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塑料药瓶的封膜及旋盖机构设计【全套7张CAD图纸+毕业论文】【原创资料】

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摘要

着生产和流通的日益社会化，现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。

科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。特别是机械化，自动化设备的普遍应用，更为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营销，提高了产品在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。

本课题重点研究的基本内容是全自动塑料药瓶包装机，包括封口系统，运输系统、理盖系统、充填系统等构成，是一条完整的生产线，本设计主要是对封口系统进行分析、设计。其中本设计的包装机的封口系统包括封膜机构和旋盖机构。此设计中需设计一个旋盖头，执行升降轴、封膜的切断装置、选装定位的行星盘及键、轴承、弹簧的计算选用及校核。

关键词：包装机械；现代化；封膜机构；旋盖机构

ABSTRCT

With sociality and modernization of manufacture and circulation, especially since half of century produce packing has developed at high speed. At the same time, it is important for produce industry to packing.Development of science and technology throw great impact on all industry in our sociality, especially devices that realize the mechanizing and automation have been widely used, so produce packing has also been poured into great vigor. Nowadays, almost much of produce packing to mechanical operation. This change not only lowers people’s intensity of labor, but also increases, produce speed, and raise productivity, at the same time, the style of produce packing has also been made better and innovated, that not only improves produce competitiveness at market but also achieve enormous economical benefit for factory.

The basic content of this paper is the study of the fully automatic plastic bottle packaging machine, including sealing system, a transportation system, sorting system, filling system, is a complete production line, the main design of the sealing system analysis, design. The sealing system of packaging machine of this design include film sealing and capping mechanism. A capping head design of the design, execution, lifting shaft sealing film cutting device, optional location of the planetary disc and bond, bearing, spring selection and checking calculation.

KEY WORDS：Package Machine；Modernize Up；Film Sealing Mechanism；Capping Mechanism

摘要2

ABSTRCT3

第一章绪论5

1.1 课题背景5

1.2 包装机概述7

1.2.1包装机械概述7

1.2.2我国包装机械的现状与发展7

1.2.3包装机械的特点及发展方向8

1.3 效益分析与环保分析11

1.4 包装设计的重要性11

第二章塑料药瓶包装机的设计任务13

2.1塑料药瓶自动包装机的设计意义13

2.2主要研究设计内容13

2.3研究的方法与技术路线14

第三章塑料药瓶的封膜机构设计16

3.1 封膜机构的介绍16

3.2 封膜机构的组成16

3.3 封膜机构的弹簧设计17

第四章塑料药瓶的旋盖机构设计20

4.1 旋盖机构的介绍20

4.2 旋盖机构设计方案20

4.2.1 送瓶部分的结构方案确定21

4.2.2 装盖环节的设计21

4.2.3 旋盖部分的结构方案22

4.2.4 出料的方案22

4.2.5行星转盘的设计以及计算22

4.2.6转盘电机的选择23

4.2.7 旋盖电机的选型计算25

4.2.8 永磁体的选择26

4.3 支架的设计校核26

4.4料仓的设计校核27

结论30

致谢31

参考文献32

第一章绪论

1.1 课题背景

包装是一门新兴学科,它是现代商品生产储存、销售和人类社会中不可缺少的重要组成部分。关于包装的定义,起初过去只是认为能很好的保护内容品即可。然而随着技术水平和生产力能力的提高，今天的包装不仅仅是将内容品包好而已，同时它还是一种保存容器，一种输送容器另外还可以促进产品的销售。我国包装定义如下：为保护产品，方便运输，促进流通按一定的技术方法而采用的容器，材料及辅助物的总称，也指为了达到上述的目的而采用容器材料及辅助物的过程中施加一定技术方法操作等的活动。随着人们生活水平的提高，人们对包装这个概念有了越来越深的认识，包装的重要性有了越来越深的体现。无论在国内或国外，包装工业涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易和国防建设都带来深刻的影响。我国包装工业起步较晚，虽然近几年发展较快，但仍然落后于英美等发达国家，尽快发展我国的包装工业需要全民族的努力。

