畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）包裝機(jī)縱封牽引及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

1、包裝機(jī)縱封牽引及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 摘 要 包裝工業(yè)作為一門新興工業(yè)，具有明顯的時代特征。它既是配套工業(yè)，也是 當(dāng)今的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。在日益發(fā)展的市場經(jīng)濟(jì)中，包裝工業(yè)對其他工業(yè)的發(fā)展起 到了推動作用。包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕 重的地位和作用，它給行業(yè)提供必要的技術(shù)設(shè)備，以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝 過程。 食品包裝中所采用的包裝材料一般都印有商標(biāo)圖案，每個商標(biāo)圖案按一定長 度等距分布。在包裝過程中，必須保證橫封切斷的位置準(zhǔn)確，使包裝袋上的商標(biāo) 圖案完整無缺。當(dāng)以固定速度牽引薄膜時，難免會出現(xiàn)封切點(diǎn)沒有準(zhǔn)確落在商標(biāo) 圖案之間的現(xiàn)象，或超前切斷，或滯后切斷。自動包裝機(jī)

2、中常采用光電檢測控制 微調(diào)裝置來達(dá)到要求，微調(diào)傳動采用行星輪式差動傳動裝置。 本文主要以立式連續(xù)制袋裝填封口包裝機(jī)為研究對象，介紹其國家標(biāo)準(zhǔn)、主 要工作機(jī)構(gòu)和工藝過程，闡述了包裝袋牽引過程中調(diào)節(jié)補(bǔ)償?shù)脑?、?shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)， 并對縱封牽引及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：制袋包裝機(jī)；縱封；調(diào)節(jié)補(bǔ)償 the design of the vertical seal and the control mechanism of packaging machinery abstract packaging industry has an obvious characteristic of ages

3、as a new industry. it is not only an assistant industry, but also one of the predominant industry in nowadays. in developing market economy, packaging industry promotes other industry develop. packaging machinery is one of the products in packaging industry, it has very important position, and provi

4、des necessary technique and equipments, for fit in with request of packaging technology of products. packing material in food packing always has trademark pattern , which has the same length. in packing we must cut off packing material horizontally accurate, in order to assure the pack is integral.

5、when with certain speed to furnish packing material, it can be come amiss, faster or later. auto packaging machinery makes use of light electricity examination to control the mini regulating mechanism which is planet gear. the paper regard automatic form-fill-seal machine as the research object, int

6、roduce the national standard, main working mechanism and technology process. introduce the principle of packing control, mechanism. analyses and design the vertical seal and its control mechanism. keywords: pack-making machine; vertical seal; control compensate 目錄 1 緒論.1 1.1 引言.1 1.2 立式制袋包裝機(jī)概述 .2 1.

7、2.1 發(fā)展情況.2 1.2. 2 總體結(jié)構(gòu).2 2 包裝機(jī)縱封牽引及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 .4 2.1 有色標(biāo)包裝材料帶在供送過程中的補(bǔ)償調(diào)節(jié) .4 2.2 差動式傳動裝置 .6 2.3 光電檢測電控原理.8 3 總體設(shè)計(jì) .10 3.1 縱封及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)示意圖.10 3.2 縱封機(jī)構(gòu).10 3.2.1 包裝要求.10 3.2.2 包裝的線速度.10 3.2.3 縱封輥的直徑.11 3.2.4 輥的轉(zhuǎn)速.11 3.2.5 總傳動比.12 3.2.6 分配各級傳動比.12 3.2.7 計(jì)算部分軸的運(yùn)動及動力參數(shù).12 3.3 調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu).13 3.3.1 差動行星輪傳動比關(guān)系.

8、13 3.3.2 調(diào)節(jié)補(bǔ)償要求.13 3.3.3 調(diào)節(jié)補(bǔ)償轉(zhuǎn)速.13 3.3.4 選擇電動機(jī).13 3.3.5 補(bǔ)償總傳動比.13 3.3.6 分配傳遞比.13 3.3.7 計(jì)算部分軸的運(yùn)動及動力參數(shù).14 4 預(yù)選變速第一對齒輪設(shè)計(jì) .15 4.1 已知條件.15 4.2 選擇材料.15 4.3 按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距.15 4.4 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度.16 4.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.17 4.6 齒輪主要幾何參數(shù).17 5 預(yù)選變速第二對齒輪設(shè)計(jì) .18 5.1 已知條件.18 5.2 選擇材料.18 5.3 齒輪主要幾何參數(shù).18 6 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計(jì) .19 6.1 已知條件.

