第八章 传动系统
传动系统的组成及要求
传动系统的分类
传动系统分析及计算
传动系统方案及设计准则
对于包装执行机构的动作来讲, 是复杂且多种多
样的, 而作为动力机输出的运动 却是有限的转动,
摆动和移动等几种形式 。 这样, 在动力源与执行件之
间, 就要设置一个能使两者联系起来, 并传递所需的
动力和保证各执行件之间的正确运动联系的工作系统,
该系统即为传动系统 。 由此可见, 传动系统的功能,
就是改变原动机运动的速度和形式 。 其结构形式决定
着包装机的传动方案, 总体布局并对包装机的使用性
能, 结构, 制造成本有着很大的影响 。
第一节 传动系统的组成与要求
一, 传动系统的组成
包装机自动化程度较高, 属于自动机的一种 。 由于它
的执行件较多, 而且各种执行件之间又必须协调配合才能
完成包装工作, 故包装机的传动系统比较复杂, 通常有机
械式, 液压式, 电气式等几种形式 。 高, 中速自动包装机
多采用机械式传动系统；大型低速包装机以气动式传动系
统应用较为广泛；液压式系统, 因其价格稍高, 且易漏油
污染产品, 若运动平稳性要求不是很高, 液压系统优越性
发挥不充分, 所以应用的场合不广泛；电气式传动系统常
与机械式并用, 实现前级的大范围调速 。 随着包装产业的
迅猛发展, 现代包装机及包装线的组成设备已越来越多地
采用以机为主、兼有电、光、液、气的综合传动系统。
传统的传动系统通常包括以下几个组成部分。
1.定比传动机构
即具有固定传动比的传动机构 。 通常采用齿轮, 皮
带, 链, 蜗轮副, 联轴节等传动机构, 借此按预定的要
求把动力源输出的动力和运动传递给有关执行机构 。
2.变速装置
包装机的变速装置有齿轮变速机构，机械无级变速
机构以及液压无级变速装置，多速电机等。包装机中常
用的是有级变速装置和无级变速装置。
3.运动转换装置
包装机执行机构的运动形式是多样的,如转动, 移
动, 摆动, 间歇运动, 不等速运动等等 。 因此,包装机
中常设置运动转换装置如连杆机构, 凸轮机构, 槽轮机
构, 齿轮齿条, 丝杠螺母等装置,以保证执行机构所需
要的运动规律 。
4.操纵控制装置
包括操控启动、停止、离合、制动、调速、换向以
及按规定程序进行自动控制运动所需要的各种操纵装置、
元件、组件。借以通过不同的方式方法来改变传动系统
的状态和参数。设计时一般操纵装置的方案与传动系统
同时加以考虑。
5.润滑与密封装置
为保证传动系统正常工作,必须有良好的润滑与密封装置,
防止出现漏油漏水,污染被包装物, 包装材料及环境,并可
延长使用寿命 。
现代包装机及包装生产线的组成设备已越来越多地采用
以机为主兼有电, 液, 气的综合传动系统 。
二, 对传动系统的要求
包装机的传动系统与整机的技术经济指标有密切关系，
它影响包装机的结构、布局、包装精度、传动效率、制造
以及制造成本、操作与调整是否方便等,因此，设计传动
系统时必须注意满足下列要求,
1.各执行件必须有足够的调速范围,而且往往要求速度无
级变化, 以满足生产率和包装袋尺寸, 规格等连续变化的
要求 。
2.各电动机和全部传动机构需能满足足够的功率和扭矩,
并且具有较高的传动效率 。
3.各执行件的位置, 速度应有比较准确的相对关系,又要
便于独立调整 。
4.结构简单, 润滑与密封良好,操作方便可靠,便于加工装
配,成本低 。
5.便于实现包装机的自动化和组成自动包装生产线 。
6.为便于调整试车,传动系统中应设手动微调装置或其它调
整机构。
第二节 传动系统的分类
一, 按传递运动形式分类
若将复杂的运动分解为最基本的形式，则有,
1.连续回转运动
主要有带传动、链传动、摩擦轮传动、谐波传动、
圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、螺旋齿轮传动、摆线针
轮传动、蜗杆传动、磁力传动、液压传动、万向联轴节
等。它们往往被用于改变运动速度、回转方向，或者传
动轴的布局及方位。
2.往复移动和摆动
主要有螺旋传动, 齿条传动, 液压传动, 气压传
动, 连杆机构, 凸轮机构等 。 其中最常见的, 是将
动力机的等速回转变换为执行机构的往复直线运动 。
3.间歇运动
主要有非圆齿轮传动、不完整齿轮传动、棘轮传动、
槽轮机构、蜗形凸轮机构、齿轮连杆机构、槽轮连
杆机构、凸轮连秆机构、气液压连杆机构以及其它
形式的组合机构等。正如前述，无论是较小或较大
动停比的间歇传动 (包括瞬停 )，在包装机的供送与
主传送系统中都有广泛的应用。
二, 按传动比变化状况分类
1.定传动比传动
可使传动装置的输入与输出速度相对稳定或者需对
应变化的传动 。
2.变传动比传动
(1)有级变速 — 将动力机的输出速度变换为执行机
构若干个不同输入量的传动 。
(2)无级变速 — 将一个速度变换为在某一范围内获
得无限多个输出量的传动 。
(3)周期性有规律变速 — 实现函数传递,以改善执行
机构运动和动力特性的传动。
三, 按传动能流路线分类
1.单流传动
动力机输出的能量, 流经每一传动件后传至执行
机构 。 多用于功率小, 传动元件少, 配置要求紧凑的
设备 。
2.分流传动
由动力机输出的能量, 分配给几个传动元件, 并
由这些传动元件分别传至各自联接的执行机构, 它有利于
灵活安排传动路线, 提高传动效率和缩小传动元件结构尺
寸, 因而, 特别适用于有较多执行机构的包装机 。
3.汇流传动
即动力源由若干台小功率的动力机发送, 分别传至对应
的传动元件, 最后传给同一执行机构 。
该传动适用于低速, 重载, 大功率设备 。 因动力源分散,
化大为小, 改善了传动机构, 提高了传动效率 。 此外, 采
用若干个相同或不同的动力装置还能使执行机构有效地完
成所需的复合运动及速度变化节拍 。
4.混流传动
混流传动是前述三种传动组合。
第三节 传动系统分析及计算
一, 传动系统图
为了便于分析包装机的运动和传动情况, 以便设计包
装机, 通常应用包装机的传动系统图, 包装机的传动系统
图是表示包装机全部运动传动关系的的示意图 。
包装机的传动系统图应尽量画在一个能反映包装机外
形和各主要部件相互位置的投影面上。在图中，各传动元
件是按照传动顺序，以展开图的形式画出来的，由
于包装机很复杂，要吧一个立体的传动结构展开并
绘制在一个平面图中，有时不得不把其中某一根轴
绘成用折断线连接的两部分，或弯曲成夹角的折线，
有时对于展开后失去联系的传动副，要用大括号后
虚线连接起来以表示他们的传动联系。传动系统图
只能表示传动关系，并不代表各元件的实际尺寸和
空间位置。在图中通常还须注明齿轮及蜗轮的齿数、
模数、带轮直径、丝杠的导程和头数。电动机的转
速和功率、传动轴的编号等。传动轴的编号通常从
动力（如电机等）开始，按传动顺序，依次用罗马
数字 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 等表示。
下面就以典型的卧式枕型制袋 — 充填 — 封口机为例, 说
明传动系统图的分析与计算方法 。 图 8.2就是这台卧式枕型
