分件供送螺杆设计

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1、湖南工业大学课程设计任务书2013 2014 学年第 一 学期机械工程学院（系、部） 机械设计制造及其自动化专业班级课程名称：包装机械设计设计题目：分件供送螺杆的设计完成期限：自20 年12 月23 日至 20 年12 月27 日共丄周内 容 及 任 务窗O5=n ；- 速 程形 转 算图 和 计成 螺 计生 n,显动KO m 关自 讶 m 毎并 一 7 詐财 图 虻幌 件 为 心曄 零 你 冷厠 嘉 仆。 直 M沁灯匚 数t,场的 兑 型甘 毀制 奴tBfi模书 W枉 唆洎打須 斟明 囂肚爲量阳 主物务据用出閃作缎卄 谢送十根利画完姬亦 计供、 、 、计/ 设 设 1 2 3 4设 i i

2、i 1 2 一、一、一 三进度安排期 日 k 起容 内 作 工案 方 计 设型 模 三 立主要参考资料8991社 版 出 术技 8 学99 椚 1 海 3 上 ,O 88社20 海19呗 上99母 十出匕印！| 与科W斥SX 叽豐北W W天大MM中 硕MM南r 装湖论雪 包伽沙械5 山长机N 冶马自 C元成N浩 林伏林凤久 许雷许孙尚- - - - - - - - - - 1 2 3 4 5 - - - - - 指 导 教 师（签字）：系（教研室）主任（签字）：一、设计概述 21.1设计的目的 21.2四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置概述 3二、四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置的参数确定 42

3、.1星形拨轮的设计 42.2螺杆螺旋线的组合特征 42.3螺杆螺旋线的基本参数 52.4组合螺旋线的设计 62.4.1输入等速段 62.4.2螺杆变加速段螺旋线 72.4.3螺杆等加速度段螺旋线 82.4.4螺杆输出等速段螺旋线 102.5螺旋槽轴向剖面的几何形状设计 122.6利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形 142.6.1 Matlab 软件的运用 142.6.2 PRO/E画图工具的运用 16三、设计小结 18参考文献 191第一章设计概述1.1设计的目的这个课程设计是一个重要的实践性教学环节，也是提高我们这些工科学生工程设计能力的一个重要途径。是让我们这些包装机械专业方向的学生

4、学好专业知识课程和充分利用所学资源进行设计分析的重要方法，对我们以后的学习工作具有非常重大的意义。1.1.1设计的主要技术参数供送物品为圆柱体：尺寸：直径为75mm高为100mm螺杆转速n=500转/min，拨轮节距 Cb=112mm1.1.2设计任务1 、根据有关参数进行计算或编写有关设计计算程序；2 、利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形；3 、画出装配图及其主要零件图；、完成设计计算说明书。21.2四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置概述目前，在包装工业领域，已广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置。 这种装置可按某 种工艺要求将规则或不规则排列的容器、 物料以确定的速度、方向和间距分批或逐

5、个地供 送到给定的工位。特别是为了适应包装容器日新月异的变化和提设备生产能力的实际需 要，分件供送螺杆装置正朝着多样化、通用化和高速化方向发展，并不断扩大它在灌装、 充填、封口、贴标、计量、检测以及自动包装线上的应用，如分流、合流、升起、起伏、 转向和翻身等。如图1.1为分件单列送正圆柱形及某些异形瓶罐的典型组合装置， 从实用角度出发比 较系统地阐述了变螺距分件供送螺杆与星形拨轮的理论、设计等关键问题。卜垃形瘴碑梅杵供噬杆3-咫展血形別 箱送（S扳层星略擢乾日平动増应导梅图1.1典型变螺距螺杆与星形拨轮组合装置图分件供送装置结性能的好坏直接影响到产品的质量、工作效率、总体布局和自动化水平。所以