9、19 6.2 選擇材料及確定許用應(yīng)力.19 6.3 選擇蝸桿頭數(shù) z1 和蝸輪齒數(shù) z2 .19 6.4 按蝸輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì).19 6.5 驗(yàn)算蝸輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.20 6.6 主要幾何尺寸計(jì)算.20 6.7 熱平衡計(jì)算.20 7 差動行星輪設(shè)計(jì) .22 7.1 已知條件 .22 7.2 選擇材料.22 7.3 確定齒輪齒數(shù).22 7.4 實(shí)際傳動比和轉(zhuǎn)速.22 7.5 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)計(jì)算.23 7.6 強(qiáng)度驗(yàn)算.23 7.6.1 中心輪、行星輪傳動接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算.23 7.6.2 中心輪、行星輪傳動彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算 .24 7.6.3 大太陽輪、行星輪傳動接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算.25 7

10、.6.4 大太陽輪、行星輪傳動彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算.26 7.7 齒輪主要幾何參數(shù).27 8 轉(zhuǎn)臂齒輪設(shè)計(jì) .28 8.1 已知條件.28 8.2 選擇材料.28 8.3 齒輪主要幾何參數(shù).28 9 對輥等速齒輪設(shè)計(jì) .29 9.1 已知條件.29 9.2 選擇材料.29 9.3 確定齒數(shù).29 9.4 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度.30 9.5 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度.30 9.6 齒輪主要幾何參數(shù).31 10 變速軸的設(shè)計(jì) .32 10.1 確定軸上的作用力（情況一） .32 10.2 確定軸上的作用力（情況二） .32 10.3 選擇軸的材料.33 10.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).33 10.4.1 軸徑的確

11、定.33 10.4.2 確定軸承型號.33 10.4.3 軸段長度的確定.34 10.5 計(jì)算支座反力.34 10.5.1 鉛直面內(nèi)的支座反力.34 10.5.2 水平面內(nèi)的支座反力.34 10.6 作彎矩圖.35 10.6.1 鉛直面內(nèi)彎矩 my 圖.35 10.6.2 水平面內(nèi)彎矩 mz 圖 .35 10.6.3 作合成彎矩圖.36 10.7 作轉(zhuǎn)矩圖.36 10.8 作當(dāng)量彎矩圖.36 10.9 按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸的直徑.38 11 鍵的校核 .39 11.1 主軸上鍵的選擇.39 11.2 鍵的強(qiáng)度校核.39 12 結(jié)論 .40 12.1 特點(diǎn).40 12.2 主要技術(shù)參數(shù).40 12.

12、3 問題與不足.40 謝辭 .41 參考文獻(xiàn) .42 外文資料 .43 譯文 .58 1 緒論 1.1 引言 包裝工業(yè)作為一門新興工業(yè)，具有明顯的時代特征。在日益發(fā)展的市場經(jīng) 濟(jì)中，包裝工業(yè)對其他工業(yè)的發(fā)展起到了推動作用。包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一 大門類產(chǎn)品，在包裝工業(yè)中有著舉足輕重的地位和作用。隨著市場經(jīng)濟(jì)的深入 發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，對商品包裝提出了更高的要求.哪里有商品, 哪里就有包裝，各種各樣的商品，有著千變?nèi)f化的包裝，對應(yīng)著種類繁多的包 裝機(jī)械，其中自動制袋裝填包裝機(jī)在眾多的包裝機(jī)械產(chǎn)品中屬于量大面廣的一 類，它廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工等行業(yè)。 自動制袋裝填包裝機(jī)所采用的包裝

13、材料為卷筒式包裝材料，在機(jī)上實(shí)現(xiàn)自 動制袋、裝填、封口、切斷等全部包裝工序。這種方法適用于粉狀、顆粒、塊 狀、流體及膠體狀物料的包裝，特別以小食品、顆粒沖劑和速溶食品的包裝應(yīng) 用最為廣泛。 包裝袋也有多種形式，常見的有：中封式兩端封口、四邊封口以及三邊封 口等。對于不同的袋型，包裝機(jī)的結(jié)構(gòu)有所不同，但主要構(gòu)件及工作原理基本 相同。 自動制袋裝填包裝機(jī)普遍采用的包裝流程如圖 1 所示。 包裝材料成型 縱封 （橫封） 物料計(jì)算裝填 橫封 （縱封） 分切成品 圖 1-1 自動制袋裝填包裝機(jī)工藝流程圖 自動制袋裝填包裝機(jī)的種類有很多，按總體布局分為立式和臥式兩大類； 按制袋的運(yùn)動形式來分，有連續(xù)式和間

