【文章內(nèi)容簡介】 一點的設(shè)備，也是先沖裁鋁箔片，然后理好，進入下一個工序，用類似吸盤的裝置，每次吸 5 片圓鋁箔，然后同時塞入五個瓶蓋。自動化程度相對提高了，但是沖裁和塞的動作分成兩步，系統(tǒng)集成化程度較低。這些機械無論是在可靠性還是穩(wěn)定性方面都難以達到要求，而且機器使用壽命短。最關(guān)鍵的是加工速度相當?shù)?，最快也只?6070 個 /分鐘。 本課題的主要內(nèi)容及意義 主要研究內(nèi)容 1）了解醫(yī)用瓶蓋沖塞機的應用與研究現(xiàn)狀，要求總結(jié)現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)點與不足。 2）研究并掌握醫(yī)用瓶蓋沖塞機的機械結(jié)構(gòu)與工作原理。 3）設(shè)計出一種新的雙排式進蓋機制，保證鋁箔片沖裁和瓶蓋能在很短時間間隔內(nèi)按順序完成。要求完成醫(yī)用瓶蓋沖塞機的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計，繪制各零件圖和整機裝配圖。對關(guān)鍵機構(gòu)進行分析，據(jù)此選擇合適的控制電機，使機器工作穩(wěn)定可靠 。 本課題的意義 隨著全球化的提高，國外企業(yè)進入中國市場，國內(nèi)一些無力競爭的包裝機械企業(yè)將被國外企業(yè)收購、兼并、甚至破產(chǎn)，其壟斷化的趨勢將越來越明顯，并且壟斷的范圍逐漸從香煙，飲料包裝機械產(chǎn)品擴大到其他包裝機械產(chǎn)品 [2]既要把握市場機 遇，又要抵御國外包裝機械強國的沖擊，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的先進設(shè)備，就成了當務之急。 研制醫(yī)用瓶蓋沖塞機對提高國內(nèi)醫(yī)藥包裝行業(yè)的技術(shù)水平、實現(xiàn)對醫(yī)藥用瓶蓋快速高效的沖塞、提高生產(chǎn)率和合格產(chǎn)品率有十分重要的意義。此外，醫(yī)用瓶蓋沖塞機還能實現(xiàn)計數(shù)、錯誤報警等一系列功能。通過提出一種新的機械結(jié)構(gòu)，從而大幅提升瓶蓋沖塞機的加工速度，具有非常重要的實用價值；在中國已經(jīng)加入 WTO 之際，通過自主研發(fā)，讓國內(nèi)包裝機械跟國外先進水平的對抗中，在質(zhì)量和價格上能更多一些競爭力；為醫(yī)療衛(wèi)生部門提供合乎醫(yī)療衛(wèi)生標準的封裝瓶蓋；在包裝 行業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，能高度沖塞、穩(wěn)定可靠、基本實現(xiàn)無人操作、價格相對較低的瓶蓋沖塞機，是有很大市場經(jīng)濟潛力的 [5]。 醫(yī)用瓶蓋沖塞機的設(shè)計與研究 6 2 瓶蓋沖塞機總體設(shè)計 簡介 一部機器的質(zhì)量基本取決于設(shè)計質(zhì)量。制造過程對機器質(zhì)量所起的所用，本質(zhì)上就在于實現(xiàn)設(shè)計時所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機器的設(shè)計階段是決定機器好壞的關(guān)鍵。