包装带捆扎机的设计毕业论文(打印版)24395.pdf

目录 目录.1 第 1 章 绪 论.3 1.1 课题背景.3 1.2 国内外发展现状.3 1.2.1 包装带捆扎机国外发展状况.3 1.2.2 包装带捆扎机国内发展现状.4 1.2.3 包装带捆扎机存在的主要问题.6 1.3 本课题所做的主要工作.6 第 2 章 整体方案设计.7 2.1 设计思路.7 2.2 方案选择.7 2.2.1 机械系统设计.7 2.2.2 控制系统设计.9 2.3 本章小结.9 第 3 章 机械系统设计.10 3.1 整体设计.10 3.2 送退带机构各零部件的设计.10 3.2.1 捆扎机架的设计.10 3.2.2 传动轴的设计.11 3.2.3 滚动轴承的选用.14 3.2.4 传动齿轮的设计.16 3.2.5 键的选用.19 3.2.6 摩擦轮的设计.19 3.3 其他零部件的设计.20 3.3.1 电动机的选择.20 3.3.2 送退带机构同步带的选用.21 3.3.3 捆扎带材料的选择.23 3.3.4 捆扎形式的选择.23 3.4.5 捆扎带接头形式的选择.23 3.4 本章小结.24 第 4 章 三维建模.25 4.1 UG 简介.25 4.2 捆扎机各零部件的三维建模.26 4.2.1 捆扎机送退带机构的三维建模.26 4.2.2 捆扎机捆紧封接机构零件.28 4.2.3 电动机的模拟建模.29 2 4.3 捆扎机的装配.31 4.3.1 底板与捆扎机主机架的装配.31 4.3.2 送退带机构的装配.31 4.3.3 捆扎机捆扎机构的装配.32 4.3.4 捆扎机封接机构的装配.32 4.3.5 捆扎机侧板及支架的装配.33 4.3.7 UG 装配简介.33 4.4 本章小结.34 第 5 章 控制部分设计.35 5.1 控制系统概述.35 5.2 步进电机控制系统.35 5.2.1 步进电机的特点.35 5.2.2 步进电机的选择.35 5.2.3 步进电机的控制.36 5.3 气动控制的系统.36 5.3.1 气缸概述.37 5.3.2 气缸型号的选择.37 5.4 本章小结.37 总结.38 致 谢.39 参考文献：.40 3 第 1 章 绪 论 随着电子技术、计算机技术、自动化技术的快速发展，对机电一体化产品的技术含量、性能、功能要求也越来越高。包装带捆扎机就是一种典型机电一体化产品。捆扎机正被越来越多的行业应用在产品包装工序上。1.1 课题背景 捆扎机械作为包装设备中的一个主要分支,是将一个或多个包装物用捆扎带(绳)紧束一起的机器,使包装件便于运输、保管和装卸,属于外包装设备。捆扎机械的发展,在一定程度上借助于捆扎材料的开发应用。在捆扎材料中先后出现的有草绳、绵麻绳、纸绳、金属丝、塑料绳、塑料带、钢带、聚胺酯带等。但由于其本身的强度和延伸率不同和对机械捆扎的适应程度各异,以及考虑制作成本，目前以钢带和塑料带的应用最为广泛。特别是自上世纪五十年代以来,随着石油化工的崛起，开始用塑料作为捆扎材料 ,为塑料带(绳)捆扎机械的开发成功奠定了基础。由于塑料带比钢带、纸带具有较低的使用成本和不锈蚀、不污染、强度适中手感柔软、制造方便、外观美观等优点,使之在许多领域逐步替代原来的钢带,纸带,塑料带捆扎机成为包装机械中少有的技术成熟、简单可靠、品种齐全、覆盖面广的主要设备。目前，我国很多企业的包装水平跟不上生产设备的更新速度，包装质量不高。虽然国内少数企业凭借自身的雄厚经济实力，从国外引进了部分全自动打捆设备，但其高昂的价格增加了生产成本，绝大多数企业仍在使用半自动或人工打包设备，这样既使生产效率降低，也浪费了大量劳动力，为此，根据我国包装行业的实际需求和发展趋势，研发高质量，高可靠性的全自动打捆机以替代进口，以非常必要，而且形势紧迫。1.2 国内外发展现状 1.2.1 包装带捆扎机国外发展状况 国外捆扎机械的应用,起始可追溯到本世纪初期,如美国的 SIGNODE 公司、德国的 CYKLOP 公司等就涉足捆扎行业,以生产钢带捆扎设备为主,但其规模和生产技术水平都还较低。直到上世纪的五十年,塑料材料的问世,使以塑料带作为捆扎材料成为现实,极大地促进了塑料带捆扎机的发展。较早的如日本的下岛株式会社、株式会社,日鲁工业株式会社等。至 2001 年，日本的塑料带捆扎机总产量达 94 万台,约占包装机械总量的 19.5%,总产值达 300 亿日元。每年约有 30%的出口,几乎占领了全部东南亚市场。由于他们能成功地引进和消化吸收别国的经验,不断改进发展。结构较为简单,可靠性 4 高,在国际市场上有很大的竞争能力。