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内容简介：: ntsntsntsntsntsnts 本科毕业设计（论文）题目塑料药瓶的封膜及旋盖机构设计学院机械与汽车工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号学生姓名指导教师开题日期 2014 年 4 月 3 日 nts 摘要着生产和流通的日益社会化，现代化，尤其是半个世纪以产品包装得到了飞速的发展，在市场商品交换的重要地位也越来越来突出，目前，已普遍引起人们的重视。科技的发展在当代社会各个不同的领域都产生了深远的影响。特别是机械化，自动化设备的普遍应用，更为这些领域增添了活力，包装业也不例外。现在大部分的包装过程已有手工作业转变为机械化作业。这不仅仅降低了人的劳动程度，而且也加快了生产速度，提高了生产率，同时也使包装的形式在不断的改进、革新，使广大的消费者普遍能够接受。这在客观上促进了产品的营销，提高了产品在市场上的竞争力，也可以为企业带来高额的利润。本课题重点研究的基本内容是全自动塑料药瓶包装机，包括封口系统，运输系统、理盖系统、充填系统等构成，是一条完整的生产线，本设计主要是对封口系统进行分析、设计。其中本设计的包装机的封口系统包括封膜机构和旋盖机构。此设计中需设计一个旋盖头，执行升降轴、封膜的切断装置、选装定位的行星盘及键、轴承、弹簧的计算选用及校核。关键词：包装机械；现代化；封膜机构；旋盖机构 nts ABSTRCT With sociality and modernization of manufacture and circulation, especially since half of century produce packing has developed at high speed. At the same time, it is important for produce industry to packing.Development of science and technology throw great impact on all industry in our sociality, especially devices that realize the mechanizing and automation have been widely used, so produce packing has also been poured into great vigor. Nowadays, almost much of produce packing to mechanical operation. This change not only lowers peoples intensity of labor, but also increases, produce speed, and raise productivity, at the same time, the style of produce packing has also been made better and innovated, that not only improves produce competitiveness at market but also achieve enormous economical benefit for factory. The basic content of this paper is the study of the fully automatic plastic bottle packaging machine, including sealing system, a transportation system, sorting system, filling system, is a complete production line, the main design of the sealing system analysis, design. The sealing system of packaging machine of this design include film sealing and capping mechanism. A capping head design of the design, execution, lifting shaft sealing film cutting device, optional location of the planetary disc and bond, bearing, spring selection and checking calculation. KEY WORDS： Package Machine； Modernize Up； Film Sealing Mechanism； Capping Mechanism nts 目录摘要 . 2 ABSTRCT . 3 第一章绪论 . 5 1.1 课题背景 . 5 1.2 包装机概述 . 7 1.2.1包装机械概述 . 7 1.2.2我国包装机械的现状与发展 . 