包裝機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(2)-三段或四段式分件供送螺桿與心形撥輪機(jī)構(gòu)

1、.包裝機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書（2）機(jī)械工程學(xué)院2012年十一月一、課程設(shè)計(jì)的目的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)是本課程各教學(xué)環(huán)節(jié)中重要的一環(huán),它讓學(xué)習(xí)者聯(lián)系實(shí)際進(jìn)一步深入理解、掌握所學(xué)的理論知識(shí)。其基本目的是：（1） 培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想，訓(xùn)練綜合運(yùn)用包裝機(jī)械和有關(guān)先修課程的理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力，鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)包裝機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)。（2） 通過(guò)制訂設(shè)計(jì)方案，合理選擇供送剛性容器的方案，正確計(jì)算和確定相關(guān)尺寸和選擇材料，以及較全面地考慮制造工藝、使用和維護(hù)等要求，之后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，達(dá)到了解和掌握機(jī)械零件、包裝機(jī)械經(jīng)常采用的機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)過(guò)程和方法。（3） 進(jìn)行設(shè)計(jì)基本技

2、能的訓(xùn)練。例如計(jì)算、繪圖、熟悉和運(yùn)用設(shè)計(jì)資料（手冊(cè)、圖冊(cè)、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及使用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算和處理數(shù)據(jù)的能力。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟（一）設(shè)計(jì)內(nèi)容以包裝機(jī)中剛性容器供送機(jī)構(gòu)的典型機(jī)構(gòu)分件供送螺桿為題。課程設(shè)計(jì)通常包括如下內(nèi)容：了解剛性容器供送機(jī)構(gòu)典型機(jī)構(gòu)分件供送螺桿，了解設(shè)計(jì)題目要求；分析該供送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的可能方案；具體計(jì)算和設(shè)計(jì)該方案中機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)；進(jìn)行結(jié)構(gòu)及其附件的設(shè)計(jì)；繪制裝配圖及零件工作圖；編寫計(jì)算說(shuō)明書以及進(jìn)行設(shè)計(jì)答辯。（二）設(shè)計(jì)步驟：（1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)備認(rèn)真研究設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確設(shè)計(jì)要求、條件、內(nèi)容和步驟；通過(guò)閱讀有關(guān)資料、圖紙、參觀實(shí)物或模型、觀看電視教學(xué)片、掛圖等，了解設(shè)計(jì)對(duì)象；

3、復(fù)習(xí)有關(guān)課程內(nèi)容，熟悉零部件的設(shè)計(jì)方法和步驟；準(zhǔn)備好設(shè)計(jì)需要的圖書、資料和用具；擬定設(shè)計(jì)計(jì)劃等。（2）供送機(jī)構(gòu)裝置的總體設(shè)計(jì)決定供送機(jī)構(gòu)裝置的方案；選擇供送機(jī)構(gòu)的類型，計(jì)算機(jī)構(gòu)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。（3）機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇機(jī)構(gòu)的參數(shù)；確定機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)和有關(guān)尺寸；繪制裝配圖草圖；完成裝配圖的其他要求；審核圖紙。（4）零件工作圖設(shè)計(jì)（5）整理和編寫計(jì)算說(shuō)明書（6）設(shè)計(jì)總結(jié)和答辯三、設(shè)計(jì)要求在課程設(shè)計(jì)之前，準(zhǔn)備好必要的設(shè)計(jì)手冊(cè)或參考資料，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程中逐步去學(xué)習(xí)查閱資料。確定設(shè)計(jì)題目后，至少應(yīng)復(fù)習(xí)在課程中學(xué)過(guò)的相關(guān)內(nèi)容。完成本課程設(shè)計(jì)的具體要求如下：、設(shè)計(jì)說(shuō)明書要全面反映設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)論性認(rèn)識(shí)

4、。其工藝設(shè)計(jì)要有文字、計(jì)算、公式來(lái)源、參數(shù)選取的資料名稱或代號(hào)、圖表（草圖）。說(shuō)明書用A4紙打印，約20頁(yè)左右，并裝訂成冊(cè)。、設(shè)計(jì)圖樣按“機(jī)械制圖”、“公差與配合”等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)完成。、零件圖按生產(chǎn)圖樣要求完成，零件的有關(guān)精度和技術(shù)要求要有合理的標(biāo)注或說(shuō)明。設(shè)計(jì)過(guò)程中，提倡獨(dú)立思考、深入鉆研，主動(dòng)地、創(chuàng)造性地進(jìn)行設(shè)計(jì)，反對(duì)不求甚解、照抄照搬或依賴?yán)蠋煛Ｒ笤O(shè)計(jì)態(tài)度嚴(yán)肅認(rèn)真、有錯(cuò)必改。只有這樣，才能保證課程設(shè)計(jì)達(dá)到教學(xué)基本要求，在設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)技能等方面得到良好的訓(xùn)練。四、設(shè)計(jì)指導(dǎo)灌裝機(jī)，封裝機(jī)，裝盒機(jī)等包裝機(jī)械在生產(chǎn)過(guò)程中，均需要把瓶，罐，盒等包裝容器按包裝工藝要求的路線，速度，間距和狀

