旋轉式灌漿機構設計【旋轉式啤酒灌裝機結構設計】

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? 畢業(yè)論文 （設計）題目 旋轉式灌漿機構設計 選題來源 □結合科研課題?? 課題名稱：??????????????????????????????????????? ■生產(chǎn)實際或社會實際?????????? □其他??? 選題性質 □基礎研究????? ■應用研究???? □其他 題目完成形式 □畢業(yè)論文????? ■畢業(yè)設計???? □提交作品，并撰寫論文 主要內容和要求 1主要內容包括: 1.1本項目研究的目的、意義、國內外研究的動態(tài)； 1.2總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算； 1.3傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計； 1.4主要受力零件的強度或壽命校核計算； 1.5裝配總圖、部件圖、零件工作圖的繪制。 2要求 2.1主要技術參數(shù)：生產(chǎn)率 2.2查閱資料15篇以上，翻譯一定數(shù)量的外文資料； 2.3機構設計可靠、布局合理、與各執(zhí)行機構協(xié)調工作； 2.4畫圖相當于3-4張A0圖紙的工作量（包括2張以上CAD圖紙）； 2.5設計計算說明書1萬字以上，條理清楚，計算有據(jù)。格式按湖南農業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)論文（設計）規(guī)范化要求； 2.6設計說明書的內容包括：課題的目的、意義、國內外動態(tài)；研究的主要內容；總體方案的擬定和主要參數(shù)的設計計算；傳動方案的確定及設計計算，主要工作部件的設計；主要零件分析計算和校核；參考文獻；鳴謝。 注：此表如不夠填寫，可另加附頁。 主要中文參考資料與外文資料 [1] 裘建新?機械原理課程設計指導書[M] 北京：高等教育出版社 2004 [2] 戴娟 機械原理課程設計指導書[M] 北京：高等教育出版社 2009 [3]梁世中? 生物工程與裝備[M]北京：中國輕工業(yè)出版社1983 [4]王? 昆 機械設計課程設計[M] 北京：高等教育出版社1995 [5]胡長鷹?軸流式攪拌器的研制進展[J]，食品與機械 2001，30（5） [6] 中國農業(yè)機械化科學研究院.實用機械設計手冊[M].北京.中國農業(yè)機械出版社.1984 [7]?谷文英.配合飼料工藝學[M].北京.中國輕工業(yè)出版社.1999. 88-92 [8]?沈再春.農產(chǎn)品加工機械與設備[M].北京.中國輕工業(yè)出版社.1993. 105-120 [9]?龐聲海、饒應昌.飼料加工機械使用與維修[M].北京.中國農業(yè)出版社.2000. 工作進度安排 起止日期 主要工作內容 ?2012、10、20 選題 ?2012、10、30 下達任務書 ?2012、11、4 查找資料，開題 ?2012、12、1 設計計算,畫圖 ?2013、3、20 中期考核 ?2013、4、20 完善，交設計初稿 ?2013、5、10 完善，交設計二稿 ?2013、5、20 修改，答辯，交終稿 要求完成日期：20?? 年??? 月??? 日??????? 指導教師簽名：??????????????????????? 審查日期：20?? 年??? 月??? 日??????????? 專業(yè)委員會主任簽名：???????????????? 批準日期：20?? 年??? 月??? 日??????????? 學院指導委員會簽名（公章）：?????????? 接受任務日期：20?? 年??? 月??? 日??????? 學生本人簽名：??????????????????????? 注：簽名欄必須由相應責任人親筆簽名。此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 開題報告 學生姓名 學 號 年級專業(yè)及班級 指導教師及職稱 教授 學 院 工學院 20 年 月 日 畢業(yè)論文（設計）題目 旋轉式灌裝機構設計 文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等，不少于1000字） 選題研究意義： 灌裝機是酒水、飲料類等食品加工行業(yè)的關鍵設備之一。隨著食品工業(yè)的發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，食品的需求量和種類與日俱增，食品包裝也日漸突出。而傳統(tǒng)罐裝機有性能比較單一、自動化程度低、通用性差，灌裝速度調整不方便，而且難以適用瓶形、液體物料及灌裝規(guī)格的變化等問題，這就給生產(chǎn)帶來了很多不便。目前的灌裝機正向著灌裝的高速化、精確化；以及智能化、多功能化方向發(fā)展。發(fā)展灌裝機，可以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約大量勞動力，可以降低勞動強度，改善勞動條件，有利于食品衛(wèi)生，提高生產(chǎn)質量，還可以改善環(huán)境衛(wèi)生，節(jié)約原料。所以研究一款好的灌裝機對食品加工行業(yè)的發(fā)展意義重大。 國內外研究現(xiàn)狀： 我國灌裝機械制造業(yè)起步晚，建國后基本上采用的是手工灌裝，當時國內啤酒廠和汽水廠都是使用國外早期比較落后的設備，工藝落后，灌裝速度慢，而且在衛(wèi)生上也存在很大問題，嚴重影響了我國飲料行業(yè)的發(fā)展。