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XXXX大學
畢 業(yè) 設 計 任 務 書
一、 題目及專題：
1． 題目：直線型液體自動灌裝機設計
2． 專題：
二、 課題來源及選題依據：
來源于工廠生產實際。
首先，通過對比和分析完成了對各個子系統(tǒng)環(huán)節(jié)的選擇與設計的基本思想和開發(fā)思路，單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)，進行了硬件設計和軟件編程；其次，對設備進行了準確度等級的檢測實驗和商品實例分析;最后，對系統(tǒng)的各個組成機構進行了整體一致性地分析和控制。設備具有精度高、速度快、穩(wěn)定可靠、操作簡單等優(yōu)點，配以自動式封蓋機能適用于自動化生產，可廣泛應用于食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表等行業(yè)，提高了企業(yè)的勞動生產率和計量保證能力，具有較高的應用價值和良好的市場前景。
三、 本設計應達到的要求：
1． 設計技術要求
本設計由灌裝水廠提出.設計要求:對現(xiàn)有的直線型液體灌裝機做一些技術上的改進,使直線型灌裝生產線性能有大的提高.
包裝規(guī)格：灌裝礦泉水。灌裝瓶是規(guī)格為：灌裝體積為600ml,直徑60mm。
包裝材料：塑料瓶
灌裝能力：10，0000瓶/天
灌裝時間:＜12s/次
設計要求：結構簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制
2．設計工作量要求
設計技術圖樣不少于折合A0三張、設計說明書一份（不少于12000字）。
四、 接受任務的學生：
機電05專升本 班 姓名 黃文兵
五、 開始及完成日期：
自2008年2月25日至2008年4月23日
六、 設計指導：
指導教 王海彥 簽名
簽名
簽名
金屬工藝教研室主任 簽名
機械工程學院院長 簽名
2008年5月11日
直線型液體自動灌裝機設計
XXXX 學 院
畢業(yè)設計(論文)說明書
題目 直線型液體自動灌裝機設計
院(系) XXXX學院
專業(yè) 機電
姓名 孫華偉
指導老師 黃文兵
20XX年 4 月 26 日
摘 要
本文主要介紹了一種為液體飲料生產企業(yè)設計的自動灌裝生產線。分析了定量常壓式灌裝設備的國內外現(xiàn)狀，探討了產品的市場開發(fā)背景，對設備的基本原理、結構設計以及各個子系統(tǒng)，如供送系統(tǒng)、灌裝系統(tǒng)、控制控制系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能都作了詳細介紹，論述了設備開發(fā)過程中采用的一些關鍵技術；采用單片機控制，系統(tǒng)控制方便準確、穩(wěn)定可靠；執(zhí)行機構可靠性高、穩(wěn)定性好；傳感器的應用更是提高了設備的可靠性；抗干擾設計和一體化的設計簡化了系統(tǒng)結構，降低了重量，節(jié)省了成本。
本文研究成果及主要工作包括:首先，通過對比和分析完成了對各個子系統(tǒng)環(huán)節(jié)的選擇與設計的基本思想和開發(fā)思路，單片機應用系統(tǒng)的開發(fā)，進行了硬件設計和軟件編程；其次，對設備進行了準確度等級的檢測實驗和商品實例分析;最后，對系統(tǒng)的各個組成機構進行了整體一致性地分析和控制。設備具有精度高、速度快、穩(wěn)定可靠、操作簡單等優(yōu)點，配以自動式封蓋機能適用于自動化生產，可廣泛應用于食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表等行業(yè)，提高了企業(yè)的勞動生產率和計量保證能力，具有較高的應用價值和良好的市場前景。
關鍵詞：灌裝；直線型；控制；單片機
目 錄
第1章 緒論
1.1包裝機械化的重要意義.........................................1
1.2包裝機械的主要特點及發(fā)展動向.................................2
1.3包裝機械工業(yè)的概況及展望.....................................3
1.4包裝機械的組成...............................................4
第2章 灌裝機械
2.1概述.........................................................6
2.1.1國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況............................6
2.1.2我國飲料灌裝機械制造業(yè)概況..............................7
2.1.3液體灌裝機械的分類......................................7
2.1.4國內外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢............................9
2.2總體方案設計的基本內容.......................................9
2.2.1確定功能與應用范圍......................................9
2.2.2工藝分析...............................................10
2.2.3總體布局...............................................10
2.2.4擬訂主要的工作參數(shù).....................................11
2.3方案的提出..................................................11
第3章 總體方案的設計分析和方案的比較與選擇
3.1設計分析....................................................12
3.1.1功能與應用范圍.........................................12
3.1.2工藝分析...............................................12
3.1.3對執(zhí)行構件的運動要求...................................13
3.1.4機構選型...............................................13
3.2灌裝機的總體結構............................................15
第4章 液料供送系統(tǒng)的設計計算和選用
4.1輸送管路的設計..............................................16
4.2輸送液泵的確定..............................................17
4.3閥端孔口流量的計算..........................................20
