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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94 學生姓名：仲曉斌 課題（設(shè)計）名稱：磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 開始日期：2012年11月12日周次起止日期工作計劃、進度每周主要完成內(nèi)容存在問題、改進方法指導(dǎo)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(shè)計任務(wù)，學生初步閱讀資料，完成畢業(yè)設(shè)計開題報告。按照任務(wù)書要求查閱論文相關(guān)參考資料，填寫畢業(yè)設(shè)計開題報告書存在問題：對課題理解程度不夠，對其難點分析不夠，分析能力欠缺。改進方法：在指導(dǎo)老師的幫助下，對課題有較深的了解。4-102012年12月3日-2013年1月20日指導(dǎo)專業(yè)實訓(xùn)機械設(shè)計綜合實訓(xùn)，機械關(guān)鍵部件設(shè)計校核存在問題：機械部件設(shè)計不夠完善，缺少經(jīng)驗。改進方法：了解機械設(shè)計的詳細過程。11-122013年1月21日-3月1日指導(dǎo)畢業(yè)實習相關(guān)機械制造廠實習，了解本專業(yè)的實踐知識存在問題：沒有實習實訓(xùn)的經(jīng)驗，無法將課本知融會貫通。改進方法：認真參與工作，虛心求教。132013年3月4日-3月8日查閱參考資料查閱與設(shè)計有關(guān)的參考資料不少于10篇，其中外文不少于5篇存在問題：查閱資料相關(guān)度小，無法滿足要求。改進方法：利用空余時間，去圖書館查找相關(guān)資料，在網(wǎng)上查找相關(guān)文獻。142013年3月11日-3月15日翻譯外文資料翻譯機械方面的外文資料存在問題：英文水平較低，無法正確翻譯某些專業(yè)詞匯。改進方法：借助一些翻譯軟件、專業(yè)字典幫助翻譯提高翻譯準確性性。152013年3月18日-3月22日磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析查閱相關(guān)資料，對擰瓶機有一定了解后初步確認總體設(shè)計方案存在問題：缺乏設(shè)計經(jīng)驗，有些結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理。改進方法：重新確立合理的設(shè)計方案。162013年3月25日-3月29日繪制裝配圖初步繪制裝配圖存在問題：零部件設(shè)計有錯誤。改進方法：重新設(shè)計校核并繪制相關(guān)部件。172013年4月1日-4月5日繪制裝配圖初步完成裝配圖存在問題：在繪制過程中對于瓶子的定位，旋蓋頭的設(shè)計不是很合理。改進方法：多查資料想辦法對于自己的設(shè)計進行改進。182013年4月8日-4月12日主要零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和校核對主要零件結(jié)構(gòu)和尺寸進行設(shè)計和計算存在問題：主體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，無法承受載荷。改進方法：認真查閱各方面資料，重新校核計算。192013年4月15日-4月20日繪制完整裝配圖修改完成裝配圖存在問題：裝配圖里的很多部件細節(jié)還不夠完善。改進方法：繪制局部視圖，體現(xiàn)各部細節(jié)。202013年4月22日-4月27日繪制零件圖繪制整體機架，輸送軌道等存在問題：標注尺寸不全，制圖不夠規(guī)范。改進方法：檢查標注，補全標注。212013年4月29日-5月3日繪制零件圖繪制磁力旋蓋頭存在問題：標注尺寸不全，制圖不夠規(guī)范。改進方法：檢查標注，繪制局部剖圖。222013年5月6日-5月10日設(shè)計說明書（論文）、摘要和小結(jié)編寫完成設(shè)計說明書（論文）、摘要和小結(jié)存在問題：說明書的格式不規(guī)范，摘要不合理要求等。改進方法：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的規(guī)范要求更改，重新按要求編寫摘要。23-252013年5月13日-5月25日修改設(shè)計說明書（論文）格式上交資料、準備答辯修改設(shè)計說明書開題報告格式存在問題：附錄格式不規(guī)范，摘要英文不合理要求等。改進方法：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的規(guī)范要求更改。說明：1、“工作計劃、進度”、“指導(dǎo)教師意見并簽字”由指導(dǎo)教師填寫，“每周主要完成內(nèi)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(nèi)容存在問題、改進方法指導(dǎo)教師意見并簽字備 注編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 題目： 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號： 0923190 學生姓名： 仲曉斌 指導(dǎo)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(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 磁力式擰瓶 機的設(shè)計及工程分析 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所 取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標注 引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)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 94 學 號： 0923190 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學 院 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 擰瓶機是封口機的一種，它廣泛用于玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋 封口。國內(nèi)外已經(jīng)有相當成熟的封口機技術(shù)，形成了相當成熟的生 產(chǎn)線，各種有特定功能的封口機、擰瓶機也在生產(chǎn)生活中隨處可見， 技術(shù)不斷創(chuàng)新和改良，形式多樣化發(fā)展。 擰瓶機是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時必須保證 適宜的旋緊力矩。力矩過小, 瓶蓋旋不緊; 力矩過大, 易損壞瓶嘴和 瓶蓋。為此, 我們在吸收國外同類先進設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了一種利 用磁力傳遞扭力矩實現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭, 能根據(jù)需要方便地設(shè)定、 調(diào)整旋緊力矩的大小, 并能適用于不同高度的瓶子。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達到的要求： 擰瓶機的生產(chǎn)效率能達到 4000 瓶/小時，并在擰蓋過程中能適應(yīng) 不同高度的瓶子； 利用 UG 繪制主機總圖及主要零件圖 ； II 對擰蓋機主要零件進行強度校核； 根據(jù)計算結(jié)果，確定擰蓋機結(jié)構(gòu)尺寸，完成總裝配圖； 查閱相關(guān)數(shù)據(jù)，完成畢業(yè)設(shè)計說明書一份，不少于 30 頁。 