分针制剂药瓶全自动贴标机设计

I摘 要根据分针制剂药瓶的特点及外形尺寸设计适用于生产线中的全自动贴标机。本贴标机主要采用电机提供整个机构所需的动能，然后主要通过齿轮与齿轮之间的啮合将动能传递机构的各个部分，在一些特殊的位置也需要靠带来传递动能。本次设计的贴标机是采用刷胶贴标的方法，由真空吸鼓从表盒中将标签取出并送到刷胶位置，在无胶标签上刷上胶以后再由真空吸鼓吸附标签将标签送到贴标位置。瓶子的输送先是由带传动实现，送到进瓶星轮后，再由进瓶星轮将瓶子拨到托瓶回转圆盘上。通过与托瓶回转圆盘的同心转动将瓶子送到贴标位置，同时标签也送到此位置，进行贴标。在完成贴标后，瓶子随托瓶回转圆盘继续同心转动，送到出瓶星轮位置，由出瓶星轮与导板配合将瓶子送到带上，最终由带把贴完标签的瓶子送出。关键词：贴标机 原理 部件结构 计算 强度IIAbstractAccording to the ampule looked agents dimensions and characteristics applicable to the design of the production line of automatic labeling machine. The labeling machines used mainly for the electrical needs of the entire energy sector, Then the main gear with the gear through the meshing between the transfer of kinetic energy of each component in a special position also needs to rely on delivering energy. The design of the machine is labeling agglutinant-brushing workers labeling method by vacuum suction table from the dark box labels will be removed and sent to the location agglutinant-brushing workers, in the absence of plastic label on the plastic after brushing by vacuum suction drum adsorption labels will be sent to the labels labeling position. Bottles from the first conveyor belt drive to achieve, and sent into the Star Ferry bottle after bottle into by the Star Ferry will be asked to transfer bottle bottle rotating disks. Entrusted with a bottle of concentric rotating disc rotation will be sent to labeling bottles, while at the same time also to label this position for labeling. After the completion of labeling, bottles with child care continue to bottle concentric rotating disc rotation, and sent out a bottle-round position, by the bottle from the Star Ferry and guide plate with bottles to bring, and ultimately by the conveyor belts End label affixed to the bottles donated. Keyword: labeler Principle Structural components Calculation Strength III目录摘要 IAbstractII第 1 章 绪论 .11.1 贴标机的发展历程 .11.2 自动贴标机的提出 .21.3 自动贴标机的发展方向及设计目标 .31.4 研究现状 .31.5 