4.4灌裝時間的計算: .............................................22
4.5供液系統(tǒng)原理圖..............................................23
4.6供液系統(tǒng)所選元件的參數(shù)與一些重要參數(shù)........................24
第5章 供瓶系統(tǒng)的設計計算和選用
5.1輸送線方案的選用............................................25
5.2電機到減速器的傳動設計與計算................................25
5.2.1軸轉速功率扭矩的計算....................................25
5.2.2直齒圓柱齒輪傳動設計....................................27
5.2.3軸的結構設計............................................33
5.3鏈傳動設計計算..............................................35
5.4輸送線部分的計算............................................40
5.5軸系部件的設計計算..........................................41
5.5.1軸的設計計算............................................42
5.5.2軸承的選用和計算........................................48
5.5.3鍵的校核計算............................................49
第6章 灌裝系統(tǒng)設計和選用
6.1灌裝機儲液箱的尺寸確定......................................51
6.1.1儲液箱容量的計算........................................51
6.1.2結構設計................................................51
6.2儲液箱上的一些輔件的說明....................................51
6.3罐裝方法與定量方法的選用....................................52
6.3.1灌裝方法...............................................52
6.3.2定量方法...............................................53
第7章 執(zhí)行系統(tǒng)的設計計算和選用
7.1動作分析與執(zhí)行件的選用......................................55
7.1.1動作分析................................................55
7.1.2執(zhí)行件的選用............................................55
7.2設計分析與方案設計..........................................55
7.3機械液壓系統(tǒng)設計與計算......................................56
7.4液壓系統(tǒng)回路方案設計........................................60
7.5選擇液壓元件................................................61
7.6液壓系統(tǒng)性能驗算............................................62
第8章 控制系統(tǒng)的設計和選用
8.1水箱液位控制................................................64
8.2執(zhí)行系統(tǒng)的控制..............................................67
參考文獻.......................................................69
翻譯
中文譯文.......................................................77
致謝............................................................81
第1章 緒論
1．1包裝機械化的重要意義
近半個多世紀以來，隨著生產與流通日益社會化，現(xiàn)代化，產品包裝正以嶄新的面貌崛起，受到人們的普遍重視。
現(xiàn)在包裝的基本定義是：對不同批量的產品，選擇某種有保護性，裝飾性的材料或包裝容器，并借助適當?shù)陌b方法實現(xiàn)包裝作業(yè)，以達到規(guī)定的數(shù)量和質量，同時設法改善外部結構，降低生產成本，從而在流通到消費的過程中使之容易儲存搬運，防止產品破損變質，便于識別回收和利用，有吸影力，廣開銷路，不斷促進擴大再生產。
無論在國外或國內，包裝工程已經涉及到各行各業(yè)，面廣量大，對人民生活，國際貿易和國防建設到帶來了深刻的影響，甚至在現(xiàn)實生活中出現(xiàn)了過去難以想象的新情況：未經包裝出售的商品越來越少，而且包裝上的失敗往往會使好的產品得不到好的銷售。因而不妨這樣說，在將來，沒有現(xiàn)代化的包裝就沒有商品的生產和銷售?？墒侨绻麤]有先進的工業(yè)與科學技術的綜合發(fā)展，也不可能出現(xiàn)現(xiàn)代化的包裝工程。
迄今，一些科技發(fā)達的國家，在食品，醫(yī)藥，輕工，化工，紡織，電子，儀表和兵器等工業(yè)部門，已經程度不同地形成了由原料處理，中間加工和產品包裝三大基本環(huán)節(jié)構成的包裝連續(xù)化和自動化的生產加工過程，有的還將包裝材料加工，包裝容器成型和包裝成品儲存系統(tǒng)都聯(lián)系起來組成高效率的流水作業(yè)線。再者，為使包裝產品更好地進入流通領域，大都配有專門的自動化倉庫，并采用托盤集裝箱運輸。
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)具有高靈敏度和高靈活性的自動化包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代化生產的方向，同時也可以獲得較大的經濟效益。
一 能增加各種品種，改善產品質量，增加市場競爭力。
現(xiàn)代包裝機械所能完成的工作已經遠超過了簡單地模仿人的動作，甚至可以說在很多場合用巧妙的機械方法包裝出來的產品，不論在式樣，質地或精度等方面，大多是手工無法勝任的。
二 能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境。
對一些特殊的包裝物品，實現(xiàn)包裝的機械自動化，便可以大大改善操作條件，避免污染危害環(huán)境。至于對需要進行長期，頻繁，重復的以及其他笨重的包裝工作，如果能實現(xiàn)機械化和自動化，則可以大大減輕體力勞動，增加工人健康和提高生產效率。
