星型拔瓶輪設計及計算

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3 星型拔瓶輪設計及計算3.1 星形撥瓶輪方案的確定3.1.1 星形撥瓶輪原理此機構是將灌裝機的限位機構送來的瓶子，準確地送入灌機中的升降機構或灌滿的瓶子從升降機構取下送入傳送帶的機構。將定量的液體物料(簡稱液料)充填入包裝容器內的機器稱為灌裝機械。因為所要灌入的液體具有流動性，所以所用的容器一般為剛性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金屬罐、復合紙盒等。如圖 3.1 所示，輸送鏈帶、分件供送螺桿、星形撥輪和弧形導板相結合用于容器的輸入；同時撥輪也用于容器的輸出。圖 3.1 供送螺桿與行星撥輪組合簡圖1－分件供送螺桿 2－弧形導板 3－行星撥輪 4－圓柱形容器3.1.2 星形撥瓶輪結構星形撥輪的結構雖然簡單，齒槽形狀確實千變萬化。圖 3.2 所示的四種形狀都能滿足將灌裝容器送入灌裝機中的升降機構要求，但是性能、結構、經(jīng)濟以及穩(wěn)定性的要求不同，要確定那種方案必須根據(jù)設計的要求而定。瓶子從輸送帶送過來將堆擠到一起，因此就應該設計相應的可以起到瓶的限位機構的作用。在這次課題中運用了分件供送螺桿裝置，這就要求在設計撥輪槽時采用一定弧度可以起到限時、限位的作用。(a)和(b)適合供送單個圓柱形容器， （c）適合供送單個長方形容器， （d）適合供送多個多種體形的容器。從制造角度看，本設計根據(jù)容器外形和輸送方式，宜采用（b）方案。圖 3.2 典型星形撥輪簡圖撥輪的尺寸要求以能很平穩(wěn)的輸送瓶子。如圖 3.3 所示，通過類比實驗，Rc與灌裝機主體中的撥瓶螺桿有關。 若撥輪的外接圓與灌裝機主體中撥瓶螺桿的外接圓相交，則 Rc尺寸大于瓶子半徑。撥輪通常用不銹鋼或酚醛樹脂板制作，成雙平放緊固在主軸端部，其高度和間距可根據(jù)被供送瓶罐的主題部位及其中心位置加以適當調整。圖 3.3 撥輪截面圖3.2 撥瓶輪主要結構參數(shù)設計計算3. 2. 1 撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定設要設計星形撥輪齒數(shù)為 Zb，灌裝機的生產(chǎn)能力為 Q，撥輪主軸轉速為 ，'n依據(jù)單位時間內供瓶數(shù)應等于出瓶數(shù)（不考慮灌裝過程中出現(xiàn)爆瓶現(xiàn)象） 。則（3.1）60'bQn?式中，Zb ――齒數(shù)；Q ――生產(chǎn)能力，瓶/時；――轉速， /min。'nrad撥瓶輪齒數(shù)由 確定。/60'bZQn?已知灌裝機得生產(chǎn)能力 Q＝ 瓶/時，初步確定撥瓶輪主軸轉速與80:灌裝機大轉盤主軸轉速的比例為 i＝5.大轉盤主軸轉速根據(jù)計算得出n1＝3 /min.則可以確定撥瓶輪主軸轉速 n＝15 /min.撥瓶輪齒數(shù) Zb:rad rad/60'80/615.79bZn???:選取撥輪齒數(shù) Zb＝8。3. 2. 2 撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定設撥輪節(jié)圓半徑為 Rb, Cb 為行星撥輪的節(jié)距，因為容器以等間距定時供送，則（3.2） 2bbZ????（3.3）/對于旋轉灌裝機來講，C b 應等于灌裝閥的節(jié)距。在確定灌裝機整體尺寸時確定的灌裝閥節(jié)距尺寸Cb＝126 mm， Rb＝160mm 。用 Cb 帶入驗算：（3.4）/2bbRCZ???16810.5m?用 Rb 帶入驗算：（3.5）/bb?22.6??根據(jù)檢驗，對 Cb, Rb 進行優(yōu)化設計，最后確定 Cb＝126mm，R b＝160mm。3. 2. 3 撥瓶輪其它尺寸的確定在本課題中灌裝容器是啤酒瓶，因此撥瓶輪的材料在選擇上應選用對酒瓶不會造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。故選用尼龍 1010 材料。其結構如圖 3.4 所示圖 3.4 撥瓶輪裝配結構圖1—撥輪 2—撥輪盤 3—撥輪軸 4—傳動齒輪圖 3.5 撥瓶輪結構示意圖撥輪中的尺寸 h 和 Rc 均由容器瓶的高度和直徑來確定。它與灌裝機中撥輪盤花齒尺寸有關，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地 輸送瓶子為原則，可用類比或實驗來決定。設計時尺寸 Rc 地決定方法；因為 Rc 與灌裝機主體中地撥瓶輪花盤有關，若撥輪外接圓與灌裝機主體中撥瓶花盤地外接圓相切時 Rc 等于瓶子半徑；若與灌裝機主體中撥瓶花盤地外接圓相交，則尺寸 Rc 大于瓶子的半徑。而且撥輪在往灌裝機大轉盤撥瓶子的時候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉盤而不被撥回來，尺寸 Rc 也應大于瓶子的半徑，這可以由實驗結果得知。由已知給定的參數(shù)瓶子半徑 R＝40mm，則可確定尺寸 Rc＝R+(2~3)mm ，即Rc＝42mm 。如圖 3.5 所示，h 的高度是由瓶高來確定的，瓶子確定的高度是 280mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設計時按設計者給定的值。