液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计

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1、编号无锡太湖学院毕业设计（论文）题目： 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 信机 系 机械工程及自动化 专业学 号： 0923837学生姓名： 王 奇 指导教师： 何雪明（职称：副教授 ） （职称： ）2013年5月25日II无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械97 学 号： 0923837 作者姓名： 2013 年 5

2、月 25 日无锡太湖学院信 机系 机械工程及自动化 专业毕 业 设 计论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计 2、专题 二、课题来源及选题依据 拧盖机是自动灌装生产线的主要设备之一，用于玻璃瓶或PET瓶的螺纹盖封口。随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对产品的包装质量的要求也越来越高。由于螺纹盖具有封口快捷，开启方便及开启瓶后又可重新封好等优点，使其在许多产品的包装中应用越来越广泛，诸如饮料，酒类，调味料，化妆品及药品等瓶包装的封口就大量采用螺纹盖封口。目前现有的国产同类机型的封盖机的产量，速度和自动化程度都相对落后。为了适应现代包装机高速，高效和高可靠性

3、生产的需要，研制了一种回转式拧盖机，该机采用多工位回转式结构，机电气一体化，具有效率高，速度快，可靠性好和自动化程度高等优点。本次设计介绍了液体灌装生产线上拧瓶盖机。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 阅读外文资料，翻译与本专业或课题相关的外文文献3000字左右，要求语句通顺、流畅、准确； 了解拧瓶盖的工作原理； 通过对比现有的拧瓶盖机，初步拟定分析设备方案； 绘制部分零件图，装配图，零件的各种配合； 能够熟练使用UG，用UG对部分零件进行建模； 撰写论文，要求符合本科论文的格式要求，语言简洁、流畅、层次分明。上机时数不少于200小时，整个毕业设计过程的技术工作要 严谨、灵活、工作要有主

4、动性，计算方法、计算的程序、计算结果、 结论要正确。 四、接受任务学生：机械97 班 姓名 王 奇 五、开始及完成日期：自2012年11月12日 至2013年5月25日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名 签名 签名教研室主任学科组组长研究所所长签名 系主任 签名2012年11月12日摘要回转式拧瓶盖机适用于带螺纹的盖与瓶的旋盖，市场上现有的回转式拧瓶盖机大多数是半自动的包装机，瓶盖的疏理大多由人工来完成，生产效率不是很高，而且加大了劳动的强度，再生产时有一定的危险，本设计为自动理盖而且是多工位拧盖机。本文介绍了题目的研究背景和意义，论述了拧盖机在国内外的发展状况，介绍了本次设计研究的

5、内容及方法。本次设计的重点是拧盖机的总体设计方案、过程的拧盖、输送方式和定位方法，在此基础上进行了运动与结构的设计。本次设计采用的拧盖方法是回转式的，是通过圆柱凸轮的轮廓线来实现拧盖头的上下往复运动的，通过锥齿轮传递转矩；而且在满足拧盖机原理的条件下，充分考虑了整机的布局和经济性，不但结构简单明了，操作方便而且本课题的设计实现了从进瓶到出瓶的全部自动化，具有速度可调、定位准确、旋盖可靠、运行平稳、无噪音和不伤瓶盖等优点，克服了传统机构的缺点，总体上达到了我们预期设计的目标。关键词：拧瓶盖机构；理盖机构；传送；自动化；转盘1AbstractRotary Capping Machine for t

6、he threaded cap and the bottle of screw cap, as the existing rotary capping machines are mostly semi-automatic packaging machine, bottle of Reorganizing the employer to complete most of the production efficiency is not very high and increased labor intensity, have a certain risk of reproduction, the

7、 design for the automatic management is a multi-position cap and screw cap. This article describes the background and significance of the research topics discussed. Capper development at home and abroad, introduces the design of this study the content and methods. The packaging machine is designed t

8、o focus the overall design scheme, the packaging process of screwing conveyance methods and positioning methods, in this based on the movement and structure design. The design of the packaging used is rotary,through cylindrical cam contour to achieve capping head up and down reciprocating motion thr

