機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析(畢業(yè)論文+全套CAD圖紙)(答辯通過)

下載文檔就送全套 CAD 圖紙，扣扣 414951605 學(xué)習(xí)好資料，畢設(shè)專用，答辯優(yōu)秀 編號(hào) 無錫 太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目： 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 學(xué) 號(hào)： 0923116 學(xué)生姓名： 吳 建 軍 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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠(chéng) 信 承 諾 書 本 人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級(jí)： 機(jī)械 93 學(xué) 號(hào)： 0923116 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫 太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動(dòng)化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、 題目 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 擰瓶機(jī)是自動(dòng)擰瓶生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于玻璃瓶或 PET瓶的螺紋蓋封口。隨 著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品的包裝質(zhì)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(diǎn)，使其在許多產(chǎn)品的包裝中應(yīng)用越來越廣泛，諸如飲料，酒類，調(diào)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(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)同類機(jī)型的封蓋機(jī)的產(chǎn)量，速度和自動(dòng)化程度都相對(duì)落后。為了適應(yīng)現(xiàn)代包裝機(jī)高速，高效和高可靠性生產(chǎn)的需要，研制了一種回轉(zhuǎn)式擰瓶機(jī)，該機(jī)采用多工位回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，機(jī)電氣一體化，具有效率高，速度快，可靠性好和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要 求： 了解數(shù)擰瓶機(jī)的工作原理，國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； 完成擰瓶機(jī)總體方案設(shè)計(jì)； II 完成零部件的選型計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核； 熟練掌握有關(guān)計(jì)算機(jī)繪圖軟件，并繪制裝配圖和零件圖紙，折合 A0 不少于 2.5 張； 完成設(shè)計(jì)說明書的撰寫，并翻譯外文資料 1 篇。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)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(shè)計(jì)（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(xué)科組組長(zhǎng)研究所所長(zhǎng) 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 摘 要 擰瓶機(jī) 是自動(dòng) 擰瓶 生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，它是封口機(jī)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(diǎn)，所以一些不含氣的液料，諸如飲料、酒類、調(diào)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(yīng)現(xiàn)代包裝機(jī)高速、高效和高可靠性生產(chǎn)的需要，在廣泛吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，本課題設(shè)計(jì)了全自動(dòng) 擰瓶機(jī) 。它靠異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)傳送帶實(shí)現(xiàn)瓶子的輸入和輸出，中間在傳送帶上部巧妙地安置了轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件，靠電機(jī)帶動(dòng)空心軸以及其 以上的 機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，同時(shí)上部 的 圓柱凸輪實(shí)現(xiàn)旋蓋頭的升降，旋蓋頭運(yùn)用機(jī)械式的方法，夾頭的另一頭聯(lián)接彈簧，運(yùn)用杠桿原理實(shí)現(xiàn)瓶蓋的夾緊。當(dāng)旋蓋頭夾緊瓶蓋時(shí)，上方的電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)開始旋蓋。 本課題的設(shè)計(jì)不但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了操作方便 ， 而且實(shí)現(xiàn)了從進(jìn)瓶到出瓶的全部自動(dòng)化，具有速度可調(diào)、定位準(zhǔn)確、旋蓋可靠、運(yùn)行平穩(wěn)、無噪音和不傷瓶蓋等優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統(tǒng)機(jī) 構(gòu)的缺點(diǎn) ,總體上達(dá)到了我們預(yù)期設(shè)計(jì)的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞： 擰瓶機(jī)；旋蓋頭；機(jī)械式；杠桿 IV 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 V 目 錄 摘 要 .III Abstract . IV 目 錄 .V 1.緒論 . 1 1.1 本課題的 設(shè)計(jì) 背景 . 1 1.2 國(guó)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(jì) . 4 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 . 4 2.1.1 設(shè)計(jì)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(jì) . 7 2.5.1 傳送 機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì) . 7 2.5.2 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì) . 