毕业设计（论文）-全自动螺丝包装机设计.doc
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XX学院
毕业设计
课题全自动螺丝包装机设计
专业
年级2009级
姓名学号
指导教师（签字）
学院（系）院长（签字）
年月日
摘要
本文阐述了自动化供料及出料的发展历史，国内外的应用状况，及其巨大的优越性，提出了具体的供料及出料设计要求和进行了总体方案设计具体结构设计、计算；
在分析国内外智能研究现状的基础上，本文设计了一种全自动螺丝包装机结构——将驱动系统机构相结合，在两个电机的驱动下，通过一些简单的传动机构，使供料及出料可以实现运行。
建立了供料及出料的准静态模型，进行了准静态分析，从而获得供料及出料在步态运动时各部件的受力状况。
关键词：
全自动螺丝包装机，供料及出料；工业；传动；强度
全套设计请加197216396或401339828
VII
Abstract
Thispaperdescribestheautomaticfeedingandthedevelopmenthistory,applicationstatusathomeandabroad,anditsgreatsuperiority,proposedtheconcretematerialfeedinganddischargingthedesignrequirementsandthespecificstructuredesign,calculationofoverallschemedesign;Intheanalysisofdomesticandforeignintelligenceinformationandbasicresearchonthecurrentsituation,thispaperdesignedanewtypeoffeedinganddischargingstructure--willdrivesystemofcombinedmechanism,thedrivetwomotors,throughsomesimpletransmissionmechanism,thematerialfeedinganddischargingcanbeimplementedtorun.Establishmentofthefeedingandquasistaticmodelmaterial,quasistaticanalysisiscarriedout,soastoobtainthefeedingandthestressstateofmaterialinthegaitmotioncomponents.
Keywords:
gait,feedinganddischarging;industrial;transmission;strength
目录
摘要 I
Abstract II
目录 III
1绪论 1
1.1课题研究意义 1
2全自动螺丝包装机设计结构方案设计 5
2.1机构方案设计 5
2.2机构方案论述 6
3自动供料排序机构振动盘的设计 7
3.1供料机构的任务基本组成及设计要求 7
3.1.2振动盘的介绍 8
5横封机构的设计 10
5.1凸轮从动件运动规律 12
5.2凸轮轮廓线曲线的设计 14
5.3凸轮机构基本尺寸的确定 16
6纵封机构设计 17
4输送装置设计 19
4.1同步带的概述 19
4.1.1同步带介绍 19
4.1.2同步带传动的主要失效形式 20
4.2同步带传动的设计准则 22
4.3同步带分类 22
4.4同步带传动计算 23
4.4.1同步带计算选型 23
4.4.2同步带的主要参数（结构部分） 25
4.5同步带的设计 27
4.6同步带轮的设计 28
7气动原理设计 29
8控制部分设计 31
8.1可编程序控制器的选择及工作过程 31
8.1.1可编程序控制器的选择 31
8.1.2可编程序控制器的工作过程 31
8.2可编程序控制器的使用步骤 32
8.3可编程序控制器控制方案 33
8.3.1控制系统的工作原理及控制要求 33
8.3.2.控制要求 33
8.4PLC控制原理图设计 34
总结与展望 36
参考文献 37
致谢 38
1绪论
1.1课题研究意义
制造业是国家重要的基础工业之一，制造业的基础是。
是众多机械制造的母机，它的发展水平，与制造业的生产能力和制造精度有着直接关系，关系到国家机械工业以至整个制造业的发展水平.是先进制造技术的基本单元载体，机械产品的质量、更新速度、对市场的应变能力、生产效率等在很大程度上取决于的效能。
因此，制造业对于一个国家经济发展起着举足轻重的作用我国是世界上产量最多的国家.根据德国工业协会（VDW）2000年统计资料，在主要的生产国家中，中国排名为世界第五位。
