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机械工程学院毕业设计(论文)题目快递物品快速包装设备设计专业机械设计制造及其自动化班级121姓名吴健学号1666120127指导教师乔印虎日期
2015.
12.15目录TOC\o1-3\h\u
1、绪论
31.1引言
31.2国内外研究现状及分析
31.3本文研究目标与意义
42、书本打包机总体设计
42.1书本捆扎规格
42.2打包工艺方案设计
52.
3、工作工艺图示
53、书本打包机机械结构设计63.1送书机构
63.2推书机构
73.
2.
1、计算气缸提供的推力
93.
2.
2、活塞杆直径计算
93.3折上下边及折侧边机构
103.
3.
1、丝杠的初级估算
113.
3.
2、丝杠的验算
113.4取纸送纸机构设计
123.
4.1送纸机构原理
133.
4.2纸张测厚检测原理
143.5折四角机构设计
163.
5.
1、直齿锥齿轮的估算
163.
5.
2、直齿锥齿轮的当量齿轮和重合度
183.
5.3直齿锥齿轮的强度校核
194、书本打包机控制系统设计
234.
1、书本打包机工作流程
234.2书本打包机各部分控制设计
234.
3、书本打包机信号输入输出分配表23快递物品快速包装设备设计摘要随着经济的发展,电商的快速崛起,商业印刷行业也得到了飞速的提高,这对书本打包的快速性和精确性提出了更高的要求书本打包机的横向送书机构、纵向推书机构、折上下边及侧边机构、折四角机构、送纸机构进行设计是此次设计的重点,它们的正确与否决定了设计的成功和失败本书本打包机设计中应用了多种传感器,由传感器进行检测,传输给PLC,由PLC对书本打包机的各保证动作进行控制,减轻了工人工作负担,实现了机器的智能化控制更保障包装的高精度和高质量用机器代替人工完成书本的包装工作,即节省时间和劳动力又保证了长时间工作的高包装质量关键词送书机构;推书机构;折上下边及侧边机构;PLC控制
1、绪论
1.1引言近年来随着科技水平的提高教育的普及这也推动商业印刷和包装工业的快速发展的市场这对图书输送物流提出了更高的要求电商的迅速崛起促使商业印刷不停前进,但是传统的打包工艺无法满足现代社会的需要,它的高成本,打包缓慢,精度低,效率低等缺陷严重制约了商业印刷的发展为了解决这种问题,在包装行业使用自动化书本打包机势在必行
1.2国内外研究现状及分析经济发展的越来越快,人们的需求也在日益提高,包装的速度、工艺及包装质量都遭受着严重的挑战但是随着计算机技术和自动化技术的不断发展,我们找到了书本打包机新的发展路线,书本打包机将向着自动化、精密化、智能化进行改进本次设计将对书本打包机的纵向送书机构、送纸机构、折上下边及侧边机构、折四角等机构进行设计计算,并对书本打包机的流程及控制系统进行设计,已达到自动化包装的目的目前在我国书本打包多数还是采用人工打包,这与国外先进的全自动化包装机械存在着很大的差距,这主要表现在
(1)包装纸裹包书摞没有专业的摞书装置进行摞书,裹包折叠书包的外观形态形状大小各异没有统一的格式,造成了在捆扎书摞时皮带受力不均匀,可能会造成裹包的散捆
(2)手工多于机器在书本的运输,打包等方面自动化水平低,无法满足众多客户的需要跟不上现代图书物流业的发展
(3)书本打包的低效率、高成本、低外观,包装方法和工艺不尽完善,仍需后续加工处理,这些都对商品造成了严重的负担我国的书本打包技术较国外十分的落后,已经无法适应现代化图书物流业的需求了,书本打包机要向一下几个方面进行改进机械功能多元化因为人们的需求各有不同,为了满足大多数人的需求,书本打包机必须能对多种规格的书本进行打包机械设计标准化必须充分利用模块化设计方法使其能在短时间内更换新机型,提高产品的市场反应速度,满足市场的需求控制智能化书本打包机的包装动作以及检测都将由计算机进行控制,提高了包装的精度,并降低了工人的压力提高包装的精确性在设计机械时要保证严格的配合性,保证机械的正常运行,书本打包机的每一个工作都由传感器检测,并由PLC控制,保证了机械运动的高度精确性
