半自動打包機功能機構設計

tags: 自動打包機 機構設計    時間:2014-03-11 11:36:31
半自動打包機功能機構設計簡介
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半自動打包機功能機構設計

內容簡介:

摘 要

打包機能減輕工人勞動強度,提高工作效率,降低成本。因而廣泛應用於各領域工業生產中, 本文針對半自動打包機進行了研究和設計。本文所作的主要工作包括:(1)對半自動打包機及其它打包機的國內外現狀進行了分析;(2)對半自動打包機的整體方案進行了比較和論證;(3)對半自動打包機的各功能機構進行了設計,並有機的將這些功能機構整合到一個系統;(4)對關鍵的齒輪及軸等傳動部分進行了計算和強度校核。(5)運用Pro/E三維軟體對半自動打包機進行建模及虛擬裝配; 本文所設計的半自動打包機能很好的滿足對紙箱的捆紮要求,體積小,重量輕,運行穩定。關鍵詞:半自動打包機齒輪 Pro/E功能機構 ABSTRACTPackaging 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 mechanism目錄摘要ABSTRACT目錄第一章緒論1.1捆紮打包機國內外研究現狀1.2.1包裝帶捆紮打包機國外發展狀況1.2.2包裝帶打包機國內發展現狀1.2本課題的意義第二章半自動打包機功能機構總體方案設計與論證第三章半自動打包機功能機構系統設計3.1半自動打包機功能機構整體設計3.1.1半自動打包機功能機構基本要求3.1.2半自動打包機功能機構整體設計3.2電機選擇3.3傳動齒輪設計3.4軸的設計3.5摩擦輪設計3.6機架設計3.6.1機架設計準則3.6.2機座設計第四章半自動打包機功能機構三維模型4.1 Pro/Engineer軟體簡介4.2半自動打包機零件建模4.2.1摩擦輪建模4.2.2凸輪手柄建模4.2.3手柄建模4.2.4支架建模4.2.5軸建模4.3半自動打包機虛擬裝配結論參考文獻致謝

 

