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畢業(yè)設計（論文）任務書
專業(yè) 班級 學生姓名
一、
畢業(yè)設計（論文）題目： 倉儲中的機器配件紙箱打包機的設計
二、
畢業(yè)設計（論文）應閱讀或翻譯的文獻、資料：
與倉儲中的機器配件紙箱打包機的設計相關的中英文書籍、文獻資料；機
械原理，機械設計等相關專業(yè)書目。
三、
畢業(yè)設計（論文）要點：
設計中要注意： 1.了解設計背景；2.了解紙箱打包的影響因素；
3.研究紙箱打包機理；4.根據(jù)要求，研究總體布局、確定打包方案和必要
參數(shù),完成最終設計。
四、
畢業(yè)設計（論文）進程安排： 2016.12.2-2017.3.1：查閱資料，撰寫
文獻綜述，熟悉所使用的制圖軟件；2017.3.5-2017.3.30：提出設計方案并最
終確定出合理的設計方案（3月15日之前完成），完成對設計方案的初步計算；2017.3.31-2017.4.30：完成對機器的設計圖紙，設計說明書；2017.5.1-2017.5.5：進行最后的收尾工作，打印出紙質(zhì)圖紙以及設計說明書，準備答辯。
五、
根據(jù)大綱要求對學生畢業(yè)設計（論文）提出明確的工作要求：
1、文獻綜述 2、論文實驗記錄 3、論文調(diào)查項目及內(nèi)容 4、外文翻
譯篇數(shù)或字數(shù) 4、畢業(yè)設計說明書字數(shù)、圖紙張數(shù)及其他相關技術指標等，
畢業(yè)論文字數(shù)。
1、文獻綜述：嚴格按《》的要求進行。
2、設計實驗記錄 ：實地調(diào)查的數(shù)據(jù)、搜集的數(shù)據(jù)資料等。
3、論文調(diào)查項目及內(nèi)容：了解紙箱打包的影響因素。
4、畢業(yè)設計說明書字數(shù)、圖紙張數(shù)及其他相關技術指標：按照學院文件規(guī)范執(zhí)行。
六、
畢業(yè)設計（論文）工作期限：
任務書下達日期：
畢業(yè)設計（論文）工作自：
畢業(yè)設計（論文）指導教師：
指導小組組長：
專業(yè)文獻綜述
題 目:
倉儲中紙箱打包機的研究
姓 名:
學 院:
專 業(yè):
班 級:
學 號:
成 績：
指導教師:
職稱:
倉儲中紙箱打包機的研究
摘要: 本文闡述了紙箱打包機的分類、國內(nèi)外紙箱打包機的發(fā)展狀況。介紹了一款目前國內(nèi)常用的全自動紙箱打包機工作原理及機構組成。分析了為實現(xiàn)全自動紙箱打包機的自動化，高效率，而需具備的七個主要模塊。提出了全自動紙箱打包機全自動化，多樣化，環(huán)?；陌l(fā)展趨勢。
關鍵詞：紙箱打包機；打包機原理；發(fā)展趨勢及問題
Storage in the research of carton packing machine
Abstract:This paper expounds the classification of carton packing machine, carton packing machine at home and abroad, the development of the situation. Introduces a current domestic commonly used automatic carton packing machine principle of work. Analyzed to realize automation, high efficiency, reliable function and to have seven major modules.Put forward the automatic carton packing machine automatic, diversification, the development trend of environmental protection.
Key words:Carton packing machine;Baling press principle;The development trend and problems
目前急需研究開發(fā)出、高性價比、高可靠、高適應性，高性能的國產(chǎn)紙箱打包機。倉儲中紙箱包裝應用廣泛，紙箱打包機也隨之需求增加。紙箱打包機適用于紙箱打包、紙張打包、包裹信函打包、輕工業(yè)打包、五金工具打包、陶瓷制品打包、汽車配件打包、機器配件打包、元器件打包等。
1紙箱打包機的分類
紙箱打包機按工作方式不同主要分為四大類：
（1）機械式的手動紙箱打包機，即通過杠桿等機構，先按住打包帶，再由工打包，工作人員勞動強度大，且操作不能規(guī)范，打包效果差，見圖1-1。
（2）半自動打紙箱包機，工作時需要要人工手動將打包帶插入機器后，機器才會完成收緊帶、粘合、切斷、出帶等一系列打包過程，由于每次打包都需人工手動操作[7]，所以工作效率較低，勞動強度高，見圖1-2。
（3）全自動紙箱打包機，即由工作人員把包裝箱送到工作臺上，觸發(fā)打包開關后，自動完成全部的打包動作，人工參與較少，故效率高，勞動強度較低。
（4）全自動無人化紙箱打包機，就是把自動打包機集成到生產(chǎn)線上，成為一個打包單元，由生產(chǎn)線把包裝物送至打包位置，傳感器感應到后發(fā)送信號到打包單元，打包單元自動完成全部的打包動作。倉儲中的紙箱打包機更適合用全自動打包機，成本低，技術難度小,適合用于倉儲打包[6]，見圖1-3。
圖1-1機械式的手動紙箱打包機 圖1-2半自動紙箱打包機
圖1-3 全自動紙箱打包機生產(chǎn)流水線
2國內(nèi)外紙箱打包機的發(fā)展
2.1國外紙箱打包機的發(fā)展
國外打包機機械的發(fā)展與應用起始二十世紀初,其中有美國的SIGNODE公司、德國的CYKLOP公司,日本的下島株式會社等,但其生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術能力,水平都還較落后。直到二十世紀中葉,由于塑料材料的問世,致使以塑料帶作為打包材料成為現(xiàn)實[6]。
