资源描述
摘 要本设计主要介绍了一种包装机械，贴标机的工作原理及贴标装置主要零部件的设计过程，对其传动系统进行设计校核，且对供送、分瓶和贴标进行了设计计算。本次设计主要用于贴圆柱身瓶的不干胶标签。该机适用于食品、调味品、药品、酒类、油品、化妆品等其他行业的各种圆瓶贴标.其特点是能够完成自动贴标、抚平等工作，生产效率高。整机以精巧的设计，除去机械上不必要的复杂与笨重，以套装式组立保养和维修无需专业人才即可完成，需要更换产品时，只要简单的调整,便可立刻上线生产。主要技术特点：输瓶带与本机同步驱动全自动工作进度控制，机电一体化的技术保证了贴标准确、稳定、可靠和高效。关键词：自动，贴标ABSTRACTThis design has chiefly been introduced one kind of packing machinery, and the work principle of mark machine reaches and labelingdevice chiefly design process of parts, design the school and examine to his transmission system, andfor thedeliveryof, sub-bottleand labelingforthe design calculation .the major paper nature that is used to paste the cylinder body bottle of this design. The machine is suitable for food, spices, drugs, alcohol, oil, cosmetics and other industries of various circles bottle paste labeling.The characteristic of this machine is accomplish pasting voluntarily marking and comforts equal work, and production efficiency is high. The machine is exquisitely designed, remove the unnecessary complexity and cumbersome, to suit type group made maintenance and repair without professionals to finish, when need to change the products, just need simple adjustment, can on-line production. The major technology characteristic: Losing the bottle belt control with the full automatic working rate of progress of synchronical drive of this machine, and mechatronicslabelingtechnology ensuresaccurate, stable, reliable and efficient. Key words: Automation, Labeling目 录第一章 绪论-11.1贴标机背景和发展-21.2本课题的目的和意义-31.3本课题的设计要求-3第二章 传送带设计-42.1滚筒选型-42.2选择电机-42.3分配传动比-62.4传动装置的运动和动力参数的计算-62.5蜗杆传动的设计-72.6输入轴设计计算-92.7输出轴设计计算-112.8减速器的润滑与密封的选择-122.9减速器箱体结构尺寸-13第三章 分瓶装置设计-143.1分瓶步进电机选型-14第四章 放标装置设计-164.1收标步进电机选型-164.2 同步带设计-17第五章 贴标装置设计-205.1贴标运动数学模型与参数设计-205.2滚贴步进电机选型-20第六章步进电机驱动器和传感器的选择-236.1步进电动机驱动器的选择-236.2 传感器的选择-25第七章PLC控制系统的设计-277.1贴标机控制要求-277.2控制系统的设计方案-277.3 PLC类型选择-277.4 PLC的I/O分配-287.5 PLC控制流程图-297.6 PLC控制程序-307.7 外部接线图-31文献参考-32致谢-33第一章 绪论1.1 贴标机背景和发展贴标机是将是标签粘贴到包装容器的特定的机械设备，一般在包装作业的最后进行。