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3 星型拔瓶輪設(shè)計(jì)及計(jì)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(jī)構(gòu)是將灌裝機(jī)的限位機(jī)構(gòu)送來(lái)的瓶子，準(zhǔn)確地送入灌機(jī)中的升降機(jī)構(gòu)或灌滿的瓶子從升降機(jī)構(gòu)取下送入傳送帶的機(jī)構(gòu)。將定量的液體物料(簡(jiǎn)稱(chēng)液料)充填入包裝容器內(nèi)的機(jī)器稱(chēng)為灌裝機(jī)械。因?yàn)樗嗳氲囊后w具有流動(dòng)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(fù)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(dǎo)板相結(jié)合用于容器的輸入；同時(shí)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(jiǎn)圖1－分件供送螺桿 2－弧形導(dǎo)板 3－行星撥輪 4－圓柱形容器3.1.2 星形撥瓶輪結(jié)構(gòu)星形撥輪的結(jié)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，齒槽形狀確實(shí)千變?nèi)f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(jī)中的升降機(jī)構(gòu)要求，但是性能、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)以及穩(wěn)定性的要求不同，要確定那種方案必須根據(jù)設(shè)計(jì)的要求而定。瓶子從輸送帶送過(guò)來(lái)將堆擠到一起，因此就應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的可以起到瓶的限位機(jī)構(gòu)的作用。在這次課題中運(yùn)用了分件供送螺桿裝置，這就要求在設(shè)計(jì)撥輪槽時(shí)采用一定弧度可以起到限時(shí)、限位的作用。(a)和(b)適合供送單個(gè)圓柱形容器， （c）適合供送單個(gè)長(zhǎng)方形容器， （d）適合供送多個(gè)多種體形的容器。從制造角度看，本設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(guò)類(lèi)比實(shí)驗(yàn)，Rc與灌裝機(jī)主體中的撥瓶螺桿有關(guān)。 若撥輪的外接圓與灌裝機(jī)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(shù)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(dāng)調(diào)整。圖 3.3 撥輪截面圖3.2 撥瓶輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算3. 2. 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 ，'n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）60'bQn?式中，Zb ――齒數(shù)；Q ――生產(chǎn)能力，瓶/時(shí)；――轉(zhuǎn)速， /min。'nrad撥瓶輪齒數(shù)由 確定。/60'bZQn?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80: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: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(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） 2bbZ????（3.3）/對(duì)于旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)來(lái)講，C b 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＝126 mm， Rb＝160mm 。用 Cb 帶入驗(yàn)算：（3.4）/2bbRCZ???16810.5m?用 Rb 帶入驗(yàn)算：（3.5）/bb?22.6??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，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(yīng)選用對(duì)酒瓶不會(huì)造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。故選用尼龍 1010 材料。其結(jié)構(gòu)如圖 3.4 所示圖 3.4 撥瓶輪裝配結(jié)構(gòu)圖1—撥輪 2—撥輪盤(pán) 3—撥輪軸 4—傳動(dòng)齒輪圖 3.5 撥瓶輪結(jié)構(gòu)示意圖撥輪中的尺寸 h 和 Rc 均由容器瓶的高度和直徑來(lái)確定。它與灌裝機(jī)中撥輪盤(pán)花齒尺寸有關(guān)，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地 輸送瓶子為原則，可用類(lèi)比或?qū)嶒?yàn)來(lái)決定。設(shè)計(jì)時(shí)尺寸 Rc 地決定方法；因?yàn)?Rc 與灌裝機(jī)主體中地?fù)芷枯喕ūP(pán)有關(guān)，若撥輪外接圓與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤(pán)地外接圓相切時(shí) Rc 等于瓶子半徑；若與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤(pán)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(jī)大轉(zhuǎn)盤(pán)撥瓶子的時(shí)候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉(zhuǎn)盤(pán)而不被撥回來(lái)，尺寸 Rc 也應(yīng)大于瓶子的半徑，這可以由實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lái)確定的，瓶子確定的高度是 280mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)按設(shè)計(jì)者給定的值。