機械篇丨N95全自動口罩機的分析來了，你絕對不會失望

每次一例

前幾天分析了平面一次性口罩機，里面確實有很多值得借鑒的機構和思路，希望可以幫助到大家，其實分析設備或者機構也是我進步的過程，期望以后可以在這個公眾號里和大家一起成長進步。

對了，模型放在最后了哦。
分析完那個一次性口罩機后，我順便看了一下N95口罩機，發(fā)現(xiàn)也有很多值得學習的機構，所以，今天就準備把這款口罩機也分析一下。在這里，要特別感謝一下提供模型和視頻的朋友。

OK，上面廢話了一大堆，下面進入正題。市面上，N95口罩的類型也挺多的，今天要分析的這款口罩機，生產的口罩是這樣的：

然后呢，我們再看一個N95口罩機的生產視頻，視頻里的口罩機會和我們今天要分析的有一點點不同，但原理類似，可以給大家一些參考。歡迎大家關注我公號，看更多設備＆機構分析文章，不迷路。



我還是把口罩機的軸測圖先放上來，大家看一下，可以有點大概的印象：

然后，把整個口罩機按照它的工序標注出來，再根據(jù)這些工序依次的分析。

整體設備的工作順序我就不多說了，肯定就是從右向左。然后按照工序，咱們依次開始說。

原材料上料工序

N95口罩一般是由3-6層布料組成（具體可以看上面的口罩圖片），可以看的出來，這款口罩機最多可以做6層的口罩。當需要做幾層的口罩時，就在料架上放幾卷布料，其余的空著就OK了。

一、先來說說布料的路徑

每卷布料各自穿過張緊機構，然后經過布料卷支撐架，進入下一工序，聽起來可能有點糊里糊涂，不過不要著急，我把布料的路徑整理了一下，這樣看起來就很直觀了：

因為上、下的布料路徑是一樣的，所以我就只弄了上面的部分。

二、再來看一下這個工序里的機構


1、布料卷放置架

這個機構就不細說了，因為之前分析一次性口罩機的文章中已經詳細介紹過（如果有需要了解的同學，可以到我公眾號看一下那篇文章），和那個機構不同的一點就是：這個機構是帶了驅動電機提供動力的。

2、張緊機構

布料最右側連接的是布料卷，上面我們說過：布料卷放置架是有驅動的，所以這個張緊機構起到的作用就是：防止布料出現(xiàn)過松或過緊的狀態(tài)。具體原理如下：

這里先說一下，配重塊的作用是：減輕旋轉桿左側兩個滾筒對布料的下壓力，但并沒有超過它們的重力，所以自由狀態(tài)下，張緊機構是會往兩個滾筒方向旋轉的。


1）當布料卷開始放料，由于放料速度大于生產時的進料速度，所以這時布料會開始變松，而旋轉桿左側的滾筒由于重力原因開始下墜，一直到感應板被傳感器檢測到，這時布料卷的驅動電機停止，在這個過程中，布料一直保持緊繃的狀態(tài)；

2）當驅動電機停止旋轉后，進料會使布料越來越緊，這時會拉動旋轉桿左側的滾筒逐漸往上，直到感應板被上面的傳感器檢測到，布料卷開始放料；

3）重復以上過程。

以上，就是張緊機構的工作原理啦。然后，我們可以看到上面的圖里還有一個硬限位塊，它的作用是當張緊機構對應的布料放置架沒有使用時，用來支撐住旋轉桿，就是下面這個狀態(tài)：

最后，關于張緊機構，再說一個大家可能會有的疑點：
為什么一定要張緊機構，是不是可以去掉呢？

首先，如果沒有張緊機構，那布料卷就需要和后面的工序直連，而如果那樣，要解決以下問題：
1）為了避免出現(xiàn)布料過緊或過松的問題，需要前后速度匹配，雖然工序生產速度是一定的，可以將布料卷的旋轉速度和工序匹配，但是布料卷的直徑卻是不一定的，當直徑改變時，放料速度也會變，所以要做到放料和進料速度匹配是非常難的；

