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圓形食品罐頭自動貼標機的設計
1 緒 論
1.1 貼標機的簡介
隨著科學技術的不斷發(fā)展，包裝機械也在日新月異地變化著。在罐頭的瓶裝包裝貼標機方面,己由原來的單標或雙標貼標機發(fā)展到現(xiàn)在的多標貼標機，使罐頭在外觀檔次上大大提高。市場對罐頭品質和風味的追求越來越高，罐頭行業(yè)對高檔次灌裝設備也有了迫切的需求。
貼標機械有機架，傳動裝置系統(tǒng)、標簽供給裝置系統(tǒng)、貼標對象物（瓶罐包裝件）的傳送裝置系統(tǒng)，涂膠裝置，貼標整理裝置和檢測連鎖控制裝置等組成。先僅將主要裝置分述如下。
標簽供送裝置 ，貼標原理如下：回轉式機械轉鼓貼標機，其特點是：利用兩個機械轉鼓進行取標，傳送和貼標工作。帶貼標的圓柱身瓶罐類包裝件有板鏈輸送機載運供給，經(jīng)分件供送螺桿傳送，分割成要求的等間距而到達回轉工作臺，此時裝在工作臺上方的定位壓頭受凸輪控制下降，加于帶貼標瓶罐包裝件頂部，使它們在回轉工作臺上處于確定位置而運行。粘貼標簽由取標轉鼓和標簽的協(xié)調運動實現(xiàn)。取標轉鼓連續(xù)回轉，膠涂裝置在其標版上涂布適量的粘接膠液，當他轉到固定的標簽盒前部的標簽接觸時，取標轉鼓將粘取最前方的那張標簽，作回轉傳送，當轉到由夾子的貼標轉鼓相接處時，夾子將標簽從取標轉鼓上夾走，夾子受凸輪控制而夾上標簽作回轉運動，當與回轉工作臺上再運來的待貼標瓶罐裝件表面相接觸時，夾子抬起，松開夾持，標簽被粘貼到瓶罐表面上。之后，在回轉工作臺作回轉工作時，定位器在凸輪控制下作自傳性運動。轉到某一個角度，以便接受刷子和海綿滾輪的磨礪，使標簽貼牢實整齊。完成貼標的瓶罐包裝件由星型撥輪自回轉工作臺撥送到板鏈輸送機上排出。
標簽傳送裝置，標簽傳送裝置是自動貼標機的重要組成部分，其功能是與供標裝置和涂膠裝置等配合，自動表盒采取標簽并進行傳送，且完成有關涂膠工作，最后把標簽粘貼到待貼標對象。
涂膠裝置，涂膠裝置多種多樣，常用的由圓盤式涂膠裝置、輥式涂膠裝置、滾子式涂膠裝置等。
貼標整理裝置，標簽由取標裝置粘取傳遞給貼標轉鼓作傳送，傳送中接受涂膠，最后轉移粘貼到包裝件上。然而在標簽粘付到包裝件上的初始階段內，由于受到標簽材質、包裝件貼標表面狀態(tài)及粘合劑初期粘接性能等因素的影響，尚不一定能達到良好的貼合狀態(tài)，為使所貼標簽發(fā)揮設計要求功能，起到美化包裝的裝潢作用，保證搬運過程中標簽不脫落，貼標操作中應確保標簽按設計要求平整牢靠的貼合到包裝件表面。
1.2 貼標機的發(fā)展現(xiàn)狀
隨著科學技術的不斷發(fā)展，包裝機械也在日新月異地變化著。在罐頭的瓶裝包裝貼標機方面,己由原來的單標或雙標貼標機發(fā)展到現(xiàn)在的多標貼標機，使罐頭在外觀檔次上大大提高。
我們認為，如果單靠引進進口貼標機，那也是人家換代或落后的產(chǎn)品，而且完全進口貼標機對任何一個國內罐頭企業(yè)也是不現(xiàn)實的。鑒于此，我們通過對國內外貼標機在功能、性能、價格、質量等多方面對比考察，我們決定對我公司所有的原廣東輕工業(yè)機械集團公司生產(chǎn)的仿西德灌裝生產(chǎn)線的貼標機進行更新改造，增加貼標機功能，滿足市場需求，同時對引進的意大利生產(chǎn)的貼標機設計不合理的地方進行技術改造。
1.2.1 意大利產(chǎn)貼標機改造
1.對購進的意大利生產(chǎn)的貼標機，由于該貼標采用了三個標簽臺來完成頭標、身標、頸標、背標、頂帽標的貼標功能，其大轉盤槽凸輪設計上是托瓶盤在進瓶與出瓶全過程中，轉角次數(shù)增加,槽凸輪易磨損且貼標效果不理想。在貼標功能不變的前提下，由南海平航機械廠改為兩個標簽臺，槽凸輪選材上采用球墨鑄鐵，凸輪曲線設計上采用了拋物線過渡設計，使其運行更平穩(wěn)，貼標效果明顯改善，槽凸輪工作面更耐磨，使用壽命延長。
