機(jī)械式回轉(zhuǎn)式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析【說明書+CAD+UG】

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Screw cap with sealing the fast, is easy to open and can be re-opened after the bottle screw cap on the bottle, etc. so some non-gas liquid material, such as beverages, wine, seasonings and the like in a large number of the sealed bottles with screw cover seal. In order to adapt to the production needs of the modern high-speed packaging machine, high efficiency and high reliability, extensively absorbing on the basis of the advanced models, the project designs the automatic screwing machine.It is belt driven by induction motors to achieve input and output of the bottle, the upper middle of the conveyor belt turntable cleverly placed, the cap has caused great convenience, but also greatly improve efficiency, capping device is the key to the design parts, rely on motor driven hollow shaft and the institutions rotation, while the upper part of the cylindrical cam lifting of capping head.the method of the capping heads is mechanical.The other end of the chuck coupling spring.It uses the lever principle implementation clamping bottle caps.When the the capping head clamping cap , the top of the motor start start capping.Not only the structure is simple, easy to operate, but also the design and implementation of the project from the bottle into the bottle to the full automation, with adjustable speed, accurate positioning, capping reliable, smooth running, no noise and not to hurt the caps, etc, to overcome the shortcomings of traditional institutions, the overall design to achieve the goal of our expectations. Keywords： Capping Machine;Capping head;Mechanical;leverage V 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract..........................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1.緒論 ..............................................................................................................................................1 1.1 本課題的設(shè)計背景 ................................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展 ............................................................................................................................1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 ............................................................................................................3 2. 擰瓶機(jī)的整體設(shè)計 ....................................................................................................................4 2.1 設(shè)計任務(wù)分析 ........................................................................................................................4 2.1.1 設(shè)計參數(shù) .........................................................................................................................4 2.1.2 工藝路線 .........................................................................................................................4 2.1.3 技術(shù)要求 .........................................................................................................................4 2.2 擰瓶機(jī)的工作原理 ................................................................................................................4 2.3 總體方案確定 ........................................................................................................................4 