香煙包裝機(jī)供紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).doc

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文設(shè)計(jì)（論文）題目： 香煙包裝機(jī)供紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 下 達(dá) 日 期： 200 年 月 日開 始 日 期： 200 年 月 日完 成 日 期： 200 年 月 日指 導(dǎo) 教 師： 學(xué) 生 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生 姓 名： 教 研室主任： 系摘要本論文介紹了一種香煙包裝機(jī)鋁箔紙供給控制系統(tǒng)的研制。論文中分析了香煙包裝機(jī)原鋁箔紙供給機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)以及它在生產(chǎn)運(yùn)行中存在的缺陷, 設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了采用伺服控制系統(tǒng)的鋁箔紙供給系統(tǒng)。成功解決了香煙包裝機(jī)在鋁箔紙供給環(huán)節(jié)上存在的問(wèn)題。關(guān)鍵詞:鋁結(jié)紙包裝; 同步伺服電動(dòng)機(jī); 伺服控制系統(tǒng)AbstractThis paper introduces a kind of cigarette packing machine aluminum foil supply control system.The thesis analyzes the cigarette packing machine for aluminiumStructure and characteristics of the foil paper feed mechanism and the defects existing in the operation of production, it is designed and implemented using servo control system of aluminum foil supply system.Successfully solved the cigarette packaging machine on the aluminum foil supply chain problems.Key words: aluminum and paper;Synchronous servo motor;Servo control system摘要IAbstractII1 引言11.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案12 動(dòng)力源的選用32.1 步進(jìn)電機(jī)32.2 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)32.2.1過(guò)載性好32.2.2控制方便32.2.3整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單32.3 步進(jìn)電機(jī)的選取42.4 步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用92.4.1工業(yè)機(jī)器手中的應(yīng)用92.4.2包裝機(jī)械中的應(yīng)用93 紙箔傳送機(jī)構(gòu)113.1 進(jìn)料機(jī)構(gòu)的選擇113.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)學(xué)特性123.3 紙箔進(jìn)給機(jī)構(gòu)的分析133.4 連桿的數(shù)據(jù)分析153.4 曲柄的計(jì)算數(shù)據(jù)17 3.5 進(jìn)料推桿的計(jì)算184 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)204.1齒輪傳動(dòng)204.1.1標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算204.1.2齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)參數(shù)、許用應(yīng)力與精度選擇244.2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)294.2.1急回運(yùn)動(dòng)294.2.2壓力角和傳動(dòng)角304.2.3死點(diǎn)位置314.2.3供紙機(jī)構(gòu)尺寸分析32總 結(jié)33參考文獻(xiàn)34致謝351 引言煙草行業(yè)是我國(guó)稅收的重要來(lái)源。全國(guó)許多知名的大中型卷煙廠所生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品經(jīng)常處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。如何保證生產(chǎn)設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn), 使產(chǎn)品的包裝質(zhì)量和生產(chǎn)效率得到應(yīng)有的保證, 是卷煙廠始終面臨的重要課題。