【文章內(nèi)容簡介】 、 所設(shè)計的旋蓋機在整個生產(chǎn)線中的作用 旋蓋機是自動灌裝生產(chǎn)線的主要設(shè)備之一，用于玻璃瓶或 PET 瓶的螺紋蓋封口。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產(chǎn)品的包裝質(zhì)量的要求也越 來越高。由于螺紋蓋具有封口快捷，開啟方便及開啟后瓶又可重新封好等優(yōu)點，使其在許多產(chǎn)品的包裝中應用越來越廣泛，諸如飲料、酒類、調(diào)味料、化妝品及藥品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。所以在整個生產(chǎn)線中，旋蓋機的作用是至關(guān)重要的 。本旋蓋機具 有恒扭矩旋 蓋頭，壓力可方便調(diào)整。結(jié)構(gòu)緊湊、合理，能方便與 罐裝 設(shè)備 組成生產(chǎn) 線 。 機器優(yōu)點 :直線式設(shè)計，組成流水線方便美觀 。 采用強電磁左旋蓋扭力器，徹底解決了傳統(tǒng)機械摩擦片在旋蓋時緊時松的弊病。 它可以把灌裝好的潤滑油瓶通過傳送帶運輸，快速旋蓋封口傳送到下一道工序。節(jié)省了工作時間和產(chǎn) 品成本，大大提高了生產(chǎn)效率。 、 小結(jié) 本章介紹了潤滑油小包裝生產(chǎn)線概況，本次的設(shè)計任務、設(shè)計思想和設(shè)計特點，以及所設(shè)計的旋蓋機在整個生產(chǎn)線中的作用。確定了本文的設(shè)計方向和主要任務。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設(shè)計 10 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； 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 電動機功率： 外形尺寸： 700 500 1243 mm 、 重要參數(shù) 的論證 、 產(chǎn)品設(shè)計要求： 一機多用：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； 使用安全，維修方便：在整體設(shè)計中考慮機器的安裝、調(diào)整和開機以及設(shè)備的維修、保養(yǎng)和維護，使零部件更換方便，盡量做到通用化、標準化； 降低成本：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求設(shè)備精度和自動化程度高，但設(shè)備的售價也相應提高，因此設(shè)計時，要結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對相關(guān)因素進行綜合考慮。 旋緊機要合適：過緊則用戶不易開瓶，影響顧客使用；過松則不利于密封，造成泄漏影響產(chǎn)品質(zhì)量。 、 參數(shù)的論證 旋蓋頭數(shù) 的 論證 第 2 章 重要參數(shù)的確定與論證 11 目前國內(nèi)所生產(chǎn)使用的旋蓋機生產(chǎn)效率普遍低下，一般都是通過增加旋蓋頭數(shù)來提高生產(chǎn)效率。旋蓋頭數(shù)越多，在相同時間內(nèi)加工的產(chǎn)品就越多，但是所需要的設(shè)備成本 、資源的損耗也會越高。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)選擇適合自己的機型頭數(shù)。本次設(shè)計的旋蓋機是針對潤滑油小包裝生產(chǎn)線所設(shè)計的，工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大，自動水平也不高且對生產(chǎn)效率的要求一般。所以從經(jīng)濟效益方面來說不需要生產(chǎn)效率太高的旋蓋機，只有能滿足本工廠日常生產(chǎn)需求即可。綜合各方面考慮，本次設(shè)計的旋蓋機只需 2個旋蓋頭即可。 適用蓋（高度、直徑）的論證 考慮到我們設(shè)計的這一臺旋蓋機主要是用來旋潤滑油瓶蓋， 而且經(jīng)實際測量得到 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)。為了考慮經(jīng)濟問題 與實際生產(chǎn)條件的需要 ，沒必要設(shè)計那么大的適用瓶蓋直徑、高度。 因為設(shè)計過大的適用瓶蓋直徑或過高的適用瓶蓋高度，一來是用不上，二來也會造成很大的浪費，與工廠的利益不符。所以設(shè)計時， 一般 只要 比實際需要多出一點點則可，所以采用適用瓶蓋直徑＜ 25～ 50mm，瓶蓋高度為 35mm。 生產(chǎn)效率的論證 因為本潤滑 油小包裝生產(chǎn)線由兩臺灌裝機（ 46 灌 /分鐘）、兩臺旋蓋機組成，所以旋蓋機的生產(chǎn)效率大于或等于灌裝機的生產(chǎn)效率即可，即大于或等于 46 灌 /分鐘。而本設(shè)計的旋蓋機是雙旋蓋型的，效率達到 50灌 /分鐘，可以很好的銜接灌裝工序，滿足了生產(chǎn)線的需要。 電源及電動機功率的論證 而因為旋蓋頭數(shù)少， 所需要的的力矩不大，而且生產(chǎn)線的 生產(chǎn)效率也不是很高， 所以 在選用電動機功率方面 不必要太高的電機功率，選用一般型號 的無刷直流電機 則可。而本設(shè)計采用的電機功率為 。 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。 、 小結(jié) 本章在有產(chǎn)品設(shè)計要求的大前提下，確定了本設(shè)計的重要參數(shù)，并對其進行了論證。為之后的工作作出了有力的依據(jù)，使以后的設(shè)計更為準確、方便。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設(shè)計 12 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 、 旋蓋機的組成 本設(shè)計的旋蓋機主要由：電機、 氣缸、 電源控制按鈕 、傳動系統(tǒng)、 機座等 五部分組成。 、旋蓋電機 、 旋蓋電機選型： 旋蓋機的驅(qū)動電機可以選用步進電機，交直流電機，永磁同步電機以及其他一些特種電機。