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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 塑料藥瓶的封膜及旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
學(xué) 號(hào)
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
開題日期 2014年4月3日
摘 要
著生產(chǎn)和流通的日益社會(huì)化，現(xiàn)代化，尤其是半個(gè)世紀(jì)以產(chǎn)品包裝得到了飛速的發(fā)展，在市場(chǎng)商品交換的重要地位也越來越來突出，目前，已普遍引起人們的重視。
科技的發(fā)展在當(dāng)代社會(huì)各個(gè)不同的領(lǐng)域都產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。特別是機(jī)械化，自動(dòng)化設(shè)備的普遍應(yīng)用，更為這些領(lǐng)域增添了活力，包裝業(yè)也不例外?，F(xiàn)在大部分的包裝過程已有手工作業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械化作業(yè)。這不僅僅降低了人的勞動(dòng)程度，而且也加快了生產(chǎn)速度，提高了生產(chǎn)率，同時(shí)也使包裝的形式在不斷的改進(jìn)、革新，使廣大的消費(fèi)者普遍能夠接受。這在客觀上促進(jìn)了產(chǎn)品的營(yíng)銷，提高了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，也可以為企業(yè)帶來高額的利潤(rùn)。
本課題重點(diǎn)研究的基本內(nèi)容是全自動(dòng)塑料藥瓶包裝機(jī)，包括封口系統(tǒng)，運(yùn)輸系統(tǒng)、理蓋系統(tǒng)、充填系統(tǒng)等構(gòu)成，是一條完整的生產(chǎn)線，本設(shè)計(jì)主要是對(duì)封口系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。其中本設(shè)計(jì)的包裝機(jī)的封口系統(tǒng)包括封膜機(jī)構(gòu)和旋蓋機(jī)構(gòu)。此設(shè)計(jì)中需設(shè)計(jì)一個(gè)旋蓋頭，執(zhí)行升降軸、封膜的切斷裝置、選裝定位的行星盤及鍵、軸承、彈簧的計(jì)算選用及校核。
關(guān)鍵詞： 包裝機(jī)械；現(xiàn)代化 ；封膜機(jī)構(gòu)；旋蓋機(jī)構(gòu)
ABSTRCT
With sociality and modernization of manufacture and circulation, especially since half of century produce packing has developed at high speed. At the same time, it is important for produce industry to packing.Development of science and technology throw great impact on all industry in our sociality, especially devices that realize the mechanizing and automation have been widely used, so produce packing has also been poured into great vigor. Nowadays, almost much of produce packing to mechanical operation. This change not only lowers people’s intensity of labor, but also increases, produce speed, and raise productivity, at the same time, the style of produce packing has also been made better and innovated, that not only improves produce competitiveness at market but also achieve enormous economical benefit for factory.
The basic content of this paper is the study of the fully automatic plastic bottle packaging machine, including sealing system, a transportation system, sorting system, filling system, is a complete production line, the main design of the sealing system analysis, design. The sealing system of packaging machine of this design include film sealing and capping mechanism. A capping head design of the design, execution, lifting shaft sealing film cutting device, optional location of the planetary disc and bond, bearing, spring selection and checking calculation.
KEY WORDS：Package Machine；Modernize Up；Film Sealing Mechanism；Capping Mechanism
目 錄
摘 要 2
ABSTRCT 3
第一章 緒論 5
1.1 課題背景 5
1.2 包裝機(jī)概述 7
1.2.1包裝機(jī)械概述 7
1.2.2我國(guó)包裝機(jī)械的現(xiàn)狀與發(fā)展 7
1.2.3包裝機(jī)械的特點(diǎn)及發(fā)展方向 8
1.3 效益分析與環(huán)保分析 11
1.4 包裝設(shè)計(jì)的重要性 11
第二章 塑料藥瓶包裝機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù) 13
2.1塑料藥瓶自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)意義 13
2.2主要研究設(shè)計(jì)內(nèi)容 13
2.3研究的方法與技術(shù)路線 14
第三章 塑料藥瓶的封膜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.1 封膜機(jī)構(gòu)的介紹 16
3.2 封膜機(jī)構(gòu)的組成 16
3.3 封膜機(jī)構(gòu)的彈簧設(shè)計(jì) 17
第四章 塑料藥瓶的旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
4.1 旋蓋機(jī)構(gòu)的介紹 20
4.2 旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 20
4.2.1 送瓶部分的結(jié)構(gòu)方案確定 21
4.2.2 裝蓋環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì) 21
4.2.3 旋蓋部分的結(jié)構(gòu)方案 22
4.2.4 出料的方案 22
4.2.5行星轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)以及計(jì)算 22
4.2.6轉(zhuǎn)盤電機(jī)的選擇 23
4.2.7 旋蓋電機(jī)的選型計(jì)算 25
4.2.8 永磁體的選擇 26
4.3 支架的設(shè)計(jì)校核 26
4.4料倉(cāng)的設(shè)計(jì)校核 27
結(jié) 論 30
致 謝 31
參考文獻(xiàn) 32
第一章 緒論
1.1 課題背景
包裝是一門新興學(xué)科,它是現(xiàn)代商品生產(chǎn)儲(chǔ)存、銷售和人類社會(huì)中不可缺少的重要組成部分。關(guān)于包裝的定義,起初過去只是認(rèn)為能很好的保護(hù)內(nèi)容品即可。然而隨著技術(shù)水平和生產(chǎn)力能力的提高，今天的包裝不僅僅是將內(nèi)容品包好而已，同時(shí)它還是一種保存容器，一種輸送容器另外還可以促進(jìn)產(chǎn)品的銷售。我國(guó)包裝定義如下：為保護(hù)產(chǎn)品，方便運(yùn)輸，促進(jìn)流通按一定的技術(shù)方法而采用的容器，材料及輔助物的總稱，也指為了達(dá)到上述的目的而采用容器材料及輔助物的過程中施加一定技術(shù)方法操作等的活動(dòng)。隨著人們生活水平的提高，人們對(duì)包裝這個(gè)概念有了越來越深的認(rèn)識(shí)，包裝的重要性有了越來越深的體現(xiàn)。無論在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，包裝工業(yè)涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對(duì)人民生活，國(guó)際貿(mào)易和國(guó)防建設(shè)都帶來深刻的影響。我國(guó)包裝工業(yè)起步較晚，雖然近幾年發(fā)展較快，但仍然落后于英美等發(fā)達(dá)國(guó)家，盡快發(fā)展我國(guó)的包裝工業(yè)需要全民族的努力。