三 能節(jié)約原材料，減少浪費，降低成本。
有一些粉末，液體在手工包裝過程中容易發(fā)生起泡，飛濺，外泄等現(xiàn)象，如果改為機械包裝則會大大減少損失。
四 能提高生產效率，加速產品的不斷更新。
機械包裝反對生產能力往往比手工包裝提高幾十倍，甚至是幾百倍，這樣將會更好地適應市場的實際需要，合理地安排勞動力，為社會創(chuàng)造更多的財富。
由此可見，實現(xiàn)包裝機械化和建立現(xiàn)代化包裝工業(yè)，是關系到國家長遠規(guī)劃的一件大事，也是搞好社會主義現(xiàn)代化的一項重要內容。
1.2包裝機械的主要特點及發(fā)展動向
包裝機械的作用是給有關行業(yè)提供必要的技術裝備，以完成所需要的產品包裝工藝過程。為了對包裝機的發(fā)生和發(fā)展找出規(guī)律性認識并制定出適當?shù)膶Σ?，有必要深入地了解它的一些特點：
一 包裝機械是特殊的專業(yè)機械。
包裝機械是特殊的專業(yè)機械，種類很多。包裝物品不僅花色品種多，而且多數(shù)是可以變化的。而且人們對包裝還提出更高的要求，從而使得包裝機械不斷地提高和改進。
包裝不單作為一個獨立的工業(yè)部門已經取得的驚人的發(fā)展，同時也逐漸地成為一門嶄新的綜合科學。
二 在發(fā)展專用機械的同時，積極開發(fā)通用包裝機械。
包裝機械在發(fā)展專用機械的同時，為滿足現(xiàn)代包裝的實際需要正在不斷擴大其通用能力，積極開發(fā)新型的通用包裝機。
研制通用包裝機的目的，一是適應被包裝物品，材料和包裝形式的多樣化，二是要照顧制造使用單位的技術力量，設備配置和生產成本。所以人們越來越重視包裝機的通用性。
三 包裝機械日趨聯(lián)動化，高速化，自動化
包裝機械日趨聯(lián)動化，高速化，自動化，并相應提高自動化水平，使設備功能逐步完善。
實踐表明，搞好包裝機械自動化不單脫離不開機電液氣等常規(guī)技術手段的相互配合，同時還必須了解和掌握有關尖端技術，盡量吸收和改進包裝機械確有的價值，使之保持一定的生命力。
1.3包裝機械工業(yè)的概況及展望
在世界范圍內，包裝工業(yè)的發(fā)展比較短?？茖W技術發(fā)達的歐美各國大體上是從本世紀開始初葉起步的，及至50年代才有大的發(fā)展。由于社會上的各方面的積極推動和有利配合，終于逐步建立起包裝材料，包裝印刷，包裝機械等生產部門和與之相適應的科研，設計，教育，學術，管理等機構，進而形成了獨立完整的包裝工業(yè)體系，而在國民經濟中占有重要的地位。
據有關專家預計，2005年我國包裝機械產量將增加到67萬臺(套)，到2010年將增至93萬臺。
快速發(fā)展的食品加工業(yè)，需要大量高品質的包裝機械和食品加工機械，也給包裝機械制造行業(yè)帶來了商機。目前我國食品加工能力還遠不能滿足需要，因此在提高農副產品深加工能力的同時，食品機械和包裝設備的需求就必然加大。
據有關方面預計，到2005年國內市場食品機械和包裝設備的總需求應為650億元左右，即每年保持12％以上的增長率才能滿足市場需求。同時，這兩個行業(yè)將淘汰部分低產量高能耗的生產設備，爭取使新型高效設備所占比例達到60％。由于中國國產機械的技術和質量還無法滿足要求，對國外此類設備的進口需求將增加。
隨著我國經濟形勢持續(xù)高速發(fā)展，人民生活水平不斷提高，人們對醫(yī)療健康的需求越來越高，因此帶動了醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，并由此推動了對制藥機械需求的增長，促進了制藥裝備工業(yè)的繁榮。據統(tǒng)計，2003年前3個季度，我國制藥機械制造業(yè)產品銷售收入達到了l4．15億元，實現(xiàn)利潤達到25．73％。
今后要運用系統(tǒng)工程的觀點，進一步統(tǒng)籌規(guī)劃，分工發(fā)展食品，農副產品，醫(yī)藥，輕工，兵器等部門急需的包裝機械以及相關的包裝配套設備，還須抓好包裝材料加工和成型機械，包裝檢測裝置以及包裝基礎件的生產，并且充分利用現(xiàn)有條件全面開展產品的系列化，零部件的通用化和標準化等工作，以加快包裝機械更新?lián)Q代的步伐。
1.4包裝機械的組成
包裝機械由動力機，傳動部分和執(zhí)行部分等構成。為便于掌握和研究包裝機械的工作原理與結構性能，通常又將包裝機械分成以下9個組成要素。
一 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，排列，運輸?shù)筋A定的工位的裝置系統(tǒng)。有的還完成被包裝物品的成型和分割。
二 被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，并逐個輸送到預定的工位的裝置系統(tǒng)。有的在供送過程中還完成制袋或包裝容器的豎立，定型，定位。
三 主傳動系統(tǒng)
住傳動系統(tǒng)是指將包裝物品和包裝材料由一個包裝共位傳送到下一個工位的裝置系統(tǒng)。單工位包裝機則沒有主傳動系統(tǒng)。
四 包裝執(zhí)行機構
包裝執(zhí)行機構是指直接進行裹包，填充，封口，貼標，捆扎和容器成型等包裝操作的機構。
五 成品輸出機構
成品輸出機構是指將包裝品從包裝機上卸下，定向排列并輸出的機構。有的機械的成品輸出由主傳動系統(tǒng)完成或靠重力卸下。
六 動力機與傳動系統(tǒng)
動力機與傳動系統(tǒng)是指將動力與運動傳遞給執(zhí)行機構和控制元件，使之實現(xiàn)的預定動作的裝置系統(tǒng)。
七 控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)由各種自動和手動控制裝置等組成，是現(xiàn)在包裝機的重要組成部分，包括包裝過程及其參數(shù)的控制，包裝質量，故障與安全的控制等。
八 機身
機身用于支撐和固定有關零部件，保持其工作時要求的相對位置，并起一定的保護，美化外觀等作用。
九 包裝機械的輔助件和設備
輔助機械包括包裝材料，包裝件和相關機械和設備。
第2章 灌裝機械
2.1概述
液體灌裝是包裝的重要組成部分,主要包括在食品領域中對啤酒、飲料、白酒葡萄酒、植物油和調味品的包裝，還包括洗滌類日化、礦物油和農藥等化工類液體產品的包裝。液體灌裝機械大部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)。
將液體灌裝到包裝容器內的裝置稱為灌裝機械或灌裝設備。
液體依據自身黏度的不同，有的借助于自重即能灌入包裝容器，對于低黏度的液體，根據是否含有二氧化碳氣體分為含氣和不含氣體兩類。
液體包裝容器主要有玻璃，金屬罐，以及用塑料或任性復合材料制成的各種杯，管，瓶，袋等。在我國目前廣泛采用玻璃瓶和塑料瓶。其主要缺點是較重，成本低，化學穩(wěn)定性好，可以長時間保存，無毒，可清洗，可以回收?，F(xiàn)在正在進行研制新型包裝材料。
采用機械化的灌裝方法不僅可以提高勞動生產力，減少產品損失，保證包裝質量，而且可以減少生產環(huán)境與被灌裝液體的相互污染。
2.1.1國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況
飲料灌裝機械是伴隨飲料工業(yè)的產生而產生，并追隨飲料工業(yè)的發(fā)展而進步的。1890年，美國研制出玻璃灌裝機械，1902年市場上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機械，1912年發(fā)明了封口機械，不久灌裝機械和封口機械合為一體。在20世紀末，德國制造出手動灌裝機。