四、接受任務(wù)學生： 機械 94 班 姓名 仲曉斌 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)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 III 摘 要 國內(nèi)外已經(jīng)有了相當成熟的封口機的技術(shù)，形成了成熟的生產(chǎn)線，各種有特定功能 的封口機、擰瓶機在生產(chǎn)生活中隨處可見，技術(shù)經(jīng)過不斷創(chuàng)新和改良，形式得到多樣化 發(fā)展。 擰瓶機是在灌裝中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時必須保證適宜的旋緊力矩。力過小, 則 瓶蓋旋不緊；力若過大，則易損壞瓶嘴和瓶蓋。為此，我們在吸收國內(nèi)外先進設(shè)備的 基礎(chǔ)上研制了一種利用電磁力傳遞扭力矩實現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭, 它不僅能根據(jù)需要方 便地設(shè)定、調(diào)整旋緊力的大小, 還能適用于不同高度的瓶子。 本文介紹了本課題的研究背景和意義，論述了擰瓶機在國內(nèi)外發(fā)展的狀況，介紹了 本次設(shè)計設(shè)計的內(nèi)容及方法。本次設(shè)計的重點是擰瓶機的總體設(shè)計方案、封裝過程的旋 蓋、輸送方式和定位的方法，在此基礎(chǔ)上進行了運動與結(jié)構(gòu)設(shè)計。本次設(shè)計采用了回轉(zhuǎn) 式的封裝方法，通過圓柱凸輪來實現(xiàn)旋蓋頭的上下升降運動。在滿足包裝機械原理的條 件下，充分考慮了整機的布局和經(jīng)濟性。 關(guān)鍵詞：擰瓶機；磁力；自動化；圓柱凸輪 ； IV Abstract At home and abroad has been quite mature technology sealing machine, forming a fairly mature production line, various specific functions sealing machine, capping machine can be seen everywhere in the production and living, technical innovation and improvement, form diversified development. Capping machine is tightening the cap in the process of beverage filling equipment, work must ensure that appropriate tightening torque. Torque is too small, cap screw is not tight; Torque is too big, easy to damage the bottle mouth and bottle caps.Therefore, we developed on the basis of absorbing foreign advanced equipment from a use of magnetic transfer torque capping head cap tightened, can be easily set as required, adjust the tightening torque of the size, and can be applied to different the height of the bottle. This paper introduces the research background and significance of the topic， discussed capping machine development at home and abroad, introduced the content and methods design research.This is designed to focus the overall design of the capping machine, Capping, transportation and positioning of the packaging process, Based on this the motion and structure design. The packaging design is the rotary type ， through the cylindrical cam contour the capping head up and down reciprocating of the motion. And take full account to meet the principle of the packaging machinery, machine layout and economy. Key words: capping machine; magnetic force; automation; cylindrical cam V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的設(shè)計內(nèi)容和意義 .1 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .1 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 .2 2 擰瓶機的總體設(shè)計 .3 2.1 擰瓶機的簡介 .3 2.1.1 擰瓶機系統(tǒng)的構(gòu)成 .3 2.2 擰瓶機的設(shè)計 .3 2.2.1 擰瓶機的整體傳動設(shè)計 .3 2.2.2 擰瓶機的外形設(shè)計 .3 2.2.3 擰瓶機自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計 .3 2.2.4 旋蓋頭裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .3 2.2.5 轉(zhuǎn)盤裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .4 2.3 擰瓶機總體方案的確定 .4 2.3.1 方案一的介紹 .4 2.3.2 方案二的介紹 .4 2.3.3 方案三的介紹 .5 2.3.4 方案比較 .6 2.4 擰瓶機重要參數(shù)的確定.6 2.4.1 設(shè)計參數(shù)：.6 2.4.2 設(shè)計要求.6 3 擰瓶機的組成及部件設(shè)計 .7 3.1 擰瓶機的組成 .7 3.2 圓柱凸輪的設(shè)計 .7 3.3 理蓋裝置的設(shè)計 .7 VI 3.3.1 送蓋自動料斗 .8 3.3.2 螺旋形供蓋滑道 .8 3.3.3 輸蓋槽部件 .10 3.3.4 理蓋機機架 .10 3.4 旋瓶轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 .12 3.5 撥桿機構(gòu)的設(shè)計 .13 3.6 輸送軌道的設(shè)計 .14 3.7 旋蓋頭的設(shè)計 .14 3.7.1 初級的外靠摩擦輪形式 .15 3.7.2 摩擦片扭矩限制機構(gòu) .15 3.7.3 電磁力扭矩限制機構(gòu) .16 4 擰瓶機傳動部分的設(shè)計 .17 4.1 電動機的選擇 .17 4.1.1 類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 .17 4.1.2 功率的確定 .17 4.1.3 轉(zhuǎn)速的確定 .17 4.2 傳動比的分配 .18 4.2.1 傳動比分配的參考數(shù)據(jù) .18 4.3 