日本，最早涉足打包機械的有下島株式會社，日魯工業(yè)株式會社等。美國 SIGNODE 公司早在1915年便涉足打包機行業(yè)，是一家主要生產(chǎn)鋼帶打包機，同時也生產(chǎn)塑料帶，聚酯帶的跨國紙箱打包機生產(chǎn)企業(yè)。國外在五十年代采用光電管等自控元件,實現(xiàn)了紙箱打包機械初級自動化。六十年代,在紙箱打包機中廣泛采用各種新型電子元件組成的控制系統(tǒng),采用機械、電氣、液壓、氣動等綜合技術,實現(xiàn)了專用的自動紙箱打包作業(yè)線。七十年代將微電子技術引入自動紙箱打包機,實現(xiàn)了由電子計算機控制打包過程，使打包機向高度自動化、高速生產(chǎn)化方向發(fā)展。八十年代初期開始,將微機和機器人技術應用紙箱打包機中，使的紙箱打包機器械正在實現(xiàn)柔性自動化方向發(fā)展，并向“無人化”自動打包車間工廠過渡,使紙箱打包機械性能優(yōu)良,使打包產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、成本低。目前，國外市場上已普遍存在一種摩擦焊接式打包機，它將對接的打包帶表面相互接觸旋轉(zhuǎn)，通過摩擦生熱使接觸面受熱熔融，進而在壓力作用下焊接在一起，摩擦焊接快速靈活、焊接過程穩(wěn)定、清潔環(huán)保。此外，國外還將超聲波焊接技術應用于打包機中，超聲波粘接技術通過高頻的超聲振動把能量傳送到焊區(qū)，使打包帶接觸面迅速熔化，施加一定壓力后，熔接成一體。與傳統(tǒng)的直接加熱熔接相比，超聲波粘接技術具有熔接速度快、強度高、清潔無污染等優(yōu)點。為了降低紙箱打包機出現(xiàn)故障時對生產(chǎn)的影響，國外紙箱打包機生產(chǎn)公司如美國 SIGNODE 公司對紙箱打包機進行模塊化設計，將紙箱打包機分為機架模塊、機頭模塊、帶槽模塊 、進退帶張緊模塊、送帶模塊、帶卷模塊 、帶欄模塊 、控制模塊，在某個模塊發(fā)生故障時，只需替換故障模塊即可，節(jié)省了維修時間，大大提高了生產(chǎn)率，見圖2-1。
1 機架模塊 2機頭模塊 3帶槽模塊 4進退帶張緊模塊
5送帶模塊 6 帶卷模塊 7帶欄模塊 8控制模塊
圖2-1 全自動紙箱打包機模塊化設計
2.2國內(nèi)紙箱打包機得發(fā)展現(xiàn)狀
中國紙箱打包機發(fā)展開始于1976年，與國外相比，發(fā)展較晚。最初只在書籍、報刊發(fā)行部門有所突破，獲得發(fā)展，這幾年來發(fā)展異常迅速，已廣泛應用于輕工、食品、外貿(mào)、百貨、印刷、醫(yī)藥、化工、郵電、紡織等行業(yè)。目前紙箱打包機控制方面主要采用 PLC 實現(xiàn)，粘合方式普遍采用熱熔接，打包速度處于20-30 道／分鐘。國內(nèi)紙箱打包機生產(chǎn)企業(yè)上有百家，其中半自動紙箱打包機的整機性能已接近國外先進水平,但是自動紙箱打包機仍與國外有較大的差距。曲阜華圣機械有限公司，北京鼎盛日高包裝機械有限公司，深圳凱洛威都是中國比較有實力的紙箱打包機生產(chǎn)企業(yè)，其中凱洛威是一家專注包裝機械研究與生產(chǎn)的企業(yè)，凱洛威生產(chǎn)的KLW-201A高臺全自動紙箱打包機，KLW-LA豪華型低臺紙箱打包機是公司最新設計研制的紙箱打包機，其特點是可靠性高，具有手動、自動、連續(xù)三種功能，打包速度為2.5秒/道。
2.3目前紙箱打包機存在的問題
（1）智能化程度低。國內(nèi)大部分全自動紙箱打包機，如KLW-201A高臺全自動紙箱打包機，KLW-LA豪華型低臺紙箱打包機雖然都是由PLC控制，但是其操作部分還是比較定式化的，控制面板還是就只有幾個按鈕來操作，沒有能夠自定設定的人機界面，因此用戶如果想使用紙箱打包機就必須要程序中的固有模式使用，不可自定設定。局限了人的能力。
（2）故障率高。使用過紙箱打包機的用戶都知道，紙箱打包機的故障率在眾多的包裝機械中是比較高的，原因在于它擁有比較復雜的機械結構，如何使用更簡單的結構來替代目前的打包方式也是紙箱打包機發(fā)展中不可不提的重要工作。
（3）仿造較多。我國紙箱打包機在當前全自動打包機行業(yè)高速的發(fā)展歷程中，國內(nèi)的很多中、小型的包裝機械生產(chǎn)企業(yè)在技術力量上比較薄弱，生產(chǎn)出來的紙箱打包機大部分質(zhì)量較差、性能不穩(wěn)定、效率低，更甚有一些紙箱打包機生產(chǎn)企業(yè)在刻意模仿國外企業(yè)的產(chǎn)品,自斷創(chuàng)新發(fā)展的道路。致使競爭力弱、高仿成為了當今紙箱打包機行業(yè)普遍存在的怪異現(xiàn)象,經(jīng)濟增長緩慢、效益微弱,成為了紙箱打包機行業(yè)的發(fā)展的難以跨越的鴻溝。
3目前常用的全自動紙箱打包機的機構組成及其工作原理
3.1全自動紙箱打包機的機構組成
圖3-1全自動紙箱打包機機構組成
3.1.1帶盤單元
主要用于帶卷的安裝，其技術關鍵主要在于兩方面：帶卷轉(zhuǎn)動阻力要小，帶卷轉(zhuǎn)動阻力過大會造成送帶阻力大，送帶輪與打包帶之間由于相對運動而摩擦，導致打包帶磨損，影響后續(xù)送帶動作，甚至出現(xiàn)故障；帶盤要具有制動功能，送帶結束時，由于帶卷具有轉(zhuǎn)動慣性，必須要通過制動使其及時停轉(zhuǎn)，否則會造成打包帶纏繞。
3.1.2送帶單元
主要用于將帶卷中的打包帶輸送到儲帶單元中。送帶單元由送帶電機、送帶輪、送帶通道組成。送帶電機帶動送帶主動輪轉(zhuǎn)動，送帶主動輪與送帶從動輪為上下分布，且以合適的壓力相接觸，打包帶穿入兩輪之間接觸面時形成一定的壓力，在送帶輪轉(zhuǎn)動時，在打包帶表面與兩送帶輪的表面產(chǎn)生摩擦力，從而使打包帶不斷向前輸送。
3.1.3儲帶單元
