瓶盖理盖系统设计【瓶装品自动选盖封装机设计】【说明书+CAD】
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瓶装品自动选盖封装机设计
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瓶盖理盖设计2010届本科生毕业设计（论文）课题名称 瓶盖理盖系统设计 专 业 机械设计制造及其自动化 专业方向 机械电子 班 级 学 号 学生姓名 指导教师 教研室 机械电子工程教研室 机械工程学院2014年 3 月 7 日摘要 商品封装是工业的一个组成部分，只有工业上出厂的商品封装规格标准化，才有利于装卸、运输、仓储的机械化及自动化。运用高效率的封装设备可提升自动化与作业效率。但是国内在这方面的技术还不够先进和完善。本次设计也是出于对当今工业发展的需求和对国内外现状的分析而设计出的一个新型的机器。该论文题目是瓶装品自动选盖封装机械设计。其中封装机构是该设计的重要部分，直接影响了生产的效率，有很大的作用。 本次设计的内容是瓶装品选盖机构和封装机构的设计，主要分为以下几个部分：第一部分，旋盖机构的详细设计，画出详细的装备图；第二部分，选盖机构主要部件的结构设计，主要部件是盖的定向机构；第三部分，传动系统的设计。主要运用传动系统方面的知识，通过一定的传动链，把力传到主轴上去。另一部分是设计说明书，写设计说明书是除了以上三部分，还要考虑到传动比的计算，选用轴承、齿轮计算，还要考虑到工作中的载荷问题，润滑方式的选择以及皮带的选择。 关键词：封装 定向 传动Abstract Packaging of goods is an integral part of the industry, only industrial goods packaging factory on standardized specifications, can help loading and unloading, transportation, warehousing of mechanization and automation. Use of high-efficiency packaging equipment to enhance operational efficiency and automation. But in this area of domestic technology was not advanced and improved. The design is based on the needs of todays industrial development and analysis of the status quo at home and abroad to design a new machine. The thesis topic is covered in cylinders for automatic election package mechanical design. Packaging, which the body is an important part of the design, a direct impact on the efficiency of production, have great role to play. The design of the contents of the election is bottled goods covered bodies and the package design, can be divided into the following parts: the first part, the detailed design of screw-cap institutions, to draw a detailed map of