撥瓶輪給的厚度是 10mm，容器瓶從輸送帶過(guò)來(lái)瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為 25mm，設(shè)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(duì)運(yùn)動(dòng)圖 3.6 容器瓶與撥瓶輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析撥輪的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮齒槽形狀。在包裝容器的供送過(guò)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(dǎo)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(duì)運(yùn)動(dòng)?？梢杂煤?jiǎn)化畫(huà)法表示撥瓶輪與容器瓶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。實(shí)用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，對(duì)此應(yīng)指出一些特殊的設(shè)計(jì)要求。設(shè)撥輪的節(jié)圓直徑 （半徑為 ）,齒槽數(shù)為 ,主軸轉(zhuǎn)速 , 則bDbRbZbn= = =320 （3.6）bCZ?1268?m= =15 （3.7）n0?/inrad對(duì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)， 等于灌裝閥的節(jié)距至于能否取整數(shù)，則與整個(gè)川東部據(jù)有關(guān)。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(jié)構(gòu)形式，b也要便于等分提高制造精度。實(shí)踐表明，為合理設(shè)計(jì)星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式，必須深入研究它同被供送瓶罐的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。如圖 3.6 所示，通過(guò)撥輪主軸 O 取一靜坐標(biāo)系 ，oxy在通過(guò)該點(diǎn)及任一齒槽中心 C 取一動(dòng)坐標(biāo)系 。初始時(shí)二系的橫縱坐標(biāo)軸對(duì)'oxy應(yīng)重合，其次由 C 一點(diǎn)引節(jié)圓切線分別截取兩個(gè)線段，令 = = 。已a(bǔ)c3mS:bC論證 。3mSb設(shè)星形撥輪以等角速度 做逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間 t 轉(zhuǎn)過(guò)角度 = ,b??b?t相應(yīng)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(guò)程中瓶罐相對(duì)撥輪的運(yùn)動(dòng)軌跡即為 - - 。若以瓶罐60tn? a'c中心絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡上的 點(diǎn)極坐標(biāo)（ ）表示它的動(dòng)坐標(biāo)系中的位置。以圖',r?示幾何關(guān)系寫(xiě)出（3.10）2()mbrDSx???（3.11）3arcbtgR?此即瓶罐與撥輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程，借以上兩式畫(huà)出瓶罐的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡及其外輪廓線，是以確定撥輪齒槽的形狀尺寸，同時(shí)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(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步運(yùn)用解析法加以剖析。設(shè)齒槽半徑（即瓶罐主題部位半徑） 所對(duì)應(yīng)的撥輪中心角為 ，瓶罐相對(duì)??運(yùn)動(dòng)軌跡終點(diǎn) 的切線與該點(diǎn)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(yīng)是（3.12）arcsin2bbR????由于（3.13）dttgr??借（3.10）和（3.14）3arcmbSxtgR????應(yīng)用羅比塔法則導(dǎo)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(dāng) 為定值時(shí)，通過(guò)調(diào)整 可達(dá)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(zhuǎn)速變化毫無(wú)關(guān)系 [10]。3. 4 撥瓶輪主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3. 4. 1 軸材料的確定根據(jù)其受力情況和傳動(dòng)精度等要求進(jìn)行。軸的失效形式一般有斷裂、磨損、超過(guò)允許的變形及磨損等。因此軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列條件：a.足夠的強(qiáng)度；b.足夠的剛度；c.不產(chǎn)生危險(xiǎn)的振動(dòng)；d.結(jié)構(gòu)和選材合理。撥瓶輪主軸在大轉(zhuǎn)盤(pán)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，速度根據(jù)灌裝機(jī)生產(chǎn)效率不同而變，并且裝有滑動(dòng)軸承，所以可選用合金鋼和碳鋼。45 調(diào)質(zhì)鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價(jià)，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳剛制造軸。其中最常用的為 45 鋼。3. 4. 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形，和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類(lèi)型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)性時(shí)又要隨著具體情況的不同而異，所以，軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)中，必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。