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編 號(hào) 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： 磁力式擰瓶機(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)： 0923190 學(xué)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 磁力式擰瓶 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 94 學(xué) 號(hào)： 0923190 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 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 磁力式擰瓶機(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)是封口機(jī)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(dāng)成熟的封口機(jī)技術(shù)，形成了相當(dāng)成熟的生產(chǎn) 線，各種有特定功能的封口機(jī)、擰瓶機(jī)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(jī)是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時(shí)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?cè)谖諊馔愊冗M(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了一種利用 磁力傳遞扭力矩實(shí)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(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 擰 瓶機(jī)的生產(chǎn)效率能達(dá)到 4000 瓶/小時(shí)，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(jī)總圖 及主要零件圖 ； II 對(duì)擰蓋機(jī)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度校核； 根據(jù)計(jì)算結(jié)果，確定擰蓋機(jī)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(jì)說明書一份，不少于 30 頁。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)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(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(dāng)成熟的封口機(jī)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(jī)、擰瓶機(jī)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(jī)是在灌裝中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時(shí)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?cè)谖諊鴥?nèi)外先進(jìn)設(shè)備的 基礎(chǔ)上研制了一種利用電磁力傳遞扭力矩實(shí)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(jī)在國內(nèi)外發(fā)展的狀況，介紹了 本次設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的內(nèi)容及方法。本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是擰瓶機(jī)的總體設(shè)計(jì)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(jìn)行了運(yùn)動(dòng)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)采用了回轉(zhuǎn) 式的封裝方法，通過圓柱凸輪來實(shí)現(xiàn)旋蓋頭的上下升降運(yùn)動(dòng)。在滿足包裝機(jī)械原理的條 件下，充分考慮了整機(jī)的布局和經(jīng)濟(jì)性。 關(guān)鍵詞：擰瓶機(jī)；磁力；自動(dòng)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(jì)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(dá)到的要求 ..........................................................................................................................2 2 擰瓶機(jī)的總體設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................3 2.1 擰瓶機(jī)的簡介 ........................................................................................................................................3 2.1.1 擰瓶機(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成 .......................................................................................................................3 2.2 擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................................3 2.2.1 擰瓶機(jī)的整體傳動(dòng)設(shè)計(jì) ..............................................................................................................3 2.2.2 擰瓶機(jī)的外形設(shè)計(jì) .......................................................................................................................3 2.2.3 擰瓶機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ....................................................................................3 2.2.4 旋蓋頭裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ................................................................................................3 2.2.5 轉(zhuǎn)盤裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ....................................................................................................4 2.3 擰瓶機(jī)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(jī)重要參數(shù)的確定......................................................................................................................6 2.4.1 設(shè)計(jì)參數(shù)：......................................................................................................................................6 