直線型液體自動灌裝機設計1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，如供送系統、灌裝系統、控制控制系統以及執(zhí)行系統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AuLoCAD圖形減速器-A1AuLOCAD圖形直線型液體自動灌裝機設計AutoCAD圖形鏈輪季件圖-A2AutoCAD圖形45.kB軸的零件圖-A2AutoCAD圖形灌裝閥部件結構圖-A1AutoCAD圖形三倍增速輸送鏈的結構尺寸圖總體結構圖-A0全套圖紙，加153893706直線型液體自動灌裝機設計21.1包裝機械化的重要意義 11.2包裝機械的主要特點及發(fā)展動向 21.3包裝機械工業(yè)的概況及展望 31.4包裝機械的組成 42.1概述 62.1.1國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況 62.1.2我國飲料灌裝機械制造業(yè)概況 72.1.3液體灌裝機械的分類 72.1.4國內外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢 92.2總體方案設計的基本內容 92.2.1確定功能與應用范圍 92.2.2工藝分析 2.2.3總體布局 2.2.4擬訂主要的工作參數 2.3方案的提出 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 3.1.2工藝分析 3.1.3對執(zhí)行構件的運動要求 3.1.4機構選型 3.2灌裝機的總體結構 第4章液料供送系統的設計計算和選用4.1輸送管路的設計 4.2輸送液泵的確定 4.3閥端孔口流量的計算 4.5供液系統原理圖 4.6供液系統所選元件的參數與一些重要參數 直線型液體自動灌裝機設計3第5章供瓶系統的設計計算和選用5.1輸送線方案的選用 5.2電機到減速器的傳動設計與計算 5.2.1軸轉速功率扭矩的計算 5.2.2直齒圓柱齒輪傳動設計 5.2.3軸的結構設計 5.3鏈傳動設計計算 5.4輸送線部分的計算 5.5軸系部件的設計計算 5.5.1軸的設計計算 5.5.2軸承的選用和計算 5.5.3鍵的校核計算 第6章灌裝系統設計和選用6.1灌裝機儲液箱的尺寸確定 6.1.1儲液箱容量的計算 6.1.2結構設計 6.2儲液箱上的一些輔件的說明 6.3罐裝方法與定量方法的選用 6.3.1灌裝方法 6.3.2定量方法 第7章執(zhí)行系統的設計計算和選用7.1動作分析與執(zhí)行件的選用 7.1.1動作分析 7.1.2執(zhí)行件的選用 7.2設計分析與方案設計 7.3機械液壓系統設計與計算 7.4液壓系統回路方案設計 7.5選擇液壓元件 7.6液壓系統性能驗算 第8章控制系統的設計和選用8.1水箱液位控制 8.2執(zhí)行系統的控制 參考文獻 翻譯中文譯文 直線型液體自動灌裝機設計4致謝………………………直線型液體自動灌裝機設計51.1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，并借助適當的包裝方法實現包裝作業(yè)，以達到規(guī)定的數量和質量，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，甚至在現實生活中出現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，沒有現代化的包裝就沒有商品的生產和銷售。可是如果沒有先進的工業(yè)與科學技術的綜合發(fā)展，也不可能出現現代化的包裝工程。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都聯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，實現包裝的機械化和自動化，尤其是實現具有高靈敏度和高靈活性的自動化包裝線，不僅體現了現代化生產的方向，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。