香煙包裝是香煙生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié), 包裝順序依次為: 鋁箔紙包裝、商標(biāo)紙包裝、封簽包裝( 軟包) 、撕帶與透明薄膜包裝、紙箔包裝、紙箔的撕帶與透明薄膜包裝。其中鋁箔紙包裝的作用是為了防潮、使煙包美觀以及增加防偽標(biāo)識(shí)。鋁箔紙由專門的生產(chǎn)廠家生產(chǎn), 成品纏繞在鋁箔紙輪上, 作為香煙包裝生產(chǎn)的原輔材料提供給卷煙廠。香煙生產(chǎn)過(guò)程中, 鋁箔紙輪被固定在包裝機(jī)上, 由包裝機(jī)上的同步傳輸供給機(jī)構(gòu)拉出鋁箔紙并傳輸?shù)桨b環(huán)節(jié)。包裝時(shí), 主電機(jī)通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)器上包括鋁箔紙傳輸供給機(jī)構(gòu)的各個(gè)相關(guān)部分運(yùn)轉(zhuǎn)。鋁箔紙傳輸供給機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度與主電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度成正比, 實(shí)現(xiàn)了包裝與鋁箔紙供給的同步。阻尼器的作用是使鋁箔紙保持適當(dāng)?shù)膹埩? 作用力的方向與鋁箔紙軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向相反, 目的是防止機(jī)器減速或停機(jī)時(shí)鋁箔紙軸的自由轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生鋁箔紙松弛現(xiàn)象。目前我國(guó)各家卷煙廠普遍使用的包裝設(shè)備中, 意大利GD 公司G D 型包裝機(jī)和德國(guó)S C H M E R M U N D 公司B l 型包裝機(jī)占有相當(dāng)數(shù)量, 它們的鋁箔紙供給機(jī)構(gòu)均為上面介紹的由主驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的同步機(jī)械傳動(dòng)形式。雖然這種傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)了鋁箔紙供給與整機(jī)運(yùn)行同步, 但也存在著難以避免的缺陷: 機(jī)械傳動(dòng)裝置體積大, 結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 運(yùn)行噪音大; 隨著時(shí)間的推移, 由于機(jī)械零件的磨損, 同步機(jī)械傳動(dòng)裝置在運(yùn)行中易產(chǎn)生誤差積累, 使鋁箔紙的供給與整機(jī)的運(yùn)行在同步上產(chǎn)生偏差, 鋁箔紙受力發(fā)生變化, 從而影響產(chǎn)品的包裝質(zhì)量, 有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)鋁紙斷開的現(xiàn)象。這種現(xiàn)象在機(jī)器啟動(dòng)、急停等情況下表現(xiàn)得尤為明顯, 嚴(yán)重影響了生產(chǎn)的正常進(jìn)行。若更換機(jī)構(gòu)的零部件, 由于結(jié)構(gòu)特殊, 因此均需向原廠訂購(gòu), 而進(jìn)口件價(jià)格較高, 且訂貨周期長(zhǎng)。這對(duì)于時(shí)間就是效益的卷煙廠來(lái)說(shuō)是無(wú)法接受的。鑒于上述原因, 許多卷煙廠迫切要求改進(jìn)鋁箔紙傳輸供給機(jī)構(gòu), 以克服上述影響生產(chǎn)的不良因素, 確保包裝生產(chǎn)的正常進(jìn)行。設(shè)計(jì)出一套運(yùn)行穩(wěn)定可靠、實(shí)用的鋁箔紙供給控制系統(tǒng), 已成為一項(xiàng)重要課題。1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案從解決實(shí)際問(wèn)題的角度出發(fā), 本文給出如下設(shè)計(jì)方案: 改造鋁箔紙供給的方式, 取消笨重的機(jī)械式供給機(jī)構(gòu), 從根本上消除機(jī)械噪音和機(jī)械傳動(dòng)誤差產(chǎn)生的不良影響; 采用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)鋁箔紙盤軸, 鋁箔紙供給由被動(dòng)供給變?yōu)橹鲃?dòng)供給。近年來(lái), 隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、稀土永磁材料與電機(jī)控制理論的發(fā)展, 交流伺服控制技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步, 交流伺服系統(tǒng)逐步取代直流伺服系統(tǒng)已成定局。借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制理論的發(fā)展, 人們有可能構(gòu)成高精度、快速響應(yīng)的交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。因此, 近年來(lái), 世界各國(guó)在高精度速度和位置控制場(chǎng)合, 都已經(jīng)由交流電力傳動(dòng)取代電液和直流傳動(dòng)2。