用于儲存送帶單元輸送來的打包帶，相當于進退帶張緊單元與送帶單元之間的緩沖帶。若打包帶直接由送帶單元進入進退帶張緊單元，則需要送帶速度與進帶速度高度一致，否則會造成打包帶纏繞。儲帶室中的帶量一般為打包兩、三個周期的用帶量，帶量過多會造成打包帶在儲帶室中擠壓變形，導致后續(xù)向弓架單元中送帶不暢，帶量過少會造成送帶單元送帶電機頻繁啟停，影響電機壽命。
3.1.4退帶張緊單元
是將儲帶室中的打包帶向弓架單元輸送的機構，并在進帶結束后將多余的打包帶退回到儲帶室中使打包帶緊貼在貨物表面，稱為“一次張緊”。進退帶動作是由同一個電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的，且要求轉(zhuǎn)速很快，這對電機性能要求很嚴苛[1]。在“一次張緊”完成后，張緊從動輪將打包帶緊壓在張緊主動輪上，電機帶動張緊主動輪轉(zhuǎn)動一定角度，進一步把打包帶拉緊，稱為“二次張緊”，二次張緊力可根據(jù)貨物打包要求進行調(diào)節(jié)。
3.1.5弓架單元
是使打包帶纏繞在貨物表面的機構。在這一單元中，打包帶輸送通道是否光滑順暢是關鍵。打包帶在輸送通道中前進的動力是推動力而非牽引力，因此要使打包帶能快速通過通道，必須要保證通道內(nèi)無任何阻礙，且通道內(nèi)壁光滑。此外，打包帶在通道中的速度很快，為保證弓架單元的使用壽命，與打包帶接觸部件必須要經(jīng)久耐磨。弓架一般都采用鋁合金材料，拆卸方便。
3.1.6機頭單元
是打包機的核心單元，由凸輪系統(tǒng)、左頂?shù)赌K、中頂?shù)赌K、右頂?shù)赌K、熱燙頭模塊及機架組成。左頂?shù)赌K負責將張緊的打包帶從動端夾緊，中頂?shù)赌K用于將打包帶頂緊在熱燙頭表面使其充分熔融，并在熔融后將上下兩層打包帶頂緊在一起，使其粘合牢固。機頭單元的一些列動作如夾緊、切斷、燙合等都是由凸輪驅(qū)動相應機構實現(xiàn)的，凸輪輪廓曲線的設計是機頭動作快速精準的關鍵，也是提高打包機機可靠性的關鍵。
3.2全自動紙箱打包機的工作原理
a進帶過程 b退帶過程 c張緊過程 d切燙過程
1-弓架 2-止帶器 3-進帶輪 4-打包帶 5-隔離臺
6-右頂?shù)?7-張緊臂 8-左頂?shù)?9-壓力塊 10-貨物
3-2全自動紙箱打包機工作原理
全自動紙箱打包機是使用打包帶纏繞在紙箱上、然后收緊打包帶并將兩端通過熱效應熔融或使用包扣等材料連接的機器。我們將順序歸納成四步：
(1)進帶過程
進帶主動輪逆時針轉(zhuǎn)動，利用進帶輪與打包帶之間的摩擦力使打包帶沿弓架向前輸送，直至帶的自由端碰到止帶器的微動開關，觸發(fā)傳感器，使進帶輪停止轉(zhuǎn)動。
(2)退帶過程
右頂?shù)渡仙龑⒋虬鼛ё杂啥思泳o，弓架打開，進帶輪沿順時針方向轉(zhuǎn)動，同樣利用輪與帶之間的摩擦力使捆扎帶從弓架中退出，直至緊貼在貨物表面。
(3)張緊過程
打包帶退回至緊貼貨物表面后還無法將貨物捆緊，需要進一步將打包帶拉緊以使捆扎牢固。張緊動作是通過張緊輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)的，張緊時機頭單元中的凸輪通過連桿機構使張緊從動輪微動，將打包帶緊壓在張緊主動輪上，張緊主動輪順時針轉(zhuǎn)動一定角度，將打包帶拉緊，這一過程稱為二次張緊。不同貨物所需捆緊力不同，通常情況下打包機機的張緊力是可以調(diào)節(jié)的，此處可通過調(diào)節(jié)張緊輪轉(zhuǎn)動角度來調(diào)節(jié)捆緊力的大小，張緊輪轉(zhuǎn)動角度越大，捆緊力越大，張緊輪轉(zhuǎn)動角度越小，捆緊力越小，不同的轉(zhuǎn)動角度對應不同的捆緊力度。
(4)切燙過程
打包帶二次張緊完成后左頂?shù)渡仙龑⒋虬鼛У膹膭硬糠謯A緊，中頂?shù)渡仙龑⒋虬鼛袛啵瑫r加熱燙頭進入上下兩層打包帶之間，當中頂?shù)渡仙潦股舷聝蓪哟虬鼛Ьo貼熱燙頭表面時，打包帶受熱熔融，中頂?shù)段酉陆担瑹釥C頭退出，中頂?shù)哆M一步上升使兩層打包帶熔融區(qū)域粘接在一起。待熔融區(qū)域冷卻后，整個打包周期完成，重復進帶過程，為下一個打包周期做準備。
4紙箱打包機的發(fā)展趨勢
紙箱打包機的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在技術參數(shù)的優(yōu)化與提高。外形尺寸一般應是越小越好,這樣可以極大地減小紙箱打包機占地面積,增強紙箱打包機的適應能力。但也要考慮需打包產(chǎn)品的尺寸。在今后的十年中,紙箱打包機發(fā)展將會呈現(xiàn)出二個重要突破,一是使用對象不在僅僅局限于工業(yè)系統(tǒng),而將會向辦公、銀行、郵電，物流，快遞，電商等部門發(fā)展。打包的目的也不會再僅僅局限于保護商品,便于運輸,同是也向美化商品發(fā)展,來增加商品的附加價值。如節(jié)日禮品的包裝打包，超市的小包裝打包。應用多彩的打包帶給商品增添美感。增加商品價值。二是在打包用帶方面，不在局限于現(xiàn)在大量使用的聚丙烯塑料帶，而是將會有鋼帶打包，聚胺酯帶打包，機器配件等重型物品的打包。
目前，全自動紙箱打包機的發(fā)展趨勢集中表現(xiàn)為以下四個反面[3]：
(1)全自動化
提高單機的自動化程度來使包裝件從輸送機構送來后，紙箱打包機能夠自動定位、打包、轉(zhuǎn)位，進行十字形、井字形等花樣打包，應用微機控制，來實現(xiàn)無人操作的全自動打包生產(chǎn)流水線。
(2)高級化
國外全自動紙箱打包機已向 60 道／min 甚至是 70 道／min 的高速度打包的目標發(fā)展。國內(nèi)紙箱打包機發(fā)展需要研制改進捆緊力能夠隨著工作需要調(diào)節(jié)的紙箱打包機，來提高紙箱打包機的適應能力(例如捆包規(guī)格、帶寬、打包能力、工作臺高、占地面積，能耗等)。
(3)多樣化
研制多種用途的打包機，例如壓縮打包機等；研制能夠代替鋼帶(或鋼絲)的重型帶，例如聚酯帶等；研制泡沫帶、軟帶以適應臺式打包機的要求。
(4)打包帶環(huán)?；?
