旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)供送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、武漢理工大學(xué)包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)供送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)1包裝容器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1. 1容器材料 包裝容器的產(chǎn)品定位為女性日用品乳液，為保證產(chǎn)品的性能包裝容器需要有良好的阻隔性和密封性，同時(shí)包裝容器還不能與產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)引起其變質(zhì)。此外產(chǎn)品屬于中檔消費(fèi)品，為體現(xiàn)其檔次以及綜合以上考慮選擇玻璃瓶作容器，玻璃材質(zhì)為高白玻璃。容器的開啟是旋蓋式，容器蓋為塑料蓋。1.2容器形狀 為便于機(jī)械自動(dòng)化生產(chǎn)及降低設(shè)備成本，容器形狀選擇應(yīng)用較廣泛的圓柱形。1.3容器尺寸根據(jù)要求包裝容器容積為100ml，可選定瓶底的半徑，瓶高。包裝容積V=3.14x20x20x80=100.480ml，滿足包裝要求。為了適應(yīng)瓶蓋

2、的旋合啟閉，在瓶蓋旋合處另制造出約20mm的螺旋高度，便于與瓶蓋的旋合開啟。包裝容器的效果圖如圖：圖1.1 包裝容器結(jié)構(gòu)圖2星形撥輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1星形撥輪原理 此機(jī)構(gòu)是將灌裝機(jī)的限位機(jī)構(gòu)送來(lái)的瓶子，準(zhǔn)確地送入灌機(jī)中的升降機(jī)構(gòu)或灌滿的瓶子從升降機(jī)構(gòu)取下送入傳送帶的機(jī)構(gòu)。將定量的液體物料(簡(jiǎn)稱液料)充填入包裝容器內(nèi)的機(jī)器稱為灌裝機(jī)械。因?yàn)樗嗳氲囊后w具有流動(dòng)性，所以所用的容器一般為剛性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金屬罐、復(fù)合紙盒等。如圖2.1所示，輸送鏈帶、分件供送螺桿、星形撥輪和弧形導(dǎo)板相結(jié)合用于容器的輸入；同時(shí)撥輪也用于容器的輸出。圖2.1 供送螺桿與行星撥輪組合簡(jiǎn)圖1分件供送螺桿 2

3、弧形導(dǎo)板3行星撥輪 4圓柱形容器2.2星形撥輪結(jié)構(gòu) 星形撥輪的結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，齒槽形狀確實(shí)千變?nèi)f化。圖2.2所示的四種形狀都能滿足將灌裝容器送入灌裝機(jī)中的升降機(jī)構(gòu)要求，但是性能、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)以及穩(wěn)定性的要求不同，要確定那種方案必須根據(jù)設(shè)計(jì)的要求而定。瓶子從輸送帶送過(guò)來(lái)將堆擠到一起，因此就應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的可以起到瓶的限位機(jī)構(gòu)的作用。(a)和(b)適合供送單個(gè)圓柱形容器，（c）適合供送單個(gè)長(zhǎng)方形容器，（d）適合供送多個(gè)多種體形的容器。從制造角度看，本設(shè)計(jì)根據(jù)容器外形和輸送方式，宜采用（a）方案。14武漢理工大學(xué)包裝機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書圖2.2典型星形撥輪簡(jiǎn)圖撥輪的尺寸要求以能很平穩(wěn)的輸送瓶子。如圖2.

4、3所示，通過(guò)類比實(shí)驗(yàn)，Rc與灌裝機(jī)主體中的撥瓶螺桿有關(guān)。 若撥輪的外接圓與灌裝機(jī)主體中撥瓶螺桿的外接圓相交，則Rc尺寸大于瓶子半徑。撥輪通常用不銹鋼或酚醛樹脂板制作，成雙平放緊固在主軸端部，其高度和間距可根據(jù)被供送瓶罐的主題部位及其中心位置加以適當(dāng)調(diào)整。圖2.3撥輪截面圖2.3撥輪齒數(shù)計(jì)算 灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力為Q，灌裝機(jī)大轉(zhuǎn)盤主軸轉(zhuǎn)速為n，星形撥輪齒數(shù)為Zb，星型撥輪轉(zhuǎn)速。 由要求給出的灌裝頭數(shù)a=60，灌裝能力Q=720瓶/小時(shí)，根據(jù)Q=60an，可得灌裝機(jī)大轉(zhuǎn)盤主軸轉(zhuǎn)速n=0.2轉(zhuǎn)/分鐘。 為便于參數(shù)設(shè)計(jì)，取撥輪轉(zhuǎn)速與灌裝機(jī)大轉(zhuǎn)盤主軸轉(zhuǎn)速的比i=10=撥輪轉(zhuǎn)速/灌裝大轉(zhuǎn)盤主軸轉(zhuǎn)速n，由此可得

