压盖机.doc

摘 要 压盖机是包装机械中的组成部分，也是包装机械中必不可少的一个环节。压盖机属于封口机械一类，指在包装容器内盛装产品后对容器进行封口的机器。压盖机主要用于瓶类容器的压盖。传统式人工压盖机是以人工操作对瓶盖压紧或是由机械式的压盖机进行压盖，但是需要人工进行施加力，由压盖机机头完成对瓶盖的压盖。脚踏式压盖机是对手动压盖机来讲是个改进，因为它以脚踏力对压盖机进行施加外力，比手动式压盖机省力得多，而且脚踏式压盖机的稳定性也比较好，适用于瓶身55mm到85mm，高度200mm到350mm的玻璃容器。设计的压盖机主要有压盖机主体、传动装置、进出瓶传输装置、压盖机机头等部分组成。设计过程中运用了计算机辅助设计cad和pro/e技术，更好的反映了所设计的内容。设计的脚踏式压盖机结构简单，操作方便。关键词： 脚踏式压盖机；传动装置；压盖机机头 abstractgland machine is packing machinery parts of, also is one of the indispensablepackaging machinery link. gland sealing machine mechanical type, refers to belong to the packaging container full-dress products for container sealing after the machine. gland machine is mainly used for bottle of container gland. traditional artificial gland machine based on manual operation of caps tightly or by mechanical pressure capping machine gland, but need artificially by gland, for shijiali helicopter completes to cap machine gland. pedal-powered gland machine is dynamic pressure capping machine opponent will tell a improvement, because it to pedal force for gland machines to exert forces, than manual type gland machine effort, and pedal-powered gland machine stability are relatively good, applicable to the bottle to 85mm, 200mm height 55mm to 350mm glass container. design gland machine mainly has gland machine main body, in and out bottles of transmission device, gland conveying rate of top parts. the design process using the computer aided design cad and pro/e technology, better reflects the design of content. design the beeline gland machine structure is simple, easy to operate.keywords: pedal-powered gland machine gearingpressure capping machine headii目 录摘 要iabstractii1 绪 论1 1.1 课题背景1 1.1.1 压盖机的背景1 1.1.2压盖机的种类及分析2 1.2 国外的发展状况3 1.2.1我国压盖机的发展状况3 1.2.2国外压盖机的发展状况3 1.3 设计脚踏式压盖机的目的和内容3 1.3.1设计脚踏式压盖机的目的3 1.3.2 脚踏式压盖机设计的内容4 1.4脚踏式压盖机设计的理论依据和研究方法4 1.4.1设计脚踏式压盖机的理论依据4 1.4.2 脚踏式压盖机设计的研究方法5 1.5 预期的结果及其作用和意义62 总体设计7 2.1 总体方案的分析7 2.2 脚踏式压盖机各功能的分析8 2.2.1瓶盖得送盖选择8 2.2.2 压盖装置的选择8 2.2.3 送瓶装置的选择9 2.3 主要功能的原理方案及选定9 2.3.1 传动类型的选择9 2.3.2 机构选型113 零件及箱体的设计13 3.1压盖机机头的设计13 3.2 连杆的设计14 3.3 