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前 言

卷煙硬盒翻蓋包裝機分別是意大利某公司和德國某公司生產(chǎn)的, 它們在全球卷煙行業(yè)包裝機械中占主流地位。 中國卷煙行業(yè)自上世紀(jì)九十年代引進了這兩種機型及相關(guān)技術(shù)，并且已在行業(yè)中普及&這兩 種卷煙包裝機具有相同的400包/分的生產(chǎn)能力、 相同產(chǎn)品規(guī)格（使用的商標(biāo)規(guī)格與產(chǎn)品外觀基本 相同）、產(chǎn)品執(zhí)行相同的國家工藝標(biāo)準(zhǔn)&然而, 這兩種型號的卷煙包裝機在國內(nèi)外卻有著不同 的市場、不同的使用效果與評價，自身的升級 換代（更高速）出現(xiàn)不同的結(jié)果&本文將從兩種 機型在設(shè)計風(fēng)格、設(shè)計理念、設(shè)計思路等方面 的比較著手進行了全面的分析研究，從而能給 機械設(shè)計者們以有用的參考價值。

1設(shè)計風(fēng)格的不同

眾所周知意大利人不拘小節(jié)、松弛懶散、 不拐彎抹角、比較隨意&而德國人機械、執(zhí)著、 嚴(yán)謹(jǐn)。他們的性格非常準(zhǔn)確地體現(xiàn)到他們的設(shè) 計風(fēng)格上。

意大利人設(shè)計生產(chǎn)的包裝機結(jié)構(gòu)松散、布 局隨意、體積較大，給人的印象是只要覺得有 必要，在機器的任何地方都可以加裝一個部件或完成一個包裝功能，可以用一個轉(zhuǎn)輪只去完 成一個傳遞作用（例如：1號輪只用作煙支的傳 遞，4號輪只用作鋁薄紙與內(nèi)框架紙裹包的傳 遞），全然不用去考慮整體結(jié)構(gòu)和動作的協(xié)調(diào)一 致性，在他們的機器中很難找到在一個工位或步驟中完成多個功能的設(shè)計（主機見圖1）。但整機結(jié)構(gòu)松散、布局凌亂、體積龐大現(xiàn)象可以使 得設(shè)計變得輕松、隨意，是設(shè)計者以“自我” 為中心的集中體現(xiàn)。

德國人設(shè)計生產(chǎn)的包裝機卻將他們的機械、執(zhí)著、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男愿耋w現(xiàn)的完整無余。整機結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理、橫豎有秩，給人的感覺是很少有浪費的空間（主機見圖2）。

從原輔材料的輸入到成品的輸出包裝機總共經(jīng)過14.5米，而包裝機只經(jīng)過8.5米。 在整個主機中共運用了 8個轉(zhuǎn)輪，而主機卻只用了 5個轉(zhuǎn)輪。

為了達到結(jié)構(gòu)緊湊、布局合理，德國人沒少花心思，很多地方形成了一個轉(zhuǎn)輪完成多個 功能，機構(gòu)布局巧妙合理，如煙支轉(zhuǎn)輪完成了 煙支傳遞、空頭檢測、濾嘴檢測；折疊轉(zhuǎn)輪完 成了煙盒除兩側(cè)外邊外的所有折疊。當(dāng)仔細研 究這種機器時，往往會驚嘆于它的精巧構(gòu)思。 也正是這種費盡心思的設(shè)計使得機器有很強的 實用性與適應(yīng)性。

設(shè)計風(fēng)格不同，使得兩種機器在結(jié)構(gòu)、布 局等方面有較大的差異，也使得它們在性能與 使用效果上存在差異。

有較長傳遞路徑的包裝機,機器易被膠垢與 灰塵污染，但結(jié)構(gòu)松散又使其易于被清潔保養(yǎng)。 包裝機卻相反，被膠垢與灰塵污染的地方 較少，但結(jié)構(gòu)緊湊不易被清潔保養(yǎng)。

2設(shè)計思路的不同

在設(shè)計思路上，兩種類型的包裝機也采用 了不同的形式。

2.1傳動系統(tǒng)設(shè)計

采用的是傳統(tǒng)的傳動方式，即動力由 主電機傳出，在齒輪箱中分成上、左、右三路， 通過齒輪、鏈條等傳動件將動力傳到齒輪箱中 的各凸輪、槽輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)后帶動各執(zhí)行 元件，完成特定的功能。其傳動系統(tǒng)簡圖如圖3