但是在国际市场竞争中仍处于较低水平:
即使在国内市场也面临着严峻的形势:
一方面国内市场对各类产品有着大量的需求，而另一方面却有不少国产滞销积压，国外产品充斥市场。
1.1.2包装的分类及作用
包装的分类方法很多，按包装产品的流通领域分类，有工业产品包装和商业产品包
装，按产品包装的结构形式分类，有内包装和外包装；还可以按包装材料或包装容器的品种类别分类以及按包装对象即包装物品的名称分类等等。
其中按包装的结构形式分类比较有意义，内包装是一种基本的包装结构形式，它包括直接包装和中间包装。
直接包装是用包装材料或容器直接裹包产品或装载的包装形式；包装材料或容器与被包装物品间保持着直接触，是最小的包装单元。
直接包装时，必须根据被包装物品的物理性能，按包装要求，选择包装材料或容器，制定包装工艺，选择或设计包装机械设备。
中间包装是以一定数量的直接包装品经组合后再作一次包装的包装形式。
如物品装瓶或装袋后的装盒包装；卷烟小包包装后的条包包装；牙膏类物品的装管封尾后的装盒包装等。
随着消费者需要的多样化，尤其是超级市场的发展，内包装突出日益重要的地位。
完成内包装所需的机器设备，在包装工业中的需求量最大。
外包装是以一定数额的、经内包装后的产品装裁到包装箱的包装结构形式。
包装箱现在多用瓦楞纸板箱。
内包装的主要目的，在于促进销售，并为消费者提供使用上的方便，在包装设计中，除保证包装内容物质和量的要求外，还需重视包装装潢的重要作用。
外包装的主要目的，是为流通储运提供保障，要求包装坚固牢实。
包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装的主要目的在于保护产品的使用价值。
因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。
包装加工是产品在生产中的最后环节，是提高产品的商品价值不可忽视的重要环节。
包装机发展方向
目前，国外包装和机械水平高的国家主要是美国、德国、日本、意大
利和英国。
而德国的包装机械在设计、制造及技术性能等方面则居于领先地位，
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，这些国家包装和机械设备发展呈现出新的趋势。
德国包装机械设计的新趋势
德国与美国、日本、意大利均为世界包装机械大国。
在包装机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。
德国包装机械的设计是依据市场调研及市场分析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。
为满足客户要求，德国包装机械制造厂商和设计部门采取了诸多措施：
（1）工艺流程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。
采用机械手完成复杂的动作。
操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑指令完成规定动作，确保包装的质量。
（2）提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。
德国包装机械以饮料、啤酒灌装机械和包装机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。
其饮料灌装速度高达12万瓶/h，小袋包装机的包装速度高达900袋／min。
（3）使产品机械和包装机械一体化。
许多产品要求生产之后直接进行包装，以提高生产效率。
如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。
两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。
（4）适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。
由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。
如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求包装机械具有良好的柔性和灵活性，使包装机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。
（5）普遍使用计算机仿真设计技术。
