紙杯成型機整體成型部分及其傳動設計

1、（2010屆）本科畢業(yè)設計（論文）資料題 目 名 稱： 紙杯機 整體成型部分及傳動系統(tǒng)設計 學 院（部）： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 陳 愛 班 級： 機設063 學號 06402600115 指導教師姓名： 何國旗 職稱 教授 最終評定成績： 湖南工業(yè)大學教務處 2010屆本科畢業(yè)設計（論文）資料第一部分 設計說明書（2010屆）本科畢業(yè)設計（論文）紙杯機整體成型部分及傳動系統(tǒng)設計學 院（部）： 機械工程學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 陳 愛 班 級：機設063 學號 06402600115 指導教師姓名：何國旗 職稱 教授 最

2、終評定成績 2010年5月 摘要在人們追求方便、衛(wèi)生、安全以及環(huán)保的現(xiàn)代社會，一次性杯子在人們的日常生活中逐漸體現(xiàn)其優(yōu)越性。并且隨著一次性塑料杯的逐步退出現(xiàn)代消費市場，一次性紙杯正成為現(xiàn)代社會一次性杯子的主流，并也發(fā)展的趨勢逐步進入到餐飲行業(yè)代替餐具容器。為滿足日益增長的市場需求，紙杯成型機的研究、設計和改進工作也應與時俱進。自動紙杯成型機通過自動送紙、沖底、注油、封合、預熱、加熱、翻底、滾花、卷邊、退杯、出杯等連續(xù)工序生產(chǎn)出紙杯。本設計主要完成紙杯整體成型及其傳動系統(tǒng)部分的設計，該部分主要包括紙杯的預熱、加熱、翻底、滾花、卷邊和退杯工序。紙杯成型機本部分的動作主要通過四桿機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，間歇

3、機構(gòu)等機構(gòu)來完成。本設計將依次對紙杯成型機生產(chǎn)工藝過程分析，各個功能實現(xiàn)以及執(zhí)行機構(gòu)的確選擇、紙杯成型機總體傳動方案的確定，并在此基礎上進行傳動系統(tǒng)零件的設計計算，主要對帶傳動、鏈傳動、凸輪傳動、偏心輪傳動、弧面凸輪分度間歇機構(gòu)以及主軸進行詳細的設計計算。本設計對紙杯成型機的工作原理作了詳細的介紹，并通過設計計算確定其主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)。該自動紙杯成型機結(jié)構(gòu)合理，操作方便，功耗較小，效率較高，性能穩(wěn)定，能進一步滿足目前日益增長的市場要求。關鍵詞：機械 自動紙杯成型機 紙杯 成型ABSTRACTIn the modern society, with peoples pursuit of conven

4、ience, health, safety, and environmental protection, sanitary cups gradually show its superiority in people's daily life. And as the disposable plastic cup regularly withdraw from the modern consumer market, paper cup is becoming the mainstream of one-off cup and enter the catering industry inst

5、ead of cutlery containers. To meet the growing market demand, the research, design and improvement of the paper cup forming machine should also be advanced with the times.The automatic paper cup forming machine produces paper cups through continuous process of automatic document feeder, red bottom,

6、oiling, sealing, preheat, heating, turn the bottom, knurling, curling, exit cup and dump cup etc. The main purpose of the design is to design the overall shape of the paper cup and the transmission system which include the process of paper cups preheating, heating, turn the bottom, knurling, curling

7、, and exit cup. To finish this part of paper cup forming machine, a typical linkage, chain transmission, belt transmission, cam mechanisms and intermittent institutions are used. This design will design and calculate transmission components on the basis of the analysis of paper cup forming machines

8、process, achievement of different functions, the selection of implementing agencies and determination of the overall transmission scheme. The main content is to design and calculate V belt, chain, sprocket, cam, eccentric wheel, spindle, cam Globoidal intermittent indexing agencies and principal axi

9、s detailedly. The design makes a detailed introduction about the working principle of paper cup forming machine, and determines the main parameters and structures through design and calculation.The automatic paper cup forming machine has reasonable structure , convenient operation, low power consump

10、tion, high efficiency and stable performance which can further satisfy the growing demands of the market at present. Keywords: Machinery, Automatic Paper Cup Forming Machine, Paper Cup目錄第1章 緒論- 1 -1.1 課題研究的背景- 1 -1.2 課題研究的內(nèi)容- 2 -1.3 紙杯及紙杯成型機的發(fā)展概況- 2 -1.4 課題研究的意義- 3 -第2章 總體方案設計- 5 -2.1 紙杯成型機的整體分析- 5

11、-2.1.1 紙杯成型機的主要工藝流程分析- 5 -2.1.2 紙杯機成型部分各工藝的運動要求- 6 -2.2 確定紙杯機執(zhí)行機構(gòu)的布局- 7 -2.2.1 紙杯機的設計要求- 7 -2.2.2 紙杯成型機的工序特點分析- 7 -2.2.3確定運動紙杯機成型機構(gòu)的布局- 8 -2.3紙杯在各工位間的運動機構(gòu)設計- 9 -2.3.1 紙杯在各個工位間的傳遞運動設計- 9 -2.3.2 紙杯在各工位的定位夾緊機構(gòu)的設計- 9 -2.4成型機構(gòu)的整體方案布局設計- 11 -2.5 傳動系統(tǒng)的布局設計- 12 -第3章 執(zhí)行部件的設計計算- 13 -3.1 工序組支撐板的運動設計- 13 -3.1.1