直線型液體自動灌裝機設計6對一些特殊的包裝物品，實現包裝的機械自動化，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，實現包裝機械化和建立現代化包裝工業(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的對策，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。直線型液體自動灌裝機設計7三包裝機械日趨聯動化，高速化，自動化包裝機械日趨聯動化，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。科學技術發(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14.15億元，實現利潤達到今后要運用系統工程的觀點，進一步統籌規(guī)劃，分工發(fā)展食品，農副產直線型液體自動灌裝機設計8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換代的步伐。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被包裝物品的計量與供送系統是指將被包裝物品進行計量，整理，排列，運輸到預定的工位的裝置系統。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包裝材料的整理與供送系統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。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。三主傳動系統住傳動系統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。單工位包裝機則沒有主傳動系統。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完成或靠重力卸下。六動力機與傳動系統動力機與傳動系統是指將動力與運動傳遞給執(zhí)行機構和控制元件，使之實現的預定動作的裝置系統。七控制系統控制系統由各種自動和手動控制裝置等組成，是現在包裝機的重要組成部分，包括包裝過程及其參數的控制，包裝質量，故障與安全的控制等。直線型液體自動灌裝機設計9八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。直線型液體自動灌裝機設計第2章灌裝機械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。2.1.1國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況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，直線型液體自動灌裝機設計階段是一德國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。直線型液體自動灌裝機設計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2.1.4國內外液體灌裝機械的發(fā)展趨勢等壓閥，再到電子閥。這些都體現了技術的進步和發(fā)展。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，市場五灌裝機械的光機電的一體化。先進的控制系統用于灌裝機械中，人機界面，故障自我診斷，實現了設備運行的智能化。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，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(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，2.2.2工藝分析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(2)當有多種方法可以選擇時，應選用容易實現的方案。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。