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1、摘 要本設計主要介紹了一種包裝機械，貼標機的工作原理及貼標裝置主要零部件的設計過程，對其傳動系統(tǒng)進行設計校核，且對供送、分瓶和貼標進行了設計計算。本次設計主要用于貼圓柱身瓶的不干膠標簽。該機適用于食品、調(diào)味品、藥品、酒類、油品、化妝品等其他行業(yè)的各種圓瓶貼標.其特點是能夠完成自動貼標、撫平等工作，生產(chǎn)效率高。整機以精巧的設計，除去機械上不必要的復雜與笨重，以套裝式組立保養(yǎng)和維修無需專業(yè)人才即可完成，需要更換產(chǎn)品時，只要簡單的調(diào)整,便可立刻上線生產(chǎn)。主要技術特點：輸瓶帶與本機同步驅(qū)動全自動工作進度控制，機電一體化的技術保證了貼標準確、穩(wěn)定、可靠和高效。關鍵詞：自動，貼標ABSTRACTThis
2、design has chiefly been introduced one kind of packing machinery, and the work principle of mark machine reaches and labelingdevice chiefly design process of parts, design the school and examine to his transmission system, andfor thedeliveryof, sub-bottleand labelingforthe design calculation .the ma
3、jor paper nature that is used to paste the cylinder body bottle of this design. The machine is suitable for food, spices, drugs, alcohol, oil, cosmetics and other industries of various circles bottle paste labeling.The characteristic of this machine is accomplish pasting voluntarily marking and comf
4、orts equal work, and production efficiency is high. The machine is exquisitely designed, remove the unnecessary complexity and cumbersome, to suit type group made maintenance and repair without professionals to finish, when need to change the products, just need simple adjustment, can on-line produc
5、tion. The major technology characteristic: Losing the bottle belt control with the full automatic working rate of progress of synchronical drive of this machine, and mechatronicslabelingtechnology ensuresaccurate, stable, reliable and efficient. Key words: Automation, Labeling目 錄第一章 緒論-11.1貼標機背景和發(fā)展-
6、21.2本課題的目的和意義-31.3本課題的設計要求-3第二章 傳送帶設計-42.1滾筒選型-42.2選擇電機-42.3分配傳動比-62.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算-62.5蝸桿傳動的設計-72.6輸入軸設計計算-92.7輸出軸設計計算-112.8減速器的潤滑與密封的選擇-122.9減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸-13第三章 分瓶裝置設計-143.1分瓶步進電機選型-14第四章 放標裝置設計-164.1收標步進電機選型-164.2 同步帶設計-17第五章 貼標裝置設計-205.1貼標運動數(shù)學模型與參數(shù)設計-205.2滾貼步進電機選型-20第六章步進電機驅(qū)動器和傳感器的選擇-236.1步進電動機驅(qū)動器
7、的選擇-236.2 傳感器的選擇-25第七章PLC控制系統(tǒng)的設計-277.1貼標機控制要求-277.2控制系統(tǒng)的設計方案-277.3 PLC類型選擇-277.4 PLC的I/O分配-287.5 PLC控制流程圖-297.6 PLC控制程序-307.7 外部接線圖-31文獻參考-32致謝-33第一章 緒論1.1 貼標機背景和發(fā)展貼標機是將是標簽粘貼到包裝容器的特定的機械設備，一般在包裝作業(yè)的最后進行。標簽對商品有說明和裝飾作用，同時便于商品的銷售與管理。標簽上的商標、商品的規(guī)格及主要參數(shù)、使用說明與商品介紹，是現(xiàn)代包裝不可缺少的組成部分。貼標機的種類很多，功能各異，但基本原理都是相似的。自動貼標
