偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計

摘 要 本研究主要包括偏心鏈輪的結(jié)構(gòu)改進設(shè)計，并設(shè)計出試驗裝置，進行設(shè)計工藝參數(shù)的試驗研究。在整機設(shè)計中，通過對偏心鏈輪總體方案的分析，編制了工作循環(huán)圖，確定主要裝置（偏心鏈輪，從動輪，張緊輪，調(diào)節(jié)機構(gòu)）之間的相互配合關(guān)系；完成了偏心鏈輪的結(jié)構(gòu)改進設(shè)計和理論分析及其主要參數(shù)的確定；對橫封裝置進行了改進設(shè)計，提出適應(yīng)包裝袋長度可連續(xù)變化的翻領(lǐng)成型器，擴大了偏心鏈輪的使用范圍，并進行了理論研究，本文的研究對其它偏心鏈輪機械的設(shè)計和開發(fā)有著積極的指導(dǎo)意義。 利用設(shè)計的試驗裝置，確定了偏心鏈輪傳動的特性，即勻速度 傳入主動輪偏心鏈輪中，由于偏心鏈輪各處的中心距不等，呈現(xiàn)增大減小的規(guī)律運動，所以滾子鏈的瞬時速度也不一樣，其運動類似于正弦運動，傳到從動輪上的速度也就是正弦運動，此運動方式適用于包裝機，包裝機在包裝物品時，就需要快慢不一的速度。本研究結(jié)果對包裝材料的生產(chǎn)廠家、偏心鏈輪械生產(chǎn)廠家、機械用戶以及科研人員具有十分重要的意義。 關(guān)鍵詞： 偏心鏈輪；橫封裝置；包裝 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 目錄 摘 要 . I Abstract . II 目錄 . III 1 緒論 . 1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 . 1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 . 1 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 . 1 2 總體方案設(shè)計 . 3 2.1 偏心鏈輪機構(gòu)的組成 . 3 2.2 偏心鏈輪運動規(guī)律的分析 . 5 2.2.1 偏心鏈輪機構(gòu)工作原理 . 5 2.3 偏心鏈輪各基本參數(shù)的確定 . 9 2.3.1 主動鏈輪的偏心距的計算 . 9 2.3.2 鏈輪的節(jié)圓半徑 . 11 2.3.3 主從動鏈輪傳動軸的中心距 . 12 2.4 軸承的選擇 . 12 2.4.1 軸的設(shè)計校核 . 12 2.4.2 軸承的潤滑及密封 . 15 3 熱封裝置設(shè)計 . 18 3.1 熱封材料及封口方法 . 18 3.2 縱封滾輪的設(shè)計及計算 . 18 3.3 橫封裝置設(shè)計 . 19 3.4 封合調(diào)整 . 22 4 包裝機的設(shè)計 . 24 4.1 包裝機工作原理及功能 . 24 4.1.1 功能要求 . 24 4.1.2 主要構(gòu)成及工作原理 . 24 4.1.3 執(zhí)行機構(gòu)的動作配合 . 25 5 鏈輪的設(shè)計 . 26 5.1 鏈輪設(shè)計與機械加工 . 26 5.1.1 常見鏈輪的形狀與結(jié)構(gòu) . 26 5.1.2 鏈輪材料的選擇 . 26 5.1.3 鏈輪的基本參數(shù) . 26 5.1.4 鏈輪齒形的幾何形狀與設(shè)計原則 . 26 5.1.5 鏈輪設(shè)計與加工 . 27 5.1.6 刀具設(shè)計 . 28 6 結(jié)論與展望 . 30 IV 致 謝 . 31 參考文獻 . 32 偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計 1 1 緒論 1.1 本課題的研究內(nèi)容 和 意義 隨著社會的發(fā)展、生活水平的提高，尤其是加入 WTO后，人民對熱封裝置提出了更高的要求。