撥瓶輪給的厚度是 10mm，容器瓶從輸送帶過來瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為 25mm，設該課題給定的容器瓶瓶頸為 105mm，直徑為 70mm 的瓶身高出上撥瓶板為 25mm，保證瓶子的重心在兩齒的中心附近。h＝ 280－20－25－25－105＝ 85mm3. 3 包裝容器與撥瓶輪的相對運動圖 3.6 容器瓶與撥瓶輪相對運動分析撥輪的結構比較簡單，設計時主要考慮齒槽形狀。在包裝容器的供送過程中，容器在末端堆擠在一起，要使不同形狀的包裝容器順利導入撥輪齒槽，即齒槽不與撥輪發(fā)生碰撞，必須合理確定齒槽形狀。為此，要分析被供送包裝容器與撥輪之間的相對運動?？梢杂煤喕嫹ū硎緭芷枯喤c容器瓶的相對運動。實用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，對此應指出一些特殊的設計要求。設撥輪的節(jié)圓直徑 （半徑為 ）,齒槽數(shù)為 ,主軸轉速 , 則bDbRbZbn= = =320 （3.6）bCZ?1268?m= =15 （3.7）n0?/inrad對旋轉型灌裝機， 等于灌裝閥的節(jié)距至于能否取整數(shù)，則與整個川東部據(jù)有關。在此前提下，決定 不僅要考慮撥輪的外輪廓尺寸和齒槽的結構形式，b也要便于等分提高制造精度。實踐表明，為合理設計星形撥輪齒槽的結構形式，必須深入研究它同被供送瓶罐的相對運動關系。如圖 3.6 所示，通過撥輪主軸 O 取一靜坐標系 ，oxy在通過該點及任一齒槽中心 C 取一動坐標系 。初始時二系的橫縱坐標軸對'oxy應重合，其次由 C 一點引節(jié)圓切線分別截取兩個線段，令 = = 。已ac3mS:bC論證 。3mSb設星形撥輪以等角速度 做逆時針方向轉動，經(jīng)時間 t 轉過角度 = ,b??b?t相應的齒槽中心 移至 ,而瓶罐中心以初速度 等加速度 移至 ,令 = ,' bv'a'x由于其末速度 = = ，因此3mvbRa= - （3.8）vb60an= + （3.9）xa12t式中 ，在此過程中瓶罐相對撥輪的運動軌跡即為 - - 。若以瓶罐60tn? a'c中心絕對運動軌跡上的 點極坐標（ ）表示它的動坐標系中的位置。以圖',r?示幾何關系寫出（3.10）2()mbrDSx???（3.11）3arcbtgR?此即瓶罐與撥輪的相對運動方程，借以上兩式畫出瓶罐的相對運動軌跡及其外輪廓線，是以確定撥輪齒槽的形狀尺寸，同時做出是否需切齒修整的判斷。但是，要想從根本上解決兩者互不干涉的問題，應進一步運用解析法加以剖析。設齒槽半徑（即瓶罐主題部位半徑） 所對應的撥輪中心角為 ，瓶罐相對??運動軌跡終點 的切線與該點撥輪矢徑的夾角為 ，那么保證嚙入不干涉的基c b?本條件應是（3.12）arcsin2bbR????由于（3.13）dttgr??借（3.10）和（3.14）3arcmbSxtgR????應用羅比塔法則導出（3.15）2bt??代入式（3.10）,得（3.16）(arcsin)bbtg??（3.17）012336mCS????將（3.15）帶入（3.14）（3.18）2()arcsinbmmbRiitg??總之，當 為定值時，通過調整 可達到瓶罐嚙入撥輪齒槽01,,bSR?3,（其外輪廓形狀尺寸與瓶罐嚙合部分完全一致）不產(chǎn)生任何干涉的目的。在這方面，與分件供送螺桿的轉速變化毫無關系 [10]。3. 4 撥瓶輪主軸的設計計算3. 4. 1 軸材料的確定根據(jù)其受力情況和傳動精度等要求進行。軸的失效形式一般有斷裂、磨損、超過允許的變形及磨損等。因此軸的設計應滿足下列條件：a.足夠的強度；b.足夠的剛度；c.不產(chǎn)生危險的振動；d.結構和選材合理。撥瓶輪主軸在大轉盤傳動齒輪帶動下轉動，速度根據(jù)灌裝機生產(chǎn)效率不同而變，并且裝有滑動軸承，所以可選用合金鋼和碳鋼。45 調質鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳剛制造軸。其中最常用的為 45 鋼。3. 4. 2 軸的結構設計軸的結構設計包括定出軸的合理外形，和全部結構尺寸。軸的結構設計主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構性時又要隨著具體情況的不同而異，所以，軸沒有標準的結構形式。設計中，必須針對不同情況進行具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結構都應滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。3.7 軸結構示意圖軸尺寸的確定：根據(jù)灌裝機整機的要求以及撥瓶輪結構的要求最終確定主軸各尺寸如圖 3.7 所示。軸上零件的固定方法為了保證零件在軸上有固定的位置，必須將零件在徑向、軸向和周向予以固定。a.軸上零件的徑向固定：一般靠零件內孔與軸徑的配合性質來保證，配合表面為圓柱形。b.軸上零件的軸向固定：用軸肩固定，其特點是結構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力。c.軸上零件的周向固定：鍵槽起到齒輪的周向固定和撥瓶板的定位作用。d.確定軸上的圓角和倒角尺寸 [1]。3. 5 傳動齒輪的設計3. 5. 1 選擇齒輪的材料由輪齒的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較強的抗磨損，抗點蝕，抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對輪齒材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。