紙杯機整體成型部分及傳動系統(tǒng)設(shè)計_圖文

1、紙杯機整體成型部分及傳動系統(tǒng)設(shè)計1 緒論1.1 課題研究的背景紙杯是在關(guān)注環(huán)境、關(guān)注健康、關(guān)注生命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)保紙杯的紙杯成型機越來越受到投資創(chuàng)業(yè)人士的關(guān)注。在各種大型酒 店、餐館、電信、房地產(chǎn)、航空、鐵路、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。據(jù)有關(guān)資料顯示：我 國每年消耗的一次性塑料杯和紙杯達 500 億只以上，且隨著國民消費水平呈幾個遞增 的態(tài)勢增長，紙杯成為一次性杯子的主流。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

2、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，贏得了消費 者的青睞。 圖 1 典型紙杯成型機及紙杯紙杯成型機所生產(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)。與之一次性塑料杯相比，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(fù)合加工， 品種也是多種多樣。這些相對一次性塑料杯不可

3、復(fù)制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，受到越來越多的廠家歡迎。紙杯 在受到消費者青睞的同時，更被商家視為新一輪財富商機的黃金事物，不少廠家紛 紛擯棄原來的塑料杯設(shè)備，換上了專門生產(chǎn)紙杯的紙杯成型機。紙杯成型機的專業(yè)性能使得其產(chǎn)杯能力相當(dāng)強大，但并不能滿足這個龐大的杯 類消費市場。據(jù)統(tǒng)計（如圖1），2008年我國紙杯消耗在170億只左右，預(yù)計今后幾 年內(nèi)將以每年 14%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?家家必備，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，紙杯的市場占有率僅不到 20%，其發(fā)展?jié)摿梢娨话摺ｋS

4、著紙杯應(yīng)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(dāng)務(wù)之急，以研究、改進并開發(fā)出新的先進的紙杯成型機來低成本，全自動， 高速地生產(chǎn)出足夠的紙杯來滿足市場的需要。 圖 2 2000-2008 我國紙杯需求量變化圖（單位：百萬）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、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等 連續(xù)工序生產(chǎn)出成品紙杯。本課題主要研究設(shè)計紙杯整體成型部分，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卸杯等工序。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(shè)

5、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(chǔ)上進行傳動裝置總體設(shè)計以及傳動零件的設(shè)計計算，本設(shè)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(shè)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)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

6、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(yīng)用范圍，1940年直壁雙層杯推出市場，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遮蓋紙材的紙板味，并且能加強紙杯的防漏 性，被廣泛應(yīng)用于自動售賣機來承載熱飲料。4聚乙烯涂塑紙杯當(dāng)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(guān)食品公司有也 開始將聚乙烯涂布在紙板上來增

7、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(yīng)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(chǔ)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(lǐng)域的擴展， 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 速并且能一機多品的新一代紙杯成型機。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)

8、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,這一工序就象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的退出，紙杯的使用量及使用領(lǐng)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一機 多品的要求，而韓式成型機是立式

9、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(shè)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(yīng)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，市場永不枯竭，商機無限。而紙杯成型機是生產(chǎn)一次性紙杯的必需的 機械設(shè)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

10、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(lǐng)先水平的第二代紙杯成型機-智能高速紙杯成型機。 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、一機多品種的優(yōu)越性能 而成為紙杯制造業(yè)更新?lián)Q代、業(yè)務(wù)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采用多工位中封機構(gòu)在紙杯制作過程中，

11、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， 再加上燙條上下以及紙片送入，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 多工位中縫結(jié)構(gòu)，這樣一來，0.8 秒的熔化粘和時間就消耗在傳動之中。比如采用 8 工位中縫結(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

12、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 0.4 秒生產(chǎn)出一個紙杯，產(chǎn)量是韓式結(jié)構(gòu)的3倍，每分鐘達到150個，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

13、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(shè)計幾乎涵蓋了我們大學(xué)階段學(xué)到的全部專業(yè)知識，例如機械原理、 機械設(shè)計、工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、包裝機械設(shè)計、機械制造工藝學(xué)、機 械設(shè)計學(xué)、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(shè)計能 夠更好地使我們所學(xué)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 動腦和查詢資料的習(xí)慣，并提高我們的實際動手能力和解決實際問題的能力。2 總體方案的確定2.1 紙杯成型機的參數(shù)、結(jié)構(gòu)及工作原理紙杯成型機是自動將扇形的紙加工成型成紙杯的機械。紙杯主要由杯壁和杯底了 部

