金泽组说明书

1、目录作品内容简介1一、作品背景及意义31.互联网经济发展现状与鞋类销量32.现网店包装存在的问题33.作品的意义3二、目标分析及功能设计31.目标分析32.功能分析4三、设计路线拟定5四、机构及结构设计61.快递袋运输及开口装置61.1快递袋运输61.2快递袋开口结构设计71.3装置工作原理82. 鞋盒运输去封条装置83. 快递袋封口贴胶装置104.快递单打印粘贴装置12五、理论计算及元件选用141.气缸的选用142.直流步进电机的选用143.封口机构的零部件设计154.支撑组件的选用17六、创新点17七、应用推广价值171、包装性能分析182.网店实用性分析18八、设计总结及心得18参考文献

2、20附录21控制电路图21整体效果图21“小题大作”网店快递用鞋盒自动套袋贴单机设计者：金泽，刘煜，王毅，殷洁，赵子璇（温州大学机电工程学院，温州325035）作品内容简介随着各类电子商务新兴模式的不断涌现，网购已逐渐取代传统的购物形式，数万亿的市场蛋糕，吸引了数以百万的创业者和投资者。越来越多鞋企也借力电商平台开拓销售市场，2015年全国通过网络销售的鞋子达5000万双。但是一些中小型网上鞋店在创业初期，由于资金有限和人手不足，存在快递包装不及时等问题，特别是恰逢一些促销活动日的时候，很容易造成商品的堆积，从而使消费者无法及时收到货物。为此，本团队从电商的实际需求出发，设计了一款鞋盒快递用的

3、自动套袋贴单机。普通快递袋均为塑料材质，质量轻，成型时形状控制困难。设计团队针对快递袋特性，结合鞋盒快递包装的流程，通过气动装置和连杆机构，并借助单片机技术进行动作的顺序控制，成功实现了鞋盒送进及套袋、快递袋提取-开口-封口、贴快递单等功能。本作品操作简单，工作效率高，封口效果好，运行稳定，购置成本低，体积适中，特别适用于创业初期的中小型网店。图1作品流程示意图一、作品背景及意义1.互联网经济发展现状与鞋类销量 据商务部公开数据显示，我国近五年电子商务交易额保持年均20%以上的速度增长，其中2015年电子商务交易额已突破18万亿元，中国规模以上企业应用电子商务比率达80%以上，应用电子商务完成

4、进出口贸易额占中国当年进出口贸易总额的10%以上，网络零售额相当于社会消费品零售总额的9%以上。电子商务、网络购物等新型服务业态的迅猛发展，推动人们消费方式的转变，促进网购快递需求快速增长。仅2015上半年，国内男鞋线上销售达8434.8万件，销售额为1028290.6万元，女鞋在线上共销售16131.0万件，销售额为1783030.4万元。 以上数据均摘自互联网2.现网店包装存在的问题（1） 发展初期的网店，资金有限，以至于人手不足。（2） 适逢节假日，快递量大，无法及时包装，造成快递积压。（3） 人工包装无法同步张贴快递单，耗时较长。3.作品的意义本作品针对网店鞋盒类快递包装问题，提出了利

5、用导向装置确保鞋盒送入快递袋、移动导杆机构与气缸的配合模拟人手进行快递袋封口等解决方案。实现了机器代替人工包装鞋盒类快递的目的，达到机器换人，加速鞋盒类网店产业发展的社会意义。二、目标分析及功能设计1.目标分析本作品主要是用于鞋盒类快递的包装以及快递单的粘贴。该作品完成后可以替代传统的手工包装，实现机械换人的理念。并且机械包装可以节省劳动力，提高工作效率，同时占地面积小。2.功能分析（1）作品功能定位：n 模仿人手对鞋盒进行套袋封口包装。n 对包装好的快递进行快递单的粘贴。n 实现全自动化控制。（2）鞋盒的包装流程分解：吸取快递袋运送放置快递袋快递袋开口开机鞋盒套袋退位撕胶折叠封口折耳并出货输

