毕业设计（论文）-自动封箱机设计

I页共32页1绪论1.1课题研究背景及意义自动封箱机是较为通用的用于物品封箱的设备；因为它结构简单，容易操作，维护方便、封装效率高、封装效果佳、能降低生产成本、能降低劳动强度等特点，得到许多企业家的青睐。因此被广泛应用于食品包装、百货包装、化工药品包装等，它基本都被应用到各种行业产品包装。它是一种非常好的封装设备。然而随着科学技术的不断向前发展，传统的人工封箱由于各方面的缺点而渐渐被自动封箱机所替代。希望通过此次设计，可以帮助工作人员减轻劳动强度，帮助企业降低生产成本，同时也能满足广大市场对此设备的需求。自动封箱机对我来说是一个不熟悉的领域，有很多地方值得去认真学习，同时也是对自己的一次突破，这次选题正是以此为目的。希望能从这次的毕业设计中对机械设计有更加深入的了解，给以后的工作打下坚实的基础。1.2自动封箱机应用研究现状1.2.1国内研究现状广东经济开发区东区有限责任公司的李克天[1]设计了一种用卷筒贴胶带自动将纸箱上下底部封口的包装机器，纸箱的包装速度达到了40-45箱/min,且机器刀片能一次切断剩余的胶带，运用了三台电机分别驱动纸箱和卷筒胶带运行，保证了其运行速度一致，且该机器的工作范围可以调节，达到了能满足各种尺寸的瓦楞纸箱的封箱要求，实现了包装自动化的目的，提高了包装效率，降低了包装成本，减轻了工人的劳动强度。中国矿业大学机电工程学院研究生范华显[2]研究设计了一款自动封箱机，该机器采用了一种机构，叫滑块连杆机构，实现了箱子封口与定位的可联动，没有再给箱子的定位增加新动力，简化了机器的结构，降低了控制难度，减少了制作成本。同时采用了滑块连杆机构，满足了一定箱体连续封装的要求，无需在调节即可完成封装，提高了封装效率。通过调节连杆的长度可满足不同规格的封箱要求，增大了应用范围，增加了功能，降低了成本。陈培生等[3]针对YP11自动装封箱机在封箱过程中有胶带纸搭口卷边的现象，还有胶带纸粘贴不牢固等现象。不仅影响了产品质量，还影响设备的正常运行。经过其苦思冥想，不断研究和收集资料，然后改进其存在的缺点,它的做法是在胶带纸粘贴部件出口加上一个提供风力检测的装置，并改进了输送带的安装位置。经过改进以后，前面提及到的问题基本得到解决；并对其进行使用，发现产品不合格率变少了，这样不仅使操作人员变得轻松，而设备运行更加稳定。吹风装置图如图1-1所示。图1-1风力检测装置图闵杰等[4]优化设计了一种自动全方位纸箱折页封箱机。它以市场纸箱封装需求量大的现状,还有为了减轻纸箱包装工人的劳动强度为出发点，在以已有包装生产线为基础进行设计。他设计的设备有很多部分，主要有折叠箱子用机构，还有支撑箱体用的机架，还有夹紧箱体用的机构。他选择所设计的机械用的控制系统使比较先进的。采用光电感应技术及基于三菱PLC。此设备满足了多种尺寸规格的瓦楞纸箱的封口要求，同时在光电感应的基础上设计了自动夹持箱子的机构，使箱子封装能有序进行，该机器不仅扩大了所封箱体的封口范围，而且提高了包装质量和实现了自动化，有效的减轻了工人劳动强度。南阳理工学院，李香杰，刘品潇[5]对市场上中等封箱设备进行系统研究分析。它通过调查，了解市场设计的需求。他不仅对其是怎么运行的进行分析，还深入分析其组成部分,同时也深入分析研究其控制系统。然后把自己的研究分析给需要的人。这样做的意义是促进纸箱封箱产业的发展。福建省机械科学研究院黄柏青[6]设计ZF5050全自动折盖封箱机。使机器实现了电气一体化，使设备更加容易控制。当一个装满货物的纸箱传送带后，然后被传送带带着一起向前运动，到达指定位置，纸箱前盖在机构的作用下沿自身的压痕向下折叠；然后接着向前运动，然后被检测装置识别到，箱体后盖舌被检测装置控制的前摆臂拍打，使之绕着自身的压痕向下折叠；一对像牛角形的侧盖折压机构使箱子两侧盖沿着被压痕迹向内折叠。然后进入封箱机构。继而完成纸箱上、下盖部分的封口。廖斌[7]发明一种适应不同尺寸箱体的全自动封箱机。它由多部份组成，其中主要部分有起支撑作用的机架，起传送箱体作用的输送台，辅助箱体作直线运动的导向板，给箱体封口的上下底面封口机构，起调节高矮的调高机构等。作者设计时在机架的每个脚架都安上滚子，在机架上部的设计有传送台；在传送台上装有两根皮带，然后在箱体传送带的下方位置安装导向板，下部封箱装置安装于传送带下方，调高机构安装于工作台侧面，调高机构里面的升降柱的安装有矩形横梁，横梁作用是安装上部封箱装置和上部导向机构。调高机构的升降采用螺纹传动丝杠来实现的，作者设计的丝杆的顶部安装有手轮。作者设计的机器可以满足不同尺寸的纸箱的封口。解除了所封箱体尺寸的局限性，扩大了机器的使用范围，降低了封箱人员的劳动强度。