包装机的传动系统图 。
根据被包装物的形状、大小，包装材料的质地厚薄及
生产能力的不同要求，这种通用包装机采用可控硅控制的
直流调速电机 (M0)做主动力源，功率为 0.75千瓦，通过定比
传动机构，使本机的生产能力控制为 25～ 175包 /分，设有
光电控制装置可进行商标定位，为校正定位误差另设有三
台 25瓦伺服电机（ M1,M2,M3），另设一台 0.1千瓦的输
出电机（ M4）。全机传动部分是由齿轮、滚子链和摩擦带
等主要传动元件组成。补偿及调整运动通过锥齿轮差动器
输入，使包装机执行机构能够连续协调地工作。
传动系统图所示的全部传动关系可用如下的传动结构式
表示,
主电机 M0经皮带轮 带动轴 Ⅰ, 经可分离锥齿轮无级
变速器 使轴 Ⅲ 转动 。
在轴 Ⅲ 上装有差速器 C1,C1的输出齿轮 Z1与轴 VI上的
齿轮 Z2啮合,再经链轮 带动轴 Ⅴ 旋转。轴 Ⅴ 经链轮,截
锥元级变速器 和链轮 传动供纸辊；轴 Ⅴ 经锥齿轮 带动
拉纸辊；轴 Ⅴ 又经链轮 传动 ⅩⅢ,经轴 ⅩⅢ 上的链轮 Z12传
动链轮 Z13使毛刷旋转；又经轴 ⅩⅢ 上的截锥式无级变速
器,链轮,锥齿轮 驱动纵封辊旋转。工作中商标定位出
现误差由伺服电机 M1经齿轮,通过差速器 C1进行补偿，包
装袋尺寸长短的调整,是由伺服电机 M2,经链轮, 锥齿
2D
D
6
5
4
3 DDDD ?
4
3ZZ
8
5ZZ
2
1dd
10
9ZZ
7
6ZZ
11
5ZZ
4
3dd
16
15ZZ
18
17ZZ
47
46ZZ
49
48ZZ
51
50ZZ
轮 带动丝杠 ⅩⅩⅢ 旋转，从而改变分离轮无级变速器的
传动比值来达到的。
55
54ZZ
轴 I上的齿轮 Z19,与齿轮 Z20啮合带动轴 Ⅻ,经链轮 使传
动轴 Ⅻ 旋转, 安装在轴 Ⅻ 上的差速器 C2的输出端上的链轮
Z23,通过链条带动链轮 Z24,调整偏心不等速运动机构的偏
心量, 由链轮 Z25,Z26带动轴 ⅩⅤ, 从而使物料输送传动带
工作, 物料位置调整可通过手轮 1,锥齿轮, 蜗轮副,
差速器 C2来完成 。 又轴 Ⅺ 上的链轮 Z21通过链条带动链轮
Z28,ⅩⅥ 轴旋转, 通过差速器 C3,链轮, 带动轴 ⅩⅦ,
经轴 ⅩⅦ 上的差速器 C4驱动位置调整凸轮, 每次调整后开
机前先按下位置调整按钮, 使伺服电机 M3旋转, 经齿轮 将
运动输入给差速器 C4,使凸轮转至起始位置,以通过开关实
现计数,并与电眼配合进行补偿工作 。
22
21ZZ
57
56ZZ
67
66ZZ
30
29ZZ
32
31ZZ
35
36ZZ
通过差速器 C3输出端链轮 Z29,带动链轮 Z37。 又可将
运动传至轴 ⅩⅪ,经链轮 偏心不等速机构, 链轮, 差
速器 C5将运动传至轴 ⅩⅫ, 由链轮 直接驭动横封器, 调
整包装机横封器的位置可由手轮 3,通过蜗轮副 差速器
C5来实现；也可由手轮 2通过锥齿轮 蜗轮副 及差速器
C3实现 。
输出电机 M4通过皮带轮传动输出传送带, 轴 ⅩⅩⅧ 上
的链轮 Z64带动链轮 Z65旋转, 从而驱使输出毛刷旋转 。
离合器 L1,L2可切断供物, 拉纸及横封之间的联系,以
便于单独进行调整,
二, 传动系统分析与计算
1.执行件各级转速 (工作速度 )的计算
为设计, 计算方便, 采用传动比与一般自动机械的传动
比的概念相同,即
39
38ZZ
41
40ZZ
43
42ZZ
71
70ZZ
61
60ZZ
69
68ZZ
（ 8-1）
式中,i—传动比
n主动, n被动 —分别为主动轴, 被动轴转速
z主动, z被动 —分别为主动, 被动齿轮 (链轮 )齿数
d主动, d被动 一分别为主动, 被动带轮 (摩擦轮 )直径
通用包装机一般都适应于一定的包装工艺范围,即
生产率在一定的范围内变化,并允许尺寸规格及包装对象
有所变化 。 这就要求通用包装机的执行件具有不同的工
作速度 当这种工作速度是分级变化时, 一般是通过分
级变速机构来实现的, 各级工作速度的值等于动力源的
转速与该级工作速度下所有参加传动的传动件的传动比
值的乘积, 即执行件转速
n=n电 ·l1·l2·l3 (8-2)
被动
主动
被动
主动
主动
被动
d
d
Z
Z
n
ni ???
若执行件不是回转运动, 而是直线运动或其它运动规
律时,还要乘以运动关系转换的数值 。
2.传动效率
包装机结构形式很多,故其传动能流路线也不尽相同,
不同的能流路线传动效率也不相同 。
(1)单流传动
如图 8.3为一单流传动的包装机传动系统图 。 动力输出的
能量要流经每一个传动元件,则总的传动效率为,
(8-3)
可见传动元件越多传动效率越低 。 因此该传动方式多用
于功率小,传动件少的设备 。
(2)分流传动
3210 ???? ???
图 8.4 分流传动框图
传动路线如图 8.4所示
时, 其功率为,
显然,
（ 8-4）
η 0—分流传动部分的总效率
（ 8-5）
可见分流传动有利于灵活安排传动路线,提高传动效
率,缩小传动元件的结构尺寸, 适用于有较多执行件的包
装机 。 如图 8.2所示卧式枕形包装机传动系统就属于分流
传动 。
?????
4
3
3
2
2
11 ??? ccc NNNN
01
4
3
3
2
2
1
3211
0
321
0
)( ??
???
?? ??
???
????????
?
??
ccc
cccccc
NNN
NNN
N
NNN
?
?
???
????
4
3
3
2
2
1
321
0
???
?
ccc
ccc
NNN
NNN
(3)汇流传动
汇流传动形式如图 8.5所示 。
图 8.5汇流传动框图
总效率
（ 8-6）
?
?
? ??
???
??? 21 221121 00 NN
NN
NN
N ???
这种能流路线的特点是：对于低速, 重载, 大功率设备
可将动力源, 化整为零,,以便配备中小型动力机；可简
化传动机构,提高传动效率；采用两个或多个相同或不
同类型的动力机,使执行机构有效地完成所要的复合运
动形式及速度变化节拍 。 然而有时为了保证各动力机的
均载和同步, 最好在传动系统中设有浮动或者柔性的构
件,
图 8.6所示包装容器成型机的传动系统就属于汇流传动 。
该设备具有两种动力装置 。 液压缸可使螺杆产生不同速
度的直线往复运动,同时电动机使螺杆产生等速的回转
运动 。
(4)混流传动
混流传动实质上是前述三种传动能流路线的组合形式,
如图 8.7所示,其传动效率可按下面方法计算,
图 8.6 包装容器成型机传动系统图
图 8.7 混流传动框图
7
3
6
2
3 ??
cc NNN ??
= (4-7)
式中,0＜ α ＜ 1
5
1
4
12 )1(
?
?
?
? cc NNN ???
3
2
2
11 ?? NNN ??
1
1
0 ?
NN ?
0
321
0 N
NNN ccc ????
)(1)]([1
)(
7
3
6
2
3
1454
542
3211
??????????
?
cc
c
ccc
NNN
NNN
????
??