1.3本文研究目标与意义在整个书本配送过程中,无疑打包是最费时也是最直接呈现商品的一个环节然而传统的手工包装方式,既费时又费力,效率低,质量差,高成本而又低回报,这种打包方式严重违反了市场的规律难以满足要求所以对书本打包机的自动化,智能化改造势在必行,本次设计将对书本打包机的纵向送书机构、送纸机构、折上下边及侧边机构、折四角等机构进行设计计算,并对书本打包机的流程及控制系统进行设计,已达到自动化包装的目的,能极大的提高打包效率,降低操作者劳动强度
2、书本打包机总体设计
2.1书本捆扎规格四种书本规格分别为表1书本规格书本规格长度cm宽度cm小32开
18.513小16开
2618.5大32开
2114.8大16开
29.621从表中可发现小32开正好是小16开的一半,大32开是大16开的一半故可考虑采用控制复本数的方式规范为二种包装规格小包书摞长37cm,宽26cm;大包书摞长42cm,宽
29.6cm;复合牛皮包装纸规格为长118cm,宽78cm
2.2打包工艺方案设计书本打包机的工艺流程为首先将待打包的书摞由横向送书装置的左侧送至纵向推书的位置,同时送纸机构工作将包装纸送至指定位置,然后由气缸将书摞向前推送再此过程中书本与包装纸相遇,书摞和包装纸一起向前运动书摞被裹包成了“匸”字型,接着书摞和包装纸输送到折上下边及侧边工位,由折上下边及侧边机构完成书摞前口、两侧边的上、下伸出端包装纸的折叠,最后书摞输送到折四角工位,由折四角机构完成对四角伸出端包装纸的折叠其工艺顺序简略为推书→送纸→推书保三面→折上下边及两侧边→折前后角
2.
3、工作工艺图示a推书送纸b推书包三面c折上下边及侧边d折四角图1书本打包机工艺
3、书本打包机机械结构设计3.1送书机构1-皮带;2-电动机;3-三脚架;4-滚轮;5-减速箱图2送书机构图2所示为送书机构,该机构的主要任务是将皮带左端的书本通过皮带运输到右端该机构主要由皮带、电动机、减速箱、滚轮、三角架构成书本利用皮带从左端运输到右端推书位置,由送书电机提供动力,通过皮带传输查阅机械设计手册知皮带选普通平带,需满足轴间距大皮带轮机构皮带与重物的总重量;滑动面的摩擦系数;滚轮的直径;滚轮的重量;皮带与滚轮的效;皮带的速度;电机电源单相110V60;工作时间1天8小时运转决定减速箱的减速比减速箱的输出速度:电机(4极)在60HZ时的额定转速为1450~155r/min故应选择减速比减速箱的减速比i为:因为输送带启动时所需转矩为最大,故先计算启动时的必要转矩滑动面的摩擦力为F:负载转矩因为此负载转矩是减速箱输出轴转矩,还需要转化成电机输出轴的转矩(减速箱的传导效率)按使用电源电压波动(220V10%),设定安全率为2倍查阅标准电机型号/性能表,可得选用电机90YS40GV22,减速箱90GK60H确定负载惯性惯量皮带工作物的惯性惯量滚轮的惯性惯量减速箱输出轴的全负载惯性惯量因为故选择是合适的且所选用的电机额定转矩为260,较实际负载转矩大,可以提供更大的转速
3.2推书机构图3所示为横向推书机构,该机构的任务是当书摞运输到推书位置时,传感器接受到信号,气缸开始工作,活塞杆推动推板向前推书该机构主要由气缸和推板构成图3横向推书机构选择气缸型号表2气缸标准型号缸径(mm)40506380100使用压力范围
0.05~
1.0MPa环境和流体温度无磁性开关-10︒c~+70︒c带磁性开关-10︒C~+60︒C使用活塞速度50~500mm/s缓冲气缓冲行程长度允差mm~250,251~10001001~1500给油不需要接管口径(Rc)1/43/81/2表3行程/磁性开关型号缸径(mm)标注行程(mm)磁性开关型号磁性开关安装件拉杆安装除A54外仅A5440255075100125150175200250300350400450500Z73Z76Y59Y7BWY7BALA54BA4-040BT-0450255075100125150175200250300350400500,60063BA4-063BT-0680255075100125150175200250300350400450500600,700BA4-080BT-08100由工作条件工作行程超过300mm;工作压力
0.05MPa查阅表
2、3选择气缸型号为SMC(中国)有限公司生产的CDA2B-50-350-Y7BAL
3.
