醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究【畢業(yè)設(shè)計(jì)+開題報(bào)告+文獻(xiàn)綜述】

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p><b>　?。ǘ?屆）</b></p><p>　　醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究</p><p>　　所在學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級(jí) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 </p>

2、<p>　　學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) </p><p>　　指導(dǎo)教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　隨著人們生

3、活水平的不斷提高，對(duì)醫(yī)藥用品的質(zhì)量和用量的要求也不斷地提高。這種趨勢(shì)必定會(huì)對(duì)相應(yīng)的醫(yī)藥包裝機(jī)械的性能會(huì)有更高的要求。作為包裝機(jī)械這個(gè)大類的一種，我國的醫(yī)藥包裝設(shè)備與世界先進(jìn)水平還是有一段不小的差距，主要體現(xiàn)在自動(dòng)化程度低、加工速度慢、可靠性差、設(shè)備柔性和靈活性不足等方面。雖然目前國內(nèi)仍在大量生產(chǎn)這類機(jī)械產(chǎn)品，但是大部分都在低水平地重復(fù)生產(chǎn)，成品設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，科技含量低。鑒于此，我們研發(fā)一種新的具有雙排進(jìn)蓋機(jī)制的醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)，該設(shè)備具有

4、高自動(dòng)化和高速進(jìn)蓋的優(yōu)點(diǎn)。本文主要針對(duì)機(jī)械部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。在介紹機(jī)械包裝發(fā)展現(xiàn)狀及本設(shè)計(jì)的背景和意義的基礎(chǔ)上，對(duì)理蓋機(jī)構(gòu)、瓶蓋傳送機(jī)構(gòu)、墊片材料傳送機(jī)構(gòu)、沖裁機(jī)構(gòu)和塞紙機(jī)構(gòu)做了詳細(xì)的設(shè)計(jì)說明。</p><p>　　關(guān)鍵詞：瓶蓋沖塞機(jī)，機(jī)械結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)，進(jìn)蓋，沖裁</p><p>　　Design and research of cap punching and filling in me

5、dicine</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　With the development of our living standard，, the requirement in terms of quantity and quality of medical supplies is getting high rapidly. T

6、his tendency will ask the medical package equipments to have higher performance. As one of the package equipments, medical package equipments of our country are unenlightened compared with the advanced level in the world

7、. It shown in low automation，low process speed， bad reliability, lacking of flexibility and so on. Most of them are still being manufacture</p><p>　　Keywords: cap punching and filling machine, mechanical str

8、ucture, design, cap introduction, punching</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1 緒論1</b><

9、/p><p>　　1.1課題的來源1</p><p>　　1.2課題的意義1</p><p>　　1.3包裝機(jī)械國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.4課題研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　2 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)總體設(shè)計(jì)6</p><p>　　2.1醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的方案設(shè)計(jì)6<

10、/p><p><b>　　2.2方案評(píng)價(jià)7</b></p><p>　　3 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的具體設(shè)計(jì)8</p><p><b>　　3.1理蓋機(jī)構(gòu)8</b></p><p>　　3.1.1 振動(dòng)上料器基本原理8</p><p>　　3.1.2 瓶蓋定向8</p&g

11、t;<p>　　3.2 瓶蓋傳送機(jī)構(gòu)9</p><p>　　3.2.1 送蓋方案的比較和確定9</p><p>　　3.2.2送紙與送蓋相互配合方案的確定12</p><p>　　3.2.3 送蓋機(jī)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算和控制步進(jìn)電機(jī)的選擇13</p><p>　　3.3 墊片材料傳送機(jī)構(gòu)14</p><p&

12、gt;　　3.3.1 傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3.2 主動(dòng)軸承強(qiáng)度校核14</p><p>　　3.3.3 從動(dòng)軸強(qiáng)度校核15</p><p>　　3.3.4 電機(jī)的選擇17</p><p>　　3.4沖裁機(jī)構(gòu)17</p><p>　　3.4.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)17</p&g

13、t;<p>　　3.4.2沖裁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)18</p><p>　　3.5壓入機(jī)構(gòu)22</p><p><b>　　結(jié) 論23</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)24</b></p><p>　　致 謝錯(cuò)誤!未定義書簽。</p><p><

14、b>　　附錄27</b></p><p>　　附錄圖1 沖塞機(jī)裝配圖27</p><p>　　附錄圖2 偏心軸28</p><p>　　附錄圖3 下模29</p><p>　　附錄圖4 傳動(dòng)板30</p><p>　　附錄圖5 小軸31</p><p>　　附錄圖6

15、 瓶蓋軌道32</p><p>　　附錄圖7 支撐板33</p><p>　　附錄圖8 偏心軸支承套34</p><p>　　附錄圖9 卡輪35</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1課題的來源</b></p>

16、<p>　　全球的包裝機(jī)械需求每年以5．3％的速度增長，2005年達(dá)到290億美元。美國擁有最大的包裝設(shè)備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還包括德國、意大利和中國[1][2][3][4]。</p><p>　　而經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國包裝機(jī)械行業(yè)和包裝生產(chǎn)已進(jìn)入調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高開發(fā)能力的新時(shí)期。技術(shù)升級(jí)，產(chǎn)品換代、經(jīng)營管理能力的提高是包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的重要課題。當(dāng)前，與國外相比，我國機(jī)械制造水平的

17、差距主要體現(xiàn)在技術(shù)上。</p><p>　　2010年中國自動(dòng)沖塞機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)出持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)自動(dòng)沖塞機(jī)產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投資逐漸增多。投資者對(duì)自動(dòng)沖塞機(jī)行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得自動(dòng)沖塞機(jī)行業(yè)的發(fā)展速度加快[5]。</p><p>　　醫(yī)藥包裝設(shè)備作為包裝機(jī)械的一大門類產(chǎn)品，目前國內(nèi)年產(chǎn)值約150億元。根據(jù)現(xiàn)在的發(fā)展勢(shì)頭，短期內(nèi)就能突破

18、200億，并滿足國內(nèi)制藥行業(yè)80％的需求。但是我國醫(yī)藥包裝產(chǎn)值僅占藥品價(jià)值的10％，遠(yuǎn)低發(fā)達(dá)國家的30％，因此具有非常廣闊的發(fā)展空間[6]。國產(chǎn)醫(yī)藥包裝機(jī)械存在機(jī)械性能落后、控制水平低、功能單一、可擴(kuò)展性差等諸多不足[7]，性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國外先進(jìn)產(chǎn)品。而使用質(zhì)量較低的國產(chǎn)設(shè)備，尤其是使用一些質(zhì)量未達(dá)標(biāo)的私營企業(yè)的機(jī)械設(shè)備，其加工質(zhì)量和衛(wèi)生狀況等難以令人滿意。</p><p>　　因此，研制高生產(chǎn)率、高可靠性的自動(dòng)

19、化醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)，不但能夠滿足醫(yī)用包裝市場(chǎng)擴(kuò)大化的需求，而且還能在一定的程度上能提高我國包裝行業(yè)的技術(shù)水平。</p><p><b>　　1.2課題的意義</b></p><p>　　當(dāng)前，與國外相比，我國機(jī)械制造水平的差距主要體現(xiàn)在技術(shù)上。進(jìn)行開發(fā)性研究面臨著科研技術(shù)力量和實(shí)驗(yàn)室裝備兩方面的限制，而一種新技術(shù)若不經(jīng)過科研所的前期開發(fā)是無法直接應(yīng)用到生產(chǎn)的。中國包裝工