8、機是以粘合劑把紙或標簽粘貼在規(guī)定的包裝容器上的設備。 貼標機的作用：可完成平面粘貼，包裝物的單面或多面粘貼，柱面粘貼，局部或全部粘貼，凹陷及邊角部位粘貼等各種作業(yè)貼標機產(chǎn)品的型式分為直線式貼標機和回轉(zhuǎn)式貼標機。貼標機的功能特點：適用范圍廣：既能實現(xiàn)方瓶/扁瓶(滿瓶狀態(tài))的側(cè)面(平面)單張貼標/拐角撫標，還能實現(xiàn)圓瓶周向定位單張/雙張貼覆功能 獨特的分料機構(gòu)，確保與生產(chǎn)線聯(lián)機使用時的可靠、有效分料 獨特的拐角扶標機構(gòu)確保方瓶三側(cè)面拐角貼標平整、不起皺 既能單機使用，又能與生產(chǎn)線配合使用中國貼標機的生產(chǎn)發(fā)展過程可分為三個階段 ： 一 從20世紀80年代末到1994年為第一階段。 這個階段主要是引進
9、、仿制國外已淘汰的功能不全的貼標機。當時幾個貼標機生產(chǎn)廠家只能生產(chǎn)貼二標 ( 頸、身標)的貼標機，一種是型號為12-2-16回轉(zhuǎn)式貼標機，一種是型號為15-46回轉(zhuǎn)式貼標機。這些國產(chǎn)機器基本上還可以滿足要求。由于國產(chǎn)設備在功能、性能、外觀和貼標質(zhì)量方面與進口設備相比差距太懸殊 ，對進口設備不可能產(chǎn)生任何威脅。 二、從1995年至2001年為第二階段。這個階段是中國貼標機生產(chǎn)的提升階段。一是貼標速度的提升，從24000瓶/時提升到33900瓶/時，二是貼標功能的提升，從貼二標(頸、身標) 提升到貼四標，即同時可貼頭、頸、身、背標。各貼標機生產(chǎn)企業(yè)一方面研究在原二標機上增設貼頭標和背標的功能，另一
10、方面也積極研發(fā)四標貼標機。 三、 從2002年至今為第三階段。 這個階段是中國貼標機技術成熟階段，是中國貼標機歷史上的一個重大轉(zhuǎn)折 點。這幾年，國產(chǎn)貼標機的生產(chǎn)企業(yè)在互相競爭的同時，也形成了與國外貼標機生產(chǎn)企業(yè)競爭的態(tài)勢，在競爭中提高、在提高中發(fā)展在發(fā)展中創(chuàng)新，在創(chuàng)新中壯大，逐步完成了一個“質(zhì)”飛躍。2002年9月，平航自主研制出PH400-8-8P( 生產(chǎn)能力50900瓶/時) 的高速回轉(zhuǎn)式貼標機,該機在北京“2002中國國際啤酒、飲料制造技術及設備展覽會” 上一亮相,立即引起了業(yè)內(nèi)的轟動。2003年,平航PH4088高速回轉(zhuǎn)式貼標機獲4項國家實用新型專利。該項目于2004年8月在浙江金華市
11、通過科技成果鑒定(到目前為止,仍是全國唯一通過省級鑒定的國產(chǎn)貼標機)。該項目榮獲2005年度廣東省科技進步二等獎。被列為“2005年國家重點保護項目，得到了同行的首肯。包裝機械貼標機的主要產(chǎn)品有：不干膠貼標機，套標機，圓瓶貼標機，啤酒貼標機，半自動貼標機，全自動貼標機，自動貼標機，貼標簽機，自動粘貼標簽機。這些產(chǎn)品可完成平面粘貼，包裝物的單面或多面粘貼，柱面粘貼，局部或全部圓筒粘貼，凹陷及邊角部位粘貼等各種貼標。不干膠貼標是近年來貼標的最常見的形式，其技術也正在飛速地提高。對生產(chǎn)企業(yè)而言，無論從貼標生產(chǎn)設備，還是從不干膠標簽與待貼瓶體的本身，都將會提高更高的要求。不干膠標簽在日化行業(yè)的應用及發(fā)
12、展是同日化行業(yè)的整體發(fā)展結(jié)合在一起的。總體說來有兩大發(fā)展趨勢：1， 首先日化產(chǎn)品對不干膠標簽的需求量將保持快速增長一方面日化行業(yè)自身發(fā)展非常迅速，眾多知名跨國公司的進入，同時一大批國內(nèi)大型產(chǎn)業(yè)集團的形成也說明了這一點，這些大公司產(chǎn)量大，自動化程度高，對適合快速自動貼標的不干膠標簽將有很大需求。另一方面洗滌類產(chǎn)品是日化行業(yè)的主要組成，現(xiàn)在液化洗滌產(chǎn)品已經(jīng)是行業(yè)趨勢，很多原來生產(chǎn)固態(tài)洗滌產(chǎn)品的企業(yè)現(xiàn)在都已經(jīng)投資了大規(guī)模的液體洗滌產(chǎn)品的設備來生產(chǎn)液體洗滌類產(chǎn)品，這對適合各種瓶體的不干膠標簽的需求將起很大的推動作用。2， 其次日化產(chǎn)品對不干膠標簽的需求層次將更高，同時材料更加多樣化一方面，日化行業(yè)自身
13、在發(fā)展生產(chǎn)自動化程度將越來越高，那么對不干膠標簽的需求將更多來自適合自動貼標的卷筒不干膠標簽，這就需更多的輪轉(zhuǎn)印刷設備與其配合，適合手工貼標的單張不干膠標簽將更大程度上局限于大容積的家用洗滌用品上。另一方面日化生產(chǎn)企業(yè)將更為集中，日化產(chǎn)品的整體層次得到提高，部分知名品牌的產(chǎn)品將占有較大的市場份額。這些日化產(chǎn)品將需要質(zhì)量好，層次高的不干膠標簽來適應其產(chǎn)品的包裝要求。薄膜產(chǎn)品將得到更多的使用，透明的，無標簽感覺的超薄型薄膜材料在今后幾年會是其中一種趨勢。國內(nèi)外不干膠貼標機，其工作原理均大同小異，都是以標簽剝離轉(zhuǎn)移加滾壓貼之而成，但其在控制與制造上卻不盡相同。一般不干膠貼標機由標簽機構(gòu)、滾貼機構(gòu)、輸
14、送機構(gòu)、傳動機構(gòu)、機架和控制系統(tǒng)等組成。不干膠貼標機按瓶子狀態(tài)分立式、臥式；按送標速度分低速、中速、高速；按被貼容器特性分圓瓶、扁瓶、方瓶、長瓶等(異形瓶在制藥工業(yè)較少)；按貼面要求分單面貼、雙面貼；按標簽特性分一般標簽、透明標簽。1.2 本課題的目的和意義采用不干膠卷筒貼標紙，貼標采用滾貼方式，配制自動送瓶和收瓶裝置，一次完成放瓶、貼標及收瓶程序，還可配備印字機同步完成標簽打印，是現(xiàn)代的機電一體化產(chǎn)品，具有優(yōu)良和可靠的工作性能。不干膠貼標機具有清潔衛(wèi)生、不發(fā)霉，貼標后美觀、牢固、不會自行脫落，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點。1.3 本課題的設計要求產(chǎn)品范圍外徑 12 100mm ；高度 30 200mm；