the equipment; second part of the election covered bodies The main components of the structural design, the main components is covered orientation; third part of the drive system design. The main use of transmission of knowledge, through a transmission chain, the force reached the main boost. Another part is to design brochures, write design specification is in addition to the above three parts, but also taking into account the transmission ratio calculation, the choice of bearings, gears, but also taking into account the problems in the work load, lubrication and the choice of means belt choice.Keywords: Packaging Directional Transmission目 录1. 绪论 12. 设计概述 3 2.1 研究领域和发展趋势3 2.2 设计的要求43. 总体设计 5 3.1 工艺过程5 3.2 机器的总体设计要求7 3.2.1 机器的总体布局要求7 3.2.2 机器总体布局的设计84. 封装机构的传动设计105. 选盖机构的设计 186. 机器的维护和保养217. 总结22 8. 致谢23参考文献 241. 绪论自动化生产技术在机械制造中有了飞速的发展，封装技术更是其中的典范。商品封装是工业的一个组成部分，只有工业上出厂的商品封装规格标准化，才有利于装卸、运输、仓储的机械化及自动化。包装机械业专家指出，产品除必须注重质量外，封装技术也是攸关产品营销成败的关键之一，运用高效率的封装设备可提升自动化与作业效率。本项目属于机电新产品开发设计，设备主要用于单件大批量产品生产中的瓶装品自动封装等。针对国外产品质量检测技术水平的发展和产品国际化流通高质量要求开发先进的瓶装品封装机械以适应生产和消费的需要。现在瓶装品工业的发展非常迅速，形形色色的瓶装品制品被大量应用在啤酒、饮料、药物的盛装上。因此，瓶制品的封装设备的技术发展直接影响到这些需要瓶制品的工业的发展。设想一下，如果在一条生产线上，一个个被灌装好的瓶子没有一个专门的机械设备来完成瓶盖的筛选和封装，只靠人工来完成筛选瓶盖和封装瓶子，那将会极大的影响了整个企业的生产效率，势必会提高劳工时间，浪费资源和资金，也就不能在强烈的市场竞争上取得一席之地。如果有一个专门的选盖和封装的设备来完成这个过程，那整个生产线将会非常的流畅有效率。包装机械业专家指出，产品除必须注重质量外，封装技术也是攸关产品营销成败的关键之一，运用高效率的封装设备可提升自动化与作业效率。平装品的封装与选盖设备的技术也就顺应市场的需要孕育而生。本项目属于机电新产品开发设计，设备主要用于单件大批量产品生产中的瓶装品自动封装等。针对国外产品质量检测技术水平的发展和产品国际化流通高质量要求开发先进的瓶装品封装机械以适应生产和消费的需要。纵观国内外，瓶装品自动选盖封装机械设备被大量的应用在啤酒、饮料、药品的工业生产当中。为了满足用户的需要，还出现了许多特定的瓶装品选盖和封装设备，如易拉罐的封装、广口瓶的封装、软塑料瓶的封装等。在这些设备当中，都普遍运用了系统控制技术、光电技术、机械机构技术、控制理论、电子装备、仪器仪表、计算机和其他信息技术，综合运用这些技术对工业生产过程实现检测、控制、优化、调度、管理和决策，达到增加产量，提高质量、降低消耗、确保安全等目的。