装置机械结构简图流程图如图2-4所示。图2-4装箱流程图2.2.4 本章小结本章主要方盒自动装箱装置的工作原理、技术要求、机械结构和工作流程进行总体说明,要求该装置装箱速度能达到25s/箱,每箱24盒,分六次装箱。该装置分三部分工作,送货装置采用输送机运输货物;推货装置主要组成部分为正弦机构;移箱装置主要组成部分为尖底推杆盘形凸轮机构。3 执行装置的设计方盒自动装箱装置的推货装置和移箱装置是整个设计工作的重点。推货装置与支承装置必须紧密配合才能保证装箱有序进行。本节对自动装箱装置按输送装置、推货装置、移箱装置的顺序进行介绍。3.1 输送装置的设计3.1.1 输送装置总体概述送货装置选用输送机实现,其主要任务是将方盒运输到推货装置前,因此送货装置要与推货装置实现连续配合,要根据技术要求和推货装置进行速度、货物放置间隔、高度、驱动装置等一系列计算。由于运送货物较轻,因此传送带速度不能过大,再考虑到要配合推货装置的运动,因此初选传送带带速0.8m/s。3.1.2 输送机尺寸设计根据运输机械设计选用手册,该输送机构应选用特轻型带式输送机。输送机布置形式为水平式,带速0.8m/s,货物宽度为120mm,带宽应比所输送货物横向尺寸大50100mm4,再根据推货机构推杆的尺寸设计,这里取带宽200mm,输送带材质选用单层橡胶输送带,厚度约10mm,查表可得传动滚筒数据如图3-1。图3-1传动滚筒尺寸托辊数据如图3-2所示。图3-2托辊尺寸输送机支架高度根据支承装置凸轮尺寸并查表选取655mm。3.2 推货装置的设计3.2.1 推货装置总体概述推货装置作为箱装置的重要组成部位,其主要任务是将输送过来的方盒货物推送进箱子内。主要由一种止转轭机构搭配推板组成。简图如图3-3所示。图3-3传动滚筒尺寸之所以选择止转轭机构,是由于:1.往复运动。推货装置需重复进行推进、回复的动作,而止转轭机构刚好能满足这种运动要求并且是慢速推进、快速返回。且在原有的一边安排一个支承机构的前提下在以推货装置为中心的对称位置再安放一个对称装置,充分利用该机构的往复特性来提高装箱速度。2.正弦运动特性。止转轭机构是纯正弦运动,速度是余弦,加速度是正弦的,该特性可以增加装置的运动平稳性,并且在往复运动时推杆达到最远处时会有一个短暂的停顿,保证了货物推送的稳定性5。3.结构简单。止转轭机构只有两个移动部件,结构较简单,且容易维护。由于推货装置是该设计中的重要组成部分之一,那么对该部分需要进行必要的计算说明。3.2.1 推货装置尺寸设计根据技术要求25s/箱,而一箱是6层,由止转轭机构的结构特性与侧推式装箱机的工作原理知,推板每推一次止转轭机构就转一圈,则6层就是推6次,即止转轭机构转6圈,在考虑到止转轭机构的特殊性,换算出来即1.25秒转一圈即0.8r/s。查资料结合技术要求得运动规律如图3-4。图3-4推货装置运动位移规律如图3-5所示为推货机构涉及到的基本尺寸,根据技术要求0.8r/s,根据止转轭机构的运动特性,即最大推货速度为:v推max=n2r图3-5推货装置尺寸图由于推货装置与送货装置要一直配合运动,两者之间不能冲突,因此在当推杆从开始推进到碰到货物的这段距离即b应设计说明。按理论推杆位移2b的时间应大于等于货物移动一个身位0.24m的时间,再考虑到各种误差与实际生产制造的情况,这里按1b的时间计算,推杆速度由于是余弦变化,这里按最大推货速度计算,即v推max=n2r由于推货装置所推货物质量较小,根据实际生产制造情况,这里初选r=0.15m,a取0.025m,则R=0.175m,d理论长度0.3m,取加工时薄板厚度3mm,高度4cm,则实际长度0.306m,凸出卡扣取半径10mm,凸出高度为则理论宽度e=20mm,实际宽度0.026m,而转速n=0.8r/s,则v推max=0.820.150.75m/s传送带速度v带与b与v推max三者之间关系为b/v推max=0.24/v带传送带速度v带=0.8m/s,v推max0.75m/s,则b=0.24v推max/v带=0.240.750.80.23m考虑到推杆需固定,则c的存在是有必要的,根据运动规律分析知,cb-c,在考虑到承重与成本,因此取c=0.05m。则推杆总长l推=c+b+2R+0.12=0.05+0.23+0.35+0.12=0.75m,实际加工时左右两端长度l=l推-e实际2 =0.362m实际生产加工初选圆盘厚度取40mm,材料用铝合金材料。