24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法与流程

【技术领域】

本发明涉及烟支加工技术领域，具体涉及一种24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法。

背景技术：

蜘蛛手-接烟轮烟支交接系统是卷接机组的重要部件，主要作用是将烟支切割系统输送过来的双倍长烟支传送到接装机的进烟鼓轮上，再进行下一道卷烟工序。

相关技术，zj17型卷接机组蜘蛛手-接烟轮烟支交接系统在国内卷烟厂应用较广，主要用于生产双倍长100mm的标准支，生产速度为7000支/分钟。但是随着卷烟规格的多样化，双倍长24-30mm超短烟支的市场需求日益增长，烟支缩短会照成抓烟过程蜘蛛手烟烟道和接烟轮烟道的速度差增大，以速度差作为评价指标，速度差越小交烟质量越好，越不容易发生掉烟，而zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构交接双倍长24-30mm超短烟支时速度差远大于74～120mm的烟支，交接质量差，极容易发生掉烟。

因此，实有必要提供一种新的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是克服装上述技术问题，提供一种烟支交接质量好的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构的设计方法，其特征在于，所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构包括回转盘、设置于所述回转盘上的多个传送臂及安装于所述传送臂的吸爪，所述传送臂包括驱动所述传送臂自转的传送臂行星轮系，所述回转盘包括驱动所述回转盘自转的回转盘行星轮系，所述设计方法包括如下步骤：

s1：对zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构进行运动分析，计算烟支交接过程中蜘蛛手的烟道和接烟轮的烟道在各方向的相对速度，将幅值较大的相对速度作为主要运动参数，选取所述主要运动参数的最大值作为所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构的运动参数的限定值；

s2：基于matlab计算同比满足zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构烟支交接参数的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构的参数，所述参数包括lod和lde，其中，lod为所述回转盘中心o和所述传送臂回转中心d的距离；lde为所述传送臂回转中心d和所述吸爪回转中心e的距离；

s3：基于相邻两个所述传送臂不会发生干涉的条件，优化所述传送臂行星轮系齿轮参数；

s4：基于相邻两个所述传送臂不会发生干涉的条件，优化所述回转盘行星轮系齿轮参数；

s5：对所有设计方案进行运动分析，计算得到抓烟运动和交烟运动各个方向相对速度的最大值，评价各运动方案的抓烟质量和交烟质量，选择最优的设计方案作为最终的设计方案。

优选的，所述步骤s2具体为：

s21：在1-200mm范围内对lod进行取值，得到lde的取值范围为0-lde；

s22：在0-lod范围内对lde进行取值，得到lod和lde的一种组合；

s23：计算抓烟过程中所述吸爪和接烟轮的烟道在各方向的相对速度，将幅值较大的相对速度作为抓烟主要运动参数；

s24：计算交烟过程中所述吸爪和接烟轮烟道在各方向的相对速度，将幅值较大的相对速度作为交烟主要运动参数；

s25：记录抓烟主要运动参数的最大值及交烟主要运动参数的最大值；

s26：将步骤s25中的抓烟主要运动参数的最大值及交烟主要运动参数的最大值与步骤s1得到的zj17蜘蛛手交接机构主要运动参数的最大值比较；若小于等于zj17蜘蛛手交接机构主要运动参数的最大值，则记录lod和lde的组合；若大于zj17蜘蛛手交接机构主要运动参数的最大值，则不记录；

s27：判断是否遍历完lde的值，遍历完转步骤s28，没遍历完转步骤s22；

s28：判断是否遍历完lod的值，遍历完得到所有满足要求的lod与lde组合，没遍历完转步骤s21。

优选的，所述传送臂行星轮系包括依次啮合的传送臂固定齿轮、传送臂过渡齿轮及吸爪中心齿轮，所述回转盘行星轮系包括依次啮合的回转盘中心齿轮、回转盘过渡齿轮及回转盘固定齿轮，其中所述回转盘固定齿轮和所述传送臂固定齿轮啮合。

优选的，所述步骤s3具体为：

s31：对所述传送臂行星齿轮系的模数m和传送臂固定齿轮齿数z3和吸爪中心齿轮的齿数z1进行取值，其中模数m取值大于1mm，z3＝2z1，且z1取值大于11；

s32：计算传送臂固定齿轮和吸爪中心齿轮变位系数x1和x3的最小值；改变传送臂过渡齿轮齿数z2，计算两对齿轮的中心距lde，得到最小的中心距ldemin；

s33：根据步骤s32计算的lod和lde组合，确定lod和lde的值，利用adams的间隙功能，计算相邻两个所述传送臂运动过程中的最小间隙，记录所有最小距离dmin大于0mm的设计方案以及相应的传送臂行星齿轮系中各齿轮的齿数和模数。

