機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析【三維UG】【2013年最新整理畢業(yè)論文】

編號 無錫 太湖學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題目： 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 信機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 學(xué) 號： 0923116 學(xué)生姓名： 吳 建 軍 指導(dǎo)教師： 何雪明 （職稱： 副教授 ） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫 太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 誠 信 承 諾 書 本 人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文） 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容除了在畢業(yè)設(shè)計（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計（論文）不包含任何其他個人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 93 學(xué) 號： 0923116 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 無錫 太湖學(xué)院 信 機(jī) 系 機(jī)械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、 題目 機(jī)械式擰瓶機(jī)的設(shè)計及工程分析 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 擰瓶機(jī)是自動擰瓶生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于玻璃瓶或 PET瓶的螺紋蓋封口。隨 著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產(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，使其在許多產(chǎn)品的包裝中應(yīng)用越來越廣泛，諸如飲料，酒類，調(diào)味料，化妝品及藥品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。目前現(xiàn)有的國產(chǎn)同類機(jī)型的封蓋機(jī)的產(chǎn)量，速度和自動化程度都相對落后。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)式擰瓶機(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，可靠性好和自動化程度高等優(yōu)點。 三、本設(shè)計（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要 求： 了解數(shù)擰瓶機(jī)的工作原理，國內(nèi)外的研究發(fā)展現(xiàn)狀； 完成擰瓶機(jī)總體方案設(shè)計； II 完成零部件的選型計算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核； 熟練掌握有關(guān)計算機(jī)繪圖軟件，并繪制裝配圖和零件圖紙，折合 A0 不少于 2.5 張； 完成設(shè)計說明書的撰寫，并翻譯外文資料 1 篇。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 93 班 姓名 吳 建 軍 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2012 年 5 月 25 日 六、設(shè)計（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III 全套資料帶 CAD圖， QQ聯(lián)系 414951605或 1304139763 摘 要 擰瓶機(jī) 是自動 擰瓶 生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，它是封口機(jī)的一種，廣泛用于玻璃瓶或 PET瓶的螺紋蓋封口。由于螺紋蓋具有封口快捷、開啟方便及開啟后瓶又可重新旋上瓶蓋等優(yōu)點，所以一些不含氣的液料，諸如飲料、酒類、調(diào)味料等類似瓶包裝的封口中大量采用螺紋蓋封口。 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，在廣泛吸收國內(nèi)外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，本課題設(shè)計了全自動 擰瓶機(jī) 。它靠異步電動機(jī)帶動傳送帶實現(xiàn)瓶子的輸入和輸出，中間在傳送帶上部巧妙地安置了轉(zhuǎn)盤，給旋蓋工作帶來很大的便利，也大大提高了效率，旋蓋裝置更是此次設(shè)計的關(guān)鍵部件，靠電機(jī)帶動空心軸以及其 以上的 機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，同時上部 的 圓柱凸輪實現(xiàn)旋蓋頭的升降，旋蓋頭運用機(jī)械式的方法，夾頭的另一頭聯(lián)接彈簧，運用杠桿原理實現(xiàn)瓶蓋的夾緊。當(dāng)旋蓋頭夾緊瓶蓋時，上方的電動機(jī)啟動開始旋蓋。 本課題的設(shè)計不但結(jié)構(gòu)簡單明了操作方便 ， 而且實現(xiàn)了從進(jìn)瓶到出瓶的全部自動化，具有速度可 調(diào)、定位準(zhǔn)確、旋蓋可靠、運行平穩(wěn)、無噪音和不傷瓶蓋等優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的缺點 ,總體上達(dá)到了我們預(yù)期設(shè)計的目標(biāo)。 關(guān)鍵詞： 擰瓶機(jī)；旋蓋頭；機(jī)械式；杠桿 IV Abstract Capping machine is one of the main equipment of the automatic filling production line, which is a kind of sealing machine, and widely used in glass or PET bottles sealed with screw cap. Screw cap with sealing the fast, is easy to open and can be re-opened after the bottle screw cap on the bottle, etc. so some non-gas liquid material, such as beverages, wine, seasonings and the like in a large number of the sealed bottles with screw cover seal. In order to adapt to the production needs of the modern high-speed packaging machine, high efficiency and high reliability, extensively absorbing on the basis of the advanced models, the project designs the automatic screwing machine.It is belt driven by induction motors to achieve input and output of the bottle, the upper middle of the conveyor belt turntable cleverly placed, the cap has caused great convenience, but also greatly improve efficiency, capping device is the key to the design parts, rely on motor driven hollow shaft and the institutions rotation, while the upper part of the cylindrical cam lifting of capping head.the method of the capping heads is mechanical.The other end of the chuck coupling spring.It uses the lever principle implementation clamping bottle caps.When the the capping head clamping cap , the top of the motor start start capping.Not only the structure is simple, easy to operate, but also the design and implementation of the project from the bottle into the bottle to the full automation, with adjustable speed, accurate positioning, capping reliable, smooth running, no noise and not to hurt the caps, etc, to overcome the shortcomings of traditional institutions, the overall design to achieve the goal of our expectations. Keywords： Capping Machine；Capping head；Mechanical；leverage V 目 錄 摘 要 .III Abstract . IV 目 錄 .V 1.緒論 . 1 1.1 本課題的 設(shè)計 背景 . 1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展 . 1 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 . 3 2. 擰瓶機(jī)的整體設(shè)計 . 4 2.1 設(shè)計任務(wù)分析 . 4 2.1.1 設(shè)計參數(shù) . 