7 2.5.3 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 8 2.5.4 理蓋器的設(shè)計(jì) . 8 2.5.5 旋蓋頭的設(shè)計(jì) . 10 2.5.6 底 座箱的設(shè)計(jì) . 10 3. 傳動(dòng)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì)計(jì)算 . 13 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 . 13 3.2 傳動(dòng)比的分配 . 14 3.3 減速器的設(shè)計(jì)選擇 . 15 3.4 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) . 15 3.5 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 19 3.6 軸的設(shè)計(jì)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 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(dòng)潤(rùn)滑的改造 .32 5.2 展望 .32 6.小 結(jié) .33 致 謝 .34 參考文獻(xiàn) .35 VII VIII IX X 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 1 1.緒論 1.1 本課題的 設(shè)計(jì) 背景 隨著食品 ， 醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 對(duì)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(zhǎng)食品 ， 醫(yī)藥產(chǎn)品的保質(zhì)期 ， 而且可以避免食品中營(yíng)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(duì)玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口 。 這種密封機(jī)對(duì)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(guó)的包裝機(jī)械發(fā)展還處于初級(jí)階段 ， 對(duì)包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)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(duì)外國(guó)現(xiàn)有機(jī)器的仿繪 ， 沒有自主研發(fā)的知識(shí)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(duì)機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)也無從下手 目前總體來看 ,我國(guó)的包裝機(jī)械主要存在以下兩方面的問題 :其一 ， 自動(dòng)化程度低 ， 很多國(guó)外的包裝機(jī)從原料進(jìn)入到成品出來 ， 基本全部自動(dòng)化 ， 而我國(guó)的包裝機(jī)械自動(dòng)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(guó)外的包裝機(jī)械的生產(chǎn)效率是國(guó)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(shí)事的需求 ， 針對(duì)上述的這些問題而提出的 ， 通過對(duì) 擰瓶機(jī) 旋蓋頭運(yùn)動(dòng)的主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的深入研究 ， 找出影響 擰瓶機(jī) 穩(wěn) 定工作的各個(gè)因素 ， 通過忽略次要因素 ，控制主要因素 ， 對(duì)各個(gè)主要因素的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 ， 從而實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)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(gè)參數(shù)之間的相互影響關(guān)系 ， 為以后 擰瓶機(jī) 的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)和參考 。 本課程的設(shè)計(jì)包括對(duì)擰瓶機(jī)的工作原理的分析，以及對(duì)已有擰瓶機(jī)方案的對(duì)比，得出本課程的設(shè)計(jì)方案。具體對(duì)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(jì)，進(jìn)而對(duì)各個(gè)零件機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及校核。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展 從質(zhì)量方面來說 ， 我國(guó) 擰瓶機(jī) 與國(guó)外還存在很大差距 ， 不論是內(nèi)在質(zhì)量還是 外觀設(shè)計(jì) ，都無法與國(guó)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(guó)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(jì)要求 ， 設(shè)計(jì)理念 ， 設(shè)計(jì)方法 ， 設(shè)計(jì)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(guó)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(jì)方法 ， 檢測(cè)技術(shù) ， 控制技術(shù)都沒有應(yīng)用進(jìn)去 。 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比 ， 我國(guó)的技術(shù)水平與國(guó)外至少相差 10 年左右 。 由于以前我國(guó)對(duì) 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(duì)國(guó)外機(jī)器進(jìn)行測(cè)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(chǎng)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(guó)家在這方面的投資力度也逐年增加 ,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比 ， 科研經(jīng)費(fèi)還是不足 ，無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 我國(guó)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(guó) 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(cè)繪 ， 仿制等方法 。 對(duì)于低效率 ， 低檔次的國(guó)外產(chǎn)品進(jìn)行仿制 ， 對(duì)于高技術(shù)含量包裝機(jī)械只能花巨額金錢從國(guó)外進(jìn)口 18 。 提高自動(dòng)化程度是包裝機(jī)械發(fā)展重要的趨勢(shì)。