自动贴标机的应用 .41.6 可行性分析 .5第 2 章 设计和计算 .62.1 技术要求 .62.2 自由度计算 .62.2.1 自由度的计算公式.62.2.2 空间自由度的计算.62.2.3 并联机构的正解和反解.72.2.4 速度和加速度分析.72.2.5 运动学约束.72.2.6 各构件尺寸计算.82.3 本章小结 .8第 3 章 各部件的结构设计 .93.1 各部件的设计 .93.1.1 球铰链的设计.93.1.2 万向铰链的设计.93.1.3 伸缩杆的设计.93.1.4 绝对光码盘的设计.103.2 本章小结 .10第 4 章 设计和校核 .114.1 大行程并联机器人的尺寸设计 .114.1.1 丝杠螺母副的设计.114.1.2 丝杠螺母副的校核.11IV4.2 小行程并联机器人的尺寸设计 .124.2.1 丝杠螺母副的设计.124.2.2 丝杠螺母副的校核.124.3 本章小结 .12结论 .13致谢 .14参考文献 .151第 1 章 绪论1.1 贴标机的发展历程中国贴标机虽然在近 3 年时间里把绝大部分国外产品挤出了“国门”，但在国际市场中仍无地位可言。国产贴标机要想打入国际市场，提高国际竞争力，应该在“质”和“ 量” 上狠下功夫。 Although China made labelers replaced most of the imported labelers in the recent three years, they have almost no position in the international market. Domestically made labelers have to improve greatly in “quality” and “quantity” before they can improve their global competitive power and get into the international market. 中国是啤酒生产大国，啤酒总产销量已连续三年位居世界第一，每年保持两位数的递增速度已是不争的事实，这种增长速度预计还将持续一个时期。当然，啤酒消费市场的竞争也很激烈，用壮烈、惨烈来形容恐怕也不过分。实际上这种竞争是一种全方位的、多元化的竞争，排除其他因素，单就外包装而言，其优劣程度有时候也会起到决定成败的作用。这一点已被这个行业的决策者们所认同。而提高包装质量和外观档次，关键的设备当属贴标机。产品外观质量的好坏会直接影响人们的取舍观。因此，企业在贴标机的选择上非常慎重，在使用中备受呵护，在维护保养上也不惜投入人力、物力和财力。随着科学技术的不断发展，包装机械也在日新月异地变化着。中国贴标机的生产发展过程可分为三个阶段： 一、从 20 世纪 80 年代末到 1994 年为第一阶段。2这个阶段主要是引进、仿制国外已淘汰的功能不全的贴标机。当时几个贴标机生产厂家只能生产贴二标（颈、身标）的贴标机，一种是型号为 12-8-6回转式贴标机，一种是型号为 15-4-6 回转式贴标机。大约有近 200 台的型号为 15-4-6（生产能力 24,000 瓶/时）贴标机和 200 多台的型号为 12-8-6（生产能力 12,000 瓶 /时）贴标机装备在国内各啤酒厂的灌装生产线上运行，而大部分灌装生产线上的贴标机都是进口产品。由于国产设备在功能、性能、外观和贴标质量方面与进口设备相比差距太悬殊，对进口设备不可能产生任何威胁。因此、大家处于相安无事状态。这个时期进口贴标机在中国市场上占主导地位，绝大部分厂家还是选择进口贴标机。 二、从 1995 年至 2001 年为第二阶段。这个阶段是中国贴标机生产的提升阶段。一是贴标速度的提升，从 24,000瓶/时提升到 33,000 瓶/时，二是贴标功能的提升，从贴二标 (颈、身标)提升到贴四标，即同时可贴头、颈、身、背标。为了适应这一发展趋势，各贴标机生产企业一方面研究在原二标机上增设贴头标和背标的功能，另一方面也积极研发四标贴标机。 1995 年，“青岛机床厂”率先推出了 18-8-6(生产能力26,000 瓶/时)三标贴标机，可贴颈、身、背标，无贴头标功能。这一机型是当时国内生产的最大型号的贴标机。我认为，这一款贴标机的问世应该是一个里程碑。是中国第二代贴标机(四标机) 研制开发的前奏曲。在以后的几年内，许多贴标机生产厂家相继研制出了不同类型的四标机。这些机型在功能上有重大突破，结束了过去国产贴标机只能贴二标的历史。在贴标速度上也有很大提高，速度从 2,4000 瓶/时到 33,000 瓶/时的提升，为高速贴标机的研发奠定了基础。