半自動包裝機

半自動包裝機,半自動,裝機 摘要 打包機能減輕工人勞動強度，提高工作效率，降低成本。因而廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域工業(yè)生產(chǎn)中， 本文針對半自動打包機進行了研究和設(shè)計。 本文所作的主要工作包括: (1) 對半自動打包機及其它打包機的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了分析; (2) 對半自動打包機的整體方案進行了比較和論證； (3) 對半自動打包機的各功能機構(gòu)進行了設(shè)計，并有機的將這些功能機構(gòu)整合到一個系統(tǒng); (4) 對關(guān)鍵的齒輪及軸等傳動部分進行了計算和強度校核。 (5) 運用Pro/E三維軟件對半自動打包機進行建模及虛擬裝配; 本文所設(shè)計的半自動打包機能很好的滿足對紙箱的捆扎要求，體積小，重量輕，運行穩(wěn)定。 關(guān)鍵詞：半自動打包機 齒輪 Pro/E 功能機構(gòu) 41 ABSTRACT Packaging can reduce labor intensity, improve work efficiency, reduce the cost of. It is widely used in various fields of industrial production, this paper studied and designed for semi automatic strapping machine. The main work in this paper includes: (1) analyzed the status quo of automatic packaging machine and other packaging machine at home and abroad; (2) were compared and the whole demonstration program of automatic packing machine; (3) the function mechanism of automatic packing machine is designed, and the function mechanism of organic integration into a system; (4) the key of gear and shaft transmission parts of the calculation and strength check. (5) using Pro\/E 3D software of automatic packing machine for modeling and virtual assembly; The design of the semi-automatic packing can be a very good meet the carton binding requirements, small volume, light weight, stable operation. Keywords: semi-automatic packing machine gear Pro/E function mechanism 目錄 摘要 I ABSTRACT II 目錄 III 第一章 緒論 4 1.1 捆扎打包機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 4 1.2.1 包裝帶捆扎打包機國外發(fā)展?fàn)顩r 4 1.2.2 包裝帶打包機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.2本課題的意義 7 第二章 半自動打包機功能機構(gòu)總體方案設(shè)計與論證 9 第三章 半自動打包機功能機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 11 3.1 半自動打包機功能機構(gòu)整體設(shè)計 11 3.1.1 半自動打包機功能機構(gòu)基本要求 11 3.1.2 半自動打包機功能機構(gòu)整體設(shè)計 14 3.2電機選擇 14 3.3傳動齒輪設(shè)計 16 3.4 軸的設(shè)計 19 3.5 摩擦輪設(shè)計 21 3.6 機架設(shè)計 22 3.6.1機架設(shè)計準(zhǔn)則 22 3.6.2 機座設(shè)計 23 第四章 半自動打包機功能機構(gòu)三維模型 25 4.1 Pro/Engineer軟件簡介 25 4.2半自動打包機零件建模 27 4.2.1 摩擦輪建模 27 4.2.2 凸輪手柄建模 31 4.2.3 手柄建模 34 4.2.4 支架建模 35 4.2.5 軸建模 36 4.3半自動打包機虛擬裝配 37 結(jié)論 39 參考文獻 40 致謝 41 第一章 緒論 1.1 捆扎打包機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 包裝帶捆扎打包機國外發(fā)展?fàn)顩r 國外打包機械的應(yīng)用 ,起始可追溯到本世紀(jì)初期 ,如美國的SIGNODE公司、德國的 CYKLOP公司等就涉足打包機行業(yè) ,以生產(chǎn)鋼帶打包設(shè)備為主 ,但其規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平都還較低。直到上世紀(jì)的五十年,塑料材料的問世 , 使以塑料帶作為打包材料成為現(xiàn)實 ,極大地促進了塑料帶打包機的發(fā)展 。較早的如日本的下島株式會社、株式會社 ,日魯工業(yè)株式會社等。至2001年 ，日本的塑料帶打包機總產(chǎn)量達 94萬臺 , 約占包裝機械總量的 19. 5%,總產(chǎn)值達 300億日元。每年約有30%的出口 ,幾乎占領(lǐng)了全部東南亞市場。