含氣體飲料的灌裝工藝難度較大，灌裝設備的發(fā)展大約經歷了三個階段。第一階段是1952年---1957年之間，完成了含氣體飲料的灌裝機械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國H￡K公司，之后是法國和前蘇聯(lián)，發(fā)明研制了等壓彈簧閥，彈簧在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將沖液閥打開，破瓶后沖液閥可以自動關閉，這樣不僅使灌裝機械的結構簡單了，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，為灌裝機械的高速化創(chuàng)造了條件。等壓彈簧閥的出現(xiàn)是灌裝發(fā)展史上的一個重要階段，至今等壓灌裝機還廣泛使用，只是功能更完善，結構更合理。第三階段是一德國SEN公司發(fā)明的電動閥為標志，電動閥中氣閥和水閥的開啟和關閉由可控編程器控制，對灌裝時間，灌裝速度進行嚴格的控制和可靠的界定。
2.1.2我國飲料灌裝機械制造業(yè)概況
我國飲料灌裝機械制造業(yè)起步晚，20世界60年代前基本是空白，當時國內的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀30---40年代的設備，工藝落后，機械陳舊，嚴重影響了我國啤酒和汽水飲料工業(yè)的發(fā)展，1967年我國才開始研制和生產灌裝機械。進入20世紀70年代，我國先后引進了一些國外灌轉生產線，在裝備一些設備的同時，也促進了我國包裝機械行業(yè)進入了一個新的發(fā)展時期。機械，輕工，軍工等領域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術的基礎上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機械，提供給國內的一些飲料生產廠，促進了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進入20世紀80年代，我國采用技術貿易結合的方式，引進德國SEN公司的20000瓶/小時的啤酒灌裝生產線和日本三菱公司18000瓶/小時的含氣飲料灌裝生產線的制造技術，到1991年又引進了德國KHS公司30000瓶/小時的啤酒灌裝生產線及生產技術。這樣我國不僅能夠生產中小型的灌裝機，而且能夠生產大型灌裝機，技術水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝設備制造業(yè)的整體水平提高到了一個新的水平。
2.1.3液體灌裝機械的分類
日常生活中，需要商品包裝的液體涉及到很多領域，范圍廣泛。包裝容器各式各樣，包裝容量從幾十毫升到上百升。下面就食品行業(yè)（包括部分化工行業(yè)）常見的，灌裝容量在150—2000的各式灌裝設備進行簡單的分類：
在我國，玻璃瓶包裝飲料總產量的24.3%（1997），達260萬噸；在啤酒行業(yè)，主流的包裝容器也是玻璃瓶。玻璃瓶雖有運輸成本高，易破碎等缺點，但其氣密性好，理化指標穩(wěn)定，沒有影響飲料品質的不良氣味，目前依是液體包裝的主要容器。鋁質易拉罐用于啤酒飲料的包裝，馬口鐵易拉罐用于果菜汁飲料及一些流體食品的包裝。由于今年來易拉罐的包裝成本大幅度下降，灌裝飲料的產量逐漸上升。
除上述的幾類灌裝機械外，制造商還可以根據客戶的要求設計出各色各樣的灌裝機。多數(shù)情況下，一種液體的包裝，可以有幾種灌裝機械供選用。
2.1.4國內外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢
一 灌裝機械制造水平的發(fā)展體現(xiàn)在灌裝閥核心的發(fā)展上：從機械閥到等壓閥，再到電子閥。這些都體現(xiàn)了技術的進步和發(fā)展。
二 灌裝機械向大型化發(fā)展。為適合食品飲料工業(yè)的大生產，以獲取規(guī)模經濟利潤，灌裝機械向高速化，高生產能力化發(fā)展。
三 灌裝機械結構趨向于簡單合理。灌裝機械產品結構越來越簡單，零部件在減少，設備可靠性在提高，成本降低，操作簡單，維修方便。
四 灌裝機械在向多功能發(fā)展。能夠使用用戶改變包裝容器，改變灌裝液體的需要。更換部件也能適應封口形式的變化，產品的適應性提高，市場競爭力加強。
五 灌裝機械的光機電的一體化。先進的控制系統(tǒng)用于灌裝機械中，人機界面，故障自我診斷，實現(xiàn)了設備運行的智能化。
六 灌裝機械技術的精確，高效，自動化。精確的灌裝量，灌裝過程的高速，可靠，盡量少的液損，整條生產線的最優(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的迅速發(fā)展是大的趨勢。目前國外使用的電子灌裝閥有三種形式：探針式電子閥，配置電磁流量計的電子閥，配置定量筒的電子閥。我國的一些灌裝設備廠也在研制設計一些符合我國國情的電子灌裝閥，但是電子灌裝閥在我國的推廣使用受到了國產灌裝器容器幾何形狀精度不高和電子元件水平的制約。
2.2總體方案設計的基本內容
2.2.1確定功能與應用范圍
早期的灌裝機械功能單一的居多數(shù)，這樣可以簡化設計，并且比較容易成功。若將多臺機械和多道工序合成由一臺包裝來完成，可以取得明顯的經濟效益。
確定灌裝機的功能與應用范圍，需要注意兩個問題：
（1）可靠性。在一般情況下，功能增加灌裝操作環(huán)節(jié)變多，故障發(fā)生的可能性也相應增大。因此，只有在單功能灌裝的操作都相當穩(wěn)定可靠的情況下，才能考慮將它們組成多功能的多功能灌裝機。
（2）適應性。任何灌裝機的應用范圍都是有限的，機器的功能越多，結構就越復雜。因此，常將多功能灌裝機設計成組合的形式，也可以根據用戶的不同需要靈活增加或改裝一些組合部件。
2.2.2二工藝分析
工藝分析是研究，分析和確定所設計的包裝機械完成預計包裝工序的工藝方法。
需要考慮的幾個問題：
1包裝方法
（1）把保證灌裝質量放在首要位置。不論選用何種灌裝方法，都要保證灌裝質量。
（2）當有多種方法可以選擇時，應選用容易實現(xiàn)的方案。
2機器類型
（1）根據灌裝執(zhí)行機構的多少選擇機械類型。
（2）根據生產率的高低選擇機械類型。
3包裝程序，包裝工藝和工位數(shù)
（1）包裝程序是指：完成包裝操作的先后順序。包裝方式往往決定了包裝程序。
（2）包裝工藝路線：包括包裝材料和包裝物品的供送路線，以及他們在包裝過程中的傳送路線，包裝成品的輸出線。
4運動要求和機構選型
根據已定的功能，應用條件和范圍，工藝方法，分析和確定對執(zhí)行機構的運動要求，進而完成機構的選型及其綜合。
2.2.3總體布局
總體布局是指灌裝機的有關組件，部件在整機中相對空間位置的合理配置。
（1）布置執(zhí)行機構
（2）布置傳動系統(tǒng)
（3）布置操作條件
（4）選擇支承形式
（5）繪制總體布局圖
2.2.4擬訂主要的工作參數(shù)
灌裝機械的主要技術參數(shù)：
（1）機構參數(shù)
（2）運動參數(shù)
（3）動力參數(shù)
（4）工藝參數(shù)
2.3方案的提出
本設計由灌裝水廠提出.設計要求:對現(xiàn)有的直線型液體灌裝機做一些技術上的改進,使直線型灌裝生產線性能有大的提高.
