矿泉水瓶旋盖机设计.doc

学士学位论文学士学位毕业论文目 录中文摘要Abstract第一章 绪论11.1设计题目背景11.2研究意义11.3国内外相关情况2第二章42.1总体方案设计42.1.1设计任务分析42.1.2功能分析42.1.3执行机构方案简图42.2执行系统的设计42.2.1旋盖头的设计42.2.2主轴的设计42.3传动系统的设计及计算62.3.1电机的选择62.3.2传动比分配62.3.3各轴转速、功率及转矩的设计计算62.4各传动零件的设计及计算82.4.1圆锥齿轮82.4.2带传动82.4.3主轴82.4.4圆柱齿轮82.4.5轴承的选择8致谢29结论31参考文献32摘要中文摘要关键词 旋盖机、旋盖、输送、回转旋盖机是工厂自动灌装生产流水线的主要生产设备之一，常用于玻璃瓶或含有聚对苯二甲酸乙二醇酯的瓶子（简称PET瓶）的螺纹盖封口。随着社会的不断发展繁荣和人民生活水平的提高，产品的包装质量也应该随着人们的需求进一步提高。由于螺纹盖具有封瓶迅速快捷，开启方便及开盖后又可重新拧好等优势，使其在许多产品包装的应用中越来越受到欢迎，例如酒水饮料，调味品，罐头，油桶封口及药品等瓶类包装的封口就基本上很大程度采用螺纹盖进行封口。目前国内工厂现存的同类包装机型的旋盖速度，产能和电气自动化程度都相对落后。为了适应现代包装机械的特点：高速，高效、高可靠性。国内研制了各种回转式旋盖机，采用直列式灌装结构，多工位回转结构，旋转式结构等等，机电气一体化，具有高效率，快速度，强稳定性和完整的自动化程度等优势。回转式旋盖机适合用在有螺纹的窄口瓶盖或者广口瓶盖与瓶的旋盖，目前市场上现有的回转式旋盖机大多数是需要人工监护完成的，目的是为了避免中途传送发生堵塞，但正因如此导致生产效率不是特别高，无形中加大了工作强度，而且生产时人工操作，在机器高速旋转下会有一定的危险，本设计为自动理盖但为了满足设计要求采用了单工位旋盖，只配备了一个旋盖头。本篇文章大致叙述了本课题的研究背景和选题意义，介绍了国内和国外矿泉水瓶旋盖机的发展现状，详细的讨论了本次毕业设计的研究内容及方法。本次设计的重点由旋盖机的总体设计方案布局、旋盖机的旋盖封口过程、进瓶出瓶的输送方式以及定位方法组成，在此基础上进行了运动过程的计算和结构尺寸的设计。本次设计采用的机电模式是回转式的，与直列灌装不同，本机是通过圆柱凸轮的轮廓线来实现旋盖头的上下往复运动的，轮廓线的长度即为旋盖头上升下降过程的行程。并且通过大小锥齿轮组成的二级减速装置来传递和主轴之间的转矩；而且在满足机械原理的条件下，充分考虑了整机的结构布局和经济合理性，使得该机同时具有结构简单、造价低廉、原材料便利、无废气污染、噪声小的特点。AbstractCapping machine is one of the main production equipment of the automatic filling production line in the factory. It is often used for sealing the screw caps of glass bottles or bottles containing polyethylene terephthalate (PET). With the continuous development and prosperity of society and the improvement of people's living standards, the quality of packaging products should also be further improved with people's demand. Because the screw cap has the advantages of sealing the bottle quickly, easy to open and can be re-screwed after opening the cap, it has become more and more popular in many product packaging applications, such as drinks and drinks, condiments, cans, oil barrels and drugs, etc., the screw cap is basically largely used for sealing the bottle packaging. At present, the capping speed, production capacity and electrical automation of the same type of packaging models in domestic factories are relatively backward. In order to adapt to the characteristics of modern packaging machinery: high speed, high efficiency, high reliability. Domestic development of a variety of rotary capping