由于他們能成功地引進和消化吸收別國的經(jīng)驗 ,不斷改進發(fā)展。結(jié)構(gòu)較為簡單 , 可靠性高 ,在國際市場上有很大的競爭能力。其中最大的生產(chǎn)廠家為下島株式會社 ,于 1969年開始正式生產(chǎn)自動打包機 ,主要從事產(chǎn)品開發(fā) , 產(chǎn)品質(zhì)量控制和推銷工作 ,其零部件加工和裝配均通過擴散的辦法。在國內(nèi)設(shè)有17家分公司和 270個代銷點 , 并在 35個國家和地區(qū)設(shè)有代理點。產(chǎn)品品種達 200多個 , 正常生產(chǎn)品種為 29種。美國的 SIGNODE公司則是一家以鋼帶打包機為主 , 塑料帶、聚酯帶打包工具為輔的跨國公司 , 屬于美國 ITW上市公司。在美國和其他六個國家設(shè)有分公司該公司自 1913年就開始從事打包機械的生產(chǎn) , 為 100多個國家的工業(yè)產(chǎn)品包裝提供服務(wù) , 并為各國用戶提供 24小時內(nèi)的配件供應(yīng)服務(wù) ,他們不僅具有巨大的生產(chǎn)能力 ,而且還有一支精益求精的研制和開發(fā)隊伍 ,通過對打包機械各功能部件的反復(fù)試驗和多方案對比 ,生產(chǎn)出的打包機械具有很好的可靠性和最佳的經(jīng)濟壽命 ,雖然價格昂貴 , 但仍然是國際市場上的強手。 1.2.2 包裝帶打包機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國包裝機械工業(yè)是在改革開放以后發(fā)展起來的。由于起步較晚，大部分設(shè)備都是通過引進設(shè)備消化吸收研制出來的。行業(yè)從無到有，從小到大，逐步發(fā)展起來 。隨著我國食品工業(yè)、包裝工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，我國的包裝食品機械行業(yè)取得了世人矚目的進步。產(chǎn)品品種的數(shù)量不斷增加，使包裝和食品機械行業(yè)成為直接為提高人民生活質(zhì)量服務(wù)，為包裝業(yè)和食品工業(yè)服務(wù)、農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工業(yè)服務(wù)的新興行業(yè)。成為我國機械工業(yè)十大支柱產(chǎn)業(yè)之一。基本上能生產(chǎn)出滿足人民生活需求的各種各樣、各種檔次的產(chǎn)品，并正在不斷努力、提高、縮小與國外先進水平、先進技術(shù)、先進設(shè)備的差距。在全行業(yè)廣大企業(yè)、科研單位技術(shù)人員及行業(yè)工作者的共同努力下，新產(chǎn)品、新技術(shù)日益涌現(xiàn)并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。我國人口眾多，民以食為天，包裝與食品機械產(chǎn)品市場廣闊、潛力巨大。包裝與食品機械在我同的迅速崛起已引起社會的廣泛關(guān)注，即使在東南亞國家遭受金融危機的情況下，該行業(yè)仍欣欣向榮，堪稱“朝陽工業(yè)”。隨著人民生活水平的不斷提高，對商品包裝提出了更高的要求，哪里有商品，哪里就有包裝，可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機械產(chǎn)品量大面廣，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個行業(yè)。我國包裝機械工業(yè)通過采用國際標(biāo)準(zhǔn)和吸收國外先進技術(shù)，在標(biāo)準(zhǔn)水平、設(shè)計制造和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有了較大的提高。一些企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量達到或接近國外同類機器的先進水平。這些企業(yè)采用先進的企業(yè)管理體系和質(zhì)量保證體系，不斷改善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量，以質(zhì)量和售后服務(wù)為企業(yè)的命脈，解決了用戶的后顧之憂。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展，國內(nèi)市場對包裝機械產(chǎn)品的需求量與日俱增，年產(chǎn)量也逐年提高，包裝饑械企業(yè)數(shù)量越來越多，并且企業(yè)性質(zhì)逐漸從國營轉(zhuǎn)為私營、集體甚至個體，市場競爭日趨激烈，從過去經(jīng)濟短缺的賣方市場轉(zhuǎn)變?yōu)橘I方市場。因此產(chǎn)品在技術(shù)、性能、價格上的競爭更為激烈。 目前國內(nèi)產(chǎn)品與國外相比，市場競爭能力偏低 。目前我國包裝機械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術(shù)含量低的狀況：隨著我國進入世貿(mào)組織(WTO)，國際先進的技術(shù)、設(shè)備和管理經(jīng)驗的進入勢必會對我國剛剛發(fā)展起來的包裝機械工業(yè)造成巨大沖擊，企業(yè)面臨著前所未有的嚴(yán)峻考驗。我們應(yīng)該根據(jù)自己的特點，發(fā)揮自身的優(yōu)勢。包裝機械企業(yè)要想尋找較好的、長遠的發(fā)展必須不斷開發(fā)新產(chǎn)品，提高產(chǎn)品的技術(shù)含金量以及機械的可靠性以適應(yīng)當(dāng)前日新月異的發(fā)展形勢，要規(guī)范優(yōu)質(zhì)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，努力搞好售后服務(wù)。只有這樣，包裝機械企業(yè)才能得以更好地發(fā)展。 