四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置课程设计

包装机械课程设计第一章 设计概述1. 1四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置概述分件供送螺杆装置可将呈规则或不规则排列的成批包装容器，如圆柱形、棱柱形以及其他形状的金属或非金属容器，按照给定的工艺要求，完成增距、减距、分流、合流、升降、起伏、转向或翻身等动作，分批或逐个供送到包装工位。目前，为更好适应包装容器的变化和大幅度提高设备的生产能力，螺杆式供送装置正向多样化和高速化发展，并不继拓展其在充填、灌装、封口、贴标、计量、检测和自动化包装线等方面的应用领域。仅就分件供送螺杆而言，设计的关键在于，必须在满足被供送物件的外廊尺寸主要是主体直径及有效高度，星轮节距和生产能力等的条件下，预选螺杆的内外直径及长度，合理确定螺旋线的组合形式，旋向及螺旋槽的基本参数，校核物件受螺杆及输送带的综合作用能否实现理想的平稳运动。这样，才能尽量减缓甚至消除各种冲击现象及由此引起的振动、噪声、磨损、卡塞等弊病，以确保设备高效面又可靠地运行。供送螺杆与星形拨轮相配合，可实现容器的分隔、转位和供送。因供送容器的形状及供送要求多样，星形拨轮的齿槽形状也是多种多样，所以，对于不同形状和不同数量每批次的被供送件，需设计不同形状的星形拨轮齿柄形状。星形拨轮常采用不锈钢板或酚醛树脂板材料制作，多水平放置并固定在主轴端总，其高度和间距可根据被供送容器的主体部位及其重心加以适当调整。为了让星形拨轮与螺杆配合良好，应保证输送带的运行速度、螺杆的最大供送速度和拨轮的节圆线速度均相等。在有的生产场合，瓶与瓶之间存在着不规则的排列，即输送带上瓶的轴线间距是互有差异的，而且不论哪一种情况，瓶同螺杆前端的初始接触部位都有很大的机遇性，换而言之，有的能顺利导入螺旋柄，有的却被螺杆的端面阻挡甚至同输送过来的其它被供送件产生冲撞，别外还有可能影响输出过程，出现局部断流现象。面对这些错综复杂的工作情况，为了更好地实现缓冲和定时整流的目的，对些分件供送螺杆来说，就不宜采用螺距全是恒定的等螺距螺杆，而应在螺杆的进口附近配备可调式减速装置，使瓶自动减速相互靠近，以便逐个依次顺利导入螺旋柄内，接着再增速达到预定间距，借助拨轮有节奏的引导到包装工位。因此，将螺杆应用于高速分件定时供送，其螺旋线组合模式包括：（1）等速段：螺距小于拨轮节距，有助于稳定的导入；（2）变加速段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击；（3）等加速段，与输送带拖动瓶的摩擦作用力相适应，采用等加速度运动规律使之接连大间距，可保证在整个供送过程中与螺旋槽有着可靠的接触点而不易晃动和倾倒；（4）输出等速段，螺距等于，以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态。1. 2设计任务及设计内容内容及任务一、设计的主要技术参数供送物品为圆柱体：尺寸：直径为50 mm、高为100 mm二、设计任务1、根据有关参数进行计算或编写有关设计计算程序；2、利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形；3、画出装配图及其主要零件图；3、完成设计计算说明书。三、设计工作量1、A3幅面装配图一张，A4幅面主要零件图一张。2、设计计算说明书一份。进度安排起止日期工作内容2010.11.27-2010.11.28设计方案的分析及选择2010.11.29-2010.11.30参数的设计计算或程序编写；画装配草图2010.12.1-2010.12.3画装配图及零件图；整理、编写设计计算说明书主要参考资料1 许林成，赵治华，王治. 