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酒瓶旋蓋機的設計 王利 1 安靜 1 1 塔里木大學機械電氣化工程學院 阿拉爾 843300 摘要 旋蓋機是自動灌裝生產線的主要設備之一 它是封口機的一種 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 調味料等類似瓶包裝的封口中大量采用螺紋蓋封口 半自動酒瓶旋蓋機是利用電機 旋轉帶動底座上升頂緊瓶蓋頂端 配合鎖口裝置自動完成鎖蓋 使其達到完美的鎖蓋效果 該旋蓋機全部 利用機械原理 使用方便 安裝簡單 具有結構合理 鎖口質量穩(wěn)定 生產效率高 調整方便 維修簡單等 優(yōu)點 具有一定的市場潛力及應用價值 關鍵詞 旋蓋機 設計參數(shù) 構件 結構 計算 中圖分類號 TD451 文獻標識碼 A 0 引言 包裝是根據(jù)物體的性能 用適當?shù)牟牧?容器 施以保護物品的技術 隨著市場經濟 的飛速發(fā)展 我國國際化進程的加快以及人 們的物質文化生活水平的提高 對包裝質量 和包裝速度的要求不斷提高 包裝機械是使 產品包裝實現(xiàn)機械化 自動化的根本保證 包裝機械為包裝提供重要的技術保障 對包 裝業(yè)的發(fā)展起著重要的作用 同時在食品 醫(yī)藥 日用品 化工產品等生產中起著中要 的作用 包裝機械可以提高勞動生產效率 改善生產環(huán)境 降低生產成本 提高產品儲 運的安全性及檔次 增加產品的附加值 從 而提高產品的市場競爭力 帶來更大的經濟 效益和社會效益 包裝機械行業(yè)是一個市場 潛力很大的新興行業(yè) 面臨著巨大的國內外 市場和極好的發(fā)展機會 目前國內灌裝生產線中廣泛使用的旋開 封蓋口機大多為直線式旋蓋機 由于直線式 旋蓋機是單通道式旋蓋 其生產能力受到限 制 不能適應高速旋蓋的需要 另外 更換瓶 子時調整比較困難 無法對 不同高度瓶子實 現(xiàn)快速調整后進行旋蓋 旋蓋頭單一 適應 能力差 每一種瓶蓋就要更換一次相應的旋 蓋頭 既浪費時間 又增大成本 所以各生 產廠家的旋蓋機在旋瓶蓋能力 效率 事宜 瓶型 事宜瓶型及自動化程度等方面各有優(yōu) 缺點 為了適應現(xiàn)代包裝機高速 高效和高 可靠性生產的需要 在廣泛吸收國內外先進 機型的基礎上 設計此了機器 食品原料經加工成成品后 為了能夠長 期保存 并且便于流通 銷售和使用 必須 裝入相應的容器并封口殺菌 使裝入容器內 的食品與外界隔絕 不再受到外界空氣及微 生物的污染而引起腐敗 不論是何種容器 鐵罐 玻璃罐 或是其他包裝材料如鋁 塑 料等以及由塑料薄膜 鋁箔等制成的復合薄 膜 如不能嚴密封口密封 就不能達到常年 保存的目的 所以封口是食品加工過程中的 主要工序之一 旋蓋機是封口機械中的一種 本課題所 設計的半自動酒瓶旋蓋機 是通過電機帶動 帶輪來傳遞動力 鎖蓋通過四個滾絲輪來完 成 可以完成不同高度和瓶蓋直徑的鎖蓋工 作 具有很好的應用價值以及市場潛力 1 總體設計思路 旋蓋機主要有四部分構成 傳動部分 旋蓋部分 瓶身支撐部分 機殼部分 1 1 設計原理 半自動旋蓋機工作過程全部利用機械原 理 是利用電機旋轉帶動瓶身支撐部分頂緊 瓶蓋頂端 配合鎖口裝置自動完成鎖蓋 使 其達到完美的鎖蓋效果 1 2 設計總體結構 酒瓶旋蓋機的總體結構示意圖 如圖 1 所示 該半自動旋蓋機的結構分為四個部分 傳動部分 鎖蓋部分 瓶身支撐部分和機殼 部分 電機 1 通過帶輪經 V 帶將動力傳給主軸 上的帶輪 3 帶輪 3 帶動主軸旋轉 主軸與 小齒輪 4 平鍵連接 從而帶動小齒輪 4 轉動 小齒輪 4 與大齒輪 5 嚙合 帶動大齒輪 5 轉 動 小圓輪 6 與大齒輪表面的圓柱凸輪輪廓 相切 所以隨著大齒輪 5 的旋轉連桿機構 7 帶動升降軸 8 上下運動 從而帶動瓶身支撐 部分 8 上下運動 一方面 鎖蓋部分 10 由于 主軸帶輪 3 通過 V 帶連接帶輪 9 傳遞動力 鎖蓋部分 8 旋轉 帶動滾絲輪 12 繞軸 11 公 轉 從而使瓶蓋被滾絲輪 12 滾絲旋蓋 達到 完美鎖蓋的效果 圖 1 酒瓶旋蓋機的總體結構示意圖 1 電動機 2 小皮帶輪 3 大皮帶輪 4 