同时节约了封箱时间，提高了工作效率，降低企业成本。胡宇航等[8]发明一种快速自动封箱机。作者发明的机器的由多部份组成，主要有机架、调高机构、上下机芯、调宽机构及皮带。上、下机芯用于给箱子封口；上机芯通过高度调节机构固定在机架上，下机芯固定在机架上，箱体两侧分别设计有皮带传送机构，并且可以通过一根双向螺杆机构调节宽度，两侧带是被同步驱动；作者设计此机器的优点在于结构简单，而且能满足不同大小的箱体封口，还能同时使箱体上下盖同时封住。提高了工作效率，降低了工作人员劳动强度。1.2.2国外研究现状加利福尼亚州萨利纳斯市的Anke和FrankD.Pierce[9]发明用于快速生产底部密封纸箱的机器汤姆封口机，尤其涉及在使用时从公寓生产底部密封纸箱的机器。在封闭的胶水系统中，通过从纸箱的底侧挡板的内表面上施加胶水，胶合可靠。其还使用一种胶合机构，该胶合机构可以以最小的动力更容易地用热胶或冷胶。该机器提供了可随时轻松清洁和更换的胶水手。还提供一种具有真正便携性的机器，使得它可以在生产包装线中需要底部密封的纸箱的位置移动和重新放置。其对底密封的调节范围比以往任何时候都大，而同时又提供了快速的静音操作。其中箱子在呈现给机器时无需轨道就可以运行。还具有手动输送，其底端折板向内折叠，这可以使操作员更好地对箱子进行修整，并且操作员可以在交付机器之前消除变形的平板。该机器不仅体积小，而且容量大。不仅工作运行速度快，而且封装效率高，安装时间短和成本低，并且维修费少，从而消除了停机时间和包装线的延迟，结构简化，经济和易于组装和拆卸。兰开斯特的乔治·J·福斯和约瑟夫·C·鲁阿科以及俄亥俄州卡罗尔的塞西尔·罗伯茨[10]发明一种用于密封具有封闭盖的容器的密封机，该机器包括一条传送带，该输送带依次将已填充货物的容器运送到盖的进给和施加装置下方，然后将封闭盖固定于容器顶部的密封头。瓶盖供给和施加装置以及密封头都安装在一个整体的支撑件上，该支架还安装有侧带，用于接合和运送容器通过瓶盖供给和施加装置和密封头。支撑件还包括中空的蒸汽室，该蒸汽室围绕盖进给和施加装置以及密封头延展，并且还向下围绕输送机伸缩，目的是在密封操作期间将蒸汽保持在大气中以在密封中形成真空。机器的所有上述元件都集成在一个整体结构中，故可以相对于容器支撑输送机同时调节它们的高度，并提供了一种装置来保持必要的同步，包括被密封件的驱动部分，另外，在上述组合中还提供了可调节的送帽斜槽和改进的支撑辊。1.3本课题研究内容通过查阅相关书籍；查阅相关资料；综合运用所学知识；开展创新设计，开展系统性的机械设计，完成总体装置方案设计；并进行相关结构计算校核，最终完成机械系统和控制系统的设计，绘制好关于此设备的二维和三维图纸。（1）设计一台自动封箱机；（2）设计自动封箱机的原动机，切断装置，机架，传动机构及封箱机构；（3）具有启动，停止，正反转的功能；（4）最大封箱尺寸为L430，W210，H270；（5）封箱速率为18箱/min;（6）查阅相关文献，开始所设计机器的总体设计方案；（7）完成所设计机器的材料选择，并对其结构强度的设计和校核；（8）使用三维软件Pro/E进行三维建模设计；（9）三维建模设计完成后，导出所设计的机器的AutoCAD二维图纸，标注尺寸等要求；(10)完成自动封箱机的说明书编写。2自动封箱机总体设计2.1结构的总体设计因为自动封箱机的工作要求是将装有物品的箱体封装，所以首先要设计一个封箱机构，用于将胶带粘贴于箱体上，由于箱体是上下开口，都需要用胶带封装的，所以我设计了上下封箱装置；箱体在进入封箱前需要将箱体顶部压平整，方便胶带与箱体更好粘结，所以我设计了压箱器；为了满足不同尺寸箱体的封装，上部封箱机构与工作台的高度可以调节，为了调节上部封箱机构的高度，我设计了升降器；为了满足箱体的传动要求及考虑到避免整个机器结构干涉，我设计了侧面传动装置；为了满足不同箱体的传动，我设计了调宽机构；由于箱体两端要留有余量才能更好的达到封箱要求且箱体两端不需要太多胶带粘结，为了节约材料及降低成本，所以设计了切断装置切断胶带；装有物品的箱子需要呈放在一水平台面上，所以工作台是必不可少的。装有物品的箱子在工作台上要从上一工位运行至下一工位，需要动力源驱动，因此电动机是必备的。有了动力源，动力从电动机到箱体，需要传动机构，我选择了带传动。为了适应不同生产线的需求，我设计可调机架。根据以上要求我设计了整体式可移动调节的封箱机。综上所诉，本装置主要设计部分为机架，工作台，侧面传动机构，切断装置，封装装置，调高机构和调宽机构等。1-机架；2-拉伸弹簧；3-压轮；4-压轮臂；5-所封物体；6-连杆图2-1封箱机的结构简图2.2传动方案论证2.2.1气压传动的优缺点1．