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纸盒
成型
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纸盒成型机的设计,纸盒,成型,设计
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摘要随着社会的发展，和人们生活水平的提高，对与之配套的包装机机械的要求也越来越高，而适合中小型企业需求的小型、自动化程度高又价格低的包装机还未见普及，本课题针对这种现象和需求，开发设计了体积小，造价低的小型全自动纸盒内盒包装机。该机型为全机械设计，具有整体尺寸小、机能可靠、生产周期短、并能方便调节产品尺寸进行产品调整作业等优点，可以接入生产线流水作业，也能够进行单件少批量的生产，因此它对实际的生产具有很多现实意义。关键词：包装机；纸盒内盒、流水作业ABSTRACTWith the development of society and the improvement of peoples living standards, the requirements of packaging machines are also higher and higher, and the small, high degree of automation and low price packaging machines suitable for the needs of small and medium-sized enterprises have not yet been popularized. In view of this phenomenon and demand, this paper develops and designs a small automatic carton inner box packaging machine with small volume and low cost.The machine is of full mechanical design, with the advantages of small overall size, reliable function, short production cycle, and easy to adjust the product size for product adjustment operation. It can be connected to the production line for flow operation, and can also carry out single piece and small batch production. Therefore, it has a lot of practical significance for the actual production.Key words: packaging machine; Inside carton, flow shop目录摘要1ABSTRACT 2第一章、绪论51.1包装机械51.1.1包装的分类及作用51.1.2包装机械的组成61.1.3包装机械的特点61.2包装机发展方向71.3国内包装机发展现状及趋势81.4我国包装技术与国外先进包装技术的差距9第二章、总体方案的确定112.1凸轮连杆机构的设计122.3纵向和横向弯折板的设计152.4侧壁纸舌弯折及涂胶机构的设计16第三章、动力系统设计173.1电动机的选择173.2轴的设计173.2.1轴的结构设计173.4.2求轴上的载荷193.2.3按弯扭合成应力校核轴的强度203.3锥齿轮的设计计算20第四章、其余零部件设计234.1弹簧的设计234.1.1圆柱螺旋拉伸弹簧234.1.2圆柱螺旋压缩弹簧254.2带轮的设计274.3机体结构设计28第五章、使用说明和维护295.1使用操作295.2维护要点295.3常见故障及排除方法30致谢32参考文献33第一章、绪论1.1包装机械包装机械是指完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括成型、充填封、口裹、包等主要包装工序以及清洗、干燥、杀菌、贴标、困扎、集装、拆卸等前后包装工序，转送、选别等其他辅助包装工序。