因此，這就可以看到張緊機構的作用：當缺料時，可以及時檢測到，然后放料；當放料到一定長度后，也可以及時檢測到，然后停止放料。

3、布料支撐架

布料支撐架機構比較簡單，我就把它們的詳細圖片放上來，大家看一下就明白了：

裝鼻梁線＆壓紋工序

在說這個機構的工作順序之前，先說一下最上面的布料是什么情況，咱們都知道N95口罩不像一次性口罩，可以利用折疊把鼻梁線包裹進去，所以對于N95口罩，就只有把最外層布料從上面走，然后把鼻梁線從布料之間插入進去。這就是為什么有一層布料從上面走的原因。
一、工作順序
1、最外層和其他布料，分別按照上圖里的路徑進入壓紋機構；
2、布料在進入壓紋機構的同時，鼻梁線裝料機構將鼻梁線推入布料中。
二、還是再來分析一下機構

1、過料機構

這個機構的作用是為了將幾層布料進行壓疊，原理其實就是：波紋把手往下旋緊，然后彈簧壓緊滑動塊。
作用比較簡單，所以咱們就直接來說它值得借鑒的機構：首先看一下，連接軸和固定塊的接觸方式：連接軸上有一個槽，卡進固定塊，這樣連接軸在旋轉的同時，也會有升降的動作。
之所以這么做，是為了在換布料卷的時候，方便將布料放入兩個滾筒之間：只需要旋轉手柄桿，上面的滾筒就會升起，直接將布料放進去就可以了。
2、鼻梁線送料＆裝料機構

1）咱們先來看一下機構的動力傳遞，可以看到：上圖中的動力全部來自動力軸，而后面的工序基本上動力也都是從這個動力軸而來，關于這個咱們最后再說。
動力從動力軸到上面后，傳遞給凸輪分割器（標注了凸輪分割器的位置，圖紙在打開的時候報錯，導致分割器顯示不出來），然后再由分割器把動力分別傳遞給鼻梁線裝料機構和送料機構。

然后我們再來說一下這個地方原本的凸輪分割器是什么樣的：

兩個入力軸（另一個在那一側），一個出力軸，連接方式是：入力軸分別連接動力和送料機構鏈輪；出力軸連接裝料機構同步輪。

從上圖可以看到，兩個入力軸其實是一個整體，因此動力會直接傳遞給送料鏈輪，它的運動是無間歇旋轉；而連接出力軸的裝料機構同步輪，經過分割器的內部機構后，它就變成了間歇旋轉。（有想進一步了解分割器的同學，可以百度一些資料）

2）鼻梁線送料機構

先說一下具體的工作順序：
→ 鼻梁線從料盤出來，經過導正/驅動機構（料盤是無動力的，鼻梁線靠驅動機構牽引著往前走）；
→ 從導正/驅動機構出來后，經過料道，進入送料盒；
→ 將鼻梁線送到位后，旋轉擺輪剛好碰一下切刀，將鼻梁線切斷，然后由裝料機構將鼻梁線推進布料中；
→ 重復以上過程。
順序說完后，再分析一下鼻梁線料盤、導正/驅動機構的工作原理：

鼻梁線料盤：

鼻線輪--旋轉軸--鎖緊塊--頂桿--放線盤，其實這一套機構是為了讓導正/驅動機構在缺料時，可以拉出料；料多時，料盤又可以及時停止，具體工作原理如下：
首先，我們得知道：鼻梁線是從鼻線輪下方通過的，當導正/驅動機構缺料時，鼻梁線被拉緊，然后將鼻線輪往上抬，帶動旋轉軸旋轉，旋轉軸又帶動鎖緊塊順時針運動，頂桿就會被放下，這時料盤就可以旋轉了；當放料多了后，鼻梁線會松，這時鼻線輪會往下，剩下的動作就和剛才相反了，最后，頂桿會頂住放線盤，料盤就停止轉動了。

