包裝帶捆扎機的設(shè)計

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1、包裝帶捆扎機的設(shè)計 目錄 目錄 1 第1章 緒 論 3 1.1課題背景 3 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.2.1 包裝帶捆扎機國外發(fā)展狀況 3 1.2.2 包裝帶捆扎機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 4 1.2.3 包裝帶捆扎機存在的主要問題 6 1.3 本課題所做的主要工作 6 第2章 整體方案設(shè)計 7 2.1 設(shè)計思路 7 2.2 方案選擇 7 2.2.1機械系統(tǒng)設(shè)計 7 2.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計 9 2.3本章小結(jié) 9 第3章機械系統(tǒng)設(shè)計 10 3.1 整體設(shè)計 10 3.2 送退帶機構(gòu)各零部件的設(shè)計

2、 10 3.2.1 捆扎機架的設(shè)計 10 3.2.2傳動軸的設(shè)計 11 3.2.3滾動軸承的選用 14 3.2.4傳動齒輪的設(shè)計 16 3.2.5鍵的選用 19 3.2.6摩擦輪的設(shè)計 19 3.3其他零部件的設(shè)計 20 3.3.1 電動機的選擇 20 3.3.2 送退帶機構(gòu)同步帶的選用 21 3.3.3捆扎帶材料的選擇 23 3.3.4捆扎形式的選擇 23 3.4.5捆扎帶接頭形式的選擇 23 3.4本章小結(jié) 24 第4章 三維建模 25 4.1 UG簡介 25 4.2捆扎機各零部件的三維建模 26 4.2.1捆扎機送退帶機構(gòu)的三維建模 26 4.2.2

3、捆扎機捆緊封接機構(gòu)零件 28 4.2.3 電動機的模擬建模 29 4.3捆扎機的裝配 31 4.3.1底板與捆扎機主機架的裝配 31 4.3.2 送退帶機構(gòu)的裝配 31 4.3.3捆扎機捆扎機構(gòu)的裝配 32 4.3.4捆扎機封接機構(gòu)的裝配 32 4.3.5捆扎機側(cè)板及支架的裝配 33 4.3.7 UG裝配簡介 33 4.4本章小結(jié) 34 第5章 控制部分設(shè)計 35 5.1控制系統(tǒng)概述 35 5.2步進電機控制系統(tǒng) 35 5.2.1步進電機的特點 35 5.2.2步進電機的選擇 35 5.2.3步進電機的控制 36 5.3氣動控制的系統(tǒng) 36 5.3.1氣缸概述

4、 37 5.3.2氣缸型號的選擇 37 5.4本章小結(jié) 37 總結(jié) 38 致 謝 39 參考文獻: 40 第1章 緒 論 隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)、自動化技術(shù)的快速發(fā)展,對機電一體化產(chǎn)品的技術(shù)含量、性能、功能要求也越來越高。包裝帶捆扎機就是一種典型機電一體化產(chǎn)品。捆扎機正被越來越多的行業(yè)應用在產(chǎn)品包裝工序上 。 1.1課題背景 捆扎機械作為包裝設(shè)備中的一個主要分支,是將一個或多個包裝物用捆扎帶繩 緊束一起的機器 , 使包裝件便于運輸、保管和裝卸 ,屬于外包裝設(shè)備。捆扎機械的發(fā)展 ,在一定程度上借助于捆扎材料的開發(fā)應用。在捆扎材料中先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、

5、金屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等。但由于其本身的強度和延伸率不同和對機械捆扎的適應程度各異 ,以及考慮制作成本,目前以鋼帶和塑料帶的應用最為廣泛。特別是自上世紀五十年代以來 ,隨著石油化工的崛起,開始用塑料作為捆扎材料 , 為塑料帶 繩 捆扎機械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ)。由于塑料帶比鋼帶、紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強度適中手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點 ,使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶 , 紙帶 ,塑料帶捆扎機成為包裝機械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、覆蓋面廣的主要設(shè)備。 目前,我國很多企業(yè)的包裝水平跟不上生產(chǎn)設(shè)備的更新速度,包裝質(zhì)量不高。雖然國內(nèi)少數(shù)企業(yè)憑借

6、自身的雄厚經(jīng)濟實力,從國外引進了部分全自動打捆設(shè)備,但其高昂的價格增加了生產(chǎn)成本,絕大多數(shù)企業(yè)仍在使用半自動或人工打包設(shè)備,這樣既使生產(chǎn)效率降低,也浪費了大量勞動力,為此,根據(jù)我國包裝行業(yè)的實際需求和發(fā)展趨勢,研發(fā)高質(zhì)量,高可靠性的全自動打捆機以替代進口,以非常必要,而且形勢緊迫。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1 包裝帶捆扎機國外發(fā)展狀況 國外捆扎機械的應用 ,起始可追溯到本世紀初期 ,如美國的 SIGNODE公司、德國的 CYKLOP公司等就涉足捆扎行業(yè) ,以生產(chǎn)鋼帶捆扎設(shè)備為主 ,但其規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)水平都還較低。直到上世紀的五十年,塑料材料的問世 , 使以塑料帶作為捆扎材料

7、成為現(xiàn)實 ,極大地促進了塑料帶捆扎機的發(fā)展 。較早的如日本的下島株式會社、株式會社 ,日魯工業(yè)株式會社等。至2001年 ,日本的塑料帶捆扎機總產(chǎn)量達 94萬臺 , 約占包裝機械總量的 19. 5%,總產(chǎn)值達 300億日元。每年約有30%的出口 ,幾乎占領(lǐng)了全部東南亞市場。由于他們能成功地引進和消化吸收別國的經(jīng)驗 ,不斷改進發(fā)展。結(jié)構(gòu)較為簡單 , 可靠性高 ,在國際市場上有很大的競爭能力。其中最大的生產(chǎn)廠家為下島株式會社 ,于 1969年開始正式生產(chǎn)自動捆扎機 ,主要從事產(chǎn)品開發(fā) , 產(chǎn)品質(zhì)量控制和推銷工作 ,其零部件加工和裝配均通過擴散的辦法。在國內(nèi)設(shè)有17家分公司和 270個代銷點 , 并在

8、 35個國家和地區(qū)設(shè)有代理點。產(chǎn)品品種達 200多個 , 正常生產(chǎn)品種為 29種。美國的 SIGNODE公司則是一家以鋼帶捆扎機為主 , 塑料帶、聚酯帶捆扎工具為輔的跨國公司 , 屬于美國 ITW上市公司。在美國和其他六個國家設(shè)有分公司該公司自 1913年就開始從事捆扎機械的生產(chǎn) , 為 100多個國家的工業(yè)產(chǎn)品包裝提供服務 , 并為各國用戶提供 24小時內(nèi)的配件供應服務 ,他們不僅具有巨大的生產(chǎn)能力 ,而且還有一支精益求精的研制和開發(fā)隊伍 ,通過對捆扎機械各功能部件的反復試驗和多方案對比 ,生產(chǎn)出的捆扎機械具有很好的可靠性和最佳的經(jīng)濟壽命 ,雖然價格昂貴 , 但仍然是國際市場上的強手。 1