3.7 軸結(jié)構(gòu)示意圖軸尺寸的確定：根據(jù)灌裝機(jī)整機(jī)的要求以及撥瓶輪結(jié)構(gòu)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(nèi)孔與軸徑的配合性質(zhì)來(lái)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)3. 5. 1 選擇齒輪的材料由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較強(qiáng)的抗磨損，抗點(diǎn)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(duì)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(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為 250—350HBS。3. 5. 2 主要尺寸的確定設(shè)計(jì)灌裝機(jī)時(shí)為了防止瓶托在升降時(shí)與齒輪產(chǎn)生干涉，撥輪板直徑與大轉(zhuǎn)盤(pán)不發(fā)生碰撞，齒輪的分度圓尺寸在確定時(shí)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(dòng)比來(lái)確定，大轉(zhuǎn)盤(pán)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn) ， 1h?0.25求得 h＝4.5mm。圓整 h＝4mm。齒寬 b：由齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輪齒愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過(guò)窄；但增大齒寬又會(huì)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(dāng)。因?yàn)楣嘌b機(jī)在工作時(shí)載荷很小，傳動(dòng)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(dòng)齒輪圖4 螺旋限位器設(shè)計(jì)及計(jì)算進(jìn)出瓶系統(tǒng)按照灌裝的工作要求是準(zhǔn)確地將待灌瓶送入自動(dòng)機(jī)，以保證灌裝機(jī)正常的有秩序地工作。洗刷干凈的待灌瓶由傳送帶送來(lái)后，為了防止擠壞、堵塞和準(zhǔn)確的送入自動(dòng)機(jī)，因此必須設(shè)法使瓶子單個(gè)的保持適當(dāng)?shù)拈g距以適應(yīng)的速度送進(jìn)。目前，瓶子的定時(shí)給進(jìn)多采用撥盤(pán)式或螺旋輸送器等限位機(jī)構(gòu)。4. 1 螺旋限位器方案確定4. 1. 1 花盤(pán)式限位機(jī)構(gòu)如圖 4.1 示，其工作過(guò)程如下：當(dāng)推瓶板 7 向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，將待灌瓶推向灌裝工作位置。這時(shí)雖然推瓶板撥動(dòng)了上撥盤(pán) 6，由于固定于下?lián)鼙P(pán)的銷(xiāo)子 8 處在上撥盤(pán)的滑道中，故銷(xiāo)子 8 不動(dòng)，杠桿 4 也不動(dòng)，當(dāng)推瓶板返回時(shí)，又撥動(dòng)上撥盤(pán)，此時(shí)銷(xiāo)子處于上撥盤(pán)滑到的盡頭處，因此銷(xiāo)子再上撥盤(pán)帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，下?lián)鼙P(pán)因此順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。下?lián)鼙P(pán) 9 的撥桿撥動(dòng)杠桿 4，使其左端離開(kāi)棘輪 2。于是，待灌瓶在傳送帶的推動(dòng)下逐個(gè)進(jìn)入限位花盤(pán) 1 齒間并且?guī)?dòng)它傳動(dòng)。當(dāng)限位花盤(pán)撥過(guò) 5 個(gè)瓶時(shí)，棘輪被杠桿卡住，不在繼續(xù)送瓶，這樣進(jìn)行重復(fù)動(dòng)作，即可每次 5 瓶進(jìn)行送瓶灌裝工作。圖 4.1 花盤(pán)式限位機(jī)構(gòu)1—限位花盤(pán) 2—棘輪 3—待灌瓶 4—杠桿 5—彈簧 6—上撥盤(pán) 7—推瓶板 8—銷(xiāo)子 9—下?lián)鼙P(pán) 10—軸 11—底座4. 1. 2 螺旋限位機(jī)構(gòu)在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)以廣泛應(yīng)用多種類(lèi)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(gè)地送到給定的工位。本設(shè)計(jì)主要用來(lái)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(gè)灌裝設(shè)備的“咽喉” ，其結(jié)構(gòu)特性的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動(dòng)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(tái)形（斜角約為 30—40°） ，而后端則有同瓶主體半徑相適宜的過(guò)渡角，以利改善導(dǎo)入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)為了使待灌瓶逐個(gè)依次順利導(dǎo)入螺旋槽內(nèi)，增速達(dá)到預(yù)定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導(dǎo)到包裝工位，因此將螺桿應(yīng)用于高速分件定時(shí)供送，其螺旋線最標(biāo)準(zhǔn)的組合模式包括：a.輸入等速段，有助于穩(wěn)定的導(dǎo)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(dòng)待灌瓶的摩擦作用力相適應(yīng)，采用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律使之增大間距，可保證在整個(gè)供送過(guò)程中與螺旋槽有著可靠的接觸點(diǎn)而不易晃動(dòng)和傾倒。d.輸出等速段，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀態(tài)。DDD圖 4.3 螺旋線展開(kāi)示意圖綜上，本設(shè)計(jì)采用三段式組合螺桿作為限位機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)如圖 4.4 所示圖 4.4 螺旋限位機(jī)構(gòu)組合裝置圖1—波形減速板 2—分件供送螺桿 3—雙層弧形導(dǎo)板4—輸送板鏈 5—雙層星形撥輪 6—平動(dòng)感應(yīng)導(dǎo)板4. 