0405104孙鑫鑫啤酒压盖机设计Word文件下载.docx
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2.啤酒企业向规模化、集团化发展。
我国灌装机械的发展趋势是不断提高单机的自动化程度，改善整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力，可以大大改善啤酒灌装生产设备产品的质量，提高其国内、国际的竞争能力。
总而言之，自改革开放以来，我国灌装与压盖设备行业得到了高速发展，行业水平不断提高，产品性能大幅度增长，但与国外发达国家相比仍存在较大差异，总体技术水平较落后。
国外的灌装与压盖设备正向着高速发展。
美国早在1890年就制造出了玻璃瓶灌装机。
在1912年又发明了皇冠盖压盖机，接着制造出了集灌装和压盖于一体的灌装压盖机组。
德国也在20世纪初制造出了手动灌装机和压盖机[3][4]。
世界灌装压盖机正向着高精度、高速度、多应用的方向发展，现在部分灌装生产线已经可以工作在玻璃瓶与聚酯瓶、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等的不同环境和不同要求下，并能保证良好的灌装质量和较高的灌装速度。
发展趋势
目前，国内外啤酒灌装压盖机的发展趋势是[5]：
（1）高新技术化；
（2）产品标准化；
（3）零部件生产专业化；
（4）设计“绿化”；
（5）市场日趋垄断化。
总之，近20年来，我国啤酒灌装行业获得了突飞猛进的发展，生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、新技术实用化和科研成果商业化，以成为世界各国啤酒灌装行业的发展趋势，这也是我国啤酒灌装行业的发展方向。
1.2.3存在的问题及改进措施
虽然目前我国国内制造的啤酒压盖机性能已经达到较高水平，但经查阅大量资料后发现，其凸轮设计大都还是沿用普通凸轮安装在灌装头上部来控制压盖机头运动，其速度波动大、加速度突变大、压力角小等都不满足压盖机头的运动规律。
本次设计准备采用圆柱凸轮，可以大大改善了上述问题。
另外，当前国内很多啤酒压盖机没有较合理的退瓶结构，导致破瓶率较高。
本次设计在压盖机头内部设计了退瓶弹簧，结构简单，方便可行。
1.3选题意义
通过分析啤酒压盖机目前存在的一些问题，本着以人为本、安全可靠、简便易实现的原则，综合了现有技术水平,运用合理的改进方法,进行本次啤酒压盖机设计。
力求所设计的啤酒压盖机在满足使用要求的前提下，在更多方面得到改善，使其能够在啤酒生产线上发挥重要作用，并达到降低成本、提高效率、为企业带来的良好的经济效益的目的。
2压盖机头设计
机头总体设计
压盖机头是啤酒压盖机的主要执行机构，其结构总体设计如图所示。
压盖机头的主要组成部分有机头壳体、芯轴、压盖模、导向环、冲头、轴套、弹簧及紧固件。
压盖机头的工作原理是机头壳体2由安装在主轴上的凸轮、滚轮轴承及支撑轴（未表示出）的控制下做上下往复运动，因大螺套4与机头壳体2是螺纹连接，故大螺套4随机头壳体2一起上下往复运动。
在机头壳体2刚向下运动时，啤酒瓶经过输送系统刚好送达导向环7下面，瓶盖经过下盖槽也刚好送达导向环7与压盖模6之间的瓶盖槽内。
大螺套4与中间螺套3间隙配合，当大螺套4与机头壳体2向下运动时，大弹簧13被压缩，中间螺套3在重力及大弹簧13的作用下向下运动；
当大螺套4与机头壳体2向上运动时，大螺套4上端紧靠中间螺套3的轴肩，使中间螺套3也随之向上运动。
中间螺套3与芯轴12、小螺套9均由螺纹连接，与压盖模6和导向环7通过轴肩、槽沟等定位连接，故芯轴12、小螺套9、压盖模6和导向环7都随中间螺套3运动而运动。
小螺套9与冲头10间隙配合，当中间螺套3带动芯轴12和小螺套9向下运动时，芯轴12在大弹簧13的作用下顶住冲头10，并使冲头10向下冲压。
导向环7向下运动时，校正瓶口使啤酒瓶定位，并使瓶盖准确接触啤酒瓶口。
瓶盖在冲头冲压与压盖模作用下被压实在瓶盖上。
随后中间螺套3随大螺套4和机头壳体2向上运动，小弹簧11被压缩。
冲头10并没有及时随中间螺套3向上运动而运动，而是在小弹簧11的作用下，有一段缓冲时间。
在这段缓冲时间，压盖模6和导向环7都随中间螺套3而瞬时向上运动，冲头10相对于压盖模6和导向环7向下运动，迫使压盖完毕的啤酒瓶掉落，避免啤酒瓶卡在压盖模6和导向环7内。
最后小弹簧11被拉深，冲头10在小弹簧11作用下随中间螺套3向上运动到最高点，啤酒瓶随输送系统输出，完成一个压盖过程。
大螺套4与机头壳体2、中间螺套3与芯轴12、中间螺套3与小螺套9之间都采用螺纹连接，可以控制预压缩量并调节压盖机头的行程，以适应不同瓶高度的压盖要求，保证瓶盖紧紧压实在啤酒瓶上。
大小弹簧13、11不仅提供动力，而且有缓冲的作用，防止冲头10冲压力过大造成啤酒瓶压碎。
图压盖机头总体设计图
1-紧钉螺钉2-机头壳体3-中间螺套4-大螺套5-紧钉螺钉6-压盖模7-导向环