标签对商品有说明和装饰作用，同时便于商品的销售与管理。标签上的商标、商品的规格及主要参数、使用说明与商品介绍，是现代包装不可缺少的组成部分。贴标机的种类很多，功能各异，但基本原理都是相似的。自动贴标机是以粘合剂把纸或标签粘贴在规定的包装容器上的设备。 贴标机的作用：可完成平面粘贴，包装物的单面或多面粘贴，柱面粘贴，局部或全部粘贴，凹陷及边角部位粘贴等各种作业贴标机产品的型式分为直线式贴标机和回转式贴标机。贴标机的功能特点：适用范围广：既能实现方瓶/扁瓶(满瓶状态)的侧面(平面)单张贴标/拐角抚标，还能实现圆瓶周向定位单张/双张贴覆功能 独特的分料机构，确保与生产线联机使用时的可靠、有效分料 独特的拐角扶标机构确保方瓶三侧面拐角贴标平整、不起皱 既能单机使用，又能与生产线配合使用中国贴标机的生产发展过程可分为三个阶段 ： 一 从20世纪80年代末到1994年为第一阶段。 这个阶段主要是引进、仿制国外已淘汰的功能不全的贴标机。当时几个贴标机生产厂家只能生产贴二标 ( 颈、身标)的贴标机，一种是型号为12-2-16回转式贴标机，一种是型号为15-46回转式贴标机。这些国产机器基本上还可以满足要求。由于国产设备在功能、性能、外观和贴标质量方面与进口设备相比差距太悬殊 ，对进口设备不可能产生任何威胁。 二、从1995年至2001年为第二阶段。这个阶段是中国贴标机生产的提升阶段。一是贴标速度的提升，从24000瓶/时提升到33900瓶/时，二是贴标功能的提升，从贴二标(颈、身标) 提升到贴四标，即同时可贴头、颈、身、背标。各贴标机生产企业一方面研究在原二标机上增设贴头标和背标的功能，另一方面也积极研发四标贴标机。 三、 从2002年至今为第三阶段。 这个阶段是中国贴标机技术成熟阶段，是中国贴标机历史上的一个重大转折 点。这几年，国产贴标机的生产企业在互相竞争的同时，也形成了与国外贴标机生产企业竞争的态势，在竞争中提高、在提高中发展在发展中创新，在创新中壮大，逐步完成了一个“质”飞跃。2002年9月，平航自主研制出PH400-8-8P( 生产能力50900瓶/时) 的高速回转式贴标机,该机在北京“2002中国国际啤酒、饮料制造技术及设备展览会” 上一亮相,立即引起了业内的轰动。2003年,平航PH4088高速回转式贴标机获4项国家实用新型专利。该项目于2004年8月在浙江金华市通过科技成果鉴定(到目前为止,仍是全国唯一通过省级鉴定的国产贴标机)。该项目荣获2005年度广东省科技进步二等奖。被列为“2005年国家重点保护项目，得到了同行的首肯。包装机械贴标机的主要产品有：不干胶贴标机，套标机，圆瓶贴标机，啤酒贴标机，半自动贴标机，全自动贴标机，自动贴标机，贴标签机，自动粘贴标签机。这些产品可完成平面粘贴，包装物的单面或多面粘贴，柱面粘贴，局部或全部圆筒粘贴，凹陷及边角部位粘贴等各种贴标。不干胶贴标是近年来贴标的最常见的形式，其技术也正在飞速地提高。对生产企业而言，无论从贴标生产设备，还是从不干胶标签与待贴瓶体的本身，都将会提高更高的要求。不干胶标签在日化行业的应用及发展是同日化行业的整体发展结合在一起的。总体说来有两大发展趋势：1， 首先日化产品对不干胶标签的需求量将保持快速增长一方面日化行业自身发展非常迅速，众多知名跨国公司的进入，同时一大批国内大型产业集团的形成也说明了这一点，这些大公司产量大，自动化程度高，对适合快速自动贴标的不干胶标签将有很大需求。另一方面洗涤类产品是日化行业的主要组成，现在液化洗涤产品已经是行业趋势，很多原来生产固态洗涤产品的企业现在都已经投资了大规模的液体洗涤产品的设备来生产液体洗涤类产品，这对适合各种瓶体的不干胶标签的需求将起很大的推动作用。2， 其次日化产品对不干胶标签的需求层次将更高，同时材料更加多样化一方面，日化行业自身在发展生产自动化程度将越来越高，那么对不干胶标签的需求将更多来自适合自动贴标的卷筒不干胶标签，这就需更多的轮转印刷设备与其配合，适合手工贴标的单张不干胶标签将更大程度上局限于大容积的家用洗涤用品上。另一方面日化生产企业将更为集中，日化产品的整体层次得到提高，部分知名品牌的产品将占有较大的市场份额。这些日化产品将需要质量好，层次高的不干胶标签来适应其产品的包装要求。薄膜产品将得到更多的使用，透明的，无标签感觉的超薄型薄膜材料在今后几年会是其中一种趋势。国内外不干胶贴标机，其工作原理均大同小异，都是以标签剥离转移加滚压贴之而成，但其在控制与制造上却不尽相同。一般不干胶贴标机由标签机构、滚贴机构、输送机构、传动机构、机架和控制系统等组成。不干胶贴标机按瓶子状态分立式、卧式；按送标速度分低速、中速、高速；按被贴容器特性分圆瓶、扁瓶、方瓶、长瓶等(异形瓶在制药工业较少)；按贴面要求分单面贴、双面贴；按标签特性分一般标签、透明标签。