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本科畢業(yè)設計（論文）
題 目 塑料藥瓶的封膜及旋蓋機構設計
學 院 機械與汽車工程學院
專 業(yè) 機械設計制造及其自動化
班 級
學 號
學生姓名
指導教師
開題日期 2014年4月3日
摘 要
著生產和流通的日益社會化，現代化，尤其是半個世紀以產品包裝得到了飛速的發(fā)展，在市場商品交換的重要地位也越來越來突出，目前，已普遍引起人們的重視。
科技的發(fā)展在當代社會各個不同的領域都產生了深遠的影響。特別是機械化，自動化設備的普遍應用，更為這些領域增添了活力，包裝業(yè)也不例外?，F在大部分的包裝過程已有手工作業(yè)轉變?yōu)闄C械化作業(yè)。這不僅僅降低了人的勞動程度，而且也加快了生產速度，提高了生產率，同時也使包裝的形式在不斷的改進、革新，使廣大的消費者普遍能夠接受。這在客觀上促進了產品的營銷，提高了產品在市場上的競爭力，也可以為企業(yè)帶來高額的利潤。
本課題重點研究的基本內容是全自動塑料藥瓶包裝機，包括封口系統(tǒng)，運輸系統(tǒng)、理蓋系統(tǒng)、充填系統(tǒng)等構成，是一條完整的生產線，本設計主要是對封口系統(tǒng)進行分析、設計。其中本設計的包裝機的封口系統(tǒng)包括封膜機構和旋蓋機構。此設計中需設計一個旋蓋頭，執(zhí)行升降軸、封膜的切斷裝置、選裝定位的行星盤及鍵、軸承、彈簧的計算選用及校核。
關鍵詞： 包裝機械；現代化 ；封膜機構；旋蓋機構
ABSTRCT
With sociality and modernization of manufacture and circulation, especially since half of century produce packing has developed at high speed. At the same time, it is important for produce industry to packing.Development of science and technology throw great impact on all industry in our sociality, especially devices that realize the mechanizing and automation have been widely used, so produce packing has also been poured into great vigor. Nowadays, almost much of produce packing to mechanical operation. This change not only lowers people’s intensity of labor, but also increases, produce speed, and raise productivity, at the same time, the style of produce packing has also been made better and innovated, that not only improves produce competitiveness at market but also achieve enormous economical benefit for factory.
The basic content of this paper is the study of the fully automatic plastic bottle packaging machine, including sealing system, a transportation system, sorting system, filling system, is a complete production line, the main design of the sealing system analysis, design. The sealing system of packaging machine of this design include film sealing and capping mechanism. A capping head design of the design, execution, lifting shaft sealing film cutting device, optional location of the planetary disc and bond, bearing, spring selection and checking calculation.
KEY WORDS：Package Machine；Modernize Up；Film Sealing Mechanism；Capping Mechanism
目 錄
摘 要 2
ABSTRCT 3
第一章 緒論 5
1.1 課題背景 5
1.2 包裝機概述 7
1.2.1包裝機械概述 7
1.2.2我國包裝機械的現狀與發(fā)展 7
1.2.3包裝機械的特點及發(fā)展方向 8
1.3 效益分析與環(huán)保分析 11
1.4 包裝設計的重要性 11
第二章 塑料藥瓶包裝機的設計任務 13
2.1塑料藥瓶自動包裝機的設計意義 13
2.2主要研究設計內容 13
2.3研究的方法與技術路線 14
第三章 塑料藥瓶的封膜機構設計 16
3.1 封膜機構的介紹 16
3.2 封膜機構的組成 16
3.3 封膜機構的彈簧設計 17
第四章 塑料藥瓶的旋蓋機構設計 20
4.1 旋蓋機構的介紹 20
4.2 旋蓋機構設計方案 20
4.2.1 送瓶部分的結構方案確定 21
4.2.2 裝蓋環(huán)節(jié)的設計 21
4.2.3 旋蓋部分的結構方案 22
4.2.4 出料的方案 22
4.2.5行星轉盤的設計以及計算 22
4.2.6轉盤電機的選擇 23
4.2.7 旋蓋電機的選型計算 25
4.2.8 永磁體的選擇 26
4.3 支架的設計校核 26
4.4料倉的設計校核 27
結 論 30
致 謝 31
參考文獻 32
第一章 緒論
1.1 課題背景
