双刀滚压式轧盖机设计说明书

- I -摘 要包装机械作为现代包装工业体系主要支柱之一具有举足轻重的作用。作为产品包装的最后一个工序封口，对产品质量有很大影响。轧盖机是封口机械中的主要类型之一。本文对国内外包装机械的发展状况进行了概述，并详细阐述了常用典型封口机械的工作原理和结构特点。本文所设计的双刀滚压式轧盖机，通过螺旋推进器自动完成瓶子上料，由电磁激振器完成瓶盖上料，拨瓶轮完成分瓶工作，锁头机构带动双滚刀对压好盖的瓶子进行轧盖。本文对双刀滚压式轧盖机的总体结构进行了设计，对各部分机构进行了详细的运动设计和动力设计，对一些关键传动部件进行了安全性分析。关键词 包装机械；封口；轧盖机- II -目 录摘要 .IAbstract .II第 1 章 绪论 .11.1 包装机械概述 .11.2 封口机械的概述 .21.2.1 封口形式 .21.2.2 典型滚压封口机械 .41.3 国内外封口机械发展概况 .81.3.1 封口机发展现状 .81.3.2 国内外新型轧盖机简介 .81.4 毕业设计的主要工作内容 .10第 2 章 轧盖机的工作原理及结构设计 .112.1 双刀滚压式轧盖机的设计要求及功能 .112.2 双刀滚压式轧盖机的原理及总体结构设计 .112.2.1 瓶盖送料器工作原理设计 .122.2.2 螺旋推进器工作原理设计 .132.2.3 拨瓶轮工作原理设计 .132.2.4 锁头机构工作原理设计 .142.2.5 传动系统工作原理设计 .142.2.6 压盖及瓶托机构工作原理设计 .152.3 轧盖机的运动设计 .152.3.1 拨瓶轮部件的运动设计 .162.3.2 螺旋推进器的运动设计 .162.3.3 锁头部件的运动设计 .172.3.4 瓶盖送料器的运动设计 .172.3.5 传动系统的运动设计 .182.4 轧盖机动力设计 .182.4.1 螺旋推进器动力设计 .182.4.2 锁头部件动力设计 .19- III -2.4.3 拨瓶轮部件动力设计 .192.4.4 传动系统动力设计 .192.5 经济性分析 .212.6 本章小结 .21第 3 章 典型零件的强度校核计算 .223.1 链轮轴强度校核 .223.1.1 链轮轴受力分析 .223.1.2 链轮轴的安全性分析 .243.2 链轮轴承寿命校核 .253.3 本章小结 .26结论 .27致谢 .28参考文献 .29附录 1 中文翻译 .30附录 2 英文原文 .34- 1 -第 1 章 绪论1.1 包装机械概述在社会产品生产中，包装是必不可少的。包装是用包装材料或容器，以一定的包装技术手段，对产品进行定量装载、裹包、封装等加工过程的总称。包装是对被包装物所采取的一种保护性措施，包装的主要目的在于保护产品的使用价值。因此，包装中还要顾及到物品在流通中的运输、装卸、存贮保管和销售的方便；此外，包装的装潢还起到美化、宣传和推销的作用。包装机械泛指很广，此处指实现物品直接包装作业的机械装备，是包装加工生产中的重要技术手段。它是以机械的能力把各种各类的物品，包括固体状态、液体状态及粘稠性态的物品，用相适应的包装工艺及选定的包装材料或容器，完成商品销售包装加工生产过程的机械装备。销售包装用的机械设备包括各种小包装和内包装用的有关包装机械，各种中间包装用有关机械装备、大包装或外包装用各种有关的机械设备。包装机械在包装工业的地位十分重要，对包装工业现代化具有举足轻重的作用，它可以提高劳动生产率，改善生产环境，降低生产成本，带来更大的社会效益和经济效益。包装机械由动力机、传动部分、和执行部分等所组成。