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内容简介：

I摘 要纸箱捆扎机是用捆扎带捆扎纸箱，完成捆扎作业的机器。工作时使用捆扎带缠绕纸箱，然后收紧并将两端通过热效应熔融或使用包扣等材料连接。本设计的纸箱自动捆扎机捆扎部分，由送带、退带张紧机构，捆扎封接机构、压带机构、捆扎带导向机构组成。本文首先，通过对纸箱自动捆扎机现状进行全方位调研，在此基础上提出了捆扎部分方案；然后，设计并校核了各主要构成件的结构及强度；最后，通过 AutoCAD 制图软件绘制了机械手装配图、主要零件图并采用 Pro/E 软件进行三维设计及运动仿真。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了机械产品的设计方法并能够熟练使用 AutoCAD制图及 Pro/E 软件进行三维设计软件，对今后的工作于生活具有极大意义。关键字：关键字：纸箱，捆扎机，设计，仿真IIAbstractThe carton strapping machine is a machine that straps the carton with strapping and completes the binding operation. When working, use strapping tape to wrap the carton, then tighten and connect the ends through thermal effect melting or using buckles and other materials. The binding part of the carton automatic strapping machine designed by this paper is composed of the belt feeding, the withdrawal and tension mechanism, the binding and sealing mechanism, the compression belt mechanism and the binding belt guiding mechanism. First of all, through a comprehensive survey of the status of the carton automatic binding machine, a partial binding scheme is put forward on this basis. Then, the structure and strength of the main components are designed and checked. Finally, the assembly drawing of the manipulator, the main part drawing of the main parts and the three-dimensional Pro/E software are drawn through the AutoCAD drawing software. Design and motion simulation. Through this design, we have consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, and so on. It has mastered the design method of mechanical products and is able to use AutoCAD drawing and Pro/E software to carry out three-dimensional design software skillfully. It is of great significance. Key words: Cartons,Bundling machines, Design, SimulationIII目 录摘 要.IABSTRACT.II目 录.III第 1 章 绪 论.11.1 研究背景及意义.11.2 国内外研究及发展现状.11.2.1 国内现状.11.2.1 国外状况.21.3 捆扎机介绍.21.3.1 捆扎机分类.21.3.2 结构及原理.31.4 本课题所做的主要工作.4第 2 章 总体方案设计.52.1 设计要求.52.2 方案选择.52.2.1 送带、退带张紧机构.52.2.2 捆扎封接机构.52.2.3 压带机构设计.62.2.4 捆扎带导向装置设计.62.2.5 总体方案及原理.62.3 