隨著人們對生活的要求越來越高，環(huán)保理念深入人心，研制開發(fā)以紙質(zhì)和無毒可降解的有機材料為主的打包帶代來替聚丙烯塑料。改變熱熔接方式，傳統(tǒng)的熱熔接的方式粘合打包帶會產(chǎn)生有毒有害氣體對操作者的健康及大氣環(huán)境造成不利影響，研究新的粘合技術來避免[6]。
結論
目前國內(nèi)市場上紙箱打包機打包速度一般處在20包/min到30包/min 左右，與國外大型紙箱打包機廠家如MOSCA達到58包/min,SIGNODE 達到70包/min存在一定差距[10]?？刂凭鹊蜔o法滿足國內(nèi)廣大的紙箱打包機使用廠家實現(xiàn)快速打包的要求，只能生產(chǎn)通用型紙箱打包機。國外全自動紙箱打包機雖然性能好，能夠?qū)崿F(xiàn)快速打包，但價格昂貴。當前我國生產(chǎn)的打包，包裝機械產(chǎn)品大都存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、可靠性差、成本高、技術含量低的問題。與外國生產(chǎn)紙箱打包機械技術水平相比，國產(chǎn)紙箱打包機差距主要表現(xiàn)為：品種單一，生產(chǎn)力低[11]。我們應該根據(jù)自己的特點，結合中國國情，準確把握市場的發(fā)展規(guī)律，發(fā)揮自身的優(yōu)勢。包裝機械企業(yè)要想尋找更好的、長遠的發(fā)展必須不斷開發(fā)新產(chǎn)品，準確把握市場發(fā)展方向，提高產(chǎn)品的技術含金量以及機械的可靠性及降低產(chǎn)品成本來提高利潤以適應當前，提高紙箱打包機生產(chǎn)企業(yè)的創(chuàng)新意識與能力。加之倉儲機械的基礎薄弱，倉儲紙箱紙箱打包機的發(fā)展也不容樂觀。
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Engineers Printed and published by the IEE. SavoyPlace, London WC2R OBL, UK
本科生畢業(yè)論文(設計)
題 目
倉儲中的機器配件紙箱打包機的設計
院 系
班 級
姓 名
學 號
答辯時間 年 月
目 錄
摘要 3
1 紙箱打包機的應用及發(fā)展趨勢 4
1.1 紙箱打包機的分類 4
1.2 紙箱打包機設計的方向 4
1.2.1 發(fā)展多品種 4
1.2.2 提高自動化程度 4
1.2.3 提高打包速度 4
1.2.4 改進燙頭結構 5
1.2.5 改進捆緊機構 5
1.2.6 打包帶環(huán)?；?5
2 紙箱打包機的設計目標及工作原理 5
2.1 功能需求 5
2.2 設計目標 6
2.3方案確定及工作原理 6
2.3.1 弓架導帶槽 7
2.3.2 機頭機構 8
2.3.3 摩擦熔接機構 9
2.3.4張緊機構 10
2.3.5機架的設計 11
3紙箱打包機關鍵零部件的設計 12
3.1凸輪的設計 12
3.1.1左頂?shù)厄?qū)動凸輪的設計 12
3.1.2中頂?shù)厄?qū)動凸輪的設計 15
3.1.3右頂?shù)厄?qū)動凸輪的設計 18
3.2摩擦熔接頭的設計 21
3.2.2幾何參數(shù)的確定 22
3.2.3熔接熱Q 22
3.3電機的選擇 22
3.3重要軸的設計 24
3.3.1凸輪軸的設計 24
3.3.2張緊輪軸的設計 26
27
3.4工作時間的計算 28
3.5打包帶的選擇 28
4 結論 28
參考文獻： 30
謝 辭 31
倉儲中的機器配件紙箱打包機的設計
摘要：本文闡述了紙箱打包機的分類、國內(nèi)外紙箱打包機的發(fā)展狀況。致力于設計一種成本低，機構緊湊，操作方便的紙箱打包機。本文設計了紙箱打包機的工作原理及機構組成。確定了設計方案，設計了關鍵參數(shù)及零部件，其中包括機頭部件，張緊部件，弓架導帶槽，機架等重要零部件。
關鍵詞：凸輪機構；自動打包機；摩擦張緊
The machine parts in the warehouse are designed to be chartered
Abstract: This paper expounds the classification of carton packing and the development of the packing machine at home and abroad. We are committed to designing a cardboard box with low cost, compact and convenient operation. This paper designs the working principle and organization of carton packing machine. The design of the key parameters and components, including the machine head parts, the tensioning parts, the bow guide grooves, the frame, etc., are designed and designed.
Key words: CAM mechanism; Automatic packing machine;
Friction tensioning
1 紙箱打包機的應用及發(fā)展趨勢
我國的包裝機械行業(yè)取得了世人矚目的進步。目前國內(nèi)的紙箱打包機大都采用熱熔搭接法，這種方法雖然具有粘接強度好，加熱快成本低等特點,但對于某些易爆、易燃物品的打包就難以適應，如火藥、化纖等物品。由于采用電熱加熱。[1]燙頭的表面溫度分布不均勻而且熱效率低,影響接頭質(zhì)量，增加了能耗，因此為提高燙頭的工作可靠性，必須對燙頭加熱形式進行改進。介于以上熱燙頭的缺點，本文設計了了一種更可靠、安全、環(huán)保的熔接方式—摩擦熔接。
1.1 紙箱打包機的分類
（1）機械式的手動紙箱打包機，即通過杠桿等機構，先按住打包帶，再由工打包，工作人員勞動強度大，且操作不能規(guī)范，打包效果差。
（2）半自動打紙箱包機，工作時需要要人工手動將打包帶插入機器后，機器才會完成收緊帶、粘合、切斷、出帶等一系列打包過程，由于每次打包都需人工手動操作[7]，所以工作效率較低，勞動強度高。
（3）全自動紙箱打包機，即由工作人員把包裝箱送到工作臺上，觸發(fā)打包開關后，自動完成全部的打包動作，人工參與較少，故效率高，勞動強度較低。
（4）全自動無人化紙箱打包機，就是把自動打包機集成到生產(chǎn)線上，成為一個打包單元，由生產(chǎn)線把包裝物送至打包位置，傳感器感應到后發(fā)送信號到打包單元，打包單元自動完成全部的打包動作[6]。
1.2 紙箱打包機設計的方向
1.2.1 發(fā)展多品種
由于社會商品生產(chǎn)的逐漸發(fā)達和打包機械在使用過程中所顯示的極大適應性，使打包機械的應用越來越廣，除要滿足一般重量，大小和批量的包件打包外，還要求有能適應防水，防塵，防爆型打包機。
1.2.2 提高自動化程度
工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展對包裝打包的自動化程度要求越來越高，研發(fā)設計具備燙頭溫度控制，故障報警。自動打包，自動計數(shù)等功能。
1.2.3 提高打包速度
為適應生產(chǎn)流水線的需要，必須相應的提高打包速度。目前我國自動打包機的普遍水平為每道打包時間3——3 .5秒，最快的為2.8秒，而國外的普遍水平為1.8——2.5秒，最快的0.96秒。
1.2.4 改進燙頭結構
塑料帶打包機是利用塑料打包帶捆緊包件后，使帶的兩端搭接而實現(xiàn)打包的，如何使帶的二端搭接有多種不同的方法。我國目前使用熱熔搭接法，這種方法雖然具有粘接強度好，加熱快。成本低等特點，對于某些易爆、易燃物品的打包就難以適應。 [11]故本次設計的熔接方式摩擦熔接,使兩層打包帶這間高速摩擦 使打包帶表面融化,然后被壓緊,從而實現(xiàn)打包帶融合。
1.2.5 改進捆緊機構
目前我國的打包機主要采用的調(diào)節(jié)張緊力的方法有兩種，調(diào)整張緊臂的擺動角度來實現(xiàn)調(diào)整和調(diào)整壓縮彈簧對摩擦離合器的壓力，因此改變送帶滾輪的傳動力來實現(xiàn)捆緊力的調(diào)整，前者屬于定距離型捆緊。而后者則是屬于定力量型，從調(diào)整的范圍和對包件的適應性來講。定力量型能更好地實現(xiàn)有效打包。
1.2.6 打包帶環(huán)?；?