15、適用標簽范圍高 15 100mm 長 20 300mm ；生產(chǎn)能力50 100 瓶 / 分鐘。第二章 傳送帶設計2.1滾筒選型根據(jù)中華人民共和國國家標準GB988-91帶式輸送機,滾筒基本參數(shù)與尺寸，如圖2-1所示。圖2-1滾筒基本參數(shù)與尺寸根據(jù)上圖，選擇輸送帶帶寬為300mm，直徑為200mm的滾筒。由同類產(chǎn)品可知拉力F=1500N，選擇輸送產(chǎn)品速度為V=0.5m/s。2.2選擇電動機選擇全封閉自扇冷式鼠籠型三相異步電動機，電壓380，系列。 電動機所需工作功率： 式中-工作所需功率-從電動機到傳送帶之間的傳動總效率工作機所需要功率為： 式中是工作機所受在牽引力 是皮帶運動速度傳動裝置的總效
16、率為：按機械設計課程設計書（表10-2）確定各部分效率：聯(lián)軸器效率（兩個）0.99，滾動軸承效率（3對）0.99蝸桿傳動效率（2頭）0.8傳動滾筒效率0.96于是 0.73則求得電動機所需工作功率： 因載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于即可，由Y系列電動機技術數(shù)據(jù)，并根據(jù)以上所算：選滾筒軸轉(zhuǎn)速：蝸桿頭數(shù)為2時，傳動比=1532 于是電動機的轉(zhuǎn)速可選范圍為： =(1532)47.77=716.551528.64 r/min符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有： 1000，1500綜合考慮各方面的因素查表后選擇的電動機為選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速的Y90L-6型電動機。其主要參數(shù):額定功率P（KW）
17、同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）1.110009102.02.2電動機的相關尺寸：中心高H外形尺寸底角安裝尺寸AB地腳螺栓孔直 徑 K軸 伸尺 寸DE鍵公稱尺 寸Fh90335242.5190140120102450872.3分配傳動比 2.3.1由選定的電動機滿載的轉(zhuǎn)速和 工作機的轉(zhuǎn)速可以傳動裝置總傳動比為：2.3.2分配傳動裝置各級傳動比減速器的傳動比為=19.05因為這是個單級傳動，只有蝸桿傳動，所以不用再分配。2.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)的計算 2.5蝸桿傳動的設計2.5.1選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T10085-1988推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）傳動2.5.2選擇材料
18、考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度中等，故蝸桿用45鋼，希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC；蝸輪選鑄錫磷青銅砂模鑄造，為了節(jié)約貴重有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯可用灰鑄鐵HT100制造。2.5.3按齒輪接觸疲勞強度進行設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度設計求中心距： 1) 已知作用在蝸輪上轉(zhuǎn)距2) 確定載荷系數(shù)K 因為工作載荷平穩(wěn)，故取載荷分布不均勻系數(shù) , 由表11-5選取使用系數(shù) ,由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，取動載系數(shù) ,則： 3) 確定彈性影響系數(shù)因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故4) 確定接觸系數(shù)先假設蝸桿分度圓 d1和傳動
19、中心距a的比值d1/a0.35，從而查得2.95) 確定許用接觸應力根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅，砂模鑄造，蝸桿為螺旋齒面硬度 45HRC于是可從表117查得蝸輪得基本需許用應力應力循環(huán)系數(shù)：N=60壽命系數(shù)=0.786 則0.786=117.9MPa6) 確定中心距=137.8mm取中心距a=160mm,因i=19.05從表112中取模數(shù)m=6.3,蝸桿分度圓=63mm這時=0.457，從圖1118中可查得接觸系數(shù)，因為所以以上計算結(jié)果可用2.5.4蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與幾何尺寸（1）蝸桿 軸向齒距直徑系數(shù)；齒頂圓直徑齒根圓直徑；分度圓導程角；蝸桿軸向齒厚（2）蝸輪蝸桿齒數(shù)；蝸輪齒數(shù)；變位系數(shù)；
