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目錄
1．緒論 1
1.1課題背景 1
1.2封箱機(jī)的作用 1
1.3包裝箱封口機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r 2
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 3
2.1設(shè)計(jì)的內(nèi)容 3
2.2封箱機(jī)的技術(shù)參數(shù) 3
2.3設(shè)計(jì)任務(wù) 4
2.4基本要求 4
2.5注意事項(xiàng) 4
3． 機(jī)構(gòu)選型 4
3.1傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 4
3.2折蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 6
3.2.1機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)方案 6
3.2.2 機(jī)構(gòu)具體位置的設(shè)計(jì)方案 6
3.3封箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 7
3.5傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 8
3.6折蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 8
3.6.1折蓋機(jī)構(gòu)具體位置的確定 8
3.6.2折蓋機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理確定 8
3.7封箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 9
3.8調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定 9
4．封箱機(jī)的整體設(shè)計(jì) 10
4.1封箱機(jī)的基本結(jié)構(gòu) 10
4.2自動(dòng)折蓋封箱機(jī)的工作原理 11
4.3工作臺(tái)部件 11
4.3.1 機(jī)架設(shè)計(jì) 11
4.3.2 實(shí)現(xiàn)摩擦帶之間的寬度調(diào)節(jié) 14
4.3.3 箱高度的調(diào)節(jié) 15
4.4 輥輪的固定 15
4.5 側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.5.1側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)過程 16
4.5.2 電動(dòng)機(jī)的選擇 16
4.5.3 傳動(dòng)方案的選擇 17
4.5.4 帶輪的結(jié)構(gòu)形式和選擇 18
4.6刀架部件設(shè)計(jì) 18
4.6.1 工作原理 18
4.7刀片的設(shè)計(jì) 19
4.8 折蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
5 ．機(jī)構(gòu)建模 21
5.1非標(biāo)準(zhǔn)件建模 21
5.2 標(biāo)準(zhǔn)件建模 22
5.3機(jī)構(gòu)總體裝配過程 23
5.4機(jī)架系統(tǒng)的裝配 25
5.5傳動(dòng)系統(tǒng)裝配 26
5.6機(jī)頭升降系統(tǒng)的裝配 28
5.7折蓋系統(tǒng)的裝配 30
5.8封箱系統(tǒng)的裝配 31
6．機(jī)構(gòu)仿真 33
6.1 機(jī)構(gòu)仿真配置 33
6.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真配置 33
6.3折蓋機(jī)構(gòu)仿真配置 35
6.4封箱機(jī)構(gòu)仿真配置 37
6.5 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)仿真配置 38
7．有限元分析 39
總結(jié) 42
致謝 43
參考文獻(xiàn) 44
附錄A 45
附錄B 49
遼寧工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1．緒論
1.1 課題背景
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展進(jìn)步，各種食品加工品的出現(xiàn)，對(duì)包裝技術(shù)和包裝設(shè)備都提出了新的要求，包裝機(jī)械在流通領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越大的作用。包裝機(jī)械競爭日趨激烈，而高度自動(dòng)化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包裝設(shè)備越來越受到行業(yè)的青睞。工藝流程自動(dòng)化程度越來越高。自動(dòng)化技術(shù)在包裝生產(chǎn)線中已占50%以上，大量使用了電腦設(shè)計(jì)和機(jī)電一體化控制，提高生產(chǎn)率、設(shè)備的柔性和靈活性，增加機(jī)械手以完成復(fù)雜的包裝動(dòng)作。每個(gè)機(jī)械手均由單獨(dú)的電腦控制，攝像機(jī)監(jiān)控包裝動(dòng)作并將信息反饋到電腦以調(diào)整動(dòng)作幅度，保證包裝的質(zhì)量。不久包裝機(jī)械即將創(chuàng)新新興行業(yè)。[19]
1.2 封箱機(jī)的作用
現(xiàn)代工業(yè)（如食品、輕工、醫(yī)藥、化工、電子和國防等）生產(chǎn)中，主要包括原料處理、車間加工和產(chǎn)品包裝，其中產(chǎn)品封口包裝成為非常重要的環(huán)節(jié)。包裝箱封口機(jī)械是使產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保障，它為包裝工業(yè)提供先進(jìn)的技術(shù)設(shè)備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。
1．提高生產(chǎn)率
提高生產(chǎn)率是包裝封箱口機(jī)械的重要作用。如國內(nèi)某些公司生產(chǎn)的全自動(dòng)包裝箱封口機(jī)的生產(chǎn)率可達(dá)50箱/min，這是手工包裝箱封口無法比擬的。
2．改善勞動(dòng)條件
如采用包裝箱封口機(jī)械來包裝硫酸等危險(xiǎn)品時(shí)，既提高了生產(chǎn)效率，又改變了勞動(dòng)條件，避免工人與硫酸直接接觸，使操作安全。
3．降低產(chǎn)品成本
如采用包裝箱封口機(jī)械包裝液體、粉狀物品時(shí)，可減少液體外溢、粉塵飛揚(yáng)等現(xiàn)象的發(fā)生并減少和防止產(chǎn)品的散失，既節(jié)約原材料，使產(chǎn)品成本降低，又能保護(hù)環(huán)境。
4．提高產(chǎn)品質(zhì)量
如采用包裝箱封口機(jī)械包裝藥品、食品時(shí)，避免了產(chǎn)品與人手的直接接觸，加強(qiáng)了對(duì)產(chǎn)品的保護(hù)和產(chǎn)品衛(wèi)生；另外，由于包裝箱封口機(jī)械的設(shè)計(jì)精度高，保障產(chǎn) 品的外觀整齊、封口嚴(yán)密，提高了產(chǎn)品的包裝質(zhì)量，增強(qiáng)了市場銷售的競爭能力。
1.3 包裝箱封口機(jī)械的發(fā)展?fàn)顩r
1．我國包裝箱封口機(jī)械概況
隨著我國商品經(jīng)濟(jì)的繁榮和人民生活水平的提高，食品包裝機(jī)械包裝技術(shù)的前景十分樂觀。近年來，國家加大了對(duì)食品和藥品質(zhì)量和安全的監(jiān)督力度，對(duì)食品的生產(chǎn)加工包裝技術(shù)都提出了新的要求。一批食品生產(chǎn)企業(yè)先后投入資金進(jìn)行包裝設(shè)備的技術(shù)改造和生產(chǎn)技術(shù)的創(chuàng)新，在一定程度上提升了我國食品行業(yè)的水平和市場競爭力。盡管我國食品包裝機(jī)械包裝技術(shù)的水平有了提高，但是我國的食品包裝機(jī)械包裝技術(shù)與發(fā)達(dá)國家的相比還是明顯處于弱勢。我國包裝機(jī)械行業(yè)30%左右的企業(yè)存在低水平的重復(fù)建設(shè)。這種狀況不但浪費(fèi)了有限的資金、人力等重要資源，還造成了包裝機(jī)械市場的無序混亂，阻礙了行業(yè)的健康發(fā)展，制約了我國中小食品企業(yè)包裝機(jī)械的升級(jí)換代和包裝技術(shù)的創(chuàng)新。
?我國的食品包裝機(jī)械多以單機(jī)為主，科技含量和自動(dòng)化程度低，在新技術(shù)、新工藝、新材料方面應(yīng)用的少，滿足不了我國當(dāng)前食品企業(yè)發(fā)展的要求。一些食品企業(yè)為了技術(shù)改造，不得不花費(fèi)大量的資金從國外引進(jìn)一些技術(shù)先進(jìn)的、生產(chǎn)效率高、包裝精度高的成套食品包裝生產(chǎn)線，導(dǎo)致很大一部分國內(nèi)的市場份額被國外品牌所占領(lǐng)。我國的食品包裝機(jī)械發(fā)展空間依然廣闊，食品包裝機(jī)械包裝技術(shù)的水平有待提高[2]。
2．國產(chǎn)包裝機(jī)械與國際的主要差距
（1）生產(chǎn)效率低、能耗高、穩(wěn)定性和可靠性差，產(chǎn)品造型落后，外觀粗糙，基礎(chǔ)件和配套件壽命低，國產(chǎn)的氣動(dòng)件和電器元件質(zhì)量差。比如河南星火包裝機(jī)械有限公司就在參照國外先進(jìn)包裝機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行改造和創(chuàng)新產(chǎn)品，星火牌系列的灌裝機(jī)上的氣動(dòng)部分均采用德國FESTO和臺(tái)灣AirTac的氣動(dòng)元件。