如图3-6所示为推杆与推货机构箱体的固定方式,不难看出,推杆与固定部位将经常进行摩擦,因此推杆与固定内圈选用镀铬处理,镀铬后镀铬层具有很高的硬度,且具有很好的耐磨性,润滑摩擦下摩擦系数为0.34。推杆与竖直滑轨同样采用该方式加工。推杆圆柱半径取r推=15mm。以上未涉及材料均选用45钢加工。图3-6推杆固定方式大概形状3.3 移箱装置的设计3.3.1 移箱装置总体概述该移箱装置需要能够实现间歇下降与往复运动,利用机械方面相关知识可设计一种尖底推杆盘形凸轮机构,利用凸轮的运动特性,来实现箱体的5次间歇下降与往复运动。3.3.2 盘形凸轮机构尺寸设计根据推货装置的运动特性可知,推货装置需推送6次完成一次装箱,则支承装置需间歇下载5次即可,每次下降高度即为一层货物的高度h1=30mm,每次间歇时间应大于等于推货机构从开始推货到推货结束的时间,一次间歇加一次下降的时间应等于推货装置推送一层货物的时间即1.25s,为节省时间,推货装置第一层推货可对应凸轮上升时的一段时间。 凸轮基圆半径初取r0=150mm,最大行程为5层货物高度h=150mm,查资料16得对心直动尖底推杆盘形凸轮机构的理论轮廓方程式为:x=(r0+s)siny=(r0+s)cos利用excel结合AutoCAD绘制出凸轮机构的轮廓,凸轮excel参数如图3-7所示凸轮廓线部分点的坐标如下表3-1所示。表3-1支承凸轮外廓线部分参数sr0+s xy036912.75788184870.05.010.015.020.0.126.0132.0138.0144.0150.0150.0155.0160.0165.0170.0.276.0282.0288.0294.0300.00.20860.82551.82373.15954.1746.4.77463.15951.82370.82550.20860.00008.112016.724525.811635.3449.266.5955275.8376284.4542292.3894299.5888150.0000154.7875159.1235162.9685166.2850.71.434058.631045.053130.731315.7007图3-7尖底从动件盘形凸轮部分数据绘制出凸轮如图3-8所示。图3-8尖底从动件盘形凸轮形状可以看出将凸轮推程的最后3加上回程的前87构成五次间歇下降的总行程,结合推货装置的运动运动状况,即每18对应推货机构推一层货物的时间,即凸轮每转动18所需要时间为1.25秒,则凸轮转一圈需要时间25秒,则凸轮转速为n=2.4r/min。之所以选择18为一次的下降角度,是因为考虑到间歇时间应大于等于推货机构从开始推货到推货结束的时间,根据图3-1可推出该时间应为:t推=cos-12335900.31250.17s则间歇时间应大于等于0.17s,为便于加工与计算,取6为一次间歇时间,对应间歇时间:t间=6181.250.42s符合要求。支承板固定方式和形状设计采用如图3-9所示形式。a-盘形凸轮机构,b-滑杆,c-尖底推杆,d-滑套,e-支承板,f-挡板图3-9移箱装置尺寸及形状尺寸A为支承板到地面距离,根据输送装置的尺寸设计,该尺寸应与输送机输送带到地面距离一致,则尺寸A=800mm;尺寸B为套筒长度为50mm;尺寸C为支承板厚度,根据承重情况与生产,选用与输送带厚度一致,则C=10mm,且支承板为26016010等薄板;D为套筒长度相对支承板高出长度为20mm;E为滑杆直径,滑杆只起到限制支承板水平方向的移动,取E=20mm;F为套筒直径,取F=30mm;G为挡板宽度,与支承板宽度一致,考虑到纸箱厚度等,厚度G比货物两端各多出10mm,即G=260mm,挡板尺寸2601005,且两侧同样有挡板安置,尺寸1401005;H为尖底推杆直径取30mm;I为尖底推杆长度,根据整体尺寸分配与工作情况,这里取I=150mm。滑杆与滑套均采用45钢,表面镀铬,摩擦系数0.34,支承板采用45钢,尖底推杆采用45钢且与支承板焊接连接,底部锥型表面镀铬,盘形凸轮采用45钢,与尖底接触表面镀铬处理,凸轮厚度取5cm,凸轮由于所设计体积较大,这里采用铝合金材料,铝合金材料单位体积质量小,强度比较高,塑性好,密度为2.7g/cm3,其他未提到部件均按45钢选材。3.4 循环图设计根据对推货装置与移箱装置的运动分析,两者的运动循环图如图3-10所示。