本科畢業(yè)論文（設計）紙盒成型機成型機構的設計 學 院 小三號黑體居中（下同）專 業(yè)學 號學生姓名指導教師提交日期 年 月 日2015-JXLW商 丘 工學院 專業(yè)代碼-編號誠 信 承 諾 書本人鄭重承諾和聲明:我承諾在畢業(yè)論文撰寫過程中遵守學校有關規(guī)定,恪守學術規(guī)范,此畢業(yè)論文(設計)中均系本人在指導教師指導下獨立完成,沒有剽竊、抄襲他人的學術觀點、思想和成果,沒有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔一切責任,接受學校的處理,并承擔相應的法律責任。畢業(yè)論文（設計）作者簽名： 年 月 日 I摘 要目前國產的設備大多是對國外進口產品的簡單仿制，因此針對紙盒成型機關鍵部件的深入研究，對原理、結構、運動、功能等分析，提供結構簡單可靠、操作方便、機械化程度高、使用范圍廣的紙盒成型機是很有必要的。本文在分析紙盒成型機的工藝和使用要求的基礎上，通過對關鍵部件的理論分析，提出一種實用、簡單、可靠和通用的傳動系統(tǒng)，將結構等關鍵部件的設計原理、結構特點等做了較為詳細的研究和設計;本文分析各機構的運動學規(guī)律，提出可行的優(yōu)化結構滿足切割工藝;對關鍵部件提出完整的設計方法，旨在滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。該機型為全機械設計，具有整體尺寸小、機能可靠、生產周期短、并能方便調節(jié)產品尺寸進行產品調整作業(yè)等優(yōu)點，可以接入生產線流水作業(yè)，也能夠進行單件少批量的生產，因此它對實際的生產具有很多現(xiàn)實意義。關鍵詞：紙盒成型機；紙板彎折；凸輪連桿機構；齒輪齒條；圓錐齒輪IIAbstractCurrent domestic equipment is mostly imported products simple imitation, so in-depth study for carton forming machine key components, principles, structure, movement and function analysis, provides a simple and reliable structure, convenient operation, high degree of mechanization, the use of a wide range of tray forming machine is necessary.Based on the analysis and use of the process requires that the tray molding machine, through the theoretical analysis of the key components proposed a practical, simple, reliable and versatile drive system, the design principles and other key parts of the structure, and other structural features do a more detailed research and design; This paper analyzes the kinematics law agencies, the feasible optimizing the structure to meet the cutting process; key components made complete design approach designed to meet the market demand, and promote the pace of innovation. The model for the whole mechanical design, with a small overall size, reliable performance, short production cycle, and can be easily adjusted to size adjustment work product, etc., can access the assembly-line production line, it is possible to carry out a single piece of small batch production, actual production so it has many practical significance.Key Words： tray forming machine; cardboard bent; cam link mechanism; rack and pinion; bevel gearIII目 錄1 緒論????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.1 課題研究意義????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.2 包裝的分類及作用?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????11.3 國外包裝機發(fā)展方向????