本設(shè)備采用雙排式同時進蓋機制，振動上料器的理蓋機構(gòu)，簡單的卡輪送蓋機構(gòu)，消極定向原理，滾筒送鋁箔片等簡潔的設(shè)計。這些設(shè)計擁有投入少，效率高，生產(chǎn)方便，容易維護等優(yōu)點。本章將一一介紹其工作原理及機構(gòu)組成。 總體設(shè)計 有別于傳統(tǒng)作坊及單排機械機構(gòu)，本課題振動料斗理蓋，然后用卡輪雙排送蓋，雙刀口沖裁鋁箔片，電磁閥控制兩個活塞同時塞紙等設(shè)計。 本設(shè)備可以分為：理蓋機構(gòu)，送蓋機構(gòu)，送紙機構(gòu)，沖裁機構(gòu)和塞紙機構(gòu)五大部分。其流程如圖 21所示。 圖 21 機械加工工序流程圖 這五部分的具體功能如下： 理蓋機構(gòu)：將雜亂無章的瓶蓋整理成一排，剔除不合格的瓶蓋重新排列，使所有的蓋口朝上，以便于鋁箔片的壓入。 送蓋機構(gòu)：將整理出來的瓶蓋傳送到塞紙機構(gòu)的地方，所以要保證傳送 的速度用于沖塞的時間間隔，并且作為瓶蓋前進的動力源。 送鋁箔片機構(gòu)：這個機構(gòu)是將卷著的鋁箔片壓成平面，然后送入沖裁機構(gòu)，控制的電機必須保證配合沖裁機構(gòu)的沖刀。 沖裁機構(gòu)：當瓶蓋到達預定位置時，沖裁鋁箔片，使之落到瓶蓋上面。就是這個動作決定了這個過程的加工速度，各個機構(gòu)將的協(xié)調(diào)是整個機器平穩(wěn)運行的保證。 塞紙機構(gòu)：此設(shè)備的目的是將落在瓶蓋上的紙片壓入瓶蓋里，并保證瓶蓋翻轉(zhuǎn)的時候不會掉出來。這個設(shè)備的動作應該與沖裁機構(gòu)同步。 整個機器的中心在于沖裁和壓入兩個動作中。為了完成這兩個動作，必須保證瓶蓋送到?jīng)_刀刀頭下 的時候，瓶蓋的圓心要對正沖刀得圓心，塞入鋁箔片的時候，塞桿的圓心也要對正鋁箔片的圓心，這里需要準確定位，這個將在接下來的嘉興學院畢業(yè) 設(shè)計說明書 7 導軌章節(jié)提及。另外瓶蓋前進的速度要和沖裁和壓入的速度調(diào)節(jié)好，本課題采用1 對刀頭，沖裁一次，沖塞一次，這里的電機選擇要準確。為了解釋時間以及簡化設(shè)備，我采用塞入機構(gòu)和沖裁機構(gòu)連接的設(shè)計，由于兩個機構(gòu)連接在一起。 醫(yī)用瓶蓋沖塞機的設(shè)計與研究 8 3 理蓋機構(gòu)和送蓋機構(gòu) 振動料斗的機械原理及機構(gòu)組成 本課題中理蓋機構(gòu)主要是由振動料斗組成。它是利用振動的定向機構(gòu)自動定向送料的料斗。振動料斗常用于機床上下料裝置，在儀 器儀表和電子元件等行業(yè)中較多應用。振動料斗工作比較平穩(wěn)，適用于已經(jīng)過部分精加工的各類小型工件。振動料斗具有一定的通用性，當用于尺寸，重量相近的不同工件時只需要更換定向機構(gòu)。 （ a） （ b） (c) 1 料盤； 2 彈簧； 3 電磁振動器； 4 底盤； 5 減振底腳 圖 31 振動上料器外形及結(jié)構(gòu)示意圖 動 料斗由料斗、定向機構(gòu)、支承彈簧、電磁鐵和底座等組成。料斗多數(shù)為圓盤式 (也有直槽式 )，圓盤內(nèi)側(cè)有螺旋上升的斜料槽。