1、武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书1旋转型灌装机供送机构的设计1 包装容器结构设计1.1 容器材料包装容器的产品定位为女性日用品乳液，为保证产品的性能包装容器需要有良好的阻隔性和密封性，同时包装容器还不能与产品发生反应引起其变质。此外产品属于中档消费品，为体现其档次以及综合以上考虑选择玻璃瓶作容器，玻璃材质为高白玻璃。容器的开启是旋盖式，容器盖为塑料盖。1.2 容器形状为便于机械自动化生产及降低设备成本，容器形状选择应用较广泛的圆柱形。1.3 容器尺寸根据要求包装容器容积为 100ml，可选定瓶底的半径 ，瓶高mr20。包装容积 V=3.14x20x20x80=100.480ml，满足包装
2、要求。mh80为了适应瓶盖的旋合启闭，在瓶盖旋合处另制造出约 20mm 的螺旋高度，便于与瓶盖的旋合开启。包装容器的效果图如图：图 1.1 包装容器结构图武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书22 星形拨轮的结构设计2.1 星形拨轮原理此机构是将灌装机的限位机构送来的瓶子，准确地送入灌机中的升降机构或灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。将定量的液体物料(简称液料)充填入包装容器内的机器称为灌装机械。因为所要灌入的液体具有流动性，所以所用的容器一般为刚性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金属罐、复合纸盒等。如图 2.1 所示，输送链带、分件供送螺杆、星形拨轮和弧形导板相结合用于容器的输入；同
3、时拨轮也用于容器的输出。图 2.1 供送螺杆与行星拨轮组合简图1分件供送螺杆 2弧形导板 3行星拨轮 4圆柱形容器2.2 星形拨轮结构星形拨轮的结构虽然简单，齿槽形状确实千变万化。图 2.2 所示的四种形状都能满足将灌装容器送入灌装机中的升降机构要求，但是性能、结构、经济以及稳定性的要求不同，要确定那种方案必须根据设计的要求而定。瓶子从输送带送过来将堆挤到一起，因此就应该设计相应的可以起到瓶的限位机构的作用。(a)和(b)适合供送单个圆柱形容器， （c）适合供送单个长方形容器， （d）适合供送多个多种体形的容器。从制造角度看，本设计根据容器外形和输送方式，宜采用（a）方案。武汉理工大学包装机构
4、设计课程设计说明书3图 2.2 典型星形拨轮简图拨轮的尺寸要求以能很平稳的输送瓶子。如图 2.3 所示，通过类比实验，Rc与灌装机主体中的拨瓶螺杆有关。 若拨轮的外接圆与灌装机主体中拨瓶螺杆的外接圆相交，则 Rc尺寸大于瓶子半径。拨轮通常用不锈钢或酚醛树脂板制作，成双平放紧固在主轴端部，其高度和间距可根据被供送瓶罐的主题部位及其中心位置加以适当调整。图 2.3 拨轮截面图2.3 拨轮齿数计算灌装机的生产能力为 Q，灌装机大转盘主轴转速为 n，星形拨轮齿数为 Zb，星型拨轮转速 。bn由要求给出的灌装头数 a=60，灌装能力 Q=720 瓶/小时，根据 Q=60an，可得灌装机大转盘主轴转速 n
5、=0.2 转/分钟。为便于参数设计，取拨轮转速与灌装机大转盘主轴转速的比 i=10=拨轮转速 /灌装大转盘主轴转速 n，由此可得拨轮转速 =2 转/分钟。bn bn根据单位时间内供瓶数应等于出瓶数，灌装机的生产能力 ，可得bZnQ60Zb=6。2.4 拨轮尺寸计算设拨轮节圆半径为 Rb，星形拨轮的节距为 Cb，因为容器以等间距定时供送，所以 2bZ武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书4/2bbRCZ对于旋转灌装机来讲，C b应等于灌装阀的节距。取灌装阀节距尺寸 Cb157mm，代入上式可得 =150mm。b拨轮的外径 Rc 由容器瓶直径来确定。为能使瓶子均匀稳定地输送到大转盘而不被拨回来，齿
