毕业设计（论文）-自动封箱机的结构设计

第1章绪论1.1研究背景及意义科学技术的不断飞速发展，催促着各种食品加工品的不断出现，随之而来的对包装技术和纸箱封箱设备的要求也越来越高。随着生产设备的研发升级，包装机械在流通领域中发挥着越来越大的作用。在包装机械竞争日趋激烈的大背景下，研制高度自动化、智能化、多功能、高效率的纸箱封箱设备越来越得到相关行业的重视。近年来，工艺流程自动化程度越来越高，目前自动化技术在包装生产线中占比已高达50%以上。这些先进生产设备、纸箱封箱设备中大量使用了电脑设计和机电一体化控制技术，对提高生产率、设备的柔性和灵活性，增加机械手动作的复杂性具有非常重要的作用。设备中每个机械运动部件均经过精确控制，并通过传感器感应反馈给控制系统以调整执行部件的动作幅度，保证包装的质量，因此纸箱封箱等包装行业的发展即将催生出新兴行业[1]。在食品、轻工、医药、化工、电子等与人们生活息息相关的现代工业生产生产中，包括原料处理、车间加工和产品包装，尤其是产品封口包装等生产过程是工业生产中非常关键的环节之一。自动封箱机械设备的出现，使产品实现了机械化、自动化，是其快速生产的根本保障，它为包装工业提供先进的技术设备，在现代工业生产中起着重要的作用。自动封箱机等包装机械设备能有效地提高生产效率，加速产品的更新迭代；对降低工人劳动强度，改善劳动条件；节约生产成本，保护环境具有积极作用；同时有利于被包装产品的卫生，提高产品质量，增强在包装市场中的竞争核心力，方便产品的市场流通。因此，设计、安装自动自动封箱机等包装机械，无论是从提高产品质量、生产效率，还是从消除加工误差、减轻劳动强度方面，都表现出十分重要的意义。经过几年的发展，目前封箱机竞争变得越来越激烈，未来的封箱机的发展趋势将是配合产业自动化发展，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的包装设备。其以后的发展特点主要有机电一体化、机功能多元化、结构设计标准化、控制智能化、结构运动高精度化。自动封箱机对企业生产来说具有以下特点：1．提高生产率自动封箱机的出现的最重要的目的就是提高生产效率，高度自动化的封箱设备的工作速度时人工操作所不能企及的，一些快速的封箱机速度甚至能达到每分钟50箱。2．改善劳动条件封箱机在很多场合下完全代替了人工操作，尤其是在硫酸等高腐蚀或有毒液体的包装时，自动封箱机的使用可以有效减少工人与危险物品的接触机会，很大程度的提高了操作安全性。3．降低产品成本自动封箱机作为自动化的机械设备，其工作完成的稳定性和安全性都比人工操作好不少。尤其是在包装粉状或液体物品时，自送运行的封箱机工作稳定，可以有效避免扬尘或液体洒出的现象发生，对材料起到了节约作用，降低了生产成本的同时，对环境也起到了保护作用。4．提高产品质量一些纸箱内部装的是食品或药品等需要保持卫生清洁的物品，人工封箱操作时难免会触碰到人体或被外界污染。通过封箱机来进行封箱操作，可以隔绝污染源，保证纸箱被产品的质量。此外，封箱机的操作一致性高，同一台设备封出来的纸箱外观一致、整齐、美观，也有利于提高产品的市场竞争力。1.2自动封箱机的发展状况当今社会，随着世界科技的发展，在西方发达国家中，一些拥有先进技术的企业己经把核能技术、微电子技术、激光技术、生物技术和系统工程融入了传统的机制造技术中。新的合金材料、高分子材料、复合材料、无机非金属材料等新材料也得到了推广应用，封箱机的集成化、智能化、网络化、柔性化将成为未来发展的主流。1.2.1国外封箱机的发展状况自动封箱机的研发使用在发达国家起步较早，其封箱机研发生产技术的发展大致经历了以下如下几个阶段：简单机化、初级自动化、自动封箱机、计算机控制的高度自动化封口机。早在上个世纪四十年代，一些国家的企业已经在食品、卷烟等行业尝试使用自动封箱机对产品包装箱进行封口操作。例如，英国的巧克力公司和美国的饼干生产企业使用自动封箱技术自动包装封口，这也被称为包装箱封口界的先驱。50年代，封箱机上广泛釆用了光电管、电气开关实现了封箱机的初级自动化。60年代，在封箱机上广泛采用了各种新型电子元件组成控制系统，并采用机、电气、液压、气动等综合技术，出现了自动封箱机。70年代，由于采用电子计算机对封箱机进行控制，进一步了解单片机和自动化封箱机的水平。