瓶裝飲料灌裝機(jī)的供瓶裝置進(jìn)行設(shè)計,瓶裝,飲料,灌裝,進(jìn)行,設(shè)計 摘 要 隨著人們物質(zhì)生活的不斷豐富食品加工行業(yè)已經(jīng)是現(xiàn)有的重大產(chǎn)業(yè)之一，近幾年被曝光的食品衛(wèi)生以及食品安全方面的問題逐漸增對，人們在追求食品質(zhì)量同時促進(jìn)著整個食品行業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化，隨著工業(yè)化裝備的不斷發(fā)展，以機(jī)械加工形式替代傳統(tǒng)的人工加工生產(chǎn)逐步成為食品生產(chǎn)的主要形式。飲料的加工生產(chǎn)是食品加工行業(yè)的重要組成部分之一，飲料的種類，以及包裝形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展形式，但利用瓶子灌裝是眾多包裝形式之一，因此對其灌裝設(shè)備，尤其是供瓶設(shè)備的設(shè)計研究對整個飲料灌裝，乃至食品加工行業(yè)都有著重大意義，機(jī)械灌裝設(shè)備可以極大的較少人工的影響，減少勞動量的同時，便于實施無菌生產(chǎn)，對食品衛(wèi)生以及食品安提供技術(shù)保障。 本文主要對瓶裝飲料灌裝機(jī)的供瓶裝置進(jìn)行設(shè)計，通過參考現(xiàn)有的灌裝設(shè)備進(jìn)行分析學(xué)習(xí)，采用批次灌裝發(fā)，單次多瓶灌裝，提高工作效率保證灌裝的平穩(wěn)性。本設(shè)計利用傳送帶將灌裝瓶輸送到指定單元，然后由送瓶機(jī)構(gòu)將瓶子送到灌裝工位，之后進(jìn)行灌裝，灌裝完畢后供瓶機(jī)構(gòu)將瓶子收回在傳送帶上，灌裝完的飲料隨著傳送帶進(jìn)入下一個工位進(jìn)行加工。本次設(shè)計也是對自己所學(xué)機(jī)械相關(guān)知識的回顧，能夠很好的提升自己的設(shè)計能力，為以后的工作學(xué)習(xí)打下良好的知識基礎(chǔ)。 關(guān)鍵詞：灌裝；直線型；供瓶裝置；傳送帶 4 Abstract With the continuous enrichment of people's material life, food processing industry has become one of the major industries. In recent years, the problems of food hygiene and food safety exposed have gradually increased. People are pursuing food quality while promoting the development of the whole food industry. Food processing industry has gradually realized industrialization. With the continuous development of industrial equipment, mechanical processing is used as a form. It has gradually become the main form of food production to replace the traditional manual processing production. Beverage processing and production is one of the important components of food processing industry. The types of beverages and packaging forms present diversified forms of development. But bottle filling is one of the many packaging forms. Therefore, the design and research of its filling equipment, especially bottle feeding equipment, is of great significance to the whole beverage filling industry and even to the food processing industry. Mechanical filling equipment can be used. With a great less artificial impact, reducing the amount of labor, it is easy to implement aseptic production, and provide technical support for food hygiene and food safety. This paper mainly designs the bottle feeding device of the bottled beverage filling machine. By referring to the existing filling equipment for analysis and study, batch filling and distribution, single and multiple bottle filling are adopted to improve