2.
1、计算气缸提供的推力根据《机械设计手册5》得当推力作功时m
(1)式中--活塞杆上的推力N;p--气缸工作压力Pa;D--活塞直径m;--载荷效率,主要主要保证气缸特性参数及总阻力因为在这里气缸动态参数要求一般,且工作频率低,基本是匀速运动,可只考虑其总阻力,其载荷率可取
0.7故=气缸工作时的总阻力;故气缸工作时能提供比阻力更大的力
3.
2.
2、活塞杆直径计算查阅《机械设计手册5》得活塞杆直径d可根据气缸拉力预先估定,活塞杆直径可按取d/D=
0.2故按强度条件计算2式中-气缸的推力N;-活塞杆材料的许用应力;-材料的抗拉强度pa;S-安全系数,;因为气缸由内置磁环,故活塞杆应选用5A03铝,查阅《机械设计课程设计手册》表2-20得抗拉强度175MPa故带入公式得故活塞杆直径取,满足强度要求综上所诉,气缸选用CDA2BF-50-350-Y7BAL,工作压力
0.05MPa,活塞杆直径10mm
3.3折上下边及折侧边机构1-直流电机;2-刚性联轴器;3-滑动丝杠;4-右挡板;5-上挡板;6-左挡板图4折上边及侧边机构图4所示折上边及侧边机构简图,该机构的任务是在书本经过送纸之后,对包装纸进行折上边及侧边该机构主要由直流电机,刚性联轴器,滑动丝杠,左挡板,右挡板折,上挡板构成折上下边及侧边运动由电机带动丝杠运动来实现,因为工作只要求满足上下运动,无较高的精度要求,为了加工简单,选择易于自锁的滑动螺旋方式因为丝杠运动中传递力和运动,不承受冲击和变载荷,且精度要求不高,故选用加工简单的矩形螺纹根据《机械设计大典4》螺杆材料选45钢,螺母材料选耐磨铸铁
3.
3.
1、丝杠的初级估算螺母上的负载重量为10Kg;螺母移动速度为10cm/s;丝杠直径选用50mm;螺母高度为2cm;导程为10mm螺纹工作高度p为螺距查阅《机械设计课程设计手册》表3-1得;所以螺旋圈数H为螺母高度;Z为螺旋圈数查阅《中国机械设计大典4》得:;
3.
3.
2、丝杠的验算
1、校核工作强度:3公式中F--轴向载荷(N);--许用压强(Mpa)查阅《机械设计大典4》表
37.2-8得所以满足工作压强要求
2、验算自锁螺纹升角
(4)通常可使公式中--当量摩擦角;螺旋副的滑动摩擦系数,查阅《机械设计大典4》表
37.2-7得;L--导程(mm);--牙型角,矩形螺纹故故螺旋升角满足要求
3、验算螺杆中径
(5)式中矩形螺母;整体式螺母取取;N故螺杆中径满足要求
4、螺杆强度校验
(6)公式中T--传递扭矩;--螺杆材料的许用应力(MPa),查阅《中国机械设计大典4》表
37.2-9得-材料的屈服极限,查阅《机械设计课程设计手册》表2-7得,故传递扭矩故螺旋强度满足要求
3.4取纸送纸机构设计(a)单张纸运动过程(b)多张纸运动过程1-搓纸轮;2-拾纸轮;3-分离轮;4-电容传感器;图6取纸送纸机构示意图图6所示为取纸送纸结构示意图,该机构的任务是将包装纸从纸盒中取出,并输出单张包装纸该机构主要由搓纸轮、拾纸轮、分离轮、电容传感器、步进电机、引导板与分离轮电磁式离合器构成首先,搓纸轮工作将包装纸从纸盒中搓离出来,当电容传感器检测出包装纸为单张时如图a,此时拾纸轮开始工作带动纸张输送且分离轮的轴离合器分离被纸张带动旋转;当电容传感器检测出多张进纸时如图b,此时分离轮的离合器开始工作接合分离轮,分离轮开始逆时针旋转,将多余的纸张退回纸盒
3.