目前，我國(guó)的塑料藥瓶包裝設(shè)計(jì)企業(yè)大部分規(guī)模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同時(shí)存在著不顧行業(yè)發(fā)展要求，重復(fù)生產(chǎn)那些成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機(jī)械產(chǎn)品，行業(yè)內(nèi)目前大約有1/4的企業(yè)存在低水平重復(fù)生產(chǎn)現(xiàn)象。這是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，造成包裝機(jī)械市場(chǎng)的混亂，阻礙行業(yè)的發(fā)展。多數(shù)企業(yè)年產(chǎn)值在幾百萬元到1000萬元之間，低于100萬元的企業(yè)為數(shù)還不少。每年有近15%的企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)或倒閉，但又有15%的企業(yè)加入這個(gè)行業(yè)，極其不穩(wěn)定，現(xiàn)象阻礙了行業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種塑料藥瓶、水產(chǎn)加工品的出現(xiàn)，對(duì)塑料藥瓶包裝技術(shù)和設(shè)備都提出了新的要求。目前，塑料藥瓶包裝機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，未來的塑料藥瓶包裝機(jī)械將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化，促進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的塑料藥瓶包裝設(shè)備。實(shí)現(xiàn)塑料藥瓶包裝機(jī)械機(jī)電一體化。
傳統(tǒng)的包裝機(jī)械多采用機(jī)械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現(xiàn)了光電控制、氣動(dòng)控制等控制形式。但是，隨著塑料藥瓶加工工藝的日益提高，對(duì)包裝參數(shù)的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應(yīng)采用新的技術(shù)改變塑料藥瓶包裝機(jī)械的面貌。當(dāng)今的塑料藥瓶包裝機(jī)械是集機(jī)、電、氣、光、磁于一體的機(jī)械電子設(shè)備，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著力于提高包裝機(jī)械的自動(dòng)化程度，將包裝機(jī)械的研發(fā)與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。 機(jī)電一體化的實(shí)質(zhì)就是從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，運(yùn)用過程控制原理，將機(jī)械、電子與信息、檢測(cè)等有關(guān)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)整體最佳化。總體講，它是將微機(jī)技術(shù)引入到包裝機(jī)械，應(yīng)用機(jī)電一體化技術(shù)，開發(fā)智能化包裝技術(shù)，按產(chǎn)品自動(dòng)包裝工藝要求組合成全自動(dòng)包裝系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，生產(chǎn)過程的檢測(cè)與控制、故障的診斷與排除將實(shí)現(xiàn)全面自動(dòng)化，實(shí)現(xiàn)高速、優(yōu)質(zhì)、低耗和安全生產(chǎn)。可用于水產(chǎn)加工塑料藥瓶的精確計(jì)量、高速充填和包裝過程自動(dòng)控制等，將使包裝機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡(jiǎn)化，提高包裝產(chǎn)品質(zhì)量。如最常見的塑料袋封口機(jī)，其封口質(zhì)量與包裝材料、熱封溫度和運(yùn)行速度等有關(guān)。如材料(材質(zhì)、厚度)發(fā)生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機(jī)控制，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳參數(shù)匹配輸入微機(jī)存儲(chǔ)器，再配上必要的傳感器，組成自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，這樣，不管哪個(gè)工藝參數(shù)改變，都能保證最佳的封口質(zhì)量。
采用新技術(shù)，建立自動(dòng)化、多樣化、多功能集成化的包裝機(jī)械新體塑料藥瓶包裝機(jī)械其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動(dòng)化、單機(jī)多功能、多功能組成生產(chǎn)線、采用新技術(shù)上。如:多工位制袋真空包裝機(jī)，其制袋、稱重、充填、抽真空、封口等多種功能可在一臺(tái)單機(jī)上完成；功能不同、效率相匹配的幾種機(jī)器可組合成為功能較齊全的生產(chǎn)線，如法國(guó)CRACECRYOYA和ISTM公司研制的鮮魚真空包裝生產(chǎn)線。采用相關(guān)新技術(shù)，在包裝方法上大量采用充氣包裝取代真空包裝，將充氣成分、包裝材料與充氣包裝機(jī)三方面的研究緊密結(jié)合起來；在控制技術(shù)上，更多地應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)；另外，隨著包裝從單一技術(shù)轉(zhuǎn)向與加工相結(jié)合研究取得進(jìn)展，應(yīng)將包裝技術(shù)領(lǐng)域延伸到加工領(lǐng)域，開發(fā)包裝、加工一體化的塑料藥瓶加工包裝設(shè)備。適應(yīng)國(guó)際市場(chǎng)要求，開發(fā)設(shè)計(jì)綠色包裝機(jī)械。加入WTO后，國(guó)際包裝機(jī)械行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，國(guó)外的綠色貿(mào)易壁壘對(duì)塑料藥瓶包裝設(shè)計(jì)機(jī)械行業(yè)提出更高的要求，所以，必須改變傳統(tǒng)的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)及開發(fā)模式，在設(shè)計(jì)階段考慮到使包裝機(jī)械在其全生命周期中(設(shè)計(jì)、加工制造、裝配、使用、維修直至廢棄后處理處置過程)對(duì)環(huán)境無影響或影響最小化、資源低耗、易于回收等“綠色特征”，以提升我國(guó)包裝機(jī)械的核心競(jìng)爭(zhēng)力。印刷用油墨在內(nèi)的關(guān)鍵原材料及其供應(yīng)方目錄應(yīng)進(jìn)行備案，以便對(duì)批量生產(chǎn)的塑料藥瓶包裝容器類產(chǎn)品進(jìn)行監(jiān)督控制，使消費(fèi)者能夠買到保證安全、放心的產(chǎn)品。因?yàn)榍f萬消費(fèi)者每天要食用的塑料藥瓶藥品，必須使用不僅能保護(hù)內(nèi)容物不受病毒、病菌污染的軟塑包裝材料，還要求軟塑包裝材料本身符合安全衛(wèi)生的規(guī)定，避免包裝材料污染所包裝的塑料藥瓶、藥品，故保證塑料藥瓶包裝的衛(wèi)生安全性乃是當(dāng)務(wù)之急。
1.2 包裝機(jī)概述
1.2.1包裝機(jī)械概述
包裝機(jī)械即完成部分包裝過程的一類機(jī)器，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)，如塑料藥瓶、輕工、醫(yī)藥、化工、電子和國(guó)防等生產(chǎn)中，主要包括三大基本環(huán)節(jié)，即原料處理、中間加工和產(chǎn)品包裝。包裝機(jī)械是產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證，因此包裝機(jī)械在現(xiàn)在工業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用。近半個(gè)多世紀(jì)以米隨著生產(chǎn)與流通日益社會(huì)化、現(xiàn)代化產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌倔起，受到人們普遍重視?，F(xiàn)代包裝的基本含義是：對(duì)不同批量的產(chǎn)品，選用某種有保護(hù)性、裝飾性的包裝材料或包裝容器并借助適當(dāng)?shù)募夹g(shù)手段實(shí)施包裝作業(yè)以達(dá)到規(guī)定的數(shù)量和質(zhì)量,同時(shí)設(shè)法改善外部結(jié)構(gòu)，降低包裝成本,從而在流通直至消費(fèi)的整個(gè)過程中使之容易儲(chǔ)存搬運(yùn),防止產(chǎn)品破損變質(zhì),不污染環(huán)境,便于識(shí)別應(yīng)用和回收廢料,有吸引力，廣開銷路，不斷促進(jìn)擴(kuò)大再生產(chǎn).大量事實(shí)表明，實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化，尤其是實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性(或稱柔性)的自動(dòng)包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向,同時(shí)也可獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益. 例如:
1) 能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力.
