毕业设计(论文)自动纸杯成型机构设计与控制.doc
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1、 自动纸杯成型机构设计与控制摘 要现如今经济的迅猛发展人们的生活水平也得到很大的改善,人们更加追求方便快捷的生活。一次性的餐具在我们的生活中应用越来越广泛,然而,保护环境正至上而下的实施,以往的塑料产品正逐步被市场所淘汰。制造并使用绿色环保的纸杯已经大势所趋,它每年的使用量与日俱增。因此,全自动纸杯机市场前景好,有用武之地,故对其做详细的研究。本文首先了解其工艺流程,通过送纸、冲抵、加热、卷底、滚花、卷边等工序完成一个纸杯的制作。然后,根据各执行机构的要求选择合适的机构来实现此动作。接着,组装各个机构就得到纸杯成型机的整体设计,并且设计出它的传动系统图。实现上述各种动作主要有凸轮机构,槽轮机构
2、,曲柄滑块机构及一些间歇机构。下一步是对各零件包括轴、凸轮、链轮、弧面凸轮分度机构等经行计算和校核。最后,在SolidWorks的基础上绘画出各三维模型,调整尺寸和布局,检查干涉,对其做进一步优化。最后用SolidWorks软件的机构模块对设计的纸杯机构进行运动分析,分析凸轮对精确性,平稳性,冲击的影响,保证纸杯的质量。关键词:纸杯成型机,机构,运动分析 Design and control of automatic paper cup forming machineAbstractNowadays, the rapid development of economy has greatly i
3、mproved peoples living standards, people more pursue convenient life.Disposable tableware in our life application is more and more extensive, however, the protection of the environment is the first and the implementation of the past, plastic products are gradually being eliminated by the market.The
4、production and use of green paper has its annual usage represent the general trend, grow with each passing day.Therefore, automatic paper cup machine has good market prospects, so play, do a detailed research on it.Firstly, we need to understand the process, through feeding, offset, heating, volume
5、at the end, rolling flower, crimping process completion of the production of a paper cup.Then, according to the executive agencys request to choose the right body to achieve this action.Then, the various agencies have assembled the whole design of paper cup forming machine, and is designed to map it
6、s transmission system.The main mechanisms of the above are cam mechanism, groove wheel mechanism, crank slider mechanism and some intermittent mechanism.The next step is for each component includes a shaft, cam, sprocket, etc. The indexing cam mechanism is calculated and checked.Finally, on the basi
7、s of SolidWorks, the 3D model is painted, the size and layout are adjusted, and the interference is checked, and the interference is further optimized.Finally with SolidWorks software mechanism module to design paper cup body motion are analyzed. The quality analysis of cam for precision, stability,