本章小结.7第 3 章 主要构件的设计与选择.83.1 电动机的选择.83.2 送退带机构设计.83.2.1 捆扎机架的设计.83.2.2 传动轴的设计.93.2.3 滚动轴承的选用.123.2.4 传动齿轮的设计.133.2.5 键的选用.163.2.6 摩擦轮的设计.173.2.7 同步带的选用.173.3 捆扎封接机构.193.4 压带机构设计.193.5 捆扎带导向装置设计.203.6 本章小结.20IV第 4 章 基于 PRO/E 的三维设计及仿真.214.1 PRO/E 三维设计软件概述.214.2 三维设计.214.3 运动仿真.22总结.23致 谢.24参考文献.251第 1 章 绪 论1.1 研究背景及意义随着我国经济的发展，人们对商品的质量的要求也在提高，而其中商品的包装是商品质量的重要部分。随着劳动力成本的提高，传统的人工捆扎已经不能适应企业的高效率低成本的需求。同时使用刀片切割扎带对劳动者来说具有一定危险。因此需要设计纸箱自动捆扎机来解决以上问题。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，为此，根据我国包装行业的实际需求和发展趋势，研发高质量，高可靠性的全自动打捆机以替代进口，以非常必要，而且形势紧迫。1.2 国内外研究及发展现状1.2.1 国内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行业取得了世人瞩目的进步。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。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。与国外捆扎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，如钢带自动捆扎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。我国捆扎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，导致在捆扎速度、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，其中特别是捆扎带和元器件的质量不稳对整机的性能带来很大的影响。21.2.1 国外状况国外捆扎机械的应用 ,起始可追溯到本世纪初期 ,如美国的 SIGNODE 公司、德国的 CYKLOP 公司等就涉足捆扎行业 ,以生产钢带捆扎设备为主 ,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 , 使以塑料带作为捆扎材料成为现实 ,极大地促进了塑料带捆扎机的发展 。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 ，日本的塑料带捆扎机总产量达 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捆扎机 ,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捆扎机为主 , 塑料带、聚酯带捆扎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 年就开始从事捆扎机械的生产 , 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 ,通过对捆扎机械各功能部件的反复试验和多方案对比 ,生产出的捆扎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。1.3 捆扎机介绍1.3.1 捆扎机分类（1）按捆扎材料分类塑料带捆扎机。它是用于中、小重量包装箱的捆扎机。所用塑料带主要是聚丙烯带，也有尼龙带、聚酯带等。 钢带捆扎机。它用钢带作捆扎材料，因钢带强度高，主要用于沉重、大型包装箱。 （2）按接头方式分类熔接式捆扎机。因塑料带易于加热熔融，故多适用于塑料带接头。根据加热的方式不同，又分为电热熔接、超声波熔接、高频熔接、脉冲熔接等。 扣接式捆扎机。它采用一种专用扣接头，将捆扎带的接头夹紧嵌牢，多用于钢带。 按结构特点分类基本型捆扎机。它是适用于各种行业的捆扎机，其台面高度适合于站立操作。多用于捆扎中，小包装件，如纸箱、钙塑箱、书刊等。侧置式捆扎机。捆扎带的接头部分在包装件的侧面进行，台面较低。适于大型或污染性较大包装件的捆扎，若加3防锈处理，可捆扎水产品、腌制品等；若加防尘措施，可捆扎粉尘较多的包装件。 加压捆扎机。对于皮革、纸制品、针棉织品等软性、弹性制品，为使捆紧，必须先加压压紧后捆扎。