一種小型包裝盒成型機(jī)的設(shè)計(jì)

郭偉

（武漢商學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，湖北 武漢430056）

隨著生活水平的提高和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)購已經(jīng)成為人們生活中不可或缺的一部分，同時(shí)，現(xiàn)在網(wǎng)上購買的物品越來越趨近于小型化，如化妝品、水果、杯子，手機(jī)等。而且在創(chuàng)業(yè)初期，許多開網(wǎng)店的店主面臨著資金少和人手不足的問題，在客戶較多的情況下顯得匆忙。因此，產(chǎn)品包裝問題急需解決。同時(shí)，國內(nèi)可以使包裝盒成型的機(jī)器大多數(shù)體積大使安放機(jī)器所需要的空間多，而且笨重不易搬運(yùn)。為了在減輕網(wǎng)店創(chuàng)業(yè)人員勞動(dòng)力的同時(shí)也不占用他們多大的空間。我們本著方便、簡潔、實(shí)用的原則設(shè)計(jì)了這種小型包裝成型機(jī)，本包裝機(jī)主要用于對小型、長方體形狀物品進(jìn)行包裝。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

該設(shè)備本著簡單、易懂、高效、節(jié)約的設(shè)計(jì)原則，總體包括機(jī)械結(jié)構(gòu)與電氣控制兩部分。機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包左右支撐板、齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)、偏心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等。電氣控制主要包括兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)（一個(gè)為絲杠電機(jī)）、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、激光測距傳感器、PLC 控制器等。本論文中只介紹機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.1 工作原理簡介

如圖1 所示，按下啟動(dòng)按鈕，絲杠電機(jī)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，右面當(dāng)板開始向左移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到距包裝模塊40mm,時(shí)，激光測距傳感器采集信號并發(fā)送給PLC 控制器，PLC 控制器發(fā)出脈沖指令，絲杠電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后動(dòng)力電機(jī)（M2）開始運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)不完全齒輪旋轉(zhuǎn)半圈時(shí)，包裝模型旋轉(zhuǎn)一圈后，此時(shí)另一半進(jìn)入工作過程，通過一系列齒輪的傳動(dòng)帶動(dòng)偏心輪運(yùn)動(dòng)從而帶動(dòng)齒條運(yùn)動(dòng)。齒條運(yùn)動(dòng)時(shí)（先開始齒條向后運(yùn)動(dòng)）先帶動(dòng)前后兩側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪上的連接塊隨著齒輪向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)紙盒的第一步封口。當(dāng)齒條向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩側(cè)的齒輪與連接片復(fù)位，此后上下側(cè)的齒輪向內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，原理和之前前后兩側(cè)齒輪的運(yùn)動(dòng)相同，整個(gè)運(yùn)動(dòng)過后，紙盒的底側(cè)基本封好，電機(jī)停轉(zhuǎn)，絲杠電機(jī)反轉(zhuǎn)啟動(dòng)，右面擋板復(fù)位，整個(gè)包裝過程結(jié)束。整體結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

圖1 包裝盒成型機(jī)總體結(jié)構(gòu)圖

1.2 一般傳動(dòng)齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

該部分機(jī)構(gòu)類型主要有直齒圓柱齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、直齒圓錐齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，其傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)

零件具體參數(shù)詳見機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)部分。

1.3 特殊齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

機(jī)構(gòu)類型主要有十字齒輪齒條結(jié)構(gòu)和不完全齒輪。其原理主要是：十字齒輪齒條結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該結(jié)構(gòu)主要用于最后包裝盒的側(cè)面封口，齒條在右面偏心輪的驅(qū)動(dòng)下作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，偏心輪旋轉(zhuǎn)一圈，齒條左右往返一次，封口壓桿正好完成一個(gè)工作循環(huán)。