1.2 本课题的目的和意义采用不干胶卷筒贴标纸，贴标采用滚贴方式，配制自动送瓶和收瓶装置，一次完成放瓶、贴标及收瓶程序，还可配备印字机同步完成标签打印，是现代的机电一体化产品，具有优良和可靠的工作性能。不干胶贴标机具有清洁卫生、不发霉，贴标后美观、牢固、不会自行脱落，生产效率高等优点。1.3 本课题的设计要求产品范围外径 12 100mm ；高度 30 200mm；适用标签范围高 15 100mm 长 20 300mm ；生产能力50 100 瓶 / 分钟。第二章 传送带设计2.1滚筒选型根据中华人民共和国国家标准GB988-91带式输送机,滚筒基本参数与尺寸，如图2-1所示。图2-1滚筒基本参数与尺寸根据上图，选择输送带带宽为300mm，直径为200mm的滚筒。由同类产品可知拉力F=1500N，选择输送产品速度为V=0.5m/s。2.2选择电动机选择全封闭自扇冷式鼠笼型三相异步电动机，电压380，系列。 电动机所需工作功率： 式中-工作所需功率-从电动机到传送带之间的传动总效率工作机所需要功率为： 式中是工作机所受在牵引力 是皮带运动速度传动装置的总效率为：按机械设计课程设计书（表10-2）确定各部分效率：联轴器效率（两个）0.99，滚动轴承效率（3对）0.99蜗杆传动效率（2头）0.8传动滚筒效率0.96于是 0.73则求得电动机所需工作功率： 因载荷平稳，电动机额定功率略大于即可，由Y系列电动机技术数据，并根据以上所算：选滚筒轴转速：蜗杆头数为2时，传动比=1532 于是电动机的转速可选范围为： =(1532)47.77=716.551528.64 r/min符合这一范围的同步转速有： 1000，1500综合考虑各方面的因素查表后选择的电动机为选用同步转速1000r/min，满载转速的Y90L-6型电动机。其主要参数:额定功率P（KW）同步转速（r/min）满载转速（r/min）1.110009102.02.2电动机的相关尺寸：中心高H外形尺寸底角安装尺寸AB地脚螺栓孔直 径 K轴 伸尺 寸DE键公称尺 寸Fh90335242.5190140120102450872.3分配传动比 2.3.1由选定的电动机满载的转速和 工作机的转速可以传动装置总传动比为：2.3.2分配传动装置各级传动比减速器的传动比为=19.05因为这是个单级传动，只有蜗杆传动，所以不用再分配。2.4传动装置的运动和动力参数的计算 2.5蜗杆传动的设计2.5.1选择蜗杆传动类型根据GB/T10085-1988推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）传动2.5.2选择材料考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度中等，故蜗杆用45钢，希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC；蜗轮选铸锡磷青铜砂模铸造，为了节约贵重有色金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯可用灰铸铁HT100制造。2.5.3按齿轮接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度设计求中心距： 1) 已知作用在蜗轮上转距2) 确定载荷系数K 因为工作载荷平稳，故取载荷分布不均匀系数 , 由表11-5选取使用系数 ,由于转速不高，冲击不大，取动载系数 ,则： 3) 确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮与钢蜗杆相配，故4) 确定接触系数先假设蜗杆分度圆 d1和传动中心距a的比值d1/a0.35，从而查得2.95) 确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜，砂模铸造，蜗杆为螺旋齿面硬度 45HRC于是可从表117查得蜗轮得基本需许用应力应力循环系数：N=60寿命系数=0.786 则0.786=117.9MPa6) 确定中心距=137.8mm取中心距a=160mm,因i=19.05从表112中取模数m=6.3,蜗杆分度圆=63mm这时=0.457，从图1118中可查得接触系数，因为所以以上计算结果可用2.5.4蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸（1）蜗杆 轴向齿距直径系数；齿顶圆直径齿根圆直径；分度圆导程角；蜗杆轴向齿厚（2）蜗轮蜗杆齿数；蜗轮齿数；变位系数； 验算传动比，这时传动比误差为。 