液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 编号 无锡 太湖学院 毕业设计（论文） 题目： 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 信机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专业 学 号： 0923837 学生姓名： 王 奇 指导教师： 何雪明 （职称： 副教授 ） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡 太湖学院本科毕业设计（论文） 诚 信 承 诺 书 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 97 学 号： 0923837 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I I 无锡 太湖学院 信 机 系 机械工程及自动化 专业 毕 业 设 计论 文 任 务 书 一、题目及专题： 1、 题目 液体灌装生产线 上拧瓶盖机的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 拧盖机是自动灌装生产线的主要设备之一，用于玻璃瓶或 的螺纹盖封口。 随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对产品的包装质量的要求也越来越高。由于螺纹盖具有封口快捷，开启方便及开启瓶后又可重新封好等优点，使其在许多产品的包装中应用越来越广泛，诸如饮料，酒类，调味料，化妆品及药品等瓶包装的封口就大量采用螺纹盖封口。目前现有的国产同类机型的封盖机的产量，速度和自动化程度都相对落后。为了适应现代包装机高速，高效和高可靠性生产的需要，研制了一种回转式拧盖机，该机采用多工位回转式结构，机电气一体化，具有效率高，速度快，可靠性好和自动化程度高等优点。本次设计介绍了液体灌装生产线上拧瓶盖 机。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 阅读外文资料，翻译与本专业或课题相关的外文文献 3000 字左右，要求语句通顺、流畅、准确； 了解拧瓶盖的工作原理 ； 通过对比现有的拧瓶盖机，初步拟定分析设备方案 ； 绘制部分零件图，装配图，零件 的各种配合； 能够熟练使用 用 部分零件进行建模 ； 撰写论文，要求符合本科论文的格式要求，语言简洁、流畅、层次分明。上机时数不少于 200 小时，整个毕业设计过程的技术工作要 严谨、灵活、工作要有主动性，计算方法、计算的程序、计算结果、 结论要正确 。 四、接受任务学生： 机械 97 班 姓名 王 奇 五、开始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师 签名 签名 签名 教 研 室 主 任 学科组组长研究所所长 签名 系主 任 签名 2012 年 11 月 12 日 要 回转式拧瓶盖机适用于带螺纹的盖与瓶的旋盖，市 场上现有的回转式拧瓶盖机大多数是半自动的包装机，瓶盖的疏理大多由 人 工 来完成，生产效率不是很高，而且加大了劳动的 强度，再生产时有一定 的 危险，本设计为自动理盖而且是多工位拧盖 机 。 本文介绍了题目的研究背景和意义，论述了拧盖机在国内外的发展状况，介绍了本次设计研究的内容及方法。本次设计的重点是拧盖机的总体设计方案、过程的拧盖、输送方式和定位方法，在此基础上进行了运动与结构的设计。本次设计采用的拧盖方法是回转 式的，是通过圆柱凸轮的轮廓线来实现拧盖头的上下往复运动的，通过锥齿轮 传递转矩 ；而且在满足拧盖机原理的条件下，充分考虑了整机的布局和经济性，不但结构简单明了，操作方便而且本课题的设计实现了从进瓶到出瓶的全部自动化，具有速度可调、定位准确、旋盖可靠、运行平稳、无噪音和不伤瓶盖等优点，克服了传统机构的缺点，总体上达到了我们预期设计的目标。 关键词：拧瓶盖机构；理盖机构；传送；自动化；转盘 of as to of is a of is a of at of is to of in on of is to up to of to is no of V 目录 摘要 . . 绪论 . 1 课题的研究内容和意义 . 1 内外的发展概况 . 1 课题应达到的要求 . 1 2 总体方案设计 . 2 案一的介绍 . 2 案二的介绍 . 2 案比较 . 2 用方案的详细设计 . 3 盖装置的设计 . 3 送带的设 计 . 4 座箱的设计 . 4 盖机构的设计 . 4 盘的设计 . 5 3 总装图的确定 . 6 要技术参数的确定 . 6 机的选择 . 6 动方案的确定 . 7 构方案的确定 . 7 4 部件装配图的确定 . 9 传动的计算 . 9 的设计计算和校核 . 11 的结构设计及选材 . 11 的设计计算 . 11 的校核计算 . 