旋蓋機的總體結構設計畢業(yè)設計

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1、 摘要 報告了潤滑油小包裝生產線及旋蓋機的概況，針對旋蓋機其中的一些缺陷作出改良設計。確定了旋蓋機的重要設計參數(shù)，介紹了旋蓋機構件材料的選擇，并對其進行了論證。對旋蓋機的總體結構設計作了簡要的介紹，并著重對旋蓋頭的結構設計作深入的研究。介紹了旋蓋力矩的計算工作原理、工作流程及總體結構設計?？刂葡到y(tǒng)則采用PLC自動控制，并且按照旋蓋機工作流程編寫了半自動控制程序。 關鍵詞:旋蓋機；設計參數(shù)；構件；結構；計算；控制系統(tǒng) Abstract Report the lubricant small packaging

2、 production line and capping machine, according to some of capping machines make improvement design flaws. Determine the capping machine design parameters, and introduces the mechanism parts capping material selection, and analyses the argument. On the overall structure of machine design makes a bri

3、ef introduction to spin, and emphasizes the structure design for covering. Introduces the calculation of moment capping working principle and working process and structural design. Control system adopts PLC automatic control and capping machines working process according to write the semi-automatic

4、control procedures. Keywords：capping machine；Design parameters；Component, Structure；Calculation；The control system 畢業(yè)論文（設計）原創(chuàng)性聲明 本人所呈交的畢業(yè)論文（設計）是我在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除文中已經注明引用的內容外，本論文（設計）不包含其他個人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本論文（設計）的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。 作者簽名：

5、 日期： 畢業(yè)論文（設計）授權使用說明 本論文（設計）作者完全了解**學院有關保留、使用畢業(yè)論文（設計）的規(guī)定，學校有權保留論文（設計）并向相關部門送交論文（設計）的電子版和紙質版。有權將論文（設計）用于非贏利目的的少量復制并允許論文（設計）進入學校圖書館被查閱。學?？梢怨颊撐模ㄔO計）的全部或部分內容。保密的論文（設計）在解密后適用本規(guī)定。 作者簽名： 指導教師簽名： 日期： 日期：

6、 注 意 事 項 1.設計（論文）的內容包括： 1）封面（按教務處制定的標準封面格式制作） 2）原創(chuàng)性聲明 3）中文摘要（300字左右）、關鍵詞 4）外文摘要、關鍵詞 5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入） 6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結論 7）參考文獻 8）致謝 9）附錄（對論文支持必要時） 2.論文字數(shù)要求：理工類設計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。 3.附件包括：任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）。 4.文字、圖表要求： 1）文字通順，語言流暢，書寫字

7、跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫 2）工程設計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應符合國家技術標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 5.裝訂順序 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 3）其它 目錄 摘要 1 Abstract 2 第1章 緒論 5 1.1、潤滑油小包裝生產線概況 5 1.2、本

8、次論文的設計任務、設計思想及設計特點 5 1.2.1、設計任務 5 1.2.2、設計思想 5 1.2.3、設計特點 6 1.3、旋蓋機現(xiàn)況及所設計的旋蓋機在整個生產線中的作用 6 1.3.1、旋蓋機的現(xiàn)況 6 1.3.2、所設計的旋蓋機在整個生產線中的作用 7 1.4、小結 7 第2章 重要參數(shù)的確定與論證 8 2.1、重要參數(shù)的確定 8 2.2、重要參數(shù)的論證 8 2.2.1、產品設計要求： 8 2.2.2、參數(shù)的論證 8 2.3、小結 9 第3章 構件材料的選擇及論證 10 3.1、旋蓋機的組成 10 3.2、旋蓋電機 10 3.2.1、旋蓋電機選型： 1

9、0 3.2.2、無刷直流電機的運行原理 11 3.2.3、無刷直流電機的結構 11 3.2.4、無刷直流電機的基本工作原理 13 3.3、氣缸 14 3.3.1、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 14 3.3.2、氣缸的技術參數(shù) 15 3.3.3、氣缸的選型及計算： 16 3.4、電源控制按鈕： 17 3.5、傳動系統(tǒng) 17 3.5.1、帶傳動種類及其選擇 18 3.5.2、帶傳動效率 19 3.5.3、帶傳動特點 20 3.5.4、使用和維護 20 3.6、機座設計要素： 20 3.6.1、機座材料 20 3.6.2、時效處理 21 3.6.3、結構設計 21

