紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計【19張CAD圖紙+PDF圖】

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畢 業(yè) 論 文（設(shè)計） 題 目： 紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計 姓 名： 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 摘 要 目前國產(chǎn)的設(shè)備大多是對國外進(jìn)口產(chǎn)品的簡單仿制，因此針對紙盒成型機(jī)關(guān)鍵部件的深入研究， 對原理、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動、功能等分析，提供結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作方便、機(jī)械化程度高、使用范圍廣的紙 盒成型機(jī)是很有必要的。 本文在分析紙盒成型機(jī)的工藝和使用要求的基礎(chǔ)上，通過對關(guān)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(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等做了較為詳細(xì)的研究和設(shè)計; 本文分析各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)規(guī)律，提出可行的優(yōu)化結(jié)構(gòu)滿足切割工藝;對關(guān)鍵部件提出完整的設(shè)計方法， 旨在滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。該機(jī)型為全機(jī)械設(shè)計，具有整體尺寸小、機(jī)能可靠、生產(chǎn)周 期短、并能方便調(diào)節(jié)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)整作業(yè)等優(yōu)點(diǎn)，可以接入生產(chǎn)線流水作業(yè)，也能夠進(jìn)行單件 少批量的生產(chǎn)，因此它對實際的生產(chǎn)具有很多現(xiàn)實意義。 關(guān)鍵詞：紙盒成型機(jī)；紙板彎折；凸輪連桿機(jī)構(gòu)；齒輪齒條；圓錐齒輪 Abstract 目 錄 摘 要 Abstract. 1 緒 論.1 1.1 各種包裝紙盒及其分類.1 1.2 紙盒成型機(jī)設(shè)計的目的和意義.3 1.3 紙盒成型機(jī)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.3 2 設(shè)計主要研究的內(nèi)容.7 3 紙盒成型機(jī)總體方案的確定.8 4 成型機(jī)各部件設(shè)計.9 4.1 凸輪連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計.9 4.2 縱向和橫向彎折板的設(shè) 計12 4.3 側(cè)壁紙舌彎折及涂膠機(jī)構(gòu)的設(shè) 計13 5 紙盒成型機(jī)相關(guān)參數(shù)的確 定.14 5.1 彈簧的設(shè) 計14 5.2 帶輪的設(shè) 計17 5.3 軸的設(shè)計與強(qiáng)度校 核18 5.4 錐齒輪的設(shè)計計 算21 5.5 電動機(jī)的選 擇23 5.6 機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè) 計23 6 結(jié) 論.25 6.1 結(jié) 論.25 6.2 設(shè)計中的不 足25 參考文獻(xiàn).26 致謝.27 0 1 緒論 1.1 課題研究意義 制造業(yè)是國家重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，制造業(yè)的基礎(chǔ)是。是眾多機(jī)械制造的母機(jī)，它的發(fā)展水平， 與制造業(yè)的生產(chǎn)能力和制造精度有著直接關(guān)系，關(guān)系到國家機(jī)械工業(yè)以至整個制造業(yè)的發(fā)展水平.是先 進(jìn)制造技術(shù)的基本單元載體，機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量、更新速度、對市場的應(yīng)變能力、生產(chǎn)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(jì)發(fā)展起著舉足輕重的作用我國是世界上產(chǎn)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(chǎn)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(nèi)市場也面臨著嚴(yán)峻的形勢:一方面國內(nèi)市場對各類 產(chǎn)品有著大量的需求，而另一方面卻有不少國產(chǎn)滯銷積壓，國外產(chǎn)品充斥市場。 1.1.2 包裝的分類及作用 包裝的分類方法很多，按包裝產(chǎn)品的流通領(lǐng)域分類，有工業(yè)產(chǎn)品包裝和商業(yè)產(chǎn)品包 裝，按產(chǎn)品包裝的結(jié)構(gòu)形式分類，有內(nèi)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(jié)構(gòu)形式分類比較有意義，內(nèi)包裝是一種 基本的包裝結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(shè)計包裝 機(jī)械設(shè)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(fèi)者需要的多樣化，尤其是超級市場的發(fā)展，內(nèi)包裝突出日益重要的地位。完成內(nèi)包裝所 需的機(jī)器設(shè)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(nèi)包裝后的產(chǎn)品裝裁到包裝 箱的包裝結(jié)構(gòu)形式。包裝箱現(xiàn)在多用瓦楞紙板箱。內(nèi)包裝的主要目的，在于促進(jìn)銷售，并為消費(fèi)者提 供使用上的方便，在包裝設(shè)計中，除保證包裝內(nèi)容物質(zhì)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(yùn)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(hù)性措施，包裝的主要目的在于保護(hù)產(chǎn)品的使用價值。因此， 包裝中還要顧及到物品在流通中的運(yùn)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(chǎn)品在生產(chǎn)中的最后環(huán)節(jié)，是提高產(chǎn)品的商品價值不可忽視的重 要環(huán)節(jié)。 包裝機(jī)發(fā)展方向 目前，國外包裝和機(jī)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(jī)械在設(shè)計、制造及技術(shù)性能等方面則居于領(lǐng)先地位， 2002 年德國包裝機(jī)械產(chǎn)值達(dá) 34 億歐元，其產(chǎn)量的 77 %為出口產(chǎn)品。最近幾年，這些國家包裝和機(jī)械 1 設(shè)備發(fā)展呈現(xiàn)出新的趨勢。 德國包裝機(jī)械設(shè)計的新趨勢 德國與美國、日本、意大利均為世界包裝機(jī)械大國。在包裝機(jī)械設(shè)計、制造、技術(shù)性能等方面居于 領(lǐng)先地位。