包装机械原理与设计M.上海：上海科学技术出版社，1998.2 雷伏元.自动包装机设计原理M.天津：天津科技出版社，1986.3 许林成.包装机械M.长沙：湖南大学出版社，1986.4 孙凤兰，马喜川.包装机械概论M.北京：印刷工业出版社，1998.5 尚久浩.自动机械设计M.北京：中国轻工业出版社，2003第二章 设计说明2.1星型拨轮的设计2.1.1拨轮齿槽数（齿数）的确定。传送量Q=5400瓶/时 Q=60设=6 =15r/min 2.1.2.拨轮节圆半径确定 取=240mm螺杆转数n=2.2 变螺距螺杆供送装置设计2.2.1四阶式：1 输入等速段，螺距小于，有助于稳定的导入。2 变加速段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击。3 等加速段，与输送带拖动瓶罐的摩擦作用力相适应，采用等加速运动规律使之曾大间距，以保证在整个供送过程中与螺旋槽有可靠的接触点而不容易晃动和倾倒。4 输入等速段，使螺距等于，以改善星型拨轮齿槽的结构形式及其齿入状态，这对供送异性瓶罐尤为重要。2.2.2组合螺旋线的设计.螺杆输入等速段螺旋线.主体部位圆弧半径，螺杆的内外半径分别为， 则（2-44）r=(0.71)( )一般情况下，螺杆内径值依据螺杆芯部及其支承轴端的结构强度和尺寸等因素确定。实际中也可从满足某种工艺要求的角度来考虑这个问题，例如供送安瓿，为防止倾倒挤碎，应选用较大的螺杆内径和较小的螺旋角。取=35mm.则R取为60mm. D=120mm螺杆等速段的螺距赢取为 两相邻容器间的平均间隙 取=4mm设等速段螺旋线的最大圈数（通常取为1），中间任意值，对应螺旋角周向展开长度 轴向长度供送速度对于图2-51所示的变螺距螺杆与行星拨轮组合供送装置，包装容器的供入速度另有控制要求： 当大于时，依靠输送带队包转该容器的摩擦拖动作用加速，以接近于螺杆的初始供送速度； 当小于时，借助于可调式波形尼龙板或刷版等缓冲装置使其减速。据此苛求得供入段的输送长度 （2-50）式中为容器与输送带的滑动摩擦因数 螺杆等速段包装容器与输送带的最大速差 （2-51）设计时，要尽量减少值，拨轮节距和螺杆转速都不宜过大，以免加快链板工作表面的磨损，引起容器强烈的振动。螺杆变加速段螺旋线。供送加速度，由增加到某一最大，则 （2-52）相应供送速度及轴向位移为： （2-53） （2-54）式中，分别为被供送容器移动行程及其最大值所需要的时间由边界条件得知：当=0时，=0，=；而当=时，=，故可确定各待定系数：=， ，=0. 将、的值代入（2-54） 并取 ，（式中，分别表示变加速段螺旋线圈数的任意值和最大值，常取,这里=1，=2）整理得： （2-55） 可证明该段螺旋线的展开图形是由一条斜直线和一条按摆线投影规律变化的曲线叠加而成的曲线。将外螺旋线周向展开长度的任意值和最大值代入 式（2-55），视为自变量求导，可得相应螺旋角，即 （2-56） 最大值为 （2-57）根据式（2-55）可求出，在限定时间内，任意螺距值为： （2-58）同理，在限定区间内，第一、第二段衔接处的螺距为 （2-59）将、各值代入式（2-52）和式（2-53），导出该段的加速度及速度的计算式： （2-60） （2-61） （2-62）由上可知，当其他条件一定时，变加速段的外螺旋角、螺距和供送速度均随螺旋圈数的增大而增大。若取=0，则=，=，=0，符合螺杆前两段的位移、速度及加速度曲线的衔接要求。螺杆等加速段螺旋线。