CN113415503A - 一种回转式贴标机及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种回转式贴标机及其设计方法，包括有转台(1)、托盘(2)；托盘(2)分布在转台(1)上半径为R的圆周上，半径为r的被贴标物件(3)固定在托盘(2)上；托盘(2)的驱动装置通过传动机构与转台(1)连接，装设在转台(1)下方的扇形齿轮(4)在O₂点通过转动副与转台(1)连接，安装在扇形齿轮(4)的O’点处的滚轮嵌入固定在机架的槽型凸轮中。当转台(1)转动时，扇形齿轮(4)的转动中心O₂跟随转台做圆周运动，扇形齿轮(4)上的O’点受固定在机架上的凸轮槽的控制，带动扇形齿轮(4)摆动；齿轮(5)与扇形齿轮(4)啮合，托盘(2)的转轴与齿轮(5)的转轴同轴安装；扇形齿轮(4)带动齿轮(5)转动，齿轮(5)带动托盘(2)运动，实现对托盘的驱动。本发明在不改变贴标机整体结构和凸轮曲线的情况下增加生产率，整机制造成本增加很少，提高生产率的效果明显。

Description

一种回转式贴标机及其设计方法

技术领域

本发明是一种贴标机及其设计方法，特别是一种回转式贴标机设计方法，属于回转式贴标机及其设计方法的创新技术。

背景技术

回转式贴标机广泛用于日化、食品、药品等行业的自动生产线。随着市场节奏的加快，提高贴标机生产率的需求不断上升。

回转式贴标机转台的转动速度体现了生产率，制约转台最大转动速度的一个重要因素是最大出标速度。回转式贴标机的出标速度要等于转台转动线速度与被贴标物件自转线速度之和。在出标速度一定的情况下，转台的转动速度就不能太高。目前主流的单动力源回转式贴标机是按照360度进行贴标的约束来设计的，当贴标角度小于360度的时候，被贴标物件也必须自转360度，存在空转的角度。因此，对于贴标角度小于360度的使用场合，存在减小自转速度，提高转台速度的潜力空间。

中国专利公开号CN201520000980.5公开了一种回转式贴标机，包括托瓶台和进出瓶导板，所述托瓶台表面连接有贴标转鼓，所述贴标转鼓和取标转鼓相齿合连接，所述托瓶台上端连接有进瓶星轮和出瓶星轮，所述进瓶星轮和出瓶星轮与进出瓶导板相连接，所述进出瓶导板上设有链道，所述链道两侧下端均设有一分瓶螺杆，药瓶通过进瓶星轮进入托瓶台，拖瓶台转动，使瓶子在两个贴标转鼓处贴标，贴完后再进过出瓶星轮出来，这种贴标机实现吸标、传输、贴标等功能，但该申请的结构复杂，成本高，且没有公开具体的设计方法。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种回转式贴标机。本发明的回转式贴标机结构简单，方便实用，贴标效率高。

本发明的另一目的在于提供一种回转式贴标机的设计方法。本发明的设计方法在不改变现有的单动力源回转式贴标机主体结构和凸轮曲线的前提下，通过调整相关配件的参数，在贴标角小于360度的使用场合提高贴标机的生产率。

本发明的回转式贴标机，包括有转台、托盘，托盘分布在转台上半径为R的圆周上，半径为r的被贴标物件固定在托盘上；托盘的驱动装置通过传动机构与转台连接，装设在转台下方的扇形齿轮在O₂点通过转动副与转台连接，安装在扇形齿轮的O’点处的滚轮嵌入固定在机架的槽型凸轮中，当转台转动时，扇形齿轮的转动中心O₂跟随转台做圆周运动，扇形齿轮上的O’点受固定在机架上的凸轮槽控制，带动扇形齿轮摆动；齿轮与扇形齿轮啮合，托盘的转轴与齿轮的转轴同轴安装，扇形齿轮带动齿轮转动，齿轮带动托盘运动，实现对托盘的驱动。

本发明回转式贴标机的设计方法，

以当前生产率P₀＝1为参照，确定期望生产率P

P＝P₀+ΔP (1)

转台绕主轴O₀以匀角速度ω₀转动，托盘分布在转台上以主轴O₀为中心、半径为R的圆周上，半径为r的被贴标物件固定在托盘(2) 上，在贴标操作发生期间，被贴标物件绕托盘中心O₁以近似匀角速度ω₁自转，

被贴标物件自转线速度减小的比例应等于转台转动线速度增加的比例，即

ω₀(R+r)ΔP+ω₁rΔP＝Kω₁r (2)

