機械式瓶托升降機構的設計課程設計任務書

1、機械式瓶托升降機構的設計1緒論1.1 包裝的機械化包裝機械是隨著新包裝材料的出現(xiàn)，和包裝技術的不斷革新而發(fā)展的。中國包裝機械的技術水平相較于先進國家的整體技術水平落后20年，在產(chǎn)品的開發(fā)、性能、質(zhì)量、可靠性、服務等方面的競爭中處于劣勢。目前，在包裝行業(yè)不斷發(fā)展的前提下，可以看到包裝機械行業(yè)中矛盾重重，企業(yè)無法應對形勢的變化，行業(yè)發(fā)展思想觀念與形勢發(fā)展不相適應；技術創(chuàng)新能力弱，工藝技術進展緩慢，新產(chǎn)品開發(fā)還沒有從根本上擺脫仿研跟蹤的局面，競爭力不強，經(jīng)濟增長、效益提升仍然主要靠規(guī)模拉動。此外，還存在一些包裝機械企業(yè)管理粗放，精細化管理尚未實現(xiàn)；市場意識、競爭意識、憂患意識不強，服務市場、服務客戶

2、的意識以及發(fā)展的緊迫感、責任感不強，一些包裝機械企業(yè)對人的認識和使用與市場經(jīng)濟規(guī)律之間不相適應等現(xiàn)象。面對不利因素，最緊迫的是改變包裝機械行業(yè)中各企業(yè)的發(fā)展方式，企業(yè)要站在新的起點上去審視和解決好以上的矛盾和問題，轉變發(fā)展理念，強化自主創(chuàng)新，增強市場意識，大力推進國內(nèi)包裝機械行業(yè)發(fā)展。要改變包裝機械行業(yè)現(xiàn)狀，促進包裝機械的發(fā)展，行業(yè)在大步前進的同時要注意包裝機械的發(fā)展趨勢。隨著科學技術的不斷發(fā)展進步，各種食品加工品的出現(xiàn)，對包裝技術和包裝設備都提出了新的要求，包裝機械在流通領域中發(fā)揮著越來越大的作用。目前包裝機械競爭日趨激烈，而高度自動化、智能化、多功能、高效率、低消耗的包裝設備越來越受到行業(yè)

3、的青睞?，F(xiàn)在工藝流程自動化程度越來越高。目前自動化技術在包裝生產(chǎn)線中已占50%以上，大量使用了電腦設計和機電一體化控制，提高生產(chǎn)率、設備的柔性和靈活性，增加機械手以完成復雜的包裝動作。每個機械手均由單獨的電腦控制，攝像機監(jiān)控包裝動作并將信息反饋到電腦以調(diào)整動作幅度，保證包裝的質(zhì)量。不久包裝機械即將創(chuàng)新新興行業(yè)。目前國外包裝和食品機械水平高的國家主要有美國、德國、日本、意大利和英國等。制造執(zhí)行系統(tǒng)目前，中國包裝機械需要在安全檢測技術，運動控制技術，柔性化生產(chǎn)制造，執(zhí)行系統(tǒng)等方面不斷改進，并努力創(chuàng)新。1.2灌裝機的發(fā)展正是因為以上的作用的優(yōu)點，包裝機械近幾年來得到的快速的發(fā)展，旋轉型灌裝機械作為包

4、裝機械的一種也同樣發(fā)展迅速，在糧油食品、化工、石油等工業(yè)領域中, 有許多呈液體狀態(tài)的產(chǎn)品以瓶( 桶)裝形式出廠, 所以經(jīng)常采用液體灌裝機進行定量灌裝。目前, 我國的自動液體灌裝機, 絕大部分采用容積式計量的形式進行分裝, 即采用氣缸活塞式的機械結構。這種計量方式, 由于氣缸內(nèi)徑的尺寸有一定公差, 且各氣缸內(nèi)徑的不一致, 加上在灌裝粘度較高的液體時, 容易吸入空氣, 所以其計量準確度較低, 一般只能控制0.5% 左右的偏差范圍內(nèi)。在大容量灌裝時, 其絕對誤差就較大, 往往不能滿足計量要求。因此需要提高計量的準確度和重復性,增大灌裝容量范圍，使其可以方便地任意調(diào)整, 能適應各種大小容器。圖1-1