齿轮齿条的设计15 3.3.1 齿轮齿条传动设计15 3.3.2 齿轮齿条的设计与计算15 3.4 弹簧的设计16 3.4.1 弹簧的选择16 3.3.2 弹簧的尺寸计算17 3.5 箱体的设计18 3.5.1箱体材料的选择18 3.5.2箱体结构参数的选择18 3.6 轴的设计22 3.6.1轴的设计计算23 3.6.2轴的校核24 3.7 其它非标准零件的设计264 脚踏式压盖机的虚拟设计29 4.1应用软件的介绍29 4.2工程图的生成30 4.3组件装配设计31 4.3.1装配模式32 4.3.2约束形式32 4.3.3装配体的分解32 4.4.1应用软件的介绍33 4.4.2仿真设计的一般步骤33 4.4.3仿真设计过程34结 论35致 谢36参考文献3737兰州工业高等专科学毕业设计1 绪 论1.1 课题背景1.1.1 压盖机的背景压盖机是属于包装机械，它是包装机械的一个组成环节。近年来，随着科技的迅速发展，国外的包装机械已经达到了非常先进的水平，而由于我国的包装行业起步比较的晚，从而也影响了压盖机的发展，压盖机起步也比较晚。在90年代以前，我国的先进的包装机械多数是从国外进口的，包括压盖机。但随着我国国力的不断提高，现在我国已经开始自行研究自己的机械。压盖机属于封口机械一类，指在包装容器内盛装产品后对容器进行封口的机器。不同的包装容器的封口方式有:塑料袋接触式加热加压或非接触式的超声波熔焊封口麻袋、布袋、编织袋缝合瓶类容器压盖或旋盖 罐类容器卷边式封口 箱类容器钉封或胶带粘封在我国手动（人工）的饮料（如：啤酒等）生产中,主要靠人工手动压盖，先由人工放盖，然后人工用木榔头,或塑料榔头敲击盖顶部，使盖与瓶口部分锁紧,达到容器的密封结果，或者是由机械式的压盖机进行压盖，但是需要人工进行施加力，由压盖机机头完成对瓶盖的压盖。这两种人工的压盖方法的生产效率都很低，尤其是前一种可能会产生压盖不到位、用力过猛而损坏瓶盖或者敲击不当造成翻瓶等现象，后一种虽然只需要人工施加外力，但是劳动强度大。在生产实际中，由于产品从灌装后到上盖、压盖这两道工序之间有一段时间极有可能使容器内液体暴露在外，与外面空气相连，是一段液体受污染的过程，会产生质量问题。在我国包装行业属于一个新兴的工业，80年代初刚刚起步，刚开始这一行业不被人们重视，底子很薄，而且技术含量极为不足，是一个分散的行业。但是随着商品流通领域的扩大，包装的作用已为企业所重视，并成为国民经济的组成部分。经过“七五”、“八五”、“九五”至今的发展，我国的包装机械压盖机发展 迅速，已走完了发达国家的3040年的历程。 今天我国的此行业已经达到发达国家的80年代中期的水平，而压盖机有些已经水平达国际水平，比如：我国的 gy126/124灌装压盖机和双端式洗瓶机为核心的4万瓶/小时(640ml)瓶装生产线，该生产线为目前国内（国外进口的除外）技术最先进、性能最好、速度最快的啤酒瓶装生产线之一，此外还有gy80a灌装压盖机，它的性能也非常的好且稳定。但是这是我国极为先进的水平，还没有应用和推广至全国。目前，在国际上先进的灌装生产线上，压盖与液体灌装在同一机器内，压盖工序紧随灌装工序，当容器经灌装以后，由专用的装置将瓶盖送到瓶口，再自动压盖。整个过程是一套自动控制的系统，完全是自动控制，其整个生产过程是在无菌的环境中进行，生产速度可达到240瓶/min。但从我国的生产行业的经济条件来看，我国的中小型的企业占多数，运用这样先进的生产流水线成本太高。原因是:由于是高速生产线，每生产一种规格的产品需要一套夹具，包括灌装、压盖、送瓶、送盖，此套夹具费用昂贵，拆装与调节时间比较长。这样的设备较适用于单一品种的大批量生产，它的柔性制造能力较差。因此在中小型的企业中得不到广泛的应用。我国的许多中小型企业的压盖机还是比较的落后，生产水平还比较的低，还有许多的手动和脚踏式的人工压盖机，因此还需要进行提高，进行改造。1.1.2 压盖机的种类及分析（1）脚踏式压盖机河南新乡轻工业机械制造厂生产的脚踏式压盖机，该类的压盖机是对手动的压盖机来讲是一个进步，因为它以身体的重力对压盖机进行施加外力，比手压式压盖机省力得多，而且脚踏式压盖机的稳定性也比较好，适用于瓶身55mm到85mm，高度200mm到350mm的玻璃容器（啤酒瓶或者是饮料瓶）。它的不足之处是仍然是人工的操作，只能进行单件小批量的生产，而不能进行大批大量的生产，还是比较的落后，生产力水平低下，效率不高。它的另外应用是可以进行教学的使用，让学生的进行观察以及进行简单操作。（2）封盖压盖机北京酿酒机械厂生产的封盖压盖机，它的压盖头数是120头，电动机的功率2.2kw。如此多的压盖头数使得它的机械效率很高。广东轻工业机械集团的啤酒瓶装生产线，近年来发展较快，单机的生产能力已大于等于36000瓶/h，比过去的8000瓶/h是一个很大的进步，生产线效率也大于等于77%，比过去的65%也提高了10%还多，破瓶率也已经有过去的4%减小到2.5%。