自动旋盖机设计说明书论文

毕 业 设 计题 目 自动旋盖机设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及其自动化 班 级 学 生 学 号 指导教师 二一 年 五月 三十 日济南大学毕业设计- 1 -1 前言1.1 选题背景随着近几年药品工业的发展，瓶口封盖的效率和密封性变的越来越重要。长期以来我国的旋盖机主要是通过进口先进设备，然后在进行模仿、二次开发的方式实现国产化；而且现在自动化控制比较低，一般为机械化并没有真正的信息化。在世界包装机械中电子的应用，将数据采集、分析、控制都集成在芯片中，实现嵌入式控制。机器人的应用，把机械手引入到旋盖机中可以远程控制，而且能在比较复杂的环境下实现自动控制 1。现在国际主流的旋盖速度在 12000 瓶/h，都集成了理盖、调向、拾取、预压盖、旋紧盖等功能，在车间都实现了无人化控制生产。纵观我国的机械包装业却十分落后、竞争能力不足等问题。目前国内的药品灌装生产线广泛应用的旋盖机一般分为两类：一种螺旋式和直线式。螺旋式旋盖机的旋开盖大多是机械导盖，旋盖头旋转封口 2。由于旋盖的扭矩不容易控制，在盖和瓶口预压紧时，如果出现错位则可能旋压坏瓶盖螺纹。另一种直线式旋盖机采用瓶颈挂瓶，经定位预封装后使瓶盖平稳的落在瓶口上，然后由皮带通过摩擦力对瓶盖进行搓压旋紧 3。该机结构简单、结构紧凑容易实现，但封口瓶盖的扭矩不容易控制。因此在考虑了结构性能、操作难易方面、性价比等综合因素后，改进直线式旋盖机更有生产价值。通过在现有的直线式旋盖机上，加上伺服控制扭矩旋转头能更好的实现机械化和自动化。同时希望我国的包装业，加大机械支撑系统在机、电、气、液等伺服驱动上的投入，做到设计的旋盖机实现多用途、高效率、小型化、柔性等控制达到世界先前水平。1.2 方案的设计主要的设计参数：1. 适用范围：广泛用于玻璃瓶或 PET 瓶的螺纹盖封口。 2. 瓶（盖）规格：直径 3050mm 的塑料盖或金属螺纹盖,高度 1550mm。3. 生产能力：170190 瓶/分钟；设计的工作原理：杂乱的瓶盖在理盖器内由输送板进行分离出来，在传送带上的瓶子通过瓶颈进行挂盖，在直线摩擦带上进行预压紧最后由可移动式旋转头进行旋紧。旋转头能根据不同的旋转扭矩进行调整转矩，满足不同的要求。其机械动力部分通过传动装置的性能设计一种机械-电力复合传动方案。可以实现当外界载荷增大时，能自动的降低速度而增加牵引力，以克服增加的载荷；当外界载荷减少时，则自动减少牵引力而增加速度，同时也可以实现无极变速 4。理盖济南大学毕业设计- 2 -器输送带的动力驱动可以使用机电控制，根据不同的旋盖要求选定不同的速度。设计的主要步骤：（1）根据旋盖机工作时的条件要求，弄清各部分装置工作所需的基本原理；同时由工作原理确定所需旋盖机的初步结构。（2）传动装置的结构设计：根据工作条件确定系统各部分的传动比，选择合适的动力源、减速器和控制机构。（3）查阅图书资料、相关专利、期刊等文献来确定零件所需的参数，绘制出 A0草图。由草图确定 A0 电子版装配图和手绘两幅图幅 A2 的部分零件图。（4）通过对各部分图纸汇总，写说明书进行部分零件的校核，对旋盖机的工作原理和方案论证确定工程图。对机械设计的方法、方案的确定，参考资料的搜索和图纸零件的局部剖切表达，都是对设计理论和实际动手设计相结合的过程。归纳了自己相关的学习理论、深化了所学专业知识和技能，为以后的工作和进修打下基础。1.3 方案的实施本课题设计的旋盖机用于药品瓶装生产线的自动旋盖机，它可以用于不同材质、不同规格的螺旋盖、防盗盖、防童盖、压入盖等的旋（轧）盖。瓶盖和瓶子的旋盖在时间上没有人为机械间歇控制，封口效率高。同时预紧装置的设计可以把瓶盖螺纹进行预旋紧 1/3，在可控选盖头进行定力矩控制下旋盖头保证了不破坏瓶盖，控制力矩稳定可靠效率高。