20、業(yè)應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，走引進(jìn)技術(shù)且與自主創(chuàng)新結(jié)合的道路，很難完全靠自主創(chuàng)新去發(fā)展。我國的包裝業(yè)是靠著比較優(yōu)勢(shì)走上發(fā)展道路的。</p><p>　　本課題研究的目的：設(shè)計(jì)一種加工速度快，成品率高，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作的醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)。在機(jī)械結(jié)構(gòu)上提出一種新的雙排進(jìn)蓋機(jī)制，并將紙墊片沖裁和填塞入蓋一次完成，使其加工速度大大提高；在控制上，選擇合適的檢測(cè)部件、執(zhí)行部件以及控制芯片，采用適當(dāng)?shù)目刂品椒ǎ赃_(dá)到穩(wěn)定、自動(dòng)化的目的。&

21、lt;/p><p>　　理論意義：通過對(duì)醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)和國內(nèi)外包裝機(jī)械產(chǎn)品的的研究，吸收先進(jìn)設(shè)備中的機(jī)電一體化技術(shù)，自動(dòng)控制技術(shù)；并對(duì)其控制方案、控制器件加以研究，以將先進(jìn)的控制理論運(yùn)用到我們的實(shí)際研發(fā)中，來促進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展和完善。</p><p>　　實(shí)際應(yīng)用價(jià)值：醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的研制對(duì)國內(nèi)醫(yī)藥包裝技術(shù)水平、對(duì)實(shí)現(xiàn)醫(yī)藥瓶蓋的快速高效沖塞、提高生產(chǎn)率以及合格率有著異乎尋常的意義。醫(yī)用瓶蓋沖塞

22、機(jī)新的機(jī)構(gòu)的提出，大大提高了沖塞機(jī)的加工速度，具有十分重要的實(shí)用價(jià)值；該構(gòu)想可為醫(yī)療衛(wèi)生部門提供符合醫(yī)療衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的瓶蓋；還可為國內(nèi)包裝機(jī)械行業(yè)提供在質(zhì)量和價(jià)格上可與國外同行進(jìn)行強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)的產(chǎn)品[8]。</p><p>　　在包裝行業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，能高速?zèng)_塞，穩(wěn)定可靠，基本實(shí)現(xiàn)無人操作，價(jià)格相對(duì)較低的瓶蓋沖塞機(jī)，是有很大市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)潛力的[5]。</p><p>　　1.3包裝機(jī)械國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)

23、狀</p><p>　　全球的包裝機(jī)械需求每年以5．3％的速度增長，2005年達(dá)到290億美元。美國擁有最大的包裝設(shè)備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還包括德國、意大利和中國。</p><p>　　德國在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)性能方面居于領(lǐng)先地位。產(chǎn)品以高速度、高可靠性、高包裝質(zhì)量、高度自動(dòng)化、高成套性等方面享譽(yù)全球。其設(shè)計(jì)尤其針對(duì)大型企業(yè)量身打造。主要特點(diǎn)體現(xiàn)在工藝流程和自動(dòng)化程度越

24、來越高、提高生產(chǎn)效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本、產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化、提升產(chǎn)品的柔性和靈活性、普遍使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等諸多方面。是世界上最大的包裝機(jī)械出口國[1] [2]。</p><p>　　美國是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長的國家，已形成獨(dú)立完整的包裝機(jī)械生產(chǎn)體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。十多年來，美國始終保持著世界最大包裝機(jī)械生產(chǎn)和消費(fèi)大國的地位，其產(chǎn)品以高、大、精、尖居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制

25、[1] [3]。包裝機(jī)械廠商越發(fā)注重快速、成本較低的包裝設(shè)備，開發(fā)的設(shè)備向小、靈活、多用途、高效率方向發(fā)展。是世界包裝機(jī)械產(chǎn)品出口大國之一。</p><p>　　日本的包裝機(jī)械以中小型單機(jī)為主，具有體積小，精密度高、易安裝、操作方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。日本的包裝機(jī)械企業(yè)以中小型企業(yè)為主，而且包裝的產(chǎn)品有51%是食品。市場(chǎng)對(duì)食品包裝機(jī)械設(shè)備需求減少，對(duì)藥品包裝機(jī)械設(shè)備需求增加；對(duì)大批量生產(chǎn)設(shè)備的需求減少，對(duì)小批量

26、多用途生產(chǎn)設(shè)備的需求增加[1] [19]。機(jī)械產(chǎn)品主要針對(duì)國內(nèi)市場(chǎng)，占包裝機(jī)械產(chǎn)品的90%。</p><p>　　意大利作為世界第4大包裝機(jī)械生產(chǎn)國、第2大包裝機(jī)械出口大國。其包裝機(jī)械產(chǎn)品具有如下特點(diǎn)：性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜。其包裝機(jī)械多用于食品包裝。目前意包裝行業(yè)正在致力于兩方面發(fā)展：首先是不斷努力發(fā)展簡(jiǎn)單易用、維修少、改裝配套容易的的機(jī)器；另外，還在不懈發(fā)展更多完善的包裝自動(dòng)化生產(chǎn)線[1] [20]。&

27、lt;/p><p>　　據(jù)有關(guān)方面預(yù)計(jì)，2005年我國包裝機(jī)械產(chǎn)量將增加到67萬臺(tái)(套)，到2010年將增至93萬臺(tái)(套)。到2005年國內(nèi)市場(chǎng)食品機(jī)械和包裝設(shè)備的總需求應(yīng)為650億元左右，即每年保持12％以上的增長率才能滿足市場(chǎng)需求。同時(shí)，這兩個(gè)行業(yè)將淘汰部分低產(chǎn)量高能耗的生產(chǎn)設(shè)備，爭(zhēng)取使新型高效設(shè)備所占比例達(dá)到60％。由于中國國產(chǎn)機(jī)械的技術(shù)和質(zhì)量還無法滿足要求，對(duì)國外此類設(shè)備的進(jìn)口需求將增加 [21]。主要體現(xiàn)在

28、以下幾個(gè)方面[22]：</p><p>　　一是缺乏宏觀調(diào)控。因?yàn)榘b企業(yè)是跨部門的，在統(tǒng)籌規(guī)劃、宏觀調(diào)控方面存在問題，在投資和開發(fā)新產(chǎn)品方面往往是一哄而上，一哄而散，造成低水平重復(fù)的無序競(jìng)爭(zhēng)。</p><p>　　二是缺乏資金投入，這是機(jī)械行業(yè)的共性，難以吸引大量資金的投入，造成難以進(jìn)行大量的技術(shù)改造和難以開發(fā)新的技術(shù)水平高的產(chǎn)品。而企業(yè)也因經(jīng)費(fèi)的不足，使用于研究和開發(fā)的投資占銷售額水平

29、不到1%，不能做到生產(chǎn)一代，開發(fā)一代，研究一代。由于沒有技術(shù)儲(chǔ)備，引進(jìn)技術(shù)、消化吸收工作不力，使企業(yè)新產(chǎn)品少，缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。</p><p>　　三是缺乏專業(yè)技術(shù)人員。因包裝機(jī)械產(chǎn)業(yè)的利潤不高，難以吸收引進(jìn)技術(shù)優(yōu)秀的人員，以至于造成技術(shù)人才隊(duì)伍的參差不齊，自主開發(fā)產(chǎn)品和創(chuàng)新能力的薄弱，甚至難以消化國外同類產(chǎn)品，造成產(chǎn)品更新后力不足。使之制約著機(jī)械包裝行業(yè)的發(fā)展。</p><p>　　以國內(nèi)同

30、類型的包裝機(jī)械舉例來說，圖l.1是舟山市普陀雙魚藥機(jī)包裝廠研制的BCS-120／120I型自動(dòng)沖塞機(jī)。用于制藥、食品、化工等行業(yè)的塑料瓶及玻璃容器，在封口過程中，將盤帶狀鋁箔片，先沖裁成圓片，自動(dòng)塞入瓶蓋。其生產(chǎn)能力只有40-60個(gè)／分鐘，其速度只是國外同樣設(shè)備的1／3到1／4。但其功能，可靠性，自動(dòng)化程度均屬國內(nèi)相當(dāng)領(lǐng)先的水平了[23]。</p><p>　　圖1.1 BCS-120／120I型自動(dòng)沖塞機(jī)