（3）meyer hl1008型灌装压盖机 meyer hl1008型灌装压盖机是将饮料的灌装与压盖组合的压盖机，由于从灌装后到上盖、压盖这两道工序之间有一个间断的时间，会使得容器内液体暴露在外，与外界的空气接触，是部分液体受到污染，从而产生质量的问题。而这一类的机械刚好解决了这一问题，这一压盖机是美国meyer公司制造的hl1008-78-18型短管机，早在1989年就投人使用，但是现在这种机械在美国早已经淘汰，在我国使用近年来该设备已经存在了很大的缺陷，比如：a酒阀控制液位功能差，控制拔叉已严重磨损；b击泡装置无压力、无开停时间自控功能；c托瓶气缸使用压缩空气压力要求高达0.7mpa，日常所用气源难以满足，长期在高压状态下工作，零部件极易磨损；d. 托瓶气缸上端没有防水及防碎玻璃装置，气缸外壁及导向轴承易被割损；e. 压盖机中心轴与压盖筒中心分度圆出现偏差，运行时常出现错位现象；f. 皇冠盖压盖组件无超载卸压装置，易压烂瓶，也易损坏压力弹簧和压盖锥套等零件。（4）fg-4型全自动防盗封口机湖南省食品机械总厂生产的fg-4型全自动防盗封口机，目前是国家重点的投资项目，该机深受用户欢迎，用户反映使用效果较好。由于啤酒、饮料及原汁饮料生产成套设备随着市场竞争日趋深入，防伪措施也越来越重视。酒类、饮料生产要求配套防盗盖封口机。而该类机械就是针对于瓶盖的防伪而设计的，其效果非常好，它适用于瓶直径60mm110mm，瓶高160mm230mm，筒式铝质防盗盖，瓶盖的尺寸为25.6mm7mm；28mm16mm；30.5mm21mm(直径、高度)，生产能力是10005000瓶/h，采用的调速形式为机械无级调速。（5）byj-10型塑料盖压盖机byj-10型塑料盖压盖机是一种将平顶塑料盖自动地压入玻璃瓶口中，完成玻璃瓶塞式封口的包装机械。它适用于我国大中型酱油、饮料等厂，最大生产能力8000瓶/h，有操作安全，运转平稳，噪音小，破瓶率底，体积小，调试简单，维修方便，没有特殊材料等优点，它是采用真空吸盖和转盘型孔式理盖器，能自动整理瓶盖并准确地在玻璃瓶上扎压塑料盖。瓶子规格瓶直径751.5mm瓶身高891.5mm;适应盖形圆形平顶盖;压盖头数10个。（6）fg-4型全自动防盗封口机 fg-4型全自动防盗封口机采用补偿弹簧的装置，有效的减少了瓶高造成的瓶子压碎的现象，降低了瓶子的破损率，提高了生产的效率。对于这一类压盖机太缺少瓶盖的供送装置，需要专门的输盖机一台（chl-72型）。1.2 国外的发展状况1.2.1 我国压盖机的发展状况在质量方面，国外的这些机械已经普遍的引入了微机控制、气、电控制等机电一体化技术，大大的提高了机械的生产效率和自动控制的可靠性。但是我国的机械相当的差，主要表现在：生产效率低、耗能高、稳定性和可靠性差；外观也粗糙、产品的寿命低。在技术水平方面，国外的压盖机产品早已采用机械技术与微电子技术和信息技术的结合，智能化和柔性化的技术水平高。对于啤酒生产中的设备更是采用了只能控制等先进技术，运行可靠稳定性好。我国的产品技术均偏低，表现在控制技术和产品靠性等方面，更重要的的是我国的技术水平更新速度太慢，新技术、新材料、新工艺的推广应用范围太窄。在产品的开发方面，我国的企业开发一种产品并且稳定的生产，时间要23年，开发的周期太长，根本做不到“生产一个、储备一个、开发一个”。而国外的产品开发，专门从事开发的人员充足，费用高，因此新产品层出不断。1.2.2 国外压盖机的发展状况美国是世界上包装机械发展历史最长的国家，早就已经形成了一个独立完整的包装机械工业体系。美国的产品以高、大、精、尖居多，而且他们对一个或两个产品领域进行专门的研究、实验和制造，以达到精益求精。每一种产品开发和技术创新的投入都比较大，每年的销售也都有增加。其中压盖机就是美国新型包装机械产品中增长速度最快之一。德国也是包装工业发展发达的国家之一，尤其是德国在啤酒和饮料灌装等设备居于领先地位。它们的产品具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好的优点。德国的包装机械压盖机之类的广泛的采用机-电-气，机-电-液等一体化方面的技术，生产水平先进且效率也高。意大利也是包装机械发展水平高的国家之一。意大利机械主要特点是性能优良、外观考究、价格便宜。意大利的压盖机机械多采用自动控制系统进行生产，如用微机和plc（可编程控制器）等系统。日本的这一行业也发展迅速，它以技术先进、性能优良、质量可靠而闻名于世。日本将微机控制、工业机器人技术、模块化技术等应用于包装机械中，大大提高了竞争能力。日本的包装产品中，以中小型单机为多，其中的封盖机体积小、安装容易、操作方便，自动化程度也很高。总之，在包装行业包装机械方面，国外的发展水平非常的先进，他们的一体化、自动化等控制已经广泛的应用，这使得国外的包装机械人工劳动强度小，生产效率高，而且生产可靠性又非常高。