瓶徑變更在位可調(diào)星輪機構(gòu)設(shè)計

劉濱

(南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京210023)

0 引 言

在瓶裝乳品飲料灌裝生產(chǎn)過程中，當(dāng)需要灌裝直徑不同的產(chǎn)品時，就必須更換輸送星輪。更換星輪工作需先將原有的星輪組件拆下，換上新的星輪組件，還需重新進行精確調(diào)整定位，消耗時間較長（30～50 min/批次[1]）。各生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)中，雖然采取了諸如分體結(jié)構(gòu)星輪盤、在拆卸以及安裝工序中采用特殊的工具等手段[2]，但仍不能達到快速更換、準(zhǔn)確定位、降低消耗的效果。

本文的目的是設(shè)計一種在位可調(diào)星輪。當(dāng)產(chǎn)品瓶徑發(fā)生變化時，不必將原星輪換下，而是通過使用簡單工具進行調(diào)整，即可實現(xiàn)瓶徑變化后的生產(chǎn)轉(zhuǎn)換。所設(shè)計的在位可調(diào)輸送星輪組件具有在位定位準(zhǔn)確、工作穩(wěn)定可靠、結(jié)構(gòu)相對簡單的特點，減少在線生產(chǎn)更換星輪的時間。

1 在位可調(diào)星輪總體設(shè)計及工作原理

瓶徑變更在位可調(diào)星輪機構(gòu)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理如下：

（1）輸入傳動齒輪5將動力通過傳動主軸3帶動星輪組件1旋轉(zhuǎn)。

圖1 在位可調(diào)星輪機構(gòu)

圖1中，1為星輪組件；2為調(diào)節(jié)機構(gòu)；3為傳動主軸；4為支撐軸套；5為輸入傳動齒輪。

（2）星輪調(diào)節(jié)方法如圖2所示。星輪組件為4層2組結(jié)構(gòu)，左圖所示為最大瓶徑產(chǎn)品生產(chǎn)時4層星輪重合狀態(tài)，右圖所示為瓶徑變小時，通過調(diào)節(jié)機構(gòu)使2組星輪相對旋轉(zhuǎn)，使星輪凹槽圓弧與新瓶徑相適應(yīng)。

（3）重新調(diào)整后的凹槽瓶徑圓心保持原位，無需對整個星輪組件的圓心重新進行定位。

（4）在位可調(diào)星輪機構(gòu)適用于圓形瓶。

圖2 瓶徑調(diào)節(jié)示意圖

在位可調(diào)星輪機構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 主要設(shè)計參數(shù)

2 主要零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計

在位可調(diào)星輪機構(gòu)的主要關(guān)鍵部件是星輪組件和調(diào)節(jié)機構(gòu)。

2.1 星輪組件結(jié)構(gòu)

設(shè)計的星輪組件為4層2組結(jié)構(gòu)，如圖3所示。共有4個星輪和4個環(huán)狀不銹鋼板。其中上星輪2與上環(huán)狀不銹鋼板3通過螺釘連接組成上星輪盤；下星輪5與下環(huán)狀不銹鋼板4通過螺釘連接組成下星輪盤。兩個上星輪盤為一組聯(lián)動；另兩個下星輪組件為一組聯(lián)動。

圖3 星輪組件

圖3中，1為蓋板；2為上星輪；3為上環(huán)狀不銹鋼板；4為下環(huán)狀不銹鋼板；5為下星輪。各星輪盤之間設(shè)置有環(huán)狀隔板隔開，便于星輪盤的相對轉(zhuǎn)動。

星輪盤上的環(huán)狀不銹鋼板開有一腰形槽，在腰形槽的內(nèi)弧或外弧上加工有一段齒形。

上星輪盤對應(yīng)的上環(huán)狀不銹鋼板上的齒形如圖4（a）所示，分布在腰形槽內(nèi)弧上，與調(diào)節(jié)機構(gòu)軸上的2個小齒輪嚙合；

下星輪盤對應(yīng)的下環(huán)狀不銹鋼板上的齒形如圖4（b）所示，分布在外弧上，與調(diào)節(jié)機構(gòu)軸上的另2個齒輪嚙合。

圖4 腰形槽孔及齒輪副嚙合示意圖

圖4中，1為小齒輪；2為上環(huán)狀不銹鋼板；3為小齒輪；4為下環(huán)狀不銹鋼板。上述兩個齒輪軸中心處在相同的分度圓直徑上，該分度圓與星輪盤共圓心。

2.2 調(diào)節(jié)機構(gòu)設(shè)計及調(diào)整過程

調(diào)節(jié)機構(gòu)如圖5所示，其工作原理是通過轉(zhuǎn)動調(diào)整軸，通過軸上的齒輪分別與星輪盤上腰形槽的內(nèi)弧或外弧上的齒相嚙合，使上、下2組星輪盤相對旋轉(zhuǎn)，進而改變星輪凹槽圓弧使之與新瓶徑相適應(yīng)。