改革開放后，隨著輕工業(yè)的迅速發(fā)展，一方面我國先后引進了一些國外灌裝生產(chǎn)線，在改造一些飲料生產(chǎn)企業(yè)的同時，另一方面我國也在自行研制，這就促進了我國的包裝機械行業(yè)進入了一個新的發(fā)展時期， 開發(fā)出各種自動、半自動中小型的灌裝機械，提供給國內大批飲料廠，促進了我國飲料業(yè)的迅速發(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20000瓶／小時的啤酒灌裝線和日本三菱公司18000瓶／小時的含氣體飲料灌裝線的制造技術，到1991年又引進了德國KHS公司36000瓶／小時的啤酒灌裝線及生產(chǎn)技術。這樣，我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機，而且開始生產(chǎn)大型灌裝機。我們參照國外全自動液體灌裝機的先進機型，結合國內液體灌裝的實際情況，獨立開發(fā)設計并制造新型全自動灌裝生產(chǎn)線，并且完全可以代替進口同類產(chǎn)品，具有良好的價格性能比，同時技術水平也上了一個臺階，將我國灌裝設備制造業(yè)的整體水平提高到一個新的水平。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)新的速度很快，而且在不斷縮小與國外先進技術之間的差距。國內很多廠家生產(chǎn)的灌裝機比較 有代表性，能在模仿的基礎上發(fā)展出自己的特色，且能夠溶入高新技術，比如有灌裝時灌裝頭自動伸入瓶內緩緩上升，使液體不向外溢，灌裝量通過PLC控制在熒屏顯示，適合有一定泡沫的藥液或化妝品的潛入式灌裝機；攻克了屋頂形包裝機不能熱灌裝、不能加蓋等難題。 主要參考文獻與外文資料 [1]車寧，武福，一種FGZ 10型灌裝機的設計與研制[J]，廣西輕工業(yè)2007． [2]劉文彥，白忠喜，高路．經(jīng)濟型液體灌裝機的研制[J]，食品機械 [3]高德，包裝機械設計[M]，北學工業(yè)出版社，2005 [4]彭青，2006年的薩克米的飲料熱灌裝[J]機，中國包裝工業(yè)2007． [5]謝小鵬，王大成，灌裝機控制系統(tǒng)改進設計[J]，石油化工設備，2000 [6]張磅，王長偉，劉長建等．低真空灌裝機實用技術講座(一)[J]，釀酒，1999 [9] [7]汪國健，灌裝機的研制[J]，液壓與氣動，2001(12)：87．89 [8]許林成，趙治華，王治，包裝機械原理與設計[M]，上?？萍汲霭嫔?，1988 [9]屈能勝，中國食品包裝機械發(fā)展綜述[J]，中國食品，2004(9)：12．17 [10]孫鳳蘭，馬喜川，包裝機械概論[M]，印刷工業(yè)出版社，1998 [11]李文友，胡振泉，葉保華，高精度桶裝液體灌裝生產(chǎn)線的研制[J]， 包裝與食品機械，2005 [12]高玉瑩，灌裝機進瓶方式的探討陰，機電信息 2006 [13]洪亞闊，新型全自動回轉式消毒、洗瓶、灌裝、旋蓋四合一灌裝機組的特點、調整與維修技術叨，包裝與食品機械，2001 [14孫茂泉，嚴偉躍，稱重式液料灌裝機控制系統(tǒng)[J]，輕工機械2007．6：324．328 [15]劉曉杰. 食品加工機械與設備. 高等教育出版社. 2010 [16]厲建國、趙濤.食品加工機械[M].成都.四川科學技術出版社出版.1984.130-152 [17]許學勤.食品工廠機械與設備[M]. 北京.中國輕工業(yè)出版社.2008.138-142 [18]馬海樂.食品機械與設備[M]. 北京.中國農業(yè)出版社.2004.75-85 [19]肖旭霖. 食品機械與設備[M]. 北京.科學出版社.2006.75-8 [20]中國農業(yè)機械化科學研究院.實用機械設計手冊[M].北京.中國農業(yè)機械出版社.1984 [21]谷文英.配合飼料工藝學[M].北京.中國輕工業(yè)出版社.1999. 88-92 [22]沈再春.農產(chǎn)品加工機械與設備[M].北京.中國輕工業(yè)出版社.1993. 105-120 [23]龐聲海、饒應昌.飼料加工機械使用與維修[M].北京.中國農業(yè)出版社.2000. [24]支U安靜，周文玲，高生產(chǎn)能力含汽液體灌裝封蓋機傳動系統(tǒng)的設計[J]，包裝工程，2006 [25]孫旭，凌士杰，各種液體灌裝機控制部分的設計[J]，自控·檢測2007 [26]許學勤.食品工廠機械與設備[M].北京:中國輕工業(yè)出版社，1995 [27]高德.包裝機械設計[M].北京:化學工業(yè)出版社，2006, 300-304 [28]彭國勛.包裝工程機械概論[M].湖南大學出版社，2007, 282-292 注：此表如不夠填寫，可另加頁。 研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等） 研究目的： 由于灌裝機在食品包裝行業(yè)不可缺少，而落后的灌裝機給食品生產(chǎn)帶來了很多不便，因此發(fā)展先進的灌裝機是很有必要的。其目的就是為了提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約大量勞動力，可以降低勞動強度，改善勞動條件，有利于食品衛(wèi)生，提高生產(chǎn)質量，還可以改善環(huán)境衛(wèi)生，節(jié)約原料。 研究內容和方案：對旋轉式灌裝機的工作原理及其結構進行分析和說明，灌裝機一般根據(jù)灌裝的物體不同而有稍微的改動。一般應包含間歇轉盤機構、傳動齒輪機構、螺旋限位機構的分析和設計，并繪制出主要結構的CAD圖紙。