用途：包裝低粘度的不含氣體的液體飲料（如礦泉水、飲料等）
包裝規(guī)格：灌裝礦泉水。灌裝瓶是規(guī)格為：灌裝體積為600ml,直徑60mm。
包裝材料：塑料瓶
灌裝能力：10，0000瓶/天
灌裝時間:＜12s/次
設計要求：結構簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制
灌裝機械的主要技術指標
（1）灌裝液體粘度小于1Pa.s
（2）灌裝速度6次/min。
（3）灌裝容器尺寸范圍：高度20mm---200mm,截面直徑〈70mm
（4）系統(tǒng)壓力：0.5---3MPa.
第3章 總體方案的設計分析和方案的比較與選擇
3.1設計分析
3.1.1功能與應用范圍
用途：包裝低粘度的不含氣體的液體飲料（如礦泉水、飲料等）
包裝規(guī)格：灌裝礦泉水/飲料。灌裝瓶規(guī)格為：灌裝體積為600ml,直徑60mm。
包裝材料：塑料瓶/玻璃瓶。
灌裝能力：10，0000瓶/天。
設計要求：結構簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制。
灌裝機械的主要技術指標：
（1）灌裝液體粘度小于1Pa.s
（2）灌裝速度6次/min
（3）灌裝容器尺寸范圍：高度20mm---200mm,截面直徑〈70mm
（4）系統(tǒng)壓力：0.5---3MPa.
3.1.2工藝分析
1確定機器類型
（1）工位
所設計的生產線批量不是較大，而且整條生產線的灌裝動作也不是較多，所以用單工位的灌裝機。因為其結構較為簡單，可以控制成本。
（2）運動形式
液體包裝機的運動有間歇式和連續(xù)式兩種運動類型。連續(xù)性的生產量較大，但其結構復雜，而且控制要求精度較高。間歇式的生產量不是很大，而且結構簡單，成本低。所以根據設計要求，選用間歇式。
2確定包裝程序，工藝路線和工位數(shù)
（1）包裝程序
灌裝瓶運動到位后，由推動液壓缸將其頂起，進行灌裝，灌裝完成后再將其推到下一個生產工位。
（2）工藝路線
單工位的液體灌裝工藝路線有多種，如直線型分布，依照工藝順序將生產線布置成直線，也可以將其分布成立體型等等。設計要求中指出要降低生產成本，要求控制方便，所以選用直線型的工藝路線。
（3）工位數(shù)
因為生產批量不是很大，所以選用單工位。這樣就可以省去主傳動系統(tǒng)，簡化了結構。
3.1.3對執(zhí)行構件的運動要求
（1）輸送系統(tǒng)要求運動平穩(wěn)，工作噪聲較小，在規(guī)定的時間內將灌裝瓶輸送到指定的灌裝平臺上。
（2）頂起部件的運動要求可以將灌裝平臺和其上部的灌裝瓶頂起，并起支撐的作用。輸送部件運動要求在規(guī)定的時間內將物體推到規(guī)定的位置。
（3）液體灌裝要求灌裝動作要穩(wěn)定，而且對灌裝精度有較高的要求。
（4）成品輸出，灌裝完成后還要將灌裝瓶推送到指定的下一條生產線上，再由輸送機構將其輸出。
3.1.4機構選型
一 供送液體系統(tǒng)的機構
因為灌裝的是低粘度的液體，所以液體的供送可以選用液壓泵，也可以借助高液位依靠液體的自身重力完成灌裝。但采用高液位灌裝時，灌裝速度是變量，而且對灌裝的精度有較大的影響，同時對灌裝的穩(wěn)定性也不利。所以選用一套液壓供送裝置進行供送。
二 供送灌裝瓶系統(tǒng)的機構
參考現(xiàn)有的的輸送機械，選用板式輸送機。
三 執(zhí)行機構系統(tǒng)的選型
根據工藝分析和設計要求，可以選用液壓缸、氣壓缸做執(zhí)行機構，也可以選用機械傳動。
液壓系統(tǒng)的優(yōu)點：
1）布置不受嚴格的空間位置限制，系統(tǒng)布局安裝有很大的靈活性，能夠組成復雜的系統(tǒng)。
2）可以在運用過程中實現(xiàn)無極調速。
3）運動均勻平穩(wěn)。
4）操作控制方便，省力，容易實現(xiàn)自動控制。
5）液壓元件是工業(yè)基礎件，已經標準化，系列化和通用化。
6）單位質量輸出功率大，動態(tài)性能好。
氣壓執(zhí)行也具有上面的優(yōu)點，但氣壓傳動有沖擊，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。