包裝是一門新興學科,它是現代商品生產儲存、銷售和人類社會中不可缺少的重要組成部分。關于包裝的定義,起初過去只是認為能很好的保護內容品即可。然而隨著技術水平和生產力能力的提高，今天的包裝不僅僅是將內容品包好而已，同時它還是一種保存容器，一種輸送容器另外還可以促進產品的銷售。我國包裝定義如下：為保護產品，方便運輸，促進流通按一定的技術方法而采用的容器，材料及輔助物的總稱，也指為了達到上述的目的而采用容器材料及輔助物的過程中施加一定技術方法操作等的活動。隨著人們生活水平的提高，人們對包裝這個概念有了越來越深的認識，包裝的重要性有了越來越深的體現。無論在國內或國外，包裝工業(yè)涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對人民生活，國際貿易和國防建設都帶來深刻的影響。我國包裝工業(yè)起步較晚，雖然近幾年發(fā)展較快，但仍然落后于英美等發(fā)達國家，盡快發(fā)展我國的包裝工業(yè)需要全民族的努力。
目前，我國的塑料藥瓶包裝設計企業(yè)大部分規(guī)模偏小，“小而全”是其主要特征之一，同時存在著不顧行業(yè)發(fā)展要求，重復生產那些成本低、工藝水平比較落后、易于制造的機械產品，行業(yè)內目前大約有1/4的企業(yè)存在低水平重復生產現象。這是對資源的極大浪費，造成包裝機械市場的混亂，阻礙行業(yè)的發(fā)展。多數企業(yè)年產值在幾百萬元到1000萬元之間，低于100萬元的企業(yè)為數還不少。每年有近15%的企業(yè)轉產或倒閉，但又有15%的企業(yè)加入這個行業(yè)，極其不穩(wěn)定，現象阻礙了行業(yè)發(fā)展的穩(wěn)定性。隨著科學技術的不斷發(fā)展，各種塑料藥瓶、水產加工品的出現，對塑料藥瓶包裝技術和設備都提出了新的要求。目前，塑料藥瓶包裝機械競爭日趨激烈，未來的塑料藥瓶包裝機械將配合產業(yè)自動化，促進包裝設備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的塑料藥瓶包裝設備。實現塑料藥瓶包裝機械機電一體化。
傳統(tǒng)的包裝機械多采用機械式控制，如凸輪分配軸式，后來又出現了光電控制、氣動控制等控制形式。但是，隨著塑料藥瓶加工工藝的日益提高，對包裝參數的要求不斷增多，原有的控制系統(tǒng)已難以滿足發(fā)展的需要，應采用新的技術改變塑料藥瓶包裝機械的面貌。當今的塑料藥瓶包裝機械是集機、電、氣、光、磁于一體的機械電子設備，在設計時，應著力于提高包裝機械的自動化程度，將包裝機械的研發(fā)與計算機結合，實現機電一體化控制。 機電一體化的實質就是從系統(tǒng)觀點出發(fā)，運用過程控制原理，將機械、電子與信息、檢測等有關技術進行有機組合，實現整體最佳化。總體講，它是將微機技術引入到包裝機械，應用機電一體化技術，開發(fā)智能化包裝技術，按產品自動包裝工藝要求組合成全自動包裝系統(tǒng)進行生產，生產過程的檢測與控制、故障的診斷與排除將實現全面自動化，實現高速、優(yōu)質、低耗和安全生產?？捎糜谒a加工塑料藥瓶的精確計量、高速充填和包裝過程自動控制等，將使包裝機械結構大為簡化，提高包裝產品質量。如最常見的塑料袋封口機，其封口質量與包裝材料、熱封溫度和運行速度等有關。如材料(材質、厚度)發(fā)生變化，那溫度和速度也要隨之改變，但變化多少卻難把握。如采用微機控制，將各種包裝材料的封口溫度和速度的最佳參數匹配輸入微機存儲器，再配上必要的傳感器，組成自動跟蹤系統(tǒng)，這樣，不管哪個工藝參數改變，都能保證最佳的封口質量。
采用新技術，建立自動化、多樣化、多功能集成化的包裝機械新體塑料藥瓶包裝機械其技術發(fā)展趨勢主要體現在高生產率、自動化、單機多功能、多功能組成生產線、采用新技術上。如:多工位制袋真空包裝機，其制袋、稱重、充填、抽真空、封口等多種功能可在一臺單機上完成；功能不同、效率相匹配的幾種機器可組合成為功能較齊全的生產線，如法國CRACECRYOYA和ISTM公司研制的鮮魚真空包裝生產線。采用相關新技術，在包裝方法上大量采用充氣包裝取代真空包裝，將充氣成分、包裝材料與充氣包裝機三方面的研究緊密結合起來；在控制技術上，更多地應用計算機技術和微電子技術；另外，隨著包裝從單一技術轉向與加工相結合研究取得進展，應將包裝技術領域延伸到加工領域，開發(fā)包裝、加工一體化的塑料藥瓶加工包裝設備。適應國際市場要求，開發(fā)設計綠色包裝機械。加入WTO后，國際包裝機械行業(yè)競爭日益激烈，國外的綠色貿易壁壘對塑料藥瓶包裝設計機械行業(yè)提出更高的要求，所以，必須改變傳統(tǒng)的包裝機械設計及開發(fā)模式，在設計階段考慮到使包裝機械在其全生命周期中(設計、加工制造、裝配、使用、維修直至廢棄后處理處置過程)對環(huán)境無影響或影響最小化、資源低耗、易于回收等“綠色特征”，以提升我國包裝機械的核心競爭力。印刷用油墨在內的關鍵原材料及其供應方目錄應進行備案，以便對批量生產的塑料藥瓶包裝容器類產品進行監(jiān)督控制，使消費者能夠買到保證安全、放心的產品。因為千千萬萬消費者每天要食用的塑料藥瓶藥品，必須使用不僅能保護內容物不受病毒、病菌污染的軟塑包裝材料，還要求軟塑包裝材料本身符合安全衛(wèi)生的規(guī)定，避免包裝材料污染所包裝的塑料藥瓶、藥品，故保證塑料藥瓶包裝的衛(wèi)生安全性乃是當務之急。
1.2 包裝機概述
1.2.1包裝機械概述
包裝機械即完成部分包裝過程的一類機器，現代工業(yè)生產，如塑料藥瓶、輕工、醫(yī)藥、化工、電子和國防等生產中，主要包括三大基本環(huán)節(jié)，即原料處理、中間加工和產品包裝。包裝機械是產品包裝實現機械化、自動化的根本保證，因此包裝機械在現在工業(yè)生產中起著重要的作用。近半個多世紀以米隨著生產與流通日益社會化、現代化產品包裝正以嶄新的面貌倔起，受到人們普遍重視?，F代包裝的基本含義是：對不同批量的產品，選用某種有保護性、裝飾性的包裝材料或包裝容器并借助適當的技術手段實施包裝作業(yè)以達到規(guī)定的數量和質量,同時設法改善外部結構，降低包裝成本,從而在流通直至消費的整個過程中使之容易儲存搬運,防止產品破損變質,不污染環(huán)境,便于識別應用和回收廢料,有吸引力，廣開銷路，不斷促進擴大再生產.大量事實表明，實現包裝的機械化和自動化，尤其是實現具有高度靈活性(或稱柔性)的自動包裝線，不僅體現了現代生產的發(fā)展方向,同時也可獲得巨大的經濟效益. 例如:
1) 能增加花色品種，改善產品質量，加強市場競爭能力.