德國包裝機(jī)械的設(shè)計是依據(jù)市場調(diào)研及市場分析結(jié)果進(jìn)行的，其，目標(biāo)是努力為客戶，尤 其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿足客戶要求，德國包裝機(jī)械制造廠商和設(shè)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(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性。采用機(jī)械手完成復(fù)雜的動 作。操作時，在由電腦控制的攝像機(jī)錄取信息和監(jiān)控下，機(jī)械手按電腦指令完成規(guī)定動作，確保包裝 的質(zhì)量。 (2)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。德國包裝機(jī)械以飲料、啤酒灌裝機(jī)械 和包裝機(jī)械見長，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點(diǎn)。其飲料灌裝速度高達(dá) 12 萬瓶 /h，小袋包裝機(jī)的包裝速度高達(dá) 900 袋min。 (3)使產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化。許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進(jìn)行包裝，以提高生產(chǎn)效率。如德國 生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)及包裝設(shè)備，就是由一個系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化，關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)能 力上相互匹配的問題。 (4)適應(yīng)產(chǎn)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(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越 短。如化妝品生產(chǎn)三年一變，甚至一個季度一變，生產(chǎn)量又都很大，因此要求包裝機(jī)械具有良好的柔 性和靈活性，使包裝機(jī)械的壽命遠(yuǎn)大于產(chǎn)品的壽命周期，這樣才能符合經(jīng)濟(jì)性的要求。 (5)普遍使用計算機(jī)仿真設(shè)計技術(shù)。隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度不斷加快，德國包裝機(jī)械設(shè)計普遍采用了計 算機(jī)仿真設(shè)計技術(shù)，大大縮短了包裝機(jī)械的開發(fā)設(shè)計周期。 包裝機(jī)械設(shè)計不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟(jì)性。所謂經(jīng)濟(jì)性不完全是機(jī)械設(shè)備本身的 成本，更重要的是運(yùn)轉(zhuǎn)成本，因為設(shè)備折舊費(fèi)只占成本的 68，其他的就是運(yùn)轉(zhuǎn)成本。 1.3 國內(nèi)包裝機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 我國包裝機(jī)械行業(yè)起步于 20 世紀(jì) 70 年代，在 80 年代末和 90 年代中得到迅速發(fā)展。已成為機(jī)械 工業(yè)中的 10 大行業(yè)之一，無論是產(chǎn)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(jī)械工業(yè)生產(chǎn)和消費(fèi)大國之一。 包裝機(jī)械作為一種產(chǎn)品，它的含義不僅僅是產(chǎn)品本身的物質(zhì)意義，而是包括形式產(chǎn)品、隱形產(chǎn)品及 延伸產(chǎn)品 3 層含義。形式產(chǎn)品是指包裝機(jī)本身的具體形態(tài)和基本功能；隱形產(chǎn)品是指包裝機(jī)給用戶提 供的實際效用；延伸產(chǎn)品是指包裝機(jī)的質(zhì)量保證、使用指導(dǎo)和售后服務(wù)等。所以包裝機(jī)的設(shè)計應(yīng)該包 括：市場調(diào)研、原理圖設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖設(shè)計、使用說明書編寫及售后服務(wù)預(yù)案等。 包裝機(jī)械設(shè)計的類別主要有：測繪仿制設(shè)計、開發(fā)性設(shè)計、改進(jìn)性設(shè)計、系列化設(shè)計。如啤酒灌裝 生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為 164 萬瓶/h ，其中灌裝機(jī)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(shè)計。 由普通啤酒灌裝生產(chǎn)線到純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計就屬于改進(jìn)、開發(fā)性設(shè)計。對于中低速運(yùn)行的 包裝機(jī)，目前我們基本上可以進(jìn)行自主設(shè)計。而高速運(yùn)行的包裝機(jī)，特別是一些先進(jìn)機(jī)型，大多是測 繪、仿制國外的同類機(jī)型，進(jìn)行國產(chǎn)化設(shè)計和系列化設(shè)計。其主要的原因是：(1)大多數(shù)設(shè)計人員還沒 有真正掌握先進(jìn)的設(shè)計方法，如高速包裝機(jī)械的動力學(xué)設(shè)計理論和方法等，對高速工況下機(jī)構(gòu)的動態(tài) 精度分析等問題還不能模擬解決；(2)產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合不夠緊密，理論上的科研成果不能及時地在實際 設(shè)計中運(yùn)用，設(shè)計人員缺乏及時的技術(shù)培訓(xùn)；(3)整個行業(yè)缺乏宏觀調(diào)控的力度，優(yōu)勢資源不能得到合 2 理的配置與調(diào)整。 在包裝機(jī)械設(shè)計領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)計人員仍沿用以前的設(shè)計方法：(1)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書尋找同類機(jī)型 作為樣機(jī)；(2)參考樣機(jī)制定各項技術(shù)性能指標(biāo)及使用范圍； (3)設(shè)計工作原理圖、傳動系統(tǒng)圖；(4)設(shè)計 關(guān)鍵零件，部件；(5)設(shè)計總裝圖方案和動作循環(huán)圖；(6)設(shè)計部件圖、總裝圖和零件圖；(7)對主要部件 中的關(guān)鍵零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度校核；(8)設(shè)計控制原理圖、施工圖等。 而今，國內(nèi)一些大學(xué)的設(shè)計軟件，可以對包裝機(jī)中常用機(jī)構(gòu)進(jìn)行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計，其開發(fā)的 凸輪連桿機(jī)構(gòu) CADCAM 軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進(jìn)行凸輪連桿機(jī)構(gòu)自主設(shè)計的能力，但在實際包裝 機(jī)械的設(shè)計中應(yīng)用還不普遍。 新型包裝機(jī)械往往是機(jī)、電、氣一體化的設(shè)備。充分利用信息產(chǎn)品的最新成果，采用氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 伺服電機(jī)驅(qū)動等分離傳動技術(shù)，可使整機(jī)的傳動鏈大大縮短，結(jié)構(gòu)大為簡化，工作精度和速度大大提 高。