14、分組成，所以分別需要加工杯底和杯壁，并將其牢牢合為一體。紙杯材料主要為涂 膜紙張，其杯壁用紙可事先印刷精美圖案后加工成扇形，而杯底用紙可以用卷紙。分析可知，紙杯成型機的成型方式如下：將已經(jīng)印刷好的扇形紙片（杯子的展開形狀）自動加工成型為紙杯筒狀；通過熱 成型粘合紙杯杯壁（據(jù)PE 淋膜紙的特點）；紙杯底杯底使用卷筒紙，自動送紙、沖裁； 杯底與杯壁封合：熱空氣吹氣粘合；滾花：紙杯底部粘合時，通過機械運動，滾上一 層印痕；卷邊：紙杯的口部的卷邊成型。紙杯成型機的主要技術(shù)參數(shù)如下：（1）紙杯規(guī)格：9盎司（規(guī)格尺寸：76mm 53mm 91mm ）及其他的規(guī)格（2）紙質(zhì)材料：150400g/平方米的一面

15、涂膜紙張（3）出杯速度：50只/分鐘（4）電源要求：380V 50Hz（5）總 功 率：4 KW（6）機器重量：1350 （7）外形尺寸：(長寬高2500mm 1200mm 1400mm紙杯成型機需要完成自動送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等 連續(xù)工序，所以紙杯成型機主要采用典型四連桿機構(gòu)（曲柄、搖桿機構(gòu)）、鏈傳動機 構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)以及氣動機構(gòu)等來完成所需動作。紙杯成型機大體由以下三部分組成：第一部分：杯壁紙傳輸、杯壁成型及成型后傳輸?shù)较乱徊糠?；第二部分：杯底紙傳送、杯底成型、杯壁與杯底結(jié)合，成型杯的自動傳送和成型 杯滾筋及卸杯；第三部分：主要包括預(yù)熱、主熱、滾花、卷邊等

16、用來成型后加工的機構(gòu)，以及包 括電動機、減速器及傳動系統(tǒng)等部分。本次設(shè)計主要設(shè)計第三部分，整體效果圖如圖3。 圖 3 紙杯成型機本次設(shè)計部分效果圖2.2 工藝分析1工位由于紙杯生產(chǎn)量大，成型動作也較多，所以本設(shè)計選用多工位紙杯成型機。2運動形式紙杯成型機需要將杯底送到封合的杯壁內(nèi)，該工序需要轉(zhuǎn)盤停頓，所以本設(shè)計選 用間歇多工位紙杯成型機。1成型工序考慮到紙杯的生產(chǎn)步驟以及材料，紙杯成型機主要成型工序包括自動送紙、沖底、 封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等。2工藝路線間歇多工位紙杯成型機有杯壁紙和杯底紙的輸送，又有在轉(zhuǎn)盤上的杯底和杯壁的 封和以及在轉(zhuǎn)盤上的加熱、翻底、滾花、卷邊、滾筋、卸杯，所

17、以本設(shè)計選用圓弧與 直線組合型工藝路線，如圖4所示。 圖 4 紙杯成型機的工藝原理圖3工位數(shù)從圖 4 的成型工序分析可知，右邊的工序盤至少需要 6 個工位，而左下方的工序 盤至少需要7個工位，為了對稱分布，所以本設(shè)計選擇8個工位。結(jié)合圖4，各執(zhí)行構(gòu)件的運動要求分以下五個部分說明。（1）杯壁傳送及成型為了將已印刷好的扇型紙片 （紙杯杯壁的展開形狀） 自動加工成型為紙杯形狀 （筒 狀），需要一個圓臺形模具，其上要安裝一個燙條粘合裝置和一個合攏機構(gòu)。（2）杯底沖壓成型為把杯底卷筒紙沖壓成圓形，需要一個自動送紙結(jié)構(gòu)和圓形沖裁機構(gòu)。（3）杯底杯壁封合為了使杯壁和杯底封合牢固，需要一加壓機構(gòu)。（4）紙杯整

18、體成型紙杯的預(yù)熱、主熱翻底需要加熱設(shè)備，滾花和卷邊時要旋轉(zhuǎn)，則需要一個動力源， 即要選一臺電動機。它們運動是間歇的，因此需要一間歇機構(gòu)，工序盤采用有 8 個圓 柱銷的蝸桿凸輪間歇機構(gòu)。三個工序盤需要協(xié)調(diào)工作，因此，三工序盤的軸用鏈條連 起來，提供這些動力需要另一臺電動機。（5）卸杯卸杯時需要將成品紙杯從轉(zhuǎn)盤頂出來，這需要一頂桿機構(gòu)。紙杯被頂出來后由于 推力和重力作用，紙杯會疊加在一起并會自動計數(shù)，達到一定數(shù)量后，手動將其拿開 并包裝。2.3 機構(gòu)選型紙杯成型機縱、橫、豎三維方向位置的協(xié)調(diào)動作由凸輪機構(gòu)以及四連桿機構(gòu)完成。為使機器結(jié)構(gòu)緊湊和操作方便，將杯壁紙的紙架設(shè)置在機器的上方，將杯底卷筒 紙