1.3 设计脚踏式压盖机的目的和内容1.3.1 设计脚踏式压盖机的目的 设计脚踏式压盖机的目的主要适用于瓶身55mm到85mm，高度200mm到350mm玻璃瓶的封口。作为毕业设计，设计其也要达到的毕业设计目的有：1) 综合运用机械设计课程，系统设计课程及其它有关专业课程及选修课程的理论和生产实际知识相结合，设计出能在实际中使用的机器，从而使所学专业知识得到进一步巩固、加深和扩展。 2）在本次设计实践中学习和掌握通用机械零部件，机械传动及机械设计的基本方法与步骤，使我们在工程设计能力，分析问题，解决问题以及创新能力都得到了提高。 3）本次设计主要由计算机绘图完成，所以涉及在计算，制图，运用设计资料，考虑技术决策等机械设计方面的基本技能和cad及pro/e技术。1.3.2 脚踏式压盖机设计的内容压盖机的设计是一次较为全面的机械设计训练，其性质、内容以及考验学生设计能力的过程可与专业课程设计或工厂的产品设计等同。本次毕业设计的内容：1）前期资料的收集与整理；2）传动方案的分析和拟定；3）主传动件的结构设计；4）箱体，机架及附件的设计；5）主要零件的设计；6）其它非标零件的设计；7）运用cad及pro/e技术进行的虚拟设计；8）设计计算说明书的编写。 本次设计是比较全面的设计，为提高工程设计能力和以后更复杂的设计工作打下了良好的基础，培养了我们在设计全过程中严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精的精神，使我们在设计思想，方法和技能各方面都获得较好的锻炼与提高。善于掌握和使用各种资料，如参考分析已有的结构方案，合理选用已有的经验设计数据，也是设计工作能力的重要方面。然而，任何新的设计任务总是有其特定的设计要求和具体工作条件。因此本次设计不是盲目地，机械地抄袭资料而是经过具体分析，吸收新的技术成果，注意新的技术动向，创造性的进行设计而成的。1.4 脚踏式压盖机设计的理论依据和研究方法1.4.1 设计脚踏式压盖机的理论依据 脚踏式压盖机的设计以系统设计、机械设计基础、机械制图等所修专业课与考察课为依据，满足以下几点要求：1） 预定功能要求预定功能要求是指被设计机器的功用和性能指标。设计机器的基本出发点是实现预订功能要求，为此必须选择正确机器的工作原理、机构的类型和机械传动方案。一般机器的预定功能要求包括：运动性能、动力性能、基本技术指标及外形结构等方面。2)安全可靠与强度、寿命要求安全可靠是机器正常工作的必要条件，因此设计的机器必须保证在预定的工作期限内能够可靠的工作，防止个别零件的破坏或失效影响正常运行为此，应使所设计的机器零件结构合理并满足强度、刚度、耐磨性、震动稳定性及其使用寿命等方面的要求。3） 经济性要求设计机器时，应考虑在实现预订功能和保证安全可靠的前提下，尽可能做到经济合理，力求投入的费用少，工作效率高且维修简便等。由于机器的经济性是一个综合指标，它与设计、制造、和使用等各方面有关，为此，设计时要注意：设计要可靠可行，选材要合理，经济，尽可能实现三化（零件标准化、部件通用化、产品系列化），以最大限度地提高经济效益。4）操作使用要求设计的机器要力求操作简便，最大限度地考虑工人操作时的体力和脑力消耗，改善操作者的工作环境，降低机器噪声，净化废气、废液及灰尘，使其对环境污染和公害尽可能小。1.4.2 脚踏式压盖机设计的研究方法 本次设计是在学习了机械设计基础，机械系统设计的基础上，由小组人员合作而成的。在设计中采用的方法有理论设计、经验设计、模型试验设计等传统设计方法和以计算机辅助设计为主的现代设计方法。传统设计方法是以经验总结为基础，运用力学和数学形成经验公式、图表、设计手册等，并将其作为设计的依据，通过经验公式、近似系数或类比等方法进行设计。这是一种以静态分析、近似计算、经验设计、人工劳动为特征的设计方法。目前，在我国的许多场合下，传统设计仍被广泛使用，传统设计方法可以划分为以下三种。1） 理论设计根据长期研究和实践总结出来的传统设计理论及实验室所进行的设计，即理论设计。理论设计的计算过程又可分为设计计算和校核计算。设计计算是按照已知的运动要求，载荷情况及零件的材料特性等，运用以一定的理论公式设计零件尺寸和形状的计算过程，如按转轴的强度，刚度条件计算转轴的直径等；校核计算是先根据类比法、实验法等方法初步定出零件的尺寸和形状，再用理论公式进行零件的强度、刚度等校核及精确校核的计算过程，如转轴的弯矩组合强度校核和精确校核等，设计计算多用于能通过简单的力学模型进行设计的零件，校核计算则多用于结构复杂，应力分布较复杂，但又能用现有的分析方法进行计算的场合。理论设计可得到比较精确而可靠的结果，重要的零部件大都选择这种设计方法。 2）经验设计 根据针对某类零件归纳出的经验公式或设计者本人的工作经验用类比法所进行的设计，即经验设计。