2) 能改善勞動(dòng)條化避免污染危害環(huán)境。
3) 能節(jié)約原樹林減少浪毀，降低成本。
4) 能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。
由此可見實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械化和建立現(xiàn)代包裝工業(yè)，乃是關(guān)系到國(guó)家長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃的一件大事,也是搞好社會(huì)主義四個(gè)現(xiàn)代化的一項(xiàng)重要內(nèi)容
1.2.2我國(guó)包裝機(jī)械的現(xiàn)狀與發(fā)展
我國(guó)包裝工業(yè)起步較晚，雖然最近一些年發(fā)展很快，成就也很大，但與發(fā)達(dá)國(guó)家相比無論在產(chǎn)品品種，技術(shù)水平和產(chǎn)品質(zhì)量方面都有很大差距。包裝機(jī)械產(chǎn)品的性能，外觀質(zhì)量有一定的差距；一些高新技術(shù)在我國(guó)包裝機(jī)械行業(yè)才剛剛開始采用；另外我國(guó)包裝機(jī)械產(chǎn)品品種有很大的缺口。因此我們必須采用強(qiáng)有力的措施，進(jìn)一步加快包裝機(jī)械行業(yè)的發(fā)展速度，為早日趕上世界先進(jìn)水平而奮斗！我國(guó)包裝機(jī)械工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)：引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，建立一批包裝機(jī)械骨干企業(yè)；大多數(shù)企業(yè)要重點(diǎn)發(fā)展小型包裝機(jī)械；在包裝機(jī)械生產(chǎn)中，大量引入高新技術(shù)，以滿足重點(diǎn)商品的包裝為出發(fā)點(diǎn)，發(fā)展包裝機(jī)械新品科。
1.2.3包裝機(jī)械的特點(diǎn)及發(fā)展方向
包裝機(jī)械是特殊類型的專用機(jī)械。由于包裝物品的多樣性和人們對(duì)包裝質(zhì)量的較高要求形成了包裝機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，動(dòng)作精確，運(yùn)動(dòng)速度快，工位多，工作協(xié)調(diào)可靠，故障發(fā)生率低等特點(diǎn)。因此要設(shè)計(jì)改善自動(dòng)包裝機(jī)及自動(dòng)包裝線的整機(jī)造型，總體布局。國(guó)外包裝機(jī)械的發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：簡(jiǎn)單機(jī)械化，初級(jí)自動(dòng)化，自動(dòng)包裝生產(chǎn)線，電腦控制的高度自動(dòng)化生產(chǎn)線。經(jīng)過50年的發(fā)展，國(guó)外包裝機(jī)械的工業(yè)形成了獨(dú)立完整的體系，成為機(jī)械制造業(yè)的一個(gè)重要分支，有以下幾個(gè)特點(diǎn)：包裝機(jī)械生產(chǎn)穩(wěn)定增長(zhǎng)；包裝機(jī)械門類齊全，品種繁多；包裝機(jī)械生產(chǎn)自成體系，包裝機(jī)械的主要用戶行業(yè)為塑料藥瓶生產(chǎn)，飲料飲品，家庭清潔用品和化妝品產(chǎn)業(yè)，煙草業(yè)，醫(yī)藥用品等。近年來表明塑料藥瓶行業(yè)對(duì)包裝機(jī)械的需求增大。塑料藥瓶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展推動(dòng)了包裝機(jī)械更新?lián)Q代，從而推動(dòng)包裝機(jī)械科技的投入和科研的快速發(fā)展。
我國(guó)包裝機(jī)械的發(fā)展方向：(1)在發(fā)展專用機(jī)機(jī)種的同時(shí)，積極開發(fā)通用包裝機(jī)。包裝機(jī)械在發(fā)展專用機(jī)種的同時(shí)，為滿足現(xiàn)代包裝的實(shí)際需要，正在不斷擴(kuò)大其通用能力，積極開發(fā)各種通用包裝機(jī)。研制通用包裝機(jī)的目的，一是要適合被包裝物品包裝材料和包裝形式的多樣化；二是要照顧到制造使用單位的技術(shù)力量，設(shè)備配備和生產(chǎn)成本，因而國(guó)際包裝節(jié)日益重視包裝機(jī)的通用性，以便借助有限的機(jī)械設(shè)備獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。（2）包裝機(jī)械日益連動(dòng)化、高速化、自動(dòng)化。根據(jù)我國(guó)的實(shí)際情況既要大力研制先進(jìn)的全自動(dòng)半自動(dòng)的包裝機(jī)，還要對(duì)某些行之有效，小巧的手動(dòng)包裝工具與裝置給以足夠的重視,以以發(fā)揮其相輔相成的作用。包裝自動(dòng)化的高低會(huì)直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，能量的消耗，操作環(huán)境和勞動(dòng)生產(chǎn)率。實(shí)踐表明搞好包裝自動(dòng)化不但離不開機(jī)電光液氣（包括射流）等常規(guī)手段相互滲透和配合，同時(shí)要因地制宜的吸收對(duì)改進(jìn)包裝機(jī)械確實(shí)有價(jià)值的部分，使之保持一定的生命力。包裝機(jī)械的作用是給有關(guān)行業(yè)提供必要的技術(shù)裝備,以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝過程。為了對(duì)包裝機(jī)械的發(fā)生和發(fā)展找出規(guī)律性認(rèn)識(shí)并制訂適當(dāng)?shù)膶?duì)策，有必要深入地了解它的一些特點(diǎn)。包裝機(jī)械為特殊類型的專業(yè)機(jī)械，機(jī)種繁多，綜合研究工藝、材料、設(shè)各乃是開拓包裝新技術(shù)的根本途徑。首先指出，包裝物品不僅花色品種多，而且大都是可變化的，如不同粘度的液體,不同粒度的散體和各種片狀、塊狀、束狀、環(huán)狀及異形的物體等。而正人們對(duì)塑料藥瓶、藥品、日用消費(fèi)品等的包裝還常提出更多更高的要求，以致在客觀上便形成了包裝機(jī)械突飛猛進(jìn)、更新較快的局面。任何事物之間總有它們的共性與特性。若能按照具體條件探索出一種模塊化(或稱積木式)的包裝機(jī)械體系，通過適當(dāng)改變模塊的組合使之具有不同的功能和生產(chǎn)能力，那么必會(huì)有助于簡(jiǎn)化設(shè)備構(gòu)造，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造的計(jì)算機(jī)化，縮短工作周期，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力,如有的制袋成型充填機(jī),只配備幾種加料裝置就實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。