多功能包装机械设计

1、第1章 绪论1.1 课题研究的背景、目的及意义目前，我国的医药包装同国际水平相比还有很大的差距，集中体现在包装设计、技术水平，功能单一而且需要大量的人力、财力、物力。故集多功能于一体的装盒机，符合多功能要求的制药包装设备越来越多地受到各大制药厂上的青睐，工欲善其事，必先利其器。还要注意简化机构，在保证功能的同时使得机构不繁重臃肿，多功能药品包装全自动生产线集折盒、装盒的功能于一身，并具有打印批号、粘贴防伪标签等功能，具有明显的性价比，其技术稳定、性能齐全，大大提高了药品包装的速度，降低了生产成本，提高了制药厂商的经济效益，吸引了众多制药企业的目光。通过对药品自动装盒机的机构设计和运动分析，可以

2、很好的掌握机械的机构设计。提高文献的阅读能力及论文的写作水平。1.1.1 包装机械的市场背景国外包装和食品机械水平高的国家主要是美国、德国、意大利、日本、和英国。而德国的包装机在设计、制造及技术性能等方面则居于领先地位。我国的药品包装机械从整体上来看和外国的设备还是存在着一定的差距的，如产量不高、运行不稳定、零部件标准化低等。面对诸多的问题我们在考虑提高自身水平的同时，重新整理今后的发展思路很有必要。我国药品包装机械经过几年的飞速发展，经历了从靠进口到靠效仿到逐渐自我完善的过程，发展到今天可以说达到了行业发展道路上的小高峰。但是随着国家对药品GMP认证工作的不断深化，GMP对药品包装设备的要求

3、也有更加严格的规范，我们的药品包装设备也在GMP的约束下前进了一大步，无论是在包装工艺上，还是在产品材质的使用上。另外，由于电子技术的发展。也使药品包装设备效能感自动化迈进了一大步，但距离实现真正的自动化还有待于努力。我国包装机械需求量很大，国内生产的机械无论是数量上还是品质上（国内包装机械产品技术水平普遍低，95%产品属于初中级产品：产品质量不高，性能低，寿命短，可靠性差）都远不能满足需求，每年仍需进口大量包装机械，我国是世界包装机械的进口大国之一。我国包装机械（含食品机械）进口额2000年、2001年和2002年分别为8.1亿美元、9.6亿美元和10.3亿美元。与进口额相比，我国包装机械的

4、出口额小很多。2000年和2001年分别为8400万美元和1.1亿美元，2000年增为1.4亿美元。我国已经成为世界5大包装机械生产国和2大包装机械进口国。另外，20实际80年代末开发的冷杀菌技术在国外已开始应用，他们包括超高压杀菌、超高压脉冲电场杀菌、强磁脉冲杀菌、脉冲强光杀菌、微波杀菌，紫外线杀菌、臭氧杀菌、超声波杀菌、高能射线杀菌和低温调空杀菌等技术。另外还有生物包藏技术、活性包装技术、栅栏障碍技术、膜分离技术及抗菌包装技术等都是在食品加工和包装方面的最新技术。食品超高压处理技术被称为：“食品工业的一场革命”、“当今世界十大尖端科技”等。冷杀菌又称物理杀菌，是当代的崭新科技。为了保持食品

5、功能成分的生理活性及保持食品色、香、味及营养成分，食品包装机械的设计知道上采用冷杀菌技术是非常必要的。1.1.2 目的及意义1、目的本课题主要是完成多功能设计，设计多个功能机构同步运行，完成整个的包装过程。其中包括工作机构折盒装置、折说明书装置、打印装置。辅助机构有传送带。在其中的折盒机构中需要设计机械手实现纸盒的传输，能准确无误地运送到折说明书机构的装置下，完成一次性折盒、折说明书到装盒。通过上述机构的协调运行完成折盒、折说明书、装盒传送、打印等完整药品包装过程。同时要完成功能机构中各个承载装置的校核，以确保整个装置的正常运作。另外，要保证各个功能机构之间的协调性，即在时间上的配合，也就是在

6、折盒机构折好每一个盒的同时，机械手要运送一个纸盒到与此同时折好的说明书处，完成一次性装盒然后运送到等待的传送带上，进行下一个打印工序。2、意义 本课题研究的意义在于真正实现多功能同步实现，总结分析现如今诸多包装机的功能单一，操作笨重的情况，设计该装盒机则是填补了自动多功能包装机械的空白。 由于目前国内的包装机械行业中，能完成整个过程的包装机构较少，所以多功能装盒机的问世，会给包装行业带来新的生机，给机械行业注入新的活力。 但是鉴于个人知识水平有限，在设计过程中难免会有不足之处，然而我相信本课题的研究设计会给带来新的设计理念和创新意识。研究多功能自动装盒机丰富了个人设计思想，培养了设计兴趣，还能

