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摘 要
旋蓋機(jī)是飲料灌裝過(guò)程中旋緊瓶蓋的專(zhuān)用設(shè)備，工作時(shí)必須保證適宜的旋轉(zhuǎn)力矩，力矩過(guò)小，瓶蓋旋不緊；力矩過(guò)大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。為此我們?cè)谖諊?guó)外同類(lèi)先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了一種利用磁力傳動(dòng)器傳遞扭力矩實(shí)現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭，能根據(jù)需要方便的設(shè)定、調(diào)整旋緊力矩的大小，并能保護(hù)瓶嘴和旋蓋頭。本篇文章首先分析了旋蓋頭設(shè)計(jì)這一課題的研究意義，國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀以及未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，并闡述了課題的理論基礎(chǔ)和研究?jī)?nèi)容；敘述了旋蓋頭工作原理及工作過(guò)程；進(jìn)行了旋蓋頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要零部件的功能分析及校核；最后完成旋蓋頭零部件圖、總裝配圖的繪制。
關(guān)鍵詞： 旋蓋機(jī)構(gòu) 灌裝 密封
Abstract
The capping machine is a special equipment for tightening the cap during the filling process. The work must ensure the proper rotation torque, the torque is too small, the bottle cap is not tight; the torque is too large and the bottle mouth and cap are damaged. For this reason, we have developed a similar foreign advanced equipment on the basis of the development of a magnetic actuator transmission torque to achieve the cap tightening of the capping head, according to the need to facilitate the set, adjust the size of tightening torque, and can protect Bottle mouth and capping head. This paper first analyzes the research significance of the topic of capping head design, the research status quo at home and abroad, and the future development trend, and expounds the theoretical basis and research content of the subject. It describes the working principle and working process of the capping head The structure of the hammer head design and the main parts of the functional analysis and verification; the final completion of the screw cap parts map, the total assembly drawing.
Key words: Capping mechanism Filling Seal
II
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1課題背景 1
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì) 1
1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.2.3未來(lái)趨勢(shì) 2
1.3主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)現(xiàn)方法 2
1.3.1主要研究?jī)?nèi)容 2
1.3.2實(shí)現(xiàn)方法 3
第2章 旋蓋頭概述 4
2.1旋蓋頭的設(shè)計(jì)要求 4
2.2旋蓋頭的分類(lèi) 4
2.2.1初級(jí)的外靠摩擦輪形式 4
2.2.2摩擦片扭矩限制機(jī)構(gòu) 4
2.2.3磁力扭矩限制結(jié)構(gòu) 4
第3章 旋蓋頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 6
3.1封口螺套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.2軸承的選用 6
3.3彈簧設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算 7
3.3.1彈簧設(shè)計(jì) 7
3.3.2 彈簧剛度計(jì)算 8
3.4磁力扭矩限制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算 11
3.4.1磁力扭矩限制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.4.2磁力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
第4章 旋蓋頭安裝及維護(hù) 15
4.1旋蓋頭的安裝 15
4.2 維護(hù)保養(yǎng) 15
第5章 結(jié)論 16
致 謝 17
參考文獻(xiàn) 17
北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文
第1章 緒論
1.1課題背景
液體罐裝機(jī)械有相當(dāng)一部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)?，以PET瓶為包裝容器的飲料包裝，占整個(gè)飲料行業(yè)包裝市場(chǎng)的60％?以上。旋蓋機(jī)是自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的主要設(shè)備之一，用于PET瓶的螺紋封口，旋蓋頭作為旋蓋機(jī)的重要組成部分，理蓋系統(tǒng)就成為整條灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的“咽喉”，而旋蓋頭的準(zhǔn)確性和供送速度直接影響到該灌裝生產(chǎn)線(xiàn)的產(chǎn)量。
飲料灌裝線(xiàn)理蓋器的旋蓋頭由于處于飲料生產(chǎn)的一環(huán)，缺它不可：使用它，可以提高工廠(chǎng)的作業(yè)效率，減少人力成本，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，自動(dòng)化操作，同時(shí)也提高安全性，所以它的重要性與日俱增，研究它的重要性也迫在眉睫。鑒于理蓋器的重要性，有不少工程技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了認(rèn)真的研究，提出來(lái)多種不同的設(shè)計(jì)方案。雖然這些設(shè)計(jì)方案各有特色，但也存在一些不足之處：如“斜斗式理蓋器”，不能用于瓶蓋高度大于直徑的場(chǎng)合，定向正確的瓶蓋在通過(guò)“瓶蓋定向通道”時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)卡蓋現(xiàn)象，瓶蓋尺寸改變時(shí)，瓶蓋定向通道的間隙調(diào)整不太方便等。? ????
