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存檔編碼：無無錫錫太太湖湖學學院院 2013 屆屆畢畢業(yè)業(yè)作作業(yè)業(yè)周周次次進進度度計計劃劃、檢檢查查落落實實表表 系別：信機系 班級：機械93 學生姓名：吳建軍 課題（設計）名稱：機械式擰瓶機的設計及工程分析 開始日期：2012年11月1日周次起止日期工作計劃、進度每周主要完成內容存在問題、改進方法指導教師意見并簽字備 注1-32012年11月12日-2012年12月2日教師下達畢業(yè)設計任務，學生初步閱讀資料，完成畢業(yè)設計開題報告。按照任務書要求查閱論文相關參考資料，填寫畢業(yè)設計開題報告書存在問題：范圍過大，不能很好地確定想要設計的題；改進方法：對所收集材料進行分類，結合自身的實際情況，繼續(xù)收集相關材4-102012年12月3日-1月20日指導專業(yè)實訓參加指導老師專業(yè)實訓存在問題：實訓經驗不足；改進方法：認真參加接下來的實訓11-122013年1月21日-3月1日指導畢業(yè)實習按照實習成果，填寫實習報告存在問題：實習報告填寫不規(guī)范；改進方法：在導師的指導下進行修改132012年3月4日-3月8日指導填寫開題報告按照要求修改畢業(yè)設計開題報告存在問題：題目涵蓋范圍大，表述不當；改進方法：在導師的指導下進行修改142013年3月11日-3月15日指導相關的專業(yè)術語學習并翻譯一篇與畢業(yè)設計相關的英文材料存在問題：專業(yè)術語翻譯有錯誤；改進方法：在導師的指導下對專業(yè)術語進行修改152013年3月18日-3月22日指導擰瓶機機的工作原理了解擰瓶機的生產要求及工作原理存在問題：對擰瓶機仍不能夠更深層次理解；改進方法：根據導師的指導進行學習162013年3月25日-3月29日指導擰瓶機的整體結構設計查閱資料，拿出不同的設計方案進行討論存在問題：擰瓶機的設計方案不能滿足生產要求；改進方法：繼續(xù)查閱資料完善擰瓶機的收集172013年4月1日-4月5日繪制裝配圖初步繪制裝配圖存在問題：繪圖軟件使用的不熟練；改進方法：根據導師指導進一步對繪圖軟件的練習182013年4月8日-4月12日主要零件的設計和校核對零件機構和尺寸的設計和計算存在問題：零件的尺寸存在不合理，無法承受載荷；改進方法：重新設計零件的尺寸192013年4月15日-4月20日繪制零件圖初步繪制零件圖存在問題：零件部件部分出現錯誤，無法繪制；改進方法：重新設計零件尺寸202013年4月22日-4月27日裝配圖的進一步完善進一步修改裝配圖上的零件尺寸及配合存在問題：裝配圖中零件的還不完善；改進方法：繪制局部視圖，體現各部分零件212013年4月29日-5月3日說明書的制作完成機械式擰瓶機的說明書存在問題：資料較難整理；改進方法：完善說明書的制作222013年5月6日-5月10日檢查畢業(yè)論文完成說明書的修改存在問題：排版不合理；改進方法：按照標準進行修改23-242013年5月13日-5月20日檢查圖紙及說明書完成圖紙的修改存在問題：論文格式不夠規(guī)范；改進方法：參照論文撰寫規(guī)范 說明：1、“工作計劃、進度”、“指導教師意見并簽字”由指導教師填寫，“每周主要完成內容”，“存在問題、改進方法”由學生填寫。2、本表由各系妥善歸檔，保存?zhèn)洳椤Ｖ艽纹鹬谷掌诠ぷ饔媱?、進度每周主要完成內容存在問題、改進方法指導教師意見并簽字備 注 編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 （ 論 文 ） 題目： 機械式擰瓶機的設計及工程分析 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923116 學生姓名： 吳 建 軍 指導教師： 何雪明（職稱：副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設計（論文） 機械式擰瓶 機的設計及工程分析 是本人在導師的指導下獨立進行研究所 取得的成果，其內容除了在畢業(yè)設計（論文）中特別加以標注 引用，表示致謝的內容外，本畢業(yè)設計（論文）不包含任何其 他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機械 93 學 號： 0923116 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一、題目及專題： 1、題目 機械式擰瓶機的設計及工程分析 2、專題 二、課題來源及選題依據 擰瓶機是自動擰瓶生產線的主要設備之一，用于玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對 產品的包裝質量的要求也越來越高。由于螺紋蓋具有封口快捷，開 啟方便及開啟瓶后又可重新封好等優(yōu)點，使其在許多產品的包裝中 應用越來越廣泛，諸如飲料，酒類，調味料，化妝品及藥品等瓶包 裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。目前現有的國產同類機型的封蓋 機的產量，速度和自動化程度都相對落后。為了適應現代包裝機高 速，高效和高可靠性生產的需要，研制了一種回轉式擰瓶機，該機 采用多工位回轉式結構，機電氣一體化，具有效率高，速度快，可 靠性好和自動化程度高等優(yōu)點。 