2 螺旋限位器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算4. 2. 1 限位器總體計(jì)算由 得 60Qnj?j6084??:2.53?:/minrad'342n?/mirad撥輪節(jié)圓周長(zhǎng) ，則1lR?m105268blC?已知螺桿的轉(zhuǎn)速（其值與供送能力相當(dāng)） ，行星撥輪的齒數(shù)'/inr及節(jié)距 ，則8bZ?6bC撥輪的轉(zhuǎn)速 '205/i8nradZ?撥輪節(jié)圓的直徑 1320bD???當(dāng)物件被等速的輸送帶拖動(dòng)前進(jìn)時(shí)，如果讓整個(gè)變螺距螺桿對(duì)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(yīng)保證輸送帶的運(yùn)動(dòng)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(jì)算參閱圖 4.4，對(duì)供送正圓柱形物件，令其主體部位的圓弧半徑為 ，螺桿?的內(nèi)外半徑各為 、 ，可取0rR（4.1）0r???而對(duì)于供送異側(cè)形狀的物件，令其主體部位的長(zhǎng)度（或長(zhǎng)軸） 、寬度（或短軸）各為 ， ，可取12b（4.2）021rb?進(jìn)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(guān)）?本設(shè)計(jì)令 ，則8m?05432D?19S?令 ，則 ，取0r024365Rrm????4R?設(shè)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(duì)1i 10mi?單頭外螺旋線引起展開(kāi)圖形為一條斜直線，故相應(yīng)的螺旋角（4.4）09.38StgD???所以 01arc.348.tg???周向展開(kāi)長(zhǎng)度： 1276iL???mm軸向長(zhǎng)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(diào)試波形尼龍拌和刷板等緩沖裝置使0rv?其減速；反之當(dāng) 時(shí)，就只能依靠輸送帶對(duì)無(wú)建起的摩擦拖動(dòng)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(zhǎng)度（4.5）20rrvLfg???式中 —物件與輸送帶的滑動(dòng)摩擦系數(shù)f?—重力加速度g另外，設(shè)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(zhuǎn)速都不宜過(guò)大，以免加快板鏈工作表面的磨損，病防止對(duì)物件引起強(qiáng)烈的震動(dòng)。4. 2. 3 螺桿變加速段（過(guò)渡段）計(jì)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(xiě)出a（4.6）212sinmtC???進(jìn)而解出相應(yīng)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(guò)行程 及其最大值 所需的時(shí)間，有邊2tm Hm界條件得知：當(dāng) 時(shí)， ；而當(dāng) 時(shí)， ，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(jiān)任意值 ，取 ， 。經(jīng)推導(dǎo)求出加速段螺旋線展開(kāi)圖形的30i?3i?3mi軸向長(zhǎng)度：（4.12）2012220134()sinbmCSHSii??????????699()??5?（4.13）??201201 23mbmmiii????????()9周向長(zhǎng)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(dāng)其他條件一定時(shí)，過(guò)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(jì)算令螺桿等加速段的供送加速度 ，則相應(yīng)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(guò)行程 所需的時(shí)間。有邊界條件得知：當(dāng) 時(shí)，3t 30t?，故可確定各待定系數(shù)： ， 。0H?2mv 42mv?0由于 ，經(jīng)推導(dǎo)求出等加速段處螺旋線展開(kāi)圖形的軸向長(zhǎng)度'itn（4.22）??01301 323bmSiSii??? ???????? ?????? ?6995?（4.23）2mmCii??430?周向長(zhǎng)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(zhuǎn)過(guò)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(dāng)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(zhuǎn)速（即生產(chǎn)能力） 。再有，當(dāng)其他條件一定時(shí)，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(zhǎng)度 僅與螺距 及圈數(shù) 有關(guān)，而過(guò)渡段1mH01S1i和等加速段的最大軸向長(zhǎng)度 、 都與撥輪節(jié)距 、螺距 及圈數(shù) 、23bC02mi有關(guān)。3mi至此，可求高速分件供送螺桿組合螺旋線展開(kāi)圖形軸向及周向全長(zhǎng)：123mHH??:95083LL7694. 3 螺桿螺旋線展開(kāi)圖從制造角度看，變螺距螺桿的外螺旋線便是手控機(jī)械加工的對(duì)刀基準(zhǔn)線，而內(nèi)螺旋線可作為焊接法或模鑄法確定螺旋槽最凹點(diǎn)的基準(zhǔn)線。實(shí)用中，應(yīng)將變螺距螺旋線的展開(kāi)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(jī)械結(jié)構(gòu)來(lái)準(zhǔn)確控制工作臺(tái)和刀架的縱向進(jìn)給量，保證切削刀具同等速回轉(zhuǎn)螺桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是條預(yù)先確定的螺旋線。