9、ough the planetary gear transmission torque; and packaging machinery to meet the conditions of principle, give full consideration to the machine layout and the economy, while machine is also simple, low cost, no pollution, noise and human and functional characteristics of reasonable.Keywords: Cappji

10、ng Machine;cancelling machine;deliver;automation;turntabl目录摘要IIIAbstractIV1 绪论11.1 本课题的研究内容和意义11.2 国内外的发展概况11.3 本课题应达到的要求12 总体方案设计22.1 方案一的介绍22.2 方案二的介绍22.3 方案比较22.4 采用方案的详细设计32.4.1 上盖装置的设计32.4.2 传送带的设计42.4.3 底座箱的设计42.4.4 拧盖机构的设计42.4.5 转盘的设计53 总装图的确定63.1 主要技术参数的确定63.1.1 电机的选择63.2 传动方案的确定73.3 结构方案的确定

11、74 部件装配图的确定94.1 带传动的计算94.2 轴的设计计算和校核114.2.1 轴的结构设计及选材114.2.2 轴的设计计算114.2.3 轴的校核计算124.3 齿轮的计算和校核124.3.1 齿轮材料处理工艺及制造工艺的选定124.3.2 确定各主要参数134.3.3 传动比134.3.4 齿轮模数m134.3.5 齿轮接触疲劳强度计算134.3.6 齿轮强度校核144.4 锥齿轮的计算和校核194.4.1 选取齿轮类型，精度等级，材料及齿数194.4.2 按齿面接触强度设计194.4.3 设计计算194.4.4 按齿根弯曲强度设计204.4.5 设计计算214.4.6 几何尺寸

12、计算224.5 键的计算和校核234.5.1 键的选择计算234.5.2 键的校核234.6 轴承的选择和校核234.6.1 轴承的选择234.6.2 轴承的寿命计算245 拧盖机的工作情况简介265.1 传送及拧盖部分265.2 控制部分266 拧盖机的安装、维护和安全286.1 安装286.2 维护保养286.3安全要求287 结论与展望297.1 结论297.2 不足之处及未来展望29致 谢30参 考 文 献31液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计1 绪论1.1 本课题的研究内容和意义拧盖机是自动灌装生产线的主要设备之一，用于玻璃瓶或PET瓶的螺纹盖封口。随着社会的发展和人民生活水平的提高，人

13、们对产品的包装质量的要求也越来越高。由于螺纹盖具有封口快捷，开启方便及开启瓶后又可重新封好等优点，使其在许多产品的包装中应用越来越广泛，诸如饮料，酒类，调味料，化妆品及药品等瓶包装的封口就大量采用螺纹盖封口。目前现有的国产同类机型的封盖机的产量，速度和自动化程度都相对落后。为了适应现代包装机高速，高效和高可靠性生产的需要，研制了一种回转式拧盖机，该机采用多工位回转式结构，机电气一体化，具有效率高，速度快，可靠性好和自动化程度高等优点。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

14、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。1.2 国内外的发展概况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白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

15、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。1.3 本课题应达到的要求目前国内液体灌装生产线中广泛使用的旋开封盖口机大多为直线式拧盖机，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。该拧瓶盖机采用回转式结构。本次设计是针对回转式拧盖机整体的设计。主要工艺流程包括：供瓶+供盖旋盖输送。同时要求熟练的操作UG软件，进行建模，绘制图3D模型并出图纸。2 总体方案设计2.1 方案一的介绍如图2.1所示，该方案利用步进

16、电机带动传送带将待旋盖瓶传送至上盖装置下方自动上盖并抚平，然后将上好盖的瓶子停止在旋盖机正下方，传感装置将信号传至旋盖机构，通过上部的气缸实现旋盖头的整体下移，通过下部的杠杆机构实现瓶子的夹紧，选盖头旋转将瓶盖旋紧在瓶上。旋盖完成后旋盖头升起，传送带继续前进一定距离，开始重复旋盖过程。本方案结构较为简单、易懂，但是从整体来分析，旋盖的效率不是太高，而且对传送带的各种要求比较高，需要特别订制，成本会提高。图2.1 方案一旋盖机的结构的正视图2.2 方案二的介绍如图2.3所示，本方案的全自动旋盖机由上盖装置，传送带，底座箱，拧盖机构，旋瓶圆盘，电机等组成。瓶子靠传送带一直匀速的前进，通过理盖机振动

