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偏心链轮不等速机构设计

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偏心链轮不等速机构设计

摘要本研究主要包括偏心链轮的结构改进设计,并设计出试验装置,进行设计工艺参数的试验研究。在整机设计中,通过对偏心链轮总体方案的分析,编制了工作循环图,确定主要装置(偏心链轮,从动轮,张紧轮,调节机构)之间的相互配合关系完成了偏心链轮的结构改进设计和理论分析及其主要参数的确定对横封装置进行了改进设计,提出适应包装袋长度可连续变化的翻领成型器,扩大了偏心链轮的使用范围,并进行了理论研究,本文的研究对其它偏心链轮机械的设计和开发有着积极的指导意义。利用设计的试验装置,确定了偏心链轮传动的特性,即匀速度传入主动轮偏心链轮中,由于偏心链轮各处的中心距不等,呈现增大减小的规律运动,所以滚子链的瞬时速度也不一样,其运动类似于正弦运动,传到从动轮上的速度也就是正弦运动,此运动方式适用于包装机,包装机在包装物品时,就需要快慢不一的速度。本研究结果对包装材料的生产厂家、偏心链轮械生产厂家、机械用户以及科研人员具有十分重要的意义。关键词偏心链轮横封装置包装IIAbstractThisstudyincludedthemodifiedstructuredesignoftheeccentricsprocket,thefiniteelementanalysisandsolidmodeler.Besides,designedtesterandtestedsealingquality.Intheentiremachinedesign,establishedworkingcycleandconformedworkinrelationsofmainfixturesfeeding,forming,retractor,sealing,drivingthroughanalysisofeccentricsprocketoverallplancompletedthemodifiedstructuredesignoftheformingfillingsealingeccentricsprocketandconformedthemainparameters.Inthispaper,designedthehorizontalsealingfixturesandadvancednewformingfixturewhichcanadjustthepackaginglengthandextendedtheuseablerangeoftheeccentricsprocketandstudied.Atthesametime,offeredamethodofparallelmeasurefeedingandfoundedvibrationfeedingfixturesofoscillatorydifferentialequation.Thisstudycandirectthedesignandexploitationofotherbageccentricsprocketactively.Usingthetestercarriesonthepackagesealingtest,thetensiletestandtheendurestresstestthatthetestswerebasedonthenationalstandards,experimenteddataandtheresultsindicatesealingintensityconformstothenationalstandard.Throughdataanalysisobtainedthepermitspackingsealingtemperaturerangeandtherelationsofthesealingintensityofthehorizontalfixturesandtheverticalsealingfixtures,timeandtemperatureandthebestpackingmaterialsealingcondition.Keywordseccentricsprockethorizontalsealingpackingmachine目录摘要..............................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................................II目录...............................................................................................................................................III1绪论.............................................................................................................................................11.1本课题的研究内容和意义..................................................................................................11.2国内外的发展概况..............................................................................................................11.3本课题应达到的要求..........................................................................................................12总体方案设计.............................................................................................................................32.1偏心链轮机构的组成..........................................................................................................32.2偏心链轮运动规律的