随着新产品开发速度不断加快，德国包装机械设计普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了包装机械的开发设计周期。
包装机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。
所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的6％～8％，其他的就是运转成本。
1.3国内包装机发展现状及趋势
我国包装机械行业起步于20世纪70年代，在80年代末和90年代中得到迅速发展。
已成为机械工业中的10大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。
目前，我国已成为世界包装机械工业生产和消费大国之一。
包装机械作为一种产品，它的含义不仅仅是产品本身的物质意义，而是包括形式产品、隐形产品及延伸产品3层含义。
形式产品是指包装机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指包装机给用户提供的实际效用；延伸产品是指包装机的质量保证、使用指导和售后服务等。
所以包装机的设计应该包括：
市场调研、原理图设计、结构设计、施工图设计、使用说明书编写及售后服务预案等。
包装机械设计的类别主要有：
测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。
如啤酒灌装生产线生产能力为1．6～4万瓶/h，其中灌装机的灌装阀工位数从48个、60个、90个到120个就属于系列化设计。
由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开发性设计。
对于中低速运行的包装机，目前我们基本上可以进行自主设计。
而高速运行的包装机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。
其主要的原因是：
（1）大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法，如高速包装机械的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决；
（2）产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训；（3）整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。
在包装机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设计方法：
（1）根据设计任务书寻找同类机型作为样机；
（2）参考样机制定各项技术性能指标及使用范围；（3）设计工作原理图、传动系统图；（4）设计关键零件，部件；（5）设计总装图方案和动作循环图；（6）设计部件图、总装图和零件图；（7）对主要部件中的关键零件进行强度、刚度校核；（8）设计控制原理图、施工图等。
而今，国内一些大学的设计软件，可以对包装机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构CAD／CAM软件已经能够满足企业进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际包装机械的设计中应用还不普遍。
新型包装机械往往是机、电、气一体化的设备。
充分利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。
其中的关键技术之一是采用了多电机拖动的同步控制技术。
其实掌握这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解包装机械的这一发展趋势。
如果说以前我国包装机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识
我国包装业技术与机械近些年所取得的成绩是显著的，其起步于20世纪70年代末，刚起步时年产值仅七、八千万元，产品品种仅100余种，技术水平也较低。
在20纪80年代中期至20世纪年代中期十余年的时间里，才得到快速发展，年增长率达到20%—30%，到1999年底和包装机械达40大类，品种达1700种，到2000年产值增加到300亿元，且技术水平也上了个台阶，开始出现了规模化、自动化趋势，传动复杂、技术含量高的设备也开始出现，许多包装机械如液体灌装机等设备已开始成套出口。
47
2全自动螺丝包装机设计结构方案设计
2.1机构方案设计
题目内容：