以上就是鼻梁線料盤的工作原理。
然后繼續(xù)說導正/驅動機構

關于下滾筒調節(jié)機構，這個和前面說到的過料機構原理和作用是一樣的，不同的是調節(jié)螺絲先頂緊的是頂板，然后頂板再通過和滾筒滑塊之前放置的彈簧，將滾筒頂緊（具體結構見下圖）。

然后繼續(xù)說其他機構，導正機構的作用其實就是防止鼻梁線跑偏的，從圖片中可以看到，最左側和最右側的兩個滾輪是V型的，可以限制鼻梁線往兩側竄動；

鼻梁線從導正機構出來后，穿過傳感器安裝塊，再從對輥滾筒中間穿過，進入到后面的料道。而驅動對輥滾筒的正是上面的驅動凸輪，凸輪每旋轉一圈，就會接觸滾筒一次，接觸的時候會驅動滾筒旋轉。

注：有人可能會問：為什么要用兩個凸輪，用一個不就可以達到目的了（其實剛開始我也是這么想的，哈哈哈），其實它的目的是用兩個凸輪，就可以隨意的調整接觸滾筒的角度，從而可以調整鼻梁線每次的進給長度。
3）鼻梁線裝料機構

先說一下，推桿兩端是有魚眼接頭的，只是模型打開缺失零件，所以顯示不出來，大家知道這一點就可以了。
機構的動作順序為：偏心輪旋轉帶動推桿和推板前進，將鼻梁線送入布料中間。

3、壓紋機構

可以看到，壓紋機構的動力也都來自動力軸，而這個動力軸和之前鼻梁線送料＆裝料機構的動力軸是同一個；而關于齒輪之間具體怎么傳遞的動力，大家可以下載三維模型詳細看一下。接下來，繼續(xù)看這個機構的具體細節(jié)：

我們逐個工位來看：
壓紋工位：它的滾筒上是有很多紋路的（模型上沒有表達出來），用來壓出N95口罩外側的紋路。而之所以能夠壓出紋路，就是因為有下面的超聲波焊接頭和振動子，這個在分析一次性口罩機的時候已經說過了，所以就不啰嗦了；

關于這個工位的調節(jié)機構，其實一看就明白：上下各一個頂緊螺絲，將滑動塊固定��；而中間彈簧的作用，是為了在松開上面頂緊螺絲的時候，壓紋滾筒可以自動往上提起，而不需要再去擰下面的頂緊螺絲。

裁切呼吸閥孔工位：滾筒有一個凸出的圓圈，就是用來把呼吸閥安裝位置的孔裁切出來，裁切下來的廢料再經過料斗排出。但這款口罩機后面沒有安裝呼吸閥的工位，所以這個工位是用不到的（上面的視頻中，這個工位就沒有使用）；

滾筒對輥機構：為布料前進提供驅動力；關于上滾筒調節(jié)機構的作用和原理，前面已經說過了，有還不了解的同學可以往前翻一下。

印字工序＆熔接耳帶工序

之所以把這兩個工序一起說，是因為它們在實際生產過程中是有關聯(lián)運動的，先來看一下兩個工序的具體圖片：

可以看到，左右耳帶熔接機構和移印機構之間，都是通過螺桿連接著的，同時它們可以沿機架上的導軌一起運動，驅動源就是機架下面的伺服電機+絲桿機構：

而關于上面幾個機構為什么要運動呢？
原因就是：布料是一直處于前進運動狀態(tài)的，而移印機構和熔接耳帶機構在工作時，是需要和布料接觸的，所以就要保證布料和以上兩個機構在接觸的時候，是沒有相對運動的。因此移印機構和熔接耳帶機構，就需要在和布料接觸時，和布料一起前進；在和布料分開時返回。

解釋完了機構之間的關聯(lián)，和機構要運動原因，下面就繼續(xù)挨個分析機構。
一、移印工序
咱們經�？吹絅95口罩兩邊有這樣的文字，就是用這個工序做出來的。