減速器的設(shè)計選擇 .19 4.4 帶傳動的設(shè)計 .19 4.5 軸的設(shè)計及校核 .21 4.5.1 軸的材料 .21 4.5.2 軸的計算 .21 4.6 鍵的選擇和鍵鏈接強度計算 .22 4.6.1 鍵的選擇 .22 4.6.2 平鍵鏈接強度計算 .22 4.7 錐齒輪的設(shè)計計算 .23 4.8 滾動軸承選擇原則 .27 5 擰瓶機控制系統(tǒng) .29 VII 5.1 控制要求 .29 5.2 控制系統(tǒng)的選擇 .29 5.2.1 為何采用 PLC 控制 .29 6 擰瓶機的安裝、維護和安全 .30 6.1 安裝 .30 6.2 維護保養(yǎng) .30 6.3 安裝要求 .30 7 結(jié)論與展望.31 7.1 結(jié)論 .31 7.2 不足之處及未來展望 .31 致 謝 .32 參考文獻 .33 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 1 1 緒論 1.1 本課題的設(shè)計內(nèi)容和意義 擰瓶機是灌裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，它被廣泛用于玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口。 伴隨著社會的發(fā)展，產(chǎn)品的包裝質(zhì)量要求對人們來說也越來越重要。在飲料，調(diào)味料， 酒類，化妝品及藥品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。因為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。目前已有全自動洗瓶機、全自動灌裝機、全 自動擰瓶機三合一的機型。 許多大型零售商都要求飲料和食品生產(chǎn)商采用塑料包裝，為了減少包裝破損和運輸 重量，并滿足消費者的安全需要。帶有螺旋密封蓋的瓶子具有快速、便捷和密封等優(yōu)點, 使它越來越廣泛的應(yīng)用于許多產(chǎn)品包裝?，F(xiàn)在競爭日趨猛烈，自動封口機的高度自動化, 智能化,高配置、高效率和低消費越來越受到行業(yè)的青睞。為了提高生產(chǎn)效率，特進行本 課題磁力擰瓶機的設(shè)計。 第二章主要介紹了擰瓶機的總體設(shè)計，簡單介紹了下擰瓶機的幾種設(shè)計方案并與自 己的方案比較了下以及擰瓶機的設(shè)計要求等。第三章介紹了擰瓶機的組成以及各部件設(shè) 計，包括圓柱凸輪、理蓋裝置、轉(zhuǎn)盤、輸送軌道和旋蓋頭的設(shè)計。第四章主要介紹了擰 瓶機傳動部分的設(shè)計，包括電動機的選擇、減速器的選擇、帶傳動設(shè)計、軸校核、鍵的 選取、滾動軸承的選取和錐齒輪的計算等等。第五章講的是擰瓶機控制系統(tǒng)，分析后決 定采用 PLC 控制系統(tǒng)。第六章主要講擰瓶機的安裝和維護。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 國內(nèi)外已經(jīng)有相當成熟的封口機技術(shù)，形成了相當成熟的生產(chǎn)線，各種有特定功能 的封口機、擰瓶機也在生產(chǎn)生活中隨處可見，技術(shù)不斷創(chuàng)新和改良，形式多樣化發(fā)展。 但目前國內(nèi)自主研發(fā)的擰瓶機還存在可靠性低、穩(wěn)定性差、旋蓋質(zhì)量低、返工率高 等問題，國內(nèi)灌裝生產(chǎn)線中廣泛使用的擰瓶機大多為直線式擰瓶機，采用瓶頸掛蓋。經(jīng) 定位、預(yù)封后使蓋平穩(wěn)坐落在瓶口上，最后由皮帶對蓋頂部搓壓摩擦而將蓋旋緊。旋蓋 頭主要結(jié)構(gòu)型式經(jīng)歷了彈簧摩擦片式和磁力耦合式 2 種。彈簧摩擦片式在滿足恒扭矩要 求方面效果 較差，如經(jīng)長時間使用后彈簧力會減小，摩擦片使用一段時間后也需進 行更換和調(diào)整。目前，國內(nèi)普遍使用的旋蓋頭為磁力耦合式。為了適應(yīng)現(xiàn)代包裝機高速、 高效和高可靠性生產(chǎn)的需要, 研制出了 FX12 型擰瓶機 1和 XG12 回轉(zhuǎn)型擰瓶機。近幾年 來隨著食品飲料工業(yè)向大規(guī)模高效率方向發(fā)展。 擰瓶機是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時必須保證適宜的旋緊力矩。力 矩過小, 瓶蓋旋不緊; 力矩過大, 易損壞瓶嘴和瓶蓋。為此, 我們在吸收國外同類先進 設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了一種利用磁力傳遞扭力矩實現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭, 能根據(jù)需要方便 地設(shè)定、調(diào)整旋緊力矩的大小, 并能適用于不同高度的瓶子，它具有效率高、速度快、 可靠性好和自動化程度高等特點 2。 1.3 本課題應(yīng)達到的要求 (1) 一機多用：利用同一臺設(shè)備旋不同高度的瓶蓋，提高設(shè)備利用率； (2) 使用安全，維修方便：在設(shè)計過程中對于機器的安裝、設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護 無錫太湖學院學士學位論文 2 應(yīng)該綜合考慮，使得零部件更換方便 2。 (3) 降低成本：綜合考慮后應(yīng)選取成本最低的材料。 (4) 旋緊力度要合適：力過大則不易開瓶，影響顧客打開瓶子喝水；力過小則不利于 密封，造成漏氣影響產(chǎn)品質(zhì)量。 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 3 2 擰瓶機的總體設(shè)計 2.1 擰瓶機的簡介 擰瓶機的功能一般是為了將瓶蓋旋緊在容器口上,通過密封墊或瓶蓋的彈性變形使瓶 口密封,這種封口形式主要用于蓋子為塑料蓋或金屬蓋,而瓶身為塑料,金屬的容器。 2.1.1 擰瓶機系統(tǒng)的構(gòu)成 擰瓶機,屬于封口機械的一種,其種類繁多,構(gòu)造復(fù)雜。擰瓶機的系統(tǒng)一般由傳動系統(tǒng)， 供料系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng),控制系統(tǒng),機身五部分組成。 （1）傳動系統(tǒng) 包裝過程一般需要多步完成,每一步工序都需要將外包裝和被包裝物品從一個位置運 送到另一個位置,直至最后輸出成品。所以傳動系統(tǒng)就是完成以上功能的。一般由電機帶 動齒輪,凸輪,鏈條進行傳動。 （2）供料系統(tǒng) 供料系統(tǒng)將包裝材料進行有序的排列,送到合適的工位,為后續(xù)工作做準備,如將瓶口 擺在合適的位置,豎起,定位等。同時對包裝產(chǎn)品稱重,計量,送入封口工位。為封裝產(chǎn)品 做準備。 （3）執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)是采用機械化的方法或自動化手段代替人工操作,如夾持沖洗、封口、滾花、 封裝等操作的機構(gòu)。 （4）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由各種手動和自動裝置組成。在包裝過程中,各個環(huán)節(jié)的運轉(zhuǎn),各個機構(gòu)的 配合,人與機械的互動,都需要控制?？刂葡到y(tǒng)不僅決定了包裝的質(zhì)量,而且影響到人身安 全,所以提高控制系統(tǒng)的水平至關(guān)重要。 （5）機身 機身不僅用于安裝、固定、支承機器,還具有減震、防護等作用。因此,機身必須具 有高強度和穩(wěn)定性等特點。 2.2 擰瓶機的設(shè)計 2.2.1 擰瓶機的整體傳動設(shè)計 選擇好電機型號后，應(yīng)該判斷如何合理分配各級傳動以及采用的傳動方式，如帶傳 動，齒輪傳動等等。 