鑒于大多數(shù)包裝機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜、動(dòng)作精確、遠(yuǎn)行速度快、工位多,所以應(yīng)力求其工作協(xié)調(diào)可靠,盡量少發(fā)生故障和誤動(dòng)作。為此，要設(shè)法改善自動(dòng)包裝機(jī)及自動(dòng)包裝線的整機(jī)造型、總體布局、故障顯示和安全防護(hù)等措施。包裝材料是包裝工業(yè)的基礎(chǔ)。選擇合適的包裝材料為有效地利用資源，提高生產(chǎn)與運(yùn)輸效率,節(jié)約能耗,降低成本和廣開銷路創(chuàng)造了有利的條件.在一般情況下紙木、塑料,玻璃,陶瓷、金屬等材料均各有其利弊，應(yīng)按具體條件經(jīng)綜合分折而決定取舍。從五十年代路有機(jī)合成、金屬治煉等工業(yè)部門取得了迅速發(fā)展并給包裝工業(yè)部門提供了相當(dāng)豐富的新型材料、容器,涂料、油墨和粘合劑.從而使包裝的技術(shù)方法、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和所用的機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生了革命性的變化。例如拉伸包裝、收縮包裝、噴霧包裝、真空充氣包裝,熱成型包裝、壓敏貼標(biāo)、高頻熱封等新技術(shù)和新裝備就是在那個(gè)時(shí)期應(yīng)運(yùn)而生的。當(dāng)前，液體軟包裝尤其是無菌軟包裝發(fā)展很快.借助塑料、鋁箔、紙及其多層復(fù)合材料制作的各種形式的袋、管、杯、瓶、罐,大都用于充填果汁、牛奶、醬類、油脂、冰淇凌、洗滌劑和化妝品等面條。其優(yōu)點(diǎn)是，保護(hù)作用好,便于儲(chǔ)藏、運(yùn)輸、攜帶、使用，而且資源豐富，成本低,能回收處理。但是，對(duì)于一般用途的大型容器,為增強(qiáng)牢固性和剛性，有的則以硬質(zhì)塑料來代替.今后.根據(jù)旅游、地質(zhì)勘探,國(guó)防建設(shè)的實(shí)際需要還得大力研究方便塑料藥瓶和方便口糧等包裝新技術(shù)，隨之將進(jìn)一步促進(jìn)包裝機(jī)械的革新與創(chuàng)造。從發(fā)達(dá)國(guó)家生產(chǎn)的包裝機(jī)械水平來看，國(guó)際包裝界普遍認(rèn)為，提高包裝機(jī)械系列化標(biāo)準(zhǔn)化和通用化水平，建立組合化、機(jī)電一體化的現(xiàn)代包裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)體系仍是今后一個(gè)重要的發(fā)展方向。如臥式枕型包裝機(jī)，現(xiàn)已形成擁有完整系列及品種的組合化設(shè)備。只要更換主要操作部件，適當(dāng)調(diào)整有關(guān)參數(shù)。便可在較寬的尺寸范圍內(nèi)卷筒式柔性材料完成塊片、棒狀以及外形不規(guī)則的單個(gè)或多個(gè)物品的包裝。不少機(jī)種具有一機(jī)多用之特點(diǎn)，既可以進(jìn)行一般的枕型包裝，又能用于收縮包裝。開發(fā)與主機(jī)配套的輔助裝置是擴(kuò)充主機(jī)功能的重要一環(huán)。針對(duì)不同面條開發(fā)的各式各樣的面條供送裝置供用戶選用，可提高包裝機(jī)的工作效率。如瑞士SIG公司生產(chǎn)的餅干喂料裝置達(dá)十多種;日本富士株式會(huì)社生產(chǎn)的糖塊供送裝置，可將一堆雜亂的糖塊逐一有序地送人包裝工位。開發(fā)不同類型和
機(jī)械設(shè)備的高速化是實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)高速發(fā)展的根本措施，是提高設(shè)備生產(chǎn)率的主要途徑，故包裝機(jī)的工作速度是衡量其性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。如今啤酒灌裝機(jī)的灌裝速度高達(dá)每小時(shí)10萬瓶，日本產(chǎn)NW - 405型臥式枕型包裝機(jī)的包裝速度已達(dá)每小時(shí)1.5萬包。當(dāng)然機(jī)械設(shè)備的高速化要受到多種客觀因素的制約，必須綜合權(quán)衡設(shè)備的使用量、勞動(dòng)生產(chǎn)率、工作壽命、工作環(huán)境以及材料與能量的消耗等方面的利弊，才能做到工作速度的最佳選擇。包裝機(jī)械的高速化，隨之對(duì)相應(yīng)設(shè)備的聯(lián)動(dòng)化和自動(dòng)化提出了更高的要求。微電子技術(shù)和檢測(cè)元件的發(fā)展和利用，提高了產(chǎn)品的包裝質(zhì)量，也提高了包裝機(jī)的自動(dòng)托程度。通常包裝機(jī)的生產(chǎn)速度越高，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作同步性和協(xié)調(diào)性要求越嚴(yán)。為保證包裝作業(yè)能夠可靠地進(jìn)行，自動(dòng)包裝機(jī)應(yīng)具有故障診斷和顯示功能，推行在線的自動(dòng)檢測(cè)與控制。據(jù)國(guó)外有關(guān)單位估計(jì)，因機(jī)器發(fā)生故障而造成停工的時(shí)間，80%用于尋找故障原因，10%用于尋找排除故障方法，檢修操作時(shí)間僅占10%現(xiàn)在英國(guó)Kister工廠生產(chǎn)的熱收縮包裝機(jī)都設(shè)有“自我診斷”電子設(shè)備，這種設(shè)備已有系列產(chǎn)品付諸實(shí)用。為進(jìn)一步提高包裝設(shè)備的生產(chǎn)率，必須開發(fā)與包裝機(jī)主機(jī)相配套的輔助裝置，以減少中間貯存節(jié)環(huán)所占用的空間和人力。將自動(dòng)包裝機(jī)的主機(jī)與面條供送裝置、整理裝置、成品堆放裝置、打印裝置等相關(guān)設(shè)備按生產(chǎn)工藝過程要求，連接成連續(xù)化生產(chǎn)的包裝自動(dòng)線，這就要求各臺(tái)相關(guān)設(shè)備動(dòng)作協(xié)調(diào)，需精確、可靠、先進(jìn)的檢測(cè)控制技術(shù)來保證。
由于包裝機(jī)械動(dòng)作復(fù)雜而頻繁，執(zhí)行元件較多，若采用傳統(tǒng)的繼電器控制電路會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的故障率高，動(dòng)作不準(zhǔn)確、包裝質(zhì)量不穩(wěn)定、
停機(jī)維修時(shí)間多等弊病。因此，研制和發(fā)展包裝機(jī)時(shí)，重視高新技術(shù)的應(yīng)用，是提高其先進(jìn)性、可靠性的主要途徑。今后應(yīng)大力開發(fā)以下技術(shù)。
1) 微機(jī)控制技術(shù)
2) 模糊優(yōu)化控制技術(shù)
3) 新型執(zhí)行機(jī)械
4) 新型傳動(dòng)系統(tǒng)
5) 傳感器的研究與開發(fā)
6) 在線顯示技術(shù)
7) 現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法
8) 現(xiàn)代制造技術(shù)
9) 先進(jìn)的新工藝將材料,工藝,技術(shù)三結(jié)合是開拓發(fā)展機(jī)械的根本途徑.
