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包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)端面式單移閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師專 業(yè)學(xué) 院I摘 要本次課程設(shè)計(jì)是對液體灌裝生產(chǎn)線端面式單移閥的設(shè)計(jì)，以及液體的灌裝方法在旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)上的布置與安排。該液體灌裝閥的結(jié)構(gòu)是閥體的上部有進(jìn)液口，閥的下部有出液口，且出口與灌裝頭部位有著密封裝置，通過擠壓力與密封裝置接觸，在液體灌裝閥導(dǎo)通是閥體的上部進(jìn)液口與下部出液口會形成一個(gè)液體通道使得液體可以從此通道進(jìn)入瓶體，閥可以通過調(diào)節(jié)螺母和壓緊螺母調(diào)節(jié)彈簧的張力和閥體尺寸，用來調(diào)節(jié)灌裝過程中一些小的光裝誤差，本設(shè)計(jì)在于灌裝完成后能及時(shí)停止灌裝，節(jié)約能源,應(yīng)用廣泛，效率高，且液體灌裝閥結(jié)構(gòu)簡單。關(guān)鍵詞：單移閥 灌裝機(jī)械 端面式 目 錄摘 要 .I`1 包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 11.1 包裝機(jī)械概述 11.2 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 12 Solidworks 簡介 .42.1 Solidworks 簡介 42.2 Solidworks 建模過程 43 端面式單移閥的設(shè)計(jì) 73.1 端面式單移閥的原理 73.2 端面式單移閥的基本結(jié)構(gòu) 73.3 端面式單移閥設(shè)計(jì)模型 163.4 端面式單移閥工作過程 174 課程設(shè)計(jì)總結(jié) 18參 考 文 獻(xiàn) 1911 包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)內(nèi)容1.1 包裝機(jī)械概述包裝機(jī)械課程是高等院校包裝工程專業(yè)及相近專業(yè)的核心課程。課程按照現(xiàn)代包裝機(jī)械的體系和特點(diǎn)，依據(jù)新修訂的包裝機(jī)械國家標(biāo)準(zhǔn)，以包裝機(jī)械的組成、工作原理以及典型包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)為重點(diǎn)，主要講述常用典型包裝機(jī)械的組成、工作原理、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，重點(diǎn)介紹包裝材料與包裝容器供送機(jī)構(gòu)、包裝物料計(jì)量和供送機(jī)構(gòu)、典型包裝機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，介紹包裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)以及包裝機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)、支承件設(shè)計(jì)等基本方法。包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)是專業(yè)課教學(xué)的一個(gè)重要實(shí)踐性環(huán)節(jié)，是機(jī)械零件課程設(shè)計(jì)的延伸，是包裝機(jī)械設(shè)計(jì)的一次全面訓(xùn)練，目的是： 1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的基本知識和理論，培養(yǎng)設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、查閱技術(shù)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)的能力與技能；2、滿足生產(chǎn)的需要，選擇和論證技術(shù)方案，設(shè)計(jì)某一機(jī)械裝置或機(jī)構(gòu)的工作能力； 3、鞏固、深化和擴(kuò)大學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合； 4、學(xué)習(xí)工程設(shè)計(jì)中技術(shù)方案的論證和選擇的思想方法； 5、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思維和思考的能力。