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是采用了多電機(jī)拖動的同步控制技術(shù)。其實掌握這種技術(shù)并不很難，只是一 些設(shè)計人員不了解包裝機(jī)械的這一發(fā)展趨勢。如果說以前我國包裝機(jī)械設(shè)計是仿制、學(xué)習(xí)階段，那么 現(xiàn)在我們應(yīng)該有創(chuàng)新設(shè)計的意識 我國包裝業(yè)技術(shù)與機(jī)械近些年所取得的成績是顯著的，其起步于 20 世紀(jì) 70 年代末，剛起步時年 產(chǎn)值僅七、八千萬元，產(chǎn)品品種僅 100 余種，技術(shù)水平也較低。在 20 紀(jì) 80 年代中期至 20 世紀(jì)年代 中期十余年的時間里，才得到快速發(fā)展，年增長率達(dá)到 20%30% ，到 1999 年底和包裝機(jī)械達(dá) 40 大 類，品種達(dá) 1700 種，到 2000 年產(chǎn)值增加到 300 億元，且技術(shù)水平也上了個臺階，開始出現(xiàn)了規(guī)模化、 自動化趨勢，傳動復(fù)雜、技術(shù)含量高的設(shè)備也開始出現(xiàn)，許多包裝機(jī)械如液體灌裝機(jī)等設(shè)備已開始成 套出口。 3 3 紙盒成型機(jī)總體方案的確定 粘貼式紙盒成型機(jī)主要包括紙盒側(cè)壁彎折裝置、紙舌彎折裝置、尺寸調(diào)整裝置、凸 輪連桿機(jī)構(gòu)、帶輪、錐齒輪、和電機(jī)等組成。 電動機(jī)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(cè)，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(jī)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(zhuǎn)動在豎直方向按一定規(guī)律往 返運(yùn)動，大凸輪轉(zhuǎn)動一周為一個紙盒生產(chǎn)周期。左右兩側(cè)紙舌彎折板通過兩側(cè)小凸輪轉(zhuǎn) 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(yùn)動，先經(jīng)過縱向方向的一對彎折板，帶有紙舌的兩側(cè)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(yùn)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(yùn)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(cè)紙板的彎折并與表面涂膠紙舌的粘合。 下沖頭由彈簧與機(jī)架連接，橫向和縱向彎折板由橫向和縱向雙向螺紋調(diào)整桿進(jìn)行板間距 離調(diào)整以適應(yīng)不同尺寸規(guī)格的紙盒生產(chǎn)。主要結(jié)構(gòu)如圖 3-1。 4 圖 3-1 粘貼式紙盒成型機(jī)機(jī)體主要運(yùn)動部分組成 1 大凸輪 2 帶輪 3 電動機(jī)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(diào)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 本課題擬設(shè)計一種方便實用的小型粘貼式天地蓋紙盒成型機(jī)，用于簡單紙盒的成型 加工。能夠方便調(diào)節(jié)紙盒成型機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸，生產(chǎn)不同規(guī)格尺寸的紙盒，并且生產(chǎn)周 期較短，外觀整體結(jié)構(gòu)小，可以進(jìn)行單件少量的生產(chǎn)，也可以接入生產(chǎn)線進(jìn)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 2-1。 圖 2-1 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(cè)的紙板，然后進(jìn)行紙舌的彎折以及紙舌表面 5 的涂膠，最后進(jìn)行另外兩側(cè)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- 2。 圖 2-2 粘貼式紙盒成型過程 數(shù)據(jù)、資料、技術(shù)方面的要求：所設(shè)紙盒成型機(jī)能可靠、安全地進(jìn)行成型作業(yè)，并能方 便調(diào)節(jié)產(chǎn)品尺寸進(jìn)行產(chǎn)品調(diào)整作業(yè)。 4 成型機(jī)構(gòu)設(shè)計 4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計 凸輪從動件運(yùn)動規(guī)律 基本運(yùn)動規(guī)律 從動件位移 s 隨凸輪轉(zhuǎn)角 的變化情況如圖 2-3 所示，圖中橫坐標(biāo)代表凸輪轉(zhuǎn)角 ，縱坐標(biāo)代表 從動件位移 s、速度 v 和加速度 a 隨凸輪轉(zhuǎn)角 的變化規(guī)律稱為從動件運(yùn)動規(guī)律。從動件運(yùn)動規(guī)律又可 分為基本運(yùn)動規(guī)律，基本運(yùn)動規(guī)律有以下幾種： 6 圖 2-3 等速運(yùn)動規(guī)律：從動件在運(yùn)動過程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)動的始、末點(diǎn)處速度產(chǎn)生突變，理論上 加速度為無窮大，產(chǎn)生無窮大的慣性力，機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生極大的沖擊，稱為剛性沖擊，次類運(yùn)動規(guī)律只使 用于低速運(yùn)動的場合。 等加速等減速運(yùn)動規(guī)律：從動件在運(yùn)動過程中加速度為常數(shù)，而在運(yùn)動的始、末點(diǎn)處加速度有突 變，產(chǎn)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(yùn)動規(guī)律只適用與中速運(yùn)動 的場合。 余弦加速度運(yùn)動規(guī)律：又名簡諧運(yùn)動規(guī)律。從動件在整個運(yùn)動過程中速度皆連續(xù)，但在運(yùn)動的始、 末點(diǎn)處加速度有突變，產(chǎn)生柔性沖擊，因而也只適用中速運(yùn)動場合。 正弦加速度運(yùn)動規(guī)律：又名擺線運(yùn)動規(guī)律。從動件在整個運(yùn)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(yùn)動的場合。 在工程實際中，為使凸輪機(jī)構(gòu)獲得更好的工作性能，經(jīng)常采用以某種基本運(yùn)動規(guī)律為基礎(chǔ)，輔之 以其他運(yùn)動規(guī)律與其組合，從而獲得組合運(yùn)動規(guī)律。當(dāng)采用不用的運(yùn)動規(guī)律組合成改進(jìn)型運(yùn)動規(guī)律時， 它們在連接點(diǎn)處的位移、速度和加速度應(yīng)分別相等；這就是兩運(yùn)動規(guī)律組合時必須滿足的邊界條件。 常用的組合運(yùn)動規(guī)律有：改進(jìn)性等速運(yùn)動規(guī)律，改進(jìn)性正弦加速度運(yùn)動規(guī)律和改進(jìn)性梯形加速度 運(yùn)動規(guī)律。 基本的從動件運(yùn)動規(guī)律方程如表 2-1： 從動件運(yùn)動位移方程 從動件運(yùn)動方程 運(yùn)動規(guī)律 推程 回程 等速運(yùn)動規(guī)律 S S=h- 7 S S=h- 等加速等減速運(yùn)動規(guī)律 S=h S 余弦加速度運(yùn)動規(guī)律 S S 正弦加速度運(yùn)動規(guī)律 S S 表 2-1 5.2 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵是凸輪輪廓曲線的設(shè)計,而凸輪的輪廓曲線形狀取決于從動件運(yùn)動規(guī)律。