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本科畢業(yè)論文（設(shè)計）文獻綜述
啤酒壓蓋機的設(shè)計
院（系、部）名 稱 ： 歐美學(xué)院機電科學(xué)與工程系
專 業(yè) 名 稱：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 生 學(xué) 號：
指 導(dǎo) 教 師：
摘 要
在啤酒的生產(chǎn)線中,壓蓋是關(guān)鍵的生產(chǎn)工序。壓蓋的質(zhì)量好壞影響著啤酒的最終生產(chǎn)質(zhì)量，決定著產(chǎn)品的成品率。特別是隨著生產(chǎn)的自動化發(fā)展，自動的啤酒壓蓋機已經(jīng)在生產(chǎn)中普遍應(yīng)用。
本設(shè)計的重點是才壓蓋和傳動方面，其中傳動系統(tǒng)設(shè)計的好壞直接決定及其工作的質(zhì)量。本次畢業(yè)設(shè)計中，首先依托啤酒自動生產(chǎn)線中的總體布局以及工藝路線，對壓蓋機進行了系統(tǒng)性的設(shè)計，然后根據(jù)其工作原理進行分析，對壓蓋機本身的的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，對重點零部件進行分析和設(shè)計，對星型波輪、齒輪、凸輪等進行設(shè)計、計算、分析，設(shè)計出總體的方法和結(jié)果。同時對壓蓋機的傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計選用。
關(guān)鍵詞：壓蓋，傳動系統(tǒng)，凸輪，齒輪
ABSTRACT
In the production line of beer, gland is the key production processes. Gland beer quality affects the final production quality, determines the yield of product. Especially with the development of production automation, automatic beer capping machine has been widely used in the production.
This design only is the focus of the gland and transmission quality directly decides the transmission system design and the quality of the work. This graduate design, first of all depends on the beer in the overall layout of the automatic production line and process route, capping machine for the systematic design, then according to its working principle is analyzed, the structure of the capping machine itself to design, to analysis and design of key parts on star pulsator, gear, CAM, such as design, calculation, analysis, design method and results of overall. At the same time of capping machine drive system to carry on the design.
Key words: Screwing，Transmission ， Cam ，gear wheel
1、前言
闡述隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國啤酒行業(yè)也得到了不斷的發(fā)展，同時對啤酒生產(chǎn)線也提出了更高的要求。啤酒壓蓋作為啤酒生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)，也隨之不斷提高和完善。通過對啤酒及相關(guān)行業(yè)的了解，把握國內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以便設(shè)計出更完善的設(shè)備，達到更高的使用要求。