常用的齒輪材料有鋼，鑄鐵和非金屬材料等。在本課題里齒輪為輕載，低或中速、精度較高下工作，齒輪選用鋼做材料。為使齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應為 250—350HBS。3. 5. 2 主要尺寸的確定設計灌裝機時為了防止瓶托在升降時與齒輪產(chǎn)生干涉，撥輪板直徑與大轉盤不發(fā)生碰撞，齒輪的分度圓尺寸在確定時與撥輪板的直徑相等。如圖 3.7 所示分度圓直徑 d1＝312mm。齒數(shù) z：根據(jù) d1＝m ·z ，模數(shù) m 已確定 m＝2，則 z＝d/m＝312÷2＝156齒數(shù)也可以根據(jù)傳動比來確定，大轉盤主軸上的大齒輪分度圓直徑d2＝1200，大齒輪的齒數(shù) z2＝600，傳動比 i＝5，同樣可以確定齒數(shù) z1＝120。全齒高： afh??式中：ha――齒頂高 ?hf―― 齒根高 ??facm?正常齒標準 ， 1h?0.25求得 h＝4.5mm。圓整 h＝4mm。齒寬 b：由齒輪的強度計算公式可知，輪齒愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數(shù)硬取得適當。因為灌裝機在工作時載荷很小，傳動速度不是很大。所以可以選越小的齒寬系數(shù) [2]。圖 3.7 傳動齒輪圖4 螺旋限位器設計及計算進出瓶系統(tǒng)按照灌裝的工作要求是準確地將待灌瓶送入自動機，以保證灌裝機正常的有秩序地工作。洗刷干凈的待灌瓶由傳送帶送來后，為了防止擠壞、堵塞和準確的送入自動機，因此必須設法使瓶子單個的保持適當?shù)拈g距以適應的速度送進。目前，瓶子的定時給進多采用撥盤式或螺旋輸送器等限位機構。4. 1 螺旋限位器方案確定4. 1. 1 花盤式限位機構如圖 4.1 示，其工作過程如下：當推瓶板 7 向前運動時，將待灌瓶推向灌裝工作位置。這時雖然推瓶板撥動了上撥盤 6，由于固定于下?lián)鼙P的銷子 8 處在上撥盤的滑道中，故銷子 8 不動，杠桿 4 也不動，當推瓶板返回時，又撥動上撥盤，此時銷子處于上撥盤滑到的盡頭處，因此銷子再上撥盤帶動下運動，下?lián)鼙P因此順時針轉動。下?lián)鼙P 9 的撥桿撥動杠桿 4，使其左端離開棘輪 2。于是，待灌瓶在傳送帶的推動下逐個進入限位花盤 1 齒間并且?guī)铀鼈鲃?。當限位花盤撥過 5 個瓶時，棘輪被杠桿卡住，不在繼續(xù)送瓶，這樣進行重復動作，即可每次 5 瓶進行送瓶灌裝工作。圖 4.1 花盤式限位機構1—限位花盤 2—棘輪 3—待灌瓶 4—杠桿 5—彈簧 6—上撥盤 7—推瓶板 8—銷子 9—下?lián)鼙P 10—軸 11—底座4. 1. 2 螺旋限位機構在包裝工業(yè)領域內，現(xiàn)以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)則排列的容器、物件以確定的速度、方向和間距分批或逐個地送到給定的工位。本設計主要用來分件單列供送正圓柱形的典型組合裝置，此分件供送裝置是整個灌裝設備的“咽喉” ，其結構特性的好壞直接影響到產(chǎn)品的質量、工作效率、總體布局和自動化水平。圖 4.2 三段式分件供送螺桿如圖 4.2 所示，圓柱螺桿的前端多呈截錐臺形（斜角約為 30—40°） ，而后端則有同瓶主體半徑相適宜的過渡角，以利改善導入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長使用壽命。同時為了使待灌瓶逐個依次順利導入螺旋槽內，增速達到預定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導到包裝工位，因此將螺桿應用于高速分件定時供送，其螺旋線最標準的組合模式包括：a.輸入等速段，有助于穩(wěn)定的導入。b.變加速段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊。c.等加速段，與輸送帶拖動待灌瓶的摩擦作用力相適應，采用等加速運動規(guī)律使之增大間距，可保證在整個供送過程中與螺旋槽有著可靠的接觸點而不易晃動和傾倒。d.輸出等速段，以改善星形撥輪齒槽的結構形式及其嚙入狀態(tài)。DDD圖 4.3 螺旋線展開示意圖綜上，本設計采用三段式組合螺桿作為限位機構。機構如圖 4.4 所示圖 4.4 螺旋限位機構組合裝置圖1—波形減速板 2—分件供送螺桿 3—雙層弧形導板4—輸送板鏈 5—雙層星形撥輪 6—平動感應導板4. 2 螺旋限位器主要結構參數(shù)設計計算4. 2. 1 限位器總體計算由 得 60Qnj?j6084??:2.53?:/minrad'342n?/mirad撥輪節(jié)圓周長 ，則1lR?m105268blC?已知螺桿的轉速（其值與供送能力相當） ，行星撥輪的齒數(shù)'/inr及節(jié)距 ，則8bZ?6bC撥輪的轉速 '205/i8nradZ?撥輪節(jié)圓的直徑 1320bD???當物件被等速的輸送帶拖動前進時，如果讓整個變螺距螺桿對它僅起一定的阻擋作用，并在末端與星形撥輪取得速度的同步，顯然應保證輸送帶的運動速度 ，螺桿的最大供送速度 和撥輪的節(jié)圓線速度 均相等：cv3mvbv31265./mbCns???4. 2. 