优点（1）以空气为工作介质。可以直接从使用环境去的，获取方便而且成本低，使用过后的气体污染低。（2）对工作环境要求低，不仅适应性强，而且能工作稳定。2.缺点（1）由于在工作过程中，气体具有可压缩性较大，不仅在工作过程中速度不稳定，而且在工作的时候发出噪声，影响周围环境。（2）由于气体信号传递速度较慢，在复杂的传动机构不适用。（3）传动功率低，若要增大传动功率，则整个装置的尺寸都要变大，占用很大的空间，耗材料。2.2.2液压传动的优缺点1．优点（1）可以输出大的力或转矩，在低速大质量的场合应用广，这是其独有的特点。（2）操作起来简单，调郑控制起来方便，很容易地实现自动化。（3）液压传动可以很容易地实现过载保护，所以其使用有很高安全性和很强可靠性。（4）由于其元件经常浸泡在油液中，自带润滑效果，故其磨损低，元件的使用寿命长。（5）由于其元件已经被国家认可。而且系列化及通用化，所以在设计和替换中很方便，使用范围广泛。2．缺点（1）因为它使用油液作为工作介子，所以元件需要高的制造精度要求。元件在装配时比较困难，在使用过程中维护困难。（2）只适合近距离传动，不适合远距离输送动力。因为油液在输送过程中会泄露，所以输送过程中会存在压力损失，在工作部分与动力部分距离较远时不适用。（3）由于这个系统中使用元件较多，所以发生故障检查和排除较困难，不利于使用维护。（4）油液污染环境。2.2.3机械传动优缺点1．优点（1）可以实现回转和直线运动，不仅机构结构简单，而且在工作时能传递较大的扭矩和功率。（2）结构紧凑，工作效率高,大部分器件都已经标准化、通用化，在后期使用维护较方便。2．缺点（1）当元件制造精度不高时，影响其正常使用性能，而且工作过程中会产生振动和噪声；（2）正常情况下实现无级变速很难，且实现无级变速的机械结构较复杂，成本还很高。当采用多种传动形式组成传动系统时，要尽可能综合考虑各种传动形式的优缺点，，合理的分配其传动顺序，尽量让其优缺点互补。下面是各种机械传动的优缺点：齿轮传动不仅结构紧凑、传动效率高，而且传递功率和传递速度范围都很大；不仅在工作过程中可靠性强，而且使用寿命长，但是生产制造其成本高，不仅加工精度高，而且安装精度要求也高；否则，工作过程中不仅会产生噪声大，而且振动大。带传动适用于中心距较大的场合；由于其本身具有弹性这一特性，工作过程中可以起减缓吸振的作用，所以在运动时较平稳；这种传动形式不仅结构简单，而且很经济；由于其在工作时会过载打滑，可起到对电机过载保护作用；但是因其在工作过程中会产生弹性滑动，所以其不能保持恒定传动比；由于其本身不耐高温的和耐腐蚀特性，不宜再高温和易腐蚀环境下正常使用，所以其使用环境相对要求较高。蜗杆传动能实现较大传动比；在工作时不仅传动平稳，而且工作时噪声低；还能对机构实现自锁功能；但是因为其工作齿面滑动速度大，所以传动效率低；较容易使齿面磨损，使其使用寿命降低。2.2.4传动方案的选择由于本次机构传动比较大，根据本次设计的机构结构简单，制造容易、操作简单、维护方便、工作环境噪声低、冲击小、成本低、安全性高，考虑到可自动对电机过载保护的作用，且电机端与工作端距力较大，所以选择带传动。2.3电动机选择方案论证1.三相异步电动机应用场合广，因其具有防尘、铁屑等其他杂物落入电机内部的特点，所以经常被用于环境较恶劣的场合，由于其能产生较大的扭矩，经常被用于矿业机械上。它不仅具有较高的机械强度，还具有较大的过载能力；适应于短时间或间断周期运行、频繁启动和停止、有过载负荷和明显振动冲击的设备。交流伺服电机应用场合广；不仅用于为物品计量、供送物料的机构提供动力，而且还经常被用于为机床等精密设备提供动力；容易实现无级调速，且具有较强的过载能力。经常应用于自动化产品机械。步进电机电机在停转时具有大转矩，具有良好的启动和停止响应，同时也具有良好的正反转响应，因其没有电刷，故其工作时可靠性较高，负载直接与电机想接，由于其工作转动速度与脉冲频率成正比，所以具有较宽的调速范围，应用范围广，一般机床及包装设备都有应用。2.3.1电机选择根据封箱机所需功率不大且需要具备良好的起动和停止响应，还要有良好运行性能，且具有较宽的调速范围，具有较高工作可靠性，且用于能实现自动控制，考虑结构及维修方面尽量简单方便，经以上比较我选择步进电机。