19、的紙架設(shè)置在機器的后方。根據(jù)國內(nèi)外紙杯成型機的特點，選用立式成型結(jié)構(gòu)和單工位中縫機構(gòu)及三個工序 盤的紙杯整體成型系統(tǒng)。氣動機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，動作可靠穩(wěn)定，在杯壁紙吸取時，杯底紙沖栽時，紙杯從杯 模上脫下時都選用氣動機構(gòu)。因紙杯是圓臺形，杯口向上，因此卸杯時要選用上頂機構(gòu)，并且需要增設(shè)能使紙 杯向上疊起的用來定位裝置。因為機器高速運轉(zhuǎn)會帶來的較大震動，并考慮到該機生產(chǎn)批量較大，連續(xù)工作時 間長，所以底座與機架都采用鑄鐵件。因為設(shè)計的紙杯的生產(chǎn)速度為50只/分鐘， 故確定工序盤軸的轉(zhuǎn)速為50轉(zhuǎn)/分鐘。 按工作要求，系統(tǒng)選用 Y 型異步電動機，滿載轉(zhuǎn)速為 1400 轉(zhuǎn)/分鐘。因此電動機 至分配軸的降速比

20、應(yīng)能在1428的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)。為此選用兩級降速，第一節(jié) 用 V 帶無級變速，第二節(jié)用減速器降速。根據(jù)紙杯成型機的工作過程，可知要選擇兩 臺電動機，一臺用于紙杯成型機傳送機構(gòu)和成型機構(gòu)的動力，一臺用于滾花和卷邊的 動力，前者的功率要求比較大，后者功率要小于前者。與減速器相連的主軸距離較遠， 可采用 V 帶和鏈條，但 V 帶有打滑的現(xiàn)象，所以選擇鏈條傳動，鏈輪傳動是完成紙杯 生產(chǎn)各轉(zhuǎn)動部分所需要的預(yù)定轉(zhuǎn)速。其他內(nèi)部軸之間的連接也采用鏈條，轉(zhuǎn)盤軸之間、 滾花和卷邊軸之間都用鏈條連接，為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和 鏈條的振動現(xiàn)象及增加鏈條與鏈輪的嚙合包角，它們之間需要增加張緊輪。

21、為使工序盤作間歇轉(zhuǎn)位運動，可供選擇的機構(gòu)主要有：（1）槽輪撥銷轉(zhuǎn)位機構(gòu)（簡稱槽輪機構(gòu)），結(jié)構(gòu)簡單緊湊且容易制造，但從動件 的運動有柔性沖擊（即角加速度不連續(xù)），可用于中高速輕負(fù)載；（2）端面槽輪搖桿轉(zhuǎn)位機構(gòu)，從動件的運動規(guī)律與前述機構(gòu)相同，但它的結(jié)構(gòu)要 復(fù)雜一些，由于從動件是面接觸，可用于負(fù)載比較大的場合；（3）蝸形凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)，能任選從動件的運動規(guī)律，動力特性好，可用于高速重 負(fù)載。考慮到此紙杯成型機轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動慣量較大，因此此處選擇蝸形凸輪轉(zhuǎn)位機構(gòu)，該 間歇機構(gòu)是實現(xiàn)準(zhǔn)確的45分度。2.4 總體布局（1）布局執(zhí)行構(gòu)件如圖 5 所示，與工序盤 7 密切相關(guān)的執(zhí)行構(gòu)件有翻底盤 8、滾花盤 9、卷

22、邊盤 10 等，可依據(jù)它們各自所完成的操作確定其位置。（2）布置執(zhí)行機構(gòu)的傳動件執(zhí)行機構(gòu)的傳動件包括如凸輪、偏心輪、連桿、間歇機構(gòu)，采用圖示的方案，其 中，將偏心輪2、鏈輪12和凸輪14布置在主軸13上。 1機架 2偏心輪 3軸承 4連桿 5支架 6紙杯模 7工序盤 8翻底盤 9滾花盤 10卷邊盤 11間歇機構(gòu) 12鏈輪 13主軸 14凸輪圖 5 執(zhí)行機構(gòu)布局圖1V 帶 2減速器 3鏈輪 4鏈條 1 5偏心輪 6軸承 7凸輪 8間歇機構(gòu)9鏈條 2 10主軸 11電動機 1圖 6 傳動系統(tǒng)圖 1機座 2連桿 3滑桿 4滑塊機構(gòu) 5工序盤軸 6脫杯機構(gòu) 7花鍵軸承 8帶輪 9電動機2 10支架 2