6、出快递单并黏贴推至下一个工位图2-1 鞋盒套袋贴单流程图（3）性能指标：u 能够准确抓取365450mm尺寸的快递袋并运送至指定位置。u 能够将快递袋口打开并把21529597mm的鞋盒完全推入快递袋内。u 能够将快递袋口封住并保证一定的美观度。u 能够在快递上正确粘贴快递单。u 单次整体流程完成时间少于30秒。三、设计路线拟定图3-1 技术设计路线参考图四、机构及结构设计 根据机器所需要完成的动作，本团队将整个作品分为快递袋运输及开口装置、鞋盒运输去封条装置、快递袋封口贴胶装置、快递单打印粘贴装置四大部分。并以这四部分为出发点，分别设计机构与结构来完成鞋盒套袋贴单的动作。1.快递袋运输及开口

7、装置1.1快递袋运输（1）机构方案对比运输快递袋动作需要较长的一段直线运动，此运动可以是气动或电机带动。以此为依据，对于控制快递袋运输的机构，我们设计了如下表三种方案：表4-1:快递袋运输机构对比方式优点示意图评价无杆气缸带动本作品选择机构构造简单、外形尺寸规整、方便安装，无需加工。 气动元件无需加工，直接购买安装即可实现运输动作。曲柄滑块机构使用电机带动，连杆限位的方式 该机构对于材料强度和刚度度要求较高，加工很难，以目前学生的加工水准难以加工。正反丝杆 直流电机带动丝杆旋转,利用同步轮带动使得两根丝杆同步运动，因为正反丝杆螺纹方向不同，可以实现导向盒的前进和回退。 利用正反丝杆实现同步的反

8、方向直线运动是比较常见的机构，它具有良好的工作性能稳定，但是运行速度过慢。最终我们选择了无杆气缸带动。（2）结构设计快递袋运输装置结构如图所示，此装置由1mm不锈钢板切割而成，中部装有缓冲装置，五个分支分别装有吸盘，配有CYLINDER TN 10X80-S双杆气缸带动吸盘架上下运动和CY1L15-400无杆气缸带动整体装置前后运动。CYLINDER TN 10X80-S双杆气缸CY1L15-400无杆气缸吸盘架图4-1 快递袋运输装置实物及结构图1.2快递袋开口结构设计快递袋开口装置结构如图所示，此装置主要为四个吸盘，下方两个吸盘固定在304不锈钢底板上，上方两个吸盘固定在铝制吸盘架上。CY

9、LINDER TN 10X125-S双杆气缸控制吸盘架上下运动。CYLINDER TN10X125-S双杆气缸吸盘铝制吸盘架图4-2 快递袋开口装置实物及结构图1.3装置工作原理装置工作时：在托盘内放有快递袋；气缸驱动吸盘架下行；吸盘吸住快递袋；气缸回程，带动吸盘架上行；吸盘架移至鞋盒套袋工位；气缸驱动铝制吸盘架下行；吸盘吸住快递袋口气缸回程，带动铝制吸盘架上行；快递袋口打开。2. 鞋盒运输去封条装置（1）机构方案对比运送导向盒与鞋盒的分布推送动作需要较长的一段直线运动，此运动可以是气动或电机带动。以此为依据，控制导向盒前进的方式，我们设计了如下表三种方案：表4-2:运送导向盒机构对比方式优点

10、示意图评价无杆气缸带动本作品选择机构构造简单、外形尺寸规整、方便安装，无需加工。 气动元件无需加工，直接购买安装即可实现运输动作。螺杆机构常见的伸缩机构，利用螺杆的旋转可以实现整个机构的伸缩，而且可以简单的调节伸缩机构的长度，而且整个机构有良好的自锁性能 该机构对于材料强度和刚度度要求较高，加工很难，以目前学生的加工水准难以加工。链条机构 链传动平均传动比准确,传动效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用 链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传递动力和运动的机械传动。最终我们选择了无杆气缸带动。（2）鞋盒运输装置结构设计鞋盒运输装置结构如图