自动旋盖机选用直线式进行预压紧盖、旋转式进行定力矩控制。这是一种复合方案保证了生产要求的准确度和精度结构，弥补了单一旋盖方式的精度低和效率不足。其主要组成结构：理盖器、支撑板、输送带、电机、减速器、联轴器、控制凸轮、星形拨轮、星形齿轮、旋盖头。理盖器采用了重力和形状凹槽防呆设计分选效率高，能满足 150-280 瓶盖/ 分钟的灌装要求。其分盖效果好、精度高、性能可靠。旋盖器是采用直线式可控旋压方式，每次都能封装四到五个瓶盖效率比单旋转头提高很多倍。而且封装效果好、结构简单、成本低、利于大批量生产。传动动力部分的设计主要考虑能满足工作的要求，有时也兼顾结构的复杂程度、性价比等因素。在单一传动不能满足的地方，可以考虑复合传动来实现。在旋盖机的传动中，带传动主要用在两轴心距离较远的地方、链传动主要应用在传动速度较慢传动比稳定的地方，齿轮主要应用在两轴心较近、固定传动比的地方 5。相对于本课题的理盖器和旋盖机的传动系统，单一的传动方案都不能满足设计要求。因此设计一种机械-电力复合传动的动力系统尤为重要。另外，旋盖头控制凸轮的设计可以解决旋盖头转轴的自转、公转和上下旋盖控制三种同时运动方式。旋盖头的自转和公转有星形轮系控制，上下控制由凸轮的凹济南大学毕业设计- 3 -槽控制。设计简便、方法巧妙省略了气动或多电机联动的方式，成本低、性能控制可靠。2 旋盖机的基本原理和总体设计2.1 系统的工作原理 自动旋盖机主要应用于药品瓶（玻璃瓶或塑料瓶）的旋紧封口，药品瓶内可以灌装液体、固体或其他糖浆类物质。由于直线式封口瓶盖的扭矩不易控制，螺旋式易旋压坏瓶盖螺纹，本课题选用直线式进行预压紧盖，旋转式进行定力矩控制是一种复合方案即保证了生产要求的效率又保证了旋盖头的不乱扣盖旋转扭矩恒定，结构简单容易大批量生产。该机工作的主要结构及其原理：理盖：杂乱堆放的瓶盖放入分离桶内，由传送带挡板携带开口不确定的瓶盖进入分割板上。当开口向下的瓶盖由于重力落回分离桶内。而开口向上的瓶盖由于盖顶的弧形仍然保留在传送带挡板上，然后通过侧向的导向槽排成一字型进入输出通道内。通常输出通道是螺旋的，可以改变整个瓶盖的开口方向利于瓶颈挂盖。输送：药品瓶的输送是已经过整理瓶后的开口方向确定排列成一字型的药品瓶。在瓶子预封装盖时，有控制开关可以调整瓶子的输送快慢，可以做到四瓶一次封装或五瓶一次封装。根据不同的要求实现不同的功能。拾取:瓶盖和瓶颈接触时，是用瓶颈挂走瓶盖，每次都只有一个瓶盖被拾取。卡瓶盖的控制板的压力大于瓶盖重力，但小于瓶颈输送的机械力，这样就控制了瓶盖的乱序 6。在刮走盖时，在瓶盖的前方有预压紧挡板能让瓶盖正落于瓶口的上方。同时大约有 5-10 牛顿的向下预紧力，但不会压坏螺纹。旋压：在进入旋压头内，有两条摩擦带：一条在瓶子的中下部使瓶和瓶盖的旋向不同，另一条瓶盖处是旋转瓶盖的。相当于给瓶盖一定的预紧力，保证了在后面拧盖时，不出现乱扣。然后的可移动旋转盘式旋转头是一种可控扭矩的旋转头，保证了封口的可控扭矩力。旋盖机的两个主要结构的工作原理：瓶盖的分离和旋盖机的旋紧。瓶盖分离时根据瓶盖的开口不一样，重力在离盖口的 2/3 处，当瓶盖上升到分离输送带上，输送带与水平面成（7183） 。开口向下的瓶盖有由于重力落回分离筒内，剩下的都开口向上，然后由分割板排列成一字型等取瓶颈挂盖。旋盖头三个方向的运动由星形轮系和控制凸轮确定，星形轮系能保证旋盖头自转的同时公转，控制凸轮主要用于控制凸轮上下运动来进行旋盖，如果旋盖头不在工作区，它主要用于把旋盖头原理瓶子省得破坏瓶颈。直线摩擦带的预紧装置主要用于预封口瓶盖 1/3 的螺纹，它主要有上下两条摩济南大学毕业设计- 4 -擦带组成。上面的用于旋转瓶盖、下面的摩擦带用于旋转瓶子至少保证瓶子不会因为上面的旋转而随动旋转，起到稳定瓶子不跟随联动的作用。