自动纸杯成型机设计

1、摘 要在人们追求方便、安全、环保和卫生的现代社会，纸杯正成为现代社会一次性杯 子的主流。为满足日益增长的市场需求，纸杯成型机的研究、设计和改进工作也应与 时俱进。.自动纸杯成型机通过自动送纸、冲底、封合、加热、翻底、滚花、卷边、卸杯等 连续工序生产出成品纸杯。本设计主要设计纸杯整体成型及其传动系统部分，该部分 主要包括纸杯的加热、滚花和卷边，以及成型纸杯的落料和卸杯等工序。纸杯成型机 本部分的动作主要通过典型连杆机构，链传动机构，带传动机构，凸轮机构，间歇机 构等机构来完成。本设计将依次进行纸杯成型机总体方案的确定，通过对纸杯成型机 生产工艺过程分析，来选择机构和总体布局，并在此基础上进行传动

2、装置总体设计以 及传动零件的设计计算，主要对 V 带、链条、链轮、凸轮、偏心轮、主轴、弧面凸轮 分度间歇机构进行详细的设计计算。本设计对纸杯成型机原理作了较详细的介绍，并 确定其主要参数和结构。该自动纸杯成型机结构合理，操作方便，功率较小，效率较高，性能稳定，能满 足目前生产要求。关键词：机械；自动纸杯成型机；纸杯 ABSTRACT In modern society, people pursuit of convenience, safety, environmental prote

3、ction and health, so the paper cup is becoming the mainstream of one­off cup. To meet the growing market demand, the research ,design and improve of the paper&#

4、160;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, heat

5、ing, 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 transmiss

6、ion 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 dispo

7、sed ofblanking processes Cup. Paper cup forming machine of this part of the action, mainly through a typical linkage, chain transmission, belt transmission, cam mechanisms, in

8、termittent 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

9、60;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 transmissi

10、on components, mainly of the V belt, chain, sprocket, cam, eccentric wheel, spindle, cam Globoidal intermittent indexing agencies to conduct a detailed design calculation. The 

11、;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 re

12、asonable structure and stable performance, easy to operate, less power and more efficient, can meet current production requirements. Keywords: machinery automatic paper cup forming 

13、;machinepaper cup 目 录1 绪论 ······························· 11.1 课题研究的背景···········

14、;············· 11.2 课题研究的内容························ 21.3 纸杯及纸杯成型机的发展概况·······

15、83;·········· 21.4 课题研究的意义························ 3 2 总体方案的确定 ···········&

16、#183;·············· 62.1 纸杯成型机的功能与应用范围·················· 62.1.1 纸杯成型机的主要工序 ···········

17、;········ 62.1.2 纸杯成型机的主要参数 ··················· 62.1.3 纸杯成型机的主要结构 ················

18、83;·· 62.2 工艺分析··························· 72.2.1 确定机器类型 ················&#

19、183;······ 72.2.2 确定成型工序，工艺路线及工位数 ·············· 82.2.3 执行构件的运动 ······················ 82.

20、3 机构选型··························· 92.3.1 空间执行机构 ···················

21、83;··· 92.3.2 纸料供送系统 ······················· 92.3.3 纸杯整体成型系统 ··················&

22、#183;·· 92.3.4 气动机构 ························· 92.3.5 卸杯机构 ··················

23、;······· 92.3.6 底座机架 ·························102.3.7 传动系统 ·············

24、83;···········102.3.8 间歇机构 ·························102.4 总体布局·········

25、3;·················102.4.1 执行机构的布局 ······················102.4.2 传动系统的布局 ·····&#

26、183;················112.4.3 选择支承形式和绘制总体布局图 ···············122.5 编制工作循环图············&#

27、183;···········132.5.1 分析工艺操作顺序 ·····················132.5.2 绘制工作循环图 ············

28、;··········142.6 确定电动机功率························15 3 传动方案的总体设计 ···········&

29、#183;············163.1 确定传动方案·························163.2 选择电动机········&#

30、183;·················173.3 计算总传动比和分配各级传动比·················183.4 计算传动装置的运动和动力参数········

31、3;········193.4.1 各轴转速 ·························193.4.2 各轴功率 ············&#

32、183;············193.4.3 各轴转矩 ·························20 4 传动系统的总体设计 ·······

33、3;················214.1 V带及带轮的设计计算 ·····················214.1.1 主轴电机V带的设计计算 ······

34、83;···········214.1.2 主轴电机带轮的设计计算 ··················224.2 链条及链轮的设计计算··············

35、83;······234.2.1 减速器输出链的设计计算 ··················234.2.2 减速器输出链轮的设计计算 ·················254.2.3 间歇

36、传动箱输入链的设计计算 ················264.3 凸轮机构及偏心轮的设计计算··················264.3.1 从动件的运动规律的确定 ·······

37、83;··········264.3.2 凸轮机构基本尺寸的确定 ··················274.3.3 凸轮强度的校核 ···············