12、 工序組整體的動作要求- 13 -3.1.2工序組機構(gòu)簡圖- 13 -3.1.3 工序組支撐板整體機構(gòu)運動分析- 14 -3.1.4 工序組支撐機構(gòu)的設計- 20 -3.2 退杯機構(gòu)支撐板的運動機構(gòu)設計- 21 -3.2.1退杯機構(gòu)支撐板的動作要求- 21 -3.2.2 退杯支撐板機構(gòu)簡圖- 21 -3.2.3退杯機構(gòu)支撐板整體機構(gòu)運動分析- 22 -3.2.4 曲柄滑塊機構(gòu)各桿尺寸設計- 24 -3.2.5 曲柄滑塊機構(gòu)各桿結(jié)構(gòu)設計- 25 -3.2.6 曲柄滑塊機構(gòu)的運動分析- 25 -3.3執(zhí)行機構(gòu)的形狀設計- 31 -3.3.1預熱、加熱工序執(zhí)行機構(gòu)的設計- 31 -3.3.2卷底工序

13、執(zhí)行機構(gòu)的設計- 31 -3.3.3 滾花、卷邊工序執(zhí)行機構(gòu)的設計- 35 -3.4 整體成型部分結(jié)構(gòu)- 35 -3.5 工序盤運動規(guī)律的設計- 36 -3.5.1 工序盤的結(jié)構(gòu)設計- 36 -3.5.2工序盤動作要求- 37 -3.5.3 間歇運動規(guī)律的選擇- 37 -3.5.4弧面凸輪分度間歇機構(gòu)主要參數(shù)尺寸的設計計算- 39 -第4章 傳動系統(tǒng)的總體設計- 41 -4.1 紙杯成型機傳動方案的確定- 41 -4.2 紙杯成型機整體傳動時間分配- 43 -4.2.1 紙杯成型機工作循環(huán)圖的繪制- 43 -4.3電動機的選擇- 44 -4.4 計算總傳動比和分配各級傳動比- 46 -4.5

14、計算電動機1傳動系統(tǒng)的設計計算- 46 -4.5.1 各軸轉(zhuǎn)速的設計計算- 47 -4.5.2 各軸功率的計算- 47 -4.5.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算- 47 -4.6 計算電動機2傳動系統(tǒng)的設計計算- 48 -4.6.1 各軸轉(zhuǎn)速的設計計算- 48 -4.6.2 各軸功率的計算- 48 -4.6.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計算- 48 -第5章 傳動零件的設計計算- 49 -5.1 帶傳動的設計計算- 49 -5.1.1 主軸電機V帶的設計計算- 49 -5.1.2 主軸電機帶輪的設計計算- 51 -5.2 鏈條及鏈輪的設計計算- 52 -5.2.1 減速器輸出鏈的設計計算- 52 -5.2.2 減速器輸

15、出鏈輪的設計計算- 53 -5.2.3 間歇傳動箱輸入鏈的設計計算- 55 -5.3 主軸的設計計算- 55 -5.3.1 確定軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩- 55 -5.3.2 求作用在軸上的零件上的力- 55 -5.3.3 初步確定軸的最小直徑- 55 -5.3.4 軸的結(jié)構(gòu)設計- 56 -5.3.5 軸的強度校核- 57 -結(jié) 論- 60 -參考文獻- 61 -致 謝- 62 -第1章 緒論1.1 課題研究的背景隨著現(xiàn)在科技的迅猛發(fā)展，綠色、環(huán)保、衛(wèi)生、方便、快捷逐漸成為人們生活的主題。一次性紙杯是在關注環(huán)境、關注健康、關注社會的歷史潮流中的一種時代的產(chǎn)物，作為專業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保紙杯的自動紙杯成

16、型機越來越受到投資創(chuàng)業(yè)人士的關注。在各種大型酒店、餐館、航空、醫(yī)院、政府機構(gòu)、家庭以及各大中小型商場超市用量巨大，很多企業(yè)更是把紙杯做成精美的廣告促銷禮品。作為人們?nèi)粘Ｉ畋匦璧南钠?#160;一次性紙杯，每年的消耗量到底有多大？據(jù)有關資料顯示：我國每年消耗的一次性塑料杯和紙杯達萬億只以上，且隨著國民消費水平呈幾個遞增的態(tài)勢增長。由于塑料杯在生產(chǎn)過程中使用了發(fā)泡劑，會破壞大氣臭氧層，使用后回收難度大，焚燒會產(chǎn)生有害氣體，掩埋不能自然降解，會造成對土壤和地下水的污染，且回收和處理難度很大，破壞土壤結(jié)構(gòu)，已成為環(huán)境、資源惡化的元兇之一，而且在使用過程中，一旦遇到高溫就會發(fā)軟，極易產(chǎn)生有害物質(zhì)，直

17、接危害人體健康，所以紙杯以其綠色環(huán)保逐漸取代一次性塑料杯，成為一次性杯子的主流，贏得了消費者的青睞。自動紙杯成型機所生產(chǎn)的紙杯完整地保留了紙制品的優(yōu)點，諸如防濕、保鮮、感溫、可視、殺菌、防腐等方面，紙杯均有著完美的表現(xiàn)。與一次性塑料杯相比，紙杯采用的紙材料，加工性能、印刷性能、衛(wèi)生性能等方面表現(xiàn)得更好。此外，由于紙材料來源廣泛，容易形成大批量生產(chǎn)，且有一定的機械性能，可以用于復合加工，品種也是多種多樣。這些相對一次性塑料杯不可重復性的特性使得紙杯的成本十分低廉、重量相對更輕、便于運輸又便于回收利用，掩埋后容易腐敗，相對塑料杯而言，更具環(huán)保、方便、衛(wèi)生的特點，受到越來越多的廠家歡迎。紙杯成型機的