同时在外观和内在质量上也有了重大改进，大大缩小了与进口贴标机的差距。但是，由于这些产品均属于试生产阶段，耐用度和稳定性仍有待于提3高，加上用户长期以来对国产设备持有怀疑态度，还是普遍认为进口的贴标机比国产的要好，所以，在国内市场进口贴标机仍占主导地位。国产贴标机仍然对进口贴标机没有构成多大威胁。从 1998 年到 2001 年的几年间，由于德国贴标机价格长期居高不下，国产四标贴标机还处于襁褓之中，所以，外国其他品牌的贴标机乘机大量涌入中国市场，仅盖奈普(GERNEP)、科时敏(KOSME)、萨西布(SASIB)等各种型号的贴标机在国内就有近百台之多。 三、从 2002 年至今为第三阶段。这个阶段是中国贴标机技术成熟阶段，是中国贴标机历史上的一个重大转折点。这四年，国产贴标机的生产企业在互相竞争的同时，也形成了与国外贴标机生产企业竞争的态势，在竞争中提高、在提高中发展、在发展中创新，在创新中壮大，逐步完成了一个“质” 的飞跃。2002 年 9 月，平航自主研制出PH40-8-8(生产能力 50,000 瓶/时) 的高速回转式贴标机，该机在北京“2002 中国国际啤酒、饮料制造技术及设备展览会 ”上一亮相，立即引起了业内的轰动。2003 年，平航 PH40-8-8 高速回转式贴标机获 4 项国家实用新型专利。该项目于 2004 年 8 月在浙江金华市通过科技成果鉴定 (到目前为止，仍是全国唯一通过省级鉴定的国产贴标机)。该项目荣获 2005 年度广东省科技进步二等奖。被列为“2005 年国家重点新产品计划”。这是中国贴标机制造业的一件大事，是国家对中国贴标机制造业的首肯。它标志着国内啤酒高速生产线长期被国外贴标机垄断的局面已被打破，高速贴标机领域不二价的时代一去不复返了！这之后，一些生产贴标机的骨干厂家一方面拥有了高、中、低速各类型号贴标机的拳头产品，另一方面在产品质量上和技术含量上都有了不同程度的提高。从 2002 年至今国内贴标机的供求量就足以说明问题。据不完全统计，目前在中国啤酒行业贴标机的年需求量大约 100 多台，“平航” 占大4约 40%的市场份额，德国“克朗斯” 约占 5%左右的份额，其他国外品牌基本上销声匿迹，已无蛋糕可分。国产贴标机在中国市场上独领风骚，国外产品已经陷入“无可奈何花落去 ”的境地。长期充斥国内市场的外国产品有的受到了致命的打击，有的感受到了“唇齿之寒” 的威胁。 中国贴标机虽然在短短的三年时间里把绝大部分国外产品挤出了“国门”，在国内市场上树立了霸主地位，但是，在国际市场中仍无地位可言。究其原因，大致如下：1. 缺少核心技术，或者说核心技术发掘不够，产品质量的稳定性提高不大，与国际一流的产品尚有差距。 2. 产品品种单一，缺乏系列产品，如套标机、热熔胶贴标机、不干胶贴标机等，这些产品虽然在“2006 中国国际啤酒、饮料制造技术及设备展览会”上偶见一、二，也基本上属于“拿来主义” 产物，尤其在高速领域仍是空白。综上所述，国产贴标机若要全面占领国内的需求市场，打入国际市场，提高国际竞争力，就应该在“质” 和“量”上下功夫，在产品的稳定性、可靠性、实用性上下功夫，在发掘自己的核心技术、自主创新上下功夫。 1.2 自动贴标机的提出贴标机就是在包装件或产品上贴标签的机器。随着社会的发展，人们对产品的外包装要求越来越高，并且标签上的商标、主要参数、使用说明和产品介绍，产品包装中不可缺少的，设计精美的标签还有助于提升公司的形象，促使产品的销售，吸引人们注意。尤其是一些特殊商品，如药品，这些商品不仅要求在生产过程中有严格的卫生保证，并且在供人们使用时需要有使用说明。为了方便人们使用，这就需要在产品上贴上标签，以注明使用方法及生产日期、5有效期等等。而贴标机作为包装生产线的一个重要组成部分，直接影响到包装质量，因此要努力提高贴标质量。以前的手动贴标机已远远不能满足生产的要求，因此，要设计能够提高生产效率和贴标质量的自动贴标签机。所以对贴标机的设计研究是具有实用价值和社会价值的。1.3 贴标机的发展方向及设计目标目前，主要的自动贴标技术有三种：吸贴法、吹贴法、擦贴法。随着各种贴标技术的深入发展，贴标技术向以下几个方向发展：（1）高生产率、高可靠性、高精度、好的柔性和灵活性，注重成套性和配套性。（2）自动化程度不断提高，并逐渐向控制智能化的方向发展。（3）综合应用先进的机电技术和新元件，通过采用先进的设计方法提高产品的设计质量，缩短制造周期。所设计的贴标机应满足以下功能要求：（1）可将标签可靠的贴在玻璃瓶上；（2）能在标签的适当位置上打印上产品的生产批号、生产日期和有效期限。（3）全自动的连续贴标机。