從 動件運(yùn)動規(guī)律的形式通常有多項式運(yùn)動規(guī)律、三角函數(shù)運(yùn)動規(guī)律、組合運(yùn)動規(guī)律等。凸輪機(jī)構(gòu)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(yùn)動規(guī)律。在設(shè)計凸輪輪廓曲線之前,必須首先根據(jù)機(jī)構(gòu)的工作要 求選定從動件運(yùn)動規(guī)律。從動件的運(yùn)動規(guī)律確定后,通過計算機(jī)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(jī) 構(gòu)為例。圖 2-4 為擺動滾子從動 件 盤性凸輪機(jī)構(gòu)簡圖。 其中 C( 為凸輪理論輪 廓 線上的任意一點(diǎn)，N（ ） 、 分別為外緣和內(nèi)緣凸輪工作輪廓 上 與點(diǎn) C 對應(yīng)的點(diǎn)，D 、 分別為加工 N 點(diǎn)和 點(diǎn)時刀具中 心 的位置， 圖 8 2-4 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(zhuǎn)角，L 為擺心距， l 為擺桿長， 為角速度。 在圖 2-4 直角坐標(biāo)系中，由三角形的函數(shù)關(guān)系可以得到凸輪任一時刻理論輪廓直角坐標(biāo)為 (2-1) (2-2) 工作輪廓坐標(biāo)為： (2-3) (2-4) (2-5) 當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)為外緣型時，工作輪廓坐標(biāo)中的 和 取上方的符號，為內(nèi)緣型時取下方的符號。計 算刀具中心軌跡坐標(biāo)時，將 以 代入工作輪廓坐標(biāo)即可。 設(shè)凸輪以等角速度 逆時針方向轉(zhuǎn)動，凸輪基園半徑 、滾子半徑 ，導(dǎo)路和凸輪軸心間的相對 位置及偏距 e，從動件的運(yùn)動規(guī)律 S ，如圖 2-5。 (1)理論輪廓線方程 B 9 圖 2-6 圖 2-5 其中 (2)實際輪廓方程 如圖 2-6 (2-6) 10 5.3 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 凸輪機(jī)構(gòu)的壓力角及許用值 (1)壓力角：從動件于凸輪在接觸點(diǎn)處的受力方向與其在該點(diǎn)絕對速度方向之間所夾的銳角即為壓 力角。如圖 2-7 所示 (2)許用壓力角：為了改善凸輪機(jī)構(gòu)的受力情況，提高機(jī)械 效率， 規(guī)定了允許采用的最大壓力角 。 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： 圖 2-7 為保證凸輪機(jī)構(gòu)在整個運(yùn)動周期中均能滿足 ,應(yīng)選取計算結(jié)果中的最大值作為凸輪的基圓 半徑。 大凸輪兩側(cè)各有一個皮帶輪，共用一個中心軸連接到電動機(jī)主軸上，大凸輪轉(zhuǎn)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(cè)的皮帶輪通過皮帶 將動力傳送到紙舌彎折機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖 4-1 所示。 11 圖 4-1 大凸輪輪廓形狀 大凸輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計是整個成型機(jī)的關(guān)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(cè)紙板的彎折，沖壓頭運(yùn)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(cè)紙板彎折。 由于生產(chǎn)的紙盒尺寸可變，因此在生產(chǎn)不同尺寸規(guī)格的紙盒時需要調(diào)節(jié)成型相關(guān)成 型機(jī)構(gòu)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(diào)整桿調(diào)節(jié)， 縱向彎折板與紙舌彎折機(jī)構(gòu)固連在一起，當(dāng)縱向彎折板間距離變化時會帶動紙舌彎折機(jī) 構(gòu)中帶輪間距的相應(yīng)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(diào)整尺寸后紙盒成型機(jī)能夠繼續(xù)工作，張緊輪安裝 在焊接在機(jī)體的導(dǎo)向柱上，緊固螺釘放松時可以沿導(dǎo)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(dǎo)向柱通到紙盒成型機(jī)上方機(jī)體的導(dǎo)向套內(nèi)，以保 證連桿和沖頭在上下運(yùn)動工程中的穩(wěn)定性。 圖 3-2 為設(shè)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(jī)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(yùn)動到第一沖壓行程結(jié)束，實現(xiàn)帶有紙舌兩側(cè)紙板的彎折，C-D 為沖頭停留時間，在該 時間內(nèi)帶有涂膠裝置的左右兩側(cè)紙舌彎板伸出對紙舌進(jìn)行彎折，D-E 段紙舌彎板不動，沖 頭繼續(xù)向下運(yùn)動，運(yùn)動到對應(yīng)大凸輪上的 E 點(diǎn)時，涂膠完成后的紙舌彎板不再與紙板接 觸，開始做收回運(yùn)動，D-F 段沖頭向下運(yùn)動，該過程實現(xiàn)另外兩側(cè)紙板的彎折并且與涂完 膠的紙舌粘貼結(jié)合，在經(jīng)過凸輪上 F 處后，沖頭開始由最低位置向上運(yùn)動，為使回收的 12 彎板不與向上運(yùn)動的沖頭發(fā)生干涉，確定 E-G 為其對應(yīng)運(yùn)動時間，在 G 處，紙舌彎板完 全收回，而上沖頭恰好運(yùn)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(nèi)運(yùn)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(yùn)動過程中，有 A-B,C-D 兩段圓弧，對應(yīng)沖頭停留過程，大凸輪輪廓的設(shè) 計需要與紙舌彎折機(jī)構(gòu)上的小凸輪輪廓在時間上有確定的對應(yīng)關(guān)系。 具體設(shè)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(shè)定其運(yùn)動速度為 16cm/s，用時 0.5s。為實現(xiàn)其勻速運(yùn)動，根據(jù)機(jī)械 原理盤型凸輪輪廓曲線的設(shè)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(jié)束到運(yùn)動至最低點(diǎn) D-F 段時間為 0.4s。由于大 凸輪作勻速轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動角度與所需時間成正比，所以由 ， H-B 段對應(yīng)時間1.4206t =0.175s。凸輪轉(zhuǎn)動周期 T=（0.175+0.5+0.5+0.4 ） =3.15s,同理可求出相關(guān)角度1t BOC= AOB=57,DOF=40 。E-G 段為左右兩側(cè)彎折板收回時間，設(shè)定其收回時間為 0.35s，對應(yīng)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(diǎn)轉(zhuǎn)動到合適位置后，繪制由 D-A 間的平滑圓弧。 