1、武漢理工大學包裝機構設計課程設計說明書旋轉型灌裝機供送機構的設計1包裝容器結構設計1. 1容器材料 包裝容器的產品定位為女性日用品乳液，為保證產品的性能包裝容器需要有良好的阻隔性和密封性，同時包裝容器還不能與產品發生反應引起其變質。此外產品屬于中檔消費品，為體現其檔次以及綜合以上考慮選擇玻璃瓶作容器，玻璃材質為高白玻璃。容器的開啟是旋蓋式，容器蓋為塑料蓋。1.2容器形狀 為便于機械自動化生產及降低設備成本，容器形狀選擇應用較廣泛的圓柱形。1.3容器尺寸根據要求包裝容器容積為100ml，可選定瓶底的半徑，瓶高。包裝容積V=3.14x20x20x80=100.480ml，滿足包裝要求。為了適應瓶蓋

2、的旋合啟閉，在瓶蓋旋合處另制造出約20mm的螺旋高度，便于與瓶蓋的旋合開啟。包裝容器的效果圖如圖：圖1.1 包裝容器結構圖2星形撥輪的結構設計2.1星形撥輪原理 此機構是將灌裝機的限位機構送來的瓶子，準確地送入灌機中的升降機構或灌滿的瓶子從升降機構取下送入傳送帶的機構。將定量的液體物料(簡稱液料)充填入包裝容器內的機器稱為灌裝機械。因為所要灌入的液體具有流動性，所以所用的容器一般為剛性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金屬罐、復合紙盒等。如圖2.1所示，輸送鏈帶、分件供送螺桿、星形撥輪和弧形導板相結合用于容器的輸入；同時撥輪也用于容器的輸出。圖2.1 供送螺桿與行星撥輪組合簡圖1分件供送螺桿 2

3、弧形導板3行星撥輪 4圓柱形容器2.2星形撥輪結構 星形撥輪的結構雖然簡單，齒槽形狀確實千變萬化。圖2.2所示的四種形狀都能滿足將灌裝容器送入灌裝機中的升降機構要求，但是性能、結構、經濟以及穩定性的要求不同，要確定那種方案必須根據設計的要求而定。瓶子從輸送帶送過來將堆擠到一起，因此就應該設計相應的可以起到瓶的限位機構的作用。(a)和(b)適合供送單個圓柱形容器，（c）適合供送單個長方形容器，（d）適合供送多個多種體形的容器。從制造角度看，本設計根據容器外形和輸送方式，宜采用（a）方案。14武漢理工大學包裝機構設計課程設計說明書圖2.2典型星形撥輪簡圖撥輪的尺寸要求以能很平穩的輸送瓶子。如圖2.

4、3所示，通過類比實驗，Rc與灌裝機主體中的撥瓶螺桿有關。 若撥輪的外接圓與灌裝機主體中撥瓶螺桿的外接圓相交，則Rc尺寸大于瓶子半徑。撥輪通常用不銹鋼或酚醛樹脂板制作，成雙平放緊固在主軸端部，其高度和間距可根據被供送瓶罐的主題部位及其中心位置加以適當調整。圖2.3撥輪截面圖2.3撥輪齒數計算 灌裝機的生產能力為Q，灌裝機大轉盤主軸轉速為n，星形撥輪齒數為Zb，星型撥輪轉速。 由要求給出的灌裝頭數a=60，灌裝能力Q=720瓶/小時，根據Q=60an，可得灌裝機大轉盤主軸轉速n=0.2轉/分鐘。 為便于參數設計，取撥輪轉速與灌裝機大轉盤主軸轉速的比i=10=撥輪轉速/灌裝大轉盤主軸轉速n，由此可得

5、撥輪轉速=2轉/分鐘。根據單位時間內供瓶數應等于出瓶數，灌裝機的生產能力，可得Zb=6。2.4撥輪尺寸計算設撥輪節圓半徑為Rb，星形撥輪的節距為Cb，因為容器以等間距定時供送，所以 對于旋轉灌裝機來講，Cb應等于灌裝閥的節距。取灌裝閥節距尺寸Cb157mm，代入上式可得=150mm。撥輪的外徑Rc由容器瓶直徑來確定。為能使瓶子均勻穩定地輸送到大轉盤而不被撥回來，齒槽半徑Rc需大于瓶子的半徑，設計參數瓶的半徑r=20mm，確定撥輪外徑尺寸Rc=r+(23)=23mm。為便于包裝容器的夾持、供送，需使用兩個撥輪盤，兩撥輪盤的間距一般為容器高度的一半，這里H=h/2=40mm。2.5撥輪結構圖圖2.