1.2 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容1.2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容灌裝機(jī)械是企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)必不可少的機(jī)械設(shè)備之一，灌裝機(jī)械顧名思義是將產(chǎn)品（物料）裝到特定的容器當(dāng)中，所以灌裝機(jī)是屬于包裝機(jī)械中的2一個(gè)系列。灌裝機(jī)械技術(shù)發(fā)展發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出技術(shù)水平高、功能多、大型化、高速化、結(jié)構(gòu)簡單化等特點(diǎn)。美國、德國、日本、意大利等國的灌裝機(jī)械技術(shù)水平較高，我國的灌裝機(jī)械經(jīng)歷仿制、引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新的開發(fā)過程，發(fā)展很快，不斷縮小與國外先進(jìn)技術(shù)水平的差距。在現(xiàn)代灌裝廠中，灌裝機(jī)和灌裝閥已經(jīng)成為了一個(gè)廠的命脈。一個(gè)高效率高精度的灌裝閥可以為一個(gè)灌裝廠帶來強(qiáng)大的活力。對于灌裝機(jī)的主要主成部分灌裝閥來說，缺少了灌裝閥自動灌裝生產(chǎn)線就無法運(yùn)轉(zhuǎn)工作，且一個(gè)灌裝閥的好壞決定了這個(gè)灌裝生產(chǎn)線上運(yùn)作的效率,它需要根據(jù)灌裝工藝的要求以最快的速度聯(lián)通或者切斷與儲液箱的聯(lián)系，保證灌裝工作的順利的進(jìn)行，且由于不同的液體的物理化學(xué)性質(zhì)并不是相同的，故而導(dǎo)致了灌裝工藝的不同，因此所使用的閥體也并不相同，不同的灌裝使用不同得閥體。諸如飲料，酒類，液體化妝品之類。為了能夠更好地實(shí)現(xiàn)灌裝生產(chǎn)線的自動化，提高瓶裝生產(chǎn)線的效率，解決自動化灌裝生產(chǎn)的各種問題，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，特進(jìn)行本課題關(guān)于液體灌裝生產(chǎn)線灌裝閥的設(shè)計(jì)研究故而在對灌裝閥設(shè)計(jì)的過程中我們應(yīng)該立足于當(dāng)代現(xiàn)實(shí)情況，要能夠滿足自動化的生產(chǎn)且擁有一定的效率，同時(shí)在設(shè)計(jì)產(chǎn)品的過程中要全面的了解灌裝的原理以及各過程的詳細(xì)步驟，對于各部件的功能需要詳細(xì)的了解，在保證產(chǎn)品的功能的基礎(chǔ)之上盡量提高生產(chǎn)的效率，考慮灌裝閥在灌裝整體中的作用，對灌裝機(jī)的全局整體機(jī)構(gòu)和布置進(jìn)行考慮，合理的對灌裝閥進(jìn)行布置以達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。根據(jù)閥門啟閉形式的不同，灌裝閥可分為單移閥、旋轉(zhuǎn)閥、多移閥、氣動膜閥等。端面式單移閥屬于單移啟閉閥，即只有一個(gè)可動部件，相對于不動部件做往復(fù)一次的直線運(yùn)動。本次課程設(shè)計(jì)內(nèi)容：端面式單移閥31.2.2 設(shè)計(jì)要求(1)完成端面式單移閥部件設(shè)計(jì)裝配圖、所有零件圖、傳動系統(tǒng)簡圖、灌裝機(jī)的工作循環(huán)圖、較復(fù)雜零件的三維建模圖及 AutoCAD 設(shè)計(jì)圖，能夠較清楚地表達(dá)各部件的空間位置及有關(guān)結(jié)構(gòu)。(2) 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求，在全面掌握端面式單移閥的結(jié)構(gòu)、性能、工作原理、傳動系統(tǒng)及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)上，掌握扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)、組成。合理的確定尺寸、運(yùn)動及動力等有關(guān)參數(shù)。(3) 結(jié)構(gòu)裝配圖要正確、完整的表達(dá)其工作原理、性能要求、零件間的裝配關(guān)系、零件的主要結(jié)構(gòu)形狀及在裝配、檢驗(yàn)、安裝時(shí)所需要的尺寸和技術(shù)要求。