10、 3.7、小結 23 第4章 旋蓋機原理及結構設計 24 4.1、旋蓋機的選擇： 24 4.2、旋蓋機原理： 24 4.3、旋蓋機的結構設計： 25 第5章 強度計算 27 5.1、旋蓋機設計計算： 27 5.2、小結 29 第6章 控制系統(tǒng)設計 30 6.1、控制要求： 30 6.2、控制系統(tǒng)的選擇 30 6.2.1、為何采用PLC控制 30 6.2.2、控制繼電器存在的缺點 30 6.2.3、固體繼電器的缺點 31 6.2.4、可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能 31 6.2.5、PLC與繼電器控制兩種控制方法的不同之處 （1）控制方式： 32 6.2.6、

11、PLC如何選型 33 6.2.7、輸入輸出（I/O）點數(shù)的估算 34 6.2.8、機型的選擇 34 6.3、控制系統(tǒng)的硬件構成： 34 6.4、旋蓋機控制系統(tǒng)設計 35 6.4.1、旋蓋機PLC控制接線圖： 35 6.4.2、旋蓋機步進梯形圖： 35 6.5、控制過程分析： 37 6.6、小結 38 結束語 39 致謝 40 參考文獻 41 附錄： 42 59 第1章 緒論 第1章 緒論 1.1、潤滑油小包裝生產線概況 目前，我國包裝行業(yè)的企業(yè)所有制構成有了很明顯的變化，民間投資不斷活躍并成了這個領域的一個亮點。

12、在包裝行業(yè)，小包裝生產由于其方便化、體積小、包裝容易等優(yōu)點已經逐漸成為包裝行業(yè)的主流。因此，對小包裝生產線的研究，滿足了當前社會需要，并成為一個有意義的課題。而潤滑油小包裝生產線現(xiàn)況與行業(yè)的現(xiàn)況差不多，在運用許多高新技術后，小包裝生產線在高速PLC的運算和控制下，大大地提高了生產效率，降低了成本，深受國內許多中小廠家喜愛。本潤滑油小包裝生產線由兩臺灌裝機（46灌/分鐘）、兩臺旋蓋機、一臺熱封要、一臺噴碼機、一臺包裝機（56灌/分鐘）、碼垛機一臺及其配套設備組成。具有由空瓶灌裝到裝箱成品自動輸出一系列功能。其有PLC程控、機械按鈕操作、光電自動定位等特點，使整體的操作更加簡單、完善，是企業(yè)提高生

13、產效率、減少操作人員、降低勞動強度、提高包裝檔次的首選設備。 1.2、本次論文的設計任務、設計思想及設計特點 1.2.1、設計任務 本論文的設計任務是對生產線上的旋蓋機進行設計機械和控制系統(tǒng)設計，要求其結構科學，工作穩(wěn)定且可以滿足潤滑油小包裝生產線實際生產的需要。 1.2.2、設計思想 半自動直線式旋蓋機設計涉及到機械、電氣以及自動控制等各方面的知識，需要機械、電子、自動控制的各方面的綜合知識進行設計。設計符合實際生產需求，各方面還符合國家標準。本文的設計思想包括以下幾個方面內容： 1、旋蓋機總體結構設計 進行旋蓋機結構總體方案設計，分析旋蓋機功能組成部分，進行最優(yōu)化

14、選擇設計，讓其實現(xiàn)。 2、旋蓋機控制系統(tǒng)設計 觀察旋蓋機的工作流程，分析其工作原理并繪制控制系統(tǒng)圖（電路原理圖）。對旋蓋機控制系統(tǒng)的硬件的選型，并編制控制系統(tǒng)程序，繪制其控制系統(tǒng)接線圖，梯形圖等。 1.2.3、設計特點 本設計的定位是設計一臺半自動旋蓋機，在設計過程中我們重點要解決旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計問題。同時，我們必須要能實現(xiàn)旋蓋機對產品的自動定位、旋蓋、自動輸出產品等幾個主要功能。為此，本人通過對旋蓋機工作過程及工作原理的認識，設計一款可以針對不同的產品可根據(jù)其自身特點進行調節(jié)使用的旋蓋機。該機結合了現(xiàn)代PLC自動控制技術，機電氣一體化，具有結構簡單、效率高、經濟性好、可靠