定向機構(gòu)設(shè)置在料槽近出口處，工件經(jīng)過出口時沿斜料槽進行定向運動。支承彈簧通常為 3或 4根板彈簧，嘉興學院畢業(yè) 設(shè)計說明書 9 傾斜安裝。電磁鐵作為振動源，接交流電源或通以半波整流的脈動電流。銜鐵裝在料斗底部，氣隙可以調(diào)節(jié)。通電后，電磁鐵以一定頻率吸放銜鐵，于是帶動料斗在傾斜安裝的支承彈簧支撐下往復扭轉(zhuǎn)和上下振動。有的振動料斗不用電磁鐵激振，而用凸輪、曲柄連桿機構(gòu)或偏心塊等機構(gòu)產(chǎn)生振動作用。其外形圖如圖31 所示。 振動送料的原理 是借助料槽的微小振動使工件依靠慣性力和摩擦力的綜合作用沿料槽斜坡向前向上移動。當料斗作扭轉(zhuǎn)和上下振動時 ,斗內(nèi)工件靠離心力向外貼著料斗壁進入螺旋上升的斜料槽底部。斜料槽連同工件在向左運動的同時還稍微向下運動，這時工件與料槽表面的摩擦阻力減?。ㄉ踔了矔r騰空），工件慣性力克服摩擦阻力，工件相對料槽向前爬坡滑動。當工件向右時還 稍微向上運動 ,工件與料槽表面的摩擦力加大 ,摩擦力克服慣性力，工件在斜料槽上并不或僅少許向后滑動。這一過程反復進行，工件便在料斗扭轉(zhuǎn)和上下振動的過程中沿著斜料槽一步步爬坡前進。中小型振動料斗的工件移動速度 v＝ 2～ 8 米 /分，主要與料槽振動斜角 β 和料槽升角 α 有關(guān)，一般 β ＝ 10176。～ 25176。， α ＝ 10176?！?5176。料斗振動系統(tǒng)的自振頻率 f0應稍大于電磁鐵的激振頻率 f， f0=(～ )f 。f0 決定于支承彈簧的剛度和振動系統(tǒng)的質(zhì)量。為了增加容納量而又不過多地改變自振頻率，可安裝固定的附加料斗，使工件不全壓在振動料斗 上。 瓶蓋的定向 在后續(xù)的工序中，要求瓶蓋的瓶口必須朝上，這是這里必須解決的一個問題。我采用在螺旋形供蓋處加個小設(shè)計。瓶蓋在料斗的運動過程中，瓶蓋會呈現(xiàn)四個姿勢，如圖 32 所示。 圖 32 瓶蓋在料斗的姿勢圖 其中的三種姿勢，即 b， c， d 都不符合要求，必須剔除。姿勢 b， c 從圖中就可以看出，側(cè)立著，必然不能保持平衡，自動會掉落到原料中。對于姿勢 d 我在螺旋道上加一個“ E”形口，如圖 33所示。 醫(yī)用瓶蓋沖塞機的設(shè)計與研究 10 圖 33 螺旋形供蓋上的“ E”形缺口 從圖中很明顯可以看出瓶口朝下的瓶蓋在經(jīng)過 E形口的時候會掉回原料中。 瓶蓋在理蓋機軌道上的運動分析 在離心力的作用下，運動到螺旋形供蓋軌道上的瓶蓋會一邊靠到料斗的內(nèi)壁上，一邊向上移動：因瓶蓋與料斗的內(nèi)壁是“線接觸”，摩擦力很小，所以，在下面的運動分析中就沒有考慮該摩擦力對瓶蓋的運動的影響。另外，“受力和運動分析”是只截取一小段滑道進行的。 電磁鐵斷電時瓶蓋的受力分析：料斗受電磁鐵和支撐板彈簧的交替作用，當電磁鐵斷電時，在彈簧的力作用下，料斗內(nèi)壁上 的滑道以加速度 a1 向右上方運動，這是的瓶蓋受力情況如圖 34所示。 