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畢 業(yè) 論 文（設(shè)計(jì)） 題 目： 紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 姓 名： 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級： 學(xué) 號(hào)： 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(dòng)、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(shí)用、簡 單、可靠和通用的傳動(dòng)系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等做了較為詳細(xì)的研究和設(shè)計(jì); 本文分析各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)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(jì)方法， 旨在滿足市場需求，推動(dòng)企業(yè)創(chuàng)新步伐。該機(jī)型為全機(jī)械設(shè)計(jì)，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(shí)際的生產(chǎn)具有很多現(xiàn)實(shí)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(jì)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(jì)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(jì).9 4.1 凸輪連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).9 4.2 縱向和橫向彎折板的設(shè) 計(jì)12 4.3 側(cè)壁紙舌彎折及涂膠機(jī)構(gòu)的設(shè) 計(jì)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(jì)14 5.2 帶輪的設(shè) 計(jì)17 5.3 軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校 核18 5.4 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì) 算21 5.5 電動(dòng)機(jī)的選 擇23 5.6 機(jī)體結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)23 6 結(jié) 論.25 6.1 結(jié) 論.25 6.2 設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(huì)(VD W )2000 年統(tǒng)計(jì)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(shí)，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(jì)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(jì)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(chǔ)運(yùn)提供保障，要求包裝堅(jiān)固牢實(shí)。 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(jià)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(jià)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(jì)、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(jì)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(jì)、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(jì)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(jì)部門采取了諸多措施： (1)工藝流程自動(dòng)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(dòng) 作。操作時(shí)，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(dòng)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(dòng)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(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)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(jì)普遍采用了計(jì) 算機(jī)仿真設(shè)計(jì)技術(shù)，大大縮短了包裝機(jī)械的開發(fā)設(shè)計(jì)周期。 包裝機(jī)械設(shè)計(jì)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?yàn)樵O(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(shí)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(jì)應(yīng)該包 括：市場調(diào)研、原理圖設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、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(jì)的類別主要有：測繪仿制設(shè)計(jì)、開發(fā)性設(shè)計(jì)、改進(jìn)性設(shè)計(jì)、系列化設(shè)計(jì)。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(gè)、60 個(gè)、90 個(gè)到 120 個(gè)就屬 于系列化設(shè)計(jì)。 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(jì)就屬于改進(jìn)、開發(fā)性設(shè)計(jì)。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(jì)。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(jì)和系列化設(shè)計(jì)。其主要的原因是：(1)大多數(shù)設(shè)計(jì)人員還沒 有真正掌握先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法，如高速包裝機(jī)械的動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)理論和方法等，對高速工況下機(jī)構(gòu)的動(dòng)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(shí)地在實(shí)際 設(shè)計(jì)中運(yùn)用，設(shè)計(jì)人員缺乏及時(shí)的技術(shù)培訓(xùn)；(3)整個(gè)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(jì)領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)計(jì)人員仍沿用以前的設(shè)計(jì)方法：(1)根據(jù)設(shè)計(jì)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(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)及使用范圍； (3)設(shè)計(jì)工作原理圖、傳動(dòng)系統(tǒng)圖；(4)設(shè)計(jì) 關(guān)鍵零件，部件；(5)設(shè)計(jì)總裝圖方案和動(dòng)作循環(huán)圖；(6)設(shè)計(jì)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(jì)控制原理圖、施工圖等。 而今，國內(nèi)一些大學(xué)的設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)的能力，但在實(shí)際包裝 機(jī)械的設(shè)計(jì)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(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、 伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)等分離傳動(dòng)技術(shù)，可使整機(jī)的傳動(dòng)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(dòng)的同步控制技術(shù)。