7 1.2.3包装机械的特点及发展方向 . 8 1.3 效益分析与环保分析 . 11 1.4 包装设计的重要性 . 11 第二章塑料药瓶包装机的设计任务 . 13 2.1塑料药瓶自动包装机的设计意义 . 13 2.2主要研究设计内容 . 13 2.3研究的方法与技术路线 . 14 第三章塑料药瓶的封膜机构设计 . 16 3.1 封膜机构的介绍 . 16 3.2 封膜机构的组成 . 16 3.3 封膜机构的弹簧设计 . 17 第四章塑料药瓶的旋盖机构设计 . 20 4.1 旋盖机构的介绍 . 20 4.2 旋盖机构设计方案 . 20 4.2.1 送瓶部分的结构方案确定 . 21 4.2.2 装盖环节的设计 . 21 4.2.3 旋盖部分的结构方案 . 22 4.2.4 出料的方案 . 22 4.2.5行星转盘的设计以及计算 . 22 4.2.6转盘电机的选择 . 23 4.2.7 旋盖电机的选型计算 . 25 4.2.8 永磁体的选择 . 26 4.3 支架的设计校核 . 26 4.4料仓的设计校核 . 27 结论 . 30 致谢 . 331 参考文献 . 332 nts 第一章绪论 1.1 课题背景包装是一门新兴学科 ,它是现代商品生产储存、销售和人类社会中不可缺少的重要组成部分。关于包装的定义 ,起初过去只是认为能很好的保护内容品即可。然而随着技术水平和生产力能力的提高，今天的包装不仅仅是将内容品包好而已，同时它还是一种保存容器，一种输送容器另外还可以促进产品的销售。我国包装定义如下：为保护产品，方便运输，促进流通按一定的技术方法而采用的容器，材料及辅助物的总称，也指为了达到上述的目的而采用容器材料及辅助物的过程中施加一定技术方法操作等的活动。随着人们生活水平的提高，人们对包装这个概念有了越来越深的认识，包装的重要性有了越来越深的体现。无论在国内或国外，包装工业涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易和国防建设都带来深刻的影响。我国包装工业起步较晚，虽然近几年发展较快，但仍然落后于英美等发达国家，尽快发展我国的包装工业需要全民族的努力。目前，我国的塑料药瓶包装设计企业大部分规模偏小， “ 小而全 ” 是其主要特征之一，同时存在着不顾行业发展要求，重复生产那些成本低、工艺水平比较落后、易于制造的机械产品，行业内目前大约有 1/4的企业存在低水平重复生产现象。这是对资源的极大浪费，造成包装机械市场的混乱，阻碍行业的发展。多数企业年产值在几百万元到 1000 万元之间，低于 100 万元的企业为数还不少。每年有近 15%的企业转产或倒闭，但又有 15%的企业加入这个行业，极其不稳定，现象阻碍了行业发展的稳定性。随着科学技术的不断发展，各种塑料药瓶、水产加工品的出现，对塑料药瓶包装技术和设备都提出了新的要求。目前，塑料药瓶包装机械竞争日趋激烈，未来的塑料药瓶包装机械将配合产业自动化，促进包装设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的塑料药瓶包装设备。实现塑料药瓶包装机械机电一体化。传统的包装机械多采用机械式控制，如凸轮分配轴式，后来又出现了光电控制、气动控制等控制形式。但是，随着塑料药瓶加工工艺的日益提高，对包装参数的要求不断增多，原有的控制系统已难以满足发展的需要，应采用新的技术改变塑料药瓶包装机械的面貌。当今的塑料药瓶包装机械是集机、电、气、光、磁于一体的机械电子设备，在设计时，应着力于提高包装机械的自动化程度，将包装机械的研发与计算机nts 结合，实现机电一体化控制。机电一体化的实质就是从系统观点出发，运用过程控制原理，将机械、电子与信息、检测等有关技术进行有机组合，实现整体最佳化。总体讲，它是将微机技术引入到包装机械，应用机电一体化技术，开发智能化包装技术，按产品自动包装工艺要求组合成全自动包装系统进行生产，生产过程的检测与控制、故障的诊断与排除将实现全面自动化，实现高速、优质、低耗和安全生产。可用于水产加工塑料药瓶的精确计量、高速充填和包装过程自动控制等，将使包装机械结构大为简化，提高包装产品质量。如最常见的塑料袋封口机，其封口质量与包装材料、热封温度和运行速度等有关。如材料 (材质、厚度 )发生变化，那温度和速度也要随之改变，但变化多少却难把握。如采用微机控制，将各种包装材料的封口温度和速度的最佳参数匹配输入微机存储器，再配上必要的传感器，组成自动跟踪系统，这样，不管哪个工艺参数改变，都能保证最佳的封口质量。采用新技术，建立自动化、多样化、多功能集成化的包装机械新体塑料药瓶包装机械其技术发展趋势主要体现在高生产率、自动化、单机多功能、多功能组成生产线、采用新技术上。如 :多工位制袋真空包装机，其制袋、称重、充填、抽真空、封口等多种功能可在一台单机上完成；功能不同、效率相匹配的几种机器可组合成为功能较齐全的生产线，如法国 CRACECRYOYA 和 ISTM 公司研制的鲜鱼真空包装生产线。采用相关新技术，在包装方法上大量采用充气包装取代真空包装，将充气成分、包装材料与充气包装机三方面的研究紧密结合起来；在控制技术上，更多地应用计算机技术和微电子技术；另外，随着包装从单一技术转向与加工相结合研究取得进展，应将包装技术领域延伸到加工领域，开发包装、加工一体化的塑料药瓶加工包装设备。