18、專業(yè)性能使得其生產(chǎn)效率和能力相當強大，但并不能滿足這個龐大的一次性杯子類消費市場。據(jù)統(tǒng)計，2009年我國紙杯消耗在100億只左右，預計今后幾年內(nèi)將以每年20%的速度劇增。由于紙杯是人們?nèi)粘Ｉ钪斜匦璧囊淮涡韵钠罚壹冶貍?，一年四季必用，需求源源不斷，市場永不枯竭。由此我們不難看出，在目前，紙杯的市場占有率不到20%，其發(fā)展?jié)摿梢娨话摺ｋS著紙杯應用的區(qū)域的迅速推廣以及使用人群的迅猛增長，對各式紙杯的成型技術(shù)展開研究成為必然趨勢和當務之急，是以研究、改進并研發(fā)出新的先進的紙杯成型機來降低成本，實現(xiàn)全自動化，高速穩(wěn)定的市場需要。1.2 課題研究的內(nèi)容自動紙杯成型機通過自動送紙、沖底、注油、封合、

19、預熱、加熱、翻底、滾花、卷邊、退杯等連續(xù)工序生產(chǎn)出成品紙杯。本課題主要研究設計紙杯整體成型及其傳動部分設計，該部分主要包括紙杯的加熱、滾花和卷邊，以及成型紙杯的落料和退杯等工序。紙杯成型機本部分的動作主要通過典型連桿機構(gòu)，鏈傳動機構(gòu)，帶傳動機構(gòu)，凸輪機構(gòu)，間歇機構(gòu)等來完成。本設計將依次進行紙杯成型機總體方案的確定，通過對紙杯成型機生產(chǎn)工藝過程分析，來選擇機構(gòu)和總體布局，并在此基礎上進行傳動裝置總體設計以及傳動零件的設計計算，本設計將主要對V帶、帶輪、鏈條、鏈輪、凸輪、偏心輪、主軸、弧面凸輪分度間歇機構(gòu)進行詳細的設計計算。1.3 紙杯及紙杯成型機的發(fā)展概況從紙杯的外形和紙制來看，紙杯的發(fā)展歷史經(jīng)

20、歷了四個階段。1圓錐形/折褶紙杯歷史上最初的紙杯是圓錐形的，并且手工制造而成，用膠來粘合，較容易分離，必須盡快地使用。雖然后來出現(xiàn)了折疊紙杯，在側(cè)壁加了折褶，以增加側(cè)壁的強度和紙杯的耐用性，但要在這些折疊表面印上圖案就較為困難，質(zhì)量和生產(chǎn)率均不高。2涂蠟紙杯第一只涂蠟兩片紙杯在1932年問世，其平滑的表面可以印上各種精美圖案，提高促銷效果，紙杯涂蠟，一方面可以避免飲料與紙材直接接觸，而且能保護膠的粘合性，增強紙杯的耐用性，另一方面亦增加了側(cè)壁的厚度，使紙杯的強度大大提高，該紙杯美觀耐用，成本較低，生產(chǎn)效益較高，但是此款紙杯不適于承載熱飲料。3直壁雙層杯為擴大紙杯的應用范圍，1940年直壁雙層杯

21、推出市場，這種紙杯不但便于攜帶而且盛裝熱飲料，紙杯上涂布乳膠后能掩蓋紙材的紙板味，并且能加強紙杯的防漏性，被廣泛應用于自動售賣機來承載熱飲料。4聚乙烯涂塑紙杯當人們正在采用經(jīng)乳膠涂布處理的紙杯承載熱飲料的同時，有關食品公司有也開始將聚乙烯涂布在紙板上來增加紙包裝的阻隔性和密封性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本，生產(chǎn)效率也得以提高，由于可以承載冷、熱飲料，使紙板的應用范圍得以進一步發(fā)展。而我國目前生產(chǎn)的紙杯成型機，幾乎都是在韓國機型的基礎上發(fā)展而來，被稱之為韓式紙杯成型機，這種韓式機型具有結(jié)構(gòu)簡單、操縱方便、造價較低等優(yōu)點，在紙杯行業(yè)起步階段起到了重要的促進作用。但是隨著市場的深人，紙杯使用領域

22、的擴展，用戶要求的提高,這種機型暴露出來的缺點，越來越制約行業(yè)的發(fā)展，市場急需一種高速并且?guī)в幸欢ā叭嵝浴钡男乱淮埍尚蜋C。韓式紙杯成型機主要存在以下兩方面的缺陷：1產(chǎn)量低韓式紙杯成型機雖然結(jié)構(gòu)簡單、造價較低，但是這種機型的固有結(jié)構(gòu)限制了其生產(chǎn)率的提高。因為這種機型在其第一道工序中封是單工位的。由于紙杯紙的淋膜層在中封過程中需要足夠的溫度和時間,才能把淋膜層中的PE膜熔化并有效粘合，所以在韓式機中,這一工序就像瓶頸一樣限制了其生產(chǎn)速度的提高。不管是國產(chǎn)還是韓國原產(chǎn)的這類成型機，其生產(chǎn)速度都比較慢,其生產(chǎn)速度已遠遠不能滿足市場的需求。2杯型變化范圍小由于一次性塑料制品逐步退出市場，紙杯的使用量