因此我們選擇倍福公司的永磁同步電機(jī)( A M 2 57 L ) 和伺服控制器( AX2010) 。伺服控制系統(tǒng)基本框圖如圖l-1: 除交流電機(jī)外，系統(tǒng)主要包括驅(qū)動(dòng)單元、位置控制器、速度控制器、位置反饋單元、以及電流反饋單元等3。交流永磁同步伺服系統(tǒng)的區(qū)別主要體現(xiàn)在電機(jī)上。由于交流永磁同步電機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，故在高精度、寬調(diào)速范圍伺服驅(qū)動(dòng)中，伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件基本選取這種類型電機(jī)。其系統(tǒng)是一種典型的位置、速度、店里三環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。永磁同步電機(jī)與直流電機(jī)相比較，具有無(wú)機(jī)械換向器和電刷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、運(yùn)行可靠、易實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)、調(diào)速范圍寬、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、已實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)切換、定子繞組散熱容易、不影響傳傳動(dòng)精度、快速響應(yīng)性能好4。由于現(xiàn)在的包裝機(jī)基本上都是高速機(jī)，所以鋁箔紙運(yùn)行的穩(wěn)定性對(duì)于包裝質(zhì)量有著很大的影響。為此我們采用了兩套伺服控制系統(tǒng)分別控制左右箔紙盤電機(jī)，以保證其運(yùn)行穩(wěn)定。左右鋁箔紙盤電機(jī)的主要作用是根據(jù)主電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度來(lái)來(lái)對(duì)輸送鋁箔紙的快慢進(jìn)行調(diào)速。采用模擬量速度控制方式。電機(jī)的轉(zhuǎn)速有哦兩個(gè)因素來(lái)決定：一是主機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，該變化量由主電機(jī)中的絕對(duì)型編碼器反饋到處理器；還有一個(gè)就是鋁箔紙盤擺錘位置，這個(gè)位置反映了鋁制的張緊程度，當(dāng)擺錘位置過(guò)低時(shí)，說(shuō)明鋁箔紙長(zhǎng)得過(guò)緊，電機(jī)的送至速度偏慢，需要加快，當(dāng)擺錘位置過(guò)高時(shí)，說(shuō)明鋁箔紙長(zhǎng)得過(guò)松，電機(jī)的送至速度偏快，需要減速。2 動(dòng)力源的選用2.1 步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能象普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。2.2步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)2.2.1過(guò)載性好其轉(zhuǎn)速不受負(fù)載大小的影響，不像普通電機(jī)，當(dāng)負(fù)載加大時(shí)就會(huì)出現(xiàn)速度下降的情況，所以步進(jìn)電機(jī)使用在對(duì)速度和位置都有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合。2.2.2控制方便步進(jìn)電機(jī)是以“步”為單位旋轉(zhuǎn)的，數(shù)字特征比較明顯，這樣就給計(jì)算機(jī)控制帶來(lái)了很大的方便，反過(guò)來(lái)，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)也為步進(jìn)電機(jī)開辟了更為廣闊的使用市場(chǎng)。2.2.3整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單傳統(tǒng)的機(jī)械速度和位置控制結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，調(diào)整困難，使用步進(jìn)電機(jī)后，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)單和緊湊。2.3 步進(jìn)電機(jī)的選取1.步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)（1）一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。（2）步進(jìn)電機(jī)外表允許的溫度高。步進(jìn)電機(jī)溫度過(guò)高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常。（3）步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì)；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。（4）步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)牡退偕礁咚伲?.