17、供盖，然后进入旋盘，一直旋转的旋盖头靠升降机构的作用整个支撑杆向下运动完成旋盖并抬起，与此同时，前面旋盖完成的瓶子会随着传动带输出。从而，顺利的完成了全自动旋盖的整个过程。这样既能达到高效迅速旋盖的目的，同样在一定范围内也能适用于不同高度大小的瓶子旋盖。2.3 方案比较方案一结构简单，生产成本低，但是传送带的停走精度难以控制，所以整个旋盖的精度低而且生产效率低，而且整个装置的自动化程度不是很高，较为适合小批量生产；方案二结构设计简单且精密合理，旋盖精度高，效率高，相对于方案一成本要高，但是自动化程度也较高，适合批量生产，综合考虑多方面，本课题采用方案二的结构进行设计。图2.2 方案二旋盖机结构

18、图。2.4 采用方案的详细设计2.4.1 上盖装置的设计上盖装置是把杂乱的瓶盖放置在圆柱形的振动式自动料斗中，通过振动使瓶盖在料斗内壁的螺旋形的跑道上向前跳动，并通过圆弧型轨道至出口跟瓶口相接。轨道最前端有一段水平板，将瓶口的盖压平，便于下一步的旋盖操作，如图2.4.1所示。图2.4.1 理盖机构2.4.2 传送带的设计传动带是瓶子输入和输出的关键机构，瓶子通过传送带从左端匀速进入理盖机供盖，然后进入转盘旋盖，最后通过传送带送出，如图2.4.2。图2.4.2 传送装置2.4.3 底座箱的设计根据设计的需要，做出相关的机座，如图2.4.3所示。图2.4.3 机座2.4.4 拧盖机构的设计拧盖机构

19、是整个设计的核心和重心。由主轴带动主齿轮转动，从而带动副齿轮的转动，最终旋盖头转动，同时由升降机构圆柱凸轮实现整个旋盖装置的上下运动，要求拧盖机构又要自行转动，还要同步转盘转动，拧紧瓶盖够上升完成整个过程，这样就实现了拧瓶盖的全自动化，如图2.4.4。图2.4.4 旋盖机构2.4.5 转盘的设计转盘的设计也是比较重要的部分，旋转过程中实现了拧盖同时可以固定瓶子不晃动移动等问题，圆盘周边设计成与瓶大小适当的挡板，可以顺利的取瓶，送瓶。圆盘靠下部轴支架靠键连接带动转盘转动，如图2.4.5。图2.4.5 转盘机构313 总装图的确定3.1 主要技术参数的确定 3.1.1 电机的选择根据机械负载特性，

20、生产工艺，电网要求，建设费用，运行费用等综合指标，合理选择电机的类型；根据机械负载所要求的过载能力，起动转矩，工作制以及工况条件，合理选择电动机的功率，力求运行安全可靠经济；根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求，选择电机的转速；还要根据电网电压，频率选择电动机的额定电压和频率；总之，在选用电机时，要努力执行国家技术经济政策，积极采用节能产品和新产品，提高经济效益。功率的确定：电动机的功率选得是否合适，对其工作和经济性都有影响；如采用额定功率小于工作机要求的功率，就不能保证工作机的正常工作，甚至日电动机长期过载而过早损坏；如果电动机的额度功率大于所要求的功率，则电动机价格高，容量也未得

21、到充分利用，以致造成成本高，而且浪费。通常对在变载荷作用下，稳定、长期连续运行的机械，要求所选用的电动机的额定功率稍大于工作机功率。还应查处电动机类型和额定功率、相应的转速和安装尺寸。在一般情况下不必校验电动机的发热和起动力矩。电动机工作时需要的功率按下式计算： (KW) (3.1)式中：工作机所需的功率，KW从电动机到工作机间各运动副的总机械效率（以下简称效率）。工作机所需要工作功率一般根据工作机的生产阻力和运动参数计算： 或 (3.2)式中：F工作机的生产阻力，N； v工作机的速度，m/s； T工作机的阻力矩，Nm； 工作机的转速，r/min； 工作机的效率。总效率按下式计算： (3.3)

