CN112693683B - 一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及物料定距机构设计技术领域，公开了一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法，包括以下步骤：(1)设定齿轮轴心位置范围和方形包装盒移动路径；(2)根据供料速度和齿廓与方形包装盒上下表面相切的几何关系计算齿廓；(3)校核定距过程齿廓与第二个方形包装盒是否干涉，若干涉则将齿轮回转轴线向方形包装盒前进方向倾斜直至不再干涉；(4)根据方形包装盒运动路径计算输送皮带宽度，设计方形包装盒位姿调整装置。该方法利用定距齿轮与方形包装盒的相切关系得到其齿廓，并设置输送皮带完成方形包装盒的定距，采用本方法得到的方形包装盒定距供料机构供料速度快，工作稳定可靠。

Description

一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法

技术领域

本发明涉及包装行业全自动供料机构设计技术领域，具体涉及一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法。

背景技术

方形包装盒在生活品的包装中被广泛的使用，其在包装过程中的供料方式、速度位姿控制等都是包装技术的重要研究内容。目前方形包装盒的供料方式为连续供料，前后包装盒紧贴在一起，推动最后一个包装盒即可实现所有包装盒的供料。而在包装过程，受制于包装机构工位数量与包装速度，方形包装盒的使用并不连续，相邻包装盒之间需要隔开一定距离，这就要求在方形包装盒的供料过程中实现其定距供料。

目前的定距方式主要通过电气元件的配合使用来实现，例如通过编程控制等距分布的供料盘定时运动与停止，实现定距供料；通过光电开关与皮带传动配合，通过多段皮带传动的调速实现定距供料等，已有专利如申请号为CN201920698218.7的实用新型专利、申请号为CN201711034053.5的发明专利申请和申请号为CN201810517940.6的发明专利等。上述方式供料速度慢，容易造成供料的堆积，且定距过程使用电气控制方式，易发生故障，增加生产线成本的同时会影响供料效率。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法，该用于方形包装盒定距供料的机构设计方法利用共轭齿轮机构将连续供料变为定距供料的设计方法来解决上述现有技术中存在的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于方形包装盒定距供料机构的设计方法，该设计方法根据方形包装盒定距过程的几何关系通过编程实现定距齿轮廓线的设计，利用一对共轭齿轮将连续供料的方形包装盒变为定距供料。

本发明的实现过程为：1.一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法，其特征在于：一条输送皮带将方形包装盒输送末端的至定距操作区，定距操作区侧面有第二条输送皮带，第二条输送皮带在定距操作区沿送料方向与第一条皮带有位置重叠，且皮带上固定有定距小块，两个定距齿轮分别布置在定距操作区两侧，方形包装盒在两个定距齿轮的夹持下移动至第二条输送皮带，第二条输送皮带两侧安装有毛刷，方形包装盒在毛刷扫过后紧贴在定距小块上实现定距供料；

方形包装盒定距供料机构的具体设计步骤如下：

S1、设定方形包装盒边长a、方形包装盒高度h、方形包装盒横向偏移距离s，供料速度n、两个定距齿轮齿数m₁、m₂，其中长度单位为mm，供料速度单位为盒/小时，设定方形包装盒定距过程移动路径为直线，设定方形包装盒定距过程移动路径的起点为原点，供料方向为x轴，水平面内与工料方向垂直的方向为y轴建立直角坐标系；

S2、将方形包装盒的直线移动路径等分为p段，计算每段路径起点处方形包装盒与两个定距齿轮接触面的几何中心坐标，计算公式为：

x_i＝ia/p (1)

y_1i＝(a/2)-(is/p) (2)

y_1i＝-(a/2)-(is/p) (3)

式中i＝0,1,2,...,p+1，式中下角标1表示第一条输送皮带相邻的定距齿轮与方形包装盒的接触面，2表示第二条输送皮带相邻的定距齿轮与方形包装盒的接触面；

S3、设定两齿轮回转中心坐标范围，计算两齿轮回转中心至其与方形包装盒接触面几何中心的距离，计算公式为：

式中i＝0,1,2,...,p+1，x_d1、x_d2、y_d1、y_d2分别为两齿轮回转中心坐标；

S4、计算定距齿轮齿廓对应的圆心角并校核齿数，计算公式为：

θ₁＝(360/m₁)-arccos((y_d1-a/2)/R₁₀) (6)