2.4封箱原理的论证2.4.1涂胶封箱的优缺点涂胶封箱分为两种:冷涂胶封箱和热熔胶封箱；下面我就来介绍其封箱原理：冷涂胶封箱原理当一批纸箱需要涂胶水封口时，将纸箱封口打开后放置于封箱机器传送带上，当纸箱被传输带传送到涂胶头下方时，涂胶头下方有光电传感器，其用于检测纸箱是否到达涂胶头下方，光电元件给电磁铁发送信号，电磁铁的衔铁缩回从而带动滑杆运动，滑块杆的一端设有固定轴孔，所以滑块就会马上离开安装臂，安装臂带动涂敷纵轴整体下移，当涂敷头部与箱体想接触时，安装在涂敷头里面的钢珠在作用力的作用下凹进去，此时胶水就会从涂敷头里流出并流到纸箱需要封口的地方，传送带继续前进，箱体随传送带前进，继而完成箱体的封口，当箱体尾部离开涂敷头时，光电传感器检测不到纸箱，电磁铁收不到信号而复位，滑块复位，安装臂在滑块的带动和下也随之复位，涂敷头也相继复位，直到下一个纸箱到达指定位置才开始涂胶封口。优点：封口速率快，不需要像胶带封口那样更换胶带，节约时间；粘结后抗张强度大，结合力及渗透力强；粘结后箱体强度增强，纸箱不易开裂；防盗能力强，不像胶带那样可以用刀割掉再粘合。缺点：纸箱吸水性强，对胶水有很强的渗透性，造成胶水浪费，增加了成本，还可能渗透到纸箱里面，损坏物品；由于只能单面封口，封口效率低；胶水是液体，不可避免的泄露还可能污染环境；胶水只能封上部分，侧面口部分没有粘结，封装效果不好。由于这里面有光电元件，对工作空间的光亮要求较高，适应性较差。热溶胶封箱原理封箱原理同冷涂胶封箱原理，只是在涂敷头哪儿设置了一个加热器，以熔化胶使其变成液体流到纸箱上，进而完成封箱。优点：封口速率快，不需要像胶带封口那样更换胶带，节约时间；粘结后抗张强度大，结合力及渗透力强；粘结后箱体强度增强，纸箱不易开裂；防盗能力强，不像胶带那样可以用刀割掉再粘合；其储存期较胶带长；耐低温性强。缺点:纸箱吸水性强，对胶水有很强的渗透性，造成胶水浪费，增加了成本，还可能渗透到纸箱里面，损坏物品；由于只能单面封口，封口效率低；胶水是液体，不可避免的泄露还可能污染环境；胶水只能封上部分，侧面口部分没有粘结，封装效果不好。因胶水要一直加热，所以粘结时会放热，不适用于低温物品的包装，且能耗大；由于这里面有光电元件，对工作空间的光亮要求较高，适应性较差。2.4.2胶带封箱的优缺点胶带封箱原理该设备由工作台、传动机构、封口及切割机构等部分组成。以电动机作为源动力，带动箱体传动机构运行。工作台和传动机构及封箱装置组成箱体轮廓空间，当一批纸箱需要封口时，箱体进入指定空间后，传动机构带动箱体前进。当箱体运行至封箱位置时，箱体前端将刀架和前胶轮压退位，并使胶带开始与箱体贴合。箱体继续运行离开刀架时，刀架受弹簧力作用复位弹起切断胶带。当箱体离开后压轮时，后压轮受回位弹簧力作用而恢复到原来的位置，使最后的胶带末端贴牢于箱体上，完成一个纸箱的封箱任务。胶带封箱的优缺点优点：可以上下箱口同时封装，提高封箱效率；不像热熔胶封口那样需要加热限制了其适用范围，故胶带的使用范围广；其可以对纸箱的上下口及侧面连接处封口，所以封装效果好，强度高；解决了纸箱对胶水的吸水性，节约了资源，故能耗低；适用范围广，基本适用于一切生产线。缺点：需要更换胶带，浪费了工时；抗张强度较弱；防盗能力差，可以用刀割掉再用胶带粘合；遇到油性纸板粘结不牢固。综合考虑，本次设计主要是用于一般纸箱的封装，为了节约成本以及节约能源，要求纸箱封口牢固以及应用范围广前提下，我选择胶带封箱。2.5各部分功能介绍总体设计如下图2-1所示。各部分的功能以及设计理由如下说明：（1）调宽器手轮：驱动调宽器螺纹轴；（2）轮子：让设备移动。（3）升降板:调节工作台高度以适应不同生产线。（4)工作台：承载各元件。配置好各部件的位置，使自动封箱机平稳运行；（5）链轮：安装于调宽器上，保证调宽同步进行。（6）辊轮：承载纸箱并减少纸箱在工作台阻力；（7）压轮：将胶带粘结于纸箱上。（8）升降器：调节封箱装置及压箱器高矮以适应不同纸箱的封装。（9）胶带轮固定器：固定胶带。（10）压箱器：压平箱口，便于胶带粘接。（11）切割装置：切断胶带；（12）带轮：固定传送带，传递运动及动力；（13）电动机：提供转速和转矩；（14）封箱装置：对箱体进行封装；（15）脚架：支撑工作台；（16）调宽器螺纹轴：传递运动及动力，支撑侧面传动机构；图2-2封箱机总体结构图3关键零部件的设计3.1升降器设计升降器作用主要是调节上切割装置和封箱装置及压箱器的高度，并起到辅助固定压箱器和封箱装置及切割装置作用。升降器结构如图3-1所示，其组成部分分为外框架、轴承、螺纹块、丝杠、平衡连杆、弹簧、顶盖及手轮。在机架两旁分别安装有一个中空长条形外框架，在它的开口的那边安装平衡连杆，然后将开有螺纹孔的方形块放置于其中，将压缩弹簧安装在平衡连杆的内部，弹簧的上端接在上部开有螺纹孔方块的下部，弹簧的下端接在上部开有螺纹孔方块的上部，连杆可以在开有螺纹空的方块的作用下可以沿丝杠杆下移动。两个上升装置之间用矩形钢条连接，钢条用于横杆，横杆用于安装上部封箱切割装置及压箱器。