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本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）文獻(xiàn)綜述
啤酒壓蓋機(jī)的設(shè)計(jì)
院（系、部）名 稱(chēng) ： 歐美學(xué)院機(jī)電科學(xué)與工程系
專(zhuān) 業(yè) 名 稱(chēng)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 生 學(xué) 號(hào)：
指 導(dǎo) 教 師：
摘 要
在啤酒的生產(chǎn)線中,壓蓋是關(guān)鍵的生產(chǎn)工序。壓蓋的質(zhì)量好壞影響著啤酒的最終生產(chǎn)質(zhì)量，決定著產(chǎn)品的成品率。特別是隨著生產(chǎn)的自動(dòng)化發(fā)展，自動(dòng)的啤酒壓蓋機(jī)已經(jīng)在生產(chǎn)中普遍應(yīng)用。
本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是才壓蓋和傳動(dòng)方面，其中傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞直接決定及其工作的質(zhì)量。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先依托啤酒自動(dòng)生產(chǎn)線中的總體布局以及工藝路線，對(duì)壓蓋機(jī)進(jìn)行了系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)其工作原理進(jìn)行分析，對(duì)壓蓋機(jī)本身的的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)重點(diǎn)零部件進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)，對(duì)星型波輪、齒輪、凸輪等進(jìn)行設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析，設(shè)計(jì)出總體的方法和結(jié)果。同時(shí)對(duì)壓蓋機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)選用。
關(guān)鍵詞：壓蓋，傳動(dòng)系統(tǒng)，凸輪，齒輪
ABSTRACT
In the production line of beer, gland is the key production processes. Gland beer quality affects the final production quality, determines the yield of product. Especially with the development of production automation, automatic beer capping machine has been widely used in the production.
This design only is the focus of the gland and transmission quality directly decides the transmission system design and the quality of the work. This graduate design, first of all depends on the beer in the overall layout of the automatic production line and process route, capping machine for the systematic design, then according to its working principle is analyzed, the structure of the capping machine itself to design, to analysis and design of key parts on star pulsator, gear, CAM, such as design, calculation, analysis, design method and results of overall. At the same time of capping machine drive system to carry on the design.
Key words: Screwing，Transmission ， Cam ，gear wheel
1、前言
闡述隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)啤酒行業(yè)也得到了不斷的發(fā)展，同時(shí)對(duì)啤酒生產(chǎn)線也提出了更高的要求。啤酒壓蓋作為啤酒生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)，也隨之不斷提高和完善。通過(guò)對(duì)啤酒及相關(guān)行業(yè)的了解，把握國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以便設(shè)計(jì)出更完善的設(shè)備，達(dá)到更高的使用要求。
1.1 啤酒壓蓋機(jī)簡(jiǎn)介
啤酒壓蓋機(jī)是對(duì)灌裝完畢的啤酒瓶進(jìn)行封口的設(shè)備。壓蓋機(jī)使啤酒在瓶中得以密封保存，并便于流通、銷(xiāo)售和飲用。
啤酒壓蓋機(jī)的工作原理是啤酒瓶經(jīng)輸瓶系統(tǒng)輸送后進(jìn)入星形撥輪，同時(shí)進(jìn)入到壓蓋機(jī)頭下面，在主軸及星形撥輪帶動(dòng)下同壓蓋機(jī)頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)從供蓋系統(tǒng)中落下的瓶蓋剛好到達(dá)壓蓋機(jī)頭，壓蓋機(jī)頭在凸輪機(jī)構(gòu)的控制及大彈簧的作用下向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)行壓蓋。瓶蓋壓緊后，壓蓋機(jī)頭在凸輪機(jī)構(gòu)的控制及小彈簧的作用下向上運(yùn)動(dòng)，釋放啤酒瓶，星形撥輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)將啤酒瓶輸出。
