塑料瓶自动封口机设计

毕业设计（论文）说明书课题名称塑料瓶自动封口机学院机械工程学院专业机械工程及自动化班级学号姓名指导教师#第一章绪论1・1塑料瓶自动封口机课题背景随着中国饮料、乳制品、化工产品等产品的需求迅速增长，对封口机也有着越来越高的要求，尤其是封口质量和封口效率。仍然采用传统设计方法已经无法满足市场的需求，无法适应尤为激烈的市场经济的竞争，同时也很难提高产品的经济效益和综合技术，以确保产品质量。随着社会生产力的发展，封口机扮演各种机械越来越重要的作用。封口是必要条件，为产品进入流通和实现的主要手段是使用包装机械和包装的。与此同时，随着时代的发展和技术的进步，封口机起着流通领域中越来越重要的作用。随着科学技术和各种食品的发展，提出了对包装技术和设备的新要求。封口机是包装机械中不可或缺的一部分。它主要用于热封口薄膜封口塑料瓶，可以是单机操作，并且还可以支持使用流水线的，被广泛应用于家用饮料，乳制品，化学制品等行业。目前，塑料瓶封口机封口机将日趋激烈的竞争，用塑料瓶在未来的工业自动化趋势，促进提高封口装置，封口多功能，高效率的设备开发的整体水平，低功耗，以及封口技术正朝着发展趋势如下：机电一体化，机械功能多元化，结构设计标准结构，智能控制，高精度运动。1.2塑料瓶自动封口机的作用现代工业（如食品，医药，化工等）的生产，包括原材料，加工车间和产品包装，包装封口产品就变得非常重要。塑料瓶自动封箱机的根本保证，实现机械化，自动化产品，它提供了先进的技术和设备，为包装行业，在现代工业生产中的重要作用。1提高生产率生产力是包装机械的重要作用。如自动封口机的生产率可达50盒/分钟某公司是国内生产的，这是手工包装封口无法比拟的。以改善工作条件如使用的危险品如硫酸，从而提高了生产效率，并改善了工作条件，以避免工人和硫酸之间的直接接触的机械封口的包装，使操作的安全性。3降低产品成本如使用封口液体，粉末材料和包装机械，并能减少液体溢出，粉尘飞扬现象，减少和防止产品损失，节约原材料，降低成本，并能保护环境。4，以提咼产品的质量如使用的包装盒封口包装机械，食品和药品，避免了产品的工作人员直接接触，加强对产品的保护和保健品;此外，由于高精度的包装盒封口机的设计，保证了产品外观整齐，严封口口，以提高产品的包装质量，提高市场销售的竞争力。5节省建设投资如采用封口包装机械产品，产品和包装能力的供应相对集中，包装工艺布置紧凑，能充分利用空间，减少了手工包装的产品领域，这样可以节省建设投资。1.3封□机械的发展状况随着科学技术在世界上的高速发展，发达国家已经把激光技术、核能技术、微电子技术、生物技术和系统工程融入传统的机械制造技术。新型合金材料，高分子材料，复合材料，无机非金属材料等新材料也得到了应用，集成化，智能化，网络化，柔性封口机械将成为未来发展的主流。1.3.1国外封口机械的发展状况国外封口机械行业技术的发展经历了以下几个简单；自动化程度高，机械化，自动封箱机，主要的自动化电脑控制封口机。在二十世纪40年代，首先在食品包装行业率先使用封口机封口包装盒。如英国乳饮料USA封口，封口被称为填料封口圈的先行者。在50中，框封口机广泛用于光电管、电气开关、以实现初级封口机械自动化。在60年代，封口机广泛应用于各种新的电子元件，控制系统，以及使用机械，电气，液压，气动技术，自动封口机的。70年代，由于使用电子计算机进行控制的封口机，自动封箱机进一步了解SCM和水平。在80中,封口机械行业的大量应用的高和新的技术，如激光技术、微电子、光纤和超声波技术，使得封口机和高度自动化的生产线，使用效果是更可靠，更提高封口质量。经过60多年的发展，国外机械封口的发展已经形成了完整的体系，并已成为机械制造行业的一个重要分支。美国包装工业起步于19世纪末，自从第二次世界大战以来得到了迅速的发展，逐步建立和形成了完整而独立的工业体系。包装工业总产值占国民经济总产值的3%。据分析美国的行业调查显示，使用量最大的封口机械行业是食品产业，其次是饮料产业，家庭清洁用品与化妆品产业，医药用品。美国封口机的前景是：水平枕式微机控制，具有良好的拉力伺服电机和薄膜包装机的功率控制装置。在微电子，电脑，工业机器人，智能型，图像传感技术和封口机的新材料将被用于越来越广泛，从而使封口机，自动化，咼效率，节能环保的发展趋势。德国封口机在计量，制造，技术性能是世界一流的。该国生产的啤酒，饮料灌装设备生产速度快，自动化程度高，可靠性好。