近些年來(lái)借助數(shù)控機(jī)床以范成法加工各種類(lèi)型的變螺距螺桿日益增多，無(wú)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(jìn)瓶欄板結(jié)構(gòu)進(jìn)瓶欄板和螺旋限位器成對(duì)使用，也可單獨(dú)使用，如圖 5.1 所示，欄板 1可同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿也可同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，欄板后面有彈簧支撐 2，當(dāng)空瓶子進(jìn)本機(jī)發(fā)生倒瓶、碎瓶時(shí)，即徑向發(fā)生位移，欄板向后擺動(dòng)，軸扭轉(zhuǎn)，擺桿擺動(dòng)一個(gè)角度，同時(shí)碰到行程開(kāi)關(guān) 4，發(fā)出停車(chē)指令 [13]。圖 5.1 進(jìn)瓶欄板結(jié)構(gòu)示意圖1—欄板 2—壓縮彈簧 3—拉桿支承 4—行程開(kāi)關(guān) 5—行程開(kāi)關(guān)架6 設(shè)備調(diào)試與維護(hù)本機(jī)用以完成啤酒的灌裝壓蓋過(guò)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(jié)構(gòu)凸輪升降，基座可隨瓶高自由起落。進(jìn)瓶后，如有倒瓶，吊瓶超載均有機(jī)電連鎖保護(hù)，有電器箱控制。6. 1 整機(jī)要求水泥地面平整，無(wú)需埋設(shè)地角栓，機(jī)器周?chē)氂袦喜叟潘?. 2 撥輪機(jī)構(gòu)撥輪機(jī)構(gòu)包括進(jìn)出瓶三個(gè)撥輪，運(yùn)轉(zhuǎn)是把瓶子撥到裝酒閥下的托瓶盤(pán)上，然后對(duì)中酒閥裝酒，后又下降瓶子被撥輪撥出，同時(shí)又進(jìn)入壓蓋部進(jìn)行壓蓋，壓完后又被撥輪撥出到輸送鏈道上。撥瓶輪的調(diào)整主要是符合同步運(yùn)轉(zhuǎn)要求，進(jìn)瓶撥輪把瓶子撥進(jìn)要和瓶托、下酒閥同步。因?yàn)槌銎繐茌営质菈荷w部的進(jìn)瓶撥輪，而撥出的瓶子，再撥進(jìn)壓蓋機(jī)的轉(zhuǎn)盤(pán)上時(shí)須和壓蓋頭同步，否則不能運(yùn)行。6. 3 螺旋限位機(jī)構(gòu)離合器是防止螺旋榜處破瓶卡死過(guò)載設(shè)置的，過(guò)載時(shí)離合器和齒輪脫開(kāi)，螺旋棒不轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)離合器向下移動(dòng)，并壓迫電器行程開(kāi)關(guān)，指使機(jī)器停車(chē)。此機(jī)構(gòu)主要是同步調(diào)整，瓶子從螺旋棒輸出的位置應(yīng)是撥瓶輪進(jìn)瓶的位置。機(jī)器出廠時(shí)已調(diào)好，生產(chǎn)中如因種種原因發(fā)生不同不是可重新調(diào)整?？纱蜷_(kāi)門(mén)板把離合器脫開(kāi)，手轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋棒到正確位置，再把離合器推進(jìn)。6. 4 進(jìn)瓶欄板機(jī)構(gòu)進(jìn)瓶欄板和螺旋限位器成對(duì)使用，也可單獨(dú)使用。欄板可同軸轉(zhuǎn)動(dòng)，擺桿也可同軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，欄板后面有彈簧支承，當(dāng)空瓶子進(jìn)入本機(jī)發(fā)生倒瓶、碎瓶時(shí)，即徑向發(fā)生位移，欄板向后擺動(dòng)，軸扭轉(zhuǎn)，擺桿擺動(dòng)一個(gè)角度，同時(shí)碰到行程開(kāi)關(guān)，發(fā)出停車(chē)指令。6. 4. 1 徑向調(diào)整根據(jù)瓶子的直徑不同，可松開(kāi)欄板后面長(zhǎng)槽孔上的螺栓，調(diào)好瓶子與欄板、螺旋限位器之間的距離到何時(shí)位置，并擰緊螺栓。6. 4. 2 擺桿角度的調(diào)整松開(kāi)擺桿上的螺栓，把擺桿的觸頭調(diào)到即將碰到行程開(kāi)關(guān)，但機(jī)器仍能開(kāi)動(dòng)，稍微再進(jìn)即停車(chē)，此時(shí)位置是否正確，實(shí)際中反復(fù)調(diào)即可達(dá)到。7 總 結(jié)本次對(duì) 40－8 型自動(dòng)灌裝機(jī)壓蓋聯(lián)合機(jī)的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本接近尾聲，這次的設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是對(duì)螺旋限位器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)瓶欄板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和星型拔瓶輪的設(shè)計(jì)。一篇優(yōu)秀的論文不是寫(xiě)出來(lái)的，而是修改出來(lái)的，這需要的是耐心，還要用心。在 課題的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我遇到的問(wèn)題很多，有些是在自己技術(shù)所在范圍之外，每當(dāng)無(wú)法實(shí)現(xiàn)自己的想法或者運(yùn)行不下去的時(shí)候，我就會(huì)出現(xiàn)浮躁的情緒，但是我沒(méi)有放棄，而是適時(shí)地調(diào)節(jié)自己的心態(tài)，在同學(xué)老師的幫助下，完成了初次的設(shè)計(jì)。越是不懂的東西才要去學(xué)，在學(xué)習(xí)的過(guò)程中你會(huì)收獲很多，其中一點(diǎn)就是互相學(xué)習(xí)是最好的學(xué)習(xí)途徑，在學(xué)習(xí)之后你會(huì)感覺(jué)到很有成就感，這也是我在完成網(wǎng)站制作之后體會(huì)到的。各方面工作都做好之后就剩論文答辯了，在未進(jìn)行之前，我自己感覺(jué)論文答辯可能很難，心里難免有些許擔(dān)心。真正經(jīng)歷之后才發(fā)現(xiàn)，任何在你認(rèn)為難得事情都是因?yàn)槟銢](méi)有很好把握或者是準(zhǔn)備工作沒(méi)有做好。在整個(gè) 40－8 型自動(dòng)灌裝壓蓋聯(lián)合機(jī)的論文設(shè)計(jì)的過(guò)程中我學(xué)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(xué)問(wèn)要一絲不茍，對(duì)于出現(xiàn)的任何問(wèn)題和偏差都不要輕視，要通過(guò)正確的途徑去解決，在做事情的過(guò)程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅(jiān)持下去就可以找到思路去解決問(wèn)題的。