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目录一设计概述2二四段式分件供送螺杆与星型拨轮参数的设计32.1星型拨轮的设计32.2螺杆螺旋线的组合特征32.3螺杆螺旋线的基本参数42.4组合螺旋线的设计52.4 1螺杆输入等速段螺旋线52.4.2螺杆变加速段螺旋线62.4.3螺杆等加速段螺旋线72.4.4螺杆输出等速段螺旋线9三设计小结10四参考文献11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设计的基本数据袋装机生产能力为6000瓶/小时;包装容器容积5升;被包装产品为食用油。1.1.2设计任务1、1张1号图纸;2、3张零件图;3、设计说明书3000字。1.1.3设计起止时间开始时间:2015.6.15结束时间:2015.6.264綸選毎檢戒朋势俸依陀零孚祜黑应狞施变螺距螺杆与星形拨轮组合供送装置简图二四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,据市场调研的结果,得到5升的油瓶底面 半径为p =80mm,高h=250mm。假定设星形拨轮齿数为Zb=6;根据Q=n*Zb故 得到拨轮的转速为n =16.7r/min;拨轮同时传送两个被供送体时入手所需距 b离为140mm;因被供送体的直径直径为2p =160mm,高h=250mm,则取拨轮的节距为C =300mm,设拨轮节圆半径为R,因为容器以等间距定时供送,则bbR 二 C Z /(2兀) bb b则拨轮的节圆半径为Rb=286.62mm拨轮高度依据被供送体的高度为h =200mmb拨轮转速与螺杆转速的关系应满足:n =,则螺杆的转速可确定。 b zbn=16.7 X 6=100 r/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C的等螺距螺杆,而应在螺杆的进中附近b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: 输入等速段,螺距小于C,有助于稳定的导入口b 变加速度段,加速度由零增至某最大值,以消除冲击。 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。 输出等速段,使螺距等于C,以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入b状态,这对供送导形瓶罐尤为重要。2.3螺杆螺旋线的基本参数参阅图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P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d二2r ,D二2R,为使0 0螺旋槽对瓶罐产生适宜的侧向力,一般取R= (0.71.0) ( r +p )。0、R,皿2变螺距螺杆对供送正圆柱形容器,其圆弧半径为 p=80mm,螺杆的内夕卜半径分另U为三则可取(2-1)至于r0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,例如供送安甑, 为防止倾倒挤碎,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2P =160mm,高h=250mm。为满足设计任务要求,我们 先暂取供送螺杆的内径为r0=15Omm,根据式(2T)取螺杆的外径R=200mm2.4组合螺旋线的设计2.4.1输入等速段螺杆等速段的螺距应取为S = 2 p + A(2-2)01式中A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A = 10mm,则螺杆等速段的螺距为S01=16O+1O=17O设等速段螺旋线的最大圈数为i1m (通常取为11.5),中间任意0 1 - i1m,我 们在这取f1m二1,对应螺旋角Stan a=吐01兀D(2-3)式中D为螺杆的直径,D=2R=400mm.则螺旋角tan a 01=17O/4OOn =0.1354(2-4)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L 二兀Di, L =1256mm(2-5)1 1 1m轴向长度H = S i, H1m=170mm(2-6)1 01 1 1m供送速度 V0二S01*n=17Omm*100r/min二 283.3mm/s(2-7)对于图1.1所示的变螺距螺杆与星形拨轮组合供送装置,包装容器的供入速 度u另有控制要求:r当u u时,借助于可调式波形尼龙板或刷板等缓冲装置使其减速。据r0此可求得供入段的输送长度u 2 u 2L 0r-(2-8)r 2卩gd式中 卩容器与输送带的滑动摩擦因数d螺杆等速段包装容器与输送带的最大速差AuAu 二u u 二(C 一 S )n(29)m 10b 01设计时,要尽量小Au值,拨轮节距和螺杆转速都不宜过大,以免加快链板m工作表面磨损,引起容器强烈的振动。