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????21.4 國內包裝機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????22 紙盒成型機總體方案的確定????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????53 成型機構設計????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1 凸輪機構的設計?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1.1 凸輪從動件運動規(guī)律??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????73.1.2 凸輪輪廓線曲線的設計??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????83.1.3 凸輪機構基本尺寸的確定????????????????????????????????????????????????????????????????????????113.2 縱向和橫向彎折板的設計??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????153.3 側壁紙舌彎折及涂膠機構的設計??????????????????????????????????????????????????????????????????????164 紙盒成型機相關參數(shù)的確定??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.1 彈簧的設計??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.1.1 圓柱螺旋拉伸彈簧????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????174.1.2 圓柱螺旋壓縮彈簧????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????184.2 帶輪的設計??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????204.3 軸的設計???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.3.1 軸的結構設計?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????214.3.2 求軸上的載荷?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????224.3.3 按彎扭合成應力校核軸的強度?????????????????????????????????????????????????????????????????234.4 錐齒輪的設計計算???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????234.5 電動機的選擇???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????25總結與展望????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????27參 考 文 獻??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????28致 謝????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????2911 緒論1.1 課題研究意義制造業(yè)是國家重要的基礎工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎是。是眾多機械制造的母機，它的發(fā)展水平，與制造業(yè)的生產能力和制造精度有著直接關系，關系到國家機械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先進制造技術的基本單元載體，機械產品的質量、更新速度、對市場的應變能力、生產效率等在很大程度上取決于的效能。因此，制造業(yè)對于一個國家經(jīng)濟發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產量最多的國家.根據(jù)德國工業(yè)協(xié)會(VD W )2000 年統(tǒng)計資料，在主要的生產國家中，中國排名為世界第五位。但是在國際市場競爭中仍處于較低水平:即使在國內市場也面臨著嚴峻的形勢:一方面國內市場對各類產品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產滯銷積壓，國外產品充斥市場。1.2 包裝的分類及作用包裝的分類方法很多，按包裝產品的流通領域分類，有工業(yè)產品包裝和商業(yè)產品包裝，按產品包裝的結構形式分類，有內包裝和外包裝；還可以按包裝材料或包裝容器的品種類別分類以及按包裝對象即包裝物品的名稱分類等等。其中按包裝的結構形式分類比較有意義，內包裝是一種基本的包裝結構形式，它包括直接包裝和中間包裝。