1.3 效益分析與環(huán)保分析
目前我國(guó)包裝機(jī)械還處于小批量生產(chǎn)階段。其成本相對(duì)較高。每臺(tái)售價(jià)可達(dá)到30000－200000元之間。但它的需求量逐日增加，很有生產(chǎn)的前景。其價(jià)格與其生產(chǎn)的效益成正比，是值得推廣的。在生產(chǎn)過程中無污染，安全可靠。由于其包裝材料多為塑料，有一定的污染。
1.4 包裝設(shè)計(jì)的重要性
無論在國(guó)內(nèi)和國(guó)外，包裝已涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對(duì)人民生活，國(guó)際貿(mào)易以及國(guó)防建設(shè)等都帶來了深刻的影響。隨著人民生活水平的不斷提高，物質(zhì)和精神生活上都有了更高的要求，很難想象現(xiàn)代生活中如果沒有了包裝會(huì)是什么樣的，但是我國(guó)的包裝業(yè)起步相對(duì)來說還是比較晚的。在二十世紀(jì)英、美等發(fā)達(dá)國(guó)家就已經(jīng)利用包裝作為促銷商品的手段，尤其是在二十世紀(jì)三十年代的世界性經(jīng)濟(jì)危機(jī)中，美國(guó)普遍利用近代包裝技術(shù)作為商品廣告的媒介，大大的促進(jìn)了商品的推銷，在美國(guó)包裝工業(yè)是僅次于汽車鋼鐵等的第四大產(chǎn)業(yè)，我國(guó)的包裝工業(yè)與發(fā)達(dá)國(guó)家比較起來可以說還處于很幼稚的階段。為了快速的發(fā)展我國(guó)的包裝工業(yè)，需要加快步伐研制出適合中國(guó)國(guó)情的先進(jìn)的包裝設(shè)備。目前國(guó)內(nèi)的不少?gòu)S家引進(jìn)了一部分國(guó)外的設(shè)備，但是由于吸收跟消化都跟不上，帶來了一系列的問題：比如工人素質(zhì)問題，原材料問題，零部件配套問題等等等等…所以說目前進(jìn)行包裝機(jī)方面的探討研制出適合我國(guó)國(guó)情的、集幾點(diǎn)液一體的機(jī)械設(shè)備勢(shì)在必行。
對(duì)于做畢業(yè)設(shè)計(jì)的學(xué)生來說，畢業(yè)設(shè)計(jì)無疑是一次很好的學(xué)習(xí)和鍛煉自己的機(jī)會(huì)。畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)四年來所學(xué)知識(shí)的一個(gè)總結(jié)和融會(huì)貫通。以前所學(xué)的全都是課本上的理論性的知識(shí)，而這樣的一次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我們將課本知識(shí)和實(shí)際問題緊密的聯(lián)系到一起了，綜合的運(yùn)用了所學(xué)的理論知識(shí)和技能。另外通過做畢業(yè)設(shè)計(jì)還提高了我們分析問題和解決問題的能力；培養(yǎng)收集、閱讀和分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書，編寫技術(shù)工作文件的能力；培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)研究，運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理能力；培養(yǎng)翻譯外文資料的能力，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算和制圖等基本技能。對(duì)于即將走向工作崗位的同學(xué)門來說，無疑是一次很好的鍛煉機(jī)會(huì)，給以后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。所以畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)每位畢業(yè)生來說都是非常重要的，是大學(xué)生活中不可缺少的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。雖說我們的這次設(shè)計(jì)只能作為一次練習(xí)，但是我個(gè)人認(rèn)為這的確是一次具有實(shí)際意義的設(shè)計(jì)練習(xí)。所以我們必需要認(rèn)真的對(duì)待這次的實(shí)際任務(wù)，努力的完成好這次設(shè)計(jì)的任務(wù)。本課題重點(diǎn)研究的基本內(nèi)容是全自動(dòng)塑料藥瓶包裝機(jī)，包括封口系統(tǒng)，運(yùn)輸系統(tǒng)、理蓋系統(tǒng)、充填系統(tǒng)等構(gòu)成，是一條完整的生產(chǎn)線，本設(shè)計(jì)主要是對(duì)封口系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。其中本設(shè)計(jì)的包裝機(jī)的封口系統(tǒng)包括封膜機(jī)構(gòu)和旋蓋機(jī)構(gòu)。此設(shè)計(jì)中需設(shè)計(jì)一個(gè)旋蓋頭，執(zhí)行升降軸、封膜的切斷裝置、選裝定位的行星盤及鍵、軸承、彈簧的計(jì)算選用及校核。
第二章 塑料藥瓶包裝機(jī)的設(shè)計(jì)任務(wù)
2.1塑料藥瓶自動(dòng)包裝機(jī)的設(shè)計(jì)意義
包裝產(chǎn)品被充填入包裝容器后，封口是不可缺少的包裝工序，有利于包裝產(chǎn)品的運(yùn)輸、銷售陳列，并且隨著食品，醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)產(chǎn)品的密封提出越來越高的要求，完善的密封不僅可以延長(zhǎng)食品，醫(yī)藥產(chǎn)品的保質(zhì)期，而且可以避免食品中營(yíng)養(yǎng)的流失。本設(shè)計(jì)的藥品包裝機(jī)的封口系統(tǒng)主要針對(duì)玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。這種密封機(jī)構(gòu)對(duì)瓶和蓋都有一定的要求，瓶蓋一般要求為內(nèi)螺紋，瓶口為外螺紋，通過旋蓋頭的旋轉(zhuǎn)將瓶蓋固定在瓶頭。這種封口方式由于封裝和開啟都很方便，所以被廣泛應(yīng)用于不含氣體的飲料，調(diào)味品，藥品和化妝品等。但是我國(guó)的包裝機(jī)械發(fā)展還處于初級(jí)階段，對(duì)包裝機(jī)械的設(shè)計(jì)和研發(fā)沒有太多的經(jīng)驗(yàn)與理論基礎(chǔ)，很多機(jī)器只是對(duì)外國(guó)現(xiàn)有機(jī)器的仿繪，沒有自主研發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，機(jī)器一旦出現(xiàn)問題，解決起來十分困難，而且要對(duì)機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)也無從下手，目前總體來看，我國(guó)的包裝機(jī)械主要存在以下兩方面的問題:其一，自動(dòng)化程度低，很多國(guó)外的包裝機(jī)從原料進(jìn)入到成品出來，基本全部自動(dòng)化，而我國(guó)的包裝機(jī)械自動(dòng)化程度還很低，很多環(huán)節(jié)需要人工輔助其二，效率低下，很多國(guó)外的包裝機(jī)械的生產(chǎn)效率是國(guó)內(nèi)機(jī)械生產(chǎn)效率的幾倍甚至是幾十倍。
本課題就是順應(yīng)我國(guó)的時(shí)代需求，針對(duì)上述的這些問題而提出的，通過對(duì)藥品包裝機(jī)旋蓋頭運(yùn)動(dòng)的深入研究，找出影響包裝機(jī)封口機(jī)構(gòu)穩(wěn)定工作的各個(gè)因素，通過忽略次要因素，控制主要因素，對(duì)各個(gè)主要因素的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)化，高效率，高精度，低廢品率，低污染經(jīng)濟(jì)適用的封口機(jī)構(gòu)。并通過分析找出各個(gè)參數(shù)之間的相互影響關(guān)系，為以后包裝機(jī)的設(shè)計(jì)提供一定的理論依據(jù)和參考。
2.2主要研究設(shè)計(jì)內(nèi)容
研究的基本內(nèi)容：
全自動(dòng)塑料藥瓶包裝機(jī)包括封口系統(tǒng)，運(yùn)輸系統(tǒng)、理蓋系統(tǒng)、充填系統(tǒng)等構(gòu)成，是一條完整的生產(chǎn)線，本設(shè)計(jì)主要是對(duì)封口系統(tǒng)進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)。其中本設(shè)計(jì)的包裝機(jī)的封口系統(tǒng)包括封膜機(jī)構(gòu)和旋蓋機(jī)構(gòu)。