產(chǎn)品和產(chǎn)量居世界之首的美國(guó)十分重視白裝機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合 ,實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制 ,將自動(dòng)化操作序 、 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng) 、 自動(dòng)檢驗(yàn)系統(tǒng)更多用于包裝機(jī)械之中。日本則長(zhǎng)于微電子技術(shù) ， 用以開那個(gè)值包裝機(jī) 械 ， 有效地促進(jìn)了無人操作和自動(dòng)化程度的提高 。 在計(jì)量、制造和技術(shù)性能等方面居于世界領(lǐng)先地位的德國(guó)也高度重視提高自動(dòng)化程度 。 幾年前 ， 德國(guó)包裝機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)在整個(gè)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(shì)主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面 ： 1) 自動(dòng)化程度不斷提高 不論什么機(jī)器 ， 自動(dòng)化肯定是未來發(fā)展的趨勢(shì) ,擰瓶機(jī) 也不例外 。 自動(dòng)化水平是衡量一臺(tái)機(jī)器設(shè)計(jì)成功與否的一個(gè)標(biāo)志 。 自動(dòng)化水平的提高 ,不僅使工作人員從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來 ， 而且提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率 。 目 前 德國(guó)的包裝機(jī)械中 ， 自 動(dòng)化技術(shù)己被廣泛的應(yīng)用 ， 約占整個(gè)機(jī)械中的 36%。 其它一些制造業(yè)大國(guó)也十分重視自動(dòng)化水平的提高 ， 并不斷的把最新的技術(shù)與自動(dòng)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(dòng)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(jì)人員追求的一個(gè)方向 ， 但往往二者不可兼得 ， 當(dāng)效率高的時(shí)候 ， 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)速度一般要求較高 ， 這時(shí)機(jī)構(gòu)間的沖擊 ， 碰撞會(huì)大幅增加 ， 穩(wěn)定性下降 ， 可靠性降低 。 低速時(shí)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(jì)方法和設(shè)計(jì)理念的提出 ， 或許可以設(shè)計(jì)出效率高 ， 工作又穩(wěn)定的機(jī)構(gòu) 。 目前德國(guó)的罐裝機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá) 13000 瓶 /時(shí) ， 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(duì)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(duì)不同類型 ， 不同結(jié)構(gòu)的瓶蓋進(jìn)行封口 。 相信簡(jiǎn)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(shì) 。 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(duì) 擰瓶機(jī) 功能的擴(kuò)展 ， 目前發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)這方面十分重視 ， 這可以顯著提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(duì)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(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)現(xiàn)實(shí)情況進(jìn)行模擬 ， 及時(shí)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 ， 最后的工作效率是山配套設(shè)備中效率最低的設(shè)備決定的 。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 3 5) 使用新的設(shè)計(jì)理念和方法 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新的設(shè)計(jì)方法不斷涌現(xiàn)，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，計(jì)算機(jī)輔助制造，計(jì)算機(jī)仿真等，使用這些新的方法，可以改善傳統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)周期一長(zhǎng)，成本高的缺點(diǎn)。而且隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論的發(fā)展，可以在設(shè)計(jì)前先做一定的理論分析，縮小設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)中的最佳尺寸?？傊碌募夹g(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(guó)目前 擰瓶機(jī) 的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 首先根據(jù)設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求來確定系統(tǒng)的總體方案 ， 提出滿足設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)以及擰瓶機(jī)的整體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的最優(yōu)。 無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.擰瓶機(jī)的整體設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)分析 設(shè)計(jì)一臺(tái)回轉(zhuǎn)式 擰瓶機(jī) ，用于將容器蓋上瓶蓋。 2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 生產(chǎn)能力 ： 40005000 瓶 /h； 瓶蓋尺寸：直徑 30 40mm； 高 12 15mm； 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(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(huì)試瓶?jī)?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(dòng)作要保證瓶蓋本身的美觀，防止對(duì)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(dòng)系統(tǒng) ， 機(jī)身支架等部分組成 。 