the work efficiency and ensure the stability of the filling. The design uses conveyor belt to convey the filling bottle to the designated unit, and then the bottle is sent to the filling station by the bottle feeding mechanism. After filling, the bottle is returned to the conveyor belt by the bottle feeding mechanism. The filled beverage is processed with the conveyor belt into the next station. This design is also a review of the mechanical knowledge we have learned. It can improve our design ability and lay a good knowledge foundation for future work and study. Key words: filling; straight line type; bottle feeding device; conveyor belt 目錄 摘 要 1 Abstract 1 第1章 緒 論 1 1.1選題的目的意義 1 1.2國內(nèi)外飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況 1 1.4灌裝機(jī)供瓶裝置研究方法 2 第2章 總體方案的設(shè)計分析和方案的比較與選擇 3 2.1設(shè)計分析 3 2.1.1功能與應(yīng)用范圍 3 2.1.2機(jī)構(gòu)設(shè)計 3 2.1.4機(jī)構(gòu)選型 3 第3章 供瓶系統(tǒng)的設(shè)計計算和選用 6 3.1 輸送線方案的選用 6 3.2 電機(jī)到減速器的傳動設(shè)計與計算: 6 3.2.1軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩的計算 6 3.2.2直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計 7 3.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 11 3.3鏈傳動設(shè)計計算： 12 3.4輸送線部分的計算： 16 3.5軸系部件的設(shè)計計算 18 3.5.1軸的設(shè)計計算 18 3.5.2軸承的選用和計算 22 第4章 執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計計算和選用 25 4.1動作分析與執(zhí)行件的選用 25 4.2設(shè)計分析與方案設(shè)計 25 4.3機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 25 4.4選擇液壓元件： 28 4.5液壓系統(tǒng)性能驗算： 29 結(jié) 論 32 參考文獻(xiàn) 33 第1章 緒 論 1.1選題的目的意義 隨著人們物質(zhì)生活的不斷豐富食品加工行業(yè)已經(jīng)是現(xiàn)有的重大產(chǎn)業(yè)之一，近幾年被曝光的食品衛(wèi)生以及食品安全方面的問題逐漸增對，人們在追求食品質(zhì)量同時促進(jìn)著整個食品行業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化，隨著工業(yè)化裝備的不斷發(fā)展，以機(jī)械加工形式替代傳統(tǒng)的人工加工生產(chǎn)逐步成為食品生產(chǎn)的主要形式。飲料的加工生產(chǎn)是食品加工行業(yè)的重要組成部分之一，飲料的種類，以及包裝形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展形式，但利用瓶子灌裝是眾多包裝形式之一，因此對其灌裝設(shè)備，尤其是供瓶設(shè)備的設(shè)計研究對整個飲料灌裝，乃至食品加工行業(yè)都有著重大意義，機(jī)械灌裝設(shè)備可以極大的較少人工的影響，減少勞動量的同時，便于實施無菌生產(chǎn)，對食品衛(wèi)生以及食品安提供技術(shù)保障。 1.2國內(nèi)外飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況 飲料灌裝機(jī)械是伴隨飲料工業(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，美國研制出玻璃灌裝機(jī)械，1902年市場上出現(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，德國制造出手動灌裝機(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(guān)閉，這樣不僅使灌裝機(jī)械的結(jié)構(gòu)簡單了，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，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SEN公司發(fā)明的電動閥為標(biāo)志，電動閥中氣閥和水閥的開啟和關(guān)閉由可控編程器控制，對灌裝時間，灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和可靠的界定。 