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毕业设计(论文)题目全自动开箱机结构设计专业机械设计制造及其自动化专业学 号110610212学生张海滨 指导教师盖玉先答辩日期
2015、
1.1课题背景及研究的目的和意义
11.2开箱机的发展现状
11.3本课题的研究内容和方法
21.4本章小结2第2章自动开箱机的整体设计
2.1自动开箱机总体设计方案
32.
1.1自动开箱机总体结构
32.
1.2各组成机构的功能实现方法
42.2自动开箱机的工作流程
52.3设计方案的改进
62.4本章小结6第3章自动开箱机各个机构设计
3.1主机架的设计
73.
1.1主机架的结构组成
73.
1.2主机架的工作原理
73.2上箱机构的设计
83.
2.1上箱机构的结构组成
83.
2.2上箱机构的工作过程
93.
2.3自动下滑机构的优点
93.3真空吸箱机构设计
93.
3.1真空吸箱机构的结构组成
93.
3.2真空吸箱机构的工作原理
103.
3.3动力的选择
103.
3.4气缸的选型
103.
3.5真空吸盘的选型
123.4摇臂输箱机构设计
133.
4.1摇臂输箱机构的结构组成
133.
4.2摇臂输箱机构的工作原理
143.
4.3动力选择与气缸选型
143.5纸箱前盖折边机构设计
153.
5.1纸箱前盖折边机构的结构组成
153.
5.2纸箱前盖折边机构的工作原理
153.
5.3动力选择与气缸选型
163.6纸箱侧盖折边机构
163.
6.1纸箱侧盖折边机构结构组成
163.
6.2纸箱侧盖折边机构的工作原理
163.
6.3动力选择与气缸选型
173.7纸箱导轨机构
183.
7.1纸箱导轨机构结构设计
183.
7.2纸箱导轨机构的工作原理
193.
7.3动力选择与选型计算
193.8压实撞杆机构
203.
8.1压实撞杆机构结构设计
203.
8.2压实撞杆机构工作原理
203.9封箱及后盖折边机构
213.
9.1封箱及后盖折边机构结构设计
213.
9.2封箱及后盖折边机构工作原理
213.10纸箱成型装置
243.
10.1纸箱成型装置结构设计
243.
10.2纸箱成型装置主要工作原理
243.11本章小结24第4章重要零部件的校核
4.1齿轮轴的校核
254.
1.1计算齿轮受力
254.
1.2齿轮轴受力图
254.
1.3许用应力
284.
1.4校核轴径
284.2滚动轴承的寿命计算
284.3本章小结29第5章开箱机的使用
5.1开箱机的注意事项
305.2使用说明
305.3一般性故障及排除方法
305.4胶带封底装置工作异常
1.1课题背景及研究的目的和意义在传统的包装材料中,瓦楞纸箱一直占据重要的地位瓦楞纸箱作为运输包装材料,既经济、轻便又堆放省力、易于处理瓦楞纸箱是高功能、低成本的良好运输容器,是当今世界各国所采用的最重要的包装形式之一经济发达的国家纸箱工业产值占整个包装工业产值的40%左右我国的包装工业起步于上个世纪的70年代末,80年代初,进口了大量包装材料和包装机械,这对加快我国的包装工业的发展起了十分重要的作用我国的包装机械在技术引进,消化吸收中得到发展纸箱自动开箱机是进20余年来随着包装工业的发展和运输集装化发展集机、电、光、气一体化的高技术,高智能,高竞争的新型包装设备近10年来,中国瓦楞纸箱机械工业发展迅速国内纸箱机械企业模仿引进设备,由于国外引进的设备价格昂贵而国内纸箱企业大多数无法接受,从而为国内机械设备企业打开销路形成目前比较先进的纸箱包装机械但是,根据目前纸箱生产的发展对纸箱包装机械的要求越来越高,为纸箱包装机械企业进一步开拓高速、高档、高效、高科技的纸箱机械设备指明了方向和发展趋势通过设计优化开箱机的各个结构,使全自动纸箱开箱机的开箱能力更快速,更稳定,更优化
