【正文】 ..................................................................................................40 參考文獻(xiàn) .....................................................................................................................................41 附錄： ........................................................................................................................................42 第 1 章 緒論 5 第 1 章 緒論 、 潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況 目前，我國包裝行業(yè)的企業(yè)所有制構(gòu)成有了很明顯的變化，民間投資不斷活躍并成了這個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)亮點(diǎn)。 本潤滑油小包裝生產(chǎn)線由兩臺(tái)灌裝機(jī)（ 46灌 /分鐘）、兩臺(tái)旋蓋機(jī)、一臺(tái)熱封要、一臺(tái)噴碼機(jī)、一臺(tái)包裝機(jī)（ 56 灌 /分鐘）、碼垛機(jī)一臺(tái)及其配套設(shè)備組成。 、 設(shè)計(jì)思想 半自動(dòng)直線式旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)涉及到機(jī)械、電氣以及自動(dòng)控制等各方面的知識(shí)，需要機(jī)械、電子、自動(dòng)控制的各方面的綜合知識(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)旋蓋機(jī)控制系統(tǒng)的硬件的選型，并編制控制系統(tǒng)程序，繪制其控制系統(tǒng)接線圖，梯形圖等。該機(jī)結(jié)合了現(xiàn)代PLC 自動(dòng) 控制技術(shù)，機(jī)電氣一體化，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、經(jīng)濟(jì)性好 、可靠性好等特點(diǎn)。由于直線式是單通道旋蓋方案，其生產(chǎn)能力受到限制，一般最高生產(chǎn)能力為 150～ 200 瓶 /min 左右。這種旋蓋機(jī)可以和灌裝機(jī)一樣通過增加頭數(shù)來增加產(chǎn)量。首先是自動(dòng)化程度低，經(jīng)旋蓋機(jī)旋蓋后仍需進(jìn)行人工旋蓋才能達(dá)到加工要求；其次是效率低下，不能滿足我國罐頭生產(chǎn)現(xiàn)狀；還有就是旋蓋質(zhì)量低，返工率高等問題。 、 所設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)在整個(gè)生產(chǎn)線中的作用 旋 蓋機(jī)是自動(dòng)灌裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口。本旋蓋機(jī)具 有恒扭矩旋 蓋頭，壓力可方便調(diào)整。 它可以把灌裝好的潤滑油瓶通過傳送帶運(yùn)輸，快速旋蓋封口傳送到下一道工序。 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 第 2 章 重要參數(shù)的確定與論證 、 重要參數(shù)的確定 主要技術(shù)參數(shù)： 旋頭數(shù)為兩個(gè)； 適用蓋（直徑）：＜ 25～ 50mm； 適用蓋（高度）： 35mm； 生產(chǎn)效率： 50灌／分鐘 電源： 380V 50Hz 電動(dòng)機(jī)功率： 外形尺寸： 700 500 1243 mm 、 重要參數(shù)的論證 、 產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求： 一機(jī)多用：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； 使用安全，維修方便：在整體設(shè)計(jì)中考慮機(jī)器的安裝、調(diào)整和開機(jī)以及設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護(hù)，使零部件更換方便，盡量做到通用化、標(biāo)準(zhǔn)化； 降低成本：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求設(shè)備精度和自動(dòng)化程度高，但設(shè)備的售價(jià)也相應(yīng)提高，因此設(shè)計(jì)時(shí)，要結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對(duì)相關(guān)因素進(jìn) 行綜合考慮。所以并不是說旋蓋頭數(shù)越多越好，這還要根據(jù)你自己工廠的生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)批數(shù)選擇適合自己的機(jī)型頭數(shù)。 適用蓋（高度、直徑）的論證 考慮到我們?cè)O(shè)計(jì)的這一臺(tái)旋蓋機(jī)主要是用來旋潤滑油瓶蓋， 而且經(jīng)實(shí)際測(cè)量得到 瓶蓋直徑的范圍一般在 30～ 45mm 之間，而瓶蓋高度則在 20～ 30mm 范圍內(nèi)。 