負(fù)壓自動(dòng)灌裝機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、1緒論1.1包裝機(jī)械化的重要意義近半個(gè)多世紀(jì)來(lái)，隨著生產(chǎn)與流通日益社會(huì)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(wú)論在國(guó)內(nèi)或國(guó)外，包裝工作已涉及各行各業(yè)，面廣量大, 對(duì)人民生活、國(guó)際貿(mào)易和國(guó)防建設(shè)都帶來(lái)深刻的影響， 甚至在現(xiàn)實(shí)生活中出現(xiàn)了過(guò)去難 以想象的新情況。大量事實(shí)表明，實(shí)現(xiàn)包裝的機(jī)械化和自動(dòng)化，尤其是實(shí)現(xiàn)具有高度靈活性的自動(dòng)包 裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展方向，同時(shí)也可以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。(a) 能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力；(b) 能改善勞動(dòng)條件，避免污染危害環(huán)境；(c) 能節(jié)約原材料，減少浪費(fèi)，降低成本；(d) 能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷

2、更新。實(shí)現(xiàn)包裝機(jī)械化和建立現(xiàn)代包裝工業(yè)， 將會(huì)更好地適應(yīng)市場(chǎng)的實(shí)際需要， 更加合理 地利用勞動(dòng)力，為社會(huì)多創(chuàng)造財(cái)富 。1.2包裝機(jī)械的組成包裝機(jī)械由動(dòng)力機(jī)、傳動(dòng)部分和執(zhí)行部分等組成。通常又將包裝機(jī)械分為八個(gè)組 成要素：(1) 被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)被包裝物品的計(jì)量與供送系統(tǒng)是指將被包裝物品進(jìn)行計(jì)量、整理和排列，并輸送至 預(yù)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(jìn)行定長(zhǎng)切斷或整理排列，并逐個(gè)輸送 至預(yù)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(gè)包裝工位順次傳送到下一個(gè)包裝 工位的裝置系統(tǒng)。(4) 包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3、包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指直接進(jìn)行裹包、充填、封口、貼標(biāo)、捆扎和容器成型等包裝操作 的機(jī)構(gòu)。成品輸出機(jī)構(gòu)成品輸出機(jī)構(gòu)是指從包裝機(jī)上卸下、定向排列并輸出的機(jī)構(gòu)。(6) 動(dòng)力機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力機(jī)和傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力與運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)和控制元件，使之實(shí) 現(xiàn)預(yù)定動(dòng)作的裝置系統(tǒng)。通常由機(jī)、電、光、液、氣等多種形式的傳動(dòng)、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(dòng)和手動(dòng)控制裝置等所組成，是現(xiàn)代包裝機(jī)的重要組成部分，包括包裝過(guò)程及其參數(shù)的控制，包裝質(zhì)量、故障與安全的控制。（8）機(jī)身1.3我國(guó)包裝機(jī)械的現(xiàn)狀及包裝機(jī)械的發(fā)展未來(lái)1.3.1我國(guó)包裝機(jī)械的現(xiàn)狀灌裝機(jī)械制造水平的發(fā)展體現(xiàn)在灌裝閥核心技

4、術(shù)的發(fā)展上： 從重力灌裝到先進(jìn)的抽 真空等壓灌裝；從平面閥密封結(jié)構(gòu)到堆形閥密封結(jié)構(gòu)。 這些都體現(xiàn)了技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展。 我國(guó)的灌裝機(jī)械制造業(yè)，經(jīng)歷了仿制、引進(jìn)技術(shù)、消化吸收、創(chuàng)新、自主開發(fā)的過(guò)程，技術(shù)進(jìn)步及創(chuàng)新的速度更快，而且在不斷縮小與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)之間的距離。現(xiàn)代灌裝技術(shù)的目標(biāo)是精確、高效、自動(dòng)化。精確的灌裝量，灌裝過(guò)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(shù)的實(shí)際應(yīng)用而成為可能。 電子灌裝閥灌裝技術(shù)迅速發(fā)展是大勢(shì)所趨。目前國(guó)外灌裝機(jī)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(jì)的電子閥、配置定量筒的電子閥。我國(guó) 一些灌裝設(shè)備制造廠也在開始研制

5、適合中國(guó)國(guó)情的電子閥灌裝機(jī)，但電子閥灌裝機(jī)在我國(guó)的推廣使用受到國(guó)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(jī)械的發(fā)展未來(lái)隨著包裝機(jī)械競(jìng)爭(zhēng)加劇，未來(lái)包裝業(yè)將配合產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)，朝著研發(fā)技術(shù)、人才 及高速包裝機(jī)等方向進(jìn)行，在技術(shù)發(fā)展上正朝著以下方向發(fā)展。機(jī)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(jī)各種方能適應(yīng)市場(chǎng)需求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、模組化。充分利用原有機(jī)型模組化設(shè)計(jì)，可在短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換新機(jī) 型?？刂浦悄芑Ｄ壳鞍b機(jī)械廠家普遍使用 PLC動(dòng)力負(fù)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(qiáng)大功能。

