毕业设计（论文）-折叠纸盒包装机成型装置设计.doc

I 目目 录录 第 1 章 绪 论.1 1.1 概述 .1 1.2 国外包装行业发展概况 .1 1.3 国内包装机械产业 .3 1.4 国内包装机械业的发展方向 .5 1.4.1 机械功能多元化.5 1.4.2 结构设计标准化、模组化.5 1.4.3 控制智能化.5 1.4.4 结构运动高精度化.5 1.5.3 硬纸盒包装机械的特点及设计要求 .7 第 2 章 硬纸盒包装机成型装置总体方案设计.8 2.1 功能与应用范围 .8 2.2 确定机器类型 .8 2.2.1 工位数.8 2.2.2 运动型式.8 2.3 确定包装程序，工艺路线和工位数 .9 2.3.1 包装程序.9 2.3.2 工艺路线.9 2.3.3 工位数.9 2.4 对执行构件的运动要求 .10 2.5 机构选型 .10 第 3 章 主要零部件参数的设定.13 3.1.电动机的选择.13 3.1.1 电动机种类、结构型式、电压、转速的选择.13 3.1.2 电动机额定功率的选择.14 3.2.减速器高速轴直径及强度校核.15 3.3 传送带带轮参数的设定 .17 3.4 传送带设计 .18 3.5 底箱设计 .19 第 4 章 成型装置主要零件建模.21 4.1 软件介绍 .21 4.2 主要零件建模过程举例 .21 4.2.1.槽轮建模过程 .21 4.2.2.传送带带轮建模 .28 4.3 关键零件装配过程举例 .35 第 5 章 纸盒包装机仿真运动.39 II 5.1 包装机的工作过程 .39 5.1.1 纸盒撑起机构.39 5.1.2.折内衬机构 .39 5.1.3.折外盖机构 .40 5.2.包装机各机构的工作过程.42 5.2.1.纸盒撑起机构 .42 5.2.2.折内衬机构 .42 5.2.3.折外盒盖机构 .42 5.3 ANIMATOR简介 .42 5.4 开始 ANIMATOR.42 结束语.47 致谢.48 参考文献.49 烟台大学毕业论文（设计） 1 第第 1 章章 绪绪 论论 1.1 概述概述 纸盒包装机械是包装工业的一大门类产品，在包装工业中有着举足轻重的 地位和作用，它给行业提供必要的技术设备，以完成产品的包装工艺过程。尽 管包装机械的产值在整个包装工业中所占的比重不如包装材料大，不属于经常 性消耗品，但对包装工业的现代化却是不可缺少的支撑。它为包装工业提供先 进的技术装备，保证包装产品质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生 产成本低、环境污染小，因而获得较强的生命力，带来巨大的社会效益和经济 效益。没有现代化的包装机械，就没有现代化的包装工业。 用于完成包装过程的包装机械可分为 11 类，它们是充填机械、灌装机械、 封口机械、裹包机械、多功能包装机械、标签机械、清洗机械、干燥机械、杀 菌机械、捆扎机械和集装机械、辅助包装机械和设备等。 用于加工包装材料和容器的包装机械可分为 7 类，它们是瓦楞纸板加工机 械、纸盒加工机械、复合材料加工机械、制袋机械、塑料中空容器加工机械、 金属容器加工机械、玻璃容器加工机械等。该类设备包括合成包装材料制造、 印刷和容器成型等工序的机械和设备，其产值常高于前一类包装机械。在美国 已成为一个独立的行业，称为转换机械，意即将原料经加工、印刷、成型等转 换成包装容器的机器。该类设备大多数是盛大生产线，生产效益高，与工艺和 原料关系十分密切，投资大，但效益好。 硬纸盒包装机械作为专业性机械，除了普通机械的一般要求外，还有外表 美观、传动装置紧凑、运转平稳、精度高、生产效率高等要求，以很好地完成 自身功能，适应市场需求。 1.2 国外包装行业发展概况国外包装行业发展概况 美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。 从目前情况看， 全球的包装机械需求预计将以每年 5.3的速度增长，到 2005 年达 290 亿美元。 美国拥有最大的包装设备生产商，其次是日本，其他主要生产商还包括德国、 意大利和中国。但到 2005 年，包装设备生产增长最快的是发展中国家和地区。 发达国家将从刺激国内需求中获利，并在发展中国家寻找当地合适的生产厂家， 特别是在食品加工厂进行投资，提供包装机械设备。 Sullivan 的市场调查报告中称，到 2007 年，欧洲包装机械的市场总值预计 将由 2000 年的 46 亿美元增长至 65 亿美元，市场潜力巨大。那些传统上不使 用包装系统的工业将成为包装机械市场的新客户，从而成为刺激销售增长的因 素之一。已经具备包装设备的公司未来更新或增加包装生产线的比例将上升， 烟台大学毕业论文（设计） 2 特别是食品、饮料及制药业的需求最为殷切。 