方盒自動(dòng)裝箱裝置的設(shè)計(jì)
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方盒自動(dòng)裝箱裝置的設(shè)計(jì)
摘 要
包裝機(jī)械屬于高技術(shù)、高智能、高競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，高技術(shù)成果都會(huì)在包裝機(jī)械產(chǎn)品中得到應(yīng)用。紙盒裝箱機(jī)械可分為折紙、下紙、方盒推送、紙盒打開(kāi)、紙盒傳輸、折舌、插舌、壓平和打批號(hào)等功能。
本次設(shè)計(jì)為方盒裝盒裝置的設(shè)計(jì)，主要內(nèi)容有方盒貨物的輸送裝置設(shè)計(jì)、方盒貨物裝盒裝置設(shè)計(jì)、紙箱的支承裝置設(shè)計(jì)、傳動(dòng)裝置及原動(dòng)機(jī)四部分。方盒貨物的輸送裝置利用輸送帶進(jìn)行方盒貨物的輸送到位，輸送速度0.8m/s；方盒推貨裝置通過(guò)正弦機(jī)構(gòu)進(jìn)行方盒貨物的推送入箱，推貨速度1.25s/層，一層設(shè)計(jì)為4盒；紙箱支承裝置利用凸輪配合支承板來(lái)完成紙箱的上下升降，支承板尺寸260mm×160mm，凸輪基圓半徑150mm，升程150mm；驅(qū)動(dòng)方式采用分別驅(qū)動(dòng)，使各機(jī)構(gòu)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。
本設(shè)計(jì)充分考慮了機(jī)械動(dòng)力學(xué)分析，使結(jié)構(gòu)盡量簡(jiǎn)單，機(jī)械運(yùn)行平穩(wěn)，各機(jī)構(gòu)間能實(shí)現(xiàn)較好的配合。設(shè)計(jì)過(guò)程參考了各類包裝機(jī)械設(shè)計(jì)中的長(zhǎng)處，同時(shí)也借鑒了其它機(jī)械的優(yōu)點(diǎn)來(lái)完成方盒裝箱裝置的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞：裝盒裝置；機(jī)構(gòu)；配合；凸輪。
畢業(yè)設(shè)計(jì)中文摘要
畢業(yè)設(shè)計(jì)英文摘要
Design of automatic packing device for square box
Abstract
Packaging machinery belongs to high technology, high intelligence, high competition of mechatronics products, high-tech achievements will be used in packaging machinery products. Carton packing machinery can be divided into origami, paper, box pushing, box opening, box transmission, folding tongue, tongue inserting, pressing and making batch number and other functions.
This design is the design of the box loading device, the main content has the transport device design of the box goods, the box loading device design, the supporting device design of the carton, the transmission device and the prime mover four parts. The conveying device of the square box goods uses the conveyor belt to transport the square box goods in place, the conveying speed is 0.8m/s; The square box pushing device pushes the square box goods into the box through sinusoidal mechanism. The pushing speed is 1.25s/ layer. One layer is designed to be 4 boxes. The carton supporting device uses the CAM with the supporting plate to complete the carton up and down, the supporting plate size is 260mm×160mm, the CAM base circle radius is 150mm, the lift is 150mm; The drive mode is driven separately, so that each mechanism is driven separately.
This design fully considers the mechanical dynamics analysis, so that the structure as simple as possible, the mechanical operation is stable, the mechanism can achieve better coordination. The design process refers to the advantages of all kinds of packaging machinery design, but also learn from the advantages of other machinery to complete the design of the box packing device.
Keywords:Boxing device; Agencies; Cooperate；Cam.
目 錄
目錄
1 緒論 1
1.1 課題背景及其研究目的、意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2.1 國(guó)外先進(jìn)裝箱機(jī)介紹 3
1.2.2 國(guó)內(nèi)裝箱機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3 課題研究方案與技術(shù)路線 4
1.4 本章小結(jié) 5
2 方盒自動(dòng)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì) 6
2.1 方盒自動(dòng)裝箱裝置的性能要求 6
2.1.1 方盒規(guī)格 6
2.1.2 技術(shù)要求 6
2.2 方盒自動(dòng)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì) 7
2.2.1 總體設(shè)計(jì)要求 7
2.2.2 系統(tǒng)工藝過(guò)程 7
2.2.3 系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 8
2.2.4 本章小結(jié) 8
3 執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì) 10
3.1 輸送裝置的設(shè)計(jì) 10
3.1.1 輸送裝置總體概述 10
3.1.2 輸送機(jī)尺寸設(shè)計(jì) 10
3.2 推貨裝置的設(shè)計(jì) 11
3.2.1 推貨裝置總體概述 11
3.2.1 推貨裝置尺寸設(shè)計(jì) 12
3.3 移箱裝置的設(shè)計(jì) 14
3.3.1 移箱裝置總體概述 14
3.3.2 盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 14
