自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)設計【金屬罐的卷邊封口鎖蓋】

自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)設計【金屬罐的卷邊封口鎖蓋】,金屬罐的卷邊封口鎖蓋,自動,卷邊封罐機,進給,系統(tǒng),設計,金屬罐,封口 畢業(yè)設計(論文) 題 目： 自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)設計 學生姓名 學 號 專業(yè)班級 二級學院 指導教師（職稱） 年 月 誠信承諾書 本人謹此承諾，本人所寫畢業(yè)設計（論文）均由本人獨立撰寫，無任何抄襲行為。凡涉及他人的觀點材料，均作了注釋。如出現(xiàn)抄襲或侵犯他人知識產權的情況，愿承擔由此引起的任何責任，并接受相應的處分。 學生簽名： 年 月 日 設計說明書 自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)的設計 【摘要】封罐機是包裝機械的一種，在食品、藥物等生產中起著重要的作用。本課題所設計的封罐機，主要針對于金屬罐的卷邊封口鎖蓋。它采用電機作為動力源，使用V帶傳動和齒輪傳動相結合的動力傳遞方法，選取凸輪實現(xiàn)雙滾輪的徑向進給，分先后兩次對金屬罐體和罐蓋的凸緣進行卷合，從而實現(xiàn)金屬罐的鎖蓋密封。本次設計通過到學校圖書館查閱資料相關的資料使我進一步認識了并設計了一臺完整機器的全過程。鞏固了我學的知識，為以后的工作打下了一定基礎。在此次畢業(yè)設計中采用了autoCAD、UG等軟件進行輔助設計，從而保證了設計的一致性。本機操作簡單，結構緊湊，具有一定的市場潛力及應用價值。 【關鍵詞】封罐機；包裝機械；卷邊；凸輪；雙滾輪 Design of Feed System for Automatic Edge-rolling and Tank Sealing Machine [Abstract] 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 目 錄 第一章 前 言 3 1.1封罐機的簡介 3 1.2課題研究的背景 3 1.3 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 4 1.3.1 國內研究現(xiàn)狀 4 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀 4 1.3.3 我國包裝機械產業(yè)面臨的問題 5 1.3.4包裝機械產業(yè)的發(fā)展方向 5 1.4 封罐包裝機械的特點與功用 6 1.4.1 封罐包裝機的特點 6 1.4.2封罐包裝機的功用 7 1.5 包裝機械的分類 8 1.6 課題的意義 9 1.7 研究的方法及技術路線 9 1.7.1研究方法 9 1.7.2研究技術路線 10 1.8 本文研究的主要內容 10 1.8.1基本框架 10 1.8.2研究的重點和難點 10 1.8.3擬解決的關鍵問題 10 第二章 自動卷邊封罐機的總體設計方案 11 2.2 總體方案的選擇 11 2.2.2 卷邊滾輪的分析 12 2.2.3 卷封機構的結構確定 12 第三章 自動封罐機進給系統(tǒng)的結構設計 14 3.1 進給系統(tǒng)方案設計 14 3.2 驅動電機設計 15 3.3 鎖蓋部分的設計 16 3.4 支撐部分的設計 17 第四章 主要零部件的結構的計算與校核 18 4.1 軸承的校核 18 4.2 鍵的校核 21 4.3 傳動軸的校核 22 總 結 25 參考文獻 26 致 謝 27 第一章 前 言 1.1封罐機的簡介 封罐機是指能完成全部或部分產品和商品包裝過程的機械。包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包裝還包括計量或在包裝件上蓋印等工序。使用機械包裝產品可提高生產率,減輕勞動強度,適應大規(guī)模生產的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。 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。 1.2課題研究的背景 隨著國民經濟的快速發(fā)展和科學技術的不斷進步，推動著機械工業(yè)制造裝備領域不斷向著高效率、高精度、低成本、高可靠性方向前進。傳動系統(tǒng)在機械工業(yè)體系中占據(jù)著重要位置[1]。驅動進給系統(tǒng)在加工、裝配、測量等各工業(yè)領域都起到了重要的作用[2]。 在許多機械設備中，特別是自動機和半自動機中，由于生產工藝的要求，往往需要機構來實現(xiàn)周期性的轉位、分度動作以及做帶有瞬時停歇或停歇區(qū)的間歇性運動[3]。 