直接包裝是用包裝材料或容器直接裹包產品或裝載的包裝形式；包裝材料或容器與被包裝物品間保持著直接觸，是最小的包裝單元。直接包裝時，必須根據(jù)被包裝物品的物理性能，按包裝要求，選擇包裝材料或容器，制定包裝工藝，選擇或設計包裝機械設備。中間包裝是以一定數(shù)量的直接包裝品經(jīng)組合后再作一次包裝的包裝形式。如物品裝瓶或裝袋后的裝盒包裝；卷煙小包包裝后的條包包裝；牙膏類物品的裝管封尾后的裝盒包裝等。隨著消費者需要的多樣化，尤其是超級市場的發(fā)展，內包裝突出日益重要的地位。完成內包裝所需的機器設備，在包裝工業(yè)中的需求量最大。 外包裝是以一定數(shù)額的、經(jīng)內包裝后的產品裝裁到包裝箱的包裝結構形式。包裝箱現(xiàn)在多用瓦楞紙板箱。內包裝的主要目的，在于促進銷售，并為消費者提供使用上的方便，在包裝設計中，除保證包裝內容物質和量的要求外，還需重視包裝裝潢的重要作用。外包裝的主要目的，是為流通儲運提供保障，要求包裝堅固牢實。包裝是對被包裝物所采取的一種保護性措施，包裝的主要目的在于保護產品的使用價值。因此，包裝中還要顧及到物品在流通中的運輸、裝卸、存貯保管和銷售的方便；此外，包裝的裝潢還起到美化、宣傳和推銷的作用。包裝加工是產品在生產中的最后環(huán)節(jié)，是提高產品的商品價值不可忽視的重要環(huán)節(jié)。21.3 國外包裝機發(fā)展方向目前，國外包裝和機械水平高的國家主要是美國、德國、日本、意大利和英國。而德國的包裝機械在設計、制造及技術性能等方面則居于領先地位，2002 年德國包裝機械產值達 34 億歐元，其產量的 77 %為出口產品。最近幾年，這些國家包裝和機械設備發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢。德國包裝機械設計的新趨勢:德國與美國、日本、意大利均為世界包裝機械大國。在包裝機械設計、制造、技術性能等方面居于領先地位。德國包裝機械的設計是依據(jù)市場調研及市場分析結果進行的，其，目標是努力為客戶，尤其是為大型企業(yè)服務。為滿足客戶要求，德國包裝機械制造廠商和設計部門采取了諸多措施： (1)工藝流程自動化程度越來越高，以提高生產率和設備的柔性及靈活性。采用機械手完成復雜的動作。操作時，在由電腦控制的攝像機錄取信息和監(jiān)控下，機械手按電腦指令完成規(guī)定動作，確保包裝的質量。 (2)提高生產效率，降低生產成本，最大限度地滿足生產要求。德國包裝機械以飲料、啤酒灌裝機械和包裝機械見長，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點。其飲料灌裝速度高達 12 萬瓶/h，小袋包裝機的包裝速度高達 900 袋／min。 (3)使產品機械和包裝機械一體化。許多產品要求生產之后直接進行包裝，以提高生產效率。如德國生產的巧克力生產及包裝設備，就是由一個系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化，關鍵是要解決好在生產能力上相互匹配的問題。 (4)適應產制品變化，具有良好的柔性和靈活性。由于市場的激烈競爭，產品更新?lián)Q代的周期越來越短。如化妝品生產三年一變，甚至一個季度一變，生產量又都很大，因此要求包裝機械具有良好的柔性和靈活性，使包裝機械的壽命遠大于產品的壽命周期，這樣才能符合經(jīng)濟性的要求。 (5)普遍使用計算機仿真設計技術。隨著新產品開發(fā)速度不斷加快，德國包裝機械設計普遍采用了計算機仿真設計技術，大大縮短了包裝機械的開發(fā)設計周期。包裝機械設計不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟性。所謂經(jīng)濟性不完全是機械設備本身的成本，更重要的是運轉成本，因為設備折舊費只占成本的6％～8％，其他的就是運轉成本。1.4 國內包裝機發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢我國包裝機械行業(yè)起步于 20 世紀 70 年代，在 80 年代末和 90 年代中得到迅速發(fā)展。已成為機械工業(yè)中的 10 大行業(yè)之一，無論是產量，還是品種上，都取得了令人矚目的成就，為我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障。目前，我國已成為世界包裝機械工業(yè)生產和消費大國之一。包裝機械作為一種產品，它的含義不僅僅是產品本身的物質意義，而是包括形3式產品、隱形產品及延伸產品 3 層含義。形式產品是指包裝機本身的具體形態(tài)和基本功能；隱形產品是指包裝機給用戶提供的實際效用；延伸產品是指包裝機的質量保證、使用指導和售后服務等。所以包裝機的設計應該包括：市場調研、原理圖設計、結構設計、施工圖設計、使用說明書編寫及售后服務預案等。 包裝機械設計的類別主要有：測繪仿制設計、開發(fā)性設計、改進性設計、系列化設計。如啤酒灌裝生產線生產能力為 1．6～4 萬瓶/h ，其中灌裝機的灌裝閥工位數(shù)從 48 個、60 個、90 個到 120 個就屬于系列化設計。由普通啤酒灌裝生產線到純生啤酒灌裝生產線的設計就屬于改進、開發(fā)性設計。對于中低速運行的包裝機，目前我們基本上可以進行自主設計。而高速運行的包裝機，特別是一些先進機型，大多是測繪、仿制國外的同類機型，進行國產化設計和系列化設計。