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湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（說(shuō)明書(shū)）
2014 屆
題 目 全自動(dòng)液體灌裝機(jī)設(shè)計(jì)
專(zhuān) 業(yè)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
指導(dǎo)教師
論文字?jǐn)?shù)
完成日期
湖 州 師 范 學(xué) 院 教 務(wù) 處 印 制
36
原 創(chuàng) 性 聲 明
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全自動(dòng)液體罐裝機(jī)設(shè)計(jì)
摘要：灌裝機(jī)是酒水、飲料類(lèi)等食品加工行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備之一。目前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。
本文針對(duì)傳統(tǒng)罐裝機(jī)性能比較單一、自動(dòng)化程度低、通用性差，灌裝速度調(diào)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(wèn)題，結(jié)合全自動(dòng)液體灌裝的工藝流程，分析了全自動(dòng)液體灌裝機(jī)的工作過(guò)程及其主要部件的功能，重點(diǎn)介紹了全自動(dòng)液體灌裝機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程。
全自動(dòng)液體灌裝機(jī)實(shí)現(xiàn)了灌裝生產(chǎn)高速化、精確化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。對(duì)灌裝工作過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控及動(dòng)態(tài)管理，提高了液體灌裝的自動(dòng)化水平，提高了生產(chǎn)效率。
關(guān)鍵詞：全自動(dòng)，液體，灌裝機(jī)，控制系統(tǒng)
Automatic liquid filling machine design
Abstract: The filling machine is one of the key devices drinks, beverages and other food processing industries. Now toward filling the high-speed, precise; and intelligent, multi-direction.
In this paper, the traditional canning machine performance is relatively simple, low degree of automation, general poor, filling speed adjustment inconvenient and difficult to apply the bottle-shaped, liquid filling materials and changes in specifications and other issues, combined with automatic liquid filling process analyzes the features automatic liquid filling machine working process and its main components, focusing on the automatic liquid filling machine design process.
Automatic liquid filling machine filling production to achieve a high-speed, accurate, intelligent, multi-functional and user-friendly interface requirements. Work on the filling process real-time monitoring and dynamic management, improve the automation level of liquid filling, improve production efficiency.
Keywords: Automatic, Liquid filling machine, Control system
目 錄
第1章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3液體灌裝機(jī)介紹 2
1.3.1基本灌裝方法 2
1.3.2灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)組成 5
第2章 總體方案設(shè)計(jì) 9
2.1灌裝流程設(shè)計(jì) 9
2.2 各部分方案設(shè)計(jì) 9
2.2.1容器輸入與傳送 9
2.2.2容器定位 10
2.2.3容器夾緊 11
2.2.4灌裝 12
2.2.5封口壓蓋 12
2.2.6產(chǎn)品輸出與傳送 12
2.3總體方案確定 13
第3章 各部分設(shè)計(jì) 15
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇 15
3.2主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.3傳動(dòng)齒輪，帶輪，鏈輪的設(shè)計(jì) 15
3.3.1總體參數(shù)匹配 15
3.3.2 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 17
3.3.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 18
3.4軸系部件的設(shè)計(jì) 21
3.4.1軸的設(shè)計(jì) 21
3.4.2軸承的選用與校核 24
3.4.3鍵的校核計(jì)算 24
3.5旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì) 25
3.5.1間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 25
3.5.2傳送輪的設(shè)計(jì) 25
3.6 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
3.6.1工況分析 27
3.6.2液壓缸設(shè)計(jì) 27
3.6.3液壓系統(tǒng)回路方案設(shè)計(jì) 29
3.6.4選擇液壓元件 30
第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 32
總 結(jié) 34
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 36
湖州師范學(xué)院本科畢業(yè)論文
第1章 緒論
1.1研究背景及意義
目前中國(guó)飲用水、碳酸飲料、茶飲料的前處理設(shè)備國(guó)內(nèi)產(chǎn)品基本上可以滿足需要，中、低速理瓶、裝箱設(shè)備也有相匹 配的產(chǎn)品可供選擇，在熱液體灌裝機(jī)方面，各設(shè)備廠都能解決設(shè)備在熱灌裝環(huán)境下的控制、密封等工藝要求。江蘇美星、廣東達(dá)意隆公司也解決了無(wú)菌冷灌裝的問(wèn)題。不過(guò)無(wú)論是碳 酸飲料、瓶裝水、果汁還是茶飲料，也無(wú)論是PET瓶、金屬罐還是利樂(lè)包，中國(guó)著名飲料企業(yè)的包裝生產(chǎn)線基本上是引進(jìn)設(shè)備的天下。