5、灌裝機三維圖1.3機械式瓶托升降機構特點及應用場合機械式托瓶機構具有結構簡單、制造方便的特點。托瓶機構依靠彈簧力使托瓶臺升降，具有一定的緩沖作用，但在降瓶及無瓶區(qū)段有較大的彈簧力，將增加凸輪磨損，容易彎斷輥子銷軸。彈簧在連續(xù)工作中容易失效，其壓緊力也受到一定限制。主要用于灌裝不含氣液料的灌裝。2總體設計目前，在國內(nèi)外的灌裝行業(yè)，旋轉型灌裝機逐漸取代了直排式的灌裝機，因為旋轉型灌裝機具有時不用停歇，灌裝效率高，運動速度都是同步的，所以不會產(chǎn)生大的沖擊振動，對一些易損易碎容器較為安全等一些優(yōu)點。所以本次設計也采用旋轉型灌裝機。1-輸送帶；2-進瓶撥輪；3-轉盤；4-定位板；5-出瓶撥輪圖2-1旋轉

6、型灌裝機示意圖1-分瓶蝸桿2-進瓶撥輪3-升降機構4-定中罩5-中間撥輪6-壓蓋撥輪7-出瓶撥輪8-環(huán)形酒缸9-真空通道10-灌裝閥11-旋轉分配器圖2-2旋轉型灌裝機實物圖瓶托升降機構是灌裝機中承載瓶容器做上下運動，從而與灌裝閥接合、分離進行灌裝，并且?guī)е孔幼鰴M向運動的機構。托瓶機構的上滑筒與下滑筒，借助拉桿與壓縮彈簧組成1個彈性套筒。在下滑筒的支撐軸上裝有滾動軸承，使托瓶臺連同上、下滑筒一起沿著凸輪導航升降。由于由上、下滑筒等組成的彈性套筒是依靠壓縮彈簧上升的，因此具有緩沖作用，既能保證灌裝時瓶口的密封，同時對瓶子的高度誤差也有較好的適應能力。實際上它相當于圓柱凸輪直動從動桿機構，只不過

7、圓柱凸輪固定不動，而直動從動桿可繞圓柱輪的中心軸線回轉，其相對運動關系不變。這種升降機構由固定圓柱凸輪偏置直動從動桿機構來實現(xiàn)轉盤也就是圓柱形凸輪的端面，升降機構在上面行走，同時灌裝也是在這一部分完成。圖2-3上將機構運動圖3包裝容器的設計灌裝時需要容器來盛裝液體，這些容器一般有玻璃瓶、塑料瓶、金屬罐、紙盒等。3.1包裝容器材料選擇此處采用塑料作為包裝容器的材料。采用塑料瓶包裝的優(yōu)點是：包裝成本低廉；可有效降低爆瓶傷人事故；能解決塑料周轉箱在流通及堆放過程中對內(nèi)存瓶體表面的污染問題；適用范圍廣。3.2包裝容器形狀設計此處選用圓柱形瓶。圓柱瓶受力均勻，灌裝時受力不易變形，且站立時較為穩(wěn)定，不易傾

8、倒。圓柱體，更有利于液體的承裝，節(jié)省材料的使用，提高利潤。3.2包裝容器尺寸設計因為灌裝的容積為V=150ml，所以設瓶子底面內(nèi)半徑為R=2.5cm，則可得瓶子的底面積為S=R=3.142.52=19.625cm；瓶子上部的半球體積為V1=1/24/3R=1/24/33.142.53=32.7cm，所以需要去掉V1=32.7cm。設瓶子圓柱段的高度為h1，則有：V-V1=Sh1，所以求得h1=6cm。瓶子的高度H=h1+R+瓶頸的高度，所以可得H=10.5cm。3.4包裝容器三維圖圖3-1瓶子模型圖4凸輪的設計機械式升降機構，這種升降機構是由固定圓柱凸輪偏置直動從動桿機構來實現(xiàn)。凸輪是整個升降