2.4.2 設(shè)計(jì)要求..........................................................................................................................................6 3 擰瓶機(jī)的組成及部件設(shè)計(jì) ........................................................................................................................7 3.1 擰瓶機(jī)的組成 ........................................................................................................................................7 3.2 圓柱凸輪的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................7 3.3 理蓋裝置的設(shè)計(jì) ...................................................................................................................7 VI 3.3.1 送蓋自動(dòng)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(jī)機(jī)架 ..................................................................................................................10 3.4 旋瓶轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì) .................................................................................................................12 3.5 撥桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .................................................................................................................13 3.6 輸送軌道的設(shè)計(jì) .................................................................................................................14 3.7 旋蓋頭的設(shè)計(jì) .....................................................................................................................14 3.7.1 初級(jí)的外靠摩擦輪形式 ..............................................................................................15 3.7.2 摩擦片扭矩限制機(jī)構(gòu) ..................................................................................................15 3.7.3 電磁力扭矩限制機(jī)構(gòu) ..................................................................................................16 4 擰瓶機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................17 4.1 電動(dòng)機(jī)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(dòng)比的分配 ......................................................................................................................................18 4.2.1 傳動(dòng)比分配的參考數(shù)據(jù) ..............................................................................................18 4.3 減速器的設(shè)計(jì)選擇 .............................................................................................................................19 4.4 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ......................................................................................................................................19 4.5 軸的設(shè)計(jì)及校核 .................................................................................................................................21 4.5.1 軸的材料 ......................................................................................................................21 4.5.2 軸的計(jì)算 ......................................................................................................................21 4.6 鍵的選擇和鍵鏈接強(qiáng)度計(jì)算 ...........................................................................................................22 4.6.1 鍵的選擇 ......................................................................................................................22 4.6.2 平鍵鏈接強(qiáng)度計(jì)算 ......................................................................................................22 4.7 錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 .............................................................................................................................23 4.8 滾動(dòng)軸承選擇原則 .............................................................................................................................27 5 擰瓶機(jī)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(jī)的安裝、維護(hù)和安全 ..................................................................................................................30 6.1 安裝 .....................................................................................................................................30 6.2 維護(hù)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(xiàn) ...........................................................................................................................................................33 磁力式擰瓶機(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)內(nèi)容和意義 擰瓶機(jī)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(huì)的發(fā)展，產(chǎn)品的包裝質(zhì)量要求對(duì)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?yàn)槁菁y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)。