4 2.1.2 工藝路線 . 4 2.1.3 技術(shù)要求 . 4 2.2 擰瓶機(jī)的工作原理 . 4 2.3 總體方案確定 . 4 2.3.1 方案一的介紹 . 4 2.3.2 方案二的介紹 . 5 2.3.3 方案 三 的介紹 . 5 2.3.4 方案 四 的介紹 . 6 2.4 方案比較 . 6 2.5 采用方案的詳細(xì)設(shè)計 . 7 2.5.1 傳送 機(jī)構(gòu) 的設(shè)計 . 7 2.5.2 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 . 7 2.5.3 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 . 8 2.5.4 理蓋器的設(shè)計 . 8 2.5.5 旋蓋頭的設(shè)計 . 10 2.5.6 底 座箱的設(shè)計 . 10 3. 傳動系統(tǒng) 的 設(shè) 計計算 . 13 3.1 電動機(jī)的選擇 . 13 3.2 傳動比的分配 . 14 3.3 減速器的設(shè)計選擇 . 15 3.4 帶傳動的設(shè)計 . 15 3.5 錐齒輪的設(shè)計計算 . 19 3.6 軸的設(shè)計及校核 . 24 3.7 鍵的 選擇 與校核 . 25 3.7.1 鍵的選擇 . 25 3.7.2 鍵的校核 . 26 3.8 軸承選擇 與校核 . 28 VI 4.擰瓶機(jī) 的安裝及維護(hù) .31 4.1 安裝 .31 4.2 維護(hù)保養(yǎng) .31 5.擰瓶 機(jī)的改進(jìn)與展望 .32 5.1 自動潤滑的改造 .32 5.2 展望 .32 6.小結(jié) .33 致 謝 .34 參考文獻(xiàn) .35 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 1 1.緒論 1.1 本課題的 設(shè)計 背景 隨著食品 ， 醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的發(fā)展 ， 對產(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食品 ， 醫(yī)藥產(chǎn)品的保質(zhì)期 ， 而且可以避免食 品中營養(yǎng)的流失 。 擰瓶機(jī) 就是完成包裝容器封口的機(jī)器 ， 屬于包裝機(jī)的一種 ， 主要針對玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口 。 這種密封機(jī)對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)用于不含氣體的果汁 ， 飲料 ， 調(diào)味品 ， 藥品和化妝品 1 。 但是我國的包裝機(jī)械發(fā)展還處于初級階段 ， 對包裝機(jī)械的設(shè)計和研發(fā)沒有太多的經(jīng)驗與理論基礎(chǔ) ， 很多機(jī)器只是對外國現(xiàn)有機(jī)器 的仿繪 ， 沒有自主研發(fā)的知識產(chǎn)權(quán) ,機(jī)器一旦出現(xiàn)問題 ， 解決起來十分困難 ， 而且要對機(jī)器進(jìn)行改進(jìn)也無從下手 目前總體來看 ,我國的包裝機(jī)械主要存在以下兩方面的問題 :其一 ， 自動化程度低 ， 很多國外的包裝機(jī)從原料進(jìn)入到成品出來 ， 基本全部自動化 ， 而我國的包裝機(jī)械自動化程度還很低 ， 很多環(huán)節(jié)需要人工輔助其二 ， 效率低下 ， 很多國外的包裝機(jī)械的生產(chǎn)效率是國內(nèi)機(jī)械生產(chǎn)效率的幾倍甚至是幾十倍 4 。 本課題就是順應(yīng)時事的需求 ， 針對上述的這些問題而提出的 ， 通過對 擰 瓶機(jī) 旋蓋頭運動的主驅(qū)動系統(tǒng)的深入研究 ， 找出影響 擰瓶機(jī) 穩(wěn)定工作的各個因素 ， 通過忽略次要因素 ，控制主要因素 ， 對各個主要因素的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化 ， 從而實現(xiàn)高自動化 ， 高效率 ， 高精度 ，低廢品率 ， 低污染經(jīng)濟(jì)適用的 擰瓶機(jī) 。 并通過分析找出各個參數(shù)之間的相互影響關(guān)系 ， 為以后 擰瓶機(jī) 的設(shè)計提供一定的理論依據(jù)和參考 。 本課程的設(shè)計包括對擰瓶機(jī)的工作原理的分析，以及對已有擰瓶機(jī)方案的對比，得出本課程的設(shè)計方案。具體對傳送機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤，旋蓋頭，升降機(jī)構(gòu)，理蓋器及底座箱體的設(shè)計，進(jìn)而對各個零件機(jī)構(gòu)的設(shè)計及校核。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展 從質(zhì)量方面來 說 ， 我國 擰瓶機(jī) 與國外還存在很大差距 ， 不論是內(nèi)在質(zhì)量還是外觀設(shè)計 ，都無法與國外產(chǎn)品相抗衡 內(nèi)在質(zhì)量差主要表現(xiàn)在材料粗糙 ， 生產(chǎn)效率低 ， 耗電量大 ， 工作不穩(wěn)定 ， 使用壽命短等 。 外觀方而主要是外形不夠美觀 ， 缺少人性化考慮 。 造成這些問題主要有以下幾方面的原因 ： 我國制造業(yè)還比較落后 ， 從材料制造 ,到加工生產(chǎn) ， 都無法達(dá)到包裝機(jī)械的設(shè)計要求 ， 設(shè)計理念 ， 設(shè)計方法 ， 設(shè)計手段還不夠完善 。 在包裝機(jī)械的制造中還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn) ， 或者標(biāo)準(zhǔn)過低 ， 無法完成包裝機(jī)械的特殊要求 17 。 從科技含量來說 ， 我國的包裝機(jī)械主要表現(xiàn)是低效率 ， 高能耗 ， 科技含量低 ， 創(chuàng)新產(chǎn)品少 ， 最新的設(shè)計方法 ， 檢測技術(shù) ， 控制技術(shù)都沒有應(yīng)用進(jìn)去 。 與發(fā)達(dá)國家相比 ， 我國的技術(shù)水平與國外至少相差 10 年左右 。 由于以前我國對 擰瓶機(jī) 行業(yè)并不是十分重視 ,所以到目前為止 ， 自主創(chuàng)新能力還很差 ，大部分企業(yè)都是對國外機(jī)器進(jìn)行測繪仿制 ， 沒有進(jìn)行自主研 ， 各大高校的研發(fā)課 題也 與市場脫軌 ， 不能轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力 。 沒有形成產(chǎn) ， 學(xué) ， 研相結(jié)合的研發(fā)道路 。 但隨著包裝產(chǎn)業(yè)需求的增大 ， 國家在這方面的投資力度也逐年增加 ,與發(fā)達(dá)國家相比 ， 科研經(jīng)費還是不足 ，無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 我國目前投入的科研經(jīng)費僅占產(chǎn)品收入的 3.5%。 而發(fā)達(dá)國家的研發(fā)費用投入已占銷售收入的 8-9%左右 科研經(jīng)費的缺乏使得科研手段十分落后 ， 很多還停留在使用測繪 ， 仿制等方法 。 對于低效率 ， 低檔次的國外產(chǎn)品進(jìn)行仿制 ， 對于高技術(shù)含量包裝機(jī)械只能花巨額金錢從國外進(jìn)口 18 。 提高自動化程度是包裝機(jī)械發(fā)展重要的趨勢。產(chǎn)品和產(chǎn)量居世界之首的美國十分重視白裝機(jī)械與計算機(jī)緊密結(jié)合 ,實現(xiàn)機(jī)電一體化控制 ,將自動化操作序 、 數(shù)據(jù)收集系統(tǒng) 、 自動檢驗系統(tǒng)更多用于 包裝機(jī)械之中。日本則長于微電子技術(shù) ， 用以開那個值包裝機(jī)械 ， 有效地促進(jìn)了無人操作和自動化程度的提高 。 在計量、制造和技術(shù)性能等方面居于世界領(lǐng)先地位的德國也高度重視提高自動化程度 。 幾年前 ， 德國包裝機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計時，自動化技術(shù)在整個系統(tǒng)操作及運行中還占 30%， 現(xiàn)在已占到 50%以上。 不過總的來說 ,其未來的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為以下幾個方面 ： 1) 自動化程度不斷提高 不論什么機(jī)器 ， 自動化肯定是未來發(fā)展的趨勢 ,擰瓶機(jī) 也不例外 。 自動化水平是衡量一臺機(jī)器設(shè)計成功與否的一個標(biāo)志 。 自動化水平的提高 ,不僅使工作人員從繁重的體力勞動中解 放出來 ， 而且提高了勞動生產(chǎn)率 。 目 前 德國的包裝機(jī)械中 ， 自動化技術(shù)己被廣泛的應(yīng)用 ， 約占整個機(jī)械中的 36%。 其它一些制造業(yè)大國也十分重視自動化水平的提高 ， 并不斷的把最新的技術(shù)與自動化技術(shù)緊密結(jié)合 ， 如智能控制技術(shù) ， 傳感器技術(shù) 這些技術(shù)的加入 ， 不僅使自動化水平顯著提高 ， 而 且 提高了生產(chǎn)效率 ， 增加了工作的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性 。 2) 高效率 ,高可靠性 高效率 ， 高可靠性是機(jī)械設(shè)計人員追求的一個方向 ， 但往往二者不可兼得 ， 當(dāng)效率高的時候 ， 機(jī)器的運動速度一般要求較高 ， 這時機(jī)構(gòu)間的沖擊 ， 碰撞會大幅增加 ， 穩(wěn)定性下降 ， 可靠性降低 。 低速時雖然 工作穩(wěn)定 ， 可靠性高 ， 但效率很低 ， 所以找到二者的均衡點至關(guān)重要 。 但隨著新的設(shè)計方法和設(shè)計理念的提出 ， 或許可以設(shè)計出效率高 ， 工作又穩(wěn)定的機(jī)構(gòu) 。 目前德國的罐裝機(jī)生產(chǎn)能力可達(dá) 13000 瓶 /時 ， 茶葉包裝機(jī)的速度達(dá)到了 360 袋 /分 ， 這些機(jī)械不僅效率高 ， 而且工作穩(wěn)定 ， 滿足了目前食品行業(yè)的需求 。 但是目前提高效率的手段主要是通過提高速度 ， 但速度的提高不是沒有限制的 ， 一旦達(dá)到上限 ， 未來該怎么辦 ， 這是值得考慮的 。 3) 好的柔性和靈活性 隨著生活質(zhì)量的提高 ， 人們對物質(zhì)多樣性的需求越來愈大 ， 這就要求包裝機(jī)械具有好的柔性和靈活性 ， 能 根據(jù)產(chǎn)品的要求作出改變 。 