2、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
2.1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國(guó)啤酒灌裝設(shè)備大都是在引進(jìn)優(yōu)良設(shè)備和先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。新中國(guó)成立以后，我國(guó)陸續(xù)建立起了一些灌裝壓蓋設(shè)備生產(chǎn)廠。但由于落后的技術(shù)能力，在這個(gè)時(shí)期主要是生產(chǎn)一些小型設(shè)備。
六十年代末，通過(guò)有關(guān)專(zhuān)家和學(xué)者的考察，從國(guó)外帶回來(lái)的灌裝生產(chǎn)線技術(shù)在國(guó)內(nèi)試驗(yàn)成功。
到八十年代初，國(guó)家又積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)灌裝生產(chǎn)線300多條，其中啤酒灌裝線達(dá)500多條。引進(jìn)生產(chǎn)線主要設(shè)備有輸箱機(jī)、卸箱機(jī)、洗瓶機(jī)、輸瓶機(jī)、灌裝機(jī)、旋蓋機(jī)、壓蓋機(jī)、貼標(biāo)機(jī)和裝箱機(jī)等。
目前我國(guó)啤酒的生產(chǎn)狀況是：
1.啤酒產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)；
2.啤酒企業(yè)向規(guī)?；?、集團(tuán)化發(fā)展。
我國(guó)灌裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)是不斷提高單機(jī)的自動(dòng)化程度，改善整條包裝生產(chǎn)線的自動(dòng)化控制水平、生產(chǎn)能力，可以大大改善啤酒灌裝生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國(guó)內(nèi)、國(guó)際的競(jìng)爭(zhēng)能力。
總而言之，自改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)灌裝與壓蓋設(shè)備行業(yè)得到了高速發(fā)展，行業(yè)水平不斷提高，產(chǎn)品性能大幅度增長(zhǎng)，但與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍存在較大差異，總體技術(shù)水平較落后。
國(guó)外的灌裝與壓蓋設(shè)備正向著高速發(fā)展。美國(guó)早在1890年就制造出了玻璃瓶灌裝機(jī)。在1912年又發(fā)明了皇冠蓋壓蓋機(jī)，接著制造出了集灌裝和壓蓋于一體的灌裝壓蓋機(jī)組。德國(guó)也在20世紀(jì)初制造出了手動(dòng)灌裝機(jī)和壓蓋機(jī)。
世界灌裝壓蓋機(jī)正向著高精度、高速度、多應(yīng)用的方向發(fā)展，現(xiàn)在部分灌裝生產(chǎn)線已經(jīng)可以工作在玻璃瓶與聚酯瓶、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等的不同環(huán)境和不同要求下，并能保證良好的灌裝質(zhì)量和較高的灌裝速度。
2.2發(fā)展趨勢(shì)
目前，國(guó)內(nèi)外啤酒灌裝壓蓋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)是：
（1）高新技術(shù)化；
（2）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化；
（3）零部件生產(chǎn)專(zhuān)業(yè)化；
（4）設(shè)計(jì)“綠化”；
（5）市場(chǎng)日趨壟斷化。
總之，近20年來(lái)，我國(guó)啤酒灌裝行業(yè)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、新技術(shù)實(shí)用化和科研成果商業(yè)化，以成為世界各國(guó)啤酒灌裝行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，這也是我國(guó)啤酒灌裝行業(yè)的發(fā)展方向。
3本設(shè)計(jì)的意義及改進(jìn)措施
本設(shè)計(jì)通過(guò)分析啤酒壓蓋機(jī)目前存在的一些問(wèn)題，本著以人為本、安全可靠、簡(jiǎn)便易實(shí)現(xiàn)的原則，綜合了現(xiàn)有技術(shù)水平,運(yùn)用合理的改進(jìn)方法, 進(jìn)行本次啤酒壓蓋機(jī)設(shè)計(jì)。力求所設(shè)計(jì)的啤酒壓蓋機(jī)在滿足使用要求的前提下，在更多方面得到改善，使其能夠在啤酒生產(chǎn)線上發(fā)揮重要作用，并達(dá)到降低成本、提高效率、為企業(yè)帶來(lái)的良好的經(jīng)濟(jì)效益的目的。
雖然目前我國(guó)國(guó)內(nèi)制造的啤酒壓蓋機(jī)性能已經(jīng)達(dá)到較高水平，但經(jīng)查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，其凸輪設(shè)計(jì)大都還是沿用普通凸輪安裝在灌裝頭上部來(lái)控制壓蓋機(jī)頭運(yùn)動(dòng)，其速度波動(dòng)大、加速度突變大、壓力角小等都不滿足壓蓋機(jī)頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。本次設(shè)計(jì)準(zhǔn)備采用圓柱凸輪，可以大大改善了上述問(wèn)題。