?目前很多企業(yè)都缺少相應(yīng)的旋蓋頭產(chǎn)品，市場(chǎng)前景很大，相對(duì)于國(guó)外的理蓋機(jī)技術(shù)，目前發(fā)展具有自主產(chǎn)權(quán)的旋蓋頭技術(shù)意義重大。
1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)趨勢(shì)
1.2.1國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
縱觀國(guó)內(nèi)理蓋機(jī)的設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)使用情況，其發(fā)展前景是很光明的，特別是目前國(guó)內(nèi)已擁有一批專(zhuān)門(mén)從事理蓋機(jī)科研、設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)隊(duì)伍，以及制造理蓋機(jī)的單位，積累了一定的生產(chǎn)使用經(jīng)驗(yàn)，為發(fā)展、完善和提高理蓋機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)水平，打下了良好的基礎(chǔ)，因此，發(fā)展國(guó)產(chǎn)理蓋機(jī)具有很多有利條件?。? ?????
發(fā)展國(guó)產(chǎn)理蓋機(jī)有如下幾個(gè)有利條件：國(guó)內(nèi)已擁有一批專(zhuān)業(yè)科技隊(duì)伍；已有一批專(zhuān)業(yè)制造單位；國(guó)產(chǎn)機(jī)型已基本能滿(mǎn)足生產(chǎn)需要；已能生產(chǎn)與理蓋機(jī)配套的控制元器件；國(guó)產(chǎn)理蓋機(jī)價(jià)格較便宜；國(guó)產(chǎn)理蓋機(jī)的備品備件容易解決；售后服務(wù)較周到及時(shí)。??????
但現(xiàn)實(shí)中也依然存在很多不足，最主要就是體現(xiàn)在我們的自主研發(fā)能力較德國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家而言尚且太過(guò)薄弱，實(shí)際上許多中小企業(yè)如今正深陷在仿造國(guó)外理蓋機(jī)的泥潭中。?? ???
今天的整體機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備越來(lái)越復(fù)雜，速度越來(lái)越快，理蓋機(jī)面臨的挑戰(zhàn)是越來(lái)越多，首先其一就是作業(yè)效率的問(wèn)題，這是每個(gè)國(guó)家科研工作者們共同面臨的問(wèn)題。
1.2.2國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀
60年代始，在工業(yè)發(fā)達(dá)的德國(guó)、意大利、日本等國(guó)家，已相繼研制出半自動(dòng)、全自動(dòng)理蓋機(jī)，后來(lái)在結(jié)構(gòu)和機(jī)型方面，還不斷作了改進(jìn)和完善，其中最顯著的是磁力回轉(zhuǎn)式王冠理蓋機(jī)，作為供送系統(tǒng)的一種，在灌裝機(jī)械方面有廣泛的應(yīng)用。
到70年代，西德繆勒斯（MOLLERS）公司于1976年在瓶蓋同向排列設(shè)計(jì)上，為了快速，連續(xù)的生產(chǎn)，發(fā)明了在瓶蓋進(jìn)入旋蓋機(jī)前用專(zhuān)門(mén)的設(shè)備將其同向列，單列輸出的技術(shù)。
從80年代初期開(kāi)始，我國(guó)大型飲料企業(yè)先后從日本、西德和意大利等國(guó)家引進(jìn)了幾十臺(tái)飲料自動(dòng)化理蓋機(jī)設(shè)備。其中除了從西德繆勒斯（MOLLERS）公司和意大利OCME公司引進(jìn)幾臺(tái)外，其余大部分理蓋機(jī)均系從日本OKURA公司和不二公司進(jìn)口的。
1.2.3未來(lái)趨勢(shì)
近年來(lái)，飲料灌裝線(xiàn)理蓋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為生產(chǎn)自動(dòng)化領(lǐng)域的一門(mén)新興技術(shù)獲得 了飛速的發(fā)展。一者，隨著企業(yè)的集團(tuán)化，生產(chǎn)能力的規(guī)?；?，對(duì)理蓋器的工作能力的要求不斷提高，使傳統(tǒng)的人工手動(dòng)方式向自動(dòng)化、高效率化方向發(fā)展；再者，由于企業(yè)產(chǎn)品由賣(mài)方市場(chǎng)進(jìn)入了買(mǎi)方市場(chǎng)，企業(yè)生產(chǎn)正在向著精細(xì)化，柔性，自動(dòng)化生產(chǎn)的方向發(fā)展，生產(chǎn)企業(yè)不能夠承擔(dān)一條生產(chǎn)線(xiàn)只能夠完成一點(diǎn)點(diǎn)作業(yè)效率的代價(jià)，往往需要高效率的生產(chǎn)線(xiàn)，這就要求理蓋器，必須具有處理自動(dòng)化，高效率作業(yè)及穩(wěn)定生產(chǎn)的能力，所有這些，都為自動(dòng)理蓋機(jī)的發(fā)展提供了機(jī)會(huì)。? ?