对一些不重要的零件如不太受力的螺钉等，或者对于一些在理论上不够成熟或虽有理论方法但没有必要进行复杂、精确计算的零部件，如机架、箱体等，通常采用经验设计的方法。 3）模型实验设计 将初步设计的零部件或机器制成小模型或小尺寸样机，经过实验手段对其各方面的特性进行检验，再根据实验结果对原设计逐步进行修改，从而获得尽可能完善的设计结果，这样的设计过程称为模型试验设计。该设计方法费时，昂贵，一般只用于特别重要的设计中。一些尺寸巨大、结构复杂而又十分重要的零部件常采用这种方法。 现代设计方法主要用到了计算机辅助设计cad和pro/e技术，使得所设计零件准确，精度很高。1.5 预期的结果及其作用和意义 在脚踏式压盖机主传动部件设计中，拟定传动方案、绘制运动简图是进行装配图设计必不可少的极为重要的依据，传动装置包含很多部件，如连杆，齿轮，齿条，轴，端盖和各种紧固件和箱体等都能按照计算的寿命和性能进行工作，都达到预期的计算结果。按每天八小时工作制计算，一天能够压盖14000个，适合小型瓶装饮料厂的需求。 在这次设计过程中使得本小组成员明确了各传动件与其它机件的装配或协调关系。如各传动件需和轴、键配装。在零件工作图设计过程中“由粗到细”的进行，以便集中精力解决主要矛盾，并减少了返程工作量。 其作用和意义在于提高了学生工程设计能力，和为以后更复杂的设计工作打下了良好的基础，培养了我们在设计全过程中严肃认真，刻苦钻研，一丝不苟，精益求精的精神，使我们在设计思想，方法和技能各方面都获得较好的锻炼与提高。这次毕业设计是在老师的指导下由我们独立完成的，教师的主导作用在于引导设计思路，启发学生独立思考，解析疑难问题并按设计进度进行阶段审查，由学生发挥设计主动性，主动思考问题，分析问题和解决问题。设计中已正确处理参考已有资料与创新的关系，设计是一项复杂，细致的劳动，通常设计不可能由设计者脱离前人长期经验积累的资料而凭空得到，熟悉和利用已有资料，既可避免许多复杂工作，加快设计进程。同时也是提高设计质量的重要保证。善于掌握和使用各种资料，如参考分析已有的结构方案，合理选用已有的经验设计数据，也是设计工作能力的重要方面。 同时锻炼了我们吃苦耐劳的精神和对所学专业课更深一层的了解和初步掌握分析、设计的能力。使我们得到了必要的基本技能训练，同时培养了我们正确的设计思想和严谨的工作作风。通过本次设计达到了下列基本技能：熟悉了常用的机构组成、工作原理及其特点，掌握通用机构的分析和设计的基本方法，具有了对机构分析设计和零件等计算的能力，并能熟练运用机械设计手册、图册及标准等有关技术资料。2 总体设计2.1 总体方案的分析脚踏式压盖机由主传动装置、压盖装置和送瓶装置三个基本职能部分及操纵控制装置组成。传动装置传送原动机的动力（原动力为人体的重力）、变换其运动，以实现工作装置预定的工作要求，它是机器的主要组成部分。实践证明，传动装置的重量和成本通常在整台机器中占很大的比重；机器的工作性能和运转费用在很大程度上也取决于传动装置的性能、质量及设计布局的合理性。由此可见，在机械设计中合理拟定传动方案具有重要意义。实现工作装置预定的运动是拟定传动方案的最基本要求，但满足这个要求可以有不同的传动方式、不同的机构类型、不同的顺序和布局。这就需要将各种传动方案加以分析比较，针对具体情况择优选定。合理的传动方案除应满足机器预定的功能外，还要求结构简单、尺寸紧凑、工作可靠、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。要同时满足这些要求往往是困难的，因此，首先要保证重点要求。总体设计步骤方案图2-1所示：总功能分解为功能元确定各功能元的原理各功能元原理方案比较与选定设计方案主要部分的分析与解剖总结分析机械总功能图2-1 总体设计步骤方案图2.2 脚踏式压盖机各功能的分析2.2.1 瓶盖得送盖选择自动送盖装置主要完成对瓶盖的输送，将瓶盖送至瓶盖压盖机机头的槽口，以便对瓶盖进行压盖，主要用于大型瓶装饮料厂，自动化生产。瓶盖的定向及送盖有两种形式，一是机械式自动送盖料斗；另一种是电磁振动自动送盖装置。对于第一种是机械式的送盖装置（如图2-2所示），利用机械原理进行送盖，转盘进行机械的搅动，一方面完成对瓶盖的定向，对定向不符合的带回料斗重新定向；另一方面由气压压力将瓶盖吹至压盖机机头槽口，有的是由推杆机构将瓶盖送至压盖机机头槽口。第二种是电磁振动送盖装置，由机械学共振原理，使机构在低临界共振的状态下工作，料斗中瓶盖沿抛物轨迹向前运动，达到送盖的目的。电磁振动送盖装置，如图3所示。盖子放在储盖斗1内，储盖斗内壁上有螺旋形的瓶盖跑道2，储盖斗的底部装有衔铁3，它与装在底盘6上的电磁线圈4是相对应的，整个储盖斗用几组弹片5支撑在底盘6上，而底盘由经减振垫7与机座相连，从而形成了一个近似双自由度的振动模型。当通电后，在激振电磁吸力为正半周时，带动储料斗向下方振动，后半周时，由于电磁铁用半波整流供电，故吸力为零，但储料斗则在弹片的作用下向前上方振动，带动螺旋型跑道上的瓶盖加速运动直至抛起，当储料斗再在电磁吸力的作用下向后下方回振时，瓶盖已经产生了一个小位移。