6、4 星形撥輪圖2.5 星形撥輪組合3變螺距分件供送螺桿的結構設計3.1螺桿的組合設計在灌裝過程中，需要將包裝容器（瓶子）定時定距平穩地輸送到包裝工位，完成這一要求的裝置稱為定距分隔定時供給裝置。它由進瓶螺旋桿及側面導板組成，安裝在容器供給裝置系統靠近包裝機的一端，與轉送容器的星形撥輪相銜接。進瓶螺旋桿由傳動系統驅動作等速轉動，將輸送裝置送來的容器導入螺旋槽中，容器在螺旋的推動下前進，同時被螺旋槽分隔開，到達出口端即傳送給星形撥輪與中央導板組成的轉送裝置，這樣就可實現依次定距供送容器的目的。進瓶螺旋桿每回轉一周，從進瓶螺旋桿入口導入一個容器，螺旋槽中的容器前進一個螺距，螺桿出口端排出一個容器。螺

7、桿的轉速與包裝機裝填裝置的執行構件之間保持一定的傳動比，從而間接實現定時供給容器的要求。根據此原理，要達到定距分隔定時供給的工藝要求，這條螺桿必須滿足以下幾個條件：1、把容器順暢導入螺旋槽；2、容器沿進瓶螺旋桿前進時應平穩；3、容器與星形撥輪能夠順利銜接。根據以上條件把螺桿設計成四段組合式組合螺桿： 輸入等速段，螺距小于，有助于穩定的導入口 變加速度段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊。 等加速段，與輸送帶拖動瓶罐的摩擦作用力相適應，采用等加速運動規律使之增大間距，以保證在整個供送過程中與螺旋槽有可靠的接觸摸點而不易晃動和傾倒。 輸出等速段，使螺距等于，以改善星形撥輪齒槽的結構形式及其嚙入狀

8、態，這對供送導形瓶罐尤為重要。3.2確定螺桿的基本參數 由星形撥輪的尺寸，為保證供送連續無間斷，撥輪轉速與螺桿轉速關系滿足：，可得=12轉/分鐘。 螺旋傳動的螺紋采用單線梯形螺紋，同時制出同瓶罐主體半徑r相適應的過渡角，以改善導入效果，緩和輸入與輸出的陡振和磨損。設螺桿的內外徑、，中徑。為使螺旋槽對瓶罐產生適宜的側向力，外徑d滿足：。(3-1)考慮到加工工藝取=60mm，外徑=0.8（+2r）=80mm，螺桿中徑=70mm。3.3各段螺桿的參數確定3.3.1輸入等速段螺桿等速段的螺距取為。 (3-2)式中 兩相鄰容器間的平均間隙（一般為幾毫米，主要與容器加工精度有關）取，則螺桿等速段的螺距為=

9、40+10=50mm。 設等速段螺旋線的最大圈數為（通常取為11.5），中間任意，在這取，對應螺旋角 (3-3) 對單線外螺旋線，其展開圖形為一條斜直線，相應的周向展開長度， (3-4) 軸向長度 ，=50mm (3-5) 供送速度 =5012=600mm/min=100mm/s 。 (3-6) 變螺距螺桿與星形撥輪組合供送裝置，為保證包裝容器準確進入工位，包裝容器的供入速度另有控制要求：當時，依靠送帶對包裝容器的摩擦拖動作用加速，以接近于螺桿的初始供送速度。當時，借助于可調式波形尼龍板或刷板等緩沖裝置使其減速。3.3.2變加速度段螺桿該段螺桿的供送加速度，由零依正弦函數變化規律增加到最大值，

10、則 (3-8) 相應的供送速度及軸向位移為： (3-9) (3-10) 式中、分別表示被供送容器移過行程及其最大值所需的時間。 由初始條件：當時，；而當時，=，故可確定各待定系數：=，=，。將、各值代入上式，得 (3-11) 設該段螺旋線的最大圈數為2），取，其中任意為，由于=2s。上式可改寫成 (3-12) 該段螺旋線的展開圖形是由一條斜直線和一條按擺線投影規律變化的曲線疊加而成的曲線。 由于此段外螺旋線的周向展開長度=439.6mm。將此值代入上式，得 (3-13) 視為自變量，對上式求導，可求出該段外螺旋線的螺旋角 (3-14) 其最大值為 (3-15) 可求出該段限定區間（）內的任意螺

11、距值 (3-16) 再將和值分別代入式子，導出該段的加速度及速度的計算式： (3-17) (3-18) (3-19) 由此可知，當其他條件一定時，變加速段的外螺旋螺旋角、螺距和供速度均隨螺旋圈數的增大而增大。3.3.3等加速段螺桿螺桿等加速度段的供送加速度，則相應的供送速度及軸向位移為 (3-20) (3-21)式中 被供送容器移過行程所需要的時間由初始條件知：當時，=0，可確定各特定各系數：，。將和值代入上式，得 (3-22) 設等加速度段螺旋線的最大圈數為通常取（35），取，中間任意值，由于=，且令當量螺距 (3-23) 解出等加速段的位移為 (3-24)可見，等加速段螺旋線的展開圖形是一