? 本課題主要是用于解決生產(chǎn)實(shí)際需要，創(chuàng)造社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，解決長(zhǎng)期困擾飲料工廠(chǎng)的低效率問(wèn)題而產(chǎn)生的?；陂L(zhǎng)期的社會(huì)調(diào)研與訪(fǎng)問(wèn)，發(fā)現(xiàn)很多企業(yè)都存在這樣或那樣在供料環(huán)節(jié)上的問(wèn)題，所以成立本課題幫助廣大企業(yè)或相關(guān)研究者提供一種參考。
1.3主要研究?jī)?nèi)容和實(shí)現(xiàn)方法
1.3.1主要研究?jī)?nèi)容
旋蓋機(jī)是飲料灌裝過(guò)程中旋緊瓶蓋的專(zhuān)用設(shè)備，工作時(shí)必須保證適宜的旋轉(zhuǎn)力矩，力矩過(guò)小，瓶蓋旋不緊；力矩過(guò)大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。為此我們?cè)谖諊?guó)外同類(lèi)先進(jìn)設(shè)備的基礎(chǔ)上研制了一種利用磁力傳動(dòng)器傳遞扭力矩實(shí)現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭，能根據(jù)需要方便的設(shè)定、調(diào)整旋緊力矩的大小，并能保護(hù)瓶嘴和旋蓋頭。
1.3.2實(shí)現(xiàn)方法
(1).到廊坊百冠包裝設(shè)備制造總公司進(jìn)行參觀，擬訂總體方案。
(2).掌握旋蓋頭的主要工作流程?。??
(3).了解旋蓋頭理的工作原理。??
(4).查閱相關(guān)資料和書(shū)籍，對(duì)旋蓋頭進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。? ?
(5).在老師的指導(dǎo)下檢查是否符合總體方案的要求，修改不合理的地方。
第2章 旋蓋頭概述
2.1旋蓋頭的設(shè)計(jì)要求
在各類(lèi)瓶裝包裝形式中，外蓋的旋入，旋緊是不可缺少的工序。 為保證產(chǎn)品質(zhì)量，旋蓋的緊密程度對(duì)被包裝物的儲(chǔ)存時(shí)間有很大影響。常用的旋蓋作用結(jié)構(gòu)包括有外靠摩擦輪，機(jī)械抓夾或氣脹抓夾等，旋緊驅(qū)動(dòng)力多用電動(dòng)機(jī)，氣馬達(dá)等。 在生產(chǎn)的質(zhì)量管理要求中，旋蓋的緊密程度往往被要求控制一最低值以上，在某些情況下，被要求控制在一個(gè)范圍內(nèi)旋蓋的過(guò)松，過(guò)緊，都是需要避免的。 對(duì)此，國(guó)家有相關(guān)的規(guī)定，企業(yè)制訂有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備的功能也被要求滿(mǎn)足這一需求。
2.2旋蓋頭的分類(lèi)
生產(chǎn)線(xiàn)上的旋蓋設(shè)備，有連續(xù)式和工位作用等形式。為滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)盡可能使旋蓋工作頭與工件蓋在旋緊過(guò)程中同步旋轉(zhuǎn)。 為滿(mǎn)足旋緊要求，有多種扭矩控制機(jī)構(gòu)可選用。
2.2.1初級(jí)的外靠摩擦輪形式
有驅(qū)動(dòng)軸與工作摩擦輪成一力傳遞剛體。其間，力傳遞沒(méi)有緩沖和力矩限制結(jié)構(gòu)。僅靠摩擦輪與蓋的外壁接觸的程度而確定的動(dòng)摩擦力來(lái)控制旋蓋力矩。 操作人員靠調(diào)整摩擦輪與蓋的距離，以達(dá)到改變摩擦輪與蓋外壁的接觸應(yīng)力。質(zhì)量難以保證。 由于這種形式的摩擦輪與蓋的外壁在作用過(guò)程中存在相對(duì)滑動(dòng)，膠質(zhì)摩擦輪損耗大，并在蓋的外壁發(fā)生污染。 操作人員調(diào)整困難。 在有規(guī)模產(chǎn)量的生產(chǎn)裝備中，一般避免這種結(jié)構(gòu)形式。
2.2.2摩擦片扭矩限制機(jī)構(gòu)
這類(lèi)裝置是在驅(qū)動(dòng)軸與工作摩擦輪間加有限力矩摩擦片，或摩擦片組。這種結(jié)構(gòu)用于連續(xù)式旋蓋形式時(shí)，調(diào)整方便，在調(diào)整時(shí)，只要保證工作摩擦輪與蓋外壁的接觸應(yīng)力足夠大，以不出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)為限。扭矩控制由摩擦片產(chǎn)生的摩擦力矩確定。
2.2.3磁力扭矩限制結(jié)構(gòu)
這種結(jié)構(gòu)用磁鐵斥力作為扭矩作用力， 通過(guò)磁鐵間距離的調(diào)節(jié)， 改變磁鐵間斥力， 從而達(dá)到改變扭矩的要求（見(jiàn)結(jié)構(gòu)示意圖2-1）
1-驅(qū)動(dòng)輪 2-調(diào)整環(huán) 3-主動(dòng)體 4-彈簧 5-永磁體 6-從動(dòng)體