2.2.2 擰瓶機的外形設(shè)計 從擰瓶機的外觀設(shè)計需要符合機械設(shè)計的工藝性要求，除此之外機器的密封必須可 靠，而且要考慮到出現(xiàn)問題后，機器的維修調(diào)試要方便等等。 2.2.3 擰瓶機自動化控制系統(tǒng)的設(shè)計 首先是從產(chǎn)品的進料到出料過程的自動化，其次是擰瓶機旋蓋過程的自動化控制， 甚至還有檢測裝置的自動化檢測和報警。 2.2.4 旋蓋頭裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 從旋蓋頭內(nèi)部各零件的設(shè)計。 無錫太湖學院學士學位論文 4 2.2.5 轉(zhuǎn)盤裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 轉(zhuǎn)盤周邊設(shè)計成與瓶大小適當?shù)牟?，可以順利的取瓶，送瓶，轉(zhuǎn)盤與中心主軸靠鍵 鏈接，中心主軸旋轉(zhuǎn)從而帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。 2.3 擰瓶機總體方案的確定 經(jīng)過對擰瓶機相關(guān)文獻和專利的閱讀和詳細分析，運用已經(jīng)掌握的知識對本課題初 步形成了三種大致的設(shè)計方案如下： 2.3.1 方案一的介紹 如圖 2.1 所示，該方案靠帶動傳送帶將瓶子傳送至上理蓋器下方，瓶子上好蓋子后停 止在擰瓶機正下方，傳感裝置檢測到后，通過上部的氣缸進行運動，旋蓋頭進行下降， 旋蓋頭旋轉(zhuǎn)將瓶蓋旋緊在瓶上。本方案結(jié)構(gòu)簡單易懂，但是從整體來分析，旋蓋的效率 不高，自動化程度也不夠高，成本也不低所以此方案舍棄。 2.3.2 方案二的介紹 如下圖 2.2 所示：在控制面板 7 上啟動擰瓶機后，首先定位氣缸 2(B)動作，伸出擋板 可以把輸送帶 1 上的帶蓋瓶子攔住；當光電傳感器 3(A, B)都接通時，定位氣缸 2(A)動作， 把后面的瓶子攔??；同時電機 5 開始旋轉(zhuǎn)，通過皮帶帶動旋蓋頭 4（A,B）轉(zhuǎn)動，然后升 降氣缸 6（A,B）伸展，旋蓋頭下降旋蓋，旋好蓋后電機停止轉(zhuǎn)動，氣缸 6（A,B ）自動收 縮，定位氣缸 B 收縮擋板，瓶子通過輸送帶送出，定位氣缸 A 收縮擋板，等待人工啟動， 進入下一個工作過程。該方案結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但是旋蓋的效率不是很高，自動化程 度低還需要人工操作，不適合大批量生產(chǎn)。 圖 2.1 方案一擰瓶機的結(jié)構(gòu)的正視圖 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 5 1、輸送帶；2、定位氣缸；3、光電傳感器；4、旋蓋頭； 5、電機；6 升降氣缸；7 控制面板； 圖 2.2 擰瓶機結(jié)構(gòu)簡圖 2.3.3 方案三的介紹 圖 2.3 擰瓶機結(jié)構(gòu)示意圖 如上圖 2.3 所示，該擰瓶機主要由進出瓶機構(gòu)、理蓋系統(tǒng)、送蓋機構(gòu)、旋蓋裝置、傳 動系統(tǒng)、升降圓柱凸輪、機身支架等部分組成。擰瓶機工作時,傳送帶將瓶按一定的間距 傳送瓶子,瓶子在行進過程中定位，獲取瓶蓋后由周期性的撥桿機構(gòu)送入到旋蓋頭下的中 無錫太湖學院學士學位論文 6 心轉(zhuǎn)盤,與旋蓋頭一起同步轉(zhuǎn)動。同時,旋蓋頭在圓柱凸輪作用下,實現(xiàn)取蓋、升降，旋蓋 功能;旋蓋頭在電機的驅(qū)動下，在與瓶子公轉(zhuǎn)的同時又自轉(zhuǎn),將瓶蓋旋緊在瓶子上。隨后, 旋好蓋的瓶子由出瓶撥桿輸出。 2.3.4 方案比較 方案一和方案二的結(jié)構(gòu)比較簡單，生產(chǎn)成本低，但是自動化程度不夠高導(dǎo)致效率低 下，所以適合小批量生產(chǎn)；方案三結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且精密合理，旋蓋精度高，效率高。除 此之外，可以適用于不同高度的瓶子，旋緊力度也可調(diào)，自動化程度也比較高，所以綜 合考慮后，本課題采用方案三。 2.4 擰瓶機重要參數(shù)的確定 2.4.1 設(shè)計參數(shù) 旋蓋頭數(shù)為 12 個； 適用蓋（直徑）：30mm； 適用蓋（高度）：12mm 至 15mm； 瓶子試用高度：170mm 至 200mm； 生產(chǎn)效率：4000 至 5000 瓶/時 2.4.2 設(shè)計要求 (1) 一機多用：利用同一臺設(shè)備旋不同高度的瓶蓋，提高設(shè)備利用率； (2) 使用安全，維修方便：在設(shè)計過程中對于機器的安裝、設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護 應(yīng)該綜合考慮，使得零部件更換方便。 (3) 降低成本：綜合考慮后應(yīng)選取成本最低的材料。 (4) 旋緊力度要合適：力過大則不易開瓶，影響顧客打開瓶子喝水；力過小則不利于 密封，造成漏氣影響產(chǎn)品質(zhì)量。 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 7 3 擰瓶機的組成及部件設(shè)計 3.1 擰瓶機的組成 擰瓶機主要由機架、輸瓶系統(tǒng)、理蓋機、旋蓋頭、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。 機架的作用是固定和支承所有工作件，經(jīng)過焊接而成的主機架選用不銹鋼板，這樣 的結(jié)構(gòu)，既能保證穩(wěn)定性，又美觀耐用。 理蓋系統(tǒng)主要給瓶子不斷的提供瓶蓋，瓶蓋在進入輸送軌道之前就已經(jīng)整理好了。 該系統(tǒng)主要由理蓋機，送蓋槽，電機等組成。 輸瓶系統(tǒng)主要有輸送帶、撥桿機構(gòu)、擋板等組成，它的主要作用是把瓶子分隔開一 定的距離。 旋蓋頭是擰瓶機的關(guān)鍵部件，主要在封蓋過程中完成取蓋、擰蓋等工作，本文設(shè)計 的是電磁式旋蓋頭。 傳動系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾個部分的運動：旋蓋頭的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、升降運動；中心轉(zhuǎn) 盤的旋轉(zhuǎn)等。 控制系統(tǒng)是機器的核心組成部分之一。對生產(chǎn)效率和工作可靠性影響很大。本機主 要由傳感器監(jiān)控，用 PLC 控制。 3.2 圓柱凸輪的設(shè)計 如下圖 3.1 圖 3.1 圓柱凸輪 旋蓋頭在圓柱凸輪作用下,實現(xiàn)取蓋、升降，旋蓋功能。經(jīng)過計算，圓柱凸輪里面的 滾子可以順利的通過圓柱凸輪里的軌道。 3.3 理蓋裝置的設(shè)計 如圖 3.2 所示。該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 作上下微幅振動的運動；在這種運動過程中，瓶蓋將一邊自動排隊、定向，一邊沿螺旋 形供蓋滑道從料斗底部向上移動。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(zhuǎn) 180，變成蓋口向下的狀態(tài)，最后由旋蓋頭完成 瓶子的封口工作 11。 無錫太湖學院學士學位論文 8 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 3.2 理蓋器的結(jié)構(gòu)示意圖 3.3.1 送蓋自動料斗 送蓋自動料斗是指通過一定的轉(zhuǎn)動或振動機構(gòu)，使瓶蓋不斷地運動。有機械攪拌式 自動送蓋料斗、電磁式振動的自動送蓋料斗、磁力回轉(zhuǎn)式的自動送蓋料斗等形式。由于 機械式的自動料斗存在著容易劃傷瓶蓋表面甚至會使瓶蓋變形的缺陷，磁力回轉(zhuǎn)式自動 送蓋料斗適應(yīng)范圍小，所以本機選用的是電磁式振動自動料斗。 3.3.2 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。