machine, the use of in-line filling structure, multi - station rotary structure, rotary structure, mechanical and electrical integration, with high efficiency, fast speed, strong stability and complete degree of automation and other advantages.Rotary screw cap machine is suitable for use in a narrow mouth of the threaded cap or jar, cap and bottle cap unscrewing, existing rotary screw cap machine on the market at present most is the need for manual monitoring, the purpose is to avoid midway transmission congestion, but it is for this reason lead to the production efficiency is not particularly high, virtually increased the intensity of work, and production of artificial operation, the machine under the high speed rotating will have certain risk, this design but in order to meet the design requirements for automatic cover adopted single screw cap, only equipped with a screw LIDS.This paper describes the research background and significance of the topic, introduces the development status of the capping machine for mineral water bottles at home and abroad, and discusses the research contents and methods of this graduation project in detail. The design focuses on the overall design of capping machine layout, capping machine capping sealing process, bottle in and out of the bottle transport mode and positioning method, based on which the movement process calculation and structure size design. The mechanical and electrical mode adopted in this design is rotary, different from the in-line filling, the machine is through the cylindrical CAM contour line to achieve up and down reciprocating movement of the rotary cap, the length of the contour line is the swing of the rotary cap up and down the process. And through the size of bevel gear composed of double reduction device to transfer the torque between the spindle and; Moreover, under the condition of satisfying the mechanical principle, the structure layout and economic rationality of the whole machine are fully considered, so that the machine has the characteristics of simple structure, low cost, convenient raw materials, no waste gas pollution and low noise.第一章 绪论第一章 绪论1.1 设计题目背景旋开螺纹盖是一种密封性能高、安全可靠、开启便利、可重新拧好封口的包装盖 ,广泛应用于各种酒水、饮料、果汁、调味酱、罐头食品和婴儿奶粉等瓶装食品包装中。