双曲线螺杆的设计分析及应用

双曲线螺杆的设计分析及应用

　　摘 要：本文介绍一种在自动包装设备中通过三维仿真计算不同位置时不同螺杆曲线、截面的分瓶螺杆在应对圆形容器、非圆形容器、矩形容器及异型容器时分瓶螺杆的设计分析及应用。

　　关键词：机械设计 分瓶螺杆 自动包装设备 三维仿真

　　引言

　　在当前高速饮料自动化生产线上，高速回转式贴标机是其重要组成环节之一。在现代自动化机械设备中，高速、稳定、易操作性、包容性等要求越来越高，并且在市场的个性化需求发展中越发明显。目前为止，国产贴标机仍与进口机有一定差距，主要原因是目前贴标机关键零、部件的设计不能从根本上解决当前市场对高速贴标机的性能需求;进瓶分瓶机构是其关键部件之一，直接影响生产线的生产效率和稳定性。

　　目前包装行业中常见的分瓶方式多采用螺杆机构，如图1所示。该类型螺杆螺距是按照步进函数的变化规律进行设计，保证容器在分瓶螺杆的运动下获得连续的速度及加速度。但这类螺杆存有以下不足：(1)机构只靠一条螺旋分瓶，稳定性差，易倒瓶、卡瓶;(2)进瓶时螺杆头部承受着容器对螺杆加载的极大摩擦力致使磨损严重，影响分瓶性能，缩短使用周期;(3)方形、矩形、椭圆等异形容器在传输过程中之间紧靠，且大面积挤压，使传统螺杆不能有效的分瓶，导致螺杆挤瓶(损坏容器)、卡瓶，大大降低了生产效率。

　　一、其它分瓶机构的探讨与验证

　　上述讲到一条螺杆分瓶时因为对于容器来说螺杆在分瓶时是单边受力，螺杆螺旋倾角让前进的力有一个分解力，容器另一边会因为刚性护栏从而对容器本身造成磨损，也易在高速情况下使容器重心不稳。既然螺杆在遇到方形、矩形、椭圆等异形容器时出现种种不良情况，何不直接取消掉，让容器直接进入到拨瓶星轮板中，让拨瓶星轮板兼容其螺杆的功能。

　　容器在链道时依序排列，当容器走到星轮时，如果星轮工位与容器不重合时，星轮外轮廓会阻止其进入，待等到下一工位到来时再进入设备中。经验证分析后发现此结构中存在一定局限性，由于星轮板中工位前卡口位是有导向斜边，当容器进入工位时是以倾斜姿势进入，当遇到是圆形截面容器时因容器轮廓各点到中心的距离是一样的，其会做纯滚动顺利进行到设备星轮里;但如果遇到方形、矩形、椭圆等异形容器时，因其外轮廓各点到中心的距离不一致，加之在高速情况下，其链道施于容器的压力也相应加大，容器无时间来通过自身纠偏，极易造成容器在此位置卡滞引起设备停止，并带来容器破损、表面擦伤压伤等连带不良结果。鉴于此结构的局限性，其只能满足在低运行速度下各类容器的使用。

　　二、双曲线螺杆的造型

　　双曲线螺杆可通过3D软件仿真计算螺旋槽上的各点，绘制成螺旋线，然后利用ProE螺旋线做尺寸阵列，根据三维仿真得到容器的运动曲线如图3、图4所示。

　　三、结语

　　一直以来贴标机的关键部件没有合理设计理论和机构参数，从而严重影响到整个异形瓶应用的开发。本文针对回转式贴标机在非圆形容器传输时的核心机构进瓶螺杆进行了设计和理论计算，并采用ProE进行三维仿真，根据螺杆的实际应用可得到高精度的螺旋线，保证了结构的可行性，这对日后开发更多该系列高精度贴标机具有重要意义。

　　参考文献：

　　[1]濮良贵，纪名刚.机械设计.高等教育出版社，2006.5.

　　[2]孙智慧，高德.包装机械.中国轻工业出版社，2012.2.

　　[3]林清安.完全精通Prp/ENGINEER野火4.0中文版综合教程.电子工业出版社，2009.5.

　　[4]ProE高级建模.维基百科.

　　[5]陈栩雪.中文Pro/E Wildfire2.0设计教程[M].北京：冶金工业出版社，2005.

　　[6]孙桓，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，1996.

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