6、未來(lái)包裝機(jī)械必須具備多功能化、調(diào)整 操作簡(jiǎn)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(shì)。結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高精度化。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制等事關(guān)包裝機(jī)械性能的優(yōu)劣，可通過(guò)馬達(dá)、編碼器及數(shù)字控制（NC、動(dòng)力負(fù)載控制（PLC等高精密控制器來(lái)完成，并適 度地做產(chǎn)品延伸，朝高科技產(chǎn)業(yè)的包裝設(shè)備來(lái)研發(fā)。2灌裝機(jī)概述2.1簡(jiǎn)敘灌裝機(jī)廣泛應(yīng)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(hào) 規(guī)格繁多，按包裝容器的輸送形式可分為旋轉(zhuǎn)型灌裝和直線型灌裝機(jī)兩大類。旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)一般采用連續(xù)性灌注形式，即包裝容器在運(yùn)行中自動(dòng)完成灌注動(dòng)作，因而其工作效率可設(shè)計(jì)得很高。直線型灌裝機(jī)普遍為間歇?jiǎng)幼魇綑C(jī)型，包裝

7、容器運(yùn)行至灌注部位有一個(gè)停歇?jiǎng)幼鳎却嘧?，其效率相?duì)旋轉(zhuǎn)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(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)型而言，其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單。在自動(dòng)化食品包裝線上，灌裝與封蓋通常作為一體機(jī)型設(shè)計(jì)，而且洗瓶、灌裝和 封蓋三合一機(jī)型也得到開發(fā)應(yīng)用， 這樣既可以使包裝工序緊湊，有可以降低食品在傳輸 過(guò)程中受到二次污染的可能性。旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的主要部件是灌裝機(jī)構(gòu)，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(duì)應(yīng)的灌裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(jī)型。它們的根本區(qū)別在于供料裝置及灌 裝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)各有特點(diǎn)，從而使灌裝的形式各異。旋轉(zhuǎn)

8、型灌裝機(jī)一般設(shè)計(jì)有多個(gè)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(jī)型已超過(guò) 30000瓶/小時(shí)的生產(chǎn)率。2.2液體灌裝機(jī)的分類2.2.1按灌裝閥的灌裝原理分類(a) 等壓灌裝機(jī)(b) 負(fù)壓灌裝機(jī)(c) 常壓灌裝機(jī)(d) 壓力灌裝機(jī)(e) 容積式壓力灌裝機(jī)稱重式定量灌裝機(jī)按灌裝閥的排列型式分類：(a) 直線式灌裝機(jī)(b) 回轉(zhuǎn)式灌裝機(jī)按包裝容器分類：(a) 玻璃瓶灌裝機(jī)(b) 聚酯瓶灌裝機(jī)(C)金屬二片易拉罐灌裝機(jī)(d )金屬三片易拉罐灌裝機(jī)(e) 復(fù)合紙包裝灌裝機(jī)222按包裝容器的封口形式分類(a) 皇冠蓋壓封灌裝機(jī)(b) 塑

9、料蓋壓封灌裝機(jī)(c) 塑料蓋擰封灌裝機(jī)(d) 鋁質(zhì)扭斷蓋壓紋封口灌裝機(jī)(e) 易拉罐二重卷邊封口灌裝機(jī)三(四)旋蓋旋封灌裝機(jī)(g) 錫箔熱封灌裝機(jī)(h) 軟木塞壓封灌裝機(jī)(i) 壓塞一塑料蓋擰封灌裝機(jī)(j) 錫箔熱封一塑料蓋擰封灌裝機(jī)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(xué)性質(zhì)各有差異，灌裝時(shí)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(guò)程為：(一)進(jìn)液排氣，即液料進(jìn)入容器，同時(shí)容器內(nèi)的空氣被排出。 (二)停止進(jìn)液，即容器內(nèi)

10、的液料達(dá)到定量要求時(shí)，進(jìn)液自動(dòng)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(guò)程為：(一)充氣等壓。(二)進(jìn)液回氣。(三)停止進(jìn)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?jī)?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(jìn)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

11、狀態(tài)，只對(duì)包裝容器內(nèi)部抽氣，使其形成一定 的真空度，液料依靠?jī)扇萜鲀?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(guó)內(nèi)常用差壓真空式，其設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠。真空法灌裝的工藝過(guò)程為： （一）瓶抽真空。（二）進(jìn)液抽氣。（三）停止進(jìn)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(zhǎng)某些產(chǎn)品的保存期。此外，還能限

12、 制毒性氣體和液體的逸散，從而改善操作條件。但對(duì)灌裝含有芳香氣體的液料卻是不適 合的，因?yàn)榛卦黾酉銡獾膿p失。（4）虹吸法灌裝虹吸法灌裝是應(yīng)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(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但灌裝速度較低。（5）壓力法灌裝壓力灌裝是借助機(jī)械或氣液壓等裝置控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)， 將粘度較高的液料從料缸 吸入活塞缸內(nèi)，然后再?gòu)?qiáng)制壓入待灌容器中的。 這種方法有時(shí)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(yù)先充氣的瓶?jī)?nèi)，從而大大提高了灌裝速度 5 0232定量方法液料定

13、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(guò)灌裝時(shí)控制被灌容器（如瓶子）的液位來(lái)達(dá)到定量值的，習(xí)慣上稱為“以 瓶定量法”。由連通器原理可知，當(dāng)瓶?jī)?nèi)液位升至排氣管口時(shí)，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(dāng)其與管口內(nèi)截面上的靜壓力達(dá)到平衡 時(shí)，則瓶?jī)?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?？梢?jiàn)，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?jī)?nèi)的位置即可。這種方法，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)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(jìn)行灌裝。若不考慮滴液等損失，則每次灌裝 的液料容積應(yīng)