23、 11鏈條 3 12花鍵軸 13偏心輪 14減速器 15鏈條 1 16支架 1 16工序盤 18電動機 1 19V 帶圖 7 總體布局圖如圖 5 所示，將電動機、V 帶和減速器安置在機器的前面底座內(nèi)部，通過鏈條帶 動主軸轉(zhuǎn)動，再由主軸分別傳動紙杯紙供送系統(tǒng)、支架系統(tǒng)和間歇機構(gòu)。對于提供滾 花和卷邊軸的動力由電動機 2（如圖 7），可在開啟電動機 1 之前，滾花和卷邊盤先轉(zhuǎn) 動，為滾花和卷邊作好準(zhǔn)備工作，以免影響滾花和卷邊的質(zhì)量。2.5 編制工作循環(huán)圖紙杯成型機工藝原理圖如圖4所示，主要包括以下五個主要工藝過程：（1）杯壁供送吸紙機構(gòu)將已印刷和裁切好的扇型紙片吸到杯筒，加熱體將紙 杯中縫搭接并推

24、出。（2）杯底沖裁沖裁頭下降，將杯底卷筒紙沖壓成杯底形并返回原位。 （3）底壁封合下壓桿下壓將杯底壓入杯壁中并返回原位。設(shè)定紙杯成型機每分鐘生產(chǎn)紙杯50個，則分配軸的轉(zhuǎn)速為 n=50 （r/min）T（s） p=60/50=1.2（1） （2）分配軸每轉(zhuǎn)的時間就是該機的工作循環(huán)，即等于各個執(zhí)行機構(gòu)的運動循環(huán)，所以2確定各機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角由于紙杯成型機的工作循環(huán)是從杯壁紙供送開始的，因此以杯壁紙供送機構(gòu)的工 作起點為基準(zhǔn)進行設(shè)計。a杯壁紙供送機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)上述的工藝過 程，取杯壁紙供送機構(gòu)的工作行程時間Tk1=0.45S，杯壁筒鉤出時間Td

25、1=0.45s，停頓 時間為To1=0.8s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為ak1=3600.451.7=95 ad1=3600.451.7=95 ao1=3600.81.7=170（3）（4）（5）b 杯底沖栽機構(gòu)運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角： 根據(jù)上述的工藝過程，取杯底沖栽機構(gòu)的工作行程時間Tk2=0.6S，返回行程時間Td2=0.5s，停歇時間為To2=0.6s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為ak2=3600.61.7=127 ad2=3600.51.7=106 ao2=3600.61.7=127運動循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時間及分配軸轉(zhuǎn)角與杯底沖栽機構(gòu)相同，即ak3=3600.61.7=127 a

26、d3=3600.51.7=106 ao3=3600.61.7=127； ak4=3600.61.7=127 ad4=3600.51.7=106 ao4=3600.61.7=127； ak5=3600.61.7=127 ad5=3600.51.7=106 ao5=3600.61.7=127；（9）（10）（11）（12）（13）（14）（15）（16）（17） （6）（7）（8）c.根據(jù)上述的工藝過程，同理可取杯底和杯壁的封和機構(gòu)、滾花機構(gòu)、卷邊機構(gòu)d 繪制各機構(gòu)的循環(huán)圖并時間同步化后可得到各機構(gòu)的工作循環(huán)圖， 如圖7所示： 圖 8 紙杯成型機工作循環(huán)圖2.6 確定電動機功率參照國內(nèi)外紙杯成型機

27、， 確定電動機1功率為1.5KW， 電動機2功率為0.55KW。3 傳動方案的總體設(shè)計3.1 確定傳動方案由第 2 部分傳動系統(tǒng)的分析可知，此系統(tǒng)需要選用兩臺電動機，一臺用于紙杯成 型機傳送機構(gòu)和成型機構(gòu)的動力，另一臺用于滾花和卷邊的動力，前者的功率要求比 較大，后者功率可適當(dāng)小些。與電動機相連的高速級傳動選擇 V 帶傳動，由于與減速 器相連的主軸距離較遠，可采用 V 帶或鏈條傳動，但由于 V 帶有打滑的現(xiàn)象，所以選 擇鏈條傳動，鏈條傳動能保證完成紙杯生產(chǎn)各轉(zhuǎn)動部分所需要的預(yù)定轉(zhuǎn)速。其他內(nèi)部 軸之間的傳動均采用鏈條傳動，轉(zhuǎn)盤軸之間、滾花和卷邊軸之間都用鏈條連接，他們 之間需要增加張緊輪。由此，