图3-10循环图3.5 本章小结本章对各装置的具体尺寸、运动情况、材料使用做了具体的计算与分析。最终确定送货装置带速0.8m/s;推货装置速度1.25s/层,即0.8r/s;支承装置凸轮推程150mm,基圆半径150mm,速度为2.4r/min,由于凸轮体积较大,选用铝合金材料。4 驱动设计由于本设计采用多驱动方式,因此各装置分开进行驱动设计。4.1 送货装置驱动设计由3.1可知送货装置采用输送机来实现送货,特轻型带式输送机可根据运输机械设计手册直接选用驱动装置。橡胶与纸盒摩擦系数取1计算,输送机送货做功:W=Ffs=m盒g0.24688JP=Wt=88910w查资料可直接选用特轻型风冷式电动滚筒,分为电机外装式和电机内装式两种,根据工作情况这里选用电机外装式,型号为:XD20-0.55/0.8,额定功率0.55kw电机外装,减速器内装,电机外部长度K265。具体形式如图4-1所示图4-1驱动装置4.2 推货装置驱动设计1.根据3.2尺寸计算与选材,接下来进行推货机构的功率计算。推杆与滑轨采用焊接连接,整体采用45钢材料,45钢密度为7.85g/cm3,推杆总体积为:V推=2l2r推=236.221.5682350mm3推杆质量:m推=V推45=6823507.855.40kg,考虑到表面镀铬等生产因素取m推=10kg滑轨体积:V滑=s底h滑=(282+2)0.3474740mm3滑轨质量:m滑=V滑45=747407.850.59kg,考虑到内表面镀铬等生产因素取m滑=2kg则可求出其在上述给定方式下的摩擦力:Ff1=(m推+m滑)gf摩擦系数f=0.34,则Ff1=(10+2)9.80.3439.99N推货机构推每层货物克服该摩擦所做的功:W1=Ff1s1而s1=0.6m,则W124.00J。一层货物重量1kg,实际计算取极限承重20kg,这里输送带与货物之间摩擦系数取1计算,则摩擦力Ff2=196N,则克服摩擦力做功:W2=Ff2s2=1960.1223.52J滑轨与卡扣间摩擦力按最大值计算:Ff3=(Ff1+Ff2)f80.24N克服该摩擦所做功:W3=Ff3s3而s3=1.2m,则W396.29J。则推货机构运动一个周期对货物和推杆所要做功大约W144J对应功率P=Wt=1441.25116w圆盘体积:V盘=r推2h滑=17.5243848460mm3圆盘质量:m盘=V盘铝合金=38484602.710.4kg圆盘转动惯量:J=12mvw20.16kg/m2圆盘功率:P=12Jw2223w则总功率:P总=339w2.粗算输入轴直径。轴的材料为45号钢,调质处理。初步估算轴端直径得查表选取=11021mm轴的结构示意图如图4-2。图4-2轴结构简图考虑轴端有两个键槽则查资料17得=211.1=23.1,取=30mm初选电机型号Y112M-418,转速1440r/min,额定功率4000w,查表知输出轴直径28mm,可求得减速比:i=144048=30则查资料选用减速器型号KWU80,输出轴直径38mm,输入轴直径25mm查表得减速器与推货机构输入轴之间联轴器选用型号GY5。则电动机输出轴直径28mm与减速器之间联轴器选用型号GY4。机器机架高度应与支承机构凸轮不冲突,则机架高度h600mm,而输送机输送带距地高度为0.8m,输送带厚度0.01,则机架高度取0.59。4.3 支承机构驱动设计1.根据上述尺寸计算与选材计算该机构的功率。支承板与尖底推杆采用焊接连接,整体采用45钢材料,45钢密度为7.85g/cm3,支承板总体积为:V支=26l41=364000mm3支承板质量:m支=V支45=3640007.852.86kg,推杆体积按圆柱体计算:V推=s底h推=(1.52)15106030mm3推杆质量:m推=V推45=1060307.850.84kg,挡板总体积:V挡=26100.5+14100.52=270000mm3挡板总质量:m挡=V挡45=2700007.852.12kg滑套总体积:V套=(1.52-12)52=39270mm3滑套总质量:m套=V套45=392707.850.31kg货物质量按一直一箱重量即6kg计算,则凸轮需支承重量12.13kg,设定极限支承重量按100kg,则支撑货物做功:W=FS=1009.80.15=147J则功率:P=wt=147917w凸轮面积由CAD软件得出s约为1180cm2,则体积为:V凸=11805=5900000mm3凸轮质量:m凸= 59000002.7=15.93kg由于凸轮转速较慢,可将凸轮功率转化为求凸轮上下位移所做功与时间比,则功率:P=wt=15.939.80.1593w凸轮体积:V凸=r凸2h =20256283190mm3凸轮质量:m凸=V凸铝合金=62831902.717kg凸轮转动惯量:J=12mr20.34kg/m2凸轮功率:P=12Jw2474w则总功率:P总=484w2.