38、83;······304.3.4 从动件的设计 ·······················314.3.5 偏心轮的设计 ···············

39、83;·······314.4 主轴的设计计算························314.4.1 确定轴上的功率，转速和转矩 ············

40、3;···314.4.2 求作用在轴上的零件上的力 ·················314.4.3 初步确定轴的最小直径 ···················324.4.4 轴的结构设计 ·

41、83;·····················324.4.5 轴的强度校核 ·······················334.5 弧面凸轮分度间歇机构的设

42、计计算················354.5.1 弧面凸轮分度间歇机构及其工作原理 ·············354.5.2 弧面凸轮分度间歇机构主要参数尺寸的确定 ··········364.5.3 弧面

43、凸轮分度间歇机构的结构设计 ··············37 结论·································

44、;38 参考文献·······························39 致谢·················

45、;················401 绪论1.1 课题研究的背景纸杯是在关注环境、关注健康、关注生命的历史潮流中的一种时代的产物，作为 专业生产绿色环保纸杯的纸杯成型机越来越受到投资创业人士的关注。在各种大型酒 店、餐馆、电信、房地产、航空、铁路、医院、政府机构、家庭以及各大中小型商场 超市用量巨大，很多企业更是把纸杯做成精美的广告促销礼品。据有关资料显示：我 国每年消耗的一次性塑料杯和纸杯达 500 亿只以上，且随着国民消费水平呈

46、几个递增 的态势增长，纸杯成为一次性杯子的主流。由于塑料杯在生产过程中使用了发泡剂， 会破坏大气臭氧层，使用后回收难度大，焚烧会产生有害气体，掩埋不能自然降解， 会造成对土壤和地下水的污染，且回收和处理难度很大，破坏土壤结构，已成为环境、 资源恶化的元凶之一，而且在使用过程中，一旦遇到高温就会发软，极易产生有害物 质，直接危害人体健康，所以纸杯以其绿色环保逐渐取代一次性塑料杯，赢得了消费 者的青睐。图 1 典型纸杯成型机及纸杯纸杯成型机所生产的纸杯完整地保留了纸制品的优点，诸如防湿、保鲜、感温、 可视、杀菌、防腐等方面，纸杯均有着完美的表现。与之一次性塑料杯相比，纸杯 采用的纸材料，加工性能、

47、印刷性能、卫生性能等方面表现得更好。此外，由于纸 材料来源广泛，容易形成大批量生产，且有一定的机械性能，可以用于复合加工， 品种也是多种多样。这些相对一次性塑料杯不可复制性的特性使得纸杯的成本十分 低廉、重量相对更轻、便于运输又便于回收利用，受到越来越多的厂家欢迎。纸杯 在受到消费者青睐的同时，更被商家视为新一轮财富商机的黄金事物，不少厂家纷 纷摈弃原来的塑料杯设备，换上了专门生产纸杯的纸杯成型机。纸杯成型机的专业性能使得其产杯能力相当强大，但并不能满足这个庞大的杯 类消费市场。据统计（如图1），2008年我国纸杯消耗在170亿只左右，预计今后几 年内将以每年 14%的速度剧增。由于纸杯是人们

48、日常生活中必需的一次性消耗品， 家家必备，一年四季必用，需求源源不断，市场永不枯竭。由此我们不难看出，在 目前，纸杯的市场占有率仅不到 20%，其发展潜力可见一斑。随着纸杯应用的区域 的迅速推广以及使用人群的迅猛增长，对各式纸杯的成型技术展开研究成为必然趋 势和当务之急，以研究、改进并开发出新的先进的纸杯成型机来低成本，全自动， 高速地生产出足够的纸杯来满足市场的需要。图 2 2000-2008 我国纸杯需求量变化图（单位：百万）1.2 课题研究的内容自动纸杯成型机通过自动送纸、冲底、封合、加热、翻底、滚花、卷边、卸杯等 连续工序生产出成品纸杯。本课题主要研究设计纸杯整体成型部分，该部分主要包

49、括 纸杯的加热、滚花和卷边，以及成型纸杯的落料和卸杯等工序。纸杯成型机本部分的 动作主要通过典型连杆机构，链传动机构，带传动机构，凸轮机构，间歇机构等来完 成。本设计将依次进行纸杯成型机总体方案的确定，通过对纸杯成型机生产工艺过程 分析，来选择机构和总体布局，并在此基础上进行传动装置总体设计以及传动零件的 设计计算，本设计将主要对 V 带、带轮、链条、链轮、凸轮、偏心轮、主轴、弧面凸 轮分度间歇机构进行详细的设计计算。1.3 纸杯及纸杯成型机的发展概况从纸杯的外形和纸制来看，纸杯的发展历史经历了四个阶段。1圆锥形/折褶纸杯历史上最初的纸杯是圆锥形的，并且手工制造而成，用胶来粘合，较容易分离，