7、开拓在包装机械设计领域的创新空间。本次设计使我在四年中所学的机械设计知识，以及机械绘图能力得到发挥，同时也发觉个人能力的有限。1.2 包装机械的发展现状及趋势我们在进行药品包装机械的设计上除了满足现有的包装形式，也可以引导包装方式的发展，是药品包装向着更安全、更方便、更具实用性、高效、节能的方向发展。1.2.1 国外包装机械的发展现状2002年德国包装机械产值达34亿欧元，其产量的77%为出口产品。最近几年，这些国家包装和食品机械设备发展呈现出新的趋势。1、工艺流程自动化程度越来越高目前自动化技术在包装生产线中已占50%以上，大量使用了电脑设计和机电一体化控制，目的是提高生产率，提高设备的柔性

8、和灵活性，增加机械手以完成复杂的包装动作（模拟手工包装）。每个机械手均有单独的电脑控制，摄像机见空包装动作并将信息反馈到电脑以调整动作幅度，保证包装的高质量，同时对包装材质及厚度有自动识别功能，再由电脑计算后去控制机械运动，完全是个“自适应”系统，保证系统在最优状态下工作。提高生产率，降低工艺流程成本，最大限度地满足生产要求。高速设备一旦出现故障，损失也同样惊人，所以高速度设备一定要有故障分析系统（自诊断系统）并能自行排除故障，使生产率得以提高。2、适应产品变化 设计具有好的柔性和灵活性。为适应竞争需要，产品更新换代的周期越来越短，有的产品甚至一季一变，而产量都很大，包装机的寿命远大于产品的寿

9、命周期，所以某些包装机要能适应产品的变化，只能以柔性和灵活性来适应，包括量的灵活、构造的灵活和供货的灵活。构造可以采用单元模块化，供货灵活是指单机可以实现多种包装组合，设多个进料口及不同形式包装。3、成套供应能力强 如一条饮料灌装线，有200多微电脑件，100多种控制软件，灌装封盖部分又是两套组合，其他部分共用。一个供货商可以为用户进行工程设计、安装、调试、最后交用户验收。包装机械设计普遍使用仿真设计技术。把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机、由计算机自动合成三维模型把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机。计算机三维模型即可按照实际工作情况进行操作，演示出

10、生产能力、废品率、生产线瓶颈在何处等，还可以根据用户意见进行修改模型直到用户满意。采用计算机仿真技术后，大大缩短恶劣包装机械的设计周期及新产品开周期。1.2.2 国内包装机械的发展趋势为开拓中东、非洲包装塑料市场，成为我国包装工业创造条件，从去年在中东的阿联酋举办的“中东和非洲包装机械展销会”来看，有关专家认为，中东包装塑料几市场有待开拓，我国包装机械在该市场具有一定的优势，优势在于价格实惠。据调查，中东市场的包装机械适销机型主要为：半自动水平垂直包装机、瓦楞纸箱生产线、PET（聚酯乙烯）塑料生产线、香皂水平包装机及用于奶酪和黄油的水平填充、密封机械与奶油装罐机的需要持续增长。目前，各国包装设

11、备在埃及市场所占份额为：埃及30%。意大利18%。中国15%，德国10%。西班牙8%，美国5%，英国5%，印度5%，中国台湾2%，其他国家4%，由此可见，中国的包装机械还有很大的拓展空间。我国包装机械产业从上世纪80年代以来的20多年中，发展十分迅速。我国包装几产值在1982年仅为3亿元人民币，1999年、2000年和2001年分别增为125亿、155亿和为172亿元，2002年增至195亿元，到2005年将达250亿元以上。人性化设计就是在设计的过程中要充分考虑人的胜利和心理因素。更加重视产品的“方便”、“价钱”、“安全”和“效率”等方面的评价，应该不至于在。长期使用过程中对操作者造成操作不

12、适、易疲劳等生理或心理的不良反应至伤害。因此设计人性化的包装机成为一大主题，如图1.1所示。绿色设计原则将是从人类的长远利益出发的。从绿色设计原则出发，产品从它一出生到完成它实用价值以另一种形式存在都属于设计所考虑的范围。图1.1 DBL（Z）-22系列包装机我们应当遵从这样一条原则：减少一切可以避免的，一切废品都是浪费，都可能对环境造成污染。在这个指导下，我们可以从结构、工艺组合及包装原材料等方面来考虑我们的包装机械。绿色型包装机如图1.2所示。现在的包装自动化只能说是相对的。要实现真正的自动化我们的路还很长，会碰到诸如检测、自动调整等一系列问题。因此真正实现机电一体化的设计还需要我们的努力

13、，尽管现在已经有不少的机电一体化的产品，但是机械部分还是占主体。目前国内和国外有了不少的机电一体化的包装机械产品，但是由于功能单一或者操作烦琐，甚至机身笨重的缺点，真正的机电一体化还需要一段时间。图1.2 ZHJ80D型自动包装机因此设计新型机电一体化的包装机是如今的主题，在保证了人性化设计并且不危害人体健康的前提下，实现机电一体化的设计，这不仅是包装机械的进步，也是电气和机械工程的进步。对形态各异、物理特性各不同的药品在检测过程中所碰到的问题会更多，而检测之后数据的传输和处理，对控制系统的要求也不会就停留在当前的这个程度上，这需要电子行业和包装行业的共同努力，需要医药包装机械能够将新的电子技

