單列灌裝機的總體設(shè)計

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2 單列灌裝機的總體設(shè)計2.1 灌裝機的設(shè)計原則1) 保證高的生產(chǎn)率。提高生產(chǎn)率是盡可能縮短空程時間, 減少循環(huán)外的損失。2) 保證產(chǎn)品質(zhì)量。高的生產(chǎn)率是以保證產(chǎn)品質(zhì)量為前提條件的，設(shè)計時應(yīng)滿足工藝要求。保證產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生。3) 擴大機器使用范圍的可能性。設(shè)計的自動機應(yīng)該考慮到同類產(chǎn)品的規(guī)格調(diào)整范圍，以滿足各種需要，同時盡量使調(diào)整方法簡單方便。4) 改善勞動條件。盡量減少工人的勞動強度，避免身體受損。5) 降低成本。在設(shè)計中，盡量采用系列化，通用化，標準化的要求，采用簡單有效的結(jié)構(gòu)和常用的材料以降低成本費用。2.2 單列灌裝機的工作原理 首先瓶子由鏈道輸入，經(jīng)過分瓶螺桿將瓶子送入星型撥輪中，星型撥輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由過渡板，將瓶子撥入位于大轉(zhuǎn)盤上可升降的瓶托上，在瓶托托起瓶子與灌裝閥繞主軸旋轉(zhuǎn)的同時，并沿凸輪機構(gòu)開始上升。升到最高點時，灌裝閥打開開始灌液，灌液結(jié)束后，再沿凸輪機構(gòu)下降，降至最低點，再經(jīng)由星型撥輪將瓶子撥出大轉(zhuǎn)盤撥到鏈道上，瓶子由鏈道輸出，完成一次灌裝過程。2.3 單列灌裝機總裝配尺寸的設(shè)計灌裝機的灌裝原理圖如下：圖 2.1 灌裝機原理圖2.3.1 確定灌裝機的節(jié)圓直徑首先根據(jù)生產(chǎn)能力的計算:由公式 Q=60 nj其中 n----主軸轉(zhuǎn)速Q(mào)----生產(chǎn)能力，為 24000 瓶/小時j----頭數(shù)，為 40 頭則 n=Q/j=24000/60×40=10r/min有上式可見,欲提高灌裝機的生產(chǎn)能力就必須增加頭數(shù) j,增大轉(zhuǎn)速 n。但是,若采用增加灌裝機頭數(shù)的辦法來提高生產(chǎn)能力,那么支撐全機灌裝閥和托瓶機構(gòu)的轉(zhuǎn)盤直徑就要相應(yīng)增大,這不僅使機器龐大笨重,而且在主軸轉(zhuǎn)速一定的情況下,還必須考慮到,托瓶臺上的瓶子在處于自由狀態(tài)時,饒立軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力必須小于瓶底與托瓶臺之間的接觸摩擦力。否則,瓶子將會沿其運動軌跡的切線方向被拋出,從而影響正常操作。據(jù)此,可求灌裝頭中心對主軸的半徑 R 必須滿足的條件:R≤900gf d/ n (2.1)?2其中 f d----瓶底與托瓶臺之間的滑動摩擦系數(shù)。取摩擦系數(shù) fd=0.3R≤900gf d/ 2n =900×10×0.3/3.142×10 ≈2.73≈2730mm大轉(zhuǎn)盤節(jié)圓周長的最小值為兩瓶之間無縫隙：∴Cmin=40×70=2800mm∴R= Cmin/2 =2800/2×3.14=445.86mm?∴445.86mm≤R≤2730mm半徑 R 太大，整個工作臺的面積就達，浪費空間，材料，動力。半徑 R 太小，滿足不了灌裝時間，星型撥輪的轉(zhuǎn)軸與大轉(zhuǎn)盤邊沿可能產(chǎn)生干涉。∴兩瓶的間距在可以同時拿下兩瓶時最合適，∴在同時拿下兩瓶時入手所需距離為 70mm，瓶的直徑為 70mm?！鄡善抗?jié)距為 140mm,則灌裝閥的節(jié)距為 140mm?！噢D(zhuǎn)盤周長 C=140×40=5600mm∴R=5600/2 =5600/2×3.14=891.7mm?其中圓整：R=900mm∴C=2×900×3.14=5652mm ∴灌裝閥間距為 A=5024/40=141.3mm∴轉(zhuǎn)盤工作臺的節(jié)圓直徑為 Dd=1800mm周長為 C=5256mm灌裝閥間距為 A=141.3mm2.3.2 確定大轉(zhuǎn)盤與星型撥輪之間的傳動比a.