目前已有全自動(dòng)洗瓶機(jī)、全自動(dòng)灌裝機(jī)、全 自動(dòng)擰瓶機(jī)三合一的機(jī)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(yùn)輸 重量，并滿足消費(fèi)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(diǎn), 使它越來越廣泛的應(yīng)用于許多產(chǎn)品包裝?，F(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)日趨猛烈，自動(dòng)封口機(jī)的高度自動(dòng)化, 智能化,高配置、高效率和低消費(fèi)越來越受到行業(yè)的青睞。為了提高生產(chǎn)效率，特進(jìn)行本 課題磁力擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)。 第二章主要介紹了擰瓶機(jī)的總體設(shè)計(jì)，簡單介紹了下擰瓶機(jī)的幾種設(shè)計(jì)方案并與自 己的方案比較了下以及擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)要求等。第三章介紹了擰瓶機(jī)的組成以及各部件設(shè) 計(jì)，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(jì)。第四章主要介紹了擰 瓶機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，包括電動(dòng)機(jī)的選擇、減速器的選擇、帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)、軸校核、鍵的 選取、滾動(dòng)軸承的選取和錐齒輪的計(jì)算等等。第五章講的是擰瓶機(jī)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(jī)的安裝和維護(hù)。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 國內(nèi)外已經(jīng)有相當(dāng)成熟的封口機(jī)技術(shù)，形成了相當(dāng)成熟的生產(chǎn)線，各種有特定功能 的封口機(jī)、擰瓶機(jī)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(jī)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(jī)大多為直線式擰瓶機(jī)，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(duì)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(shí)間使用后彈簧力會(huì)減小，摩擦片使用一段時(shí)間后也需進(jìn) 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(jī)高速、 高效和高可靠性生產(chǎn)的需要, 研制出了 FX12 型擰瓶機(jī) 1和 XG12 回轉(zhuǎn)型擰瓶機(jī)。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(jī)是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備,工作時(shí)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?cè)谖諊馔愊冗M(jìn) 設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了一種利用磁力傳遞扭力矩實(shí)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(dòng)化程度高等特點(diǎn) 2。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 (1) 一機(jī)多用：利用同一臺(tái)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(jì)過程中對(duì)于機(jī)器的安裝、設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護(hù) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)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(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 3 2 擰瓶機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 擰瓶機(jī)的簡介 擰瓶機(jī)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(jī)系統(tǒng)的構(gòu)成 擰瓶機(jī),屬于封口機(jī)械的一種,其種類繁多,構(gòu)造復(fù)雜。擰瓶機(jī)的系統(tǒng)一般由傳動(dòng)系統(tǒng)， 供料系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng),控制系統(tǒng),機(jī)身五部分組成。 （1）傳動(dòng)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(gè)位置運(yùn) 送到另一個(gè)位置,直至最后輸出成品。所以傳動(dòng)系統(tǒng)就是完成以上功能的。一般由電機(jī)帶 動(dòng)齒輪,凸輪,鏈條進(jìn)行傳動(dòng)。 （2）供料系統(tǒng) 供料系統(tǒng)將包裝材料進(jìn)行有序的排列,送到合適的工位,為后續(xù)工作做準(zhǔn)備,如將瓶口 擺在合適的位置,豎起,定位等。同時(shí)對(duì)包裝產(chǎn)品稱重,計(jì)量,送入封口工位。為封裝產(chǎn)品 做準(zhǔn)備。 （3）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)是采用機(jī)械化的方法或自動(dòng)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(jī)構(gòu)。 （4）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)由各種手動(dòng)和自動(dòng)裝置組成。在包裝過程中,各個(gè)環(huán)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn),各個(gè)機(jī)構(gòu)的 配合,人與機(jī)械的互動(dòng),都需要控制。控制系統(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(jī)身 機(jī)身不僅用于安裝、固定、支承機(jī)器,還具有減震、防護(hù)等作用。因此,機(jī)身必須具 有高強(qiáng)度和穩(wěn)定性等特點(diǎn)。 2.2 擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì) 2.2.1 擰瓶機(jī)的整體傳動(dòng)設(shè)計(jì) 選擇好電機(jī)型號(hào)后，應(yīng)該判斷如何合理分配各級(jí)傳動(dòng)以及采用的傳動(dòng)方式，如帶傳 動(dòng)，齒輪傳動(dòng)等等。 