自动卷边封罐机进给系统设计【含CAD图纸、说明书】
毕业设计(论文)题 目: 自动卷边封罐机进给系统设计学生姓名 姓名 学 号 学号 专业班级 专业班级 二级学院 二级学院 指导教师(职称) 指导教师(职称) 年 月 诚信承诺书本人谨此承诺,本人所写毕业设计(论文)均由本人独立撰写,无任何抄袭行为。凡涉及他人的观点材料,均作了注释。如出现抄袭或侵犯他人知识产权的情况,愿承担由此引起的任何责任,并接受相应的处分。学生签名:年 月 日浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书1自动卷边封罐机进给系统的设计【摘要】封罐机是包装机械的一种,在食品、药物等生产中起着重要的作用。本课题所设计的封罐机,主要针对于金属罐的卷边封口锁盖。它采用电机作为动力源,使用V 带传动和齿轮传动相结合的动力传递方法,选取凸轮实现双滚轮的径向进给,分先后两次对金属罐体和罐盖的凸缘进行卷合,从而实现金属罐的锁盖密封。本次设计通过到学校图书馆查阅资料相关的资料使我进一步认识了并设计了一台完整机器的全过程。巩固了我学的知识,为以后的工作打下了一定基础。在此次毕业设计中采用了autoCAD、UG 等软件进行辅助设计,从而保证了设计的一致性。本机操作简单,结构紧凑,具有一定的市场潜力及应用价值。【关键词】封罐机;包装机械;卷边;凸轮;双滚轮浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书2Design of Feed System for Automatic Edge-rolling and Tank Sealing MachineAbstract Canner sealing machine is a kind of packaging machinery, which plays an important role in the production of food, medicine and so on. The sealing machine designed in this subject is mainly aimed at the crimping sealing cover of metal cans. It uses motor as power source, uses V-belt drive and gear drive combined power transmission method, chooses cam to realize the radial feed of double rollers, and coils the flange of metal tank body and cover twice in succession, thus realizing the locking seal of metal tank. This design makes me know and design a complete machine through consulting relevant materials in the school library. I have consolidated my knowledge and laid a foundation for future work. In this graduation project, autoCAD, UG and other software are used to assist the design, thus ensuring the consistency of the design. The machine is simple to operate and compact in structure. It has certain market potential and application value. Key words Can Sealer; Packaging Machinery; Edge Rolling; Cam; Double Rolle浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书3目 录第一章 前 言 31.1 封罐机的简介 31.2 课题研究的背景 31.3 国内外研究现状及发展趋势 .41.3.1 国内研究现状 .41.3.2 国外研究现状 .41.3.3 我国包装机械产业面临的问题 51.3.4 包装机械产业的发展方向 51.4 封罐包装机械的特点与功用 .61.4.1 封罐包装机的特点 61.4.2 封罐包装机的功用 71.5 包装机械的分类 .81.6 课题的意义 91.7 研究的方法及技术路线 .91.7.1 研究方法 91.7.2 研究技术路线 .101.8 本文研究的主要内容 101.8.1 基本框架 .101.8.2 研究的重点和难点 .101.8.3 拟解决的关键问题 .10第二章 自动卷边封罐机的总体设计方案 .112.2 总体方案的选择 .112.2.2 卷边滚轮的分析 122.2.3 卷封机构的结构确定 12第三章 自动封罐机进给系统的结构设计 .143.1 进给系统方案设计 .143.2 驱动电机设计 15浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书43.3 锁盖部分的设计 .163.4 支撑部分的设计 .17第四章 主要零部件的结构的计算与校核 .184.1 轴承的校核 .184.2 键的校核 .214.3 传动轴的校核 .22总 结 25参考文献 26致 谢 .27浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书5第一章 前 言1.1 封罐机的简介封罐机是指能完成全部或部分产品和商品包装过程的机械。包装过程包括充填、裹包、封口等主要工序,以及与其相关的前后工序,如清洗、堆码和拆卸等。此外,包装还包括计量或在包装件上盖印等工序。使用机械包装产品可提高生产率,减轻劳动强度,适应大规模生产的需要,并满足清洁卫生的要求。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。1.2 课题研究的背景随着国民经济的快速发展和科学技术的不断进步,推动着机械工业制造装备领域不断向着高效率、高精度、低成本、高可靠性方向前进。传动系统在机械工业体系中占据着重要位置 1。驱动进给系统在加工、装配、测量等各工业领域都起到了重要的作用 2。在许多机械设备中,特别是自动机和半自动机中,由于生产工艺的要求,往往需要机构来实现周期性的转位、分度动作以及做带有瞬时停歇或停歇区的间歇性运动 3。虽然现在电气控制广泛应用,很多间歇运动机构,可以被更精确的伺服电机取代,但间歇机构,尤其是不完全齿轮机构结构简单、造价低廉、工作可靠、可以承受一定的冲击载荷,设计时从动轮的运动时间和静止时间的比例可以在较大范围内变化,因此在机械设计中仍然被很广泛的应用 4。本次设计的是自动卷边封罐机进给系统,自动卷边封罐机由电机驱动,通过进给系统间歇进给带动罐体和罐盖进入自动卷边封罐机机头位置进行卷边封罐。进给系统主要由轴、齿轮和间歇机构组成,负责罐体和罐盖的进给运动,要求间歇上料和有序浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书6的下料。1.3 国内外研究现状及发展趋势1.3.1 国内研究现状我国的包装机械起步于 20 世纪 50 年代,20 世纪 70 年代末期逐步发展后形成了包装机械行业,当时金属包装行业的企业数量不多,且以中小企业为主 5。随着改革开放,经济快速发展,我国的金属包装行业具有巨大的发展潜力,外商纷纷来投资,民营企业大量引进国外的先进设备,我国制罐业进入了一个快速发展时期。经过改革开放后 30 多年的发展,虽然我国制罐机械企业的制造能力得到了大幅提高,但还是存在不少问题。我国大部分制罐机械企业规模偏小,科研经费投入不多,自主研发能力薄弱。由于我国的产学研用联合机制没有真正形成,高校和科研机构的研究方向很多不符合企业的实际需求,导致高校和科研机构的研究成果很难转移到企业。据统计,我国的科技成果转化率只有 25%左右,产业化率还不到 5%,而发达国家的科技成果转化率能达到 80%6。制罐机械企业自身拥有的自主知识产权又很少,所以制罐机械企业主要还是处于仿制阶段,基本上就是对国外的设备进行测绘然后稍加改进 7。我国制罐机械行业整体利润不高,导致优秀人才匮乏,造成制罐机械行业整体技术水平不高。制罐机械企业的新产品缺少技术创新,开发手段落后,不能及时提供客户需要的产品。现在我国已经是制罐机械制造大国但还不是强国,要成为制罐机械强国,必须走规模化、专业化生产的道路。只制造生产技术含量低的设备是无法与国外先进设备进行竞争的。制罐机械企业可通过兼并重组或联营形成集中化生产和规模化经营,提高生产效率,降低成本,最终提高企业的经济效益。我国制罐机械行业的标准不多,且大多数为企业标准,行业通用性不强,对于制罐机械的普通零件,可以通过制定国家或行业标准来实现专业化生产,制罐机械企业只负责设计生产核心零件,这样不仅使得产品的加工周期大幅缩短,还降低了企业的生产成本,产品更有市场竞争力 8。1.3.2 国外研究现状自 20 世纪末以来,包装机械市场竞争程度日趋激烈,竞争形式日趋多样化。以高新技术、技术标准、技术创新为特征的无形资本越来越广泛的被发达国家应用到经济利益的获取中,无形资本在包装机械技术竞争中的作用也日益突出。在科技革命和跨国公司的迅速发展下,欧盟、美国、日本等发达国家不断改进科学技术和生产设备,浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书7在包装机械市场领域取得卓越的成效。目前,世界各国纷纷加快包装机械产业额竞争步伐,充分利用广阔的机械市场,不断获取经济利益。