20、 驗算傳動比，這時傳動比誤差為。 蝸輪分度圓直徑=258.3mm蝸輪喉圓直徑 =270.9mm 蝸輪齒根圓直徑 =243.18mm蝸輪咽喉母圓半徑=24.55mm2.5.5校核齒根彎曲疲勞強度當量齒數(shù) 根據(jù),，從圖1119中可查得齒數(shù)系數(shù)螺旋角系數(shù) 許用彎應力 從表118中查得由鑄錫青銅制造的蝸輪得基本許用彎曲應力壽命系數(shù) 可見彎曲強度是滿足的。2.5.6驗算效率已知=111836=11.31，；與相對滑動速度有關。=3m/s從表11-18中用插值法差的=0.035，=2帶入公式中，大于原估計值，因此不用重算。2.6輸入軸設計計算該軸就是蝸桿軸，其所選材料是45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。 根據(jù) ，于是得
21、，輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器，為了使選的軸直徑d與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時選取聯(lián)軸器的型號，聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩：按照計算轉(zhuǎn)矩應小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩，查標準GB5843-2003，選用GY1型凸緣式聯(lián)軸器,其公稱轉(zhuǎn)矩T=25，選用半聯(lián)軸器的孔徑 , d=16mm,取d=16mm,半聯(lián)軸器的長度L=42mm，半聯(lián)軸器與軸的配合的轂孔長度L1=30mm。軸的結(jié)構(gòu)設計2.6.1擬定軸上零件的裝配方案（見圖2-2）圖2-2 蝸桿軸方案2.6.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段直徑和長度1)為滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，段的右端制出軸肩，故取d-=19mm；左端用軸端擋圈定位，取檔圈直徑D22mm,半聯(lián)
22、軸器與軸配合轂長度L1=30mm, 為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故段長度L1略短取L28mm,2)初步選擇軸承。因軸承同時受有軸向力和徑向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) d=19mm，初步選取0基本游隙組、標準精度級的單列圓錐滾子軸承，軸承代號是30305,其尺寸是，故d-=d-=25mm。右端采用軸肩定位，由手冊查得軸肩高度h=3.5mm,于是d-=32mm.而L-=18.25mm3)由于蝸桿螺旋部分半徑不大，蝸桿的齒根圓直徑與軸的比值小于1.7時一般將蝸桿的螺旋部分與軸加工成整體，蝸桿齒寬 按算，于是取=92mm。4)支承跨度:L=,取L=298m
23、m5)軸承端蓋的總寬度為20mm,L- =50mm2.6.3軸上零件地周向定位 半聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用平鍵連接，按段由手冊查得，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為H7/K6，軸承與軸的軸向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。2.6.4確定周上圓角和倒角尺寸參考表152取軸端倒角為1452.7輸出軸設計計算選取軸的材料是45鋼，調(diào)質(zhì)處理 ,根據(jù),，于是得，輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器，為了使選的軸直徑d與聯(lián)軸器的孔徑相適應，故需同時聯(lián)軸器的型號，聯(lián)軸器的計算轉(zhuǎn)矩:按照計算轉(zhuǎn)矩應小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩，查標GB5843-2003，選用凸緣聯(lián)軸器GY5,其公稱轉(zhuǎn)矩T=400
24、Nm，選用半聯(lián)軸器的孔徑 ,d=30mm,取d-=30mm,半聯(lián)軸器的長度L=84mm，半聯(lián)軸器與軸的配合的轂長度L1=60mm,2.7.1擬定軸上零件的裝配方案（見圖2-3）圖2-2 蝸輪軸方案2.7.2根據(jù)軸向定位的要求確定軸各段直徑和長度1）為滿足聯(lián)軸器的軸向定位要求，段的右端制出軸肩，取d=35mm,左端用軸端擋圈定位，取檔圈直徑D38mm,半聯(lián)軸器與軸配合轂長度L1=60mm, 為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故段長度L1略短取L-58mm2）初步選擇軸承。因為同時受到徑向力和軸向力的作用，軸向載荷較大參照工作要求并根據(jù) d=35m。初步選取0基本游隙組、標準精度級的
25、圓錐滾子軸承，軸承代號是30309，其尺寸是，于是取d-d-=45mm, L-27.25mm,左端軸承采用軸肩進行軸向定位，查手冊得定位軸肩高為4.5mm ,于是d-54mm。3）取安裝蝸輪處軸段的直徑d-50mm，蝸輪左端與左軸承之間采用套筒定位，蝸輪的寬度是L=60mm，為了使套筒端面可靠地壓緊蝸輪 ，取 L-56mm，蝸輪右端采用軸向定位，取軸肩高h0.07d,取h=4mm，則d-=58。2.7.3軸上零件的周向定位蝸輪，半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接，按段直徑由手冊查得平鍵為，同時保證蝸輪與軸配合有良好對中性故兩者的配合為H7/K6。半聯(lián)軸器與軸聯(lián)接， 選用平鍵，兩者的配合為H7
