济南大学毕业设计毕业设计题 目 自动旋盖机设计 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及其自动化 班 级 机升0902班 学 生 孙国文 学 号 20090404051 指导教师 宋卫卫 二一 一 年 五月 三十 日- 1 -济南大学毕业设计1 前言1.1 选题背景随着近几年药品工业的发展，瓶口封盖的效率和密封性变的越来越重要。长期以来我国的旋盖机主要是通过进口先进设备，然后在进行模仿、二次开发的方式实现国产化；而且现在自动化控制比较低，一般为机械化并没有真正的信息化。在世界包装机械中电子的应用，将数据采集、分析、控制都集成在芯片中，实现嵌入式控制。机器人的应用，把机械手引入到旋盖机中可以远程控制，而且能在比较复杂的环境下实现自动控制1。现在国际主流的旋盖速度在12000瓶/h，都集成了理盖、调向、拾取、预压盖、旋紧盖等功能，在车间都实现了无人化控制生产。纵观我国的机械包装业却十分落后、竞争能力不足等问题。目前国内的药品灌装生产线广泛应用的旋盖机一般分为两类：一种螺旋式和直线式。螺旋式旋盖机的旋开盖大多是机械导盖，旋盖头旋转封口2。由于旋盖的扭矩不容易控制，在盖和瓶口预压紧时，如果出现错位则可能旋压坏瓶盖螺纹。另一种直线式旋盖机采用瓶颈挂瓶，经定位预封装后使瓶盖平稳的落在瓶口上，然后由皮带通过摩擦力对瓶盖进行搓压旋紧3。该机结构简单、结构紧凑容易实现，但封口瓶盖的扭矩不容易控制。因此在考虑了结构性能、操作难易方面、性价比等综合因素后，改进直线式旋盖机更有生产价值。通过在现有的直线式旋盖机上，加上伺服控制扭矩旋转头能更好的实现机械化和自动化。同时希望我国的包装业，加大机械支撑系统在机、电、气、液等伺服驱动上的投入，做到设计的旋盖机实现多用途、高效率、小型化、柔性等控制达到世界先前水平。1.2方案的设计主要的设计参数：1. 适用范围：广泛用于玻璃瓶或PET瓶的螺纹盖封口。 2. 瓶（盖）规格：直径3050mm的塑料盖或金属螺纹盖,高度1550mm。3. 生产能力：170190 瓶/分钟；设计的工作原理：杂乱的瓶盖在理盖器内由输送板进行分离出来，在传送带上的瓶子通过瓶颈进行挂盖，在直线摩擦带上进行预压紧最后由可移动式旋转头进行旋紧。旋转头能根据不同的旋转扭矩进行调整转矩，满足不同的要求。其机械动力部分通过传动装置的性能设计一种机械-电力复合传动方案。可以实现当外界载荷增大时，能自动的降低速度而增加牵引力，以克服增加的载荷；当外界载荷减少时，则自动减少牵引力而增加速度，同时也可以实现无极变速4。理盖器输送带的动力驱动可以使用机电控制，根据不同的旋盖要求选定不同的速度。 设计的主要步骤： （1）根据旋盖机工作时的条件要求，弄清各部分装置工作所需的基本原理；同时由工作原理确定所需旋盖机的初步结构。 （2）传动装置的结构设计：根据工作条件确定系统各部分的传动比，选择合适的动力源、减速器和控制机构。 （3）查阅图书资料、相关专利、期刊等文献来确定零件所需的参数，绘制出A0草图。由草图确定A0电子版装配图和手绘两幅图幅A2的部分零件图。 （4）通过对各部分图纸汇总，写说明书进行部分零件的校核，对旋盖机的工作原理和方案论证确定工程图。 对机械设计的方法、方案的确定，参考资料的搜索和图纸零件的局部剖切表达，都是对设计理论和实际动手设计相结合的过程。归纳了自己相关的学习理论、深化了所学专业知识和技能，为以后的工作和进修打下基础。1.3 方案的实施本课题设计的旋盖机用于药品瓶装生产线的自动旋盖机，它可以用于不同材质、不同规格的螺旋盖、防盗盖、防童盖、压入盖等的旋（轧）盖。