紙杯機(jī)整體成型部分及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),紙杯機(jī)整體成型部分及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì),紙杯,整體,總體,成型,部分,部份,傳動(dòng)系統(tǒng),設(shè)計(jì) 紙杯機(jī)整體成型部分及傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 在人們追求方便、安全、環(huán)保和衛(wèi)生的現(xiàn)代社會(huì)，紙杯正成為現(xiàn)代社會(huì)一次性杯子的主流。為滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，紙杯成型機(jī)的研究、設(shè)計(jì)和改進(jìn)工作也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)。 自動(dòng)紙杯成型機(jī)通過(guò)自動(dòng)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。本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)紙杯整體成型及其傳動(dòng)系統(tǒng)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(jī)本部分的動(dòng)作主要通過(guò)典型連桿機(jī)構(gòu)，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，間歇機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)來(lái)完成。本設(shè)計(jì)將依次進(jìn)行紙杯成型機(jī)總體方案的確定，通過(guò)對(duì)紙杯成型機(jī)生產(chǎn)工藝過(guò)程分析，來(lái)選擇機(jī)構(gòu)和總體布局，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，主要對(duì)V帶、鏈條、鏈輪、凸輪、偏心輪、主軸、弧面凸輪分度間歇機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)對(duì)紙杯成型機(jī)原理作了較詳細(xì)的介紹，并確定其主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)。 該自動(dòng)紙杯成型機(jī)結(jié)構(gòu)合理，操作方便，功率較小，效率較高，性能穩(wěn)定，能滿(mǎn)足目前生產(chǎn)要求。 關(guān)鍵詞：機(jī)械；自動(dòng)紙杯成型機(jī)；紙杯 48 ABSTRACT In modern society, people pursuit of convenience, safety, environmental protection and health, so the paper cup is becoming the mainstream of one-off cup. To meet the growing market demand, the research ,design and improve of the paper cup forming machine should also advance with the times. The automatic paper cup forming machine through the automatic document feeder, red at the end of sealing, heating, over at the end of Knurling, curling, continuous processes, such as dumping cups of finished paper produced. The main design of the cup design and the transmission part of the overall shape of the cups of some of the major, including heating, rolling and crimping spending, as well as the shape of the cup and disposed of blanking processes Cup. Paper cup forming machine of this part of the action, mainly through a typical linkage, chain transmission, belt transmission, cam mechanisms, intermittent institutions agencies to complete. The design will be followed by paper cup machine for the determination of the overall program, through the production of paper machine process analysis, to select the institutions and the overall layout, and on this basis the overall design, as well as gear design and calculation of transmission components, mainly of the V belt, chain, sprocket, cam, eccentric wheel, spindle, cam Globoidal intermittent indexing agencies to conduct a detailed design calculation. The design principle of the paper cup machine, introduced in more detail and to determine its main parameters and structures. The automatic paper cup forming machine have reasonable structure and stable performance, easy to operate, less power and more efficient, can meet current production requirements. Keywords: machinery; automatic paper cup forming machine;paper cup 目 錄 1 緒論 1 1.1 課題研究的背景 1 1.2 課題研究的內(nèi)容 2 1.3 紙杯及紙杯成型機(jī)的發(fā)展概況 2 1.4 課題研究的意義 3 2 總體方案的確定 6 2.1 紙杯成型機(jī)的功能與應(yīng)用范圍 6 2.1.1 紙杯成型機(jī)的主要工序 6 2.1.2 紙杯成型機(jī)的主要參數(shù) 6 2.1.3 紙杯成型機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 6 2.2 工藝分析 7 2.2.1 確定機(jī)器類(lèi)型 7 2.2.2 確定成型工序，工藝路線(xiàn)及工位數(shù) 8 2.2.3 執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng) 8 2.3 機(jī)構(gòu)選型 9 2.3.1 空間執(zhí)行機(jī)構(gòu) 9 2.3.2 紙料供送系統(tǒng) 9 2.3.3 紙杯整體成型系統(tǒng) 9 2.3.4 氣動(dòng)機(jī)構(gòu) 9 2.3.5 卸杯機(jī)構(gòu) 9 2.3.6 底座機(jī)架 10 2.3.7 傳動(dòng)系統(tǒng) 10 2.3.8 間歇機(jī)構(gòu) 10 2.4 總體布局 10 2.4.1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局 10 2.4.2 傳動(dòng)系統(tǒng)的布局 11 2.4.3 選擇支承形式和繪制總體布局圖 12 2.5 編制工作循環(huán)圖 13 2.5.1 分析工藝操作順序 13 2.5.2 繪制工作循環(huán)圖 14 2.6 確定電動(dòng)機(jī)功率 15 3 傳動(dòng)方案的總體設(shè)計(jì) 16 3.1 確定傳動(dòng)方案 16 3.2 選擇電動(dòng)機(jī) 17 3.3 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 18 3.