蜗轮分度圆直径=258.3mm蜗轮喉圆直径 =270.9mm 蜗轮齿根圆直径 =243.18mm蜗轮咽喉母圆半径=24.55mm2.5.5校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数 根据,，从图1119中可查得齿数系数螺旋角系数 许用弯应力 从表118中查得由铸锡青铜制造的蜗轮得基本许用弯曲应力寿命系数 可见弯曲强度是满足的。2.5.6验算效率已知=111836=11.31，；与相对滑动速度有关。=3m/s从表11-18中用插值法差的=0.035，=2带入公式中，大于原估计值，因此不用重算。2.6输入轴设计计算该轴就是蜗杆轴，其所选材料是45号钢，调质处理。 根据 ，于是得，输出轴的最小直径显然是安装联轴器，为了使选的轴直径d与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号，联轴器的计算转矩：按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩，查标准GB5843-2003，选用GY1型凸缘式联轴器,其公称转矩T=25，选用半联轴器的孔径 , d=16mm,取d=16mm,半联轴器的长度L=42mm，半联轴器与轴的配合的毂孔长度L1=30mm。轴的结构设计2.6.1拟定轴上零件的装配方案（见图2-2）图2-2 蜗杆轴方案2.6.2根据轴向定位的要求确定轴各段直径和长度1)为满足联轴器的轴向定位要求，段的右端制出轴肩，故取d-=19mm；左端用轴端挡圈定位，取档圈直径D22mm,半联轴器与轴配合毂长度L1=30mm, 为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故段长度L1略短取L28mm,2)初步选择轴承。因轴承同时受有轴向力和径向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据 d=19mm，初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列圆锥滚子轴承，轴承代号是30305,其尺寸是，故d-=d-=25mm。右端采用轴肩定位，由手册查得轴肩高度h=3.5mm,于是d-=32mm.而L-=18.25mm3)由于蜗杆螺旋部分半径不大，蜗杆的齿根圆直径与轴的比值小于1.7时一般将蜗杆的螺旋部分与轴加工成整体，蜗杆齿宽 按算，于是取=92mm。4)支承跨度:L=,取L=298mm5)轴承端盖的总宽度为20mm,L- =50mm2.6.3轴上零件地周向定位 半联轴器与轴的轴向定位采用平键连接，按段由手册查得，选用平键为，半联轴器与轴的配合为H7/K6，轴承与轴的轴向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。2.6.4确定周上圆角和倒角尺寸参考表152取轴端倒角为1452.7输出轴设计计算选取轴的材料是45钢，调质处理 ,根据,，于是得，输出轴的最小直径显然是安装联轴器，为了使选的轴直径d与联轴器的孔径相适应，故需同时联轴器的型号，联轴器的计算转矩:按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩，查标GB5843-2003，选用凸缘联轴器GY5,其公称转矩T=400Nm，选用半联轴器的孔径 ,d=30mm,取d-=30mm,半联轴器的长度L=84mm，半联轴器与轴的配合的毂长度L1=60mm,2.7.1拟定轴上零件的装配方案（见图2-3）图2-2 蜗轮轴方案2.7.2根据轴向定位的要求确定轴各段直径和长度1）为满足联轴器的轴向定位要求，段的右端制出轴肩，取d=35mm,左端用轴端挡圈定位，取档圈直径D38mm,半联轴器与轴配合毂长度L1=60mm, 为保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴端面上，故段长度L1略短取L-58mm2）初步选择轴承。因为同时受到径向力和轴向力的作用，轴向载荷较大参照工作要求并根据 d=35m。初步选取0基本游隙组、标准精度级的圆锥滚子轴承，轴承代号是30309，其尺寸是，于是取d-d-=45mm, L-27.25mm,左端轴承采用轴肩进行轴向定位，查手册得定位轴肩高为4.5mm ,于是d-54mm。3）取安装蜗轮处轴段的直径d-50mm，蜗轮左端与左轴承之间采用套筒定位，蜗轮的宽度是L=60mm，为了使套筒端面可靠地压紧蜗轮 ，取 L-56mm，蜗轮右端采用轴向定位，取轴肩高h0.07d,取h=4mm，则d-=58。