28、可以確定紙杯成型機的傳動方案如圖9 所示。1電動機 1 22電動機 2 2，23V帶 3減速器 4，5，6，15，26鏈條 7偏心輪8，21，30軸承 9，20，24軸 10凸輪 11間歇傳動箱 12滑塊 13連桿14機架 16，17，18，25，27，29鏈輪 19，28張緊輪圖 9 紙杯成型機傳動方案圖下面結(jié)合圖9說明紙杯整體成型落料的傳動過程：電動機 1 通過 V 帶和鏈條，經(jīng)過減速器后帶動主軸 9 轉(zhuǎn)動，工序盤 1、2、3 的轉(zhuǎn) 動、杯底及杯壁紙的輸送、杯壁封合及輸送、杯底紙沖壓成型、預(yù)熱、主熱翻底、滾 筋和卸杯都是由電動機1來完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供動力。開啟電動機1，通過V 帶2把轉(zhuǎn)速傳

29、遞到減速器3，經(jīng)過減速器3減速后把預(yù)定速 度由鏈條 4 傳給主軸 9，再通過鏈條 5 把主軸 9 的轉(zhuǎn)速傳給間歇傳動箱 11，間歇機構(gòu) 由弧面凸輪來完成45分度，從動盤上均勻地安裝8個滾子，這樣可以使工序盤1、2、 3 每次轉(zhuǎn)動 45。由此機器可以實現(xiàn)杯壁與杯底的準(zhǔn)確封合，以及預(yù)熱、主熱翻底、 滾花、卷邊、卸杯等一系列動作的協(xié)調(diào)而準(zhǔn)確完成。通過偏心輪 7 可把主軸 9 的速度 傳給上面支架，經(jīng)過脫杯機構(gòu)提供脫杯所需的速度和動力，通過凸輪10把主軸 9的速 度傳給下面的支架，提供滾花和卷邊盤垂直方向的速度和動力。間歇傳動箱把轉(zhuǎn)速通 過軸20傳到鏈輪17，軸20為工序盤 3的轉(zhuǎn)軸，鏈輪17通過鏈條

30、帶動鏈輪16、18作 同步間歇轉(zhuǎn)動，鏈輪16、18的中心軸分別是工序盤1和 2的轉(zhuǎn)軸，即工序盤1、2、3 作同步間歇轉(zhuǎn)動。紙杯的滾花和卷邊是由電動機 2 來完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供動力。開啟電動機 2，通 過V 帶23和軸24把轉(zhuǎn)速傳給鏈輪29， 鏈輪29 經(jīng)過鏈條26把速度傳遞給鏈輪25、 27， 鏈輪 25、27 的中心軸分別是滾花盤和卷邊盤的轉(zhuǎn)軸，這樣電動機 22 就為滾花和卷邊 完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供了動力，整個紙杯成型的傳動過程就能完整而有序地完成。3.2 選擇電動機由第 2 部分分析可知，按工作要求兩電動機都選用 Y 系列即三相異步電動機，額 定電壓380V，電動機的結(jié)構(gòu)為防護式，防護等級都

31、定為IP44，電動機的安裝型式見圖 4，電動機1和電動機 2的功率分別為1.5KW和0.55KW，轉(zhuǎn)速都為1400轉(zhuǎn)/分鐘， 查機械設(shè)計手冊可知電動機1為Y90L4型，電動機2為Y8014型。兩電動機詳細參數(shù)見表1所示。表 1 電動機的技術(shù)參數(shù)電機名稱型號規(guī)格防護等級 安裝形式 轉(zhuǎn)速 （r/min） 額定功率 （kw）電壓 （V）堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 噪聲 （dB(A） 質(zhì)量（kg） 額定電流 （A） 頻率（HZ）效率 （%）功率因數(shù) （cos） 堵轉(zhuǎn)電流/額定電流 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 轉(zhuǎn)動慣量（kg）機座號振動速度（mm /s） 長度 （mm） 寬度 （

