【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 高生產(chǎn)效率。旋蓋頭數(shù)越多，在相同時(shí)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(huì)越高。所以并不是說(shuō)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)。本次設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)是針對(duì)潤(rùn)滑油小包裝生產(chǎn)線所設(shè)計(jì)的，工廠的生產(chǎn)規(guī)模不大，自動(dòng)水平也不高且對(duì)生產(chǎn) 效率的要求一般。所以從經(jīng)濟(jì)效益方面來(lái)說(shuō)不需要生產(chǎn)效率太高的旋蓋機(jī)，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(jì)的旋蓋機(jī)只需 2 個(gè)旋蓋頭即可。 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(lái)旋潤(rùn)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)。為了考慮經(jīng)濟(jì)問(wèn)題 與實(shí)際生產(chǎn)條件的需要 ，沒(méi)必要設(shè)計(jì)那么大的適用瓶蓋直徑、高度。 因?yàn)樵O(shè)計(jì)過(guò)大的適用瓶蓋直徑或過(guò)高的適用瓶蓋高度，一來(lái)是用不上，二來(lái)也會(huì)造成很大的浪費(fèi)，與工廠的利益不符。 所以設(shè)計(jì)時(shí)， 一般 只要 比實(shí)際需要多出一點(diǎn)點(diǎn)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?yàn)楸緷?rùn)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)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。而本設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)是雙旋蓋型的，效率達(dá)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(dòng)機(jī)功率的論證 而因?yàn)樾w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(dòng)機(jī)功率方面 不必要太高的電機(jī)功 率，選用一般型號(hào) 的無(wú)刷直流電機(jī) 則可。而本設(shè)計(jì)采用的電機(jī)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(jì)要求的大前提下，確定了本設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，并對(duì)其進(jìn)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(jì)更為準(zhǔn)確、方便。 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤(rùn)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) 10 第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 、 旋蓋機(jī)的組成 本設(shè)計(jì)的旋蓋機(jī)主要由：電機(jī)、 氣缸、 電源控制按鈕 、傳動(dòng)系統(tǒng)、 機(jī)座等 五部分組成。 、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)。下面對(duì)這幾種電機(jī)的性能特點(diǎn)進(jìn)行比較，從而決定旋蓋電機(jī)選用的種類(lèi)。 步進(jìn)電機(jī)是離散運(yùn)動(dòng)的裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、起動(dòng)靈敏、停車(chē)準(zhǔn)確等性能。在負(fù)載能力的范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)的這些關(guān)系不因電源電壓、負(fù)載大小、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化，誤差不長(zhǎng)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(diǎn)，前者在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行過(guò)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。 直流伺服電動(dòng)機(jī)有優(yōu)良的控制性能，其機(jī)械特性和調(diào)速特性均為平行的直線，這是各類(lèi)交流電動(dòng)機(jī)所沒(méi)有的特性。但直流電機(jī)機(jī)械電刷和換向器這間是強(qiáng)迫接觸，造成它結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差，變化的接觸電阻、火花、噪聲、難維護(hù)等一系列問(wèn)題影響了其調(diào)速精度和性能，從而影響了直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用范圍。 交流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、噪聲小，但調(diào)速難、機(jī)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(jī)體積大、重量重。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī) 的損耗小、容量大、可靠性高、干擾小、壽命長(zhǎng)，還可使機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得體積更小、重量更輕，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，因而動(dòng)態(tài)特性好，同時(shí)還具有同步進(jìn)電機(jī)一樣的鎖相功能。另外無(wú)刷直流伺服電機(jī)有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性，寬的調(diào)速范圍、簡(jiǎn)單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)。在需要精確定位，高速動(dòng)作的場(chǎng)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(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)伺服控制系統(tǒng)。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。 旋蓋機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩比較大，控制精度高，并且由于旋蓋電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角度不大同時(shí)需要很好地對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行 精確控制，它需要的反應(yīng)速度以及良好的低速運(yùn)行特性。因此，在設(shè)計(jì)旋蓋機(jī)系統(tǒng)時(shí)，選用無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行旋蓋電機(jī)。 具體的電機(jī)型號(hào)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(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行原理 本節(jié)介紹無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行原理，先對(duì)無(wú)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(wú)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(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)速方式。在無(wú)刷直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型建立上， 對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，提煉出無(wú)刷直流電機(jī)系統(tǒng)方框圖以及傳遞函數(shù)，并根據(jù)該模型進(jìn)行系統(tǒng)誤差分析。在無(wú)刷直流電機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)和數(shù)學(xué)模型兩方面，進(jìn)行了深入研究和介紹。 、 無(wú)刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖 所示，它主要是由永磁電機(jī)本體、位置傳感器和電子換相器組成，下面就無(wú)刷直流電機(jī)這幾個(gè)組成部分進(jìn)行介紹。 永磁無(wú)刷直流電機(jī)的電機(jī)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(duì)數(shù)組成，轉(zhuǎn)子磁鋼的形狀呈弧形，茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤(rùn)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) 12 磁極下定轉(zhuǎn)子氣隙磁通密度呈梯形分布。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)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(lái)出現(xiàn)的盤(pán)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(shí)，伴有著新型永磁材料欽鐵姍的實(shí)用化，電機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)越來(lái)越多樣化，使無(wú)刷直流電機(jī)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(kāi)關(guān)和位置信號(hào)處理電路構(gòu)成，主要用來(lái)控制定子各繞組通電的順序和時(shí)間。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)本質(zhì)上是自控同步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，因此，應(yīng)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(chǎng)。