接下來看一下，移印工序的具體結構：

首先說一下，左右移印機構的原理都是一樣的；這個印字工序使用的是移印工藝，等會順便可以把移印的工藝說一下。
1、末端印章和油印盒的運動是通過同步帶+導軌機構：電機驅動同步帶輪運動，然后將滑動機構和同步帶固定，就可以做直線運動；這個機構比較簡單，但是卻很常用，所以大家可以記一下，用作以后設計其他設備。

2、動作順序（其實也就是移印的工藝）：1）油印盒先在移印底板上涂上顏料；
2）印章運動到移印底板上方，然后雙軸氣缸下壓，印章沾上顏料；3）最后印章移動到布料通過的位置上方，雙軸氣缸下壓，就可以將顏料印在布料上了。

二、熔接耳帶工序
左耳帶和右耳帶熔接機構和原理都是一樣的，只是位置不同，所以咱們分析其中一個就可以了。

還是把整個工序分為幾個機構，這樣才能說的更詳細點，先來說一下整個工序的大概工作步驟：
→ 耳帶從送料機構出來，到耳帶拉取熔接機構上；→ 然后耳帶拉取熔接機構，拉取耳帶，再由剪耳帶機構把耳帶剪斷；→ 最后由耳帶拉取熔接機構，將耳帶熔接在口罩上。
好了，大概的工作順序就是這樣，然后開始依序分析機構：
1、耳帶送料機構
本來一次性口罩機上用的也是這種機構，但當時忘記分析了，所以這次就帶上它。

耳帶的路徑：
耳帶卷--驅動輪＆壓緊輪--調節(jié)線輪--過線輪--過線孔

可以看到，壓緊輪將耳帶壓緊在驅動輪上，隨著驅動輪的旋轉，耳帶會不斷向下；另一端，耳帶通過過線孔后，連接拉取機構。但是顯然，耳帶的放料和拉取速度不會匹配，所以調節(jié)線輪的作用就是調節(jié)耳帶緊繃狀態(tài)的。

當驅動輪驅動耳帶放出后，耳帶會變松，這時調節(jié)線輪因為重力下降，直到被傳感器檢測到，驅動電機停止工作；此時，拉取機構會繼續(xù)拉取耳帶，將調節(jié)線輪往上提，當傳感器檢測不到調節(jié)線輪后，驅動電機又馬上開始工作，使耳帶開始放料。就這樣一直循環(huán)這個放料動作。

2、耳帶拉取熔接機構

左側的超聲波振動子和焊接頭，已經解釋過了，所以就不廢話了；
重點看右側的，由于圖片可能看的不是很清楚，所以先來說一下部分零件之間的連接關系：

下壓氣缸驅動的是固定板；熔接拉桿上部分是螺紋，通過鎖緊螺母，鎖定在固定板上；
熔接拉桿和耳帶拉�。μ幚頇C構，是可以相對滑動的（可以看熔接拉桿末端細節(jié)），但熔接拉桿上升到末端接觸耳帶拉取機構時，會將整個耳帶拉取機構托起來；

以上就是要做的特殊解釋說明。再來說一下縱向運動的原理：

→ 下壓氣缸帶動固定板向下；→ 固定板帶動熔接拉桿向下 ；→ 這時本來被熔接拉桿托起的耳帶拉取機構，因為重力原因開始向下 ；→ 當耳帶拉取機構到底后，下壓氣缸會帶動熔接拉桿繼續(xù)向下，直到末端到底。
→ 下壓氣缸帶動固定板向上；→ 固定板帶動熔接拉桿向上，直到末端接觸到耳帶拉取機構，兩者開始一起向上運動 ；→ 直到上升至氣缸限位。
1）接下來，就開始分析耳帶拉取＆處理機構了