旋轉式灌裝機一般應包括連桿機構、凸輪機構、齒輪機構等三種常用機構。 預期結果:在完成了各項機構設計及其結構圖的繪制后，能實現(xiàn)灌裝機的對食品的快速、準確的包裝，并能實現(xiàn)其全自動化水平。 條件保障:1、本設計的大部分工作將在本學校完成。 2、有扎實的理論知識和學校專家的指導。 3、學校的實驗設備和相關的圖書資料。 進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等） 2012.10.20～2012.10.25 選題 2012.10.25～2012.10.30 下達任務書 2012.11.04～2012.11.25 查找資料，開題 2012.12.01～2013.03.15 設計計算，畫圖 2013.03.20～2013.04.15 中期考核 2013.04.20～2013.05.05 完善，交設計初稿 2013.05.10～2013.05.15 完善，交設計二稿 2013.05.20～2013.05.25 修改，答辯，交終稿 論證小組意見 組長簽名： 20 年 月 日 專業(yè)委員會意見 專業(yè)委員會主任簽名： 20 年 月 日 注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。 2.此表可從教務處網(wǎng)站下載中心下載。 設計 旋轉式灌漿機構設計 DESIGN OF ROTARY GROUTING MECHANISM 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級： 指導老師及職稱： 學 院：工學院 湖南·長沙 提交日期：2013 年 5 月 設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要……………………………………………………………………………4 關鍵詞…………………………………………………………………………4 1 前言…………………………………………………………………………5 1.1 研究意義…………………………………………………………………5 1.2 國內外研究現(xiàn)狀…………………………………………………………5 1.3 發(fā)展趨勢…………………………………………………………………6 2 總體方案的確定……………………………………………………………7 2.1 確定用途與灌裝方式……………………………………………………8 2.2 工藝分析…………………………………………………………………8 2.2.1 確定機械類型…………………………………………………………8 2.2.2 分析執(zhí)行機構的運動要求……………………………………………9 2.3 擬定主要技術參數(shù)………………………………………………………9 3 旋轉式灌裝機的設計計算…………………………………………………10 3.1 電動機的選擇……………………………………………………………10 3.2 灌裝機輸送管路計算……………………………………………………12 3.2.1 圓管直徑………………………………………………………………13 3.2.2 圓管壁厚………………………………………………………………14 3.3 灌裝時間的確定…………………………………………………………14 3.4 旋轉式灌裝機的工藝計算………………………………………………17 3.4.1 旋轉式灌裝機的生產(chǎn)率分析…………………………………………17 3.4.2 旋轉式灌裝機的最小旋轉角懂得確定………………………………18 3.5 旋轉式灌裝機的傳動系統(tǒng)設計…………………………………………21 3.5.1 傳動比分析……………………………………………………………22 3.5.2 旋轉式灌裝機帶傳動設計………………………………………………22 3.5.3 蝸桿渦輪的傳動設計……………………………………………………24 3.5.4 齒輪傳動設計……………………………………………………………28 3.6 旋轉主軸的設計……………………………………………………………30 3.6.1 軸的強度計算……………………………………………………………30 3.6.2 軸的剛度計算……………………………………………………………30 3.7 灌裝閥的設計………………………………………………………………32 3.8 升降瓶機構的設計…………………………………………………………32 4 結論……………………………………………………………………………33 參考文獻…………………………………………………………………………33 致謝………………………………………………………………………………34 旋轉式灌漿機構的設計 學 生： 指導老師： () 摘 要：啤酒作為一種口味獨特的風味飲料．深受廣大老百姓的喜歡。灌裝機是啤酒包裝生產(chǎn)線的核心設備，因此，灌裝機灌裝效果的好壞直接影響到企業(yè)的經(jīng)濟效益。液體的灌裝方式分為常壓式、等壓式、真空式、機械壓力式四種。一般而言酒類灌裝多采用常壓式灌裝方式，常壓式灌裝機使用方便，具有速度可調、計量準確、運行平穩(wěn)、無噪音和液體不外溢等優(yōu)點，使用廣泛。 