粘贴式天地盖纸盒成型机设计 目 录 摘 要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„? Abstract„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„? 1绪 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 1.1各种包装纸盒及其分 类„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.1 1.2纸盒成型机设计的目的和意义„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„3 1.3纸盒成型机国内外研究现 状„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.3 2设计主要研究的内 容„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„7 3纸盒成型机总体

  的确 定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8 4成型机各部件设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„9 4.1凸轮连杆机构的设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„„.„9 4.2纵向和横向弯折板的设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12 4.3侧壁纸舌弯折及涂胶机构的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13 5纸盒成型机相关参数的确 定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.„14 5.1弹簧的设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 5.2带轮的设 计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17 5.3轴的设计与强度校 核„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18 5.4锥齿轮的设计计 算„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 5.5电动机的选 择„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 5.6机体结构设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23 6结论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„.25 6.1结 论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„..„„„„„..„„„„25 6.2设计中的不 足„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 参考文 献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„26致谢„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„27 纸盒成型机设计 摘 要 本文设计的粘贴式天地盖纸盒成型机,将已经经过剪裁和压痕的纸板进行一次性纸盒冲压成型。由于生产的纸盒尺寸可变,工作之前需要预先通过转动具有双向螺纹的长螺柱来调节纵向和横向弯板间的距离,一次纸盒成型过程分为几个时间阶段,主要是通过已设计好的不规则轮廓的大小凸轮以及成对的带轮和锥齿轮完成时间上的控制。