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,则兀 t2t2 m(210)相应的供送速度及轴向位移为:u = j a dt =c 2t2 2 2 1兀 t2m COS + c兀2 t22 m(211)4t2.兀 tH = j u dt = c 2* sin + c t + c2221 兀 22 t2 232m(212)式中t、t分别表示被供送容器移过行程H及其最大值H2所需的时间。时,2 m由边界条件得知:当t = 0时,2V2=V0=283.3mm/s ;而当 t = t2 0 2 :a = a,故可确定各待定系数:22at=a, c = u +2m20兀c = 0。将 c、3各值代入式(2-12),得H = (u + 2at2 0、4at.兀 t*)t 2m Sin2-兀 2 兀22i2 m(213)设该段螺旋线的最大圈数为i (通常取为12),我们取i2 m:=2,其中任意i2为0 i i ,由于t = L,t = J =2s。上式可改写成2 2 m2 n 2 m*4at兀 iH = S i +2m (I sin201 2 兀 22i2 m2 m(214)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L =KDi ,L =KDi =2512mm。将此值代22 2 m2 m根据式(2-14),可求出该段限定区间(1 i i22 m4ai=S +2m01兀n 21 2i兀(2i 1).兀2m cos2sin2 兀4i4i2 m2 m(218)兀L.兀 L4a - i 2(4 sm 芬)2 m 2 L2 L入式(214), 得H 二 L tga +2m2m_2201兀 2 n 2(215)22dHtan a 一2-=tan aai “+2m (1 COs兀i ) )(2-16)2 dL01兀 2 n 2 Ri22m其最大值为tan a=tan aai + 2m(2-17)2 m01兀 2 n 2 R视L为自变量,对上式求导,可求出该段外螺旋线的螺旋角a)内的任意螺距值再将c和c值分别代入式(2-10)和(2-11),导出该段的加速度及速度的计算1 2式:a = a sin -(2-19)22 i2 m2aiU = U +2m2 o兀n(2-20)(2-21)兀i 1 cos2- 2i丿2 m2ai小u = u +2m =兀Dn tan a2 m0兀m2m由于可知,当其他条件一定时,变加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均 随螺旋圈数的增大而增大。若取.=0,则a =a,u =u,a = 0,符合螺杆的2 2 01 2 0 0 前两段的位移、速度及加速度曲线的衔要求。2.4.3螺杆等加速度段螺旋线设螺杆等加速度段的供送加速度a3 = a,则相应的供送速度及轴向位移为u = f adt = at + c(2-22)3 334H dt =12 + ct + c(2-23)3 332 34 35式中t 被供送容器移过行程H所需要的时间3 3由边界条件可知:当t = 0时,H =0, u =u ,故可确定各特定各系数:3 332 mc = u , c = 0。将c和c值代入(2-23),得4 2 m545(2-24)aH =u t + t23 2 m 32 3设等加速度段螺旋线的最大圈数为i通常取(35),我们取i = 4,中间3 m3 m任意值0 i i ,由于t = 2,且令当量螺距33 m3 n2m=兀D tan a2ai(2-25)0301由式(2-23),解出等加速段的位移为01(4i-2m-2n 2 J(2-26)可见,等加速段螺旋线的展开图形是一条斜直线和一条抛物线规律变化的曲 线叠加机而成的曲线。将此段外螺旋线展开长度:L =兀,L3m=5024mm代入上式,可求得轴向位 移=L tan a32 m(2-27)视L为自变量,对上式求导,刚等加速度段外螺旋线的螺旋角及其最大值分3别为:dHaitan a =3 = tan a +33 dL2 m 兀Dn 23(2-28)ai Ctan a = tan a+3m = b3 m2 m 兀Dn 2兀D(2-29)由以上两式导出(2-30)-兀 n 2(C - S )a = b02i+ 兀 i2 m3m可得等加速段的加速度为:a=68.47mm/s这表明,等加速段的供送加速度与螺杆转速度的平方成正比;当星形拨轮节 距和等速度段螺距保持定值时,适当地增加后两段螺旋线的总圏数,有助于降低 螺杆的供送加速度,或提高螺杆转速。根据式(2-26),可求得等加速段限定区间(1 i i )内的任意螺距值33 m201 2(2i + 兀 i2 m3 m(2-31)(2-32)S 二 S + (C - S)4i (1 - 2i)301b其最大值兀(C - SS = C - b g c3mb 2(2i + 兀i ) b2 m3m再将C4值代入式(2-22)得_ 兀n(C - S )戶.