【文章內(nèi)容簡介】 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)。本次設計的旋蓋機是針對潤滑油小包裝生產(chǎn)線所設計的，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 ，沒必要設計那么大的適用瓶蓋直徑、高度。 因為設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。而本設計采用的電機功率為 。 使用一般的工業(yè)設備用電 380V 50Hz 電源，方便設備的安裝使用。 、 小結(jié) 本章在有產(chǎn)品設計要求的大前提下，確定了本設計的重要參數(shù)，并對其進行了論證。為之后的工作作出了有力的依據(jù)，使以后的設計更為準確、方便。 茂名學院本科畢業(yè)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 10 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 、 旋蓋機的組成 本設計的旋蓋機主要由：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 11 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)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 12 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 13 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 所示的三相星形繞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)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 14 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) 12－密封圈 13－后端蓋 14－緩沖節(jié)流閥 以氣動系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結(jié)構(gòu)如圖 所示。它由缸筒、活塞、活塞桿、前端蓋、后端蓋及密封件等組成。雙作用氣缸內(nèi)部被活塞分成兩個腔。有活塞桿腔稱為有桿腔，無活塞桿腔稱為無桿腔。 當從無桿腔輸入壓縮空氣時，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負載推動活塞運動，使活塞桿伸出；當有桿腔進氣，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回。若有桿腔和無桿腔 交替進氣和排氣，活塞實現(xiàn)往復直線運動。 氣缸的種類很多，一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征、功能、驅(qū)動方式或安裝方法等進行分類。分類的方法也不同。按結(jié)構(gòu)特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。按運動形式分為直線運動氣缸和擺動氣缸兩類。 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 15 氣缸的安裝形式可分為 1）固定式氣缸 氣缸安裝在機體上固定不動，有腳座式和法蘭式。 2）軸銷式氣缸 缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動，有 U形鉤式和耳軸式。 3）回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機床主軸上，可隨機床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運動。這種氣缸常用于機床上 氣動卡盤中，以實現(xiàn)工件的自動裝卡。 4）嵌入式氣缸 氣缸缸筒直接制作在夾具體內(nèi)。 、 氣缸的技術(shù)參數(shù) 1）氣缸的輸出力 氣缸理論輸出力的設計計算與液壓缸類似，可參見液壓缸的設計計算。如雙作用單活塞桿氣缸推力計算如下： 理論推力（活塞桿伸出） Ft1＝ A1p （ 131） 理論拉力（活塞桿縮回） Ft2＝ A2p （ 132） 式中 Ft Ft2—— 氣缸理論輸出力（ N）； A A2—— 無桿腔、有桿腔活塞面積（ m2）； P—— 氣缸工作壓力（ Pa）。 實際中，由于活塞等運動部件的慣性力以及密封等部分的摩擦力，活塞桿的實際輸出力小于理論推力，稱這個推力為氣缸的實際輸出力。 氣缸的效率 ? 是氣缸的實際推力和理論推力的比值，即 tFF?? （ 133） 所以 ? ?pAF 1?? （ 134） 氣缸的效率取決于密封的種類，氣缸內(nèi)表面和活塞桿