假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與星型撥輪之間的傳動比為 1：4則星型撥輪齒數(shù) Zb=10,轉(zhuǎn)速 n=40r/min?！郉 b=A×Zb/ =450mm (Db為星型撥輪的節(jié)圓直徑)?∴A b= Db× /10=141.3mm （A b 星型撥輪的齒槽節(jié)距）∴A = A b∴傳動比為 1：4 符合要求。b.假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與星型撥輪之間的傳動比為 1：5則星型撥輪齒數(shù) Zb=8,轉(zhuǎn)速 n=40r/min。∴D b=A×Zb/ =360mm (Db為星型撥輪的節(jié)圓直徑)?∴A b= Db× /10=141.3mm∴A = A b∴傳動比為 1：5 符合要求。c.若傳動比太小，星型撥輪直徑大，浪費材料，空間，故不滿足要求。 若傳動比太大，星型撥輪轉(zhuǎn)速太高，瓶子已被拋出，傳動不平穩(wěn)，故也不滿足要求。綜上所訴，傳動比為 1：4 或 1：5。類比與同類的灌裝機，故選傳動比為 1：5。所以星型撥輪的節(jié)圓直徑 Db＝360mm，齒數(shù) Zb=8。2.3.2 確定齒輪齒數(shù)類比同類灌裝機的模數(shù)范圍，取模數(shù)為 3。由于大齒輪和小齒輪的嚙合與大轉(zhuǎn)盤和星型撥輪的嚙合條件相同。所以大齒輪的節(jié)圓直徑與大轉(zhuǎn)盤的節(jié)圓直徑相同為 1800mm。小齒輪的節(jié)圓直徑與星型撥輪的節(jié)圓直徑相同為 360mm?！逥=M*Z∴Z 1=Dd/m=600∴Z 2=Db/m=120符合要求。2.3.2 確定無瓶區(qū)角度及灌裝時間a.設(shè)由大轉(zhuǎn)盤中心到星型撥輪中心距離為 n,兩星型撥輪之間的距離為 m，大轉(zhuǎn)盤垂直到星型撥輪的距離為 P,無瓶區(qū)角度為 α。設(shè)兩星型撥輪之間的弧形擋板最短距離為 d=20mm,驗證弧形擋板的強度（由作支撐系統(tǒng)的同學驗證） ，經(jīng)驗證其強度滿足要求?！鄊=2R 1+Φ＋d=2×180+70+20=450 (R1為星型撥輪半徑，Φ 為瓶直徑)n=R + R1=900+180=1080 (R 為大轉(zhuǎn)盤半徑)∴Sinα/2=m/2/n=0.2083∴α/2=12.02o≈12o α=24 ob.大轉(zhuǎn)盤繞主軸轉(zhuǎn)一周所需時間為 T1=60/n=60/10=6s∴無瓶區(qū)所占時間 T1為：T 1 /T＝α/360 o∴T 1＝0.4s根據(jù)總灌裝時間及灌裝機的總體考慮，定升瓶時間為 T2=0.3s，降瓶時間為 T3=0.2s。∴ 灌裝區(qū)所占時間 T4＝T- T 1 -T2 -T3同類灌裝機定量灌裝閥的流速一般為 100～120ml/s∴灌滿 450 ml 的瓶子所需時間為 4.5s～3.75s?！喙嘌b區(qū)所占時間 T4至少要大于 3.75s?！郥 4＝T- T 1 -T2 -T3＝6s-0.4s-0.3s-0.2s＝5.1s＞3.75s符合灌裝要求。c.但是在實際設(shè)計中，弧形板最短距離 20mm 雖然滿足要求，但在視覺上卻感覺不美觀，故把其距離加大至 300mm,計算出無瓶區(qū)角度約為 40 o，兩星型撥輪之間的距離為 739mm?！酂o瓶區(qū)所占時間 T1＝0.67s∴灌裝區(qū)所占時間 T4＝T- T 1 -T2 -T3＝4.83＞3.75s滿足工作要求。2.4 單列灌裝機無壓力輸瓶系統(tǒng)的設(shè)計2.4.1 分瓶螺桿的方案確定進出瓶系統(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(shè)法使瓶子單個的保持適當?shù)拈g距以適應(yīng)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(gòu)。a. 方案--花盤式限位機構(gòu)如簡圖示，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(zhuǎn)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)铀鼈鲃印．