纸箱机的分张和纸板引导系统课程设计说明书.docx
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纸箱机的分张和纸板引导系统课程设计说明书
目录
1摘要…………………………………………………………………………2
2设计任务书…………………………………………………………………5
2.1、概论………………………………………………………………5
2.2、总体参考设计方案………………………………………………5
3总论及设计要求分析………………………………………………………5
3.1、原始数据和设计要求………………………………………………5
3.2、功能要求……………………………………………………………6
3.3、运动方式构思………………………………………………………6
3.4、工作原理及工艺运动流程图………………………………………7
4设计步骤………………………………………………………………………7
4.1、纸箱机分张机构的比较、选择……………………………………7
4.2、凸轮机构的设计……………………………………………………11
4.3、引导系统的设计……………………………………………………12
4.4、分张和引导系统的实用化…………………………………………15
4.5、外观造型和色彩设计………………………………………………15
5参考文献………………………………………………………………………17
1.1、摘要
纸箱在我们生活中运用广泛，因此纸箱机的开发将会是至关重要的一个环节，纸箱机分为输入单元，分张及引导单元，输送单元，在这三个组成部分中分张及引导单元又起着主要的作用，要开发纸箱机分张和纸板引导系统，实现纸板的分张和运输，将是本课题的主要内容。
1.2、前言
20世纪90年代初，国家发放出口纸箱包装“质量许可证”，认为单面机能够保证纸箱质量，这在当时还是从实际出发而做出的决定。
因此，许多纸箱厂为了争做外贸包装业务，大量购进单面机。
当时，湖北京山轻工机械厂正好赶上这班车，加大生产单面机。
在20世纪90年代头两年，全国各地纸箱厂纷纷涌向地处偏僻的宋河镇，天天从京山厂争相购机。
该厂也由此兴旺起来，但两三年后，却渐渐冷下来了。
这是因为，一方面单面机加工的纸箱，因纸板水分达不到标准，不能保证质量，特别是阴雨天气，用户限期要货却无法交货。
如增加烘干装置，又用不起，而且烘干机又都不好使，许多纸箱厂开始还用一用，后来就成了废铁一堆，造成利润下降。
另一方面，单面机产量低，不能满足企业发展的需要。
有一个厂为了扩大产量，进了两台单面机，但产值还是提不高。
直到20世纪90年代中期，我国纸箱包装机械的领头企业——湖北京山、广东肇庆、河北邯郸、北京航机、浙江宁波、山东烟台、河南宇航等企业陆续开发出“瓦楞生产线”供应市场，一大批靠单面机发展起来的纸箱厂，纷纷使用生产线（普通）替代单面机。
使单面机变为生产线的补充——在一些小规格、低档次、内销纸箱的加工生产中配套使用单面机。
但为时不会太长，估计也就能再维持两三年的时间。
20世纪90年代中期，一批企业由单面机发展到生产线，虽然这是个飞跃，是生产线发展的起步，但就设备档次而言，三层生产线及普通生产线还都属于低档次线，产量低，质量差，不能满足市场发展的需要。
国产普通生产线用了三五年，设备就老化了。
近几年来，企业遇到了前所未有的市场变化和行业变化。
市场的需求量扩大，质量要求更高。
而普通生产线加工出来的产品，质量跟不上市场的需求。
为了既提高产量，又提高质量，设备必须上档次。
同时，行业的变化使竞争开始升级，由紊乱竞争逐步转向有序竞争，由单一竞争走向合作竞争。
新的竞争也要有新档次的设备作为竞争的手段。
在使用普通生产线时期，大中小企业，各做各的纸箱，在市场上打混战。
现在上了高档生产线后，既加工纸箱直接供应用户，又加工纸板供应小厂，由小厂加工纸箱再供给用户。
这是行业的变化，企业只有上高档线，才有竞争优势。