2) 能改善勞動條化避免污染危害環(huán)境。
3) 能節(jié)約原樹林減少浪毀，降低成本。
4) 能提高生產效率，加速產品的不斷更新。
由此可見實現包裝機械化和建立現代包裝工業(yè)，乃是關系到國家長遠規(guī)劃的一件大事,也是搞好社會主義四個現代化的一項重要內容
1.2.2我國包裝機械的現狀與發(fā)展
我國包裝工業(yè)起步較晚，雖然最近一些年發(fā)展很快，成就也很大，但與發(fā)達國家相比無論在產品品種，技術水平和產品質量方面都有很大差距。包裝機械產品的性能，外觀質量有一定的差距；一些高新技術在我國包裝機械行業(yè)才剛剛開始采用；另外我國包裝機械產品品種有很大的缺口。因此我們必須采用強有力的措施，進一步加快包裝機械行業(yè)的發(fā)展速度，為早日趕上世界先進水平而奮斗！我國包裝機械工業(yè)的發(fā)展趨勢：引進、消化、吸收國外先進技術，建立一批包裝機械骨干企業(yè)；大多數企業(yè)要重點發(fā)展小型包裝機械；在包裝機械生產中，大量引入高新技術，以滿足重點商品的包裝為出發(fā)點，發(fā)展包裝機械新品科。
1.2.3包裝機械的特點及發(fā)展方向
包裝機械是特殊類型的專用機械。由于包裝物品的多樣性和人們對包裝質量的較高要求形成了包裝機機構復雜，動作精確，運動速度快，工位多，工作協調可靠，故障發(fā)生率低等特點。因此要設計改善自動包裝機及自動包裝線的整機造型，總體布局。國外包裝機械的發(fā)展經歷了以下幾個階段：簡單機械化，初級自動化，自動包裝生產線，電腦控制的高度自動化生產線。經過50年的發(fā)展，國外包裝機械的工業(yè)形成了獨立完整的體系，成為機械制造業(yè)的一個重要分支，有以下幾個特點：包裝機械生產穩(wěn)定增長；包裝機械門類齊全，品種繁多；包裝機械生產自成體系，包裝機械的主要用戶行業(yè)為塑料藥瓶生產，飲料飲品，家庭清潔用品和化妝品產業(yè)，煙草業(yè)，醫(yī)藥用品等。近年來表明塑料藥瓶行業(yè)對包裝機械的需求增大。塑料藥瓶產業(yè)的發(fā)展推動了包裝機械更新換代，從而推動包裝機械科技的投入和科研的快速發(fā)展。
我國包裝機械的發(fā)展方向：(1)在發(fā)展專用機機種的同時，積極開發(fā)通用包裝機。包裝機械在發(fā)展專用機種的同時，為滿足現代包裝的實際需要，正在不斷擴大其通用能力，積極開發(fā)各種通用包裝機。研制通用包裝機的目的，一是要適合被包裝物品包裝材料和包裝形式的多樣化；二是要照顧到制造使用單位的技術力量，設備配備和生產成本，因而國際包裝節(jié)日益重視包裝機的通用性，以便借助有限的機械設備獲得較大的經濟效益。（2）包裝機械日益連動化、高速化、自動化。根據我國的實際情況既要大力研制先進的全自動半自動的包裝機，還要對某些行之有效，小巧的手動包裝工具與裝置給以足夠的重視,以以發(fā)揮其相輔相成的作用。包裝自動化的高低會直接影響產品的質量，能量的消耗，操作環(huán)境和勞動生產率。實踐表明搞好包裝自動化不但離不開機電光液氣（包括射流）等常規(guī)手段相互滲透和配合，同時要因地制宜的吸收對改進包裝機械確實有價值的部分，使之保持一定的生命力。包裝機械的作用是給有關行業(yè)提供必要的技術裝備,以完成所要求的產品包裝工藝過程。為了對包裝機械的發(fā)生和發(fā)展找出規(guī)律性認識并制訂適當的對策，有必要深入地了解它的一些特點。包裝機械為特殊類型的專業(yè)機械，機種繁多，綜合研究工藝、材料、設各乃是開拓包裝新技術的根本途徑。首先指出，包裝物品不僅花色品種多，而且大都是可變化的，如不同粘度的液體,不同粒度的散體和各種片狀、塊狀、束狀、環(huán)狀及異形的物體等。而正人們對塑料藥瓶、藥品、日用消費品等的包裝還常提出更多更高的要求，以致在客觀上便形成了包裝機械突飛猛進、更新較快的局面。任何事物之間總有它們的共性與特性。若能按照具體條件探索出一種模塊化(或稱積木式)的包裝機械體系，通過適當改變模塊的組合使之具有不同的功能和生產能力，那么必會有助于簡化設備構造，實現設計制造的計算機化，縮短工作周期，降低生產成本，增強市場競爭能力,如有的制袋成型充填機,只配備幾種加料裝置就實現了一機多用。鑒于大多數包裝機機構復雜、動作精確、遠行速度快、工位多,所以應力求其工作協調可靠,盡量少發(fā)生故障和誤動作。為此，要設法改善自動包裝機及自動包裝線的整機造型、總體布局、故障顯示和安全防護等措施。