(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(1)布置執(zhí)行機構(2)布置傳動系統(3)布置操作條件(4)選擇支承形式(5)繪制總體布局圖(1)機構參數(2)運動參數(3)動力參數(4)工藝參數2.3方案的提出用途：包裝低粘度的不含氣體的液體飲料(如礦泉水、飲料等)灌裝能力：10,0000瓶/天灌裝時間：<12s/次(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3.1.1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,直徑灌裝能力：10,0000瓶/天。(1)灌裝液體粘度小于1Pa.s(2)灌裝速度6次/min3.1.2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(2)運動形式(1)包裝程序(2)工藝路線直線型液體自動灌裝機設計(3)工位數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，3.1.3對執(zhí)行構件的運動要求(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(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，3.1.4機構選型一供送液體系統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。參考現有的的輸送機械，選用板式輸送機。三執(zhí)行機構系統的選型1)布置不受嚴格的空間位置限制，系統布局安裝有很大的靈活性，能夠組成復雜的系統。直線型液體自動灌裝機設計2)可以在運用過程中實現無極調速。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。四傳動系統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。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。屬。結構緊湊，外形尺寸小，傳動比大，傳動比不變，無噪聲，可以做六機身為適應系統的運轉，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章液料供送系統的設計計算和選用輸液管尺寸的確定u=V/Ap----液體的密度(kg/m3)=1.0×103×600×10-(=0.6kgp=1.0×103(kg/s)直線型液體自動灌裝機設計圓管的壁厚一般根據系統的耐壓和耐腐蝕等條件，按標準規(guī)格選用，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量的液體原料，必須借助高力源給灌裝機儲液箱供液.方程求解：=2972直線型液體自動灌裝機設計=2×(2×0.75+2×6.4+0.5+1)×0.45直線型液體自動灌裝機設計=1.05kw4.3閥端孔口流量的計算,按流體連續(xù)性原,按流體力學解出和流速系數由此可見，液料體積流量V主要取決于三個參數：通道流速系數C,孔口流通面積4。,孔口截面壓頭H。1)通道流速系數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a和ξ。不過閥中各部位的阻力系數不僅難以求出，而且相互之間又有影響，結果使得流速系的流速系數c’=Cη查參考表，集合設計要求，取c=0.5。2)孔口流通面積A在瓶口尺寸允許的條件下應盡可能地取較大的A。,并且盡量增加該截面的浸潤周邊長度，以將少雷諾系數，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△Z,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：v=c×A?√2×g×H=3.51m/s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。設定量杯的截面積為定值F,,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2,------定量杯流完液料時距離管口的高度(m)=5.4s根據設計要求分析可得，可以滿足使用要求。