1.2开箱机的发展现状目前国外多家包装机械厂生产的全自动纸箱开箱机存在性能不稳定等许多细节问题,如纸箱摆放时容易翻倒以往的自动开箱机储料方式采用动力输送,而在实际生产过程中,由于各个使用厂商的纸箱材质,厚度等各不相同,导致在生产过程中经常出现纸箱送料不到位或送过料等问题此外,由于开箱机采用的纸箱成型方法不佳导致成型的纸箱形状不标准我国的纸箱包装机械行业目前总体的生产状况是结构简单,技术含量低的产品多,高技术附加值、高生产率的产品少;单机多,成套流水线少,完整的配套性尤差;重生产加工,轻研究开发,自主开发的创新产品很少福建省机械科学研究所研发的ZF5050全自动纸箱开箱机继承了传统FJ6050胶带封箱机的工作效率高,封箱质量好等优点并且封贴平整、牢固、无明显折皱、左右对称偏差小于5mm随着科学技术的发展和市场竞争的加剧,客户对成品机械性能的要求也越来越高一是高生产率,以满足交货期的要求和降低工艺流通成本的需要;二是适应产品更新的需要,纸箱包装机械要具有高的柔性和灵活性;三是对一些产品,还要求纸箱包装机械和生产机械相衔接;四是设备故障少,出现故障能进行远程诊断服务;五是购置设备投资尽可能少,价格要尽可能低一些;六是对环境污染少,包括噪声和粉尘包装机械的最大特点是动作复杂、频繁,且有较多的执行元件在这种场合使用继电器控制逻辑必然需要大量的中间继电器,而这些中间继电器在用PLC控制的情况下,就可以对其内部的辅助继电器进行编程后来取代国外在各种包装机上已经大量采用了PLC来取代传统的继电器控制屏我国包装机械目前控制部件大多还沿用继电器方式如果能用PLC来取代的话,则可以简化机械结构,机械和电气设计都可以得到简化更重要的是可以使原来无法实现的某些功能得以实现,使机器在某种程度上实现智能化,大大降低其故障率,提高其性能
1.3本课题的研究内容和方法本课题是对瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构设计,使所设计的纸箱自动开箱机可以自动完成对瓦楞纸箱的取箱、开箱、封箱并且可以完成纸箱板的自动进给,纸箱自动开箱机所开纸箱板的尺寸柔性可调为使设计的纸箱自动开箱机结构鲜明,设计过程简便,从而将纸箱自动开箱机总体结构分为了主机架、上箱机构、纸箱成型机构、真空吸箱机构、摇臂输箱机构、纸箱前盖折边机构、纸箱侧盖折边机构及抬高机构、纸箱导轨机构、纸箱胶带封底机构、压实撞杆机构、纸箱后盖折边机构通过对各个结构的优化设计特别是纸箱导轨机构和胶带封底机构,将各个机构总装在主机架上,最终完成纸箱自动开箱机的总体结构设计
1.4本章小结本章主要介绍了课题的背景及研究的目的意义;介绍了纸箱包装机械设备的现状以及目前大部分纸箱自动开箱机存在的问题;还介绍了本课题的主要研究内容与研究方法第2章自动开箱机的整体设计
2.1自动开箱机总体设计方案
2.
1.1自动开箱机总体结构本课题所设计的瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构由主机架、上箱机构、纸箱成型机构、真空吸箱机构、摇臂输箱机构、纸箱前盖折边机构、纸箱侧盖折边机构、纸箱胶带封底机构、纸箱导轨机构、压实撞杆机构总装而成瓦楞纸箱自动开箱机的总装结构如图2-1所示图2-1总装结构示意图瓦楞纸箱自动开箱机也叫纸箱板打开,纸箱板由真空吸箱机构的气动吸盘吸取运动至纸箱折边机构正上方,在此过程中经过纸箱成型装置,纸箱板在成型装置阻力与气动吸盘的吸力作用下运动展开纸箱的前盖、后盖以及侧盖分别在一定程序作用下,由纸箱前盖折边机构、纸箱后盖折边机构和纸箱侧盖折边机构折叠折叠好的纸箱由摇臂输箱机构推入纸箱导轨纸箱在纸箱导轨的皮带驱动下向前运动,经过纸箱胶带封底机构时由胶带密封纸箱自动开箱机是大批量纸箱板自动进给、自动开箱、自动封箱的流水线生产设备纸箱自动开箱机采用PLC+显示屏控制,一次完成纸箱的吸箱、开箱、成型、折底、封底等包装工序,各个工序完全自动化纸箱自动开箱机的大体功能如图2-2所示由于纸箱自动开箱机的高度自动化,大大方便生产,提高了企业的生产效率,降低了生产成本,是自动化规模生产必不可少的设备图2-2机器功能示意图
2.
1.2各组成机构的功能实现方法
(1)送料装置送料装置即上箱机构上箱机构的主框架上装有纸箱左右挡板纸箱左右挡板可以固定纸箱板,防止纸箱翻倒,其中纸箱左挡板通过丝母与丝杠连接,从而可以通过旋转手轮调节纸箱左挡板的位置,以适应不同宽度的纸箱板上箱机构的底板倾斜,与水平面夹角为30°,上箱机构底板上通过光杠装有重力下滑机构,从而无需添加任何驱动机构,上箱机构直接依靠纸箱与纸箱挡板的自重即可自动完成进给,机械性能稳定可靠
(2)取料装置取料装置即真空吸箱机构真空吸箱机构设计为曲柄滑块机构,整个滑块在光杠上滑动,一个滑块上固定有支架,支架上装有吸盘,完成对纸箱的吸紧另一个滑块通过曲柄连接气缸,整个机构由气缸驱动曲柄使滑块在光杠上做直线往复式运动