其中最大的生产厂家为下岛株式会社,于 1969 年开始正式生产自动捆扎机,主要从事产品开发,产品质量控制和推销工作,其零部件加工和装配均通过扩散的办法。在国内设有 17 家分公司和 270 个代销点,并在 35 个国家和地区设有代理点。产品品种达 200 多个,正常生产品种为 29 种。美国的 SIGNODE 公司则是一家以钢带捆扎机为主,塑料带、聚酯带捆扎工具为辅的跨国公司,属于美国 ITW 上市公司。在美国和其他六个国家设有分公司该公司自 1913 年就开始从事捆扎机械的生产,为 100 多个国家的工业产品包装提供服务,并为各国用户提供 24 小时内的配件供应服务,他们不仅具有巨大的生产能力,而且还有一支精益求精的研制和开发队伍,通过对捆扎机械各功能部件的反复试验和多方案对比,生产出的捆扎机械具有很好的可靠性和最佳的经济寿命,虽然价格昂贵,但仍然是国际市场上的强手。1.2.2 包装带捆扎机国内发展现状 我国包装机械工业是在改革开放以后发展起来的。由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的。行业从无到有，从小到大，逐步发展起来。随着我国食品工业、包装工业和农业的迅速发展，我国的包装食品机械行业取得了世人瞩目的进步。产品品种的数量不断增加，使包装和食品机械行业成为直接为提高人民生活质量服务，为包装业和食品工业服务、农业和农副产品深加工业服务的新兴行业。成为我国机械工业十大支柱产业之一。基本上能生产出满足人民生活需求的各种各样、各种档次的产品，并正在不断努力、提高、缩小与国外先进水平、先进技术、先进设备的差距。在全行业广大企业、科研单位技术人员及行业工作者的共同努力下，新产品、新技术日益涌现并转化为生产力。我国人口众多，民以食为天，包装与食品机械产品市场广阔、潜力巨大。包装与食品机械在我同的迅速崛起已引起社会的广泛关注，即使在东南亚国家遭受金融危机的情况下，该行业仍欣欣向荣，堪称“朝阳工业”。随着人民生活水平的不断提高，对商品包装提出了更高的要求，哪里有商品，哪里就有包装，可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广，广泛应用于食品、医药、化工、军工等各个行业。我国包装机械工业通过采用国际标准和吸收国外先进技术，在标准水平、设计制造和产品质量方面都有了较大的提高。一些企业的产品质量达到或接近国外同类机器的先进水平。这些企业采用先进的企业管理体系和质量保证体系，不断改善和提高产品的质量，以质量和售后服务为企业的命脉，解决了用户的后顾之忧。随着国民经济的不断发展，国内市场对包装机械产品的需求量与日俱增，年产量也逐年提高，包装饥械企业数量越来越多，并且企业性质逐渐从国营转为私营、集体甚至个体，市场竞争日趋激烈，从过去经济短缺的卖方市场转变为买方市场。因此产品在技术、性能、价格上的竞争更为激烈。目前国内产品与国外相比，市场竞争能力偏低 。目前我国包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况：随着我国进入世贸组织(WTO)，国际先进的技术、设备和管理经验的进入势必会对我国刚刚发展起来的包装机械工业造成巨大冲击，企业面临着前所未有的严峻考验。我们应该根据自己的特点，发挥自身的优势。包装机械企业要想寻找较好的、长远的发展必须不断开发新产品，提高产品的技术含金量以 5 及机械的可靠性以适应当前日新月异的发展形势，要规范优质服务标准，努力搞好售后服务。只有这样，包装机械企业才能得以更好地发展。捆扎机械作为包装设备中的一个主要分支，是将一个或多个包装物用捆扎带(绳)紧束一起的机器，使包装件便于运输、保管和装卸，属于外包装设备。捆扎机械的发展，在一定程度上借助于捆扎材料的开发应用，在捆扎材料中，先后出现的有草绳、绵麻绳、纸绳、盒属丝、塑料绳、塑料带、钢带、聚胺酯带等等，但由于其本身的强度和延伸率不同和对机械捆扎的适应程度各异，以及考虑制作成本,目前以钢带和塑料带的应用最为广泛。特别是自五十年代以来，随着石油化工的崛起，开始用塑料作为捆扎材料，为塑料带（绳）捆扎机械的开发成功奠定了基础，由于塑料带比钢带，纸带具有较低的使用成本和不锈蚀、不污染、强度适中、手感柔软、制造方便、外观美观等优点，使之在许多领域逐步替代原来的钢带、纸带，塑料带捆扎机成为包装机械中少有的技术成熟、简单可靠、品种齐全、复盖面广的主要设备。国际市场上的抢手。我国捆扎机械生产自 1976 年开始。随着我国社会经济的不断发展和各行业对改善产品包装产品质量的要求日益迫切，使捆扎机械不论在生产能力、生产技术、整机性能等方面都有了很大的提高，其主要表现为：（1）已将微机技木应用于捆扎机程序控制，具有温度控制、自动计数、定长送带、故障报警等多种功能，不仅可单机使用也可多机联用或与自动生产线配套使用。