适应国际市场要求，开发设计绿色包装机械。加入 WTO 后，国际包装机械行业竞争日益激烈，国外的绿色贸易壁垒对塑料药瓶包装设计机械行业提出更高的要求，所以，必须改变传统的包装机械设计及开发模式，在设计阶段考虑到使包装机械在其全生命周期中(设计、加工制造、装配、使用、维修直至废弃后处理处置过程 )对环境无影响或影响最小化、资源低耗、易于回收等 “ 绿色特征 ” ，以提升我国包装机械的核心竞争力。印刷用油墨在内的关键原材料及其供应方目录应进行备案，以便对批量生产的塑料药瓶包装容器类产品进行监督控制，使消费者能够买到保证安全、放心的产品。因为千千万万消费者每天要食用的塑料药瓶药品，必须使用不仅能保护内容物不受病毒、病菌污染的软塑包装材料，还要求软塑包装材料本身符合安全卫生的规定，避免包装材料污染所包装的塑料药瓶、药品，故保证塑料药瓶包装的卫生安全性乃是当务之急。 nts 1.2 包装机概述 1.2.1 包装机械概述包装机械即完成部分包装过程的一类机器，现代工业生产，如塑料药瓶、轻工、医药、化工、电子和国防等生产中，主要包括三大基本环节，即原料处理、中间加工和产品包装。包装机械是产品包装实现机械化、自动化的根本保证，因此包装机械在现在工业生产中起着重要的作用。近半个多世纪以米随着生产与流通日益社会化、现代化产品包装正以崭新的面貌倔起，受到人们普遍重视。现代包装的基本含义是：对不同批量的产品，选用某种有保护性、装饰性的包装材料或包装容器并借助适当的技术手段实施包装作业以达到规定的数量和质量 ,同时设法改善外部结构，降低包装成本 ,从而在流通直至消费的整个过程中使之容易储存搬运 ,防止产品破损变质 ,不污染环境 ,便于识别应用和回收废料 ,有吸引力，广开销路，不断促进扩大再生产 .大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高度灵活性 (或称柔性 )的自动包装线，不仅体现了现代生产的发展方向 ,同时也可获得巨大的经济效益 . 例如 : 1) 能增加花色品种，改善产品质量，加强市场竞争能力 . 2) 能改善劳动条化避免污染危害环境。 3) 能节约原树林减少浪毁，降低成本。 4) 能提高生产效率，加速产品的不断更新。由此可见实现包装机械化和建立现代包装工业，乃是关系到国家长远规划的一件大事 ,也是搞好社会主义四个现代化的一项重要内容 1.2.2 我国包装机械的现状与发展我国包装工业起步较晚，虽然最近一些年发展很快，成就也很大，但与发达国家相比无论在产品品种，技术水平和产品质量方面都有很大差距。包装机械产品的性能，外观质量有一定的差距；一些高新技术在我国包装机械行业才刚刚开始采用；另外我国包装机械产品品种有很大的缺口。因此我们必须采用强有力的措施，进一步加快包装机械行业的发展速度，为早日赶上世界先进水平而奋斗！我国包装机械工业的发展趋势：引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批包装机械骨干企业；大多数企业要nts 重点发展小型包装机械；在包装机械生产中，大量引入高新技术，以满足重点商品的包装为出发点，发展包装机械新品科。 1.2.3 包装机械的特点及发展方向包装机械是特殊类型的专用机械。由于包装物品的多样性和人们对包装质量的较高要求形成了包装机机构复杂，动作精确，运动速度快，工位多，工作协调可靠，故障发生率低等特点。因此要设计改善自动包装机及自动包装线的整机造型，总体布局。国外包装机械的发展经历了以下几个阶段：简单机械化，初级自动化，自动包装生产线，电脑控制的高度自动化生产线。经过 50 年的发展，国外包装机械的工业形成了独立完整的体系，成为机械制造业的一个重要分支，有以下几个特点：包装机械生产稳定增长；包装机械门类齐全，品种繁多；包装机械生产自成体系，包装机械的主要用户行业为塑料药瓶生产，饮料饮品，家庭清洁用品和化妆品产业，烟草业，医药用品等。近年来表明塑料药瓶行业对包装机械的需求增大。塑料药瓶产业的发展推动了包装机械更新换代，从而推动包装机械科技的投入和科研的快速发展。我国包装机械的发展方向： (1)在发展专用机机种的同时，积极开发通用包装机。包装机械在发展专用机种的同时，为满足现代包装的实际需要，正在不断扩大其通用能力，积极开发各种通用包装机。研制通用包装机的目的，一是要适合被包装物品包装材料和包装形式的多样化；二是要照顾到制造使用单位的技术力量，设备配备和生产成本，因而国际包装节日益重视包装机的通用性，以便借助有限的机械设备获得较大的经济效益。（ 2）包装机械日益连动化、高速化、自动化。根据我国的实际情况既要大力研制先进的全自动半自动的包装机，还要对某些行之有效，小巧的手动包装工具与装置给以足够的重视 ,以以发挥其相辅相成的作用。包装自动化的高低会直接影响产品的质量，能量的消耗，操作环境和劳动生产率。实践表明搞好包装自动化不但离不开机电光液气（包括射流）等常规手段相互渗透和配合，同时要因地制宜的吸收对改进包装机械确实有价值的部分，使之保持一定的生命力。包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术装备 ,以完成所要求的产品包装工艺过程。