通常可以分为下列八个组成要素，如图 1-1 所示： 机 身 动 力 机 与 传 动 系 统控 制 系 统 成 品 输 出 机 构主 传 动 系 统被 包 装 物 品 的 计 量 与 供 送 系 统 包 装 执 行 机 构包 装 材 料 的 整 理 与 供 送 系 统图 1-1 包装机械组成方框图- 2 -包装机械的分类方法很多，广义地讲整个包装工业所用的机械设备都属于包装机械的范畴。它可分为两大类：(1) 用于加工包装材料的机械；(2) 用于完成包装过程的机械。包装机械按其功能的不同，可如图 1-2 所示分类裹包机充填机封口机贴标机多工能包装机清洗、干燥、杀菌用机器单元货载用集装和拆卸机辅助包装机械和设备图 1-2 包装机械分类图1.2 封口机械的概述将容器的开口部分封闭起来的机器称为封口机。封口使产品得以密封包存，并便于流通、销售和使用。当包装容器盛装产品后，必须对容器进行封口，包装工作才算完成。因此，封口是产品包装不可缺少的工序之一。1.2.1 封口形式封口的形式与包装容器有着密切关系。包装容器的品种是多种多样的，以制造容器的材料而言，有纸及纸制品材料，塑料及复合材料，也有金属薄板、玻璃、陶瓷和木材等材料；就容器的造型来说，有不同形状的罐、瓶、盒、箱等；如以容器的刚度来分，则有刚性包装容器和柔性包装容器之别。本节所介绍的封口形式是对刚性包装容器的封口而言的。常见包装容器的材料和形状有金属罐、玻璃瓶和塑料瓶。根据刚性容器密封方法的不同，封口的形式主要有下列几种 1：包装机械- 3 -（1） 卷边封口 将罐盖与罐身凸缘的周边，通过互相卷曲钩合的形式所形成的封口，称为卷边封口（如图 1-3a 所示)。在食品罐头和饮料包装中广泛应用的圆柱形金属罐就是采用这种形式封口的。其中，对食品罐头用镀锡薄钢板(俗称马口铁) 制成的“三片罐” ，卷边封口先用来连接罐身和罐底制造空罐，然后连接空罐和罐盖，制造实罐；对饮料用铝板经冲压或冲拔成型制成的“二片罐” ，卷边封口只用来连接罐身和罐盖。为使封口的结合部分不致漏气，般可通过在盖子凸缘上涂覆胶液(橡胶或树脂材料配制)，经卷边后夹在本卷缝中，靠增加其密封性能来达到要求。 （2） 压盖封口 用王冠形圆盖的波纹形周边连接瓶子所形成的封口，称为压盖封口( 如图 1-3b 所示)。这种封口，在瓶盖与瓶口端而之间衬有橡胶或软木制成的弹性密封垫片，变形后对瓶内产品起密封作用；卡在瓶口凸缘下端面上的瓶盖波纹形周边，通过瓶盖牢固的连接，使密封作用得以维持。压盖封口密封可靠，易于启封，是盛装含碳酸气液体饮料啤酒、汽水和酒类用玻璃瓶容器包装时常见的封口形式。（3） 压塞封口 压入瓶口内的瓶塞，靠其本身的弹性变形构成瓶口严密牢封的方法称为压塞封口(如图 1-3c 所示)。瓶塞常用软木、橡胶和塑料等具有一定弹性的材料制成，其结构和形状各异。 瓶塞封口既可作直接封口，也可与瓶盖一起作组合封口，以提高产品密封性、延长保存期。直接封口常用于瓶奖酱油、醋等液体调味食品的封口；组合封口常用于瓶装高档酒、药品和有毒产品的封口。（4） 滚纹封口 通过套在瓶口上的特制铝盖，用滚压出与瓶口螺纹形状完全相同的螺纹的密封方法，称为滚纹封口（如图 1-3d 所示） 。由于启封时，铝盖将沿着裙部周边预成型的压痕断开，所以称 这种封口的盖子为扭断盖；又由于这种封口便于识别启封与否，因此国外把这种盖子定名为“防盗盖” 。滚纹封口不仅具有密封严密可靠、启封方便、包装外形美观等优点，而且，由于能识别瓶内产品是否用过，所以特别运用于盛装象葡萄酒、白兰地等高档酒类玻璃瓶的封口，也常用于象可乐、矿泉水之类饮料塑料瓶的封口。（5）滚压封口 将圆筒形金属盖的底边，经变形后紧压在瓶颈凸缘的下端面上所形成的封口，称为滚压封口(如图 1-3e 所示)。位于瓶颈凸缘与瓶盖间的环形弹性胶垫，使封口得到可靠的密封。食品罐头用的广口瓶常用这种形式封口。