1.1.1包装的分类及作用包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业产品包装，按产品包装的结构形式分类，有内包装和外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。其中按包装的结构形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构形式，它包括直接包装和中间包装。直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。直接包装时，必须根据被包装物品的物理性能，按包装要求，选择包装材料或容器，制定包装工艺，选择或设计包装机械设备。中间包装是以一定数量的直接包装品经组合后再作一次包装的包装形式。如物品装瓶或装袋后的装盒包装；卷烟小包包装后的条包包装；牙膏类物品的装管封尾后的装盒包装等。随着消费者需要的多样化，尤其是超级市场的发展，内包装突出日益重要的地位。完成内包装所需的机器设备，在包装工业中的需求量最大。外包装是以一定数额的、经内包装后的产品装裁到包装箱的包装结构形式。包装箱现在多用瓦楞纸板箱。内包装的主要目的，在于促进销售，并为消费者提供使用上的方便，在包装设计中，除保证包装内容物质和量的要求外，还需重视包装装潢的重要作用。外包装的主要目的，是为流通储运提供保障，要求包装坚固牢实。包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装的主要目的在于保护产品的使用价值。因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装加工是产品在生产中的最后环节，是提高产品的商品价值不可忽视的重要环节。1.1.2包装机械的组成被包装物品被包装物品供送系统供送系统主传送主传送系统系统成品输成品输出系统出系统控制系统控制系统传动系统传动系统辅助装置辅助装置动力机动力机机身机身包装材料供送系统包装材料供送系统包装操作执行系统包装操作执行系统图1.1包装机械的组成和特点1.1.3包装机械的特点（1）大多数包装机械结构和机构复杂，运动速度快且动作配合要求高。（2）用于食品和药品的包装机要便于清洗，符合药品和食品的卫生和安全要求。（3）包装执行机构的工作力一般都较小，所以包装机的电机功率较小。（4）包装机一般都采用无级变速装置，以便灵活调整包装速度、调节包装机的生产能力。（5）包装机械是特殊类型的专业机械，种类繁多，生产数量有限。为便于制造和维修，减少设备投资，在包装机的设计中应注意标准化、通用性及多功能性。（6）包装机械的自动化程度高，大部分已采用PLC、单片机控制，实现了智能化。（7）包装机械实现了包装生产的专业化，大幅度地提高生产效率。（8）包装机械化降低了劳动强度，改善劳动条件，保护环境，节约原材料，降低产品成本。（9）保证了包装产品的卫生和安全，提高了产品包装质量，增强市场销售的竞争力。（10）延长产品的保质期，方便产品的流通。产品采用包装机，可减少包装场地面积，节约基建投资。1.2包装机发展方向目前，国外包装和食品机械水平高的国家主要是美国、德国、日本、意大利和英国。而德国的包装机械在设计、制造及技术性能等方面则居于领先地位，2002年德国包装机械产值达34亿欧元，其产量的77%为出口产品。最近几年，这些国家包装和食品机械设备发展呈现出新的趋势。德国包装机械设计的新趋势:德国与美国、日本、意大利均为世界包装机械大国。在包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：(1)工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。(2)提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国包装机械以饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达12万瓶/h，小袋包装机的包装速度高达900袋min。(3)使产品机械和包装机械一体化。许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。