斚尬换ūP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(fù)動作，即可每次 5 瓶進行送瓶灌裝工作。圖 2.1 花盤式限位機構(gòu)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b.方案二--螺旋限位機構(gòu)在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)以廣泛應(yīng)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(shè)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(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、總體布局和自動化水平。如圖示，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(dǎo)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(dǎo)入螺旋槽內(nèi)，增速達到預(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)用于高速分件定時供送，因此在面對爆瓶現(xiàn)象和“局部斷留”這些復(fù)雜的工作狀況，為了更好的實現(xiàn)緩沖和“定時整流”的目的，對此分瓶螺桿來說就不宜采用螺距全是Cb的等螺距螺桿，從而采用螺旋線最標準的組合模式：1) 輸入等速段，螺距小于 Cb助于穩(wěn)定的導(dǎo)入；2) 變加速段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊；3) 等加速段，與輸送帶拖動瓶罐的摩擦作用力相適應(yīng)，才用等加速運動規(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。4) 輸出等速段，螺距等于 Cb，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀態(tài)，這對供送異性瓶罐尤為重要綜上，本設(shè)計采用三段式組合螺桿作為限位機構(gòu)。機構(gòu)圖示如下：2.4.2 分瓶螺桿的設(shè)計計算略，詳見設(shè)計無壓力輸瓶系統(tǒng)同學的論文2.4.3 鏈道的主要參數(shù)設(shè)計計算a.鏈條的分類與方案選擇鏈條分為：傳動鏈和輸送鏈輸送鏈分為：1) 長節(jié)距滾子輸送鏈，主要用于板條式、網(wǎng)到帶式或其他形的輸送機；2) 短節(jié)距滾子輸送鏈，應(yīng)用廣泛，尤其適用于那些鏈條強大、精密、尺寸緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的場合；3) 雙節(jié)距滾子輸送鏈，應(yīng)用場合同上，但比它輕；4) 鉸卷式平頂輸送鏈，廣泛應(yīng)用與灌裝生產(chǎn)線，輸送容器；5) 頂板式滾子輸送鏈，應(yīng)用同上，但適合于直線型輸送，要求運轉(zhuǎn)平穩(wěn)和載荷更大的情況；6) 易拆鏈，低速長距離的空間懸掛輸送裝置的牽引構(gòu)件；7) 雙鉸接鏈，輕型懸掛裝置；8) 埋刮板輸送鏈，埋刮板輸送機的主要裝置9) 通用焊接彎板鏈，重載、低速、沖擊等場合；10) 牽引用焊接彎板鏈，輸送散裝物料，鋼制套筒鏈，提升機主要部件板式鏈，起重和平衡裝置。綜上所述：此輸瓶系統(tǒng)適合用鉸卷式平頂輸送鏈，廣泛應(yīng)用與灌裝生產(chǎn)線，輸送容器。此平頂鏈又分為單鉸卷式和雙鉸卷式兩種形式，其中單鉸卷式適合尺寸較小的容器，所以選擇單鉸卷式平頂輸送鏈。2.4.4 護瓶擋板的選擇分瓶螺桿安裝在輸送鏈道的一側(cè)，護瓶擋板安裝在輸送鏈道的另一側(cè)。護瓶擋板起到一定限位作用，使瓶子緊貼螺桿導(dǎo)槽順利輸入。護瓶擋板中安裝一個限位開關(guān)，當瓶子過大或出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時，擋板受壓一一側(cè)為轉(zhuǎn)軸向外移動，觸動限位開關(guān)，通過電控令分瓶螺桿停轉(zhuǎn)，從而避免機器發(fā)生故障。