基于提升GDXⅡ包裝機(jī)玻璃紙外觀質(zhì)量的改進(jìn)設(shè)計(jì)

楊瀟

（云南煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，昆明 650106）

0 引言

GDXⅡ包裝機(jī)的包裝過程中，玻璃紙包裝是整個(gè)包裝工藝流程中的重要環(huán)節(jié)。在玻璃紙包裝過程中多次出現(xiàn)玻璃紙翻邊的問題，嚴(yán)重影響其外觀質(zhì)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每生產(chǎn)1000包煙就有3包煙存在外觀質(zhì)量問題。翻邊問題模擬圖如圖1所示。

圖1 玻璃紙翻邊問題模擬

1 要因分析

針對玻璃紙翻邊這一外觀質(zhì)量問題，關(guān)鍵是找出造成玻璃紙翻邊的末端原因。玻璃紙?jiān)诎b過程中有翻邊現(xiàn)象，主要有兩條原因造成：一是搭口中心不在理想位置，烙鐵熨燙不均勻，從而造成玻璃紙翻邊；二是搭口處超出烙鐵的熨燙范圍，搭口處沒有得到有效完全的熨燙，同樣也會(huì)造成玻璃紙翻邊。

圖2 煙包搭口尺寸模擬圖

通過現(xiàn)場調(diào)查確認(rèn),煙包搭口的位置及烙鐵的位置，均在允許范圍內(nèi)，不存在調(diào)整不當(dāng)?shù)膯栴}。而煙包搭口尺寸為14 mm，而其烙鐵的寬度為12 mm，說明有2 mm寬度的玻璃紙得不到烙鐵的有效熨燙，翻邊現(xiàn)象在所難免，如圖2所示。因此，導(dǎo)致搭口尺寸過長，超出烙鐵的熨燙范圍，搭口處沒有得到完全有效的熨燙是造成玻璃紙翻邊的根本原因。

2 對策制定

從原理出發(fā)，降低送紙輥的角速度或者減短送紙輥的半徑都可以降低其線速度，從而實(shí)現(xiàn)減短玻璃紙的目的，如圖3所示。

圖3 送紙輥工作原理圖

若要降低其角速度，可以通過減小其齒輪2和齒輪1的傳動(dòng)比來實(shí)現(xiàn)；若要減小送紙輥直徑，雖然可以改變其線速度，從而減短玻璃紙的長度，但同時(shí)帶來的問題是，要保證對輥間的間隙不變，必然要增大壓紙輥的直徑，又受到安裝空間的限制，難以配湊出滿意的中心距。因此降低其角速度，從而有效地降低送紙輥的線速度，實(shí)現(xiàn)減短玻璃紙長度的目的，而且兩齒輪安裝空間較大，更容易配湊中心距，實(shí)施難度小。

通過齒輪傳動(dòng)原理，我們得出以下關(guān)系式：

式中：L為送紙輥單圈旋轉(zhuǎn)后玻璃紙輸送的長度；i為齒輪傳動(dòng)比；d為送紙輥直徑。

另外，將搭口尺寸減得過多，底層玻璃紙會(huì)在烙鐵的熨燙下收縮，加深皺褶，同樣影響外觀質(zhì)量；減得太少，又增加安裝調(diào)試的難度。經(jīng)過權(quán)衡最終認(rèn)定，將搭口尺寸控制在11 mm左右，則搭口邊緣與烙鐵邊緣預(yù)留了0.5 mm的間隙，用來彌補(bǔ)包裝帶來的偏差。

3 對策實(shí)施

3.1 準(zhǔn)備工作

已知參數(shù)如表1（以下計(jì)算均采用四舍五入法精確到0.001）所示。

根據(jù)式（1）和表1，我們得知現(xiàn)在設(shè)計(jì)的齒輪的傳動(dòng)比

表1 已知參數(shù)表

根據(jù)式（2），則有

式中：ZΣ為總齒數(shù)；Z1為齒輪1的齒數(shù)；Z2為齒輪2的齒數(shù)。

已知變位中心距

將式（3）代入式（4）變形可得

式中：a′為變位后的中心距；m為模數(shù)；α為壓力角；α′為嚙合角。

由式（5）我們可以配湊齒數(shù)。

3.2 配湊齒數(shù)