（2）控制技術(shù)應(yīng)用得少。比如遠(yuǎn)距離遙控技術(shù)、步進(jìn)電機(jī)技術(shù)、信息處理技術(shù)等。專家指出，世界上德國、意大利、美國和日本的包裝機(jī)械水平處于領(lǐng)先地位。其中，在美國成型、充填、封口三種機(jī)械設(shè)備的技術(shù)更新很快。如美國液體灌裝設(shè)備公司(EJF)生產(chǎn)的液體灌裝機(jī)，一臺(tái)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)重力灌裝、壓力灌裝以及正壓移動(dòng)泵式灌裝。就是說，任何黏度的液體，只要通過微機(jī)控制來改變灌裝方式就可以實(shí)現(xiàn)。近幾年來，這種技術(shù)在國內(nèi)出現(xiàn)了，比如江蘇群杰包裝機(jī)械廠、廣州澳特包裝機(jī)公司等等[2]。
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書
2.1 設(shè)計(jì)的內(nèi)容
根據(jù)技術(shù)參數(shù)設(shè)計(jì)工作臺(tái)部件、導(dǎo)帶寬度、下刀架固定位置等，選擇合適的電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)部件，并計(jì)算所需的其他部件并校核是否滿足工作要求。按工作準(zhǔn)確性和合理性、穩(wěn)定性、高效性設(shè)計(jì)刀架部件和刀片形狀。利用所學(xué)機(jī)械原理知識(shí)，參考現(xiàn)有產(chǎn)品，設(shè)計(jì)一種能完成封箱的機(jī)構(gòu)，并利用Solidworks、AutoCAD等軟件設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)的三維模型，然后實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真以及參數(shù)測量及分析等。
2.2封箱機(jī)的技術(shù)參數(shù)
1．電機(jī)功率：2×120W
2．生產(chǎn)率：18箱／分鐘
3．封箱尺寸：L200-600 W180-500 H150-500（mm）
4．膠帶尺寸：50-80（mm） 牛皮紙膠帶、BOOP膠帶
5.機(jī)器尺寸：L1830mm x W1370mm x H1550mm
6.毛重/凈重：250kg/200kg
2.3設(shè)計(jì)任務(wù)
1．相關(guān)外文資料翻譯和查找搜集相關(guān)技術(shù)資料
2．撰寫開題報(bào)告；
3．根據(jù)給定的技術(shù)參數(shù)，確定機(jī)器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)機(jī)器整體結(jié)構(gòu)；
4．撰寫設(shè)計(jì)說明書；
5．繪制總裝圖、部裝圖和零件圖；
2.4 基本要求
1．結(jié)構(gòu)簡單，制造容易；
2．操作、維護(hù)方便、安全；
3．適合酒類和液體飲料生產(chǎn)包裝線上使用；
2.5 注意事項(xiàng)
1．在設(shè)計(jì)開始前，應(yīng)認(rèn)真研究題目，明確設(shè)計(jì)要求，閱讀參考資料，了解它們大體內(nèi)容，以便需要時(shí)查閱；
2．.對(duì)設(shè)計(jì)方案及結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)小組應(yīng)進(jìn)行討論對(duì)比，以明確優(yōu)劣正誤，取長補(bǔ)短，改進(jìn)設(shè)計(jì)；
3．設(shè)計(jì)草圖完成后，應(yīng)交指導(dǎo)教師審查后再修改加深；
4．設(shè)計(jì)說明書應(yīng)按規(guī)定格式編寫，連同所繪圖紙交指導(dǎo)教師審查認(rèn)可后方可呈交；
5．認(rèn)真做好準(zhǔn)備，進(jìn)行設(shè)計(jì)答辯；
3． 機(jī)構(gòu)選型
3.1傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
方案一間歇式傳送：
表3-1間歇式傳送機(jī)構(gòu)選型
Table 3-1 the intermittent transmission mechanism type selection
機(jī)構(gòu)示意圖
說明
槽輪機(jī)構(gòu)
槽輪由主動(dòng)撥盤、從動(dòng)槽輪和機(jī)架組成。主動(dòng)撥盤以一定角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)主動(dòng)撥盤上的圓銷沒有進(jìn)入槽輪的槽中的時(shí)候，槽輪上的內(nèi)凹鎖止弧被撥盤外凸的鎖止弧卡住，槽輪靜止；當(dāng)主動(dòng)撥盤上的圓銷進(jìn)入槽輪的槽中的時(shí)候，撥盤鎖止弧與槽輪鎖止弧分離，撥盤撥動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，直到圓銷與槽輪的槽脫離為止。如此循環(huán)實(shí)現(xiàn)槽輪的間歇運(yùn)動(dòng)。
曲柄連桿機(jī)構(gòu)
該機(jī)構(gòu)實(shí)際為雙曲柄機(jī)構(gòu)，中間連桿在曲柄的帶動(dòng)下可以實(shí)現(xiàn)桿上任一點(diǎn)軌跡為圓的運(yùn)動(dòng)，依靠連桿上的特殊結(jié)構(gòu)來推動(dòng)其上物品，實(shí)現(xiàn)間歇式的傳送。
其他
可以實(shí)現(xiàn)間歇式運(yùn)動(dòng)的其他機(jī)構(gòu)還有：不完全齒輪，曲柄搖塊機(jī)構(gòu)等，再次為考慮選用，故不作詳細(xì)說明。
方案二連續(xù)式傳送：
直接依靠變速系統(tǒng)輸出的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)傳送帶實(shí)現(xiàn)連續(xù)的傳送。變速系統(tǒng)通過帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、以及鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)。
3.2折蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
3.2.1 機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)方案
折蓋機(jī)構(gòu)的功能是折下紙箱蓋，分為折紙箱后蓋機(jī)構(gòu)，折紙箱前蓋機(jī)構(gòu)，折紙箱后蓋機(jī)構(gòu)。折紙箱后蓋機(jī)構(gòu)要求輸出的運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)擺桿輸出運(yùn)動(dòng)為一定角度的往復(fù)式擺動(dòng)，并且在兩個(gè)極限位置都要停留一定時(shí)間，以保持箱蓋在被封住以前不會(huì)因?yàn)榧埌鍙椥远貜?。所以選取折紙箱后蓋機(jī)構(gòu)的輸入運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)。折紙箱前蓋機(jī)構(gòu)不需要設(shè)計(jì)專門的機(jī)構(gòu)，可利用紙箱的運(yùn)動(dòng)，依靠固定結(jié)構(gòu)把它壓下去。折紙箱側(cè)蓋由兩個(gè)成角度的壓桿固定在執(zhí)行那個(gè)運(yùn)動(dòng)的前方，同樣利用紙箱的運(yùn)動(dòng)，依靠壓桿將兩個(gè)側(cè)蓋壓下去。折后箱蓋機(jī)構(gòu)在折前箱蓋機(jī)構(gòu)前面工作，然后由側(cè)面壓桿放平側(cè)面箱蓋，由膠帶封裝。
表3-2 機(jī)構(gòu)原理選型
Table 3-2 institutions selection principle
機(jī)構(gòu)示意圖
說明
連桿機(jī)構(gòu)a
右邊直動(dòng)的連桿作為本機(jī)構(gòu)的主動(dòng)件，與凸輪從動(dòng)件剛性連接，實(shí)現(xiàn)左邊擺桿的擺動(dòng)。
連桿機(jī)構(gòu)b
3.2.2機(jī)構(gòu)具體位置的設(shè)計(jì)方案
折蓋機(jī)構(gòu)是需要由氣泵提供運(yùn)動(dòng)輸入的，所以其在系統(tǒng)中的位置對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的選擇有很大影響，折蓋機(jī)構(gòu)可以放置在側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)兩側(cè)，或滑動(dòng)梁上方。
3.3 封箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
封箱機(jī)構(gòu)的具體功能是使封箱膠帶把紙箱封住，并且切斷膠帶，然后回到初始狀態(tài)等待下一次工作。機(jī)構(gòu)主要依靠紙箱的運(yùn)動(dòng)，滾輪的滾動(dòng)和彈簧的回復(fù)力壓緊膠帶，在紙箱通過各個(gè)機(jī)構(gòu)后，機(jī)構(gòu)依靠彈簧的彈力恢復(fù)初始位置。運(yùn)動(dòng)過程為a→b→c→d。具體方案示意圖如下圖3-1：
a b
c d
圖 3-1 封箱機(jī)構(gòu)示意圖
Figure 3-1 sealing mechanism
3.4 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
考慮到實(shí)際中紙箱的尺寸是千變?nèi)f化的，為了使裝置在一個(gè)較大的范圍內(nèi)具有一定的通用性，加入調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的作用是調(diào)節(jié)裝置各部分之間的距離，以滿足不同高度和寬度的紙箱進(jìn)行封箱。
3.5 傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定
間歇式傳送的一個(gè)很大的好處是可以配合其他裝置進(jìn)行有規(guī)律的加工，但若電機(jī)轉(zhuǎn)速不變，其每次傳送距離與停留時(shí)間是固定的，考慮到現(xiàn)實(shí)中紙箱尺寸的不確定，在這里選取間歇式傳送機(jī)構(gòu)已無多大意義，因?yàn)槿艏埾涑叽绺淖儯瑒t不能保證裝置可以正常工作。并且間歇式的傳送工作效率較低，不能滿足快速封箱的要求。因此，傳送機(jī)構(gòu)選擇連續(xù)式傳送。運(yùn)動(dòng)由電機(jī)提供依次經(jīng)過帶傳動(dòng)傳遞到側(cè)面?zhèn)魉蛶稀?
