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酒瓶旋盖机的设计 学生姓名 王利 学 号 8031212421 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16 指导老师 安静 日 期 塔里木大学机械电气化工程学院制 16 届毕业设计 购买设计文档后加 费领取图纸 购买设计文档后加 费领取图 纸 前 言 旋盖机是自动灌装生产线的主要设备之一， 它是封口机的一种，广泛用于玻璃瓶或 的螺纹盖封口。由于螺纹盖具有封口快捷、开启方便及开启后瓶又可重新旋上瓶盖等优点，所以一些不含气的液料，诸如饮料、酒类、调味料等类似瓶包装的封口中大量采用螺纹盖封口。 半自动酒瓶旋盖机是利用电机旋转带动底座上升顶紧瓶盖顶端，配合锁口装置自动完成锁盖，使其达到完美的锁盖效果。该旋盖机全部利用机械原理 ,使用方便 ,安装简单，具有结构合理、锁口质量稳定、生产效率高、调整方便、维修简单等优点。具有一定的市场潜力及应用价值。 关键词： 旋盖机；设计参数；构件；结构；计算 塔里木大学毕业设计 1 目 录 1 绪 论 . 2 题依据 . 2 究意义 . 2 内外相关情况 . 2 点研究关键问题及解决思路 . 2 2 酒瓶旋盖机的研制方案 . 3 瓶旋盖机的要求 . 3 统方案原理图 . 4 3 结构设计计算 . 5 动部分的设计 . 6 盖部分的设计 . 12 身支撑部分设计 . 13 壳设计 . 13 4 各部分结构的校核与计算 . 14 承的校核 . 14 的校核 . 15 的计算校核 . 16 总 结 . 19 致 谢 . 20 参考文献 . 21 塔里木大学毕业设计 2 1 绪 论 题依据 包装是根据物体的性能，用适当的材料，容器，施以保护物品的技术。随着市场经济的飞速发展、我国国际化进程的加快以及人们的物质文化生活水平的提高，对包装质量和包装速度的要求不断提高，包装机械是使产品包装实现机械化、自动化的根本保证。包装机械为包装提供重要的技术保障，对包装业的发展起着重要的作用。同时在食品、医药、日用品、化工产品等生产中起着中要的作用。包装机械可以提高劳动生产效率，改善生产环境，降低生产成本，提高产品储运的安全性及档次，增加产品的附加值，从而提高产品的市场竞争力，带来更大的经济效益 和社会效益。包装机械行业是一个市场潜力很大的新兴行业，面临着巨大的国内外市场和极好的发展机会。 包装机械为包装工业提供装备机械，影响着各类包装制品工业的技术水平和产品档次，制约着包装工业的发展和速度。长期以来，我国包装机械行业非常薄弱，形不成规模和水平，致使我国包装工业发展极慢。我国包装机械行业在历经了七十年代的起步，八十年代的发展，九十年代由于包装制品发展的需要而实现了高速度发展，但是由于起步迟，起点低，规模小，我国包装机械总体水平要比发达国家落后 20年，国内目前需求量的 60/%，尤其是技 术含量高的技术装备依赖进口。对于包装制品工业，包装机械是我国包装工业的优势。 提高自动化程度是包装机械发展重要的趋势。产品和产量居世界之首的美国十分重视包装机械与计算机紧密结合，实现机电一体化控制，将自动化操作程序、数据收集系统、自动检验系统更多用于包装机械之中。日本则长于微电子技术，用以开那个值包装机械，有效地促进了无人操作和自动化程度的提高。在计量、制造和技术性能等方面居于世界领先地位的德国也高度重视提高自动化程度。几年前，德国包装机械系统设计时，自动化技术在整个系统操作及运行中还 占 30%，现在已占到 50%以上。 