2.7.3轴上零件的周向定位蜗轮，半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接，按段直径由手册查得平键为，同时保证蜗轮与轴配合有良好对中性故两者的配合为H7/K6。半联轴器与轴联接， 选用平键，两者的配合为H7/K6，轴承与轴的轴的周向定位是借过渡配合来报证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。2.7.4确定轴上圆角和倒角尺寸参考表152取轴端倒角为2452.8减速器的润滑与密封的选择2.8.1润滑方式的选择 由于V较小，采用浸油润滑，蜗杆浸油深度约为一个齿高，但不应超过滚动轴承最下面滚动体的中心线，否则容易漏油，为防止运转时过多的润滑油流入轴承，在轴承内侧加挡油板。对于轴承的润承，由于蜗轮V1.5m/s，不宜采用飞溅润滑，宜采用润滑脂润滑，为了防止在运转时润滑脂被飞溅起来的油稀释应在轴承内侧设挡油环。2.8.2润滑油和润滑脂的选择：因为该减速器为蜗轮蜗杆减速器，查机械手册可选蜗轮蜗杆润滑油代号320，轴承选用ZGN2润滑脂。2.8.3密封方式的选择：各轴与轴承接触处的线速度，且根据润滑要求，所以采用毡圈密封。2.9减速器箱体结构尺寸表2-1箱体尺寸 名称减速器型式及尺寸关系箱座壁厚 =8mm 箱盖壁厚1 1=8mm箱座凸缘厚度b1，箱盖凸缘厚度b，箱座底凸缘厚度b2 b=1.5=12mm b1=1.5=12mm b2=2.5=20mm地脚螺栓直径及数目 df=16mm n=4轴承旁联接螺栓直径 d1=12mm箱盖，箱座联接螺栓直径 d2=8mm 螺栓间距 150mm轴承端盖螺钉直径 d3=8mm 数目4检查孔盖螺钉直径 d4=6mmdf，d1，d2至外壁距离 df，d2至凸缘边缘距离 C1=22,18,14 C2=20,12轴承端盖外径 D2=110mm 轴承旁联接螺栓距离 S=110mm轴承旁凸台半径 R1=14mm轴承旁凸台高度根据轴承座外径和扳手空间的要求由结构确定箱盖，箱座筋厚 m1=7mm m2=7mm蜗轮外圆与箱内壁间距离10mm蜗轮轮毂端面与箱内壁距离10mm第三章 分瓶装置设计3.1 步进电机选型3.1.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量已知：转轴的平均直径，轴长l=272mm，材料密度；分距盘直径，高30mm，其塑料材料密度可以算得各个零部件的转动惯量如下：轴的转动惯量可由式中转轴的质量转轴半径15mm，求得；分距盘转动惯量式中分距盘的质量分距盘的直径200mm，求得。选步进电动机型号为110BYG2602，从表4-5查的该型号电动机转子的转动惯量。则步进电动机转轴上的总转动惯量为：。可知，电动机转子的转动惯量大于1/10的负载惯量。3.1.2计算步进电动机负载力矩设有3个瓶子在分距盘上等待分距，每个瓶子中，步进电机的最大静转矩为20，远远大于负载转矩，故满足要求。3.1.3启动频率的计算已知电动机转轴上的总惯量，电动机转子自身的转动惯量，查表4-5可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载启动频率。则由式可以求出步进电动机克服惯性负载的启动频率为：。上式说明，要想保证步进电动机启动时不失步，任何时候的启动频率都必须小于873.5Hz。实际上，在采用软件升降时，启动频率选得很低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。综上所述，这里选用110BYG2602步进电动机，可以满足设计要求。第四章 收标装置设计4.1步进电机选型4.1.1计算步进电动机转轴上的转动惯量设转轴的平均直径，轴长l=200mm，纸的密度；可以算得轴的转动惯量如下：转动惯量可由式中转轴的质量转轴半径50mm，求得；选步进电动机型号为110BYG2602，从表4-5查的该型号电动机转子的转动惯量。则步进电动机转轴上的总转动惯量为：。可知，电动机转子的转动惯量大于1/10的负载惯量。4.1.2计算步进电动机负载力矩设等效收标直径200mm，高100mm 步进电机的最大静转矩为6，远远大于负载转矩，故满足要求。4.1.3启动频率的计算已知电动机转轴上的总惯量，电动机转子自身的转动惯量，查表4-5可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载启动频率。则由式可以求出步进电动机克服惯性负载的启动频率为：。上式说明，要想保证步进电动机启动时不失步，任何时候的启动频率都必须小于1395.5Hz。实际上，在采用软件升降时，启动频率选得很低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。