雖然現(xiàn)在電氣控制廣泛應用，很多間歇運動機構，可以被更精確的伺服電機取代，但間歇機構，尤其是不完全齒輪機構結構簡單、造價低廉、工作可靠、可以承受一定的沖擊載荷，設計時從動輪的運動時間和靜止時間的比例可以在較大范圍內變化，因此在機械設計中仍然被很廣泛的應用[4]。 本次設計的是自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)，自動卷邊封罐機由電機驅動，通過進給系統(tǒng)間歇進給帶動罐體和罐蓋進入自動卷邊封罐機機頭位置進行卷邊封罐。進給系統(tǒng)主要由軸、齒輪和間歇機構組成，負責罐體和罐蓋的進給運動，要求間歇上料和有序的下料。 1.3 國內外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.3.1 國內研究現(xiàn)狀 我國的包裝機械起步于20世紀50年代，20世紀70年代末期逐步發(fā)展后形成了包裝機械行業(yè)，當時金屬包裝行業(yè)的企業(yè)數(shù)量不多，且以中小企業(yè)為主[5]。隨著改革開放，經濟快速發(fā)展，我國的金屬包裝行業(yè)具有巨大的發(fā)展?jié)摿Γ馍碳娂妬硗顿Y，民營企業(yè)大量引進國外的先進設備，我國制罐業(yè)進入了一個快速發(fā)展時期。 經過改革開放后30多年的發(fā)展，雖然我國制罐機械企業(yè)的制造能力得到了大幅提高，但還是存在不少問題。 我國大部分制罐機械企業(yè)規(guī)模偏小，科研經費投入不多，自主研發(fā)能力薄弱。由于我國的產學研用聯(lián)合機制沒有真正形成，高校和科研機構的研究方向很多不符合企業(yè)的實際需求，導致高校和科研機構的研究成果很難轉移到企業(yè)。據(jù)統(tǒng)計，我國的科技成果轉化率只有25%左右，產業(yè)化率還不到5%，而發(fā)達國家的科技成果轉化率能達到80%[6]。制罐機械企業(yè)自身擁有的自主知識產權又很少，所以制罐機械企業(yè)主要還是處于仿制階段，基本上就是對國外的設備進行測繪然后稍加改進[7]。 我國制罐機械行業(yè)整體利潤不高，導致優(yōu)秀人才匱乏，造成制罐機械行業(yè)整體技術水平不高。制罐機械企業(yè)的新產品缺少技術創(chuàng)新，開發(fā)手段落后，不能及時提供客戶需要的產品。 現(xiàn)在我國已經是制罐機械制造大國但還不是強國，要成為制罐機械強國，必須走規(guī)?；I(yè)化生產的道路。只制造生產技術含量低的設備是無法與國外先進設備進行競爭的。 制罐機械企業(yè)可通過兼并重組或聯(lián)營形成集中化生產和規(guī)?；洜I，提高生產效率，降低成本，最終提高企業(yè)的經濟效益。 我國制罐機械行業(yè)的標準不多，且大多數(shù)為企業(yè)標準，行業(yè)通用性不強，對于制罐機械的普通零件，可以通過制定國家或行業(yè)標準來實現(xiàn)專業(yè)化生產，制罐機械企業(yè)只負責設計生產核心零件，這樣不僅使得產品的加工周期大幅縮短，還降低了企業(yè)的生產成本，產品更有市場競爭力[8]。 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀 自20世紀末以來，包裝機械市場競爭程度日趨激烈，競爭形式日趨多樣化。以高新技術、技術標準、技術創(chuàng)新為特征的無形資本越來越廣泛的被發(fā)達國家應用到經濟利益的獲取中，無形資本在包裝機械技術競爭中的作用也日益突出。在科技革命和跨國公司的迅速發(fā)展下，歐盟、美國、日本等發(fā)達國家不斷改進科學技術和生產設備，在包裝機械市場領域取得卓越的成效。 目前，世界各國紛紛加快包裝機械產業(yè)額競爭步伐，充分利用廣闊的機械市場，不斷獲取經濟利益。隨著科技和商品經濟的發(fā)展，包裝機械的發(fā)展日趨多樣化和智能化，歐、美、日等發(fā)達國家，占據(jù)主要的世界包裝機械市場，出口貿易額達70%，搖搖領先于世界其他國家。與此同時，隨著經濟和科技的不斷發(fā)展，一些發(fā)展中國家的包裝機械業(yè)也逐步在國際市場占取一席之地。 2004年6月24日，GE Fanuc自動化美州公司首次推出了，用以解決包裝機械制造的SDD方案。它所擁有的控制器具有高超的性能，操作界面便于使用和升級，工廠信息軟件和運動控制單元緊密聯(lián)系操作，這些功能的使用顯著提高了包裝機械的工作效率和機械設備的利用率。這套方案的提出，使得產品之間的快速轉換成為現(xiàn)實，同時，設備使用者可以更靈活獨立的進行生產操作，生產效率兼容性也進一步增強。 目前，德國的包裝機械設計已普遍采用計算機仿真技術。即將機器單元和圖紙分別以數(shù)據(jù)庫形式和數(shù)字形式存入計算機，計算機會自動合成三維模型，結合實際生產情況，計算機三維模型即可輸出生產所需的一系列關鍵信息。同時，三維模型還可以在用戶要求下進行不斷的修訂。計算機仿真技術的發(fā)展應用，大大提高了包裝機械的設計和產品開發(fā)的效率[9]。 