所以選用液壓傳動作為執(zhí)行機構。
四 傳動系統(tǒng)
各種傳動形式的特點比較:
1帶傳動：帶傳動的功率不大（可以用于中小功率），結構尺寸比其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖 吸收沖擊震動，常用于高速傳動中。中心距變化范圍大，可以用于較遠距離的傳動，噪音小，結構簡單，成本低，安裝要求不高。
2鏈傳動：鏈傳動的瞬時傳動比是變化的，而且有沖擊震動，所以不適合于高速傳動及傳動比要求準確的場合，一般多用于底速傳動及傳動要求不太嚴格的場合。中心距變化范圍大，可以用于較遠距離的傳動，在高溫，油，酸等惡劣條件下工作，軸承和軸的作用力小。
3齒輪齒輪傳動：齒輪傳動的瞬時傳動比是不變化的，而且效率高，體積較小。外形尺寸小，圓周速度及功率范圍廣。
圓柱齒輪的設計加工容易，但速度高時有噪音。
斜齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)，噪音小，承載能力高。
人字齒輪基本上同斜齒圓柱齒輪相同，它對軸承不產生軸向力。
錐齒輪加工困難，開式齒輪傳動磨損大。
4蝸桿傳動：蝸桿傳動速度比大，傳遞運動平穩(wěn)，但效率低，消耗有色金屬。結構緊湊，外形尺寸小，傳動比大，傳動比不變，無噪聲，可以做成自瑣機構。
5摩擦輪傳動：傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護作用，可以在運行中平穩(wěn)地調整傳動比，廣泛地應用于無級調速。
6高副傳動：可以實現(xiàn)較為準確的要求的運動參數(shù)，結構簡單，成本低。
7螺旋傳動：能將旋轉運動變成直線運動，并能夠以較小的轉距得到較大的軸向力，傳動平穩(wěn)，無噪聲，無噪聲比大，可以用于微調，可以做成自瑣機構。
8平面連桿機構，空間連桿機構：可以由連續(xù)勻速運動轉換成軌跡較為復雜的運動，可實現(xiàn)急回運動，有一定位置度或相對位置的運動，低副運動，有利于潤滑，可傳遞較大動力。
所以，根據系統(tǒng)設計要求選用鏈傳動。
五 自動控制系統(tǒng)
為實現(xiàn)灌裝生產的有序化和嚴格控制生產節(jié)奏，供液系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)需要配備自動控制裝置，以實現(xiàn)生產的有序化和自動化，所以選用單片機進行系統(tǒng)控制。
六 機身
為適應系統(tǒng)的運轉，并考慮生產的批量，底座與箱機架都采用了槽鋼。
3.2灌裝機的總體結構
根據包裝容器的傳送形式，灌裝機可以分為直線型和旋轉型兩種。前者包裝容器沿直線作周期性的間隙移動，在停歇時完成灌裝。后者，包裝容器繞圓周作回轉運動，同時進行灌裝。
直線型灌裝機結構簡單，成本低，但工作穩(wěn)定性不如旋轉型灌裝機。
第4章 液料供送系統(tǒng)的設計計算和選用
4.1輸送管路的設計
輸液管尺寸的確定
從儲液槽到灌裝機儲液箱的輸液管路一般均用圓管鋪設.首先要合理選擇它的內徑和壁厚
(1)圓管內徑
設輸液管的內徑為d(m),截面積為A(),液體在管內的流速為u(m/s),體積流量為v(),由于:
故得:
可見,欲求d必須先求v和u.為此,又設:
W----管內質量流量（kg/s）
----液體的密度（）
---每瓶灌裝液體的質量（kg）
--灌裝機最大的生成能力（pcs/h）
逐寫出:
所以：
在流量保持定值的條件下,雖然提高流速會使管徑和設備投資費用都相應減少,但往往要增加輸送液料所需的動力和操作費用.因此設計時應根據具體情況參考表10-1適當選取流速,根據系統(tǒng)的設計要求,取u=3m/s
所以：
(2)圓管壁厚
圓管的壁厚一般根據系統(tǒng)的耐壓和耐腐蝕等條件,按標準規(guī)格選用,選:t=5mm.
4.2輸送液泵的確定:
要在單位時間內給灌裝機儲液箱輸送一定數(shù)量的液體原料,必須借助高位槽或輸送泵作動力源.因為高位槽不方便控制液體的量,而且根據連續(xù)性方程可知高位槽中的液體原料在下落時會影響供液的壓力,所以用輸送泵作動力源給灌裝機儲液箱供液.