80年代，封箱机行业大量的应用了高新技术，如微电子技术、激光技术、超声波技术以及光电纤维等，从而使封箱机及生产线高度自动化，使用效果更加理想可靠，包装封口质量更加提高。发展至今，历经70多年的发展进步，国外先进封箱机己经逐步发展为一个独立完整的体系，并成为机械制造行业的一个重要组成部分。20世纪初，美国纸箱包装业开始发展，到二战时期经过几年的快速发展，很快发展为包含材料、封箱工艺和自动封箱机设计的完整独立的体系。这一时期，美国纸箱包装业工业总产值在国民经济总值中占比已达3%。根据一些机构的调查显示，市场中使用封箱机最多的行业是食品业，然后是饮料业、家庭用品业医药用品行业以及烟草行业。在这一背景下，当时美国占据市场主体的自动封箱机为水平枕式封箱机，该设备配置伺服电机，由微机控制电气元件实现封箱功能。之后，随着科技的不断进步，微电子、工业机器人、人工智能等技术开始在工业生产中得以应用，并逐渐发展成熟，自动封箱机也变得越来越智能，自动化程度和生产效率越来越高。德国的工匠精神一直享誉世界，其机械设备研发制造水平在很多方面都属于世界一流水平。德国每年的啤酒产量非常多，为加快啤酒包装的速度，提高生产效率，一些企业开发出适用于啤酒灌装生产线的自动封箱机，封箱机的出现使啤酒生产线自动化程度进一步提高，同时包装出来的产品外形美观，安全可靠。自动封箱机除了满足了生产的基本需要，还具有较好的灵活性，不管是其自身结构还是供货方面，灵活性都较高，能更好的适应产品的更新换代。同时，结合先进的计算机和远程控制技术为自动封箱机提供更多技术支持，可以实现封箱机的远程故障诊断，有效降低了封箱机的故障频率，并能降低封箱操作对环境的噪音、粉尘等不良影响。意大利的自动封箱机研发技术也起步较早，经过多年的发展，已基本形成完善的工业体系。该国的封箱机中用于食品包装的封箱机能占到40%左右，例如糖果、甜品、茶叶等食品生产中大量应用了自动封箱机。封箱机的使用，使产品的外形包装更加美观，提高了产品的良品率，且降低了生产成本，使市场竞争力得以提高。意大利封箱机行业在发展过程中形成了自身特有的优点，即可以根据客户的不同要求进行自动封箱机的设计、制造，并经过严格测试，保证设备的质量，尽最大程度满足客户的需求。日本的自动封箱机行业虽然起步较美、德等国家稍晚，但得益于其工业体系的完备，在二战后随着经济的复苏，市场对纸箱封箱设备的需求越来越多，于是自动封箱机行业开始进入快速发展阶段。在上世纪六七十年代，该国的封箱机生产总值每年的增速高达20%。发展到70年代时期，日本已经成为了世界第二大自动封箱机生产国，封箱机每年的产量高达60万台，并且每年还保持着近10%的增长率。封箱机能够在短时间内快速发展到这一成就，与日本对先进技术的不断引进，并加以模仿、创新密切相关。除了上述几个国家，其他西方发达国家如英、法、瑞典、瑞士等国经过多年的发展也形成了先进的自动封箱机工业体系，并各有自身的优势，同时各国也仍在不断开发新的封箱技术，并应用到新型自动封箱机中，不断为市场提供更智能、高效、可靠的自动封箱机。1.2.2国内封箱机的发展状况在我国解放之前，自动封箱机的技术基本处于空白状态，这一阶段的产品大多不带用包装，少数带包装的产品也多是使用人工包装，距自动化的封箱机差距较大。当时，全国范围也只有北京、上海、天津等几个大城市，在生产啤酒、香烟等产品时少量引用了国外的封箱设备。新中国成立后后的前30年时间里，我国封箱机虽有发展，但发展速度非常缓慢。1956年，我国烟草行业研制出国内第一台用于卷烟的小型包装机。进入60年代，又生产出用于饮料、啤酒装箱用的封箱机。70年代后，还研发出了真空包装机，为以后的封箱机的快速发展打下了基础。80年代后，随着改革开放进程的加快，我国经济进入快速发展阶段，人生活水平的提高，以及国家对外贸易的不断扩大，使得产品包装的需求越来越大，随之而来，对自动封箱机的技术也提出了更高的要求。市场迫切得需要能够实现机械化、自动化、智能、可靠的自动封箱机来完成对产品包装时的纸箱封箱作业。市场不断扩大的需求势必催促着自动封箱机的不断向前发展，且在国民经济中占据了越来越重要的地位。进入90年代以后，自动封箱机行业的增长进一步提高，每年的增速一度高达30%左右，这一速度远高于15%的传统机械制造行业增速，也高出包装业整体增速4.7%。