粗算输入轴直径。轴的材料为45号钢,调质处理。初步估算轴端直径得查表选取=11065mm轴的结构示意图同图3-8.考虑轴端有两个键槽=651.1=71.5,取=80mm初选电机型号Y132S-6,转速960r/min,额定功率3000w,查表知输出轴直径38mm,可求得减速比:i=9602.4=400则查资料选用减速器型号TB4HH5,输入轴直径30mm,输出轴直径95mm,则电动机输出轴直径38mm与减速器之间联轴器选用型号GY5,查表得减速器与凸轮机构输入轴之间联轴器选用型号GYS9。4.4 本章小结本章主要对各装置得驱动部分进行了仔细的计算与分析。根据各装置的功率再结合实际工作情况选择对应的电动机、减速器及联轴器。输送机驱动方式选用特轻型风冷式电动滚筒,型号为:XD20-0.55/0.8;推货装置选用电机型号Y112M-4,减速器型号KWU80,联轴器型号GY5,GY4。支承装置电机型号Y132S-6,减速器型号TB4HH5,联轴器选用型号GY5,GYS9。5 主要零件设计及校核5.1 推货装置轴的设计1.输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1P1 = 339w n1 = 48 r/min T1 = 23.08 Nm2. 初步确定轴的最小直径为d=30mm3. 求作用在轴上的力圆盘断直径d1=38mmFt=2T1d1=2100023.0838=1214.8NFr=m盘g=10.399.8=102N4.轴的结构设计如图5-1.图5-1推货机构输入轴5.根据轴定位要求确定轴的各段直径和长度(1)为了满足圆盘的定位要求,CD轴段长度至少65mm,两端在考虑用垫圈等,则l4=65mm,d3=38mm,l1根据实际运动状况取l1=30mm,轴径应大于联轴器端取d1=35mm,查表得l2=4,d2=46mm,垫圈l3=5mm,l5=4mm,d4= d1=35mm,l6=l1=30mm,EF断与联轴器连接,取l7=80mm,轴径d5 =30mm。(2)初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用,故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d1 = 35 mm,由轴承产品目录中选择深沟球轴承6207,其尺寸为dDB =358021 mm 。至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。6.轴的受力分析和校核(1)作轴的计算:根据6207型轴承查手册得B=21mm圆盘中点距左支点距离L1 = l4/2+ l3+ l2+21/2 =52mm圆盘中点距右支点距离L2 = l4/2+l5+21/2 =47mm联轴器中点距右支点距离L3 =l7/2+21/2 =50.5mm圆盘所受切向力Ft=50N,径向力Fr=102N,联轴器段扭矩T=1136.9Nm(2)计算轴的支反力:水平面支反力:FNH1=FtL1L1+L2=505252+47=26.3NFNH2=FtL2L1+L2=504752+47=23.7N垂直面支反力:FNV1=FrL1L1+L2=1025252+37=53.6NFNV2=FrL2L2+L3=1024752+47=48.4N(3)计算轴的弯矩,并做弯矩图5-2:截面A处的水平弯矩:MH=FNH1L1+FNH2L22=26.352+23.7472=1240.75Nmm截面A处的垂直弯矩:Mv=FNV1L1+FNV2L22=53.652+48.4472=2531Nmm截面A处的合成弯矩:M=MH2+MV2=1240.752+25312=2818.8Nmm(4)按弯扭组合强度条件校核轴的强度:通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面的强度。