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常用间歇机构及其在印刷包装行业中的应用

作者/出处: 网络 发布时间: 2015-07-22

      在许多机械设备中,特别是在自动设备和半自动设备中,由于生产工艺的要求,往往需要机构来实现周期性的转位、分度动作以及做带有瞬时停歇或停歇区的断续性运动。例如,自动烫印模切机中,待模切烫印的承印材料需要在输纸链条的间歇带动下,依次实现定位、模切、清废等工位;糖果包装机推料机构在一个工作循环中,需要有一段停歇时间以进行包装纸的传送、折叠和扭结。这种输出构件呈现周期性停歇状态的机构称为间歇运动机构。间歇运动机构的种类很多,常用的有棘轮机构、平行分度凸轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构、齿轮连杆机构等,各有其不同的结构特征和工作原理。下面就印刷包装行业中常见间歇机构及其原理进行详细介绍。

一、胶印机输水、输墨装置  

       棘轮机构是一种常见的间歇机构,可分为齿式和摩擦式两大类。齿式棘轮机构主要由棘爪和齿式棘轮组成,(如图1)一般棘爪为主动件,其运动可由连杆机构、凸轮机构、液压、气动或电磁铁等实现。棘轮为从动件,可实现单向间歇步进运动。齿式棘轮机构有外啮合和内啮合两种形式。
 


       在胶印机的输水和输墨装置中,墨斗辊和水斗辊都是由曲柄、棘轮和棘爪带动间歇转动,从而实现间歇的供水和供墨,供水或供墨量的多少可以通过改变间歇旋转角的大小来控制,而间歇旋转角的转动大小则由棘轮、棘爪控制。
具体结构见图1,主要由主动件1、驱动棘爪2、棘轮3、制动爪4和机架等组成。制动爪4依靠弹簧5与棘轮3保持接触;棘轮3与转轴o固联。主动件1空套在转轴o上,且绕轴o往复摆动。当主动件做逆时针方向摆动时,回转副与联于其上的棘爪2便插入棘轮3的齿槽中,推动棘轮转过一定角度,此时,制动爪4在棘轮的齿背上滑过;当主动件顺时针方向摆动时,制动爪4阻止棘轮顺时针方向转动,因而棘轮静止不动,此时棘爪2在棘轮的齿背上滑过。故当主动件不断往复摆动时,棘轮便产生单向的间歇运动。

       棘轮机构具有结构简单、制造方便、运动可靠等优点,但由于轮齿式棘轮机构在回程时棘爪在棘轮齿面上滑过,齿尖容易磨损且产生噪声、传动平稳性差,同时由于空程(为使棘爪能落入棘齿,摆杆摆角要比棘轮运动角略大,而产生空程)的存在而产生冲击,棘轮转角也只能以棘轮齿距角为单位做有级调整,故常用于低速、轻载的条件下,不宜用于高速或运动精度要求较高的机械中。

二、自动模切机间歇输纸机构

     平行分度凸轮机构是近几年自动平压模切机主要采用的间歇输纸运动机构,如图2。其中,1为平行分度凸轮,做匀速转动,2为从动滚子转盘,随着凸轮的匀速转动做间歇转动,经过传动齿轮组将间歇运动传递给主链轮轴,从而带动主动链轮和传动链条间歇运动。它主要用来实现间歇输纸运动,使得待模切的纸张依次经过定位、模切、清废等工位,完成产品的模切烫印。
 


       这种凸轮机构是一种多个从动滚子的共轭凸轮机构。结构的输入端为一对平面共轭凸轮,从动端为装着两排滚子的从动盘,主要用于平行轴的间歇步进传动。在整个运动过程中,共轭凸轮做匀速转动,从动盘做间歇转动。当前常用于单张纸平压平模切机中的间歇输纸机构有标准的二凸轮八滚子平行分度凸轮机构,也有标准的三凸轮九滚子平行分度凸轮机构。平行分度凸轮机构立体示意图(图3a)和平面示意图(图3b)如下。
 


       平行分度凸轮机构与槽轮、不完全齿轮等间歇运动机构相比,具有运动特性好、启动停止平稳、结构紧凑、加工方便、高速下运转振动和噪声比较小等优点,因而应用十分广泛。

三、冷霜自动灌装机

       槽轮机构主要由槽轮2、装有圆销的转臂(拨盘)1和机架组成,其示意图如图4。拨盘1一般为主动件,做等速连续转动,带动槽轮2作间歇转动。槽轮机构的基本结构型式可分为外接和内接两种。
 