设螺杆等加速段的供送加速度=，则相应的供送速度及轴向位移为 （2-63） （2-64）式中被供送容器移过行程所需的时间由边界条件知：当=0时，=0，=，故可确定各特定系数=，=0，将和值代入式（2-64）得 （2-65）设等加速段螺旋线的最大圈数为=3，中间任意值，在这取=2，由于=，且令当量螺距 （2-66）由式（2-65），解出等加速段的位移为 （2-67）可见，等加速段螺旋线的展开图形是由一条斜直线和一条按抛物线规律变化的曲线叠加而成的曲线。 将此段外螺旋线展开长度：=753.6mm，=1130.4mm 代入上式，可求的轴向位移 （2-68）视为自变量，对上式求导，则等加速段外螺旋线的螺旋角及其最大值分别为： （2-69） （2-70）由以上两式导出 （2-71） 这表明，等加速段的供送加速度与螺杆转速的平方成正比；当星形拔轮节距和等速段螺距保持定值时，适当地增加后两段螺旋线的总圈数，有助于降低螺杆的供送加速度，火提高螺杆转速。根据式（2-67），可求得等加速段限定区间（）内的任意螺距值 （2-72）其最大值 （2-73）同理，在限定区间（）内，第二、三段衔接处螺距为 （2-74）再将值代入式（2-63）得 （2-75）最大值 （2-76）以上表明，当其他条件一定时，螺杆等加速段的外螺旋线螺旋角、螺距和供送速度同样随螺旋圈数的增大而增大。若取，则，符合螺杆后两段的位移、速度及加速度曲线的衔接要求。 螺杆输出等速段螺旋线。此处，使螺距等于，即，以改善星形拔轮齿槽的结构形式及其啮入状态。设输出等速段最大圈数为，供送速度同向展开长度，轴向长度，最后，为了便于设计计算和机械加工，将式（2-71）的值分别代入（2-55）和式（2-67）中（以此类推），经整理得： = （2-77） = （2-78） = （2-79） = （2-80）综上所述，螺杆等速段的最大轴向长度仅与螺距和圈数有关；变加速段和等加速段的最大轴向长度、与拔轮节距、螺距、及圈数、有关。至此，可求出供送螺杆四段式组合螺旋线展开图形的轴向及周向全长： （2-81） （2-82）2.3组合螺旋线展开图形的绘制。本节利用MATLAB的绘图功能，会别对高速分件供送螺杆的加速度和速度等方面进行分析。MATLAB程序Cb=input(请输入拨轮节距Cb=);n=input(请输入螺杆的转速n=);s01=input(请输入等速段螺距长度s01=);a=(pi*n2*(Cb-s01)/(2*2+4*pi)%匀加速时候的加速度figurei1m=1;i2m=2;i3m=3;i4m=1;i1=0:0.001:i1m;H1=s01*i1;%等速段轴向位移H1m=s01i2=i1m:0.001:i1m+i2m;H2=H1m+(s01*(i2-i1m)+(4*(i2m)2*(Cb-s01)/(pi*(2*i2m+pi*i3m)*(pi*(i2-i1m)/(2*i2m)-(sin(pi/2)*(i2-i1m)/(i2m)*1;H2m=(s01+(2*i2m*(pi-2)*(Cb-s01)/(pi*(2*i2m+pi*i3m)*i2mi3=i1m+i2m:0.001:i1m+i2m+i3m;H3=H1m+H2m+(s01+(pi*(Cb-s01)/(2*(2*i2m+pi*i3m)*(4*i2m)/pi+(i3-3).