22、式中、.分别为运动链中各运动副（如齿轮、轴承及联轴器等）的效率，其值可参考机械设计零件手册（修订版）表4.1-2选取。容量相同的同类型电动机，可以有不同的转速。如三相异步电动机常用的有四种同步转速，即3000、1500、1000、750r/min。低转速电动机的极数多，外廓尺寸及重量都较大，几个高，但可使传动装置总传动比及尺寸较小；高转速电动机则相反。因此确定电动机转速时，应按具体情况进行分析和比较。通常多选用同步转速为1500和1000r/min的电动机，如无特殊需要，不选用同步转速低于750r/min的电动机。传动装置的设计功率通常按实际所需要的电动机工作功率考虑，而转速则按电动机额定功率

23、时的转速 （满载转速，它不等于同步转速）计算。通过计算可知，中心轴下面安装的滚子轴承在工作时，所受的摩擦力大约为40N，所以灌装机主轴的启动转矩不大，根据机械设计手册单行本减（变）速器电机与电器上电动机选择时应综合考虑的问题和考虑到运行可靠性、设备的供货情况、备品备件的通用性、安装检修的难易，以及产品的价格、建设费用、运行和维修费用、生产过程中前后期电动机功率变化关系等各种因素，选择电动机为Y2型系列电动机，所选电动机的型号为Y2-90S-4型电动机，它的额定转速为1400r/min，额定功率为1.1kw。3.1.2 减速器的选择由于所选电动机的额度转速为1400r/min，灌装机的生产能力为

24、4200瓶/小时，拧盖机的拧盖头数为12头，所以拧盖机每转生产12瓶，所以灌装机主轴的转速为350r/小时，即r/min。首先设主轴上大齿轮与减速器上小齿轮的传动比，电动机的小带轮与减速器上大带轮的传动比，则减速器上输入的转速为700r/min，输出的转速为35r/min，根据以上的条件，选择CW型减速器，减速器的型号为CW80-25-IF，该型号的减速器的额定输入转速为750r/min，额定输入功率为1.74KW，额定输入转矩为437。由于电动机的功率为1.1KW，所以选择该型号的减速器符合要求。3.2 传动方案的确定要实现本课题自动拧盖机的功能主要考虑以下四个运动。第一，是传送带的匀速运动

25、。第二，是转盘的转动，用最简单的方法靠其下部竖直轴，靠键连接带动转盘进行传动，实现转盘的连续转动。第三，旋盖头的上下往复运动，本课题采用升降机构圆柱凸轮支撑杆实现此功能。第四，拧盖头的旋转运动，由主轴带动主齿轮转动，从而带动从动齿轮转动最终带动拧盖头的旋转功能。3.3 结构方案的确定整个全自动拧盖机是合理的将各个零部件装配在一起以保证其各项功能顺利运行，装配过程中设计到的标准件如螺钉，螺栓，螺母，垫圈，轴承等都是按照相关资料上查得的标准数据绘制出来，经过一段时间的计算和简单构思，现在设计出全自动拧盖机的装配简图如下图3.1和图3.2。待拧盖瓶从传送带左侧输入，到达转盘并随转盘转动，之后拧盖装置

26、下降进行拧盖并随转盘一起转动，完成后拧盖头上升而旋盘继续转动，最后从左侧传送带出去进入下一个工序。图3.1 拧瓶盖机主视图图3.2 拧瓶盖机俯视图4 部件装配图的确定4.1 带传动的计算为了安全起见，带传动应置于铁丝网或保护罩之内，使之不能外露。本次选用的的输送机传动系统中第一级用的普通V带传动。电动机的功率,转速,传动比。(1) 确定计算功率由表8-7查得工作情况系数，故 (2) 选择V带的带型根据、由图8-10选用Z型。(3) 确定带轮的基准直径并验算带速v初选小带轮的基准直径。由表8-6和8-8，取小带轮的基准直径。验算带速按式(8-13)验算带的速度 因为，故带速合适。计算大带轮的基准