14、术及时的应用到实践中来，需要两个行业的共同的探索。把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机、由计算机自动合成三维模型把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机。现今已有不少这方面的产品问世，但是也存在着各种各样的问题。比如功能单一，操作复杂烦琐，主体机构笨重等问题是存在的。尽管如此国内已经有了比较完善的功能装置和包装机，它在机构上，功能上，以及操作上都实现了机电一体化的功能，填补了国内的的空白，为以后多功能自动装盒机的发展铺好了道路。国内产品DZH-100型包装机如图1.3所示。图1.3 DZH-100多功能自动包装机1.3 本课题的研究设想多功能指制药机械在特定

15、的使用和环境条件下，完成基本工艺动作的机电运动功能。随着高新技术的发展、交叉领域新技术渗入，先进的原理、机构、控制方法及检测手段的应用，仪制药机械的功能不断被充实和完善。多功能药品包装全自动生产线具有如下功能： 因为盒子的种类繁多，因此设计的折盒模块也要有不同种类以相适应。具体到模块的长宽高，设计和加工余量。1、打印批号在上个功能机构完成其加工过程后，将盒成型封好，待打印批号。2、折说明书机构运用空间八块机构，使得说明书的折法可以随意折，最后还能直接将说明书装进折好的盒子，方便快捷，简化机构，还能保证准确性和稳定性。3、预期结果和意义1) 通过对药品包装全自动生产线方面的阐述，以及客户需求的不

16、断提高，多功能药品包装全自动生产线在各方面将会不断的提高，为推动医药事业的发展做出应有的贡献。2) 对于原有产品的更新换代。创新与发展是时代的主题。技术创新与产品的更新换代更是制药包装设备面临的又一大挑战。多功能药品包装全自动生产线属于独立开发的产品，可根据市场所需及客户要求在符合原有设计原理的情况下进行更新换代。3) 这样的机器不仅广泛用于药品、化妆品、食品等产品的装盒，特别适用于贵重物品、易碎、无合适进给物品等产品的装盒，相信多功能自动装盒机的问世，会给人们的生活带来极大方便，给生产带来新的动力，有极大市场前景。第2章 多功能自动装盒机的运动分析2.1 运动分析和工艺分析本章主要讲述多功能

17、自动装盒机的运动分析与工艺分析。2.1.1 多功能自动装盒机各组成部分的运动分析1、折盒机构裁好的硬质纸张运送到折盒机构的圆柱卡台上，有滚动的成型模块将每个半成品盒压制成成品。该机构中的折侧边和折角机构分别完成水平和前后两个方向的动作，使用纸盒的成型模块对纸盒进行限位。2、折说明书机构将待折的说明书运送到折叠机构的成型台表面，推杆1说明书第一次对折，并传送到推杆2的位置，此时推杆1返回，推杆2将说明书第2次对折，并传送到推杆3的位置，此时推杆1进行下一张说明书的推送，与次同时推杆3将说明书进行最后一次对折并直接推到下面的传送带上。如图2.1所示。3、传送机构主要是传送带将盒以及说明书运送到装盒

18、装置，然后再由传送带运送到打印机构进行打印批号。4、打印机构图2.1 折说明书装置将传送带运送而来的盒打印上生产批号，最后送到成品提取装置完成整个包装过程。2.1.2 工艺分析选择和拟订工艺过程是多功能自动装盒机设计的第一阶段的任务，是多功能自动装盒机设计的基础。工艺过程方案是否合理和先进，将直接影响所研制的多功能自动装盒机结构、外形尺寸、机构的运动方式和装盒质量。下面对所研制的自动装盒机的具体工艺进行分析。本自动装盒机为多工位装盒机，其包装运动是间歇运动，工艺路线为阶梯型，即在包装过程中有竖直、水平和前后3个方向的运动，采用“成型法”完成包装折叠动作。根据系统功能需求可将整个包装过程分为以下

19、几道工序，如图2.2所示：在确定了装盒机工序后，制定出该装盒机的工艺路线，确定工位数。在装盒机工位设置时，主要考虑如何工作行程和空程时间，提高生产率，简化传动装置，使得装盒机的整体结构紧凑。折盒机构机械手装盒折说明书机构传送带打印图2.2 包装工序2.1.3 多功能自动装盒机结构设计 根据上节分析的装盒机的功能、工序、以及包装的工艺流程，可以确定包装机的结构。将包装机分为3个主要子部分，各子部分分别完成各自的功能，并协调工作，实现多功能自动装盒机功能。装盒机作为自动工作中的一个特定的类型，它具有一般自动工作机的基本共性，在结构上包括驱动元件、工作机构、传动机构和自动控制装置系统四大部分。同时装

