負壓自動灌裝機系統(tǒng)設計畢業(yè)設計.doc

33負壓自動灌裝機系統(tǒng)設計負壓自動灌裝機系統(tǒng)設計1 緒論1.1 包裝機械化的重要意義近半個多世紀來，隨著生產(chǎn)與流通日益社會化、現(xiàn)代化，產(chǎn)品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們的普遍重視。無論在國內(nèi)或國外，包裝工作已涉及各行各業(yè)，面廣量大，對人民生活、國際貿(mào)易和國防建設都帶來深刻的影響，甚至在現(xiàn)實生活中出現(xiàn)了過去難以想象的新情況。大量事實表明，實現(xiàn)包裝的機械化和自動化，尤其是實現(xiàn)具有高度靈活性的自動包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時也可以獲得巨大的經(jīng)濟效益。(a)能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力；(b)能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境；(c)能節(jié)約原材料，減少浪費，降低成本；(d)能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新。實現(xiàn)包裝機械化和建立現(xiàn)代包裝工業(yè)，將會更好地適應市場的實際需要，更加合理地利用勞動力，為社會多創(chuàng)造財富9。1.2 包裝機械的組成 包裝機械由動力機、傳動部分和執(zhí)行部分等組成。通常又將包裝機械分為八個組成要素:(1)被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)被包裝物品的計量與供送系統(tǒng)是指將被包裝物品進行計量、整理和排列，并輸送至預定工位的裝置系統(tǒng)。(2)包裝材料的整理與供送系統(tǒng)包裝材料的整理與供送系統(tǒng)是指將包裝材料進行定長切斷或整理排列，并逐個輸送至預定工位的裝置系統(tǒng)。(3)主傳送系統(tǒng)主傳送系統(tǒng)是指將被包裝物品和包裝材料由一個包裝工位順次傳送到下一個包裝工位的裝置系統(tǒng)。(4)包裝執(zhí)行機構包裝執(zhí)行機構是指直接進行裹包、充填、封口、貼標、捆扎和容器成型等包裝操作的機構。(5)成品輸出機構成品輸出機構是指從包裝機上卸下、定向排列并輸出的機構。(6)動力機和傳動系統(tǒng)動力機和傳動系統(tǒng)將動力機的動力與運動傳遞給執(zhí)行機構和控制元件，使之實現(xiàn)預定動作的裝置系統(tǒng)。通常由機、電、光、液、氣等多種形式的傳動、操縱、控制以及輔助等裝置組成。(7)控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)由各種自動和手動控制裝置等所組成，是現(xiàn)代包裝機的重要組成部分，包括包裝過程及其參數(shù)的控制，包裝質(zhì)量、故障與安全的控制。(8)機身1.3 我國包裝機械的現(xiàn)狀及包裝機械的發(fā)展未來1.3.1 我國包裝機械的現(xiàn)狀灌裝機械制造水平的發(fā)展體現(xiàn)在灌裝閥核心技術的發(fā)展上：從重力灌裝到先進的抽真空等壓灌裝；從平面閥密封結構到堆形閥密封結構。這些都體現(xiàn)了技術的進步與發(fā)展。我國的灌裝機械制造業(yè)，經(jīng)歷了仿制、引進技術、消化吸收、創(chuàng)新、 自主開發(fā)的過程，技術進步及創(chuàng)新的速度更快，而且在不斷縮小與國外先進技術之間的距離?，F(xiàn)代灌裝技術的目標是精確、高效、自動化。精確的灌裝量，灌裝過程的高速、可靠，盡量小的液損，整條生產(chǎn)線的最優(yōu)化控制，都由于電子技術的實際應用而成為可能。電子灌裝閥灌裝技術迅速發(fā)展是大勢所趨。目前國外灌裝機使用的電子閥有三種形式：探針式（液位傳感器）電子閥、配置電磁流量計的電子閥、配置定量筒的電子閥。我國一些灌裝設備制造廠也在開始研制適合中國國情的電子閥灌裝機，但電子閥灌裝機在我國的推廣使用受到國產(chǎn)包裝容器幾何形狀精度不高和電子器件水平的制約。1.3.2 包裝機械的發(fā)展未來隨著包裝機械競爭加劇，未來包裝業(yè)將配合產(chǎn)業(yè)自動化趨勢，朝著研發(fā)技術、人才及高速包裝機等方向進行，在技術發(fā)展上正朝著以下方向發(fā)展。機械功能多元化。工商業(yè)產(chǎn)品已趨向精致化及多元化，在大環(huán)境變化下，多元化、彈性化且具有多種切換功能的包裝機各種方能適應市場需求。結構設計標準化、模組化。充分利用原有機型模組化設計，可在短時間內(nèi)轉換新機型?？刂浦悄芑Ｄ壳鞍b機械廠家普遍使用plc動力負載控制器，雖然plc彈性很大，但仍未具有電腦（含軟件）所擁有的強大功能。未來包裝機械必須具備多功能化、調(diào)整操作簡單等條件，基于電腦的智能型儀器將成為食品包裝控制器的新趨勢。結構運動高精度化。結構設計及結構運動控制等事關包裝機械性能的優(yōu)劣，可通過馬達、編碼器及數(shù)字控制（nc）、動力負載控制（plc）等高精密控制器來完成，并適度地做產(chǎn)品延伸，朝高科技產(chǎn)業(yè)的包裝設備來研發(fā)。