第一章 緒論1.1捆紮打包機國內外研究現狀1.2.1包裝帶捆紮打包機國外發展狀況 國外打包機械的應用,起始可追溯到本世紀初期,如美國的SIGNODE公司、德國的CYKLOP公司等就涉足打包機行業,以生產鋼帶打包設備為主,但其規模和生產技術水平都還較低。直到上世紀的五十年,塑料材料的問世,使以塑料帶作為打包材料成為現實,極大地促進了塑料帶打包機的發展 。較早的如日本的下島株式會社、株式會社,日魯工業株式會社等。至2001年 ,日本的塑料帶打包機總產量達94萬台,約佔包裝機械總量的19. 5%,總產值達300億日元。每年約有30%的出口,幾乎佔領了全部東南亞市場。由於他們能成功地引進和消化吸收別國的經驗,不斷改進發展。結構較為簡單,可靠性高,在國際市場上有很大的競爭能力。其中最大的生產廠家為下島株式會社,於1969年開始正式生產自動打包機,主要從事產品開發,產品質量控制和推銷工作,其零部件加工和裝配均通過擴散的辦法。在國內設有17家分公司和270個代銷點,並在35個國家和地區設有代理點。產品品種達200多個,正常生產品種為29種。美國的SIGNODE公司則是一家以鋼帶打包機為主,塑料帶、聚酯帶打包工具為輔的跨國公司,屬於美國ITW上市公司。在美國和其他六個國家設有分公司該公司自1913年就開始從事打包機械的生產,為100多個國家的工業產品包裝提供服務,並為各國用戶提供24小時內的配件供應服務,他們不僅具有巨大的生產能力,而且還有一支精益求精的研製和開發隊伍,通過對打包機械各功能部件的反覆試驗和多方案對比,生產出的打包機械具有很好的可靠性和最佳的經濟壽命,雖然價格昂貴,但仍然是國際市場上的強手。1.2.2包裝帶打包機國內發展現狀 我國包裝機械工業是在改革開放以後發展起來的。由於起步較晚,大部分設備都是通過引進設備消化吸收研製出來的。行業從無到有,從小到大,逐步發展起來 。隨著我國食品工業、包裝工業和農業的迅速發展,我國的包裝食品機械行業取得了世人矚目的進步。產品品種的數量不斷增加,使包裝和食品機械行業成為直接為提高人民生活質量服務,為包裝業和食品工業服務、農業和農副產品深加工業服務的新興行業。成為我國機械工業十大支柱產業之一。基本上能生產出滿足人民生活需求的各種各樣、各種檔次的產品,並正在不斷努力、提高、縮小與國外先進水平、先進技術、先進設備的差距。在全行業廣大企業、科研單位技術人員及行業工作者的共同努力下,新產品、新技術日益湧現並轉化為生產力。我國人口眾多,民以食為天,包裝與食品機械產品市場廣闊、潛力巨大。包裝與食品機械在我同的迅速崛起已引起社會的廣泛關注,即使在東南亞國家遭受金融危機的情況下,該行業仍欣欣向榮,堪稱“朝陽工業”。隨著人民生活水平的不斷提高,對商品包裝提出了更高的要求,哪裡有商品,哪裡就有包裝,可以說包裝工業對國民經濟整體結構的發展起著重要的作用。包裝機械產品量大面廣,廣泛應用於食品、醫藥、化工、軍工等各個行業。我國包裝機械工業通過採用國際標準和吸收國外先進技術,在標準水平、設計製造和產品質量方面都有了較大的提高。一些企業的產品質量達到或接近國外同類機器的先進水平。這些企業採用先進的企業管理體系和質量保證體系,不斷改善和提高產品的質量,以質量和售後服務為企業的命脈,解決了用戶的後顧之憂。隨著國民經濟的不斷發展,國內市場對包裝機械產品的需求量與日俱增,年產量也逐年提高,包裝飢械企業數量越來越多,並且企業性質逐漸從國營轉為私營、集體甚至個體,市場競爭日趨激烈,從過去經濟短缺的賣方市場轉變為買方市場。因此產品在技術、性能、價格上的競爭更為激烈。 目前國內產品與國外相比,市場競爭能力偏低 。目前我國包裝機械產品普遍存在質量不穩定、性能單一、成本高、技術含量低的狀況:隨著我國進入世貿組織(WTO),國際先進的技術、設備和管理經驗的進入勢必會對我國剛剛發展起來的包裝機械工業造成巨大衝擊,企業面臨著前所未有的嚴峻考驗。我們應該根據自己的特點,發揮自身的優勢。包裝機械企業要想尋找較好的、長遠的發展必須不斷開發新產品,提高產品的技術含金量以及機械的可靠性以適應當前日新月異的發展形勢,要規範優質服務標準,努力搞好售後服務。只有這樣,包裝機械企業才能得以更好地發展。 打包機械作為包裝設備中的一個主要分支,是將一個或多個包裝物用打包帶(繩)緊束一起的機器,使包裝件便於運輸、保管和裝卸,屬於外包裝設備。打包機械的發展,在一定程度上藉助於打包材料的開發應用,在打包材料中,先後出現的有草繩、綿麻繩、紙繩、盒屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等等,但由於其本身的強度和延伸率不同和對機械打包的適應程度各異,以及考慮製作成本,目前以鋼帶和塑料帶的應用最為廣泛。特別是自五十年代以來,隨著石油化工的崛起,開始用塑料作為打包材料,為塑料帶(繩)打包機械的開發成功奠定了基礎,由於塑料帶比鋼帶,紙帶具有較低的使用成本和不鏽蝕、不污染、強度適中、手感柔軟、製造方便、外觀美觀等優點,使之在許多領域逐步替代原來的鋼帶、紙帶,塑料帶打包機成為包裝機械中少有的技術成熟、簡單可靠、品種齊全、復蓋面廣的主要設備。國際市場上的搶手。我國打包機械生產自1976年開始。隨著我國社會經濟的不斷發展和各行業對改善產品包裝產品質量的要求日益迫切,使打包機械不論在生產能力、生產技術、整機性能等方面都有了很大的提高,其主要表現為 :

(1)已將微機技木應用於打包機程序控制,具有溫度控制、自動計數、定長送帶、故障報警等多種功能,不僅可單機使用也可多機聯用或與自動生產線配套使用。

(2)從機器的傳動方式來看,有機械傳動、液壓傳動和氣動,特別是液壓傳動具有結構簡單,製造方便的特點,是我國特有的機型。

(3)品種規格比較齊全。為適應不同的用戶需要,已有全自動、半自動和手提式打包器,根據包件打包要求不同,除通用的普通型外,又有帶壓力的打包機、雙軌道打包機、側封式打包機等,其工作檯面有高有低,可適應單件打包或自動連續打包的需要,目前最大的自動捆包尺寸可達2000×1200毫米,最小的可打包50×80毫米的捆件、品種已達20多種。

(4)打包能力在每分鐘12—21道之間,基本能滿足國內當前的生產需要。

(5)目前仍大量採用寬度為13.5毫米的塑料打包帶和直徑為30毫米的筒形薄膜打包繩,井正在開發使用寬度為5—10毫水的塑料打包帶的打包機,但國外大繁使用的鋼帶自動打包機在國內尚未開發。

(6)打包帶粘接主要利用燙頭將打包帶兩端加熱至一定溫度后再施壓使之粘合,稱為熱熔搭接型,其接頭的拉力強度可達母帶強度的80%。塑料繩捆結機則以打結的形式捆緊包件。