(4) 正確的運(yùn)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)圖樣必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。說明書必須用工程術(shù)語，文字通順簡練，字跡工整。(5) 各組成零件的視圖符合圖樣標(biāo)準(zhǔn)；能夠正確地表達(dá)出零件的結(jié)構(gòu)形狀；能夠正確地標(biāo)注尺寸及相應(yīng)的公差；準(zhǔn)確地給出零件在使用、制造、檢驗(yàn)時(shí)應(yīng)達(dá)到的一些技術(shù)要求。42 Solidworks 簡介2.1 Solidworks 簡介Solidworks 是一個(gè)大型軟件包，由多個(gè)功能模塊組成，每一個(gè)功能模塊都有自己獨(dú)立的功能。設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)需要來調(diào)用其中的某一個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，不同的功能模塊創(chuàng)建的文件有不同的文件擴(kuò)展名。Solidworks 主要有草圖繪制、零件設(shè)計(jì)、裝配模塊、工程圖模塊、鈑金設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、運(yùn)動仿真等。Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。對于熟悉微軟的 Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks 獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司 Daratech 所評論：“在基于Windows 平臺的三維 CAD 軟件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者。 ”在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作（包括 Windows 風(fēng)格的拖/放、點(diǎn)/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。2.2 Solidworks 建模過程52.2.1 建模流程通常可通過如下流程來設(shè)計(jì)模型：（1）創(chuàng)建草圖：創(chuàng)建模型的草繪圖形，此草繪圖形可以是模型的一個(gè)截面或軌跡等。（2）創(chuàng)建特征：添加“拉伸” 、 “旋轉(zhuǎn)” 、 “掃描 ”等特征，利用創(chuàng)建的草繪圖形來創(chuàng)建實(shí)體。（3）裝配部件：如果模型為裝配體，那么還需要將各個(gè)零部件按某種規(guī)則進(jìn)行裝配。2.2.2 草圖繪制Solidworks 中模型的創(chuàng)建都是從繪制二位草圖開始的，草圖指的是一個(gè)平面輪廓，用于定義特征的截面形狀、尺寸和位置等。創(chuàng)建草圖的基本流程：創(chuàng)建新零件：新零件包含所創(chuàng)建模型的尺寸、外形和實(shí)體模型，創(chuàng)建時(shí)可以通過設(shè)定不同的單位來定義模型尺寸的單位標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入草圖：草圖是二維圖形的集合，主要用于體現(xiàn)和表達(dá)出模型的外形輪廓及尺寸，是創(chuàng)建三維實(shí)體模型的基礎(chǔ)和根本。繪制幾何圖形：通過草圖工具創(chuàng)建各種幾何體，包括直線、圓、矩形、樣條曲線、構(gòu)造線等，繪制出想要的形狀輪廓。添加幾何關(guān)系：限制和約束草圖幾何的位置、尺寸以及同其他圖元的位置關(guān)系，如添加水平和垂直關(guān)系、添加同軸關(guān)系。草圖狀態(tài)：草圖狀態(tài)分為完全定義、欠定義和過定義 3 種。在 SolidWorks中標(biāo)準(zhǔn)的草圖狀態(tài)應(yīng)該是完全定義狀態(tài)，其他兩種狀態(tài)根據(jù)實(shí)際的情況而定。草圖編輯：通過草圖中的各種編輯工具對草圖進(jìn)行必要的修改和編輯，如倒圓角、直線分割、延伸、陣列、鏡像，從而對草圖進(jìn)行細(xì)節(jié)上的完善和優(yōu)化。62.2.3 Solidworks 基礎(chǔ)特征在零件的特征中，首先需要繪制截面圖形，然后再按照一定的方式生成三維模型，稱為基礎(chǔ)特征，主要包括拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、掃描特征、放樣特征和“筋”特征。