图 8.8所示糖果包装机传动系统就是典型的混流传
动 。 主电机经宽三角带槽轮无级变速器 51,斜齿轮 4、
5传动到主轴,主轴上的蜗杆凸轮 34使滚子 33做间歇
转动,从而使分粒盘 39旋转,将糖块整理好送到特定
位置 。 主轴上的链轮 6,经链条 48,链轮 7。 齿轮 10、
11,使擦纸轮 12转动擦纸,剪纸凸轮 27使剪刀 28剪
纸, 将纸送到分粒盘 39顶糖部分的上面,主轴上的
链轮 37,使链 36,偏心轮 41,35转动,使上, 下送
糖杆运动, 将糖块和纸向上送给爪钳 47,链轮 7经链
条 49,链轮 14,使拨盘 15转动,从而使马氏盘剥 16、
抓迁怒 47旋转 60度, 将糖和纸送到扭结中心 。 齿轮
17使齿轮 19,20,21同期传动, 机械手持 46,26由
杠杆 25,24,凸轮 22,23送进完成扭结工作 。 抄纸
凸轮 9使抄纸板 13抄纸,打糖杆 18排除糖块 。 油泵 40由链
轮 38,链条 50,链轮 37带动润滑全机 。 分电机 29经齿轮 30、
31使毛刷 32传动整理糖块,手动轮经 44,45也可使全机运
动 。
综合对各种能流传动路线所做的分析和计算, 可以看
出,传动系统的效率不仅与传动元件的结构形式, 工作表
面状态, 摩擦阻力类型, 润滑条件, 工作状态等因素有关 。
同时与各传动元件的组合及传动路线的布局也有很大关系 。
因此,合理的安排能流路线把动力传递和辅助运动适当分
开 。 尽量缩短传动路线,减少运动副和消极约束, 传动系
统中尽量避免大的封闭循环,这对提高传动效率,减少能量
损失是有效的 。
第四节 传动系统方案的设计准则
拟定包装机的传动系统必须考虑多方面因素,而且首
先应当满足包装工艺和总体结构的要求, 同时要合理选择
动力机, 传动与控制装置的类型及其组合方式, 再根据传
动系统图和传动路线图简明地表示出所要设计的技术方案 。
一般来说, 为实现同一的工艺要求就有可能设想出若
干个不同的传动方案 。 所以, 一定要根据实际情况进行广
泛的调查研究, 并参照现有的类似机器加以对比分析, 才
有可能选出一个比较理想的方案作为整机设计的依据 。
图 8.9 所示为金属卷带间歇供送装置的两种传动方案
示意图 。
图 8.9 金属卷带间歇供送装置的传动示意图
1一偏心轮 2一连杆 (下端为球面副 ) 3,4—摆杆套环 5一星轮 6,7—牵引棍
8一制动器 9,ll一带轮 10一同步齿形带 12一蜗形凸轮 13一滚子轮
图 8.10 卷带牵引辊运动状况的对比分析
图 8.10反映了卷带与冲头的
运动相位关系以及牵引辊角加速
度的变化情况 。 经实测得知, 采
用传动方案 (a),定位精度约为土
0.2 mm；而采用传动方案 (b),一
般为土 0.05 mm,并且运行平稳,
噪声轻微, 生产率高 。 其主要原
因, 在于两者所选的传动类型不
同,以致运动 --动力特性和实际工
作效果也有所区别 。 下面扼要地
加以分析,
（ 1)原动轴输出运动的比较
在方案 (a)中, 由等速回转的偏心轮 1带动连杆 2(下端为
球面副 )作往复的空间运动而使摆杆 3产生摆动, 由于惯性
较大将限制其运行速度的提高 。 而在方案 (b)中, 则采用高
强度的同步齿形带 10和带轮 9,11；这种挠性啮合传动, 传
动比准确, 惯性小, 能缓和冲击, 传动效率高, 适合于高
速工作 。
(2)牵引辊输入运动的比较
在方案 (a)中, 通过摆杆 3另一端的套环 4和内部滚子的
摩擦作用而使星轮 5及其同轴相连的下牵引辊 6产生余弦加
速运动 。 因伴有柔性冲击, 加之在起动时套环与滚子会打
滑, 停止时又会引起星轮产生一定的惯性超越现象, 结果
必然影响牵引辊的定位精度 。 为克服这一缺点, 有的附加
了制动器 8。 而在方案 (b)中, 代之以蜗形凸轮机构 12,它
啮合性能好, 传动精度高,而且凸轮曲线接近于正弦加速度
的变化规律, 故能很好地改善牵引辊的工作性能 。
此外, 为了有效地供送金属卷带, 要求牵引辊 6,7之间能保持足够的压力, 并可灵活调整 。 通常, 将从动辊放在
主动辊的上方, 以便配备弹簧压紧装置, 同时增强保险作
用 。
由此可见, 为了更好地设计包装机的传动控制系统, 要
善于根据科学理论和积累的实际经验加以概括和总结, 因
地制宜地运用, 并在此基础上进一步求得丰富和发展 。 为
此, 提出若干注意事项供设计参考 。
一, 按执行机构工作情况选择动力机的类型
首先要按执行机构的工作情况合理选择动力机的类型 。
应该考虑所选的动力机, 其驱动力矩, 运动形式, 输出速
度以及调速, 反转, 制动等一系列因素, 对确定传动与
控制装置所产生的影响。下面扼要地介绍一下包装机几种
常用动力机的主要工作性能及适用范围。
1.三相交流异步电动机
这种电动机结构简单, 维护容易, 价格便宜, 能经受
频繁地起动和反转 。 然而却只能在负载转矩小于该电机机
械特性曲线上的最小转矩时起动, 并且还只能在该曲线上
的稳定区段实现正常的运转, 但输出速度会随着负载转矩
的增大几乎呈线性递减 。 至于起动能力和过载能力则一般
为 2左右 。 该机已被厂 —泛应用于负载比较平稳, 不需调速,
长期工作的包装机 。
2.交流滑差电动机
这种电动机由异步电动机, 电磁滑差离合器, 测速发
电机以及有关控制回路组成 。 具有高起动力矩, 能反转,
吸振性能好, 在适当的负载力矩变化范围内改变电磁滑差
离合器的激磁电流可实现稳定的无级调速等优点 。 不过,
滑差率大时, 传递动力的效率偏低 。 所以, 对要求大幅度
无级变速且使运行速度稳定的包装机传动系统，比较适用。
若将三相交流异步电动机配备变频装置同样可以实
现无级调速, 不仅变速范围宽, 效率也高, 有的包装机
已开始采用 。
3.直流串激电动机
这种电动机的起动和过载能力都强, 改变激磁电流
的大小和方向能无级调速和反转, 但需直流供电, 价格
较贵 。 主要用于塑料, 造纸, 印刷等部门包装材料加工
机械中的卷绕机构, 以完成牵引力与速度都应保持稳定
的恒功率驱动过程 。
4.交流伺服电动机
这种电动机实质上就是微型的两相异步电动机 。 它
运行稳定, 响应迅速, 有良好的可控性 。 近年来在包装
机的传动控制系统中获得了有效的使用 。
当电机起动以后, 若将控制电压突然取消, 仅保留激
磁电压单相供电, 则会产生制动转矩迫使转子迅速停止 。
其制动所需时间, 比两相电压同时取消单靠摩擦作用要快
得多 。 为此, 在开机期间定子的激磁绕组必须始终接通电
源 。 它的运转方向是随控制信号极性的变化而变化, 而转
动与否以及速度的快慢, 则取决于控制信号的有无及其强
弱的变化状况 。
选择电动机时要注意：它的极数愈多, 同步转速愈低, 则
体形愈大, 造价愈高；因此, 电动机转速应同整个传动系
统的输出速度及中间速比的分配相协调, 力求简单, 紧凑,
实用, 可靠和经济 。 事实上, 包装机广泛采用三相交流异
步电动机, 其同步转速多为 1500r／ min,就是这个道理 。
从执行机构工作特性, 能流分配和传动效率来看, 有时选
用一台动力机驱动几个传动链并不一定合算, 反而会使传
动系统复杂化 。 在这种情况下, 可考虑采取若干台动力机
(同类型或不同类型 )联合驱动的方案 。
图 8.11所示为塑料包装容器注射成型机的螺杆传动装置 。有两种动力源 ——电动机 1和油缸 6。 当预塑时, 根据原料的
塑化条件借齿轮变速箱 2的有级变速确定所需的转速, 并使
螺杆 5产生单向回转和勾速后退 (后退速度取决于活塞的背
压 )的复合运动；而当注射时, 使其产生由慢到快再到慢的
变速直线移动 。 实践表明, 这种传动装置既满足了成型加
工工艺的要求, 又提高了传动效率；另外, 拆除和清理螺
杆也都比较方便 。
图 8.11 塑料包装容器注射成型机螺杆传动装置
l—电动机 2一齿轮变速箱 3一公共齿轮 4一交换齿轮一螺杆 6一油缸
7一预塑计量行程开关
二, 确定传动系统的起动条件和空载特性
设计传动系统应事先明确设备的起动条件和动力机的
起动空载特性 。 如果要求周期性的频繁起动或者负载的起
动转矩会超过动力机的承载能力时,则在动力机与传动机构
之间最好增设离合器, 也可在变速装置内安排, 空档, 以
便进行空载起动 。
有的场合往往还要配备过载保护装置如安全联轴节,
安全弹簧, 安全销等 。 但是, 如果传动装置本身己具备了
这种性能, 就无需另设了 。 值得注意的是, 象摩擦传动带
之类, 虽然过载时会打滑而起一定的保护作用, 可是却不
宜在易燃易爆的环境里采用, 也不允许作分度传动链 。
三, 紧急停车时的制动
在产品包装的过程中, 为排除设备故障常需紧急停车 。
对那些转动惯量大而速度又高的设备, 欲达到较高的定位
精度, 则必须采取相应的制动措施 。 例如, 旋转型灌装机,
大都用三相交流异步电动机或交流滑差电动机来驱动,对
此设置速度继电器进行反接制动已取得明显的成效 。 除此
以外, 使用摩擦式电磁制动器也日趋增多 。
还有的包装机经常处于正反向工作状态, 特别是重载,
长行程的, 首先要充分利用动力机 (包括液气压传动装置 )