(7)目前已能生產二十多個品種的打包機和三個品種的捆結機,基本上能滿足國內需求,其中半自動打包機的整個性能已接近國外先進水平,故每年有較大的批量出口,而全動打包機仍與國外有較大的差距。 與國外打包機械生產技術水平相比,國產機差距主要為:品種單一,生產力低。雖然經過二十多年的發展,但只能生產20多個品種,還不及國外一個公司的品種數,而且只能生產通用型的產品,如鋼帶自動打包機的生產至今仍是一個空白,無法滿足一些特殊行業的需要:據調查2006年全國產量已達19000台,但仍太大落後於國外的水平。我國打包機械的生產起步較晚,主要是靠引進國外的整機經消化改進二次開發生產的。因此在生產中著重於產品的整機性能而忽視了對零部件的研究,導致在打包速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術性能方面不硬國外先進水平。工作可靠性較差,其中特別是打包帶和元器件的質量不穩對整機的性能帶來很大的影響。

1.2本課題的意義 打包機械作為包裝設備中的一個主要分支,是將一個或多個包裝物用捆紮帶(繩)緊束一起的機器,使包裝件便於運輸、保管和裝卸,屬於外包裝設備。捆紮打包機械的發展,在一定程度上藉助於捆紮材料的開發應用。在捆紮材料中先後出現的有草繩、綿麻繩、紙繩、金屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等。但由於其本身的強度和延伸率不同和對機械捆紮的適應程度各異,以及考慮製作成本,目前以鋼帶和塑料帶的應用最為廣泛。特別是自上世紀五十年代以來,隨著石油化工的崛起,開始用塑料作為捆紮材料,為塑料帶(繩)捆紮機械的開發成功奠定了基礎。由於塑料帶比鋼帶、紙帶具有較低的使用成本和不鏽蝕、不污染、強度適中手感柔軟、製造方便、外觀美觀等優點,使之在許多領域逐步替代原來的鋼帶,紙帶,塑料帶捆紮機成為包裝機械中少有的技術成熟、簡單可靠、品種齊全、覆蓋面廣的主要設備。 目前,我國很多企業的包裝水平跟不上生產設備的更新速度,包裝質量不高。雖然國內少數企業憑藉自身的雄厚經濟實力,從國外引進了部分全自動打捆設備,但其高昂的價格增加了生產成本,絕大多數企業仍在使用半自動或人工打包設備,這樣既使生產效率降低,也浪費了大量勞動力,隨著電子技術、計算機技術、自動化技術的快速發展,對機電一體化產品的技術含量、性能、功能要求也越來越高。為此,研發高質量,高可靠性的打包捆紮機是非常必要的,而且形勢緊迫.第二章 半自動打包機功能機構總體方案設計與論證 針對半自動打包機的功能需求,現擬定如下兩種傳動方案:方案一:圖2-1半自動打包機原理方案一傳動方案如圖2-1所示:半自動打包機功能機構由開口進帶機構、拉帶機構、捆紮封接機構及切帶機構組成,手柄在彈簧力的作用下,使摩擦輪連同電機等向上提起,從而膠帶進料口張開一定角度,這樣便可方便把捆紮帶送進摩擦輪與摩擦片之間,人拉起手柄,在力的作用下,捆紮帶被壓在摩擦片與摩擦輪之間,這時起動電機,通過齒輪傳動,電機帶動摩擦輪轉動,摩擦輪將捆紮帶拉緊,這時操作凸輪手柄,使凸輪轉一定角度,將熱熔頭和切刀一齊往下壓,從而實現捆紮帶封接,並且上層捆紮帶也被切斷。方案二:圖2-2半自動打包機原理方案二傳動方案如圖2-2所示:半自動打包機功能機構由開口進帶機構、拉帶機構、捆紮封接機構及切帶機構組成,手柄在彈簧力的作用下,使摩擦輪連同電機等向上提起,從而膠帶進料口張開一定角度,這樣便可方便把捆紮帶送進摩擦輪與摩擦片之間,人拉起手柄,在力的作用下,捆紮帶被壓在摩擦片與摩擦輪之間,這時起動電機,通過齒輪傳動,電機帶動摩擦輪轉動,摩擦輪將捆紮帶拉緊,這時操作螺桿手柄,使使熱熔頭和切刀一齊往下壓,從而實現捆紮帶封接,並且上層捆紮帶也被切斷。 綜上所述,半自動打包機傳動方案一和傳動方案二的區別在於傳動方案一壓熱熔頭及切刀使用的是凸輪,而傳動方案二壓熱熔頭及切刀使用的是螺桿,兩相比較,方案一使用凸輪操作起來更迅速,更便捷,方案二使用螺桿更省力,便需要旋轉多圈,相對來說費時間,因此,本設計採用方案一設計本半自動打包機功能機構。

 

第三章 半自動打包機功能機構系統設計3.1半自動打包機功能機構整體設計3.1.1半自動打包機功能機構基本要求 半自動打包機是由各種各樣的零部件組成的,要使所設計的機器滿足基本要求,就必須使組成機器的零件滿足以下要求:

(1)避免在預定壽命期內失效的要求(2)結構工藝性要求(3)經濟性要求(4)質量小的要求(5)可靠性要求

(一)避免在預定壽命期內失效的要求 應保證零件有足夠的強度、剛度、壽命。(1)強度要求 提高零件強度的措施有:採用高強度的材料;使零件具有足夠的截面尺寸;合理設計零件的截面形狀,增大慣性矩;採用熱處理和化學處理方法提高材料的強度性能;提高零件的製造精度,以減少工作時的動載荷;合理配置零件的相對位置,以降低零件的載荷。(2)剛度要求 零件在工作時的彈性變形不能超過允許的範圍稱為零件的剛度要求。 提高零件剛度的措施有:增大零件的截面尺寸或增大慣性矩;縮短支承的跨距或採用多點支承。(3)壽命要求 影響零件壽命的主要因素有:疲勞破壞、腐蝕、磨損,大部分零件工作在變應力下,故疲勞破壞是引起零件破壞的主要原因。影響疲勞強度的因素有:應力集中;零件的尺寸大小。零件表面質量及環境狀況:零件處在腐蝕性介質中工作時,可能使材料遭到腐蝕。抗腐蝕的措施有:表面發蘭(發黑);表面鍍層;表面塗漆;表面陽極化。

(二)結構工藝性要求 零件工藝性良好的標誌----在具體的生產條件下,零件要便於加工而加工費用又很低。(1)毛坯選擇合理 製備方法:選用型材、鑄造、鍛造、衝壓和焊接等。 毛坯選擇與生產批量、材料性能和加工可能性有關。 單件或小批量生產時,選用棒料、板材、型材或焊件。 大批量生產時,往往選用鑄造、鍛造、衝壓等方法。(2)結構簡單合理 最好採用平面、柱面、螺旋面等簡單表面極其組合;盡量減少加工面數和加工面積;增加相同形狀、相同元素(直徑、圓角半徑、配合、螺紋、鍵、齒輪模數等)的數量;盡量採用標準件;(3)合理的製造精度和表面粗糙度 零件的加工成本隨精度和表面粗糙度的提高而急劇增加。決不能盲目追求高精度,應在滿足使用要求的前提下,盡量採用較低的精度和表面質量。(4)盡量減小零件的加工量 毛坯形狀和尺寸應盡量接近零件本身的形狀和尺寸。力求使少或無切削加工,節約材料、降低成本。盡量採用精密鑄造、精密鍛造、冷軋、冷擠壓、粉末冶金等先進工藝滿足上述要求。

(三)經濟性要求 零件的經濟性首先表現在零件的生產製造成本上。簡化零件的結構,降低材料消耗;採用無餘量、少余量的毛坯,減少加工工時;採用廉價而充足的材料代替昂貴材料;大型零件採用組合結構而非整體結構;盡量採用標準件。

(四)質量小的要求 減小質量的好處:節約材料;減小慣性,改善機器的動力性能。 減小質量的措施:採用緩衝裝置來降低零件所受衝擊載荷;採用安全裝置來限制作用在零件所受最大載荷;從零件應力較小處削減部分材料,以改善零件受力的均勻性,提高材料的利用率;採用與工作載荷方向相反的預載荷,以降低零件的工作載荷;採用輕型薄璧衝壓件或焊接件代替鑄造、鍛壓件;採用強重比高的材料。

(五)可靠性要求 零件的實效是隨機發生的,其原因是零件所受的載荷、環境溫度、零件本身物理和機械性能等因素是隨機變化的。為了提高零件的可靠性,就應當在工作條件和零件性能兩個方面使其變化儘可能小。3.1.2半自動打包機功能機構整體設計 半自動打包機功能機構由開口進帶機構、拉帶機構、捆紮封接機構及切帶機構組成,根據上述機械設計的基本要求,半自動打包機整體設計如下圖3-1:圖3-1半自動打包機整體 包裝帶捆紮機採用聚丙烯塑料帶作為捆紮材料,打捆完成後用熱熔搭接法將捆紮帶加熱粘貼。當捆紮物人工擱置在摩擦輪下面后,提起手柄,達到一定的捆緊力后,手動將熱熔壓頭壓下,切刀隨後頂上切帶,焊接。稍後,提起熱熔壓頭,鬆開手柄,完成一個捆件的捆紮過程 。在捆紮過程中,由送退帶機構完成送帶、收帶、拉緊等動作;在夾壓、熨燙機構作用下完成包裝帶粘結鎖緊,防止包裝帶的打滑鬆動。本捆紮機以編程序控制器作為控制單元實現打捆過程的半自動化。