目前国内灌装生产线中广泛使用的旋开封盖口机大多为直线式旋盖机，由于直线式旋盖机是单通道式旋盖，其生产能力受到限制，不能适应高速旋盖的需要 ;另外，更换瓶子时调整比较困难，无法对 不同高度瓶子实现快速调整后进行旋盖；旋盖头单一，适应能力差，每一种瓶盖就要更换一次相应的旋盖头，既浪费时间，又增大成本。所以各生产厂家的旋盖塔里木大学毕业设计 3 机在旋瓶盖能力、效率、事宜瓶型、事宜瓶型及自动化程度等方面各有优缺点。为了适应现代包装机高速、高效和高可靠性生产的需要，在广泛吸 收国内外先进机型的基础上，设计此了机器。 食品原料经加工成成品后，为了能够长期保存，并且便于流通、销售和使用。必须装入相应的容器并封口杀菌，使装入容器内的食品与外界隔绝，不再受到外界空气及微生物的污染而引起腐败。不论是何种容器，铁罐、玻璃罐，或是其他包装材料如铝、塑料等以及由塑料薄膜、铝箔等制成的复合薄膜，如不能严密封口密封，就不能达到常年保存的目的。所以封口是食品加工过程中的主要工序之一。 旋盖机是封口机械中的一种。本课题所设计的半自动酒瓶旋盖机，是通过电机带动带轮来传递动力。锁盖通过四个滚丝轮来完成，可 以完成不同高度和瓶盖直径的锁盖工作，具有很好的应用价值以及市场潜力 。 2 酒瓶旋盖机的研制方案 电源： 220V 50率： 370W 工作方式：电动 封口直径： 25 35盖高度： 7 35产能力： 1200 瓶 /小时左右 适用瓶高： 70 330外型尺寸： 730 210 1050重量： 65 产品设计要求 (1)一机多用：利用同一台设备旋不同高度、不同直径的瓶盖，提高设备的利用率； (2)使用安全，维修方便 ：在整体设计中考虑机器的安装、调整和开机以及设备的维修、保养和维护，使零部件更换方便，尽量做到通用化、标准化； (3)降低成本：为了提高产品质量，要求设备精度和自动化程度高，但设备的售价也相应提高，因此设计时，要结合生产工艺要求，对相关因素进行综合考虑。 塔里木大学毕业设计 4 (4)旋紧机要合适：过紧则用户不易开瓶，影响顾客使用；过松则不利于密封，造成泄漏影响产品质量。 半自动旋盖机工作过程全部利用机械原理，是利用电机旋转带动瓶身支撑部分顶紧瓶盖顶端，配合锁口装置自动完成 锁盖，使其达到完美的锁盖效果； 塔里木大学毕业设计 5 旋盖机主要有四部分构成：传动部分、旋盖部分、瓶身支撑部分、机壳部分 ,如图 2 2体三维图 3 结构设计计算 根据本课题所选的方案，将该半自动旋盖机的结构分为四个部分：传动部分、锁盖部分、瓶身支撑部分和机壳部分。 塔里木大学毕业设计 6 本旋盖机的传动部分选择电机为动力源，如图 3示。 工作原理：电机 1通过带轮经 ，带轮 3带动主轴旋转。主轴与小齿轮 4平键连接，从而带动小齿轮 4转动 。小齿轮 4与大齿轮 5啮合，带动大齿轮5 转动。小圆轮 6 与大齿轮表面的圆柱凸轮轮廓相切，所以随着大齿轮 5的旋转连杆机构 7带动升降轴 8上下运动，从而带动瓶身支撑部分 8上下运动。一方面，锁盖部分 10由于主轴带轮 3通过 传递动力，锁盖部分 8旋转，带动滚丝轮 12绕轴 11公转，从而使瓶盖被滚丝轮 12 滚丝旋盖，达到完美锁盖的效果。 图 3构运动 简图 在本套设备中，待锁盖的酒瓶是随瓶身支撑部分相对锁盖机构上下运动的，而相对瓶身支撑部分静止。而四个滚丝轮没有自转，只是绕旋盖轴公转。因为考虑到瓶身支撑部分每径向进给一次就要完成一次锁盖作业，所以滚丝轮给瓶子必须旋转 1圈以上，滚丝轮绕旋盖轴转动的圈数越多瓶口完成锁盖之后就会有一段光边整形，但是若瓶子转动过快则其内装的液塔里木大学毕业设计 7 体会形成旋转抛物面，易从罐口流出，所以必须选择合适的旋转速度和滚丝轮每一次给瓶子的旋转圈数。 