2.3.1 方案一的介紹 ................................................................................................................4 2.3.2 方案二的介紹 ................................................................................................................5 2.3.3 方案三的介紹 ................................................................................................................5 2.3.4 方案四的介紹 ................................................................................................................6 2.4 方案比較 ...............................................................................................................................6 2.5 采用方案的詳細(xì)設(shè)計 ...........................................................................................................7 2.5.1 傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計 ............................................................................................................7 2.5.2 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 .....................................................................................................................7 2.5.3 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 ............................................................................................................8 2.5.4 理蓋器的設(shè)計 .................................................................................................................8 2.5.5 旋蓋頭的設(shè)計 ..............................................................................................................10 2.5.6 底座箱的設(shè)計 ..............................................................................................................10 3. 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 ..............................................................................................................13 3.1 電動機(jī)的選擇 .....................................................................................................................13 3.2 傳動比的分配 .....................................................................................................................14 3.3 減速器的設(shè)計選擇 ..............................................................................................................15 3.4 帶傳動的設(shè)計 ......................................................................................................................15 3.5 錐齒輪的設(shè)計計算 ..............................................................................................................19 3.6 軸的設(shè)計及校核 ..................................................................................................................24 3.7 鍵的選擇與校核 .................................................................................................................25 3.7.1 鍵的選擇 ......................................................................................................................25 3.7.2 鍵的校核 ......................................................................................................................26 3.8 軸承選擇與校核 .................................................................................................................28 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 VI 4.