如新型的 擰瓶機(jī)， 只要通過更換旋蓋頭 ，就可以對不同類型 ， 不同結(jié)構(gòu)的瓶蓋進(jìn)行封口 。 相信簡單 ， 模塊化 ， 便攜式 ， 更緊湊 ， 更靈活和更小巧將是未來包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢 。 4) 注重成套性和配套性 擰瓶機(jī) 成套設(shè)備及相關(guān)設(shè)施是對 擰瓶機(jī) 功能的擴(kuò)展 ， 目前發(fā)達(dá)國家對這方面十分重視 ， 這可以顯著提高產(chǎn)品的市場競爭力 ， 例如日本的包裝機(jī)械 ， 專門為用戶提供了一系列的備選方案 ， 針對具體的工作環(huán)境和工作要求 ， 用戶可以選擇適合自己的配套設(shè)備 。 并且可以通過計算機(jī)仿真技術(shù)對現(xiàn)實情況進(jìn)行模擬 ， 及時發(fā)現(xiàn)問題并提出合理的解決 方案 。 但這里同樣要注意設(shè)備之間的匹配 ， 如果有的效率高 ， 有的效率低 ， 最后的工作效率是山配套設(shè)備中效率最低的設(shè)備決定的 。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 3 5) 使用新的設(shè)計理念和方法 隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，新的設(shè)計方法不斷涌現(xiàn)，如計算機(jī)輔助設(shè)計，計算機(jī)輔助制造，計算機(jī)仿真等，使用這些新的方法，可以改善傳統(tǒng)設(shè)計過程中設(shè)計周期一長，成本高的缺點。而且隨著現(xiàn)代設(shè)計理論的發(fā)展，可以在設(shè)計前先做一定的理論分析，縮小設(shè)計的范圍，減少實驗的次數(shù)。理論數(shù)學(xué)的發(fā)展也為機(jī)械設(shè)計提供了一定的理論基礎(chǔ)，如遺傳算法，最優(yōu)算法，可以快速的找到最優(yōu)解，找到設(shè)計中的最佳尺寸 ?？傊碌募夹g(shù)和方法有利于機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展 19 。 1.3本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本課題基于我國目前 擰瓶機(jī) 的發(fā)展現(xiàn)狀 ， 首先根據(jù)設(shè)計的指標(biāo)要求來確定系統(tǒng)的總體方案 ， 提出滿足設(shè)計要求的方案 ，并運用 UG 軟件進(jìn)行模型的搭建， 通過仿真分析 ， 找出其中的問題 ， 以期達(dá)到最佳設(shè)計目標(biāo) 。 本課題要解決的問題是提高擰瓶機(jī)的旋蓋的速率的較大的提高，其中包括理蓋，送蓋，壓蓋，旋蓋和擰好瓶的輸出部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計以及擰瓶機(jī)的整體設(shè)計，實現(xiàn)結(jié) 構(gòu)的最優(yōu)。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 2.擰瓶機(jī)的整體設(shè)計 2.1 設(shè)計任務(wù)分析 設(shè)計一臺回轉(zhuǎn)式 擰瓶機(jī) ，用于將容器蓋上瓶蓋。 2.1.1 設(shè)計參數(shù) 生產(chǎn)能力 ： 40005000 瓶 /h； 瓶蓋尺寸：直徑 30 40mm； 高 12 15mm； 瓶子尺寸：直徑 60mm；高 150mm 200mm； 2.1.2 工藝路線 供送瓶和蓋 旋蓋 送出產(chǎn)品 2.1.3 技術(shù)要求 旋緊力要合適，過緊則 瓶子 用 戶不易開瓶，影響顧客使用，過松則 會試瓶內(nèi)的液體漏出。 瓶口直徑、瓶子高度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，使 擰瓶機(jī) 具有一定的柔性，適合不同類型的罐頭。 擰瓶機(jī) 旋蓋動作要保證瓶蓋本身的美觀，防止對瓶蓋造成刮傷。 擰瓶機(jī) 的效率高，使用 擰瓶機(jī) 能滿足工廠降低生產(chǎn)成本的目的。 具體到不同類 型的 擰瓶機(jī) ，還有其它一些要求，比如低重量、高穩(wěn)定性、低功耗等等。 2.2 擰瓶機(jī)的工作原理 擰瓶機(jī) 主要由進(jìn)出瓶機(jī)構(gòu) ， 理蓋系統(tǒng) ， 送蓋機(jī)構(gòu) ，擰瓶機(jī)構(gòu)， 傳動系統(tǒng) ， 機(jī)身支架等部分組成 。 機(jī)械式全自動 擰瓶機(jī) 采用機(jī)械 式旋蓋頭 進(jìn)行旋蓋。傳送帶 通過兩側(cè)的欄桿 夾緊瓶 子 并帶動瓶在流水線上運動。旋蓋 頭 安裝在 圓盤上方 ， 通過圓柱凸輪實現(xiàn)升降 ， 并隨瓶身一起轉(zhuǎn)動 。 當(dāng)旋蓋頭接觸到蓋子時，電動機(jī)開始運作，隨著旋蓋頭的下降將瓶蓋擰緊。旋蓋 頭又會隨著圓柱凸輪上升脫離瓶蓋，最后將擰好的瓶子經(jīng)過撥桿送出圓盤，到達(dá)輸出的傳送帶上。 2.3 總體 方案確定 經(jīng)過對 擰瓶機(jī) 相關(guān)文獻(xiàn)和專利的閱讀和詳細(xì)分析 ， 運用已經(jīng)掌握的知識對本課題初步形成了 幾種 大致的設(shè)計方案如下 ： 2.3.1 方案一的介紹 如圖 2.1 所示，該方案利用步進(jìn)電機(jī)帶動傳送帶將待旋蓋瓶傳送至上蓋裝置下方自動上蓋并撫平，然后將上好蓋的瓶子停止在 擰瓶機(jī) 正下方，傳感裝置將信號傳至 擰瓶機(jī) 構(gòu)，通過上部的氣缸實現(xiàn)旋蓋頭的整體下移，通過下部的杠桿機(jī)構(gòu)實現(xiàn)瓶子的夾緊，選蓋頭旋轉(zhuǎn)將瓶蓋旋緊在瓶上。旋蓋完成后旋蓋頭升起，傳送帶繼續(xù)前進(jìn)一定距離，開始重復(fù)旋蓋過程。本方案結(jié)構(gòu)較為簡單，易懂，但是從整體來分析，旋 蓋的效率不是太高，而且對傳送帶的各種要求比較高，需要特別訂制，成本會提高 2 。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 5 圖 2.1 方案一 擰瓶機(jī) 的結(jié)構(gòu)的正視圖 2.3.2 方案二的介紹 如圖 2.2所示， 該 方案的全自動 擰瓶機(jī) 由上蓋裝置，傳送帶，底座箱， 擰瓶機(jī) 構(gòu)，旋瓶圓盤，控制機(jī)箱等組成。傳送帶是靠三項異步電動機(jī)帶動一直勻速的前進(jìn)，中間的由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的旋瓶圓盤間歇轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動時，從上料側(cè)將瓶子取走通過振動上蓋裝置上蓋；停止時，一直旋轉(zhuǎn)的旋蓋頭靠下部氣缸的作用整個支撐桿向下運動完成旋蓋并抬起，與此同時，前面旋蓋完成的瓶子會隨著傳動帶輸出。從而，順利的完成了全自動旋蓋的整個過程 6 。 圖 2.2 方案二 擰瓶機(jī) 結(jié)構(gòu)圖 2.3.3 方案 三 的介紹 如圖 2.3，該方案 將盛滿液體的 瓶子 固定在輸送鏈上， 再傳送到轉(zhuǎn)盤上，理蓋器將蓋通過圓柱凸輪放到瓶口，再傳送到帶輪上，用旋蓋頭將蓋擰緊 25 。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 圖 6 方案三 總體結(jié)構(gòu)布置圖 2.3.4 方案 四 的介紹 如圖 2.4，瓶子通過傳送帶經(jīng)過軌道的限制約束，到達(dá)前面的擋板定位，瓶與瓶蓋接觸，瓶蓋就會蓋在瓶上，在經(jīng)過撥桿撥入轉(zhuǎn)盤中，旋蓋頭經(jīng)過圓柱凸輪的升降與瓶蓋接觸將蓋卡緊旋蓋頭進(jìn)行定位，此時旋蓋頭的電動機(jī)開始工作將蓋擰緊，由于旋蓋頭內(nèi)有彈簧，當(dāng)旋蓋頭上升時可以有效的與瓶體脫離，減少對瓶蓋的傷害，當(dāng)擰好的瓶轉(zhuǎn)到出口時，在經(jīng)過撥桿撥到輸出的軌道上，通過傳送帶傳送出去。本 方案可以有效的節(jié)省空間，而且顯著的提高了生產(chǎn)效率，一改先前的單線擰蓋。 2.4 方案比較 方案一結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，但是傳送帶的停走精度難以控制，所以整個旋蓋的精度低而且生產(chǎn)效率低，而且整個裝置的 自動化程度不是很高，較為適合小批量生產(chǎn)；方案二結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單且精密合理，旋蓋精度 ， 效率 相對高一些，但是還是單線生產(chǎn)；方案三的考慮到了將蓋通過圓盤旋轉(zhuǎn)的方式將蓋放在瓶上，但是擰瓶時仍然還是單線，效率不是很高；方案四有效的解決以上的一般問題，雖然將蓋放在瓶上也是單線，但是效率比之前高的多，而且選用雙道都在同 側(cè)，節(jié)省了很多空間，運用圓盤十二瓶的機(jī)構(gòu)顯著的提高了生產(chǎn)效率。所以本方案選擇了方案四的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 7 圖 2.4 方案四擰瓶機(jī)的前視圖 2.5 采用方案的詳細(xì)設(shè)計 2.5.1 傳送 機(jī)構(gòu) 的設(shè)計 圖 2.6 傳送帶 軌道 如圖 2.6，傳送機(jī)構(gòu)的軌道是喇叭口的，開口是較大些方便瓶子的進(jìn)入，但是到左邊軌道的寬度就和瓶身直徑相同，便于定位。 2.5.2 轉(zhuǎn)盤的設(shè)計 如圖 2.7，地面轉(zhuǎn)盤的是根據(jù)瓶子的半徑設(shè)計的，為了提高生產(chǎn)率選擇有 12個卡口，可以同時進(jìn)行 12 個瓶的旋蓋，可以節(jié)省很多的時間 。圓環(huán)軌道的寬度剛好是瓶身的直徑，可以很有效的起到定位的效果，方便旋蓋。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 圖 2.7 轉(zhuǎn)盤 2.5.3 升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計 圖 2.8 圓柱凸輪機(jī)構(gòu) 如圖 2.8，升降機(jī)構(gòu)選擇圓柱凸輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)圓柱凸輪轉(zhuǎn)動時，滾子也會沿著里面滾槽向上或向下滾動，實現(xiàn)旋蓋頭的升降 26 。 2.5.4 理蓋器的設(shè)計 通用瓶蓋理蓋器的結(jié)構(gòu) 瓶蓋理 蓋器主要由料斗、螺旋形供蓋滑道、出蓋口、支承板彈簧、減振橡膠彈簧、銜鐵、電磁鐵、氣隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)和基座等部件構(gòu)成，如圖 2.9 所示。