2.將原貼標機的標掌軸、膠轆軸與膠刀軸用同一塊頂蓋連接在一起，使其運轉過程中更穩(wěn)定，保證了貼標效果的穩(wěn)定性。同時標掌軸裝夾位采用了便捷式，更換其它瓶子直徑和標紙方便、快捷，適用大生產(chǎn)多種品種的要求。
3.將膠刀分為上下兩段，用兩個汽缸控制，可分別調節(jié)上下標的膠水厚度，即減少了膠水用量，又提高了貼標合格率。
1.2.2 國產(chǎn)仿西德貼標機改造
廣輕工機械廠引進西德技術生產(chǎn)的 723-15-4-6 型貼標機進行改造，因其只一個標簽臺，功能上只能貼頸標和身標，功能有限，為增技改貼標機的貼標功能，南海平航機械廠作了如下改造。
1.增添一個背標標簽臺，增添了頭標裝置及標刷，大轉盤槽凸輪相應改換。具有貼頭標、頸標、身標、背標、頂帽標的功能，使雙標貼標機功能上升為無標貼標機功能，與國際接軌。
2.主標簽臺標掌軸由 4 件增加為 8 件，數(shù)量增倍，標掌轉速相應降低，使貼標穩(wěn)定性更好。由于標掌軸、夾標轉鼓、標簽盒安裝尺寸與西德克朗斯公司 30—8—6型貼標機尺寸相一致，與之具有互換性，擴展了該零配件的使用空間 。
3.該鋁件標掌為塑膠表面標掌，該塑膠表面膠輯為全不銹鋼膠轆，延長了他們的使用壽命， 降低了膠水用量。
4.膠刀分為上下兩段，用兩個汽缸分別控制，可分別調節(jié)上下膠水厚度，提高了貼標合格率，同時可降低膠水用量。
5.電氣控制方面采用了變頻調速，PLC 程序控制，提高了設備的可靠性與穩(wěn)定性，且操作箱可顯示生產(chǎn)能力和累計產(chǎn)量，便于控制與操作。
6.采用整機不銹鋼架無色有機玻璃護罩，適用更安全。
1.2.3 廣東輕工貼標機改造
廣東輕工業(yè)機械集團有限公司在新型20000瓶/時罐頭裝生產(chǎn)線的基礎上，不斷進行技術創(chuàng)新，不斷融入九十年代國際啤酒灌裝機械裝備的先進技術，自行開發(fā)研制出具有國際水平的24000瓶/時罐頭裝生產(chǎn)線和B·TB18-8-6四標貼標機。
24000瓶/時啤罐頭裝生產(chǎn)線主要設備包括有卸箱機、洗瓶機、72頭裝瓶壓蓋機、殺菌機、四標貼標機、裝箱機、洗箱機、輸瓶系統(tǒng)、輸箱系統(tǒng)、瓶蓋輸送機、CIP系統(tǒng)及中央饋電柜等。此外，還可以配套提供卸箱垛機、碼箱垛機、塑箱提升機和塑/紙箱降落機。
鑒定委員會認為，該生產(chǎn)線采用了二次抽真空灌裝、新型進出瓶裝置、無壓力輸送系統(tǒng)等多種新技術和變頻調速及PLC裝置等高新技術，為目前國內同規(guī)模同類型產(chǎn)品中功能齊全、性能先進、運行平穩(wěn)可靠、效率高、技術水平高的啤罐頭裝生產(chǎn)線。B·TB18-8-6貼標機采用了雙標站的新穎機構，拓寬了貼標機的功能，滿足了用戶生產(chǎn)高檔酒同時貼三至四種標的要求，還采用了國際上貼標機的某些新技術，為目前國內貼標機中功能最齊全、性能最先進、技術水平最高的雙標站貼標機，填補了國內空白。通過現(xiàn)場考察表明，該生產(chǎn)線和貼標機技術先進，各臺樣機運轉平穩(wěn)、性能可靠、操作方便、自動化程度高，其制造質量達到設計要求。該生產(chǎn)線和貼標機的研制是成功的，均達到九十年代國際水平。
在科技發(fā)展日新月異及市場競爭日趨激烈的今天，我們應當決心繼續(xù)堅持改革，進一步提高企業(yè)管理水平和技術水平，不斷開拓創(chuàng)新，為我國罐頭食品機械工業(yè)的技術進步繼續(xù)努力奮斗。
綜上所述 , 通過對原有貼標機的改造，即完善了貼標機功能，又不用淘汰原有貼標機，減少了固定投資，罐頭外包裝檔次得到了提高，既經(jīng)濟又實惠。
2 典型貼標機械
2.1直線式貼標機