（6）旋盖封口 瓶盖与容器以螺纹连接方式形成的封口，称为旋盖封口(参阅图 1-3f)。这种封口是靠旋转瓶盖时，通过盖底与瓶口之间的密封垫或置- 4 -于瓶口内的瓶塞产生弹性变形，来得到密封性连接的。旋盖封口与滚纹封口相比，两者虽然都以螺纹连接作为封口的形式，但在封口元件形成螺纹的方法上，却有本质上的区别。前音是在用塑料或胶木制成的瓶盖内已预先模塑出内螺纹，因此只要旋转瓶盖就能与容器封口部位的外螺纹相配；而后者必须用机械的方法滚压出外螺纹，才能达到封口的目的。旋盖封口也是玻璃瓶罐容器常用的封口形式之一。封口部位使用单头、或多头螺纹。（a）卷边封口 （b）压盖封口 （c）压塞封口（d）滚纹封口 （e）滚压封口 （f）旋盖封口图 1-3 封口形式1.2.2 典型滚压封口机械滚压式封口机是生产金属盖玻璃瓶装罐头或药品的密封封口设备。滚压式封口是利用封口滚轮使带胶圈的金属滚压变形，盖内胶圈紧贴玻璃瓶瓶口径向的凸出封口线而形成密封封口。封口机完成的基本功能是进瓶、瓶上升、抽真空（或常压） 、封口、瓶下降、出瓶。滚压式封口机工作原理是电机带动封口机头的主轴转动，瓶盖与封口机头的上压头压紧，带动瓶体随同机头主轴一起回转，进给凸轮通过摆臂机构使封- 5 -口滚轮对瓶盖和瓶口进行封口作业，封口完成后各部件自动复位。下面按工作原理的不同简介几种典型的封口机： 2（1） GT4B2 型卷边封口机 图 1-4 所示为国内目前通用的 GT4B2 型卷边封口机的示意图。充填有物料的罐体，借装在推送链上的等间距推头 15 间歇地将其送入六槽转盘 11 的进罐工位（） 。盖仓 12 内的罐盖由连续转动的分盖器 13 逐个拨出，并由往复运动的推盖板 14 有节奏地送至进罐工位罐体的上方。接着，罐体和罐盖被间歇地传送到卷封工位（） 。其时，先由托罐盘 10、压盖杆 1 将其抬起，直至固定的上压头定位后，用头道和二道卷边滚轮 8 依次进行卷封。然后，托罐盘和压盖杆恢复原位，已卷封好的罐头降下，六槽转盘再送至出罐工位（） 。为了避免降罐时的吊罐现象，在压盖杆 1 与移动的套筒 2 间装有弹簧 3，以便降罐前给压盖杆一定预压力。1-压盖杆；2-套筒；3-弹簧；4-上压头固定支座；5、6-差动齿轮；7-封盘；8-卷边滚轮；9-罐体；10-托罐盘；11-六槽转盘；12-盖仓；13-分盖器；14-推盖板；15-推头图 1-4 GT4B2 型卷边封口机示意图- 6 -（2） GT4B13 型卷边封口机 GT4B2 卷封机是罐体与罐盖被固定不动，卷边滚轮绕其旋转。目前的卷边封口机大都属于这种结构形式。另一种不同结构是罐体与罐盖绕轴自转，而卷边滚轮不绕罐体作周向旋转。如图 1-5 所示GT4B13 型卷边封口机，罐体被紧夹在上下压头 7、8 之间，并有行星齿轮 2 带动自转，从而完成相对于卷边滚轮 6 的周向旋转运动。这种结构虽较简单紧凑，但因罐体既有自转又有公转，货物易从罐口流出，限制了它的自转速度以及生产能力的提高。（3） GT4B13 型卷边封口机 图 1-6 所示 TUB54 型异型罐卷边封口机采用的靠模与所要卷封的罐头外形，既不相似也不相同，而是将转角曲率设计成变化比较缓和的形状，以利提高卷封质量。齿轮 3、4 在同轴齿轮 2、1 的带动下，以相同方向不同转速转动，又通过轴 19、20 分别带动封盘 18 和共轭进给凸轮 5、6 转动，从而使封盘上的轴 9 绕中心主轴旋转，则能相对封盘摆动，再通过齿轮 13、14 的啮合运动而使卷边滚轮 16 作径向进给运动。