为了对包装机械的发生和发展找出规律性认识并制订适当的对策，有必要深入地了解它的一些特点。包装机械为特殊类型的专业机械，机种繁多，综合研究工艺、材料、设各乃是开拓包装新技术的根本途径。首先指出，包装物品不仅花色品种多，而且大都是可变化的，如nts 不同粘度的液体 ,不同粒度的散体和各种片状、块状、束状、环状及异形的物体等。而正人们对塑料药瓶、药品、日用消费品等的包装还常提出更多更高的要求，以致在客观上便形成了包装机械突飞猛进、更新较快的局面。任何事物之间总有它们的共性与特性。若能按照具体条件探索出一种模块化 (或称积木式 )的包装机械体系，通过适当改变模块的组合使之具有不同的功能和生产能力，那么必会有助于简化设备构造，实现设计制造的计算机化，缩短工作周期，降低生产成本，增强市场竞争能力 ,如有的制袋成型充填机 ,只配备几种加料装置就实现了一机多用。鉴于大多数包装机机构复杂、动作精确、远行速度快、工位多 ,所以应力求其工作协调可靠 ,尽量少发生故障和误动作。为此，要设法改善自动包装机及自动包装线的整机造型、总体布局、故障显示和安全防护等措施。包装材料是包装工业的基础。选择合适的包装材料为有效地利用资源，提高生产与运输效率 ,节约能耗 ,降低成本和广开销路创造了有利的条件 .在一般情况下纸木、塑料 ,玻璃 ,陶瓷、金属等材料均各有其利弊，应按具体条件经综合分折而决定取舍。从五十年代路有机合成、金属治炼等工业部门取得了迅速发展并给包装工业部门提供了相当丰富的新型材料、容器 ,涂料、油墨和粘合剂 .从而使包装的技术方法、结构设计和所用的机械设备产生了革命性的变化。例如拉伸包装、收缩包装、喷雾包装、真空充气包装 ,热成型包装、压敏贴标、高频热封等新技术和新装备就是在那个时期应运而生的。当前，液体软包装尤其是无菌软包装发展很快 .借助塑料、铝箔、纸及其多层复合材料制作的各种形式的袋、管、杯、瓶、罐 ,大都用于充填果汁、牛奶、酱类、油脂、冰淇凌、洗涤剂和化妆品等面条。其优点是，保护作用好 ,便于储藏、运输、携带、使用，而且资源丰富，成本低 ,能回收处理。但是，对于一般用途的大型容器 ,为增强牢固性和刚性，有的则以硬质塑料来代替 .今后 .根据旅游、地质勘探 ,国防建设的实际需要还得大力研究方便塑料药瓶和方便口粮等包装新技术，随之将进一步促进包装机械的革新与创造。从发达国家生产的包装机械水平来看，国际包装界普遍认为，提高包装机械系列化标准化和通用化水平，建立组合化、机电一体化的现代包装机械的结构体系仍是今后一个重要的发展方向。如卧式枕型包装机，现已形成拥有完整系列及品种的组合化设备。只要更换主要操作部件，适当调整有关参数。便可在较宽的尺寸范围内卷筒式柔性材料完成块片、棒状以及外形不规则的单个或多个物品的包装。不少机种具有一机多用之特点，既可以进行一般的枕型包装，又能用于收缩包装。开发与主机配套的辅助装置是扩充主机功能的重要一环。针对不同面条开发的各式各样的面条供送装置供用户选用，可提高包装机的工作效nts 率。如瑞士 SIG 公司生产的饼干喂料装置达十多种 ;日本富士株式会社生产的糖块供送装置，可将一堆杂乱的糖块逐一有序地送人包装工位。开发不同类型和机械设备的高速化是实现人类社会高速发展的根本措施，是提高设备生产率的主要途径，故包装机的工作速度是衡量其性能优劣的重要指标。如今啤酒灌装机的灌装速度高达每小时 10 万瓶，日本产 NW - 405型卧式枕型包装机的包装速度已达每小时1.5万包。当然机械设备的高速化要受到多种客观因素的制约，必须综合权衡设备的使用量、劳动生产率、工作寿命、工作环境以及材料与能量的消耗等方面的利弊，才能做到工作速度的最佳选择。包装机械的高速化，随之对相应设备的联动化和自动化提出了更高的要求。微电子技术和检测元件的发展和利用，提高了产品的包装质量，也提高了包装机的自动托程度。通常包装机的生产速度越高，对执行机构的动作同步性和协调性要求越严。为保证包装作业能够可靠地进行，自动包装机应具有故障诊断和显示功能，推行在线的自动检测与控制。据国外有关单位估计，因机器发生故障而造成停工的时间， 80%用于寻找故障原因， 10%用于寻找排除故障方法，检修操作时间仅占 10%现在英国 Kister 工厂生产的热收缩包装机都设有“自我诊断”电子设备，这种设备已有系列产品付诸实用。为进一步提高包装设备的生产率，必须开发与包装机主机相配套的辅助装置，以减少中间贮存节环所占用的空间和人力。将自动包装机的主机与面条供送装置、整理装置、成品堆放装置、打印装置等相关设备按生产工艺过程要求，连接成连续化生产的包装自动线，这就要求各台相关设备动作协调，需精确、可靠、先进的检测控制技术来保证。由于包装机械动作复杂而频繁，执行元件较多，若采用传统的继电器控制电路会导致设备的故障率高，动作不准确、包装质量不稳定、停机维修时间多等弊病。因此，研制和发展包装机时，重视高新技术的应用，是提高其先进性、可靠性的主要途径。今后应大力开发以下技术。 1) 微机控制技术 2) 模糊优化控制技术 3) 新型执行机械 4) 新型传动系统 5) 传感器的研究与开发 6) 在线显示技术 7) 现代设计方法 nts 8) 现代制造技术 9) 先进的新工艺将材料 ,工艺 ,技术三结合是开拓发展机械的根本途径 . 1.3 效益分析与环保分析目前我国包装机械还处于小批量生产阶段。