14、歇式兩大類。 本文主要以立式連續(xù)制袋裝填封口包裝機(jī)（以下稱立式制袋包裝機(jī)）為研 究對象，設(shè)計(jì)縱封牽引及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)。 1.2 立式制袋包裝機(jī)概述 1.2.1 發(fā)展情況 1998 年下半年，受國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的委托，原機(jī)械工業(yè)部包裝機(jī)械產(chǎn) 品質(zhì)量監(jiān)檢測中心對國內(nèi)部分國有企業(yè)、集體企業(yè)、合資企業(yè)生產(chǎn)的立式制袋 包裝機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行了突擊性質(zhì)量監(jiān)督抽查。 抽查結(jié)果表明：國內(nèi)小劑量立式制袋包裝機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量大多比較成熟。到目 前為止，基本上解決了液體、膏體、粉料、顆粒、片劑等物料的包裝問題。在 中、大劑量包裝方面，產(chǎn)品質(zhì)量也有了很大的提高，其中中型液體立式制袋包 裝機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量較好 。盡管我國生產(chǎn)的立式制袋包

15、裝機(jī)在電氣控制、結(jié)構(gòu)調(diào)整 外形美觀上與國外先進(jìn)國家的產(chǎn)品尚有一定的差距，但大都比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用，穩(wěn) 定性也有了很大提高。如：該類包裝機(jī)的包裝成品質(zhì)量是衡量整機(jī)質(zhì)量好壞的 一個重要方面。此次抽查的包裝機(jī)生產(chǎn)出的成品質(zhì)量普遍不錯，特別是包裝袋 熱封口處的拉伸強(qiáng)度比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求值高出很多，即封口牢固度好。以上結(jié)論 從宏觀上講基本上能反映出目前該類包裝機(jī)產(chǎn)品全國質(zhì)量水平和行業(yè)質(zhì)量狀況。 我國立式制袋包裝機(jī)產(chǎn)品從無到有，已經(jīng)走過了近 20 年的歷程，但與國外 發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品相比，起步還是較晚。到目前為止，生產(chǎn)立式制袋包裝機(jī)的 專業(yè)廠、兼業(yè)廠大大小小約一百多家。該類機(jī)械的生產(chǎn)企業(yè)，有的在市場競爭 中被淘汰，

16、有的在不斷發(fā)展壯大，有的才剛剛起步。這些企業(yè)中有國營企業(yè)、 集體企業(yè)、個體企業(yè)和三資企業(yè)，多屬于中小型企業(yè)。這些企業(yè)主要分布在北 京、天津、山東、上海、安徽、江蘇、浙江、廣東等地區(qū)，以生產(chǎn)小劑量包裝 機(jī)的為多，其年產(chǎn)量約占該類包裝機(jī)總產(chǎn)量的 80%左右1-3。 1.2. 2 總體結(jié)構(gòu) 立式制袋包裝機(jī)有一系列多種型號，適用于不同的物料以及多種規(guī)格范圍 的袋型。雖然如此，其外部及內(nèi)部結(jié)構(gòu)是基本相似的。 典型的立式制袋包裝機(jī)整機(jī)包括七大部分：傳動系統(tǒng)、薄膜供送裝置、袋 成型裝置、縱封裝置、橫封及切斷裝置、物料供給裝置以及電控檢測系統(tǒng)。 我國生產(chǎn)的立式制袋包裝機(jī)以普通型、通用型為主，即在同一臺設(shè)備上，

17、 同一豎直方向上自動完成包裝袋成型、計(jì)量、打印日期、充填、封口、切斷、 輸出等工序。包裝物料一般為：液體、粘稠體、顆粒物料、粉料、膏體、片劑、 膨化食品等。充填計(jì)量方式一般為：容積式、稱重式。容積式又可分為量杯式、 旋轉(zhuǎn)閥式、柱塞式；稱重式又可分為電子秤、杠桿秤兩種。有些包裝機(jī)還采用 組合式，如粗供料采用容積式，精供料采用稱重式等。所包裝材料主要是具有 可熱封的塑料單膜和各種復(fù)合膜（如：紙-塑復(fù)合、塑-塑復(fù)合、鋁-塑復(fù)合等）。 包裝成形袋以扁平袋為多（如：枕形袋、三邊封口袋、四邊封口袋）。熱封方 式主要有：往復(fù)式、型閉合式、旋轉(zhuǎn)式【1-3】。 2 包裝機(jī)縱封牽引及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理 2.1