主要体现在：过程自动化，生产效率高，满足了交货期短和降低工艺成本的要求;该器件具有更高的灵活性和敏捷性。主要体现在生产的灵活性，灵活性和供应的灵活性，以满足产品更新的需要的结构;并利用计算机仿真技术提供成套设备，故障率低，可以进行远程诊断服务少污染环境，包括噪声，粉尘和废弃物污染。该封口机是德国开发。它拥有世界上最大的包装机械厂，包装机械产品出口数。除此以外，意大利、日本、英国、法国、瑞典、瑞士和封口机械行业的其他国家也有自己的优势，他们正在不断开发新式封口机，封口机有着长期在国内外市场的声誉。1.3.2国内封口机械的发展状况我国封口机械概况解放前，中国的封口机基本上是一片空白。对绝大多数产品不仅采用手工包装，包装产品不多，到目前为止还没有包装机械。只有上海，北京，天津，广州等大城市在英国和美国，进口啤酒，碳酸饮料灌装机。在二十世纪60年代，我国生产葡萄酒，啤酒封口机，在二十世纪70年代开始逐步形成了真空包装机等包装，但一直没有形成产业体系。在二十世纪80年代，由于国家经济和对外贸易的快速发展不断扩大人民生活水平显着提高，对产品的包装要求越来越高的封口要求，包装，实现机械化，自动化，极大地促进了包装机械的发展，包装机械封口位置，在国民经济中占有越来越重要。在二十世纪90年代，包装机械行业每年平均以20%-30%的速度增长，发展速度比的填料封口的15%-17%的行业平均增速，高于平均增长水平4.7%传统的机械产业的价值。包装机械行业已成为不可缺少的在我国国民经济中重要的新兴产业。随着我国商品经济的繁荣和人民生活水平的提高，包装封口包装机械技术的前景是非常乐观的。近年来，国家加大了监管食品药品安全和质量的力度，提出了对食品生产和加工技术的新要求。技术及批量生产的企业生产技术创新投入在包装设备，在一定程度上提升中国的包装盒封口机的水平和市场竞争力。虽然中国的包装机械包装技术的水平有所提升，但中国的包装机械包装技术与发达国家的相比的竞争显然是处于弱势地位。在产品方面，技术和产品质量都有一定的差距。而中国的包装机械行业30%左右的现有低水平的重复建设。这种情况不仅浪费资源有限的资金和人力，同时也引起了包装封口机械市场的混乱，阻碍了行业的健康发展，制约我国企业提升小型和中型的食品包装机械的创新封装技术。在中国的包装机械是单机，科技含量和自动化程度低，在新技术，新工艺，新材料应用少，不能满足食品企业发展的电流要求。一些食品企业在技术改造，不得不花费大量的资金引进一些技术先进，生产效率高，精度高的整套从国外食品包装生产线，导致国内市场的很大一部分被国外品牌占据的份额。食品包装机械在我国仍然是发展，食品包装机械和包装技术的广阔空间还有待开发的迫切需要。国内包装箱封口机械发的趋势随着科学技术的不断发展进步，各种食品加工品的出现，对包装技术和包装设备都提出了新的要求，包装封口机在流通领域中发挥着越来越大的作用。目前包装封口机械竞争日趋激烈，未来的包装封口机械将配合产业自动化趋势，促进包装封口设备总体水平提高，发展多功能、高效率、低消耗的包装设备，而包装封口机械技术也正朝着以下几个趋势发展：机械功能多元化、机电一体化、控制智能化、结构设计标准化。国产包装机械与国际的主要差距生产效率低、稳定性差、能耗高、可靠性、产品设计落后、粗糙，零部件及配件，为国内的生活，气动和电器元件质量差的外观。控制技术被用于以下。例如，遥控技术，步进电机技术，信息处理技术等。专家指出，意大利，德国的世界，而日本美国包装封口机水平处于领先地位。其中，在更新的美国成型，充填，封口很快三种机械设备的技术。由于美国液体灌装设备公司(EJF)液体灌装机生产，设备可以实现重力灌装，压力灌装以及容积式泵式灌装。也就是说，任何粘度的液体，只要通过微机控制来改变灌装可以实现的方法。近年来，这项技术在中国出现，如江苏群杰包装机械厂，广州车展包装机等。第二章总体方案的设计2・1毕业设计任务书及设计参数2.1.1技术参数容器口径：30mm容器高度：100-150mm3.灌装要求：100瓶/分钟2.1.2设计目的在当今世界，生产力水平是衡量一个国家发展水平的重要标准。现代工业的发展将直接影响到生产力水平。随着现代社会的不断发展，生产效率也迅速改变。如何适应社会的发展，如何提高生产效率，生产高性能，结构简单，工业产品的价格低，是摆在我们面前的一个严重问题。如何提高中国的生产力水平和产业发展水平，是一个亟待解决的问题。