研制開發(fā)以紙質(zhì)和無毒可降解的有機材料為主的打包帶代來替聚丙烯塑料。改變熱熔接方式，傳統(tǒng)的熱熔接的方式粘合打包帶會產(chǎn)生有毒有害氣體對操作者的健康及大氣環(huán)境造成不利影響，研究新的粘合技術來避免。
2 紙箱打包機的設計目標及工作原理
2.1 功能需求
該打包機打包的規(guī)格：打包材料是15mm寬1m厚的的PP帶，打包紙箱的尺寸為：長600mm,寬500mm,高400mm ，以及比該尺寸小的紙箱等物件，但改變時要對各運動參數(shù)稍做修改，方可進行打包。設計的打包機需滿足以下功能要求：
（1）可完成紙箱打包
要完成這一功能，系統(tǒng)必須實現(xiàn)1繞帶，2張緊，3切斷熔接這三個主要功能。
（2）自動打包
打包過程中的各項操作，需要人力參與的僅僅是推箱，自動化程度較高，大大降低了人的勞動強度。
（3）較低的設計和制造成本
該打包機合運用機電一體化技術，減少了許多機械機構的設計，降低整個打包機的設計和制造成本，使其具有較好的推廣性。
（4）具有緊湊的機械機構
根據(jù)各部分的運動規(guī)律，簡化機械傳動裝置，合理安排各機構的布局。
2.2 設計目標
明確設計目標是打包機設計第一階段的任務，是打包機設計的基礎。下面對所研制的打包機的具體工藝進行分析。本打包機采用平行式打包，即兩道打包帶平行包裹在紙箱上。
打包機的一次工作過程為：
(1)箱子達到預定位置,(2)送帶,(3)打包帶進入弓架導帶槽，形成垂直帶圈。(4)收帶,(5)打包帶從弓架導帶槽中拉出,纏繞在紙箱上,(6)收緊,(7)切斷打包帶,(8)摩擦熔接,(9)推出紙箱。
2.3方案確定及工作原理
本次設計采用的熔接方式為摩擦熔接。機頭部件的三個頂?shù)队扇齻€凸輪驅(qū)動。張緊力的調(diào)節(jié)由一個機構巧妙的摩擦離合器實現(xiàn)。繞帶機構為帶合頁板的弓架導帶槽。機架為用方鋼焊接而成的機架結構。將打包機分為幾個部分，各部分分別完成各自的動作，并協(xié)調(diào)工作，實現(xiàn)打包機的功能。[15]
5
4
3
1
2
1- 儲帶輪 2-弓架導帶槽 3張緊部件 4機頭部件 5-機架
圖1紙箱打包機三維模型
2.3.1 弓架導帶槽
結構組成：
弓架導帶槽的作用是形成垂直的帶圈，實現(xiàn)打包帶可以捆扎在紙箱上，其結構由弓架 1-弓架導帶槽，2-合頁板，3-左導帶槽，4-右導帶槽組成。弓架導帶槽的規(guī)格決定了可打包紙箱的大小。本次設計的弓架導帶槽可打包的紙箱規(guī)格為600mm×500mm×400。比這個小的紙箱都可以打包。
1- 弓架導帶槽 2-合頁板 3-左導帶槽 4-右導帶槽
圖1弓架導帶槽
工作原理：
打包帶被張緊送帶機構送到右導帶槽4的導帶槽中，通過機頭機構的頂?shù)逗?，繼續(xù)送帶，通過左導帶槽3進圖弓架導帶槽1中，順時針形成一個垂直帶圈，當送帶結束后，張緊輪反轉(zhuǎn)，進入退帶張緊階段，打包帶被張緊機構收緊，打包帶克服合頁板的彈簧力，從弓架導帶槽1從只脫出，捆扎在紙箱上，弓架導帶槽的凹槽為一個寬度30mm，高度10m的長方形槽，外部用合頁板封住，截面如圖3所示。[13]
1
2
1-弓架導帶槽 2-合頁板
圖3弓架導帶槽截面
2.3.2 機頭機構
機構組成：
機頭機構是由1-止動開關，2-左頂?shù)叮?-中頂?shù)叮?-摩擦熔接頭，5-切斷刀，6-右頂?shù)叮?-凸輪軸，8-左頂?shù)锻馆?，9-中頂?shù)锻馆啠?0-右頂?shù)锻馆啠?1-凸輪箱體組成。機頭機構是紙箱打包機的重要工作機構，由凸輪驅(qū)動推桿，推桿上裝有頂?shù)?，實現(xiàn)對形成垂直帶圈后的打包帶進行夾緊，切斷，摩擦熔接等工序。
1-止動開關 2-左頂?shù)?3-中頂?shù)?4-摩擦熔接頭 5-切斷刀6-右頂?shù)? 7-凸輪軸
8-左頂?shù)锻馆? 9-中頂?shù)锻馆?10-右頂?shù)锻馆? 11-凸輪箱體 12-打包帶
圖4凸輪機構
工作原理:
打開工作開關,打包帶12被張緊裝置推送到弓架導帶槽中,形成垂直帶圈。此后的工作交由凸輪機構完成。凸輪軸上連接有凸輪電機，凸輪電機是凸輪模塊的動力系統(tǒng)。當打包帶12的自由端觸動止動開關1就停止送帶。張緊輪電機反轉(zhuǎn)，進入退帶張緊階段。同時右頂?shù)?上升，將打包帶12的自由斷壓緊在墊板上，待退帶張緊階段結束，2左頂?shù)渡仙?，將打包?2的從動端壓緊在墊板上，中頂?shù)渡仙倪^程中，安裝在中頂?shù)队疫叺那袛嗟?會先將打包帶切斷。中頂?shù)独^續(xù)上升，摩擦熔接頭開始做左右方向的震動，帶動上層打包帶做左右方形的震動，下層打包帶被中頂帶固定，即上下兩層打包帶之間會發(fā)生相對摩擦位移，從而使打包帶表面摩擦融化，中頂?shù)独^續(xù)上升，將兩層打包帶壓緊熔接。熔接過程完成，各頂?shù)稄臀?，推出紙箱。要完成這一功能，查的pp帶間的摩擦系數(shù)為0.43，摩擦熔接頭的底部和中頂?shù)俄敳慷紩庸こ鼍W(wǎng)狀的紋路。增加摩擦力，使得兩層打包帶之間可以發(fā)生相對滑動。
2.3.3 摩擦熔接機構
結構組成：
摩擦熔接結構由1-震動軸，2-震動器，3-偏心軸，4-震動摩擦桿組成。本機摒棄了電加熱燙頭的熔接方式，設計了更加安全，環(huán)保，能耗低，熔接更可靠的熔接方式——摩擦熔接。
圖5震動摩擦機構
工作原理：
電機連接在偏心軸上，當電機轉(zhuǎn)動時，偏心軸就會跟著轉(zhuǎn)動，偏心軸的頂端是一個偏心距為1.5m的偏心輪，在偏心輪的作用下，震動器會以震動軸的軸線做高速擺動，震動器更震動軸用鍵連接，振動軸就會跟隨震動器一起高速擺動，這樣就將電機的轉(zhuǎn)動改變?yōu)榱艘粋€高速的震動。震動軸上會連接一個震動桿，震動軸的繞軸震動機會被震動桿轉(zhuǎn)化為一個水平面內(nèi)的左右震動，達到預期效果。