如此的循环，瓶盖就以50hz的激振频率不断的向前跳。脚踏式压盖机主要适应于小型瓶装饮料厂，生产能力有限，瓶盖的供送可由人工将瓶盖送达压盖模的正下方，完成送盖。图2-2 机械式的送盖装置1-储盖斗 2-瓶盖滑道 3-衔铁 4-电磁线圈 5-弹片 6-底盘 7-减震垫 8-送盖口2.2.2 压盖装置的选择大型压盖机由电动机作为动力源，带动压盖机机头按传动系统的一定规律进行压盖，如此机械式就代替了人工（手动或脚踏）压盖，减少了劳动量。脚踏式压盖机则由人的脚踏力作为动力源，带动压盖机机头按传动系统的一定规律进行压盖，代替了手动压盖，省力。2.2.3 送瓶装置的选择压盖机的送瓶装置有：1）由链带输送瓶子，经过螺旋分离限位器1将瓶子有序的隔开，然后在经过进瓶拨轮2使得瓶子按序的进行压盖，进瓶拨轮准确的将瓶子送至压盖机转盘3，然后在转动的过程中，由压盖机机头完成压盖，最后压好盖的瓶子由出瓶拨轮4将其排出。如图2-3所示。3 4 2 1 在传动的过程中，可以看出进出瓶星形拨轮上瓶子中心的线速度为，压盖头中心的线速度为，螺杆输送速度为，则它们的速度是相等的。2）由齿轮齿条输送，经由动力源带动齿条水平移动，自动送瓶，完成压盖后，再由弹簧的回复力将各构件恢复压盖前位置，以此来送出瓶子。图2-3 压盖机的送瓶装置此次设计的是脚踏式压盖机，结构简单，操作方便，宜选用方案2)为送瓶装置。 2.3 主要功能的原理方案及选定2.3.1 传动类型的选择传动机构的类型很多，选择不同类型的传动机构，将会得到不同形式的传动系统方案。为了获得理想的传动方案，需要合理选择传动机构类型。选择传动类型要求实现压盖机的各功能作用。常用传动机构及其性能见表2-1。表2-1 常用传动机构及其性能传动类型传动效率传动比圆周速度外廓尺 寸相对成 本性能特点带传动0.940.96(平带)0.920.97(v带)57525(30)大低 过载打滑，传动平稳，能缓冲吸振，不能保证定传动比，远距离传动0.950.98(齿型带)1050(80)中低传动平稳，能保证固定传动比链传动0.900.92(开式)0.960.97(闭式)5(8)525大中 平均传动比准确，可在高温下传动，远距离传动，高速有冲击振动齿轮传动0.920.96(开式)0.960.99(闭式)35（开式）710（闭式）5200中小中 传动比恒定，功率和速度适用范围广，效率高，寿命长。蜗轮传动0.400.45(自锁)0.70.9(不自锁)880（1000）1550小高 传动比大，传动平稳，结构紧凑，可实现自锁，效率低传动类型传动效率传动比圆周速度外廓尺 寸相对成 本性能特点螺旋传动0.30.6(滑动)0.9(滚动)高中低小中传动平稳，能自锁，增力效果好连杆传动高1中小低结构简单，易制造，能传递较大载荷，耐冲击，可远距离传动凸轮传动低中低小高从动件可实现各种运动规律，高副接触磨损较大摩擦轮传动0.850.95571525大低过载打滑，工作平稳，可在运转中调节传动比 选择传动类型时，应根据主要性能指标：效率高、外廓尺寸小、质量小、运动性能良好、成本低以及符合生产条件等。选择传动类型的基本原则是： 当原动机的功率、转速或运动形式完全符合执行系统的工况要求时，可将原动机的输出轴与执行机构的输入轴用联轴器直接联接。这种联接结构最简单，传动效率最高。但当原动机的输出轴与执行机构的输入轴不在同一轴线上时，就需要采用等传动比的传动机构。 原动机的输出功率满足执行机构要求，但输出的转速、转矩或运动形式不符合执行机构的需要，此时则需要采用能变速或转换运动形式的传动机构。 高速、大功率传动时，应选用承载能力大、传动平稳、效率高的传动类型。 速度较低，中、小功率传动，要求传动比较大时，可选用单级蜗杆传动、多级齿轮传动、带齿轮传动、带齿轮链传动等多种方案，进行分析比较，选出综合性能较好的方案。 工作环境恶劣、粉尘较多时，尽量采用闭式传动，以延长零件的寿命。 尽可能采用结构简单的单级动装置。中心距较大时，可采用带传动、链传动。传动比较大时，优先选用结构紧凑的蜗杆传动和行星齿轮传动。 当执行机构的载荷频繁变化、变化量大且有可能过载时，为保证安全运转，可选用有过载保护的传动类型。 单件、小批量生产的传动，尽量采用标准的传动装置以降低成本，缩短制造周期。根据本次设计任务书以及脚踏式压盖机的各功能能够顺利的实现，选择传动类型为连杆传动。连杆机构是由若干个刚性构件通过低副连接而组成的机构。由于平面连杆机构能够实现多种运动轨迹和运动规律，且低副不易磨损而又易于加工，以及能由本身几何形状保持接触等特点，故得到十分广泛的应用。大至重型机械，小至各种操纵机构和仪表机构，都使用者各种平面连杆机构。连杆机构具有如下特点：连杆机构中构件间以低副相连，低副两元素为面接触，在承受同样载荷的条件下压强较低，因而可用来传递较大的动力。