(4)适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求包装机械具有良好的柔性和灵活性，使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。(5)普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。包装机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的68，其他的就是运转成本。1.3国内包装机发展现状及趋势我国的包装机械产业在新中国成立时,几乎是一片空白,只有少数工厂或作坊在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。经过五十年的发展,我国包装机械已成为机械工业中的十大行业之一,无论是产量还是品种,都取得了令人瞩目的成就,我国包装工业的高速发展提供了有力的保障。纵观国内现有的包装机械,除大型生产包装线外(许多是从国外引进产品生产后随即包装,如奶粉、洗衣粉之类,耗资大,占地面积大,物料多品种适应性差)大都处于一种落后的局面,如一些家庭个人小作坊,买一些现成的包装袋(包装袋有人专业生产,也十分精致、漂亮)将需要包装的粉状、颗粒状食品或其它商品用量杯类器具灌装在袋中,用热膜封口机封口后流通于市场。这种包装作业方式不仅不符合卫生条例,产品计量无法保障,也为产品掺假、制假打开了方便之门,是目前产品升级、上档次必须严格杜绝的包装作业方式。80年代末,国内陆续引进并迅速发展生产了一系列机械传动的小型全自动包(灌)装机,因能基本上满足小袋物品包装从有计量的落料到制袋、灌装、分割等动作的自动化作业,生产效率和包装质量得到了很大程度的提高,克服了众多作业环节中人为因素的影响。加上投资少(每台售价35万元),占地面积小,适应于个体小作坊的作业生产,因而深受用户的欢迎,也使包装机械的成长有了新的发展目标和前景,小袋物品的包装质量也有了质的飞跃。但是，在设计过程中，大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法2，如高速包装机械的动力学设计理论和方法等，对高速情况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决；产、学、研，结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训；整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。国内一些大学的设计软件，可以对包装机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构CADCAM软件已经能够满足企业进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际包装机械的设计中应用还不普遍。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。从上世纪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，其产品多以内销为主，出口只占包装机械总产值的18%。继加拿大、墨西哥、日本、英国、德国之后，中国已成为美国包装机械的第6大出口市场。日本与美国、德国相比，起步较晚，包装机械制造业的发展经历了引进-消化-发展的研究过程，在吸收国外长处的基础上加以改进提高，目前已成为世界上仅次于美国的包装机械生产国。日本的包装机械制造厂以中小企业为主，包装机械的品种、规格较多。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也在本国，出口额只占总产值的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。目前，世界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。1.4我国包装技术与国外先进包装技术的差距虽然我们食品包装技术与机械在近年来取得骄人的成绩，但同国外比较，技术上仍存在二十年的差距，其具体表现在：1）产品品种单调，成套设备少到2000年为止,国外食品包装机械达2300余种，且大多配套生产；国内食品包装机械只有1700余种，且多以单机为主。