7-摩擦輪或其他與蓋工件相連接構(gòu)件
圖2-1 以磁鐵斥力傳遞扭力的扭矩限制機(jī)構(gòu)
通過(guò)這些天在百冠企業(yè)加工車(chē)間的參觀實(shí)習(xí)所了解的相關(guān)信息，以及查閱書(shū)籍，網(wǎng)絡(luò)所掌握的相關(guān)知識(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，最終確定設(shè)計(jì)的旋蓋頭類(lèi)型為磁力扭矩限制結(jié)構(gòu)。
第3章 旋蓋頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1封口螺套結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
用于抓起瓶蓋，把瓶蓋擰緊在瓶子上。為保證其密封性，恰好擰緊，其設(shè)計(jì)參數(shù)根據(jù)實(shí)際瓶口大小不同，尺寸也是不同的。經(jīng)實(shí)際測(cè)量所要旋緊的瓶蓋尺寸為?28.8,應(yīng)保證抓起瓶蓋時(shí)不損壞瓶蓋。將樣蓋擰到樣瓶上擰緊，用蓋蓋到N面，應(yīng)取放順暢無(wú)劃傷。在對(duì)工廠(chǎng)師傅進(jìn)行生產(chǎn)加工的詢(xún)問(wèn)時(shí)，師傅們提到應(yīng)注意鉆孔時(shí)應(yīng)使孔中心對(duì)準(zhǔn)電極打出齒尖，如果電極打出齒數(shù)不是6倍的齒數(shù)，則應(yīng)使盡可能多的孔中心對(duì)準(zhǔn)齒尖；齒部噴砂時(shí)注意時(shí)間和力度，以不宜損壞為宜。因此旋口螺套最終結(jié)構(gòu)布局如圖3-1所示。
圖3-1封口螺套
3.2軸承的選用
滾動(dòng)軸承類(lèi)型多種多樣，選用時(shí)可考慮以下方面因素，從而進(jìn)行選擇。
(1) 載荷的大小、方向和性質(zhì)：
載荷是選擇軸承最主要的依據(jù)，通常應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)選擇軸承。
1）載荷大小 一般情況下，滾子軸承由于是線(xiàn)接觸，承載能力大，適于承受較大載荷；球軸承由于是點(diǎn)接觸，承載能力小，適用于輕、中等載荷。各種軸承載荷能力一般以額定載荷比表示。
2）載荷方向 純徑向力作用，宜選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承，也可考慮選用調(diào)心軸承。純軸向載荷作用，選用推力球軸承或推力滾子軸承。徑向載荷和軸向載荷聯(lián)合作用時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承，這兩種軸承隨接觸角。增大承受軸向載荷能力提高。若徑向載荷較大而軸向載荷較小時(shí)，也可選用深溝球軸承和內(nèi)、外圈都有擋邊的圓柱滾子軸承。若軸向載荷較大而徑向載 荷較小時(shí)，可選用推力角接觸球軸承、推力圓錐滾子軸承。
3）載荷性質(zhì) 有沖擊載荷時(shí)，宜選用滾子軸承。
(2) 允許轉(zhuǎn)速：一般摩擦力矩小、發(fā)熱量小的軸承高速性能好。球軸承比滾子軸承有較高的極限轉(zhuǎn)速，故高速時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮選用球軸承。徑向載荷小時(shí)，選用深溝球軸承:徑向載荷大時(shí)，選用圓柱滾子軸承。對(duì)聯(lián)合載荷，載荷小時(shí)，選用角接觸球軸承；載荷大時(shí)，選用圓錐滾子軸承或圓柱滾子軸承與角接觸球軸承組合。在相同內(nèi)徑時(shí)，外徑越小，滾動(dòng)體越輕越小，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)滾動(dòng)體作用在外圈上的離心力也越小，因此更適于較高轉(zhuǎn)速下工作。在一定條件下，工作轉(zhuǎn)速較高時(shí)，宜選用直徑系 列為8，9，0，1的軸承。保持架的材料與結(jié)構(gòu)對(duì)軸承轉(zhuǎn)速影響很大。實(shí)體保持架比沖壓保持架允許的轉(zhuǎn)速高。高速重載的軸承需驗(yàn)算其極限轉(zhuǎn)速。
(3) 剛性：軸承承受負(fù)荷時(shí)，軸承套圈和滾動(dòng)體接觸處就會(huì)產(chǎn)生彈性變形，變形量與載荷成比例，其比值決定軸承剛性的大小。一般可通過(guò)軸承的預(yù)緊來(lái)提高軸承的剛性；此外，在軸承支承設(shè)計(jì)中，考慮軸承的組合和排列方式也可改善軸承的支承剛度。
(4) 調(diào)心性能和安裝誤差：軸承裝入工作位置后，往往由于制造誤差造成安裝和定位不良。此時(shí)常因軸產(chǎn)生撈度和熱膨脹等原因，使軸承承受過(guò)大的載荷，引起早期的損壞。自動(dòng)調(diào)心軸承可自行克服由安裝誤差引起的缺陷，因而是適合此類(lèi)用途的軸承。