（2）从机器的传动方式来看，有机械传动、液压传动和气动，特别是液压传动具有结构简单，制造方便的特点，是我国特有的机型。（3）品种规格比较齐全。为适应不同的用户需要，已有全自动、半自动和手提式捆扎器，根据包件捆扎要求不同，除通用的普通型外，又有带压力的捆扎机、双轨道捆扎机、侧封式捆扎机等，其工作台面有高有低，可适应单件捆扎或自动连续捆扎的需要，目前最大的自动捆包尺寸可达 21200 毫米，最小的可捆扎 5080 毫米的捆件、品种已达 20 多种。（4）捆扎能力在每分钟 1221 道之间，基本能满足国内当前的生产需要。（5）目前仍大量采用宽度为 13.5毫米的塑料捆扎带和直径为 30毫米的筒形薄膜捆扎绳，井正在开发使用宽度为 510 毫水的塑料捆扎带的捆扎机，但国外大繁使用的钢带自动捆扎机在国内尚未开发。（6）捆扎带粘接主要利用烫头将捆扎带两端加热至一定温度后再施压使之粘合，称为热熔搭接型，其接头的拉力强度可达母带强度的 80%。塑料绳捆结机则以打结的形式捆紧包件。（7）目前已能生产二十多个品种的捆扎机和三个品种的捆结机，基本上能满足国内需求，其中半自动捆扎机的整个性能已接近国外先进水平，故每年有较大的批量出口，而全动捆扎机仍与国外有较大的差距。与国外捆扎机械生产技术水平相比，国产机差距主要为：品种单一，生产力低。虽然经过二十多年的发展，但只能生产 20 多个品种，还不及国外一个公司的品种数，而且只能生产通用型的产品，如钢带自动捆扎机的生产至今仍是一个空白，无法满足一些特殊行业的需要：据调查 2006 年全国产量已达 19 台，但仍太大落后于国外的水平。我国捆扎机械的生产起步较晚，主要是靠引进国外的整机经消化改进二次开发生产的。因此在生产中着重于产品的整机性能而忽视了对零部件的研究，导致在捆扎速度、接头粘接方式和送带 6 轨道等主要技术性能方面不硬国外先进水平。工作可靠性较差，其中特别是捆扎带和元器件的质量不稳对整机的性能带来很大的影响。1.2.3 包装带捆扎机存在的主要问题 自动捆扎机的工作过程主要由送带、收紧、切烫、粘结四个环节组成，因此送带机构、夹压机构、封口机构设计的合理与否，将直接影响到捆扎质量和效率。当捆扎物人工搁置在规定的位置后，手动将捆扎带塞入焊接处并触动微开关，第一顶紧杆将带端压紧，同时机械装置和执行机构保证反时针方向收带，达到一定的捆紧力后焊接，稍后切刀上顶切带，最后机械送带，完成一个捆件的捆扎过程。在设计过程中需解决以下难点：（1）、如何实现捆扎速度的可调，以适应不同的捆扎要求。（2）、依靠摩擦轮退带收紧过程中，如何判断包装带捆扎纸箱的捆紧力已达到要求而自动停止退带收紧。（3）、凸轮总成的精确设计，受凸轮控制的剪切、夹压机构的合理协调运行是完成捆扎的关键。（4）、如何避免以往捆扎机械中都伴有烟尘、气味的情况，保护操作者的身心健康及环境保护。1.3 本课题所做的主要工作 本文研制的包装带打捆机，以纸箱、塑料包裹为捆扎对象对象，研发的主要内容包括:送、退带捆紧机构的研究、剪切、熨烫机构的设计、气动执行系统的设计、捆扎形式的选择，捆扎材料的选用等。包装带捆扎机的工作过程包括六个主要步骤:送带、顶紧、退带拉紧、再顶紧、切带、加热、顶紧粘结、复位。整个包装带捆扎机的研究也主要围绕这几个重要的动作来展开。7 第 2 章 整体方案设计 2.1 设计思路 本文着重对包装带捆扎机的机械部分进行设计，将包装带捆扎机的机械部分设计成三部分，其中送退带机构主要实现包装带的送带与退带，以及通过退带将捆扎物捆紧待加热，粘贴。夹压剪切机构主要实现包装带的顶紧固定，并在包装带通过热熔搭接器加热融化后实现对带的夹压，以便使带迅速粘结。在送退带机构电机反转进行退带时，为避免退回的带在机箱内缠绕齿轮及其它部件，本文将设计一个储带箱放在机箱内，存放多余的包装带，既增加了捆扎安全性，又使下次捆扎有足够的缓冲时间。为保证包装带捆扎机能够高效正常运转，特对本捆扎机的设计提出如下要求：（1）各操作按钮灵活、可靠，电路控制动作正常，电气设备安全可靠.指示灯显示正常。（2）送带长度可调整，送退带正常，无撕裂现象。（3）送带停止时，带盘刹车可靠。（5）每道捆扎时间应不大于 15s。（6）捆紧力应可调，对采用宽度小于 13.5 mm 打包带的捆扎机，单道最大捆紧力应不小于 200 N;用宽度不小于 13.5 mm 打包带的捆扎机，单道最大捆紧力应不小于 250 N。（7）烫头温升时间 合上总开关后，烫头从室温升到 300，时间应不超过 5 min。