2 灌裝機概述2.1 簡敘 灌裝機廣泛應用于食品工業(yè)中的汽水、啤酒和果汁飲料等產(chǎn)品的裝填灌注。其型號規(guī)格繁多，按包裝容器的輸送形式可分為旋轉型灌裝和直線型灌裝機兩大類。旋轉型灌裝機一般采用連續(xù)性灌注形式，即包裝容器在運行中自動完成灌注動作，因而其工作效率可設計得很高。直線型灌裝機普遍為間歇動作式機型，包裝容器運行至灌注部位有一個停歇動作，等待灌注，其效率相對旋轉型要低，但灌裝平穩(wěn)，不易溢出，包裝質(zhì)量較易保證，而且相對旋轉機型而言，其結構較簡單。在自動化食品包裝線上，灌裝與封蓋通常作為一體機型設計，而且洗瓶、灌裝和封蓋三合一機型也得到開發(fā)應用，這樣既可以使包裝工序緊湊，有可以降低食品在傳輸過程中受到二次污染的可能性。旋轉型灌裝機的主要部件是灌裝機構，亦稱灌裝閥或灌裝頭。根據(jù)不同的物料，灌裝形式有所不同，因此對應的灌裝機構的設計也多種多樣。按灌裝形式劃分，可分為常壓灌裝、等壓灌裝、真空灌裝、加壓灌裝等機型。它們的根本區(qū)別在于供料裝置及灌裝機構的設計各有特點，從而使灌裝的形式各異。旋轉型灌裝機一般設計有多個灌裝頭，以提高生產(chǎn)效率。灌裝頭數(shù)少至6頭，多至60頭以上。隨著灌裝頭數(shù)的增加，灌裝能力也不斷的提高，一些機型已超過30000瓶/小時的生產(chǎn)率。2.2 液體灌裝機的分類2.2.1 按灌裝閥的灌裝原理分類(a)等壓灌裝機(b)負壓灌裝機(c)常壓灌裝機(d)壓力灌裝機(e)容積式壓力灌裝機(f)稱重式定量灌裝機按灌裝閥的排列型式分類：(a)直線式灌裝機(b)回轉式灌裝機按包裝容器分類：(a)玻璃瓶灌裝機(b)聚酯瓶灌裝機(c)金屬二片易拉罐灌裝機(d)金屬三片易拉罐灌裝機(e)復合紙包裝灌裝機2.2.2 按包裝容器的封口形式分類(a)皇冠蓋壓封灌裝機(b)塑料蓋壓封灌裝機(c)塑料蓋擰封灌裝機(d)鋁質(zhì)扭斷蓋壓紋封口灌裝機(e)易拉罐二重卷邊封口灌裝機(f)三（四）旋蓋旋封灌裝機(g)錫箔熱封灌裝機(h)軟木塞壓封灌裝機(i)壓塞塑料蓋擰封灌裝機(j)錫箔熱封塑料蓋擰封灌裝機2.3 灌裝與定量的基本方法2.3.1 灌裝方法由于液料的物理化學性質(zhì)各有差異，灌裝時就有不同的灌裝要求。液料由貯液裝置（通常稱為貯液箱）灌如包裝容器，常采用以下幾種方法：(1)常壓法灌裝常壓灌裝是在大氣壓力下直接依靠被灌裝液料的自重流入包裝容器內(nèi)的灌裝方法。常壓灌裝的工藝過程為：(一)進液排氣，即液料進入容器，同時容器內(nèi)的空氣被排出。(二)停止進液，即容器內(nèi)的液料達到定量要求時，進液自動停止。(三)排除余液，即排除氣管中的殘液。(2)等壓法灌裝等壓法灌裝是利用貯液箱上部氣室的壓縮空氣，給包裝容器充氣，使二者的壓力接近相等，然后被灌裝液料靠自重流入該容器內(nèi)的灌裝方法。等壓灌裝的工藝過程為：(一)充氣等壓。(二)進液回氣。(三)停止進液。(四)釋放壓力，即釋放瓶頸內(nèi)殘留的壓縮氣體至大氣，以免瓶內(nèi)突然降壓引起大量冒泡，影響包裝質(zhì)量和定量精度。等壓法灌裝適用于含氣飲料，如啤酒、汽水等的灌裝，可減少其中所含二氧化碳的損失。(3)真空法灌裝真空法灌裝是在低于大氣壓力的條件下進行灌裝的方法。他有兩種基本方式：一種是差壓真空式，即讓貯液箱內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，只對包裝容器內(nèi)部抽氣，使其形成一定的真空度，液料依靠兩容器內(nèi)的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝；另一種是重力真空式，即讓貯液箱包裝容器都處于接近相等的真空狀態(tài)，液料靠自重流入該容器內(nèi)。 目前國內(nèi)常用差壓真空式，其設備結構簡單，工作可靠。真空法灌裝的工藝過程為：(一)瓶抽真空。(二)進液抽氣。(三)停止進液。(四)液回流，即排氣管中的殘液經(jīng)真空室回流至貯液箱內(nèi)。真空法適用于灌裝粘度低一些的液料（如油類、糖漿等）、含維生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如農(nóng)藥等）。此法不但能提高灌裝速度，而且能減少液料與容器內(nèi)殘留空氣的接觸和作用，故有利于延長某些產(chǎn)品的保存期。此外，還能限制毒性氣體和液體的逸散，從而改善操作條件。但對灌裝含有芳香氣體的液料卻是不適合的，因為回增加香氣的損失。(4)虹吸法灌裝虹吸法灌裝是應用虹吸原理使液料經(jīng)虹吸管有貯液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為止。此法適合灌裝低粘度不含氣的液料，其設備結構簡單，但灌裝速度較低。(5)壓力法灌裝壓力灌裝是借助機械或氣液壓等裝置控制活塞往復運動，將粘度較高的液料從料缸吸入活塞缸內(nèi)，然后再強制壓入待灌容器中的。這種方法有時也用于汽水之類軟飲料的灌裝，由于其中不含有膠體物質(zhì)，形成泡沫易于消失，故可依靠其本身所具有的氣體壓力直接灌入未經(jīng)預先充氣的瓶內(nèi)，從而大大提高了灌裝速度5。2.3.2 定量方法液料定量多用容積式定量法，大體有如下三種。(1)控制液位定量法此法是通過灌裝時控制被灌容器（如瓶子）的液位來達到定量值的，習慣上稱為“以瓶定量法”。