26、/K6，軸承與軸的軸的周向定位是借過渡配合來報證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。2.7.4確定軸上圓角和倒角尺寸參考表152取軸端倒角為2452.8減速器的潤滑與密封的選擇2.8.1潤滑方式的選擇 由于V較小，采用浸油潤滑，蝸桿浸油深度約為一個齒高，但不應超過滾動軸承最下面滾動體的中心線，否則容易漏油，為防止運轉(zhuǎn)時過多的潤滑油流入軸承，在軸承內(nèi)側(cè)加擋油板。對于軸承的潤承，由于蝸輪V1.5m/s，不宜采用飛濺潤滑，宜采用潤滑脂潤滑，為了防止在運轉(zhuǎn)時潤滑脂被飛濺起來的油稀釋應在軸承內(nèi)側(cè)設擋油環(huán)。2.8.2潤滑油和潤滑脂的選擇：因為該減速器為蝸輪蝸桿減速器，查機械手冊可選蝸輪蝸桿潤滑油代號320，
27、軸承選用ZGN2潤滑脂。2.8.3密封方式的選擇：各軸與軸承接觸處的線速度，且根據(jù)潤滑要求，所以采用氈圈密封。2.9減速器箱體結(jié)構(gòu)尺寸表2-1箱體尺寸 名稱減速器型式及尺寸關系箱座壁厚 =8mm 箱蓋壁厚1 1=8mm箱座凸緣厚度b1，箱蓋凸緣厚度b，箱座底凸緣厚度b2 b=1.5=12mm b1=1.5=12mm b2=2.5=20mm地腳螺栓直徑及數(shù)目 df=16mm n=4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 d1=12mm箱蓋，箱座聯(lián)接螺栓直徑 d2=8mm 螺栓間距 150mm軸承端蓋螺釘直徑 d3=8mm 數(shù)目4檢查孔蓋螺釘直徑 d4=6mmdf，d1，d2至外壁距離 df，d2至凸緣邊緣距離 C1
28、=22,18,14 C2=20,12軸承端蓋外徑 D2=110mm 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 S=110mm軸承旁凸臺半徑 R1=14mm軸承旁凸臺高度根據(jù)軸承座外徑和扳手空間的要求由結(jié)構(gòu)確定箱蓋，箱座筋厚 m1=7mm m2=7mm蝸輪外圓與箱內(nèi)壁間距離10mm蝸輪輪轂端面與箱內(nèi)壁距離10mm第三章 分瓶裝置設計3.1 步進電機選型3.1.1計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量已知：轉(zhuǎn)軸的平均直徑，軸長l=272mm，材料密度；分距盤直徑，高30mm，其塑料材料密度可以算得各個零部件的轉(zhuǎn)動慣量如下：軸的轉(zhuǎn)動慣量可由式中轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量轉(zhuǎn)軸半徑15mm，求得；分距盤轉(zhuǎn)動慣量式中分距盤的質(zhì)量分距盤的直徑20
29、0mm，求得。選步進電動機型號為110BYG2602，從表4-5查的該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。則步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：。可知，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量大于1/10的負載慣量。3.1.2計算步進電動機負載力矩設有3個瓶子在分距盤上等待分距，每個瓶子中，步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩為20，遠遠大于負載轉(zhuǎn)矩，故滿足要求。3.1.3啟動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-5可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率。則由式可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為：。上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于873.5Hz。實際上，在采
30、用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，這里選用110BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。第四章 收標裝置設計4.1步進電機選型4.1.1計算步進電動機轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動慣量設轉(zhuǎn)軸的平均直徑，軸長l=200mm，紙的密度；可以算得軸的轉(zhuǎn)動慣量如下：轉(zhuǎn)動慣量可由式中轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量轉(zhuǎn)軸半徑50mm，求得；選步進電動機型號為110BYG2602，從表4-5查的該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。則步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：?？芍妱訖C轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量大于1/10的負載慣量。4.1.2計算步進電動機負載力矩設等效收標直徑200mm，高100mm 步進電機的最大靜轉(zhuǎn)