理蓋器的工作原理是：在電磁鐵與支承板彈簧的交替作用下，料斗作“往復(fù)扭轉(zhuǎn)上下微幅振動”的運動；在這種機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 9 復(fù)合式運動過程中，瓶蓋將沿螺旋形供蓋滑道從料斗底部向上移動，同時進(jìn)行自動排隊、 1 料斗 2 螺旋形滑道 3 支承板彈簧 4 氣隙調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu) 5 減振橡膠彈簧 6 出蓋口 7 銜鐵 8 電磁鐵 9 基座 圖 2.9 理蓋器的結(jié)構(gòu)示意圖 定向 。 所以，只有蓋口向上的瓶蓋才能到達(dá)料斗上部的出蓋 口，然后進(jìn)入輸蓋槽 ， 再沿輸蓋槽翻轉(zhuǎn) 180 ，變成蓋口向下的狀態(tài)，最后由送蓋機(jī)構(gòu)將瓶蓋按生產(chǎn)要求的節(jié)拍依次送入封口機(jī)的機(jī)頭中，完成酒瓶的封口工作 27 。 螺旋形供蓋滑道 圓筒狀料斗的底面呈扁圓錐形，內(nèi)壁設(shè)有螺旋形供蓋滑道。當(dāng)料斗作復(fù)合式運動時，瓶蓋會沿扁圓錐形底面滑移到料斗底面與側(cè)壁的交接處；在摩擦力、慣性力和離心力等作用下，瓶蓋又沿螺旋形供蓋滑道由底部 向上運動。在料斗中雜亂堆集的瓶蓋運動到螺旋形供蓋滑道上之后，只有蓋口向上和蓋口向下兩種狀態(tài)，而其它狀態(tài)（如“側(cè)立”狀態(tài)）的蓋瓶會在料斗作上下微振時滾落回料斗底部，即瓶蓋完成了第一次定向。 在螺旋形供蓋滑道上開有“ E”形缺口（如圖 2.10 所示）。蓋口向上的瓶蓋可以順利地通過該缺口（如圖 2.11a）；而蓋口向下的瓶蓋運動到該缺口處時，會翻落下去（如圖 2.11b），然后再重新沿螺旋形供蓋滑道向上運動。因此，只有蓋口向上的瓶蓋才能通過“ E”形缺口，繼續(xù)沿螺旋形供蓋滑道向上運動，直至出蓋口，即完成了瓶蓋的第二次定向 。 1 料斗筒壁 2 “ E”形缺口 3 螺旋形滑道 圖 2.10 螺旋形供蓋滑道上的“ E”形缺口 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 1 料斗筒壁 2 螺旋形滑道 3 瓶蓋（正向） 4 瓶蓋（反向） 圖 2.11 兩種狀態(tài)的瓶蓋通過“ E”形缺口時的狀況 2.5.5 旋蓋頭的設(shè)計 如圖 2.12所示 ，旋蓋機(jī)構(gòu)工作時，利用三爪卡頭抓取瓶蓋，三爪卡頭中有兩個是固定的，內(nèi)側(cè)有橡膠增加摩擦力；還有一個是活動的，其另一側(cè)聯(lián)接彈簧，當(dāng)抓取到瓶蓋時該爪張開彈簧受力產(chǎn)生相反的推力，利用杠桿原理同時瓶蓋也會受到一定的壓應(yīng)力，并 通過頂壓彈簧產(chǎn)生頂壓力 將瓶蓋向下壓，此時電機(jī)轉(zhuǎn)動將瓶蓋擰緊，隨著升降結(jié)構(gòu)上升，旋蓋頭就會自動脫離瓶蓋。 2.5.6 底 座箱的設(shè)計 如圖 2.13所示。根據(jù)需要，初步設(shè)計底箱的整體尺寸為 1200*800*400， 壁厚 30mm，整個箱體靠下面的四個支柱支撐 。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 11 圖 2.12 旋蓋頭正視圖及剖視圖 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 圖 2.13 底座箱 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 13 3.傳動系統(tǒng) 的 設(shè)計計算 3.1 電動機(jī)的選擇 三相 交流異步電動機(jī)的簡單、價格低廉、維護(hù)方便，可直接接于三相交流電網(wǎng)中， 因此在工業(yè)上應(yīng)用最為廣泛，所以選擇三相異步電動機(jī)作為整個系統(tǒng)的動力源。 Y 系列電動機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式三相異步電動機(jī)，具有效率高、性能好，噪音低、震動小等優(yōu)點，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械上，如金屬切削機(jī)床、風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。在經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)的工廠場合，要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力小，應(yīng)選用起重及冶金 YZR 和 YZ系列電動機(jī)。所以選擇 Y系列的三相異步電動機(jī)。 電動機(jī)的功率選擇是否合適，對電動機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時，電動機(jī) 不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動機(jī)因長期過載而過早損壞；若容量過大，則電動機(jī)的價格高，能力不能充分利用，而且因為經(jīng)常不在滿載下運行，其效率和功率因數(shù)較低，造成浪費。 電動機(jī)容量主要由電動機(jī)運行時的發(fā)熱條件決定的，而發(fā)熱又與其工作情況有關(guān)。對于長期連續(xù)運轉(zhuǎn)、載荷不變或變化很小、常溫下工作的機(jī)械，選擇電動機(jī)時只要使電動機(jī)的負(fù)載不超過其額定值，電動機(jī)便不會過熱。也就是可按電動機(jī)的額定功率mP等于或大于所需電動機(jī)的功率的dP，在手冊中選取相應(yīng)的電動機(jī)型號。這類電動機(jī)的功率按下述步驟確定： 工作所需功率wP（ kW） )1000/( wwww vFP 或 )9550/( www nTP ， （ 3-1） 式中wF為工作機(jī)的阻力， N； wv 為工作機(jī)的線速度， sm/ ； wT 為工作機(jī)的阻力矩， mN ； wn 為工作機(jī)軸的轉(zhuǎn)速， min/r ； w 為工作機(jī)的效率。帶式輸送機(jī)可取 w =0.96，鏈板式輸送機(jī)可取 w =0.95。 電動機(jī)至工作機(jī)的總功率 （串聯(lián)時） n 321 （ 3-2） 式中 1 ， 2 ， 3 n 為傳動系統(tǒng)中各級傳動機(jī)構(gòu)、軸承以及聯(lián)軸 器的效率。 所需電動機(jī)的功率 dP （ kW） 所需電動機(jī)的功率由工作機(jī)所需功率和傳動裝置的總功率按下式計算 dP = /wP （ 3-3） 電動機(jī)額定功率 mP 按 mP dP 來選取電動機(jī)型號。電動機(jī)功率裕度的大小應(yīng)視工作機(jī)構(gòu)的負(fù)載變化狀況而定。 額定功率相同的同類型電動機(jī)，有幾種不同的同步轉(zhuǎn)速。例如三相異步電動機(jī)有四種常用的同步轉(zhuǎn)速， 即 3000 min/r 、 1500 min/r 、 1000 min/r 和 750 min/r 。 同步轉(zhuǎn)速低的無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 電動機(jī)磁極多，外輪廓尺寸大，價格高，但可使傳動系統(tǒng)的傳動比和結(jié)構(gòu)尺寸減小，從而降低了傳動裝置的制造成本。因此，確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速時，應(yīng)同時考慮電動機(jī)及傳動系統(tǒng)的尺寸，重量和價格，使整個設(shè)計既合理又較經(jīng)濟(jì)。 一般最常用、市場上供應(yīng)最多的是同步轉(zhuǎn)速為 1500 min/r 和 1000 min/r 的電動機(jī)，設(shè)計時應(yīng)優(yōu)先選用。如無特殊要求，則不選用同步轉(zhuǎn)速為 3000 min/r 和 750 min/r 的電動機(jī)。 綜合考慮整個系統(tǒng)所需要的功率，轉(zhuǎn)速，結(jié)構(gòu)尺寸等因素，再參考機(jī)械設(shè)計手冊新版的第 5 卷電動機(jī)的選擇的相關(guān)資料，選擇的電機(jī)型號為 Y90S-4 的電動機(jī)，該電動機(jī)的額定功率為 1.1kW，滿載時的轉(zhuǎn)速為 1400 min/r ，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩為 2.3，質(zhì)量為 22kg。 3.2 傳動比的分配 電動機(jī)選定后，根據(jù)電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速mn和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速wn即可確定傳動系統(tǒng)的總傳動比 i ，即 wm nni / （ 3-4） 傳動系統(tǒng)的總傳動比 i 是個串聯(lián)機(jī)構(gòu)傳動傳動比的連乘積，即 niiiii 321 （ 3-5） 式中 ， 1i ， 2i ，3i ，ni為傳動系統(tǒng)中各級傳動機(jī)構(gòu)的傳動比。 合理的分配轉(zhuǎn)動比是傳動系統(tǒng)設(shè)計中的一個重要問題，他將直接影響到傳動系統(tǒng)的外輪廓尺寸、重量、潤滑級傳動機(jī)構(gòu)的中心距等很多方面，因此必須認(rèn)真對待。 傳動比分配的一般原則如下： 各 級傳動比可在各自推薦值的范圍內(nèi)選取。各類機(jī)械傳動比推薦值和最大值見表3-1。 表 3-1 各類機(jī)械傳動的傳動比 平帶傳動 V 帶傳動 鏈傳動 圓柱齒輪 傳動 錐齒輪傳 動 蝸桿傳動 單級推薦值 i 24 24 25 35 23 1040 單機(jī)最大值maxi 5 7 6 8 5 80 分配傳動比應(yīng)注意使各傳動件的尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)均勻及利于安裝。例如帶傳動的傳動比不宜過大，以免大帶輪的半徑大于箱體的中心高，使帶輪與底座平面相碰，造成安裝方便。 傳動零件之間不應(yīng)造成互干涉。 使各級大齒輪直徑相近，以便浸油深度大致相等，以利實現(xiàn)油池潤滑。 使所設(shè)計的傳動系統(tǒng)具有緊湊的外廓尺寸。 考慮加工的方面的方便，整個裝備的結(jié)構(gòu)尺寸， 生產(chǎn)率 等的問題， 傳動 選擇錐齒輪的傳動比為 1： 1；低速軸的傳動比為 1： 1。