3.6折蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定
3.6.1折蓋機(jī)構(gòu)具體位置的確定
因?yàn)榧埾涑叽绮淮_定，即折蓋機(jī)構(gòu)的具體位置不確定，折紙箱后蓋機(jī)構(gòu)采用氣泵提供動(dòng)力，氣泵的放置位置需要考慮。若將折蓋機(jī)構(gòu)置于兩側(cè)，則需要設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)把運(yùn)動(dòng)傳遞到兩側(cè)，這樣會(huì)多出一部分零件，使成本增加。因此選取方案把折蓋機(jī)構(gòu)置于上方，這樣傳動(dòng)系統(tǒng)會(huì)簡單很多。但是也有缺點(diǎn)，擺桿的運(yùn)動(dòng)不在是在水平面中的擺動(dòng)，而是在豎直平面內(nèi)，這樣會(huì)使很多零件承受的力增大很多，因此在材料選用時(shí)，盡量選擇較輕的材料。
若要采用在兩邊布置折蓋機(jī)構(gòu)的方法，則必須在使各機(jī)構(gòu)間有足夠的位置容納下紙箱的前提下使擺桿的長度可調(diào)，但是這樣會(huì)使用到四個(gè)擺桿，每一個(gè)都需要根據(jù)尺寸的改變來調(diào)節(jié)，給使用者帶來很大不便。因此選取折蓋機(jī)構(gòu)置于工作臺(tái)上方。
3.6.2 折蓋機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)原理確定
連桿機(jī)構(gòu)a在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中有死點(diǎn)存在，在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)較麻煩，并且在使用過程中由于磨損，可能會(huì)再次出現(xiàn)死點(diǎn)，因此不予選用。
連桿機(jī)構(gòu)b在這里選用比較合適利用氣缸連接擺桿實(shí)現(xiàn)擺桿擺動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)，如擺桿開始運(yùn)動(dòng)和有運(yùn)動(dòng)到停止時(shí)，很多零件承受的力可能較大。但在這里擺桿選用輕質(zhì)的材料，因此可以考慮選用該機(jī)構(gòu)。在仿真后對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)可以進(jìn)行更深入的分析，以優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。
3.7封箱機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定
上面設(shè)計(jì)的封箱機(jī)構(gòu)的方案存在缺陷，不適用于任意長度的紙箱，因?yàn)樗玫氖羌埾涞那岸送苿?dòng)切斷膠帶的連桿，而切斷膠帶的位置是在紙箱的后端，這一段長度是固定的，因此它不具有通用性，需要進(jìn)行改進(jìn)，既然膠帶是在后端切斷，那么就用紙箱后端來控制膠帶的切斷，這樣就與紙箱的長度無關(guān)了。改進(jìn)的方案簡圖如下圖3-4:
圖3-2 改進(jìn)封箱機(jī)構(gòu)示意圖
Figure 3-2 improve sealing mechanism schematic diagram
紙箱從左向右運(yùn)動(dòng)，先推動(dòng)轉(zhuǎn)輪1，轉(zhuǎn)輪3會(huì)跟著轉(zhuǎn)輪1一起運(yùn)動(dòng)，把刀片抬起；然后轉(zhuǎn)輪2被推著運(yùn)動(dòng)，膠帶被貼在紙箱上面，勻速繼續(xù)向前，當(dāng)紙箱后端通過轉(zhuǎn)輪1時(shí)，轉(zhuǎn)輪1不會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，因?yàn)檗D(zhuǎn)輪3還在紙箱上方，轉(zhuǎn)輪2也不會(huì)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)紙箱后端通過轉(zhuǎn)輪3時(shí)，轉(zhuǎn)輪1和轉(zhuǎn)輪3帶動(dòng)刀片向下運(yùn)動(dòng)，而這時(shí)轉(zhuǎn)輪2和轉(zhuǎn)輪4并沒有回到初始位置，用彈力使膠帶被切斷，當(dāng)紙箱完全通過時(shí)，機(jī)構(gòu)回到初始狀態(tài)。如此就可以不受紙箱長度的限制而實(shí)現(xiàn)封箱的過程。
3.8調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確定
調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)選用氣泵提供動(dòng)力，推動(dòng)氣缸伸縮。當(dāng)紙箱通過工作臺(tái)，由感應(yīng)裝置接受紙箱的寬度和長度信號(hào)，確定為自動(dòng)調(diào)節(jié)，因?yàn)闅獗每刂凭_，操作簡單，安全可靠，污染小。所以選用氣泵調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同紙箱的規(guī)格。
4．封箱機(jī)的整體設(shè)計(jì)
4.1 封箱機(jī)的基本結(jié)構(gòu)
該圖為我設(shè)計(jì)的封箱機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖，是根據(jù)相關(guān)材料繪制出來，圖4-1：
圖4-1 封箱機(jī)的整體結(jié)構(gòu)圖
Figure 4-1 sealing machine overall structure
1一自動(dòng)折蓋機(jī)構(gòu) 2一刀架機(jī)構(gòu) 3一側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu) 4一工作臺(tái) 5一飛機(jī)頭機(jī)構(gòu)
4.2 自動(dòng)折蓋封箱機(jī)的工作原理
如圖4-1所示，該機(jī)由工作臺(tái)、側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)折蓋機(jī)構(gòu)、飛機(jī)頭機(jī)構(gòu)、刀架等組成。通過兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，分別帶動(dòng)側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)的兩根摩擦帶運(yùn)行。兩根皮帶和工作臺(tái)上的輥輪平臺(tái)以及頂式機(jī)構(gòu)掛件上的定位輪組成箱體輪廓空間，在箱體進(jìn)入該空間后，皮帶帶動(dòng)箱體前進(jìn)。前箱蓋經(jīng)壓舌架自動(dòng)彎曲，后箱蓋在紙箱進(jìn)入封箱機(jī)托輥時(shí)，有一檢測信號(hào)（光電信號(hào)）通知折后蓋氣缸動(dòng)作，由折蓋擺桿將其折彎。紙箱繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)，左、右箱蓋經(jīng)過壓桿自動(dòng)向中間折彎，箱體前端將刀架和前膠輪壓退位，使膠帶開始與箱體貼合。箱體離開刀架時(shí)，刀架受彈簧彈力作用，復(fù)位彈起而切斷膠帶。同時(shí)后膠帶壓輪受回位彈簧力作用而復(fù)位，使封箱后的膠帶末端同紙箱貼牢。箱體離開封箱機(jī)，完成一個(gè)紙箱的膠帶封箱任務(wù)。
4.3 工作臺(tái)部件
工作臺(tái)是膠帶封箱機(jī)的基礎(chǔ)，其高度可調(diào)。工作臺(tái)上的11條輥輪本身無動(dòng)力驅(qū)動(dòng)。箱體在輥輪形成的面上滑過，完成封箱進(jìn)入下一個(gè)設(shè)備。
4.3.1機(jī)架設(shè)計(jì)
1．機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
（1）工況要求
任何機(jī)架的設(shè)計(jì)首選必須保證機(jī)器的特定工作要求。例如，保證機(jī)架上安裝的零部件能順利運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不至于有阻礙運(yùn)動(dòng)件通過的突起、設(shè)置執(zhí)行某一工況必須的平臺(tái)、保證上下料的要求、人工操作的方便安全等。
（2）剛度要求
必須保證特定外形條件下，對(duì)機(jī)架的主要要求是剛度。例如機(jī)床零部件中，床身的剛度則決定了機(jī)床的生產(chǎn)率和加工產(chǎn)品的精度；在齒輪減速器中，箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運(yùn)轉(zhuǎn)性能。
（3）強(qiáng)度要求
對(duì)于一般設(shè)備的機(jī)構(gòu)，剛度達(dá)到要求，同時(shí)也滿足了強(qiáng)度的要求。但對(duì)于重載設(shè)備的強(qiáng)度必須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則是，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點(diǎn)的受力都不大于允許應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強(qiáng)度要求。