23、及使用領域不斷擴展,如：咖啡杯、可樂杯、牛奶、熱飲杯、冷飲杯、冰淇淋杯、方便面碗等,形式多樣,而且變化很大,容量變化從2盎司到35盎司，高度變化從20毫米到200毫米。這就大對成型機提出了“柔性”的要求，而韓式成型機是立式結(jié)構(gòu)，成型凸輪的行程決定了所能生產(chǎn)紙杯的最高高度，所以這種成型機只能針對某一范圍而設計。這樣一來客戶就必須購置多種機型以滿足系列紙杯生產(chǎn)的要求。由于韓式機型存在上述兩方面的局限性，已經(jīng)越來越不適應甚至正制約紙杯行業(yè)的發(fā)展，市場急待新型紙杯成型機的產(chǎn)生。1.4 課題研究的意義一次性環(huán)保紙杯即將取代塑料杯而成為人們生活必需品，其市場潛力巨大，需求源源不斷，商機無限。而自動紙杯成型

24、機是生產(chǎn)一次性紙杯的必需的機械設備,為了滿足市場對紙杯的需求,紙杯成型機的技術(shù)將隨紙杯的需量的大增而迅猛發(fā)展，市場需求量也將急劇增長。針對韓氏紙杯成型機的諸多缺陷，現(xiàn)在研究紙杯成型機仍有十分重要的意義，尤其是對現(xiàn)有的紙杯成型機的結(jié)構(gòu)進行改造十分必要。在“消除白色污染，改善環(huán)境衛(wèi)生”的國策背景下，很多大中型機械公司正組織科研人員不遺余力地在紙杯成型機項目上投入巨資研發(fā)，并借鑒國外先進技術(shù)，已潛心研制出具有國內(nèi)領先水平的新一代紙杯成型機-全自動高速紙杯成型機。該新式紙杯成型機采用了多工位中封機構(gòu)，利用臥式成型機構(gòu)，大大提高了生產(chǎn)率和提高了紙杯制作范圍。相信新一代臥式紙杯成型機將以其高速、一臺機器生

25、產(chǎn)多種不同型號的產(chǎn)品的優(yōu)越性能而成為紙杯制造業(yè)更新?lián)Q代、業(yè)務擴大之首選，它的出現(xiàn)將是紙杯業(yè)的一大飛躍。針對韓式紙杯成型機的二大缺陷，我們可以進行一些方面的改進和研究。1采用中封機構(gòu)在紙杯制作過程中，淋膜層的熔化粘和所需的時間是必不可少的。在韓式機型中，這一時間消耗在加熱體將紙杯中縫壓緊后的停頓上。一般來說需要0.8秒的停頓時間，同時燙條上下運動以及紙片送入，紙壁筒鉤出的時間0.4秒左右，那么生產(chǎn)一個紙杯需要1.2秒的時間，在這1.2秒時間中0.8秒停頓時間是必不可少的，這就限制了制杯的生產(chǎn)速度，也是韓式紙杯成型機無法提高生產(chǎn)率的原因所在。新型紙杯成型機采用多工位中封結(jié)構(gòu)，這樣一來，0.8秒的熔

26、化粘和時間就消耗在傳動之中。比如采用8工位中封結(jié)構(gòu)，燙條從第1工位壓住杯筒，在0.8秒的時間內(nèi)轉(zhuǎn)到第7工位后釋放，保證了熔化粘和所需的時間。我們只要控制第1工位紙片送入，燙條下壓的時間，這個時間據(jù)我們的試驗只需0.4秒左右，也就是說1.2秒生產(chǎn)出一個紙杯，產(chǎn)量較韓式紙杯機，大大提高了生產(chǎn)率。2利用臥式成型結(jié)構(gòu)上面我們已經(jīng)提到，在韓式機型中，成型凸輪的上下行程決定了紙杯的高度。這是由于韓式機型是采用立式成型結(jié)構(gòu)，成型模具要從杯模底側(cè)上升到杯模的上側(cè)完成翻口動作。而紙杯越高，其模具也就越長。模具越長成型凸輪的行程就越大。在紙杯成型機中，模具的更換是比較容易的，而成型凸輪是幾乎無法更換的，它是機器中

27、的連接部件，還受到機架空間的限制。這就是韓式機型制作紙杯范圍窄的根本原因。新型臥式紙杯成型機采用的是側(cè)面成型技術(shù)，成型凸輪的行程是一定值，這樣一來，只需更換不同模具而無需更換成型凸輪，大大提高了紙杯的制作范圍。此課題的設計幾乎涵蓋了我們大學階段學到的大部分專業(yè)知識，例如：機械原理、機械設計、工程制圖、理論力學、材料力學、機械設計學、液壓與氣壓傳動、電氣控制技術(shù)等課程。我相信通過這個課題的設計能夠更好地使我們所學到的知識在實踐中得到檢驗、鞏固與提高，使我們養(yǎng)成了勤于思考和查詢資料的習慣，并提高我們的實際動手能力和解決實際問題的能力。第2章 總體方案設計2.1 紙杯成型機的整體分析2.1.1 紙杯

28、成型機的主要工藝流程分析紙杯成型機是自動將紙杯專用紙加工生產(chǎn)成紙杯的機械。紙杯主要由杯壁和杯底兩部分組成，所以分別需要加工杯底和杯壁。紙杯的加工過程就是將杯壁和杯底粘合成紙杯的整個過程?？紤]到紙杯用紙是涂膜紙，根據(jù)其特性，只需將紙杯用紙靠近在一起受熱后壓緊便可以將其粘合成一個整體，所以整個紙杯加工的工藝過程可以分為以下數(shù)道工序：紙杯成型（杯壁、杯底成型）>杯壁與杯底的壓底>預熱>主熱>卷底>杯底滾花>卷邊>退杯。由此分析可以得到紙杯成型機的整體工藝流程如圖所示：圖2.1 紙杯成型機的工藝流程圖杯壁封合是將已經(jīng)印刷好的扇形紙片（如圖2.2所示）卷成錐形并