關鍵詞：灌裝機；常壓式灌裝方式； Design of Rotary Grouting Mechanism Student: Zhou bo Tutor: Gao ying Wu (College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract: The beer takes one kind of taste unique flavor drink. Deeply generalcommon people's liking. Fills installing equipment is the beer packing production line coreequipment, therefore, fills installing equipment to fill installs theeffect the quality directly to affect enterprise's economicefficiency. The liquid fills installs the way to divide into the atmosphericpressure type, the equi-pressure type, the vacuum type, the mechanicalpressure type four kinds. Generally speaking the wines fill install use the atmospheric pressuretype to fill install the way, the atmospheric pressure type fill theinstalling equipment easy to operate, has the speed to be possible toadjust, the measurement accurate, the movement steady, does not havemerit and so on noise and liquid overflow, the use is not widespread. Key words: Fills installing equipment; The atmospheric pressure type fills installs the way 1 前言 1.1 研究意義 灌裝機是酒水、飲料類等食品加工行業(yè)的關鍵設備之一。隨著食品工業(yè)的發(fā)展、人民生活水平的不斷提高，食品的需求量和種類與日俱增，食品包裝也日漸突出。而傳統(tǒng)罐裝機有性能比較單一、自動化程度低、通用性差，灌裝速度調整不方便，而且難以適用瓶形、液體物料及灌裝規(guī)格的變化等問題，這就給生產(chǎn)帶來了很多不便。目前的灌裝機正向著灌裝的高速化、精確化；以及智能化、多功能化方向發(fā)展。發(fā)展灌裝機，可以提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約大量勞動力，可以降低勞動強度，改善勞動條件，有利于食品衛(wèi)生，提高生產(chǎn)質量，還可以改善環(huán)境衛(wèi)生，節(jié)約原料。所以研究一款好的灌裝機對食品加工行業(yè)的發(fā)展意義重大。 1.2 國內外研究現(xiàn)狀 我國灌裝機械制造業(yè)起步晚，建國后基本上采用的是手工灌裝，當時國內啤酒廠和汽水廠都是使用國外早期比較落后的設備，工藝落后，灌裝速度慢，而且在衛(wèi)生上也存在很大問題，嚴重影響了我國飲料行業(yè)的發(fā)展。改革開放后，隨著輕工業(yè)的迅速發(fā)展，一方面我國先后引進了一些國外灌裝生產(chǎn)線，在改造一些飲料生產(chǎn)企業(yè)的同時，另一方面我國也在自行研制，這就促進了我國的包裝機械行業(yè)進入了一個新的發(fā)展時期， 開發(fā)出各種自動、半自動中小型的灌裝機械，提供給國內大批飲料廠，促進了我國飲料業(yè)的迅速發(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20000瓶／小時的啤酒灌裝線和日本三菱公司18000瓶／小時的含氣體飲料灌裝線的制造技術，到1991年又引進了德國KHS公司36000瓶／小時的啤酒灌裝線及生產(chǎn)技術。這樣，我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機，而且開始生產(chǎn)大型灌裝機。我們參照國外全自動液體灌裝機的先進機型，結合國內液體灌裝的實際情況，獨立開發(fā)設計并制造新型全自動灌裝生產(chǎn)線，并且完全可以代替進口同類產(chǎn)品，具有良好的價格性能比，同時技術水平也上了一個臺階，將我國灌裝設備制造業(yè)的整體水平提高到一個新的水平。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)新的速度很快，而且在不斷縮小與國外先進技術之間的差距。國內很多廠家生產(chǎn)的灌裝機比較有代表性，能在模仿的基礎上發(fā)展出自己的特色，且能夠溶入高新技術，比如有灌裝時灌裝頭自動伸入瓶內緩緩上升，使液體不向外溢，灌裝量通過PLC控制在熒屏顯示，適合有一定泡沫的藥液或化妝品的潛入式灌裝機；攻克了屋頂形包裝機不能熱灌裝、不能加蓋等難題。 1.3 發(fā)展趨勢 1.3.1 建立包裝機械骨干企業(yè) 引進、消化、吸收國外先進技術，建立一批包裝機械骨干企業(yè)，包括個別中外合資企業(yè)。這是縮短我國包裝機械技術水平與世界先進水平差距的有效途徑可滿足大型包裝生產(chǎn)線以及高精度、高自動化程度的單機或機組生產(chǎn)的需要，進而可加快包裝機械國產(chǎn)化的速度。 1.3.2 大多數(shù)企業(yè)要重點發(fā)展中、小型包裝機械 我國大多數(shù)企業(yè)技術水平不高，生產(chǎn)能力較低，生產(chǎn)以單機為主的中、小型包裝機械比較適宜，但要在此基礎上不斷提高制造精度、自動化程度和配套。 