1.1 啤酒壓蓋機簡介
啤酒壓蓋機是對灌裝完畢的啤酒瓶進行封口的設(shè)備。壓蓋機使啤酒在瓶中得以密封保存，并便于流通、銷售和飲用。
啤酒壓蓋機的工作原理是啤酒瓶經(jīng)輸瓶系統(tǒng)輸送后進入星形撥輪，同時進入到壓蓋機頭下面，在主軸及星形撥輪帶動下同壓蓋機頭一起轉(zhuǎn)動，此時從供蓋系統(tǒng)中落下的瓶蓋剛好到達壓蓋機頭，壓蓋機頭在凸輪機構(gòu)的控制及大彈簧的作用下向下運動進行壓蓋。瓶蓋壓緊后，壓蓋機頭在凸輪機構(gòu)的控制及小彈簧的作用下向上運動，釋放啤酒瓶，星形撥輪繼續(xù)轉(zhuǎn)動將啤酒瓶輸出。
2、研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
2.1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國啤酒灌裝設(shè)備大都是在引進優(yōu)良設(shè)備和先進技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。新中國成立以后，我國陸續(xù)建立起了一些灌裝壓蓋設(shè)備生產(chǎn)廠。但由于落后的技術(shù)能力，在這個時期主要是生產(chǎn)一些小型設(shè)備。
六十年代末，通過有關(guān)專家和學(xué)者的考察，從國外帶回來的灌裝生產(chǎn)線技術(shù)在國內(nèi)試驗成功。
到八十年代初，國家又積極引進國外先進灌裝生產(chǎn)線300多條，其中啤酒灌裝線達500多條。引進生產(chǎn)線主要設(shè)備有輸箱機、卸箱機、洗瓶機、輸瓶機、灌裝機、旋蓋機、壓蓋機、貼標機和裝箱機等。
目前我國啤酒的生產(chǎn)狀況是：
1.啤酒產(chǎn)量穩(wěn)定增長；
2.啤酒企業(yè)向規(guī)模化、集團化發(fā)展。
我國灌裝機械的發(fā)展趨勢是不斷提高單機的自動化程度，改善整條包裝生產(chǎn)線的自動化控制水平、生產(chǎn)能力，可以大大改善啤酒灌裝生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)品的質(zhì)量，提高其國內(nèi)、國際的競爭能力。
總而言之，自改革開放以來，我國灌裝與壓蓋設(shè)備行業(yè)得到了高速發(fā)展，行業(yè)水平不斷提高，產(chǎn)品性能大幅度增長，但與國外發(fā)達國家相比仍存在較大差異，總體技術(shù)水平較落后。
國外的灌裝與壓蓋設(shè)備正向著高速發(fā)展。美國早在1890年就制造出了玻璃瓶灌裝機。在1912年又發(fā)明了皇冠蓋壓蓋機，接著制造出了集灌裝和壓蓋于一體的灌裝壓蓋機組。德國也在20世紀初制造出了手動灌裝機和壓蓋機。
世界灌裝壓蓋機正向著高精度、高速度、多應(yīng)用的方向發(fā)展，現(xiàn)在部分灌裝生產(chǎn)線已經(jīng)可以工作在玻璃瓶與聚酯瓶、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等的不同環(huán)境和不同要求下，并能保證良好的灌裝質(zhì)量和較高的灌裝速度。
2.2發(fā)展趨勢
目前，國內(nèi)外啤酒灌裝壓蓋機的發(fā)展趨勢是：
（1）高新技術(shù)化；
（2）產(chǎn)品標準化；
（3）零部件生產(chǎn)專業(yè)化；
（4）設(shè)計“綠化”；
（5）市場日趨壟斷化。
總之，近20年來，我國啤酒灌裝行業(yè)獲得了突飛猛進的發(fā)展，生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、新技術(shù)實用化和科研成果商業(yè)化，以成為世界各國啤酒灌裝行業(yè)的發(fā)展趨勢，這也是我國啤酒灌裝行業(yè)的發(fā)展方向。
3本設(shè)計的意義及改進措施
本設(shè)計通過分析啤酒壓蓋機目前存在的一些問題，本著以人為本、安全可靠、簡便易實現(xiàn)的原則，綜合了現(xiàn)有技術(shù)水平,運用合理的改進方法, 進行本次啤酒壓蓋機設(shè)計。力求所設(shè)計的啤酒壓蓋機在滿足使用要求的前提下，在更多方面得到改善，使其能夠在啤酒生產(chǎn)線上發(fā)揮重要作用，并達到降低成本、提高效率、為企業(yè)帶來的良好的經(jīng)濟效益的目的。