6、，设计应在满足被供送瓶罐形体尺寸、星形拨轮节距及生产能力等条件下， 合理确定螺杆直径及长度、螺旋线旋向及组合形式、螺旋槽轴向剖面几何形状和星形拨轮齿 廓曲线，进而校核罐受螺杆、导向板、输送带等综合作用后能达到给定的速度和间距，减 轻冲击、震动、卡滞现象，实现平稳可靠运动。34、四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置的参数确定2.1星形拨轮的设计图2.1所示为星形拨轮的结构简图图2.1星形拨轮的结构简图#为了满足课程设计任务要求，假定设星形拨轮齿数为Zb =8 ；拨轮的转速为nb ;拨轮同时传送两个被供送体时入手所需距离为70mm因被供送体的直径直径为2P=75mm高h =100 mm拨轮的节距为Cb

7、=112mm设拨轮节圆直径为Db，因为容器以等间距定时供送，则DCb *ZbDb = Cb *Zb /则拨轮的节圆半径为Db =118 =285. mm31拨轮高度依据被供送体的高度为hb =60mm拨轮转速与螺杆转速的关系应满足：，nb n则拨轮的转速可确定Zb5008二 62.5r / min2.2螺杆螺旋线的组合特征在工件传送过程中，有的能顺利导入螺旋槽，有的却被螺杆端面阻挡甚至同输送过来 的其他瓶罐产生冲撞，另外还可能使输出过程出现：“局部断流”现象。面对这些错综复杂的工作状况，为了更好地实现缓冲和“定时整流”的目的，对分件供送来说，就不宜采 用螺距全是Cb的等螺距螺杆，而应在螺杆的进

8、中附近配备可调式减速装置，使瓶罐自动 减速相互靠近，以便逐个依次顺利地导入螺旋槽内， 接着再增速达到预定间距，借助拨轮 有节奏地引导到包装工们。因此，当螺杆应用于高速度分件定时供送时， 其螺旋线最标准 的组合模式最好是四段式：1. 输入等速段，螺距小于Cb，有助于稳定的导入口。2. 变加速度段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击。3. 等加速段，与输送带拖动瓶罐的摩擦作用力相适应，采用等加速运动规律使之增大间距，以保证在整个供送过程中与螺旋槽有可靠的接触摸点而不易晃动和倾倒。4. 输出等速段，使螺距等于Cb，以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态，这对 供送导形瓶罐尤为重要。2.3螺杆螺旋线

9、的基本参数参阅图2.2,所示为四段式变螺距螺杆。通常螺杆的前端多呈圆锥台形，而后端则有 同瓶罐主体半径相适应的过渡角，以利改善导入效果，缓和输入输出两端的陡振和磨损, 延长使用寿命。设螺杆的内外直径各为 d0 =2r0,D =2r,为使螺旋槽对瓶罐产生适宜的侧 向力，一般取R= （0.71.0 ） （r。门。图2.2四段式变螺距组合螺杆计算简图对供送正圆柱形容器，其圆弧半径为 ，螺杆的内外半径分别为r0、R,则可取R 冬 r0 （ 2-1 ）至于r。的值，一般情况下主要根据螺杆芯部及其支轴的结构尺寸等因素加以确定。实际中也可从满足某种工艺要求的角度来考虑这个问题，例如供送安瓿，为防止倾倒挤碎，

10、 应选用较大的螺杆内径和较小的螺旋角。因为设计要求供送主体瓶灌的尺寸为：直径为2 P=75mm高h =100 mm为满足设计任务要求，我们先暂取供送螺杆的内径为r0 =45mm根据式（2-1 ）取螺杆的外径R=60mm2.4组合螺旋线的设计螺杆等速段的螺距应取为Soi = 2. ：(2-2)式中二两相邻容器间的平均间隙(一般为几毫米，主要与容器加工精度有关) 暂取占=5mm则螺杆等速段的螺距为Si =75 + 5 =80mm设等速段螺旋线的最大圈数为iim (通常取为11.5 ),中间任意OGrEhm，我们在这取 ilm =1，对应螺旋角Soi241输入等速段tan 01 =nD(2-3)式中