對(duì)于某些機(jī)器的機(jī)架尚需滿足振動(dòng)和抗震的要求。例如振動(dòng)機(jī)械的機(jī)架、受沖擊的機(jī)架、考慮地震影響的高架等。
（4）穩(wěn)定性的要求
對(duì)于細(xì)長的或薄壁的受壓 機(jī)構(gòu)及受彎-壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些地殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對(duì)結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生很大，設(shè)計(jì)時(shí)必須校核。
2．機(jī)架設(shè)計(jì)的一般要求
在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項(xiàng)要求，并有所偏重。
（1）機(jī)架的重量輕、材料選擇合適、成本低。
（2）結(jié)構(gòu)合理，便于制造。
（3）結(jié)構(gòu)應(yīng)使機(jī)構(gòu)上零部件的安裝、調(diào)試、修理和更換都方便。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使機(jī)架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由于溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
（5）抗振性能好。
（6）耐腐蝕，使機(jī)架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
3．設(shè)計(jì)步驟
取最大封箱尺寸L600、W500、H500進(jìn)行設(shè)計(jì)。
（1）初步確定機(jī)架的形狀和尺寸。
機(jī)架高度根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，讓人不感覺到疲憊，而且效率高，初步確定為750mm。機(jī)架寬度應(yīng)滿足三個(gè)紙箱的長度，初步確定為1800mm。機(jī)架寬度確定需要根據(jù)兩個(gè)摩擦帶之間的最大距離1370mm。確保機(jī)構(gòu)能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。
（2）根據(jù)機(jī)架的制造數(shù)量，結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小，初定制造工藝。
初定采用鋼板，采用機(jī)械加工，加工到精確的尺寸。
（3）分析載荷情況，載荷包括機(jī)架上的設(shè)備重量、機(jī)身本身重量、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)載荷等。
封箱機(jī)主要是封裝紙箱，質(zhì)量輕，無重載荷，不用分析載荷情況。
（4）確定結(jié)構(gòu)的形式。
采用鋼板結(jié)構(gòu)，用螺栓對(duì)鋼板進(jìn)行聯(lián)接。
（5）結(jié)構(gòu)如圖4-2：
圖4-2機(jī)架結(jié)構(gòu)圖
Figure 4-2 frame structure
（6）根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)里的公式，確定本機(jī)架結(jié)構(gòu)所允許的撓度和應(yīng)力。
（7）進(jìn)行計(jì)算確定尺寸。最終組裝機(jī)架的尺寸為L1830mm、W1370mm、H745mm。
參照上所說設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和要求，根據(jù)包裝封口機(jī)的工作要求和受理情況，封口機(jī)機(jī)架應(yīng)該選擇板結(jié)構(gòu)金屬機(jī)架，其材料選擇鋼板。
4.3.2 實(shí)現(xiàn)摩擦帶之間的寬度調(diào)節(jié)
為適應(yīng)各種紙箱的寬度，兩摩擦帶的寬度在180-500mm范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)。摩擦帶裝置之間的距離由氣缸活塞桿伸縮來確定，在機(jī)體的兩邊放有四個(gè)氣壓缸，由氣泵控制。摩擦帶固定在橫梁上，橫梁滑動(dòng)改變摩擦帶的寬度。當(dāng)紙箱放上工作臺(tái)，由感應(yīng)裝置發(fā)出信號(hào)使氣壓缸工作，于是兩摩擦帶裝置靠攏或向兩邊分開，以適應(yīng)不同的箱體寬度。如圖4-3：
圖4-3寬度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖
Figure 4-3 width adjusting structure
4.3.3箱高度的調(diào)節(jié)
為適應(yīng)不同生產(chǎn)線的要求，工作臺(tái)的高度可通過4根活塞桿螺栓連接滑臺(tái)來調(diào)整飛機(jī)頭上下移動(dòng)，達(dá)到調(diào)整高度的目的。可調(diào)范圍是200mm。4根活塞桿由氣泵控制，均勻分布，共同升降，調(diào)節(jié)起來特別容易。采用這種設(shè)計(jì)，具有簡單、方便、干凈的優(yōu)點(diǎn)。
紙箱的高度規(guī)格為150-500mm，機(jī)架高為745mm，飛機(jī)頭的上滑動(dòng)梁的升降范圍是由氣壓缸的行程距離決定的，通過確定氣缸的行程，確定封箱機(jī)高度為1455mm。如圖4-4：
圖4-4高度調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)圖
Figure 4-4 height adjustment structure
4.4輥輪的固定
輥輪由實(shí)心內(nèi)軸和空心外軸構(gòu)成，內(nèi)軸和空心軸之間裝有軸承，內(nèi)軸的兩端固定在工作臺(tái)的支架兩側(cè)。由于只起支承作用，所需要的力較小，因此選擇實(shí)心軸的直徑d=10mm，選用深溝球軸，因?yàn)樯顪锨蜉S承的當(dāng)量摩擦系數(shù)小，再高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)外圈軸線偏斜量，可采用大量生產(chǎn)、價(jià)格低、使用經(jīng)濟(jì)。
4.5 側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.5.1側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)過程
在每組摩擦帶機(jī)構(gòu)上都有獨(dú)立的電機(jī)等驅(qū)動(dòng)元件。接通電源，電動(dòng)機(jī)通過減速器后的轉(zhuǎn)矩通過聯(lián)軸器傳給主動(dòng)軸，帶動(dòng)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)皮帶不停地運(yùn)動(dòng)。 皮帶表面有粗糙的齒紋，兩側(cè)的皮帶距離調(diào)至夾緊通過的箱體，在皮帶不停轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，伴隨底部輥輪的滾動(dòng)，將紙箱向前勻速供送。再供送的過程中，完成封箱并將其輸送到下面的工序。如圖4-5：
圖4-5側(cè)面?zhèn)鲃?dòng)結(jié)構(gòu)圖
Figure 4-5 side transmission structure
4.5.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)包裝箱封口機(jī)的工作地點(diǎn)和環(huán)境要求，并且根據(jù)在紙箱封口過程中所受力很小，主要是靠摩擦力來實(shí)現(xiàn)箱體的運(yùn)動(dòng)。根據(jù)給定要求是120W電動(dòng)機(jī)，確定選取微型電機(jī)。因?yàn)閷?duì)電機(jī)要求不高因此選取A02、B02、C02、D02系列分馬力異步電動(dòng)機(jī)。