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 19 3.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 19 3.4.2 各軸功率 19 3.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 20 4 傳動(dòng)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 21 4.1 V帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.1.1 主軸電機(jī)V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 21 4.1.2 主軸電機(jī)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 22 4.2 鏈條及鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 4.2.1 減速器輸出鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 23 4.2.2 減速器輸出鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 25 4.2.3 間歇傳動(dòng)箱輸入鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 4.3 凸輪機(jī)構(gòu)及偏心輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 26 4.3.1 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的確定 26 4.3.2 凸輪機(jī)構(gòu)基本尺寸的確定 27 4.3.3 凸輪強(qiáng)度的校核 30 4.3.4 從動(dòng)件的設(shè)計(jì) 31 4.3.5 偏心輪的設(shè)計(jì) 31 4.4 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 31 4.4.1 確定軸上的功率，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 31 4.4.2 求作用在軸上的零件上的力 31 4.4.3 初步確定軸的最小直徑 32 4.4.4 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 32 4.4.5 軸的強(qiáng)度校核 33 4.5 弧面凸輪分度間歇機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 35 4.5.1 弧面凸輪分度間歇機(jī)構(gòu)及其工作原理 35 4.5.2 弧面凸輪分度間歇機(jī)構(gòu)主要參數(shù)尺寸的確定 36 4.5.3 弧面凸輪分度間歇機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 37 結(jié)論 38 參考文獻(xiàn) 39 致謝 40 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(shí)代的產(chǎn)物，作為專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)綠色環(huán)保紙杯的紙杯成型機(jī)越來(lái)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(jī)構(gòu)、家庭以及各大中小型商場(chǎng)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(xiāo)禮品。據(jù)有關(guān)資料顯示：我國(guó)每年消耗的一次性塑料杯和紙杯達(dá)500億只以上，且隨著國(guó)民消費(fèi)水平呈幾個(gè)遞增的態(tài)勢(shì)增長(zhǎng)，紙杯成為一次性杯子的主流。由于塑料杯在生產(chǎn)過(guò)程中使用了發(fā)泡劑，會(huì)破壞大氣臭氧層，使用后回收難度大，焚燒會(huì)產(chǎn)生有害氣體，掩埋不能自然降解，會(huì)造成對(duì)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(guò)程中，一旦遇到高溫就會(huì)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(fèi)者的青睞。 圖1 典型紙杯成型機(jī)及紙杯 紙杯成型機(jī)所生產(chǎn)的紙杯完整地保留了紙制品的優(yōu)點(diǎn)，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(lái)源廣泛，容易形成大批量生產(chǎn)，且有一定的機(jī)械性能，可以用于復(fù)合加工，品種也是多種多樣。這些相對(duì)一次性塑料杯不可復(fù)制性的特性使得紙杯的成本十分低廉、重量相對(duì)更輕、便于運(yùn)輸又便于回收利用，受到越來(lái)越多的廠家歡迎。紙杯在受到消費(fèi)者青睞的同時(shí)，更被商家視為新一輪財(cái)富商機(jī)的黃金事物，不少?gòu)S家紛紛擯棄原來(lái)的塑料杯設(shè)備，換上了專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)紙杯的紙杯成型機(jī)。 紙杯成型機(jī)的專(zhuān)業(yè)性能使得其產(chǎn)杯能力相當(dāng)強(qiáng)大，但并不能滿(mǎn)足這個(gè)龐大的杯類(lèi)消費(fèi)市場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)（如圖1），2008年我國(guó)紙杯消耗在170億只左右，預(yù)計(jì)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?，家家必備，一年四季必用，需求源源不斷，市?chǎng)永不枯竭。由此我們不難看出，在目前，紙杯的市場(chǎng)占有率僅不到20%，其發(fā)展?jié)摿梢?jiàn)一斑。隨著紙杯應(yīng)用的區(qū)域的迅速推廣以及使用人群的迅猛增長(zhǎng)，對(duì)各式紙杯的成型技術(shù)展開(kāi)研究成為必然趨勢(shì)和當(dāng)務(wù)之急，以研究、改進(jìn)并開(kāi)發(fā)出新的先進(jìn)的紙杯成型機(jī)來(lái)低成本，全自動(dòng)，高速地生產(chǎn)出足夠的紙杯來(lái)滿(mǎn)足市場(chǎng)的需要。 圖2 2000-2008我國(guó)紙杯需求量變化圖（單位：百萬(wàn)） 1.2 課題研究的內(nèi)容 自動(dòng)紙杯成型機(jī)通過(guò)自動(dòng)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(jì)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(jī)本部分的動(dòng)作主要通過(guò)典型連桿機(jī)構(gòu)，鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，凸輪機(jī)構(gòu)，間歇機(jī)構(gòu)等來(lái)完成。本設(shè)計(jì)將依次進(jìn)行紙杯成型機(jī)總體方案的確定，通過(guò)對(duì)紙杯成型機(jī)生產(chǎn)工藝過(guò)程分析，來(lái)選擇機(jī)構(gòu)和總體布局，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)以及傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算，本設(shè)計(jì)將主要對(duì)V帶、帶輪、鏈條、鏈輪、凸輪、偏心輪、主軸、弧面凸輪分度間歇機(jī)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。 1.3 紙杯及紙杯成型機(jī)的發(fā)展概況 從紙杯的外形和紙制來(lái)看，紙杯的發(fā)展歷史經(jīng)歷了四個(gè)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(lái)粘合，較容易分離，必須盡快地使用。