θ₂＝(360/m₂)-arccos((y_d1-a/2)/R₁₀) (7)

式中1和2分别代表两个定距齿轮，若θ₁或θ₂计算为负数，则减小对应的m₁或m₂，齿廓上p+1个点的向径为R_1i或R_2i，每个向径相对于齿廓起点处向径的转角计算公式为：

α_1i＝iθ₁/p (8)

α_2i＝iθ₂/p (9)

式中i＝0,1,2,...,p+1；

S5、剩余齿廓形状的确定，将定距齿轮1的工作齿廓起点放置在方盒移动路径的起点，则对于定距齿轮1，由工作齿廓的起点和终点分别沿x轴正方向做x轴的平行线至y轴，得到一个轮齿的完整齿廓，将完整齿廓以齿轮的回转中心为中心，圆周均匀布置m₁个，得到定距齿轮1所有轮齿的完整齿廓，将定距齿轮2的工作齿廓起点放置在方盒移动路径的起点，则对于定距齿轮2，由工作齿廓的起点和终点分别沿y轴正方向做y轴的平行线至x轴，得到一个轮齿的完整齿廓，将完整齿廓以齿轮的回转中心为中心，圆周均匀布置m₂个，得到定距齿轮2所有轮齿的完整齿廓；

S6、校核两个定距齿轮齿廓与其他方形包装盒的干涉情况，校核公式为：

若Δ₁≤0且Δ₂≤0，则定距齿轮齿廓设计完成，若Δ₁＞0或Δ₂＞0，则需将齿轮回转轴线向方形包装盒前进方向倾斜；

S7、设定定距齿轮宽度为b，齿轮回转轴线倾斜角度为β，若Δ₁≤0，则b的取值范围在5～h mm之间，β＝0，若Δ₁＞0，b的取值需要与β一同校核，校核公式为：

若Δ₃≤0且Δ₄≤0，则定距齿轮宽度和齿轮回转轴线倾斜角度β无需改变，若Δ₃＞0或Δ₄＞0，则需要减小b的同时增大β，直至Δ₃≤0且Δ₄≤0，定距齿轮设计完成；

S8、两共轭齿轮齿数与齿廓形状均相同，其安装位置在供料方向相距a mm，在垂直于供料方向，两齿轮回转中心到方形包装盒初始位置的距离分别为|y_d1|、R₂₀。

至此，配合带有定距小块的皮带传动，一种用于方形包装盒定距供料的机构设计完成。

以上计算步骤均可由编程语言如C、C++、VB、VF、JAVA、Python实现。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)仅依靠机械系统即可实现方形包装盒有连续供料变为定距供料，结构紧凑简单，速度快，定位精度高，工作可靠，适用于高速包装生产线；

(2)本发明提出的设计方法考虑了方形包装盒定距过程中的干涉现象，可用于不同尺寸方形包装盒定距供料机构的设计，具有较好的应用性。

附图说明

图1为本发明的实施例提供的定距齿轮1齿廓示意图。

图2为本发明的实施例提供的方形包装盒定距供料机构的示意图。

附图中：1-定距齿轮1的4条工作齿廓；2-定距齿轮1的剩余齿廓；3-定距齿轮1；4-方形包装盒；5-输送皮带1；6-带定位块的输送皮带2；7-定距齿轮2；8-毛刷。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请同时参见图1至图2，本发明一较佳实施方式提供一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法，根据方形包装盒定距过程的几何关系通过编程实现定距齿轮廓线的设计，利用一对共轭齿轮将连续供料的方形包装盒变为定距供料。

本发明的实现过程为：1.一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法，其特征在于：一条输送皮带将方形包装盒输送末端的至定距操作区，定距操作区侧面有第二条输送皮带，第二条输送皮带在定距操作区沿送料方向与第一条皮带有位置重叠，且皮带上固定有定距小块，两个定距齿轮分别布置在定距操作区两侧，方形包装盒在两个定距齿轮的夹持下移动至第二条输送皮带，第二条输送皮带两侧安装有毛刷，方形包装盒在毛刷扫过后紧贴在定距小块上实现定距供料；

方形包装盒定距供料机构的具体设计步骤如下：

S1、设定方形包装盒边长a、方形包装盒高度h、方形包装盒横向偏移距离s，供料速度n、两个定距齿轮齿数m₁、m₂，其中长度单位为mm，供料速度单位为盒/小时，设定方形包装盒定距过程移动路径为直线，设定方形包装盒定距过程移动路径的起点为原点，供料方向为x轴，水平面内与工料方向垂直的方向为y轴建立直角坐标系；