為合理確定輸液泵的功率,應運用能量守恒定律,亦即流體力學的柏努力方程求解:
為了求管子損失壓頭,需要算出雷諾系數(shù)
其中：
由于,可知液體在管內是紊流的,動能修正系數(shù)可取=1.另外,若取管子絕對粗糙度=0.2,經查表得摩擦系數(shù)=0.035,則直管阻力損失壓頭:
又查表得標準彎頭阻力系數(shù)=0.75,球心閥全開時阻力系數(shù)=6.4,進口阻力系數(shù)=0.5,出口阻力系數(shù)=1,則局部阻力損失壓頭:
設灌裝機儲液箱的自由液面,而儲液槽液面為2----2,取=0,=3,管路上多了一個標準彎頭,故損失壓頭:
代入有關數(shù)值,可得泵的壓頭
則輸液泵所需的軸功率：
4.3閥端孔口流量的計算
液料經灌裝閥孔口的體積流量用通式表示為
式中-------孔口的流通面積（）
-------孔口的流速（m/s）
液料流速可由灌裝閥端孔口截面0---0與儲液槽液面2----2之間所建立的柏努力方程式得求:
設儲液箱液面的表面積為,其速度折算系數(shù)為,按流體連續(xù)性原理得相應的流速
同樣，設某段的截面面積為，其速度折算系數(shù)為=，按流體力學的連續(xù)性原理得相應的流速：
顯然：
將以上的，帶入，經整理得：
解出
為簡化分析計算：
令，
并取灌裝閥的孔口截面壓頭和流速系數(shù)
代入可得:
由此可見，液料體積流量V主要取決于三個參數(shù)：通道流速系數(shù)C,孔口流通面積，孔口截面壓頭H。
1）通道流速系數(shù)C
液料經灌裝閥通道所受到的阻力越小，C值就越大，但它小于1。
通常，C值用實驗的方法確定，也可以通過計算的方法算出。若已知灌裝閥的結構及操作條件，通過查表可以確定出各段的阻力系數(shù)和。不過閥中各部位的阻力系數(shù)不僅難以求出，而且相互之間又有影響，結果使得流速系數(shù)降低，要行修正。一般建議取修正系數(shù)=0.77----0.87之間。這樣修正后的流速系數(shù)
對灌裝低粘度的液體，一般取c=0.5。
查參考表，集合設計要求，取c=0.5。
2）孔口流通面積
在瓶口尺寸允許的條件下應盡可能地取較大的，并且盡量增加該截面的浸潤周邊長度，以將少雷諾系數(shù)，從而使得液體流動更加穩(wěn)定。
3）孔口截面壓頭H
它包括兩項：
一是，孔口截面的靜壓頭，它除受自由出流或淹沒出流的影響外，更重要的是取決于儲液箱和灌裝瓶內的氣壓差。另一個是孔口截面位壓差，它除受定量方法的影響外，更重要的是取決于儲液箱內自由液面對灌裝閥端面孔口截面的高度。
綜合上面的計算，得出：
參考表10---2，取用V=3m/s。
4.4灌裝時間的計算:
根據定量方法的和灌裝閥管口伸至瓶內位置的不同對灌裝時間影響也不同。
如圖所示，若管口伸至瓶頸部分，隨定量杯內的液位逐漸降低，液體流速也會相應降慢，故此灌裝過程屬于不穩(wěn)定的管口自由流出出液，即液料體積流量V為變量，它是孔口截面位壓頭的函數(shù)。
設定量杯的截面積為定值，當內存液料距離管口的高度為Z時，其瞬時流量
將上式轉換為
則定量杯所存的液料全部注入瓶內所需的灌裝時間
-------定量杯沖滿液料時距離管口的高度（m）
-------定量杯流完液料時距離管口的高度（m）
帶入有關數(shù)據計算得：
根據設計要求分析可得，可以滿足使用要求。
4.5供液系統(tǒng)原理圖
4.6供液系統(tǒng)所選元件的參數(shù)與一些重要參數(shù)
1液壓泵 型號規(guī)格 CB-B500
排量 500ml/r
壓力 2.5mpa
轉速 1450r/min
效率 0.93
驅動功率 6.5kw
表面尺寸 174*120*185mm
2節(jié)流閥 型號規(guī)格 LF-B32H
公稱壓力 31.5mpa
公稱流量 200L/min
質量 15kg
3溢流閥 型號規(guī)格 YF3-10B-*
通經 10mm
額定流量 63ml/s
調壓范圍 0.5---16mpa
卸荷壓力 0.45mpa
質量 1.9kg
4電磁換向閥 型號規(guī)格 CE系列
通徑 10
額定壓力 16mpa
通過流量 60
5閥端口流量 110ml/s
6灌裝時間 6s
7管路直徑 100mm
8管路壁厚 5mm
第5章 供瓶系統(tǒng)的設計計算和選用
5.1輸送線方案的選用
板式輸送機在工業(yè)部門中應用廣泛.它可以沿水平方向或傾斜方向輸送各種散裝物料或成件物品,它也可以用于流水線生產.可以輸送比較沉重的,較大的物料或成件物品.也可以在較高的溫度環(huán)境下輸送物快.
一 板式輸送機的優(yōu)點:
1使用范圍廣泛.
2輸送能力大.
3牽引鏈的強度高,可以作長距離的輸送.
4輸送線路布置靈活.
5在輸送過程中可以進行各種工藝的加工.
6運行平穩(wěn)可靠.
二 布置形式:
為滿足灌裝工藝要求,簡單布置形式,采用水平布置形式.