14、與定量杯的相應(yīng)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(lái)的影響，故定量精度較高。但對(duì)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(jī)械壓力灌裝的一種方法。 每次灌裝物料的容積與活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程 成正比。要改變灌裝量，只需調(diào)節(jié)活塞的行程233灌裝原理常壓灌裝屬于重力灌裝，灌裝速度只取決于進(jìn)液管的流通截面積， 及灌裝缸的液位 高度。常壓灌裝與負(fù)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(jì)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(dǎo)液

15、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(dāng)輸瓶撥盤將容器輸送至瓶托并與灌裝閥對(duì)中后， 機(jī)械開閥機(jī)構(gòu)開啟灌裝閥進(jìn)行充 液，到指定位置后，灌裝閥靠關(guān)閥機(jī)構(gòu)關(guān)閉。在有效的灌裝角度內(nèi)應(yīng)保證完成灌裝過(guò)程， 即一個(gè)灌裝閥在有效灌裝角度的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間要大于容器的實(shí)驗(yàn)灌裝時(shí)間Tr。灌裝容量則靠灌裝缸內(nèi)的定量料斗來(lái)控制。 對(duì)于稱重式常壓灌裝，灌裝閥靠電磁閥控制，當(dāng)容器被 輸送至瓶托并與閥對(duì)中后，傳感器打開電磁灌裝閥進(jìn)行充液， 由瓶托下的機(jī)械秤或電子 秤進(jìn)行灌裝稱量，達(dá)到指定重量后， 機(jī)械秤或電子秤控制的傳感器關(guān)閉電子灌裝閥，完成灌裝過(guò)程。稱重式灌裝機(jī)的灌裝精度可達(dá)到 0.2 %

16、, 般用于包裝價(jià)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(fù)壓灌裝相同。玻璃瓶與PET瓶的常壓灌裝有時(shí)有灌裝閥的滴漏現(xiàn)象， 產(chǎn)生液損或污染設(shè) 備。技術(shù)含量高的常壓灌裝閥常在進(jìn)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：?jiǎn)胃资侵覆捎靡桓變捎玫慕Y(jié)構(gòu)形式， 即其供料裝置常將真空室與料缸合為 一體。負(fù)壓是在低于大氣壓的條件下進(jìn)行的。即在料缸中安置一個(gè)真空泵，讓料缸處于 常壓狀態(tài)下，只對(duì)瓶子內(nèi)部進(jìn)行抽氣，使其形成一定的真空度，液體物料靠?jī)扇萜鞯膲?力差，流入瓶子

17、并完成灌裝。旋轉(zhuǎn)型是指瓶子隨灌裝閥一起做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行 灌裝。優(yōu)點(diǎn)：它采用一缸兩用的結(jié)構(gòu)形式，減少了雙缸灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)過(guò)大，零件過(guò)多，回轉(zhuǎn) 不穩(wěn)定，對(duì)負(fù)壓值要求較高等缺點(diǎn)。并且吸取了負(fù)壓灌裝性能穩(wěn)定，破瓶不灌裝等優(yōu)點(diǎn)， 是集常壓及雙缸負(fù)壓的優(yōu)點(diǎn)于一體又克服了兩種灌裝機(jī)的缺點(diǎn)而形成的灌裝機(jī)。該生產(chǎn)線生產(chǎn)能力大，自動(dòng)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(fù)壓直線移動(dòng)型灌裝機(jī)。多缸是指將真空室與料缸分為兩部分。負(fù)壓 原理同上所述。直線型灌裝機(jī)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(shí)間把一定數(shù)量的空瓶推向灌裝位置，打開閥門進(jìn)行成排灌裝，然后送

18、出。該類型的灌裝機(jī)由于采用直線移動(dòng)和多缸的結(jié)構(gòu)形式，所以其占地面積大，使得其結(jié)構(gòu)過(guò)大，同時(shí)多缸結(jié)構(gòu)對(duì)負(fù)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(dāng)。3.3本次設(shè)計(jì)的主要參數(shù)表3-1主要參數(shù)生產(chǎn)能力瓶子容積瓶子外徑瓶高瓶高誤差電動(dòng)機(jī)外形尺寸0-4000b/h210-650ml75mm120-320mm 5mm1.1kw1200X1200X18004灌裝機(jī)主體結(jié)構(gòu)和工作原理目前灌裝機(jī)大多采用“旋轉(zhuǎn)型”結(jié)構(gòu)，即包裝容器隨灌裝閥一起作等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 同時(shí)進(jìn)行灌裝，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)亦采用此種結(jié)構(gòu)，灌裝機(jī)的

19、主體結(jié)構(gòu)由供料裝置、灌裝閥、 托瓶機(jī)構(gòu)、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(guān)，而且根據(jù)灌裝工藝要求，能依次對(duì)有關(guān)通路進(jìn)行切換。顯然，灌裝閥是關(guān) 系到灌裝機(jī)能否正常而又高效作的關(guān)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(guò)程，灌裝時(shí)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(jī)械的方法。打開液門的方法有兩種：一種是仍依靠機(jī)械的方法，稱為機(jī)械式；另一種是依靠瓶?jī)?nèi)充氣反壓自動(dòng)打開，稱

20、為自動(dòng)式。(a) 機(jī)械式等壓灌裝閥(b) 氣動(dòng)式等壓灌裝閥54.1.3壓力法灌裝閥本次畢業(yè)設(shè)計(jì)-自動(dòng)灌裝機(jī)采用控制液位定量式灌裝閥，下面將簡(jiǎn)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(shí)，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?jī)?nèi)，并使瓶?jī)?nèi)空氣經(jīng)排氣管排至液箱。當(dāng)液面達(dá)到管口時(shí)。氣體不再排出，直 至壓力平衡后灌液也隨之停止。當(dāng)瓶子下降時(shí)，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(shè)計(jì)1. 擬定結(jié)構(gòu)方案確定閥體中閥門的數(shù)目根據(jù)選定的灌裝