31、 圖1.2 PG2000I瓶蓋紙墊自動(dòng)沖塞機(jī)</p><p>　　圖1.2是上海恒誼制藥設(shè)備有限公司的PG2000I瓶蓋紙墊自動(dòng)沖塞機(jī)，本機(jī)適用于各種塑料瓶、玻璃瓶等容器的瓶蓋紙墊沖塞，本機(jī)事先將盤狀的鋁箔帶剪切成適合瓶蓋內(nèi)徑的圓片，然后自動(dòng)塞入瓶蓋內(nèi)，是封口機(jī)的配套設(shè)備。并具有多重自動(dòng)保護(hù)功能，產(chǎn)品完全符合GMP規(guī)范要求[24]。</p><p>　　1.4課題研究的主

32、要內(nèi)容</p><p>　　針對(duì)醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的機(jī)構(gòu)開展研究，提出一種新型的雙排式進(jìn)蓋機(jī)制，并且要據(jù)此進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，要讓沖裁圓鋁箔片和填塞入蓋能幾乎同步完成。研究內(nèi)容主要有：</p><p>　　1.了解醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的應(yīng)用與研究現(xiàn)狀，總結(jié)現(xiàn)有系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與不足。</p><p>　　2.研究并掌握醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作原理。</p><p

33、>　　3.設(shè)計(jì)出一種新的雙排式進(jìn)蓋機(jī)制，保證鋁箔片沖裁和瓶蓋能在很短時(shí)間間隔內(nèi)按順序完成。要求完成醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制各零件圖和整機(jī)裝配圖。對(duì)關(guān)鍵機(jī)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)和力學(xué)分析，據(jù)此選擇合適的控制電機(jī)，使機(jī)器工作穩(wěn)定可靠。</p><p>　　2 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　圖2.1 系

34、統(tǒng)整體工作流程圖</p><p>　　整體的工作流程如圖2.1所示，分為5大機(jī)構(gòu)：理蓋機(jī)構(gòu)、瓶蓋傳送機(jī)構(gòu)、墊片材料傳送機(jī)構(gòu)、沖裁機(jī)構(gòu)和塞紙機(jī)構(gòu)。</p><p>　　醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的工作原理：先由振動(dòng)料斗理蓋后由雙通道送蓋，再采用雙刀口進(jìn)行沖裁，同時(shí)由沖刀口內(nèi)的塞桿將墊紙塞入瓶蓋，其中有兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制卡輪的旋轉(zhuǎn)、兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)控制送紙。機(jī)械部分各個(gè)機(jī)構(gòu)的功能如下：</p>&

35、lt;p><b>　　理蓋機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　該理蓋機(jī)構(gòu)要將瓶蓋進(jìn)行整理，使瓶蓋口朝上以便進(jìn)行下面步驟。該理蓋機(jī)構(gòu)是利用振動(dòng)和自重等原理使瓶蓋口朝上。在傳送給沖裁機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)時(shí)那些還沒有朝上的瓶蓋將會(huì)被傳送回振動(dòng)料斗中以便再次進(jìn)行振動(dòng)處理，而朝上的瓶蓋會(huì)被送入瓶蓋傳送機(jī)構(gòu)[11]。</p><p><b>　　瓶蓋傳送機(jī)構(gòu)</b&g

36、t;</p><p>　　該機(jī)構(gòu)的目的是將整理后的瓶蓋傳送到?jīng)_裁機(jī)構(gòu)以進(jìn)行下一操作。該機(jī)構(gòu)保證了瓶蓋傳輸功能和準(zhǔn)確進(jìn)入沖裁位置，暫停并且接受沖裁機(jī)構(gòu)沖裁下來的紙片。</p><p><b>　　墊片材料傳送機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　該機(jī)構(gòu)將墊片材料送入沖裁機(jī)構(gòu)進(jìn)行沖裁。本設(shè)計(jì)采用兩個(gè)滾筒，一個(gè)在沖裁機(jī)構(gòu)的后面牽引，并完成沖裁后墊紙的回收

37、工作，而另一個(gè)是提供墊紙?？刂苾蓚€(gè)滾筒的步進(jìn)電機(jī)采取同步控制，利用滾筒和墊紙之間的摩擦力使墊紙平直并送出。</p><p><b>　　沖裁機(jī)構(gòu)和壓入機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　該機(jī)構(gòu)的目的是：當(dāng)瓶蓋到達(dá)加工位置后，將墊片材料裁剪并沖入瓶蓋。該機(jī)構(gòu)的加工效率決定了整個(gè)充塞機(jī)的加工速度。采用多個(gè)沖刀以及同時(shí)加工多個(gè)瓶蓋可以提高整體的效率，但盲目的增加個(gè)數(shù)會(huì)出現(xiàn)問題

38、，一旦位置稍有出入就會(huì)出現(xiàn)加工不合格的錯(cuò)誤[12][13]。</p><p>　　壓入機(jī)構(gòu)的目的是將裁減好的墊片壓入到瓶蓋里面，并且要保證瓶蓋翻轉(zhuǎn)時(shí)墊片不會(huì)脫落。壓入機(jī)構(gòu)選擇在中空的沖刀內(nèi)接塞桿，當(dāng)沖刀運(yùn)行到最低端時(shí)，由它后面的彈簧進(jìn)行緩沖，同時(shí)刀口中的塞桿頂出將墊紙塞入瓶蓋。</p><p><b>　　2.2方案評(píng)價(jià)</b></p><p>

39、;　　本醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)目前國內(nèi)市場(chǎng)上存在的包裝機(jī)械技術(shù)含量低，自動(dòng)化程度不夠等狀況。在研究中提出模塊化和柔性方案，醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的軌道、沖刀、以及卡輪都是可調(diào)或可拆卸更換的。以滿足設(shè)備對(duì)生產(chǎn)不同大小的瓶蓋的要求。設(shè)備的通用性越強(qiáng)，就越能滿足更多市場(chǎng)和客戶的要求，因此高度柔性化的醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)具有非常好的市場(chǎng)前景和研究開發(fā)的價(jià)值。</p><p>　　3 醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的具體設(shè)計(jì)</p>

40、<p><b>　　3.1理蓋機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　3.1.1 振動(dòng)上料器基本原理</p><p>　　圖3.1 振動(dòng)上料器</p><p>　　振動(dòng)送料的原理是借助料槽的微小振動(dòng)使工件依靠慣性力和摩擦力的綜合作用沿料槽斜坡向前向上移動(dòng)。該上料器屬于振動(dòng)式上料器，而目前國內(nèi)普遍使用的是以電磁驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力源。振動(dòng)上料器的外形

41、如圖3.1所示，機(jī)構(gòu)由具有螺旋料槽的料盤、支承彈簧、電磁振動(dòng)器、底座以及減振底腳等構(gòu)件組成。一個(gè)料盤由3個(gè)或4個(gè)板彈簧固定在基座上，當(dāng)電磁鐵線圈中通入交變電流后由于板彈簧的約束，料盤沿垂直軸往復(fù)振動(dòng)時(shí)，圍繞垂直軸發(fā)生往返扭振。當(dāng)料槽升起并向前扭轉(zhuǎn)是，零件和料槽間產(chǎn)生的摩擦力推動(dòng)零件與料道一同向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)料道下降、扭轉(zhuǎn)返回時(shí)，由于摩擦力減小，零件相對(duì)于料槽向前運(yùn)動(dòng)。當(dāng)零件上移通過定向機(jī)構(gòu)，然后由料盤上部的出口處進(jìn)入到輸料槽，送往加工位置。

42、通過改變輸入電磁鐵線圈的電壓可以調(diào)整料盤的振幅，從而改變料斗的送料率。</p><p>　　本課題中的振動(dòng)料斗選用沈陽市杰成機(jī)械有限公司生產(chǎn)的杰成/400[14]。該產(chǎn)品具有瓶蓋類零件自動(dòng)理料，大口在上出料，單雙道均可，出料均勻，無反料，卡料，速度120件／道／分。</p><p>　　3.1.2 瓶蓋定向</p><p>　　本課題中瓶蓋口要求朝上以供在紙片沖裁后