设计电机的速度 的速度为 1400 转 /主轴的转速 的速度为： (3圆柱凸轮的转速 为： (3即每分钟支撑部分径向进给 ，满足工作能力 1200 瓶 /小时的要求； 滚丝轮每次进给，主轴转动圈数为： (3=4.5 r 所以每次进给完成锁盖作业后还有几圈可以光边整形。 故此传动设计满足设计要求。 塔里木大学毕业设计 8 柱凸轮的设计 此装置是圆柱凸轮，其目的是使瓶身支撑部分实现升降，如图所示图 3柱凸轮实物图 图 3柱凸轮运动简图 其运动原理简图如图所示，圆柱凸轮 1上的最低点与最高点的竖直距离就等于瓶身支撑部分 6径向上下运动的行程距离。 4为连杆机构，轴 3被固定在机壳上不能运动，轴 5只能竖直方向上下运 动，所以当大齿轮 1（圆柱凸轮）转动时，小圆轮 2随凸轮轮廓上下运动，与连杆机构 4连接瓶身支撑部分 6上下径向给进。 所以可得结论 : (3式中 :d 瓶身支撑部分径向上升下降距离 动设计计算 (1)确定设计功率 里木大学毕业设计 9 由 机械设计基础 表 13 8查得C= （ 3 =2)选取 根据 机械设计基础 图 13工作点处于 选 (3)确定带轮基准直径1 选择小带轮直径 由 机械设计基础 表 130 验算带速 V V= 100060 11 =s （ 3 在 5 25m/s 之间，故合乎要求 确定从动轮基准直径 查 机械设计基础 表的 1300200 实际从动轮转速2i 不计 影响，若算得 与预定转速相差5 为允许。 i=120=差为 0) (4)确定中 心距 a 和带的基准长度 初定中心 题目没有给定中心距， 初步选定中心距 0.7(0a2( （ 3 80+200） 0a2(80+200) 塔里木大学毕业设计 10 1960a560 取0a=200 确定带的计算基准长度 式 c20a+2(1)+02124)(= （ 3 取标准 机械设计基础 表的 1300 13000 确定中心距 机械设计基础 式 13a=0+2 L = （ 3 调整范围 a+ （ 3 （ 3 (5)验算包角 180+ 2160 （ 3 =152 1200 符合要求 (6)确定带根数 z 按 机械设计基础 式 130 3 由式 13 0p=+1p+2) （ 3 由 机械设计基础表 13正 系数11 p=+1p+2)= （ 3 V 带的根数 Z0 Z=1 根 (7)确定初拉力 机械设计基础 式 130=5003 =8)计算轴压力 Q 按 机械设计基础 式 13=21a = （ 3 塔里木大学毕业设计 12 图 3盖机构 工作原理如下： 动力传递给带轮 1，带轮 1与轴 11通过平键连接，从而带动主轴 11 旋转，方杆 3绕主轴 11公转。当瓶身支撑部分将酒瓶上升到一定高度，瓶盖接触到压盖头 10，瓶身支撑部分继续上身，瓶盖对压盖头 10有向上的压力，从而推动方杆 3上的滚轮 2沿轴11向上运动，因为滚轮此时是由小半径圆柱轴运动到大圆柱轴从而使得锁口轮 8和滚丝轮 7向轴中心靠近，既向瓶盖靠近，滚丝轮 7绕瓶盖公转，滚丝轮 7内部存在弹簧，将沿着瓶口的 螺纹将瓶盖上滚上丝口，从而达到滚丝的目的。同样锁口轮 8沿瓶口的轨迹将瓶盖的底边向里压进去，从而实现锁口的目的。 在此锁盖机构工作过程中有时存在滚丝轮和锁口轮太靠近瓶盖瓶口，由于压力过大可能会将瓶口打碎，造成危险。所以设置了调节螺栓 5，从而使方杆上连接的滚丝轮和锁口轮能够设置靠近和远离瓶口的合适距离，实现完美滚丝锁口的目的。锁紧螺母 6可以调节滚丝轮和锁口轮的上下位置，使两轮可以准确无误的沿着瓶口的螺纹轨迹运动，和锁口的位置。 