20、盒机也具有自身的一些特点，根据本装盒机的工艺。可将装盒机的机构划分为如图2.2的四个部分。图中所示的折盒机构、折说明书机以及打印机构都是工作机构，工作机构是直接或者是借助工具对加工对象实施作用，以改变加工对象的工作职能的性质区分，工作机构又可以划分位工艺操作机构和辅助操作机构。图2.2所示的3个工作机构都是要完成对多功能自动装盒机而使用的专门机构，其中辅助操作机构包括送纸装置、说明书运送装置和成品取出机构，工艺操作机构是打印机构。本装盒机中选用的驱动元件是电动机。驱动元件是为工作机提供加工及各种运动的动力的，装盒机常用的驱动元件有电动机，液压元件和气动元件。传动机构是用于将动力和运动从驱动元件

21、传递给工作机构。传动机构的功能四调节运动速度或者变换运动形式（旋转运动变为摆动或移动，连续运动变为周期脉动等）。2.2 自动装盒机的工作要求和功能分析多功能自动装盒机的控制与运动系统较为复杂，主要包括折盒、折说明书、运送盒、运送说明书、装盒、打印批号等，其中的电气控制方面主要是时间的配合。设备的结构被认为是不变性的，设备结构（整体或局部）不合理、不适用，一旦投入使用，要改变几乎是不可能的。但对制药企业来说多数还是要到设备更新或报废时才更新换代，所以设备的结构生产的影响是先决的。多功能药品装盒机全自动生产线在产品的结构设计时，采用高集程度大规模芯片为专机设计了专门的控制系统，具有结构设计合理，自

22、动化程度高、运行稳定可靠、操作维护方便等特点。具体结构设计如下：系统中的各功能机构的功能和作用。表2.1 功能机构及作用机构名称功 能折盒机构将传送拉的纸张折叠成型传送机构传送纸盒到打印机构折说明书机构将说明书三折成型打印机构给包装盒打印产品批号继电器控制并调节推板运动顺序及时间2.2.1 折包装盒 图2.3圆柱卡台将剪好的包装纸运送到折合盒机构的四根圆柱卡台上。电动机驱动折盒模块装置，模块将包装纸下压，则此时包装盒的一个侧边已经形成，这时候推角装置启动推角板将两个盒角推至成型，然后推脚装置上方的推板运动将短侧边推成型压住两个角，包装盒继续下压一个侧边的距离，上推板开始由电机驱动运动，将另一个

23、侧边与宽面成型，与此同时和压紧的侧边多余的部分粘在一起，则当模块运动到垂直位置时，包装盒自动滑落到传送带1上。如图2.3所示。2.2.2 折说明书此装置同样要求时间搭配的协调，1杆将说明书对折到空间成型机构，然后退回，2杆开始运动将对折的说明书再次对折推至3杆位置，然后退回，3杆将说明书最后一次对折，然后直接推出成型机构，推至传送带2上，与传送带1上的包装盒一起装好至传送带3上，等待下一到打印工序。2.2.3 打印批号装好说明书包装盒运送到打印机构的下方，有凸轮带动的打印机构完成快速打印，其完成一个轮回的速度要与传送带3的运行速度相同，从而保证打引速度和质量。2.3 本章小结本章通过对装盒机功

24、能与总体分析，制定了整个设计的总体方案，详细设计了其中的各个功能机构以及具体工序。为以后的具体零件和功能机构的设计打好基础。使得以后的设计能有序的进行。第3章 自动装盒机辅助机构的设计3.1 辅助机构的结构设计现对其中结构较为简单的传送装置和打印机构进行设计，而对于装盒机的关键技术的折盒装置和折说明书装置将在第四章重点论述。3.1.1 传送带的结构设计纸盒的传送速度和距离要保证和折好的说明书同时进入装盒装置，因此要满足以下功能和运动要求：1、可进行单个纸盒的输送。2、按工艺路线中所示的运动路线输送纸盒，纸盒可完成水平方向行程约为300mm的运动，两边的护杆是为了保证纸盒不会滑落出传送带。3、要

25、求传送带装备运动平稳，具有一定的定位精度和较高的位置重复精度，若定位误差较大，则会使纸盒与说明书不能及时准确的进去装盒装置，影响包装速度和质量，而定位重复精度低的话，会使传送质量不稳定。4、传送带的速度要求调节方便，由于纸盒与说明书要以相同的速度运动，因而要求可以方便的调节输送装置的运动速度，使之可以和装盒装置协调动作。通过以上分析可以知道，传送带设计时要解决的主要有四个问题；1、设计一种机构简单，成本低的传送装置，完成对纸盒与说明书的运送。2、设计纸盒的限位机构（即护板），确保纸盒的输送精度。3、设计能是整个传送过程平稳的装置，保证传送的速度。4、设计能方便调节的驱动装置。3.1.2 打印装

26、置的结构设计装好说明书的纸盒运送到打印机下面，由打印机进行批号打印。打印装置由电动机带动凸轮转动进行打印，在传送带上面，确切是纸盒上方有弹性复写纸，事先固定好的本次产品的批号数字模块通过该纸将批号打印到纸盒上，因此在设计时候要注意以下几个问题：1、 电动机带动凸轮的转速要与传送带的速度协调，即每传送过去一个纸盒，凸轮就要转动一圈。2、不同批次的产品批号不同，所以打印的数字模块要设计成可更换的，犹如刀具库更换刀具一般，随时有备用数字模块。3、 保证传送过程平稳，同时要保证打印的质量。因此在设计上要注意结构上的搭配，如图3.1所示： 为了保证打印模块的工序按预期设计的进行，在两边的拉杆装上弹簧，这