随着科技和商品经济的发展,包装机械的发展日趋多样化和智能化,欧、美、日等发达国家,占据主要的世界包装机械市场,出口贸易额达 70%,摇摇领先于世界其他国家。与此同时,随着经济和科技的不断发展,一些发展中国家的包装机械业也逐步在国际市场占取一席之地。2004 年 6 月 24 日,GE Fanuc 自动化美州公司首次推出了,用以解决包装机械制造的 SDD 方案。它所拥有的控制器具有高超的性能,操作界面便于使用和升级,工厂信息软件和运动控制单元紧密联系操作,这些功能的使用显著提高了包装机械的工作效率和机械设备的利用率。这套方案的提出,使得产品之间的快速转换成为现实,同时,设备使用者可以更灵活独立的进行生产操作,生产效率兼容性也进一步增强。目前,德国的包装机械设计已普遍采用计算机仿真技术。即将机器单元和图纸分别以数据库形式和数字形式存入计算机,计算机会自动合成三维模型,结合实际生产情况,计算机三维模型即可输出生产所需的一系列关键信息。同时,三维模型还可以在用户要求下进行不断的修订。计算机仿真技术的发展应用,大大提高了包装机械的设计和产品开发的效率 9。1.3.3 我国包装机械产业面临的问题我国包装机械行业发展的主要问题是产品结构的零散局面。从产品结构看,我国包装机械品种约有 1300 多种 ,配套数量少,缺少高精度和大型产品,不能满足市场需求。产品质量差距表现在产品性能稳定性和可靠性差,外观造型不美观,表面处理粗糙,许多元器件质量差、寿命短、可靠性低,影响了整体产品的质量;从企业状况 看,国内包装机械行业缺少龙头企业,生产规模大、产品档次高的企业不多;从产品开发看,我国还基本停留在仿制阶段,自行开发能力弱,科研经费仅占销售额的 1%,而国外高达 8%10%。总的来说,我国包装机械和国际先进的产品相比,在产品的开发、性能、质量、可靠性、服务等方面的竞争中都处于劣势。1.3.4 包装机械产业的发展方向随着包装机械竞争的日益加剧,包装机械在技术发展方向上正朝着以下四个方向发展:(1)机械功能多元化。 工商业产品在已趋向精致化及多元化的环境变化下,多元化、弹性化且具有多种切换功能和包装机械方面适应市 场需求;浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书8(2)结构设计标准化、模组化。充分利用原有机型模组化设计,可在短时间内转换新机型;(3)控制智能化。未来包装机械必须具备多功能化、调整操作简单等条件,基于电脑的智能型仪器将成为食品包装控制器发展的新趋势;(4)结构运动高精度化。结构设计及结构运动控制等关系到包装机械性能的优劣,可通过马达 、编码器及数字控制(NC)、动力负载控制(PLC)等高精密控制器来实现。并适度地做产品延伸。另外,我们还应该努力做到以下三点:1、加强总量控制,加速与国际接轨。下一步发展走势是把多余的调下 来,把空缺的补进去。一是加大开发力度,进行有效投入和生产;二是提倡企业间建立长期、固定的供求关系,防止盲目生产、重复引进、重复布点和自相残杀的局面出现。同时,国内包装业一定要放到世界包装业中去发展 这样才能加速与国际的接轨,才能全面观察和体验世界包装的发展动态,才能争取时间取得更大的市场份额。2 、合理利用资源。首先是合理利用资源,使资金达到投入优化,加大包装产业的资金投入量;其次是提高包装材 料的利用效率,寻找资源节约的各种途径,努力发展适度包装,改革和禁止过分包装,节约包装材料;重视包装 技术改造,发展周转包装和回收利用,大力提倡和使用绿色包装,使包装发展与环境保护结合起来。3、包装材料 向节能低耗、防污染、高功能方面发展。加快发展具备阻隔、耐高低温、高强度等功能的包装材料,使其适应不 同产品对包装制品的特殊要求。针对包装产品的市场需要,不断提高设计开发能力,重点设计开发新型包装材料 和替代进口材料,缩小包装制品加工与原材料供应不平衡的差距。纸、塑料、玻璃、金属四大包装基材的多品种 系列开发,又要进行多种基材的复合品种开发。1.4 封罐包装机械的特点与功用1.4.1 封罐包装机的特点包装机械多属于自动机械,它既具有自动机械的共性,也具有自身的特点,包装机械的主要特点如下。(1) 大多数包装机械种类繁多,结构复杂,运动速度快,动作精度高。为满足不同的性能要求,对零部件的刚度和表面质量等有效高的要求。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书9(2) 用于食品、药品等包装机械要便于清洗,与食品、药品接触的部位要用不锈钢或经过化学处理的无毒材料组成。(3) 进行包装作用的工艺力一般都比较小,所以包装机械的电动机功率较小。(4) 包装机械一般都采用无级变速装置,以便灵活调整包装速度,调节包装机的生产能力。因为影响包装质量的因素很多,诸如包装机的工作机构的运动状态,工作环境的温度、湿度,包装材料和包装物得质量等。所以,为了便于机器的调整,满足包装质量和生产能力的需要,往往把包装机设计成无极可调的,即采用无极变速装置,某些零件还设计成可调整的。(5) 包装机械是特殊种类的专业机械,使用需求数量有限。