又由于低副元素的几何形状比较简单（如平面、圆柱面等），故容易加工。构件运动形式具有多样性。连杆机构中既有绕定轴转动的曲柄、绕定轴往复摆动的摇杆，又有作平面一般运动的连杆、作往复直线移动的滑块等，利用连杆机构可以获得各种形式的运动，这在工程实际中具有重要价值。在主动件运动规律不变的情况下，只要改变连杆机构各构件的相对尺寸，就可以使从动件实现不同的运动规律和运动要求。连杆曲线具有多样性。连杆机构中的连杆，可以看作是在所有方向上无限扩展的一个平面，该平面称为连杆平面。在机构的运动过程中，固接在连杆平面上的各点，将描绘出各种不同形状的曲线，这些曲线称为连杆曲线。在连杆机构的运动过程中，一些构件（如连杆）的质心在作变速运动，由此产生的惯性力不好平衡，因而会增加机构的动载荷，使机构产生强迫振动。所以连杆机构一般不适于用在高速场合。连杆机构中运动的传递要经过中间构件，而各构件的尺寸不可能做得绝对准确，再加上运动副间的间隙，故运动传递的累积误差比较大。2.3.2 机构选型脚踏压盖机的机构运动简图的方案如下图2-4所示：平面连杆机构 踏板机构踏板机构图2-4 机构方案示意图分析和选择传动机构的类型及其组合是拟定传动方案的重要一环，这时应综合考虑工作装置的载荷、运动及机器的其它要求，再结合各种传动机构的特点和适用范围，加以分析比较，合理选择。传动系统应有合理的顺序和布局。如图2-4所示，为三种传动机构，其各自具体的分析如下：1）图2-4(b),(c)为带传动。带传动承载能力较低，在传递相同转矩时结构尺寸较啮合传动大，但带传动平稳，能缓冲吸震，应尽量置于传动系统的高速级。2）图2-4（a）为连杆机构。由于平面连杆机构能够实现多种运动轨迹和运动规律，且低副不易磨损而又易于加工，以及能由本身几何形状保持接触等特点，故得到十分广泛的应用。3）图2-4（b）为凸轮机构。凸轮机构结构简单、紧凑、设计方便，可实现从动件任意预期运动，因此在机床、纺织机械、轻工机械、印刷机械、机电一体化装配中大量应用。但其点、线接触易磨损；凸轮轮廓加工困难；行程不大。4）图2-4（c）为槽轮机构。槽轮机构结构简单，易加工，工作可靠，转角准确，机械效率高。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。对上述传动方案进行分析，考虑到合理的传动方案除应满足机器预定的功能外，还要求结构简单、尺寸紧凑、工作可靠、制造方便、成本低廉、传动效率高和使用维护方便。要同时满足这些要求往往是困难的，因此，首先要保证重点要求。应选择图2-4（a）方案。3 零件及箱体的设计3.1 压盖机机头的设计压盖机机头工作时，是瓶子在压盖机上移动的过程中，由压盖机机头下降完成压盖。压盖机除了传动原理与结构、齿轮齿条要设计得合理以外，最关键的是压盖机机头。手动（人工）压盖机的压盖头是一种传统的压盖头。这种传统的压盖头的工作原理是当今国内普遍采用的一种形式，其主要特点是：小弹簧负责将压好盖的瓶子顶出，因此弹簧要具备一定的顶出力，对于瓶子若有高低不同时，大弹簧负责进行缓冲补偿 (有的压盖头内无大弹簧、而将大弹簧放在瓶托下面起缓冲作用，其原理与上面是相同的)。 现将传统的手动式的压盖机机头经过改进，形成了一种新型的压盖头，它的工作原理与传统手动（人工）形式有较大的不同。其主要特点是只有顶出弹簧，而无缓冲大弹簧，采用锕球卸荷来消除瓶子过高造成的影响。下面先将手动（人工）压盖形式的工作原理（如图3-1）叙述如下： 1）转动的过程中压盖头沿凸轮辊道下降，导向环对准瓶口，冲头（心杆）10压住瓶子；2）随着压盖头的继续下降，心杆相对地上升至与顶杆6接触后，直到心杆与顶杆7不再相对的运动，此时瓶盖在压盖模12内已经压好；3）瓶子若偏高，外套筒3由于凸轮限制不再升降这时内套筒推动大弹簧向上缓冲；4）压盖头随着凸轮上升，小弹簧5将压好盖的瓶子顶出。这种原理的盖压的松紧程度，由心杆10与顶杆6之间的间隙决定，通过调节转动顶杆来改变间隙的大小。经过改进的新型压盖头（如图3-2所示）的工作原理叙述如下：1）工作地过程中压盖头沿着凸轮的辊道下降，导向环14校正瓶口位置使其准确的套上盖子，此时冲头（心杆）10将压住瓶子；（2）随着压盖头的继续下降，直到心杆与瓶子接触后顶柱不再下降，而压盖头外套筒3通过压环、钢球、螺套9带动内套筒下降，并压缩弹簧组l0，当内套筒相对于顶柱下降约12mm以上时；压盖任务完成；3）若遇到高瓶子时，心杆推动托盘9继续相对内、外套筒上升，直至钢球脱离托盘，由于心杆上端直径比托盘小钢球便由中套筒5上端的斜面推向顶桂。这时，外套筒与内套筒之间不再有刚性传动而是顶柱推着螺套与钢球，螺套带着内套筒继续相对外套筒而上升，甚至钢球可越过(理论上)压环继续上升。4）当压盖头随凸轮上升时，由弹簧组将压好盖的瓶子顶出。这种压盖原理，盖压得松紧程度不能调节，由压盖模内径决定。