纸板输送定位后,纸板随上可换冲头运动,先弯折带有纸舌两侧的纸板,然后进行纸舌弯折涂胶,最后进行另外两侧纸板的弯折同时与经过表面涂胶的纸舌粘贴,成型完成后纸盒随下可换冲压头在弹簧作用力下返回至成型初始位置,在进行下一张纸板输送的同时完成出料过程,通过协调各部分之间的运动时间关系完成在各个机构运动周期内的一次纸盒成型。 该机型为全机械设计,具有整体尺寸小、机能可靠、生产周期短、并能方便调节产品尺寸进行产品调整作业等优点,可以接入生产线流水作业,也能够进行单件少批量的生产,因此它对实际的生产具有很多现实意义。 关键词:纸盒成型机;纸板弯折;凸轮连杆机构;齿轮齿条;圆锥齿轮 Design of Carton Forming Machine Abstract In?this?paper?the?bonded?paste?covered?carton?former?is?designed?through?a?disposable?press?forming?of?a?clipped?and?creased?cardboard.?Due?to?the?variable?size?of?the?production?of?the?carton,?time?control?should?be?achieved?by?turning?the?irregularly?big?and?small?cam?which?has?a?two-way?screw?and?pairs?of?pulleys?as?well?as?bevel?gears?before?the?work?begins.?After?the?cardboard?conveying?is?positioned,?punch?sport?is?brought?on it,?and?first?the?cardboard?with?tongue?paper?on?two?sides?is?bended,?then?the?tongue?paper?is?folded?and?glued,?finally?the?cardboard?on?the?other?two?sides?is?folded,?meanwhile?stuck?to?the?tongue?paper?glued?on?the?surfa- ce.?After?formed,?the?carton?will?return?to?the?initial?position?under?the?spring?force?of?the?punch.?The?ejection?of?compact?process?is?finished?while?the?following?cardboard?is?being?conveyed.?A?long?double-screw?bolt?lined?in?a?carton?in?the?motion?cycle?of?each?institute?is?used?to?adjust?the?distance?between?the?vertical?and?horizontal?bending?cardboard?through?the?coordination?of?the?relationship?between?motion?and?time?in?different?parts.?A? carton?former?process?is?divided?into?several?time?stages,?mainly?through?the?already?designed?type This?type?is?a?completely?mechanical?design,?having?many?advangtages?such?as?small?size,?reliable?funct- ion,?and?short?production?cycle?as?well?as?adjusting?the?product?size?conveniently?for?the?operation?adjustment.?What’s?more,?it?can?not?only?join?in?the?production?line?for?line?process,?it?can?also?undertake?a?small?amount? of?production?for?a?single?kind.?Therefore?it?has?a?lot?of?practical?significance?to?the?actual?production. Key