优选的，所述步骤s4具体为：

s41：对回转盘中心o和传送臂回转中心d的距离lod进行取值；

s42：对回转盘固定轮齿数z4进行取值，其中所述回转盘固定轮齿数z4≥17；

s43：对回转盘过渡轮齿数z5进行取值，其中所述回转盘过渡轮齿数z5≥17；

s44：计算回转盘过渡齿轮齿顶圆与相邻回转盘固定齿轮齿顶圆距离cad；

s45：记录cad大于0的值以及对应的lod、z4、z5和z6，其中z6为所述回转盘中心齿轮的齿数，z6＝2z4；

s46：判断z5是否大于50，是则转步骤s47，否则转步骤s43；

s47：判断z4是否大于是则转步骤s48，否则转步骤s42；

s48：得到所有满足要求的设计方案。

本发明还提供一种24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构，采用上述的设计方法设计而成。

与相关技术相比，本发明提供的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法在zj17蜘蛛手-接烟轮的烟支交接系统基础上，设计满足24～30mm超短烟支生产的九爪蜘蛛手交接机构。保证在生产速度为4000～6000支/分钟的工况下，交接质量同比达到zj17蜘蛛手-接烟轮的烟支交接系统的交接质量。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构的结构示意图；

图2为本发明提供的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构的结构示意图；

图3为本发明提供的传送臂行星轮系与回转盘行星轮系的连接关系示意图；

图4为步骤s2的流程图；

图5为相邻两个传送臂的最小间距示意图；

图6为步骤s3的流程图；

图7为回转盘过渡齿轮齿顶圆与相邻回转盘固定齿轮齿顶圆距离示意图；

图8为步骤s4的流程图。

【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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合参阅图1-8，本发明提供一种24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法，包括如下步骤：

s1：对zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构进行运动分析，计算烟支交接过程中蜘蛛手烟道和接烟轮烟道在各方向的相对速度，将幅值较大的相对速度作为主要运动参数，选取所述主要运动参数的最大值作为所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构的运动参数的限定值。

zj17型卷接机组蜘蛛手机构10包括第一吸爪11、第一传送臂12及第一回转盘13。机器运行时，所述第一回转盘13在主传动的驱动下按照顺时针方向回转，所述第一回转盘13上的第一传送臂12按自身的回转中心逆时针回转，而所述第一传送臂12上的第一吸爪11按自身的回转中心顺时针回转。所述第一回转盘13、第一传送臂12和所述第一吸爪11相对于自身的回转中心的角速度相等，使得不管所述第一传送臂12在什么位置，所述第一吸爪11始终处于水平状态。其中，所述第一回转盘13上设有八个所述第一传送臂12，每个所述第一传送臂12上安装有一个所述第一吸爪11。

所述zj17型卷接机组蜘蛛手机构10的工作过程为：烟支由传送导轨运送到a点位置，所述第一吸爪11的负压通道接通，在负压作用下吸取送烟轮烟道上的烟支，完成抓烟；当烟支被传送至b处时，所述第一吸爪11的负压通道断开，接烟轮的负压通道接通，所述接烟轮的烟道在负压作用下吸取所述第一吸爪11中烟支，完成交烟。

在整个工作过程中，所述第一吸爪11的运动轨迹为椭圆，运动方程为：

xzzs＝(lod0+lde0)cosθ1；yzzs＝(lod0-lde0)sinθ1

其中，θ1＝ω1t1，lod0为所述第一回转盘13中心o0和所述第一传送臂12回转中心d0的距离；lde0为所述第一传送臂12回转中心d0和所述第一吸爪11回转中心e0的距离；θ1、ω1、t1分别为所述第一吸爪11的旋转角度、旋转角速度及旋转时间。

