包装机械设计课程设计指导书-三段或四段式分件供送螺杆与心形拨轮机构

包装机械设计课程设计指导书（2）机械工程学院2012年十一月2一、课程设计的目的《包装机械设计》课程设计是本课程各教学环节中重要的一环,它让学习者联系实际进一步深入理解、掌握所学的理论知识。其基本目的是：（1）培养理论联系实际的设计思想，训练综合运用包装机械和有关先修课程的理论，结合生产实际分析和解决工程实际问题的能力，巩固、加深和扩展有关包装机械设计方面的知识。（2）通过制订设计方案，合理选择供送刚性容器的方案，正确计算和确定相关尺寸和选择材料，以及较全面地考虑制造工艺、使用和维护等要求，之后进行结构设计，达到了解和掌握机械零件、包装机械经常采用的机构的设计过程和方法。（3）进行设计基本技能的训练。例如计算、绘图、熟悉和运用设计资料（手册、图册、标准和规范等）以及使用经验数据、进行经验估算和处理数据的能力。二、设计内容与步骤（一）设计内容以包装机中刚性容器供送机构的典型机构——分件供送螺杆为题。课程设计通常包括如下内容：了解刚性容器供送机构典型机构——分件供送螺杆，了解设计题目要求；分析该供送机构设计的可能方案；具体计算和设计该方案中机构的基本参数；进行结构及其附件的设计；绘制装配图及零件工作图；编写计算说明书以及进行设计答辩。（二）设计步骤：（1）设计准备认真研究设计任务书，明确设计要求、条件、内容和步骤；通过阅读有关资料、图纸、参观实物或模型、观看电视教学片、挂图等，了解设计对象；复习有关课程内容，熟悉零部件的设计方法和步骤；准备好设计需要的图书、资料和用具；拟定设计计划等。（2）供送机构装置的总体设计决定供送机构装置的方案；选择供送机构的类型，计算机构装置的运动和动力参数。（3）机构设计计算和选择机构的参数；确定机构结构和有关尺寸；绘制装配图草图；完成装配图的其他要求；审核图纸。（4）零件工作图设计（5）整理和编写计算说明书（6）设计总结和答辩三、设计要求在课程设计之前，准备好必要的设计手册或参考资料，以便在设计过程中逐步去学习查阅资料。确定设计题目后，至少应复习在课程中学过的相关内容。完成本课程设计的具体要求如下：１、设计说明书要全面反映设计思想、设计过程和结论性认识。其工艺设计要有文字、计算、公式来源、参数选取的资料名称或代号、图表（草图）。说明书用A4纸打印，约20页左右，并装订成册。２、设计图样按“机械制图”、“公差与配合”等国家标准完成。３、零件图按生产图样要求完成，零件的有关精度和技术要求要有合理的标注或说明。设计过程中，提倡独立思考、深入钻研，主动地、创造性地进行设计，反对不求甚解、照抄照搬或依赖老师。要求设计态度严肃认真、有错必改。只有这样，才能保证课程设计达3到教学基本要求，在设计思想、设计方法和设计技能等方面得到良好的训练。四、设计指导灌装机，封装机，装盒机等包装机械在生产过程中，均需要把瓶，罐，盒等包装容器按包装工艺要求的路线，速度，间距和状态供送到包装工位，与物料充填机构配合，完成物料充填，以满足确定的工艺条件，生产能力及布局要求。包装容器供送装置是包装机械的重要组成部分，其结构与性能的好坏，对提高包装成品质量，生成效率和自动化水平起重要作用，并对总体布局产生影响。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，并不断拓展其在充填，灌装，封口，贴标，计算，检测和自动包装线等方面的应用领域。目前，在包装机械领域，已广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置。这种装置可按某种工艺要求将规则或不规则排列的容器、物料以确定的速度、方向和间距分批或逐个地供送到给定的工位。特别是为了适应包装容器日新月异的变化和提设备生产能力的实际需要，分件供送螺杆装置正朝着多样化、通用化和高速化方向发展，并不断扩大它在灌装、充填、封口、贴标、计量、检测以及自动包装线等方面的应用领域。如图1所示为一种典型的变螺距螺杆与星型拨轮组合的供送装置，主要用于供送正圆柱形或某些异形瓶罐。图1典型变螺距螺杆与星形拨轮组合装置图在工件传送过程中，有的能顺利导入螺旋槽，有的却被螺杆端面阻挡甚至同输送过来的其他瓶罐产生冲撞，另外还可能使输出过程出现：“局部断流”现象。面对这些错综复杂的工作状况，为了更好地实现缓冲和“定时整流”的目的，对分件供送来说，就不宜采用螺距全是bC的等螺距螺杆，而应在螺杆的进中附近配备可调式减速装置，使瓶罐自动减速相互靠近，以便逐个依次顺利地导入螺旋槽内，接着再增速达到预定间距，借助拨轮有节奏地引导到包装工位。因此，当螺杆应用于高速度分件定时供送时，其螺旋线最标准的组合模式最好是四段式：4①输入等速段，螺距小于bC，有助于稳定的导入口②变加速度段，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增大间距，以保证在整个供送过程中与螺旋槽有可靠的接触摸点而不易晃动和倾倒。④输出等速段，使螺距等于bC，对供送导形瓶罐尤为重要。在某些场合（如多功能包装机机组）分件供送螺杆的输入和输出部位均用星形拨轮与之衔接，因两者具有确定的相位与同步关系，所以无需减速速装置。若要求两面三星形拨轮的节距相等，则所用螺杆应是等螺距的。图2四段式变螺距组合螺杆计算简图1螺杆输入等速段螺旋线图2所示为四段式变螺距螺杆。对供送正圆柱形容器，令其主体部位的圆弧半径为，螺杆的内外半径分别为0r、R，则可取0rR（1）一般情况下，取))(0.1~7.0(0rR，螺杆内径0r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。