步進(jìn)電機(jī)的選型(1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：如式(3.9)絲桿： 式(3.9)D絲桿的公稱直徑 L絲桿的長(zhǎng)度 工作臺(tái)： P絲桿導(dǎo)程G工作臺(tái)的重量總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：(2)最大靜轉(zhuǎn)矩計(jì)算加速力矩，如式( 3 .10 ) 式( 3.10) Vmax快進(jìn)的速度步距角脈沖當(dāng)量 所以 (3)空載摩擦力矩,式(3 .11) 式(3 .11) f導(dǎo)軌摩擦系數(shù)G運(yùn)動(dòng)部件的總重力Lo絲桿導(dǎo)程(4)附加摩擦力矩,如式（3.12） 式（3.12) 絲桿預(yù)緊力( =Fm/3)傳動(dòng)效率選取電機(jī)55BF003，其最大靜轉(zhuǎn)距為68.6Ncm， 所以該電機(jī)可選用3.驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)絲杠的電機(jī)的選取(1)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算：絲桿： (D絲桿的公稱直徑 L絲桿的長(zhǎng)度)工作臺(tái)： (P絲桿導(dǎo)程 G工作臺(tái)的重量)總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： (2)最大靜轉(zhuǎn)矩計(jì)算加速力矩，如式( 3 .10 )所以 (3)空載摩擦力矩 (4)附加摩擦力矩 選取電機(jī)75BF001，其最大靜轉(zhuǎn)距為39.2Ncm， 所以該電機(jī)可選用 (5)啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：?jiǎn)?dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的,僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿足要求，但是不能保證電機(jī)在快速啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對(duì)啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。以后還要對(duì)快進(jìn)，工進(jìn)時(shí)的運(yùn)行矩頻特性作校核。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)：在零時(shí)刻，步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)頻率從零突跳為最大運(yùn)行頻率,即瞬間=.事實(shí)上，突跳是不可能瞬間完成。但突跳過(guò)程極短，則加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此，突跳啟動(dòng)是很少使用的。升速啟動(dòng)：步進(jìn)電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始漸升速，在零時(shí)刻，啟動(dòng)頻率=0,在一段時(shí)間內(nèi)，按一定的升速規(guī)律升速。啟動(dòng)結(jié)速時(shí)，步進(jìn)電機(jī)達(dá)到了最高運(yùn)行速度，此時(shí)相應(yīng)的運(yùn)行頻率為,因此，當(dāng)=，啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束，啟動(dòng)頻率已與最高運(yùn)行頻率相等，即=,在整個(gè)升速，勻速運(yùn)行，降速過(guò)程中，步進(jìn)電機(jī)所走的步數(shù)與應(yīng)該完成的輸入指令脈沖總數(shù)相等。升速時(shí)間足夠長(zhǎng)，啟動(dòng)過(guò)程緩慢，空載啟動(dòng)力矩中的加速力矩項(xiàng)不會(huì)很大，一般不會(huì)出現(xiàn)丟步現(xiàn)象，但是降低了工作效率。升速時(shí)間過(guò)短，則步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩中的加速力矩項(xiàng)就會(huì)很大，所以需要校核啟動(dòng)矩頻特性。從電機(jī)75BF001的啟動(dòng)矩頻特性曲線圖可得，電機(jī)在最大靜轉(zhuǎn)距時(shí)，對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)頻率為1240Hz，而該電機(jī)最高空載啟動(dòng)頻率為1750Hz，實(shí)際啟動(dòng)頻率小于允許啟動(dòng)頻率，所以能保證電機(jī)不丟步。（如圖3-7） 圖3-7啟動(dòng)矩頻特性曲線2.4步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用2.4.1工業(yè)機(jī)器手中的應(yīng)用工業(yè)機(jī)械手是一種模仿人手動(dòng)作，并按設(shè)定的程序、軌跡和要求代替人手抓取、搬運(yùn)工件或操持工具進(jìn)行操作的機(jī)電一體化自動(dòng)化裝置。步進(jìn)電機(jī)是一種將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移的執(zhí)行元件。