的反向运动功能, 而实有困难和不便, 只好在传动系统中
增设专用的反向机构 。
四, 拟定传动路线和各级传动比
拟定传动系统方案必须妥善安排传动路线和各级传动
比, 其准则是,
(1)结合具体传动装置在通用范围内选取适当的传动
比 。 若发现某一级的传动比过大, 可考虑采用多级传动,
力求减小传动元件的尺寸和重量 。 对于传动效率的高低,
也应做具体分析 。 例如, 单级蜗杆的传动效率往往就不如
具有同样传动比的多级圆柱齿轮传动 。
(2)鉴于包装机的传动链多属于减速传动, 所以, 除带
传动 (因要求较大的包角 )外, 一般都要遵循传动比分配
,前小后大,, 变速级数, 前多后少,, 转速排列, 前密
后疏, 的原
则，同时不让相邻的两级传动比
差得过于悬殊。这样，可使靠近
动力机的传动轴的转速高些，较
高速级数多些，而转矩小些，以
利于缩小整个传动系统的结构尺
寸和空间位置。由图 8.11和图
8.12所示的塑料包装容器注射成
型机螺杆传动装置及其转速图可
见，它具有 一只公共齿轮、五根
轴、四种变速，变速级数的分配
式为 4＝ 2× 2× l× l，大致符合
上述原则。附带说明，在 Ⅲ, Ⅳ
两轴还配有三对交换齿轮和棘轮
反向
图 8.12 预塑 — 注射螺
杆传动装置转速图
制动元件 (图中未示 )，以便扩大变速范围。
(3)对于大传动比传动, 尤其是当传动链的传递功率
较大时, 最好少用蜗轮蜗扦副, 螺旋副以及某些行星
齿轮机构, 功率较小时却可适当采用 。 尽管如此, 为
减小结构尺寸, 提高传动效率起见, 通常也总把它们
安排在靠近动力机输出轴的部位 。 同理, 对挠性摩擦
传动也多作类似处理, 并使其更好地发挥吸振和过载
保护的作用 。
五, 分配轴的配置方式与传动元件
凡属分配轴的传动部分都要采用啮合类型的传动
元件, 以保证传动比准确 。 至于系统中分配轴的根数
及其配置方式, 则在很大程度上取决于有关执行机构
的工作要求, 相互联系和总体布局, 而且同传动路线,
传动比分配也有一定关系 (参阅本章所示各包装机传
动系统图 )。
考虑到设备的试车, 调整, 维修和操作等实际需
要, 有时在分配轴上要安装盘车手轮以及卸载用的离
合机构 (参见图 8.13中的单向超越离合器 )。
六, 合理制订传动系统方案及其技术措施
更值得强调的,必须密切联系包装工艺条件合理制
订传动系统方案及具体技术措施 。 在此, 仅举两个实
例加以对比说明 。
图 8.13所示为小型负压灌装机主体部分的传动系
图 8.13 小型负压灌装机传动系统图
1一盘车手轮 2一单向超越离合器 3一托瓶转盘 4—分件供送螺杆 5-星形拨轮 6一板链
统。灌装阀头数一般为 20只左右，灌装真空度低于 66660Pa
(相当于 500 mmHg)，瓶口压紧力每只约为 150N。
因此，托瓶转盘的受力不大，结构也可做得轻巧一
些，在主轴下端配置一对锥齿轮进行传动。为使各
执行机构保持确定的运动联系，宜适当增加分配轴
和传动链的数目。这样，总体布局比较灵活，分流
传动比重大，有利于均衡各传动件的承载状况，缩
小结构尺寸，便于制造维修，以适应中小型厂的加
工能力。
图 8.14所示为大型等压灌装 --封口机主体部分的传动
系统 。 灌装阀头数一般为 40-60只, 灌装压力常取 20-50N，
瓶口压紧力每只约为 300N。 由于托瓶转盘受力较大, 结构
庞大笨重, 故多采用大型的滚动轴承和齿轮作为该主轴的
支承传动件, 以利于简化整个传动系统,使总体布局更加
紧凑实用, 并保证平稳运行, 延长使用寿命 。 不过, 象
这样的支承传动件不仅难以制备，加工成本也很高。
图 8.14 大型等压灌装 ---封口机传动系统图
1—封口枫蜗轮蜗杆传动副 2一灌装机齿轮传动副
3一分件供送螺杆 4—导扳 5—屋形拨轮 6—板链
七、采用高强度轻质材料,扩大机件的通用化程度
现代包装机有相当多的机种在朝着高速化方向发展。
可是由传动件的运动惯性及动不平衡等因素所引起的振动、
噪声，不论对设备本身或操作环境都会带来许多不良影响。
因此，必须合理设计它们的外形尺寸、质量分布及运动形
式，还要提高材料的刚度、强度、制造装配精度及耐磨性
能，并附加各种补偿调整措施，使得设备长期稳定可靠的
运转。
当前, 无论是包装机的传动装置或者是执行机构, 使
用高强度轻质合金材料逐渐增多, 而且正不断扩大传动元
件的通用化程度 。
八, 包装机的先进性与其自动化水平的关系
一般来说, 包装机的先进性与其自动化水平有一定联系 。
如果执行机构的某些动作并不参与正常生产过程, 且无
确定的运动规律, 利用率又不甚高时, 那么最好还是人
工操纵 。 如果执行机构的某些动作带有一定的规律性和
重复性, 而且用手工操作劳动量大, 响应慢, 易产生误
动作, 又不安全, 在这种情况下, 应该适当地运用机,
电, 光, 液, 气等综合技术进行自动控制 。
传动系统的组成及要求
传动系统的分类
传动系统分析及计算
传动系统方案及设计准则
对于包装执行机构的动作来讲, 是复杂且多种多
样的, 而作为动力机输出的运动 却是有限的转动,
摆动和移动等几种形式 。 这样, 在动力源与执行件之
间, 就要设置一个能使两者联系起来, 并传递所需的
动力和保证各执行件之间的正确运动联系的工作系统,
该系统即为传动系统 。 由此可见, 传动系统的功能,
就是改变原动机运动的速度和形式 。 其结构形式决定
着包装机的传动方案, 总体布局并对包装机的使用性
能, 结构, 制造成本有着很大的影响 。
第一节 传动系统的组成与要求
一, 传动系统的组成
包装机自动化程度较高, 属于自动机的一种 。 由于它
的执行件较多, 而且各种执行件之间又必须协调配合才能
完成包装工作, 故包装机的传动系统比较复杂, 通常有机
械式, 液压式, 电气式等几种形式 。 高, 中速自动包装机
多采用机械式传动系统；大型低速包装机以气动式传动系
统应用较为广泛；液压式系统, 因其价格稍高, 且易漏油
污染产品, 若运动平稳性要求不是很高, 液压系统优越性
发挥不充分, 所以应用的场合不广泛；电气式传动系统常
与机械式并用, 实现前级的大范围调速 。 随着包装产业的
迅猛发展, 现代包装机及包装线的组成设备已越来越多地
采用以机为主、兼有电、光、液、气的综合传动系统。
传统的传动系统通常包括以下几个组成部分。