加压方式分气压和液压两种。 开合轨道捆扎机。它的带子轨道框架可在水平或垂直方向上开合，便于各种圆筒状或环状包装件的放入，尔后轨道闭合捆扎。 水平轨道捆扎机。它的带子轨道为水平布置，对包装件进行水平方向捆扎。它适用于诸如托盘包装件的横向捆扎。 手提捆扎机。一般置于包装件顶面，当带子包围包装件一圈后，用该机将带子拉紧锁住。它用手动操作，灵活轻便。 （3）按自动化程度分类手动捆扎机。依靠手工操作实现捆扎锁紧，多用塑料带捆扎。它结构简单、轻便，适于体积较大或批量很小包装件的捆扎。 半自动捆扎机。用输送装置将包装件送至捆扎工位，再用人工将带子缠绕包装件，最后将带子拉紧固定。它工作台面较低，很适合大型包装件的捆扎。 自动捆扎机。在工作台上方有带子轨道框架，当包装件进入捆扎工位时，即自动进行送带缠带、拉带紧带、固定切断等工序。该机带子轨道框架固定，一般适合于尺寸单一、批量较大的包装件捆扎。捆扎时，包装件的移动和转向需靠人工进行。 全自动捆扎机。该机能在无人操作和辅助的情况下自动完成预定的全部捆扎工序，包括包装件的移动和转向，适于大批量包装件的捆扎。 1.3.2 结构及原理捆扎机可分半自动捆扎机机和自动捆扎机，它的工作原理比缠绕机简单。 捆扎机（打包机）是使用捆扎带缠绕产品或包装件，然后收紧并将两端通过热效应熔融或使用包扣等材料连接的机器。捆扎机（打包机）的功用是使塑料带能紧贴于被捆扎包件表面，保证包件在运输、贮存中不因捆扎不牢而散落，同时还应捆扎整齐美观。 1. 退带张紧：一夹头上升夹住塑料带头，送带轮反转退带，将多余的塑料带退回储带盒，并勒紧被捆物。随后，机械手夹住塑料带，将包件进一步勒紧至所调紧度。 2切带粘合：导向板从两层塑料带中间退出，同时，电烫头同步插入两层带之间，接着二夹头上升夹住塑料带另一端带头，切刀切断带子，并将带头推向烫头与之接触，受热熔化（表面） ，随即电烫头快速退出，切刀继续上升将表面已熔化的两层塑料带压在承压板上，并冷却凝固，两带粘合（YKMWY 机没有烫头，启动摩擦完成粘合） 。 3脱包：承压板退出捆扎好的塑料带圈，各夹头复位，完成捆扎。 4送带：送带轮正转把塑料带由储带盒送入轨道，准备下一次捆扎。 5卸载。 以上是单道捆扎的过程，当机器处于连动状态时，送带完毕后便直接进入退带张紧程序，按上述程序循环连续进行。 打包物体基本处于纸箱捆扎机中间，首先右顶体上升，压紧带的前端，把带子收紧4捆在物体上，随后左顶体上升，压紧下层带子的适当位置，加热片伸进两带子中间，中顶刀上升，切断带子，最后把下一捆扎带子送到位，完成一个工作循环。 1.4 本课题所做的主要工作本文研制的纸箱打捆机，以纸箱、塑料包裹为捆扎对象对象，研发的主要内容包括:送、退带捆紧机构的研究、剪切、熨烫机构的设计、气动执行系统的设计、捆扎形式的选择，捆扎材料的选用等。纸箱捆扎机的工作过程包括六个主要步骤:送带、顶紧、退带拉紧、再顶紧、切带、加热、顶紧粘结、复位。整个纸箱捆扎机的研究也主要围绕这几个重要的动作来展开。5第 2 章 总体方案设计2.1 设计要求设计纸箱自动捆扎机包括两部分，一是送箱部分，二是捆扎部分。送箱部分要求箱子能整齐有序的排列，且方向一致，才能保证后序捆扎时准确无误。捆扎部分要求捆扎时能够不破坏箱子，使其保留完整。要求设计合理、做到定位可靠，符合生产要求、结构及操作简单，维护维修方便。机构设计时，在满足性能要求的基础上，考虑零件的加工性能及加工成本，尽量采用标准件和通用件。2.2 方案选择2.2.1 送带、退带张紧机构送带、退带张紧机构主要完成捆扎带送入和退出，由电机、摩擦轮、齿轮、同步带轮、小轨道等部件组成。送退带机构原理示意图如图 2.2 所示，在机器进入工作准备状态时，捆扎带通过摩擦轮正转，依靠摩擦力使捆扎带从储带箱中拉出送入轨道；当带碰到触动开关后，压紧机构的第一压头将带端压紧，同时电机带动摩擦轮开始反转，将多余的带从轨道中拉出退入储带箱中，已达到使纸箱捆紧的目的。图 2.1 送退带机构原理示意图2.2.2 捆扎封接机构捆扎封接机构原理示意图如图 2.3 所示。捆扎带在进行捆扎时，其带头和带尾都需要用夹压机构进行夹紧，以便完成热熔搭接工作。夹压机构共有三个压头，由安装在同一轴上的三个凸轮分别控制，其中的第一压头夹压带头，第二压头夹压带尾，两层带中间先由隔离器隔开，然后再由隔离器引导熨头进入两层带子中间，以待热熔搭接。捆扎带收紧捆绕在包装件上后，为了使它在流通过程中不松散，就必须将捆扎带的两端构成牢固的连接，才能保证捆扎的可靠与安全。捆扎带在封接压头，即第三压头的作用下，由电热板对其加热使带表面熔融，然后经过加压冷却而得到熔接连接。6图 2.2 捆扎封接机构原理示意图2.2.3 压带机构设计本次压带机构采用气缸，即待系统检测到捆扎带送达到位后，气缸顶杆定出压住捆扎带。