A02、B02、C02、D02系列分馬力電動(dòng)機(jī)異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維修方便及技術(shù)經(jīng)濟(jì)等、指標(biāo)先進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)。A02系列為三相電機(jī)，廣泛應(yīng)用于各種機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。B02系列為單向電阻啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，僅適用于對(duì)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求不高的場合。如小型機(jī)床、鼓風(fēng)機(jī)、醫(yī)療器械等。C02系列為單向電容啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，適用于要求滿載啟動(dòng)的機(jī)械設(shè)備，如空氣壓縮泵、冰箱、特殊醫(yī)療機(jī)械等。 D02系列為電相電容啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，其功率因數(shù)較高，運(yùn)轉(zhuǎn)勻穩(wěn)。適用于風(fēng)扇、醫(yī)療器械等啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不高的場合，該系列電動(dòng)機(jī)不適合做空載轉(zhuǎn)動(dòng)。
由以上比較可得出應(yīng)該選擇A02系列電動(dòng)機(jī)比較合適。在包裝箱封口機(jī)械中要求電動(dòng)機(jī)是臥式的，因此，選擇IBM3型電動(dòng)機(jī)，此型電動(dòng)機(jī)有底座、端蓋上無凸緣，即要求臥式安裝。查表選用電動(dòng)機(jī)AO2-5622，電動(dòng)機(jī)的額定功率為120W、電壓380V、頻率50HZ、轉(zhuǎn)速1440r/min. 根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)速及效率要求可確定各級(jí)傳動(dòng)比。
4.5.3 傳動(dòng)方案的選擇
由第2章知包裝箱封口機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)率為18箱，最大封箱長度為600mm。由上一節(jié)知電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為1440r/min。則
工作帶的帶速：
根據(jù)包裝箱封口機(jī)工作的綜合情況考慮，取帶輪的直徑
由得
由于傳動(dòng)比很大，應(yīng)該選擇蝸輪蝸桿傳動(dòng)[17]。
4.5.4帶輪的結(jié)構(gòu)形式和選擇
V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。根據(jù)輪輻結(jié)構(gòu)不同，V帶輪可分為實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為(d為安裝帶輪的軸的直徑，mm)時(shí)，可采用實(shí)心式；當(dāng)時(shí)刻采用腹板式；當(dāng)同時(shí)，時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)事，可此用輪輻式，在選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，由于電機(jī)軸的直徑很小，又由于膠帶封口機(jī)所需的動(dòng)力較小，所以選擇軸徑d為10mm足以滿足工作要求，選擇帶輪的基準(zhǔn)直徑為150mm，因此帶輪型式應(yīng)為腹板式。根據(jù)尺寸要求，校核要求，確定皮帶輪直徑為154mm。
4.6刀架部件設(shè)計(jì)
該機(jī)構(gòu)是為了完成紙箱的頂面和底面的封口和膠帶切斷任務(wù)。由于是膠帶封箱機(jī)封箱質(zhì)量的關(guān)鍵部件，要求：
1．要確保其工作的準(zhǔn)確性和合理性。
2．要確保其工作的穩(wěn)定性。
3．要確保去工作的高效率。
4.6.1 工作原理
在當(dāng)箱體進(jìn)入工作空間后，箱體在側(cè)面的齒將皮帶的摩擦力作用下前進(jìn)。當(dāng)運(yùn)行至刀架位置時(shí)，箱體將刀片架和膠帶壓輪1壓退位，而膠帶壓輪2在四桿機(jī)構(gòu)的作用下與膠帶壓輪1保持同步運(yùn)動(dòng)而退位，并使前面的膠帶與紙箱貼合并封箱。隨著箱體前進(jìn)，膠帶不斷地抽出封在箱體上。當(dāng)箱體的后部離開刀片時(shí)，膠帶壓輪1由于四桿機(jī)構(gòu)的作用與膠帶壓輪2 的運(yùn)動(dòng)一致，而刀片架受小彈簧彈力作用，復(fù)位彈起，切斷膠帶。當(dāng)箱體運(yùn)動(dòng)離開膠帶壓輪2時(shí)，膠帶壓輪2也由于受可調(diào)彈簧回位作用而復(fù)位，使連在箱體上最后的膠帶也貼在箱體上，完成后段封箱任務(wù)。如圖4-6：
圖4-6 刀架結(jié)構(gòu)
Figure 4-6 tool carriage structure
4.7刀片的設(shè)計(jì)
通過查閱《膠帶自動(dòng)封箱機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，為了確保刀片對(duì)膠帶的切斷的可靠性, 確保一次性切斷膠帶, 刀片設(shè)計(jì)如圖3-8所示。膠帶在切斷前被繃得很緊, 只要斷口處有一點(diǎn)先被切破, 斷口就會(huì)迅速擴(kuò)大, 直到全部斷開。為了增強(qiáng)切斷瞬間的壓強(qiáng)的作用效果, 設(shè)計(jì)刀齒的排列有一定的斜度, 其斜度為 3°從而使瞬間的接觸面積大大減少, 盡可能地, 使刀片一次性切斷膠帶。如圖4-7：
圖4-7膠帶刀片圖
Figure 4-7 tape blade figure
4.8 折蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
折蓋機(jī)構(gòu)由側(cè)折蓋裝置，前折蓋裝置，后折蓋裝置組成。側(cè)折蓋裝置由固定塊和兩個(gè)折側(cè)蓋壓桿組成，被固定在上橫梁的正前方，當(dāng)紙箱在摩擦帶的帶動(dòng)下，紙箱兩側(cè)的折蓋被壓桿壓下，勻速直線通過封箱裝置。前折蓋裝置由固定在飛機(jī)頭上的折前蓋架，依靠紙箱向前運(yùn)動(dòng)折下紙箱前蓋。后折蓋裝置功能是折下后紙箱蓋，要求輸出的運(yùn)動(dòng)是實(shí)現(xiàn)折后蓋擺桿輸出運(yùn)動(dòng)為一定角度的往復(fù)式擺動(dòng)，并且在兩個(gè)極限位置都要停留一定時(shí)間，以保持箱蓋在被封住以前不會(huì)因?yàn)榧埌鍙椥远貜?。該封箱機(jī)采用氣動(dòng)裝置推動(dòng)折后蓋擺桿升降。把紙箱從機(jī)臺(tái)輸入端推入（箱子頂部的封口蓋須豎起），被輸送帶帶動(dòng)時(shí)松開手，當(dāng)紙箱碰到折后蓋擺桿控制開關(guān)時(shí)，氣缸活塞伸出，推動(dòng)折后蓋擺桿上升，當(dāng)紙箱完全經(jīng)過折后蓋壓桿控制開關(guān)時(shí)，折后蓋壓桿控制開關(guān)復(fù)位，此時(shí)氣缸活塞收縮，折后蓋壓桿落下，壓住紙箱后蓋。如圖4-8：
圖4-8折蓋機(jī)構(gòu)圖
Figure 4 to 8 fold the cover body figure
5 .機(jī)構(gòu)建模
5.1非標(biāo)準(zhǔn)件建模
如圖4-1a中所示的零件是通過簡單的從二維到三維的方式建立模型，首先選擇一基準(zhǔn)面，然后使用草圖工具欄（圖5-1b）上的工具繪制草圖，完成草圖繪制后使用特征工具欄（圖5-1c）上的工具完成二維到三維的建模，有時(shí)還需要用到“特征工具 欄”上的參考幾何體命令建立基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸等等。
a
b
c
圖5-1 非標(biāo)準(zhǔn)件建模圖
Figure 5-1 non-standard modeling figure
5.2 標(biāo)準(zhǔn)件建模
Solidworks的Toolbox插件中提供了上百萬種標(biāo)準(zhǔn)件，所以使用Toolbox插件可以快速的生成標(biāo)準(zhǔn)件，如齒輪、軸承、螺栓、銷釘?shù)鹊?。本次建模使用Toolbox生成了除電機(jī)、齒輪以外的幾乎所有標(biāo)準(zhǔn)件。電機(jī)模型來自網(wǎng)絡(luò)上的零件庫。
以螺栓為例，具體的生成過程如下。
首先還是裝入Toolbox插件，在這里一起裝入“Solidworks Toolbox Browser”，在Solidworks右邊的設(shè)計(jì)庫中依次展開“Toolbox”、“GB”、“螺栓和螺釘”、“六角頭型螺栓”，如圖5-2a，然后在選好型號(hào)的螺栓上點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇生成零件，然后在左邊“設(shè)置零部件”中設(shè)置參數(shù)，如圖5-2b，然后確定，生成零件后另存為。
圖5-2 設(shè)計(jì)庫圖
Figure 5-2 library design
5.3機(jī)構(gòu)總體裝配過程
在Solidworks中，裝配要先新建裝配體，然后點(diǎn)擊裝配體工具欄上的“插入零部件按鈕”插入零件，如果是打開的零件，就會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)在左邊的特征管理器中，如果需要的零件沒有打開，則點(diǎn)擊下邊的“瀏覽”按鈕，從彈出的窗口中選取想要的零件，然后確定，用鼠標(biāo)把零件放置在想要的位置，這就是零件裝入的過程，如圖5-3所示。
圖5-3 機(jī)架裝配圖