1.定比传动机构
即具有固定传动比的传动机构 。 通常采用齿轮, 皮
带, 链, 蜗轮副, 联轴节等传动机构, 借此按预定的要
求把动力源输出的动力和运动传递给有关执行机构 。
2.变速装置
包装机的变速装置有齿轮变速机构，机械无级变速
机构以及液压无级变速装置，多速电机等。包装机中常
用的是有级变速装置和无级变速装置。
3.运动转换装置
包装机执行机构的运动形式是多样的,如转动, 移
动, 摆动, 间歇运动, 不等速运动等等 。 因此,包装机
中常设置运动转换装置如连杆机构, 凸轮机构, 槽轮机
构, 齿轮齿条, 丝杠螺母等装置,以保证执行机构所需
要的运动规律 。
4.操纵控制装置
包括操控启动、停止、离合、制动、调速、换向以
及按规定程序进行自动控制运动所需要的各种操纵装置、
元件、组件。借以通过不同的方式方法来改变传动系统
的状态和参数。设计时一般操纵装置的方案与传动系统
同时加以考虑。
5.润滑与密封装置
为保证传动系统正常工作,必须有良好的润滑与密封装置,
防止出现漏油漏水,污染被包装物, 包装材料及环境,并可
延长使用寿命 。
现代包装机及包装生产线的组成设备已越来越多地采用
以机为主兼有电, 液, 气的综合传动系统 。
二, 对传动系统的要求
包装机的传动系统与整机的技术经济指标有密切关系，
它影响包装机的结构、布局、包装精度、传动效率、制造
以及制造成本、操作与调整是否方便等,因此，设计传动
系统时必须注意满足下列要求,
1.各执行件必须有足够的调速范围,而且往往要求速度无
级变化, 以满足生产率和包装袋尺寸, 规格等连续变化的
要求 。
2.各电动机和全部传动机构需能满足足够的功率和扭矩,
并且具有较高的传动效率 。
3.各执行件的位置, 速度应有比较准确的相对关系,又要
便于独立调整 。
4.结构简单, 润滑与密封良好,操作方便可靠,便于加工装
配,成本低 。
5.便于实现包装机的自动化和组成自动包装生产线 。
6.为便于调整试车,传动系统中应设手动微调装置或其它调
整机构。
第二节 传动系统的分类
一, 按传递运动形式分类
若将复杂的运动分解为最基本的形式，则有,
1.连续回转运动
主要有带传动、链传动、摩擦轮传动、谐波传动、
圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、螺旋齿轮传动、摆线针
轮传动、蜗杆传动、磁力传动、液压传动、万向联轴节
等。它们往往被用于改变运动速度、回转方向，或者传
动轴的布局及方位。
2.往复移动和摆动
主要有螺旋传动, 齿条传动, 液压传动, 气压传
动, 连杆机构, 凸轮机构等 。 其中最常见的, 是将
动力机的等速回转变换为执行机构的往复直线运动 。
3.间歇运动
主要有非圆齿轮传动、不完整齿轮传动、棘轮传动、
槽轮机构、蜗形凸轮机构、齿轮连杆机构、槽轮连
杆机构、凸轮连秆机构、气液压连杆机构以及其它
形式的组合机构等。正如前述，无论是较小或较大
动停比的间歇传动 (包括瞬停 )，在包装机的供送与
主传送系统中都有广泛的应用。
二, 按传动比变化状况分类
1.定传动比传动
可使传动装置的输入与输出速度相对稳定或者需对
应变化的传动 。
2.变传动比传动
(1)有级变速 — 将动力机的输出速度变换为执行机
构若干个不同输入量的传动 。
(2)无级变速 — 将一个速度变换为在某一范围内获
得无限多个输出量的传动 。
(3)周期性有规律变速 — 实现函数传递,以改善执行
机构运动和动力特性的传动。
三, 按传动能流路线分类
1.单流传动
动力机输出的能量, 流经每一传动件后传至执行
机构 。 多用于功率小, 传动元件少, 配置要求紧凑的
设备 。
2.分流传动
由动力机输出的能量, 分配给几个传动元件, 并
由这些传动元件分别传至各自联接的执行机构, 它有利于
灵活安排传动路线, 提高传动效率和缩小传动元件结构尺
寸, 因而, 特别适用于有较多执行机构的包装机 。
3.汇流传动
即动力源由若干台小功率的动力机发送, 分别传至对应
的传动元件, 最后传给同一执行机构 。
该传动适用于低速, 重载, 大功率设备 。 因动力源分散,
化大为小, 改善了传动机构, 提高了传动效率 。 此外, 采
用若干个相同或不同的动力装置还能使执行机构有效地完
成所需的复合运动及速度变化节拍 。
4.混流传动
混流传动是前述三种传动组合。
第三节 传动系统分析及计算
一, 传动系统图
为了便于分析包装机的运动和传动情况, 以便设计包
装机, 通常应用包装机的传动系统图, 包装机的传动系统
图是表示包装机全部运动传动关系的的示意图 。
包装机的传动系统图应尽量画在一个能反映包装机外
形和各主要部件相互位置的投影面上。在图中，各传动元
件是按照传动顺序，以展开图的形式画出来的，由
于包装机很复杂，要吧一个立体的传动结构展开并
绘制在一个平面图中，有时不得不把其中某一根轴
绘成用折断线连接的两部分，或弯曲成夹角的折线，
有时对于展开后失去联系的传动副，要用大括号后
虚线连接起来以表示他们的传动联系。传动系统图
只能表示传动关系，并不代表各元件的实际尺寸和
空间位置。在图中通常还须注明齿轮及蜗轮的齿数、
模数、带轮直径、丝杠的导程和头数。电动机的转
速和功率、传动轴的编号等。传动轴的编号通常从
动力（如电机等）开始，按传动顺序，依次用罗马
数字 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ 等表示。
下面就以典型的卧式枕型制袋 — 充填 — 封口机为例, 说
明传动系统图的分析与计算方法 。 图 8.2就是这台卧式枕型
包装机的传动系统图 。
根据被包装物的形状、大小，包装材料的质地厚薄及
生产能力的不同要求，这种通用包装机采用可控硅控制的
直流调速电机 (M0)做主动力源，功率为 0.75千瓦，通过定比
传动机构，使本机的生产能力控制为 25～ 175包 /分，设有
光电控制装置可进行商标定位，为校正定位误差另设有三
台 25瓦伺服电机（ M1,M2,M3），另设一台 0.1千瓦的输
出电机（ M4）。全机传动部分是由齿轮、滚子链和摩擦带
等主要传动元件组成。补偿及调整运动通过锥齿轮差动器
输入，使包装机执行机构能够连续协调地工作。
传动系统图所示的全部传动关系可用如下的传动结构式
表示,