2.2 系统的总体方案设计在分析了旋盖机的主要功能部分：理盖器和旋盖器。在器结构的基础上加些部分支撑装置就设计了可控式恒扭矩旋盖机自动旋盖机（见图 2 .1）结构分析：包括旋盖器、理盖器、输送带、支撑装置。工作原理：杂乱的瓶盖在理盖桶(7)内由输送板(6)进行分离出来，在传送带(11)上的瓶子通过瓶颈进行挂盖，在直线摩擦带(10)上进行预压紧最后由可移动式旋转头(3)进行旋紧。旋转头能根据不同的旋转扭矩进行调整转矩，满足不同的要求。图 2.1 总体方案简图1-旋盖器电机；2-联轴器； 3-旋转头；4-旋转盘；5-底座；6- 理盖器输送带；7-理盖桶； 8-调向导槽；9 支撑座；10-直线摩擦带；11- 输送带2.2.1 旋盖机的运动分析为了提高旋盖机的效率，本文设计的旋盖机为全自动中间旋盖过程无间歇落盖的高速旋盖机。理该器选用的输送带分离方式的预压盖可以满足 180230 个/分钟，瓶盖和瓶口的运动方式为瓶颈挂盖比压盖效率高准确度好，选盖头为 6 旋转头同步跟踪旋盖中间无落盖和旋盖间歇效率高。根据整个系统的功能分析，整个旋盖过程的运动分下面几个部分，如图 2.2 所示：济南大学毕业设计- 5 -送盖 理盖送瓶拾取挂盖 预紧 旋盖图 2.2 旋盖机运动的工序图2.2.2 旋盖机的总体结构设计根据上面旋盖机运动的分析我们可以确定系统的总体结构轮廓。旋盖机按结构组成包括理盖器、输送带、摩擦带预紧装置、旋盖器。依据结构简单、效率高的原则我们设计的旋盖头为 6 个，联动同步随瓶旋盖。 其结构示意图如图 2.3 所示。图 2.3 旋盖机结构示意图旋盖机主体结构的功能分析和设计：理该器是提供同向瓶盖的输出装置，它的作用是为输送带上的瓶子提供速度足够快的盖子。理该器包括输送带、皮带轮、支撑装置。由于自动旋盖机的高速性该系统的理盖器为输送带拾取瓶盖、重力分离方式，其分离速度能达到 280-300 个/分钟，足够满足生产要求。它比旋盖方式分离器效率高而且成本低、结构简单、原理清晰。设计材料的选择方面用不锈钢就可以。摩擦预紧装置由上下两层摩擦带组成，下层摩擦带保证瓶子的转向、上层摩擦带保证瓶盖的旋向，以此来保证旋盖的预封装性。此部分装置在旋盖机中不是多余部分，由于预封装盖的挂盖准确度为 92%，因此在大批量生产中会破坏很多瓶盖，济南大学毕业设计- 6 -虽然在旋盖头中有辅助矫正装置，由于旋盖头的高速联动行，第一层的螺纹也会有破损 7。从大批量经济性方面考虑，该预紧装置很重要。可以省略旋盖头的纠正装置保证更高的旋转速度。旋盖头是旋盖机的主体部分，由旋盖头、星形轮系、凸轮机构组成。它主要完成机构无间断旋盖、保证在输送带上的瓶子能运动的同时旋转盖。传动系统主要完成瓶盖分离、瓶盖预紧和旋盖、瓶子输送运动。它的性能直接影响方案的优劣、成本高低及其生产可行性。3 旋盖机的结构设计与计算3.1 电机的选择自动旋盖机的工作对象主要为旋开盖，主要的目标为旋转密封。一般溶液瓶装的瓶子封口用铝塑贴膜封闭，瓶盖起保护作用。对气密性不强的瓶子封口用旋开盖直接密封。因此旋盖机的功率普遍处于中低档次，功率在 1.21.8KW 之间的交流异步电动机。选择电动机功率的基本原则：选择电动机的额定功率应稍大于工作的实际功率。当所选泽电机的功率小于实际功率时，则旋盖机不能正常工作，或使电动机长期在过载环境下工作，因此常会因为发热过大而过早损坏；当额定功率过大时，电机的功率和功率因素很低，同时增加旋盖机的制造成本 8。由旋盖机的工作场合、电压的等级、转速的要求。根据国际电工类标准，选择Y 系列三相异步电机机。旋盖头电机型号：Y90L-4.同步转速为 1500r/min，功率 1.5kw，电压为 380V，最大额定转矩 2.3 。