擰瓶機(jī)的安裝及維護(hù) ................................................................................................................31 4.1 安裝 .....................................................................................................................................31 4.2 維護(hù)保養(yǎng) .............................................................................................................................31 5.擰瓶機(jī)的改進(jìn)與展望 ................................................................................................................32 5.1 自動潤滑的改造 .................................................................................................................32 5.2 展望 .....................................................................................................................................32 6.小結(jié) ............................................................................................................................................33 致 謝 ...........................................................................................................................................34 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................................................35 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 1 1.緒論 1.1 本課題的設(shè)計背景 隨著食品，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對產(chǎn)品的密封提出越來越高的要求，完善的密封不僅 可以延長食品，醫(yī)藥產(chǎn)品的保質(zhì)期，而且可以避免食品中營養(yǎng)的流失。擰瓶機(jī)就是完成 包裝容器封口的機(jī)器，屬于包裝機(jī)的一種，主要針對玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口。這 種密封機(jī)對瓶和蓋都有一定的要求，瓶蓋一般要求為內(nèi)螺紋，瓶口為外螺紋，通過旋蓋 頭的旋轉(zhuǎn)將瓶蓋固定在瓶頭。這種封口方式由于封裝和開啟都很方便，所以被廣泛應(yīng)用 于不含氣體的果汁，飲料，調(diào)味品，藥品和化妝品 。1 但是我國的包裝機(jī)械發(fā)展還處于初級階段，對包裝機(jī)械的設(shè)計和研發(fā)沒有太多的經(jīng) 驗(yàn)與理論基礎(chǔ)，很多機(jī)器只是對外國現(xiàn)有機(jī)器的仿繪，沒有自主研發(fā)的知識產(chǎn)權(quán),機(jī)器一 旦出現(xiàn)問題，解決起來十分困難，而且要對機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)也無從下手目前總體來看,我 國的包裝機(jī)械主要存在以下兩方面的問題:其一，自動化程度低，很多國外的包裝機(jī)從原 料進(jìn)入到成品出來，基本全部自動化，而我國的包裝機(jī)械自動化程度還很低，很多環(huán)節(jié) 需要人工輔助其二，效率低下，很多國外的包裝機(jī)械的生產(chǎn)效率是國內(nèi)機(jī)械生產(chǎn)效率的 幾倍甚至是幾十倍 。4 本課題就是順應(yīng)時事的需求，針對上述的這些問題而提出的，通過對擰瓶機(jī)旋蓋頭 運(yùn)動的主驅(qū)動系統(tǒng)的深入研究，找出影響擰瓶機(jī)穩(wěn)定工作的各個因素，通過忽略次要因 素，控制主要因素，對各個主要因素的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高自動化，高效率，高 精度，低廢品率，低污染經(jīng)濟(jì)適用的擰瓶機(jī)。并通過分析找出各個參數(shù)之間的相互影響 關(guān)系，為以后擰瓶機(jī)的設(shè)計提供一定的理論依據(jù)和參考。 本課程的設(shè)計包括對擰瓶機(jī)的工作原理的分析，以及對已有擰瓶機(jī)方案的對比，得 出本課程的設(shè)計方案。具體對傳送機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤，旋蓋頭，升降機(jī)構(gòu)，理蓋器及底座箱體 的設(shè)計，進(jìn)而對各個零件機(jī)構(gòu)的設(shè)計及校核。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展 從質(zhì)量方面來說，我國擰瓶機(jī)與國外還存在很大差距，不論是內(nèi)在質(zhì)量還是外觀設(shè) 計，都無法與國外產(chǎn)品相抗衡內(nèi)在質(zhì)量差主要表現(xiàn)在材料粗糙，生產(chǎn)效率低，耗電量大， 工作不穩(wěn)定，使用壽命短等。外觀方而主要是外形不夠美觀，缺少人性化考慮。造成這 些問題主要有以下幾方面的原因：我國制造業(yè)還比較落后，從材料制造,到加工生產(chǎn)，都 無法達(dá)到包裝機(jī)械的設(shè)計要求，設(shè)計理念，設(shè)計方法，設(shè)計手段還不夠完善。在包裝機(jī) 械的制造中還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，或者標(biāo)準(zhǔn)過低，無法完成包裝機(jī)械的特殊要求 。17 從科技含量來說，我國的包裝機(jī)械主要表現(xiàn)是低效率，高能耗，科技含量低，創(chuàng)新 產(chǎn)品少，最新的設(shè)計方法，檢測技術(shù)，控制技術(shù)都沒有應(yīng)用進(jìn)去。與發(fā)達(dá)國家相比，我 國的技術(shù)水平與國外至少相差 10 年左右。 由于以前我國對擰瓶機(jī)行業(yè)并不是十分重視,所以到目前為止，自主創(chuàng)新能力還很差， 大部分企業(yè)都是對國外機(jī)器進(jìn)行測繪仿制，沒有進(jìn)行自主研，各大高校的研發(fā)課題也與 市場脫軌，不能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。