打包機械作為包裝設(shè)備中的一個主要分支，是將一個或多個包裝物用打包帶(繩)緊束一起的機器，使包裝件便于運輸、保管和裝卸，屬于外包裝設(shè)備。打包機械的發(fā)展，在一定程度上借助于打包材料的開發(fā)應(yīng)用，在打包材料中，先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、盒屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等等，但由于其本身的強度和延伸率不同和對機械打包的適應(yīng)程度各異，以及考慮制作成本,目前以鋼帶和塑料帶的應(yīng)用最為廣泛。特別是自五十年代以來，隨著石油化工的崛起，開始用塑料作為打包材料，為塑料帶（繩）打包機械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)，由于塑料帶比鋼帶，紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強度適中、手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點，使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶、紙帶，塑料帶打包機成為包裝機械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、復(fù)蓋面廣的主要設(shè)備。國際市場上的搶手。我國打包機械生產(chǎn)自1976年開始。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和各行業(yè)對改善產(chǎn)品包裝產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益迫切，使打包機械不論在生產(chǎn)能力、生產(chǎn)技術(shù)、整機性能等方面都有了很大的提高，其主要表現(xiàn)為 ： （1）已將微機技木應(yīng)用于打包機程序控制，具有溫度控制、自動計數(shù)、定長送帶、故障報警等多種功能，不僅可單機使用也可多機聯(lián)用或與自動生產(chǎn)線配套使用。 （2）從機器的傳動方式來看，有機械傳動、液壓傳動和氣動，特別是液壓傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，制造方便的特點，是我國特有的機型。 （3）品種規(guī)格比較齊全。為適應(yīng)不同的用戶需要，已有全自動、半自動和手提式打包器，根據(jù)包件打包要求不同，除通用的普通型外，又有帶壓力的打包機、雙軌道打包機、側(cè)封式打包機等，其工作臺面有高有低，可適應(yīng)單件打包或自動連續(xù)打包的需要，目前最大的自動捆包尺寸可達2000×1200毫米，最小的可打包50×80毫米的捆件、品種已達20多種。 （4）打包能力在每分鐘12—21道之間，基本能滿足國內(nèi)當(dāng)前的生產(chǎn)需要。 （5）目前仍大量采用寬度為13.5毫米的塑料打包帶和直徑為30毫米的筒形薄膜打包繩，井正在開發(fā)使用寬度為5—10毫水的塑料打包帶的打包機，但國外大繁使用的鋼帶自動打包機在國內(nèi)尚未開發(fā)。 （6）打包帶粘接主要利用燙頭將打包帶兩端加熱至一定溫度后再施壓使之粘合，稱為熱熔搭接型，其接頭的拉力強度可達母帶強度的80%。塑料繩捆結(jié)機則以打結(jié)的形式捆緊包件。 （7）目前已能生產(chǎn)二十多個品種的打包機和三個品種的捆結(jié)機，基本上能滿足國內(nèi)需求，其中半自動打包機的整個性能已接近國外先進水平，故每年有較大的批量出口，而全動打包機仍與國外有較大的差距。 與國外打包機械生產(chǎn)技術(shù)水平相比，國產(chǎn)機差距主要為：品種單一，生產(chǎn)力低。雖然經(jīng)過二十多年的發(fā)展，但只能生產(chǎn)20多個品種，還不及國外一個公司的品種數(shù)，而且只能生產(chǎn)通用型的產(chǎn)品，如鋼帶自動打包機的生產(chǎn)至今仍是一個空白，無法滿足一些特殊行業(yè)的需要：據(jù)調(diào)查2006年全國產(chǎn)量已達19000臺，但仍太大落后于國外的水平。我國打包機械的生產(chǎn)起步較晚，主要是靠引進國外的整機經(jīng)消化改進二次開發(fā)生產(chǎn)的。因此在生產(chǎn)中著重于產(chǎn)品的整機性能而忽視了對零部件的研究，導(dǎo)致在打包速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術(shù)性能方面不硬國外先進水平。工作可靠性較差，其中特別是打包帶和元器件的質(zhì)量不穩(wěn)對整機的性能帶來很大的影響。 1.2本課題的意義 打包機械作為包裝設(shè)備中的一個主要分支,是將一個或多個包裝物用捆扎帶(繩) 緊束一起的機器 , 使包裝件便于運輸、保管和裝卸 ,屬于外包裝設(shè)備。捆扎打包機械的發(fā)展 ,在一定程度上借助于捆扎材料的開發(fā)應(yīng)用。在捆扎材料中先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、金屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等。但由于其本身的強度和延伸率不同和對機械捆扎的適應(yīng)程度各異 ,以及考慮制作成本，目前以鋼帶和塑料帶的應(yīng)用最為廣泛。特別是自上世紀(jì)五十年代以來 ,隨著石油化工的崛起，開始用塑料作為捆扎材料 , 為塑料帶 (繩) 捆扎機械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。由于塑料帶比鋼帶、紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強度適中手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點 ,使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶 , 紙帶 ,塑料帶捆扎機成為包裝機械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、覆蓋面廣的主要設(shè)備。 