另外，當(dāng)前國(guó)內(nèi)很多啤酒壓蓋機(jī)沒(méi)有較合理的退瓶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致破瓶率較高。本次設(shè)計(jì)在壓蓋機(jī)頭內(nèi)部設(shè)計(jì)了退瓶彈簧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便可行。
4總體布局
機(jī)器的有關(guān)零部件在整機(jī)中相對(duì)空間位置的合理配置，叫做總體布局。對(duì)于此傳動(dòng)系統(tǒng)的總體布局的，則是根據(jù)壓蓋機(jī)工藝路線圖安排凸輪、齒輪、曲柄等原動(dòng)件的位置，布置過(guò)程中應(yīng)注意以下2點(diǎn)：
（1） 盡量減少機(jī)構(gòu)的構(gòu)件數(shù)
（2） 簡(jiǎn)化傳動(dòng)系統(tǒng)
5布置傳動(dòng)系統(tǒng)的準(zhǔn)則
（1）盡可能采用簡(jiǎn)短的運(yùn)動(dòng)鏈
擬定機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，盡可能采用簡(jiǎn)單、緊湊的運(yùn)動(dòng)鏈。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)鏈越簡(jiǎn)短，組成傳動(dòng)系統(tǒng)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)所使用的機(jī)構(gòu)和構(gòu)件數(shù)目越少，這不僅降低制造費(fèi)用、減小體積和重量，而且使機(jī)械的傳動(dòng)效率相對(duì)提高。由于減少傳動(dòng)環(huán)節(jié)，使傳動(dòng)中的積累誤差也隨之減小，結(jié)果將提高機(jī)械的傳動(dòng)精度和工作準(zhǔn)確性。
（2）有合理傳動(dòng)順序安排
機(jī)械的傳動(dòng)系統(tǒng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)一般均由若干基本機(jī)構(gòu)和組合機(jī)構(gòu)組成，它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和傳動(dòng)作用各不相同，應(yīng)按一定規(guī)律合理的安排傳動(dòng)順序。一般將減速機(jī)安排在運(yùn)動(dòng)鏈的起始端，盡量靠近動(dòng)力機(jī)，例如采用帶有減速裝置的電動(dòng)機(jī)；將變換運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)械安排在運(yùn)動(dòng)鏈的末端，使其與執(zhí)行構(gòu)件靠近，如將凸輪機(jī)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)、螺旋機(jī)構(gòu)等靠近執(zhí)行構(gòu)件布置；將帶傳動(dòng)類(lèi)型的摩擦傳動(dòng)安排在運(yùn)動(dòng)鏈中的轉(zhuǎn)速高的起始端，以減小傳遞的轉(zhuǎn)矩、降低打滑的可能性。在傳遞同樣轉(zhuǎn)矩的條件下，與其他傳動(dòng)形式比較摩擦傳動(dòng)機(jī)構(gòu)尺寸比較大，為了減小其外部尺寸應(yīng)將其布置在運(yùn)動(dòng)鏈的起始端。傳動(dòng)鏈中采用圓錐齒輪時(shí)，應(yīng)考慮到圓錐齒輪制造較困難，造價(jià)高，避免用大尺寸的圓錐齒輪，而采用較小的圓錐齒輪也應(yīng)布置在運(yùn)動(dòng)鏈中轉(zhuǎn)速較高的位置。
上述順序安排只是一般性的考慮，具體安排時(shí)需要同時(shí)考慮的因素較多，如充分利用空間、降低傳動(dòng)噪音和振動(dòng)，以及裝配維修的方便等，相關(guān)的各因素都要權(quán)衡利弊給予適當(dāng)?shù)目紤]。
（3）合理分配傳動(dòng)比
運(yùn)動(dòng)鏈的總傳動(dòng)比應(yīng)合理地分配到各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，既充分利用各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，又能利于尺寸控制得到結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)械。每一級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)控制在其常用的范圍內(nèi)。如果某一級(jí)傳動(dòng)比過(guò)大，則對(duì)其性能和尺寸都將有不利的影響。所以當(dāng)齒輪傳動(dòng)比大于8～10時(shí)，一般應(yīng)設(shè)計(jì)為兩級(jí)傳動(dòng)；當(dāng)傳動(dòng)比在30以上時(shí)，常設(shè)計(jì)兩級(jí)以上的齒輪傳動(dòng)。但是對(duì)于傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，由于外部尺寸較大實(shí)際很少采用多級(jí)帶傳動(dòng)。
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一般都超過(guò)執(zhí)行構(gòu)件所需要的轉(zhuǎn)速，而需要采用減速傳動(dòng)系統(tǒng)。這時(shí)，對(duì)于減速運(yùn)動(dòng)鏈應(yīng)按照“前小后大”的原則分配傳動(dòng)比，而且相鄰兩級(jí)傳動(dòng)比的差值不要相差太大。設(shè)有K級(jí)減速傳動(dòng)，其各級(jí)傳動(dòng)比為i1、i2、…、iK，取值應(yīng)符合i1＜i2＜…＜iK的順序，相鄰兩級(jí)差不得過(guò)大。安排這種逐級(jí)減速的運(yùn)動(dòng)鏈，可使各級(jí)中間軸有較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩，因此可選用尺寸較小的軸徑和軸承，油封等零件。
6 傳動(dòng)系統(tǒng)方案的擬定