3.4 循環(huán)圖設(shè)計(jì) 18
3.5 本章小結(jié) 18
4 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 19
4.1 送貨裝置驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 19
4.2 推貨裝置驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 19
4.3 支承機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì) 22
4.4 本章小結(jié) 24
5 主要零件設(shè)計(jì)及校核 25
5.1 推貨裝置軸的設(shè)計(jì) 25
5.2 支承裝置軸的設(shè)計(jì) 28
5.3 本章小結(jié) 31
6 箱體及其他輔助部件設(shè)計(jì) 32
6.1 輸送裝置支架設(shè)計(jì) 32
6.2 推貨裝置箱體設(shè)計(jì) 33
6.3 推貨裝置擋板設(shè)計(jì) 34
6.3 本章小結(jié) 35
7 總結(jié)與改進(jìn) 36
7.1 總結(jié) 36
7.2 改進(jìn) 36
參 考 文 獻(xiàn) 37
致 謝 38
1 緒論
1.1 課題背景及其研究目的、意義
包裝機(jī)械是我國(guó)機(jī)械工業(yè)中的一大門(mén)類產(chǎn)品，包裝機(jī)械廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域，其作用不僅能簡(jiǎn)單地把產(chǎn)品給包裝起來(lái)，還能保證包裝產(chǎn)品的質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率等。而裝箱機(jī)可以說(shuō)是作為商品包裝機(jī)的一個(gè)重要技術(shù)分支，是一種將所有需要銷售的小包裝的商品或者無(wú)包裝商品半自動(dòng)或者自動(dòng)地直接裝入大型運(yùn)輸包裝的一種包裝設(shè)備，其工作基本原理就是將所有待裝商品按設(shè)計(jì)規(guī)定的排列方式計(jì)時(shí)定量地裝箱（紙箱、塑料箱等）打包，并對(duì)箱體開(kāi)口部分進(jìn)行閉合或封勞。按照裝箱的要求裝箱機(jī)還應(yīng)具有打開(kāi)紙箱、產(chǎn)品輸送、產(chǎn)品裝箱并根據(jù)不同客戶的特殊需求還會(huì)有自動(dòng)封箱或捆扎等功能。
自動(dòng)裝箱機(jī)就其自動(dòng)程度上可分為全自動(dòng)和半自動(dòng)兩種。全自動(dòng)裝箱機(jī)能實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)地完成將包裝物成形排列，被包裝產(chǎn)品有序裝箱，自動(dòng)封箱等功能，并且所有動(dòng)作都是完全自動(dòng)的，因而大多數(shù)自動(dòng)裝箱機(jī)都包括包裝物整形裝置、產(chǎn)品排列裝置、充填裝置和封箱裝置等功能單元，分別完成對(duì)應(yīng)動(dòng)作。PLC控制系統(tǒng)的使用也是全自動(dòng)裝箱機(jī)的一大特點(diǎn)，大大方便了操作和管理，減輕了生產(chǎn)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。但全自動(dòng)裝箱機(jī)造價(jià)昂貴使用和維修費(fèi)用較高，雖然能提高工作效率，但對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)盈利空間不大，因此半自動(dòng)裝箱機(jī)便在這種情況下發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)，半自動(dòng)裝箱機(jī)能在一定程度上提高工作效率且機(jī)構(gòu)較簡(jiǎn)單且造價(jià)較低，因而能夠在滿足中小型企業(yè)裝箱需求的情況下盡可能的使成本更低，獲得更多的利潤(rùn)。
裝箱機(jī)的工作形式主要分為臥式、垂直跌落式、側(cè)推式和夾持式等，其傳動(dòng)以機(jī)械、氣動(dòng)、光電一體化為主。目前國(guó)產(chǎn)裝箱機(jī)主要有小盒、塑料瓶、玻璃瓶、軟袋包裝、金屬罐等多種類型的裝箱，其基本技術(shù)要求就是能夠做到箱板拾取、箱板成形、箱體輸送、產(chǎn)品輸送、產(chǎn)品裝箱、箱體密封。根據(jù)所要包裝產(chǎn)品的不同，對(duì)應(yīng)的使用不同的裝箱方式。塑料瓶、玻璃瓶、金屬罐等硬質(zhì)包裝一般采用夾持裝置將產(chǎn)品夾持并裝入箱內(nèi)，而軟袋類包裝一般不需要特別規(guī)則的裝入箱內(nèi)，因此可采用跌落式裝箱。自動(dòng)裝箱機(jī)的主要輔助工作就是封箱和捆扎，因此就要求一臺(tái)輔助裝箱設(shè)備的功能是對(duì)已裝好的箱子進(jìn)行封箱和捆扎，完成包裝的最后一道工序。如圖1-1所示為常見(jiàn)的裝箱機(jī)。
圖1-1常見(jiàn)的自動(dòng)裝箱機(jī)
本課題主要設(shè)計(jì)一種方盒裝箱機(jī)的主要組成部位—方盒自動(dòng)裝箱裝置，能夠?qū)Ψ胶胸浳镞M(jìn)行自動(dòng)裝箱，裝箱方式采用側(cè)推式，主要組成機(jī)構(gòu)有輸送裝置、推貨裝置、移箱裝置三部分，輸送裝置主要由輸送機(jī)構(gòu)成，推貨裝置主要由一種止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)組成，移箱裝置主要組成為尖底推桿凸輪，該裝箱裝置采用自動(dòng)化與人工相結(jié)合的方式。通過(guò)合理的驅(qū)動(dòng)方式控制貨物推送裝置進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)并將貨物輸送裝置運(yùn)輸過(guò)來(lái)的方盒貨物有序推入支承裝置上面的箱子內(nèi)，每推送一次支承裝置下降一次來(lái)完成貨物的規(guī)則裝箱。
本課題所研究的方盒自動(dòng)裝箱裝置具有一定的研究意義及使用價(jià)值，一方面，它采用自動(dòng)運(yùn)輸生產(chǎn)線，通過(guò)傳送帶將貨物自動(dòng)運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，便于下一步推貨裝置將貨物推進(jìn)箱體，且利用止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)進(jìn)行對(duì)稱布置，提高了裝箱效率；另一方面，箱子的更換采用人工完成，很大程度上節(jié)省了成本，提供了更多的盈利空間。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
近年來(lái)，我國(guó)的現(xiàn)代包裝印刷機(jī)械得到了迅速的穩(wěn)步發(fā)展，逐漸改變了我們傳統(tǒng)的包裝手工和工業(yè)半自動(dòng)化的工作狀況，企業(yè)逐漸開(kāi)始采用高效、自動(dòng)化的裝箱方式，大大提高了裝箱效率，使其成為了我國(guó)機(jī)械工業(yè)中的十大行業(yè)之一。資料分析表明，美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利是目前世界上生產(chǎn)和出口包裝機(jī)械的四大強(qiáng)國(guó)。德國(guó)的包裝機(jī)械在計(jì)量、技術(shù)性能、制造等各個(gè)方面處于世界領(lǐng)先水平，是世界上最大的包裝機(jī)械出口國(guó)。意大利目前已經(jīng)是僅次于德國(guó)的第二大包裝機(jī)械產(chǎn)品出口國(guó)，出口范圍遍布世界150多個(gè)國(guó)家。
1.2.1 國(guó)外先進(jìn)裝箱機(jī)介紹
