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酒瓶旋蓋機(jī)的設(shè)計(jì)
王利1安靜1
(1. 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300）
摘要：旋蓋機(jī)是自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，它是封口機(jī)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(diǎn)，所以一些不含氣的液料，諸如飲料、酒類、調(diào)味料等類似瓶包裝的封口中大量采用螺紋蓋封口。半自動(dòng)酒瓶旋蓋機(jī)是利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)底座上升頂緊瓶蓋頂端，配合鎖口裝置自動(dòng)完成鎖蓋，使其達(dá)到完美的鎖蓋效果。該旋蓋機(jī)全部利用機(jī)械原理,使用方便,安裝簡(jiǎn)單，具有結(jié)構(gòu)合理、鎖口質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、調(diào)整方便、維修簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。具有一定的市場(chǎng)潛力及應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：旋蓋機(jī)；設(shè)計(jì)參數(shù)；構(gòu)件；結(jié)構(gòu)；計(jì)算
中圖分類號(hào):TD451 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0引言
包裝是根據(jù)物體的性能，用適當(dāng)?shù)牟牧?，容器，施以保護(hù)物品的技術(shù)。隨著市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、我國(guó)國(guó)際化進(jìn)程的加快以及人們的物質(zhì)文化生活水平的提高，對(duì)包裝質(zhì)量和包裝速度的要求不斷提高，包裝機(jī)械是使產(chǎn)品包裝實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化的根本保證。包裝機(jī)械為包裝提供重要的技術(shù)保障，對(duì)包裝業(yè)的發(fā)展起著重要的作用。同時(shí)在食品、醫(yī)藥、日用品、化工產(chǎn)品等生產(chǎn)中起著中要的作用。包裝機(jī)械可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品儲(chǔ)運(yùn)的安全性及檔次，增加產(chǎn)品的附加值，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。包裝機(jī)械行業(yè)是一個(gè)市場(chǎng)潛力很大的新興行業(yè)，面臨著巨大的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)和極好的發(fā)展機(jī)會(huì)。
目前國(guó)內(nèi)灌裝生產(chǎn)線中廣泛使用的旋開封蓋口機(jī)大多為直線式旋蓋機(jī)，由于直線式旋蓋機(jī)是單通道式旋蓋，其生產(chǎn)能力受到限制，不能適應(yīng)高速旋蓋的需要;另外，更換瓶子時(shí)調(diào)整比較困難，無法對(duì) 不同高度瓶子實(shí)現(xiàn)快速調(diào)整后進(jìn)行旋蓋；旋蓋頭單一，適應(yīng)能力差，每一種瓶蓋就要更換一次相應(yīng)的旋蓋頭，既浪費(fèi)時(shí)間，又增大成本。所以各生產(chǎn)廠家的旋蓋機(jī)在旋瓶蓋能力、效率、事宜瓶型、事宜瓶型及自動(dòng)化程度等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)。為了適應(yīng)現(xiàn)代包裝機(jī)高速、高效和高可靠性生產(chǎn)的需要，在廣泛吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)此了機(jī)器。
食品原料經(jīng)加工成成品后，為了能夠長(zhǎng)期保存，并且便于流通、銷售和使用。必須裝入相應(yīng)的容器并封口殺菌，使裝入容器內(nèi)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(fù)合薄膜，如不能嚴(yán)密封口密封，就不能達(dá)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(jī)是封口機(jī)械中的一種。本課題所設(shè)計(jì)的半自動(dòng)酒瓶旋蓋機(jī)，是通過電機(jī)帶動(dòng)帶輪來傳遞動(dòng)力。鎖蓋通過四個(gè)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(yīng)用價(jià)值以及市場(chǎng)潛力。
1總體設(shè)計(jì)思路
旋蓋機(jī)主要有四部分構(gòu)成：傳動(dòng)部分、旋蓋部分、瓶身支撐部分、機(jī)殼部分
1.1設(shè)計(jì)原理
半自動(dòng)旋蓋機(jī)工作過程全部利用機(jī)械原理，是利用電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)瓶身支撐部分頂緊瓶蓋頂端，配合鎖口裝置自動(dòng)完成鎖蓋，使其達(dá)到完美的鎖蓋效果；
1.2設(shè)計(jì)總體結(jié)構(gòu)
酒瓶旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。
該半自動(dòng)旋蓋機(jī)的結(jié)構(gòu)分為四個(gè)部分：傳動(dòng)部分、鎖蓋部分、瓶身支撐部分和機(jī)殼部分。
電機(jī)1通過帶輪經(jīng)V帶將動(dòng)力傳給主軸上的帶輪3，帶輪3帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)。主軸與小齒輪4平鍵連接，從而帶動(dòng)小齒輪4轉(zhuǎn)動(dòng)。小齒輪4與大齒輪5嚙合，帶動(dòng)大齒輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。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(zhuǎn)連桿機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)升降軸8上下運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)瓶身支撐部分8上下運(yùn)動(dòng)。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(dòng)力，鎖蓋部分8旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滾絲輪12繞軸11公轉(zhuǎn)，從而使瓶蓋被滾絲輪12滾絲旋蓋，達(dá)到完美鎖蓋的效果。