31、矩為6，遠遠大于負載轉(zhuǎn)矩，故滿足要求。4.1.3啟動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-5可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率。則由式可以求出步進電動機克服慣性負載的啟動頻率為：。上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于1395.5Hz。實際上，在采用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，這里選用110BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。4.2同步帶的設計電動機型號110BYG2602 ，2相4線制， 10拍驅(qū)動時步距角為1.5。4.2.1傳動比i的確定選i=1.25 4
32、.2.2主動輪最高轉(zhuǎn)速主動輪最高轉(zhuǎn)速416.67r/min4.2.3確定帶的設計功率Pd預選的步進電動機在轉(zhuǎn)速為 416.67r/min時，對應的步進脈沖頻率為=1666.7Hz當脈沖頻率為1666.7Hz，電動機輸出轉(zhuǎn)矩約為13N.m，對應的輸出功率為 ， =567.19W今取P= 567W，從表3-18同步帶工作情況系數(shù)中取工作情況系數(shù)= 1.2，則由式求得=0.681W 。 4.2.4選擇帶型和節(jié)距根據(jù)帶的設計功率= 0.681w和主動輪最高轉(zhuǎn)速= 426.67r/min，從表3-10中可以選定型同步帶，節(jié)距=12.700mm 。4.2.5確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑應使=14，取=1
33、7，則小帶輪節(jié)圓直徑=68.72mm。，查表3-16帶輪直徑尺寸系列；小帶輪節(jié)圓直徑初定后驗算帶速度。同步帶的速度v應滿足：，v=1.5m/s 。（極限帶速度為：MXL、XXL、XL型，=4050m/s; L、H型，=3540m/s; XH、XXH型，=2530m/s）沒有超過H型帶的極限速度35m/s ，故滿足要求。4.2.6確定大帶輪齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑大帶輪齒數(shù)=i= 21.25，元整后得=22節(jié)圓直徑=i= 85.90mm。取系列值得=87.564.2.7初選中心距、帶的節(jié)線長度、帶的齒數(shù)初選中心距=1.1（+）=170.08mm ，圓整后取=170mm 。則由公式得帶的節(jié)線長度為=5
34、83.31mm。根據(jù)表3-13，選取接近的標準節(jié)線長度= 609.6mm。相應齒數(shù)=48 。4.2.8計算實際中心距a實際中心距公式為求得a=183.23mm 。4.2.9校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)=8嚙合齒數(shù)比 6大，滿足要求。（ent為取整）。4.2.10確定實際所需同步帶寬度式中 選定型號的基準寬度，由表3-21查得=76.2mm 小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由表3-22查得= 1。由上式算得19.96mm，再根據(jù)表3-11選定最接近的帶寬=25.4mm 。4.2.11帶的工作能力驗算根據(jù)式嚙合系數(shù)，如表3-22所示；齒寬系數(shù)，=0.29；基準帶寬為時的許用工作拉力，單位為N，如表3-21所示；帶
35、寬為時的單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m，如表3-21所示；同步帶的線速度，單位為m/s 。經(jīng)計算得P= 0.85kw，而Pd=0.681kw ， 。因此，帶的工作能力合格。第五章 貼標裝置設計5.1貼標運動數(shù)學模型與參數(shù)設計 如圖5-1所示為貼標運動關系簡圖，設生產(chǎn)率為N瓶/min,瓶半徑為R，則有：圖5-1貼標運動關系-傳送帶的速度；-標簽的進標速度；-棍壓頭的線速度；-瓶的圓周線速度；-瓶的直線運動速度 若a為速度瞬心，則： 即搓滾皮帶的速度為傳送帶速度的兩倍，其是設計時應參照選用是參數(shù)。 根據(jù)設計任務書生產(chǎn)率N為50100瓶/min， =300600mm5.2 步進電機選型5.2.1計算
36、加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量已知：轉(zhuǎn)軸的平均直徑，軸長l=425mm，材料密度；可以算得軸的轉(zhuǎn)動慣量如下：轉(zhuǎn)動慣量可由式中轉(zhuǎn)軸的質(zhì)量轉(zhuǎn)軸半徑15mm，求得；選步進電動機型號為90BYG2602，從表4-5查的該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量。則步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：?？芍?，電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量遠遠大于1/10的負載慣量。5.2.2計算步進電動機負載力矩設有1個瓶子在進行貼標 步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩為6，遠遠大于負載轉(zhuǎn)矩，故滿足要求。5.2.3啟動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總慣量，電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量，查表4-5可知電動機轉(zhuǎn)軸不帶任何負載時的最高空載啟動頻率。則由式可以求出步進電動機