6、槽半径 Rc 需大于瓶子的半径，设计参数瓶的半径 r=20mm，确定拨轮外径尺寸 Rc=r+(23)=23mm。为便于包装容器的夹持、供送，需使用两个拨轮盘，两拨轮盘的间距一般为容器高度的一半，这里 H=h/2=40mm。2.5 拨轮结构图图 2.4 星形拨轮武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书5图 2.5 星形拨轮组合3 变螺距分件供送螺杆的结构设计3.1 螺杆的组合设计在灌装过程中，需要将包装容器（瓶子）定时定距平稳地输送到包装工位，完成这一要求的装置称为定距分隔定时供给装置。它由进瓶螺旋杆及侧面导板组成，安装在容器供给装置系统靠近包装机的一端，与转送容器的星形拨轮相衔接。进瓶螺旋杆由传
7、动系统驱动作等速转动，将输送装置送来的容器导入螺旋槽中，容器在螺旋的推动下前进，同时被螺旋槽分隔开，到达出口端即传送给星形拨轮与中央导板组成的转送装置，这样就可实现依次定距供送容器的目的。进瓶螺旋杆每回转一周，从进瓶螺旋杆入口导入一个容器，螺旋槽中的容器前进一个螺距，螺杆出口端排出一个容器。螺杆的转速与包装机装填装置的执行构件之间保持一定的传动比，从而间接实现定时供给容器的要求。根据此原理，要达到定距分隔定时供给的工艺要求，这条螺杆必须满足以下几个条件：1、把容器顺畅导入螺旋槽；2、容器沿进瓶螺旋杆前进时应平稳；3、容器与星形拨轮能够顺利衔接。根据以上条件把螺杆设计成四段组合式组合螺杆： 输入
8、等速段，螺距小于 ，有助于稳定的导入口bC 变加速度段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击。 等加速段，与输送带拖动瓶罐的摩擦作用力相适应，采用等加速运动规律使之增大间距，以保证在整个供送过程中与螺旋槽有可靠的接触摸点而不易晃动和倾倒。武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书6 输出等速段，使螺距等于 ，以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮bC入状态，这对供送导形瓶罐尤为重要。3.2 确定螺杆的基本参数由星形拨轮的尺寸，为保证供送连续无间断，拨轮转速与螺杆转速 关系满0n足： ，可得 =12 转/分钟。bbZn00n螺旋传动的螺纹采用单线梯形螺纹，同时制出同瓶罐主体半径 r 相适应的过渡角，以改善
9、导入效果，缓和输入与输出的陡振和磨损。设螺杆的内外径 、1d，中径 。为使螺旋槽对瓶罐产生适宜的侧向力，外径 d 满足：d2。(3-1)rdr)(7.011考虑到加工工艺取 =60mm，外径 =0.8（ +2r）=80mm，螺杆中径 =70mm。d1 23.3 各段螺杆的参数确定3.3.1 输入等速段螺杆等速段的螺距取为 。 (3-2)rP21式中 两相邻容器间的平均间隙（一般为几毫米，主要与容器加工精度有关）取 ，则螺杆等速段的螺距为 =40+10=50mm。m101P设等速段螺旋线的最大圈数为 （通常取为 11.5） ，中间任意 ，mi1 mi10在这取 ，对应螺旋角1i(3-3) 275
10、.0tan21dP对单线外螺旋线，其展开图形为一条斜直线，相应的周向展开长度， 12idLmim.512(3-4) 轴向长度 ， =50mm (3-5) 1iPHi1供送速度 =50 12=600mm/min=100mm/s 。 (3-6)0201tandv变螺距螺杆与星形拨轮组合供送装置，为保证包装容器准确进入工位，包装容器的供入速度 另有控制要求：当 时，依靠送带对包装容器的摩擦r0r拖动作用加速，以接近于螺杆的初始供送速度。当 时，借助于可调式波0r武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书7形尼龙板或刷板等缓冲装置使其减速。3.3.2 变加速度段螺杆该段螺杆的供送加速度 ， 由零依正弦函数
11、变化规律增加到最大值 ，则 2a ma(3-8)2sin(12mtc相应的供送速度及轴向位移为：(3-9) 22122coscttdtam(3-10) 322122in4ttttH式中 、 分别表示被供送容器移过行程 及其最大值 所需的时间。2tm 2Hm2由初始条件：当 时， ， ；而当 时，02t2 sv/10mt2= ，故可确定各待定系数： = ， = ， 。将 、 、2am1cma2mta203c1c各值代入上式，得3c(3-11) mmitttvH22202 sn4)(设该段螺旋线的最大圈数为 2） ，取 ，其中任意 为1(2通 常 取 为i 2i2i，由于 =2s。上式可改写成mi