步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量與輸入脈沖個(gè)數(shù)成正比，其速度與單位時(shí)間內(nèi)輸入的脈沖數(shù)(即脈沖頻率)成正比，其轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進(jìn)電機(jī)的各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制指令脈沖的數(shù)量、頻率及電機(jī)繞組通電的相序，便可控制步進(jìn)電機(jī)的輸出位移量、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)具有較好的控制性能，其啟動(dòng)、停車、反轉(zhuǎn)及其它任何運(yùn)行方式的改變都可在少數(shù)脈沖內(nèi)完成，且可獲得較高的控制精度因而得到了廣泛的應(yīng)用?？刂葡到y(tǒng)中PLC用來(lái)產(chǎn)生控制脈沖，通過(guò)PLC編程輸出一定數(shù)量的方波脈沖，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給量，同時(shí)通過(guò)編程控制脈沖頻率進(jìn)而控制伺服機(jī)構(gòu)的進(jìn)給速度。環(huán)行脈沖分配器將可編程控制器輸出的控制脈按步進(jìn)電機(jī)的通電順序分配到相應(yīng)的繞組。環(huán)行脈沖分配器可分為軟件環(huán)形分配器和硬件環(huán)形分配器。軟件環(huán)形分配器，即PLC利用軟件編程達(dá)到輪流輸出信號(hào)。對(duì)于功率步進(jìn)電機(jī)要求幾十至上百伏特、幾安至十幾安的驅(qū)動(dòng)能力，因此應(yīng)該采用驅(qū)動(dòng)器對(duì)輸出脈沖進(jìn)行放大。用PLC控制三相步進(jìn)電機(jī)的方法簡(jiǎn)單易行可靠性高。由于采用了PLC控制步進(jìn)電機(jī)技術(shù)，所以改變控制參數(shù)相當(dāng)方便。只需改變PLC程序中相應(yīng)部分即可。對(duì)任何相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)都可以使用，在設(shè)計(jì)方法上簡(jiǎn)單易行，減少占用PLC的I0口，與PLC接口時(shí)比較方便，這樣在PLC控制步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)中不僅減少了控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工作量、大大縮短開發(fā)研制周期和節(jié)約了開發(fā)費(fèi)用，而且提高了控制系統(tǒng)的柔性和可靠性，具有較高的推廣和實(shí)用價(jià)值。2.4.2包裝機(jī)械中的應(yīng)用步進(jìn)電機(jī)控制齒輪泵也可以實(shí)現(xiàn)精確計(jì)量。齒輪泵在輸送粘稠體方面得到了廣泛的應(yīng)用，例如糖漿、豆沙、白酒、油料、番茄醬等的輸送。齒輪泵計(jì)量是靠一對(duì)齒輪嚙合轉(zhuǎn)動(dòng)計(jì)量的，紙箔通過(guò)齒與齒的空間被強(qiáng)制從進(jìn)料口送到出料口。動(dòng)力來(lái)自步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的位置及速度由可編程控制器控制，計(jì)量精度高于活塞泵的計(jì)量精度。步進(jìn)電機(jī)適于在低速下運(yùn)行，當(dāng)速度加快時(shí)，步進(jìn)電機(jī)的噪聲會(huì)明顯加大，其它經(jīng)濟(jì)指標(biāo)會(huì)顯著下降。對(duì)于轉(zhuǎn)速比較高的齒輪泵來(lái)說(shuō)，選用升速結(jié)構(gòu)比較好。我們?cè)谡吵眢w包裝機(jī)上開始采用的是步進(jìn)電機(jī)直聯(lián)齒輪泵的結(jié)構(gòu)，結(jié)果噪聲難以避免，可靠性下降。后來(lái)采用直齒輪升速的辦法，降低了步進(jìn)電機(jī)的速度，噪聲得到了控制，可靠性也有所提高，計(jì)量度得到了保證。在制袋、充填、封口為一體的包裝機(jī)中，要求包裝用塑料薄膜定位定長(zhǎng)供給，無(wú)論間歇供給還是連續(xù)供給，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)可靠完成。采用步進(jìn)電機(jī)與拉帶滾輪直接連接拉帶，不僅結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化，而且調(diào)節(jié)極為方便，只要通過(guò)控制面板上的按鈕就可以實(shí)現(xiàn)，這樣既節(jié)省了調(diào)節(jié)時(shí)間，又節(jié)約了包裝材料。在間歇式包裝機(jī)中，包裝材料的供送控制可以采用兩種模式：袋長(zhǎng)控制模式和色標(biāo)控制模式。袋長(zhǎng)控制模式適用于不帶色標(biāo)的包裝膜，通過(guò)預(yù)先設(shè)定步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的方法實(shí)現(xiàn)，轉(zhuǎn)空比的設(shè)定通過(guò)撥碼開關(guān)就可以實(shí)現(xiàn)。