11、D为螺杆的直径，D=2R=120mm.80则螺旋角tan 50.2122(2-4)120兀对其单头外螺旋线，因其展开图形为一条斜直线，故相应的周向展开长度L1 hy、Di1，L1m RUDi1m =376.8mm(2-5)轴向长度比 nSxh，H1m =S01i1m =80mm(2-6)供送速度0 = S01 n -二Dn tan ： 01 = 80 mm-r 2毗(2-8)式中 容器与输送带的滑动摩擦因数螺杆等速段包装容器与输送带的最大速差:m上：m =九 - ：0 = (Cb - S01 )n( 2-9 )设计时，要尽量小 m值，拨轮节距和螺杆转速都不宜过大，以免加快链板工作表 面磨损，引

12、起容器强烈的振动。2.4.2螺杆变加速段螺旋线针对满足包装容器供送平稳的要求，选取该段螺杆的供送加速度a2，使a2由零值依正弦函数变化规律增加到某一最大a,则7(2-10)相应的供送速度及轴向位移为:.兀t2a2 二 G sin2 t2m:2 二 a2dt2 二-G 2t2mJInCOS2t2C2t2m(2-11)(2-12)兀t2sin2 t2m式中t2、t2m分别表示被供送容器移过行程H2及其最大值H2m所需的时间。由边界条件得知：当 t2 =0 时，H2 =0, ： 2=：0 =666.67mm/s 而当 t2 二 t2m 时，a a，故可确定各待定系数：5 = a，c2 = ： 02a

13、t2m兀C3 =0。将 c、C2、C3 各值代入式（2-12），2at2m)t2JI4at2m 二t22 sin二2i 2m(2-13)设该段螺旋线的最大圈数为i2m（通常取为12 ），我们取i2m=2，其中任意i?为0 5亠，由于t2弋,t2m瓷上式可改写成8(2-10)#(2-10)(2-14)H2 二 S0&警(玉-sin 电)2i2m2i 2m可以证明，该段螺旋线的展开图形是由一条斜直线和一条按摆线投影规律变化的曲线 叠加而成的曲线。由于此段外螺旋线的周向展开长度L2 = 3i2丄2m Di 2m =753.6mm将此值代入式(2-14)，得H 2 = L2 ta n014ai；m二2

14、n2、2L2m2L2m(2-15)#(2-10)#(2-10)视L2为自变量，对上式求导，可求出该段外螺旋线的螺旋角dH 2, ai 2mtan ： 2 一二 tan ： 01 厂(1 -dL2兀 2n2Rcos 4)2i2m(2-16)#(2-10)#(2-10)其最大值为#(2-17)tan ： 2m 二 tan ： 01ai2m根据式(2-14 ),可求出该段限定区间(1 0,故得tanrSI2二心门-12#从而可导出曲线簇包络线的坐标s2i24二 2c、2 _|2)#S9x = I2兀若取y =y=R，则点m的坐标改为m=（lr，kr），同理，上式中二也就在改为片，在此条件下,二 R2

15、#kr =r0 亠 J2 _|； =Rcosvr若、0、R、S均已选定，可用试探法或解析作图法求出lr值（其变化范围为lr - ：?考虑到以上各式是将变螺距螺旋线按所选点及所限定区间近似看作等螺距螺旋线推导出来的，所以，根据曲线族包络线确定的螺旋槽轴向剖面几何形状对y轴线必然成对称的。因而求出螺旋槽宽度Q1Q2为2lrS3由上式可见，变螺距螺杆螺旋槽的宽度必定随着螺距的增大而增大。上述分析表明，供送正圆柱形容器，决定螺旋槽轴向剖面几何形状及其宽度的主 要因素是、r。、R、S。严格讲，变螺距螺杆螺旋槽的各轴向剖面几何形状，在宽度 上互不相等，随着螺距的增大，此种差异也越明显。2.6利用程序设计的