由連通器原理可知，當瓶內(nèi)液位升至排氣管口時，氣體不再能排出，隨著液料的繼續(xù)灌入，瓶頸部分的殘留氣體被壓縮，當其與管口內(nèi)截面上的靜壓力達到平衡時，則瓶內(nèi)液位保持不變，而排氣管內(nèi)的液體高度與貯液箱液位高度相等。可見，每次灌裝液料的容積等于一定高度的瓶子內(nèi)腔容積。要改變灌裝量，只需改變排氣管口伸入瓶內(nèi)的位置即可。這種方法，設備結構簡單，應用廣泛。(2)定量杯定量法此法是將液料注入定量杯中，然后再進行灌裝。若不考慮滴液等損失，則每次灌裝的液料容積應與定量杯的相應容積相等。要改變灌裝量，只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯。這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度較高。但對于含氣液料，因貯液箱內(nèi)泡沫較多，不宜采用。(3)定量泵定量法此法是采用機械壓力灌裝的一種方法。每次灌裝物料的容積與活塞往復運動的行程成正比。要改變灌裝量，只需調(diào)節(jié)活塞的行程。2.3.3 灌裝原理常壓灌裝屬于重力灌裝，灌裝速度只取決于進液管的流通截面積，及灌裝缸的液位高度。常壓灌裝與負壓灌裝的最大區(qū)別就是不需要抽真空裝置，不需要密封的灌裝缸，制造成本大大降低。在常壓灌裝中，液料箱和計量裝置處于高位，包裝容器置于下方，在大氣壓力下，液料靠自重經(jīng)導液管注入容器中。玻璃瓶與pet瓶的常壓灌裝有兩種形式。(1)容器與灌裝閥不接觸當輸瓶撥盤將容器輸送至瓶托并與灌裝閥對中后，機械開閥機構開啟灌裝閥進行充液，到指定位置后，灌裝閥靠關閥機構關閉。在有效的灌裝角度內(nèi)應保證完成灌裝過程，即一個灌裝閥在有效灌裝角度的運轉時間要大于容器的實驗灌裝時間tr。灌裝容量則靠灌裝缸內(nèi)的定量料斗來控制。對于稱重式常壓灌裝，灌裝閥靠電磁閥控制，當容器被輸送至瓶托并與閥對中后，傳感器打開電磁灌裝閥進行充液，由瓶托下的機械秤或電子秤進行灌裝稱量，達到指定重量后，機械秤或電子秤控制的傳感器關閉電子灌裝閥，完成灌裝過程。稱重式灌裝機的灌裝精度可達到0.2，一般用于包裝價格較高的產(chǎn)品4。(2)容器與灌裝閥接觸并密封頂開式的灌裝閥，為等液面常壓灌裝或漏斗控制的容積式常壓灌裝，灌裝原理與負壓灌裝相同。玻璃瓶與pet瓶的常壓灌裝有時有灌裝閥的滴漏現(xiàn)象，產(chǎn)生液損或污染設備。技術含量高的常壓灌裝閥常在進液口裝有不銹鋼金屬網(wǎng)，利用液體的表面張力，避免滴漏現(xiàn)象產(chǎn)生4。3 灌裝方案的討論和確定3.1 灌裝方案的討論方案一：單缸是指采用一缸兩用的結構形式，即其供料裝置常將真空室與料缸合為一體。負壓是在低于大氣壓的條件下進行的。即在料缸中安置一個真空泵，讓料缸處于常壓狀態(tài)下，只對瓶子內(nèi)部進行抽氣，使其形成一定的真空度，液體物料靠兩容器的壓力差，流入瓶子并完成灌裝。旋轉型是指瓶子隨灌裝閥一起做等速回轉運動，同時進行灌裝。優(yōu)點：它采用一缸兩用的結構形式，減少了雙缸灌裝機結構過大，零件過多，回轉不穩(wěn)定，對負壓值要求較高等缺點。并且吸取了負壓灌裝性能穩(wěn)定，破瓶不灌裝等優(yōu)點，是集常壓及雙缸負壓的優(yōu)點于一體又克服了兩種灌裝機的缺點而形成的灌裝機。該生產(chǎn)線生產(chǎn)能力大，自動化程度高，占地面積小，它在白酒、果汁等的灌裝具有廣泛的使用范圍。方案二：多缸負壓直線移動型灌裝機。多缸是指將真空室與料缸分為兩部分。負壓原理同上所述。直線型灌裝機是指瓶子經(jīng)傳送盤、限位撥盤送至推瓶板處，推瓶板每隔一定時間把一定數(shù)量的空瓶推向灌裝位置，打開閥門進行成排灌裝，然后送出。該類型的灌裝機由于采用直線移動和多缸的結構形式，所以其占地面積大，使得其結構過大，同時多缸結構對負壓值要求較高，使用范圍小。3.2 灌裝方案的確定我們要灌裝的是白酒、果汁等不含氣體的液料。根據(jù)灌裝的要求和以上的分析討論，我們決定采用方案一較為妥當。3.3 本次設計的主要參數(shù)表3-1 主要參數(shù)6生產(chǎn)能力瓶子容積瓶子外徑瓶高瓶高誤差電動機外形尺寸0-4000b/h210-650ml75mm120-320mm5mm1.1kw1200120018004 灌裝機主體結構和工作原理目前灌裝機大多采用“旋轉型”結構，即包裝容器隨灌裝閥一起作等速回轉運動，同時進行灌裝，本次畢業(yè)設計亦采用此種結構，灌裝機的主體結構由供料裝置、灌裝閥、托瓶機構、供瓶裝置和瓶高調(diào)節(jié)裝置五部分組成，下面將分別討論：4.1 灌裝閥灌裝閥是液箱、氣室（包括充氣室、排氣室、真空室）和灌裝容器這三者之間的流體通路開關，而且根據(jù)灌裝工藝要求，能依次對有關通路進行切換。顯然，灌裝閥是關系到灌裝機能否正常而又高效作的關鍵部件5。4.1.1 常壓法灌裝閥(a)控制液位定量式常壓法灌裝閥(b)定量杯定量式常壓法灌裝閥4.1.2 等壓法灌裝閥 根據(jù)等壓灌裝工藝過程，灌裝時需先打開氣門充氣等壓，然后打開液門回氣。打開氣門一般多依靠機械的方法。打開液門的方法有兩種：一種是仍依靠機械的方法，稱為機械式；另一種是依靠瓶內(nèi)充氣反壓自動打開，稱為自動式。(a)機械式等壓灌裝閥(b)氣動式等壓灌裝閥54.1.3 壓力法灌裝閥本次畢業(yè)設計-自動灌裝機采用控制液位定量式灌裝閥，下面將簡要地以與介紹：如下圖4-1所示為該閥的灌裝原理圖。常用它灌裝牛奶、果汁等不含氣液料。