包裝材料是包裝工業(yè)的基礎。選擇合適的包裝材料為有效地利用資源，提高生產與運輸效率,節(jié)約能耗,降低成本和廣開銷路創(chuàng)造了有利的條件.在一般情況下紙木、塑料,玻璃,陶瓷、金屬等材料均各有其利弊，應按具體條件經綜合分折而決定取舍。從五十年代路有機合成、金屬治煉等工業(yè)部門取得了迅速發(fā)展并給包裝工業(yè)部門提供了相當豐富的新型材料、容器,涂料、油墨和粘合劑.從而使包裝的技術方法、結構設計和所用的機械設備產生了革命性的變化。例如拉伸包裝、收縮包裝、噴霧包裝、真空充氣包裝,熱成型包裝、壓敏貼標、高頻熱封等新技術和新裝備就是在那個時期應運而生的。當前，液體軟包裝尤其是無菌軟包裝發(fā)展很快.借助塑料、鋁箔、紙及其多層復合材料制作的各種形式的袋、管、杯、瓶、罐,大都用于充填果汁、牛奶、醬類、油脂、冰淇凌、洗滌劑和化妝品等面條。其優(yōu)點是，保護作用好,便于儲藏、運輸、攜帶、使用，而且資源豐富，成本低,能回收處理。但是，對于一般用途的大型容器,為增強牢固性和剛性，有的則以硬質塑料來代替.今后.根據旅游、地質勘探,國防建設的實際需要還得大力研究方便塑料藥瓶和方便口糧等包裝新技術，隨之將進一步促進包裝機械的革新與創(chuàng)造。從發(fā)達國家生產的包裝機械水平來看，國際包裝界普遍認為，提高包裝機械系列化標準化和通用化水平，建立組合化、機電一體化的現代包裝機械的結構體系仍是今后一個重要的發(fā)展方向。如臥式枕型包裝機，現已形成擁有完整系列及品種的組合化設備。只要更換主要操作部件，適當調整有關參數。便可在較寬的尺寸范圍內卷筒式柔性材料完成塊片、棒狀以及外形不規(guī)則的單個或多個物品的包裝。不少機種具有一機多用之特點，既可以進行一般的枕型包裝，又能用于收縮包裝。開發(fā)與主機配套的輔助裝置是擴充主機功能的重要一環(huán)。針對不同面條開發(fā)的各式各樣的面條供送裝置供用戶選用，可提高包裝機的工作效率。如瑞士SIG公司生產的餅干喂料裝置達十多種;日本富士株式會社生產的糖塊供送裝置，可將一堆雜亂的糖塊逐一有序地送人包裝工位。開發(fā)不同類型和
機械設備的高速化是實現人類社會高速發(fā)展的根本措施，是提高設備生產率的主要途徑，故包裝機的工作速度是衡量其性能優(yōu)劣的重要指標。如今啤酒灌裝機的灌裝速度高達每小時10萬瓶，日本產NW - 405型臥式枕型包裝機的包裝速度已達每小時1.5萬包。當然機械設備的高速化要受到多種客觀因素的制約，必須綜合權衡設備的使用量、勞動生產率、工作壽命、工作環(huán)境以及材料與能量的消耗等方面的利弊，才能做到工作速度的最佳選擇。包裝機械的高速化，隨之對相應設備的聯動化和自動化提出了更高的要求。微電子技術和檢測元件的發(fā)展和利用，提高了產品的包裝質量，也提高了包裝機的自動托程度。通常包裝機的生產速度越高，對執(zhí)行機構的動作同步性和協調性要求越嚴。為保證包裝作業(yè)能夠可靠地進行，自動包裝機應具有故障診斷和顯示功能，推行在線的自動檢測與控制。據國外有關單位估計，因機器發(fā)生故障而造成停工的時間，80%用于尋找故障原因，10%用于尋找排除故障方法，檢修操作時間僅占10%現在英國Kister工廠生產的熱收縮包裝機都設有“自我診斷”電子設備，這種設備已有系列產品付諸實用。為進一步提高包裝設備的生產率，必須開發(fā)與包裝機主機相配套的輔助裝置，以減少中間貯存節(jié)環(huán)所占用的空間和人力。將自動包裝機的主機與面條供送裝置、整理裝置、成品堆放裝置、打印裝置等相關設備按生產工藝過程要求，連接成連續(xù)化生產的包裝自動線，這就要求各臺相關設備動作協調，需精確、可靠、先進的檢測控制技術來保證。
由于包裝機械動作復雜而頻繁，執(zhí)行元件較多，若采用傳統(tǒng)的繼電器控制電路會導致設備的故障率高，動作不準確、包裝質量不穩(wěn)定、
停機維修時間多等弊病。因此，研制和發(fā)展包裝機時，重視高新技術的應用，是提高其先進性、可靠性的主要途徑。今后應大力開發(fā)以下技術。
1) 微機控制技術
2) 模糊優(yōu)化控制技術
3) 新型執(zhí)行機械
4) 新型傳動系統(tǒng)
5) 傳感器的研究與開發(fā)
6) 在線顯示技術
7) 現代設計方法
8) 現代制造技術
9) 先進的新工藝將材料,工藝,技術三結合是開拓發(fā)展機械的根本途徑.