29、通過裝置將其封合成杯壁；杯底沖裁將杯底卷紙通過沖裁工序加工成原形狀（帶毛刺狀卷邊）；壓底工序通過機構(gòu)將杯壁和杯底壓合成一個整體；預熱、主熱工序?qū)⒄澈显谝黄鸬募埍謨纱渭訜幔芨玫膶⒈诤捅咨系耐磕尤诨?，為下一道工序卷底做充分的準備；卷底工序?qū)⑸弦坏拦ば蛑斜诤捅咨先诨说耐磕油ㄟ^外力壓緊；滾花工序?qū)⑸弦坏拦ば蛘澈虾玫募埍M行杯底的滾花工作；卷邊工序?qū)⒁呀?jīng)注油軟化過的紙杯邊緣進行卷邊工序。圖2.2 紙杯的扇形杯壁材料杯底采用寬度為65的紙杯底專用卷紙，可以連續(xù)性的進行加工，無需經(jīng)常性的更換紙杯底材料。根據(jù)以上工藝原理分析，可以將紙杯機的整機分為三個主要部分：第一部分：杯壁紙傳輸、杯壁成

30、型及成型后傳輸?shù)焦ば虮P；第二部分：杯底紙傳送、杯底成型、杯壁與杯底壓底，成型杯的自動傳送和以及加工好的紙杯送出工藝流程；第三部分：主要包括紙杯的整體成型，包括預熱、主熱、卷底、滾花、卷邊等工序機器傳動部分。根據(jù)工作安排，我完成紙杯機的第三部分的設計計算工作。2.1.2 紙杯機成型部分各工藝的運動要求預熱、主熱工序需要有一個熱源與壓底后的紙杯靠近，并且杯底與杯壁的接觸呈圓環(huán)狀，因此需要的熱源應同樣呈現(xiàn)一個環(huán)狀；并且熱源的運動方向相對紙杯只能從杯底向紙杯運動并且需要停留一個短暫的時間，保證紙杯的受熱均勻。因此預熱、主熱工序需要的是一個豎直方向的運動（從杯底往紙杯方向），并且需要在熱源靠近紙杯的位置

31、有個“休止”過程。 卷底工序?qū)⑹軣岷蟮闹苽浣o定一個徑向均勻壓力將紙杯壓緊，為保證紙杯底各向受壓力均勻，因此給定紙杯一個周向旋轉(zhuǎn)運動；同樣壓緊裝置需要從杯底向杯子方向運動。因此需要一個豎直方向往復運動并且能在豎直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。滾花工序滾花執(zhí)行機構(gòu)與紙杯接觸后將杯底按照一定的方向?qū)⒈准堮薨櫤蟛壕o。同理，為了是紙杯各向滾花均勻同性，紙杯需要一個旋轉(zhuǎn)運動。因此也需要一個豎直方向往復運動（從杯底往紙杯方向）并且能在豎直平面內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動。卷邊工序原理類似于滾花工序，也是將紙杯邊緣滾成一定的形狀，因此需要的運動規(guī)律也是一個豎直運動方向的往復運動（從紙杯往杯底方向）。退杯工序通過執(zhí)行機構(gòu)將紙杯沿一定的

32、方向退出各個工序過程，因此需要一個豎直往復運動（從紙杯往杯底方向）給紙杯一個軸向力將紙杯退出來。2.2 確定紙杯機執(zhí)行機構(gòu)的布局2.2.1 紙杯機的設計要求根據(jù)任務書要求，紙杯成型機的主要技術(shù)參數(shù)要去如下：（1）紙杯規(guī)格：9盎司（規(guī)格尺寸：R=316 mm，r=240 mm，）（2）紙質(zhì)材料：150400g/平方米的一面涂膜紙張（3）生產(chǎn)速度：50只/分鐘（4）電源要求：380V 50Hz（5）總 功 率：4 kW（6）機器重量：500 （7）外形尺寸：(長×寬×高)2500×1200×14002.2.2 紙杯成型機的工序特點分析加工紙杯的工序有：紙杯成

33、型（杯壁、杯底成型）>杯壁與杯底的結(jié)合>預熱>主熱>卷底>杯底滾花>卷邊>退杯>出杯，工序較多，工藝流程比較長。并且根據(jù)2.1.2 的分析可知“預熱、主熱、卷底、杯底滾花”工序均需要相應的機構(gòu)有一個豎直方向的往復運動，并且這些工藝可以同步順序進行，因此考慮這些預熱、加熱、卷邊、滾花的執(zhí)行元件可以安裝在同一個支撐板上按相同的運動規(guī)律運動。同理，對于卷邊、退杯工序需要相同的運動規(guī)律：即：從紙杯向杯底方向的一個豎直往復運動。因此卷邊和退杯工序的執(zhí)行機構(gòu)都安裝在同一個支撐板上按相同的運動規(guī)律進行運動。對于以上分析，可以將紙杯機整體成型部分的工序執(zhí)行機構(gòu)安