目前市场上普遍使用的螺纹盖直径范围约为 30 65mm,有三爪、四爪等结构 ,也称三爪螺纹盖、四爪螺纹盖 ,一些高端型号还配备了真空度检测和防撞开口结构。如图1所示，目前国内广泛使用的广口瓶旋盖机与普通的螺纹口容器旋盖机的工作原理大致相同，主要由进瓶拨轮、中心拨轮、出瓶拨轮、圆柱凸轮、旋盖头等机构组成。在工艺过程中，装好液体的矿泉水瓶经输送带等距传送到进瓶拨轮的第一工位处，在进瓶拨轮旋转的同时，取盖盘上的瓶盖也被从释放装置中取出等待上盖，当旋转到对应位置上时，盖子倾斜着被瓶口钩住并带走，之后进瓶拨轮继续旋转至与中心拨轮的工位交接处，此时中心旋盖头应下降到瓶盖的正上方，并抓住瓶盖迅速旋转，旋转3圈之后电磁离合器起作用，旋盖头的爪子分开，旋盖头在凸轮的作用下迅速上升，随后旋盖头在顶部短暂停留等待下一个瓶子转到工位交接处。 1.2 研究意义包装机械为包装行业提供机械设备,影响技术水平和产品等级的各种包装产品行业,并限制了包装行业的发展速度。我国包装机械行业长期以来非常弱势，规模和水平都很低，导致我国包装产业和工业发展十分缓慢。我国包装机械行业在历经了20世纪70年代和80年代的起步和发展，进入了90年代由于人们对包装产品的强烈需求而实现了直线上升式的高速发展，但是由于观念较为落后，设备较外国简单，科技也相对不先进，所以至少20年的时间我国包装机械行业是无法追上发达国家的水平的。国内目前需求量的60%都依赖于进口，尤其是高技术含量的装备更是大量从外国进口。1.3 国内外相关情况国内现状：目前国内广泛使用的旋盖机大多数为直列式灌装旋盖机 ,利用瓶口悬挂瓶盖 ,经定位、预密封后，将瓶盖置于瓶口正上方,最后利用皮带和瓶盖顶部的摩擦将瓶盖进行拧紧。该机结构紧凑 ,旋盖机构简单。但在使用实践中 ,由于减小了输送带的摩擦力矩，使小直径的瓶盖在输送带难以高速上紧。由于直线式旋盖机是单通道式旋盖 ,其生产能力受到限制 ,一般最高生产速度为 180 240瓶 /min左右。国外现状：饮料填充通常包括瓶子清洁、填充、限制( 也称封盖) 等三道工序。国外许多灌装机一般都是在一台机器上完成这三道工序，又称三合一灌装机。其中旋盖过程是三合一灌装机在灌装过程中最重要的一道工序。产品保质期的长短直接与旋盖质量的好坏成正相关，旋盖质量越好，产品密封性也就越好，保质期就越长。高盖、歪盖是旋盖工序中出现的主要次品率，其影响比较大。高盖是盖子未旋到瓶口，瓶盖倾斜是由于瓶盖和瓶盖顶部的螺纹没有配合拧好造成的。在这两种情况下，瓶中的饮料都不会被正确密封，不会满足保质期要求，并且会在生产线上被视为有缺陷而被拒绝。33致谢第二章 2.1 总体方案设计2.1.1 设计任务分析采用传统的方法设计一台回转式旋盖机，用于将容器盖上瓶盖。（1） 设计参数旋盖头数量：1旋盖速度：20-30个/分钟输送速度：5-15米/分钟输送带宽度：82mm输送带离地高度：750±25mm可调整线功率：100W额定电压：220V（2） 工艺路线供送瓶和盖旋盖送出产品2.1.2 功能分析（1）总功能确定回转式旋盖机的总功能为：将盛满液体的容器放在输送带上，用旋盖头将瓶盖旋在容器上，依次完成供瓶、供盖、旋盖、输送等工序。（2）各功能分解整机的功能可分为：动力功能，传动功能，供送功能，旋盖功能，送出功能。2.1.3 各执行机构方案简图（1）此装置是依靠带传动，输送出已旋好盖的瓶子，如图1所示图1 带传动输送机构（2）此装置是旋盖头，拾取瓶盖是通过卡盖头种均布6个O型弹簧保持的钢珠完成，导向套避免捡盖时盖歪斜。当卡头将瓶盖放在瓶口上与瓶口螺纹接触时，通过顶压弹簧产生顶压力使卡头内锥产生足够的摩擦力矩将瓶盖拧紧。旋紧后，离合器自动打滑，以此完成旋盖，如图2所示。 图2 旋盖头机构（3） 此装置是圆柱凸轮，其目的是使旋盖头的上下往复运动，如图3所示。 图3 圆柱凸轮机构（4） 此装置是拨盘，输入和输出都需拨盘来完成，如图4所示。 图4 输送拨盘机构2.2 执行系统的设计2.2.1 旋盖头的设计由市场调研可知，目前市面上大多数的旋盖头转速都在nH=100300r/min之间，通常旋好1个瓶盖需要转3圈，所以本人取nH=120r/min作为本次旋盖头的转速，拧紧1个瓶子需要1.5秒，旋盖头上升和下降共需1秒，所以完整旋好送出1个瓶子需要2.5秒，由此可得知该旋盖机生产能力Q=3600÷2.5=1440个/min运动方案确定以后，接着是合理选择执行机构的类型组合。旋盖头的上下运动是依靠圆柱凸轮的轮廓线来完成，旋盖头上方和竖直的轴连接，然后通过推杆水平和圆柱凸轮的槽连接。旋盖的实现是依靠爪来抓住瓶盖，随着竖直轴的转动开始旋盖，所以我需要在圆柱凸轮上方设置一个步进电机，使得满足旋盖机转速为120r/min。当盖旋到一定的时候应该用离合器，我这次采用的是电磁离合器，依靠两磁铁的磁性相互吸引，当盖旋好时离合器自动打滑旋盖完成。利用圆柱螺旋压缩弹簧来缓冲旋盖头与瓶盖之间的力，同时依靠导向套来防止瓶盖歪曲。瓶盖的尺寸直径30-40mm，高20mm。2.2.2 主轴的设计因为整个旋盖机需要支撑，而支撑的同时主轴还需要传递转矩，所以我选择了一根实心轴外面套一根空心轴，实心轴负责从箱底一直连接到顶部的圆柱凸轮起支撑作用，空心轴负责传递各个部分的转矩。同时主轴也采用步进电机提供停顿和启动。中心拨轮采取6个工位设计，1s转60°，然后停顿1.5s等待旋盖头的旋盖过程，相当于主轴转速n=10r/min。