其主要的原因是：(1)大多數(shù)設計人員還沒有真正掌握先進的設計方法，如高速包裝機械的動力學設計理論和方法等，對高速工況下機構的動態(tài)精度分析等問題還不能模擬解決；(2)產、學、研結合不夠緊密，理論上的科研成果不能及時地在實際設計中運用，設計人員缺乏及時的技術培訓；(3)整個行業(yè)缺乏宏觀調控的力度，優(yōu)勢資源不能得到合理的配置與調整。在包裝機械設計領域，絕大多數(shù)設計人員仍沿用以前的設計方法：(1)根據(jù)設計任務書尋找同類機型作為樣機；(2)參考樣機制定各項技術性能指標及使用范圍；(3)設計工作原理圖、傳動系統(tǒng)圖；(4) 設計關鍵零件，部件；(5)設計總裝圖方案和動作循環(huán)圖；(6) 設計部件圖、總裝圖和零件圖；(7)對主要部件中的關鍵零件進行強度、剛度校核；(8)設計控制原理圖、施工圖等。而今，國內一些大學的設計軟件，可以對包裝機中常用機構進行有限元分析和優(yōu)化設計，其開發(fā)的凸輪連桿機構 CAD／CAM 軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進行凸輪連桿機構自主設計的能力，但在實際包裝機械的設計中應用還不普遍。 新型包裝機械往往是機、電、氣一體化的設備。充分利用信息產品的最新成果，采用氣動執(zhí)行機構、伺服電機驅動等分離傳動技術，可使整機的傳動鏈大大縮短，結構大為簡化，工作精度和速度大大提高。其中的關鍵技術之一是采用了多電機拖動的同步控制技術。其實掌握這種技術并不很難，只是一些設計人員不了解包裝機械的這一發(fā)展趨勢。如果說以前我國包裝機械設計是仿制、學習階段，那么現(xiàn)在我們應該有創(chuàng)新設計的意識.我國包裝業(yè)技術與機械近些年所取得的成績是顯著的，其起步于 20 世紀 70 年代末，剛起步時年產值僅七、八千萬元，產品品種僅 100 余種，技術水平也較低。在 20 紀 80 年代中期至 20 世紀年代中期十余年的時間里，才得到快速發(fā)展，年增長率達到 20%—30% ，到 1999 年底和包裝機械達 40 大類，品種達 1700 種，到2000 年產值增加到 300 億元，且技術水平也上了個臺階，開始出現(xiàn)了規(guī)?；?、自4動化趨勢，傳動復雜、技術含量高的設備也開始出現(xiàn)，許多包裝機械如液體灌裝機等設備已開始成套出口。52 紙盒成型機總體方案的確定粘貼式紙盒成型機主要包括紙盒側壁彎折裝置、紙舌彎折裝置、尺寸調整裝置、凸輪連桿機構、帶輪、錐齒輪、和電機等組成。電動機輸出軸直接或者通過減速器減速后將動力傳送到同時安裝有帶輪和凸輪的傳動軸上，帶輪分布在大凸輪兩側，通過皮帶分別連接到下方左右對稱的兩個帶輪上，帶輪和與其成 90°的小凸輪通過一對錐齒輪嚙合傳遞動力。整個紙盒成型機的工作過程類似于一個沖壓過程。上沖壓頭通過具有特定輪廓形狀的大凸轉動在豎直方向按一定規(guī)律往返運動，大凸輪轉動一周為一個紙盒生產周期。左右兩側紙舌彎折板通過兩側小凸輪轉動實現(xiàn)左右移動，實現(xiàn)紙舌的彎折與涂膠。紙盒成型過程為：紙板上表面在上沖頭的帶動下向下運動，先經(jīng)過縱向方向的一對彎折板，帶有紙舌的兩側紙板被彎折，紙板停留 0.5s，此時下端帶有涂膠裝置的紙舌彎折板在小凸輪帶動下在水平方向運動到最大位移處實現(xiàn)四個紙舌的彎折，上沖頭帶動半成型紙盒繼續(xù)向下運動，到豎直方向最大位移時，紙舌表面經(jīng)過涂膠裝置被涂膠同時完成另外兩側紙板的彎折并與表面涂膠紙舌的粘合。下沖頭由彈簧與機架連接，橫向和縱向彎折板由橫向和縱向雙向螺紋調整桿進行板間距離調整以適應不同尺寸規(guī)格的紙盒生產。主要結構如圖 2-1。圖 2-1 粘貼式紙盒成型機機體主要運動部分組成1 大凸輪 2 帶輪 3 電動機主軸 4 連桿 5 上沖頭 6 下沖頭 7 小凸輪 8 錐齒輪 9 橫向彎折板 10雙向螺紋調整桿 11 三角鐵 12 縱向彎折板 13 帶輪 14 紙舌彎板 15 齒輪齒條 16 彈簧 17 張緊輪18 皮帶6本課題擬設計一種方便實用的小型粘貼式天地蓋紙盒成型機，用于簡單紙盒的成型加工。能夠方便調節(jié)紙盒成型機內部結構尺寸，生產不同規(guī)格尺寸的紙盒，并且生產周期較短，外觀整體結構小，可以進行單件少量的生產，也可以接入生產線進行流水作業(yè)。紙盒成型最小尺寸為 100mm 100mm 30mm，最大尺寸為?200mm 300mm 30mm。紙盒尺寸如圖 2-2。?圖 2-2 粘貼紙盒成型最小及最大尺寸（單位：mm）紙盒成型過程為：先彎折帶有紙舌兩側的紙板，然后進行紙舌的彎折以及紙舌表面的涂膠，最后進行另外兩側紙板的彎折同時與表面已涂膠的紙舌粘合，成型過程如圖 2-3。圖 2-3 粘貼式紙盒成型過程數(shù)據(jù)、資料、技術方面的要求：所設紙盒成型機能可靠、安全地進行成型作業(yè)，并能方便調節(jié)產品尺寸進行產品調整作業(yè)。73 成型機構設計3.1 凸輪機構的設計3.1.1 凸輪從動件運動規(guī)律基本運動規(guī)律從動件位移 s 隨凸輪轉角 的變化情況如圖 3-1 所示，圖中橫坐標代表凸輪轉角 ，縱坐標代表從動件位移 s、速度 v 和加速度 a 隨凸輪轉角 的變化規(guī)律稱為從動件運動規(guī)律。從動件運動規(guī)律又可分為基本運動規(guī)律，基本運動規(guī)律有以下幾種：圖 3-1 s 隨凸輪轉角 的變化情況等速運動規(guī)律：從動件在運動過程中速度為常數(shù)，而在運動的始、末點處速度產生突變，理論上加速度為無窮大，產生無窮大的慣性力，機構將產生極大的沖擊，稱為剛性沖擊，次類運動規(guī)律只使用于低速運動的場合。