三、本設計（論文或其他）應達到的要求： ① 了解數擰瓶機的工作原理，國內外的研究發(fā)展現狀； ② 完成擰瓶機總體方案設計； I ③ 完成零部件的選型計算、結構強度校核； ④ 熟練掌握有關計算機繪圖軟件，并繪制裝配圖和零件圖紙，折 合 A0 不少于 2.5 張； ⑤ 完成設計說明書的撰寫，并翻譯外文資料 1 篇。 四、接受任務學生： 機械 93 班 姓名 吳 建 軍 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2012 年 5 月 25 日 六、設計（論文）指導（或顧問）： 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 〔學科組組長研究所 所長〕 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 擰瓶機是自動擰瓶生產線的主要設備之一，它是封口機的一種，廣泛用于玻璃瓶或 PET瓶的螺紋蓋封口。由于螺紋蓋具有封口快捷、開啟方便及開啟后瓶又可重新旋上瓶蓋 等優(yōu)點，所以一些不含氣的液料，諸如飲料、酒類、調味料等類似瓶包裝的封口中大量 采用螺紋蓋封口。 為了適應現代包裝機高速、高效和高可靠性生產的需要，在廣泛吸收國內外先進機 型的基礎上，本課題設計了全自動擰瓶機。它靠異步電動機帶動傳送帶實現瓶子的輸入 和輸出，中間在傳送帶上部巧妙地安置了轉盤，給旋蓋工作帶來很大的便利，也大大提 高了效率，旋蓋裝置更是此次設計的關鍵部件，靠電機帶動空心軸以及其以上的機構旋 轉，同時上部的圓柱凸輪實現旋蓋頭的升降，旋蓋頭運用機械式的方法，夾頭的另一頭 聯接彈簧，運用杠桿原理實現瓶蓋的夾緊。當旋蓋頭夾緊瓶蓋時，上方的電動機啟動開 始旋蓋。本課題的設計不但結構簡單明了操作方便，而且實現了從進瓶到出瓶的全部自 動化，具有速度可調、定位準確、旋蓋可靠、運行平穩(wěn)、無噪音和不傷瓶蓋等優(yōu)點，克 服了傳統機構的缺點,總體上達到了我們預期設計的目標。 關鍵詞：擰瓶機；旋蓋頭；機械式；杠桿 III Abstract Capping machine is one of the main equipment of the automatic filling production line, which is a kind of sealing machine, and widely used in glass or PET bottles sealed with screw cap. 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 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................III Abstract..........................................................................................................................................IV 目 錄 .............................................................................................................................................V 1.緒論 ..............................................................................................................................................1 1.1 本課題的設計背景 ................................................................................................................1 1.2 國內外發(fā)展 ............................................................................................................................1 1.3 本課題應達到的要求 ............................................................................................................3 2. 