27、样能保证不会因转速过快导致打印模块压坏。因要打印的批号有并列的三行，所以在设计模块的时候要注意排版和布局，如： 产品批号：T25028 生产日期：2005.05.21 有效期至：2008.04.21则看出设计出并列三排，每排至少八个数字，准备好两组数字模块，其中一组是下角标带点的。如上面的2005. 其中的5.和5就是两种数字模块。每个数字模块的大小为宽4-6mm，长3-5mm。电动机可以选择内置减速器的，是为了简化机构，不至于使得这个机构 繁冗笨重。另外在选择电机时，要选择能够自动换向的，也就是有控制转动时间和转动方向的电气装置。因折盒机构中要求没分钟出产纸盒数量为100-120/min，即

28、每秒2个，结构上设置了4个成型架。因此需要该装置每2秒就转一圈，则要求电动机的输出轴的转速为30n/min，如果选用下面表格中所列出的电机： 图3.1打印机构表3.1 电机参数型号规格额定功率（Kw）转速（r/min）视图文件名编号Y315S1055 600DY31538Q.DWG 则需要带内置减速器设计成二级减速器按1：4和1：5的比例进行减速达到最终折盒装置的要求。或者选用 120rpm、功率0.37W的电机。则只需要进行一级减速，1：4的比例就足以解决以上问题，同样可以设置成内置的减速器，则输出轴的转速便是30rpm达到设计要求。3.2 本章小结本章主要是设计了整个装盒机的辅助机构，传送

29、带和打印装置，它们在整个包装过程中也是必不可少的机构，主要功能完成装好盒后的纸盒传输以及打印批号。第4章 自动装盒机工作机构设计4.1折盒装置的结构设计主要工作机构之一的折盒机构在设计和运动分析时都是关键。4.1.1 折盒装置的结构设计折盒动作是通过圆盘带动导杆实现折叠工序的，因此折盒装置要满足以下的基本要求和运动要求：1、可进行单个纸盒的折叠。2、按照工艺路线图2.2中的运动路线进行折盒。当模块移动到圆柱卡台的水平位置，折盒装置启动开始整个折盒过程。3、要求纸张在卡台上平稳放置，具有一定的定位精度和教高的位置重复精度。4、要协调好每个推板的运动时间，以及推角的运动始停。5、保证整个折叠过程中

30、推板和推角的稳定运行以及模块的稳速移动，确保整个折叠工序的精度和位置精度。为保证每秒2个的进度，要求两个推板和推角要在工作顺序上有相当好的协调性，也就是保证每个推板和推角在单位时间内要有2个运动的反复。也就是要求电机输出轴的转速是30rpm，并且保证它们的先后顺序。其中的腿脚在设计结构是利用了一对啮合齿轮机构，啮合齿轮的转动带动了两个推角的运动，进而完成了折角的动作，如图4.1所示。折角后两个推板进行有序动作完成整个的折叠过程。在次过程中要用到继电器，因为我们要进行的机构设计和运动分析。所以简略地介绍一下就可以，它主要是控制两个推板的运动先后顺序，也是折叠顺利完成的关键。图4.1 推角装置4.

31、1.2 传送带与折盒机构的配合在以上全都保证的前提下，模块卸下成型的纸盒带传送带上，由其运送到后面的装盒机构，在次期间要保证纸盒的平稳，所以在传送带的两端加上可以调节的护杆，另外要是传送带的皮带有足够的粗糙度，保证纸盒在上面不出现打滑现象，传送带的机构如图4.2所示：其中为了确保皮带不打滑，在其下面增加了张紧辊来保证皮带一直处于张紧状态，进而保证纸盒的传送稳定。另外传送带的支架设计成可调节，能适应不用高度的应用，到达精简目的。同时为了确保不使过多的纸盒停留甚至堆积在传送带上，传送带的转速要选择接近且稍微大于折盒机构的效率，即略微大于每秒2个生产速度。因为传送带长330mm，又每个纸盒的长度为8

32、0mm，保证间距设置为100mm，则在传送带上不能同时出现4个以上的纸盒。因此要求其转速大于或者等于200mm/s.这样才能保证装好的纸盒不堆积在传送带上。与此同时打印机构的打印频率要与机械手相协调，这样才能确保不遗漏传送带上的每一个包装盒。 图4.2 传送带4.1.3 机械手的设计在整个包装机中，机械手起到连接折盒机构和折说明书机构的作用，将两者在时间的协调上过度好，并且把装好的纸盒运送到传送带上。它是由两组啮合齿轮完成两个自由度的夹紧和翻转，即水平和垂直方向，再由一个大齿轮保证旋转上面两个工作台的旋转，夹盒装置如图4.3所示。图4.3 夹盒装置其中齿轮为不全齿的齿轮，夹板与齿轮外边缘一体，