9、機構的核心裝置，利用凸輪來實現(xiàn)整個機構的升降運動。在旋轉型灌裝機中，瓶子既隨轉盤旋轉，又作上下運動，所以這里采用圓柱斷面凸輪，即整個滑道就是圓柱端面，圓柱端面不動，推桿在端面上行走，由于圓柱端面的曲線設計，從而讓推桿在繞轉盤轉動時做升降運動。這種機構結構簡單，但機械磨損大，工作可靠性較差。4.1凸輪的展開曲線為保證灌裝時藥液不會泄漏或濺出瓶外，控制瓶子升降的凸輪廓形(即滑道)： 在行程的最高點處，應能使瓶口緊壓在灌裝頭上； 在行程的最低點處，應使瓶口遠離灌裝頭。托瓶臺1和上滑筒3、下滑筒6通過拉桿5與彈簧2組成一個彈性套筒； 圖4-1凸輪的展開示意圖為避免凸輪機構受力過大：滑道的最大升角30；

10、對空行程(瓶托下降時)因從動件受力很小，角可取大些(70)，以節(jié)省下降時間。這里取=30，轉盤速度V0=100mm/s，每瓶的灌裝時間為t2=6s，則L2=600mm。知初始條件為灌裝瓶容積150ml；行程30110mm；灌裝機生產(chǎn)能力700瓶/小時。所以可知每瓶開始的灌裝的時間間隔為t=3600/700=5.14s。根據(jù)升角、回角和行程可計算出升程和回程所對應的展開曲線長度：由于行程是30110mm，所以推桿在垂直方向上運動的距離為80mm；根據(jù)升角=30，計算出上升曲線長度L1=160mm，對應的直角邊長度為N1=139mm，所以上升時間為t1=N1/V0=1.39s?；爻探侨?60，則N

11、3=h/tan=46mm，所以取t3= N3/V0=0.46s，所以下降曲線長度為L3=92.4mm。所以滑道開始上升到下降的展開長度為L0=N1+L2+N3= 139+600+46=785mm。假設灌裝機總共有n個灌裝閥，則n（t1+t2+t3）/t=1.527。所以取旋轉型灌裝機的灌裝閥數(shù)為n=2個，則滑道總長為L=（n-（t1+t2+t3）/t）V0t+L0=1028mm。所以滾輪在滑道上滾一周所用時間為T=nt=10.28s。則凸輪升程角為：t1/T360=49；凸輪遠休止角為：t2/T360=210；遠休止角所對應的弧長為：L2=600mm，回程角為：t3/T360=16；近休止角為

12、：（T-t1-t2-t3）/T360=85由上可得到圖2形狀凸輪的半徑R1=164mm。圖4-2 凸輪的展開曲線4.2凸輪的形狀 根據(jù)凸輪的展開曲線繪制出凸輪時，要在轉彎處設計圓角，以免推桿在上面運動時，在轉彎處產(chǎn)生剛性沖擊而造成瓶子傾倒或移位現(xiàn)象，同時也減少一些阻力，減少不必要的磨損。圖4-3 凸輪的模型圖5升降機構的結構設計升降機構應具有一定的可調(diào)節(jié)性，可適應具有一定高度誤差的瓶子；且具有一定的緩沖性能和彈性， 讓瓶口與灌裝閥接觸時不會產(chǎn)生剛性碰撞而損壞瓶子，同時也讓灌裝閥與瓶口接觸時有一定的壓力。5.1升降機構原理設計為保證托瓶臺與前工作臺面高度一致，托瓶臺高度應可調(diào)節(jié)： 松開夾緊螺絲，