mN电动机的实际输出功率：（3-wdP1）式中： 旋盖机的额定工作功率，kw；WP电动机的实际输出功率，kw；dp传递效率；旋盖机传动结构的总效率：（3-2）321济南大学毕业设计- 7 -式中： 联轴器的传动效率；1圆锥齿轮的传动效率；2行星齿轮的传动效率；3查机械设计（第八版）第三篇机械传动表 2 得： =0.97， =0.95， =0.93.123则由公式（3-2）得 =0.970.950.93=0.86321假设瓶子间的间隔为 80mm，填装药品后每个瓶子的质量为 450 g，旋盖机的每个旋盖头的旋转扭矩为 47N。由于旋盖器有 6 个旋盖头，同时旋盖的相当于 2 个旋盖头。同时其余 4 个轴的转动也需要动力，则旋盖头总的扭矩为 132N。 为减速器1i的传动比， ； 为锥齿轮的传动比， ； 为星形轮系传动比，2.31ii 7.12i3i。中心轮的转速 r/min，中心轮直径 630mm。6.3i 561n电动机主轴的输出转矩： 10.21405.90ddnpTmN减速器输出轴的转矩： =31.71id锥齿轮的转矩： 51.22T95.7.3旋盖器输入轴的转矩： 3i 2.13065mN由此可得，选择的电机和传动比可行，满足生产要求。由公式（3-1 ）得，电机的实际功率：= =1.24wdP 86.0.143286.0kw所选电机和减速器满足要求。理该器的电机为小功率电动机又称分马力电机，常指代一些连续工作额定功率不超过 1.1kw 内的电动机 9。小功率电机的适用范围：YS 系列具有优越的启动和运行性能，结构简单可靠，使用维护方便，适用于三相电源的中小型机械。YU 系列具有中等起动和过载能力，结构简单，使用维护方便，适用于单相电源的小型电机。YC 系列起动力矩大，起动电流小，空载电流大，适用于满载起动的机械，如空压机、磨粉机。YY 系列具有较高的功率因数、效率和过载承受能力，但是起动的力济南大学毕业设计- 8 -矩一般较小，空载电流大，常用于空载和轻载起动的机械，如电影放映机、风扇。YL 系列具有高效率、高转矩、高功率因素的优点，常用于启动的、力矩打的起动压缩机、粉碎机、木工机械及其他小型机械。本文理盖器电机、输送带电机的功率小，结构简单，因此选用 YS 系列。理盖器电机型号：YS90S4.功率 1.1kw，电压 380V，转速 1400r/min，最大转矩2 .3，效率 78，功率因数 0.78。输送带电机型号：YS90L4.功率 1.5kw，电压 380V，转速 1440r/min，最大转矩2 .3，效率 79，功率因数 0.79。3.2 传动装置的总体设计3.2.1 旋盖机的传动路线自动旋盖机的工作过程：堆放扎乱的瓶盖放入分离桶内，由传送带挡板携带进入分割板，然后通过侧向的导向槽进入输出通道。输送带上的瓶子用瓶颈挂走通道内的瓶盖，然后进入旋压头内，先有两条摩擦带对瓶盖进行预封口，最后用可移动旋转头进行可控扭矩的旋压封口该机的传动路线采用分离式传动，其传动路线如图 3.1 所示：旋盖电机 减速器 齿轮传动星形齿轮传动控制凸轮旋盖头自转和公转运动星形拨轮传动预紧电机 联轴器 皮带传动摩擦预紧装置传动理盖电机 皮带传动理盖分离输送传动瓶子输送带传动旋盖头升降运动图 3.1 系统传动路线图旋盖机的理该器和输送预紧装置没有严格的传动比控制，因此不需要传动比分配。在旋盖头的控制中由于是定力矩控制，旋转速度恒定为定传动比传动。其中定传动比路线：电机锥齿轮星形齿轮旋转头。在系统的动力驱动中，比传统的传动路线进行的改进：济南大学毕业设计- 9 -用行星轮驱动代替气动或多轴电气联动方式，该机仅使用了传统机械实现级联，效率高、稳定好、可靠性高。在旋盖器的前端增加了预紧装置，解放了旋盖头旋盖时的纠错设计，效率更高，稳定性更强；摩擦带的预紧应用使瓶盖的的损坏率低于万分之一。理该器用直线输送带分离，输出瓶盖流更强，体现了本文设计的自动高速旋盖机的本质。