15、性好等特點。 1.3、旋蓋機現(xiàn)況及所設計的旋蓋機在整個生產線中的作用 1.3.1、旋蓋機的現(xiàn)況 目前國內罐裝生產線中廣泛使用的旋蓋機大多為直線式旋蓋機，采用瓶頸掛蓋，經定位、預封后使蓋平穩(wěn)坐落在瓶口上，最后由皮帶對蓋頂部搓壓摩擦而將蓋旋緊。該機構緊湊，旋蓋機的機構簡單。但在實踐中，對小直徑蓋由于搓壓皮帶對蓋的摩擦力矩減小，要高速將蓋旋緊就較困難。由于直線式是單通道旋蓋方案，其生產能力受到限制，一般最高生產能力為150～200瓶/min左右。 近幾年來隨著食品飲料工業(yè)向大規(guī)模高效率方向發(fā)展，國際上先進的罐裝生產線的生產能力一般都達到300～500瓶/min，并將洗瓶、罐裝和旋蓋組

16、合成整機。這不僅使設備更加緊湊，減少生產線占地面積，又減小了洗瓶、灌裝和旋蓋工序之間的輸送距離，對防止產品的二次污染有很大意義。由于原有的直線式旋蓋機和回轉式灌裝機很難組合成整機，新穎的多頭回轉式旋蓋機就應運而生。這種旋蓋機可以和灌裝機一樣通過增加頭數(shù)來增加產量。采用抓蓋、旋蓋方式的旋蓋頭不僅適用各種旋開蓋的封口，稍加改動后還能用于其他各種金屬、塑料螺紋蓋的封口?；剞D式旋蓋機應用前景良好，可在各種食品飲料生產線和制藥工業(yè)的生產線中廣泛應用。 然而，在我國應用的罐頭旋蓋機還存在很多的不足。首先是自動化程度低，經旋蓋機旋蓋后仍需進行人工旋蓋才能達到加工要求；其次是效率低下，不能滿足我國罐頭生產現(xiàn)

17、狀；還有就是旋蓋質量低，返工率高等問題。這些問題，是由于旋蓋機自動化集成程度低、控制精度不高所造成的。 本文所設計的是半自動直線式旋蓋機，是在傳統(tǒng)的半自動直線旋蓋機的基礎上改良設計的。雖然還存在以一所提到的一些問題，不過設備的穩(wěn)定性跟旋蓋質量有了很大的提高，結構簡單、性價比高、經濟效益好。 1.3.2、所設計的旋蓋機在整個生產線中的作用 旋蓋機是自動灌裝生產線的主要設備之一，用于玻璃瓶或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，開啟方便及開啟后瓶又可重新封好等優(yōu)點，使其在許多產品的包裝中應用越來越廣泛，諸如

18、飲料、酒類、調味料、化妝品及藥品等瓶包裝的封口就大量采用螺紋蓋封口。所以在整個生產線中，旋蓋機的作用是至關重要的。本旋蓋機具有恒扭矩旋蓋頭，壓力可方便調整。結構緊湊、合理，能方便與罐裝設備組成生產線。機器優(yōu)點:直線式設計，組成流水線方便美觀。采用強電磁左旋蓋扭力器，徹底解決了傳統(tǒng)機械摩擦片在旋蓋時緊時松的弊病。它可以把灌裝好的潤滑油瓶通過傳送帶運輸，快速旋蓋封口傳送到下一道工序。節(jié)省了工作時間和產品成本，大大提高了生產效率。 1.4、小結 本章介紹了潤滑油小包裝生產線概況，本次的設計任務、設計思想和設計特點，以及所設計的旋蓋機在整個生產線中的作用。確定了本文的設計方向和主要任務。

19、 第2章 重要參數(shù)的確定與論證 2.1、重要參數(shù)的確定 主要技術參數(shù)： 旋頭數(shù)為兩個； 適用蓋（直徑）：＜25～50mm； 適用蓋（高度）：35mm； 生產效率：50灌／分鐘 電源：380V 50Hz 電動機功率：0.55kw 外形尺寸：7005001243 mm 2.2、重要參數(shù)的論證 2.2.1、產品設計要求： 1、一機多用：利用同一臺設備旋不同高度、不同直徑的瓶蓋，提高設備的利用率； 2、使用安全，維修方便：在整體設計中考慮機器的安裝、調整和開機以及設備的維修、保養(yǎng)和維護，使零部件更換方

20、便，盡量做到通用化、標準化； 3、降低成本：為了提高產品質量，要求設備精度和自動化程度高，但設備的售價也相應提高，因此設計時，要結合生產工藝要求，對相關因素進行綜合考慮。 4、旋緊機要合適：過緊則用戶不易開瓶，影響顧客使用；過松則不利于密封，造成泄漏影響產品質量。 2.2.2、參數(shù)的論證 1、旋蓋頭數(shù)的論證 第2章 重要參數(shù)的確定與論證 目前國內所生產使用的旋蓋機生產效率普遍低下，一般都是通過增加旋蓋頭數(shù)來提高生產效率。旋蓋頭數(shù)越多，在相同時間內加工的產品就越多，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)你自己工廠的生產規(guī)模、生產批數(shù)