以纸箱封箱为主的包装业开始成为我国经济中不可或缺的重要新兴产业之一。到了21世纪后，我国的经济发展进一步提高，人民的生活和更加富裕，各行各业的发展都在不断提高，自动封箱机的发展前景一片光明。当经济发展到一定程度，国家开始对产品的质量、安全给予了更大的重视。尤其是食品药品行业，相关部门加大了对这些产品的质量安全检查力度，对其生产、包装过程也提出了更严格的要求。这些新要求也为自动封箱机指出了新的发展方向，即在注重封箱速度、生产效率的同时，还要提高封箱时对产品安全、质量的保障程度，只有这样，才能继续在市场竞争中保持良好优势。尽管我国的自动封箱机技术经过多年的发展已经取得不少进步，但是纸箱封箱技术在我国的发展水平与西方发达国家还有不少差距，主要体现在封箱机类型、先进技术水平的应用、以及机械设备的质量等方面。此外，我国自动封箱机产业，大多数企业都存在重复建设的缺点，比例甚至占到30%左右。这一状况是对资源的严重浪费，，也阻碍了相关行业的健康发展，制约了我国纸箱封箱行业在中小企业中的发展应用，以及封箱技术的创新发展。此外，我国研制的大多数自动封箱机以单机作业的形式为主，结构单一，技术含量不高，且封箱机的自动化水平不高，智能化水平较低，尤其是前沿技术和新工艺，新材料的应用等方面严重滞后。随着市场需求的种类越来越多，当前风向区的发展水平已经难以满足各企业行业的需要，导致很多企业不得不花费额外的费用从先进国家引进更智能，自动化程度更高的自动封箱机设备，甚至是封箱包装线。这一方面导致了资金外流，另一方面也是国产封箱机在市场中的竞争力进一步下降，形成恶性循环，制约了国内封箱机企业的发展，使我国经济对国外先进技术水平的依赖程度进一步加大。因此，迫切需要研制具有独立知识产权的，高性能的，生产效率高的自动封箱机，以满足我国市场的不断增大的需求。近年来，随着对国外先进封箱技术的不断引进，国内封箱机生产企业不断对这些技术消化吸收，并加以创新改革，我国的封箱机技术含量正处于不断上升阶段。一些先进前沿技术正不断应用到自动封箱机的研制上，如远程遥控技术，伺服电机技术，激光切割技术，柔性生产线技术等等。但是先进技术只掌握在少数封箱机生产厂家手中，大多数中小箱封箱机生产厂家的技术含量仍然较低，对先进技术的应用不多，拉低了国内自动封箱机的整体科技含量水平，这些封箱机在市场上的不断流通也成为封箱机行业不断创新，升级换代的阻碍之一。因为掌握了先进的科学技术，大型自动封箱机生产企业的规模越做越大，逐渐形成垄断趋势。当今国内市场中除了蜂窝纸箱封箱和少数小型封箱机生产厂家形成了一定规模，并具有一定优势外，其他封箱机难以自成体系，在市场竞争中逐渐落败。这也是很多行业的发展趋势之一，放眼国际上，现金自动封箱机也垄断在少数大型跨国集团手中。因此国内先进自动封箱机生产企业应不断提升自身竞争力，研制出更加自动化，安全可靠，符合市场需求的封箱机。而随着，食品饮料，烟酒等行业的快速发展，单台设备的自动封箱机已难以满足这些企业的生产需要，成套的封箱生产线开始成为市场的新宠，这也是自动封箱机的发展方向之一。，面对国内外自动封箱机的发展现状和逐渐激烈的市场竞争，国内自动封箱机企业应继续加大研发力度，提升我国自动封箱机在国际上的科技水平。1.3研究的主要内容课题主要研究内容为：通过对自动封箱机各部件、机构的主流设计方案进行分析比较，选择合适的设计方案，确定出自动封箱机传送机构、调节机构等机构的最终设计方案，并完成各机构零部件的设计计算。在具体设计步骤中，首先制定出设计过程中各部分的方案，利用方案的对比的要求，确定最佳方案，然后设计分析自动封箱机的总体结构及工作原理，之后根据所选设计方案进行各运动机构的具体设计工作，如运动形式、尺寸选择、材料选择等。第2章机构方案选型2.1传送机构设计方案自动封箱机的传送方式有很多，从动力的传送方式来看，有齿轮传动，带传动，链传动等传动方式。对传送的速度方式也有不同的形式，最常见的有间歇式传送和连续式传送两种。本文首先对间歇式传送和连续式传送进行对比，你确定出本设计的传送机构方案。2.1.1方案选择对比方案一：间歇式传送间歇式传送机构可以实现动力传递时有规律的中断和进行，使用这一种传送方案的自动封箱机可以实现封箱时纸箱静止，封箱完毕后纸箱前进的动作。能够实现间歇传送的机构，主要有槽轮机构，曲柄连杆机构，不完全齿轮机构，凸轮机构等。