我國飲料灌裝機(jī)械制造業(yè)起步晚，20世界60年代前基本是空白，當(dāng)時國內(nèi)的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀(jì)30---40年代的設(shè)備，工藝落后，機(jī)械陳舊，嚴(yán)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(chǎn)灌裝機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，我國先后引進(jìn)了一些國外灌轉(zhuǎn)生產(chǎn)線，在裝備一些設(shè)備的同時，也促進(jìn)了我國包裝機(jī)械行業(yè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。機(jī)械，輕工，軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機(jī)械，提供給國內(nèi)的一些飲料生產(chǎn)廠，促進(jìn)了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進(jìn)德國SEN公司的20000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線和日本三菱公司18000瓶/小時的含氣飲料灌裝生產(chǎn)線的制造技術(shù)，到1991年又引進(jìn)了德國KHS公司30000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線及生產(chǎn)技術(shù)。這樣我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機(jī)，而且能夠生產(chǎn)大型灌裝機(jī)，技術(shù)水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到了一個新的水平。 1.4灌裝機(jī)供瓶裝置研究方法 通過查閱灌裝機(jī)相關(guān)技術(shù)知識，了解灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，對各類灌裝機(jī)供瓶機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)研究，分析各式灌裝機(jī)的優(yōu)缺點，結(jié)合所學(xué)的機(jī)械相關(guān)知識，在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，成帶式灌裝機(jī)供瓶機(jī)構(gòu)的總體方案設(shè)計，以及關(guān)鍵傳遞零部件的計算校核分析。依照設(shè)計任務(wù)書的指導(dǎo)逐步完成灌裝機(jī)供瓶裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計、零件設(shè)計確定、傳動設(shè)計及各類零件的材料選擇、“供瓶裝置”結(jié)構(gòu)設(shè)計及總裝配圖繪制、關(guān)鍵零部件工程圖的繪制及傳動裝置計算選型，強(qiáng)度計算及疲勞校核等工作。 （1）觀察法，通過上網(wǎng)查詢資料，學(xué)習(xí)相關(guān)視頻了解帶式灌裝機(jī)供瓶裝置的結(jié)構(gòu)組成。 （2）文獻(xiàn)研究法，閱讀文獻(xiàn)學(xué)習(xí) 灌裝機(jī)供瓶裝置的布局結(jié)構(gòu)。 （3）數(shù)學(xué)法，利用所學(xué)的機(jī)械相關(guān)知識，對結(jié)構(gòu)傳動進(jìn)行分析計算。 （4）對比法，結(jié)合現(xiàn)有的帶式灌裝機(jī)供瓶裝置，學(xué)習(xí)其結(jié)構(gòu)特點，對各類帶式灌裝機(jī)供瓶機(jī)構(gòu)進(jìn)工作裝置行深入的學(xué)習(xí)研究，分析各式灌裝機(jī)優(yōu)缺點然后形成自己的設(shè)計思路 第2章 總體方案的設(shè)計分析和方案的比較與選擇 2.1設(shè)計分析 2.1.1功能與應(yīng)用范圍 用途：用于直線式灌裝線的塑料瓶、玻璃瓶的輸送 灌裝瓶規(guī)格為：積為600ml,直徑60mm。 瓶子材料：塑料瓶/玻璃瓶。 灌裝能力：2000瓶/h。 設(shè)計要求：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制。 2.1.2機(jī)構(gòu)設(shè)計 灌裝供瓶系統(tǒng)主要實現(xiàn)的是，將帶灌裝瓶輸送到指定的灌裝工位，在本方案中為了保證灌裝的穩(wěn)定性，將輸送系統(tǒng)執(zhí)行單元分為兩部封面，輸送單元和執(zhí)行單元，輸送單元將瓶子輸送到指定工位，執(zhí)行單元將瓶子推送到灌裝工位。 