9、.2.2 包裝帶捆扎機國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 我國包裝機械工業(yè)是在改革開放以后發(fā)展起來的。由于起步較晚,大部分設(shè)備都是通過引進設(shè)備消化吸收研制出來的。行業(yè)從無到有,從小到大,逐步發(fā)展起來 。隨著我國食品工業(yè)、包裝工業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,我國的包裝食品機械行業(yè)取得了世人矚目的進步。產(chǎn)品品種的數(shù)量不斷增加,使包裝和食品機械行業(yè)成為直接為提高人民生活質(zhì)量服務,為包裝業(yè)和食品工業(yè)服務、農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品深加工業(yè)服務的新興行業(yè)。成為我國機械工業(yè)十大支柱產(chǎn)業(yè)之一?；旧夏苌a(chǎn)出滿足人民生活需求的各種各樣、各種檔次的產(chǎn)品,并正在不斷努力、提高、縮小與國外先進水平、先進技術(shù)、先進設(shè)備的差距。在全行業(yè)廣大企業(yè)、科研單

10、位技術(shù)人員及行業(yè)工作者的共同努力下,新產(chǎn)品、新技術(shù)日益涌現(xiàn)并轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。我國人口眾多,民以食為天,包裝與食品機械產(chǎn)品市場廣闊、潛力巨大。包裝與食品機械在我同的迅速崛起已引起社會的廣泛關(guān)注,即使在東南亞國家遭受金融危機的情況下,該行業(yè)仍欣欣向榮,堪稱“朝陽工業(yè)”。隨著人民生活水平的不斷提高,對商品包裝提出了更高的要求,哪里有商品,哪里就有包裝,可以說包裝工業(yè)對國民經(jīng)濟整體結(jié)構(gòu)的發(fā)展起著重要的作用。包裝機械產(chǎn)品量大面廣,廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工、軍工等各個行業(yè)。我國包裝機械工業(yè)通過采用國際標準和吸收國外先進技術(shù),在標準水平、設(shè)計制造和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有了較大的提高。一些企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量達到或接近國

11、外同類機器的先進水平。這些企業(yè)采用先進的企業(yè)管理體系和質(zhì)量保證體系,不斷改善和提高產(chǎn)品的質(zhì)量,以質(zhì)量和售后服務為企業(yè)的命脈,解決了用戶的后顧之憂。隨著國民經(jīng)濟的不斷發(fā)展,國內(nèi)市場對包裝機械產(chǎn)品的需求量與日俱增,年產(chǎn)量也逐年提高,包裝饑械企業(yè)數(shù)量越來越多,并且企業(yè)性質(zhì)逐漸從國營轉(zhuǎn)為私營、集體甚至個體,市場競爭日趨激烈,從過去經(jīng)濟短缺的賣方市場轉(zhuǎn)變?yōu)橘I方市場。因此產(chǎn)品在技術(shù)、性能、價格上的競爭更為激烈。 目前國內(nèi)產(chǎn)品與國外相比,市場競爭能力偏低 。目前我國包裝機械產(chǎn)品普遍存在質(zhì)量不穩(wěn)定、性能單一、成本高、技術(shù)含量低的狀況:隨著我國進入世貿(mào)組織WTO,國際先進的技術(shù)、設(shè)備和管理經(jīng)驗的進入勢

12、必會對我國剛剛發(fā)展起來的包裝機械工業(yè)造成巨大沖擊,企業(yè)面臨著前所未有的嚴峻考驗。我們應該根據(jù)自己的特點,發(fā)揮自身的優(yōu)勢。包裝機械企業(yè)要想尋找較好的、長遠的發(fā)展必須不斷開發(fā)新產(chǎn)品,提高產(chǎn)品的技術(shù)含金量以及機械的可靠性以適應當前日新月異的發(fā)展形勢,要規(guī)范優(yōu)質(zhì)服務標準,努力搞好售后服務。只有這樣,包裝機械企業(yè)才能得以更好地發(fā)展。 捆扎機械作為包裝設(shè)備中的一個主要分支,是將一個或多個包裝物用捆扎帶繩緊束一起的機器,使包裝件便于運輸、保管和裝卸,屬于外包裝設(shè)備。捆扎機械的發(fā)展,在一定程度上借助于捆扎材料的開發(fā)應用,在捆扎材料中,先后出現(xiàn)的有草繩、綿麻繩、紙繩、盒屬絲、塑料繩、塑料帶、鋼帶、聚胺酯帶等等,

13、但由于其本身的強度和延伸率不同和對機械捆扎的適應程度各異,以及考慮制作成本,目前以鋼帶和塑料帶的應用最為廣泛。特別是自五十年代以來,隨著石油化工的崛起,開始用塑料作為捆扎材料,為塑料帶(繩)捆扎機械的開發(fā)成功奠定了基礎(chǔ),由于塑料帶比鋼帶,紙帶具有較低的使用成本和不銹蝕、不污染、強度適中、手感柔軟、制造方便、外觀美觀等優(yōu)點,使之在許多領(lǐng)域逐步替代原來的鋼帶、紙帶,塑料帶捆扎機成為包裝機械中少有的技術(shù)成熟、簡單可靠、品種齊全、復蓋面廣的主要設(shè)備。國際市場上的搶手。我國捆扎機械生產(chǎn)自1976年開始。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和各行業(yè)對改善產(chǎn)品包裝產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益迫切,使捆扎機械不論在生產(chǎn)能力、生產(chǎn)

14、技術(shù)、整機性能等方面都有了很大的提高,其主要表現(xiàn)為 : (1)已將微機技木應用于捆扎機程序控制,具有溫度控制、自動計數(shù)、定長送帶、故障報警等多種功能,不僅可單機使用也可多機聯(lián)用或與自動生產(chǎn)線配套使用。 (2)從機器的傳動方式來看,有機械傳動、液壓傳動和氣動,特別是液壓傳動具有結(jié)構(gòu)簡單,制造方便的特點,是我國特有的機型。 (3)品種規(guī)格比較齊全。為適應不同的用戶需要,已有全自動、半自動和手提式捆扎器,根據(jù)包件捆扎要求不同,除通用的普通型外,又有帶壓力的捆扎機、雙軌道捆扎機、側(cè)封式捆扎機等,其工作臺面有高有低,可適應單件捆扎或自動連續(xù)捆扎的需要,目前最大的自動捆包尺寸可達2000×12

15、00毫米,最小的可捆扎50×80毫米的捆件、品種已達20多種。 (4)捆扎能力在每分鐘12?21道之間,基本能滿足國內(nèi)當前的生產(chǎn)需要。 (5)目前仍大量采用寬度為13.5毫米的塑料捆扎帶和直徑為30毫米的筒形薄膜捆扎繩,井正在開發(fā)使用寬度為5?10毫水的塑料捆扎帶的捆扎機,但國外大繁使用的鋼帶自動捆扎機在國內(nèi)尚未開發(fā)。 (6)捆扎帶粘接主要利用燙頭將捆扎帶兩端加熱至一定溫度后再施壓使之粘合,稱為熱熔搭接型,其接頭的拉力強度可達母帶強度的80%。塑料繩捆結(jié)機則以打結(jié)的形式捆緊包件。 (7)目前已能生產(chǎn)二十多個品種的捆扎機和三個品種的捆結(jié)機,基本上能滿足國內(nèi)需求,其中半自動捆扎機的