在工作中要學(xué)會(huì)與人合作的態(tài)度，認(rèn)真聽(tīng)取別人的意見(jiàn)，這樣做起事情來(lái)就可以事倍功半。此次設(shè)計(jì)論文的完成既為大學(xué)三年劃上了一個(gè)完美的句號(hào)，也為將來(lái)的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。致 謝時(shí)光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學(xué)畢業(yè)時(shí)節(jié)，春夢(mèng)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(jìn)入了尾聲。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!同時(shí)三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這些年來(lái)我遇到了許多恩師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長(zhǎng)。感恩之情難以用語(yǔ)言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意。 本課題在選題及研究過(guò)程中得到謝麗華講師的悉心指導(dǎo)。謝講師多次詢(xún)問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。謝講師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無(wú)窮之道。對(duì)謝講師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。感謝各位老師對(duì)我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。參考文獻(xiàn)[1]璞良貴 機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版） 北京：高等教育出版社 ,[J],2004 [2]吳宗澤 機(jī)械設(shè)計(jì) 北京：高等教育出版社,[J],2001 [3]鐘毅芳等 機(jī)械設(shè)計(jì)（第二版） 武漢：華中科技大學(xué)出版社 ,[J],2001 [4]譚慶昌 機(jī)械設(shè)計(jì) 長(zhǎng)春：吉林工業(yè)出版社,[J],2001 [5]黃華梁等 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)（第三版）高等教育出版社 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SPIE , 1997,3130:121-127.圖 3.2 典型星形撥輪簡(jiǎn)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(guò)類(lèi)比實(shí)驗(yàn)，Rc與灌裝機(jī)主體中的撥瓶螺桿有關(guān)。 若撥輪的外接圓與灌裝機(jī)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(shù)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(dāng)調(diào)整。圖 3.3 撥輪截面圖3.2 撥瓶輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算3. 2. 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 ，'n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）60'bQn?式中，Zb ――齒數(shù)；Q ――生產(chǎn)能力，瓶/時(shí)；――轉(zhuǎn)速， /min。'nrad撥瓶輪齒數(shù)由 確定。/60'bZn?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80: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: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(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） 2bbRCZ????（3.3）/對(duì)于旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)來(lái)講，C b 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＝126 mm， Rb＝160mm 。用 Cb 帶入驗(yàn)算：（3.4）/2bbRCZ???16810.5m?用 Rb 帶入驗(yàn)算：（3.5）/bb?22.6??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，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(yīng)選用對(duì)酒瓶不會(huì)造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。故選用尼龍 1010 材料。其結(jié)構(gòu)如圖 3.4 所示圖 3.4 撥瓶輪裝配結(jié)構(gòu)圖1—撥輪 2—撥輪盤(pán) 3—撥輪軸 4—傳動(dòng)齒輪圖 3.5 撥瓶輪結(jié)構(gòu)示意圖撥輪中的尺寸 h 和 Rc 均由容器瓶的高度和直徑來(lái)確定。它與灌裝機(jī)中撥輪盤(pán)花齒尺寸有關(guān)，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地 輸送瓶子為原則，可用類(lèi)比或?qū)嶒?yàn)來(lái)決定。設(shè)計(jì)時(shí)尺寸 Rc 地決定方法；因?yàn)?Rc 與灌裝機(jī)主體中地?fù)芷枯喕ūP(pán)有關(guān)，若撥輪外接圓與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤(pán)地外接圓相切時(shí) Rc 等于瓶子半徑；若與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤(pán)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(jī)大轉(zhuǎn)盤(pán)撥瓶子的時(shí)候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉(zhuǎn)盤(pán)而不被撥回來(lái)，尺寸 Rc 也應(yīng)大于瓶子的半徑，這可以由實(shí)驗(yàn)結(jié)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(lái)確定的，瓶子確定的高度是 280mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)按設(shè)計(jì)者給定的值。