不完全齒輪的運(yùn)用較好地實(shí)現(xiàn)了一個(gè)電機(jī)順序性的驅(qū)動(dòng)兩個(gè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)功能。不完全齒輪作用：當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)齒輪2 運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于不完全齒輪與其同軸，所以也一起運(yùn)動(dòng)。不完全齒輪開始運(yùn)動(dòng)時(shí)，先帶動(dòng)齒輪5 運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)同軸模塊的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（此時(shí)齒輪1 未運(yùn)動(dòng)）當(dāng)不完全齒輪轉(zhuǎn)了半圈不再與齒輪5 嚙合但開始與齒輪1 嚙合時(shí)，與齒輪5 同軸的模塊此時(shí)轉(zhuǎn)了一整圈。與齒輪1 嚙合后帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)，并通過與齒輪1 同軸的特寬齒輪的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)后半部分預(yù)期的運(yùn)動(dòng)。

十字齒輪齒條和不完全齒輪見圖3 所示。

圖3 不完全齒輪與十字齒輪齒條

2 包裝模塊及轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

本部分主要有可伸縮長方體包裝模塊、螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

基本原理：螺桿在有內(nèi)螺紋的圓槽中旋轉(zhuǎn)一周，螺桿便沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向前進(jìn)或后退一個(gè)螺距的距離。實(shí)現(xiàn)模塊的伸縮，從而達(dá)到改變包裝尺寸的作用。包裝模塊長度伸縮范圍為150～200mm。

內(nèi)螺紋：公制螺紋M10X1

外螺紋：公制螺紋M10X1

模塊及螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)見圖4 所示。

圖4 模塊與螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

3 偏心輪機(jī)構(gòu)

本機(jī)構(gòu)較簡單，但是作用大而且設(shè)計(jì)十分巧妙，能夠把偏心輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為齒條的前后伸縮運(yùn)動(dòng)。具體連接方式為：一端鏈接十字齒輪齒條機(jī)構(gòu)的齒條，用來驅(qū)動(dòng)齒輪齒條機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，另一端連接錐齒輪機(jī)構(gòu)，接受來自電機(jī)的動(dòng)力。

詳細(xì)結(jié)構(gòu)見下圖5 所示。

圖5 偏心輪結(jié)構(gòu)

4 機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

本部分包括整體尺寸參數(shù)、最小工作尺寸、最大工作尺寸、齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)等。根據(jù)功能需求且結(jié)合實(shí)際，成型機(jī)的外部尺寸確定如下。

圖6 包裝機(jī)外形基本尺寸

各種型號齒輪是該結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)部分，具體設(shè)計(jì)參數(shù)見表1。

表1 齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)

齒輪參數(shù)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)包裝機(jī)的運(yùn)動(dòng)過程與規(guī)律來確定的，目的是為了能夠保證包裝機(jī)各機(jī)構(gòu)自身及機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)之間的運(yùn)動(dòng)能夠平穩(wěn)、準(zhǔn)確。

5 結(jié)論

版包裝成型機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)主要有以下優(yōu)勢：（1）長度調(diào)整：可調(diào)整機(jī)構(gòu)之間距離來達(dá)到不同尺寸物品的包裝，起到方便實(shí)用的作用。（2）包裝盒底部包裝技術(shù)：較巧妙地設(shè)計(jì)成一個(gè)十字齒輪齒條與偏心輪連接機(jī)構(gòu)，偏心輪旋轉(zhuǎn)一圈→齒條往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次→四個(gè)方向的四個(gè)壓板兩兩一起按順序依次完成對底面的封裝。（3）特殊齒輪：這里采用只有一半齒的不完全齒輪，這樣該齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，就能完成包裝模塊轉(zhuǎn)一圈和包裝盒底部包裝這兩個(gè)程序。（4）整體結(jié)構(gòu)簡潔：整個(gè)紙盒成型的過程使用者可以看得一清二楚，可以讓我們系統(tǒng)性地認(rèn)識不同機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)傳遞過程，有助于我們對不同的機(jī)構(gòu)原理進(jìn)行區(qū)別。

同時(shí)，隨著網(wǎng)店創(chuàng)業(yè)人員的不斷增加，以及網(wǎng)購人員的日益增多，快速包裝的機(jī)械越來越被需要，一個(gè)精致小巧的紙盒成型機(jī)無疑會成為那些創(chuàng)業(yè)人員的首選，具有較廣的推廣應(yīng)用價(jià)值。