该调查报告还指出，过去只购置分离式包装机械的小型厂商也将逐步了解 “整体式包装生产线”的优势所在， 变成该类产品的潜在用户，所以在未来的包 装机械市场中，这种包装机械的占有率将呈上升趋势。另一方面，OEM 制造业 者与最终消费者将趋向购买操作简易且安装容易的包装机械，尤其是当前制造 业大量裁员，对简易操作系统的需求将与日俱增。因此，要想在未来包装市场 取得一席之地，高效率的客户服务与机械维修将是最重要的竞争条件之一。 美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装 机械体系，其品种和产量均居世界之首。10 多年来，美国始终保持着世界最大 包装机械生产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与 计算机紧密结合，实现机电一体化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口 三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的 15%，纸盒封盒 包装机在市场占有率中居第二位。从上世 90 年代初以来，美国包装机械业一 直保持着良好的发展势头。 美国国内包装机械市场在全球是首屈一指的，各种包装机械主要内销， 1998 年美国包装机械国内消费占 82%，出口只占产值的 18%，但出口额大。 美国的包装机械制造厂大部分附属于大型包装材料厂，销售也完全依赖母公司。 中国已成为继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，美国包装机械的第 6 大出口市场。 美国包装工业起步于 20 世纪初；自二战以来得到快速发展，逐步建立并 形成包括包装材料、包装工艺和包装机械完整而独立的工业体系。其包装工业 总产值占国民经济总产值的 3。其包装机械最大使用行业是食品产业，其次 是饮料产业、家庭清洁用品与化妆品产业、医药用品及烟草业。 美国食品产业中，蔬菜和水果每年所需要的包装机械所占的比重最大，到 2005 年占 20.3；肉品所需包装机械为第二；乳品为第三位；面包为第四位； 糖果为第五位。除肉品持平外，乳品、糖果包装机械的年需求值占食品产业总 需求值的比重呈下降趋势。其他产业主要由家庭清洁用品与化妆品、烟草产品、 医药产品、日杂产品 4 个行业组成。其他产业对包装机械年需求量占年总需求 量的 13 左右。 日本与美国、德国相比，起步较晚。上世纪 60 年代以前，包装机械厂家 不足 60 家，只能包装糖果、香烟等。60-70 年代，是日本包装机械业起步阶段， 产值增长速度很快。70-80 年代，增长速度虽不如上一阶段那么高，但年增长 率仍达 13%。80-90 年代是稳定增长分阶段，将微电子技术成功地应用于包装 机械的控制，以后又将光导纤维技术、工业机器人技术、模块化技术应用于包 装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场 竞争力。因此，从上世纪 60 年代到 90 年代初，日本包装机械工业连续 30 多 年高速增长，经历了引进消他发展的过程。 日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种近 500 种，规格 烟台大学毕业论文（设计） 3 有 700 多个。包装机械以中小型单机为主，具有体积小、精密度高、易安装、 操作方便、自动化程度高等优点。90 年代以来，已将变频调整、光电追踪、无 触点电子开关、动态数据显示等技术运用在包装机械中。日本包装机械的很大 一部分用于食品包装领域，食品包装机械产值占包装机械总产值的一半以上。 日本包装机械的主要市场是本国，出口额只占产值的 10%。亚洲是日本包 装机械的主要出口市场。从上世纪 90 年代以来，日本对中国的出口额连年大 幅增长，自 1995 年起，中国已成为日本包装机械的最大出口国。 德国包装机械在设计、制造、技术性能等方面居领先地位。2002 年德国包 装机械产值达 34 亿欧元，比 2001 年上升 10。如以不同的包装材料划分， 2002 年德国玻璃包装业增长了近 1.6，木材近 3.6，纸及纸板近 11.9。 欧洲包装机械的 70为德国生产，其产量的 77出口，占世界包装机械出口 市场的 29，名列世界第一位。中国是德国包装机械的重要出口国，尤其是食 品加工及包装机械。德国主要的包装机械出口市场依次为美、英、法、中、俄。 德国的包装机械凭借 85的配额稳居世界首位。 德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面均名列前茅，特别是啤酒、 饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点。