目前，我國很多企業(yè)的包裝水平跟不上生產(chǎn)設(shè)備的更新速度，包裝質(zhì)量不高。雖然國內(nèi)少數(shù)企業(yè)憑借自身的雄厚經(jīng)濟實力，從國外引進了部分全自動打捆設(shè)備，但其高昂的價格增加了生產(chǎn)成本，絕大多數(shù)企業(yè)仍在使用半自動或人工打包設(shè)備，這樣既使生產(chǎn)效率降低，也浪費了大量勞動力，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的快速發(fā)展，對機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)含量、性能、功能要求也越來越高。為此，研發(fā)高質(zhì)量，高可靠性的打包捆扎機是非常必要的，而且形勢緊迫。 第二章 半自動打包機功能機構(gòu)總體方案設(shè)計與論證 針對半自動打包機的功能需求，現(xiàn)擬定如下兩種傳動方案： 方案一： 圖2-1 半自動打包機原理方案一 傳動方案如圖2-1所示：半自動打包機功能機構(gòu)由開口進帶機構(gòu)、拉帶機構(gòu)、捆扎封接機構(gòu)及切帶機構(gòu)組成，手柄在彈簧力的作用下，使摩擦輪連同電機等向上提起，從而膠帶進料口張開一定角度，這樣便可方便把捆扎帶送進摩擦輪與摩擦片之間，人拉起手柄，在力的作用下，捆扎帶被壓在摩擦片與摩擦輪之間，這時起動電機，通過齒輪傳動，電機帶動摩擦輪轉(zhuǎn)動，摩擦輪將捆扎帶拉緊，這時操作凸輪手柄，使凸輪轉(zhuǎn)一定角度，將熱熔頭和切刀一齊往下壓，從而實現(xiàn)捆扎帶封接，并且上層捆扎帶也被切斷。 方案二： 圖2-2 半自動打包機原理方案二 傳動方案如圖2-2所示：半自動打包機功能機構(gòu)由開口進帶機構(gòu)、拉帶機構(gòu)、捆扎封接機構(gòu)及切帶機構(gòu)組成，手柄在彈簧力的作用下，使摩擦輪連同電機等向上提起，從而膠帶進料口張開一定角度，這樣便可方便把捆扎帶送進摩擦輪與摩擦片之間，人拉起手柄，在力的作用下，捆扎帶被壓在摩擦片與摩擦輪之間，這時起動電機，通過齒輪傳動，電機帶動摩擦輪轉(zhuǎn)動，摩擦輪將捆扎帶拉緊，這時操作螺桿手柄，使使熱熔頭和切刀一齊往下壓，從而實現(xiàn)捆扎帶封接，并且上層捆扎帶也被切斷。 綜上所述，半自動打包機傳動方案一和傳動方案二的區(qū)別在于傳動方案一壓熱熔頭及切刀使用的是凸輪，而傳動方案二壓熱熔頭及切刀使用的是螺桿，兩相比較，方案一使用凸輪操作起來更迅速，更便捷，方案二使用螺桿更省力，便需要旋轉(zhuǎn)多圈，相對來說費時間，因此，本設(shè)計采用方案一設(shè)計本半自動打包機功能機構(gòu)。 第三章 半自動打包機功能機構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計 3.1 半自動打包機功能機構(gòu)整體設(shè)計 3.1.1 半自動打包機功能機構(gòu)基本要求 半自動打包機是由各種各樣的零部件組成的，要使所設(shè)計的機器滿足基本要求，就必須使組成機器的零件滿足以下要求： （1）?避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求 （2）?結(jié)構(gòu)工藝性要求 （3）經(jīng)濟性要求 （4）質(zhì)量小的要求 （5）可靠性要求 （一）避免在預(yù)定壽命期內(nèi)失效的要求 應(yīng)保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。 （1）強度要求?? 提高零件強度的措施有：采用高強度的材料；使零件具有足夠的截面尺寸；合理設(shè)計零件的截面形狀，增大慣性矩；采用熱處理和化學(xué)處理方法提高材料的強度性能；提高零件的制造精度，以減少工作時的動載荷；合理配置零件的相對位置，以降低零件的載荷。 （2）剛度要求? 零件在工作時的彈性變形不能超過允許的范圍稱為零件的剛度要求。? 提高零件剛度的措施有：增大零件的截面尺寸或增大慣性矩；縮短支承的跨距或采用多點支承。 （3）壽命要求?? 影響零件壽命的主要因素有：疲勞破壞、腐蝕、磨損，大部分零件工作在變應(yīng)力下，故疲勞破壞是引起零件破壞的主要原因。影響疲勞強度的因素有：應(yīng)力集中；零件的尺寸大小。 零件表面質(zhì)量及環(huán)境狀況：零件處在腐蝕性介質(zhì)中工作時，可能使材料遭到腐蝕?？垢g的措施有：表面發(fā)蘭（發(fā)黑）；表面鍍層；表面涂漆；表面陽極化。 （二）結(jié)構(gòu)工藝性要求? 零件工藝性良好的標(biāo)志----在具體的生產(chǎn)條件下，零件要便于加工而加工費用又很低。 （1）毛坯選擇合理 制備方法：選用型材、鑄造、鍛造、沖壓和焊接等。 毛坯選擇與生產(chǎn)批量、材料性能和加工可能性有關(guān)。 單件或小批量生產(chǎn)時，選用棒料、板材、型材或焊件。 大批量生產(chǎn)時，往往選用鑄造、鍛造、沖壓等方法。 （2）?結(jié)構(gòu)簡單合理 最好采用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合；盡量減少加工面數(shù)和加工面積；增加相同形狀、相同元素（直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數(shù)等）的數(shù)量；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件； （3）合理的制造精度和表面粗糙度 零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度，應(yīng)在滿足使用要求的前提下，盡量采用較低的精度和表面質(zhì)量。 （4）盡量減小零件的加工量 毛坯形狀和尺寸應(yīng)盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工，節(jié)約材料、降低成本。 盡量采用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進工藝滿足上述要求。 （三）經(jīng)濟性要求 零件的經(jīng)濟性首先表現(xiàn)在零件的生產(chǎn)制造成本上。 簡化零件的結(jié)構(gòu)，降低材料消耗；采用無余量、少余量的毛坯，減少加工工時；采用廉價而充足的材料代替昂貴材料；大型零件采用組合結(jié)構(gòu)而非整體結(jié)構(gòu)；盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件。 （四）質(zhì)量小的要求? 減小質(zhì)量的好處：節(jié)約材料；?減小慣性，改善機器的動力性能。 減小質(zhì)量的措施：采用緩沖裝置來降低零件所受沖擊載荷；采用安全裝置來限制作用在零件所受最大載荷；從零件應(yīng)力較小處削減部分材料，以改善零件受力的均勻性，提高材料的利用率；采用與工作載荷方向相反的預(yù)載荷，以降低零件的工作載荷；采用輕型薄璧沖壓件或焊接件代替鑄造、鍛壓件；采用強重比高的材料。 （五）可靠性要求? 零件的實效是隨機發(fā)生的，其原因是零件所受的載荷、環(huán)境溫度、零件本身物理和機械性能等因素是隨機變化的。為了提高零件的可靠性，就應(yīng)當(dāng)在工作條件和零件性能兩個方面使其變化盡可能小。 3.1.2 半自動打包機功能機構(gòu)整體設(shè)計 半自動打包機功能機構(gòu)由開口進帶機構(gòu)、拉帶機構(gòu)、捆扎封接機構(gòu)及切帶機構(gòu)組成，根據(jù)上述機械設(shè)計的基本要求，半自動打包機整體設(shè)計如下圖3-1： 圖3-1 半自動打包機整體 包裝帶捆扎機采用聚丙烯塑料帶作為捆扎材料，打捆完成后用熱熔搭接法將捆扎帶加熱粘貼。當(dāng)捆扎物人工擱置在摩擦輪下面后，提起手柄，達到一定的捆緊力后，手動將熱熔壓頭壓下，切刀隨后頂上切帶，焊接。稍后，提起熱熔壓頭，松開手柄，完成一個捆件的捆扎過程 。在捆扎過程中，由送退帶機構(gòu)完成送帶、收帶、拉緊等動作；在夾壓、熨燙機構(gòu)作用下完成包裝帶粘結(jié)鎖緊，防止包裝帶的打滑松動。本捆扎機以編程序控制器作為控制單元實現(xiàn)打捆過程的半自動化。 3.2電機選擇 （1）機電領(lǐng)域中步進電機的選擇原則 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。 選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。 選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足執(zhí)行件快速移動的需要。 （2）選擇步進電機 設(shè)計捆扎機的拉緊力在F=200N則;摩擦輪的阻力矩為 T=F×r r—摩擦輪直徑，根據(jù)結(jié)構(gòu)要求，r取為40mm, T=200×0.04 =8N.m 根據(jù)供電電壓為12V選取步進電極電機,根據(jù)《小功率電機手冊》,選擇永磁式步進電機,其具體參數(shù)如下:表3-1。 表格 3-1 步進電機的基本參數(shù) 型號 相數(shù) 額定電壓(V) 電流（A） 保持轉(zhuǎn)矩（N.m） 步近角(°) 57BYG005 4 12V 0.4A 25.5N.m 1.8° 3.3傳動齒輪設(shè)計 齒輪傳動是半自動打包機功能機構(gòu)的重要組成部分。 1）確定計算公式及各參數(shù)值 （1）輸入功率為200W,齒輪的轉(zhuǎn)速為450r/min選用直齒圓柱齒輪傳動，7級精度。選擇齒輪材料為45（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，選擇齒輪齒數(shù)均為Z=20， 由公式： 查機械設(shè)計手冊確定3-5公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （2）試選載荷系數(shù)：Kt＝1.3 （3）計算齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： ； （4）齒寬系數(shù)： ； （5）材料的彈性影響系數(shù)：； （6）按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限； （7）計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) ； （8）接觸疲勞壽命系數(shù)； （9）計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1.5，得： ； 2）計算 試用公式（3-1）算齒輪分度圓直徑d； ； （1）計算圓周速度V ； （2） 計算齒寬b ； （3）計算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) ； 齒高； ； （5）計算載荷系數(shù) 7級精度，查得動載系數(shù)；直齒輪，假設(shè)。查得。查得使用系數(shù)，得： ； 由b/h=9.1， ，查得2；故載荷系數(shù) ； （6） 按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，得： ； （7）計算模數(shù)：。 