與人民生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān)的粉粒狀物料，如生活日用品、營養(yǎng)食品、藥品，種子、化肥、農(nóng)藥、化工原料等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用品，都需要穩(wěn)定的熱封裝置。 偏心鏈輪是現(xiàn)代工業(yè)的基本設(shè)備，是商品生產(chǎn)中必不可少的關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備。隨著人類社會的進步，國民經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們越來越重視鏈輪的質(zhì)量、品種類型，鏈輪機械在工業(yè)領(lǐng)域中起著重要的作用。鏈輪機械是使產(chǎn)品 實現(xiàn)機械化、自動化的根本保證。它能夠大幅度地提高生產(chǎn)效率；降低勞動強度，改善勞動條件；保護環(huán)境，節(jié)約原材料，降低產(chǎn)品成本；有利于熱封機械的發(fā)展，提高產(chǎn)品效率，增強市場銷售的競爭力。 偏心鏈輪保證包裝機熱封的質(zhì)量高、生產(chǎn)效率高、品種多、生產(chǎn)環(huán)境好、生產(chǎn)成本低、環(huán)境污染小，因而獲得較強的市場競爭能力，帶來巨大的社會效益和經(jīng)濟效益。偏心鏈輪被堪稱為擁有漫長發(fā)展歷史和富有強大生命力的主導(dǎo)機型?，F(xiàn)已被各國視為前景較好的熱封機械。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)有偏心鏈輪機構(gòu)存在以下問題： (1)速度不穩(wěn)定； (2)薄膜送進速度難以 與熱封輥圓周速度相等； (3)鏈輪傳送消耗大； (4)包裝機的橫封機構(gòu)運動形式的不合理，將導(dǎo)致封口質(zhì)量問題。 包裝容器的封口，是包裝工藝中不可缺少的工序。封口的好壞將直接影響生產(chǎn)效率。因此，包裝質(zhì)量在很大程度上取決于封口質(zhì)量，所以鏈輪機構(gòu)的研究改進對提高封口質(zhì)量有著重要的意義，本研究在整機研究的基礎(chǔ)上，針對橫封封口形式影響封口質(zhì)量這個問題進行深入的研究。同時，通過一系列試驗，研究總結(jié)出較為完整的工藝參數(shù)，對實際生產(chǎn)具有十分重要的現(xiàn)實意義。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 從廣義而言，現(xiàn)代機械的含義 和領(lǐng)域很廣，包括各種自動化和半自動化傳動機械、包裝機械、橫封機械等。這些相互密切聯(lián)系的機械設(shè)備組成了現(xiàn)代化的傳動機械體系。 隨著科技和經(jīng)濟的快速發(fā)展，社會對自動化設(shè)備的需求越來越大，此機構(gòu)用于塑料制袋包裝機上，利用偏心鏈輪可以使塑料薄膜送進速度與熱封輥圓周速度相等，保證熱封輥快速張開，以免熱封輥被包裝物相碰。這一研究對工業(yè)有很大幫助。 1.3 本課題應(yīng) 達到的要求 設(shè)計偏心鏈輪不等速機構(gòu)，運用于塑料制袋包裝機上，其原理方案的功能實現(xiàn)，總體方案的設(shè)計，結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)參數(shù)，工作參數(shù)的設(shè)計。要求： （ 1）熱封時，塑料薄膜送進速度必須與熱封輥圓周速度相等。