以上是耳帶拉�。μ幚頇C構的兩個不同角度，再來一張末端爪的細節(jié)圖：

先解釋一下部分零件的作用：

① 傳感器通過檢測電機旋轉感應塊，來配合電機控制旋轉角度（每次旋轉180°）；② 末端爪中的彈片可以通過鋼珠，保持爪子的狀態(tài)（被壓爪塊壓下去后，不會彈起來）；
③ 爪子被壓爪塊下壓后，會變成這種狀態(tài)（可以將耳帶壓緊，防止掉落）：

然后說一下這個機構的工作順序（最重要的）：

→ 初始狀態(tài)下，耳帶一端經過線輪，被壓緊在爪子-1下面；

→ 這時旋轉電機帶動末端爪向右旋轉180°，爪子-1壓住耳帶一端就會自動拉取耳帶，變成如下狀態(tài)：

→ 壓爪氣缸帶動壓爪塊下壓，將爪子壓下，壓住耳帶，剪耳帶機構剪斷耳帶后，和壓爪塊一起退回；（后面會說剪斷的原理）
→ 接著，整個機構開始下壓，一直到兩側壓線塊壓住耳帶的兩端；

→ 壓線塊將耳帶熔接在口罩上后，壓線條氣缸帶動壓線條下壓，在壓線條將繞線塊上的耳帶推掉的同時，壓線條安裝板會壓下爪子-2＆爪子-3＆爪子-4處翹起的一端，從而使這三處的爪子恢復原狀，同時爪子可以將剪斷的耳帶放下（注意：爪子-1處的爪子是沒有被壓住的，所以不會松開）；
注：壓線條安裝板，在后續(xù)的動作過程中只會壓爪子-2＆爪子-3處的爪子，因為爪子-4的狀態(tài)后面都會是恢復原狀后的爪子（有點拗口，大家仔細思考一下就明白了）。
→ 整個機構上升，耳帶就成功熔接在了口罩上。不斷重復以上過程，就實現(xiàn)了快速拉取＆熔接耳帶的動作。

3、剪耳帶機構

紫色部分是用來調節(jié)剪耳帶機構角度和位置的，我已經做了標注，所以就不細說了。

做一下特殊說明：推塊銷軸孔和剪刀旋轉軸處，實際生產中是有銷軸的；彈簧放置孔里（左右各一個），同樣也是應該有彈簧的，可能是因為原作者沒有添加或者是模型打開報錯的原因，沒有顯示出來，大家知道這點就可以了。
然后就是，要知道推塊和圖中的綠色零件以及剪刀限位塊之間，并沒有連接，是可以滑動的，圖里可能表達的不是很清楚，所以我提醒大家一下。

這個機構的工作順序：
→ 氣缸推送前端機構，伸向耳帶；→ 當剪刀限位塊碰到上面介紹的壓爪塊后（具體看下圖），氣缸繼續(xù)推送，這時推塊就會推動剪刀形成閉合，從而剪斷耳帶；

→ 退回時，由于推塊上的彈簧作用，使推塊和剪刀限位塊處分開，剪刀再次回到張開狀態(tài)。
以上就是剪耳帶機構的工作原理，好了，終于分析了整個設備的一大半了，好累啊�。。� 下面繼續(xù)。
貼標簽工序

這個貼標簽機構，貼的是口罩內側的標簽，但是我印象里N95口罩內側好像沒有標簽，也許是我還沒見到，不過既然這個機構在這了，咱們就一起分析了。
其實，這就是一個標準的貼標機構，做過貼標機的朋友應該會很熟悉，具體就看圖吧。

布料從上方通過時，貼標機構將標簽貼在布料上，接下來再看貼標機構的具體細節(jié)（注：調節(jié)機構是用的絲桿，具體的細節(jié)，大家可以查看三維模型）：

再來看一下另一個角度的圖片：

首先，來看一下標簽紙的工作順序：
標簽料盤--經過下方的三個滾筒--從剝標板和壓標板中間穿過，同時將底紙上的標簽貼在口罩上--底紙經牽引機構，最后到收底紙滾筒上

而標簽紙的前進動力靠的是牽引機構的拉動，而牽引機構和收底紙滾筒的動力，都來自主動輪上的電機。
再來看看部分機構的作用：
張緊滾筒：保持標簽紙的緊繃狀態(tài)，它的工作原理如下：
張緊滾筒的旋轉處有一個收縮卷簧，當標簽紙較松時，張緊滾筒靠卷簧的應力將標簽紙撐緊，從而達到保持標簽紙緊繃的目的。