27、直径。根据式(8-15a)，计算大带轮的基准直径 (4) 确定V带的中心距a和基准长度1)根据式(8-20)，初定中心距。2)由式(8-22)计算带所需的基准长度由表8-2选带的基准长度。按式(8-23)计算实际中心距a。(5) 验算小带轮上的包角(6) 计算带的根数z计算单根V带的额定功率。由和，查表8-4a得根据，和Z型带，查表8-4b得查表8-5得，表8-2得，于是计算V带的根数z。所以取2根。(7) 计算单根V带的初拉力的最小值由表8-3得Z型的单位长度质量，所以应使带的实际初拉力。(8) 计算压力轴所以通过绘制，做出如图所示的带轮：图4.1 V带轮4.2 轴的设计计算和校核4.2.1

28、 轴的结构设计及选材轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时，必须针对不同的情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应满足：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造公益性等。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对

29、应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。必须指出：在一般工作的温度下（低于200度），各种碳钢和合金钢的弹性模量均差不多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度与耐磨性，而不是轴的弯曲或扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。本次设计中选用的是45钢，调质处理。

30、4.2.2 轴的设计计算对于实心主轴：，由于主轴材料是45钢，所以查表15-3可以得到。取d=60mm4.2.3 轴的校核计算轴的校核计算首先做出轴的计算简图，弯矩图，扭矩图，然后进行轴的强度校核即可。由于本轴是竖直放置，靠它传递扭矩，少量的弯矩可忽略不计，故只需对其扭矩进行校核便可。 扭转切应力计算公式： (4.1)式中：截面的剪切应力 T截面处得扭矩 危险截面的抗扭截面系数对于该轴： (4.2) 查表得到45号钢因此这根轴符合强度要求。通过数据绘制如下所示的轴：图4.2主轴4.3 齿轮的计算和校核4.3.1 齿轮材料处理工艺及制造工艺的选定齿轮选用的材料均为40Cr，调质处理，硬度约为HB

31、S 262293试验齿轮齿面疲劳极限如下：齿轮的加工为插齿，精度为7级。4.3.2 确定各主要参数由于属于低速传动，采用齿形角，直齿轮传动，精度为6级，为提高承载能力，采用直齿轮传动。4.3.3 传动比由于对转速没有太严格的要求，只需实现传动，故取i=14.3.4 齿轮模数m模数m由强度计算或结构设计确定 (4.3)式中：综合系数，齿轮为7级精度等级冲击取=1.6-2.6，8级精度等级中等冲击取=2.5-3.9，冲击较大、或不变位时取较大值。主动轮的齿形系数主动轮的传动转矩 (4.4)额定功率，KW 齿轮转数（一般为第一级即电机转数），r/min实验齿轮的弯曲疲劳极限，按MQ级中等质量要求选取

32、齿宽系数，齿宽b与小齿轮分度圆直径的比值。将数代入(4.4)得:则取圆整4.3.5 齿轮接触疲劳强度计算齿轮分度圆直径，由下边公式 (4.5)式中：齿宽系数查表，考虑传递功率不是很大 齿轮齿数z ， 齿数比u 齿轮转矩 载荷系数 使用系数，查表取=1 动载系数，查表取=1.2 齿间载荷系数，由表取=1.1 齿间载荷分布系数，查表取=1.1 载荷系数 材料弹性系数 查表取 节点区域系数 查图取 重合度系数 由推荐值0.85-0.92，则将数带入(4.5)得： 齿轮模数m 齿轮轮分度圆直径 标准中心距a 齿宽b 4.3.6 齿轮强度校核(1) 齿面接触疲劳强度计算接触应力 (4.6)由公式(4.6

33、)得齿面接触应力的基本值： 式中：端面内分度圆上的名义切向力，取 b工作齿宽，取 齿轮分度圆直径，取 u齿数比， 节点区域系数，取 ，查相关图，取 弹性系数，查表10-6取 重合度系数，查图取 螺旋角系数，直齿，取，由公式(4.6)得接触应力： 式中：使用系数,中等冲击，查表10-2 取 动载系数,6级精度，查表10-8 取 计算接触强度的齿向载荷分布系数，取 计算接触强度的齿间载荷分布系数，取 计算接触强度的行星轮间载荷不均衡系数，查表10-4 取 计算齿面接触应力的基本值许用接触应力 (4.7) 式中：试验齿轮的接触疲劳极限，取； 计算接触强度的最小安全系数，取； 计算接触强度的寿命系数，