本文主要对常见的间歇式传送机构进行分析。（1）槽轮机构在间歇式传送的多种机构形式中，槽轮机构是最常见的形式之一，如图2-1所示。其主要由主动拨盘、从动槽轮和机架三部分组成。工作时，主动拨盘作为主动件以一定角速度匀速转动。当主动拨盘上的圆销没有进入槽轮的槽中的时候，槽轮上的内凹锁止弧被拨盘外凸的锁止弧卡住，槽轮静止；当主动拨盘上的圆销进入槽轮的槽中的时候，拨盘锁止弧与槽轮锁止弧分离，拨盘拨动槽轮转动，直到圆销与槽轮的槽脱离为止，至此完成一个循环。当槽轮机构继续循环运转即可实现槽轮的间歇运动。图2-1槽轮机构（2）曲柄连杆机构该运动机构为四连杆中的双曲柄机构，如图2-2所示。中间连杆在曲柄旋转运动的带动下可以使连杆上任一位置的运动轨迹均为圆形，连杆设计成特殊结构，可以推动放于其上的物品进行间歇式向前传送。图2-2曲柄连杆机构（3）不完全齿轮机构该机构中包括两个齿轮，分别是一个完全齿轮和一个不完全齿轮，电动机驱动完全齿轮进行匀速的旋转运动，不完全齿轮在圆周上只有部分轮齿，当其轮齿与完全齿轮啮合时，动力传递由完全齿轮传递到不完全齿轮，如图2-3所示。图2-3不完全齿轮机构方案二：连续式传送该方案为连续传送，纸箱在传送过程中完成封箱操作，传送系统直接与电机和减速器相连，动力持续不间断，直接依靠变速系统输出的运动带动传送带实现连续的传送。变速系统一般可以通过带传动、齿轮传动或者链传动等形式实现。对常见的连续式传送方式进行比较。（1）齿轮传动齿轮传动为两齿轮直接接触的啮合传动，可进行任意两轴之间的运动和动力的传递，且两轴可不平行，如图2-4所示。但是该机构中，齿轮的制造和装配精度要求较高，大中心距的动力传递时不太适用，且成本较高，高速运转难以避免噪音。图2-4齿轮传动（2）带传动带传动可以缓和冲击和振动，当配以合适的紧链结构，带传动中心距可以不受限制；而且由于有弹性滑动的存在，过载时，相对滑动可以起到保护作用，如图2-5所示。1-主动带轮2-从动带轮3-传动带图2-5带传动2.1.2传送机构设计方案的确定通过分析间歇式传送机构的运动特点，可知其最大优点是可以配合其他装置进行有规律、等间距的输送。但其缺点也比较明显，首先如果电机转速不变，其每次传送距离与停留时间是固定的，但在纸箱封箱时，因为纸箱尺寸存在不确定性，在这里选取间歇式传送机构会有较大限制。因为如果纸箱尺寸大小改变，则不能保证装置可以正常工作。并且间歇式的传送工作效率较低，不能满足快速封箱的要求。因此，本设计中的传送机构选择连续式传送，且传送带的运动由电机提供，经过带传动传递到工作台侧面传送带上，以实现纸箱的连续传送。然后对连续式传送方案对两种形式进行比较，通过对自动封箱机整体机构的分析，不难发现其中运动机构相互之间距离较远，因结构布置的要求及空间的限制，较难缩小两齿轮之间的中心距。而带传动也能实现动力连续传递，且不受中心距的限制，因此传动系统选择带传动方案。该方案结构简单，有利于成本的控制，且能有效对机构过载起保护作用。虽然带传动中经过长距离对传递动力，机械效率会有所降低，但这一缺点可通过选用稍大功率的电动机来解决，故而不影响带传动的选用。2.2封箱机构设计方案2.2.1封箱机构方案分析封箱机构是自动封箱机的主要工作部分，当纸箱由传送系统输送到此处，封箱机构执行相应动作，将封箱胶带贴到纸箱开口处，随着纸箱向前移动，胶带逐渐与纸箱贴合，直到完成纸箱的封箱。在胶带贴合的过程中，滚轮在弹簧力的作用下，始终压紧胶带，保证胶带的粘和强度。胶带封到纸箱后部时，弹簧驱动刀架将胶带切断，同时压轮滚动将切断的胶带贴在纸箱上。纸箱封箱完毕之后，各机构在弹簧力作用下恢复初始状态，进入下一个纸箱的封箱准备阶段，具体封箱过程如图2-6所示。abcd图2-6封箱机构工作示意图2.2.2封箱机构方案的确定对封箱机购封箱工作的过程进行分析，图2-6的动作顺序依次为a→b→c→d。不难发现，上面设计的封箱机构的方案存在一些不足，因为该机构使用纸箱前端来推动切断胶带的连杆，因此，刀片切断胶带时，纸箱走过的长度是固定的，即该机构只能对一种规格尺寸的纸箱进行封箱，适应性不强。对上述机构进行改进，使用纸箱后端来控制胶带的切断，改进后的方案如图2-7所示，胶带切断的动作与纸箱的长度无关，可以适用不同大小的纸箱。