1.3 效益分析與環(huán)保分析
目前我國包裝機械還處于小批量生產階段。其成本相對較高。每臺售價可達到30000－200000元之間。但它的需求量逐日增加，很有生產的前景。其價格與其生產的效益成正比，是值得推廣的。在生產過程中無污染，安全可靠。由于其包裝材料多為塑料，有一定的污染。
1.4 包裝設計的重要性
無論在國內和國外，包裝已涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對人民生活，國際貿易以及國防建設等都帶來了深刻的影響。隨著人民生活水平的不斷提高，物質和精神生活上都有了更高的要求，很難想象現代生活中如果沒有了包裝會是什么樣的，但是我國的包裝業(yè)起步相對來說還是比較晚的。在二十世紀英、美等發(fā)達國家就已經利用包裝作為促銷商品的手段，尤其是在二十世紀三十年代的世界性經濟危機中，美國普遍利用近代包裝技術作為商品廣告的媒介，大大的促進了商品的推銷，在美國包裝工業(yè)是僅次于汽車鋼鐵等的第四大產業(yè)，我國的包裝工業(yè)與發(fā)達國家比較起來可以說還處于很幼稚的階段。為了快速的發(fā)展我國的包裝工業(yè)，需要加快步伐研制出適合中國國情的先進的包裝設備。目前國內的不少廠家引進了一部分國外的設備，但是由于吸收跟消化都跟不上，帶來了一系列的問題：比如工人素質問題，原材料問題，零部件配套問題等等等等…所以說目前進行包裝機方面的探討研制出適合我國國情的、集幾點液一體的機械設備勢在必行。
對于做畢業(yè)設計的學生來說，畢業(yè)設計無疑是一次很好的學習和鍛煉自己的機會。畢業(yè)設計是對四年來所學知識的一個總結和融會貫通。以前所學的全都是課本上的理論性的知識，而這樣的一次畢業(yè)設計使我們將課本知識和實際問題緊密的聯系到一起了，綜合的運用了所學的理論知識和技能。另外通過做畢業(yè)設計還提高了我們分析問題和解決問題的能力；培養(yǎng)收集、閱讀和分析參考資料，運用各種標準和工具書，編寫技術工作文件的能力；培養(yǎng)實驗研究，運算和數據處理能力；培養(yǎng)翻譯外文資料的能力，進一步培養(yǎng)學生的計算和制圖等基本技能。對于即將走向工作崗位的同學門來說，無疑是一次很好的鍛煉機會，給以后的工作奠定了堅實的基礎。所以畢業(yè)設計對每位畢業(yè)生來說都是非常重要的，是大學生活中不可缺少的一個重要的環(huán)節(jié)。雖說我們的這次設計只能作為一次練習，但是我個人認為這的確是一次具有實際意義的設計練習。所以我們必需要認真的對待這次的實際任務，努力的完成好這次設計的任務。本課題重點研究的基本內容是全自動塑料藥瓶包裝機，包括封口系統(tǒng)，運輸系統(tǒng)、理蓋系統(tǒng)、充填系統(tǒng)等構成，是一條完整的生產線，本設計主要是對封口系統(tǒng)進行分析、設計。其中本設計的包裝機的封口系統(tǒng)包括封膜機構和旋蓋機構。此設計中需設計一個旋蓋頭，執(zhí)行升降軸、封膜的切斷裝置、選裝定位的行星盤及鍵、軸承、彈簧的計算選用及校核。
第二章 塑料藥瓶包裝機的設計任務
2.1塑料藥瓶自動包裝機的設計意義
包裝產品被充填入包裝容器后，封口是不可缺少的包裝工序，有利于包裝產品的運輸、銷售陳列，并且隨著食品，醫(yī)藥產業(yè)的發(fā)展，對產品的密封提出越來越高的要求，完善的密封不僅可以延長食品，醫(yī)藥產品的保質期，而且可以避免食品中營養(yǎng)的流失。本設計的藥品包裝機的封口系統(tǒng)主要針對玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。這種密封機構對瓶和蓋都有一定的要求，瓶蓋一般要求為內螺紋，瓶口為外螺紋，通過旋蓋頭的旋轉將瓶蓋固定在瓶頭。這種封口方式由于封裝和開啟都很方便，所以被廣泛應用于不含氣體的飲料，調味品，藥品和化妝品等。但是我國的包裝機械發(fā)展還處于初級階段，對包裝機械的設計和研發(fā)沒有太多的經驗與理論基礎，很多機器只是對外國現有機器的仿繪，沒有自主研發(fā)的知識產權，機器一旦出現問題，解決起來十分困難，而且要對機器進行改進也無從下手，目前總體來看，我國的包裝機械主要存在以下兩方面的問題:其一，自動化程度低，很多國外的包裝機從原料進入到成品出來，基本全部自動化，而我國的包裝機械自動化程度還很低，很多環(huán)節(jié)需要人工輔助其二，效率低下，很多國外的包裝機械的生產效率是國內機械生產效率的幾倍甚至是幾十倍。
本課題就是順應我國的時代需求，針對上述的這些問題而提出的，通過對藥品包裝機旋蓋頭運動的深入研究，找出影響包裝機封口機構穩(wěn)定工作的各個因素，通過忽略次要因素，控制主要因素，對各個主要因素的參數進行優(yōu)化，從而實現高自動化，高效率，高精度，低廢品率，低污染經濟適用的封口機構。并通過分析找出各個參數之間的相互影響關系，為以后包裝機的設計提供一定的理論依據和參考。
2.2主要研究設計內容
研究的基本內容：
全自動塑料藥瓶包裝機包括封口系統(tǒng)，運輸系統(tǒng)、理蓋系統(tǒng)、充填系統(tǒng)等構成，是一條完整的生產線，本設計主要是對封口系統(tǒng)進行分析、設計。其中本設計的包裝機的封口系統(tǒng)包括封膜機構和旋蓋機構。
此設計中需設計一個旋蓋頭，執(zhí)行升降軸（需計算和校核 ）、封膜的切斷裝置、選裝定位的行星盤及鍵、軸承、彈簧的計算選用。