(3)成型推箱装置成型装置为一个固定在主机架上的杆当真空吸箱机构吸取纸箱板向纸箱折边机构移动时,纸箱板碰到纸箱成型装置以后,在压痕处弯折逐渐将纸箱板折成纸箱已经成型的纸箱在折盖机构完成折盖后由推箱装置推入纸箱导轨推箱机构即摇臂输箱机构,摇臂通过滑块与光杠连接,由气缸驱动滑块做直线往复式运动气缸通过丝母与丝杠连接,从而可以通过旋转手轮调节气缸底座固定板的位置,进而调节推动纸箱的极限位置此机构的设计避免了对不同纸箱加工时更换不同气缸的繁琐过程只需要通过手轮调节气缸位置,既简单容易操作,又节省了成本,提高了生产效率
(4)折盖装置折盖装置包括纸箱短边折边机构和纸箱长边折边机构纸箱短边折边机构分为两个部分,一部分完成纸箱的前盖折边,一部分完成纸箱的后盖折边纸箱前盖折边机构由气缸驱动齿条做直线往复式运动,齿条与齿轮相互啮合,齿轮带动齿轮轴转动,齿轮轴上固定有拍击板,拍击板转动,从而完成纸箱的前盖折边纸箱后盖折边机构与纸箱前盖折边机构工作原理相同,均由气缸驱动,齿轮齿条啮合完成纸箱长边折边机构固定在支架上,整个装置由气缸驱动,气缸底端与固定轴连接气缸输出轴带动纸箱长边折边板转动,完成纸箱的长边折边以及纸箱的抬高
(5)输送装置输送装置即纸箱导轨机构纸箱导轨由两个部分组成,分别通过丝母与丝杠连接从而可以调节尺寸丝杠分为旋向相反的两部分,从而旋转手轮后纸箱导轨的左右两部分同时向两边运动或同时向中间运动保证了纸箱导轨的中心不变,从而适应不同尺寸的纸箱使都可以满足纸箱的中心在胶带封底装置的正上方,可以顺利地完成胶带封底整个装置由两个电机通过主动轮与从动轮带动皮带运动,依靠纸箱的摩擦力完成纸箱的输送与夹紧
(6)封底装置封底装置由胶带封底机构和压实撞杆机构组成压实撞杆机构通过丝母光杠可以调节纸箱压板的高度,从而适应不同高度的纸箱,纸箱压板的主要作用是压紧纸箱,与纸箱导轨共同完成纸箱的定位夹紧,避免纸箱在外力作用下抬高胶带封底装置由单向滚筒、弹簧、锯齿形件,曲柄等连接而成,完成纸箱的胶带封底过程
2.2自动开箱机的工作流程主机架上装有上箱机构,主机架内装有真空吸箱机构和摇臂输箱机构,真空吸箱机构下部对应位置装有纸箱长边闭合机构,摇臂输箱机构上装有纸箱前盖折边机构摇臂输箱机构运动尽头装有纸箱导轨机构,纸箱导轨中间装有胶带封底装置和纸箱后盖折边机构,纸箱导轨上部对应位置装有压实撞杆机构纸箱板存储在上箱机构上,通过转动手轮带动丝杠转动,从而使丝杠丝母上的纸箱左边固定板左右移动,与纸箱右边固定板共同夹紧纸箱板光杠通过滑块连接纸箱板挡板上箱机构底板与水平面成30°夹角,通过纸箱与纸箱固定板的自重自动完成纸箱的进给真空吸箱机构由气缸驱动,吸盘固定在支架上,支架与滑块相连,气缸驱动滑块在光杠上做直线往复式运动,吸取纸箱纸箱在运动过程中碰触成型装置自动打开成型吸盘将纸箱吸取到纸箱折边机构的正上方之后,纸箱短边折边机构折叠纸箱短边,纸箱长边折边机构折叠纸箱长边并抬高纸箱摇臂输箱机构将纸箱推入纸箱导轨,纸箱导轨的皮带输送纸箱经过胶带封底装置,完成纸箱的封底压实撞杆机构压紧纸箱,保持纸箱底部的平整
2.3设计方案的改进上箱机构通过纸箱板与水平面成30°夹角,使整个机构依靠纸箱与纸箱挡板的自重自动完成进给而不需要添加其他的驱动机构,机械性能稳定可靠以往的纸箱自动开箱机胶带封底装置采用类似于倒置订书机的结构,结构复杂,维修困难,而且加工组装过程繁琐本课题所设计的胶带封底装置通过曲柄、滚轮、弹簧的应用,使封底装置更加简洁实用,性能更加稳定
2.4本章小结本章主要介绍了自动开箱机的总体结构,将自动开箱机分为了九个重要的组成部分对每个结构的设计思路,所要实现的功能做了介绍,初步确定了各个机构的设计方案介绍了自动开箱机的整个工作流程,同时分析了此设计方案对一些结构的改进优化第3章自动开箱机各个机构设计
3.1主机架的设计
3.
1.1主机架的结构组成主机架主要由支架、箱板、丝杠、光杠、底座轮、支座、控制箱、铝合金框架等零件组成主机架的结构示意图如图3-1所示图3-1主机架结构示意图
3.
1.2主机架的工作原理主机架的主要作用是将各个机构组装在一起,成为纸箱自动开箱机的主要框架主机架的前方右边位置固定上箱机构,通过手轮丝杠的作用,可以调节上箱机构的高度,从而适应不同高度的纸箱板上箱机构固定结构如图3-2所示主机架上方为铝合金框架,嵌入玻璃为观察窗主机架底部由四个底座固定,当需要移动自动开箱机的位置时可以调节机构使底部滚轮下降,底座上升,通过滚轮滚动来移动开箱机的位置,方便省力,大大节省了人力物力主机架的结构尺寸经过计算,既避免了各个机构之间的干涉,又满足机器正常工作的刚度要求图3-2上箱机构固定结构
3.2上箱机构的设计
3.