因為大凸輪轉(zhuǎn)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(yùn) 動周期與大凸輪必須相同，小凸輪設(shè)計如圖 4-2 所示，在時間對應(yīng)關(guān)系上 ，1ABCDt ， 。計算角度 =57， =34, =40。 ,1BCDEt1CEGt 1AOB1CO1 根據(jù)勻速運(yùn)動規(guī)律繪制兩端輪廓曲線。 13 圖 4-2 小凸輪輪廓形狀 （1）大凸輪滾子半徑的確定 在凸輪連桿機(jī)構(gòu)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(dāng)，才能準(zhǔn)確實現(xiàn)所預(yù)期的運(yùn)動規(guī)律。 根據(jù)程友聯(lián)主編機(jī)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(guān)系： 當(dāng)凸輪輪廓曲線內(nèi)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(dāng)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(guān)系可能會運(yùn)動失真和材料磨損的情 況 14。 因此為避免運(yùn)動失真，減小應(yīng)力集中和磨損，設(shè)計時應(yīng)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(zhuǎn)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(jī)械設(shè)計手冊P340 表 5-47 凸輪與軸安裝結(jié)構(gòu)：滾子半徑 理論輪廓半徑 +滾子半徑 +（ 25）mm ，確定大凸輪軸孔半徑為 15mm； 14 根據(jù)理論輪廓半徑 凸輪輪轂半徑+滾子半徑+ （25）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+（25）mm 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(shè)計平底從動件凸輪機(jī)構(gòu)，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(yùn)動失真現(xiàn)象。從動件平底與凸輪的接觸點(diǎn)并不總是在 從動件移動的導(dǎo)路中心線上，而接觸點(diǎn)同導(dǎo)路中心線與平底的交點(diǎn)的距離和方位隨機(jī)構(gòu) 的運(yùn)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(cè)的最小寬度 應(yīng)大于接觸點(diǎn)和交點(diǎn)之間的最大距離。當(dāng)交點(diǎn)位于接觸點(diǎn)右側(cè)時，這一最大距離為 ；當(dāng)交點(diǎn)位于接觸點(diǎn)左側(cè)時，這一最大距離為 ；平底寬度 b 滿足：bmaxds minds 一般取 b=2 +(57)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。 4.2 縱向和橫向彎折板的設(shè)計 圖 4-3 縱向和橫向彎折板設(shè)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 15 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(jié)，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(diào)整桿上，調(diào)整桿一端伸出箱體外殼安裝轉(zhuǎn)輪 實現(xiàn)調(diào)整桿的轉(zhuǎn)動以帶動彎折板相對或相向移動來調(diào)節(jié)板間尺寸。連接彎折板與縱橫向 調(diào)整桿的角鐵通過導(dǎo)軌安裝到箱體內(nèi)壁的導(dǎo)軌槽內(nèi)，實現(xiàn)整個結(jié)構(gòu)在箱體內(nèi)的定位。 4.3 側(cè)壁紙舌彎折及涂膠機(jī)構(gòu)的設(shè)計 圖 4-4 側(cè)壁紙舌彎折及涂膠機(jī)構(gòu) 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 4-4 所示為紙舌彎折機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)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(yùn)動，小凸輪具有一 定的實際輪廓，因而能夠使右側(cè)與其接觸的連桿在水平方向在一個運(yùn)動周期內(nèi)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(zhuǎn)動調(diào)整板間距離以適合不同尺寸紙盒的生產(chǎn)。當(dāng)凸輪帶動連桿運(yùn)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(nèi)上沖頭和彎折的紙板繼續(xù)向下運(yùn)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(yùn)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 16 紙舌彎板開始往回運(yùn)動，上沖頭帶動紙板運(yùn)動經(jīng)過橫向彎折板，實現(xiàn)另外兩側(cè)紙板的彎 折和與紙舌的粘貼。 整個結(jié)構(gòu)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(nèi)的短導(dǎo)軌上。 17 5 紙盒成型機(jī)相關(guān)參數(shù)的確定 5.1 彈簧的設(shè)計 在本次設(shè)計中主要用到圓柱螺旋拉伸彈簧和壓縮彈簧。 5.11 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(jī)體上，在每個彈簧旁邊各有一個導(dǎo)向桿連在大凸輪機(jī)體外 殼的導(dǎo)向套內(nèi)保證連桿運(yùn)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力為01.5F 3N。根據(jù)成大先機(jī)械設(shè)計手冊.彈簧第五版 P38 設(shè)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 次；310 彈簧材料 碳素彈簧鋼絲 C 級； 端部結(jié)構(gòu) 圓鉤環(huán)壓中心； 初算彈簧剛度 =( )/h= =0.0208mm； （5-P1-n52.0 1） 工作極限載荷 = =6.25N； （5-jn8. 2） 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；jPjfdP0P 有效圈數(shù) n= =86.5，取 n=86 圈； （5-d028.1 3） 18 彈簧剛度 = =0.02093N/mm； （5-Pnd860.1 4） 最小載荷下的變形量 = = =119.4mm； （5-1F-o2.5093 5） 最大載荷下的變形量 = = =238.9mm； （5-n-P.2 6） 極限載荷下的變形量 = n 0.8=3.888 86 0.8=267.49mm； （5-jFf 7） 彈簧外徑 =D+d=7+0.5=7.5mm；2D 彈簧內(nèi)徑 =D-d=7-0.5=6.5mm；1 自由長度 =(n+1.5)d+2D=(86+1.5)d+2 7=57.75mm； （5-0H 8） 最小載荷下的長度 = + =57.75+119.4=177.1mm； （5-101F 1） 最大載荷下的長度 = + =57.75+238.9=296.6mm； （5-nH02 9） 工作極限載荷下的長度 = + =57.75+267.49=325.2mm； （5-j0jF 10） 展開長度 L=Dn+2d=3.14 7 86+2 3.14 7=1934.24mm； （5- 11） 實際極限變形量 + =240.38+ =240.38 (2.5)N；jnP 19 圖 5-1 拉伸彈簧 （2）小凸輪連桿上的拉伸彈簧尺寸的設(shè)計： 最大拉力 1N，最小拉力 0N，工作行程 10mm，其他設(shè)計計算過程同上，具體設(shè)計尺 寸要求見圖紙。 