其實(shí)掌握這種技術(shù)并不很難，只是一 些設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)的意識(shí) 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(shí)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(shí)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(gè)臺(tái)階，開始出現(xiàn)了規(guī)?；?、 自動(dòng)化趨勢，傳動(dòng)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(dòng)機(jī)輸出軸直接或者通過減速器減速后將動(dòng)力傳送到同時(shí)安裝有帶輪和凸輪的傳 動(dòng)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(gè)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(dòng)力。整個(gè)紙盒成型機(jī)的工作過程類似 于一個(gè)沖壓過程。上沖壓頭通過具有特定輪廓形狀的大凸轉(zhuǎn)動(dòng)在豎直方向按一定規(guī)律往 返運(yùn)動(dòng)，大凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周為一個(gè)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(dòng)實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，實(shí)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(dòng)下向下運(yùn)動(dòng)，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(shí)下端帶有涂膠裝置的紙舌彎折板在小凸輪帶動(dòng)下在水平方向運(yùn)動(dòng)到最大位移處 實(shí)現(xiàn)四個(gè)紙舌的彎折，上沖頭帶動(dòng)半成型紙盒繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，到豎直方向最大位移時(shí)， 紙舌表面經(jīng)過涂膠裝置被涂膠同時(shí)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(dòng)部分組成 1 大凸輪 2 帶輪 3 電動(dòng)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(jì)一種方便實(shí)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(shí)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(jì) 4.1 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 凸輪從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律 基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律 從動(dòng)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(dòng)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(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律又可 分為基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律有以下幾種： 6 圖 2-3 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)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(dòng)規(guī)律只使 用于低速運(yùn)動(dòng)的場合。 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律：從動(dòng)件在運(yùn)動(dòng)過程中加速度為常數(shù)，而在運(yùn)動(dòng)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(dòng)規(guī)律只適用與中速運(yùn)動(dòng) 的場合。 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名簡諧運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程中速度皆連續(xù)，但在運(yùn)動(dòng)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(dòng)場合。 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律：又名擺線運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件在整個(gè)運(yùn)動(dòng)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(dòng)的場合。 在工程實(shí)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(dòng)規(guī)律為基礎(chǔ)，輔之 以其他運(yùn)動(dòng)規(guī)律與其組合，從而獲得組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律。當(dāng)采用不用的運(yùn)動(dòng)規(guī)律組合成改進(jìn)型運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí)， 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(dòng)規(guī)律組合時(shí)必須滿足的邊界條件。 常用的組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律有：改進(jìn)性等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律，改進(jìn)性正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律和改進(jìn)性梯形加速度 運(yùn)動(dòng)規(guī)律。 基本的從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律方程如表 2-1： 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)位移方程 從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)方程 運(yùn)動(dòng)規(guī)律 推程 回程 等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S=h- 7 S S=h- 等加速等減速運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S=h S 余弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S 正弦加速度運(yùn)動(dòng)規(guī)律 S S 表 2-1 5.2 凸輪輪廓線曲線的設(shè)計(jì) 凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì),而凸輪的輪廓曲線形狀取決于從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從 動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律的形式通常有多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)規(guī)律、三角函數(shù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、組合運(yùn)動(dòng)規(guī)律等。凸輪機(jī)構(gòu)從動(dòng)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(dòng)規(guī)律。在設(shè)計(jì)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(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律確定后,通過計(jì)算機(jī)仿真就可以得到凸輪的精確輪廓線。 