2）技术水平低主要表现在产品可靠性差，技术更新速度慢，新技术、新工艺、新料材应用少，单机多，成套机少，技术含量低的产品多，高技术含量的产品少，智能化的设备还处于研制阶段。3）产品质量低主要表现在稳定性可靠性差，造型落后，外观粗糙，且大多数产品还无可靠标准。4）开发能力不足主要表现是我们还在仿制、测绘或稍加国产化的改进，更谈不上系统的开发研究。第二章、总体方案的确定纸盒成型机主要包括纸盒侧壁弯折装置、纸舌弯折装置、尺寸调整装置、凸轮连杆机构、带轮、锥齿轮、和电机等组成。电动机输出轴直接或者通过减速器减速后将动力传送到同时安装有带轮和凸轮的传动轴上，带轮分布在大凸轮两侧，通过皮带分别连接到下方左右对称的两个带轮上，带轮和与其成90的小凸轮通过一对锥齿轮啮合传递动力。整个纸盒成型机的工作过程类似于一个冲压过程。上冲压头通过具有特定轮廓形状的大凸转动在竖直方向按一定规律往返运动，大凸轮转动一周为一个纸盒生产周期。左右两侧纸舌弯折板通过两侧小凸轮转动实现左右移动，实现纸舌的弯折与涂胶。纸盒成型过程为：纸板上表面在上冲头的带动下向下运动，先经过纵向方向的一对弯折板，带有纸舌的两侧纸板被弯折，纸板停留0.5s，此时下端带有涂胶装置的纸舌弯折板在小凸轮带动下在水平方向运动到最大位移处实现四个纸舌的弯折，上冲头带动半成型纸盒继续向下运动，到竖直方向最大位移时，纸舌表面经过涂胶装置被涂胶同时完成另外两侧纸板的弯折并与表面涂胶纸舌的粘合。下冲头由弹簧与机架连接，横向和纵向弯折板由横向和纵向双向螺纹调整杆进行板间距离调整以适应不同尺寸规格的纸盒生产。主要结构如图2.1。图2.1粘贴式纸盒成型机机体主要运动部分组成1大凸轮2带轮3电动机主轴4连杆5上冲头6下冲头7小凸轮8锥齿轮9横向弯折板10双向螺纹调整杆11三角铁12纵向弯折板13带轮14纸舌弯板15齿轮齿条16弹簧17张紧轮18皮带2.1凸轮连杆机构的设计大凸轮两侧各有一个皮带轮，共用一个中心轴连接到电动机主轴上，大凸轮转动一周带动连杆以及上冲压头竖直方向的来回移动完成一次冲压行程，两侧的皮带轮通过皮带将动力传送到纸舌弯折机构，结构如图2.2所示。图2.2大凸轮轮廓形状大凸轮的结构设计是整个成型机的关键部分，整个冲压过程分为两个阶段，第一阶段首先实现带有纸舌两侧纸板的弯折，冲压头运动到某一位置之后停留一段时间，等到纸舌弯折板完全伸出实现纸舌弯折，然后继续第二行程实现另外两侧纸板弯折。由于生产的纸盒尺寸可变，因此在生产不同尺寸规格的纸盒时需要调节成型相关成型机构的尺寸，纵向和横向两对弯折板间尺寸均通过带有双向螺纹的纵横向调整杆调节，纵向弯折板与纸舌弯折机构固连在一起，当纵向弯折板间距离变化时会带动纸舌弯折机构中带轮间距的相应变化，因此在皮带长度不变而上下两带轮间的距离变化的情况下，皮带需要通过一对张紧轮张紧以保证调整尺寸后纸盒成型机能够继续工作，张紧轮安装在焊接在机体的导向柱上，紧固螺钉放松时可以沿导向柱方向来回移动，上冲头除了连接有四个拉伸弹簧外，还有通过四个导向柱通到纸盒成型机上方机体的导向套内，以保证连杆和冲头在上下运动工程中的稳定性。图3-2为设计的大凸轮轮廓，工作前连杆与大凸轮在初始位置A处接触，电动机启动后，A-B为圆弧，冲头在竖直方向没有位移，这段时间实现纸板的送料，B-C段冲头向下运动到第一冲压行程结束，实现带有纸舌两侧纸板的弯折，C-D为冲头停留时间，在该时间内带有涂胶装置的左右两侧纸舌弯板伸出对纸舌进行弯折，D-E段纸舌弯板不动，冲头继续向下运动，运动到对应大凸轮上的E点时，涂胶完成后的纸舌弯板不再与纸板接触，开始做收回运动，D-F段冲头向下运动，该过程实现另外两侧纸板的弯折并且与涂完胶的纸舌粘贴结合，在经过凸轮上F处后，冲头开始由最低位置向上运动，为使回收的弯板不与向上运动的冲头发生干涉，确定E-G为其对应运动时间，在G处，纸舌弯板完全收回，而上冲头恰好运动到纸舌弯板完全伸出时的下边缘位置，避免发生干涉，此后冲头在G-A段内运动到初始位置，完成一次纸盒成型过程，A-B段在下一张纸板输送的同时完成对已成型纸盒的出料。在大凸轮运动过程中，有A-B,C-D两段圆弧，对应冲头停留过程，大凸轮轮廓的设计需要与纸舌弯折机构上的小凸轮轮廓在时间上有确定的对应关系。具体设计计算过程：A-B为纸板输送（纸盒送出）时间，初选AOB=40，BC为冲头第一冲压过程，位移8cm,根据经验设定其运动速度为16cm/s，用时0.5s。为实现其匀速运动，根据机械原理盘型凸轮轮廓曲线的设计的几何法绘制出B-C间轮廓曲线。