必要时也对要其他危险截面(转矩较大且轴颈较小的截面)进行强度校核。根据公式取aa= 0.3,则有:ca=M2+(T)2W=2818.82+0.31136.920.1383=0.5MPa-1=60MPa故设计的轴有足够的强度,并有一定的裕度。图5-2弯矩图5.2 支承装置轴的设计1.输入轴上的功率P1、转速n1和转矩T1P1 =484w n1 = 2.4 r/min T1 = 79.6 Nm2. 初步确定轴的最小直径为d=80mm3. 求作用在轴上的力凸轮断直径d1=90mmFt=2T1d1=2100079.690=1768.9NFr= m凸g=15.939.8=156.2N4.轴的结构设计如图5-3.图5-3支承机构输入轴5.根据轴定位要求确定轴的各段直径和长度(1)为了满足凸轮的定位要求,CD轴段长度至少90mm,两端在考虑用垫圈等,则l4=90mm,d3=90mm,l1根据实际运动状况取l1=40mm,轴径应大于联轴器端取d1=85mm,查表得l2=6,d2=100mm,垫圈l3=5mm,l4=90mm,l5=5mm,d4= d1=85mm,l6=l1=40mm,EF断与联轴器连接,取l7=140mm,轴径d5 =80mm。(2)初步选择滚动轴承。因轴承只受径向力的作用,故选用深沟球轴承。参照工作要求并根据d1 = 85 mm,由轴承产品目录中选择深沟球轴承6217,其尺寸为dDB =8515028 mm 。至此,已初步确定了轴的各段直径和长度。6.轴的受力分析和校核(1)作轴的计算:根据6217型轴承查手册得B=28mm圆盘中点距左支点距离L1 = l4/2+ l3+ l2+28/2 =69mm圆盘中点距右支点距离L2 = l4/2+l5+28/2 =64mm联轴器中点距右支点距离L3 =l7/2+28/2 =84mm圆盘所受切向力Ft=40.5N,径向力Fr=285.5N,联轴器段扭矩T=17054Nm(2)计算轴的支反力:水平面支反力:FNH1=FtL1L1+L2=40.56969+64=21NFNH2=FtL2L1+L2=40.56469+64=20N垂直面支反力:FNV1=FrL1L1+L2=285.56969+64=148NFNV2=FrL2L2+L3=285.56469+64=137N(3)计算轴的弯矩,并做弯矩图5-2:截面A处的水平弯矩:MH=FNH1L1+FNH2L22=2169+20642=1364.5Nmm截面A处的垂直弯矩:Mv=FNV1L1+FNV2L22=14869+137642=9490Nmm截面A处的合成弯矩:M=MH2+MV2=1364.52+94902=9588Nmm(4)按弯扭组合强度条件校核轴的强度:通常只校核轴上承受最大弯矩和转矩的截面的强度。必要时也对要其他危险截面(转矩较大且轴颈较小的截面)进行强度校核。根据公式取aa= 0.3,则有:ca=M2+(T)2W=95882+0.31705420.1853=0.2MPa-1=60MPa故设计的轴有足够的强度,并有一定的裕度。图5-4弯矩图5.3 本章小结为了保障机器的安全运作,本章主要进行关键零件的强度校核。校核结果显示所设计推货装置输入轴与移箱装置输入轴均符合强度要求。6 箱体及其他辅助部件设计6.1 输送装置支架设计输送装置支架结构及尺寸查表得如图6-1,6-2所示。图6-1输送机支架图6-2输送机支架支架主要采用角钢,该种支架适合本设计的地面型水平运输。6.2 推货装置箱体设计推货装置中的正弦机构箱体尺寸及结构如图6-3所示。图6-3正弦机构箱体6.3 推货装置挡板设计为了保证避免推货时后面货物影响,设计挡板使推货时被推货物与后续货物分开。如图6-4所示。图6-4推货挡板6.3 本章小结本章主要对各装置的箱体机架等辅助部件进行设计说明。输送机、电机及减速器支架采用角钢材料,推货装置箱体及其他辅助部件材料选用45钢材料。箱体内部根据轴设计选用对应得轴承嵌入。7 总结与改进7.1 总结本次设计综合参考了机械相关文献,设计了一种自动装箱装置。对方盒自动装箱装置的整体方案和机构进行了设计,并进行了相关零部件的校核计算,根据实际工作情况与运动分析对装置的尺寸进行了设计与计算。主要设计内容如下;根据机械知识与实际工作情况对方盒自动装箱装置进行了结构设计,最终确定为输送装置、推货装置和移箱装置三部分。