4.5供液系統原理圖長長4.6供液系統所選元件的參數與一些重要參數1液壓泵型號規(guī)格排量壓力轉速效率驅動功率表面尺寸2.5mpa2節(jié)流閥型號規(guī)格公稱壓力公稱流量質量LF-B32H200L/min3溢流閥型號規(guī)格通經額定流量調壓范圍卸荷壓力質量YF3-10B-*4電磁換向閥型號規(guī)格CE系列直線型液體自動灌裝機設計6灌裝時間7管路直徑8管路壁厚通徑額定壓力第5章供瓶系統的設計計算和選用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.2輸送能力大.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.直線型液體自動灌裝機設計4張緊部分：5機架：設計一級減速器，具體設計計算如下。額定功率3kw,電流6A,轉差率10%,功率因數0.875.2.1軸轉速、功率、扭矩的計算機相聯)第二根軸的轉速為與鏈輪相聯的軸的轉速。從上面輸送線的計算可以得知第一根軸p,=p2,第二根軸p,=p,=105ON5m.n=3929W1m.n從上可以得出如下表格的數據軸號轉速輸出功率輸出轉矩T(N……,傳動比效率η電機軸311I軸5.2.2直齒圓柱齒輪傳動設計查表8-17大小齒輪均用45號鋼，調質HBS=245～22按齒面接觸疲勞強度來計算確定齒輪傳動精度等級估取圓周速度為V=2.06查表選取公差等級為8級小輪分度圓直徑d,,由公式可得直線型液體自動灌裝機設計小輪齒數z,,在推薦值17~20中選則。Z?=17大輪齒數z,=iz=3.86×17圓整，取Z,=66誤差范圍在±5%的范圍內，所以合適。小輪轉矩T載荷系數KK=KKyKKa動載荷系數k,,查表得初值K=1.10齒向載荷分配系數K。,由下式及β=0得=[1.88-3.2(1/Z?+1/·?)]cosβ直線型液體自動灌裝機設計=1.64K=1.1σμmin÷57Nmhσμmin=57NmmN?=60njL,N?=N?/μZ?=Zv,=1直線型液體自動灌裝機設計d≥11mm齒輪模數m=d?lZ=0.(查表取m=1.5d,=Z?×m=17×1.5圓周速度V=2.11K=K=1.1K=K,=1.34直線型液體自動灌裝機設計d,=mZ?中心距a=62.25mm齒寬bb=ψ×dtmib?=b小輪齒寬bb?=b?+(5～10)=20.&(5~3齒根彎曲疲勞強度校核計算；齒形系數Y查圖8—67小輪YrY=2.9應力修正系數Y。查圖8—68小輪YY=1.54大輪YY=1.73重合度系數Y=0.70許用彎曲應力[[o]由式(8—71)得彎曲疲勞極限σ查圖8—72Y=1Yx,=]尺寸系數YY=1安全系數S查圖8—73查圖8—74查圖8—27=353.8V5m/m=353.8V5m/m=11.5=11.55σr?<[σ]5.2.3軸的結構設計，直線型液體自動灌裝機設計1345d?=16mm。根據工作需要及工藝要求取軸段1長為l=30mmd?=16mml?=30mmd,,d?至凸緣邊緣距離C?=20mm,C?+C,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d?=20mm,以及軸承的寬度為19mm,可以定軸的長度為38mmd?=20mml?=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d=26mm,l?=小齒輪寬度+與箱壁的距離。d?=26mml?=26mm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,可直線型液體自動灌裝機設計以將軸的第一段作成花鍵l,=100mn軸段2:根據端蓋的定位及d,,d,d,d,,d?至凸緣邊緣距離C?=20mm,C?+C,確定軸段2的長度和直徑為d?=32mm軸段3:根據所選的軸承型號6407直徑為35mm,寬為25mm,以及擋圈。可定軸段3的直徑及長度為l?=35mmd?=60mm軸段4:長度比軸一的長度略短些。可取d?=39mm軸段5:軸段5+軸段6=軸段3。可定軸段5的直徑為d.=44mm軸段6:軸段6=60-20=40mm軸的強度校核和受力將在5.5.1中進行分析和計算根據系統設計要求和各種傳動形式的特點，選用鏈傳動。1鏈輪齒數Z1,Z2:2若載荷平穩(wěn)，尺寸允許可取i=8---10。2確定鏈條節(jié)距p:k-----工作情況系數因為工作平穩(wěn)，所以從表8----8中得：k=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小鏈輪齒數系數。