11、所示，此装置采用厚度为1mm的210不锈钢板焊接而成，导向盒前端有上下两片由扭簧和子母铆钉连接的导向片，下导向片下方装有两块硅胶块做去封条用，导向盒架设在两根直线导轨上，该装置的动力机构为CY1L20-750无杆气缸。气缸上连接着铝制推板，推板内镶嵌强磁铁。CY1L20-750无杆气缸铝制推板导向片导向盒图4-3 鞋盒运输装置实物及结构图（3）装置工作原理装置工作时：放置鞋盒；无杆气缸运行；导向盒与鞋盒分布推送；导向片伸入快递袋口；导向片被撑开扩张袋口；鞋盒被推入袋内；压紧装置压住鞋盒；气缸回程，硅胶块去封条。3. 快递袋封口贴胶装置（1）机构方案对比 为了更好的模仿人手工给快递袋封口，我们共

12、设计了如下表三种机构。表4-3:快递袋封口机构对比方式实现方式示意图评价双滑块机构 由气缸控制带动整体机构向上运行，到达行程后双滑块两侧展开。 可以很好的模拟人手将快递袋口封起并将两侧展开使粘贴处展平。移动导杆机构 由气缸控制带动整体机构向下运行，到达行程后移动导杆展开。 同样是模拟人手，在快递袋口顶端进行预压，使快递袋口最终成型更美观。亚克力滚筒 以直线导轨为连杆，同时带动下方亚克力滚筒和上方挡板运动。 没有模仿人手动作，时常会导致快递袋封口时不平整，最终结果不美观。 最终我们选择了双滑块机构和移动导杆机构。（2）结构设计快递袋封口装置结构如图所示，上方是由CYLINDER TN 10X10

13、0-S双杆气缸控制的移动导杆机构，下方是由CYLINDER TN 10X150-S双杆气缸控制带动的滚轮双滑块机构。侧面由CDJ2B 12X100迷你气缸带动的限位片。CYLINDER TN 10X100-S双杆气缸移动导杆机构CYLINDER TN 10X150-S双杆气缸双滑块机构CDJ2B 12X100迷你气缸限位片图4-4 快递袋封口装置实物及结构图（3）装置工作原理装置工作时：气缸下压；移动导杆机构预折；气缸上推；双滑块机构封口展平；上方气缸带动移动导杆回程；侧面迷你汽缸运行；限位片预折左侧耳朵。4.快递单打印粘贴装置（1）快递单粘贴机构方案对比最开始该装置的主动胶辊在前方，后端的离

14、型膜由卷筒卷入回收。但是随后我们发现，如何拆下卷筒是个复杂的问题。于是我们进行了如下对比：表4-4:快递单粘贴机构对比方式实施方案假设装置图评价动力前置 直流减速电机会带动胶辊转动，将快递单卷入，经过快递单分离装置时，快递单掉落在鞋盒相应的位置。 利用齿轮传动，在胶辊转动同时带动卷纸滚筒转动，将离型膜卷入回收，但是卷纸滚筒难以取下动力后置 步进电机在最后放带动胶辊转动卷入离型膜完成贴单过程。 直接将离型膜卷出，省去了卷纸滚筒回收离型膜的过程。使得装置制作变得简单。最终我们选择了方便快捷的动力后置方案。（2）快递单打印粘贴结构设计快递单打印粘贴结构如图所示，该装置由GP1124D电子面单打印机，

15、快递单导向胶辊，快递单分离胶辊，离型膜拉扯胶辊构成，配有42BYGH47-401A直流步进电机和CYLINDER TN 16X200-S双杆气缸。42BYGH47-401A直流步进电机快递单分离胶辊快递单导向胶辊GP1124D电子面单打印机离型膜拉扯胶辊图4-5 快递单打印粘贴装置仿真图（3）装置工作原理装置工作时：打印机打印快递单信息；步进电机工作；气缸上推；双滑块机构封口展平；上方气缸带动移动导杆回程；侧面迷你汽缸运行；限位片预折左侧耳朵。图4-6快递单打印粘贴装置实物图五、理论计算及元件选用1.气缸的选用本作品根据行程以及用途，选用的气缸有： 表5-1:作品选用气缸清单迷你气缸CDJ2B

