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机械毕业设计全套
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半自动包装机,机械毕业设计全套
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I 摘要 打包机能减轻工人劳动强度，提高工作效率，降低成本。因而广泛应用于各领域工业生产中， 本文针对半自动打包机进行了研究和设计。 本文所 作的主要工作包括 : (1) 对半自动打包机及其它打包机的国内外现状进行了分析 ; (2) 对半自动打包机的 整体 方案进行了 比较 和论证； (3) 对 半 自动打包机的各功能机构进行了设计，并有机的将这些功能机构整合到一个系统 ; (4) 对关键的齿轮及轴等传动部分进行了计算和强度校核。 (5) 运用 Pro/E三维软件对半自动打包机进行建模及虚拟装配 ; 本文所设计的半自动打包机能很 好的满足对纸箱的捆扎要求，体积小，重量轻，运行稳定。 关键词： 半自动打包机 齿轮 Pro/E 功能机构 nts II 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 mechanismnts III 目录 摘要 . I ABSTRACT. II 目录 . III 第一章 绪论 . 4 1.1 捆扎打包机国内外研究现状 . 4 1.2.1 包装带捆扎打包机国外发展状况 . 4 1.2.2 包装带打包机国内发展现状 . 4 1.2本课题的意义 . 7 第二章 半自动打包机功能机构总体方案设计与论证 . 9 第三章 半自动打包机功能机构系统设计 . 11 3.1 半自动打包机功能机构整体设计 . 11 3.1.1 半自动打包机功能机构基本要求 . 11 3.1.2 半自动打包机功能机构整体设计 . 14 3.2电机选择 . 14 3.3传动齿轮设计 . 16 3.4 轴的设计 . 19 3.5 摩擦轮设计 . 21 3.6 机架设计 . 22 3.6.1机架设计准则 . 22 3.6.2 机座设计 . 23 第四章 半自动打包机功能机构三维模型 . 25 4.1 Pro/Engineer 软件简介 . 25 4.2半自动打包机零件建模 . 27 4.2.1 摩擦轮建模 . 27 4.2.2 凸轮手柄建模 . 31 4.2.3 手柄建模 . 34 4.2.4 支架建模 . 35 4.2.5 轴建模 . 36 4.3半自动打包机虚拟装配 . 37 结论 . 39 参考文献 . 40 致谢 . 41 nts 4 第一章 绪论 1.1 捆扎打包机 国内外研究现状 1.2.1 包装带 捆扎 打包 机国外发展状况 国外打包机械的应用 ,起始可追溯到本世纪初期 ,如美国的 SIGNODE 公司、德国的 CYKLOP 公司等就涉足打包机行业 ,以生产钢带打包设备为主 ,但其规模和生产技术水平都还较低。直到上世纪的五十年 ,塑料材料的问世 , 使以塑料带作为打包材料成为现实 ,极大地促进了塑料带打包机的发展 。较早的如日本的下岛株式会社、株式会社 ,日鲁工业株式会社等。至 2001年 ，日本的塑料带打包机总产量达 94万台 , 约占包装机械总量的 19. 5%,总产值达 300亿日元。每年约有 30%的出口 ,几乎占领了全部东南亚市场。由于他们能成功地引进和消化吸收别国的经验 ,不断改进发展。结构较为简单 , 可靠性高 ,在国际市场上有很大的竞争能力。其中最大的生产厂家为下岛株式会社 ,于 1969 年开始正式生产自动打包机 ,主要从事产品开发 , 产品质量控制和推销工作 ,其零部件加工和装配均通过扩散的办法。在国内设有 17 家分公司和 270 个代销点 , 并在 35个国家和地区设有代理点。产品品种达 200多个 , 正常生产品种为 29种。美国的 SIGNODE公司则是一家以钢带打包机为主 , 塑料带、聚酯带打包工具为辅的跨国公司 , 属于美国 ITW上市公司。