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酒瓶旋蓋機的設(shè)計 王利1安靜1 (1. 塔里木大學(xué)機械電氣化工程學(xué)院， 阿拉爾 843300） 摘要：旋蓋機是自動灌裝生產(chǎn)線的主要設(shè)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(diào)味料等類似瓶包裝的封口中大量采用螺紋蓋封口。半自動酒瓶旋蓋機是利用電機旋轉(zhuǎn)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(jié)構(gòu)合理、鎖口質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、調(diào)整方便、維修簡單等優(yōu)點。具有一定的市場潛力及應(yīng)用價值。 關(guān)鍵詞：旋蓋機；設(shè)計參數(shù)；構(gòu)件；結(jié)構(gòu)；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)牟牧希萜?，施以保護物品的技術(shù)。隨著市場經(jīng)濟的飛速發(fā)展、我國國際化進程的加快以及人們的物質(zhì)文化生活水平的提高，對包裝質(zhì)量和包裝速度的要求不斷提高，包裝機械是使產(chǎn)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(shù)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(chǎn)品等生產(chǎn)中起著中要的作用。包裝機械可以提高勞動生產(chǎn)效率，改善生產(chǎn)環(huán)境，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品儲運的安全性及檔次，增加產(chǎn)品的附加值，從而提高產(chǎn)品的市場競爭力，帶來更大的經(jīng)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(nèi)外市場和極好的發(fā)展機會。 目前國內(nèi)灌裝生產(chǎn)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(chǎn)能力受到限制，不能適應(yīng)高速旋蓋的需要;另外，更換瓶子時調(diào)整比較困難，無法對 不同高度瓶子實現(xiàn)快速調(diào)整后進行旋蓋；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，既浪費時間，又增大成本。所以各生產(chǎn)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(yīng)現(xiàn)代包裝機高速、高效和高可靠性生產(chǎn)的需要，在廣泛吸收國內(nèi)外先進機型的基礎(chǔ)上，設(shè)計此了機器。 食品原料經(jīng)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(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(shè)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(yīng)用價值以及市場潛力。 1總體設(shè)計思路 旋蓋機主要有四部分構(gòu)成：傳動部分、旋蓋部分、瓶身支撐部分、機殼部分 1.1設(shè)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(zhuǎn)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(shè)計總體結(jié)構(gòu) 酒瓶旋蓋機的總體結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示。 該半自動旋蓋機的結(jié)構(gòu)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(jīng)V帶將動力傳給主軸上的帶輪3，帶輪3帶動主軸旋轉(zhuǎn)。主軸與小齒輪4平鍵連接，從而帶動小齒輪4轉(zhuǎn)動。小齒輪4與大齒輪5嚙合，帶動大齒輪5轉(zhuǎn)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(zhuǎn)連桿機構(gòu)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(zhuǎn)，帶動滾絲輪12繞軸11公轉(zhuǎn)，從而使瓶蓋被滾絲輪12滾絲旋蓋，達到完美鎖蓋的效果。 圖1酒瓶旋蓋機的總體結(jié)構(gòu)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(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 2.1圓柱凸輪的設(shè)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(zhuǎn)，小圓輪沿圓柱輪廓運動，從而帶動連桿機構(gòu)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(shè)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(shè)計 機構(gòu)在動力作用下，整體繞主軸中心旋轉(zhuǎn)。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(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(shè)計 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機殼設(shè)計 幾機座材料應(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；價格較便宜；鑄鐵的內(nèi)摩擦大，有良好的抗振性。其缺點是生產(chǎn)周期長，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(dǎo)軌，或彎曲應(yīng)力較大的（σ≥300公斤/厘米2）床身等；HT150的流動性較好，但機械性能稍差，適用于形狀復(fù)雜而載荷不大的機座。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(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設(shè)備簡單；焊接機架的缺點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)時成本較高。 本設(shè)計的機座采用的是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(yīng)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(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。如果不進行時效處理，將因內(nèi)應(yīng)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(nèi)應(yīng)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(yīng)用最廣。 3總結(jié) 以往旋蓋機旋蓋頭單一，適應(yīng)能力差，每一種瓶子要更換一次相應(yīng)的旋蓋頭，既浪費時間，有增大成本。本次設(shè)計利用同一臺設(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)計中，由于自己學(xué)識有限，零件設(shè)計的不夠標準，不夠正規(guī)，機構(gòu)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(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006. [2] 黃穎為.包裝機械結(jié)構(gòu)與設(shè)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(xué)出版社，1990. [4] 成大先.機械設(shè)計手冊第三卷[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006. [5] 劉家仁.機械設(shè)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(xué)[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(dǎo)彈與航天運載技術(shù). 1994年5期:63-67.