12 轮的计算和校核 . 12 轮材料处理工艺及制造工艺的选定 . 12 定各主要参数 . 13 动比 . 13 轮模数 m . 13 轮接触疲劳强度计算 . 13 轮强度校核 . 14 齿轮的计算和校核 . 19 取齿轮类型，精度等级，材料及齿数 . 19 按齿面接触强度设计 . 19 计计算 . 19 齿根弯曲强度设计 . 20 计计算 . 21 何尺寸计算 . 22 的计算和校核 . 23 的选择计算 . 23 的校核 . 23 承的选择和校核 . 23 承的选择 . 23 承的寿命计算 . 24 5 拧盖机的工作情况简介 . 26 送及拧盖部分 . 26 制部分 . 26 6 拧盖机的安装、维护和安全 . 28 装 . 28 护保养 . 28 全要求 . 28 7 结论与展望 . 29 论 . 29 足之处及未来展望 . 29 致 谢 . 30 参 考 文 献 . 31 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 1 1 绪论 课题的研究内容和意义 拧盖机是自动灌装生产线的主要设备之一，用于玻璃瓶或 的螺纹盖封口。随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对产品的包装质量的要求也越来越高。由于螺纹盖具有封口快捷，开启方便及开启瓶后又可重新封好等优点，使其在许多产品的包装中应用越来越广泛，诸如饮料，酒类，调味料，化妆品及药品等瓶包装的封口就大量采用螺纹盖封口。目前现有的国产同 类机型的封盖机的产量，速度和自动化程度都相对落后。为了适应现代包装机高速，高效和高可靠性生产的需要，研制了一种回转式拧盖机，该机采用多工位回转式结构，机电气一体化，具有效率高，速度快，可靠性好和自动化程度高等优点。 包装机械为包装工业提供装备机械，影响着各类包装制品工业的技术水平和产品档次，制约着包装工业的发展和速度。长期以来，我国包装机械行业非常薄弱，形不成规模和水平，致使我国包装工业发展极慢。我国包装机械行业在历经了七十年代的起步，八十年代的发展，九十年代由于包装制品发展的需要而实现了高速度发展，但是由 于起步迟，起点低，规模小，我国包装机械总体水平要比发达国家落后 20 年，国内目前需求量的 60%，尤其是技术含量高的技术装备依赖进口。对于包装制品工业，包装机械是我国包装工业的优势。 内外的发展概况 提高自动化程度是包装机械发展重要的趋势。产品和产量居世界之首的美国十分重视白装机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多用于包装机械之中。日本则长于微电子技术，用以开那个值包装机械，有效地促进了无人操作和自动化程度的提高。在计量、制造和技术性能等方面居于世界 领先地位的德国也高度重视提高自动化程度。几年前，德国包装机械系统设计时，自动化技术在整个系统操作及运行中还占 30%，现在已占到 50%以上。 课题应达到的要求 目前国内液体灌装生产线中广泛使用的旋开封盖口机大多为直线式 拧 盖机，为了适应现代包装机高速、高效和高可靠性生产的需要，在广泛吸收国内外先进机型的基础上，设计此了机器。该拧瓶盖机采用回转式结构。本次设计是针对回转式拧盖机整体的设计。主要工艺流程包括：供瓶 +供盖 旋盖 输送。同时要求熟练的操作 件，进行建模，绘制图 3D 模型并出图纸。 无锡太湖学院学士学位论文 2 2 总 体方案设计 案一的介绍 如图 示，该方案利用步进电机带动传送带将待旋盖瓶传送至上盖装置下方自动上盖并抚平，然后将上好盖的瓶子停止在旋盖机正下方，传感装置将信号传至旋盖机构，通过上部的气缸实现旋盖头的整体下移，通过下部的杠杆机构实现瓶子的夹紧，选盖头旋转将瓶盖旋紧在瓶上。旋盖完成后旋盖头升起，传送带继续前进一定距离，开始重复旋盖过程。本方案结构较为简单、易懂，但是从整体来分析，旋盖的效率不是太高，而且对传送带的各种要求比较高，需要特别订制，成本会提高。 图 案一旋盖机的结构的正视图 案二的介绍 如图 示，本方案的全自动旋盖机由上盖装置，传送带，底座箱，拧盖机构，旋瓶圆盘，电机等组成。瓶子靠传送带一直匀速的前进，通过理盖机振动供盖，然后进入旋盘，一直旋转的旋盖头靠升降机构的作用 整个支撑杆向下运动完成旋盖并抬起，与此同时，前面旋盖完成的瓶子会随着传动带输出。从而，顺利的完成了全自动旋盖的整个过程。这样既能达到高效迅速旋盖的目的，同样在一定范围内也能适用于不同高度大小的瓶子旋盖。 案比较 方案一结构简单，生产成本低，但是传送带的停走精度难以控制，所以整个旋盖的精度低而且生产效率低，而且整个装置的自动化程度不是很高，较为适合小批量生产；方案二结构设计简单且精密合理，旋盖精度高，效率高，相对于方案一成本要高，但是自动化程度也较高，适合批量生产，综合考虑多方面，本课题采用方案二的 结构进行设计。 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 3 图 案二旋盖机结构图 。 