當料斗作復(fù)合式運動時， 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(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 11。 在螺旋形供蓋滑道上開有“E”形缺口，如圖 3.3 所示。蓋口向上的瓶蓋可以順利地通 過該缺口（如圖 3.4a） ；而蓋口向下的瓶蓋運動到該缺口處時，會翻落下去（如圖 3.4b） ， 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 11。 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 9 1料斗筒壁 2“E”形缺口 3螺旋形滑道 圖 3.3 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 3.4 兩種狀態(tài)的瓶蓋通過“E”形缺口時的狀況 無錫太湖學院學士學位論文 10 3.3.3 輸蓋槽部件 定向的瓶蓋從料斗出來，即進入送蓋槽。圖 3.5 和圖 3.6 為送蓋槽部件，經(jīng)過計算瓶 蓋由于重力及慣性能夠順利通過送蓋槽。在最底部有擋板防止瓶蓋由于慣性而沖出去。 此外，擋板還起到了定位作用，它與送瓶軌道上的擋板保證了瓶蓋的中心軸與瓶子的中 心軸在同一軸線上。軌道最前端有一段水平板，將瓶口的蓋壓平，便于下一步的旋蓋操 作。 圖 3.5 送蓋槽 3D 圖 圖 3.6 送蓋槽 2D 圖 3.3.4 理蓋機機架 機架設(shè)計準則： 剛度 評定大多數(shù)機架工作能力的主要準則是剛度。在機床中剛度決定著機床生產(chǎn)效率和 產(chǎn)品精度； 強度 強度是評定機架工作性能的基本準則之一。除了需要校核機架的靜強度之外還要校 核其疲勞強度。 穩(wěn)定性 它是保證機架正常工作的基本條件，必須加以校核。 熱變形 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 11 對于機床、儀器等精密機械還應(yīng)考慮熱變形。熱變形將直接影響機架原有精度。 在滿足機架設(shè)計準則的前提下，必須根據(jù)機架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各 項要求，并有所偏重。 機架應(yīng)盡量輕、成本低，但前提必須滿足強度和剛度。 抗振性好。 噪聲小。 溫度適合，減小熱變形。 結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。 結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。 耐磨性好。 造型好，工藝性良好。 理蓋機機架方案一的介紹 如下圖3.7所示 圖3.7機架 由于理蓋機需要震動，此方案的機架對理蓋機來說不夠穩(wěn)定，而且實體圓柱形的機 架較浪費材料，不滿足機架的設(shè)計準則中的，在滿足強度和剛度的前提下，機架的重量 應(yīng)要求輕、成本低，故此方案舍棄。 無錫太湖學院學士學位論文 12 理蓋機方案二的介紹 如下圖3.8所示 圖3.8機架 此方案的機架比較合理，利用三腳支撐加強了穩(wěn)定性，而且機架選用中空的形式這 樣能夠節(jié)省材料，成本較低。此方案結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性良好故選用此設(shè)計方案。 3.4 旋瓶轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 如下圖3.9所示，轉(zhuǎn)盤周邊設(shè)計成與瓶大小適當?shù)牟郏梢皂樌娜∑?，送瓶，轉(zhuǎn)盤 與中心主軸靠鍵鏈接，中心主軸旋轉(zhuǎn)從而帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。旋蓋頭的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速是 相同的，這樣可以保證旋蓋頭與轉(zhuǎn)盤在圍繞主軸公轉(zhuǎn)時 ，兩者相對靜止，旋蓋頭再靠自 轉(zhuǎn)把瓶蓋旋緊在瓶子上。 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 13 圖3.9轉(zhuǎn)盤 3.5 撥桿機構(gòu)的設(shè)計 如下圖 3.10 所示，該撥桿機構(gòu)和傳送帶上的擋板都是周期性的，根據(jù)瓶子的傳送速 度，準確無誤的把瓶子從傳送帶上送至中心轉(zhuǎn)盤處。它可根據(jù)傳送帶上送瓶的速率而切 換不同的轉(zhuǎn)速。 圖 3.10 撥桿機構(gòu) 無錫太湖學院學士學位論文 14 3.6 輸送軌道的設(shè)計 如下圖 3.11 和圖 3.12 所示，該輸送軌道不僅起到輸送瓶子的作用，瓶子進入喇叭口 之后靠兩旁的擋板限制了瓶子 Y 軸方向上的運動，再靠前端的擋板（做周期性的收縮運 動）又限制了 X 方向上的移動，靠這些擋板對瓶子進行了定位，使得瓶蓋的中心軸線與 瓶子的中心軸線在同一直線上，以保證瓶蓋能夠準確無誤的落到瓶子上。送蓋軌道最前 端有一段平板，能將瓶口的蓋壓平，便于下一步的旋蓋操作。 圖 3.11 輸送軌道 圖 3.12 定位機構(gòu) 3.7 旋蓋頭的設(shè)計 擰瓶機的關(guān)鍵部件之一便是旋蓋頭，它主要在封蓋過程中完成瓶子的擰蓋工作， 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 15 它的質(zhì)量能夠直接影響封蓋質(zhì)量和效率。如果旋蓋力矩過小，瓶蓋旋不緊，如果旋蓋力 矩過大,則易損壞瓶嘴和瓶蓋。以下為幾種旋蓋頭形式 3.7.1 初級的外靠摩擦輪形式 有驅(qū)動軸與工作摩擦輪成一力傳遞剛體。其間, 力傳遞沒有緩沖和力矩限制結(jié)構(gòu)。僅 靠摩擦輪與蓋的外壁接觸的程度而確定的動摩擦力來控制旋蓋力矩。如下圖 3.13 所示， 操作人員靠調(diào)整摩擦輪與蓋的距離, 以達到改變摩擦輪與蓋外壁的接觸應(yīng)力，但是旋蓋質(zhì) 量難以保證。 1驅(qū)動軸 2調(diào)整環(huán) 3彈簧 4摩擦片 5主動片（與驅(qū)動軸軸向滑鍵連接） 6從動片（與扭力輸出體軸向滑鍵連接） 7扭力輸出體 8摩擦輪或其他與蓋工件相連接構(gòu)件 圖 3.13 帶有摩擦片的扭矩限制機構(gòu) 3.7.2 摩擦片扭矩限制機構(gòu) 這類裝置是在驅(qū)動軸與工作摩擦輪間加有限力矩摩擦片, 或摩擦片組。這種結(jié)構(gòu)用 于連續(xù)式旋蓋形式時, 調(diào)整方便, 在調(diào)整時, 只要保證工作摩擦輪與蓋外壁的接觸應(yīng)力 足夠大, 以不出現(xiàn)相對滑動為限，扭矩控制由摩擦片產(chǎn)生的摩擦力矩確定 8。 3.7.3 電磁力扭矩限制機構(gòu) 本文設(shè)計的為電磁式旋蓋頭，一個穩(wěn)定的電流在導(dǎo)線中流過，能在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個 靜磁場。利用磁能產(chǎn)生的力或者力矩，驅(qū)動或控制置于磁場中的執(zhí)行構(gòu)件 9。 此旋蓋頭為電磁式旋蓋頭如下圖 3.14 和圖 3.15 所示, 旋蓋頭的上下運動時依靠圓柱凸 無錫太湖學院學士學位論文 16 輪來實現(xiàn)，通電后利用電磁力來旋轉(zhuǎn)擰蓋，斷電則停止旋蓋。旋蓋頭旋轉(zhuǎn) 3 圈則完成一 個瓶子的旋蓋。若力超過 3N，旋嘴與瓶蓋則會發(fā)生打滑，停止旋蓋。 圖 3.14 旋蓋頭 2D 圖 3.15 旋蓋頭 3D 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 17 4 擰瓶機傳動部分的設(shè)計 4.1 電動機的選擇 4.1.1 類型和結(jié)構(gòu)型式的選擇 三相交流異步電動機價格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便，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，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用。 