擰瓶機的整體設計 ....................................................................................................................4 2.1 設計任務分析 ........................................................................................................................4 2.1.1 設計參數 .........................................................................................................................4 2.1.2 工藝路線 .........................................................................................................................4 2.1.3 技術要求 .........................................................................................................................4 2.2 擰瓶機的工作原理 ................................................................................................................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 采用方案的詳細設計 ...........................................................................................................7 2.5.1 傳送機構的設計 ............................................................................................................7 2.5.2 轉盤的設計 .....................................................................................................................7 2.5.3 升降機構的設計 ............................................................................................................8 2.5.4 理蓋器的設計 .................................................................................................................8 2.5.5 旋蓋頭的設計 ..............................................................................................................10 2.5.6 底座箱的設計 ..............................................................................................................10 3. 傳動系統的設計計算 ..............................................................................................................13 3.1 電動機的選擇 .....................................................................................................................13 3.2 傳動比的分配 .....................................................................................................................14 3.3 減速器的設計選擇 ..............................................................................................................15 3.4 帶傳動的設計 ......................................................................................................................15 3.5 錐齒輪的設計計算 ..............................................................................................................19 3.6 軸的設計及校核 ..................................................................................................................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 I 4.擰瓶機的安裝及維護 ................................................................................................................31 4.1 安裝 .....................................................................................................................................31 4.2 維護保養(yǎng) .............................................................................................................................31 5.擰瓶機的改進與展望 ................................................................................................................32 5.1 自動潤滑的改造 .................................................................................................................32 5.2 展望 .....................................................................................................................................32 6.小結 ............................................................................................................................................33 致 謝 ...........................................................................................................................................34 參考文獻 .......................................................................................................................................35 無錫太湖學院學士學位論文 0 1.緒論 1.1 本課題的設計背景 隨著食品，醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展，對產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)藥產品的保質期，而且可以避免食品中營養(yǎng)的流失。擰瓶機就是完成 包裝容器封口的機器，屬于包裝機的一種，主要針對玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口。這 種密封機對瓶和蓋都有一定的要求，瓶蓋一般要求為內螺紋，瓶口為外螺紋，通過旋蓋 頭的旋轉將瓶蓋固定在瓶頭。這種封口方式由于封裝和開啟都很方便，所以被廣泛應用 于不含氣體的果汁，飲料，調味品，藥品和化妝品 。??1 但是我國的包裝機械發(fā)展還處于初級階段，對包裝機械的設計和研發(fā)沒有太多的經 驗與理論基礎，很多機器只是對外國現有機器的仿繪，沒有自主研發(fā)的知識產權,機器一 旦出現問題，解決起來十分困難，而且要對機器進行改進也無從下手"目前總體來看,我 國的包裝機械主要存在以下兩方面的問題:其一，自動化程度低，很多國外的包裝機從原 料進入到成品出來，基本全部自動化，而我國的包裝機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，很多國外的包裝機械的生產效率是國內機械生產效率的 幾倍甚至是幾十倍 。??4 本課題就是順應時事的需求，針對上述的這些問題而提出的，通過對擰瓶機旋蓋頭 運動的主驅動系統的深入研究，找出影響擰瓶機穩(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進行優(yōu)化，從而實現高自動化，高效率，高 精度，低廢品率，低污染經濟適用的擰瓶機。并通過分析找出各個參數之間的相互影響 關系，為以后擰瓶機的設計提供一定的理論依據和參考。 本課程的設計包括對擰瓶機的工作原理的分析，以及對已有擰瓶機方案的對比，得 出本課程的設計方案。具體對傳送機構，轉盤，旋蓋頭，升降機構，理蓋器及底座箱體 的設計，進而對各個零件機構的設計及校核。 