4.1送纸机构原理图7单张纸受力模型单张送纸过程的动力学方程
(7)其中与分别为送纸轮与分离轮的转动惯量,与分别为这两轮角速度,与分别为其半径,与分别为其扭矩各接触表面相对运动速度方程
(8)从公式7可以看出,送纸轮与分离轮与大小相等,方向相反,为了使传送平稳,即的值趋近于0,则应该使,从公式
(8)可以得出由上可得,在设计送纸轮与分离轮时,应尽量使两轮的转动惯量相等从而促使平稳传送如图8所示,当传感器发现多张送纸时,分离轮的电磁离合器闭合接触分离轮,分离轮逆时针旋转,将多余的包装纸退回纸盒图8多张纸受力模型
3.
4.2纸张测厚检测原理当包装纸送出时超过一张,如果包装纸视为一个整体就相当于单张纸的厚度变大所以只需要检测包装纸的厚度就可以判断是否出现重叠输送问题此处使用平行板式电容作为传感器进行检测,其原理为当两极板之间的材料或厚度值改变时,电容值也会随着发生改变图9所示为在电容器传感器测包装纸的示意图图9纸张测厚示意图其电容量为公式9公式中--电容极板面积单个极板;--包装纸上表面到电极的距离;--包装纸厚度;--包装纸下表面到电极的距离;--包装纸上表面到电极板之间介质的介电常数;--包装纸的介电常数;--包装纸下表面到电极之间介质的介电常数由于,且当时,10公式中d是两电极板间的距离一般电容极板的面积S,极板距离d保持不变的,当被测包装纸至电极之间介质的介电常数和不变时,极板电容值只受包装纸的厚度及介电常数的变化的影响一般包装纸的介电常数不变,故包装纸的厚度可以通过公式计算出来
3.5折四角机构设计1-电动机;2-皮带;3-锥齿轮;4-挡板;5-轴;6-联轴器图10折四角机构示意图图3-5为折四角机构示意图,该机构的任务是当经过折上下边及侧边的书本到达折四角位置时,由该机构对书本进行折叠四角该机构主要由电动机、皮带、锥齿轮、挡板、轴、联轴器构成
3.
5.
1、直齿锥齿轮的估算直齿锥齿轮主要参数初选确定齿数比根据《查阅《机械设计手册》第14-249页表14-3-3,按传动要求确定,一般,所以u可以取1确定齿数通常,不产生根切的最少齿数故模数;齿数;齿轮比;压力角;齿宽;扭矩100N直齿锥齿轮的几何计算根据《机械设计大典4》表
33.1-12得齿顶高系数查阅《机械设计大典4》表
33.1-2知;顶隙系数查阅《机械设计大典4》表
33.1-2知;轴交角;高变位系数根据《机械设计手册5》可得;切向变位系数;大端分度圆直径;分度锥角:时,,;大端锥距;大端齿距:mm;大端齿顶高mm;大端齿根高mm;大端全齿高:mm;齿根角;无根切许用最大齿根角;齿顶角等顶隙收缩;顶锥角:;根锥角;大端齿顶圆直径;冠顶距;大端分度圆弧齿厚;大端分度圆弦齿厚:;大端分度圆弦齿高;刨齿机的齿角图
113.
5.
2、直齿锥齿轮的当量齿轮和重合度参考点锥距;参考点模数;参考点分度圆直径;参考点齿顶高;参考点齿根高;参考点分度圆弧齿厚;当量齿轮齿数;当量齿轮齿数比;当量齿轮分度圆直径;当量齿轮中心距;当量齿轮齿顶圆直径;当量齿轮基圆直径;当量齿轮啮合线有效长度;当量齿轮基圆齿距;当量齿轮端面重合度;刀具齿顶高;刀尖圆角半径根据《中国机械设计大典4》表
33.1-14得
3.