又由于不完全齿轮 14 铰支在与轴 9 活套相连的靠模凸轮摆杆 12 上，这样，在一对固定的共轭靠模凸轮 10、11 的作用下，遂强制不完全齿轮 14 既能自转，还能绕齿轮1-中心齿轮；2-行星齿轮；3-上转盘；4-摆杆；5-固定凸轮；6-卷边滚轮；7-上压头；8-下压头；9-下转盘图 1-5 GT4B13 型卷边封口机卷封机构示意图- 7 -13 摆动。结果，卷边滚轮即协调地完成了周向旋转、径向进给和仿型的复合运动。调节齿轮 8 是用来改变卷边滚轮安装的初始位置，松开轴 9 与摆杆 7 的连接，即可转动调节齿轮，从而达到位置调节要求。1、2、3、4-齿轮；5、6-共轭的进给凸轮；7-进给凸轮摆杆；8-调节齿轮；9-轴；10、11-共轭的靠模凸轮；12-靠模凸轮摆杆；13-齿轮；14-不完全齿轮；15-卷边滚轮摆杆；16-卷边滚轮；17-固定轴；18-封盘；19、20-轴图 1-6 TUB54 型卷边封口机卷封机构立体示意图1.3 国内外封口机械发展概况1.3.1 封口机发展现状为适应包装现代化的需要，随着新技术、新工艺、新材料的开发，封口机械在品种、型式、效率、可靠性、功能多样化和自动化水平等各方面不断飞跃发展，集中表现为现代封口机械高速化、自动化、系统化和通用化的发展趋势。- 8 -进入新世纪以来，我国包装机械工业每年平均以 2030的速度增长，发展速度高于整个包装工业平均增长速度的 1517%， ，比传统的机械工业的平均增长值高 47 个百分点。包装机械工业已经成为我国国民经济中不可缺少的非常重要的新兴行业。我国大力开发适于不同状态的物料、不同重量的系列包装设备；开发各种配套辅助设备,如物品整理分送装置，以扩大主机功能，使之向多功能化、高速化、自动化方向发展。目前，我国各类封口机应用极为广泛。除单独使用的封口机外，还有许多封口机与其它机器共同组成的生产自动线，大大提高了生产自动化程度及效率，减少了工人的劳动强度，提高了包装质量。1.3.2 国内外新型轧盖机简介随着科学技术的发展和进步，各种轧盖机在不断的发展。以下是几种常见的轧盖机械：图 1-7 KG300 型滚压式轧盖机 KG300 型滚压式轧盖机 生产厂家：江苏江阴瑰宝精密机械制造有限公司。主要用途：适用于抗生素或管制瓶的轧盖封口。工作原理：该机轧盖部分采用液压式行星机构，具有轧口牢固，密封好，铝盖光滑无折皱，生产效率高，操作简单等特点。- 9 -图 1-8 YGZ 系列口服液灌轧机图 1-9 YGZ10 型口服液灌轧机YGZ 系列口服液灌轧机适用于制药、保健品和食品行业中口服液的灌装和封口轧盖。轧盖采用三刀滚轮式柔性轧头，对瓶子外形尺寸差异适应能力强，能减少瓶子的破损率。主要用途：本机供药厂小剂量的酊水、糖浆的灌装和轧盖工序，全机可完成输瓶、定量灌装、理盖、送盖、轧盖工序，凡与药物接触的零件均采用不锈钢或聚四氟乙烯制造，具有无瓶不灌、无瓶不送盖，变频无级调速等功能，具有国际八十年代先进水平。- 10 -图 1-8 ZGX 型多功能行星式轧盖机主要用途：使用于抗生素模制瓶或管制瓶的轧盖封口。工作原理：本机轧盖部分采用液压缩式行星机构，采用先压盖、后轧盖的先进工艺，自行完成理瓶、上盖、轧盖、出瓶等工序。- 11 -第 2 章 轧盖机的工作原理及结构设计2.1 双刀滚压式轧盖机的设计要求及功能技术要求 ： 轧盖速度：40-80 瓶/分钟； 瓶子直径：20mm-25mm；瓶子高度：20-80mm；瓶盖直径：12-15mm；瓶盖高度：10-15mm。本文所设计的双刀滚压式轧盖机用于抗生素粉针剂玻璃瓶或口服液分装后的铝盖或铝塑盖轧盖封口。本轧盖机结构合理紧凑，运转平稳，操作灵活，规格转换调节方便。进瓶处设有缓冲出口，采用十二工位转盘，双滚刀轧盖原理，轧压铝盖无损伤，轧口牢固，光滑平整。出现故障时有自动停机功能。