等加速等減速運動規(guī)律：從動件在運動過程中加速度為常數(shù)，而在運動的始、末點處加速度有突變，產生較大的加速度和慣性力，由此而引起的沖擊稱為柔性沖擊，這種運動規(guī)律只適用與中速運動的場合。余弦加速度運動規(guī)律：又名簡諧運動規(guī)律。從動件在整個運動過程中速度皆連續(xù)，但在運動的始、末點處加速度有突變，產生柔性沖擊，因而也只適用中速運動場合。正弦加速度運動規(guī)律：又名擺線運動規(guī)律。從動件在整個運動過程中速度和加速度皆連續(xù)無突變，避免了剛性沖擊和柔性沖擊，可以用于高速運動的場合。在工程實際中，為使凸輪機構獲得更好的工作性能，經(jīng)常采用以某種基本運動規(guī)律為基礎，輔之以其他運動規(guī)律與其組合，從而獲得組合運動規(guī)律。當采用不用的運動規(guī)律組合成改進型運動規(guī)律時，它們在連接點處的位移、速度和加速度應分別相等；這就是兩運動規(guī)律組合時必須滿足的邊界條件。8常用的組合運動規(guī)律有：改進性等速運動規(guī)律，改進性正弦加速度運動規(guī)律和改進性梯形加速度運動規(guī)律?；镜膹膭蛹\動規(guī)律方程如表 3-1：表 3-1 從動件運動位移方程從動件運動方程運動規(guī)律推程 回程等速運動規(guī)律S S=h-S S=h-等加速等減速運動規(guī)律S=h S余弦加速度運動規(guī)律S S正弦加速度運動規(guī)律S S3.1.2 凸輪輪廓線曲線的設計凸輪機構設計的關鍵是凸輪輪廓曲線的設計,而凸輪的輪廓曲線形狀取決于從動件運動規(guī)律。從動件運動規(guī)律的形式通常有多項式運動規(guī)律、三角函數(shù)運動規(guī)律、組合運動規(guī)律等。凸輪機構從動件常用的等速(加速度 a=0)、等加速等減速(加速度為常數(shù),即 a=c)、簡諧(又稱余弦加速度規(guī)律)、擺線(又稱正弦加速度規(guī)律)等 4種形式的運動規(guī)律。在設計凸輪輪廓曲線之前,必須首先根據(jù)機構的工作要求選定從動件運動規(guī)律。從動件的運動規(guī)律確定后,通過計算機仿真就可以得到凸輪的精確輪廓線。以擺動滾子從動件盤形凸輪機構為例。圖 3-2 為擺動滾子從動件盤性凸輪機構簡圖。其中 C( 為凸輪理論輪廓線上的任意一點，N（ ） 、 分別為9外緣和內緣凸輪工作輪廓上與點 C 對應的點，D 、 分別為加工 N 點和 點時刀具中心的位置.圖 3-2 擺動滾子從動件盤性凸輪機構簡圖為刀具半徑， 為滾子半徑， 為基圓半徑， 為擺桿初始角,（ ,S 為擺角增量， 為凸輪轉角， L 為擺心距，l 為擺桿長， 為角速度。在圖 3-2 直角坐標系中，由三角形的函數(shù)關系可以得到凸輪任一時刻理論輪廓直角坐標為:(2-1)(2-2)工作輪廓坐標為：(2-3)(2-4)(2-5)10當凸輪機構為外緣型時，工作輪廓坐標中的 和 取上方的符號，為內緣型時取下方的符號。計算刀具中心軌跡坐標時，將 以 代入工作輪廓坐標即可。設凸輪以等角速度 逆時針方向轉動，凸輪基園半徑 、滾子半徑 ，導路和凸輪軸心間的相對位置及偏距 e，從動件的運動規(guī)律 S ，如圖 2-5。(1)理論輪廓線方程 B圖 3-3圖 3-4其中(2)實際輪廓方程 如圖 3-5(2-6)113.1.3 凸輪機構基本尺寸的確定凸輪機構的壓力角及許用值(1)壓力角：從動件于凸輪在接觸點處的受力方向與其在該點絕對速度方向之間所夾的銳角即為壓力角。如圖 3-6 所示圖 3-6 壓力角(2)許用壓力角：為了改善凸輪機構的受力情況，提高機械效率，規(guī)定了允許采用的最大壓力角 。12推程（工作行程）推薦的許用壓力角為：直動從動件：擺動從動件：回程（空回行程）(3)基圓半徑的確定：根據(jù)公式： 為保證凸輪機構在整個運動周期中均能滿足 ,應選取計算結果中的最大值作為凸輪的基圓半徑。大凸輪兩側各有一個皮帶輪，共用一個中心軸連接到電動機主軸上，大凸輪轉動一周帶動連桿以及上沖壓頭豎直方向的來回移動完成一次沖壓行程，兩側的皮帶輪通過皮帶將動力傳送到紙舌彎折機構，結構如圖 3-7 所示。圖 3-7 大凸輪輪廓形狀大凸輪的結構設計是整個成型機的關鍵部分，整個沖壓過程分為兩個階段，第一階段首先實現(xiàn)帶有紙舌兩側紙板的彎折，沖壓頭運動到某一位置之后停留一段時間，等到紙舌彎折板完全伸出實現(xiàn)紙舌彎折，然后繼續(xù)第二行程實現(xiàn)另外兩側紙板彎折。由于生產的紙盒尺寸可變，因此在生產不同尺寸規(guī)格的紙盒時需要調節(jié)成型相13關成型機構的尺寸，縱向和橫向兩對彎折板間尺寸均通過帶有雙向螺紋的縱橫向調整桿調節(jié)，縱向彎折板與紙舌彎折機構固連在一起，當縱向彎折板間距離變化時會帶動紙舌彎折機構中帶輪間距的相應變化，因此在皮帶長度不變而上下兩帶輪間的距離變化的情況下，皮帶需要通過一對張緊輪張緊以保證調整尺寸后紙盒成型機能夠繼續(xù)工作，張緊輪安裝在焊接在機體的導向柱上，緊固螺釘放松時可以沿導向柱方向來回移動，上沖頭除了連接有四個拉伸彈簧外，還有通過四個導向柱通到紙盒成型機上方機體的導向套內，以保證連桿和沖頭在上下運動工程中的穩(wěn)定性。