16、 12X125磁偶式无杆气缸CY1L15-400CY1L20-750双杆气缸CYLINDER TN 10X60-SCYLINDER TN 10X80-SCYLINDER TN 16X20-SCYLINDER TN 10X150-SCYLINDER TN 16X200-SCYLINDER TN 16X100-S2.直流步进电机的选用因为步进电机的所有重量都被电机支架所承担，所以选择电机只需要考虑胶辊旋转时的转动惯量，同时预想的贴单时间是1s到2s，输出快递单长度为10cm。且电机在0.1s内完成加速运动。假设电机在1.5s内卷入10cm的离型膜，可以得到电机转速为N=（40/9）r/s。实际需要

17、的电机扭矩需求非常小可以不考虑，同时考虑到方便控制和电机本身应有的自锁性质，选择成本较低而且有自锁性的直流步进电机，通过对电机功率和转速的统一考虑选择了型号为42BYGH47-401A的直流步进电机电机详细参数如下：电压：DC24V 输出力矩：0.55Nm机身长度：48mm 出轴长度：21mm出轴轴径：5mm 额定电流： 1.5A3.封口机构的零部件设计上封口机构上封口机构所需要完成的动作为：模拟人手将开口后尺寸为21597mm的快递上袋口下压。经过数次实验，本团队最终选择10*100的双杆气缸以及如下图的移动导杆机构。图5-1 移动导杆装置仿真图 图5-2 移动导杆机构简图杆长计算：由纸盒尺

18、寸得，3杆向下运动行程取100mm。由鞋盒宽度确定3杆长度为略大于1/2盒宽，3杆取105mm。角度范围40100，180。收缩状态AC=202+88290.244mmACB=180-AC3AC3=tan-1208812.8，=40ACB=127.2展开状态AC=1202+882148.80mmAC3=tan-11208860，=100ACB=20设杆1为X,杆2为Y,由cosACB=BC2+AC2-AB22BCAC得：cos127.2=90.2442+Y2-X2290.244Ycos20=148.82+Y2-X22148.8Y解得Y39.12X112.25为方便加工，杆1取40mm，杆2取1

19、12mmAB+BC=152AC=148.8180杆长符合设计下封口机构下封口机构所需要完成的动作为：模拟人手将上袋口压好的快递袋进行下袋口封胶。经过数次实验，本团队最终选择由10*150的双杆气缸提供动力，将150mm长的运动进行分解，先整体向上运动100mm左右，在由如下图的双滑块机构平推向两侧。图5-2 双滑块装置仿真图 图5-2 移动导杆机构简图杆长计算状态一DG=27mmGE=102-7.5=94.5mmDE=DG2+GE2=272+94.52=98.3mm状态三DG=87mmDE=98.3mmGE=DE2-DE2=98.32-872=45.8mm令弹簧的压缩行程为LL=94.5-45

20、.8=48.7mm气缸行程为150mm机构整体运动距离为101.3mm设计符合实际需求4.支撑组件的选用 本作品整体支撑以及承重部件选用的是20*20铝型材以及相应的连接件（角码、角槽、T型螺母等）。底板、挡板、快递袋运输装置部分的吸盘架与鞋盒运输盒的材料选用的是厚度为1mm的210不锈钢，保证了零件所需的强度与刚度。其余连接件都为自行制作的铝制或钢制零件。六、创新点本组设计了市场上从未出现过的盒类快递自动包装机构，极大增加了盒类快递包装的效率，解放工人的双手，促进快递产业的发展。多处采用连动式结构，尽量减少鞋盒包装的工位，很多动作巧妙地利用下一项步骤顺带式完成。减少了每个鞋盒包装的时间。采用

21、步进式流程，使流程更简单，驱动及编程更容易实现。具体主要创新细节如下：1）设计导向装置确保鞋盒准确送进：套袋时，先将导向盒前端的导向片插入开口的快递袋中，再通过推板将鞋盒准确推入袋内。推板与导向盒通过磁铁连接，实现了导向片与鞋盒的分步推送。2）利用摩擦原理快速去除快递封条：在鞋盒运输装置的前端下挡片的下方用螺栓连接了两个硅胶块，在鞋盒运输装置回程时，巧妙地将快递袋口的封条撕下。不占用工位，构造合理巧妙。3）利用移动导杆机构与气缸的运动配合，模拟手工动作实现快递袋封口操作。4）利用齿轮双齿条机构调节导向盒宽度，可适应于不同宽度的鞋盒包装，达到一物多用的目的。七、应用推广价值本作品较好模拟人工快递

