四段式分件供送螺杆设计

目录第一章设计概述 (2)1.1设计的目的 (2)1.2 四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置概述 (3)第二章四段式分件供送螺杆与星形拨轮装置的参数确定 (4)2.1星形拨轮的设计 (4)2.2螺杆螺旋线的组合特征 (4)2.3螺杆螺旋线的基本参数 (5)2.4组合螺旋线的设计 (7)2.4.1输入等速段 (7)2.4.2螺杆变加速段螺旋线 (8)2.4.3螺杆等加速度段螺旋线 (10)2.4.4螺杆输出等速段螺旋线 (12)2.5螺旋槽轴向剖面的几何形状设计 (14)2.6利用程序设计的方法输出结果并自动生成图形 (16)2.6.1 Matlab软件的运用 (16)2.6.2 Pro.e画图工具的运用 (18)第三章总结 (20)设计心得 (20)参考文献 (21)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40 mm、高为100 mm1.1.2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；4、完成设计计算说明书。

1.2 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。

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，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。

第二章 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8=b Z ；拨轮的转速为b n =100r/min ；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ρ2=40mm ，高mm h 100=，则取拨轮的节距为b C =112mm,设拨轮节圆半径为b R ，因为容器以等间距定时供送，则b b b Z C R •=•π2 )2/(πb b b Z C R •= 则拨轮的节圆半径为mm R b 6.14228112=⨯⨯=π拨轮高度依据被供送体的高度为b h =60mm.。

拨轮转速与螺杆转速的关系应满足：bb z nn =，则螺杆的转速可确定。

min /8008100r n =⨯=2.2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：①输入等速段，螺距小于C，有助于稳定的导入口b②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。

C，以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入④输出等速段，使螺距等于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 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,2,200R D r d ==为使螺旋槽对瓶罐产生适宜的侧向力，一般取R=（0.7～1.0）（ρ+0r ）。

图2.2变螺距螺杆对供送正圆柱形容器，其圆弧半径为ρ=20mm ，螺杆的内外半径分别为0r 、R ，则可取ρ+≤0r R （ 2-1）至于0r 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，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ρ2=40mm ，高mm h 100=。

为满足设计任务要求，我们先暂取供送螺杆的内径为mmr 400=，根据式（2-1）取螺杆的外径mm R 50=2.4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∆+=ρ201S (2-2)式中 ∆——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mm 10=∆，则螺杆等速段的螺距为mm S 50104001=+= 设等速段螺旋线的最大圈数为mi 1（通常取为1～1.5），中间任意mi i 110≤≤，我们在这取11=m i ，对应螺旋角D S πα0101tan =（2-3）式中D 为螺杆的直径，D=2R=100mm.则螺旋角1591.010050tan 01==πα （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11Di L π=，mm Di L m m 31411==π （2-5）轴向长度 1011i S H =，mm i S H m m 501011== （2-6）供送速度 s mm r mm Dn n S /67.666m in /80050tan 01010=⨯===απυ (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r υ另有控制要求：当0υυ<r 时，依靠送带对包装容器的摩擦拖动作用加速，以接近于螺杆的初始供送速度。

当0υυ>r 时，借助于可调式波形尼龙板或刷板等缓冲装置使其减速。

据此可求得供入段的输送长度g L d r r μυυ2220-≥（2-8） 式中 d μ——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 υ∆n S C b m )(0101-=-=∆υυυ （2-9）设计时，要尽量小m υ∆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2a ，使2a 由零值依正弦函数变化规律增加到某一最大a ,则m t t c a 22122sin⋅=π（2-10） 相应的供送速度及轴向位移为：222212222cos2c t t t c dt a m m+⋅-==⎰ππυ （2-11） 3222222212222sin4c t c t t t c dt H mn ++⋅-==⎰ππυ （2-12）式中2t 、m t 2分别表示被供送容器移过行程2H 及其最大值m H 2所需的时间。

由边界条件得知：当02=t 时，02=H ，s mm /67.66602==υυ；而当m t t 22=时，a a =2，故可确定各待定系数：a c =1，πυmt a c 2022+=，03=c 。

将1c 、2c 、3c 各值代入式（2-12），得mmmi t t a t t a H 222222022sin4)2(πππυ-+= （2-13）设该段螺旋线的最大圈数为1(2通常取为m i ～2），我们取22=m i ，其中任意2i 为m i i 220≤≤，由于ni t n i t m m 2222,===2s 。

上式可改写成 )2sin 2(42222222012mm m i i i i t a i S H πππ-+= （2-14）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m m Di L Di L 2222,ππ===628mm 。

将此值代入式（2-14），得)2sin 2(4tan 222222220122m mm L L L L n i a L H πππ-+= （2-15）视2L 为自变量，对上式求导，可求出该段外螺旋线的螺旋角2α)2cos 1(tan tan 2222201222mm i i R n i a dL dH ππαα-+==(2-16) 其最大值为Rn i a mm 222012tan tan παα+= (2-17)根据式（2-14），可求出该段限定区间（m i i 221≤≤）内的任意螺距值 ⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+=m m m mi i i i n i a S S 2222220124sin 4)12(cos 2214ππππ (2-18) 再将1c 和2c 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式：m i i a a 2222sin⋅=π(2-19) ⎪⎪⎭⎫⎝⎛-+=m m i i ni a 222022cos 12ππυυ (2-20) m mm Dn mi a 2202tan 2αππυυ=+= (2-21) 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,02=i 则012αα=，02υυ=，,00=a 符合螺杆的前两段的位移、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a a =3，则相应的供送速度及轴向位移为 4333c t a dt a +==⎰υ (2-22) 534233332c t c t a dt H ++==⎰υ (2-23) 式中 3t ——被供送容器移过行程3H 所需要的时间由边界条件可知：当03=t 时，3H =0，m 23υυ=，故可确定各特定各系数：m c 24υ=，05=c 。