1.2 國內外發(fā)展 從質量方面來說，我國擰瓶機與國外還存在很大差距，不論是內在質量還是外觀設 計，都無法與國外產品相抗衡"內在質量差主要表現在材料粗糙，生產效率低，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，都 無法達到包裝機械的設計要求，設計理念，設計方法，設計手段還不夠完善。在包裝機 械的制造中還沒有統一的標準，或者標準過低，無法完成包裝機械的特殊要求 。??17 從科技含量來說，我國的包裝機械主要表現是低效率，高能耗，科技含量低，創(chuàng)新 產品少，最新的設計方法，檢測技術，控制技術都沒有應用進去。與發(fā)達國家相比，我 國的技術水平與國外至少相差 10 年左右。 由于以前我國對擰瓶機行業(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)都是對國外機器進行測繪仿制，沒有進行自主研，各大高校的研發(fā)課題也與 市場脫軌，不能轉化為生產力。沒有形成產，學，研相結合的研發(fā)道路。但隨著包裝產 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)達國家相比，科研經費還是不 機械式擰瓶機的設計及工程分析 1 足，我國目前投入的科研經費僅占產品收入的 3.5%。而發(fā)達國家的研發(fā)費用投入已占銷 售收入的 8-9%左右"科研經費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，低檔次的國外產品進行仿制，對于高技術含量包裝機械只能花 巨額金錢從國外進口 。??18 提高自動化程度是包裝機械發(fā)展重要的趨勢。產品和產量居世界之首的美國十分重 視白裝機械與計算機緊密結合,實現機電一體化控制,將自動化操作序 、數據收集系統、 自動檢驗系統更多用于包裝機械之中。日本則長于微電子技術，用以開那個值包裝機械， 有效地促進了無人操作和自動化程度的提高。在計量、制造和技術性能等方面居于世界 領先地位的德國也高度重視提高自動化程度。幾年前，德國包裝機械系統設計時，自動 化技術在整個系統操作及運行中還占 30%，現在已占到 50%以上。不過總的來說,其未來 的發(fā)展趨勢主要表現為以下幾個方面： 1) 自動化程度不斷提高 不論什么機器，自動化肯定是未來發(fā)展的趨勢,擰瓶機也不例外。自動化水平是衡量 一臺機器設計成功與否的一個標志。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率。目前德國的包裝機械中，自動化技術己被廣泛 的應用，約占整個機械中的 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與自動化技術緊密結合，如智能控制技術，傳感器技術"這些技術 的加入，不僅使自動化水平顯著提高，而且提高了生產效率，增加了工作的穩(wěn)定性和準 確性。 2) 高效率 ,高可靠性 高效率，高可靠性是機械設計人員追求的一個方向，但往往二者不可兼得，當效率 高的時候，機器的運動速度一般要求較高，這時機構間的沖擊，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 均衡點至關重要。但隨著新的設計方法和設計理念的提出，或許可以設計出效率高，工 作又穩(wěn)定的機構。目前德國的罐裝機生產能力可達 13000 瓶/時，茶葉包裝機的速度達到 了 360 袋/分，這些機械不僅效率高，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 隨著生活質量的提高，人們對物質多樣性的需求越來愈大，這就要求包裝機械具有 好的柔性和靈活性，能根據產品的要求作出改變。如新型的擰瓶機，只要通過更換旋蓋 頭，就可以對不同類型，不同結構的瓶蓋進行封口。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械的發(fā)展趨勢。 4) 注重成套性和配套性 擰瓶機成套設備及相關設施是對擰瓶機功能的擴展，目前發(fā)達國家對這方面十分重 視，這可以顯著提高產品的市場競爭力，例如日本的包裝機械，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備。 并且可以通過計算機仿真技術對現實情況進行模擬，及時發(fā)現問題并提出合理的解決方 案。但這里同樣要注意設備之間的匹配，如果有的效率高，有的效率低，最后的工作效 無錫太湖學院學士學位論文 2 率是山配套設備中效率最低的設備決定的。 5) 使用新的設計理念和方法 隨著計算機技術的發(fā)展，新的設計方法不斷涌現，如計算機輔助設計，計算機輔助 制造，計算機仿真等，使用這些新的方法，可以改善傳統設計過程中設計周期一長，成 本高的缺點。而且隨著現代設計理論的發(fā)展，可以在設計前先做一定的理論分析，縮小 設計的范圍，減少實驗的次數。理論數學的發(fā)展也為機械設計提供了一定的理論基礎， 如遺傳算法，最優(yōu)算法，可以快速的找到最優(yōu)解，找到設計中的最佳尺寸?？傊?，新的 技術和方法有利于機械制造業(yè)的發(fā)展 。??19 1.3本課題應達到的要求 本課題基于我國目前擰瓶機的發(fā)展現狀，首先根據設計的指標要求來確定系統的總 體方案，提出滿足設計要求的方案，并運用 UG 軟件進行模型的搭建，通過仿真分析，找 出其中的問題，以期達到最佳設計目標。 