基于带传动的运动原理热封口膜封口机来完成这个过程，生产效率高，操作简单，易于实现机械化和自动化，热封薄膜封口机设计水平标志着先进的包装机械和生产成本，经济合理，它反映了生产技术，在很大程度上水平。因此，我们进行了毕业设计是必要的，目的是为了提高自己的技术水平，为今后工作奠定了良好的基础。2.1.3设计的内容根据技术参数设计传动装置、封口装置、封口膜退绕卷取装置以及切膜装置等，选择合适的电动机设计侧面传动部件，并计算所需的其他部件并校核是否满足工作要求。按工作准确性和合理性、稳定性、高效性设计刀架部件和刀片形状。用CAD软件绘制封口机的工程图。2.1.4设计任务相关外文资料的翻译和搜集查找内容相关技术资料撰写开题报告；根据给定的技术参数，确定机器的执行机构，设计机器整体结构；撰写设计说明书；绘制总装图、部装图和零件图；2.1.5基本要求1•结构简单，制造容易；2•操作、维护方便、安全；适合饮料和化工生产生产线上使用;2・2各装置方案的确定2.2.1驱动装置方案驱动装置采用伺服电动机进行驱动，伺服电动机通过联轴器与减速器连接，减速器通过带传动连接传动带，塑料瓶置于传送带上，通过伺服电动机控制塑料瓶在封口工位、切膜工位停止。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电号转化为转矩和转速以驱动控制对象。。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。电信号可以通过电脑或单片机控制，从而实现了信息化自动控制。2.2.2封口装置封口装置采用气缸控制，热封口器采用采用电能进行加热，通过温控开关进行温度控制，通过热封口板与瓶口的压合进行热封。气压传动就有以下优点（1）以空气为工作介质，工作介质获得比较容易，用后的空气排到大气中，处理方便，与液压传动相比不必设置回收的油箱和管道。（2）因空气的粘度很小（约为液压油动力粘度的万分之一），其损失也很小，所以便于集中供气、远距离输送。外泄漏不会像液压传动那样严重污染环境。（3）与液压传动相比，气压传动动作迅速、反应快、维护简单、工作介质清洁，不存在介质变质等问题。（4）工作环境适应性好，特别在易燃、易爆、多尘埃、强磁、辐射、振动等恶劣工作环境中，比液压、电子、电气控制优越。（5）成本低，过载能自动保护。2.2.3封口膜退绕卷取装置封口膜退绕卷取装置包括封口膜退绕装置和封口膜卷取装置，封口膜退绕装置通过滚动轴承固定在机架上，封口膜卷取装置通过带传动与伺服电动机连接，通过伺服电动机控制封口膜有时序的转停进行退绕卷取动作，即在进行切膜、封口工序是停止转动，在该工序的间隔时间进行退绕卷操作，从而保证进行切膜、封口工序时热封口膜处于正确位置。封口膜退绕卷取示意图如图2-2所示：

1-退绕轮；2-绕转轮；3-热封膜压杆；4-热封板；5-切膜板；6-塑料瓶7-支撑板图2-2封口膜退绕卷取示意图2.2.3切膜装置切膜装置采用切膜刀片，切膜刀片通过与支撑架的啮合来切断塑料膜的连接，采用气缸控制切膜装置切膜，结构与封口装置类似。第三章电机的选择3・1电动机的选取封口机所属的小动力机械，根据工作条件：灰尘多少、室内温度、单向操作、气动止的准确地点、380V的三相交流电源电压，根据所述目前的情况伺服电机的选择电机产品分析。采用伺服电动机能精确控制塑料瓶封口机，更好的与外界流水线协同生产，更容易实现工厂信息化，向无人工厂转变，由于载荷很小，故采用小功率电动机总的传动效率：该工作机所需要的功率Pw=FXV=2000NX0.45m/s=0.9kwV带的初定传动效率为耳=0.961圆柱齿轮传动（7级精度）的传动效率（2对）为耳=0.9822深沟球轴承传动效率（6对）为耳二0.9963刚性性联轴器的传动效率取耳=0.994输送机构滚筒的传动效率为耳=0.975总效率为：=0.96x0.972x0.994x0.99x0.97=0.832总输出有效功率为P=d输出有效功率为P=dPw耳耳耳耳耳123451400x1.80.96x0.982x0.996x0.99x0.97KW=0.97kw所选用电机的参数如下:表3-1电机参数表电机型号额定功率Kw同步转速r/min满载转速r/min电机质量Kg轴径mmHF-SP102K1.175075034283・1分配传动比n传动系统总传动比i=-m其中i是传动系统的总传动比，多级串联传动系统的总传nw动等于各级传动比的连乘积；"m是电动机的满载转速，r/min；n为工作机输入轴的转m速，r/min。由于塑料瓶采用双排同时封口，所以每个工位每分钟走50个工位的距离