4.1.2 功率的確定 電動機的容量（功率）選擇是否合適，對電動機的運行很大的影響。當容量過小時， 電動機不能保證正常工作，還有可能使電動機長時間過載而損壞；若容量過大，電動機 的價格高，能力不能充分利用，而且因為經(jīng)常不在滿載下運行，其效率較低。 電動機容量（功率）主要由它在運行時的發(fā)熱條件所決定，而發(fā)熱條件又與其工作 情況有關(guān)。對長期連續(xù)運轉(zhuǎn)、載荷不變或者變化很小、常溫工作下的機械，選擇電動機 時只要使電動機負載不超過其額定值，電動機便不會過熱。 工作機所需功率 （ kW）wP )10/(wwvFP （4.1） 或 95/nT （4.2） 式中， 為工作機的阻力，N； 為工作機的線速度，m/s； 為工作機的阻力矩，wFwvwT Nm； 為工作機軸的轉(zhuǎn)速，r/min； 為工作機的效率，帶式輸送機可取 ，n96.0w 鏈板式輸送機可取 。95.0w 電動機至工作機的總效率 （串聯(lián)時） （4.3）n321 式中， ， ， ， ， 為傳動系統(tǒng)中各級傳動機構(gòu)、軸承以及聯(lián)軸器的效率。123 n 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效率按下式計算 （4.4）/wdP 電動機額定功率 w 按 來選取電動機型號。電動機功率的大小應(yīng)視工作機構(gòu)的負載變化狀況而定。dmP 4.1.3 轉(zhuǎn)速的確定 額定功率相同的同類型電動機，有幾種不同的同步轉(zhuǎn)速。同步轉(zhuǎn)速低的電動機磁極 多，外廓尺寸大、重量大，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 低了傳動裝置的成本，因此，確定電動機的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)同時考慮電動機及傳動系統(tǒng)的尺 寸、重量和價格，使整個設(shè)計即合理又較經(jīng)濟 10。 一般最常用、市場上供應(yīng)最多的是同步轉(zhuǎn)速為 1500r/min 和 1000r/min 的電動機，設(shè) 無錫太湖學院學士學位論文 18 計時應(yīng)優(yōu)先選用。 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，再參考機械設(shè)計手冊新 版的第 5 卷電動機的選擇的相關(guān)資料，選擇的電機型號為 Y90S-4 的電動機，該電動機額 定的功率為 1.1kW，滿載時轉(zhuǎn)速為 1400r/min。 4.2 傳動比的分配 電動機選定后，根據(jù)電動機滿載轉(zhuǎn)速 和工作機的轉(zhuǎn)速 就可確定傳動系統(tǒng)的總傳mnwn 動比 ，即i （4.5） wi/ 傳動系統(tǒng)的總傳動比 是各個串聯(lián)機構(gòu)傳動傳動比的連乘積，即i （4.6）nii321 式中， ， ， ， 為傳動系統(tǒng)中各級傳動機構(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、潤滑級傳動機構(gòu)的中心距等很多方面，因此必須認真對待。 各級傳動比可在各自薦用值的范圍內(nèi)選取。各類機械傳動的比薦用值和最大值見下表 3-2。 表 3.2 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 單級薦用值 i 42525332401 單級最大值 max5 7 6 8 5 80 4.2.1 傳動比分配的參考數(shù)據(jù) 帶傳動與一級齒輪減速器 設(shè)帶傳動的傳動比為 ，一級齒輪減速器的傳動比為 ，di i 應(yīng)使 ，以便使整個傳動系統(tǒng)的尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊。id 二級圓柱齒輪減速器 傳動比可按下式分配： （4.7）ii4.131 對于同軸式圓柱齒輪減速器： （4.8） ii21 但應(yīng)指出，齒輪的材料、齒數(shù)及寬度亦影響齒輪直徑的大小。欲獲得兩級傳動的大 齒輪直徑相近，應(yīng)對傳動比，齒輪的材料、齒數(shù)、模數(shù)和齒寬等作綜合考慮。 圓錐圓柱減速器 設(shè)減速器的傳動比為 ,高速級錐齒輪的傳動比為 ，傳動比可按i 1i 下式分配： （4.9）ii25.01 4.3 減速器的設(shè)計選擇 由于所選電動機的額度轉(zhuǎn)速為 1400r/min，擰瓶機的生產(chǎn)能力為 4000 至 5000 瓶/時， 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 19 擰瓶機的旋蓋頭頭數(shù)為 12 頭，所以擰瓶機每轉(zhuǎn)生產(chǎn) 12 瓶，所以擰瓶機主軸的轉(zhuǎn)速為 360r/小時，即 6r/min。設(shè)中心主軸上大錐齒輪與減速器上小齒輪的傳動比為 i=6，設(shè)減速 器上大帶輪與電動機上的小帶輪的傳動比為 i=2，則減速器上輸入轉(zhuǎn)速為 700r/min，輸出 的轉(zhuǎn)速為 25r/min，選擇 CW 型減速器，減速器的型號為 CW80-25-IF,它的額定輸入轉(zhuǎn)速 為 750r/min,額定輸入功率為 1.74KW，額定輸入轉(zhuǎn)矩為 364N。由于電動機的功率為 1.1KW，所以選擇該型號的減速器符合要求。 4.4 帶傳動的設(shè)計 取帶輪的傳動比 ，小帶輪轉(zhuǎn)速 ，電動機的額定功率 P=1.1KW，一2i140/minnr 天運轉(zhuǎn)時間大于 16h 確定計算功率 ca 由機械設(shè)計（第八版） 表 8-7 查得工作情況系數(shù) 2.1AK （4.10） 1.2.3caApW 選取 V 帶帶型 根據(jù) 、 由圖 8-11 確定選用 Z 型。ca1n 確定 d 根據(jù) V 帶的帶型，由表 8-6 和表 8-8 取 mm71d 按式 21dni （4.11） 從動輪基準直徑 2d mm 142712di 根據(jù)表 8-8，取 mm1402d 按式 1600pddnv （4.12） 驗算帶的速度 smnvd/2.5106 所以帶的速度合適。 確定普通 V 和中心距dLa 根據(jù)公式 210217.0dda （4.13） 初步確定 025am 根據(jù)式 maddLd 5.83640 2121 由表 8-2 選 80d 無錫太湖學院學士學位論文 20 按式 2 00dLa （4.14） 計算實際中心距 mLad2500 驗算主動輪包角 1901643.7812ad 故合適。 計算 V 帶的根數(shù) z 由機械設(shè)計（第八版） 式(8-22)知: （4.15）0()caLpK 由 n1=1400r/min、 、 和 Z 型帶查機械設(shè)計（第八版） 表 8-4a 和表 8-71d2i 4b 得 ，294.0PW3.0 查表 8-5 得 ,查表 8-2 得 則6K1L 根據(jù)公式得 Z=3.7,取 Z=4 根。 計算單根 V 帶的出拉力的最小值 min)(0F 由表 8-3 得 Z 型帶的單位長度質(zhì)量 ,所以kgq/6. NqvzKcaPF462)52in)(0 應(yīng)使帶的實際初拉力 。i(0 計算壓軸力 p 壓軸力最小值為 NFzp 3642sin)(2)( 1m0min 下圖 4.1 為小帶輪的工程圖 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 21 圖 4.1 小帶輪工程圖 下圖 4.2 為大帶輪的工程圖 圖 4.2 大帶輪工程圖 4.5 軸的設(shè)計及校核 4.5.1 軸的材料 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提 高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼,由于此設(shè)計中的 軸并不需要傳遞很大的動力，故選用 45 鋼 11。 