图2-7封箱机构改进方案该方案中，纸箱在传送系统中从左向右连续运动，先首推动转轮1，此时转轮3与转轮1一起运动，带动连杆，抬起刀片；然后纸箱继续前进，推动转轮2，胶带被贴在纸箱上面，随着纸箱的匀速前进开始封箱。当纸箱后端通过转轮1时，因转轮3和转轮4仍处于纸箱上方，转轮1和转轮2保持抬起状态，当纸箱后端通过转轮3时，转轮1和转轮3带动刀片下落，而这时转轮2和转轮4并没有回到初始位置，用弹力使胶带被切断，当纸箱完全通过时，机构回到初始状态。如此就可以不受纸箱长度的限制而实现封箱的过程。2.3调节机构设计方案因为本自动封箱机设计能满足不同尺寸纸箱的封箱操作，为了使在一定尺寸范围内的纸箱都具有良好的通用性，该封箱机中设计有调节机构，调节机构的作用是调节装置各部分之间的距离，以便于对不同高度和宽度尺寸的纸箱进行封箱操作。所设计调节机构动力源选用气泵，通过推动气缸伸缩，当纸箱通过工作台，由感应装置接受纸箱的宽度和长度信号，确定为自动调节，因为气泵控制精确，操作简单，安全可靠，污染小。第3章自动封箱机总体设计本设计拟采用理论推导和计算绘图分析的方法进行设计。机械装备现代设计方法也为我们提出了很多的新思路，如机构的运动分析、机构的力学分析、利用CAD/CAM进行设计等。在设计过程中我们应该综合运用这些方法，可以使设计更为细致。另外，要使我们的设计尽量优化，以达到符合要求的性价比。3.1自动封箱机的技术参数1．电机功率：120W（2个电机）；2．生产率：18箱／分钟；3．封箱尺寸：长：150mm-480mm，宽：200mm-480mm，高：200mm-480mm；4．胶带尺寸：48-80（mm）；5.机器尺寸：长：1810mm，宽1370mm，高1550mm；3.2自动封箱机的基本结构和工作原理本次设计自动封箱机的整体结构图如图3-1所示。该机由工作台、侧面传动机构、飞机头机构、刀架等组成。传送系统采用带传动形式，由两台120W的电动机进行驱动，分别驱动封箱机两侧面传动机构的两根摩擦带运行。两侧的两根皮带与输送工作台上的辊轮以及封箱机顶部的定位轮共同组成纸箱的封箱空间。纸箱首先由人工将纸箱盖折好后放置在工作台的辊轮上，两侧的皮带在电动机的驱动下带动纸箱向前匀速前进。当纸箱到达封箱机构处时，纸箱前端将前胶轮压轮和刀架向上推起，随着纸箱的前进，胶带开始与纸箱上表面贴合，进行封箱。纸箱离开刀架后，刀架在弹簧弹力的作用下复位将胶带切断。同时，后胶带压轮离开箱体上表面，在弹簧弹力作用下复位，将剪断后的胶带末端压住贴合在纸箱上。之后，纸箱继续向前移动，离开封箱机构，完成整个封箱过程，封箱机准备下一个纸箱的封箱操作。1一刀架机构2一立柱3一工作台4一侧面传送系统图3-1封箱机的整体结构图第4章封箱机构的设计4.1工作台设计工作台是整个自动封箱机的基础部件，其上面安装有11根辊轮，辊轮本身没有动力驱动。纸箱放置到工作台上后，在两侧的摩擦带的驱动下向前移动，辊轮主要起到支撑和将滑动摩擦转换为滚动摩擦以减少摩擦力的作用。4.1.1机架设计1．机架设计准则（1）工况要求对于一台机械设备来说，其设计首先需要满足设备的使用工作要求。如，机械设备的基础部分需要能够支撑起上面的所有零部件，并保证其工作时的运行稳定性；设备的外形和内部结构需要有足够的空间保证运动机构的运行；机械设备要有一定的安全性和可操作性。（2）刚度要求机械设备，尤其是起基础作用的机架，必须满足一定的刚度要求。如机床上面的床身部分，如果刚度较差，机床生产加工出来的产品精度难以保证；对于齿轮减速器来说，如果其壳体的刚度难以支撑齿轮的高速运转，严重时会带来安全隐患。（3）强度要求从刚度要求类似，一般设备在刚度满足要求的同时，也需满足一定的强度要求，尤其是重载设备。通常在计算强度要求时，是将在机器运转在最大载荷工况条件下时进行计算，此时设备上，任意部位的受力都不应超过许用应力，除此之外，还要计算疲劳强度。（4）稳定性的要求对于一些细长类或薄壁类的零部件，在长期承受外力时，容易发生弯曲变形等问题，对这类零部件设计是需要考虑其稳定性，并进行校核。2．机架设计的一般要求一般情况下，机架的设计要求大同小异，但是在设计时仍需考虑不同设备的用途特点，有所偏重。（1）尽量选择较轻的材料，以减轻机架的重量，并控制成本。（2）机架设计合理，结构便于制造。