式(2)中，K表示被贴标物件自转速度应减小的比例。

齿轮传动的节点位置为C，调整位置节点C，实现自转速度的变化，调整后的新节点位置为C’，满足

C’O₂/C’O₁＝(1-K)i (3)

i＝CO₂/CO₁是节点C调整前的齿轮传动比。

本发明回转式贴标机的另一设计方法，

通过调整O’的位置实现自转速度的变化。扇形齿轮原设计摆动角为φ₀，改变O’的位置到O”可以实现自转速度的变化，O”的位置满足

(O’O₂)sin(φ₀/2)＝(O”O₂)sin(φ/2)＝(O”O₂)sin[(1-K)φ₀/2] (4)

如果已知目标应用的贴标角度θ，直接算出K

K＝1-(θ/360) (5)

则初步确定提高后的生产率相对原生产率的倍数

本发明在不改变贴标机整体结构和凸轮曲线的情况下，仅通过对扇形齿轮相关的局部配件进行调整，来减小托盘自转的速度、提高转台转动的速度，从而提高现有单动力源回转式贴标机的生产率。整机制造成本增加很少，提高生产率的效果明显。本发明的回转式贴标机设计巧妙，方便实用，本发明的设计方法简单方便。

附图说明

图1为回转式贴标机转台的结构简图；

图2为托盘驱动机构的简图；

图3为扇形齿轮摆动角度示意图；

图4为标纸和贴标角度的定义示意图。

具体实施方式

本发明的结构示意图如图1所示，本发明的回转式贴标机包括有转台1、托盘2，托盘2分布在转台1上半径为R的圆周上，半径为 r的被贴标物件3固定在托盘2上；托盘2的驱动装置通过传动机构与转台1连接，装设在转台1下方的扇形齿轮4在O₂点(见图2)通过转动副与转台1连接，安装在扇形齿轮4的O’点(见图2)处的滚轮嵌入固定在机架的槽型凸轮中，见图2虚线。当转台1转动时，扇形齿轮4的转动中心O₂跟随转台做圆周运动，扇形齿轮4上的O’点受固定在机架上的凸轮槽控制，带动扇形齿轮4摆动；齿轮5与扇形齿轮4啮合，托盘2的转轴与齿轮5的转轴同轴安装，扇形齿轮4 带动齿轮5转动，齿轮5带动托盘2运动，实现对托盘的驱动。

本发明的回转式贴标机的设计方法，以当前生产率P₀＝1为参照，确定期望生产率P

P＝P₀+ΔP (0<ΔP<0.6) (1)

参见图1，转台1绕主轴O₀以匀角速度ω₀转动，视不同型号，1.5< ω₀<3.5，托盘2分布在转台1上以主轴O₀为中心、半径为R的圆周上，半径为r的被贴标物件3固定在托盘2上，视不同型号， 20mm<r<150mm，在贴标操作发生期间，被贴标物件绕托盘中心O₁以近似匀角速度ω₁自转，视不同型号，8<ω₁<40，

被贴标物件自转线速度减小的比例应等于转台转动线速度增加的比例，即

ω₀(R+r)ΔP+ω₁rΔP＝Kω₁r (0<K<0.75) (2)

式(2)中，K表示被贴标物件自转速度应减小的比例；方程左边第一项ω₀(R+r)ΔP表示转台速度增加带来的被贴标物件线速度的增加，第二项ω₁rΔP表示转台速度增加引起托盘自转角速度增加所带来的被贴标物件线速度的增加。

齿轮传动的节点位置为C(见图2)，调整节点C的位置可以实现自转速度的变化，调整后的新节点位置为C’，满足

C’O₂/C’O₁＝(1-K)i (3)

i＝CO₂/CO₁是节点C调整前的齿轮传动比，视不同型号，5<i <8。

本发明的回转式贴标机的另一设计方法，通过调整O’位置实现自转速度的变化。参见图3，扇形齿轮4原设计摆动角为φ₀，对应的弦a-b由凸轮曲线决定，不可改变。改变O’的位置到O”可以实现自转速度的变化，O”的位置满足 (O’O₂)sin(φ₀/2)＝(O”O₂)sin(φ/2)＝(O”O₂)sin[(1-K)φ₀/2]

(30°<φ₀<60°) (4)

参见图4，当贴标操作发生时，托盘2自转的角度称为贴标角度θ；固连在托盘2上的物件3跟随托盘2转动，配合标盒把正标纸6 和背标纸7贴在物件3上。如果已知目标应用的贴标角度θ，90°< θ<360°，可以直接算出K