所示，其中的圓為傳動齒輪或傳動軸。該設(shè)計思路可以較好地平衡處于傳動中間 路線軸的力量；傳動路徑主要是串行的，設(shè)計 程序簡單，便于產(chǎn)品的改革發(fā)展。但采用這種 設(shè)計的缺點一是由于動力基本是以直線路線傳 動，使得空間填充率低，機器的結(jié)構(gòu)松散、布 局凌亂、體積龐大；二是當(dāng)機器中某一傳動件 在工作中受到很大的損傷時，采用這種串聯(lián)式 傳動方式中的其它傳動件也會受到?jīng)_擊，對精 度影響很大；三是由于傳動是串行的，而齒輪 副間一般有0.25m的間隙（m模數(shù)），間隙積累 后形成了很大的傳動誤差。象包裝機動力自主傳動傳出后向右分出的傳動有23對齒輪副，向 左有12對齒輪副，向上有13對齒輪副。這就 使得傳動到最后形成了極大的間隙誤差累積。

包裝機的傳動系統(tǒng)如圖4所示.

圖4 傳動系統(tǒng)圖

1. 主減速箱2-附加干燥鼓減速箱3-折疊轉(zhuǎn)塔減速箱4-手輪減速箱5-內(nèi)框架減速箱6-端部檢測器減速箱7-香煙轉(zhuǎn)塔減速箱8-香煙料斗減速箱9-香煙定位器減速箱10-鋁箔裝置減速箱分配器減速箱12-商標(biāo)紙裝置減速箱13-封口裝置減速箱14-主電機15-螺旋傘齒輪副動系統(tǒng)釆用較為先進的模塊化設(shè)計方法。設(shè)計 特點是動作的執(zhí)行元件連同用于其相應(yīng)的傳動 動力的齒輪箱被作為功能模塊（部件）。各功能 模塊可看著完全是工作獨立的機器，接受動力 后供應(yīng)相應(yīng)的原輔材料后便可完成一定的功能, 形成新的產(chǎn)品。各功能模塊被安置于一個大的 平面底座上，相對獨立，并行地吊掛于一個傳 動動力的剛性傳動軸上，通過聯(lián)軸器和傘齒輪 將動力分別傳給各功能塊，是相互平行的關(guān)系, 其中一個功能模塊受到損壞后對別的功能模塊 影響不大。全機共有13個功能模塊組成，分別 完成煙支推送成塊、煙支質(zhì)量檢測、煙支整理、 煙支傳送、鋁箔紙傳送與切割、鋁箔紙折疊、 內(nèi)筐架紙切割與傳送、商標(biāo)紙傳送與折疊、煙 包傳送、煙包壓縮與干燥等等功能。

采用的模塊化設(shè)計方法可以很 好地避免傳統(tǒng)的設(shè)計思路的不足。

• 可以通過聯(lián)軸器將動力傳到各個方向與 各個位置；
• 傳動件的損傷只局限于本身的齒輪箱， 波及到其它齒輪箱的影響很?。?/span>
• 各功能模塊的齒輪箱是平行地接受從同 一傳動軸傳出的動力，因而誤差很小，而各功 能模塊的齒輪箱中齒輪副對數(shù)很少，誤差積累 也就很少。

這種方式的設(shè)計思路優(yōu)點還體現(xiàn)在預(yù)防性 檢查時因為各齒輪箱之間干擾少，容易發(fā)現(xiàn)問 題；當(dāng)某一功能模塊有問題時，可以方便地更 換下來，既有足夠的時間將功能模塊的各項精 度恢復(fù)，又對生產(chǎn)的影響降低到最小。但這種 設(shè)計思路需要很好的總體布局，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃悸罚?/span> 對設(shè)計人員要求高。

2.2運動結(jié)構(gòu)設(shè)計

包裝機基本上是將傳動件和轉(zhuǎn)換件封于齒輪 箱內(nèi)，位于齒輪箱外的只是動作的執(zhí)行件，因 而從齒輪箱傳岀的動作大多是直線或是有小角 度擺動的直線運動。

包裝機的動力從齒輪箱傳出方式的將 其設(shè)計成圓周運動的方式，然后在齒輪箱外通 過不同的方式轉(zhuǎn)換成各種動作。

比較這兩種運動結(jié)構(gòu)的設(shè)計思路可以看岀，包裝機的設(shè)計思路隨意，不用考慮過程的影響， 只要結(jié)果達到目的即可。但包裝機的機器結(jié)構(gòu) 松散、布局凌亂，也使得齒輪箱更加復(fù)雜； 包裝機的方式中太多的非圓周運動的方式使得密 封非常困難，灰塵容易進入齒輪箱。