1.3.3 我國包裝機械產業(yè)面臨的問題 我國包裝機械行業(yè)發(fā)展的主要問題是產品結構的零散局面。從產品結構看，我國包裝機械品種約有1300多種 ，配套數(shù)量少，缺少高精度和大型產品，不能滿足市場需求。產品質量差距表現(xiàn)在產品性能穩(wěn)定性和可靠性差，外觀造型不美觀，表面處理粗糙，許多元器件質量差、壽命短、可靠性低，影響了整體產品的質量；從企業(yè)狀況 看，國內包裝機械行業(yè)缺少龍頭企業(yè)，生產規(guī)模大、產品檔次高的企業(yè)不多；從產品開發(fā)看，我國還基本停留在仿制階段，自行開發(fā)能力弱，科研經費僅占銷售額的1%，而國外高達8%―10%?？偟膩碚f，我國包裝機械和國際先進的產品相比，在產品的開發(fā)、性能、質量、可靠性、服務等方面的競爭中都處于劣勢。 1.3.4包裝機械產業(yè)的發(fā)展方向 隨著包裝機械競爭的日益加劇，包裝機械在技術發(fā)展方向上正朝著以下四個方向發(fā)展： (1) 機械功能多元化。 工商業(yè)產品在已趨向精致化及多元化的環(huán)境變化下，多元化、彈性化且具有多種切換功能和包裝機械方面適應市 場需求； (2)結構設計標準化、模組化。 充分利用原有機型模組化設計，可在短時間內轉換新機型； (3)控制智能化。 未來包裝機械必須具備多功能化、調整操作簡單等條件，基于電腦的智能型儀器將成為食品包裝控制器發(fā)展的新趨勢； (4)結構運動高精度化。 結構設計及結構運動控制等關系到包裝機械性能的優(yōu)劣，可通過馬達 、編碼器及數(shù)字控制(NC)、動力負載控制(PLC)等高精密控制器來實現(xiàn)。并適度地做產品延伸。 　　另外，我們還應該努力做到以下三點：1、加強總量控制，加速與國際接軌。下一步發(fā)展走勢是把多余的調下 來，把空缺的補進去。一是加大開發(fā)力度，進行有效投入和生產；二是提倡企業(yè)間建立長期、固定的供求關系，防止盲目生產、重復引進、重復布點和自相殘殺的局面出現(xiàn)。同時，國內包裝業(yè)一定要放到世界包裝業(yè)中去發(fā)展 這樣才能加速與國際的接軌，才能全面觀察和體驗世界包裝的發(fā)展動態(tài)，才能爭取時間取得更大的市場份額。2 、合理利用資源。首先是合理利用資源，使資金達到投入優(yōu)化，加大包裝產業(yè)的資金投入量；其次是提高包裝材 料的利用效率，尋找資源節(jié)約的各種途徑，努力發(fā)展適度包裝，改革和禁止過分包裝，節(jié)約包裝材料；重視包裝 技術改造，發(fā)展周轉包裝和回收利用，大力提倡和使用綠色包裝，使包裝發(fā)展與環(huán)境保護結合起來。3、包裝材料 向節(jié)能低耗、防污染、高功能方面發(fā)展。加快發(fā)展具備阻隔、耐高低溫、高強度等功能的包裝材料，使其適應不 同產品對包裝制品的特殊要求。針對包裝產品的市場需要，不斷提高設計開發(fā)能力，重點設計開發(fā)新型包裝材料 和替代進口材料，縮小包裝制品加工與原材料供應不平衡的差距。紙、塑料、玻璃、金屬四大包裝基材的多品種 系列開發(fā)，又要進行多種基材的復合品種開發(fā)。 1.4 封罐包裝機械的特點與功用 1.4.1 封罐包裝機的特點 包裝機械多屬于自動機械，它既具有自動機械的共性，也具有自身的特點，包裝機械的主要特點如下。 (1) 大多數(shù)包裝機械種類繁多，結構復雜，運動速度快，動作精度高。為滿足不同的性能要求，對零部件的剛度和表面質量等有效高的要求。 (2) 用于食品、藥品等包裝機械要便于清洗，與食品、藥品接觸的部位要用不銹鋼或經過化學處理的無毒材料組成。 (3) 進行包裝作用的工藝力一般都比較小，所以包裝機械的電動機功率較小。 (4) 包裝機械一般都采用無級變速裝置，以便靈活調整包裝速度，調節(jié)包裝機的生產能力。因為影響包裝質量的因素很多，諸如包裝機的工作機構的運動狀態(tài)，工作環(huán)境的溫度、濕度，包裝材料和包裝物得質量等。所以，為了便于機器的調整，滿足包裝質量和生產能力的需要，往往把包裝機設計成無極可調的，即采用無極變速裝置，某些零件還設計成可調整的。 (5) 包裝機械是特殊種類的專業(yè)機械，使用需求數(shù)量有限。為了便于制造和維修，減少設備的投資，在各種包裝機械設計中應注意通用性以及多功能性。 1.4.2封罐包裝機的功用 包裝是產品進入流通領域的必要條件，而實現(xiàn)包裝的主要手段是使用包裝機械。隨著時代的發(fā)展，技術的進步，包裝機械在包裝領域中正起著越來越大的作用，其主要作用有以下幾點： (1) 可大大提高勞動生產率滑臺式吸塑封口機機械包裝比手工包裝快得多，如糖 果包裝，手工包糖1min只能包十幾塊，而糖果包裝機每分鐘可達數(shù)百塊甚至上千塊，提高效率數(shù)十倍。 　　(2) 能有效地保證包裝質量機械包裝可根據(jù)包裝物品的要求，按照需要的形態(tài)、大小，得到規(guī)格一致的包裝物，而手工包裝是無法保證的。