32、mm） 高度 （mm）電動機 1 Y 90L4 IP44 B3 1400 1.5 380 2.2 2.2 67 26 3.7 50 79.0 0.79 6.5 2.3 6.5 0.0021 90L 1.8 335 180 190電動機 2 Y 8014 IP44 B3 1400 0.55 380 2.2 2.2 67 17 1.5 50 73.0 0.76 6.0 2.4 6.0 0.0018 801 1.8 285 165 1703.3 計算總傳動比和分配各級傳動比主軸傳動裝置的總傳動比為i = nr/min1/n2= 1400/50= 28式（18）中：n1電動機滿載轉(zhuǎn)速，r/min；n2

33、工序盤3的轉(zhuǎn)速，r/min。為使整個紙杯成型機結(jié)構(gòu)緊湊，減速器外廓尺寸應(yīng)較小，故選用一級蝸桿減速器， 其傳動比也較大，從電動機到工序盤3經(jīng)過 4 次變速，V帶、減速器、2根鏈。為了安 裝的需要且蝸桿的圓周速度大于 5m /s，根據(jù)機械設(shè)計手冊的要求，減速器選擇蝸桿 上置，為了使鏈輪設(shè)計制造簡單、安裝方便，故選擇使用同一型號的鏈輪，兩鏈條的 傳動比都定為1，傳動比28分配到 V 帶和減速器，考慮到帶輪的大小，低速級的帶輪 不能太大，所以選擇傳動比為 1.4，則減速器的傳動比為 20，綜合考慮后根據(jù)機械設(shè)（18）計手冊選用WPS-100型減速器。WPS-100型減速器的參數(shù)見表2。表 2 WPS-

34、100 型減速器參數(shù)型號 規(guī)格 傳動比 WPS1001:20長寬高輸入軸輸出軸鍵槽105質(zhì)量 35322254334直徑 長度 鍵槽 直徑 長度mmmmmm2550843875mmmmmmmmmmmm滾花軸到電動機有一根軸，滾花和卷邊需要的速度為 200 r/min 左右，根據(jù) V 帶的適應(yīng)范圍可知，其傳動比在2-4之間，此處傳動比選擇4。3.4 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)n1.4= 1000r/min1= nm /i0= 1400/n 1000/20= 50r/min2= n1/i1= n 1= 50r/min3= n2/i2= 50/n 1= 50r/min4= n3/i3= 50/式中

35、：nm電動機1滿載轉(zhuǎn)速，r/min；n1、n2、n3、n4依次為軸、的轉(zhuǎn)速，r/min；Ph 01= 1.5 0.96= 1.44KW1 = Pd P 2 = Ph h 01h 1.44 0.90= 1.30KW112= P112= Ph 23= Ph 01h h 23= 1.3 0.96= 1.25KW3 = P2d 12Ph 34= Ph h 23h 34= 1.25 0.96= 1.20KW4 = P3d h 0112式中：Pd電動機輸出功率，KW；(19(20(21(22(23(24(25(26P、 P、 P1、 P234軸、輸入功率，KW；h h h h 01 、12 、23 、34

36、 依次為電動機軸與軸，軸與軸，軸與軸，軸與軸間的傳動效率。查13表102確定各部分效率為：h h 01 =0.96，12 =0.9，h h 23 =0.96，34 =0.96。Th 01= 10.23 1.4 0.96N m= 13.75N m1 =Td i0Tih h 01h 13.75 20 0.9N m= 247.50N m2 =T1112= Td i0i112= Th 23= Tih 01h h 23= 247.50 1 0.96N m= 237.60N m3 =T2i2d i0i1212Th 34= Tih 01h h 23h 34= 237.60 1 0.96N m= 228.10

37、N m4 =T3i3d i0i12i312式中：Td電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩，N m；Td =9550pd1.5= 9550= 10.23N m， n1400m（31）(27(28(29(30TTTT1，2，3，4軸、輸入轉(zhuǎn)矩N m。從電動機2到滾花盤和卷邊盤之間有一軸，此處選擇傳動比為4，則該軸： 轉(zhuǎn)速n =1400/4=350r/min功率P =0.550.96=0.53KW0.53轉(zhuǎn)矩T=9550= 3.6N m14004 傳動零件的設(shè)計計算4.1 V 帶及帶輪的設(shè)計計算已知電動機功率P 為1.5KW，由1表8-7查得工作情況系數(shù)KA=1.1，故Pca=KAP =1.11.5=1.65KW 2

38、選取V 帶帶型根據(jù)Pnca為1.65KW，m為1400r/min，考慮到結(jié)構(gòu)緊湊等要求，則盡量減小V 帶 的條數(shù)，由1圖8-11確定 V 帶選用 B 型。 3確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗算帶速v由1表8-6和表8-8，取主動輪基準(zhǔn)直徑dd 1 = 80mm由1式（8-15a），計算從動輪基準(zhǔn)直徑dd 2 = idd1= 1.4 80= 112mm根1表8-8將從動輪基準(zhǔn)直徑圓整，取dd 2 = 112mm按1式（8-13）驗算帶的速度v=（32）（33）p dd 1 n160 1000=p 80 140060 1000= 5.862m/s 90 a360(37則主動輪上的包角合適。 6計算窄V 帶的根