words: Carton?former; bending?cardboard; cam?link?mechanism; gear?rack;bevel?gear 1绪 论 1.1各种包装纸盒及其分类 纸盒属于纸包装的一种,是纸板经过折叠、糊制等方法组合成型的纸制包 装容器,材料多为薄纸板。由于其强度所限,纸盒的容积一般不能过大,且多应用 于中小商品的外包装,如药盒、烟盒、化妆品及日用品包装等。用作包装的纸盒 具有印刷精美、结构灵活等特点,并且能够对所包装的产品带来无形的额外附加 价值,因此被广泛用于销售包装。纸材料又是一种可回收、可降解、不对环境造 成污染的“绿色材料”,因此,纸盒包装具有广泛的用途,目前被广泛应用于各类 包装[1]。 图1-1 各种包装纸盒 纸盒具有不同的结构和种类,按照纸盒加工的工艺过程分为两类:折叠纸盒与粘贴纸盒[2]。 折叠纸盒 属于机制类纸盒,是纸盒中具有最多结构变化、最广范应用范围的一种用于销售用的包装容器。它由厚度为0.3~1.1mm的具有良好的弯曲强度和耐折性能的各类纸板制成。由于成型后的纸盒可以折叠,因此在装入商品前可以可以折叠成平板放置,方便储存运输,适合进行大批量的机械化包装和生产,生产成本低,使用效率高。另外,纸盒表面还可以进行精美图案印刷,适用于包装展示[3]。 折叠纸盒从成型特性及制造技术上可以分为盘式折叠纸盒、管式折叠纸盒和非盘非管式折叠纸盒。盘式折叠纸盒主要应用于包装食品、礼品等;管式折叠纸盒主要用于糖果、药品、日化文教用品等包装;非管非盘式折叠纸盒是指包括一些带有特殊结构的纸盒,如展示结构、组合结构、间壁结构、提手等异型盒[4]。 (2)粘贴纸盒 粘贴纸盒是用粘贴材料将纸板粘合成型,又叫固定纸盒。主要分类有糖盘盖、天地盖式、抽屉式和异型盒等。其特点是粘贴成型后不能拆开展平,只能以成型后的固定盒型进行仓储和运输,运输和储存会占用较大空间,而且目前国内外粘贴纸盒的生产多为手工半机械生产,成型机械少,生产效率低,应用范围不及折叠纸盒广泛。优点是粘贴的纸盒使用强度高,不容易变形,较折叠纸盒更易进行纸盒表面的精美印刷等。纸盒形状和材料需要根据实际情况选择,具有较大的设计范围,但大多适用于小批量的生产[5]。 所用纸板主要是具有高挺度的不耐折纸板,如各种刚性纸板和草纸板等。贴面材料常选用印刷纸、彩色纸、蜡光纸、仿革纸或者绢布等材料等[6],可以在其表面进行图案印刷、烫金等表面处理。内衬常选用白纸,也可以是海绵、塑料等材料。盒角可采用胶带贴合、胶水粘合、金属钉合等多种方式进行固定。 粘贴纸盒与折叠纸盒各具有不同用途。折叠纸盒在销售包装中应用范围最广,适用于药品、化妆品、烟酒副食类等生活用品的包装;粘贴纸盒成型后不能被折叠,具有比折叠纸盒有更高的强度,盒的外部更易制造高雅造型,做工考究,常用来包装比较贵重的物品,如首饰、工艺品等。 1.2纸盒成型机设计的目的和意义 据统计,每年用于包装的纸板消费量占总产量的10%左右[7]。在欧洲各国,有40%的包装用量中是纸盒包装,塑料包装占45%,可以预测,纸盒包装将在未来包装行业中具有更加重要的地位[8]。 随着人们审美水平的提高,人们对产品的包装