2.2.4 捆扎带导向装置设计本次捆扎带导向装置采用椭圆形，导向轨道材料选用橡胶板，橡胶板至于门架内，待退带机构拉紧时捆扎带从轨道内拉出绑紧纸箱。2.2.5 总体方案及原理纸箱捆扎机的结构：目前使用的台式自动捆扎机，其构造包括机架、丙烯带圈筒、储带箱、带子的进给和张紧机构、带子的接合机构、拱形导轨、传动机构和自动控制装置等部分组成。捆扎机工作流程：纸箱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规定的位置后，手动将捆扎带塞入焊接处并触动微动开关，机械装置和执行机构保证反时针方向收带，达到一定的捆紧力后焊接，稍后切刀上顶切带，最后机械送带，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纸箱粘结锁紧，防止纸箱的打滑松动。本捆扎机以气动系统作为打捆系统加热装置的主要执行件，以可编程序控制器作为控制单元实现打捆过程的半自动化。7图 2.3 机械系统总体方案的原理图2.3 本章小结本章主要根据打捆机的工作流程提出了纸箱捆扎机的总体设计方案，主要内容包括:（1）给出了纸箱捆扎机的技术参数和要求;（2）提出了打捆机的系统总体设计方案。8第 3 章 主要构件的设计与选择3.1 电动机的选择电动机的作用是将电能转换为机械能，现代各种生产机械都广泛应用电机来驱动。在生产上主要用的是交流电动机，特别是三相异步电动机。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传动带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。1、三相异步电动机的构造三相异步电动机分成两个基本部分：定子（固定部分）和转子（旋转部分） 。三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种型式：鼠笼式和绕线式。鼠笼式和绕线式只是在转子构造上的不同，它们的工作原理是一样的。鼠笼式电动机由于构造上简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，就成为生产上应用最广泛的一种电动机。2、电动机的转动原理图 3.8 是三相异步电动机转子转动的原理图，图中 N，S 表示两极旋转磁场，转子中只示出两根导条。当旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流。这电流与旋转磁场相互作用。而使转子导条受到电磁力 F。电磁力的方向可应用左手定则来确定。电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。图 3.8 电动机转子转动原理图3、三相异步电动机的选择要为一生产机械选配一台电动机，首先要考虑电动机的功率，合理选择电动机的功率具有重大的经济意义。如果电动机的功率选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济。因为这不仅使设备投资增加和电动机未被充分利用，而且电动机经常不是在满载荷下运行，它的效率和功率也都不高。如果电动机的功率选小了，就不能保证电动机和生产机械的正常运行，不能充分发挥机械的效能，并使电动机由于过载而过早地损坏。根据执行机构摩擦轮的功率和转速情况，选择电动机型号：Y 160L-6 额定功率：11KW；满载转速：970r/min3.2 送退带机构设计3.2.1 捆扎机架的设计1 机架材料的选择9由于碳素结构钢的韧性良好，冲压和焊接性能良好，是一般机械制造中的主要材料，广泛应用于制作一般机械零件，如支架、机架及焊接件等用的角钢、槽钢、垫板，因此选取捆扎机机架的材料为 Q235A。2 机架结构的设计机架与支承件不仅起着连接和支承各种零部件相互位置的的作用，而且还其要保证捆扎过程的平稳。进退带机构的机架由机架底板、侧板和两块横板组成，通过螺栓连接，起着固定主、从动轴、以及齿轮、摩擦轮的作用；捆扎机构机架由两个机架底板、主机架侧板和辅助机架侧板组成，起着固定凸轮轴和凸轮的作用。3.2.2 传动轴的设计送退带机构的齿轮传动轴和凸轮轴都采用平键。电动机正常工作的转速为n0=960r/min。根据带轮的传动比为 i1=2：1 和齿轮的传动比为 i2=1：1 得传动轴的转速n1=n0/i1=960/2(r/min)=480r/min；功率 P1=10KW。从动轴的转速 n2=n1/i2=480r/min； 功率P2=10KW。因此各轴的转速如下：齿轮主传动轴 1： n1=480r/min齿轮从传动轴 2： n2=480r/min1 确定轴 1 最小直径 轴的扭转强度条件为： （3-1）2 . 