2.5 單列灌裝機撥瓶機構(gòu)的設(shè)計2.5.1 撥瓶輪方案確定撥輪的設(shè)計是灌裝機設(shè)計中的一部分。撥輪常用不銹鋼或酚醛樹脂板制成，成雙手狀緊固在主軸端部，其高度和間距可根據(jù)被供送瓶罐的主體部位及重心位置加以調(diào)整。星形撥論與弧形導(dǎo)板相配合，既可用于輸入過程，也可以用于輸出過程，它能使得瓶罐以確定間距導(dǎo)向，定向和定時傳送。星形撥輪雖然結(jié)構(gòu)簡單，齒槽形狀卻是千變?nèi)f化的。常用星形撥輪如圖2.2 所示。 （a）和（b）適合供送單個圓柱形瓶罐， （c）適合供送單個長方體形瓶罐， （d）適合供送多個多種形狀的瓶罐。從制造角度來講， （a）最為方便故應(yīng)用廣泛。圖 2.2 常用行星撥輪形狀上述的四種形狀都能滿足將灌裝容器送入灌裝機中瓶的升降機構(gòu)要求，但是性能、結(jié)構(gòu)、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(shè)計的要求而定。在這次課題中省略了分件供送螺桿裝置，瓶子從輸送帶送過來將堆擠到一起，因此就應(yīng)該設(shè)計相應(yīng)的可以起到瓶的限位機構(gòu)的作用。這就要求在設(shè)計撥輪槽時采用一定弧度可以起到限時、限位的作用。如圖：圖 2.3 行星撥輪最終方案2.5.2 撥瓶輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算a.單列撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定根據(jù)前一節(jié)傳動比 i＝1：5可知撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）為 8。b. 撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定根據(jù)前一節(jié)可知撥瓶輪節(jié)圓半徑為 Rb=180mm,A=141.3mm。c. 撥瓶輪其它尺寸的確定在該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)選用對酒瓶不會造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。選用尼龍 1010 材料。撥瓶輪如圖 2.4 所示:圖 2.4 撥瓶輪結(jié)構(gòu)圖撥輪中的尺寸上下星形撥輪高度 h 和齒槽半徑 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(guān)，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地輸送瓶子為原則，可用類比或?qū)嶒瀬頉Q定。設(shè)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(guān)，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(zhuǎn)盤撥瓶子的時候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉(zhuǎn)盤而不被撥回來，尺寸 Rc 也應(yīng)大于瓶子的半徑，這可以由實驗結(jié)果得知。由已知給定的參數(shù)瓶子半徑 R＝35mm，則可確定尺寸Rc＝R+(2~3)mm，即 Rc＝37mm。h 的高度是由瓶高來確定的，瓶子確定的高度是 200mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設(shè)計時按設(shè)計者給定的值。上圖撥瓶輪給的厚度是 10mm，容器瓶從輸送帶過來瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為 40mm，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。經(jīng)過估算瓶子中心大約在從瓶底向上 90mm 左右，重心到瓶頸的距離為 70mm,到瓶底距離為 90，為了讓出瓶底的一些商標等字體要讓出 20cm。所以上下?lián)芷枯喚嚯x為 100mm。