2.2.2 擰瓶機(jī)的外形設(shè)計(jì) 從擰瓶機(jī)的外觀設(shè)計(jì)需要符合機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝性要求，除此之外機(jī)器的密封必須可 靠，而且要考慮到出現(xiàn)問題后，機(jī)器的維修調(diào)試要方便等等。 2.2.3 擰瓶機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 首先是從產(chǎn)品的進(jìn)料到出料過程的自動(dòng)化，其次是擰瓶機(jī)旋蓋過程的自動(dòng)化控制， 甚至還有檢測(cè)裝置的自動(dòng)化檢測(cè)和報(bào)警。 2.2.4 旋蓋頭裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 從旋蓋頭內(nèi)部各零件的設(shè)計(jì)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.2.5 轉(zhuǎn)盤裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)盤周邊設(shè)計(jì)成與瓶大小適當(dāng)?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(dòng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)。 2.3 擰瓶機(jī)總體方案的確定 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 步形成了三種大致的設(shè)計(jì)方案如下： 2.3.1 方案一的介紹 如圖 2.1 所示，該方案靠帶動(dòng)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(jī)正下方，傳感裝置檢測(cè)到后，通過上部的氣缸進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，旋蓋頭進(jìn)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(dòng)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(dòng)擰瓶機(jī)后，首先定位氣缸 2(B)動(dòng)作，伸出擋板 可以把輸送帶 1 上的帶蓋瓶子攔住；當(dāng)光電傳感器 3(A, B)都接通時(shí)，定位氣缸 2(A)動(dòng)作， 把后面的瓶子攔??；同時(shí)電機(jī) 5 開始旋轉(zhuǎn)，通過皮帶帶動(dòng)旋蓋頭 4（A,B）轉(zhuǎn)動(dòng)，然后升 降氣缸 6（A,B）伸展，旋蓋頭下降旋蓋，旋好蓋后電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，氣缸 6（A,B ）自動(dòng)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(dòng)， 進(jìn)入下一個(gè)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(dòng)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(jī)的結(jié)構(gòu)的正視圖 磁力式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)；6 升降氣缸；7 控制面板； 圖 2.2 擰瓶機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖 2.3.3 方案三的介紹 圖 2.3 擰瓶機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 如上圖 2.3 所示，該擰瓶機(jī)主要由進(jìn)出瓶機(jī)構(gòu)、理蓋系統(tǒng)、送蓋機(jī)構(gòu)、旋蓋裝置、傳 動(dòng)系統(tǒng)、升降圓柱凸輪、機(jī)身支架等部分組成。擰瓶機(jī)工作時(shí),傳送帶將瓶按一定的間距 傳送瓶子,瓶子在行進(jìn)過程中定位，獲取瓶蓋后由周期性的撥桿機(jī)構(gòu)送入到旋蓋頭下的中 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 心轉(zhuǎn)盤,與旋蓋頭一起同步轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí),旋蓋頭在圓柱凸輪作用下,實(shí)現(xiàn)取蓋、升降，旋蓋 功能;旋蓋頭在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，在與瓶子公轉(zhuǎn)的同時(shí)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(dòng)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(jì)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(dòng)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(jī)重要參數(shù)的確定 2.4.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 旋蓋頭數(shù)為 12 個(gè)； 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(shí) 2.4.2 設(shè)計(jì)要求 (1) 一機(jī)多用：利用同一臺(tái)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(jì)過程中對(duì)于機(jī)器的安裝、設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護(hù) 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(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 7 3 擰瓶機(jī)的組成及部件設(shè)計(jì) 3.1 擰瓶機(jī)的組成 擰瓶機(jī)主要由機(jī)架、輸瓶系統(tǒng)、理蓋機(jī)、旋蓋頭、傳動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。 機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)，送蓋槽，電機(jī)等組成。 輸瓶系統(tǒng)主要有輸送帶、撥桿機(jī)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(jī)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(jì) 的是電磁式旋蓋頭。 傳動(dòng)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)部分的運(yùn)動(dòng)：旋蓋頭的自轉(zhuǎn)、公轉(zhuǎn)、升降運(yùn)動(dòng)；中心轉(zhuǎn) 盤的旋轉(zhuǎn)等。 控制系統(tǒng)是機(jī)器的核心組成部分之一。對(duì)生產(chǎn)效率和工作可靠性影響很大。本機(jī)主 要由傳感器監(jiān)控，用 PLC 控制。 3.2 圓柱凸輪的設(shè)計(jì) 如下圖 3.1 圖 3.1 圓柱凸輪 旋蓋頭在圓柱凸輪作用下,實(shí)現(xiàn)取蓋、升降，旋蓋功能。經(jīng)過計(jì)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(jì) 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(dòng)的運(yùn)動(dòng)；在這種運(yùn)動(dòng)過程中，瓶蓋將一邊自動(dòng)排隊(duì)、定向，一邊沿螺旋 形供蓋滑道從料斗底部向上移動(dòng)。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)，最后由旋蓋頭完成 瓶子的封口工作 11。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)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(dòng)料斗 送蓋自動(dòng)料斗是指通過一定的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)機(jī)構(gòu)，使瓶蓋不斷地運(yùn)動(dòng)。有機(jī)械攪拌式 自動(dòng)送蓋料斗、電磁式振動(dòng)的自動(dòng)送蓋料斗、磁力回轉(zhuǎn)式的自動(dòng)送蓋料斗等形式。