贴标机凸轮齿轮组合机构的研究Word文档下载推荐.docx

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而后，经出瓶星轮与磨擦带的作用，使瓶子在出瓶时自转，由旋转毛刷滚筒将头标刷服平整。

图1　工作原理示意图

2　上胶、取标、送标凸轮-齿轮组合机构

　　取标板完成上胶、取标、送标动作是通过凸轮-齿轮组合机构来实现的，如图2所示。

图2　齿轮组合机构

1—取标转毂　2—取标板　3—小齿轮　4—扇形齿轮　5—滚子　6—凸轮

　　小齿轮3和取标板2被固定在同一根轴上，取标板2随取标转毂1公转。

由于装在扇齿轮4上的滚子5受凸轮6的凸轮槽控制，使得扇齿轮4摆动，扇齿轮4带动小齿轮3、取标板2摆动，完成上胶、取标、送标动作。

　　根据贴标机托瓶转台转向的不同，贴标机分左-右机和右-左机。

本文只讨论右-左机的情况，并规定所有元件的角度逆时针为正，顺时针为负。

　　取标转毂转一周，取标板有3个工作过程：

上胶、取标、送标，在3个工作过程之间有3个过渡阶段。

由于取标板的自转是靠凸轮来控制，因此，凸轮曲线应有3个工作曲线段，如图3的ab,cd,ef。

图3　3个工作曲线段

3　上胶过程分析

3.1　上胶段凸轮工作曲线的设计

　　在上胶段，取标板曲面通过标板转毂公转（即绕圆心O）及标板自转（绕C点转动），而与胶辊相对滚动，把胶水均匀抹到标板面上。

为满足标板与胶辊相对滚动的要求，必须做到以下两点：

（1）取标板曲面与胶辊在任何时刻均相切；

（2）取标板与胶辊接触的点瞬时速度相同（或任意时间内标板面转过的弧长与胶辊滚过的弧长相等）。

　　下面将对上述两个条件的满足情况及误差作一个分析，以便得出合理的凸轮曲线，如图4所示。

图4　合理的凸轮曲线

　　O，O1分别为取标转毂和胶辊的中心。

A为标板的曲率中心。

标板的自转中心为C，且C绕圆心O公转。

B为标板上与胶辊相切的点。

　　当X=O,VB=W1.b时，即完全满足取标板与胶辊纯滚动条件。

在△O1OC中：

　　（O1C）2=d2+R2-2.d.R.cosα　　

（1）

∴O1C=（d2+R2-2.d.Rcosα）1/2

又∵R/sinγ=O1C/sinα

∴γ=arcsin（R.sinα/O1C）

∵γ与α反向

∴γ=±

arcsin（R.sinα/O1C）　　

（2）

在△CAO1中：

（O1C）2=（O1A）2+e2-2.O1A.e.cosq　　（3）

e2=（O1C）2+（O1A）2-2.O1C.O1A.cosγ2

∴γ2=±

arccos［（O1C）2+（O1A）2.2.O1C.O1A］/（2.O1A.O1C）　　（4）

∵γ2与α反向

∴当α为正时γ2取负；

α为负时，γ2取正

γ1=γ-γ2　　（5）

联合式

（1）、（3）

q=arccos｛［（O1A）2+e2-d2-R2+2.d.R.cosα］/（2.O1A.e）｝　　（6）

其中：

O1A=a+b+X

　　d=a+b+R+X-e

　　R—取标板公转半径

　　a—取标板曲率半径

　　b—胶辊半径

　　e—取标板偏心距

　　X为胶辊面与取标板面之间的距离，当X=O时，胶辊面与取标板面相切，X为正表示离开，为负表示干涉。

由于X值十分小，不影响三角函数各公式的应用。

　　取标转毂O和胶辊O1之间的传动比为：

　　I=q1/α