33、完成张合的夹紧和松开动作。它由间歇式运动的电动机（能换向）带动。当纸盒被夹紧以后，第二组啮合齿轮开始运作，使得整个的夹盒装置在竖直方向上翻转，即由水平到竖直，该装置如图4.4所示。图4.4. 翻转装置在上述机构完成预定动作后，主电机转动，使得整个装置旋转180度，运送到折说明书最后一道工序的正下方，将说明书直接装进成型的纸盒，然后旋转90度，运送到传送带上，之后循环以上的工序。在机械手整个的运作过程中，机械手臂的长度要根据折盒装置和折说明书装置的距离来确定，其高度由折说明书的空间成型机构以及折盒装置的卡台机构来确定。同时传送带要与机械手协调配合，在保证能运送到的前提下，还要平稳的运送到传送带上

34、，然后由传送带上方的打印装置进行打印。4.2 折说明书装置的结构设计本装置中运动到了多个齿轮传动，一是为了减速，二是为了保证两个导杆运动的相异性，从而按工序完成折说明书的过程。4.2.1 齿轮的选择和校核折说明书机构是第一次运用空间成型机构，将说明书一次性要求目的，并且将说明书直接运送到传送带上，与折好的纸盒一起运至装盒机构。如图4.5所示。由图看出，中间最小的齿轮是主动轮，也就是电动机的输出轴，因其生产出的说明书的数量以及运送速度要和纸盒保持一致，则先确定最大齿轮的转速，整个机构一次完成一个说明书的折叠，因此在速度上要求高了，在工序上更不能有差错，即整个装置要做到每秒2个说明书运送到最上面的

35、导杆下面待命，如此的话要求大齿轮的转速为120rpm，因为整个齿轮系是个减速机构，所以在选定好电动机后去选择中间的从动轮，在本装置中也可以称为换向轮。 图4.5 折说明书装置选定电动机的输出功率为6KW，小齿轮转诉为300rpm,它和换向轮的齿数比为1.25，使用寿命为15年（设每年工作300天），两班制，带式输出平稳，换向不变。1、选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按图3.3所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。2）折说明书机构属于一般工作机，要求精度不是很高，故选用7级精度（GB1009588）3） 材料选择。选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮为45钢（调质）

36、硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4） 选择小齿的齿数为，大齿数为2、按齿面接触强度设计由设计计算公式惊醒计算，即 （4.1）1） 确定公式内的各计算数值（1）试选载荷系数K=1.3（2）计算小齿轮传递的转距 T=95.51=95.510/300=3.183（3）查表选取齿宽系数 （4）查表得材料的弹性影响系数 （5）按齿面硬度得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 （6）计算应力循环次数 （4.2） （7）查表得接触疲劳寿命系数 ；（8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，得 2） 计算 （1） 试算小出论分度圆直径，代入中教小的值， 49.70

37、mm（2）计算圆周速度v （3）计算齿宽b （4）计算齿宽与齿高之比b/h 模数 齿高 b/h=49.70/5.591=8.89（5） 计算载荷系数根据v=0.67m/s,7级精度，查得动载系数 直齿轮，假设。查得 ；查得使用系数 v=0.78m/s 7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 将数据带入后得 =1.085 由b/h=8.89, 查图表得故载荷系数 （4.3）（6）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径， （7）计算模数m 3、按齿根弯曲强度设计弯曲计算公式为 （4.4）1） 确定公式内的各计算数值（1）齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯曲强度疲劳极限 ；（2） 查得弯曲疲劳强度寿

38、命系数 ；（3） 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得 （4）计算载荷系数K （5）查取齿形系数 查得 ；。（6）查取应力校正系数 查得 ；。（7）计算大、小齿轮的 并加以比较 大齿轮的数值大。2） 设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于齿根弯曲疲劳强副计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.28并就近圆整为标准值1.5， 按接触强度算得的分度圆直径 算出小齿轮齿数 大齿轮齿数 取=45。 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接

39、触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费，4、几何尺寸计算1） 计算分度圆直径 mm mm 2）计算中心距 3） 计算齿轮宽度 取mm；5、验算 ,合适。4.2.2 键的选择与校核1、 选择键联接的类型和尺寸一般8级以上精度的齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于齿轮不在轴端，故选用圆头普通平键（A型）。根据d=8mm 从表中查得键的截面尺寸为：宽度b=14mm,高度h=9mm。又由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长L=20mm（比轮毂宽度小些）2、 校核键联接的强度平键联接传递转距时，联接中各零件的受力情况如图4.6所示：对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平

40、键联接（静联接），其主要失效形式是工作面被压溃。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。 因此导向平键联接和滑键联接（动联接），其主要实效形式是工作面的过度磨损。因此通常按逐个面的压力进行条件性的强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为 （4.5）导向平键联接和滑键联接的强度条件为 （4.6）式中：T传递的转距（T=F），单位为； K键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h，此处h为键的高度，单位为mm; l键的工作长度，单位为mm，圆头平键l=L-b,平头平键l=L,这里L为键的公称长度，单位为mm ,b为键的宽度单位为mm; d 轴的直径，单位为mm; 键、轴、轮毂三者