095500003TTTdnPWT式中： 扭转切应力，单位 MPa；T T 轴所受的扭距，单位 N*mm； 轴的抗扭截面系数，单位；TW3mm n 轴的转速，单位 r/min； P 轴传递的功率。单位 KW； d 计算截面处轴的直径，单位 mm； 许用扭转切应力，单位 MPaT由上式可得轴的直径30333 2 . 09550000 2 . 09550000nPAnPPnPdTT选取轴的材料为 45 钢，调质处理。A0查表取 112，P=10KW，n=480r/min 带入得：轴最小直径的初始值：d19.65mm。根据送退带机构轴上各齿轮、摩擦轮以及带轮与支架以及相互之间的尺寸关系确定轴 1 的各部分轴径及长度如图 3.1：10图 3.1 轴 12.确定其它两根轴的尺寸用同样方法确定轴 2 和轴 3 的尺寸如下；图 3.2 轴 2图 3.3 凸轮轴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，用公式13-2 计算轴的应力： （3-2）WTMca22)(轴的计算应力，单位 MPa；caM 轴所受的弯距，单位 N.mm；T 轴所受的扭距，单位 N.mm；11 W 轴的抗弯截面系数，单位。计算公式如 3-3：3mm （3-3）32445.49532)()(mmDzbdDdDdW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、及HMVM的值列出表 3-1：总M表 3-1载 荷水平面 H垂直面 V支反力 FNFNFNHNH5 .237,8 .30221NFNFNVNV85.84,53.11121弯矩 MmmNMH 29596mmNMV37.13542总弯矩mmNM3004537.135422959622总扭矩 TmmNT9 .8057画出轴的载荷分析图。如图 3.4：12图 3.4 轴的载荷分析图图 3.4 中 c 截面为危险截面。带入公式 3-2 中得： MPaWTMca93.56)(22前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，查得。因此， ，故MPa9011ca安全。3.2.3 滚动轴承的选用轴两端选用相同轴承，选用深沟球轴承 6004，查表可知深沟球轴承 6004 的基本额定动载荷 Cr=9.38KN,基本额定静载荷 Cro=5.02KN, 轴承的预期计算寿命 Lh=24000 求两轴承受到的径向载荷 Fr1 和 Fr2,将轴系受到的空间力系分解如图 3.5，图 3.5 轴上受力图两个平面力系，其中 Ft=537.3N Fr=220.3N由受力分析知：13=153.24NvrF1roF21593215轴承受力图，如图 3.6：图 3.6 轴承受力分解图 =Fr- Fr1v=67.06NvrF2 =374.9NHrF1tF21593215 =-=164.4NHrF2tFHrF1 =N=404.1N1rF2121HrvrFF229 .14124.60 =N=177.7N2rF2222HrvrFF224 .6106.26轴承基本额定动载荷计算 额定动载荷 C=P Tndmhfffff式中：P当量动载荷，即、中的大值，P=154.1N 1rF2rF1rF寿命因子，查表选取=3.63hfhf速度因子，查表选取=0.741nfnf力矩载荷因子，由于力矩载荷较小，取=1.5mfmf冲击载荷因子，查表选取=1.1dfdf温度因子，查表选取=1.0TfTf可得：C=404.1N=3267.60 . 1741. 01 . 15 . 163. 3rC0故，所选轴承满足使用要求。3.2.4 传动齿轮的设计传动齿轮组的设计是设计送退带机构的重要部分，传动齿轮设计的是否合理，直接14影响送退带机构的稳定性能，以及捆扎质量。1确定计算公式及各参数值（1）输入功率为 10KW,齿轮的转速为 480r/min 选用直齿圆柱齿轮传动，7 级精度。选择齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，选择齿轮齿数均为 Z=24，由公式（3-5）： （3-5）213)(132. 2HEdtZTKd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：Kt1.3（3）计算齿轮传递的转矩： ；mmNT45109 .1948010105 .95（4）齿宽系数： ；1d（5）材料的弹性影响系数：；MPaZE8 .189（6）按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限；MPaH7001lim（7）计算应力循环次数 ；911007. 260hjLnN（8）接触疲劳寿命系数；95. 