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文档简介

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 II Abstract This study included the modified structure design of the eccentric sprocket, the finite element analysis and solid modeler. Besides, designed tester and tested sealing quality. In the entire machine design, established working cycle and conformed work in relations of main fixtures(feeding ,forming, retractor, sealing, driving)through analysis of eccentric sprocket overall plan; completed the modified structure design of the forming filling sealing eccentric sprocket and conformed the main parameters. In this paper, designed the horizontal sealing fixtures and advanced new forming fixture which can adjust the packaging length and extended the useable range of the eccentric sprocket and studied. At the same time, offered a method of parallel measure feeding and founded vibration feeding fixtures of oscillatory differential equation. This study can direct the design and exploitation of other bag eccentric sprocket actively. Using the tester carries on the package sealing test, the tensile test and the endure stress test that the tests were based on the national standards, experimented data and the results indicate sealing intensity conforms to the national standard. Through data analysis obtained the permits packing sealing temperature range and the relations of the sealing intensity of the horizontal fixtures and the vertical sealing fixtures ,time and temperature and the best packing material sealing condition. Key words: eccentric sprocket; horizontal sealing; packing machine 目录 摘 要 . I Abstract . II 目录 . III 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 . 1 1.3 本课题应达到的要求 . 1 2 总体方案设计 . 3 2.1 偏心链轮机构的组成 . 3 2.2 偏心链轮运动规律的分析 . 5 2.2.1 偏心链轮机构工作原理 . 5 2.3 偏心链轮各基本参数的确定 . 9 2.3.1 主动链轮的偏心距的计算 . 9 2.3.2 链轮的节圆半径 . 11 2.3.3 主从动链轮传动轴的中心距 . 12 2.4 轴承的选择 . 12 2.4.1 轴的设计校核 . 12 2.4.2 轴承的润滑及密封 . 15 3 热封装置设计 . 18 3.1 热封材料及封口方法 . 18 3.2 纵封滚轮的设计及计算 . 18 3.3 横封装置设计 . 19 3.4 封合调整 . 22 4 包装机的设计 . 24 4.1 包装机工作原理及功能 . 24 4.1.1 功能要求 . 24 4.1.2 主要构成及工作原理 . 24 4.1.3 执行机构的动作配合 . 25 5 链轮的设计 . 26 5.1 链轮设计与机械加工 . 26 5.1.1 常见链轮的形状与结构 . 26 5.1.2 链轮材料的选择 . 26 5.1.3 链轮的基本参数 . 26 5.1.4 链轮齿形的几何形状与设计原则 . 26 5.1.5 链轮设计与加工 . 27 5.1.6 刀具设计 . 28 6 结论与展望 . 30 IV 致 谢 . 31 参考文献 . 32 偏心链轮不等速机构设计 1 1 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 3 2 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 5 2.2 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 eOO1 ,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 A( AO 为该瞬时 A 点的回转半径 ),设它与链条同向的分速度为 A ,另 A 与 A的夹角为 ,则其值 : coscos 0 AA (2.1) 由三角形余弦定理可得: ReR2)(c o s 222 (2.2) 令 21OOO ,因为 21OAO 是直角,故 231OAO (2.3) 又得 s i nRe2)23c o s (Re2 22222 eReR 令 SOO 21 由三角形 21OOO 中应用余弦定理和正弦定理分别得: )c o s2( 22 eLLeS 无锡太湖学院学士学位论文 6 SL sinsin (2.4) 所以 )c o s2( s i ns i n 22 eLLeL 经整理得到: )c o s2( s in( 220 eLLe eLRA (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 : )c o s2( s in( 220 eLLe eLRRB 故得 : )c o s2( s in1( 220 eLLeR eL (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 (2.7) Learccos22 (2.8) 再将 1 , 2 值分别代入( 2.6),则: )1(0ma x Re (2.9) )1(0min Re (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00 )1( Re之间 ;同样也可使输出的极小角速度在00 )1( 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 1,1 m inm a x (2.12) 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 21 ZZ ,63 ZZ ,84 qZZ .其中, q 是单轴横封切刀(或热封头)的个数,通常取 1-4.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 : hffhffqqZZZZ3412 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 : hf RQlq 60 (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 0e 、1fi ,由式 (2.13)可知 : hpRqQl600 设偏心链轮的转速为 min)/(0 rn,由于3000 n ,则 : 260 0 pphqlqQlR (2.14) 代入 (2.13),可得 : pf l0 也可以写成: pf li 1 (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 : Rieff )1( (2.16) 偏心链轮不等速机构设计 11 2.3.2 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 min1 eOO ,考虑到结构布局的可能性,应取 )2(mi n BdRe 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 pf lli 应取 )1(m inm in fiRe 故得 )2()1( m in BdRiR f 无锡太湖学院学士学位论文 12 即 min)2( llBdR p (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: ZpR 2 180csc (

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