39、數(shù)z由1式（8-26）可知Z =Pca(PPKaKL0 + （38）由nm=1400 r/min、dd1=80mm 、i =1.4，查1表8-4a 和表8-4b 得近似值P 0 = 2.19KWD P.36KW0= 0由包角為174.87,查1表8-5得Ka= 0 .99， 查1表8-2得KL=1 .08，則z =PP1.65caca= = = 0.605P(P+ D P K K(2.19+ 0.36 0.99 1.08r0 0a L（39）所以取z=1根。 7計算預(yù)緊力F0由1式（8-27）可知F0= 500P5ca 2.- 1+ qv2vzKa(40查1表8-3得q=0.17/m ，故1.

40、652.5 F 0 = 500 - 1+ 0.17 5.8622 N= 59.51N5.862 40.99 8計算作用在軸上的壓軸力FP由1式（8-28）可知FzFp = 20 sin(41a 1174.87 = 2 4 59.51 sinN= 475.59N2 2 （42）1V帶輪設(shè)計的要求V 帶輪應(yīng)滿足下列要求：質(zhì)量?。唤Y(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分 布均勻，要經(jīng)過動平衡；輪槽工作表面要精加工；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精 度等。 2帶輪的材料兩帶輪的材料選用牌號為HT200的鑄鐵。 3結(jié)構(gòu)尺寸兩V 帶結(jié)構(gòu)采用實心式，據(jù)1表8-10可知該 V 帶帶輪各部分的尺寸如下： 基準(zhǔn)寬度

41、bmm； d = 14基準(zhǔn)線上槽深h.5mm； a = 3第一槽對稱面至端面的最小距離f min = 11.5mm； 帶輪寬外徑B = 25 mm；da 1h.5= 87mm = dd1+ 2a= 80+ 2 3；da2= dd2+ 2h= 112+ 2 3.5= 119mmad d= 2 25= 40mm1 = 2； d2= 2d0= 2 45= 50mmL1=2d=220=40mm ； L2=2d0=225=50mm ；（43）輪轂直徑輪轂長度（44） （45）（46）其中d, d0分別為電動機1軸和減速器輸入軸直徑，d=20mm,d0 = 25。4.2 鏈條及鏈輪的設(shè)計計算由第 2 部分

42、可知，鏈條需要增加張緊輪，為使傳動平穩(wěn)，增強鏈條的強度，傳遞 功率比較大，故選用雙排鏈。 1選擇鏈輪齒數(shù)z1, z2假定鏈速v =0.13m /s，選取小鏈輪齒數(shù)z1=25，則從動鏈輪齒數(shù)z2=i z1=1 25=25。 2計算功率Pca由1表9-6查得工況系數(shù)KA=1，由1圖9-13查得鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1 。雙排 鏈時多排鏈系數(shù)KP=1.75，又已知其傳遞的功率P = 1 .3KW，由1 式（9-15）Pca =KAKZ1 1P= 1.3= 0.743KWKP1.75（47）3確定鏈條型號和節(jié)距根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速n.743KW，由1圖9-11選鏈號為10A 雙 2=50r/min及功率Pca =

43、 0 排鏈。再由1表9-1查得鏈的節(jié)距p = 15 .875mm。 4確定鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距a0a 3050P= (3050 15.875= 476.25793.75mm0 = (取a mm，由1式（9-16）則鏈節(jié)數(shù)為0 = 700az+ z2z- zp70025+ 2525- 25215.875Lp0 = 0+ 1+ 212= 2 + + p22pa015.87522p 700= 113.2（48）取鏈長節(jié)數(shù)Lp=112 節(jié)。z+ zz+ zz- z pa= (Lp - 1 2+ (Lp122- 81224 222p 15.875 25+ 2525+ 25225- 252 (112-

44、 + (112- - 8 4 222p = 492.125mm中心距減小量DaD a =(0.0020.004a=(0.0020.004492.125=0.984251.9685mm（49）實際中心距a0a a=492.125mm -(0.984251.9685mm0=a- D=490.1565491.14075mm取a0=491mm5驗算鏈速并確定潤滑方式v =n35 25 15.8751 z1P= = 0.2315m/s60 100060 1000(50(51鏈速與原假設(shè)相符。由v = 0 10A，查1圖 9-14 可知應(yīng)采用定期 .2315m/s和鏈號 人工潤滑。6計算壓軸力 有效圓周力