在美国和其他六个国家设有分公司该公司自 1913 年就开始从事打包机械的生产 , 为 100 多个国家的工业产品包装提供服务 , 并为各国用户提供 24 小时内的配件供应服务 ,他们不仅具有巨大的生产能力 ,而且还有一支精益求精的研制和开发队伍 ,通过对打包机械各功能部件的反复试验和多方案对比 ,生产出的打包机械具有很好的可靠性和最佳的经济寿命 ,虽然价格昂贵 , 但仍然是国际市场上的 强手。 1.2.2 包装带 打包 机国内发展现状 我国包装机械工业是在改革开放以后发展起来的。由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的。行业从无到有，从小到大，逐步发展起来 。随着我国食品工业、包装工业和农业的迅速发展，我国的包装食品机械nts 5 行业取得了世人瞩目的进步。产品品种的数量不断增加，使包装和食品机械行业成为直接为提高人民生活质量服务，为包装业和食品工业服务、农业和农副产品深加工业服务的新兴行业。成为我国机械工业十大支柱产业之一。基本上能生产出满足人民生活需求的各种各样、各种档次的产品，并 正在不断努力、提高、缩小与国外先进水平、先进技术、先进设备的差距。在全行业广大企业、科研单位技术人员及行业工作者的共同努力下，新产品、新技术日益涌现并转化为生产力。我国人口众多，民以食为天，包装与食品机械产品市场广阔、潜力巨大。包装与食品机械在我同的迅速崛起已引起社会的广泛关注，即使在东南亚国家遭受金融危机的情况下，该行业仍欣欣向荣，堪称“朝阳工业”。随着人民生活水平的不断提高，对商品包装提出了更高的要求，哪里有商品，哪里就有包装，可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广， 广泛应用于食品、医药、化工、军工等各个行业。我国包装机械工业通过采用国际标准和吸收国外先进技术，在标准水平、设计制造和产品质量方面都有了较大的提高。一些企业的产品质量达到或接近国外同类机器的先进水平。这些企业采用先进的企业管理体系和质量保证体系，不断改善和提高产品的质量，以质量和售后服务为企业的命脉，解决了用户的后顾之忧。随着国民经济的不断发展，国内市场对包装机械产品的需求量与日俱增，年产量也逐年提高，包装饥械企业数量越来越多，并且企业性质逐渐从国营转为私营、集体甚至个体，市场竞争日趋激烈，从过去经济短缺的 卖方市场转变为买方市场。因此产品在技术、性能、价格上的竞争更为激烈。 目前国内产品与国外相比，市场竞争能力偏低 。目前我国包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况：随着我国进入世贸组织 (WTO)，国际先进的技术、设备和管理经验的进入势必会对我国刚刚发展起来的包装机械工业造成巨大冲击，企业面临着前所未有的严峻考验。我们应该根据自己的特点，发挥自身的优势。包装机械企业要想寻找较好的、长远的发展必须不断开发新产品，提高产品的技术含金量以及机械的可靠性以适应当前日新月异的发展形势，要规范 优质服务标准，努力搞好售后服务。只有这样，包装机械企业才能得以更好地发展。 打包机械作为包装设备中的一个主要分支，是将一个或多个包装物用打包带 (绳 )紧束一起的机器，使包装件便于运输、保管和装卸，nts 6 属于外包装设备。打包机械的发展，在一定程度上借助于打包材料的开发应用，在打包材料中，先后出现的有草绳、绵麻绳、纸绳、盒属丝、塑料绳、塑料带、钢带、聚胺酯带等等，但由于其本身的强度和延伸率不同和对机械打包的适应程度各异，以及考虑制作成本 ,目前以钢带和塑料带的应用最为广泛。特别是自五十年代以来，随着石油化工的崛起，开始用 塑料作为打包材料，为塑料带（绳）打包机械的开发成功奠定了基础，由于塑料带比钢带，纸带具有较低的使用成本和不锈蚀、不污染、强度适中、手感柔软、制造方便、外观美观等优点，使之在许多领域逐步替代原来的钢带、纸带，塑料带打包机成为包装机械中少有的技术成熟、简单可靠、品种齐全、复盖面广的主要设备。国际市场上的抢手。我国打包机械生产自 1976 年开始。随着我国社会经济的不断发展和各行业对改善产品包装产品质量的要求日益迫切，使打包机械不论在生产能力、生产技术、整机性能等方面都有了很大的提高，其主要表现为 ： （ 1）已将微 机技木应用于打包机程序控制，具有温度控制、自动计数、定长送带、故障报警等多种功能，不仅可单机使用也可多机联用或与自动生产线配套使用。 （ 2）从机器的传动方式来看，有机械传动、液压传动和气动，特别是液压传动具有结构简单，制造方便的特点，是我国特有的机型。 （ 3）品种规格比较齐全。为适应不同的用户需要，已有全自动、半自动和手提式打包器，根据包件打包要求不同，除通用的普通型外，又有带压力的打包机、双轨道打包机、侧封式打包机等，其工作台面有高有低，可适应单件打包或自动连续打包的需要，目前最大的自动捆包尺寸可达 2000 1200 毫米，最小的可打包 50 80毫米的捆件、品种已达 20多种。 （ 4）打包能力在每分钟 12 21道之间，基本能满足国内当前的生产需要。 （ 5）目前仍大量采用宽度为 13.5 毫米 的塑料打包带和直径为 30 毫米的筒形薄膜打包绳，井正在开发使用宽度为 5 10毫水的塑料打包带的打包机，但国外大繁使用的钢带自动打包机在国内尚未开发。 （ 6）打包带粘接主要利用烫头将打包带两端加热至一定温度后再施压使之粘合，称为热熔搭接型，其接头的拉力强度可达母带强度的 80%。塑料绳捆结机则以打结的形式捆紧包件。 nts 7 （ 7） 目前已能生产二十多个品种的打包机和三个品种的捆结机，基本上能满足国内需求，其中半自动打包机的整个性能已接近国外先进水平，故每年有较大的批量出口，而全动打包机仍与国外有较大的差距。 与国外打包机械生产技术水平相比，国产机差距主要为：品种单一，生产力低。虽然经过二十多年的发展，但只能生产 20 多个品种，还不及国外一个公司的品种数，而且只能生产通用型的产品，如钢带自动打包机的生产至今仍是一个空白，无法满足一些特殊行业的需要：据调查 2006 年全国产量已达 19000 台，但仍太大落后于国外的水平。我国打包机械的生产起步较 晚，主要是靠引进国外的整机经消化改进二次开发生产的。因此在生产中着重于产品的整机性能而忽视了对零部件的研究，导致在打包速度、接头粘接方式和送带轨道等主要技术性能方面不硬国外先进水平。工作可靠性较差，其中特别是打包带和元器件的质量不稳对整机的性能带来很大的影响。 1.2 本课题的意义 打包机械作为包装设备中的一个主要分支 ,是将一个或多个包装物用捆扎带 (绳 ) 紧束一起的机器 , 使包装件便于运输、保管和装卸 ,属于外包装设备。捆扎打包机械的发展 ,在一定程度上借助于捆扎材料的开发应用。在捆扎材料中先后出现的有草绳 、绵麻绳、纸绳、金属丝、塑料绳、塑料带、钢带、聚胺酯带等。但由于其本身的强度和延伸率不同和对机械捆扎的适应程度各异 ,以及考虑制作成本，目前以钢带和塑料带的应用最为广泛。特别是自上世纪五十年代以来 ,随着石油化工的崛起，开始用塑料作为捆扎材料 , 为塑料带 (绳 ) 捆扎机械的开发成功奠定了基础。由于塑料带比钢带、纸带具有较低的使用成本和不锈蚀、不污染、强度适中手感柔软、制造方便、外观美观等优点 ,使之在许多领域逐步替代原来的钢带 , 纸带 ,塑料带捆扎机成为包装机械中少有的技术成熟、简单可靠、品种齐全、覆盖 面广的主要设备。 目前，我国很多企业的包装水平跟不上生产设备的更新速度，包装质量不高。虽然国内少数企业凭借自身的雄厚经济实力，从国外引进了部分全自动打捆设备，但其高昂的价格增加了生产成本，绝大多数企业仍在使用半自动或人工打包设备，这样既使生产效率降低，也浪费了大量劳动力，随着电子技术、计算机技nts 8 术、自动化技术的快速发展，对机电一体化产品的技术含量、性能、功能要求也越来越高。为此，研发高质量，高可靠性的打包捆扎机是非常必要的，而且形势紧迫。nts 9 第二章 半自动打包机 功能机构 总体 方案 设计 与论证 针对半自动打包机的功能 需求，现拟定如下两种传动方案： 方案一： 图 2-1 半自动打包机原理方案 一 传动方案如图 2-1所示： 半自动打包机 功能机构 由开口进带机构、拉带机构、捆扎封接机构及切带机构组成， 手柄 在弹簧力的作用下 ，使摩擦 轮连同电机等 向上 提起，从而胶带进料口 张开一定角度，这样便可方便把捆扎带送进摩擦轮与摩擦片之间， 人拉起 手柄， 在力的作用下，捆扎带被压在摩擦片与摩擦轮之间， 这时起动电机，通过齿轮传动，电机带动摩擦轮转动，摩擦轮将捆扎带拉紧， 这时操作凸轮手柄，使凸轮转一定角度，将热熔头和切刀一齐往下压，从而实现捆扎带封接，并且上层捆扎带也被切断。 