全自动螺丝包装机能对螺丝等五金品的定量包装。
主要参数：
单位包装量5件（GB/T5783-2000六角头螺栓-全螺纹M3）
包装速度40包/分钟
袋长范围6050mm
制袋型式三边封
外形长800×宽700×高1550mm（大体差不多就行）
电源220V
工作量：
1）全自动螺丝包装机总装图1张A0
2）零件图2张A2
3）气压系统原理图1张A1
4）电气控制原理图1张A1
5）程序流程图1张A1
6）撰写15000字毕业设计（论文）一份（计算说明书）
2.2机构方案论述
负载大小的确定主要是考虑沿供料及出料各运动方向作用于机械接口处的力和扭矩。
其中应包括供料及出料末端的重量、抓取工件或作业对象的重量和规定速度和加速度条件下，产生的惯性力等。
由本次设计给的设计参数可初估本次设计属于小负载。
驱动方式
由于伺服电机具有控制性能好，控制灵活性强，可实现速度、位置的精确控制，对环境没有影响，体积小，效率高，适用于运动控制要求严格的中、小型供料及出料等特点，故本次设计采用了伺服电机驱动
（三）传动系统设计
供料及出料传动装置中应尽可能做到结构紧凑、重量轻、转动惯量和体积小，在传动链中要考虑采用消除间隙措施，以提高供料及出料的运动和位置控制精度。
在供料及出料中常采用的机械传动机构有齿轮传动、蜗杆传动、滚珠丝杠传动、同步齿形带传动、链传动、行星齿轮传动、谐波齿轮传动和钢带传动等，由于齿轮传动具有效率高，传动比准确，结构紧凑、工作可靠、使用寿命长等优点，且大学学习掌握的比较扎实，故本次设计选用齿轮传动。
（四）工作范围
工作范围是根据工业供料及出料作业过程中操作范围和运动轨迹来确定，用工作空间来表示的。
工作空间的形状和尺寸则影响供料及出料的机械结构坐标形式、自由度数各关节轴转角的大小及变动范围的选择
3自动供料排序机构振动盘的设计
3.1供料机构的任务基本组成及设计要求
供料机构的任务是把待加工的物品（工件）从存料器（料箱）中分离出来，按照自动机的加工要求，定量、定时、定向地送到加工位置。
供料机构主要由四大部分（机构、装置）组成。
（1）定时装置
定时装置主要是按照自动机生产节拍，使供料机构定时工作，准时供料。
在定
时装置设计中，主要解决工件送料与自动机加工节奏协调一致问题。
一般由供料机构与相关的其它机构之间的运动链来保证，所以供料机构的运动循环必须与自动机工作循环相协调。
也可以采用独立驱动的供料机构，例如电磁振动供料器、供送料机械手，但要由控制系统或设计诸如闸门等隔离装置，使供料机构停止或送料。
（2）定量装置
定量装置是根据自动机加工工艺的要求，在每一个工作循环送出规定数量的工
件。
定量可以分为量（如重量、体积）和数（如件、个），例如酒类、洗衣粉等物料主要是定量，螺钉、香皂、轴承等主要是定数，成卷的塑料带、薄铁皮、细钢棒等物料则是定长度。
设计时根据供送物料的形、性态等来确定。
定量装置往往需要隔离装置、计数机构等来配合。
（3）定向装置
保证工件按照工艺加工的方位要求送出。
定向送料在单件物品加工中是一个关
键问题。
定向机构一般与纠正、剔除机构等配合工作。
（4）其它装置
例如，定位装置、隔离装置、卷料的矫直机构、带状料的纠偏调位机构不符合要求工件的剔除机构、缺料检测机构、计数机构等等。
定位在自动机设计中也是一个比较重要的问题，送料不到位或有偏差都会影响自动机的正常工作。
在设计中，可把定位装置归到工艺执行机构中，也可归到供料机构中。
任何供料机构必须具有定时定量装置，而定向和定量装置，而定向和其他装置可根据工件及加工要求设置。
供料机构是自动机、自动线中的主要工作机构之一，其性能优劣及自动化程度直接影响到自动机的生产率、加工质量及其劳动条件。
因此，对供料机构有如下的一些要求：
1）根据自动机的生产节拍及工位位置，快速、准确、可靠地将工件送到位；
2）供料过程平稳、无冲击，不能损伤工件；
3）适应性强，调整方便；
4）结构简单，工作可靠。
3.1.2振动盘的介绍
振动盘是一种自动组装机械的辅助设备，能把各种产品有序排出来，它可以配合自动组装设备一起将产品各个部位组装起来成为完整的一个产品。
自动送料振动盘是一种自动定向排序的送料设备,是通过振动将无序工件自动有序定向排列整齐、准确地输送到下道工序,有个脉冲电磁铁，可以使料斗垂直方向振动，由于弹簧片的倾斜，使料斗绕其垂直轴做扭摆振动。
振动盘的工作原理：
振动盘料斗下面有个脉冲电磁铁，可以使料斗作垂直方向振动，由倾斜的弹簧片带动料斗绕其垂直轴做扭摆振动。
料斗内零件，由于受到这种振动，而沿螺旋轨道上升，直到送到出料口。
其工作目的是通过振动将无序工件自动有序定向排列整齐、准确地输送到下道工序。
振动盘的应用行业：