为了便于制造和维修,减少设备的投资,在各种包装机械设计中应注意通用性以及多功能性。1.4.2 封罐包装机的功用包装是产品进入流通领域的必要条件,而实现包装的主要手段是使用包装机械。随着时代的发展,技术的进步,包装机械在包装领域中正起着越来越大的作用,其主要作用有以下几点: (1) 可大大提高劳动生产率滑台式吸塑封口机机械包装比手工包装快得多,如糖果包装,手工包糖 1min 只能包十几块,而糖果包装机每分钟可达数百块甚至上千块,提高效率数十倍。 (2) 能有效地保证包装质量机械包装可根据包装物品的要求,按照需要的形态、大小,得到规格一致的包装物,而手工包装是无法保证的。这对出口商品尤为重要,只有机械包装,才能达到包装规格化、标准化,符合集合包装的要求。 (3) 能实现手工包装无法实现的操作有些包装操作,如真空包装、充气包装、贴体包装、等压灌装等,都是手工包装无法实现的,只能用机械包装实现。 (4) 可降低劳动强度,改善劳动条件手工包装的劳动强度很大,如用手工包装体积大、重量重的产品,既耗体力,又不安全;而对轻小产品,由于频率较高,动作单调,易使工人得职业病。折盒机 (5) 有利于工人的劳动保护对于某些严重影响身体健康的产品,如粉尘严重、有毒的产品,有刺激性、放射性的产品,用手工包装难免危害健康,而机械包装则可避免,且能有效地保护环境不被污染。 (6) 可降低包装成本,节省贮运费用对松散产品,如棉花、烟叶、丝、麻等,采用压缩包装机压缩打包,可大大缩小体积,从而降低包装成本。同时由于体积大为缩小,节省仓容,减少保管费用,有利于运输。 浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书10(7) 能可靠地保证产品卫生某些产品,如食品、药品的包装,根据卫生法是不允许用手工包装的,因为会污染产品,而机械包装避免了人手直接接触食品、药品,保证了卫生质量。 (8) 可促进相关工业的发展包装机械是一门综合性科学,它涉及到材料、工艺、设备、电子、电器、自动控制等多种学科,要求各相关学科同步、协调地发展,任何学科的问题都将影响包装机械的整体性能。因此,包装机械的发展将有力地促进相关学科的进步。 另外,为适应包装机械高速包装的需要,其相关的前后工序也势必与之适应,也就推动了相关工序的同步发展。1.5 包装机械的分类2003 年,国家标准局在 1986 年标准的基础上,修订了包装机械的分类标准,新标准 (GB/T 19357-2003) 以包装机械产品的主要功能的不同作为划分类别的原则,对包装机械产品进行分类。各类产品定义详见 GB/T 4122.1 和 GB/T 4122.2,在同一类别中的包装机械产品按其功能原则进行进一步划分。新的包转机械分类和定义如表1 所示。表 1 包装机械分类和定义Table 1 Packaging machinery classification and definition分类 定义充填机(filling machine) 将产品按预定量充填到包装容器内的机器罐装机械(filling machine) 将液体按预定量灌注到包装容器内的机器封口机械(sealing machine, closing machine) 在包装容器内盛装产品后,对容器进行封口的机器裹包机械(wrapping machine) 用挠性包装材料裹包产品所有或局部表面的机器多功能包装机(multifunction packaging machine) 在一台整机上可以完成两个或两个以上包装工序的机器贴标机械(labeling machine) 采用胶黏剂将标签贴在包装件或产品上的机器清洗机械(cleaning machine) 对包装容器、包装材料、包装辅助物及包装件进行清洗,以达到预期清洁度得机器浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书11干燥机械(drying machine) 对包装容器、包装材料以及包装件上的水分进行去除以达到预期干燥程度的机器杀菌机械(sterilization machine) 对产品、包装容器、包装材料、包装辅助物以及包装件等上的微生物进行杀灭,使其降低到允许范围内的机器捆扎机械(strapping machine) 使用捆扎带或者绳捆扎产品或包转件,然后收紧并将捆扎带两端通过热效应熔融或使用包装扣等材料连接好的机器集装机械(collect the machinery of installing ) 将包装单元集成或分解,形成一个合适的搬运单元的机器辅助包装设备(auxiliary packaging equipment) 对包装材料、包装容器、包装辅助物、或包装件执行非主要包装工序的有关功能的机器包装材料制造机械(package material making machine) 专门直接用于包装材料制造的机器包装容器制造机械(the packaging container makes machinery) 如:桶、罐、盒、箱、瓶、袋的机器1.6 课题的意义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。