5.12 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(jī)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(jié)構(gòu) 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-n 12） 20 工作極限載荷 =1.25 5=5.625 N；jP 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；jjfd0P 有效圈數(shù) n= =48； （5-P1.80375 13） 按表 11-2-10 取標(biāo)準(zhǔn)值 n=30 圈； 總?cè)?shù) =n+2=30+2=32 圈； （5-1n 14） 彈簧剛度 = =0.06N/mm； （5-Pd.803 15） 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-jn16.30 17） 自由長度 =nt+1.5d=30 4.4+1.5 0.5=132.75； （5-0H 18） 取標(biāo)準(zhǔn)值 140mm； 彈簧外徑 =D+d=7+0.5=7.5mm；2D 彈簧內(nèi)徑 =D-d=7-0.5=6.5mm；1 螺旋角 ； （5-4.=arctnarct1.37d 19） 展開長度 L mm； （5-13.2.coss.D 20） 最小載荷下的長度 = mm； （5-1H10 .54106p 21） 21 最大載荷下的長度 = mm； （5-nH04.5160nP 22） 工作極限載荷下的長度 = mm； （5-j0.24.56jP 23） 實際工作行程 mm；1n5=0hH 工作區(qū)范圍 ；20.8;.717j jP 圖 5-2 壓縮彈簧 5.2 帶輪的設(shè)計 帶輪在成型機(jī)工作過程中主要作用是使大凸輪與小凸輪具有相同的運(yùn)動周期，并且 只傳遞很小的轉(zhuǎn)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(chǎn)的紙盒尺寸在一定尺寸范圍內(nèi)，所以需要根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)兩皮帶輪之間的距離， 當(dāng)兩皮帶輪間距由大變小時，皮帶變松，需要靠張緊輪調(diào)節(jié)，保證皮帶的張緊。皮帶輪 在紙盒成型機(jī)的設(shè)計中只傳遞很小的轉(zhuǎn)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(zhǔn)直徑 60mm。 22 圖 5-3 帶輪 5.3 軸的設(shè)計 5.31 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 與大凸輪相聯(lián)接的軸為運(yùn)動主軸，通過聯(lián)軸器與電動機(jī)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(zhuǎn)矩：上下沖頭均通過四根彈簧連接在 機(jī)架上，上沖頭處于最大行程時根據(jù)前面彈簧的設(shè)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(dāng)大凸輪轉(zhuǎn)動到?jīng)_頭最大 行程處時，所受最大轉(zhuǎn)矩為（10+8） 0.19=3.42Nm。同時考慮到其他阻力的作用，主軸 所受最大轉(zhuǎn)矩 不大于 5Nm。根據(jù)計算轉(zhuǎn)矩 應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的要求，查機(jī)械caTcaT 設(shè)計手冊，選用 YL1 聯(lián)軸器，公稱轉(zhuǎn)矩為 10Nm，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 5-4 23 圖 5-4 軸的結(jié)構(gòu)及零件裝配圖 1.聯(lián)軸器 2.軸承端蓋 3.機(jī)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 - 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，取-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 =32mm，同d 1L 時- 的長度應(yīng)比 略短一些以保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，1L 現(xiàn)取 =30mm。l 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(biāo)準(zhǔn)精度等級、0 基本游隙組的深溝球軸承 16006，d 其尺寸為 mm， =30mm， =9mm。359DTd l 凸輪處的軸段-的直徑取 =30mm，右端根據(jù)軸肩高度 的要求，取 h0.7d 定位軸肩高度 h=3mm，因此 =36mm，寬度 ，取 =5mm。左帶輪與凸輪 1.4bhl 的左端之間采用套筒進(jìn)行定位。 軸承端蓋的總寬度為 10mm（由成型機(jī)整體結(jié)構(gòu)及軸承端蓋的設(shè)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 帶輪軸孔直徑為 30mm，寬度為 18mm，軸上其他部分的設(shè)計如上圖。 24 （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d 由表 6-1 查得帶輪處和凸輪處平鍵截面均為 ，長度分別為 15mm 和=87bhm 32mm，選擇凸輪輪轂與軸的配合為過渡配合 ；半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為6Hn ，半聯(lián)軸器與軸的配合為 。選軸的基本尺寸公差為 m6 來保證滾動625mk 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。 5.32 求軸上的載荷 從手冊中查取 a 值以確定軸承的支點(diǎn)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 5-5。 圖 5-5 軸的彎矩圖和扭矩圖 在軸的結(jié)構(gòu)圖上當(dāng)上沖頭運(yùn)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(diǎn)處為皮帶對帶輪的徑向力，從軸的結(jié)構(gòu)圖及彎矩和扭 矩圖中可以看出 D 是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的 D 截面處的 及 的值列于下表VM 25 （各受力均按最大計算） 。 表 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， =-1N2NF1r 15N， =40N， =-15Nr3r 彎矩 M =330Nmm， =-2610Nmm，1H2HM =-330Nmm3 =-495Nmm ， =3480 Nmm，1VM2V =-495Nmm3 總彎矩 = =594.9 Nmm， = =4350 Nmm，121HV22HV = =594.9 Nmm33 扭矩 = =330 Nmm， =5700 Nmm1T2T 5.33 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 軸強(qiáng)度的校核一般只校核軸上危險截面（即截面 D）處強(qiáng)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(yīng)力 （5- 222maxaca 34506=0.5.7MTMPaW 24） 由表查得 = 60MPa。