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(lèi)與日俱增，食品包裝也日漸突出。食品包裝機(jī)械是對(duì)食品進(jìn)行完成全部或部分包裝過(guò)程的機(jī)器。包裝過(guò)程包括充填、裹包、封口等主要包裝工序，以及與其相關(guān)的前后工序、計(jì)量等輔助設(shè)備。食品包裝機(jī)械是食品工業(yè)生產(chǎn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。發(fā)展食品包裝機(jī)械化，可以提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約大量勞動(dòng)力，可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，有利于食品衛(wèi)生，提高生產(chǎn)質(zhì)量，還可以改善環(huán)境衛(wèi)生，節(jié)約原料。
灌裝機(jī)械是食品包裝機(jī)械中的一種，通常將液體產(chǎn)品充填到包裝容器內(nèi)的機(jī)器稱(chēng)為灌裝機(jī)械。在自動(dòng)灌裝機(jī)中，按照灌裝的工藝要求、速度、間距和狀態(tài)，準(zhǔn)確地將待灌瓶送入主轉(zhuǎn)盤(pán)升降托瓶臺(tái)上，是保證灌裝機(jī)正常而有序地工作的關(guān)鍵。常用的供送裝置有鏈帶式、動(dòng)梁推進(jìn)式、螺桿和星型撥輪等。供瓶機(jī)構(gòu)是液體灌裝機(jī)的
必要組成部分，它在液體灌裝機(jī)中起到承上啟下的作用，完善的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證灌裝動(dòng)作的順利完成，實(shí)現(xiàn)其自動(dòng)化操作。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外灌裝與封口設(shè)備向高速、多用、高精度方向發(fā)展，目前部分灌裝生產(chǎn)線已可以在玻璃瓶與塑料容器(聚酯瓶)、碳酸飲料與非碳酸飲料、熱灌裝與冷灌裝等不同要求和環(huán)境下使用。目前碳酸飲料灌裝機(jī)灌裝速度最高已達(dá)2000罐／分，德國(guó)H＆K公司灌裝機(jī)的灌裝閥多達(dá)165頭，SEN公司144頭，Krones公司178頭，灌裝機(jī)直徑大至5米，灌裝精度±0.5ml以下。
非碳酸飲，灌裝速度最高達(dá)1500罐／分，灌裝機(jī)料槽轉(zhuǎn)速20～25轉(zhuǎn)／分，速度提高1倍?？梢赃M(jìn)行茶飲料、咖啡飲料、豆乳和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝，國(guó)外熱灌裝飲料封口后不再進(jìn)行二次殺菌。
液體灌裝機(jī)是伴隨飲料工業(yè)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，并追隨飲料工業(yè)的發(fā)展而進(jìn)步的。1890年，美國(guó)研制出玻璃灌裝機(jī)械，1902年市場(chǎng)上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機(jī)械，1912年發(fā)明了封口機(jī)械，不久灌裝機(jī)械和封口機(jī)械合為一體。在20世紀(jì)末，德國(guó)制造出手動(dòng)灌裝機(jī)。
含氣體飲料的灌裝工藝難度較大，灌裝設(shè)備的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個(gè)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(jī)械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機(jī)械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國(guó)H￡K公司，之后是法國(guó)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(kāi)，破瓶后沖液閥可以自動(dòng)關(guān)閉，這樣不僅使灌裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單了，而且延長(zhǎng)了灌裝閥的有效工作時(shí)間，為灌裝機(jī)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(gè)重要階段，至今等壓灌裝機(jī)還廣泛使用，只是功能更完善，結(jié)構(gòu)更合理。第三階段是一德國(guó)SEN公司發(fā)明的電動(dòng)閥為標(biāo)志，電動(dòng)閥中氣閥和水閥的開(kāi)啟和關(guān)閉由可控編程器控制，對(duì)灌裝時(shí)間，灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和可靠的界定。
國(guó)內(nèi)灌裝生產(chǎn)線全方位發(fā)展我國(guó)飲料灌裝設(shè)備基本是在引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，八十年代，引進(jìn)各種飲料灌裝生產(chǎn)線300多條，包括啤酒灌裝線達(dá)500多條。引進(jìn)灌裝生產(chǎn)線主要分為以下幾類(lèi)：
八十年代引進(jìn)116條玻璃瓶飲料灌裝線，主要用于碳酸飲料，其中80多條是以記賬貿(mào)易方式從東歐國(guó)家引進(jìn)的。生產(chǎn)線主要設(shè)備有卸箱機(jī)、洗瓶機(jī)、灌裝機(jī)、壓蓋機(jī)、玻璃瓶飲料灌裝線貼標(biāo)機(jī)、噴碼機(jī)、氣水混合機(jī)、裝箱機(jī)等。在線檢測(cè)設(shè)備有真空檢測(cè)儀、液面檢測(cè)儀、灌裝能力150、200、300～400瓶／分。設(shè)備主要生產(chǎn)廠家有德國(guó)SEN、H＆K、O＋H、日本三菱重工、意大利希莫拉茲(Simonazzi)、美國(guó)邁耶等。
1984年廣東輕機(jī)廠引進(jìn)德國(guó)SEN公司和H＆K公司啤酒灌裝線制造技術(shù)，制造每小時(shí)2萬(wàn)瓶的瓶裝啤酒灌裝線，南京輕機(jī)廠和合肥輕機(jī)廠引進(jìn)日本三菱重工技術(shù)，制造每小時(shí)1.8萬(wàn)瓶的汽水灌裝線。其他還有重慶輕機(jī)廠的32／8設(shè)備，每小時(shí)14000瓶，廊坊包裝設(shè)備制造總公司24／6設(shè)備、每小時(shí)6000～8000瓶的灌裝線。 “八五”期間，我國(guó)引進(jìn)易拉罐飲料灌裝線15條，同時(shí)引進(jìn)易拉罐啤酒灌裝線14條。主要是德國(guó)SEN、美國(guó)邁耶公司的設(shè)備，包括卸罐機(jī)、洗罐機(jī)、灌裝機(jī)、封罐機(jī)、溫罐機(jī)、碼垛機(jī)及混合機(jī)、噴碼機(jī)、薄膜收縮機(jī)、液位檢測(cè)儀等。灌裝能力為150、300、400、500罐／分，最高575罐／分。目前廣東輕機(jī)、南京輕機(jī)、合肥輕機(jī)等都有自己的易拉罐灌裝線。引進(jìn)的聚酯瓶飲料灌裝線6～7條，包括卸箱機(jī)、洗瓶機(jī)、灌裝機(jī)、旋蓋機(jī)、溫瓶機(jī)、裝箱機(jī)等。聚酯瓶灌裝生產(chǎn)線灌裝能力為400～500瓶／分(250ml)，50～ 280瓶／分(250ml)。主要設(shè)備廠家有美國(guó)邁耶和德國(guó)SEN公司。合肥輕機(jī)利用德國(guó) Krones公司技術(shù)，制造聚酯瓶飲料灌裝線，目前合肥輕機(jī)、南京輕機(jī)均能制造玻璃瓶和聚酯瓶?jī)捎玫娘嬃瞎嘌b線。
1.3液體灌裝機(jī)介紹
1.3.1基本灌裝方法
（1）常壓灌裝
在常壓下，直接依靠灌裝液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。主要用灌裝低粘度的不含氣液料。如牛奶、白酒、醬油、醋。使用的設(shè)備構(gòu)造簡(jiǎn)單、操作方便、易于保養(yǎng)，至今仍被廣泛使用。
灌裝過(guò)程：液體從貯液槽1流經(jīng)灌裝閥4進(jìn)入容器。灌裝時(shí)升降機(jī)構(gòu)將容器向上托起（或?qū)⒐嘌b管向下降），容器口部和灌裝閥下部的密封蓋5接觸并將容器密封，然后 使容器再上升頂開(kāi)而開(kāi)啟灌裝閥，液體靠重力自由流入容器中，即停止流動(dòng)，液位達(dá)到規(guī)定高度完成灌裝后，升降機(jī)構(gòu)將容器下降，灌裝閥失去壓力并由彈簧自動(dòng)關(guān)閉。容器內(nèi)的空氣經(jīng)設(shè)在灌裝管端部的空氣出口2通到貯液槽液面上部的排氣管3排出。