瓶盖和瓶子的旋盖在时间上没有人为机械间歇控制，封口效率高。同时预紧装置的设计可以把瓶盖螺纹进行预旋紧1/3，在可控选盖头进行定力矩控制下旋盖头保证了不破坏瓶盖，控制力矩稳定可靠效率高。自动旋盖机选用直线式进行预压紧盖、旋转式进行定力矩控制。这是一种复合方案保证了生产要求的准确度和精度结构，弥补了单一旋盖方式的精度低和效率不足。其主要组成结构：理盖器、支撑板、输送带、电机、减速器、联轴器、控制凸轮、星形拨轮、星形齿轮、旋盖头。理盖器采用了重力和形状凹槽防呆设计分选效率高，能满足150-280瓶盖/分钟的灌装要求。其分盖效果好、精度高、性能可靠。旋盖器是采用直线式可控旋压方式，每次都能封装四到五个瓶盖效率比单旋转头提高很多倍。而且封装效果好、结构简单、成本低、利于大批量生产。传动动力部分的设计主要考虑能满足工作的要求，有时也兼顾结构的复杂程度、性价比等因素。在单一传动不能满足的地方，可以考虑复合传动来实现。在旋盖机的传动中，带传动主要用在两轴心距离较远的地方、链传动主要应用在传动速度较慢传动比稳定的地方，齿轮主要应用在两轴心较近、固定传动比的地方5。相对于本课题的理盖器和旋盖机的传动系统，单一的传动方案都不能满足设计要求。因此设计一种机械-电力复合传动的动力系统尤为重要。另外，旋盖头控制凸轮的设计可以解决旋盖头转轴的自转、公转和上下旋盖控制三种同时运动方式。旋盖头的自转和公转有星形轮系控制，上下控制由凸轮的凹槽控制。设计简便、方法巧妙省略了气动或多电机联动的方式，成本低、性能控制可靠。2 旋盖机的基本原理和总体设计2.1 系统的工作原理 自动旋盖机主要应用于药品瓶（玻璃瓶或塑料瓶）的旋紧封口，药品瓶内可以灌装液体、固体或其他糖浆类物质。由于直线式封口瓶盖的扭矩不易控制，螺旋式易旋压坏瓶盖螺纹，本课题选用直线式进行预压紧盖，旋转式进行定力矩控制是一种复合方案即保证了生产要求的效率又保证了旋盖头的不乱扣盖旋转扭矩恒定，结构简单容易大批量生产。该机工作的主要结构及其原理：理盖：杂乱堆放的瓶盖放入分离桶内，由传送带挡板携带开口不确定的瓶盖进入分割板上。当开口向下的瓶盖由于重力落回分离桶内。而开口向上的瓶盖由于盖顶的弧形仍然保留在传送带挡板上，然后通过侧向的导向槽排成一字型进入输出通道内。通常输出通道是螺旋的，可以改变整个瓶盖的开口方向利于瓶颈挂盖。输送：药品瓶的输送是已经过整理瓶后的开口方向确定排列成一字型的药品瓶。在瓶子预封装盖时，有控制开关可以调整瓶子的输送快慢，可以做到四瓶一次封装或五瓶一次封装。根据不同的要求实现不同的功能。拾取:瓶盖和瓶颈接触时，是用瓶颈挂走瓶盖，每次都只有一个瓶盖被拾取。卡瓶盖的控制板的压力大于瓶盖重力，但小于瓶颈输送的机械力，这样就控制了瓶盖的乱序6。在刮走盖时，在瓶盖的前方有预压紧挡板能让瓶盖正落于瓶口的上方。同时大约有5-10牛顿的向下预紧力，但不会压坏螺纹。旋压：在进入旋压头内，有两条摩擦带：一条在瓶子的中下部使瓶和瓶盖的旋向不同，另一条瓶盖处是旋转瓶盖的。相当于给瓶盖一定的预紧力，保证了在后面拧盖时，不出现乱扣。然后的可移动旋转盘式旋转头是一种可控扭矩的旋转头，保证了封口的可控扭矩力。旋盖机的两个主要结构的工作原理：瓶盖的分离和旋盖机的旋紧。瓶盖分离时根据瓶盖的开口不一样，重力在离盖口的2/3处，当瓶盖上升到分离输送带上，输送带与水平面成（7183）。开口向下的瓶盖有由于重力落回分离筒内，剩下的都开口向上，然后由分割板排列成一字型等取瓶颈挂盖。旋盖头三个方向的运动由星形轮系和控制凸轮确定，星形轮系能保证旋盖头自转的同时公转，控制凸轮主要用于控制凸轮上下运动来进行旋盖，如果旋盖头不在工作区，它主要用于把旋盖头原理瓶子省得破坏瓶颈。