用方案的详细设计 盖装置的设计 上盖装置是把杂乱的瓶盖放置在圆柱形的振动式自动料斗中，通过振动使瓶盖在料斗内壁的螺旋形的跑道上向前跳动，并通过圆弧型轨道至出口跟瓶口相接。轨道最前端有一段水平板，将瓶口的盖压平，便于下一步的旋盖操作，如图 示。 图 盖机构 无锡太湖学院学士学位论文 4 送带的设计 传动带是瓶子输入和输出的关键机构，瓶子通过传送带从左端匀速进入理盖机供盖，然后进入转盘旋盖，最后通过传送带送出，如图 图 送装置 座箱的设计 根据设计的需要，做出相关的机座，如图 示。 图 座 盖机构的设计 拧盖机构是整个设计的核心和重心。由主轴带动主齿轮转动，从而带动副齿轮的转动，最终旋盖头转动，同时由升降机构圆柱凸轮实现整个旋盖装置的上下运动，要求拧盖机构又要自行转动，还要同步转盘转动，拧紧瓶盖够上升完成整个过程，这样就实现了拧瓶盖的全自动化，如图 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 5 图 盖机构 盘的设计 转盘的设计也是比较重要的部分，旋 转过程中实现了拧盖同时可以固定瓶子不晃动移动等问题，圆盘周边设计成与瓶大小适当的挡板，可以顺利的取瓶，送瓶。圆盘靠下部轴支架靠键连接带动转盘转动，如图 图 盘机构 无锡太湖学院学士学位论文 6 3 总装图的确定 要技术参数的确定 机的选择 根据机械负载特性，生产工艺，电网要求，建设费用，运行费用等综合指标，合理选择电机的类型；根据机械负载所要求的过载能力，起动转矩，工作制以及工况条件，合理选择电动机的功率，力求运行安全可靠经济；根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求， 选择电机的转速；还要根据电网电压，频率选择电动机的额定电压和频率；总之，在选用电机时，要努力执行国家技术经济政策，积极采用节能产品和新产品，提高经济效益。 功率的确定： 电动机的功率选得是否合适，对其工作和经济性都有影响；如采用额定功率小于工作机要求的功率，就不能保证工作机的正常工作，甚至日电动机长期过载而过早损坏；如果电动机的额度功率大于所要求的功率，则电动机价格高，容量也未得到充分利用，以致造成成本高，而且浪费。通常对在变载荷作用下，稳定、长期连续运行的机械，要求所选用的电动机的额定功率稍大于工作机功率 。还应查处电动机类型和额定功率、相应的转速和安装尺寸。在一般情况下不必校验电动机的发热和起动力矩。电动机工作时需要的功率 0按下式计算： 0( (式中 ：w工作机所需的功率， KW a从电 动机到工作机间各运动副的总机械效率（以下简称效率）。 工作机所需要工作功率w一般根据工作机的生产阻力和运动参数计算： 000或n9550(式中 ： F工作机的生产阻力， N； v工作机的速度， m/s； T工作机的阻力矩， N m； 工作机的转速， r/ w 工作机的效率。 总效率按下式计算： .液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 7 式中 1 、 2 、3、 别为运动链中各运动副（如齿轮、轴承及联轴器等）的效率，其值可参考机械设计零件手册（修订版）表 取。 容量相同的同类型电动机，可以有不同的转速。如三相异步电动机常用的有四种同步转速，即 3000、 1500、 1000、 750r/转速电动机的极数多，外廓尺寸及重量都较大，几个高，但可使传动装置总传动比及尺寸较小；高转速电动机则相反。因此确定电动机转速时，应按具体情况进行分析和比较。 通常多选用同步转 速为 1500 和 1000r/电动机，如无特殊需要，不选用同步转速低于 750r/电动机。 传动装置的设计功率通常按实际所需要的电动机工作功率0考虑，而转速则按电动机额定功率时的转速 载转速，它不等于同步转速）计算。 通过计算可知，中心轴下面安装的滚子轴承在工作时，所受的摩擦力大约为 40N，所以灌装机主轴的启动转矩不大，根据机械设计手册单行本减（变）速器电机与电器上电动机选择时应综合考虑的问题和考虑 到运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品的价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素，选择电动机为 系列电动机， 所选电动机的型号为 电动机，它的额定转速为 1400r/定功率为 速器的选择 由于所选电动机的额度转速为 1400r/装机的生产能力为 4200 瓶 /小时，拧盖机的拧盖头数为 12 头，所以拧盖机每转生产 12 瓶，所以灌装机主轴的转速为 350r/小时，即635r/先设主轴上大齿轮与减速器上小齿轮的传动比 6i ，电动机的小带轮与减速器上大带轮的传动比 2i ，则减速器上输入的转速为 700r/出的转速为 35r/据以上的条件，选择 减速器，减速器的型号为 型号的减速器的额定输入转速为 750r/定输入功率为 定输入转矩为 437于电动机的功率为 以选择该型号的减速器符合要求。 