5、撥輪轉(zhuǎn)速=2轉(zhuǎn)/分鐘。根據(jù)單位時(shí)間內(nèi)供瓶數(shù)應(yīng)等于出瓶數(shù)，灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力，可得Zb=6。2.4撥輪尺寸計(jì)算設(shè)撥輪節(jié)圓半徑為Rb，星形撥輪的節(jié)距為Cb，因?yàn)槿萜饕缘乳g距定時(shí)供送，所以 對(duì)于旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)來(lái)講，Cb應(yīng)等于灌裝閥的節(jié)距。取灌裝閥節(jié)距尺寸Cb157mm，代入上式可得=150mm。撥輪的外徑Rc由容器瓶直徑來(lái)確定。為能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉(zhuǎn)盤而不被撥回來(lái)，齒槽半徑Rc需大于瓶子的半徑，設(shè)計(jì)參數(shù)瓶的半徑r=20mm，確定撥輪外徑尺寸Rc=r+(23)=23mm。為便于包裝容器的夾持、供送，需使用兩個(gè)撥輪盤，兩撥輪盤的間距一般為容器高度的一半，這里H=h/2=40mm。2.5撥輪結(jié)構(gòu)圖圖2.

6、4 星形撥輪圖2.5 星形撥輪組合3變螺距分件供送螺桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1螺桿的組合設(shè)計(jì)在灌裝過(guò)程中，需要將包裝容器（瓶子）定時(shí)定距平穩(wěn)地輸送到包裝工位，完成這一要求的裝置稱為定距分隔定時(shí)供給裝置。它由進(jìn)瓶螺旋桿及側(cè)面導(dǎo)板組成，安裝在容器供給裝置系統(tǒng)靠近包裝機(jī)的一端，與轉(zhuǎn)送容器的星形撥輪相銜接。進(jìn)瓶螺旋桿由傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)作等速轉(zhuǎn)動(dòng)，將輸送裝置送來(lái)的容器導(dǎo)入螺旋槽中，容器在螺旋的推動(dòng)下前進(jìn)，同時(shí)被螺旋槽分隔開，到達(dá)出口端即傳送給星形撥輪與中央導(dǎo)板組成的轉(zhuǎn)送裝置，這樣就可實(shí)現(xiàn)依次定距供送容器的目的。進(jìn)瓶螺旋桿每回轉(zhuǎn)一周，從進(jìn)瓶螺旋桿入口導(dǎo)入一個(gè)容器，螺旋槽中的容器前進(jìn)一個(gè)螺距，螺桿出口端排出一個(gè)容器。螺

7、桿的轉(zhuǎn)速與包裝機(jī)裝填裝置的執(zhí)行構(gòu)件之間保持一定的傳動(dòng)比，從而間接實(shí)現(xiàn)定時(shí)供給容器的要求。根據(jù)此原理，要達(dá)到定距分隔定時(shí)供給的工藝要求，這條螺桿必須滿足以下幾個(gè)條件：1、把容器順暢導(dǎo)入螺旋槽；2、容器沿進(jìn)瓶螺旋桿前進(jìn)時(shí)應(yīng)平穩(wěn)；3、容器與星形撥輪能夠順利銜接。根據(jù)以上條件把螺桿設(shè)計(jì)成四段組合式組合螺桿： 輸入等速段，螺距小于，有助于穩(wěn)定的導(dǎo)入口 變加速度段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊。 等加速段，與輸送帶拖動(dòng)瓶罐的摩擦作用力相適應(yīng)，采用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律使之增大間距，以保證在整個(gè)供送過(guò)程中與螺旋槽有可靠的接觸摸點(diǎn)而不易晃動(dòng)和傾倒。 輸出等速段，使螺距等于，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀

8、態(tài)，這對(duì)供送導(dǎo)形瓶罐尤為重要。3.2確定螺桿的基本參數(shù) 由星形撥輪的尺寸，為保證供送連續(xù)無(wú)間斷，撥輪轉(zhuǎn)速與螺桿轉(zhuǎn)速關(guān)系滿足：，可得=12轉(zhuǎn)/分鐘。 螺旋傳動(dòng)的螺紋采用單線梯形螺紋，同時(shí)制出同瓶罐主體半徑r相適應(yīng)的過(guò)渡角，以改善導(dǎo)入效果，緩和輸入與輸出的陡振和磨損。設(shè)螺桿的內(nèi)外徑、，中徑。為使螺旋槽對(duì)瓶罐產(chǎn)生適宜的側(cè)向力，外徑d滿足：。(3-1)考慮到加工工藝取=60mm，外徑=0.8（+2r）=80mm，螺桿中徑=70mm。3.3各段螺桿的參數(shù)確定3.3.1輸入等速段螺桿等速段的螺距取為。 (3-2)式中 兩相鄰容器間的平均間隙（一般為幾毫米，主要與容器加工精度有關(guān)）取，則螺桿等速段的螺距為=