一些大公司 生产的包装机械集机、电、仪表及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控 制，并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，而且能使制袋、 称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来 始终处于稳定增长状态，出口比例占 80左右，是世界上最大的包装机械出口 国。 德国、意大利、英国、瑞士和法国等，都是世界上很重要的包装机械生产国家。 欧洲各国包装机械业的一个共同特点，是出口比例(出口额占产值的比例)都很 大，如德国和意大利近 80%，瑞士超过 90%，荷兰出口额甚至大于产值，因为 荷兰是欧洲很重要的贸易转口地。 德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、 饮料灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。 一些大公司生产的包装机械集机-电-仪及微机控制于一体，采用光电感应，以 光标控制，并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，而且能集 制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业 多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占 80%左右。德国是世界上最大的包 装机械出口国。 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国。意大利的包装机械多用于 食品工业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占 80%左右， 美国是其最大的出口市场。上世纪 90 年代以来，意大利对中国的包装机械出 口额迅速增长，1995 年在意大利的出口排名榜上，中国已跃上为第 2 位。 烟台大学毕业论文（设计） 4 1.3 国内包装机械产业国内包装机械产业 我国包装机械起步较晚，在新中国成立时几乎是一片空白，只有少数工厂 或作坊生产一些简单的手工包装机具，或为少数进口机器进行修配服务。上世 纪 80 年代以前发展缓慢，只能生产几种水平很低的包装机械，主要在烟草加 工、制糖、制盐、酿酒等行业，包装机械没有成为一个独立的行业，国家公布 的产品目录中也没有分包装机械这一类。 80 年代以后，由于改革开放，我国经济迅猛发展，社会对包装机械的需求 不断增加。市场需求，政府的重视政策引导和积极扶持，使我国包装机械得到 迅速发展，年平均增长速度大于 30%，进入 90 年代，仍以 20%以上的速度增 长。经过 20 多年的发展，我国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，无 论是产品还是品种，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业快速发展提供 了有力的保障，有些包装机械填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求， 部分产品还有出口。2001 年全国包装机械产量达 53.3 万台(套，产值为 195.5 亿元，占全国包装工业总产值的 8.2%，我国已成为世界包装机械工生产和消费 大国之一。 然而，我国包装机械存在不少问题。一是缺乏宏观调控，因包装机械企业 起点低、先天不足且跨部门，存在统筹规划、宏观指导难的问题，在投资和 开发新产品方面往往一哄而起，出现低水平重复的无序竞争。二是缺乏资金投 入，这也是机械行业的共性，难以吸引大量资金投入，难以进行大量的技术改 造。因经费不足，企业用于研究和开发的投资占销售额平均水平不到 1%，不 能做到生产一代，开发一代，研究一代。由于没有技术储备，引进技术、消化 吸收工作不力，使企业新产品少，缺乏竞争力。三是缺乏专业技术人员，因包 装机械业利润不高，难以吸引优秀的技术人才，以致人才队伍参差不齐，自主 开发产品和创新能力薄弱，甚至消化吸收国外同类产品的能力都很弱，造成产 品多年一贯制。以上这些已经制约了行业的发展。目前，我国包装机械出口额 还不足总产值的 5%，进口额却与总产值大抵相当。包装机械市场大有商机。 但是，综合国内包装市场的信息，可以发现目前市场需求旺盛的主要包装产品 有：瓦楞纸板、制箱(盒)、印刷成套设备。