撥瓶輪給的厚度是 10mm，容器瓶從輸送帶過(guò)來(lái)瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為 25mm，設(shè)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(duì)運(yùn)動(dòng)圖 3.6 容器瓶與撥瓶輪相對(duì)運(yùn)動(dòng)分析撥輪的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮齒槽形狀。在包裝容器的供送過(guò)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(dǎo)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(duì)運(yùn)動(dòng)?？梢杂煤?jiǎn)化畫(huà)法表示撥瓶輪與容器瓶的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。實(shí)用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，對(duì)此應(yīng)指出一些特殊的設(shè)計(jì)要求。設(shè)撥輪的節(jié)圓直徑 （半徑為 ）,齒槽數(shù)為 ,主軸轉(zhuǎn)速 , 則bDbRbZbn= = =320 （3.6）bCZ?1268?m= =15 （3.7）n0?/inrad對(duì)旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)， 等于灌裝閥的節(jié)距至于能否取整數(shù)，則與整個(gè)川東部據(jù)有關(guān)。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(jié)構(gòu)形式，b也要便于等分提高制造精度。實(shí)踐表明，為合理設(shè)計(jì)星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式，必須深入研究它同被供送瓶罐的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系。如圖 3.6 所示，通過(guò)撥輪主軸 O 取一靜坐標(biāo)系 ，oxy在通過(guò)該點(diǎn)及任一齒槽中心 C 取一動(dòng)坐標(biāo)系 。初始時(shí)二系的橫縱坐標(biāo)軸對(duì)'oxy應(yīng)重合，其次由 C 一點(diǎn)引節(jié)圓切線分別截取兩個(gè)線段，令 = = 。已a(bǔ)c3mS:bC論證 。3mSb設(shè)星形撥輪以等角速度 做逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)時(shí)間 t 轉(zhuǎn)過(guò)角度 = ,b??b?t相應(yīng)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(guò)程中瓶罐相對(duì)撥輪的運(yùn)動(dòng)軌跡即為 - - 。若以瓶罐60tn? a'c中心絕對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡上的 點(diǎn)極坐標(biāo)（ ）表示它的動(dòng)坐標(biāo)系中的位置。以圖',r?示幾何關(guān)系寫(xiě)出（3.10）2()mbrDSx???（3.11）3arcbtgR?此即瓶罐與撥輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程，借以上兩式畫(huà)出瓶罐的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡及其外輪廓線，是以確定撥輪齒槽的形狀尺寸，同時(shí)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(wèn)題，應(yīng)進(jìn)一步運(yùn)用解析法加以剖析。設(shè)齒槽半徑（即瓶罐主題部位半徑） 所對(duì)應(yīng)的撥輪中心角為 ，瓶罐相對(duì)??運(yùn)動(dòng)軌跡終點(diǎn) 的切線與該點(diǎn)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(yīng)是（3.12）arcsin2bbR????由于（3.13）dttgr??借（3.10）和（3.14）3arcmbSxt???應(yīng)用羅比塔法則導(dǎo)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(dāng) 為定值時(shí)，通過(guò)調(diào)整 可達(dá)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(zhuǎn)速變化毫無(wú)關(guān)系 [10]。3. 4 撥瓶輪主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3. 4. 1 軸材料的確定根據(jù)其受力情況和傳動(dòng)精度等要求進(jìn)行。軸的失效形式一般有斷裂、磨損、超過(guò)允許的變形及磨損等。因此軸的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列條件：a.足夠的強(qiáng)度；b.足夠的剛度；c.不產(chǎn)生危險(xiǎn)的振動(dòng)；d.結(jié)構(gòu)和選材合理。撥瓶輪主軸在大轉(zhuǎn)盤(pán)傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，速度根據(jù)灌裝機(jī)生產(chǎn)效率不同而變，并且裝有滑動(dòng)軸承，所以可選用合金鋼和碳鋼。45 調(diào)質(zhì)鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價(jià)，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳剛制造軸。其中最常用的為 45 鋼。3. 4. 2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形，和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類(lèi)型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)性時(shí)又要隨著具體情況的不同而異，所以，軸沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)中，必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。