41、中最弱材料的许用挤压应力，单位为MPa;键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用应力，单位为MPa;图4.6 平键联接的受力情况键、轴和轮毂的材料都是钢，查表得许用挤压应力。键的工作长度l=L-b=20mm-14mm=6mm,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.59m=4.5mm得：可见联接的挤压强度不够。考虑到相差较大，因此改用双键，相隔布置。双键的工作长度 ，则可得： 合适。4.3 本章小结本章的主要是任务也是整个设计的主体，将其功能机构中的折盒装置和折说明书装置，以及其中的齿轮的选择与校核，键的选择与校核还有机械说的设计，这些工作的完成也是整个包装机设计的大体完成。第5章 常用零件的选择与校

42、核5.1 轴承和螺栓组的结构设计本章主要针对装盒机的常用零件轴和螺栓组进行校核。5.1.1 动轴承的校核 1、 支承部分的刚度和同心度 轴和安装轴承的外壳或者轴承座，以及轴承装置中的其它受力零件，必须有足够的刚性，因为这些零件的变形都要阻滞滚动体的滚动而使轴承提前损坏。外壳及轴承座孔壁均应有足够的厚度，壁板上的轴承座的悬臂应尽可能地缩短，并加强肋来增强支承部分的刚性，如果外壳是用轻合金或者非金属制成的安装轴承处应采用钢或者铸铁制的套环。2、轴承的配制一般来说，一根轴需要两个支点，每个支点可由一个或者一个以上的轴承组成。合理的轴承配置应考虑轴在机器中有正确的位置、防止轴向窜动以及受热膨胀后不致将

43、轴承卡死等因素。常用的轴承配置方法有以下三种：1）双支点各单向固定2）一端支点双向固定，另一端支点游动3）两端游动支承3、 滚动轴承的轴向紧固1）内圈紧固的常用方法（1）用轴用弹性挡圈嵌在轴的沟槽内，主要用于轴向力不大及转速不高时。（2）用螺钉固定的轴端挡圈紧固，可用于在高转速下承受大的轴向力。（3）用圆螺母和止动垫圈紧固，主要用于轴承转速高、承受较大的轴向力的情况。（4）用紧定衬套、止动垫圈和圆螺母紧固，用于光轴上、轴向力和转速都不大的、内圈为圆锥孔的轴承。2）外圈轴向紧固的常用方法 （1）用嵌入外壳沟槽内的孔用弹性挡圈紧固，用于轴向力不大且需减小轴承装置尺寸时。（2）用轴用弹性挡圈嵌入轴承

44、外圈的止动槽内紧固，用于带有止动槽的深沟球轴承，当外壳不便设凸肩并且外壳为剖分结构时。（3）用轴承盖紧固，用于高转速及很大轴向力时的各类向心、推力和向心推力轴承。（4）用螺纹环紧固，用于轴承转速高，轴向载荷大，而不适于使用轴承盖紧固的情况。3、轴承的校核与寿命计算根据工作条件决定在传轴的两端反装两个角接触球轴承，轴承径向载荷，轴向载荷轴承转速n=120r/min，运转时有轻微冲击。预期计算寿命5000h1）求比值 查表得，深沟求轴承的最大e值为0.44，故此时。2） 初步计算当量动载荷 （5.1）查表得，=1.01.2，取=1.2。按表X=0.56，Y值需在已知型号和基本额定静载荷后才能求出，

45、现暂选一近似中间值取Y=1.5，则 P=1.2（0.56550+1.5270）N=855.6N3）轴承应有的基本额定动载荷值 （5.2）按照轴承样本或设计手册选择C=3300N的61900轴承。此轴承的基本额定静载荷=3300N。验算如下：（1）求相对轴向载荷对应的e 值与Y值 查表，对深沟球轴承取14.7，则相对轴向载荷为 ，在表中介于之间，对应的e值为，Y 值为。（2）用线性插值法求Y值 故X=0.56，Y=1.55（3）求当量动载荷P（4）验算61900轴承的寿命，得即高于预期计算使用寿命，则选择的合适。5.2 螺栓组联接的设计与计算 进行螺栓组联接受力分析的目的是，根据联接的结构和受载

46、情况，求出受力最大的螺栓及其所受的力，以便进行联接的强度计算。 为了简化计算，在分析螺栓组联接的受力时，假设所有螺栓的材料、直径、长度和预紧力均相同；螺栓组的对称中心与联接接合面的形心重合；受载后联接接合面仍保持为平面。5.2.1 螺栓组的结构设计螺栓组联接的结构设计的目的，在于合理地确定联接接合面的几何形状和螺栓的布置式，力求各螺栓和联接接合面间均受力均匀，便于加工和装配。为此，设计时应综合考虑以下几个问题：1、 联接接合面的几何形状通常都设计成轴对称的简单几何形状。这样不但便于加工制造，而且便于对称布置螺栓，使螺栓组的对称中心和联接接合面的形心重合，从而保证联接接合面受力均匀。2、 螺栓的