5、態(tài)供送到包裝工位，與物料充填機(jī)構(gòu)配合，完成物料充填，以滿足確定的工藝條件，生產(chǎn)能力及布局要求。包裝容器供送裝置是包裝機(jī)械的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)與性能的好壞，對(duì)提高包裝成品質(zhì)量，生成效率和自動(dòng)化水平起重要作用，并對(duì)總體布局產(chǎn)生影響。目前，為更好適應(yīng)包裝容器的變化和大幅度提高設(shè)備的生產(chǎn)能力，螺桿式供送裝置正向多樣化和高速化發(fā)展，并不斷拓展其在充填，灌裝，封口，貼標(biāo)，計(jì)算，檢測(cè)和自動(dòng)包裝線等方面的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，在包裝機(jī)械領(lǐng)域，已廣泛應(yīng)用多種類型的分件供送螺桿裝置。這種裝置可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則排列的容器、物料以確定的速度、方向和間距分批或逐個(gè)地供送到給定的工位。特別是為了適應(yīng)包裝容器日新月

6、異的變化和提設(shè)備生產(chǎn)能力的實(shí)際需要，分件供送螺桿裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向發(fā)展，并不斷擴(kuò)大它在灌裝、充填、封口、貼標(biāo)、計(jì)量、檢測(cè)以及自動(dòng)包裝線等方面的應(yīng)用領(lǐng)域。如圖1所示為一種典型的變螺距螺桿與星型撥輪組合的供送裝置，主要用于供送正圓柱形或某些異形瓶罐。圖1典型變螺距螺桿與星形撥輪組合裝置圖在工件傳送過(guò)程中，有的能順利導(dǎo)入螺旋槽，有的卻被螺桿端面阻擋甚至同輸送過(guò)來(lái)的其他瓶罐產(chǎn)生沖撞，另外還可能使輸出過(guò)程出現(xiàn)：“局部斷流”現(xiàn)象。面對(duì)這些錯(cuò)綜復(fù)雜的工作狀況，為了更好地實(shí)現(xiàn)緩沖和“定時(shí)整流”的目的，對(duì)分件供送來(lái)說(shuō)，就不宜采用螺距全是的等螺距螺桿，而應(yīng)在螺桿的進(jìn)中附近配備可調(diào)式減速裝置，使瓶

7、罐自動(dòng)減速相互靠近，以便逐個(gè)依次順利地導(dǎo)入螺旋槽內(nèi)，接著再增速達(dá)到預(yù)定間距，借助撥輪有節(jié)奏地引導(dǎo)到包裝工位。因此，當(dāng)螺桿應(yīng)用于高速度分件定時(shí)供送時(shí)，其螺旋線最標(biāo)準(zhǔn)的組合模式最好是四段式： 輸入等速段，螺距小于，有助于穩(wěn)定的導(dǎo)入口 變加速度段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊。 等加速段，與輸送帶拖動(dòng)瓶罐的摩擦作用力相適應(yīng)，采用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律使之增大間距，以保證在整個(gè)供送過(guò)程中與螺旋槽有可靠的接觸摸點(diǎn)而不易晃動(dòng)和傾倒。 輸出等速段，使螺距等于，對(duì)供送導(dǎo)形瓶罐尤為重要。在某些場(chǎng)合（如多功能包裝機(jī)機(jī)組）分件供送螺桿的輸入和輸出部位均用星形撥輪與之銜接，因兩者具有確定的相位與同步關(guān)系，所以無(wú)需減速速

8、裝置。若要求兩面三星形撥輪的節(jié)距相等，則所用螺桿應(yīng)是等螺距的。圖2 四段式變螺距組合螺桿計(jì)算簡(jiǎn)圖1螺桿輸入等速段螺旋線圖2所示為四段式變螺距螺桿。對(duì)供送正圓柱形容器，令其主體部位的圓弧半徑為，螺桿的內(nèi)外半徑分別為、R，則可取 （1）一般情況下，取，螺桿內(nèi)徑值依據(jù)螺桿芯部及其支承軸端的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和尺寸等因素確定。實(shí)際中也可從滿足某種工藝要求的角度來(lái)考慮這個(gè)問(wèn)題，例如供送安瓿，為防止傾倒擠碎，應(yīng)選用較大的螺桿內(nèi)徑和較小的螺旋角。螺桿等速段的螺距應(yīng)取為 （2）式中 兩相鄰容器間的平均間隙（一般為幾毫米，主要與容器加工精度有關(guān)）設(shè)等速段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取為1），中間任意，對(duì)應(yīng)螺旋角 （3）周向展

