1、 毕业设计论文 设计（论文）题目： 香烟包装机供纸机构的设计 下 达 日 期： 200 年 月 日 开 始 日 期： 200 年 月 日 完 成 日 期： 200 年 月 日 指 导 教 师： 学 生 专 业： 班 级： 学 生 姓 名： 教 研室主任： 系 I 摘要 本论文介绍了一种香烟包装机铝箔纸供给控制系统的研制。论文中分析了香烟包装机原铝 箔纸供给机构的结构和特点以及它在生产运行中存在的缺陷 , 设计和实现了采用伺服控制系统的铝箔纸供给系统。成功解决了香烟包装机在铝箔纸供给环节上存在的问题。 关键词 :铝结纸包装 ; 同步伺服电动机 ; 伺服控制系统 II Abstract This
2、paper introduces a kind of cigarette packing machine aluminum foil supply control system.The thesis analyzes the cigarette packing machine for aluminium Structure and characteristics of the foil paper feed mechanism and the defects existing in the operation of production, it is designed and implemen
3、ted using servo control system of aluminum foil supply system.Successfully solved the cigarette packaging machine on the aluminum foil supply chain problems. Key words: aluminum and paper;Synchronous servo motor;Servo control system摘要 . I Abstract .II 1 引言 . 1 1.1 系统总体设计方案 . 1 2 动力源的选用 . 3 2.1 步进电机
4、. 3 2.2 步进电机的特点 . 3 2.2.1 过载性好 . 3 2.2.2 控制方便 . 3 2.2.3 整机结构简单 . 3 2.3 步进电机的选取 . 4 2.4 步进电机的应用 . 9 2.4.1 工业机器手中的应用 . 9 2.4.2 包装机械中的应用 . 9 3 纸箔传送机构 . 11 3.1 进料机构的选择 . 11 3.2 曲柄滑块机构中运动学特性 . 12 3.3 纸箔进给机构的分析 . 13 3.4 连杆的数据分析 . 15 3.4 曲柄的计 算数据 . 17 3.5 进料推杆的计算 . 18 4 传动机构 . 20 4.1 齿轮传动 . 20 4.1.1 标准直齿圆柱
5、齿 轮传动的强度计算 . 20 4.1.2 齿轮传动的设计参数、许用应力与精度选择 . 24 4.2 曲柄摇杆机构 . 29 4.2.1 急回运动 . 29 4.2.2 压力角和传动角 . 30 4.2.3 死点位置 . 31 4.2.3 供纸机构尺寸分析 . 32 总 结 . 33 参考文献 . 34 致谢 . 35 1 1 引言 烟草行业是我国税收的重要来源。全国许多知名的大中型卷烟厂所生产的优质产品经常处于供不应求的状态。如何保证生产设备的正常运转 , 使产品的包装质量和生产效率得到应有的保证 , 是卷烟厂始终面临的重要课题。 香烟包装是香烟生产的重要环节 , 包装顺序依次为 : 铝箔纸
6、包装、商标纸包装、封签包装 ( 软包 ) 、撕带与透明薄膜包装、纸箔包装、纸箔的撕带与透 明薄膜包装。其中铝箔纸包装的作用是为了防潮、使烟包美观以及增加防伪标识。铝箔纸由专门的生产厂家生产 , 成品缠绕在铝箔纸轮上 , 作为香烟包装生产的原辅材料提供给卷烟厂。香烟生产过程中 , 铝箔纸轮被固定在包装机上 , 由包装机上的同步传输供给机构拉出铝箔纸并传输到包装环节。包装时 , 主电机通过机械传动机构驱动机器上包括铝箔纸传输供给机构的各个相关部分运转。铝箔纸传输供给机构的运转速度与主电机的运转速度成正比 , 实现了包装与铝箔纸供给的同步。阻尼器的作用是使铝箔纸保持适当的张力 , 作用力的方向与铝箔
7、纸轴转动的方向相 反 , 目的是防止机器减速或停机时铝箔纸轴的自由转动而发生铝箔纸松弛现象。目前我国各家卷烟厂普遍使用的包装设备中 , 意大利 GD 公司 G D 型包装机和德国 S C H M E R M U N D 公司 B l 型包装机占有相当数量 , 它们的铝箔纸供给机构均为上面介绍的由主驱动电机驱动的同步机械传动形式。虽然这种传动装置实现了铝箔纸供给与整机运行同步 , 但也存在着难以避免的缺陷 : 机械传动装置体积大 , 结构复杂 , 运行噪音大 ; 随着时间的推移 , 由于机械零件的磨损 , 同步机械传动装置在运行中易产生误差积累 , 使铝箔 纸的供给与整机的运行在同步上产生偏差
8、, 铝箔纸受力发生变化 , 从而影响产品的包装质量 , 有时还会出现铝纸断开的现象。这种现象在机器启动、急停等情况下表现得尤为明显 , 严重影响了生产的正常进行。若更换机构的零部件 , 由于结构特殊 , 因此均需向原厂订购 , 而进口件价格较高 , 且订货周期长。这对于时间就是效益的卷烟厂来说是无法接受的。鉴于上述原因 , 许多卷烟厂迫切要求改进铝箔纸传输供给机构 , 以克服上述影响生产的不良因素 , 确保包装生产的正常进行。设计出一套运行稳定可靠、实用的铝箔纸供给控制系统 , 已成为一项重要 课题。 1.1 系统总体设计方案2 从解决实际问题的角度出发 , 本文给出如下设计方案 : 改造铝箔