13、旋轉托瓶臺至所需高度即可。為保證灌裝時藥液不會泄漏或濺出瓶外，要求控制瓶子升降的凸輪廓形(即滑道)： 在行程最高點處，應使瓶口緊壓在灌裝頭上； 在行程的最低點處，應使瓶口遠離灌裝頭。托瓶臺1和上滑筒3、下滑筒6通過拉桿5與彈簧2組成一個彈性套筒圖5-1升降機結構圖安裝： 整個升瓶機構由固定滑座4用螺母安裝在下轉盤邊緣孔中； 帶動下轉盤旋轉的大齒輪其分度圓線應與托瓶臺的中心線相吻合，這樣才能保證瓶子在進、出撥瓶輪與托瓶臺間傳送時線速度保持一致（這勢必增加升降運動時的附加力矩，加速磨損）。高度調(diào)節(jié)：當瓶口頂緊灌裝閥需產(chǎn)生一定密封力及因瓶子高度誤差，均可通過上滑筒3相對下滑筒6的運動，使彈簧2受壓縮

14、起到調(diào)節(jié)作用。導向：上、下滑筒的運動均有槽下面可防止?jié)L動軸承偏離升瓶凸輪；上面可防止托瓶臺偏轉，保證瓶口與灌裝閥的相互對中。升瓶：升瓶凸輪8經(jīng)滾動軸承7可使彈簧套筒上升完成升瓶。降瓶：灌液結束后，滾動軸承正好轉至降瓶凸輪（圖中未示出）的下方，壓迫整個彈性套筒下降，完成降瓶動作。 這種升瓶機構的升降瓶動作均是用固定圓柱凸輪偏置直動從動桿機構來實現(xiàn)的。5.2升降機構結構尺寸的設計5.2.1瓶托臺的設計 瓶托臺其頂部與瓶子底部接觸，尺寸根據(jù)瓶子的直徑確定。已知瓶子的直徑為50mm,則瓶托臺頂部可設計為60mm.。厚度取10mm,有一定的拔模斜度，則底部可設計直徑為80mm。設計有螺紋的桿與頂座相連，

15、桿的直徑為12mm,長度為20mm。結構圖如圖所示：圖5-2瓶托臺結構圖5.2.2頂座的設計 定做的主要作用是用來連接各部件，是他們能夠按一定的規(guī)律組裝起來，并支撐瓶托臺。與其相連的部件有拉桿，上滑筒，彈簧。設計有伸出結構，使用螺栓加緊，是瓶托臺牢固的定位在頂座上。為了有效的連接上滑筒，設計圓柱狀的突出結構。拉桿的直徑為10mm,為了使拉桿能夠很好地運動，則頂座與拉桿使用過盈配合，頂座的直徑為12mm。 結構圖如圖所示：圖5-3頂座的結構圖5.2.3拉桿的設計拉桿的作用主要是用來連接各部件和導向作用，拉桿頭與頂座相連接，設計為錐形，這樣可以避免應力集中，提高拉桿的力學性能。在拉桿另一端設計有2

16、0mm的螺紋，使用螺紋固定。其和連接塊的連接也屬于過盈配合。瓶口頂緊灌裝閥需產(chǎn)生一定密封力及因瓶子高度誤差時，拉桿可以和頂座或連接塊相對運動，從而起到保護瓶子和其他部件的作用。拉桿的長度為260mm，直徑為10mm。結構圖如圖所示：圖5-4拉桿的結構圖5.2.4上下滑筒的設計上下滑筒的作用主要是起到導向的作用，則其可設計為薄壁的管狀，壁厚設計為4mm，外徑為32mm，則內(nèi)徑為24mm。上滑筒長度為128mm，下滑筒長度為120mm。結構圖如圖所示：圖5-5上下滑筒結構圖5.2.5滑座的設計滑座的作用主要是為了起到固定的作用，將托平生將機構固定在旋轉灌裝機上?？稍O計兩個部位進行固定。第一個是用兩