瓦楞纸板、制箱指的是包装盒、大 型纸箱、快餐饭盒、一次性纸杯、纸模包装等，此类产品可算是包装行业里的 龙头老大，全国近万家纸箱(盒)包装厂，十几年来国内流通领域对瓦楞纸板、 制箱(盒)、印刷成套设备的需求量长盛不衰，供不应求。除大量生活日用品采 用纸箱包装外，现在摩扦车、自行车大量采用纸箱包装，日常生活中不可或缺 的水果也由柳条筐改用纸箱进行包装。据行业内预测，未来蔬菜也会用纸箱包 装。随着经济的进一步发展，纸箱包装企业更新改造速度加快，迫切需要 20m 以上的宽幅五层、七层、九层及高强度等各种瓦楞纸板、纸箱(盒)成套设备。 医药加工及其包装机械的包装材料。各种中西药加工成套设备，特别是重 要的现代化机械设备加工属于当今行业重要课题，解决中药切片、制片、针剂、 膏、散、丸的包装问题，迫切需要各种药品加工及包装设备，解决产品的适应 烟台大学毕业论文（设计） 5 性、配套性及可靠性，特别是高速、自动化、多功能的包装机械及相应配套的 复合包装材料。 方便食品生产成套设备。主要有以方便面、方便粥以及饺子、包子等机 械为代表的方便食品加工成套设备，且产品需求量越来越大。根据国内市场调 查，人们对方便食品需求的方向是：营养、高档、味道好。传统食品加工、老 年及婴儿食品加工设备的市场前景同样看好，相关企业应重点开发。 啤酒、饮料灌装成套设备。目前全国有主要啤酒厂 800 余家，主要饮料 厂 2000 多家，啤酒灌装机械重点发展年产 5 万吨中型灌装成套设备，适度发 展 10 万吨/年以上的大型啤酒灌装成套设备，业内人士特别强调，要发展高速、 低损耗、计量精确、自动检测等多功能、全自动设备。饮料机械要适应集中生 产主剂，分散灌装饮料的发展方向。开发现场调配啤酒、饮料技术和设备。 水果蔬菜加工保鲜包装设备。水果蔬菜加工、保鲜是未来发展的重要趋势， 迫切需要水果蔬菜分级技术和设备、 高得率榨汁技术和设备、节能的浓缩技术 和设备、经洗净及挑选的水果、速冻蔬菜及脱水蔬菜的技术与装备。发 展大幅 度降低水果蔬菜、粮食、肉类(水产品)、蛋类等食品原料损失的加工机械，特 别是包装设备，目前大都采有气调、Co60 辐射技术和装备。 1.4 国内包装机械业的发展方向国内包装机械业的发展方向 随着包装机械竞争的日益加剧，包装机械在技术发展方向上正朝着以下四 个方向发展： 1.4.1 机械功能多元化机械功能多元化 工商业产品在已趋向精致化及多元化的环境变化下，多元化、弹性化且 有多种切换功能和包装机械方面适应市 场需求； 1.4.2 结构设计标准化、模组化结构设计标准化、模组化 充分利用原有机型模组化设计，可在短时间内转换新机型； 1.4.3 控制智能化控制智能化 未来包装机械必须具备多功能化、调整操作简单等条件，基于电脑的智能 型仪器将成为食品包装控制器发展的新趋势； 1.4.4 结构运动高精度化结构运动高精度化 结构设计及结构运动控制等关系到包装机械性能的优劣，可通过马达 、编 码器及数字控制(NC)、动力负载控制(PLC)等高精密控制器来实现。并适度地做 产品延伸。 另外，我们还应该努力做到以下三点：1、加强总量控制，加速与国际接轨。 下一步发展走势是把多余的调下 来，把空缺的补进去。一是加大开发力度，进 行有效投入和生产；二是提倡企业间建立长期、固定的供求关系，防止盲目生 产、重复引进、重复布点和自相残杀的局面出现。同时，国内包装业一定要放 烟台大学毕业论文（设计） 6 到世界包装业中去发展 这样才能加速与国际的接轨，才能全面观察和体验世界 包装的发展动态，才能争取时间取得更大的市场份额。2 、合理利用资源。首 先是合理利用资源，使资金达到投入优化，加大包装产业的资金投入量；其次 是提高包装材 料的利用效率，寻找资源节约的各种途径，努力发展适度包装， 改革和禁止过分包装，节约包装材料；重视包装 技术改造，发展周转包装和回 收利用，大力提倡和使用绿色包装，使包装发展与环境保护结合起来。3、包装 材料 向节能低耗、防污染、高功能方面发展。加快发展具备阻隔、耐高低温、 高强度等功能的包装材料，使其适应不 同产品对包装制品的特殊要求。针对包 装产品的市场需要，不断提高设计开发能力，重点设计开发新型包装材料 和替 代进口材料，缩小包装制品加工与原材料供应不平衡的差距。纸、塑料、玻璃、 金属四大包装基材的多品种 系列开发，又要进行多种基材的复合品种开发。 在 10 月 31 日举行的中国-东盟食品和包装机械及相关设备说明会上，中国 食品和包装机械工业协会常务副理事 长、副会长何南至说，我国今后包装机械 业发展将呈现三大趋势。 何南至说，近几年来，我国包装机械业取得的成绩有目共睹，但存在的问 题也很明显，低水平重复建设现象 尤其突出。今后中国包装机械市场发展将呈 现以下特点： 一是包装机械技术含量日趋增加。中国现有的一些包装机械产品技术含量 不高，而国外已将很多先进技术应 用在包装机械上，如远距离遥控技术（包括 监控）、自动柔性补偿技术、激光切割技术、信息处理技术等。 