方案二： nts 10 图 2-2 半自动打包机原理方案 二 传动方案如图 2-2所示：半自动打包机功能机构由开口进带机构、拉带机构、捆扎封接机构及切带机构组成，手柄在弹簧力的作用下，使摩擦轮连同电机等向上提起，从而胶带进料口张开一定角度，这样便可方便把捆扎带送进摩擦轮与摩擦片之间，人拉起手柄，在力的作用下，捆扎带被压在摩擦片与摩擦轮之间，这时起动电机，通过齿轮传动，电机带动摩擦轮转动，摩擦轮将捆扎带拉紧，这时操作螺杆手柄，使使热熔头和切刀一齐往下压，从而实现捆 扎带封接，并且上层捆扎带也被切断。 综上所述， 半自动打包机 传动方案一和传动 方案二的区别在于传动方案一压热熔头及切刀使用的是凸轮，而传动方案二压热熔头及切刀使用的是螺杆，两相比较，方案一使用凸轮操作起来更迅速，更便捷，方案二使用螺杆更省力，便需要旋转多圈，相对来说费时间，因此，本设计采用方案一设计本半自动打包机功能机构。 nts 11 第三章 半自动打包机 功能机构 系统 设计 3.1 半自动打包机功能机构 整体设计 3.1.1 半自动打包机功能机构基本要求 半自动打包机 是由各种各样的零部件组成的，要使所设计的机器满足基本要求 ，就必须使组成机器的零件满足以下要求： （ 1） 避免在预定寿命期内失效的要求 （ 2） 结构工艺性要求 （ 3） 经济性要求 （ 4） 质量小的要求 （ 5） 可靠性要求 （ 一 ） 避免在预定寿命期内失效的要求 应保证零件有足够的强度、刚度、寿命。 （ 1） 强度要求 提高零件强度的措施有：采用高强度的材料；使零件具有足够的截面尺寸；合理设计零件的截面形状，增大惯性矩；采用热处理和化学处理方法提高材料的强度性能；提高零件的制造精度，以减少工作时的动载荷；合理配置零件的相对位置，以降低零件的载荷。 （ 2） 刚度要求 零件在工作 时的弹性变形不能超过允许的范围称为零件的刚度要求。 nts 12 提高零件刚度的措施有：增大零件的截面尺寸或增大惯性矩；缩短支承的跨距或采用多点支承。 （ 3） 寿命要求 影响零件寿命的主要因素有：疲劳破坏 、腐蚀、磨 损， 大部分零件工作在变应力下，故疲劳破坏是引起零件破坏的主要原因。影响疲劳强度的因素有：应力集中；零件的尺寸大小 。 零件表面质量及环境状况：零件处在腐蚀性介质中工作时，可能使材料遭到腐蚀。抗腐蚀的措施有：表面发兰（发黑）；表面镀层；表面涂漆；表面阳极化。 （ 二 ） 结构工艺性要求 零件工艺性良好的标志 -在具体的生产条件下，零件要便于加工而加工费用又很低。 （ 1） 毛坯选择合理 制备方法：选用型材、铸造、锻造、冲压和焊接等。 毛坯选择与生产批量、材料性能和加工可能性有关。 单件或小批量生产时，选用棒料、板材、型材或焊件。 大批量生产时，往往选用铸造、锻造、冲压等方法。 （ 2） 结构简单合理 最好采用平面、柱面、螺旋面等简单表面极其组合；尽量减少加工面数和加工面积；增加相同形状、相同元素（直径、圆角半径、配合、螺纹、键、齿轮模数等）的数量；尽量采用标准件； （ 3） 合理的制造精度和表面粗糙度 nts 13 零件的加工成本随精度 和表面粗糙度的提高而急剧增加。决不能盲目追求高精度，应在满足使用要求的前提下，尽量采用较低的精度和表面质量。 （ 4） 尽量减小零件的加工量 毛坯形状和尺寸应尽量接近零件本身的形状和尺寸。力求使少或无切削加工，节约材料、降低成本。 尽量采用精密铸造、精密锻造、冷轧、冷挤压、粉末冶金等先进工艺满足上述要求。 （ 三 ） 经济性要求 零件的经济性首先表现在零件的生产制造成本上。 简化零件的结构，降低材料消耗 ； 采用无余量、少余量的毛坯，减少加工工时；采用廉价而充足的材料代替昂贵材料；大型零件采用组合结构而非整体结构；尽量采 用标准件。 （ 四 ） 质量小的要求 减小质量的好处：节约材料； 减小惯性，改善机器的动力性能。 减小质量的措施：采用缓冲装置来降低零件所受冲击载荷；采用安全装置来限制作用在零件所受最大载荷；从零件应力较小处削减部分材料，以改善零件受力的均匀性，提高材料的利用率；采用与工作载荷方向相反的预载荷，以降低零件的工作载荷；采用轻型薄璧冲压件或焊接件代替铸造、锻压件；采用强重比高的材料。 （ 五 ） 可靠性要求 零件的实效是随机发生的，其原因是零件所受的载荷、环境温度、零件本身物理和机械性能等因素是随机变化的。为了提高零件 的可靠性，就应当在工作条件和零件性能两个方面使其变化尽可能小。 