18、 有色標(biāo)包裝材料帶在供送過程中的補(bǔ)償調(diào)節(jié) 食品包裝中所采用的包裝材料卷一般都印有商標(biāo)圖案，每個商標(biāo)圖案作為 獨(dú)立的單元按一定長度等距分布。在完成產(chǎn)品的包裝過程中，必須保證橫封切 斷的位置準(zhǔn)確，使包裝袋上的商標(biāo)圖案完整無缺，不會錯位。 因此，有標(biāo)識圖案的卷膜必須要按圖案的實(shí)際間距進(jìn)行供送，確保其定位 的準(zhǔn)確性。商標(biāo)圖案的定位精度是衡量包裝質(zhì)量的重要指標(biāo)，同時也反映出包 裝機(jī)的性能優(yōu)劣。因此設(shè)計(jì)合理的定位調(diào)節(jié)裝置是非常重要的。 由于卷筒包裝材料在印刷過程中的誤差，以及在應(yīng)用于包裝過程中受力和 溫濕度的影響，不可避免會引起圖案間距和長度的變化。當(dāng)以固定速度牽引薄 膜時，難免會出現(xiàn)封切點(diǎn)沒有準(zhǔn)確落在商

19、標(biāo)圖案之間的現(xiàn)象，使分切的包裝袋 圖案不完整，或超前切斷，或滯后切斷。因此只靠牽引滾輪和橫封切斷機(jī)構(gòu)的 速比配合是難以滿足有色標(biāo)帶的連續(xù)定位供送的。自動包裝機(jī)中最常用的方法 是采用光電檢測控制微調(diào)裝置來達(dá)到要求【4-6】。 電子放大器微動開關(guān) 伺服電 機(jī)正反 轉(zhuǎn) 差動機(jī)構(gòu) 縱封滾輪 增減速 靈敏度調(diào)節(jié) 時間繼電器 同步凸輪 延時設(shè)定 （修正量） 光電信號 圖 2-1 光電微調(diào)系統(tǒng)原理框圖 包裝薄膜帶每個商標(biāo)圖案之間都印有一個條形標(biāo)記，一般是寬約 5mm 的矩 形，稱作“色標(biāo)”或“光標(biāo)” ，其顏色要求與圖案底色反差明顯。光電檢測裝置 正是通過識別光標(biāo)而發(fā)出信號，使控制裝置執(zhí)行對包裝材料帶牽引輸送

20、速度的 調(diào)節(jié)。 由此可見，在連續(xù)式自動制袋裝填包裝機(jī)中，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的定位封切，必 須配備一個光電微調(diào)系統(tǒng)。具體設(shè)計(jì)是：通過光電繼電器及凸輪同步開關(guān)操控 伺服電機(jī)，經(jīng)減速及差動輪系，使縱封牽引滾輪實(shí)現(xiàn)隨機(jī)的增速或減速，從而 調(diào)整包裝膜在輸送過程中色標(biāo)滯后或超前的現(xiàn)象。圖 2-1 所示是光電微調(diào)系統(tǒng) 原理。 圖 2-2 有色標(biāo)帶輸送補(bǔ)償調(diào)節(jié)原理示意圖 1-卷膜 2-光電傳感器 3-光電繼電器 4、5-凸輪同步開關(guān) 6、7-電控裝置 8-伺服電機(jī) 9-微調(diào)傳動裝置 10-縱封牽引裝置 11-橫封切輥 圖 2-2 所示是一個有色標(biāo)帶輸送補(bǔ)償調(diào)節(jié)原理，可更直觀地分析光電微調(diào) 系統(tǒng)的工作原理。所謂補(bǔ)償調(diào)節(jié)

21、，即按商標(biāo)圖案在包裝材料帶上的實(shí)際間距進(jìn) 行隨機(jī)調(diào)節(jié)，確保商標(biāo)圖案準(zhǔn)確定位。如圖示，由主電機(jī)經(jīng)減速機(jī)構(gòu)（圖中沒 標(biāo)示）給定一個正常轉(zhuǎn)速使縱封牽引滾輪 10 運(yùn)轉(zhuǎn)，同時橫封切輥 11 也以給定 的轉(zhuǎn)速動作。另外，通過分配軸使凸輪同步開關(guān) 4，5 的凸輪回轉(zhuǎn)，控制同步開 關(guān)實(shí)現(xiàn)周期性的閉合，其周期與封切輥 11 同步。 在運(yùn)行中，通過光電信號控制光電繼電器 3 動作，并綜合同步開關(guān) 4，5 使 電控裝置 6 或 7 接通，分別控制伺服電機(jī) 8 正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)。伺服電機(jī)再通過微調(diào) 傳動裝置 9 給予縱封牽引滾輪 10 一個補(bǔ)償轉(zhuǎn)速，使其按實(shí)際情況或增速或減速， 從而確保在等時間間隔內(nèi)牽引輸送出色標(biāo)間實(shí)際