43、能被塞入瓶蓋內(nèi)。而定向機(jī)構(gòu)就是是為了保證瓶蓋進(jìn)入輸送軌道時(shí)，蓋口朝上。一開始瓶蓋處于自由狀態(tài)（即瓶蓋口朝向自由），在振動(dòng)上料器的振動(dòng)作用后，瓶蓋將沿著螺旋上升朝上升，而瓶蓋口也只將可能朝上或朝下這兩種狀態(tài)。</p><p>　　圖3.2 消極定向原理</p><p>　　定向方法一般情況下分為積極定向法和消極定向法。所謂的積極定向法和消極定向法的區(qū)別在于是將不符合規(guī)定的事物剔除回流還是采取

44、措施將它更改。而我們本次使用的消極定向法，將在振動(dòng)上料器中的瓶蓋利用圖3.2所示裝置來篩選。蓋口朝下的瓶蓋經(jīng)該裝置后將會(huì)掉落回流，以進(jìn)行下次篩選，直到瓶蓋口朝上通過該裝置。</p><p>　　3.2 瓶蓋傳送機(jī)構(gòu)</p><p>　　3.2.1 送蓋方案的比較和確定</p><p>　　國內(nèi)廠家生產(chǎn)的同類型設(shè)備存在加工速度普遍較低的問題，而本課題中采用了雙排進(jìn)蓋機(jī)

45、制以使加工速度得到提升。從振動(dòng)料斗口出來的瓶蓋將經(jīng)過一定坡度的軌道下滑到定位機(jī)構(gòu)卡輪前，經(jīng)卡輪成雙排定位，然后 雙頭沖刀對(duì)墊紙進(jìn)行沖裁，每次沖裁出兩個(gè)墊紙落到瓶蓋上，最后由壓入機(jī)構(gòu)同時(shí)把墊紙壓入瓶蓋。</p><p>　　這種雙排進(jìn)蓋機(jī)制與單排進(jìn)蓋機(jī)制在相同的條件下相比，加工速度整整提升了一倍。由此可知采取三排四排進(jìn)蓋機(jī)制將使加工速度成倍的提升，不過同時(shí)進(jìn)蓋越多，那么加工難度也增加，特別是瓶蓋定位。當(dāng)墊紙經(jīng)沖裁后

46、落入瓶蓋，到墊紙被壓入瓶蓋中的定位要求很高，一旦出現(xiàn)位置偏差，就可能出現(xiàn)瓶蓋加工不合格，甚至可能對(duì)機(jī)器造成損害。</p><p>　　圖3.3 雙排軌道設(shè)計(jì)圖</p><p>　　軌道設(shè)計(jì)如圖3.3所示?？ㄝ喍ㄎ粰C(jī)構(gòu)安裝在雙排進(jìn)蓋軌道上，而雙排進(jìn)蓋軌道安裝在振動(dòng)料斗后。當(dāng)瓶蓋出了振動(dòng)料斗后，將沿著軌道的傾斜面下滑，由于瓶蓋材料為塑料和軌道材料為不銹鋼，兩者之間的摩擦了極小可以忽略不計(jì)。瓶蓋

47、在慣性、重力以及摩擦力的綜合作用下到達(dá)了卡輪定位機(jī)構(gòu)的位置。而卡輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)將會(huì)撥動(dòng)瓶蓋使之進(jìn)入定位位置。</p><p>　　圖3.4 卡輪外形圖</p><p>　　圖3.5 卡輪送蓋原理圖</p><p>　　卡輪在軌道上可以根據(jù)瓶蓋大小可以垂直軌道方向左右移動(dòng)，選擇合適位置把瓶蓋卡住，這時(shí)瓶蓋定位于沖刀得正下方，從而達(dá)到瓶蓋精確定位的效果。本設(shè)備中使用的定位

48、裝置就是兩個(gè)卡輪，其形狀和原理如圖3.4和圖3.5所示。</p><p>　　卡輪通過兩旋轉(zhuǎn)方向不同的步進(jìn)電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。每當(dāng)卡輪將瓶蓋撥到?jīng)_刀的正下方時(shí)，單片機(jī)將控制步進(jìn)電機(jī)以達(dá)到使卡輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)的目的。</p><p>　　根據(jù)控制的要求，本設(shè)備采用了兩個(gè)品牌、型號(hào)完全相同的步進(jìn)電機(jī)。不過安裝運(yùn)行后，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向不同，一個(gè)順時(shí)針，另一個(gè)逆時(shí)針。它們每次旋轉(zhuǎn)的角度為90°。

49、而卡輪通過聯(lián)軸器與步進(jìn)電機(jī)連接在一起，卡輪將與步進(jìn)電機(jī)同步停止或轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一周時(shí)將有8個(gè)瓶蓋經(jīng)過卡輪。</p><p>　　當(dāng)完成墊紙沖裁和墊紙壓入這兩步后，卡輪將撥動(dòng)瓶蓋出該位置。所以卡輪不但能保證瓶蓋準(zhǔn)確得進(jìn)入沖裁位置，達(dá)到定位的作用，而且還能撥動(dòng)瓶蓋向前運(yùn)動(dòng)。</p><p>　　3.2.2送紙與送蓋相互配合方案的確定</p><p>　　方案一

50、 方案二 方案三 方案四</p><p>　　圖3.6 墊片沖裁位置排列方式</p><p>　　為了確定墊紙材料的利用率得到充分保障，在此我們提出了4種方案，如圖七所示。我們?cè)诖思僭O(shè)瓶蓋直徑大小為32mm，以便進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　方案一材料利用率：6×R²π/（4R×6R）

51、=78.5%</p><p>　　方案二材料利用率：6×R²π/[（4R+10）×6R]=67.89%</p><p><b>　　方案三材料利用率：</b></p><p>　　+32=59.71㎜</p><p>　　7×16²π/[59.71×（96+16

52、）]=84.14%</p><p><b>　　方式四料利用率：</b></p><p>　?。?2+10）×/2+32=68.37㎜</p><p>　　7×16²π/[68.37×（96+16）]=73.47%</p><p>　　采取方案一和方案二這兩種排列方式時(shí)，墊片材料和

53、蓋列方向完全一致。但由于方案一采用無間隙排列方式，使刀具難以實(shí)現(xiàn)，所以方案一種排列方式排除。當(dāng)采取方案三和方案四的排列方式時(shí)，墊片材料和蓋列夾角為120°。方案三和方案一一樣只是理想情況，難以實(shí)現(xiàn)，故方案三排除。比較剩余的方案二和四，當(dāng)采用方案四時(shí)，墊片材料利用率比二方案高出近5.6%。工廠里都是大批量生產(chǎn)的，這方案四為廠家節(jié)省了墊紙材料的5.6%，這筆原材料的節(jié)省是相當(dāng)可觀的，它大大降低了原材料的費(fèi)用，以帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)利潤

54、。因此本設(shè)備決定采用方案四。</p><p>　　根據(jù)方案四的排列方式軌道方向?qū)⑴c墊紙材料傳送方向成120°夾角。</p><p>　　3.2.3 送蓋機(jī)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算和控制步進(jìn)電機(jī)的選擇</p><p>　　該步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在這里需要提供足夠大的轉(zhuǎn)矩來克服二個(gè)力和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。這兩個(gè)力指的是瓶蓋在卡輪的撥動(dòng)下進(jìn)入卡輪時(shí)需要克服的瓶蓋與軌道之間的摩擦力，瓶蓋出卡