查表8----9,取k=1.12傳動比系數。查表8----10,取k,=1.09中心距系數。查表8----11,取k。=1.0多排鏈系數。查表8----12,取k,=1.0鏈號05B節(jié)距P=8mm,排距Pt=5.64mm,滾子外徑a,=5mm,內鏈節(jié)內寬b,=3.0mm銷軸L=8.6mm,極限拉伸載荷g,=4400N,質量q=0.18kg/m3確定中心距a和鏈條節(jié)數Lp(1)若a過小，則循環(huán)次數增加，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。(4)則鏈條長度為：=195.6mm(5)Lp圓整，取偶數L=196。(6)計算實際中心距：=301.7mm(7)a的差值為1.7mm<2mm----5mm。所以可以選用。3驗算鏈速=1.84m/s在范圍內(2m/s----8m/s),所以安全，可以選用。4計算壓軸承力QQ=K。*F有效拉力=4076.1N所以Q=4076.1*1.0=4076.1N3鏈輪的主要尺寸(1)選材：45鋼，沾火處理。要求：足夠強度和耐磨性，小鏈輪材料比大鏈輪材料好一些。40HRC---45HRC(2)主要尺寸：A節(jié)圓直徑B齒頂圓直徑=57.68m·=270.96mmC齒根圓直徑d=d?-d?=53.3d=d?-d?=266.-7D齒側凸圓最大直徑B.=45.28mm查表8---15,得d=26mm=258.56mmE最大齒根距離Lx=d,(偶數齒)(奇數齒)所以：直線型液體自動灌裝機設計F軸面主要尺寸ba=1.6mmh=6.4mmr=0.5p,=5.64mm3鏈輪結構對中小直徑可采用整體式結構。4鏈輪的潤滑結合系統要求采用人工潤滑。5.4輸送線部分的計算：1原始數據及資料名稱：灌裝瓶材料：塑料形狀：圓柱形最大橫向尺寸：60*10=600mm,考慮托盤的間隙，取最大橫向尺寸為最大輸送能力：20000瓶/小時。(1)底板寬度按表10---2----1選取，并結合物料尺寸校核和圓整。B-----底板寬度(mm)所以B=60*10+100=700mm另一條輸送線也同樣依次計算，其B=60*4+100=340mm,圓整，取B=400mm。考慮輸送過程中必須要有擋邊保證輸送的方向準確性。(2)擋邊高度：擋邊高度應保證成件物在底板上的位置可靠，參照現有的設計產品，取h=1600mm。(1)輸送機單位長度載荷的計算------底板上單位長度的重量(kg/m),可按式10---2---15計算。A------底板的中立重量系數。查表10----2----9,q=40*0.7=28kgq?=60*0.4+0.04=24.04m=28+24.04=52.04(kg/m)(2)牽引鏈的最小張力牽引鏈的最小張力可以取所選用的許用張力的5%,但單根鏈條的張力不锝小于50N。承載分支的水平投影長度(m)所以，可以使用，安全。(3)動載荷的計算：板式輸送機牽引力的動載荷計算可按下式計算a----牽引鏈的最大加速度(m/s2)g-------重力加速度(取10m/s2)輸送機行走部分換算質量的減少系數。因為Lc=30m,所以c。=0。5Z------驅動鏈輪齒數參考現有的灌裝機的結構得知，可以使用。5.5軸系部件的設計計算軸系部件軸系部件包括傳動軸，軸承，傳動件以及鍵。本系統中傳動件為鏈傳動，其設計已計算完成，現計算傳動軸和對軸承進行選用和計算。5.5.1軸的設計計算傳動件裝在軸上以實現回轉運動和傳遞功率，支撐傳動件是機器中不可缺少的通用零件。1軸的材料要求：由于軸的載荷通常是變載荷，或變應力，故材料應具備較好的強度和韌性。對軸的表面與支承有相對滑動的軸，還需要求材料有較好的耐磨2材料：通常材料與熱處理(1)碳素鋼：主要是45號鋼，經調質或正火等熱處理；輕載荷或不重要的場合可以使用Q235,Q255,Q275等普通碳素鋼；(2)合金鋼：常用40Cr,38CrSi,20CrMnTi,35SiMn,38CrMnAlA等合金鋼，可以用于重載荷，要求重量輕或耐磨的公況下。熱處理后或沾火后皆可以提高強度。但對應力集中較為敏感，所以應采用較低的表面粗糙度，在結構設直線型液體自動灌裝機設計要求以剛度為軸的主的重要軸，由于合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差不大，所以不宜采用較貴的合金鋼。