【正文】 該控制系統(tǒng)的核心部件選 用了日本三菱 FX2N系列的 可編程控制器。也方便工作人員使用本機器時，根據(jù)其需要進行有效的參數(shù)設置。為保證工作可靠，設計值（即計算值）應比要求值略大（可大 5%～ 10%）。例如，用此磁力旋蓋頭處理某瓶蓋，要求旋緊力矩為 ，則主動、被動磁、被動旋盤的隔距 Lg 需調節(jié)至 。表 51 列出了此磁力旋蓋頭的隔距 Lg取不同值時，所能施加的旋緊力矩（即最大傳遞力矩）的計算值 。 圖 42 所示旋蓋頭之磁力傳動器中，主動、被動磁力旋盤上分別均布有 16 塊（極性交錯排列）小磁體（進口鐵氧體）， Br＝ ， 10Am m??? ， Lm=01005m，Lm=，氣隙 Lg(即主動、被動磁力旋盤間的隔距 )實際使用時可在 ～ 間調整，則 ( / ) ( / ) / 2 ~ 1 . 2f r m g m gP K K L L L L? ? ?，將此 P 代入式⑵可解得cosφ =～ ，再代入式⑴ 可解得此磁力耦合傳動器所能傳遞的最大力矩即瓶蓋旋緊力矩 M=～ 。 ⑴式表明，當此磁力耦合系統(tǒng)的尺寸（即 Vm、 Am、 Lm、 Lg）一定時，傳遞力矩 M是 φ 的函數(shù)，為此設 m=Lm/Lg，并令 /0M ?? ? ? ，可解得 32c o s 3 c o s 2 0P ? ? ? ? ⑵ 式中： ( / )( / )f r m gP K K L L? 對于小氣隙磁路，忽略漏磁的影響（即令 /1frKK? ）不會對傳遞力矩的計算結果帶來顯著 影響，但可使計算大為簡化，故設計時在以上式中可令 /1frKK? 。當 Vm、 r、 Lm一定時，調節(jié)氣隙Lg，即可改變傳遞的力矩 M。 上式可作為設計此磁力耦合系統(tǒng)各參數(shù)的依據(jù)。 平面軸向磁力耦合傳動的傳遞力矩 M 可用下式描述： ? ? ? ?2 2 221 s in c o s2 1 / / c o s0m r mg f r m gV B r LM L K K L L?? ???? ?????? ⑴ 式中， mV—— 主動、被動磁力旋盤上全部永磁體的體積 ? ?2m m mV A L?， 3m L—— 永磁體平均軸向高度， m。 目前 ， 高性能稀土永磁材料的 開發(fā)和應用得到了很大發(fā)展 ， 如釹鐵硼、釤鈷等材料磁性能都非常高 ， 較宜制作磁力耦合機械 ， 能實現(xiàn)磁性材料用量少、磁力耦合機械體積小、重量輕、能傳遞力矩大等目的 。 旋蓋頭磁力耦合傳動的設計這里的磁力耦合傳動屬 平面軸向磁力耦合傳動 ， 其設計包括兩方面的內容 ： 磁路型式、磁性材料的選擇 ， 磁力耦合系統(tǒng)力學 性能的計算。 力矩過小，旋蓋旋不緊；力矩過大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。對旋蓋機進行選型，完成了旋蓋機的機械基礎 的設計。當瓶蓋已旋緊 ， 而主動磁力旋盤仍在回轉 ， 致使輸入扭力矩超過磁力傳動器所能傳遞的最大扭力矩時 ， 主動磁力旋盤 3與被動磁力旋盤 6 產(chǎn)生滑脫 ， 前者可以繼續(xù)回轉 ， 而后者則與瓶蓋一起靜止不轉 ， 而旋蓋頭給瓶蓋施加的旋緊力矩即為磁力傳動器所能傳遞的極限力 矩，并不會因傳動輸入軸 4和主動磁力旋盤 3的繼續(xù)回轉而增加旋緊力矩，不會因此而損壞瓶嘴、瓶蓋和旋蓋頭。因此主動磁力旋盤 3與被動磁力旋盤 6構成一磁力傳動器 ， 在磁力作用下 ， 被動磁力旋盤和旋嘴獲得力矩 ， 將由旋嘴夾住的瓶蓋旋緊。這些永磁體按極性相反相間分布。該設備 是 利用磁力傳動器傳遞扭力矩實現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭 ,能根據(jù)需要方便地設定、調整旋緊力矩的大小 ,并能保護瓶嘴 和旋蓋頭。 總體的設計如圖 所示， 因為本 次 設計 是采用的是直線式旋蓋機， 總體的結構比較簡單， 而旋蓋頭 則是 旋蓋機的關鍵部件，直接影響作業(yè)效率和封口質量 ，所以本 次 設計的重點就放在旋蓋頭的設計 。 輸送帶； 定位氣缸； 光電傳感 器； 旋蓋頭； 電機； 6升降氣缸； 7控制面板； 圖 旋蓋機 結構簡圖 第 4 章 旋蓋機原理及結構設計 27 、 旋蓋機的結構設計： 旋蓋機是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設備 ,工作時必須保證適宜的旋緊力矩。 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 26 第 4 章 旋蓋機原理及結構設計 、 旋蓋機的選擇： 本設計 選用 半自動 直線式旋蓋機 ，其具有結構簡單，工作穩(wěn)定，經(jīng)濟效益好地優(yōu)點。 、 小結 本章介紹了旋蓋機的組成部分，并對其組成部分進行分析選型。 