3）按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度設(shè)計公式為 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 （1）查得齒輪的彎曲疲勞強度極限； （2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，得： ； （3）計算載荷系數(shù)K （4） 查取齒形系數(shù) ； （5）查取應(yīng)力校正系數(shù) ； （6）計算齒輪的， 4） 設(shè)計計算 由公式（3-6）得： 對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)0.96，考慮到實際結(jié)構(gòu)，模數(shù)取稍大一點，圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出齒輪齒數(shù)，為了避免根切及實際結(jié)構(gòu)尺寸要稍大一點，取齒數(shù)為20，這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。 5）幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 ； 2）計算中心距 3）計算齒輪寬度 B=30mm。 圖3-1 齒輪 3.4 軸的設(shè)計 捆扎帶拉緊機構(gòu)的齒輪傳動軸采用平鍵聯(lián)接。電動機正常工作的轉(zhuǎn)速為n0=300r/min。齒輪的傳動比為i2=1：1，得傳動軸的轉(zhuǎn)速 n1=n0/i1=450/1(r/min)=450r/min；功率P1=450W=0.3KW。從動軸的轉(zhuǎn)速n2=n1/i2=450r/min； 功率P2=200W=0.2KW 1． 確定軸1最小直徑 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： 式中： ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa； T ——軸所受的扭距，單位N*mm； ——軸的抗扭截面系數(shù)，單位； n ——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min； P ——軸傳遞的功率。單位KW； d ——計算截面處軸的直徑，單位mm； []——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位MPa 由上式可得軸的直徑 選取軸的材料為40Cr鋼，調(diào)質(zhì)處理。A0查表取100，P=200W=0.2KW，n=450r/min 代入得： 軸最小直徑的初始值：d7.6mm，將其圓整為8mm 根據(jù)送退帶機構(gòu)軸上各齒輪、摩擦輪與支架以及相互之間的尺寸關(guān)系確定傳動軸的各部分軸徑及長度如圖3.1： 圖3.1 傳動軸 3.軸的校核 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。取，計算軸的應(yīng)力： ——軸的計算應(yīng)力，單位MPa； M ——軸所受的彎距，單位N.mm； T ——軸所受的扭距，單位N.mm； W ——軸的抗彎截面系數(shù)，單位。計算公式如3-3： 從軸的結(jié)構(gòu)圖3.1可以看到軸的危險截面，現(xiàn)將計算出的截面處的、及的值列出表3-1： 表3-1 載 荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 畫出軸的載荷分析圖。如圖3.4： 截面為危險截面。帶入公式3-2中得： 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得。因此， ，故安全。 3.5 摩擦輪設(shè)計 摩擦輪是壓緊扎帶的滾輪，通過接觸面間的摩擦力傳遞運動和動力的，使扎帶拉緊。結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運動平穩(wěn)、噪聲低，過載可以打滑，有著廣泛的應(yīng)用。 (一)摩擦輪材料的選擇 由于摩擦輪實現(xiàn)包裝帶的進與退，制造摩擦輪的材料應(yīng)該是：彈性模量大、摩擦系數(shù)高，接觸疲勞強度和耐磨性好，吸濕小，價廉并易于加工，可以選用GCr15。 (二)本捆扎機采用圓柱摩擦輪傳動，其示意圖如下： 圖3-2 摩擦輪 3.6 機架設(shè)計 3.6.1機架設(shè)計準(zhǔn)則 底座、機架、箱體、基板等零件都屬于機架零件。 機架零件可劃分為四大類：即機座類、機架類、基板類和箱殼類，對機架零件一般可提出下列要求: (1)工況要求：即任何機架的設(shè)計首先必須保證機器的特定工作要求。例如，保證機架上安裝的零部件能順利運轉(zhuǎn)，機架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運動件通過的突起,設(shè)置執(zhí)行某一工況所必需的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 (2)剛度要求：在必須保證特定的外形條件下，對機架的主要要求是剛度。如果基礎(chǔ)部件的剛性不足，則在工作的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，就會產(chǎn)生變形，振動或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其它性能。例如機床的零部件中，床身的剛度則決定了機床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度。 (3)強度要求：對于一般設(shè)備的機架，剛度達到要求，同時也能滿足強度的要求 (4)穩(wěn)定性要求：對于細長的或薄壁的受壓結(jié)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時必須校核。 (5)美觀：目前對機器的要求不僅要能完成特定的工作，還要使外形美觀。 (6)其它：如散熱的要求，防腐蝕及特定環(huán)境的要求。 　