包裝機的設(shè)計思路較為嚴(yán)謹(jǐn)，需要設(shè) 計者考慮將動作轉(zhuǎn)換成圓周運動輸岀，再在齒 輪箱外將圓周運動轉(zhuǎn)換成所需的動作，設(shè)計過 程較復(fù)雜。但是包裝機不僅齒輪箱中零件 數(shù)量遠少于包裝機，而且很多轉(zhuǎn)換機構(gòu)位于箱 外，這樣維修與預(yù)防性維修都非常方便。

比較這兩種運動結(jié)構(gòu)對精度的影響也不同，包裝機方式中傳岀的直線動作傳岀齒輪箱基本是波司加軸的形式，這種方式必須留有一定的潤 滑間隙，再加上磨損的存在，間隙會更大。受 齒輪箱空間的影響，其波絲波司中的軸的齒輪箱端多采用的聯(lián)結(jié)方式如圖5。而在齒輪箱外將圓周運動轉(zhuǎn)換成所需動作可以有足夠空間保證精度，如圖6所示。

正是由于在傳動系統(tǒng)、運動結(jié)構(gòu)設(shè)計思路上的不同,使得包裝機在精度、清潔、維護、 噪聲等各方面與包裝機相比差異較大，也對性能產(chǎn)生較大的影響。

3設(shè)計理念的不同

設(shè)計理念是設(shè)計者在進行設(shè)計前決定用什 么樣的方式和手段達到既定目標(biāo)，它對機器的 性能和使用效果具有決定性的作用在設(shè)計理念上的差異決定了它們使用結(jié)果的不同。

3.1精度設(shè)計的設(shè)計理念

 

包裝機是試圖用較簡單的零件完成高速度， 用不太高的精度完成高性能$整機在動力傳動 上基本釆用的是直齒圓柱齒輪，甚至還有鏈條， 在動作實現(xiàn)上采用大量的單面槽凸輪連桿機構(gòu) 與槽輪機構(gòu)，在動作的執(zhí)行上大量地應(yīng)用銅襯 套與滑軸配合的直線運動方式，而包裝機的間歇運動機構(gòu)多采用的是凸輪式間歇運動 機構(gòu)，動作實現(xiàn)機構(gòu)多運用的是共軛凸輪機構(gòu)， 動力傳動機構(gòu)用的基本上是螺旋傘齒輪副。還 刻意地將傳動分開，不產(chǎn)生誤差累積$在傳動 的傳岀（箱外）中，被刻意地設(shè)計成圓周運動， 避免不了的直線運動，在箱外通過特定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)，因而可以說包裝機是用高技術(shù)、高 精度實現(xiàn)了高速度、高性能。

1. 傳動精度的設(shè)計理念

傳動是傳統(tǒng)的串聯(lián)方式，動力自主傳 動傳出后向右分出的傳動有23對齒輪副，向左 有12對齒輪副，向上有13對齒輪副加上鏈條 的傳動$如果以每個齒輪副間隙0.05mm算%這 是比較高的標(biāo)準(zhǔn)，需要在加工精度、潤滑等方 面都滿足很好的要求），可造成1-2mm的傳動誤差，而包裝機則采用的是較為先進的模 塊化設(shè)計方式實現(xiàn)的并聯(lián)傳動方式，在每個齒 輪箱中存在的基本上是一、二級齒輪傳動副， 傳動誤差也只有30^m左右，在傳動件的設(shè)計上，采用的很多是較低的精度等級的直齒圓柱齒輪，則為精度等級較高的運 動平穩(wěn)的螺旋傘齒輪，這兩者之間的設(shè)計理念 是傳統(tǒng)與先進、簡單與復(fù)雜的差別。

2. 運動誤差的設(shè)計理念

在運動方式的設(shè)計上，兩者存在如前所述 的不同，采用的多是直線運動的傳出方式 與簡單的聯(lián)接方式，而包裝機采用的基本上是經(jīng)過相對復(fù)雜轉(zhuǎn)化的圓周輸岀運動方式，如凸輪機構(gòu)的選用，多數(shù)應(yīng)用的是單面槽凸輪，則是應(yīng)用共軛凸輪機構(gòu)。單 面槽凸輪中的槽在設(shè)計時要與在其中運動的輥 子之間留有間隙，因而存在運動誤差，而共軛 凸輪機構(gòu)調(diào)整要求達到零間隙，因而不會存在 運動誤差，再如間歇機構(gòu)的選用，包裝機是用槽 輪機構(gòu)，而包裝機是用凸輪式間歇運動機 構(gòu)。槽輪機構(gòu)在轉(zhuǎn)動時，同樣存在輥子與槽之 間的間隙，靜止時雖有鎖止弧，但調(diào)整要求要 留有10~20!m的間隙，況且到如圖5位置時， 間歇更大，而凸輪式間歇運動機構(gòu)在設(shè)計與調(diào)整上要求無論在什么位置都是零間隙。