本課題要解決的問題是提高擰瓶機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構設計以及擰瓶機的整體設計，實現結構的最 優(yōu)。 機械式擰瓶機的設計及工程分析 3 2.擰瓶機的整體設計 2.1 設計任務分析 設計一臺回轉式擰瓶機，用于將容器蓋上瓶蓋。 2.1.1 設計參數 ①生產能力：4000~5000 瓶/h； ②瓶蓋尺寸：直徑 30～40mm；高 12～15mm； ③瓶子尺寸：直徑 60mm;高 150mm～200mm； 2.1.2 工藝路線 供送瓶和蓋 旋蓋 送出產品 2.1.3 技術要求 ①旋緊力要合適，過緊則瓶子用戶不易開瓶，影響顧客使用，過松則會試瓶內的液 體漏出。 ②瓶口直徑、瓶子高度在一定范圍內可調，使擰瓶機具有一定的柔性，適合不同類 型的罐頭。 ③擰瓶機旋蓋動作要保證瓶蓋本身的美觀，防止對瓶蓋造成刮傷。 ④擰瓶機的效率高，使用擰瓶機能滿足工廠降低生產成本的目的。 ⑤具體到不同類型的擰瓶機，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 擰瓶機的工作原理 擰瓶機主要由進出瓶機構，理蓋系統，送蓋機構，擰瓶機構，傳動系統，機身支架等 部分組成。機械式全自動擰瓶機采用機械式旋蓋頭進行旋蓋。傳送帶通過兩側的欄桿夾 緊瓶子并帶動瓶在流水線上運動。旋蓋頭安裝在圓盤上方，通過圓柱凸輪實現升降，并 隨瓶身一起轉動。當旋蓋頭接觸到蓋子時，電動機開始運作，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過撥桿送出圓盤， 到達輸出的傳送帶上。 2.3 總體方案確定 經過對擰瓶機相關文獻和專利的閱讀和詳細分析，運用已經掌握的知識對本課題初 步形成了幾種大致的設計方案如下： 2.3.1 方案一的介紹 如圖 2.1 所示，該方案利用步進電機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正下方，傳感裝置將信號傳至擰瓶機構， 通過上部的氣缸實現旋蓋頭的整體下移，通過下部的杠桿機構實現瓶子的夾緊，選蓋頭 旋轉將瓶蓋旋緊在瓶上。旋蓋完成后旋蓋頭升起，傳送帶繼續(xù)前進一定距離，開始重復 無錫太湖學院學士學位論文 4 旋蓋過程。本方案結構較為簡單，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 方案一擰瓶機的結構的正視圖 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由上蓋裝置，傳送帶，底座箱，擰瓶機構， 旋瓶圓盤，控制機箱等組成。傳送帶是靠三項異步電動機帶動一直勻速的前進，中間的 由步進電機驅動的旋瓶圓盤間歇轉動，轉動時，從上料側將瓶子取走通過振動上蓋裝置 上蓋；停止時，一直旋轉的旋蓋頭靠下部氣缸的作用整個支撐桿向下運動完成旋蓋并抬 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 方案二擰瓶機結構圖 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 機械式擰瓶機的設計及工程分析 5 圖 6 方案三總體結構布置圖 2.3.4 方案四的介紹 如圖 2.4，瓶子通過傳送帶經過軌道的限制約束，到達前面的擋板定位，瓶與瓶蓋接 觸，瓶蓋就會蓋在瓶上，在經過撥桿撥入轉盤中，旋蓋頭經過圓柱凸輪的升降與瓶蓋接 觸將蓋卡緊旋蓋頭進行定位，此時旋蓋頭的電動機開始工作將蓋擰緊，由于旋蓋頭內有 彈簧，當旋蓋頭上升時可以有效的與瓶體脫離，減少對瓶蓋的傷害，當擰好的瓶轉到出 口時，在經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效率，一改先前的單線擰蓋。 2.4 方案比較 方案一結構簡單，生產成本低，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； 方案二結構設計簡單且精密合理，旋蓋精度，效率相對高一些，但是還是單線生產；方 案三的考慮到了將蓋通過圓盤旋轉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，節(jié)省了很多空間，運用圓盤十二瓶的機構顯 著的提高了生產效率。所以本方案選擇了方案四的結構設計。 無錫太湖學院學士學位論文 6 圖 2.4 方案四擰瓶機的前視圖 2.5 采用方案的詳細設計 2.5.1 傳送機構的設計 圖 2.6 傳送帶軌道 如圖 2.6，傳送機構的軌道是喇叭口的，開口是較大些方便瓶子的進入，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 轉盤的設計 如圖 2.7，地面轉盤的是根據瓶子的半徑設計的，為了提高生產率選擇有 12 個卡口， 可以同時進行 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。 