（8）烫头表面温度在 200-370范围内应可调。（9）接头外观无过熔现象，上、下层对齐，中心偏移量应不大于 1.5 mm，接头末端未烫部分长大于 2mm。（10）外观质量 a.工作台面平整、光亮，不应有锈点、凹陷等缺陷;b.表面涂漆或喷塑牢固、光滑、色泽均匀.不应有划痕、磕碰等有损美观的缺陷。（11）最大捆扎体积为 400 mm400 mm1200 mm 2.2 方案选择 整个系统分为：机械系统和控制系统。机械系统分为：送带、退带张紧机构，捆扎封接机构。控制系统分为：步进电机控制系统，气动控制系统。2.2.1 机械系统设计 机械系统分为：送带、退带张紧机构，捆扎封接机构。捆扎机原理图如图2.1 所示 8 一、送带、退带张紧机构 送带、退带张紧机构主要完成捆扎带送入和退出，由电机、摩擦轮、齿轮、同步带轮、小轨道等部件组成。送退带机构原理示意图如图2.2 所示，在机器进入工作准备状态时，捆扎带通过摩擦轮正转，依靠摩擦力使捆扎带从储带箱中拉出送入轨道；当带碰到触动开关后，压紧机构的第一压头将带端压紧，同时电机带动摩擦轮开始反转，将多余的带从轨道中拉出退入储带箱中，已达到使纸箱捆紧的目的。图 2.2 送退带机构原理示意图 二、捆扎封接机构 捆扎封接机构原理示意图如图 2.3 所示。捆扎带在进行捆扎时，其带头和带尾都需要用夹压机构进行夹紧，以便完成热熔搭接工作。夹压机构共有三个压头，由安装在同一轴上的三个凸轮分别控制，其中的第一压头夹压带头，第二压头夹压带尾，两层带中间先由隔离器隔开，然后再由隔离器引导熨头进入两层带子中间，以待热熔搭接。捆扎带收紧捆绕在包装件上后，为了使它在流通过程中不松散，就必须将捆扎带的两端构成牢固的连接，才能保证捆扎的可靠与安全。捆扎带在封接压头，即第三压头的作用下，由电热板对其加热使带表面熔融，然后经过加压冷却而得到熔接连接。图 2.3 捆扎封接机构原理示意图 9 2.2.2 控制系统设计 研制包装带捆扎机的一个重要任务就是要实现打捆过程的半自动化或尽可能自动化。气动控制方式与电气、液压控制方式一样，是实现生产过程自动化的常用的方式之一。随着电气控制技术在气动元件中不断的进步和发展，一系列高性能的气动元件的出现，如快速响应的电磁阀，位置感应气缸等，使得气动元件更加易于进行远距离的操作控制。因此，气动系统在很多自动化设备中正得到越来越广泛的应用。在打捆过程中，包装带压板以及热熔搭接器的驱动由气缸来实现，相对于电机控制而言，气缸在实现来回伸缩控制方而有其独特的特点和优势;具有动作实现简单，可大大减少辅助机构的设计(相对于电机控制而言)。气缸的运动过程由电磁阀进行控制，简单易行。另外，实现捆扎速度可调通过凸轮轴上的步进电机来实现，机电配合的整个工作过程如下:（1）接通电源,单片机开始工作,烫头开始加热升温,温度的自动调节通过单片机自动控制.（2）按下“送带”按钮,电机正转,实现送带,送带 2s 后电机停转。（3）手动将带拉出，将包装带缠绕捆扎物一周，当带碰到行程开关后，步进电机运转，第一顶杆将捆扎带顶紧。（4）2s 后电机反转，实现退带，对包装件进行捆紧，2s 后停转，此时第三顶杆将带另一端顶紧。（5）第二顶杆上升将包装带切断并迅速下移，热熔搭接器开始对包装带加热，第二顶杆再次上升，将两片包装带夹紧粘贴。（6）气缸收缩，将压带侧板抽出，捆扎完成。2.3 本章小结 本章主要根据打捆机的工作流程提出了包装带捆扎机的总体设计方案，主要内容包括:（1）给出了包装带捆扎机的技术参数和要求;（2）提出了打捆机的系统总体设计方案，包括机械系统、控制系统、采用的捆扎方式和材料等。10 第 3 章 机械系统设计 3.1 整体设计 包装带捆扎机的结构：目前使用的台式自动捆扎机，其构造包括机架、丙烯带圈筒、储带箱、带子的进给和张紧机构、带子的接合机构、拱形导轨、传动机构和自动控制装置等部分组成。捆扎机工作流程：包装带捆扎机采用聚丙烯塑料带作为捆扎材料，打捆完成后用热熔搭接法将捆扎带加热粘贴。当捆扎物人工搁置在规定的位置后，手动将捆扎带塞入焊接处并触动微动开关，机械装置和执行机构保证反时针方向收带，达到一定的捆紧力后焊接，稍后切刀上顶切带，最后机械送带，完成一个捆件的捆扎过程 。在捆扎过程中，由送退带机构完成送带、收带、拉紧等动作；在夹压、熨烫机构作用下完成包装带粘结锁紧，防止包装带的打滑松动。本捆扎机以气动系统作为打捆系统加热装置的主要执行件，以可编程序控制器作为控制单元实现打捆过程的半自动化。图 2.1 机械系统总体方案的原理图 3.2 送退带机构各零部件的设计 3.2.1 捆扎机架的设计 1 机架材料的选择 由于碳素结构钢的韧性良好，冲压和焊接性能良好，是一般机械制造中的主要材料，广泛应用于制作一般机械零件，如支架、机架及焊接件等用的角钢、槽钢、垫板，因此选取捆扎机机架的材料为 Q235A。