如圖2-6所示，當熔接頭左右高速震動時，就會帶動上層打包帶一起震動，上相兩層打包帶之間就會發(fā)生摩擦位移，從而使得打包帶的表面摩擦熔化，動停止震動時，兩層打包帶被壓緊熔接。
1- 摩擦熔接頭 2-中頂?shù)?3-打包帶
圖6熔接過程示意圖
2.3.4張緊機構
結構組成：
張緊機構是由1-張緊輪軸，2-軸承，3-摩擦外輪，4-摩擦內(nèi)輪，5-彈簧 6-調(diào)節(jié)螺母，7-壓緊輪組成。本機的送帶機構，張緊機構為同一個機構，簡化了機械機構。負責繞帶，張緊工作。工作分為個兩階段，送帶階段，退帶張緊階段，由PLC控制。動力來源于電機。[19]
1-張緊輪軸 2-軸承 3-摩擦外輪 4-摩擦內(nèi)輪 5-彈簧 6-調(diào)節(jié)螺母 7-壓緊輪
圖7張緊機構
工作原理：
打包帶從摩擦外3輪與壓緊輪7之間穿過，送帶時，張緊輪軸1正轉(zhuǎn)，打包帶在摩擦力的作用下送帶。退帶張緊時，張緊輪輪軸反轉(zhuǎn)，打包帶在摩擦力的作用下退帶收緊。
摩擦力的調(diào)節(jié)：
本機的摩擦力的調(diào)節(jié)為定力量型調(diào)節(jié)，即通過壓縮對摩擦離合器的壓力，因此改變送帶滾輪的傳動力來實現(xiàn)捆緊力的調(diào)整，摩擦內(nèi)輪與摩擦外輪3組成了一個摩擦離合器。摩擦內(nèi)輪4與張緊輪軸1通過鍵剛性的連接在一起，摩擦外3輪與張緊輪軸1無鍵連接，摩擦外輪3與摩擦內(nèi)輪4通過粗糙的錐面接觸，摩擦內(nèi)輪4通過摩擦力將動力傳遞給摩擦外輪6。通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)螺母7改變彈簧壓縮量，從而改變摩擦外輪3與摩擦內(nèi)輪4的壓力，改變摩擦力。張緊時，當打包帶與摩擦外輪3之間的摩擦力小于摩擦內(nèi)輪4與摩擦外輪之間的摩擦力時，摩擦離合器處于合的狀態(tài)。當打包帶與摩擦外輪3之間的摩擦力大于摩擦外輪3與摩擦內(nèi)輪4之間的摩擦力時，摩擦內(nèi)輪與摩擦外輪發(fā)生相對滑動，摩擦外輪不再與張緊輪軸1一起轉(zhuǎn)動，此時，摩擦離合器處去離的狀態(tài)，打包帶不在收緊，保護紙箱不被拉變形。
2.3.5機架的設計
機架決定了紙箱打包機的整體尺寸與可打包紙箱的規(guī)格，機架承載著紙箱打包機的各個部件，使得紙箱打包機的功可以實現(xiàn)，機架的設計，我采用的是型材，40mm×40mm，壁厚為5mm的方形鋼管焊接而成，用型材焊出一個長1000mm，寬800mm，高700mm的長方體。頂部用螺栓連接紙箱打包機的工作臺，工作臺上用螺栓連接弓架導帶槽，機架的內(nèi)部安裝機頭部件，張緊部件。機架的底面與兩個側面及背面用厚度為4mm的板材封住，正面為5mm板材設計的門，可以打開，紙箱打包機的工作部件安裝在機架上方五分之一處，機架下方五分之四的空間被設計成一個儲物柜。
1- 儲帶輪 2-工作臺面 3機架
圖8機架
3紙箱打包機關鍵零部件的設計
3.1凸輪的設計
凸輪機構為機頭部件的核心零件，凸輪的設計決定了整個紙箱打包機的的功能能否實現(xiàn)，凸輪的精度決定了紙箱打包機的打包質(zhì)量。本機的凸輪共有三個，每個凸輪都有自己獨立的功能，三個凸輪協(xié)同工作，共同實現(xiàn)打包機的功能。[20]
3.1.1左頂?shù)厄?qū)動凸輪的設計
左頂?shù)吨饕撠熢谕瓿啥螐埦o后將打包帶的從動端夾緊，如圖3-1所示，根據(jù)左頂?shù)秳幼鲿r序?qū)⒆箜數(shù)厄?qū)動凸輪輪廓分成六部分：區(qū)段1 和2 分別為一次上升期和一次休止期，用于在退帶時對打包帶形成托舉力，以免退帶時打包帶纏繞某些零件；區(qū)段3和4 分別為二次上升期和二次休止期，用于將打包帶從動端夾緊；區(qū)段5 和6 分別為回程期和近休止期，此時已完成打包帶的切割、燙合等動作，左頂?shù)痘氐匠跏嘉恢玫却乱恢芷?。[20]
圖9左頂?shù)锻馆?
左頂?shù)厄?qū)動凸輪基圓半徑，滾子半徑，從動件運動位移方程為：
（1）一次上升期，升程，凸輪運動角
從動件位移方程
其中，
（2）一次休止期，凸輪運動角，從動件位移方程
（3）二次上升期，升程，凸輪運動角
從動件位移方程
（4）二次休止期，凸輪運動角，從動件位移方程
（5）回程期，升程，凸輪運動角
從動件位移方程
（6）三次休止期，凸輪運動角，從動件位移方程
綜上，從動件位移方程
（3-2）
由式知，凸輪理論輪廓坐標為
（3-3）
取凸輪運動角步長為為1° ，得到左頂?shù)厄?qū)動凸輪理論輪廓曲線，如圖 3-4 中曲線 1，將曲線 1 導入 CAD 中偏置滾子半徑后得到凸輪實際輪廓曲線，滾子直徑為9.5m
圖10左頂?shù)锻馆嗇喞?
3.1.2中頂?shù)厄?qū)動凸輪的設計
中頂?shù)吨饕撠煂⒋虬鼛ы斁o在摩擦熔接桿表面使其充分熔融，并在熔融后將熔融區(qū)域夾緊在一起使其焊接牢固。[20]根據(jù)中頂?shù)秳幼鲿r序?qū)⒅许數(shù)厄?qū)動凸輪輪廓分為五部分：
區(qū)段1 和2 分別為一次上升期和一次休止期，用于將上下兩層打包帶頂在摩擦燙頭表面使其充分熔融，同時將打包帶從動端切斷；區(qū)段
區(qū)段3為二次上升期此時，用于將摩擦熔融后的的上下兩層打包帶繼續(xù)壓緊，使其充分融合
區(qū)段4和5為回程期和近休止期，用于打包結束凸輪在彈簧作用下復位。
圖11中頂?shù)锻馆?
（1）一次上升期，升程，凸輪運動角，從動件位移方程為下：
（2）一次休止期，凸輪運動角，從動件位移方程為，其中，.
