摘 要

近年来，随着包装行业的飞速发展，包装机器的自动化已经成为了一个重要的课题。在整个包装生产线上，装箱机的自动化是影响生产的一个重要的因素。目前小型纸箱包装件的装箱完全依靠人工操作，生产效率低下，现在设计生产出一种高自动化的装箱机解放人工也成为了燃眉之急。

为了彻底解决生产效率低下的问题，分析现有的小型纸箱包装件装箱工艺，设计出能够实现自动装箱工艺的机器，完成工作要求的动作。设计主要分以下几个步骤：1.Inventor软件三维模型建立；2.装箱装置总体方案设计；3.装箱装置局部机构方案设计；4.关键零部件的受力分析和强度校核。

借助建立3D模型进行分析，在保证设计的装箱机能够完成设定动作的同时，极大程度地提高生产效率，为人工减轻负担。

关键词：装箱装置；Inventor；受力分析；3D模型；自动化

Abstract

In recent years, with the rapid development of packaging industry, the automation of packaging machine has become an important issue. In the whole packaging production line, the automation of packing machine is an important factor affecting the production. At present, the packing of small carton packages relies entirely on manual work, and the production efficiency is low. It is urgent to design and produce a highly automated packing machine.

In order to solve the problem of low production efficiency, the existing packing process is analyzed, and the machine of automatic packing process is designed to complete the required action. The design is mainly divided into the following steps: 1. Inventor three-dimensional model building; 2. overall design of packing device; 3. local mechanism design of packing device; 4. stress analysis and strength check of key components.

With the help of 3D model analysis, while ensuring that the designed packing machine can complete the set action, the production efficiency is greatly improved.

Key words: packing device; Inventor; force analysis; 3D model; automation

目录

第一章 绪论 4

1.1 课题背景及研究的目的和意义 4

1.2国内外发展现状 4

1.2.1国外发展现状 4

1.2.2国内发展现状 4

1.3 本课题研究内容和方法 5

1.4本章小结 5

第二章 结构设计方案 6

2.1 整体结构概述 6

2.2 部件设计方案 6

2.2.1机械臂部件 6

2.2.2传送带部件 7

2.3 本章小结 8

第三章 部件机构设计 9

3.1底座机构设计 9

3.1.1底座材料的选择 9

3.1.2底座尺寸设计 9

3.2移动装置机构设计 10

3.2.1移动装置材料的选择 10

3.2.2移动装置的尺寸设计 10

3.2.3电机的选型 11

3.3机械爪机构设计 12

3.3.1机械爪材料的选择 12

3.3.2机械爪的尺寸设计 12

3.4传送带机构设计 13

3.4.1传送带机架设计 13

3.4.2传送带传送机构设计 13

3.5本章小结 13

第四章 重要零部件的设计和校核 14

4.1齿轮齿条 14

4.1.1齿轮齿条的设计 14

4.1.2齿轮齿条的校核 15

4.2同步带 16

4.2.1同步带的设计 16

4.2.2同步带的校核 17

4.3本章小结 17

第五章 结论 19

致谢 22

第一章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

在今天的现代工业生产中，我们经常需要包装货物。如果用人工不仅麻烦，而且生产效率低，劳动强度大。随着自动化生产的普及，给自动化包装系统的设计带来了极大的方便和发展。近年来，随着包装生产线自动化和自动控制系统的长期发展，包装工业企业以高效率、低故障、低损耗的优势，带来了良好的效益。

装箱机是一种半自动或自动将未包装产品或小包装产品包装成运输包装的设备。其工作原理是将产品按一定的排列和数量包装成盒（瓦楞纸箱、塑料盒、托盘）。根据包装机的要求，具有纸箱成型（或开箱）、计量、装车、封口等功能。

在自动包装管道中，包装机是整个生产线系统的核心。包装机械虽然不是产品的直接生产机械，但实现生产自动化是必要的。包装机的主要生产运行平稳可靠，包装效果牢固美观，配置高，主要部件选用国际知名品牌设备，操作简单，维护方便。抽出式包装机用于将单个或捆绑的产品包装成输送带，并将其堆放在纸箱中。