34、取；润滑油系数，取；工作硬化系数，取；速度系数，取；粗糙度系数，取；尺寸系数，取；则故接触强度通过。(2)齿根弯曲疲劳强度计算齿根应力 (4.8)式中： 端面内分度圆上的名义切向力，取 工作齿宽，取法向模数，取载荷系数 式中：使用系数。取 动载系数。取 齿间载荷系数，取 齿间载荷分布系数，取弯曲强度的重合度系数 式中：齿形系数。取 应力修正系数。取 重合度系数。 螺旋角系数。 则： 计算许用弯曲应力 (4.9)式中： 弯曲疲劳极限。由于材料为40Cr，故取 最小安全系数。取 (4.10)式中：应力修正系数。取 寿命系数，取 圆角敏感系数，取 表面状况系数。取 尺寸系数。由，则 则： 故啮合齿轮

35、弯曲疲劳校核合格。齿轮的各种参数如图：表4-1 齿轮的主要参数名称主齿轮从动齿轮模数m2.5mm压力角齿定高系数1中心距210mm分度圆直径360mm60mm齿顶圆直径365mm65mm齿根圆直径353.75mm53.75mm通过表格得到的数据，画出如图所示的主齿轮：图4.3 主齿轮4.4 锥齿轮的计算和校核4.4.1 选取齿轮类型，精度等级，材料及齿数(1)根据要求选用直齿锥齿轮。(2)材料选择小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。(3)选择大齿轮齿数为，初定，则 4.4.2 按齿面接触强度设计 (4.1

36、1)参数值确定：(1)初选载荷系数；(2)计算大齿轮的转距；(3)查机械设计（第八版）通常取取齿宽系数；(4)查机械设计（第八版）表10-6取；(5)由机械设计（第八版）图10-21d按齿面硬度中查得小齿轮的接触疲劳强度极限；小齿轮的接触疲劳强度极限；(6)由式计算应力循环次数(7)由机械设计（第八版）图10-19查的接触疲劳寿命系数(8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由式得4.4.3 设计计算(1)试计算小齿轮分度圆直径，代入 中较小值 (2)计算圆周速度(3)计算齿宽b(4)计算齿宽与齿高之比模数 齿高 (5)计算载荷系数根据,8级精度,由机械设计（第八版）图10-

37、8查的动载系数由机械设计（第八版）取齿间载荷分配系数；由机械设计（第八版）表10-2查得使用系数由机械设计（第八版）查得齿向载荷分布系数可按下式计算：式中：是轴承系数，可从机械设计（第八版）表10-9中查取。所以；故载荷系数：(6)按实际载荷系数校正所算的分度圆直径,由式得(7)计算模数4.4.4 按齿根弯曲强度设计 (4.12)确定公式内的各计算值：(1)由机械设计（第八版）图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限。(2)由机械设计（第八版）图10-18查得弯曲疲劳寿命系数(3)计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式得(4)计算载荷系数(5)计

38、算当量齿数(6)查得齿形系数由机械设计（第八版）表10-5查得(7)查取应力校正系数由机械设计（第八版）表10-5查得计算大、小齿轮的加以比较：小齿轮的数值大4.4.5 设计计算 对比计算结果,由齿面接触强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关,可取由弯曲强度算得的模数1.51mm圆整为，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数、大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4.4.6 几何尺

39、寸计算(1)计算分度圆直径(2)计算齿轮宽度取(3)计算锥距(4)计算平均分度圆直径(5)验算 所以合适。总上所述，总体符合设计要求。4.5 键的计算和校核4.5.1 键的选择计算键的选择包括类型选择和尺寸选择两方面。键的类型应根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b键高h表示）与长度L。键的截面尺寸bh按轴的直径d由标准中选定。键的长度L一般可按轮毂的长度而定，即键长等于或略短于轮毂的长度；而导向平键则按轮毂的长度及其滑动距离而定。一般轮毂的长度可取为，这里d为轴的直径。本次选用的轴的直径，查表6-1。得