11 2 机架结构的设计 机架与支承件不仅起着连接和支承各种零部件相互位置的的作用，而且还其要保证捆扎过程的平稳。进退带机构的机架由机架底板、侧板和两块横板组成，通过螺栓连接，起着固定主、从动轴、以及齿轮、摩擦轮的作用；捆扎机构机架由两个机架底板、主机架侧板和辅助机架侧板组成，起着固定凸轮轴和凸轮的作用。3.2.2 传动轴的设计 送退带机构的齿轮传动轴和凸轮轴都采用平键。电动机正常工作的转速为n0=960r/min。根据带轮的传动比为 i1=2：1 和齿轮的传动比为 i2=1：1 得传动轴的转速n1=n0/i1=960/2(r/min)=480r/min；功率 P1=10KW。从动轴的转速 n2=n1/i2=480r/min；功率P2=10KW。因此各轴的转速如下：齿轮主传动轴 1：n1=480r/min 齿轮从传动轴 2：n2=480r/min 1 确定轴 1 最小直径 轴的扭转强度条件为：2.095500003TTTdnPWT （3-1）式中：T 扭转切应力，单位 MPa；T 轴所受的扭距，单位N*mm；TW轴的抗扭截面系数，单位3mm；n 轴的转速，单位 r/min；P 轴传递的功率。单位 KW；d 计算截面处轴的直径，单位 mm；T许用扭转切应力，单位 MPa 由上式可得轴的直径 30333 2.09550000 2.09550000nPAnPPnPdTT 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。A0查表取 112，P=10KW，n=480r/min 带入得：轴最小直径的初始值：d19.65mm。根据送退带机构轴上各齿轮、摩擦轮以及带轮与支架以及相互之间的尺寸关系确定轴1 的各部分轴径及长度如图 3.1：12 图 3.1 轴 1 2.确定其它两根轴的尺寸 用同样方法确定轴 2 和轴 3 的尺寸如下；图 3.2 轴 2 图 3.3 凸轮轴 3.轴的校核 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。取，用公式3-2 计算轴的应力：WTMca22)(（3-2）ca轴的计算应力，单位MPa；1 13 M 轴所受的弯距，单位 N.mm；T 轴所受的扭距，单位 N.mm；W 轴的抗弯截面系数，单位3mm。计算公式如 3-3：32445.49532)()(mmDzbdDdDdW （3-3）从轴的结构图 3.1 可以看到轴的危险截面，现将计算出的截面处的HM、VM及总M的值列出表 3-1：表 3-1 载 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F NFNFNHNH5.237,8.30221 NFNFNVNV85.84,53.11121 弯矩 M mmNMH 29596 mmNMV37.13542 总弯矩 mmNM3004537.135422959622总 扭矩 T mmNT9.8057 画出轴的载荷分析图。如图 3.4：14 图 3.4 轴的载荷分析图 图 3.4 中 c 截面为危险截面。带入公式 3-2 中得：MPaWTMca93.56)(22 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，查得MPa901。因此，1ca，故安全。3.2.3滚动轴承的选用 轴两端选用相同轴承，选用深沟球轴承 6004，查表可知深沟球轴承 6004 的基本额定动载荷 Cr=9.38KN,基本额定静载荷 Cro=5.02KN,轴承的预期计算寿命 Lh=24h 求两轴承受到的径向载荷 Fr1 和 Fr2,将轴系受到的空间力系分解如图3.5，图 3.5 轴上受力图 两个平面力系，其中 Ft=537.3N Fr=220.3N 由受力分析知：15 vrF1=roF21593215=153.24N 轴承受力图，如图 3.6：图 3.6 轴承受力分解图 vrF2=Fr-Fr1v=67.06N HrF1=tF21593215=374.9N HrF2=tF-HrF1=164.4N 1rF=2121HrvrFF=229.14124.60N=404.1N 2rF=2222HrvrFF=224.6106.26N=177.7N 轴承基本额定动载荷计算 额定动载荷 C=TndmhfffffP 式中：P当量动载荷，即1rF、2rF中的大值，P=1rF=154.1N hf寿命因子，查表选取hf=3.63 nf速度因子，查表选取nf=0.741 mf力矩载荷因子，由于力矩载荷较小，取mf=1.5 df冲击载荷因子，查表选取df=1.1 Tf温度因子，查表选取Tf=1.0 可得：C=0.1741.01.15.163.3404.1N=3267.6rC0 故，所选轴承满足使用要求。