開始灌裝時，瓶子上升，瓶口頂開嵌有橡皮墊的滑套后，灌裝頭與滑套之間出現(xiàn)間隙，液料逐流如瓶內(nèi)，并使瓶內(nèi)空氣經(jīng)排氣管排至液箱。當液面達到管口時。氣體不再排出，直至壓力平衡后灌液也隨之停止。當瓶子下降時，由于壓縮彈簧的作用使灌裝頭與滑套重新封閉。 圖4-1 控制液位定量式灌裝閥調(diào)節(jié)螺母可改變每次的灌裝量。4.1.4 灌裝閥的設計1.擬定結構方案(1)確定閥體中閥門的數(shù)目根據(jù)選定的灌裝方法和工藝過程，確定液室、氣室和容器之間所需的閥門數(shù)及其相對位置。(2)確定閥體的結構布局根據(jù)閥門的啟閉形式（單移、多移和旋轉），確定閥體可動部分與不動部分的結構布局，以及作相對運動表面之間的密封形式。比較而言，移動閥特別是端面式結構上容易實現(xiàn)彈簧的壓緊密封，流道截面大，彎路少，零件的結構形狀亦較簡單，有利于提高灌裝速度并便于清洗。但零件數(shù)量偏多，而且密封彈簧一旦失效，灌裝就難于實現(xiàn)。而旋轉閥，通常用固定擋塊來實現(xiàn)機械啟閉，零件數(shù)目少，固然有一定的可靠性，但難于保證破瓶不灌液，外部布局也較復雜，故應用不夠廣泛。(3)確定閥端的結構布局根據(jù)灌裝液料的工藝要求來確定長管或短管的閥端結構，欲保證定量精度及穩(wěn)定出流等，必須合理布置閥端的某些結構要素。(4)確定啟閉閥門的結構形式根據(jù)閥門在閥體中所處的位置及其啟閉結構。2.繪制結構簡圖考慮到設備的生產(chǎn)能力、容器尺寸、貯液箱內(nèi)液位高度以及防止液道出現(xiàn)空穴、液料不穩(wěn)定出流等不正?，F(xiàn)象，要妥善選擇液道、液門的出流截面尺寸和出流速度，以求出液門至貯液箱自由液面的大致高度。然后對密封彈簧進行計算，修正閥的總體尺寸，為繪制結構草圖創(chuàng)造必要條件。3.計算流道基本參數(shù)由初定的結構尺寸，再準確計算灌裝閥出流截面的流速，使其盡量形成穩(wěn)定的層流。據(jù)此求得灌裝的時間，進而考慮灌裝機的主軸轉速及灌裝區(qū)所占角度，校核并休正所設計的閥是否符合給定的生產(chǎn)能力，只有滿足了這些要求才能最后確定灌裝閥結構尺寸，繪制圖紙。4.2 供瓶裝置 在包裝工業(yè)領域內(nèi)，現(xiàn)已廣泛應用多種類型的分件供送螺桿裝置，可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則的容器、物件以確定的速度、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高設備生產(chǎn)能力的實際需要，分件供送螺杠裝置正朝著多樣化、通用化和高速化方向發(fā)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、升降、起伏、轉向和翻身等等。 如下圖4-2所示為常壓灌裝機中的分件供送螺桿裝置：圖 4-2分件供送螺桿裝置 此分件供送裝置是整個灌裝機的“咽喉”，其結構性能的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動化水平。所以，設計中應在滿足被供送瓶罐的外形尺寸、星型撥輪節(jié)距及生產(chǎn)能力等的條件下，合理確定螺杠直徑及長度、螺旋線旋向及組合形式、螺旋槽軸向剖面幾何形狀和星型撥輪尺廓曲線，進而校核瓶罐受螺杠、導向板、輸送帶等綜合作用能否達到給定的速度和間距，減輕沖擊、震動、卡滯現(xiàn)象，實現(xiàn)平穩(wěn)可靠運動。分件供送裝置的工作原理為：由曲齒傳動帶動螺旋棒的旋轉，當瓶子輸送進入輸送鏈帶后，由于螺旋棒的作用，使得瓶子形成以一定的間隔依次地排送，然后再經(jīng)過撥瓶輪進入托瓶臺，從而進行灌裝4。4.3 供料裝置1.供料裝置有等壓法、真空法、虹吸法等。等壓法是指分別給料缸和瓶子進料充氣，給料缸充氣是為了防止液料剛灌入時突然將壓而冒泡，造成操作混亂。給瓶子充氣為了使瓶子之間壓力相等從而有利于灌裝；真空法供料裝置分為單室式、雙室式和多室式三種。2在本次設計中，我們采用的是單室真空法供料裝置。它是將真空室與貯液箱合為一體的中小型供料裝置。輸液管經(jīng)進液孔而與圓柱形貯液箱相通。箱內(nèi)設有浮子，它隨液位的波動而在限定的范圍內(nèi)上浮或下沉，從而封閉或開放進液孔，以保持適當?shù)囊好娓叨?。貯液箱的上部空間借真空泵的不斷吸氣而達到一定的真空度。當托瓶臺將瓶子托起，先打開氣閥充氣，接著又打開液閥灌液。而瓶內(nèi)的氣體不斷被吸至貯液箱然后經(jīng)真空管排出機外。另外，采用此供料裝置，本機的結構因而比較簡單，也容易清洗貯液箱。4.4 托瓶機構對于旋轉型灌裝機，通常是借助分件供送螺桿裝置將瓶子按所要求的狀態(tài)、間距、速度逐個而連續(xù)地供送到灌裝機的托瓶臺上。并由托瓶機構將其升起使瓶口和灌裝頭緊密接觸而進行灌裝。待灌裝過程完成后下降復位。托瓶機構主要有機械式、氣動式、機械與氣動組合式等三種結構形式。三種類型的托瓶機構各有其優(yōu)缺點。機械式托瓶機構是依靠彈簧力使托瓶臺升降，無需密封，但彈簧在連續(xù)工作中容易失效，壓緊力也受到一定限制，它主要用于不含氣液料的灌裝機。氣動式托瓶機構以壓縮空氣作動力源，有良好的吸震緩沖能力，出現(xiàn)故障時也不易扎壞瓶子，但活塞的運動速度受到氣壓變化的影響。若壓力下降較小，不但使瓶子的上升速速度減慢，而且難于保持瓶口和灌裝頭的緊密接觸。