因此 ，故安全。1ca1 5.4 錐齒輪的設(shè)計計算 在紙盒成型機(jī)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(shè)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(yùn)動周期。 錐齒輪設(shè)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 、1d2 1md 26 、當(dāng)量齒輪的分度圓直徑 、 、之間的關(guān)系分別為：2md1vd2 =121； （5-121tancotzu 25） = =60mm， = =45；1d212 =42mm；1()uRd ； （5-120.5mbR 26） 錐齒輪傳動的齒寬系數(shù) ，取 =1/3，于是=/RbR ； （5-(10.5)mRd 27） mm， mm。12(0.5)6(.3)1mRd14Rb 當(dāng)量直齒圓柱齒輪的分度圓半徑 與平均分度圓直徑 的關(guān)系式為vrmd 36mm； （5-5=2coss4md 28） 以 表示當(dāng)量直齒圓柱齒輪的模數(shù)，亦即錐齒輪平均分度圓上輪齒的模數(shù)，則當(dāng)量m 齒數(shù) 35.3， =2.0；25=cos4vmdzzm 當(dāng)量齒輪的齒數(shù)比 =1； （5-21vuz 29） 為使錐齒輪不知發(fā)生根切，應(yīng)使當(dāng)量齒數(shù)不小于直齒圓柱齒輪的根切齒數(shù)，由得出 平均模數(shù) 和大端模數(shù) m 的關(guān)系為 ； （5-m (10.5)mR 30） 求得 m=2.3mm。 27 根據(jù)大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室機(jī)械制圖第六版 P302 繪制錐齒輪 19。 圖 5-6 錐齒輪 5.5 電動機(jī)的選擇 本次紙盒成型機(jī)的設(shè)計中，生產(chǎn)一個紙盒的周期為 3.15 秒，所需主動軸轉(zhuǎn)速為 19 轉(zhuǎn) /分，當(dāng)沖頭位于最低位置時通過計算主軸轉(zhuǎn)矩最大約為 5700 Nmm，由于轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩比 較小，所以可以考慮用步進(jìn)電機(jī)帶動。 步進(jìn)電機(jī)是一種執(zhí)行元件，它能夠把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移。其轉(zhuǎn)速 有三個特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動速度與脈沖頻率成正比； 在負(fù)載能力允許范圍內(nèi)，不因電源負(fù)載、 電壓、環(huán)境條件的變化而變化； 速度大小可以調(diào)節(jié) 20。 根據(jù)主軸最大轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速可選步進(jìn)電機(jī)型號為 110BYG5-02，尺寸規(guī)格：總長 214mm，外徑 110mm，軸頸 16mm。步進(jìn)電機(jī)主軸可以通過聯(lián)軸器直接連接到紙盒成型 機(jī)傳動主軸上，電機(jī)尺寸較小，可以通過角鐵支撐在紙盒成型機(jī)箱體上方。 也可以選擇 Y 系列異步電機(jī)，由于異步電機(jī)轉(zhuǎn)速相對較大，安裝時需要選擇減速器 減速。 如果用步進(jìn)電機(jī)，控制位置精度比較高可以達(dá)到 1.8 度。而且不需要減速器避免造成結(jié)構(gòu)冗繁。 因此選擇步進(jìn)電機(jī)作為驅(qū)動電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)作為一種新型的自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，進(jìn)入了一些高、 28 精、尖的控制領(lǐng)域。步進(jìn)電機(jī)雖然有一些不足，如啟動頻率過高或負(fù)載過大時易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)，停 止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖，且一般無過載能力，往往需要選取有較大轉(zhuǎn)距的電機(jī)來克服慣性力矩。但 步進(jìn)電機(jī)點(diǎn)位控制性能好，沒有積累誤差，易于實現(xiàn)控制，能夠在負(fù)載力矩適當(dāng)?shù)那闆r下，以較小的 成本與復(fù)雜度實現(xiàn)電機(jī)的同步控制。 下面對步進(jìn)電機(jī)型號進(jìn)行選擇需要克服兩種阻力：摩擦力和重力 。17 整體重量在 20Kg 左右，摩擦系數(shù)按金屬之間的取為 0.5，則機(jī)器人需要的總功率為： (209.85)0.49PfvW總 則提供的功率為 49 瓦。： （2-1）M 則電機(jī)需要提供的轉(zhuǎn)矩為： （2-2）NX23.049 因此，選擇了北京和利時公司的 57BYG250E-0152 型號電機(jī)。靜轉(zhuǎn)矩為 1.5 NM 。該電機(jī)在相近 產(chǎn)品中具有在轉(zhuǎn)速變高一定范圍內(nèi)能夠保持平穩(wěn)的力矩。其力矩隨轉(zhuǎn)速的關(guān)系如下圖所示。 圖 電機(jī)轉(zhuǎn)矩圖 下面是所選電機(jī)的外形尺寸。 29 5.6 機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè)計 機(jī)體結(jié)構(gòu)由上下兩部分組成，下面為箱體，箱體內(nèi)部各零部件通過角鐵、螺釘或者 焊接等方式固連在箱體內(nèi)壁上，實現(xiàn)在箱體內(nèi)的空間定位。上面的機(jī)體部分主要支撐安 裝有大凸輪和帶輪的主軸，通過四個帶有加強(qiáng)筋的鋼板支撐在下箱體表面上。 30 總結(jié)與展望 總結(jié)本文對紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計進(jìn)行了設(shè)計。 由于作者的水平有限，而且對有些相關(guān)學(xué)科，如傳感器技術(shù)、控制技術(shù)等并不是很了解，仍有許 多問題需要解決，還有許多問題值得進(jìn)一步討論和更加深入的研究與展望： (1)機(jī)械結(jié)構(gòu)優(yōu)化問題 在設(shè)計過程中，包括紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計，不同功能結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計，各模塊之間連接 采用最優(yōu)方式。但是在模塊各零件設(shè)計過程中，各參數(shù)計算選擇主要從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度要求出發(fā)，很 多零件為了匹配，比實際需求尺寸大很多。包括一些非關(guān)鍵零件設(shè)計，均是根據(jù)前人經(jīng)驗設(shè)計，選擇 尺寸。這種設(shè)計不僅增加了整個系統(tǒng)質(zhì)量，同時增加了電機(jī)負(fù)載，造成了資源浪費(fèi)。 （2）計算機(jī)的有限元的分析沒有做。通過對計算機(jī)有限元軟件的更深層次挖掘，對零件的強(qiáng)度和 剛度和臂部的力學(xué)分析，會得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。這個以后可以作為后續(xù)學(xué)習(xí)的方向。 (3) 紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的的建立有待于進(jìn)一步研究，以及它的運(yùn)動控制技術(shù)，路徑規(guī)劃技術(shù)， 實時視覺技術(shù)，定位和導(dǎo)航技術(shù)，多傳感集成和數(shù)據(jù)融合技術(shù)，高性能計算技術(shù)，無線通信與因特網(wǎng) 技術(shù)問題也是多個有待研究的方面。 