色標(biāo)模式配備有光電開關(guān)，光電開關(guān)檢測(cè)色標(biāo)的位置，當(dāng)檢測(cè)到色標(biāo)時(shí)，發(fā)出控制開關(guān)信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)接到信號(hào)后，停止轉(zhuǎn)動(dòng)，延時(shí)一定時(shí)間后，再轉(zhuǎn)動(dòng)供膜，周而復(fù)始，保證按照色標(biāo)的位置定長(zhǎng)供膜。橫封輪每轉(zhuǎn)一周的總時(shí)間與橫封所需要的時(shí)間都是恒定的，要滿足速度同步的要求，可以將步進(jìn)電機(jī)一周內(nèi)的轉(zhuǎn)速分成兩部分，一部分首先滿足速度同步的要求，而另外空載的部分滿足一周總時(shí)間的要求。為了實(shí)現(xiàn)良好的封口質(zhì)量，還可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)對(duì)橫封輪實(shí)現(xiàn)非衡速的控制模式，就是在橫封的每一點(diǎn)上都實(shí)現(xiàn)速度同步。3 紙箔傳送機(jī)構(gòu)紙箔橫向擺放在輸送帶上，由輸送帶傳送到預(yù)設(shè)位置時(shí)傳感器感應(yīng)到無(wú)紙箔，紙箔推桿將紙箔推送到規(guī)定位置。圖 3-13.1 進(jìn)料機(jī)構(gòu)的選擇進(jìn)料機(jī)構(gòu)主要實(shí)現(xiàn)的是紙箔的橫向移動(dòng)，因此可選擇平面四桿機(jī)構(gòu)中的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。圖 3-23.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中運(yùn)動(dòng)學(xué)特性圖 3-3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 取A點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，X軸水平向右，在任意瞬時(shí)t，機(jī)構(gòu)的位置如上圖所示：由圖可建立矢量方程，=+ruuuruuuruuurC點(diǎn)的坐標(biāo)矢徑在X軸和Y軸上的投影為： 由圖可知，可以推導(dǎo)出： 從而，通過(guò)轉(zhuǎn)換關(guān)系可得：qqlq=-=式中，是曲柄長(zhǎng)與連桿長(zhǎng)之比。將上式代入x的表達(dá)式中，并考慮到，就得到了滑塊的位移運(yùn)動(dòng)方程：若將上式對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)，則其運(yùn)算量較繁瑣。在工程實(shí)際中，l的值一般取，故可在上式中將根式展開成的冪級(jí)數(shù)并且省略去起后的各項(xiàng)，做近似計(jì)算，可得方程：lw-+上式對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，可得滑塊速度和加速度方程如下：其中都是的周期函數(shù)3.3 紙箔進(jìn)給機(jī)構(gòu)的分析圖 3-4紙箔進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。當(dāng)紙箔被傳送帶傳送到指定位置后進(jìn)料推桿在進(jìn)料曲柄的帶動(dòng)下進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，將紙箔推送到開盒機(jī)構(gòu)。曲柄回轉(zhuǎn)半徑142.5mm進(jìn)料連桿長(zhǎng)度160mmMax中心距302.5mmMin中心距17.5mm中心高度20mm推料桿范圍0-285mm曲柄旋轉(zhuǎn)角度3603.4 連桿的數(shù)據(jù)分析1矩形、圓形的慣性矩。 同理可求得 對(duì)于邊長(zhǎng)為a的正方形截面，其慣性矩為 2圓形截面圖示圓形截面，直徑為d，半徑為R，直徑軸z和y為其對(duì)稱軸，取微面積 積分得圓形截面的慣性矩為： 同理可求得 3.軸向拉伸（壓縮）正應(yīng)力計(jì)算并解釋每個(gè)量的物理意義。 答：如用A表示桿件的橫截面面積，軸力為FN，則桿件橫截面上的正應(yīng)力為 正應(yīng)力的正負(fù)號(hào)規(guī)定為：拉應(yīng)力為正，壓應(yīng)力為負(fù)。4.軸向拉伸（壓縮）桿的最大應(yīng)力 當(dāng)桿件受幾個(gè)軸向外力作用時(shí)，由截面法可求得最大軸力FNmax，對(duì)等直桿來(lái)講，桿件的最大正應(yīng)力算式為： 最大軸力所在的橫截面稱為危險(xiǎn)截面，由式4-18算得的正應(yīng)力即危險(xiǎn)截面上的正應(yīng)力，稱為最大工作應(yīng)力。3.4 曲柄的計(jì)算數(shù)據(jù)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的硬度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎距和扭距的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力許用彎應(yīng)力1=60Mpa,因，故安全。4.