這對出口商品尤為重要，只有機械包裝，才能達到包裝規(guī)格化、標準化，符合集合包裝的要求。 　　(3) 能實現(xiàn)手工包裝無法實現(xiàn)的操作有些包裝操作，如真空包裝、充氣包裝、貼體包裝、等壓灌裝等，都是手工包裝無法實現(xiàn)的，只能用機械包裝實現(xiàn)。 　　(4) 可降低勞動強度，改善勞動條件手工包裝的勞動強度很大，如用手工包裝體積大、重量重的產品，既耗體力，又不安全；而對輕小產品，由于頻率較高，動作單調，易使工人得職業(yè)病。折盒機 　　(5) 有利于工人的勞動保護對于某些嚴重影響身體健康的產品，如粉塵嚴重、有毒的產品,有刺激性、放射性的產品，用手工包裝難免危害健康，而機械包裝則可避免，且能有效地保護環(huán)境不被污染。 　　(6) 可降低包裝成本，節(jié)省貯運費用對松散產品，如棉花、煙葉、絲、麻等，采用壓縮包裝機壓縮打包，可大大縮小體積，從而降低包裝成本。同時由于體積大為縮小，節(jié)省倉容，減少保管費用，有利于運輸。 　　(7) 能可靠地保證產品衛(wèi)生某些產品，如食品、藥品的包裝，根據(jù)衛(wèi)生法是不允許用手工包裝的，因為會污染產品，而機械包裝避免了人手直接接觸食品、藥品，保證了衛(wèi)生質量。 　　(8) 可促進相關工業(yè)的發(fā)展包裝機械是一門綜合性科學，它涉及到材料、工藝、設備、電子、電器、自動控制等多種學科，要求各相關學科同步、協(xié)調地發(fā)展，任何學科的問題都將影響包裝機械的整體性能。因此，包裝機械的發(fā)展將有力地促進相關學科的進步。 另外，為適應包裝機械高速包裝的需要，其相關的前后工序也勢必與之適應，也就推動了相關工序的同步發(fā)展。 1.5 包裝機械的分類 2003年，國家標準局在1986年標準的基礎上，修訂了包裝機械的分類標準，新標準 (GB/T 19357-2003) 以包裝機械產品的主要功能的不同作為劃分類別的原則，對包裝機械產品進行分類。各類產品定義詳見GB/T 4122.1 和 GB/T 4122.2，在同一類別中的包裝機械產品按其功能原則進行進一步劃分。新的包轉機械分類和定義如表1所示。 表 1 包裝機械分類和定義 Table 1 Packaging machinery classification and definition 分類 定義 充填機(filling machine) 將產品按預定量充填到包裝容器內的機器 罐裝機械(filling machine) 將液體按預定量灌注到包裝容器內的機器 封口機械(sealing machine, closing machine) 在包裝容器內盛裝產品后，對容器進行封口的機器 裹包機械(wrapping machine) 用撓性包裝材料裹包產品所有或局部表面的機器 多功能包裝機(multifunction packaging machine) 在一臺整機上可以完成兩個或兩個以上包裝工序的機器 貼標機械(labeling machine) 采用膠黏劑將標簽貼在包裝件或產品上的機器 清洗機械(cleaning machine) 對包裝容器、包裝材料、包裝輔助物及包裝件進行清洗，以達到預期清潔度得機器 干燥機械(drying machine) 對包裝容器、包裝材料以及包裝件上的水分進行去除以達到預期干燥程度的機器 殺菌機械(sterilization machine) 對產品、包裝容器、包裝材料、包裝輔助物以及包裝件等上的微生物進行殺滅，使其降低到允許范圍內的機器 捆扎機械(strapping machine) 使用捆扎帶或者繩捆扎產品或包轉件，然后收緊并將捆扎帶兩端通過熱效應熔融或使用包裝扣等材料連接好的機器 集裝機械(collect the machinery of installing ) 將包裝單元集成或分解，形成一個合適的搬運單元的機器 輔助包裝設備(auxiliary packaging equipment) 對包裝材料、包裝容器、包裝輔助物、或包裝件執(zhí)行非主要包裝工序的有關功能的機器 包裝材料制造機械(package material making machine) 專門直接用于包裝材料制造的機器 包裝容器制造機械(the packaging container makes machinery) 如：桶、罐、盒、箱、瓶、袋的機器 1.6 課題的意義 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。 1.7 研究的方法及技術路線 1.7.1研究方法 （1）通過查閱相關資料，掌握封罐機的主要參數(shù)。 （2）充分考慮已有封罐機的優(yōu)缺點來確定封罐機的總體設計方案，對現(xiàn)有裝置的不足進行分析。 （3）對設計的封罐機進行修改和優(yōu)化，最終設計出能滿足要求的封罐機。 