螺杆等速段的螺距应取为201S（2）式中——两相邻容器间的平均间隙（一般为几毫米，主要与容器加工精度有关）设等速段螺旋线的最大圈数为mi1（通常取为1），中间任意mii110，对应螺旋角DS0101tan（3）周向展开长度511DiL，mmDiL11（4）轴向长度1011iSH，mmiSH1011（5）供送速度01010tanDnnS（6）对于图1所示的变螺距螺杆与星形拨轮组合供送装置，包装容器的供入速度r另有控制要求：当0r时，依靠送带对包装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0r时，借助于可调式波形尼龙板或刷板等缓冲装置使其减速。据此可求得供入段的输送长度gLdrr2220（7）式中：d——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mnSCbm)(0101（8）设计时，引起容器强烈的振动。2螺杆变加速段螺旋线针对满足包装容器供送平稳的要求，选取该段螺杆的供送加速度2a，使2a由零值依正弦函数变化规律增加到某一最大a,则mttca22122sin（9）相应的供送速度及轴向位移为：222212222cos2ctttcdtamm（10）3222222212222sin4ctctttcdtHmn（11）式中2t、mt2分别表示被供送容器移过行程2H及其最大值mH2所需的时间由边界条件得知：当02t时，02H，02；而当mtt22时，aa2，故可确定各6待定系数：ac1，mtac2022，03c。将1c、2c、3c各值代入式（3-11）mmmittattaH222222022sin4)2(（12）设该段螺旋线的最大圈数为12通常取为mi到2，其中任意2i为mii220，由于nitnitmm2222,。上式可改写成)2sin2(42222222012mmmiiiitaiSH（13）可以证明，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。由于此段外螺旋线的周向展开长度mmDiLDiL2222,。将此值代入式（13），得)2sin2(4tan222222220122mmmLLLLniaLH（14）视2L为自变量，对上式求导，可求出该段外螺旋线的螺旋角2)2cos1(tantan2222201222mmiiRniadLdH（15）其最大值为Rniamm222012tantan（16）根据式（13），可求出该段限定区间（mii221）内的任意螺距值mmmmiiiiniaSS2222220124sin4)12(cos2214（17）再将1c和2c值分别代入式（9）和（10），导出该段的加速度及速度的计算式：miiaa2222sin（18）mmiinia222022cos12（19）7mmmDnmia2202tan2（3-20）由于可知，当其他条件一定时，变加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均随螺旋圈数的增大而增大。若取,02i则012，02，,00a符合螺杆的前两段的位移、速度及加速度曲线的衔要求。3螺杆等加速段螺旋线设螺杆等加速度段的供送加速度aa3，则相应的供送速度及轴向位移为4333ctadta（21）534233332ctctadtH（22）式中3t——被供送容器移过行程3H所需要的时间由边界条件可知：当03t时，3H=0，m23，故可确定各特定各系数：mc24，05c。将4c和5c值代入（22），得：233232tatHm（23）设等加速度段螺旋线的最大圈数为mi3（通常取3－5），中间任意值mii330，由于3t=ni3，且令当量螺距220122032tanniaSDnSmmm（24）由式（23），解出等加速段的位移为332201342iiinaSHm（25）可见，等加速段螺旋线的展开图形是一条斜直线和一条抛物线规律变化的曲线叠加机而成的曲线。将此段外螺旋线展开长度：33DiL,mmDiL33代入上式，可求得轴向位移232222332tanLnDaLHm（26）视3L为自变量，对上式求导，刚等加速度段外螺旋线的螺旋角及其最大值分别为：232333tantanDniadLdHm（27）8DCDniabmmm2323tantan（28）由以上两式导出mmbiiSCna320122（29）这表明，等加速段的供送加速度与螺杆转速度的平方成正比；当星形拨轮节距和等速度段螺距保持定值时，适当地增加后两段螺旋线的总圏数，有助于降低螺杆的供送加速度，或提高螺杆转速。根据式（25），可求得等加速段限定区间（mii331）内的任意螺距值)2(2)21(4)(323201013mmmbiiiiSCSS（30）其最大值bmmbbmCiiSCCS)2(2(32)013（31）再将4C值代入式(21)得)2(2)(32320103iiiiSCnmmmb（32）其最大值mDnnCb3tan3（33）以上表明，当其他条件一定时，螺杆等加速度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,03i则maa23，m23，aa3，符合螺杆后两段的位移、速度及加速度曲线的衔接要求。4螺杆输出等速段螺旋线输出等速段，使螺距等于bC，mmCSb12004设等速段螺旋线的最大圈数为mi4（通常取为1），中间任意mii440，对应螺旋角m304tantan（34）周向展开长度44DiL，mmDiL44（35）轴向长度4044iSH，mmiSH4044（36）9nSv044（37）最后，为便于设计计算和机械加工，将式（29）的a值分别代入式（13）和式（25）(以此类推)，经整理得：mmmbniiiiiiSCiiSH222232012220122sin