8、 impact ensure cups.Keywords: Paper Cup Machine, Mechanism, Motion Analysis 目 录摘要Abstract第一章 绪论11.1 课题背景11.2 设计意义21.3 纸杯成型机国内外发展现状31.4 纸杯和纸杯成型机的发展概述4 1.4.1纸杯的外形和纸质经历了四个阶段的变化。41.5 论文研究的主要内容4第二章 全自动纸杯成型机的方案设计52.1 概述52.2 特点52.3 主要技术参数52.4 设备组成62.5 生产流程62.6 全自动纸杯成型机的各个结构分析72.6.1吸纸机72.6.2供纸机构82.6.3卷封机构82
9、.6.4推纸机构92.6.5冲底机构92.6.6滚花机构102.6.7压边机构102.6.8顶出机构112.7 纸杯机成型机加工部份的运动要求112.8 绘制工作循环图122.8.1确定各机构的运动循环122.8.2确定各机构每次执行某个动作所用的时间122.9 间歇机构的选择142.10 总体布局14第三章 各部分选型和设计18 3.1 传动方案的设计183.1.1结合图说明纸杯成型机的传动过程:19 3.2 选择电动机203.2.1总的传动比的计算公式:203.2.2各轴转速203.2.3各轴功率213.2.4各轴转矩21 3.3 带及带轮的设计计算223.3.1计算功率223.3.2选取
10、v带类型223.3.3确定带轮的基准直径223.3.4确定中心距和带长233.3.5验算主动轮上小轮的包角233.3.6计算窄V 带的根数z233.3.7确定初拉力 243.3.8计算带对轴的压力24 3.4 链条及链轮的设计计算243.4.1计算传动比243.4.2 初定中心距243.4.3计算链节数243.4.4链节距和排数253.4.5中心距和链节数253.4.6验算链速263.4.7链传动的润滑及布置26 3.5 轴的设计计算263.5.1选择轴的材料。263.5.2求输出轴的功率,转速及扭矩。263.5.3初步估算最小轴径273.5.4轴的结构设计27 3.6 凸轮机构的设计和计算及
11、偏心轮的选择303.6.1从动件的运动规律的确定313.6.2凸轮机构基本尺寸的确定313.6.3凸轮材料323.6.4凸轮轮廓线的设计323.6.5凸轮强度的校核33 3.7 弧面凸轮分度间歇机构的设计计算343.7.1弧面凸轮分度间歇机构主要参数尺寸的确定343.7.2弧面分度凸轮间歇机构的结构设计35总结36致谢37参考文献38第一章 绪论1.1 课题背景现如今推崇健康是人们普遍的愿望,并且环保意识有很大的提高。走可持续发展战略已经上升到一种国策,从国家到几层没人有不关心和自身利益息息相关的生活用品。发展绿色环保产品已经成为了一种趋势,因为以往的塑料产品不仅难以降解,并且塑料产品里面存在
12、发泡剂,会损坏大气层。掩埋或者焚烧都不是处理白色污染问题的明智途径。白色污染会破坏土壤结构,污染水源,回收或再处理难度大。并且,国家现在也颁布了限塑令,在其他欧美国家早就已经限制使用塑料餐具。我国在这几年也相继提出,国家环保局,铁道部和其他相关部门在一些一线城市如北京、上海都相继颁布严格的法令禁止使用塑料袋。所以就只能另找出路选择其他的材料的餐具来弥补这个使用量,因此纸杯就应运而生,纸杯以它环保,方便,美观等优点逐步受到青睐,使用纸杯已经成为了一种趋势,一种势不可挡的新潮流。纸杯有塑料别无可比拟的优点,首先它塑料杯相比干净,环保不存在环境污染问题,可以回收利用,掩埋降解都很方便。其次,它可以印
13、刷,机械加工,具有加工性外形可靠美观。其次,它跟塑料产品相比,加工成本低,原材料丰富且低廉,利润比较丰厚。还有纸杯容易携带,方便,简单。综上诸多优点越来越受到各大生产厂家和消费者的喜爱。2012年的时候一年的纸杯消耗量就有150亿只,然而纸杯在一次性餐具市场的占有率才20%,由此可见,纸杯有很大的潜力。据统计局的数据分析可知,纸杯消耗量正在以每年20%的增长速度持续增长,并且纸杯是酒店,旅馆,商场,家庭,餐馆,政府机构必不可少的一次性用品。每年任何时候都需要,根本不存在缺乏市场的问题,由此可见纸杯的潜力和发展空间可见一斑。既然有这么大的市场就需要工欲善其事必先利其器,研发出高效,性能优良的纸杯
14、机就是当务之急,实现自动化来满足日益增长的需要。图1-1 纸杯成型机1.2 设计意义纸杯机是生产纸杯的必须机器,现如今既然纸杯的消费量很大,市场潜力惊人,利润空间大,那么改进现在的纸杯机就可以满足市场的需求。我国的纸杯机是从韩国的纸杯机上发展起来的,消化吸收了立式纸杯机的长处,但是任然存在些许多不足。目前国家对生产绿色环保产品的厂商给予了大力支持,出台的文件和政策很好的说明了这一点。因此,研发改进先在的纸杯机就很有意义,引进国外先进的生产技术,集众人之所长研究新一代纸杯机,以其高效率,生产质量优,成本低等特点相信会改变现状的格局,让我过的纸杯机技术有个质的飞越。下面探讨下立式纸杯机的缺点:(1