2.1.4機(jī)構(gòu)選型 考慮到單瓶灌裝時間是一定的，為提高灌裝效率本設(shè)計方案采用多瓶同時灌裝的方式進(jìn)行設(shè)計，在設(shè)計時，供瓶系統(tǒng)需要同時供給多個灌裝瓶，在本設(shè)計中采用板式輸送帶，板上設(shè)置有放瓶的治具，經(jīng)查閱相關(guān)資料，結(jié)合本設(shè)機(jī)的相關(guān)參數(shù)，每個鏈板上設(shè)置10*4共40個瓶，即單位時間灌裝40瓶，每板次40瓶，為滿足單位小時生產(chǎn)2000瓶的工作需求，則要求沒小時供50托板，除去工作間歇，本設(shè)計要求每次灌裝供瓶周期為1分鐘，即一拖板瓶子由傳動帶運(yùn)動到指定工位高灌裝完成到完全離開改工位后所需的時間為1分鐘，沒小時預(yù)留10分鐘為其他輔助設(shè)備如灌裝，旋蓋說明等設(shè)備的上下料，以及工人的停歇時間，且供瓶的周期可以隨灌裝的速率進(jìn)行調(diào)整。 1.灌裝瓶傳送系統(tǒng)的機(jī)構(gòu) 參考現(xiàn)有的輸送機(jī)械，選用板式輸送機(jī)。 送瓶定位機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的選型 根據(jù)工藝分析和設(shè)計要求，可以選用液壓缸、氣壓缸做執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也可以選用機(jī)械傳動。 液壓系統(tǒng)的優(yōu)點： 1）布置不受嚴(yán)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(fù)雜的系統(tǒng)。 2）可以在運(yùn)用過程中實現(xiàn)無極調(diào)速。 3）運(yùn)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(chǔ)件，已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，系列化和通用化。 6）單位質(zhì)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(jī)構(gòu)。 2.1.5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(jié)構(gòu)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(yuǎn)距離的傳動，噪音小，結(jié)構(gòu)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(zhǔn)確的場合，一般多用于底速傳動及傳動要求不太嚴(yán)格的場合。中心距變化范圍大，可以用于較遠(yuǎn)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(shè)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(chǎn)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(yùn)動平穩(wěn)，但效率低，消耗有色金屬。結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)。 5摩擦輪傳動：傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護(hù)作用，可以在運(yùn)行中平穩(wěn)地調(diào)整傳動比，廣泛地應(yīng)用于無級調(diào)速。 6高副傳動：可以實現(xiàn)較為準(zhǔn)確的要求的運(yùn)動參數(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，成本低。 7螺旋傳動：能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變成直線運(yùn)動，并能夠以較小的轉(zhuǎn)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(diào)，可以做成自瑣機(jī)構(gòu)。 8平面連桿機(jī)構(gòu)，空間連桿機(jī)構(gòu)：可以由連續(xù)勻速運(yùn)動轉(zhuǎn)換成軌跡較為復(fù)雜的運(yùn)動，可實現(xiàn)急回運(yùn)動，有一定位置度或相對位置的運(yùn)動，低副運(yùn)動，有利于潤滑，可傳遞較大動力。 所以，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求選用鏈傳動。 五 自動控制系統(tǒng) 為實現(xiàn)灌裝生產(chǎn)的有序化和嚴(yán)格控制生產(chǎn)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(chǎn)的有序化和自動化，所以選用單片機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)控制。 六 機(jī)身 為適應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)，并考慮生產(chǎn)的批量，底座與箱機(jī)架都采用了槽鋼。 45 第3章 供瓶系統(tǒng)的設(shè)計計算和選用 3.1 輸送線方案的選用 板式輸送機(jī)在工業(yè)部門中應(yīng)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(chǎn).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. 