16、方法输出结果并自动生成图形 261 Matlab 软件的运用因为Matlab具有强大的绘图功能，本节我对分件供送螺杆的设计采用程序设计的方 法进行编程。对被供送体的速度、加速度和位移的变化进行分析。由前面的分析，我对位移、速度，加速度变化函数编程可得以下Matlab程序：Cb=input(请输入拨轮节距 Cb=);n=input(请输入螺杆的转速n=);s0仁in put(请输入等速段螺距长度s01=);a=(pi* nA2*(Cb-sO1)/(2*2+4*pi)%匀加速时候的加速度figurei1m=1;i2m=2;i3m=4;i4m=1;i1=0:0.001:i1m;H1=s01*i1;%

17、等速段轴向位移H1m=s01i2=i1m:0.001:i1m+i2m;H2=H1m+s01*(i2-i1m)+(4*(i2mF2*(Cb-s01)/(pi*(2*i2m+pi*i3m)*(pi*(i2-i1m) )/(2*i2m)-si n( (pi*(i2-i1m)/(2*i2m);H2m=(s01+(2*i2m*(pi-2)*(Cb-s01)/(pi*(2*i2m+pi*i3m)*i2m i3=i1m+i2m:0.001:i1m+i2m+i3m;H3=H1m+H2m+(s01+(pi*(Cb-s01)/(2*(2*i2m+pi*i3m)*(4*i2m)/pi+(i3-3).*(i3-3);

18、H3m=(s01+(Cb-s01)*(4*i2m+pi*i3m)/(2*(2*i2m+pi*i3m)*i3mi4=i1m+i2m+i3m:0.001:i1m+i2m+i3m+i4m;H4=H1m+H2m+H3m+Cb*(i4-7);H4m=Cb*i4msubplot(3,1,1);plot(i1,H1,i2,H2,i3,H3,i4,H4)xlabel(i);ylabel(H);title(位移图)v0=s01*n;v2=v0+(2*a*i2m)/(pi* n)*(1-cos(pi*(i2-1)/(2*i2m);v3=v0+(pi* n)*(Cb-s01)/(2*i2m+pi*i3m)*(2*i

19、2m/pi+(i3-3);v4=Cb* n;subplot(3,1,2);Plot(i1,v0,i2,v2,i3,v3,i4,v4)xlabel(i);ylabel(v);title(速度图)a1=0;a2=a*si n( (pi/2)*(i2-1)/i2m);a3=a;a4=0;subplot(3,1,3);Plot(i1,a1,i2,a2,i3,a3,i4,a4)xlabel(i);ylabel(a);title(加速度图)H=H1m+H2m+H3m+H4m将此程序在Matlab中运行得到以下结果：请输入拨轮节距Cb= %由前面的分析知道，我设的拨轮节距为112mm在此输入112回车%请输

20、入螺杆的转速n= %螺杆的转速为500r/min=25/3r/s, 在此输入25/3%请输入等速段螺距长度s01= %我设计的输入等速段的螺距长度为 80mm%a =421.41H1m =80H2m =165.62H3m =399.45H4m =112H = 757.07结果与前面计算的结果相吻合。生成的位移、速度、加速度变化曲线图见(图 2.4)2.4变化曲线图262 PRO/E三维图的运用采用PRO/E的强大绘图功能，对变螺距螺杆的实物图进行绘制分析。已知螺杆设计的参数：螺杆外径D=120mm螺杆的内径为d。=90mm供送件的直径为2 P = 75 mm螺杆的转速n= 500r/min，变