圖1酒瓶旋蓋機(jī)的總體結(jié)構(gòu)示意圖
1.電動(dòng)機(jī) 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(jī)構(gòu)
8.瓶身支撐部分 9.帶輪 10.鎖蓋部分 11.主軸 12.滾絲輪
2關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)
2.1圓柱凸輪的設(shè)計(jì)
此裝置是圓柱凸輪，其目的是使瓶身支撐部分實(shí)現(xiàn)升降。圓柱凸輪繞軸公轉(zhuǎn)，小圓輪沿圓柱輪廓運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)瓶身支撐部分的上下升降運(yùn)動(dòng)。圓柱凸輪設(shè)計(jì)滿足條件：圓柱凸輪輪廓上的最低點(diǎn)與最高點(diǎn)的豎直距離就等于瓶身支撐部分徑向上下運(yùn)動(dòng)的行程距離。即d=d2-d1
2.2鎖蓋部分設(shè)計(jì)
機(jī)構(gòu)在動(dòng)力作用下，整體繞主軸中心旋轉(zhuǎn)。當(dāng)瓶蓋頂緊壓蓋頭向上運(yùn)動(dòng)，從而推動(dòng)方桿沿主軸向上運(yùn)動(dòng)，小圓輪此時(shí)是由小半徑圓柱軸運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)，
滾絲輪內(nèi)部存在彈簧，將沿著瓶口的螺紋將瓶
蓋滾上絲口，從而達(dá)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(jìn)去，從
而實(shí)現(xiàn)鎖口的目的。
2.3 瓶身支撐部分的設(shè)計(jì)
瓶身支撐部分有推頭，中盤，下盤，圓導(dǎo)柱，偏心定位塊，緊定螺釘，和鎖緊螺母構(gòu)成。
緊定螺釘松開時(shí)可以調(diào)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(dòng)偏心定位塊的位置，從而適應(yīng)不同半徑大小的瓶身。
2.4機(jī)殼設(shè)計(jì)
幾機(jī)座材料應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)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(fù)雜的零件；價(jià)格較便宜；鑄鐵的內(nèi)摩擦大，有良好的抗振性。其缺點(diǎn)是生產(chǎn)周期長(zhǎng)，單件生產(chǎn)成本較高；鑄件易產(chǎn)生廢品，質(zhì)量不易控制；鑄件的加工余量大，機(jī)械加工費(fèi)用大。
常用的灰口鑄鐵有兩種：HT200適用于外形較簡(jiǎn)單，單位壓力較大（p>5公斤/厘米2）的導(dǎo)軌，或彎曲應(yīng)力較大的（σ≥300公斤/厘米2）床身等；HT150的流動(dòng)性較好，但機(jī)械性能稍差，適用于形狀復(fù)雜而載荷不大的機(jī)座。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，應(yīng)采用耐磨鑄鐵。
用鋼材焊接成機(jī)架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機(jī)架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機(jī)座約輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡(jiǎn)單；焊接機(jī)架的缺點(diǎn)是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時(shí)成本較高。
本設(shè)計(jì)的機(jī)座采用的是45鋼，45鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)淬火加高溫回火后，具有良好的綜合力學(xué)性能，主要用于要求強(qiáng)度、塑性和韌性都較高的機(jī)械零件，如軸類零件。這類鋼在機(jī)械制造中應(yīng)用最廣泛，其中以45鋼最為突出。
時(shí)效處理
制造機(jī)座時(shí)，鑄造（或焊接）、熱處理及機(jī)加工等都會(huì)產(chǎn)生高溫，因各部分冷卻速度不同而收縮不均勻，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。如果不進(jìn)行時(shí)效處理，將因內(nèi)應(yīng)力的逐漸重新分布而變形，使機(jī)座喪失原有的精度。
時(shí)效處理就是在精加工之前，使機(jī)座充分變形，消除內(nèi)應(yīng)力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。常見的方法有自然時(shí)效、人工時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效等種，其中以人工時(shí)效應(yīng)用最廣。
3總結(jié)
以往旋蓋機(jī)旋蓋頭單一，適應(yīng)能力差，每一種瓶子要更換一次相應(yīng)的旋蓋頭，既浪費(fèi)時(shí)間，有增大成本。本次設(shè)計(jì)利用同一臺(tái)設(shè)備旋不同高度、不同直徑的瓶蓋，提高設(shè)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(shè)計(jì)中，由于自己學(xué)識(shí)有限，零件設(shè)計(jì)的不夠標(biāo)準(zhǔn)，不夠正規(guī)，機(jī)構(gòu)配合不夠完善，希望日后能改進(jìn)。此旋蓋機(jī)只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化相信以后封口機(jī)械將趨于自動(dòng)化發(fā)展。
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