(5) 安裝和拆卸：對(duì)于軸承使用壽命一般都難以等同主機(jī)使用壽命，在實(shí)際使用中軸承作為易損件要經(jīng)常裝拆。因此，在選用軸承結(jié)構(gòu)類(lèi)型時(shí)應(yīng)要求裝拆方便?？煞蛛x型的角接觸球軸承、圓柱滾子軸承。圓錐滾子軸承、推力軸承和內(nèi)圈為錐孔、帶緊定套或退卸套的調(diào) 心滾子軸承、調(diào)心球軸承等均具有裝拆方便性能。
(6) 市場(chǎng)性：即使是列入產(chǎn)品目錄的軸承，市場(chǎng)上不一定有銷(xiāo)售；反之，未列入產(chǎn)品目錄的軸承有的卻大量生產(chǎn)。
3.3彈簧設(shè)計(jì)及強(qiáng)度計(jì)算
3.3.1彈簧設(shè)計(jì)
在抓取瓶蓋及旋緊的過(guò)程中，起緩沖作用，避免硬性沖擊對(duì)瓶蓋造成損壞。根據(jù)企業(yè)提供的數(shù)據(jù)及要求，彈簧的技術(shù)要求是P1=70.32N,P2=158.22N,有效圈數(shù)n=3.5，總?cè)?shù)n1=5.5,壓并5次不得產(chǎn)生殘余變形。因此彈簧最終結(jié)構(gòu)布局如圖3-2所示。
圖3-2 彈簧
3.3.2 彈簧剛度計(jì)算
選取彈簧時(shí)，要考慮彈簧的剛度、承載能力和疲勞等問(wèn)題。
(1) 計(jì)算彈簧鋼絲直徑
根據(jù)彈簧所受載荷特性要求，材料選取60Si2Mn。許用應(yīng)力查得切變模量，。
當(dāng)其它條件相同時(shí)，c值愈小的彈簧，剛度愈大，亦即彈簧愈硬；反之則愈軟。還應(yīng)注意到，c值愈小，彈簧內(nèi)、外側(cè)的應(yīng)力差愈懸殊，卷制愈難，材料利用率也就愈低，并且在工作時(shí)將引起較大的扭應(yīng)力。所以在設(shè)計(jì)彈簧時(shí)，一般規(guī)定c≥4，且當(dāng)彈簧絲直徑d越小時(shí)，c值越宜取大值。
初步選取旋繞比。
N (3-1)
曲度系數(shù)
mm (3-2)
選取d=10mm。
(2) 計(jì)算彈簧中徑
D=cd=108=80mm (3-3)
取系列值D=80mm。
(3) 計(jì)算彈簧圈數(shù)和節(jié)距
對(duì)于壓縮彈簧和無(wú)預(yù)應(yīng)力拉伸彈簧
(3-4)
式中——n為有效圈數(shù)
為彈簧的最大變形量
取n=5圈，取彈簧的總?cè)?shù)為：
彈簧的節(jié)距：
(3-5)
(4) 求解彈簧的間距和螺旋角
彈簧的間距：
(3-6)
彈簧螺旋角：
(3-7)
(5) 彈簧剛度計(jì)算公式為：
(3-8)
(6) 彈簧驗(yàn)算
1）彈簧疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
取
所以有： (3-9)
由彈簧材料內(nèi)部產(chǎn)生的最大最小循環(huán)切應(yīng)力：
(3-10)
可得：
疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值及強(qiáng)度條件可按下式計(jì)算：
(3-11)
式中：——彈簧材料的脈動(dòng)循環(huán)剪切疲勞極限
——彈簧疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù),取
按上式可得：
所以此彈簧滿(mǎn)足疲勞強(qiáng)度的要求。
2）彈簧靜應(yīng)力強(qiáng)度驗(yàn)算
靜應(yīng)力強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值及強(qiáng)度條件為：
式中——彈簧材料的剪切屈服極限，
——靜應(yīng)力強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，
所以得： =1.3 (3-12)
所以彈簧滿(mǎn)足靜應(yīng)力強(qiáng)度。
所以此彈簧滿(mǎn)足要求
3.4磁力扭矩限制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算
3.4.1磁力扭矩限制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
旋蓋機(jī)是飲料灌裝過(guò)程中旋緊瓶蓋的專(zhuān)用設(shè)備,工作時(shí)必須保證適宜的旋緊力矩。力矩過(guò)小，瓶蓋旋不緊，力矩過(guò)大,易損壞瓶嘴和瓶蓋。而旋蓋頭則是旋蓋機(jī)的關(guān)鍵部件，直接影響作業(yè)效率和封口質(zhì)量，所以本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就放在旋蓋頭的磁力扭矩限制結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