21、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線所設計的，工廠的生產規(guī)模不大，自動水平也不高且對生產效率的要求一般。所以從經濟效益方面來說不需要生產效率太高的旋蓋機，只有能滿足本工廠日常生產需求即可。綜合各方面考慮，本次設計的旋蓋機只需2個旋蓋頭即可。 2、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。為了考慮經濟問題與實際生產條件的需要，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

22、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。 3、生產效率的論證 因為本潤滑油小包裝生產線由兩臺灌裝機（46灌/分鐘）、兩臺旋蓋機組成，所以旋蓋機的生產效率大于或等于灌裝機的生產效率即可，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，滿足了生產線的需要。 4、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，而且生產線的生產效率也不是很高，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

23、的電機功率為0.55kw。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。 2.3、小結 本章在有產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。 第3章 構件材料的選擇及論證 3.1、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。 3.2、旋蓋電機 3.2.1、旋蓋電機選型： 旋蓋機的驅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

24、蓋電機選用的種類。 步進電機是離散運動的裝置，具有結構簡單、維護方便、起動靈敏、停車準確等性能。在負載能力的范圍內，步進電機的這些關系不因電源電壓、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

25、強迫接觸，造成它結構復雜、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。 交流伺服電動機結構簡單、電機運行平穩(wěn)、噪聲小，但調速難、機械特性差、且控制特性是非線性的。并且由于轉子電阻大，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，還可使機械結構設計得體積更小、重量更輕，起動轉矩大、轉動慣量小，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

26、場合和工業(yè)系統(tǒng)，目 第3章 構件材料的選擇及論證 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效率、降低能耗，而且大大改善了產品質量和提高了產品的價值。 旋蓋機的啟動轉矩比較大，控制精度高，并且由于旋蓋電機轉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Y801-4,額定功率為0.55KW，滿載轉速為1390r/min,額定轉矩為2.2Nm，質量為17KG。 3.2.2、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

27、的機械結構和電氣結構進行分析，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構和數(shù)學模型兩方面，進行了深入研究和介紹。 3.2.3、無刷直流電機的結構 無刷直流電動機的基本結構如圖3.1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子兩部分組成。定子繞組一般分為三相

28、且多采用整距集中式繞組；轉子則由永磁鋼按一定的極對數(shù)組成，轉子磁鋼的形狀呈弧形，磁極下定轉子氣隙磁通密度呈梯形分布。無刷直流電動機的轉子結構不僅有傳統(tǒng)的內轉子結構，又有近年來出現(xiàn)的盤式結構、外轉子結構以及線性結構等新型形式。同時，伴有著新型永磁材料欽鐵姍的實用化，電機轉子結構越來越多樣化，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和位置信號處理電路構成，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上是自控同步電動機，電機轉子跟隨定子旋轉磁場運動，因此，應按一定的順序給定子各相繞組輪流通電，使之產生旋轉的定子磁場。無刷直流電動機的

29、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產生的定子磁場在空間是靜止不動的。而在開關換相期間，隨著電流從一相轉移到另一相，定子磁場隨之跳躍了一個電角度。而轉子磁勢則隨著轉子連續(xù)旋轉。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速始終保持同步，電機和逆變器不會產生振蕩和失步，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子磁極位置的作用，將轉子磁極的位置信號轉換成電信號，經位置信

30、號處理電路處理后控制定子繞組換相，為功率開關電路電路提供正確的換相信息。由于功率開關的導通順序與轉子雷劈角同步，因而位置傳感器與功率開關一起，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： 1.接近開關式位置傳感器 利用磁性旋轉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。這種方式結構簡單，輸出電平高，適用于大中開支電動機。 2.磁敏式位置傳感器 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

31、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。它的轉子是永磁結構，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。 3.電磁式位置傳感器 它是由跟隨著電動機轉子轉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。轉動圓盤體現(xiàn)轉子位置信號，差動變壓器作為檢測元件檢測轉子位置信號并向逆變器的控制電路輸出控制信號。這種方法結構簡單、檢測可靠。 4.光電式位置傳感器 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，利用有槽口的旋轉圓盤的位置進行通斷變化。這種方法檢測分辨率高，