圖 3-2 為設計的大凸輪輪廓，工作前連桿與大凸輪在初始位置 A 處接觸，電動機啟動后，A-B 為圓弧，沖頭在豎直方向沒有位移，這段時間實現(xiàn)紙板的送料， B-C 段沖頭向下運動到第一沖壓行程結束，實現(xiàn)帶有紙舌兩側紙板的彎折，C-D 為沖頭停留時間，在該時間內帶有涂膠裝置的左右兩側紙舌彎板伸出對紙舌進行彎折，D-E 段紙舌彎板不動，沖頭繼續(xù)向下運動，運動到對應大凸輪上的 E 點時，涂膠完成后的紙舌彎板不再與紙板接觸，開始做收回運動，D-F 段沖頭向下運動，該過程實現(xiàn)另外兩側紙板的彎折并且與涂完膠的紙舌粘貼結合，在經(jīng)過凸輪上 F 處后，沖頭開始由最低位置向上運動，為使回收的彎板不與向上運動的沖頭發(fā)生干涉，確定E-G 為其對應運動時間，在 G 處，紙舌彎板完全收回，而上沖頭恰好運動到紙舌彎板完全伸出時的下邊緣位置，避免發(fā)生干涉，此后沖頭在 G-A 段內運動到初始位置，完成一次紙盒成型過程，A-B 段在下一張紙板輸送的同時完成對已成型紙盒的出料。在大凸輪運動過程中，有 A-B,C-D 兩段圓弧，對應沖頭停留過程，大凸輪輪廓的設計需要與紙舌彎折機構上的小凸輪輪廓在時間上有確定的對應關系。具體設計計算過程：A-B 為紙板輸送（紙盒送出）時間，初選∠AOB=40°，BC 為沖頭第一沖壓過程，位移 8cm,根據(jù)經(jīng)驗設定其運動速度為 16cm/s，用時 0.5s。為實現(xiàn)其勻速運動，根據(jù)《機械原理》盤型凸輪輪廓曲線的設計的幾何法繪制出 B-C 間輪廓曲線。規(guī)定沖頭在第一停留位置 C-D 段停留時間為 0.5s,第一次停留結束到運動至最低點 D-F 段時間為 0.4s。由于大凸輪作勻速轉動，轉動角度與所需時間成正比，所以由， H-B 段對應時間 =0.175s。凸輪轉動周期 T=（0.175+0.5+0.5+0.4）1.4206t?1t=3.15s,同理可求出相關角度∠BOC=∠AOB=57°,∠DOF=40°。E-G 段為左右兩?側彎折板收回時間，設定其收回時間為 0.35s，對應角度 ∠EOG=40° ，半徑為 11cm的圓弧與角度為 40°的兩條射線圍成的扇形繞 O 點轉動到合適位置后，繪制由 D-A間的平滑圓弧。因為大凸輪轉動一周必須完成一次成型，所以通過皮帶和錐齒輪傳動后的小凸輪運動周期與大凸輪必須相同，小凸輪設計如圖 3-8 所示，在時間對應關系上， ， 。計算角度 =57°， =34°, 1ABCDt?1BDEt1CEGt?1AB?1C=40°。 , 根據(jù)勻速運動規(guī)律繪制兩端輪廓曲線。O??14圖 3-8 小凸輪輪廓形狀（1）大凸輪滾子半徑的確定在凸輪連桿機構中，滾子半徑對凸輪實際輪廓曲線的形狀有很大影響，凸輪滾子半徑如果選擇必須恰當，才能準確實現(xiàn)所預期的運動規(guī)律。根據(jù)程友聯(lián)主編《機械原理》P145 圖 4-28 所示，凸輪的理論輪廓曲線曲率半徑、實際輪廓曲線曲率半徑與滾子半徑有下列關系：當凸輪輪廓曲線內凹時，實際輪廓曲線曲率半徑=理論輪廓曲線曲率半徑+滾子半徑，這時實際輪廓曲線曲率半徑總是大于理論輪廓曲線曲率半徑。此時實際輪廓線不受所選用的滾子半徑的影響可根據(jù)理論輪廓曲線直接作出；當凸輪輪廓線外凸時，實際輪廓曲線曲率半徑=理論輪廓曲線曲率半徑-滾子半徑，根據(jù)滾子半徑和凸輪的理論輪廓曲線曲率半徑的大小關系可能會運動失真和材料磨損的情況 [14]。因此為避免運動失真，減小應力集中和磨損，設計時應保證實際輪廓線的最小曲率半徑大于滾子半徑，取滾子半徑=15mm。綜合考慮以上情況，根據(jù)已繪制的大凸輪輪廓曲線確定滾子半徑為 30mm。（1） 大小凸輪軸孔半徑的確定因為大凸輪傳遞的轉矩比較大，所以大凸輪與軸采用凸輪與軸鍵聯(lián)接的安裝方式，根據(jù)吳宗澤《機械設計手冊》P340 表 5-47 凸輪與軸安裝結構：滾子半徑 理?論輪廓半徑+ 滾子半徑+ （ 2～5）mm，確定大凸輪軸孔半徑為 15mm；根據(jù)理論輪廓半徑 凸輪輪轂半徑+滾子半徑+ （2～5）mm，確定凸輪輪轂半?徑為 35mm。小凸輪傳遞的力矩相對較小，由滾子半徑 理論輪廓半徑+滾子半徑+（2～5）?15mm[15]，確定小凸輪軸孔半徑為 7.5mm。（3）小凸輪平底寬度的確定設計平底從動件凸輪機構，要保證從動件的平底與凸輪輪廓線始終接觸，這就需要平底的寬度足夠大，否則會引起運動失真現(xiàn)象。從動件平底與凸輪的接觸點并不總是在從動件移動的導路中心線上，而接觸點同導路中心線與平底的交點的距離和方位隨機構的運動不斷變化。因此為保證從動件平底與凸輪的正常接觸，平底左右兩側的最小寬度應大于接觸點和交點之間的最大距離。當交點位于接觸點右側時，這一最大距離為 ；當交點位于接觸點左側時，這一最大距離為 ；maxds??????? minds???????平底寬度 b 滿足：b﹥ 一般取 b=2 +(5～7)mm [16]。axmaxds???????由此根據(jù)已繪制的小凸輪輪廓曲線確定平底寬度為 60mm。3.2 縱向和橫向彎折板的設計圖 3-9 縱向和橫向彎折板設計成型架部分尺寸如圖 4-3 所示，其中縱向彎折板和橫向彎折板均由厚度為 2mm 的 Q195 鋼板彎折而成，縱向彎折板下端 30mm 處為間距為 10mm 的鐵絲柵格，縱橫向彎折板間不固結，有一段很小的間隙避免摩擦，縱向和橫向彎折板均通過焊接角鐵、螺母連接到空間垂直交錯的兩根帶有雙向螺紋的調整桿上，調整桿一端伸出箱體外殼安裝轉輪實現(xiàn)調整桿的轉動以帶動彎折板相對或相向移動來調節(jié)板間尺寸。連接彎折板與縱橫向調整桿的角鐵通過導軌安裝到箱體內壁的導軌槽內，實現(xiàn)整個結構在箱體內的定位。163.3 側壁紙舌彎折及涂膠機構的設計圖 3-10 側壁紙舌彎折及涂膠機構1.