雖然后來(lái)出現(xiàn)了折疊紙杯，在側(cè)壁加了折褶，以增加側(cè)壁的強(qiáng)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 第一只涂蠟兩片紙杯在1932年問(wèn)世，其平滑的表面可以印上各種精美圖案，提高促銷(xiāo)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(hù)膠的粘合性，增強(qiáng)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(qiáng)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(kuò)大紙杯的應(yīng)用范圍，1940年直壁雙層杯推出市場(chǎng)，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(qiáng)紙杯的防漏性，被廣泛應(yīng)用于自動(dòng)售賣(mài)機(jī)來(lái)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(shí)，有關(guān)食品公司有也開(kāi)始將聚乙烯涂布在紙板上來(lái)增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(jìn)一步發(fā)展。 而我國(guó)目前生產(chǎn)的紙杯成型機(jī)，幾乎都是在韓國(guó)機(jī)型的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，被稱(chēng)之為韓式紙杯成型機(jī)，這種韓式機(jī)型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操縱方便、造價(jià)較低等優(yōu)點(diǎn)，在紙杯行業(yè)起步階段起到了重要的促進(jìn)作用。但是隨著市場(chǎng)的深人，紙杯使用領(lǐng)域的擴(kuò)展，用戶(hù)要求的提高,這種機(jī)型暴露出來(lái)的缺點(diǎn)，越來(lái)越制約行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)急需一種高速并且能一機(jī)多品的新一代紙杯成型機(jī)。 韓式紙杯成型機(jī)主要存在以下兩方面的缺陷： 1．產(chǎn)量低 韓式紙杯成型機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)較低，但是這種機(jī)型的固有結(jié)構(gòu)限制了其生產(chǎn)率的提高。因?yàn)檫@種機(jī)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(guò)程中需要足夠的溫度和時(shí)間,才能把淋膜層中的PE膜熔化并有效粘合，所以在韓式機(jī)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(guó)產(chǎn)還是韓國(guó)原產(chǎn)的這類(lèi)成型機(jī)，其生產(chǎn)速度都比較慢,其生產(chǎn)速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足市場(chǎng)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(kuò)展,如咖啡杯、可樂(lè)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(duì)成型機(jī)提出了一機(jī)多品的要求，而韓式成型機(jī)是立式結(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(jī)只能針對(duì)某一范圍而設(shè)計(jì)。這樣一來(lái)客戶(hù)就必須購(gòu)置多種機(jī)型以滿(mǎn)足系列紙杯生產(chǎn)的要求。 由于韓式機(jī)型存在上述兩方面的局限性，已經(jīng)越來(lái)越不適應(yīng)甚至正制約紙杯行業(yè)的發(fā)展，市場(chǎng)急待新型紙杯成型機(jī)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(chǎng)潛力巨大，需求源源不斷，市場(chǎng)永不枯竭，商機(jī)無(wú)限。而紙杯成型機(jī)是生產(chǎn)一次性紙杯的必需的機(jī)械設(shè)備,為了滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)紙杯的需求,紙杯成型機(jī)的技術(shù)將隨紙杯的需量的大增而迅猛發(fā)展，市場(chǎng)需求量也將急劇增長(zhǎng)。針對(duì)韓氏紙杯成型機(jī)的諸多缺陷，現(xiàn)在研究紙杯成型機(jī)仍有十分重要的意義，尤其是對(duì)現(xiàn)有的紙杯成型機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造十分必要。在“消除白色污染，改善環(huán)境衛(wèi)生”的國(guó)策背景下，很多大中型機(jī)械公司正組織科研人員不遺余力地在紙杯成型機(jī)項(xiàng)目上投入巨資研發(fā)，并借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，已潛心研制出具有國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平的第二代紙杯成型機(jī)-智能高速紙杯成型機(jī)。該新式紙杯成型機(jī)采用了多工位中封機(jī)構(gòu)，利用臥式成型機(jī)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(jī)將以其高速、一機(jī)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(kuò)大之首選，它的出現(xiàn)將是紙杯業(yè)的一大飛躍。 針對(duì)韓式紙杯成型機(jī)的二大缺陷，我們可以進(jìn)行一些方面的改進(jìn)和研究。 1．采用多工位中封機(jī)構(gòu) 在紙杯制作過(guò)程中，淋膜層的熔化粘和所需的時(shí)間是必不可少的。在韓式機(jī)型中，這一時(shí)間消耗在加熱體將紙杯中縫壓緊后的停頓上。一般來(lái)說(shuō)需要0.8秒的停頓時(shí)間，再加上燙條上下以及紙片送入，紙壁筒鉤出的時(shí)間0.4秒左右，那么生產(chǎn)一個(gè)紙杯需要1.2秒的時(shí)間，在這1.2秒時(shí)間中0.8秒停頓時(shí)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(jī)無(wú)法提高生產(chǎn)率的原因所在。新型紙杯成型機(jī)采用多工位中縫結(jié)構(gòu)，這樣一來(lái)，0.8秒的熔化粘和時(shí)間就消耗在傳動(dòng)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(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)到第7工位后釋放，保證了熔化粘和所需的時(shí)間。我們只要控制第1工位紙片送入，燙條下壓的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間據(jù)我們的試驗(yàn)只需0.4秒左右，也就是說(shuō)0.4秒生產(chǎn)出一個(gè)紙杯，產(chǎn)量是韓式結(jié)構(gòu)的3倍，每分鐘達(dá)到150個(gè)，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(jī)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(jī)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(dòng)作。而紙杯越高，其模具也就越長(zhǎng)。模具越長(zhǎng)成型凸輪的行程就越大。在紙杯成型機(jī)中，模具的更換是比較容易的，而成型凸輪是幾乎無(wú)法更換的，它是機(jī)器中的連接部件，還受到機(jī)架空間的限制。這就是韓式機(jī)型制作紙杯范圍窄的根本原因。