50、必须尽快地使用。虽然后来出现了折叠纸杯，在侧壁加了折褶，以增加侧壁的强度 和纸杯的耐用性，但要在这些折叠表面印上图案就较为困难，质量和生产率均不高。2涂蜡纸杯第一只涂蜡两片纸杯在1932年问世，其平滑的表面可以印上各种精美图案，提 高促销效果，纸杯涂蜡，一方面可以避免饮料与纸材直接接触，而且能保护胶的粘 合性，增强纸杯的耐用性，另一方面亦增加了侧壁的厚度，使纸杯的强度大大提高， 该纸杯美观耐用，成本较低，生产效益较高，但是此款纸杯不适于承载热饮料。3直壁双层杯为扩大纸杯的应用范围，1940年直壁双层杯推出市场，这种纸杯不但便于携带 而且盛装热饮料，纸杯上涂布乳胶后能遮盖纸材的纸板味，并且能加强

51、纸杯的防漏 性，被广泛应用于自动售卖机来承载热饮料。4聚乙烯涂塑纸杯当人们正在采用经乳胶涂布处理的纸杯承载热饮料的同时，有关食品公司有也 开始将聚乙烯涂布在纸板上来增加纸包装的阻隔性和密封性，提高了产品质量，降 低了生产成本，生产效率也得以提高，由于可以承载冷、热饮料，使纸板的应用范 围得以进一步发展。而我国目前生产的纸杯成型机，几乎都是在韩国机型的基础上发展而来，被称之 为韩式纸杯成型机，这种韩式机型具有结构简单、操纵方便、造价较低等优点，在纸 杯行业起步阶段起到了重要的促进作用。但是随着市场的深人，纸杯使用领域的扩展， 用户要求的提高,这种机型暴露出来的缺点，越来越制约行业的发展，市场急需

52、一种高 速并且能一机多品的新一代纸杯成型机。韩式纸杯成型机主要存在以下两方面的缺陷：1产量低韩式纸杯成型机虽然结构简单、造价较低，但是这种机型的固有结构限制了其生 产率的提高。因为这种机型在其第一道工序中封是单工位的。由于纸杯纸的淋膜 层在中封过程中需要足够的温度和时间,才能把淋膜层中的 PE 膜熔化并有效粘合，所 以在韩式机中,这一工序就象瓶颈一样限制了其生产速度的提高。 不管是国产还是韩国 原产的这类成型机，其生产速度都比较慢,其生产速度已远远不能满足市场的需求。2杯型变化范围小由于一次性塑料制品的退出，纸杯的使用量及使用领域不断扩展,如咖啡杯、可乐 杯、牛奶、热饮杯、冷饮杯、冰淇淋杯、方

53、便面碗等,形式多样,而且变化很大,容量变 化从 2 盎司到 35 盎司，高度变化从 20 毫米到 200 毫米。这就大对成型机提出了一机 多品的要求，而韩式成型机是立式结构，成型凸轮的行程决定了所能生产纸杯的最高 高度，所以这种成型机只能针对某一范围而设计。这样一来客户就必须购置多种机型 以满足系列纸杯生产的要求。由于韩式机型存在上述两方面的局限性，已经越来越不适应甚至正制约纸杯行业 的发展，市场急待新型纸杯成型机的产生。1.4 课题研究的意义一次性环保纸杯即将取代塑料杯而成为人们生活必需品，其市场潜力巨大，需 求源源不断，市场永不枯竭，商机无限。而纸杯成型机是生产一次性纸杯的必需的机械设备,

54、为了满足市场对纸杯的需求,纸杯成型机的技术将随纸杯的需量的大增而 迅猛发展，市场需求量也将急剧增长。针对韩氏纸杯成型机的诸多缺陷，现在研究 纸杯成型机仍有十分重要的意义，尤其是对现有的纸杯成型机的结构进行改造十分 必要。在“消除白色污染，改善环境卫生”的国策背景下，很多大中型机械公司正 组织科研人员不遗余力地在纸杯成型机项目上投入巨资研发， 并借鉴国外先进技术， 已潜心研制出具有国内领先水平的第二代纸杯成型机-智能高速纸杯成型机。 该新式 纸杯成型机采用了多工位中封机构，利用卧式成型机构，大大提高了生产率和提高 了纸杯制作范围。相信新一代卧式纸杯成型机将以其高速、一机多品种的优越性能 而成为纸

55、杯制造业更新换代、业务扩大之首选，它的出现将是纸杯业的一大飞跃。针对韩式纸杯成型机的二大缺陷，我们可以进行一些方面的改进和研究。1采用多工位中封机构在纸杯制作过程中，淋膜层的熔化粘和所需的时间是必不可少的。在韩式机型中， 这一时间消耗在加热体将纸杯中缝压紧后的停顿上。 一般来说需要0.8秒的停顿时间， 再加上烫条上下以及纸片送入，纸壁筒钩出的时间 0.4 秒左右，那么生产一个纸杯需 要 1.2 秒的时间，在这 1.2 秒时间中 0.8 秒停顿时间是必不可少的，这就限制了制杯 的生产速度，也是韩式纸杯成型机无法提高生产率的原因所在。新型纸杯成型机采用 多工位中缝结构，这样一来，0.8 秒的熔化粘