（3）二次上升，升程，凸輪運動角，從動件位移方程為
其中，
（4）二次休止期，凸輪運動角，從動件位移方程為，其中，
。
（5）
其中，
（7）二次回程期，升程，凸輪運動角，從動件位移方程為
其中
綜上，從動件位移方程
（3-4）
凸輪理論輪廓坐標為
（3-5）
3.1.3右頂?shù)厄?qū)動凸輪的設計
右頂?shù)队糜谠诖虬鼛蛶У轿缓髮⒋虬鼛ё杂啥藠A緊，右頂?shù)厄?qū)動凸輪輪廓較為簡單，根據(jù)右頂?shù)秳幼鲿r序，將右頂?shù)厄?qū)動凸輪輪廓分為四部分，[21]如圖 3-9
所示：區(qū)段1和2 分別為推程期和遠休止期，在打包周期開始時右頂?shù)读⒖躺仙龑⒋虬鼛ё杂啥藠A緊；區(qū)段3 和4 分別為回程期和近休止期，在打包周期結束后右頂?shù)痘貜驮?。[20]
圖12右頂?shù)锻馆?
（1）推程期，升程 ，凸輪運動角，從動件運動方程為
其中，
（2）遠休止期，凸輪運動角，從動件運動方程為
其中，
（3）回程期，升程，凸輪運動角，從動件運動方程為
其中，
（4）近休止期，凸輪運動角，從動件運動方程為
其中，
綜上，從動件位移方程
（3-9）
凸輪理論輪廓坐標為
（3-10）
取凸輪運動角步長為，即右頂?shù)厄?qū)動凸輪理論輪廓曲線，如圖 3-10 曲線 1 所示將曲線 1 導入 CAD 偏置從動件滾子半徑后得到凸輪實際輪廓曲線，如曲線 2 所示。
圖13右頂?shù)锻馆嗇喞?
圖14左動刀凸輪三維模型 圖15中頂?shù)锻馆喨S模型
圖16右頂?shù)锻馆喨S模型
3.2摩擦熔接頭的設計
擦熔接時，摩擦熔接頭高速振動的振幅為a，則每次擺動的單向行程為2a
設摩擦的回轉(zhuǎn)半徑為r
摩擦熔接時，摩擦帶動上位帶高速振動。使上下位帶之間產(chǎn)生相對運動，摩擦生熱。 此時紙箱已捆緊，帶除受正壓力外，還受捆緊力的作用，
所以振幅不宜過大，一般取。
摩擦熔接時，摩擦的平均線速度
3.2.2幾何參數(shù)的確定
最大擺角和偏心距e及R的確定
設定e=1.5mm,由偏心軸和震動器的繪圖測出最大擺角=3°。
最大擺角經(jīng)過震動桿后，摩擦熔接頭的左右擺動的距離為3mm。
3.2.3熔接熱Q
設帶的截面寬b為15mm，熔接長度l=20mm，聚丙烯帶的密度ρ=9.2×10-4 ,并假設二層帶子各熔融mm,則熔融質(zhì)量。m=0.4?b?l?ρ=0.11g
熔接熱
式中 -比熱，取0.4
-加熱溫度，聚丙烯帶熔比溫度為165℃ ，取180℃，工作溫度約200℃.
Q=0.4×180×0.11 =7.92cal=32J.
3.3電機的選擇
在紙箱自動打包機中我選用了三個電機,它們分別是:凸輪電機A,用于三個頂?shù)兜纳舷峦鶑瓦\動及打包帶的切斷;張緊電機B,用于收送帶和張緊帶;震動電機C,使打包帶熔接,要求電機有高轉(zhuǎn)速;
(1)凸輪電機的選擇
要選擇電機就要知道它所受的力，所以首先要知道電機帶動的部件的質(zhì)量
凸輪的質(zhì)量 將凸輪近似的看做一個半徑為r的圓，鋼密度ρ=7.9g/cm3
m = ρ v
= ρπr2h
= 7.9×3.14×2.5×2.5×1
= 155
三個頂?shù)兜馁|(zhì)量 m = ρ v
= (2×2×2＋2×2×2×1＋2×2×1)×7.9×3
= 380
設切帶力為5N 鋼摩擦系數(shù)μ=0.005
F = m頂?shù)叮蘊＋F切
= 380＋380×0.005＋500
= 882
凸輪可近似看做半徑為r=L=0.025m,三個凸輪等效半徑r=0.075m
M = FL
= 8.82×0.075
= 0.06615
M = 9549 P/ n > 0.5876
9549×0.08 / 1200 = 0.6366 > 0.5876
因為要控制凸輪的轉(zhuǎn)速，所以選擇伺服電機 查表,最終選擇SGM7J-02AFC6S伺服電機。額定功率200W 。
（2）張緊電機的選擇
由機構知收帶時的力大于送帶時的力，只用計算收帶時的力，因此用收帶力來選電機，設收緊力為F=15N ，查得PP 帶與張緊輪輪的摩擦系數(shù)μ=1.0——4.0 這里取3.0。
電動機受的力F=f + F1 = F1μ+ F1=15×3+15= 60，
L為張緊輪的半徑 L=2.5，
M = F L = 60×0.025 = 1.5
M = 9549 P / n > 1.1.5
9549× 0.75 / 2830 = 2.5 > 1.5
因此查機械設計手冊,選擇SGM7J-08AFC6S 伺服電機。額定功率750W,額定轉(zhuǎn)速2820r/min。工作轉(zhuǎn)速220r/min。
（3）震動電機C的電機選擇
電機C用于產(chǎn)生高速的振動，本身不承受很大的載荷，只要求有高的轉(zhuǎn)速，因此查光機電一體化設計使用手冊（下冊），最終選用70SL01兩相交流伺服電動機，轉(zhuǎn)速為6000轉(zhuǎn)/分鐘。額定功率1000W。
3.3重要軸的設計
3.3.1凸輪軸的設計
圖17 凸輪軸
凸輪軸主要是承載三個凸輪和連接凸輪電機,主要分為三段,裝配關系從右起:
第一段：l=9mm,d=12mm。裝軸承。
第二段：l=80mm，d=15mm。主要承載三個凸輪，凸輪間有套筒定位。
第三段：l=46mm，d=12mm?？拷S肩出裝軸承。最左端裝聯(lián)軸器，連接凸輪電機。
(1)選擇軸的材料
該軸傳遞一般大小功率、轉(zhuǎn)速也不高，作為主動力軸，故該軸的材料可以選擇45鋼。經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得許用應力為σ-1b=60MPa。硬度為217—255HBS. 強度極限為σb=650MPa 。
（2）按轉(zhuǎn)矩估算軸徑
根據(jù)公式d≥35T[τ]×311-v4可算得最小軸徑，
其中，T=9550000P/n,[τ]=40,v=d0d
算得dmin=10.65mm
（3）凸輪軸的校核計算
轉(zhuǎn)矩T由凸輪電機輸入,T=T’=9550Pn=9550×0.2Kw20r/min=95.5N?m
凸輪軸水平放置,故沒有軸向力Fa,徑向力Fr為軸上零件的重力和軸的自重.