下面對這幾種電機的性能特點進行比較，從而決定旋蓋電機選用的種類。 步進電機是離散運 動的裝置，具有結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、起動靈敏、停車準確等性能。在負載能力的范圍內(nèi)，步進電機的這些關(guān)系不因電源電壓、負載大小、環(huán)境條件的波動而變化，誤差不長期積累，可作為一種天然的數(shù)字控制的元件。存在著固有的低頻共振和高頻失步的主要缺點，前者在步進電機運行過程中是不可逾越的，是產(chǎn)生振動、噪聲甚至失步的主要因素，特別是當傳動比選擇不合適，使常用的進給速度區(qū)正好處在步進電機共振頻率附近時，將引起共振，使步進電機失步，甚至不能運行。 直流伺服電動機有優(yōu)良的控制性能，其機械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類交流電動 機所沒有的特性。但直流電機機械電刷和換向器這間是強迫接觸，造成它結(jié)構(gòu)復雜、可靠性差，變化的接觸電阻、火花、噪聲、難維護等一系列問題影響了其調(diào)速精度和性能，從而影響了直流伺服電動機的應用范圍。 交流伺服電動機結(jié)構(gòu)簡單、電機運行平穩(wěn)、噪聲小，但調(diào)速難、機械特性差、且控制特性是非線性的。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體積大、重量重。 無刷直流電動機的損耗小、容量大、可靠性高、干擾小、壽命長，還可使機械結(jié)構(gòu)設(shè)計得體積更小、重量更輕，起動轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動慣量小，因而動態(tài)特性好，同時還具有同 步進電機一樣的鎖相功能。另外無刷直流伺服電機有非常優(yōu)秀的線性機械特性，寬的調(diào)速范圍、簡單的控制電路等優(yōu)點。在需要精確定位，高速動作的場合和工業(yè)系統(tǒng)，目第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 13 前大多采用無刷直流電動機伺服控制系統(tǒng)。這種高性能電機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)品的價值。 旋蓋機的啟動轉(zhuǎn)矩比較大，控制精度高，并且由于旋蓋電機轉(zhuǎn)動角度不大同時需要很好地對電機電流進行精確控制，它需要的反應速度以及良好的低速運行特性。因此，在設(shè)計旋蓋機系統(tǒng)時，選用無刷直流電機進行旋蓋電機。 具體的電機型號為 Y8014,額定功率為 ，滿載轉(zhuǎn)速為 1390r/min,額定轉(zhuǎn)矩為 ，質(zhì)量為 17KG。 、無刷直流電機的運行原理 本節(jié)介紹無刷直流電動機的運行原理，先對無刷直流電機的機械結(jié)構(gòu)和電氣結(jié)構(gòu)進行分析，分析其換相原理以及各種進行電機位置檢測的方式，并針對無刷直流電機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的調(diào)速方式。在無刷直流電機數(shù)學模型建立上，對其進行簡化，提煉出無刷直流電機系統(tǒng)方框圖以及傳遞函數(shù)，并根據(jù)該模型進行系統(tǒng)誤差分析。在無刷直流電機的機械結(jié)構(gòu)和數(shù)學模型兩方面，進行了深 入研究和介紹。 、 無刷直流電機的結(jié)構(gòu) 無刷直流電動機的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示，它主要是由永磁電機本體、位置傳感器和電子換相器組成，下面就無刷直流電機這幾個組成部分進行介紹。 永磁無刷直流電機的電機本體由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子繞組一般分為三相且多采用整距集中式繞組；轉(zhuǎn)子則由永磁鋼按一定的極對數(shù)組成，轉(zhuǎn)子磁鋼的形狀呈弧形，茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設(shè)計 14 磁極下定轉(zhuǎn)子氣隙磁通密度呈梯形分布。無刷直流電動機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)不僅有傳統(tǒng)的內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，又有近年來出現(xiàn)的盤式結(jié)構(gòu)、外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)以及線性結(jié)構(gòu)等新型形式。同時，伴有著新型永磁材料欽鐵 姍的實用化，電機轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)越來越多樣化，使無刷直流電機正朝著高力矩、高精度、微型化和耐環(huán)境等多用途方向發(fā)展。 電子換相器是由功率開關(guān)和位置信號處理電路構(gòu)成，主要用來控制定子各繞組通電的順序和時間。無刷直流電動機本質(zhì)上是自控同步電動機，電機轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場運動，因此，應按一定的順序給定子各相繞組輪流通電，使之產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的定子磁場。無刷直流電動機的三相繞組中通過的電流是 120 度電角度（三相橋式中常見的一種功率開關(guān)通電方式，任何時刻只有兩相繞組通電）的方波，繞組在持續(xù)通過恒定電流的時間內(nèi)產(chǎn)生的定子磁場在空間是靜止 不動的。而在開關(guān)換相期間，隨著電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相，定子磁場隨之跳躍了一個電角度。而轉(zhuǎn)子磁勢則隨著轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這兩個磁勢的瞬時速度不同，但是平均速度相等，因此能保持“同步”。