规定冲头在第一停留位置C-D段停留时间为0.5s,第一次停留结束到运动至最低点D-F段时间为0.4s。由于大凸轮作匀速转动，转动角度与所需时间成正比，所以由， H-11.420160tB段对应时间 =0.175s。凸轮转动周期T=（0.175+0.5+0.5+0.4）=3.15s,同理1t2可求出相关角度BOC=AOB=57,DOF=40。E-G段为左右两侧弯折板收回时间，设定其收回时间为0.35s，对应角度EOG=40，半径为11cm的圆弧与角度为40的两条射线围成的扇形绕O点转动到合适位置后，绘制由D-A间的平滑圆弧。因为大凸轮转动一周必须完成一次成型，所以通过皮带和锥齿轮传动后的小凸轮运动周期与大凸轮必须相同，小凸轮设计如图2.2所示，在时间对应关系上，。计算角度=57，=34,1 1A BCDtt1 1B CDEtt1 1C DEGtt111AO B111BOC=40。,根据匀速运动规律绘制两端轮廓曲线。111C O D11AB11CD图2.3小凸轮轮廓形状（1）大凸轮滚子半径的确定在凸轮连杆机构中，滚子半径对凸轮实际轮廓曲线的形状有很大影响，凸轮滚子半径如果选择必须恰当，才能准确实现所预期的运动规律。根据程友联主编机械原理P145图4-28所示，凸轮的理论轮廓曲线曲率半径、实际轮廓曲线曲率半径与滚子半径有下列关系：当凸轮轮廓曲线内凹时，实际轮廓曲线曲率半径=理论轮廓曲线曲率半径+滚子半径，这时实际轮廓曲线曲率半径总是大于理论轮廓曲线曲率半径。此时实际轮廓线不受所选用的滚子半径的影响可根据理论轮廓曲线直接作出；当凸轮轮廓线外凸时，实际轮廓曲线曲率半径=理论轮廓曲线曲率半径-滚子半径，根据滚子半径和凸轮的理论轮廓曲线曲率半径的大小关系可能会运动失真和材料磨损的情况14。因此为避免运动失真，减小应力集中和磨损，设计时应保证实际轮廓线的最小曲率半径大于滚子半径，取滚子半径=15mm。综合考虑以上情况，根据已绘制的大凸轮轮廓曲线确定滚子半径为30mm。（1）大小凸轮轴孔半径的确定因为大凸轮传递的转矩比较大，所以大凸轮与轴采用凸轮与轴键联接的安装方式，根据吴宗泽机械设计手册P340表5-47凸轮与轴安装结构：滚子半径理论轮廓半径+滚子半径+（25）mm，确定大凸轮轴孔半径为15mm；根据理论轮廓半径凸轮轮毂半径+滚子半径+（25）mm，确定凸轮轮毂半径为35mm。小凸轮传递的力矩相对较小，由滚子半径理论轮廓半径+滚子半径+（25）mm15，确定小凸轮轴孔半径为7.5mm。（3）小凸轮平底宽度的确定设计平底从动件凸轮机构，要保证从动件的平底与凸轮轮廓线始终接触，这就需要平底的宽度足够大，否则会引起运动失真现象。从动件平底与凸轮的接触点并不总是在从动件移动的导路中心线上，而接触点同导路中心线与平底的交点的距离和方位随机构的运动不断变化。因此为保证从动件平底与凸轮的正常接触，平底左右两侧的最小宽度应大于接触点和交点之间的最大距离。当交点位于接触点右侧时，这一最大距离为；当交点位于接触点左侧时maxdsd，这一最大距离为；平底宽度b满足：b一般取b=2+mindsdmaxdsdmaxdsd(57)mm16。由此根据已绘制的小凸轮轮廓曲线确定平底宽度为60mm。2.3纵向和横向弯折板的设计图2.4纵向和横向弯折板设计成型架部分尺寸如图2.4所示，其中纵向弯折板和横向弯折板均由厚度为2mm的Q195钢板弯折而成，纵向弯折板下端30mm处为间距为10mm的铁丝栅格，纵横向弯折板间不固结，有一段很小的间隙避免摩擦，纵向和横向弯折板均通过焊接角铁、螺母连接到空间垂直交错的两根带有双向螺纹的调整杆上，调整杆一端伸出箱体外壳安装转轮实现调整杆的转动以带动弯折板相对或相向移动来调节板间尺寸。连接弯折板与纵横向调整杆的角铁通过导轨安装到箱体内壁的导轨槽内，实现整个结构在箱体内的定位。2.4侧壁纸舌弯折及涂胶机构的设计图2.5侧壁纸舌弯折及涂胶机构1.皮带2.带轮3.锥齿轮4.小凸轮5.拉伸弹簧6.齿轮7.齿条8.纸舌弯板9.连杆如图2.5所示为纸舌弯折机构的结构设计，竖直方向锥齿轮与带轮同轴，在皮带轮的带动下与水平方向的锥齿轮啮合，使与其同轴的小带轮做匀速圆周运动，小凸轮具有一定的实际轮廓，因而能够使右侧与其接触的连杆在水平方向在一个运动周期内按一定规律来回移动，8为一对纸舌弯板，分别固连在与齿轮6啮合的两个齿条上，可以通过齿轮的转动调整板间距离以适合不同尺寸纸盒的生产。