轧盖机的工作原理及结构设计

轧盖机的工作原理及结构设计双刀滚压式轧盖机的设计要求及功能自己选择：轧盖速度：40瓶/分钟瓶子规格2ml-25ml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。双刀滚压式轧盖机的原理及总体结构设计方案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：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。图双刀滚压式轧盖机总体结构简图瓶盖送料器工作原理设计如图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和减振橡胶弹簧垫9固定在轧盖机上[3]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和减振橡胶弹簧垫9固定在轧盖机上[3]。图2-2瓶盖送料器工作示意图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。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。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。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。图2-4圆柱式分度凸轮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。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。图2-7瓶托机构原理图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：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40瓶/分钟进行设计计算，则拨轮轮的转速为。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2-4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。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。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。由瓶子要求选择。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）式中——螺旋的直径（米）；——系数。按被输送物品特性选取；质轻、易流动、无磨削性物品取。为了配合拨瓶轮的设计速度，螺旋推进器也选择，且符合最大速度的要求。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。A05624—120W。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A05624—120W电机，功率也能满足要求。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；振动的方向角选择为，则主振弹簧片的安装角度为；圆料斗螺旋输送道的内径，关系着装载容量的大小，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，选择螺旋输送道间垂直方向间距以不让两个相重叠在一起的瓶盖通过为限度，取；螺旋升角取。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，如图2-10所示图2-10料斗托盘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直径比选为80：139。轧盖机动力设计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）式中——输送螺旋的螺旋头数；——螺旋轴每分钟工作转数（转/分）。瓶子的输送速度为（2-3）式中——输送螺旋的导程（米）；——螺旋轴每分钟的转速（转/分）。螺旋推进器所需功率可按下式估算（2-4）式中——螺旋推进器每小时给料量（公斤/小时）；——瓶子的给料输送距离（米）。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。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，则锁头实际功率为，可以满足设计要求。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。拨瓶轮的功率损耗主要在瓶子与拨瓶轮及输送轨道的摩擦上，取摩擦系数，则拨动瓶子所施加的驱动力应为，则驱动力矩应为，则拨瓶轮所需功率为。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0.55kw。则第一根轴的转速为（2-5）第二根轴及其他轴及拨瓶轮及螺旋推进器转速皆为40rpm则第一根轴的输入功率为（2-6）第二根轴的输入功率为（2-7）第三根轴的输入功率为（2-8）螺旋推进器的输入功率为（2-9）拨瓶轮的输入功率为（2-10）电动机轴的输出转矩为（2-11）故第一根轴的输入转矩（2-12）第二根轴的输入转矩（2-13）第三根轴的输入转矩（2-14）螺旋推进器轴的输入转矩（2-15）拨瓶轮的输入转矩（2-16）式中——皮带传动的传动效率，取为0.96；——蜗轮蜗杆的传动效率，取为0.8；——链传动的传动效率，取为0.96；——轴承的传动效率，取为0.99；——锥齿轮的传动效率，取为0.95；——凸轮的传动效率，取为0.75。由以上计算可知各部件的输入功率均能满足工作要求。链轮轴强度校核链轮轴受力分