K＝1-(θ/360) (5)

则提高后的生产率相对原生产率的倍数

根据以上公式可以对相关配件进行设计或调整。由于配件设计或调整要考虑机器空间、标准化要求等因素，提高生产率的准确数值要根据配件调整或设计的最终结果来确定。

此外，贴标点的加速度

其中

是被贴标物件的相对线速度，正比于托盘自转速度，随托盘自转速度一起减小。由于托盘自转的角速度基数远大于转台，因提高生产率产生所致的ω₀增加数值小于ω₁减小的数值，平方之后的数值就更加悬殊，其影响效果是贴标点的加速度变小，机器运行的动载荷降低，有利于生产质量的提高。

本发明的设计方法具体实施例如下

实施例1：

某日化生产企业自动生产线上的回转式贴标机转台上有10个托盘，均布在R＝300mm的圆周上，齿轮啮合中心距O₁O₂＝140mm、滚轮中心至扇形齿轮转动中心的距离O’O₂＝60mm、扇形齿轮摆角φ₀＝40度；最大生产率每分钟200件，托盘自转角速度ω₁＝12。企业参加订单竞标，生产率是能否中标的主要事项；标的物件直径为140mm，标纸已经设计好，贴标角度为250度。求通过调整滚轮的位置可以实现的最大生产率，并确定调整后滚轮中心至扇形齿轮转动中心O”O₂之间距离的数值。

根据最大生产率，转台每分钟转动圈数n＝200/10＝20/min，ω₀＝20*2π/60＝2(r/s)。

具体设计方法如下：

1)确定贴标角度

贴标角度已确定为250(度)

2)确定物件自转速度应减小的比例K

根据式(5)计算得，K＝0.306

3)初步确定提高后的生产率相对原生产率的倍数

根据式(6)计算得，P＝1.162，即最大生产率提高16.2％

4)确定扇形齿轮上O”O₂之间的距离

根据式(4)计算得，O”O₂之间的距离为85.49(mm)

实施例2：

某型号回转式贴标机，R＝300mm、O₁O₂＝137mm、小齿轮中心到啮合节点之间的距离O₁C＝18mm、齿轮啮合模数m＝2；被贴标物件的最大半径r＝70mm；最大生产率条件下转台角速度ω₀＝2.5、托盘自转角速度ω₁＝15。按照最大生产率提高10％、15％和20％设计三套齿轮啮合配件随主机一起销售，并确定每套配件对应的最大贴标角度。

具体设计方法如下：

1)确定3种期望生产率的数值P1、P2和P3

根据式(1)

P1＝P₀(1+ΔP1)＝1.1P₀

P2＝P₀(1+ΔP2)＝1.15P₀

P3＝P₀(1+ΔP3)＝1.2P₀

2)确定物件对应3种期望生产率的自转速度应减小的比例K1、 K2和K3

根据式(2)计算得

K1＝0.188、K2＝0.282、K3＝0.376。

3)根据K的数值确定对应3种期望生产率，小齿轮中心到啮合节点之间的距离C1’O₁、C2’O₁和C3’O₁

本实施例中，CO₂+CO₁＝137(mm)，i＝CO₂/CO₁＝119/18＝6.61，代入式(3)计算得齿轮传动节点C’到小齿轮转动中心的距离

C1’O₁＝21.52(mm)、C2’O₁＝23.85(mm)、C3’O₁＝26.74(mm)。

4)配件调整设计

最简单的方法是模数不变，直接增减齿数来近似实现期望的生产率，本实施例中，

取小齿轮齿数22，扇形齿轮的当量齿数115，则C1’O₁＝22(mm)；

取小齿轮齿数24，扇形齿轮的当量齿数113，则C1’O₁＝24(mm)；

取小齿轮齿数27，扇形齿轮的当量齿数110，则C1’O₁＝27(mm)。

也可以通过同时调整齿数、螺旋角和变位系数来增加实现期望生产率的准确性。

5)根据配件调整的结果确定提高生产率的数值

一般情况下，配件调整需要遵循机械设计标准，调整的结果不可能精确实现期望生产率，需要根据设计结果重新计算出真实的生产率。以本实施例上一步的计算数据为例，根据式(3)反算K，得被贴标物件对应3种期望生产率自转速度应减小的比例K1、K2和K3