1.7.2研究技術路線 （1）根據(jù)題目和原始數(shù)據(jù)查看相關資料，了解當今國內外封罐機的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展前景，撰寫文獻綜述和開題報告。 （2）根據(jù)產品功能和技術要求提出多種設計方案，對各種方案進行綜合評價，從中選擇較好的方案，再對所選擇的方案做進一步的修改或優(yōu)化，最終確定總體設計方案。 （3）具體設計封罐機的驅動裝置、工作裝置等。 （4）對所設計的機械結構中的重要零件進行校核計算，如齒輪、軸、軸承等，保證設計的合理性和可行性。； （5）繪制零件圖、裝配圖，完成要求的圖紙量； （6）整理各項設計資料，撰寫論文。 1.8 本文研究的主要內容 （1）分析自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)的結構特點和結構要求； （2）設計合理的運動機構，使之滿足罐體間歇進給的封罐需求； （3）計算罐體間歇進給的數(shù)據(jù)參數(shù)； （4）具體要求：裝配圖一份，零件圖若干。 1.8.1基本框架 （1）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)總體方案的設計； （2）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)供罐傳動系統(tǒng)的設計； （3）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)六槽輪盤間歇轉動的設計； （4）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)封罐上下料控制的設計。 1.8.2研究的重點和難點 （1）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)的整體結構設計； （2）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)驅動方式的設計； （3）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)供罐傳動系統(tǒng)的設計。 1.8.3擬解決的關鍵問題 （1）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)六槽輪盤間歇轉動控制方案； （2）自動卷邊封罐機進給系統(tǒng)確保罐體送入機頭進行封罐。 第二章 自動卷邊封罐機的總體設計方案 2.1 自動卷邊封罐機的要求 該自動卷邊封罐機的主要技術參數(shù)要求有： 封罐機可以穩(wěn)定的自動完成瓶罐的卷邊封口工作 2.2 總體方案的選擇 2.2.1 封罐機的工作原理 用兩個溝槽形狀不同的滾輪，分先后兩次對罐體和罐蓋的凸緣進行卷合，使罐體與罐蓋的周邊牢固地緊密鉤合而形成的五層(罐蓋三層、罐體兩層)馬口鐵皮的卷邊縫的過程,稱作二重卷邊。為了提高罐體與罐蓋的密封性,在蓋子內側預先涂上一層彈性膠膜(如硫化乳膠)或其它填充材料。 二重卷邊大都采用滾輪進行兩次滾壓作業(yè)來完成。第一次作業(yè)又稱頭道卷邊,如圖1 所示。 圖 1 頭道卷邊 Fig.1 Crimping the first bend 在未卷邊前的位置如實線所示,頭道卷邊結束后則如虛線所示。開始時,頭道卷邊滾輪首先靠攏并接近罐蓋,接著壓迫罐蓋與罐體的周邊逐漸卷曲并相互逐漸鉤合。當沿徑向進給3.2mm左右時,頭道卷邊滾輪立即離開,其時二道卷邊滾輪繼續(xù)沿罐蓋的邊緣移動,如圖2 所示。 圖 2 二道卷邊 Fig.2 Crimping the second bend 二道卷邊開始位置如圖(a)示,結束位置如圖(b)示。二道卷邊能使罐蓋和罐體的鉤合部分進一步受壓變形緊密封合,其沿徑向進給量為0.8mm左右。兩次進給量共約4mm。由此可見，頭道和二道卷邊滾輪的結構形狀顯然不同。通常，頭道卷邊滾輪的溝槽窄而深，而二道卷邊滾輪的溝槽則寬而淺。 2.2.2 卷邊滾輪的分析 為了形成二重卷邊縫,作為執(zhí)行構件的卷邊滾輪,相對于罐身必須完成某種特定的運動。若卷封圓形罐,卷邊滾輪相對罐身應同時完成兩種運動,即周向旋轉運動和徑向進給運動。 若卷封異形罐,卷邊滾輪相對罐身應同時完成三種話動,即周向旋轉運動、徑向進給運動和按異形罐的外形輪廓作的仿型運動。 ?為使罐蓋與罐體的周邊逐漸卷曲變形,每封一只罐身卷邊滾輪需繞罐身旋轉多圈,而實際的有效圈數(shù)(從觸及罐蓋開始真正用于卷封工藝的圈數(shù))應由單位徑向進給量來確定,一般取頭道為每圈lmm左右,二道為每圈0.5mm左右 。 2.2.3 卷封機構的結構確定 兩道卷邊滾輪相對罐身所作的卷邊運動是由卷封機構來實現(xiàn)的,由于實現(xiàn)這種運動有多種組合方式,因而出現(xiàn)不同結構的卷封機構。 1. 完成周向旋轉運動的兩種結構形式 (1) 罐體與罐蓋被固定不動,卷邊滾輪繞其旋轉。目前的卷邊封口機大都屬于這種結構形式。 (2) 罐體與罐蓋繞軸自轉,而卷邊滾輪不繞罐作周向旋轉。這種結構雖較簡單緊湊,但因罐體既有自轉又有公轉,若用于實罐卷封則其內裝的液料形成旋轉拋物面,易從罐口流出,從而限制了它的自轉速度以及生產能力的提高。 為簡化分析,暫不考慮罐身加蓋及其公轉等的影響,欲保證內裝液料不外溢,可根據(jù)流體力學的有關理論近似求出罐身的最高自轉轉速 ,供設計估算參考,即 式中: —罐身的內半徑; h—罐內的頂隙高度； g—重力常數(shù)。 相應的最高生產能力Qmax近似可取為 式中: j—卷邊封口機的頭數(shù)； n—根據(jù)卷封工藝要求,確定每封一罐所需的罐身自轉數(shù) 2. 完成徑向進給運動的三種結構形式 (1) 偏心套筒作原動件。由于封盤與偏心套筒有速差,使得封盤上的卷邊滾輪相對于轉軸(即罐體中心線)的距離不斷變化,從而使卷邊滾輪也產生了相應的徑向進給運動。 (2) 行星齒輪偏心銷軸作原動件。該結構封盤上均布著四只行星齒輪,與封盤一起繞中心齒輪公轉。由于封盤與中心齒輪存在速差,故形成差動輪系,遂使行星齒輪連同與其固聯(lián)的偏心銷軸在公轉的同時又作自轉,從而使與偏心銷軸鉸支的卷邊滾輪既能繞罐體作周向旋轉,同時又能產生徑向進給運動。其中,兩只頭道卷邊滾輪和兩只二道卷邊滾輪,分別呈對稱分布狀態(tài)。 (3) 凸輪作原動件。該結構卷邊滾輪隨罐體繞中心齒輪公轉的過程中,由固定凸輪通過擺桿驅使卷邊滾輪相對于罐體作徑向進給運動。對于罐體被固定的卷邊封口機,為使卷邊滾輪能完成相對罐體的周向旋轉及徑向進給的復合運動,則不能再單獨采用固定凸輪與擺桿作原動件,而得改用差速凸輪機構。 以上三種實現(xiàn)徑向進給的形式，其中前兩種以偏心結構形式使卷邊滾輪實現(xiàn)徑向進給運動，具有結構簡單、緊湊、加工制造方便的優(yōu)點，但徑向進給不能任意控制，進給速度不均勻，真正用于卷封工藝的時間少，無光邊整形過程，工藝性能較差。最后一種可根據(jù)卷封工藝要求設計凸輪曲線，因而能控制徑向進給的運動規(guī)律。在二道卷封后可增加一段光邊整形，且卷封工藝角可大大增加，因而卷封工藝性能好，生產能力高，但結構較大，磨損快，影響卷封精度。此結構即適用于卷封圓形罐，也可用于異性罐。 本課題擬選擇的方案為雙滾輪(頭道滾和二道滾輪各一個)、單機頭、瓶身隨壓頭繞瓶身中心自傳，固定凸輪通過擺桿驅動使卷邊雙滾輪相對于瓶身作徑向進給，從而實現(xiàn)卷邊鎖蓋。 第三章 自動封罐機進給系統(tǒng)的結構設計 3.1 進給系統(tǒng)方案設計 本封罐機的傳動部分選擇電機為動力源。如圖 3 所示 電機14通過帶輪13經V帶將動力傳給帶輪7，帶輪7帶動主軸旋轉。帶輪7和帶輪13為聯(lián)動帶輪，可以實現(xiàn)3級可傳動調，比較市場上產品種類繁多，可增加封罐機得適用能力。4為壓蓋頭，1為瓶托，瓶托將瓶頂在壓蓋頭上面，主軸帶動壓蓋頭旋轉，從而使瓶同其一起繞主軸旋轉，主軸經過傳動齒輪9，過渡傳動齒輪9,10將動力傳給齒輪12，從而帶動凸輪軸11及凸輪17轉動，凸輪旋轉使擺桿16繞旋轉軸15擺動，從而使連接在擺桿另一端的滾輪3完成徑向進給，從而完成鎖蓋作業(yè)。 圖 3 傳動部分 Fig .3 Transmission parts 在本套設備中，待鎖蓋的容器是在轉動的，而雙滾輪沒有轉動，只是通過凸輪以及擺桿實現(xiàn)徑向進給。因為考慮到雙滾輪每徑向進給一次就要完成一次鎖蓋作業(yè)，所以每次徑向進給瓶子必須旋轉1圈以上，瓶子轉動的圈數(shù)越多瓶口完成鎖蓋之后就會有一段光邊整形，但是若瓶子轉動過快則其內裝的液體會形成旋轉拋物面，易從罐口流出，所以必須選擇合適的旋轉速度和滾輪每一次進給瓶子的旋轉圈數(shù)。 3.2 驅動電機設計 設計電機的速度ω0的速度為1400轉/min，主軸轉速3級可調，但選擇最慢速度時，軸的轉速ω6的速度為： 凸輪軸的轉速為： 即每分鐘雙滾輪徑向進給61.9次，滿足工作能力1200瓶/小時的要求； 滾輪每次進給，主軸轉動圈數(shù)為： 所以每次進給完成鎖蓋作業(yè)后還有幾圈可以光邊整形。 故此傳動設計滿足設計要求。 3.3 鎖蓋部分的設計 瓶身的轉動情況見傳動部分。下面介紹滾輪徑向推進的方法。 圖 4 凸輪驅動滾輪做徑向進給 Fig .4 Cam driven roller do radial feeding 本課題選擇由凸輪驅動滾輪做徑向進給的辦法來實現(xiàn)徑向進給。如圖4所示。凸輪6為頭道滾輪3的驅動凸輪，凸輪7為二道滾輪1的驅動凸輪，分別經過擺桿4和8繞其旋轉軸擺動實現(xiàn)滾輪的徑向進給，對瓶子2的瓶蓋進行鎖蓋作業(yè)，凸輪6和凸輪7的安裝有一錯位，因為頭道滾輪3和二道滾輪1不能同時進給，并且有一定的時間順序以及先后順序，即先頭道滾輪進給，再二道滾輪進給，并且二道滾輪要在頭道滾輪進給完成之后由拉簧5將其拉回復位后進給。兩個凸輪旋轉一周，頭道滾輪和二道滾輪分別徑向進給一次，即完成一次鎖蓋作業(yè)。 