貼標簽機（簡稱貼標機）的功能在于對貼標對象物按要求圓滿的完成粘貼標簽的工作。由于貼標加工所用的標簽由材質、形式和形狀等方面的差別，貼標對象物的類型，品種很多，再者貼標對象物上的貼標要求不盡相同：有的只需貼一張身標，有的要求貼雙標，有的要求貼三個標簽（身標、頸標、背標），有的只要求貼封口標簽，此外，還需要適應不同的生產(chǎn)率的要求等?；谏鲜龈鞣矫娴脑?，為滿足不同條件下的貼標要求，從而導致包裝加工用貼標機多種多樣，即便瓶、罐貼標用貼標機也有很多種類型，不同類型品種的貼標機，它們之間存在貼標工藝和有關裝置結構上的差別，然而它們之間也存在這共性。據(jù)此，就可以對各種各樣的貼標機作歸納，集中為直線式和回轉式貼標機兩大類型的貼標機。
進行貼標時，貼標對象物在貼標機上，自送入到完成貼標排出運行所經(jīng)過的軌跡是一條直線或近似為直線者，稱直線式貼標機。直線式貼標機安標簽形式、取標、送標裝置及貼標對象物等進行分類，可以分成很多種類，以下分別做簡單介紹。
2.1.1 直線式真空轉鼓貼標機
按所用標簽形式和貼標對象物的不同，可分為多種型式。
（1）圓柱式瓶罐包裝件貼標用直線式真空轉鼓貼標機 包括用于葉片式標簽的和用于卷盤式標簽的兩種。
（2）非圓柱式瓶罐包裝件用直線是真空轉鼓貼標機 包括用于葉片標簽和卷盤式標簽貼標的兩種形式。
2.1.2 真空機械手直線式圓柱身瓶罐包裝件貼標機
該機特點：
1.該機應用固定式標簽盒，標簽盒容量較大，不許頻繁添標，且加標方便。
2.該機可給圓柱身瓶罐包裝件貼整周身標及小半周身標，最大貼標生產(chǎn)能力可達360pcs/min。
2.1.3 門框式直線多功能貼標機
此種貼標機由于配置有定位壓頭和采用了回轉式供送標簽裝置，因而貼標位置準確，且比其他門式貼標機有較高 生產(chǎn)能力。
2.2 回轉式貼標機
在回轉式貼標機的貼標工作中，貼標對象物有板鏈輸送機與回轉工作臺交替載運者通過相應的貼標工作區(qū)段，接受貼標。包裝件在貼標，行經(jīng)了一條由直線和圓弧組成的軌跡?；剞D式貼標機也可以按所用的標簽形式、機器結構特點、取標方式及貼標對象物等進行分類，可以分成很多種，以下將予以介紹。
2.2.1 回轉式真空轉鼓貼標機
由于這種類型的貼標機采用真空轉鼓結構構件，具有吸標、傳輸、貼標等多方面功能，能提高貼標效率和工作可靠性，且可以促成機器結構合理簡化?；剞D式真空轉鼓貼標機按所用標簽形式和使用的貼標對象物分成多種形式。以下將予以介紹。
（1）柱身瓶罐包裝件貼標用回轉式真空轉鼓貼標機
這種型式的貼標機按所用標簽形式有分為有用于葉片標簽集合于卷盤標簽的貼標機。
（2）圓柱身瓶罐包裝件貼標用回轉式真空轉鼓貼標機
這種形式的貼標機按所用標簽形式可以分為用于葉片式標簽和用于卷盤式標簽的兩種。
2.2.2 回轉式非真空轉鼓貼標機
回轉式非真空轉鼓貼標機，與真空轉鼓貼標機的主要區(qū)別在于取標及其傳送裝置不同。這里介紹兩種葉片標簽對圓柱身瓶罐包裝機貼標的回轉式貼標機。
（1）、轉式機械轉鼓貼標機
（2）、叉式取標回轉式貼標機
這種回轉式貼標機，結構簡單，能同時進行頸、肩、身的三處貼標，但由于涂膠、取標、傳送、貼壓工作的往復間斷性，使貼標機的工作效率比較低。
3 貼標機的主要工作裝置
3.1 標簽供送裝置
貼標機械有機架，傳動裝置系統(tǒng)、標簽供給裝置系統(tǒng)、貼標對象物（瓶罐包裝件）的傳送裝置系統(tǒng)，涂膠裝置，貼標整理裝置和檢測連鎖控制裝置等組成。先僅將主要裝置分述如下。標簽供送裝置的功能是提供貼標用標簽，裝置的結構將隨標簽的形式的不同而不同。以下對葉片標簽的供給裝置予以講述。
葉片標簽的標簽供給裝置有標簽盒和取標裝置組成。標簽盒，按其結構可分為框架式和倉式兩種；而按運動特點分，則分為固定式和搖擺式兩種。取標裝置，按其結構形式可分為搖擺式、轉叉式和轉鼓式；按取標方式分粘取式和真空吸取式兩種。在此，我們根據(jù)各方面因素綜合考慮，選用框架是供標裝置，轉鼓粘取式取標裝置。