近年來(lái)，國(guó)外裝箱機(jī)制造商不斷改進(jìn)技術(shù)，使裝箱機(jī)的自動(dòng)化程度不斷提高，功能更多，效率也不斷提升。著名的裝箱機(jī)生產(chǎn)公司有SWF公司、Douglas公司和ABC公司等。
SWF公司推出的DP320裝箱機(jī)，具有高速、適應(yīng)性強(qiáng)、操作界面簡(jiǎn)潔等特點(diǎn)。該機(jī)器裝箱速度可達(dá)每分鐘25箱，并且能夠連續(xù)地包裝尺寸不同的纖維、玻璃、塑料或金屬容器，適用范圍較廣。且該種機(jī)器在正常工作條件下具有一系列獨(dú)特的性能，如垂直紙箱輸送、PLC自動(dòng)控制、安全保護(hù)自鎖、擁堵自動(dòng)攔截傳感器等，還配有規(guī)格更換輔助裝置、NEMA12電控控制系統(tǒng)，下游還設(shè)置有一個(gè)光電控制器以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)或停機(jī)。該裝箱機(jī)采用帶式紙箱輸送,配備低壓氣動(dòng)裝置和塑料帶以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)輸送[1]。
Douglas機(jī)器公司研發(fā)的新型AxiomTM系列自動(dòng)裝箱機(jī)通過(guò)其本身采用伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)紙箱包裝過(guò)程中地各種間歇連續(xù)運(yùn)動(dòng)，不僅使生產(chǎn)速度能夠提高大約50%，而且其運(yùn)動(dòng)范圍則比機(jī)械結(jié)構(gòu)縮小30%。Axiom系列機(jī)器采用第三代伺服系統(tǒng)，通過(guò)增強(qiáng)動(dòng)態(tài)位置重復(fù)精度以及對(duì)失誤檢測(cè)與恢復(fù)簡(jiǎn)化，使生產(chǎn)效率得到了大幅提升。該設(shè)備的改進(jìn)包括采用不銹鋼網(wǎng)板以及使零部件數(shù)減少50%，可有效減少設(shè)備維護(hù)、配件更換等所需時(shí)間。
ABC公司推出的一種裝箱機(jī)，在進(jìn)行裝箱的同時(shí)可直接在高速生產(chǎn)線上對(duì)紙箱表面進(jìn)行印刷?？蛻艨稍谏a(chǎn)線上快捷的完成企業(yè)商標(biāo)、產(chǎn)品說(shuō)明、產(chǎn)品批號(hào)等信息的印刷。這種裝置適應(yīng)性強(qiáng)，當(dāng)裝箱完成時(shí)，相關(guān)的圖案、文字就會(huì)一并出現(xiàn)在箱體的對(duì)應(yīng)部分。包裝制造商將省去印刷頭、紙箱旋轉(zhuǎn)等設(shè)備的昂貴支出。該機(jī)器每分鐘可以完成35箱的包裝，具體速度與印刷圖像的復(fù)雜程度有關(guān)。
1.2.2 國(guó)內(nèi)裝箱機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)的裝箱機(jī)技術(shù)起步較晚，目前國(guó)內(nèi)專業(yè)的生產(chǎn)廠家也只有十幾家，國(guó)內(nèi)裝箱機(jī)與世界先進(jìn)裝箱技術(shù)水平仍有較大差距。國(guó)內(nèi)裝箱機(jī)設(shè)備在自動(dòng)化程度、自動(dòng)控制和加工精度等方面比較落后，效率低、性能不穩(wěn)、能耗高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜維修麻煩等是制約國(guó)內(nèi)裝箱機(jī)發(fā)展的主要幾個(gè)問(wèn)題。
國(guó)內(nèi)的第一臺(tái)軟袋裝箱機(jī)是由武漢人天包裝機(jī)械有限公司研制成功的。該裝箱機(jī)主要由五部分組成：取箱裝置，用于將空箱取出并整理成型，然后將箱體豎直放置于指定位置待裝箱；疊袋裝置，用于將輸送來(lái)的待包裝物進(jìn)行計(jì)數(shù)和分層；充填裝置，用于將已成形箱體取出置于充填臺(tái)上，并將分層包裝物在紙箱中分層疊放；送箱裝置，用于將充填完成的紙箱輸出；電控系統(tǒng)和電控柜，用于裝箱機(jī)的控制和生產(chǎn)線的協(xié)同工作。該機(jī)廣泛適用于多種軟袋包裝物的自動(dòng)裝箱，且價(jià)格僅為進(jìn)口同類機(jī)的1/3[2]。
我國(guó)南方一家包裝機(jī)械設(shè)備有限公司研制成功的多功能全自動(dòng)裝箱機(jī)在多項(xiàng)性能指標(biāo)上都已達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平。這項(xiàng)多功能全自動(dòng)裝箱機(jī)適用于各種規(guī)格的圓形瓶、扁形瓶、方形瓶。該機(jī)特點(diǎn)是可以根據(jù)裝箱要求，將產(chǎn)品自動(dòng)分道理排。在控制上，采用伺服控制系統(tǒng)，定位準(zhǔn)確、動(dòng)作穩(wěn)定。并且該機(jī)可以自動(dòng)完成瓶子提升、移動(dòng)、降落的裝箱動(dòng)作，抓瓶器可以將瓶子自動(dòng)裝進(jìn)帶隔板的箱子內(nèi)。該機(jī)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理：運(yùn)動(dòng)由伺服驅(qū)動(dòng)器和變頻器控制的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，起步和終止均緩慢平穩(wěn)，裝箱速度采用變頻AD53器進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速，生產(chǎn)效率極高，生產(chǎn)時(shí)速高達(dá)10000瓶/小時(shí)—90000瓶/小時(shí)。更換不同瓶型時(shí)，只需更換夾瓶機(jī)構(gòu)即可。該裝箱機(jī)采用現(xiàn)代顯示技術(shù)—觸摸屏，設(shè)備常見(jiàn)故障可自行分析、診斷并排除。產(chǎn)品除了設(shè)置有保護(hù)罩外，還配備光電安全保護(hù)裝置，當(dāng)裝箱過(guò)程中出現(xiàn)缺瓶、堵箱、錯(cuò)位等現(xiàn)象時(shí)，能立即自動(dòng)停機(jī)，保護(hù)機(jī)器[3]。
1.3 課題研究方案與技術(shù)路線
本課題研究的自動(dòng)裝箱裝置主要適用于方盒裝箱，對(duì)稱布置提高了裝箱效率，自動(dòng)運(yùn)輸貨物和人工換箱，不僅保證了較好的裝箱效率，同時(shí)還降低了生產(chǎn)成本，并且還一定程度上簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。
本課題的研究方案主要從一下幾個(gè)方面進(jìn)行：
1.全面查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，熟悉裝箱機(jī)的種類、特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)，了解國(guó)內(nèi)外裝箱機(jī)的發(fā)展史，結(jié)合國(guó)內(nèi)具體市場(chǎng)需求，從企業(yè)的角度出發(fā)，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)有的裝箱機(jī)構(gòu)，確定裝箱裝置的研究方案，并明確方案具有的指導(dǎo)作用和價(jià)值。
2.參考現(xiàn)有裝箱機(jī)的結(jié)構(gòu)及其有關(guān)技術(shù)，建立方盒自動(dòng)裝箱裝置的設(shè)計(jì)思路，明確裝置各部分運(yùn)作所需的主要機(jī)構(gòu)，要對(duì)其工作原理有深刻的把握。