3.2 電機(jī)到減速器的傳動設(shè)計與計算: 設(shè)計一級減速器，具體設(shè)計計算如下。 參考現(xiàn)有的生產(chǎn)線上的電機(jī)，選用電機(jī)為：YH100L—2，轉(zhuǎn)速2700r/min，額定功率3kw，電流6A，轉(zhuǎn)差率10%，功率因數(shù)0.87 3.2.1軸轉(zhuǎn)速、功率、扭矩的計算 第一根軸的轉(zhuǎn)速為電機(jī)的轉(zhuǎn)速，=2700（軸1通過聯(lián)軸器與電機(jī)相聯(lián)）第二根軸的轉(zhuǎn)速為與鏈輪相聯(lián)的軸的轉(zhuǎn)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(jù) 軸號 轉(zhuǎn)速 輸出功率 輸出轉(zhuǎn)矩 傳動比 效率 電機(jī)軸 2700 3 1 1 軸 2700 2.97 10505 3．86 0．99 軸 700 2.88 39291 0.97 3.2.2直齒圓柱齒輪傳動設(shè)計 1 選擇齒輪材料 齒輪均用45號鋼調(diào)質(zhì)； 2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度來計算 確定齒輪傳動精度等級 估取圓周速度為= 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= =17大輪齒數(shù)= = 圓整，取 齒數(shù)比 誤差= 誤差范圍在的范圍內(nèi)，所以合適。 小輪轉(zhuǎn)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 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(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 估取值誤差不大，對取值影響不大，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(qiáng)度校核計算： 齒形系數(shù) 小輪 =2.9 大輪 =2.8 應(yīng)力修正系數(shù) 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 = = 彎曲壽命系數(shù)；=1； =1 尺寸系數(shù) =1 安全系數(shù) =1.3 則 故 3.2.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 第一根軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計及分配 1．?dāng)M定軸上零件的裝配方案 2．根據(jù)軸向定位要求確定直徑和長度 軸的直徑。根據(jù)工作需要及工藝要求取軸段1長，，確定軸段2的長度和直徑為 軸段 3 ： 根據(jù)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(jié)構(gòu)設(shè)計與分配 一 根據(jù)軸向定位要求確定各軸段直徑和長度 軸段 1 ：根據(jù)鏈輪的直徑為270mm，以及寬為100mm，可以將軸的第一段作成花鍵 根據(jù)端蓋的定位及，，確定軸段2的長度和直徑為 軸段 3 ：根據(jù)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 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(qiáng)度校核和受力將在5.5.1中進(jìn)行分析和計算 3.3鏈傳動設(shè)計計算： 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求和各種傳動形式的特點，選用鏈傳動。根據(jù)減速器的輸出軸進(jìn)行設(shè)計計算。輸送鏈水平布置，按低速設(shè)計。 鏈輪齒數(shù)Z1，Z2： 取。 通常；若載荷平穩(wěn)，尺寸允許可取i=8---10。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。 特定條件下，單排鏈傳遞功率Po 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)取=1.12；傳動比系數(shù)取=1.09；中心距系數(shù)取=1.0；多排鏈系數(shù)取=1.0。 由P0,n,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(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬=3.0mm；銷軸=8.6mm,極限拉伸載荷=4400N,質(zhì)量q=0.18kg/m 3.確定中心距a和鏈條節(jié)數(shù)Lp 一般取a0=30p---50p。amax=80p。 取=40p=40*7.5=300mm。 則鏈條長度為： 、 Lp圓整，取偶數(shù)L=196。計算實際中心距： a的差值為1.7mm<2mm——5mm。所以可以選用。 3驗算鏈速 在范圍內(nèi)（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 選材：45鋼，沾火處理。（2）主要尺寸： A節(jié)圓直徑 B齒頂圓直徑 C齒根圓直徑 D齒側(cè)凸圓最大直徑 選=45mm 查表得=26mm. 