若壓力上升較大，則瓶子的上升速度加快，以致不易與進液管對中，并使瓶子受到較強的沖擊力。機械與氣動組合式托瓶機構，工作穩(wěn)定可靠，壓縮空氣在環(huán)管中循環(huán)使用，只需補充漏損量，應用廣泛。但凸輪導軌也會增加額外的潤滑、磨損和運轉阻力。在本設計中，我們采用的是機械式的托瓶機構。其工作原理如下：托瓶機構的上滑筒與下滑筒，借拉桿與壓縮彈簧組成一個彈性套筒。在下滑筒的支承銷軸上裝有滾動軸承，使托瓶臺連同上、下滑筒一起沿著凸輪導軌升降。由上、下兩滑筒等組成的彈性套筒不僅保證了灌裝時瓶口的密封，同時對瓶子的高度誤差亦有較好的適應能力。凸輪導軌安置在滾動軸承的下方。托瓶靠壓縮彈簧力上升。因此，在灌裝時不再需要凸輪導軌，結構有明顯簡化。4.5 瓶高調(diào)節(jié)機構本設計中，由于設計的灌裝機屬于中、小型的灌裝機，而且生產(chǎn)能力也不是太高。故我們可采用蝸輪-蝸桿裝置來對灌裝機進行調(diào)高。其結構及工作原理為：蝸輪與貯液箱立柱以螺紋來連接，當我們需要調(diào)整灌裝高度時，先松開鎖緊螺母，使導向壓塊松開，然后用手柄扳轉蝸桿，由于蝸桿帶動蝸輪轉動，結果貯液箱立柱也隨之或上或下的移動，從而實現(xiàn)灌裝的高度調(diào)節(jié)。待調(diào)節(jié)至要求高度后，仍需壓緊桿、導向壓塊壓緊，并用鎖緊螺母鎖緊。5 灌裝機傳動部分設計5.1 電動機的選擇生產(chǎn)中一般采用三相交流異步電動機，其常用電動機的標準見機械設計零件手冊（修訂版）的附錄一。在經(jīng)常起動、制動及反轉的場合，要求電動機的轉動慣量小河過載能力達，選用鼠籠或繞線式三相起步電動機。電動機結構有開啟式、防護式、封閉式和防暴式。根據(jù)防護要求選擇。功率的確定：電動機的功率選得是否合適，對其工作和經(jīng)濟性都有影響；如采用額定功率小于工作機要求的功率，就不能保證工作機的正常工作，甚至日電動機長期過載而過早損壞；如果電動機的額度功率大于所要求的功率，則電動機價格高，容量也未得到充分利用，以致造成成本高，而且浪費。通常對在變載荷作用下，穩(wěn)定、長期連續(xù)運行的機械，要求所選用的電動機的額定功率稍大于工作機功率。還應查處電動機類型和額定功率、相應的轉速和安裝尺寸。在一般情況下不必校驗電動機的發(fā)熱和起動力矩。電動機工作時需要的功率按下式計算：（kw） （5-1）式中工作機所需的功率，kw從電動機到工作機間各運動副的總機械效率（以下簡稱效率）。工作機所需要工作功率 一般根據(jù)工作機的生產(chǎn)阻力和運動參數(shù)計算：或 (5-2)式中f 工作機的生產(chǎn)阻力，n；v 工作機的速度，m/s；工作機的阻力矩，nm；工作機的轉速，r/min；工作機的效率?？傂拾聪率接嬎? (5-3)式中、. 分別為運動鏈中各運動副（如齒輪、軸承及聯(lián)軸器等）的效率，其值可參考機械設計零件手冊（修訂版）表4.1-2選取。 容量相同的同類型電動機，可以有不同的轉速。如三相異步電動機常用的有四種同步轉速，即3000、1500、1000、750r/min。低轉速電動機的極數(shù)多，外廓尺寸及重量都較大，幾個高，但可使傳動裝置總傳動比及尺寸較??；高轉速電動機則相反。因此確定電動機轉速時，應按具體情況進行分析和比較。 通常多選用同步轉速為1500和1000r/min的電動機，如無特殊需要，不選用同步轉速低于750r/min的電動機。 傳動裝置的設計功率通常按實際所需要的電動機工作功率考慮，而轉速則按電動機額定功率時的轉速 （滿載轉速，它不等于同步轉速）計算。通過計算可知，中心軸下面安裝的滾子軸承在工作時，所受的摩擦力大約為40n，所以灌裝機主軸的啟動轉矩不大，根據(jù)機械設計手冊單行本減（變）速器電機與電器上電動機選擇時應綜合考慮的問題和考慮到運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產(chǎn)品的價格、建設費用、運行和維修費用、生產(chǎn)過程中前后期電動機功率變化關系等各種因素，選擇電動機為y2型系列電動機，所選電動機的型號為y2-90s-4型電動機，它的額定轉速為1400r/min,額定功率為1.1kw2。5.2 減速器的設計選擇 由于所選電動機的額度轉速為1400r/min，灌裝機的生產(chǎn)能力為4000瓶小時，灌裝機的灌裝閥頭數(shù)為16頭，所以灌裝機每轉生產(chǎn)16瓶，所以灌裝機主軸的轉速為250r/小時，即r/min。首先設主軸上大齒輪與減速器上小齒輪的傳動比，電動機的小帶輪與減速器上大帶輪的傳動比，則減速器上輸入的轉速為700r/min，輸出的轉速為25r/min，根據(jù)以上的條件，選擇cw型減速器，減速器的型號為cw80-25-if,該型號的減速器的額定輸入轉速為750r/min,額定輸入功率為1.74kw，額定輸入轉矩為437。由于電動機的功率為1.1kw，所以選擇該型號的減速器符合要求2。5.3 帶傳動的設計取帶輪的傳動比，小帶輪轉速，電動機的額定功率p=1.1kw，一天運轉時間16h(1) 確定計算功率由由機械設計（第七版）表8-6查得工作情況系數(shù)ka=1.2(2) 選取v帶帶型根據(jù)、由機械設計（第七版）圖8-9確定選用普通v帶型(3) 確定帶輪基準直徑由機械設計（第七版）表8-3和表8-7取主動輪基準直徑按式，從動輪基準直徑根據(jù)表8-7，取按式驗算帶的速度所以帶的速度合適。