一種小型包裝盒成型機的設計

郭偉

（武漢商學院 機電工程學院，湖北 武漢430056）

隨著生活水平的提高和互聯網技術的飛速發展，網購已經成為人們生活中不可或缺的一部分，同時，現在網上購買的物品越來越趨近于小型化，如化妝品、水果、杯子，手機等。而且在創業初期，許多開網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，產品包裝問題急需解決。同時，國內可以使包裝盒成型的機器大多數體積大使安放機器所需要的空間多，而且笨重不易搬運。為了在減輕網店創業人員勞動力的同時也不占用他們多大的空間。我們本著方便、簡潔、實用的原則設計了這種小型包裝成型機，本包裝機主要用于對小型、長方體形狀物品進行包裝。

1 機械結構總體設計

該設備本著簡單、易懂、高效、節約的設計原則，總體包括機械結構與電氣控制兩部分。機械結構主要包左右支撐板、齒輪傳動機構、齒輪齒條機構、偏心傳動機構等。電氣控制主要包括兩個步進電機（一個為絲杠電機）、電機驅動器、激光測距傳感器、PLC 控制器等。本論文中只介紹機械部分的結構設計。

1.1 工作原理簡介

如圖1 所示，按下啟動按鈕，絲杠電機啟動運轉，右面當板開始向左移動，當移動到距包裝模塊40mm,時，激光測距傳感器采集信號并發送給PLC 控制器，PLC 控制器發出脈沖指令，絲杠電機停止轉動，然后動力電機（M2）開始運轉，當不完全齒輪旋轉半圈時，包裝模型旋轉一圈后，此時另一半進入工作過程，通過一系列齒輪的傳動帶動偏心輪運動從而帶動齒條運動。齒條運動時（先開始齒條向后運動）先帶動前后兩側齒輪轉動，齒輪上的連接塊隨著齒輪向內轉動，從而實現紙盒的第一步封口。當齒條向前運動時，兩側的齒輪與連接片復位，此后上下側的齒輪向內轉動，原理和之前前后兩側齒輪的運動相同，整個運動過后，紙盒的底側基本封好，電機停轉，絲杠電機反轉啟動，右面擋板復位，整個包裝過程結束。整體結構示意圖見圖1。

圖1 包裝盒成型機總體結構圖

1.2 一般傳動齒輪機構設計

該部分機構類型主要有直齒圓柱齒輪傳動機構、直齒圓錐齒輪傳動機構等組成，其傳動結構如圖2 所示。

圖2 齒輪傳動結構

零件具體參數詳見機械結構參數設計部分。

1.3 特殊齒輪結構設計

機構類型主要有十字齒輪齒條結構和不完全齒輪。其原理主要是：十字齒輪齒條結構設計，該結構主要用于最后包裝盒的側面封口，齒條在右面偏心輪的驅動下作往復直線運動，偏心輪旋轉一圈，齒條左右往返一次，封口壓桿正好完成一個工作循環。

不完全齒輪的運用較好地實現了一個電機順序性的驅動兩個機構運動功能。不完全齒輪作用：當電機帶動齒輪2 運動時，由于不完全齒輪與其同軸，所以也一起運動。不完全齒輪開始運動時，先帶動齒輪5 運動，從而實現同軸模塊的旋轉運動（此時齒輪1 未運動）當不完全齒輪轉了半圈不再與齒輪5 嚙合但開始與齒輪1 嚙合時，與齒輪5 同軸的模塊此時轉了一整圈。與齒輪1 嚙合后帶動其運動，并通過與齒輪1 同軸的特寬齒輪的運動實現后半部分預期的運動。

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 包裝模塊及轉動機構設計

本部分主要有可伸縮長方體包裝模塊、螺桿傳動機構。

基本原理：螺桿在有內螺紋的圓槽中旋轉一周，螺桿便沿著旋轉軸線方向前進或后退一個螺距的距離。實現模塊的伸縮，從而達到改變包裝尺寸的作用。包裝模塊長度伸縮范圍為150～200mm。

內螺紋：公制螺紋M10X1

外螺紋：公制螺紋M10X1

模塊及螺桿傳動機構見圖4 所示。

圖4 模塊與螺桿傳動機構

3 偏心輪機構

本機構較簡單，但是作用大而且設計十分巧妙，能夠把偏心輪的旋轉運動轉換為齒條的前后伸縮運動。具體連接方式為：一端鏈接十字齒輪齒條機構的齒條，用來驅動齒輪齒條機構運動，另一端連接錐齒輪機構，接受來自電機的動力。

詳細結構見下圖5 所示。

圖5 偏心輪結構

4 機械結構參數設計

本部分包括整體尺寸參數、最小工作尺寸、最大工作尺寸、齒輪參數的設計等。根據功能需求且結合實際，成型機的外部尺寸確定如下。

圖6 包裝機外形基本尺寸

各種型號齒輪是該結構主要設計部分，具體設計參數見表1。

表1 齒輪設計參數

齒輪參數的設計主要是根據包裝機的運動過程與規律來確定的，目的是為了能夠保證包裝機各機構自身及機構與機構之間的運動能夠平穩、準確。

5 結論

版包裝成型機的機構設計主要有以下優勢：（1）長度調整：可調整機構之間距離來達到不同尺寸物品的包裝，起到方便實用的作用。（2）包裝盒底部包裝技術：較巧妙地設計成一個十字齒輪齒條與偏心輪連接機構，偏心輪旋轉一圈→齒條往復運動一次→四個方向的四個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，這樣該齒輪轉動一圈，就能完成包裝模塊轉一圈和包裝盒底部包裝這兩個程序。（4）整體結構簡潔：整個紙盒成型的過程使用者可以看得一清二楚，可以讓我們系統性地認識不同機構的運動傳遞過程，有助于我們對不同的機構原理進行區別。

同時，隨著網店創業人員的不斷增加，以及網購人員的日益增多，快速包裝的機械越來越被需要，一個精致小巧的紙盒成型機無疑會成為那些創業人員的首選，具有較廣的推廣應用價值。