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度抗彎截面系數(shù)：W0.1d30.14539112.5mm3抗扭截面系數(shù)：WT0.2d30.245318225mm3截面V左側(cè)的彎矩為截面V上的扭矩為=19530截面上的彎曲應(yīng)力截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力3.5 進(jìn)料推桿的計(jì)算計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由式 計(jì)算彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值由圖查得主動(dòng)鏈輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；從動(dòng)鏈輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù),;計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)，由式得4)計(jì)算載荷系數(shù)。 5）查取齒形系數(shù)。 由表查得 ；查取應(yīng)力校正系數(shù)。 由表查的 ；計(jì)算主動(dòng)鏈輪的并加以比較。 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)4.1齒輪傳動(dòng)曲柄依靠齒輪傳動(dòng)將來(lái)自步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)力傳送到曲柄。圖 4-14.1.1標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)的強(qiáng)度計(jì)算齒輪傳動(dòng)承載能力計(jì)算依據(jù)輪輻、輪緣、輪轂等設(shè)計(jì)時(shí)，由經(jīng)驗(yàn)公式確定尺寸。若設(shè)計(jì)新齒，可參工程手冊(cè)20、22篇，用有限元法進(jìn)行設(shè)計(jì)。輪齒的強(qiáng)度計(jì)算：齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算：應(yīng)用材料力學(xué)彎曲強(qiáng)度公式進(jìn)行計(jì)算。數(shù)學(xué)模型：將輪齒看成懸臂梁，對(duì)齒根進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)齒根折斷失效。輪齒表面接觸疲勞計(jì)算。由赫茲公式進(jìn)行計(jì)算。將一對(duì)相互嚙合的齒看成兩個(gè)圓柱體，針對(duì)齒面點(diǎn)蝕失效。幾何尺寸計(jì)算（參機(jī)械原理）。受力分析不計(jì)摩擦力，輪齒所受工作載荷即為沿嚙合線作用的法向力Fn。因?yàn)辇X向載荷的分布情況由K考慮，所以認(rèn)為輪齒嚙合傳動(dòng)時(shí)，F(xiàn)n沿接觸線均勻分布，并將其簡(jiǎn)化為集中力。當(dāng)小齒輪傳遞的扭矩不變時(shí)，F(xiàn)n大小不變，方向沿嚙合線垂直于齒面。將Fn在分度圓上分解成兩個(gè)互相垂直的分力，即切于分度圓的圓周力Ft和徑向力Fr。若已知P1、n1 N.mm主動(dòng)輪上Ft1與圓周速度相反，從動(dòng)輪上Ft2與圓周速度相同。外嚙合齒輪傳動(dòng)Fr1 、Fr2指向各自輪心。齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算因?yàn)辇X輪輪緣剛性較大，所以可將齒看成寬度為的懸臂梁，并以此作為推導(dǎo)齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式的力學(xué)模型。危險(xiǎn)剖面及其位置 受載齒的危險(xiǎn)剖面是一在輪齒根部的平剖面，位置在與齒廓對(duì)稱中線各成300的二直線與齒根過(guò)渡曲線相切處。載荷及其作用位置的齒輪傳動(dòng)，當(dāng)載荷作用于齒頂時(shí)，（力一定）力臂最大，但此時(shí)相鄰的一對(duì)齒仍在嚙合，載荷由兩對(duì)齒分擔(dān)，齒根彎矩不一定最大。當(dāng)輪齒在節(jié)線附近嚙合時(shí)，只有一對(duì)齒嚙合，但此時(shí)力臂不是最大，齒根彎矩不一定最大。齒根所受最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn)位于單對(duì)齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)。進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，對(duì)于制造精度較低（7級(jí)及以下）的齒輪傳動(dòng)，因?yàn)橹圃煺`差較大，可認(rèn)為載荷的大部分甚至全部由在齒頂嚙合的輪齒承受，輪齒根部產(chǎn)生最大彎矩。為簡(jiǎn)化計(jì)算，對(duì)于制造精度較低（7級(jí)及7級(jí)以下）的齒輪傳動(dòng)，常將齒頂作為齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)的載荷作用位置，并按全部載荷作用于一對(duì)輪齒進(jìn)行計(jì)算。對(duì)制造精度較高（6級(jí)及以上）的齒輪傳動(dòng)，應(yīng)考慮重合度的影響，其計(jì)算方法參GB3480-83或有關(guān)資料。