(4)確定普通v帶的基準長度和傳動中心距根據(jù)，初步確定中心距根據(jù)式計算帶所需的基準長度由機械設計（第七版）表(8-2)選帶的基準長度按式計算實際中心距a(5)驗算主動輪上的包角由式得故主動輪上的包角合適.(6)計算v帶的根數(shù)由機械設計（第七版）式(8-22)知: (5-4)由n1=1400r/min、查機械設計（第七版）表8-5a和表8-5b得查機械設計（第七版）表8-8得,查機械設計（第七版）表8-2得則取=5根。(7)計算作用在軸上的壓軸力由式得：(8)計算作用在軸上的壓軸力由式得5.3 軸的設計及校核(1)選擇材料由于工作的環(huán)境是在有腐蝕性的環(huán)境下工作的，因此選用軸的材料為40cr，取45mpa，選用空心軸7。(2)中心軸上的功率中心軸轉速： (3)初步估計軸的最小直徑，由式(4)按扭轉強度條件計算查表15-3，對于空心軸 (5-5)式中，即空心軸內(nèi)徑和外徑之比，通常取取，則(5)考慮到軸上鍵槽的影響由于軸選擇的是空心軸，因為由于灌裝機的結構的要求需要在軸中裝一個直徑為35左右的升降軸，由裝配圖可知，在傳動軸上還裝有調(diào)節(jié)升降的渦輪蝸桿，而渦輪蝸桿的尺寸比所計算出來的中心軸的最小直徑要大的多，并且按上面的公式求出的直徑，只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。中心軸上安裝一個支撐料缸作用的零件，所以軸的直徑選取最小直徑的2.5倍，軸的直徑圓整為170，即是安裝齒輪處軸的直徑。5.4 中心軸齒輪的設計計算一般，設計齒輪傳動時，已知條件是：傳遞的功率 (kw)或轉矩t(nm)；轉速n(r/min)；傳動比；預定的工作壽命h；原動機及工作機的載荷特性；結構及外形尺寸限制等8。設計開始時，通常不知道齒輪的尺寸和參數(shù)，無法確定出參數(shù)的數(shù)值，因而無法進行精確計算。所以需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡化計算或類比方法確定主要尺寸，然后再進行精確的校驗計算。當主要參數(shù)和幾何尺寸符合要求之后，在進行齒輪的結構設計，并繪制零件工作圖。圓柱齒輪傳動強度設計的原則： 齒輪傳動的承載能力，需要根據(jù)在設計壽命期間出現(xiàn)破壞形式的幾率,不超過所要求的失效幾率來確定。失效幾率即是工作可靠度的余數(shù)。 鑄鐵或閉式傳動的硬齒面（工作齒面硬度hbs350）的鋼齒輪傳動的承載能力主要取決于齒根彎曲強度；閉式傳動的軟齒面（hbs350）的鋼齒輪傳動的承載能力主要取決于齒面接觸強度；開式齒輪傳動的主要破壞形式是齒面磨損，一般可在計入磨損的影響后，按齒輪彎曲強度計算。齒輪的設計應在滿足輪齒彎曲強度的條件下，選取較多的齒數(shù)。軟齒面閉式齒輪傳動，宜取較多齒數(shù)，較小模數(shù)，以增大重合度，提高傳動平穩(wěn)性，減小加工量，提高刀具的耐久度，一般24。硬齒面閉式及開式齒輪傳動，可取較小齒數(shù)，較大模數(shù)，以增大齒厚，提高齒輪彎曲強度。對載荷變動的齒輪傳動和開式齒輪傳動，宜使與互為質(zhì)數(shù)，或二者的最大公約數(shù)為最小，以利于減小或避免周期振動，對開式齒輪傳動還可提高其耐磨損能力。螺旋角： 斜齒輪一般=815，人字齒輪取=2540（常取30） 對于小功率的高速傳動,宜取大小些；對于大功率的低速傳動,宜取小些。齒寬及齒寬系數(shù)： 齒寬系數(shù)常表示為：、。齒寬系數(shù)取大些，可使齒輪傳動中心距及直徑減小；但齒寬越大，載荷沿齒寬分布不均的現(xiàn)象越嚴重。 一般取 =1.2 ，閉式傳動常取=0.30.6 ，通常減速器常取 =0.4 。變速箱中換檔齒輪常取=0.120.15 。開式傳動常取=0.10.3 。設計標準圓柱齒輪減速器時， 要符合標準中規(guī)定的數(shù)值，其值為：0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.2。 一般取 =0.22.4 。對閉式傳動，當 hb350 ，齒輪對稱軸承布置并靠近軸承時，=0.81.4 ；齒輪不對稱或懸臂布置、傳動裝置結構剛性大時，取=0.61.2 ，結構剛性較小時,=0.40.9 。當hb350 時，數(shù)值應降低一倍。對開式傳動，取 =0.30.5 。 與 的換算式為:=0.5（1） (5-6)一般取 =825 。當加工和安裝精度高時，可取大些；對開式傳動可取=815 ；對重栽低速齒輪傳動，可取=2025。、 與的換算式為：=0.5（1）= (5-7)齒輪的計算:電動機的功率為1.1kw,帶輪的效率為0.97，cw型減速器為渦輪蝸桿減速器，根據(jù)機械零件手冊（修訂版）查得該減速器的效率為0.75kw，所以輸入的功率。選擇中心軸上的大齒輪和減速器上小齒輪的傳動比1。則設計步驟如下：1選取齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)(1)按要求選用直齒圓柱傳動齒輪(2)速度不高，選用7級精度。(3)材料選擇選擇小齒輪材料位40cr(調(diào)質(zhì))，硬度為280hbs，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。(4)選小齒輪齒數(shù)=24，大齒輪齒數(shù)=144。