（1）拉伸基體就是拉出實(shí)體，而拉伸凸臺則是在拉伸出的實(shí)體上實(shí)現(xiàn)凸臺。當(dāng)繪制草圖后，退出草圖模式。單擊“拉伸凸臺、基體”按鈕，選擇剛繪制的草繪圖形的最外邊的輪廓線，彈出“拉伸”屬性管理器，在“方向”卷展欄的“深度”文本框中輸入拉伸深度，出現(xiàn)拉伸實(shí)體的預(yù)覽效果。選擇“所選輪廓”卷展欄，然后在操作區(qū)中通過單擊選擇草繪圖形內(nèi)部的所有曲線，最后點(diǎn)擊“確定”按鈕可生成拉伸特性。（2）旋轉(zhuǎn)特征是將草繪截圖繞旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)一定角度而生成的特征。首先繪制一條中心線，并在中心線的一側(cè)繪制出輪廓草圖，然后單擊“旋轉(zhuǎn)凸臺/基體” ，并選擇輪廓草圖，設(shè)置中心線為旋轉(zhuǎn)軸，再設(shè)置截面繞中心線旋轉(zhuǎn)的角度，由此可得到旋轉(zhuǎn)特征。（3）掃描特征是指草圖輪廓沿一條路徑移動獲得的特征，在掃描過程中用戶可設(shè)置一條或多條引導(dǎo)線，最終可生成實(shí)體或薄壁特征。（4）放樣特征是可以講兩個(gè)或兩個(gè)以上的不同截面進(jìn)行連接，是一種相對復(fù)雜的實(shí)體特征。（5） “筋”特征是用來增加零件強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，它是由開環(huán)草圖輪廓生成的特殊類型的拉伸特征，可以在輪廓與現(xiàn)有的零件之間添加指定方向和厚度的材料。2.2.3 裝配部件“裝配”是 Solidworks 中集成的一個(gè)重要的應(yīng)用模塊。通過裝配，可以將各個(gè)零件組合在一起，以檢驗(yàn)各零件設(shè)計(jì)是否合理、各零件之間的位置關(guān)系是7否得當(dāng)。同時(shí)也可以對整個(gè)結(jié)構(gòu)執(zhí)行爆炸操作，從而清晰地查看產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裝配順序。Solidworks 提供有個(gè)專用的裝配環(huán)境，所謂 “導(dǎo)入零部件”是指將設(shè)計(jì)好的零件模型導(dǎo)入到裝配環(huán)境中。點(diǎn)擊文件下拉菜單中的新建按鈕，選擇裝配體，單擊確定，即建好一個(gè)新的裝配體文件。在所打開的界面中，點(diǎn)擊插入要進(jìn)行裝配的零件。零件導(dǎo)入后，對零件進(jìn)行裝配。點(diǎn)擊插入零部件旁邊的配合按鈕，在彈出的左側(cè)對話框中選擇一次選擇要配合的兩個(gè)面，如果要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)孔對齊，可以選擇兩個(gè)孔的面，然后選擇下面的同心按鈕，兩個(gè)孔的軸線便在一條直線上了；如果需要重合，則再選擇兩個(gè)需要重合的面，選擇下面的重合按鈕。83 端面式單移閥的設(shè)計(jì)3.1 端面式單移閥的原理灌裝閥是液箱、氣室（包括充氣室、排氣室、真空室）和灌裝容器這三者之間的流體通路開關(guān)，而且根據(jù)灌裝工藝要求，能進(jìn)行相應(yīng)的灌裝。不同的灌裝方法通常需要選用不同的灌裝閥。顯然，灌裝閥是關(guān)系到灌裝生產(chǎn)線能否精準(zhǔn)高效運(yùn)作的關(guān)鍵部件。圖 3.1 端面式單移閥結(jié)構(gòu)簡圖1—閥蝶 2—橡膠墊圈 3—墊片 4—閥芯 5、6—彈簧 7—閥套端面式單移閥利用閥件端面來啟閉液體通路，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。閥蝶1 在灌裝過程中固定不動，容器上升時(shí)，瓶口頂住橡膠墊圈 2 后再上升一段距離，使閥芯 4 和閥蝶脫開，液料流入容器內(nèi)。灌裝完后容器下降，彈簧 5、6 的力使閥芯復(fù)位，閥芯和閥碟錐面緊密結(jié)合，停止灌裝。這種閥適用于廣口玻璃瓶和馬口鐵罐等容器的灌裝。3.2 端面式單移閥的基本結(jié)構(gòu)3.2.1 灌裝閥彈簧的分析與設(shè)計(jì)9根據(jù)灌裝的工藝的要求，其能夠依次的對有關(guān)的通路進(jìn)行切換，并且能夠保證灌裝閥不漏氣不漏液。而灌裝閥需要正常的工作，則離不開彈簧。其控制著灌裝閥的開啟以及閉合。在目前的工廠中常常采用的是彈簧閥，它擁有者灌裝質(zhì)量好、灌裝壓力較高，且當(dāng)出現(xiàn)破瓶等故障的時(shí)候能夠自行停止灌裝，避免成本的浪費(fèi)。所以對于此閥而言，彈簧的設(shè)計(jì)的好壞，彈性的是否合適都關(guān)系著官正過程能否樹立的完成。本設(shè)計(jì)中的彈簧如圖 3.2 所示。