22、包装动作原理，不仅能满足快递包装特性要求，而且有效解决了网上鞋店人工包装快递繁琐和劳动强度大的问题，大幅提高了快递包装的效率，帮助网店创业者扩大业务量。同时，本作品不仅直观性强、操作简单，而且体积大小适中、搬运方便、性价比高，具有较好的推广应用价值，尤其适合日益发展的快递包装行业。1、包装性能分析本作品可以进行鞋盒类快递的装袋、封口和贴快递单操作。包装效率可达20秒左右/个。2.网店实用性分析首先，站在消费者角度，我们在对一家网店进行评价时，第一件要素就是商品的包装，一个美观的包装决定了消费者受到快递时的心情，而本作品包装出的快递虽称不上十分完美，但也足以和人工媲美，甚至包装出的快递相较于人工

23、而言更加整齐划一。其次，站在网店店主的角度，包装这个环节它关乎到商品能否完好无损地送到消费者手中。如果包装马虎导致商品在运输途中损坏，那可就得不偿失了。这里所说的包装当然不是指商品本身自带的外包装，而是指为了商品的运输安全，对它进行的二次包装。 合理的包装除了能保证商品的安全以外，还能因为运输重量的不同使邮寄费用产生变化，而邮费也是销售成本的一个组成部分。网店创业初期挣钱不易，都是一分一分省出来的，如果在包装这一环节合理，则能节省下不少成本。因此基于这个原则，本作品在设计时采用的包装是快递公司现有的快递袋，既方便省事，又最大限度减少了成本。并且最重要的一点是，我们实现了机械换人的理念，减少了网

24、店的人工劳动，这大大降低了网店创业初期的经费问题。八、设计总结及心得此次的比赛对我们来说是一项很大的挑战，需要把之前所学的知识点都利用起来，而且在设计之前，收集有关项目研究方面的资料、文献是最为重要的。在设计工作开始时，只有对比赛题目的内容充分地了解，才会有设计目的和方向；所以收集、查阅有关文献资料是必要的。收集有关资料的时候，不仅使我们对快递包装的发展现状及发展趋势、设计的具体思路等有了更多，更全面地了解；而且收集到了许多有关与包装机械相关、相似的设计，查找各种有关包装机设计的各种方法和主要用途；通过查阅资料和文献能够将课堂上所学习到的理论知识，与实际生产当中的实例相结合去更好地完成设计任务

25、；并且使我们有了更多的设计思路，也有了更多的考虑空间，同时也使我们在设计的过程中能够从多方面地去考虑问题。我们组参加这次比赛的目的主要是为了能熟练的运用所学理论知识和专业知识来分析和解决机构设计中所出现的一系列问题。本次的作品它不仅体现了我们对机构的设计，更重要的是对我们所学知识应用到了实践。当然在制作实物的过程中，我们也曾或多或少的碰见过一些小麻烦，小问题，但是在我们全组的默契配合下，这些问题都迎刃而解。通过这次的比赛，我们更加熟练的学会了多种画图软件的使用，同时也在本次设计过程中同时了解了如何编写技术文件，正确使用设计手册。更培养了我们严肃认真、一丝不苟和实事求是的工作态度。总之，此次的参赛让我们受益匪浅，各方面的能力都有了提高。但由于学习的时间较短和设计能力有限，再加上实践能力和经验不足，作品设计中难免有不足之处。但使我们各方面的能力都得到了很大提高，为今后更多的作品设计打下了良好的基础。参赛过程中我们出现和遇到的问题也让我们更加了解自己的不足之处，了解自己在哪方面知识上有欠缺，知道了今后的努力方向， 也为今后工作和学习奠定了坚实的基础，我们认为这才是最重要的收获。参考文献1濮良贵，纪名刚机械设计8版北京：高等教育出