2.5 單列灌裝機灌裝系統(tǒng)的設(shè)計2.5.1定量方法的選擇本次設(shè)計的灌裝方式為定量灌裝，準確的定量灌裝不但與產(chǎn)品的成本有著直接的關(guān)系,同時也影響產(chǎn)品在消費者心中的信譽。包裝物品的定量一般有重量定量和容積定量兩種。重量定量由于要增添秤等計量衡器,所以機器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,適用于比重經(jīng)常變化的固體物料,且往往要配置一套電路用以機電配合;容積定量機器的定量結(jié)構(gòu)比較簡單,一般不需電路配合。液體產(chǎn)品一般易采用容積式定量,常見的有如下三種方法:1) 定量杯定量法：這種方法是先將液體注入定量杯中進行定量,然后再將計量的液體注入待灌瓶中,因此,每次灌裝的容積等于定量杯的容積。要改變每次的灌裝量,只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或是調(diào)節(jié)定量杯活動量杯于固定量杯的相對位置即可(如本設(shè)計).這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響,故定量精度高。2) 定量泵定量法：這是一種采用壓力法灌裝的定量方法,一般由動力控制活塞往復(fù)運動,將物料從貯料缸吸入活塞缸,然后再壓入灌裝容器中,由此每次灌裝物料的容積用活塞往復(fù)運動的行程來控制。對于這種定量方法,若要改變每次的灌裝量,則只需設(shè)法調(diào)節(jié)活塞的行程。3) 控制液位高度定量法：這種方法是通過控制被灌容器中液位的高度以達到定量灌裝的目的。因為每次灌裝的液料容積等于一定高度的瓶子內(nèi)腔容積,故習慣稱它為“以瓶定量” 。該法結(jié)構(gòu)比較簡單,不需要輔助設(shè)備,使用方便,但對于要求定量準確度高的產(chǎn)品不宜采用,因為瓶子的容積精度直接影響灌裝量的精度。定量方法的正確選擇,主要應(yīng)考慮產(chǎn)品所需要的定量精度,如我國對 640 毫升啤酒部頒標準為±10 毫升,國外為±3 毫升。對瓶裝酒類等按高度定量的產(chǎn)品,最好不超過 1.5 毫米,容積誤差最好控制在±0.4％,越是名貴的產(chǎn)品,顯然其誤差應(yīng)越小。定量方法的正確選擇,還應(yīng)考慮到液料本身的工藝性,例如對含氣飲料灌裝若采用定量杯定量法,則貯液箱內(nèi)的泡沫反倒可能降低定量精度,因此,在這種情況下,一般以采用控制液位高度定量為好。定量杯定量法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響,定量精度高，結(jié)構(gòu)簡單.對于常壓灌裝為保證灌裝精度，控制設(shè)備成本，本灌裝機采用定量杯定量。2.5.2 灌裝系統(tǒng)的工作原理本次設(shè)計的液體灌裝機為常壓式，當灌裝閥閥頭與瓶口接觸后，灌裝瓶繼續(xù)上升壓縮彈簧,彈簧壓縮至一定程度開始輸液管上升,液體灌裝開始，同時灌裝瓶中的空氣從灌裝閥頭內(nèi)設(shè)置的排氣孔排除,當待灌瓶被灌滿時，液體灌裝過程自動停止，灌裝瓶升降臺向下運動，使待灌瓶與灌裝閥端口橡膠皮墊脫開。2.5.3 灌裝系統(tǒng)的主要參數(shù)的設(shè)計計算a. 灌裝閥的尺寸形狀設(shè)計由于包裝瓶口內(nèi)徑為 16㎜，那么灌裝閥外徑必須小于 16㎜，為了避免灌裝閥灌裝時由于瓶子位置放置不準確而碰到瓶子，灌裝閥注液管外徑設(shè)計為 14㎜，單邊留 1㎜的距離。經(jīng)計算注液端孔口直徑要不小于 ㎜，為了達到充分灌裝，所以設(shè)計輸液管管口直徑為 12㎜，其上分布四個輸液孔。與貯液箱相聯(lián)的進液口，為了滿足輸液管口的流量充足，滿足灌裝時間要求,設(shè)計為直徑 44㎜的孔。閥體總長設(shè)計為 272㎜，由 4 個 M8 的螺栓固定在貯液箱上，灌裝閥體設(shè)計 4 個螺栓孔，孔徑為 8㎜。閥體與貯液箱裝配的直徑為 136㎜。由于本灌裝機為酒類灌裝機，閥體材料要求有很高的防銹性能，常用的材料有黃銅和不銹鋼，為了節(jié)約成本，選用不銹鋼，牌號為 1Cr18Ni9Ti。閥體草圖如下： b.排氣管主要尺寸及材料的確定抽氣管外徑設(shè)計為 8㎜，為了實現(xiàn)快速抽排氣以節(jié)省抽氣時間，減少灌裝時間，內(nèi)徑設(shè)計為 4㎜，保證了排氣的速度。為了使排氣管高出貯液箱液面，抽氣管的長度為 515㎜。