32、適用于高速運轉的電動機。 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，就其基本結構而言，可以認為是一臺由電子開關電路、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3.2所示。 3.2.4、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3.2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V1、V2、V3構成功率邏輯單元。 光電器件的VP1、VP2、VP3安裝位置各相差120度，均

33、勻分布在電機的一端。借助于安裝在電機軸上的旋轉遮光板（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子磁極作用后所產生的轉矩使轉子的磁極按照順時針方向轉動。當轉子磁極轉過120度以后，直接裝在轉子軸上的旋轉遮光板也跟著同時旋轉，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，使得轉子磁極繼續(xù)按順時針方向旋轉，并帶著遮光板同時沿順時針方向旋轉。當轉子磁極再次轉過120度以后，此時

34、旋轉遮光板VP2已經遮住而使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，于是驅動轉子磁極繼續(xù)沿順時針方向旋轉，轉過120度以后，重新開始下次360度的旋轉。 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磁場是跳躍式運動的。這種旋轉磁場在一周內有三種形態(tài)，每種磁狀態(tài)持續(xù)120度。它們跟蹤轉子，并與轉子的磁場相互作用，能夠產生推動轉子持續(xù)轉動的轉矩。 3.3、氣缸 3.3.1、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 1.氣缸的典型結構和工作原理 圖3.3 普通雙作用氣缸 1、3－

35、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，氣缸典型結構如圖3.3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

36、復直線運動。 2.氣缸的分類 氣缸的種類很多，一般按氣缸的結構特征、功能、驅動方式或安裝方法等進行分類。分類的方法也不同。按結構特征，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。 3.氣缸的安裝形式 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）回轉式氣缸 缸體固定在機床主軸上，可隨機床主軸作高速旋轉運動。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。 3.3.

37、2、氣缸的技術參數(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 （13-1） 理論拉力（活塞桿縮回） Ft2＝A2p （13-2） 式中 Ft1、Ft2——氣缸理論輸出力（N）； A1、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

38、力，稱這個推力為氣缸的實際輸出力。 氣缸的效率 h 是氣缸的實際推力和理論推力的比值，即 （13-3） 所以 （13-4） 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)。此外，氣缸的運動速度、排氣腔壓力、外載荷狀況及管道狀態(tài)等都會對效率產生一定的影響。 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。于是在研究氣缸性能和確定氣缸的出力時，常用到負載率的概念。氣缸的負載率β定義為

39、 （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q，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。 對于阻性負載，如氣缸用作氣動夾具，負載不產生慣性力，一般選取負載率β為0.8；對于慣性負載，如氣缸用來推送工件，負載將產生慣性力，負載率β的取值如下 β＜0.65 當氣缸低速運動，v ＜100 mm/s時； β＜0.5 當氣缸中速運動，v＝100～500 mm/s時； β＜0.35 當氣缸高速運動，v ＞500 mm/s時。 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

40、下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。 4）氣缸的特性 氣缸的特性分為靜態(tài)特性和動態(tài)特性。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)。氣缸的動態(tài)特性是指在氣缸運動過程中氣缸兩腔內空氣壓力，溫度，活塞速度、位移等參數(shù)隨時間的變化情況。它能真實地反映氣缸的工作性能。 3.3.3、氣缸的選型及計算： 1、氣缸的選型步驟： 氣缸的選型應根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。下面以單活塞桿雙作用缸為例介紹氣缸的選型步驟。 （1）氣缸缸徑。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。 （2）氣缸的行程。氣缸的行程與使用的場

41、合和機構的行程有關，但一般不選用滿行程。 （3）氣缸的強度和穩(wěn)定性計算 （4）氣缸的安裝形式。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目的等因素決定。一般情況下，采用固定式氣缸。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。在活塞桿除直線運動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應選用相應的特種氣缸。 （5）氣缸的緩沖裝置。根據(jù)活塞的速度決定是否應采用緩沖裝置。 （6）磁性開關。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。 （7）其它要求。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罩。要求無污染時需選用無給油或無油潤滑氣缸。 2、氣缸

42、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。首先，根據(jù)氣缸安裝及驅動負載的實際工況，分析計算出氣缸軸向實際負載F，再由氣缸平均運行速度來選定氣缸的負載率q，初步選定氣缸工作壓力（一般為0.4 MPa～0.6 MPa），再由 F／q，計算出氣缸理論出力Ft，最后計算出缸徑及桿徑，并按標準圓整得到實際所需的缸徑和桿徑 本設計共用到四個氣缸，兩個定位氣缸，兩個升降氣缸。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 3.4、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、

