一种小型包装盒成型机的设计

郭伟

（武汉商学院 机电工程学院，湖北 武汉430056）

随着生活水平的提高和互联网技术的飞速发展，网购已经成为人们生活中不可或缺的一部分，同时，现在网上购买的物品越来越趋近于小型化，如化妆品、水果、杯子，手机等。而且在创业初期，许多开网店的店主面临着资金少和人手不足的问题，在客户较多的情况下显得匆忙。因此，产品包装问题急需解决。同时，国内可以使包装盒成型的机器大多数体积大使安放机器所需要的空间多，而且笨重不易搬运。为了在减轻网店创业人员劳动力的同时也不占用他们多大的空间。我们本着方便、简洁、实用的原则设计了这种小型包装成型机，本包装机主要用于对小型、长方体形状物品进行包装。

1 机械结构总体设计

该设备本着简单、易懂、高效、节约的设计原则，总体包括机械结构与电气控制两部分。机械结构主要包左右支撑板、齿轮传动机构、齿轮齿条机构、偏心传动机构等。电气控制主要包括两个步进电机（一个为丝杠电机）、电机驱动器、激光测距传感器、PLC 控制器等。本论文中只介绍机械部分的结构设计。

1.1 工作原理简介

如图1 所示，按下启动按钮，丝杠电机启动运转，右面当板开始向左移动，当移动到距包装模块40mm,时，激光测距传感器采集信号并发送给PLC 控制器，PLC 控制器发出脉冲指令，丝杠电机停止转动，然后动力电机（M2）开始运转，当不完全齿轮旋转半圈时，包装模型旋转一圈后，此时另一半进入工作过程，通过一系列齿轮的传动带动偏心轮运动从而带动齿条运动。齿条运动时（先开始齿条向后运动）先带动前后两侧齿轮转动，齿轮上的连接块随着齿轮向内转动，从而实现纸盒的第一步封口。当齿条向前运动时，两侧的齿轮与连接片复位，此后上下侧的齿轮向内转动，原理和之前前后两侧齿轮的运动相同，整个运动过后，纸盒的底侧基本封好，电机停转，丝杠电机反转启动，右面挡板复位，整个包装过程结束。整体结构示意图见图1。

图1 包装盒成型机总体结构图

1.2 一般传动齿轮机构设计

该部分机构类型主要有直齿圆柱齿轮传动机构、直齿圆锥齿轮传动机构等组成，其传动结构如图2 所示。

图2 齿轮传动结构

零件具体参数详见机械结构参数设计部分。

1.3 特殊齿轮结构设计

机构类型主要有十字齿轮齿条结构和不完全齿轮。其原理主要是：十字齿轮齿条结构设计，该结构主要用于最后包装盒的侧面封口，齿条在右面偏心轮的驱动下作往复直线运动，偏心轮旋转一圈，齿条左右往返一次，封口压杆正好完成一个工作循环。

不完全齿轮的运用较好地实现了一个电机顺序性的驱动两个机构运动功能。不完全齿轮作用：当电机带动齿轮2 运动时，由于不完全齿轮与其同轴，所以也一起运动。不完全齿轮开始运动时，先带动齿轮5 运动，从而实现同轴模块的旋转运动（此时齿轮1 未运动）当不完全齿轮转了半圈不再与齿轮5 啮合但开始与齿轮1 啮合时，与齿轮5 同轴的模块此时转了一整圈。与齿轮1 啮合后带动其运动，并通过与齿轮1 同轴的特宽齿轮的运动实现后半部分预期的运动。

十字齿轮齿条和不完全齿轮见图3 所示。

图3 不完全齿轮与十字齿轮齿条

2 包装模块及转动机构设计

本部分主要有可伸缩长方体包装模块、螺杆传动机构。

基本原理：螺杆在有内螺纹的圆槽中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。实现模块的伸缩，从而达到改变包装尺寸的作用。包装模块长度伸缩范围为150～200mm。

内螺纹：公制螺纹M10X1

外螺纹：公制螺纹M10X1

模块及螺杆传动机构见图4 所示。

图4 模块与螺杆传动机构

3 偏心轮机构

本机构较简单，但是作用大而且设计十分巧妙，能够把偏心轮的旋转运动转换为齿条的前后伸缩运动。具体连接方式为：一端链接十字齿轮齿条机构的齿条，用来驱动齿轮齿条机构运动，另一端连接锥齿轮机构，接受来自电机的动力。

详细结构见下图5 所示。

图5 偏心轮结构

4 机械结构参数设计

本部分包括整体尺寸参数、最小工作尺寸、最大工作尺寸、齿轮参数的设计等。根据功能需求且结合实际，成型机的外部尺寸确定如下。

图6 包装机外形基本尺寸

各种型号齿轮是该结构主要设计部分，具体设计参数见表1。

表1 齿轮设计参数

齿轮参数的设计主要是根据包装机的运动过程与规律来确定的，目的是为了能够保证包装机各机构自身及机构与机构之间的运动能够平稳、准确。

5 结论

版包装成型机的机构设计主要有以下优势：（1）长度调整：可调整机构之间距离来达到不同尺寸物品的包装，起到方便实用的作用。（2）包装盒底部包装技术：较巧妙地设计成一个十字齿轮齿条与偏心轮连接机构，偏心轮旋转一圈→齿条往复运动一次→四个方向的四个压板两两一起按顺序依次完成对底面的封装。（3）特殊齿轮：这里采用只有一半齿的不完全齿轮，这样该齿轮转动一圈，就能完成包装模块转一圈和包装盒底部包装这两个程序。（4）整体结构简洁：整个纸盒成型的过程使用者可以看得一清二楚，可以让我们系统性地认识不同机构的运动传递过程，有助于我们对不同的机构原理进行区别。

同时，随着网店创业人员的不断增加，以及网购人员的日益增多，快速包装的机械越来越被需要，一个精致小巧的纸盒成型机无疑会成为那些创业人员的首选，具有较广的推广应用价值。