本課題選擇二重卷邊的形式來實現(xiàn)鎖蓋功能，形成密封的二重卷邊的條件離不開四個基本要素，即圓邊后的瓶蓋、具有翻邊的瓶身、蓋鉤內的膠膜和具有卷邊性能的封罐機。 為了形成良好的卷邊形狀，必須使卷邊機構的每一個部件都處于正確的相對位置，為此要求：頭道和二道卷邊滾輪要有正常的溝槽形狀和合適的卷封壓力；在卷封過程中，夾持瓶身瓶蓋的壓頭要有正確的形狀和位置，托盤要有合適的退壓力和正確的均衡位置。 3.4 支撐部分的設計 瓶身支撐部分要求結構簡單、托瓶平穩(wěn)、迅速、準確、安全可靠。瓶身支撐部分的機構圖5所示。 圖 5 瓶身支撐部分 Fig . 5 Support part of the bottle 在套筒部分采用螺紋連接，這樣可以根據(jù)瓶身的高度方便調節(jié)支撐的高度。托盤用推力球軸承支撐，這樣瓶托上面的瓶子和瓶托一起壓緊瓶子之后可以隨上壓頭旋轉。推力球軸承座由壓簧支撐，可以配合上壓頭一起有效的將瓶子加持住。 第四章 主要零部件的結構的計算與校核 4.1 軸承的校核 (1). 瓶托推力球軸承51204的校核： 圖 6 推力球軸承51204 Fig .6 Thrust ball bearings 51204 參照設計手冊，本課題中根據(jù)尺寸需要，所選推力球軸承型號為51204。并設定其預期工作壽命為5000h。 在封罐機中，該軸承的作用是承受軸向載荷?，F(xiàn)估算其軸向載荷大小。 參照裝配圖，可以發(fā)現(xiàn)，該軸承所受載荷主要來自壓頭壓緊瓶身時，彈簧所提供的夾緊力。 根據(jù)《機械設計》式13-5，以小時數(shù)表示軸承壽命（單位為h）為 實際工作中，考慮瓶子本身的承受載荷的能力，壓緊力不會太大。但是為了計算需要，將壓緊力取為一瓶裝滿1000Ml水的瓶子的重力的20倍。 轉速取和壓頭一樣的速度 則所需軸承應具有的基本額定動載荷（單位為N）可根據(jù)《機械設計》式13-5計算得出： 參照GB/T 301-1995知推力球軸承51204： 基本額定動載荷 基本額定靜載荷 故選擇該推力球軸承符合設計要求。 (2). 主軸推力球軸承51206的校核： 圖 7 推力球軸承51206 Fig .7 Thrust ball bearings 51206 參照設計手冊，本課題中根據(jù)尺寸需要，所選推力球軸承型號為51206。并設定其預期工作壽命為5000h。 在封罐機中，該軸承的作用是承受軸向載荷?，F(xiàn)估算其軸向載荷大小。 參照裝配圖，可以發(fā)現(xiàn)，該軸承所受載荷主要來自壓頭壓緊瓶身時，彈簧所提供的夾緊力。 根據(jù)《機械設計》式13-5，以小時數(shù)表示軸承壽命（單位為h）為 將軸的重量按照一個鋼質的圓柱體來計算。圓柱體的各項參數(shù)按照大值取。 則： 圓柱體的高 圓柱體半徑 根據(jù)圓柱體質量公式 由圓柱體各項參數(shù)得： 考慮安全性，將以上質量均放大5倍，則總質量 轉速 則所需軸承應具有的基本額定動載荷（單位為N）可根據(jù)《機械設計》式13-5計算得出： 參照GB/T 301-1995知推力球軸承51206： 基本額定動載荷 基本額定靜載荷 故選擇該推力球軸承符合設計要求。 (3). 凸輪軸深溝球軸承6205的校核： 圖 8 深溝球軸承6205 Fig .8 Deep groove ball bearings 6205 此凸輪軸承是一對深溝球軸承。參照設計手冊，設定其工作壽命為5000h。 在封罐機中，該軸承在正常情況下不受或者受輕微的軸向載荷。但是考慮到不正常情況的發(fā)生，設所受軸向載荷與徑向動載荷之間有 則根據(jù)《機械設計》表13-5，可知求該情況下當量動載荷應用《機械設計》式（13-8a）有 參照《機械設計》，?。? 參照《機械設計手冊》，??； 參照《機械設計手冊》，取其極大值； 設該軸承對上的單個軸承的軸向載荷 ， 取其徑向載荷。 則： 取轉速 根據(jù)《機械設計》，求軸承應有的基本額定動載荷值 參照《機械設計手冊》知，6205軸承的基本額定動載荷 驗算6205軸承的壽命，根據(jù)《機械設計》式13-5 故選擇該對深溝球軸承6205符合設計要求。 4.2 鍵的校核 普通平鍵（A型）的強度條件為 普通平鍵（C型）的強度條件為 式中 ——傳遞的轉矩，單位為； ——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處為鍵的高度，單位為； ——鍵的工作長度，單位為，A型圓頭平鍵，C型圓頭平鍵這里為鍵的公稱長度，單位為；為鍵的寬度，單位為； ——軸的直徑，單位為； ——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為； 對于C型 公稱轉矩為 在傳動過程中，考慮每級功率傳遞效率為0.9。則過渡齒輪軸49、凸輪軸28、主軸71的相應公稱轉矩為： 對于三根軸來說，過渡齒輪軸49和凸輪軸28上面的鍵均較為安全。下面對主軸71上的鍵進行校核。均選擇其最危險的鍵進行校核。 