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

1.1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：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，双滚入轧盖原理，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。

1.2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27所小，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

1.2.1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

一圆形料斗由圆筒1及托盘4组成，圆筒

1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±o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和减振橡皎

图2-2瓶盖送料器工作示意图弹簧垫9固定在轧盖机上⑶。

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。

1.2.2螺旋推进器工作原理设计

螺旋推进器是一和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，螺旋转轴一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

1.2.3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。

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

1.2.4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

1.2.5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。

图2-7瓶托机构原理图

1.3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：

1.3.1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40瓶/分钟进行设计计算，则拨轮轮的转速为40r/min。

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，实现转位一停止一转位一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/=M=1.5S,选择拨瓶轮的转位时间

和停息时间相等，则各为0.75s。则对应的圆柱凸轮直线段和螺旋曲线段各为180、

1.3.2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O=8()mm。

螺旋的螺距S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S=25mm。

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D一一螺旋的直径(米)；

A——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40r/min,且符合最大速度

的要求。

1.3.3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。A05624

-120Wo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1400rpm0查电机手册选择A05624—120W电

机，功率也能满足要求。

1.3.4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

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/=5()次/秒；振幅。=lmm；振动的方

向角选择为30。，则主振弹簧片的安装角度为

30°；圆料斗螺旋输送道的内径。内，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

择。内=300mm；料斗内螺旋输送道的宽度稍比瓶盖直径大，选择.=20nlm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，取砥：=2如皿；螺旋升角取。摞=2丁螺

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5°,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

1.3.5传动系统的运动设计

由于拨瓶轮转速要求40r/min,所以主轴转速也为40r/min,选择蜗轮蜗杆

减速器减速比为20：1,则减速器输入速度为80017min,选择主电机经皮带传动

至减速器，主电机选择0.55kw,1390r/min,则电机带轮和减速器带轮直径比选

为80：139o

1.4轧盖机动力设计

1.4.1螺旋推进器动力设计

螺旋推进器输送瓶子的生产能力为

Q==1x40=40（件/分）（2-2）

式中加一一输送螺旋的螺旋头数；

n——螺旋轴每分钟工作转数（转/分）。

瓶子的输送速度为

V=至=°・°25X40=0米/秒（23）

6060

式中S。一一输送螺旋的导程（米）；

〃一一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

N=里。L=〃"x30x0.3=0.25（千瓦）（2-4）

367367

式中Q——螺旋推进器每小时给料量（公斤〃卜时）；

L一一瓶子的给料输送距离（米）。

1.4.2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7="=100x7.5=750N・mm。则所需电机功率为

Tn750x700

P==64Wo

9.55xlO69.55xIO6

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1400r/min,电机输出功率为120W,取皮带传动效率系数为0.96,则锁头实

际功率为。=120x0.96=115W，可以满足设计要求。

1.4.3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

G=7x0.01x9.8=O.7N。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〃=5,则拨动瓶子所施加的驱动力应为

尸=〃G=5xO.7=3.5N,则驱动力矩应为T=A=3.5x0.力=0.42N・m,则拨瓶

T-n0.42x800x40

轮所需功率为P==1.4Wo

9.55xlO69.55xlO6

1.4.4传动系统动力设计

传动系统采用皮帝轮、链轮及锥齿轮传动，仅皮带轮实现变速，链轮、推齿

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,转速为勺=1390rpm,输出功率为巴二

0.55kw<)

则第一根轴的转速为

4=1390x80+139+20=40rpm(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Pi为

P]=P”N72rl3rh=0.55x0.96x0.8x0.96x0.99=0.40kw(2-6)

第二根轴的输入功率匕为

P：=P\%=0.40x0.95=0.38kw(2-7)

第三根轴的输入功率P3为

A=6%=0.38x0.95=0.36kw(2-8)

螺旋推进器的输入功率。4为

P4=Pm=0.36x0.96=0.34kw(2-9)

拨瓶轮的输入功率P,为

G==0.40X0.75X0.99=0.29kw(2-10)

电动机轴的输出转矩7；为

T,=9.55x106=9.55x106x=3778.8N-inn(2-11)

心1390

故第一根轴的输入转矩

7]=刀力因2%%=3力8.8x0.96x().8x0.96x0.99=2758.2N•mm(2-12)

第二根轴的输入转矩

7；=Tm=2758.2x0.95=2720.3N•mn(2-13)

第三根轴的输入转矩

T、=T/5=2720.3x0.95=2489.3N-mm(2-14)

螺旋推进器轴的输入转矩

T4=7；/=2489.3x0.96=2389.7N•mm(2-15)

拨瓶轮的输入转矩

T5=TI7677A=2389.7x0.75x0.99=1774.4N•mm(2-16)

式中小一一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；

%一—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().95；

生——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。

1.5链轮轴强度校核

1.5.1链轮轴受力分析

左端连接链轮，使轴承受转矩7=2489.3N-mm,右端连接锥齿轮,已知齿轮传

递的名义转矩r=2489.3N.mm,齿宽中点分度圆直径4=40mm,分度锥顶角

5=45。，分度圆

林中尸।pE|J-.#272x2489.3《力

粕齿圆周力F,=——=---------=124.5N

4。40

径向力4=5tanacosK=124.5xtan20°cos45=32N

轴向力工=£tanasinS=124.5xtan20°sin45°=32N

计算支撑轴承处支撑反力

在水平面上