近年来，随着电子技术、计算机技术、网络通讯技术和自动化技术的迅猛发展，传统的过程控制系统已经逐渐演变为数字化、智能化、开放化和新型控制系统，并且越来越多的应用于工业企业。使得从单个设备、单个车间的自动化发展为整个工厂、整个企业的自动化已成为可能。对提高企业的生产效益，产品质量和竞争力有着重要作用。2. 设计概述2.1 研究领域和发展趋势中国的现代包装封装工业是从70年代末期中国实行改革开放政策以后迅速发展起来的。随着国内贸易的发展，尤其是进出口贸易的发展，政府开始认识到中国包装封装工业的落后严重影响了国民经济的发展，特别是意识到：落后的包装封装给出口贸易造成了极大的伤害。根据中国包装行业的统计，当时因为包装不善和在流通环节中的问题，每年损失在100亿元人民币以上。 为了改变这种情况，加快包装封装行业的发展，中国政府派代表团考察了国外包装状况，提出了发展包装封装行业的新思路：不是用传统的建立行政部门并进行管理的手段发展包装封装行业，而是用成立包装封装行业组织，进行行业管理的办法发展包装封装事业。经国务院批准，1980年成立了中国包装技术协会。政府各有关部门的领导、全国从事包装生产的企业代表、从事包装封装科研教学工作的专业人员成为第一批协会的会员。当时任国家经济委员会副主任的邱纯甫先生担任了协会的会长。以后在各部委系统又先后成立了一批部门级的包装公司。通过行业调查，制定发展规划、加大资金投入、引进先进技术、更新生产设备、开展专业培训等工作，促进包装工业的发展。 经过近20年的不懈努力，中国的包装封装工业发生了根本的变化，包装封装制品的水平有了极大的提高，很多方面已经与国际先进水平不相上下。今天，在中国城市的市场里、自选商店中，到处都可以见到琳琅满目的商品以及它们形形色色的包装。有时它们也会使置身其中的外国人大吃一惊。各种各样的中国制造的商品连同它们的包装纷纷出现在北京、欧洲的市场上，使到那儿旅行的中国人一不留心就买回了自己的国产货。目前，国际包装机械市场竞争日趋激烈，据包装机械业信息表明，产品除必须注重质量外，包装也是直接关系到产品营销成败的关键之一，运用高效率的包装设备可提升自动化与作业效率。 国外的包装工业正在向全部自动化发展。自动包装机械与自动包装流水线的大量采用，可以实现高效率低费用的要求。在国外随着售货形式的不断发展，顾客自选商品和自动售货机的大量增加，经营管理自动化水平的不断提高，还有半自动化冷库的普及，全自动化冷库的逐渐增多，在商品工业上的包装、分装业务也不断适应商品上的要求而加以改进，因此，商品包装材料与包装机械工业也随之发展很快。因此，本次设计的题目也是适应了当前国际国内上商品经济发展和生产自动化发展的需要。 2.2 设计的要求我们将要设计的瓶装品自动选盖封装机，按直径为12mm、高为25mm的PVC制瓶盖在高为250mm的玻璃瓶上来完成封装。要求：(1)本次毕业设计采用工厂的标准；(2)严肃认真按正规生产图纸及技术文件要求进行；(3)机器整体及各部件尺寸相互对应，图纸正确无误，符合制图标准；(4)机器整体及各部件结构合理，先进，工艺性好；(5)说明书简明扼要，清晰易懂，论证计算正确；(6)满足精度要求。3. 总体设计本设计的总体设计就是针对具体的被加工零件，在选定的工艺和结构方案的基础上进行方案图纸设计。在机床设计时应考虑到：采用先进的加工工艺，制定加工工艺的最佳方案，选择恰当的机床配置形式，合理选择封装以及设计合理的夹具、传动装置系统等。以下时设计过程。 工艺方案的制定：制定机器工艺方案是设计机器最重要的步骤之一。工艺方案制定的正确与否将决定机器能否达到“重量轻，体积小，结构简单，使用方便，效率高，质量好”的要求。为了使机器方案制定的合理，必须全面了解被加工零件的特点、加工精度要求等等。在此基础上，才能进一步对工件的工艺基准、加工工艺进行分析，以便拟定在机器上的加工方案。3.1. 