       图5所示为冷霜自动灌装机中应用的槽轮机构,工作台2与槽轮6装于同一轴上,拨盘5拨动槽轮6从而带动工作台2做间歇转动。当工作台停歇时,对冷霜罐进行灌装、贴锡纸、压平锡纸和盖合等工艺动作,最后由输送带3将冷霜罐4运走。在该机构中,槽轮6的槽数等于工作台2的工位数。若两者不相等,则可利用齿轮机构进行增速或减速。
       槽轮机构具有结构简单、制造容易、工作可靠和机械效率高等优点。但槽轮机构在工作时,槽轮的角速度不是常数,在转位开始与终止时,均存在角加速度,从而产生冲击,并且它将随转速的增加及槽轮槽数的减小而加剧,故一般不宜用于高速场合。此外,由于制造工艺、机构尺寸等条件的限制,槽轮的槽数不宜过多,槽轮的转角大小和动停比也不能随意调节,故使得槽轮两次停歇之间的转角较大。当槽轮的转位精度要求较高时,除用锁止弧定位以外,还需附加精确定位装置。

 四、卷烟自动包装烟包翻身机构

       不完全齿轮机构是由普通齿轮机构演变而来的一种间歇运动机构。不完全齿轮机构主动轮上的轮齿不是布满在整个圆周上,而是只有一个或几个齿,并根据运动时间与停歇时间的要求,在从动轮上加工出与主动轮齿相啮合的齿。因此,当主动轮1做整周连续回转时,从动轮2可以产生间歇的单向转动。不完全齿轮有外啮合(图6a)和内啮合(图6b)两种形式。
 

 


       图7所示是用于卷烟自动包装线中烟包翻身的不完全齿轮机构,该机构中1为主动的不完全齿轮机构,2为从动轮,其上有两段锁止弧s做停歇时定位用。当轮1匀速转动时,带动齿轮2做间歇转动,每次运动中轮2转半圈。当从动轮2回转180°时,安置在从动轮端部的卷烟包3随之翻转180°,完成烟包翻身转弯所需动作。
       不完全齿轮和其他间歇运动机构相比,其结构简单、容易制造。另外主动轮转一周,从动轮停歇的次数和每次停歇的时间,以及每次转动的转角等,其允许选择的幅度比棘轮机构、槽轮机构的范围大,因而设计灵活。但不完全齿轮在从动轮开始和终止运动时角速度有突变,冲击较大,故不完全齿轮机构的动力学特性较差。可以采取附加瞬心线机构以改善动力学性能。不完全齿轮机构多用于多工位自动机和半自动机工作台的间歇转位、计数机构及某些间歇递进机构中。 
 


五、糖果包装机糖条输送机构

       图8是糖果包装机中糖条的输送机构结构示意图,糖料被热轧成条形后连续送入包装机进行切块和包装。其中糖条的运动方向与切刀切断方向垂直,有一定的宽度和高度的糖条若被连续输送,则其被裁切面与已成型面就不会相互垂直,而是成一定的角度,影响糖果最后包装外观质量,因此在切糖时要求糖条停止输送,切糖后又希望糖条快速送进,以保证糖块外形整齐并具有较高的生产效率,实现糖果这种间歇运动采用的是齿轮连杆组合机构。
       图8中,输入轴a上装有转盘,转盘上安装有齿轮3,齿轮中心b与轴a间的偏心距e可按生产工艺的需要进行调整。a、b、c、d为一铰链四杆机构,a和d为固定铰链点。齿轮5空套在连杆4与摇杆2的铰接副c上,齿轮3与5啮合。因此,齿轮3和5与连杆4组成第一套周转轮系。齿轮1装在输出轴d上,齿轮1与齿轮5啮合,因此,齿轮1和5与摇杆2组成第二套周转轮系。合理设计铰链四杆机构各杆的尺度以及齿轮的齿数,可使输出轴d产生糖果包装工艺所需的间歇运动规律。
       齿轮连杆机构运动平稳、冲击小,能实现较大的动停比,调节停顿时间简单,是实现短暂停留的较为理想的运动机构,适用于乳脂糖条、香烟卷筒纸等的间歇供送系统中。
六、槽轮齿轮机构 

 

 


       图9所示为单张纸胶印机间歇旋转式递纸牙机构,采用槽轮机构及齿轮传动使递纸牙获得一定规律的间歇旋转运动机构。其中压印滚筒1每转一周,槽轮5则转过60°,通过齿轮4、6、7的转动使得旋转递纸滚筒3转过120°,即一排递纸牙从输纸板2上取过静止的纸张,然后加速,当与压印滚筒相切且速度等于压印滚筒表面时进行交换。此时递纸滚筒上共有3排递纸牙轮流工作。
 以上是印刷包装机械中常用的间歇机构,这些机构在其他各行各业也有很多应用,除了以上常用间歇机构,能实现间歇运动的机构还有圆柱分度凸轮机构、针轮机构、凸轮–连杆组合机构、凸轮–齿轮组合机构等多种形式。每种间歇机构都有自己本身的长处和不足,在实际应用中,应根据实际需要选择相应的间歇机构。

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