2.2 双刀滚压式轧盖机的原理及总体结构设计本轧盖机可以分为瓶盖送料器、螺旋推进器、拨瓶轮、锁头部件、传动系统及压盖和瓶托机构六个部分：瓶盖送料器：采用料斗式电磁激振给料器，结构简单、紧凑，具有自动分选、定向给料的功能；螺旋推进器：瓶子的进料装置采用螺旋推进器，并在外侧加防护罩；拨瓶轮：采用十二工位转盘机构，具有间歇旋转功能；锁头部件：采用两个滚刀，由单独电机带动，为本机器较复杂部件；传动系统：采用三根传动轴，相互之间用锥齿轮连接；压盖及托瓶机构：完成使瓶盖与瓶身贴紧、托起瓶子使滚刀压下完成轧盖的最后过程。它的具体工作过程如图 2-1 所示，螺旋推进器接受送料机构传送来的瓶子，将瓶子推进至瓶盖送料器的瓶盖滑轨下接受滑轨中落下的瓶盖，瓶子继续移动进入拨瓶轮相应的缺口中，在随着拨瓶轮转动的过程中，压盖部件落下使瓶盖与瓶子压紧，当拨瓶轮转动至锁头下时，托瓶部件顶起瓶子，滚刀落下，完成轧盖动作，然后瓶托落下，瓶子随拨瓶轮继续转动至出料口，则完成了轧盖过程。- 12 -图 2-1 双刀滚压式轧盖机总体结构简图2.2.1 瓶盖送料器工作原理设计图 2-2 瓶盖送料器工作示意图如图 2-2，瓶盖送料器的振动工作体圆形料斗由圆筒 l 及托盘 4 组成，圆筒 l 内壁制作有螺旋形物品输送跑道2 及定向、分层等选料装置 3，圆筒紧固在托盘 4 上。主振弹簧片组 7 有三或四组，作均布配置，通过连接件将主振弹簧片两端分别紧固在托盘 4 及底盘 8上，支撑着圆形料斗。衔铁 5 固定在托盘底面的中部；电磁铁铁心 6 由固定座体对应衔铁 5 安装在底盘 8 中部，衔铁5- 13 -和减振橡胶弹簧垫 9 固定在轧盖机上 3。料斗在电磁激振力作用下产生扭转摆动。料斗圆周部位具有最大的运动线速度，因而促使瓶盖向料斗周边分散开，并沿料斗内壁上的螺旋送料轨道向上断续地被抛掷前进，最后从料斗上缘出口处进入瓶盖输送滑道。2.2.2 螺旋推进器工作原理设计螺旋推进器是一种简单的连续式输送机，适用于输送松散状态的干燥物品。图 2-3 所示为螺旋推进器工作原理图。它由一根装有螺旋叶片的转轴和输送槽组成。螺旋转轴通过轴承安装在两端轴承座上，螺旋转轴端的轴头与驱动装置相连接。输送槽上开设有进瓶口和出瓶口。进瓶口与进料装置相连，出瓶口则与拨瓶轮相连接。为防止瓶子堆积过多，在输送槽中间位置设置有弹性出口。螺旋转轴由驱动装置驱动，送入输送槽中的瓶子由转动的螺旋叶片推动而沿输送槽轴向前进，直到出瓶口排出。图 2-3 螺旋推进器工作原理图2.2.3 拨瓶轮工作原理设计拨瓶轮采用圆柱式分度转位凸轮机构，如图 2-4 所示由圆柱分度凸轮2 和滚子转盘轮 1 组成。圆柱式分度凸轮连续回转时，滚子转盘轮从动件得到周期单向转位运动。圆柱分度凸轮是在圆柱表面上制作出两端开放有端头的凸起轮廓，其轮廓由螺旋曲线段和垂直轴线的直线轮廓段组成。滚子转盘轮是从动件，转盘轮端面用销轴安装着若干滚子，滚子按要求均布配置在同一圆周上 4。- 14 -图 2-4 圆柱式分度凸轮2.2.4 锁头机构工作原理设计如图 2-5 所示，当已经过压盖工序的瓶子 7 随着拨瓶轮运动到压盖头 5 下方时，托瓶机构顶起瓶子，瓶子顶起压盖头 1，压盖头 5 及滚刀支撑架及其上的滚刀 1 相对于皮带轮 4 上升，滚刀 1 被事先调好的顶针螺杆 2 顶着，滚刀则以其上面的销轴为中心转动，滚刀头落下并挤压瓶盖 6，由皮带轮 4 带动滚刀旋转完成轧盖过程。轧盖过程中压盖头与瓶盖并不旋转。图 2-5 锁头机构工作原理图2.2.5 传动系统工作原理设计机器的传动系统如图 2-6 所示，电动机 1 经三角皮带带动蜗轮蜗杆减速器2，再由链传动带动主轴，主轴上的柱状凸轮带动拨瓶轮 4 旋转，主轴连续旋转，拨瓶轮因与柱状凸轮啮合作间歇旋转运动，主轴另一端经锥齿轮 4 传动至圆柱分度转位凸轮轮廓与滚子转盘轮上两滚子保持接触，凸轮轮廓与滚子间保持着相当于蜗杆与蜗轮之间的啮合传动关系。