这次设备档次换代风潮，来势猛，上得多。
仅南京地区在一年左右的时间，就上了7条大线，把普通生产线企业远远抛在后面。
普通生产线的数量将进一步受到限制，不断减少。
但在经济欠发达地区，普通线还是个宝，还有较长的发展期。
若干年后，这些后进地区折经济发展起来，有可能被先进地区的高档线所渗透，普通低档线将被高档线代替。
这是纸箱行业发展变化的另一个落脚点，代表纸箱包装的发展方向，将使纸箱生产进入专业化分工合作的新时期。
瓦楞纸板后加工设备是纸箱生产的重要组成部分。
在经济发达地区，中小企业都在改造和加强后加工设备，把原来加工纸板的小设备去掉，按市场业务量重新配置和强化后加工设备，从根本上打破“大而全”、“小而全”的落后模式，使纸箱质量全面提高。
只有这样，才能适应我国加入WTO后的市场需要。
由于我国产品包装长期以来只强调外销包装的质量。
今后，我国同国际接轨，在经济全球化时代，内外销产品包装的质量将日趋一致。
在发展后加工设备的技术、工艺、档次等方面应该引起行业的重视。
例如苏州吴中三元纸盒厂是一家典型的村办小而全企业，原来加工纸箱有单面机、单机，后加工、印刷、开槽、钉箱等机器，也都是国产设备，一年产值三五百万元。
老板动脑筋，把国产小设备统统处理掉，从台湾购进一台小型印刷开槽机，一台自动钉箱机，使用高档线加工的纸板，通过后加工的纸箱，质量不亚于用高档生产线生产的产品。
产品质量上了档次，企业很快发展起来，产值扩大到2000多万元。
这是对后加工设备投资改造的成功典型。
高档大线向高速、宽幅发展，代表了新一代纸箱机的发展水平。
瓦楞纸板是纸箱的基础，有了高档生产线，才能加工出高质量的纸板，通过高档设备的后加工才有高质量的纸箱。
高档大线在我国才刚起步，国产高档生产线与国际高档生产线相比，差距甚大。
包装界有人认为，我国纸箱包装机械已经达到国际20世纪90年代水平，国内某些包装机械企业为了兜售设备，也鼓吹自己的设备已经达到国际水平。
而我国纸箱企业很少有机会出国考察，对国际设备不够了解，听了国内包装机械企业的大吹特吹，也模模糊糊，似信非信。
瓦楞生产线在国际上已有上百年的历史，而我国瓦楞生产线只胡十年左右的历史。
虽然我国赶超国际先进水平并不需要上百年，但也绝不是十年就能赶上的。
未来的纸箱包装企业是大的很大，小的很小。
“大的很大”就是生产线档次高、速度快、门幅宽，国外高档线都在300m/min以上。
我国现在还没有一家企业能有300m/min以上的生产线，而国产线100m/min就可称为快速了。
2.5—2.8m宽幅线在国外已很普遍，而我国是近几年才开始生产。
我国的包装机械需要进行全面改造，要达到国际上高、高速、宽幅，还有个艰苦的过程。
在加入WTO后，国外包装机械也要进来，将加速我国包装机械向高水平方向发展。
上述讲的四大变化，将构成行业新格局。
这种新格局将使大企业与小企业之间、大企业与中型企业之间、国外企业与地方企业之间进入新的竞争期，这是淘汰性的较量。
原来的中型企业将全部分化，自动下放到小企业队伍里争当排头兵。
在小企业中将重新出现产值高、效益好、规模大的企业。
比如年产值达3000万—4000万元，但还是小企业。
因为搞纸箱的行家都知道，纸箱是加工产品，通俗地说，就是把纸搬进来，加工成纸箱又搬出去，还是纸，附加值不高。
而未来企业大中小划分标准，也在不断升高。
大企业同中小企业之有竞争，而更多的是合作，大小企业之间是相互依存的关系。
大企业自找用户（大用户、高档次产品包装），自制纸箱不会超过总销售额的70%，其余30%以上要供应纸板（又叫纸片）给众多小企业。
小企业以灵活性，方便性、地方性（关系）以及廉价劳动力的优势争夺用户。
只要有本事，大用户、中用户、小用户都可以争取市场，都可以满足用户的要求。
今后，小企业后加工设备的档次，就看业务量的大小。
业务量大的小企业，将会上高档次的后加工设备。
必要设备：
纸箱机分张和纸板引导系统；
2.1、概论