  也逐渐提高。一个造型美观、表面色彩丰富的纸盒包装往往更能吸引消费者。纸盒包装从过去的以运输功能为主逐步发展成为现在的销售包装功能,例如烟酒类、礼品类、食品饮料类等包装盒。根据不同产品的特点和要求,采用适宜的材料、合理的结构、合适的尺寸、美观的造型,实现保护产品、美化产品、方便用户、扩大销售的目的,使纸盒包装的生命力越来越旺盛。 纸盒成型机械能够很大幅提高纸盒生产效率,减少产品的生产成本,降低生产劳动强度,是实现纸盒生产自动化、机械化的保证。用纸盒成型机批量生产的纸盒有利于保证被包装产品的干净卫生,提高产品外在包装价值,增强产品的销售竞争力。同时因为各类包装机械具有相对较好的生产环境,生产效率高、生 产成本低、并且能够保证包装产品质量,因而能够在市场获得较强的竞争力,获得很高的经济和社会效益[9]。 目前,由于受传统的设计工艺和落后生产方法的制约,纸盒的生产水平特别是粘贴纸盒的生产水平一直偏低,无法适应多品种、自动化包装生产的要求。粘贴纸盒较折叠纸盒应用范围不是很广,同时由于国内大多数粘贴纸盒生产企业的粘贴纸盒生产还是大部分采用手工粘贴,现有国内粘贴纸盒成型机存在自动化生产程度不高或者生产线较长等问题,不利于提高劳动生产率,因此对粘贴式纸盒成型机进行设计研究以及改进,寻求粘贴纸盒最佳生产方案,是非常有意义的,也是十分必要的课题。 1.3纸盒成型机国内外研究现状 到目前为止,纸盒纸箱生产的现状为??较大规模的纸盒纸箱生产能力有很大提高,用于生产中低档纸盒纸箱的加工设备数量明显过多,但是由此生产的自动化程度高的产品则相对很少。九十年代期间国内引进各种加工成型机械多达800台[10],国内生产的设备数量也已经超过2000台,其中以中低档的加工设备为主[11]。而与此相应的国产纸箱纸盒包装机械的生产能力也呈现迅猛增长的趋势。 国内生产的粘贴纸盒成型机械ZH1000高速粘盒机有很强的通用性,应用范围十分广泛,。此高速粘盒机设有自动输纸机构,四角贴合定位机构,面胶、底胶装置,前中后调整装置等。在附件的配备下此种高速粘合机具备几种功能:一般边贴、两侧边贴、四角贴及底贴(仅外部折叠)[12]。糊盒过程为:将已压痕的纸板自动输入、上胶、折叠、粘合、计数,压平和收集。自动输纸机构的作用是将单张纸板连续的输入传送机构,输纸速度可调。单张纸板的控制主要依靠调节挡 纸板的高度,使挡板下沿与输纸皮带之间仅能通过一张纸板。折叠装置用于纸板的折叠,主要通过螺旋轨道、剑状轨、圆锥滚轮和其他滚轮来完成。后传送机构的作用是为了加快出盒速度,以便使各纸盒间呈鱼鳞状叠合。出盒传送机构由上下传送带组成,其作用是将已成型的纸盒,在上下传送带之间的压力作用下运行一段距离以保证纸盒的质量。 目前国内比较先进的粘贴式纸盒成型机械是浙江中科包装机械有限公司生产的ZK660-A智能全自动天地盖纸盒成型机,外观结构如图1-2。 图1-2 ZK660-A智能全自动天地盖纸盒成型机 此种纸盒成型机采用触屏面板、程序控制、电子跟踪系统,上胶、送纸、帖四角、进盒、包纸、折耳等成型动作一次性自动完成,生产效率与传统手工制作相比有很大提高[13]。 其工艺

  如图1-3及纸盒成型过程如图1-4。 图1-3 ZK660-A智能全自动天地盖纸盒成型机工艺流程 图1-4 粘贴纸盒成型过程 ZK660-A型全自动天地盖纸盒成型机主要优点为成型粘合速度快,成型质量稳定。操作简单方便,少量工人可快速生产。但同时存在整个设备结构尺寸较大,生产线较长,采用电器和液压等控制,安装调试复杂,仅适用大批量生产,生产不够方便灵活等不足。 2设计主要研究的内容 针对ZK660-A智能全自动天地盖纸盒成型机存在的不足以及其他大多数纸盒成型机械的最后成型环节大多采用手工生产,生产成本较高、质量不稳等问题,本课题拟设计一种方便实用的小型粘贴式天地盖纸盒成型机,用于简单纸盒的成型加工。能够方便调节纸盒成型机内部结构尺寸,生产不同规格尺寸的纸盒,并且生产周期较短,外观整体结构小,可以进行单件少量的生产,也可以接入生产线进行流水作业。 纸盒成型最小尺寸为100mm100mm30mm,最大尺寸为200mm300mm30mm。纸盒尺寸如图2-1。 图2-1 粘贴纸盒成型最小及最大尺寸(单位:mm) 纸盒成型过程为:先弯折带有纸舌两侧的纸板,然后进行纸舌的弯折以及纸舌表面的涂胶,最后进行另外两侧纸板的弯折同时与表面已涂胶的纸舌粘合,成型过程如图2-2。 图2-2 粘贴式纸盒成型过程 数据、资料、技术方面的要求:所设纸盒成型机能可靠、安全地进行成型作业,并能方便调节产品尺寸进行产品调整作业。 3纸盒成型机总体方案的确定 粘贴式纸盒成型机主要包括纸盒侧壁弯折装置、纸舌弯折装置、尺寸调整装置、凸轮连杆机构、带轮、锥齿轮、和电机等组成。 