1.2国内外发展现状

1.2.1国外发展现状

根据资料显示，每年全球的包装机械需求都在以5.3%的速度增长着。其中有大约三分之一的包装机械（包括装箱机）来自德国，其次是美国、日本和意大利。目前国外的装箱机水平较为的完善，生产线的自动化水平高，效率高。

1.2.2国内发展现状

国内包装机市场仍然很好。在这样一个良好的包装机市场上，跟随世界先进水平，自主开发一部分高性能、高效率的包装机是我国包装机械行业未来的一个重点。

由于我国包装机械制造起步较晚，我国包装机械专业厂家不足20家。与世界最先进水平相比，国内包装机仍存在较大差距，不适应国内巨大的市场需求，难以承受整个国际市场的冲击。目前国内包装机械还存在着性能不稳定、结构复杂、效率低等问题。

目前，包装机械企业应注重发展国际先进水平的全自动现代包装机，提高我国包装机的竞争力。凭借高效、智能、多开关功能、拆卸、节能、环保的优良设计理念，我们开发出了一个极具竞争力的国内包装机械品牌。近年来，国内包装机械在产品结构升级和技术创新方面也取得了很大进展。

1.3 本课题研究内容和方法

设计出一台新型的装箱机,用于各种包装件的装箱，可以将传送过来的带装箱的包装件从传送带上迅速平稳地放入纸箱中并计数；大幅度提高装箱机工作的效率，拔高国内一流装箱技术，追赶世界先进装箱水平，同时减少工人的劳动量，提高工人的劳动效率。

贴装箱机装箱部分的基本工艺过程有（1）夹取：将需要被装箱的包装件通过机械臂从传送带上取出来。（2）计量：计算每一个夹取到的包装件。（3）装箱：通过机械臂将包装件装入包装箱。装箱机的动作需要借助一系列装置来实现。

1.4本章小结

装箱机是一种将无包装的产品或者小包装的产品半自动或者自动装入运输包装的一种设备。随着科技水平的日益提升，我国对高自动化装箱机的需求也越来越大。可是目前我国的装箱机生产水平距离国外先进水平还有一定的差距，需要重点开发。设计出一台可以将包装件迅速装箱的装箱机能够大幅度地提高生产效率。一台装箱机需要完成的工艺有夹取、计量和装箱。这些动作设计出用传送带和机械臂完成，能够做到高精度的自动化水平，减少人工压力，提高生产效率。

第二章 结构设计方案

由于人工成本的逐渐增加，企业也不断增加使用自动化生产设备的频率。为了提高工作效率，降低劳动成本，同时改善生产环境，保证产品的干净卫生。自动化生产设备的生产线越来越得到企业的关注和认可。

装箱机采用输送带，借助升降装置等结构的配合，把货物从输送带上精确送到另一个输送带上的瓦楞纸箱中，实现自动化快速装箱。不仅节约了劳动力，还提高了劳动效率。同时自动化应用为企业增加了盈利，具有极高的使用价值。

2.1 整体结构概述

装箱机由两个传送带和一个机械臂组成，这三个部分有由机械连接完成合成一个整体，各部分不可分割。由人工将传送带1上放置包装件，传送带2上放置空的瓦楞纸箱。传送带1将包装件传送到指定位置（即机械臂初始位置）后停止，传送带2不动，机械臂将到达指定位置的包装件抓取起来后，传送带1开始运动将下一个包装件传送到指定位置，机械臂移动到瓦楞纸箱处，把包装件放入瓦楞纸箱。每完成一次抓取放置动作时，计数器自动计数，达到设定次数时（包装件装满瓦楞纸箱），传送带2运动将装满的瓦楞纸箱传送走，将新的空瓦楞纸箱传送到原位置。借此完成自动化装箱。