3.裝置的各機(jī)構(gòu)之間的空間布局要合理分配，同時(shí)借助二維、三維軟件對(duì)裝箱裝置進(jìn)行模型建立，重點(diǎn)對(duì)裝箱裝置的關(guān)鍵部位進(jìn)行闡述，說(shuō)明方盒自動(dòng)裝箱裝置各機(jī)構(gòu)之間的相互關(guān)系并進(jìn)行計(jì)算說(shuō)明。
1.4 本章小結(jié)
本章主要介紹了國(guó)內(nèi)外裝箱機(jī)械的工作原理、性能參數(shù)以及發(fā)展?fàn)顩r，簡(jiǎn)要闡述了本次設(shè)計(jì)的目的及意義，對(duì)本設(shè)計(jì)的課題研究方案與技術(shù)路線進(jìn)行了簡(jiǎn)要的說(shuō)明。
2 方盒自動(dòng)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì)
進(jìn)行自動(dòng)裝箱裝置的設(shè)計(jì)之前，要明確技術(shù)要求，然后根據(jù)要求進(jìn)行總體傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，明確各部位機(jī)構(gòu)在整個(gè)工作過(guò)程中的功能，并根據(jù)該功能進(jìn)行更加詳細(xì)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。
2.1 方盒自動(dòng)裝箱裝置的性能要求
2.1.1 方盒規(guī)格
如圖2-1（a）所示，方盒規(guī)格尺寸為12×6×3(cm3)，每盒重量250g，在傳送帶上運(yùn)輸時(shí)，如圖2-1（b）按每四個(gè)為一組，最終每箱裝6層，箱子理想尺寸如圖2-1（c），實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)考慮到箱子紙板厚度再適當(dāng)調(diào)整。
圖2-1方盒規(guī)格
2.1.2 技術(shù)要求
1.包裝速度：25s/箱
2.包裝規(guī)格：12×6×3(cm3)；
3.包裝重量：250g×6；
4.推送與箱體下降動(dòng)作連貫，工作穩(wěn)定。
5.每次推送后都要有短暫停歇，配合推貨機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝箱；
6.裝箱完畢后要有一定空余時(shí)間來(lái)進(jìn)行換箱。
2.2 方盒自動(dòng)裝箱裝置的總體設(shè)計(jì)
2.2.1 總體設(shè)計(jì)要求
方盒自動(dòng)裝箱裝置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)由輸送裝置、推貨裝置和支承裝置三部分組成。根據(jù)自動(dòng)裝箱裝置的應(yīng)用背景及工作環(huán)境，提出以下要求：
1.保證各機(jī)構(gòu)間的準(zhǔn)確配合。
2.在保證裝箱速度和質(zhì)量的前提下，結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單。
3.設(shè)備便于操作，制造成本低。
2.2.2 系統(tǒng)工藝過(guò)程
在進(jìn)行自動(dòng)裝箱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之前，要對(duì)方盒裝箱的工藝過(guò)程有一個(gè)整體的把握，指定裝箱工序。如圖2.2所示，展示了裝箱的整個(gè)過(guò)程。
圖2-2裝箱工藝流程圖
2.2.3 系統(tǒng)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，進(jìn)行機(jī)械結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。
圖2-3所示為自動(dòng)裝箱裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。該裝置的單側(cè)裝箱步驟為：1.傳送帶2將貨物運(yùn)送到推貨機(jī)構(gòu)1前；2.推貨機(jī)構(gòu)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)將貨物推入3支撐板上的箱子內(nèi)；3.支撐板下架一定高度后接著重復(fù)1、2步；4.如此再重復(fù)4次后人工換箱；5.到此為止，一箱貨物就完成了裝箱。
圖2-3裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
流程圖如圖2-4所示。
圖2-4裝箱流程圖
2.2.4 本章小結(jié)
本章主要方盒自動(dòng)裝箱裝置的工作原理、技術(shù)要求、機(jī)械結(jié)構(gòu)和工作流程進(jìn)行總體說(shuō)明，要求該裝置裝箱速度能達(dá)到25s/箱，每箱24盒，分六次裝箱。該裝置分三部分工作，送貨裝置采用輸送機(jī)運(yùn)輸貨物；推貨裝置主要組成部分為正弦機(jī)構(gòu)；移箱裝置主要組成部分為尖底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)。
3 執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)
方盒自動(dòng)裝箱裝置的推貨裝置和移箱裝置是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。推貨裝置與支承裝置必須緊密配合才能保證裝箱有序進(jìn)行。本節(jié)對(duì)自動(dòng)裝箱裝置按輸送裝置、推貨裝置、移箱裝置的順序進(jìn)行介紹。
3.1 輸送裝置的設(shè)計(jì)
3.1.1 輸送裝置總體概述
送貨裝置選用輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)，其主要任務(wù)是將方盒運(yùn)輸?shù)酵曝浹b置前，因此送貨裝置要與推貨裝置實(shí)現(xiàn)連續(xù)配合，要根據(jù)技術(shù)要求和推貨裝置進(jìn)行速度、貨物放置間隔、高度、驅(qū)動(dòng)裝置等一系列計(jì)算。
由于運(yùn)送貨物較輕，因此傳送帶速度不能過(guò)大，再考慮到要配合推貨裝置的運(yùn)動(dòng)，因此初選傳送帶帶速0.8m/s。
3.1.2 輸送機(jī)尺寸設(shè)計(jì)
根據(jù)《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》，該輸送機(jī)構(gòu)應(yīng)選用特輕型帶式輸送機(jī)。
輸送機(jī)布置形式為水平式，帶速0.8m/s，貨物寬度為120mm，帶寬應(yīng)比所輸送貨物橫向尺寸大50～100mm[4]，再根據(jù)推貨機(jī)構(gòu)推桿的尺寸設(shè)計(jì)，這里取帶寬200mm，輸送帶材質(zhì)選用單層橡膠輸送帶，厚度約10mm，查表可得傳動(dòng)滾筒數(shù)據(jù)如圖3-1。
圖3-1傳動(dòng)滾筒尺寸
托輥數(shù)據(jù)如圖3-2所示。
圖3-2托輥尺寸
輸送機(jī)支架高度根據(jù)支承裝置凸輪尺寸并查表選取655mm。
3.2 推貨裝置的設(shè)計(jì)
3.2.1 推貨裝置總體概述
推貨裝置作為箱裝置的重要組成部位，其主要任務(wù)是將輸送過(guò)來(lái)的方盒貨物推送進(jìn)箱子內(nèi)。主要由一種止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)搭配推板組成。簡(jiǎn)圖如圖3-3所示。
圖3-3傳動(dòng)滾筒尺寸
之所以選擇止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)，是由于：
1.往復(fù)運(yùn)動(dòng)。推貨裝置需重復(fù)進(jìn)行推進(jìn)、回復(fù)的動(dòng)作，而止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)剛好能滿足這種運(yùn)動(dòng)要求并且是慢速推進(jìn)、快速返回。且在原有的一邊安排一個(gè)支承機(jī)構(gòu)的前提下在以推貨裝置為中心的對(duì)稱位置再安放一個(gè)對(duì)稱裝置，充分利用該機(jī)構(gòu)的往復(fù)特性來(lái)提高裝箱速度。