理盖分离的原理应用重力分离，效率高于旋盖桶式或振动式的分离方式。其分离效果也比较好。3.2.2 计算总传动比及分配各级传动比由于旋盖机的旋盖速度为 170190 瓶/分钟，星形拨轮每转 180 度旋转一瓶。瓶盖旋紧大约需要两周，则旋盖头的自转转速为 360r/min。电机选择三相异步电机同步转速 1500r/min，功率 1.11.8kw，电压 380V。则旋盖机传动装置的总传动比为：（3-wmni3）式中： 电动机满载转速，r/min；mn旋盖头的公转转速，r/min；w由公式 3-3 代入数据得， 8.175.40wmni多级转动中，总传动比应为（3-321i4）其中， 为减速器的传动比； 为锥齿轮的传动比； 为星形轮系传动比。1i 2i 3i根据结构简便易用、性能可靠原则，旋盖机减速器一般选用一级圆柱齿轮，传动比常小于 5，传递功率可达数千千瓦，效率高，工艺简单，精度易于保证应用广泛。因此选择 ，可以更好的利用齿轮的材料和性能。2.31i由于星形齿轮的特点，行星架支撑行星轮的转动，传动比的选择要考虑星形架济南大学毕业设计- 10 -的转速。从稳定性方面考虑传动比通常小于 4.5，因此选择 ，可以更好的分26.3i配行星轮和行星架的转速，同时满足星形轮的转矩利于旋盖运动。由公式 3-4 得，锥齿轮的传动比： ，由于传动比小于 3.8 满足锥齿轮的强度要求。7.132i各级传动比的分配如表 3-1 所示.表 3-1 系统各级分配传动表总传动比 减速器的传动比 锥齿轮的传动比 行星轮的传动比17.8 3.2 1.7 3.263.3 减速器和联轴器的选用减速器是独立的闭式传动机构，它工作在原动机和工作机之间。它常用于降低转速和增大转矩，满足不同机械的工作要求。减速器主要由传动零件（齿轮、蜗杆或行星轮） 、轴、轴承、箱体及其附件组成。齿轮减速器的效率和可靠性好、工作寿命长，维护简单。齿轮减速器按照齿轮的级数可分为单级、两级、三级和多级减速。本设计应用一级齿轮减速。由于齿轮减速传动比为 =3.2，无轴向运动，因此选用圆柱齿轮就可满足要求。1i旋盖机为一般工作机器，速度不高，故选用 7 级精度（GB10095-88 ）.由机械设计（第八版）表 10-1 选择小齿轮的材料为 40Gr（调质） ，硬度为280HBS，大齿轮材料为 45 号钢（调质） ，硬度为 240HBS，两者材料硬度差为40HBS。由于小齿轮最少齿数要大于 17，否则容易造成根切，所以小齿轮的齿数选择28，就可以满足性能。由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关 10，可取标准值 m=2.5 mm。大齿轮齿数 ，取 。6.892.32z902z分度圆直径 751mdm.02z中心距 5.1471a济南大学毕业设计- 11 -齿轮宽度 701dbm取 mm， mm702B5联轴器用来连接轴与轴（或连接与其他回转零件） ，以传递运动与转矩；有时也可以用做安全装置 11。本文涉及的联轴器为刚性联轴器，它是靠铰制空用螺栓来实现两轴对中和靠螺栓杆承受挤压与剪切来传递扭矩。联轴器的材料为灰铸铁或碳钢。联轴器的型号：GYH1。公称转矩 25N m，许用转速 10000r/min，转动惯量 0.0008kg ，质量 2m1.17kg。由于构造简单、成本低、可传递较大力矩，常用做传速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好的场合。3.4 理盖器的结构设计理盖器是自动旋盖机中重要的构成部分，其作用为旋盖头提供足够的瓶盖。理该器包括分离筒、输送分离带、分割板、导向槽、挂盖导向块。理该器有旋转桶型、震动桶型、直线输送带型。直线式输送带的上面有层盖板，防止瓶盖重叠。理盖输送带与瓶子输送带的型号差不多，主要用于简单的物品输送。