新型臥式紙杯成型機(jī)采用的是側(cè)面成型技術(shù)，成型凸輪的行程是一定值，這樣一來(lái)，只需更換不同模具而無(wú)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(jì)幾乎涵蓋了我們大學(xué)階段學(xué)到的全部專(zhuān)業(yè)知識(shí)，例如機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、工程制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、包裝機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造工藝學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)、液壓與氣壓傳動(dòng)、電氣控制技術(shù)等課程。我相信通過(guò)這個(gè)課題的設(shè)計(jì)能夠更好地使我們所學(xué)到的知識(shí)在實(shí)踐中得到檢驗(yàn)、鞏固與提高，使我們養(yǎng)成了勤于動(dòng)腦和查詢(xún)資料的習(xí)慣，并提高我們的實(shí)際動(dòng)手能力和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。 2 總體方案的確定 2.1 紙杯成型機(jī)的參數(shù)、結(jié)構(gòu)及工作原理 2.1.1 紙杯成型機(jī)的主要工序 紙杯成型機(jī)是自動(dòng)將扇形的紙加工成型成紙杯的機(jī)械。紙杯主要由杯壁和杯底了部分組成，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(jī)的成型方式如下： 將已經(jīng)印刷好的扇形紙片（杯子的展開(kāi)形狀）自動(dòng)加工成型為紙杯筒狀；通過(guò)熱成型粘合紙杯杯壁（據(jù)PE淋膜紙的特點(diǎn)）；紙杯底杯底使用卷筒紙，自動(dòng)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(shí)，通過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)，滾上一層印痕；卷邊：紙杯的口部的卷邊成型。 所以紙杯成型機(jī)需要自動(dòng)送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等連續(xù)工序來(lái)生產(chǎn)出成品紙杯。 2.1.2 紙杯成型機(jī)的主要參數(shù) 紙杯成型機(jī)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：76×53×91）及其他的規(guī)格 （2）紙質(zhì)材料：150—400g/平方米的一面涂膜紙張 （3）出杯速度：50只/分鐘 （4）電源要求：380V 50Hz （5）總 功 率：4 KW （6）機(jī)器重量：1350 ㎏ （7）外形尺寸：(長(zhǎng)×寬×高)2500×1200×1400 2.1.3 紙杯成型機(jī)的主要結(jié)構(gòu) 紙杯成型機(jī)需要完成自動(dòng)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(jī)主要采用典型四連桿機(jī)構(gòu)（曲柄、搖桿機(jī)構(gòu)）、鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)以及氣動(dòng)機(jī)構(gòu)等來(lái)完成所需動(dòng)作。 紙杯成型機(jī)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)较乱徊糠郑? 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(dòng)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、卷邊等用來(lái)成型后加工的機(jī)構(gòu)，以及包括電動(dòng)機(jī)、減速器及傳動(dòng)系統(tǒng)等部分。 本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)第三部分，整體效果圖如圖3。 圖3 紙杯成型機(jī)本次設(shè)計(jì)部分效果圖 2.2 工藝分析 2.2.1 確定機(jī)器類(lèi)型 1．工位 由于紙杯生產(chǎn)量大，成型動(dòng)作也較多，所以本設(shè)計(jì)選用多工位紙杯成型機(jī)。 2．運(yùn)動(dòng)形式 紙杯成型機(jī)需要將杯底送到封合的杯壁內(nèi)，該工序需要轉(zhuǎn)盤(pán)停頓，所以本設(shè)計(jì)選用間歇多工位紙杯成型機(jī)。 2.2.2 確定成型工序，工藝路線(xiàn)及工位數(shù) 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(jī)主要成型工序包括自動(dòng)送紙、沖底、封合、加熱、翻底、滾花、卷邊、卸杯等。 2．工藝路線(xiàn) 間歇多工位紙杯成型機(jī)有杯壁紙和杯底紙的輸送，又有在轉(zhuǎn)盤(pán)上的杯底和杯壁的封和以及在轉(zhuǎn)盤(pán)上的加熱、翻底、滾花、卷邊、滾筋、卸杯，所以本設(shè)計(jì)選用圓弧與直線(xiàn)組合型工藝路線(xiàn)，如圖4所示。 圖4 紙杯成型機(jī)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(pán)至少需要6個(gè)工位，而左下方的工序盤(pán)至少需要7個(gè)工位，為了對(duì)稱(chēng)分布，所以本設(shè)計(jì)選擇8個(gè)工位。 2.2.3 執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng) 結(jié)合圖4，各執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)要求分以下五個(gè)部分說(shuō)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(kāi)形狀）自動(dòng)加工成型為紙杯形狀（筒狀），需要一個(gè)圓臺(tái)形模具，其上要安裝一個(gè)燙條粘合裝置和一個(gè)合攏機(jī)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(gè)自動(dòng)送紙結(jié)構(gòu)和圓形沖裁機(jī)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(jī)構(gòu)。 （4）紙杯整體成型 紙杯的預(yù)熱、主熱翻底需要加熱設(shè)備，滾花和卷邊時(shí)要旋轉(zhuǎn)，則需要一個(gè)動(dòng)力源，即要選一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。它們運(yùn)動(dòng)是間歇的，因此需要一間歇機(jī)構(gòu)，工序盤(pán)采用有8個(gè)圓柱銷(xiāo)的蝸桿凸輪間歇機(jī)構(gòu)。三個(gè)工序盤(pán)需要協(xié)調(diào)工作，因此，三工序盤(pán)的軸用鏈條連起來(lái)，提供這些動(dòng)力需要另一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。 （5）卸杯 卸杯時(shí)需要將成品紙杯從轉(zhuǎn)盤(pán)頂出來(lái)，這需要一頂桿機(jī)構(gòu)。紙杯被頂出來(lái)后由于推力和重力作用，紙杯會(huì)疊加在一起并會(huì)自動(dòng)計(jì)數(shù)，達(dá)到一定數(shù)量后，手動(dòng)將其拿開(kāi)并包裝。 2.3 機(jī)構(gòu)選型 2.3.1 空間執(zhí)行機(jī)構(gòu) 紙杯成型機(jī)縱、橫、豎三維方向位置的協(xié)調(diào)動(dòng)作由凸輪機(jī)構(gòu)以及四連桿機(jī)構(gòu)完成。 2.3.2 紙料供送系統(tǒng) 為使機(jī)器結(jié)構(gòu)緊湊和操作方便，將杯壁紙的紙架設(shè)置在機(jī)器的上方，將杯底卷筒紙的紙架設(shè)置在機(jī)器的后方。 2.3.3 紙杯整體成型系統(tǒng) 根據(jù)國(guó)內(nèi)外紙杯成型機(jī)的特點(diǎn)，選用立式成型結(jié)構(gòu)和單工位中縫機(jī)構(gòu)及三個(gè)工序盤(pán)的紙杯整體成型系統(tǒng)。 2.3.4 氣動(dòng)機(jī)構(gòu) 氣動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，動(dòng)作可靠穩(wěn)定，在杯壁紙吸取時(shí)，杯底紙沖栽時(shí)，紙杯從杯模上脫下時(shí)都選用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)。 