齒根彎曲應(yīng)力計(jì)算公式將分解成，并將其簡(jiǎn)化到危險(xiǎn)截面上，-產(chǎn)生剪應(yīng)力，產(chǎn)生壓應(yīng)力c，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力F。分析表明，F(xiàn)起主要作用，若只用F計(jì)算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，誤差很?。?)；當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，對(duì)應(yīng)的時(shí)間也不等（t 1 t 2）。令搖桿自ClD擺至C2D為工作行程，這時(shí)鉸鏈的平均速度是 v1=C1C2 tl 。搖桿自C2D擺回至C1D是其空回行程，這時(shí)點(diǎn)的平均速度是v2=C1C2 t2，顯然v1 v2 ，它表明搖桿具有急回運(yùn)動(dòng)的特性。牛頭刨床、往復(fù)式輸送機(jī)等機(jī)械就利用這種急回特性來(lái)縮短非生產(chǎn)時(shí)間，提高生產(chǎn)率。急回運(yùn)動(dòng)特性可用行程速度變化系數(shù)（也稱行程速比系數(shù)）K 表示。 搖桿處于兩極限位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的曲柄所夾的銳角，稱為極位夾角。K 值越大，急回特性愈明顯。一般機(jī)械中，1K2。將公式整理，可得極位夾角計(jì)算公式.4.2.2壓力角和傳動(dòng)角鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中, 原動(dòng)件受到驅(qū)動(dòng)力矩Md作用時(shí)，若不計(jì)運(yùn)動(dòng)副的的摩擦和構(gòu)件的慣性力(矩)及重力，則通過(guò)二力桿BC 作用于從動(dòng)件CD上的力沿BC 方向，把力分解為沿C 點(diǎn)速度vC 方向的分力F和垂直于vC 的分力F它們的大小與角度或有關(guān)，即有效分力FFcosFsin有害分力FFsinFcos 因此， F越小越好，即角度越?。ɑ蛟酱螅?duì)機(jī)構(gòu)的工作越有利。稱為壓力角，稱為傳動(dòng)角，二者互為余角，90 。圖 4-5壓力角的定義是：不計(jì)摩擦、重力與慣性力時(shí)，輸出構(gòu)件所受主動(dòng)力F 的方向與輸出構(gòu)件在受力點(diǎn)處的速度方向之間所夾的銳角。由于傳動(dòng)角在簡(jiǎn)圖中非常直觀，所以平面連桿機(jī)構(gòu)習(xí)慣于用傳動(dòng)角來(lái)表示機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能。機(jī)構(gòu)工作時(shí)，其傳動(dòng)角是作周期變化的。為保證機(jī)構(gòu)的傳力性能良好，應(yīng)使最小傳動(dòng)角。一般許用值=4050。 重載大功率時(shí)取大值。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，最小傳動(dòng)角min 總是發(fā)生于曲柄與機(jī)架共線和重疊共線的兩位置之一。4.2.3死點(diǎn)位置曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若搖桿為主動(dòng)件，當(dāng)從動(dòng)件與連桿共線時(shí)，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)角為零，此時(shí)不論驅(qū)動(dòng)力F有多大, 其有效分力,機(jī)構(gòu)的這種位置稱為機(jī)構(gòu)的死點(diǎn)位置。死點(diǎn)位置對(duì)傳動(dòng)不利，但對(duì)夾緊和防松有利。如圖鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，當(dāng)工件5 被夾緊時(shí)，鉸鏈中心B、 C、D共線，工件加在桿上的反作用力Fn無(wú)論多大，也不能使桿3轉(zhuǎn)動(dòng)。這就保證在去掉外力F 之后,仍能可靠地夾緊工件。當(dāng)需要取出工件時(shí)，只需向上扳動(dòng)手柄，即能松開夾具。4.2.3 開盒機(jī)構(gòu)尺寸分析圖 4-6物料由進(jìn)給機(jī)構(gòu)傳送至開盒機(jī)構(gòu)后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)開盒機(jī)構(gòu)（即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)），曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)搖桿擺動(dòng)達(dá)到打開條盒的目的。曲柄回轉(zhuǎn)直徑80.23mm開盒連桿長(zhǎng)度120mmMax中心距165mmMin中心距80.477mm中心高度20mm搖桿工作范圍45-90曲柄旋轉(zhuǎn)角度360搖桿長(zhǎng)度90mm總 結(jié)供紙機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)顆，技術(shù)基礎(chǔ)課以及所有的專業(yè)課之后進(jìn)行的。這是我們?cè)诋厴I(yè)之前對(duì)我們所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總測(cè)驗(yàn)，也是一次理論