理盖器的支撑一端有箱体做底座，另一部分是有立柱支撑用螺纹固定。导向槽的一端也是固定该立柱上，保持瓶盖方向预对瓶口。其结构图如图 3.2 所示：济南大学毕业设计- 12 -图 3.2 理盖器结构图理该器主要结构参数：壳体材料为不锈钢，立柱为 45 号钢。分离桶：直径上端 150mm、下端80mm，可放入 600800 个瓶盖；输送带：长 1020mm、宽 75mm；立柱高 85mm 、直径 30mm. 分离桶里面堆放着杂乱的瓶盖，为理盖输送带提供导向瓶盖。能提供满足每分钟 200300 个瓶盖输送流。输送分离带拾取方向不同的瓶盖。瓶盖由输送带隔板带到半空中，理盖结构中输送带与水平面成 7183，瓶盖的重力在开口的 2/3 处。开口向下的瓶盖由于重力而落回分离桶内，为分割板提供开口同向的瓶盖。分隔板在输送盖的顶端，把多流的瓶盖分离成单向输出流，同时顶端的压板可以防止瓶盖的叠加。导向槽是控制旋转瓶盖的朝向利于瓶口挂盖。挂盖导向块是瓶盖的导向部分，防止瓶盖由于重力而全部脱落。让瓶颈每次拾取一个瓶盖而其他瓶盖仍在导向槽内。3.5 直线摩擦带预紧装置的结构设计直线摩擦带预紧装置包括两层摩擦输送带、皮带轮和预紧主轴。预紧装置的直线摩擦带，顶层主要对瓶盖进行旋紧、底层主要对瓶子进行防旋转运动。为已经初步挂盖的瓶子进行预压旋紧，防止在瓶颈挂盖时有瓶盖未挂正确，旋盖头旋坏瓶盖。其结构如图 3.3 所示济南大学毕业设计- 13 -图 3.3 直线摩擦带预紧装置结构图本结构的设计主要是起辅助旋紧作用，因此没有严格的传动比。只需要对瓶子进行稍许旋盖就可以。其目的是旋转半落不平稳的瓶盖让其保持水平，利于下一步的旋盖头旋盖。直线摩擦带预紧装置的传动结构：上下带轮的的传动是有区别的，为半锁紧装置。左侧的带轮是用电机带动预紧轴，轴与带轮用平键连接；下侧的带轮为空套在预紧轴上。右侧的带轮是下侧与右预紧主轴平键连接，上侧的带轮空套在轴上。该结构主要实现上下摩擦带的旋转方向不同，上侧旋紧瓶盖、下侧辅助瓶子的平稳防止随动。摩擦带的转速要满足瓶子的输送速度，由于输送带为药品输送带，转速较慢。输送装置的规格为：带轮直径 168mm；输送速度：3.8m/min.摩擦预紧装置的规格为：带轮直径 56mm；输送带长 670mm；带轮高度可调。带速为 150mm/s.预紧带轮上面有保护盖，保护身体接触输送带轮。同时保护盖前端有一调盖装置，让瓶颈挂的盖保持水平。由于预紧带轮是垂直放置，当旋转运动时有重力形成摩擦。因此带轮和支持主轴间有角接触球轴承用于支撑带轮的运动。角接触球轴承选用型号为 7305C。套筒的内外直径分别为：38mm 和 46mm。带轮空套在支撑主轴上，用套筒连接带轮。其材质为 45 号钢，车削加工达到精度要求。3.6 旋盖头的结构设计与计算3.6.1 星形齿轮的结构设计在周转轮系中，轴线位置变动的齿轮，即既作自转又作公转的齿轮，称为星形轮。本文设计的星形齿轮机构是把行星架和旋转头机身连接起来，旋转头主轴和行星轮连接。济南大学毕业设计- 14 -其结构纵向剖面如图 3.4 所示。图 3.4 行星轮结构的纵向剖面图旋盖器主轴为中心轮提供动力，外轮齿为固定结构。当中心轮旋转时，行星轮做自转运动、星形架做公转运动；由于旋盖头复合在星形架上，所以表现出来的形式为旋盖头既作自转又作公转运动。由于行星轮的传动比为 =3.26，自转转速为 360r/min，公转转速3i 2n78.5r/min。小齿轮的齿数一般都大于 17，其硬度一般比大齿轮的硬度高Hn40HBS。选择齿数 ，材料 40Gr，硬度 280HBS。固定外齿轮 ，材料 45 号271z 613z钢，表面淬火处理，强度要求 250HBS。