2.1上箱机构的结构组成上箱机构主要由主框架、纸箱后挡板、光杠、滑块、丝杠、丝母、手轮、轴承、纸箱左右固定板等零件组成,如图3-3所示图3-3上箱机构示意图
3.
2.2上箱机构的工作过程上箱机构主框架上装有纸箱左右挡板,挡板固定纸箱,防止纸箱翻倒上箱机构底板上倾,与水平面成30°夹角光杠滑块上装有纸箱后挡板,既可以固定纸箱,防止纸箱后倾,又可以依靠自身重力下滑推动纸箱进给当在纸箱挡板中放入纸箱后,纸箱被固定真空吸箱机构吸取一个纸箱之后,由于纸箱和后挡板的重力下滑自动完成纸箱进给当纸箱运动到延伸板后,由于延伸板水平且主机架对应位置装有成型装置,纸箱静止不动整个机构完全依靠纸箱板与后挡板机构的自重完成自动进给,既节省了成本又安全可靠
3.
2.3自动下滑机构的优点纸箱自动开箱机以往的储料方式多为动力驱动,每次的进给量一定在实际的生产过程中,由于各个厂商所使用的纸箱板材质,尺寸各不相同,导致机器工作过程中经常出现送料不到位或送过料等问题而采用自动下滑机构,不仅可以保证每次纸箱的进给位置合适,还无需添加外力驱动,节省了能源与成本
3.3真空吸箱机构设计
3.
3.1真空吸箱机构的结构组成真空吸箱机构由气缸、滑块、光杆、固定座、支架、气动吸盘、等零件组装而成其结构示意图如图3-4所示图3-4真空吸箱结构示意图
3.
3.2真空吸箱机构的工作原理真空吸箱机构的气动吸盘固定在竖直板上,竖直板固定在支架上,支架固定在光杠滑块上,从而可以在驱动力作用下做直线往复式运动气缸通过曲柄驱动支架向前移动,到达纸箱处气动吸盘吸取一个纸箱气缸杆回缩,驱动支架向后运动,在向后运动过程中纸板碰到纸箱成型机构,在吸盘吸力与成型装置阻力的作用下展开成纸箱最终停留在折边机构的上方通过对丝杠的应用,使真空吸箱机构可以通过旋转手轮调整气动吸盘的停留位置,从而使纸箱能准确的停留在纸箱折边机构的上方
3.
3.3动力的选择动力的主要作用是驱动滑块在光杠上做直线往复式运动,可以选择气动、电动、液压动力虽然液压动力可以驱动滑块在光杠上做直线往复式运动,但是由于液压动力速度过于缓慢,不能够满足本课题中开箱机的开箱速度,所以不选择液压动力电动机构的主要不足之处在于电动机构相对于其他两个驱动力机构比较复杂,更加容易发生故障并且由于机构的复杂性,对开箱机维护人员的技术要求相对较高电动机虽然能提供驱动力,但是电动机转速过高需要配合减速机构并且电动机驱动下的取料机构刚性过大,如果发生纸箱脱落或者成型的纸箱未被及时推走容易产生破坏气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体,其执行机构有薄膜式和活塞式活塞式运动行程长,适用于要求有较大推力的场合,薄膜式行程较短,只能直接带动阀杆气动执行机构结构简单,输出推力大,动作平稳可靠气动执行机构的主要优点有移动速度快,但当负载增加时移动速度会变慢,检查维修简单,对环境的适应性好,输出功率较大,使用安全气动执行器的工作介质是空气,节省成本,排气处理简单,不污染环境综上所述动力机构采用活塞式气缸驱动相比电动执行器,气缸可在恶劣条件下可靠地工作,且操作简单,基本可实现免维护气缸擅长作往复直线运动,尤其适于工业自动化中最多的传送要求如工件的直线搬运而且,仅仅调节安装在气缸两侧的单向节流阀就可简单地实现稳定的速度控制,也成为气缸驱动系统最大的特征和优势
3.
3.4气缸的选型
(1)气缸作用力的大小根据工作所需要的驱动力大小来确定活塞杆上的推力和拉力,由此来选择气缸时应使气缸的输出力稍有余量若缸径选小了,输出力不够,气缸不能正常工作缸径选大了,不仅使设备笨重,成本高,同时耗气量增大,造成能源浪费气缸理论出力的计算公式见式3-1公式3-1——气缸理论输出力(kgf——气缸缸径(mm)——工作压力(kgf/mm)
(2)气缸行程的长短气缸的行程与使用场合和机构的行程比有关,不同的安装形式其缸径的行程比不同,如图3-5所示根据使用场合的实际行程来验算一下活塞杆的强度是否产生纵向弯曲图3-5气缸安装形式3气缸的空气消耗量计算公式如式3-2所示公式3-2——每厘米行程空气消耗量L/cm——活塞或活塞杆直径mm——气缸行程(mm)——操作压力(kgf/cm)
(4)真空吸箱机构气缸选型已知气缸所驱动的滑块总位移为650mm,根据四杆机构的知识可以求得所需驱动气缸的行程为250mm,所需气缸的缸径为50mm,故选用的气缸型号为CA2L50-250S气缸型号的表示方法如图3-6所示图3-6气缸型号表示
3.