塔里木大学毕业设计 13 （ 1）滚丝轮调整：将瓶子放在托架上，托架升至最高点，先 松开锁紧螺母 6 对滚丝轮调节，使两个滚丝轮 7（有弹性的）边缘在瓶子的起丝点上，然后松开调节螺栓 5，使两个滚丝轮 7边缘与盖子相接触，有点压力为宜，再锁紧螺母 （ 2）锁口轮的调整：调整两个锁口轮 8，先松开锁紧螺母 6，调整锁口轮，使两个锁口轮 8边缘与瓶盖下边缘接触，有点压力为宜，再锁紧螺母 6。 瓶身支撑部分要求结构简单、托瓶平稳、迅速、准确、安全可靠。瓶身支撑部分如图所示所示： 图 3瓶身支撑部分有推头，中盘，下盘，圆导柱，偏心定位 块，紧定螺钉，和锁紧螺母构成。紧定螺钉松开时可以调整中盘的上下位置，根据瓶身的高度改变中盘的位置，从而适合不同瓶身高度。松开偏心定位块上的螺钉可以移动偏心定位块的位置，从而适应不同半径大小的瓶身。 机座材料应根据其结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等要求正确选择，常用的有： 铸铁和钢。 铸铁容易铸成形状复杂的零件；价格较便宜；铸铁的内摩擦大，有良好的抗振性。其缺点是生产周期长，单件生产成本较高；铸件易产生废品，质量不易控制；铸件的加工余量大，机械加工费用 大。 常用的灰口铸铁有两种： 位压力较大（ p5公斤 /厘米 2）塔里木大学毕业设计 14 的导轨，或弯曲应力较大的（ 300公斤 /厘米 2）床身等； 机械性能稍差，适用于形状复杂而载荷不大的机座。若灰口铸铁不能满足耐磨性要求，应采用耐磨铸铁。 用钢材焊接成机架。钢的弹性模量比铸铁大，焊接机架的壁厚较薄，其重量比同样刚度的机座约轻 20%50%；在单件小批量生产情况下，生产周期较短，所需设备简单；焊接机架的缺点是钢的抗振性能较差，在结构上需采取防振措施；钳工工作量较大；成批生产 时成本较高。 本设计的机座采用的是 45钢， 45钢属于调质钢，经淬火加高温回火后，具有良好的综合力学性能，主要用于要求强度、塑性和韧性都较高的机械零件，如轴类零件。这类钢在机械制造中应用最广泛，其中以 45 钢最为突出。 制造机座时，铸造（或焊接）、热处理及机加工等都会产生高温，因各部分冷却速度不同而收缩不均匀，使金属内部产生内应力。如果不进行时效处理，将因内应力的逐渐重新分布而变形，使机座丧失原有的精度。 时效处理就是在精加工之前，使机座充分变形，消除内应力，提高其尺寸的稳定性。常见的方法有自然时效、人工时效和振动时效等几种，其中以人工时效应用最广。 4 各部分结构的校核与计算 凸轮轴深沟球轴承 6206的校核 : 此凸轮轴承是一对深沟球轴承。参照设计手册，设定其工作寿命为 5000h。 在锁盖机中，该轴承在正常情况下不受或者受轻微的轴向载荷。但是考虑到不正常情况的发生，设所受轴向载荷与径向动载荷之间有 （ 4 则根据机械设计表 13知求该情况下当量动载荷应用机械设计式（ 13 （ 4 参照机械设计，取 2.1 参照机械设计手册，取 ； 塔里木大学毕业设计 15 参照机械设计手册，取其极大值 ； 设该轴承对上的单个轴承的轴向载荷 NF a 100 ， 取其径向载荷 。 则： 9)1 0 取转速 根据机械设计，求轴承应有的基本额定动载荷值 h 124810 60 3 66 （ 4 参照机械设计手册知， 6205轴承的基本额定动载荷 NC r 14000 验算 6205轴承的寿命，根据机械设计式 13-5 h 06010 366 （ 4 故选择该对深沟球轴承 6205符合设计要求。 