2 螺桿等速段計算參閱圖 4.4，對供送正圓柱形物件，令其主體部位的圓弧半徑為 ，螺桿?的內外半徑各為 、 ，可取0rR（4.1）0r???而對于供送異側形狀的物件，令其主體部位的長度（或長軸） 、寬度（或短軸）各為 ， ，可取12b（4.2）021rb?進而求螺桿等速段的螺距 或 （4.3）01S????1S??式中 —兩相鄰物件的平均間隙（一般為幾毫米，主要與物件加工精度有關）?本設計令 ，則8m?05432D?19S?令 ，則 ，取0r024365Rrm????4R?設等速段螺旋線的最大圈數(shù)為 （通常取為 1） ，而其中間任意值 。對1i 10mi?單頭外螺旋線引起展開圖形為一條斜直線，故相應的螺旋角（4.4）09.38StgD???所以 01arc.348.tg???周向展開長度： 1276iL???mm軸向長度： 093HS11i螺桿輸入速度： '52./60nvs??式中 —螺桿外直徑（ ）D8DR若物件的輸入速度 ，那么最好借助調試波形尼龍拌和刷板等緩沖裝置使0rv?其減速；反之當 時，就只能依靠輸送帶對無建起的摩擦拖動作用加速已?接近螺桿的初始供送速度，居此獲得供入段的輸送長度（4.5）20rrvLfg???式中 —物件與輸送帶的滑動摩擦系數(shù)f?—重力加速度g另外，設螺桿物件與輸送帶的最大速差 01()(2693)158.2/mcbvCSnms???????故知撥輪節(jié)距和螺桿轉速都不宜過大，以免加快板鏈工作表面的磨損，病防止對物件引起強烈的震動。4. 2. 3 螺桿變加速段（過渡段）計算數(shù)據(jù)前述，令此段螺桿的供送加速度 有零值一正弦函數(shù)變化規(guī)律提高到2a某一最大值 ，遂寫出a（4.6）212sinmtC???進而解出相應的供送速度及軸向位移（4.7）2 2cottvadt C????（4.8）221 34simH?式中 、 分別表示被供送物件移過行程 及其最大值 所需的時間，有邊2tm Hm界條件得知：當 時， ；而當 時， ，顧可確定各20t?220v?2t2a?待定系數(shù)：（4.9）1Ca（4.10）220mt??（4.11）3?將 、 、 代入式（4.8） ，并取 ，式中 、 分別表示1C23 6itn20t2im變加速段螺旋線的圈數(shù)的任意值和最大值（即 ，通常取 ） ，mi?1?:取 ， 。等加速段螺旋線的最大圈數(shù)為 （通常取 或更多）而其i?mi 35中堅任意值 ，取 ， 。經(jīng)推導求出加速段螺旋線展開圖形的30i?3i?3mi軸向長度：（4.12）2012220134()sinbmCSHSii??????????699()??5?（4.13）??201201 23mbmmiii????????()9周向長度： 2876LDi??25m??外螺旋線的螺旋角：（4.14）??2012013()cosmbmiCSitgRi?????????????126930.341cos2????????????2arc0.3619.8tg???（4.15）??2012013.6mbmiCStgtRi??mt螺距 （4.16）??201222013 24cossin4bmmmiSiSi?????? ???? ?? ??69193??5螺桿的供送速度 （4.17）??2012203cosmbminCSivi???????????6913.9/s???（4.18）2mvi???3./?供送加速度（4.19）??01223sinbmmnCSai???269./??以上表明，當其他條件一定時，過渡段的外螺旋線螺旋角螺距和供送速度均隨螺旋圈數(shù)的增大而增大。若取 ，則 。這完全符合螺桿2i?20?02v?前兩段的位移、速度及加速度區(qū)縣銜接要求。4. 2. 4 螺桿等加速段計算令螺桿等加速段的供送加速度 ，則相應的供送速度及軸向位移3a?（4.20）34vdtC??（4.21）235Ht式中 表示被供送物件移過行程 所需的時間。有邊界條件得知：當 時，3t 30t?，故可確定各待定系數(shù)： ， 。0H?2mv 42mv?0由于 ，經(jīng)推導求出等加速段處螺旋線展開圖形的軸向長度'itn（4.22）??01301 323bmSiSii??? ???????? ?????? ?6995?（4.23）2mmCii??430?周向長度： 3829LDi???3m螺旋線的螺旋角：（4.24）??3013223bmmiCStgDi????690.845??3arc0.452.tg???（4.25）??3013223260.48mbbmiCStgtDi???????3arc0.46.7mt???螺距：（4.26）????33010124mbiiS?96???（4.27）013bmmCSi?921b?螺桿的供送速度：（4.28）??01230 323'mnivi??????????6.84/s????（4.29）' 5/mbCDtgs??供送加速度：（4.30）????2201 23' 193.4/nSa mi???????這表明，等加速段的供送加速度與螺桿轉過的平方成正比。若星形撥輪節(jié)距和等速段螺距均為確定值，而能適當增加后兩段螺旋線的總周數(shù)，則有助于降低螺桿的供送加速度或提高轉速（即生產(chǎn)能力） 。再有，當其他條件一定時，等加速段的外螺旋線螺旋角、螺距和供送速度同樣都隨著螺旋圈數(shù)的增大而增大。若取 ，則 ， ， ，這30i?32m?32v?3a完全符合螺桿后兩段的位移、速度及加速度曲線的銜接要求。