3.5真空吸盘的选型真空吸盘,又称为真空吊具,是真空设备执行器之一一般来说,利用真空吸盘抓取制品是最为廉价的一种方法真空吸盘品种多样,橡胶制成的吸盘可以在高温的环境下进行操作;由硅橡胶所制成的吸盘非常适用于抓住表面粗糙的制品;由聚氨酯制成的吸盘则很耐用另外,在实际生产使用中,如果要求吸盘具有耐油性,则可以考虑使用聚氨酯、丁腈橡胶或含乙烯基的聚合物等材料来制造吸盘通常,为避免制品的表面被划伤,最好选择由丁腈橡胶或硅橡胶制成的带有波纹管的吸盘,吸盘材料采用丁腈橡胶制造,具有较大的扯断力,因而广泛应用于各种真空吸持设备上由于真空吸盘的特殊结构当抽走或者稀薄密闭空间里面的空气时,与被吸吊物接触后会形成一个暂时性的密封空间通过气动管路或者一定的装置密闭空间里面的气压就低于外界的大气压力,于是吸盘内外的压力差产生,外面的大气压就会把物体和真空吸盘牢牢地挤压在一起这样,真空吸盘吸取物品运动至目的地后,把密闭空间和外面的大气压联通,真空吸盘就与物体分离开了真空吸盘具有操作速度快、安全不会损坏物品、经济环保等优点真空吸盘的直径计算公式如式3-3所示公式3-3——吸盘的直径mm——吸取工件的质量kg——安全系数——吸盘的个数——真空压力kpa真空吸盘的工作方式一般分为水平起吊与垂直起吊两种当真空吸盘水平起吊时安全系数为4,当真空吸盘垂直起吊时安全系数为8真空吸盘的两种工作方式如图3-7所示图3-7真空吸盘工作方式考虑到吸盘吸附工件的可吸附尺寸面时,所选的吸盘直径应设定为略大于根据公式3-3所得出的所需吸盘直径因为吸盘在吸附工件时会产生变形,所以吸盘的外径大小一般应该增大10%左右最终计算得本机构采用4个吸盘,吸盘的材料为丁腈橡胶吸盘的直径为60mm
3.4摇臂输箱机构设计
3.
4.1摇臂输箱机构的结构组成摇臂输箱机构由摇臂、推杆、支架、丝杠、光杠、气缸、手轮、支撑板等零件组装而成摇臂输箱机构的结构示意图如图3-7所示图3-7摇臂输箱结构示意图
3.
4.2摇臂输箱机构的工作原理摇臂输箱机构的推杆和摇臂通过底板固定在光杠滑块上,气缸驱动滑块在光杠上做直线往复式运动,从而可以将已经成型的纸箱推入纸箱导轨气缸安装方式采用轴向脚座型由于纸箱自动开箱机的尺寸柔性可调,导致气缸的行程需要根纸箱的尺寸而改变如果更换一种尺寸的纸箱就更换一次气缸的话工作过程过于繁琐,不仅困难难以执行此种方法,而且会由于更换气缸使机器停止运动,大大降低了生产效率而且纸箱的尺寸在一个范围内柔性可调,这就导致不可能备用过多气缸,此种方法不可行本机构中可以通过旋转手轮,带动丝杠旋转,带动与丝母相连的固定板左右移动来调节气缸的位置气缸的行程保持不变,通过调节气缸的位置来适应不同尺寸的纸箱此机构实现了在气缸选型确定的情况下通过旋转手轮来调节气缸的位置,从而适应了不同尺寸的纸箱,简单容易操作
3.
4.3动力选择与气缸选型摇臂输箱机构中的动力主要作用是通过滑块驱动推杆与摇臂将成型好的纸箱推入纸箱导轨液压动力虽然能够实现前进和后退,但是液压动力的速度过于缓慢,不能满足开箱机开箱的速度要求,固不采用液压动力电动机构的主要不足之处在于电动机构相对于其他两个驱动力机构比较复杂,更加容易发生故障并且由于机构的复杂性,对开箱机维护人员的技术要求相对较高电动机虽然能提供驱动力,但是电动机转速过高需要配合减速机构并且电动机驱动下的取料机构刚性过大,容易发生损坏气动执行器的执行机构和调节机构是统一的整体,其执行机构有薄膜式和活塞式活塞式运动行程长,适用于要求有较大推力的场合,薄膜式行程较短,只能直接带动阀杆气动执行机构结构简单,输出推力大,动作平稳可靠气动执行机构的主要优点有移动速度快,但当负载增加时移动速度会变慢,检查维修简单,对环境的适应性好,输出功率较大,使用安全气动执行器的工作介质是空气,节省成本,排气处理简单,不污染环境综上所述动力机构采用活塞式气缸驱动与真空吸箱机构中气缸的选型计算方法相同,最终摇臂输箱机构中选定的气缸型号为CDM2B32-250A
3.5纸箱前盖折边机构设计
3.
5.1纸箱前盖折边机构的结构组成纸箱前盖折边机构由气缸、齿条、齿轮、固定板、轴、拍击板等零件组装而成纸箱前盖折边机构结构示意图如图3-8所示图3-8纸箱前盖折边机构示意图
3.