16、整個性能已接近國外先進水平,故每年有較大的批量出口,而全動捆扎機仍與國外有較大的差距。 與國外捆扎機械生產(chǎn)技術(shù)水平相比,國產(chǎn)機差距主要為:品種單一,生產(chǎn)力低。雖然經(jīng)過二十多年的發(fā)展,但只能生產(chǎn)20多個品種,還不及國外一個公司的品種數(shù),而且只能生產(chǎn)通用型的產(chǎn)品,如鋼帶自動捆扎機的生產(chǎn)至今仍是一個空白,無法滿足一些特殊行業(yè)的需要:據(jù)調(diào)查2006年全國產(chǎn)量已達19000臺,但仍太大落后于國外的水平。我國捆扎機械的生產(chǎn)起步較晚,主要是靠引進國外的整機經(jīng)消化改進二次開發(fā)生產(chǎn)的。因此在生產(chǎn)中著重于產(chǎn)品的整機性能而忽視了對零部件的研究,導致在捆扎速度、接頭粘接方式和送帶軌道等主要技術(shù)性能方面不硬國外

17、先進水平。工作可靠性較差,其中特別是捆扎帶和元器件的質(zhì)量不穩(wěn)對整機的性能帶來很大的影響。 1.2.3 包裝帶捆扎機存在的主要問題 自動捆扎機的工作過程主要由送帶、收緊、切燙、粘結(jié)四個環(huán)節(jié)組成,因此送帶機構(gòu)、夾壓機構(gòu)、封口機構(gòu)設(shè)計的合理與否,將直接影響到捆扎質(zhì)量和效率。當捆扎物人工擱置在規(guī)定的位置后,手動將捆扎帶塞入焊接處并觸動微開關(guān),第一頂緊桿將帶端壓緊,同時機械裝置和執(zhí)行機構(gòu)保證反時針方向收帶,達到一定的捆緊力后焊接,稍后切刀上頂切帶,最后機械送帶,完成一個捆件的捆扎過程 。在設(shè)計過程中需解決以下難點: (1)、如何實現(xiàn)捆扎速度的可調(diào),以適應不同的捆扎要求。 (2)、依靠摩擦

18、輪退帶收緊過程中,如何判斷包裝帶捆扎紙箱的捆緊力已達到要求而自動停止退帶收緊。 (3)、凸輪總成的精確設(shè)計,受凸輪控制的剪切、夾壓機構(gòu)的合理協(xié)調(diào)運行是完成捆扎的關(guān)鍵。 (4)、如何避免以往捆扎機械中都伴有煙塵、氣味的情況,保護操作者的身心健康及環(huán)境保護。 1.3 本課題所做的主要工作 本文研制的包裝帶打捆機,以紙箱、塑料包裹為捆扎對象對象,研發(fā)的主要內(nèi)容包括:送、退帶捆緊機構(gòu)的研究、剪切、熨燙機構(gòu)的設(shè)計、氣動執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計、捆扎形式的選擇,捆扎材料的選用等。 包裝帶捆扎機的工作過程包括六個主要步驟:送帶、頂緊、退帶拉緊、再頂緊、切帶、加熱、頂緊粘結(jié)、復位。整個包裝帶捆扎機的研

19、究也主要圍繞這幾個重要的動作來展開。 第2章 整體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計思路 本文著重對包裝帶捆扎機的機械部分進行設(shè)計,將包裝帶捆扎機的機械部分設(shè)計成三部分,其中送退帶機構(gòu)主要實現(xiàn)包裝帶的送帶與退帶,以及通過退帶將捆扎物捆緊待加熱,粘貼。夾壓剪切機構(gòu)主要實現(xiàn)包裝帶的頂緊固定,并在包裝帶通過熱熔搭接器加熱融化后實現(xiàn)對帶的夾壓,以便使帶迅速粘結(jié)。在送退帶機構(gòu)電機反轉(zhuǎn)進行退帶時,為避免退回的帶在機箱內(nèi)纏繞齒輪及其它部件,本文將設(shè)計一個儲帶箱放在機箱內(nèi),存放多余的包裝帶,既增加了捆扎安全性,又使下次捆扎有足夠的緩沖時間。 為保證包裝帶捆扎機能夠高效正常運轉(zhuǎn),特對本捆扎機的設(shè)計提出

20、如下要求: (1)各操作按鈕靈活、可靠,電路控制動作正常,電氣設(shè)備安全可靠.指示燈顯示正常。 (2)送帶長度可調(diào)整,送退帶正常,無撕裂現(xiàn)象。 (3)送帶停止時,帶盤剎車可靠。 (5)每道捆扎時間應不大于15s。 (6)捆緊力應可調(diào),對采用寬度小于 13. 5 mm打包帶的捆扎機,單道最大捆緊力應不小于 200 N;用寬度不小于 13. 5 mm打包帶的捆扎機,單道最大捆緊力應不小于 250 N。 (7)燙頭溫升時間 合上總開關(guān)后,燙頭從室溫升到 300℃ ,時間應不超過 5 min。 (8)燙頭表面溫度在 200-370℃范圍內(nèi)應可調(diào)。 (9)接頭外觀無過熔現(xiàn)象

21、,上、下層對齊,中心偏移量應不大于 1. 5 mm,接頭末端未燙部分長大于2mm。 (10)外觀質(zhì)量 a.工作臺面平整、光亮,不應有銹點、凹陷等缺陷; b. 表面涂漆或噴塑牢固、光滑、色澤均勻.不應有劃痕、磕碰等有損美觀的缺陷。 (11)最大捆扎體積為400 mm×400 mm×1200 mm 2.2 方案選擇 整個系統(tǒng)分為:機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。 機械系統(tǒng)分為:送帶、退帶張緊機構(gòu),捆扎封接機構(gòu)。 控制系統(tǒng)分為:步進電機控制系統(tǒng),氣動控制系統(tǒng)。 2.2.1機械系統(tǒng)設(shè)計 機械系統(tǒng)分為:送帶、退帶張緊機構(gòu),捆扎封接機構(gòu)。捆扎機原理圖如圖2.1所示 一、送帶、退帶張緊機構(gòu)

22、 送帶、退帶張緊機構(gòu)主要完成捆扎帶送入和退出,由電機、摩擦輪、齒輪、同步帶輪、小軌道等部件組成。送退帶機構(gòu)原理示意圖如圖2.2所示,在機器進入工作準備狀態(tài)時,捆扎帶通過摩擦輪正轉(zhuǎn),依靠摩擦力使捆扎帶從儲帶箱中拉出送入軌道;當帶碰到觸動開關(guān)后,壓緊機構(gòu)的第一壓頭將帶端壓緊,同時電機帶動摩擦輪開始反轉(zhuǎn),將多余的帶從軌道中拉出退入儲帶箱中,已達到使紙箱捆緊的目的。 圖2.2 送退帶機構(gòu)原理示意圖 二、捆扎封接機構(gòu) 捆扎封接機構(gòu)原理示意圖如圖2.3所示。捆扎帶在進行捆扎時,其帶頭和帶尾都需要用夾壓機構(gòu)進行夾緊,以便完成熱熔搭接