9、開(kāi)長(zhǎng)度， （4）軸向長(zhǎng)度， （5）供送速度 （6）對(duì)于圖1所示的變螺距螺桿與星形撥輪組合供送裝置，包裝容器的供入速度另有控制要求：當(dāng)時(shí)，依靠送帶對(duì)包裝容器的摩擦拖動(dòng)作用加速，以接近于螺桿的初始供送速度。當(dāng)時(shí)，借助于可調(diào)式波形尼龍板或刷板等緩沖裝置使其減速。據(jù)此可求得供入段的輸送長(zhǎng)度 （7）式中：容器與輸送帶的滑動(dòng)摩擦因數(shù)螺桿等速段包裝容器與輸送帶的最大速差 （8）設(shè)計(jì)時(shí)，引起容器強(qiáng)烈的振動(dòng)。2螺桿變加速段螺旋線針對(duì)滿足包裝容器供送平穩(wěn)的要求，選取該段螺桿的供送加速度，使由零值依正弦函數(shù)變化規(guī)律增加到某一最大,則 （9）相應(yīng)的供送速度及軸向位移為： （10） （11）式中、分別表示被供送容器移過(guò)

10、行程及其最大值所需的時(shí)間由邊界條件得知：當(dāng)時(shí)，；而當(dāng)時(shí)，故可確定各待定系數(shù)：，。將、各值代入式（3-11） （12）設(shè)該段螺旋線的最大圈數(shù)為到2，其中任意為，由于。上式可改寫成 （13）可以證明，該段螺旋線的展開(kāi)圖形是由一條斜直線和一條按擺線投影規(guī)律變化的曲線疊加而成的曲線。由于此段外螺旋線的周向展開(kāi)長(zhǎng)度。將此值代入式（13），得 （14）視為自變量，對(duì)上式求導(dǎo)，可求出該段外螺旋線的螺旋角 （15）其最大值為 （16）根據(jù)式（13），可求出該段限定區(qū)間（）內(nèi)的任意螺距值 （17）再將和值分別代入式（9）和（10），導(dǎo)出該段的加速度及速度的計(jì)算式： （18） （19） （3-20）由于可知，當(dāng)其

11、他條件一定時(shí)，變加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均隨螺旋圈數(shù)的增大而增大。若取則，符合螺桿的前兩段的位移、速度及加速度曲線的銜要求。3螺桿等加速段螺旋線設(shè)螺桿等加速度段的供送加速度，則相應(yīng)的供送速度及軸向位移為 （21） （22）式中 被供送容器移過(guò)行程所需要的時(shí)間由邊界條件可知：當(dāng)時(shí)，=0，故可確定各特定各系數(shù)：，。將和值代入（22），得： （23）設(shè)等加速度段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取35），中間任意值，由于=，且令當(dāng)量螺距 （24）由式（23），解出等加速段的位移為 （25）可見(jiàn)，等加速段螺旋線的展開(kāi)圖形是一條斜直線和一條拋物線規(guī)律變化的曲線疊加機(jī)而成的曲線。將此段外螺旋線展開(kāi)長(zhǎng)度：,

12、代入上式，可求得軸向位移 （26）視為自變量，對(duì)上式求導(dǎo)，剛等加速度段外螺旋線的螺旋角及其最大值分別為： （27） （28）由以上兩式導(dǎo)出 （29）這表明，等加速段的供送加速度與螺桿轉(zhuǎn)速度的平方成正比；當(dāng)星形撥輪節(jié)距和等速度段螺距保持定值時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾雍髢啥温菪€的總圏數(shù)，有助于降低螺桿的供送加速度，或提高螺桿轉(zhuǎn)速。根據(jù)式（25），可求得等加速段限定區(qū)間（）內(nèi)的任意螺距值 （30）其最大值 （31）再將值代入式(21)得 （32）其最大值 （33）以上表明，當(dāng)其他條件一定時(shí)，螺桿等加速度段的外螺旋線螺旋角、螺距和供送速度同樣隨螺旋圈數(shù)的增大而增大。若取則，符合螺桿后兩段的位移、速度及加速度曲線

13、的銜接要求。4螺桿輸出等速段螺旋線輸出等速段，使螺距等于，設(shè)等速段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取為1），中間任意，對(duì)應(yīng)螺旋角 （34）周向展開(kāi)長(zhǎng)度， （35）軸向長(zhǎng)度， （36） （37）最后，為便于設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)械加工，將式（29）的值分別代入式（13）和式（25）(以此類推)，經(jīng)整理得： （38） （39） （40） （41）綜上所述，螺桿等速段的最大軸向長(zhǎng)度僅與螺距和圈數(shù)有關(guān)，變加速段和等加速段的最大軸向長(zhǎng)度、與撥輪節(jié)距、螺距及圈數(shù)、有關(guān)。至此，可求出供送螺桿三段式組合螺旋線展開(kāi)圖形的軸向及周向全長(zhǎng)： （42）五、設(shè)計(jì)題目與分組按學(xué)號(hào)順序（或自由組合）每組學(xué)生人數(shù)為12名。同組同學(xué)之間的內(nèi)容不能雷同。表1：設(shè)計(jì)任務(wù)參數(shù)組號(hào)容器直徑mm螺桿轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/分撥輪節(jié)距Cdm/p>