1.3.3 引入高新技術 在包裝機械生產(chǎn)中，大量引入高新技術，如微電子技術、信息處理技術、傳感技術、激光技術，新的機械結構（如錐形同步齒輪帶傳動）、新的光纖材料以及運用可靠性、優(yōu)化設計方法和計算機輔助設計，研制組合式、模塊式等先進結構，使包裝機械產(chǎn)品設計先進、使用可靠，使其性能指標、工藝水平、“三化”（多功能化、高速化、自動化）水平高，向機電結合、主輔機結合、成套聯(lián)線方向發(fā)展。 1.3.4 發(fā)展包裝機械新品種 滿足重點商品的包裝為出發(fā)點，發(fā)展包裝機械新品種。目前，我國重點發(fā)展食品、醫(yī)藥、化工、日用品以及易碎、易腐爛變質等商品的包裝技術和包裝機械。重點開發(fā)的包裝機械設備及其研究方向為：1、灌裝設備：著重發(fā)展自動連續(xù)作業(yè)的多工位充填-封口設備，以解決食用油、化妝品等具有一定粘度的物料的包裝，解決氣溶膠等物料的噴霧包裝。2、貼標設備重點開發(fā)研制適于各種瓶形的壓敏膠標簽貼標機、卷帶標簽貼標機。提高各種貼標機的貼標質量和速度。 3、袋成型-充填-封口機大力開發(fā)適用于不同狀態(tài)的物料、不同重量的系列包裝設備；開發(fā)各種配套輔助設備，如物品整理分送裝置，以擴大主機功能，使之向多功能化、高速化、自動化方向發(fā)展。 2 總體方案的設計 2.1 確定用途與灌裝方式 用途：灌裝瓶裝啤酒。 規(guī)格：灌裝瓶容量為640mL，空瓶為670mL。 灌裝方式：常壓式灌裝。常壓式灌裝，是在大氣壓下直接靠被灌液料的自重流入包裝容器內的灌裝方式。常壓式灌裝的工藝過程為：1、進液排氣:即液料進入容器，同時容器內的空氣被排出。2、停止進液:即容器內的液料達到定量要求時，進液自動停止。 設計要求：對灌裝機進行優(yōu)化改進，在生產(chǎn)率、可靠性、使用壽命和噪聲等方面都應有明顯改進。 2.2 工藝分析 2.2.1 確定機械類型 工位:啤酒生產(chǎn)批量大，灌裝機工作動作多，故選用多工位灌裝機。 運動形式:灌裝機分為直線型和旋轉型2種，而此次畢業(yè)設計要求采用旋轉式灌裝機。 灌裝程序:啤酒空瓶由進瓶機構傳送至升降瓶機構上，升降瓶機構控制瓶子升降，升瓶灌裝完成后，降瓶由撥瓶機構傳送出去。 即進瓶——升瓶——灌裝——降瓶——出瓶。 工位數(shù):由于啤酒灌裝是大批量生產(chǎn)，所以要求工位數(shù)多，在結構合理且提高生產(chǎn)效率的基礎上采用多的工位，故選用24工位。 2.2.2 分析執(zhí)行構件的運動要求 啤酒瓶升降機構:對于旋轉型灌裝機，通常是借助分件供送螺桿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與灌裝頭緊密接觸而進行灌裝。待灌裝過程完成后下降復位。 托瓶機構固定在導向板上。 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。 對于旋轉型啤酒灌裝機來說，應盡量結構簡單，經(jīng)濟實惠，便與維護，所以宜選擇機械式托瓶機構。 灌裝閥:灌裝閥是對啤酒進行灌裝的關鍵裝置，所以對其結構要精心設計。灌裝閥應固定在儲液箱下部，其安裝軸線應該與啤酒瓶升降機構的軸線一 致，以便于啤酒瓶在升起過后能正確的對準灌裝口進行灌裝工作。 常壓式灌裝機的灌裝閥也采用常壓灌裝閥，因灌裝操作環(huán)境為常壓狀態(tài)，灌裝過程簡單，通常采用彈簧閥門式灌裝閥。 主軸：主軸是灌裝機的動力傳動軸。電機通過減速裝置把動力傳送到主軸上，主軸帶動儲液箱和導向板同步轉動。 儲液箱：儲液箱位于主軸頂端，箱體下面在圓周方向配置灌裝閥，箱體隨主軸轉動，帶動灌裝閥一起同步轉動。 導向板：導向板的作用是固定托瓶機構，導向板和儲液箱一樣固定在主軸上，隨主軸一起同步轉動。 2.3 擬訂主要技術參數(shù) 2.3.1 結構參數(shù) 結構參數(shù)反映灌裝機的結構特征和灌裝物件的尺寸范圍。如包裝工位，執(zhí)行機構頭數(shù)，主傳送機構的回轉直徑或直線移距，工作臺面的寬度與高度，物件的輸入高度，成品的輸出高度等等。 2.3.2 運動參數(shù) 運動參數(shù)反映灌裝機的生產(chǎn)能力和執(zhí)行機構的工作速度，如主軸轉速、物件供送速度、灌裝速度等。 2.3.3 動力參數(shù) 動力參數(shù)反映執(zhí)行機構的工作載荷和灌裝機正常運轉的能量消耗，如灌裝等執(zhí)行機構的工作載荷，動力機的額定功率、額定扭矩和調速范圍，以及為完成清洗、殺菌、熱封等工序所需的水、汽、電和其他能源的消耗量，等等。眾所周知，傳動件的結構及其尺寸等參數(shù)在很大程度上是根據(jù)動力參數(shù)設計計算的。所以，若動力參數(shù)選擇過大就會使動力機、傳動件的結構尺寸相應增大，若過小又會使它們經(jīng)常處于超負荷狀態(tài)而難以維持正常工作，甚至損壞。 確定灌裝機功率的方法有： A：類比法 通過調查研究、統(tǒng)計和分析比較同類型灌裝機所需功率的狀況，從而確定灌裝機功率。 B：實測法 選擇同類型灌裝機或試制樣機，測其動力機的輸入功率，再依它的效率和轉速計算輸出功率和扭矩?？紤]到被測的與所設計的灌裝機有某些差異，應將實測結果加以適當修正，作為確定灌裝機功率的依據(jù)。 C：計算法 動力機的輸出功率也可用下式粗略計算： （i=1，2，.......） （1） 也就是灌裝機所需功率等于個執(zhí)行機構所需功率之和。 在總體方案設計階段，有關的動力參數(shù)主要根據(jù)前兩種方法粗略求算，待到零部件設計完成后尚須做進一步的校核。