12、20ntitm22,(3-12) )2si(4221 mtaiPH该段螺旋线的展开图形是由一条斜直线和一条按摆线投影规律变化的曲线叠加而成的曲线。由于此段外螺旋线的周向展开长度 =439.6mm。将此值midLi222,代入上式，得(3-13) )sin(4tan22212 mmiLH武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书8视 为自变量，对上式求导，可求出该段外螺旋线的螺旋角2L 2(3-14) )cos1(tantan2212 mmiRidLH其最大值为(3-15) /tat 212dnimm可求出该段限定区间（ ）内的任意螺距值i21(3-16) mmmiiinaP222212 4sn)1
13、(cos4再将 和 值分别代入式子，导出该段的加速度及速度的计算式：1c2(3-17) mia22sn(3-18) i202cos1(3-19) mmmndia202 ta由此可知，当其他条件一定时，变加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均随螺旋圈数的增大而增大。3.3.3 等加速段螺杆螺杆等加速度段的供送加速度 ，则相应的供送速度及轴向位移为ma3(3-20)43ctd(3-21)5323tHm式中 被供送容器移过行程 所需要的时间3t由初始条件知：当 时， =0， ，可确定各特定各系数：03t3m23， 。将 和 值代入上式，得mc2454c5(3-22) 2323tatHm设等加速度段螺旋
14、线的最大圈数为 通常取（35） ，取 ，中间任i 43mi武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书9意值 ，由于 = ，且令当量螺距mi303tni(3-23) 222tanniaPdPmmm解出等加速段的位移为(3-24)32134iiH可见，等加速段螺旋线的展开图形是一条斜直线和一条抛物线规律变化的曲线叠加而成。将此段外螺旋线展开长度： , 代入上式，32idLmim2.87932可求得轴向位移(3-25) 23223tanLnDH视 为自变量，对上式求导，等加速度段外螺旋线的螺旋角及其最大值分3L别为：(3-26) 2323tantandidLm=0.71 (3-27) 2233tt Ci
15、bm由以上两式导出(3-28)mbmiPna321可得等加速段的加速度为： 22/36.50)4(7sm这表明，等加速段的供送加速度与螺杆转速度的平方成正比；当星形拨轮节距和等速度段螺距保持定值时，适当地增加后两段螺旋线的总圏数，有助于降低螺杆的供送加速度，或提高螺杆转速。等加速段限定区间（ ）内的任意螺距值mi31(3-29)2(14)(313 mbiiPC其最大值(3-30)bmbbmCi)(3213武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书10再将 值代入式(3-20)得4C(3-31)2()(332103 iiPCnmmb其最大值(3-32)nd323ta以上表明，当其他条件一定时，螺杆等
16、加速度段的外螺旋线螺旋角、螺距和供送速度同样随螺旋圈数的增大而增大。3.3.4 螺杆输出等速段对于输出等速段，为改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态，应使该段螺距 =157mm，设等速段螺旋线的最大圈数为 （通常取为 11.5） ，bCP4 mi4中间任意 ，取 ，对应螺旋角mi4014i=0.71 （3-33）24tandP根据边界条件可得供送速度 m34单线外螺旋展开图形为一条斜直线，相应的周向展开长度， （3-35）42idLid8.2194轴向长度， （3-36）4iPHmim574最后，为便于设计计算和机械加工，将式（3-28）的 值分别代入式（3-a12）和式（3-24）(以此类