40、键宽b键高h为1811，键的长度L为45。4.5.2 键的校核平键连接传递转矩，连接中各零件来自两侧的力。对于采用常见的材料组合和按标准选取尺寸的普通平键连接，其主要失效形式是工作面被压溃。除非有严重过载，一般不会出现键的剪断。因此，本次只按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通的平键连接的强度条件为 (4.13)式中：传递的转矩，Nm； 键与轮毂键槽的接触高度，此处为键的高度，mm； 键的工作长度，mm，圆头平键，这里的L为键的公称长度，mm，b为键的宽度，mm； d轴的直径，mm； 键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，MPa，见表6-2。由公式(4.

41、13)计算：所以选择的平键符合要求。4.6 轴承的选择和校核4.6.1 轴承的选择滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来支承转动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等优点。如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时，滚动轴承可以概括地分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。根据载荷的大小选择轴承类型时，由于滚子轴承中主要元件间是线接触，宜用于承受较轻的或中等的载荷，故在载荷较小时，可优先选用球轴承。根据载荷的方向选

42、择轴承类型时，对于纯轴向载荷，一般选用推力轴承。较小的纯轴向载荷可选用推力球轴承；较大的纯轴向载荷可选用推力滚子轴承。对于纯径向载荷，一般选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承。当轴承在承受径向载荷的同时，还有不大的轴向载荷时，可选用深沟球轴承或接触角不大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承；当轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或者选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向载荷和轴向载荷。通过比较，本次设计决定选用的是推力球轴承。4.6.2 轴承的寿命计算滚动轴承寿命计算公式：式中：轴承的额定寿命，h是在转速比较稳定的情况下，轴承预期使用寿命的参考值见机械设计第八

43、版表13-3； n轴承的转速，r/min 轴承寿命指数，对球轴承 C轴承的额定动载荷实际计算时，用小时数表示寿命比较方便。如令n代表轴承的转速（单位为r/min），则以数小时表示的轴承寿命（单位为h）。如果载荷P和转速年n为已知，预期计算寿命又已取定，则所需轴承应具有的额定动载荷C(单位为N)可根据式计算得出：同理由于该轴承只是承受轴向力，所以P =150 Nn=350 r/min由公式(4.13)可得：由以上的计算可知，各轴承的寿命符合要求。5 拧盖机的工作情况简介5.1 传送及拧盖部分整个设计的拧盖机是通过电动的发电，减速器的减速，带动轴的转动从而带动主齿轮的转动。主齿轮带动从动齿轮转动，

44、最终实现拧盖头的转动。在此同时，轴上方的升降机构中圆柱凸轮会沿着槽转动，实现旋盖头的上下移动。传送部分则是送瓶配合转盘，等拧盖头拧好瓶盖后，在此将瓶子输送至下一个工序。整个过程完全是自动化的，不需要人工的送瓶、取瓶。5.2 控制部分5.2.1 PLC的工作原理 PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。当PLC投入运

45、行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，PLC的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。在输入采样阶段，PLC以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。在用户程序执行阶段，PLC总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序（梯形

46、图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。即，在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈

47、的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。当扫描用户程序结束后，PLC就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是PLC的真正输出。5.2.2 PLC的特点 (1)功能完善，组合灵活，扩展方便，实用性强。现代PLC所具有的功能及其各种扩展单元、智能单元和特殊功能模块，可以方便、灵活地组成不同

48、规模和要求的控制系统，以适应各种工业控制的需要。以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。(2)使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。 PLC的运用能够做到在线修改程序，改变控制的方案而无需拆开机器设备。它能在不同环境下运行，可靠性十分强悍。(3)安装简单，容易维修。PLC可以在各种工业环境下直接运行，只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，写入程序即可运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查