通過對紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計，在整體系統(tǒng)的各各方面積累了比較豐富的設(shè)計經(jīng)驗，相信經(jīng) 過不斷的發(fā)展和改進(jìn)將走向成熟和實用化。 31 參 考 文 獻(xiàn) 1. 趙德，包裝機(jī)械選用手冊，（上，下）化工出版社，2001.5.TB486-62/E1（2） 2. 賀素良，包裝設(shè)備數(shù)字控制技術(shù)，國防科大出版社，2000.6.TB486/5 3. 王懷竇，包裝工程測試技術(shù)，化工出版社，2004.7.TB487/4 4. 許成林.包裝機(jī)械原理與設(shè)計.上?？萍汲霭嫔?1988.9. 5. 譚慶昌、趙洪志、曾平.機(jī)械設(shè)計.吉林科學(xué)技術(shù)出版社.2000.5. 6. 鄭玉華.典型機(jī)械（電）產(chǎn)品構(gòu)造.科學(xué)技術(shù)出版社.2004.7. 7. 寇尊權(quán).機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計.吉林科學(xué)技術(shù)出版社.1999.9. 8. 陳塑寰.材料力學(xué).吉林科學(xué)技術(shù)出版社.2000.9. 9. 秦榮榮、崔可維.機(jī)械原理.吉林科學(xué)技術(shù)出版社.2000. 10. 趙淮.包裝機(jī)械選用手冊（上下冊）.化工出版社.2001.5. 11. 賀素良.包裝設(shè)備數(shù)字控制技術(shù).國防科大出版社.2000.6. 12. 王懷奧.包裝工程測試技術(shù).化工出版社.2004.7. 13. 孫鳳蘭、馬喜川.包裝機(jī)械概論.印刷工業(yè)出版社.1998.6. 14. 侯洪生.機(jī)械工程圖學(xué).科學(xué)出版社.2001.7. 15. 劉躍南.機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社.1999. 16. 機(jī)械設(shè)計手冊 1.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1. 17. 機(jī)械設(shè)計手冊 2.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.4. 18. 機(jī)械設(shè)計手冊 3.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1. 19. 機(jī)械設(shè)計手冊 4.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.4. 20. 機(jī)械設(shè)計手冊 5.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8. 21. 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計師手冊.機(jī)械工業(yè)出版社.2001.3. 22. 于駿一、鄒青.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1. 23. 馮辛安.機(jī)械制造裝備設(shè)計.機(jī)械工業(yè)出版社.2002.3. 24. 許成林，包裝機(jī)械原理與設(shè)計.上海科技出版社，1988.9.TB47/8 32 致 謝 在即將完成畢業(yè)設(shè)計階段的學(xué)習(xí)之際，我首先特別感謝導(dǎo)師對我的無限關(guān)懷和悉心指導(dǎo)。尤其在 我最需要幫助的時候，導(dǎo)師給予我方方面面的照顧，使我能夠順利完成學(xué)業(yè)。老師嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實的工作作 風(fēng)、精益求精的治學(xué)態(tài)度、循循善誘的悉心教導(dǎo)，使我受益非淺、能夠?qū)W有所成;不僅學(xué)到了許多知識， 更重要的是學(xué)到了思考問題、解決問題的方法及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。論文研究工作的完成，不僅是我的 辛勞付出，同時也傾注了導(dǎo)師的心血與關(guān)懷。在此向?qū)熈粞岳蠋熤乱灾孕牡母兄x! 同時感謝所有關(guān)心、愛護(hù)、和幫助我的老師、同學(xué)和朋友們，感謝一起共同學(xué)習(xí)組友對我的幫助。 畢業(yè)設(shè)計是將大學(xué)所學(xué)的知識融合在一起，綜合運(yùn)用所有的相關(guān)專業(yè)知識，是課本知識在實際中 的應(yīng)用。 在設(shè)計分析中引導(dǎo)我去思考了更多的設(shè)計思路，增強(qiáng)了我的學(xué)習(xí)能力，與我們一起討論問題，使 我對分析有了更清晰明確的認(rèn)識，使我受益非淺。 畢業(yè)設(shè)計是我們專業(yè)知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會、從事職業(yè)工作前一個必不可 少的過程。一著手清理自己的設(shè)計結(jié)果，仔細(xì)回味畢業(yè)設(shè)計的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使 我倦意頓消。但一想起老師平時多耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任，想到世界上因為 某些細(xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提醒自己，一定要養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)、一 絲不茍的良好習(xí)慣。 我深深體會到這句千古言的真正含義。雖然這是我剛學(xué)會走完的第一部，是我人生中的一點(diǎn)小小 的勝利，然而它令我感到自己成熟了許多，使我我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正的貧乏，自己綜合 運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識的能力是如此的不足，幾年來學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會用。想 到這里，我真的有點(diǎn)心急了。 學(xué)會腳踏實地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。 說實話，畢業(yè)設(shè)計真是有點(diǎn)累。通過畢業(yè)設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。 經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計 許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂；有時應(yīng)為不小心計算出錯，只能毫不留情地重做。 由于畢業(yè)時間的倉促，很多本來應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒有時間去細(xì)細(xì)追究來源，但我相信方向 才是最重要的，因為方向確定了，就會用最少的精力做好事情，這對于我以后的工作至關(guān)重要。因為 在實際生產(chǎn)生活中，要從事的工種是千差萬別的，只有從中找到自己最拿手，最有發(fā)展前途的崗位， 個人才有更多的熱情，也最可能在自己的崗位做出一些貢獻(xiàn)。 最后，謹(jǐn)將此文獻(xiàn)給養(yǎng)育我健康成長的父母，感謝他們多年來在生活上、精神上、物質(zhì)上給予我 的支持、關(guān)心和鼓勵，謝謝他們的付出和為我所做的一切。 33