电动机输出轴直接或者通过减速器减速后将动力传送到同时安装有带轮 和凸轮的传动轴上,带轮分布在大凸轮两侧,通过皮带分别连接到下方左右对称的两个带轮上,带轮和与其成90?的小凸轮通过一对锥齿轮啮合传递动力。整个纸盒成型机的工作过程类似于一个冲压过程。上冲压头通过具有特定轮廓形状的大凸转动在竖直方向按一定规律往返运动,大凸轮转动一周为一个纸盒生产周期。左右两侧纸舌弯折板通过两侧小凸轮转动实现左右移动,实现纸舌的弯折与涂胶。纸盒成型过程为:纸板上表面在上冲头的带动下向下运动,先经过纵向方向的一对弯折板,带有纸舌的两侧纸板被弯折,纸板停留0.5s,此时下端带有涂胶装置的纸舌弯折板在小凸轮带动下在水平方向运动到最大位移处实现四个纸舌的弯折,上冲头带动半成型纸盒继续向下运动,到竖直方向最大位移时,纸舌表面经过涂胶装置被涂胶同时完成另外两侧纸板的弯折并与表面涂胶纸舌的粘合。下冲头由弹簧与机架连接,横向和纵向弯折板由横向和纵向双向螺纹调整杆进行板间距离调整以适应不同尺寸规格的纸盒生产。主要结构如图3-1。 图3-1 粘贴式纸盒成型机机体主要运动部分组成 1大凸轮 2带轮 3电动机主轴4连杆 5上冲头 6下冲头7小凸轮 8锥齿轮9横向弯折板10双向螺纹调整杆11三角铁 12纵向弯折板13带轮 14纸舌弯板15齿轮齿条16弹簧17张紧轮18皮带 4成型机各部件设计 4.1凸轮连杆机构的设计 大凸轮两侧各有一个皮带轮,共用一个中心轴连接到电动机主轴上,大凸轮转动一周带动连杆以及上冲压头竖直方向的来回移动完成一次冲压行程,两侧的皮带轮通过皮带将动力传送到纸舌弯折机构,结构如图4-1所示。 图4-1 大凸轮轮廓形状 大凸轮的结构设计是整个成型机的关键部分,整个冲压过程分为两个阶段,第一阶段首先实现带有纸舌两侧纸板的弯折,冲压头运动到某一位置之后停留一段时间,等到纸舌弯折板完全伸出实现纸舌弯折,然后继续第二行程实现另外两侧纸板弯折。 由于生产的纸盒尺寸可变,因此在生产不同尺寸规格的纸盒时需要调节成型相关成型机构的尺寸,纵向和横向两对弯折板间尺寸均通过带有双向螺纹的纵横向调整杆调节,纵向弯折板与纸舌弯折机构固连在一起,当纵向弯折板间距离变化时会带动纸舌弯折机构中带轮间距的相应变化,因此在皮带长度不变而上下两带轮间的距离变化的情况下,皮带需要通过一对张紧轮张紧以保证调整尺寸后纸盒成型机能够继续工作,张紧轮安装在焊接在机体的导向柱上,紧固螺钉放松时可以沿导向柱方向来回移动,上冲头除了连接有四个拉伸弹簧外,还有通过四个导向柱通到纸盒成型机上方机体的导向套内,以保证连杆和冲头在上下运动

  中的稳定性。 图3-2为设计的大凸轮轮廓,工作前连杆与大凸轮在初始位置A处接触,电动机启动后,A-B为圆弧,冲头在竖直方向没有位移,这段时间实现纸板的送料,B-C段冲头向下运动到第一冲压行程结束,实现带有纸舌两侧纸板的弯折,C-D为冲头停留时间,在该时间内带有涂胶装置的左右两侧纸舌弯板伸出对纸舌进行弯折,D-E段纸舌弯板不动,冲头继续向下运动,运动到对应大凸轮上的E点时,涂胶完成后的纸舌弯板不再与纸板接触,开始做收回运动,D-F段冲头向下运动,该过程实现另外两侧纸板的弯折并且与涂完胶的纸舌粘贴结合,在经过 凸轮上F处后,冲头开始由最低位置向上运动,为使回收的弯板不与向上运动的冲头发生干涉,确定E-G为其对应运动时间,在G处,纸舌弯板完全收回,而上冲头恰好运动到纸舌弯板完全伸出时的下边缘位置,避免发生干涉,此后冲头在G-A段内运动到初始位置,完成一次纸盒成型过程,A-B段在下一张纸板输送的同时完成对已成型纸盒的出料。 在大凸轮运动过程中,有A-B,C-D两段圆弧,对应冲头停留过程,大凸轮轮廓的设计需要与纸舌弯折机构上的小凸轮轮廓在时间上有确定的对应关系。 具体设计计算过程: A-B为纸板输送(纸盒送出)时间,初选?AOB40?,BC为冲头第一冲压过程,位移8cm,根据经验设定其运动速度为16cm/s,用时0.5s。为实现其匀速运动,根据《机械原理》盘型凸轮轮廓曲线的设计的几何法绘制出B-C间轮廓曲线。规定冲头在第一停留位置C-D段停留时间为0.5s,第一次停留结束到运动至最低点D-F段时间为0.4s。