2.3.5 卸杯機(jī)構(gòu) 因紙杯是圓臺(tái)形，杯口向上，因此卸杯時(shí)要選用上頂機(jī)構(gòu)，并且需要增設(shè)能使紙杯向上疊起的用來(lái)定位裝置。 2.3.6 底座機(jī)架 因?yàn)闄C(jī)器高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)帶來(lái)的較大震動(dòng)，并考慮到該機(jī)生產(chǎn)批量較大，連續(xù)工作時(shí)間長(zhǎng)，所以底座與機(jī)架都采用鑄鐵件。 2.3.7 傳動(dòng)系統(tǒng) 因?yàn)樵O(shè)計(jì)的紙杯的生產(chǎn)速度為50只/分鐘，故確定工序盤(pán)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(dòng)機(jī)，滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/分鐘。因此電動(dòng)機(jī)至分配軸的降速比應(yīng)能在14—28的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)。為此選用兩級(jí)降速，第一節(jié)用V帶無(wú)級(jí)變速，第二節(jié)用減速器降速。根據(jù)紙杯成型機(jī)的工作過(guò)程，可知要選擇兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)用于紙杯成型機(jī)傳送機(jī)構(gòu)和成型機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，一臺(tái)用于滾花和卷邊的動(dòng)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(yuǎn)，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(dòng)，鏈輪傳動(dòng)是完成紙杯生產(chǎn)各轉(zhuǎn)動(dòng)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(pán)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(guò)大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動(dòng)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。 2.3.8 間歇機(jī)構(gòu) 為使工序盤(pán)作間歇轉(zhuǎn)位運(yùn)動(dòng)，可供選擇的機(jī)構(gòu)主要有： （1）槽輪撥銷(xiāo)轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)（簡(jiǎn)稱(chēng)槽輪機(jī)構(gòu)），結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊且容易制造，但從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)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(jī)構(gòu)，從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律與前述機(jī)構(gòu)相同，但它的結(jié)構(gòu)要復(fù)雜一些，由于從動(dòng)件是面接觸，可用于負(fù)載比較大的場(chǎng)合； （3）蝸形凸輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，能任選從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，動(dòng)力特性好，可用于高速重負(fù)載。 考慮到此紙杯成型機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，因此此處選擇蝸形凸輪轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，該間歇機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的45分度。 2.4 總體布局 2.4.1執(zhí)行機(jī)構(gòu)的布局 （1）布局執(zhí)行構(gòu)件 如圖5所示，與工序盤(pán)7密切相關(guān)的執(zhí)行構(gòu)件有翻底盤(pán)8、滾花盤(pán)9、卷邊盤(pán)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(jī)構(gòu)的傳動(dòng)件 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)件包括如凸輪、偏心輪、連桿、間歇機(jī)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(jī)架 2—偏心輪 3—軸承 4—連桿 5—支架 6—紙杯模 7—工序盤(pán) 8—翻底盤(pán) 9—滾花盤(pán) 10—卷邊盤(pán) 11—間歇機(jī)構(gòu) 12—鏈輪 13—主軸 14—凸輪 圖5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)布局圖 2.4.2傳動(dòng)系統(tǒng)的布局 1—V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(jī)構(gòu) 9—鏈條2 10—主軸 11—電動(dòng)機(jī)1 圖6 傳動(dòng)系統(tǒng)圖 2.4.3 選擇支承形式和繪制總體布局圖 系統(tǒng)支承形式及整體布局圖如圖7所示。 1—機(jī)座 2—連桿 3—滑桿 4—滑塊機(jī)構(gòu) 5—工序盤(pán)軸 6—脫杯機(jī)構(gòu) 7—花鍵軸承 8—帶輪 9—電動(dòng)機(jī)2 10—支架2 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(pán) 18—電動(dòng)機(jī)1 19—V帶 圖7 總體布局圖 如圖5所示，將電動(dòng)機(jī)、V帶和減速器安置在機(jī)器的前面底座內(nèi)部，通過(guò)鏈條帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，再由主軸分別傳動(dòng)紙杯紙供送系統(tǒng)、支架系統(tǒng)和間歇機(jī)構(gòu)。對(duì)于提供滾花和卷邊軸的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)2（如圖7），可在開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)1之前，滾花和卷邊盤(pán)先轉(zhuǎn)動(dòng)，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 2.5.1 分析工藝操作順序 紙杯成型機(jī)工藝原理圖如圖4所示，主要包括以下五個(gè)主要工藝過(guò)程： （1）杯壁供送——吸紙機(jī)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。 （4）滾花——滾花盤(pán)上升，在杯底滾上一層印痕，滾花盤(pán)并返回原位。 （5）卷邊——卷邊是由一個(gè)與未卷杯口的直徑和斜度大小的特制模具托住杯口，并向紙杯方向進(jìn)行適量的軸向運(yùn)動(dòng)，同時(shí)再由四個(gè)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的按一定軌跡進(jìn)行張開(kāi)和閉合的爪子，對(duì)杯口進(jìn)行卷曲，完成卷邊工序。卷邊時(shí)卷邊盤(pán)上升，對(duì)杯口進(jìn)行卷曲，然后卷邊盤(pán)返回原位。 2.5.2 繪制工作循環(huán)圖 1．確定各機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán) 設(shè)定紙杯成型機(jī)每分鐘生產(chǎn)紙杯50個(gè)，則分配軸的轉(zhuǎn)速為 n=50（r/min） （1） 分配軸每轉(zhuǎn)的時(shí)間就是該機(jī)的工作循環(huán)，即等于各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)，所以 =60/50=1.2（s） （2） 2．