二是包装机械市场日趋垄断化。目前中国除了瓦楞纸箱包装机械和一些小 型包装机械有一定规模和优势外， 其他包装机械几乎不成体系和规模，国内市 场上需求量大的一些成套包装生产线，被国外几家大包装机械企业（集团）所 垄断。 三是包装机械零部件生产专业化。国际包装界十分重视提高包装机械加工 和整个包装系统的通用能力，所以 装机械零部件生产专业化是发展的必然趋势， 很多零部件不再由包装机械厂生产，而是由一些通用的标准件厂 生产，某些特 殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产，真正有名的包装机械厂将可能是组 装厂。 1.5 国内包装机械产业面临的问题国内包装机械产业面临的问题 1.5.11.5.1 国内包装机械行业发展中的问题国内包装机械行业发展中的问题 我国包装机械行业发展的主要问题是产品结构的零散局面。从产品结构看， 我国包装机械品种约有 1300 多种 ，配套数量少，缺少高精度和大型产品，不 能满足市场需求。产品质量差距表现在产品性能稳定性和可靠性差，外观造型 不美观，表面处理粗糙，许多元器件质量差、寿命短、可靠性低，影响了整体 产品的质量；从企业状况 看，国内包装机械行业缺少龙头企业，生产规模大、 产品档次高的企业不多；从产品开发看，我国还基本停留在仿制阶段，自行开 发能力弱，科研经费仅占销售额的 1%，而国外高达 8%10%。总的来说，我国 包装机械和国际先进的产品相比，在产品的开发、性能、质量、可靠性、服务 等方面的竞争中都处于劣势。 1.5.21.5.2 产生这些问题的原因产生这些问题的原因 烟台大学毕业论文（设计） 7 1、缺乏宏观调控 因包装机械企业起点低、“先天不足”且跨部门，存在统筹规划、宏观指 导难的问题，在投资和开发新产品方 面往往一哄而起，出现低水平重复的无序 竞争。 2、缺乏资金投入 这也是机械行业的共性，难以吸引大量资金投入，难以进行大量的技术改 造。因经费不足，企业用于研究和 开发的投资占销售额平均水平不到 1%，不 能做到生产一代，开发一代，研究一代。由于没有技术储备，引进技术 、消化 吸收工作不力，使企业新产品少，缺乏竞争力。 3、缺乏专业技术人员 因包装机械业利润不高，难以吸引优秀的技术人才，以致人才队伍参差不 齐，自主开发产品和创新能力薄弱 ，甚至消化吸收国外同类产品的能力都很弱， 造成产品多年一贯制。 1.5.3 硬纸盒包装机械的特点及设计要求硬纸盒包装机械的特点及设计要求 要研究包装机械的设计方法，必须先从包装机械的特点入手。包装机械作 为特殊类型的专用机械，与其它机械相比有着自身的特点，主要如下 1、种类繁多。由于包装对象、包装工艺的多样化，使包装机械在原理与结构上 存在很大差异，即使是能够完成同样包装功能的机械，也可能具有不同的工作 原理和结构。 2、更新换代快。由于包装机械不断向高速化发展，机械零部件极易疲劳，并且 随着社会的进步，对包装机械的要求也日趋严格，为满足市场需求，包装机械 应及时更新换代。 3、控制要求高。由于包装机械结构复杂、包装工艺动作配合要求高，其自动控 制又直接影响包装机械的结构、工作可靠性、包装产品质量、生产效率、能量 消耗和操作环境等。因此 对包装机械的控制要求较高。 4、多功能性。包装机械是生产数量有限的专业机械，为提高生产效率、方便制 造和维修、减少设备投资，目前包装机械大多具有通用性和多功能性。有关业 内人士认为，未来包装机械将朝着 4 个方向发展：机械功能多元化、结构设计 标准化、模组化、控制智能化、结构高精度化。鉴于包装机械上述特点以及包 装机械的发展方向，包装机械的设计应采用模块化设计实现多功能、多用途， 并综合运用机、电、光、气一体化技术提高自动化程度，保证其可靠性。机器 要易于调节，具有柔性和灵活性。此外，设计还应运用人机工程思想，做到” 以人为本“。同时采用标准化、系列化、绿色化等设计方法进行优化设计以满 足包装机械的设计要求。 烟台大学毕业论文（设计） 8 第第 2 章章 硬纸盒包装机成型装置总体方案设计硬纸盒包装机成型装置总体方案设计 2.1 功能与应用范围功能与应用范围 用途：中华牙膏盒包装机构，从牙膏盒半成品开始进入本机械，到完成封口全 过程进行设计开发。 牙膏盒外形尺寸：长 X 宽 X 高 为 200mmX50mmX40mm 包装材料：硬质纸，厚度约为 0.5mm 包装方式：折叠式 设计要求：对原有硬纸盒包装机进行更新换代，在生产率、可靠性、使用寿命 和噪声等方面应有明显改善。包装机械是生产数量有限的专业机械，为提高生 产效率、方便制造和维修、减少设备投资，设计还应运用人机工程思想，做到” 以人为本“。同时采用标准化、系列化、绿色化等设计方法进行优化设计以满 足包装机械的设计要求。 