生產(chǎn)效率的論證 因?yàn)楸緷櫥托“b生產(chǎn)線由兩臺(tái)灌裝機(jī)（ 46灌 /分鐘）、兩臺(tái)旋蓋機(jī)組成，所以旋蓋機(jī)的生產(chǎn)效率大于或等于灌裝機(jī)的生產(chǎn)效率即可，即大于或等于 46灌 /分鐘。 使用一般的工業(yè)設(shè)備用電 380V 50Hz 電源，方便設(shè)備的安裝使用。 、旋蓋電機(jī) 、 旋蓋電機(jī)選型： 旋蓋機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)可以選用步 進(jìn)電機(jī)，交直流電機(jī)，永磁同步電機(jī)以及其他一些特種電機(jī)。存在著固有的低頻共振和高頻失步的主要缺點(diǎn)，前者在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過程中是不可逾越的，是產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲甚至失步的主要因素，特別是當(dāng)傳動(dòng)比選擇不合適，使常用的進(jìn)給速度區(qū)正好處在步進(jìn)電機(jī)共振頻率 附近時(shí)，將引起共振，使步進(jìn)電機(jī)失步，甚至不能運(yùn)行。并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率也低，因此比同容量直流伺服電機(jī)體積大、重量重。這種高性能電機(jī)的采用不公提高了生產(chǎn)效率、降低能耗，而且大大改善了產(chǎn)品質(zhì)量和提高了產(chǎn)品的價(jià)值。 、無刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 本節(jié)介紹無刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，先對(duì)無刷直流電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分析其換相原理以及各種進(jìn)行電機(jī)位置檢測(cè)的方式，并針對(duì)無刷直流電機(jī)三相星形繞組半控橋電路分析其工作原理，提出了各種無刷直流電機(jī)的調(diào)速方式。 永磁無刷直流電機(jī)的電機(jī)本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。 電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號(hào)處理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時(shí)間。而轉(zhuǎn)子磁勢(shì)則隨著轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。由于功率開關(guān)的導(dǎo)通順序與轉(zhuǎn)子雷劈角同步，因而位置傳感器與功率開關(guān)一起，起著與傳統(tǒng)有刷直流電機(jī)的機(jī)械換向器和電刷相類似的作用。 常見的磁敏式傳感器有霍爾元件、霍爾集成電路、磁敏電阻器及磁敏二極管等多種。 它是由跟隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的帶缺甲的導(dǎo)磁圓盤和固定不動(dòng)的三只差動(dòng)變壓器組成。這種方法檢測(cè)分辨率高，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的電動(dòng)機(jī)。 、無刷直流電機(jī)的基本工作原理 為了更加清晰地闡述無刷直流電機(jī)的工作原理和特點(diǎn)，以圖 所示的三相星形繞組半控橋電路原理圖為例進(jìn)行簡(jiǎn)要說明。 假定此時(shí)光電器件 VP1被照射，從而使功率 管 V1 呈導(dǎo)通狀態(tài)，電流注入繞組 ,假設(shè)該繞組電流同轉(zhuǎn)子磁極作用后所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子的磁極按照順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。在換相過程中，定子各相繞組在工作氣隙中所形成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)是跳躍式運(yùn)動(dòng)的。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。若有桿腔和無桿腔 交替進(jìn)氣和排氣，活塞實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。按運(yùn)動(dòng)形式分為直線運(yùn)動(dòng)氣缸和擺動(dòng)氣缸兩類。這種氣缸常用于機(jī)床上 氣動(dòng)卡盤中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卡。 實(shí)際中，由于活塞等運(yùn)動(dòng)部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實(shí)際輸出力小于理論推力，稱這個(gè)推力為氣缸的實(shí)際輸出力。于是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時(shí)，常用到負(fù)載率的概念。 