Fr的組成由五個部分,三個頂?shù)兜闹亓?三個凸輪的重力,這里為將三個凸輪簡化為一個半徑為25mm圓做受力分析。四個軸套的重力，三個推桿的重力，軸的自重。
① 凸輪重力：3.14×2.5×2.5×1×7.9×3=465g
② 頂?shù)吨亓Γ?×3×2×7.9=237g
③ 桿的重力：3.14×0.3×0.3×7×3×7.9=47g
④ 軸套重力：3.14×0.1×0.1×1×4×7.9=1g
⑤ 軸的自重：[3.14×0.6×0.6×4.6＋3.14×0.75×0.75×8＋0.6×0.6×0.9]×7.9=160g
Fr=①＋②＋③＋④＋⑤=901g=9N
因為兩個支反力對稱分布，F(xiàn)N1=FN2=12Fr=4.5N
a-受力分析圖 b-應力圖 c-彎矩圖 d-扭矩圖
圖 18凸輪軸的受力圖
根據(jù)彎扭合成強度校核軸
（4）計算當量彎矩
由，根據(jù)設計要求，軸單向運轉(zhuǎn)，載荷有沖擊，故其轉(zhuǎn)矩可看成脈動循環(huán)變化，取，則：
Mca=M2+(αT2)2=198+(0.6×95500)2=57300N?mm
對危險界面強度進行校核：
由參考文獻公式查得：
σca=McaW=57300N·mm0.1×123=54.3MPa<[σ-1]
前已選定的軸材料為45鋼，調(diào)制處理，查得故安全。
3.3.2張緊輪軸的設計
圖19張緊輪軸
（1）張緊輪軸是張緊部件中的重要零件，承載摩擦輪和連接張緊輪電機。裝配關系從右起：
第一段：l=20mm，d=14mm。車出M14的螺紋，裝上M14的調(diào)節(jié)螺母。
第二段：l=31mm，d=14mm。裝摩擦內(nèi)輪與摩擦外輪。
第三段：l=11mm，d=24mm。軸肩。
第四段：l=20mm，d=20mm。裝軸承。
第五段：l=27mm，d=12mm。裝聯(lián)軸器，連接張緊輪電機。
（2）張緊輪軸的檢核計算
張緊輪的轉(zhuǎn)速與打包帶的的送帶速度設定有關，設定的打包帶送帶速度為6m/s，摩擦外輪的半徑為25mm。 由公式V=wr。w=2πn。得到n=228r/min
T=9550Pn=9550×0.75228=31.4N·m
張緊輪軸水平放置，沒有軸向力Fa，徑向力Fr為軸上零件的重量及軸的自重。
①軸的自重：[3.14×0.6×0.6×2.7+3.14×1×2＋3.14×1.2×1.2×1.1＋3.14×0.7×0.7×5.5]×7.9=179.8g
②軸上零件重量：3.14×（2.5×2.5-1.4×1.4）×2×7.9=213g
Fr=①＋②=394g=4N，豎直方向僅有軸承的支反力和徑向力Fr，故FN=Fr=4N
a-受力分析圖 b-應力圖 c-彎矩圖 d-扭矩圖
圖20張緊 輪受力圖
根據(jù)彎扭合成強度校核軸，算當量彎矩，由，根據(jù)設計要求，軸單向運轉(zhuǎn)，載荷有沖擊，故其轉(zhuǎn)矩可看成脈動循環(huán)變化，取，則：
Mca=M2+(αT2)2=140+(0.6×31400)2=18840N?mm
由參考文獻公式查得：
σca=McaW=18840N·mm0.1×123=46.5MPa<[σ-1]
已選定的軸材料為45鋼，調(diào)制處理，查得故安全。
3.4工作時間的計算
如果要讓紙箱能夠進入帶圈，帶圈必須足夠大。紙箱高度為400mm,形成帶圈時，打包帶需要通過整個導帶槽，并且重疊20mm。送帶長度的計算，帶要通過整個弓架導帶槽，則帶的長度l=2280mm+20mm=2300mm。張緊電機B的額定轉(zhuǎn)速為,張緊摩擦外輪的半徑r=25mm。送帶速度，根據(jù)我閱讀的文獻，設定送帶速度v=6m/s。
則送帶時間t=lv =2.36=0.38s
（1）收帶時間計算
設收帶速度也為V收=6m/s
收帶的長度為l收=l-l紙箱周長=2300mm -1800mm=500mm。
則收帶時間為t收=l收v=0.56=0.083s
（2）張緊輪從正轉(zhuǎn)到反轉(zhuǎn)的時間間隔 t間隔 =0.5s
（3）收帶接收后，張緊打包帶需要的時間t緊=0.5s
（4）凸輪軸的轉(zhuǎn)速為20r/min=1r/3s。凸輪軸轉(zhuǎn)動一周，三個凸輪就完成一次打包。即機頭打包的的時間為3s。
綜上所述：一道打包過程的時間t總=t送+t收+t緊+t間+t打=0.38s+0.083s+0.5s+0.5s+3s=4.463s，約等于t總=4.5s
3.5打包帶的選擇
因為該紙箱打包機是用在倉儲中的機器配件的打包，故需要更強的抗拉強度的打包帶。我選用的打包帶為寬度為15mm，厚度為1mm的聚丙烯打包帶，抗拉強度在8000N左右，熔接燙頭的接口抗拉強度能達到原帶的80%，為6500N。完全可以適應此型打包機的工作需要。
4 結論
本文對該自動打包機的關鍵技術進行了深入的研究。完成的工作主要有：
（1）設計了打包機總體結構
對打包機的功能進行了深入分析，確定了打包機的各個組成部分，即：機頭部分、收送帶部分、弓架導帶槽部分。根據(jù)各部分的功能需求，對其基本結構進行了初步設計。
（2）設計了巧妙的傳動機構，各個部件由獨立的電機驅(qū)動，省去了復雜成本高的傳動機構，簡化機械結構。
（3）運用UG10.0創(chuàng)建了紙箱打包機的的三維模型和各個零部件的三維模型。運用Auto CAD繪出自動紙箱打包機的裝配圖及零件圖，共計十九張，一張零號圖，兩張一號圖，五張二號圖，十一張三號圖。
（4）采用機電一體化控制的方式對系統(tǒng)進行控制
系統(tǒng)采用了PLC技術，使得控制系統(tǒng)的設計過程大為簡化，機構變得簡單，降低了系統(tǒng)的成本，提高了系統(tǒng)的性能。
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謝 辭
時光匆匆，轉(zhuǎn)眼就到了畢業(yè)季，這也是我學生時代的終點，也是一個新的人生的起點。此次的畢業(yè)設計歷史4個月，當我拿到畢業(yè)設計題目時就已開始準備，畢業(yè)設計是對我大學四年最好的總結，我從對打包機沒有接觸，在導師的指導下，通過文獻，圖片，視頻，對打包機的的工作原理及其機構組成有了深刻的了解。對UG,CAD等繪圖工具加深了熟料度。畢業(yè)設計對大學所學的東西進行了應用。葉云霞老師對于我們做設計的同學要求都很嚴格，負責，努力做到我們的圖紙零錯誤。
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