普通平键（ 强度条件为 pp 3102（ 4 普通平键（ 强度条件为 pp 3102（ 4 式中 T 传递的转矩，单位为 ； k 键与轮毂键槽的接触高度， ，此处 h 为键的高度，单位为 塔里木大学毕业设计 16 l 键的工作长度，单位为 A 型圆头平键 ， C 型圆头平键 这里 L 为键的公称长度，单位为 b 为键的宽度，单位为 d 轴的直径，单位为 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，单位为 对于 公称转矩为 550 （ 4 在传动过程中，考虑每级功率传递效率为 过渡齿轮轴 49、 凸轮轴 28、 主轴 71的相应公称转矩为： 4928719 5 5 0 8 . 4 59 5 5 0 * 0 . 9 * 0 . 9 * 0 . 9 6 . 59 5 5 0 * 0 . 9 * 0 . 9 2 2 . 3 对于三根轴来说，过渡齿轮轴 49和凸轮轴 28 上面的键均较为安全。下面对主轴 71 上的键进行校核。均选择其最危险的键进行校核。 取主轴 71 上最危险的键进行校核 P ak 4 故此主轴 71 上键安全。 根据轴的强度条件 m 6(4 =60得到过渡齿轮轴 49、凸轮轴 28 以及主轴 71的最小直径为 塔里木大学毕业设计 17 m a x 3349 616 1 6 8 . 4 5 0 . 0 0 9 96 0 1 0Td m m m m a x 3328 616 1 6 6 . 5 0 . 0 0 8 86 0 1 0Td m m m m a x 3371 616 1 6 2 2 . 3 0 . 0 1 2 1 26 0 1 0Td m m m 而实际过渡齿轮轴 49 的最小直径为 25轮轴 28 的最小直径为 25主轴 71的最小直径为 22大于所求的最小直径，可以证明，上述各轴均符合强度要求。 由于主轴 71 受力较过渡齿轮轴 49 及凸轮轴 28 复杂，再按弯扭合成应力校核轴的强度。 根据轴的结构图 (图 9)，深沟球轴承作为支点，因此作为简支梁的轴的支撑跨距为113 图 4主轴的结构图 从主轴的结构图可以看出截面 ，为了计算需要，将支反力取为一瓶装满 1000的瓶子的重力的 20 倍。 002010 现将计算出截面 M ， M 的值如下。 弯矩 M ： 1235 13471 16722 塔里木大学毕业设计 18 所以总弯矩为： 2 71 3 4 71 2 3 5 221 7 81 6 7 21 2 3 5 222 所以扭矩 T 为： 56323 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面 B)。根据以上数据，及轴单项旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 ，轴的计算应力 M P )3222321 (4前已确定主轴的材料为 1 。因此 1 故主轴安全。 塔里木大学毕业设计 19 总 结 经过为期十二周的奋战，我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，通过这次毕业设计我明白了自己原来知识还比较 欠缺，自己要学习的东西还有太多。总得来说通过这次毕业设计我体会到了学以致用的含义并学到了更多的知识。许多能力也在这次毕业设计中得到锻炼： （ 1）机械类方面的设计大体都一样，在弄清楚和计算好机械零部件的情况下，设计起来会相对得心应手。比如我这次的酒瓶旋盖机设计，因为在设计前就进行了深入了解，在设计中自然更加容易。如零部件该由什么材料制造，在以后设计中遇到相同的条件就可以选择相同的材料。 (2)这次毕业设计也进一步加深了对连杆机构和凸轮机构的理解和运用。因为在大二时期学过有关这两个机构方面的知识，通过这次设计更 加的巩固了以前的知识。本次设计中的圆柱凸轮是我第一次遇到，通过凸轮轮廓和连杆机构从而实现瓶身支撑部分的升降。