圖1.1常壓灌裝
（2）真空灌裝
在低于大氣壓的條件下進(jìn)行灌裝，適用于灌裝粘度稍大的液料，如油類(lèi)、糖漿等。又適于灌裝含維生素的飲料，如蔬菜汁、果汁等；
1）重力真空灌裝
在低于大氣壓的條件下進(jìn)行灌裝，適用于灌裝粘度稍大的液料，如油類(lèi)、糖漿等。又適于灌裝含維生素的飲料，如蔬菜汁、果汁等。
灌裝過(guò)程：位于頂部的貯液槽是封閉，供液管1從槽頂介入并浸沒(méi)在液體下部，由浮子2控制液面，其上部空間保持低真空，當(dāng)容器輸送到灌裝閥4下方時(shí)，升降機(jī)構(gòu)將它托起，與密封蓋5吻合，將容器密封，繼續(xù)上升將閥開(kāi)啟。由于容器經(jīng)閥中的排氣管3與貯液槽上部簿冊(cè)形成低真空，因而液體經(jīng)閥中的套管靠重力灌入容器內(nèi)。與重力灌裝一樣，當(dāng)排氣口被上升的液體封閉時(shí)，容器中的液面就不再上升。灌裝完畢，容器下降，灌裝閥由彈簧自動(dòng)關(guān)閉。
圖1.2重力真空灌裝
2）真空壓差灌裝
適用于易氧化變質(zhì)的液體食品，如富含維生素等營(yíng)養(yǎng)成分的果蔬汁產(chǎn)品的灌裝。即貯液箱內(nèi)處于常壓，只對(duì)包裝容器抽真空，料液依靠貯液箱與待灌裝容器間壓差作用產(chǎn)生作用產(chǎn)生流動(dòng)而完成灌裝。供液管1由供液閥2控制，液位由浮子3保持。另設(shè)有真空泵7和真空室6以建立真空。溢流至真空室的液體由供液泵5送回貯液槽。
應(yīng)用此法灌裝時(shí)，瓶子上升或灌裝閥下降，將瓶口密封，并在瓶?jī)?nèi)建立高真空（860-930Pa），然后開(kāi)啟灌裝閥10。閥中套管內(nèi)有真空管與真空室相連。當(dāng)封住瓶口并開(kāi)啟后，真空口也同時(shí)開(kāi)啟，瓶?jī)?nèi)變?yōu)檎婵?。液體靠壓力差從貯液槽流入瓶?jī)?nèi)。當(dāng)液體上升到灌裝閥中真空管口中時(shí)即停止流動(dòng)，液位保持不變，如果瓶子不離開(kāi)瓶口，液體會(huì)繼續(xù)緩慢地流出，因?yàn)槌檎婵諘r(shí)會(huì)將液體從瓶?jī)?nèi)吸出，形成溢流和回流。
圖1.3真空壓差灌裝
（3）等壓灌裝
在高于大氣壓的條件下，首先對(duì)包裝容器充氣，使之形成與貯液箱箱等的氣壓，然后依靠被灌裝液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。
常用于灌裝含氣飲料、啤酒等的灌裝。
等壓灌裝過(guò)程：回轉(zhuǎn)臺(tái)上方的貯液槽是密封的，其液面由浮子1控制，液面以上空間充有壓縮空氣或CO2,以保持一定壓力（灌裝啤酒時(shí)要求用CO2, ，以避免啤酒與氧氣接觸）。液體經(jīng)下部的供液口2進(jìn)入。灌裝閥4裝在貯液槽內(nèi)，其中部設(shè)有的排氣管頂端伸出液面，下端為排氣口7和泄壓口5.
當(dāng)容器上升至灌裝閥口時(shí)，先由密封蓋3將容器封閉，然后壓縮彈簧，頂開(kāi)灌裝閥，開(kāi)始灌裝；同時(shí)，機(jī)械彈簧打開(kāi)排氣管頂部的充氣閥6，使容器的壓力與貯液槽上部的壓力相等，通常稱(chēng)為“建立背壓”。當(dāng)液體上升到排氣管口時(shí)，液位不再變化。
采用等壓灌裝時(shí)，在灌裝過(guò)程中可以改變排氣速度，借以改變灌裝速度。當(dāng)液體灌裝到規(guī)定液位時(shí)，容器頂部的空氣具有一定的壓力，為排除這種壓力，在閥門(mén)中裝一個(gè)機(jī)械泄壓口，使容器頂部與大氣壓力相同，保證當(dāng)容器下降失去密封時(shí)，液體不至噴出。
圖1.4等壓灌裝法
（4）機(jī)械壓力灌裝
利用機(jī)械壓力如液泵、活塞泵或氣壓將灌裝液料擠入包裝容器內(nèi)。
主要用于灌裝粘性較大的稠性液料，如果醬、奶油等
機(jī)械壓力灌裝過(guò)程：貯液槽經(jīng)供液閥2與供液槽1連接，液面由浮子4控制。灌裝閥5與貯液槽8分開(kāi)放置，供液泵7將液體送入灌裝閥，容器與閥連接處靠密封蓋6密封后，灌裝閥開(kāi)啟進(jìn)行灌裝，同時(shí)容器內(nèi)的空氣由溢流管3排至貯液槽，當(dāng)容器內(nèi)液面達(dá)到溢流管口處時(shí)，液體開(kāi)始 經(jīng)溢流管流回貯液槽，液面不再變動(dòng)。
溢流管口與容器頂部的相對(duì)位置決定了灌裝液面的高度，只要保持灌裝閥與容器的密封，液體就會(huì)連續(xù)不斷地通過(guò)溢流管流出，當(dāng)容器不再密封時(shí)會(huì)關(guān)閉灌裝閥和溢流口。
圖1.5機(jī)械壓力灌裝
1.3.2灌裝機(jī)結(jié)構(gòu)組成
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做等速回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行灌裝。主要由包裝容器的供送裝置、瓶托升降機(jī)構(gòu)、灌裝液料的供送裝置（即供料裝置）、液位控制裝置、灌裝閥等組成。
（1）包裝容器的供送裝置
在自動(dòng)灌裝機(jī)中，按照灌裝的工藝要求，準(zhǔn)確地將待灌容器送入主轉(zhuǎn)盤(pán)升降機(jī)構(gòu)托瓶臺(tái)上,是保證灌裝機(jī)正常而有秩序地工作的關(guān)鍵。一般供送機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵問(wèn)題是容器的連續(xù)輸送和容器的定時(shí)供給。常用的供送裝置有螺桿、輸送鏈帶和星形撥輪等。圖3-2所示為典型容器供送機(jī)構(gòu)示意圖。
（2）瓶托升降機(jī)構(gòu)
升降機(jī)構(gòu)的作用是將送來(lái)的包裝容器上升到規(guī)定的高度，以便完成灌裝,然后再把灌裝完的包裝容器下降到規(guī)定位置。目前常用的升降機(jī)構(gòu)有機(jī)械式、氣動(dòng)式、機(jī)械與氣動(dòng)組合式3種結(jié)構(gòu)形式。
（3）灌裝液料的供送裝置
灌裝液料的供送裝置也即供料裝置，是將液料由儲(chǔ)液箱經(jīng)泵、輸液管道送到儲(chǔ)液箱中的裝置。它包括儲(chǔ)液箱、泵、管道、閥門(mén)、儲(chǔ)液箱及高度調(diào)節(jié)裝置、液位控制器等。不同灌裝方法的灌裝機(jī)供液裝置的結(jié)構(gòu)是不相同的，詳見(jiàn)各灌裝方法的灌裝機(jī)供液裝置。
（4）液位控制裝置
液體包裝機(jī)要求有穩(wěn)定的液位,一般都是通過(guò)液面浮球閥或液面電極來(lái)控制液位。常見(jiàn)的液位控制裝置有浮球液位控制器、電接觸液位控制器、電導(dǎo)式液位控制器以及PLC 控制液位的方法。
（5）灌裝閥
將儲(chǔ)液箱中的料液充填到包裝容器內(nèi)的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為灌裝閥,主要由閥體、閥端、閥門(mén)、密封元件、開(kāi)啟元件等組成。
第2章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1灌裝流程設(shè)計(jì)
如圖2-1所示，在按照工作要求下，旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)在同一個(gè)原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，輸入傳送帶將待灌裝和封口壓蓋的容器輸入工位1，同時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)作間隙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將空容器和已灌的容器分別送至工位2和工位3，在定位夾緊之后，固定于工作臺(tái)上方的灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備分別對(duì)空容器進(jìn)行灌裝和已灌裝容器進(jìn)行封口壓蓋。灌裝，封口壓蓋工序完成后，容器隨著旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間隙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)至4位置，由于輸出傳送帶的作用，在4位置的容器將隨著輸出傳送帶被帶至下一個(gè)工序的位置上。