選=250mm E最大齒根距離 Lx=(偶數(shù)齒) Lx=（奇數(shù)齒） F軸面主要尺寸 ba=1.6mm =13.5mm =7.1mm h=6.4mm =0.5 =5.64mm 3.4輸送線部分的計算： 1 原始數(shù)據(jù)及資料 名稱：灌裝瓶 物品重：0.6kg 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700mm。 最大輸送能力：2000瓶/小時。 2 底板寬度： （1）底板寬度按表10---2——1選取，并結(jié)合物料尺寸校核和圓整。 B——底板寬度（mm） b——成件物的最大橫向尺寸（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(zhǔn)確性。 （2）擋邊高度：擋邊高度應(yīng)保證成件物在底板上的位置可靠，參照現(xiàn)有的設(shè)計產(chǎn)品，取h=1600mm。 3 牽引力的計算： （1）輸送機(jī)單位長度載荷的計算 對于承載分支： ——-行走部分單位長度的載荷（kg/m） ——底板上單位長度的重量（kg/m），可按式10---2---15計算。 ——-成件物的單重（kg） ——-成件物的距離(kg) ——底板的寬度(m) ——底板的中立重量系數(shù)。查表10——2——9，可得A=40mm. 所以： =40*0.7=28kg =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。 最小張力可依據(jù)經(jīng)驗計算： 承載分支的水平投影長度（m） 所以，=300*0.4+2*30=180kg>50kg 所以，可以使用，安全。 （3）動載荷的計算： 板式輸送機(jī)牽引力的動載荷計算可按下式計算 ——牽引鏈動載荷（kg） ——牽引鏈的最大加速度（） ——-重力加速度（取10） ——輸送機(jī)行走部分換算質(zhì)量的減少系數(shù)。因為Lc=30m,所以=0。5 Z——驅(qū)動鏈輪齒數(shù) t——-牽引鏈條節(jié)距（m） 參考現(xiàn)有的灌裝機(jī)的結(jié)構(gòu)得知，可以使用。 3.5軸系部件的設(shè)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(tǒng)中傳動件為鏈傳動，其設(shè)計已計算完成，現(xiàn)計算傳動軸和對軸承進(jìn)行選用和計算。 3.5.1軸的設(shè)計計算 傳動件裝在軸上以實現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動和傳遞功率，支撐傳動件是機(jī)器中不可缺少的通用零件。 計算公式： c——與材料的許用應(yīng)力有關(guān)，可以參考表19--2 p——軸的傳動功率（kw） n——軸的轉(zhuǎn)速（r/min） 因為軸上有雙鍵，所以d增加7% d=43.29*1.07=46.32mm 取d=60mm 計算轉(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 為軸向夾緊，須取與配合的軸長度要小一些定位軸肩直徑一般須增大不小于5mm.。取軸徑d=60mm，軸段長L=82mm查手冊確定鍵的尺寸參數(shù) 選用A型鍵14*9*75和A型鍵18*11*70 與軸承蓋子相關(guān)的尺寸： 由軸徑線速度選密封形式 V= 當(dāng)v<5m/s ,時可以使用氈圈密封； 當(dāng)v>10m/s,時用皮碗密封； 當(dāng)v=6m/s---30m/s,時用非接觸式密封。 V=0.44m/s<5m/s，所以使用氈圈密封。 定位軸肩選取 （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。 留出尺寸43mm。 與滾動軸承相關(guān)的尺寸： （1）在前一直徑上考慮安裝，加工方便，而且尾數(shù)為0，5，或用前一段直徑；或再起軸肩，取軸承內(nèi)徑 （2）選用適當(dāng)軸承類別，查手冊得尺寸參數(shù) 選30211正裝，尺寸d*D*T=55mm*100mm*22.75mm （3）按dn值選軸承潤滑形式 >2*100000r()時可以用油潤滑。 <2*100000r()時可以用脂潤滑。 =55*140=7700(),所以用脂潤。 （4）油潤滑時，軸承應(yīng)距箱體內(nèi)壁3mm---5mm。 脂潤滑時，軸承應(yīng)距箱體內(nèi)壁可以大一些。 取5mm。 （5）箱內(nèi)傳動件應(yīng)距內(nèi)壁15mm——25mm 取24mm。 與齒輪和其它相關(guān)的尺寸： （1）為裝配較緊配合的傳動件，一般再起軸肩。 取 （2）軸段應(yīng)比輪轂長短一些，以獲得軸向定位較緊。 取L軸=87mm。 （3）軸向定位可以使用套筒，軸肩，軸環(huán)，彈性擋環(huán)等措施，選用時可以查表19---3 選用套筒和軸環(huán)定位，軸環(huán)直徑 繪制彎矩圖和扭矩圖 （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,。 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，a=0.3 ——為脈動循環(huán)時。a=1 ——為對循環(huán)時，a=1 （8）計算aT 作扭矩圖 T= 可見C點處有最大載荷，所以對其進(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)度計算公式 計算受載荷最大點處 抗彎端面模數(shù)W值，查表19---5。 