確定各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角 由于紙杯成型機(jī)的工作循環(huán)是從杯壁紙供送開(kāi)始的，因此以杯壁紙供送機(jī)構(gòu)的工作起點(diǎn)為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 a．杯壁紙供送機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)上述的工藝過(guò)程，取杯壁紙供送機(jī)構(gòu)的工作行程時(shí)間=0.45S，杯壁筒鉤出時(shí)間=0.45s，停頓時(shí)間為=0.8s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為 =360°×0.45÷1.7=95° （3） =360°×0.45÷1.7=95° （4） =360°×0.8÷1.7=170° （5） b．杯底沖栽機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角：根據(jù)上述的工藝過(guò)程，取杯底沖栽機(jī)構(gòu)的工作行程時(shí)間=0.6S，返回行程時(shí)間=0.5s，停歇時(shí)間為=0.6s，則相應(yīng)的分配軸轉(zhuǎn)角分別為 =360°×0.6÷1.7=127° （6） =360°×0.5÷1.7=106° （7） =360°×0.6÷1.7=127° （8） c.根據(jù)上述的工藝過(guò)程，同理可取杯底和杯壁的封和機(jī)構(gòu)、滾花機(jī)構(gòu)、卷邊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)各區(qū)段的的時(shí)間及分配軸轉(zhuǎn)角與杯底沖栽機(jī)構(gòu)相同，即 =360°×0.6÷1.7=127° （9） =360°×0.5÷1.7=106° （10） =360°×0.6÷1.7=127°； （11） =360°×0.6÷1.7=127° （12） =360°×0.5÷1.7=106° （13） =360°×0.6÷1.7=127°； （14） =360°×0.6÷1.7=127° （15） =360°×0.5÷1.7=106° （16） =360°×0.6÷1.7=127°； （17） d．繪制各機(jī)構(gòu)的循環(huán)圖并時(shí)間同步化后可得到各機(jī)構(gòu)的工作循環(huán)圖，如圖7所示： 圖8 紙杯成型機(jī)工作循環(huán)圖 2.6 確定電動(dòng)機(jī)功率 參照國(guó)內(nèi)外紙杯成型機(jī)，確定電動(dòng)機(jī)1功率為1.5，電動(dòng)機(jī)2功率為0.55。 3 傳動(dòng)方案的總體設(shè)計(jì) 3.1 確定傳動(dòng)方案 由第2部分傳動(dòng)系統(tǒng)的分析可知，此系統(tǒng)需要選用兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)，一臺(tái)用于紙杯成型機(jī)傳送機(jī)構(gòu)和成型機(jī)構(gòu)的動(dòng)力，另一臺(tái)用于滾花和卷邊的動(dòng)力，前者的功率要求比較大，后者功率可適當(dāng)小些。與電動(dòng)機(jī)相連的高速級(jí)傳動(dòng)選擇V帶傳動(dòng)，由于與減速器相連的主軸距離較遠(yuǎn)，可采用V帶或鏈條傳動(dòng)，但由于V帶有打滑的現(xiàn)象，所以選擇鏈條傳動(dòng)，鏈條傳動(dòng)能保證完成紙杯生產(chǎn)各轉(zhuǎn)動(dòng)部分所需要的預(yù)定轉(zhuǎn)速。其他內(nèi)部軸之間的傳動(dòng)均采用鏈條傳動(dòng)，轉(zhuǎn)盤(pán)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，可以確定紙杯成型機(jī)的傳動(dòng)方案如圖9所示。 1—電動(dòng)機(jī)1 22—電動(dòng)機(jī)2 2，23—V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(dòng)箱 12—滑塊 13—連桿 14—機(jī)架 16，17，18，25，27，29—鏈輪 19，28—張緊輪 圖9 紙杯成型機(jī)傳動(dòng)方案圖 下面結(jié)合圖9說(shuō)明紙杯整體成型落料的傳動(dòng)過(guò)程： 電動(dòng)機(jī)1通過(guò)V帶和鏈條，經(jīng)過(guò)減速器后帶動(dòng)主軸9轉(zhuǎn)動(dòng)，工序盤(pán)1、2、3的轉(zhuǎn)動(dòng)、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(dòng)機(jī)1來(lái)完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供動(dòng)力。 開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)1，通過(guò)V帶2把轉(zhuǎn)速傳遞到減速器3，經(jīng)過(guò)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(guò)鏈條5把主軸9的轉(zhuǎn)速傳給間歇傳動(dòng)箱11，間歇機(jī)構(gòu)由弧面凸輪來(lái)完成45分度，從動(dòng)盤(pán)上均勻地安裝8個(gè)滾子，這樣可以使工序盤(pán)1、2、3每次轉(zhuǎn)動(dòng)45°。由此機(jī)器可以實(shí)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(dòng)作的協(xié)調(diào)而準(zhǔn)確完成。通過(guò)偏心輪7可把主軸9的速度傳給上面支架，經(jīng)過(guò)脫杯機(jī)構(gòu)提供脫杯所需的速度和動(dòng)力，通過(guò)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(pán)垂直方向的速度和動(dòng)力。間歇傳動(dòng)箱把轉(zhuǎn)速通過(guò)軸20傳到鏈輪17，軸20為工序盤(pán)3的轉(zhuǎn)軸，鏈輪17通過(guò)鏈條帶動(dòng)鏈輪16、18作同步間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪16、18的中心軸分別是工序盤(pán)1和2的轉(zhuǎn)軸，即工序盤(pán)1、2、3作同步間歇轉(zhuǎn)動(dòng)。 紙杯的滾花和卷邊是由電動(dòng)機(jī)2來(lái)完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供動(dòng)力。開(kāi)啟電動(dòng)機(jī)2，通過(guò)V帶23和軸24把轉(zhuǎn)速傳給鏈輪29，鏈輪29經(jīng)過(guò)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(pán)和卷邊盤(pán)的轉(zhuǎn)軸，這樣電動(dòng)機(jī)22就為滾花和卷邊完成預(yù)定轉(zhuǎn)速和提供了動(dòng)力，整個(gè)紙杯成型的傳動(dòng)過(guò)程就能完整而有序地完成。 3.2 選擇電動(dòng)機(jī) 由第2部分分析可知，按工作要求兩電動(dòng)機(jī)都選用Y系列即三相異步電動(dòng)機(jī)，額定電壓380V，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)為防護(hù)式，防護(hù)等級(jí)都定為IP44，電動(dòng)機(jī)的安裝型式見(jiàn)圖4，電動(dòng)機(jī)1和電動(dòng)機(jī)2的功率分別為1.5和0.55，轉(zhuǎn)速都為1400轉(zhuǎn)/分鐘，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知電動(dòng)機(jī)1為Y90L—4型，電動(dòng)機(jī)2為Y801—4型。 兩電動(dòng)機(jī)詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)表1所示。 