1.7 研究的方法及技术路线1.7.1 研究方法(1)通过查阅相关资料,掌握封罐机的主要参数。(2)充分考虑已有封罐机的优缺点来确定封罐机的总体设计方案,对现有装置的不足进行分析。(3)对设计的封罐机进行修改和优化,最终设计出能满足要求的封罐机。1.7.2 研究技术路线(1)根据题目和原始数据查看相关资料,了解当今国内外封罐机的发展现状及浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书12发展前景,撰写文献综述和开题报告。(2)根据产品功能和技术要求提出多种设计方案,对各种方案进行综合评价,从中选择较好的方案,再对所选择的方案做进一步的修改或优化,最终确定总体设计方案。(3)具体设计封罐机的驱动装置、工作装置等。 (4)对所设计的机械结构中的重要零件进行校核计算,如齿轮、轴、轴承等,保证设计的合理性和可行性。 ;(5)绘制零件图、装配图,完成要求的图纸量;(6)整理各项设计资料,撰写论文。1.8 本文研究的主要内容(1)分析自动卷边封罐机进给系统的结构特点和结构要求;(2)设计合理的运动机构,使之满足罐体间歇进给的封罐需求;(3)计算罐体间歇进给的数据参数;(4)具体要求:装配图一份,零件图若干。1.8.1 基本框架(1)自动卷边封罐机进给系统总体方案的设计;(2)自动卷边封罐机进给系统供罐传动系统的设计;(3)自动卷边封罐机进给系统六槽轮盘间歇转动的设计;(4)自动卷边封罐机进给系统封罐上下料控制的设计。1.8.2 研究的重点和难点(1)自动卷边封罐机进给系统的整体结构设计;(2)自动卷边封罐机进给系统驱动方式的设计;(3)自动卷边封罐机进给系统供罐传动系统的设计。1.8.3 拟解决的关键问题(1)自动卷边封罐机进给系统六槽轮盘间歇转动控制方案;(2)自动卷边封罐机进给系统确保罐体送入机头进行封罐。第二章 自动卷边封罐机的总体设计方案2.1 自动卷边封罐机的要求该自动卷边封罐机的主要技术参数要求有:浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书13封罐机可以稳定的自动完成瓶罐的卷边封口工作2.2 总体方案的选择2.2.1 封罐机的工作原理用两个沟槽形状不同的滚轮,分先后两次对罐体和罐盖的凸缘进行卷合,使罐体与罐盖的周边牢固地紧密钩合而形成的五层(罐盖三层、罐体两层)马口铁皮的卷边缝的过程,称作二重卷边。为了提高罐体与罐盖的密封性,在盖子内侧预先涂上一层弹性胶膜(如硫化乳胶) 或其它填充材料。二重卷边大都采用滚轮进行两次滚压作业来完成。第一次作业又称头道卷边,如图1 所示。图 1 头道卷边Fig.1 Crimping the first bend在未卷边前的位置如实线所示,头道卷边结束后则如虚线所示。开始时,头道卷边滚轮首先靠拢并接近罐盖,接着压迫罐盖与罐体的周边逐渐卷曲并相互逐渐钩合。当沿径向进给 3.2mm 左右时,头道卷边滚轮立即离开,其时二道卷边滚轮继续沿罐盖的边缘移动,如图 2 所示。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书14图 2 二道卷边Fig.2 Crimping the second bend二道卷边开始位置如图(a)示,结束位置如图(b)示。二道卷边能使罐盖和罐体的钩合部分进一步受压变形紧密封合,其沿径向进给量为 0.8mm 左右。两次进给量共约4mm。由此可见,头道和二道卷边滚轮的结构形状显然不同。通常,头道卷边滚轮的沟槽窄而深,而二道卷边滚轮的沟槽则宽而浅。2.2.2 卷边滚轮的分析为了形成二重卷边缝,作为执行构件的卷边滚轮,相对于罐身必须完成某种特定的运动。若卷封圆形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成两种运动,即周向旋转运动和径向进给运动。若卷封异形罐,卷边滚轮相对罐身应同时完成三种话动,即周向旋转运动、径向进给运动和按异形罐的外形轮廓作的仿型运动。为使罐盖与罐体的周边逐渐卷曲变形,每封一只罐身卷边滚轮需绕罐身旋转多圈,而实际的有效圈数(从触及罐盖开始真正用于卷封工艺的圈数)应由单位径向进给量来确定,一般取头道为每圈 lmm 左右,二道为每圈 0.5mm 左右 。2.2.3 卷封机构的结构确定两道卷边滚轮相对罐身所作的卷边运动是由卷封机构来实现的,由于实现这种运动有多种组合方式,因而出现不同结构的卷封机构。1. 完成周向旋转运动的两种结构形式(1) 罐体与罐盖被固定不动,卷边滚轮绕其旋转。目前的卷边封口机大都属于这种结构形式。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书15(2) 罐体与罐盖绕轴自转 ,而卷边滚轮不绕罐作周向旋转。