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 15 3.3 減速器的設(shè)計選擇 減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要。減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐 -圓柱齒輪減 速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器。減速器主要由傳動零件（齒輪或蝸桿）、軸、軸承、箱體及其附件所組成。 由于所選電動機(jī)的額度轉(zhuǎn)速為 1400r/min， 擰瓶 機(jī)的生產(chǎn)能力為 4000-5000 瓶 /小時，擰瓶 機(jī)的 擰瓶頭 頭數(shù)為 12 頭，所以 擰瓶 機(jī)每轉(zhuǎn)生產(chǎn) 12 瓶，所以 擰瓶 機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速為333.3-416.7r/小時 ,選擇 360 /r 小時，即 6 min/r ?？紤]到 電動機(jī)的小帶輪與減速器上大帶輪的傳動比 2:1i ， 則減速器上輸入的轉(zhuǎn)速為 700 min/r ， 錐齒輪的傳動比為 1： 1；減速器與低速軸的傳動比為 1： 1；輸出轉(zhuǎn)速為 6 min/r 。 根據(jù)以上的條件，選擇 CW 型減速器，減速器的型號為 CW125-25-IF,該型號的減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為 750r/min,額定輸入功率為 1.74KW，額定輸入轉(zhuǎn)矩為 437Nm。由于電動機(jī)的功率為 1.1KW，所以選擇該型號的減速器符合要求 。 3.4 帶傳動的設(shè)計 帶傳動是一種撓性傳動，所以具有以下優(yōu)點： 能緩和載荷沖擊； 運行平穩(wěn)，無噪音； 制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣要求嚴(yán)格， 過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞； 可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件。帶傳動也有以下缺點： 有彈性滑動和打滑，是效率降低和不能保持準(zhǔn)確的傳動比（同步帶傳動是靠嚙合傳動的，所以可以保證傳動的同步）； 傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大； 帶的壽命較短 5 。 帶傳動設(shè)計內(nèi)容一般包括確定帶的型號、長度、根數(shù)、帶輪基準(zhǔn)直徑、傳動中心距、結(jié)構(gòu)尺寸等。一般的設(shè)計步驟為確定帶的型號、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、計算帶長、中心距、包角、確定帶的根數(shù)、求軸上載荷、帶輪的結(jié)構(gòu)確定。帶的型號可根據(jù)計算功率CP和小帶輪轉(zhuǎn)速 1n 選取，計算功率 PKPAC 。 V 帶傳動的包角 1 一般不小于 120，個別情況下可小到 70。傳動比 i 通常不大于 7，個別情況下可到 10。帶傳動的中心距不宜過大，否則將由于載荷變化引起帶的顫動。中心距也不宜過小，否則中心距越 小，則帶的長度越短，在一定速度下，單位時間內(nèi)帶的應(yīng)力變化次數(shù)越多，會加速帶的疲勞損壞；當(dāng)傳動比 i 較大時，短的中心距將導(dǎo)致包角 1 過小。對于帶傳動來說，張緊力過小，摩擦力小，容易發(fā)生打滑；張緊力過大，則帶壽命低，軸和軸承受力大。 取帶輪的傳動比 2i ，小帶輪轉(zhuǎn)速1 1 4 0 0 / m innr，電動機(jī)的額定功率 P=1.1KW，一天運轉(zhuǎn)時間 16h。 確定計算功率 ca 由機(jī)械設(shè)計（第 八 版）表 8-7查得工作情況系數(shù) KA=1.2。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 1 . 2 1 . 1 1 . 3 2c a Ap K W K W 選取 V 帶帶型 根據(jù)ca、1n由機(jī)械 設(shè)計（第 八 版）圖 8-10 確定選用普通 V帶型 Z型。 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由機(jī)械設(shè)計（第 八 版）表 8-4 和表 8-8 取主動輪基準(zhǔn)直徑 mmdd 711 ， 按式2121dddni nd ，從動輪基準(zhǔn)直徑 2dd ， mmidd dd 1 4 271212 根據(jù)表 8-8，取 mmdd 1502 按式 16 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0p ddn dnv 驗算帶的速度 16 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0p ddn dnv =5.2 sm/ 25 sm/ 所以帶的速度合適。 確定普通 V帶的基準(zhǔn)長度和 傳動中心距 根據(jù)1 2 0 1 20 . 7 ( ) 2 ( )d d d dd d a d d ，初步確定中心距 mma 2000 根據(jù)式 2 210 1 20()2 ( )24 ddd d dddL a d da 計算帶所需的基準(zhǔn)長度 2210 1 20()2 ( )24 ddd d dddL a d da = mm7552004 )71150()15071(22002 2 由機(jī)械設(shè)計（第 八 版）表 8-2 選帶的基準(zhǔn)長度 mmLd 710 按式 0 2ddLLaa 計算實際中心距 a 0 2ddLLaa = mm1802 755710200 驗算主動輪上的包角 1a 155180 3.5771-150-180a 3.57-180 211 ）（）（ dd dd 90 故主動輪上的包角合適 . 計算帶的根數(shù) 計算單根 V 帶的額定功率 rP 。 由 mmdd 711 和 min/14001 rn ，查表 8-4a 得 0P =0.294kW。 根據(jù) min/14001 rn ， 1.2i 和 Z 型帶，查表 8-4b 得 kWP 03.00 。 查表 8-5得 93.0K ，查表 8-2 得 99.0LK ，于是 3.099.093.0)03.0294.0()( 00 Lr KKPPP kW 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 17 計算 V 帶的根數(shù) z。 7.33.0 1.1 z 所以取 4 根。 計算單根 V 帶的初拉力的最小值min0)(F 由表 8-3 的 Z 型帶的單位長度質(zhì)量 mkgq /06.0 ，所以 NNqvzvK PKF ca 462.506.02.5493.0 1.1)93.05.2(500)5.2(500)( 22m i n0 應(yīng)使帶的實際初拉力min0 )(FF 。 計算壓軸力 PF 壓軸力的最小值為 NFzF P 11082155s i n143422s i n)(2)( 1m i n0m i n 帶輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計 大小帶輪選擇實心式。如下圖 3.1 和圖 3.2 的零件圖。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 3.1 小帶輪的零件圖 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 19 圖 3.2 大帶輪的零件圖 3.5 錐齒輪的設(shè)計計算 齒輪傳動的失效一般是指齒輪的失效。大體分為輪齒的折斷和齒面的損傷兩類。齒面損傷又有齒面接觸疲勞磨損（點蝕）、膠合、磨粒磨損和塑性變形等。 輪齒折斷 輪齒折斷有多種形式，在正常情況下，主要是齒根彎曲疲勞折斷。折斷一般發(fā)生在齒根部位。折斷有兩種：一種是由多次重復(fù)的彎曲應(yīng)力和應(yīng)力集中造成的疲勞折斷；另一種是因短時過載或沖擊載荷而產(chǎn)生的過載折斷。兩種折斷均起始于輪齒受力拉應(yīng)力一側(cè)。 齒寬較小的直齒圓柱齒輪，齒根斷裂一般是從齒根沿著橫向擴(kuò)展，發(fā)生全齒折斷。齒寬較大的直齒圓柱 齒輪常因載荷集中在齒的一端，斜齒圓柱齒輪和人字齒輪常因接觸線是傾斜的，載荷有時會作用在一端齒輪上，故裂紋往往是從齒根斜向齒頂?shù)姆较驍U(kuò)散，發(fā)生齒輪局部折斷。 齒面點蝕 點蝕又稱接觸疲勞磨損，是潤滑良好的閉式傳動常見的失效形式之一。所謂點蝕是由于齒面接觸應(yīng)力是交變的、經(jīng)多次反復(fù)后，在節(jié)線附近常靠近齒根部分的表面上，產(chǎn)生的若干小片狀剝落而形成麻點。潤滑油是接觸疲勞磨損的媒介，實踐證明，潤滑油粘度越低，越易滲入裂紋，點蝕擴(kuò)散越快。點蝕將影響傳動的平穩(wěn)性并產(chǎn)生震動和噪音，甚至不能正常工作。 點蝕一般發(fā)生與靠近節(jié)線附近的齒根一側(cè)，原因在于，在靠近節(jié)線附近嚙合時，由于相對滑動速度低，難以形成油膜潤滑，摩擦力較大，特別對于直齒輪傳動，在 節(jié)線附近只有一對齒嚙合，輪齒受力最大，因此點蝕往往從節(jié)點處發(fā)生，然后向其他區(qū)域蔓延。 齒面膠合 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 20 對于高速重載的齒輪傳動來說，膠合是一種常見的失效。所謂膠合就是比較嚴(yán)重的黏著磨損。高速重載傳動因滑動速度高而產(chǎn)生的瞬時高溫會使油膜破裂，造成齒面間的粘焊現(xiàn)象，粘焊處被撕脫后，齒面表面沿著滑動方向形成溝痕。對于低速重載的齒輪傳動，由于滑動速度低，傳動過程不易形成油膜，摩擦熱雖不大，但也可能會出現(xiàn)膠合現(xiàn)象，這時的瞬時溫升不大，故也稱為冷膠合現(xiàn)象。 齒面磨粒磨損 齒輪齒面磨粒磨損有兩種情形，一是當(dāng)表面粗糙的硬齒與較軟的齒輪相嚙合時，由于相對滑動，軟齒表面被劃傷而產(chǎn)生齒面磨粒損傷。二是外界硬屑落入嚙合輪齒間也將產(chǎn)生磨粒磨損。磨損后，正確齒形遭到破壞，齒厚減薄，最后導(dǎo)致輪齒因強(qiáng)度不足而折斷。 齒面塑形 齒面塑形變形是一種永久失效形式，伴隨有材料的屈服現(xiàn)象。齒面較軟的輪齒，重載時可能在摩擦力的作用下產(chǎn)生齒面塑形變形，從而破壞正確的齒面嚙合。由于 在主動輪面的節(jié)線兩側(cè)，齒頂和齒根的摩擦力方向相背，因此在節(jié)線附近形成凹槽；從動輪則相反，由于摩擦力方向相對，因此在節(jié)線附近形成凸脊。這種損壞在低速重載、頻繁啟動和過載傳動中見到。 根據(jù)上述分析可見，所設(shè)計的齒輪傳動，在規(guī)定的工況下必須具備足夠的強(qiáng)度，以抵抗可能發(fā)生的各種失效問題。