凸轮做等速连续 转动，将驱使滚子转盘轮作单向周期转位运动。 在轧盖机工作过程中，由于意外原因，可能出现瓶碎，卡瓶等故障。拨瓶轮底部安装有安全离合器，当轧盖出现破瓶等故障时，顶端的拨瓶轮将由于负载过大的原因停止转动，此时安全离合器将脱离开，拨瓶轮上的安全离合器限位顶板上升，顶动其上部的安全开关，机器自动停机。 - 15 -链轮轴，再由链轮带动螺旋推进器 6 转动，完成送瓶的工作。本机器使用两台电动机，另一电动机负责带动锁头旋转，完成轧盖工作。5 为压盖机构，由传动轴上的凸轮带动压盖头上下往复运动。3 为瓶托机构，当瓶子由拨瓶轮 4 带动至锁头下时，拨瓶轮停止转动，瓶托机构 2 上升，顶起瓶子使滚刀落下，进行轧盖工作。图 2-6 轧盖机传动系统简图2.2.6 压盖及瓶托机构工作原理设计瓶托机构采用凸轮杠杆机构。如图 2-7 所示，1 为杠杆支座，固定在机器第二层板中；5 为瓶托套筒，固定在第一层面板上；主动轴上的瓶托凸轮图 2-7 瓶托机构原理图与杠杆 2 上的轴承 3 接触，当凸轮转动时顶起杠杆2，杠杆 2 则绕着杠杆座 1 转动，通过调节螺杆 4 顶起瓶托 6，当配盖后的瓶身转送到瓶托 6 的上方时，瓶子则被顶起至最高位置，然后进行轧盖作业。轧盖结束后，瓶托落下，瓶子随拨瓶轮转动至下一工位。压盖机构原理与瓶托类似，只是工作部件有所不同，当瓶子接受瓶盖送料器落下的瓶盖时，压盖机构落下，把瓶盖压紧。- 16 -2.3 轧盖机的运动设计如图 2-1 所示，机器的工作速度由拨瓶轮的转速决定，而拨瓶轮的转速由主轴上的凸轮带动；另外螺旋推进器的转速也由主轴所决定。所以本机器的运动除锁头由单独的电机带动以外，其余皆有主电机带动。下面分别对几个机构进行设计：2.3.1 拨瓶轮部件的运动设计如图 2-8 所示，拨瓶轮在主轴的带动下间歇转动，其转速决定着机器的工作速度。选择机器工作速度为 50 瓶/分钟进行设计计算，则拨轮轮的转速为。min/r50轧盖机作为周期脉动式多工位自动包装机的一种，其转位传送要按照轧盖工艺要求，实现转位停止转位停止的周期脉动规则运动。本机器选图 2-8 拨瓶轮构运动简图用圆柱式分度转位凸轮机构实现其功能。如图 2-4 所示，转盘轮上左右两个滚子与凸轮廓形工作面保持接触，滚子 3 开始进入凸轮轮廓的螺旋曲线段，凸轮转动时就驱使滚子转盘轮转位。滚子 4 则逐渐脱离开凸轮轮廓。随凸轮转动的滚子 3 与凸轮轮廓的接触由螺旋段转到直线段，则下一个滚子将逐渐进入到与凸轮轮廓直线段的另一侧面相接触。由于凸轮轮廓的直线段与其轴线相垂直。此时，凸轮转动，棍子转盘轮则停止不动，为分度转位后的停息阶段，此期间各工作机构将执行加工作业，包括压盖、托瓶和轧盖。由设计要求得每个瓶子的工作时间为 ，选择拨瓶轮的转位时s2.1506t间和停息时间相等，则各为 。则对应的圆柱凸轮直线段和螺旋曲线段各为s6.0。180- 17 -2.3.2 螺旋推进器的运动设计 按照瓶子和机器的要求，螺旋推进器的螺旋轴选择单头右旋螺旋轴，由于本螺旋推进器较小，选择实心螺旋轴，由机床精确车制处螺旋。螺旋的直径由所输送的瓶子的特征确定，选择直径 。m80D螺旋的螺距 大小和推进器的配置方式与被输送物品性能有关。由瓶子要S求选择 。m25为避免瓶子与螺旋及输送槽间有过大的摩擦，防止瓶子产生剧烈晃动，螺旋的工作速度应给予限制。螺旋轴许可最大工作转速由下列经验式计算（2-1）in/r1780.5DAn式中 螺旋的直径（米） ；D系数。按被输送物品特性选取；质轻、易流动、无磨削性物品取A。50为了配合拨瓶轮的设计速度，螺旋推进器也选择 ，且符合最大速min/r50度的要求。