沒有形成產(chǎn)，學(xué)，研相結(jié)合的研發(fā)道路。但隨著包裝產(chǎn) 業(yè)需求的增大，國家在這方面的投資力度也逐年增加,與發(fā)達(dá)國家相比，科研經(jīng)費(fèi)還是不 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 2 足，我國目前投入的科研經(jīng)費(fèi)僅占產(chǎn)品收入的 3.5%。而發(fā)達(dá)國家的研發(fā)費(fèi)用投入已占銷 售收入的 8-9%左右科研經(jīng)費(fèi)的缺乏使得科研手段十分落后，很多還停留在使用測繪，仿 制等方法。對于低效率，低檔次的國外產(chǎn)品進(jìn)行仿制，對于高技術(shù)含量包裝機(jī)械只能花 巨額金錢從國外進(jìn)口 。18 提高自動化程度是包裝機(jī)械發(fā)展重要的趨勢。產(chǎn)品和產(chǎn)量居世界之首的美國十分重 視白裝機(jī)械與計算機(jī)緊密結(jié)合,實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制,將自動化操作序 、數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)、 自動檢驗(yàn)系統(tǒng)更多用于包裝機(jī)械之中。日本則長于微電子技術(shù)，用以開那個值包裝機(jī)械， 有效地促進(jìn)了無人操作和自動化程度的提高。在計量、制造和技術(shù)性能等方面居于世界 領(lǐng)先地位的德國也高度重視提高自動化程度。幾年前，德國包裝機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計時，自動 化技術(shù)在整個系統(tǒng)操作及運(yùn)行中還占 30%，現(xiàn)在已占到 50%以上。不過總的來說,其未來 的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為以下幾個方面： 1) 自動化程度不斷提高 不論什么機(jī)器，自動化肯定是未來發(fā)展的趨勢,擰瓶機(jī)也不例外。自動化水平是衡量 一臺機(jī)器設(shè)計成功與否的一個標(biāo)志。自動化水平的提高,不僅使工作人員從繁重的體力勞 動中解放出來，而且提高了勞動生產(chǎn)率。目前德國的包裝機(jī)械中，自動化技術(shù)己被廣泛 的應(yīng)用，約占整個機(jī)械中的 36%。其它一些制造業(yè)大國也十分重視自動化水平的提高， 并不斷的把最新的技術(shù)與自動化技術(shù)緊密結(jié)合，如智能控制技術(shù)，傳感器技術(shù)這些技術(shù) 的加入，不僅使自動化水平顯著提高，而且提高了生產(chǎn)效率，增加了工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn) 確性。 2) 高效率 ,高可靠性 高效率，高可靠性是機(jī)械設(shè)計人員追求的一個方向，但往往二者不可兼得，當(dāng)效率 高的時候，機(jī)器的運(yùn)動速度一般要求較高，這時機(jī)構(gòu)間的沖擊，碰撞會大幅增加，穩(wěn)定 性下降，可靠性降低。低速時雖然工作穩(wěn)定，可靠性高，但效率很低，所以找到二者的 均衡點(diǎn)至關(guān)重要。但隨著新的設(shè)計方法和設(shè)計理念的提出，或許可以設(shè)計出效率高，工 作又穩(wěn)定的機(jī)構(gòu)。目前德國的罐裝機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá) 13000 瓶/時，茶葉包裝機(jī)的速度達(dá)到 了 360 袋/分，這些機(jī)械不僅效率高，而且工作穩(wěn)定，滿足了目前食品行業(yè)的需求。但是 目前提高效率的手段主要是通過提高速度，但速度的提高不是沒有限制的，一旦達(dá)到上 限，未來該怎么辦，這是值得考慮的。 3) 好的柔性和靈活性 隨著生活質(zhì)量的提高，人們對物質(zhì)多樣性的需求越來愈大，這就要求包裝機(jī)械具有 好的柔性和靈活性，能根據(jù)產(chǎn)品的要求作出改變。如新型的擰瓶機(jī)，只要通過更換旋蓋 頭，就可以對不同類型，不同結(jié)構(gòu)的瓶蓋進(jìn)行封口。相信簡單，模塊化，便攜式，更緊 湊，更靈活和更小巧將是未來包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢。 4) 注重成套性和配套性 擰瓶機(jī)成套設(shè)備及相關(guān)設(shè)施是對擰瓶機(jī)功能的擴(kuò)展，目前發(fā)達(dá)國家對這方面十分重 視，這可以顯著提高產(chǎn)品的市場競爭力，例如日本的包裝機(jī)械，專門為用戶提供了一系 列的備選方案，針對具體的工作環(huán)境和工作要求，用戶可以選擇適合自己的配套設(shè)備。 并且可以通過計算機(jī)仿真技術(shù)對現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行模擬，及時發(fā)現(xiàn)問題并提出合理的解決方 案。但這里同樣要注意設(shè)備之間的匹配，如果有的效率高，有的效率低，最后的工作效 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 3 率是山配套設(shè)備中效率最低的設(shè)備決定的。 5) 使用新的設(shè)計理念和方法 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新的設(shè)計方法不斷涌現(xiàn)，如計算機(jī)輔助設(shè)計，計算機(jī)輔助 制造，計算機(jī)仿真等，使用這些新的方法，可以改善傳統(tǒng)設(shè)計過程中設(shè)計周期一長，成 本高的缺點(diǎn)。而且隨著現(xiàn)代設(shè)計理論的發(fā)展，可以在設(shè)計前先做一定的理論分析，縮小 設(shè)計的范圍，減少實(shí)驗(yàn)的次數(shù)。理論數(shù)學(xué)的發(fā)展也為機(jī)械設(shè)計提供了一定的理論基礎(chǔ)， 如遺傳算法，最優(yōu)算法，可以快速的找到最優(yōu)解，找到設(shè)計中的最佳尺寸?？傊碌?技術(shù)和方法有利于機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展 。19 1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本課題基于我國目前擰瓶機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，首先根據(jù)設(shè)計的指標(biāo)要求來確定系統(tǒng)的總 體方案，提出滿足設(shè)計要求的方案，并運(yùn)用 UG 軟件進(jìn)行模型的搭建，通過仿真分析，找 出其中的問題，以期達(dá)到最佳設(shè)計目標(biāo)。 本課題要解決的問題是提高擰瓶機(jī)的旋蓋的速率的較大的提高，其中包括理蓋，送 蓋，壓蓋，旋蓋和擰好瓶的輸出部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及擰瓶機(jī)的整體設(shè)計，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最 優(yōu)。