01HNK（9）计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，得： ；MPaSKHHNH6951lim1 2计算试用公式（3-1）算齿轮分度圆直径 d； ；mmZTKdHEdt48)(132. 223（1）计算圆周速度 V ；smdnV11. 2100060（2） 计算齿宽 b ；mmdbd92.19（3） 计算齿宽与齿高之比 b/h 15 模数 ；mmzdmt3 . 2齿高； mmmht17. 425. 2；6.3hb（5）计算载荷系数7 级精度，查得动载系数；直齿轮，假设。查得08. 1KvmmNbFKtA/100/。查得使用系数，得：2 . 1FHKK1AK；2627. 11023. 018. 008. 132bKdH由 b/h=9.1， ，查得；故载荷系数2627. 1HK25. 1FK；63. 1HHVAKKKKK（6） 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得：；mmKKddtt01.48311（7）计算模数：。mmzdm05. 2113按齿根弯曲强度设计弯曲强度设计公式为 （3-6） )(223FSaFadyYZKTm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；MPaFE400（2）查得弯曲疲劳寿命系数；计算弯曲疲劳许用应力87. 0FNk取弯曲疲劳安全系数 S=1，得：； MPaSKFEFNF348（3）计算载荷系数 K 67. 1FFVAKKKKK（4） 查取齿形系数 ；24. 2FaY（5）查取应力校正系数16 ；75. 1SaY（6）计算齿轮的，FSaFaYY 01279. 0FSaFaYY4 设计计算由公式（3-6）得：mmm2.051819 .2481301376. 067. 1223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 2.01 并就近圆整为标准值，按接触2m强度算得的分度圆直径，算出齿轮齿数；这样设计出的齿轮传mmd01.48124mdZ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；mmmZd482）计算中心距mmdda482)(213）计算齿轮宽度B=20mm。6验算校核NdTFt8 .829148109 .1922411，合适。mmNmmNbFKtA10006 .552158 .829113.2.5 键的选用选用 A 型平键（GB/T1096-1979）,按带轮和齿轮的宽度由手册查得：mmmmmmlhb866强度校核，按公式(3-7)计算：17 (3-7)dkLTP12000查得参数（许用挤压应力） ，k=0.5h=2.5,L=L-b=13mm2/100mmNFF键联接传递的转矩为：mNT058. 81键的工作面压强 P 为MPaMPadkLTPFF10042.35135 . 214058. 8200020001键联结强度合格。3.2.6 摩擦轮的设计摩擦轮传动是两个相互压紧的滚轮，通过接触面间的摩擦力传递运动和动力的。由于结构简单、制造容易、运动平稳、噪声低，过载可以打滑，以及能连续连续平滑地调节其传动比，因而有较大的应用范围，成为无级变速的主要元件。但由于在运转过程中有滑动，影响从动轮的旋转精度，传动效率较低，作用在轴和轴和轴承上的载荷大，多用于中小功率传动。（1）摩擦轮材料的选择由于摩擦轮实现纸箱的进与退，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。（2）本捆扎机采用圆柱摩擦轮传动，其运动简图如 3.9 下；图 3.7 摩擦轮传动示意图3.2.7 同步带的选用本设备中送退带机构用到了同步带,电机通过同步带与送退带机构连接，达到降速的目的。(1)同步带的特点同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传动比。同步带通常以18钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉体，氯丁橡胶或聚氨酯为基体,这种带薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的线速度可达 50m/s，传动比可达 10，效率可达 98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。其主要缺点是制造和安装精度。 （2）同步带的形式、型号简介及选择同步带有单面有齿和双面有齿两种，简称单面带和双面带。双面带又有对称齿型（DI）和交错齿型（DII）之分。同步带齿有梯形齿和弧形齿两类。