这种结构虽较简单紧凑,但因罐体既有自转又有公转,若用于实罐卷封则其内装的液料形成旋转抛物面,易从罐口流出,从而限制了它的自转速度以及生产能力的提高。为简化分析,暂不考虑罐身加盖及其公转等的影响,欲保证内装液料不外溢,可根据流体力学的有关理论近似求出罐身的最高自转转速 ,供设计估算参考,即maxnnnRhg60max式中: 罐身的内半径;nRh罐内的顶隙高度;g重力常数。相应的最高生产能力 Qmax 近似可取为 njQmax式中: j卷边封口机的头数;n根据卷封工艺要求,确定每封一罐所需的罐身自转数2. 完成径向进给运动的三种结构形式(1) 偏心套筒作原动件。由于封盘与偏心套筒有速差,使得封盘上的卷边滚轮相对于转轴( 即罐体中心线) 的距离不断变化,从而使卷边滚轮也产生了相应的径向进给运动。 (2) 行星齿轮偏心销轴作原动件。该结构封盘上均布着四只行星齿轮,与封盘一起绕中心齿轮公转。由于封盘与中心齿轮存在速差,故形成差动轮系,遂使行星齿轮连同与其固联的偏心销轴在公转的同时又作自转,从而使与偏心销轴铰支的卷边滚轮既能绕罐体作周向旋转,同时又能产生径向进给运动。其中,两只头道卷边滚轮和两只二道卷边滚轮,分别呈对称分布状态。(3) 凸轮作原动件。该结构卷边滚轮随罐体绕中心齿轮公转的过程中,由固定凸轮通过摆杆驱使卷边滚轮相对于罐体作径向进给运动。对于罐体被固定的卷边封口机,为使卷边滚轮能完成相对罐体的周向旋转及径向进给的复合运动,则不能再单独采用固定凸轮与摆杆作原动件,而得改用差速凸轮机构。以上三种实现径向进给的形式,其中前两种以偏心结构形式使卷边滚轮实现径向进给运动,具有结构简单、紧凑、加工制造方便的优点,但径向进给不能任意控制,进给速度不均匀,真正用于卷封工艺的时间少,无光边整形过程,工艺性能较差。最浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书16后一种可根据卷封工艺要求设计凸轮曲线,因而能控制径向进给的运动规律。在二道卷封后可增加一段光边整形,且卷封工艺角可大大增加,因而卷封工艺性能好,生产能力高,但结构较大,磨损快,影响卷封精度。此结构即适用于卷封圆形罐,也可用于异性罐。本课题拟选择的方案为双滚轮(头道滚和二道滚轮各一个)、单机头、瓶身随压头绕瓶身中心自传,固定凸轮通过摆杆驱动使卷边双滚轮相对于瓶身作径向进给,从而实现卷边锁盖。第三章 自动封罐机进给系统的结构设计3.1 进给系统方案设计本封罐机的传动部分选择电机为动力源。如图 3 所示电机 14 通过带轮 13 经 V 带将动力传给带轮 7,带轮 7 带动主轴旋转。带轮 7 和带轮13 为联动带轮,可以实现 3 级可传动调,比较市场上产品种类繁多,可增加封罐机得适用能力。4 为压盖头,1 为瓶托,瓶托将瓶顶在压盖头上面,主轴带动压盖头旋转,从而使瓶同其一起绕主轴旋转,主轴经过传动齿轮 9,过渡传动齿轮 9,10 将动力传给齿轮 12,从而带动凸轮轴 11 及凸轮 17 转动,凸轮旋转使摆杆 16 绕旋转轴 15 摆动,从而使连接在摆杆另一端的滚轮 3 完成径向进给,从而完成锁盖作业。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书17图 3 传动部分Fig .3 Transmission parts在本套设备中,待锁盖的容器是在转动的,而双滚轮没有转动,只是通过凸轮以及摆杆实现径向进给。因为考虑到双滚轮每径向进给一次就要完成一次锁盖作业,所以每次径向进给瓶子必须旋转 1 圈以上,瓶子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轮每一次进给瓶子的旋转圈数。3.2 驱动电机设计设计电机的速度 0 的速度为 1400 转/min,主轴转速 3 级可调,但选择最慢速度时,轴的转速 6 的速度为: r/min 125.860. x14606 dw凸轮轴的转速为:浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书1861.9 482 x10 25.38 x120861 dw即每分钟双滚轮径向进给 61.9 次,满足工作能力 1200 瓶/小时的要求;滚轮每次进给,主轴转动圈数为: 69.8.125361wn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。3.3 锁盖部分的设计瓶身的转动情况见传动部分。下面介绍滚轮径向推进的方法。图 4 凸轮驱动滚轮做径向进给Fig .4 Cam driven roller do radial feeding本课题选择由凸轮驱动滚轮做径向进给的办法来实现径向进给。如图4所示。凸轮6为头道滚轮3的驱动凸轮,凸轮7为二道滚轮1的驱动凸轮,分别经过摆杆4和8绕其旋转轴摆动实现滚轮的径向进给,对瓶子2的瓶盖进行锁盖作业,凸轮6和凸轮7的安装有一错位,因为头道滚轮3和二道滚轮1不能同时进给,并且有一定的时间顺序以及先浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书19后顺序,即先头道滚轮进给,再二道滚轮进给,并且二道滚轮要在头道滚轮进给完成之后由拉簧5将其拉回复位后进给。