将绕轴旋转的运动转换为轴向上下的运动。由于学识有限，圆柱凸轮轮廓的表面设计还是不够标准，不够正规。 (3)目前国内灌装生产线中广泛使用的旋开封盖口机大多为直线式旋盖机，由于直线式旋盖机是单通道式旋盖，其生产能力受到限制，不能适应高速旋盖的需要 ;另外，更换瓶子时调整比较困难，无法对 不同高度瓶子实现快速调整后进行旋盖；旋盖头单一，适应能力差，每一种瓶盖就要更换一次相应的旋盖头，既浪费时间，又增大成本。本 次设计利用同一台设备旋不同高度、不同直径的瓶盖，提高设备的利用率，解决了上面的弊端。 (4)本课题所设计的半自动酒瓶旋盖机以电机为动力，进过 V 带，齿轮以及凸轮结构带动瓶身支撑部分上下升降，配合旋盖机构运动实现锁盖。锁盖工艺性能好，生产能力高，具有良好的应用价值及市场潜力。这次设计也提升了对一些绘图软件如 办公软件 毕业设计结束了，但在毕业设计中我所表现出的毅力和遇到问题直面去解决问题的态度将对我以后的工作和生活起到巨大的作用。 塔里木大学毕业设计 20 致 谢 经过这几个月的努力，在老师的督促指导，以及一起学习的同学们的支持下，本次毕业设计已圆满结束，由于自身经验的匮乏和学习上的欠缺，整个设计中肯定还存在尚未发现的缺点和错误，设计上还有许多考虑不周全的地方，恳请评阅的各位老师，多予指正，不胜感激在我将在以后工作中一定会逐步改正。 首先，我要特别感谢指导老师安静这段时间对我的悉心指导。每次与导师见面的时候，指导老师总是会仔细询问我们的设计状况，我设计内容中遇到困难，指导在百忙之中通过邮件来给我指出错误并附加说明，细心的为我讲解设计中的疑惑，让我改正，让我能 更好的完成毕业设计。他严谨的治学和科研精神是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。 其次，我要感谢大学里所有给予我知识的老师。正是有了你们的教导，我学到了丰富的专业知识，使自己的知识储备得到了升华。你们无私的奉献促使我们尽早的成长起来，我们坚实的翅膀源于你们不懈的滋养。等到参加工作时，我们将去实现我们的伟大理想，将你们所授尽数回报社会。我还要感谢这段时间同学们对我的帮助，当我遇到不懂的题目时，他们也是尽自己所能来为我讲解。 最后，我要感谢我伟大的母校，感谢与我朝夕相伴四年的朋友。四年时光，如梭如 梦，我们又要各自奔天涯。留恋学校的一草一木，怀念那平凡的每一天。四年的学习生活，酸甜苦辣一一饱尝，无论是开心时的愉悦，还是失落时的惆怅；无论是入校时的迷茫，还是毕业时的感伤，都将化作永久的记忆深深地镌刻在我心里。相信这份缘分，更要珍惜这份缘分。 再一次感谢所有给予我帮助的人，愿你们永远快乐！愿母校明天会更好！ 塔里木大学毕业设计 21 参考文献 1 杨可桢 ,程光蕴 ,李仲生 M等教育出版社， 2006. 2 黄颖为 M工出版社， 2007. 3 澎国勋 北京 ： 机械工业大学出版社， 1990. 4 成大先 M学工业出版社， 2006. 5 刘家仁 M械工业出版社， 2008. 6 王先逵 M械工业出版社， 2008. 7 王珂 J 1994年 5期 :638 申祥劭 J2005年 66期 :329 高春刚 J息， 2005年 12期 :2810 上官同英 ,徐年富 J2005年 29卷 2期 :6611 李新华 塑 )盖封口质量的影响因素的分析 J2005:3512 杨绮云 ,刘双林 ,徐克菲 M 13 吴宗泽 ,罗圣国 版 M2007. 14 解丽英 ,张亚辉 ,赵颖 M2006. 15 龚溎义 2版 等教育出版社， 2011.
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