同步带型号分为最轻型 MXL、超轻型 XXL、特轻型 XL、轻型 L、重型 H、特重型 XH、超重型 XXH 七种。梯形齿同步带传动已有标准（GB113611136289） 。在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离称为节距，以 p 表示。图 3.8 同步带传动节距是同步带传动最基本的参数。当同步带垂直其底边弯曲时，在带中保持原长度不变的周线，称为节线，节线长以 LP 表示。同步带带轮的齿形推荐采用渐开线齿形，可用范成法加工而成。也可以使用直边齿形。由以上可知本次设计选择的同步带为轻型 L 单面带。在步进电机上运用的同步带宽 15 毫米，由前面的数据已知同步带轮转速为 960 r/min和 480r/min,同步带轮直径为 80mm 和 160mm。（3） 、同步带的失效同步带传动的主要失效形式是同步带疲劳断裂，带齿的剪切和压溃以及同步带两侧边、带齿的磨损。保证同步带一定的疲劳强度和使用寿命是设计同步带传动的主要依据。因此同步带传动设计时主要是限制单位齿宽的拉力，必要时才校核工作齿面的压力。(4)、同步带轮的确定根据同步带的型号，按照大小带轮传动比 1：2 的比例，选取同步带轮的型号，经校核符合捆扎机的设计要求。其小带轮具体尺寸如下图 3.10；19图 3.9 同步带轮3.3 捆扎封接机构捆扎带在进行捆扎时，其带头和带尾都需要用夹压机构进行夹紧，以便完成热熔搭接工作。夹压机构共有三个压头，由安装在同一轴上的三个凸轮分别控制，其中的第一压头夹压带头，第二压头夹压带尾，两层带中间先由隔离器隔开，然后再由隔离器引导熨头进入两层带子中间，以待热熔搭接。捆扎带收紧捆绕在包装件上后，为了使它在流通过程中不松散，就必须将捆扎带的两端构成牢固的连接，才能保证捆扎的可靠与安全。捆扎带在封接压头，即第三压头的作用下，由电热板对其加热使带表面熔融，然后经过加压冷却而得到熔接连接。3.4 压带机构设计本次压带机构采用气缸，即待系统检测到捆扎带送达到位后，气缸顶杆定出压住捆扎带，因此本机构关键在于选定合适的压带气缸。本设计中用到的气缸是根据德国 Festo 公司提供的型号选用的，类型根据工作要22求和条件，选择双作用单耳环气缸。（1）安装方式根据工作条件，选择摆动式单耳环气缸。（2）作用力大小负载力 F，负载率 =70%，气缸输出力 F 拉=F，F 推=F，气体压力 P=0.6MPa，由公式 F拉= （3.6）22dDP20 和F推= （3.7）222dd-DP由于 F 拉F 推，T=FR（其中 R 为力臂） ，在气缸输出力计算时，选择 F 拉为代表计算即可。（3）活塞行程汽缸的行程由不同大小纸箱确定最大行程。（4）气缸型号选择选择压带力为 F=100 N，取 d=0.3D，可得气缸缸径为 D=63 mm，行程为 160 mm，气缸型号为 DNG-63-160-PPV-A，气缸如图 3.11 所示。图 3.10 DNG-63-160-PPV-A 气缸3.5 捆扎带导向装置设计本次捆扎带导向装置采用椭圆形，导向轨道材料选用橡胶板，橡胶板至于门架内，待退带机构拉紧时捆扎带从轨道内拉出绑紧纸箱。3.6 本章小结本章重点介绍了纸箱捆扎机总体结构和各部件的设计，主要内容包括:(1)详细分析了纸箱捆扎机的工作流程;(2)对捆扎机两个主要机构的零部件（齿轮、摩擦轮、轴）进行设计、校核；21第 4 章 基于 Pro/E 的三维设计及仿真4.1 Pro/E 三维设计软件概述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/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。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相关性。4.2 三维设计本次设计的纸箱捆扎机捆扎部分的总体装配模型如下图示：图 4-1 总体装配模型224.3 运动仿真在进行机械设计时，建立模型后设计者往往需要通过虚拟的手段，在电脑上模拟所设计的机构，来达到在虚拟的环境中模拟现实机构运动的目的。对于提高设计效率降低成本有很大的作用。Pro/E 中“机构”模块是专门用来进行运动仿真和动态分析的模块。PROE 的运动仿真与动态分析功能集成在“机构”模块中，包括 Mechanism design（机械设计）和 Mechanism dynamics（机械动态）两个方面的分析功能。使用“机械设计”分析功能相当于进行机械运动仿真，使用“机械设计”分析功能来创建某种机构，定义特定运动副，创建能使其运动起来的伺服电动机，来实现机构的运动模拟。使用“机械动态”分析功能可在机构上定义重力，力和力矩，弹簧，阻尼等等特征。可以设置机构的材料，密