2.正弦運(yùn)動(dòng)特性。止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)是純正弦運(yùn)動(dòng)，速度是余弦，加速度是正弦的，該特性可以增加裝置的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性，并且在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)推桿達(dá)到最遠(yuǎn)處時(shí)會(huì)有一個(gè)短暫的停頓，保證了貨物推送的穩(wěn)定性[5]。
3.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)只有兩個(gè)移動(dòng)部件，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，且容易維護(hù)。
由于推貨裝置是該設(shè)計(jì)中的重要組成部分之一，那么對(duì)該部分需要進(jìn)行必要的計(jì)算說(shuō)明。
3.2.1 推貨裝置尺寸設(shè)計(jì)
根據(jù)技術(shù)要求25s/箱，而一箱是6層，由止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特性與側(cè)推式裝箱機(jī)的工作原理知，推板每推一次止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)就轉(zhuǎn)一圈，則6層就是推6次，即止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)6圈，在考慮到止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)的特殊性，換算出來(lái)即1.25秒轉(zhuǎn)一圈即0.8r/s。查資料結(jié)合技術(shù)要求得運(yùn)動(dòng)規(guī)律如圖3-4。
圖3-4推貨裝置運(yùn)動(dòng)位移規(guī)律
如圖3-5所示為推貨機(jī)構(gòu)涉及到的基本尺寸，根據(jù)技術(shù)要求0.8r/s，根據(jù)止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性，即最大推貨速度為：
v推max=n×2r
圖3-5推貨裝置尺寸圖
由于推貨裝置與送貨裝置要一直配合運(yùn)動(dòng)，兩者之間不能沖突，因此在當(dāng)推桿從開(kāi)始推進(jìn)到碰到貨物的這段距離即b應(yīng)設(shè)計(jì)說(shuō)明。按理論推桿位移2b的時(shí)間應(yīng)大于等于貨物移動(dòng)一個(gè)身位0.24m的時(shí)間，再考慮到各種誤差與實(shí)際生產(chǎn)制造的情況，這里按1b的時(shí)間計(jì)算，推桿速度由于是余弦變化，這里按最大推貨速度計(jì)算，即
v推max=n×2r
由于推貨裝置所推貨物質(zhì)量較小，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)制造情況，這里初選r=0.15m，a取0.025m，則R=0.175m，d理論長(zhǎng)度0.3m，取加工時(shí)薄板厚度3mm，高度4cm，則實(shí)際長(zhǎng)度0.306m，凸出卡扣取半徑10mm，凸出高度為則理論寬度e=20mm，實(shí)際寬度0.026m，而轉(zhuǎn)速n=0.8r/s，則
v推max=0.8×2×0.15≈0.75m/s
傳送帶速度v帶與b與v推max三者之間關(guān)系為
b/v推max=0.24/v帶
傳送帶速度v帶=0.8m/s，v推max≈0.75m/s，則
b=0.24v推max/v帶=0.24×0.75÷0.8≈0.23m
考慮到推桿需固定，則c的存在是有必要的，根據(jù)運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析知，c≤b-c，在考慮到承重與成本，因此取c=0.05m。
則推桿總長(zhǎng)l推=c+b+2R+0.12=0.05+0.23+0.35+0.12=0.75m，實(shí)際加工時(shí)左右兩端長(zhǎng)度l=l推-e實(shí)際2 =0.362m
實(shí)際生產(chǎn)加工初選圓盤(pán)厚度取40mm，材料用鋁合金材料。
如圖3-6所示為推桿與推貨機(jī)構(gòu)箱體的固定方式，不難看出，推桿與固定部位將經(jīng)常進(jìn)行摩擦，因此推桿與固定內(nèi)圈選用鍍鉻處理，鍍鉻后鍍鉻層具有很高的硬度，且具有很好的耐磨性，潤(rùn)滑摩擦下摩擦系數(shù)為0.34。推桿與豎直滑軌同樣采用該方式加工。推桿圓柱半徑取r推=15mm。以上未涉及材料均選用45鋼加工。
圖3-6推桿固定方式大概形狀
3.3 移箱裝置的設(shè)計(jì)
3.3.1 移箱裝置總體概述
該移箱裝置需要能夠?qū)崿F(xiàn)間歇下降與往復(fù)運(yùn)動(dòng)，利用機(jī)械方面相關(guān)知識(shí)可設(shè)計(jì)一種尖底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，利用凸輪的運(yùn)動(dòng)特性，來(lái)實(shí)現(xiàn)箱體的5次間歇下降與往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
3.3.2 盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
根據(jù)推貨裝置的運(yùn)動(dòng)特性可知，推貨裝置需推送6次完成一次裝箱，則支承裝置需間歇下載5次即可，每次下降高度即為一層貨物的高度h1=30mm，每次間歇時(shí)間應(yīng)大于等于推貨機(jī)構(gòu)從開(kāi)始推貨到推貨結(jié)束的時(shí)間，一次間歇加一次下降的時(shí)間應(yīng)等于推貨裝置推送一層貨物的時(shí)間即1.25s，為節(jié)省時(shí)間，推貨裝置第一層推貨可對(duì)應(yīng)凸輪上升時(shí)的一段時(shí)間。
凸輪基圓半徑初取r0=150mm，最大行程為5層貨物高度h=150mm，查資料[16]得對(duì)心直動(dòng)尖底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)的理論輪廓方程式為:
x=(r0+s)sinδ
y=(r0+s)cosδ
利用excel結(jié)合AutoCAD繪制出凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓，凸輪excel參數(shù)如圖3-7所示
凸輪廓線部分點(diǎn)的坐標(biāo)如下表3-1所示。
表3-1支承凸輪外廓線部分參數(shù)
δ
s
r0+s
x
y
0°
3°
6°
9°
12°
.
.
.
75°
78°
81°
84°
87°
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
.
.
.
126.0
132.0
138.0
144.0
150.0
150.0
155.0
160.0
165.0
170.0
.
.
.
276.0
282.0
288.0
294.0
300.0
0.2086
0.8255
1.8237
3.1595
4.1746
.
.
.
4.7746
3.1595
1.8237
0.8255
0.2086
0.0000
8.1120
16.7245
25.8116
35.3449
.
.
.
266.5955
275.8376
284.4542
292.3894
299.5888
150.0000
154.7875
159.1235
162.9685
166.2850
.
.
.