在滿足機架設(shè)計準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項要求，并有所偏重。 (1)機架的重量輕，材料選擇合適，成本低。 (2)結(jié)構(gòu)合理，便于制造。 (3)結(jié)構(gòu)應(yīng)使機架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。 (4)結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使機架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由溫度變化引起的變形應(yīng)力小。 (5)抗振性能好。 (6)耐腐蝕，使機架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。 (7)有導(dǎo)軌的機架要求機架導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。 3.6.2 機座設(shè)計 1）機座的結(jié)構(gòu)及材料 進行機架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個較復(fù)雜的過程，對結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進行仔細的分析。對結(jié)構(gòu)方案要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的機架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時應(yīng)遵守的一般規(guī)律。 （1）結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時，截面上的材料分布是均勻的，所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的應(yīng)力分布不夠經(jīng)濟。 機械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處，彎矩曲線有曲率，且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一小段內(nèi)，在較長段內(nèi)材料不能充分利用，這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟的另一原因。 （2）結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用的材料愈省。 （3）結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。 因該打包機尺寸不是很大，結(jié)構(gòu)比較緊湊，受力不大，精度要求較高，材料上，考慮到機械臂要適用各種惡劣環(huán)境，為防止生銹，便于安裝，選擇HT200灰鑄鐵作為基座。 第四章 半自動打包機功能機構(gòu)三維模型 4.1Pro/Engineer軟件簡介 Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 Pro/Engineer操作軟件是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 （一） Pro/Engineer Pro/Engineer是軟件包，并非模塊，它是該系統(tǒng)的基本部分，其中功能包括參數(shù)化功能定義、實體零件及組裝造型，三維上色，實體或線框造型，完整工程圖的產(chǎn)生及不同視圖展示（三維造型還可移動，放大或縮小和旋轉(zhuǎn)）。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽殼（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號式的賦予形體尺寸，不象其他系統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體，這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關(guān)系，任何一個參數(shù)改變，其也相關(guān)的特征也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計優(yōu)化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件，諸如有限元分析及后置處理等，這都是通過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來實現(xiàn)，用戶更可配上 Pro/Engineer軟件的其它模塊或自行利用 C語言編程，以增強軟件的功能。它在單用戶環(huán)境下（沒有任何附加模塊）具有大部分的設(shè)計能力，組裝能力（運動分析、人機工程分析）和工程制圖能力（不包括ANSI， ISO， DIN或 JIS標(biāo)準(zhǔn)），并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀（HP，HPGL）和黑白及彩色打印機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下： 1．特征驅(qū)動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等）； 2．參數(shù)化（參數(shù)=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等）； 3．通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數(shù)之間（如表面積等）的關(guān)系來進行設(shè)計。 4．