（1）框架固定式供送裝置
（2）轉鼓粘取式取標裝置
貼標原理如下：
回轉式非真空貼標機，與真空轉鼓貼標機弟弟主要區(qū)別式取標機傳送裝置不同。這里介紹我們采用的葉片標簽對圓柱身瓶罐包裝件貼標的回轉式貼標機。
回轉式機械轉鼓貼標機，其特點是：利用兩個機械轉鼓進行取標，傳送和貼標工作。帶貼標的圓柱身瓶罐類包裝件有板鏈輸送機載運供給，經(jīng)分件供送螺桿傳送，分割成要求的等間距而到達回轉工作臺，此時裝在工作臺上方的定位壓頭受凸輪控制下降，加于帶貼標瓶罐包裝件頂部，使它們在回轉工作臺上處于確定位置而運行。粘貼標簽由取標轉鼓和標簽的協(xié)調運動實現(xiàn)。取標轉鼓連續(xù)回轉，膠涂裝置在其標版上涂布適量的粘接膠液，當他轉到固定的標簽盒前部的標簽接觸時，取標轉鼓將粘取最前方的那張標簽，作回轉傳送，當轉到由夾子的貼標轉鼓相接處時，夾子將標簽從取標轉鼓上夾走，夾子受凸輪控制而夾上標簽作回轉運動，當與回轉工作臺上再運來的待貼標瓶罐裝件表面相接觸時，夾子抬起，松開夾持，標簽被粘貼到瓶罐表面上。之后，在回轉工作臺作回轉工作時，定位器在凸輪控制下作自傳性運動。轉到某一個角度，以便接受刷子和海綿滾輪的磨礪，使標簽貼牢實整齊。完成貼標的瓶罐包裝件由星型撥輪自回轉工作臺撥送到板鏈輸送機上排出。
3.2 標簽傳送裝置
標簽傳送裝置是自動貼標機的重要組成部分，其功能是與供標裝置和涂膠裝置等配合，自動表盒采取標簽并進行傳送，且完成有關涂膠工作，最后把標簽粘貼到待貼標對象。貼標機的標簽傳送裝置一般由取標裝置和傳送標簽裝置兩部分組成，標簽先由取標裝置自標簽盒中采取，再傳遞給送標裝置，最后粘貼到待貼標對象物上。為了滿足高效率的貼標要求，我們在取標和松標全部采用了回轉裝置，即取標和送標都采用回轉運動方式。這樣就降低了擺桿式標簽傳送裝置在工作中往復擺動的空行程時間，大大提高了機器的取標和松標效率，取標裝置是我們采取回轉粘貼法。傳送標簽我們采用回轉機械夾持式。其具體的組合方式很多，我們采用的是一個粘標轉鼓粘取標簽，然后再傳送給帶夾爪的貼標轉鼓進行貼標。
3.3 涂膠裝置
涂膠裝置多種多樣，常用的由圓盤式涂膠裝置、輥式涂膠裝置、滾子式涂膠裝置等，在此，我們采用了滾子式涂膠裝置。
3.4 貼標整理裝置
標簽由取標裝置粘取傳遞給貼標轉鼓作傳送，傳送中接受涂膠，最后轉移粘貼到包裝件上。然而在標簽粘付到包裝件上的初始階段內，由于受到標簽材質、包裝件貼標表面狀態(tài)及粘合劑初期粘接性能等因素的影響，尚不一定能達到良好的貼合狀態(tài)，為使所貼標簽發(fā)揮設計要求功能，起到美化包裝的裝潢作用，保證搬運過程中標簽不脫落，貼標操作中應確保標簽按設計要求平整牢靠的貼合到包裝件表面。為此，在貼標轉鼓與包裝件相接觸滾轉標簽黏附轉移到包裝件上后，還需進行貼標整理工作，以便把標簽磨礪整齊，貼牢實。貼標整理將用相應的方式以適當?shù)难b置完成，其整理方式由滾麼式、按壓式、摩貼式等。
3.5 檢測連鎖控制裝置
現(xiàn)代的真空轉鼓式貼標機為保障貼標效能和貼標工作的可靠性，以及減少損耗，專門設置了在沒有待包裝容器及時送達貼標工位時，不供標、不松標，打印裝置和涂膠裝置不工作的檢測連鎖控制裝置。由機械式電器式兩種。機械式檢測連鎖控制裝置可靠性好，但結構及安裝、調整較復雜，工作運動因受慣性影響而反應遲緩；電氣式檢測連鎖控制裝置則結構簡單、緊湊、反應靈敏，因而得到廣泛應用。
3.6 裝置的總體設計
傳動裝置的總體設計的目的是確定傳動方案、選定電動機的型號，合理分配傳動比及計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為計算各級傳動件準備條件。
了解傳動裝置的組成和不同傳動方案的特點，合理的擬定傳動方案。