包裝機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)主要是將運(yùn)動(dòng)按要求分配和傳遞到各個(gè)工作執(zhí)行件上,依據(jù)工作執(zhí)行件的樹(shù)木和他們對(duì)傳動(dòng)要求制定傳動(dòng)方案。因此我們必須先經(jīng)確灌裝壓蓋機(jī)的工序流程。在前面我們已經(jīng)確定其流程為：
進(jìn)瓶——分度——灌裝——壓蓋——旋蓋——出瓶，
由此來(lái)確定其傳動(dòng)系統(tǒng)的具體形式。
(1) 進(jìn)瓶與出瓶，為間歇運(yùn)傳的輸送帶形式，由同一臺(tái)伺服電機(jī)帶動(dòng)，其速度值可以調(diào)動(dòng)，以滿足生產(chǎn)率的要求。采用伺服電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn):
高性能的實(shí)時(shí)自動(dòng)調(diào)整增益。根據(jù)負(fù)載慣重的變化，與自適應(yīng)濾波器配合，從低剛性到高剛性都可以自動(dòng)調(diào)整增益。因旋轉(zhuǎn)方向不同而產(chǎn)生不同負(fù)載轉(zhuǎn)矩的垂直軸情況下，也可以自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。具備異常速度檢測(cè)功能，因此可以將增益調(diào)整過(guò)程中產(chǎn)生的異常速度調(diào)整到正常。通過(guò)顯示面板操作，可以在監(jiān)控實(shí)時(shí)調(diào)整情況的同時(shí)，進(jìn)行設(shè)置和確認(rèn)[6]。
速度響應(yīng)頻率最高達(dá)1KHz。內(nèi)置有瞬時(shí)速度觀測(cè)器，可以高速、高分辯率地測(cè)出電機(jī)的轉(zhuǎn)速。高性能的機(jī)械適應(yīng)性。無(wú)論是易產(chǎn)生共振的傳送帶驅(qū)動(dòng)機(jī)械，還是高剛性的絲桿傳動(dòng)機(jī)械，都可以高性能的自動(dòng)調(diào)整功能來(lái)實(shí)現(xiàn)高速定位。
自適應(yīng)濾波器。內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，可以根據(jù)機(jī)械共振頻率不同而自動(dòng)地調(diào)整陷波濾波器的頻率?？梢钥刂朴捎跈C(jī)械不穩(wěn)定以及共振頻率變化而發(fā)生的噪音。兩個(gè)陷波濾波器。內(nèi)置了不同于自適應(yīng)濾波器的兩個(gè)獨(dú)立通道的濾波器。兩個(gè)陷波濾波器可以以1Hz為單位、分別設(shè)置陷波的頻率和幅度。內(nèi)置了兩個(gè)通道的振動(dòng)抑制濾波器，可以抑制剛性較低的機(jī)械在啟動(dòng)和停止時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)。
兩個(gè)通道的振動(dòng)頻率，可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向的不同而自動(dòng)地切換；或者也可以分別對(duì)應(yīng)于由于外部輸入信號(hào)切換而產(chǎn)生的機(jī)械位置變化而導(dǎo)致的振動(dòng)頻率。
即使設(shè)置的振動(dòng)頻率和濾波器的數(shù)值不確切，也不會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定狀況
(2) 分度，在旋轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)中分度是灌裝的準(zhǔn)備工作，擬定凸輪間歇式機(jī)構(gòu)連接星形撥輪。該凸輪間歇機(jī)構(gòu)實(shí)際上是擺動(dòng)從動(dòng)件圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，其轉(zhuǎn)盤(pán)相當(dāng)于許許多多的擺動(dòng)從動(dòng)件，擺桿長(zhǎng)度為滾子中心的半徑，最大擺角為。該機(jī)構(gòu)在不改變凸輪轉(zhuǎn)速的情況下，只要改變曲線槽所對(duì)應(yīng)的角度，就可以改變轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止時(shí)間，同時(shí)可根據(jù)轉(zhuǎn)盤(pán)的實(shí)際工作要求來(lái)合理的選擇轉(zhuǎn)盤(pán)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，其中(a)為結(jié)構(gòu)剖視圖，(b)為圓柱凸輪的外形圖
(a) (b)
圖3.1 凸輪間歇式機(jī)構(gòu)
(3) 灌裝，本臺(tái)機(jī)器采用常壓灌裝方式，采用灌裝頭升降的灌裝方式，我們擬訂用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)來(lái)控制灌裝頭的升降。
圖3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
(4) 壓蓋與旋蓋，這兩工序?yàn)橥竭M(jìn)行，依次我們擬定用同一個(gè)凸輪來(lái)控蓋頭與旋蓋頭的升降。本機(jī)采用灌裝與壓旋蓋不同步的工作方式，因此，為保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性好必須選用合理的傳動(dòng)比，本機(jī)采用壓蓋頭與旋蓋頭各一個(gè)，四個(gè)灌裝頭的組成方式，因此必須選用傳動(dòng)比為4：1的齒輪組合。
7繪制傳動(dòng)系統(tǒng)的總體布局圖
圖3.3 壓蓋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)布局及傳動(dòng)速率簡(jiǎn)圖
圖3.4壓蓋機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)布局
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