21、方法和工藝過(guò)程，確定液室、氣室和容器之間所需的閥門數(shù)及其相 對(duì)位置。(2) 確定閥體的結(jié)構(gòu)布局根據(jù)閥門的啟閉形式(單移、多移和旋轉(zhuǎn))，確定閥體可動(dòng)部分與不動(dòng)部分的結(jié)構(gòu) 布局，以及作相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間的密封形式。比較而言，移動(dòng)閥特別是端面式結(jié)構(gòu)上容 易實(shí)現(xiàn)彈簧的壓緊密封，流道截面大，彎路少，零件的結(jié)構(gòu)形狀亦較簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)。而 旋轉(zhuǎn)閥，通常用固定擋塊來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)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(fù)雜，故應(yīng)用不夠廣泛。(3) 確定閥端的結(jié)構(gòu)布局根據(jù)灌裝液料的工藝要求來(lái)確定長(zhǎng)管或短管的閥端

22、結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)要素。(4) 確定啟閉閥門的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)閥門在閥體中所處的位置及其啟閉結(jié)構(gòu)。2. 繪制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖考慮到設(shè)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)定出流等不正常現(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(duì)密封彈簧進(jìn)行計(jì)算，修正閥的總體尺寸， 為繪制結(jié)構(gòu)草圖創(chuàng)造必要條件。3. 計(jì)算流道基本參數(shù)由初定的結(jié)構(gòu)尺寸，再準(zhǔn)確計(jì)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(shí)間，進(jìn)而考慮灌裝機(jī)的主軸轉(zhuǎn)速及灌裝區(qū)所占角度，校核并休正所設(shè) 計(jì)的閥是否

23、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(jié)構(gòu)尺寸， 繪制圖紙。4.2供瓶裝置在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)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(gè)地供送到給定的 工位。特別是為了適應(yīng)包裝容器日新月異的變化和提高設(shè)備生產(chǎn)能力的實(shí)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(kuò)大它在灌裝、充填、 封口、貼標(biāo)、計(jì)量、檢測(cè)以及自動(dòng)包裝線上的應(yīng)用，如分流、合流、升降、起伏、轉(zhuǎn)向 和翻身等等。如下圖4-2所示為常壓灌裝機(jī)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(gè)灌裝機(jī)的“咽喉”，其

24、結(jié)構(gòu)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(dòng)化水平。所以，設(shè)計(jì)中應(yīng)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(zhǎng)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(jìn)而校核瓶罐受螺杠、導(dǎo)向板、輸 送帶等綜合作用能否達(dá)到給定的速度和間距，減輕沖擊、震動(dòng)、卡滯現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)可靠運(yùn)動(dòng)。分件供送裝置的工作原理為：由曲齒傳動(dòng)帶動(dòng)螺旋棒的旋轉(zhuǎn)，當(dāng)瓶子輸送進(jìn)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(guò)撥瓶 輪進(jìn)入托瓶臺(tái)，從而進(jìn)行灌裝 。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

25、指分別給料缸和瓶子進(jìn)料充氣， 給料缸充氣是為了防止液料剛灌入時(shí)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(shè)計(jì)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(jìn)液孔而與圓柱形貯液箱相通。箱內(nèi)設(shè)有浮子，它隨液位的波動(dòng)而在限定的范圍內(nèi)上浮或下沉， 從而封閉或開放進(jìn)液孔，以保持適當(dāng)?shù)囊?面高度。貯液箱的上部空間借真空泵的不斷吸氣而達(dá)到一定的真空度。當(dāng)托瓶臺(tái)將瓶子托起，先打開氣閥充氣，接著又打開液閥灌液。而瓶?jī)?nèi)的氣體不斷被吸至貯液箱然后經(jīng)真空管排出機(jī)外。 另外，采用此

26、供料裝置，本機(jī)的結(jié)構(gòu)因而比較簡(jiǎn)單，也容易清洗貯液箱。4.4托瓶機(jī)構(gòu)對(duì)于旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)，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(gè)而連續(xù)地供送到灌裝機(jī)的托瓶臺(tái)上。 并由托瓶機(jī)構(gòu)將其升起使瓶口和灌裝頭緊 密接觸而進(jìn)行灌裝。待灌裝過(guò)程完成后下降復(fù)位。托瓶機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械式、氣動(dòng)式、機(jī)械與氣動(dòng)組合式等三種結(jié)構(gòu)形式。三種類型的托瓶機(jī)構(gòu)各有其優(yōu)缺點(diǎn)。機(jī)械式托瓶機(jī)構(gòu)是依靠彈簧力使托瓶臺(tái)升降， 無(wú)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(jī)。氣動(dòng)式托瓶機(jī)構(gòu)以壓縮空氣作動(dòng)力源，有良好的吸震緩沖能力，出現(xiàn)故 障時(shí)也不易扎壞瓶子，但活塞的運(yùn)動(dòng)速度受到氣壓