皮帶 2.帶輪 3.錐齒輪 4.小凸輪 5.拉伸彈簧 6.齒輪 7.齒條 8.紙舌彎板 9.連桿如圖 3-10 所示為紙舌彎折機構的結構設計，豎直方向錐齒輪與帶輪同軸，在皮帶輪的帶動下與水平方向的錐齒輪嚙合，使與其同軸的小帶輪做勻速圓周運動，小凸輪具有一定的實際輪廓，因而能夠使右側與其接觸的連桿在水平方向在一個運動周期內按一定規(guī)律來回移動，8 為一對紙舌彎板，分別固連在與齒輪 6 嚙合的兩個齒條上，可以通過齒輪的轉動調整板間距離以適合不同尺寸紙盒的生產。當凸輪帶動連桿運動到最大位移過程中，兩個紙舌彎板實現(xiàn)對紙舌的彎折，隨后彎板將會在水平方向最大位移處停留 0.5s，在這段停留時間內上沖頭和彎折的紙板繼續(xù)向下運動，彎折板 8 最下端安裝涂膠裝置，在彎折后的紙舌最上端運動到紙舌彎板的最下端過程中紙舌表面被均勻的涂上膠水。此后紙舌彎板開始往回運動，上沖頭帶動紙板運動經(jīng)過橫向彎折板，實現(xiàn)另外兩側紙板的彎折和與紙舌的粘貼。整個結構通過角鐵固定在縱向彎折板上，下方通過角鐵固定在箱體內的短導軌上。174 紙盒成型機相關參數(shù)的確定4.1 彈簧的設計在本次設計中主要用到圓柱螺旋拉伸彈簧和壓縮彈簧。4.1.1 圓柱螺旋拉伸彈簧（1）與大凸輪相連的滾子連桿一端連接在上沖頭上，另一端與大凸輪外緣接觸。上沖頭通過對稱的四根彈簧連接在機體上，在每個彈簧旁邊各有一個導向桿連在大凸輪機體外殼的導向套內保證連桿運動過程中的穩(wěn)定性。每個彈簧最大拉伸量為 12mm，彈簧最初受力 N，每個彈簧所受最大拉01.5F?力為 3N。根據(jù)成大先《機械設計手冊.彈簧》第五版 P38 設計彈簧尺寸 [17]：最大拉力 =5N；nP最小拉力 =2.5 N；1工作行程 h=120mm；彈簧外徑 18mm；2D?載荷作用次數(shù) N (2.5)N；j?nP圖 5-1 拉伸彈簧19（2）小凸輪連桿上的拉伸彈簧尺寸的設計：最大拉力 1N，最小拉力 0N，工作行程 10mm，其他設計計算過程同上，具體設計尺寸要求見圖紙。4.1.2 圓柱螺旋壓縮彈簧下沖頭通過圓柱螺旋壓縮彈簧連接在機架上，彈簧直徑稍大保證在沖壓過程中下沖頭基本在豎直方向。最小工作載荷 =1.5N；1P最大工作載荷 =4.5N；n工作行程 h=80mm；彈簧外徑 45mm；2D?彈簧類別 N= - 次； 3106彈簧材料 碳素彈簧鋼絲 C 級；端部結構 端部并緊、磨平、兩端支撐圈各一圈；初算彈簧剛度 =( )/h=0.0375 N/mm； （5-'P1-n12）工作極限載荷 =1.25 5=5.625 N；j?材料直徑 d 及彈簧中徑 D 查表 11-2-19，選取d=0.5mm，D=7mm， =7.00N， =3.888mm， =1.80N/mm， =0N；jPjf'dP0P有效圈數(shù) n= =48； （5-?'d1.8037513）按表 11-2-10 取標準值 n=30 圈； 總圈數(shù) =n+2=30+2=32 圈； （5-1n14）彈簧剛度 = =0.06N/mm； （5-'Pd?.80315）工作極限載荷下的變形量 = n=3.888 30=116.6mm； （5-jFf?16）節(jié)距 t= +d= +0.5=4.4mm； （5-jn16.3017）自由長度 =nt+1.5d=30 4.4+1.5 0.5=132.75； （5-0H?18）20取標準值 140mm； 彈簧外徑 =D+d=7+0.5=7.5mm；2D彈簧內徑 =D-d=7-0.5=6.5mm；1螺旋角 °； （5-4.=arctnarct1.37d????π19）展開長度 L mm； （5-13.2.coss.π20）最小載荷下的長度 = mm； （5-1H10' .54106p??21）最大載荷下的長度 = mm； （5-n0.5'nP22）工作極限載荷下的長度 = mm； （5-jH0.6214.'0j??23）實際工作行程 mm；1n56=0hH?工作區(qū)范圍 ；20.8;.717j jP??圖 4-2 壓縮彈簧214.2 帶輪的設計帶輪在成型機工作過程中主要作用是使大凸輪與小凸輪具有相同的運動周期，并且只傳遞很小的轉矩，因此可選定每個皮帶相連的兩個帶輪完全相同，V 帶根數(shù)為一根，由于生產的紙盒尺寸在一定尺寸范圍內，所以需要根據(jù)實際情況調節(jié)兩皮帶輪之間的距離，當兩皮帶輪間距由大變小時，皮帶變松，需要靠張緊輪調節(jié)，保證皮帶的張緊。皮帶輪在紙盒成型機的設計中只傳遞很小的轉矩，主要起連接傳動的作用，可根據(jù)實際情況選擇普通 V 帶，帶輪基準直徑 60mm。圖 4-3 帶輪4.3 軸的設計4.3.1 軸的結構設計與大凸輪相聯(lián)接的軸為運動主軸，通過聯(lián)軸器與電動機主軸聯(lián)接，軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，現(xiàn)計算主軸傳遞的最大轉矩：上下沖頭均通過四根彈簧連接在機架上，上沖頭處于最大行程時根據(jù)前面彈簧的設計計算可確定最大拉力為 2.5 4=10N。下沖頭處于最大行程時所受最大壓力為 2 4=8N。當大凸輪轉動到? ?沖頭最大行程處時，所受最大轉矩為（10+8） 0.19=3.42N·m。同時考慮到其他阻力的作用，主軸所受最大轉矩 不大于 5N·m。根據(jù)計算轉矩 應小于聯(lián)軸器公caTcaT稱轉矩的要求，查機械設計手冊，選用 YL1 聯(lián)軸器，公稱轉矩為 10N·m，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度 32mm，半聯(lián)軸器的孔徑為 20mm。