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 4 2.擰瓶機(jī)的整體設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù)分析 設(shè)計一臺回轉(zhuǎn)式擰瓶機(jī)，用于將容器蓋上瓶蓋。 2.1.1 設(shè)計參數(shù) 生產(chǎn)能力：40005000 瓶/h； 瓶蓋尺寸：直徑 3040mm；高 1215mm； 瓶子尺寸：直徑 60mm;高 150mm200mm； 2.1.2 工藝路線 供送瓶和蓋 旋蓋 送出產(chǎn)品 2.1.3 技術(shù)要求 旋緊力要合適，過緊則瓶子用戶不易開瓶，影響顧客使用，過松則會試瓶內(nèi)的液 體漏出。 瓶口直徑、瓶子高度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，使擰瓶機(jī)具有一定的柔性，適合不同類 型的罐頭。 擰瓶機(jī)旋蓋動作要保證瓶蓋本身的美觀，防止對瓶蓋造成刮傷。 擰瓶機(jī)的效率高，使用擰瓶機(jī)能滿足工廠降低生產(chǎn)成本的目的。 具體到不同類型的擰瓶機(jī)，還有其它一些要求，比如低重量、高穩(wěn)定性、低功耗 等等。 2.2 擰瓶機(jī)的工作原理 擰瓶機(jī)主要由進(jìn)出瓶機(jī)構(gòu)，理蓋系統(tǒng)，送蓋機(jī)構(gòu)，擰瓶機(jī)構(gòu)，傳動系統(tǒng)，機(jī)身支架等 部分組成。機(jī)械式全自動擰瓶機(jī)采用機(jī)械式旋蓋頭進(jìn)行旋蓋。傳送帶通過兩側(cè)的欄桿夾 緊瓶子并帶動瓶在流水線上運(yùn)動。旋蓋頭安裝在圓盤上方，通過圓柱凸輪實(shí)現(xiàn)升降，并 隨瓶身一起轉(zhuǎn)動。當(dāng)旋蓋頭接觸到蓋子時，電動機(jī)開始運(yùn)作，隨著旋蓋頭的下降將瓶蓋 擰緊。旋蓋頭又會隨著圓柱凸輪上升脫離瓶蓋，最后將擰好的瓶子經(jīng)過撥桿送出圓盤， 到達(dá)輸出的傳送帶上。 2.3 總體方案確定 經(jīng)過對擰瓶機(jī)相關(guān)文獻(xiàn)和專利的閱讀和詳細(xì)分析，運(yùn)用已經(jīng)掌握的知識對本課題初 步形成了幾種大致的設(shè)計方案如下： 2.3.1 方案一的介紹 如圖 2.1 所示，該方案利用步進(jìn)電機(jī)帶動傳送帶將待旋蓋瓶傳送至上蓋裝置下方自動 上蓋并撫平，然后將上好蓋的瓶子停止在擰瓶機(jī)正下方，傳感裝置將信號傳至擰瓶機(jī)構(gòu)， 通過上部的氣缸實(shí)現(xiàn)旋蓋頭的整體下移，通過下部的杠桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)瓶子的夾緊，選蓋頭 旋轉(zhuǎn)將瓶蓋旋緊在瓶上。旋蓋完成后旋蓋頭升起，傳送帶繼續(xù)前進(jìn)一定距離，開始重復(fù) 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 5 旋蓋過程。本方案結(jié)構(gòu)較為簡單，易懂，但是從整體來分析，旋蓋的效率不是太高，而 且對傳送帶的各種要求比較高，需要特別訂制，成本會提高 。2 圖 2.1 方案一擰瓶機(jī)的結(jié)構(gòu)的正視圖 2.3.2 方案二的介紹 如圖 2.2 所示，該方案的全自動擰瓶機(jī)由上蓋裝置，傳送帶，底座箱，擰瓶機(jī)構(gòu)， 旋瓶圓盤，控制機(jī)箱等組成。傳送帶是靠三項(xiàng)異步電動機(jī)帶動一直勻速的前進(jìn)，中間的 由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的旋瓶圓盤間歇轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時，從上料側(cè)將瓶子取走通過振動上蓋裝置 上蓋；停止時，一直旋轉(zhuǎn)的旋蓋頭靠下部氣缸的作用整個支撐桿向下運(yùn)動完成旋蓋并抬 起，與此同時，前面旋蓋完成的瓶子會隨著傳動帶輸出。從而，順利的完成了全自動旋 蓋的整個過程 。6 圖 2.2 方案二擰瓶機(jī)結(jié)構(gòu)圖 2.3.3 方案三的介紹 如圖 2.3，該方案將盛滿液體的瓶子固定在輸送鏈上，再傳送到轉(zhuǎn)盤上，理蓋器將蓋 通過圓柱凸輪放到瓶口，再傳送到帶輪上，用旋蓋頭將蓋擰緊 。25 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 6 圖 6 方案三總體結(jié)構(gòu)布置圖 2.3.4 方案四的介紹 如圖 2.4，瓶子通過傳送帶經(jīng)過軌道的限制約束，到達(dá)前面的擋板定位，瓶與瓶蓋接 觸，瓶蓋就會蓋在瓶上，在經(jīng)過撥桿撥入轉(zhuǎn)盤中，旋蓋頭經(jīng)過圓柱凸輪的升降與瓶蓋接 觸將蓋卡緊旋蓋頭進(jìn)行定位，此時旋蓋頭的電動機(jī)開始工作將蓋擰緊，由于旋蓋頭內(nèi)有 彈簧，當(dāng)旋蓋頭上升時可以有效的與瓶體脫離，減少對瓶蓋的傷害，當(dāng)擰好的瓶轉(zhuǎn)到出 口時，在經(jīng)過撥桿撥到輸出的軌道上，通過傳送帶傳送出去。本方案可以有效的節(jié)省空 間，而且顯著的提高了生產(chǎn)效率，一改先前的單線擰蓋。 2.4 方案比較 方案一結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，但是傳送帶的停走精度難以控制，所以整個旋蓋的 精度低而且生產(chǎn)效率低，而且整個裝置的 自動化程度不是很高，較為適合小批量生產(chǎn)； 方案二結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且精密合理，旋蓋精度，效率相對高一些，但是還是單線生產(chǎn)；方 案三的考慮到了將蓋通過圓盤旋轉(zhuǎn)的方式將蓋放在瓶上，但是擰瓶時仍然還是單線，效 率不是很高；方案四有效的解決以上的一般問題，雖然將蓋放在瓶上也是單線，但是效 率比之前高的多，而且選用雙道都在同側(cè)，節(jié)省了很多空間，運(yùn)用圓盤十二瓶的機(jī)構(gòu)顯 著的提高了生產(chǎn)效率。所以本方案選擇了方案四的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 7 圖 2.4 方案四擰瓶機(jī)的前視圖 2.5 采用方案的詳細(xì)設(shè)計 2.5.1 傳送機(jī)構(gòu)的設(shè)計 圖 2.6 傳送帶軌道 如圖 2.6，傳送機(jī)構(gòu)的軌道是喇叭口的，開口是較大些方便瓶子的進(jìn)入，但是到左邊 軌道的寬度就和瓶身直徑相同，便于定位。 2.5.2 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 如圖 2.7，地面轉(zhuǎn)盤的是根據(jù)瓶子的半徑設(shè)計的，為了提高生產(chǎn)率選擇有 12 個卡口， 可以同時進(jìn)行 12 個瓶的旋蓋，可以節(jié)省很多的時間。圓環(huán)軌道的寬度剛好是瓶身的直徑， 可以很有效的起到定位的效果，方便旋蓋。