ZO、Z1分别为取标转毂O、胶辊O1的齿轮齿数，齿轮O转角为α时对应齿轮O1转角为q1

则标板与胶辊滚过的标板弧长为：

S1=q.α　　（7）

胶辊与标板滚过的胶辊弧长为：

S2=（q1-γ1）.b　　（8）

标板与胶辊相对滑动的距离：

△S=S1-S2　　（9）

　　由上面各式可以看出，在给定数值R、a、b、e以后，△S为α与X的函数：

　　取X=O，即为取标板始终与胶辊相切；

　　取△S=O，可以求出X与α的函数表达式，此时取标板与胶辊无相对滑动。

　　标板与胶辊最理想的运行状况是纯滚动，即X=O，同时△S=O。

从上面的分析结果中可以看出，要完全满足这两个条件是不可能的，因此，必须确定一个最佳的方案来达到取胶的要求。

从取标板及胶辊的结构来分析：

取标板取胶面为天然橡胶，橡胶硬度为HS65°

，厚度为5～7mm，取胶面有槽，槽深约1mm。

胶辊为不锈钢结构，外表面抛光，取标板与胶辊对滚后胶水藏于取标板的槽中。

在标板取胶后继续转动的过程中，胶水流出槽底而达到取标板表面。

因此，胶辊与取标板之间允许存在少量的滑动及干涉，因此少量的干涉可以由橡胶的柔性来补偿，适当范围内的相对滑动亦不会引起取标板及胶辊的损害。

但是上述两个数值都存在一个极值，超过这个极值则很容易损坏取标板、胶辊和传动系统。

因此，合理的方案是把相对滑动值△S和干涉值X都保持在一个限值范围之内，此限值由经验及实验数据给出。

3.2　标板的自转角度

　　在上胶过程中，标板除公转外，还绕C点自转，设标板的自转角度为θ（见图5）。

图5　取标过程中的两个运动位置

　　在△OAO1中和△OCA中，根据余弦定理有：

　　d2＋（O1A）2-2.d.O1A.cosγ1=R2+e2-2.R.e.cosθ

∴θ=arccos｛［R2+e2+2.d.O1A.cosγ1-d2-O1A］/（2.R.e）｝　（10）

∵θ与α方向一致

∴α为正时，θ取正；

α为负时，θ取负

　　θ是γ1的函数，由式

（1）、

（2）、（3）、（4）知γ1是α的函数，因此θ为α的函数，对上胶过程中的任意位置α可以通过式（10）求得满足上胶要求的标板自转角θ。

4　取标过程分析

4.1　运动分析

　　取标过程是已抹上胶水的取标板与标纸对滚，将标签从标签盒里取出，粘在标板上。

它要求取标板圆弧面在摆动过程中所形成的包络面为一平面。

与标签纸平面贴合，并且在贴合过程中无相对滑动。

　　取标过程中的两个运动位置，选取坐标系如图5所示。

　　标板在Y方向的最高点是标签被粘段与未粘段的分界点，设标板从位置I运动到位置Ⅱ，分界点从B1移动到B2，这时标板与标签接触的弧长为ψ*a，标签的被粘长度为B2的X坐标值。

　　XB2=XA2=-R.SINα-e.SINψ

　　标板所摆过的弧长ψ.a必须等于标签被粘的长度，因此有：

　　ψ.a=R.SINα+e.SINψ　　（11）

　　分界点B在取标过程中，除在X方向移动之外，在Y方向也有移动：

　　YB2=a+R.cosα-e.cosψ

　　YB2=a+R-e

　　△Y=YB1-YB2

　　∴△Y=R.（cosα-1）+e.（1-cosψ）　　（12）

　　与取胶过程相似，要同时满足标板与标纸之间无滑动及平面包络线是不可能的，由于标签盒与标板之间的安装距离可以调整，标签盒的另一端有弹簧机构顶住标签，标签可在一定范围内前后移动，所以只要当|△ymax|不超过一定的值，即可以实现粘标。