对上述运动方程中的时间t1求导，可以得到所述第一吸爪11在任意点沿x轴方向和y轴方向的线速度：

vx_zzs＝-(lod0+lde0)ω1sinθ1；vy_zzs＝(lod0-lde0)ω1cosθ1

所述烟支的运动方向始终在x方向，其速度为：

其中l烟支为所述烟支的长度，n为烟支的生产速度。

所述接烟轮运动的轨迹方程为一个圆，其运动方程为：

其中，θ2＝ω2t2，lo1f为所述接烟轮运动的中心o1和所述接烟轮中心f的距离；θ2、ω2、t2分别为所述接烟轮的旋转角度、旋转角速度及旋转时间。

对上述运动中的时间t2求导，可以得到所述接烟轮在任意点沿z轴方向和y轴方向的线速度：

则所述第一吸爪11和所述接烟轮在各方向上的相对速度为：

δvx＝vx_zzs-vx_jyl；δvy＝vy_zzs-vy_jyl；δvx＝vz_zzs-vz_jyl

其中δvx、δvy、δvz分为为x方向、y方向和z方向的相对速度。

将上述各方向上的相对速度进行合成，得到总的相对速度δv：

δv＝vx²+vy²+vz²

可以理解的是，所述zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构已经为较为成熟的烟支交接机构，在上述δvx、δvy、δvz存在的情况下，所述zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构依然顺序完成烟支交接工作，因此，选取δvx、δvy、δvz的最大值作为所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构中运动参数的限定值，可以在保证烟支的顺利交接，不会出现掉烟的现象。

可以理解的是，送烟过程的运动分析与其相同，采用上述运动分析的过程同样可以得到送烟轮与蜘蛛手在各方向上的速度差，将上述速度差的最大值作为24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构中运动参数的限定值，可以在保证烟支的顺利交接，不会出现掉烟的现象。

s2：基于matlab计算同比满足zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构烟支交接参数的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构参数。

所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构包括回转盘、安装于所述回转盘上的多个传送臂及安装于所述传送臂的多个吸爪，所述传送臂包括驱动所述传送臂自转的传送臂行星轮系，所述回转盘包括驱动所述回转盘自转的回转盘行星轮系，所述传送臂行星轮系包括依次啮合的传送臂固定齿轮211、传送臂过渡齿轮212及吸爪中心齿轮213，所述回转盘行星轮系包括依次啮合的回转盘中心齿轮111、回转盘过渡齿轮112及回转盘固定齿轮113，其中所述回转盘固定齿轮113和所述传送臂固定齿轮211啮合。其中，所述回转盘1上设有九个所述传送臂，每个所述传送臂上安装有一个所述吸爪，所述吸爪即为蜘蛛手的烟道。

所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构参数对烟支交接质量起主要影响作用，所述24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构参数为：lod和lde，其中lod为所述回转盘1中心o和所述传送臂2回转中心d的距离；lde为所述传送臂2回转中心d和所述吸爪3回转中心e的距离。

所述步骤s2具体为：

s21：在1-200mm范围内对lod进行取值，得到lde的取值范围为0-lde；

s22：在0-lod范围内对lde进行取值，得到lod和lde的一种组合；

s23：计算抓烟过程中所述吸爪和送烟轮烟道在各方向的相对速度，将幅值较大的相对速度作为抓烟主要运动参数；

s24：计算交烟过程中所述吸爪和接烟轮烟道在各方向的相对速度，将幅值较大的相对速度作为交烟主要运动参数；

s25：记录抓烟主要运动参数的最大值及交烟主要运动参数的最大值；

s26：将步骤s25中的抓烟主要运动参数的最大值及交烟主要运动参数的最大值与步骤s1得到的zj17蜘蛛手交接机构主要运动参数的最大值比较；若小于等于zj17蜘蛛手交接机构主要运动参数的最大值，则记录lod和lde的组合；若大于zj17蜘蛛手交接机构主要运动参数的最大值，则不记录；

s27：判断是否遍历完lde的值，遍历完转步骤s28，没遍历完转步骤s22；

s28：判断是否遍历完lod的值，遍历完得到所有满足要求的lod与lde组合，没遍历完转步骤s21。

需要说明的是，24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构的运动分析过程与所述zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构的运动分析过程相同。所述步骤s2完成后，选择出符合交接烟支条件的lod与lde组合，选择该种组合的lod与lde可以保证烟支顺利交接，不会出现掉烟，烟支的传递速度与zj17型蜘蛛手-接烟轮交接机构保持一致。

s3：基于相邻两个所述传送臂不会发生干涉的条件，优化所述传送臂行星轮系齿轮参数。

通过改变传送臂行星轮系中各齿轮的齿数和模数，基于齿轮中心距、变位系数计算式和adams中clearence模块，计算相邻蜘蛛手传送臂运动过程中的最短距离dmin，并以最短距离大于0的方案作为优化的结果。