5.3直齿锥齿轮的强度校核
1、直齿锥齿轮强度校核的原始参数小轮转矩;小轮转速;有效齿宽系数;齿轮材料及热处理,渗碳淬火;齿面硬度根据《中国机械设计大典4》表
32.1-19可选;试验齿轮的接触疲劳极限查图
32.1-23可得;试验齿轮的弯曲疲劳极限查图
32.1-28可得;齿轮材料的密度;材料的弹性模量;材料的泊松比;齿轮的精度等级;齿面粗糙度;润滑油:;时润滑油的名义运动黏度;使用寿命
2、直齿锥齿轮的齿面接触强度校核节点区域系数;;;单对齿啮合系数;弹性系数;螺旋角系数;锥齿轮系数;尺寸系数;;润滑剂系数;;速度系数查表
33.1-66得:;;小轮齿面微观不平度大轮齿面微观不平度相对曲率半径;;;粗糙度系数;工作硬化系数因为;接触疲劳寿命系数查阅《中国机械设计大典4》图
32.1-30,根据可选7;齿面中点接触线长;参考点切向力;齿面接触应力基本值:11使用系数根据表
32.1-31选择;有效齿宽;;齿轮啮合刚度修正系数之一当;齿轮啮合刚度修正系数之二当;轮齿的啮合刚度;单对齿刚度;诱导质量;临界转速;临界转速比;根据齿轮精等级由表
33.1-56得;齿距极限偏差;轮齿跑合量根据表
33.1-66渗碳淬火钢;有效齿距偏差:;;当时的;当;当时的当;动载荷系数当时,;接触强度计算的齿向载荷分布系数当装配系数根据装配条件和接触区检验条件,按表
33.1-59选取;;接触强度计算的齿间载荷分配系数当时,;接触强度计算安全系数;12许用接触强度最小安全系数根据表
32.1-
404、书本打包机控制系统设计
4.
1、书本打包机工作流程
1、送纸机构向下送纸,当包装纸到达指定位置时,光电传感器接收到信号,方形电磁铁通电,加紧包装纸,此时送纸电机停止工作;
2、当包装纸为2张以上时,电容传感器2接收到信号,电磁式离合器闭合;
3、当书本送到横向推书位置时压力传感器1收到信号,气缸开始工作;
4、当包装纸的上边沿完全脱离时,电容传感器1接收到信号,送纸电机开始工作,此时方形电磁铁断电;
5、当书本运送至折上下边工位时,压力传感器2接收到信号,折上下边机构开始工作;
6、当书本送到折四角工位时,压力传感器3接收到信号,折四角机构运转一周;
4.2书本打包机各部分控制设计
1、送纸装置控制设计用平行板式电容传感器器对重叠送纸进行检测,然后通过电压比较芯片对信号进行比较控制电磁式离合器的闭合,驱动分离轮工作将重叠的多余纸张退回到纸盒
2、包装纸输送到指定位置时检测的控制设计光电传感器检测包装纸是否运送到指定位置,控制电磁铁的供电
3、书本位置检测及打包动作控制设计书本输送到不同的工位时要进行不同的打包动作,由压力传感器检测书本的位置并控制打包动作;
4.
3、书本打包机信号输入输出分配表表4信号输入输出分配表输入信号输出信号光电传感器I
0.1送纸电机Q
0.0压力传感器1I
0.2电磁铁Q
0.1电容传感器2I
0.3气缸Q
0.2压力传感器2I
0.4折上下边电机Q
0.3压力传感器3I
0.5折四角电机Q
0.4电容传感器1I
0.6电磁式离合器Q
0.5图12书本打包机PLC控制梯形图
5、总结历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完,在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍,本次毕业设计的结束也意味着大学生活即将结束,这次毕业设计能够顺利完成我要谢谢指导老师对我的指导,也要感谢同学对我的帮助这次毕业设计我选择的是快递物品快速包装设备设计,前期我查阅了很多资料进行准备,然而在设计时还是遇到了很多困难,这让我意识到我欠缺的很多,我将在以后的工作生活中不断学习参考文献
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