圖 3.2 彈簧彈簧作為一個(gè)經(jīng)常伸縮的部件，應(yīng)該具有經(jīng)久不變的彈性，從而保證工作的穩(wěn)定性。因此在對灌裝閥進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該使其的工作范圍保持在其的彈性極限變化范圍之內(nèi)。在這個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行工作的彈簧，當(dāng)受到載荷 F 時(shí)，彈簧會發(fā)生相應(yīng)的變形，當(dāng)所受的里取消時(shí)彈簧應(yīng)當(dāng)恢復(fù)原狀。彈簧在沒有受到外力作用的時(shí)候，其自由長度是 ,一般在安裝一個(gè)彈簧的時(shí)候，我們通常會對其施加一個(gè)初預(yù)緊力，稱其為這是最初的也是最小的載荷。在其的作用下彈簧被壓縮到，此時(shí)其的變形量為。當(dāng)彈簧受到最大的極限載荷時(shí)，在該力的作用之下彈簧被壓縮至極限，對應(yīng)的彈簧長度為，此時(shí)的壓縮變形量為，產(chǎn)生的應(yīng)力極限為。等節(jié)距的圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線是一條直線，即其值為一個(gè)常數(shù)，可用公式 (常數(shù))，壓縮彈簧的最小工作載荷為，對于通常取=（0.1～0.5）。通常對有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧，，為使具有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧開始變形時(shí)所需的初拉力。有預(yù)應(yīng)力的拉應(yīng)力的拉伸彈簧相當(dāng)于有預(yù)變形 x。因而在同樣的 F 作用力下，有預(yù)緊力的拉伸彈簧產(chǎn)生的變形要比沒有預(yù)應(yīng)力時(shí)小。彈簧在機(jī)構(gòu)中的工作條件決定了其的最大的工作載荷，但是在設(shè)計(jì)中通常不使其達(dá)到其的極限載荷 ，通常使其保持在 所示的圓形截面彈簧絲的壓縮彈簧承受軸向載荷 P 的情況進(jìn)行分析。由圖 3.4(圖中彈簧的下部斷去，末示出)可知，彈簧絲具有升角 α，故通過彈簧軸線的截面上，彈簧絲的截面 A-A 呈現(xiàn)橢圓形狀，在該截面上作用著力 F 以及扭矩， 因而彈簧絲的法向截面 B-B 上作用的力有橫向力 Fcosα、軸向力 Fsinα、彎矩 M=Tsinα 及扭矩 Tˊ= Tcosα。 由于彈簧的螺旋升角一般取為α=5° ～9° ，故 sinα≈0；cosα≈1(圖 3.4)，則截面 B-B 上的應(yīng)力(圖 3.4)可以近似地取為：(3.1)式中 C=/d 稱之為旋繞比(或者彈簧指數(shù))。為了使彈簧本身穩(wěn)定，不致過于顫動和過軟，C 值不能太大；但是為了避免彈簧絲在卷繞時(shí)受到強(qiáng)烈的彎曲，C11值又不應(yīng)太小。故而 C 值的范圍為 4～16(表), 常用值為5～8。圖 3.4 圓柱螺旋壓縮彈簧受力及應(yīng)力分析表 3-2 常用的旋繞比值 Cd/mm為了方便計(jì)算，通常在上式中取 1+2C≈2C(因?yàn)楫?dāng) C=4～16 時(shí)，2Cl ，實(shí)質(zhì)上就是略去了 τp)，由于升角和曲率對彈簧絲的影響，應(yīng)力在彈簧絲截面的中分布將如圖c 中的粗實(shí)線所示。由圖可知，最大應(yīng)力產(chǎn)生在彈簧絲截面內(nèi)側(cè)的 m 點(diǎn)。通過實(shí)踐課發(fā)現(xiàn)彈簧基本是由此點(diǎn)發(fā)生損壞?，F(xiàn)引進(jìn)一個(gè)補(bǔ)償系數(shù) K(或稱曲度系數(shù))，用來考慮彈簧絲的升角和曲率對彈簧絲中應(yīng)力的影響。則彈簧絲內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力及強(qiáng)度條件可表示為(3.2)式中補(bǔ)償系數(shù) K，對于圓截面彈簧絲可按下式計(jì)算：12(3.3)圓柱螺旋壓縮(拉伸) 彈簧受載后的軸向變形量 λ 可根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于圓柱螺旋彈簧變形量的公式求得:(3.4)式中：n—彈簧的有效圈數(shù)；G—彈簧材料切變模量，見前一節(jié)表。如以 代替 P 則最大軸向變形量為：1) 對于壓縮彈簧和無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：(3.5)2) 對于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：(3.6)拉伸彈簧的初拉力(或初應(yīng)力)取決于材料、彈簧絲直徑、彈簧旋繞比和加工方法。