8-沉头螺栓9-小螺套10-冲头11-小弹簧12-芯轴13-大弹簧14-毡圈槽
2.2压盖模设计
2.2.1啤酒瓶口尺寸及分析
啤酒瓶口尺寸如图2.2所示。
该尺寸符合GB10809—1989玻璃容器冠形瓶口尺寸标准。
图2.2啤酒瓶口剖视图
2.2.2压盖模结构设计
压盖模是压盖机头的关键部件，也是易损部件，设计尺寸时按标准皇冠盖计算。
标准皇冠盖的结构和尺寸如图2.3及表所示[6]。
图2.3标准皇冠瓶盖结构
表标准皇冠瓶盖尺寸
名称
单位
基本尺寸
极限偏差
高度H
mm
外径D
内径d
盖角半径r
盖顶外径R
140～200
—
厚度s
齿数z
个
21
压盖模的结构设计如图2.4所示，其圆柱孔直径与瓶口上端最宽处直径相等，都是
mm。
锥孔的锥度计算公式为：
（2.1）
式中：
表示锥度；
D表示瓶盖外径；
d表示瓶盖内径；
H表示瓶盖高度。
将表基本尺寸的数值代入公式（）后，得：
=arccos
=
=arccos
压盖模锥孔的锥度与皇冠盖身的锥度基本一致，代入锥孔计算公式（）后，得：
一般，压盖模锥孔的表面应有较强的硬度和较高的耐磨性,故所选材料为20CrMnTi，渗碳淬火后硬度达56～62HRC。
锥孔壁粗糙度不低于，以免划伤瓶盖表明。
图2.4压盖模结构图
2.3导向环设计
在压盖过程中，导向环的作用是校正啤酒瓶口位置以使瓶口准确套上瓶盖。
导向环结构如图2.5所示，其上端紧靠压盖模，且与压盖模之间形成41mm×
34mm×
8mm的槽沟，此空间尺寸略大于瓶盖尺寸，以便于瓶盖输送。
导向环上端设计一高为5mm的肩，然后在导向环肩内侧8mm处设计三个螺孔方便其定位。
导向环的校正作用主要依靠其中间的圆柱孔，取直径为Φ29mm，所选材料为45钢，圆柱孔壁粗糙度不低于，以保证啤酒瓶升降顺利。
图2.5导向环结构图
2.4冲头设计
2.4.1冲头行程设计
冲头的工作行程公式为：
（2.2）
表示动力弹簧工作行程；
表示冲头自由下降高度。
设计时取H=76mm。
2.4.2冲头结构设计
冲头的结构设计如图2.6所示。
冲头右端穿过压盖模上端圆柱孔，其直径比圆柱孔直径略小，取Φ25mm，其右端杆长即为工作行程长度（76mm）。
为了准确定位，冲头左端设计一锥顶为120
的圆锥槽。
冲头所选材料为20Cr,渗碳淬火后硬度达56～62HRC。
图冲头结构简图
2.4.3冲头强度校核
冲头强度计算公式为[7]:
（2.3）
表示应力；
F表示压力；
A表示轴截面积，A=
；
表示屈服强度，对于材料为20Cr，
=540MPa。
将
=300N，D=Φ25mm代入公式（2.3）,得：
（MPa）
，故所选材料合适。
2.5芯轴设计
2.5.1压盖受力分析
图压盖受力简图
图2.7所示即压盖受力简图。
在压盖过程中每个波褶所受的力为P，将其沿轴向和径向分解为P
和P
。
压盖机头作用于盖的轴向力为T。
盖子周边与瓶口勾连时会产生正压力
，将其沿轴向和径向分解为
和
在压盖过程中，密封垫片受力的作用压缩，会产生抗压力
此外，瓶盖还会受到瓶内二氧化碳等气体的压力
气体的压力
的计算公式为：
=πd
P
（2.4）
d表示啤酒瓶瓶口的内径；
表示啤酒瓶内气体的压强，其最大压强为。
将d=Φ18mm，P
=1MPa代入公式（2.4），得：
×
18
1=（N）
瓶盖在轴向方向受力平衡的方程式为：
zP
+T=
+
+
（2.5）
压盖力的计算公式为：
（2.6）
表示系数，一般取0.1～0.3；
s表示瓶盖材料的厚度，一般为0.23～mm；
表示瓶盖材料的强度极限，一般取300～400MPa；
L表示压盖模锥孔大端的周长。
压盖模锥孔大端的周长L的计算公式为：
L=π
（2.7）
将压盖模锥孔大端直径
=Φ32mm代入公式（2.7）后，得：
=32π（mm）
=0.2，s=0.26mm，
=350MPa，L=10代入（2.6）后，得：
350×
（N）
2.5.2芯轴结构设计
芯轴结构设计如图2.8所示。
本着方便控制弹簧压缩量及固定中间轴套，芯轴中间设计公称直径为Φ16mm，长为185mm的螺纹。
为了在芯轴与中间轴套的螺纹连接时增大摩擦，最右端采用滚花的加工方式。
芯轴材料选用Q235钢，经渗碳处理。
图2.8芯轴结构简图
2.5.3芯轴强度校核
芯轴在工作过程中只传递弯矩而不传递扭矩，且为压杆，应进行相应的压杆稳定性计算。
压缩强度计算公式为：
（2.8）
表示压应力；
表示屈服强度，对于Q235钢
=235MPa。
=300N，D=Φ16mm代入公式（2.8）,得：
芯轴有导向装置，它的受力情况近似于一端固定，一端铰支的压杆，其最大长度应满足公式：
（2.9）
E表示弹性模量，对于Q235钢E=200GPa。
将E=200GPa，D=Φ16mm，F=300N代入公式（2.9），得：
（mm）
轴
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