2.2 确定机器类型确定机器类型 2.2.1 工位工位数数 工位数是指在多工位包装机上从输入到输出工位区间内所包含的物品的数 目。连续运动多工位包装机上的工位数可以不是整数，工位数应按包装操作的 多寡和生产率的高低来确定，它与工艺路线也有密切关系。 选择工位有以下几个依据： 1）根据包装机构的多少选择 如果包装过程比较简单，所需执行机构比较少，可考虑使用单工位包装机， 这可以省掉主传送系统。 当包装过程比较复杂需要较多执行机构时，宜选用多工位包装机。多工位， 执行机构分散开来容易布置。 2）根据生产率的高低选择 多工位包装机将各个包装操作分散在不同的工位上同时进行，生产率高。 相对而言，单工位包装机的生产率就较低。 牙膏盒生产批量大，包装动作也比较多，生产效率要求较高，故选用多工 位包装机。 烟台大学毕业论文（设计） 9 2.2.2 运动型式运动型式 多工位包装机的运动型式分为间歇运动和连续运动两种形式。 间歇运动：物品有一个工位转到另一个工位做间歇步进运动，主要包装操 作可在物品静止时完成，因而执行机构的运动型式比较简单，但间歇运动的惯 性力和冲击现象不利于提高生产率。当执行机构比较多时，为使结构简单通常 选用这种形式。 连续运动：物品及传送系统均做等速连续运动，当执行机构比较少、生产 率较高时可选用这种形式。 因为纸盒折叠动作要求比较精确，且工位数比较多，故本设计选用间歇运 动多工位包装机。 2.3 确定包装程序，工艺路线和工位数确定包装程序，工艺路线和工位数 2.3.1 包装程序包装程序 包装程序是指完成各个包装操作的先后顺序。包装方式往往决定了包装程 序，例如，等压灌装的程序是：升瓶-充气-灌液-排余液-降瓶。设计人员应该掌 握各种包装方式所要求的程序及每一包装操作所要求的工艺参数（如工艺力、 时间、温度、速度等） 。 因此本设计设定先将半成品扁状纸盒撑起，然后运送至运输带上进行流水 包装。大体上可以分为称盒-折一侧内合页-折另一侧内合页-抬起外端盖-合闭外 盒盖等步骤。 2.3.2 工艺路线工艺路线 间歇式多工位折叠式纸盒包装机的工艺路线有圆弧型，阶梯型，折线型， 圆弧与直线结合型等，为搞好设计，必须分析对比各种工艺路线的特点，既要 考虑它对机器生产率、执行机构数目和运动要求的影响，还应考虑它对机器外 形、操作条件以及组成包装生产线等方面的影响。只有对各种不同方案加以认 真仔细的分析，才有可能找到最佳方案。 本机选用折线型工艺路线，这样生产率高，占用空间又不大，机械结构也 比较简单紧凑。 2.3.3 工位数工位数 工位数是指在多工位包装机上从输入到输出工位区间内所包含的物品的数 目。连续运动多工位包装机上的工位数可以不是整数，工位数应按包装操作的 多寡和生产率的高低来确定，它与工艺路线也有密切关系。 从已有相关设备的设计经验考虑，为减少包装时间和简化设备复杂程度， 预先分为六个工位。如图 2-1 所示，1 至 6 分别为称盒、运送、折一侧内合页、 烟台大学毕业论文（设计） 10 折另一侧内合页、抬起外端盖、闭合外端盖。 图 2-1 工艺流程图 2.4 对执行构件的运动要求对执行构件的运动要求 为将扁状纸盒撑起，在工位一设置撑起装置，其运动方式为往复直线运动， 工位二至工位六为两端盒盖折叠，主传送为电动机带动的传送带的间歇运动。 在间歇期间，各工位完成相应的运动。动力由电动机提供，经变速器等减速装 置传至各运动元件。由于本设计只限于纸盒成型装置的研究，故对传动机构不 做过多描述。 2.5 机构选型机构选型 间歇式运动机构采用槽轮机构，这样可以实现间歇运动，即主动轮转一周， 从动轮（四槽槽轮）转四分之一周。如下图所示： 烟台大学毕业论文（设计） 11 图 2-2 槽轮传动机构 纸盒撑起机构采用下图形式，板 2 沿导板 1 做往复直线运动，当板 2 回到 2-3 位置时，纸盒被挤压撑起。 图 2-3 纸盒撑起机构位置 折内衬片采用如下形式，靠折纸转盘的圆周转动将一侧内衬片折过去，接 着纸盒在传送带的带动下向前运动，经过折纸压板时另一片内衬片也被折起来， 板 2 板 1 扁纸盒 卡块 挡板 槽轮 烟台大学毕业论文（设计） 12 这样就完成了内衬片的折叠过程。 图 2-4 内衬片折叠机构 图 2-5 折外盒盖机构 折外盖可用一斜面导引装置将盒盖慢慢抬起，然后由一推进装置将盒盖合 拢，完成封口工序，最终完成纸盒成型过程。如图 2-5 所示。 纸 盒 折纸转盘 折纸压板斜体滑块推板 烟台大学毕业论文（设计） 13 第第 3 章章 主要零部件参数的设定主要零部件参数的设定 3.1.电动机的选择电动机的选择 正确地选用与机械负载配套的电动机，可以使电动机在最经济、最合理的 方式下运行，从而达到降低能耗、提高效率的目的。电动机的选用，首先要了 解电动机的机械负载特性，根据机械负载的类型和特性来选择电动机的额定容 量、额定转速、额定电压以及型式。 