5.2纸箱前盖折边机构的工作原理纸箱前盖折边机构采用气缸驱动的工作方式,气缸驱动齿条做直线往复式运动,齿条与齿轮相互啮合,齿条带动齿轮转动,从而带动与齿轮连接的轴做钟摆式转动,与齿轮轴连接的拍击板同时做钟摆式转动,当拍击板向上转动时折叠纸箱的前盖纸箱前盖折边机构固定板固定在摇臂输箱机构气缸固定板上,可以通过手轮旋转调整其位置
3.
5.3动力选择与气缸选型纸箱前盖折边机构的动力选择原则与摇臂输箱机构的动力选择原则相同气缸的选型计算方法与摇臂输箱机构的气缸选型计算方法相同最终纸箱前盖折边机构选择的气缸型号为CDM2B40-30A
3.6纸箱侧盖折边机构
3.
6.1纸箱侧盖折边机构结构组成纸箱侧盖折边机构由气缸、支架,底座,轴、固定座等零件组装而成纸箱侧盖折边机构结构示意图如图3-9所示图3-9纸箱侧盖折边结构示意图
3.
6.2纸箱侧盖折边机构的工作原理纸箱折前盖和折后盖机构同时将纸箱的前盖与后盖折好,将信息传给纸箱折侧盖机构纸箱侧盖折边机构为固定座上固定轴承座,左、右折侧盖打击杆与轴承座铰接,左、右侧盖打击杆与气缸端轴铰接当折前盖和折后盖完成以后,纸箱侧盖折边机构的气缸同时延伸带动曲拐向上回转完成折侧盖动作同时将折盖折好的纸箱抬高
3.
6.3动力选择与气缸选型与真空吸箱机构,摇臂输箱机构的动力选择原则相同,在此机构中,同样选择气动驱动纸箱侧盖折边机构需要通过曲拐的位移来计算出气缸的行程纸箱曲拐与气缸的连接形式如图3-10所示气缸正行程示意图如图3-11所示气缸回程示意图如图3-12所示图3-10气缸与曲拐连接图图3-11气缸正行程示意图图3-12气缸回程示意图当气缸向外延伸的时候推动曲拐向上转动到达纸箱的底部,从而将纸箱的侧盖折好当纸箱的侧盖折好后,气缸回收,带动曲拐向下回转先设计出曲拐的长度和其铰链连接部分相对于气缸固定部分的距离,然后根据平面机构的绘图方法通过作图法求得气缸的位移本课题中通过计算得到气缸的行程为150mm,所以选取的气缸型号为CDM2B30-150A
3.7纸箱导轨机构
3.
7.1纸箱导轨机构结构设计纸箱导轨机构由电机、皮带、主动轮、从动轮、轴、丝杠、手轮、支架、板材等零件组装而成纸箱导轨的结构如图3-13所示图3-13纸箱导轨结构示意图
3.
7.2纸箱导轨机构的工作原理纸箱导轨机构分为左右对称的两个部分,左右两个部分分别通过丝母连接在丝杠上,丝杠分为旋向相反的两个部分,分别与丝母螺纹连接当旋转手轮,可以使左右两个部分同时向中间移动或者同时向两边移动,从而保证了在调节纸箱尺寸的时候纸箱的中心位置不变左右两个部分都依靠电机驱动,电机轴带动主动轮轴转动,主动轮转动带动皮带与从动轮转动,皮带转动通过摩擦力使纸箱向前运动
3.
7.3动力选择与选型计算纸箱导轨动力主要作用是通过驱动主动轮转动进而使皮带转动,所以应选用电动机但是电动机的转速不能过高,如果转速过高将会导致皮带不能带动纸箱前行电机选用GPG单相异步电机,电机型号为CV18-100W-3/10A减速电机型号说明如图3-14所示图3-14电机型号说明
3.8压实撞杆机构
3.
8.1压实撞杆机构结构设计压实撞杆机构主要由压板、支架、挡板、撞杆、丝杠、光杠、底座、压板连接件、链轮、手轮等零件组装而成压实撞杆机构的结构示意图如图3-15所示图3-15压实撞杆结构示意图
3.
8.2压实撞杆机构工作原理压实撞杆机构的两个固定底座固定在主机架的两个支撑架上,压实撞杆机构的下方为纸箱导轨机构与纸箱胶带封底装置压板的边缘有一定的倾斜角,大大减少了纸箱通过时受到的阻力压实撞杆机构的主要作用为压实纸箱,使纸箱在胶带封底装置中运动的过程中不会因为前后盖和侧盖的翻转而抬高,使纸箱在封胶带的过程中更加平稳压实撞杆可以保证纸箱的底部平整,压实撞杆机构的撞杆压板通过连接板与丝杠丝母、光杠滑块相连,由此可以通过旋转手轮而使撞杆压板上下移动,从而可以配合不同高度的纸箱
3.9封箱及后盖折边机构
3.
9.1封箱及后盖折边机构结构设计封箱装置及纸箱后盖折边机构主要由气缸、拍击板、齿轮、齿条、滚筒、弹簧、挡板、轴、锯齿形件、底座、曲柄等零件组装而成封箱装置及纸箱后盖折边机构结构示意图如图3-16所示图3-16封箱装置及后盖折边机构结构示意图
3.