分析..................................................................................................52.2.1偏心链轮机构工作原理................................................................................................52.3偏心链轮各基本参数的确定..............................................................................................92.3.1主动链轮的偏心距的计算............................................................................................92.3.2链轮的节圆半径..........................................................................................................112.3.3主从动链轮传动轴的中心距......................................................................................122.4轴承的选择........................................................................................................................122.4.1轴的设计校核..............................................................................................................122.4.2轴承的润滑及密封......................................................................................................153热封装置设计...........................................................................................................................183.1热封材料及封口方法........................................................................................................183.2纵封滚轮的设计及计算....................................................................................................183.3横封装置设计....................................................................................................................193.4封合调整............................................................................................................................224包装机的设计...........................................................................................................................244.1包装机工作原理及功能....................................................................................................244.1.1功能要求......................................................................................................................244.1.2主要构成及工作原理..................................................................................................244.1.3执行机构的动作配合..................................................................................................255链轮的设计...............................................................................................................................265.1链轮设计与机械加工........................................................................................................265.1.1常见链轮的形状与结构..............................................................................................265.1.2链轮材料的选择..........................................................................................................265.1.3链轮的基本参数..........................................................................................................265.1.4链轮齿形的几何形状与设计原则..............................................................................265.1.5链轮设计与加工..........................................................................................................275.1.6刀具设计......................................................................................................................286结论与展望...............................................................................................................................30IV致谢...........................................................................................................................................31参考文献.......................................................................................................................................32偏心链轮不等速机构设计11绪论1.1本课题的研究内容和意义随着社会的发展、生活水平的提高,尤其是加入WTO后,人民对热封装置提出了更高的要求。与人民生活和工农业生产密切相关的粉粒状物料,如生活日用品、营养食品、药品,种子、化肥、农药、化工原料等工农业生产用品,都需要稳定的热封装置。偏心链轮是现代工业的基本设备,是商品生产中必不可少的关键性技术设备。随着人类社会的进步,国民经济的发展,人民生活水平的提高,人们越来越重视链轮的质量、品种类型,链轮机械在工业领域中起着重要的作用。链轮机械是使产品实现机械化、自动化的根本保证。它能够大幅度地提高生产效率降低劳动强度,改善劳动条件保护环境,节约原材料,降低产品成本有利于热封机械的发展,提高产品效率,增强市场销售的竞争力。偏心链轮保证包装机热封的质量高、生产效率高、品种多、生产环境好、生产成本低、环境污染小,因而获得较强的市场竞争能力,带来巨大的社会效益和经济效益。偏心链轮被堪称为拥有漫长发展历史和富有强大生命力的主导机型。现已被各国视为前景较好的热封机械。据调查,现有偏心链轮机构存在以下问题1速度不稳定2薄膜送进速度难以与热封辊圆周速度相等3链轮传送消耗大4包装机的横封机构运动形式的不合理,将导致封口质量问题。包装容器的封口,是包装工艺中不可缺少的工序。封口的好坏将直接影响生产效率。因此,包装质量在很大程度上取决于封口质量,所以链轮机构的研究改进对提高封口质量有着重要的意义,本研究在整机研究的基础上,针对横封封口形式影响封口质量这个问题进行深入的研究。同时,通过一系列试验,研究总结出较为完整的工艺参数,对实际生产具有十分重要的现实意义。1.2国内外的发展概况从广义而言,现代机械的含义和领域很广,包括各种自动化和半自动化传动机械、包装机械、横封机械等。这些相互密切联系的机械设备组成了现代化的传动机械体系。随着科技和经济的快速发展,社会对自动化设备的需求越来越大,此机构用于塑料制袋包装机上,利用偏心链轮可以使塑料薄膜送进速度与热封辊圆周速度相等,保证热封辊快速张开,以免热封辊被包装物相碰。这一研究对工业有很大帮助。1.3本课题应达到的要求设计偏心链轮不等速机构,运用于塑料制袋包装机上,其原理方案的功能实现,总体方案的设计,结构形式,结构参数,工作参数的设计。要求(1)热封时,塑料薄膜送进速度必须与热封辊圆周速度相等。由于产品规格不同,袋长不同,要求送料速度变化,这时热封辊速度必须随之产生相应的变化,因此,要求回转一周时获得快慢变化的周期变速运动,以使热封时热封辊与薄膜送进达到相等的速度。从而可以使包装物顺利传送。无锡太湖学院学士学位论文2(2)热封后,最好能保证热封辊快速张开,以免热封辊与被包装物相碰。偏心链轮不等速机构设计32总体方案设计2.1偏心链轮机构的组成如图2.1所示是偏心链轮不等速回转机构,它由主动链轮2和从动链轮4和一只张紧链轮5组成,其中主从动链轮齿数相等,套筒滚子链3套在其上。主动链轮2由分配轴带动作匀速回转,滚花手轮1可调整偏心距。从动链轮4绕定轴做不等速回转运动,并经中间传动装置带动横封器的热封头(图2.1中未示)实现不等速回转。1滚花手轮2主动链轮3套筒滚子链4从动链轮5张紧链轮图2.1偏心链轮不等速机构如图2.2所示为偏心链轮组成的重要环节,为调节机构,该运动主要是靠这个环节运作的。它是由偏心调整架,主动轴,调整螺杆,偏心链轮,刻度盘装配起来的。无锡太湖学院学士学位论文4图2.2调节机构基本要求(1)必须按照设计要求和有关标准进行装配。(2)装配条件必须干净。相关装配条件必须符合有关规定。(3)在装配之前所有零件必须要检验合格。(4)零件在装配前不得有毛刺、氧化皮、锈蚀、切屑、灰尘、沙砾和油污等。(5)装配过程中零件不得损坏,划伤,腐蚀。(6)装配前应对零、部件的主要配合尺寸,特别是过盈配合尺寸及相关精度进行复查。(7)装配过程中零件不允许磕、碰、划伤和锈蚀。(8)螺钉、螺栓和螺母紧固时,严禁打击或使用不合适的旋具和扳手。紧固后螺钉槽、螺母和螺钉、螺栓头部不得损坏。偏心链轮不等速机构设计52.2偏心链轮运动规律的分析2.2.1偏心链轮机构工作原理简图见图2.3图2.3偏心链轮机构工作原理简图设2,OO分别为主从动链轮的转动中心,中心距LOO2,节圆半径RBOAO21主动链轮的偏心距eOO1,角速度为0。若某瞬时的角位移为,相应的从动链轮的角位移为,主动轮节圆上任一点A转到与链条AB相切时,则A点瞬时线速度为A,其值0AAO为该瞬时A点的回转半径,设它与链条同向的分速度为Aυ′,另A与A的夹角为,则其值coscos0AA2.1由三角形余弦定理可得ReR2cos2222.2令∠21OOO,因为21OAO是直角,故231OAO2.3又得sinRe223cosRe222222eReR令SOO21由三角形21OOO中应用余弦定理和正弦定理分别得cos222eLLeS无锡太湖学院学士学位论文6SLsinsin2.4所以cos2sinsin22eLLeL经整理得到cos2sin220eLLeeLRA2.5由图2.3可见,同一根链条在张紧时BA,两点的线速度应该相等,即AB。