图3-1升降器工作原理：高度调节是将丝杠的旋转运动转化成开有螺纹孔的方块的直线运动。所用丝杠的螺纹的旋向和螺距相同。当升高或降低刀架时，同时同向同速度转动手轮，手轮带动丝杠转动，丝杠带动螺纹块移动，平衡连杆在其的作用随其同步移动，同时带动连杆及横杆上下移动，上刀架随横杆上升或下降，使得工作台与上封箱装置形成的空间变大或缩小，来达到切割装置与封箱装置及压箱器的升高或降低来适应不同尺寸纸箱高度。弹簧的作用是支撑两个螺纹块，使其与平衡架紧密接触以降低平衡架与丝杠的作用力。轴承选择，由于它主要受轴向力，所以我选择推力球轴承。3.1.1丝杠的设计其结构如图3-2所示，丝杠的作用为了使螺纹块上升或下降，使其带动平衡架上升或则下降，同时在其停止运动时要保证螺纹块与其没有相对运动，即自锁性要好，所以其牙形设计为等边三角形，牙形角为60°，这样设计螺纹块与其啮合时自锁性好，强度高，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢。图3-2丝杠3.1.2螺纹块的设计其结构如图3-3所示，外形设计为方形，这样设计的目的是为了方便铸造且为了使其与平衡架装配更方便，内部牙形设计为等边三角形，这样设计的目的是为提高其自锁性同时提高了强度，螺纹块作用是支撑平衡架，使其与自己同步上升或则下降，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择Q235。图3-3螺纹块手轮的作用是增大力臂，能降低在旋转时丝杠的的作用力，为了方便安装和替换，手轮与丝杠连接的位置设计为方形，直接套在丝杠顶端即可，考虑到方便握住及转动，设计为Z字形，不仅美观，还容易生产，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择Q235。其结构如图3-4。图3-4手轮平衡架的作用是将螺纹块运动传递给连杆，使连杆与其同步上升或下降，同时带动上部封箱切割装置上升或下降，考虑其方便安装及足够的强度，其厚度为10mm，上下端开有圆柱孔，直接穿套在丝杠上面，为了方便安装螺纹快及承受其传递的力，设计为U形，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择Q235A。其结构如图3-5所示。图3-5平衡架顶盖的作用是定位丝杠上端，还有防尘放杂物的作用，其形状为方形壳体，其内部直接嵌套在外框架上，内部开有阶梯孔，便于安放轴承和丝杠，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择Q235。其结构如图3-6所示。图3-6顶盖3.2压箱器的设计压箱器的的作用是将箱体需要用胶带粘结的部分压平，方便后续的胶带与箱体粘结，考虑其结构和其需要实现的功能，其外形设计为W形，为了避免其损伤箱体，两边向上翘起，底部为光滑平板，中间突起的部分为方便与升降连杆连接，为了满足其强度和取材方便，其材料选择Q235，考虑节省材料及满足强度要求，底部平板的厚度为5mm,宽度比比最宽箱体略小，尺寸为200mm。其结构如图3-7所示。图3-7压箱器3.3封装装置及切割装置的设计3.3.1封箱装置结构图设计封箱装置结构如图3-8所示。由前后压轮臂、连杆、支撑板组成四连杆机构，当箱体进入工作空间，箱体在侧面皮带的作用下随带同步前进。当运行至后压轮位置时，箱体将胶带后压轮及刀架压退位，而胶带前压轮在四连杆机构的作用下与胶带后压轮也被压退位，压轮使胶带与纸箱开始贴合。随着箱体前进，胶带不断地被拉出封在箱体上；当箱体的后部离开后压轮并离开刀架正上方时，胶带后压臂受复位刀架弹簧力作用而复位弹起，由于刀架臂受复位弹簧作用与胶带后压轮的运动一致，复位弹起切断胶带。当箱体运动离开胶带前压轮时，胶带前压轮也由于受可调弹簧回位作用而复位，使连在箱体上的胶带也贴在箱体上，完成后段封箱任务。图3-8封箱装置前压轮臂的设计，为了提高其强度和节约材料，考虑到去材料的方便，其取材为45钢，满足强度的要求还较容易获得，为了满足其使用功能及考虑到外形美观，设计了此臂。其结构如图3-9所示。图3-9前压轮臂后压轮臂的设计，为了提高其强度和节约材料，考虑到去材料的方便，其取材为45钢，满足强度的要求还较容易获得，为了满足其使用功能及考虑到外形美观，设计了此臂。其结构如图3-10所示。图3-10后压轮臂压轮的作用是将胶带粘结于箱体上，由于胶带的最大宽度为60mm，所以压轮的高度设计为60mm,为了降低其于箱体的阻力，压轮是可以转动的，所以在其内部设计为阶梯孔，安放轴承，考虑到其取材方便及节约成本，同时不能影响胶带与箱体的粘结，取其材料为聚氨酯胶。