最后指出，螺桿等速段最大軸向長度 僅與螺距 及圈數(shù) 有關，而過渡段1mH01S1i和等加速段的最大軸向長度 、 都與撥輪節(jié)距 、螺距 及圈數(shù) 、23bC02mi有關。3mi至此，可求高速分件供送螺桿組合螺旋線展開圖形軸向及周向全長：123mHH??:95083LL7694. 3 螺桿螺旋線展開圖從制造角度看，變螺距螺桿的外螺旋線便是手控機械加工的對刀基準線，而內螺旋線可作為焊接法或模鑄法確定螺旋槽最凹點的基準線。實用中，應將變螺距螺旋線的展開圖形分解為等速位移和變速位移兩部分，如圖 4.5 所示，采用比較緊湊的機械結構來準確控制工作臺和刀架的縱向進給量，保證切削刀具同等速回轉螺桿的相對運動軌跡是條預先確定的螺旋線。近些年來借助數(shù)控機床以范成法加工各種類型的變螺距螺桿日益增多，無疑是今后的發(fā)展方向 [6][7]。圖 4.5 螺桿的位移、速度、加速度變化曲線示意圖5 進瓶欄板結構進瓶欄板和螺旋限位器成對使用，也可單獨使用，如圖 5.1 所示，欄板 1可同軸轉動，擺桿也可同軸一起轉動，欄板后面有彈簧支撐 2，當空瓶子進本機發(fā)生倒瓶、碎瓶時，即徑向發(fā)生位移，欄板向后擺動，軸扭轉，擺桿擺動一個角度，同時碰到行程開關 4，發(fā)出停車指令 [13]。圖 5.1 進瓶欄板結構示意圖1—欄板 2—壓縮彈簧 3—拉桿支承 4—行程開關 5—行程開關架6 設備調試與維護本機用以完成啤酒的灌裝壓蓋過程，基于等壓灌裝原理，并采用新式酒閥和環(huán)形酒缸、瓶托彈簧結構凸輪升降，基座可隨瓶高自由起落。進瓶后，如有倒瓶，吊瓶超載均有機電連鎖保護，有電器箱控制。6. 1 整機要求水泥地面平整，無需埋設地角栓，機器周圍須有溝槽排水。6. 2 撥輪機構撥輪機構包括進出瓶三個撥輪，運轉是把瓶子撥到裝酒閥下的托瓶盤上，然后對中酒閥裝酒，后又下降瓶子被撥輪撥出，同時又進入壓蓋部進行壓蓋，壓完后又被撥輪撥出到輸送鏈道上。撥瓶輪的調整主要是符合同步運轉要求，進瓶撥輪把瓶子撥進要和瓶托、下酒閥同步。因為出瓶撥輪又是壓蓋部的進瓶撥輪，而撥出的瓶子，再撥進壓蓋機的轉盤上時須和壓蓋頭同步，否則不能運行。6. 3 螺旋限位機構離合器是防止螺旋榜處破瓶卡死過載設置的，過載時離合器和齒輪脫開，螺旋棒不轉動，同時離合器向下移動，并壓迫電器行程開關，指使機器停車。此機構主要是同步調整，瓶子從螺旋棒輸出的位置應是撥瓶輪進瓶的位置。機器出廠時已調好，生產(chǎn)中如因種種原因發(fā)生不同不是可重新調整。可打開門板把離合器脫開，手轉動螺旋棒到正確位置，再把離合器推進。6. 4 進瓶欄板機構進瓶欄板和螺旋限位器成對使用，也可單獨使用。欄板可同軸轉動，擺桿也可同軸一起轉動，欄板后面有彈簧支承，當空瓶子進入本機發(fā)生倒瓶、碎瓶時，即徑向發(fā)生位移，欄板向后擺動，軸扭轉，擺桿擺動一個角度，同時碰到行程開關，發(fā)出停車指令。6. 4. 1 徑向調整根據(jù)瓶子的直徑不同，可松開欄板后面長槽孔上的螺栓，調好瓶子與欄板、螺旋限位器之間的距離到何時位置，并擰緊螺栓。6. 4. 2 擺桿角度的調整松開擺桿上的螺栓，把擺桿的觸頭調到即將碰到行程開關，但機器仍能開動，稍微再進即停車，此時位置是否正確，實際中反復調即可達到。7 總 結本次對 40－8 型自動灌裝機壓蓋聯(lián)合機的設計已經(jīng)基本接近尾聲，這次的設計的主要內容是對螺旋限位器主要結構參數(shù)設計計算，進瓶欄板結構設計和星型拔瓶輪的設計。一篇優(yōu)秀的論文不是寫出來的，而是修改出來的，這需要的是耐心，還要用心。在 課題的設計過程中，我遇到的問題很多，有些是在自己技術所在范圍之外，每當無法實現(xiàn)自己的想法或者運行不下去的時候，我就會出現(xiàn)浮躁的情緒，但是我沒有放棄，而是適時地調節(jié)自己的心態(tài)，在同學老師的幫助下，完成了初次的設計。越是不懂的東西才要去學，在學習的過程中你會收獲很多，其中一點就是互相學習是最好的學習途徑，在學習之后你會感覺到很有成就感，這也是我在完成網(wǎng)站制作之后體會到的。各方面工作都做好之后就剩論文答辯了，在未進行之前，我自己感覺論文答辯可能很難，心里難免有些許擔心。真正經(jīng)歷之后才發(fā)現(xiàn)，任何在你認為難得事情都是因為你沒有很好把握或者是準備工作沒有做好。在整個 40－8 型自動灌裝壓蓋聯(lián)合機的論文設計的過程中我學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事倍功半。此次設計論文的完成既為大學三年劃上了一個完美的句號，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。致 謝時光匆匆如流水，轉眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的的完成也隨之進入了尾聲。從開始進入課題到論文的順利完成，一直都離不開老師、同學、朋友給我熱情的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!同時三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識，更重要的是在閱讀、實踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達能力和廣闊視野。很慶幸這些年來我遇到了許多恩師益友，無論在學習上、生活上還是工作上都給予了我無私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長。