34、裝在兩個支撐板上進行運動傳動的設計。2.2.3確定運動紙杯機成型機構(gòu)的布局1.選擇回轉(zhuǎn)流水作業(yè)加工考慮紙杯機是多工序連續(xù)工作，應采用多工位流水式同步順序進行?？紤]到整個機器的尺寸限制，綜合經(jīng)濟性和空間的要求，這里不采用直線型流水作業(yè)，而采用圓盤式回轉(zhuǎn)流水作業(yè)，可以很大程度上節(jié)省機器占用的空間尺寸以及縮小機器的整體尺寸，達到降低成本的經(jīng)濟型要求。同時還使得整體結(jié)構(gòu)美觀和諧。2.選擇3個回轉(zhuǎn)工序盤實現(xiàn)流水作業(yè)根據(jù)2.1.1分析，紙杯機分為杯壁成型部分、杯底成型部分和整體成型部分三部分，所對應的采用杯壁成型工序盤、杯底成型工序盤和整體成型工序盤三個工序盤。為是整體傳動方便，擬定所有工序盤采用的工位數(shù)

35、相同。并且可以分析出整體成型部分的工序數(shù)最多，需要的動作和工序有：紙杯送入、預熱、主熱、卷底、滾花、卷邊、紙杯的送出，因此需要7個工位。但是紙杯送入和送出兩個工位必須和其他工序盤的工位在空間位置上重合，剩下5個工位要均勻分布在工序盤其他位置。但考慮到其他幾個工位的分布于工序盤的整體空間布局，選擇8個工位均勻分布。才能使紙杯順利的送入和送出，因此整個工序盤上。因此設計工序盤的整體布局如下：圖2.3 回轉(zhuǎn)流水式作業(yè)工序盤的整體布局綜合紙杯成型的所有工序過程，將所有工序分配到工序盤的各個位置，可以得到入下圖所示的工藝原理圖：圖2.4 自動紙杯成型機的工藝原理圖2.3紙杯在各工位間的運動機構(gòu)設計2.3

36、.1 紙杯在各個工位間的傳遞運動設計由于整體成型部分的所有工序均在同一個工序盤的各個工位上進行，因此在成型工序盤上的各個工位之間的傳動選擇采用成型工序盤的整體旋轉(zhuǎn)。各個工序執(zhí)行機構(gòu)只需進行豎直往復運動，紙杯從工序盤順序經(jīng)過各個工位即可完成各個工序。由于紙杯在工序盤的杯模中還需要經(jīng)過：預熱、主熱、卷底、滾花、卷邊以及退杯各個工序，并且各道工序完成過程中，當紙杯與工序執(zhí)行機構(gòu)靠近接觸式需要有一定的時間讓工序能夠順利完成，因此將這幾道工序執(zhí)行機構(gòu)安裝在同一塊支撐板上，并且都采用相同的運動規(guī)律?？紤]到需要停歇，因此工序盤不能采用勻速轉(zhuǎn)動的運動規(guī)律，而需要一定的停歇時間 。所以在工序盤的主軸需要設計一個

37、間歇傳動機構(gòu)。2.3.2 紙杯在各工位的定位夾緊機構(gòu)的設計紙杯在各道工序中都需要一定精度的定位夾緊后才能進行工序的加工?？紤]到紙杯的材質(zhì)和形狀特征，只能承受很小的力。因此紙杯的夾緊不宜采用直接承受較大的夾緊力。因此考慮從被子的內(nèi)外兩側(cè)共同夾緊受力使紙杯能夠在加工過程中保持完整的形狀。對于紙杯外側(cè)的夾緊力可以將紙杯送入一個內(nèi)腔與紙杯形狀相同的裝置內(nèi)，而紙杯內(nèi)側(cè)的夾緊力考慮從紙杯的內(nèi)部設計一個杯模。整體加工過程中紙杯可以完全附在杯模上。在此處的杯模不僅具有配合紙杯外側(cè)對紙杯進行夾緊，還能夠?qū)埍M行定位功能。杯模的整體形狀呈倒錐形，具體尺寸計算如下：大端直徑 （2.1）小端直徑 （2.2）紙杯高

38、（2.3）考慮到紙的厚度，這里杯模的直徑應該略小于上述計算直徑，因此選擇 ,。選用金屬型模，壽命較長；由于該零件的要求不高，故選用鑄造性能較好的材料HT200，查表要求最小壁厚為8mm。對于該零件選擇最小壁厚為14mm。杯模上端有配合，根據(jù)配合要求，分別選擇配合長度為42mm和13mm，因此設計出杯模的結(jié)構(gòu)形狀如下：圖2.5 杯模的外形結(jié)構(gòu)圖圖2.6 杯模在工序盤上的分布布置2.4成型機構(gòu)的整體方案布局設計從2.2.2分析可得知：紙杯機整體成型部分可分為工序組加工部分、退杯工序部分、工序盤傳動部分以及傳動系統(tǒng)部分。針對各個部分的動作和工藝順序要去，將各個部分按照一定的順序進行空間布置設計如下圖

39、： 機架 2-間歇機構(gòu) 3-工序盤傳動軸 4-工序組支撐板 5-工序盤 6-退杯機構(gòu) 7-連桿 8-主軸系 9-凸輪圖2.7整體方案布局圖2.5 傳動系統(tǒng)的布局設計根據(jù)紙杯成型過程的動作要求、和運動傳遞，可以將紙杯成型機成型部分的傳動系統(tǒng)按照以下方式布置：圖2.8 傳動系統(tǒng)布置圖第3章 執(zhí)行部件的設計計算3.1 工序組支撐板的運動設計根據(jù)2.2.2的分析可知，只需將成型部分的各個工序按照其運動規(guī)律分布在兩個支撐板上面。3.1.1 工序組整體的動作要求從2.2.2分析可得知：工序組整體都需要的運動規(guī)律相同，均為：向上工進加工向下返回。考慮到加工過程中，工序組需要有一個停歇階段，綜合分析，選用凸輪

