摘 要

随着商品经济的发展，人们已经不单单满足于商品的高质量，对于商品的包装也有了很高的要求。比如两个类型作用均类似的商品，放在同一货柜上，人们首先会选择包装专业、外观精美的那一个。包装在货柜上的首要作用就是抓住消费者的目光，激发他们的购买欲望。目前包装行业发展迅猛，技术日新月异，在各行各业都能用得到，可以说，包装工业在商品经济发展中发挥了重要作用。

本文主要致力于设计一种瓦楞纸箱的自动打包装置，主要工作是根据打包机打包的工作过程，设计出完成各种传动及动作的机构，之后将各种机构合理的组装，得到完整的装置。

本文借助SolidWorks软件，首先完成打包装置的各个零件的尺寸计算及建模，之后将各零件联接，检查各机构之间的空间合理性，得到该打包装装置的机械系统后，通过3D模型完成装配图的绘制。

本文的特色：经过大量的设计、计算、校核之后得到的零件组装而成的装置具有非常好的合理性。

关键词：捆扎机；打包带；机械传动；步进电机

Abstract

With the development of the commodity economy, people have not only satisfied the high quality of goods, but also have high requirements for the packaging of goods. For example, if two types of goods with similar functions are placed on the same container, people will first choose the one that is professional in packaging and beautiful in appearance. Packaging needs to be able to capture the eye of the consumer in the first place, stimulating their desire to buy. At present, the packaging industry is developing rapidly and the technology is changing with each passing day. It can be used in all walks of life. It can be said that the packaging industry has played an important role in the development of the national economy.

This paper is mainly devoted to the design of an automatic packaging device for corrugated boxes. The main work is to design a mechanism for completing various actions according to the working process of the bundling, and then various mechanisms are properly assembled into an integrated device.

With the help of SolidWorks software, this paper firstly completes the modeling of each part of the device, then assembles the parts, checks the space rationality between the mechanisms, obtains the mechanical system of the packaging device, and then draws the assembly drawing through the 3D model. .

The characteristics of this paper: The assembly of parts obtained after a large number of design, calculation and verification has very good rationality.

Key Words：strapping machine；packing belt；mechanical transmission；stepping motor

目录

第一章 绪论 3

1.1 课题背景 3

1.2 国内外发展状况 4

1.3 本课题所做的主要工作 6

第二章 整体方案设计 7

2.1 送带张紧机构 7

2.2 捆扎及切带粘结机构 7

2.3 转箱机构设计 8

第三章 机械系统结构及零部件设计 10

3.1 机架的设计 10

3.1.1机架材料的选择 10

3.1.2机架结构的设计 10

3.2 送退带机构零部件设计 10

3.2.1 电动机的选择 10

3.2.2 齿轮的设计 10

3.2.3 摩擦轮的设计 14

3.2.4 蜗轮蜗杆的设计 14

3.2.5 带传动设计 15

3.2.6 各传动轴的设计 17

第四章 打包装置的总体装配图及3D建模 24

4.1 打包装置的3D建模 24

4.1.2 送带张紧机构 24

4.1.2 捆扎与切带粘结机构 24

4.1.3 转箱机构 24

4.1.4 打包装置的整体3D建模 25

2. 绪论

1.1 课题背景

打包机作为包装设备的重要种类之一，准确来说它的功能是将需打包物通过打包带捆扎，这样可以使被打包物（例如瓦楞纸箱）在运输与装卸过程中不易发生损坏变形，属于外包装设备的一种。打包机从诞生到现在若干年 ,或多或少地被打包材料的研发与日常生活中的使用促进了它的技术的发展。草绳、麻绳、纸绳、钢丝、塑料绳、塑料带、钢带、聚氨酯带等打包带的材料在打包机中相继出现。然而，由于钢具有良好的强度和延展性，塑料带具有良好的柔韧性和寿命长等特点，以及对各种机械打包的适应性较高和制作成本较低，钢带和塑料带的应用最为广泛。塑料被用作打包材料是从20世纪50年代化石工业快速发展之后，这为塑料带打包机械的成功发展奠定了基础。随着制造工艺的进步，塑料带的特点越来越多，越来越优秀，逐步在日常的生产生活中取代了钢带。它不仅制作越来越方便，而且成本越来越低，打包的外观效果优于钢带，并且还具有一个明显优于钢带的优点，具有良好的耐蚀性，所以塑料带作为打包材料是发展的必然。随着塑料带打包材料的发展，打包机械也随之发展。塑料带捆扎机生产技术已经非常成熟，并且生产的打包机易操作，安全，质量稳定。