表2 配湊齒數(shù)表

將假設(shè)模數(shù)代入式（5）中，可得到不變位時(shí)的總齒數(shù)，再分別加減一齒，進(jìn)行齒輪的配湊過程，如表2所示。

通過整個(gè)配湊過程，可以看出，當(dāng)模數(shù)m=2時(shí)，ZΣ=49，Z1=21，Z2=28，玻璃紙長度為167.5 mm，搭口長度為11 mm。此結(jié)果完全符合我們的設(shè)計(jì)要求。

3.3 選擇變位系數(shù)

對于一般的齒輪傳動(dòng)，選擇變位系數(shù)的限制條件主要有以下五條：a.滿足無側(cè)隙嚙合；b.保證齒輪加工時(shí)不根切；c.保證有必要的重合度；d.保證齒輪嚙合時(shí)不干涉；e.保證有一定的齒頂厚Sa。

1）保證無側(cè)隙嚙合。一對變位齒輪傳動(dòng)，要保證無側(cè)隙嚙合，其嚙合角α′和總變位系數(shù)必須滿足：

式中：ХΣ為總變位系數(shù)；ZΣ為總齒數(shù)；α為壓力角；α′為嚙合角。

現(xiàn)已知：ZΣ=49，m=2，α=20°，inv20°=0.014 904（查表可得）。通過式（5）可知α′=22.95°，inv22.95°=0.022 892（查表可得）。將其代入式（6）可得:invα）=0.545。

2）保證加工時(shí)不根切。不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)計(jì)算公式為

不產(chǎn)生根切的最小變位系數(shù)計(jì)算公式為

至此，根據(jù)以上的限制條件，考慮到加工的方便及加工成本，我們初步將齒輪1、2的變位系數(shù)定為：Х1=0.545，Х2=0；以下將對所選定的變位系數(shù)做進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3）保證必要的重合度ξa。

為保證齒輪傳動(dòng)的平穩(wěn)性，要求重合度ξa≥1.2。外嚙合齒輪的傳動(dòng)重合度計(jì)算公式為：

式中：αa1、αa2為齒輪1、2的齒頂壓力角，

y為中心距變動(dòng)系數(shù)；Х1、Х2為齒輪1、2的變位系數(shù)。

已知齒數(shù)、齒形參數(shù)及變位系數(shù)，可計(jì)算出αa1=34.7°、αa2=30.56°，將其代入到式（9），得出重合度ξa=1.446＞1.2，其結(jié)果滿足要求。

4）保證齒輪嚙合時(shí)不干涉。

小齒輪Z1齒根不產(chǎn)生干涉的條件是：

將已知參數(shù)代入到式（10），計(jì)算得：0.267＞0.229。

大齒輪Z2齒根不產(chǎn)生干涉的條件是：

式中：αa1、αa2為齒輪1、2的齒頂壓力角；α為壓力角；α′為嚙合角；為齒頂高系數(shù)；Х1、Х2為齒輪1、2的變位系數(shù)。將已知參數(shù)代入到式（11），計(jì)算得出：0.222＞0.142。通過以上論證我們得出結(jié)論：大、小齒輪均不會(huì)產(chǎn)生干涉。

5）保證有必要的齒厚Sa。

為了保證齒輪的齒頂強(qiáng)度，齒頂厚Sa不能太薄，對于軟齒面的齒輪，要求Sa≥0.25m。

齒厚計(jì)算公式：

式中：αa為齒輪的齒頂壓力角；Х為變位系數(shù)；da為齒頂圓直徑；α為壓力角。

通過式（12）我們可以計(jì)算出以下結(jié)果：

結(jié)論：大小齒輪的齒厚均符合要求。

按表3所示齒輪相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)加工制造。

4 效益分析

首先，該改進(jìn)設(shè)計(jì)提升了玻璃紙的外觀質(zhì)量，減少了次品率，降低了故障停機(jī)的次數(shù)，減少了產(chǎn)能的損耗。其次，玻璃紙長從原先的170.5 mm減短至167.5 mm，平均每包節(jié)約3 mm的玻璃紙，按照GDXⅡ包裝機(jī)的生產(chǎn)速度為400包/min計(jì)算，每分鐘即可節(jié)約1200 mm的玻璃紙，這1200 mm的玻璃紙又可以包裝7包煙，大大節(jié)約了輔料，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益也非?？捎^。

表3 齒輪1、2加工參數(shù)表