由于 機(jī)械式的自動(dòng)料斗存在著容易劃傷瓶蓋表面甚至?xí)蛊可w變形的缺陷，磁力回轉(zhuǎn)式自動(dòng) 送蓋料斗適應(yīng)范圍小，所以本機(jī)選用的是電磁式振動(dòng)自動(dòng)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(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 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(yùn)動(dòng)到該缺口處時(shí)，會(huì)翻落下去（如圖 3.4b） ， 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 11。 磁力式擰瓶機(jī)的設(shè)計(jì)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(shí)的狀況 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 3.3.3 輸蓋槽部件 定向的瓶蓋從料斗出來，即進(jìn)入送蓋槽。圖 3.5 和圖 3.6 為送蓋槽部件，經(jīng)過計(jì)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(jī)機(jī)架 機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 剛度 評(píng)定大多數(shù)機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度。在機(jī)床中剛度決定著機(jī)床生產(chǎn)效率和 產(chǎn)品精度； 強(qiáng)度 強(qiáng)度是評(píng)定機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則之一。除了需要校核機(jī)架的靜強(qiáng)度之外還要校 核其疲勞強(qiáng)度。 穩(wěn)定性 它是保證機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 11 對(duì)于機(jī)床、儀器等精密機(jī)械還應(yīng)考慮熱變形。熱變形將直接影響機(jī)架原有精度。 在滿足機(jī)架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的前提下，必須根據(jù)機(jī)架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各 項(xiàng)要求，并有所偏重。 機(jī)架應(yīng)盡量輕、成本低，但前提必須滿足強(qiáng)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(jì)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(jī)機(jī)架方案一的介紹 如下圖3.7所示 圖3.7機(jī)架 由于理蓋機(jī)需要震動(dòng)，此方案的機(jī)架對(duì)理蓋機(jī)來說不夠穩(wěn)定，而且實(shí)體圓柱形的機(jī) 架較浪費(fèi)材料，不滿足機(jī)架的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則中的，在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量 應(yīng)要求輕、成本低，故此方案舍棄。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 理蓋機(jī)方案二的介紹 如下圖3.8所示 圖3.8機(jī)架 此方案的機(jī)架比較合理，利用三腳支撐加強(qiáng)了穩(wěn)定性，而且機(jī)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(jì)合理，工藝性良好故選用此設(shè)計(jì)方案。 3.4 旋瓶轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì) 如下圖3.9所示，轉(zhuǎn)盤周邊設(shè)計(jì)成與瓶大小適當(dāng)?shù)牟郏梢皂樌娜∑浚推?，轉(zhuǎn)盤 與中心主軸靠鍵鏈接，中心主軸旋轉(zhuǎn)從而帶動(dòng)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(shí) ，兩者相對(duì)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(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 13 圖3.9轉(zhuǎn)盤 3.5 撥桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 如下圖 3.10 所示，該撥桿機(jī)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(zhǔn)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(jī)構(gòu) 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 3.6 輸送軌道的設(shè)計(jì) 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(jìn)入喇叭口 之后靠兩旁的擋板限制了瓶子 Y 軸方向上的運(yùn)動(dòng)，再靠前端的擋板（做周期性的收縮運(yùn) 動(dòng)）又限制了 X 方向上的移動(dòng)，靠這些擋板對(duì)瓶子進(jìn)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(zhǔn)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(jī)構(gòu) 3.7 旋蓋頭的設(shè)計(jì) 擰瓶機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)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(jí)的外靠摩擦輪形式 有驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(dá)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(dòng)軸 2調(diào)整環(huán) 3彈簧 4摩擦片 5主動(dòng)片（與驅(qū)動(dòng)軸軸向滑鍵連接） 6從動(dòng)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(jī)構(gòu) 3.7.2 摩擦片扭矩限制機(jī)構(gòu) 這類裝置是在驅(qū)動(dòng)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(shí), 調(diào)整方便, 在調(diào)整時(shí), 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(duì)滑動(dòng)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(jī)構(gòu) 本文設(shè)計(jì)的為電磁式旋蓋頭，一個(gè)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(gè) 靜磁場(chǎng)。利用磁能產(chǎn)生的力或者力矩，驅(qū)動(dòng)或控制置于磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)時(shí)依靠圓柱凸 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 輪來實(shí)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(gè)瓶子的旋蓋。若力超過 3N，旋嘴與瓶蓋則會(huì)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(jī)的設(shè)計(jì)及工程分析 17 4 擰瓶機(jī)傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 4.1 電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)價(jià)格低廉、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便，可直接接于三相交流電網(wǎng)中， 因此在工業(yè)