采用計算法確定動力參數(shù)日前還不普遍。這主要是由于包裝機的工作載荷大都難以精確汁算，加之對執(zhí)行機構的傳動效率和慣性力的計算相當麻煩，以致把計算法僅作為確定動力參數(shù)的一種輔助手段。 3 旋轉式灌裝機的設計計算 3.1 電動機的選擇 擬訂本次設計的灌裝機是用來完成灌裝空瓶容量為670mL的啤酒灌裝，要求灌裝量為640mL。由此條件，經(jīng)查閱相關旋轉式灌裝機的資料，可得出以下參考數(shù)據(jù)： 灌裝閥頭數(shù)： 24頭 灌裝閥節(jié)距： 150mm 灌裝區(qū)間角： = 灌裝區(qū)占有率： 0.54 生產(chǎn)率： 7200Pcs/h 貯液箱半徑： 參考類似型號灌裝機工藝參數(shù)，現(xiàn)在先擬訂灌裝時間為9s，于是由灌裝時間的計算公式： (2) n----主軸轉速，r/min ----灌裝區(qū)間角 得： (3） 擬訂貯液箱在裝有液料的時候的最大重量為500kg，半徑r為600 mm，則角速度為： （4） 貯液箱上作用力F對主軸的力矩為： （5） =mgr =5009.81=4900 再由功率： （6） 得： =49000.357=1.75Kw 由于旋轉型灌裝機主體是同其他機構連在一起構成灌裝機組，包括進瓶機構、出瓶機構、升降瓶機構和壓蓋機，用同一臺電動機提供動力，這樣才能保證工作同步，所以經(jīng)考察同類型機組，現(xiàn)擬訂： 進瓶機構功率P1為1.2kw； 出瓶機構功率P2為1.2kw； 升降瓶機構功率P3為1kw； 由此根據(jù)式（1-1）可估算出灌裝機組總功率P： P=+++ =1.75+1.2++1.2+1=5.15kw 所以，選擇電動機型號為： Y132S-4型 額定功率----5.5kw 額定轉速----1440r/min 額定轉矩----2.2 重 量----68kg 3.2 灌裝機輸送管路計算 輸送管路是連接貯液箱和啤酒瓶口之間的管道，開始灌裝時，液料從輸送管路口直接靠自重灌入瓶內。輸液管路一般均用圓管，設計時，首先要合理選擇它的內徑和壁厚。 3.2.1 圓管內徑 設輸液管的內徑為(m)，截面積為()，液料在管內的流速為(m/s)，體積流量為(/s)。由于： = (7) = (8) 故得： = (9) 可見，欲求必先求及。為此，又設： W----管內質量流量（kg/s） ----液料密度（kg/），取0.996 kg/ ----每瓶灌裝液料質量（kg/Pcs），取=0.5kg/Pc ----灌裝機最大生產(chǎn)能力（Pcs/h）,已知=7200 Pcs/h ----液料在管內的流速，取0.7 m/s 遂寫出： ==（/s） （10） = =1.004 /s 將和帶入式（9）中，得： = = =25 mm 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(jù)具體情況選取流速。 計算出圓管內徑后，必須參照現(xiàn)有的圓管規(guī)格圓整至標準值。 3.2.2 圓管壁厚 圓管的壁厚一般根據(jù)它的耐壓和耐腐蝕等條件，按標準規(guī)格選取。 選取圓管壁厚2.5mm，故圓管外徑為30mm。 3.3 灌裝時間的確定 利用流體力學能量守恒定律，可計算出各類灌裝閥的灌裝時間，從理論上找出影響液料灌裝速度時間的因素，以便設計出較合理的灌裝機構．從而提高灌裝機生產(chǎn)率。 在前面已經(jīng)介紹過灌裝機有常壓式、等壓式、真空式、機械壓力式四種。對啤酒類液體進行灌裝時，閥門被打開后，也是靠自重流入容器的。因此，旋轉式灌裝機的灌裝方式可分為常壓式和等壓式，但是一般都采用常壓式灌裝，因為常壓式灌裝機結構簡單，灌裝方便且生產(chǎn)速度快，非常適合啤酒類大批量生產(chǎn)所要求的生產(chǎn)率，是啤酒灌裝機的首選灌裝方式。 本次設計擬采用定量杯式定量方式，首先將料液灌入定量杯定量后再灌入包裝容器中。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。要改變每次的灌裝量，只需改變調節(jié)管在定量杯中的高度或更換定量杯。這種定量方式，機構結構簡單、定量速度快，避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響，故定量精度高。 如圖1所示，圖中定量杯的內腔直徑為D，定量杯的計量高度為H，定量杯底部液孔直徑為d。定量杯上液面及裝液容器均受大氣壓作用。 因為對啤酒瓶的灌裝容量為640mL，所以定量杯的容量也應為640mL。假設定量杯液面與進液管口的距離H=100 mm，則定量杯直徑D=90 mm。 定量杯中的液料流入容器的過程其液位不斷下降，直到定量杯中的液料流完，定量杯流出液料的過程由于為非穩(wěn)定性流動，其流出液料體積在各個相等瞬時的間隔是不等的。隨著定量杯液料的不斷流出其液位不斷下降，液料流出速度相應地隨之減小。設在時間內從定量杯底孔d流出的液體體積為： =uF =F = (11) 相同的時間內,定量杯中液料減少的體積為： = (12) 顯然有 = 即有 = （13） 式中 ----經(jīng)dt時間，定量杯內液料的液面水平高度(m) ----經(jīng)dt時間，定量杯內液料的液面高度改變量 上式整理后有： =（S） （14） 在定量杯內液料流入容器的過程中，液面將由H到0；其所經(jīng)的時間由0到t，定量杯內的液料才全部流完。即： = = = = (15) 式中 ----灌裝閥流液管的流量系數(shù)，經(jīng)查閱相關資料，取0.5 g----重力加速度，9.81 m/s D----定量杯直徑 d----進液管直徑 H----定量杯液面與進液管口的距離 由此可算出灌裝時間為： = =8.6 （s） 取整數(shù)9s，與前面假設的灌裝時間相符。 