2.3 传动系统的设计2.3.1 电机的选择根据工作负荷的大小和性质、工作机的特性和工作环境等，可参考同类包装机进行选择电动机的种类、类型和结构形式、功率和转速，进而确定电动机的型号。因为负荷稳定（或变化很小）、长期连续运转的机械，可按照电动机的额定功率选择，而不必校验电动机的发热和起动转矩。步进电机转速=所以根据国家标准，可选择60HBP67AL4步进电动机。该电机参数：相数：2 步距角：1.8°净转矩：1.5Nm电流：2A接收脉冲后转速：900r/min2.3.2 传动比分配总传动比：i总=900÷10=90传动比分配：， 根据电机及输入转矩我选择R系列齿轮减速器，型号为R 33 YEJ90S-4 NA50 B3输入功率0.37kw。2.3.3 各轴转速、功率及转矩的设计计算 0轴：电机输出轴kw r/min轴：减速器高速轴轴：主传动轴kw r/minNm2.4 传动零件的设计计算2.4.1 圆锥齿轮传动设计计算1.选择齿轮材料精度等级齿轮减速器为一般机械，小齿轮材料选用45钢，调质处理，由机械手册查得小齿轮45调质，硬度217255HB，取硬度为235255HB；大齿轮材料选用45钢，正火处理，硬度162217HB，取190217HB。齿轮精度等级为8级。2. 按齿面接触疲劳强度设计由可初步确定尺寸查机械手册：e=1200，齿宽比系数使用系数齿向载荷分布系数试验齿轮的接触极限由此求得。为计算方便以及符合传动比，取mm。接触强度校核：强度条件：接触应力：其中经查表和机械手册可知： 可得Mpa许用接触应力： 计算得Mpa 安全3. 大小锥齿轮的主要参数计算齿形角，齿顶高系数，顶隙系数螺旋角=0°因为mm，取,m=5节锥角，锥距齿宽b=R/3=86mm齿顶高 齿高齿根高齿顶圆直径齿根角顶锥角 根锥角 4. 弯曲强度校核齿根应力： 由此求得：许用齿根应力： 求得 安全2.4.2 带传动设计计算1、确定设计功率 经查表KW2、 选取V带型号根据和由机械手册确定，因工作点处于Z型区，故选Z型。3、 确定带轮基准直径、选择小带轮直径由机械手册查表确定=63mm带速V确定从动轮基准直径=378mm实际从动轮转速和实际传动比i不计影响，若算得与预定转速相差5为允许。=378/63=6(误差为0)4、 确定中心距a和带的基准长度中心距所以取带的基准长度= 2+(+)+ =1591.435、 验算包角，符合要求2.4.3 轴的设计计算（1）选择轴的材料：轴的材料为45号钢，调质处理。由机械设计手册查得各材料力学性能数据为：抗拉强度屈服点弯曲疲劳极限扭转疲劳极限（2）按扭矩计算轴端直径根据机械设计手册公式初步计算轴径，由于材料为45钢，经查表选取 A=111.5所以实心轴取d=36mm2.4.4 轴的强度校核(1)确定危险截面根据轴的结构尺寸及各部分弯矩、扭矩，大锥齿轮处弯矩最大，故属于危险截面，需对此截面进行强度校核。(2)安全系数校核计算由于此轴转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循环的切应力。弯曲应力由于是对称循环弯曲应力，故平均应力根据机械设计手册公式得出：=6.37式中 45钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由表查得=270Mpa；正应力有效应力集中系数，由机械设计手册表，按配合查得=1.63；表面质量系数，轴经车削加工，由表查得=0.95；尺寸系数，由表查得=0.76。切应力幅为=6.55MPa根据公式=10.8 式中：45钢扭转疲劳极限，由机械设计手册表查得=155Mpa； 切应力有效应力集中系数，由表按配合查得：=1.43；同正应力情况；平均应力折算系数，由表查得=0.21。轴截面的安全系数由公式确定=5.49由查表可知，S=1.82.5故SS,该截面是安全的。2.4.4 圆柱齿轮的设计计算拨盘圆柱齿轮中心拨轮为6工位，直径=360mm进瓶拨轮和出瓶拨轮为4工位，直径=180mm已知，所以中心距a=180/2+360/2=270mm取Z1=40 Z2=60模数m=5传动比i=1.5 压力角齿顶高系数顶隙系数齿根圆角系数分度圆直径 齿宽b=108mm符合要求二级减速机构4个圆柱齿轮因为旋盖头转速，主轴转速n=10r/min所以减速装置总传动比由进瓶拨轮和中心拨轮的结构设计决定，旋盖头旋转轴与主轴水平中心距为L=180mm。经计算，取 由此可得 取减速装置中心轴与旋盖头转轴相距60mm，同时与右边主轴相距120mm经计算 取模数m=5齿宽： 齿数： 2.4.5轴承的选择实心轴底座部分轴承：7012C型d=60mm D=95mm B=18mm基本额定载荷 采用脂润滑密封方式，极限转速5600r/min质量W0.4kg a=19.4mm中心拨轮下方轴承：7014C型D=70mm D=110mm B=20mm基本额定载荷 采用脂润滑密封方式，极限转速5000r/min质量W0.6kg a=22.1mm结 论本设计首先对任务要求进行了分析，进行了总体方案设计，确定了各个机构的方案，之后分别对每个部分进行了设计计算。本设计依据机械原理，采用旋盖头的转动来进行旋盖，旋盖头采用单个旋盖头工作；并且通过圆柱凸轮的轮廓线实现上下往复运动，利用电磁离合器实现旋盖后的自动打滑，以满足工艺要求。