（3）机架的结构应保证其上的零件安装维修方便。（4）机架的结构需要满足一定的工艺要求，使机械设备在不同场合下进行工作时都能处于合理的应力范围内。（5）机械设备须具有较好的抗振性能。（6）需具备一定的耐腐蚀性能。3．设计计算根据设计的技术参数，这里取最大封箱尺寸长宽高分别文500mm、480mm、480mm进行设计计算。（1）初步确定机架的形状和尺寸。机架高度的设计主要依据人机工程学，以工人操作的舒适性为出发点，又兼顾工作效率，初步确定机架高度为750mm。机架宽度初定为1500mm。机架宽度确定需要根据两个摩擦带之间的最大距离1370mm。确保机构能正常的运转。（2）根据机架结构形状及设计的尺寸大小，选择合适的加工工艺。本设计中，机架的制造材料选用钢板，采用机加工方式，加工到设计尺寸。（3）分析载荷情况，机架需要能够承受机架上安装的设备重量、机架本身重量以及设备运转时的运动载荷等。而封箱机主要是封装纸箱，质量轻，无过重载荷，因此，不需过多分析载荷情况。（4）确定结构的形式。机架结构采用钢板结构，用螺栓进行各零件的联接，结构图如图4-1所示。图4-1机架结构图（5）确定尺寸。确定最终组装机架的尺寸为：长度1810mm、宽度1370mm、高度745mm。故，通过分析自动封箱机的工作要求和工况，自动封箱机的机架最终选择板结构金属机架形式，其材料选择钢板。4.1.2纸箱宽度调节机构本设计中自动封箱机可使用不同尺寸的纸箱，为满足设计参数要求，以适应不同纸箱的宽度，两摩擦带的宽度设计为可在200-480mm范围内进行调节。两摩擦带之间距离的调节是由气缸活塞杆的伸缩来进行完成的，在机架的两侧设置有四个气压缸。摩擦带固定安装在横梁上，通过横梁滑动来调节摩擦带之间的宽度。工作时，纸箱放在工作台上后，感应装置感应到纸箱，发出信号给气压缸，气压缸驱动两摩擦带向中间靠拢或向两边分开，以适应不同的箱体宽度，如图4-2所示。1一调节气缸尾座2一调节气缸3一调节气缸活塞杆图4-2宽度调节结构图4.1.3纸箱高度调节机构为适应不同高度纸箱的封箱作业要求，工作台的高度设计为可通过4根活塞杆螺栓连接滑台进行飞机头上下移动的调整，以适应不同高度的纸箱。调节范围为200mm-480mm。4根活塞杆由气泵控制，均匀分布，同时升降，方便调节。采这种设计方案，结构简单、操作方便、可靠性高。可进行封箱的纸箱高度范围为200mm-480mm，机架高为745mm，飞机头的上滑动梁的升降范围是由气压缸的行程距离决定的，通过确定气缸的行程，确定封箱机高度为1455mm，如图4-3所示。1一升降气缸尾座2一升降气缸3一升降气缸活塞杆图4-3高度调节结构图4.2辊轮固定机构设计辊轮主要由实心内轴和空心外轴两部分组成，内轴和空心轴之间设置有轴承以减少摩擦，将内轴两端固定在工作台的两侧。因辊轮主要起支撑纸箱的作用，承受载荷较小，因此直径不需设计太大，本设计选择实心轴直径d=10mm，选用深沟球轴，因为深沟球轴承的当量摩擦系数小，再高速转动时可用来承受纯轴向载荷。4.3刀架机构设计刀架机构的主要功能是完成纸箱在完成顶面封箱操作后进行胶带切断的任务。刀架机构是保证封箱机中箱质量的关键部件之一，对其有如下设计要求：1．刀架机构需具有较高的工作准确性和合理性。2．刀架机构需有一定的稳定性。3．在保证封箱质量的前提下，尽量提高工作效率。4.3.1刀架工作原理纸箱首先被人工折好箱盖后放到工作台辊轮上，然后纸箱在侧面摩擦带的摩擦力作用下向前移动。当纸箱运行至刀架位置时，箱体将刀片架和胶带压轮1压向上推起，胶带压轮2在四杆机构的作用下与胶带压轮1保持同步运动，也被推起，此时前面的胶带与纸箱贴合并封箱。之后随着纸箱前移，胶带不断地抽出封在箱体上。当纸箱的后部离开刀片时，胶带压轮1和胶带压轮2一起运动，而刀片架受小弹簧弹力作用，复位下切，切断胶带。纸箱继续前移，离开胶带压轮2时，胶带压轮2在可调弹簧回位作用下复位，使连在箱体上最后的胶带也贴在箱体上，完成后段封箱任务，如图4-4所示。图4-4刀架结构4.3.2刀片的设计刀片切断胶带时需要具有一定的可靠性，以确保一次性切断胶带，因工作特点，胶带在被切断前处于绷紧状态，因此只要断口处有一点开口，断口就会迅速撕开，直到全部被剪断。为了增强切断瞬间的压强的作用效果，设计刀齿的排列有一定的斜度，其斜度为3°从而使瞬间的接触面积大大减少，尽可能地使刀片一次性切断胶带，如图4-5所示。