综上所述，这里选用110BYG2602步进电动机，可以满足设计要求。4.2同步带的设计电动机型号110BYG2602 ，2相4线制， 10拍驱动时步距角为1.5。4.2.1传动比i的确定选i=1.25 4.2.2主动轮最高转速主动轮最高转速416.67r/min4.2.3确定带的设计功率Pd预选的步进电动机在转速为 416.67r/min时，对应的步进脉冲频率为=1666.7Hz当脉冲频率为1666.7Hz，电动机输出转矩约为13N.m，对应的输出功率为 ， =567.19W今取P= 567W，从表3-18同步带工作情况系数中取工作情况系数= 1.2，则由式求得=0.681W 。 4.2.4选择带型和节距根据带的设计功率= 0.681w和主动轮最高转速= 426.67r/min，从表3-10中可以选定型同步带，节距=12.700mm 。4.2.5确定小带轮齿数和小带轮节圆直径应使=14，取=17，则小带轮节圆直径=68.72mm。，查表3-16带轮直径尺寸系列；小带轮节圆直径初定后验算带速度。同步带的速度v应满足：，v=1.5m/s 。（极限带速度为：MXL、XXL、XL型，=4050m/s; L、H型，=3540m/s; XH、XXH型，=2530m/s）没有超过H型带的极限速度35m/s ，故满足要求。4.2.6确定大带轮齿数和大带轮节圆直径大带轮齿数=i= 21.25，元整后得=22节圆直径=i= 85.90mm。取系列值得=87.564.2.7初选中心距、带的节线长度、带的齿数初选中心距=1.1（+）=170.08mm ，圆整后取=170mm 。则由公式得带的节线长度为=583.31mm。根据表3-13，选取接近的标准节线长度= 609.6mm。相应齿数=48 。4.2.8计算实际中心距a实际中心距公式为求得a=183.23mm 。4.2.9校验带与小带轮的啮合齿数=8啮合齿数比 6大，满足要求。（ent为取整）。4.2.10确定实际所需同步带宽度式中 选定型号的基准宽度，由表3-21查得=76.2mm 小带轮啮合齿数系数，由表3-22查得= 1。由上式算得19.96mm，再根据表3-11选定最接近的带宽=25.4mm 。4.2.11带的工作能力验算根据式啮合系数，如表3-22所示；齿宽系数，=0.29；基准带宽为时的许用工作拉力，单位为N，如表3-21所示；带宽为时的单位长度的质量，单位为kg/m，如表3-21所示；同步带的线速度，单位为m/s 。经计算得P= 0.85kw，而Pd=0.681kw ， 。因此，带的工作能力合格。第五章 贴标装置设计5.1贴标运动数学模型与参数设计 如图5-1所示为贴标运动关系简图，设生产率为N瓶/min,瓶半径为R，则有：图5-1贴标运动关系-传送带的速度；-标签的进标速度；-棍压头的线速度；-瓶的圆周线速度；-瓶的直线运动速度 若a为速度瞬心，则： 即搓滚皮带的速度为传送带速度的两倍，其是设计时应参照选用是参数。 根据设计任务书生产率N为50100瓶/min， =300600mm5.2 步进电机选型5.2.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量已知：转轴的平均直径，轴长l=425mm，材料密度；可以算得轴的转动惯量如下：转动惯量可由式中转轴的质量转轴半径15mm，求得；选步进电动机型号为90BYG2602，从表4-5查的该型号电动机转子的转动惯量。则步进电动机转轴上的总转动惯量为：。可知，电动机转子的转动惯量远远大于1/10的负载惯量。5.2.2计算步进电动机负载力矩设有1个瓶子在进行贴标 步进电机的最大静转矩为6，远远大于负载转矩，故满足要求。5.2.3启动频率的计算已知电动机转轴上的总惯量，电动机转子自身的转动惯量，查表4-5可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载启动频率。则由式可以求出步进电动机克服惯性负载的启动频率为：。上式说明，要想保证步进电动机启动时不失步，任何时候的启动频率都必须小于1395.5Hz。实际上，在采用软件升降时，启动频率选得很低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。综上所述，这里选用110BYG2602步进电动机，可以满足设计要求。第六章 步进驱动器和传感器的选择6.1步进电动机驱动器的选择步进电动机的驱动器是一种成熟的通用产品，有时为了缩短机电一体化系统的设计周期，可以从市场上直接购得。根据系统设计课程设计指导书 ，推荐两相混合式步进电机使用BD28F系列驱动器。BD28F型驱动器用于驱动110/130二相混合式步进电机，由于采用了先进的控制技术并实现了电流的精密传感和精确控制，从而达到了低速运行平稳、角度细分均匀、高速力矩大的效果。