55、輪這個(gè)定位機(jī)構(gòu)時(shí)瓶蓋需要被提供足夠大的力來克服它與軌道間的摩擦力。而這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量指的是卡輪自身轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。其中由于瓶蓋質(zhì)量本身就很輕（幾克），而且所用的材料是塑料（聚四氟乙烯），那么他與金屬（不銹鋼）軌道間的摩擦力很小，所以瓶蓋進(jìn)出卡輪時(shí)的摩擦力可以忽略不計(jì)。瓶蓋出卡輪后它依靠卡輪的撥動(dòng)和后續(xù)瓶蓋的推動(dòng)來前進(jìn)，因此后面瓶蓋與軌道間的摩擦力也可以忽略不計(jì)?？ㄝ喌牟牧蠟樗芰希ň鬯姆蚁?，質(zhì)量也只有幾十克而已，因此自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

56、很小。</p><p>　　圖3.7 卡輪驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　由于卡輪每次旋轉(zhuǎn)角度為90°，所以在此我們選用步矩角為1.8°的二相或四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。在此我們選用常州正翔電機(jī)電器有限公司生產(chǎn)的混合式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)為2相17HS4630,如圖3.7所示。根據(jù)上面估算，由于卡輪的轉(zhuǎn)矩太小，所以不可能超出軸材料的承受范圍，因此不需要對(duì)傳動(dòng)軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。</

57、p><p>　　該步進(jìn)電機(jī)參數(shù)如下：步矩角 1.8°，電流0.6 A，電阻8 Ω，電感10mh，最小靜力矩12N·m ，最大定位力矩160N. m 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 340 kg·m2</p><p>　　3.3 墊片材料傳送機(jī)構(gòu)</p><p>　　3.3.1 傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.8 墊紙傳送

58、機(jī)構(gòu)</p><p>　　對(duì)于墊紙傳送方案有兩點(diǎn)：其一是，在沖裁機(jī)構(gòu)后設(shè)一個(gè)卷筒，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用拉的方式，使墊紙傳送供沖裁，而且還起著回收廢紙的作用。但考慮到墊紙?jiān)跊_裁時(shí)在墊紙上形成規(guī)則排列的圓形孔將在拉墊紙前進(jìn)的過程中可能會(huì)使紙條被拉斷。其二是，墊紙選用的材料單面鍍金屬膜，墊紙具有一定的厚度和硬度。選用雙卷筒機(jī)構(gòu)。雙卷筒機(jī)構(gòu)由步進(jìn)電機(jī)、主動(dòng)卷筒、從動(dòng)卷筒以及框架組成。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)主動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)卷筒和從動(dòng)卷

59、筒之間具有一定的距離，墊紙通過兩者間的縫隙從主動(dòng)卷筒傳出。只要卷筒間縫隙距離適當(dāng)，就能產(chǎn)生足夠的摩擦力帶動(dòng)從動(dòng)卷筒。只要電機(jī)功率足夠和電機(jī)同步就能有效得使墊紙被卷直傳送出去。我們?cè)诖诉x用兩者結(jié)合，兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)為同一型號(hào)并同步驅(qū)動(dòng)。墊紙傳送機(jī)構(gòu)示意圖如圖3.8所示。</p><p>　　3.3.2 主動(dòng)軸承強(qiáng)度校核</p><p>　　滾筒的軸必須具有一定的強(qiáng)度來滿足它所承受的載荷以及防止發(fā)

60、生扭轉(zhuǎn)變形，從而保證它的機(jī)械性能。</p><p>　　1.主動(dòng)軸的強(qiáng)度校核計(jì)算[15]：</p><p>　　按軸所受的扭轉(zhuǎn)來計(jì)算軸的強(qiáng)度。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中： ----扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；</p><p>　　T -

61、---軸所受的扭矩，N·mm；</p><p>　　WT ----軸的抗扭截面系數(shù)，mm3；</p><p>　　n ----軸的轉(zhuǎn)速，r/min；</p><p>　　P ----軸傳遞的功率，kW；</p><p>　　d ----計(jì)算截面處軸的直徑，mm；</p><p>　　[]----許

62、用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，Mpa。</p><p>　　由上面公式（3-1）可得軸的直徑為</p><p>　　d==A0 （3-2）</p><p><b>　　式中，A0=，</b></p><p>　　軸的材料為45號(hào)鋼，查表得到=25—45Mpa，A0=126—103。當(dāng)軸只作單向旋轉(zhuǎn)時(shí)A0取較小值，

63、即A0=103</p><p>　　當(dāng)軸截面上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度削弱。由于軸的直徑d100㎜,且只有一個(gè)鍵槽，那么軸徑應(yīng)增大5%-7%。由于滾筒是每轉(zhuǎn)135°停一次，所需時(shí)間大約為1秒。所以卷筒的轉(zhuǎn)速n=3/4π r/s=45π r/min</p><p>　　而帶動(dòng)滾筒滾動(dòng)需要大約30w的功率，由此可算得d6.1mm，而我們選用的滾筒直徑為12mm，完全

64、滿足軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度。</p><p>　　3.3.3 從動(dòng)軸強(qiáng)度校核</p><p>　　圖3.9 從動(dòng)軸彎曲強(qiáng)度校核</p><p>　　已知軸的彎矩和扭矩后，可針對(duì)某些危險(xiǎn)的截面做彎矩合成強(qiáng)度校核計(jì)算。按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>

65、　　通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而本設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取≈0.6</p><p>　　圖3.10

66、 從動(dòng)卷筒軸截面圖</p><p>　　從動(dòng)卷筒軸如上圖3.10所示，根據(jù)軸的直徑12mm，選擇合適的鍵寬×鍵高為4mm×4mm。</p><p>　　抗彎、抗扭截面系數(shù)計(jì)算： </p><p>　　W==126.9mm3</p><p>　　WT ==296.46mm3</p><p><

67、b>　　由此可得彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　= （3-5）</p><p><b>　　扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力</b></p><p>　　= （3-6）</p><p>　　將（3-5）和（3-6）代入（3

68、-4），則軸的彎扭合成強(qiáng)度條件為：</p><p>　　=15.56MP </p><p>　　因此從動(dòng)軸的彎曲強(qiáng)度可滿足要求。</p><p>　　3.3.4 電機(jī)的選擇</p><p>　　圖3.11 主動(dòng)滾筒驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)</p><p>　　根據(jù)主動(dòng)滾筒的直徑大小、沖裁對(duì)墊紙傳送速度的要求、一次沖塞時(shí)其中滾

69、筒停止工作的時(shí)間來估算滾筒的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速?？筛鶕?jù)紙片的厚度和硬度，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整兩個(gè)滾筒間的距離，通過計(jì)算可獲得電機(jī)帶動(dòng)滾筒的轉(zhuǎn)矩。滾筒間的摩擦力為30N，而主動(dòng)軸的直徑為12mm，則可得到步進(jìn)電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩大于306=180N.mm 。由上參數(shù)可選常州正翔公司生產(chǎn)的混合式步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為2相17HS4630。圖3.11為步進(jìn)電機(jī)-2相17HS4630。</p><p>　　該步進(jìn)電機(jī)參數(shù)：步矩角 1.8

70、6;，電流0.4 A，電阻 30 Ω，電感28 mh，最小靜力矩28N.m，最大定位力矩220N. m，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 540kg.m2。</p><p><b>　　3.4沖裁機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　3.4.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和偏心輪機(jī)構(gòu)</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖 3.12所示（a）中所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)，鉸鏈C將沿圓弧導(dǎo)軌往

71、復(fù)運(yùn)動(dòng)。如圖3.12（b）所示，將搖桿3做成滑塊形式，使其沿圓弧導(dǎo)軌往復(fù)滑動(dòng)，顯然其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不發(fā)生改變，但此時(shí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)已演化為具有曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)[16] [17] [18]。</p><p>　　圖3.12 四連桿機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　當(dāng)圖3.12（a）中搖桿3的長度增至無窮大，則圖3.12 (b)中的曲線導(dǎo)軌將變成直線導(dǎo)軌，于是機(jī)構(gòu)就演化成為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖3.1