23、工作。夾壓機構(gòu)共有三個壓頭,由安裝在同一軸上的三個凸輪分別控制,其中的第一壓頭夾壓帶頭,第二壓頭夾壓帶尾,兩層帶中間先由隔離器隔開,然后再由隔離器引導熨頭進入兩層帶子中間,以待熱熔搭接。 捆扎帶收緊捆繞在包裝件上后,為了使它在流通過程中不松散,就必須將捆扎帶的兩端構(gòu)成牢固的連接,才能保證捆扎的可靠與安全。捆扎帶在封接壓頭,即第三壓頭的作用下,由電熱板對其加熱使帶表面熔融,然后經(jīng)過加壓冷卻而得到熔接連接。 圖2.3 捆扎封接機構(gòu)原理示意圖 2.2.2 控制系統(tǒng)設(shè)計 研制包裝帶捆扎機的一個重要任務就是要實現(xiàn)打捆過程的半自動化或盡可能自動化。氣動控制方式與電氣、液壓

24、控制方式一樣,是實現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化的常用的方式之一。隨著電氣控制技術(shù)在氣動元件中不斷的進步和發(fā)展,一系列高性能的氣動元件的出現(xiàn),如快速響應的電磁閥,位置感應氣缸等,使得氣動元件更加易于進行遠距離的操作控制。因此,氣動系統(tǒng)在很多自動化設(shè)備中正得到越來越廣泛的應用。 在打捆過程中,包裝帶壓板以及熱熔搭接器的驅(qū)動由氣缸來實現(xiàn),相對于電機控制而言,氣缸在實現(xiàn)來回伸縮控制方而有其獨特的特點和優(yōu)勢;具有動作實現(xiàn)簡單,可大大減少輔助機構(gòu)的設(shè)計相對于電機控制而言。氣缸的運動過程由電磁閥進行控制,簡單易行。另外,實現(xiàn)捆扎速度可調(diào)通過凸輪軸上的步進電機來實現(xiàn),機電配合的整個工作過程如下: (1)接通電源

25、,單片機開始工作,燙頭開始加熱升溫,溫度的自動調(diào)節(jié)通過單片機自動控制. (2)按下“送帶”按鈕,電機正轉(zhuǎn),實現(xiàn)送帶,送帶2s后電機停轉(zhuǎn)。 (3)手動將帶拉出,將包裝帶纏繞捆扎物一周,當帶碰到行程開關(guān)后,步進電機運轉(zhuǎn),第一頂桿將捆扎帶頂緊。 (4)2s后電機反轉(zhuǎn),實現(xiàn)退帶,對包裝件進行捆緊,2s后停轉(zhuǎn),此時第三頂桿將帶另一端頂緊。 (5)第二頂桿上升將包裝帶切斷并迅速下移,熱熔搭接器開始對包裝帶加熱,第二頂桿再次上升,將兩片包裝帶夾緊粘貼。 (6)氣缸收縮,將壓帶側(cè)板抽出,捆扎完成。 2.3本章小結(jié) 本章主要根據(jù)打捆機的工作流程提出了包裝帶捆扎機的總體設(shè)計方案,主要內(nèi)容包括:

26、 (1)給出了包裝帶捆扎機的技術(shù)參數(shù)和要求; (2)提出了打捆機的系統(tǒng)總體設(shè)計方案,包括機械系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、采用的捆扎方式和材料等。 第3章機械系統(tǒng)設(shè)計 3.1 整體設(shè)計 包裝帶捆扎機的結(jié)構(gòu):目前使用的臺式自動捆扎機,其構(gòu)造包括機架、丙烯帶圈筒、儲帶箱、帶子的進給和張緊機構(gòu)、帶子的接合機構(gòu)、拱形導軌、傳動機構(gòu)和自動控制裝置等部分組成。 捆扎機工作流程:包裝帶捆扎機采用聚丙烯塑料帶作為捆扎材料,打捆完成后用熱熔搭接法將捆扎帶加熱粘貼。當捆扎物人工擱置在規(guī)定的位置后,手動將捆扎帶塞入焊接處并觸動微動開關(guān),機械裝置和執(zhí)行機構(gòu)保證反時針方向收帶,達到一定的捆緊力后焊接,稍后切刀

27、上頂切帶,最后機械送帶,完成一個捆件的捆扎過程 。在捆扎過程中,由送退帶機構(gòu)完成送帶、收帶、拉緊等動作;在夾壓、熨燙機構(gòu)作用下完成包裝帶粘結(jié)鎖緊,防止包裝帶的打滑松動。本捆扎機以氣動系統(tǒng)作為打捆系統(tǒng)加熱裝置的主要執(zhí)行件,以可編程序控制器作為控制單元實現(xiàn)打捆過程的半自動化。 圖2.1 機械系統(tǒng)總體方案的原理圖 3.2 送退帶機構(gòu)各零部件的設(shè)計 3.2.1 捆扎機架的設(shè)計 1機架材料的選擇 由于碳素結(jié)構(gòu)鋼的韌性良好,沖壓和焊接性能良好,是一般機械制造中的主要材料,廣泛應用于制作一般機械零件,如支架、機架及焊接件等用的角鋼、槽鋼、墊板,因此選取捆扎機機架的材料為Q235

28、A。 2機架結(jié)構(gòu)的設(shè)計 機架與支承件不僅起著連接和支承各種零部件相互位置的的作用,而且還其要保證捆扎過程的平穩(wěn)。進退帶機構(gòu)的機架由機架底板、側(cè)板和兩塊橫板組成,通過螺栓連接,起著固定主、從動軸、以及齒輪、摩擦輪的作用;捆扎機構(gòu)機架由兩個機架底板、主機架側(cè)板和輔助機架側(cè)板組成,起著固定凸輪軸和凸輪的作用。 3.2.2傳動軸的設(shè)計 送退帶機構(gòu)的齒輪傳動軸和凸輪軸都采用平鍵。電動機正常工作的轉(zhuǎn)速為n0960r/min。根據(jù)帶輪的傳動比為i12:1和齒輪的傳動比為i21:1得傳動軸的轉(zhuǎn)速n1n0/i1960/2r/min480r/min;功率P110KW。從動軸的轉(zhuǎn)速n2n1/i2

29、480r/min; 功率P210KW。因此各軸的轉(zhuǎn)速如下: 齒輪主傳動軸1:n1480r/min 齒輪從傳動軸2: n2480r/min 1. 確定軸1最小直徑 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為: (3-1) 式中: ??扭轉(zhuǎn)切應力,單位MPa; T ??軸所受的扭距,單位N*mm; ??軸的抗扭截面系數(shù),單位; n ??軸的轉(zhuǎn)速,單位r/min; P ??軸傳遞的功率。單位KW; d ??計算截面處軸的直徑,單位mm; []??許用扭轉(zhuǎn)切應力,單位MPa 由上式可得軸的直徑 選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。A0查表取112,P10KW,n480r