其成本相对较高。每台售价可达到30000 200000元之间。但它的需求量逐日增加，很有生产的前景。其价格与其生产的效益成正比，是值得推广的。在生产过程中无污染，安全可靠。由于其包装材料多为塑料，有一定的污染。 1.4 包装设计的重要性无论在国内和国外，包装已涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易以及国防建设等都带来了深刻的影响。随着人民生活水平的不断提高，物质和精神生活上都有了更高的要求，很难想象现代生活中如果没有了包装会是什么样的，但是我国的包装业起步相对来说还是比较晚的。在二十世纪英、美等发达国家就已经利用包装作为促销商品的手段，尤其是在二十世纪三十年代的世界性经济危机中，美国普遍利用近代包装技术作为商品广告的媒介，大大的促进了商品的推销，在美国包装工业是仅次于汽车钢铁等的第四大产业，我国的包装工业与发达国家比较起来可以说还处于很幼稚的阶段。为了快速的发展我国的包装工业，需要加快步伐研制出适合中国国情的先进的包装设备。目前国内的不少厂家引进了一部分国外的设备，但是由于吸收跟消化都跟不上，带来了一系列的问题：比如工人素质问题，原材料问题，零部件配套问题等等等等所以说目前进行包装机方面的探讨研制出适合我国国情的、集几点液一体的机械设备势在必行。对于做毕业设计的学生来说，毕业设计无疑是一次很好的学习和锻炼自己的机会。毕业设计是对四年来所学知识的一个总结和融会贯通。以前所学的全都是课本上的理论性的知识，而这样的一次毕业设计使我们将课本知识和实际问题紧密的联系到一起了，综合的运用了所学的理论知识和技能。另外通过做毕业设计还提高了我们分析问题和解决问题的能力；培养收集、阅读和分析参考资料，运用各种标准和工具书，编写技术工作文件的能力；培养实验研究，运算和数据处理能力；培养翻译外文资料的能力，进一步培养学生的计算和制图等基本技能。对于即将走向工作岗位的同学门nts 来说，无疑是一次很好的锻炼机会，给以后的工作奠定了坚实的基础。所以毕业设计对每位毕业生来说都是非常重要的，是大学生活中不可缺少的一个重要的环节。虽说我们的这次设计只能作为一次练习，但是我个人认为这的确是一次具有实际意义的设计练习。所以我们必需要认真的对待这次的实际任务，努力的完成好这次设计的任务。本课题重点研究的基本内容是全自动塑料药瓶包装机，包括封口系统，运输系统、理盖系统、充填系统等构成，是一条完整的生产线，本设计主要是对封口系统进行分析、设计。其中本设计的包装机的封口系统包括封膜机构和旋盖机构。此设计中需设计一个旋盖头，执行升降轴、封膜的切断装置、选装定位的行星盘及键、轴承、弹簧的计算选用及校核。 nts 第二章塑料药瓶包装机的设计任务 2.1 塑料药瓶自动包装机的设计意义包装产品被充填入包装容器后，封口是不可缺少的包装工序，有利于包装产品的运输、销售陈列，并且随着食品，医药产业的发展，对产品的密封提出越来越高的要求，完善的密封不仅可以延长食品，医药产品的保质期，而且可以避免食品中营养的流失。本设计的药品包装机的封口系统主要针对玻璃瓶或 PET瓶的螺纹盖封口。这种密封机构对瓶和盖都有一定的要求，瓶盖一般要求为内螺纹，瓶口为外螺纹，通过旋盖头的旋转将瓶盖固定在瓶头。这种封口方式由于封装和开启都很方便，所以被广泛应用于不含气体的饮料，调味品，药品和化妆品等。但是我国的包装机械发展还处于初级阶段，对包装机械的设计和研发没有太多的经验与理论基础，很多机器只是对外国现有机器的仿绘，没有自主研发的知识产权，机器一旦出现问题，解决起来十分困难，而且要对机器进行改进也无从下手，目前总体来看，我国的包装机械主要存在以下两方面的问题 :其一，自动化程度低，很多国外的包装机从原料进入到成品出来，基本全部自动化，而我国的包装机械自动化程度还很低，很多环节需要人工辅助其二，效率低下，很多国外的包装机械的生产效率是国内机械生产效率的几倍甚至是几十倍。本课题就是顺应我国的时代需求，针对上述的这些问题而提出的，通过对药品包装机旋盖头运动的深入研究，找出影响包装机封口机构稳定工作的各个因素，通过忽略次要因素，控制主要因素，对各个主要因素的参数进行优化，从而实现高自动化，高效率，高精度，低废品率，低污染经济适用的封口机构。并通过分析找出各个参数之间的相互影响关系，为以后包装机的设计提供一定的理论依据和参考。 2.2 主要研究设计内容研究的基本内容：全自动塑料药瓶包装机包括封口系统，运输系统、理盖系统、充填系统等构成，是一条完整的生产线，本设计主要是对封口系统进行分析、设计。其中本设计的包装机的封口系统包括封膜机构和旋盖机构。 nts 此设计中需设计一个旋盖头，执行升降轴（需计算和校核）、封膜的切断装置、选装定位的行星盘及键、轴承、弹簧的计算选用。药瓶参数：（如下图 2-1、图 2-2）生产能力 :45瓶 /分钟 ; 瓶盖尺寸 :直径 34 36mm;高 17 20mm; 瓶子尺寸 :直径 40mm;高 68mm 70mm; 图 2-1 瓶盖图 2-2 瓶子工艺路线：供送瓶和封口膜封膜供送瓶和盖旋盖送出产品拟解决的主要问题：封膜结构的设计：应解决瓶口和膜的接触时间和接触时的压力，不然无法让膜与瓶口黏合在一起。旋转机构的设计：旋盖头应有足够的力使瓶盖与夹爪夹紧，且瓶盖和瓶头旋紧后又不至于将药瓶带走。