49、找故障。PLC还有强大的自检功能，这为它的维修提供了方便。(4)抗干扰能力和可靠性能力都强，远高于其他各种机型。隔离和滤波，是抗干扰的两大主要措施。对PLC的内部电源还采取了屏蔽、稳压、保护等措施，以减少外界干扰，保证供电质量。另外使输入/输出接口电路的电源彼此独立，以免电源之间的干扰。正确的选择接地地点和完善的接地系统是PLC控制系统抗电磁干扰的重要措施之一。为适应工作现场的恶劣环境，还采用密封、防尘、抗震的外壳封装结构。通过以上措施，保证了PLC能在恶劣环境中可靠工作，使平均故障间隔时间长，故障修复时间短。(5)环境要求低。PLC的技术条件能在一般高温、振动、冲击和粉尘等恶劣环境下工作，能

50、在强电磁干扰环境下可靠工作。这是PLC产品的市场生存价值。(6)易学易用。PLC是面向工矿企业的工控设备，接口容易，编程语言易于为工程技术人员接受。PLC编程大多采用类似继电器控制电路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此，很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5.2.3 PLC的选用本次的设计方案中控制部分需要选用PLC控制，所以通过查阅相关资料，以及根据设计的拧盖机，需要在拧盖过程中运用PLC控制旋盖头在旋紧瓶盖后离开，并计数。6 拧盖机的安装、维护和安全6.1 安装基础地面应平整，由各厂根据条件自行决定，只要能在安装范围内承受分拣机重量即可。本设备设由地脚螺栓在安装

51、时应进行调试，对各部件之间的运动位置及自动控制系统按运动要求调试好之后，使用时不要再做调整。在安装时需要进行调试，保证整机各个工位执行的协调性，保证整机运转灵活。6.2 维护保养(1)工作结束后，应做好清洁工作，将残留在机器上的污滞清理干净并检查电源是否已经关掉。(2)每日机器工作后 ，首先断开电源，擦试机器表面、工作台等部位， 检查传动系统润滑情况，检查各种开关键的松紧情况。(3)应每星期检查一次各部润滑情况，如有故障应及时排除。(4)需要经常拆洗的零件应定时拆下进行解体清洗。6.3安全要求(1)在运转中，如发生故障，首先关掉电源，才能进行修理。在修理过程中绝对不允许硬敲硬打，以免损坏机器。

52、(2)工作后温度很高，不要用手去碰。停机至少半小时才可对机械清理、维修。(3)工作时不要用手或其它物体接触执行头。7 结论与展望7.1 结论通过这次毕业设计，不但巩固了四年来所学过的专业知识，而且让我对拧盖机以及其他专业性的东西有了更加深刻的了解。更重要的是这次毕业设计让我了解和掌握了整个设计过程和方法。本课题的设计方案是在前人设计基础上自己加以思考想法结合而成的。比如本方案采用传送带和转盘的结合，巧妙的解决了以往单靠传送带间歇运动的缺点。由于自己的知识范围有限，思维也不够开阔，故而设计中创新之处比较的少，也许成果也不是很令人满意，但这毕竟是自己第一次从头到尾一步一步的设计出来的东西，也正是在

53、这段时间里，自己明显感觉有了提高，逐渐明了了整个机械设计的过程以及自动拧盖机工作的整个过程。值得一提的是通过这次设计使我对设计有了更大的兴趣，相信在以后的学习和工作过程中能做到理论和实际相结合，用实践来巩固理论，真正达到“工学并举”的高度，学以致用。通过几个月的努力，终于顺利完成了液体灌装生产线上拧瓶盖机的设计；回首这些日子，虽然看似很苦很累，但其实还是收获挺大，苦中有乐。7.2 不足之处及未来展望虽然完成了此次的毕业设计课题，但是在设计过程中还是出现了很多问题，比如对一些常识不了解，对于UG软件的操作不够熟练。对于未来我会理论和实际相结合去做好设计，多练习UG软件使自己能熟练的操作。致 谢经

54、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，指导老师何老师投入了大量的时间和精力，他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，他精益求精、严肃认真的治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！感谢何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所有给予我帮助的人。感谢太湖学院这四年来对我的大力栽培。参 考 文 献1 张伟安全自动回转式旋盖机M轻工机械，2002，第二期：42-432 王旭，王积森机械设计课程设计M机械工业出版社，2003 3 梅顺齐，杜雄星旋盖机磁力旋盖头的分析与设计M磁性材料及器件：32-344 李诗龙FX12型旋盖机的设计M包装机械，2000，第三期：24-26