71.4340
58.6310
45.0531
30.7313
15.7007
圖3-7尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪部分?jǐn)?shù)據(jù)
繪制出凸輪如圖3-8所示。
圖3-8尖底從動(dòng)件盤(pán)形凸輪形狀
可以看出將凸輪推程的最后3°加上回程的前87°構(gòu)成五次間歇下降的總行程，結(jié)合推貨裝置的運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀況，即每18°對(duì)應(yīng)推貨機(jī)構(gòu)推一層貨物的時(shí)間，即凸輪每轉(zhuǎn)動(dòng)18°所需要時(shí)間為1.25秒，則凸輪轉(zhuǎn)一圈需要時(shí)間25秒，則凸輪轉(zhuǎn)速為n=2.4r/min。之所以選擇18°為一次的下降角度，是因?yàn)榭紤]到間歇時(shí)間應(yīng)大于等于推貨機(jī)構(gòu)從開(kāi)始推貨到推貨結(jié)束的時(shí)間，根據(jù)圖3-1可推出該時(shí)間應(yīng)為：
t推=cos-1233590°×0.3125≈0.17s
則間歇時(shí)間應(yīng)大于等于0.17s，為便于加工與計(jì)算，取6°為一次間歇時(shí)間，對(duì)應(yīng)間歇時(shí)間：
t間=6°18°×1.25≈0.42s
符合要求。
支承板固定方式和形狀設(shè)計(jì)采用如圖3-9所示形式。
a-盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，b-滑桿，c-尖底推桿，d-滑套，e-支承板，f-擋板
圖3-9移箱裝置尺寸及形狀
尺寸A為支承板到地面距離，根據(jù)輸送裝置的尺寸設(shè)計(jì)，該尺寸應(yīng)與輸送機(jī)輸送帶到地面距離一致，則尺寸A=800mm；尺寸B為套筒長(zhǎng)度為50mm；尺寸C為支承板厚度，根據(jù)承重情況與生產(chǎn)，選用與輸送帶厚度一致，則C=10mm，且支承板為260×160×10等薄板；D為套筒長(zhǎng)度相對(duì)支承板高出長(zhǎng)度為20mm；E為滑桿直徑，滑桿只起到限制支承板水平方向的移動(dòng)，取E=20mm；F為套筒直徑，取F=30mm；G為擋板寬度，與支承板寬度一致，考慮到紙箱厚度等，厚度G比貨物兩端各多出10mm，即G=260mm，擋板尺寸260×100×5，且兩側(cè)同樣有擋板安置，尺寸140×100×5；H為尖底推桿直徑取30mm；I為尖底推桿長(zhǎng)度，根據(jù)整體尺寸分配與工作情況，這里取I=150mm。
滑桿與滑套均采用45鋼，表面鍍鉻，摩擦系數(shù)0.34，支承板采用45鋼，尖底推桿采用45鋼且與支承板焊接連接，底部錐型表面鍍鉻，盤(pán)形凸輪采用45鋼，與尖底接觸表面鍍鉻處理，凸輪厚度取5cm，凸輪由于所設(shè)計(jì)體積較大，這里采用鋁合金材料，鋁合金材料單位體積質(zhì)量小，強(qiáng)度比較高，塑性好，密度為2.7g/cm3，其他未提到部件均按45鋼選材。
3.4 循環(huán)圖設(shè)計(jì)
根據(jù)對(duì)推貨裝置與移箱裝置的運(yùn)動(dòng)分析，兩者的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖如圖3-10所示。
圖3-10循環(huán)圖
3.5 本章小結(jié)
本章對(duì)各裝置的具體尺寸、運(yùn)動(dòng)情況、材料使用做了具體的計(jì)算與分析。最終確定送貨裝置帶速0.8m/s；推貨裝置速度1.25s/層，即0.8r/s；支承裝置凸輪推程150mm，基圓半徑150mm，速度為2.4r/min，由于凸輪體積較大，選用鋁合金材料。
4 驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
由于本設(shè)計(jì)采用多驅(qū)動(dòng)方式，因此各裝置分開(kāi)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)。
4.1 送貨裝置驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
由3.1可知送貨裝置采用輸送機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)送貨，特輕型帶式輸送機(jī)可根據(jù)《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》直接選用驅(qū)動(dòng)裝置。
橡膠與紙盒摩擦系數(shù)取1計(jì)算，輸送機(jī)送貨做功:
W=Ff·s=m盒×g×0.24×6≈88J
P=Wt=889≈10w
查資料可直接選用特輕型風(fēng)冷式電動(dòng)滾筒，分為電機(jī)外裝式和電機(jī)內(nèi)裝式兩種，根據(jù)工作情況這里選用電機(jī)外裝式，型號(hào)為：XD20-0.55/0.8，額定功率0.55kw電機(jī)外裝，減速器內(nèi)裝，電機(jī)外部長(zhǎng)度K＜265。具體形式如圖4-1所示
圖4-1驅(qū)動(dòng)裝置
4.2 推貨裝置驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
1.根據(jù)3.2尺寸計(jì)算與選材，接下來(lái)進(jìn)行推貨機(jī)構(gòu)的功率計(jì)算。
推桿與滑軌采用焊接連接，整體采用45鋼材料，45鋼密度為7.85g/cm3，推桿總體積為：
V推=2×l×2r推=2×36.2×2×1.5≈682350mm3
推桿質(zhì)量：
m推=V推ρ45=682350×7.85≈5.40kg，
考慮到表面鍍鉻等生產(chǎn)因素取m推=10kg
滑軌體積：
V滑=s底h滑=（28×2+2）×0.3×4≈74740mm3
滑軌質(zhì)量：
m滑=V滑ρ45=74740×7.85≈0.59kg，
考慮到內(nèi)表面鍍鉻等生產(chǎn)因素取m滑=2kg
則可求出其在上述給定方式下的摩擦力：
Ff1=（m推+m滑）gf
摩擦系數(shù)f=0.34，則
Ff1=（10+2）×9.8×0.34≈39.99N
推貨機(jī)構(gòu)推每層貨物克服該摩擦所做的功：
W1=Ff1·s1
而s1=0.6m，則W1≈24.00J。
一層貨物重量1kg，實(shí)際計(jì)算取極限承重20kg，這里輸送帶與貨物之間摩擦系數(shù)取1計(jì)算，則摩擦力Ff2=196N，則克服摩擦力做功：
W2=Ff2·s2=196×0.12≈23.52J
滑軌與卡扣間摩擦力按最大值計(jì)算：
Ff3=（Ff1+Ff2）f≈80.24N
克服該摩擦所做功：
W3=Ff3·s3
而s3=1.2m，則W3≈96.29J。
則推貨機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期對(duì)貨物和推桿所要做功大約W≈144J
對(duì)應(yīng)功率
P=Wt=1441.25≈116w
圓盤(pán)體積：
V盤(pán)=r推2h滑=×17.52×4≈3848460mm3
圓盤(pán)質(zhì)量：
m盤(pán)=V盤(pán)ρ鋁合金=3848460×2.7≈10.4kg
圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
J=12mvw2≈0.16kg/m2
圓盤(pán)功率：
P=12Jw2≈223w
則總功率：
P總=339w
2.粗算輸入軸直徑。
軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。初步估算軸端直徑得
查表選取=110
≈21mm
軸的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-2。
圖4-2軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
考慮軸端有兩個(gè)鍵槽則查資料[17]得
=21×1.1=23.1，取=30mm
初選電機(jī)型號(hào)Y112M-4[18]，轉(zhuǎn)速1440r/min，額定功率4000w，查表知輸出軸直徑28mm，可求得減速比：
i=144048=30
則查資料選用減速器型號(hào)KWU80，輸出軸直徑38mm，輸入軸直徑25mm查表得減速器與推貨機(jī)構(gòu)輸入軸之間聯(lián)軸器選用型號(hào)GY5。則電動(dòng)機(jī)輸出軸直徑28mm與減速器之間聯(lián)軸器選用型號(hào)GY4。
機(jī)器機(jī)架高度應(yīng)與支承機(jī)構(gòu)凸輪不沖突，則機(jī)架高度h＞600mm，而輸送機(jī)輸送帶距地高度為0.8m，輸送帶厚度0.01，則機(jī)架高度取0.59。