支持大型、復(fù)雜組合件的設(shè)計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM的各種能用零件設(shè)計的程序化方法等）。 5．貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性（任何一個地方的變動都將引起與之有關(guān)的每個地方變動）。其它輔助模塊將進一步提高擴展 Pro/ENGINEER的基本功能。 （二）Pro/E機構(gòu)運動仿真 工程師無需等待物理原型就能測試產(chǎn)品的動力行為。利用 Pro/ENGINEER 機構(gòu)動力學(xué)仿真，您可以虛擬地仿真包含運動元件的系統(tǒng)中的作用力和加速度。而且，您可以綜合考慮諸如彈簧、電動機、摩擦力和重力等動力影響，相應(yīng)地調(diào)整產(chǎn)品性能。改善檢驗和認證過程并最大程度地提高設(shè)計信心，而無需承受制造昂貴原型的負擔(dān)。 與設(shè)計和分析工具完全集成，從而無需再花費時間、精力和金錢來處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和關(guān)聯(lián)的錯誤。 利用Pro/E機構(gòu)仿真有以下優(yōu)點： ? 可以創(chuàng)建虛擬樣機在桌面計算機中進行測試，從而降低開發(fā)成本 模擬賽車懸架所受到的實際作用力。 ? 能夠更快速和更早地將變更反映在產(chǎn)品中，并從桌面計算機測試中即時獲得結(jié)果。 ? 通過縮短開發(fā)時間率先向市場推出更優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。 ? 通過對產(chǎn)品壽命進行更準(zhǔn)確的估計，從而可降低保修成本。 ? 利用具體的動畫式生產(chǎn)指令進行裝配，可以避免代價高昂的制造錯誤。 ? 通過利用從虛擬測試中所節(jié)省的時間來評估更多設(shè)計構(gòu)思，從而可開發(fā)出更新穎的產(chǎn)品。 ? 在易于學(xué)習(xí)、直觀明了的用戶界面中工作。 4.2半自動打包機零件建模 4.2.1 摩擦輪建模 （1）新建零件，拉伸，草繪直徑為39的圓，將其拉伸為25mm圓柱體。 圖4-1 草繪圓 圖4-2 拉伸 （2）兩端面倒角。 （3）點螺旋掃描命令，定義如圖4-3所示的掃引軌跡，定義完后，輸入螺距20mm，草繪如圖4-4所示的截面，完成后，得到如圖4-5所示的螺旋掃描的切口， 圖4-3 定義掃引軌跡 圖4-4 定義截圖 圖4-5掃描出來的螺旋切口 （4）選中掃描出來的切口，進行陣列，如圖4-6所示。 圖4-6 陣列 圖4-7 陣列后 （5）同（4）操作步驟，反方向螺旋切口并陣列，得到如圖4-8所示， 圖4-8 陣列后摩擦輪 （6）拉伸，草繪軸孔及鍵槽，完成后，并倒角，效果如圖4-10. 圖4-9 草繪軸孔及鍵槽 圖4-10 摩擦輪 4.2.2 凸輪手柄建模 （1）草繪如圖4-11所示， 圖4-11 草繪 圖4-12 拉伸 （2）如圖4-13 圖4-13拉伸一個缺口 （3）拉伸手柄部分 圖4-14 拉伸手柄 （4）倒角 （5）把右邊的凸輪去掉一部分，如圖4-15 圖4-15 去除材料 圖4-16 凸輪手柄 4.2.3 手柄建模 手柄的建模主要任用拉伸命令，打孔命令及倒圓角命令，限于篇幅，在此不一一介紹了，最后效果如圖4-17. 圖4-17 手柄 4.2.4 支架建模 支架的建模主要任用拉伸命令及倒圓角命令，限于篇幅，在此不一一介紹了，最后效果如圖4-18。 圖4-18 支架 4.2.5 軸建模 軸的建模主要任用拉伸命令及旋轉(zhuǎn)命令，限于篇幅，在此不一一介紹，最后效果如圖4-19。 圖4-19 軸 4.3半自動打包機虛擬裝配 應(yīng)用前述建立的各零件的三維圖型進行虛擬裝配，首先進行子裝配，完成子裝配工作后，進行總裝配。零件裝配好了以后，進行裝配體的干涉檢查，以便確定裝配體中各零件之間是否存在實體邊界沖突(即干涉)、沖突發(fā)生在何處、進而為消除沖突做好準(zhǔn)備。一般對零件較多或裝配要求較嚴(yán)格的裝配體，應(yīng)該裝配好—個零件就進行一次裝配檢查，這樣可以及時發(fā)現(xiàn)錯誤，及時修正。 圖4-20 齒輪軸承子裝配 圖4-21 半自動打包機功能機構(gòu)虛擬裝配圖 結(jié)論 半自動打包機廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域，包裝帶打包機的研制成功，極大的提高了我國紙箱包裝的自動化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，減輕工人勞動強度。在進行半自動打包機功能機構(gòu)設(shè)計之前，本人對實際產(chǎn)品進行了調(diào)研及對相關(guān)專利進行了研究，本設(shè)計是在這些基礎(chǔ)上改進而來的。本設(shè)計能很好的滿足對紙箱的捆扎要求，體積小，重量輕，運行穩(wěn)定。本文所作的主要工作包括: (1) 對半自動打包機及其它打包機的國內(nèi)外現(xiàn)狀進行了分析; (2) 對半自動打包機的方案進行了討論和論證； (3) 對半自動打包機的各功能機構(gòu)進行了設(shè)計，并有機的將這些功能機構(gòu)整合到一個系統(tǒng); (4) 對關(guān)鍵的齒輪及軸等關(guān)鍵傳動部分進行了計算和強度校核。 (5) 運用Pro/E三維軟件對半自動打包機進行建模及虛擬裝配; 本文所研制的半自動打包機雖然已經(jīng)能較好的完成對紙箱打捆的功能，但其在整體性能、自動化程度以及功能的完善性方面跟國外先進的全自動打包機相比還有一定的差距。我們需要努力的方向是:提高打包效率、提高打包機的工作穩(wěn)定性、提高打包機的可靠性，提高自動化程度進行智能控制。 參考文獻 [1] 吳宗澤主編，機械設(shè)計師手冊（上冊），機械工業(yè)出版社，2002.1. 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