表1 電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù) 電機(jī)名稱(chēng) 電動(dòng)機(jī)1 電動(dòng)機(jī)2 型號(hào)規(guī)格 Y 90L—4 Y 801—4 防護(hù)等級(jí) IP44 IP44 安裝形式 B3 B3 轉(zhuǎn)速 （r/min） 1400 1400 額定功率 （kw） 1.5 0.55 電壓 （V） 380 380 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.2 2.2 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.2 2.2 噪聲 （dB(A)） 67 67 質(zhì)量（kg） 26 17 額定電流 （A） 3.7 1.5 頻率（HZ） 50 50 效率 （%） 79.0 73.0 功率因數(shù) （cosφ） 0.79 0.76 堵轉(zhuǎn)電流/額定電流 6.5 6.0 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 2.3 2.4 最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩 6.5 6.0 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg·㎡） 0.0021 0.0018 機(jī)座號(hào) 90L 801 振動(dòng)速度（mm /s） 1.8 1.8 長(zhǎng)度 （mm） 335 285 寬度 （mm） 180 165 高度 （mm） 190 170 3.3 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 主軸傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為 （18） 式（18）中： ——電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速，； ——工序盤(pán)3的轉(zhuǎn)速，。 為使整個(gè)紙杯成型機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，減速器外廓尺寸應(yīng)較小，故選用一級(jí)蝸桿減速器，其傳動(dòng)比也較大，從電動(dòng)機(jī)到工序盤(pán)3經(jīng)過(guò)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5，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求，減速器選擇蝸桿上置，為了使鏈輪設(shè)計(jì)制造簡(jiǎn)單、安裝方便，故選擇使用同一型號(hào)的鏈輪，兩鏈條的傳動(dòng)比都定為1，傳動(dòng)比28分配到V帶和減速器，考慮到帶輪的大小，低速級(jí)的帶輪不能太大，所以選擇傳動(dòng)比為1.4，則減速器的傳動(dòng)比為20，綜合考慮后根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選用WPS-100型減速器。 WPS-100型減速器的參數(shù)見(jiàn)表2。 表2 WPS-100型減速器參數(shù) 型號(hào) 規(guī)格 傳動(dòng)比 長(zhǎng) 寬 高 輸入軸 輸出軸 質(zhì)量 WPS 100 1:20 322 254 334 直徑 長(zhǎng)度 鍵槽 直徑 長(zhǎng)度 鍵槽 35 ㎏ 25 50 8×4 38 75 10×5 滾花軸到電動(dòng)機(jī)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(dòng)比在2-4之間，此處傳動(dòng)比選擇4。 3.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 從電動(dòng)機(jī)1到工序盤(pán)有四軸，依次命名為為軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ，其中軸Ⅰ為減速器輸入軸，軸Ⅱ?yàn)闇p速器輸出軸，軸Ⅲ為紙杯成型機(jī)主軸，軸Ⅳ為工序盤(pán)主軸。 3.4.1 各軸轉(zhuǎn)速 (19) (20) (21) (22) 式中： ——電動(dòng)機(jī)1滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速，； 、、、——依次為軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ的轉(zhuǎn)速，； 、、、——依次為由電動(dòng)機(jī)軸至高速軸Ⅰ，軸Ⅰ與軸Ⅱ，軸Ⅱ與軸Ⅲ，軸Ⅲ與軸Ⅳ間的傳動(dòng)比。 3.4.2 各軸功率 (23) (24) (25) (26) 式中： ——電動(dòng)機(jī)輸出功率，； ——軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ輸入功率，； 、、、——依次為電動(dòng)機(jī)軸與Ⅰ軸，軸Ⅰ與軸Ⅱ，軸Ⅱ與軸Ⅲ，軸Ⅲ與軸Ⅳ間的傳動(dòng)效率。查[13]表10—2確定各部分效率為：=0.96，=0.9，=0.96，=0.96。 3.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩 (27) (28) (29) (30) 式中： ——電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩，； ， （31） ，，，——軸Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ輸入轉(zhuǎn)矩。 從電動(dòng)機(jī)2到滾花盤(pán)和卷邊盤(pán)之間有一軸，此處選擇傳動(dòng)比為4，則該軸： 轉(zhuǎn)速 =1400/4=350 功率 =0.55×0.96=0.53 轉(zhuǎn)矩 = 4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 V帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1.1 主軸電機(jī)V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 1．確定計(jì)算功率 已知電動(dòng)機(jī)功率為1.5KW，由[1]表8-7查得工作情況系數(shù)=1.1，故 ==1.1×1.5=1.65KW （32） 2．選取V帶帶型 根據(jù)為1.65KW，為1400，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(yàn)算帶速 由[1]表8-6和表8-8，取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 由[1]式（8-15a），計(jì)算從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 （33） 根[1]表8-8將從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑圓整，取 按[1]式（8-13）驗(yàn)算帶的速度 (34) 則帶速合適。 4．確定窄V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心 根據(jù)[1]式（8-20）初步確定中心距 ，取中心距。 根據(jù)[1]式（8-22）計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 （35） 由[1]表（8-2）選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 按[1]式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距 （36） 5．驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 由[1]式（8-7）得 (37) 則主動(dòng)輪上的包角合適。 6．計(jì)算窄V帶的根數(shù)z 由[1]式（8-26）可知 （38） 由=1400 r/min、=80、=1.4，查[1]表8-4a和表8-4b得近似值 由包角為174.87°,查[1]表8-5得， 查[1]表8-2得，則 （39） 所以取z=1根。 7．計(jì)算預(yù)緊力 由[1]式（8-27）可知 (40) 查[1]表8-3得q=0.17㎏/，故 (41) 8．計(jì)算作用在軸上的壓軸力 由[1]式（8-28）可知 （42） 4.1.2 主軸電機(jī)帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1．