图3-1 压盖机器头 图3-2 新型压盖头1、2-辊子 3-套筒 4、5、8-弹簧6-顶杆 7-顶杆套 9-螺套 10-冲头(心杆)11-压头 12-压盖模 13-槽口 14-导向环3.2 连杆的设计 平面连杆机构运动设计的任务是：在运动方案设计(即型综合)的基础上，根据机构所要完成的运动而提出的设计条件(运动条件、几何条件和传力条件等)确定机构的运动学尺寸(一般又称尺度综合)，画出机构运动简图。设计方法有如下三种：1）实验法：用作图试凑或利用图谱、表格及模型实验等来求得机构运动学参数。此种方法直观简单，但精度较低，适用于精度要求不高的设计或参数预选。2）几何法:根据几何学原理，用几何作图法求解运动学参数的方法。该法直观、易懂，求解速度一般较快，但精度不高。适用于简单问题或对精度要求不高的问题求解。3）解析法:这种方法是以机构参数来表达各构件间的函数关系，以便按给定条件求解未知数。此法求解精度高，能解决较复杂的问题。随着计算机的广泛应用，这种方法正在得到逐步推广。在此连杆的设计采用实验法，用作图试凑来设计连杆，以达到连杆的运动要求。连杆的结构尺寸参照图3-3所示：图3-3连杆零件图3.3 齿轮齿条的设计3.3.1 齿轮齿条传动设计 齿轮齿条机构的设计就是将连杆的上下移动转换为水平运动，以此来实现预定的功能。一般设计中取zzmin,齿数多则重合度大，传动平稳，且能改善传动质量、减少磨损。若分度圆直径不变，增加齿数使模数减少，可以减少切齿的加工量，节约工时。但模数减少会导致轮齿的弯曲强度降低。具体设计时，在保证弯曲强度足够的前提下，宜取较多的齿数。闭式软齿面传动的失效形式是齿面点蚀，推荐z=24-40。在此次齿轮的设计时选取z=30。模数的大小影响轮齿的弯曲强度，对于传递动力的齿轮m1.5mm，此处模数选取为2.5，足够保证轮齿的弯曲强度。3.3.2 齿轮齿条的设计与计算1）齿轮的设计设模数m=2.5，z=30，=20，其宽选择30mm，计算如下：hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)2.5=3.125mmd=mz=2.530=75mmda=d+2ha*=75+21=77mmdf=d-2hf=75-23.125=68.75mm2）齿条的设计设模数m=2.5，z=20，=20，其宽30mm,计算如下： p=m=7.85mm l=pz=157mm ha= m ha*=2mm hf= m (ha*+c*)=3.125mm3.4 弹簧的设计3.4.1 弹簧的选择按承受载荷的不同，弹簧分为拉伸弹簧、压缩弹簧、扭转弹簧和弯曲弹簧；按弹簧外形的不同又可以分为螺旋弹簧、碟形弹簧、环形弹簧、板弹簧等；按弹簧材料的不同弹簧分为金属弹簧和非金属弹簧。本次设计中所选用的是圆柱螺旋压缩弹簧，弹簧的材料为碳素弹簧钢，并且选择圆截面压缩弹簧，此种弹簧刚度稳定，结构简单，制造方便，应用也最为广泛。弹簧的主要计算公式由表3-1列出：表3-1圆柱螺旋（拉、压）弹簧基本几何参数计算式几何参数压缩弹簧拉伸弹簧簧丝直径d由强度计算确定旋绕比c弹簧中径d2弹簧外径d弹簧内径d1弹簧间距dd = 0压缩弹簧余隙d1d1 0.1d弹簧节距t（0.280.5）d2t = d弹簧有效圈数n由刚度计算确定弹簧总圈数n1n1 = n+(1.52.5)弹簧自由高度h0两端并紧、磨平 两端并紧、不磨平 h0 = nd + 钩环轴向长度弹簧的展开长度ll = pd2n + 钩环展开长度螺旋升角a（对压缩弹簧推荐a = 59）3.4.2 弹簧的尺寸计算 1）选择弹簧材料确定许用应力根据工作条件选择碳素弹簧钢丝级，因，属于类载荷，初设簧丝直径，查得，根据，取 2）计算簧丝直径 依题意由表查取，则外径 满足要求。旋绕比 确定曲度因子，由式得，由公式计算簧丝直径z，并相差较多，故重设，查得，故取仍取，则外径，满足题意要求。旋绕比 再由得与相差很少，故取，符合标准系列。 3）求所需弹簧圈数由公式可知查得，由式得圈取有效圈数。3.5 箱体的设计 箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，此外还应考虑以下问题： 1）满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 2）散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。 3)结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。 4)工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 5)造型好、质量小。箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为结构包容法，当然还应考虑外部有关零