是一种高性能、低价格的步进电机驱动器。适用于精密测量、精密加工等运动领域，如：数控机床、雕刻机、打粉机、绕线机等。6.1.1主要特点：AC220V电源输入 双极恒流加细分控制 最大40细分的八种运行模式 可选最大8A的四种电流节能的半电流锁定模式 输入信号TTL兼容 光电隔离信号输入 过流、过压保护6.1.2电气特性 Ti=25表6-1电气特性 项 目 指 标 电源电压 AC220V输入 输出电流 5A/6A/7A/8A可选 步进脉冲频率 0200K Hz 逻辑信号电流 510mA 绝缘电阻 500M6.1.3方向控制（1） 通过面板上的设定开关第3位可设定电机运转方向。（2） 外部输入信号Cw电平变化亦可改变电机运转方向。注：电机的初始运行方向与电机的接线有关，互换任意两相可以改变初始运行的方向。6.1.4步进脉冲输入信号Cp最大通过频率为200KHz。脉冲的低电平时间应大于500nS。6.1.5使能信号En（1） En端外加低电平时，电机响应Cp端输入脉冲运行，Cp端没有信号时，电机处于半流锁定状态；（2） En端悬空时，驱动器切断电机各相的电流使电机轴处于自由状态，此时步进脉冲Cp将不被响应。 6.1.6输出信号A1、A2，B1、B2接二相混合式步进电动机的出线。6.1.7信号结构图6-1信号结构6.1.8信号要求BD28Fc驱动器采用单脉冲控制方式。Cp、Cw、En信号通过光耦隔离，采用共阳极接法。为确保内置光耦能可靠导通，要求信号提供至少5mA的电流。驱动器内部已串入光耦的限流电阻1K，对应+5V电平。当输入电压较高时，可根据需要外串电阻进行限流。例如输入电平为+24V时，应在每个控制信号上串联2K左右电阻。6.1.9外形尺寸 （单位：mm）图6-2外形尺寸6.2传感器的选择图6-3信号结构采用欧姆龙EE-SPY402凹槽型光电检测，它是日本欧姆龙公司的产品，采用能抗周围外来光干扰的变调光式：采用变调光式，与直接光式比，不易受到外来光干扰的影响；电源电压为DC5-24V的大量程电压输出型。 它有三根连接线（红、蓝、黑），红色接电源的正极、黑色接电源的负极、蓝色接输出信号，当与挡块接近时输出电平为低电平，否则为高电平。需要注意检测物不要离传感器太近，否则传感器不能动作，链接采用接插件方式，千万不要对端子（读出头）进行焊接。传感器数据如下：型号：EE-SPY402；形状：立式；检测方式：反射型；检测距离5mm；应差距离：0.2mm；光源：GaAs（红外发光二极管）；显示灯：入光时灯亮红色；电源电压：DC5-24VNPN集电极开路输出为0V，当输出OUT端和PLC输入相连时，电流从PLC的输入端流出，从PLC的公共端流入，此即为PLC的漏电型的形式，即：NPN集电极开路输出只能接漏型或混合式输入电路形式的PLC，连接图如图6-4所示：图6-4 NPN集电极开路输出和PLC的连接第七章 PLC控制系统的设计7.1贴标机控制要求当光电检测到产品到达分距盘处时，驱动步进电机运行进行瓶距的控制，传感器检测到产品经过，传回信号到收标和贴标控制系统，此时收标步进电机送出不干胶标签并且滚贴步进电机同时运行，标签送出长度由光电槽式开关检测，经剥离板送出的不干胶标签平整的在覆标带上，产品流经覆标装置，覆标带带动产品转动，标签被滚覆，一张标签的滚贴动作完成。7.2控制系统的设计方案不干胶贴标机采用机电一体化技术，当手动开启传送带运行后，贴标机就进入工作状态，脉冲信号的频率由瓶子的直径决定，手动停止传送带和滚贴电机的运行。7.3可编程控制器PLC的选用可编程控制器，英语称Programmable logic Controller，简称PLC。它是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。PLC基于电子计算机，但并不等于普通的计算机。普通计算机进行输入出信号变换时，大多只考虑信息本身，信息输入输出的物理过程一般不考虑。而PLC则要考虑信号输入输出的可靠性、实时性，以及信息的实际使用。特别是要考虑怎么适应于工业环境，便于安装便于维修等等抗干扰的问题，输入输出信号变换及可靠的物理实现，可以说PLC实现控制的两个基本要点。PLC可以通过它的外设或通信接口与外界交换信息。其功能要比继电控制装置多的多，强的多。PLC一般可以通过三种方式进行编程。一种是厂家提供的普通手持式编程器编程,一般只能用厂家规定的语句表中的语句进行编程。手持式编程器编程体积小,便于携带,价格较低,对于系统容量小,在编程工作量小的场合比较合适,但这种编程方式的效率低。另一种是用厂家专用图形编程器编程,这类编程器采用梯形图编程,方便直观,一般的技术人员短期内就可应用自如,但这类编程器价格较高。