*(i3-3);H3m=(s01+(Cb-s01)*(4*i2m+pi*i3m)/(2*(2*i2m+pi*i3m)*i3mi4=i1m+i2m+i3m:0.001:i1m+i2m+i3m+i4m;H4=H1m+H2m+H3m+Cb*(i4-6);H4m=Cb*i4msubplot(3,1,1);plot(i1,H1,i2,H2,i3,H3,i4,H4)xlabel(i);ylabel(H);title(位移图)v0=s01*n;v2=v0+(2*a*i2m)/(pi*n)*(1-cos(pi*(i2-1)/(2*i2m);v3=v0+(pi*n)*(Cb-s01)/(2*i2m+pi*i3m)*(2*i2m/pi+(i3-3);v4=Cb*n;subplot(3,1,2);plot(i1,v0,i2,v2,i3,v3,i4,v4)xlabel(i);ylabel(v);title(速度图)a1=0;a2=a*sin(pi/2)*(i2-1)/i2m);a3=a;a4=0;subplot(3,1,3);plot(i1,a1,i2,a2,i3,a3,i4,a4)xlabel(i);ylabel(a);title(加速度图)H=H1m+H2m+H3m+H4m图2-58 四段式供送螺杆的位移、速度、加速度变化曲线2.4解析法确定螺旋槽轴向剖面的几何形状和基本参数。分件供送螺杆的螺旋槽主要起推送、隔挡、分隔成列物件的作用，不过这些作用会因条件变化有所差别而已。设计螺旋槽的宗旨，是要按照被供送物件主体部位的形状、大小及预选的螺杆内外直径和螺距，来确定螺旋槽轴向剖面几何图形及其宽度。这些，对实现稳定可靠的供送运动以及检测螺杆的设计制造质量均有重要意义。另外，还有合理确定螺杆外半径提供了依据。设想瓶罐主体部全的弧线能同螺杆自由贯穿，而且证它与螺杆轴线保持一事实上的间距并对公切面投影互相垂直，这样，当瓶罐沿给定的螺杆内螺旋线产生移动和滚动时，凡是与螺杆某一轴向剖面贯穿的母线所形成的各迹点的包络线，即为螺旋槽对指定剖面的几何形状。对变螺距螺杆而言，整个空间螺旋线上各螺旋槽的轴向剖面几何图形，本身既无任何对称性，又互不相同。前后的螺距变化越大，差异越明显。但是，为了简化设计计算，可以螺杆螺旋线展开图形上某点的左右两侧至少各取半个螺距值，然后把此区段内变螺距螺旋线近似的转化为等螺距的。参阅图2-56，以螺杆和正圆柱形物件的轴心做一空间直角坐标系，并使坐标面yz通过螺杆外螺旋线上的一点i，沿该点两侧各量取半个螺距s/2，再将这一区段内的变螺距螺旋线转化为等螺距螺旋线。另外在物件的外表面上任取一母线，令其与坐标面xy的交点为m(k,l)。于是假想该母线沿着以k为半径的相应等螺距内螺旋线由初始位置mn匀速的移动过距离x-l，又同步地滚过角度到一新位置。此时，它同i点轴向剖面相截的迹点坐标为j(x,y)。则由图示的几何关系得近似的计算式图2-56 正圆柱形包装容器与螺杆作相贯运动的分析简图 （2-84）（2-83）式中 表明，对于不同的,就能得到相应不同的迹点曲线，即函数y=f(x)。所以是曲线族方程 （2-85）的参数。上式对求偏导，并令它等于0，然后与联立，解得，这两个式子即为曲 族的切点方程或包络方程，进而可近似画出所要求做的螺旋槽轴向剖面几何形状。由直接可以写出 （2-86）理论上在0到90度之间，即sec0，显然 （2-87）由于 （2-88）依次导出曲线族包络线轨迹的y坐标值 (2-89)同理可导出曲线族包络线轨迹的x的坐标值 （2-90）若取也应改为，在此条件下（2-92）（2-91） 若、R、S、均已选定，可用多种方法求出值。考虑到以上诸式是将变螺距螺旋线按所选点及所限定区间近似看为等螺距螺旋线而推导出来的，所以，根据曲线族包络线确定的螺旋槽轴向剖面几何开头对y轴线必然对称的。因而求出螺旋槽宽度为 （2-93）由上式可见，变螺距螺旋槽的宽度必定随着螺距的增大而增大，这为正确的自动加工圆弧形尤其是异形螺旋槽的变距螺杆，提供了理论基础。仍用前述的已知条件，参阅图2-56、2-57，求出螺旋槽两边缘线与瓶罐接触点a、b所形成的上下二接触角应为 （2-94）下面进一步探计当、S