56、和时间就消耗在传动之中。比如采用 8 工位中缝结构，烫条从第 1 工位压住杯筒，在 0.8 秒的时间内转到第 7 工位后释放， 保证了熔化粘和所需的时间。我们只要控制第 1 工位纸片送入，烫条下压的时间，这 个时间据我们的试验只需 0.4 秒左右，也就是说 0.4 秒生产出一个纸杯，产量是韩式 结构的3倍，每分钟达到150个，大大提高了生产率。2利用卧式成型结构上面我们已经提到，在韩式机型中，成型凸轮的上下行程决定了纸杯的高度。这 是由于韩式机型是采用立式成型结构，成型模具要从杯模底侧上升到杯模的上侧完成 翻口动作。而纸杯越高，其模具也就越长。模具越长成型凸轮的行程就越大。在纸杯 成型机中，模

57、具的更换是比较容易的，而成型凸轮是几乎无法更换的，它是机器中的 连接部件，还受到机架空间的限制。这就是韩式机型制作纸杯范围窄的根本原因。新 型卧式纸杯成型机采用的是侧面成型技术，成型凸轮的行程是一定值，这样一来，只 需更换不同模具而无需更换成型凸轮，大大提高了纸杯的制作范围。此课题的设计几乎涵盖了我们大学阶段学到的全部专业知识，例如机械原理、 机械设计、工程制图、理论力学、材料力学、包装机械设计、机械制造工艺学、机 械设计学、液压与气压传动、电气控制技术等课程。我相信通过这个课题的设计能 够更好地使我们所学到的知识在实践中得到检验、巩固与提高，使我们养成了勤于 动脑和查询资料的习惯，并提高我们

58、的实际动手能力和解决实际问题的能力。2 总体方案的确定2.1 纸杯成型机的参数、结构及工作原理2.1.1 纸杯成型机的主要工序纸杯成型机是自动将扇形的纸加工成型成纸杯的机械。纸杯主要由杯壁和杯底了 部分组成，所以分别需要加工杯底和杯壁，并将其牢牢合为一体。纸杯材料主要为涂 膜纸张，其杯壁用纸可事先印刷精美图案后加工成扇形，而杯底用纸可以用卷纸。分析可知，纸杯成型机的成型方式如下：将已经印刷好的扇形纸片（杯子的展开形状）自动加工成型为纸杯筒状；通过热 成型粘合纸杯杯壁（据PE淋膜纸的特点）；纸杯底杯底使用卷筒纸，自动送纸、冲裁；杯底与杯壁封合：热空气吹气粘合；滚花：纸杯底部粘合时，通过机械运动，

59、滚上一 层印痕；卷边：纸杯的口部的卷边成型。所以纸杯成型机需要自动送纸、冲底、封合、加热、翻底、滚花、卷边、卸杯等 连续工序来生产出成品纸杯。 2.1.2 纸杯成型机的主要参数纸杯成型机的主要技术参数如下：（1）纸杯规格：9盎司（规格尺寸：76mm×53mm×91mm）及其他的规格（2）纸质材料：150400g/平方米的一面涂膜纸张（3）出杯速度：50只/分钟（4）电源要求：380V 50Hz（5）总 功 率：4 KW（6）机器重量：1350 （7）外形尺寸：(长×宽×高)2500mm×1200mm×1400mm 2.1.3

60、 纸杯成型机的主要结构纸杯成型机需要完成自动送纸、冲底、封合、加热、翻底、滚花、卷边、卸杯等 连续工序，所以纸杯成型机主要采用典型四连杆机构（曲柄、摇杆机构）、链传动机 构、凸轮机构、间歇机构以及气动机构等来完成所需动作。纸杯成型机大体由以下三部分组成：第一部分：杯壁纸传输、杯壁成型及成型后传输到下一部分；第二部分：杯底纸传送、杯底成型、杯壁与杯底结合，成型杯的自动传送和成型 杯滚筋及卸杯；第三部分：主要包括预热、主热、滚花、卷边等用来成型后加工的机构，以及包 括电动机、减速器及传动系统等部分。本次设计主要设计第三部分，整体效果图如图3。图 3 纸杯成型机本次设计部分效果图2.2 工艺分析2.

61、2.1 确定机器类型1工位由于纸杯生产量大，成型动作也较多，所以本设计选用多工位纸杯成型机。2运动形式纸杯成型机需要将杯底送到封合的杯壁内，该工序需要转盘停顿，所以本设计选 用间歇多工位纸杯成型机。2.2.2 确定成型工序，工艺路线及工位数1成型工序考虑到纸杯的生产步骤以及材料，纸杯成型机主要成型工序包括自动送纸、冲底、 封合、加热、翻底、滚花、卷边、卸杯等。2工艺路线间歇多工位纸杯成型机有杯壁纸和杯底纸的输送，又有在转盘上的杯底和杯壁的封和以及在转盘上的加热、翻底、滚花、卷边、滚筋、卸杯，所以本设计选用圆弧与 直线组合型工艺路线，如图4所示。图 4 纸杯成型机的工艺原理图3工位数从图 4 的