40、的運動規(guī)律“推程遠休止回程近休止”來實現(xiàn)工序組支撐板的運動規(guī)律需求，所以選用凸輪實現(xiàn)這個運動規(guī)律，完成工序執(zhí)行機構(gòu)的豎直往復運動。當從動件的位移、速度和加速度必須嚴格地按照預定規(guī)律變化，尤其當主動件作連續(xù)運動而從動件必須作間歇直線往復運動時，則以采用凸輪機構(gòu)最為簡便。而且機構(gòu)簡單緊湊，運動可靠。同時為了方便、簡單設計，將各個工序執(zhí)行機構(gòu)安裝在同一個支撐板上，設計時只需設計該工序組支撐板的整體運動即可。3.1.2工序組機構(gòu)簡圖結(jié)合圖2.4，按照各個工藝執(zhí)行機構(gòu)的運動先后順序和運動規(guī)律，將各個工藝執(zhí)行機構(gòu)的整體布局分配如下：圖3.1 工序組支撐板布局圖機構(gòu)的整體布局較為寬大，用一個凸輪實現(xiàn)運動規(guī)律

41、不能使整個支撐板受力均衡，所以考慮在支撐板的兩端各設計一個凸輪，用以平衡支撐板的中心分布不均衡。設計整個工序組支撐板的運動簡圖如下：圖3.2 工序組支撐板運動機構(gòu)簡圖3.1.3 工序組支撐板整體機構(gòu)運動分析1. 工序組支撐板整體受力分析在預熱、加熱過程中，機構(gòu)與紙杯沒有直接接觸；在卷底、滾花、卷邊、退杯過程中機構(gòu)受到一個很小的壓緊力。因此整個傳動機構(gòu)中兩個凸輪所受到的合力相當于支撐架本身的重力，約為200N。2. 工序支撐板整體機構(gòu)運動規(guī)律分析為使各工序順利進行，需合理分配間歇機構(gòu)（工序盤）、退杯機構(gòu)、加熱工序機構(gòu)以及壓緊機構(gòu)的工作時間，并且考慮到機器的生產(chǎn)速度是50個/分鐘。平均每個紙杯的生

42、產(chǎn)時間為1.2秒。為此只需將每個工序的時間分配為1.2秒。因此將每道工序周期1.2s分配如下：表3.1 運動機構(gòu)時間分配表時間安排（s）0.3（90°）0.6（180°）0.9（270°）1.2（360°）工序盤轉(zhuǎn)動停止退杯機構(gòu)休止推程休止回程工序組機構(gòu)近休止推程遠休止回程從表中的時間分配和圖2.5所示杯模的結(jié)構(gòu)尺寸分析，凸輪的行程大于75mm 。為了保證運動的平穩(wěn)性以及從安全角度考慮，設計中取工序組的運動行程為h=100mm 。3.凸輪從動件運動規(guī)律方程曲線的選擇由加熱工序機構(gòu)支架的運動規(guī)律：上升停止下降停止（行程=100），可知從動件的運動類型為（推

43、程遠休止回程近休止）。為了使凸輪設計和加工簡單，從動件運動規(guī)律更加可靠，并且從動件工作狀況為中速輕載，查15表4-3，選擇等加速等減速運動規(guī)律(，因等加速等減速運動在運動開始和終止的瞬時，因速度有限突變，所以這時從動件運動時會出現(xiàn)柔性沖擊，這就是等加速等減速運動規(guī)律的缺點，此處由于從動件自身質(zhì)量較大，更容易造成較大的沖擊。所以這里再從動件上安裝一個彈簧，用于抵消一部分從動件得質(zhì)量，減小從動件再加速度突變式由運動規(guī)律引起的柔性沖擊。因此選擇等加速等減速的運動規(guī)律如下表所示：表3.2 等加速等減速運動規(guī)律方程等加速段等減速段等減速段等加速段4.凸輪設計（1）初選凸輪壓力角根據(jù)機械原理在推程時，對心

44、移動從動件，許用壓力角的值一般為=30°38°，推程的壓力角=30°。（2）凸輪基圓半徑查15公式（5.22）移動從動件凸輪機構(gòu)的基圓為： （3.1）考慮到凸輪機構(gòu)所承受的工作里不大，請工作較平穩(wěn)，這里選擇偏心距e=0，即選用對心凸輪。故上式可簡化為： （3.2）考慮到滑塊的行程，取h=100 ，則：凸輪基圓半徑中：將表2.2中等加速等減速運動規(guī)律的s對求偏導有，并將行程h= 100帶入公式：等加速段1： （3.3）等減速段1： （3.4）等減速段2：等加速段2：（3.5）由此可見，的最大值為6.67。對于公式，令s取最小值，即s=0，且的最大值為6.67，壓力角

45、=30°，可以初得到基圓半徑： （3.6）估算此處最小軸徑 （3.7）查16公式（9.22） （3.8）式中：是實際輪廓的最小向徑，是輪轂半徑，是軸徑。且必須有。即： （3.9）這里選取凸輪基圓半徑圖3.3 凸輪的運動行程規(guī)律圖如下（3）凸輪材料及結(jié)構(gòu)設計球墨鑄鐵的力學性能可與剛相媲美，可用于制造柴油機的曲軸。連桿。凸輪。齒輪。機床主軸、蝸桿、蝸輪。所以這里凸輪材料選用QT700-2，最低抗拉強度600MPa，硬度HBS225305。滾子選為軸承61903，其內(nèi)徑為17mm，外徑為26mm。根據(jù)紙杯成型機的工作特點選用對心移動滾子盤形凸輪機構(gòu)。同時為確保從動件能夠順利、平穩(wěn)的工作，不