当凸轮带动连杆运动到最大位移过程中，两个纸舌弯板实现对纸舌的弯折，随后弯板将会在水平方向最大位移处停留0.5s，在这段停留时间内上冲头和弯折的纸板继续向下运动，弯折板8最下端安装涂胶装置，在弯折后的纸舌最上端运动到纸舌弯板的最下端过程中纸舌表面被均匀的涂上胶水。此后纸舌弯板开始往回运动，上冲头带动纸板运动经过横向弯折板，实现另外两侧纸板的弯折和与纸舌的粘贴。整个结构通过角铁固定在纵向弯折板上，下方通过角铁固定在箱体内的短导轨上。第三章、动力系统设计3.1电动机的选择本次纸盒成型机的设计中，生产一个纸盒的周期为3.15秒，所需主动轴转速为19转/分，当冲头位于最低位置时通过计算主轴转矩最大约为5700Nmm，由于转速和转矩比较小，所以可以考虑用步进电机带动。步进电机是一种执行元件，它能够把电脉冲信号转换成角位移或直线位移。其转速有三个特点：转动速度与脉冲频率成正比；在负载能力允许范围内，不因电源负载、电压、环境条件的变化而变化；速度大小可以调节20。根据主轴最大转矩及转速可选步进电机型号为110BYG5-02，尺寸规格：总长214mm，外径110mm，轴颈16mm。步进电机主轴可以通过联轴器直接连接到纸盒成型机传动主轴上，电机尺寸较小，可以通过角铁支撑在纸盒成型机箱体上方。也可以选择Y系列异步电机，由于异步电机转速相对较大，安装时需要选择减速器减速。3.2轴的设计3.2.1轴的结构设计与大凸轮相联接的轴为运动主轴，通过联轴器与电动机主轴联接，轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径，现计算主轴传递的最大转矩：上下冲头均通过四根弹簧连接在机架上，上冲头处于最大行程时根据前面弹簧的设计计算可确定最大拉力为2.5 4=10N。下冲头处于最大行程时所受最大压力为2 4=8N。当大凸轮转动到冲头最大行程处时，所受最大转矩为（10+8） 0.19=3.42Nm。同时考虑到其他阻力的作用，主轴所受最大转矩不大于5Nm。根据计算caT转矩应小于联轴器公称转矩的要求，查机械设计手册，选用YL1联轴器，公caT称转矩为10Nm，半联轴器与轴配合的毂孔长度32mm，半联轴器的孔径为20mm。（1）轴上零件装配方案轴上零件装配方案如图3.1图3.1轴的结构及零件装配图1.联轴器2.轴承端盖3.机体4.滚动轴承5.套筒6.小带轮7.套筒8.大凸轮9.套筒10.小带轮11.套筒12.滚动轴承13.轴承端盖（2）根据轴上的周向定位要求确定各部分轴段直径和长度-段右端须制出一轴肩以满足半轴联轴器的轴向定位要求，取-段的直径为=26mm；左端挡圈直径为D=30mm。轴与半联轴器配合的毂d长度为=32mm，同时-1L的长度应比略短一些以保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面1L上，现取=30mm。l初选滚动轴承。因轴承只承受有径向力的作用，故选用深沟球轴承。根据=26mm和工作要求，初步选取标准精度等级、0基本游隙组的深沟球轴d承16006，其尺寸为mm，=30mm，=9mm30 55 9dD Tddl。凸轮处的轴段-的直径取=30mm，右端根据轴肩高度的要求，取定位轴肩高dh0.07d度h=3mm，因此=36mm，宽度，取=5mm。左带轮与凸轮的左d1.4bhl端之间采用套筒进行定位。轴承端盖的总宽度为10mm（由成型机整体结构及轴承端盖的设计而定）。半联轴器右端面与端盖的外端之间距离为10mm，以便于端盖的安装拆卸以及便于添加润滑油带轮轴孔直径为30mm，宽度为18mm，轴上其他部分的设计如上图。（3）轴上零件的周向定位凸轮、带轮、半联轴器与轴之间轴向定位都采用平键连接的方式。根据的大小由表6-d1查得带轮处和凸轮处平键截面均为，长度分别为15mm和32m=87b hmmmmm，选择凸轮轮毂与轴的配合为过渡配合；半联轴器与轴的连接，选用平76Hn键为，半联轴器与轴的配合为。选轴的基本尺寸公差为6625mmmmmm76Hkm6来保证滚动轴承与轴的周向定位。(4)确定轴上的倒角和圆角尺寸各轴端和轴肩处的倒角圆角半径详见39号轴图纸。3.4.2求轴上的载荷从手册中查取a值以确定轴承的支点位置，对于16006型深沟球轴承，由手册中查得a=9mm。轴的弯矩图和扭矩图如图3.2。图3.2轴的弯矩图和扭矩图在轴的结构图上当上冲头运动至最低处时，大凸轮受滚子最大压力（主要来自拉伸与压缩弹簧）约为40N，C及E点处为皮带对带轮的径向力，从轴的结构图及弯矩和扭矩图中可以看出D是轴的危险截面。现将计算出的D截面处的及的值列于下表（各受力均按最大计算）。