傳動裝置在原動機與工作機之間傳遞運動和動力，并籍以改變運動的形式、速度大小和轉矩大小。傳動裝置一般包括傳動件（齒輪傳動、蝸桿傳動、帶傳動、鏈傳動等）和支撐件（軸、軸承、機體等）兩部分組成。它的重量和成本在機器中占有很大比例，其性能和質量對機器的影響很大。因此，合理設計傳動方案也具有重要意義。合理的設計方案應保證工作可靠，并且結構簡單、尺寸緊湊、加工方便成本低廉、傳動效效率高和使用維護便利。一種方案滿足這些要求往往式困難的，因此要保證重點要求。
主傳動鏈平面示意圖
本機的傳動主要是傳遞運動，而不是傳遞動力，故一般用齒輪和減速機等形成的傳動鏈。
由于各傳動之間不僅要傳遞運動，而且還要考慮正確的傳動方向，因此，必須逐個判斷齒輪的轉動方向，使該齒輪所帶動的執(zhí)行部件按照正確的方向旋轉。若有必要，則需在齒輪之間添加惰輪來調整整個執(zhí)行件的方向，同時，還應注意到各個部件之間的轉動關系，故必須有精確的傳動比，保證各部件同步計算。
確定具體的傳動系統(tǒng)圖，最基本的就是要保證同步的要求，也就是說，應是取標、夾標、供瓶等協(xié)調工作，每個執(zhí)行部件具有相同的線速度，為此，結合傳動鏈平面分布圖的運動配合及運轉方向，我們將齒輪嚙合關系設計成與執(zhí)行件的運動配合有關系相對應。這樣以來傳動系統(tǒng)簡單、明了。
在電機的驅動下，減速機帶齒輪Z1轉動，齒輪Z1帶動工作臺的大齒輪Z4轉動，在工作臺齒輪的帶動下，與其嚙合的齒輪（Z3.Z5.Z6）轉動，（Z3.Z5）轉動的同時帶動進瓶星輪和出瓶星輪，是罐頭能夠順利的作回轉運動。在齒輪（Z1）轉動的同時，其軸上固定的萬向軸與其一起運動，帶動前標的貼標鼓，貼標鼓上的齒輪（Z10）便隨其一起運動，成為貼前標的動力來源。齒輪（Z10）與齒輪（Z11）嚙合，（Z11）與齒輪（Z12）嚙合從而使得貼前標的工作能夠順利的完成；（Z1）齒輪與齒輪(Z2)嚙合，帶動了鏈輪的傳動，通過鏈傳動，帶動錐齒輪（Z13）。錐齒輪（Z13）與錐齒輪（Z13）嚙合，從而帶動分瓶螺桿，實現(xiàn)罐頭的正常供給。（Z6）轉動的同時，與其同軸的齒輪（Z9）便成了后標貼標的動力，在齒輪（Z9）的作用下，與其嚙合的齒輪（Z8）和（Z7）轉動，使得后標貼標工作也能按照給定的速率完成。
為了保證標簽順利的傳送，在取標和松標的過程我們都采用了旋轉工作臺，即取標轉鼓和夾標轉鼓，但是，由于標簽由標簽盒供給的時候式直線型供給，因此，我們只好在取標和夾標的過程采用凸輪機構來控制，使整個過程能夠按照預定的規(guī)律來進行標簽的傳送好粘貼。
取標的凸輪設計的整個過程是這樣的：按照機械原理的凸輪的設計的方法，采用作圖的方法，既就是反轉法，在設計之前我們必須先知道一些必要的數(shù)據(jù)，例如:凸輪的基園半徑，從動件的最大行程，經(jīng)過一番設計的考慮我們得到設計的數(shù)據(jù)。
4 貼標機的設計計算
4.1 任務分析：
本機主要使用與規(guī)則的圓柱瓶的貼標。本機的難點與重點在于取標、貼標送瓶三個動作的同步性和協(xié)調性。當然，我的主要任務式貼后標部分與傳動部分的設計。工藝流程如下：
托瓶轉臺
進瓶星輪
鏈道
分瓶螺桿
罐頭
滾標
貼前標
刷標
貼后標
出瓶星輪
鏈道
設計中遵循一下原則：
1. 保證產(chǎn)品質量。
2. 持高的生產(chǎn)率，盡可能的縮短空程時間。
3. 擴大機器的使用范圍。設計的自動機應盡可能的考慮到同類產(chǎn)品的規(guī)格調整范圍，滿足不同圓柱身瓶的要求，并且盡量使調整方法簡便。
4. 充分考慮并設法降低工人的勞動強度和人身安全。
5. 在設計中盡量采用系列化、標準化、通用化的工業(yè)要求，采用簡單有效的結構和常用的材料以降低產(chǎn)品成本。
在貼標機的設計中，為使機器結構組成中各工作執(zhí)行裝置間的工作運動能準確、協(xié)調進行，保障機器有高的工作可靠性，需要進行某些必要的計算。