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 8 圖 2.7 轉(zhuǎn)盤 2.5.3 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 圖 2.8 圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 如圖 2.8，升降機(jī)構(gòu)選擇圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動時，滾子也會沿著里面滾 槽向上或向下滾動，實(shí)現(xiàn)旋蓋頭的升降 。26 2.5.4 理蓋器的設(shè)計 通用瓶蓋理蓋器的結(jié)構(gòu) 瓶蓋理蓋器主要由料斗、螺旋形供蓋滑道、出蓋口、支承板彈簧、減振橡膠彈簧、 銜鐵、電磁鐵、氣隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和基座等部件構(gòu)成，如圖 2.9 所示。理蓋器的工作原理是： 在電磁鐵與支承板彈簧的交替作用下，料斗作“往復(fù)扭轉(zhuǎn)上下微幅振動”的運(yùn)動；在 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 9 這種復(fù)合式運(yùn)動過程中，瓶蓋將沿螺旋形供蓋滑道從料斗底部向上移動，同時進(jìn)行自動 排隊、 1料斗 2螺旋形滑道 3支承板彈簧4氣隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu) 5減振橡膠彈簧 6出蓋口 7銜鐵 8電磁鐵 9基座 圖 2.9 理蓋器的結(jié)構(gòu)示意圖 定向。所以，只有蓋口向上的瓶蓋才能到達(dá)料斗上部的出蓋口，然后進(jìn)入輸蓋槽，再沿 輸蓋槽翻轉(zhuǎn)180，變成蓋口向下的狀態(tài)，最后由送蓋機(jī)構(gòu)將瓶蓋按生產(chǎn)要求的節(jié)拍依次 送入封口機(jī)的機(jī)頭中，完成酒瓶的封口工作 。27 螺旋形供蓋滑道 圓筒狀料斗的底面呈扁圓錐形，內(nèi)壁設(shè)有螺旋形供蓋滑道。當(dāng)料斗作復(fù)合式運(yùn)動時， 瓶蓋會沿扁圓錐形底面滑移到料斗底面與側(cè)壁的交接處；在摩擦力、慣性力和離心力等 作用下，瓶蓋又沿螺旋形供蓋滑道由底部向上運(yùn)動。在料斗中雜亂堆集的瓶蓋運(yùn)動到螺 旋形供蓋滑道上之后，只有蓋口向上和蓋口向下兩種狀態(tài)，而其它狀態(tài)（如“側(cè)立”狀 態(tài)）的蓋瓶會在料斗作上下微振時滾落回料斗底部，即瓶蓋完成了第一次定向。 在螺旋形供蓋滑道上開有“E”形缺口（如圖2.10 所示） 。蓋口向上的瓶蓋可以順利 地通過該缺口（如圖2.11a） ；而蓋口向下的瓶蓋運(yùn)動到該缺口處時，會翻落下去（如圖 2.11b） ，然后再重新沿螺旋形供蓋滑道向上運(yùn)動。因此，只有蓋口向上的瓶蓋才能通過 “E”形缺口，繼續(xù)沿螺旋形供蓋滑道向上運(yùn)動，直至出蓋口，即完成了瓶蓋的第二次定 向。 1料斗筒壁 2“E”形缺口 3螺旋形滑道 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 10 圖2.10 螺旋形供蓋滑道上的 “E”形缺口 1料斗筒壁 2螺旋形滑道 3瓶蓋（正向） 4瓶蓋（反向） 圖 2.11 兩種狀態(tài)的瓶蓋通過“ E”形缺口時的狀況 2.5.5 旋蓋頭的設(shè)計 如圖2.12所示，旋蓋機(jī)構(gòu)工作時，利用三爪卡頭抓取瓶蓋，三爪卡頭中有兩個是固定 的，內(nèi)側(cè)有橡膠增加摩擦力；還有一個是活動的，其另一側(cè)聯(lián)接彈簧，當(dāng)抓取到瓶蓋時 該爪張開彈簧受力產(chǎn)生相反的推力，利用杠桿原理同時瓶蓋也會受到一定的壓應(yīng)力，并 通過頂壓彈簧產(chǎn)生頂壓力將瓶蓋向下壓，此時電機(jī)轉(zhuǎn)動將瓶蓋擰緊，隨著升降結(jié)構(gòu)上升， 旋蓋頭就會自動脫離瓶蓋。 2.5.6 底座箱的設(shè)計 如圖2.13所示。根據(jù)需要，初步設(shè)計底箱的整體尺寸為1200*800*400，壁厚 30mm，整個箱體靠下面的四個支柱支撐。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 11 圖2.12 旋蓋頭正視圖及剖視圖 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 12 圖2.13 底座箱 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 13 3.傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算 3.1 電動機(jī)的選擇 三相交流異步電動機(jī)的簡單、價格低廉、維護(hù)方便，可直接接于三相交流電網(wǎng)中， 因此在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，所以選擇三相異步電動機(jī)作為整個系統(tǒng)的動力源。 Y 系列電動機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式三相異步電動機(jī)，具有效率高、性能好， 噪音低、震動小等優(yōu)點(diǎn)，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上， 如金屬切削機(jī)床、風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。在經(jīng)常啟動、制動 和反轉(zhuǎn)的工廠場合，要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力小，應(yīng)選用起重及冶金 YZR 和 YZ 系列電動機(jī)。所以選擇 Y 系列的三相異步電動機(jī)。 電動機(jī)的功率選擇是否合適，對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)都有影響。當(dāng)容量小于工作要 求時，電動機(jī)不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動機(jī)因長期過載而過早損壞；若容量 過大，則電動機(jī)的價格高，能力不能充分利用，而且因?yàn)榻?jīng)常不在滿載下運(yùn)行，其效率 和功率因數(shù)較低，造成浪費(fèi)。 電動機(jī)容量主要由電動機(jī)運(yùn)行時的發(fā)熱條件決定的，而發(fā)熱又與其工作情況有關(guān)。 對于長期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、載荷不變或變化很小、常溫下工作的機(jī)械，選擇電動機(jī)時只要使電 動機(jī)的負(fù)載不超過其額定值，電動機(jī)便不會過熱。也就是可按電動機(jī)的額定功率 等于mP 或大于所需電動機(jī)的功率的 ，在手冊中選取相應(yīng)的電動機(jī)型號。這類電動機(jī)的功率按dP 下述步驟確定： 工作所需功率 （kW）w 或 ， （3-1）)10/(wvF)950/(wwnT 式中 為工作機(jī)的阻力，N；wF 為工作機(jī)的線速度， ；vsm/ 為工作機(jī)的阻力矩， ；TN 為工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速， ；wnin/r 為工作機(jī)的效率。