圖1 定量杯圖 Fig1 Quantitative cup drawing 3.4 旋轉式灌裝機的工藝計算 3.4.1 旋轉式灌裝機的生產(chǎn)率分析 旋轉式灌裝機的生產(chǎn)率： =60 （16） 式中： ----生產(chǎn)率（Pcs/h） ----旋轉臺轉速（r/min） ----灌裝工位數(shù) 上式說明灌裝機的生產(chǎn)率與旋轉臺轉速、灌裝工位數(shù)有關。如果以增加灌裝工位數(shù)來提高生產(chǎn)率，那么灌裝機的旋轉工作臺直徑也要相應地增大。 從式中還可以看到，提高旋轉工作合轉速，也可以提高灌裝機的生產(chǎn)率，但是受到兩個因素的限制，一個是旋轉臺轉動時會產(chǎn)生離心力，因此當旋轉臺轉速增大到一定程度時，瓶托上玻璃瓶的離心力達到足以克服啤酒瓶與瓶托之間的摩擦力，啤酒瓶便會被甩出瓶托；另一個因素是，液料的罐裝速度，當旋轉臺轉速提高時，在灌裝轉角不變的情況下其灌裝時間就會相應地縮短，即是說瓶子在旋轉臺上轉過一定角度的時間相應減少，因而瓶子不能裝滿。影響液料灌裝速度的因素是液料的粘度，液缸液位高度，灌裝閥的結構等。 由此可知這些因素直接限制了旋轉臺轉速的提高。旋轉臺旋轉一用的時間： = （17） 根據(jù)灌裝工藝過程，上式又可寫成： =+++ （18） 式中 ----灌裝時間（s） ----瓶托下降時間（s） ---- 瓶托下降到最低點停留時間（s） ----瓶托上升時間（s） 灌裝時間，在自動機械中稱為基本工藝時間，基本工藝時間一般都要經(jīng)過設計計算，然后經(jīng)過多次反復試驗才能確定。 根據(jù)以上分析，提高灌裝機的生產(chǎn)率可從兩方面考慮：一是適當增加灌裝工位數(shù)。二是設法提高灌裝閥的灌裝速度。 3.4.2 旋轉式灌裝機的最小旋轉角確定 前面已經(jīng)介紹了灌裝機旋轉一周所需要的時間為： =+++ 式中、、、其各相應灌裝轉角、、、即： ----灌裝轉角 （度） ----瓶托下降所占轉角 （度） ----瓶托下降到最低點所占轉角 （度） ----瓶托上升所占轉角 （度） 灌裝機旋轉一周時包括灌液，瓶托帶動瓶子下降，瓶托帶動瓶子下降在最低點(為了瓶子進出瓶托)，瓶托帶動瓶子上升。即： = （s） (19) = （s） (20) = （s） (21) = （s） (22) 在前面已經(jīng)從理論上推導出了灌裝時間=9s，于是根據(jù)式(19)得： = (23) =93.57= 現(xiàn)在已根據(jù)理論灌裝時間求出了灌裝轉角，在實際生產(chǎn)當中，若已知灌裝方式和被灌容器的體積，就可以按在不同情況下的計算公式算出實際灌裝時間。由此可知，灌裝機轉過角的灌裝時間，必需等于或大于實際灌裝時間，才能保證被灌裝容器灌滿。根據(jù)這一原則有： 常壓式灌裝液缸液位不變情況下灌裝機最小灌裝轉角： = （24） 式中： ——灌裝液料的容器的體積() n——灌裝機轉速(r／min) ----灌裝閥流液管的流量系數(shù)，經(jīng)查閱相關資料，取0.5 A——灌裝閥液管橫截面積() g——重力加速度(9．81m／) 設計時，首先確定灌裝轉角，確定后再根據(jù)具體結構形式?jīng)Q定其他輔助角、、。 現(xiàn)在擬訂： = = 則： =---= 現(xiàn)在已知每個區(qū)間的轉角，就可以根據(jù)式（20）、（21）、（22）算出對應的轉過沒個區(qū)間轉角所需要的時間 ==1.65（s） ==4.1（s） ==2.25（s） 由式（18）得，灌裝機旋轉一周所需要的時間為： =+++ =9+1.65+4.1+2.25=17 s 3.5 旋轉式灌裝機的傳動系統(tǒng)設計 灌裝不含氣液體的灌裝機和壓蓋機都是各自獨立分開，各自單獨由電機驅動，在這里，旋轉式灌裝機主要的功能是實現(xiàn)灌裝，壓蓋則在后續(xù)過程中由壓蓋機來完成。 旋轉式灌壓機組其傳動系統(tǒng)可分為外傳動鏈和內傳動鏈。 外傳動鏈是用來聯(lián)接電機和灌壓機組的傳動主軸，其功用是： A．把一定的功率從動力源傳遞給灌壓機組的執(zhí)行機構。 B．保證執(zhí)行機構有一定轉速。 C．能夠方便地對機組進行啟動、停止、發(fā)生故障或過載時自動停機。 外傳動鏈可用傳動比不準確的傳動副和摩擦副，例如皮帶傳動，摩擦無級變速器等。在這里采用皮帶傳動，實現(xiàn)從電動機到減速箱的第一級減速，在采用減速箱實現(xiàn)第二級減速，再采用渦輪蝸桿改變轉向并減速。 內傳動鏈為了保證灌壓機組各機構動作協(xié)調一致，其主要功能是： A．進行運動和功率的傳遞。 B．保證灌壓機組各機構間運動的嚴格速比和按動作順序協(xié)調動作。 內傳動鏈為了保證各機構之間的動作協(xié)調一致，因此必須保證傳動精度。實際上內聯(lián)傳動鏈不能用傳動比不準確的摩擦副、傳動副作為傳動元件，必須由定比傳動機構如齒輪機構、凸輪機構、連桿機構或間歇機構組成。在這里主要采用齒輪機構、凸輪機構來實現(xiàn)運動之間的配合。 3.5.1 傳動比分析 已知貯液缸的工位數(shù)為24，若初設進、出瓶撥輪的工位數(shù)為8，則： 此處的傳動比 即主軸轉一周，1軸要轉3周。為了達到此目的，可設2軸上的錐齒輪2和1軸上的錐齒輪1的傳動比為： 2軸上的錐齒輪3和主軸上的錐齒輪4的傳動比為 故可滿足的要求，具體計算見下面的設計過程。由于主軸的轉速為3.57，而電動機的轉速為1440，故經(jīng)過皮帶輪一級減速，減速箱的2級減速，渦輪蝸桿的3級減速后 要達到所需要的速度3.57.