62、成型工序分析可知，右边的工序盘至少需要 6 个工位，而左下方的工序 盘至少需要7个工位，为了对称分布，所以本设计选择8个工位。2.2.3 执行构件的运动结合图4，各执行构件的运动要求分以下五个部分说明。（1）杯壁传送及成型为了将已印刷好的扇型纸片 （纸杯杯壁的展开形状） 自动加工成型为纸杯形状 （筒 状），需要一个圆台形模具，其上要安装一个烫条粘合装置和一个合拢机构。（2）杯底冲压成型为把杯底卷筒纸冲压成圆形，需要一个自动送纸结构和圆形冲裁机构。（3）杯底杯壁封合为了使杯壁和杯底封合牢固，需要一加压机构。（4）纸杯整体成型纸杯的预热、主热翻底需要加热设备，滚花和卷边时要旋转，则需要一个动力源，

63、 即要选一台电动机。它们运动是间歇的，因此需要一间歇机构，工序盘采用有 8 个圆 柱销的蜗杆凸轮间歇机构。三个工序盘需要协调工作，因此，三工序盘的轴用链条连起来，提供这些动力需要另一台电动机。（5）卸杯卸杯时需要将成品纸杯从转盘顶出来，这需要一顶杆机构。纸杯被顶出来后由于 推力和重力作用，纸杯会叠加在一起并会自动计数，达到一定数量后，手动将其拿开 并包装。2.3 机构选型2.3.1 空间执行机构纸杯成型机纵、横、竖三维方向位置的协调动作由凸轮机构以及四连杆机构完成。2.3.2 纸料供送系统为使机器结构紧凑和操作方便，将杯壁纸的纸架设置在机器的上方，将杯底卷筒 纸的纸架设置在机器的后方。2.3.

64、3 纸杯整体成型系统根据国内外纸杯成型机的特点，选用立式成型结构和单工位中缝机构及三个工序 盘的纸杯整体成型系统。2.3.4 气动机构气动机构结构简单，动作可靠稳定，在杯壁纸吸取时，杯底纸冲栽时，纸杯从杯 模上脱下时都选用气动机构。2.3.5 卸杯机构因纸杯是圆台形，杯口向上，因此卸杯时要选用上顶机构，并且需要增设能使纸 杯向上叠起的用来定位装置。2.3.6 底座机架因为机器高速运转会带来的较大震动，并考虑到该机生产批量较大，连续工作时 间长，所以底座与机架都采用铸铁件。2.3.7 传动系统因为设计的纸杯的生产速度为50只/分钟， 故确定工序盘轴的转速为50转/分钟。 按工作要求，系统选用 Y

65、 型异步电动机，满载转速为 1400 转/分钟。因此电动机 至分配轴的降速比应能在1428的范围内实现无级调节。为此选用两级降速，第一节 用 V 带无级变速，第二节用减速器降速。根据纸杯成型机的工作过程，可知要选择两 台电动机，一台用于纸杯成型机传送机构和成型机构的动力，一台用于滚花和卷边的动力，前者的功率要求比较大，后者功率要小于前者。与减速器相连的主轴距离较远， 可采用 V 带和链条，但 V 带有打滑的现象，所以选择链条传动，链轮传动是完成纸杯 生产各转动部分所需要的预定转速。其他内部轴之间的连接也采用链条，转盘轴之间、 滚花和卷边轴之间都用链条连接，为了避免在链条的松边垂度过大时产生啮合

66、不良和 链条的振动现象及增加链条与链轮的啮合包角，它们之间需要增加张紧轮。2.3.8 间歇机构为使工序盘作间歇转位运动，可供选择的机构主要有：（1）槽轮拨销转位机构（简称槽轮机构），结构简单紧凑且容易制造，但从动件 的运动有柔性冲击（即角加速度不连续），可用于中高速轻负载；（2）端面槽轮摇杆转位机构，从动件的运动规律与前述机构相同，但它的结构要 复杂一些，由于从动件是面接触，可用于负载比较大的场合；（3）蜗形凸轮转位机构，能任选从动件的运动规律，动力特性好，可用于高速重 负载。考虑到此纸杯成型机转盘的转动惯量较大，因此此处选择蜗形凸轮转位机构，该 间歇机构是实现准确的45分度。2.4 总体布局

67、2.4.1执行机构的布局（1）布局执行构件如图 5 所示，与工序盘 7 密切相关的执行构件有翻底盘 8、滚花盘 9、卷边盘 10 等，可依据它们各自所完成的操作确定其位置。（2）布置执行机构的传动件执行机构的传动件包括如凸轮、偏心轮、连杆、间歇机构，采用图示的方案，其 中，将偏心轮2、链轮12和凸轮14布置在主轴13上。1机架 2偏心轮 3轴承 4连杆5支架 6纸杯模 7工序盘 8翻底盘 9滚花盘 10卷边盘 11间歇机构 12链轮 13主轴 14凸轮图 5 执行机构布局图2.4.2传动系统的布局1V 带 2减速器 3链轮 4链条 1 5偏心轮 6轴承 7凸轮 8间歇机构 9链条 2 10主轴