帶式輸送機(jī)可取 =0.96，鏈板式輸送機(jī)可取 =0.95。ww 電動機(jī)至工作機(jī)的總功率 （串聯(lián)時） （3-2）n321 式中 ， ， 為傳動系統(tǒng)中各級傳動機(jī)構(gòu)、軸承以及聯(lián)軸 器的效率。123n 所需電動機(jī)的功率 （ kW）dP 所需電動機(jī)的功率由工作機(jī)所需功率和傳動裝置的總功率按下式計算 = （3-3）d/w 電動機(jī)額定功率 m 按 來選取電動機(jī)型號。電動機(jī)功率裕度的大小應(yīng)視工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載變化狀況而mPd 定。 額定功率相同的同類型電動機(jī)，有幾種不同的同步轉(zhuǎn)速。例如三相異步電動機(jī)有四 種常用的同步轉(zhuǎn)速，即 3000 、1500 、 1000 和 750 。同步轉(zhuǎn)速低in/rmin/rin/rmin/r 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 14 的電動機(jī)磁極多，外輪廓尺寸大，價格高，但可使傳動系統(tǒng)的傳動比和結(jié)構(gòu)尺寸減小， 從而降低了傳動裝置的制造成本。因此，確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)同時考慮電動機(jī)及傳 動系統(tǒng)的尺寸，重量和價格，使整個設(shè)計既合理又較經(jīng)濟(jì)。 一般最常用、市場上供應(yīng)最多的是同步轉(zhuǎn)速為 1500 和 1000 的電動機(jī)，min/rin/r 設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用。如無特殊要求，則不選用同步轉(zhuǎn)速為 3000 和 750 的電動i/m 機(jī)。 綜合考慮整個系統(tǒng)所需要的功率，轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)尺寸等因素，再參考機(jī)械設(shè)計手冊新 版的第 5 卷電動機(jī)的選擇的相關(guān)資料，選擇的電機(jī)型號為 Y90S-4 的電動機(jī)，該電動機(jī)的 額定功率為 1.1kW，滿載時的轉(zhuǎn)速為 1400 ，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為 2.3，質(zhì)量為 22kg。in/r 3.2 傳動比的分配 電動機(jī)選定后，根據(jù)電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速 和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速 即可確定傳動系統(tǒng)的總mwn 傳動比 ，即i （3-4）wni/ 傳動系統(tǒng)的總傳動比 是個串聯(lián)機(jī)構(gòu)傳動傳動比的連乘積，即i （3-5）nii321 式中， ， ， ， 為傳動系統(tǒng)中各級傳動機(jī)構(gòu)的傳動比。1i23in 合理的分配轉(zhuǎn)動比是傳動系統(tǒng)設(shè)計中的一個重要問題，他將直接影響到傳動系統(tǒng)的外輪 廓尺寸、重量、潤滑級傳動機(jī)構(gòu)的中心距等很多方面，因此必須認(rèn)真對待。 傳動比分配的一般原則如下： 各級傳動比可在各自推薦值的范圍內(nèi)選取。各類機(jī)械傳動比推薦值和最大值見表 3-1。 表 3-1 各類機(jī)械傳動的傳動比 平帶傳動 V 帶傳動 鏈傳動 圓柱齒輪 傳動 錐齒輪傳 動 蝸桿傳動 單級推薦 值 i24 24 25 35 23 1040 單機(jī)最大 值 max5 7 6 8 5 80 分配傳動比應(yīng)注意使各傳動件的尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)均勻及利于安裝。例如帶傳動的 傳動比不宜過大，以免大帶輪的半徑大于箱體的中心高，使帶輪與底座平面相碰，造成 安裝方便。 傳動零件之間不應(yīng)造成互干涉。 使各級大齒輪直徑相近，以便浸油深度大致相等，以利實(shí)現(xiàn)油池潤滑。 使所設(shè)計的傳動系統(tǒng)具有緊湊的外廓尺寸。 考慮加工的方面的方便，整個裝備的結(jié)構(gòu)尺寸，生產(chǎn)率等的問題，傳動選擇錐齒輪 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 15 的傳動比為 1：1；低速軸的傳動比為 1：1。 3.3 減速器的設(shè)計選擇 減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩， 以滿足工作需要。減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和 行星減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪 減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、 分流式和同軸式減速器。減速器主要由傳動零件（齒輪或蝸桿） 、軸、軸承、箱體及其附 件所組成。由于所選電動機(jī)的額度轉(zhuǎn)速為 1400r/min，擰瓶機(jī)的生產(chǎn)能力為 4000-5000 瓶/ 小時，擰瓶機(jī)的擰瓶頭頭數(shù)為 12 頭，所以擰瓶機(jī)每轉(zhuǎn)生產(chǎn) 12 瓶，所以擰瓶機(jī)主軸的轉(zhuǎn) 速為 333.3-416.7r/小時,選擇 360 小時，即 6 。考慮到電動機(jī)的小帶輪與減速器/rmin/r 上大帶輪的傳動比 ，則減速器上輸入的轉(zhuǎn)速為 700 ，錐齒輪的傳動比為2:1i i/r 1：1；減速器與低速軸的傳動比為 1：1；輸出轉(zhuǎn)速為 6 。根據(jù)以上的條件，選擇 CW 型減速器，減速器的型號為 CW125-25-IF,該型號的減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為 750r/min,額定輸入功率為 1.74KW，額定輸入轉(zhuǎn)矩為 437 。由于電動機(jī)的功率為N: 1.1KW，所以選擇該型號的減速器符合要求。 3.4 帶傳動的設(shè)計 帶傳動是一種撓性傳動，所以具有以下優(yōu)點(diǎn)：能緩和載荷沖擊； 運(yùn)行平穩(wěn)，無 噪音；制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣要求嚴(yán)格， 過載時將引起帶在帶輪上打滑， 因而可防止其他零件的損壞；可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件。帶傳動也有 以下缺點(diǎn)： 有彈性滑動和打滑，是效率降低和不能保持準(zhǔn)確的傳動比（同步帶傳動是 靠嚙合傳動的，所以可以保證傳動的同步） ；傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上 的壓力都比嚙合傳動大； 帶的壽命較短 。 