37、克服慣性負載的啟動頻率為：。上式說明，要想保證步進電動機啟動時不失步，任何時候的啟動頻率都必須小于1395.5Hz。實際上，在采用軟件升降時，啟動頻率選得很低，通常只有100Hz（即100脈沖/s）。綜上所述，這里選用110BYG2602步進電動機，可以滿足設計要求。第六章 步進驅(qū)動器和傳感器的選擇6.1步進電動機驅(qū)動器的選擇步進電動機的驅(qū)動器是一種成熟的通用產(chǎn)品，有時為了縮短機電一體化系統(tǒng)的設計周期，可以從市場上直接購得。根據(jù)系統(tǒng)設計課程設計指導書 ，推薦兩相混合式步進電機使用BD28F系列驅(qū)動器。BD28F型驅(qū)動器用于驅(qū)動110/130二相混合式步進電機，由于采用了先進的控制技術并實現(xiàn)了電
38、流的精密傳感和精確控制，從而達到了低速運行平穩(wěn)、角度細分均勻、高速力矩大的效果。是一種高性能、低價格的步進電機驅(qū)動器。適用于精密測量、精密加工等運動領域，如：數(shù)控機床、雕刻機、打粉機、繞線機等。6.1.1主要特點：AC220V電源輸入 雙極恒流加細分控制 最大40細分的八種運行模式 可選最大8A的四種電流節(jié)能的半電流鎖定模式 輸入信號TTL兼容 光電隔離信號輸入 過流、過壓保護6.1.2電氣特性 Ti=25表6-1電氣特性 項 目 指 標 電源電壓 AC220V輸入 輸出電流 5A/6A/7A/8A可選 步進脈沖頻率 0200K Hz 邏輯信號電流 510mA 絕緣電阻 500M6.1.3方向
39、控制（1） 通過面板上的設定開關第3位可設定電機運轉(zhuǎn)方向。（2） 外部輸入信號Cw電平變化亦可改變電機運轉(zhuǎn)方向。注：電機的初始運行方向與電機的接線有關，互換任意兩相可以改變初始運行的方向。6.1.4步進脈沖輸入信號Cp最大通過頻率為200KHz。脈沖的低電平時間應大于500nS。6.1.5使能信號En（1） En端外加低電平時，電機響應Cp端輸入脈沖運行，Cp端沒有信號時，電機處于半流鎖定狀態(tài)；（2） En端懸空時，驅(qū)動器切斷電機各相的電流使電機軸處于自由狀態(tài)，此時步進脈沖Cp將不被響應。 6.1.6輸出信號A1、A2，B1、B2接二相混合式步進電動機的出線。6.1.7信號結(jié)構(gòu)圖6-1信號結(jié)構(gòu)
40、6.1.8信號要求BD28Fc驅(qū)動器采用單脈沖控制方式。Cp、Cw、En信號通過光耦隔離，采用共陽極接法。為確保內(nèi)置光耦能可靠導通，要求信號提供至少5mA的電流。驅(qū)動器內(nèi)部已串入光耦的限流電阻1K，對應+5V電平。當輸入電壓較高時，可根據(jù)需要外串電阻進行限流。例如輸入電平為+24V時，應在每個控制信號上串聯(lián)2K左右電阻。6.1.9外形尺寸 （單位：mm）圖6-2外形尺寸6.2傳感器的選擇圖6-3信號結(jié)構(gòu)采用歐姆龍EE-SPY402凹槽型光電檢測，它是日本歐姆龍公司的產(chǎn)品，采用能抗周圍外來光干擾的變調(diào)光式：采用變調(diào)光式，與直接光式比，不易受到外來光干擾的影響；電源電壓為DC5-24V的大量程電壓
41、輸出型。 它有三根連接線（紅、藍、黑），紅色接電源的正極、黑色接電源的負極、藍色接輸出信號，當與擋塊接近時輸出電平為低電平，否則為高電平。需要注意檢測物不要離傳感器太近，否則傳感器不能動作，鏈接采用接插件方式，千萬不要對端子（讀出頭）進行焊接。傳感器數(shù)據(jù)如下：型號：EE-SPY402；形狀：立式；檢測方式：反射型；檢測距離5mm；應差距離：0.2mm；光源：GaAs（紅外發(fā)光二極管）；顯示燈：入光時燈亮紅色；電源電壓：DC5-24VNPN集電極開路輸出為0V，當輸出OUT端和PLC輸入相連時，電流從PLC的輸入端流出，從PLC的公共端流入，此即為PLC的漏電型的形式，即：NPN集電極開路輸出只
42、能接漏型或混合式輸入電路形式的PLC，連接圖如圖6-4所示：圖6-4 NPN集電極開路輸出和PLC的連接第七章 PLC控制系統(tǒng)的設計7.1貼標機控制要求當光電檢測到產(chǎn)品到達分距盤處時，驅(qū)動步進電機運行進行瓶距的控制，傳感器檢測到產(chǎn)品經(jīng)過，傳回信號到收標和貼標控制系統(tǒng)，此時收標步進電機送出不干膠標簽并且滾貼步進電機同時運行，標簽送出長度由光電槽式開關檢測，經(jīng)剝離板送出的不干膠標簽平整的在覆標帶上，產(chǎn)品流經(jīng)覆標裝置，覆標帶帶動產(chǎn)品轉(zhuǎn)動，標簽被滾覆，一張標簽的滾貼動作完成。7.2控制系統(tǒng)的設計方案不干膠貼標機采用機電一體化技術，當手動開啟傳送帶運行后，貼標機就進入工作狀態(tài)，脈沖信號的頻率由瓶子的直徑
43、決定，手動停止傳送帶和滾貼電機的運行。7.3可編程控制器PLC的選用可編程控制器，英語稱Programmable logic Controller，簡稱PLC。它是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算，順序控制，定時，計數(shù)與算術操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC基于電子計算機，但并不等于普通的計算機。普通計算機進行輸入出信號變換時，大多只考慮信息本身，信息輸入輸出的物理過程一般不考慮。而PLC則要考慮信號輸入輸出的可靠性、實時性，以及信息的實際使用。特別是要考慮怎么