此設(shè)計(jì)中需設(shè)計(jì)一個(gè)旋蓋頭，執(zhí)行升降軸（需計(jì)算和校核 ）、封膜的切斷裝置、選裝定位的行星盤及鍵、軸承、彈簧的計(jì)算選用。
藥瓶參數(shù)：（如下圖2-1、圖2-2）
生產(chǎn)能力:45瓶/分鐘;
瓶蓋尺寸:直徑34～36mm;高17～20mm;
瓶子尺寸:直徑40mm;高68mm～70mm;
圖2-1 瓶蓋 圖2-2 瓶子
工藝路線：
供送瓶和封口膜 封膜供送瓶和蓋旋蓋送出產(chǎn)品
擬解決的主要問題：
封膜結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)：應(yīng)解決瓶口和膜的接觸時(shí)間和接觸時(shí)的壓力，不然無法讓膜與瓶口黏合在一起。
旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：旋蓋頭應(yīng)有足夠的力使瓶蓋與夾爪夾緊，且瓶蓋和瓶頭旋緊后又不至于將藥瓶帶走。旋緊時(shí)的力要合適，過緊會(huì)讓用戶不易開瓶，影響顧客使用，過松則會(huì)使瓶?jī)?nèi)的藥瓶密封受到影響。
2.3研究的方法與技術(shù)路線
研究方法：
先在網(wǎng)上和工廠了解此類設(shè)備的發(fā)展情況，是怎樣進(jìn)行輔助工人工作的。對(duì)照本設(shè)計(jì)的研究方向，參考文獻(xiàn)資料進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)使其更能有效、高效、安全的運(yùn)行。對(duì)本設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬，看有無干涉，是否合理，進(jìn)行優(yōu)化。
技術(shù)路線：
本設(shè)計(jì)采用查閱資料的方法為主，通過一些文獻(xiàn)為方向，進(jìn)行思路導(dǎo)向，對(duì)于一些機(jī)構(gòu)則采用實(shí)物拆分測(cè)繪的方法進(jìn)行理解和設(shè)計(jì)，兩種設(shè)計(jì)路線相結(jié)合，更加快捷、高效的對(duì)包裝機(jī)有更深的理解。
主：
查閱資料
初擬設(shè)計(jì)方案
設(shè)計(jì)草圖
三維建模
確認(rèn)設(shè)計(jì)方案
檢查合理性
模擬裝配
輔：
確認(rèn)方案
結(jié)合本設(shè)計(jì)三維建模
進(jìn)行測(cè)繪
實(shí)物拆分
第三章 塑料藥瓶的封膜機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1 封膜機(jī)構(gòu)的介紹
塑料薄膜及其復(fù)合材料是包裝機(jī)中最常用的封膜包裝材料，特別是多層復(fù)合薄膜，因?yàn)樗臍饷苄粤己靡约案邚?qiáng)度而廣泛應(yīng)用于藥品包裝中。塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法，具體操作是：對(duì)塑料薄膜的兩個(gè)接觸面加熱，使其處于熔融的熱塑化狀態(tài)，再給封接部位施壓，使薄膜兩個(gè)封接面融合密封牢固。影響封合質(zhì)量的因素主要是加熱溫度、封合壓力和和作用時(shí)間。熱融封合的方法有多種形式，最常用的是電阻加熱法和脈沖加熱法，另外還有高頻電加熱封合、超聲波加熱封合、電磁加熱封合和紅外線加熱封合等。每種方法均適用于一定品種范圍的塑料材料。在裝填包裝機(jī)中，廣泛應(yīng)用電阻加熱的熱融封合方法，因其具有機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)控方便的特點(diǎn)。而且，用于包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復(fù)合材料居多，也就是說主要以聚乙烯為熱封合材料，因此用電阻加熱封合法是完全能滿足要求的。
3.2 封膜機(jī)構(gòu)的組成
圖3-1 封膜機(jī)構(gòu)
封膜機(jī)構(gòu)由彈簧，定位盤、動(dòng)力軸、壓緊環(huán)、固定套、發(fā)熱板等部分組成。如圖3-1所示的封膜機(jī)構(gòu)。
3.3 封膜機(jī)構(gòu)的彈簧設(shè)計(jì)
彈簧是機(jī)械和電子行業(yè)中廣泛使用的一種彈性元件，彈簧在受載時(shí)能產(chǎn)生較大的彈性變形，把機(jī)械功或動(dòng)能轉(zhuǎn)化為變形能，而卸載后彈簧的變形消失并回復(fù)原狀，將變形能轉(zhuǎn)化為機(jī)械功或動(dòng)能。螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧是扭轉(zhuǎn)彈簧中最常用的一種。盤簧具有較多的圈數(shù)、變形較大、儲(chǔ)存能量也較大的特點(diǎn)，多用于壓緊及儀表、鐘表的動(dòng)力裝置。板彈簧能承受較大的彎曲作用，常用于受載方向尺寸有限制而變形量又較大的場(chǎng)合。由于板彈簧有較好的消振能力，所以在汽車、拖拉機(jī)和鐵路車輛的懸掛裝置中均普遍使用這種彈簧。如圖3-2所示：
圖3-2：彈簧
彈簧材料直徑d≧1.6
許用切應(yīng)力τp根據(jù)Ⅰ Ⅱ Ⅲ類載荷按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表中選取，彈簧指數(shù)C=D/d是反映彈簧特性的重要指標(biāo),如果C<5，回使卷繞彈簧困難，彈簧工作時(shí)內(nèi)側(cè)將產(chǎn)生過大的應(yīng)力。反之C值太大彈簧直徑就越大，使彈簧不穩(wěn)定，設(shè)計(jì)彈簧時(shí)通常先選一個(gè)C值，一般選4≦C≦16。
一般假定C=5-10
K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C
根據(jù)彈簧應(yīng)用的實(shí)際情況可知主動(dòng)爪彈簧是Ⅰ類彈簧所受循環(huán)載荷作用次數(shù)在10的6次方以上，彈簧材料用60Si2Mu，端部并緊磨平支撐圈為1圈，在次情況下的許用切應(yīng)力τp=340MPa。假定C=8。K=1.184。
∴d≧4.5 圓整得d=4.7
彈簧直徑為：D=16.5mm
旋繞比C=9.6 K=1.151
查表：7-2-19得：Pd=9.5
彈簧有效圈數(shù)n= Pd /P=3.17 取n=3.5+1=4.5
彈簧剛度 P= Pd/n=2.72
彈簧外徑為：D1=4.7mm
最大壓力：Pn=22N
彈簧材料直徑d≧1.6
許用切應(yīng)力τp根據(jù)類載荷按表選取，
K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C
C=D/d,一般假定C=5-8
根據(jù)彈簧應(yīng)用的實(shí)際情況可知鎖塊彈簧是Ⅲ類彈簧,所受循環(huán)載荷作用次數(shù)在10的3次方以下，彈簧材料用65Mn，在次情況下的許用切應(yīng)力τp=570MPa。
假定C=8，K=1.184
旋繞比C=8.5 K=1.172
彈簧有效圈數(shù)n= Pd /P=2.9 取n=3
彈簧剛度 P= Pd/n=5.5
安全系數(shù)：
S= (τp+0.75τmin)/ τmax≧Sp
式中：τmax——最大工作載荷所產(chǎn)生的最大切應(yīng)力。
τmax=(8KD Pn /πd*d*d)=33.7 MPa
τmin——最小工作載荷所產(chǎn)生的最小切應(yīng)力。
τmin=(8KD P1/πd*d*d)=14.4 MPa
Sp——許用安全系數(shù)Sp=1.3-2.2。
求解得： S= (τp+0.75τmin)/ τmax=1.61≦2.2.故疲勞強(qiáng)度符合要求。
設(shè)彈簧的質(zhì)量沿整個(gè)長(zhǎng)度均勻分布；將彈性元件看作沿封膜方向分布，參照力學(xué)模型，彈簧彈性彎曲振動(dòng)的微分方程式：
（2-1）
式（2-1）中 E—材料拉伸彈性模量（Pa）；
J—彈簧斷面慣性矩（）；
—彈簧單位長(zhǎng)度上的剛度（）；
—彈簧剛度（）；
—彈簧單位長(zhǎng)度上的質(zhì)量（）；
—彈簧在y方向上的總位移及0點(diǎn)之位移（m）；
—振動(dòng)輸送機(jī)在水平方向的坐標(biāo)；
r—軸偏心距；
t—時(shí)間（s）；
—振動(dòng)角頻率（1/s）；
—連桿與彈簧水平線的夾角（）。
彈簧在y方向的位移由平移振動(dòng)位移與彈性振動(dòng)位移所組成，即
再考慮平衡條件，即得
即為以主振彈簧為振動(dòng)元件的振動(dòng)給料器的振動(dòng)方程。
第四章 塑料藥瓶的旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 旋蓋機(jī)構(gòu)的介紹