旋紧时的力要合适，过紧会让用户不易开瓶，影响顾客使用，过松则会使瓶内的药瓶密封受到影响。 2.3 研究的方法与技术路线研究方法：先在网上和工厂了解此类设备的发展情况，是怎样进行辅助工人工作的。对照本设计的研究方向，参考文献资料进行创新设计使其更能有效、高效、安全的运行。对nts 本设计进行简单模拟，看有无干涉，是否合理，进行优化。技术路线：本设计采用查阅资料的方法为主，通过一些文献为方向，进行思路导向，对于一些机构则采用实物拆分测绘的方法进行理解和设计，两种设计路线相结合，更加快捷、高效的对包装机有更深的理解。主：辅：查阅资料设计草图三维建模模拟装配检查合理性确认设计方案初拟设计方案实物拆分进行测绘结合本设计三维建模确认方案 nts 第三章塑料药瓶的封膜机构设计 3.1 封膜机构的介绍塑料薄膜及其复合材料是包装机中最常用的封膜包装材料，特别是多层复合薄膜，因为它的气密性良好以及高强度而广泛应用于药品包装中。塑料薄膜的封口采用热融封合的方法，具体操作是：对塑料薄膜的两个接触面加热，使其处于熔融的热塑化状态，再给封接部位施压，使薄膜两个封接面融合密封牢固。影响封合质量的因素主要是加热温度、封合压力和和作用时间。热融封合的方法有多种形式，最常用的是电阻加热法和脉冲加热法，另外还有高频电加热封合、超声波加热封合、电磁加热封合和红外线加热封合等。每种方法均适用于一定品种范围的塑料材料。在装填包装机中，广泛应用电阻加热的热融封合方法，因其具有机构简单，调控方便的特点。而且，用于包装的薄膜主要是聚乙烯及其复合材料居多，也就是说主要以聚乙烯为热封合材料，因此用电阻加热封合法是完全能满足要求的。 3.2 封膜机构的组成图 3-1 封膜机构 nts 封膜机构由弹簧，定位盘、动力轴、压紧环、固定套、发热板等部分组成。如图3-1所示的封膜机构。 3.3 封膜机构的弹簧设计弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。螺旋扭转弹簧是扭转弹簧中最常用的一种。盘簧具有较多的圈数、变形较大、储存能量也较大的特点，多用于压紧及仪表、钟表的动力装置。板弹簧能承受较大的弯曲作用，常用于受载方向尺寸有限制而变形量又较大的场合。由于板弹簧有较好的消振能力，所以在汽车、拖拉机和铁路车辆的悬挂装置中均普遍使用这种弹簧。如图 3-2 所示：图 3-2：弹簧弹簧材料直径 d 1.6pn CKP 许用切应力 p 根据类载荷按机械设计手册表中选取，弹簧指数 C=D/d是反映弹簧特性的重要指标 ,如果 C5，回使卷绕弹簧困难，弹簧工作时内侧将产生过大的应力。反之 C 值太大弹簧直径就越大，使弹簧不稳定，设计弹簧时通常先选一个 C 值，一般选 4 C 16。一般假定 C=5-10 K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C nts 根据弹簧应用的实际情况可知主动爪弹簧是类弹簧所受循环载荷作用次数在10 的 6 次方以上，弹簧材料用 60Si2Mu，端部并紧磨平支撑圈为 1 圈，在次情况下的许用切应力 p=340MPa。假定 C=8。 K=1.184。 d 4.5 圆整得 d=4.7 弹簧直径为： D=16.5mm 旋绕比 C=9.6 K=1.151 查表： 7-2-19 得： Pd=9.5 弹簧有效圈数 n= Pd /P=3.17 取 n=3.5+1=4.5 弹簧刚度 P= Pd/n=2.72 弹簧外径为： D1=4.7mm 最大压力： Pn=22N 弹簧材料直径 d 1.6pn CKP 许用切应力 p 根据类载荷按表选取， K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C C=D/d,一般假定 C=5-8 根据弹簧应用的实际情况可知锁块弹簧是类弹簧 ,所受循环载荷作用次数在 10的 3 次方以下，弹簧材料用 65Mn，在次情况下的许用切应力 p=570MPa。假定 C=8， K=1.184 旋绕比 C=8.5 K=1.172 弹簧有效圈数 n= Pd /P=2.9 取 n=3 弹簧刚度 P= Pd/n=5.5 安全系数： S= ( p+0.75 min)/ max Sp 式中： max 最大工作载荷所产生的最大切应力。 max=(8KD Pn / d*d*d)=33.7 MPa min 最小工作载荷所产生的最小切应力。 min=(8KD P1/ d*d*d)=14.4 MPa Sp 许用安全系数 Sp=1.3-2.2。 nts 求解得： S= ( p+0.75 min)/ max=1.61 2.2.故疲劳强度符合要求。设弹簧的质量沿整个长度均匀分布；将弹性元件看作沿封膜方向分布，参照力学模型，弹簧弹性弯曲振动的微分方程式： 4200420 ( s i n s i n )l yyE J k y m d x k y r txt （ 2-1）式（ 2-1）中 E 材料拉伸弹性模量（ Pa）； J 弹簧断面惯性矩（ 2kg m ）； k 弹簧单位长度上的刚度（ /Nm）； 0k 弹簧刚度（ /Nm）； m 弹簧单位长度上的质量（ 2/kg m ）； 0.yy 弹簧在 y方向上的总位移及 0点之位移（ m）； x 振动输送机在水平方向的坐标； r 轴偏心距； t 时间（ s）；振动角频率（ 1/s）；连杆与弹簧水平线的夹角（ 0 ）。