nts 14 3.1.2 半自动打包机功能机构整体设计 半自动打包机功能机构由开口进带机构、拉带机构、捆扎封接机构及切带机构组成， 根据上述机械设计的基本要求， 半自动打包机整体设计如下图 3-1： 图 3-1 半自动打包机整体 包装带捆扎机采用聚丙烯塑料带作为捆扎材料，打捆完成后用热熔搭接法将捆扎带加热粘贴。当捆扎物人工搁置在 摩擦轮下面 后， 提起手柄， 达到一定的捆紧力后 ， 手动将 热熔压头压下， 切刀 随后 顶 上 切带 ， 焊接 。 稍后， 提起热熔压头，松开手柄 ，完成一个捆件的捆扎过程 。在捆扎过程中，由送退带机构完成送带、收带、拉紧等动作；在夹压、熨烫机构作用下完成包装带粘结锁紧，防止包装带的打滑松动。本捆扎机以编程序控制器作为控制单元实现打捆过程的半自动化。 3.2 电机选择 （ 1）机电领域中步进电机的选择原则 步进电机 是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例，相应的转速取决于输入脉冲频率。 nts 15 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中，如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机 的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩 Mjmax 大的电机，负载力矩大。 选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性 频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足执行件快速移动的需要。 （ 2）选择步进电机 设计 捆扎机的拉紧 力 在 F=200N则 ;摩擦 轮的阻力矩 为 T=F r r 摩擦 轮直径，根据结构要求， r取为 40mm, T=200 0.04 =8N.m 根据供电电压为 12V选取步进电极电机 ,根据小功率电机手册 ,选择永磁式步进电机 ,其具体参数如下 :表 3-1。 表格 3-1 步进电机的基 本参数 型号 相数 额定电压(V) 电流（ A） 保持转矩（ N.m） 步近角( ) 57BYG005 4 12V 0.4A 25.5N.m 1.8 nts 16 3.3 传动齿轮设计 齿轮 传动 是半自动打包机功能机构的 重要 组成 部分。 1） 确定计算公式及各参数值 （ 1）输入功率为 200W,齿轮的转速为 450r/min 选用直齿圆柱齿轮传动， 7 级精度。选择齿轮材料为 45（调质），硬度为 280HBS，选择齿轮齿数均为 Z=20， 由公式： 213)(132.2HEdt ZTKd 查机械设计手册确定 3-5公式内的各计算数值 （ 2）试选载荷系数： Kt 1.3 （ 3）计算齿轮传递的转矩： 4 . 2 4T N m m； （ 4）齿宽系数： 1d； （ 5）材料的弹性影响系数： MPaZ E 8.189 ； （ 6）按齿面硬度查得齿轮的接 触疲劳强度极限lim 1 550H M P a ； （ 7）计算应力循环次数 91 1007.260 hjLnN； （ 8）接触疲劳寿命系数 95.01 HNK； （ 9）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S=1.5，得： 1 l i m 1 3 4 8 . 3H N HH K M P aS ； 2） 计算 试用公式（ 3-1）算齿轮分度圆直径 d； 3212 . 3 2 ( ) 3 0 . 6 5t EdHKT Zd m m ； nts 17 （ 1）计算圆周速度 V 0 . 2 96 0 1 0 0 0dn mV s； （ 2） 计算齿宽 b 3 0 . 6 5db d m m； （ 3） 计算齿宽与齿高之比 b/h 模数 1 . 5t dm m mz； 齿高 2 . 2 5 3 . 4 5th m m m； 8 . 8 8 8 8b h ； （ 5）计算载荷系数 7 级精度，查得动载系数 08.1Kv ；直齿轮，假设 mmNbFKtA /100/ 。查得2.1 FH KK 。