雖然目前我國國內(nèi)制造的啤酒壓蓋機性能已經(jīng)達到較高水平，但經(jīng)查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，其凸輪設(shè)計大都還是沿用普通凸輪安裝在灌裝頭上部來控制壓蓋機頭運動，其速度波動大、加速度突變大、壓力角小等都不滿足壓蓋機頭的運動規(guī)律。本次設(shè)計準備采用圓柱凸輪，可以大大改善了上述問題。
另外，當前國內(nèi)很多啤酒壓蓋機沒有較合理的退瓶結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致破瓶率較高。本次設(shè)計在壓蓋機頭內(nèi)部設(shè)計了退瓶彈簧，結(jié)構(gòu)簡單，方便可行。
4總體布局
機器的有關(guān)零部件在整機中相對空間位置的合理配置，叫做總體布局。對于此傳動系統(tǒng)的總體布局的，則是根據(jù)壓蓋機工藝路線圖安排凸輪、齒輪、曲柄等原動件的位置，布置過程中應(yīng)注意以下2點：
（1） 盡量減少機構(gòu)的構(gòu)件數(shù)
（2） 簡化傳動系統(tǒng)
5布置傳動系統(tǒng)的準則
（1）盡可能采用簡短的運動鏈
擬定機械的傳動系統(tǒng)或執(zhí)行機構(gòu)時，盡可能采用簡單、緊湊的運動鏈。因為運動鏈越簡短，組成傳動系統(tǒng)或執(zhí)行機構(gòu)所使用的機構(gòu)和構(gòu)件數(shù)目越少，這不僅降低制造費用、減小體積和重量，而且使機械的傳動效率相對提高。由于減少傳動環(huán)節(jié)，使傳動中的積累誤差也隨之減小，結(jié)果將提高機械的傳動精度和工作準確性。
（2）有合理傳動順序安排
機械的傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)一般均由若干基本機構(gòu)和組合機構(gòu)組成，它們的結(jié)構(gòu)特點和傳動作用各不相同，應(yīng)按一定規(guī)律合理的安排傳動順序。一般將減速機安排在運動鏈的起始端，盡量靠近動力機，例如采用帶有減速裝置的電動機；將變換運動形式的機械安排在運動鏈的末端，使其與執(zhí)行構(gòu)件靠近，如將凸輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)、螺旋機構(gòu)等靠近執(zhí)行構(gòu)件布置；將帶傳動類型的摩擦傳動安排在運動鏈中的轉(zhuǎn)速高的起始端，以減小傳遞的轉(zhuǎn)矩、降低打滑的可能性。在傳遞同樣轉(zhuǎn)矩的條件下，與其他傳動形式比較摩擦傳動機構(gòu)尺寸比較大，為了減小其外部尺寸應(yīng)將其布置在運動鏈的起始端。傳動鏈中采用圓錐齒輪時，應(yīng)考慮到圓錐齒輪制造較困難，造價高，避免用大尺寸的圓錐齒輪，而采用較小的圓錐齒輪也應(yīng)布置在運動鏈中轉(zhuǎn)速較高的位置。
上述順序安排只是一般性的考慮，具體安排時需要同時考慮的因素較多，如充分利用空間、降低傳動噪音和振動，以及裝配維修的方便等，相關(guān)的各因素都要權(quán)衡利弊給予適當?shù)目紤]。
（3）合理分配傳動比
運動鏈的總傳動比應(yīng)合理地分配到各級傳動機構(gòu)，既充分利用各種傳動機構(gòu)的優(yōu)點，又能利于尺寸控制得到結(jié)構(gòu)緊湊的機械。每一級傳動機構(gòu)的傳動比應(yīng)控制在其常用的范圍內(nèi)。如果某一級傳動比過大，則對其性能和尺寸都將有不利的影響。所以當齒輪傳動比大于8～10時，一般應(yīng)設(shè)計為兩級傳動；當傳動比在30以上時，常設(shè)計兩級以上的齒輪傳動。但是對于傳動來說，由于外部尺寸較大實際很少采用多級帶傳動。
電動機的轉(zhuǎn)速一般都超過執(zhí)行構(gòu)件所需要的轉(zhuǎn)速，而需要采用減速傳動系統(tǒng)。這時，對于減速運動鏈應(yīng)按照“前小后大”的原則分配傳動比，而且相鄰兩級傳動比的差值不要相差太大。設(shè)有K級減速傳動，其各級傳動比為i1、i2、…、iK，取值應(yīng)符合i1＜i2＜…＜iK的順序，相鄰兩級差不得過大。安排這種逐級減速的運動鏈，可使各級中間軸有較高的轉(zhuǎn)速及較小的轉(zhuǎn)矩，因此可選用尺寸較小的軸徑和軸承，油封等零件。