藥瓶參數：（如下圖2-1、圖2-2）
生產能力:45瓶/分鐘;
瓶蓋尺寸:直徑34～36mm;高17～20mm;
瓶子尺寸:直徑40mm;高68mm～70mm;
圖2-1 瓶蓋 圖2-2 瓶子
工藝路線：
供送瓶和封口膜 封膜供送瓶和蓋旋蓋送出產品
擬解決的主要問題：
封膜結構的設計：應解決瓶口和膜的接觸時間和接觸時的壓力，不然無法讓膜與瓶口黏合在一起。
旋轉機構的設計：旋蓋頭應有足夠的力使瓶蓋與夾爪夾緊，且瓶蓋和瓶頭旋緊后又不至于將藥瓶帶走。旋緊時的力要合適，過緊會讓用戶不易開瓶，影響顧客使用，過松則會使瓶內的藥瓶密封受到影響。
2.3研究的方法與技術路線
研究方法：
先在網上和工廠了解此類設備的發(fā)展情況，是怎樣進行輔助工人工作的。對照本設計的研究方向，參考文獻資料進行創(chuàng)新設計使其更能有效、高效、安全的運行。對本設計進行簡單模擬，看有無干涉，是否合理，進行優(yōu)化。
技術路線：
本設計采用查閱資料的方法為主，通過一些文獻為方向，進行思路導向，對于一些機構則采用實物拆分測繪的方法進行理解和設計，兩種設計路線相結合，更加快捷、高效的對包裝機有更深的理解。
主：
查閱資料
初擬設計方案
設計草圖
三維建模
確認設計方案
檢查合理性
模擬裝配
輔：
確認方案
結合本設計三維建模
進行測繪
實物拆分
第三章 塑料藥瓶的封膜機構設計
3.1 封膜機構的介紹
塑料薄膜及其復合材料是包裝機中最常用的封膜包裝材料，特別是多層復合薄膜，因為它的氣密性良好以及高強度而廣泛應用于藥品包裝中。塑料薄膜的封口采用熱融封合的方法，具體操作是：對塑料薄膜的兩個接觸面加熱，使其處于熔融的熱塑化狀態(tài)，再給封接部位施壓，使薄膜兩個封接面融合密封牢固。影響封合質量的因素主要是加熱溫度、封合壓力和和作用時間。熱融封合的方法有多種形式，最常用的是電阻加熱法和脈沖加熱法，另外還有高頻電加熱封合、超聲波加熱封合、電磁加熱封合和紅外線加熱封合等。每種方法均適用于一定品種范圍的塑料材料。在裝填包裝機中，廣泛應用電阻加熱的熱融封合方法，因其具有機構簡單，調控方便的特點。而且，用于包裝的薄膜主要是聚乙烯及其復合材料居多，也就是說主要以聚乙烯為熱封合材料，因此用電阻加熱封合法是完全能滿足要求的。
3.2 封膜機構的組成
圖3-1 封膜機構
封膜機構由彈簧，定位盤、動力軸、壓緊環(huán)、固定套、發(fā)熱板等部分組成。如圖3-1所示的封膜機構。
3.3 封膜機構的彈簧設計
彈簧是機械和電子行業(yè)中廣泛使用的一種彈性元件，彈簧在受載時能產生較大的彈性變形，把機械功或動能轉化為變形能，而卸載后彈簧的變形消失并回復原狀，將變形能轉化為機械功或動能。螺旋扭轉彈簧是扭轉彈簧中最常用的一種。盤簧具有較多的圈數、變形較大、儲存能量也較大的特點，多用于壓緊及儀表、鐘表的動力裝置。板彈簧能承受較大的彎曲作用，常用于受載方向尺寸有限制而變形量又較大的場合。由于板彈簧有較好的消振能力，所以在汽車、拖拉機和鐵路車輛的懸掛裝置中均普遍使用這種彈簧。如圖3-2所示：
圖3-2：彈簧
彈簧材料直徑d≧1.6
許用切應力τp根據Ⅰ Ⅱ Ⅲ類載荷按機械設計手冊表中選取，彈簧指數C=D/d是反映彈簧特性的重要指標,如果C<5，回使卷繞彈簧困難，彈簧工作時內側將產生過大的應力。反之C值太大彈簧直徑就越大，使彈簧不穩(wěn)定，設計彈簧時通常先選一個C值，一般選4≦C≦16。
一般假定C=5-10
K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C
根據彈簧應用的實際情況可知主動爪彈簧是Ⅰ類彈簧所受循環(huán)載荷作用次數在10的6次方以上，彈簧材料用60Si2Mu，端部并緊磨平支撐圈為1圈，在次情況下的許用切應力τp=340MPa。假定C=8。K=1.184。
∴d≧4.5 圓整得d=4.7
彈簧直徑為：D=16.5mm
旋繞比C=9.6 K=1.151
查表：7-2-19得：Pd=9.5
彈簧有效圈數n= Pd /P=3.17 取n=3.5+1=4.5
彈簧剛度 P= Pd/n=2.72
彈簧外徑為：D1=4.7mm
最大壓力：Pn=22N
彈簧材料直徑d≧1.6
許用切應力τp根據類載荷按表選取，
K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C
C=D/d,一般假定C=5-8
根據彈簧應用的實際情況可知鎖塊彈簧是Ⅲ類彈簧,所受循環(huán)載荷作用次數在10的3次方以下，彈簧材料用65Mn，在次情況下的許用切應力τp=570MPa。
假定C=8，K=1.184
旋繞比C=8.5 K=1.172
彈簧有效圈數n= Pd /P=2.9 取n=3
彈簧剛度 P= Pd/n=5.5
安全系數：
S= (τp+0.75τmin)/ τmax≧Sp
式中：τmax——最大工作載荷所產生的最大切應力。
τmax=(8KD Pn /πd*d*d)=33.7 MPa
τmin——最小工作載荷所產生的最小切應力。
τmin=(8KD P1/πd*d*d)=14.4 MPa
Sp——許用安全系數Sp=1.3-2.2。
求解得： S= (τp+0.75τmin)/ τmax=1.61≦2.2.故疲勞強度符合要求。
設彈簧的質量沿整個長度均勻分布；將彈性元件看作沿封膜方向分布，參照力學模型，彈簧彈性彎曲振動的微分方程式：
（2-1）
式（2-1）中 E—材料拉伸彈性模量（Pa）；
J—彈簧斷面慣性矩（）；
—彈簧單位長度上的剛度（）；