输送装置的工作主要由带式输送机完成,选用特轻型带式输送机进行工作,驱动选用特轻型风冷式电动滚筒,型号为:XD20-0.55/0.8;推货装置主体为止转轭机构,转速48r/min,能够达到1.25s推送一层货物的速度;移箱装置设计了一种尖底推杆盘形凸轮机构,该机构能实现箱体的间歇下降运动,转速2.4r/min,间歇部分1.25s下降30mm,与推货装置完成良好的配合。7.2 改进本次设计的方盒自动装箱装置虽能正常完成方盒的自动装箱,但由于是初次设计,且时间有限,一些方面没有完全考虑到位,因此该装置人仍存在一些缺陷。在此从提高功率方面提出一点方案:考虑到推货装置采用正弦机构来完成推货,因此可在输送机相对推货装置的对称位置摆放相同的一套送货装置和支承装置,以此来实现装箱速度的翻倍。具体布置如图7-1。图7-1改进结构简图参 考 文 献1 刘晓玫,王超,刘国靖.应加快发展我国包装机械工业J.中国包装,2003(06):17-19. 2 李浩,立式袋全自动装箱机.湖北省,武汉人天包装自动化技术股份有限公司,2015-09-01.3 邱竟,许卫红.我国装箱机技术的现状与发展J.中国包装工业,2013(23):50-54.4 运输机械设计选用手册编辑委员会.运输机械设计选用手册M.化学工业出版社.2004.3.5 梁丽萍.基于MSC_ADAMS软件的曲柄滑块机构和止转轭机构运动性能的比较与分析J.机电产品开发与创新,2012,25(05):116-117+119.6 冯诗愚,高秀峰,张旭东,郁永章.十字滑块压缩机的止转轭机构研究J.压缩机技术,2004(02):1-4.7 邱竟.谈我国的装箱机技术J.中国包装,2010,30(05):33-36.8 崔鹏.简易半自动装箱机的研究D.天津科技大学,2014.9 邓加尊,覃兆典.自动装箱机的设计J.粮油食品科技,2007(04):14-15.10 赵淮.我国包装机械行业现状和提高技术水平的思路J. 中国机械工程,2003,( 3)11 邱竟.谈我国的装箱机技术J.中国包装,2010,30(05):33-36.12 何偲,李全华,李响,赵伟,牛雅宁.香烟装箱机结构设计J.轻工机械,2010,28(05):113-116.13 黄涛,陈满儒,张翠珠.火腿肠装箱机设计J.包装与食品机械,2007(06):53-55+58.14 朱佳琪,屠凤莲,岳翠萍,刘新乐,周益林.面向跌落式装箱机的模块化设计方法研究J.机械工程与自动化,2016(04):192-193.15 郝同晖.条盒类食品装箱机的设计研究D.青岛科技大学,2018.16 孙恒.陈作模.葛文杰.机械原理M.北京:高等教育出版社,2013.5.17 裘建新.机械原理课程设计M.北京:高等教育出版社,2010.7.18 吴宗泽.高志.罗圣国.李威.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社,2012.5.19 濮良贵.陈定国.吴立言.机械设计M.北京:高等教育出版社,2013.5.20 牛雅宁,程亮,孙迪,叶国威,程书敏.软袋物料的全自动装箱机改进设计J.轻工机械,2013,31(01):83-85.致 谢毕业设计是大学期间的一项特别重要的内容,是对我们大学所学知识的一次检验,对于培养我们的工作精神,锻炼我们的工作能力,检验我们所学知识的掌握能力都有着重要的意义。本次毕业设计的顺利完成,离不开老师的耐心指导,特别感谢柴老师对我的细心点拨,老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从查阅资料到设计方案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,部装草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的基础较差,但是老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了老师的专业水平外,她的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。 然后我还要感谢大学四年来的所有老师,为我打下了机械设计专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励,此次毕业设计才会顺利完成。 11
收藏