动方案的确定 要实现本课题自动拧盖机的功能主要考虑以下四个运动。第一，是传送带的匀速运动。第二，是转盘的转动，用最简单的方法靠其下部竖直轴，靠键连接带动转盘进行传动，实现转盘的连续转动。第三，旋盖头的上下往复运动，本课题采用升降机构圆柱凸轮支撑杆实现此功能。第四，拧盖头的旋转运动，由主轴带动主齿轮转动，从而带动从动齿轮转动最终带动拧盖头的旋转功能。 构方案的确定 整个全自动拧盖机是合理的将各个零部件装配在一起以保证其各项功能顺利运行，装配过程中设计到的标准件如螺钉，螺栓，螺母，垫圈，轴承等都是按照相关资料上查得的无锡太湖学院学士学位论文 8 标准数据绘制出来，经过一段时间的计算和简单构思，现在设计出全自动拧盖机的装配简图如下图 图 拧盖瓶从传送带左侧输入，到达转盘并随转盘转动，之后拧盖装置下降进行拧盖并随转盘一起转动，完成后拧盖头上升而旋盘继续转动，最后从左侧传送带出去进入下一个工序。 图 瓶盖机主视图 图 瓶盖机俯视图 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 9 4 部件装配图的确定 传 动的计算 为了安全起见，带传动应置于铁丝网或保护罩之内，使之不能外露。 本次选用的的输送机传动系统中第一级用的普通 V 带传动。电动机的功率 ,转速 ,传动比 2i 。 (1) 确定计算功率 由表 8得工作情况系数 ，故 (2) 选择 V 带的带型 根据1n 由图 8用 Z 型。 (3) 确定带轮的基准直径 d 并验算带速 v 初选小带轮的基准直径 1由表 8 8小带轮的基准直径 1 70dd 。 验算带速 0v 按式 (8算带的速度 11 7 0 1 4 0 0 5 . 1 36 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0m s 因为 05 ，故带速合适。 计算大带轮的基准直径。根据式 (8计算大带轮的基准直径2 4 070212 (4) 确定 V 带的中心距 a 和基准长度 1)根据式 (8初定中心距 000 。 2)由式 (8算带所需的基准长度 364 )()(2202122100 由表 8带的基准长度 00。 按式 (8算实际中心距 a。 82)2 736700200(2 00 无锡太湖学院学士学位论文 10 (5) 验算小带轮上的包角 1 901 5 81 8 2 01 4 0(1 8 1 8 0 121 (6) 计算带的根数 z 计算单根 V 带的额定功率 由 01 和 ，查表 8 ， 2i 和 Z 型带，查表 8 K，表 8 K ，于是 ( 00 计算 V 带的根数 z。 根。 (7) 计算单根 V 带的初拉力的最小值 F 由表 8 Z 型的单位长度质量 ，所以 KF 0 0 0) 0 0)( 22m i 应使带的实际初拉力(。 (8) 计算压力轴 p 3 9 621 5 8s i 1222s i n)(2)( 1m i i n 所以通过绘制，做出如图所示的带轮： 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 11 图 带轮 的设计计算和校核 的结构设计及选材 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸 。 轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造公益性等。 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢 。由于碳 钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是 45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。必须指出：在一般工作的温度下（低于 200 度），各种碳钢和合金钢的弹性模量均差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件 下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。 本次设计中选用的是 45 钢，调质处理。 的设计计算 对于实心主轴： 303 ，由于主轴材料是 45 钢，所以查表 15以得到 1180 A。 无锡太湖学院学士学位论文 12 8 3 取 d=60 轴的校核计算 轴的校核计算首先做出轴的计算简图，弯矩图，扭 矩图，然后进行轴的强度校核即可。由于本轴是竖直放置，靠它传递扭矩，少量的弯矩可忽略不计，故只需对其扭矩进行校核便可。 扭转切应力计算公式： (式中 ： 截面的剪切应力 T截面处得扭矩 W 危险截面的抗扭截面系数 对于该轴： 32.0 ( 查表得到 45 号钢 13 0 4 5 3 1 9 6 0 因此这根轴符合强度要求。 通过数据绘制如下所示的轴