45、P1.3F= 1000= 1000= 5615.55Ne v0.2315對于水平傳動壓軸力系數(shù)KFp=1.15，則由1式（9-18）Fp = KFPF1 .15 5615.55= 6457.88Ne=(52(53因為選用的鏈條為10A 雙排鏈，查1表9-1 得鏈輪的基本參數(shù)：節(jié)距p=15.875mm ，滾子外徑d 10.16mm，排距P18 .11mm，內(nèi)鏈接內(nèi)寬1 = t = b 1 = 9.4mm，內(nèi)鏈板高度h 15.09mm，抗拉載荷F min = 43.6KN。 2 =又因為齒數(shù)z=25，由1表9-3可得鏈輪的主要尺寸：分度圓直徑d=15.875/sin(180/z=25.4/sin(

46、180/25=126.66mm齒頂圓直徑1.61.6da min =d+ P(1- d= 126.66+ 15.875 (1- - 10.16= 131.359mm1z25da max = d+ 1.25P- d.66+ 1.25 15.875- 10.16= 136.34375mm1= 126取da = 135 mm齒根圓直徑df = d- d.66- 1.16= 116.5mm1 = 126（54）（55） （56）最大齒側(cè)凸緣直徑180dg = P- 1.04h.76= 15.875 7.92- 1.04 15.09- 0.76= 109.279mm2 - 0z（57） 倒角寬倒角半徑齒

47、寬b0.10.15P= 1.58752.38125mm，取bmma = ( a = 2 r.875mm，取rmmx P= 15 x = 20bf 1 = 0.93b.93 9.4= 8.742mm1= 0dk 35+ 0.01d= 6.4+ + 0.01 126.66= 13.4999mm6 6排間槽圓角半徑r.04P= 0.04 15.875= 0.635mma = 0鏈寬齒總寬bf 2 = (2- 1P 18.11+ 8.742= 26.852mmt+ bf1= 1輪轂厚度輪轂長度輪轂直徑h= K+（58） （59） （60） （61）L = 3 .3h= 3.3 13.4999= 44.

48、54978mmdh = dk+ 2 h= 35+ 2 13.4999= 62mm齒面圓弧半徑r.008dz2+ 180= 0.008 10.16 (252+ 180= 65.43mme min = 01(齒溝圓弧半徑r.505d.069= 0.505 10.16+ 0.069= 5.28mmi max = 01+ 090 90齒溝角 amin =120 - = 120 - = 116.4z252鏈輪齒形為減少刀具，采用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工，故鏈輪的齒形選用三圓弧一直線齒形，齒形按 3R GB/T 1244-1985 規(guī)定制造。（62） （63）3鏈輪的結(jié)構(gòu)因鏈輪的直徑較小，因此制成整體式。 4鏈輪的材

49、料因鏈輪受力比較大，且要求耐磨損，根據(jù)機械設(shè)計手冊，材料選擇20Cr，經(jīng)淬火、 回火熱處理，齒面硬度為4050HRC。 5鏈輪的定位為防止鏈輪在軸上轉(zhuǎn)動和滑動，保證傳動的穩(wěn)定可靠，鏈輪需要嚴(yán)格的定位，由 于此鏈輪傳動的力比較大， 所以此處選用螺釘和鍵定位。 由減速器輸出軸直徑為30mm， 選用鍵規(guī)格為：鍵856。為方便設(shè)計計算，間歇傳動箱輸入鏈鏈輪的參數(shù)、尺寸、齒形、結(jié)構(gòu)、材料與減 速器輸出鏈鏈輪相同。根據(jù)減速器輸出鏈設(shè)計的過程，可得到間歇傳動箱輸入鏈的下列主要參數(shù)：齒數(shù)zp=112 節(jié)；節(jié)距p =15.875mm ；傳遞的功 1=z2=25；計算功率Pca=1.25KW；節(jié)數(shù)L率P0=0.64KW；中心距a=491mm；鏈速v=0.2315m /s；作用在軸上的壓軸力Fp=6457.88N。4.3 凸輪機構(gòu)及偏心輪的設(shè)計計算當(dāng)從動件的位移、速度和加速度必須嚴(yán)格地按照預(yù)定規(guī)律變化，尤其當(dāng)原動件作 連續(xù)運動而從動件必須作間歇運動時，則以采用凸輪機構(gòu)最為簡便。由支架的運動規(guī)律：上停下停上（行程=140mm ），可知從動件的一運