4）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。 、 氣缸的 選型 及計(jì)算 ： 氣缸的選型步驟： 氣缸的選型應(yīng)根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。 （ 2）氣缸的行程。一般情況下，采用固定式氣缸。 （ 5）氣缸的緩沖裝置。 （ 7）其它要求。首先，根據(jù)氣缸安裝及驅(qū)動(dòng)負(fù)載的實(shí)際工況，分析計(jì)算出氣缸軸向?qū)嶋H負(fù)載 F，再由氣缸平均運(yùn)行速度來選定氣缸的負(fù)載率 ?，初步選定氣缸工作壓力（一般為 MPa～ MPa），再由 F／ ?，計(jì)算出氣缸理論出力 Ft，最后計(jì)算出缸徑及桿徑，并按標(biāo)準(zhǔn)圓整得到實(shí)際所需的缸徑和桿徑 本設(shè)計(jì)共用到四個(gè)氣缸，兩個(gè)定位氣缸，兩個(gè)升降氣缸。摩擦型帶傳動(dòng)能過載打滑、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確（滑動(dòng)率在 2%以下）；同步帶 傳動(dòng)可保證傳動(dòng)同步，但對(duì)載荷變動(dòng)的吸收能力稍差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲 。 傳動(dòng)帶的種類通常是根據(jù)工作機(jī)的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。平型帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但容易打滑，通常用于傳動(dòng)比為 3左右的 傳動(dòng)。編織帶撓性好，但易松弛。 三角帶傳動(dòng) 三角帶傳動(dòng)工作時(shí)帶放在帶輪上相應(yīng)的型槽內(nèi)，靠帶與型槽兩壁面的摩擦實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。此外，因三角帶數(shù)根并用，其中一根破壞也不致發(fā)生事故。此外，尚有一種活絡(luò)三角帶 ,它的截面尺寸的標(biāo)準(zhǔn)與三角膠帶相同 ,而長度規(guī)格不受限第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 19 制，便于安裝調(diào)緊，局部損壞可局部更換，但強(qiáng)度和平 穩(wěn)性等都不如三角膠帶。同步齒形帶一般采用細(xì)鋼絲繩作強(qiáng)力層，外面包覆聚氯脂或氯丁橡膠。中國的同步齒形帶采用模數(shù)制，其規(guī)格用模數(shù) 帶寬 齒數(shù)表示。彈性滑動(dòng)率通常在 1%～ 2%之間。 內(nèi)摩擦損失隨 預(yù)緊力 、帶厚與帶輪直徑比的增加而增大。其損失與速度的平方成正比。 、 帶傳動(dòng) 特點(diǎn) （ 1）優(yōu)點(diǎn)：傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、使用維護(hù)方便、 有良好的撓性和彈性、過載打滑。 （ 2） V帶注意型號(hào)、基準(zhǔn)長度。 （ 5）保持清潔，避免遇酸、堿或油污使帶老化。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，應(yīng)采用耐磨鑄鐵。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。常見的方法有 自然時(shí)效 、 人工時(shí)效 和 振動(dòng)時(shí)效 等幾種，其中以人工時(shí)效應(yīng)用最廣 。 鑄鐵板裝配式機(jī)座：鑄鐵板裝配結(jié)構(gòu)，適用于局部形狀復(fù)雜的場(chǎng)合。機(jī)座雖受力較復(fù)雜，但不外是拉、壓、彎、扭的作用。 表 32 截面形狀 與慣性矩的比較 三、 隔板與加強(qiáng)筋 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 23 封閉空心截面的剛度較好，但為了鑄造清砂及其內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整，必須在機(jī)座壁上開 “ 窗口 ” ，其結(jié)果使機(jī)座整體剛度大大降低。加強(qiáng)筋和隔板的厚度，一般取壁厚的 倍。 3）增加局部剛 度來提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強(qiáng)筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。而且也對(duì)一些 不用選型的部分進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析，如機(jī)座部分雖然不能選型，但是也為它的設(shè)計(jì)要素進(jìn)行了詳細(xì)的分析。力矩過小，瓶蓋旋不緊，力矩過大 ,易損壞瓶嘴和瓶蓋。 工作時(shí)力矩由 圖 的電機(jī) 5 輸出 ,通過皮帶 傳動(dòng) ， 傳給主動(dòng)磁力旋盤 3,被動(dòng)磁力旋盤 6通過軸承與主動(dòng)磁力旋盤 3之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，二者間軸向隔距可調(diào)，在二者相對(duì)的端面上均勻地鑲嵌有 16塊小永磁體（見圖 ）。 