22、長度的包裝材料帶，使封切定 位準(zhǔn)確【4-6】。 整個控制過程將出現(xiàn)三種情況： （1）在正常情況下 在封切瞬間，色標(biāo)正確到位，使光電傳感器 2 發(fā)出脈沖信號，光電繼電器 3 常開觸頭閉合，但此時的同步開關(guān) 4，5 均處于斷開狀態(tài)，因此電控裝置 6，7 不通電，補(bǔ)償裝置不動作，縱封牽引滾輪以給定速度運(yùn)轉(zhuǎn)。 （2）當(dāng)色標(biāo)發(fā)生滯后現(xiàn)象時 即實(shí)際商標(biāo)圖案大于標(biāo)準(zhǔn)長度時，在光電傳感器 2 發(fā)出脈沖信號令繼電器 3 動作的瞬間，凸輪同步開關(guān) 4 閉合，5 斷開，正補(bǔ)償電控裝置 6 接通，控制伺 服電機(jī) 8 正轉(zhuǎn)，通過微調(diào)傳動裝置 9 使縱封牽引滾輪 10 增速回轉(zhuǎn)，從而在標(biāo)準(zhǔn) 時間內(nèi)送出實(shí)際長度比標(biāo)準(zhǔn)長度大

23、的材料帶。 （3）當(dāng)色標(biāo)發(fā)生超前現(xiàn)象時 即實(shí)際商標(biāo)圖案小于標(biāo)準(zhǔn)長度時，在光電傳感器 2 發(fā)出脈沖信號令繼電器 3 動作的瞬間，凸輪同步開關(guān) 5 閉合，4 斷開，負(fù)補(bǔ)償電控裝置 7 接通，控制伺 服電機(jī) 8 反轉(zhuǎn)，通過微調(diào)傳動裝置 9 使縱封牽引滾輪 10 減速回轉(zhuǎn)，從而在相同 時間內(nèi)送出實(shí)際長度比標(biāo)準(zhǔn)長度小的材料帶。 由以上分析可見，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償調(diào)節(jié)是由五部分組成的，包括光電檢測裝置、 凸輪同步信號裝置、電控裝置、誤差補(bǔ)償裝置和微調(diào)傳動裝置。其中，誤差補(bǔ) 償裝置可采用伺服電機(jī)補(bǔ)償裝置或電磁離合式換向補(bǔ)償裝置，前者控制準(zhǔn)確可 靠，因而最常用。至于微調(diào)傳動裝置，主要采用差動式傳動裝置。 2.2差動式傳

24、動裝置 常用的差動傳動裝置有兩種形式，一種是錐齒輪式差動傳動裝置，另一種 是行星輪差動傳動裝置。本文以行星輪差動傳動裝置為設(shè)計(jì)對象， 如圖 3-3 所示，行星齒輪差動傳動機(jī)構(gòu)比較常用。當(dāng)光標(biāo)正確定位時，伺 服電機(jī)停轉(zhuǎn)，內(nèi)齒輪 z3固定不動。機(jī)構(gòu)由 z5輸入轉(zhuǎn)速，角速度為 5，通過中 心輪 z1、行星輪 z2和齒輪 z4，z6，z7，z8，z9驅(qū)動縱封牽引滾輪運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)正 常供紙。當(dāng)光標(biāo)出現(xiàn)超前或滯后現(xiàn)象時，由光電信號發(fā)出指令，驅(qū)動伺服電機(jī) 正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，輸出一個補(bǔ)償速度，實(shí)現(xiàn)牽引速度的調(diào)節(jié)。 同樣，由周轉(zhuǎn)輪系傳動關(guān)系可得 i= 4 13 43 41 21 32 zz zz 即 4= （式 2-1

25、） 31 3311 zz zz 當(dāng)光標(biāo)正確到位時，只有 1輸入轉(zhuǎn)速，而 3=0。 圖 2-3 行星齒輪差動調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 1-伺服電機(jī) 2-牽引滾輪 光標(biāo)滯后時，伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，向差動機(jī)構(gòu)輸入一個正補(bǔ)償運(yùn)動。因此輸入 角速度分別為 1和 3=（z0/z ）0，其中 z 為蝸輪齒數(shù)。 3 3 光標(biāo)超前時，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，向差動機(jī)構(gòu)輸入一個負(fù)補(bǔ)償運(yùn)動。因此輸入 角速度分別為 1和 3=（z0/z ）0。把以上各值分別代入 2-1 式，得 3 4= （式 2-2） 0 3 31 30 1 31 1 0 3 31 30 1 31 1 1 31 1 zzz zz zz z zzz zz zz z zz z c b