44、適應于工業(yè)環(huán)境，便于安裝便于維修等等抗干擾的問題，輸入輸出信號變換及可靠的物理實現(xiàn)，可以說PLC實現(xiàn)控制的兩個基本要點。PLC可以通過它的外設或通信接口與外界交換信息。其功能要比繼電控制裝置多的多，強的多。PLC一般可以通過三種方式進行編程。一種是廠家提供的普通手持式編程器編程,一般只能用廠家規(guī)定的語句表中的語句進行編程。手持式編程器編程體積小,便于攜帶,價格較低,對于系統(tǒng)容量小,在編程工作量小的場合比較合適,但這種編程方式的效率低。另一種是用廠家專用圖形編程器編程,這類編程器采用梯形圖編程,方便直觀,一般的技術人員短期內(nèi)就可應用自如,但這類編程器價格較高。第三種是在普通計算機上運行專用的編程
45、軟件來編程,支持的編程語言多,編程操作非常方便,這種方式現(xiàn)在已被大多數(shù)用戶采用,但有的編程軟件需額外購買,價格不菲。編程語言多種多樣,有的看似相同卻不通用。根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制5種標準編程語言(IEC 1131-3),劃分為以下5類編程語言: 梯形圖(LD)、順序功能圖(SFC)、功能塊圖(FBD)、結(jié)構(gòu)化文本(ST)、指令表(IL)。由PL C廠家提供的編程軟件一般都要求包括上述一種或幾種編程語言,如Siemens公司的Step7編程軟件就可以使用梯形圖(Ladder)、語句表(STL)等多種編程語言;Modicon公司的Modsoft編程軟件只能使用梯形圖編程,而Concept
46、編程軟件可以使用5種編程語言。另外,有的系統(tǒng)內(nèi)嵌BASIC或C語言使得可編程控制器的編程功能變得更加強大,適用性更廣泛,如GE的內(nèi)嵌BASIC語言、浙大中控的C規(guī)范功能模塊等。綜上所述，在此次的設計中選用三菱FX2N-32MT。圖7-1三菱FX2N-32MT7.4 PLC的I/O分配表7-1 PLC的I/O輸入輸出口分配X0Y0滾標脈沖輸出信號CpX1傳送帶啟動Y1收標脈沖輸出信號CpX2傳送帶停止Y2分距脈沖輸出信號CpX3貼標停止Y3傳送帶輸送X4檢測分距Y4滾標方向輸出信號CwX5檢測貼標Y5收標方向輸出信號CwX6檢測標帶Y6分距方向輸出信號CwX7Y77.5 PLC控制流程圖圖7-2
47、系統(tǒng)控制流程圖7.6PLC控制程序7.7 外部接線圖參考文獻1許林成 包裝機原理與設計M.上海:科學技術出版社,19882湯 瑞 輕工自動機M.上海:交通大學出版社,19863詹啟賢 自動機械設計M.北京:輕工業(yè)出版社,19874編寫組 包裝機械結(jié)構(gòu)圖冊M.上海:科學技術出版社,19815編寫組 常見機構(gòu)的原理及應用M.北京:機械工業(yè)出版社,19786編寫組 機械設計手冊M.北京:機械工業(yè)出版社,19967濮良貴 機械零件M.北京:高等教育出版社,19878劉敏杰 高速貼標機數(shù)學模型研究與參數(shù)設計J.輕工機械2004，(4).9孫靖民 機械優(yōu)化設計M.北京:機械工業(yè)出版社，200310劉敏杰
48、啤酒瓶貼標機取標過程的分析研究.青島建筑工程學院學報11王永德，趙宏才，陳曉維 飲料瓶裝線上貼標機控制系統(tǒng)的改造J.食品與機械2006,(9).12李旭華 光電傳感器原理及應用J.電氣時代, 2004,(9).13朱偉 韓服善.光電傳感器在自動化生產(chǎn)線上的應用J.電子工程師, 2004,30(8) .14賀素良 包裝設備數(shù)字控制技術. 長沙: 國防科技大學出版社，2002 15 Jeroen van den Berg Consulting,Jan Seppenplein. Analytic Expressions for the Optimal Dwell Point in an Automa
49、ted Storage/Retrieval System. Production Economics.2002:13-2516 Glenn Davis. Introduction to Packaging Machinery. USA: Packaging Machinery Manufacturers Institute(PMMI)，1997致 謝經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導老師的督促和指導，以及同學們的支持，想要完成這個設計是很難的。 在這里首先要感謝我的指導教師韓雄飛老師。韓老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設計的每個階段，從設計方案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，各類圖紙等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的裝配圖較為復雜，但是韓老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了韓雄飛老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣，并將積極影響我今后的學習和工作。 我要感謝和我一起學習生活的同學，感謝他們對我的幫助。平時一起學習一起打球減壓都是一種難忘的情懷。然后還要感謝大學四年來所有的老師，為我打下機械電子專業(yè)知識的基礎，此次畢業(yè)設計才會順利完成。 最后感謝上海電機學院四年來對我的培養(yǎng)，在
全自動智能貼標機設計機械CAD圖紙