要为某一生产机械选配一台电动机，首先要合理选择电动机的功率。通常 根据生产机械负载的需要来选择电动机的功率，同时，还要考虑负载的工作制 问题，也就是说，所选的电动机应适应机械负载的连续、短时或间断周期工作 性质。功率选用时不能太大，也不能太小。选小了，保证不了电动机和生产机 械的正常工作；选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济，电动机容量不能 被充分利用，而且电动机经常不能满载运行，使得效率和功率因数不高。 其次，根据电源电压条件，要求所选用的电动机的额定电压与频率同供电 电源电压与频率相符合。电动机的转速一定要按生产机械铭牌上的要求选择， 否则可能改变生产机械的性能。此外，电动机的结构、防护、冷却和安装形式， 应适应使用环境条件的要求，并且要力求安装、调试、检修方便，以保证电机 能安全可靠的运行。 本设计预计负载功率在 0.5KW，生产机械效率为 0.85 传动机械效率为 0.9，电动机工作环境较为良好，工作场所电压为 380V，频率为 50Hz，纸盒包 装速度为 60 个/min，工作方式为连续工作制。 3.1.1 电动机种类、结构型式、电压、转速的选择电动机种类、结构型式、电压、转速的选择 (1)电动机种类的选择 由于三相笼型异步电动机具有结构简单、运行可靠、维修方便和价格便宜 等特点，并且它采用的动力电源是很普遍的三相交流电源。因此广泛应用于国 民经济和日常生活的各个领域，是生产量最大、应用面最广的电动机。但它的 启动和调速性能差，功因数低。对调速，启动性能要求不高的一般生产机械中， 如机床、水泵、通风机、家用电器等，应优先采用笼型异步电动机。故本设计 采用笼型异步电动机。 (2)电动机结构型式的选择 电动机的安装型式有卧式和立式两种。一般情况下用卧式，特殊情况用立 式。 电动机的外壳防护形式有开启式、防护式、封闭式及防爆式几种。开启式电动 机，在定子两侧与端盖上都有很大的通风口，这种电动机价格便宜、散热条件 好，但容易进灰尘、水滴、铁屑等，只能在清洁、干燥的环境中使用。防护式 烟台大学毕业论文（设计） 14 电动机在机座下面有通风口，散热好，能防止水滴、铁屑等从上方落入电动机 内，但不能防止灰尘和潮气侵入，所以，一般在比较干燥、灰尘不多、较清洁 的环境中使用。封闭式电动机有自扇冷式、他扇冷式和密闭式三种；前两种型 式的电动机是机座及端盖上均无通风孔，外部空气不能进入电动机内部。可用 在潮湿、有腐蚀性气体、灰尘多、易受风雨侵蚀等较恶劣的环境中。密闭式电 动机，外部的气体、液体都不能进入电动机内部。一般用于在液体中工作的机 械，如潜水泵电动机等。防爆式电动机适用于有易燃、易爆气体的场所，如油 库、煤气站、加油站及矿井等场所。本设计电动机工作场所较为良好，故采用 卧式防护式笼型异步电动机。 (3)电动机额定电压的选择 电动机额定电压选择的原则应与供电电网或电源电压一致。一般工厂企业 低压电网为 380V。中小型异步电动机都是低压的，额定电压为 380/220V（Y/接法） ，或 220/380V（/Y 接法）及 380/660 V（/Y 接法） 三种。本设计中工作场所电压为 380V，故选用 380V 为额定电压。 (4)电动机额定转速的选择 1)对于启动、制动或反转很少，不需要调速的连续工作制的电动机，可选 择相应额定转速的电动机，从而省去减速传动机构。 2)对于经常启动、制动和反转的生产机械，选择额定转速时则应主要考虑 缩短启、制动时间以提高生产效率。启、制动时间的长、短主要取决于电动机 的飞轮矩和额定转速，应选择较小的飞轮矩和额定转速。 本设计属于启动制动反转很少，但生产机械转速较低，故应配置减速机构， 由于生产能力为 60 个/min，由本设计结构可知槽轮驱动轮转速为 60r/min。查 阅相关纸盒包装机传动系统传动比大约在 1:20 左右，换算得到电动机转速在 1200r/min 左右。 3.1.2 电动机额定功率的选择电动机额定功率的选择 本设计可认为属于恒定负载带动机额定功率的选择，工作制为连续工作制。 电动机负载功率 tm m L P P Pm 生产机械的输出功率； m 生产机械的效率； t 电动机与生产机械之间传动机构的效率。 代入数值，得 PL=KW.式 3-165 . 0 85 . 0 9 . 0 5 . 0 应选择 PN = PL 或略大于 PL 的电动机。 经查阅机械手册，得到电动机型号为 Y802-4，额定功率为 0.75KW，满载 转速 1390r/min，计算得到主传动系统传动比为 i=1390/60=23.17 烟台大学毕业论文（设计） 15 主传动系统如下图所示，电动机提供动力经带轮传动至减速器，再由减速器减 速后传至槽轮驱动轮，最后传至传送带。