基于步进电机粽叶包合机构系统的设计

2018-11-22郭霞

科技创新与应用 2018年31期

郭霞

摘要：此次研究是基于步进电机对粽子机中的粽叶自动包合机构进行了设计，主要完成粽子模具合并，粽叶翻板先后包裹粽子，预留绕线空间这几部分功能；并分析粽子机包合机构中整体传动系统，整机结构的设计以及各部分零件的尺寸确定。该机械具有生产速度快、成品高、省时省力等优点；能够广泛应用于学校、食堂、饭店、企事业单位和食品加工行业中。

关键词：粽子机；包合机构；步进电机

中图分类号：TH122 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0084-02

Abstract： This research is based on the stepping motor， designs the reed leaf automatic wrapping mechanism in the zongzi machine， mainly fulfilling the functions such as zongzi mold merger， reed leaf flipping plates wrapping zongzi， reserving winding space， etc. It also analyzes the whole transmission system， the design of the whole machine structure and the determination of the dimensions of the parts in the wrapping mechanism of the zongzi machine. The machine has the advantages of high production speed， high finished product， time-saving and labor-saving， and can be widely used in schools， canteens， restaurants， enterprises and food processing industries.

Keywords： zongzi machine； wrapping mechanism； stepping motor

引言

粽子作为中国传统节日端午节的标志性食物，深受广大消费者的喜爱。近年来，随着粽子需求量的不断增加，很多粽子生产厂的生产能力面临很大的考验，尤其在端午节的前后，生产能力不足的问题更是十分的严重。

研究的主要目的是减轻不必要的劳动，让机器代替人类去做些琐碎的事情。

1 粽叶包合结构及原理

全自动粽子机的粽叶包合机构设计包括导轨及螺旋传动设计、滑动设计、联轴器和轴承的选择以及电机的选择。总体三维图如图1所示。

其工作流程是，联接丝杠的步进电机工作时，按照所需的进给距离，电机开始运行一定的转数，与丝杠相联接部分，立即向右进给，直至接触到右边的定模箱体，完成左右模腔的闭合。随后将粽叶放置模腔上方，且左右对称放置；吸附粽叶部分开始运行，通过型腔内预留的通孔对粽叶进行吸附，达到粽叶基本吸附在型腔之中即可；滑动部分的步进电机开始运行，带动翻板机构，实现将左半部分的粽叶向内闭合；随后右半部分的翻转机构也进行翻转；之后，滑动部分向右滑出，露出一半包裹好的粽子，利用绕线机在露出的半边粽子上进行绕线，完成包装，即可取出粽子。

机构外形尺寸及重量初步估计：

机构的相关参数设定为：

材料：不锈钢304型，密度ρ=7.9g/cm3

长度×宽度×厚度：

470mm×200mm×200mm

滑动部分机构质量估算：

m=7.9×1154×10-3+0.28=9.38kg

2 系统设计

2.1 导轨的选型与设计

（1）导轨的作用

当运动件沿着承导件作直线运动时，承导件上的导轨起支承和导向的作用，即支承运动件和保证运动件在外力（载荷及运动件本身的重量）的作用下，沿给定的方向进行直线运动。

（2）导轨材料的选择

常见的导轨基本上是燕尾形、三角形导轨，大多应用于机床上，其成本和制造的难度较大，考虑到此机构的运动部件重量、尺寸和工作载荷不大，装置属于小型机械，选择导轨主要考虑经济型、维护方便、导向精确即可。

本系统中导轨选用光轴，它具有较好的耐磨性，准确的外径尺寸，真圆度，真直度以及表面处理。

（3）导轨额定载荷的预算

工作台重量G=93.8N

工作台最大载荷F=100N

因此导轨額定静载荷为：

F+G=93.8+100=193.8N

（4）滑动导轨的计算

为了使导轨磨损均匀及提高工作寿命，导轨上的压力应尽可能平均，许用最大比压约为许用平均比压的二倍，因此在实际设计实验中，通常只计算平均比压。

P′=[（P2+G）/BL]≤[P′]（kg/cm2）

式中P′-计算平均比压（kg/cm2）；P2-垂直载荷（kg）；G-导轨面所承受的总重量，包括工件和工作台的重量（kg）；B-导轨的水平投影宽度（cm）；L-与工作台接触的导轨面总长度（cm），对于圆周运动导轨，L=πD′，D′为原型导轨的平均直径（cm）；[p]-许用平均比压（kg/cm2），

P′=[（10+9.38）/2]/（1.6×24）=0.252（kg/cm2）

根据计算出来的平均比压P′查《机械设计实用手册》表8-7可以得出：

[P′]=0.25～0.40，p′≤[p′]

则导轨尺寸设计合理。

（5）导轨的安装

采用导轨安装支架，在安装支架上加工阶梯孔，将光杆安装上去，用六角头螺栓和垫片锁紧定位，六角头螺栓采用M10X25，标准：GB/T5782-2000。

2.2 丝杠的选型与设计

（1）丝杠的选型

参照设计要求发现，滑动螺旋和滚动螺旋均可满足要求。拟选定滚动螺旋传动方式。

滚动螺旋传动又称滚动丝杠，其螺杆与旋合螺母的螺纹滚道间置有适量滚动体（绝大多数滚动螺旋采用钢球，也有少数采用滚子），使螺纹间形成滚动摩擦。在滚动螺旋的螺母上有滚动体返回通道，与螺纹滚道形成闭合回路，当螺杆（或螺母）转动时，使滚动体在螺纹滚道内循环，由于螺杆和螺母之间为滚动摩擦，从而提高了螺旋副的效率和传动精度。

（2）丝杠的安装

丝杠安装在丝杠安装支架和定模箱上，将安装丝杠轴承的孔加工成阶梯孔，阶梯孔能够起到定位轴承的作用。

为了方便定模箱的加工制造，将定模箱上的丝杠安装孔加工成通孔，并采用深沟球轴承、轴套及轴承端盖进行固定、定位。

2.3 轴承设计

滚动轴承是标准件，类型很多，选用时主要根据载荷的大小、方向和性质；转速的高低及使用要求来选择，同时也必须考虑价格及经济性。根据设计需求，主要成熟径向载荷，也受一定的轴向载荷，选择常用的深沟球轴承。

2.4 联轴器的选择

由此机构预选步进电机作为动力来源，其电机的输出轴的径向尺寸较小，工作环境温度变化不大，所需联轴器的承载能力较小，采用TGL鼓形齒式联轴器。

其特点是：径向尺寸小，承载能力大，具有一定的轴线偏移补偿性能，需要润滑和密封。常用于低速重载工作条件的轴系传动，高精度并经动平衡的齿式联轴器可用于高速运动，其工作环境温度为-20～80℃。

2.5 电机设计

由于机构的设计需求，滑块的进给速度要求平稳缓慢，机构运行启动的力矩较小，要求电机能够正反转动，故初步选择步进电机。

根据所需力矩选择步进电机型号为：86BH2A80-404。电机安装通过四个六角头螺栓与电机安装支架联接，电机安装支架通过螺栓与电机丝杠安装架联接。

3 结束语