目前，我国很多企业产品产出能力与打包能力严重不平衡，产出能力大量溢出，这就要求打包机技术必须快速发展。因为国内有少数企业因其具有雄厚地经济实力，它们可以从打包机技术发达国家进口完整的打包机，但由于进口价格高，导致生产成本高，不利于企业的发展，所以自主研发很有必要，尽力将打包能力与生产产品的能力相平衡，这样才能最大限度地提高企业的利润。因此，根据我国打包机生产技术发的展实际需求和发展趋势，本文进行了研究。

1.2 国内外发展状况

国外打包机的研发与应用始于上世纪初，例如，美国的Sigode公司、德国CYKLOP公司等都涉足打包机行业，大部分企业在初期都主要从事钢带打包机的生产和研究，因为属于新兴产业，所以其规模和生产技术水平仍相对较低。直到20世纪的50年代，化石工业兴起，从而生产出了新型材料—塑料，因为它的各种特性，人们开始致力于将塑料作为打包材料，从而塑料带以新的打包材料进入打包机行业，伴随着新型材料的产生，新型打包机技术也被研发出来，这是打包机技术的一次跨跃式发展。在塑料带打包机领域，日本是其中的佼佼者，其技术和生产能力大大领先其他国家，从塑料带打包机的出现到2001年，日本共生产了94万台塑料带打包机，在所有打包机所占比重为19.5%。这94万台打包机的30%用以出口，而整个东南亚都是其市场，年产值共300亿日元。在出口的过程中，其同样吸收和借鉴了来自其他国家的技术，从而不断提高改进自己的技术，是自己在这个行业中始终保持很高的竞争力。在改进过程中，他们不断地使打包机地结构更加简单，操作更加方便，工作更加稳定。而日本地最大的打包机制造商是下岛有限公司，该公司从1969年就开始自动打包机的研究及生产，属于行业的领跑者。他们着力于打包机的开发，质量控制和推广。在其本国内拥有大量的代销点并开设有十多家分公司，其在全球的代销点分布在30多个国家和地区。经过多年的发展，他们已经拥有了200多种产品，其中仍在持续生产的多达29种。并且经过多年全球代销点的经营，他们在包括美国等七个国家均开设了分公司。从20世纪10年代从事打包机械的生产以来，他们已经为全球100多个国家提供过包装机技术或产品的服务，并且已经发展至可以在24小时内为本国用户提供各种服务。他们的成功不但来自其强大的生产力，同样也离不开他们优秀的研发团队，通过对各种零部件进行无数次的试验和比较，从而确定最优方案，虽然价格昂贵，但是也不影响他们的打包机生产后具有强大的市场吸引力。

目前国内的自动打包机技术与国外相比，因为各方面都不成熟，所以在市场上的竞争力不如国外产品。上世纪70年代，我国才开始打包机械的研究及生产，并且其中主要是生产所占比重大，当时研发能力较弱，所以只能从国外进口整机，通过研究和消化国外的打包机技术，从而生产出自己的产品。所以，我国初期的打包机发展主要依靠学习借鉴国外的先进技术。一开始我国打包机行业出现了许多严峻的问题，如产业结构畸形，发展不平衡，大量劳动力的涌入使得产品多为劳动力密集型，缺少创新导致只能学习国外经验，技术落后，技术密集型产品少之又少；产品由于技术的不完全导致能耗过大，生产率低，加重了对环境的污染，大量消耗了自然资源；当时的企业规模均较小，没有一套合理科学的管理理念，开发团队能力薄弱。随着我国经济结构的改善和商品经济的发展，各行各业对于包装的要求提高，这就使得打包机行业技术必须快速发展，适应新时代的要求。当今，我国在打包机行业已有了长足的发展，生产能力、研发技术和打包机的各项能力都有了很大的提升。其主要表现为：