3.2 電機選擇(1)機電領域中步進電機的選擇原則 步進電機是一種能將數字輸入脈衝轉換成旋轉或直線增量運動的電磁執行元件。每輸入一個脈衝電機轉軸步進一個步距角增量。電機總的迴轉角與輸入脈衝數成正比例,相應的轉速取決於輸入脈衝頻率。 步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一,通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應用於機電一體化產品中,如:數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、複印機、傳真機等。選擇步進電機時,首先要保證步進電機的輸出功率大於負載所需的功率。而在選用功率步進電機時,首先要計算機械系統的負載轉矩,電機的矩頻特性能滿足機械負載並有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中,各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的範圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機,負載力矩大。 選擇步進電機時,應使步距角和機械系統匹配,這樣可以得到機床所需的脈衝當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈衝當量,一是可以改變絲桿的導程,二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其解析度,不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。選擇功率步進電機時,應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率,使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量,使之最高速連續工作頻率能滿足執行件快速移動的需要。

(2)選擇步進電機設計捆紮機的拉緊力在F=200N則;摩擦輪的阻力矩為 T=F×rr—摩擦輪直徑,根據結構要求,r取為40mm,T=200×0.04=8N.m根據供電電壓為12V選取步進電極電機,根據《小功率電機手冊》,選擇永磁式步進電機,其具體參數如下:表3-1。表格3-1步進電機的基本參數型號 相數 額定電壓(V) 電流(A) 保持轉矩(N.m) 步近角(°) 57BYG005 4 12V 0.4A 25.5N.m 1.8°

 

3.3傳動齒輪設計

齒輪傳動是半自動打包機功能機構的重要組成部分。1)確定計算公式及各參數值(1)輸入功率為200W,齒輪的轉速為450r/min選用直齒圓柱齒輪傳動,7級精度。選擇齒輪材料為45(調質),硬度為280HBS,選擇齒輪齒數均為Z=20,由公式:查機械設計手冊確定3-5公式內的各計算數值(2)試選載荷係數:Kt=1.3(3)計算齒輪傳遞的轉矩:;(4)齒寬係數:;(5)材料的彈性影響係數:;(6)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限;(7)計算應力循環次數;(8)接觸疲勞壽命係數;(9)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全係數S=1.5,得:; 2)計算試用公式(3-1)算齒輪分度圓直徑d;;(1)計算圓周速度V;(2) 計算齒寬b;(3)計算齒寬與齒高之比b/h模數;齒高;(5)計算載荷係數7級精度,查得動載係數;直齒輪,假設。查得。查得使用係數,得:;由b/h=9.1,,查得2;故載荷係數;(6) 按實際的載荷係數校正所算得的分度圓直徑,得:;(7)計算模數:。3)按齒根彎曲強度設計彎曲強度設計公式為確定公式內的各計算數值(1)查得齒輪的彎曲疲勞強度極限;(2)查得彎曲疲勞壽命係數;計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全係數S=1.5,得:;(3)計算載荷係數K(4) 查取齒形係數;(5)查取應力校正係數;(6)計算齒輪的4) 設計計算由公式(3-6)得:對比計算結果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大於齒根彎曲疲勞計算的模數,由於齒輪模數m大小主要取決於彎曲強度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數與齒數的乘積)有關,可取由彎曲強度算得的模數0.96,考慮到實際結構,模數取稍大一點,圓整為標準值,按接觸強度算得的分度圓直徑,算出齒輪齒數,為了避免根切及實際結構尺寸要稍大一點,取齒數為20,這樣設計出的齒輪傳動,既滿足了齒面接觸疲勞強度,又滿足了齒根彎曲疲勞強度,並做到了結構緊湊,避免浪費。5)幾何尺寸計算1)計算分度圓直徑;2)計算中心距3)計算齒輪寬度B=30mm。圖3-1齒輪3.4軸的設計捆紮帶拉緊機構的齒輪傳動軸採用平鍵聯接。電動機正常工作的轉速為n0=300r/min。齒輪的傳動比為i2=1:1,得傳動軸的轉速n1=n0/i1=450/1(r/min)=450r/min;功率P1=450W=0.3KW。從動軸的轉速n2=n1/i2=450r/min;功率P2=200W=0.2KW1. 確定軸1最小直徑軸的扭轉強度條件為:式中:——扭轉切應力,單位MPa; T——軸所受的扭距,單位N*mm;——軸的抗扭截面係數,單位; n——軸的轉速,單位r/min; P——軸傳遞的功率。單位KW; d——計算截面處軸的直徑,單位mm; []——許用扭轉切應力,單位MPa由上式可得軸的直徑選取軸的材料為40Cr鋼,調質處理。A0查表取100,P=200W=0.2KW,n=450r/min代入得:軸最小直徑的初始值:d7.6mm,將其圓整為8mm根據送退帶機構軸上各齒輪、摩擦輪與支架以及相互之間的尺寸關係確定傳動軸的各部分軸徑及長度如圖3.1:圖3.1傳動軸3.軸的校核進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。取,計算軸的應力:——軸的計算應力,單位MPa;M——軸所受的彎距,單位N.mm;T——軸所受的扭距,單位N.mm;W——軸的抗彎截面係數,單位。計算公式如3-3:從軸的結構圖3.1可以看到軸的危險截面,現將計算出的截面處的的值列出表3-1:表3-1 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 畫出軸的載荷分析圖。如圖3.4:截面為危險截面。帶入公式3-2中得:前已選定軸的材料為45鋼,調質處理,查得。因此,,故安全。3.5摩擦輪設計 摩擦輪是壓緊扎帶的滾輪,通過接觸面間的摩擦力傳遞運動和動力的,使扎帶拉緊。結構簡單、製造容易、運動平穩、雜訊低,過載可以打滑,有著廣泛的應用。(一)摩擦輪材料的選擇由於摩擦輪實現包裝帶的進與退,製造摩擦輪的材料應該是:彈性模量大、摩擦係數高,接觸疲勞強度和耐磨性好,吸濕小,價廉並易於加工,可以選用GCr15。(二)本捆紮機採用圓柱摩擦輪傳動,其示意圖如下:圖3-2摩擦輪3.6機架設計3.6.1機架設計準則底座、機架、箱體、基板等零件都屬於機架零件。機架零件可劃分為四大類:即機座類、機架類、基板類和箱殼類,對機架零件一般可提出