72、3。圖3.13(a)為具有偏距e的偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；圖3.13（b）則無偏距的對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在沖床、內(nèi)燃機(jī)、空壓機(jī)等中得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　圖3.13 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖3.14 偏心輪機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　圖3.14（a）所示的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中，當(dāng)曲柄AB的尺寸較小時(shí)，由于結(jié)構(gòu)的需要，常將曲柄改為如

73、圖3.14（b）所示的偏心盤，其回轉(zhuǎn)中心至幾何中心的偏心距等于曲柄的長度，這種機(jī)構(gòu)稱為偏心輪機(jī)構(gòu)，其運(yùn)動(dòng)特性與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)完全相同。偏心輪機(jī)構(gòu)可以認(rèn)為是將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中的轉(zhuǎn)動(dòng)副B的半徑擴(kuò)大，使之超過曲柄長度演化而成。</p><p>　　3.4.2沖裁機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)備是對(duì)墊紙進(jìn)行沖裁，而墊紙的材料為單面鍍金屬膜的紙條，雖說具有一定的厚度和硬度。因此本設(shè)備該機(jī)構(gòu)選用了交流

74、伺服電機(jī)來進(jìn)行驅(qū)動(dòng)主動(dòng)滾筒軸。直徑利用偏心輪和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)對(duì)墊紙進(jìn)行沖裁。</p><p>　　圖3.15 沖裁機(jī)構(gòu)示意圖</p><p>　　沖裁機(jī)構(gòu)由一個(gè)交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過皮帶輪帶動(dòng)一根沖裁機(jī)構(gòu)的主動(dòng)軸，主動(dòng)軸通過軸承與一個(gè)傳動(dòng)板相連接。主動(dòng)軸與傳動(dòng)板的定位孔不同心，形成一個(gè)偏心輪。傳動(dòng)板通過軸承與另外一根軸承相連，主動(dòng)軸、傳動(dòng)板和從動(dòng)軸的配合形成了偏心輪機(jī)構(gòu)。從動(dòng)軸與沖頭的支架連接，

75、而沖頭支架通過螺栓與一個(gè)沖頭連在一起，就這樣形成了一個(gè)沖裁機(jī)構(gòu)。沖裁機(jī)構(gòu)的左視圖及主視圖如圖3.15所示。</p><p>　　3.4.3 沖裁機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析</p><p>　　由于偏心輪機(jī)構(gòu)其運(yùn)動(dòng)特性與曲柄滑塊機(jī)構(gòu)完全相同，因此沖裁機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)速度圖如3.16所示。O為偏心輪的主動(dòng)軸軸心，A為偏心輪的幾何中心，B為從動(dòng)軸軸心。偏心輪的偏心距為r，AB的距離為l，OA繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的角速度為ω。

76、根據(jù)圖3.16（a）知,</p><p>　　以B點(diǎn)為動(dòng)點(diǎn)，AB桿為動(dòng)系，則B點(diǎn)速度的矢量方程為</p><p>　　如圖3.16(b)所示,</p><p><b>　　(b)</b></p><p><b>　　(c)</b></p><p><b>　　(a)

77、</b></p><p>　　圖3.16 沖裁機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析</p><p><b>　　因r，得</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　則B點(diǎn)加速度的矢量方程為</p><p><b>　　，</b></

78、p><p><b>　　,</b></p><p>　　方向如圖中所示。因，得</p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p>　　如圖3.16（c）所示，得</p><p><b

79、>　　，</b></p><p><b>　　，</b></p><p><b>　　將已知代入得</b></p><p><b>　　。</b></p><p>　　根據(jù)加工要求大約每秒進(jìn)行沖裁一次，所以O(shè)A繞O點(diǎn)旋轉(zhuǎn)一周即 rad/s，又因偏心距r = 4

80、 mm，而OA長度l = 100 mm。因此可以算出任何旋轉(zhuǎn)角度時(shí)沖刀的速度和加速度。</p><p>　　3.4.4 沖裁機(jī)構(gòu)電機(jī)的計(jì)算與選擇</p><p>　　沖裁機(jī)構(gòu)由交流電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪傳動(dòng)。電機(jī)所提供的絕大部分都轉(zhuǎn)化為偏心輪以及沖刀的動(dòng)能。而沖裁時(shí)各部件產(chǎn)生的熱能相對(duì)動(dòng)能而言可以忽略不計(jì)。因此電機(jī)的功率可以通過沖裁機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來計(jì)算。</p><p>　　

81、對(duì)圖3.16(a)進(jìn)行分析得，當(dāng)滑塊處于最高或最低位置時(shí)，其加速度為最大，而速度為零。反而在中間位置時(shí)，其速度最大為 ，而加速度為零。當(dāng)滑塊處于中間位置時(shí)OB=AB=l，OA=r</p><p>　　cos=sin,又因r=4mm，l=100mm，可得 </p><p>　　則=0.251m/s</p><p>　　沖頭支架質(zhì)量為15kg，因此可算得沖頭支架消耗的

82、功率為：</p><p>　　=F.V=1500.251=37.65w</p><p>　　傳動(dòng)板由于形態(tài)的不規(guī)則，而無法準(zhǔn)確計(jì)算其消耗的功率，只能根據(jù)傳動(dòng)板和沖頭支架的質(zhì)量比來估算。估測(cè)傳動(dòng)板消耗的功率大約為11.3w，則沖裁機(jī)構(gòu)總的消耗了的功率大約50w。</p><p>　　因此電機(jī)的功率為P==（P+），取1.5，得選取功率至小為75w的電機(jī)。</p&

83、gt;<p>　　圖3.17 YY631-4型電機(jī)的外形</p><p>　　對(duì)沖壓力進(jìn)行估算，沖壓最大為100N，而偏心距為4mm，從而可知所需的轉(zhuǎn)矩至少為400N.mm。根據(jù)上述參數(shù)可選寧波市以賽亞電機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的YY631-4型電機(jī)，如圖3.17所示。</p><p>　　該交流電機(jī)相關(guān)參數(shù)：功率為0.12kw，轉(zhuǎn)速為 1400r/min，電流為1.1A，電壓為2

84、20V。</p><p>　　同時(shí)選購無級(jí)調(diào)速變頻器以實(shí)現(xiàn)設(shè)備需求的轉(zhuǎn)速60-75r/min。</p><p>　　3.4.5 主動(dòng)軸扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核</p><p><b>　　主動(dòng)軸</b></p><p>　　而45號(hào)鋼的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力=25～45MPa，顯然，所以主動(dòng)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度符合實(shí)際要求，不會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)破壞。&l

85、t;/p><p><b>　　3.5壓入機(jī)構(gòu)</b></p><p>　　一般情況下，墊紙應(yīng)該卡在瓶蓋內(nèi)壁的螺紋間。當(dāng)墊紙沖裁好并落到瓶蓋上面以后，我們需要將墊紙塞到瓶蓋底部才能使墊紙?zhí)幱诜€(wěn)定狀態(tài)，翻轉(zhuǎn)時(shí)不易掉出。</p><p>　　對(duì)于塞入機(jī)構(gòu)的方案，一開始選擇將沖刀設(shè)計(jì)成中空，內(nèi)接通氣管道，當(dāng)沖裁機(jī)構(gòu)中的沖頭到達(dá)沖裁位置對(duì)墊紙進(jìn)行沖裁時(shí)，安裝

86、在沖桿上的凸點(diǎn)也從上往下運(yùn)動(dòng)到最低位置并壓下行程開關(guān)，行程開關(guān)控制電磁閥，從而控制氣泵開關(guān)，從而產(chǎn)生高壓氣流吹向墊紙，將墊紙吹到瓶蓋底部。但考慮到氣流壓強(qiáng)控制要求很高，而且又不夠穩(wěn)定，很難達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，所以放棄這一方案。</p><p>　　我們?cè)俅芜x擇將沖刀設(shè)計(jì)成中空，這次內(nèi)接塞桿。當(dāng)沖刀下沖當(dāng)將紙沖裁后，沖刀部分依靠彈簧壓縮進(jìn)行緩沖停止向下運(yùn)動(dòng)，而沖刀內(nèi)的塞桿繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，將墊紙塞入瓶蓋底部。</p&g