30、/min 帶入得: 軸最小直徑的初始值:d19.65mm。 根據(jù)送退帶機構(gòu)軸上各齒輪、摩擦輪以及帶輪與支架以及相互之間的尺寸關(guān)系確定軸1的各部分軸徑及長度如圖3.1: 圖3.1 軸1 2.確定其它兩根軸的尺寸 用同樣方法確定軸2和軸3的尺寸如下; 圖3.2 軸2 圖3.3 凸輪軸 3.軸的校核 進行校核時,通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度。取,用公式3-2計算軸的應力: (3-2) ??軸的計算應力,單位MPa; M ??軸所受的彎距,單位N.mm; T ??軸所受的扭距,單位N.mm; W ??軸的抗彎截面系數(shù),單位。計算公式如3-3:

31、 (3-3) 從軸的結(jié)構(gòu)圖3.1可以看到軸的危險截面,現(xiàn)將計算出的截面處的、及的值列出表3-1: 表3-1 載 荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩T 畫出軸的載荷分析圖。如圖3.4: 圖3.4軸的載荷分析圖 圖3.4中 c截面為危險截面。帶入公式3-2中得: 前已選定軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,查得。因此, ,故安全。 3.2.3滾動軸承的選用 軸兩端選用相同軸承,選用深溝球軸承6004,查表可知深溝球軸承6004的基本額定動載荷 Cr9.38KN,基本額定靜載荷Cro5.02KN, 軸承的預期計算壽命Lh24000

32、h 求兩軸承受到的徑向載荷Fr1和Fr2,將軸系受到的空間力系分解如圖3.5, 圖3.5軸上受力圖 兩個平面力系,其中Ft537.3NFr220.3N 由受力分析知: 153.24N 軸承受力圖,如圖3.6: 圖3.6軸承受力分解圖 Fr- Fr1v67.06N 374.9N -164.4N N404.1N N177.7N 軸承基本額定動載荷計算額定動載荷CP 式中: P?當量動載荷,即、中的大值,P154.1N ?壽命因子,查表選取3.63 ?速度因子,查表選取0.741 ?力矩載荷因子,由于力矩載荷較小,取1.5 ?沖擊載荷因子,查表選取1.

33、1 ?溫度因子,查表選取1.0 可得: C404.1N3267.6〈 故,所選軸承滿足使用要求。 3.2.4傳動齒輪的設(shè)計 傳動齒輪組的設(shè)計是設(shè)計送退帶機構(gòu)的重要部分,傳動齒輪設(shè)計的是否合理,直接影響送退帶機構(gòu)的穩(wěn)定性能,以及捆扎質(zhì)量。 1.確定計算公式及各參數(shù)值 (1)輸入功率為10KW,齒輪的轉(zhuǎn)速為480r/min選用直齒圓柱齒輪傳動,7級精度。選擇齒輪材料為40Cr(調(diào)質(zhì)),硬度為280HBS,選擇齒輪齒數(shù)均為Z24, 由公式(3-5):(3-5) 查機械設(shè)計手冊確定3-5公式內(nèi)的各計算數(shù)值 (2)試選載荷系數(shù):Kt=1.3 (3)計算

34、齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩: ; (4)齒寬系數(shù): ; (5)材料的彈性影響系數(shù):; (6)按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限; (7)計算應力循環(huán)次數(shù) ; (8)接觸疲勞壽命系數(shù); (9)計算接觸疲勞許用應力 取失效概率為1%,安全系數(shù)S1,得: ;2.計算 試用公式(3-1)算齒輪分度圓直徑d; ; (1)計算圓周速度V ; (2) 計算齒寬b; (3)計算齒寬與齒高之比b/h模數(shù) ; 齒高; ; (5)計算載荷系數(shù) 7級精度,查得動載系數(shù);直齒輪,假設(shè)。查得。查得使用系數(shù),得: ; 由b/h9.1, ,查得;故載荷系數(shù) ; (6) 按實際的

35、載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,得: ; (7)計算模數(shù):。 3.按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度設(shè)計公式為(3-6) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 (1)查得齒輪的彎曲疲勞強度極限; (2)查得彎曲疲勞壽命系數(shù);計算彎曲疲勞許用應力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S1,得: ; (3)計算載荷系數(shù)K (4) 查取齒形系數(shù); (5)查取應力校正系數(shù) ; (6)計算齒輪的, 4. 設(shè)計計算 由公式(3-6)得: 對比計算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞計算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)m大小主要取決于彎曲強度所決定的

36、承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān),可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.01并就近圓整為標準值,按接觸強度算得的分度圓直徑,算出齒輪齒數(shù);這樣設(shè)計出的齒輪傳動,既滿足了齒面接觸疲勞強度,又滿足了齒根彎曲疲勞強度,并做到了結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費。 5.幾何尺寸計算 1)計算分度圓直徑 ; 2)計算中心距 3)計算齒輪寬度 B20mm。 6.驗算校核 ,合適。 3.2.5鍵的選用 選用A型平鍵(GB/T1096-1979),按帶輪和齒輪的寬度由手冊查得: 強度校核,按公式3-7計算: 3-7 查得參數(shù)(許用擠壓應力),k0.5h2.5,LL-b

37、13mm 鍵聯(lián)接傳遞的轉(zhuǎn)矩為: 鍵的工作面壓強P為 鍵聯(lián)結(jié)強度合格。 3.2.6摩擦輪的設(shè)計 摩擦輪傳動是兩個相互壓緊的滾輪,通過接觸面間的摩擦力傳遞運動和動力的。由于結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、運動平穩(wěn)、噪聲低,過載可以打滑,以及能連續(xù)連續(xù)平滑地調(diào)節(jié)其傳動比,因而有較大的應用范圍,成為無級變速的主要元件。但由于在運轉(zhuǎn)過程中有滑動,影響從動輪的旋轉(zhuǎn)精度,傳動效率較低,作用在軸和軸和軸承上的載荷大,多用于中小功率傳動。 一、摩擦輪材料的選擇 由于摩擦輪實現(xiàn)包裝帶的進與退,制造摩擦輪的材料應該是:彈性模量大、摩擦系數(shù)高,接觸疲勞強度和耐磨性好,吸濕小,價廉并易于加工,可以選

38、用GCr15。 二、本捆扎機采用圓柱摩擦輪傳動,其運動簡圖如3.9下; 圖3.7摩擦輪傳動示意圖 3.3其他零部件的設(shè)計 3.3.1 電動機的選擇 電動機的作用是將電能轉(zhuǎn)換為機械能,現(xiàn)代各種生產(chǎn)機械都廣泛應用電機來驅(qū)動。在生產(chǎn)上主要用的是交流電動機,特別是三相異步電動機。它被廣泛地用來驅(qū)動各種金屬切削機床、起重機、鍛壓機、傳動帶、鑄造機械、功率不大的通風機及水泵等。 1、三相異步電動機的構(gòu)造 三相異步電動機分成兩個基本部分:定子(固定部分)和轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)部分)。三相異步電動機的轉(zhuǎn)子根據(jù)構(gòu)造上的不同分為兩種型式:鼠籠式和繞線式。鼠籠式和繞線式只是在轉(zhuǎn)子構(gòu)造上的不同,