V帶輪設(shè)計(jì)的要求 V帶輪應(yīng)滿(mǎn)足下列要求：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好；無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，要經(jīng)過(guò)動(dòng)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(hào)為HT200的鑄鐵。 3．結(jié)構(gòu)尺寸 兩V帶結(jié)構(gòu)采用實(shí)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 ； 基準(zhǔn)線(xiàn)上槽深 ； 第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面的最小距離； 帶輪寬 ； 外徑 ； （43） 輪轂直徑 ； （44） 輪轂長(zhǎng)度 =2=2×20=40； （45） =2=2×25=50； （46） 其中分別為電動(dòng)機(jī)1軸和減速器輸入軸直徑，。 4.2 鏈條及鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1 減速器輸出鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 由第2部分可知，鏈條需要增加張緊輪，為使傳動(dòng)平穩(wěn)，增強(qiáng)鏈條的強(qiáng)度，傳遞功率比較大，故選用雙排鏈。 1．選擇鏈輪齒數(shù), 假定鏈速=0.1～3，選取小鏈輪齒數(shù)=25，則從動(dòng)鏈輪齒數(shù)= =1×25=25。 2．計(jì)算功率 由[1]表9-6查得工況系數(shù)=1，由[1]圖9-13查得鏈輪齒數(shù)系數(shù) 。雙排鏈時(shí)多排鏈系數(shù)=1.75，又已知其傳遞的功率，由[1] 式（9-15） （47） 3．確定鏈條型號(hào)和節(jié)距 根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速=50及功率，由[1]圖9-11選鏈號(hào)為10A雙排鏈。再由[1]表9-1查得鏈的節(jié)距。 4．確定鏈節(jié)數(shù)和中心距 初選中心距 取，由[1]式（9-16）則鏈節(jié)數(shù)為 （48） 取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)節(jié)。 中心距減小量 =(0.002～0.004) =(0.002～0.004)×492.125=0.98425～1.9685 （49） 實(shí)際中心距 =492.125-(0.98425～1.9685) =490.1565～491.14075 (50) 取=491 5．驗(yàn)算鏈速并確定潤(rùn)滑方式 (51) 鏈速與原假設(shè)相符。由和鏈號(hào)10A，查[1]圖9-14可知應(yīng)采用定期人工潤(rùn)滑。 6．計(jì)算壓軸力 有效圓周力 (52) 對(duì)于水平傳動(dòng)壓軸力系數(shù)=1.15，則由[1]式（9-18） (53) 4.2.2 減速器輸出鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 1．鏈輪的主要參數(shù) 因?yàn)檫x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=15.875，滾子外徑，排距，內(nèi)鏈接內(nèi)寬，內(nèi)鏈板高度，抗拉載荷。 又因?yàn)辇X數(shù)z=25，由[1]表9-3可得鏈輪的主要尺寸： 分度圓直徑=/sin(180°/z)=25.4/sin(180°/25)=126.66 （54） 齒頂圓直徑 取 （55） 齒根圓直徑 （56） 最大齒側(cè)凸緣直徑 （57） 倒角寬 ，取 倒角半徑 ，取 排間槽圓角半徑 齒寬 鏈寬齒總寬 輪轂厚度 （58） 輪轂長(zhǎng)度 （59） 輪轂直徑 （60） 齒面圓弧半徑 （61） 齒溝圓弧半徑 （62） 齒溝角 （63） 2．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(xiàn)齒形，齒形按3R GB/T 1244-1985 規(guī)定制造。 3．鏈輪的結(jié)構(gòu) 因鏈輪的直徑較小，因此制成整體式。 4．鏈輪的材料 因鏈輪受力比較大，且要求耐磨損，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，材料選擇20Cr，經(jīng)淬火、回火熱處理，齒面硬度為40～50HRC。 5．鏈輪的定位 為防止鏈輪在軸上轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)，保證傳動(dòng)的穩(wěn)定可靠，鏈輪需要嚴(yán)格的定位，由于此鏈輪傳動(dòng)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8×56。 4.2.3 間歇傳動(dòng)箱輸入鏈的設(shè)計(jì)計(jì)算 為方便設(shè)計(jì)計(jì)算，間歇傳動(dòng)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(jì)的過(guò)程，可得到間歇傳動(dòng)箱輸入鏈的下列主要參數(shù)：齒數(shù)==25；計(jì)算功率=1.25；節(jié)數(shù)=112節(jié)；節(jié)距=15.875；傳遞的功率=0.64；中心距=491；鏈速=0.2315；作用在軸上的壓軸力=6457.88。 4.3 凸輪機(jī)構(gòu)及偏心輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 當(dāng)從動(dòng)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(dòng)件作連續(xù)運(yùn)動(dòng)而從動(dòng)件必須作間歇運(yùn)動(dòng)時(shí)，則以采用凸輪機(jī)構(gòu)最為簡(jiǎn)便。 凸輪是紙杯成型機(jī)主要典型機(jī)構(gòu)，它可以將主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成為滑塊的往復(fù)的間歇運(yùn)動(dòng)，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，運(yùn)動(dòng)可靠。凸輪設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是根據(jù)工作要求選擇合適的凸輪機(jī)構(gòu)的型式，和推桿運(yùn)動(dòng)規(guī)律的確定，并合理的選定有關(guān)的結(jié)構(gòu)尺寸，然后根據(jù)選定的推桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律設(shè)計(jì)合適的凸輪的輪廓曲線(xiàn)。根據(jù)紙杯成型機(jī)的工作特點(diǎn)選用對(duì)心移動(dòng)滾子盤(pán)形凸輪機(jī)構(gòu)，采用幾何形封閉方式。 4.3.1 從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的確定 由支架的運(yùn)動(dòng)規(guī)律：上—?！隆！希ㄐ谐?140），可知從動(dòng)件的一運(yùn)動(dòng)類(lèi)型為雙停歇（推—停—回—?！疲?。為了使凸輪設(shè)計(jì)和加工簡(jiǎn)單，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律選擇改進(jìn)等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律(如圖10)，因基本等速運(yùn)動(dòng)在運(yùn)動(dòng)開(kāi)始和終止的瞬時(shí)，因速度有突變，所以這時(shí)從動(dòng)件的加速度在理論上將出現(xiàn)瞬時(shí)的無(wú)窮大值，致使從動(dòng)件突然產(chǎn)生非常大的慣性力，因而使凸輪機(jī)構(gòu)受到極大的沖擊，即存在剛性沖擊，這就是基本等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律的缺點(diǎn)，因此選擇改進(jìn)等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律。等速運(yùn)動(dòng)規(guī)律=1，是最大加速度最小的一種運(yùn)動(dòng)規(guī)律，壓力叫角也比較小，對(duì)于對(duì)心移動(dòng)從動(dòng)件盤(pán)形凸輪