用不需淬火的彈簧鋼絲制成的拉伸彈簧，均有一定的初拉力。如不需要初拉力時(shí)，各圈間應(yīng)有間隙。經(jīng)淬火的彈簧，沒有初拉力。當(dāng)選取初拉力時(shí)，推薦初應(yīng)力值在下圖 3.5 的陰影區(qū)內(nèi)選取。初應(yīng)力按下式計(jì)算：(3.7)使彈簧產(chǎn)生單位變形所需要的載荷 kp 稱之為彈簧剛度，即：(3.8)13圖 3.5 彈簧初應(yīng)力的選擇范圍用來表現(xiàn)彈簧性能的主要參數(shù)之一就是彈簧剛度。它用于表示彈簧產(chǎn)生單位變形時(shí)所需的力，需要的力愈大，則剛度就愈大，則彈簧的彈力就愈大。但是由于影響到彈簧剛度的因素有很多，由于 kp 與 C 的三次方成反比，即 C 值很大程度影響著 kp 值。所以，合理地選擇 C 值就能控制彈簧的彈力。 另外，kp 還和 G、d、n 等相關(guān)值有關(guān)。所以在進(jìn)行調(diào)整彈簧的剛度時(shí)，應(yīng)對這些因素進(jìn)行綜合的考慮。(2) 圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧設(shè)計(jì)彈簧的靜載荷是指載荷不隨時(shí)間變化，或者雖有一定的變化但變化平穩(wěn)，且總的重復(fù)次數(shù)不超過次的交變載荷或脈動載荷。在這些情況下，彈簧是按照靜載強(qiáng)度來進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在設(shè)計(jì)時(shí)，一般來講是根據(jù)彈簧的最大載荷、最大變形、以及結(jié)構(gòu)的要求等因素來決定彈簧絲的直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長度等。具體設(shè)計(jì)方法和步驟如下:1)根據(jù)工作情況及具體條件選擇材料，并且查其機(jī)械性能數(shù)據(jù)。2)選擇旋繞比 C，通?？蛇x取 C≈5-8（極限狀態(tài)之下不小于 4 不大于 16） ，并且算出補(bǔ)償系數(shù) K 值。143)根據(jù)安裝控件初設(shè)彈簧中徑，根據(jù) C 值估算彈簧絲直徑 d，并通過表查取彈簧絲的許用應(yīng)力。4)試計(jì)算彈簧絲直徑 d'。(3.9)必須注意，鋼絲的許用應(yīng)力決定于其，而是隨著鋼絲的直徑變化的,又因是按估取的 d 值查得的 H 計(jì)算得來的，所以此時(shí)試算所得的 d'值，必須與原來估取的 d 值相比較，如果兩者相等或很接近，即可按標(biāo)準(zhǔn)圓整為鄰近的標(biāo)準(zhǔn)彈簧鋼絲直徑 d，并按以求出；如果兩者相差較大，則應(yīng)參考計(jì)算結(jié)果重估 d值，再查其而計(jì)算，代入上式進(jìn)行試算，直至滿意后才能計(jì)算。計(jì)算出的，值也要按表 進(jìn)行圓整。5)根據(jù)變形條件來求出彈簧的工作圈數(shù)有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧:? (3.10)壓縮彈簧或者無預(yù)應(yīng)力的彈簧：? (3.11)6) 求出彈簧的一系列的尺寸 D、 、,并對安裝要求等檢查看其是否符合。如不符合，則應(yīng)當(dāng)改選相關(guān)的參數(shù)(例如 C 值)進(jìn)行重新的設(shè)計(jì)。7) 驗(yàn)算穩(wěn)定性。對壓縮彈簧來講，如果其有著比較大的長度時(shí)，則受力后容易失去穩(wěn)定性(如圖 3.6 a)，這在工作中是不允許存在的情況。為了便于制造及避免失穩(wěn)現(xiàn)象，建議一般壓縮彈簧的長細(xì)比 b=/ 按下列情況選?。寒?dāng)兩端固定時(shí)，取 b中查得；——彈簧的最大工作載荷。如 時(shí)，要重新選取參數(shù)，改變 b 值，提高 Fc 值，使其大于值，以保證彈簧的穩(wěn)定性。如條件受到限制而不能改變參數(shù)時(shí)，則應(yīng)加裝導(dǎo)桿(如圖 3.6 b)或?qū)?如圖 3.6 c)。導(dǎo)桿(導(dǎo)套)與彈簧間的間隙 c 值(直徑差)按下表(導(dǎo)桿（導(dǎo)套）與彈簧間的間隙表)的規(guī)定選取。表 3-3 導(dǎo)桿與彈簧間的間隙中徑D/mm間隙c/mm0.6 1 2 3 4 5 6 78)疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度的驗(yàn)算。16① 疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算下圖所示為彈簧在變載荷作用下的應(yīng)力變化狀態(tài)。