機械式擰瓶機的設計及工程分析 7 圖 2.7 轉盤 2.5.3 升降機構的設計 圖 2.8 圓柱凸輪機構 如圖 2.8，升降機構選擇圓柱凸輪機構，當圓柱凸輪轉動時，滾子也會沿著里面滾 槽向上或向下滾動，實現旋蓋頭的升降 。??26 2.5.4 理蓋器的設計 ①通用瓶蓋理蓋器的結構 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、氣隙調節(jié)結構和基座等部件構成，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“往復扭轉＋上下微幅振動”的運動；在 無錫太湖學院學士學位論文 8 這種復合式運動過程中，瓶蓋將沿螺旋形供蓋滑道從料斗底部向上移動，同時進行自動 排隊、 1—料斗 2—螺旋形滑道 3—支承板彈簧4—氣隙調節(jié)結構 5—減振橡膠彈簧 6—出蓋口 7—銜鐵 8—電磁鐵 9—基座 圖 2.9 理蓋器的結構示意圖 定向。所以，只有蓋口向上的瓶蓋才能到達料斗上部的出蓋口，然后進入輸蓋槽，再沿 輸蓋槽翻轉180°，變成蓋口向下的狀態(tài)，最后由送蓋機構將瓶蓋按生產要求的節(jié)拍依次 送入封口機的機頭中，完成酒瓶的封口工作 。??27 ②螺旋形供蓋滑道 圓筒狀料斗的底面呈扁圓錐形，內壁設有螺旋形供蓋滑道。當料斗作復合式運動時， 瓶蓋會沿扁圓錐形底面滑移到料斗底面與側壁的交接處；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動。在料斗中雜亂堆集的瓶蓋運動到螺 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 機械式擰瓶機的設計及工程分析 9 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 旋蓋頭的設計 如圖2.12所示，旋蓋機構工作時，利用三爪卡頭抓取瓶蓋，三爪卡頭中有兩個是固定 的，內側有橡膠增加摩擦力；還有一個是活動的，其另一側聯接彈簧，當抓取到瓶蓋時 該爪張開彈簧受力產生相反的推力，利用杠桿原理同時瓶蓋也會受到一定的壓應力，并 通過頂壓彈簧產生頂壓力將瓶蓋向下壓，此時電機轉動將瓶蓋擰緊，隨著升降結構上升， 旋蓋頭就會自動脫離瓶蓋。 2.5.6 底座箱的設計 如圖2.13所示。根據需要，初步設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。 無錫太湖學院學士學位論文 10 圖2.12 旋蓋頭正視圖及剖視圖 機械式擰瓶機的設計及工程分析 11 圖2.13 底座箱 無錫太湖學院學士學位論文 12 3.傳動系統的設計計算 3.1 電動機的選擇 三相交流異步電動機的簡單、價格低廉、維護方便，可直接接于三相交流電網中， 因此在工業(yè)上應用最為廣泛，所以選擇三相異步電動機作為整個系統的動力源。 Y 系列電動機是一般用途的全封閉自扇冷式三相異步電動機，具有效率高、性能好， 噪音低、震動小等優(yōu)點，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械上， 如金屬切削機床、風機、輸送機、攪拌機、農業(yè)機械和食品機械等。在經常啟動、制動 和反轉的工廠場合，要求電動機的轉動慣量小和過載能力小，應選用起重及冶金 YZR 和 YZ 系列電動機。所以選擇 Y 系列的三相異步電動機。 電動機的功率選擇是否合適，對電動機的工作和經濟都有影響。當容量小于工作要 求時，電動機不能保證工作機的正常工作，或使電動機因長期過載而過早損壞；若容量 過大，則電動機的價格高，能力不能充分利用，而且因為經常不在滿載下運行，其效率 和功率因數較低，造成浪費。 電動機容量主要由電動機運行時的發(fā)熱條件決定的，而發(fā)熱又與其工作情況有關。 對于長期連續(xù)運轉、載荷不變或變化很小、常溫下工作的機械，選擇電動機時只要使電 動機的負載不超過其額定值，電動機便不會過熱。也就是可按電動機的額定功率 等于mP 或大于所需電動機的功率的 ，在手冊中選取相應的電動機型號。這類電動機的功率按dP 下述步驟確定： ⑴工作所需功率 （kW ）w 或 ， （3-1）)10/(wvF??)950/(wwnT?? 式中 為工作機的阻力，N；wF 為工作機的線速度， ；vsm/ 為工作機的阻力矩， ；TN? 為工作機軸的轉速， ；wnin/r 為工作機的效率。帶式輸送機可取 =0.96，鏈板式輸送機可取 =0.95。?w?w? ⑵電動機至工作機的總功率 （串聯時） （3-2）n?321? 式中 ， ， … 為傳動系統中各級傳動機構、軸承以及聯軸 器的效率。123n ⑶所需電動機的功率 （kW）dP 所需電動機的功率由工作機所需功率和傳動裝置的總功率按下式計算 = （3-3）d?/w ⑷電動機額定功率 m 按 ≧ 來選取電動機型號。電動機功率裕度的大小應視工作機構的負載變化狀況而mPd 定。 額定功率相同的同類型電動機，有幾種不同的同步轉速。例如三相異步電動機有四 種常用的同步轉速，即 3000 、1500 、 1000 和 750 。同步轉速低in/rmin/rin/rmin/r 機械式擰瓶機的設計及工程分析 13 的電動機磁極多，外輪廓尺寸大，價格高，但可使傳動系統的傳動比和結構尺寸減小， 從而降低了傳動裝置的制造成本。因此，確定電動機的轉速時，應同時考慮電動機及傳 動系統的尺寸，重量和價格，使整個設計既合理又較經濟。 一般最常用、市場上供應最多的是同步轉速為 1500 和 1000 的電動機，min/rin/r 設計時應優(yōu)先選用。如無特殊要求，則不選用同步轉速為 3000 和 750 的電動i/m 機。 