主电机 M0经皮带轮 带动轴 Ⅰ, 经可分离锥齿轮无级
变速器 使轴 Ⅲ 转动 。
在轴 Ⅲ 上装有差速器 C1,C1的输出齿轮 Z1与轴 VI上的
齿轮 Z2啮合,再经链轮 带动轴 Ⅴ 旋转。轴 Ⅴ 经链轮,截
锥元级变速器 和链轮 传动供纸辊；轴 Ⅴ 经锥齿轮 带动
拉纸辊；轴 Ⅴ 又经链轮 传动 ⅩⅢ,经轴 ⅩⅢ 上的链轮 Z12传
动链轮 Z13使毛刷旋转；又经轴 ⅩⅢ 上的截锥式无级变速
器,链轮,锥齿轮 驱动纵封辊旋转。工作中商标定位出
现误差由伺服电机 M1经齿轮,通过差速器 C1进行补偿，包
装袋尺寸长短的调整,是由伺服电机 M2,经链轮, 锥齿
2D
D
6
5
4
3 DDDD ?
4
3ZZ
8
5ZZ
2
1dd
10
9ZZ
7
6ZZ
11
5ZZ
4
3dd
16
15ZZ
18
17ZZ
47
46ZZ
49
48ZZ
51
50ZZ
轮 带动丝杠 ⅩⅩⅢ 旋转，从而改变分离轮无级变速器的
传动比值来达到的。
55
54ZZ
轴 I上的齿轮 Z19,与齿轮 Z20啮合带动轴 Ⅻ,经链轮 使传
动轴 Ⅻ 旋转, 安装在轴 Ⅻ 上的差速器 C2的输出端上的链轮
Z23,通过链条带动链轮 Z24,调整偏心不等速运动机构的偏
心量, 由链轮 Z25,Z26带动轴 ⅩⅤ, 从而使物料输送传动带
工作, 物料位置调整可通过手轮 1,锥齿轮, 蜗轮副,
差速器 C2来完成 。 又轴 Ⅺ 上的链轮 Z21通过链条带动链轮
Z28,ⅩⅥ 轴旋转, 通过差速器 C3,链轮, 带动轴 ⅩⅦ,
经轴 ⅩⅦ 上的差速器 C4驱动位置调整凸轮, 每次调整后开
机前先按下位置调整按钮, 使伺服电机 M3旋转, 经齿轮 将
运动输入给差速器 C4,使凸轮转至起始位置,以通过开关实
现计数,并与电眼配合进行补偿工作 。
22
21ZZ
57
56ZZ
67
66ZZ
30
29ZZ
32
31ZZ
35
36ZZ
通过差速器 C3输出端链轮 Z29,带动链轮 Z37。 又可将
运动传至轴 ⅩⅪ,经链轮 偏心不等速机构, 链轮, 差
速器 C5将运动传至轴 ⅩⅫ, 由链轮 直接驭动横封器, 调
整包装机横封器的位置可由手轮 3,通过蜗轮副 差速器
C5来实现；也可由手轮 2通过锥齿轮 蜗轮副 及差速器
C3实现 。
输出电机 M4通过皮带轮传动输出传送带, 轴 ⅩⅩⅧ 上
的链轮 Z64带动链轮 Z65旋转, 从而驱使输出毛刷旋转 。
离合器 L1,L2可切断供物, 拉纸及横封之间的联系,以
便于单独进行调整,
二, 传动系统分析与计算
1.执行件各级转速 (工作速度 )的计算
为设计, 计算方便, 采用传动比与一般自动机械的传动
比的概念相同,即
39
38ZZ
41
40ZZ
43
42ZZ
71
70ZZ
61
60ZZ
69
68ZZ
（ 8-1）
式中,i—传动比
n主动, n被动 —分别为主动轴, 被动轴转速
z主动, z被动 —分别为主动, 被动齿轮 (链轮 )齿数
d主动, d被动 一分别为主动, 被动带轮 (摩擦轮 )直径
通用包装机一般都适应于一定的包装工艺范围,即
生产率在一定的范围内变化,并允许尺寸规格及包装对象
有所变化 。 这就要求通用包装机的执行件具有不同的工
作速度 当这种工作速度是分级变化时, 一般是通过分
级变速机构来实现的, 各级工作速度的值等于动力源的
转速与该级工作速度下所有参加传动的传动件的传动比
值的乘积, 即执行件转速
n=n电 ·l1·l2·l3 (8-2)
被动
主动
被动
主动
主动
被动
d
d
Z
Z
n
ni ???
若执行件不是回转运动, 而是直线运动或其它运动规
律时,还要乘以运动关系转换的数值 。
2.传动效率
包装机结构形式很多,故其传动能流路线也不尽相同,
不同的能流路线传动效率也不相同 。
(1)单流传动
如图 8.3为一单流传动的包装机传动系统图 。 动力输出的
能量要流经每一个传动元件,则总的传动效率为,
(8-3)
可见传动元件越多传动效率越低 。 因此该传动方式多用
于功率小,传动件少的设备 。
(2)分流传动
3210 ???? ???
图 8.4 分流传动框图
传动路线如图 8.4所示
时, 其功率为,
显然,
（ 8-4）
η 0—分流传动部分的总效率
（ 8-5）
可见分流传动有利于灵活安排传动路线,提高传动效
率,缩小传动元件的结构尺寸, 适用于有较多执行件的包
装机 。 如图 8.2所示卧式枕形包装机传动系统就属于分流
传动 。
?????
4
3
3
2
2
11 ??? ccc NNNN
01
4
3
3
2
2
1
3211
0
321
0
)( ??
???
?? ??
???
????????
?
??
ccc
cccccc
NNN
NNN
N
NNN
?
?
???
????
4
3
3
2
2
1
321
0
???
?
ccc
ccc
NNN
NNN
(3)汇流传动
汇流传动形式如图 8.5所示 。
图 8.5汇流传动框图
总效率
（ 8-6）
?
?
? ??
???
??? 21 221121 00 NN
NN
NN
N ???
这种能流路线的特点是：对于低速, 重载, 大功率设备
可将动力源, 化整为零,,以便配备中小型动力机；可简
化传动机构,提高传动效率；采用两个或多个相同或不
同类型的动力机,使执行机构有效地完成所要的复合运
动形式及速度变化节拍 。 然而有时为了保证各动力机的
均载和同步, 最好在传动系统中设有浮动或者柔性的构
件,
图 8.6所示包装容器成型机的传动系统就属于汇流传动 。
该设备具有两种动力装置 。 液压缸可使螺杆产生不同速
度的直线往复运动,同时电动机使螺杆产生等速的回转
运动 。
(4)混流传动
混流传动实质上是前述三种传动能流路线的组合形式,
如图 8.7所示,其传动效率可按下面方法计算,
图 8.6 包装容器成型机传动系统图
图 8.7 混流传动框图
7
3
6
2
3 ??
cc NNN ??
= (4-7)
式中,0＜ α ＜ 1
5
1
4
12 )1(
?
?
?
? cc NNN ???
3
2
2
11 ?? NNN ??
1
1
0 ?
NN ?
0
321
0 N
NNN ccc ????
)(1)]([1
)(
7
3
6
2
3
1454
542
3211
??????????
?
cc
c
ccc
NNN
NNN
????
??