2.2 部件设计方案

装箱机设计要求：适用范围广泛、操作简单、干净卫生、自动化水平高等。

装箱机主要分为2个部件，分别为传送带部件和机械臂部件，主要用于小型包装件的装箱（长300mm，宽250mm，高200mm的样本箱体）。

2.2.1机械臂部件

如上一小节所述，机械臂主要完成将包装件在两个传送带间运输的动作。

机械臂部件由3个部分组成，分别为底座、移动装置和机械爪。

底座是用来承受机械臂部件的绝大部分重量，同时支撑住机械臂部件，连接移动装置，又作为整个机器的基准，保证部件之间的相对位置关系。底座的设计主要在于材料的选择上，会在下一章详细说明

移动装置可以带动机械爪实现XYZ三轴方向的移动。该机构的两块底板安装固定在底座的机架上，导轨安装在底板上。在XZ轴方向上，电机启动，带动同步带轮转动，拉动同步带，同时同步带与导轨上的滑块以连接片连接起来，实现XZ轴上的运动。在Y轴方向上，电机启动，带动齿轮旋转，与齿轮啮合的齿条上下移动，齿条末尾连接机械爪，带动机械爪实现Y轴上的运动。

机械爪是直接用于抓取包装件的部分。当机械爪被移动装置移动到指定位置后，气缸将机械爪底部的吸盘中空气抽出，吸盘将包装件吸起，完成抓取动作。

图 机械臂三维模型图

2.2.2传送带部件

如上小节所述，传送带主要完成将未装箱的包装件运送到装箱机处，和将完成装箱的瓦楞纸箱运送到下一工艺处。

传送带的电机启动，带动皮带轮转动，皮带尾部连接圆辊，圆辊被带转动后，圆辊外包裹着的传送皮带运动，带动包装件行进。

图 传送带三维模型图

2.3 本章小结

本章内容结合企业对自动化装箱机的特殊要求，对现有的装箱机进行了较大的改善。首先利用软件Inventor建立装箱机3D模型，并对所建模型进行分析，对装箱机有一个整体的设计布局，同时为下一步设计机器零部件打下基础。装箱机由机械臂和传送带两部分组成。传送带负责运输小型纸箱包装件和瓦楞纸箱到指定位置，机械臂负责将包装间搬运到瓦楞纸箱中，两部分各司其职，紧密配合，都不可缺少。机械臂部件由底座、移动装置和机械爪三个部分组成。底座负责支撑整个工作台，移动装置负责将机械爪进行XYZ三方向运动，机械爪负责直接抓去包装件。三部分相互依存，共同工作。传送带负责将小型纸箱包装件源源不断的从上一工艺处，传送过来，确保机械臂的工作能够不间断进行。

第三章 部件机构设计

3.1底座机构设计

3.1.1底座材料的选择

底座用于承受绝机械臂的大部分的重量，需要材料具有一定的抗压强度。我们选择80mm的铝型材作为底座的材料。铝型材具有强耐腐蚀性能，铝型材的密度只有钢、铜或黄铜的密度的1/3，在大多数环境条件下，包括在空气、水(或盐水)、石油化学和很多化学体系中，铝能显示优良的抗腐蚀性；可机加工性，铝型材的可机加工性是优良的。在各种变形铝合金和铸造铝合金中，以及在这些合金产出后具有的各种状态中，机加工特性的变化相当大，这就需要特殊的机床或技术。因此，铝型材作为底座的材料是很好的选择。

3.1.2底座尺寸设计

底座的设计要求需要能够承受住机械臂，并且能够将传送带包容进去。由于机械臂移动装置和底座连接在一起，通过机械臂底板可直接确定底座尺寸，即机械臂底板长度和两块固定板之差。机械臂底板长度为1950mm，固定板长度为15mm，算得底座的一遍长度为1920mm，其余高度、宽度可适量任意选择。我们选择长为1920mm，宽为1420mm，高为2010mm的铝型材。为保证其稳定性，我们在低端的三边加固，在底角处也添加了支撑面积。最后造型如图所示。

图 底座模型图