将行星架视为固定，（3-213,3113 zniHH5）式中： 中心轮对行星架的相对转速，r/min；Hi13行星齿轮的齿数；2z把数据代入公式（3-5）得： ，解得：2310znH172z3.6.2 星形拨轮的设计星形拨轮位于旋盖头的正下面，其速度同步于旋盖头的公转。星形拨轮主要用于分离开输送带上的瓶子，让每个旋盖头的下面都时刻有一个待旋紧的瓶子。由于每一次瓶子的高度都不一样，因此本文设计的拨轮上面有可调螺钉；可以济南大学毕业设计- 15 -调节星形拨轮的上拨盘，适应瓶子的高度。其结构图如图 3.5 所示图 3.5 星形拨盘结构图星形拨轮的轮廓边缘均匀分布着 6 个分离槽，旋盖机的分离速度为 180 瓶/分钟，则星形拨轮的转速为 78.5r/min。星形拨轮外廓直径为 385mm，内轮廓直径为153mm，初始高度 150mm。星形拨轮分离瓶子的过程：当输送带上的瓶子输送过来时，由于星形轮没有凹槽转到，所以不能跟着随动。当星形拨轮凹槽转到时，只有一个瓶子被卡住带走。因为上面的旋盖头和它同步，当拨轮转动 60后，就开始有旋盖头下降开始旋盖瓶子；当转到 120 时，旋盖头上升离开瓶盖；当转到 180时。瓶子和星形拨轮分离，输送带把旋盖好的瓶子运走。星形拨轮的凹槽有一个弹簧压紧装置。当瓶子进入时，挡块被压入拨轮内；当瓶子从拨轮上分离时，挡块弹开瓶子到输送带上。输送带把瓶子运到封装生产线上。星形拨轮的动力由摩擦预紧电机提供，通过皮带和皮带轮连接。皮带轮的直径为 80mm，高度 35mm；皮带长度 650mm，宽度 15mm，厚度5mm。星形拨盘的下面有锥形齿轮，为旋盖头提高动力。由于传动比为 ，选择小齿轮的齿数为 27，则大齿轮的齿数为：7.12i46。小齿轮用 40Gr，硬度 280HBS，大齿轮用 45 号钢调质处理，硬度7.12z为 250HBS，可以满足性能的要求。3.6.3 控制凸轮的结构设计星形齿轮主要实现旋转头的自转和公转。旋盖头要实现旋盖过程必须要有自转、公转和上下方向的升降运动，控制凸轮的设计主要实现上下方向的运动。济南大学毕业设计- 16 -凸轮机构的优点：只需要简单设计适当的凸轮外型，就可以使从动件实现所需的运动方式，而且结构简单、紧凑，设计方便、易于是实现 12。本文设计的控制凸轮为圆柱凸轮。凸轮凹槽的上下方向的不同，控制旋盖头圆盘的上下运动；以此来完成旋盖头自转和公转的同时实现上下旋盖运动。从凸轮的工作轨迹可知，凸轮的展开曲线如图 3.6 所示：图 3.6 控制凸轮曲线展开图根据旋盖机的旋盖速度和凸轮的直径，可以计算旋盖的时间，上升时间和下降时间，和空行程时间。总的旋盖头一周的时间为：T= (3-6)321T式中：T 旋盖头旋转一周的时间；旋盖头处于空位的时间；1旋盖头下降过程的时间；2旋盖头上升过程的时间。3由于旋盖过程中各动作的时间 = = ，旋盖头旋转一周的时间1T23T= =0.23s，由公式（3-6 ）得：3.41即： = = =0.07s1T233.6.4 旋盖器主轴的设计与校核按轴的扭转强度条件校核计算轴的扭转强度条件为济南大学毕业设计- 17 -（3-32.095dnpW7）式中： 扭转切应力，MPa；T轴所受的扭矩，N mm； 轴的抗扭截面系数；Wn轴的转速，r/min；p轴传递的功率，kW；d计算截面处轴的直径,mm；许用扭转切应力，MPa；查机械设计（第八版）表 15-3 得， =35MPa。由上式可得轴的直径d303332.0952.095npAnp式中, ，则代入数据得30.A轴的直径 d 17.8mm本文设计的轴从安全角度，其尺寸为 d=35.8mm。按轴的弯扭合成条件计算，由于轴的重力相对于转矩很小，可以忽略不计。