（1）将电子技术与打包机结合起来，实现打包机的电脑控制，达到机电一体化。具有温度反馈、重量反馈、带长反馈、故障报警等功能。它不仅可以应用于一台机器，也可以同时控制多台机器，或者与自动生产线结合使用。

（2）在传动方式上，不仅拥有国外的传动技术，还创新了一种我国所特有的传动方式—液压传动，液压传动具有许多优点，比如损耗小，传动稳定、快速，并且结构简单。

（3）品种规格比较齐全。为了满足不同用户的需要，有全自动、半自动和手持捆绑。根据包装装订的要求，除了常见的型式外，还有压力束、双轨束、侧封等。它的工作台有一个低高游，可以用于单连续丛或自动连续丛。目前最大的自动捆扎尺寸可达2000×1200毫米，最小的捆扎可装订50×80毫米。超过20种。

（4）捆扎能力在每分钟12—21道之间，基本能满足国内当前的生产需要。

（5）目前仍有大量使用13.5毫米宽的塑料带和直径30毫米的圆柱形薄膜带，目前正在致力于开发使用5-10毫米宽的塑料带的粘合剂。然而，国外使用的钢带自动装订机尚未在中国开发。

（6）打包带的粘接主要是将捆扎带的两端加热到一定温度，然后利用外力加压粘接。它被称为热熔粘接头。接头的拉伸强度可达到母带强度的80％。

（7）目前国内已经具有生产20多种打包机、3种打结机，基本能满足国内需要。半自动打包机的整体性能接近国外的先进水平，因此每年有大量的出口。然而，全自动式打包机与国外仍有很大的差距。

我国的打包机生产技术相对与国外较为落后，主要表现为：打包机机型品种较少，生产力低。经过二十多年的良好发展，虽然有了较为全面的发展，但只能生产20多种，比之发达国家一个大公司的品种数都少，而且只能生产通用型的产品，对于某些具有特殊要求的行业还没有成形的生产链，如国外较发达的钢带自动捆扎机的生产，我国目前在这方面还是一张白纸。据调查2006年全国产量已达19000台到今天的每年几十万台，但是仍然落后于发达国家的生产能力。我国打包机械的生产起步较晚，最开始主要是依靠进口国外的打包机经研究改进二次设计而生产的。因此在生产中偏重了打包机的整机性能而忽视了对零部件性能的设计与开发，从而在打包速度、打包带粘接方式和送带轨道等主要技术性能方面不如发达国家的先进水平。大部分的打包机的工作稳定性不足，其中特别是打包带和零部件的质量不稳定对整个机器的工作能力产生很大的负作用。

1.3 本课题所做的主要工作

本次要设计的全自动打包装置是为了解决当前生产存在的效率低下及人工成本高等问题。自动打包装置完成包装过程中的最后工序，即纸箱与包装打包带捆绑，以防止它分散在运输或装卸过程中。使用自动打包机有许多优点。纸箱外的打包带也是漂亮而结实的，而且速度非常快。打包机按自动化程度可分为：手动打包机、半自动打包机、自动打包机、全自动打包机。

全自动打包机的工作过程主要由四个环节组成：送带、张紧、粘合、切断。因此，打包带的送给和张紧机构、捆扎机构、切烫粘接机构设计的合理性，将直接影响到捆扎的质量和效率。

所以首先必须完成各机构的结构与传动设计，之后再将各机构组装，调整各机构之间地相对位置，使其空间布置合理。

在设计过程中需要完成的主要技术内容有以下几点：

1.控制捆扎带的捆紧力大小，即保证捆扎带已经捆紧且纸箱未被捆扎变形。

2.实现多种捆扎速度以完成多种不同要求的打包。

3.保证捆扎带的精准定位并捆扎，以免在运输过程中发生捆扎带偏移脱落导致纸箱开口。

第二章 整体方案设计

将瓦楞纸箱自动打包装置的机械结构部分分成四部分，其中送带张紧机构主要实现打包带的送给与退返，捆扎机构通过退带及压紧作用将瓦楞纸箱捆紧等待打包带的加热，粘接。切带粘接机构主要实现打包带被热熔器加热熔化，对其进行外力夹紧，使皮带能快速接合。转箱机构主要作用是减少人工的工作量，实现自动转箱。为了避免传送带在底盘中卷绕齿轮和其他部件，设计了一种打包带储存箱，用来将多余的打包带存放在底盘中，这样不仅提高了打包带的打包安全性，而且还增加了打包带送给机构电机倒转松开皮带时的绑扎安全性。以便下一个打包有充分的时间准备。本打包装置采用十字型捆扎，即当纸箱平放至转台上时，转前及转后均捆扎一次。