15、)采用中封机构我国现在的纸杯机基本都是采用中封机构,淋膜层的融化粘和这个工序是不可或缺的。一般加工这个工序的时间是0.8秒,杯身重合一起后热封头开始接触加热,并且要停顿好一会,接着凸轮机构带动烫条上下运动实现中封,这个动作耗时0.4秒。然而一个纸杯的生产时间才1.2秒,其中大部分的时间都耗在了热封的停顿上,很是影响生产效率,这就是韩式纸杯机的缺陷。所以,就需要采用多工位中封机构,既然热封的时间必不可少,那就浪费在纸杯的运输过程中。烫条在第一个工位的时候接触,0.8秒的运输后到了第七工位,接着就完成了整个热封动作释放。故只用0.4秒的时间就可以生产一个纸杯,大大的压缩了加工时间,提高了生产效率。
16、(2)利用卧式机构 立式纸杯成型机的纸杯高度完全由凸轮的运动行程距离决定的,在卷边工序时要从杯模底部运动到杯模的上部,纸杯越高杯模也就相应变长,更换杯模相对容易然而凸轮是不易实现更换的,这样加工的纸杯尺寸变化范围就很窄通用性不高。卧式机构就不存在此缺点,凸轮的行程是一定的只需调整模具的大小就实现不同的加工范围。表1-1 纸杯近年来使用量1.3 纸杯成型机国内外发展现状 纸杯成型机分为立式和卧式两种,欧洲和美国的纸杯成型机构的水平,和纸杯成型机是基于韩国的模式发展,对于垂直。立式纸杯成型机,具有成本不高,操作容易,结构简易等长处。但社会在进步市场日新月异,用户的要求更加苛刻,纸杯的应用领域也拓展
17、了,导致这种机行不能适应发展的需要。韩国纸杯成型机主要有以下两方面的不足:(1)产量低韩式纸杯机虽然结构和原理都很简单,但是它因为采用中封机构,延长了加工时间,导致每分钟生产纸杯的个数提不高。一,在杯体的形成需要纵向接缝粘接,叠层封热封需要足够的时间温度和PE膜有效地结合在一起。二、这种机器中封工序只有一个工位,效率低没有多工位快。两个因素导致制造一个纸杯花费时间久,产量低,已经远远不能满足市场的需求。(2)杯型变化范围小随着社会的不断发展,纸杯的应用场合也逐渐多起来。餐饮业,家用纸杯,冷热饮,方便面碗,形状多种多样,尺寸变化大,各个场合纸杯的要求性能也不近相同。容量变化从2盎司到50盎司;高
18、度变化从20mm到300mm。杯型的这一变化就要求纸杯成型机能按照客户的需求在不改变整体机构的情况下更换少数部件制造各式各样的产品,也就是有较高的柔性。由于韩式纸杯机采用立式结构,这样凸轮的行程就受到限制,生产的纸杯的高度也就是一定的,加工的高度区间也限制了,不能满足市场日新月异的变化需求。我国早期引进韩国部分纸杯成型机,一批韩国纸杯成型机的早日出台,基于改进和优化的一些机构,来满足日益增长的市场需要。1.4 纸杯和纸杯成型机的发展概述纸杯自被发明以来,受到各国的青睐,在许多国家和地区被推广和使用。它之所以被广泛使用有如下优点优点:一、 纸杯环保卫生、简单方便、不会污染环境。二、纸杯成型机效率
19、高、结构简单、性能好、耗能小、操作方便等。所以,目前在餐饮业、家用方面得到很好的使用,它的这些特点也正是政府所推崇的。1.4.1纸杯的形成和发展经历了四个阶段。(1) 圆锥形纸杯圆锥形纸杯是最原始的一种杯子,它产量低全靠手工。这种杯子牢固性不好,因为是用手工把杯底和杯身用胶水直接粘起来的。此外它凭借增加杯身褶皱来提高强度和耐用性导致产量低,逐渐被市场淘汰。(2)涂蜡纸杯生活质量的提高,人们也注意杯子的外部形象,在杯壁上印刷图案。涂蜡纸杯比圆锥纸杯有如下益处:一、把纸杯内壁涂上蜡,这样水就不和杯纸直接接触,不会损坏它的耐用性和粘合性,密封性得到提高。二、涂蜡后杯的质量也增加同时增加了承载能力。(
20、3)直壁双层杯随着时间的推移,人们对纸杯更加挑剔,除了基本的要求外还要可以携带打包。所以,直壁双层杯应运而生。纸杯的密封性和防漏性会因为杯身涂了布乳胶而改善,性能也大大增强。除此之外,双层杯能够盛装热饮符合消费者的需求。(4)聚乙烯涂料纸杯随着生产科技的逐步提高,增强密封挡杯,改善产品质量,提高生产效率,减少生产成本,聚乙烯涂层的杯子中的开始应用。之后纸杯的性能得到显著提高,适用范围扩大。1.5 论文研究的主要内容全自动纸杯成型机的主要工序分为如下几个步骤:送纸、杯身成型、纵缝封合、杯底成型、预热、加热、翻底、杯底滚花、杯口卷边、退杯等。论文要设计送纸机构、卷封机构、推纸机构、冲底机构、滚花机
21、构和压边机构等。(1) 按照机械原理和机械设计所学知识,确定上述各个机构的运动简图,设计多种不同的方案,选择各个条件都最适合的一个方案。(2) 对选择的最优方案用SolidWorks绘出三维模型,检查尺寸和布局,然后进行干涉检查优化方案。(3) 确定整个传动系统图,明白每个位置传动装置和动力转速。(4) 对各零件进行设计和校核,确定尺寸和选型。第二章 全自动纸杯成型机的方案设计2.1 概述全自动纸杯成型机具有多个工序,主要工序有自动送纸、杯身成型、纵缝封合、冲底、预热、加热、翻底、滚花、卷边、卸杯等连续工序。本设备是制造纸杯的专用设备,具有结构简单,效率高,耗能低,操作方便等特点。2.2 特点
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