9.2封箱及后盖折边机构工作原理封箱装置及纸箱后盖折边机构分为纸箱封箱机构和纸箱后盖折边机构两个部分纸箱后盖折边机构与纸箱前盖折边机构同时动作,原理相同气缸带动齿条做直线往复式运动,齿条带动齿轮转动,齿轮转动带动齿轮轴转动,从而驱动拍击板转动,使纸箱后盖折叠纸箱封箱机构的主要作用是将前后盖和侧盖折好的纸箱用胶带密封当前后盖与侧盖折好的纸箱在皮带的摩擦力作用下前进时,由于封箱装置上方有压实撞杆,所以纸箱牢固的将前滚筒压低,使其转动,同时在前滚筒的胶带顶端粘贴在纸箱上纸箱继续前行,前滚筒通过曲柄带动后滚筒,两个滚筒同时转动,与后滚筒连接的弹簧被拉伸纸箱在前进的过程中同时将锯齿形件的连接件压低与锯齿形件连接件连接的弹簧被拉伸当纸箱越过锯齿形件连接件的时候,锯齿形件连接件在弹簧的作用下向上转动,锯齿形件由于小弹簧的作用先与锯齿形件连接件转动,从而可以切断胶带当纸箱越过后滚筒,与后滚筒连接的弹簧要恢复原形而收缩,从而带动后滚筒向上转动,将纸箱底部胶带的后半部分压实同时后滚筒通过曲柄带动前滚筒转动,故而当纸箱穿过密封装置封好胶带后,整个装置可以自动还原胶带的安装形式如图3-17所示中红色部分图3-17胶带安装示意图后盖折边机构的结构示意图如图3-18所示图3-18纸箱后盖折边机构胶带封底部分的结构示意图如图3-19所示胶带封底装置的封胶带过程完全自动化,胶带的剪断机构如图3-20所示图3-19胶带封底装置图3-20胶带剪断机构
3.10纸箱成型装置
3.
10.1纸箱成型装置结构设计纸箱成型装置主要由手阀、滑块、锁紧件、支架、焊板等零件组装而成纸箱成型装置结构示意图如图3-21所示图3-21纸箱成装置结构示意图
3.
10.2纸箱成型装置主要工作原理纸箱成型装置通过焊板连接在压实撞杆机构上,通过调节压实撞杆机构的高度同时调节了纸箱成型装置的高度,以适应不同高度的纸箱当纸箱在真空吸盘吸力的作用下运动时,经过成型装置时受到成型件的阻力,从而纸箱板逐渐展开成纸箱通过手阀的松紧可以调节滑块与支架连接的紧密程度,从而调节滑块的位置以适应不同宽度的纸箱
3.11本章小结本章主要介绍了纸箱自动开箱机的各个机构的具体设计方案、结构组成、工作原理;介绍了各个机构动力的选择原则以及气缸、电机、真空吸盘的选型与计算;介绍了机构改进方案的优点以及以往采取的方案的缺点第4章重要零部件的校核
4.1齿轮轴的校核在纸箱前盖折边机构与纸箱后盖折边机构中,由于两个机构中所用的气缸齿轮选型相同,并且所选用的齿轮轴均为直径为15mm的轴在纸箱前盖折边机构与纸箱后盖折边机构中两个齿轮轴的受力相似,差别不大,故以纸箱前盖折边机构中的齿轮轴为例进行校核齿轮轴的结构示意图如图4-1所示图4-1齿轮轴结构示意图齿轮轴材料选用45钢调制处理
4.
1.1计算齿轮受力圆周力径向力法向力
4.
1.2齿轮轴受力图计算支撑反力水平面反力垂直面反力水平面受力图如图4-2所示图4-2水平面受力图垂直面受力图如图4-3所示图4-3垂直面受力图水平面弯矩图如图4-4所示图4-4水平面弯矩图垂直面弯矩图如图4-5所示图4-5垂直面弯矩图合成弯矩轴受转矩如图4-6所示图4-6转矩图轴受转矩
4.
1.3许用应力许用应力值应力校正系数当量转矩当量弯矩
4.