39、它們的工作原理是一樣的。鼠籠式電動機由于構(gòu)造上簡單,價格低廉,工作可靠,使用方便,就成為生產(chǎn)上應用最廣泛的一種電動機。 2、電動機的轉(zhuǎn)動原理 圖3.8是三相異步電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的原理圖,圖中N,S表示兩極旋轉(zhuǎn)磁場,轉(zhuǎn)子中只示出兩根導條。當旋轉(zhuǎn)磁場向順時針方向旋轉(zhuǎn)時,其磁力線切割轉(zhuǎn)子導條,導條中就感應出電動勢。在電動勢的作用下,閉合的導條中就有電流。這電流與旋轉(zhuǎn)磁場相互作用。而使轉(zhuǎn)子導條受到電磁力F。電磁力的方向可應用左手定則來確定。電磁力產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)動起來。 圖3.8電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動原理圖 3、三相異步電動機的選擇 要為一生產(chǎn)機械選配一臺電動機,首先要考慮電動機的功

40、率,合理選擇電動機的功率具有重大的經(jīng)濟意義。如果電動機的功率選大了,雖然能保證正常運行,但是不經(jīng)濟。因為這不僅使設(shè)備投資增加和電動機未被充分利用,而且電動機經(jīng)常不是在滿載荷下運行,它的效率和功率也都不高。如果電動機的功率選小了,就不能保證電動機和生產(chǎn)機械的正常運行,不能充分發(fā)揮機械的效能,并使電動機由于過載而過早地損壞。 根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)摩擦輪的功率和轉(zhuǎn)速情況,選擇電動機型號:Y 160L-6 額定功率:11KW;滿載轉(zhuǎn)速:970r/min 4、三相異步電動機的UG三維建模在整個設(shè)計方案中,電動機屬于外購部分,不需要另行設(shè)計,故在三維圖中可用簡單的模擬圖形來代替。 3.3.2 送退帶機

41、構(gòu)同步帶的選用 本設(shè)備中送退帶機構(gòu)用到了同步帶,電機通過同步帶與送退帶機構(gòu)連接,達到降速的目的。 1同步帶的特點 同步帶傳動具有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)點。同步帶傳動由于帶與帶輪是靠嚙合傳遞運動和動力,故帶與帶輪間無相對滑動,能保證準確的傳動比。同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體,氯丁橡膠或聚氨酯為基體,這種帶薄而且輕,故可用于較高速度。傳動時的線速度可達50m/s,傳動比可達10,效率可達98%。傳動噪音比帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動小,耐磨性好,不需油潤滑,壽命比摩擦帶長。其主要缺點是制造和安裝精度。 (2)、同步帶的形式、型號簡介及選擇 同步帶有單面有齒

42、和雙面有齒兩種,簡稱單面帶和雙面帶。雙面帶又有對稱齒型(DI)和交錯齒型(DII)之分。同步帶齒有梯形齒和弧形齒兩類。同步帶型號分為最輕型MXL、超輕型XXL、特輕型XL、輕型L、重型H、特重型XH、超重型XXH七種。梯形齒同步帶傳動已有標準(GB11361~11362?89)。在規(guī)定張緊力下,相鄰兩齒中心線的直線距離稱為節(jié)距,以p表示。 圖3.9 同步帶傳動 節(jié)距是同步帶傳動最基本的參數(shù)。當同步帶垂直其底邊彎曲時,在帶中保持原長度不變的周線,稱為節(jié)線,節(jié)線長以LP表示。 同步帶帶輪的齒形推薦采用漸開線齒形,可用范成法加工而成。也可以使用直邊齒形。 由以上可知本次設(shè)計

43、選擇的同步帶為輕型L單面帶。 在步進電機上運用的同步帶寬15毫米,由前面的數(shù)據(jù)已知同步帶輪轉(zhuǎn)速為960 r/min和480r/min,同步帶輪直徑為80mm和160mm。 (3)、同步帶的失效 同步帶傳動的主要失效形式是同步帶疲勞斷裂,帶齒的剪切和壓潰以及同步帶兩側(cè)邊、帶齒的磨損。保證同步帶一定的疲勞強度和使用壽命是設(shè)計同步帶傳動的主要依據(jù)。因此同步帶傳動設(shè)計時主要是限制單位齒寬的拉力,必要時才校核工作齒面的壓力。 4、同步帶輪的確定 根據(jù)同步帶的型號,按照大小帶輪傳動比1:2的比例,選取同步帶輪的型號,經(jīng)校核符合捆扎機的設(shè)計要求。其小帶輪具體尺寸如下圖3.10; 圖3

44、.10 同步帶輪 3.3.3捆扎帶材料的選擇 根據(jù)捆扎要求,選取成本較低、來源廣泛、捆扎美觀牢固的聚丙烯塑料帶。因其可塑性好,斷裂拉力強,耐彎曲,比重輕,使用方便等優(yōu)點。已在各領(lǐng)域中廣泛作用。 3.3.4捆扎形式的選擇 目前在我國常見的捆扎形式有如幾種:單道、雙道、十字交叉、井字、多道交叉等多種形式。對于紙箱的捆扎,根據(jù)我國現(xiàn)有的技術(shù)水平,大多數(shù)企業(yè)都只采用智能自動捆扎一道的捆扎機,如果要改變形式,則需要人工轉(zhuǎn)位或是采用多臺捆扎機聯(lián)合完成。 3.4.5捆扎帶接頭形式的選擇 捆扎帶的接頭方式根據(jù)捆扎材料的不同而不同,大致可分為熱熔搭接法,膠粘結(jié)、皮扣式及結(jié)扎式等。由

45、于我們所設(shè)計的包裝袋捆扎機的捆扎繩材料為聚丙烯塑料繩,故選用電熱熔加熱法。它是采用各種有效的加熱方法,使塑料袋表層受熱融化,將兩個帶端的熔化面搭接起來,該接頭方式適用于聚丙烯塑料帶。帶接頭的強度應不低于帶子破斷拉力的80%,因此,必須要保證有足夠的搭接面積,并且要對溫度、壓力、時間這三個工藝參數(shù)進行綜合調(diào)節(jié)。電熱熔加熱法是最普遍使用的加熱方法,因為熱熔搭接具有連接強度高、裝置結(jié)夠簡單、操作簡便等優(yōu)。 3.4本章小結(jié) 本章重點介紹了包裝帶捆扎機總體結(jié)構(gòu)和各部件的設(shè)計,主要內(nèi)容包括: 1詳細分析了包裝帶捆扎機的工作流程; 2對捆扎機兩個主要機構(gòu)的零部件(齒輪、摩擦輪、軸)進行設(shè)計、校核;

46、 第4章 三維建模 4.1 UG簡介 UG軟件是Unigraphics Solutions公司簡稱UGS推出的一款三維設(shè)計軟件。它是一個交互式的計算機輔助設(shè)計和計算機輔助制造系統(tǒng), 具備當今機械加工領(lǐng)域所需的大多數(shù)工程設(shè)計和制圖功能。它還是一個全三維、雙精度的造型系統(tǒng),使用戶幾乎能夠精確地描述任何幾何形體,通過對這些形體的組合, 就可以對產(chǎn)品進行設(shè)計、分析和制圖。 UG具有豐富的曲面建模工具。包括直紋面、掃描面、通過一組曲線的自由曲面、通過兩組類正交曲線的自由曲面、曲線廣義掃掠、標準二次曲線方法放樣、等半徑和變半徑倒圓、廣義二次曲線倒圓、兩張及多張曲面間的光順橋接、動態(tài)拉動

47、調(diào)整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁減、編輯、點云生成、曲面編輯。 UG的特點: 1、建模的靈活性復合建模:無需草圖,需要時可進行全參數(shù)設(shè)計,無需定義和參數(shù)化新曲線??可直接利用實體邊緣。? 幾何特征 :具有凸墊、鍵槽、凸臺、斜角、挖殼等特征、用戶自定義特征?、引用模式 。 ??光順倒圓: 業(yè)界最好的倒圓技術(shù)?,可自適應于切口、陡峭邊緣及兩非鄰接面等幾何構(gòu)形,變半徑倒圓的最小半徑值可退化至極限零。 ? 2、協(xié)同化裝配建模 ??可提供自頂向下、自底向上兩種產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義方式并可在上下文中設(shè)計/編輯 ,高級的裝配導航工具 ,可圖示裝配樹結(jié)構(gòu),可方便快速的確定部件位置?,?