旋蓋器工作時(shí)力矩由電機(jī)輸出,通過(guò)皮帶傳動(dòng)，傳給主動(dòng)磁力旋盤(pán),被動(dòng)磁力旋盤(pán)通過(guò)軸承與主動(dòng)磁力旋盤(pán)之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，二者間軸向隔距可調(diào)，在二者相對(duì)的端面上均勻地鑲嵌有16塊小永磁體（見(jiàn)圖3-3）。這些永磁體按極性相反相間分布。旋嘴與被動(dòng)磁力旋盤(pán)5相聯(lián)結(jié)，用來(lái)卡緊瓶蓋。因此主動(dòng)磁力旋盤(pán)3與被動(dòng)磁力旋盤(pán)5構(gòu)成一磁力傳動(dòng)器，在磁力作用下，被動(dòng)磁力旋盤(pán)和旋嘴獲得力矩，將由旋嘴夾住的瓶蓋旋緊。
本旋蓋頭最顯著的特點(diǎn)是能根據(jù)不同種類(lèi)、尺寸的瓶蓋方便地設(shè)定和調(diào)整旋緊力矩，即通過(guò)主動(dòng)磁力旋盤(pán)3和傳動(dòng)軸2上的螺紋及定位螺釘，調(diào)整主動(dòng)磁力旋盤(pán)3和被動(dòng)磁力旋盤(pán)5之間的間隙，即調(diào)整了磁力傳動(dòng)器間的氣隙長(zhǎng)度，因而磁力傳動(dòng)器所能傳遞的極限扭力矩得到了調(diào)整。當(dāng)瓶蓋已旋緊，而主動(dòng)磁力旋盤(pán)仍在回轉(zhuǎn)，致使輸入扭力矩超過(guò)磁力傳動(dòng)器所能傳遞的最大扭力矩時(shí)，主動(dòng)磁力旋盤(pán)3與被動(dòng)磁力旋盤(pán)5產(chǎn)生滑脫，前者可以繼續(xù)回轉(zhuǎn)，而后者則與瓶蓋一起靜止不轉(zhuǎn)，而旋蓋頭給瓶蓋施加的旋緊力矩即為磁力傳動(dòng)器所能傳遞的極限力矩，并不會(huì)因傳動(dòng)輸入軸2和主動(dòng)磁力旋盤(pán)3的繼續(xù)回轉(zhuǎn)而增加旋緊力矩，不會(huì)因此而損壞瓶嘴、瓶蓋和旋蓋頭。
設(shè)計(jì)圖如下：
1-蓋 2-扭力傳動(dòng)軸 3-主動(dòng)磁力旋盤(pán) 4-永磁體 5-被動(dòng)磁力旋盤(pán)
圖3-3 旋蓋機(jī)旋蓋頭結(jié)構(gòu)圖
3.4.2磁力機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
旋蓋機(jī)是灌裝過(guò)程中旋緊瓶蓋的專(zhuān)用設(shè)備，工作時(shí)必須保證適宜的旋轉(zhuǎn)力矩。力矩過(guò)小，旋蓋旋不緊；力矩過(guò)大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。所以關(guān)于旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，工作的重點(diǎn)應(yīng)該是旋蓋頭的設(shè)計(jì)計(jì)算。
旋蓋頭磁力耦合傳動(dòng)的設(shè)計(jì)這里的磁力耦合傳動(dòng)屬平面軸向磁力耦合傳動(dòng)，其設(shè)計(jì)包括兩方面的內(nèi)容：磁路型式、磁性材料的選擇，磁力耦合系統(tǒng)力學(xué)性能的計(jì)算。磁路型式采用磁體極性呈偶數(shù)交錯(cuò)排列的拉推式組合型磁路，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，磁極數(shù)按12至24的偶數(shù)布置時(shí)，傳遞的力矩較大。目前，高性能稀土永磁材料的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用得到了很大發(fā)展，如釹鐵硼、釤鈷等材料磁性能都非常高，較宜制作磁力耦合機(jī)械，能實(shí)現(xiàn)磁性材料用量少、磁力耦合機(jī)械體積小、重量輕、能傳遞力矩大等目的。當(dāng)要求傳遞的力矩不大時(shí)，也可采用性能價(jià)格比較優(yōu)的鐵氧體永磁。
平面軸向磁力耦合傳動(dòng)的傳遞力矩M可用下式描述：
(3-13)
式中，——主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)上全部永磁體的體積
——永磁體平均軸向高度，m;
—— 主動(dòng)磁力旋盤(pán)上永磁體軸向截面積之和，
——?dú)庀堕L(zhǎng)度，即主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)間的軸向隔距，m；
——永磁體分布的平均半徑，m；
——永磁體剩磁，T；
、——分別為主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的漏磁系數(shù)和磁阻系數(shù)；
——磁常數(shù)，，其中，
——主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)的相對(duì)轉(zhuǎn)角rad。
上式可作為設(shè)計(jì)此磁力耦合系統(tǒng)各參數(shù)的依據(jù)。顯然，增大磁體體積Vm、磁體平均回轉(zhuǎn)半徑r，減小氣隙長(zhǎng)度Lg有利于提高傳遞力矩M。當(dāng)Vm、r、Lm一定時(shí)，調(diào)節(jié)氣隙Lg，即可改變傳遞的力矩M。因此，通過(guò)改變主動(dòng)磁力旋盤(pán)和被動(dòng)磁力旋盤(pán)間的隔距，即可調(diào)整最大旋緊力矩。