4.5.2 軸的計算 在做軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不是很重要的軸，也可 作為最后結(jié)果。軸扭轉(zhuǎn)強度條件為 （4.16）TTdn PW32.095 式中： 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力， ；TMPa T軸所受扭矩， ；mN 軸抗扭矩截面系數(shù)， ；W3 軸的轉(zhuǎn)速， ；nin/r 軸傳遞功率， ；PK 計算截面處軸直徑， ；d 由上式可得軸直徑 （4.17）3032.095nPAdT 式中， ，對于中心軸，則302.95TA 無錫太湖學院學士學位論文 22 （4.18）340)1(nPAd 式中， ，即空心軸內(nèi)徑 與外徑 之比，通常取 。d 11 6.05 中心軸上的輸出功率 KWp78.9.057. 中心軸轉(zhuǎn)速： min/6r 選取軸的材料為 45 剛，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)機械設(shè)計（第八版） 表 15-3，取 ，120A ，于是得35T mnPAd4.5678.012330min 考慮到軸上鍵槽的影響 .5%)(4.56i 為了滿足所選的圓錐滾子軸承的內(nèi)徑，所以選直徑 ，D1 第二段直徑 ，長度為 ；D62L20 第三段直徑 ，長度為 ；m73 m3 第四段直徑 ，長度為 ；04 14 第五段直徑 ，長度為 ；65 85 第六段直徑 ，長度為 ；L206 下圖 4.3 為軸工程圖 4.3 中心軸工程圖 4.6 鍵的選擇和鍵鏈接強度計算 4.6.1 鍵的選擇 鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應(yīng)根據(jù)鍵鏈接的結(jié)構(gòu)特點、 使用要求和工作條件來選擇。 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 23 4.6.2 平鍵鏈接強度計算 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強度條件為 （4.23） ppkldT3102 導(dǎo)向平鍵連接和滑鍵連接的強度條件為 （4.24）kl 3 式中：T-傳遞的轉(zhuǎn)矩 ， ； （4.25）2dFTymN 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度， ，此處 為鍵的高度， ；k hk5.0m 鍵的工作長度， ，圓頭平鍵 ，平頭平鍵 ，這里 為鍵的公稱長l bLlLl 度， ； 為鍵的寬度， ；mb 軸的直徑，d 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料許用擠壓應(yīng)力，p MPa 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料許用擠壓應(yīng)力， 根據(jù)中心主軸的直徑為 =60mm，根據(jù)機械設(shè)計（第八版） 查表 6-1 查得選用的平d 鍵寬度為 ，高度為 。取鍵長 。查表 6-2，取 。mb20mh12mL90MPap10 鍵的工作長度 ，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度Ll 709 。由上式公式可得hk615. aMPakldT pp 107.85633 由以上的計算可知，該平鍵的強度極限滿足要求。 4.7 錐齒輪的設(shè)計計算 先確定錐齒輪的傳動比 ，大齒輪的速度為 11.4 ，則小齒輪的速度為 619:0i min/r 。min/r 計算步驟如下， 1.選精度等級、材料及齒數(shù) 根據(jù)要求選用直齒錐齒輪。 擰瓶機一般轉(zhuǎn)速不高，故選用 8 級精度。 材料選擇：小錐齒輪的材料和大錐齒輪的材料都選擇為 45 剛，并且要進行調(diào)質(zhì)處 理。 選擇大齒輪齒數(shù)為 ，初定 ，則 。32Z9.1u201z 2.按齒面接觸強度設(shè)計 即 （4.26） 3 211 22.9(0.5)tEtRHKTZdu 無錫太湖學院學士學位論文 24 初選載荷系數(shù) =1.3；tK 小齒輪的轉(zhuǎn)距 mNnPT 55151 107.64.18090.9 選取齒寬系數(shù) 。.d 材料的彈性系數(shù) 。1/2EZ8M 按齒面硬度中查得 ； ； Hlim60Pa Hlim250MPa 由式 得 160hNnjL 71 18.341hj 72039. 取 。10.5HNHNK； 接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1,由式 得limNKS1lim12li20.93652.8HNMPaS 3.設(shè)計計算 試計算 ，代入 中較小值1tdH = 3 211 22.9(0.5)tEtRHKTZu m7.10)5.289(.1)05.1(.37693 圓周速度 。v smndt /6.10647.106 齒寬 b。 btd5.1 齒寬與齒高之為： 模數(shù) mztt 72041 齒高 ht 5.1.5.7.3.b 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 25 載荷系數(shù) 根據(jù) ,7 級精度,由圖 10-8 查的動載系數(shù) =1.02smv/1.0 VK 直齒輪,假設(shè) 100N/mm,由表 10-3 查的 ；bFKtA 2.1FH 由表 10-2 查得使用系數(shù) ；1.0A 由表 10-4 查得 7 級精度、小齒輪懸臂布置時， 。.354 由 ， 查圖 10-13 得 ；故4.hb1.354H .3FK1021.67AV 由式 得31/ttdKmKdtt 403.165731 計算模數(shù) m。 7201zm 4. 彎曲強度設(shè)計公式： （4.27） 3124(.5)FaSRYKTzuA 查得小齒輪 ；查得大齒輪 ；150FEMPa2380FEMP 由圖 10-18 查得 2.9,0.NFNK 彎曲疲勞許用應(yīng)力為 取 S=1.4,由式 得limS1220.93825.43.FNEMPaSK 載荷系數(shù) K 為 1.0.102.5.AVF 計算當量齒數(shù) 12.43cos/5089.vvz 查得齒形系數(shù) 由表 10-5 查得 。12.781.57FaFaY， 無錫太湖學院學士學位論文 26 由表 10-5 查得 計算大、小齒輪的 加以比較：12.0.69SaSaY， FaSY12.0178.5543.69.0FSaFY 小齒輪數(shù)值大。 5.設(shè)計計算 可知,可取由彎曲強度算得的模數(shù) ，根據(jù)機械原理第七版表 10-6，取83.6m ，按接觸強度算得的分度圓直徑 ，算出小齒輪的齒數(shù)7md14027z 大齒輪的齒數(shù) 3809.12u 6.幾何尺寸計算 計算分度圓的直徑 取 ；md140d26 計算齒輪寬度 muRbR 4.50.34.21 取 ， 。mb50102 計算錐距 ud58.1726.41021 計算平均分度圓直徑 mRm0.)5.(1d5.197602 驗算 NTFt .213.51 合適。mNbKtA 047.8905.762 總上所述，總體符合設(shè)計要求。 下圖 4.4 和 4.5 分別為大、小錐齒輪的工程圖 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 27 4.4 大錐齒輪工程圖 4.5 小錐齒輪工程圖 4.8 滾動軸承選擇原則 選擇滾動軸承可以參考以下原則： 如果承受純徑向載荷，可選用向心軸承； 如果承受純軸向載荷且轉(zhuǎn)速不高時，可選用推力球軸承，如果轉(zhuǎn)速較高，宜選用向 無錫太湖學院學士學位論文 28 心推力球軸承或向心球軸承（徑向載荷不大時） 。 