—彈簧剛度（）；
—彈簧單位長度上的質量（）；
—彈簧在y方向上的總位移及0點之位移（m）；
—振動輸送機在水平方向的坐標；
r—軸偏心距；
t—時間（s）；
—振動角頻率（1/s）；
—連桿與彈簧水平線的夾角（）。
彈簧在y方向的位移由平移振動位移與彈性振動位移所組成，即
再考慮平衡條件，即得
即為以主振彈簧為振動元件的振動給料器的振動方程。
第四章 塑料藥瓶的旋蓋機構設計
4.1 旋蓋機構的介紹
旋蓋機是藥瓶包裝生產線的主要設備之一，用于藥瓶、玻璃瓶或PET瓶的螺紋蓋封口。隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對產品的包裝質量的要求也越來越高。由于螺紋蓋具有封口快捷，開啟方便及開啟瓶后又可重新封好等優(yōu)點，使其在許多產品的包裝中應用越來越廣泛，諸如藥瓶、飲料、酒類、調味料，化妝品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。目前現有的國產同類機型的封蓋機的產量，速度和自動化程度都相對落后。為了適應現代包裝機高速，高效和高可靠性生產的需要，研制了一種回轉式旋蓋機，該機采用多工位回轉式結構，機電氣一體化，具有效率高，速度快，可靠性好和自動化程度高等優(yōu)點。
4.2 旋蓋機構設計方案
圖4-1 旋蓋機構
旋蓋機構由橡膠咬蓋器，螺母、轉子、永磁體、外殼、咬蓋器、套筒等部分組成。如圖4-1所示的旋蓋機構。
4.2.1 送瓶部分的結構方案確定
因考慮到在實際生產中，整個旋蓋過程是一條流水線，經過查閱資料，輸送基本上是采用輸送帶傳送，到達指定位置后探針往瓶中注入液體，然后再通過輸送帶運走。這里，為了和上一個流水線相連接，也就是灌裝環(huán)節(jié)的連接，這里送瓶的部分也采用輸送帶的方式。瓶子通過輸送帶到達指定位置后，考慮的問題是瓶如何的定位，經過實地的考察以及網絡的資料，目前市場上的旋蓋機，瓶的定位方式一般采用直列式的夾緊方式，或者星形轉盤的旋轉來完成送瓶的動作，考慮到經濟、和動作的復雜程度的問題，這里初步選用星形轉盤的工作方式，并在下方安裝步進電機驅動以迎合進料時的工作節(jié)拍，如圖4-2。
圖4-2 轉盤
4.2.2 裝蓋環(huán)節(jié)的設計
瓶蓋從理蓋振動盤中的導軌上向下運輸，導軌延伸到星形轉盤之上，當星形轉盤帶著瓶經過導軌的下方時（這里預先計算好角度，導軌方向可調）瓶口邊緣便會卡在瓶蓋下方側壁邊緣帶走一個瓶蓋。蓋裝上后，有幾種可能性，第一種是正好垂直，這種情況是我們要的情況，可以直接旋蓋，第二種情況是有一點角度需要糾正，所以在這里還要添加一個壓蓋裝置。于是在下一個工作位，安裝一個氣壓缸，瓶子經過氣壓缸下方時氣壓缸就會工作，下降，將瓶蓋壓正，以便進行下面的工序。綜上所述，就完成了裝蓋這個動作。
4.2.3 旋蓋部分的結構方案
待旋蓋的瓶通過星形轉盤旋轉到指定位置后，要考慮兩個大問題：如何旋蓋，和在旋蓋時，瓶身有自轉，如何克服這個自轉，使瓶身固定。如何實現旋蓋這功能，當星形轉盤的卡槽內收集了瓶子并裝蓋完畢以后，這里選用旋蓋頭的轉動，配合氣缸的上下運動，完成旋蓋的動作，旋蓋頭的設計，以及氣缸的具體原理選型，下文再作詳細說明，這里僅是擬定方案。如何克服瓶身的自轉，在瓶身進入旋蓋環(huán)節(jié)后，選蓋頭帶動瓶蓋旋轉，當達到一定預緊力以后，極有可能發(fā)生瓶身的自轉，這里的方案是，在旋蓋頭的下方，星形轉盤的側面，另加一個氣壓缸，氣壓缸的前端加裝弧形的金屬片前方裝有橡膠墊，當星形轉盤旋轉到旋蓋位后，氣缸伸出，同時卡緊瓶身，這樣就能克服瓶身的自轉。
4.2.4 出料的方案
當機構完成以上方案中的幾個動作后，即接下來要完成出料動作，所以在完成旋蓋后星形轉盤轉過一個角度，將已旋蓋的瓶移到出料口上，這里的出料口也配合流水線，因為下一道工序可能進入貼標環(huán)節(jié)所以出料口也應符合標準，使用輸送帶這個運輸方式，這樣就完成了一次旋蓋的流程。
4.2.5行星轉盤的設計以及計算
根據原始數據這里初定行星轉盤一周上有10個瓶，所以360°/10=36°所以每兩個瓶中線到圓心連線的夾角為36°半徑初定500，如圖4-3。
圖4-3 行星轉盤的設計
在旋蓋機工作時，有四個槽位上是沒有瓶子的，也就是說實際工作時轉盤上只有6個瓶子材料初定為ABS塑料。（塑料的密度以0.85 計算）
行星轉盤可根據實際加工瓶身大小而更換，這里只列舉一種最大的情況。
星形行星轉盤的質量約：0.855500=4710=4.71
瓶的質量估算為1.5L，也就是1.5
所以，六個瓶質量約為：1.56=9
總重量約為：(9+4.71)1.3=17.8
其中1.3為安全系數
4.2.6轉盤電機的選擇
這里初步考慮步進電機與伺服電機，比較其控制方式，步進電機大多為開環(huán)控制，不需要、或者說沒有反饋，而伺服電機的控制系統(tǒng)比較嚴密，閉環(huán)控制，有反饋。在價格方面，步進電機價格低廉，伺服電機價格較高；同時步進電機精確度差，而步進電機精確性好。但考慮到步進電機有一個特性，沒有累積誤差，每轉過一周，也就是360°會自動補償誤差，也考慮到實際運用的精度需求也不是很高，所以這里選用步進電機作為星形行星轉盤的驅動。步進電機（步距角的選擇上，因為前面算得36°為一個節(jié)拍，所以這里步距角初定為1.8°）驅動物體運動0.3秒鐘。
必要脈沖數：
必要脈沖數頻率=
必要脈沖數頻率=733.3HZ
估算其轉速約為70