43、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。安裝方便,牢固,外形美觀，品種齊全，可以為工業(yè)自動化、機床,醫(yī)療器械、電力、機械、通訊、運輸、冶金、化工等行業(yè)客戶提供最佳的解決方案和高品質、高性能、高可靠性的控制元件。主要參數(shù)如表3-1所示： 表3-1 品牌 ANIUEC 型號 LA158-2BW35B1 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 產品認證 CCC,CE,UL 3.5、傳動

44、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。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉噪聲低，但傳動比不準確（滑動率在2%以下）；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉有噪聲。帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸送物料、進行零件的整列等。 3.5.1、帶傳動種類及其選擇 基本分類 根據(jù)用途不同，有一般工業(yè)用傳動帶、汽車用傳動帶、農業(yè)機械用傳動帶和家用電器用傳動帶。摩擦型傳動帶根據(jù)其截面形狀的不同又分平帶、V帶

45、和特殊帶（多楔帶、圓帶）等。 傳動帶的種類通常是根據(jù)工作機的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。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。 平型帶傳動 平型帶傳動工作時帶套在平滑的輪面上，借帶與輪面間的摩擦進行傳動。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。平型帶傳動結構簡單，但容易打滑，通常用于傳動比為3左右的傳動。 平型帶有膠帶、編織帶、強力錦綸帶和高速環(huán)形帶等。膠帶是平型帶中用得最多的一種。它強度較高，傳遞功率范圍廣。編織帶撓性好，但

46、易松弛。強力錦綸帶強度高，且不易松弛。平型帶的截面尺寸都有標準規(guī)格，可選取任意長度，用膠合、縫合或金屬接頭聯(lián)接成環(huán)形。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。 三角帶傳動 三角帶傳動工作時帶放在帶輪上相應的型槽內，靠帶與型槽兩壁面的摩擦實現(xiàn)傳動。三角帶通常是數(shù)根并用，帶輪上有相應數(shù)目的型槽。用三角帶傳動時,帶與輪接觸良好,打滑小,傳動比相對穩(wěn)定,運行平穩(wěn)。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。此外，因三角帶數(shù)根并用，其中一根破壞也不致發(fā)生事故。 三角膠帶是三角帶中用得最多的一種，它是由強力層

47、、伸張層、壓縮層和包布層制成的無端環(huán)形膠帶。強力層主要用來承受拉力，伸張層和壓縮層在彎曲時起伸張和壓縮作用，包布層的作用主要是增強帶的強度。三角膠帶的截面尺寸和長度都有標準規(guī)格。此外，尚有一種活絡三角帶,它的截面尺寸的標準與三角膠帶相同,而長度規(guī)格不受限制，便于安裝調緊，局部損壞可局部更換，但強度和平穩(wěn)性等都不如三角膠帶。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。 同步齒形帶傳動 這是一種特殊的帶傳動。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。同步齒形帶一般采用細鋼絲繩作強力層，外面包覆聚氯脂或氯丁橡

48、膠。強力層中線定為帶的節(jié)線，帶線周長為公稱長度。帶的基本參數(shù)是周節(jié)p和模數(shù)m 。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。中國的同步齒形帶采用模數(shù)制，其規(guī)格用模數(shù)帶寬齒數(shù)表示。 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。同步齒形帶傳動主要用于要

49、求傳動比準確的場合，如計算機中的外部設備、電影放映機、錄像機和紡織機械等。 3.5.2、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。彈性滑動率通常在1%～2%之間。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?；瑒訐p失隨緊、松邊拉力差的增大而增大，隨帶體彈性模量的增大而減小。 （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生摩擦引起功率損失。 內摩擦損失隨預緊力、帶厚與帶輪直徑比的增加而增大。減小帶的拉力

50、變化，可減小其內摩擦損失。 （3）帶與帶輪工作面的粘附性以及V帶楔入、退出輪槽的側面摩擦損失。 （4）空氣阻力損失 高速運行時，運行風阻引起的功率損失。其損失與速度的平方成正比。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。 （5）軸承摩擦損失 軸承受帶拉力的作用，是引起功率損失的重要因素之一。 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。 3.5.3、帶傳動特點 （1）優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、結構簡單、成本低、使用維護方便、 有良好的撓性和彈性、過載打滑。 （2） 缺點