因此，齒輪的計算準(zhǔn)則由失效形式確定。 對于閉式傳動的齒輪，主要失效形式是接觸疲勞磨損、彎曲疲勞折斷和膠合。目前，一般只進(jìn)行接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度計算。當(dāng)有短時過載時， 還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。 對于高速大功率的齒輪傳動，還應(yīng)進(jìn)行抗膠合計算。 對于開式傳動的齒輪，主要失效形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損，磨損尚無完善的計算方法，故目前只進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計算，用適當(dāng)加大模數(shù)的方法以考慮磨粒磨損的影響。 對于有短時過載的齒輪傳動，還應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計算。 電動機(jī)的功率為 1.1KW,帶輪的效率為 0.97， CW 型減速器為渦輪蝸桿減速器，根據(jù)機(jī)械零件手冊（修訂版）查得該減速器的效率為 0.75， 所以輸入功率 P=0.8kW 為方便計算和加工，先確定錐齒輪的傳動比 2:1i ，大齒輪的速度為 12 min/r ， 小齒輪的速度為6 min/r 。 計算步驟如下， 1.選精度等級、材料及齒數(shù) 根據(jù)要求選用直齒錐齒輪。 擰瓶機(jī) 為一般工作 機(jī)器 ，速度不高，故選用 8級精度。 材料選擇小齒輪的材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料 45 鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度差為 40HBS。 選擇大齒輪齒數(shù)為2 40z ，初定 2u ，則 201z 。 2.按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計 由設(shè)計計算公式進(jìn)行計算，即 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 21 3 211 22 . 9 2 (1 0 . 5 )t EtR R HKT Zdu 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 初選載荷系數(shù)tK=1.3； 計算 小 齒輪的轉(zhuǎn)距 mmNn PT 551151 1037.612 8.0105.95105.95 由表 10-7 選取齒寬系數(shù) 5.0d。 由表 10-6 查得材料的彈性系數(shù) 1 / 2EZ 1 8 9 .8 MP。 由圖 10-21d 按齒面硬度中查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 H li m 1 600 M P a ；小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 H li m 2 550 M P a ； 由式160 hN n jL計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 711 10776.715300241126060 hjLnN 72 10888.3 N 由圖 10-19 取解除疲勞壽命系數(shù)120 . 9 3 0 . 9 5H N H NKK；。 計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1,由式 limNKS 得 1 l i m 112 l i m 220 . 9 3 6 0 0 5 2 2 . 50 . 9 5 5 5 0 5 5 8H N HHH N HHH M P aSH M P aS 3.設(shè)計計算 試計算小齒輪分度圓直徑1td，代入 H 中較小值 3 211 22 . 9 2 (1 0 . 5 )t EtR R HKT Zdu = mm7.153)5.5228,189(2)5.05.01(5.010 3 25 計算圓周速度 v 。 smndv t /1.0100060 127.153100060 11 計算齒寬 b。 mmdb td 85.767.1535.01 計算齒寬與齒高之比hb。 模數(shù) mmzdm tt 685.720 7.15311 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 22 齒高 mmmht 29.17685.725.225.2 44.429.17 85.76 hb 計算載荷系數(shù) 根據(jù) smv /1.0 ,7 級精度 ,由圖 10-8查的動載系數(shù)VK=1.02 直齒輪 ,假設(shè) bFKtA /100N/mm,由表 10-3 查的 2.1 FH KK； 由表 10-2 查得使用系數(shù) 1.0AK ； 由表 10-4 查得 7級精度、小齒輪懸臂布置時， 1.354HK 。 由 44.4hb， 1.354HK 查圖 10-13 得 1.3FK ；故載荷系數(shù) 1 1 . 0 2 1 . 2 1 . 3 5 4 1 . 6 5 7AVK K K K K 按實際的載荷系數(shù)校正所算的 分度圓直徑， ,由式 311 /ttd d K K得 mmKKddtt 6.1663.1657.17.153 3311 計算模數(shù) m。 33.820 6.16611 zdm 4.按齒根彎曲強(qiáng)度計算 由式（ 10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計公式為 312 2 214( 1 0 . 5 ) 1F a S aFRRYYKTmzu （ 3-6） 確定公式內(nèi)的各計算值： 由圖 10-20c 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限1 500FE M Pa ；查得大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限2 380FE M P a ； 由圖 10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)120 . 9 1 , 0 . 9 3F N F NKK 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4,由式 limNKS 得 1112220 . 9 3 3 8 0 2 5 2 . 4 31 . 40 . 9 1 5 0 0 3251 . 4F N F EFF N F EFK M P aSK M P aS 計算載荷系數(shù) K 1 . 0 1 . 0 1 . 0 1 . 0 2 . 2 5 2 . 2 5A V F FK K K K K 計算當(dāng)量齒數(shù) 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 23 11122220 2 2 . 4 2 3c o s 2 / 540 8 9 . 4 9 0c o s 1 / 5vvzzzz 查得齒形系數(shù) 由表 10-5查得121 . 7 8 1 . 5 7 5F a F aYY，。 查取應(yīng)力校正系數(shù)由表 10-5 查得122 . 2 0 2 . 6 9S a S aYY，計算大、小齒輪的 Fa SaFYY加以比較： 1112222 . 2 0 1 . 7 8 0 . 0 1 5 52 5 2 . 4 32 . 6 9 1 . 5 7 5 0 . 0 1 3 0325F S aFF S aFYSYS 小齒輪的數(shù)值大 。 5.設(shè)計計算 對比計算結(jié)果 ,由齒面接觸強(qiáng)度計算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力 ,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān) ,可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)33.8m ， 圓整為 5.8m ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 mmd 6.1661 ，算出小齒輪齒數(shù) 205.8 6.16611 mdz 大齒輪齒數(shù) 4020212 uzz 這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費 。 6.幾何尺寸計算 計算分度圓直徑 取 mmd 1601 ； mmd 3202 計算齒輪寬度 mmudRb RR 4.892 55.01602 121 取 mmb 901 ， mmb 1002 。 計算錐距 mmudR 89.1782 51602 121 計算平均分度圓直徑 mmdd Rm 12075.0160)5.01(11 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 24 mmdd Rm 24075.0320)5.01(22 驗算 NdTF t 5.7 9 6 2160 1037.622 511 mmNmmNb FK tA 10047.8890 5.79621 合適。 總上所述，總體符合設(shè)計要求。 3.6 軸的設(shè)計及校核 軸的設(shè)計是根據(jù)給定的軸的功能要求（傳遞功率或轉(zhuǎn)矩，所支持零件的要求等）和滿足物理、幾何 約束的前提下，確定軸的形狀和尺寸。盡管軸的設(shè)計中所 受的物理約束很多，但設(shè)計時，其物理約束的重要性仍是有區(qū)別的。對一般用途的軸，滿足強(qiáng)度約束條件，具有合理的機(jī)構(gòu)和良好的工藝性即可。對于靜剛度要求的軸，如機(jī)床主軸，工作時不允許有過大的變形，則應(yīng)按剛度約束條件來設(shè)計軸的尺寸。對于告訴或載荷作周期變化的軸，為避免發(fā)生共振，則應(yīng)按臨界轉(zhuǎn)速約束條件進(jìn)行軸的穩(wěn)定性計算。 軸的設(shè)計包括結(jié)構(gòu)設(shè)計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容： 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。設(shè)計不合理會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和零件裝配困難等。 軸的工作能力計算指軸的強(qiáng)度、剛度和震動穩(wěn)定性等方面的計算。為了保證軸具有足夠的承載能力，要根據(jù)軸的工作要求對軸進(jìn)行強(qiáng)度計算，以防止軸的斷裂和塑形變形。