图4-5胶带刀片图第5章传动机构设计5.1侧面传动机构工作原理本设计中的传动机构，共左右两个摩擦带机构，每组机构都各设置一个电机。电动机的动力经减速器减速后，由联轴器向主动轴传递，进而带动主动轮和皮带进行旋转。摩擦带与纸箱接触的外表面处理出粗糙斜纹理，工作时，两侧的摩擦带距离由调节机构调至夹紧纸箱的位置，在摩擦带转动的带动下，纸箱在底部滚动的辊轮上匀速前移。纸箱完成封箱后，继续在辊轮上向前移动，进入后面的工序，如图5-1所示。1一摩擦带下底板2一麽才带支撑板图5-1侧面传动结构图5.2电动机的选择5.2.1电动机的性能和分类电动机主要分为交流电动机和直流电动机两种类型。现对此两种电动机进行分析比较。（1）交流电动机交流电动机使用非常广泛，其结构简单，安全耐用，维护方便，价格低廉，但是交流电动机起动和调速的性能比较差，外接载荷轻时，功率因素较低，通常在无条数，使用要求的条件下采用交流电动机。（2）直流电动机直流电动机与交流电动机相比，其调速性能更好，且调速范围宽。目前，很多直流电动机采用电子控制方式，能够满足多种机械负载运行工况。但是直流电动机价格较贵，且维修复杂，电源需要直流电，一般只有在交流电动机不能满足使用要求时，才进行选用。直流电动机分为串励电动机和复励电动机，其中前一种电动机具有起动转矩大、过载能力大等优点，多适用于电力牵引等方面；复励电动机具有比的并励电动机更大的起动转矩和过载能力，但其调速范围较小。5.2.2选择电动机的考虑因素选择电动机主要从以下几方面进行考虑：（1）参照机械的负载情况和工艺要求，对电动机进行选择，主要确定其起动、制动调速等性能。（2）根据转矩要求，调速范围和起动频率等要求，计算电动机的温升限制，过载性能和转矩，以此来选择合适功率的电动机。所选电动机的功率应留有余量，负载率一般取0.8〜0.9。过大的备用功率会使电机的效率降低，对于感应电动机，其功率因素将变坏。（3）如温度、湿度、灰尘、雨水、腐蚀及易燃易爆气体和其他因素的必要保护方式选择电动机的结构形式。除此之外，选择电动机还必须考虑运行的可靠性、设备的供货情况、安装检修的难易、以及产品的价格、建设费用和生产过程前后期电动机功率变化关系等各种因素。5.2.3电动机的确定根据自动封箱机的工作特点和生产要求，并考虑到在纸箱封箱过程中的受力较小，纸箱的运动主要靠摩擦力来驱动。因此，选择较小功率的电动机即可，这里选择120W电动机，使用微型电机。因为对电机要求不高因此选取A02、B02、C02、D02系列分马力异步电动机。A02、B02、C02、D02系列分马力电动机异步电动机具有结构简单、运行可靠、维修方便及技术经济等、指标先进等优点。A02系列为三相电机，广泛应用于各种机构传动。B02系列为单向电阻启动电动机，仅适用于对启动转矩要求不高的场合。如小型机床、鼓风机、医疗器械等。C02系列为单向电容启动电动机，启动转矩较大，适用于要求满载启动的机械设备，如空气压缩泵、冰箱、特殊医疗机械等。D02系列为电相电容启动电动机，其功率因数较高，运转匀稳。适用于风扇、医疗器械等启动转矩不高的场合，该系列电动机不适合做空载转动。由以上比较可得出应该选择A02系列电动机比较合适。在包装箱封口机械中要求电动机是卧式的，因此，选择IBM3型电动机，此型电动机有底座、端盖上无凸缘，即要求卧式安装。查表选用电动机AO2-5622，电动机的额定功率为120W、电压380V、频率50HZ、转速1440r/min.根据电机转速及效率要求可确定各级传动比。5.3传动机构的计算5.3.1传动形式由前面的设计参数可知，该自动封箱机的封箱速度为每分钟18箱，最大封箱长度为480mm。由上一节知电动机的转速为1440r/min。则工作带的带速：根据包装箱封口机工作的综合情况考虑，取带轮的直径由得由于传动比很大，应该选择蜗轮蜗杆传动形式[17]。5.3.2带轮的结构形式和选择带传动的传动带形式主要有平带、V带等形式，其中V带的应用最为广泛，能传递比平带更大的力。V带传动的主要特点如下：(1)与链传动相比，V带传动结构简单，制造成本较低，安装使用维护方便，能较好的适应多种复杂工况。但该传动形式性稳定不太好，局部传动带损坏后不易维修，往往只能需进行更换。