五、 結構的工藝性 機座屬于 箱體類零件，體積大，結構復雜，成本較高。 2）提高結合表面的光潔度和形狀精度，使結合表面上的接觸點增多，從而提高結合面的接觸剛度。 圖 隔板（左）與加強筋（右） 四、 連接剛度 為提高結合表面的連接剛度，可采取如下措施： 1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。直形筋的鑄造工藝簡單，但剛度最小；米字筋的剛度最大，但鑄造工藝最復雜。若單靠增加壁厚提高剛度，勢必使機座笨重、浪費材料，故常用增加隔板和加強筋來提高剛度。 在其它條件相同情況下，抗扭慣性矩 Ic越大，扭轉變形越小，抗扭剛度越大。當受簡單拉、壓作用時，變形只和截面積有關，而與截面形狀無關，設計時主要是選擇合理的尺寸。 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 24 圖 機座 的 典型結構圖 二、 截面形狀的選擇 為保證機座的剛度和強度，減輕重量和節(jié)約材料，必須根據(jù)設備的受力情況，選擇經(jīng)濟合理的截面形狀。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點。 圓形截面機座：結構簡單、緊湊，易于制造和造型設計，有較好的承載能力。 、 結構設計 一、 典型結構 方形截面機座：結構簡單，制造方便，箱體內有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。 時效處理就是在精加工之前，使機座充分變形，消除內應力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。 、 時效處理 制造機座時，鑄造（或焊接）、熱處理及機加工等都會產(chǎn)生高溫，因各部分冷卻速度不同而收縮不均勻，使金屬內部產(chǎn)生內 應力。 本設計的機座采用的是 45 鋼， 45鋼屬于調質鋼，經(jīng)淬火加高溫回火后，具有良好的綜合力學性能，主要用于要求強度、塑性和韌性都較高的機械零件，如軸類零件。 鋼 用鋼材焊接成機架。 常用的灰口鑄鐵有兩種： HT200 適用于外形較簡單，單位壓力較大（ p5 公斤 /厘米2）的導軌，或彎曲應力較大的（ σ≥300 公斤 /厘米 2）床身等； HT150 的流動性較好，但機械性能稍差，適用于形狀復雜而載荷不大的機座。 、 機座 設計要素： 、 機座材料 機座材料應根據(jù)其結構、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求正確選擇，常用的有： 鑄鐵 第 3 章 構件材料的選擇及論證 23 鑄 鐵容易鑄成形狀復雜的零件；價格較便宜；鑄鐵的內摩擦大，有良好的抗振性。不同帶型、不同廠家生產(chǎn)、不同新舊程度 的 V帶不易同組使用 。 （ 3）兩帶輪中心線平行，帶輪斷面垂直 中心線，主 、從 動輪的槽輪在同一平面內，軸與軸端變形要小。 、 使用和維護 注意事項 ： （ 1）安裝：減小中心距，松開張緊輪，裝好后再調整。 （ 2） 缺點：傳動比不準確、帶壽命低、軸上載荷較大、傳動裝置外部尺寸大、效率低。 綜合上述損失，帶傳動的效率約在 80%～ 98%范圍內，進行傳動設計時，根據(jù)帶的種類選取。因此設計高速帶傳 動時，應減小帶的表面積，盡量用厚而窄的帶；帶輪的輪輻表面應平滑（如用橢圓輪輻）或用輻板以減小風阻。 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 22 （ 4）空氣阻力損失 高速運行時，運行風阻引起的功率損失。減小帶的拉力變化，可減小其內摩擦損失。 （ 2）內摩擦損失 帶在運行中的反復伸縮，在帶輪上的撓曲會使帶體內部產(chǎn)生摩擦引起功率損失。嚴 重滑動，特別是過載打滑，會使帶的運動處于不穩(wěn)定狀態(tài)，效率急劇降低，磨損加劇，嚴重影響帶的壽命。 、 帶傳動 效率 帶傳動的功率損失有： （ 1）滑動損失 摩擦型帶傳動工作時，由于帶輪兩邊的拉力差及其相應的變形差形成 彈性滑動 ，導致帶與從動輪的速度損失。 與普通帶傳動相比，同步齒形帶傳動的特點是： ① 鋼絲繩制成的強力層受載后變形極小，齒形帶的周節(jié)基本不變 ,帶與帶輪間無相對滑動 ,傳動比恒定、準確； ② 齒形帶 薄且輕，可用于速度較高的場合，傳動時線速度可達 40 米／秒，傳動比可達 10，傳動效率可達 98％； ③ 結構緊湊，耐磨性好； ④ 由于預拉力小，承載能力也較??； ⑤ 制造和安裝精度要求甚高，要求有嚴格的中心距，故成本較高。周節(jié) p等于相鄰兩齒對應點間沿節(jié)線量得的尺寸，模數(shù) m＝ p/π 。強力層中線定為帶的節(jié)線，帶線周長為公稱長度。帶的工作面做成齒形，帶輪的輪緣表面也做成相應的齒形，帶與帶輪主要靠嚙合進行傳動。