6 傳動系統(tǒng)方案的擬定
包裝機械傳動系統(tǒng)主要是將運動按要求分配和傳遞到各個工作執(zhí)行件上,依據(jù)工作執(zhí)行件的樹木和他們對傳動要求制定傳動方案。因此我們必須先經(jīng)確灌裝壓蓋機的工序流程。在前面我們已經(jīng)確定其流程為：
進瓶——分度——灌裝——壓蓋——旋蓋——出瓶，
由此來確定其傳動系統(tǒng)的具體形式。
(1) 進瓶與出瓶，為間歇運傳的輸送帶形式，由同一臺伺服電機帶動，其速度值可以調(diào)動，以滿足生產(chǎn)率的要求。采用伺服電機的主要優(yōu)點:
高性能的實時自動調(diào)整增益。根據(jù)負載慣重的變化，與自適應(yīng)濾波器配合，從低剛性到高剛性都可以自動調(diào)整增益。因旋轉(zhuǎn)方向不同而產(chǎn)生不同負載轉(zhuǎn)矩的垂直軸情況下，也可以自動進行調(diào)整。具備異常速度檢測功能，因此可以將增益調(diào)整過程中產(chǎn)生的異常速度調(diào)整到正常。通過顯示面板操作，可以在監(jiān)控實時調(diào)整情況的同時，進行設(shè)置和確認[6]。
速度響應(yīng)頻率最高達1KHz。內(nèi)置有瞬時速度觀測器，可以高速、高分辯率地測出電機的轉(zhuǎn)速。高性能的機械適應(yīng)性。無論是易產(chǎn)生共振的傳送帶驅(qū)動機械，還是高剛性的絲桿傳動機械，都可以高性能的自動調(diào)整功能來實現(xiàn)高速定位。
自適應(yīng)濾波器。內(nèi)置自適應(yīng)濾波器，可以根據(jù)機械共振頻率不同而自動地調(diào)整陷波濾波器的頻率?？梢钥刂朴捎跈C械不穩(wěn)定以及共振頻率變化而發(fā)生的噪音。兩個陷波濾波器。內(nèi)置了不同于自適應(yīng)濾波器的兩個獨立通道的濾波器。兩個陷波濾波器可以以1Hz為單位、分別設(shè)置陷波的頻率和幅度。內(nèi)置了兩個通道的振動抑制濾波器，可以抑制剛性較低的機械在啟動和停止時產(chǎn)生的振動。
兩個通道的振動頻率，可以根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向的不同而自動地切換；或者也可以分別對應(yīng)于由于外部輸入信號切換而產(chǎn)生的機械位置變化而導(dǎo)致的振動頻率。
即使設(shè)置的振動頻率和濾波器的數(shù)值不確切，也不會導(dǎo)致不穩(wěn)定狀況
(2) 分度，在旋轉(zhuǎn)式灌裝機中分度是灌裝的準備工作，擬定凸輪間歇式機構(gòu)連接星形撥輪。該凸輪間歇機構(gòu)實際上是擺動從動件圓柱凸輪機構(gòu)，其轉(zhuǎn)盤相當于許許多多的擺動從動件，擺桿長度為滾子中心的半徑，最大擺角為。該機構(gòu)在不改變凸輪轉(zhuǎn)速的情況下，只要改變曲線槽所對應(yīng)的角度，就可以改變轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動和靜止時間，同時可根據(jù)轉(zhuǎn)盤的實際工作要求來合理的選擇轉(zhuǎn)盤的運動規(guī)律。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，其中(a)為結(jié)構(gòu)剖視圖，(b)為圓柱凸輪的外形圖
(a) (b)
圖3.1 凸輪間歇式機構(gòu)
(3) 灌裝，本臺機器采用常壓灌裝方式，采用灌裝頭升降的灌裝方式，我們擬訂用曲柄滑塊機構(gòu)來控制灌裝頭的升降。
圖3.2曲柄滑塊機構(gòu)
(4) 壓蓋與旋蓋，這兩工序為同步進行，依次我們擬定用同一個凸輪來控蓋頭與旋蓋頭的升降。本機采用灌裝與壓旋蓋不同步的工作方式，因此，為保證系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性好必須選用合理的傳動比，本機采用壓蓋頭與旋蓋頭各一個，四個灌裝頭的組成方式，因此必須選用傳動比為4：1的齒輪組合。
7繪制傳動系統(tǒng)的總體布局圖
圖3.3 壓蓋機傳動系統(tǒng)的傳動布局及傳動速率簡圖
圖3.4壓蓋機傳動系統(tǒng)的傳動布局
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