直线摩擦带的预紧装置主要用于预封口瓶盖1/3的螺纹，它主要有上下两条摩擦带组成。上面的用于旋转瓶盖、下面的摩擦带用于旋转瓶子至少保证瓶子不会因为上面的旋转而随动旋转，起到稳定瓶子不跟随联动的作用。2.2 系统的总体方案设计在分析了旋盖机的主要功能部分：理盖器和旋盖器。在器结构的基础上加些部分支撑装置就设计了可控式恒扭矩旋盖机自动旋盖机（见图2 .1）结构分析：包括旋盖器、理盖器、输送带、支撑装置。工作原理：杂乱的瓶盖在理盖桶(7)内由输送板(6)进行分离出来，在传送带(11)上的瓶子通过瓶颈进行挂盖，在直线摩擦带(10)上进行预压紧最后由可移动式旋转头(3)进行旋紧。旋转头能根据不同的旋转扭矩进行调整转矩，满足不同的要求。图2.1总体方案简图1-旋盖器电机；2-联轴器；3-旋转头；4-旋转盘；5-底座；6-理盖器输送带；7-理盖桶；8-调向导槽；9支撑座；10-直线摩擦带；11-输送带2.2.1 旋盖机的运动分析为了提高旋盖机的效率，本文设计的旋盖机为全自动中间旋盖过程无间歇落盖的高速旋盖机。理该器选用的输送带分离方式的预压盖可以满足180230个/分钟，瓶盖和瓶口的运动方式为瓶颈挂盖比压盖效率高准确度好，选盖头为6旋转头同步跟踪旋盖中间无落盖和旋盖间歇效率高。根据整个系统的功能分析，整个旋盖过程的运动分下面几个部分，如图2.2所示：送盖理盖送瓶拾取挂盖预紧旋盖图2.2旋盖机运动的工序图2.2.2 旋盖机的总体结构设计根据上面旋盖机运动的分析我们可以确定系统的总体结构轮廓。旋盖机按结构组成包括理盖器、输送带、摩擦带预紧装置、旋盖器。依据结构简单、效率高的原则我们设计的旋盖头为6个，联动同步随瓶旋盖。 其结构示意图如图2.3所示。图2.3旋盖机结构示意图 旋盖机主体结构的功能分析和设计：理该器是提供同向瓶盖的输出装置，它的作用是为输送带上的瓶子提供速度足够快的盖子。理该器包括输送带、皮带轮、支撑装置。由于自动旋盖机的高速性该系统的理盖器为输送带拾取瓶盖、重力分离方式，其分离速度能达到280-300个/分钟，足够满足生产要求。它比旋盖方式分离器效率高而且成本低、结构简单、原理清晰。设计材料的选择方面用不锈钢就可以。摩擦预紧装置由上下两层摩擦带组成，下层摩擦带保证瓶子的转向、上层摩擦带保证瓶盖的旋向，以此来保证旋盖的预封装性。此部分装置在旋盖机中不是多余部分，由于预封装盖的挂盖准确度为92%，因此在大批量生产中会破坏很多瓶盖，虽然在旋盖头中有辅助矫正装置，由于旋盖头的高速联动行，第一层的螺纹也会有破损7。从大批量经济性方面考虑，该预紧装置很重要。可以省略旋盖头的纠正装置保证更高的旋转速度。旋盖头是旋盖机的主体部分，由旋盖头、星形轮系、凸轮机构组成。它主要完成机构无间断旋盖、保证在输送带上的瓶子能运动的同时旋转盖。传动系统主要完成瓶盖分离、瓶盖预紧和旋盖、瓶子输送运动。它的性能直接影响方案的优劣、成本高低及其生产可行性。3 旋盖机的结构设计与计算3.1 电机的选择自动旋盖机的工作对象主要为旋开盖，主要的目标为旋转密封。一般溶液瓶装的瓶子封口用铝塑贴膜封闭，瓶盖起保护作用。对气密性不强的瓶子封口用旋开盖直接密封。因此旋盖机的功率普遍处于中低档次，功率在1.21.8KW之间的交流异步电动机。选择电动机功率的基本原则：选择电动机的额定功率应稍大于工作的实际功率。当所选泽电机的功率小于实际功率时，则旋盖机不能正常工作，或使电动机长期在过载环境下工作，因此常会因为发热过大而过早损坏；当额定功率过大时，电机的功率和功率因素很低，同时增加旋盖机的制造成本8。由旋盖机的工作场合、电压的等级、转速的要求。根据国际电