本旋蓋頭最顯著的特點(diǎn)是能根據(jù)不同種類、尺寸的瓶蓋方便地設(shè)定和調(diào)整旋緊力矩 ， 即通過主動(dòng)磁力旋盤 3和傳動(dòng)軸 4 上的螺紋及定位螺釘 ， 調(diào)整主動(dòng)磁力旋盤 3和被動(dòng)磁力旋盤 6之間的間隙 ， 即調(diào)整了磁力傳動(dòng)器間的氣隙長度 ， 因而磁力傳動(dòng)器所能傳遞的極限扭力矩得到了調(diào)整。 第 5 章 強(qiáng)度計(jì)算 27 第 5 章 強(qiáng)度計(jì)算 、 旋蓋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算： 旋蓋機(jī)是潤滑油灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設(shè)備，工作時(shí)必須保證適宜的旋轉(zhuǎn)力矩。磁路型式采用磁體極性呈偶數(shù)交錯(cuò)排列的拉推式組合型磁路 ， 實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明 ， 磁極數(shù)按 12至 24 的偶數(shù)布置時(shí) ， 傳遞的力矩較大 。 mA—— 主動(dòng)磁力旋盤上永磁體軸向截面積之和， 2m gL—— 氣隙長度，即主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤間的軸向隔距， m； r—— 永磁體分布的平均半徑， m； rB—— 永磁體剩磁， T； fK、 r—— 分別為主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤間產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的漏磁系數(shù)和磁阻系數(shù)； 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28 0?—— 磁常數(shù)， 70 4 10?????， 其中， / gtg r L??? ?—— 主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤的相對(duì)轉(zhuǎn)角 rad。因此，通過改變主動(dòng)磁力旋盤和被動(dòng)磁力旋盤間的隔距，即可調(diào)整最大旋緊力矩。因此，調(diào)整主動(dòng)、被動(dòng)磁力旋盤的隔距 Lg，即可調(diào)節(jié)瓶蓋的旋緊程度。一般情況下，設(shè)計(jì)磁力耦合傳動(dòng)器時(shí)可根據(jù)所要求傳遞的力矩，修改磁力傳動(dòng)器的尺寸，按上述方法計(jì)算所能什么的最大力矩，直到滿足要求為止。 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機(jī)機(jī)械及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30 第 6 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 、 控制要求： 1)實(shí)現(xiàn)從進(jìn)瓶子到出瓶和旋蓋整個(gè)過程自動(dòng)化； 2 當(dāng)按下復(fù)位開關(guān)后，所以構(gòu)件回復(fù)初始狀態(tài)，旋蓋頭返回預(yù)設(shè)原點(diǎn)； 、 控制系統(tǒng)的選擇 控制系統(tǒng)是機(jī) 器的核心組成部分之一，對(duì)生產(chǎn)效率和可靠性影響很大。 、 控制繼電器存在的缺點(diǎn) 控制繼電器存在的缺點(diǎn)如作條件下進(jìn)行的 ,容易損壞 .而且繼電器的觸點(diǎn)容易產(chǎn)生電弧 ,甚至?xí)墼谝黄甬a(chǎn)生誤操作 ,引絕大多數(shù)控制繼電器都是長期磨損和疲勞工起嚴(yán)重的后果 .再者 ,對(duì)一個(gè)具體使用的裝有上百個(gè)繼電器的設(shè)備 ,其控制箱將是龐大而笨重的 .在全負(fù)荷運(yùn)載的情況下 ,大的繼電器將產(chǎn)生大量的熱及噪聲 ,同時(shí)也消耗了大量的電能 .并且繼電器控制系 統(tǒng)必須是手工接線、安裝 ,如果有簡(jiǎn)單的改動(dòng) ,也需要花費(fèi)大量時(shí)間及人力和物力去改制、安裝和調(diào)試 .今天繼電器已應(yīng)用到家庭及工業(yè)控制的各個(gè)領(lǐng)域 .第 6 章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 31 他們比以往的產(chǎn)品具有更高的可靠性 .但是 ,這也是隨之帶來的一些問題 . 、 固體繼電器的缺點(diǎn) （ 1）導(dǎo)通后的管壓降大，可控哇或雙向控哇的正向降壓，可達(dá) 1~2V，大功率晶體管的飽和壓降也在 1~2之間，一般功率場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通電阻也較機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻大。 （ 5）通常固體繼電器設(shè)計(jì)成單刀單擲形式，這樣比較容易實(shí)現(xiàn)，多組和多組轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)需要用幾個(gè)相互連接和適當(dāng)連鎖的固體繼電器，這些固體繼電器基本上是積木式堆疊在一起，形成一個(gè)占地較大空間的