27、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(jìn)液管對(duì)中，并使瓶子受到較強(qiáng)的沖擊力。機(jī)械與 氣動(dòng)組合式托瓶機(jī)構(gòu)，工作穩(wěn)定可靠，壓縮空氣在環(huán)管中循環(huán)使用，只需補(bǔ)充漏損量， 應(yīng)用廣泛。但凸輪導(dǎo)軌也會(huì)增加額外的潤(rùn)滑、磨損和運(yùn)轉(zhuǎn)阻力。在本設(shè)計(jì)中，我們采用的是機(jī)械式的托瓶機(jī)構(gòu)。其工作原理如下：托瓶機(jī)構(gòu)的上滑 筒與下滑筒，借拉桿與壓縮彈簧組成一個(gè)彈性套筒。 在下滑筒的支承銷軸上裝有滾動(dòng)軸 承，使托瓶臺(tái)連同上、下滑筒一起沿著凸輪導(dǎo)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(shí)瓶口的密封，同時(shí)對(duì)瓶子的高

28、度誤差亦有較好的適應(yīng)能力。凸輪導(dǎo) 軌安置在滾動(dòng)軸承的下方。托瓶靠壓縮彈簧力上升。因此，在灌裝時(shí)不再需要凸輪導(dǎo)軌， 結(jié)構(gòu)有明顯簡(jiǎn)化。4.5瓶高調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)本設(shè)計(jì)中，由于設(shè)計(jì)的灌裝機(jī)屬于中、小型的灌裝機(jī)，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(lái)對(duì)灌裝機(jī)進(jìn)行調(diào)高。其結(jié)構(gòu)及工作原理為：蝸輪與貯液 箱立柱以螺紋來(lái)連接，當(dāng)我們需要調(diào)整灌裝高度時(shí)，先松開鎖緊螺母，使導(dǎo)向壓塊松開， 然后用手柄扳轉(zhuǎn)蝸桿，由于蝸桿帶動(dòng)蝸輪轉(zhuǎn)動(dòng)，結(jié)果貯液箱立柱也隨之或上或下的移動(dòng)， 從而實(shí)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(dǎo)向壓塊壓緊，并用鎖 緊螺母鎖緊。5灌裝機(jī)傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)5.1電動(dòng)機(jī)的選擇生產(chǎn)中一般采

29、用三相交流異步電動(dòng)機(jī)， 其常用電動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn) 機(jī)械設(shè)計(jì)零件手冊(cè)（修訂版）的附錄一。在經(jīng)常起動(dòng)、制動(dòng)及反轉(zhuǎn)的場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小河 過(guò)載能力達(dá)，選用鼠籠或繞線式三相起步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式、封閉 式和防暴式。根據(jù)防護(hù)要求選擇。功率的確定：電動(dòng)機(jī)的功率選得是否合適，對(duì)其工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響；如采用額定功率小于工作機(jī) 要求的功率，就不能保證工作機(jī)的正常工作，甚至日電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過(guò)載而過(guò)早損壞；如果 電動(dòng)機(jī)的額度功率大于所要求的功率，則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，容量也未得到充分利用，以致 造成成本高，而且浪費(fèi)。通常對(duì)在變載荷作用下，穩(wěn)定、長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，要求所 選用的電動(dòng)機(jī)的額定功率稍大于工

30、作機(jī)功率。 還應(yīng)查處電動(dòng)機(jī)類型和額定功率、 相應(yīng)的 轉(zhuǎn)速和安裝尺寸。在一般情況下不必校驗(yàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱和起動(dòng)力矩。電動(dòng)機(jī)工作時(shí)需要的功率按下式計(jì)算：(Kvy(5-1)從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)間各運(yùn)動(dòng)副的總機(jī)械效率（以下簡(jiǎn)稱效率）式中w工作機(jī)所需的功率，KWFv、w或w1000 wnw(5-2)9550 w式中F- 工作機(jī)的生產(chǎn)阻力，N;v工作機(jī)的速度，m/s；工作機(jī)的阻力矩，Ngm%工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/mi n ；w工作機(jī)的效率?？傂拾聪率接?jì)算：a123n(5-3)式中1、2、3、.n分別為運(yùn)動(dòng)鏈中各運(yùn)動(dòng)副（如齒輪、軸承及聯(lián)軸器等）的效率,a0工作機(jī)所需要工作功率 w一般根據(jù)工作機(jī)的生產(chǎn)阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)

31、算:其值可參考機(jī)械設(shè)計(jì)零件手冊(cè)（修訂版）表4.1-2選取。容量相同的同類型電動(dòng)機(jī)，可以有不同的轉(zhuǎn)速。如三相異步電動(dòng)機(jī)常用的有四種同 步轉(zhuǎn)速，即3000、1500、1000、750r/min。低轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)的極數(shù)多，外廓尺寸及重量都較大，幾個(gè)高，但可使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸較小；高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則相反。因此確 定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)按具體情況進(jìn)行分析和比較。通常多選用同步轉(zhuǎn)速為1500和1000r/min的電動(dòng)機(jī)，如無(wú)特殊需要，不選用同步 轉(zhuǎn)速低于750r/min的電動(dòng)機(jī)。傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)功率通常按實(shí)際所需要的電動(dòng)機(jī)工作功率考慮，而轉(zhuǎn)速則按電動(dòng)機(jī)額定功率時(shí)的轉(zhuǎn)速 nm （滿載轉(zhuǎn)速，它不等于同步轉(zhuǎn)速）計(jì)算。通