感恩之情難以用語言量度，謹以最樸實的話語致以最崇高的敬意。 本課題在選題及研究過程中得到謝麗華講師的悉心指導。謝講師多次詢問研究進程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。謝講師一絲不茍的作風，嚴謹求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時三載，卻給以終生受益無窮之道。對謝講師的感激之情是無法用言語表達的。感謝各位老師對我的教育培養(yǎng)。他們細心指導我的學習與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。參考文獻[1]璞良貴 機械設計（第七版） 北京：高等教育出版社 ,[J],2004 [2]吳宗澤 機械設計 北京：高等教育出版社,[J],2001 [3]鐘毅芳等 機械設計（第二版） 武漢：華中科技大學出版社 ,[J],2001 [4]譚慶昌 機械設計 長春：吉林工業(yè)出版社,[J],2001 [5]黃華梁等 機械設計基礎（第三版）高等教育出版社 ,[J],2001 [6]余俊 機械設計（第二版） 北京：高等教育出版社 ,[J],1986 [7]徐灝 疲勞強度設計 北京：機械工業(yè)出版社,[J],1985 [8]徐灝 機械設計手冊（第一版）北京：機械工業(yè)出版社,[J],1992 [9]機械設計手冊編委會 機械設計手冊（第二版）北京：機械工業(yè)出版社 ,[J]2004 [10]蔡春源 機械零件設計手冊（第二版）北京：冶金工業(yè)出版社,[J],1994 [11]齒輪手冊編委會《齒輪手冊》（第二版） 北京：機械工業(yè)出版社， [J],2004 [12]羅伯特 機械設計中的機械零件(英文版.第三版) 北京：機械工業(yè)出版社，[J],2004 [13]約瑟夫 E.希格力機械工程設計(英文版.第六版) 北京：機械工業(yè)出版社，[J],2002 [14]M.F.斯伯茨 機械零件設計 (英文版.第七版) 北京：機械工業(yè)出版社， [J],2003 [15]Hildebrand K J. 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SPIE , 1997,3130:121-127.圖 3.2 典型星形撥輪簡圖撥輪的尺寸要求以能很平穩(wěn)的輸送瓶子。如圖 3.3 所示，通過類比實驗，Rc與灌裝機主體中的撥瓶螺桿有關。 若撥輪的外接圓與灌裝機主體中撥瓶螺桿的外接圓相交，則 Rc尺寸大于瓶子半徑。撥輪通常用不銹鋼或酚醛樹脂板制作，成雙平放緊固在主軸端部，其高度和間距可根據(jù)被供送瓶罐的主題部位及其中心位置加以適當調整。圖 3.3 撥輪截面圖3.2 撥瓶輪主要結構參數(shù)設計計算3. 2. 1 撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定設要設計星形撥輪齒數(shù)為 Zb，灌裝機的生產(chǎn)能力為 Q，撥輪主軸轉速為 ，'n依據(jù)單位時間內供瓶數(shù)應等于出瓶數(shù)（不考慮灌裝過程中出現(xiàn)爆瓶現(xiàn)象） 。則（3.1）60'bQn?式中，Zb ――齒數(shù)；Q ――生產(chǎn)能力，瓶/時；――轉速， /min。'nrad撥瓶輪齒數(shù)由 確定。/60'bZn?已知灌裝機得生產(chǎn)能力 Q＝ 瓶/時，初步確定撥瓶輪主軸轉速與80:灌裝機大轉盤主軸轉速的比例為 i＝5.大轉盤主軸轉速根據(jù)計算得出n1＝3 /min.則可以確定撥瓶輪主軸轉速 n＝15 /min.撥瓶輪齒數(shù) Zb:rad rad/60'80/615.79bZQn???:選取撥輪齒數(shù) Zb＝8。3. 2. 2 撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定設撥輪節(jié)圓半徑為 Rb, Cb 為行星撥輪的節(jié)距，因為容器以等間距定時供送，則（3.2） 2bbRCZ????（3.3）/對于旋轉灌裝機來講，C b 應等于灌裝閥的節(jié)距。在確定灌裝機整體尺寸時確定的灌裝閥節(jié)距尺寸Cb＝126 mm， Rb＝160mm 。用 Cb 帶入驗算：（3.4）/2bbRCZ???16810.5m?用 Rb 帶入驗算：（3.5）/bb?22.6??根據(jù)檢驗，對 Cb, Rb 進行優(yōu)化設計，最后確定 Cb＝126mm，R b＝160mm。3. 2. 3 撥瓶輪其它尺寸的確定在本課題中灌裝容器是啤酒瓶，因此撥瓶輪的材料在選擇上應選用對酒瓶不會造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。故選用尼龍 1010 材料。其結構如圖 3.4 所示圖 3.4 撥瓶輪裝配結構圖1—撥輪 2—撥輪盤 3—撥輪軸 4—傳動齒輪圖 3.5 撥瓶輪結構示意圖撥輪中的尺寸 h 和 Rc 均由容器瓶的高度和直徑來確定。它與灌裝機中撥輪盤花齒尺寸有關，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地 輸送瓶子為原則，可用類比或實驗來決定。設計時尺寸 Rc 地決定方法；因為 Rc 與灌裝機主體中地撥瓶輪花盤有關，若撥輪外接圓與灌裝機主體中撥瓶花盤地外接圓相切時 Rc 等于瓶子半徑；若與灌裝機主體中撥瓶花盤地外接圓相交，則尺寸 Rc 大于瓶子的半徑。