圖2-1
基于上述設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求以及旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的工作原理，為了實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的總功能要求，我們將旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)要實(shí)現(xiàn)的功能分解為如下分功能：
（1）容器輸入與傳送功能；
（2）容器定位功能；
（3）容器夾緊功能；
（4）灌裝功能；
（5）封口壓蓋功能；
（6）產(chǎn)品輸出與傳送功能。
2.2 各部分方案設(shè)計(jì)
2.2.1容器輸入與傳送
為了達(dá)到容器的輸入與傳送的目的，同時(shí)使設(shè)計(jì)過(guò)程簡(jiǎn)單化，我們采用皮帶傳送的方式。如圖2-4所示，并且這種傳送方式在實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中被大量采用。
圖2-4
由于傳送皮帶上容器是連續(xù)排列的，而旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)是間隙轉(zhuǎn)動(dòng)，為了使容器能夠間隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)工位1，從而到達(dá)各機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的配合與協(xié)調(diào)，我們準(zhǔn)備采用了如圖2-5，圖2-6所示的傳送輪機(jī)構(gòu)：
圖2-5 圖2-6
圖2-5所示的不完全齒輪安裝在傳送導(dǎo)軌的一側(cè)，傳送輪一次往下一工位間隙有序地傳送4個(gè)容器。圖2-6所示機(jī)構(gòu)安裝在傳送導(dǎo)軌的軸線上，傳送輪有三個(gè)互成120°轉(zhuǎn)角的槽位，傳送皮帶連續(xù)傳送，設(shè)傳送輪轉(zhuǎn)速W,則傳送輪每次傳送容器到工位1的時(shí)間間隔為t=2π/3W，這樣就實(shí)現(xiàn)了間隙有序地往旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)傳送待灌裝和封口壓蓋的容器。比較兩種方案，我們發(fā)現(xiàn)圖2-5所示機(jī)構(gòu)雖然可以達(dá)到間隙有序傳送容器的目的，但是對(duì)于設(shè)計(jì)任務(wù)要求的旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)來(lái)說(shuō)，其外形尺寸偏大，使機(jī)器整體外形龐大，占用廠房空間大。而圖2-6所示機(jī)構(gòu)不僅可以很好地與旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)配合，而且尺寸也不會(huì)過(guò)大，所以我們決定采用圖2-6所示的“不完全齒輪”式傳送輪。
同時(shí)為了使容器能夠更好的輸出到工位1，我們還設(shè)計(jì)了如下圖2-7所示的擋板：
擋板示意圖
2.2.2容器定位
可以實(shí)現(xiàn)容器定位的機(jī)構(gòu)很多，在這里我們?cè)O(shè)計(jì)了下圖2-8所示的帶凹槽并且間隙轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)。
圖2-8 凹槽定位
旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)有六個(gè)半圓形凹槽，一方面隨著工作臺(tái)的間隙轉(zhuǎn)動(dòng)，凹槽邊緣可以把傳送輪傳送到工位1的容器帶走，另一方面依靠間隙旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間隙轉(zhuǎn)動(dòng)凹槽可以起到很好的定位，即旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)每次轉(zhuǎn)過(guò)60°，容器就被定位。
怎樣實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間隙轉(zhuǎn)動(dòng)呢？可以實(shí)現(xiàn)間隙轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)有棘輪間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，槽輪間隙機(jī)構(gòu)，凸輪間隙機(jī)構(gòu)，不完全齒輪間隙機(jī)構(gòu)，偏心輪分度定位機(jī)構(gòu)等，綜合考慮各因素，我們選用下圖所示的槽輪間隙機(jī)構(gòu)。槽輪機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為單向間隙轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖右所示，槽輪機(jī)構(gòu)由主動(dòng)撥盤(pán)，從動(dòng)槽輪和機(jī)架組成。主動(dòng)撥盤(pán)以等角速度W1作連續(xù)回轉(zhuǎn)，當(dāng)撥盤(pán)上的圓銷(xiāo)未進(jìn)入槽輪的徑向槽時(shí)，由于槽輪的內(nèi)凹槽止弧被撥盤(pán)的外凸鎖止弧卡住，使槽輪在停歇時(shí)不能產(chǎn)生游動(dòng)，并獲得定位。當(dāng)圓銷(xiāo)進(jìn)入槽輪徑向槽時(shí)，槽輪受圓銷(xiāo)的驅(qū)使而轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)圓銷(xiāo)離開(kāi)徑向槽時(shí)，鎖止弧又被卡住，槽輪又靜止不動(dòng)。直至圓銷(xiāo)再次進(jìn)入槽輪的另一個(gè)徑向槽時(shí)，又重復(fù)上述運(yùn)動(dòng)。所以，槽輪作時(shí)動(dòng)時(shí)停的間隙運(yùn)動(dòng)。
2.2.3容器夾緊
因?yàn)橐獙?duì)容器進(jìn)行灌裝，封口壓蓋，所以在灌裝工位和封口壓蓋工位時(shí)要對(duì)容器進(jìn)行夾緊固定，防止容器在灌裝時(shí)不準(zhǔn)確，封口壓蓋時(shí)跳動(dòng)，導(dǎo)致封口壓蓋錯(cuò)位，產(chǎn)生廢品，而浪費(fèi)材料和經(jīng)費(fèi)。
采用圖示兩斜臺(tái)，斜臺(tái)在灌裝工位和封口壓蓋工位處與容器相切，容器剛好被運(yùn)送至灌裝工位和封口壓蓋工位時(shí)就被夾緊，此時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)進(jìn)入間隙停止期，利用這段間隙，灌裝設(shè)備和封口壓蓋設(shè)備剛好可以對(duì)容器進(jìn)行灌裝和封口壓蓋。
圖2-12 斜臺(tái)夾緊示意圖
2.2.4灌裝
如圖2-13所示，采用液壓缸升降機(jī)構(gòu)連接灌裝閥進(jìn)行灌裝。
2.2.5封口壓蓋
如下圖2-13，同灌裝工位，采用液壓缸升降機(jī)構(gòu)連接壓蓋器進(jìn)行壓蓋作業(yè)。
圖2-13 灌裝、壓蓋升降機(jī)構(gòu)
2.2.6產(chǎn)品輸出與傳送
在產(chǎn)品的輸出與傳送上，我們像容器的輸入一樣采用輸出擋板和輸出傳送帶。如圖2-16所示，容器到達(dá)圖示虛線位置時(shí)，輸出擋板將容器往輸出傳送帶方向推擋，同時(shí)容器是隨著旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)的，在合成力的作用下，容器被帶至輸出傳送帶上，進(jìn)而傳送到下個(gè)加工工位。
2.3總體方案確定
綜合考慮旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)要實(shí)現(xiàn)的6個(gè)功能，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下旋轉(zhuǎn)式自動(dòng)液體灌裝機(jī)。灌裝機(jī)總體方案圖（機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖）如下：