由于大凸轮作匀速转动,转动角度与所需时间成正比,所以由,H-B段对应时间0.175s。凸轮转动周期T(0.175+0.5+0.5+0.4)3.15s,同理可求出相关角度?BOC?AOB57?,?DOF40?。E-G段为左右两侧弯折板收回时间,设定其收回时间为0.35s,对应角度?EOG40?,半径为11cm的圆弧与角度为40?的两条射线围成的扇形绕O点转动到合适位置后,绘制由D-A间的平滑圆弧。 因为大凸轮转动一周必须完成一次成型,所以通过皮带和锥齿轮传动后的小凸轮运动周期与大凸轮必须相同,小凸轮设计如图4-2所示,在时间对应关系上,,。计算角度57?,34?, 40?。,根据匀速运动规律绘制两端轮廓曲线)大凸轮滚子半径的确定 在凸轮连杆机构中,滚子半径对凸轮实际轮廓曲线的形状有很大影响,凸轮滚子半径如果选择必须恰当,才能准确实现所预期的运动规律。 根据程友联主编《机械原理》P145图4-28所示,凸轮的理论轮廓曲线曲率半径、实际轮廓曲线曲率半径与滚子半径有下列关系: 当凸轮轮廓曲线内凹时,实际轮廓曲线曲率半径理论轮廓曲线曲率半径+滚子半径,这时实际轮廓曲线曲率半径总是大于理论轮廓曲线曲率半径。此时实际轮廓线不受所选用的滚子半径的影响可根据理论轮廓曲线直接作出; 当凸轮轮廓线外凸时,实际轮廓曲线曲率半径理论轮廓曲线曲率半径-滚子半径,根据滚子半径和凸轮的理论轮廓曲线曲率半径的大小关系可能会运动失线]。 因此为避免运动失真,减小应力集中和磨损,设计时应保证实际轮廓线的最小曲率半径大于滚子半径,取滚子半径15mm。 综合考虑以上情况,根据已绘制的大凸轮轮廓曲线mm。 大小凸轮轴孔半径的确定 因为大凸轮传递的转矩比较大,所以大凸轮与轴采用凸轮与轴键联接的安装方式,根据吴宗泽《机械设计手册》P340表5-47凸轮与轴安装结构:滚子半径理论轮廓半径+滚子半径+(2~5)mm,确定大凸轮轴孔半径为15mm; 根据理论轮廓半径凸轮轮毂半径+滚子半径+(2~5)mm,确定凸轮轮毂半径为35mm。 小凸轮传递的力矩相对较小,由滚子半径理论轮廓半径+滚子半径+(2~5)mm[15],确定小凸轮轴孔半径为7.5mm。 (3)小凸轮平底宽度的确定 设计平底从动件凸轮机构,要保证从动件的平底与凸轮轮廓线始终接触,这就需要平底的宽度足够大,否则会引起运动失真现象。从动件平底与凸轮的接触点并不总是在从动件移动的导路中心线上,而接触点同导路中心线与平底的交点的距离和方位随机构的运动不断变化。因此为保证从动件平底与凸轮的正常接触,平底左右两侧的最小宽度应大于接触点和交点之间的最大距离。当交点位于接触点右侧时,这一最大距离为;当交点位于接触点左侧时,这一最大距离为;平底宽度b满足:b? 一般取b2+5~7mm[16]。 由此根据已绘制的小凸轮轮廓曲线纵向和横向弯折板的设计 图4-3 纵向和横向弯折板设计 成型架部分尺寸如图4-3所示,其中纵向弯折板和横向弯折板均由厚度为2mm 的Q195钢板弯折而成,纵向弯折板下端30mm处为间距为10mm的铁丝栅格,纵横向弯折板间不固结,有一段很小的间隙避免摩擦,纵向和横向弯折板均通过焊接角铁、螺母连接到空间垂直交错的两根带有双向螺纹的调整杆上,调整杆一端伸出箱体外壳安装转轮实现调整杆的转动以带动弯折板相对或相向移动来调节板间尺寸。连接弯折板与纵横向调整杆的角铁通过导轨安装到箱体内壁的导轨槽内,实现整个结构在箱体内的定位。 4.3侧壁纸舌弯折及涂胶机构的设计 图4-4 侧壁纸舌弯折及涂胶机构 1.皮带 2.带轮 3.锥齿轮 4.小凸轮 5.拉伸弹簧 6.齿轮 7.齿条 8.纸舌弯板 9.连杆 如图4-4所示为纸舌弯折机构的结构设计,竖直方向锥齿轮与带轮同轴,在皮带轮的带动下与水平方向的锥齿轮啮合,使与其同轴的小带轮做匀速圆周运动,小凸轮具有一定的实际轮廓,因而能够使右侧与其接触的连杆在水平方向在一个运动周期内按一定规律来回移动,8为一对纸舌弯板,分别固连在与齿轮6啮合的两个齿条上,可以通过齿轮的转动调整板间距离以适合不同尺寸纸盒的生产。当凸轮带动连杆运动到最大位移过程中,两个纸舌弯板实现对纸舌的弯折,随后弯板将会在水平方向最大位移处停留0.5s,在这段停留时间内上冲头和弯折的纸板继续向下运动,弯折板8最下端安装涂胶装置,在弯折后的纸舌最上端运动到纸舌弯板的最下端过程中纸舌表面被均匀的涂上胶水。