若B与从动链轮的节圆相切,并令该轮的瞬时角速度为,则cos2sin220eLLeeLRRB故得cos2sin1220eLLeReL2.6上式表明,当主动偏心轮以0等角速回转时,则从动链轮作变角速度转动。偏心链轮输出运动的特性曲线见图2.4,实质上它反映了的变化规律。欲确定该曲线的极值点,需对上式求极值。令0f,可求出从动链轮具有最大和最小角速度值时主动链轮所对应的相位角,其值分别为Learccos12.7Learccos222.8再将1,2值分别代入(2.6),则10maxRe2.910minRe2.10偏心链轮不等速机构设计7图2.4偏心链轮机构输出运动特性曲线根据不同袋长需要,输出满足工艺要求的角速度带动横封器,是设计偏心链轮机构时必须考虑的可调问题,欲得到所需的角速度,在实际应用中有两个不同的途径直接调节选用热合瞬时角调解主动链轮上的偏心距。第一种方法找准夹角十分麻烦,而且不怎么精确,一般采用甚少。调节主动链轮的偏心距同样可以满足热封的需要,它是利用特性曲线的两个极值点作为专门的热封点,改变偏心距可使输出的极大角速度在001Re之间同样也可使输出的极小角速度在001Re之间。速度极限角21,分别有向23,2稍微靠拢的变化,袋装机在规定的袋长范围内,其中偏小规格利用min的极点进行热合,偏大规格利用max这一极点输出角速度进行热合如图2.5。无锡太湖学院学士学位论文8图2.5偏心距变化对输出运动特性曲线的影响将设置好的袋长的长度刻在标尺上,只要调节偏心距到预定的袋长刻度上并用锁紧螺母固定,就能立即使用。这种机构就叫可调式偏心链轮,见图2.6。图2.6可调式偏心链轮结构简图调整时首先将锁紧螺母松开,然后转动调整螺杆,使偏心链轮所需调整的刻度值对准传动轴中心,调节好之后将其锁紧即可。偏心链轮偏心位置相对横封辊的位置调整见图2.7。偏心链轮不等速机构设计9图2.7偏心链轮与横封辊相对位置示意图偏心链轮与链轮1的齿数相同,前后横封辊齿轮的齿数相同,后横封辊齿轮齿数是齿轮1齿数的2倍。这样,偏心链轮沿传动轴转一圈,链轮1与齿轮1也相应转一圈,而前后横封辊齿轮只转半圈。这就是说,偏心链轮沿传动轴转一圈,横封辊转半圈,封一袋。经主机点动运转,当前横封辊上的A点与后横封辊上的B点重合时,调节偏心轴的位置,使偏心链轮的偏心方向与链条紧边运动轨迹方向垂直,并使偏心轴处于链条紧边的一侧,然后将齿轮1与后横封辊齿轮相啮合即可。2.3偏心链轮各基本参数的确定2.3.1主动链轮的偏心距的计算由前分析可知,主动链轮的输出角速度的两个极限值Re10max,Re10min2.11两式左端0max、0min为从动轮与主动轮的角速度之比,用字母i表示,改写成ReiRei1,1minmax2.12由此看出,当R为定值时,则minmax,ii必随e的值大小而发生相应的变化,且呈简单的线性函数关系.这样,借助中间传动环节,便能找出偏心距与袋长的对应关系。图2.8所示为立式袋装机连续横封器采用的一种中间传动机构。传动齿轮的齿数关系为21ZZ,63ZZ,84qZZ.其中,q是单轴横封切刀(或热封头)的个数,通常取14.如果要求该不等速机构输出的封合角速度为f,相应的横封辊封合角速度为hf则hffhffqqZZZZ3412无锡太湖学院学士学位论文10图2.8横封器的中间传动机构如前所述,制袋工艺要求热封件在热合瞬间与包装料袋运动线速度相同,则有60QlRhhf式中hR横封件的回转半径,故得hfRQlq602.13在设计时可在规定袋长范围内取中间袋长或称平均袋长pl的热封计算值,可使0e、1fi,由式2.13可知hpRqQl600设偏心链轮的转速为min/0rn,由于3000n,则2600pphqlqQlR2.14代入2.13,可得pfl0也可以写成pfli12.15与式2.12联立,求得不同袋长所对应的主动链的偏心距Rieff12.16偏心链轮不等速机构设计112.3.2链轮的节圆半径图2.9偏心距调节装置链轮的节圆半径R与选用的链条节距P及链轮齿数Z有关。当P一定,若Z值过大。则R必将随之增大,不仅结构不紧凑,还会影响主动偏心链轮的动力状态。反之,若Z值过小,则R亦必将随之减小,以致会加剧链传动的不均匀性,况且对安排偏心调节元件还会带来一定困难。如图2.9所示为偏心距调节装置,表示了当包装袋为最小长度minl时调节位置的变动情况。由于分配轴O已位于偏心刻度的极点,故min1eOO,考虑到结构布局的可能性,应取2minBdRe式中d分配轴在装配偏心链轮处的直径B与调节结构尺寸有关(一般为mm2515)再考虑制袋的工艺要求,根据上式及1minminpflli应取1minminfiRe故得21minBdRiRf无锡太湖学院学士学位论文12即min2llBdRp2.17实用中链轮的节圆半径R还要受链条节距p以及链轮齿数Z的约束。由链传动基本原理得知ZpR2180csc2.18联立式(2.17)(2.18),可解出Z值,并加大圆整至基数值。由此可见,只要知道袋长的各种规格,并满足安装偏心链轮的有关结构尺寸(如Bd,等),就可通过式(2.17)(2.18)求算链轮的节圆半径。2.3.3主从动链轮传动轴的中心距中心距L可按以下两种方法来确定。1)从结构上考虑为保证两轮可靠地工作,则该机构的最小中心距maxmineDLa式中aD链轮的顶圆半径,1806.0ZctgpDa两转动链轮的最小安全距离,可取mm10。2)从运动特性考虑由式(2.11)可以看出,从动链轮输出的最大,最小角速度均与两轮传动轴的中心距无关,而变速范围仅与链轮的节圆大小及偏心量有关。当,,Re为定值时,它会影响最大最小速度的输出发生时刻。在上图2.3所示的两条曲线(21LL)清楚的表明了这一点。若L值由小增大,则21,值分别趋近于2及23,但总是,这有利于改善输出运动的平稳性。总之,在不使结构布局显得庞大的前提下,一般推荐RL75,尽量取较大值为宜。2.4轴承的选择选择滚动轴承的类型,一般从载荷的大小、方向和性质入手。在外廓尺寸相同的条件下,滚子轴承比球轴承承载能力大,适合用于载荷较大或有冲击的场合。当承受纯径向载荷时,通常选用径向接触轴承或深沟球轴承当承受纯轴向载荷时,通常选用推力轴承当承受较大径向载荷和一定轴向载荷时,可选用角接触球轴承。根据轴的应用场合可知,轴主要受到径向力。查询常用滚动轴承的性能和特点,选择深沟球轴承。深沟球轴承轴承的性能特点主要承受径向负荷,当量摩擦系数最高。应用场合适用于刚性较大轴,常用于小功率电机、减速机、运输机等。根据要求查参文献3,在这里选用602深沟球轴承。2.4.1轴的设计校核按弯矩合力校核轴的强度1绘出轴的受力简图计算直齿轮的圆周力和径向力

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