下列要求:(1)工況要求:即任何機架的設計首先必須保證機器的特定工作要求。例如,保證機架上安裝的零部件能順利運轉,機架的外形或內部結構不致有阻礙運動件通過的突起,設置執行某一工況所必需的平台;保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。(2)剛度要求:在必須保證特定的外形條件下,對機架的主要要求是剛度。如果基礎部件的剛性不足,則在工作的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下,就會產生變形,振動或爬行,而影響產品定位精度、加工精度及其它性能。例如機床的零部件中,床身的剛度則決定了機床的生產率和加工產品的精度。(3)強度要求:對於一般設備的機架,剛度達到要求,同時也能滿足強度的要求(4)穩定性要求:對於細長的或薄壁的受壓結構及受彎-壓結構存在失穩問題,某些板殼結構也存在失穩問題或局部失穩問題。失穩對結構會產生很大的破壞,設計時必須校核。(5)美觀:目前對機器的要求不僅要能完成特定的工作,還要使外形美觀。(6)其它:如散熱的要求,防腐蝕及特定環境的要求。

 在滿足機架設計準則的前提下,必須根據機架的不同用途和所處環境,考慮下列各項要求,並有所偏重。(1)機架的重量輕,材料選擇合適,成本低。(2)結構合理,便於製造。(3)結構應使機架上的零部件安裝、調整、修理和更換都方便。(4)結構設計合理,工藝性好,還應使機架本身的內應力小,由溫度變化引起的變形應力小。(5)抗振性能好。(6)耐腐蝕,使機架結構在服務期限內盡量少修理。(7)有導軌的機架要求機架導軌面受力合理,耐磨性良好。

3.6.2機座設計1)機座的結構及材料 進行機架結構形式的選擇是一個較複雜的過程,對結構形式、構件截面和結點構造等均需要結合具體的情況進行仔細的分析。對結構方案要進行技術經濟比較。由於各種設備有不同的規範和要求,制定統一的機架結構選擇方法較困難。但是,可以利用結構力學的知識提出下列一般的規則。這些規則是為了節約材料在選擇形式時應遵守的一般規律。

(1)結構的內力分佈情況要與材料的性能相適應,以便發揮材料的優點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時,截面上的材料分佈是均勻的,所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應力分佈是不均勻的,所以材料的應力分佈不夠經濟。機械結構中許多構件所受的都是沿垂直於桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處,彎矩曲線有曲率,且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限於一小段內,在較長段內材料不能充分利用,這是彎曲構件不經濟的另一原因。

(2)結構的作用在於把載荷由施力點傳到基礎。載荷傳遞的路程愈短,結構使用的材料愈省。

(3)結構的連續性可以降低內力,節省材料。因該打包機尺寸不是很大,結構比較緊湊,受力不大,精度要求較高,材料上,考慮到機械臂要適用各種惡劣環境,為防止生鏽,便於安裝,選擇HT200灰鑄鐵作為基座。

 

第四章 半自動打包機功能機構三維模型4.1Pro/Engineer軟體簡介 Pro/Engineer操作軟體是美國參數技術公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟體。Pro/Engineer軟體以參數化著稱,是參數化技術的最早應用者,在目前的三維造型軟體領域中佔有著重要地位,Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣。是現今主流的CAD/CAM/CAE軟體之一,特別是在國內產品設計領域佔據重要位置。Pro/Engineer操作軟體是美國參數技術公司(PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一體化的三維軟體。Pro/Engineer軟體以參數化著稱,是參數化技術的最早應用者,在目前的三維造型軟體領域中佔有著重要地位,Pro/Engineer作為當今世界機械CAD/CAE/CAM領域的新標準而得到業界的認可和推廣。是現今主流的CAD/CAM/CAE軟體之一,特別是在國內產品設計領域佔據重要位置。