68、 11电动机 1图 6 传动系统图2.4.3 选择支承形式和绘制总体布局图系统支承形式及整体布局图如图7所示。1机座 2连杆 3滑杆 4滑块机构 5工序盘轴 6脱杯机构 7花键轴承 8带轮 9电动机2 10支架 2 11链条 3 12花键轴 13偏心轮 14减速器 15链条 1 16支架 1 16工序盘 18电动机 1 19V 带图 7 总体布局图如图 5 所示，将电动机、V 带和减速器安置在机器的前面底座内部，通过链条带 动主轴转动，再由主轴分别传动纸杯纸供送系统、支架系统和间歇机构。对于提供滚 花和卷边轴的动力由电动机 2（如图 7），可在开启电动机 1 之前，滚花和卷边盘先转 动，为滚花

69、和卷边作好准备工作，以免影响滚花和卷边的质量。2.5 编制工作循环图2.5.1 分析工艺操作顺序纸杯成型机工艺原理图如图4所示，主要包括以下五个主要工艺过程：（1）杯壁供送吸纸机构将已印刷和裁切好的扇型纸片吸到杯筒，加热体将纸 杯中缝搭接并推出。（2）杯底冲裁冲裁头下降，将杯底卷筒纸冲压成杯底形并返回原位。（3）底壁封合下压杆下压将杯底压入杯壁中并返回原位。（4）滚花滚花盘上升，在杯底滚上一层印痕，滚花盘并返回原位。（5）卷边卷边是由一个与未卷杯口的直径和斜度大小的特制模具托住杯口， 并向纸杯方向进行适量的轴向运动，同时再由四个高速转动的按一定轨迹进行张开和 闭合的爪子，对杯口进行卷曲，完成卷

70、边工序。卷边时卷边盘上升，对杯口进行卷曲， 然后卷边盘返回原位。2.5.2 绘制工作循环图1确定各机构的运动循环 T p 设定纸杯成型机每分钟生产纸杯50个，则分配轴的转速为n=50 （r/min）T （s） p =60/50=1.2 （1） （2） 分配轴每转的时间就是该机的工作循环，即等于各个执行机构的运动循环，所以 2确定各机构运动循环内各区段的的时间及分配轴转角由于纸杯成型机的工作循环是从杯壁纸供送开始的，因此以杯壁纸供送机构的工 作起点为基准进行设计。a杯壁纸供送机构运动循环内各区段的的时间及分配轴转角：根据上述的工艺过 程

71、，取杯壁纸供送机构的工作行程时间 T k1 =0.45S，杯壁筒钩出时间 T d1 =0.45s，停顿时间为 T o1 =0.8s，则相应的分配轴转角分别为 a k1 =360°×0.45÷1.7=95°a d1 =360°×0.45÷1.7=95°a o1 =360°×0.8÷1.7=170° （3） （4

72、） （5）b 杯底冲栽机构运动循环内各区段的的时间及分配轴转角： 根据上述的工艺过程，取杯底冲栽机构的工作行程时间 T k2 =0.6S，返回行程时间 T d2 =0.5s，停歇时间为 T o2 =0.6s，则相应的分配轴转角分别为 a k2 =360°×0.6÷1.7=127° a d2 =360°×0.5÷1.7=106° a o2 =360&

73、#176;×0.6÷1.7=127°运动循环内各区段的的时间及分配轴转角与杯底冲栽机构相同，即 a k3 =360°×0.6÷1.7=127° a d3 =360°×0.5÷1.7=106° a o3 =360°×0.6÷1.7=127°； a k4 =360°×0.6÷1.7=127° a d4 

74、=360°×0.5÷1.7=106° a o4 =360°×0.6÷1.7=127°； a k5 =360°×0.6÷1.7=127° a d5 =360°×0.5÷1.7=106° a o5 =360°×0.6÷1.7=127°；（9） （10） （11） （12） （13）&

75、#160;（14） （15） （16） （17） （6） （7） （8）c.根据上述的工艺过程，同理可取杯底和杯壁的封和机构、滚花机构、卷边机构d 绘制各机构的循环图并时间同步化后可得到各机构的工作循环图， 如图7所示：图 8 纸杯成型机工作循环图2.6 确定电动机功率参照国内外纸杯成型机， 确定电动机1功率为1.5KW ， 电动机2功率为0.55KW 。3 传动方案的总体设计3.1 确定传动方案由第 2 部分传动系统的分析可知，此系统需要选用两台电动机，一台用于纸杯成 型机传送机构和成型机构的动力，另一台用于滚花和卷边的动