此后纸舌弯板开始往回运动,上冲头带动纸板运动经过横向弯折板,实现另外两侧纸板的弯折和与纸舌的粘贴。 整个结构通过角铁固定在纵向弯折板上,下方通过角铁固定在箱体内的短导轨上。 5纸盒成型机相关参数的确定 5.1弹簧的设计 在本次设计中主要用到圆柱螺旋拉伸弹簧和压缩弹簧。 5.11圆柱螺旋拉伸弹簧 (1)与大凸轮相连的滚子连杆一端连接在上冲头上,另一端与大凸轮外缘接触。上冲头通过对称的四根弹簧连接在机体上,在每个弹簧旁边各有一个导向杆连在大凸轮机体外壳的导向套内保证连杆运动过程中的稳定性。 每个弹簧最大拉伸量为12mm,弹簧最初受力N,每个弹簧所受最大拉力为3N。根据成大先《机械设计手册.弹簧》第五版P38设计弹簧尺寸[17]: 最大拉力5N; 最小拉力2.5 N; 工作行程h120mm; 弹簧外径18mm; 载荷作用次数N次; 弹簧材料碳素弹簧钢丝C级; 端部结构圆钩环压中心; 初算弹簧刚度 /h0.0208mm; (5-1) 工作极限载荷6.25N; (5-2) 材料直径d及弹簧中径D查表11-2-19,选取d0.5mm,D7mm,7.00N,3.888mm,1.80N/mm,0N; 有效圈数 n86.5,取n86圈; (5-3) 弹簧刚度 0.02093N/mm;(5-4) 最小载荷下的变形量119.4mm;(5-5) 最大载荷下的变形量238.9mm; (5-6) 极限载荷下的变形量n0.83.888860.8267.49mm; (5-7) 弹簧外径D+d7+0.57.5mm; 弹簧内径D-d7-0.56.5mm; 自由长度 n+1.5d+2D86+1.5d+2757.75mm; (5-8) 最小载荷下的长度 +57.75+119.4177.1mm;(5-1) 最大载荷下的长度 +57.75+238.9296.6mm;(5-9) 工作极限载荷下的长度+57.75+267.49325.2mm; (5-10) 展开长度LπDn+2πd3.14786+23.1471934.24mm; (5-11) 实际极限变形量 +240.38+240.38 267.49mm; 实际极限载荷 0.870.85.6 2.5N; 图5-1 拉伸弹簧 (2)小凸轮连杆上的拉伸弹簧尺寸的设计: 最大拉力1N,最小拉力0N,工作 行程10mm,其他设计计算过程同上,具体设计尺寸要求见图纸。 5.12圆柱螺旋压缩弹簧 下冲头通过圆柱螺旋压缩弹簧连接在机架上,弹簧直径稍大保证在冲压过 程中下冲头基本在竖直方向。 最小工作载荷1.5N; 最大工作载荷4.5N; 工作行程h80mm; 弹簧外径45mm; 弹簧类别N-次; 弹簧材料碳素弹簧钢丝C级; 端部结构端部并紧、磨平、两端支撑圈各一圈; 初算弹簧刚度 /h0.0375 N/mm; (5-12) 工作极限载荷1.2555.625 N; 材料直径d及弹簧中径D查表11-2-19,选取 d0.5mm,D7mm,7.00N,3.888mm,1.80N/mm,0N; 有效圈数 n48; (5-13) 按表11-2-10取标准值n30圈; 总圈数n+230+232圈;(5-14) 弹簧刚度 0.06N/mm;(5-15) 工作极限载荷下的变形量 n3.88830116.6mm;(5-16) 节距t+d+0.54.4mm; (5-17) 自由长度nt+1.5d304.4+1.50.5132.75; (5-18) 取标准值140mm; 弹簧外径D+d7+0.57.5mm; 弹簧内径D-d7-0.56.5mm; 螺旋角?;(5-19) 展开长度Lmm;(5-20) 最小载荷下的长度 mm;(5-21) 最大载荷下的长度 mm; (5-22) 工作极限载荷下的长度 mm; (5-23) 实际工作行程 mm; 工作区范围 ; 图5-2 压缩弹簧 5.2带轮的设计 带轮在成型机工作过程中主要作用是使大凸轮与小凸轮具有相同的运动周期,并且只传递很小的转矩,因此可选定每个皮带相连的两个带轮完全相同,V带根数为一根,由于生产的纸盒尺寸在一定尺寸范围内,所以需要根据实际情况调节两皮带轮之间的距离,当两皮带轮间距由大变小时,皮带变松,需要靠张紧轮调节,保证皮带的张紧。