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的三相繞組中通過(guò)的電流是 120 度 電角度（三相橋式中常見(jiàn)的一種功率開(kāi)關(guān)通電方式，任何時(shí)刻只有兩相繞組通電）的方波，繞組在持續(xù)通過(guò)恒定電流的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的定子磁場(chǎng)在空間是靜止不動(dòng)的。而在開(kāi)關(guān)換相期間，隨著電流從一相轉(zhuǎn)移到另一相，定子磁場(chǎng)隨之跳躍了一個(gè)電角度。而轉(zhuǎn)子磁勢(shì)則隨著轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。這兩個(gè)磁勢(shì)的瞬時(shí)速度不同，但是平均速度相等，因此能保持“同步”。無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由于采用了自控式逆變器即電子換相器，電機(jī)輸入電流的頻率和電機(jī)轉(zhuǎn)速始終保持同步，電機(jī)和逆變器不會(huì)產(chǎn)生振蕩和失步，這也是無(wú)刷直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)之一。 位置傳感器在無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)中起著檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁 極位置的作用，將轉(zhuǎn)子磁極的位置信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)位置信號(hào)處理電路處理后控制定子繞組換相，為功率開(kāi)關(guān)電路 電路提供正確的換相信息。由于功率開(kāi)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(kāi)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(lèi)似的作用。位置傳感器的種類(lèi)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(cè)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(pán)的遠(yuǎn)近來(lái)改變固定部分的電感，并利用振蕩條件的變化來(lái)建立通斷信號(hào)。這種方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，輸出電平高，適用于大中開(kāi)支電動(dòng)機(jī)。 常見(jiàn)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(yīng)，這包括霍爾效應(yīng)和磁陰效應(yīng)。它的轉(zhuǎn)子是永磁結(jié)構(gòu)，其極數(shù)與同步電動(dòng)機(jī)的一樣，而定子用霍爾元件等磁敏元件來(lái)感受轉(zhuǎn)子磁極位置，發(fā)出相應(yīng)信號(hào)。這種方法信號(hào)較弱，且精度易受溫度影響，但體積較小，多用于中小型電動(dòng)機(jī)。 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(pán)和固定不動(dòng)的三只差動(dòng)變壓器組成。轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤(pán)體現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，差動(dòng)變壓器作為檢測(cè)元 件檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)并向逆變器的控制電路輸出控制信號(hào)。這種方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)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(pán)的第 3 章 構(gòu)件材料的選擇及論證 13 位置進(jìn)行通斷變化。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)。 間接式位置傳感器是利用電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)間接檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置。但是這種方法只能在有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的情況下有效。 因此，所謂直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認(rèn)為是一臺(tái)由電子開(kāi)關(guān)電路、永磁式同步電動(dòng)機(jī)以及位置傳感器三者組成的“電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)”，其原理框圖如圖 所示。 、無(wú)刷直流電機(jī)的基本工作原理 為了更加清晰地闡述無(wú)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(shuō)明。圖中采用光電器件作為位置傳感器，以 3個(gè)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(jī)的一端。借助于安裝在電機(jī)軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板（也稱(chēng)為截光器）的作用，使得從光源 射來(lái)的光線依次照射在各個(gè)光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來(lái)判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。 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?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極轉(zhuǎn)過(guò) 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(shí)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(dǎo)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(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，并帶著遮光板同時(shí)沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極再次轉(zhuǎn)過(guò) 120 度以后，此時(shí)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(dǎo)通，電流流入繞組 ，于是驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)沿順時(shí)針?lè)?向旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)過(guò) 120 度以后，重新開(kāi)始下次 360 度的旋轉(zhuǎn)。 上述過(guò)程可以看成是按一定順序換相通電的過(guò)程，或者說(shuō)是磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程。在換相過(guò)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。這種旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)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(chǎng)相互作用，能夠產(chǎn)生推動(dòng)轉(zhuǎn)子持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)矩。 茂名學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)：某潤(rùn)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) 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(lèi)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(dǎo)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(dòng)系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來(lái)說(shuō)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(gè)腔。有活塞桿腔稱(chēng)為有桿腔，無(wú)活塞桿腔稱(chēng)為無(wú)桿腔。 當(dāng)從無(wú)桿腔輸入壓縮空氣時(shí)，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(fù)載推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，使活塞桿伸出；當(dāng)有桿腔進(jìn)氣，無(wú)桿腔排氣時(shí)，使活塞桿縮回。若有桿腔和無(wú)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)。 氣缸的種類(lèi)很多，一般按氣缸的結(jié)構(gòu)特征、功能、驅(qū)動(dòng)方式或安裝方法等進(jìn)行分類(lèi)。分類(lèi)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(yùn)動(dòng)形式分為直線運(yùn)動(dòng)氣缸和擺動(dòng)氣缸兩類(lèi)。 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(jī)體上固定不動(dòng)，有腳座式和法蘭式。 2）軸銷(xiāo)式氣缸 缸體圍繞固定軸可作一定角度的擺動(dòng)，有 U形鉤式和耳軸式。 3）回轉(zhuǎn)式氣缸 缸體固定在機(jī)床主軸上，可隨機(jī)床主軸作高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種氣缸常用于機(jī)床上 氣動(dòng)卡盤(pán)中，以實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)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(shè)計(jì)計(jì)算與液壓缸類(lèi)似，可參見(jiàn)液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算。如雙作用單活塞桿氣缸推力計(jì)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(wú)桿腔、有桿腔活塞面積（ m2）； P—— 氣缸工作壓力（ Pa）。 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(chēng)這個(gè)推力為氣缸的實(shí)際輸出力。 氣缸的效率 ? 是氣缸的實(shí)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(lèi)，氣缸內(nèi)表面和活塞桿