圖中為彈簧的自由長度，和為安裝載荷和預(yù)壓變形量,和為工作時(shí)的最大載荷和最大變形量。當(dāng)彈簧所受載荷在和之間不斷循環(huán)變化時(shí)，則可得彈簧材料內(nèi)部所產(chǎn)生的最大和最小循環(huán)切應(yīng)力為：(3.13)(3.14)圖 3.7 彈簧在變載荷作用下的應(yīng)力變化狀態(tài)對應(yīng)于上述變應(yīng)力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)時(shí)，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值 Sca 及強(qiáng)度條件可按下式計(jì)算：?(3.15)式中：——彈簧材料的脈動循環(huán)剪切疲勞極限，按變載荷作用次數(shù) N，由下表(彈簧材料脈動循環(huán)剪切疲勞極限表)中查取；——彈簧疲勞強(qiáng)度的設(shè)計(jì)安全系數(shù)，當(dāng)彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算和材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，取 =1.3～1.7；當(dāng)精確性低時(shí)，取 =1.8～2.2。表 3-4 彈簧材料脈動循環(huán)剪切疲勞極限變載荷作用次數(shù) N17注：1）此表適用于高優(yōu)質(zhì)鋼絲，不銹鋼絲，鈹青銅和硅青銅絲；2）對噴丸處理的彈簧，表中數(shù)值可提高 20％；3）對于硅青銅，不銹鋼絲， 時(shí)的值可取4）表中為彈簧材料的拉伸強(qiáng)度極限，MPa。② 靜應(yīng)力強(qiáng)度計(jì)算靜應(yīng)力強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算值 Sca 的計(jì)算公式及強(qiáng)度條件為：(3.16)式中為彈簧材料的剪切屈服極限,靜強(qiáng)度的安全系數(shù)的選取與進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)相同。③ 振動計(jì)算承受變載荷的圓柱螺旋彈簧常是在加載頻率很高的情況下工作(如內(nèi)燃機(jī)汽缸閥門彈簧)。為了避免引起彈簧的諧振而導(dǎo)致彈簧的破壞，需對彈簧進(jìn)行振動驗(yàn)算，以保證其臨界工作頻率(即工作頻率的許用值)遠(yuǎn)低于其基本自振頻率。(3.17)式中：kp--彈簧的剛度， N/mm；-彈簧的質(zhì)量，kg；將 kp、 的關(guān)系式代入上式，并取 n≈ 則? ? (3.18)式中各符號意義同前，見表。彈簧的基本自振頻率 fb 應(yīng)不低于其工作頻率 fw 的 15～20 倍， 以避免引起嚴(yán)重的振動,即 fb≥(15 ～20)fw 或 fw≤fb/(15 ～20) Hz.但彈簧的工作頻率一般18是預(yù)先給定的，故當(dāng)彈簧的基本自振頻率不能滿足上式時(shí)，應(yīng)增大 kp 或減小，重新進(jìn)行設(shè)計(jì)3.2.2 端面式單移閥外觀圖圖 3.8 端面式單移閥外觀圖3.2.3 端面式單移閥尺寸材料設(shè)計(jì)圖 3.9 所示為閥蝶的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為食品用橡膠。圖 3.10 所示為調(diào)整墊片的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為膠木。圖 3.9 閥蝶 圖 3.10 調(diào)整墊片圖 3.11 所示為橡膠墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為橡膠。19圖 3.11 橡膠墊圈圖 3.12 所示為閥芯的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為不銹鋼。圖 3.12 閥芯圖 3.13 所示為閥套的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為不銹鋼。圖 3.13 閥套3.3 端面式單移閥設(shè)計(jì)模型表 3-5 端面式單移閥零件模型匯總表零件名稱 閥碟 底座 閥頂 閥件 220零件模型圖零件名稱 彈簧 1 彈簧 2 閥套 閥件 6零件模型圖零件名稱 閥件 4 閥件 1 閥芯 閥套 零件模型圖3.4 端面式單移閥工作過程3.4.1 灌裝量的調(diào)整因?yàn)楣嘌b機(jī)定量形式大多是用瓶來定量,若果對瓶子容量進(jìn)行更改時(shí),可以通過調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)中活塞芯子的高低來實(shí)現(xiàn),從而也就調(diào)整了灌裝量。