工艺过程 容器传送到工作头的正下方并与它直接对准，如图1所示。在装配操作的这个阶段，工作头受圆柱凸轮槽和凸轮从动件的作用而停留在上部位置。 圆柱凸轮槽和工作头通过齿轮传动而一同旋转，由于抗扭支架的作用而使凸轮从动件磙子一直保持在圆柱凸轮槽内，凸轮从动件沿着凸轮槽向下移动，迫使工作头下降。工作头组建中的压紧头（如图2所示）向下压住早已传送到容器颈部上的帽盖。 压紧头和帽盖之间的接触阻止了压紧头继续向下运动，但是弹簧加载的上凸缘盘在凸轮轮廓的控制下继续向下移动一段距离。上凸缘盘向下移动时将使上凸缘体与从动件接触，这些从动件位于密封头和螺纹滚压头的上端。密封头和螺纹滚压头都被推向工件。图2表示工作头在上述下降后的位置上。 接着螺纹滚压头的滚轮使铝盖上的一个小面积上产生变形，同时开始顺着容器颈部的螺纹移动。 当工作头旋转时，螺纹滚压轮顶着弹簧的压力顺着容器颈部的螺纹槽向下移动，从而在铝盖上压出了和容器颈部螺纹相配的螺纹（如图3 表示）。工作头中由一个密封滚轮，密封滚轮使铝盖下端向容器颈部下面弯曲，保证铝盖具有有效的密封作用。在所有情况下，滚压头和密封呢个头对工件的作用都时通过弹簧加载装置进行的。当由凸轮控制的上凸缘盘向上移动时，螺纹滚压轮和密封轮摆离铝盖，工作头继续上升，使已封盖的容器被推到卸件位置。 图 1 图 2 图 3 3.2 机器的总体设计要求机器设计是创造性的劳动，它是机器设计师根据市场的需求、现有的制造条件和新工艺的发展，所用有关的科学技术知识进行的。机床设计应满足以下要求：1、工艺范围加工精度和生产率自动化可靠性机器寿命；2、经济效益；3、人机关系；只有理顺上述关系要求才能使设计完美。3.2.1 机器的总体布局要求1 必须满足加工的各种要求。2 确保即定分析所要求的工件和工作头的相对运动在经济合理的条件下用尽量短的传动链，以简化机构提高传动精度和传动效率。3 确定机床具有与所要求的加工精度相适应的刚度，抗震性，热变形及噪声水平。4 最大限度地考虑机床的系列化的部件的通用化。5 应力求提高专用机床的自动化。6 应便于操作、保护、维修，实现安全生产。7 机床结构简单，合理可靠，便于加工和安装站装配，并注意采用先进新技术。8 体积小、重量轻、节省原料、降低造价成本、缩小占地面积、外形美丽大方。3.2.2 机床总体布局的设计根据机床总体布局的要求，且加工工件为小型批量生产 (2400-3200瓶/小时的产量)以及工件的形状采用立式，机床的底座及工作台的尺寸根据安装的方便，检测灵活、准确，操作安全可靠的要求设计。机床总体布局图见下图： 主视图 侧视图 图 44. 封装机构的传动设计4.1.封装机构的整体传动系统如图5所示。 图 5为了使结构简单，决定在电机与主动齿轮间采用单级传动，因为传动带有以下优点：(1) 结构简单，成本低，制造使用维修方便；(2) 胶带有弹性，可缓和冲击和隔离振动，传动平稳，噪声小；(3) 适合较小中心距且转速较低的两轴的传动；(4) 在过载时能打滑，起过载保护作用；所以，在该机床对速度要求比较低的情况下，采用三角带传动将电机的动力传递到主动轮，再通过齿轮之间的传动比把动力传到主轴，从而实现主轴达到要求的转速。4.2.电机的选择。 根据考虑到主轴封装头的转速不易过高，所以选择转速较低的电机。根据比较分析，最后选取电机为： Y90S-6 P=0.75Kw n=910r/min 电动机速查速算手册P13 表 1-114.3.齿轮传动设计。根据工作头完成对铝盖的加工要求和主轴与电机在齿轮箱内位置的整体布局，故选用齿轮传动来完成电机到主轴的动力传递。齿轮选用渐开线直齿圆柱齿轮。根据上述的加工工艺过程，工作头要上下移动一定的行程，而工作头的上下移动是靠圆柱凸轮槽的转动来带动工作头主轴上的凸轮从动件来完成的，即主动轮旋转一周，主轴就得带动工作头完成一个上下移动的行程和对容器铝盖的密封和滚压螺纹的工作，而且转速不易过高。所以，在主动齿轮与主轴齿轮之间要有一定的传动比才能完成上述的工作并达到要求。