48、對裝配件的簡化表達,隱藏或關(guān)掉特定組件。局部著色 ,強大的零件間的相關(guān)性 ,配對條件,零件間的表達式(關(guān)系) ,協(xié)同化團隊工作 ,可方便的替換產(chǎn)品中任一零部件,刷新部件以取得最新的工作版本,團隊成員可并行設(shè)計產(chǎn)品中各子裝配或零件, 3、直觀的二維繪圖 ? 對制圖員來講,簡單并富于邏輯性 ,剖視圖自動相關(guān)于模型和剖切線位置 ,正交視圖的計算和定位可簡便的由一次鼠標操作完成 ,自動隱藏線消除 ,自動尺寸排列??不需要了解設(shè)計意圖 ,自動工程圖草圖尺寸標注。 4、被業(yè)界證實的數(shù)控加工 2~5軸銑 ,車加工, 線切割, 鈑金件制造 ,刀軌仿真和驗證 ,刀具庫/標準工藝數(shù)

49、據(jù)庫功能 。 5、領(lǐng)先的鈑金件制造 ??可在成型或展開的情況下設(shè)計或修改產(chǎn)品結(jié)構(gòu) ,折彎工序可仿真工藝成型過程 ,鈑料展開幾何自動與產(chǎn)品設(shè)計相關(guān) ,可在一幅工程圖中直接展示產(chǎn)品設(shè)計和鈑料展開幾何 。 6、集成的數(shù)字分析 ??機構(gòu)運動學分析 ,硬干涉檢查和軟干涉檢查 ,運動仿真和分析 ,動畫過程中的動態(tài)干涉檢查。 7、廣泛的用戶開發(fā)工具 ??用戶命令宏 ,高級編程語言 ,可自定義裁剪的用戶界面。 8、內(nèi)嵌的工程電子表格 ??可與其他表格軟件交換數(shù)據(jù) ,可簡便定義零件系列 ,可方便修改表達式 ,可生成扇形圖、直方圖和曲線圖等 。

50、9、照片真實效果渲染 ? 利用基于數(shù)字的設(shè)計審視,加快產(chǎn)品上市時間 ,快速成型。 10、可分階段實施的數(shù)據(jù)管理 ??業(yè)界最緊密的CAD/CAM/CAE與PDM集成 ,可管理CAD數(shù)據(jù)以及整個產(chǎn)品開發(fā)周期中所有相關(guān)數(shù)據(jù) 。 4.2捆扎機各零部件的三維建模 4.2.1捆扎機送退帶機構(gòu)的三維建模 1.從動軸零件及建模過程,如圖4.1所示: 1)通過命令基準平面來設(shè)定建模所需的基準平面 2)通過命令圓柱來完成從動軸的主體部分建模 3)通過命令鍵槽來完成從動軸上面的鍵槽建模 2.主動軸零件及建模過程,如圖4.2所示: 3.傳動齒輪零件及建模過程 齒輪為標準件

51、,由標準數(shù)據(jù)庫直接導入。齒輪的模數(shù)m2,齒數(shù)z24。 4.摩擦輪零件及建模過程,如圖4.3所示: 4.2.2捆扎機捆緊封接機構(gòu)零件 1.第一頂桿零件及建模過程,如圖4.4所示: 2.第二、三頂桿零件及建模過程,如圖4.5所示: 3.凸輪軸零件及建模過程,如圖4.6所示: 4.2.3 電動機的模擬建模 三相異步電機的三維模擬建模,如圖4.7所示: 因為三相異步電機不是主要設(shè)計部件,故只畫出大概模擬圖 其作用是為包裝袋的傳送提供動力 圖 4.7 三相異步電機的三維模擬圖 步進電機的三維模擬建模,如圖4.8所示: 因為三相異

52、步電機不是主要設(shè)計部件,故只畫出大概模擬圖 其作用是為頂桿的運動提供精確控制 圖4.8 步進電機的三維模擬圖 4.3捆扎機的裝配 4.3.1底板與捆扎機主機架的裝配 圖4.7 底板與捆扎機主機架的裝配 4.3.2 送退帶機構(gòu)的裝配 圖4.8 送退帶機構(gòu)的裝配 4.3.3捆扎機捆扎機構(gòu)的裝配 圖4.9 捆扎機捆扎機構(gòu)的裝配 4.3.4捆扎機封接機構(gòu)的裝配 圖4.10 捆扎機封接機構(gòu)的裝配 4.3.5捆扎機側(cè)板及支架的裝配 圖4.11 捆扎機側(cè)板及支架的裝配 4.3.7 UG裝配簡介 裝配是一個集成的N

53、X應用。它幫助構(gòu)造零件的裝配,在裝配的上下文范圍內(nèi)建立個別零件的模型,并產(chǎn)生裝配圖的零件明細表。 裝配的主要特征如下: 1.組件幾何體被虛擬指向裝配件,而不是復制到裝配件。 2.利用自頂向下或從底向上的方法建立裝配。 3.多零件可以同時被打開和編輯。 4.組件幾何體可以在裝配的上下文范圍中建立和編輯。 5.相關(guān)性被維護在全裝配件中,而不管編輯是在何處和怎樣做的。 6.一個裝配的圖形表示可以被簡化,而不必編輯下屬幾何體。 7.裝配件自動更新反映引用部件的最后版本。 8.配對條件通過規(guī)定在組件間的約束關(guān)系,在裝配件中定位組件。

54、 9.裝配導航器提供一裝配結(jié)構(gòu)的圖形顯示,為在其他功能中使用選擇和操縱組件。 10.可以在其他應用中,特別是在制圖和制造應用中利用裝配功能。 4.4本章小結(jié) 本章詳細的介紹了UG設(shè)計軟件以及用UG軟件對捆扎機各主要零件的三維建模。并對捆扎機的整體機構(gòu)進行了裝配,使我們清晰直觀的了解了捆扎機的結(jié)構(gòu)和工作原理。 第5章 控制部分設(shè)計 5.1控制系統(tǒng)概述 本文所設(shè)計的包裝帶捆扎機的控制系統(tǒng)主要包括:送退帶機構(gòu)電機的控制、剪切熨燙機構(gòu)步進電機的控制、用來驅(qū)動包裝帶壓板往復移動的氣缸的控制。 其中送退帶機構(gòu)電機的選擇已在第三章做過介紹,這里不再贅敘。 5.2步進