（1）軸上零件裝配方案軸上零件裝配方案如圖 4-422圖 4-4 軸的結構及零件裝配圖1.聯(lián)軸器 2.軸承端蓋 3.機體 4.滾動軸承 5.套筒 6.小帶輪 7.套筒 8.大凸輪 9.套筒 10.小帶輪 11.套筒 12.滾動軸承 13.軸承端蓋（2）根據(jù)軸上的周向定位要求確定各部分軸段直徑和長度①Ⅰ-Ⅱ 段右端須制出一軸肩以滿足半軸聯(lián)軸器的軸向定位要求，?、?Ⅲ段的直徑為 =26mm；左端擋圈直徑為 D=30mm。軸與半聯(lián)軸器配合的轂長度為d?Ⅱ Ⅲ=32mm，同時Ⅰ- Ⅱ的長度應比 略短一些以保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上1L1L而不壓在軸的端面上，現(xiàn)取 =30mm。l?Ⅰ Ⅱ② 初選滾動軸承。因軸承只承受有徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)=26mm 和工作要求，初步選取標準精度等級、0 基本游隙組的深溝球軸承d?Ⅱ Ⅲ16006，其尺寸為 mm， =30mm， =9mm。3059dDT???d??Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ l?Ⅵ Ⅶ③ 凸輪處的軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑取 =30mm，右端根據(jù)軸肩高度 ﹥ 的要?Ⅲ Ⅳ h0.7d求，取定位軸肩高度 h=3mm，因此 =36mm，寬度 ，取 =5mm。Ⅳ Ⅴ 1.4b?lⅣ Ⅴ左帶輪與凸輪的左端之間采用套筒進行定位。④ 軸承端蓋的總寬度為 10mm（由成型機整體結構及軸承端蓋的設計而定） 。半聯(lián)軸器右端面與端蓋的外端之間距離為 10mm，以便于端蓋的安裝拆卸以及便于添加潤滑油⑤ 帶輪軸孔直徑為 30mm，寬度為 18mm，軸上其他部分的設計如上圖。（3）軸上零件的周向定位凸輪、帶輪、半聯(lián)軸器與軸之間軸向定位都采用平鍵連接的方式。根據(jù)的大小由表 6-1 查得帶輪處和凸輪處平鍵截面均為 ，長度分d?Ⅲ Ⅳ =87bhm?別為 15mm 和 32mm，選擇凸輪輪轂與軸的配合為過渡配合 ；半聯(lián)軸器與軸的6Hn連接，選用平鍵為 ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。選軸的基本尺625m?k23寸公差為 m6 來保證滾動軸承與軸的周向定位。(4)確定軸上的倒角和圓角尺寸各軸端和軸肩處的倒角圓角半徑詳見 39 號軸圖紙。4.3.2 求軸上的載荷從手冊中查取 a 值以確定軸承的支點位置，對于 16006 型深溝球軸承，由手冊中查得 a=9mm。軸的彎矩圖和扭矩圖如圖 4-5。圖 4-5 軸的彎矩圖和扭矩圖在軸的結構圖上當上沖頭運動至最低處時，大凸輪受滾子最大壓力（主要來自拉伸與壓縮彈簧）約為 40N，C 及 E 點處為皮帶對帶輪的徑向力，從軸的結構圖及彎矩和扭矩圖中可以看出 D 是軸的危險截面。現(xiàn)將計算出的 D 截面處的 及VM的值列于下表（各受力均按最大計算） 。M表 4-1 D 截面處的 及 的值VM載荷 水平面 H 垂直面 V支反力 F =5N， =5N， =10N，1N2NF1t2tF=-30N， =10N3t=-5N， =-5N， =-15N，1N2NF1r=40N， =-15Nr3r彎矩 M =330N·mm， =-1H2H2610N·mm， =-330N·mm3=-495N·mm ， =3480 1V 2VMN·mm， =-495N·mm3總彎矩 = =594.9 N·mm， = =4350 N·mm，121VM?2M2HV?= =594.9 N·mm33H扭矩 = =330 N·mm， =5700 N·mm1T2T244.3.3 按彎扭合成應力校核軸的強度軸強度的校核一般只校核軸上危險截面（即截面 D）處強度 [18]。根據(jù)計算的上面表中的數(shù)據(jù)，取 =0.6，計算軸的應力?222maxaca 34506=0.5.7MTMPaW??????（5-24） 由表查得 = 60MPa。因此 ＜ ，故安全。??1?ca??1??4.4 錐齒輪的設計計算 在紙盒成型機中用到的錐齒輪為兩對規(guī)格尺寸完全相同的軸線方向 90 度垂直相交的嚙合錐齒輪，其中每對錐齒輪中一個與帶輪同軸，另一個與小凸輪同軸。本次設計中所用的帶輪與錐齒輪都是尺寸規(guī)格完全相同以保證大小凸輪有相同的運動周期。錐齒輪設計參數(shù)：對軸交角為 90 度的直齒錐齒輪傳動，選齒輪齒數(shù)為 25，其齒數(shù)比 u、錐距R、分度圓直徑 、 、平均分度圓直徑 、 、當量齒輪的分度圓直徑 、1d2 1md2 1vd、之間的關系分別為：2vd=1[21]； （5-25）2121tancotzu???= =60mm， = =45°；1d21?2=42mm；1()uRd????； （5-26）120.5mdbR?錐齒輪傳動的齒寬系數(shù) ，取 =1/3，于是=/R??； （5-27）(10.5)mRd??mm， mm126(.03)51md???14Rb???。當量直齒圓柱齒輪的分度圓半徑 與平均分度圓直徑 的關系式為vrmd36mm； （5-51=2coss4mvdr????28）