17、個螺釘與外壁固定，第二個則是設計臺階使其卡在灌裝機的平臺上?？傞L度為200慢慢，分為三部分，最上端長短為52mm，壁厚為6mm；第二部分為88mm，壁厚為4mm,第三部分長度為60mm,壁厚為4mm。 結構圖如圖所示：圖5-6滑座結構圖5.2.6連接塊的設計連接塊的作用主要是使軸承沿凸輪滑道的運動轉化為彈簧并最終成為瓶托臺的運動。在其上可設計正相交的兩個孔，直徑為12mm的孔與拉桿配合，屬過盈配合，而20mm直徑的孔與連桿配合，屬間隙配合。并設計有凸臺，誰其與下滑筒相連。結構圖如圖所示：圖5-7連接塊結構圖5.3升降機構裝配圖托平升降機構的各個兩件按其功能和原理圖進行裝配，得到其裝配圖如圖所示

18、。圖5-8升降機裝配圖5.4升降機構三維圖5.4.1零件三維圖圖5-9升降機構各零件模型圖5.4.2升降機構三維裝配圖圖5-10升降機構三維裝配圖6小結這次包裝機構的課程設計主要是繼機械設計的課程設計之后，又一次機械方面的課程設計。兩者的不同之處是機械設計的課程設計所設計的變速箱是手繪圖紙，非常原始的方法，所耗時間比較多。但因為許多人都做，因此可以找到許多模版可以參考。然而這次機械式瓶托升降機構的設計，則完全是全靠自己設計，沒有任何模版可以參考。設計的第一步是搜集有關該機構的相關資料，然而在搜集資料的過程中就發(fā)現(xiàn)，這方面的資料很少。因此必須在有限資料的情況下設計出符合要求的產(chǎn)品。既要滿足原始參

19、數(shù)：灌裝瓶容積150ml；行程30110mm；灌裝機生產(chǎn)能力700瓶/小時。第二步則是閱讀資料，根據(jù)相關資料確定原理圖，明確該機構是有哪幾部分組成，各部件的作用是什么。首先是設計出凸輪滑道，其是托瓶生將機構饒軸運動的基礎。根據(jù)升程設計出相關軌跡線。由此而設計出相關尺寸。并在Proe中畫出三維立體圖，確定滿足要求，則在CAD中完善平面圖。第三步則是確定托瓶升降機構的各部件尺寸，明確結構尺寸后，首先在Proe中畫出三維立體圖，并進行裝配。根據(jù)生成的模型，查找不足，并不斷改進，直到足夠完善。最后在CAD中完善平面圖。最后則是寫出設計說明書和其他一些工作。這次我覺得收獲最大的是通過自己設計，做出了基本

20、符合要求的設計來，雖然存在著很多問題，但是還是一次很有意義的嘗試。畫是三維零件圖就畫了我一天半，這主要是軟件操作不熟練。通過實際操作，遇到不會的地方就立馬學習，很快提過了軟件的操作能力。這是我覺得最有意義的地方。以前總是自學軟件，效果卻是不怎么樣。更深刻體會到，只有在實際操作中才能真正掌握。而平面圖畫了我好多時間，則主要是因為有許多細節(jié)方面的地方要注意。這次我覺得以后要改進的是，則有質(zhì)量的完成任務的同時能夠提高效率，這是很重要的。尤其是在明年即將進入工作崗位，講求效率則是及其重要的。而做到提高效率，我認為首先要做到熟練，比如說軟件必須熟練，做到這點就需要多做多用。7參考文獻1車寧，武福，一種FGZ 10型灌裝機的設計與研制J，廣西輕工業(yè)20072張文明，全自動液體灌裝機J，機電一體化，2003 3劉文彥，白忠喜，高路經(jīng)濟型液體灌裝機的研制J，食品機械4夏春艷，劉秀