查得使用系数 1AK ，得： 231 . 0 8 0 . 1 8 0 . 2 3 1 0 1 . 4 1 5HdKb ； 由 b/h=9.1， 1.415HK ，查得 1.4FK 2；故载荷系数 1 . 8 7A V H HK K K K K； （ 6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得： 311 3 2 . 3t tKd d m mK； （ 7）计算模数：11 1 . 6 1dm m mz 。 3） 按齿根弯曲强度设计 弯曲强度设计公式为 )(2 23FSaFadyYZKTm确定公式内的各计算数值 （ 1）查得齿轮的弯曲疲劳强度极限 500FE M Pa ； （ 2）查得弯曲疲劳寿命系数 87.0FNk；计算弯曲疲劳许用应力 nts 18 取弯曲疲劳安全系数 S=1.5，得： 2 2 0 . 4F N F EF K M P aS ； （ 3）计算载荷系数 K 1 . 8 7 4A V F FK K K K K （ 4） 查取齿形系数 2.16FaY ； （ 5）查取应力校正系数 1.59SaY ； （ 6）计算齿轮的 FSaFaYY， 0 . 0 1 7 9 3F a S aFYY 4） 设计计算 由公式（ 3-6）得： 0 .7 3m mm 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m大于齿根弯曲疲劳计算的模数，由于齿轮模数 m大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模 数 0.96，考虑到实际结构，模数取稍大一点， 圆整为标准值 2m ，按接触强度算得的分度圆直径1 32.2d mm，算出齿轮齿数 16Z d m，为了避免根切及实际结构尺寸要稍大一点，取齿数为 20， 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 5） 几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 40d Z m m m ； 2）计算中心距 12( ) 2 4 0a d d m m nts 19 3）计算齿轮宽度 B=30mm。 图 3-1 齿轮 3.4 轴的设计 捆扎 带 拉 紧 机构的齿轮传动轴采用平键 联接 。 电动机正常工作的转速为n0=300r/min。齿轮的传动比为 i2=1： 1， 得传动轴的转 速 n1=n0/i1=450/1(r/min)=450r/min；功率 P1=450W=0.3KW。 从动轴的转速n2=n1/i2=450r/min； 功率 P2=200W=0.2KW 1 确定轴 1最小直径 轴的扭转强度条件为： 2.095500003 TTT dnPWT 式中： T 扭转切应力，单位 MPa； T 轴所受的扭距，单位 N*mm； TW 轴的抗扭截面系数，单位 3mm ； n 轴的转速，单位 r/min； P 轴传递的功率。单位 KW； nts 20 d 计算截面处轴的直径，单位 mm； T 许用扭转切应力，单位 MPa 由上式可得轴的直径 30333 2.095500 002.095500 00 nPAnPPnPdTT 选取轴的材料为 40Cr 钢，调质处理。 A0 查表取 100， P=200W=0.2KW，n=450r/min 代 入得： 轴最 小直径的初始值： d 7.6mm，将其圆整为 8mm 根据送退带机构轴上各齿轮、摩擦轮与支架以及相互之间的尺寸关系确定 传动 轴的各部分轴径及长度如图 3.1： 图 3.1 传动 轴 3.轴的校核 进行校核时，通 常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取 1 ，计算轴的应力： WTMca22 )( ca 轴的计算应力，单位 MPa； M 轴所受的弯距，单位 N.mm； T 轴所受的扭距，单位 N.mm； W 轴的抗弯截面系数，单位 3mm 。计算公式如 3-3： 从轴的结构图 3.1 可以看到轴的危险截面，现将计算出的截面处的 HM 、VM及nts 21 总M的值列出表 3-1： 表 3-1 载 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 121 6 1 . 