87、t;<p>　　墊紙被壓到瓶蓋底部的時(shí)間很短，幾乎可以忽略不計(jì)。當(dāng)墊紙被塞到底部后卡輪再次轉(zhuǎn)動(dòng)將瓶蓋撥出去，并靠后面的瓶蓋推動(dòng)繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　本醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)目前國內(nèi)市場(chǎng)上存在的包裝機(jī)械技術(shù)含量低，自動(dòng)化程度不夠等狀況。而本醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)是在查閱大量國內(nèi)外資料結(jié)合國外包裝機(jī)械的

88、基礎(chǔ)上研發(fā)的，具有安全穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高以及生產(chǎn)速度快的優(yōu)點(diǎn)。而這幾點(diǎn)恰恰是國內(nèi)包裝機(jī)械的發(fā)展趨勢(shì)，因此本醫(yī)用包裝機(jī)械具有廣闊的市場(chǎng)前景。</p><p>　　本人初次設(shè)計(jì)醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)，再加上時(shí)間匆忙，對(duì)醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)設(shè)備要求了解總的來說不是很透徹，在開發(fā)和設(shè)計(jì)中還有不完善和不足之處。個(gè)人以為本課題應(yīng)結(jié)合任務(wù)和要求，在以下幾個(gè)方面展開設(shè)計(jì)工作：</p><p>　　(一).通過查閱國內(nèi)外

89、資料，了解包裝機(jī)械的背景和現(xiàn)狀以及明確設(shè)備研究的目的和意義。在這些的基礎(chǔ)上明確該課題的研究內(nèi)容及研究的方向。</p><p>　　(二).結(jié)合國內(nèi)外同類產(chǎn)品，對(duì)醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)提出雙排進(jìn)蓋機(jī)制，以及對(duì)沖塞機(jī)的五大主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)，了解其工作原理和組成，并配以合適的控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)同步、協(xié)調(diào)等重點(diǎn)難點(diǎn)。</p><p>　　(三).在研究中提出模塊化和柔性方案，醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的軌道、沖刀、以

90、及卡輪都是可調(diào)或可拆卸更換的。以滿足設(shè)備對(duì)生產(chǎn)不同大小的瓶蓋的要求。設(shè)備的通用性越強(qiáng)，就能滿足更多市場(chǎng)和客戶的要求，因此醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)非常具有市場(chǎng)前景和研究開發(fā)的價(jià)值。</p><p>　　雙排進(jìn)蓋沖塞機(jī)作為包裝機(jī)械的一種，雖與國內(nèi)同類產(chǎn)品具有較快的加工速度和較高的自動(dòng)化程度，但與理想中的還是有一段差距。我相信隨著人們的生活水平的提高，對(duì)醫(yī)藥用品的數(shù)量和質(zhì)量要求也不斷的在提高，這將推動(dòng)醫(yī)用包裝機(jī)械的向前發(fā)展。&l

91、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　?。?］屈平．世界包裝機(jī)械生產(chǎn)的市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)［J］．湖南包裝．2005（2）7-10</p><p>　　［2］龔曄．國外包裝機(jī)械市場(chǎng)產(chǎn)需兩旺［J］．中國包裝工業(yè)．2006年4月：16—18．</p><p>　?。?］吳國榮．國外包裝機(jī)械業(yè)概況［J］．

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96、械設(shè)計(jì).高等教育出版社.2006年5月第八版</p><p>　　［16］西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編，孫恒，陳作模主編．機(jī)械原理．高等教育出版社．1996年5月第五版</p><p>　?。?7］鄒曄．對(duì)心從動(dòng)偏心輪凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的討論．西北輕工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)．1998年第12期，V01．16：91-95</p><p>　?。?8］林強(qiáng)，金立文．偏心輪機(jī)構(gòu)在

97、十字滑塊壓縮機(jī)中的應(yīng)用．機(jī)械科學(xué)與技術(shù)．2003年第3期，V01．22：233-235</p><p>　?。?9］賀宇紅．日本包裝機(jī)械行業(yè)現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢(shì)［J］．中國包裝．2005（5）：62</p><p>　　[20]． 許晟．意大利包裝機(jī)械工業(yè)概況及發(fā)展趨勢(shì)［J］．中國包裝工業(yè)，1995，02：53-54</p><p>　?。?1］向群. 我國包裝機(jī)械的

98、發(fā)展現(xiàn)狀［J］. 世界制造技術(shù)與裝備市場(chǎng).2004（6）</p><p>　?。?2］吳國榮．我國包裝機(jī)械業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展方向［J］．牙膏工業(yè)．2004（1）：49-51</p><p>　　[23]http://china.toocle.com/company/show/pdetail--1306647--11103750.html</p><p>　　[24]ht

99、tp://www.shanghaihengyi.cn/athena/offerdetail/sale/shanghaihengyi-1032570-97660843. html</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　附錄圖1 沖塞機(jī)裝配圖</p><p><b>　　附錄圖2 偏心軸</b><

100、/p><p><b>　　附錄圖3 下模</b></p><p><b>　　附錄圖4 傳動(dòng)板</b></p><p><b>　　附錄圖5 小軸</b></p><p><b>　　附錄圖6 瓶蓋軌道</b></p><p><

101、b>　　附錄圖7 支撐板</b></p><p>　　附錄圖8 偏心軸支承套</p><p><b>　　附錄圖9 卡輪</b></p><p><b>　　文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)的設(shè)計(jì)與研究</p><p><b>

102、　　1前言</b></p><p>　　包裝機(jī)械是包裝工業(yè)的一大門類產(chǎn)品，是集機(jī)、電、光、氣、生、磁為一體的機(jī)械電子設(shè)備，它給行業(yè)提供必要的技術(shù)設(shè)備，以完成所要求的產(chǎn)品包裝工藝過程。包裝機(jī)械是指能完成全部或部分產(chǎn)品和商品包裝過程的機(jī)械[1]。</p><p>　　包裝過程包括充填、裹包、封口等主要工序，以及與其相關(guān)的前后工序，如清洗、堆碼和拆卸等。此外，包裝還包括計(jì)量或在包裝件

103、上蓋印等工序。使用機(jī)械包裝產(chǎn)品可提高生產(chǎn)率,減輕勞動(dòng)強(qiáng)度,適應(yīng)大規(guī)模生產(chǎn)的需要，并滿足清潔衛(wèi)生的要求。包裝機(jī)械有多種分類方法。按功能可分為單功能包裝機(jī)和多功能包裝機(jī)；按使用目的可分為內(nèi)包裝機(jī)和外包裝機(jī)；按包裝品種又可分為專用包裝機(jī)和通用包裝機(jī)；按自動(dòng)化水平分為半自動(dòng)機(jī)和全自動(dòng)機(jī)等。</p><p>　　包裝機(jī)械的產(chǎn)品有：充填機(jī)、灌裝機(jī)、封口機(jī)、裹包機(jī)、貼標(biāo)簽機(jī)、清洗機(jī)、干燥機(jī)、殺菌機(jī)、捆扎機(jī)、多功能包裝機(jī)、輔助包

104、裝設(shè)備等，如本課題要設(shè)計(jì)的capsule filling machine[2]和醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)都屬于填充機(jī)一類，Sealing and shrink packing machine[3]是屬于封口機(jī)。包裝是產(chǎn)品進(jìn)入流通領(lǐng)域的重要條件，而實(shí)現(xiàn)包裝的主要途徑是使用包裝機(jī)械。隨著時(shí)代的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，包裝機(jī)械在包裝領(lǐng)域中起著決定性的作用。</p><p>　　包裝機(jī)械發(fā)展的意義主要表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：</p>