機(jī)械式全自動(dòng) 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(dòng)瓶在流水線上運(yùn)動(dòng)。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(dòng) 。 當(dāng)旋蓋頭接觸到蓋子時(shí)，電動(dòng)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(huì)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(duì) 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(shí)對(duì)本課題初步形成了 幾種 大致的設(shè)計(jì)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(dòng)傳送帶將待旋蓋瓶傳送至上蓋裝置下方自動(dòng)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(hào)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)旋蓋過程。本方案結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，易懂，但是從整體來分析，旋蓋的效率不是太高，而且對(duì)傳送帶的各種要求比較高，需要特 別訂制，成本會(huì)提高 2 。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 5 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(dòng) 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(dòng)機(jī)帶動(dòng)一直勻速的前進(jìn)，中間的由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋瓶圓盤間歇轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，從上料側(cè)將瓶子取走通過振動(dòng)上蓋裝置上蓋；停止時(shí)，一直旋轉(zhuǎn)的旋蓋頭靠下部氣缸的作用整個(gè)支撐桿向下運(yùn)動(dòng)完成旋蓋并抬起，與此同時(shí)，前面旋蓋完成的瓶子會(huì)隨著傳動(dòng)帶輸出。從而，順利的完成了全自動(dòng)旋蓋的整個(gè)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 。 無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 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(huì)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(shí)旋蓋頭的電動(dòng)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(shí)可以有效的與瓶體脫離，減少對(duì)瓶蓋的傷害，當(dāng)擰好的瓶轉(zhuǎn)到出口時(shí)，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(jiǎn)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(gè)旋蓋的精度低而且生產(chǎn)效率低，而且整個(gè)裝置的 自動(dòng)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(jì)簡(jiǎn)單且精密合理，旋蓋精度 ， 效率 相對(duì)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(shí)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(jì)。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)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(jì) 2.5.1 傳送 機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì) 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(jì) 如圖 2.7，地面轉(zhuǎn)盤的是根據(jù)瓶子的半徑設(shè)計(jì)的，為了提高生產(chǎn)率選擇有 12 個(gè)卡口，可以同時(shí)進(jìn)行 12 個(gè)瓶的旋蓋，可以節(jié)省很多的時(shí)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。 無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.7 轉(zhuǎn)盤 2.5.3 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 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(dòng)時(shí)，滾子也會(huì)沿著里面滾槽向上或向下滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)旋蓋頭的升降 26 。 2.5.4 理蓋器的設(shè)計(jì) 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(dòng)”的運(yùn)動(dòng)；在這種機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 9 復(fù)合式運(yùn)動(dòng)過程中，瓶蓋將沿螺旋形供蓋滑道從料斗底部向上移動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行自動(dòng)排隊(duì)、 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(dòng)時(shí)，瓶蓋會(huì)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(dòng)。在料斗中雜亂堆集的瓶蓋運(yùn)動(dòng)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(huì)在料斗作上下微振時(shí)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(dòng)到該缺口處時(shí)，會(huì)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(dòng)。