本机具有供瓶、旋盖、输送等功能，能够实现瓶盖尺寸：直径3040mm；高20mm；瓶子尺寸：直径60mm;高210220mm。旋盖功率1800瓶/小时 。本机采用回转式的工艺路线，节省空间，整体结构紧凑；本次设计参考了各类包装机械设计的长处，同时借鉴了其它机械的优点完成了自动旋盖包装机的设计。但此机器还存在自动化程度低、生产效率难以满足工厂需求、整体功能单一等问题，还应在生产效率、自动化、功能方面加以改进。致 谢经过几个月的不懈努力，终于顺利地完成了本次毕业设计的全部内容。在这几个月中，指导教师齐老师投入了大量的时间和精力，她不厌其烦地认真讲解、指导，对我的毕业设计起到了很大的帮助，她精益求精、严肃认真的教学态度给我留下了终身难忘的记忆，让我受益菲浅。我要在此刻毕业设计即将结束的时候，致以我最诚挚的敬意和感谢！感谢齐老师在我的整个毕业设计过程中给予的无私奉献和真切关怀。在毕业设计过程中，当我遇到困难时同学们也热心地伸出了援助之手，与我共同分析问题、解决问题，使毕业设计顺利地进行下去。当我工作出现困难，心理上出现波动时，他们都能给予我及时的关心和帮助。我心里十分感激他们，在此，我对所有帮助过我的同学表示感谢！然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我打下机械设计专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。 最后，再次感谢帮助过我的老师和同学，以及在我的毕业设计过程中给予我帮助的人。感谢这四年来对我的大力栽培。学士学位论文参 考 文 献1 FD60型旋盖机平面槽凸轮机构的应用与设计J. 刘协舫. 武汉食品工业学院学报. 1996(03)2FX12型旋盖机的设计J. 李诗龙. 包装工程. 2000(03)3PET瓶灌装机旋盖系统的技术改造A. 冯中来,何卫冰. 轻工机械. 2013(02)4冲瓶称重灌装旋盖一体机的设计J. 张有良,徐强,常晓煜,李存良,白玉龙. 包装与食品机械. 2011(02)5高速旋盖机传动系统的设计J. 李诗龙. 轻工机械.1999(02)6灌装阀及旋盖头测试实验装置设计P. 陈昌伟,胡国清,张冬至. 包装工程. 2009(03)7广口瓶旋盖机旋盖失效分析J. 张光明. 包装工程. 2012(11)8回转式三旋盖旋盖头的创新设计J. 林令员,黄文金,唐昆. 包装与食品机械. 2011(05)9高速旋盖机主要部件设计研究J. 刘滨,李颖,陈宁. 煤炭技术. 2012(10)10基于运动约束的高速旋盖机设计及其凸轮分析J. 侯成仁,崔海徽,梁庆华. 机械制造. 2004(07)11连续回转式拧盖机的创新设计D. 刘守谦. 包装与食品机械. 2011(01)12铝箔防盗盖旋盖机的设计与研究J. 王剑峰,张有良,段移丽,李丽阁. 包装与食品机械. 2013(05)13全自动回转式旋盖机J. 张伟安,王建勤. 轻工机械. 2002(02)14全自动封口旋盖机控制系统的设计J. 蔡锦达,秦绪祥,王亮,王英. 包装工程. 2012(03)15四头直线式旋盖机的设计J. 崔岩,屠凤莲,赵伟. 包装工程. 2016(03)16旋盖机的几种恒扭矩结构的分析J. 周始荣. 包装与食品机械. 2007(03)17旋盖机的主要工作机构分析D. 郭志杰,顾青青,孙波. 机电信息. 2014(02)18旋盖机端面蜗形凸轮机构的应用与设计D. 刘协舫. 武汉食品工业学院学报. 1996(12)19旋盖机在食品及饮料包装上的应用_丁静娴20旋盖机端面蜗形凸轮机构的应用与设计J. 刘协舫. 武汉食品工业学院学报. 1996(12)21一种通用瓶盖理盖器与旋盖机构的设计D.严书华. 机电技术. 2007(03)22直列式灌装旋盖机设计J.王志学. 辽宁大学学报(自然科学版). 2012(12)23杨晓玉.食品包装机械发展的新趋势.现代制造，2007.(18).24A comparative study of different imaging modalities for successful percutaneous left atrial appendageclosur25Design and Research of Cap Sorter Mechanism of PET Bottle Automatic Cap Screwing Machine26Extended and reduced POG dynamic model of an automatic corking machine for threaded plastic caps27ProQuestDocuments-2019-10-3028Study on Cap Closure Mechanism of Single-Walled Carbon Nanotubesby Molecular Dynamics29What effect does wine bottle closure type have on perceptions of wine attributes30The pharmaceutical vial capping process Container closure systems capping equipment regulatory framework and seal quality tests