两个凸轮旋转一周,头道滚轮和二道滚轮分别径向进给一次,即完成一次锁盖作业。本课题选择二重卷边的形式来实现锁盖功能,形成密封的二重卷边的条件离不开四个基本要素,即圆边后的瓶盖、具有翻边的瓶身、盖钩内的胶膜和具有卷边性能的封罐机。为了形成良好的卷边形状,必须使卷边机构的每一个部件都处于正确的相对位置,为此要求:头道和二道卷边滚轮要有正常的沟槽形状和合适的卷封压力;在卷封过程中,夹持瓶身瓶盖的压头要有正确的形状和位置,托盘要有合适的退压力和正确的均衡位置。3.4 支撑部分的设计瓶身支撑部分要求结构简单、托瓶平稳、迅速、准确、安全可靠。瓶身支撑部分的机构图5所示。图 5 瓶身支撑部分Fig . 5 Support part of the bottle在 套 筒 部 分 采 用 螺 纹 连 接 , 这 样 可 以 根 据 瓶 身 的 高 度 方 便 调 节 支 撑 的 高 度 。 托 盘 用推 力 球 轴 承 支 撑 , 这 样 瓶 托 上 面 的 瓶 子 和 瓶 托 一 起 压 紧 瓶 子 之 后 可 以 随 上 压 头 旋 转 。 推力 球 轴 承 座 由 压 簧 支 撑 , 可 以 配 合 上 压 头 一 起 有 效 的 将 瓶 子 加 持 住 。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书20第四章 主要零部件的结构的计算与校核4.1 轴承的校核(1). 瓶托推力球轴承 51204 的校核:图 6 推力球轴承 51204Fig .6 Thrust ball bearings 51204参照设计手册,本课题中根据尺寸需要,所选推力球轴承型号为 51204。并设定其预期工作寿命 为 5000h。hL在封罐机中,该轴承的作用是承受轴向载荷。现估算其轴向载荷大小。参照装配图,可以发现,该轴承所受载荷主要来自压头压紧瓶身时,弹簧所提供的夹紧力。根据机械设计式 13-5,以小时数表示轴承寿命 (单位为 h)为hLPCnLh601实际工作中,考虑瓶子本身的承受载荷的能力,压紧力不会太大。但是为了计算需要,将压紧力取为一瓶装满 1000Ml 水的瓶子的重力的 20 倍。N201转速取和压头一样的速度 min/.538rn则所需轴承应具有的基本额定动载荷 (单位为 N)可根据机械设计式 13-5C计算得出: nLPCh 10895.386021066参照 GB/T 301-1995 知推力球轴承 51204:浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书21基本额定动载荷 NCr20基本额定静载荷 r3750故选择该推力球轴承符合设计要求。(2). 主轴推力球轴承 51206 的校核:图 7 推力球轴承 51206Fig .7 Thrust ball bearings 51206参照设计手册,本课题中根据尺寸需要,所选推力球轴承型号为 51206。并设定其预期工作寿命 为 5000h。hL在封罐机中,该轴承的作用是承受轴向载荷。现估算其轴向载荷大小。参照装配图,可以发现,该轴承所受载荷主要来自压头压紧瓶身时,弹簧所提供的夹紧力。根据机械设计式 13-5,以小时数表示轴承寿命 (单位为 h)为hLPCnLh601将轴的重量按照一个钢质的圆柱体来计算。圆柱体的各项参数按照大值取。则:圆柱体的高 mh360圆柱体半径r2根据圆柱体质量公式浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书22hrvm2由圆柱体各项参数得: kg53.6.02.14308.72 考虑安全性,将以上质量均放大 5 倍,则总质量kgmM65.1转速 in/.38rn则所需轴承应具有的基本额定动载荷 (单位为 N)可根据机械设计式 13-5C计算得出: nLPCh 961105.3865.17066参照 GB/T 301-1995 知推力球轴承 51206:基本额定动载荷 Nr280基本额定静载荷Cr540故选择该推力球轴承符合设计要求。(3). 凸轮轴深沟球轴承 6205 的校核:图 8 深沟球轴承 6205Fig .8 Deep groove ball bearings 6205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。在封罐机中,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浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书23eFra则根据机械设计表 13-5,可知求该情况下当量动载荷应用机械设计式(13-8a )有 arpYXfP参照机械设计 ,取 ;2.1pf参照机械设计手册 ,取 ;40参照机械设计手册 ,取其极大值 ;7.1设该轴承对上的单个轴承的轴向载荷 ,NFa0取其径向载荷 。