根据各个轴的转速要求与它们之间的平配合关系，取主动齿轮1、从动齿轮2、主轴齿轮3之间的传动比为632。 (1) 主动齿轮1的设计： 国家标准（GB/T 1356-88）中规定，分度圆上的压力角为标准值=20，初取模数m=5，齿数z=24则： 分度圆直径 mm 齿顶高 mm 齿根高 mm 齿全高 mm 齿顶圆直径 mm 齿根圆直径 mm 基圆直径 mm 齿距 mm 基圆齿距 mm 齿厚 mm 齿槽宽 mm 顶隙 mm(2) 从动齿轮2的设计：因为从动齿轮2要和主动齿轮1箱啮合，所以它们的模数要相等，压力角也要相等，根据它们的传动比可算出：齿数 分度圆直径 mm 齿顶高 mm 齿根高 mm 齿全高 mm 齿顶圆直径 mm 齿根圆直径 mm 基圆直径 mm 齿距 mm 基圆齿距 mm 齿厚 mm 齿槽宽 mm 顶隙 mm(3) 主轴齿轮3的设计：因为从动齿轮2要和主轴齿轮3箱啮合，所以它们的模数要相等，压力角也要相等，根据它们的传动比可算出：齿数 分度圆直径 mm 齿顶高 mm 齿根高 mm 齿全高 mm 齿顶圆直径 mm 齿根圆直径 mm 基圆直径 mm 齿距 mm 基圆齿距 mm 齿厚 mm 齿槽宽 mm 顶隙 mm 根据已选的电机可知电机的扭矩为 Nm 则齿轮受到的圆周力 N 齿轮危险截面的弯曲强度条件为 =Mpa 由设计可知，最小的齿轮高度为20mm,所以齿轮所能承受的圆周力为 N 所以 238.875mm 径 圆 整 D2=250mm 传 动 比 i=63/250=0.252（2) 初 定 中 心 距 a0由 经 验 公 式 0.7(dl+d2) a02(dl+d2)得 219.1a0 626初 选 a0=300mm（3) 确 定 胶 带 的 长 度由 公 式 L0=2a0+3.14(dl+d2)/2+/4a0L0=2300+3133.14/2 +34969/4300=1120.55mm取 计 算 L0=1145mm 三角带长度 Li=1120mm 机 械 设 计 手 册 （4) 实 际 中 心 距 的 确 定由 公 式 a=a0+(L-L0)/2 a=300+(25+1120-1120.55)/2=325mm（5) 小 带 轮 包 角 11=180-(d2-d1)/a 60=180- (250-63) /32560=145.5（6) 三角带根数 Z 的确 定己 知 公 式单 根 带 传 递 功 率 N。=0.78kw 机 械 设 计 手 册 包 角 系 数 C1=0.9 机 械 设 计 手 册 Z=0.825/(0.78+1.314) 0.91.08=0.405 取 Z=1 根4.5.圆柱凸轮槽的设计： 封装头的上下移动时通过和主动齿轮1相连接的圆柱凸轮槽的回转来完成的（如图6所示）。 图 6圆柱凸轮槽的一半为直动推杆圆柱凸轮机构，使工作头能完成上下的位移，令一半为水平的凸轮槽，使工作头在移动到底部时能保持位置不变从而完成对容器的封装工作。直杆圆柱凸轮机构的设计如下：推程 h=80 mm 则位移： 根据这些点画出凸轮槽的轮廓曲线，最后得到圆柱凸轮槽展平面开图如下（图7）。 图 75选盖机构的设计： 选盖是封装的前提工作，选盖机构的设计如下图所示（图8）： 图 8瓶盖被放入盛料箱，盛料箱底面有一定的坡度，瓶盖从盛料箱的孔滑入选盖机构的箱体内。钩盖挂钩轮盘的旋转将铝盖钩起并送入滑道内，瓶盖经滑道滑道压推盖口处，通过压推杆将瓶盖盖到容易瓶口上。但是在瓶盖被挂钩送入滑到时，瓶盖的口是向上的，所以要通过滑道的设计来完成瓶盖的翻转（如图9（a）所示）。 图 9 当瓶盖由挂钩掉入滑道中时，瓶盖是口朝上顺着滑道下滑。并经过一段有坡度的滑道，使瓶盖的开口朝斜上方。当滑到滑道转角处时，由于惯性力的作用，瓶盖要保持原有的姿势掉入转角下的滑道，通过滑道弯度的慢慢转变，使瓶盖的开口逐渐转向朝下，并最终送到压推盖口处。在转角以下的滑道口径要有一定的尺寸要求才能保证瓶盖能够始终保持设计需要的开口方向而不在滑道里发生翻滚。