计算如下n=1300r/minm60vn二wnDr/min=107.45r/min60vn二wnDr/min=107.45r/min3.14x320x10-3i==20.5107.48由于V带传动外部尺寸不宜太大,否则将使封口机过于庞大；所以V带传动的初值取爲=2.8带减速器传动比为:i=丄==9.60减i2.8带展开式布置，考虑到没有润滑条件，为使两级齿轮直径相近,3・2电动机的选取电动机转速n=&°"=60x3.2电动机转速n=&°"=60x3.2r/min=750r/min带轮减速器总传动比为:i=2890=20.5107.48wnD3.14x320x10-3故采用同步转速750r/min电动机总的传动效率：该工作机所需要的功率Pw=FXV=2000NX0.45m/s=0.9kwV带的初定传动效率为耳=0.961圆柱齿轮传动（7级精度）的传动效率（2对）为耳=0.9822深沟球轴承传动效率（6对）为耳=0.9963刚性性联轴器的传动效率取耳=0.994输送机构滚筒的传动效率为耳=0.975总效率为：耳乂=0.96x0.972x0.994x0.99x0.97=0.832总输出有效功率为P=d输出有效功率为P=dPw耳耳耳耳耳123451400x1.80.96x0.982x0.996x0.99x0.97KW=0.97kw所选用电机的参数如下:表3-1电机参数表电机型号额定功率Kw同步转速r/min满载转速r/min电机质量Kg轴径mmHF-SP102K1.1150014203428高速级I二3’则低速级J*罟=3.213.3V带传动的设计已知电动机的功率P=0.97kw,电动机转速n=1440r/min,电动机传动比i=2.&每天工作d116小时1、由于载荷平稳，故选用普通V带传动。2、确定计算传递的功率xP=KP=1.20.97=0.924KWcaAd3、选择带型根据P与n=1440r/min,由《机械设计手册》来确定，故选用B型4、确定带轮基准直径并验算带速初取主动轮的基准直径为：d=60mmdlV=ndn/(60X1000)=3.14x90x2890%/$=13.212m/s<25m/sd1160x1000于是从动轮基准直径d=di=90x2.8=251mm根据机械设计手册，直径应圆整为250mm5、确定V带的基准长度以及传动中心距Ld根据0.7(d+d)<a<2(d+d)即238mm<a<680mm,来初步定确定中心距d1d20d1d20a=600mm,因此V带的基准长度oL=2a+n(d+d)/2+(d-d)2/(4a)dood1d2d1d2o314(250一90)2=2x600+x(90+250)+=1744.467mm24x600由机械设计手册可知所选V带的基准长度为：L=1800mmTOC\o"1-5"\h\z计算实际中心距为d1800—1744467a=a+(L-L)/2=600+1800__-—=627.767mmoddo26、验算主动轮包角a]由式(3-1)得a=180。-(d-d)57.5。/a=165。>90。1d2d1因此，主动轮上的包角合适。

计算普通V带的根数Z由n=2890r/min,d=90mm,i=2.8,查手册得1diP°=0.60Kw△P°=0.04Kw查表得K«=0.96,K=1.1803.630(0.6+3.630(0.6+0.04)x0.96xl.18=0.954Pca(P+AP)KKooal故取Z=1计算预紧力f查表8-4，得q=0.06kg/m，故=270N计算作用在轴上的压轴力FpF=2ZFxsinZ=2x6x270xsin=3212.281Np022V带轮的选择由主动轮、从动轮的基准直径，选用实心式V带轮其宽度B=(z-l)e+2f=12+lx7=19mm第四章工作能力分析计算4.1键的设计和强度校核1.对于带轮1的键，选用半圆头平键C6X30,GB1096—2003封口机上的键均为静联接，材料为45钢，所以许用挤压应力LL100Mp，由参考pa文献［1］得:2Tx103L=—pkid2x2.2x1033.5x55x28=0.816<100Mpa所以带轮1连接键强度符合要求2带轮2上键的校核选用半圆头平键C6x30，GB1096—20032x78x103L=p5x50x36=17.33<100带轮2连接键强度符合3.