弹簧在 y方向的位移由平移振动位移ay与弹性振动位移 y 所组成，即 ay y y 00ay y y 再考虑平衡条件，即得 4200420 l yyE J k y m d x k yxt 即为以主振弹簧为振动元件的振动给料器的振动方程。 nts 第四章塑料药瓶的旋盖机构设计 4.1 旋盖机构的介绍旋盖机是药瓶包装生产线的主要设备之一，用于药瓶、玻璃瓶或 PET 瓶的螺纹盖封口。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，诸如药瓶、饮料、酒类、调味料，化妆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，研制了一种回转式旋盖机，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。 4.2 旋盖机构设计方案图 4-1 旋盖机构 nts 旋盖机构由橡胶咬盖器，螺母、转子、永磁体、外壳、咬盖器、套筒等部分组成。如图 4-1所示的旋盖机构。 4.2.1 送瓶部分的结构方案确定因考虑到在实际生产中，整个旋盖过程是一条流水线，经过查阅资料，输送基本上是采用输送带传送，到达指定位置后探针往瓶中注入液体，然后再通过输送带运走。这里，为了和上一个流水线相连接，也就是灌装环节的连接，这里送瓶的部分也采用输送带的方式。瓶子通过输送带到达指定位置后，考虑的问题是瓶如何的定位，经过实地的考察以及网络的资料，目前市场上的旋盖机，瓶的定位方式一般采用直列式的夹紧方式，或者星形转盘的旋转来完成送瓶的动作，考虑到经济、和动作的复杂程度的问题，这里初步选用星形转盘的工作方式，并在下方安装步进电机驱动以迎合进料时的工作节拍，如图 4-2。图 4-2 转盘 4.2.2 装盖环节的设计瓶盖从理盖振动盘中的导轨上向下运输，导轨延伸到星形转盘之上，当星形转nts 盘带着瓶经过导轨的下方时（这里预先计算好角度，导轨方向可调）瓶口边缘便会卡在瓶盖下方侧壁边缘带走一个瓶盖。盖装上后，有几种可能性，第一种是正好垂直，这种情况是我们要的情况，可以直接旋盖，第二种情况是有一点角度需要纠正，所以在这里还要添加一个压盖装置。于是在下一个工作位，安装一个气压缸，瓶子经过气压缸下方时气压缸就会工作，下降，将瓶盖压正，以便进行下面的工序。综上所述，就完成了装盖这个动作。 4.2.3 旋盖部分的结构方案待旋盖的瓶通过星形转盘旋转到指定位置后，要考虑两个大问题：如何旋盖，和在旋盖时，瓶身有自转，如何克服这个自转，使瓶身固定。如何实现旋盖这功能，当星形转盘的卡槽内收集了瓶子并装盖完毕以后，这里选用旋盖头的转动，配合气缸的上下运动，完成旋盖的动作，旋盖头的设计，以及气缸的具体原理选型，下文再作详细说明，这里仅是拟定方案。如何克服瓶身的自转，在瓶身进入旋盖环节后，选盖头带动瓶盖旋转，当达到一定预紧力以后，极有可能发生瓶身的自转，这里的方案是，在旋盖头的下方，星形转盘的侧面，另加一个气压缸，气压缸的前端加装弧形的金属片前方装有橡胶垫，当星形转盘旋转到旋盖位后，气缸伸出，同时卡紧瓶身，这样就能克服瓶身的自转。 4.2.4 出料的方案当机构完成以上方案中的几个动作后，即接下来要完成出料动作，所以在完成旋盖后星形转盘转过一个角度，将已旋盖的瓶移到出料口上，这里的出料口也配合流水线，因为下一道工序可能进入贴标环节所以出料口也应符合标准，使用输送带这个运输方式，这样就完成了一次旋盖的流程。 4.2.5 行星转盘的设计以及计算根据原始数据这里初定行星转盘一周上有 10个瓶，所以 360 /10=36所以每两个瓶中线到圆心连线的夹角为 36半径初定 500mm ，如图 4-3。 nts 图 4-3 行星转盘的设计在旋盖机工作时，有四个槽位上是没有瓶子的，也就是说实际工作时转盘上只有6个瓶子材料初定为 ABS 塑料。（塑料的密度以 0.85 2/g cm 计算）行星转盘可根据实际加工瓶身大小而更换，这里只列举一种最大的情况。星形行星转盘的质量约： 0.85 2/g cm 5500 3cm =4710g =4.71kg 瓶的质量估算为 1.5L，也就是 1.5kg 所以，六个瓶质量约为： 1.5kg 6=9kg 总重量约为： (9kg +4.71kg ) 1.3=17.8kg 其中 1.3为安全系数 4.2.6 转盘电机的选择这里初步考虑步进电机与伺服电机，比较其控制方式，步进电机大多为开环控制，nts 不需要、或者说没有反馈，而伺服电机的控制系统比较严密，闭环控制，有反馈。在价格方面，步进电机价格低廉，伺服电机价格较高；同时步进电机精确度差，而步进电机精确性好。但考虑到步进电机有一个特性，没有累积误差，每转过一周，也就是360会自动补偿误差，也考虑到实际运用的精度需求也不是很高，所以这里选用步进电机作为星形行星转盘的驱动。步进电机（步距角的选择上，因为前面算得 36为一个节拍，所以这里步距角初定为 1.8）驱动物体运动 0.3秒钟。必要脉冲数：必要脉冲数频率 = 1 1 0 0 3 6 0时间步距角必要脉冲数频率 = 1 1

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