而且撥輪在往灌裝機大轉盤撥瓶子的時候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉盤而不被撥回來，尺寸 Rc 也應大于瓶子的半徑，這可以由實驗結果得知。由已知給定的參數(shù)瓶子半徑 R＝40mm，則可確定尺寸 Rc＝R+(2~3)mm ，即Rc＝42mm 。如圖 3.5 所示，h 的高度是由瓶高來確定的，瓶子確定的高度是 280mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設計時按設計者給定的值。撥瓶輪給的厚度是 10mm，容器瓶從輸送帶過來瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為 25mm，設該課題給定的容器瓶瓶頸為 105mm，直徑為 70mm 的瓶身高出上撥瓶板為 25mm，保證瓶子的重心在兩齒的中心附近。h＝ 280－20－25－25－105＝ 85mm3. 3 包裝容器與撥瓶輪的相對運動圖 3.6 容器瓶與撥瓶輪相對運動分析撥輪的結構比較簡單，設計時主要考慮齒槽形狀。在包裝容器的供送過程中，容器在末端堆擠在一起，要使不同形狀的包裝容器順利導入撥輪齒槽，即齒槽不與撥輪發(fā)生碰撞，必須合理確定齒槽形狀。為此，要分析被供送包裝容器與撥輪之間的相對運動?？梢杂煤喕嫹ū硎緭芷枯喤c容器瓶的相對運動。實用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，對此應指出一些特殊的設計要求。設撥輪的節(jié)圓直徑 （半徑為 ）,齒槽數(shù)為 ,主軸轉速 , 則bDbRbZbn= = =320 （3.6）bCZ?1268?m= =15 （3.7）n0?/inrad對旋轉型灌裝機， 等于灌裝閥的節(jié)距至于能否取整數(shù)，則與整個川東部據(jù)有關。在此前提下，決定 不僅要考慮撥輪的外輪廓尺寸和齒槽的結構形式，b也要便于等分提高制造精度。實踐表明，為合理設計星形撥輪齒槽的結構形式，必須深入研究它同被供送瓶罐的相對運動關系。如圖 3.6 所示，通過撥輪主軸 O 取一靜坐標系 ，oxy在通過該點及任一齒槽中心 C 取一動坐標系 。初始時二系的橫縱坐標軸對'oxy應重合，其次由 C 一點引節(jié)圓切線分別截取兩個線段，令 = = 。已ac3mS:bC論證 。3mSb設星形撥輪以等角速度 做逆時針方向轉動，經(jīng)時間 t 轉過角度 = ,b??b?t相應的齒槽中心 移至 ,而瓶罐中心以初速度 等加速度 移至 ,令 = ,' bv'a'x由于其末速度 = = ，因此3mvbRa= - （3.8）vb60an= + （3.9）xa12t式中 ，在此過程中瓶罐相對撥輪的運動軌跡即為 - - 。若以瓶罐60tn? a'c中心絕對運動軌跡上的 點極坐標（ ）表示它的動坐標系中的位置。以圖',r?示幾何關系寫出（3.10）2()mbrDSx???（3.11）3arcbtgR?此即瓶罐與撥輪的相對運動方程，借以上兩式畫出瓶罐的相對運動軌跡及其外輪廓線，是以確定撥輪齒槽的形狀尺寸，同時做出是否需切齒修整的判斷。但是，要想從根本上解決兩者互不干涉的問題，應進一步運用解析法加以剖析。設齒槽半徑（即瓶罐主題部位半徑） 所對應的撥輪中心角為 ，瓶罐相對??運動軌跡終點 的切線與該點撥輪矢徑的夾角為 ，那么保證嚙入不干涉的基c b?本條件應是（3.12）arcsin2bbR????由于（3.13）dttgr??借（3.10）和（3.14）3arcmbSxt???應用羅比塔法則導出（3.15）2btgR??代入式（3.10）,得（3.16）(arcsin)bbt??（3.17）012336mCS????將（3.15）帶入（3.14）（3.18）01232()arcsinbmmbRCSiitg????總之，當 為定值時，通過調整 可達到瓶罐嚙入撥輪齒槽01,,bSR?3,（其外輪廓形狀尺寸與瓶罐嚙合部分完全一致）不產(chǎn)生任何干涉的目的。在這方面，與分件供送螺桿的轉速變化毫無關系 [10]。3. 4 撥瓶輪主軸的設計計算3. 4. 1 軸材料的確定根據(jù)其受力情況和傳動精度等要求進行。軸的失效形式一般有斷裂、磨損、超過允許的變形及磨損等。因此軸的設計應滿足下列條件：a.足夠的強度；b.足夠的剛度；c.不產(chǎn)生危險的振動；d.結構和選材合理。撥瓶輪主軸在大轉盤傳動齒輪帶動下轉動，速度根據(jù)灌裝機生產(chǎn)效率不同而變，并且裝有滑動軸承，所以可選用合金鋼和碳鋼。45 調質鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳剛制造軸。其中最常用的為 45 鋼。3. 4. 2 軸的結構設計軸的結構設計包括定出軸的合理外形，和全部結構尺寸。軸的結構設計主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方法；載荷的性質、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構的因素較多，且其結構性時又要隨著具體情況的不同而異，所以，軸沒有標準的結構形式。設計中，必須針對不同情況進行具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結構都應滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調整；軸應具有良好的制造工藝性等。