材料仍選用不銹鋼，牌號為 1Cr18Ni9Ti。c.閥頭與橡皮墊的設(shè)計閥頭外徑尺寸為 60㎜，外層采用不銹鋼,內(nèi)層采用橡皮墊，由彈簧和輸液管下端的堵頭固定在閥體上。橡皮墊外徑為 50㎜，內(nèi)部加工成圖 3.1 所示形狀,起導(dǎo)向作用.橡膠墊與外層的不銹鋼用膠接的方式配合，膠接劑的牌號：鐵錨（JF-1）酚醛-縮醛-有機硅高溫膠。封蓋材料選用不銹鋼，牌號為204F1Cr18Ni9Ti。d. 閥口通流截面面積的設(shè)計。本次設(shè)計的常壓定量灌裝機所灌裝的瓶子為 500 毫升，有效灌裝量 450 毫升,而帶動升降臺凸輪將升降臺推到最高處（待灌瓶口與灌裝閥端口的橡膠皮墊緊密接觸時的位置）所持續(xù)的時間為 秒，也就是說，允許的灌裝時間為 4.5秒，為了保證灌裝時間和灌裝精度,我們?nèi)」嘌b時間為 4.2 秒,即整個灌裝時間要在 4.2 秒內(nèi)完成。用待灌瓶的容積 450 毫升除以 4.2 秒，那么灌裝機的灌裝速率至少要達到每秒灌裝 107.1 毫升。根據(jù)公式 ，可算出 至少要達到012VACgZ?0A136.6 平方毫米，才能達到在 4.2 秒內(nèi)完成灌裝過程的要求。設(shè)計灌裝閥輸液孔為 4 個，每個面積就為 28.26 平方毫米，再根據(jù)公式 ，可計算出204D??灌裝閥端口 D 值至少不小于 6 毫米，為了充分保證灌裝量的要求，設(shè)計 D 值為7 毫米。2.5.4灌裝量的調(diào)整灌裝機的定量形式多是以瓶定量的,若更換灌裝瓶子容量時,可調(diào)節(jié)灌裝閥的活動量杯與固定量杯的相對位置(加墊片)來實現(xiàn),因此灌裝瓶子容量的改變,從而也就調(diào)整了灌裝量。2.6 單列灌裝機傳動系統(tǒng)的設(shè)計2.6.1 單列灌裝機傳動系統(tǒng)的選用常用的傳動系統(tǒng)有齒輪傳動、帶傳動和鏈傳動，都具有自己的特點。齒輪傳動是應(yīng)用最廣的一種機械傳動。其主要優(yōu)點是：a.適用的圓周速度和功率范圍廣；b.傳動比準確；c.機械效率高；d.工作可靠；e.壽命長；f.可實現(xiàn)平行軸、相交軸、交錯軸之間的傳動；g.結(jié)構(gòu)緊湊。其缺點是：a.要求有較高的制造和安裝精度，成本較高：b.不適于遠距離兩軸之間的傳動。鏈傳動和帶傳動也應(yīng)用十分廣泛。帶轉(zhuǎn)動的特點：優(yōu)點：a.帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是 V 帶沒有接頭，傳動較平穩(wěn)，噪聲少；b.過載時帶在帶輪上打滑（同步帶傳動除外） ，可以防止其他器件損壞；c.結(jié)構(gòu)簡單，制造和維護方便，成本低；d.適用于中心距較大的傳動。缺點（除同步帶傳動外）：a.工作中有彈性滑動，使傳動效率降低，不能準確的保持主動軸和從動軸的傳動比關(guān)系；b.傳動的外廓尺寸較大；c.由于需要張緊，使軸上受力較大：d.帶傳動可能因摩擦起電，產(chǎn)生火花，故不宜用于易燃易暴的場合。鏈傳動一般指滾子鏈傳動，由滾子鏈和主、從傳動輪組成。鏈傳動屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動。它具有能夠保持準確的平均傳動化，結(jié)構(gòu)比較緊湊，作用于軸上的徑壓力較小，承載能力較大和傳動效率較高，在極其惡劣的工作條件下仍能很好的工作等優(yōu)點。但鏈傳動存在鏈節(jié)易磨損而使鏈條伸長，從而造成跳齒。甚至脫齒，不能保持恒定的瞬時傳動化，工作時有噪音，不宜在載荷變化大和急速反向的傳動中應(yīng)用等缺點。綜合各種特點，再從長久性和經(jīng)濟性上分析，應(yīng)選用齒輪傳動。2.6.2 確定齒輪的模數(shù)及齒數(shù)類比同類灌裝機的模數(shù)范圍，取模數(shù)為 3。由于大齒輪和小齒輪的嚙合與大轉(zhuǎn)盤和星型撥輪的嚙合條件相同。所以大齒輪的節(jié)圓直徑與大轉(zhuǎn)盤的節(jié)圓直徑相同為 1800mm。小齒輪的節(jié)圓直徑與星型撥輪的節(jié)圓直徑相同為 360mm?！逥=M*Z∴Z 1=Dd/m=600∴Z 2=Db/m=120齒數(shù)比＝Z 1 / Z2 =5=i2.6.3 電動機的選擇電動機交流電動機和直流電動機兩種。