圖3-1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖
1.電動(dòng)機(jī)同軸帶輪 2.帶輪 3.4.5.6.齒輪 7.9.斜齒輪 8.8’.鏈輪10.11.12.13.齒輪 14.主動(dòng)撥盤(pán) 15.從動(dòng)槽輪 16.旋轉(zhuǎn)工作臺(tái) 17.傳送輪 18.鏈輪 18‘.帶輪
該旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的工作原理如下所述：
①電機(jī)1通過(guò)皮帶輪傳到2，2通過(guò)軸傳到3，3又傳到齒輪4，齒輪4通過(guò)軸傳到輪5轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪5又帶動(dòng)齒輪6，從而形成三級(jí)減速。
②錐齒輪7傳給錐齒輪9 ，與錐齒輪9同軸的齒輪10又帶動(dòng)齒輪11，齒輪11又通過(guò)軸傳給傳動(dòng)輪17，用來(lái)傳送容器。
③與錐齒輪7同軸的帶輪8以相同角速度轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)皮帶傳給鏈輪18，使軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使皮帶輪18‘轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)皮帶用來(lái)傳送容器。
④與錐齒輪9同軸的齒輪12傳給齒輪13，齒輪13通過(guò)軸傳到主動(dòng)撥盤(pán)14，主動(dòng)撥盤(pán)14帶動(dòng)從動(dòng)槽輪16，實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的間隙旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
以下兩圖圖3-2，圖3-3分別是旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)的左視圖，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的俯視圖。
圖3-2 選裝型灌裝機(jī)左視圖
圖3-3 旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的俯視圖
第3章 各部分設(shè)計(jì)
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
參照市場(chǎng)上已有灌裝機(jī)，本次采用的是轉(zhuǎn)速為1440r/min的電動(dòng)機(jī)。
3.2主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
由對(duì)傳動(dòng)裝置相互比較可知，由于傳動(dòng)效率高等原因，故選擇齒輪傳動(dòng)，第一級(jí)傳動(dòng)選擇帶傳動(dòng)，可對(duì)電動(dòng)機(jī)起到過(guò)載保護(hù)的作用。
減速器分為三級(jí)減速，第一級(jí)為皮帶傳動(dòng)，后兩級(jí)都為齒輪傳動(dòng)。具體設(shè)計(jì)示意圖及參數(shù)如下：
1、2為皮帶輪：i12＝3
3、4、5、6為齒輪： z3=20 z4=100
z5=20 z6=80
i34=z4/z3=100/20=5
i56=z6/z5=80/20=4
所以Ⅰ軸轉(zhuǎn)速480r/min,Ⅱ軸轉(zhuǎn)速為96r/min,Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min.
齒數(shù)
模數(shù)
分度圓直徑d
傳送比i
壓力角
帶輪1
60mm
3
帶輪2
180mm
齒輪3
20
1.5mm
30mm
5
20°
齒輪4
100
1.5mm
150mm
20°
齒輪5
20
2mm
40mm
4
20°
齒輪6
80
2mm
160mm
20°
3.3傳動(dòng)齒輪，帶輪，鏈輪的設(shè)計(jì)
3.3.1總體參數(shù)匹配
如下圖所示從電動(dòng)機(jī)到軸Ⅲ的減速以及齒輪帶輪的設(shè)計(jì)在前面已經(jīng)闡述過(guò)，在這里就不再重復(fù)。
（2）下圖所示為旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)系統(tǒng)中的鏈傳動(dòng)
設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：①鏈輪8和18的齒數(shù)Z8=24，Z18=72，模數(shù)m=2mm, d8=48mm，d18=144mm;
i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min;
②鏈輪8’和18’’的齒數(shù)Z8’=24，Z18’’=72，模數(shù)m=2mm, d8’=48mm，d18’=144mm;i8 18’= Z18’’/ Z8’=3,n8’=24r/min, n18’’=8r/min;
③鏈輪19和20的齒數(shù)Z19=60，Z20=40，模數(shù)m=2mm, d19=120mm，d20=80mm;i19 20= Z20/ Z19=2/3,n19=8r/min, n20=12r/min;
（3）系統(tǒng)中錐齒輪的設(shè)計(jì)
Ⅲ軸轉(zhuǎn)速為24r/min, Ⅳ軸轉(zhuǎn)速為12r/min,固i7 9=2：1，設(shè)計(jì)錐齒輪7，9的齒數(shù)為30，60，模數(shù)為2mm，則直徑為60mm,120mm。
（4）系統(tǒng)中灌裝和封口壓蓋處齒輪的設(shè)計(jì)
如圖所示齒輪21‘ 帶動(dòng)齒輪22轉(zhuǎn)動(dòng)，與齒輪22同軸的22’帶動(dòng)齒輪23，從而實(shí)現(xiàn)齒輪23上曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這四個(gè)齒輪的具體設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)如下：
①齒輪21‘與齒輪22嚙合：齒數(shù)Z21=60，Z22=77，模數(shù)m=2mm, d21=120mm，d22=154mm;
②齒輪22’與齒輪23嚙合：齒數(shù)Z23=60，Z22=77，模數(shù)m=2mm, d23=120mm，d22=154mm;
（5）傳送輪同軸齒輪，主動(dòng)撥盤(pán)同軸齒輪，錐齒輪同軸齒輪的設(shè)計(jì)
①齒輪10與齒輪11嚙合，n10=12r/min, n11=4r/min; i10 11= n10/ n11=3,齒數(shù)Z10=40，Z11=60，模數(shù)m=2mm, d10=80mm，d11=120mm;
②齒輪12與齒輪13嚙合，n12=12r/min, n13=12r/min; i12 13= n12/ n13=1,齒數(shù)Z12=77，Z13=77，模數(shù)m=2mm, d12=154mm，d13=154mm;
3.3.2 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)普通V形帶傳動(dòng)須確定的內(nèi)容是：帶的型號(hào)、長(zhǎng)度、根數(shù)，帶輪的直徑、寬度和軸孔直徑中心距、初拉力及作用在軸上之力的大小和方向
（1）選擇帶的型號(hào)
查表6－4得, 則計(jì)算功率為
PC=KA·P=1.2×3.21= 3.852KW
根據(jù)、查表和圖6－8，選取A型帶。
（2）確定帶輪基準(zhǔn)直徑、驗(yàn)算帶速
查資料表6－5，6－6，選取
帶速帶速驗(yàn)算：
V=n1·d1·π/（1000×60）=3.14×112×960/1000×60=5.63m/s
介于5~25m/s范圍內(nèi)，故合適
大帶輪基準(zhǔn)直徑d2=n1/n2×d1=2.5×112=280mm
（3）確定帶長(zhǎng)和中心距a
0.7·（d1+d2）≤a0≤2·（d1+d2）
0.7×（112+280）≤a0≤2×（112+280）
274.4mm≤a0≤784mm
初定中心距a0=500 ，則帶長(zhǎng)為
L0=2·a0+π·（d1+d2）+（d2-d1）2/(4·a0)