以擺動(dòng)滾子從動(dòng)件盤形凸輪 機(jī) 構(gòu)為例。圖 2-4 為擺動(dòng)滾子從動(dòng) 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(shí)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(shí)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(shí)，工作輪廓坐標(biāo)中的 和 取上方的符號(hào)，為內(nèi)緣型時(shí)取下方的符號(hào)。計(jì) 算刀具中心軌跡坐標(biāo)時(shí)，將 以 代入工作輪廓坐標(biāo)即可。 設(shè)凸輪以等角速度 逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)從動(dòng)件： 擺動(dòng)從動(dòng)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(gè)運(yùn)動(dòng)周期中均能滿足 ,應(yīng)選取計(jì)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(gè)皮帶輪，共用一個(gè)中心軸連接到電動(dòng)機(jī)主軸上，大凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周 帶動(dòng)連桿以及上沖壓頭豎直方向的來回移動(dòng)完成一次沖壓行程，兩側(cè)的皮帶輪通過皮帶 將動(dòng)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(jì)是整個(gè)成型機(jī)的關(guān)鍵部分，整個(gè)沖壓過程分為兩個(gè)階段，第一階 段首先實(shí)現(xiàn)帶有紙舌兩側(cè)紙板的彎折，沖壓頭運(yùn)動(dòng)到某一位置之后停留一段時(shí)間，等到 紙舌彎折板完全伸出實(shí)現(xiàn)紙舌彎折，然后繼續(xù)第二行程實(shí)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(shí)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(shí)會(huì)帶動(dòng)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(shí)可以沿導(dǎo)向柱方向來回移動(dòng)，上沖頭除了連 接有四個(gè)拉伸彈簧外，還有通過四個(gè)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(dòng)工程中的穩(wěn)定性。 圖 3-2 為設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)啟 動(dòng)后，A-B 為圓弧，沖頭在豎直方向沒有位移，這段時(shí)間實(shí)現(xiàn)紙板的送料， B-C 段沖頭向 下運(yùn)動(dòng)到第一沖壓行程結(jié)束，實(shí)現(xiàn)帶有紙舌兩側(cè)紙板的彎折，C-D 為沖頭停留時(shí)間，在該 時(shí)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(dòng)，沖 頭繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到對應(yīng)大凸輪上的 E 點(diǎn)時(shí)，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(dòng)，D-F 段沖頭向下運(yùn)動(dòng)，該過程實(shí)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(dòng)，為使回收的 12 彎板不與向上運(yùn)動(dòng)的沖頭發(fā)生干涉，確定 E-G 為其對應(yīng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間，在 G 處，紙舌彎板完 全收回，而上沖頭恰好運(yùn)動(dòng)到紙舌彎板完全伸出時(shí)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(dòng)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(shí)完成對已成型紙盒的出料。 在大凸輪運(yùn)動(dòng)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(jì)需要與紙舌彎折機(jī)構(gòu)上的小凸輪輪廓在時(shí)間上有確定的對應(yīng)關(guān)系。 具體設(shè)計(jì)計(jì)算過程： A-B 為紙板輸送（紙盒送出）時(shí)間，初選AOB=40，BC 為沖頭第一沖壓過程，位 移 8cm,根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定其運(yùn)動(dòng)速度為 16cm/s，用時(shí) 0.5s。為實(shí)現(xiàn)其勻速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)機(jī)械 原理盤型凸輪輪廓曲線的設(shè)計(jì)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(shí)間為 0.5s,第一次停留結(jié)束到運(yùn)動(dòng)至最低點(diǎn) D-F 段時(shí)間為 0.4s。由于大 凸輪作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)角度與所需時(shí)間成正比，所以由 ， H-B 段對應(yīng)時(shí)間1.4206t =0.175s。凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)間，設(shè)定其收回時(shí)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(dòng)到合適位置后，繪制由 D-A 間的平滑圓弧。 因?yàn)榇笸馆嗈D(zhuǎn)動(dòng)一周必須完成一次成型，所以通過皮帶和錐齒輪傳動(dòng)后的小凸輪運(yùn) 動(dòng)周期與大凸輪必須相同，小凸輪設(shè)計(jì)如圖 4-2 所示，在時(shí)間對應(yīng)關(guān)系上 ，1ABCDt ， 。計(jì)算角度 =57， =34, =40。 ,1BCDEt1CEGt 1AOB1CO1 根據(jù)勻速運(yùn)動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)所預(yù)期的運(yùn)動(dòng)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(shí) 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(shí)，實(shí)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(shí)實(shí)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(shí)實(shí)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(shí)，實(shí)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(huì)運(yùn)動(dòng)失真和材料磨損的情 況 14。 因此為避免運(yùn)動(dòng)失真，減小應(yīng)力集中和磨損，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證實(shí)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?yàn)榇笸馆唫鬟f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(jì)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(jì)平底從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)，要保證從動(dòng)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(huì)引起運(yùn)動(dòng)失真現(xiàn)象。從動(dòng)件平底與凸輪的接觸點(diǎn)并不總是在 從動(dòng)件移動(dòng)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(dòng)不斷變化。