16 3.2.4 传动齿轮的设计 传动齿轮组的设计是设计送退带机构的重要部分，传动齿轮设计的是否合理，直接影响送退带机构的稳定性能，以及捆扎质量。1确定计算公式及各参数值（1）输入功率为 10KW,齿轮的转速为 480r/min 选用直齿圆柱齿轮传动，7 级精度。选择齿轮材料为 40Cr（调质），硬度为 280HBS，选择齿轮齿数均为 Z=24，由公式（3-5）：213)(132.2HEdtZTKd （3-5）查机械设计手册确定3-5 公式内的各计算数值（2）试选载荷系数：Kt1.3（3）计算齿轮传递的转矩：mmNT45109.1948010105.95；（4）齿宽系数：1d；（5）材料的弹性影响系数：MPaZE8.189；（6）按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限MPaH7001lim；（7）计算应力循环次数 911007.260hjLnN；（8）接触疲劳寿命系数95.01HNK；（9）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为1%，安全系数S=1，得：MPaSKHHNH6951lim1；2计算 试用公式（3-1）算齿轮分度圆直径 d；mmZTKdHEdt48)(132.223；（1）计算圆周速度 V smdnV11.2100060；17（2）计算齿宽 b mmdbd92.19；（3）计算齿宽与齿高之比b/h 模数 mmzdmt3.2；齿高mmmht17.425.2；6.3hb；（5）计算载荷系数 7 级精度，查得动 载系数08.1Kv；直齿轮，假设mmNbFKtA/100/。查得2.1FHKK。查得使用系数1AK，得：2627.11023.018.008.132bKdH；由 b/h=9.1，2627.1HK，查得25.1FK；故载荷系数 63.1HHVAKKKKK；（6）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，得：mmKKddtt01.48311；（7）计算模数：mmzdm05.211。3按齿根弯曲强度设计 弯曲强度设计公式为 )(223FSaFadyYZKTm （3-6）确定公式内的各计算数值（1）查得齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE400；（2）查得弯曲疲劳寿命系数87.0FNk；计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1，得：MPaSKFEFNF348；（3）计算载荷系数K 18 67.1FFVAKKKKK（4）查取齿形系数 24.2FaY ；（5）查取应力校正系数 75.1SaY ；（6）计算齿轮的FSaFaYY，01279.0FSaFaYY 4 设计计算 由公式（3-6）得：mmm2.051819.2481301376.067.1223 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于齿根弯曲疲劳计算的模数，由于齿轮模数 m 大小主要取决于弯曲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 2.01 并就近圆整为标准值2m，按接触强度算得的分度圆直径mmd01.481，算出齿轮齿数24mdZ；这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。5几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 mmmZd48；2）计算中心距 mmdda482)(21 3）计算齿轮宽度 B=20mm。6验算校核 NdTFt8.829148109.1922411 mmNmmNbFKtA10006.552158.82911，合适。19 3.2.5 键的选用 选用 A 型平键（GB/T1096-1979）,按带轮和齿轮的宽度由手册查得：mmmmmmlhb866 强度校核，按公式(3-7)计算：dkLTP12000 (3-7)查得参数2/100mmNFF（许用挤压应力），k=0.5h=2.5,L=L-b=13mm 键联接传递的转矩为：mNT058.81 键的工作面压强 P 为 MPaMPadkLTPFF10042.35135.214058.8200020001 键联结强度合格。