通常包括貼標機總體工作運動計算，傳動系統(tǒng)設計與計算，功率計算，貼標包裝件輸送裝置設計計算，標簽傳送裝置的設計計算及貼標整理裝置的設計計算等。
4.2 回轉式貼標機的工作原理
貼標機的機構簡圖如圖1所示。標板2沿轉臺周向分布，并隨轉臺一起轉動，標板軸下方裝有小齒輪8和扇形齒輪4，小齒輪與標板軸采用鍵連接，扇形齒輪空套在軸上。滾子3在轉臺上半徑變化的凸輪槽中滾動，帶動扇齒輪繞標板軸擺動，扇齒輪與相鄰某側的標板軸上的小齒輪相嚙合，而小齒輪與標板同軸，從而帶動標板擺動。
4.3 取標機構的工作原理
貼標機是罐頭生產(chǎn)線上的一個重要設備，其主要功能是將商標紙均勻地貼在罐頭表面上。其中取標機構最為復雜，且運動要求很高，是貼標機設計中的難點。取標機構的工作原理如圖1所示。在取標過程中，轉盤1繞O0點作勻速轉動，轉盤下方固定安裝一盤形凸輪2，當扇形齒輪3隨轉盤1作公轉運動時，凸輪2的曲線可通過銷軸4控制扇形齒輪3繞O1點作自動運動。取標板5和齒輪6固連在一起，隨轉盤作公轉運動，其繞O2點的自轉運動是由扇形齒輪3驅動的。標板7上安裝有商標紙，在圖示位置固定不動。若取標板5的復合運動能使取標板沿標板7在長度L的范圍內作純滾動，則可圓滿地完成取標作業(yè)。
1.轉盤 2.凸輪 3.扇形齒輪 4.銷軸 5.齒輪 6.取標板 7.標板
圖2 取標機構工作原理
因此，貼標機取標機構的設計工作主要為：(1)當轉盤回轉半徑R、標板長度L等參數(shù)給定后，求出取標板的半徑r和偏心e的最佳值；(2)求出滿足運動要求的凸輪曲線。
由于上述機構運動關系十分復雜，手工設計只能靠試湊的辦法來解決，無法得出最佳設計參數(shù)，很難保證整個機構的運行效果。因此本文采用計算機輔助設計的方法，開發(fā)出了相應的軟件，成功地解決了上述難題。
取標過程運動誤差分析
設取標板沿標板作純滾動，則取標板回轉中心O2的運動軌跡應為擺線，見圖2。
圖2 取標過程運動誤差分析
圖中
x＝rt－esint (4-1)
y＝r－ecost (4-2)
其中，-L／2r≤t≤L／2r。然而，取標板回轉中心O2的實際運動軌跡為圓，因此與運動要求存在誤差。由于機構的對稱性，僅研究圖示位置(t≥0)的情況，可得
(4-3)
(4-4)
4.4 貼標機的工作運動計算
貼標機的工作運動計算，是以所定設計生產(chǎn)能力要求為基礎，根據(jù)設計方案中選定的貼標機結構類型進行的有關計算。
原始數(shù)據(jù)與資料：
了解圓形食品罐頭自動貼標機的工作原理，利用圓形罐頭可以滾動的特點，設計一種貼標機，要求設計方案中采用無級變速機構罐徑在60-130毫米，罐高為50-160毫米時均可使用，黏貼速度為37.5-177米/分，根據(jù)相關工藝條件，對現(xiàn)有結構進行設計，制定多種設計方案，進行優(yōu)化，選出好的方案，重點用Pro/E軟件對機構進行設計，對設計機構中重要零件建模，保證能自動生成三維圖和二維圖，完成主要零件的設計及強度計算校驗，畫出設計圖樣，完成設計說明書，完成其它設計任務。
5 主要零部件的設計計算
5.1 基本尺寸設計
已知：黏貼速度為37.5-177米/分，瓶頸D=60-130mm，瓶高H=50-160mm。
由瓶的直徑，確定出托瓶板直徑d=96,其各瓶之間的距離為48mm，18個托瓶板等分圓周后其圓心角為24度，由托瓶板直徑可得到各段對應的弦長，查零件手冊知
即每兩個托瓶板所夾的角，由瓶直徑知各段所對應的弦長
；
；比率： (5-1)
；
。 (5-2)
實際尺寸：；；
比率： (5-3)
；；
； (5-4)
為托平臺的周長：； (5-5)