第三种是在普通计算机上运行专用的编程软件来编程,支持的编程语言多,编程操作非常方便,这种方式现在已被大多数用户采用,但有的编程软件需额外购买,价格不菲。编程语言多种多样,有的看似相同却不通用。根据国际电工委员会制定的工业控制5种标准编程语言(IEC 1131-3),划分为以下5类编程语言: 梯形图(LD)、顺序功能图(SFC)、功能块图(FBD)、结构化文本(ST)、指令表(IL)。由PL C厂家提供的编程软件一般都要求包括上述一种或几种编程语言,如Siemens公司的Step7编程软件就可以使用梯形图(Ladder)、语句表(STL)等多种编程语言;Modicon公司的Modsoft编程软件只能使用梯形图编程,而Concept编程软件可以使用5种编程语言。另外,有的系统内嵌BASIC或C语言使得可编程控制器的编程功能变得更加强大,适用性更广泛,如GE的内嵌BASIC语言、浙大中控的C规范功能模块等。综上所述，在此次的设计中选用三菱FX2N-32MT。图7-1三菱FX2N-32MT7.4 PLC的I/O分配表7-1 PLC的I/O输入输出口分配X0Y0滚标脉冲输出信号CpX1传送带启动Y1收标脉冲输出信号CpX2传送带停止Y2分距脉冲输出信号CpX3贴标停止Y3传送带输送X4检测分距Y4滚标方向输出信号CwX5检测贴标Y5收标方向输出信号CwX6检测标带Y6分距方向输出信号CwX7Y77.5 PLC控制流程图图7-2系统控制流程图7.6PLC控制程序7.7 外部接线图参考文献1许林成 包装机原理与设计M.上海:科学技术出版社,19882汤 瑞 轻工自动机M.上海:交通大学出版社,19863詹启贤 自动机械设计M.北京:轻工业出版社,19874编写组 包装机械结构图册M.上海:科学技术出版社,19815编写组 常见机构的原理及应用M.北京:机械工业出版社,19786编写组 机械设计手册M.北京:机械工业出版社,19967濮良贵 机械零件M.北京:高等教育出版社,19878刘敏杰 高速贴标机数学模型研究与参数设计J.轻工机械2004，(4).9孙靖民 机械优化设计M.北京:机械工业出版社，200310刘敏杰 啤酒瓶贴标机取标过程的分析研究.青岛建筑工程学院学报11王永德，赵宏才，陈晓维 饮料瓶装线上贴标机控制系统的改造J.食品与机械2006,(9).12李旭华 光电传感器原理及应用J.电气时代, 2004,(9).13朱伟 韩服善.光电传感器在自动化生产线上的应用J.电子工程师, 2004,30(8) .14贺素良 包装设备数字控制技术. 长沙: 国防科技大学出版社，2002 15 Jeroen van den Berg Consulting,Jan Seppenplein. Analytic Expressions for the Optimal Dwell Point in an Automated Storage/Retrieval System. Production Economics.2002:13-2516 Glenn Davis. Introduction to Packaging Machinery. USA: Packaging Machinery Manufacturers Institute(PMMI)，1997致 谢经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有指导老师的督促和指导，以及同学们的支持，想要完成这个设计是很难的。 在这里首先要感谢我的指导教师韩雄飞老师。韩老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从设计方案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，各类图纸等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的装配图较为复杂，但是韩老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了韩雄飞老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 我要感谢和我一起学习生活的同学，感谢他们对我的帮助。平时一起学习一起打球减压都是一种难忘的情怀。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下机械电子专业知识的基础，此次毕业设计才会顺利完成。 最后感谢上海电机学院四年来对我的培养，在
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