其它計算項目忽略 繪制軸的工作圖查閱有關(guān)手冊圖例。 3.5.2軸承的選用和計算 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)量動載荷 受復(fù)合載荷作用的深溝球軸承，求時用到的系數(shù)X，Y要根據(jù)來查取。在軸承型號選定前又不可知，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 查滾動軸承標(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，與原估計相近，適用。 5.5.3鍵的校核計算 鍵的長度為L，軸的直徑為d的平鍵 當(dāng)軸傳遞轉(zhuǎn)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(dāng)鍵是用45鋼制造時，主要失效形式是壓潰，所以通常只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計算。假定擠壓應(yīng)力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時擠壓強(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號鋼；軸的材料一般為鋼；而輪轂材料可能是鋼或鑄鐵。 當(dāng)計算結(jié)果不能滿足強(qiáng)度要求時，可以用雙鍵。 所選用的鍵符合強(qiáng)度要求，可以使用。 第4章 執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計計算和選用 4.1動作分析與執(zhí)行件的選用 當(dāng)灌裝瓶子的送料機(jī)構(gòu)將料送到位后,升降液壓缸將托盤以及灌裝瓶頂起,進(jìn)行灌裝. 灌裝結(jié)束后下降,然后推動液壓缸工作,將托盤以及灌裝瓶推到下一條輸送生產(chǎn)線,之后推動液壓缸收回,系統(tǒng)回位,進(jìn)行下一個工作循環(huán).灌裝系統(tǒng)要求灌裝要穩(wěn)定可靠,遲滯小,所以選用液壓傳動教好.選用液壓傳動系統(tǒng)是針對液壓剛壓力和速度的控制,把系統(tǒng)的油液壓力和缸的運(yùn)動速度控制在一定的范圍內(nèi)，既滿足了使用要求，又確保了系統(tǒng)安全，平穩(wěn)的運(yùn)行。 4.2設(shè)計分析與方案設(shè)計 油缸最大工作行程——400mm 額定工作油壓——6MP；移動負(fù)載質(zhì)量——36kg 移動速度控制——6m/min 加速度的大小——0.1 m/s 加速和減速時間均為0.2 s為了使系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠可以把液壓缸運(yùn)行劃分為幾個過程,基本過程: 起動,加速,差動快進(jìn),工進(jìn),快退,原位停止. 選用單片機(jī)控制成本低，控制精度高，因此選用單片機(jī)。 4.3機(jī)械液壓系統(tǒng)設(shè)計與計算 1.負(fù)載移動力分析 負(fù)載移動阻力F=500N，慣性力: 100=50N,設(shè)負(fù)載動摩擦系數(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)載值見表1-1 　　　　 表1-1液壓缸各運(yùn)動階段負(fù)載表： 運(yùn)動階段 計算公式 液壓缸負(fù)載Ｆ（Ｎ） 液壓缸推力（Ｎ） 啟動 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)動分析： 根據(jù)條件，快進(jìn)、快退速度為＝，由于加速時間很短所以可忽落不計。因此設(shè)定其行程分別為100mm和300mm。 ３確定液壓缸的參數(shù)： （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。采用差動連接，因管路中有壓力損失。工進(jìn)時，為使運(yùn)動平穩(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 計算公式 負(fù)載(N) 液壓缸 N（kw） 開啟 啟動 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 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。 4.計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、和功率： 在計算工進(jìn)時背壓按代人，快退時背壓按 代入計算。 5.液壓缸壁厚和外徑的計算 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(nèi)徑（mm） P3——試驗壓力，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) 6.液壓缸工作行程的確定 由題意得液壓缸的工作行程為300mm 7．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） 8.