雙曲線螺桿的設計分析及應用

　　摘 要：本文介紹一種在自動包裝設備中通過三維仿真計算不同位置時不同螺桿曲線、截面的分瓶螺桿在應對圓形容器、非圓形容器、矩形容器及異型容器時分瓶螺桿的設計分析及應用。

　　關鍵詞：機械設計 分瓶螺桿 自動包裝設備 三維仿真

　　引言

　　在當前高速飲料自動化生產線上，高速回轉式貼標機是其重要組成環(huán)節(jié)之一。在現代自動化機械設備中，高速、穩(wěn)定、易操作性、包容性等要求越來越高，并且在市場的個性化需求發(fā)展中越發(fā)明顯。目前為止，國產貼標機仍與進口機有一定差距，主要原因是目前貼標機關鍵零、部件的設計不能從根本上解決當前市場對高速貼標機的性能需求;進瓶分瓶機構是其關鍵部件之一，直接影響生產線的生產效率和穩(wěn)定性。

　　目前包裝行業(yè)中常見的分瓶方式多采用螺桿機構，如圖1所示。該類型螺桿螺距是按照步進函數的變化規(guī)律進行設計，保證容器在分瓶螺桿的運動下獲得連續(xù)的速度及加速度。但這類螺桿存有以下不足：(1)機構只靠一條螺旋分瓶，穩(wěn)定性差，易倒瓶、卡瓶;(2)進瓶時螺桿頭部承受著容器對螺桿加載的極大摩擦力致使磨損嚴重，影響分瓶性能，縮短使用周期;(3)方形、矩形、橢圓等異形容器在傳輸過程中之間緊靠，且大面積擠壓，使傳統(tǒng)螺桿不能有效的分瓶，導致螺桿擠瓶(損壞容器)、卡瓶，大大降低了生產效率。

　　一、其它分瓶機構的探討與驗證

　　上述講到一條螺桿分瓶時因為對于容器來說螺桿在分瓶時是單邊受力，螺桿螺旋傾角讓前進的力有一個分解力，容器另一邊會因為剛性護欄從而對容器本身造成磨損，也易在高速情況下使容器重心不穩(wěn)。既然螺桿在遇到方形、矩形、橢圓等異形容器時出現種種不良情況，何不直接取消掉，讓容器直接進入到撥瓶星輪板中，讓撥瓶星輪板兼容其螺桿的功能。

　　容器在鏈道時依序排列，當容器走到星輪時，如果星輪工位與容器不重合時，星輪外輪廓會阻止其進入，待等到下一工位到來時再進入設備中。經驗證分析后發(fā)現此結構中存在一定局限性，由于星輪板中工位前卡口位是有導向斜邊，當容器進入工位時是以傾斜姿勢進入，當遇到是圓形截面容器時因容器輪廓各點到中心的距離是一樣的，其會做純滾動順利進行到設備星輪里;但如果遇到方形、矩形、橢圓等異形容器時，因其外輪廓各點到中心的距離不一致，加之在高速情況下，其鏈道施于容器的壓力也相應加大，容器無時間來通過自身糾偏，極易造成容器在此位置卡滯引起設備停止，并帶來容器破損、表面擦傷壓傷等連帶不良結果。鑒于此結構的局限性，其只能滿足在低運行速度下各類容器的使用。

　　二、雙曲線螺桿的造型

　　雙曲線螺桿可通過3D軟件仿真計算螺旋槽上的各點，繪制成螺旋線，然后利用ProE螺旋線做尺寸陣列，根據三維仿真得到容器的運動曲線如圖3、圖4所示。

　　三、結語

　　一直以來貼標機的關鍵部件沒有合理設計理論和機構參數，從而嚴重影響到整個異形瓶應用的開發(fā)。本文針對回轉式貼標機在非圓形容器傳輸時的核心機構進瓶螺桿進行了設計和理論計算，并采用ProE進行三維仿真，根據螺桿的實際應用可得到高精度的螺旋線，保證了結構的可行性，這對日后開發(fā)更多該系列高精度貼標機具有重要意義。

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