(3)球墨鑄鐵：吸收沖擊較好，對應力集中適應性強，可以鑄，獲得較復雜的形狀，但韌性低3毛坯：一般可以用圓鋼為毛坯，較重要的軸則需鍛造，也有鑄造毛坯。4初算軸徑c——與材料的許用應力有關，可以參考表19--2p——軸的傳動功率(kw)n——軸的轉速(r/min)=0.37×(117--106)因為軸上有雙鍵，所以d增加7%d=43.29*1.07=46.32mm取d=60mm5結構設計(1)計算轉矩：T=9550*P/n=9550*7/140=477.5N.m查表得K=1.5Tc=477.5*1.5=716.25(2)為軸向夾緊，須取與配合的軸長度要小一些(3)定位軸肩直徑一般須增大不小于5mm.。(4)取軸徑d=60mm,軸段長L=82mm直線型液體自動灌裝機設計(5)查手冊確定鍵的尺寸參數選用A型鍵14*9*75和A型鍵18*11*70=0.4mBs/當v=6m/s---30m/s,時用非接觸式密封。(1)查手冊選直徑(2)軸承凸出點與箱外活動件須留15mm----25mm間隔。(1)在前一直徑上考慮安裝，加工方便，而且尾數為0,5,或用前一段直(2)選用適當軸承類別，查手冊得尺寸參數選30211正裝，尺寸d*D*T=55mm*100mm*22.75mm(3)按d,dn值選軸承潤滑形式d,<2*100000r(min.mm)時可以用脂潤滑。d,=55*140=7700(min.mm),所以用脂潤。(4)油潤滑時，軸承應距箱體內壁3mm---5mm。(5)箱內傳動件應距內壁15mm----25mm取24mmc直線型液體自動灌裝機設計(2)軸段應比輪轂長短一些，以獲得軸向定位較緊。取L軸=87mm。(1)軸承支點按圖19---22所示計。(2)求各支點在垂直面V與水平H中支反力R,R。=1464NMnc=RμR×BC=1464×75=10×41F?×205-F?×75=R×150=616.4N直線型液體自動灌裝機設計Fa?×205+F?×75=R,?×150=1682.4NMvci=R,g×75=1682.4×75Mvc?=R,p×75=616.4×75=167260N.mm=119130N.mm(3)列出V面與H面彎距方程并繪制出各平面的彎距圖。(4)計算出各平面內彎距中最大值。(5)繪制出合成彎距分布圖。M=√My2+M2(6)繪制出扭矩分布圖，軸承損耗的扭矩可以忽略(7)確定轉換系數a作扭矩圖aT=0.59×4.775×10'=2.82×10?Nmm可見C點處有最大載荷，所以對其進行彎扭合成校核。=1.7MPa忽略鍵的影響[σ],=55MPa所以合格，可以使用。計算受載荷最大點處5.5.2軸承的選用和計算載荷R=2000N,軸向載荷為500N,要求使用壽命L,=5000h。1求當量動載荷p受復合載荷作用的深溝球軸承，求P,時用因A/R=500/2000=0.025,表5----12查得X=0.56,Y=1.99,2計算軸承所需要的徑向額定載荷c因軸承的溫度不高，工作載荷只有輕微的沖擊，由表5---9,5---10查得f,=1,f,=1.1。按式5---6有=22001N3選擇軸承型號查滾動軸承標準GB/T272—93,選得6211軸承。其c=25700N>c=22001N;C=15300N,因A/C。=500/15300=0.0349,用線形插值法可求得e=0.23,與原估計相近，適用。5.5.3鍵的校核計算鍵是一種標準件，根據連接的具體結構，使用要求以及工作條件選擇合適的類型，最后按連接的直徑從標準中選用相應的剖面尺寸，并選擇鍵的長度。鍵長要比輪轂的長度短并且符合鍵長標準，然后進行鍵連接的強度進行校核因為使用普通平鍵，所以對其進行校核。鍵的長度為L,軸的直徑為d的平鍵當軸傳遞轉矩T時，鍵的工作平面壓力N的作用，工作面受擠壓，鍵受剪切，失效形式是鍵，軸槽和輪轂槽三者中最弱的工作面被擠壓破壞和鍵被剪壞。當鍵是用45鋼制造時，主要失效形式是壓潰，所以通常只進行擠壓強度計算。假定擠壓應力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時擠壓強度條件是剪切強度d-----軸的直徑(mm)h-----鍵的接觸長度(mm)[o]。---許用擠壓應力(MPa)鍵的材料一般采用抗拉強度極限------的精拔鋼制造，常用材料為45號鋼；軸的材料一般為鋼；而輪轂材料可能是鋼或鑄鐵。當計算結果不能滿足強度要求時，可以用雙鍵。所選用的鍵符合強度要求，可以使用。