最小導(dǎo)向長度的確定 對于一般液壓缸，最小導(dǎo)向長度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 缸蓋滑動支撐面的長度L1根據(jù)液壓缸內(nèi)徑D確定：當(dāng)D<=80mm時，取L1=(0.6到1.0)D,這里取L1=25mm 為保證最小導(dǎo)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(dǎo)長H決定，即 C=H-(L+B)/2，取C=14。 4.4選擇液壓元件： 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。 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)動液壓泵最大輸入功率為：==944w查電工手冊選取1200w的電動機(jī)。 根據(jù)系統(tǒng)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 技術(shù)數(shù)據(jù)（pa） Q=() 實際流量Q（） 額定流量時壓力損失 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 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(jìn)口濾油流量Q=16L/min。 4.5液壓系統(tǒng)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(jìn)油管、回油管均為L=2m估算。油液運(yùn)動粘度取v=1.5x,以下為驗算工進(jìn)和快退時的壓力損失。 （2）、確定液壓泵工作壓力： 工進(jìn)時，負(fù)載壓力：==526= 液壓泵工作壓力：P≥+ =(61+5.49)*= 快退時，負(fù)載壓力：=== 液壓泵工作壓力：P≥+(10.9+6.98)*= （3）、液壓系統(tǒng)的效率： 由于在整個工作循環(huán)中，工進(jìn)占用時間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工進(jìn)時的情況來計算。工進(jìn)速度為0.02m/s,則液壓缸的輸出功率為： =Fv=6667*0.02=13,33W 液壓缸輸出功率：=PQ=67*0.1*=670W 工進(jìn)時液壓回路效率：=0.04 液壓系統(tǒng)效率：，取液壓泵效率=0.75,液壓缸效率=0.88, 液壓缸效率于是0.75*0.88*0.04=0.03 (4)、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算： 液壓泵輸入功率：===893*(1-0.03)=893W 液壓缸有效功率：=15.4W 系統(tǒng)總發(fā)熱功率：=(1-)=893*(1-0.03)=844W 油箱散熱面積：A===1.15 油液溫升，取=15，則=48℃ 顯然溫升=超過允許值，應(yīng)改善冷卻條件，如采用風(fēng)扇冷，值可取20，同時增大油箱散熱面積，V=7*12(L)=84*,于是： A=1.5 =28℃ 故沒有超過允許溫升25-30℃的范圍。 結(jié) 論 隨著人們物質(zhì)生活的不斷豐富食品加工行業(yè)已經(jīng)是現(xiàn)有的重大產(chǎn)業(yè)之一，近幾年被曝光的食品衛(wèi)生以及食品安全方面的問題逐漸增對，人們在追求食品質(zhì)量同時促進(jìn)著整個食品行業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化，隨著工業(yè)化裝備的不斷發(fā)展，以機(jī)械加工形式替代傳統(tǒng)的人工加工生產(chǎn)逐步成為食品生產(chǎn)的主要形式。飲料的加工生產(chǎn)是食品加工行業(yè)的重要組成部分之一，飲料的種類，以及包裝形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展形式，但利用瓶子灌裝是眾多包裝形式之一，因此對其灌裝設(shè)備，尤其是供瓶設(shè)備的設(shè)計研究對整個飲料灌裝，乃至食品加工行業(yè)都有著重大意義，機(jī)械灌裝設(shè)備可以極大的較少人工的影響，減少勞動量的同時，便于實施無菌生產(chǎn)，對食品衛(wèi)生以及食品安提供技術(shù)保障。 本文主要對瓶裝飲料灌裝機(jī)的供瓶裝置進(jìn)行設(shè)計，通過參考現(xiàn)有的灌裝設(shè)備進(jìn)行分析學(xué)習(xí)，采用批次灌裝發(fā)，單次多瓶灌裝，提高工作效率保證灌裝的平穩(wěn)性。本設(shè)計利用傳送帶將灌裝瓶輸送到指定單元，然后由送瓶機(jī)構(gòu)將瓶子送到灌裝工位，之后進(jìn)行灌裝，灌裝完畢后供瓶機(jī)構(gòu)將瓶子收回在傳送帶上，灌裝完的飲料隨著傳送帶進(jìn)入下一個工位進(jìn)行加工。本次設(shè)計也是對自己所學(xué)機(jī)械相關(guān)知識的回顧，能夠很好的提升自己的設(shè)計能力，為以后的工作學(xué)習(xí)打下良好的知識基礎(chǔ)。 參考文獻(xiàn) [1]唐大放，馮曉寧，機(jī)械設(shè)計工程學(xué)，第一版，徐州，中國礦業(yè)大學(xué)出版社， 2001 [2]濮良貴，記名剛，機(jī)械設(shè)計，第六版，北京，高等教育出版社，1996 [3]邱宣懷，機(jī)械設(shè)計，第四版，北京，高等教育出版 1997 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