無刷直流電動機由于采用了自控式逆變器即電子換相器，電機輸入電流的頻率和電機轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機和逆變器不會產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無刷直流電機的優(yōu)點之一。 位置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測轉(zhuǎn)子磁極位置的作用，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)位置信號處理電路處理后控制定子繞組換相，為功率開關(guān)電路 電路提供正確的換相信息。由于功率 開關(guān)的導通順序與轉(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)有刷直流電機的機械換向器和電刷相類似的作用。位置傳感器的種類比較多，可分為直接式和間接式，直接式位置傳感器，由于其檢測精度和可靠性高而被廣泛采用。典型的直接式位置傳感器有下列幾種： 利用磁性旋轉(zhuǎn)圓盤的遠近來改變固定部分的電感，并利用振蕩條件的變化來建立通斷信號。這種方式結(jié)構(gòu)簡單，輸出電平高，適用于大中開支電動機。 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。其 主要工作原理是電流的磁效應，這包括霍爾效應和磁陰效應。它的轉(zhuǎn)子是永磁結(jié)構(gòu)，其極數(shù)與同步電動機的一樣，而定子用霍爾元件等磁敏元件來感受轉(zhuǎn)子磁極位置，發(fā)出相應信號。這種方法信號較弱，且精度易受溫度影響，但體積較小，多用于中小型電動機。 它是由跟隨著電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的帶缺甲的導磁圓盤和固定不動的三只差動變壓器組成。轉(zhuǎn)動圓盤體現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置信號，差動變壓器作為檢測元件檢測轉(zhuǎn)子位置信號并向逆變器的控制電路輸出控制信號。這種方法結(jié)構(gòu)簡單、檢測可靠。 它是由發(fā)光二極管和光敏晶體管等光 電元件組成的電路，利用有槽口的旋轉(zhuǎn)圓盤的第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 15 位置進行通斷變化。這種方法檢測分辨率高，適用于高速運轉(zhuǎn)的電動機。 間接式位置傳感器是利用電樞繞組的感應電動勢間接檢測轉(zhuǎn)子位置。但是這種方法只能在有感應電動勢的情況下有效。 因此，所謂直流無刷電動機，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認為是一臺由電子開關(guān)電路、永磁式同步電動機以及位置傳感器三者組成的“電動機系統(tǒng)”，其原理框圖如圖 所示。 、無刷直流電機的基本工作原理 為了更加清晰地闡述無刷直流電機的工作原理和特點，以圖 組半控橋電路原理圖為例 進行簡要說明。圖中采用光電器件作為位置傳感器，以 3個功率晶體管 V V V3 構(gòu)成功率邏輯單元。 光電器件的 VP VP VP3 安裝位置各相差 120 度，均勻分布在電機的一端。借助于安裝在電機軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板（也稱為截光器）的作用，使得從光源 射來的光線依次照射在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。 假定此時光電器件 VP1被照射，從而使功率管 V1呈導通狀態(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)子的磁極按照順時針方向轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)過 120 度以后， 直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板也跟著同時旋轉(zhuǎn)，并遮住 VP1而使 VP2 受光照射，從而使功率管 V1 截止，功率管 V2 導通，電流從繞組 流出而流入繞組 ，使得轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)按順時針方向旋轉(zhuǎn)，并帶著遮光板同時沿順時針方向旋轉(zhuǎn)。當轉(zhuǎn)子磁極再次轉(zhuǎn)過 120 度以后，此時旋轉(zhuǎn)遮光板 VP2已經(jīng)遮住而使 VP3 受光照身，從而使功率管 V2 截止，功率管 V3 導通，電流流入繞組 ，于是驅(qū)動轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過 120 度以后，重新開始下次 360 度的旋轉(zhuǎn)。 上述過程可以看成是按一定順序換相通電的過程，或者說是磁場旋轉(zhuǎn)的過程。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)磁場是跳躍式運動的。這種旋轉(zhuǎn)磁場在一周內(nèi)有三種形態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù) 120 度。它們跟蹤轉(zhuǎn)子，并與轉(zhuǎn)子的磁場相互作用，能夠產(chǎn)生推動轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)矩。 茂名學院本科畢業(yè)設(shè)計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設(shè)計 16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 、氣缸 、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 圖 普通雙作用氣缸 3－緩沖柱塞 2－活塞 4－缸筒 5－導向套 6－防塵圈 7－前端蓋 8－氣口 9－傳感器 10－活塞桿 11－耐磨環(huán)