Figure 5-3 frame assembly drawing
在Solidworks中，零件的裝配是通過選取實(shí)體上的“點(diǎn)”、“線”、“面”，再加上相應(yīng)的配合關(guān)系來實(shí)現(xiàn)裝配的。各種配合關(guān)系如圖5-4
圖5-4 配合關(guān)系圖
Figure 5-4 match the diagram
因本次裝配的零件數(shù)量達(dá)到200個(gè)，所以不一一說明裝配過程，通過以下各部分爆炸圖及裝配圖來表達(dá)裝配過程。
5.4機(jī)架系統(tǒng)的裝配
因總體裝配較復(fù)雜，所以各部分與機(jī)架分開描述。機(jī)架爆炸圖及裝配體如圖5-5。
圖5-5 機(jī)架爆炸視圖及裝配體
Figure 5-5 frame exploded views and assembly
機(jī)架系統(tǒng)零件明細(xì)表如圖5-6，其中零件號(hào)為在裝配體中對(duì)應(yīng)零件模型在特征樹中顯示的名稱。
圖5-6 機(jī)架明細(xì)表
Figure 5-6 fixture list
5.5傳動(dòng)系統(tǒng)裝配
傳動(dòng)系統(tǒng)爆炸圖及裝配體如圖5-7
圖5-7傳動(dòng)系統(tǒng)爆炸圖及裝配體
Figure 5-7 transmission system explosion diagram and assembly
傳動(dòng)系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)明細(xì)表如圖5-8，其中零件號(hào)為在裝配體中對(duì)應(yīng)零件模型在特征樹中顯示的名稱。
圖5-8 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)明細(xì)表
Figure 5-8 schedule of transmission mechanism
5.6機(jī)頭升降系統(tǒng)的裝配
飛機(jī)頭升降系統(tǒng)爆炸圖及裝配體如圖5-9
圖5-9 飛機(jī)頭升降系統(tǒng)爆炸圖及裝配體
Figure 5-9 plane crashed head lifting system diagram and assembly
飛機(jī)頭升降系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件明細(xì)表如圖5-10，其中零件號(hào)為在裝配體中對(duì)應(yīng)零件模型在特征樹中顯示的名稱。
圖5-10 飛機(jī)頭升降系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)零件明細(xì)表
Figure 5-10 aircraft head lifting system transmission mechanism parts list
5.7折蓋系統(tǒng)的裝配
折蓋系統(tǒng)爆炸圖及裝配體如圖4-11
圖5-11 折蓋系統(tǒng)爆炸圖及裝配體
Figure 5-11 fold the cover system explosion diagram and assembly
折蓋系統(tǒng)零件明細(xì)表如圖5-12，其中零件號(hào)為在裝配體中對(duì)應(yīng)零件模型在特征樹中顯示的名稱。
圖5-12折蓋系統(tǒng)零件明細(xì)表
Figure 5-12 fold the cover parts list system
5.8封箱系統(tǒng)的裝配
封箱系統(tǒng)爆炸圖及裝配體如圖5-13
圖5-13 封箱系統(tǒng)爆炸圖及裝配體
Figure 5-13 sealing system explosion diagram and assembly
封箱系統(tǒng)零件明細(xì)表如圖5-14，其中零件號(hào)為在裝配體中對(duì)應(yīng)零件模型在特征樹中顯示的名稱。
圖5-14 封箱系統(tǒng)零件明細(xì)表
Figure 5-14 sealing system parts list
6.機(jī)構(gòu)仿真
6.1 機(jī)構(gòu)仿真配置
使用運(yùn)動(dòng)分析仿真必須要首先啟用“Solidworks Motion”插件，啟用方法與“Toolbox”一樣。然后在仿真類型中選取“Motion分析”，然后進(jìn)行各種仿真的配置。在這里因?yàn)槭茈娔X性能的限制，只能進(jìn)行局部的分別仿真。在仿真前需要檢查模型之間有無干涉（這里要排除螺紋緊固件之間的干涉，因?yàn)樵谲浖羞@部分尺寸本來就是干涉的），如果有需要重新配合檢查，直到?jīng)]有為止，否者在仿真的過程種可能出現(xiàn)錯(cuò)誤的結(jié)果。干涉檢查如圖6-1。
圖6-1 檢查干涉
Figure 6-1 check interference
各部分仿真中都要設(shè)置好運(yùn)動(dòng)時(shí)間，以保證完成想要的整個(gè)運(yùn)動(dòng)。
6.2傳動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真配置
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的仿真配置有添加馬達(dá)、表面接觸和阻力矩。添加馬達(dá)轉(zhuǎn)速為1440r/min；在這里主要看齒輪的仿真，所以只設(shè)置了兩對(duì)齒輪的表面接觸，表面接觸可以設(shè)置材料、摩擦和彈性系數(shù)，在這里設(shè)置材料為帶潤滑的鋼，其他使用了默認(rèn)值；然后在傳動(dòng)系統(tǒng)的最末端加上了大小為100N·m的阻力矩。設(shè)置過程如圖6-2a，6-2b,6-2c。
圖6-2a添加馬達(dá)
Figure 6-2a add motor
圖6-2b設(shè)置表面約束
Figure 6-2b surface constraint set
圖6-2c設(shè)置力矩
Figure 6-2c set torque
6.3折蓋機(jī)構(gòu)仿真配置
折蓋機(jī)構(gòu)的仿真是仿真中最復(fù)雜的過程，主要是紙箱運(yùn)動(dòng)是添加直線馬達(dá)，還要添加擺桿旋轉(zhuǎn)馬達(dá)以及擺桿旋轉(zhuǎn)馬達(dá)開始運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和工作的時(shí)間，這通過時(shí)間軸來控制；在這里要保證紙箱運(yùn)動(dòng)速度和折蓋機(jī)構(gòu)速度配合好，為了仿真效果較好，選取了折蓋所用的伺服電機(jī)速度為10r/min，設(shè)置為紙箱后端距離機(jī)架前端為300mm時(shí)，伺服電機(jī)啟動(dòng)，所以選擇紙箱運(yùn)動(dòng)速度為200mm/s，因?yàn)檎酆笙渖w的桿，長度為400mm，要保證箱蓋運(yùn)動(dòng)到其范圍內(nèi)才開始動(dòng)作，并且要在紙箱離開之前完成動(dòng)作，所以以此確定了各個(gè)速度。
如圖6-3a,6-3b,6-3c。
圖6-3a添加紙箱運(yùn)動(dòng)的直線馬達(dá)
Figure 6-3 add a carton movement of the linear motor
圖6-3b添加擺桿運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)馬達(dá)
Figure 6-3 b add swinging rod movement of the rotating motor
圖6-3c 控制旋轉(zhuǎn)馬達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)間
Figure 6-3c control rotation motor sports time
6.4封箱機(jī)構(gòu)仿真配置
封箱機(jī)構(gòu)的仿真配置也是比較復(fù)雜的部分，同樣要添加紙箱運(yùn)動(dòng)的直線馬達(dá)，以及要設(shè)置紙箱與滾輪的表面接觸，除此之外，封箱機(jī)構(gòu)的仿真還需要添加彈簧，這里只添加了兩處，并且未考慮阻尼（因?yàn)樘砑幼枘岷髸?huì)報(bào)錯(cuò)）。具體配置過程如圖6-4a,6-4b。
圖6-4a機(jī)芯大板彈簧添加
Figure 6-4 a movement big plate spring to add
圖6-4b機(jī)芯小板彈簧添加
Figure 6-4 b movement to add small plate spring
6.5 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)仿真配置
調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的仿真比較簡單，只需要添加八個(gè)直線馬達(dá)以及設(shè)置好時(shí)間，本來為得到有關(guān)力的參數(shù)還需要添加表面接觸，但是限于電腦性能，放棄了這部分內(nèi)容，馬達(dá)的添加方法與圖6-3a中的一樣。具體配置過程如圖6-5a,6-5b。
圖6-5a 添加封箱高度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直線馬達(dá)