46、至于由于慣性使得停留在遠休止過程的時間過長從而造成機器的毀壞，因此選用幾何形封閉方式。（4）凸輪輪廓的設計 確定從動件的運動規(guī)律,用作圖法設計凸輪的廓線.其中S為從動件的位移(單位:), 為從動件的轉(zhuǎn)角(單位:度)。已知：推程角90°，行程為100，在工作過程中，推桿等加速等減速上升， ， 。根據(jù)以上計算過程，繪制凸輪輪廓曲線圖如下：圖3.4 凸輪輪廓線圖 （5）凸輪壓力角的校核為避免凸輪在傳動過程中產(chǎn)生較大的磨損，對凸輪的壓力角進行校核。有公式可以得到凸輪壓力角的公式：，符合設計要求。（6）從動件的設計根據(jù)凸輪機構(gòu)的設計，從動件（滑塊）的材料選為45#鋼。滾子和從動件用螺栓聯(lián)接，滑

47、塊設計為50×50×130長方體，倒角距離取10,其內(nèi)孔孔徑為25，其上安裝彈簧，使凸輪機構(gòu)能順利通過死點位置并且抵消一部分工藝支架的重力，彈簧下端固定在滑塊上，上端固定在機架固定塊上。設計出工序組的整體結(jié)構(gòu)布局如下：1-主軸 2-凸輪 3-滑塊 4-導桿 5-工序組支撐板 6-各個工藝執(zhí)行機構(gòu)圖3.5 工序組支撐板結(jié)構(gòu)圖3.1.4 工序組支撐機構(gòu)的設計工序組在對紙杯進行工藝加工過程中所受的豎直方向的外力很小，而在水平面內(nèi)不受外力作用。因此可分析出凸輪執(zhí)行機構(gòu)所受載荷接近工序組支撐板的重力約為300N。為了是整個工序支撐板能夠平衡受力，將凸輪執(zhí)行桿件采用四個滑塊，滑塊用連接

48、板連接，在將連接板用螺栓連接到支撐板上。這樣才能保證支撐板的受力均勻、平衡。具體結(jié)構(gòu)如下圖： 1-滑塊 2-支撐板 3-凸輪滾子 4-滑塊連接板圖3.6 工序組支撐板結(jié)構(gòu)圖3.2 退杯機構(gòu)支撐板的運動機構(gòu)設計3.2.1退杯機構(gòu)支撐板的動作要求退杯機構(gòu)支撐板需要的運動規(guī)律是：向下工進向上返回。該運動的動作要求比較簡單，與2.4中工序組的運動規(guī)律的區(qū)別在于此運動過程沒有“遠休止”過程。實現(xiàn)該動作采用主軸的旋轉(zhuǎn)運動作為源動力。因此退杯機構(gòu)支撐板需要一個將連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線往復運動的機構(gòu)。3.2.2 退杯支撐板機構(gòu)簡圖考慮到該運動比較簡單，常用的能夠?qū)⑿D(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動的機構(gòu)有：（1）齒輪齒條

49、機構(gòu)：能夠?qū)⒁粋€往復的回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成一個往復的直線運動規(guī)律，承載能力較大。（2）曲柄滑塊機構(gòu)：將一個單項回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為一個往復的直線運動，承載能力較小、較平穩(wěn)。（3）凸輪機構(gòu)：承載能力較大，能是執(zhí)行機構(gòu)按照預定的任意往復運動規(guī)律運動，但轉(zhuǎn)速不宜太太高，設計、加工較為復雜。（4）螺旋機構(gòu)：能將往復旋轉(zhuǎn)的運動轉(zhuǎn)化為直線往復運動，承載能力很大，傳動比很大，但磨損較大。此處的運動規(guī)律較為簡單，并且承載能力不大，沖擊也很小。所以綜合以上幾個機構(gòu)的特點，選擇曲柄滑塊機構(gòu)。經(jīng)濟成本也不高，能夠很好的實現(xiàn)機器的運動規(guī)律，完成紙杯的加工。由于機構(gòu)的整體布局較為寬大，用一個曲柄滑塊機構(gòu)實現(xiàn)運動規(guī)律不能使整個支撐板

50、受力均衡，所以考慮在支撐板的兩端各設計一個曲柄滑塊機構(gòu)，用以平衡支撐板的中心分布不均衡?？梢缘玫酵吮瓩C構(gòu)支撐板運動簡圖如下：1-主軸 2-曲柄 3-連桿 4-退杯執(zhí)行機構(gòu) 5-退杯支撐板圖3.7退杯機構(gòu)支撐板機構(gòu)運動簡圖3.2.3退杯機構(gòu)支撐板整體機構(gòu)運動分析1. 退杯機構(gòu)支撐板整體受力分析在卷邊、退杯過程中都需要給紙杯向下方向一個外力來完成卷邊和退杯工序，但由于此工作力很小，其大小可以忽略不計。因此整個傳動機構(gòu)中兩個曲柄所受到的合力相當于該支撐架本身的重力。因此兩個曲柄所承受的載荷很小，但在兩個最高點和最低點位置均有一定的慣性沖擊。為了保證曲柄能夠承受一定的沖擊，并且使得整個曲柄的轉(zhuǎn)動慣量盡可能平均，將曲柄的形狀設計成一個