S2、将方形包装盒的直线移动路径等分为p段，计算每段路径起点处方形包装盒与两个定距齿轮接触面的几何中心坐标，计算公式为：

x_i＝ia/p (1)

y_1i＝(a/2)-(is/p) (2)

y_1i＝-(a/2)-(is/p) (3)

式中i＝0,1,2,...,p+1，式中下角标1表示第一条输送皮带相邻的定距齿轮与方形包装盒的接触面，2表示第二条输送皮带相邻的定距齿轮与方形包装盒的接触面；

S3、设定两齿轮回转中心坐标范围，计算两齿轮回转中心至其与方形包装盒接触面几何中心的距离，计算公式为：

式中i＝0,1,2,...,p+1，x_d1、x_d2、y_d1、y_d2分别为两齿轮回转中心坐标；

S4、计算定距齿轮齿廓对应的圆心角并校核齿数，计算公式为：

θ₁＝(360/m₁)-arccos((y_d1-a/2)/R₁₀) (6)

θ₂＝(360/m₂)-arccos((y_d1-a/2)/R₁₀) (7)

式中1和2分别代表两个定距齿轮，若θ₁或θ₂计算为负数，则减小对应的m₁或m₂，齿廓上p+1个点的向径为R_1i或R_2i，每个向径相对于齿廓起点处向径的转角计算公式为：

α_1i＝iθ₁/p (8)

α_2i＝iθ₂/p (9)

式中i＝0,1,2,...,p+1；

S5、剩余齿廓形状的确定，将定距齿轮1的工作齿廓起点放置在方盒移动路径的起点，则对于定距齿轮1，由工作齿廓的起点和终点分别沿x轴正方向做x轴的平行线至y轴，得到一个轮齿的完整齿廓，将完整齿廓以齿轮的回转中心为中心，圆周均匀布置m₁个，得到定距齿轮1所有轮齿的完整齿廓，将定距齿轮2的工作齿廓起点放置在方盒移动路径的起点，则对于定距齿轮2，由工作齿廓的起点和终点分别沿y轴正方向做y轴的平行线至x轴，得到一个轮齿的完整齿廓，将完整齿廓以齿轮的回转中心为中心，圆周均匀布置m₂个，得到定距齿轮2所有轮齿的完整齿廓；

S6、校核两个定距齿轮齿廓与其他方形包装盒的干涉情况，校核公式为：

若Δ₁≤0且Δ₂≤0，则定距齿轮齿廓设计完成，若Δ₁＞0或Δ₂＞0，则需将齿轮回转轴线向方形包装盒前进方向倾斜；

S7、设定定距齿轮宽度为b，齿轮回转轴线倾斜角度为β，若Δ₁≤0，则b的取值范围在5～h mm之间，β＝0，若Δ₁＞0，b的取值需要与β一同校核，校核公式为：

若Δ₃≤0且Δ₄≤0，则定距齿轮宽度和齿轮回转轴线倾斜角度β无需改变，若Δ₃＞0或Δ₄＞0，则需要减小b的同时增大β，直至Δ₃≤0且Δ₄≤0，定距齿轮设计完成；

S8、两共轭齿轮齿数与齿廓形状均相同，其安装位置在供料方向相距a mm，在垂直于供料方向，两齿轮回转中心到方形包装盒初始位置的距离分别为|y_d1|、R₂₀。

至此，配合带有定距小块的皮带传动，一种用于方形包装盒定距供料的机构设计完成。

以上计算步骤均可由编程语言如C、C++、VB、VF、JAVA、Python实现。

在本实施方式中，一条输送皮带将方形包装盒输送末端的至定距操作区，定距操作区侧面有带定位块的第二条输送皮带，第二条输送皮带在定距操作区沿送料方向与第一条皮带有位置重叠，且皮带上固定有定距小块，两个定距齿轮分别布置在定距操作区两侧，方形包装盒在两个定距齿轮的夹持下移动至第二条输送皮带，第二条输送皮带两侧安装有毛刷，方形包装盒在毛刷扫过后紧贴在定距小块上实现定距供料；