=2×500+π·（112+280）/2+（280-112）2/(4×500)=1629.55 mm
查6－2表，按標(biāo)準(zhǔn)選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1600mm的實(shí)際
中心距a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1629.55)/2=485.23 mm
（4）驗(yàn)算小帶輪上的包角α1
α1=180-(d2-d1)×57.3/a=160.16>120小輪包角合適
（5）確定帶的根數(shù)
由式確定V帶根數(shù)，
查6－3表得＝1.16kW，查6－7表得＝0.11kW
查6－2表得＝0.99，＝0.95
則 Z=PC/（(P0+△P0)·=3.852/（1.16+0.11）×0.99×0.95 = 3.22
故要取4根A型V帶
（6）計(jì)算軸上壓力
由課本表 查得q=0.1kg/m，單根V帶的初拉力：
F0=500PC/ZV（2.5/Kα-1）+qV2=[500×3.852/（4×5.63）×(2.5/0.95-1)+0.1×5.632}N=93.22N
則作用在軸承的壓力FQ，
FQ=2ZF0sinα1/2=2×4×93.22sin（160.160/2）=871.3N
3.3.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核
（1）選擇齒輪材料
查表 大小齒輪均用45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來(lái)計(jì)算
確定齒輪傳動(dòng)精度等級(jí)
按
估取圓周速度為=
查表選取公差等級(jí)為8級(jí)
小輪分度圓直徑，由公式可得
齒寬系數(shù)查表，按齒輪相對(duì)軸承為非對(duì)稱(chēng)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
小輪轉(zhuǎn)矩
由前面的計(jì)算可知
載荷系數(shù)K
使用系數(shù)，查表得 =1
動(dòng)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=1.34
彈性系數(shù) 查表得 =
節(jié)點(diǎn)影響系數(shù) ，查表（）得=
重合度系數(shù) ，查表得
許用接觸應(yīng)力
接觸疲勞極限應(yīng)力，，查表得，
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
=
則查圖得接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)，（不允許有點(diǎn)蝕）：==1
硬化強(qiáng)度 =1
接觸強(qiáng)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(duì)取值影響不大，不必修正
小輪分度圓直徑
=26
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(qiáng)度校核計(jì)算
齒形系數(shù) 查圖8—67
小輪 =2.9
大輪 =2.8
應(yīng)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(yīng)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
，滿足強(qiáng)度要求
3.4軸系部件的設(shè)計(jì)
3.4.1軸的設(shè)計(jì)
傳動(dòng)件裝在軸上以實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和傳遞功率，支撐傳動(dòng)件是機(jī)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(yīng)力，故材料應(yīng)具備較好的強(qiáng)度和韌性。對(duì)軸的表面與支承有相對(duì)滑動(dòng)的軸，還需要求材料有較好的耐磨性。
（2）初算軸徑
計(jì)算公式：
c——與材料的許用應(yīng)力有關(guān)，可以參考表19--2
p——軸的傳動(dòng)功率（kw）
n ——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）
所以：
因?yàn)檩S上有雙鍵，所以d增加7%，d=43.29*1.07=46.32mm取d=60mm
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）計(jì)算轉(zhuǎn)矩：T=9550*P/n =9550*7/140 =477.5N.m
查表得 K=1.5
Tc=477.5*1.5=716.25
2）為軸向夾緊，須取與配合的軸長(zhǎng)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(zhǎng)L=82mm
5）查手冊(cè)確定鍵的尺寸參數(shù)
選用A型鍵14*9*75和A型鍵18*11*70
（4）軸的校核
繪制彎矩圖和扭矩圖
1）軸承支點(diǎn)按圖19---22所示計(jì)。
2）求各支點(diǎn)在垂直面V與水平H中支反力,。
水平面內(nèi)：
垂直面內(nèi)：
由得：
得：=
由得：
得=
求合成彎矩：
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(jì)算出各平面內(nèi)彎距中最大值。
5）繪制出合成彎距分布圖。
6）繪制出扭矩分布圖，軸承損耗的扭矩可以忽略
7）確定轉(zhuǎn)換系數(shù)a
-----為靜應(yīng)力時(shí)，a=0.3
------為脈動(dòng)循環(huán)時(shí)。a=1
------為對(duì)循環(huán)時(shí)，a=1
8）計(jì)算aT
作扭矩圖
T=
可見(jiàn)C點(diǎn)處有最大載荷，所以對(duì)其進(jìn)行彎扭合成校核。
忽略鍵的影響
所以合格，可以使用。
按彎扭矩合成校核軸的強(qiáng)度計(jì)算公式
計(jì)算受載荷最大點(diǎn)處
抗彎端面模數(shù)W值，查表19---5。
其它計(jì)算項(xiàng)目忽略
繪制軸的工作圖查閱有關(guān)手冊(cè)圖例。
3.4.2軸承的選用與校核
已知條件：軸承用于輸送線上，軸頸d=55mm,轉(zhuǎn)速n=140r/min,軸承所承受的徑向載荷R=2000N,軸向載荷為500N，要求使用壽命=5000h。
（1）求當(dāng)量動(dòng)載荷
受復(fù)合載荷作用的深溝球軸承，求時(shí)用到的系數(shù)X，Y要根據(jù)來(lái)查取。在軸承型號(hào)選定前又不可知，故采用試算法，根據(jù)表5---12暫取=0.08,則e=0.22
因，表5----12查得X=0.56,Y=1.99，按式5---7得
=XR+YA=0.56*2000+1.99*500=2115N
（2）計(jì)算軸承所需要的徑向額定載荷
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。按式5---6有
（3）選擇軸承型號(hào)
查滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)GB/T272—93，選得6211軸承。其=25700N>=22001N;
,因=500/15300=0.0349,用線形插值法可求得e=0.23，與原估計(jì)相近，適用。
3.4.3鍵的校核計(jì)算
鍵是一種標(biāo)準(zhǔn)件，根據(jù)連接的具體結(jié)構(gòu)，使用要求以及工作條件選擇合適的類(lèi)型，最后按連接的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選用相應(yīng)的剖面尺寸，并選擇鍵的長(zhǎng)度。鍵長(zhǎng)要比輪轂的長(zhǎng)度短并且符合鍵長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)，然后進(jìn)行鍵連接的強(qiáng)度進(jìn)行校核
因?yàn)槭褂闷胀ㄆ芥I，所以對(duì)其進(jìn)行校核。
鍵的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，軸的直徑為d的平鍵