圖5 調(diào)節(jié)機構(gòu)

圖5中，1為上軸套；2為滾針軸承；3為脹緊套；4為小齒輪Z1；5為小齒輪Z2；6為調(diào)整軸；7為下軸套；8為下支撐板。

所述調(diào)節(jié)機構(gòu)上軸套1與上蓋板連接；下軸套7與下支撐板8通過螺釘連接，下軸套內(nèi)安裝的滾動軸承與上軸套內(nèi)安裝的滾針軸承2對調(diào)整軸6進行周向限位（上軸套內(nèi)安裝的滾針軸承便于調(diào)整及拆卸）；所述上軸套1內(nèi)還安裝有一漲緊軸套3，用于調(diào)整軸6調(diào)整結(jié)束后軸的周向固定，防止調(diào)整軸6轉(zhuǎn)動。

當(dāng)在線生產(chǎn)瓶徑變小時，使用2個扳手，上面扳手固定調(diào)整軸6上端的六角螺母，下面扳手將漲緊軸套3上的螺母旋開，然后再旋松調(diào)整軸最下端的螺母，就可以旋轉(zhuǎn)調(diào)整軸6，使上、下2組星輪盤相向旋轉(zhuǎn)相同的角度（弧度），直到調(diào)整至符合新的瓶徑后停止，用下面扳手將調(diào)整軸最下端的螺母旋緊，再將上面的漲緊套旋緊，調(diào)整完畢。

3 在位調(diào)節(jié)齒輪參數(shù)設(shè)計選擇

在位調(diào)節(jié)機構(gòu)的作用是通過調(diào)節(jié)軸帶動軸上的4個齒輪旋轉(zhuǎn)，從而分別帶動4個星輪盤上環(huán)狀不銹鋼板上的圓弧齒條，進而使2組星輪做相反的方向旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)星輪凹槽以適應(yīng)新的瓶徑尺寸要求。

如圖5所示，調(diào)節(jié)齒輪參數(shù)的設(shè)計要點是要求2個模數(shù)相同的小齒輪既要同軸（同心），又要使被帶動旋轉(zhuǎn)的對應(yīng)的星輪盤相對旋轉(zhuǎn)的角度（弧度）相同，這樣才能保證星輪盤相對旋轉(zhuǎn)后形成的凹槽的圓心與原來的同心，保證本文中所述的在線“在位”（調(diào)整前后原瓶子中心不變）調(diào)整的要求。Z1′參照圖5對相關(guān)參數(shù)進行分析計算如下：

小齒輪Z1嚙合內(nèi)弧齒Z1′時應(yīng)滿足：

小齒輪Z2嚙合外弧齒嚙Z2′合時應(yīng)滿足：

式中：和為2個小齒輪齒數(shù)；Z1′和Z2′為腰形槽上的內(nèi)弧齒數(shù)及外弧齒數(shù)；i為傳動比。

進一步得出：

從上式中得出：當(dāng)Z1與Z2齒數(shù)相差2時，可以實現(xiàn)2組共4個小齒輪圓心可在星輪的同一分度圓上，亦就是調(diào)整機構(gòu)中的4個小齒輪可以共軸，調(diào)整軸只須使用1個即可。根據(jù)以上分析結(jié)果并結(jié)合實際設(shè)計要求，做一齒輪相關(guān)參數(shù)表格如表2所示。

表 2 中：ΦZ1′和ΦZ2′為腰形槽上的內(nèi)、外弧齒輪 Z1與Z2與星輪中心對應(yīng)的分別所在的分度園直徑；Φ為小齒輪Z1與Z2既實現(xiàn)嚙合，又滿足分別帶動上、下星輪相向旋轉(zhuǎn)相同角度。

表2 齒輪相關(guān)參數(shù)

以灌裝生產(chǎn)常用的一種星輪為例：工位18，節(jié)徑40π，分度圓直徑720。在表2可選取表2中第2橫欄一組所得數(shù)據(jù)確定本例星輪相關(guān)參數(shù)。

齒輪模數(shù)m=1.5，其中2個小齒輪的齒數(shù)分別為17和19；環(huán)狀不銹鋼板腰形槽上的內(nèi)、外圓弧上的齒數(shù)分別為306和342；其2組齒輪傳動比i=18；調(diào)整軸中心距離星輪圓心484.5。

4 結(jié)束語

設(shè)計的乳品飲料瓶徑變更在位可調(diào)星輪機構(gòu)已申請國家發(fā)明專利。瓶徑變更在位可調(diào)星輪采用了上、下4層2組星輪盤的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動機構(gòu)簡潔，在位調(diào)整所需時間少，為10～15 min/批次，調(diào)整定位精準(zhǔn)，不需反復(fù)重新定位，特別適用于生產(chǎn)線更換瓶型較頻繁的情況，可用于現(xiàn)有設(shè)備的技術(shù)改造，提高乳品飲料灌裝生產(chǎn)企業(yè)在線瓶型變更生產(chǎn)的效率。