4.3 支承機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)
1.根據(jù)上述尺寸計(jì)算與選材計(jì)算該機(jī)構(gòu)的功率。
支承板與尖底推桿采用焊接連接，整體采用45鋼材料，45鋼密度為7.85g/cm3，支承板總體積為：
V支=26×l4×1=364000mm3
支承板質(zhì)量：
m支=V支ρ45=364000×7.85≈2.86kg，
推桿體積按圓柱體計(jì)算：
V推=s底h推=（×1.52）×15≈106030mm3
推桿質(zhì)量：
m推=V推ρ45=106030×7.85≈0.84kg，
擋板總體積：
V擋=26×10×0.5+14×10×0.5×2=270000mm3
擋板總質(zhì)量：
m擋=V擋ρ45=270000×7.85≈2.12kg
滑套總體積：
V套=（×1.52-×12）×5×2=39270mm3
滑套總質(zhì)量：
m套=V套ρ45=39270×7.85≈0.31kg
貨物質(zhì)量按一直一箱重量即6kg計(jì)算，則凸輪需支承重量12.13kg，設(shè)定極限支承重量按100kg，則支撐貨物做功：
W=F·S=100×9.8×0.15=147J
則功率：
P=wt=1479≈17w
凸輪面積由CAD軟件得出s約為1180cm2，則體積為：
V凸=1180×5=5900000mm3
凸輪質(zhì)量：
m凸= 5900000×2.7=15.93kg
由于凸輪轉(zhuǎn)速較慢，可將凸輪功率轉(zhuǎn)化為求凸輪上下位移所做功與時(shí)間比，則功率：
P=wt=15.93×9.8×0.159≈3w
凸輪體積：
V凸=r凸2h =×202×5≈6283190mm3
凸輪質(zhì)量：
m凸=V凸ρ鋁合金=6283190×2.7≈17kg
凸輪轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
J=12mr2≈0.34kg/m2
凸輪功率：
P=12Jw2≈474w
則總功率：
P總=484w
2.粗算輸入軸直徑。
軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。初步估算軸端直徑得
查表選取=110
≈65mm
軸的結(jié)構(gòu)示意圖同圖3-8.
考慮軸端有兩個(gè)鍵槽
=65×1.1=71.5，取=80mm
初選電機(jī)型號(hào)Y132S-6，轉(zhuǎn)速960r/min，額定功率3000w，查表知輸出軸直徑38mm，可求得減速比：
i=9602.4=400
則查資料選用減速器型號(hào)TB4HH5，輸入軸直徑30mm，輸出軸直徑95mm，則電動(dòng)機(jī)輸出軸直徑38mm與減速器之間聯(lián)軸器選用型號(hào)GY5,查表得減速器與凸輪機(jī)構(gòu)輸入軸之間聯(lián)軸器選用型號(hào)GYS9。
4.4 本章小結(jié)
本章主要對(duì)各裝置得驅(qū)動(dòng)部分進(jìn)行了仔細(xì)的計(jì)算與分析。根據(jù)各裝置的功率再結(jié)合實(shí)際工作情況選擇對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)、減速器及聯(lián)軸器。輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)方式選用特輕型風(fēng)冷式電動(dòng)滾筒，型號(hào)為：XD20-0.55/0.8；推貨裝置選用電機(jī)型號(hào)Y112M-4，減速器型號(hào)KWU80，聯(lián)軸器型號(hào)GY5，GY4。支承裝置電機(jī)型號(hào)Y132S-6，減速器型號(hào)TB4HH5，聯(lián)軸器選用型號(hào)GY5，GYS9。
5 主要零件設(shè)計(jì)及校核
5.1 推貨裝置軸的設(shè)計(jì)
1.輸入軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
P1 = 339w n1 = 48 r/min T1 = 23.08 N·m
2. 初步確定軸的最小直徑為
d=30mm
3. 求作用在軸上的力
圓盤(pán)斷直徑d1=38mm
Ft=2T1d1=2×1000×23.0838=1214.8N
Fr=m盤(pán)g=10.39×9.8=102N
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5-1.
圖5-1推貨機(jī)構(gòu)輸入軸
5.根據(jù)軸定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
（1）為了滿足圓盤(pán)的定位要求，CD軸段長(zhǎng)度至少65mm，兩端在考慮用墊圈等，則l4=65mm，d3=38mm，l1根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況取l1=30mm，軸徑應(yīng)大于聯(lián)軸器端取d1=35mm，查表得l2=4，d2=46mm，墊圈l3=5mm，l5=4mm，d4= d1=35mm，l6=l1=30mm，EF斷與聯(lián)軸器連接，取l7=80mm，軸徑d5 =30mm。
（2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d1 = 35 mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇深溝球軸承6207，其尺寸為d×D×B =35×80×21 mm 。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
6.軸的受力分析和校核
（1）作軸的計(jì)算:
根據(jù)6207型軸承查手冊(cè)得B=21mm
圓盤(pán)中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L1 = l4/2+ l3+ l2+21/2 =52mm
圓盤(pán)中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L2 = l4/2+l5+21/2 =47mm
聯(lián)軸器中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L3 =l7/2+21/2 =50.5mm
圓盤(pán)所受切向力Ft=50N，徑向力Fr=102N,聯(lián)軸器段扭矩T=1136.9N·m
（2）計(jì)算軸的支反力：
水平面支反力：
FNH1=FtL1L1+L2=50×5252+47=26.3N
FNH2=FtL2L1+L2=50×4752+47=23.7N
垂直面支反力：
FNV1=FrL1L1+L2=102×5252+37=53.6N
FNV2=FrL2L2+L3=102×4752+47=48.4N
（3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖5-2：
截面A處的水平彎矩：
MH=FNH1L1+FNH2L22=26.3×52+23.7×472=1240.75N·mm
截面A處的垂直彎矩：
Mv=FNV1L1+FNV2L22=53.6×52+48.4×472=2531N·mm
截面A處的合成彎矩：
M=MH2+MV2=1240.752+25312=2818.8N·mm
（4）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度：
通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面的強(qiáng)度。必要時(shí)也對(duì)要其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式取aa= 0.3，則有：
σca=M2+(αT)2W=2818.82+0.3×1136.920.1×383=0.5MPa≤σ-1=60MPa
故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度。
圖5-2彎矩圖
5.2 支承裝置軸的設(shè)計(jì)
1.輸入軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
P1 =484w n1 = 2.4 r/min T1 = 79.6 N·m
2. 初步確定軸的最小直徑為
d=80mm
3. 求作用在軸上的力
凸輪斷直徑d1=90mm
Ft=2T1d1=2×1000×79.690=1768.9N
Fr= m凸g=15.93×9.8=156.2N
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5-3.