(一)Pro/Engineer Pro/Engineer是軟體包,並非模塊,它是該系統的基本部分,其中功能包括參數化功能定義、實體零件及組裝造型,三維上色,實體或線框造型,完整工程圖的產生及不同視圖展示(三維造型還可移動,放大或縮小和旋轉)。Pro/Engineer是一個功能定義系統,即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現,其中包括:筋(Ribs)、槽(Slots)、倒角(Chamfers)和抽殼(Shells)等,採用這種手段來建立形體,對於工程師來說是更自然,更直觀,無需採用複雜的幾何設計方式。這系統的參數比功能是採用符號式的賦予形體尺寸,不象其他系統是直接指定一些固定數值於形體,這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的關係,任何一個參數改變,其也相關的特徵也會自動修正。這種功能使得修改更為方便和可令設計優化更趨完美。造型不單可以在屏幕上顯示,還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色印表機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應用軟體,諸如有限元分析及後置處理等,這都是通過標準數據交換格式來實現,用戶更可配上Pro/Engineer軟體的其它模塊或自行利用C語言編程,以增強軟體的功能。它在單用戶環境下(沒有任何附加模塊)具有大部分的設計能力,組裝能力(運動分析、人機工程分析)和工程製圖能力(不包括ANSI,ISO,DIN或JIS標準),並且支持符合工業標準的繪圖儀(HP,HPGL)和黑白及彩色印表機的二維和三維圖形輸出。Pro/Engineer功能如下:1.特徵驅動(例如:凸台、槽、倒角、腔、殼等);2.參數化(參數=尺寸、圖樣中的特徵、載荷、邊界條件等);3.通過零件的特徵值之間,載荷/邊界條件與特徵參數之間(如表面積等)的關係來進行設計。4.支持大型、複雜組合件的設計(規則排列的系列組件,交替排列,Pro/PROGRAM的各種能用零件設計的程序化方法等)。5.貫穿所有應用的完全相關性(任何一個地方的變動都將引起與之有關的每個地方變動)。其它輔助模塊將進一步提高擴展Pro/ENGINEER的基本功能。

(二)Pro/E機構運動模擬 工程師無需等待物理原型就能測試產品的動力行為。利用Pro/ENGINEER機構動力學模擬,您可以虛擬地模擬包含運動元件的系統中的作用力和加速度。而且,您可以綜合考慮諸如彈簧、電動機、摩擦力和重力等動力影響,相應地調整產品性能。改善檢驗和認證過程並最大程度地提高設計信心,而無需承受製造昂貴原型的負擔。與設計和分析工具完全集成,從而無需再花費時間、精力和金錢來處理數據轉換和關聯的錯誤。利用Pro/E機構模擬有以下優點:•可以創建虛擬樣機在桌面計算機中進行測試,從而降低開發成本模擬賽車懸架所受到的實際作用力。•能夠更快速和更早地將變更反映在產品中,並從桌面計算機測試中即時獲得結果。•通過縮短開發時間率先向市場推出更優質的產品。•通過對產品壽命進行更準確的估計,從而可降低保修成本。•利用具體的動畫式生產指令進行裝配,可以避免代價高昂的製造錯誤。•通過利用從虛擬測試中所節省的時間來評估更多設計構思,從而可開發出更新穎的產品。•在易於學習、直觀明了的用戶界面中工作。4.2半自動打包機零件建模4.2.1摩擦輪建模(1)新建零件,拉伸,草繪直徑為39的圓,將其拉伸為25mm圓柱體。圖4-1草繪圓圖4-2拉伸(2)兩端面倒角。(3)點螺旋掃描命令,定義如圖4-3所示的掃引軌跡,定義完后,輸入螺距20mm,草繪如圖4-4所示的截面,完成後,得到如圖4-5所示的螺旋掃描的切口,圖4-3定義掃引軌跡圖4-4定義截圖圖4-5掃描出來的螺旋切口(4)選中掃描出來的切口,進行陣列,如圖4-6所示。圖4-6陣列圖4-7陣列后(5)同(4)操作步驟,反方向螺旋切口並陣列,得到如圖4-8所示,圖4-8陣列后摩擦輪

 