VMM表3.1D截面处的VM及M的值载荷水平面H垂直面V支反力F1NHF=5N，2NHF=5N，1tF=10N，2tF=-30N，3tF=10N1NVF=-5N，2NVF=-5N，1rF=-15N，2rF=40N，3rF=-15N弯矩M1HM=330Nmm，2HM=-2610Nmm，3HM=-330Nmm1VM=-495Nmm，2VM=3480Nmm，3VM=-495Nmm总弯矩1M=2211HVMM=594.9Nmm，2M=2222HVMM=4350Nmm，3M=2233HVMM=594.9Nmm扭矩1T=3T=330Nmm，2T=5700Nmm3.2.3按弯扭合成应力校核轴的强度轴强度的校核一般只校核轴上危险截面（即截面D）处强度18。根据计算的上面表中的数据，取=0.6，计算轴的应力2222maxmaxca343506030=0.050.42 70MTMPaW由表查得=60MPa。因此，故安全。1ca13.3锥齿轮的设计计算在纸盒成型机中用到的锥齿轮为两对规格尺寸完全相同的轴线方向90度垂直相交的啮合锥齿轮，其中每对锥齿轮中一个与带轮同轴，另一个与小凸轮同轴。本次设计中所用的带轮与锥齿轮都是尺寸规格完全相同以保证大小凸轮有相同的运动周期。锥齿轮设计参数：对轴交角为90度的直齿锥齿轮传动，选齿轮齿数为25，其齿数比u、锥距R、分度圆直径、平均分度圆直径、当量齿轮的分度圆直径1d2d1md2md1vd、之间的关系分别为：2vd=121221211tancotzduzd=60mm，=45；1d2d12=42mm；2221211()()222dduRd；12121 0.5mmddbddR 锥齿轮传动的齿宽系数，取=1/3，于是= /Rb RR(1 0.5)mRddmm，mm12(1 0.5)60 (1 0.5 0.3)51mmmRdddd14RbR。当量直齿圆柱齿轮的分度圆半径与平均分度圆直径的关系式为vrmd36mm；51=2cos2 cos45mvdr以表示当量直齿圆柱齿轮的模数，亦即锥齿轮平均分度圆上轮齿的模数mm，则当量齿数35.3，=2.0；25=coscos45vvmdzzmmm当量齿轮的齿数比=1；221vvvzuuz为使锥齿轮不知发生根切，应使当量齿数不小于直齿圆柱齿轮的根切齿数，由得出平均模数和大端模数m的关系为mm；(1 0.5)mRmm求得m=2.3mm。根据大连理工大学工程图学教研室机械制图第六版P302绘制锥齿轮19。图3.3锥齿轮第四章、其余零部件设计4.1弹簧的设计在本次设计中主要用到圆柱螺旋拉伸弹簧和压缩弹簧。4.1.1圆柱螺旋拉伸弹簧（1）与大凸轮相连的滚子连杆一端连接在上冲头上，另一端与大凸轮外缘接触。上冲头通过对称的四根弹簧连接在机体上，在每个弹簧旁边各有一个导向杆连在大凸轮机体外壳的导向套内保证连杆运动过程中的稳定性。每个弹簧最大拉伸量为12mm，弹簧最初受力N，每个弹簧所受最01.5F 大拉力为3N。根据成大先机械设计手册.弹簧第五版P38设计弹簧尺寸17：最大拉力=5N；nP最小拉力=2.5N；1P工作行程h=120mm；弹簧外径18mm；2D 载荷作用次数N次；310弹簧材料碳素弹簧钢丝C级；端部结构圆钩环压中心；初算弹簧刚度=()/h=0.0208mm；P1-nP P5-2.5120工作极限载荷=6.25N；jPnP8 . 01材料直径d及弹簧中径D查表11-2-19，选取d=0.5mm，D=7mm，=7.00N，=3.888mm，=1.80N/mm，=0jPjfdP0PN；有效圈数n=86.5PdP0208. 080. 1取n=86圈；弹簧刚度=0.02093N/mm；PndP8680. 1最小载荷下的变形量=119.4mm；1F1-P PoP2.500.02093最大载荷下的变形量=238.9mm；nF-nPPoP500.02093极限载荷下的变形量=n0.8=3.888860.8=267.49mm；jFjf弹簧外径=D+d=7+0.5=7.5mm；2D弹簧内径=D-d=7-0.5=6.5mm；1D自由长度=(n+1.5)d+2D=(86+1.5)d+27=57.75mm；0H最小载荷下的长度=+=57.75+119.4=177.1mm；1H0H1F最大载荷下的长度=+=57.75+238.9=296.6mm；nH0H2F工作极限载荷下的长度=+=57.75+267.49=325.2mm；jH0HjF展开长度L=Dn+2d=3.14786+23.147=1934.24mm； 实际极限变形量+=240.38+=240.38(2.5)N；jPnP图3.1拉伸弹簧（2）小凸轮连杆上的拉伸弹簧尺寸的设计：最大拉力1N，最小拉力0N，工作行程10mm，其他设计计算过程同上，具体设计尺寸要求见图纸。