Figure 6-5 a add sealing height adjusting mechanism linear motor
圖6-5b 添加封箱寬度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)直線馬達(dá)
Figure 6-5 b add sealing width adjusting mechanism of linear motor
7.有限元分析
在Solidworks中可以通過仿真中的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)來進(jìn)行有限元分析，但是受限于電腦性能，所以只能進(jìn)行單個(gè)零件的有限元分析。由于封箱機(jī)的的整體機(jī)構(gòu)對(duì)強(qiáng)隊(duì)要求不高，但是封箱機(jī)構(gòu)各個(gè)零件必須保證強(qiáng)度，所以在這里選取了封箱機(jī)構(gòu)所用前架進(jìn)行有限元分析。之所以選取它是因?yàn)?，它是采用單?cè)設(shè)計(jì)，而不是以前的對(duì)稱設(shè)計(jì)，強(qiáng)度相對(duì)減小了，同時(shí)承受兩個(gè)相反方向的負(fù)載，并且設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)時(shí)，并沒有考慮到負(fù)載因素。所以想對(duì)其進(jìn)行分析以優(yōu)化設(shè)計(jì)。在分析時(shí)對(duì)其配置如下圖8-1：
圖8-1受力分析配置
Figure 8-1 force analysis configuration
中間孔固定鉸鏈固定，在上面連接中間桿孔表面加上力為40N，方向向左，在下面放滾輪的孔表面加上力為30N，方向向右，并沒有考慮到運(yùn)動(dòng)過程中的沖擊。選取的材料為碳鋼板，其他細(xì)節(jié)可見附件中有限元分析文件夾下文檔。其結(jié)果如下圖8-2：
圖8-2（合金鋼）有限元分析結(jié)果
Figure 8-2 (alloy) finite element analysis results
通過有限元分析知道，提高零件的性能，可以通過改變材料和結(jié)構(gòu)等，選用較好材料是很方便的選擇，但是若在對(duì)零件的重量或其他性質(zhì)有要求的場合，材料的選擇受到了限制，這時(shí)就可以從結(jié)構(gòu)上進(jìn)行優(yōu)化。
所以在工程實(shí)際中通過對(duì)零件的有限元分析，然后綜合考慮各種因素，對(duì)零件進(jìn)行優(yōu)化可以在滿足要求的前提下，使零件的成本更經(jīng)濟(jì)，這在實(shí)際應(yīng)用具有非常重大的意義。
總結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一次大的總結(jié)，在設(shè)計(jì)之前，我收集有關(guān)設(shè)計(jì)課題研究方面的資料、文獻(xiàn)是最為重要的，還有很多關(guān)于設(shè)計(jì)課題方面的圖片，在設(shè)計(jì)工作開始時(shí)，只有對(duì)課題研究的內(nèi)容充分地了解，才會(huì)有設(shè)計(jì)目的和方向；所以收集、查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料是必要的。通過查資料讓我學(xué)到了許多上課學(xué)不到東西，有時(shí)候一個(gè)問題，一個(gè)零件 ，一個(gè)設(shè)備的原理，讓我驚嘆不已，讓我走進(jìn)了機(jī)械的殿堂。
收集有關(guān)資料的時(shí)候，不僅使我對(duì)封箱機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢、設(shè)計(jì)的具體思路等有了更多，多各種封箱機(jī)械型號(hào)有了更多的了解。本次設(shè)計(jì)我用solideworks軟件三維建模，裝配，繪制圖紙，讓我感覺未來設(shè)計(jì)的趨勢，就是三維軟件建模，應(yīng)力分析，圖紙繪制的過程，更直觀的去做設(shè)計(jì)，使自己的想法能以三維立體的形式表達(dá)，直觀易懂。
畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的主要是培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來分析和解決機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中所出現(xiàn)的一系列問題。本次的設(shè)計(jì)是幾年來學(xué)習(xí)過程中涵蓋面最廣的一次設(shè)計(jì)，它不僅體現(xiàn)了我們對(duì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，更重要的是對(duì)我們幾年來所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到了實(shí)踐，使我明白了在今后設(shè)計(jì)過程中的一般步驟和方法。
通過本次設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了如何對(duì)進(jìn)行合理分析。同時(shí)，在本次設(shè)計(jì)過程中同時(shí)了解了如何編寫技術(shù)文件，正確使用設(shè)計(jì)手冊(cè)。更培養(yǎng)了我們嚴(yán)肅認(rèn)真、一絲不茍和實(shí)事求是的工作態(tài)度，從而實(shí)現(xiàn)了從一名學(xué)生到工程技術(shù)人員的過渡。
致謝
本次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，各方面的能力都有了提高。但由于本人設(shè)計(jì)能力有限，再加上實(shí)踐能力和經(jīng)驗(yàn)不足，設(shè)計(jì)中難免有不足之處。但通過設(shè)計(jì)使我各方面的能力都得到了很大提高，為今后工作和學(xué)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，我認(rèn)為這才是最重要的。
在此我必須感謝我的指導(dǎo)老師叢老師對(duì)我的指導(dǎo)，不僅在學(xué)習(xí)上還是生活上，都給予我極大的支持，是今后我學(xué)習(xí)的良師益友，多謝老師的幫助和指導(dǎo)。
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附錄A
論藥品包裝機(jī)械的概念設(shè)計(jì)
近年來，由于我國經(jīng)濟(jì)形勢的持續(xù)高漲和國家對(duì)制藥行業(yè)強(qiáng)制性推行GMP(藥品生產(chǎn)質(zhì)量規(guī)范)認(rèn)證制度，藥品包裝機(jī)械取得了長足的進(jìn)步。新產(chǎn)品日益增多，技術(shù)水平有了很大的改進(jìn)。但與國際水平相比還存在著很大的差距，近60%的產(chǎn)品達(dá)不到發(fā)達(dá)國家上世紀(jì)80年代的水平，先進(jìn)大型的設(shè)備主要依賴進(jìn)口。我國藥品包裝機(jī)械的低技術(shù)水平在很大程度上是由我國企業(yè)設(shè)計(jì)人員低水平設(shè)計(jì)引起的。
一、我國藥品包裝機(jī)械現(xiàn)狀分析
我國藥品包裝機(jī)械與國際先進(jìn)水平相比尚有較大的差距.國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械設(shè)計(jì)上主要存在以下幾點(diǎn)不足：
1) 機(jī)械性能落后，國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械大多精度低、速度慢、平穩(wěn)性差。包裝機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)過程包含大量復(fù)雜的間歇式運(yùn)動(dòng)，主要由凸輪、連桿來實(shí)現(xiàn)。然而許多設(shè)計(jì)人員不會(huì)根據(jù)工作循環(huán)圖和精度要求獨(dú)立設(shè)計(jì)計(jì)算凸輪連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)參數(shù)，只是簡單的把國外樣機(jī)的凸輪連桿零件拆卸下來進(jìn)行逐點(diǎn)測繪，造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)誤差很大。國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械大多運(yùn)行速度較低，如鋁塑泡罩包裝機(jī)的沖裁頻率一般為100～300個(gè)/min，全自動(dòng)藥盒包裝機(jī)的裝盒速度50～200盒/min，而國際上先進(jìn)的鋁塑泡罩包裝機(jī)的沖裁頻率能夠達(dá)到600個(gè)/min，全自動(dòng)藥盒包裝機(jī)的裝盒速度能夠達(dá)到600~ 800盒/min。國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械不僅運(yùn)行速度慢，而且還伴有較大的噪音。