其结构如图3-11所示。图3-11压轮支撑板的作用，放置和元器件，同时为各元器件提供定位，避免各元器件发生干涉，考虑到节约材料和生产方便，将其设计为一块板，考虑其需要一定的强度，设计其的厚度为10mm,为了取材方便及节约成本，选材为Q235A。其结构如图3-12所示.图3-12支撑板胶带支撑板的作用是安装胶带固定架，为了取材容易及节约成本，同时考虑其足够强度，取材为Q235，设计其板厚度为10mm,为了方便安装及容易制造，其外形为方形板；为了使其与支撑板固定更牢固，一端开有四个螺纹孔，用螺栓连接。其结构如图3-13所示。图3-13胶带支撑板3.3.2切割装置结构图设计切割装置如图3-14所示。由刀片、刀片安装架、刀架臂组成，切割装置安装于后压轮臂上，并且由弹簧与支撑板连接，保证其在被压退位是具有复为能力。其工作原理如下：箱体前端将前压轮臂压退位，后压轮臂由于受四连杆机构作用同时被压退位，而切割装置与后压轮臂之间有销钉卡位，在后压轮臂作用下切割装置也被压退位，当箱体后端离开前压轮臂时，前压轮臂受复位弹簧力的作用而复位，同时后压轮臂受四连杆机构作用而复位，切割装置也受复位弹簧力作用复位弹起切断胶带。图3-14切割装置3.3.3刀片的设计刀片设计如图3-15所示。胶带切断前绷得很紧，只要胶带有一处被切开，切口会立即变大，直到胶带被全部切断。为了增强切断瞬间的压强，设计刀齿的时候需要有一定的倾斜度，其斜度为3°[21]，从而使其与胶带接触面积减小，胶带就能一次性被刀片切断。刀片上端U形卡槽主要作用是为了便于刀片安装和定位，出于这方面的考虑我设计了两个U形卡槽用于定位，安装的时候直接将刀片插入刀片架，无需花费时间调整，节约了安装时间和提高了安装精度，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢。图3-15刀片图刀架结构图如图3-16所示，刀片架主要作用是为了便于刀片安装和替换，出于这方面的考虑我设计了两个圆柱用于定位，直接将刀片插入，无需花费时间调整，节约了安装时间和提高了安装精度，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢。图3-16刀片架刀架臂的作用是支撑刀片架和刀片，考虑到其需要随压轮臂转动且需要自转，所以在其与压轮臂连接处开有一阶梯孔安放轴承，考虑其满足强度要求，其厚度设计为10mm,为了节约成本及取材方便，其材料选择45钢。其结构如图3-17所示。图3-17刀架臂3.4工作台的设计工作台的作用是支撑纸箱和固定下刀架，是其它部件的共接体，使其它部件能组装起来完成预想功能，并对其部件提供定位保证不干涉，固定各元器件位置。工作台上的辊轮没有动力驱动。箱体在辊轮上滑动而过。工作台由机架、锟轮轴、锟轮及脚架组成，锟轮分为短锟轮和长锟轮，锟轮轴也分为长轴和短轴。其结构如图3-18。图3-18工作台3.4.1工作台高度调节装置设计为提高机器的使用环境，即适应不同生产线的要求，工作台的高度可以通过4根脚架上所连接的高度调节板来调整，高度调节板外形为矩形，中间开有矩形孔，通过螺栓与脚架连接以切换不同高度。可调节高度范围是25cm。由于4根高度调节板上的孔是矩形分布的，调节起来特别容易，底部采用万向轮支撑，方便移动。采用这种设计，具有结构简单、搬运方便且适应性强等优点，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择Q235。其结构如图3-19。图3-19高度调节装置3.4.2调节侧面传动结构宽度根据设计要求，该机器所具备的功能是满足不同尺寸的箱体封口，所以为了满足这一条件，进行了如下设计。由于采用侧面带传动，且我所设计的箱体的最大尺寸为430mm，所以设计两皮带间调节距离为在80~500mm。两条带之间的距离由两根螺纹轴调节。两螺纹轴两端分别为旋向不同的螺纹，中间留有一部分没加工成螺纹，其长度为100mm，它的作用是分开不同旋向的螺纹。当转动调节手轮时，如图3-20所示，手轮带动轴转动，由于轴与链轮用键连接一起，所以它跟着轴一起运动，然后它带动链条转动，两根轴通过链条的带动同速同向向转动，以使两边带的距离增大或缩小，来满足不同尺寸箱体的传动。图3-20调节导带宽度图短辊轮支板两端固定在辊轮轴上，结构采用长方形钢块，这样设计的作用是方便制造，可以大批量生产，由于只受弯矩，所以这样的设计还可以增强其强度，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢。结构如图3-21所示；图3-21短辊轮支板图下部切割装置及封箱装置的固定下部切割与封箱装置固定在支撑板上面，支撑板上面2个孔，分别与短锟支板的2个孔用螺栓连接。由于其只受箱体施加给压轮臂的压力的作用，并不是起支撑箱体的作用，所以在工作过程中因受过大力量而出现损坏，。这种设计结构简单，装卸方便，所以应用广泛。手轮安装手轮安装于螺纹轴上，为了在转动时增大摩檫力，手轮外形设计有轮凸起结构，内孔采用矩形孔，这样设计的目的是为了很好的传递扭矩，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择Q235。其结构如图3-22。图3-22手轮图锟轮的选择其主要作用是支撑箱体，还起着减轻箱体在运行过程中的阻力的作用。根据要求选择锟轮外径为50mm，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢。锟轮结构如图3-23所示。图3-23锟轮图辊轮轴的选择由于其只起支承作用，且同时由多根轴支撑，分配到每根轴上的作用力较小，因此选择实心轴的直径d=10mm，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢。其结构如图3-24所示。图3-24辊轮轴图3.4.3辊轮的安装与固定辊轮由两部分构成，一部分是实心内轴，另一部分是空心外轴；内轴和外轴之间用轴承连接；辊轮分两种类型，一种长辊轮，另一种是短辊；长内轴的两端固定在工作台机架两侧，短内轴的一端固定机架一侧，另一端固定在短辊轮支板上，其结构如图3-25。图3-25辊轮安装图轴承的选择由于没有轴向力，且为了节约成本，选用深沟球轴，且它转动时可用来承受径向力。具有使用经济，获取方便，成本低等优点。3.4.4链条及链轮的设计链条的选择由于链轮作用是带动螺纹轴同向同速度转动，以使两侧皮带装置靠拢或向两边分开，以适应不同宽度尺寸的箱体。故不需要很大的载荷，考虑经济及制造方便，我选择单排链传动，根据《机械设计》第九版表9-1选择链型号为06B（ISO）。参数如表1:表SEQ表\*ARABIC1ISO型号节距P滚子直径mm内链接内宽mm销轴直径mm内链板高度mm排距抗拉载荷kN06B9.5256.355.723.288.2610.248.9链轮的设计：根据链条我设计了链轮，为了取材方便及满足强度要求，其材料选择45钢，结构如图3-26，具体参数如下：齿数z=30分度圆直径d(3-1)齿顶圆直径(3-2)齿根圆直径(3-3)最大轴凸缘直径(3-4)图3-26链轮图3.5侧面传动机构设计其组成部分分为带轮，带轮支撑杆，带轮支撑杆上开有螺纹孔；其作用之一是支撑带轮，其二是支撑电机，其三是在螺纹轴旋转过程中是两侧传动件距离增大或缩小，以满足不同尺寸箱体的驱动。两侧带轮都使用独立的电机作为源动力。接通电源，电机直接将运动和扭矩传递给带轮，带轮将运动传递给皮带，皮带带动箱体运动。两边的皮带距离调到合适的距离——箱体被夹紧的距离，在皮带不停运动的时候，工作台上辊轮也在箱体的作用下滚动，把箱体往前运送到完成整个封口为了满足强度及取材方便，带轮支撑杆的材料选择45钢，结构如图3-27。图3-27侧面传动机构3.5.1传送带的选择在整个传动过程中，带只起运输作用，故选用平带作为本次传动件；本次设计传动形式选择为开口传动；为了提升其强度，用帆布和橡胶胶合而成，为了增加箱体与皮带的摩檫力，皮带表面有粗糙的齿状纹理。故带传动可以满足要求。3.5.2带的设计计算由第二章知道封箱速率为18箱/min;最大封箱长度为430mm。由于箱体需要压折再封装，故取。工作带带速(3-5)小带轮直径查表《机械设计实用手册》8-9选取标准值为mm。3）大带轮直径由于在本次设计的封箱机中传送带只是起到驱动纸箱向前运动的作用，所以两带轮直径相同。两端轮轴中心线间距（3-6）且（3-7）即取。所需带长，由于为开口传动则：（3-8）查《机械设计实用手册》表8-2来选带，取接近的标准值5）小带轮包角由于两带轮直径相等，故小带轮的包角6）带厚（3-9）由《机械设计实用手册》表8-1选取带的规格，选取mm，选取帆布的层数为4层，宽度范围20~315mm7）带的截面积（3-10）式中P──本次所选带传动的功率kW──本次设计带的工况系数，查《机械设计实用手册》表8-8取──所选胶带一个单位截面积传递的基本额定功率，查《机械设计实用手册》表8-4取──本次设计带轮包角修正系数，查《机械设计实用手册》表8-6取──本次设计的带传动布置系数查《机械设计实用手册》表8-7取8）带宽（3-11）查《机械设计实用手册》表8-10选取带的宽度，根据要求选择宽度b=20mm。