9、40+10=50mm。 設(shè)等速段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取為11.5），中間任意，在這取，對(duì)應(yīng)螺旋角 (3-3) 對(duì)單線外螺旋線，其展開圖形為一條斜直線，相應(yīng)的周向展開長(zhǎng)度， (3-4) 軸向長(zhǎng)度 ，=50mm (3-5) 供送速度 =5012=600mm/min=100mm/s 。 (3-6) 變螺距螺桿與星形撥輪組合供送裝置，為保證包裝容器準(zhǔn)確進(jìn)入工位，包裝容器的供入速度另有控制要求：當(dāng)時(shí)，依靠送帶對(duì)包裝容器的摩擦拖動(dòng)作用加速，以接近于螺桿的初始供送速度。當(dāng)時(shí)，借助于可調(diào)式波形尼龍板或刷板等緩沖裝置使其減速。3.3.2變加速度段螺桿該段螺桿的供送加速度，由零依正弦函數(shù)變化規(guī)律增加到最大值，

10、則 (3-8) 相應(yīng)的供送速度及軸向位移為： (3-9) (3-10) 式中、分別表示被供送容器移過(guò)行程及其最大值所需的時(shí)間。 由初始條件：當(dāng)時(shí)，；而當(dāng)時(shí)，=，故可確定各待定系數(shù)：=，=，。將、各值代入上式，得 (3-11) 設(shè)該段螺旋線的最大圈數(shù)為2），取，其中任意為，由于=2s。上式可改寫成 (3-12) 該段螺旋線的展開圖形是由一條斜直線和一條按擺線投影規(guī)律變化的曲線疊加而成的曲線。 由于此段外螺旋線的周向展開長(zhǎng)度=439.6mm。將此值代入上式，得 (3-13) 視為自變量，對(duì)上式求導(dǎo)，可求出該段外螺旋線的螺旋角 (3-14) 其最大值為 (3-15) 可求出該段限定區(qū)間（）內(nèi)的任意螺

11、距值 (3-16) 再將和值分別代入式子，導(dǎo)出該段的加速度及速度的計(jì)算式： (3-17) (3-18) (3-19) 由此可知，當(dāng)其他條件一定時(shí)，變加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均隨螺旋圈數(shù)的增大而增大。3.3.3等加速段螺桿螺桿等加速度段的供送加速度，則相應(yīng)的供送速度及軸向位移為 (3-20) (3-21)式中 被供送容器移過(guò)行程所需要的時(shí)間由初始條件知：當(dāng)時(shí)，=0，可確定各特定各系數(shù)：，。將和值代入上式，得 (3-22) 設(shè)等加速度段螺旋線的最大圈數(shù)為通常?。?5），取，中間任意值，由于=，且令當(dāng)量螺距 (3-23) 解出等加速段的位移為 (3-24)可見(jiàn)，等加速段螺旋線的展開圖形是一

12、條斜直線和一條拋物線規(guī)律變化的曲線疊加而成。將此段外螺旋線展開長(zhǎng)度：,代入上式，可求得軸向位移 (3-25) 視為自變量，對(duì)上式求導(dǎo)，等加速度段外螺旋線的螺旋角及其最大值分別為： (3-26) =0.71 (3-27) 由以上兩式導(dǎo)出 (3-28)可得等加速段的加速度為：這表明，等加速段的供送加速度與螺桿轉(zhuǎn)速度的平方成正比；當(dāng)星形撥輪節(jié)距和等速度段螺距保持定值時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾雍髢啥温菪€的總圏數(shù)，有助于降低螺桿的供送加速度，或提高螺桿轉(zhuǎn)速。等加速段限定區(qū)間（）內(nèi)的任意螺距值 (3-29)其最大值 (3-30)再將值代入式(3-20)得 (3-31)其最大值 (3-32)以上表明，當(dāng)其他條件一定時(shí)