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(dòng)，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 圖 2.10 螺旋形供蓋滑道上的“ E”形缺口 無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 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(shí)的狀況 2.5.5 旋蓋頭的設(shè)計(jì) 如圖 2.12所示 ，旋蓋機(jī)構(gòu)工作時(shí)，利用三爪卡頭抓取瓶蓋，三爪卡頭中有兩個(gè)是固定的，內(nèi)側(cè)有橡膠增加摩擦力；還有一個(gè)是活動(dòng)的，其另一側(cè)聯(lián)接彈簧，當(dāng)抓取到瓶蓋時(shí)該爪張開彈簧受力產(chǎn)生相反的推力，利用杠桿原理同時(shí)瓶蓋也會(huì)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(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)將瓶蓋擰緊，隨著升降結(jié)構(gòu)上升 ，旋蓋頭就會(huì)自動(dòng)脫離瓶蓋。 2.5.6 底 座箱的設(shè)計(jì) 如圖 2.13所示。根據(jù)需要，初步設(shè)計(jì)底箱的整體尺寸為 1200*800*400， 壁厚 30mm，整個(gè)箱體靠下面的四個(gè)支柱支撐 。 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 11 圖 2.12 旋蓋頭正視圖及剖視圖 無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 2.13 底座箱 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 13 3.傳動(dòng)系統(tǒng) 的 設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 三相 交流異步電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單、價(jià)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(dòng)機(jī)作為整 個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力源。 Y 系列電動(dòng)機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式三相異步電動(dòng)機(jī)，具有效率高、性能好，噪音低、震動(dòng)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(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的工廠場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)機(jī)。所以選擇 Y系列的三相異步電動(dòng)機(jī)。 電動(dòng)機(jī)的功率選擇是否合適，對(duì)電動(dòng)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(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)因長(zhǎng)期過載而過早損 壞；若容量過大，則電動(dòng)機(jī)的價(jià)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(dòng)機(jī)容量主要由電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件決定的，而發(fā)熱又與其工作情況有關(guān)。對(duì)于長(zhǎng)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(dòng)機(jī)時(shí)只要使電動(dòng)機(jī)的負(fù)載不超過其額定值，電動(dòng)機(jī)便不會(huì)過熱。也就是可按電動(dòng)機(jī)的額定功率mP等于或大于所需電動(dòng)機(jī)的功率的dP，在手冊(cè)中選取相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)型號(hào)。這類電動(dòng)機(jī)的功率按下述步驟確定： 工作所需功率wP（ kW） )1000/( wwww vFP 或 )9550/( www nTP ， （ 3-1） 式中wF為工作機(jī)的阻力， N； wv為工作機(jī)的線速度， sm/ ； wT為工作機(jī)的阻力矩， mN ； wn 為工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速， min/r ； w 為工作機(jī)的效率。帶式輸送機(jī)可取 w =0.96，鏈板式輸送機(jī)可取 w =0.95。 電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的總功率 （串聯(lián)時(shí)） n 321 （ 3-2） 式中 1 ， 2 ， 3 n 為傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、軸承以及聯(lián)軸 器的效率。 所需電動(dòng)機(jī)的功率 dP （ kW） 所需電動(dòng)機(jī)的功率由工作機(jī)所需功率和傳動(dòng)裝置的總功率按下式計(jì)算 dP = /wP （ 3-3） 電動(dòng)機(jī)額定功率 mP 按 mP dP 來選取電動(dòng)機(jī)型號(hào)。電動(dòng)機(jī)功率裕度的大小應(yīng)視工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載變化狀況而定。 額定功率相同的同類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的同步轉(zhuǎn)速。例如三相異步電動(dòng)機(jī)有四種常用的同步轉(zhuǎn)速， 即 3000 min/r 、 1500 min/r 、 1000 min/r 和 750 min/r 。 同步轉(zhuǎn)速低的無錫太 湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 電動(dòng)機(jī)磁極多，外輪廓尺寸大，價(jià)格高，但可使傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比和結(jié)構(gòu)尺寸減小，從而降低了傳動(dòng)裝置的制造成本。因此，確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)系統(tǒng)的尺寸，重量和價(jià)格，使整個(gè)設(shè)計(jì)既合理又較經(jīng)濟(jì)。 一般最常用、市場(chǎng)上供應(yīng)最多的是同步轉(zhuǎn)速為 1500 min/r 和 1000 min/r 的電動(dòng)機(jī)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用。如 無特殊要求，則不選用同步轉(zhuǎn)速為 3000 min/r 和 750 min/r 的電動(dòng)機(jī)。 綜合考慮整個(gè)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(jì)手冊(cè)新版的第 5 卷電動(dòng)機(jī)的選擇的相關(guān)資料，選擇的電機(jī)型號(hào)為 Y90S-4 的電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)的額定功率為 1.1kW，滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速為 1400 min/r ，堵 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為 2.3，質(zhì)量為 22kg。 3.2 傳動(dòng)比的分配 電動(dòng)機(jī)選定