从电动机到槽轮驱动论各级传动比依 次为 i1*i2*i3=3*3*2.57=23.17 图 3-1 主传动系统 3.2.减速器高速轴直径及强度校核减速器高速轴直径及强度校核 按扭转强度条件计算： 这种方法只是按轴所受的扭矩来计算轴的强度；如果还受有不大的弯矩时，则 用降低许用扭转切应力的方法予以考虑。在做轴的结构设计时，通常用这种方 法初步估算轴径。对于不大重要的轴，也可作为最后计算结果。轴的扭转强度 条件为 式 3-2 3 2 . 0 9550000 d n P W T T T T 式中：-扭转切应力，MP； T T-轴所收的扭矩； WT-轴的抗扭截面系数 烟台大学毕业论文（设计） 16 n-轴的转速 P-轴传递的功率 d-计算截面处轴的直径 -许用扭转切应力 T 由上式可得轴的直径 d式 3-3 3 0 3 2 . 0 9550000 n P A n P T 式中，A0= 3 2 . 0 9550000 T 轴的材料选用 45#钢，查表得=35，A0=110， T n 经计算得 n=1390/3=463.3r/min 代入数值得 d13mm。取 d=15mm 其他轴的计算，可参照上式，只要保证其他轴直径大于 15mm，就能满足要求。 一.V 带传动的设计计算 根据分析可知，带传动的主要失效形式即为打滑和疲劳破坏。因此，带传动 的设计准则应为：在保证带传动不打滑的条件下，具有一定的疲劳强度和寿命。 本设计选用普通 A 型 V 带传动，所传递的功率在 0.75W 左右，由机械设计手 册查得小带轮直径为 75mm，由于传动比已确定为 3，由此计算出大带轮直径为 75x3=225mm 由此可得初选中心距 0.7（dd1+dd2）a02(dd1+dd2). 式 3-4 初选 a0=300mm 计算相应带长 Ld0 .式 3-5 代入数值，得 Ld=1089.9mm.取整为 1090mm。 Ld 由 Ld0 查表可得 Ld=1250mm 计算中心距 a 传动的实际中心距近似为 a=a0+（Ld-Ld0）/2=330mm.式 3-6 考虑到为安装 V 带而必须的调整余量，因此，最小中心距为 烟台大学毕业论文（设计） 17 a min = a 0.015 L d 式 3-7 如 V 带的初拉力靠加大中心距获得，则实际中心距应能调大。又考虑到使用 中的多次调整，最大中心距应为 a max = a +0.03 L d 式 2-8 验算小带轮上的包角 为使带传动有一定的工作能力，一般要求 120 （特殊情况允许 90 ） 。如 小于此值，可适当加大中心距 a ；若中心距不可调时， 可加张紧轮 确定初拉力 F 0 适当的初拉力是保证带传动正常工作的重要因素之一。初拉力小，则摩擦 力小，易出现打滑。反之，初拉力过大，会使 V 带的拉应力增加而降低寿命， 并使轴和轴承的压力增大。为了保证所需的传递功率，又不出现打滑，并考虑 离心拉力的不利影响时，单根 V 带适当的初拉力为 (F0)min=500(2.5-Ka)Pca/Kazv+qv .式 3-9 2 对于新安装的 V 带，初拉力应为 1.5 倍，对于运转后的 V 带，初拉力应为 1.3 倍。 3.3 传送带带轮参数的设定传送带带轮参数的设定 传送带外形如下图所示 烟台大学毕业论文（设计） 18 图 3-2 传送带轮 关键技术参数是带轮直径的大小，因为转速已定，每两秒传送带需运送出 一个纸盒，传送带上每相邻两个纸盒的距离是 80mm，又知槽轮是四槽设计， 即每转一次转角为 90 度。由此计算出带轮直径 D D=.式 3-10mm l 100 3.4 传送带设计传送带设计 由牙膏盒外形尺寸，可得单节传送带宽大约在 30mm 左右，长大约 150mm 左 右，分为 A，B 两种形式，AB 对接共同组成一个单元，结构图如下： 烟台大学毕业论文（设计） 19 图 3-3 链板 A 图 3-4 链板 B 烟台大学毕业论文（设计） 20 图 3-5 传送带装配图 3.5 底箱设计底箱设计 由分析知包装过程分六个工位，其中工位二至工位六在一直线上，每个工位长 度为 80mm，五个工位即为 400mm。加上中间一些其他过程，预设底箱长度为 1000mm，由牙膏盒长度尺寸，得到底箱宽度约为 200mm，高度预设为 400mm，考虑到底箱中放置多种器材，比如减速器。所以必须有各种孔的加工， 其结构如下图所示。 烟台大学毕业论文（设计） 21 图 3-6 底箱 底箱上的横版是通过焊接方式连接上的，材料是相同的。焊接时注意选用 合适的焊接方式和焊接工艺，还要经过时效处理等。 烟台大学毕业论文（设计） 22 第第 4 章章 成型装置主要零件建模成型装置主要零件建模 4.1 软件介绍软件介绍 本设计所用软件为 Solidworks，SolidWorks 为达索系统（Dassau