3.7 軸結構示意圖軸尺寸的確定：根據(jù)灌裝機整機的要求以及撥瓶輪結構的要求最終確定主軸各尺寸如圖 3.7 所示。軸上零件的固定方法為了保證零件在軸上有固定的位置，必須將零件在徑向、軸向和周向予以固定。a.軸上零件的徑向固定：一般靠零件內孔與軸徑的配合性質來保證，配合表面為圓柱形。b.軸上零件的軸向固定：用軸肩固定，其特點是結構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力。c.軸上零件的周向固定：鍵槽起到齒輪的周向固定和撥瓶板的定位作用。d.確定軸上的圓角和倒角尺寸 [1]。3. 5 傳動齒輪的設計3. 5. 1 選擇齒輪的材料由輪齒的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較強的抗磨損，抗點蝕，抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對輪齒材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。常用的齒輪材料有鋼，鑄鐵和非金屬材料等。在本課題里齒輪為輕載，低或中速、精度較高下工作，齒輪選用鋼做材料。為使齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應為 250—350HBS。3. 5. 2 主要尺寸的確定設計灌裝機時為了防止瓶托在升降時與齒輪產(chǎn)生干涉，撥輪板直徑與大轉盤不發(fā)生碰撞，齒輪的分度圓尺寸在確定時與撥輪板的直徑相等。如圖 3.7 所示分度圓直徑 d1＝312mm。齒數(shù) z：根據(jù) d1＝m ·z ，模數(shù) m 已確定 m＝2，則 z＝d/m＝312÷2＝156齒數(shù)也可以根據(jù)傳動比來確定，大轉盤主軸上的大齒輪分度圓直徑d2＝1200，大齒輪的齒數(shù) z2＝600，傳動比 i＝5，同樣可以確定齒數(shù) z1＝120。全齒高： afh??式中：ha――齒頂高 ?hf―― 齒根高 ??facm?正常齒標準 ， 1ah??0.25c?求得 h＝4.5mm。圓整 h＝4mm。齒寬 b：由齒輪的強度計算公式可知，輪齒愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數(shù)硬取得適當。因為灌裝機在工作時載荷很小，傳動速度不是很大。所以可以選越小的齒寬系數(shù) [2]。圖 3.7 傳動齒輪圖4 螺旋限位器設計及計算進出瓶系統(tǒng)按照灌裝的工作要求是準確地將待灌瓶送入自動機，以保證灌裝機正常的有秩序地工作。洗刷干凈的待灌瓶由傳送帶送來后，為了防止擠壞、堵塞和準確的送入自動機，因此必須設法使瓶子單個的保持適當?shù)拈g距以適應的速度送進。目前，瓶子的定時給進多采用撥盤式或螺旋輸送器等限位機構。4. 1 螺旋限位器方案確定4. 1. 1 花盤式限位機構如圖 4.1 示，其工作過程如下：當推瓶板 7 向前運動時，將待灌瓶推向灌裝工作位置。這時雖然推瓶板撥動了上撥盤 6，由于固定于下?lián)鼙P的銷子 8 處在上撥盤的滑道中，故銷子 8 不動，杠桿 4 也不動，當推瓶板返回時，又撥動上撥盤，此時銷子處于上撥盤滑到的盡頭處，因此銷子再上撥盤帶動下運動，下?lián)鼙P因此順時針轉動。下?lián)鼙P 9 的撥桿撥動杠桿 4，使其左端離開棘輪 2。于是，待灌瓶在傳送帶的推動下逐個進入限位花盤 1 齒間并且?guī)铀鼈鲃?。當限位花盤撥過 5 個瓶時，棘輪被杠桿卡住，不在繼續(xù)送瓶，這樣進行重復動作，即可每次 5 瓶進行送瓶灌裝工作。圖 4.1 花盤式限位機構1—限位花盤 2—棘輪 3—待灌瓶 4—杠桿 5—彈簧 6—上撥盤 7—推瓶板 8—銷子 9—下?lián)鼙P 10—軸 11—底座4. 1. 2 螺旋限位機構在包裝工業(yè)領域內，現(xiàn)以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)則排列的容器、物件以確定的速度、方向和間距分批或逐個地送到給定的工位。本設計主要用來分件單列供送正圓柱形的典型組合裝置，此分件供送裝置是整個灌裝設備的“咽喉” ，其結構特性的好壞直接影響到產(chǎn)品的質量、工作效率、總體布局和自動化水平。圖 4.2 三段式分件供送螺桿如圖 4.2 所示，圓柱螺桿的前端多呈截錐臺形（斜角約為 30—40°） ，而后端則有同瓶主體半徑相適宜的過渡角，以利改善導入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長使用壽命。同時為了使待灌瓶逐個依次順利導入螺旋槽內，增速達到預定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導到包裝工位，因此將螺桿應用于高速分件定時供送，其螺旋線最標準的組合模式包括：a.輸入等速段，有助于穩(wěn)定的導入。b.變加速段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊。c.等加速段，與輸送帶拖動待灌瓶的摩擦作用力相適應，采用等加速運動規(guī)律使之增大間距，可保證在整個供送過程中與螺旋槽有著可靠的接觸點而不易晃動和傾倒。d.輸出等速段，以改善星形撥輪齒槽的結構形式及其嚙入狀態(tài)。