3.2.6 摩擦轮的设计 摩擦轮传动是两个相互压紧的滚轮，通过接触面间的摩擦力传递运动和动力的。由于结构简单、制造容易、运动平稳、噪声低，过载可以打滑，以及能连续连续平滑地调节其传动比，因而有较大的应用范围，成为无级变速的主要元件。但由于在运转过程中有滑动，影响从动轮的旋转精度，传动效率较低，作用在轴和轴和轴承上的载荷大，多用于中小功率传动。一、摩擦轮材料的选择 由于摩擦轮实现包装带的进与退，制造摩擦轮的材料应该是：弹性模量大、摩擦系数高，接触疲劳强度和耐磨性好，吸湿小，价廉并易于加工，可以选用 GCr15。二、本捆扎机采用圆柱摩擦轮传动，其运动简图如 3.9 下；20 图 3.7 摩擦轮传动示意图 3.3 其他零部件的设计 3.3.1 电动机的选择 电动机的作用是将电能转换为机械能，现代各种生产机械都广泛应用电机来驱动。在生产上主要用的是交流电动机，特别是三相异步电动机。它被广泛地用来驱动各种金属切削机床、起重机、锻压机、传动带、铸造机械、功率不大的通风机及水泵等。1、三相异步电动机的构造 三相异步电动机分成两个基本部分：定子（固定部分）和转子（旋转部分）。三相异步电动机的转子根据构造上的不同分为两种型式：鼠笼式和绕线式。鼠笼式和绕线式只是在转子构造上的不同，它们的工作原理是一样的。鼠笼式电动机由于构造上简单，价格低廉，工作可靠，使用方便，就成为生产上应用最广泛的一种电动机。2、电动机的转动原理 图 3.8 是三相异步电动机转子转动的原理图，图中 N，S 表示两极旋转磁场，转子中只示出两根导条。当旋转磁场向顺时针方向旋转时，其磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。在电动势的作用下，闭合的导条中就有电流。这电流与旋转磁场相互作用。而使转子导条受到电磁力 F。电磁力的方向可应用左手定则来确定。电磁力产生电磁转矩，转子就转动起来。图 3.8 电动机转子转动原理图 3、三相异步电动机的选择 要为一生产机械选配一台电动机，首先要考虑电动机的功率，合理选择电动机的功率具有重大的经济意义。如果电动机的功率选大了，虽然能保证正常运行，但是不经济。因为这不仅使设备投资增加和电动机未被充分利用，而且电动机经常不是在满载荷下运行，它的效率和功率也都不高。如果电动机的功率选小了，就不能保证电动机和生产机械的正常运行，不能充分发挥机械的效能，并使电动机由于过载而过早地损坏。根据执行机构摩擦轮的功率和转速情况，选择电动机型号：Y 160L-6 额定功率：11KW；满载转速：970r/min 21 4、三相异步电动机的 UG 三维建模 在整个设计方案中，电动机属于外购部分，不需要另行设计，故在三维图中可用简单的模拟图形来代替。3.3.2 送退带机构同步带的选用 本设备中送退带机构用到了同步带,电机通过同步带与送退带机构连接，达到降速的目的。(1)同步带的特点 同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力，故带与带轮间无相对滑动，能保证准确的传动比。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉体，氯丁橡胶或聚氨酯为基体,这种带薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的线速度可达 50m/s，传动比可达 10，效率可达 98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。其主要缺点是制造和安装精度。（2）、同步带的形式、型号简介及选择 同步带有单面有齿和双面有齿两种，简称单面带和双面带。双面带又有对称齿型（DI）和交错齿型（DII）之分。同步带齿有梯形齿和弧形齿两类。同步带型号分为最轻型MXL、超轻型 XXL、特轻型 XL、轻型 L、重型 H、特重型 XH、超重型 XXH 七种。梯形齿同步带传动已有标准（GB113611136289）。在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离称为节距，以p表示。22 图 3.9 同步带传动 节距是同步带传动最基本的参数。当同步带垂直其底边弯曲时，在带中保持原长度不变的周线，称为节线，节线长以LP表示。同步带带轮的齿形推荐采用渐开线齿形，可用范成法加工而成。也可以使用直边齿形。由以上可知本次设计选择的同步带为轻型 L 单面带。