當(dāng)軸傳遞轉(zhuǎn)矩T時(shí)，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(dāng)鍵是用45鋼制造時(shí)，主要失效形式是壓潰，所以通常只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計(jì)算。假定擠壓應(yīng)力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時(shí)擠壓強(qiáng)度條件是
剪切強(qiáng)度
強(qiáng)度條件為
式中
d-----軸的直徑（mm）
h-----鍵的接觸長(zhǎng)度（mm）
---許用擠壓應(yīng)力（MPa）
-----許用剪切(MPa)
鍵的材料一般采用抗拉強(qiáng)度極限------的精拔鋼制造，常用材料為45號(hào)鋼；軸的材料一般為鋼；而輪轂材料可能是鋼或鑄鐵。
當(dāng)計(jì)算結(jié)果不能滿足強(qiáng)度要求時(shí)，可以用雙鍵。
所選用的鍵符合強(qiáng)度要求，可以使用。
3.5旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)設(shè)計(jì)
3.5.1間隙運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
由于要求灌裝速度為12r/min，因此每個(gè)工作間隙為5s，轉(zhuǎn)臺(tái)每轉(zhuǎn)動(dòng)60°用時(shí)5/6s，停留25/6s，。
由此設(shè)計(jì)如下槽輪機(jī)構(gòu)，完成間歇運(yùn)用，以達(dá)到要求。槽輪機(jī)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單，外形尺寸?。?機(jī)械效率高，并能較平穩(wěn)地，間歇地進(jìn)行轉(zhuǎn)位； 但因傳動(dòng)時(shí)存在柔性沖擊，故常用于速度不太高的場(chǎng)合；同時(shí)由于槽輪機(jī)構(gòu)具有自行鎖緊的功能，所以能用于此機(jī)構(gòu)的定位作用。
具體數(shù)據(jù)如下：
從動(dòng)槽輪15如圖所示有六個(gè)徑向槽，并且從動(dòng)槽輪的轉(zhuǎn)速為2r/min;
主動(dòng)撥盤(pán)有一個(gè)撥動(dòng)圓銷(xiāo)，并且主動(dòng)撥盤(pán)的的轉(zhuǎn)速為12r/min;
3.5.2傳送輪的設(shè)計(jì)
傳送輪是為了將傳送帶的連續(xù)傳送轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙有序地傳送到旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工位1，這樣就可以利用傳送輪轉(zhuǎn)動(dòng)120°的時(shí)間間隔來(lái)使空容器間隙有序的傳送到位。
如圖所示傳送倫上設(shè)計(jì)有三個(gè)互成120°的凹槽，傳送輪直徑為200mm。
由上圖可知，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)1轉(zhuǎn)，有6個(gè)容器完成灌裝和封口壓蓋，由于傳送輪上只有3個(gè)凹槽，所以傳送輪轉(zhuǎn)動(dòng)在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)轉(zhuǎn)1轉(zhuǎn)的時(shí)候，它應(yīng)該轉(zhuǎn)動(dòng)2轉(zhuǎn)。
（1）撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定
設(shè)要設(shè)計(jì)星形撥輪齒數(shù)為Zb，灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力為Q，撥輪主軸轉(zhuǎn)速為，依據(jù)單位時(shí)間內(nèi)供瓶數(shù)應(yīng)等于出瓶數(shù)（不考慮灌裝過(guò)程中出現(xiàn)爆瓶現(xiàn)象）。則
（3.1）
式中，
Zb ――齒數(shù)；
Q ――生產(chǎn)能力，瓶/時(shí)；
――轉(zhuǎn)速，/min。
撥瓶輪齒數(shù)由確定。
已知灌裝機(jī)得生產(chǎn)能力Q＝瓶/時(shí)，初步確定撥瓶輪主軸轉(zhuǎn)速與灌裝機(jī)大轉(zhuǎn)盤(pán)主軸轉(zhuǎn)速的比例為i＝5.大轉(zhuǎn)盤(pán)主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)計(jì)算得出n1＝3/min.則可以確定撥瓶輪主軸轉(zhuǎn)速n＝15/min.撥瓶輪齒數(shù)Zb:
選取撥輪齒數(shù)Zb＝8。
（2）撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定
設(shè)撥輪節(jié)圓半徑為Rb, Cb為行星撥輪的節(jié)距，因?yàn)槿萜饕缘乳g距定時(shí)供送，則
（3.2）
（3.3）
對(duì)于旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)來(lái)講，Cb應(yīng)等于灌裝閥的節(jié)距。
在確定灌裝機(jī)整體尺寸時(shí)確定的灌裝閥節(jié)距尺寸Cb＝126mm，Rb＝160mm。
用Cb帶入驗(yàn)算：
用Rb帶入驗(yàn)算：
根據(jù)檢驗(yàn)，對(duì)Cb, Rb進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，最后確定Cb＝126mm，Rb＝160mm。
3.6 升降機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.6.1工況分析
當(dāng)灌裝瓶子的送料機(jī)構(gòu)將料送到位后,升降液壓缸將托盤(pán)以及灌裝瓶頂起,進(jìn)行灌裝. 灌裝結(jié)束后下降。
（1）負(fù)載移動(dòng)力分析
負(fù)載移動(dòng)阻力F=500N，慣性力: 100=50N,設(shè)負(fù)載動(dòng)摩擦系數(shù)0.1，靜摩擦阻力， 0.1*（100*10）=100N，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(jī)械效率ηm＝0.9），則液壓缸在各工況階段的負(fù)載值見(jiàn)表1-1
表1-1液壓缸各運(yùn)動(dòng)階段負(fù)載表：
運(yùn)動(dòng)階段
計(jì)算公式
液壓缸負(fù)載Ｆ（Ｎ）
液壓缸推力（Ｎ）
啟動(dòng)
200
223
加速
150
166.7
快進(jìn)
100
111
灌裝
600
666.7
縮回
100
111
停止
50
55.6
（2）運(yùn)動(dòng)分析
根據(jù)條件，快進(jìn)、快退速度為＝，由于加速時(shí)間很短所以可忽落不計(jì)。因此設(shè)定其行程分別為100mm和300mm。
3.6.2液壓缸設(shè)計(jì)
（1）液壓缸的工作壓力：＝6Mpa
（2）確定液壓缸尺寸：選用單活塞式液壓缸，并使。采用差動(dòng)連接，因管路中有壓力損失。工進(jìn)時(shí)，為使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，在液壓缸回油路上要加背壓閥，背壓法一般為(5-15)*pa,選取背壓閥＝10*pa。
由表1－1可知，最大負(fù)載為工進(jìn)階段的負(fù)載＝666.7N ，根據(jù)，可求出液壓缸大腔面積為＝1.21*
工況
計(jì)算公式
負(fù)載(N)
液壓缸
N（kw）
開(kāi)啟
啟動(dòng)
N=Q*
223
=0
=5
22.3
____
__
16.67
___
__
加速
166.7
頂起
111
11.1
0.01*
0.95
灌裝
666.7
33.3
0.004*
1.58
縮回
啟動(dòng)
223
22.3
___
___
加速
166.7
16.7
___
___
縮回
111
11.1
0.01*
1.49
停止
0
0
0
0
0
12.4mm
根據(jù)ＧＢ2348-80 圓整成就近的標(biāo)準(zhǔn)值，得16mm,液壓缸活塞直徑d=D/=11.39mm,圓整后取d=12mm,于是液壓缸有效面積為：