105、;<p>　　(1)可以大大的提高包裝速度，如糖果包裝，手工包糖1min只能包十幾塊，而糖果包裝機(jī)每分鐘可達(dá)數(shù)百塊甚至上千塊，提高效率數(shù)十倍。</p><p>　　(2)能根據(jù)包裝物品的要求來保證包裝的產(chǎn)品的質(zhì)量，如按照需要的形態(tài)大小，生產(chǎn)出規(guī)格一致的包裝產(chǎn)品，而手工包裝就無法滿足這一要求。這對(duì)出口商品尤為重要，只有機(jī)械包裝，才能達(dá)到包裝規(guī)格化、標(biāo)準(zhǔn)化，符合集合包裝的要求。</p>&

106、lt;p>　　(3)能實(shí)現(xiàn)一些手工包裝不能的操作，如真空包裝、充氣包裝、貼體包裝、等壓灌裝等，都是手工包裝無法實(shí)現(xiàn)的，只能用機(jī)械包裝實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(4)可大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)環(huán)境，如用手工包裝體積大、重量重的產(chǎn)品，既耗體力，又不安全；而對(duì)輕小產(chǎn)品，由于頻率較高，動(dòng)作單調(diào)，易使工人得職業(yè)病。</p><p>　　(5)有利于工人的勞動(dòng)保護(hù)對(duì)于某些嚴(yán)重影響身體健康的產(chǎn)

107、品，如粉塵嚴(yán)重、有毒的產(chǎn)品,有刺激性、放射性的產(chǎn)品，用手工包裝難免危害健康，而機(jī)械包裝則可避免，且能有效地保護(hù)環(huán)境不被污染。</p><p>　　(6)可降低包裝成本，節(jié)省貯運(yùn)費(fèi)用對(duì)松散產(chǎn)品，如棉花、煙葉、絲、麻等，采用壓縮包裝機(jī)壓縮打包，可大大縮小體積，從而降低包裝成本。同時(shí)由于體積大為縮小，節(jié)省倉容，減少保管費(fèi)用，有利于運(yùn)輸。</p><p>　　(7)能可靠地保證產(chǎn)品衛(wèi)生某些產(chǎn)品，如

108、食品、藥品的包裝，根據(jù)衛(wèi)生法是不允許用手工包裝的，因?yàn)闀?huì)污染產(chǎn)品，而機(jī)械包裝避免了人手直接接觸食品、藥品，保證了衛(wèi)生質(zhì)量。</p><p>　　(8)可促進(jìn)相關(guān)工業(yè)和配套設(shè)備的發(fā)展，它涉及到材料、工藝、設(shè)備、電子、電器、自動(dòng)控制等多種學(xué)科，要求各相關(guān)學(xué)科同步、協(xié)調(diào)地發(fā)展，任何學(xué)科的問題都將影響包裝機(jī)械的整體性能。因此，包裝機(jī)械的發(fā)展將有力地促進(jìn)相關(guān)學(xué)科的進(jìn)步。</p><p>　　另外，為

109、適應(yīng)包裝機(jī)械高速包裝的需要，其相關(guān)的前后工序也勢(shì)必與之適應(yīng)，也就推動(dòng)了相關(guān)工序的同步發(fā)展。</p><p>　　經(jīng)過20多年的發(fā)展，我國包裝機(jī)械行業(yè)和包裝生產(chǎn)已進(jìn)入調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、提高開發(fā)能力的新時(shí)期。技術(shù)升級(jí)，產(chǎn)品換代、經(jīng)營管理能力的提高是包裝機(jī)械行業(yè)發(fā)展的重要課題。當(dāng)前，與國外相比，我國機(jī)械制造水平的差距主要體現(xiàn)在技術(shù)上。</p><p>　　2010年中國自動(dòng)沖塞機(jī)市場(chǎng)發(fā)展迅速，產(chǎn)品產(chǎn)

110、出持續(xù)擴(kuò)張，國家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)自動(dòng)沖塞機(jī)產(chǎn)業(yè)向高技術(shù)產(chǎn)品方向發(fā)展，國內(nèi)企業(yè)新增投資項(xiàng)目投資逐漸增多。投資者對(duì)自動(dòng)沖塞機(jī)行業(yè)的關(guān)注越來越密切，這使得自動(dòng)沖塞機(jī)行業(yè)的發(fā)展需求增大[15]。</p><p>　　醫(yī)藥包裝設(shè)備作為包裝機(jī)械的一大門類產(chǎn)品，目前國內(nèi)年產(chǎn)值約150億元。根據(jù)發(fā)展勢(shì)頭，短期內(nèi)就能突破200億，并滿足國內(nèi)制藥80％的需求。但是我國醫(yī)藥包裝產(chǎn)值僅占藥品價(jià)值的10％，遠(yuǎn)低發(fā)達(dá)國家的30％，因此具有非常廣

111、闊的發(fā)展空間[4]。國產(chǎn)醫(yī)藥包裝機(jī)械存在機(jī)械性能落后、控制水平低、功能單一可擴(kuò)展性差等[5]諸多不足，性價(jià)比遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及國外先進(jìn)產(chǎn)品。而使用質(zhì)量較低的國產(chǎn)設(shè)備，尤其是使用一些質(zhì)量未達(dá)標(biāo)的私營企業(yè)的機(jī)械設(shè)備，其加工質(zhì)量和衛(wèi)生狀況等難以令人滿意。</p><p>　　因此，研究高生產(chǎn)率和高自動(dòng)化醫(yī)用瓶蓋沖塞機(jī)，是非常具有現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的。</p><p>　　2 國外包裝機(jī)械發(fā)展概況</

112、p><p>　　全球的包裝機(jī)械需求每年以5．3％的速度增長，2005年達(dá)到290億美元。美國擁有最大的包裝設(shè)備生產(chǎn)商，其次是日本，其他主要生產(chǎn)商還包括德國、意大利和中國。</p><p>　　德國在包裝機(jī)械設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)性能方面居于領(lǐng)先地位。產(chǎn)品以高速度、高可靠性、高包裝質(zhì)量、高度自動(dòng)化、高成套性等方面享譽(yù)全球。其設(shè)計(jì)尤其針對(duì)大型企業(yè)量身打造。主要特點(diǎn)體現(xiàn)在工藝流程和自動(dòng)化程度越來越高、提高

113、生產(chǎn)效率的同時(shí)降低生產(chǎn)成本、產(chǎn)品機(jī)械和包裝機(jī)械一體化、提升產(chǎn)品的柔性和靈活性、普遍使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)等諸多方面。是世界上最大的包裝機(jī)械出口國。[6] [7]</p><p>　　美國是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長的國家，已形成獨(dú)立完整的包裝機(jī)械生產(chǎn)體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。十多年來，美國始終保持著世界最大包裝機(jī)械生產(chǎn)和消費(fèi)大國的地位，其產(chǎn)品以高、大、精、尖居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制[7] [8

114、]。包裝機(jī)械廠商越發(fā)注重快速、成本較低的包裝設(shè)備，開發(fā)的設(shè)備向小、靈活、多用途、高效率方向發(fā)展。是世界包裝機(jī)械產(chǎn)品出口大國之一。</p><p>　　日本的包裝機(jī)械以中小型單機(jī)為主，具有體積小，精密度高、易安裝、操作方便、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。日本的包裝機(jī)械企業(yè)以中小型企業(yè)為主，而且包裝的產(chǎn)品有51%是食品。市場(chǎng)對(duì)食品包裝機(jī)械設(shè)備需求減少，對(duì)藥品包裝機(jī)械設(shè)備需求增加；對(duì)大批量生產(chǎn)設(shè)備的需求減少，對(duì)小批量多用途生產(chǎn)設(shè)