2按齒面接觸強度設計 (5-8)確定公式內(nèi)的各計算參數(shù)：(1)初選載荷系數(shù)=1.3(2)計算小齒輪傳遞的轉矩=30.5(3)由機械設計（第七版）表10-7選取齒寬系數(shù)=06；(4)由機械設計（第七版）表10-6選取；由機械設計（第七版）圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600mpa；大齒輪的接觸疲勞強度極限=550mpa；(5)由式計算應力循環(huán)次數(shù)(6)由機械設計（第七版）圖10-19查的接觸疲勞壽命系數(shù)(7)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全系數(shù)s=1,由式得3.計算(1)試計算小齒輪分度園直徑 (2)計算圓周速度v(3)計算齒寬b(4)計算齒寬/齒高之比模數(shù) =93.284/24=3.91mm；齒高 (5)計算載荷系數(shù)根據(jù),7級精度,由機械設計（第七版）圖10-8查的動載系數(shù)=1.02直齒輪,假設100n/mm,由表10-3查的；由機械設計（第七版）表10-2查得使用系數(shù)由機械設計（第七版）表10-4查得7級精度、小齒輪懸臂布置時，將數(shù)據(jù)代入后得由，查機械設計（第七版）圖10-13得；故載荷系數(shù)按實際載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑,由式得(6)計算模數(shù)m4.按齒根彎曲強度計算由機械設計（第七版）式（10-5）得彎曲強度的設計公式為m= (5-9)確定公式內(nèi)的各計算值：(1)由機械設計（第七版）圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞強度極限；(2)由機械設計（第七版）圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；(3)計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,由式得(4)計算載荷系數(shù)k(5)查取齒形系數(shù)(6)查取應力校正系數(shù)，由機械設計（第七版）表10-5查得(7)計算大、小齒輪的并加以比較： 大齒輪數(shù)值大5.設計計算 =對比計算結果,由齒面接觸強度計算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關,可取彎曲強度算得的模數(shù)3.44mm并就近圓整為標準值m=3.5mm，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)大齒輪齒數(shù)6.幾何尺寸計算（1） 計算分度圓直徑：（2） 計算中心距：（3） 計算齒輪寬度 取7.驗算合適所以，總體符合設計要求。5.5錐齒輪的設計計算電動機的功率為1.1kw,帶輪的效率為0.97，cw型減速器為渦輪蝸桿減速器，根據(jù)機械零件手冊（修訂版）查得該減速器的效率為0.75kw，圓柱齒輪傳動的效率為0.96，鏈輪的傳動效率為0.93，所以輸入功率p=0.72kw。由于大錐齒輪是與螺旋限位器連接，驅(qū)動螺旋限位器。撥瓶輪下面的齒輪與中心軸上的大齒輪相嚙合，傳動比設為，大齒輪的轉速為,則撥瓶輪的轉速為。撥瓶輪每轉一圈，撥進8個瓶子，而螺旋限位器每轉一圈向前撥進一個瓶子，所以螺旋限位器的轉速為，即是與螺旋限位器連接的大錐齒輪的轉速。設計步驟如下：1.選取齒輪類型，精度等級，材料及齒數(shù)(1)根據(jù)要求選用直齒錐齒輪。(2)灌裝機為一般工作及其，速度不高，故選用8級精度。(3) 材料選擇小齒輪的材料為40cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280hbs，大齒輪材料45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240hbs，二者材料硬度差為40hbs。(4)選擇大齒輪齒數(shù)為，初定，則 2.按齒面接觸強度設計 (5-10) 參數(shù)值確定：(1)初選載荷系數(shù)=1.3；(2)計算大齒輪的轉距；(3)查機械設計（第七版）通常取取齒寬系數(shù)=1/3；(4)查機械設計（第七版）表10-6??；(5)由機械設計（第七版）圖10-21d按齒面硬度中查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；小齒輪的接觸疲勞強度極限；(6) 由式計算應力循環(huán)次數(shù)(7) 由機械設計（第七版）圖10-19查的接觸疲勞壽命系數(shù)(8)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1%,安全系數(shù)s=1,由式得3.設計計算(1)試計算小齒輪分度圓直徑，代入 中較小值 (2)計算圓周速度(3)計算齒寬b(4)計算齒寬與齒高之比模數(shù) 齒高 (5)計算載荷系數(shù)根據(jù),8級精度,由機械設計（第七版）圖10-8查的動載系數(shù)=1.0由機械設計（第七版）取齒間載荷分配系數(shù)；由機械設計（第七版）表10-2查得使用系數(shù)由機械設計（第七版）查得齒向載荷分布系數(shù)可按下式計算：式中是軸承系數(shù)，可從機械設計（第七版）表10-9中查取。