26、 a 由以上分析可知，縱封牽引滾輪由差動機(jī)構(gòu)帶動著忽快忽慢地回轉(zhuǎn)。當(dāng)薄 膜上的光標(biāo)滯后于封切時刻到達(dá)光電傳感器時，差動機(jī)構(gòu)輸出一個正補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn) 速，因而縱封牽引滾輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速比正常值要稍大；當(dāng)薄膜上的光標(biāo)超前于封 切時刻到達(dá)光電傳感器時，差動機(jī)構(gòu)輸出一個負(fù)補(bǔ)償?shù)霓D(zhuǎn)速，從而縱封牽引滾 輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速比正常值要稍小。因此，縱封牽引滾輪按光電信號時刻糾正包裝 材料帶的輸送速度，保證其正確定位供送。糾正材料帶輸送長度量由下式計(jì)算： l=rt （式 2- 3） 式中 l 為薄膜帶輸送糾正量(mm)； r 為縱封牽引滾輪牽引包裝材料帶部 分的半徑(mm)； 為牽引滾輪角速度變化量，由差動機(jī)構(gòu)輸出而獲得，其值

27、是 3-2 式中(b)或(c)與(a)的差值；t 為糾正偏差持續(xù)時間(s)，由檢控裝置 中的時間繼電器控制。 2.3 光電檢測電控原理 包裝機(jī)在運(yùn)行中，包裝材料帶連續(xù)輸送，帶上光標(biāo)不斷通過光電傳感器， 并由光電檢測裝置發(fā)出脈沖信號，經(jīng)電子裝置控制光電繼電器工作，實(shí)現(xiàn)調(diào)控。 由前述可知，為了識別信號是超前或滯后，還需要采用一個同步信號裝置 配合光電檢測裝置工作。因?yàn)楣怆娦盘栔荒芴峁﹥煞N狀態(tài)：通或斷。然而，補(bǔ) 償調(diào)節(jié)需要三種狀態(tài)：正常狀態(tài)、正補(bǔ)償狀態(tài)、負(fù)補(bǔ)償狀態(tài)，對應(yīng)于伺服電機(jī) 的運(yùn)動狀態(tài)就是停轉(zhuǎn)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)。為此，設(shè)計(jì)一個凸輪同步信號裝置（如圖 2-4 所示） 。 該裝置由兩個組合而成，安裝于分

28、配軸上，對應(yīng)于包裝機(jī)的包裝速率而運(yùn) 轉(zhuǎn)，即每封切一個包裝袋，凸輪隨分配軸轉(zhuǎn)一圈。其中凸輪 1 有凸出圓弧段 120，控制著常開微動開關(guān) sk；凸輪 2 有凹入圓弧段 120，控制著常閉微動 開關(guān) xk。兩凸輪如圖示安裝。當(dāng)凸輪裝置順時針運(yùn)轉(zhuǎn)時，將出現(xiàn)三種控制狀態(tài)， 如圖 a，b，c 三區(qū)段。在 a 區(qū)段，sk 和 xk 均處于斷開狀態(tài)；在 b 區(qū)段，sk 閉 合，xk 斷開；在 c 區(qū)段，sk 斷開，xk 閉合。因此，可把 a 區(qū)段設(shè)計(jì)為正常狀 態(tài)，當(dāng)光電信號在此區(qū)段發(fā)生時，商標(biāo)圖案正確到位，伺服電機(jī)不轉(zhuǎn)動；b 區(qū) 段可設(shè)計(jì)為正補(bǔ)償狀態(tài)，當(dāng)光電信號在此區(qū)段發(fā)生時，光標(biāo)滯后，伺服電機(jī)正 轉(zhuǎn)，使?fàn)?/p>

29、引滾輪增速；c 區(qū)段可設(shè)計(jì)為負(fù)補(bǔ)償狀態(tài)，當(dāng)光電信號在此區(qū)段發(fā)生 時，光標(biāo)超前，伺服電機(jī)反轉(zhuǎn)，使?fàn)恳凉L輪減速。至于超前或滯后的補(bǔ)償量， 則可采用時間繼電器，控制伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動時間來實(shí)現(xiàn)【7】。 圖 3-4 凸輪同步開關(guān)裝置 補(bǔ)償調(diào)節(jié)的控制線路如圖 2-5 所示。電路控制著伺服電機(jī)的三種運(yùn)動狀態(tài)： 圖 2-5 補(bǔ)償調(diào)節(jié)控制線路 （1）正常情況 包裝材料帶在輸送過程中通過光電傳感器，若兩色標(biāo)間商標(biāo)圖案長度與設(shè) 定標(biāo)準(zhǔn)長度相等時，即色標(biāo)正確到位。此時，在光電脈沖信號令光電繼電器 gj 接通瞬間，同步凸輪處于 a 區(qū)段，控制微動開關(guān) sk 和 xk 斷開，控制線路不通， 伺服電機(jī)不動。于是，縱封牽引滾輪