76、力，前者的功率要求比 较大，后者功率可适当小些。与电动机相连的高速级传动选择 V 带传动，由于与减速 器相连的主轴距离较远，可采用 V 带或链条传动，但由于 V 带有打滑的现象，所以选 择链条传动，链条传动能保证完成纸杯生产各转动部分所需要的预定转速。其他内部 轴之间的传动均采用链条传动，转盘轴之间、滚花和卷边轴之间都用链条连接，他们 之间需要增加张紧轮。由此，可以确定纸杯成型机的传动方案如图9所示。1电动机 1 22电动机 2 2，23V带 3减速器 4，5，6，15，26链条 7偏心轮 8，21，30轴承 9，20，24轴 10凸轮 11间歇传动箱 12滑块 13连杆14机架 16，17，

77、18，25，27，29链轮 19，28张紧轮图 9 纸杯成型机传动方案图下面结合图9说明纸杯整体成型落料的传动过程：电动机 1 通过 V 带和链条，经过减速器后带动主轴 9 转动，工序盘 1、2、3 的转 动、杯底及杯壁纸的输送、杯壁封合及输送、杯底纸冲压成型、预热、主热翻底、滚 筋和卸杯都是由电动机1来完成预定转速和提供动力。开启电动机1，通过V 带2把转速传递到减速器3，经过减速器3减速后把预定速 度由链条 4 传给主轴 9，再通过链条 5 把主轴 9 的转速传给间歇传动箱 11，间歇机构 由弧面凸轮来完成45分度，从动盘上均匀地安装8个滚子，这样可以使工序盘1、2、 3 每次转动 45&

78、#176;。由此机器可以实现杯壁与杯底的准确封合，以及预热、主热翻底、 滚花、卷边、卸杯等一系列动作的协调而准确完成。通过偏心轮 7 可把主轴 9 的速度 传给上面支架，经过脱杯机构提供脱杯所需的速度和动力，通过凸轮10把主轴 9的速 度传给下面的支架，提供滚花和卷边盘垂直方向的速度和动力。间歇传动箱把转速通 过轴20传到链轮17，轴20为工序盘 3的转轴，链轮17通过链条带动链轮16、18作 同步间歇转动，链轮16、18的中心轴分别是工序盘1和 2的转轴，即工序盘1、2、3 作同步间歇转动。纸杯的滚花和卷边是由电动机 2 来完成预定转速和提供动力。开启电动机 2，通 过V带23和轴24把转速

79、传给链轮29， 链轮29 经过链条26把速度传递给链轮25、 27， 链轮 25、27 的中心轴分别是滚花盘和卷边盘的转轴，这样电动机 22 就为滚花和卷边 完成预定转速和提供了动力，整个纸杯成型的传动过程就能完整而有序地完成。3.2 选择电动机由第 2 部分分析可知，按工作要求两电动机都选用 Y 系列即三相异步电动机，额 定电压380V，电动机的结构为防护式，防护等级都定为IP44，电动机的安装型式见图 4，电动机1和电动机 2的功率分别为1.5KW 和0.55KW ，转速都为1400转/分钟， 查机械设计手册可知电动机1为Y90L4型，电动机2为Y8014型。两电动机详

80、细参数见表1所示。表 1 电动机的技术参数电机名称型号规格防护等级 安装形式 转速 （r/min） 额定功率 （kw）电压 （V）堵转转矩/额定转矩 最大转矩/额定转矩 噪声 （dB(A)） 质量（kg） 额定电流 （A） 频率（HZ）效率 （%）功率因数 （cos） 堵转电流/额定电流 堵转转矩/额定转矩 最大转矩/额定转矩 转动惯量（kg·）机座号振动速度（mm /s） 长度 （mm） 宽度 （mm） 高度 （mm）电动机 1 Y 90L4 IP44 B3 1400 1.5 380 2.2 2.2 67 26 3.7 50 79.0 0.79 6.5 2.3 6.5 0.0021

81、 90L 1.8 335 180 190电动机 2 Y 8014 IP44 B3 1400 0.55 380 2.2 2.2 67 17 1.5 50 73.0 0.76 6.0 2.4 6.0 0.0018 801 1.8 285 165 1703.3 计算总传动比和分配各级传动比主轴传动装置的总传动比为 i = n r / min 1 / n 2 = 1400 / 50 = 28 式（18）中： n 1 电动机满载转速， 

82、r / min ； n 2 工序盘3的转速， r / min 。为使整个纸杯成型机结构紧凑，减速器外廓尺寸应较小，故选用一级蜗杆减速器， 其传动比也较大，从电动机到工序盘3经过 4 次变速，V带、减速器、2根链。为了安 装的需要且蜗杆的圆周速度大于 5 m/ s ，根据机械设计手册的要求，减速器选择蜗杆 上置，为了使链轮设计制造简单、安装方便，故选择使用同一型号的链轮，两链条的 传动比都定为1，传动比28分配到 V带和减速器，考虑到带轮的大小，低速级的带轮 不能太大

83、，所以选择传动比为 1.4，则减速器的传动比为 20，综合考虑后根据机械设（18）计手册选用WPS-100型减速器。WPS-100型减速器的参数见表2。表 2 WPS-100 型减速器参数型号 规格 传动比 WPS1001:20长宽高输入轴输出轴键槽10×5 质量 35322 254 334 直径 长度 键槽 直径 长度mm mm mm 25 50 8×4 38 75 mm mm mm mm mm mm&#