在步进电机上运用的同步带宽 15 毫米，由前面的数据已知同步带轮转速为 960 r/min和 480r/min,同步带轮直径为 80mm 和 160mm。（3）、同步带的失效 同步带传动的主要失效形式是同步带疲劳断裂，带齿的剪切和压溃以及同步带两侧边、带齿的磨损。保证同步带一定的疲劳强度和使用寿命是设计同步带传动的主要依据。因此同步带传动设计时主要是限制单位齿宽的拉力，必要时才校核工作齿面的压力。(4)、同步带轮的确定 根据同步带的型号，按照大小带轮传动比 1：2 的比例，选取同步带轮的型号，经校核符合捆扎机的设计要求。其小带轮具体尺寸如下图 3.10；23 图 3.10 同步带轮 3.3.3 捆扎带材料的选择 根据捆扎要求，选取成本较低、来源广泛、捆扎美观牢固的聚丙烯塑料带。因其可塑性好，断裂拉力强，耐弯曲，比重轻，使用方便等优点。已在各领域中广泛作用。3.3.4 捆扎形式的选择 目前在我国常见的捆扎形式有如几种：单道、双道、十字交叉、井字、多道交叉等多种形式。对于纸箱的捆扎，根据我国现有的技术水平，大多数企业都只采用智能自动捆扎一道的捆扎机，如果要改变形式，则需要人工转位或是采用多台捆扎机联合完成。3.4.5 捆扎带接头形式的选择 捆扎带的接头方式根据捆扎材料的不同而不同，大致可分为热熔搭接法，胶粘结、皮扣式及结扎式等。由于我们所设计的包装袋捆扎机的捆扎绳材料为聚丙烯塑料绳，故选用电热熔加热法。它是采用各种有效的加热方法，使塑料袋表层受热融化，将两个带端的熔化面搭接起来，该接头方式适用于聚丙烯塑料带。带接头的强度应不低于带子破断拉力的80%，因此，必须要保证有足够的搭接面积，并且要对温度、压力、时间这三个工艺参数进行综合调节。电热熔加热法是最普遍使用的加热方法，因为热熔搭接具有连接强度高、装置结够简单、操作简便等优。24 3.4 本章小结 本章重点介绍了包装带捆扎机总体结构和各部件的设计，主要内容包括:(1)详细分析了包装带捆扎机的工作流程;(2)对捆扎机两个主要机构的零部件（齿轮、摩擦轮、轴）进行设计、校核；25 第 4 章 三维建模 4.1 UG 简介 UG 软件是 Unigraphics Solutions 公司(简称 UGS)推出的一款三维设计软件。它是一个交互式的计算机辅助设计和计算机辅助制造系统，具备当今机械加工领域所需的大多数工程设计和制图功能。它还是一个全三维、双精度的造型系统，使用户几乎能够精确地描述任何几何形体，通过对这些形体的组合,就可以对产品进行设计、分析和制图。UG 具有丰富的曲面建模工具。包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的自由曲面、通过两组类正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动态拉动调整曲面、等距或不等距偏置、曲面裁减、编辑、点云生成、曲面编辑。UG 的特点：1、建模的灵活性 复合建模：无需草图,需要时可进行全参数设计,无需定义和参数化新曲线可直接利用实体边缘。几何特征：具有凸垫、键槽、凸台、斜角、挖壳等特征、用户自定义特征、引用模式。光顺倒圆:业界最好的倒圆技术 ，可自适应于切口、陡峭边缘及两非邻接面等几何构形，变半径倒圆的最小半径值可退化至极限零。2、协同化装配建模 可提供自顶向下、自底向上两种产品结构定义方式并可在上下文中设计编辑，高级的装配导航工具 ，可图示装配树结构，可方便快速的确定部件位置，对装配件的简化表达，隐藏或关掉特定组件。局部着色，强大的零件间的相关性，配对条件，零件间的表达式（关系），协同化团队工作，可方便的替换产品中任一零部件，刷新部件以取得最新的工作版本，团队成员可并行设计产品中各子装配或零件，3、直观的二维绘图 对制图员来讲，简单并富于逻辑性，剖视图自动相关于模型和剖切线位置，正交视图的计算和定位可简便的由一次鼠标操作完成 ，自动隐藏线消除，自动尺寸排列不需要了解设计意图，自动工程图草图尺寸标注。4、被业界证实的数控加工 轴铣，车加工，线切割，钣金件制造，刀轨仿真和验证，刀具库标准工艺数据库功能。5、领先的钣金件制造 26 可在成型或展开的情况下设计或修改产品结构，折弯工序可仿真工艺成型过程，钣料展开几何自动与产品设计相关，可在一幅工程图中直接展示产品设计和钣料展开几何。6、集成的数字分析 机构运动学分析，硬干涉检查和软干涉检查，运动仿真和分析，动画过程中的动态干涉检查。7、广泛的用户开发工具 用户命令宏，高级编程语言，可自定义裁剪的用户界面。8、内嵌的工程电子表格 可与其他表格软件交换数据，可简便定义零件系列，可方便修改表达式，