已知瓶盖的直径是25mm,高为12mm,PVC的摩擦系数为0.4，则根据公式： 其中 L是瓶盖长度，D是PVC盖直径，f是PVC的摩擦系数，把上述已知条件带入公式得： =13.74mm 滑道宽度 B=L + =12 + 13.74= 25.74mm 所以只有当滑道宽度不小于20.92mm时才能保证瓶盖在滑道中正常滑行。为了保证瓶盖在滑道中不发生翻滚，则需要滑道的宽度不大于瓶盖纵切面对角线L长度（如图（9）所示。 由已知可知瓶盖的纵切面L的长度为： L=12/sin45 8.48mm 所以 8.48 B 25.74 取B=25mm 所以滑道为一个边长为25mm的方形管道时，满足以上设计要求。6. 机器的维护和保养正确合理的调整使用和重视机器的维护和保养，可以保证机器的使用精度及延长机器的使用寿命。机器除了应按期进行维修外，使用中还应注意以下几点:1.充分熟悉，掌握机床的结构特点，及使用方法；2.机器调整时，如果手柄力突然增加，应立即寻找原因，排除故障；3.机器调整时，使用合适的扳手和调整工具禁止敲打和冲击；4.润滑油必须保持清洁，不得含有灰尘及杂质等；5.机器出故障时，应立即停车，进行检查，只有在排除故障后，才允许重新开车；6.不得用煤油或汽油清洗电动机的线圈，以免侵蚀绝缘层。电动机连结导线每月至少要检查一次，以防出事故；7.机器的防护罩上应该保持清洁，工作关机后，清除杂物；8.在各外露的加工表面上涂上一层薄油，以防生锈。总 结瓶盖理盖机是在制药厂和饮料厂的生产线上广泛应用的一种机器，它是属于整个生产流水线上的一个重要的环节，具有效率高、质量好、结构简单等特点。它的出现，提高了工厂的生产率和经济效益，同时也降低了工人的劳动强度，而且适用的范围也比较广泛。本次设计的选盖机构和封装机构满足了以上的优点，符合这次毕业设计的理念。本次设计的机器能够达到自动选盖和自动封装的要求。在自动选盖当中，盖的定向是一个重点，同时也时难点之一。以往的机器都是在滑道上安装一个特定的定向装置来完成盖的定向，这样就增加了机器制造的成本，同时也给维护带来了不便。而本次设计的盖的定向是利用滑道的弯度的变化以及滑道的尺寸和盖的尺寸之间的关系来完成盖的定向，这样就降低了机器的制造成本，同时也便于机器的维护。在封装机构中，基本上是根据以往类似机器的设计思路来设计的。整体来说，本次设计的机器可以应用在生产线上，能够完成所需要的工作。但是其中还有一些弊端和不足之处，还需要在以后的工作和实践中不段的更新和完善。致 谢在完成毕业论文的过程中，我一直幸运地得到了许多人的关心和帮助，我衷心地感谢他们，没有他们就不会完成本次设计。首先，我要感谢我的指导老师陈殿华老师。作为一个教授，陈殿华老师渊博的知识、敏锐的思维、宽阔的眼界、丰富的经验以及认真负责的工作态度令我钦佩不已，在给次设计中给了我很大的帮助。每当我遇到困难时，他总是能耐心的帮助我解决困难。许多疑惑，难题一经他的指点,立刻迎刃而解。在此感谢他在毕业设计当中给我的关心和帮助。再次，我要感谢跟我一组做毕业设计的同学，在与他们的合作中进行了大量的讨论，使我获益良多。在他们的真诚合作与帮助下，我的设计工作才得以顺利展开和进行下来，在此一并向他们表示衷心的感谢。最后，我要感谢所有在我成长的道路上，关心、支持、帮助过我的人们。我所取得的每一点成绩都与他们的帮助联系在一起。在我幸运地完成了四年的大学学习生活之际，我真诚地向他们每个人致以深深的谢意！参考文献1 高国燊 . 等 编著.自动控制原理M. 广州-华南理工大学出版社 2005 438.2 张继春, 杨建国著. 装配设计与运动仿真及Pro/E实现.J. 北京-国防工业出版社 2005. 3363 国家自然科学基金委员会编著. 自动化科学与技术M. 北京-科学出版社 1995 4 赵东福主编. 自动化制造系统M. 北京-机械工业出版社 2004 111-11
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