2.1 送带张紧机构

送带张紧机构主要完成打包带的送给和退返，由电机、摩擦轮、齿轮、带轮等部件组成。如图所示，当机器进入工作准备状态时，摩擦轮依靠摩擦力将带从带存储箱中拉出并送进轨道，打包带顺着轨迹向前进给。当皮带接触到触碰开关时，捆扎机构的第一个压头会按下皮带的首端，同时电机会驱动摩擦轮将多余的皮带从轨道上反向拉到储物箱中，达到了捆绑纸箱的目的。

图1 送带机构传动

2.2 捆扎及切带粘接机构

在打包过程中，要完成热熔接头的工作，需要将带料和带料末端都用夹紧机构夹紧，防止其在打包过程中松动。夹压机构分为三个压头，分别由3个安装在捆扎机构输出轴上的凸轮驱动其动作。第一压头，第二压头压住打包带的首、末两端。隔离器用于分离两层皮带。

为了在运输过程中不扩散，必须将两端牢固地连接起来，以确保捆扎的可靠性和安全性。在密封压头即第三压头的作用下，用电加热板加热扎带，使打包带表面熔化，然后通过加压冷却得到牢固的连接。

图2 捆扎及切带粘结机构传动

该打包装置采用聚丙烯塑料带作为打包材料，打包带的带宽为13 mm，绑扎完成后采用热熔器加热粘接。当瓦楞纸箱被输送至转箱机构的转台上后，重量传感器接收到信号，控制送带张紧机构的电机开始工作，送带张紧机构开始送带并在打包带带头碰到微动开关后，控制装置和执行机构保证立即反方向退带，达到一定的捆紧力后在第三压头的作用下完成切带熔接，结束一个纸箱的捆扎过程 。在打包过程中，由送带张紧机构和捆扎机构合作完成打包带的送给、退返、张紧等动作；在切带粘接机构作用下完成包装带的切断和粘接，防止打包带的滑动和脱落。

其中捆紧力的大小通过退带张紧和传感器来控制，当捆扎力达到要求后，传感器收到信号，随即停止退带，此过程时间非常短，不会影响到捆扎速度。

而捆扎速度可通过选取步进电机，改变其转速来控制送带速度。

2.3 转箱机构设计

此机构用来带动纸箱在工作台上旋转 ，每次旋转角度为90°。完成一次捆扎需要旋转一次。由伺服电动机带动蜗轮蜗杆动作，蜗轮后又带动整个旋转台旋转，完成转箱动作。初步选择圆台的半径为200mm。其结构如下图所示。

图3 转箱机构的结构图

图4机械系统初步总体方案

第三章 机械系统结构及零部件设计

3.1 机架的设计

3.1.1机架材料的选择

碳结构钢由于其良好的韧性和良好的冲压、焊接性能，是一般机械制造中的主要材料，广泛应用于角钢、槽钢、衬垫等一般机械部件的生产中，用于支架、框架、以及焊接零件。因此，为打包装置框架选择的材料是Q235A。

3.1.2机架结构的设计

机架与支承件不仅起着连接和承载各种零部件、确定它们相互配合位置的的作用，并且还要保证打包过程中，各动作平稳，没有太大的震动。送带张紧机构的支承件由底板、侧板和两块横板组成，底板与侧板通过焊接连接，通过螺栓连接横板与侧板，起着固定传动轴、传动齿轮、摩擦轮和带轮的作用；捆扎机构支承件由两个铸造而成的零件组成，起着固定齿轮、凸轮轴、凸轮的作用。初步确定打包装置箱体的尺寸为1100mm×600mm×500mm。

3.2 送退带机构零部件设计

3.2.1 电动机的选择

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