所述步骤s3具体为：

s31：对所述传送臂行星齿轮系的模数m和传送臂固定齿轮齿数z3和吸爪中心齿轮的齿数z1进行取值，其中模数m取值大于1mm，z3＝2z1，且z1取值大于11；；

s32：计算传送臂固定齿轮和吸爪中心齿轮变位系数x1和x3的最小值；改变传送臂过渡齿轮齿数z2，计算两对齿轮的中心距lde，得到最小的中心距ldemin；

s33：根据步骤s32计算的lod和lde组合，确定lod和lde的值，利用adams的间隙功能，计算相邻两个所述传送臂运动过程中的最小间隙，记录所有最小距离dmin大于0的设计方案以及相应的传送臂行星齿轮系中各齿轮的齿数和模数。

s4：基于相邻两个所述传送臂不会发生干涉的条件，优化所述回转盘行星轮系齿轮参数。

由于回转盘中心轮、回转盘固定齿轮和回转盘过渡轮的齿数较大，具有较大的调整空间，故保持模数为1.5mm不变，改变所述回转盘行星轮系中三个齿轮的齿数，且规定三个齿轮齿数均大于或等于17，以保证不会发生根切。因此，以回转盘过渡齿轮齿顶圆与相邻回转盘固定齿轮齿顶圆距离cad作为优化的目标。

所述步骤s4具体为：

s41：对回转盘中心o和传送臂回转中心d的距离lod进行取值；

s42：对回转盘固定轮齿数z4进行取值，其中所述回转盘固定轮齿数z4≥17；

s43：对回转盘过渡轮齿数z5进行取值，其中所述回转盘过渡轮齿数z5≥17；

s44：计算回转盘过渡齿轮齿顶圆与相邻回转盘固定齿轮齿顶圆距离cad；

s45：记录cad大于0的值以及对应的lod、z4、z5和z6，其中z6为回转盘中心齿轮的齿数，z6＝2z4；

s46：判断z5是否大于50，遍历完转步骤s47，没有转步骤s43；

s47：判断z4是否大于否步骤s42，没有转步骤s49；

s48：得到所有满足要求的设计方案。

s5：对所有设计方案进行运动分析，计算得到抓烟运动和交烟运动各个方向相对速度的最大值，评价各运动方案的抓烟质量和交烟质量，选择最优的设计方案作为最终的设计方案。

本发明还提供一种采用上述设计方法制成而成的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构，其可以交接24-30mm双倍长超短烟支。

实施例：

根据步骤s1，计算得到抓烟过程的运动参数在抓烟运动过程的最大值：x方向相对速度最大值δvx_zy＝3421.28mm/s、y方向相对速度最大值δvy_zy＝73.04mm/s以及总的相对速度最大值δvzy＝3421.28mm/s。

计算得到交接过程的运动参数在交烟运动过程的最大值：x方向相对速度最大值δvx_jy＝969.18mm/s、y方向相对速度最大值δvy_jy＝556.32mm/s、z方向相对速度最大值δvz_jy＝131.37mm/s及总的相对速度最大值δvjy＝1119.71mm/s。

经过分析，选择幅值较大的运动参数：δvx_zy、δvzy、δvx_jy、δvy_jy、和δvjy作为作为24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构运动参数的限制值。

根据步骤s2，以步骤s1得到的速度差的最大值，对超短烟支蜘蛛手机构进行设计，得到若干交接质量等同于zj17型蜘蛛手-接烟轮烟支交接机构的设计方案。

根据步骤s3和步骤s4，考虑行星轮系的空间结构，对步骤s2得到的设计方案进行优化。得到6种设计方案，如表1所示：

根据步骤s5，进行运动学分析，以各方向最大速度差作为抓烟质量和交接质量的判定依据，速度差最大值越小，抓烟质量和交烟质量越好，分析结果如表2、表3所示，由分析结果看出：e和f方案的抓烟质量和交烟质量好于其他设计方案，将e和f方案作为最终设计方案。

表1：

表2：各设计方案中抓烟运动参数(6000支/分钟、烟支长度24mm)

表3：各设计方案中交烟运动参数(6000支/分钟、烟支长度24mm)

与相关技术相比，本发明提供的24-30mm双倍长超短烟支蜘蛛手机构及其设计方法在zj17蜘蛛手-接烟轮的烟支交接系统基础上，设计满足24～30mm超短烟支生产的九爪蜘蛛手交接机构。保证在生产速度为4000～6000支/分钟的工况下，交接质量同比达到zj17蜘蛛手-接烟轮的烟支交接系统的交接质量。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除