皮带轮在纸盒成型机的设计中只传递很小的转矩,主要起连接传动的作用,可根据实际情况选择普通V带,带轮基准直径60mm。 图5-3 带轮 5.3轴的设计 5.31轴的结构设计 与大凸轮相联接的轴为运动主轴,通过联轴器与电动机主轴联接,轴的最小直径是安装联轴器处轴的直径,现计算主轴传递的最大转矩:上下冲头均通过四根弹簧连接在机架上,上冲头处于最大行程时根据前面弹簧的设计计算可确定最大拉力为2.5410N。下冲头处于最大行程时所受最大压力为248N。当大凸轮转动到冲头最大行程处时,所受最大转矩为(10+8)0.193.42N?m。同时考虑到其他阻力的作用,主轴所受最大转矩不大于5N?m。根据计算转矩应小于联轴器公称转矩的要求,查机械设计手册,选用YL1联轴器,公称转矩为10N?m,半联轴器与轴配合的毂孔长度32mm,半联轴器的孔径为20mm。 (1)轴上零件装配方案 轴上零件装配方案如图5-4 图5-4 轴的结构及零件装配图 1.联轴器 2.轴承端盖 3.机体 4.滚动轴承 5.套筒 6.小带轮 7.套筒 8.大凸轮 9.套筒 10.小带轮 11.套筒 12.滚动轴承 13.轴承端盖 (2)根据轴上的周向定位要求确定各部分轴段直径和长度 ??-?段右端须制出一轴肩以满足半轴联轴器的轴向定位要求,取?-?段的直径为26mm;左端挡圈直径为D30mm。轴与半联轴器配合的毂长度为32mm,同时?-?的长度应比略短一些以保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,现取30mm。 ? 初选滚动轴承。因轴承只承受有径向力的作用,故选用深沟球轴承。根据26mm和工作要求,初步选取标准精度等级、0基本游隙组的深沟球轴承16006,其尺寸为mm,30mm,9mm。 ? 凸轮处的轴段?-?的直径取30mm,右端根据轴肩高度?的要求,取定位轴肩高度h3mm,因此36mm,宽度,取5mm。左带轮与凸轮的左端之间采用套筒进行定位。 ? 轴承端盖的总宽度为10mm(由成型机整体结构及轴承端盖的设计而定)。半联轴器右端面与端盖的外端之间距离为10mm,以便于端盖的安装拆卸以及便于添加润滑油 ? 带轮轴孔直径为30mm,宽度为18mm,轴上其他部分的设计如上图。 (3)轴上零件的周向定位 凸轮、带轮、半联轴器与轴之间轴向定位都采用平键连接的方式。根据的大小由表6-1查得带轮处和凸轮处平键截面均为,长度分别为15mm和32mm,选 择凸轮轮毂与轴的配合为过渡配合;半联轴器与轴的连接,选用平键为,半联轴器与轴的配合为。选轴的基本尺寸公差为m6来保证滚动轴承与轴的周向定位。 4确定轴上的倒角和圆角尺寸 各轴端和轴肩处的倒角圆角半径详见39号轴图纸。 5.32求轴上的载荷 从手册中查取a值以确定轴承的支点位置,对于16006型深沟球轴承,由手册中查得a9mm。轴的弯矩图和扭矩图如图5-5。 图5-5 轴的弯矩图和扭矩图 在轴的结构图上当上冲头运动至最低处时,大凸轮受滚子最大压力(主要来自拉伸与压缩弹簧)约为40N,C及E点处为皮带对带轮的径向力,从轴的结构图及弯矩和扭矩图中可以看出D是轴的危险截面。现将计算出的D截面处的及的值列于下表(各受力均按最大计算)。 表1 D截面处的及的值 载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 5N,5N,10N,-30N,10N -5N,-5N,-15N,40N,-15N 弯矩M 330N?mm,-2610N?mm,-330N?mm -495N?mm ,3480 N?mm,-495N?mm 总弯矩 594.9 N?mm,4350 N?mm, 594.9 N?mm 扭矩 330 N?mm,5700 N?mm 5.33按弯扭合成应力校核轴的强度 轴强度的校核一般只校核轴上危险截面(即截面D)处强度[18]。根据计 算的上面表中的数据,取0.6,计算轴的应力 (5-24) 由表查得 60MPa。因此

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