由于直流電動機需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價格較高，維護比較不便，因此無特殊要求時不采用。工廠一般三相交流電源，因此，如無特殊要求都應(yīng)選用交流電動機。交流電動機有異步電動機和同步電動機兩類。異步電動機有籠型和饒型兩種其中以普通籠型異步電動機應(yīng)用最多。電動機類型要根據(jù)電源種類（交流或直流） ，工作條件（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等） ，載荷特點（變化特性、大小和過載情況） ，起動性能和起動、制動、反轉(zhuǎn)的頻繁程度，轉(zhuǎn)速高低和調(diào)速性能要求等條件確定。電動機容量（功率）選的合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。容量小于工作要求，就不能保證工作機的正常工作。或使電動機長期過載而過早損壞；容量過大則電動機價格高，能力又不能充分利用，由于經(jīng)常不滿足運行，效率和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗，造成很大浪費。目前，40 頭灌裝機在我國十分多見，雖然型號和結(jié)構(gòu)有所不同，但是所選用的電動機均是功率為 2-4KW，并且都滿足要求。所以根據(jù)類比法，本設(shè)計也選用 2-4KW 的電動機。在保證在機器都可以正常應(yīng)運的情況下，再考慮其市場價格和重量等等的原因，最終選用 Y112M-4 型電動機。 （選用參考《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》 ）2.6.4 減速機的選用減速機是具有減速功能的輪系封閉在剛性客體內(nèi)而組成的對立部件。減速機按傳動原理可分為普通減速機和行星減速機兩大類。減速機的類型很多。一般按齒輪傳動的類型可分為：圓柱齒輪減速機、圓錐齒輪減速機、蝸桿減速機、圓錐-圓柱減速機、蝸輪蝸桿減速機等等由于電動機的額定轉(zhuǎn)速是 1440r/min,而灌裝機大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為 10r/min。如果不在中間加個減速機，很難使電動機的速度傳動到大轉(zhuǎn)盤的時候速度剛好符合它的轉(zhuǎn)速，所以必須在中間另裝個減速機。出于各種配合的要求，選用蝸輪蝸桿減速機，減速比是 70，且與電動機的傳動比為 1：2。用傳送帶連接，輸出桿的的直徑 70mm。減速機可以外購。2.6.5 單列灌裝機傳動方案的確定傳動系統(tǒng)確定為齒輪傳動，主要傳動過程為電動機→減速機→大轉(zhuǎn)盤的齒輪→星型撥輪的齒輪。2.7 單列灌裝機支撐系統(tǒng)的設(shè)計支撐系統(tǒng)是用于支撐儲液箱、大轉(zhuǎn)盤分瓶螺桿等的重要部件。支撐系統(tǒng)主要部件有:工作臺，托瓶機構(gòu),中心護板，過渡板，凸輪以及地腳支柱。工作臺：支承儲液箱、大轉(zhuǎn)盤分瓶螺桿等的重要部件。其承受整個機器的大部分重量，因此工作臺要足夠的厚度以達到強度要求。托瓶機構(gòu)：在灌裝回轉(zhuǎn)過程中，瓶托還要將瓶子托起使其和灌裝閥結(jié)合，沿凸輪的行程運動。與凸輪接觸的為滾子，傳統(tǒng)的設(shè)計是將滾子單獨設(shè)計，在經(jīng)過必要的處理增加它的強度后在和一個由圓針滾動軸承配合。這樣的設(shè)計它的局限性，是當時技術(shù)不完全的體現(xiàn)。這樣的設(shè)計復(fù)雜度高?，F(xiàn)在的設(shè)計是將這兩部分用一個滾動軸承軸承代替。這樣做的好處在于大大的減少了設(shè)計的復(fù)雜性。中心護板：在兩星型撥輪中間，起到護瓶作用，防止在旋轉(zhuǎn)過程中瓶子被拋出。其材料為： 。過渡板：在瓶子由鏈道被撥到瓶托上時，在鏈道與瓶托之間，有一段空的部分，瓶子被撥至此容易從中漏下，因此在星型撥輪下部需安裝過渡板，以起到過渡作用，過渡板應(yīng)與瓶托水平高度一直。凸輪：凸輪按照幾何形狀分為：盤形凸輪，移動凸輪和圓柱凸輪。本次設(shè)計根據(jù)實際情況應(yīng)選用圓柱凸輪。凸輪的設(shè)計主要根據(jù)升降瓶的時間，灌裝區(qū)的時間，瓶托的升降高度以及瓶托轉(zhuǎn)動速度來確定。