12、條斜直線和一條拋物線規律變化的曲線疊加而成。將此段外螺旋線展開長度：,代入上式，可求得軸向位移 (3-25) 視為自變量，對上式求導，等加速度段外螺旋線的螺旋角及其最大值分別為： (3-26) =0.71 (3-27) 由以上兩式導出 (3-28)可得等加速段的加速度為：這表明，等加速段的供送加速度與螺桿轉速度的平方成正比；當星形撥輪節距和等速度段螺距保持定值時，適當地增加后兩段螺旋線的總圏數，有助于降低螺桿的供送加速度，或提高螺桿轉速。等加速段限定區間（）內的任意螺距值 (3-29)其最大值 (3-30)再將值代入式(3-20)得 (3-31)其最大值 (3-32)以上表明，當其他條件一定時

13、，螺桿等加速度段的外螺旋線螺旋角、螺距和供送速度同樣隨螺旋圈數的增大而增大。3.3.4螺桿輸出等速段對于輸出等速段，為改善星形撥輪齒槽的結構形式及其嚙入狀態，應使該段螺距=157mm，設等速段螺旋線的最大圈數為（通常取為11.5），中間任意，取，對應螺旋角 =0.71 （3-33）根據邊界條件可得供送速度單線外螺旋展開圖形為一條斜直線，相應的周向展開長度 ， （3-35）軸向長度， （3-36） 最后，為便于設計計算和機械加工，將式（3-28）的值分別代入式（3-12）和式（3-24）(以此類推)，經整理得： (3-37) (3-38) (3-39) (3-40)綜上所述，螺桿等速段的最大軸向

14、長度僅與螺距和圈數有關，變加速段和等加速段的最大軸向長度、與撥輪節距、螺距及圈數、有關。將相關數值代入上式，可得變加速段的長度為等加速段的長度為 至此，可求出供送螺桿三段式組合螺旋線展開圖形的軸向及周向全長： (3-41) (3-42)即螺桿螺旋線軸向和周向長度各為=791.46mm =1789.8mm3.4繪制螺桿零件圖采用Solidworks繪制三維圖，對變螺距螺桿的實物圖進行繪制分析。已知螺桿設計的參數：螺桿外徑D=80mm,螺桿的內徑為do=60mm,供送件的直徑為、螺桿的轉速，變速圈數為，初始螺距為P50mm,撥輪節距為。螺桿的全長為791.46mm。 繪制螺桿圖如圖3.1圖3.1

15、螺桿3.5繪制裝配圖分件供送螺桿裝置可按某種工藝要求將規則或不規則排列的容器、物料以確定的速度、方向和間距分批或逐個地供送到給定的工位。特別是為了適應包裝容器日新月異的變化和提設備生產能力的實際需要，分件供送螺桿裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向發展，并不斷擴大它在灌裝、充填、封口、貼標、計量、檢測以及自動包裝線上的應用，如分流、合流、升起、起伏、轉向和翻身等。如圖3.2為分件單列送正圓柱形及某些異形瓶罐的典型組合裝置。圖3.2 裝配圖4設計小結通過這次的咖啡的課程設計，我明白了課本中的很多問題，理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理

16、論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。同時我也利用了很多課本里面的知識，可以說是對我學到東西的一個檢驗。比如說紙盒的設計、尺寸的計算、紙箱強度的校核和設計的原理都在這次的設計中得到了很大的提高。此次設計是一次思維的擴展。很多東西在這次的設計中可以說是第一次遇到，但是經過不懈的努力。終于弄出了此次的成果，或許在整個設計中還有點瑕疵，但我認為已經做很好。很多想法是經過了多次的修改，想問題也從原來的單調到現在多角度思考問題。思維也變的比以前活躍了。同時也豐富了我的課外知識。為了使整個設計更加的完善，我查閱了許多的資料。比如說消費者心理學，包裝的機械化操作，品牌價值的體現等等。在其過程中我收獲到了課堂里無法得到的東西，那就是自我的提升。也許在學校的生活中基本上沒有什么問題，可是我在這次設計過程中很多東西都不懂，這就需要我花大量的時間去彌補。如果在平時的時候知道自己缺少什么，然后補足它，當你要用的時候就能隨心應手了。參考文獻1 潘松年主編.包裝工藝學,北京:印刷工業出版社,1998,9.2 林學瀚等.包裝技術與方法,長沙:湖南大學出版社,1998,12.3 張學金等.實用包裝技術,北京:國防工業出版社,1989.4 包裝國家標準匯編,1、2