對剛度要求高和受力較大的細(xì)長軸，應(yīng)進(jìn)行剛度計算，以防止產(chǎn)生過大的彈性變形。對高速軸應(yīng)進(jìn)行震動穩(wěn)定性計算，以防止產(chǎn)生共振。 由分類可知，轉(zhuǎn)軸既受彎矩又受轉(zhuǎn)矩，所以掌握了轉(zhuǎn)軸的設(shè)計方法，也就掌握了心軸和傳動軸的設(shè)計方法。在軸的設(shè)計過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計和設(shè)計計算應(yīng)交叉進(jìn)行，邊設(shè)計邊修改，并無固定的步驟，要根據(jù)具體情況來定。一般可按如 下步驟來設(shè)計： 根據(jù)工作要求選擇軸的材料和熱處理方式； 按扭轉(zhuǎn)確定約束條件或同類機(jī)器類比，初步確定軸的最小直徑； 考慮軸上零件的定位和裝配及軸的加工等條件，進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，畫出草圖，確定軸的幾何尺寸，得到軸的跨距和力的作用點。 根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸和工作要求，進(jìn) 行強(qiáng)度計算。如不滿足要求，則修改初定的最小軸徑，重復(fù) 、 步驟，直到滿足設(shè)計要求。 值得指出的是，軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)果具有多樣性。不同的工作要求、不同的軸上零件的裝配方案以及軸的不同加工工藝等，都將得出不同的結(jié)構(gòu)形式。因此，設(shè)計時必須對其結(jié)果進(jìn)行綜合評價，確定較優(yōu)的方案。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 25 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小 、方向及分布情況；軸的加工工藝。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況進(jìn)行具體的分析。 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝卸和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝等。 選擇材料 由于工作的環(huán)境是在有腐蝕性的環(huán)境下工作的，因此選用軸的材料為 40Cr， 取45MPa，選用空心軸。 中心軸上的功率 kWP 7.09.075.097.097.01.1 中心軸轉(zhuǎn)速： min/6rn 初步估計軸的最小直徑，由式 mmn Pd T 9.505.016452.0 7.0105.9512.0 105.95 3 453 45m i n 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計算 查表 15-3，對于 空心軸 m i n 0 4(1 )PdAn 式中1dd，即空心軸內(nèi)徑1d和外徑 d 之比，通常取 0.5 0.6 ,取 0.5 ，0 110A ，則 mmn PAd 8.38)5.01(6 7.0110)1( 440m i n 5)考慮到軸上鍵槽的影響 mmd 5.41%)71(8.38m in 由于軸選擇的是空心軸，因為由于 擰瓶 機(jī)的結(jié)構(gòu)的要求需要在軸中 銑出一個花鍵來帶動底盤的轉(zhuǎn)動 ，由裝配圖可知，在傳動軸上 還要一個花鍵帶動上盤升降機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動 ，而 下端需要銑出一個鍵槽裝配普通鍵來帶動圓錐齒輪的運動 ，并且按上面的公式求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。所以軸的直徑選取最小直徑的 2.5 倍，軸的直徑圓整為 60mm ，即是 安裝 圓錐 齒輪處軸的直徑。 軸的結(jié)構(gòu)如下圖 3.3。 3.7 鍵的 選擇 與校核 3.7.1 鍵的選擇 鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)鍵，適用于輪轂聯(lián)接常用的零件。鍵和花鍵主要用于軸的安裝在軸上的回轉(zhuǎn)零件（齒輪、帶輪等）的輪廓之間的周向固定和傳遞轉(zhuǎn)矩，其中有的也可實現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 26 圖 3.3 主軸的零件圖 花鍵與平鍵聯(lián)接的比較，花鍵聯(lián)接有如下優(yōu)點：鍵的齒數(shù)多，總接觸面積大，承載能力高；鍵槽較淺，齒根處的應(yīng)力集中小，對軸和輪轂的削弱相對較小；鍵齒均勻分布，因而聯(lián)接受力均勻；軸上零件與軸的對中性好，適用于 高速運轉(zhuǎn)和精密機(jī)器；導(dǎo)向性好，特別適用于動聯(lián)接。花鍵聯(lián)接的缺點是：需用專門設(shè)備加工，成本較高，因此花鍵聯(lián)接常用于載荷大，定心精度要求高或經(jīng)?；频膱龊稀?考慮到以上因素，由于上面的升降機(jī)構(gòu)圓柱凸輪的質(zhì)量較大，還有下盤需要的較大的扭矩來帶動整個盤的轉(zhuǎn)動，所以選擇用花鍵。而下面只需用普通平鍵來作為錐齒輪的傳動鍵。 對應(yīng)的花鍵選擇 12787210 BDdN ，輕系列 4.0C ， 3.0r ，寬度為 30mm 。普通平鍵選擇 1118 hb ，長度系數(shù) 70L mm 。 3.7.2 鍵的校核 普通平鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計算公式為： PP kdlT 3102 （ 3-7） PdblT 2 （ 3-8） 式中 :T 傳遞的轉(zhuǎn)矩（2dFFyT ）， mN ； k 鍵與輪轂鍵槽的接觸 高度 mm ， k =0.5h 為鍵的高度， t 為軸槽的深度。 l 鍵的工作長度 ， mm ，圓頭平鍵 bLl ，平頭平鍵 Ll ，這里 L 為鍵的公稱 長度，mm ； b 鍵的寬度， mm ； d 軸的直徑 mm ； 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 27 P 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力， MPa ； p 鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力， MPa ； pt 鍵的許用靜壓力 MPa ， 查表可知：pt=100 Mpa ； 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由表 6-2 查的許用應(yīng)力 P = MPa120100 ，取其平均值， P =110Mpa 。鍵的工作長度 mmbll 521870 ，鑒于輪轂的接觸高度mmhk 6125.05.0 。 mNT 9506 6.09549由校核公式可得， M P aM P ak d lTP 1005.9952606 109502102 331 M P aM P adblT 10050521260 109502102 331 所以cPP 1，p 1。 由以上的計算可知，該平鍵的強(qiáng)度極限滿足要求。 花鍵聯(lián)接的強(qiáng)度計算與平鍵的計算相似，首先選擇聯(lián)接的類型，查出標(biāo)準(zhǔn)尺寸，再作校核?；ㄦI的受力情況也和平鍵類似，其可能的失效形式為：齒面被壓潰（靜聯(lián)接）或過度磨損（動聯(lián)接），因此只對聯(lián)接進(jìn)行擠壓強(qiáng)或耐磨性計算。 校核公式為， 靜聯(lián)接 PmP zhldT 3102 （ 3-9） 動聯(lián)接 pzhldTpm 3102 （ 3-10） 式中： 載荷分配不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取 = 8.07.0 ，齒數(shù)多的時候取偏小值； z 花鍵的齒數(shù)； l 齒的工作長度， mm ； h 花鍵齒側(cè)面 的工作高度，矩形花鍵， CdDh 22 ，此處 D為花鍵的大徑， d為內(nèi)花鍵的小徑， C 為倒角尺寸，單位均為 mm ；漸開線花鍵， 30 ， mh ， 45 ，mh 8.0 ， m 為模數(shù)； md 花鍵的平均直徑，矩形花鍵，2 dDdm ；漸開線花鍵，im dd ，id為分度圓直徑， mm ； P 花鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力， MPa ； p 花鍵聯(lián)接的許用 應(yīng)力， MPa 。 MP aMP az h ldTpm54.07532.2128.0 9502102 3 所以符合要求。 花鍵的結(jié)構(gòu)如下圖 3.4 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 28 圖 3.4 花鍵的剖視圖 3.8 軸承選擇 與校核 滾動軸承是機(jī)械工業(yè)重大基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)件之一，廣泛用于各類機(jī)械。滾動軸承依靠元件間的滾動接觸來承受載荷，與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、效率高、啟動容易、安裝與維護(hù)簡便等優(yōu)點。其缺點是耐沖擊性能較差、高速重載時壽命低、噪音和震 動較大。 選擇滾動軸承的類型，一般從以下幾個方面進(jìn)行考慮。 1.載荷的大小、方向和性質(zhì) 載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承的重要依據(jù)。 按載荷的大小、性質(zhì)考慮：在外輪廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，適用于載荷較大或有沖擊的場合。球軸承適用于載荷較小、震動和沖擊較小的場合。 按載荷方面考慮：當(dāng)承受純徑向載荷時，通常選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針 軸承；當(dāng)承受軸徑向載荷時，選用推力球軸承；當(dāng)承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用深溝球軸承、接觸角不大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承；當(dāng)承受較大軸向載荷和一定徑向載荷時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，或者將向心軸承和推力球軸承進(jìn)行組合，分別承受徑向和軸向載荷。 