开发一个纸箱机的分张和纸板引导系统的功能原理，实现纸板的分张和运输。
其中的进纸单元堆放纸板，分张和引导单元按张将纸板送入输送单元。
进纸单元从上面放入纸板，从下面逐张输出，可以根据纸板厚度的不同进行调节。
2.2、总体设计方案参考
为了是设计更具有针对性，最终的设计方案有一个总体的设计参考，如下图所示：
3.1、原始数据和设计要求
1）原始数据
要求实现的成产率1920~2000张/小时、胶轮的旋转速度为940r/min，电动机功率为1.5KW。
纸箱的厚度、材质是决定纸箱硬度的两个关键因素，按从大到小，纸箱型号有1号~12号12种，区别就是其厚度不同，纸板厚度参数范围为2-10mm现在任选取3mm为单张纸板的厚度来进行设计。
2）设计基本要求
（1）要求构思合适的机构方案实现纸板的分张和引导系统，胶轮作连续转动，凸轮的转动控制出纸板的厚度
（2）为了保证分张的质量，要求在分张过程中，胶轮与纸板之间无相对滑动，即在分张阶段，胶轮表面点的线速度与纸板移动速度相等。
（3）为保证分张时不出现纸张重叠或卡纸现象，要求凸轮机构的分张功能设计要精确且完整；
（4）电动机分为低速型和高速型两种类型，两种类型任选一种进行设计。
低速型所要求实现的成产率1920~2000张/小时、胶轮的旋转速度为940r/min，电动机功率为1.5KW。
高速型所要求实现的成产率4000~4500张/小时、胶轮的旋转速度为1450r/min，电动机功率为3.0KW。
根据我们的的设计方案是实习使用性能，选择低俗型运转方式。
（5）要求机构传动性能良好，结构紧凑，制造方便。
3.2、功能要求
（1）不间断分张和引导纸板,保证输出单元纸板的输出不间断；
（2）在正常要求内，保证纸板的成产率1920~2000张/小时；
（3）要求导向轮的速度大于等于胶轮的速度，保证纸板不会卡在导向设置中间；
（4）输送构机构运转应平稳，振动和冲击应尽量小。
3.3、工作原理及工艺动作流程图
（1）纸板箱装纸、凸轮调节。
（2）动力源（电动机）高速运转，经过减速系统减速以后，传达到胶轮和导向轮机构，使得胶轮和导向轮速度相同，使得整个机构能够平稳运行；
（3）胶轮通过摩擦带出纸板，并经过中间滚动钢管到达导向单元入口位置；
（4）纸板经过导向单元输出。
工作流程图：
装箱、凸轮调节
带传动、纸板输送
纸板输出
3.4、运动方案构思
减速机构
基本运动方案构思图
使用选定的电动机，通过减速机构带动主动轮，使用市场上常见的三角带同时带动胶轮和换向轮，满足换向轮的速度不小于胶轮的要求，保证了纸板的输出过程中不会出现卡死现象。
4.1、纸张机分张机构是比较、选择
1）推括式
推括式是运用推力的作用来逐张输出，此方法随可以实现分张，但不被推广。
效率低。
推括式
2）摩擦式
3）
摩擦式是利用摩擦力的作用来实现分张的，摩擦是生活中常见的一种现象且很容易实现。
3）离心式
离心式是利用离心力的作用将纸张送出，在高速旋转的轮盘产生离心力，就像硬币包装机一样，但此方法运用于纸箱的分张，如果纸张过大则转盘也要相应变大，造成机构体积庞大。
离心式
4）粘力式
粘力式运用粘力的作用将纸板粘住输出，此方法需耗费大量的胶，加大了生产成本。
粘力式
5）气吹式
气吹式是利用气体的流动力的作用将纸板带动输出，这种方案若是遇到比较厚且面积较大的纸板，所需消耗的功率就会很大，加大了生产成本。
气吹式
6）气吸式
气吸式是运用气体的吸引力将纸板吸附在吸气口，再将其输送到，输送带上，此方案需进行两个动作，吸附和输送，功能繁琐，消耗时间。
气吸式
7）静电式
静电式是运用正负电荷相互吸引的作用来实现纸张的输送，但此方法要在产生正负电荷的前提下才可以实现，在实验室中采取此方法还可行，但在现实生活中，电荷的收集是要耗费大量成本的。
静电式
通过以上各种方案的比较，采用摩擦式的方案，运行平稳可靠，体积小且环比下来使用摩擦的方式成本最低，并且实用性强，具有广泛性和代表性，以下采用摩擦式的方案来设计分张系统。