32、過(guò)計(jì)算可知，中心軸下面安裝的滾子軸承在工作時(shí)，所受的摩擦力大約為40N,所以灌裝機(jī)主軸的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩不大，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本減（變）速器電機(jī)與電 器上電動(dòng)機(jī)選擇時(shí)應(yīng)綜合考慮的問(wèn)題和考慮到運(yùn)行可靠性、設(shè)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(jià)格、建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行和維修費(fèi)用、生產(chǎn)過(guò) 程中前后期電動(dòng)機(jī)功率變化關(guān)系等各種因素，選擇電動(dòng)機(jī)為丫2型系列電動(dòng)機(jī)，所選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為丫2-90S-4型電動(dòng)機(jī)，它的額定轉(zhuǎn)速為1400r/min,額定功率為1.1KW。5.2減速器的設(shè)計(jì)選擇由于所選電動(dòng)機(jī)的額度轉(zhuǎn)速為1400r/min，灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力為4000瓶/小時(shí),灌裝機(jī)的灌裝閥頭數(shù)為16頭

33、，所以灌裝機(jī)每轉(zhuǎn)生產(chǎn)16瓶，所以灌裝機(jī)主軸的轉(zhuǎn)速為25250r/ 小時(shí)，即 25 r/min6首先設(shè)主軸上大齒輪與減速器上小齒輪的傳動(dòng)比i 6，電動(dòng)機(jī)的小帶輪與減速器上大帶輪的傳動(dòng)比i 2，則減速器上輸入的轉(zhuǎn)速為 700r/min，輸 出的轉(zhuǎn)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(hào)為CW80-25-IF, 該型號(hào)的減速器的額定輸入轉(zhuǎn)速為 750r/min,額定輸入功率為1.74KW額定輸入轉(zhuǎn)矩為 437Ngm。由于電動(dòng)機(jī)的功率為1.1KW所以選擇該型號(hào)的減速器符合要求2。5.3帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)取帶輪的傳動(dòng)比i 2，小帶輪轉(zhuǎn)速m 1400r/min，電動(dòng)機(jī)的額定功率 P=1

34、.1KV， 一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間16h（1）確定計(jì)算功率ca由由機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）表8-6查得工作情況系數(shù)Ka=1.2PeaA 1.2 1.1 KW 1.32KW選取V帶帶型根據(jù)ea、5由機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）圖8-9確定選用普通V帶型（3）確定帶輪基準(zhǔn)直徑由機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版）表8-3和表8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑dd1 63mm按式i西魚，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑dd2H ddidd2 idd1 2 63 126mm根據(jù)表8-7 ,取dd2 132mm按式vdpi n60 1000琵驗(yàn)算帶的速度63 140060 10004.62 m/s 25m /s根據(jù)式Ld2a02(dd1dd2)(dd2 dd1)4a2計(jì)算帶所

35、需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld2a2(dd1 dd2)2(dd2 dd1)4a22 250 -(63 132)(132 63)811.1mm24 250ddnv60 1000所以帶的速度合適 確定普通V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距根據(jù) 0.7(dd1 dd2) a0 2(dd1 dd2)初步確定中心距 a0 250mm由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表(8-2)選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 800mm按式a a。5 5計(jì)算實(shí)際中心距a2aa245mm(5)驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角a1I由式1180 丄57.5得a180LdLda57.5180132 6324557.5163.8120故主動(dòng)輪上的包角合適.計(jì)算V帶的根數(shù)z由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版

36、)式(8-22)知:由 n1=1400r/min、 dd163mm、 iPea(PoPo)K Kl2查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)(5-4)表8-5a和表8-5b得F00.25KWP00.03KWZ Pea(P0P0)K Kl查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表8-8得K 0.96,查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表8-2得Kl 1 則1.32(0.25 0.03) 0.96 14.91取z =5根。計(jì)算作用在軸上的壓軸力F0由式F 500卻芝1)血得:F0 500證 1) qv247.1N1 322 5500(1) 0.06 4.6224.62 50.96(8)計(jì)算作用在軸上的壓軸力Fp由式得Fp2zF0 sin 122 5

37、47.1.163.8 sin466.3N5.3軸的設(shè)計(jì)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, t 取45MPa選用空心軸。中心軸上的功率 P 1.1 0.97 0.75 0.96 0.768KW25中心軸轉(zhuǎn)速：n r /min6(3) 初步估計(jì)軸的最小直徑，由式3395.5 105P95.5 105 0.768dmin459.3mm0.2 Tgi(1)#0.2 45 乍(1 0.54)(4) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算查表15-3，對(duì)于空心軸dmin MF(5-5)式中也，即空心軸內(nèi)徑d1和外徑d之比，通常取 0.5: 0.6d取 0.5 , A

38、110，貝U/PI 0.768dmin Ar；：411064mmn(1)，25 (1 0.54)考慮到軸上鍵槽的影響dmin 64(1 7%)68.5mm由于軸選擇的是空心軸，因?yàn)橛捎诠嘌b機(jī)的結(jié)構(gòu)的要求需要在軸中裝一個(gè)直徑為35 mm左右的升降軸，由裝配圖可知，在傳動(dòng)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(jì)算出來(lái)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(gè)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170mm,即是安裝齒輪處軸的 直徑。5.4中心軸齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算一般，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，已