2.3.3 锁头部件的运动设计锁头单独使用一个电机，由于所需功率不大，选择微型驱动电机。A05624120W。电机带动皮带轮，经皮带传动带动套筒皮带轮，使滚刀绕瓶盖旋转完成轧盖工作。由经验选择滚刀公转转速 700rpm，选择电机皮带轮和套筒皮带轮直径比为 60：120，则电机转速为 1400rpm。查电机手册选择A05624120W 电机，功率也能满足要求。2.3.4 瓶盖送料器的运动设计瓶盖送料器采用电磁激振，如图 2-9 所示 1 为底盘，2 为主振弹簧，3 为料斗托盘。振动输送过程中物品将呈现两种基本运动形式：一为向前滑移- 18 -图 2-9 滚贴机构简图择 ；料斗内螺旋输送道的宽度稍比瓶盖直径大，选择m30内D螺旋输送道间垂直方向间距以不让2螺a两个相重叠在一起的瓶盖通过为限度，取 ；螺旋升角取 。20m螺h2螺a螺旋轨道稍内倾，以使瓶盖在其上前进时不易落下。料斗托盘设计成扁圆锥形，锥底角为 ，以利于瓶盖进入螺旋输送道，如5图 2-10 所示图 2-10 料斗托盘2.3.5 传动系统的运动设计由于拨瓶轮转速要求 ，所以主轴转速也为 ，选择蜗轮蜗min/r50min/r50杆减速器减速比为 20：1，则减速器输入速度为 ，选择主电机经皮1带传动至减速器，主电机选择 0.55kw， ，则电机带轮和减速器带轮in/r390直径比选为 91：126。运动，一为向前做抛掷运动。在瓶盖振动送料器时有些参数要恰当选择。激振频率由供给电源决定，选为 =50 次/秒；振幅 =1mm；振动fa的方向角选择为 ，则主振弹簧片的安装角度30为 ；圆料斗螺旋输送道的内径 ，关系着30内D装载容量的大小，是料斗容积的主要参数。根据物品轮廓尺寸、考虑供料能力的需求、考虑结构尺寸协调等因素选则- 19 -2.4 轧盖机动力设计2.4.1 螺旋推进器动力设计螺旋推进器输送瓶子的生产能力为（件/分） （2-2 ）501nmQ式中 输送螺旋的螺旋头数；m螺旋轴每分钟工作转数（转/分） 。n瓶子的输送速度为（2-3 ）)/(02.65.0秒米nSV式中 输送螺旋的导程（米） ；0S螺旋轴每分钟的转速（转/分） 。n螺旋推进器所需功率可按下式估算（2-4 ）（ 千 瓦 ）25.0367103QLN式中 螺旋推进器每小时给料量（公斤/小时） ；Q瓶子的给料输送距离（米） 。L2.4.2 锁头部件动力设计由经验每个瓶子轧盖所需力大约为几十牛，安全起见按 100 牛设计计算。则每个瓶子所受力矩至多为 。则所需电机功率为mN750.1frT。64W105.975.6nTP根据设计转速和功率，电机选择 A05624 型微型异步电机，该电机输出转速在 ，电机输出功率为 ，取皮带传动效率系数为 0.96，则锁mi/r14002头实际功率为 ，可以满足设计要求。5.22.4.3 拨瓶轮部件动力设计估算每个瓶子为 10g 重，拨瓶轮上同时推动 7 个瓶子运动，则瓶子总重为- 20 -。拨瓶轮的功率损耗主要在瓶子与拨瓶轮及输送轨道的N7.0891.7G摩擦上，取摩擦系数 ，则拨动瓶子所施加的驱动力应为5，则驱动力矩应为 ，则拨F.35 mN42.01.53FrT瓶轮所需功率为 。W8105.94210.966nTP2.4.4 传动系统动力设计传动系统采用皮带轮、链轮及锥齿轮传动，仅皮带轮实现变速，链轮、锥齿轮只改变转速方向不改变速度大小。根据设计要求，同时参考同类轧盖机的设计，本传动系统所选电机型号为 Y801-4，转速为 =1390rpm，输出功率为mn0.55kw。