9、纸供给的方式 , 取消笨重的机械式供给机构 , 从根本上消除机械噪音和机械传动误差产生的不良影响 ; 采用伺服电动机驱动铝箔纸盘轴 , 铝箔纸供给由被动供给变为主动供给。近年来 , 随着电力电子技术、微电子技术、微型计算机技术、传感器技术、稀土永磁材料与电机控制理论的发展 , 交流伺服控制技术有了长足的进步 , 交流伺服系统逐步取代直流伺服系统已成定局。借助于计算机技术、现代控制理论的发展 , 人们有可能构成高精度、快速响应的 交流伺服驱动系统。因此 , 近年来 , 世界各国在高精度速度和位置控制场合 , 都已经由交流电力传动取代电液和直流传动 2。因此我们选择倍福公司的永磁同步电机 ( A
10、M 2 57 L ) 和伺服控制器 ( AX2010) 。伺服控制系统基本框图如图 l-1: 除交流电机外，系统主要包括驱动单元、位置控制器、速度控制器、位置反馈单元、以及电流反馈单元等 3。交流永磁同步伺服系统的区别主要体现在电机上。由于交流永磁同步电机运行时转矩平稳，故在高精度、宽调速范围伺服驱动中，伺服系统执行元件基本选取这种类型电机。其系 统是一种典型的位置、速度、店里三环调节系统。永磁同步电机与直流电机相比较，具有无机械换向器和电刷、结构简单、体积小、运行可靠、易实现高速运动、调速范围宽、环境适应能力强、已实现正反转切换、定子绕组散热容易、不影响传传动精度、快速响应性能好 4。 由于
11、现在的包装机基本上都是高速机，所以铝箔纸运行的稳定性对于包装质量有着很大的影响。为此我们采用了两套伺服控制系统分别控制左右箔纸盘电机，以保证其运行稳定。左右铝箔纸盘电机的主要作用是根据主电机转动速度来来对输送铝箔纸的快慢进行调速。采用模拟量速度控制方式。电机的 转速有哦两个因素来决定：一是主机当前转速，该变化量由主电机中的绝对型编码器反馈到处理器；还有一个就是铝箔纸盘摆锤位置，这个位置反映了铝制的张紧程度，当摆锤位置过低时，说明铝箔纸长得过紧，电机的送至速度偏慢，需要加快，当摆锤位置过高时，说明铝箔纸长得过松，电机的送至速度偏快，需要减速。3 2 动力源的选用 2.1 步进电机 步进电机是将电
12、脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个 步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 虽然步进电机已被广泛应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。 它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 2.2 步进电机的 特点 2.2.1 过载性好 其转速不受负载大小的
13、影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，所以步进电机使用在对速度和位置 都有严格要求的场合。 2.2.2 控制方便 步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显，这样就给计算机控制带来了很大的方便，反过来，计算机的出现也为步进电机开辟了更为广阔的使用市场。 2.2.3 整机结构简单 传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。 4 2.3 步进电机的选取 1.步进电机的特点 （ 1）一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积。 （ 2）步进电机外表允许的温度高。步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致 力矩
14、下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90度完全正常。 （ 3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 （ 4）步进电机低速时可以正常运转 ,但若高于一定速度就无法启动 ,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载 启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该
15、值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 2.步进电机的选型 (1)转动惯量计算： 5 60 107.11 0 0 014.32 2如式 (3.9) 丝杆： 34 1078.0 LDJs 式 (3.9) D 丝杆的公称直径 L 丝杆的长度 工作台： P 丝杆导程 G 工作台的重量 总转动惯量： 279.148.025.1063.0 cmkgJJJJ GSD (2)最大静转矩计算 加速力矩，如式 ( 3 .10 ) 式 ( 3.10) Vmax 快进的速度 步距角 脉冲当量 所以 cmN 87.1 (3)空载摩擦力矩 ,式 (3 .11) 式 (3 .11) 2m ax 10602 tJnJM ka