所以轉矩為：
其中—功率：單位
—轉速：單位
代入得：
確定步進電機驅動負載所需要的力矩。方法是在負載的中心上加一根軸，用彈簧秤拉動軸，拉力乘以力臂長度既是負載力矩。于是經過實驗以及上述計算，以轉動36°為準,綜合得，需要的扭矩約為7.5。步進電機相數的確定，在選擇相數時，相數與步距角有關，因此只要滿足選擇的步距角的相數就可以。這里前文需要的步距角為1.8°所以，這里選擇兩相的步進電機。于是這里初選型號為：86BYGH5430的步進電機，其參數如下：
步距角：1.8°
機身長：151
相電壓：5.7
相電流：3
相電阻：1.9
相電感：22
靜力矩：9.3
引線數：4
轉動慣量：3.6
重量：5
4.2.7 旋蓋電機的選型計算
根據原始數據，需要45瓶每分鐘的速度，設計的旋蓋頭與瓶蓋的接觸時間約為0.5秒左右，一般情況下，瓶蓋里的螺旋線約為2圈左右所以：
所需轉速約為：
其中1.2為安全系數
所以電機轉速＞6 = 即可滿足要求
轉矩的估算：
旋緊瓶蓋約需轉矩為：
根據上面的計算，這里選擇型號為37GARH的直流小型電機
其參數為：
電源：DC 24V
直徑：Φ37
空載轉速：500
額定轉速：400
額定扭矩：
額定電流：1.2
外形尺寸不含軸：Φ37 95
重量：0.3
額定轉速：400＞360
額定扭矩：2.5＞1.5
故滿足要求
4.2.8 永磁體的選擇
旋緊瓶蓋需1.5的扭矩，因為旋頭有自重所以為了安全起見，設永磁體的吸力為2，永磁體間接觸面積約為7。
磁力計算公式：
（3-10）
代入得：
B=2653.9
所以需選擇上下一共14塊接觸面積為1的，2600高斯左右的永磁體。
4.3 支架的設計校核
支架的材料為Q235。結構如圖4-4所示，總長為2000mm。
圖4-4 支架零件圖
在實際工作中支架只受到支撐力的作用，因此只要校核支架的支撐應力即可。從圖4-4可以看出，支架在連接處的面積最小，即屬于危險截面。
右端連接處最大應力
左端連接處的最大應力
4.4料倉的設計校核
本次設計的料倉如圖4-5所示：
圖4-5：料倉零件圖
料倉長度為835mm
；
許用應力 用插入法查得：
許用應力值
應力校正系數
當量彎矩
設計的最小直徑
料倉直徑
； 驗算合格。
最終設計的塑料藥瓶封膜及旋蓋機構的總圖如圖4-6所示:
圖4-6：塑料藥瓶封膜及旋蓋機構總圖
結 論
通過這次塑料藥瓶封膜及旋蓋機構設計，我認識到了單純的理論知識學習和 實際設計之間的差距。 通過這次畢業(yè)設計既鍛煉了我的綜合運用所學的專業(yè)基礎知識，解決實際應用問題的能力，同時也提高我查閱文獻資料、設計手冊、設計 規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的 也是畢業(yè)設計的目的所在。雖然畢業(yè)設計內容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設計方案的適用條件，各種零部件的選用標準，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。從畢業(yè)設計中學來的這些寶貴的知識和經驗，必然會讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。
本次設計參考了許多資料，吸取了其優(yōu)點，并在考慮我國實際的基礎上完成了塑料藥瓶封膜及旋蓋機構設計，表達了自己的設計思想，完成了設計任務。但是由于缺乏生產和設計經驗，問題一定很多，這些都需要老師改正，使之更合乎生產實際。
致 謝
本文是在老師的精心指導下完成的。老師師淵博的學識、開闊的視野、敏銳的洞察力、嚴謹的治學態(tài)度、求實創(chuàng)新的工作作風，永遠是我學習的榜樣，也將始終引導和激勵著學生在科學技術的殿堂里探索前進。老師令人敬佩的平易近人的處世方式也為學生樹立了榜樣。本畢業(yè)設計的完成是在導師的指導下完成的，在整個過程中同時也得到了其他老師的指導和大力支持。在此我向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！感謝他們對我在學習上的耐心指導、以及做人做事方面的悉心教誨，使我在解決問題的方法策略和為人處事上都有了很大提高。同時祝愿他們工作順利，身體健康！
在這個設計過程中，我得到了很多同學、朋友及老師的支持和幫助，他們給予了極大的幫助和支持。在此我對他們表示衷心的感謝，同時我也感謝我的家人，是他們的理解和默默支持使我的畢業(yè)設計能得以順利按時的完成。最后，借此機會謹向所有關心、支持和幫助我的老師、同學、家人、朋友以及所有默默支持我的人致以最衷心的感謝。謹以此文獻給所有關心和幫助我的人。
學生所取得的每一點點成績和每一次的進步，無不凝聚著老師大量的心血。在此論文完成之際，謹向老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝和幫助，在此向老師表示衷心的感謝。老師全面活躍的思維方式、一絲不茍的治學態(tài)度和勤奮務實的工作作風給我留下了深刻的印象，并將使我受益終生。感謝我的家人。他們的支持和理解是我完成學業(yè)的前提和動力。沒有他們的支持我不可能順利完成我的學業(yè)。值此論文完成之際，向所有給予我關心和幫助的老師、同學和親友致以深深的謝意和美好的祝福。
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