振动盘广泛应用于电子、五金、塑胶、医药、食品、玩具、文具、日常用品的制造等各个行业，是解决工业自动化设备供料的必须设备。
振动盘除满足产品的定向排序外还可用于分选、检测、计数包装等，是一种现代化高科技产品。
图振动盘
3.2包装机牵拉机构设计
1-支撑板；2-卷筒；3-支架
供膜驱动机构由电机驱动，使薄膜卷转动，薄膜在张紧辊，调整辊的作用下连续正确的送至成型器及充填筒外，薄膜经过万能枕型器自动卷成枕形，包围在充填管外面，纵封机构纵封枕型缝。
接着由滚轮牵拉机构牵拉枕型薄膜，接着经横封器，底部封口器从前后封合，制成袋子的底封。
液料经液压泵仍通过充填管填入，同时将袋子拉下。
装料，拉袋结束后顶部横封器就开始封接，制出袋子的顶封和下一个袋子的底封。
封接器中间装有一把切断刀，在每次封接的同时，从封口的中部位切断袋子，然后前后封口器分开袋子落下，封口器空行程返回。
5横封机构的设计
3．5高频加热式横封器：
1，3封合电极2，弹性夹板4，加热切刀
上图所示为高频加热式横封器的截面图。
它左右两只电极，即封合电极。
其间通入高频电流进行加热。
在电极两外侧各配置一对弹性夹板，以利于减少电极合拢时的刚性冲击和对封口缝的拉力。
电极表面胶粘着环氧板及聚四氟乙烯编织物作为耐热，绝缘，防粘材料，与薄膜偶尔被热穿时可以防止高频加热切刀与封合电极直接接触而产生的电火花现象。
3．6数据计算：
包装速度：
40袋/min
见主传动示意图，设电动机的转速为，无级调速装置输出轴的转速为，主轴的转速为，二轴的转速为，带动纵封滚轮转动的轴的转速为，无级调速装置的传动比为，蜗轮减速器的传动比为，主轴与二轴之间齿轮的传动比为。
其中：
；；；
为两横封凸轮之间的间隔时间，（；为两凸轮之间的夹角，该设计中，即）
故
纵封滚轮的角速度；
线速度（为纵封滚轮的半径）
包装袋的袋长
由上式可以看出：
包装袋的袋长取决于和，牵拉滚轮的半径在设计的过程中是个定值，所以要想改变包装袋的袋长尺寸必须改变传动比。
该设计采用一对双联滑移齿轮来改变的值。
袋长取120和180两种尺寸规格进行计算，牵拉滚轮的半径取定值，则
当时，
当时，
3.6.1主轴转速计算:
该包装机时采用间歇纵封机构实现纵封，牵拉滚轮实现连续牵拉，横封装置连续工作实现对包装袋的横封和切断，所以包装机工作的时候其包装速度取决横封机构横封的间隔时间，间隔时间越长每分钟包装的袋子就越少，又知横封器的间隔时间又与主轴的转速有关，主轴转速越高，横封机构横封之间的间隔时间就越短。
由设计参数知该包装机的包装速度为40袋/min，即横封器的间隔时间为3－4s/袋。
主轴旋转一周包装机完成1次包装，所以主轴的转速为7.5－10r/min
3.6.2选择电动机:
电动机一般由专业工厂按标准系列成批大量生产，在机械设计中应该根据工作载荷，工作要求，工作环境，安装要求及尺寸，重量有无特殊限制等条件从产品目录中选择电动机的类型和结构型式，容量和转速，并确定其具体的型号。
生产单位一般采用三相交流电源，如果没有特殊要求通常采用Y系列三相交流异步电动机。
电动机的容量主要根据运行时发热条件决定，额定功率是连续运转下电动机的发热不超过许用温度的最大功率，满载转速是指负荷相当于额定功率时的电机转速，同一类型的电动机按额定功率和转速的不同具有一定的型号
选取电机的功率为800W;同时电机要能变速所以选择伺服电机，最终选择SGMAH-08A伺服电机（安川公司）。
3.6.3确定直齿轮的参数
在整个行走装置中，直齿轮的作用，主要是传递动力。
根据行走机构的结构和尺寸限制，同时为了减少零件的个数和降低成本，才用两个完全相同的直齿轮，齿顶高系数=1、顶隙系数。
齿数z=40，模数。
其具体参数如下：
⑴分度圆直径：
⑵齿顶高：
⑶齿根高：
=3.125
b=25mm
=100mm
=2.5
=3.125
⑷全齿高：
=2.5+3.125=5.625
⑸齿顶圆直径：
=100+2×2.5
=105mm
⑹齿根圆直径：
=100-2×3.125
=93.75mm
⑺齿厚：
⑻齿根宽：
⑼中心距：
⑽顶隙：
3.4轴Ⅰ的设计和校核
1.按扭转强度条件，初步估计轴径：
其中=110，查机械设计（P362）表15-3可得。
代入上面得值，计算可得：
由于轴上有一键槽，所以：
，取轴的最小直径为：
d=20mm。
2.轴的结构简图如下：
3.按弯扭合成强度进行强度校核
①做出轴的计算简图
轴所受的载荷是从轴上零件传来的。
根据结构尺寸，做出其受力简图如下图所示：
b=25mm
d=20mm。
①计算齿轮的啮合力：
A:
直齿轮的齿轮啮合力
1.齿轮圆周力：
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