圖5-3支承機(jī)構(gòu)輸入軸
5.根據(jù)軸定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
（1）為了滿足凸輪的定位要求，CD軸段長(zhǎng)度至少90mm，兩端在考慮用墊圈等，則l4=90mm，d3=90mm，l1根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況取l1=40mm，軸徑應(yīng)大于聯(lián)軸器端取d1=85mm，查表得l2=6，d2=100mm，墊圈l3=5mm，l4=90mm，l5=5mm，d4= d1=85mm，l6=l1=40mm，EF斷與聯(lián)軸器連接，取l7=140mm，軸徑d5 =80mm。
（2）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d1 = 85 mm，由軸承產(chǎn)品目錄中選擇深溝球軸承6217，其尺寸為d×D×B =85×150×28 mm 。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
6.軸的受力分析和校核
（1）作軸的計(jì)算:
根據(jù)6217型軸承查手冊(cè)得B=28mm
圓盤(pán)中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L1 = l4/2+ l3+ l2+28/2 =69mm
圓盤(pán)中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L2 = l4/2+l5+28/2 =64mm
聯(lián)軸器中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L3 =l7/2+28/2 =84mm
圓盤(pán)所受切向力Ft=40.5N，徑向力Fr=285.5N,聯(lián)軸器段扭矩T=17054N·m
（2）計(jì)算軸的支反力：
水平面支反力：
FNH1=FtL1L1+L2=40.5×6969+64=21N
FNH2=FtL2L1+L2=40.5×6469+64=20N
垂直面支反力：
FNV1=FrL1L1+L2=285.5×6969+64=148N
FNV2=FrL2L2+L3=285.5×6469+64=137N
（3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖5-2：
截面A處的水平彎矩：
MH=FNH1L1+FNH2L22=21×69+20×642=1364.5N·mm
截面A處的垂直彎矩：
Mv=FNV1L1+FNV2L22=148×69+137×642=9490N·mm
截面A處的合成彎矩：
M=MH2+MV2=1364.52+94902=9588N·mm
（4）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度：
通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面的強(qiáng)度。必要時(shí)也對(duì)要其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式取aa= 0.3，則有：
σca=M2+(αT)2W=95882+0.3×1705420.1×853=0.2MPa≤σ-1=60MPa
故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度。
圖5-4彎矩圖
5.3 本章小結(jié)
為了保障機(jī)器的安全運(yùn)作，本章主要進(jìn)行關(guān)鍵零件的強(qiáng)度校核。校核結(jié)果顯示所設(shè)計(jì)推貨裝置輸入軸與移箱裝置輸入軸均符合強(qiáng)度要求。
6 箱體及其他輔助部件設(shè)計(jì)
6.1 輸送裝置支架設(shè)計(jì)
輸送裝置支架結(jié)構(gòu)及尺寸查表得如圖6-1，6-2所示。
圖6-1輸送機(jī)支架
圖6-2輸送機(jī)支架
支架主要采用角鋼，該種支架適合本設(shè)計(jì)的地面型水平運(yùn)輸。
6.2 推貨裝置箱體設(shè)計(jì)
推貨裝置中的正弦機(jī)構(gòu)箱體尺寸及結(jié)構(gòu)如圖6-3所示。
圖6-3正弦機(jī)構(gòu)箱體
6.3 推貨裝置擋板設(shè)計(jì)
為了保證避免推貨時(shí)后面貨物影響，設(shè)計(jì)擋板使推貨時(shí)被推貨物與后續(xù)貨物分開(kāi)。如圖6-4所示。
圖6-4推貨擋板
6.3 本章小結(jié)
本章主要對(duì)各裝置的箱體機(jī)架等輔助部件進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明。輸送機(jī)、電機(jī)及減速器支架采用角鋼材料，推貨裝置箱體及其他輔助部件材料選用45鋼材料。箱體內(nèi)部根據(jù)軸設(shè)計(jì)選用對(duì)應(yīng)得軸承嵌入。
7 總結(jié)與改進(jìn)
7.1 總結(jié)
本次設(shè)計(jì)綜合參考了機(jī)械相關(guān)文獻(xiàn)，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)裝箱裝置。對(duì)方盒自動(dòng)裝箱裝置的整體方案和機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并進(jìn)行了相關(guān)零部件的校核計(jì)算，根據(jù)實(shí)際工作情況與運(yùn)動(dòng)分析對(duì)裝置的尺寸進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容如下；
根據(jù)機(jī)械知識(shí)與實(shí)際工作情況對(duì)方盒自動(dòng)裝箱裝置進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終確定為輸送裝置、推貨裝置和移箱裝置三部分。輸送裝置的工作主要由帶式輸送機(jī)完成，選用特輕型帶式輸送機(jī)進(jìn)行工作，驅(qū)動(dòng)選用特輕型風(fēng)冷式電動(dòng)滾筒，型號(hào)為：XD20-0.55/0.8；推貨裝置主體為止轉(zhuǎn)軛機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)速48r/min，能夠達(dá)到1.25s推送一層貨物的速度；移箱裝置設(shè)計(jì)了一種尖底推桿盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)箱體的間歇下降運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速2.4r/min，間歇部分1.25s下降30mm，與推貨裝置完成良好的配合。
7.2 改進(jìn)
本次設(shè)計(jì)的方盒自動(dòng)裝箱裝置雖能正常完成方盒的自動(dòng)裝箱，但由于是初次設(shè)計(jì)，且時(shí)間有限，一些方面沒(méi)有完全考慮到位，因此該裝置人仍存在一些缺陷。在此從提高功率方面提出一點(diǎn)方案:
考慮到推貨裝置采用正弦機(jī)構(gòu)來(lái)完成推貨，因此可在輸送機(jī)相對(duì)推貨裝置的對(duì)稱位置擺放相同的一套送貨裝置和支承裝置，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)裝箱速度的翻倍。具體布置如圖7-1。
圖7-1改進(jìn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)期間的一項(xiàng)特別重要的內(nèi)容，是對(duì)我們大學(xué)所學(xué)知識(shí)的一次檢驗(yàn)，對(duì)于培養(yǎng)我們的工作精神，鍛煉我們的工作能力，檢驗(yàn)我們所學(xué)知識(shí)的掌握能力都有著重要的意義。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成，離不開(kāi)老師的耐心指導(dǎo)，特別感謝柴老師對(duì)我的細(xì)心點(diǎn)撥，老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料到設(shè)計(jì)方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，部裝草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的基礎(chǔ)較差，但是老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了老師的專業(yè)水平外，她的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
然后我還要感謝大學(xué)四年來(lái)的所有老師，為我打下了機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
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