47、布置应使各螺栓的受力合理。不要在平行于工作载荷的方向上成排地布置八个以上的螺栓，以免载荷分布过于不均匀。3、 螺栓的排列应有合理的间距、边距。布置螺栓时，各螺栓轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，应根据扳手所需活动空间的大小来决定。4、分布在同一圆周上的螺栓数目，应取成4、6、8等偶数，以便在圆周上钻孔时的分度和画线。5、 避免螺栓承受附加的弯曲载荷。除了要在结构设法保证载荷不偏心外，还应在工艺上保证被联接件、螺母和螺栓头部的支承面平面，并与螺栓轴线相垂。5.2.2 螺栓组的计算1、计算圆柱卡台底板所受的转矩 T=95.51=95.510/300=3.183=3183Ncm 在倾覆力矩T的

48、作用下，螺栓所受的载荷为 （5.3）故螺栓所受的轴向工作载荷为 2、根据底板接合面不产生滑移的条件 （5.4） 查表得接合面间的摩擦系数 =0.16，并取=0.2，则=1-=0.8，取防滑系数，则各螺栓所需要的预紧力为 3、上面每个螺栓所受的总拉力 4、确定螺栓的直径 选择螺栓材料为Q235、性能等级为 4.6的螺栓，查表得材料屈服极限，查表得安全系数S=1.5，故螺栓材料的许用应力。求得螺栓危险截面的直径为 按粗牙普通螺纹标准（GB5780-86），选用螺纹公称直径d=8mm 5、 校核螺纹组联接接合面的工作能力 1）联接接合面下端的挤压力不超过许用值，以防止接合面压碎。 有： 1.61MP

49、a （5.5） 查表得，故联接接合面下端不致压碎。2）联接接合面上端应保持一定的残余预紧力，以防止托架受力时接合面产生间隙，即，有 =72.44N/m0.72MPa0 故接合面上端受压最下处不产生间隙。3）校核螺栓 所需的预紧力是否合适对碳素钢螺栓，要求 已知，取预紧力下限即 要求的预紧力 ，小于上值，故满足要求。 5.3本章小结本章的主要任务是将机构要设计的常用零件进行设计，如滚动轴承和螺栓组，它们是机构中最常用的也关键的零件。要对其强度进行校核才能保证在整个装置中不会出现问题。结 论随着我国包装工业的快速进步与发展，多功能自动装盒机的使用和需求越来越广泛。然而在大部分的装盒机，尤其是药品装

50、盒机中，采用多中工序甚至是多种装置来实现控制，因此装盒机的结构和控制比较复杂，难于操作并且成本较高。本论文则是综合各种装盒机的特点，并大胆采用了空间成型机构将说明书一次成型，简单方便，快捷准确。该装盒机结构紧凑，成本低廉，操作简单，精度高等优点。本文对该装盒机的原理、运动分析和关键技术进行了深入的研究。总结一下个人的设计结果。1、 设计了装盒机的总体结构对装盒机的功能需求展开调查和分析，制定符合本装盒机实际工作情况的加工工序和工艺路线，确定了装盒机的各个功能机构，即：折盒装置、传送装置、折说明书装置、打印机构。根据各部分的功能需求，对其基本结构进行了初步设计。2、用简单的结构和经济的方式实现了

51、准确的传输、折叠、打印等复杂动作，并能控制各动作之间的速度匹配，使各动作完成地协调。3、在传送装置中，设计了护杆结构为了保证纸盒在传输过程中能平稳准确运送到下一个功能机构，这种设计简单可靠，随即机械定位，保证了定位精度。设计中的不足和需要解决的问题1、由于设计过程中，没有采用电气机构，所以在整个机构运作过程时。需要根据实际情况安装或者设计相应的电气装置，同时由于个人能力有限，因此在某些机构设计时会出现不同类型的错误，使得某些机构在理论上可行，而在实际运行时会遇到问题。另外在整个绘图过程中总体轮廓不会出现什么大问题，毕竟个人知识与实际操作水平受限。因而会出现细节性的错误是再所难免的，在导师的评解

52、和指导下去逐个更正。2、在整个包装过程中，缺少了纸张的供应机构，因此在设计时要注意详细讲解清楚该装置的运行环境。 另外在机械手将装好的纸盒运送到传送带的过程中，纸盒在传送带上的稳定性低，会产生纸盒的滑落或者是错位现象，这些都是要在实际中解决的问题。鉴于个人水平限制，因此在精度上设计的不是很高，需要咨询导师解决相关问题。 参考文献1 彭国勋.包装机械浅论M.第1版.北京.机械工业出版社，1985.2 冯玉宽.包装技术的发展的应用概况N.设备情报网网刊，1991(3),6-8.3 关振球.轻工业包装生产线M.北京:轻工业出版社,1989.4 四川省包装机械委员会编.包装机械技术M.成都:四川科学技术出版社，1985.5 高德主编. 包装机械设计D.北京:化学工业出版社，2005.6 汤瑞编.轻工业自动D化.第一版.上海:上海交通大学出版社，1985.7 许林成.包装机械原理与设计M.第1版,上海技术出版社，1988.8 韶军，张继红。机电一体化在包装机械中的应用M.中国包装工业，2002 No.94：55-56.9 濮良贵，纪名刚. 机械设计（第七版