4.2　标板的自转角度

　　由图6所示知：

θ=ψ-α

　　代入式（11）式得：

　　（θ+α）.a=R.sinα+e.sin（θ+α）　　（13）

　　对任意位置α，解超越方程（13）即可求得对应的标板自转角度θ。

5　送标过程分析

　　标板从标签盒取下标签后，转至送标位置。

此时，与之同步的夹标转毂上的夹标机构从标板上取下标签。

为了实现平稳送标，要求标签从标板上掀下来的角度必须从小到大变化，变化要尽量均匀，且角度最大值不超过75°

。

　　如图6所示，取标板在取标转毂的带动下转动，当标板上点B转到与夹标转毂E相切时，夹子开始夹住标纸取标。

在此之前，标板不自转，其自转角度为一定值θO，设定OB的距离为L。

　　在△ACB中，∠BAC=W/（2a）

　　BC2=e2+a2+2.a.e.cos∠BAC

　　∴BC=｛e2+a2-2.a.e.cos［w/（2a）］｝1/2

　　又a/sin（π-λ2）=BC/sin∠BAC

　　∴λ2=arcsin｛a.sin［w/（2a）］/BC｝

　　在△OBC中：

L2=R2+BC2-2.R.BC.cos（π-λ1）

　　∴λ1=arccos［（L2-R2-BC2）/（2.R.BC）］

　　∴θO=-（λ2-λ1）=-arcsin［a.sin（w/2a）/BC］+arccos［L2-R2-BC2］/（2.R.BC）］　（14）

　　为实现送标，此时B点的速度VB须与夹子的速度VE相等

　　∴W.L=W2L2　　（15）

图6　标板自转角度

　　∵L2=D-L　　（16）

　　令：

i=W/W2

　　∴L=D/（1+i）

　　其中：

D—取标转毂中心O与夹标转毂中心O2的距离

　　　W2—夹标转毂的角速度

　　　i—取标转毂与夹标转毂的传动比

　　根据传动条件有：

　　β=α／i　（17）

　　在直角△O2ED中：

　　DE=L2.tgβ　　（18）

　　O2D=（L22+DE2）1/2　　（19）

　　设标板总弧长为2S，则弧长的一半为S

　　σ=S/a　　（20）

　　要使标签纸在剥落时与取标板无相对滑动，则在任何时间范围内剥下的标纸，长度必须与已剥落标纸的标板弧长相等。

即：

　　a.∠BAD=DE

　　则：

∠BAD=DE/a　　（21）

　　∠DAC=∠BAD-σ

　　在△ACD中：

　　CD2=a2+e2-2.a.e.cos∠DAC

　　又：

CD/sin∠DAC=e/sin∠ADC

　　∴∠ADC=arcsin［（e.sin∠DAC）/CD］　（22）

θ1=∠DAC+∠ADC　（23）

　　θ=θO+θ1　（24）

　　在给定参数R、e、a、W、i之后，由式（14）至（24）可以确立θ为α的函数。

6　上胶取标送标凸轮曲线

6.1　工作段曲线

　　上胶、取标、送标过程的实现最后都归于对标板自转角θ的要求。

标板的自转是通过凸轮—齿轮机构来实现的。

齿轮机构只是改变了机构的传动比，而传动比可以认为是一个常数，因此，凸轮曲线必须使标板产生相应的自转角θ。

　　如图4所示，扇形齿轮上的滚子轴心线G在扇齿轮的角平分线上。

　　设：

当标板无自转，即θ=O时，轴心G在连心线CF上。

　　根据齿轮的传动原理有：

　　ψ.g=-θ.f

　　∴ψ=-f.θ/g

f—小齿轮的分度圆半径

　　　g—扇开齿轮的分度圆半径

ε1=arcCOS［（f+g）/（2.R）］

　　在△FOG中：

　　ρ2=h2+R2-2.h.R.cos（φ+ε1）

　　∴ρ=［h2+R2-2.h.R.cos（φ+ε1）］1/2　　（25）

h—滚子轴心P距扇齿轮转动中心B的距离

　　β=t+∠AOP

　　而：

∠COG=180°

-2ε1-ε2

h/SINε2=ρ/SIN（ε1+φ）

　　∴ε2=arcSIN［h.SIN（ε1+φ）/ρ］

　　∴β=180°

+t-2ε1-ε2　　（26）

　　式（25）、（26）即为上胶、取标、送标凸轮工作段曲线的方程式。

6.2　过渡段曲线

　　为使整个上胶取标送标凸轮—齿轮组合机构具有较好的动力性能，过渡段曲线取从动件（取标板）的转角为正弦加速度曲线来进行设计，可以保证其一阶、二阶导数均连续。

曲线的具体计算较为简单，这里不再赘述。

7　凸轮的计算机辅助设计

　　从前面的分析可以看出，标板的运动不仅受本机构参数的影响，其他相关机构参数对其也有约束。

它们对取标板的作用是综合性的，各参数的合理组合和选取对标板能否完成上胶、取标、送标动作非常重要，因此，凸轮机构的设计和相关参数的选取用计算机辅助设计的方法来进行，以便进行多次运算，对参数进行优化。

图7　凸轮轮廓曲线设计框图

　　凸轮轮廓曲线设计框图如图7所示。

作者简介　肖仲湘，男，33岁，工程师，从事轻工机械的机理研究及新产品开发，完成过3.4万瓶/时全自动贴标机等国内空缺项目的设计。

已发表文章3篇。

肖仲湘（广东轻工业机械集团有限公司广州　510288）

（收稿日期：

1999-09-28）

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