1 表明，當(dāng)此磁力耦合系統(tǒng)的尺寸（即Vm、Am、Lm、Lg）一定時(shí)，傳遞力矩M是φ的函數(shù)，為此設(shè)m=Lm/Lg，并令，可解得
（3-14）
式中：
（3-15）
對(duì)于小氣隙磁路，忽略漏磁的影響（即令）不會(huì)對(duì)傳遞力矩的計(jì)算結(jié)果帶來(lái)顯著影響，但可使計(jì)算大為簡(jiǎn)化，故設(shè)計(jì)時(shí)在以上式中可令。這樣，借助計(jì)算機(jī)按式⑵解得與某一P值對(duì)應(yīng)的cosφ值后代入式⑴，即可求得極限傳遞力矩M。
圖3-3所示旋蓋頭之磁力傳動(dòng)器中，主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)上分別均布有16塊（極性交錯(cuò)排列）小磁體（進(jìn)口鐵氧體），Br＝0.43T，，Lm=01005m，Lm=0.005m，氣隙Lg(即主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)間的隔距)實(shí)際使用時(shí)可在0.002～0.004m間調(diào)整，則，將此P代入式⑵可解得cosφ=0.6565～0.7165，再代入式⑴可解得此磁力耦合傳動(dòng)器所能傳遞的最大力矩即瓶蓋旋緊力矩M=0.8183～0.4375Nm。因此，調(diào)整主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤(pán)的隔距Lg，即可調(diào)節(jié)瓶蓋的旋緊程度。表3-1列出了此磁力旋蓋頭的隔距Lg取不同值時(shí)，所能施加的旋緊力矩（即最大傳遞力矩）的計(jì)算值。表3-1的結(jié)果可供使用此磁力旋蓋頭時(shí)參考。例如，用此磁力旋蓋頭處理某瓶蓋，要求旋緊力矩為0.68Nm，則主動(dòng)、被動(dòng)磁、被動(dòng)旋盤(pán)的隔距Lg需調(diào)節(jié)至0.0025m。一般情況下，設(shè)計(jì)磁力耦合傳動(dòng)器時(shí)可根據(jù)所要求傳遞的力矩，修改磁力傳動(dòng)器的尺寸，按上述方法計(jì)算所能什么的最大力矩，直到滿(mǎn)足要求為止。為保證工作可靠，設(shè)計(jì)值（即計(jì)算值）應(yīng)比要求值略大（可大5%～10%）。
表3-1 不同Lg時(shí)的cosφ與最大傳遞力矩M值
Lg/m
0.0020
0.0025
0.0030
0.0035
0.0040
Cosφ
0.6565
0.6777
0.6937
0.7063
0.7165
M/Nm
計(jì)算值
0.8183
0.6841
0.5819
0.5017
0.4375
第4章 旋蓋頭安裝及維護(hù)
4.1旋蓋頭的安裝
旋蓋頭在安裝前，應(yīng)該認(rèn)真閱讀說(shuō)明書(shū)，檢查各個(gè)零部件是否符合要求，如密封件的老化、損壞等要及時(shí)更換零件，做好充分的安裝準(zhǔn)備。
安裝前先仔細(xì)閱讀裝配圖，了解各部分的裝配關(guān)系，首先要安頂桿的部分，依次安裝軸、軸承等零件，最后把左右端蓋安裝上，要注意氈圈的密封，且在套筒內(nèi)注意密封問(wèn)題，不要造成泄漏。
在安裝時(shí)進(jìn)行調(diào)試，保證各個(gè)工位執(zhí)行的協(xié)調(diào)性，保證旋蓋頭運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。
4.2 維護(hù)保養(yǎng)
旋蓋頭維護(hù)和檢修的目的是了旋蓋頭的全面情況，并以修理和更換損壞、磨損的零部件的方法提旋蓋頭的工作效率。有日常維護(hù)和定期檢查。
(1)日常維護(hù)
日常維護(hù)內(nèi)容就是工作結(jié)束之后，應(yīng)做好清潔工作，將殘留在機(jī)器上的污物清理干凈，定期清洗。
(2)定期檢查
應(yīng)每星期檢查一次各部的潤(rùn)滑情況，如有故障應(yīng)及時(shí)排除。需要經(jīng)常洗的零件應(yīng)定時(shí)拆下來(lái)進(jìn)行解體清洗。
第5章 結(jié)論
本設(shè)計(jì)提供了一種實(shí)現(xiàn)飲料灌裝過(guò)程中旋緊瓶蓋的專(zhuān)用設(shè)備。這種旋蓋頭有封口螺套、頂桿、磁鋼、上蓋、旋轉(zhuǎn)套、芯軸導(dǎo)套等組成。封口螺套實(shí)現(xiàn)瓶蓋的擰緊，磁鋼用來(lái)調(diào)節(jié)扭矩，調(diào)節(jié)力的大小。根據(jù)不同尺寸的瓶蓋要求，工作時(shí)必須保證適宜的旋轉(zhuǎn)力矩，力矩過(guò)小，瓶蓋旋不緊；力矩過(guò)大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。頂桿用來(lái)分離瓶蓋與封口螺套。為此我們?cè)诶确话俟诠緦W(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種利用磁力傳動(dòng)器傳遞扭力矩實(shí)現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭，能根據(jù)需要方便的設(shè)定、調(diào)整旋緊力矩的大小，并能保護(hù)瓶嘴和旋蓋頭。完成密封。