在相同外形尺寸下，滾子軸承一般比球軸承承載能力大。但當軸承內(nèi)徑時，這種 優(yōu)點不顯著，由于球軸承價格比滾子軸承低，這是應(yīng)選擇球軸承。 尺寸、精度相同時，球軸承的極限比滾子軸承高。 如果載荷有沖擊、振動時，宜選用滾子軸承。 當支承剛度要求較大時，可選用向心推力軸承，成對使用，并用預(yù)緊的方法提高 剛度。 圓柱滾子軸承用于剛度大，且能嚴格保證同心度的場合，一般只用來承受徑向載 荷。當需要承受一定量軸向載荷時，應(yīng)選擇內(nèi)外圈都有擋邊的類型，但允許軸向載荷 （徑向載荷） ，否則將對軸承的壽命有較大影響。 需要調(diào)整軸承徑向游隙時，選擇帶內(nèi)錐孔的軸承。 支點跨度大，軸的彎曲變形大或多支點軸，宜選擇調(diào)心型軸承。調(diào)心軸承不宜與 其他類型軸承混合使用，以免失去調(diào)心作用。 當需要減小徑向尺寸時，可選擇輕、特輕、超輕系列軸承。需要減小軸向尺寸， 可選擇窄系列軸承。 精度愈高，軸承價格愈高，對與之相配合零件的制造精度也愈高。 滾動軸承的失效形式： 在低速、重載及大沖擊情況下，由于軸承可能產(chǎn)生過大的塑性變形，還需進行強度計 算。 滾動軸承壽命計算公式： （4.28）)(601hCnLh 式中 軸承的額定壽命，h 是在轉(zhuǎn)速比較穩(wěn)定的情況下，軸承預(yù)期使用壽命的參考L 值見機械設(shè)計零件手冊（修訂版） 表 3.11-5； n軸承的轉(zhuǎn)速，r/min； 軸承壽命指數(shù)，對球軸承； C軸承的額定動載荷； 實際計算時，用小時數(shù)表示壽命比較方便。如令 n 代表軸承的轉(zhuǎn)速（單位為 r/min） ， 則以數(shù)小時表示的軸承壽命 （單位為 h）hL 可根據(jù)式 計算得出：)(601CnLh （4.29）6 10hnLP 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 29 5 擰瓶機控制系統(tǒng) 5.1 控制要求 （1）實現(xiàn)從進瓶子到出瓶和旋蓋整個過程自動化； （2）當按下復(fù)位開關(guān)后，所有構(gòu)件回復(fù)初始狀態(tài)，旋蓋頭返回預(yù)設(shè)點。 5.2 控制系統(tǒng)的選擇 控制系統(tǒng)對于機器的運作相當重要，控制系統(tǒng)對于工作效率的提高相當?shù)闹匾?。?控制系統(tǒng)的核心部件選用了可編程控制器。 5.2.1 為何采用 PLC 控制 與傳統(tǒng)的繼電-接觸器相比較，可編程控制器具有以下的特點： （1）可靠性高，抗干擾性能力強 （2）靈活性強，控制系統(tǒng)有良好的柔性 （3）編程簡單，使用方便 （4）體積小，能耗低 （5）功能強，性價比高 （6）控制系統(tǒng)易于實現(xiàn)，開發(fā)工作量少，周期短 （7）維修方便 與傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)相比，可編程控制系統(tǒng)有著相當多的優(yōu)點，所以綜合考慮后，選 用 PLC 作為本設(shè)計的控制系統(tǒng)。 無錫太湖學院學士學位論文 30 6 擰瓶機的安裝、維護和安全 6.1 安裝 基礎(chǔ)地面應(yīng)平整，由各廠根據(jù)條件自行決定，只要能在安裝范圍內(nèi)承受分揀機重量 即可。 本設(shè)備在安裝時應(yīng)進行調(diào)試，對各部件之間的運動位置及自動控制系統(tǒng)按運動要求 調(diào)試好之后，使用時不要再做調(diào)整。 在安裝時需要進行調(diào)試，保證整機各個工位執(zhí)行的協(xié)調(diào)性，保證整機運轉(zhuǎn)靈活。 6.2 維護保養(yǎng) （1）工作結(jié)束后，應(yīng)做好清潔工作，將殘留在機器上的污滯清理干凈并檢查電源是否 已經(jīng)關(guān)掉。 （2）每日機器工作后 ，首先斷開電源，擦試機器表面、工作臺等部位， 檢查傳動系 統(tǒng)潤滑情況，檢查各種開關(guān)鍵的松緊情況。 （3）應(yīng)每星期檢查一次各部潤滑情況，如有故障應(yīng)及時排除 （4）需要經(jīng)常拆洗的零件應(yīng)定時拆下進行解體清洗。 6.3 安裝要求 （1）在運轉(zhuǎn)中，如發(fā)生故障，首先關(guān)掉電源，才能進行修理。在修理過程中絕對不允 許硬敲硬打，以免損壞機器。 （2）工作后溫度很高，不要用手去碰。停機至少半小時才可對機械清理、維修。 （3）工作時不要用手或其它物體接觸執(zhí)行頭。 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 31 7 結(jié)論與展望 7.1 結(jié)論 通過這次畢業(yè)設(shè)計，不但鞏固了四年來所學過的專業(yè)知識，而且讓我對擰瓶機以及 其他專業(yè)性的東西有了更加深刻的了解。更重要的是這次畢業(yè)設(shè)計讓我掌握了整個設(shè)計 過程和方法。 本設(shè)計首先對任務(wù)要求進行了分析，進行了總體方案設(shè)計，確定了各個機構(gòu)的方案， 之后分別對每個部分進行了設(shè)計計算。 眾所周知，一個穩(wěn)定的電流在導(dǎo)線中流過，能在導(dǎo)線周圍產(chǎn)生一個靜磁場。利用磁 能產(chǎn)生的力或者力矩，驅(qū)動或控制置于磁場中的執(zhí)行構(gòu)件。本設(shè)計利電生磁原理設(shè)計的 旋蓋頭為電磁式旋蓋頭。旋蓋頭的上下運動依靠圓柱凸輪來實現(xiàn)，通電后利用電磁力來 旋轉(zhuǎn)擰蓋，斷電則停止旋蓋。旋蓋頭旋轉(zhuǎn) 3 圈則完成一次旋蓋操作。本機采用回轉(zhuǎn)式的 工藝路線，節(jié)省空間，整體結(jié)構(gòu)緊湊。采用了 12 個頭的設(shè)計，使得擰瓶機旋蓋的效率達 到了 4000 至 5000 瓶/小時。本機具有供瓶、供蓋、旋蓋、輸送等功能，能夠適用于不同 高度的瓶子。 7.2 不足之處及未來展望 本機還存在生產(chǎn)率偏低、自動化程度偏低、單機功能偏少、成本較高等問題，應(yīng)在 生產(chǎn)率、自動化、控制成本等方面給以改進。可能由于經(jīng)驗的原因，對某些材料的選用、 外形設(shè)計有欠妥當。很多細節(jié)之處，設(shè)計的并不是很完善。由于該機需要不斷的通電、 斷電成本較高。 現(xiàn)在很多擰瓶機的旋蓋頭采用永磁體，利用永磁體代替電流在空間形成一個靜磁場， 但不需要消耗電能，這樣就減少了成本。 無錫太湖學院學士學位論文 32 致 謝 不知不覺四年的大學生活就要過去了，從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編 排整個過程中，我得到了許多的熱情幫助。我得感謝幫助過我的老師和同學，感謝我的 舍友不會因為我每天要早起不小心把他們吵醒。除此之外，尤其感謝我的指導(dǎo)老師何老 師在繁忙中抽出時間來給我們解答各種問題，感謝他對我的嚴格要求和無私的指導(dǎo)。您 恪盡職守，對待工作認真負責，有時候因為工作比我們回去的都要晚，是我們學習的榜 樣。 此外老師細心的指導(dǎo)和盡職盡責的作風最讓我感動，繁忙的他每周都抽出時間給我 們指導(dǎo)。讓我收獲最大的是他對學問一絲不茍和精益求精的態(tài)度。雖然畢業(yè)設(shè)計的過程 很艱辛，但我也學到了相當多的東西，何老師不僅幫助我完成了我的畢業(yè)設(shè)計，更讓我 學會了如何去思考，如何去利用現(xiàn)有的一些知識和資源去解決當前遇到的問題。因為這 次畢業(yè)設(shè)計我真的學到了很多，非常感謝何老師的指導(dǎo)！ 磁力式擰瓶機的設(shè)計及工程分析 33 參考文獻 1 李詩龍. 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