第6章灌裝系統設計和選用6.1.1儲液箱容量的計算儲液箱容量應能保證系統工作時儲液箱其最底液面高于定量杯口5mm以上，但不能大于定量杯的最高位置，儲液箱應能保證供液的充足.系統停止工作時其最高液面不超過儲液箱高度的80%,當系統中的液體全部返回儲液儲液箱有效容積確定：q?-----泵的流量(ml)β-----與系統有關的經驗系數，對于低壓系統，取2---4;對于中壓系統，取5---7;對于高壓系統，去8---12。取β=2。V=β×qn=2*q,=2*20000ml=40000ml6.1.2結構設計儲液箱的長寬高尺寸是根據儲液箱的有效容積來確定，它的長寬高按直線型液體自動灌裝機設計所以無需熱平衡效核.參照現有的水箱結構尺寸，定其長寬高分別為：900mm,500mm,200mm.3儲液箱內壁應進行加工處理6.2儲液箱上的一些輔件的說明3系統中不需要蓄能器.因為泵的流量經節(jié)流閥后所得流量同灌裝容積5管路中需要壓力表6管路中需要溫度表7管路中需要有液位觀察器件6.3罐裝方法與定量方法的選用6.3.1灌裝方法液料由儲液裝置灌入包裝容器常采用以下幾種方法。(1)常壓法灌裝常壓法灌裝的工藝過程為：1)進液排氣：液體進入容器，同時容器內3)排除余液：排除氣管中的殘液，該過程對排氣至儲液箱上部氣室的那些直線型液體自動灌裝機設計(2)等壓法灌裝等壓法灌裝的工藝過程為：1)沖起等壓2)進液回氣3)停止進液4)(3)真空法灌裝真空法灌裝的工藝過程為：1)瓶抽真空2)進液排氣3)停止進液4)真空法灌裝法適用于灌裝粘度較大的液體和有毒的液體。這種方法不但能提高灌裝速度而且能減少液體與容器內的殘存空氣的接觸和作用，故有利于保存產品，還能限制有毒性的氣體和液體的外散，從而改善操作條件，但對灌裝含有芳香性氣體的酒類卻是不適用的。(4)虹吸法灌裝(5)壓力法灌裝體從直線型液體自動灌裝機設計在灌裝方法的選擇時，除考慮液體本身的粘度特性以外，還必須認真分析產品的工藝要求以及灌裝機械設備的結構與運轉情況。6.3.2定量方法(1)控制液位定量法(2)定量杯定量法定量杯定量法是將液料先注入定量杯中，然后再進行灌裝。若不考慮液損，則每次灌裝的液體容積應與定量杯的相應容積相等。(3)定量泵定量法定量泵定量法是采用機械壓力灌裝的一種定量方法。每次灌裝物料的容積與活塞往復的行程成正比。所以，灌裝閥的結構簡圖直線型液體自動灌裝機設計第7章執(zhí)行系統的設計計算和選用7.1動作分析與執(zhí)行件的選用選用液壓傳動7.2設計分析與方案設計設計分析油缸最大工作行程——400mm額定工作油壓——6MPa直線型液體自動灌裝機設計移動負載質量——36kg移動速度控制——6m/min為了使系統運行平穩(wěn)可靠可以把液壓缸運行劃分為幾個過程，基本過系統只要求保證液壓缸有一定的壓力和速度就可以了，所以其設計發(fā)難有多種。在機械部分上的壓力控制可以選用溢流閥，減壓閥，順序閥等調節(jié)，也可以用硬編傳感器璧還控制，在速度上可以用節(jié)流閥，調速閥調節(jié)，位移可以用電容傳感器，位移傳感器，電桿傳感器，限位開液壓缸有雙活塞桿液壓缸，單活塞桿液壓缸，增壓缸，增速缸等。在機電控制部分主要有單片機控制和PLC控制.對液壓缸的選擇進行比較，活塞桿液壓缸運動范圍較大，主要用于大型設備中。由于本題負載較小，運動速度也不大，所以選用滿足一般使用要求的活塞桿液壓缸，制造成本低，安裝制造方便。壓力控制上，壓力控制與傳感器測量的選擇。如果選用傳感器，勢必要遇到閉環(huán)控制，靈敏度高，非線性誤差等，操作起來不容易。選用壓力閥，成本低，使用方便，選用先導型溢流閥性能較好，壓力調節(jié)精度高，且可以實現遠程控制調節(jié)。由于工作負載不大，變化也不大，而且對速度要求也不高，所以選用節(jié)流閥速度控制就可以滿足使用要求，若選用調速閥只能安裝在油路上，出口壓力隨執(zhí)行環(huán)節(jié)負載而2電氣設計3電動機選型電動的種類很多，一般液壓缸使用在大功率的場合，而且往往是環(huán)境惡劣的地方，所以選用的必須保證在這種場合電動機能正常工作，經噪聲低，振動小，體積小，重量輕，運行可靠維修方便。7.3機械液壓系統設計與計算1.負載移動力分析負載移動阻力F=500N,慣性力：摩擦系數f?=0.1,靜摩擦阻力f=0.2,F=f(mg)=0.1*(100*10)=100N,F=f(mg)=0.2*100*10=200N,考慮液壓缸密封裝置的摩擦阻力(取液壓缸的機械效率ηm=0.9),則液壓缸在各工況階段的負載值見表1-1表1-1液壓缸各運動階段負載表運動階段計算公式啟動加速F=F+F,快進灌裝縮回停止根據條件，快進、快退速度為6m/min=0.1m/s,由于加速時間很短所 P,A?