2.軸承的轉(zhuǎn)速 一般情況下工作轉(zhuǎn)速的高低并不影響軸承的類型選擇，只有在轉(zhuǎn)速較高時，才會有比較顯著的影響。 軸承標(biāo)準(zhǔn)中對各種類型、各種規(guī)格尺寸的軸承都規(guī)定了油潤滑及脂潤滑時的極限轉(zhuǎn)速機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 29 limn 值 根據(jù)工作轉(zhuǎn)速選擇軸承類型時，可參考以下幾點： 球軸承比滾子軸承具有較高的極限轉(zhuǎn)速和旋轉(zhuǎn)精度，高速時應(yīng)優(yōu)先選擇球軸承。 為減小離心慣性力，高速時宜選用同一直徑系列中較小的軸承。當(dāng)用一個外徑較小的軸承承載能力不能滿足要求時，可再裝一個相同的軸承，或者考慮采用寬系列的軸承。外徑較大的軸承宜采用低速重載場合。 推力球軸承的極限轉(zhuǎn)速都很低，當(dāng)工作轉(zhuǎn)速高、軸向載荷不十分大時，可采用角接觸球軸承或深溝球軸承替代推力球軸承。 保持架的材料和結(jié)構(gòu)對軸承轉(zhuǎn)速影響很大。實體保持架比沖壓保持架允許更高的轉(zhuǎn)速。 3.調(diào)心性能要求 軸承的調(diào)心性能是指軸承適應(yīng)內(nèi)、外圈中心線存在角度偏差的性能。當(dāng)軸因受力而彎曲或傾斜時，或由于制造安裝誤差等原因，都會引起軸承內(nèi)、外圈中心線的角度偏差，這時應(yīng)采用調(diào)心性能的調(diào)心軸承或帶座外球面球軸承。 圓柱滾子軸承和滾針軸承的偏斜最為敏感，這類軸承 在偏斜狀態(tài)下的承載能力可能低于球軸承。因此在軸的剛度和軸承座孔的支承剛度較低時，應(yīng)盡量避免使用這類軸承。 4.軸承的安裝和拆卸 便于拆卸也是選擇軸承類型時應(yīng)考慮的一個因素。 在軸承座為非剖分式而必須沿軸向安裝和拆卸軸承部件時，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)外圈可分離的軸承。軸承在長軸上安裝時，為便于裝拆，可選用內(nèi)圈孔呈錐度的軸承或選用帶緊定襯套的軸承。 5.經(jīng)濟(jì)性 在滿足使用要求的前提下還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性的要求。 球軸承比滾子軸承價格低；派生性軸承（如帶止動槽、密封圈或防塵蓋的軸承等）比其基本型軸承貴；同型號軸承，精度高一級價格將急劇增 加。故在滿足使用功能的前提下，應(yīng)盡量選用低精度、低價格的軸承。 經(jīng)過以上的分析，主軸上受到的軸向力較大，同時也受到徑向力，在主軸上選擇圓錐滾子和推力球軸承搭配來支撐軸向和徑向的力。由于之前軸的尺寸初定軸承的內(nèi)徑選擇為80mm ，下面推力球軸承的內(nèi)徑為 60mm 。 考慮到以下的滾動軸承的失效形式： 疲勞點蝕。軸承在安裝、潤滑、維護(hù)良好的條件下工作時，由于各承載元件承受周期性變應(yīng)力的作用，各接觸表面的材料將會產(chǎn)生局部脫落，產(chǎn)生疲勞點蝕，它是滾動軸承的主要形式。軸承發(fā)生疲勞點蝕破壞后，通常在運轉(zhuǎn)時會出現(xiàn)比較強(qiáng)烈的震動、噪音和發(fā)熱的現(xiàn)象，軸承的旋轉(zhuǎn)精度將逐漸下降，直至喪失正常的工作能力。 塑性變形。在過大的靜載荷或沖擊載荷作用下，軸承承載元件間的接觸應(yīng)力超過了元件材料的屈服極限，接觸部位發(fā)生塑性變形，形成凹坑，使軸承性能下降、摩擦阻力矩增大。 這種失效多發(fā)生在低速重載或做往復(fù)擺動的軸承中。 磨損。由于潤滑不充分、密封不好或潤滑油不清潔，以及工作環(huán)境多塵，一些金屬 屑 或磨?；覊m進(jìn)入了軸承的工作部位，軸承將會發(fā)生嚴(yán)重的磨損，導(dǎo)致軸承內(nèi)、外圈與滾動體間隙增大、震動加劇及旋轉(zhuǎn)精度降低而報廢。 膠合。在高速重載條件下工作的軸承，因摩擦面發(fā)熱而使溫度急驟升高，導(dǎo)致軸承無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 30 元件的回火，嚴(yán)重時將產(chǎn)生膠合失效。 針對上述失效形式，應(yīng)對滾動 軸承進(jìn)行壽命和強(qiáng)度計算以保證其可靠地工作，計算準(zhǔn)則為：一般轉(zhuǎn)速（ min/10 rn ）軸承的主要失效形式為疲勞點蝕，應(yīng)進(jìn)行疲勞壽命計算；極慢轉(zhuǎn)速（ min/10 rn ）或低速擺動的軸承，其主要失效形式是表面塑性變形，應(yīng)按靜強(qiáng)度計算；告訴軸承的主要失效形式為由發(fā)熱引起的磨損、燒傷，故不僅要進(jìn)行疲勞壽命計算，還要校驗其極速轉(zhuǎn)速。 滾動軸承壽命的計算公式如下： )(6010 6 PCnLh （ 3-11） 式中：hL 以小時數(shù)表示的軸承基本額定壽命； C 基本額定動載荷， N； P 當(dāng)量動載荷 ， N； n 軸承工作轉(zhuǎn)速 ， r/min ； 壽命指數(shù)， 對滾子軸承 ，310；對于球軸承， 3 。 由于該軸承徑向受力可忽略不計，只受軸向載荷，圓錐滾子軸承 選擇 30216， 所以 P = ()pf xF r yF a （ 3-12） 查表得 x=0.4,y=1.40,fp=1.5， NmgFa 40， NP 84404.15.1 ， min/6rn ， Cr =160kN hhL h 5000103.584160660 10 1236 同理由于 推力球 軸承 也 只是承受軸向力， 選擇牌號為 51115 的推力球軸承， 所以NmgFa 40 ， min/6rn ， Cr =10.2kN ，代入公式得， hhL h 50001037.340 105.48660 10 12336 由以上的計算可知，各軸承的壽命符合要求。其 他幾對軸承承受的力相對較小，肯定滿足壽命的要求，校核省略。 機(jī)械式擰瓶機(jī) 的設(shè)計及工程分析 31 4.擰瓶機(jī) 的安裝及維護(hù) 4.1 安裝 對于小型的 擰瓶機(jī) ，不要求建造基礎(chǔ)，只需安裝在平整的車間地面上，打好水平基準(zhǔn)，按布置圖調(diào)整好進(jìn)瓶鏈帶和出瓶鏈帶的標(biāo)高，調(diào)整支腳，使正機(jī)負(fù)荷均勻分布。 對于大型的 擰瓶 機(jī)，需按要求建造堅固的安裝基礎(chǔ)。安裝時要打好水平基準(zhǔn)，特別是與 灌裝機(jī) 連接一體時，兩部分的進(jìn)瓶帶、出瓶帶必須處于同一水平基準(zhǔn)上。 為了保證輸瓶順利，進(jìn)瓶星輪下的進(jìn)瓶拖板應(yīng)高于拖瓶臺面 0.5 1.0mm；中間星輪下的出瓶拖板 則應(yīng)低于拖瓶臺平面 0.5 1.0mm。檢查各傳動聯(lián)接件是否運行自如，不得有卡緊干涉現(xiàn)象。進(jìn)液管的水平部分應(yīng)有一定的斜度以便于排空及空氣的排出。確保各支腳的承載負(fù)荷均勻。 與主機(jī)配套的設(shè)備，如電控箱、氣液控制箱等一般另外安裝。 4.2 維護(hù)保養(yǎng) 1.工作結(jié)束后，應(yīng)做好清潔工作，將殘留在機(jī)器上的污滯清理干凈并檢查電源是否已經(jīng)關(guān)掉。 2.每 日機(jī)器工作后 ，首先斷開電源，擦試機(jī)器表面 、工作臺等部位 ， 檢查傳動系統(tǒng)潤滑情況，檢查各種開關(guān)鍵的松緊情況。 3.應(yīng)每星期檢查一次各部潤滑情況，如有故障應(yīng)及時排除 4. 需要經(jīng)常拆洗的零件應(yīng)定時拆下進(jìn)行解體清洗。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 5.擰瓶 機(jī)的改進(jìn)與展望 5.1 自動潤滑的改造 在使用和維修其它機(jī)器中發(fā)現(xiàn)，如果將機(jī)器的潤滑由人工手動潤滑改為定時自動潤滑，會使?jié)櫥考@得良好的潤滑效果，減少故障的發(fā)生。因 為人工涂抹潤滑脂，由于受到環(huán)境和人為因素的影響，經(jīng)常會出現(xiàn)涂抹不均、漏涂或涂抹不及時等情況，很難保證齒輪嚙合面保持一層完整的油膜，另外人工涂抹費時、費力，操作起來不方便，而且潤滑脂經(jīng)常粘住一些異物，損傷嚙合面，衛(wèi)生難以清除。另外，需要噴油潤滑的地方，如滑道等處，不但浪費時間，有時還容易忘記。如果把人工的手動潤滑改為定時自動控制噴油霧潤滑，會省時省力 。擰瓶機(jī) 的電控柜由可編程序控制器控制。該編程序控制器在滿足本機(jī)系統(tǒng)控制時還有一定的存貯余量?？梢约泳幜艘欢纬绦蚝碗姶砰y，來實現(xiàn)自動噴油的功能。新加編的程序可以做到 以下幾點，每天開機(jī)時即噴油，其余的噴油時間按機(jī)器運行時間累計，每運轉(zhuǎn)一定時間即噴油一次，生產(chǎn)期間的停機(jī)時間不作累計，生產(chǎn)結(jié)束停機(jī)后，噴油系統(tǒng)也停止工作，不再噴油。 這樣，就可以保證機(jī)器潤滑部件始終處于完整油膜的保護(hù)下，保持潤滑狀態(tài)良好，減少設(shè)備發(fā)生故障的機(jī)率，提高整機(jī)的使用壽命。 5.2 展望 本 擰瓶機(jī) 是根據(jù)實際需求設(shè)計的旋蓋新產(chǎn)品 。 當(dāng)前，隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，對產(chǎn)品包裝質(zhì)量的要求也相應(yīng)提高，包裝設(shè)備的需求量日益增大，不能完全依賴進(jìn)口，所以，開發(fā)國產(chǎn)化的，價格適中，適應(yīng)性強(qiáng)的 擰瓶機(jī) 械非常重要 。本文介紹的 擰瓶機(jī) 既可以作為單機(jī)獨立使用，也可以和全自動理瓶機(jī)、全自動 擰瓶機(jī) 聯(lián)動組成自動化生產(chǎn)線，該設(shè)備具有以下幾個特點： 適用不同高度的瓶子旋蓋。本 擰瓶機(jī) 可以適應(yīng)不同高度瓶體和瓶蓋的旋蓋要求，設(shè)備的通用性增大。當(dāng)瓶蓋或瓶套高度變化的時候，只需 換一個旋蓋頭即可。 旋力可調(diào)，不傷蓋。在旋蓋頭中，保證旋蓋松緊程度的 彈簧的變形量是一定的，從而 保證既能旋緊瓶蓋又不致于劃花或損壞 瓶與瓶蓋。 旋蓋范圍廣。旋蓋頭中增加了柔性抓蓋零件 抱蓋環(huán)，使 擰瓶機(jī) 不但能旋各種不同規(guī)格的圓形瓶蓋，適當(dāng)調(diào)整后，還可旋橢圓形瓶蓋。 控制系統(tǒng)采用可編程序控制器自動控制，由傳感器監(jiān)控，確保各工位監(jiān)控和同步自動化操作，實現(xiàn)從進(jìn)瓶到出瓶和旋蓋的整個過程自動化，當(dāng)系統(tǒng)某一部分出現(xiàn)故障時，（如缺瓶）可編程序控制器能對它們實時監(jiān)測并報警，具有緊急停車功能。