21、速圈数为 咯=12皿=2,i3m =4伽=1，初始螺距为= 80mm拨轮节距为Cb =112mm螺杆的全长为757.07mm 绘图步聚：步骤1:创建实体旋转特征。选择“插入” “旋转”命令，进入草图环境后，绘制旋转特征的截面草图。定义旋转 角度为3600，完成特征的创建。步骤2:绘制四段螺旋线。选择“插入” “模型基准” “曲线”命令，在弹出的菜单管理器的“曲线选项”中选择 “从方程”然后根据提示选择方程坐标系，并选择笛卡儿坐标系类型，在弹出的记事本界 面中，根据螺杆参数编辑螺杆螺旋线方程。得到输入等速段螺旋线，重复以上步骤绘制变加速段、等加速段和输出段螺旋线。各段螺旋线的方程：第一段的方程x

22、=(45+37.5)*cos(360*t)y=(45+37.5)*si n(360*t)z=80*t第二段的方程x=(45+37.5)*cos(360*2*t)y=(45+37.5)*si n(360*2*t)z=160*t+16*32/pi/(4+4*pi)*(pi*t/2-si n( (pi/2*t)*180/pi)第三段的方程x=(45+37.5)*cos(360*4*t)Y=(45+37.5)*si n(360*4*t)z=(80+32*pi/(8+8*pi)*(8/pi+4*t)*4*t第四段的方程x=(45+37.5)*cos(360*t)y=(45+37.5)*si n(360*

23、t)z=112*t步骤3:绘制可变剖面扫描。由于按方程绘制的基准曲线不能作为“扫描切口”命令的扫描轨迹，所以需要曲面相交的方式与三段螺旋线重合的扫描轨迹，两个相交曲面之一为由螺旋线生成的可变剖面扫 描，另一个为圆柱面。则需先绘制一条与轴线重合的直线作为扫描用原点轨迹，选择“插入”“可变剖面扫描”，在操控板中选中“曲面”图标，选择直线和等速段螺旋线作为原点 轨迹和X轨迹。在草绘环境中绘制过圆心的、长度为d。的直线作为扫描剖面，得到对 应于等速段的扫描面，重复上述步骤绘制变加速段和等加速度段扫描面。 步骤4:用“相交”命令生成最终的扫描轨迹。选择“插入”“拉伸”命令，在操控板中选中“曲面”图标，创

24、建一个直径为do :的 圆柱面。选中步骤3所创建的任一扫描面后，选择“插入” “相交”命令，根据提示继续 选择圆柱面，两面组相交可得到它们的交线曲线链。 重复以上步骤可生成整段螺旋线的曲 线链。为方便后续造型工作，可将以前步骤生成的曲线和曲面隐藏，只显示曲线链和实体。 步骤5:用“扫描切口”命令完成螺杆模型。选择“插入”“扫描”“切口”命令，在菜单管线理器的“扫描轨迹”选项中选择“选 取轨迹”，在“链”中选择“曲线链”，并根据提示选取步骤四生成的某段曲线链作为扫描 轨迹，并确定截面定义方向和扫描截面的向上方向。 在草绘截面时绘制圆作为扫描剖面形 状。按被供送件直径参数确定圆直径。最后选择要删除

25、的区域，完成扫描切口特征。最后生成的分件供送变速螺杆实物图见（图 2.5）图2.5变螺距螺杆20三、设计总结本次课程设计是对分件供送螺杆的设计，通过这次课程设计对自己未来将从事的工作 进行了一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，同时，在课程设计过 程中，我认真查阅资料，切实地锻炼了我自我学习的能力。另外，在设计过程中，经过老 师的悉心指导和同学们的热心帮助， 我顺利完成了本次设计任务。尽管在有许多的困难在 其中,但真正完成课程设计之后，感觉还是蛮有成就感的，同时更锻炼了我的各个方面能 力。21参考文献19981 许林成，赵治华，王冶包装机械原理与设计M.上海：上海科学技术出版社,2 雷伏元.自动包装机设计原理M.天津科技出版社，19863 许林成.包装机械M.长沙：湖南大学出版社，19984 孙凤兰，马喜川包装机械概论M.北京：印刷工业出版社，1998 尚久浩自动机械设计M.北京：中国轻工业出版社，200322