綜合考慮整個系統所需要的功率，轉速，結構尺寸等因素，再參考機械設計手冊新 版的第 5 卷電動機的選擇的相關資料，選擇的電機型號為 Y90S-4 的電動機，該電動機的 額定功率為 1.1kW，滿載時的轉速為 1400 ，堵轉轉矩為 2.3，質量為 22kg。in/r 3.2 傳動比的分配 電動機選定后，根據電動機的滿載轉速 和工作機的轉速 即可確定傳動系統的總mwn 傳動比 ，即i （3-4）wni/? 傳動系統的總傳動比 是個串聯機構傳動傳動比的連乘積，即i （3-5）nii?321? 式中， ， ， …， 為傳動系統中各級傳動機構的傳動比。1i23in 合理的分配轉動比是傳動系統設計中的一個重要問題，他將直接影響到傳動系統的外輪 廓尺寸、重量、潤滑級傳動機構的中心距等很多方面，因此必須認真對待。 傳動比分配的一般原則如下： ①各級傳動比可在各自推薦值的范圍內選取。各類機械傳動比推薦值和最大值見表 3-1。 表 3-1 各類機械傳動的傳動比 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 i≤2~4 ≤2~4 ≤2~5 ≤3~5 ≤2~3 10~40 單機最大 值 max5 7 6 8 5 80 ②分配傳動比應注意使各傳動件的尺寸協調、結構均勻及利于安裝。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。 ③傳動零件之間不應造成互干涉。 ④使各級大齒輪直徑相近，以便浸油深度大致相等，以利實現油池潤滑。 ⑤使所設計的傳動系統具有緊湊的外廓尺寸。 考慮加工的方面的方便，整個裝備的結構尺寸，生產率等的問題，傳動選擇錐齒輪 無錫太湖學院學士學位論文 14 的傳動比為 1：1；低速軸的傳動比為 1：1。 3.3 減速器的設計選擇 減速器是原動機和工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩， 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。由于所選電動機的額度轉速為 1400r/min，擰瓶機的生產能力為 4000-5000 瓶/ 小時，擰瓶機的擰瓶頭頭數為 12 頭，所以擰瓶機每轉生產 12 瓶，所以擰瓶機主軸的轉 速為 333.3-416.7r/小時,選擇 360 小時，即 6 ?？紤]到電動機的小帶輪與減速器/rmin/r 上大帶輪的傳動比 ，則減速器上輸入的轉速為 700 ，錐齒輪的傳動比為2:1?i i/r 1：1；減速器與低速軸的傳動比為 1：1；輸出轉速為 6 。根據以上的條件，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速為 750r/min,額定輸入功率為 1.74KW，額定輸入轉矩為 437 。由于電動機的功率為N: 1.1KW，所以選擇該型號的減速器符合要求。 3.4 帶傳動的設計 帶傳動是一種撓性傳動，所以具有以下優(yōu)點：①能緩和載荷沖擊； ②運行平穩(wěn)，無 噪音；③制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣要求嚴格，④ 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；⑤可增加帶長以適應中心距較大的工作條件。帶傳動也有 以下缺點：① 有彈性滑動和打滑，是效率降低和不能保持準確的傳動比（同步帶傳動是 靠嚙合傳動的，所以可以保證傳動的同步） ；②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；③ 帶的壽命較短 。 ??5 帶傳動設計內容一般包括確定帶的型號、長度、根數、帶輪基準直徑、傳動中心距、 結構尺寸等。一般的設計步驟為確定帶的型號、確定帶輪的基準直徑、計算帶長、中心 距、包角、確定帶的根數、求軸上載荷、帶輪的結構確定。帶的型號可根據計算功率 和小帶輪轉速 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，單位時間內帶 的應力變化次數越多，會加速帶的疲勞損壞；當傳動比 較大時，短的中心距將導致包角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 ，小帶輪轉速 ，電動機的額定功率 P=1.1KW，一2i?140/minnr? 天運轉時間＞16h。 ⑴確定計算功率 ca? 由《機械設計（第八版） 》表 8-7 查得工作情況系數 KA=1.2。 機械式擰瓶機的設計及工程分析 15 1.21.32caApKW????? ⑵ 選取 V 帶帶型 根據 、 由《機械設計（第八版） 》圖 8-10 確定選用普通 V 帶型 Z 型。ca?1n ⑶ 確定帶輪基準直徑 由《機械設計（第八版） 》表 8-4 和表 8-8 取主動輪基準直徑 ，按式md71? ，從動輪基準直徑 ，21din??2d mid14271?? 根據表 8-8，取 md1502? 按式 驗算帶的速度160pdnv??? =5.2 ≤251600pdnv???sm// 所以帶的速度合適。 ⑷確定普通 V 帶的基準長度和傳動中心距 根據 ， 初步確定中心距120120.7()()dda???a20? 根據式 計算帶所需的基準長度 2' 104dLa??? = 2' 10120()2()ddda?? m75204)1()15