由于產(chǎn)品規(guī)格不同，袋長不同，要求送料速度變化，這時熱封輥速度必須隨之產(chǎn)生相應(yīng)的變化，因此，要求回轉(zhuǎn)一周時獲得快慢變化的周期變速運動，以使熱封時熱封輥與薄膜送進達到相等的速度。從而可以使包裝物順利傳送。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 （ 2）熱封后，最好能保證熱封輥快速張開，以免熱封輥與被包裝物相碰。 偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計 3 2 總體方案設(shè)計 2.1 偏心鏈輪機構(gòu) 的組成 如圖 2.1所示是偏心鏈輪不等速回轉(zhuǎn)機構(gòu)，它由主動鏈輪 2和從動鏈輪 4和一只張緊鏈輪 5組成，其中主從動鏈輪齒數(shù)相等，套筒滾子鏈 3套在其上。主動鏈輪 2由分配軸帶動作勻速回轉(zhuǎn)，滾花手輪 1可調(diào)整偏心距。從動鏈輪 4繞定軸做不等速回轉(zhuǎn)運動，并經(jīng)中間傳動裝置帶動橫封器的熱封頭（圖 2.1中未示）實現(xiàn)不等速回轉(zhuǎn) 。 1-滾花手輪 2-主動鏈輪 3-套筒滾子鏈 4-從動鏈輪 5-張緊鏈輪 圖 2.1 偏心鏈輪不等 速機構(gòu) 如圖 2.2所示為偏心鏈輪組成的重要環(huán)節(jié)，為調(diào)節(jié)機構(gòu)，該運動主要是靠這個環(huán)節(jié)運作的。它是由偏心調(diào)整架，主動軸，調(diào)整螺桿，偏心鏈輪，刻度盤裝配起來的。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2.2 調(diào)節(jié)機構(gòu) 基本要求 （ 1）必須按照設(shè)計要求和有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行裝配。 （ 2）裝配條件必須干凈。相關(guān)裝配條件必須符合有關(guān)規(guī)定。 （ 3）在裝配之前所有零件必須要檢驗合格。 （ 4）零件在裝配前不得有毛刺、氧化皮、銹蝕、切屑、灰塵、沙礫和油污等。 （ 5）裝配過程中零件不得損壞，劃傷，腐蝕。 （ 6）裝配前應(yīng)對零、部件的主要配合尺 寸，特別是過盈配合尺寸及相關(guān)精度進行復(fù)查。 （ 7）裝配過程中零件不允許磕、碰、劃傷和銹蝕。 （ 8）螺釘、螺栓和螺母緊固時，嚴(yán)禁打擊或使用不合適的旋具和扳手。緊固后螺釘槽、螺母和螺釘、螺栓頭部不得損壞。 偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計 5 2.2 偏心鏈輪運動規(guī)律的分析 2.2.1 偏心鏈輪機構(gòu)工作原理簡圖見圖 2.3： 圖 2.3 偏心鏈輪機構(gòu)工作原理簡圖 設(shè) 2,OO 分別為主從動鏈輪的轉(zhuǎn)動中心 ,中心距 LOO 2 ,節(jié)圓半徑 RBOAO 21 ；主動鏈輪的偏心距 eOO1 ,角速度為0。若某瞬時的角位移為 ,相應(yīng)的從動鏈輪的角位移為 ,主動輪節(jié)圓上任一點 A 轉(zhuǎn)到與鏈條 AB 相切時 ,則 A 點瞬時線速度為 A ,其值0 A( AO 為該瞬時 A 點的回轉(zhuǎn)半徑 ),設(shè)它與鏈條同向的分速度為 A ,另 A 與 A的夾角為 ,則其值 : coscos 0 AA (2.1) 由三角形余弦定理可得： ReR2)(c o s 222 (2.2) 令 21OOO ,因為 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 中應(yīng)用余弦定理和正弦定理分別得： )c o s2( 22 eLLeS 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 SL sinsin (2.4) 所以 )c o s2( s i ns i n 22 eLLeL 經(jīng)整理得到： )c o s2( s in( 220 eLLe eLRA (2.5) 由圖 2.3可見 ,同一根鏈條在張緊時 BA, 兩點的線速度應(yīng)該相等 ,即 AB 。