如果灌裝定量形式是通過定量杯定量的,則通過將定量杯的容積進(jìn)行改變。3.4.2 灌裝閥的調(diào)試與維護(hù)檢查閥的彈簧和滑動部分是否能正常工作，看灌裝頭和閥與料箱接觸的地方是否有滲漏。（1）操作及維修人員，必須熟悉本機(jī)和性能，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行工作；（2）新機(jī)器安裝后，必須進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試，合格后方可交付使用；21（3）經(jīng)常檢查機(jī)器，及時(shí)排除故障，不得帶病工作；（4）安全保護(hù)失靈后，應(yīng)及時(shí)修復(fù)，不允許在無保護(hù)狀態(tài)下開機(jī)生產(chǎn)；（5）各調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)和筋骨，應(yīng)使用合適的工具，不準(zhǔn)用非常方法剔打；（6）經(jīng)常檢查各密封部位及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題；（7）進(jìn)行沖洗和清潔工作時(shí)，不能用水充電器部分；（9）超過本機(jī)使用范圍的瓶型不得使用；（10）根據(jù)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)工時(shí)，定時(shí)進(jìn)行大、中、小修復(fù)；（11）新更換的備品配件必須符合設(shè)計(jì)圖紙要求3.4.3 灌裝時(shí)間的計(jì)算(3.19)式中：t——灌裝所需時(shí)間； ——灌裝容器體積；C——灌裝閥中液道的流量系數(shù)；——儲液箱和待裝容器的液位差；——儲液箱和待裝容器的壓強(qiáng)差；——液料的密度；224 課程設(shè)計(jì)總結(jié)包裝機(jī)械課程設(shè)計(jì)是包裝設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，通過三天的課程設(shè)計(jì)，使我受益良多，同時(shí)也讓我對包裝機(jī)械設(shè)計(jì)有了深刻的認(rèn)識。在設(shè)計(jì)端面式單移閥的整個(gè)過程中，我們都需要一絲不茍的態(tài)度，以及刻苦耐勞，努力鉆研的精神。我們做的是課程設(shè)計(jì)，而不是藝術(shù)家的設(shè)計(jì)。藝術(shù)家可以拋開實(shí)際，盡情在幻想的世界里翱翔，此時(shí)的我是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實(shí)際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計(jì)。為了讓自己的設(shè)計(jì)更加完善,更加符合工程標(biāo)準(zhǔn), 我不斷翻閱資料，向老師請教，與同學(xué)們探討。雖然過程很辛苦，但在老師和同學(xué)的陪伴下，我歷時(shí)三天完成了此次設(shè)計(jì)，不但是學(xué)到了很多新的的知識，而且提高了運(yùn)用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件的能力，如Office、Autocad 和 Solidworks 等。作為一名機(jī)電與能源工程學(xué)院包裝工程專業(yè)的大三的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計(jì)是十分有意義。在已度過的兩年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在這門課程序中把握的不僅有包裝機(jī)械的理論知識，還讓我們學(xué)習(xí)到了如何面對現(xiàn)實(shí)中的包裝機(jī)械設(shè)計(jì)，如何把我們所學(xué)到的專業(yè)知識用到實(shí)踐中去，我覺得做類似的課程設(shè)計(jì)就為我們提供了良好的實(shí)踐平臺。2324參 考 文 獻(xiàn)[1] 張忠將，李敏．機(jī)械設(shè)計(jì)從入門到精通[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2011.2，1~81[2] 孫智慧，高德．包裝機(jī)械[M]. 北京：中國輕工業(yè)工業(yè)出版社．2014,8: 208[3] 杭建國．液體灌裝生產(chǎn)線上灌裝閥的設(shè)計(jì)[D]. 北京：北京大學(xué), 2013：27~35.