圖 34 電磁鐵斷電時瓶蓋的受力情況 由此可得瓶蓋的受力平衡方程組為： Nm g co ssinma NFm g si nco sma 1 ?? ??? ?? ???1 式中 m—— 瓶蓋的質(zhì)量 a1—— 滑道的加速度 ? —— 滑道的振動升角或瓶蓋的拋射角 嘉興學院畢業(yè) 設(shè)計說明書 11 ? —— 滑道的升角 F—— 瓶蓋與滑道之間的摩擦力 μ —— 摩擦系數(shù) N—— 滑道對瓶蓋的反作用力 電磁鐵通電時瓶蓋的受力分析：當 電磁鐵通電時，滑道在電磁力的作用下，以加速度 2a 向左下方運動。此時（即電磁鐵通電瞬間），瓶蓋的受力情況如圖 35 所示。 圖 35 電磁鐵通電時瓶蓋的受力分析 由此得到瓶蓋的受力方程組為： ???? coss i n s i ncos22 mgNma Fmgma ?? ?? 瓶蓋在滑道上的運動分析：在彈簧的作用力下，滑道以加速度 1a 向右上方運動時，也帶動瓶 蓋向上運動，而在電場力的吸引下，滑道以加速度 2a 向左下方加速度運動時，瓶蓋在慣性力的作品用下脫離滑道，繼續(xù)向上運動（即做瞬時微小的向前跳躍）。當瓶蓋脫離滑道時， N =0，由式可得： ?? c o ss in2 mgma ? ， 所以，瓶蓋產(chǎn)生向前跳躍的條件為 ： ??singcosa ?2 送蓋機構(gòu) 簡述 送蓋機構(gòu)作為一個中間的機構(gòu)，可以看出它是將上面整理出來的瓶蓋，更加精確的整理成一排緊密連接，具有確定位置的隊列。作為中間機構(gòu)，它又必須為后面的加工提供穩(wěn)定的工作環(huán)境。所以它要提供瓶蓋前進的動力。并且本課題研醫(yī)用瓶蓋沖塞機的設(shè)計與研究 12 究的是雙排式的進蓋機構(gòu)，于是，送蓋的軌道就有了簡單的初始模型，其大致的瓶蓋前進的過程示意圖如圖 36 所示。 圖 36 瓶蓋前進的過程示意圖 圖中黑色的圓圈代表瓶蓋，水平方向的線條代表軌道壁。從圖中就可以看出，瓶蓋的排 列形式。 瓶蓋在送蓋軌道上大的運動與定位 由于振動料斗理蓋機的出口比較高，所以瓶蓋是從軌道的高處滑下。因為瓶蓋是塑料的，并且軌道是金屬材料的，摩擦力將會比較小，這樣瓶蓋就會前進一段路程。但這樣不能完全保證瓶蓋的穩(wěn)定前進，如果會停止不前，將會給后面的加工帶來很大的麻煩。還有一個問題就會后面的加工必須要有一個準確的定位，這樣沖裁出來的鋁箔片才會準確掉入瓶蓋中。于是這里我就加入了一個驅(qū)動裝置，一種簡單的卡輪。其外形和工作原理如圖 37 所示。 圖 37 卡輪外形結(jié)構(gòu)圖 因為要求兩個卡輪的轉(zhuǎn)速一樣，所以采用兩個型號一樣的步進電動機，其中一個齒輪順時針旋轉(zhuǎn)，另一個則逆時針旋轉(zhuǎn)。每旋轉(zhuǎn) 90176。的圓心角，這個送蓋機構(gòu)就向前推了一排 (2 個 )瓶蓋。旋轉(zhuǎn)一整周，將有 4 排 (8 個 )瓶蓋經(jīng)過特型齒輪， 嘉興學院畢業(yè) 設(shè)計說明書 13 往前推進，周而復始。該機構(gòu)不但能給瓶蓋自口進以足夠的推力，而且能保證瓶蓋在進入沖裁位置時排列整齊，起到定位功能。這個定位功能是通過驅(qū)動卡輪的電機與沖裁的電機一起協(xié)調(diào)所完成的。 由于加工的對象是塑料瓶蓋，其總重量在 20 克左右，而且摩擦力也是較小 ，其產(chǎn)生的扭矩也就非常的小。雖然卡輪是塑料制造的，但也不會使卡輪受太大的扭矩而斷裂，這里就不用計算受力校核了。 送蓋機構(gòu)軌道的設(shè)計 對于現(xiàn)在復雜繁多的瓶蓋，要設(shè)計好軌道，這里可以有必