51、：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。 因此，帶傳動常適用于大中心距、中小功率、帶速v =5～25m/s，i≤7的情況。 3.5.4、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）V帶注意型號、基準長度。 （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。 （4）定期檢查。不同帶型、不同廠家生產、不同新舊程度 的V帶不易同組使用。 （5）保持清潔，避免遇酸、堿或油污使帶老化。 3.6、機座設計要素： 3.6.1、機座材料 機座材料應根據(jù)其結構、工

52、藝、成本、生產批量和生產周期等要求正確選擇，常用的有： 鑄鐵 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。其缺點是生產周期長，單件生產成本較高；鑄件易產生廢品，質量不易控制；鑄件的加工余量大，機械加工費用大。 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（p>5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。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，應采用耐磨鑄鐵。 鋼 用鋼材焊接成機架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機座約

53、輕20%~50%；在單件小批量生產情況下，生產周期較短，所需設備簡單；焊接機架的缺點是鋼的抗振性能較差，在結構上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產時成本較高。 本設計的機座采用的是45鋼，45鋼屬于調質鋼，經淬火加高溫回火后，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。這類鋼在機械制造中應用最廣泛，其中以45鋼最為突出。 3.6.2、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，使金屬內部產生內應力。如果不進行時效處理，將因內應力的逐漸重新分布而變形，使機座喪失原有的精度。 時效處理就

54、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。常見的方法有自然時效、人工時效和振動時效等幾種，其中以人工時效應用最廣。 3.6.3、結構設計 一、典型結構 1、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。所以機座應選擇合適的壁厚、筋板和形狀，以保證在重力、慣性力和外力的作用下，有足夠的剛度。 2、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。 3、鑄鐵板裝配式機座：鑄鐵板裝配結構，適用于局部形狀復雜的場合。它具有生產周期短、成本低以及簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點。但剛度較整體箱體機

55、座的差，且加工和裝配工作量較大。 圖3.4 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，選擇經濟合理的截面形狀。機座雖受力較復雜，但不外是拉、壓、彎、扭的作用。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。如果受彎、扭作用時，變形與截面形狀有關。 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。 表3-2 截面形狀與慣性矩的比較 三、隔板與加強筋 封閉空心截面的剛度較好，但為了鑄造清砂及其內部零部件的裝配和調整，必須在機座壁上開“窗口”

56、，其結果使機座整體剛度大大降低。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。 加強筋常見的有直形筋、斜向筋、十字筋和米字筋四種。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。加強筋和隔板的厚度，一般取壁厚的0.8倍。 圖3.5 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。必要時，可使螺釘產生預緊力，來提高連接剛度。 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。

57、3）增加局部剛度來提高連接剛度，在安裝螺釘處加厚凸緣；或用壁龕式螺釘孔；或用加強筋等辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度。 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。設計時，應使其具有良好的結構工藝性，以便于制造和降低成本。 3.7、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。而且也對一些不用選型的部分進行了設計分析，如機座部分雖然不能選型，但是也為它的設計要素進行了詳細的分析。 第4章 旋蓋機原理及結構設計 第4章 旋蓋機原理及結構設計 4.1、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

58、作穩(wěn)定，經濟效益好地優(yōu)點。 4.2、旋蓋機原理： 旋蓋機原理如圖4.1所示：在控制面板7上啟動旋蓋機后，首先定位氣缸2(B)動作，伸出擋板可以把輸送帶1上的帶蓋瓶子攔??；當光電傳感器3(A, B)都接通時，定位氣缸2(A)動作，把后面的瓶子攔??；同時電機5開始旋轉，通過皮帶帶動旋蓋頭4（A,B）轉動，然后升降氣缸6（A,B）伸展，旋蓋頭下降旋蓋，旋好蓋后電機停止轉動，氣缸6（A,B）自動收縮，定位氣缸B收縮擋板，瓶子通過輸送帶送出，定位氣缸A收縮擋板，等待人工啟動，進入下一個工作過程。 1、輸送帶；2、定位氣缸；3、光電傳感器；4、旋蓋頭； 5、電

59、機；6升降氣缸；7控制面板； 圖4.1 旋蓋機結構簡圖 4.3、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。力矩過小，瓶蓋旋不緊，力矩過大,易損壞瓶嘴和瓶蓋?？傮w的設計如圖4.1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。為此，本人借鑒國內目前一款比較優(yōu)秀旋蓋頭設計，DS03型旋蓋機。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。工作時力矩由圖4.1的電