具體減速過程見下列設計過程中。 3.5.2 旋轉式灌裝機帶傳動設計 已知電動機功率P=5.5kw，n=1440r/min，擬選用V帶傳送。 （1）選定V帶型號和帶輪直徑工作情況系數(shù) 取=1.2 計算功率 =P=1.25.5 (25) =6.6kw 選帶型號 A型 小帶輪直徑 取D1=112mm 大帶輪直徑 D2=（1-） (26) =（1-0.01）= 196mm 大帶輪轉速 =（1-） (27) =815r/min （2）計算帶長，求 = (28) =154mm 求 = (29) =42mm 初取中心距a 2()a0.55()+h （30） 取a=600mm 帶長L L= （31） =3.14154+2600+=1687mm 基準長度 取=1800mm （3）求中心距和包角 中心距a a= (32) = =656mm 小輪包角 = （33） = （4）求帶根數(shù) 帶速V V= （34） = =14.8 m/s 傳動比i i1.77 (35) 帶根數(shù)Z z （36） = =3 根 （5）帶輪的結構設計：有機械設計課本上可知，V帶輪的結構形式與基準直徑有關，當帶輪基準直徑為（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時，可采用實心式；當時，可采用腹板式；當時，可采用輪輻式。 這里因為。見機械設計課本160頁。 3.5.3 蝸桿蝸輪傳動設計 由《機械設計》一書中得知，圓柱蝸桿頭數(shù)少，易于得到大的傳動比，但導程角小，效率低，發(fā)熱多，故重載傳動不宜采用單頭蝸桿；蝸桿頭數(shù)多，效率高，但頭數(shù)過多，導程角大，制造困難。 所以根據(jù)GB10087—88選取蝸桿： 模數(shù)m=8mm 分度圓直徑=80mm 頭數(shù)=2 直徑系數(shù)=10 蝸輪齒數(shù)根據(jù)齒數(shù)比和蝸桿頭數(shù)頭數(shù)決定： = （37） 傳遞動力的蝸桿蝸輪，為增加傳動的平穩(wěn)性，蝸輪齒數(shù)宜取多些，應不少于28齒，齒數(shù)愈多，蝸輪尺寸愈大，蝸桿軸愈長且剛度小，所以蝸輪齒數(shù)不宜多于100齒，一般取=32—80齒，有利于傳動鏈趨于平穩(wěn)。 所以取=66 因為是蝸桿主動，所以齒數(shù)比=i=/=33 (38） 圓柱蝸桿蝸輪傳動基本尺寸計算如下： 蝸桿軸向齒距 = （39） =3.148=25.12mm 蝸桿導程 = （40） =3.1482=50.24mm 蝸桿分度圓直徑 =m (41) =108=80mm 蝸桿齒頂圓直徑 =+2 （42） =80+28=96mm 蝸桿齒根圓直徑 =- （43） =80-2（8+0.28）=60.8mm 節(jié)圓直徑 = （44） =8（10+20.2）=83.2mm 分度圓導程角 = (45) ==0.2 = 蝸桿齒寬 = （46） =28=130mm 蝸輪分度圓直徑 = （47） =866=528mm 蝸輪齒根圓直徑 =- （48） =528-2(8-0.28+0.28) =512mm 蝸輪節(jié)圓直徑 = + （49） =528+2(8+0.28) =547mm 蝸輪外徑 =+ （50） =547+8=555mm 蝸輪齒寬 = （51） =28（0.5+） =60mm 中心距 a= （52） = =304mm 取315mm （1）齒面接觸疲勞強度驗算 許用接觸應力 = （53） =173 MPa 式中：轉速系數(shù) ==0.75 壽命系數(shù) ==1.13<1.6 接觸疲勞極限 =265MPa 接觸疲勞最低安全系數(shù) =1.3 最大接觸應力 = （54） =149<173 MPa 式中：彈性系數(shù) = 接觸系數(shù) =2.85 使用系數(shù) =1.1 蝸輪轉矩 = =1155555 計算結果表明，齒面接觸疲勞強度較為合適，蝸桿蝸輪尺寸無需調整。 （2）齒面彎曲疲勞強度驗算 齒根彎曲疲勞極限 彎曲疲勞最小安全系數(shù) =1.4 許用彎曲疲勞應力 = （55） =80MPa 輪齒最大彎曲應力 = （56） = =32<80 MPa 計算結果表明，齒面彎曲疲勞強度較為合適，蝸桿蝸輪尺寸無需調整。 （3）蝸桿軸撓度驗算 軸慣性矩 = （57） ==2.01 允許蝸桿撓度 =0.004m=0.032mm （58） 蝸桿軸撓度 = （59） =0.027<0.032mm 計算結果表明，蝸桿軸撓度合格。 （4）溫度計算 傳動嚙合效率 = （60） =0.901 攪油效率 =0.99 軸承效率 總效率 = （61） =0.883 散熱面積估算 （62） = =1.85 箱體工作溫度 （63） =55℃ 這里取w/(℃),中等通風環(huán)境。 計算結果表明，溫度合格。 3.5.4 齒輪傳動設計 首先進行對關鍵齒輪和的設計計算，即軸2和主軸上錐齒輪的設計計算前面已知i=3。根據(jù)相關資料查的各部分的傳動效率：普通V帶傳動效率，齒輪傳動效率為 （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、灌裝機為一般工作機器，速度不高，故選用8級精度。3、材料選擇小齒輪的材料為40Cr（調質），硬度為280HBS，大齒輪材料45鋼（調質），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 (64) 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 （65） 確定公式內的各計算值： 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