擦胶轮的设计
对于胶轮的设计关键是静摩擦力的选取，物体有相对运动趋势时所受到的和相对运动趋势方向相反的阻碍相对运动的力。
大小可由二力平衡决定；例如在水平面上用水平拉力F拉物体，没动，则此时物体受到的静摩擦力大小为F方向相反；滑动摩擦力是一个物体在另一个物体表面发生相对滑动时所受到的阻碍相对滑动的力。
大小可由公式求得
F=μFn
μ---摩擦系数；
Fn---正压力及重力G；
这里的正压力就是重力G,及纸板的重力，不会有多大变化，关键在于摩擦系数的选定。
滑动摩擦系数μ与接触物体的材料、表面光滑程度、干湿程度、表面温度、相对运动速度等都有关系。
所以我们在这选择胶轮，胶轮表面有90度扇形凸缘，表面带齿以加强摩擦。
4.2、凸轮机构的设计
纸板的型号有很多，单用以上的分张传导系统仅只能完成一种厚度的纸板传送，所以针对以上的设计需要进行改进，为了能完成各种不同厚度的纸板的分张和传导，考虑引用凸轮机构，原理图如下图，基本构思是将凸轮的旋转运动转换为导轨架子的直线运动。
图示位置为凸轮的初始状态。
凸轮的初始状态图
由上图可知，导轨架子的运动是要根据纸板的型号不同而改变，现在我们仅例举几个数据来设计凸轮，及如果需要其他更多的变化，也可以通过以下例子的步骤进行更改。
这里给出的是0-180度的数据表，后面180-360度是和前面的对称的。
数据表：
单位：
mm
角度
20°
40°
60°
80°
100°
120°
140°
160°
180°
位移
2
3
4
5
6
7
8
9
9
根据以上数据设计凸轮，凸轮顺时针转动，取凸轮的基圆半径为11mm。
凸轮的设计
凸轮的运动规律
凸轮初始转20°时，导杆移动2mm,后面每转动20°导杆上升1mm,比如说，现在要分离厚度为3mm的纸板，则需要转动凸轮40°，才可以将纸板逐张分离出来。
这里的凸轮仅需要将导轨控制在某一个要求的位子，只要能实现想要的纸板厚度的高度即可，不需要对凸轮做进一步的校验。
由于在生产每一批纸箱时其型号都是一样的，即他们厚度就一样，凸轮的转动角度也是一定的，所以凸轮选择了手动调节，只要在上面配置一个角度方向盘即可。
4.3引导系统的设计
1、导向单元设计
1）由于胶轮和导向单元之间存在一定的距离，为了保证纸板在递出纸箱之后、进入导向单元之前不会上翘或者下坠，必须在纸箱和导向单元之间加一个导向设计，使纸板平稳递出，并且保证纸板的方向不会出现水平或者垂直方向上的偏移。
侧板保证了纸板不会在水平位置上的摆动，一排钢管保证了纸板能顺利度过这段距离，并且不会发生垂直方向的倾斜。
2）具体的设计如下图所示：
传递机构的设计
钢管（光滑且能够自由转动）光滑的薄板
2、输送单元的选择
（1）
F
导轮
换向轮
运动中的纸板
纸板在三排平带的引导下平稳地输出导向单元
当纸板从导向钢管上过来时，两换向轮会直接咬住纸板，接着换向轮会在电动机的带动下与胶轮同速，传出纸板，期间由导轮控制前进方向，保证纸板原型输出。
（2）旋转式递纸机构
1）连续旋转式递纸机构如下图1所示；
装有递纸牙的递纸滚筒连续旋转，转速与下面的滚筒相同，方向相反。
除转动以
外，递纸牙排与牙垫还在固定凸轮传动下绕定轴摆动，使递纸牙与前规处于相对静止状态时完成接纸动作。
图1连续旋转式递纸机构
2）间歇旋转式递纸机构（见图2）
递纸滚筒间歇转动，滚筒上装有两套递纸牙，当滚筒停转时，纸张直接起纵向定位作用的递纸牙上（相当于前规），定位完成后，递纸牙在静止状态闭合接纸，而后递纸滚筒加速转动，当他的表面速度与连续转动的递纸滚筒表面速度一致时，即在两滚筒相切位置，将纸板交给递纸滚筒咬牙，在传给下面的滚筒咬牙。
于此同时，递纸滚筒开始减速，当另一套递纸牙转到接纸位置时，滚筒停转。
图2间歇式转动递纸机构
比较上面的三种导向设计方案，导向轮设计方案简单快捷，费用低廉，并且能够保证纸板原型输出，可以忽略纸板的厚度和柔韧性，对纸板型号的适应性比较强；旋转式递纸机构结构复杂，价格昂贵，并且只能适应柔韧性较好或者硬度低、且比较薄的纸板；