所以 ；故載荷系數(shù)：(6)按實際載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑,由式得(7)計算模數(shù)4.按齒根彎曲強度設計 (5-11)確定公式內(nèi)的各計算值：(1)由機械設計（第七版）圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；查得大齒輪的彎曲疲勞強度極限。(2)由機械設計（第七版）圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)(3)計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4,由式得(4)計算載荷系數(shù)(5)計算當量齒數(shù)(6)查得齒形系數(shù)由機械設計（第七版）表10-5查得(7)查取應力校正系數(shù)由機械設計（第七版）表10-5查得計算大、小齒輪的加以比較：小齒輪的數(shù)值大5.設計計算 對比計算結果,由齒面接觸強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關,可取由彎曲強度算得的模數(shù)1.51圓整為=1.75，按接觸強度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 這樣設計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結構緊湊，避免浪費10。6.幾何尺寸計算(1)計算分度圓直徑(2)計算齒輪寬度取(3)計算錐距(4)計算平均分度圓直徑(5)驗算 合適?？偵纤?，總體符合設計要求。5.6鏈輪的設計鏈輪傳遞的功率 傳動比，鏈傳動中心距不小于550（水平布置）采用滾子鏈傳動，設計步驟及方法如下：(1)選擇鏈輪齒數(shù)、假定鏈速，由表9-8選取小鏈輪齒數(shù)；從動鏈輪齒數(shù)(2)計算功率由表9-9查得工作情況系數(shù)，故(3)確定鏈條節(jié)數(shù)初定中心距,則鏈節(jié)數(shù)為節(jié)取(4)確定鏈條的節(jié)距p由圖9-13按小鏈輪轉速估計,鏈工作在功率曲線頂點左側時,可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞,由表9-10查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)； ；選取單排鏈,由表9-11查得單排鏈系數(shù).,故得所需傳遞的功率為:根據(jù)小鏈輪的轉速及功率p0=0.955kw,由圖9-13選鏈號為20a單排鏈.同時也證實了原估算鏈工作在額定功率曲線頂點左側是正確的,再由表9-1查得鏈節(jié)距(5)確定鏈長l及中心距a中心距減少實際中心距取(6)驗算鏈速與原假設相符(7)驗算小鏈輪轂孔由表9-4查得小鏈輪轂孔許用最大直徑 選用安裝鏈輪的軸徑，故合適.(8)作用在軸上的壓軸力 (5-12)有效圓周力為: 按水平布置取壓軸力系數(shù)故由于設計過程的得到的速度小于0.6m/s，經(jīng)驗證符合要求。5.7滾動軸承選擇原則選擇滾動軸承可以參考以下原則：(a)在無特殊要求的情況下，可按軸承承受的載荷的方向、大小、性質(zhì)酸則軸承類型。如果承受純徑向載荷，可選用向心軸承； 如果承受純軸向載荷且轉速不高時，可選用推力球軸承，如果轉速較高，宜選用向心推力球軸承或向心球軸承（徑向載荷不大時）。 如果同時承受較大的徑向載荷和較大的軸向載荷時，可選用向心推力軸承（轉速高時選6000型，轉速低時選7000型）。對于的情況?？蛇x用6000型，對于的情況，可選用推力軸承和向心軸承的組合，使之分別承受軸向和徑向載荷。(b)在相同外形尺寸下，滾子軸承一般比球軸承承載能力大。但當軸承內(nèi)徑時，這種優(yōu)點不顯著，由于球軸承價格比滾子軸承低，這是應選擇球軸承。(c)尺寸、精度相同時，球軸承的極限比滾子軸承高。(d)如果載荷有沖擊、振動時，宜選用滾子軸承。(e)當支承剛度要求較大時，可選用向心推力軸承，成對使用，并用預緊的方法提高剛度。(f)圓柱滾子軸承用于剛度大，且能嚴格保證同心度的場合，一般只用來承受徑向載荷。當需要承受一定量軸向載荷時，應選擇內(nèi)外圈都有擋邊的類型，但允許軸向載荷 （徑向載荷），否則將對軸承的壽命有較大影響。(g)需要調(diào)整軸承徑向游隙時，選擇帶內(nèi)錐孔德軸承。(h)支點跨度大，軸的彎曲變形大或多支點軸，宜選擇調(diào)心型軸承。調(diào)心軸承不宜與其他類型軸承混合使用，以免失去調(diào)心作用。(i)當需要減小徑向尺寸時，可選擇輕、特輕、超輕系列軸承。需要減小軸向尺寸，可選擇窄系列軸承。(j)精度愈高，軸承價格愈高，對與之相配合零件的制造精度也愈高。應該指出的是，并不限于一個支點選一個軸承，也可采用不同類型或同一類型的幾個軸承組合，這樣就可以同時又幾種方案都能滿足工作要求，此時，應該結合實際情況，經(jīng)過分析對比從中選出一種既能滿足工作要求，又經(jīng)濟合理的方案3。滾動軸承的失效形式：在一定條件下工作的滾動軸承，只要軸承類型選擇恰當，安裝、潤滑和維護正常，實踐證明，絕大多數(shù)滾動軸承均因疲勞點蝕而失效。因此，滾動軸承的尺寸應按疲勞強度即壽命計算確定。但是，在低速、重載及大沖擊情況下，由于軸承可能產(chǎn)生過大的塑性變形，還需進行強度計算3。滾動軸承壽命計算公式：式中 軸承的額定壽命，h是在轉速比較穩(wěn)定