图 8.8所示糖果包装机传动系统就是典型的混流传
动 。 主电机经宽三角带槽轮无级变速器 51,斜齿轮 4、
5传动到主轴,主轴上的蜗杆凸轮 34使滚子 33做间歇
转动,从而使分粒盘 39旋转,将糖块整理好送到特定
位置 。 主轴上的链轮 6,经链条 48,链轮 7。 齿轮 10、
11,使擦纸轮 12转动擦纸,剪纸凸轮 27使剪刀 28剪
纸, 将纸送到分粒盘 39顶糖部分的上面,主轴上的
链轮 37,使链 36,偏心轮 41,35转动,使上, 下送
糖杆运动, 将糖块和纸向上送给爪钳 47,链轮 7经链
条 49,链轮 14,使拨盘 15转动,从而使马氏盘剥 16、
抓迁怒 47旋转 60度, 将糖和纸送到扭结中心 。 齿轮
17使齿轮 19,20,21同期传动, 机械手持 46,26由
杠杆 25,24,凸轮 22,23送进完成扭结工作 。 抄纸
凸轮 9使抄纸板 13抄纸,打糖杆 18排除糖块 。 油泵 40由链
轮 38,链条 50,链轮 37带动润滑全机 。 分电机 29经齿轮 30、
31使毛刷 32传动整理糖块,手动轮经 44,45也可使全机运
动 。
综合对各种能流传动路线所做的分析和计算, 可以看
出,传动系统的效率不仅与传动元件的结构形式, 工作表
面状态, 摩擦阻力类型, 润滑条件, 工作状态等因素有关 。
同时与各传动元件的组合及传动路线的布局也有很大关系 。
因此,合理的安排能流路线把动力传递和辅助运动适当分
开 。 尽量缩短传动路线,减少运动副和消极约束, 传动系
统中尽量避免大的封闭循环,这对提高传动效率,减少能量
损失是有效的 。
第四节 传动系统方案的设计准则
拟定包装机的传动系统必须考虑多方面因素,而且首
先应当满足包装工艺和总体结构的要求, 同时要合理选择
动力机, 传动与控制装置的类型及其组合方式, 再根据传
动系统图和传动路线图简明地表示出所要设计的技术方案 。
一般来说, 为实现同一的工艺要求就有可能设想出若
干个不同的传动方案 。 所以, 一定要根据实际情况进行广
泛的调查研究, 并参照现有的类似机器加以对比分析, 才
有可能选出一个比较理想的方案作为整机设计的依据 。
图 8.9 所示为金属卷带间歇供送装置的两种传动方案
示意图 。
图 8.9 金属卷带间歇供送装置的传动示意图
1一偏心轮 2一连杆 (下端为球面副 ) 3,4—摆杆套环 5一星轮 6,7—牵引棍
8一制动器 9,ll一带轮 10一同步齿形带 12一蜗形凸轮 13一滚子轮
图 8.10 卷带牵引辊运动状况的对比分析
图 8.10反映了卷带与冲头的
运动相位关系以及牵引辊角加速
度的变化情况 。 经实测得知, 采
用传动方案 (a),定位精度约为土
0.2 mm；而采用传动方案 (b),一
般为土 0.05 mm,并且运行平稳,
噪声轻微, 生产率高 。 其主要原
因, 在于两者所选的传动类型不
同,以致运动 --动力特性和实际工
作效果也有所区别 。 下面扼要地
加以分析,
（ 1)原动轴输出运动的比较
在方案 (a)中, 由等速回转的偏心轮 1带动连杆 2(下端为
球面副 )作往复的空间运动而使摆杆 3产生摆动, 由于惯性
较大将限制其运行速度的提高 。 而在方案 (b)中, 则采用高
强度的同步齿形带 10和带轮 9,11；这种挠性啮合传动, 传
动比准确, 惯性小, 能缓和冲击, 传动效率高, 适合于高
速工作 。
(2)牵引辊输入运动的比较
在方案 (a)中, 通过摆杆 3另一端的套环 4和内部滚子的
摩擦作用而使星轮 5及其同轴相连的下牵引辊 6产生余弦加
速运动 。 因伴有柔性冲击, 加之在起动时套环与滚子会打
滑, 停止时又会引起星轮产生一定的惯性超越现象, 结果
必然影响牵引辊的定位精度 。 为克服这一缺点, 有的附加
了制动器 8。 而在方案 (b)中, 代之以蜗形凸轮机构 12,它
啮合性能好, 传动精度高,而且凸轮曲线接近于正弦加速度
的变化规律, 故能很好地改善牵引辊的工作性能 。
此外, 为了有效地供送金属卷带, 要求牵引辊 6,7之间能保持足够的压力, 并可灵活调整 。 通常, 将从动辊放在
主动辊的上方, 以便配备弹簧压紧装置, 同时增强保险作
用 。
由此可见, 为了更好地设计包装机的传动控制系统, 要
善于根据科学理论和积累的实际经验加以概括和总结, 因
地制宜地运用, 并在此基础上进一步求得丰富和发展 。 为
此, 提出若干注意事项供设计参考 。
一, 按执行机构工作情况选择动力机的类型
首先要按执行机构的工作情况合理选择动力机的类型 。
应该考虑所选的动力机, 其驱动力矩, 运动形式, 输出速
度以及调速, 反转, 制动等一系列因素, 对确定传动与
控制装置所产生的影响。下面扼要地介绍一下包装机几种
常用动力机的主要工作性能及适用范围。
1.三相交流异步电动机
这种电动机结构简单, 维护容易, 价格便宜, 能经受
频繁地起动和反转 。 然而却只能在负载转矩小于该电机机
械特性曲线上的最小转矩时起动, 并且还只能在该曲线上
的稳定区段实现正常的运转, 但输出速度会随着负载转矩
的增大几乎呈线性递减 。 至于起动能力和过载能力则一般
为 2左右 。 该机已被厂 —泛应用于负载比较平稳, 不需调速,
长期工作的包装机 。
2.交流滑差电动机
这种电动机由异步电动机, 电磁滑差离合器, 测速发
电机以及有关控制回路组成 。 具有高起动力矩, 能反转,
吸振性能好, 在适当的负载力矩变化范围内改变电磁滑差
离合器的激磁电流可实现稳定的无级调速等优点 。 不过,
滑差率大时, 传递动力的效率偏低 。 所以, 对要求大幅度
无级变速且使运行速度稳定的包装机传动系统，比较适用。
若将三相交流异步电动机配备变频装置同样可以实
现无级调速, 不仅变速范围宽, 效率也高, 有的包装机
已开始采用 。
3.直流串激电动机
这种电动机的起动和过载能力都强, 改变激磁电流
的大小和方向能无级调速和反转, 但需直流供电, 价格
较贵 。 主要用于塑料, 造纸, 印刷等部门包装材料加工
机械中的卷绕机构, 以完成牵引力与速度都应保持稳定
的恒功率驱动过程 。
4.交流伺服电动机
这种电动机实质上就是微型的两相异步电动机 。 它
运行稳定, 响应迅速, 有良好的可控性 。 近年来在包装
机的传动控制系统中获得了有效的使用 。
当电机起动以后, 若将控制电压突然取消, 仅保留激
磁电压单相供电, 则会产生制动转矩迫使转子迅速停止 。
其制动所需时间, 比两相电压同时取消单靠摩擦作用要快
得多 。 为此, 在开机期间定子的激磁绕组必须始终接通电
源 。 它的运转方向是随控制信号极性的变化而变化, 而转
动与否以及速度的快慢, 则取决于控制信号的有无及其强
弱的变化状况 。
选择电动机时要注意：它的极数愈多, 同步转速愈低, 则
体形愈大, 造价愈高；因此, 电动机转速应同整个传动系
统的输出速度及中间速比的分配相协调, 力求简单, 紧凑,
实用, 可靠和经济 。 事实上, 包装机广泛采用三相交流异
步电动机, 其同步转速多为 1500r／ min,就是这个道理 。