84、160;滚花轴到电动机有一根轴，滚花和卷边需要的速度为 200 r/min 左右，根据 V 带的适应范围可知，其传动比在2-4之间，此处传动比选择4。3.4 计算传动装置的运动和动力参数从电动机 1 到工序盘有四轴，依次命名为为轴、，其中轴为减速 器输入轴，轴为减速器输出轴，轴为纸杯成型机主轴，轴为工序盘主轴。 3.4.1 各轴转速 n 1 . 4 = 1000 r / min 1 = n m / i 0 = 1400 / n 1000

85、 / 20 = 50 r / min 2 = n 1 / i 1 = n 1 = 50 r / min 3 = n 2 / i 2 = 50 / n 1 = 50 r / min 4 = n 3 / i 3 = 50 /

86、 式中： n m 电动机1满载转速， r / min ； n 1 、 n 2 、 n 3 、 n 4 依次为轴、的转速， r / min ； i i 2 、 i 0 、 i 1 、 3 依次为由电动机轴至高速轴，轴与轴，轴与轴， 轴与轴间的

87、传动比。 3.4.2 各轴功率 P h 01 = 1 . 5 ´ 0 . 96 = 1 . 44 KW 1 = P d P2  = P h h 01 h 1 . 44 ´ 0 . 90 = 1 . 30 KW 1 12 = P 1 12 = P

88、60;h 23 = P h 01 h h 23 = 1 . 3 ´ 0 . 96 = 1 . 25 KW 3 = P 2 d 12 P h 34 = P h h 23 h 34 = 1 . 25 ´ 0 . 96 = 1 . 20 KW 4 = P&

89、#160;3 d h 01 12 式中： P d 电动机输出功率，KW ； (19) (20) (21) (22)(23) (24) (25) (26)P 、 P 、 P 1、  P 2 3 4 轴、输入功率，KW ； h h h h 01 、 12 、 23 、 34 依次为电动机轴与轴，轴与轴，轴与轴，轴与轴间的传

90、动效率。查13表 102 确定各部分效率为： h h 01 =0.96， 12 =0.9，h h 23 =0.96， 34 =0.96。3.4.3 各轴转矩 T h 01 = 10 . 23 ´ 1 . 4 ´ 0 . 96 N × m = 13 . 75 N × m 1 = T d i 

91、0 T i h h 01 h 13 . 75 ´ 20 ´ 0 . 9 N × m = 247 . 50 N × m 2 = T 1 1 12 = T d i 0 i 1 12 =T h 23 = T i h 01 h

92、h 23 = 247 . 50 ´ 1 ´ 0 . 96 N × m = 237 . 60 N × m 3 = T 2 i 2 d i 0 i 1 2 12 T h 34 = T i h 01 h h 23 h 34 = 237&

93、#160;. 60 ´ 1 ´ 0 . 96 N × m = 228 . 10 N × m 4 = T 3 i 3 d i 0 i 1 2 i 3 12 式中： T d 电动机轴的输出转矩， N × m ； T d =&

94、#160;9550 p d 1 . 5 = 9550 = 10 . 23 N × m ， n 1400 m （31） (27) (28) (29) (30)T T T T 1 ， 2 ， 3 ， 4 轴、输入转矩 N × m 。从电动机2到滚花盘和卷边盘之间有

95、一轴，此处选择传动比为4，则该轴： 转速 n=1400/4=350 r / min 功率 P=0.55×0.96=0.53KW 0 . 53 转矩 T = 9550´ = 3 . 6 N × m 1400 4 传动零件的设计计算4.1 V 带及带轮的设计计算4.1.1 主轴电机V带的设计计算1确定计算功率 P ca 已知电动机功率P为1.5KW，由

96、1表8-7查得工作情况系数 K A =1.1，故 P ca = K A P=1.1×1.5=1.65KW2选取V带带型根据 P n ca 为1.65KW， m 为1400 r / min ，考虑到结构紧凑等要求，则尽量减小V带 的条数，由1图8-11确定 V带选用 B型。3确定带轮基准直径并验算带速v 由1表8-6和表8-8，取主动轮基准直径 d d 1 =

97、 80 mm 由1式（8-15a），计算从动轮基准直径 d d 2 = id d 1 = 1 . 4 ´ 80 = 112 mm 根1表8-8将从动轮基准直径圆整，取 d d 2 = 112 mm 按1式（8-13）验算带的速度 v = （32） （33） p d d 1 n 1 60 ´ 1000 = p

98、´ 80 ´ 1400 60 ´ 1000 = 5 . 862 m / s < 35 m / s (34)则带速合适。4确定窄V带的基准长度和传动中心根据1式（8-20）初步确定中心距 0 . 7 ( d d 1 + d d 2 ) £ a 0 £ 2 ( d d 1 + d d 2 ) ，取中心距 a mm 。