若 B 與從動鏈輪的節(jié)圓相切 ,并令該輪的瞬時角速度為 , 則 : )c o s2( s in( 220 eLLe eLRRB 故得 : )c o s2( s in1( 220 eLLeR eL (2.6) 上式表明 ,當(dāng)主動偏心輪以0等角速回轉(zhuǎn)時 ,則從動鏈輪作變角速度轉(zhuǎn)動。偏心鏈輪輸出運動的特性曲線見圖 2.4,實質(zhì)上它反映了 的變化規(guī)律。 欲 確定該曲線的極值點，需對上式求極值。令 0)( f ,可求出從動鏈輪具有最大和最小角速度值時主動鏈輪所對應(yīng)的相位角，其值分別為： Learccos1 (2.7) Learccos22 (2.8) 再將 1 ， 2 值分別代入（ 2.6），則： )1(0ma x Re (2.9) )1(0min Re (2.10) 偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計 7 圖 2.4 偏心鏈輪機構(gòu)輸出運動特性曲線 根據(jù)不同袋長需要 ,輸出滿足工藝要求的角速度帶動橫封器 ,是設(shè)計偏心鏈輪機構(gòu)時必須考慮的可調(diào)問題 ,欲得到所需的角速度 ,在實際應(yīng)用中有兩個不同的途徑 :直接調(diào)節(jié)選用 熱合瞬時角 ；調(diào)解主動鏈輪上的偏心距。第一種方法找準(zhǔn) 夾角十分麻煩 ,而且不怎么精確，一般采用甚少。調(diào)節(jié)主動鏈輪的偏心距同樣可以滿足熱封的需要 ,它是利用特性曲線的兩個極值點作為專門的熱封點 ,改變偏心距可使輸出的極大角速度在00 )1( Re之間 ；同樣也可使輸出的極小角速度在00 )1( Re之間。速度 極限角 21, 分別有向23,2 稍微靠攏的變化 ,袋裝機在規(guī)定的袋長范圍內(nèi) ,其中偏小規(guī)格利用 min 的極點進行熱合 ,偏大規(guī)格利用max這一極點輸出角速度進行熱合如圖 2.5。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.5 偏心距變化對輸出運動特性曲線的影響 將設(shè)置好的袋長的長度刻在標(biāo)尺上 ,只要調(diào)節(jié)偏心距到預(yù)定的袋長刻度上并用鎖緊螺母固定 ,就能立即使用。這種機構(gòu)就叫可調(diào)式偏心鏈輪 ,見圖 2.6。 圖 2.6 可調(diào)式偏心鏈輪結(jié)構(gòu)簡圖 調(diào)整時首先將鎖緊螺母松開 ,然后轉(zhuǎn)動調(diào)整螺桿 ,使偏心鏈輪所需調(diào)整的刻度值對準(zhǔn)傳動軸中心 ,調(diào)節(jié)好之后將其鎖緊即可。 偏心鏈輪偏 心位置相對橫封輥的位置調(diào)整見圖 2.7。 偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計 9 圖 2.7 偏心鏈輪與橫封輥相對位置示意圖 偏心鏈輪與鏈輪 1的齒數(shù)相同 ,前后橫封輥齒輪的齒數(shù)相同 ,后橫封輥齒輪齒數(shù)是齒輪1齒數(shù)的 2倍。這樣 ,偏心鏈輪沿傳動軸轉(zhuǎn)一圈 ,鏈輪 1與齒輪 1也相應(yīng)轉(zhuǎn)一圈 ,而前后橫封輥齒輪只轉(zhuǎn)半圈。這就是說 ,偏心鏈輪沿傳動軸轉(zhuǎn)一圈 ,橫封輥轉(zhuǎn)半圈 ,封一袋。經(jīng)主機點動運轉(zhuǎn) ,當(dāng)前橫封輥上的 A 點與后橫封輥上的 B 點重合時 ,調(diào)節(jié)偏心軸的位置 ,使偏心鏈輪的偏心方向與鏈條緊邊運動軌跡方向垂直 ,并使偏心軸處于鏈條緊邊的一側(cè) ,然后將齒輪 1與后橫封輥齒輪相嚙合即可。 