因此為保證從動(dòng)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(shí)，這一最大距離為 ；當(dāng)交點(diǎn)位于接觸點(diǎn)左側(cè)時(shí)，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(jì) 圖 4-3 縱向和橫向彎折板設(shè)計(jì) 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(cuò)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(shí)現(xiàn)調(diào)整桿的轉(zhuǎn)動(dòng)以帶動(dòng)彎折板相對或相向移動(dòng)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(shí)現(xiàn)整個(gè)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(jì) 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(jì)，豎直方向錐齒輪與帶輪同軸，在皮帶輪的 帶動(dòng)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(dòng)，小凸輪具有一 定的實(shí)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(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)按一定規(guī) 律來回移動(dòng)，8 為一對紙舌彎板，分別固連在與齒輪 6 嚙合的兩個(gè)齒條上，可以通過齒輪 的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)連桿運(yùn)動(dòng)到最大位移過程 中，兩個(gè)紙舌彎板實(shí)現(xiàn)對紙舌的彎折，隨后彎板將會(huì)在水平方向最大位移處停留 0.5s，在 這段停留時(shí)間內(nèi)上沖頭和彎折的紙板繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，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(dòng)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(dòng)，上沖頭帶動(dòng)紙板運(yùn)動(dòng)經(jīng)過橫向彎折板，實(shí)現(xiàn)另外兩側(cè)紙板的彎 折和與紙舌的粘貼。 整個(gè)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(jì) 在本次設(shè)計(jì)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(gè)彈簧旁邊各有一個(gè)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(dòng)過程中的穩(wěn)定性。 每個(gè)彈簧最大拉伸量為 12mm，彈簧最初受力 N，每個(gè)彈簧所受最大拉力為01.5F 3N。根據(jù)成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.彈簧第五版 P38 設(shè)計(jì)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(shí)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(jì)： 最大拉力 1N，最小拉力 0N，工作行程 10mm，其他設(shè)計(jì)計(jì)算過程同上，具體設(shè)計(jì)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(shí)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(jì) 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(dòng)周期，并且 只傳遞很小的轉(zhuǎn)矩，因此可選定每個(gè)皮帶相連的兩個(gè)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(shí)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(shí)，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(jì)中只傳遞很小的轉(zhuǎn)矩，主要起連接傳動(dòng)的作用，可根據(jù)實(shí)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(jì) 5.31 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 與大凸輪相聯(lián)接的軸為運(yùn)動(dòng)主軸，通過聯(lián)軸器與電動(dòng)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(jì)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(shí)根據(jù)前面彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算可確定最大拉力為 2.5 4=10N。下沖頭處于最大行程時(shí)所受最大壓力為 2 4=8N。當(dāng)大凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)到?jīng)_頭最大 行程處時(shí)，所受最大轉(zhuǎn)矩為（10+8） 0.19=3.42Nm。同時(shí)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(jì)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(jì)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(dòng)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(dòng)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(shí)- 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(dòng)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(jì)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(jì)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(dòng)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(hào)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(dòng)至最低處時(shí)，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(xiǎn)截面。現(xiàn)將計(jì)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(jì)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(xiǎn)截面（即截面 D）處強(qiáng)度 18。根據(jù)計(jì)算的上面表中 的數(shù)據(jù)，取 =0.6，計(jì)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(jì)計(jì)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(gè)與帶輪同軸，另一個(gè)與小凸輪同軸。本次設(shè)計(jì)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(dòng)周期。 錐齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)： 對軸交角為 90 度的直齒錐齒輪傳動(dòng)，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(dòng)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(dòng)機(jī)的選擇 本次紙盒成型機(jī)的設(shè)計(jì)中，生產(chǎn)一個(gè)紙盒的周期為 3.15 秒，所需主動(dòng)軸轉(zhuǎn)速為 19 轉(zhuǎn) /分，當(dāng)沖頭位于最低位置時(shí)通過計(jì)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(dòng)。 步進(jìn)電機(jī)是一種執(zhí)行元件，它能夠把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或直線位移。