（4)较低的设计和制造成本。（5）具有紧凑的机芯结构，使所设计的贴标机结构紧凑，所占空间位置小，使用方便。61.4 自动贴标机的应用标签机主要应用在食品工业（包括酒类、饮料、香烟、罐头食品等）、精细化工、医药工业、保健品行业、商品零售等很多行业已得到广泛应用，并且应用范围正不断扩大。目前，贴标机已遍布所有商品的流水生产线。1.5 可行性分析本次设计的自动贴标签机采用齿轮传动实现各个结构之间的运动传递。通过确定各个啮合齿轮之间的传动比来保证各部分的定位和送标签、贴标签的精度。由带传动完成小瓶的输入输出，再由拨轮和中心导板配合将小瓶送上和送出托瓶回转圆盘，直到完成整个贴标过程。整个过程结构较为简单，只要能保证好精度。所以设计自动贴标机具有很大的可行性。7第 2 章 贴标机总体设计2.1 技术要求根据贴标机的功能、应用范围和工艺方法，确定贴标机设计方案，合理安排贴标机的加工工序和工艺路线。分析贴标过程中瓶子的输送、标签的输送、贴标动作的执行和成品输出个动作的运动规律，确定对各执行机构的运动要求，完成机构的选型和初步设计。深入分析贴标工艺中的关键技术，提出实现方案，进行结构设计。根据送的动作要求，设计低成本，结构简单可行的装置实现标签的输送。合理设计贴标装置结构，完成精确贴标。完成贴标几个零件的转配设计，检验系统的可靠性，通过解决出现的问题，保证系统的正常运行。2.2 贴标机的功能分析2.2.1 系统功能需求分析本贴标机用途：使用无胶标签对抗生素药瓶进行贴标。瓶子与标签的材料规格：瓶子尺寸为： 瓶高 H=100 0.05（mm） 长宽 D=200.00 0.40（ mm）,瓶体为玻璃材料，瓶内装有粉针制剂；标签尺寸为：长 L=45(mm) 宽 B=20.6（mm ）,标签的材料是无胶纸标签。2.2.2 系统总体方案设计8选择和拟定工艺过程式贴标机设计第一阶段的任务，是贴标机设计的基础。根据系统功能要求可将整个贴标过程分为以下几道工序，如下图 1 所示：容 器 传 送2.3 贴标机主要工作原理介绍2.3.1 输瓶带上排列紧密的瓶子送到进瓶星形拨轮，随着星形拨轮的转动将瓶间距扩大，再由进瓶星轮与中心导板配合，使容器以沿着进平行轮中心为原点，半径为一定值的圆弧运动，进入到托瓶回转平台上。2.3.2 当容器进入到回转平台的托瓶盘上时，随着托瓶圆盘一起同心转动，将容器送到标站的贴标工位（即托瓶圆盘上的容器与真空吸鼓相切的位置） 。2.3.3 真空吸鼓把涂好胶水的标签轻轻压在容器壁上，标签纸与容器先是一部分粘贴在一起，托瓶盘带着容器一起转动，与真空吸鼓向对转动，在此过程中完成贴标动作。完成贴标的容器传送到出瓶星轮处，出瓶星轮与中心导板配合将容器送出到传送带上。2.3.4 传送带将瓶子带离机器，从而完成整个贴标过程。2.3.5 标签运行路线的控制原理标签从标盒里取出并被贴在容器上的运动是由几个部件合作完成的。取标真空吸鼓在动力驱使下，绕盘心转动，与之相连的涂胶及贴标真空吸鼓也同步转动。取标真空吸鼓从标盒里吸出标签后，转动一定角度由印码装置在标签上印刷生产日期、有效期、生产批号等。完成印码的标签被送到另一个工位，将标签传送给贴标真空吸鼓。标签随着真空吸鼓转过一定角度后，与涂胶盘相对容 器 传 送容器定位容器输出送标并涂胶贴标签9转动，由于涂胶盘上附着了一层胶水膜。转过涂胶盘后的标签上就已经均匀的涂上了一层胶水，再由真空吸鼓把标签送到贴标位置，完成贴标过程。2.4 贴标机总体布局及主要部件结构本次设计的贴标机分为传动部分、进出瓶星轮、输瓶带、托瓶转盘、贴标部分、印码装置及胶水供给装置等，参看图 2 及图 3。图 2 贴标机主要部件结构图 Error! No bookmark name given. gfedcbj=1:3610图 3 贴标机总布局图2.4.1 拖瓶回转圆盘设计按设计要求，贴标机每分钟贴标签 240 个，设计托瓶圆盘每周最多托瓶12 个，则根据瓶子尺寸外径 D=22.4mm 计算，考虑到瓶子之间要有一定的间隙，设定间隙为 22.4mm.则，托瓶转盘尺寸如下图 2 所示：图 2 托瓶圆盘示图2.4.2 标签放在标签盒里，靠弹簧带动推板来推动标签的移动。因为标签很轻，不许要多大的力来推动，因此只要靠弹簧的弹力力就可以实现标签的运动，使标签源源不断的补充过来。但是要定期往标签盒里加标签，以保证正常的生产。2.4.3 动力传动部分设计计算a.