5 帶傳動設(shè)計內(nèi)容一般包括確定帶的型號、長度、根數(shù)、帶輪基準(zhǔn)直徑、傳動中心距、 結(jié)構(gòu)尺寸等。一般的設(shè)計步驟為確定帶的型號、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、計算帶長、中心 距、包角、確定帶的根數(shù)、求軸上載荷、帶輪的結(jié)構(gòu)確定。帶的型號可根據(jù)計算功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速 選取，計算功率 。CP1nPKAC V 帶傳動的包角 一般不小于 120，個別情況下可小到 70。傳動比 通常不大于 i 7，個別情況下可到 10。帶傳動的中心距不宜過大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動。 中心距也不宜過小，否則中心距越小，則帶的長度越短，在一定速度下，單位時間內(nèi)帶 的應(yīng)力變化次數(shù)越多，會加速帶的疲勞損壞；當(dāng)傳動比 較大時，短的中心距將導(dǎo)致包角i 過小。對于帶傳動來說，張緊力過小，摩擦力小，容易發(fā)生打滑；張緊力過大，則帶1 壽命低，軸和軸承受力大。 取帶輪的傳動比 ，小帶輪轉(zhuǎn)速 ，電動機(jī)的額定功率 P=1.1KW，一2i140/minnr 天運(yùn)轉(zhuǎn)時間16h。 確定計算功率 ca 由機(jī)械設(shè)計（第八版） 表 8-7 查得工作情況系數(shù) KA=1.2。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 16 1.21.32caApKW 選取 V 帶帶型 根據(jù) 、 由機(jī)械設(shè)計（第八版） 圖 8-10 確定選用普通 V 帶型 Z 型。ca1n 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由機(jī)械設(shè)計（第八版） 表 8-4 和表 8-8 取主動輪基準(zhǔn)直徑 ，按式md71 ，從動輪基準(zhǔn)直徑 ，21din2d mid14271 根據(jù)表 8-8，取 md1502 按式 驗(yàn)算帶的速度160pdnv =5.2 251600pdnvsm// 所以帶的速度合適。 確定普通 V 帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距 根據(jù) ， 初步確定中心距120120.7()()ddaa20 根據(jù)式 計算帶所需的基準(zhǔn)長度 2 104dLa = 2 10120()2()ddda m75204)1()157( 由機(jī)械設(shè)計（第八版） 表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 mLd 按式 計算實(shí)際中心距 a 02dL = 02dLa1802750 驗(yàn)算主動輪上的包角 1 90 51803.7-518a3.57-821 ）（）（ d 故主動輪上的包角合適. 計算帶的根數(shù) 計算單根 V 帶的額定功率 。rP 由 和 ，查表 8-4a 得 =0.294kW。md71in/401n0P 根據(jù) ， 和 Z 型帶，查表 8-4b 得 。i/r.2kW03. 查表 8-5 得 ，查表 8-2 得 ，于是93.K9.LK 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 17 kW3.09.)03.294.()(0 Lr KP 計算 V 帶的根數(shù) z。 7.1z 所以取 4 根。 計算單根 V 帶的初拉力的最小值 min0)(F 由表 8-3 的 Z 型帶的單位長度質(zhì)量 ，所以kgq/6.NvzKPFca 462.5062.5493.1)0(5)5.2(0)( 2min0 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 。min0F 計算壓軸力 P 壓軸力的最小值為 Nz 10825sin1432si)(2)(1mn0in 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 大小帶輪選擇實(shí)心式。如下圖 3.1 和圖 3.2 的零件圖。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 18 圖 3.1 小帶輪的零件圖 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 19 圖 3.2 大帶輪的零件圖 3.5 錐齒輪的設(shè)計計算 齒輪傳動的失效一般是指齒輪的失效。大體分為輪齒的折斷和齒面的損傷兩類。齒 面損傷又有齒面接觸疲勞磨損（點(diǎn)蝕） 、膠合、磨粒磨損和塑性變形等。 輪齒折斷 輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷。折斷一般發(fā)生在 齒根部位。折斷有兩種：一種是由多次重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另 一種是因短時過載或沖擊載荷而產(chǎn)生的過載折斷。兩種折斷均起始于輪齒受力拉應(yīng)力一 側(cè)。 齒寬較小的直齒圓柱齒輪，齒根斷裂一般是從齒根沿著橫向擴(kuò)展，發(fā)生全齒折斷。 齒寬較大的直齒圓柱 齒輪常因載荷集中在齒的一端，斜齒圓柱齒輪和人字齒輪常因接觸 線是傾斜的，載荷有時會作用在一端齒輪上，故裂紋往往是從齒根斜向齒頂?shù)姆较驍U(kuò)散， 發(fā)生齒輪局部折斷。 齒面點(diǎn)蝕 點(diǎn)蝕又稱接觸疲勞磨損，是潤滑良好的閉式傳動常見的失效形式之一。所謂點(diǎn)蝕是 由于齒面接觸應(yīng)力是交變的、經(jīng)多次反復(fù)后，在節(jié)線附近?？拷X根部分的表面上，產(chǎn) 生的若干小片狀剝落而形成麻點(diǎn)。潤滑油是接觸疲勞磨損的媒介，實(shí)踐證明，潤滑油粘 度越低，越易滲入裂紋，點(diǎn)蝕擴(kuò)散越快。點(diǎn)蝕將影響傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生震動和噪音， 甚至不能正常工作。 點(diǎn)蝕一般發(fā)生與靠近節(jié)線附近的齒根一側(cè)，原因在于，在靠近節(jié)線附近嚙合時，由 于相對滑動速度低，難以形成油膜潤滑，摩擦力較大，特別對于直齒輪傳動，在節(jié)線附 近只有一對齒嚙合，輪齒受力最大，因此點(diǎn)蝕往往從節(jié)點(diǎn)處發(fā)生，然后向其他區(qū)域蔓延。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 20 齒面膠合 對于高速重載的齒輪傳動來說，膠合是一種常見的失效。所謂膠合就是比較嚴(yán)重的 黏著磨損。高速重載傳動因滑動速度高而產(chǎn)生的瞬時高溫會使油膜破裂，造成齒面間的 粘焊現(xiàn)象，粘焊處被撕脫后，齒面表面沿著滑動方向形成溝痕。對于低速重載的齒輪傳 動，由于滑動速度低，傳動過程不易形成油膜，摩擦熱雖不大，但也可能會出現(xiàn)膠合現(xiàn) 象，這時的瞬時溫升不大，故也稱為冷膠合現(xiàn)象。 齒面磨粒磨損 齒輪齒面磨粒磨損有兩種情形，一是當(dāng)表面粗糙的硬齒與較軟的齒輪相嚙合時，由 于相對滑動，軟齒表面被劃傷而