则第一根轴的转速为dP（2-5）rp502169301 n第二根轴及其他轴及拨瓶轮及螺旋推进器转速皆为 50rpm 则第一根轴的输入功率 为1P（2-6）kw40.9.608.95.04321 d第二根轴的输入功率 为（2-7）3.5.512P第三根轴的输入功率 为3（2-8）kw6.09.8052螺旋推进器的输入功率 为4P（2-9 ） 拨34.36瓶轮的输入功率 为5（2-10）kw29.0.7504.61 P电动机轴的输出转矩 为dT- 21 -（2-11）mN8.371905.9105.966 mddnpT故第一根轴的输入转矩 （2-12）2.8.378421 d第二根轴的输入转矩（2-13）3.27095.251 T第三根轴的输入转矩（2-14）mN.48.23 螺旋推进器轴的输入转矩（2-15）7.2396.048934 T拨瓶轮的输入转矩（2-16） 4.1.57.265 式中 皮带传动的传动效率，取为 0.96；1蜗轮蜗杆的传动效率，取为 0.8；2链传动的传动效率，取为 0.96；3轴承的传动效率，取为 0.99；4锥齿轮的传动效率，取为 0.95；5凸轮的传动效率，取为 0.75。6由以上计算可知各部件的输入功率均能满足工作要求。2.5 本章小结根据设计要求，并参照同类机器的设计，本章对轧盖机的关键部分：螺旋推进器，瓶盖送料器，拨瓶轮，锁头机构以及传动系统进行了原理设计并详细阐述了工作过程，并进行了运动学和动力学设计。所设计的各部件的数据均能满足工作要求。- 22 -第 3 章 典型零件的强度校核计算传动系统中的链轮轴既有链轮又有锥齿轮，受力复杂，是传动系统中的典型零件，所以选择链轮轴做校核分析。 3.1 链轮轴强度校核3.1.1 链轮轴受力分析 左端连接链轮，使轴承受转矩 ，右端连接锥齿轮，已知mN3.2489T齿轮传递的名义转矩 ，齿宽中点分度圆直径 ，分3.2489T 40md度锥顶角 ，分度圆压力角 ，受力分析如图 3-1 所示450图 3-1 传动系统链轮轴受力分析轮齿圆周力 5N.12403.892mt dTF- 23 -径向力 N 32cos4520tan5.14costanr F轴向力 N it.ita 计算支撑轴承处支撑反力在水平面上4.5296/03/32m4r1H LdFRaN.4.51HrR在垂直面上7N.12829630.)(324t2v L则 .47.185.v2t1v RF轴承的总支承反力N.62.2H1 4.13.7.82V2R在水平面上，a-a 剖面左侧弯矩 67.205.4.2H1a LMa-a 剖面右侧 N.1389.632aR在垂直面上，a-a 剖面左侧 4.05.24.21Va La-a 剖面右侧 6.89.7832aRM合成弯矩，a-a 剖面左侧 m2N.134.06.1222aVaHa a-a 剖面右侧- 24 -m5N.64.42867.13)()(2aV2aHa M3.1.2 链轮轴的安全性分析 链轮轴的受力分析如图 3-1 所示，由图可知靠近右端轴承处 a-a 截面为危险截面，由以上的计算可得 a-a 左侧弯矩 ，右侧弯矩2.1683。m654.N为验证上述计算的正确性，使用软件 Solidworks 所带插件的分析功能，对此链轮轴进行了电算分析， 图 3-2 安全区域分析图输入计算得到的各种数据，得到图 3-2 安全区域分析图，蓝色代表按全区域，所以该轴是安全的。如图 3-3，为链轮轴的应力分布图。已知轴的材料为 45 钢，调质处理- 25 -，由图可知，该轴是安全的，且危险截面符合上述计算结论。MPa650b图 3-3 应力及变形分析图3.2 链轮轴承寿命校核假设该轴承工作五年，每天三班工作，则其预期寿命为：。利用 Solidworks 的插件轴承计算器进行实际寿360h58hL命计算，由图 3-1 的受力分析，将受力数