旋蓋機(jī)是藥瓶包裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于藥瓶、玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。隨著社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對(duì)產(chǎn)品的包裝質(zhì)量的要求也越來越高。由于螺紋蓋具有封口快捷，開啟方便及開啟瓶后又可重新封好等優(yōu)點(diǎn)，使其在許多產(chǎn)品的包裝中應(yīng)用越來越廣泛，諸如藥瓶、飲料、酒類、調(diào)味料，化妝品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。目前現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)同類機(jī)型的封蓋機(jī)的產(chǎn)量，速度和自動(dòng)化程度都相對(duì)落后。為了適應(yīng)現(xiàn)代包裝機(jī)高速，高效和高可靠性生產(chǎn)的需要，研制了一種回轉(zhuǎn)式旋蓋機(jī)，該機(jī)采用多工位回轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，機(jī)電氣一體化，具有效率高，速度快，可靠性好和自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。
4.2 旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
圖4-1 旋蓋機(jī)構(gòu)
旋蓋機(jī)構(gòu)由橡膠咬蓋器，螺母、轉(zhuǎn)子、永磁體、外殼、咬蓋器、套筒等部分組成。如圖4-1所示的旋蓋機(jī)構(gòu)。
4.2.1 送瓶部分的結(jié)構(gòu)方案確定
因考慮到在實(shí)際生產(chǎn)中，整個(gè)旋蓋過程是一條流水線，經(jīng)過查閱資料，輸送基本上是采用輸送帶傳送，到達(dá)指定位置后探針往瓶中注入液體，然后再通過輸送帶運(yùn)走。這里，為了和上一個(gè)流水線相連接，也就是灌裝環(huán)節(jié)的連接，這里送瓶的部分也采用輸送帶的方式。瓶子通過輸送帶到達(dá)指定位置后，考慮的問題是瓶如何的定位，經(jīng)過實(shí)地的考察以及網(wǎng)絡(luò)的資料，目前市場(chǎng)上的旋蓋機(jī)，瓶的定位方式一般采用直列式的夾緊方式，或者星形轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)來完成送瓶的動(dòng)作，考慮到經(jīng)濟(jì)、和動(dòng)作的復(fù)雜程度的問題，這里初步選用星形轉(zhuǎn)盤的工作方式，并在下方安裝步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)以迎合進(jìn)料時(shí)的工作節(jié)拍，如圖4-2。
圖4-2 轉(zhuǎn)盤
4.2.2 裝蓋環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)
瓶蓋從理蓋振動(dòng)盤中的導(dǎo)軌上向下運(yùn)輸，導(dǎo)軌延伸到星形轉(zhuǎn)盤之上，當(dāng)星形轉(zhuǎn)盤帶著瓶經(jīng)過導(dǎo)軌的下方時(shí)（這里預(yù)先計(jì)算好角度，導(dǎo)軌方向可調(diào)）瓶口邊緣便會(huì)卡在瓶蓋下方側(cè)壁邊緣帶走一個(gè)瓶蓋。蓋裝上后，有幾種可能性，第一種是正好垂直，這種情況是我們要的情況，可以直接旋蓋，第二種情況是有一點(diǎn)角度需要糾正，所以在這里還要添加一個(gè)壓蓋裝置。于是在下一個(gè)工作位，安裝一個(gè)氣壓缸，瓶子經(jīng)過氣壓缸下方時(shí)氣壓缸就會(huì)工作，下降，將瓶蓋壓正，以便進(jìn)行下面的工序。綜上所述，就完成了裝蓋這個(gè)動(dòng)作。
4.2.3 旋蓋部分的結(jié)構(gòu)方案
待旋蓋的瓶通過星形轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到指定位置后，要考慮兩個(gè)大問題：如何旋蓋，和在旋蓋時(shí)，瓶身有自轉(zhuǎn)，如何克服這個(gè)自轉(zhuǎn)，使瓶身固定。如何實(shí)現(xiàn)旋蓋這功能，當(dāng)星形轉(zhuǎn)盤的卡槽內(nèi)收集了瓶子并裝蓋完畢以后，這里選用旋蓋頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，配合氣缸的上下運(yùn)動(dòng)，完成旋蓋的動(dòng)作，旋蓋頭的設(shè)計(jì)，以及氣缸的具體原理選型，下文再作詳細(xì)說明，這里僅是擬定方案。如何克服瓶身的自轉(zhuǎn)，在瓶身進(jìn)入旋蓋環(huán)節(jié)后，選蓋頭帶動(dòng)瓶蓋旋轉(zhuǎn)，當(dāng)達(dá)到一定預(yù)緊力以后，極有可能發(fā)生瓶身的自轉(zhuǎn)，這里的方案是，在旋蓋頭的下方，星形轉(zhuǎn)盤的側(cè)面，另加一個(gè)氣壓缸，氣壓缸的前端加裝弧形的金屬片前方裝有橡膠墊，當(dāng)星形轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)到旋蓋位后，氣缸伸出，同時(shí)卡緊瓶身，這樣就能克服瓶身的自轉(zhuǎn)。
4.2.4 出料的方案
當(dāng)機(jī)構(gòu)完成以上方案中的幾個(gè)動(dòng)作后，即接下來要完成出料動(dòng)作，所以在完成旋蓋后星形轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，將已旋蓋的瓶移到出料口上，這里的出料口也配合流水線，因?yàn)橄乱坏拦ば蚩赡苓M(jìn)入貼標(biāo)環(huán)節(jié)所以出料口也應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)，使用輸送帶這個(gè)運(yùn)輸方式，這樣就完成了一次旋蓋的流程。
4.2.5行星轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)以及計(jì)算
根據(jù)原始數(shù)據(jù)這里初定行星轉(zhuǎn)盤一周上有10個(gè)瓶，所以360°/10=36°所以每?jī)蓚€(gè)瓶中線到圓心連線的夾角為36°半徑初定500，如圖4-3。
圖4-3 行星轉(zhuǎn)盤的設(shè)計(jì)
在旋蓋機(jī)工作時(shí)，有四個(gè)槽位上是沒有瓶子的，也就是說實(shí)際工作時(shí)轉(zhuǎn)盤上只有6個(gè)瓶子材料初定為ABS塑料。（塑料的密度以0.85 計(jì)算）
行星轉(zhuǎn)盤可根據(jù)實(shí)際加工瓶身大小而更換，這里只列舉一種最大的情況。
星形行星轉(zhuǎn)盤的質(zhì)量約：0.855500=4710=4.71
瓶的質(zhì)量估算為1.5L，也就是1.5
所以，六個(gè)瓶質(zhì)量約為：1.56=9
總重量約為：(9+4.71)1.3=17.8
其中1.3為安全系數(shù)
4.2.6轉(zhuǎn)盤電機(jī)的選擇
這里初步考慮步進(jìn)電機(jī)與伺服電機(jī)，比較其控制方式，步進(jìn)電機(jī)大多為開環(huán)控制，不需要、或者說沒有反饋，而伺服電機(jī)的控制系統(tǒng)比較嚴(yán)密，閉環(huán)控制，有反饋。在價(jià)格方面，步進(jìn)電機(jī)價(jià)格低廉，伺服電機(jī)價(jià)格較高；同時(shí)步進(jìn)電機(jī)精確度差，而步進(jìn)電機(jī)精確性好。但考慮到步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)特性，沒有累積誤差，每轉(zhuǎn)過一周，也就是360°會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償誤差，也考慮到實(shí)際運(yùn)用的精度需求也不是很高，所以這里選用步進(jìn)電機(jī)作為星形行星轉(zhuǎn)盤的驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)（步距角的選擇上，因?yàn)榍懊嫠愕?6°為一個(gè)節(jié)拍，所以這里步距角初定為1.8°）驅(qū)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)0.3秒鐘。
必要脈沖數(shù)：
必要脈沖數(shù)頻率=
必要脈沖數(shù)頻率=733.3HZ
估算其轉(zhuǎn)速約為70
所以轉(zhuǎn)矩為：
其中—功率：?jiǎn)挝?