从执行机构工作特性, 能流分配和传动效率来看, 有时选
用一台动力机驱动几个传动链并不一定合算, 反而会使传
动系统复杂化 。 在这种情况下, 可考虑采取若干台动力机
(同类型或不同类型 )联合驱动的方案 。
图 8.11所示为塑料包装容器注射成型机的螺杆传动装置 。有两种动力源 ——电动机 1和油缸 6。 当预塑时, 根据原料的
塑化条件借齿轮变速箱 2的有级变速确定所需的转速, 并使
螺杆 5产生单向回转和勾速后退 (后退速度取决于活塞的背
压 )的复合运动；而当注射时, 使其产生由慢到快再到慢的
变速直线移动 。 实践表明, 这种传动装置既满足了成型加
工工艺的要求, 又提高了传动效率；另外, 拆除和清理螺
杆也都比较方便 。
图 8.11 塑料包装容器注射成型机螺杆传动装置
l—电动机 2一齿轮变速箱 3一公共齿轮 4一交换齿轮一螺杆 6一油缸
7一预塑计量行程开关
二, 确定传动系统的起动条件和空载特性
设计传动系统应事先明确设备的起动条件和动力机的
起动空载特性 。 如果要求周期性的频繁起动或者负载的起
动转矩会超过动力机的承载能力时,则在动力机与传动机构
之间最好增设离合器, 也可在变速装置内安排, 空档, 以
便进行空载起动 。
有的场合往往还要配备过载保护装置如安全联轴节,
安全弹簧, 安全销等 。 但是, 如果传动装置本身己具备了
这种性能, 就无需另设了 。 值得注意的是, 象摩擦传动带
之类, 虽然过载时会打滑而起一定的保护作用, 可是却不
宜在易燃易爆的环境里采用, 也不允许作分度传动链 。
三, 紧急停车时的制动
在产品包装的过程中, 为排除设备故障常需紧急停车 。
对那些转动惯量大而速度又高的设备, 欲达到较高的定位
精度, 则必须采取相应的制动措施 。 例如, 旋转型灌装机,
大都用三相交流异步电动机或交流滑差电动机来驱动,对
此设置速度继电器进行反接制动已取得明显的成效 。 除此
以外, 使用摩擦式电磁制动器也日趋增多 。
还有的包装机经常处于正反向工作状态, 特别是重载,
长行程的, 首先要充分利用动力机 (包括液气压传动装置 )
的反向运动功能, 而实有困难和不便, 只好在传动系统中
增设专用的反向机构 。
四, 拟定传动路线和各级传动比
拟定传动系统方案必须妥善安排传动路线和各级传动
比, 其准则是,
(1)结合具体传动装置在通用范围内选取适当的传动
比 。 若发现某一级的传动比过大, 可考虑采用多级传动,
力求减小传动元件的尺寸和重量 。 对于传动效率的高低,
也应做具体分析 。 例如, 单级蜗杆的传动效率往往就不如
具有同样传动比的多级圆柱齿轮传动 。
(2)鉴于包装机的传动链多属于减速传动, 所以, 除带
传动 (因要求较大的包角 )外, 一般都要遵循传动比分配
,前小后大,, 变速级数, 前多后少,, 转速排列, 前密
后疏, 的原
则，同时不让相邻的两级传动比
差得过于悬殊。这样，可使靠近
动力机的传动轴的转速高些，较
高速级数多些，而转矩小些，以
利于缩小整个传动系统的结构尺
寸和空间位置。由图 8.11和图
8.12所示的塑料包装容器注射成
型机螺杆传动装置及其转速图可
见，它具有 一只公共齿轮、五根
轴、四种变速，变速级数的分配
式为 4＝ 2× 2× l× l，大致符合
上述原则。附带说明，在 Ⅲ, Ⅳ
两轴还配有三对交换齿轮和棘轮
反向
图 8.12 预塑 — 注射螺
杆传动装置转速图
制动元件 (图中未示 )，以便扩大变速范围。
(3)对于大传动比传动, 尤其是当传动链的传递功率
较大时, 最好少用蜗轮蜗扦副, 螺旋副以及某些行星
齿轮机构, 功率较小时却可适当采用 。 尽管如此, 为
减小结构尺寸, 提高传动效率起见, 通常也总把它们
安排在靠近动力机输出轴的部位 。 同理, 对挠性摩擦
传动也多作类似处理, 并使其更好地发挥吸振和过载
保护的作用 。
五, 分配轴的配置方式与传动元件
凡属分配轴的传动部分都要采用啮合类型的传动
元件, 以保证传动比准确 。 至于系统中分配轴的根数
及其配置方式, 则在很大程度上取决于有关执行机构
的工作要求, 相互联系和总体布局, 而且同传动路线,
传动比分配也有一定关系 (参阅本章所示各包装机传
动系统图 )。
考虑到设备的试车, 调整, 维修和操作等实际需
要, 有时在分配轴上要安装盘车手轮以及卸载用的离
合机构 (参见图 8.13中的单向超越离合器 )。
六, 合理制订传动系统方案及其技术措施
更值得强调的,必须密切联系包装工艺条件合理制
订传动系统方案及具体技术措施 。 在此, 仅举两个实
例加以对比说明 。
图 8.13所示为小型负压灌装机主体部分的传动系
图 8.13 小型负压灌装机传动系统图
1一盘车手轮 2一单向超越离合器 3一托瓶转盘 4—分件供送螺杆 5-星形拨轮 6一板链
统。灌装阀头数一般为 20只左右，灌装真空度低于 66660Pa
(相当于 500 mmHg)，瓶口压紧力每只约为 150N。
因此，托瓶转盘的受力不大，结构也可做得轻巧一
些，在主轴下端配置一对锥齿轮进行传动。为使各
执行机构保持确定的运动联系，宜适当增加分配轴
和传动链的数目。这样，总体布局比较灵活，分流
传动比重大，有利于均衡各传动件的承载状况，缩
小结构尺寸，便于制造维修，以适应中小型厂的加
工能力。
图 8.14所示为大型等压灌装 --封口机主体部分的传动
系统 。 灌装阀头数一般为 40-60只, 灌装压力常取 20-50N，
瓶口压紧力每只约为 300N。 由于托瓶转盘受力较大, 结构
庞大笨重, 故多采用大型的滚动轴承和齿轮作为该主轴的
支承传动件, 以利于简化整个传动系统,使总体布局更加
紧凑实用, 并保证平稳运行, 延长使用寿命 。 不过, 象
这样的支承传动件不仅难以制备，加工成本也很高。
图 8.14 大型等压灌装 ---封口机传动系统图
1—封口枫蜗轮蜗杆传动副 2一灌装机齿轮传动副
3一分件供送螺杆 4—导扳 5—屋形拨轮 6—板链
七、采用高强度轻质材料,扩大机件的通用化程度
现代包装机有相当多的机种在朝着高速化方向发展。
可是由传动件的运动惯性及动不平衡等因素所引起的振动、
噪声，不论对设备本身或操作环境都会带来许多不良影响。
因此，必须合理设计它们的外形尺寸、质量分布及运动形
式，还要提高材料的刚度、强度、制造装配精度及耐磨性
能，并附加各种补偿调整措施，使得设备长期稳定可靠的
运转。
当前, 无论是包装机的传动装置或者是执行机构, 使
用高强度轻质合金材料逐渐增多, 而且正不断扩大传动元
件的通用化程度 。
八, 包装机的先进性与其自动化水平的关系
一般来说, 包装机的先进性与其自动化水平有一定联系 。
如果执行机构的某些动作并不参与正常生产过程, 且无
确定的运动规律, 利用率又不甚高时, 那么最好还是人
工操纵 。 如果执行机构的某些动作带有一定的规律性和
重复性, 而且用手工操作劳动量大, 响应慢, 易产生误
动作, 又不安全, 在这种情况下, 应该适当地运用机,
电, 光, 液, 气等综合技术进行自动控制 。