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，首先，我要感謝我此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的校內(nèi)指導(dǎo)老師馬蘭老師和企業(yè)實(shí)習(xí)王海東老師以及機(jī)電學(xué)院的全體教師，在我四年的學(xué)習(xí)中，他們以淵博的學(xué)識(shí)、孜孜不倦的教誨和兢兢業(yè)業(yè)的愛(ài)崗精神以及偉大的人格魅力對(duì)我的培育和影響。 其次，我要感謝學(xué)校給我們創(chuàng)造的良好的設(shè)計(jì)環(huán)境和對(duì)我們的無(wú)盡的關(guān)懷。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我很難想象，如果沒(méi)有指導(dǎo)老師的幫助，沒(méi)有同學(xué)的鼓勵(lì)，我是否能順利的完成自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此，再次向幫助過(guò)我的老師和同學(xué)表示感謝！
在畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題階段，感謝馬蘭老師、劉立偉老師、廊坊百冠包裝機(jī)械有限公司王海東老師和百冠校企合作負(fù)責(zé)人魏老師的指導(dǎo)和詳細(xì)的講解，學(xué)習(xí)時(shí)間雖然很短，但我從中受到了很大的啟發(fā)，受益匪淺。你們工作態(tài)度負(fù)責(zé)，很樂(lè)意把你們的工作經(jīng)驗(yàn)與心得傳授給我。我深刻的體會(huì)到你們的高尚風(fēng)貌、刻苦的工作作風(fēng)、精湛的技藝、崇高的敬業(yè)精神、博大的待人情懷。你們的每一份友好鼓勵(lì)、每一個(gè)善意的微笑、每一次細(xì)心的指導(dǎo)、都讓我感動(dòng)萬(wàn)分。老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調(diào)整等各個(gè)環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導(dǎo)。這幾個(gè)月以來(lái)，馬老師不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想給我以無(wú)微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向馬老師致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。
皇天不負(fù)有心人，完善了這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)完成了圖紙的設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)完還是存在加工安裝方面的問(wèn)題，老師說(shuō)要多看一些工藝圖紙的設(shè)計(jì)，減少常規(guī)方面的錯(cuò)誤。經(jīng)過(guò)不斷地努力和研究，最終完成三維圖紙進(jìn)入到二維圖紙的進(jìn)程。這次的畢業(yè)設(shè)計(jì),對(duì)于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想;訓(xùn)練綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和有關(guān)先修課程的理論,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際反系和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力;鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)等方面有重要的作用。感謝馬老師和王老師對(duì)我的耐心指導(dǎo)，讓我在完成課題的進(jìn)度上有了新進(jìn)展，完成我的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)。
最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱畢業(yè)設(shè)計(jì)和參加答辯的各位專(zhuān)家、教授，并向在我十六年的求學(xué)路上遇到過(guò)的所有老師表示衷心的感謝，沒(méi)有你們的付出，就沒(méi)有我的今天。
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