推動氣缸的作用：要貼標時，推動氣缸將剝標板和壓標板推到口罩上，進行貼標；貼完后，再退回。

口罩裁切＆廢料處理工序

這個工序中，過料機構、對輥機構1-4的作用都是為了牽引口罩前進，它們的驅動力都來自動力軸（這個動力軸和前面的是同一個），而具體的動力傳遞方式，大家可以下載三維模型詳細研究；關于這些機構的調節(jié)機構原理和作用在前面都說過了，沒看到的，可以往上面翻一下，這里就不再啰嗦了。
一、然后是口罩折疊機構：
咱們都知道N95口罩是折疊起來，而前面工序中口罩一直都是鋪開的，所以這個工序的作用就是將原來鋪開的口罩對折，然后進入對輥滾筒-1。

二、無動力滾筒工位

這個工位比較簡單，但是它的調節(jié)方式可以說一下：

轉動波紋把手，帶動傳動軸旋轉，然后通過傘齒傳動機構，帶動螺桿轉動，從而達到調節(jié)活動滾筒位置的目的。
三、口罩裁切工位

絲桿傳動模組帶動整個機構往復運動，其目的和前面的一樣，都是為了保證和口罩沒有相對位移；

折疊后的口罩，通過裁切壓紋模具和超聲波加熱，達到裁切口罩的目的。

四、翻耳帶工位

在經過翻耳帶工位之前，耳帶都是朝下的，而我們觀看上面的視頻就知道，最后口罩出來時，耳帶都是朝上，所以，這個工位的作用就是把從中間經過的口罩耳帶翻到上面。
五、口罩輸出工位

出料帶將口罩帶出，同時被裁切掉的廢料從如下路徑：滾輪-1→滾輪-2→滾輪3→滾輪4→ 驅動滾筒＆壓緊滾筒，被排出。

而收廢料機構的動力，同樣還是那根動力軸，經過傘齒機構傳遞的。下面咱們就看看那個出場次數(shù)最多的動力軸，它的動力又是從哪來的：

可以看到，動力源是兩臺伺服電機+減速機，然后它們的動力再通過一根動力軸，傳遞給各個工序。
整臺設備是分了好幾臺機架組成的，所以為了在分開機架時，不把整個動力軸都拆掉，就在機架對接的地方，用上了圖中的十字萬向可伸縮聯(lián)軸器（標準件）：

終于完了！！以上就是N95全自動口罩機的動作、機構分析，還是那句話，如果有沒說到的地方，歡迎大家在評論區(qū)補充。

我還是把模型打包放在公號里了，大家回復：N95，就可以拿到下載鏈接了。

補充內容 (2020-3-5 17:02):
這里集中補充一下，回復N95是在公眾號里

補充內容 (2020-3-5 21:10):
更正一下，上面圖中標注的口罩裁切工位其實是熱合工位，而對輥滾筒-3才是口罩裁切工位。

未來第一站

圖掛了^_^

每次一例

未來第一站 發(fā)表于 2020-3-4 22:19
圖掛了^_^

又掛了��？我重新編輯一下

每次一例

未來第一站 發(fā)表于 2020-3-4 22:19
圖掛了^_^

又編輯不了。。。無奈啊。。只有公眾號有全的了

每次一例

軍君15005784891 發(fā)表于 2020-3-4 22:46
看不到圖片

直接從公眾號復制出來的，被吞了，等下重新發(fā)個帖子

craftsmaner

辛苦啦

haomaiggq

掃盲貼，超贊！��！

轉身離開1969

有三維數(shù)模嗎，來一套。

fangyunsheng

這個厲害了，原理全說了

黃胖子

N95