3.6带轮设计1）自动封箱机带轮的直径d：d=180mm2）自动封箱机带轮轮缘宽度：由带宽b=20mm，查《机械设计实用手册》表8-11选轮缘宽B=25mm。3）确定自动封箱机带轮轴孔直径d已知轮缘宽度B和带轮直径d,查表《机械设计实用手册》8-12得D=22mm。4）带轮结构采用腹板式，其结构如图3-28。图3-28带轮结构图带轮参数的计算;D1=(1.8~2)d=44mm;L=(1.5~2)d=44mm;S=(1/7~1/4)B=10mm;带轮结构图如图3-29所示。图3-29带轮图3.7螺纹轴的设计及校核3.7.1螺纹轴设计螺纹轴主要用于调节侧面传动机构与箱体之间的距离，以适应不同箱体的传动，还用于侧面传动机构和带轮及电机的承重。考虑经济及材料取材广泛，同时要具有好的性能，故选材为45钢，轴承的选用，由于主要承受径向力，所以选用深沟球轴承。由于箱体最大宽度为210mm,为了满足各部分不干涉，初选轴径d=40mm,轴长L=1060mm,中间光杆部分长度为100mm，螺距为15mm,小径为0.85d=34mm。结构如图3-30：图3-30螺纹轴图3.7.2螺纹轴的校核由螺纹轴材料为45钢，其弯曲许用应力，轴的受力分析情况如图3-31（图a）：侧面传动机构和带轮及电机总质量为30kg。（3-14）（3-15）由静力平衡方程求出支撑螺纹轴两端的支座反力，支座反力约为:由L1=L2，F1=F2,则易知（3-16）（3-17）四个集中力作用的截面上弯矩分别为:由于轴所受外载荷恒定，故当两个电机运动到两间距最小时，此刻轴所受弯矩最大。故只需校核最大时刻即可以，即当L1=450mm;L2=100mm;L3=100mm时，轴所受弯矩最大。;（3-18）（3-19）做轴在四个集中力作用下的弯矩图，如图3-31（图b）,从图中可看出最大弯矩为。由于是螺纹轴，校核时应按小径作为危险截面校核。自动封箱机螺纹轴抗弯截面系数W（3-20）螺纹轴抗弯强度（3-21）=100MPa,故螺纹轴轴强度满足要求。图3-313.8键的选择根据所设计轴的直径选择键的类型及平键尺寸。链轮处键的选择；由于我设计的链轮轴径为40mm,查《机械设计课程设计手册》第四版表4-1选取圆头普通A型平键，平键尺寸：。带轮处键选择由于我设计的带轮轴直径为22mm,查《机械设计课程设计手册》第四版表4-1选择圆头普通A型平键，平键尺寸：。3.9定位原件的选择锟轮轴承处定位由于锟轮轴直径比较小，不适合做阶梯轴且无轴向力，故采用轴用弹性挡圈定位。由于锟轮轴直径d=10mm,故选择弹性挡圈得参数为D=9.3；厚度S=1mm。螺纹轴承出的定位由于螺纹轴直径也比较小，不适合做阶梯轴且轴向力较小，故采用轴用弹性挡圈定位。根据轴直径d=40mm,故选择弹性挡圈的参数为D=36.5；厚度S=1.5。带轮处的定位由于电机轴直径也比较小，不适合做阶梯轴，故采用轴用弹性挡圈定位。根据螺纹轴直径d=22mm,故选择弹性挡圈的参数为D=32；厚度S=1。4电机选型4.1选型原则选型条件需满足以下条件：工作时最大扭矩小于其额定扭矩；电机轴上总惯量比小于其规定惯量比；连续工作转速小于其规定的转速。根据实际所需选择步进电机型号为峻擎S86J8；,其参数如表1。电机参数表表SEQ表\*ARABIC2产品型号相数步距角保持转矩（N.m）额定电流A转子惯量g.cm2轴径（mm）机身长mm电机重量kg定位转矩kg.cm转动惯量Jm峻擎S86J821.8°8.54.92800221163.82.50.164.2电机选型校核计算校核负载转动惯量（4-1）W=0.5kg;W：质量（kg）D=0.18mD：外径（m）符合要求；计算校核转矩（4-2）机械效率；箱体与带挤压力；摩擦系数；符合要求；计算校核最高转速由3.4小结知带速为0.3m/s由公式（4-3）带与带轮之间传动效率；d=180mm带轮直径；符合要求。5控制系统的设计自动封箱机的控制系统要具有启动、停止、正转和反转功能。因此根据要求，设计如下图5-1所示原理图。图5-1控制系统的原理图控制原理：其工作原理是将电脉冲信号转变为角位移的开环可控制元步进电机件。在没有超过其载荷的前提下，电机的转速只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，电机停止的位置同样也只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，负载的变化对其没有影响，当其驱动器接收到一个脉冲信号时，它就驱动步进电机按照预先设定的方向转动一个固定的角度。本次选用电机的步距角为1.8°，频率为10