根据某产品包装需要，方形包装盒的边长定为90mm，高度为40mm，方形包装盒从第一条输送皮带转移至第二条输送皮带时横向移动距离设定为50mm，按照公式(1)至(13)采用C++语言进行编程，经过计算得到了符合工作要求的方形包装盒定距供料机构中齿轮廓线与安装位置，根据计算结果设计的方形包装盒定距供料机构示意图如图2所示。

上述说明是针对本发明较佳可行实施例的详细说明，但实施例并非用以限定本发明的专利申请范围，凡本发明所提示的技术精神下所完成的同等变化或修饰变更，均应属于本发明所涵盖专利范围。

Claims (1)

1.一种用于方形包装盒定距供料的机构设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设定方形包装盒边长a、方形包装盒高度h、方形包装盒横向偏移距离s，供料速度n、两个定距齿轮齿数m₁、m₂，其中长度单位为mm，供料速度单位为盒/小时，设定方形包装盒定距过程移动路径为直线，设定方形包装盒定距过程移动路径的起点为原点，供料方向为x轴，水平面内与供料方向垂直的方向为y轴建立直角坐标系；

S2、将方形包装盒的直线移动路径等分为p段，计算每段路径起点处方形包装盒与两个定距齿轮接触面的几何中心坐标，计算公式为：

x_i＝ia/p

y_1i＝(a/2)-(is/p)

y_1i＝-(a/2)-(is/p)

式中i＝0,1,2,...,p+1，式中下角标1表示第一条输送皮带相邻的定距齿轮与方形包装盒的接触面，2表示第二条输送皮带相邻的定距齿轮与方形包装盒的接触面；

S3、设定两齿轮回转中心坐标范围，计算两齿轮回转中心至其与方形包装盒接触面几何中心的距离，计算公式为：

式中i＝0,1,2,...,p+1，x_d1、x_d2、y_d1、y_d2分别为两齿轮回转中心坐标；

S4、计算定距齿轮工作齿廓对应的圆心角并校核齿数，计算公式为：

θ₁＝(360/m₁)-arccos((y_d1-a/2)/R₁₀)

θ₂＝(360/m₂)-arccos((y_d1-a/2)/R₁₀)

式中1和2分别代表两个定距齿轮，若θ₁或θ₂计算为负数，则减小对应的m₁或m₂，齿廓上p+1个点的向径为R_1i或R_2i，每个向径相对于工作齿廓起点处向径的转角计算公式为：

α_1i＝iθ₁/p

α_2i＝iθ₂/p

式中i＝0,1,2,...,p+1；

S5、剩余齿廓形状的确定，将定距齿轮1的工作齿廓起点放置在方盒移动路径的起点，则对于定距齿轮1，由工作齿廓的起点和终点分别沿x轴正方向做x轴的平行线至y轴，得到一个轮齿的完整齿廓，将完整齿廓以齿轮的回转中心为中心，圆周均匀布置m₁个，得到定距齿轮1所有轮齿的完整齿廓，将定距齿轮2的工作齿廓起点放置在方盒移动路径的起点，则对于定距齿轮2，由工作齿廓的起点和终点分别沿y轴正方向做y轴的平行线至x轴，得到一个轮齿的完整齿廓，将完整齿廓以齿轮的回转中心为中心，圆周均匀布置m₂个，得到定距齿轮2所有轮齿的完整齿廓；

S6、校核两个定距齿轮齿廓与其他方形包装盒的干涉情况，校核公式为：

若Δ₁≤0且Δ₂≤0，则定距齿轮齿廓设计完成，若Δ₁＞0或Δ₂＞0，则需将齿轮回转轴线向方形包装盒前进方向倾斜；

S7、设定定距齿轮宽度为b，齿轮回转轴线倾斜角度为β，若Δ₁≤0，则b的取值范围在5～h mm之间，β＝0，若Δ₁＞0，b的取值需要与β一同校核，校核公式为：

若Δ₃≤0且Δ₄≤0，则定距齿轮宽度和齿轮回转轴线倾斜角度β无需改变，若Δ₃＞0或Δ₄＞0，则需要减小b的同时增大β，直至Δ₃≤0且Δ₄≤0，定距齿轮设计完成；

S8、两共轭齿轮齿数与齿廓形状均相同，其安装位置在供料方向相距a mm，在垂直于供料方向，两齿轮回转中心到方形包装盒初始位置的距离分别为|y_d1|、R₂₀。

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