30、以給定速度牽引包裝材料帶前進(jìn)。 （2）色標(biāo)滯后 色標(biāo)間商標(biāo)圖案長度大于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)長度，即色標(biāo)滯后。在光電繼電器 gj 接 通瞬間，同步凸輪處于 b 區(qū)段，控制微動開關(guān) sk 接通，xk 斷開，于是 zc 接觸 器通電，控制伺服電機(jī)正轉(zhuǎn)，通過差動機(jī)構(gòu)令牽引滾輪增速轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)正補(bǔ)償。 補(bǔ)償量由時間繼電器 sj 延時控制。 （3）色標(biāo)超前 色標(biāo)間商標(biāo)圖案長度小于設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)長度，即色標(biāo)超前。在光電繼電器 gj 接通瞬間， 同步凸輪處于 c 區(qū)段，控制微動開關(guān) sk 斷開，xk 接通，于是 fc 接觸器通電，控制伺服 電機(jī)反轉(zhuǎn)，通過差動機(jī)構(gòu)令牽引滾輪減速轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)負(fù)補(bǔ)償。補(bǔ)償量同樣由時間繼電器 sj 延時控

31、制。 3 總體設(shè)計(jì) 3.1 縱封及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)示意圖 圖 3-1 所示為縱封牽引機(jī)及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)示意圖 圖 3-1 縱封及其調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)總體設(shè)計(jì)示意圖 3.2 縱封機(jī)構(gòu) 3.2.1 包裝要求 包裝速度：50-80（袋/min） 包裝袋尺寸（bl）: 120240 (mm) 70140 (mm) 3.2.2 包裝的線速度 v1=80 袋/min240mm/袋=0.32m/s v2=80 袋/min140mm/袋=0.186m/s 3.2.3 縱封輥的直徑 縱封輥轉(zhuǎn)動線速度=包裝袋移動速度 r=nl r2n=nl r1=38.2mm 2 1l 2 240 r2=22.2mm (

32、舍) 2 2l 2 140 取縱封輥的直徑 d=r12=76.4mm 3.2.4 輥的轉(zhuǎn)速 n= d 60 v n1=80r/min 4 . 76 0.3260 n2=46.5r/min 4 . 76 186 . 0 60 確定電動機(jī)轉(zhuǎn)速 縱封輥所需有效功率上限 p=0.3kw 傳動裝置總效率【8-11】 =12235455 式（3-1） 減速器（一級）傳動效率 1=0.95 聯(lián)軸器效率 2 =0.99 齒輪嚙合效率 3 =0.97 （齒輪精度為 8 級） 滾動軸承效率 4=0.99 縱封輥效率 5=0.90 則傳動總效率 =0.950.9920.9750.9950.90=0.685 所需電動

33、機(jī)功率 pr=0.438kw p 0.685 3 . 0 選 y 系列三相異步電動機(jī) y801-4 型，額定功率 pr=0.55kw，轉(zhuǎn)速 n0=1390r/min 3.2.5 總傳動比 = = = =17.375 總 i 1 0 n n 80 1390 = = = =29.892 總 i 2 0 n n 5 . 46 1390 3.2.6 分配各級傳動比 減速器=2.5 j i 差動行星輪 i1h=3 轉(zhuǎn)臂筒齒輪 i3=1.339 則 變速齒輪一 i1=1.73 31hjiii 總i 1.33932.5 375.17 變速齒輪二 i2=2.976 31hjiii 總i 1.33932.5 2

34、9.862 3.2.7 計(jì)算部分軸的運(yùn)動及動力參數(shù) 電動機(jī)軸： p0=pr=0.55kw n0=1390r/min t0=9.55=9.55=3.779nm 0 0 n p 1390 550 主軸： p1=p0122=0.550.950.992=0.512kw n1=556r/min ji n0 5 . 2 1390 t1=9.55=9.55=8.794nm 1 1 n p 556 512 變速軸： p2=p1=0.5120.970.99=0.492kw n21=321.39r/min 1 1 i n 73 . 1 556 t21=9.55=9.55=14.62nm 21 2 n p 39.3

35、21 492 n22=186.828r/min 2 1 i n 976 . 2 556 t22=9.55=9.55=25.15nm 式（3-4） 22 2 n p 828.186 492 3.3 調(diào)節(jié)補(bǔ)償機(jī)構(gòu) 3.3.1 差動行星輪傳動比關(guān)系 = 式（3-5） h i13 h h nn nn 3 1 21 32 zz zz 1 3 z z 則= = 總h n 31 3311 zz znzn 情況一：正常工作時= =n3 總h n 31 1 zz z 情況二：正補(bǔ)償時= =n3+n3 總h n 31 1 zz z 31 3 zz z 情況三：負(fù)補(bǔ)償時= =n3n3 總h n 31 1 zz z