1.4校核轴径轴径
4.2滚动轴承的寿命计算本课题所选用的轴承为深沟球轴承GB276-94型号16001轴承的示意图如图4-7所示图4-7轴承寿命计算折算系数冲击载荷系数当量载荷动载荷基本额定动载荷选用16001型号的深沟球轴承可以满足寿命要求
4.3本章小结本章对纸箱自动开箱机的主要零件齿轮轴、轴承进行了校核并且通过计算验证了机器的稳定性第5章开箱机的使用
5.1开箱机的注意事项商品经济时代的快速到来,加快了我国包装机械设备行业的快速发展,为满足现代化社会快速发展的需求,各种新型的包装设备不断脱颖而出自动开箱机设备是现代化纸箱成型技术的领军设备,不仅为更多的商品生产企业带来更多的服务,提高其市场竞争力之外,也加快了我国工业化生产发展进步的步伐自动化程度的提高除了提高企业的的生产效率之外,也增加了机器设备的日常工作能力,高强度的工作给机器设备本来带来了严重的消耗因此,日常保养对延长机器设备的使用寿命至关重要首先,要想保障自动开箱机能够无阻碍的工作,杂质过滤器的清洗工作很重要专家建议是1-2个月进行清洗一次针对不同的包装产品,清洗的时间应该不同对于碎片状物体的包装清洗的时间不宜过长,以免影响机器本身的使用性能另外,对于开箱机的感应器等灵敏部件要定期检查纸箱自动开箱机安装有多个传感器与继电器,避免碰触损坏操作自动开箱机的时候应该注意安全自动开箱机在研发初期即将安全列为研发的重点注意事项之一加强开箱机的防护措施也是研发的重要内容虽然自动开箱机的安全隐患比较低,但是操作人员还是应该具备责任,细致,谨慎的品质
5.2使用说明在操作过程中,身体不可以位于机器的运转位置;在停机状态下的所有动作包括维修保养换带等务必关闭电源;维修保养人员在维修保养自动开箱机之前必须详细阅读自动开箱机的使用操作说明
5.3一般性故障及排除方法故障一开箱机不能正常启动原因及排除方法
(1)电源没有正常接入,检查并接通电源
(2)急停按钮没有复位,将急停按钮复位
(3)开启按钮失灵,更换新产品
(4)安全门没有全部闭合,将安全门重新闭合故障二吸盘故障原因及排除方法
(1)吸盘损坏或气压不足,更换新产品或调整气压大小
5.4胶带封底装置工作异常故障一胶带切不断原因及排除方法刀片已不锋利或胶带膜卡住刀尖更换刀片或擦干净刀片及上油故障二胶带已切断但拖一节或刀座被卡住原因及排除方法动作不灵活或弹簧不够紧检查贴带器各部分零件或调解弹簧弹力故障三胶带未贴合箱面原因及排除方法主拉簧太松或后轮反弹速度无法与皮带速度吻合适度锁紧主拉簧螺丝故障四纸箱走至中间卡主不动原因及排除方法主拉簧太紧或前轮陷在中间适度放松胶带轮主拉簧故障五胶带易脱落原因及排除方法单向滚轮失去效能更换新单向滚轮
5.5本章小结本章主要介绍了自动开箱机的注意事项与使用方法;还介绍了自动开箱机常见的故障及其原因与排除方法结论本文首先介绍了瓦楞纸箱自动开箱机的背景,国内外瓦楞纸箱自动开箱机发展水平的现状,以及现有的自动开箱机存在的一些问题本课题的题目为纸箱自动开箱机的结构设计为使设计过程更加简便清楚,故而将瓦楞纸箱自动开箱机分为主机架、上箱机构、真空吸箱机构、摇臂输箱机构、纸箱成型装置、纸箱前盖折边机构、纸箱导轨、纸箱侧盖折边机构、胶带封底及纸箱后盖折边机构、压实撞杆机构通过对每个机构的优化设计,最终组装在主机架上,完成对瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构设计各个机构的设计内容主要有机构的主要作用,了解所设计机构所要实现的功能;所有零件的设计;气缸、电机、轴承等标准件的选型计算与校核其中零件的设计包括尺寸与形状的设计,还需考虑每个机构的总体尺寸,避免在最终组装在主机架的过程中发生干涉此次设计的主要创新点有上箱机构采用重力下滑机构,上箱机构底板与水平面成30°角,从而可以依靠纸箱与挡板的重力自动完成进给,而无需其他驱动机构采用气缸驱动取料机构,大大加快了取料速度,提高了生产效率设计了有四个气缸驱动曲拐组成的纸箱折侧盖机构,避免了上下盖折入时会发生末端上下重叠而无法平整的现象靠电机带动皮带,依靠皮带的摩擦力驱动纸箱前进最后对齿轮轴,滚动轴承等重要零部件进行校核没有问题后将各个机构组装在主机架上,完成瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构设计并对各个机构进行动画仿真,各个机构均能正常工作,并且在主机架上各个机构之间无干涉现象从而顺利完成对瓦楞纸箱自动开箱机的总体结构设计参考文献
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200952.致谢大学生活一晃而过,回首走过的岁月,心中倍感充实,当我写完这篇毕业论文的时候,有一种如释重负的感觉,感慨良多 首先诚挚的感谢我的毕设指导老师盖玉先老师盖老师在忙碌的教学工作中挤出时间来指导我的毕业设计、审查、修改我的论文在设计过程中盖老师帮我分析了设计思路,指导我各个机械机构的设计盖老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习的榜样;他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪 同时也感谢王延伸老师与刘会英老师的帮助在实验室中,正是三位老师的指导帮助,使我可以顺利完成毕业设计本论文是在指导老师盖玉先老师与王延伸老师和刘会英老师的悉心指导下完成的导师渊博的专业知识,严谨的治学态度,精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己、宽以待人的崇高风范,朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理本论文从选题到完成,每一步都是在导师的指导下完成的,倾注了导师大量的心血在此,谨向盖玉先导师表示崇高的敬意和衷心的感谢!本论文的顺利完成,离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助在此感谢盖玉先老师、王延伸老师、刘会英老师、李哲老师、陈军老师、王瑞老师、姜雪老师的指导和帮助;感谢新北洋联合工程实验室的同学们的帮助;在此表示深深的感谢没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的毕业论文的,同窗之间的友谊永远长存。