6 , 5 0 . 6N H N HF N F N125 8 . 8 , 1 8 . 4N V N VF N F N弯矩 M 11108HM N m m3 9 7 . 3VM N m m总弯矩 11115M N m m总扭矩 T 4244T N m m 画出轴的载荷分析图。如图 3.4： 截面为危险截面。带入公式 3-2中得： 22() 8 5 . 6 7caMT M P aW 前已选定轴的材料为 45钢，调质处理，查得 MPa90 1 。因此， 1 ca，故安全。 3.5 摩擦轮设计 摩擦轮是压紧 扎带 的滚轮，通过接触面间的摩擦力传递运动和动力的 ，使扎带拉紧 。结构简单、制造容易、运动平稳、噪声低，过载可以打滑，有 着广泛的应用。 (一 )摩擦 轮材料的选择 由于摩擦轮实现包装带的进与退，制造摩擦轮的材料应该是：弹性模量大、摩擦系数高，接触疲劳强度和耐磨性好，吸湿小，价廉并易于加工，可以选用GCr15。 (二 )本捆扎机采用圆柱摩擦轮传动，其 示意 图如 下： nts 22 图 3-2 摩擦轮 3.6 机架 设计 3.6.1机架设计准则 底座、机架、箱体、基板等零件都属于机架零件。 机架零件 可划分为四大类：即机座类、机架类、基板类和箱壳类 ， 对机架零件一般可提出下列要求 : (1)工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起 ,设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 (2)刚度要求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。如果基础部件的刚性不足，则在工作的重力、夹紧力、摩擦 力、惯性力和工作载荷等的作用下，就会产生变形，振动或爬行，而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。例如机床的零部件中，床身的刚度则决定了机床的生产率和加工产品的精度。 (3)强度要求：对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求 (4)稳定性要求：对于细长的或薄壁的受压结构及受弯 -压结构存在失稳问题，某些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。 nts 23 (5)美观：目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。 (6)其它：如散热的要求，防腐蚀及特定环 境的要求。 在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。 (1)机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 (2)结构合理，便于制造。 (3)结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。 (4)结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。 (5)抗振性能好。 (6)耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。 (7)有导轨的机架要求机架导轨面受力合理，耐磨性良好。 3.6.2 机座设计 1）机座的结构及材料 进行机架结构形式 的选择是一个较复杂的过程，对结构形式、构件截面和结点构造等均需要结合具体的情况进行仔细的分析。对结构方案要进行技术经济比较。由于各种设备有不同的规范和要求，制定统一的机架结构选择方法较困难。但是，可以利用结构力学的知识提出下列一般的规则。这些规则是为了节约材料在选择形式时应遵守的一般规律。 （ 1）结构的内力分布情况要与材料的性能相适应，以便发挥材料的优点。轴力较弯矩能更充分地利用材料。杆件受轴力作用时，截面上的材料分布是均匀的，所有材料都能得到充分利用。但在弯矩作用下截面的应力分布是不均匀的，所以材料的应力 分布不够经济。 机械结构中许多构件所受的都是沿垂直于杆轴的方向作用的。