直線式自動貼標機其取送跌送，標簽傳送和貼標都采用真空轉鼓作標簽傳送裝置時，為保障取標件傳遞和傳送工作正確可靠的進行，設計時應使標簽盒的搖擺運動與取標轉鼓的取標周期運動相適應，且取標轉鼓吸標表面與貼標轉鼓吸持標簽表面間進行遞交接觸。在貼標轉鼓吸持標簽傳送中，標簽接受印碼裝置上滾引輪壓印字碼時，以及涂膠滾往標簽上涂抹粘結劑時，相互間不能產(chǎn)生相對滑動，以免出現(xiàn)標簽的錯動錯位或脫落現(xiàn)象。為此，其各外圓柱表面相接觸應具有線速度大小相等，方向相同的條件。所以，在設計中，要按貼標真空轉鼓上m個吸標工位均勻的圓弧長對應的倍比值確定其工作回轉半徑r ,在據(jù)此按等速原則確定工作轉速n
5.2 部分機構設計
1、貼標轉鼓直徑的確定：
（六個工位）； (5-6)
；
取標轉塔直徑d2：
； (5-7)
；取 （六個工位）
進出瓶星輪直徑的確定：
(5-8)
；去 （十八個工位）
2、各輪轉速：
托瓶臺的轉速： (5-9)
貼表轉鼓轉速： (5-10)
取標轉鼓轉速： (5-11)
進出瓶星輪轉速： (5-12)
分瓶螺桿轉速： (5-13)
3.電機選擇：
輸入功率，由最高轉速和功率選擇電動機Y160M1型電機同步轉速：700r/min。
額定功率：4kw。減速器傳動比萬向連軸節(jié)轉速與直徑：，；
另一輪轉速：；
傳動比： 。
4.凸輪的設計
為了保證標簽的順利取送，我們對標板的粘膠、取標及松標過程用凸輪來控制，該部分工作原理如下：
取標凸輪自轉的同時，固定在取標齒輪上的扇形齒輪及圓柱齒輪隨其一起轉動，公轉的同時，扇形齒輪上固定的拔銷在槽型凸輪的作用下，按照規(guī)定的方向擺動，扇形齒輪的擺動帶動與其嚙合的圓柱齒輪一起擺動。這樣就使得固定在圓柱齒輪軸上的標版到達一定位置的時候發(fā)發(fā)生預期的擺動。此次只寫出整個凸輪設計的基本原理。
（1）將標簽的寬度分為5等分，由于標版的弧長與標簽的寬度相等，因此，將標板也分為5等分，并將標簽和標板的對應位置分別表上字母A、B、C、D和a、b、c、d.
（2）由于標板和圓柱齒輪相對固定，固定架自轉的同時，扇形齒輪在拔銷的作用下擺動，使得圓柱齒輪帶動標板自轉的同時，保證Aa、Bb、Cc、Dd重合。
（3）每次都記下拔銷的位置軌跡，用光滑曲線連接就可生成凸輪的理論輪廓曲線，再用滾子包絡后就可生成實際輪廓曲線。
同理做出標版粘膠及松標部分的凸輪輪廓線，然后把各個工位之間用圓弧連接，即生成整個凸輪的輪廓曲線。
5.分瓶供送螺桿的設計
1）、輸入等速段：
首先確定出入等速段螺距：
；。
—輸入等速段螺旋槽外沿的軸向寬度（螺旋槽寬度）；
—輸入等速螺旋槽的截面寬度（3~5mm?。?
—兩相鄰瓶罐主題部分的外廓間距；
—瓶罐主體半徑。
外螺旋線：應其展開圖形為一條斜直線，故相應軸長度
；；；（螺桿的內直徑）。
周向展開長度：； (5-14)
。 (5-15)
螺旋角： (5-16)
∵
∴。
故螺桿的速輸入速度：
(5-17)
2）、變加速段：
此段供應加速度由零值正弦函數(shù)變化規(guī)律增加為某一最大值：
； (5-18)
即相應的供送速度軸向位移：
； (5-19)
； (5-20)
、分別表示瓶罐移過行程和最大行程所需要時間。
下面確定、、
由邊界條件： ； ；； ；
； ； ；。
并取、式中和分別表示變加速段螺旋圈數(shù)的任意值和最大值：； （?。?
；；
則： ； (5-21)
外螺旋線軸向展開長度的任意值和最大值：
； (5-22)
。 (5-23)
3）、等加速度
則相應的供送速度及軸相位移；
； (5-24)
；
；
；；
則外螺旋軸向展開長度：；；
6.齒輪的設計
萬向聯(lián)軸器與直徑：。
每年300天，每天兩班，另一齒輪轉速n0=26.67r/min.
傳動比I=2.49
選定齒輪類型：直齒圓柱齒輪，大小齒輪的材料均為40Cr，并經(jīng)調質處理及表面淬火，齒面硬度為48-55HRC.
假定小齒輪齒數(shù)z1=28, 大齒輪齒數(shù)z2=iz1=70.