17、推)，经整理得：(3-37)mmbniiiCi 2232121 sn)(4(3-38)bmiiPPH232112 )(3-39)3232113 4)(iiCmmb(3-40)mbmiiPH332113 )(综上所述，螺杆等速段的最大轴向长度 仅与螺距 和圈数 有关，变H11Pmi1武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书11加速段和等加速段的最大轴向长度 、 与拨轮节距 、螺距 及圈数 、mH23bC1Pmi2有关。mi3将相关数值代入上式，可得变加速段的长度为 mHm 7.182425017502 等加速段的长度为 m 69.53 至此，可求出供送螺杆三段式组合螺旋线展开图形的轴向及周向全长：
18、(3-41)mmHH43213(3-42)LL1即螺杆螺旋线轴向和周向长度各为=791.46mm15769.47.185041 =1789.8mm8.232L3.4 绘制螺杆零件图采用 Solidworks 绘制三维图，对变螺距螺杆的实物图进行绘制分析。已知螺杆设计的参数：螺杆外径 D=80mm,螺杆的内径为 do=60mm,供送件的直径为 、螺杆的转速 ，变速圈数为m402min/120r,2,1mi，初始螺距为 P 50mm,拨轮节距为 。螺杆的全长为1,3mii 1Cb57791.46mm。绘制螺杆图如图 3.1图 3.1 螺杆武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书123.5 绘制装配图
19、分件供送螺杆装置可按某种工艺要求将规则或不规则排列的容器、物料以确定的速度、方向和间距分批或逐个地供送到给定的工位。特别是为了适应包装容器日新月异的变化和提设备生产能力的实际需要，分件供送螺杆装置正朝着多样化、通用化和高速化方向发展，并不断扩大它在灌装、充填、封口、贴标、计量、检测以及自动包装线上的应用，如分流、合流、升起、起伏、转向和翻身等。如图 3.2 为分件单列送正圆柱形及某些异形瓶罐的典型组合装置。图 3.2 装配图4 设计小结通过这次的咖啡的课程设计，我明白了课本中的很多问题，理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论
20、，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。同时我也利用了很多课本里面的知识，可以说是武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书13对我学到东西的一个检验。比如说纸盒的设计、尺寸的计算、纸箱强度的校核和设计的原理都在这次的设计中得到了很大的提高。此次设计是一次思维的扩展。很多东西在这次的设计中可以说是第一次遇到，但是经过不懈的努力。终于弄出了此次的成果，或许在整个设计中还有点瑕疵，但我认为已经做很好。很多想法是经过了多次的修改，想问题也从原来的单调到现在多角度思考问题。思维也变的比以前活跃了。同时也丰富了我的课外知识。为了使整个设计更加的完善，我查阅了许多的资料。比如说消费者
21、心理学，包装的机械化操作，品牌价值的体现等等。在其过程中我收获到了课堂里无法得到的东西，那就是自我的提升。也许在学校的生活中基本上没有什么问题，可是我在这次设计过程中很多东西都不懂，这就需要我花大量的时间去弥补。如果在平时的时候知道自己缺少什么，然后补足它，当你要用的时候就能随心应手了。参考文献1 潘松年主编.包装工艺学,北京:印刷工业出版社,1998,9.2 林学瀚等.包装技术与方法,长沙:湖南大学出版社,1998,12.3 张学金等.实用包装技术,北京:国防工业出版社,1989.4 包装国家标准汇编,1、2、3 册.北京:中国标准出版社5 彭华安.商品包装学,沈阳:辽宁人民出版社,19886 雷伏远等.自动包装机设计原理,天津:天津科学技术出版社,1986,18 郑言.金属商品防锈,北京:商业出版社,19869 潘松年等.包装工艺过程质量控制,中国包装工业,1998,8 期10 陈忠豪等.包装材料,长沙：湖南大学出版社，1989 年武汉理工大学包装机构设计课程设计说明书1411潘松年等.包装工艺过程中的包装精度中国包装，1998 年 4 期12唐志祥等.包装材料与实用包装技术,北京：化学工业出版社，1996 年 11月13周详兴等.实用塑料包装制品手册，北京;轻工业出版社，2000 年