三角帶常多根并列使用，設計時可按傳遞的功率和小輪的轉速確定帶的型號、根數(shù)和帶輪結構尺寸 。三角膠帶的截面尺寸和長度都有標準規(guī)格。 三角膠帶是三角帶中用得最多的一種，它是由強力層、伸張層、壓縮層和包布層制成的無端環(huán)形膠帶。三角帶傳動適用于中心距較短和較大傳動比(7 左右 )的場合 ,在垂直和傾斜的傳動中也能較好工作。三角帶通常是數(shù)根并用，帶輪上有相應數(shù)目的型槽。高速環(huán)形帶薄而軟、撓性好、耐磨性好，且能制成無端環(huán)形，傳動平穩(wěn)，專用于高速傳動。強力錦綸帶強度高，且不易松弛。它 強度 較高，傳遞功率范圍廣。 平型帶有膠帶、編織帶、強力錦綸帶和高速環(huán)形帶等。傳動型式有開口傳動、交叉?zhèn)鲃雍桶虢徊鎮(zhèn)鲃拥?，分別適應主動軸與從動軸不同相對位置和不同旋轉方向的需要。若有多種傳動帶滿足傳動需要時，則可根據(jù)傳動結構的緊湊性、生產(chǎn)成本和運轉費用，以及市場的供應等因素，綜合選定最優(yōu)方案。摩擦型傳動帶根據(jù)其截面形狀的不同又分 平帶 、 V 帶 和特殊帶（多楔帶、圓帶）等。 帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸茂名學院本科畢業(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 20 送物料、進行零件的整列等。 主要參數(shù)如表 31 所示： 表 31 品牌 ANIUEC 型號 LA1582BW35B1 最高電壓 380（ V） 額定發(fā)熱電流 10（ A） 用途 廣泛用于電控系統(tǒng)中 頭部保護等級 IP20 產(chǎn)品認證 CCC,CE,UL 、傳動系統(tǒng) 本設計 采用 的傳動系統(tǒng)為 以橡膠為原材料制作的 三角 帶傳動， 帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點，在近代機械傳動中應用十分廣泛。綜合以上幾點，最終選擇的定位氣缸型號為 c95k，升降氣缸型號為 cp95s 、 電源 控制 按鈕： 電源控制按鈕 選用 LA158 系列控制按鈕開關， 該控制開關具有 復位按鈕、自鎖按鈕、帶燈按鈕、蘑菇鈕、旋鈕、鑰匙鈕、急停鈕 ， 觸點 有 自潔功能，觸頭材質銀鎳合金 ,在低電壓場合也能接觸可靠 ，而且 防護等級高達 IP65，配置硅膠防護照具備出色的防水防塵性能 。 氣缸直徑計算 氣缸直徑的設計計算需根據(jù)其負載大小、運行速度和系統(tǒng)工作壓力來決定。如氣缸工作在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需在活塞桿伸出端安裝防塵第 3 章 構件材料的選擇及論證 19 罩。當氣動系統(tǒng)采用電氣控制方式時，可選用帶磁性開關的氣缸。根據(jù)活塞的速度決定是否應采用緩沖裝置。有特殊要求時，應選用相應的特種氣缸。在需要隨工作機構連續(xù)回轉時（如車床、磨床等），應選用回轉氣缸。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。氣缸的行程與使用的場合和機構的行程有關，但一般不選用滿行程。根據(jù)氣缸負載力的大小來確定氣缸的輸出力，由此計算出氣缸的缸徑。下面以單活塞桿雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。它能真實地反映氣缸的工作性能。氣缸的靜態(tài)特性是指與缸的輸出力及耗氣量密切相關的最低工作壓力、最高工作壓力、摩擦阻力等參數(shù)。 3）氣缸耗氣量 氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動的容積，稱這個容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。氣缸的負載率茂名學院本科畢業(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 18 β定義為 %10 0?tFF氣缸的理論輸出力 氣缸的實際負載＝? （ l3－ 5） 氣缸的實際負載是由實際工況所決定的，若確定了氣缸負載率 ?，則由定義就能確定氣缸的理論輸出力，從而可以計算氣缸的缸徑。 2）負載率β 從對氣缸運行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的。 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，氣缸內表面和活塞桿加工的狀態(tài)及潤滑狀態(tài)。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）