计算各个零部件之间的传动比，根据托瓶圆盘设定转速为 20r/min, 托瓶圆盘与进出瓶星轮齿轮 Z c 的速比 i1：i1=nb/nc=1/2托瓶圆盘齿轮与真空吸鼓齿轮速比 i2：i2=nb/nd=1/3真空吸鼓齿轮与涂胶盘齿轮的速比 i3:i3=nd/ne=1真空吸鼓齿轮与印码装置齿轮的速比 i4:i4=nd/nf=1齿轮的变速装置齿轮为直齿圆柱，此处为测量用的精确齿轮，速度不高，要求传动准确，11故选用 5 级精度，小齿轮材料用 40Cr（调质） ，大齿轮材料用 45#钢，二者材料硬度相差 40HBS。初选小齿轮的齿数 Z1=42，大齿轮 Z2=221=84。按齿面强度设计计算，由设计公式 ，2131.()t EtdHKTZd1.确定公式内的各计算数值 6(1)选在和系数 1.tK(2)计算小齿轮的转矩 =95500004.6/750=7640N.mm .T(3)由表 10-7 选取齿宽系数 =0.4d（4）由表查得材料的弹性影响系数 =189.8MPa1/2EZ（5）由图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮按照接触疲劳强度极限 ； lim160HMPa lim250HMPa（6）由图 10-19 查的接触疲劳寿命系数 =0.90；1NK2.9N（7）计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1%，安全系数 S=1,由式 110.96540HLimNHKPaS22.2.HLimMPa2）计算（1）试计算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值。1tdH= =27.49mm2131.()t EtdHKTZd 23.7640189.()5（2）计算圆周速度 v12= =1.08m/s.160tdn27.495061(3)计算齿宽 b= 1.4.dt m(4)计算齿宽与齿高之比 b/h，模数 1/27.49/1.3ttdzm齿高 h= 2.535/096/.bh(5)计算载荷系数根据 v=1.08m/s，7 级精度，由图 10-8 查得动载系数 直齿轮，假1.2;vK设 ， ；由表 10-2 查得使用系数 ；由/10/AtKFbNm1.2HFKA表 10-4 查得 7 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，=1.42mm; 由 b/h=9.40， =1.42 查23.28(.6)0.hdbh表 10-13 的 ；故载荷系数1.35f2.14.908AvhFK(6)按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式 =33.03mm331/7./.ttdK(7)计算模数 m m= =33.03/21=1.57mm1dz3)按齿根弯曲强度设计由式弯曲强度设计公式为 m ，确定公式内的各计算数值。132()FaSdYKTZ（1）由图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿150FEMPa13轮的弯曲疲劳强度极限 ；2380FEMPa（2）由图 10-18 查得弯曲疲劳寿命系数 ， ；10.85FNKFN20.8（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由式 1!0.85 30.574FNEKPaS；22. 28.6FEM（4）计算载荷系数 KK= AVF1.21.3584（5）查得齿形系数由表 10-5 查得 ； 。12.65FaY2.6Fa（6）由表 10-5 查得 ；.8S1.74SY（7）计算大、小齿轮的 并加以比较Fas12.6580.13793FasY2.4.68Fas大齿轮的数值大。1）设计计算=1.011332 21.84760N.m() .164FaSdYKTmZ对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲14疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数,得大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度多决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数 1.01 并就近圆整为标准值 m=1.25mm，按接触强度算得的分度圆直径 =33.03mm，算得小齿轮齿数1d13.0265Zm大齿轮齿数 21这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又