（1）按齒面接觸強度計算，
(5-25)
（2）確定公式內的各計算數(shù)值
1).試選載荷系數(shù)kt=1.3
2).計算小齒輪傳遞的轉矩
(5-26)
3).齒寬系數(shù)
4).材料的彈性影響系數(shù)
5).按齒面硬度的中間值52HRC查的大小齒輪的接觸疲勞強度極限為
6).由公式計算應力循環(huán)次數(shù)
(5-27)
7).由圖表查的接觸疲勞壽命系數(shù)為
8).計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為，安全系數(shù)為S=1，所以
試計算小齒輪分度圓直徑d1t代入較小的值
(5-28)9).圓周速度 (5-29)
10).計算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
11).計算載荷系數(shù)：根據(jù)v=0.221m/s 6級精度，查的動載荷系數(shù)
直齒輪：假設 (5-30)
由表查出：
查的使用系數(shù) :
由表查的:
由載荷系數(shù)： (5-31)
12).實際分度圓直徑： (5-32)
13).計算模數(shù)：
（3）.按齒跟彎曲強度設計：
其設計公式為： (5-33)
1）.由機械設計書查得大小齒輪的彎曲疲勞強度極限：
2）.彎曲疲勞壽命系數(shù)：
3）.彎曲疲勞許用應力：S=1.4
4）.計算載荷系數(shù)： (5-34)
5）.查齒形系數(shù)：
6）.查應力校正系數(shù)：
7）.大小齒輪的 (5-35)
并加以比較 ；
；
小齒輪數(shù)值大；
8）.設計計算：
(5-36)
由于m的值主要取決于彎曲強度，所以m=3
則
取
9）.幾何尺寸計算：
(5-37)
圓整
10）.驗算：
綜上所述：該機的主傳動齒輪的模數(shù) m=3
則托平臺的齒輪：
進出瓶星輪齒輪 ：
綜上所述：取標板長度L＝130mm的貼標機，該貼標機轉盤回轉半徑R＝135mm，扇形齒齒數(shù)Z1＝64，齒輪Z2＝18，中心距a＝103．5mm，銷軸偏心h＝50mm，銷軸偏角f＝9．75°，最小半徑r＝40mm，最大半徑r＝80mm，最小間距D＝38mm，最大間距D＝40mm。應用本文所屬計算機輔助設計軟件的計算結果為：半徑r＝56．11mm，間距為D＝40mm。
5.3 Pro/E零件建模
Pro/Engineer是一款三維建模軟件，主要應用于工業(yè)設計和機械設計等方面，并且也應用于對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。
本次設計主要使用了Pro/E的基于特征的參數(shù)化造型的功能，為取標軸，貼標軸和齒輪使用Pro/E建立三維立體模型，并以取標板為基準示范。
5.3.1取標板參數(shù)求解
在取標段中標紙帶靜止，主要由取標板的運動完成工作過程，所以我們從對取標段的分析來求得取標板的設計參數(shù)Rb,e。
由運動要求可知，標板沿標紙做純滾動，根據(jù)數(shù)學模型（2）可知取標板自傳中心的運動軌跡，應為擺線線，如圖2，方程為：
x=Rbθ- esinθ（1） y=Rb - ecosθ（2）
圖2 取標板參數(shù)的求解
設標簽紙長度為l，標板弧長應與標簽紙長度相等，則：- l/2Rb≤θ≤l/2Rb。但因取標板回轉中心隨中心轉盤作圓周運動，故其實際軌跡應為圓。由于機構的對稱性，這只分析θ＞0 的情況，可得：
△x 和△y 分別為如圖所示的x 方向和y 方向的誤差。因為機構本身的原因無法實現(xiàn)理論軌跡，所以運動誤差無法避免，當在x 方向產(chǎn)生誤差時，取標板將在標紙表面產(chǎn)生滑
移，可能導致標紙搓皺；當在y 方向產(chǎn)生誤差時，取標板將擠壓標紙。所以在設計時應建立目標函數(shù)，正確選取取標板半徑Rb和偏心距e，使得誤差最小[3]，即：
其中，a1、a2 是權因子系數(shù)，分別代表x、y 方向上的誤差系數(shù)，且a1+a2＝1，由于標板在y 向上為彈性支撐，允許標板產(chǎn)生一定范圍的法向位移，而x 方向的誤差對取標影響很大，故我們直接假定△x=0 作為約束條件，即取a1＝0，a2＝1，此時對應的目標函數(shù)為：
因此只要滿足在△x=0 的條件下，目標函數(shù)即y 方向的誤差取得最小值，此時對應的參數(shù)即為最優(yōu)。為得到Rb 和D 的關系，我們取θ＝θmax=l/2Rb。以取標板偏心點和標板弧中點之間的最小間距D 為設計變量，其中D+e= Rb 則方程變?yōu)椋?
由上式可計算出在給定D 的情況下的Rb 對應值，進而可以求出e。由于函數(shù)關系及其復雜，在計算時可以采用優(yōu)化算法，具體計算時采用如下算法：
輸入D 的最小值和最大值Dmin，Dmax，以及計算步長△D:
（1）根據(jù)D0=Dmin 和式（7）為，計算得出Rb0。
（2）代入目標函數(shù)得到FO=F（D0，Rb0）；
（3）對于D=Dmin，Dmin+△D，…，Dmax，執(zhí)行下面4 步操作；
（4）根據(jù)式（7），求出對應的Rb；
（5）將D 和Rb
代入到目標函數(shù)計算得出F；
（6）當F
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