NFar.则: YXfParp 2.9)10470(21取转速 min/.538n根据机械设计 ,求轴承应有的基本额定动载荷值 NLPCh 124805.3862.91066参照机械设计手册知,6205 轴承的基本额定动载荷Nr4验算 6205 轴承的寿命,根据机械设计式 13-5 hPCnLh 504372180.536016 故选择该对深沟球轴承 6205 符合设计要求。4.2 键的校核普通平键(A 型)的强度条件为 ppkldT3102普通平键(C 型)的强度条件为 ppkld3102式中 传递的转矩,单位为 ;TmN浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书24键与轮毂键槽的接触高度, ,此处 为键的高度,单位为 ;k hk5.0m键的工作长度,单位为 ,A 型圆头平键 ,C 型圆头平键l mbLl这里 为键的公称长度,单位为 ; 为键的宽度,单bLl5.0 m位为 ;m轴的直径,单位为 ;d键、轴、轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力,单位为 ;p MPa对于 C 型公称转矩为 nT950在传动过程中,考虑每级功率传递效率为 0.9。则过渡齿轮轴 49、凸轮轴 28、主轴 71 的相应公称转矩为:49287150.4*.90.6550.2.3pTNmnpn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 pp MPakldT6.517043.2123故此主轴 71 上键安全。4.3 传动轴的校核根据轴的强度条件 max316Td=60Mpa故得到过渡齿轮轴 49、凸轮轴 28 以及主轴 71 的最小直径为浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书25max3349 6168.450.91Tdmax3328 68max3371 6612.012Tdm而实际过渡齿轮轴 49 的最小直径为 25mm,凸轮轴 28 的最小直径为 25mm,主轴 71 的最小直径为 22mm,均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 113mm。图 9 主轴的结构图Fig .9 Spindle structure从主轴的结构图可以看出截面 B 是主轴的危险截面,为了计算需要,将支反力取为一瓶装满 1000 水的瓶子的重力的 20 倍。MlNP201现将计算出截面 B 处得 , ,及 的值如下。HVM弯矩 : m135V47mNV16722浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书26所以总弯矩为: mNM5.18273412506所以扭矩 为:TT532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6.0MPaWTMca 3.4701.)5632(82)(2321 前以确定主轴的材料为 Q235A, 。因此 ,MPa41ca故主轴安全。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书27总 结本 课 题 所 设 计 的 自 动 卷 边 封 罐 机 以 电 机 为 动 力 , 进 过 V 带 , 齿 轮 以 及 凸 轮 结 构 带 动双 滚 轮 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 。 此毕业设计是我对大学四年学习的总结和考验。此次毕业设计总和运用了我大学四年所学的专业知识和理论知识。通过本次设计,使我进一步认识了并设计了一台完整机器的全过程。巩固了我学的知识,为以后的工作打下了一定基础。由于本次是基于理论的,缺乏实践经验,本次设计成果如用于实践生产中会造成或多或少的材料浪费,也可能会有设计不过合理的地方,导致机器不能正常工作。总的来说通过此次毕业设计也有一些心得:设计中,曾多次到学校图书馆查阅资料相关的资料,使我增强了个人查阅资料的能力,还让我开阔了视野。在此次毕业设计中采用了 autoCAD、UG 等软件进行辅助设计,让我对这些的理解和熟悉程度得到很好的提高。在设计过程出现了一些客观不足的问题,没有实践的条件,缺乏实践经验。浙江工业大学之江学院毕业设计(论文) 设计说明书28参考文献1 王 珂 .单 头 全 自 动 封 罐 机 的 研 究 J. 导 弹 与 航 天 运 载 技 术 . 1994 年 5 期 :63-672 申 祥 劭 .新 型 口 服 液 灌 装 扎 盖 机 的 研 究 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