2.3 偏心鏈輪各基本參數(shù)的確定 2.3.1 主動鏈輪的偏心距 的計算 由前分析可知 ,主動鏈輪的輸出角速度的兩個極限值 : Re 10max, Re 10min (2.11) 兩式左端0max、0min為從動輪與主動輪的角速度之比 ,用字母 i 表示 ,改寫成 : ReiRei 1,1 m inm a x (2.12) 由此看出，當(dāng) R 為定值時，則 minmax ,ii必隨 e 的值大小而發(fā)生相應(yīng)的變化，且呈簡單的線性函數(shù)關(guān)系 .這樣，借助中間傳動環(huán)節(jié)，便能找出偏 心距與袋長的對應(yīng)關(guān)系。 圖 2.8所示為立式袋裝機連續(xù)橫封器采用的一種中間傳動機構(gòu)。傳動齒輪的齒數(shù)關(guān)系為 21 ZZ ，63 ZZ ，84 qZZ .其中， q 是單軸橫封切刀（或熱封頭）的個數(shù)，通常取 1-4.如果要求該不等 速機構(gòu)輸出的封合角速度為f，相應(yīng)的橫封輥封合角速度為hf則 : hffhffqqZZZZ3412 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 2.8 橫封器的中間傳動機構(gòu) 如前所述 ,制袋工藝要求熱封件在熱合瞬間與包裝料袋運動線速度相同 ,則有 : 60QlRhhf 式中 :hR 橫封件的回轉(zhuǎn)半徑 ,故得 : hf RQlq 60 (2.13) 在設(shè)計時可在規(guī)定袋長范圍內(nèi)取中間袋長或稱平均袋長pl的熱封計算值 ,可使 0e 、1fi ,由式 (2.13)可知 : hpRqQl600 設(shè)偏心鏈輪的轉(zhuǎn)速為 min)/(0 rn,由于3000 n ,則 : 260 0 pphqlqQlR (2.14) 代入 (2.13),可得 : pf l0 也可以寫成： pf li 1 (2.15) 與式 (2.12)聯(lián)立 ,求得不同袋長所對應(yīng)的主動鏈的偏心距 : Rieff )1( (2.16) 偏心鏈輪不等速機構(gòu)設(shè)計 11 2.3.2 鏈輪的節(jié)圓半徑 圖 2.9 偏心距調(diào)節(jié)裝置 鏈輪的節(jié)圓半徑 R 與選用的鏈條節(jié)距 P 及鏈輪齒數(shù) Z 有關(guān)。當(dāng) P 一定，若 Z 值過大。則 R 必將隨之增大，不僅結(jié)構(gòu)不緊湊，還會影響主動偏心鏈輪的動力狀態(tài)。反之，若 Z 值過小，則 R 亦必將隨之減小，以致會加劇鏈傳動的不均勻性，況且對安排偏心調(diào)節(jié)元件還會帶來一定 困難。 如圖 2.9所示為偏心距調(diào)節(jié)裝置，表示了當(dāng)包裝袋為最小長度 minl 時調(diào)節(jié)位置的變動情況。由于分配軸 O 已位于偏心刻度的極點，故 min1 eOO ,考慮到結(jié)構(gòu)布局的可能性，應(yīng)取 )2(mi n BdRe 式中 d -分配軸在裝配偏心鏈輪處的直徑； B -與調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)（一般為 mm2515 ） 再考慮制袋的工藝要求，根據(jù)上式及 1minmin pf lli 應(yīng)取 )1(m inm in fiRe 故得 )2()1( m in BdRiR f 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 即 min)2( llBdR p (2.17) 實用中鏈輪的節(jié)圓半徑 R 還要受鏈條節(jié)距 p 以及鏈輪齒數(shù) Z 的約束。由鏈傳動基本原理得知： ZpR 2 180csc (