4.1.2圆柱螺旋压缩弹簧下冲头通过圆柱螺旋压缩弹簧连接在机架上，弹簧直径稍大保证在冲压过程中下冲头基本在竖直方向。最小工作载荷=1.5N；1P最大工作载荷=4.5N；nP工作行程h=80mm；弹簧外径45mm；2D 弹簧类别N=-次；310610弹簧材料碳素弹簧钢丝C级；端部结构端部并紧、磨平、两端支撑圈各一圈；初算弹簧刚度=()/h=0.0375N/mm；P1-nP P工作极限载荷=1.255=5.625N；jP材料直径d及弹簧中径D查表11-2-19，选取d=0.5mm，D=7mm，=7.00N，=3.888mm，=1.80N/mm，=0jPjfdP0PN；有效圈数n=48；PdP1.800.0375按表11-2-10取标准值n=30圈；总圈数=n+2=30+2=32圈；1n弹簧刚度=0.06N/mm；PdPn1.8030工作极限载荷下的变形量=n=3.88830=116.6mm；jFjf节距t=+d=+0.5=4.4mm；Fjn116.630自由长度=nt+1.5d=304.4+1.50.5=132.75；0H取标准值140mm；弹簧外径=D+d=7+0.5=7.5mm；2D弹簧内径=D-d=7-0.5=6.5mm；1D螺旋角；4.4=arctanarctan11.33.14 7td展开长度Lmm；13.14 7 32717.3coscos11.3Dn 最小载荷下的长度=mm；1H101.51401150.06pHp最大载荷下的长度=mm；nH04.5140650.06nPHP工作极限载荷下的长度=mm；jH05.62514046.250.06jPHP实际工作行程mm；1n11565=50hH H工作区范围；1250.28;0.7177njjPPPP图4.2压缩弹簧4.2带轮的设计带轮在成型机工作过程中主要作用是使大凸轮与小凸轮具有相同的运动周期，并且只传递很小的转矩，因此可选定每个皮带相连的两个带轮完全相同，V带根数为一根，由于生产的纸盒尺寸在一定尺寸范围内，所以需要根据实际情况调节两皮带轮之间的距离，当两皮带轮间距由大变小时，皮带变松，需要靠张紧轮调节，保证皮带的张紧。皮带轮在纸盒成型机的设计中只传递很小的转矩，主要起连接传动的作用，可根据实际情况选择普通V带，带轮基准直径60mm。图3.3带轮4.3机体结构设计机体结构由上下两部分组成，下面为箱体，箱体内部各零部件通过角铁、螺钉或者焊接等方式固连在箱体内壁上，实现在箱体内的空间定位。上面的机体部分主要支撑安装有大凸轮和带轮的主轴，通过四个带有加强筋的钢板支撑在下箱体表面上。第五章、使用说明和维护5.1使用操作1）使用时先确定机器，正常，清洁。把牙签装入料仓，把包装材料卷筒装入退卷器，调节纵封，横封轮，牵动纸带依次通过导引装置，成型器，纵封轮，托袋器，横封轮，完成纸带安装。检查转盘离合器是否脱开。完成开机前准备工作。2）接通电源开关，电源指示灯亮，电源开关接通后，纵封与横封辊加热器即可通电加热。3）调整纵封横封和温度控制器旋钮，调置所需要的温度。温度的调整，需按所使用的包装材料而定，一般在100110之间。另外，纵封和横封的封合温度并不相同，使用时应根据实际情况进行调整。4）打开电动机电源，使纵封，横封机构工作，进行一段无料封袋，查看其是否粘接牢固。倘若温度过低，封口受拉伸易剥开；倘若温度过高，封口表面呈白色，不美观。5）待封合正常后，打开装料离合器，使牙签充填入包装带中，开始牙签包装。6）包装数量完成后，先拉开填料离合器，使充填装置不在充填牙签。7）关闭电动机电源，使机器停机。8）关闭总电源，打扫清洁包装机，并用防尘罩掩盖等处理。5.2维护要点1）在运行当中，应注意机器声音是否协调，要迅速分清事故前的异常运转声音。2）把薄膜装入后，如长时间不开机，纵横封辊不断传至薄膜会将薄膜烧坏，此时应将三个被螺母顺时针旋转，将两个横封辊和两个纵封辊分离开。3）要经常用铜刷清扫纵封辊、横封辊的表面。4）定时检查机器紧固部位是否有松动和脱节现象。5）定期检查链传动的张紧装置，并定期润滑链条。5.3常
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