(2)与平带相比，运行时V带不容易脱落，对带对轮安装要求不太苛刻，两带轮中心面可以有一定对位置度及平行度的偏差，因此能适应更多的传动场合。此外，V带传动的包角和中心距可以设置的比平带更小，且仍拥有较大的传动比，减小了外形轮廓尺寸，V带无接头，运行平稳性好。V带轮一般由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。根据轮辐结构不同，V带轮可分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径为(d为安装带轮的轴的直径，mm)时，可采用实心式；当时刻采用腹板式；当同时，时，可采用孔板式；当事，可此用轮辐式，在选择电动机时，由于电机轴的直径很小，又由于胶带封口机所需的动力较小，所以选择轴径d为10mm足以满足工作要求，选择带轮的基准直径为100mm，因此带轮型式应为腹板式。根据尺寸要求，校核要求，确定皮带轮直径为104mm。5.4主轴部分主轴需承受较大的外力载荷，因此在材料选取上，应选择机械性能良好，具有较强韧性和耐磨性的材料。而且要求材料拥有较好的淬火硬度，同时能保持材料内部的韧性。在常用的材料中，低碳合金钢的韧性优于中碳钢，一般用于重载工况；氮化钢淬火性能好，适用于精密主轴。一般情况下，轴的材料可选择碳钢和合金钢。钢轴的毛坯大多在轧制圆钢和锻件时使用较多，也可用圆钢。由于碳钢较合金钢价格更低，抵抗应力集中的能力较强，同时也可以用热处理或化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造尤为广泛，45号钢等优质中碳钢是最常用的材料。Q235-A等普通碳素钢用于不重要的轴或受载较小的轴。合金钢的机械性能比碳钢更好，且具有较好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减少尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压等)，对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。通过前面的封箱机运动过程分析可知，本设计中轴主要传递运动，且受力较小，选择45钢作为轴的材料，调质处理。第6章结论毕业设计是对我所学知识的一次大的总结，在设计之前，我收集查阅大量有关设计课题研究方面的资料、文献，对课题研究的内容进行充分地了解，确定设计目的和方向。通过查资料让我学到了许多上课学不到东西，通过一个个问题的钻研，一个个零件设备原理的探索分析，让我逐渐走进了机械的殿堂。本文对自动封箱机的发展及其相关技术进行了深入的研究和讨论，分析了自动封箱机的研究背景和技术现状。在对比了自动封箱机的传送机构、折盖机构、调节机构等常用设计方案后，确定出本次设计自动封箱机的总体设计思路，并列出主要设计参数。然后，在分析确定出自动封箱机整体结构和工作原理的基础上，进行自动封箱机的设计工作。主要取得如下结论：（1）针对自动封箱机的研究现状，查阅大量资料，对当下国内外自动封箱机技术以及发展现状做了相关介绍。（2）对比分析了自动封箱机的传送机构、封箱机构、调节机构的不同方案，结合本次设计要求，确定出每一个机构的最终设计方案。（3）列出自动封箱机的主要设计参数，提出设计要求，并设计出自动封箱机的整体结构，分析其工作原理。（4）对封箱机构中的工作台、辊轮固定部分和刀架进行设计计算。完成传动机构的设计，主要包括传动机构的形式和工作原理、电动机的选择、传动机构和主轴部分的设计计算以及材料选用。参考文献[1]刘武等胶带自动封箱机的结构设计．文章编号:1005-2895(2001)01-0018-03．.[2]汪在文．世界包装机械的发展趋势[J]．中国包装工业，2005，10．5-10[3]屈能胜．我国食品包装机械发展综述[J]．轻工机械，2005年，2：2-4[4]付又香．我国食品包装机械的现状与发展趋势分析[J]．湖南人文科技学院学报，2009，02：1-3．[5]杨福馨．包装机械发展趋势及我国包装机械特点与优势[J]．中国包装工业，1994，05：8-10．[6]吴宗泽．机械设计实用手册[M]．北京：化学工业出版社，2003.3：28-79．[7]彭文生．机械设计[M]．