39、知條件是：傳遞的功率(KW)或轉(zhuǎn)矩T(N?m);轉(zhuǎn)速n(r/min)；傳動(dòng)比i ;預(yù)定的工作壽命 h；原動(dòng)機(jī)及工作機(jī)的載荷特性；結(jié)構(gòu)及外形尺 寸限制等。設(shè)計(jì)開始時(shí)，通常不知道齒輪的尺寸和參數(shù)，無(wú)法確定出參數(shù)的數(shù)值，因而無(wú)法進(jìn) 行精確計(jì)算。所以需要先初步選擇某些參數(shù)，按簡(jiǎn)化計(jì)算或類比方法確定主要尺寸，然后再進(jìn)行精確的校驗(yàn)計(jì)算。當(dāng)主要參數(shù)和幾何尺寸符合要求之后，在進(jìn)行齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè) 計(jì)，并繪制零件工作圖。圓柱齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)的原則：齒輪傳動(dòng)的承載能力，需要根據(jù)在設(shè)計(jì)壽命期間出現(xiàn)破壞形式的幾率，不超過(guò)所要求 的失效幾率來(lái)確定。失效幾率即是工作可靠度的余數(shù)。鑄鐵或閉式傳動(dòng)的硬齒面(工作齒面硬度 HBS3

40、50)的鋼齒輪傳動(dòng)的承載能力主要 取決于齒根彎曲強(qiáng)度；閉式傳動(dòng)的軟齒面(HBSC 350)的鋼齒輪傳動(dòng)的承載能力主要取 決于齒面接觸強(qiáng)度；開式齒輪傳動(dòng)的主要破壞形式是齒面磨損，一般可在計(jì)入磨損的影 響后，按齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算。齒輪的設(shè)計(jì)應(yīng)在滿足輪齒彎曲強(qiáng)度的條件下，選取較多的齒數(shù)。軟齒面閉式齒輪傳動(dòng)，宜取較多齒數(shù)，較小模數(shù)，以增大重合度，提高傳動(dòng)平穩(wěn)性， 減小加工量，提高刀具的耐久度，一般 z1 24。硬齒面閉式及開式齒輪傳動(dòng)，可取較小齒數(shù)，較大模數(shù)，以增大齒厚，提高齒輪彎 曲強(qiáng)度。對(duì)載荷變動(dòng)的齒輪傳動(dòng)和開式齒輪傳動(dòng)，宜使 乙與z2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(dòng)，

41、對(duì)開式齒輪傳動(dòng)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(duì)于小功率的 高速傳動(dòng)，宜取大小些；對(duì)于大功率的低速傳動(dòng)，宜取小些。齒寬及齒寬系數(shù)：齒寬系數(shù)常表示為：b_ba 、 d、 m。ad1m齒寬系數(shù)取大些，可使齒輪傳動(dòng)中心距及直徑減??；但齒寬越大，載荷沿齒寬分布不 均的現(xiàn)象越嚴(yán)重。一般取 a=1.2 ，閉式傳動(dòng)常取a =0.30.6，通常減速器常取a=0.4。變速箱中換檔齒輪常取a =0.120.15。開式傳動(dòng)常取 a =0.10.3。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)圓柱齒輪減速 器時(shí)，a要符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值，其值為：0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0

42、.8，1.0，1.2。一般取 d=0.22.4。對(duì)閉式傳動(dòng)，當(dāng)HBV 350，齒輪對(duì)稱軸承布置并靠近軸承 時(shí)，d=0.81.4 ;齒輪不對(duì)稱或懸臂布置、傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)剛性大時(shí)，取d=0.61.2，結(jié)構(gòu)剛性較小時(shí),d =0.40.9。當(dāng)HB 350時(shí)，d數(shù)值應(yīng)降低一倍。對(duì)開式傳動(dòng)，取 d=0.30.5 。 d與a的換算式為：d =0.5 ( i 1) m(5-6)一般取 m=825。當(dāng)加工和安裝精度高時(shí)，可取大些；對(duì)開式傳動(dòng)可取m=815;對(duì)重栽低速齒輪傳動(dòng)，可取m=2 025。 m、 a與d的換算式為：m =0.5 ( i 1) a 1 = d 1(5-7)齒輪的計(jì)算：電動(dòng)機(jī)的功率為1.1KW,

43、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(jī) 械零件手冊(cè)(修訂版)查得該減速器的效率為0.75KW,所以輸入的功率 R 1.1 0.97 0.750.8KW。選擇中心軸上的大齒輪和減速器上小齒輪的傳動(dòng)比i 6。則設(shè)計(jì)步驟如下：1 選取齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)(1) 按要求選用直齒圓柱傳動(dòng)齒輪(2) 速度不高，選用7級(jí)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 選小齒輪齒數(shù)i =24,大齒輪齒數(shù) 2 = i =1442 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)dit2.32(5-8)確定公式

44、內(nèi)的各計(jì)算參數(shù):(1) 初選載荷系數(shù)t=1.3(2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩1 95.5 105 1/n1=95.5 105 1.1 囂 0.75 =30.5 104 Ngmm 由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表10-7選取齒寬系數(shù)d=0.6; 由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表10-6選取Ze 189.9MPa1/2 ；由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1 =600MPa大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2=550MPa 由式N 60n jLh計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N160口 jLh 60 25 1 24 300 15 1.62 108N20.27 108由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖1

45、0-19查的接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1 1.08, KHN2 1.25 (7)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%安全系數(shù)S=1,由式KhN1 Hlim1S1.08 6001648 MPaKHN1 H lim21.25 5501687.5MPa3. 計(jì)算(1) 試計(jì)算小齒輪分度園直徑d1t(2)計(jì)算圓周速度vdgv60 100093.824 2560 10000.123m/s(3) 計(jì)算齒寬bb dgd1t 0.6 93.28456.295mm(4) 計(jì)算齒寬/齒高之比模數(shù)齒高(5)計(jì)算載荷系數(shù)mt = d1t / z1 =93.284/24=3.91mm；h 2.25mt 8.798b/h56