2. 機器調(diào)整的設(shè)計理念

包裝機的設(shè)計理念是盡最大可能讓使 用者發(fā)揮自己的能力，表現(xiàn)自己的個性，將機 器最大可能地設(shè)計成可以調(diào)整的狀態(tài)，可以這么說，只要使用者想，機器基本上任何部分都 可以調(diào)整，這雖然增加了設(shè)計難度與加工成本， 但理論都是由實踐總結(jié)而來，設(shè)計時秉承“實 踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，在實際使用中好的 位置為最佳位置，而包裝機卻恰恰相反，在設(shè) 計時就基本將位置確定下來，最大可能不讓使 用者調(diào)整位置，只要有可能，他們就在任何地 方打上定位銷去防范調(diào)整，當(dāng)然這種差別在很大程度上也與對精度采用的設(shè)計理念的不同原因有關(guān)，例如同樣的是凸輪與軸的固定， 將兩者之間設(shè)計成高精度，因而只 通過兩個螺絲鎖緊，而包裝機的配合精度低， 用螺絲達不到鎖緊的目的，只有打上定位銷。

兩者之間的差別使得在適應(yīng)特殊材料與應(yīng)用新材料上，有著很大的優(yōu)勢，當(dāng)使用特殊材料與應(yīng)用新材料時，可以根據(jù)實際情況與材料的特性作全面的調(diào)整以更好地適應(yīng)特殊材料與應(yīng)用新材料；當(dāng)零件使用磨損后可以通過調(diào)整位置來彌補磨損以繼續(xù)使用減少零件的更換量；質(zhì)量控制上，可以通過調(diào)整來彌補裝配上的 誤差； 可以通過調(diào)整來彌補磨損； 可以通過調(diào)整來實現(xiàn)質(zhì)量的控制。

3.3安全保護的設(shè)計理念

安全保護數(shù)量上釆用的較少、形式上 應(yīng)用傳統(tǒng)。由于其運行路徑太長，部件完成功 能單一，在一個部件上一般只有一個開關(guān)的保 護，因而一旦開關(guān)失靈，壞產(chǎn)品就會在高速度下 經(jīng)過好幾個工位、很長的路徑，勢必造成大量的 破壞。而在很多地方根本沒有安全保護，如一號 輪的前后、七到八號輪之間什么保護都沒有。另 外還采用了大量的傳統(tǒng)形式的破壞式保護。例如 在機器中采用了大量的鋁合金轉(zhuǎn)輪和塑料盒模作 為破壞保護。這兩種保護既會造成大量的零件損 壞又會對齒輪箱中的傳動件造成一定程度的損 傷,也成為齒輪箱故障較多的原因之一。 而包裝機不僅采用了大量的機電結(jié)合的保 護，而且由于結(jié)構(gòu)緊湊，功能集中，即使一處保 護失靈，那么不到下一個工位就會有另外的保護起作用，具有較高的可靠性。

4結(jié)束語

從兩種不同機型的香煙包裝機設(shè)計分析和研究中可知,包裝機采用了較先進的設(shè)計方法，對其后的改革和發(fā)展起到了很好的作用，也是國內(nèi)香煙包裝機械需要借鑒的。 現(xiàn)代包裝設(shè)備的國際發(fā)展趨勢為：高速度、高度自動化、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗，強調(diào)對產(chǎn)品的柔和處理，不損傷產(chǎn)品外觀。我國的香煙包裝機與發(fā)達國家相比還存在較大的差距， 主要表現(xiàn)在設(shè)計手段和方法落后，多數(shù)產(chǎn)品仍采用傳統(tǒng)的經(jīng)驗類比設(shè)計、靜強度設(shè)計和手工設(shè)計。其次是經(jīng)濟性差，長期忽略了設(shè)計對成本的影響；另外可靠性、可維修性差；系統(tǒng)配套性差；更重要的是創(chuàng)新性差，習(xí)慣于仿造和引進。要改變這種局面，要想使產(chǎn)品的生命力強，必須加強自主開發(fā)的能力，必須借鑒國外先進的設(shè)計思路、設(shè)計風(fēng)格和設(shè)計理念，在產(chǎn)品的設(shè)計上運用先進的設(shè)計方法制造出優(yōu)良的產(chǎn)品！

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