13、，螺桿等加速度段的外螺旋線螺旋角、螺距和供送速度同樣隨螺旋圈數(shù)的增大而增大。3.3.4螺桿輸出等速段對(duì)于輸出等速段，為改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀態(tài)，應(yīng)使該段螺距=157mm，設(shè)等速段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取為11.5），中間任意，取，對(duì)應(yīng)螺旋角 =0.71 （3-33）根據(jù)邊界條件可得供送速度單線外螺旋展開圖形為一條斜直線，相應(yīng)的周向展開長(zhǎng)度 ， （3-35）軸向長(zhǎng)度， （3-36） 最后，為便于設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)械加工，將式（3-28）的值分別代入式（3-12）和式（3-24）(以此類推)，經(jīng)整理得： (3-37) (3-38) (3-39) (3-40)綜上所述，螺桿等速段的最大軸向

14、長(zhǎng)度僅與螺距和圈數(shù)有關(guān)，變加速段和等加速段的最大軸向長(zhǎng)度、與撥輪節(jié)距、螺距及圈數(shù)、有關(guān)。將相關(guān)數(shù)值代入上式，可得變加速段的長(zhǎng)度為等加速段的長(zhǎng)度為 至此，可求出供送螺桿三段式組合螺旋線展開圖形的軸向及周向全長(zhǎng)： (3-41) (3-42)即螺桿螺旋線軸向和周向長(zhǎng)度各為=791.46mm =1789.8mm3.4繪制螺桿零件圖采用Solidworks繪制三維圖，對(duì)變螺距螺桿的實(shí)物圖進(jìn)行繪制分析。已知螺桿設(shè)計(jì)的參數(shù)：螺桿外徑D=80mm,螺桿的內(nèi)徑為do=60mm,供送件的直徑為、螺桿的轉(zhuǎn)速，變速圈數(shù)為，初始螺距為P50mm,撥輪節(jié)距為。螺桿的全長(zhǎng)為791.46mm。 繪制螺桿圖如圖3.1圖3.1

15、螺桿3.5繪制裝配圖分件供送螺桿裝置可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則排列的容器、物料以確定的速度、方向和間距分批或逐個(gè)地供送到給定的工位。特別是為了適應(yīng)包裝容器日新月異的變化和提設(shè)備生產(chǎn)能力的實(shí)際需要，分件供送螺桿裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向發(fā)展，并不斷擴(kuò)大它在灌裝、充填、封口、貼標(biāo)、計(jì)量、檢測(cè)以及自動(dòng)包裝線上的應(yīng)用，如分流、合流、升起、起伏、轉(zhuǎn)向和翻身等。如圖3.2為分件單列送正圓柱形及某些異形瓶罐的典型組合裝置。圖3.2 裝配圖4設(shè)計(jì)小結(jié)通過(guò)這次的咖啡的課程設(shè)計(jì)，我明白了課本中的很多問(wèn)題，理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理

16、論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。同時(shí)我也利用了很多課本里面的知識(shí)，可以說(shuō)是對(duì)我學(xué)到東西的一個(gè)檢驗(yàn)。比如說(shuō)紙盒的設(shè)計(jì)、尺寸的計(jì)算、紙箱強(qiáng)度的校核和設(shè)計(jì)的原理都在這次的設(shè)計(jì)中得到了很大的提高。此次設(shè)計(jì)是一次思維的擴(kuò)展。很多東西在這次的設(shè)計(jì)中可以說(shuō)是第一次遇到，但是經(jīng)過(guò)不懈的努力。終于弄出了此次的成果，或許在整個(gè)設(shè)計(jì)中還有點(diǎn)瑕疵，但我認(rèn)為已經(jīng)做很好。很多想法是經(jīng)過(guò)了多次的修改，想問(wèn)題也從原來(lái)的單調(diào)到現(xiàn)在多角度思考問(wèn)題。思維也變的比以前活躍了。同時(shí)也豐富了我的課外知識(shí)。為了使整個(gè)設(shè)計(jì)更加的完善，我查閱了許多的資料。比如說(shuō)消費(fèi)者心理學(xué)，包裝的機(jī)械化操作，品牌價(jià)值的體現(xiàn)等等。在其過(guò)程中我收獲到了課堂里無(wú)法得到的東西，那就是自我的提升。也許在學(xué)校的生活中基本上沒(méi)有什么問(wèn)題，可是我在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中很多東西都不懂，這就需要我花大量的時(shí)間去彌補(bǔ)。如果在平時(shí)的時(shí)候知道自己缺少什么，然后補(bǔ)足它，當(dāng)你要用的時(shí)候就能隨心應(yīng)手了。參考文獻(xiàn)1 潘松年主編.包裝工藝學(xué),北京:印刷工業(yè)出版社,1998,9.2 林學(xué)瀚等.包裝技術(shù)與方法,長(zhǎng)沙:湖南大學(xué)出版社,1998,12.3 張學(xué)金等.實(shí)用包裝技術(shù),北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1989.4 包裝國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)匯編,1、2