46、.2956.48.798根據(jù)v 0.123m/s,7級(jí)精度,由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-8查的動(dòng)載系數(shù)KV=1.02直齒輪,假設(shè)KAFt/bv100N/mm由表10-3查的Kh Kf 1.2 ；由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表10-2查得使用系數(shù)Ka 1.0由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表10-4查得7級(jí)精度、小齒輪懸臂布置時(shí)，Kh1.12 0.18(1 6.7 d2) d2 0.23 103b將數(shù)據(jù)代入后得Kh 1.354由b/h 6.4, Kh 1.354，查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-13得Kf 1.3 ;故載荷系數(shù)K KaKvK K 1 1.02 1.2 1.3541.657按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算的分度圓直

47、徑，由式d1 d1t3 K/Kt得d1 d1t3 K/Kt 93.824 31.657/1.3 101.734mm(6)計(jì)算模數(shù)mm d1 / Z1101.7344.24244. 按齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)式(10-5 )得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為(5-9)YFaYSa確定公式內(nèi)的各計(jì)算值:(1) 由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE1 500MPa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限fe2 380MPa ； 由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfn1 0.95,Kfn 21.0 ；(3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力K取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,由式一旦

48、得SF1KFN1 FE1SKFN2 FE2S0.95 5001.41.0 3801.4339.29MPa271.43MPa(4) 計(jì)算載荷系數(shù)KKKAKvKf Kf1 1.02 1.2 1.3 1.591(5) 查取齒形系數(shù)Yf 12.52;Yf 22.132(6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)，由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表10-5查得YS 11.625;Ys 21.844(7) 計(jì)算大、小齒輪的YFaYsa并加以比較:FYF 1SS 12.52 1.625 ,0.0121F1Yf 2SS 2339.292.132 1.8440.0145F 2271.43大齒輪數(shù)值大5. 設(shè)計(jì)計(jì)算32 1.591 30.5 1

49、04V 0.6 2420.01453.44 mm對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模 數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng) 度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān),可取彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)3.44mm并就近圓整 為標(biāo)準(zhǔn)值m=3.5mm按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d!101.734mm，算出小齒輪齒數(shù)也咤29m 3.5大齒輪齒數(shù)Z2 igZ16 29 1746. 幾何尺寸計(jì)算(1) 計(jì)算分度圓直徑：d1 Z1m 29 3.5 101.5mm d2 乙m 174 3.5 609mm(2) 計(jì)算中心距：a (d1 d2)/2(1

50、01.5 609)/2 355.25 mm(3) 計(jì)算齒輪寬度b dd10.6 101.560.9mm取 B265； B1707. 驗(yàn)算Ft藥6009.85Nd1101.5KaRb1 6009.8560.998.68100N gmm合適所以，總體符合設(shè)計(jì)要求5.5錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算電動(dòng)機(jī)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(jī)械零件手冊(cè)（修訂版）查得該減速器的效率為0.75KW圓柱齒輪傳動(dòng)的效率為0.96，鏈輪的傳動(dòng)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(dòng)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(dòng)比

51、設(shè)為1 2525i -，大齒輪的轉(zhuǎn)速為 一 r/min ,則撥瓶輪的轉(zhuǎn)速為 一 r/min。撥瓶輪每轉(zhuǎn)一圈，撥2 63進(jìn)8個(gè)瓶子，而螺旋限位器每轉(zhuǎn)一圈向前撥進(jìn)一個(gè)瓶子，所以螺旋限位器的轉(zhuǎn)速為200 r/min，即是與螺旋限位器連接的大錐齒輪的轉(zhuǎn)速。3設(shè)計(jì)步驟如下：1. 選取齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)(1) 根據(jù)要求選用直齒錐齒輪。(2) 灌裝機(jī)為一般工作及其，速度不高，故選用8級(jí)精度。 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選擇大齒輪齒數(shù)為z240，初定u 2，則乙4020u2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)

52、d1tKtT1r(1 0.5 r)2u2Ze(5-10)參數(shù)值確定：(1) 初選載荷系數(shù)Kt =1.3 ；(2) 計(jì)算大齒輪的轉(zhuǎn)距T1 9.55 105P/n1 9.55 105 0.72 3/ 400 5.09 103Ngmm ；(3) 查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)通常取取齒寬系數(shù) r=1/3 ； 查機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)表10-6取Ze 189.8MP1/2 ；(5) 由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-21d按齒面硬度中查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim1 600MPa ;小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim2 550 MPa ；(6) 由式N 60n1jLh計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)4008Ni 60m jLh 60

53、1 24 300 15 8.64 103QN24.32 10由機(jī)械設(shè)計(jì)(第七版)圖10-19查的接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1 0.93; KHN2 0.950.93 600522.5MPa(8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力H HN 2 H Iim2S0.95 550 558MPa取失效概率為1%安全系數(shù)S=1,由式仏如得SH 1H HN1 H Iim1S3. 設(shè)計(jì)計(jì)算(1)試計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t，代入中較小值d1t 2.92R(1KtT10.5 r)2Ze2u1.3 5.09 1032189.81 (1 0.5 1)2 2522.52.9236.08mm(2) 計(jì)算圓周速度dm60 100036.08 400601000 30.25m/s(3) 計(jì)算齒寬bR d1tu21R36.08 -3513.45mm2(4) 計(jì)算齒寬與齒高之比b/ h模數(shù)mtd1t / Z144.57/201.8mm齒高2.25mt2.25 1.84.0