则轴的受力情况如下：中心齿轮所受的圆周力： ；)(8.751320mNdTFt 中心齿轮受到的径向力： 775.8 =282.4N mm；tanr tan上支撑处的水平反力： 21ltNH3.2814365.7下支撑处的水平反力： NFNHt .912济南大学毕业设计- 18 -上支撑处的垂直反力： NlFrNV 9.1043658.21下支撑处的垂直反力： NVr.722水平面上的弯矩： 78.2N mHM1lF垂直面上的弯矩： 2.85N mNV旋盖机主轴的弯矩为： = 2VHmN5.78.7822其轴的载荷分布图如图 3.7 所示图 3.7 轴的载荷分布图校核轴的强度按第三强度理论，计算应力（3-24ca8）对于直径为 d 的圆轴，弯曲应力 ，扭转切应力 ，将 和WMWT2代入式，则轴的弯扭合成强度条件为：济南大学毕业设计- 19 -1224WMca式中：轴的计算应力，MPa；caM轴所受的弯矩,N mmT轴所受的扭矩，N mmW轴的抗弯截面系数， ；3m查表机械设计（第八版）表 15-4 得： ；3334581.02mdW对称循环变应力的轴的许用弯曲应力；其值查机械设计（第八版）表115-1 得： =60。由于 为静应力的扭转切应力，取 。3.0由公式 3-8 代入数据得: 12222 5.74581.74 WMca因此，所选轴的直径和裁量强度，满足机械生产要求。济南大学毕业设计- 20 -4 其他零部件的设计和选用4.1 旋盖机箱体的设计旋盖机箱体主要起辅助支撑作用，上面安放有电机、输送带和旋盖器等装置。箱体的外形尺寸（长宽高）为 1552mm 1124mm 750mm.箱体底部设有安放旋盖头电机和减速器的加强筋，后部有安装摩擦预紧电机的支座，箱体上部支撑旋盖头和瓶子输送带。其结构图如图 4.1 所示：图 4.1 箱体结构图从机器的工作精度和抗震性能方面考虑，我们要设计的箱体要有足够强度、重量轻、结构简单，同时在工艺方面要简单易行。因此该箱体用角钢板或型钢等材料焊接，其特点制造周期短、不用制作木模和分析铸造工艺。低碳合金角钢焊接的箱体可以做成封闭型，刚性好，便于产品的结构更新和改进 13。同时箱体的外壳用不锈钢设计，满足食品和药品的对安全方面的要求。4.2 旋盖机输送带的选用旋盖机的输送带为卷扬机式输送带。输送带的结构组成：轴销和带板。用轴销连接分割的带板组成环式带圈用于输送瓶子；由于带上所有瓶子的总体质量较小，所以输送带承受功率不很大。因此选择一些常用的普通输送带就可满足要求。输送带型号为执行 GB7984-2001 标准的普通输送带。覆盖层拉伸强度为 15Mpa，扯断伸济南大学毕业设计- 21 -长度为整体长度的 350%，磨耗量200mm ，全厚度纵向扯断伸长率为 10%。35 结 论随着世界经济的全球化，机械包装业在迅猛发展。自动旋盖机在机械中的应用越来越广泛，特别在药品封装设备中的应用更为突出，而且性能先进、精度更高、人性化设计更完美。本次设计的自动旋盖机主要应用于药品的封装。我们主要设计了旋盖机的结构和校核计算局部零件的强度，对控制部分只进行了简单介绍。（1）旋盖机总体结构的设计对旋盖机的功能进行工艺分析，弄清其工作原理。确定其总体结构，包括理该器、摩擦预紧装置、旋盖器。根据各结构的基本功能进行初步设计，同时考虑各部分的零件的材料，做到既经济环保又满足生产需求、简单易用。（2）分析旋盖机的核心技术旋盖机的好坏主要在理该器和旋盖头上，在选择时要考虑效率、复杂程度和成本的高低。好的设计能比较巧妙的处理多轴联动、控制批量输出瓶盖流等问题。以此来提高我国旋盖机的科技含量和技术先进性。（3）旋盖机的结构分析和校核计算对旋盖机的轴的设计要满足机械的生产要求，局部轴要能承受足够的强度。对轴的力及力矩的分析，选择轴的局部设计参数。同时选择合理的安全系数保证机械的平稳性和简洁性。（4）展望旋盖机的发展趋势国内外的旋盖机都在向自动化、柔性化、智能化方向发展。科技的飞速发展，计算机的更新换代、嵌入开发在机械中应用，让包装机械进行跨越式发展。未来的旋盖机是一种高度智能化的柔性机械。总的来说，本次设计