(6)拉伸,草繪軸孔及鍵槽,完成後,並倒角,效果如圖4-10.圖4-9草繪軸孔及鍵槽圖4-10摩擦輪4.2.2凸輪手柄建模(1)草繪如圖4-11所示,圖4-11草繪圖4-12拉伸(2)如圖4-13圖4-13拉伸一個缺口(3)拉伸手柄部分圖4-14拉伸手柄(4)倒角(5)把右邊的凸輪去掉一部分,如圖4-15圖4-15去除材料圖4-16凸輪手柄4.2.3手柄建模手柄的建模主要任用拉伸命令,打孔命令及倒圓角命令,限於篇幅,在此不一一介紹了,最後效果如圖4-17.圖4-17手柄4.2.4支架建模支架的建模主要任用拉伸命令及倒圓角命令,限於篇幅,在此不一一介紹了,最後效果如圖4-18。圖4-18支架4.2.5軸建模軸的建模主要任用拉伸命令及旋轉命令,限於篇幅,在此不一一介紹,最後效果如圖4-19。圖4-19軸4.3半自動打包機虛擬裝配應用前述建立的各零件的三維圖型進行虛擬裝配,首先進行子裝配,完成子裝配工作后,進行總裝配。零件裝配好了以後,進行裝配體的干涉檢查,以便確定裝配體中各零件之間是否存在實體邊界衝突(即干涉)、衝突發生在何處、進而為消除衝突做好準備。一般對零件較多或裝配要求較嚴格的裝配體,應該裝配好—個零件就進行一次裝配檢查,這樣可以及時發現錯誤,及時修正。圖4-20齒輪軸承子裝配圖4-21半自動打包機功能機構虛擬裝配圖

 

結論 半自動打包機廣泛應用於各領域,包裝帶打包機的研製成功,極大的提高了我國紙箱包裝的自動化和標準化水平,減輕工人勞動強度。在進行半自動打包機功能機構設計之前,本人對實際產品進行了調研及對相關專利進行了研究,本設計是在這些基礎上改進而來的。本設計能很好的滿足對紙箱的捆紮要求,體積小,重量輕,運行穩定。本文所作的主要工作包括:(1)對半自動打包機及其它打包機的國內外現狀進行了分析;(2)對半自動打包機的方案進行了討論和論證;(3)對半自動打包機的各功能機構進行了設計,並有機的將這些功能機構整合到一個系統;(4)對關鍵的齒輪及軸等關鍵傳動部分進行了計算和強度校核。(5)運用Pro/E三維軟體對半自動打包機進行建模及虛擬裝配;本文所研製的半自動打包機雖然已經能較好的完成對紙箱打捆的功能,但其在整體性能、自動化程度以及功能的完善性方面跟國外先進的全自動打包機相比還有一定的差距。我們需要努力的方向是:提高打包效率、提高打包機的工作穩定性、提高打包機的可靠性,提高自動化程度進行智能控制。參考文獻[1]吳宗澤主編,機械設計師手冊(上冊),機械工業出版社,2002.1.[2]朱文堅、黃平、吳昌林,機械設計,高等教育出版社,2002.2[3]保承軍,機械零件設計要點分析,《裝配製造技術》,2007年第1期[4]專利:手提式打包機:中國,ZL20120520413.X[P],2011-04-20.[5]專利:打包機的打包帶收緊技術:中國,200610027952.8[P],2007-06-26.[6]忠峙.Signode半自動捆紮機[J].上海包裝,1993(4):42-42[7]劉金棠.捆紮機煙塵凈化工程簡介[J].勞動保護,1998(9):28-28.[8]陳潤沾.包裝機械行業產品質量現狀分析及展望[J].中國農業機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文. 2003(11):67-78.[9]王文虎,陳日新,黃建春.超聲波焊接捆紮機智能控制系統[J].電工技術,2002(11):22-23.[10]濮良貴,紀名剛主編.機械設計(第八版)[M].北京:高等教育出版社,2006.5[11]孫恆,傅則紹.機械原理[M],北京:高等教育出版社,2005.[11] J.P.Kerry,M.N.O’Grady,S.A.Hogan.Past,current and potential utilisation of active and intelligent packaging systems for meat and muscle-based products:A review[J].Meat Science,2006,74(1):113-130.[12] Harold A.Hughes.Food Packaging Machinery[M].Handbook of Farm,Dairy,and Food Machinery,2007:695-718.

致謝 畢業設計終於完成,在畢業設計過程中,我們受到了指導老師的耐心認真的指導,在此表示十分感謝!老師自始至終對我無私的幫助,在我們設計期間,他在百忙中給我們開會,對我們進行耐心的指導,這才使的我能夠順利的完成畢業設計任務,再次向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意! 同時,老師是一個治學嚴謹的老師,在設計中,他嚴格要求我們,對我們在設計中遇到的疑難問題進行認真仔細的講解.老師經驗豐富,在講解問題的過程中給我們涉及了很多現實施工中的講解,使我們獲益匪淺.在設計中老師一遍一遍地給我們指出設計中存在的問題和錯誤,不厭其煩的為我們講解在繪圖中存在的疑問,仔細認真的為我們找出在出圖時細節方面的不足,使我們的設計得以順利進行和完善.在此對老師表示深深的感謝!在設計的構思,資料的收集,繪圖的處理等方面,得到了多位老師,同學的積極幫助,佔用了他們許多寶貴時間,在此也向他們表示由衷的感謝!

 

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