3.7 軸結(jié)構(gòu)示意圖軸尺寸的確定：根據(jù)灌裝機(jī)整機(jī)的要求以及撥瓶輪結(jié)構(gòu)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(nèi)孔與軸徑的配合性質(zhì)來(lái)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)3. 5. 1 選擇齒輪的材料由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較強(qiáng)的抗磨損，抗點(diǎn)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(duì)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(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為 250—350HBS。3. 5. 2 主要尺寸的確定設(shè)計(jì)灌裝機(jī)時(shí)為了防止瓶托在升降時(shí)與齒輪產(chǎn)生干涉，撥輪板直徑與大轉(zhuǎn)盤(pán)不發(fā)生碰撞，齒輪的分度圓尺寸在確定時(shí)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(dòng)比來(lái)確定，大轉(zhuǎn)盤(pán)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn) ， 1ah??0.25c?求得 h＝4.5mm。圓整 h＝4mm。齒寬 b：由齒輪的強(qiáng)度計(jì)算公式可知，輪齒愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過(guò)窄；但增大齒寬又會(huì)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(dāng)。因?yàn)楣嘌b機(jī)在工作時(shí)載荷很小，傳動(dòng)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(dòng)齒輪圖4 螺旋限位器設(shè)計(jì)及計(jì)算進(jìn)出瓶系統(tǒng)按照灌裝的工作要求是準(zhǔn)確地將待灌瓶送入自動(dòng)機(jī)，以保證灌裝機(jī)正常的有秩序地工作。洗刷干凈的待灌瓶由傳送帶送來(lái)后，為了防止擠壞、堵塞和準(zhǔn)確的送入自動(dòng)機(jī)，因此必須設(shè)法使瓶子單個(gè)的保持適當(dāng)?shù)拈g距以適應(yīng)的速度送進(jìn)。目前，瓶子的定時(shí)給進(jìn)多采用撥盤(pán)式或螺旋輸送器等限位機(jī)構(gòu)。4. 1 螺旋限位器方案確定4. 1. 1 花盤(pán)式限位機(jī)構(gòu)如圖 4.1 示，其工作過(guò)程如下：當(dāng)推瓶板 7 向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，將待灌瓶推向灌裝工作位置。這時(shí)雖然推瓶板撥動(dòng)了上撥盤(pán) 6，由于固定于下?lián)鼙P(pán)的銷(xiāo)子 8 處在上撥盤(pán)的滑道中，故銷(xiāo)子 8 不動(dòng)，杠桿 4 也不動(dòng)，當(dāng)推瓶板返回時(shí)，又撥動(dòng)上撥盤(pán)，此時(shí)銷(xiāo)子處于上撥盤(pán)滑到的盡頭處，因此銷(xiāo)子再上撥盤(pán)帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，下?lián)鼙P(pán)因此順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。下?lián)鼙P(pán) 9 的撥桿撥動(dòng)杠桿 4，使其左端離開(kāi)棘輪 2。于是，待灌瓶在傳送帶的推動(dòng)下逐個(gè)進(jìn)入限位花盤(pán) 1 齒間并且?guī)?dòng)它傳動(dòng)。當(dāng)限位花盤(pán)撥過(guò) 5 個(gè)瓶時(shí)，棘輪被杠桿卡住，不在繼續(xù)送瓶，這樣進(jìn)行重復(fù)動(dòng)作，即可每次 5 瓶進(jìn)行送瓶灌裝工作。圖 4.1 花盤(pán)式限位機(jī)構(gòu)1—限位花盤(pán) 2—棘輪 3—待灌瓶 4—杠桿 5—彈簧 6—上撥盤(pán) 7—推瓶板 8—銷(xiāo)子 9—下?lián)鼙P(pán) 10—軸 11—底座4. 1. 2 螺旋限位機(jī)構(gòu)在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)以廣泛應(yīng)用多種類(lèi)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(gè)地送到給定的工位。本設(shè)計(jì)主要用來(lái)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(gè)灌裝設(shè)備的“咽喉” ，其結(jié)構(gòu)特性的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動(dòng)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(tái)形（斜角約為 30—40°） ，而后端則有同瓶主體半徑相適宜的過(guò)渡角，以利改善導(dǎo)入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)為了使待灌瓶逐個(gè)依次順利導(dǎo)入螺旋槽內(nèi)，增速達(dá)到預(yù)定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導(dǎo)到包裝工位，因此將螺桿應(yīng)用于高速分件定時(shí)供送，其螺旋線最標(biāo)準(zhǔn)的組合模式包括：a.輸入等速段，有助于穩(wěn)定的導(dǎo)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(dòng)待灌瓶的摩擦作用力相適應(yīng)，采用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律使之增大間距，可保證在整個(gè)供送過(guò)程中與螺旋槽有著可靠的接觸點(diǎn)而不易晃動(dòng)和傾倒。d.輸出等速段，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀態(tài)。