55、電機控制系統(tǒng) 在捆扎系統(tǒng)中,由電機控制凸輪軸實現(xiàn)精確的運動,以此來實現(xiàn)第一頂桿,第二、三頂桿的精確運動,由于步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的數(shù)字/模擬變換器。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(即步距角)?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準確定位的目的。因此,本文捆扎機構(gòu)設(shè)計中選取步進電機。 5.2.1步進電機的特點 1與驅(qū)動電路組成了開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。簡單、廉價、性能可靠。也可以與傳感器組成高性能的閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)。 2 驅(qū)動脈沖與角位移成嚴格的正比關(guān)系,無積累誤差;具有良好的跟隨性能。 3 調(diào)速范圍寬。低速下仍能保持大的轉(zhuǎn)

56、距。一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。 4 頻率響應快,不通電時轉(zhuǎn)子能自鎖 5 步進頻率高,可以和反應式相媲美 6 力矩??慣性比反應式電動機小。 5.2.2步進電機的選擇 步進電機的選擇主要考慮步距角、靜力矩和保持力矩。 1、步距角的選擇 步距角是在一個脈沖電信號的作用下,步進電機轉(zhuǎn)過的機械角度。步距角的選擇取決于負載精度的要求,將負載的最小分辨率(當量)換算到電機軸上,每個當量電機應走多少角度(包括減速)。電機的步距角應等于小于此角度。。目前市場上的步進電機的步距角一般由0.36°/0.72°、0.9°/1.8°、1.5°/3°。為了滿足設(shè)計任務要求,選用步距角為0.9度的混

57、合型步進電機。 2、最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 最大靜轉(zhuǎn)矩是指步進電機在通電狀態(tài)下,使轉(zhuǎn)子離開平衡位置的極限轉(zhuǎn)矩值,它反映了步進電機承受外加轉(zhuǎn)矩的特性。最大靜轉(zhuǎn)矩也叫保持轉(zhuǎn)矩,是步進電機最重要的參數(shù)之一。靜力矩一旦確定,步進電機就好確定了。 3、電機型號 與剪切熨燙機構(gòu)凸輪軸連接的步進電機型號為8DK25-12。 5.2.3步進電機的控制 步進電機的控制與驅(qū)動流程圖如圖4.1所示。主要包括脈沖信號發(fā)生器、環(huán)形脈沖分配器和功率驅(qū)動放大源電路三大部分。脈沖信號發(fā)生器是一個頻率從幾赫茲到幾萬赫茲連續(xù)可調(diào)的變頻信號,可用8051來產(chǎn)生,也可用專門的硬件電路產(chǎn)生。脈沖信號發(fā)生

58、器能夠精確輸出脈沖的數(shù)量和頻率,因而能夠準確的控制步進電機的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。脈沖信號分配器的作用就是能把輸入的脈沖轉(zhuǎn)化成環(huán)形脈沖,以便控制步進電機,并能進行正反轉(zhuǎn)控制。經(jīng)環(huán)形脈沖分配器輸出的信號驅(qū)動功率很小,而步進電機繞組的勵磁需要相當大的電流,所以還需進行功率放大才能驅(qū)動步進電機。另外,為了防止干擾,分配器送出的脈沖還需要進行光電隔離。 圖5.1 步進電機的控制與驅(qū)動流程圖 5.3氣動控制的系統(tǒng) 氣壓驅(qū)動的工作介質(zhì)是空氣,它來源方便,取之不盡,用之不竭,使用后直接排入大氣而無污染,不需要設(shè)置專門的回收裝置,氣流動時壓力損失少,節(jié)能,高效,適用于集中供氣和遠距離輸送。動作迅速、反應快,

59、調(diào)節(jié)方便、維護簡單,系統(tǒng)有故障時,容易排除。工作環(huán)境適應性好,特別適合在易爆、易燃、潮濕、多塵、強磁、振動、輻射等惡劣條件下工作,排氣不污染環(huán)境,在食品、輕工、紡織、印刷、精密檢測等場合中應用更具有優(yōu)勢。成本低,具有過載保持功能。所以氣壓驅(qū)動的裝置在工業(yè)中應用也是很廣泛的。但排氣噪聲比較大,高速排氣時應加消聲器。 5.3.1氣缸概述 氣動系統(tǒng)中使用的氣動元件需要根據(jù)使用情況進行選用,包括氣缸類型的選擇、氣缸型號的選擇、氣缸的控制方式。 氣缸類型的選擇 : 選擇氣缸的類型應根據(jù)工作要求和使用條件。 1)要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸; 2)要求重量輕,應

60、選輕型缸;、 要求安裝空間窄且行程短,可選薄型缸; 有橫向負載,可選帶導桿氣缸; 3)要求制動精度高,應選鎖緊氣缸; 不允許活塞桿旋轉(zhuǎn),可選具有桿不回轉(zhuǎn)功能氣缸; 高溫環(huán)境下需選用耐熱缸; 在有腐蝕環(huán)境下,需選用耐腐蝕氣缸。 在有灰塵等惡劣環(huán)境下,需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。 4)要求無污染時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等。 5.3.2氣缸型號的選擇 捆扎機構(gòu)所使用汽缸主要考慮氣缸的導程,根據(jù)捆扎機構(gòu)頂桿與熱熔搭接器以及箱體壁之間的距離來確定所需氣缸的導程,選擇MAL型32×25型號氣缸。 5.4本章小結(jié) 本章節(jié)主要介紹了包裝帶捆扎機控制部分的選擇過程,由于

61、控制部分不是本設(shè)計的重點,在此不作具體講解。 總結(jié) 通過歷時近3個月的籌備與研發(fā),本文成功開發(fā)出的包裝帶捆扎機,能很好的滿足對紙箱的捆扎要求,運行穩(wěn)定。包裝帶捆扎機的研制成功,極大的提高了我國紙箱包裝的自動化和標準化水平,減輕工人勞動強度。本論文是對包裝帶捆扎機研發(fā)工作的總結(jié),所作的主要工作包括: 1 國內(nèi)企業(yè)對于包裝捆扎機的需求以及應用前景的分析,了解和掌握國內(nèi)與國際上關(guān)于包裝帶捆扎機的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢; 2 研究確定包裝帶捆扎機的工作流程和系統(tǒng)總體設(shè)計方案; 3 關(guān)鍵機械部件?送退帶機構(gòu)的研究分析。闡述了送退帶機構(gòu)的工作流程,捆扎形式的選擇; 4 以可編程控制器為核心的電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計,控制電機的正、反轉(zhuǎn)。 5 氣動控制系統(tǒng)的設(shè)計。以氣缸伸縮來帶動包裝帶壓板運動,實現(xiàn)包裝帶的壓緊; 包裝帶捆扎機是一個實踐性很強的設(shè)計項目,并具有廣泛的應用前景。通過研制包裝帶捆扎機,我學習了機、電、氣動及計算機控制一體化的現(xiàn)代化高科技設(shè)備的研究開發(fā)過程