其轉(zhuǎn)速 有三個(gè)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)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(hào)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(dòng)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(shí)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(dòng)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)作為一種新型的自動(dòng)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(dòng)頻率過高或負(fù)載過大時(shí)易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)，停 止時(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)電機(jī)的同步控制。 下面對步進(jìn)電機(jī)型號(hào)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(shí)公司的 57BYG250E-0152 型號(hào)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(jì) 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(shí)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(gè)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(jì)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 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(jì)過程中，包括紙盒成型機(jī)成型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，不同功能結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(jì)過程中，各參數(shù)計(jì)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(shí)際需求尺寸大很多。包括一些非關(guān)鍵零件設(shè)計(jì)，均是根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選擇 尺寸。這種設(shè)計(jì)不僅增加了整個(gè)系統(tǒng)質(zhì)量，同時(shí)增加了電機(jī)負(fù)載，造成了資源浪費(fèi)。 （2）計(jì)算機(jī)的有限元的分析沒有做。通過對計(jì)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(huì)得到最優(yōu)的結(jié)構(gòu)。這個(gè)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(dòng)控制技術(shù)，路徑規(guī)劃技術(shù)， 實(shí)時(shí)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(jì)算技術(shù)，無線通信與因特網(wǎng) 技術(shù)問題也是多個(gè)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(jì)，在整體系統(tǒng)的各各方面積累了比較豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，相信經(jīng) 過不斷的發(fā)展和改進(jìn)將走向成熟和實(shí)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(jì).上?？萍汲霭嫔?1988.9. 5. 譚慶昌、趙洪志、曾平.機(jī)械設(shè)計(jì).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(jì)課程設(shè)計(jì).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(jì).機(jī)械工業(yè)出版社.1999. 16. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 1.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1. 17. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 2.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.4. 18. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 3.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.1. 19. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 4.機(jī)械工業(yè)出版社.2005.4. 20. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 5.機(jī)械工業(yè)出版社.2004.8. 21. 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì).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(jì).上?？萍汲霭嫔?，1988.9.TB47/8 32 致 謝 在即將完成畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí)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(shí)， 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(shí)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(shí)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(jì)是將大學(xué)所學(xué)的知識(shí)融合在一起，綜合運(yùn)用所有的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，是課本知識(shí)在實(shí)際中 的應(yīng)用。 在設(shè)計(jì)分析中引導(dǎo)我去思考了更多的設(shè)計(jì)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(shí)，使我受益非淺。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)知識(shí)綜合應(yīng)用的實(shí)踐訓(xùn)練，這是我們邁向社會(huì)、從事職業(yè)工作前一個(gè)必不可 少的過程。一著手清理自己的設(shè)計(jì)結(jié)果，仔細(xì)回味畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)多耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)?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(shí)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(huì)到這句千古言的真正含義。雖然這是我剛學(xué)會(huì)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(shí)是真正的貧乏，自己綜合 運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識(shí)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(huì)用。想 到這里，我真的有點(diǎn)心急了。 學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 說實(shí)話，畢業(yè)設(shè)計(jì)真是有點(diǎn)累。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心、細(xì)致。 經(jīng)歷了畢業(yè)設(shè)計(jì) 許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂；有時(shí)應(yīng)為不小心計(jì)算出錯(cuò)，只能毫不留情地重做。 由于畢業(yè)時(shí)間的倉促，很多本來應(yīng)該弄懂弄透的地方都沒有時(shí)間去細(xì)細(xì)追究來源，但我相信方向 才是最重要的，因?yàn)榉较虼_定了，就會(huì)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?yàn)?在實(shí)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(gè)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(lì)，謝謝他們的付出和為我所做的一切。 33