?。?=2
=
按最低工進(jìn)速度驗(yàn)算液壓缸尺寸，查產(chǎn)品樣本，調(diào)速閥最小穩(wěn)定流量，因工進(jìn)速度v=0.02m/s為最小速度，則由≥，=﹥0.04，滿足最低速度要求。
（3）液壓缸壁厚和外徑的計(jì)算
液壓缸的壁厚由液壓缸的強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算
我們這里采用無(wú)縫鋼管材料，其壁厚按薄壁圓筒公式計(jì)算：R>=P3/(2D[Q])
式中 R----液壓缸壁厚（mm）
D----液壓缸內(nèi)徑（mm）
P3----試驗(yàn)壓力，一般取最大工作壓力的（1.25到1.5）倍，這里取1.3倍
[Q]----缸筒材料的許用應(yīng)力。其值為：無(wú)縫鋼管：[Q]=100到110Mpa。這里取[Q]=100Mpa
于是得 R>=0.834
又由于薄壁液壓缸的內(nèi)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)
（4）液壓缸工作行程的確定
由題意得液壓缸的工作行程為300mm
（5）缸蓋厚度的確定
其有效厚度t按強(qiáng)度要求用以下公式近似計(jì)算
式中 t----缸蓋有效厚度（mm）
D2----缸蓋止口內(nèi)徑（mm）
d----缸蓋口的直徑（mm）
（6）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度的確定
對(duì)于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H應(yīng)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(nèi)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
缸蓋滑動(dòng)支撐面的長(zhǎng)度L1根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D確定：當(dāng)D<=80mm時(shí)，取L1=(0.6到1.0)D,這里取L1=25mm
為保證最小導(dǎo)長(zhǎng)H,必要時(shí)可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來(lái)增加H的值。隔套的長(zhǎng)度C由需要的最小導(dǎo)長(zhǎng)H決定，即 C=H-(L+B)/2，取C=14。
（7）缸體長(zhǎng)度的確定
液壓缸缸體內(nèi)部長(zhǎng)度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長(zhǎng)度還要考慮液壓缸倆端端蓋的厚度。一般液壓缸缸體長(zhǎng)度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20到30倍。
3.6.3液壓系統(tǒng)回路方案設(shè)計(jì)
（1）調(diào)速回路：該液壓系統(tǒng)功率小，因此選用節(jié)流閥調(diào)速方式。考慮運(yùn)動(dòng)過(guò)程中進(jìn)退兩種工況，宜采用調(diào)速閥來(lái)保證速度穩(wěn)定，并將調(diào)速閥裝在液壓缸回油路上阻尼作用，使負(fù)載低速運(yùn)動(dòng)時(shí)比較平穩(wěn)。
（2）換向調(diào)速回路和卸荷回路：負(fù)載采用單活塞桿液壓缸驅(qū)動(dòng)。由工況可知，系統(tǒng)壓力和流量不大，同時(shí)考慮負(fù)載實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化移動(dòng)，選用三位四通電磁換向閥，并對(duì)流量的控制。
（3）快速運(yùn)動(dòng)回路：為實(shí)現(xiàn)負(fù)載快速進(jìn)給，選用三位四通電磁換向閥構(gòu)成液壓缸的差動(dòng)連接。這種連接的快速運(yùn)動(dòng)會(huì)回路，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也比較經(jīng)濟(jì)。
（4）壓力控制回路
由于液壓系統(tǒng)流量較小，負(fù)載工作進(jìn)給時(shí)，采用回油路節(jié)流調(diào)速，故選用定量泵供油。比較簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)。
綜上所述，得到如下液壓系統(tǒng)原理圖：
液壓系統(tǒng)原理圖
3.6.4選擇液壓元件
（1）液壓泵的參數(shù)計(jì)算
取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)k=1.1,則液壓泵的最大流量≥k()=1.1*0.2=0.22,根據(jù)擬訂的液壓系統(tǒng)是回油路節(jié)油路節(jié)流調(diào)速，進(jìn)油路損失pa,故液壓泵工作壓力為： =（22+5）*=27pa。
根據(jù)、和已選定的單向定量泵形式，查手冊(cè)選用YB-D型定量葉片泵。該泵額定壓力為10Mpa,轉(zhuǎn)速為600-2000r/min，該泵額定流量為0.2*,由工況分析知，最大功率在快退階段，如果取液壓缸的效率為0 .75，驅(qū)動(dòng)液壓泵最大輸入功率為：==944w查電工手冊(cè)選取1200w的電動(dòng)機(jī)。
（2）選擇控制元件
根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力的通過(guò)元件的最大流量，選用各類(lèi)閥的規(guī)格，見(jiàn)表1-7。
表1-7 選用各類(lèi)閥的規(guī)格
序號(hào)
控制元件名稱(chēng)
型號(hào)規(guī)格
技術(shù)數(shù)據(jù)（pa）
Q=()
實(shí)際流量Q（）
額定流量時(shí)壓力損失
1
?溢流閥
YF3-10B
=100
Q=0.317*
0.1*
卸荷壓力1-1.5
2
三位四通閥電磁換向閥
34D-25B
P=100
Q=0.317*
0.1*
2
3
順序閥
Q1-25B
P=100
Q=0.317*
0.1*
4
單向閥
1-25B
P=100
Q=0.317*
0.1*
1.5
第4章 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
下圖是液位控制原理圖，圖中虛線表示允許料位變化的上下限。在正常情況下，應(yīng)保持料位在虛線范圍之內(nèi)。為此，在料倉(cāng)內(nèi)的不同高度安裝2個(gè)料位檢測(cè)器，以感知料位的變化情況。其中，A處于上限料位，B處于下限料位，A、B各通過(guò)一個(gè)電阻與地相連。
電機(jī)帶動(dòng)泵供料，單片機(jī)控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，以達(dá)到對(duì)料位控制的目的。供料時(shí)，料位上升，當(dāng)達(dá)到上限時(shí)，C處的料位器得到信號(hào)，此時(shí)電機(jī)和泵停止供料。
當(dāng)料位處于下限位時(shí)，B處的料位器得到信號(hào)，啟動(dòng)電機(jī)并開(kāi)始供料。如此反復(fù)循環(huán)。
單片機(jī)的控制電路如下圖所示。對(duì)該控制電路作如下說(shuō)明：
①由于8031單片機(jī)沒(méi)有內(nèi)部ROM，因此需外擴(kuò)展ROM作為程序存儲(chǔ)器。本系統(tǒng)使用2764構(gòu)成8KB的外擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器，74LS373作為地鎖存器。
②兩個(gè)料位器信號(hào)由P1.0和P1.1輸入，這兩個(gè)信號(hào)共有4種組合狀態(tài)，如表7-6所示：
表7-6 料位信號(hào)及操作狀態(tài)表
C(P1.1)
B(P1.0)
操 作
0
0
1
1
`0
1
0
1
電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)
維持原狀
故障警報(bào)
電機(jī)停轉(zhuǎn)
其中，第3種組合在正常情況下是不可能發(fā)生的，但在設(shè)計(jì)中還是應(yīng)該考慮到，并作為