—轉(zhuǎn)速：?jiǎn)挝?
代入得：
確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載所需要的力矩。方法是在負(fù)載的中心上加一根軸，用彈簧秤拉動(dòng)軸，拉力乘以力臂長(zhǎng)度既是負(fù)載力矩。于是經(jīng)過實(shí)驗(yàn)以及上述計(jì)算，以轉(zhuǎn)動(dòng)36°為準(zhǔn),綜合得，需要的扭矩約為7.5。步進(jìn)電機(jī)相數(shù)的確定，在選擇相數(shù)時(shí)，相數(shù)與步距角有關(guān)，因此只要滿足選擇的步距角的相數(shù)就可以。這里前文需要的步距角為1.8°所以，這里選擇兩相的步進(jìn)電機(jī)。于是這里初選型號(hào)為：86BYGH5430的步進(jìn)電機(jī)，其參數(shù)如下：
步距角：1.8°
機(jī)身長(zhǎng)：151
相電壓：5.7
相電流：3
相電阻：1.9
相電感：22
靜力矩：9.3
引線數(shù)：4
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：3.6
重量：5
4.2.7 旋蓋電機(jī)的選型計(jì)算
根據(jù)原始數(shù)據(jù)，需要45瓶每分鐘的速度，設(shè)計(jì)的旋蓋頭與瓶蓋的接觸時(shí)間約為0.5秒左右，一般情況下，瓶蓋里的螺旋線約為2圈左右所以：
所需轉(zhuǎn)速約為：
其中1.2為安全系數(shù)
所以電機(jī)轉(zhuǎn)速＞6 = 即可滿足要求
轉(zhuǎn)矩的估算：
旋緊瓶蓋約需轉(zhuǎn)矩為：
根據(jù)上面的計(jì)算，這里選擇型號(hào)為37GARH的直流小型電機(jī)
其參數(shù)為：
電源：DC 24V
直徑：Φ37
空載轉(zhuǎn)速：500
額定轉(zhuǎn)速：400
額定扭矩：
額定電流：1.2
外形尺寸不含軸：Φ37 95
重量：0.3
額定轉(zhuǎn)速：400＞360
額定扭矩：2.5＞1.5
故滿足要求
4.2.8 永磁體的選擇
旋緊瓶蓋需1.5的扭矩，因?yàn)樾^有自重所以為了安全起見，設(shè)永磁體的吸力為2，永磁體間接觸面積約為7。
磁力計(jì)算公式：
（3-10）
代入得：
B=2653.9
所以需選擇上下一共14塊接觸面積為1的，2600高斯左右的永磁體。
4.3 支架的設(shè)計(jì)校核
支架的材料為Q235。結(jié)構(gòu)如圖4-4所示，總長(zhǎng)為2000mm。
圖4-4 支架零件圖
在實(shí)際工作中支架只受到支撐力的作用，因此只要校核支架的支撐應(yīng)力即可。從圖4-4可以看出，支架在連接處的面積最小，即屬于危險(xiǎn)截面。
右端連接處最大應(yīng)力
左端連接處的最大應(yīng)力
4.4料倉(cāng)的設(shè)計(jì)校核
本次設(shè)計(jì)的料倉(cāng)如圖4-5所示：
圖4-5：料倉(cāng)零件圖
料倉(cāng)長(zhǎng)度為835mm
；
許用應(yīng)力 用插入法查得：
許用應(yīng)力值
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量彎矩
設(shè)計(jì)的最小直徑
料倉(cāng)直徑
； 驗(yàn)算合格。
最終設(shè)計(jì)的塑料藥瓶封膜及旋蓋機(jī)構(gòu)的總圖如圖4-6所示:
圖4-6：塑料藥瓶封膜及旋蓋機(jī)構(gòu)總圖
結(jié) 論
通過這次塑料藥瓶封膜及旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，我認(rèn)識(shí)到了單純的理論知識(shí)學(xué)習(xí)和 實(shí)際設(shè)計(jì)之間的差距。 通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)既鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，解決實(shí)際應(yīng)用問題的能力，同時(shí)也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計(jì)手冊(cè)、設(shè)計(jì) 規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平，而且通過對(duì)整體的掌控，對(duì)局部的取舍，以及對(duì)細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗(yàn)得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的 也是畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設(shè)計(jì)方案的適用條件，各種零部件的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計(jì)的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會(huì)應(yīng)用的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)來的這些寶貴的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，必然會(huì)讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強(qiáng)的溝通力和理解力。
本次設(shè)計(jì)參考了許多資料，吸取了其優(yōu)點(diǎn)，并在考慮我國(guó)實(shí)際的基礎(chǔ)上完成了塑料藥瓶封膜及旋蓋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，表達(dá)了自己的設(shè)計(jì)思想，完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。但是由于缺乏生產(chǎn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，問題一定很多，這些都需要老師改正，使之更合乎生產(chǎn)實(shí)際。
致 謝
本文是在老師的精心指導(dǎo)下完成的。老師師淵博的學(xué)識(shí)、開闊的視野、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)創(chuàng)新的工作作風(fēng)，永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣，也將始終引導(dǎo)和激勵(lì)著學(xué)生在科學(xué)技術(shù)的殿堂里探索前進(jìn)。老師令人敬佩的平易近人的處世方式也為學(xué)生樹立了榜樣。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，在整個(gè)過程中同時(shí)也得到了其他老師的指導(dǎo)和大力支持。在此我向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！感謝他們對(duì)我在學(xué)習(xí)上的耐心指導(dǎo)、以及做人做事方面的悉心教誨，使我在解決問題的方法策略和為人處事上都有了很大提高。同時(shí)祝愿他們工作順利，身體健康！
在這個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我得到了很多同學(xué)、朋友及老師的支持和幫助，他們給予了極大的幫助和支持。在此我對(duì)他們表示衷心的感謝，同時(shí)我也感謝我的家人，是他們的理解和默默支持使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)能得以順利按時(shí)的完成。最后，借此機(jī)會(huì)謹(jǐn)向所有關(guān)心、支持和幫助我的老師、同學(xué)、家人、朋友以及所有默默支持我的人致以最衷心的感謝。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助我的人。
學(xué)生所取得的每一點(diǎn)點(diǎn)成績(jī)和每一次的進(jìn)步，無不凝聚著老師大量的心血。在此論文完成之際，謹(jǐn)向老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝和幫助，在此向老師表示衷心的感謝。老師全面活躍的思維方式、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度和勤奮務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，并將使我受益終生。感謝我的家人。他們的支持和理解是我完成學(xué)業(yè)的前提和動(dòng)力。沒有他們的支持我不可能順利完成我的學(xué)業(yè)。值此論文完成之際，向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)和親友致以深深的謝意和美好的祝福。
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