2) 控制水平落后。國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械大多控制水平低、自動(dòng)性差、故障率高。國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械(主要指盒裝和灌裝機(jī)械)大多采用PLC作現(xiàn)場控制，而國外先進(jìn)的藥品包裝機(jī)械大多由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，控制水平相對(duì)落后。大多數(shù)國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械自動(dòng)性較差。一是普遍采用單機(jī)生產(chǎn)模式，全自動(dòng)生產(chǎn)線少。二是做不到全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要人工加料，手動(dòng)裝箱。如一些紙盒包裝機(jī)中，藥板、說明書紙頁、紙盒都需要手動(dòng)加料，且需專人隨時(shí)注意說明書、藥板、紙盒是否已經(jīng)用完，以免造成機(jī)器空轉(zhuǎn)或造成缺說明書、藥板、藥盒現(xiàn)象的發(fā)生。另外，國產(chǎn)藥品包裝機(jī)械故障率較高?？刂圃骷?如繼電器、電磁閥、接觸器、斷路器等)等經(jīng)常容易損壞，死機(jī)故障也時(shí)有發(fā)生。
3)功能單一、可擴(kuò)展性差。藥品包裝機(jī)械是針對(duì)特定的包裝形式設(shè)計(jì)的。一般在規(guī)定的規(guī)格范圍內(nèi)可調(diào)。而我國許多藥品包裝機(jī)械在設(shè)計(jì)時(shí)考慮不充分，沒有為進(jìn)一步的改造留出足夠的空間，致使設(shè)計(jì)的機(jī)械只能適應(yīng)于幾種簡單的模板，不適應(yīng)包裝材料或模板尺寸的變化，即使適應(yīng)生產(chǎn)的包裝成品質(zhì)量也不佳。
4）綜合考慮不足，資源沒有充分利用。我國藥品包裝機(jī)械設(shè)計(jì)存在著混亂現(xiàn)象，許多機(jī)械設(shè)計(jì)人員對(duì)電機(jī)拖動(dòng)同步技術(shù)、伺服傳動(dòng)技術(shù)不了解，可用簡單的電器設(shè)備解決的問題卻用復(fù)雜的機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)，有的雖然采用了同步電機(jī)等裝置來控制機(jī)構(gòu)運(yùn)行，但選取不當(dāng)。這些情況不僅造成了資源的極大浪費(fèi)，而且使設(shè)計(jì)的機(jī)械的性能低下。
5)造型死板。我國的藥品包裝機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)很少考慮機(jī)械的造型，很多廠家生產(chǎn)的機(jī)械造型不美觀，甚至沒有造型，給人感覺僵硬、死板、沒有活力。一些藥盒包裝機(jī)中，螺釘螺母都安裝在機(jī)器的外面板上，而一些潤滑用的油杯和油嘴也隨處可見，加油時(shí)容易使機(jī)器到處沾滿油污，給人印象粗糙，不美觀。
二、藥品包裝機(jī)械概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容
人們經(jīng)過多年的研究，將概念設(shè)計(jì)定義為：“在確定了任務(wù)后，通過抽象化擬定功能結(jié)構(gòu)，尋求適當(dāng)?shù)淖饔迷砑捌浣M合等，確定出基本求解途徑，得出求解方案。這一部分設(shè)計(jì)工作叫做概念設(shè)計(jì)”概念設(shè)計(jì)指明確設(shè)計(jì)目的和現(xiàn)有條件后，設(shè)計(jì)者搜索多方面的知識(shí)，分析提煉后生成框架式的廣泛意義上的解。藥品包裝機(jī)械的概念設(shè)計(jì)要求根據(jù)產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段，進(jìn)行產(chǎn)品功能創(chuàng)造、功能分解以及功能和子功能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，進(jìn)行滿足功能和結(jié)構(gòu)要求的工作原理求解和進(jìn)行實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的工作原理載體方案的構(gòu)思和系統(tǒng)化設(shè)計(jì)概念設(shè)計(jì)的過程是一個(gè)求解實(shí)現(xiàn)功能的、滿足各種技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的、可能存在的各種方案并最終確定綜合最優(yōu)方案的過程。概念設(shè)計(jì)的作用主要體現(xiàn)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的早期階段?？傇O(shè)計(jì)師根據(jù)產(chǎn)品功能的需求而萌發(fā)出來的原始構(gòu)思和沖動(dòng)形成產(chǎn)品的主體框架，及它應(yīng)包括的各主要模塊和組件，以完成整體布局和外型初步設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行評(píng)估和優(yōu)化，確定整體設(shè)計(jì)方案。再由各部分設(shè)計(jì)人員把總設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)思想落實(shí)到具體設(shè)計(jì)中去，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。實(shí)施藥品包裝機(jī)械的概念設(shè)計(jì)首先要求設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)對(duì)藥品包裝的認(rèn)識(shí)，深化理解藥品包裝的內(nèi)涵，引進(jìn)現(xiàn)代包裝理念，積極與國際接軌?，F(xiàn)代包裝不僅是保障產(chǎn)品的安全，使產(chǎn)品運(yùn)輸方便，而且起著宣傳、環(huán)保、防偽、美觀等多方面的作用。藥品包裝機(jī)械設(shè)計(jì)人員應(yīng)密切關(guān)注包裝系統(tǒng)的發(fā)展.深入研究包裝工藝，熟悉包裝材料的發(fā)展和其對(duì)機(jī)械產(chǎn)品的要求。只有這樣才能設(shè)計(jì)出滿足用戶要求的高水平機(jī)械產(chǎn)品。藥品包裝機(jī)械的概念設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要有：
1)明確設(shè)計(jì)任務(wù)，做好可行性分析。設(shè)計(jì)者在進(jìn)行設(shè)計(jì)工作初始階段時(shí)應(yīng)充分考慮產(chǎn)品的可行性。一方面是市場的考慮，包括產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品原料、制造費(fèi)用的考慮；另一方面是產(chǎn)品加工的考慮，包括現(xiàn)有加工能力、加工工藝、加工性能及周邊配套行業(yè)的考慮。周邊配套環(huán)境的考慮主要指當(dāng)?shù)仄髽I(yè)加工能力、加工水平、熱處理工藝及基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)等。
2)功能設(shè)計(jì)。我國大多數(shù)藥品包裝機(jī)械是對(duì)國外同類機(jī)型的仿制。但由于我國存在的特殊國情，須對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)?shù)母脑?，以滿足我國的要求。而不是一味的照抄照搬。設(shè)計(jì)的機(jī)械除需要滿足盒裝、灌裝功能外，我們還須考慮包裝機(jī)械的附加功能，如包裝盒中應(yīng)加入量杯、藥勺等工具，以方便用戶使用。在機(jī)種的開發(fā)方面可以設(shè)計(jì)較為先進(jìn)的機(jī)械，如無菌包裝機(jī)械、保鮮包裝機(jī)械等。還可以開發(fā)藥品包裝前處理成套設(shè)備和后處理配套設(shè)備。
3)功能分解。藥品包裝機(jī)械屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)全面考慮各功能。一般而言，藥品包裝機(jī)械功能大致可分為機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、監(jiān)測傳感、信息處理及控制功能3大部分。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能按不同機(jī)種又可細(xì)分，如鋁塑泡罩包裝機(jī)可分為成型、熱封、壓痕、沖裁4大功能，而紙盒包裝機(jī)械可分為折紙、下紙、藥板推送、紙盒打開、紙盒傳輸、折舌、插舌、壓平和打批號(hào)等功能。在設(shè)計(jì)過程中還要考慮機(jī)械潤滑、機(jī)械安全運(yùn)行、包裝衛(wèi)生等功能。這