因此综合选择第一种方案；适用于多种型号的纸板。
4.4、分张及引导系统的实用化
在世界性经济竞争中，真正的战场是市场，要占领市场就要具有竞争力的产品，有竞争力的产品是在几个方面的体现。
首先产品功能原理的新颖性，这是竞争的核心因素，为适应市场需求，迎合顾客心理，提高产品的吸引力，还必须具备产品的竞争力的心理要素。
纸箱分张及引导系统，其功能原理并不是很新颖，但结构简单、控制方便、外形美观、噪音小，同时满足生产要求。
纸板分张及引导系统为了实现纸箱机的分张和传导，它能使企业减少人力的浪费，提高生产效率。
单个的纸板分张及引导系统对大型企业的生产来说，起不到什么有利的地方，但当其成组出现时，不仅可以节省人力和财力同时还可以提高效率。
成组是纸板分张系统5个、10个可以同时由一个凸轮机构来实现分张。
4.5、外观造型和色彩设计
造型设计的三项基本原则：
实用、经济、美观。
三者的结合与统一，是设计工作的内涵，三者互相关联，相互制约，缺一不可。
其基本关系应该是：
在实用的前提下，讲究美观，其实用与美观必须以经济因素为制约条件。
机械产品造型设计的美学法则，机械产品造型欲求良好的艺术效果，必须按美学法则来进行设计。
1、在外观造型方面
1）本设计在设计的时候，在原有的已经给出的大概的箱体个导向机构的基础上，我们考虑到机器结构上的统一与变化问题，使得我们的胶轮、导向机构、电动机、凸轮等零件在位置上与原有的纸箱和输出机构保持了较好的连贯性，具有同已趋势的感觉，代替了原有的一些机械所带给客户的那种钢铁的生硬感，是设计造型上的改进与创新。
比如，纸箱给人以棱角分明的感觉，很是生硬，导向机构给人以平滑延伸的感觉，但是这之间应该有一个很好的过度，就考虑了胶轮和换向轮，使得这两者之间有了很好的过度。
纸箱盒换向轮导向及输出机构
2）本设备在体积方面明显拥有很好的优势，轻巧灵便，我们在各零件的轻重方面使得设计也是非常得体的，能够巧妙搭配，互相依托，使得整体个性鲜明，具有造型感染力。
3）我们的设计无论是零件，还是最终的装配体，在长宽高方面的比例都保持的均匀与统一，没有过大或者过小的情况，给人以静态美、条理美，形成视觉上的平衡。
4）在对成性方面，我们始终考虑是考虑了重量与体积在对称线上两侧的平衡。
5）我们的纸箱机分张与引导系统一律遵循统一与变化、对称与均匀、稳重轻巧、对比与调和、比例与尺度等原则，从开始的零件的设计到整体的装配方面的考虑，无一不是围绕着这些原则在设计，使得我们的设计在整体生符合各方面的准则，经得起推敲。
2、在色彩设计方面
1）我们这个设计产品在色相设计方面，如上面的大图所示，纸箱盒使用深灰色，给人以稳重感；胶轮和换向轮使用黑色，延续了市场上这类设计的一贯作风，大气稳重，没有过多修饰，胶轮一般也是在机器内部，在色相方面并不是非常重要的；导向机构和输出机构，使用浅蓝色和红黄相间的色相设计，给人以活泼轻柔的感觉，这与导向与输出机构的作用是相吻合的。
2）在明度方面，我们在设计之初就考虑到了，在以上的色相设计之时也已经做了铺垫，在重要性不是很高的零件上暗度比较高，不需要过多修饰，这也是便于生产，成本比较低；在纸箱和输出机构上，使用颜色较淡的设计方式，这也顺应了我们的设计初衷，使得产品给人以柔和的感觉。
3）在纯度方面，我们在设计胶轮和换向轮时候，使用纯度较高的单一色，一方面是考虑到零件处于极其内部，另一方面是考虑到生产程序的简单化我问题；机械产品的色彩设计关键在于色调设计，色调即是一组色彩配置总的倾向，
在外部机构诸如纸箱盒和导向机构以及输出机构方面，我们使用纯度较低的混合色，也为了迎合我们大众在视觉方面的要求，给人以平滑和轻便的感觉。
5、参考文献
机械设计方法学第3版黄靖远高志陈祝林主编机械工业出版社
机械原理第7版孙恒陈作模葛文杰主编高等教育出版社
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