带轮3上键校核选用半圆头平键C6x30，GB1096—20032x542.22x103L=—p5x45x24=70<100带轮3连接键强度符合4・2轴的设计及强度校核按弯曲扭转合成应力校核各轴的强度设计轴的尺寸由参考文献⑴d>A3X0\inA由参考文献［1］取A=11000I212所以d1>1101•'冠=23.1mmd>1103=33mm2\36经计算得传动轴DI=24mm减速器D2=35mm齿轮受力分析图如图4-1所示图4.1齿轮受力分析图根据受力分析图所示结构，进行齿轮力分析的计算:圆周力为：Ft=i=2"a2971Nd52.5i径向力为:a径向力为:a1092.1N厂F-tanaFr=—tncosp2971xtan20。cos7。52'34''轴向力为：F=F-tanp=2971xtan7。52'34'、a471.5Nat对H平面上各种力的分析F(L+L)+FL=FLOH12NH12t3F(L+L)=FL+FLt32NH230H1F=302NNH1F=4856NNH2对V面上的各种个力分析F(L+L)-FLF=——32OV_2NV1L2二29711700一4801650二4568N45F(L+L)-FLF=—0V21^-1NV2L24901695—2971150=二295N650下图为轴受力分析图:LI・f・L2图4-2轴受力图L3FinFt图4-5扭矩图当量弯矩：由轴结构简图以及当量弯矩图可知道截面A处当量弯矩最大，是轴的危险截面。进行校核时，只要校核轴上面承受最大当量弯矩截面的强度M二FL二2971x45二133.7NV2t3M二FL二2971x45二133.7NH2t3万扭合成弯矩：M=.M2+M21'■HV1=<133.72+133.72沁189.5N-m当转矩T=30000N-mm；取a二0.5可得：当量弯矩为：由参考文献⑴a」；M2+(aT力<t]caJW-1

Me2=JM2+3TIII)2=18僅+03x557)2\由参考文献⑴公式15—14W二0.1d2b=0.12ca传送带轴强度符合要求。4.3轴承的选择及校核根据设计的尺寸轴承初选6202GB/T276—1994，对于深沟球球轴承:Fr1Fr1二，:F2+F2NV1NV1==<322.22+4568.2二4579NF=、47902+2952=4799r2对于6200系列的深沟球轴承，按参考文献［1］计算轴承派生轴向力:F=eFdre为的判断系数。FeFe=—aC0=竺1=0.17210500F=eF=e-F=4579x0.17=778.42Nd1r1F=e-F=4977x0.17=518.84Nd2r2F+F二2971+778.43>815.83ad1因此可以判断出轴承1被挤压，轴承2被放松。F二2971-815.83=2155.18Nd1F=815.84Nd2F——FF——Fr22155.174579=0.47>eF―a2Fr2815.174799=0.17<e对轴承1F―a2Fr2815.174799=0.17<e对轴承1X=0.42Y=1.13i1对轴承2X=1Y=022p二f(X-F+Y-F)prap=1.5x(0.44x4579+1.12x2155.17)=6645.8N1p=1.5x4799=7198.5N2pnp12所以按轴承2受力大小进行分析并验算轴承的寿命:轴承预计寿命L二23360hh0由参考文献⑴可知10610500)60x255.6(7198.5丿3=30020h>Lh0所以轴承寿命完全符合设计要求。参考文献.NitaigourP.MahalikProcessingandpackagingautomationsystems:areview[J].SensingandInstrumentationforFoodQualityandSafety.2009,3：1-6.MonaPopa,NastasiaBelc.Packaging[J].FoodSafety,2008.9：3-7..汪在文.世界包装机械的发展趋势[J].中国包装工业，2005,10.5-10.屈能胜.我国食品包装机械发展综述[J].轻工机械，2005年,2：2-4⑸.付又香.我国食品包装机械的现状与发展趋势分析[J].湖南人文科技学院学报，2009,02：1-3.⑹.杨福馨.包装机械发