36、31 3 zz z =nh+nh 總h n nh = =n1 則有 i1h=1+ 31 1 zz z hn n1 1 3 z z nh = =n3 則有 i3h=1+ 31 3 zz z hn n 3 3 1 z z 3.3.2 調(diào)節(jié)補(bǔ)償要求 v=5mm/s 3.3.3 調(diào)節(jié)補(bǔ)償轉(zhuǎn)速 n=2.5r/min d 60 v 4 . 76 1060 3.3.4 選擇電動機(jī) 55sl5a2 型，額定功率 pr=8w/220v，轉(zhuǎn)速 n0=2700r/min 3.3.5 補(bǔ)償總傳動比 =806.6 b i 3in ns 339 . 1 5 . 2 2700 3.3.6 分配傳遞比 減速器=18 j i

37、差動行星輪 i3h=1.5 蝸輪蝸桿=29.88 w i 3.3.7 計(jì)算部分軸的運(yùn)動及動力參數(shù) 電動機(jī)軸： p0=pr=8w n0=2700r/min t0=9.55=9.55=0.028nm 0 0 n p 2700 8 蝸桿： p1=p0=80.9130.992=7.158w n1=150r/min ji n0 18 2700 t1=9.55=9.55=0.0456nm 1 1 n p 150 158 . 7 4 預(yù)選變速第一對齒輪設(shè)計(jì) 4.1 已知條件 傳遞功率 p1=0.512kw，小齒輪轉(zhuǎn)速 n1=556r/min，傳動比 i=1.73，每天 2 班，預(yù)期壽命 6 年。 4.2 選

38、擇材料 小齒輪材料選用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度 210255hbs。大齒輪材料選 用 zg310-570，正火處理，齒面硬度 162185hbs。 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) n n1=60n1jlh=605561( 630016)=9.6108 式（4-1） n2=5.55108 i n1 73 . 1 106 . 9 8 查圖得 接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) zn1=1.0，zn2=1.07 (允許有一定點(diǎn)蝕) 查圖得 接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù) zx1=zx2=1.0 取 shmin=1.0 由圖得 齒面接觸疲勞極限 hlim1=550mpa hlim2=440mpa 計(jì)算許用接觸應(yīng)力 h1=zn1z

39、x1=1.01.0=550mpa 式（4-2） min 1lim h h s 0 . 1 550 h2=zn2zx2=1.071.0=470.8mpa min 2lim h h s 0 . 1 440 因h2h1，計(jì)算中取h= h2=470.8mpa 4.3 按齒面接觸強(qiáng)度確定中心距 小齒輪轉(zhuǎn)矩 t1 t1=9.55106=9.55106=8794nmm n1 p1 556 512 . 0 初取 ktzt2=1.1，a=0.4 由表得 彈性系數(shù) ze=188.9mpa 由圖得 節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) zh=2.5 傳動比 i=u=1.73 計(jì)算中心距 at(u+1) 式（4-3） 3 2 1 2 h e

40、h a zzz u kt =(1.73+1)3 2 8 . 470 9 . 1885 . 2 73 . 1 4 . 02 87941 . 1 =52.3mm 取中心距 a=140mm 估取模數(shù) m=(0.0070.02)a=(0.0070.02)140=0.982.8 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=2.5mm 齒數(shù) z1=41 式（4-4） 1 2 um a 173 . 1 5 . 2 1402 z2=uz1=1.7341=71 齒輪分度圓直徑 d1=mz1=2.541=102.5mm d2=mz2=2.571=177.5mm 圓周速度 v=2.98m/s 式（4-5） 3 11 1060 nd 3 106

41、0 556 5 . 10214 . 3 選齒輪精度為 8 級 4.4 驗(yàn)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度 按電機(jī)驅(qū)動，載荷平穩(wěn)，由表選 使用系數(shù) ka=1.0 按 8 級精度和 vz1/100=2.9841/100=1.22m/s，由圖得 動載系數(shù) kv=1.14 齒寬 b=aa=0.4140=56mm 由圖 按 b/d1=56/102.5=0.546，軸的剛度較大，齒輪在兩軸承間非對稱分布， 得齒向載荷分布系數(shù) k=1.035 由表得 齒間載荷分配系數(shù) k=1.1 則 載荷系數(shù) k=kakvkk=1.01.141.0351.1=1.3 式（4-6） 由圖得 端面重合度系數(shù) 1=0.779，2=0.795 得 =1+2=1.574 由圖得 接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù) z=0.91 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力 h=zhzez 式（4-7） u u bd kt1 2 2 1 1 =2.5188.90.91 73 . 1 173 . 1 5 .