小齒輪 5 大齒輪 6 小圓輪 7 連桿機構 8 瓶身支撐部分 9 帶輪 10 鎖蓋部分 11 主軸 12 滾絲輪 2 關鍵部件的設計 2 1 圓柱凸輪的設計 此裝置是圓柱凸輪 其目的是使瓶身支 撐部分實現(xiàn)升降 圓柱凸輪繞軸公轉 小圓 輪沿圓柱輪廓運動 從而帶動連桿機構運動 從而實現(xiàn)瓶身支撐部分的上下升降運動 圓 柱凸輪設計滿足條件 圓柱凸輪輪廓上的最 低點與最高點的豎直距離就等于瓶身支撐部 分徑向上下運動的行程距離 即 d d2 d1 2 2 鎖蓋部分設計 機構在動力作用下 整體繞主軸中心旋 轉 當瓶蓋頂緊壓蓋頭向上運動 從而推動 方桿沿主軸向上運動 小圓輪此時是由小半 徑圓柱軸運動到大圓柱軸從而使得鎖口輪和 滾絲輪向中心靠近 既向瓶蓋靠近 滾絲輪 繞瓶蓋公轉 滾絲輪內部存在彈簧 將沿著瓶口的螺紋將 瓶 蓋滾上絲口 從而達到滾絲的目的 同樣鎖 口 輪沿瓶口的軌跡將瓶蓋的底邊向里壓進去 從 而實現(xiàn)鎖口的目的 2 3 瓶身支撐部分的設計 瓶身支撐部分有推頭 中盤 下盤 圓 導柱 偏心定位塊 緊定螺釘 和鎖緊螺母 構成 緊定螺釘松開時可以調整中盤的上下位 置 根據(jù)瓶身的高度改變中盤的位置 從而 適合不同瓶身高度 松開偏心定位塊上的螺 釘可以移動偏心定位塊的位置 從而適應不 同半徑大小的瓶身 2 4 機殼設計 幾機座材料應根據(jù)其結構 工藝 成本 生產批量和生產周期等要求正確選擇 常用 的有 鑄鐵和鋼 鑄鐵容易鑄成形狀復雜的零件 價格較 便宜 鑄鐵的內摩擦大 有良好的抗振性 其缺點是生產周期長 單件生產成本較高 鑄件易產生廢品 質量不易控制 鑄件的加 工余量大 機械加工費用大 常用的灰口鑄鐵有兩種 HT200 適用于 外形較簡單 單位壓力較大 p 5 公斤 厘米 2 的導軌 或彎曲應力較大的 300 公 斤 厘米 2 床身等 HT150 的流動性較好 但機械性能稍差 適用于形狀復雜而載荷不 大的機座 若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求 應采用耐磨鑄鐵 用鋼材焊接成機架 鋼的彈性模量比鑄 鐵大 焊接機架的壁厚較薄 其重量比同樣 剛度的機座約輕 20 50 在單件小批量生 產情況下 生產周期較短 所需設備簡單 焊接機架的缺點是鋼的抗振性能較差 在結 構上需采取防振措施 鉗工工作量較大 成 批生產時成本較高 本設計的機座采用的是 45 鋼 45 鋼屬 于調質鋼 經淬火加高溫回火后 具有良好 的綜合力學性能 主要用于要求強度 塑性 和韌性都較高的機械零件 如軸類零件 這 類鋼在機械制造中應用最廣泛 其中以 45 鋼 最為突出 時效處理 制造機座時 鑄造 或焊接 熱處理及 機加工等都會產生高溫 因各部分冷卻速度 不同而收縮不均勻 使金屬內部產生內應力 如果不進行時效處理 將因內應力的逐漸重 新分布而變形 使機座喪失原有的精度 時效處理就是在精加工之前 使機座充 分變形 消除內應力 提高其尺寸的穩(wěn)定性 常見的方法有自然時效 人工時效和振動時 效等種 其中以人工時效應用最廣 3 總結 以往旋蓋機旋蓋頭單一 適應能力差 每一種瓶子要更換一次相應的旋蓋頭 既浪 費時間 有增大成本 本次設計利用同一臺 設備旋不同高度 不同直徑的瓶蓋 提高設 備的利用率 適用于各種玻璃瓶的金屬防盜 蓋 易拉蓋 鋁封蓋的封口 壓螺紋等 本次設計中 由于自己學識有限 零件 設計的不夠標準 不夠正規(guī) 機構配合不夠 完善 希望日后能改進 此旋蓋機只能實現(xiàn) 半自動化相信以后封口機械將趨于自動化發(fā) 展 參考文獻 1 楊可楨 程光蘊 李仲生 機械設計基礎 M 北京 高等教育出版社 2006 2 黃穎為 包裝機械結構與設計 M 北京 化工出 版社 2007 3 澎國勛 包裝機械淺論 北京 機械工業(yè)大學出 版社 1990 4 成大先 機械設計手冊第三卷 M 北京 化學工 業(yè)出版社 2006 5 劉家仁 機械設計常用元件手冊 M 北京 機械 工業(yè)出版社 2008 6 王先逵 機械制造工藝學 M 北京 機械工業(yè)出 版社 2008 7 王珂 單頭全自動鎖蓋機的研究 J 導彈與航天 運載技術 1994 年 5 期 63 67