、U = U +b 01 (2m + I )(2一33)3 o 2i +兀i兀32 m3 m其最大值u 二兀Dn tan a(2-34)3 m3 m以上表明,当其他条件一定时,螺杆等加速度段的外螺旋线螺旋角、螺距和 供送速度同样随螺旋圈数的增大而增大。若取i二0,则a二a ,u =u332 m32 ma3 = a,符合螺杆后两段的位移、速度及加速度曲线的衔接要求。2.4.4螺杆输出等速段螺旋线对输出等速段,为改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态,使该段螺距S二C =300mm,设等速段螺旋线的最大圈数为i (通常取为11.5),中间任4 b4 m意0 i i ,我们在这取i二1,对应螺旋角4 4 m4 m(2-35)Stan a= 404兀D根据边界条件可得供送速度U二U4 3 m式中D为螺杆的直径,D=2R=400mm.则螺旋角 tan a 0厂0.239(2-36)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L 二兀Di , L4 =1256mm(237)4 44m轴向长度H 二 Si , H4 =300(238)404 4 4m最后,为便于设计计算和机械加工,将式(2-30)的A值分别代入式(2-14)和式(2-26)(以此类推),经整理得:4i2 (C - S )(兀i2n B 0 : 兀(2i + 兀i ) I 2i2 m3m2H = S i + 2 n B01201 2-2N.兀i2 - sm 4 2i丿2 m丄 2i (兀-2)(C - S )01兀(2i+ 兀i )2 m3mc + 兀(C - s ) (4i 012(2i+ 兀i )2 m3mH =3mc(C - S )(4i+ 兀iS + B 012m3m012(2i + 兀i )2 m3mi3m(2-39)(2-40)(2-41)(2-42)综上所述,螺杆等速段的最大轴向长度H仅与螺距S和圈数i有关,变1m011m加速段和等加速段的最大轴向长度H 、H 与拨轮节距C、螺距S及圈数i、2 m3 mB012 mi有关。3 m则通过上式(2-40 )可得变加速段的长度为H2 =362.80mm通过式(2-42 )可得等加速段的长度为H3 =1002.8mm3m至此,可求出供送螺杆三段式组合螺旋线展开图形的轴向及周向全长:H 二 H + H + H + H(2-43)1-31m2 m3 m4 mL 二 L + L + L + L(2-44)1-31m2 m3 m4 m即螺杆螺旋线轴向和周向长度各为 HiTLHO+BGZ.BO+lOOZ.B+BOOTBSS.Gmm L1-4=1256+2512+5024+1256=10048mm三设计心得本次对分件供送螺杆与星形拨轮装置的设计,前后花了两个星期的时间,在 这两个星期的时间里,是一次较全面的设计实践活动,也是一次对所学知识的综 合应用。在设计过程中,不仅学到了许多知识,而且还加强了我的工程素质,对 我以后的工作学习,有非常重大的意义,这种意义不光是配养了自己和同学一起 团队合队协调的能力,更重要的是在这段时间内使自己深刻感受到设计工作的那 份艰难。让我知道课程序设计是一项复杂、细致的工作,来不得半点马虎。因此, 在整个设计过程中,必须端正工作态度,刻苦钻研、一丝不苟、精益求精,从而 逐步培养了我的严谨的工作作风,也只有这样,才可能顺利地通过所学知识把课 程设计做好。在设计的过程中,必须得把准备工作做足和做充分,要根据设计任务要求, 考虑周全。在设计的过程中,各种问题会一个接一个地不但的出现,这个问题解 决了,另外一个问题又来了,这有时候叫人好痛苦,现在想想,之所以会出现这 样那样的问题,那是因为自已对书本上的好多东西撑握得不够好,理论知识的不 足。因此,在设计的过程中,需要多翻书,多查资料,只有这样做,才能达到精 益求精。这次课程设计终于顺利完成了,在课程设计中遇到了很多专业知识问题,最 后在老师的辛勤指导下,并认真阅读相关资料,终于迎刃而解。同时我还明白了 自学的重要性,掌握了更为正确的自学方法,这将使我今后离开学校,踏上社会 是相当有帮助的。我深深地意识到了我必须提高我的自学能力。同时,在老师的 身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!同时,对给过我帮助的所 有同学和指导老师再次表示忠心的感谢!四参考文献【1】孙智慧,高德包装机械中国轻工业出版社2010.【2】许林成,赵治华,王治包装机械原理与设计上海:上海科学技术出版社,1998.【3】雷伏元.自动包装机设计原理天津:天津科技出版社,1986.【4】许林成.包装机械长沙:湖南大学出版社,1986.【5】孙凤兰,马喜川包装机械概论北京:印刷工业出版社,1998.
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