弯矩沿杆变化很迅速。有垂直载荷处，弯矩曲线有曲率，且曲率与载荷集度成正比。最大的弯矩限于一小段内，在较长段内材料不能充分利用，这是弯曲构件不经济的另一原因。 （ 2）结构的作用在于把载荷由施力点传到基础。载荷传递的路程愈短，结构使用的材料愈省。 nts 24 （ 3）结构的连续性可以降低内力，节省材料。 因该 打包机 尺寸不是很大，结构比较紧凑，受力不大，精度要求较高，材料上，考虑到机械臂要适用各种恶劣环境，为防止生锈，便于安装，选择 HT200 灰铸铁作为基座。 nts 25 第四章 半自动打包机 功能机构 三维模型 4.1Pro/Engineer 软件简介 Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。 Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， Pro/Engineer 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 Pro/Engineer 操作软件 是美国参数技术公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。 Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位， Pro/Engineer 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。 （ 一 ） Pro/Engineer Pro/Engineer 是软件包，并非模块，它是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件及组装造型 ，三维上色，实体或线框造型，完整工程图的产生及不同视图展示（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。 Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽壳（ Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不象其他系统是直接指定一些固定数值于形体，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数 改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持 Postscript 格式的彩色打印机。 Pro/Engineer 还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析及后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上 Pro/Engineer 软件的其它模块或自行利用 C 语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下（没有任何附加模块）具有大部分的设计能力，组装能力（运动分析、人机工程分析）和工程制图能力（不包括 ANSI， ISO， nts 26 DIN 或 JIS 标准），并且支持符合工业标准的绘图仪（ HP， HPGL）和黑白及彩色打印机的二维和三维图形输出。 Pro/Engineer 功能如下： 1特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）； 2参数化（参数 =尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）； 3通过零件的特征值之间，载荷 /边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。 4支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM 的各种能用零件设计的程序化方法等）。 5贯穿所有应用的完全
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