取主軸71上最危險的鍵進行校核 故此主軸71上鍵安全。 4.3 傳動軸的校核 根據(jù)軸的強度條件 =60Mpa 故得到過渡齒輪軸49、凸輪軸28以及主軸71的最小直徑為 而實際過渡齒輪軸49的最小直徑為25mm，凸輪軸28的最小直徑為25mm，主軸71的最小直徑為22mm，均大于所求的最小直徑，可以證明，上述各軸均符合強度要求。 由于主軸71受力較過渡齒輪軸49及凸輪軸28復雜，再按彎扭合成應力校核軸的強度。 根據(jù)軸的結構圖(圖9)，深溝球軸承作為支點，因此作為簡支梁的軸的支撐跨距為113mm。 圖 9 主軸的結構圖 Fig .9 Spindle structure 從主軸的結構圖可以看出截面B是主軸的危險截面，為了計算需要，將支反力取為一瓶裝滿1000水的瓶子的重力的20倍。 現(xiàn)將計算出截面B處得，,及的值如下。 彎矩： 所以總彎矩為： 所以扭矩為： 按彎扭合成應力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面B)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，及軸單項旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力 前以確定主軸的材料為Q235A， 。因此， 故主軸安全。 總 結 本課題所設計的自動卷邊封罐機以電機為動力，進過V帶，齒輪以及凸輪結構帶動雙滾輪運動實現(xiàn)鎖蓋，鎖蓋工藝性能好，生產能力高，具有良好的應用價值及市場潛力。 此畢業(yè)設計是我對大學四年學習的總結和考驗。此次畢業(yè)設計總和運用了我大學四年所學的專業(yè)知識和理論知識。通過本次設計，使我進一步認識了并設計了一臺完整機器的全過程。鞏固了我學的知識，為以后的工作打下了一定基礎。 由于本次是基于理論的，缺乏實踐經驗，本次設計成果如用于實踐生產中會造成或多或少的材料浪費，也可能會有設計不過合理的地方，導致機器不能正常工作。 總的來說通過此次畢業(yè)設計也有一些心得：設計中，曾多次到學校圖書館查閱資料相關的資料，使我增強了個人查閱資料的能力，還讓我開闊了視野。在此次畢業(yè)設計中采用了autoCAD、UG等軟件進行輔助設計，讓我對這些的理解和熟悉程度得到很好的提高。在設計過程出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，沒有實踐的條件，缺乏實踐經驗。 參考文獻 [1] 王珂.單頭全自動封罐機的研究[J]. 導彈與航天運載技術. 1994年5期:63-67 [2] 申祥劭.新型口服液灌裝扎蓋機的研究[J].醫(yī)藥工程設計，2005年66期:32-34 [3] 高春剛.高速扎蓋機的研發(fā)思路和特點[J].機電信息，2005年12期:28-30 [4] 上官同英、徐年富.扎蓋機偏心機構的優(yōu)化設計[J].機械傳動，2005年29卷2期:66-67 [5] 孫嚴.圓刀扎蓋機傳動及結構的優(yōu)化[J].黑龍江科技信息，2003年第12期:100-100 [6] 張勇.提高抗生素玻璃瓶扎蓋機穩(wěn)定運行的措施[J].機電信息，2008年第5期:34-36 [7] 李新華.小容量瓶鋁(塑)蓋封口質量的影響因素的分析[J].機電信息，2005:35-36 [8] 楊綺云，劉雙林，徐克菲. 西林瓶封罐機構工藝參數(shù)的設計[M].哈爾濱商業(yè)大學 [9] 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我的舍友們，是你們陪伴我走過大學四年的時光，陪我走過人生中最輝煌的時刻，同時也是我最青春年華的時候。因為某些事情意見不合，我們也曾爭吵過，但說過鬧過之后我們還是最親密的。但同時，你們也是教會我做事最多的人，我們一塊學習，一塊生活，一塊玩耍，一塊旅游，在這些經歷中，我們逐步成為最親密的朋友關系。也許，以后我們會生活在天南海北，但是，我們的心是在一起的。對于我來說，你們不是我人生歲月中的過客，而是親人。 我的老師們，是您教會我如何在大學這個小社會為人處事，告訴我如何處理處理好人與人之間的關系。是您用生動，有趣的課堂氛圍來讓我們記住書本上的知識。您的知識，帶給了我很大的啟示也給予我提供了工作上的就業(yè)機會。本次畢業(yè)設計的完成離不開您的悉心指導，在此我要感謝指導的我畢業(yè)設計指導XX老師，是您認真負責的監(jiān)督我完成畢業(yè)設計，也給予我在遇到難點時給予我解決問題的思路與路徑，讓我少走了很多的彎路。 最后，我還要感謝我的家人，是你們在我的背后默默支持著我，讓我沒有后顧之憂的學習，生活。父母永遠是孩子最好的依靠，感謝我擁有的幸福家庭，感謝你們將我送入大學學府，在以后的生活、工作中，我會牢記你們的教誨，真誠做人，誠實做事。 最后，再次感謝在我大學生涯中出現(xiàn)的每一位人，是你們見證了我的成長，是你們見證了我的青春，感謝你們，感恩生命中的每一位人。 29