K1＝0.21、K2＝0.29、K3＝0.38。

代入式(2)反算得生产率提高的比例ΔP1、ΔP2和ΔP3

ΔP1＝0.111、ΔP2＝0.153、ΔP3＝0.204。

即三种情况下生产率分别提高11.1％、15.3％、20.4％。

6)确定贴标工艺参数和标纸设计参数

根据式(5)计算得对应3种期望生产率的最大贴标角度θ1、θ 2和θ3

θ1＝284(度)、θ2＝256(度)、θ3＝221(度)。

根据生产率提高的数值，贴标机转台对应3种期望生产率的转速调整为

ω1’＝1.111ω₀、ω2’＝1.153ω₀、ω3’＝1.204ω₀。

根据最大贴标角度的约束，加上标纸设计的其他要求，可以设计出符合标准的标纸。

本发明的设计方法在不改变现有的单动力源回转式贴标机主体结构和凸轮曲线的前提下，通过调整相关配件的参数，在贴标角小于 360度的使用场合提高贴标机的生产率。

Claims (10)

1.一种回转式贴标机，包括有转台(1)、托盘(2)；托盘(2)分布在转台(1)上半径为R的圆周上，半径为r的被贴标物件(3)固定在托盘(2)上，其特征在于托盘(2)的驱动装置通过传动机构与转台(1)连接，装设在转台(1)下方的扇形齿轮(4)在O₂点通过转动副与转台(1)连接，安装在扇形齿轮(4)的O’点处的滚轮嵌入固定在机架的槽型凸轮中，当转台(1)转动时，扇形齿轮(4)的转动中心O₂跟随转台做圆周运动，扇形齿轮(4)上的O’点受固定在机架上的凸轮槽控制，带动扇形齿轮(4)摆动；齿轮(5)与扇形齿轮(4)啮合，托盘(2)的转轴与齿轮(5)的转轴同轴安装，扇形齿轮(4)带动齿轮(5)转动，齿轮(5)带动托盘(2)运动，实现对托盘的驱动。

2.一种根据权利要求1所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于

以当前生产率P₀＝1为参照，确定期望生产率P

P＝P₀+ΔP (1)

转台(1)绕主轴O₀以匀角速度ω₀转动，托盘(2)分布在转台(1)上以主轴O₀为中心、半径为R的圆周上，半径为r的被贴标物件(3)固定在托盘(2)上，在贴标操作发生期间，被贴标物件绕托盘中心O₁以近似匀角速度ω₁自转，

被贴标物件自转线速度减小的比例应等于转台转动线速度增加的比例，即

ω₀(R+r)ΔP+ω₁rΔP＝Kω₁r (2)

式(2)中，K表示被贴标物件自转速度应减小的比例。

齿轮传动的节点位置为C，调整位置节点C，实现自转速度的变化，调整后的新节点位置为C’，满足

C’O₂/C’O₁＝(1-K)i (3)

i＝CO₂/CO₁是节点C调整前的齿轮传动比。

3.根据权利要求2所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于，以当前生产率P₀＝1为参照，期望生产率P的取值范围为1<P<1.6。

4.根据权利要求2所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于，提速前贴标机的转速ω₀的取值范围为1.5<ω₀<3.5，单位：rad/s；托盘的自传速度ω₁的取值范围为8<ω₁<40，单位：rad/s。

5.根据权利要求2所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于被贴标物件自转速度应减小的比例K的数值范围为0<K<0.75。

6.根据权利要求2所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于节点位置C调整前的齿轮啮合传动比i的数值范围为5<i<8。

7.根据权利要求2至6任一项所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于被贴标物件半径r的范围为20<r<150，单位：毫米。

8.一种根据权利要求1所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于

通过调整O’的位置实现自转速度的变化。扇形齿轮(4)原设计摆动角为φ₀，改变O’的位置到O”可以实现自转速度的变化，O”的位置满足

(O’O₂)sin(φ₀/2)＝(O”O₂)sin(φ/2)＝(O”O₂)sin[(1-K)φ₀/2] (4)

如果已知目标应用的贴标角度θ，直接算出K

K＝1-(θ/360) (5)

则初步确定提高后的生产率相对原生产率的倍数

9.根据权利要求8所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于被贴标物件半径r的范围为20<r<150，单位：毫米。

10.根据权利要求8或9所述的回转式贴标机的设计方法，其特征在于生产率调整前扇形齿轮原设计摆动角φ₀的取值范围为30<φ₀<60单位：角度；上述贴标角度θ的数值范围为90<θ<360，单位：角度。

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