60、機5輸出,通過皮帶傳動，傳給主動磁力旋盤3,被動磁力旋盤6通過軸承與主動磁力旋盤3之間可相對轉動，二者間軸向隔距可調，在二者相對的端面上均勻地鑲嵌有16塊小永磁體（見圖4.2）。這些永磁體按極性相反相間分布。旋嘴1與被動磁力旋盤6相聯(lián)結，用來卡緊瓶蓋。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。 本旋蓋頭最顯著的特點是能根據(jù)不同種類、尺寸的瓶蓋方便地設定和調整旋緊力矩，即通過主動磁力旋盤3和傳動軸4上的螺紋及定位螺釘，調整主動磁力旋盤3和被動磁力旋盤6之間的間隙，即調整了磁力傳動器間的氣隙長度，因而磁力傳動器所能傳遞的

61、極限扭力矩得到了調整。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。 設計圖如下： 1、旋嘴；2、護罩；3、主動磁力旋盤；4、扭力傳動軸；5、永磁體；6、被動磁力旋盤； 圖4.2 旋蓋機旋蓋頭結構圖 4.4、小結 本章系統(tǒng)地介紹了旋蓋機的原理及旋蓋機的結構設計。對旋蓋機進行選型，完成了旋蓋

62、機的機械基礎的設計。 第5章 強度計算 第5章 強度計算 5.1、旋蓋機設計計算： 旋蓋機是潤滑油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轉力矩。力矩過小，旋蓋旋不緊；力矩過大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。所以關于旋蓋機的設計計算，我把工作的重點放在了旋蓋頭的設計計算中去。 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。磁路型式采用磁體極性呈偶數(shù)交錯排列的拉推式組合型磁路，實踐經驗表明，磁極數(shù)按12至24的偶數(shù)布置時，傳遞的力矩較大。目前，高性能稀土永磁材

63、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。當要求傳遞的力矩不大時，也可采用性能價格比較優(yōu)的鐵氧體永磁。 平面軸向磁力耦合傳動的傳遞力矩M可用下式描述： ⑴ 式中，——主動、被動磁力旋盤上全部永磁體的體積， ——永磁體平均軸向高度，m; ——主動磁力旋盤上永磁體軸向截面積之和， ——氣隙長度，即主動、被動磁力旋盤間的軸向隔距，m； r——永磁體分布的平均半徑，m； ——永磁體剩磁，T； 、——分別為主動、被動磁力旋盤間產生相對轉動時的

64、漏磁系數(shù)和磁阻系數(shù)； ——磁常數(shù)，，其中， ——主動、被動磁力旋盤的相對轉角rad。 上式可作為設計此磁力耦合系統(tǒng)各參數(shù)的依據(jù)。顯然，增大磁體體積Vm、磁體平均回轉半徑r，減小氣隙長度Lg有利于提高傳遞力矩M。當Vm、r、Lm一定時，調節(jié)氣隙Lg，即可改變傳遞的力矩M。因此，通過改變主動磁力旋盤和被動磁力旋盤間的隔距，即可調整最大旋緊力矩。 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，可解得 ⑵ 式中： 對于小氣隙磁路，忽略漏磁的影響（即令）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

65、簡化，故設計時在以上式中可令。這樣，借助計算機按式⑵解得與某一P值對應的cosφ值后代入式⑴，即可求得極限傳遞力矩M。 圖4-2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＝0.43T，，Lm=01005m，Lm=0.005m，氣隙Lg(即主動、被動磁力旋盤間的隔距)實際使用時可在0.002～0.004m間調整，則，將此P代入式⑵可解得cosφ=0.6565～0.7165，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=0.8183～0.4375Nm。因此，調整主動、被動磁力旋盤的隔距Lg，即可調節(jié)瓶蓋的旋緊程度

66、。表5-1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。表5-1的結果可供使用此磁力旋蓋頭時參考。例如，用此磁力旋蓋頭處理某瓶蓋，要求旋緊力矩為0.68Nm，則主動、被動磁、被動旋盤的隔距Lg需調節(jié)至0.0025m。一般情況下，設計磁力耦合傳動器時可根據(jù)所要求傳遞的力矩，修改磁力傳動器的尺寸，按上述方法計算所能什么的最大力矩，直到滿足要求為止。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%）。 表5-1 不同Lg時的cosφ與最大傳遞力矩M值 Lg/m 0.0020 0.0025 0.0030 0.0035 0.0040 cosφ 0.6565 0.6777 0.6937 0.7063 0.7165 M/Nm 計算值 0.8183 0.6841 0.5819 0.5017 0.4375 5.2、小結 本章節(jié)重點介紹了旋蓋機設計計算，引入旋蓋頭磁力耦合傳動的設計，使旋蓋機的旋蓋質量得到保證。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。