=P?A?+F。,可求出液壓缸大腔面積A,為工況計算公式負載液壓缸PU,.P*10N(kw)開啟啟動N=pQ*10~37加速頂起*灌裝N=PO*10-P,=10縮啟動回加速N=PQ*10-縮回*停止00000根據GB2348-80圓整成就近的標準值，得D=16mm,液壓缸活塞直按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產品樣本，調速閥最小穩(wěn)定流量9mt=0.05*L/mi,因工進速度v=0.02m/s為最小速度，則由A?≥4.計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、和功率：根據液壓缸的負載圖和速度圖及液壓缸的有效面積，可以算出液壓缸工5.液壓缸壁厚和外徑的計算液壓缸的壁厚由液壓缸的強度條件來計算我們這里采用無縫鋼管材料，其壁厚按薄壁圓筒公式計算：R>=P3/(2D[Q])式中R----液壓缸壁厚(mm)D----液壓缸內徑(mm)直線型液體自動灌裝機設計取1.3倍[Q]----缸筒材料的許用應力。其值為：無縫鋼管：[Q]=100到又由于薄壁液壓缸的內徑D與其厚度r的比值D/d>=10綜上所述0.854<=R<=2(這里取R=2mm)由題意得液壓缸的工作行程為300mm7.缸蓋厚度的確定式中t----缸蓋有效厚度(mm)對于一般液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求H>=L/20+D/2式中L----液壓缸的最大行程D----液壓缸的內徑于是得H>=20mm(這里取H=34.5mm)活塞寬度B一般取B=(0.6到1.0)D;這里取B=20mm為保證最小導長H,必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導長H決定，即C=H-(L+B)/2,取C=14。液壓缸缸體內部長度應等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮液壓缸倆端端蓋的厚度。一般液壓缸到30倍。(1)調速回路：該液壓系統功率小，因此選用節(jié)流閥調速方式。考慮(2)換向調速回路和卸荷回路：負載采用單活塞桿液壓缸驅動。由工況可知，系統壓力和流量不大，同時考慮負載實現自動化移動，選用三位四通電磁換向閥，并對流量的控制。(3)快速運動回路：為實現負載快速進給，選用三位四通電磁換向閥構成液壓缸的差動連接。這種連接的快速運動會回路，結構簡單，也比較經(4)壓力控制回路由于液壓系統流量較小，負載工作進給時，采用回油路節(jié)流調速，故選用定量泵供油。比較簡單，經濟，1、液壓泵的參數計算取液壓系統的泄漏系數k=1.1,則液壓泵的最大流量Ω≥k(20)m=1.1*0.2=0.22L/min,根據擬訂的液壓系統是回油路節(jié)油路節(jié)流(22+5)*10?=27pa.P片泵。該泵額定壓力為10Mpa,轉速為600-2000r/min,該泵額定流量為0.75,驅動液壓泵最大輸入功率為：直線型液體自動灌裝機設計根據系統最大工作壓力的通過元件的最大流量，選用各類閥的規(guī)格，見表1-7。表1-7選用各類閥的規(guī)格序號控制元件名稱型號規(guī)格實際流量額定流量時壓力損失1溢流閥卸荷壓力2三位四通閥電磁換向閥23順序閥4單向閥3輔助元件選用說明：濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾器，選用XU-16x100J線隙式100um進口濾油流量Q=16L/min。7.6液壓系統性能驗算：(1)、回路中壓力損失：上面已確定管路直徑d=5mm,長度在管道布置圖前暫按進油管、回油管均為L=2m估算。油液運動粘度取v=1.5x10~m21s,以下為驗算工進和快退時的壓力損失。(2)、確定液壓泵工作壓力：u,=0.88,液壓缸效率于是u=0.75*0.88*0.04=0.03油液溫升口.20,同時增大油箱散熱面積，V=7*12(L)=84*10~3m3,于是：故沒有超過允許溫升25-30℃的范圍。第8章控制系統的設計和選用8.1水箱液位控制圖7-48是水位控制原理圖，圖中虛