三 板式輸送機的主要部件:
1牽引鏈:
2底板:
3驅動部分:
4張緊部分:
5機架:
5.2電機到減速器的傳動設計與計算:
設計一級減速器，具體設計計算如下。
參考現(xiàn)有的生產線上的電機，選用電機為：YH100L—2，轉速2700r/min，額定功率3kw，電流6A，轉差率10%，功率因數(shù)0.87
5.2.1軸轉速、功率、扭矩的計算
第一根軸的轉速為電機的轉速，=2700（軸1通過聯(lián)軸器與電機相聯(lián)）
第二根軸的轉速為與鏈輪相聯(lián)的軸的轉速。從上面輸送線的計算可以得知
=700
傳動比為
各軸功率的計算：
第一根軸
第二根軸
=2.88kw
軸的扭矩計算：
從上可以得出如下表格的數(shù)據
軸號
轉速
輸出功率
輸出轉矩
傳動比
效率
電機軸
2700
3
1
1
軸
2700
2.97
10505
3．86
0．99
軸
700
2.88
39291
0.97
5.2.2直齒圓柱齒輪傳動設計
1 選擇齒輪材料
查表 大小齒輪均用45號鋼，調質
2 按齒面接觸疲勞強度來計算
確定齒輪傳動精度等級
按
估取圓周速度為=
查表選取
公差等級為8級
小輪分度圓直徑，由公式可得
齒寬系數(shù)查表，按齒輪相對軸承為非對稱布置，
可取=
小輪齒數(shù)，在推薦值17~20中選則。
=17
大輪齒數(shù)=
=
圓整，取
齒數(shù)比
傳動比誤差 =
誤差范圍在的范圍內，所以合適。
小輪轉矩
由前面的計算可知
載荷系數(shù)K
使用系數(shù)，查表得 =1
動載荷系數(shù) ，查表得初值 =
齒向載荷分布系數(shù) ，查表得 =
齒向載荷分配系數(shù) ，由下式及得
查表并插值
則載荷系數(shù)K的初值
彈性系數(shù) 查表得 =
節(jié)點影響系數(shù) ，查表（） 得=
重合度系數(shù) ，查表得
許用接觸應力
接觸疲勞極限應力，，查表得
應力循環(huán)次數(shù)
=
則查圖得接觸強度的壽命系數(shù)，（不允許有點蝕）
==1
硬化強度 =1
接觸強度安全系數(shù)，按一般可靠度
=，取
=
故由上面的一系列參數(shù)可以得出
齒輪模數(shù)
查表取
小齒輪分度圓直徑的參數(shù)值圓整
=
=25.5
圓周速度V
與估取值誤差不大，對取值影響不大，不必修正
小輪分度圓直徑
大輪分度圓直徑
中心距a
齒寬b
大輪齒寬
小輪齒寬
3 齒根彎曲疲勞強度校核計算：
齒形系數(shù) 查圖8—67
小輪 =2.9
大輪 =2.8
應力修正系數(shù) 查圖8—68
小輪 =1.54
大輪 =1.73
重合度系數(shù)
許用彎曲應力[由式（8—71）得
彎曲疲勞極限 查圖8—72
=
=
彎曲壽命系數(shù) 查圖8—73
=1
=1
尺寸系數(shù) 查圖8—74
=1
安全系數(shù) 查圖8—27
=1.3
則
故
5.2.3軸的結構設計：
第一根軸的結構設計及分配
軸的結構設計
1．擬定軸上零件的裝配方案
2．根據軸向定位要求確定直徑和長度
軸段1 ：軸段1與聯(lián)軸器相連。由最小直徑及剖分式軸承段軸的直徑。根據工作需要及工藝要求取軸段1長為
軸段2 ：根據端蓋的定位及，，確定軸段2的長度和直徑為
軸段 3 ： 根據所選的深溝球軸承6404直徑為d=20mm,可以確定軸段3的直徑，以及軸承的寬度為19mm，可以定軸的長度為38mm
軸段 4 ： 由于小齒輪直徑為26mm，與軸的直徑相差不大，所以可以將小齒輪與軸段4做成一體，可以定軸段4的直徑為，=小齒輪寬度+與箱壁的距離。
軸段5同軸3段一樣。
第二根軸的結構設計與分配
一 根據軸向定位要求確定各軸段直徑和長度
軸段 1 ：根據鏈輪的直徑為270mm，以及寬為100mm，可以將軸的第一段作成花鍵
軸段 2：根據端蓋的定位及，，確定軸段2的長度和直徑為
軸段 3 ：根據所選的軸承型號6407直徑為35mm，寬為25mm，以及擋圈?？啥ㄝS段3的直徑及長度為
軸段 4 ：長度比軸一的長度略短些?？扇?
軸段 5 ：軸段5+軸段6=軸段3?？啥ㄝS段5的直徑為
軸段 6 ：軸段6=60-20=40mm
軸的強度校核和受力將在5.5.1中進行分析和計算
5.3鏈傳動設計計算：
根據系統(tǒng)設計要求和各種傳動形式的特點，選用鏈傳動。
根據減速器的輸出軸進行設計計算。輸送鏈水平布置，按低速設計。
1 鏈輪齒數(shù)Z1，Z2：
(1)按表8---6選z1。取。
(2)
(3)速比i
1通常
2若載荷平穩(wěn)，尺寸允許可取i=8---10。
2 確定鏈條節(jié)距p：
(1)計算功率
式中p------額定功率
-----工作情況系數(shù)
因為工作平穩(wěn)，所以從表8----8中得：=1.0
所以Pc=1.0*7.5=7.5kw。
（2）特定條件下，單排鏈傳遞功率Po
小鏈輪齒數(shù)系數(shù)。查表8----9，取=1.12
傳動比系數(shù)。查表8----10，取=1.09
中心距系數(shù)。查表8----11，取=1.0
多排鏈系數(shù)。查表8----12，取=1.0
（3）由P0,n,在圖8-----12中查出節(jié)距P和鏈號：
鏈號05B
節(jié)距P=8mm,排距Pt=5.64mm,
滾子外徑=5mm,內鏈節(jié)內寬=3.0mm
銷軸=8.6mm,極限拉伸載荷=4400N,質量q=0.18kg/m
3 確定中心距a和鏈條節(jié)數(shù)Lp
（1）若a過小，則循環(huán)次數(shù)增加，加速磨損疲勞，而且包角a1變小，容易發(fā)生跳齒。
（2）若a過大，可以減少鏈磨損，延長壽命，但可能有抖動，而且尺寸加大。
（3）一般取a0=30p---50p。amax=80p。
取=40p=40*7.5=300mm。
（4）則鏈條長度為：
（5）Lp圓整，取偶數(shù)L=196。
（6）計算實際中心距：
（7）a的差值為1.7mm<2mm----5mm。所以可以選用。
3驗算鏈速
在范圍內（2m/s----8m/s），所以安全，可以選用。
4計算壓軸承力Q
有效拉力
軸承力系數(shù)=1.0----1.3,因為無沖擊，所以取=1.0
所以Q=4076.1*1.0=4076.1N
3鏈輪的主要尺寸
（1）選材：45鋼，沾火處