地腳支柱：支撐整個機器，其結(jié)構(gòu)中的球面接觸是為調(diào)整整個機器的平衡及水平。中間的支柱在主要是緩解工作臺的壓力，將大部分力傳遞到地面，這樣工作臺不用很厚，就能滿足強度要求。3 雙列灌裝機的總體設(shè)計3.1 雙列灌裝機的設(shè)計原則雙列灌裝機的優(yōu)點在于把內(nèi)側(cè)大量空間充分利用，節(jié)約了動力消耗、材料消耗及空間的浪費。雙列灌裝機的設(shè)計主要是在單列灌裝機的基礎(chǔ)上設(shè)計完成的。其零部件的選用原則與單列相同。雙列與單列的不同之處在于機器整體結(jié)構(gòu)的變化，由于內(nèi)側(cè)多了一列灌裝閥，相應(yīng)的在大轉(zhuǎn)盤上多了一列托瓶機構(gòu)，下部多了一個凸輪機構(gòu)，以及多了一對星型撥輪，一個分瓶螺桿，鏈道等，而傳動系統(tǒng)也因此變的復(fù)雜。這就要求在設(shè)計過程中，將所有新增部件與原有的部件考慮在一起，即保證機器能夠正常運轉(zhuǎn)滿足灌裝要求，又要保證各部件的結(jié)構(gòu)，位置關(guān)系合理，互不干涉。3.2 雙列灌裝機的設(shè)計計算由于單列灌裝機的成功設(shè)計，因此把雙列灌裝機的外列節(jié)圓直徑也定為1800mm，灌裝閥頭數(shù)為 40 頭。但是經(jīng)過計算驗證，發(fā)現(xiàn) 40 個灌裝頭不滿足生產(chǎn)能力，直徑也能夠太大，導(dǎo)致星型撥輪的直徑過大，從而使灌裝區(qū)時間太短不能滿足灌裝要求。所以要適當增加灌裝頭數(shù)，減小節(jié)圓直徑。以滿足生產(chǎn)需要。經(jīng)過多次試湊和驗算，最后將頭數(shù)增至 45 頭，外列的節(jié)圓直徑定為1500mm，內(nèi)列節(jié)圓直徑定為 1320mm。3.2.1 內(nèi)外列灌裝閥頭數(shù)的分配內(nèi)外列灌裝閥頭數(shù)的分配要考慮星型撥輪的齒槽數(shù)，星型撥輪與大轉(zhuǎn)盤之間的傳動比，灌裝閥的之間的節(jié)距等。由于類比單列的傳動比，最佳值為 1：4或 1：5，所以雙列的傳動比也以此為參考。因此兩列灌裝閥頭數(shù)分配可以為（5，40） （10，35） （15，30） （20，25） ，（25，20） （30，15） （35，10） （40，5）等多種方法。但是兩列的頭數(shù)不能差距太大，有可能太多頭數(shù)排不下，頭數(shù)太少則星型撥輪的設(shè)計會出現(xiàn)問題。綜合考慮選擇（20，25）或（25，20） ，但外列直徑大于內(nèi)列直徑，因此選（25，20） ，即外列灌裝閥頭數(shù)為 25 頭，內(nèi)列灌裝閥頭數(shù)為 20 頭。3.2.2 確定兩列星型撥輪的頭數(shù)及位置關(guān)系兩列星型撥輪的頭數(shù)確定a.∵外列的節(jié)圓直徑定為 1500mm，灌裝閥頭數(shù)為 25設(shè)假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與外列星型撥輪之間的傳動比為 1：5∴星型撥輪的頭數(shù)為 5 頭經(jīng)計算外列星型撥輪的節(jié)圓直徑為 300mm，齒槽節(jié)距為 188.4mm。b.∵內(nèi)列的節(jié)圓直徑定為 1320mm，灌裝閥頭數(shù)為 20設(shè)假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與內(nèi)列星型撥輪之間的傳動比為 1：4∴星型撥輪的頭數(shù)為 5 頭經(jīng)計算內(nèi)列星型撥輪的節(jié)圓直徑為 330mm，齒槽節(jié)距為 207.24mm。兩列星型撥輪位置關(guān)系的確定a. 內(nèi)列兩個星型撥輪位置的確定與單列星型撥輪位置的確定相似仍設(shè)兩星型撥輪之間的弧形擋板最短距離為 d=20mm，經(jīng)計算兩星型撥輪之間的夾角（無瓶區(qū)角度）為 29.6°。b. 外列兩個星型撥輪的位置由內(nèi)列兩個星型撥輪的位置及灌裝時間來確定?！逹=60 nj∴n=Q/j=24000/60×45=8.89r/min∴大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一周所需時間為 T＝60/8.89＝6.75s又∵灌裝完一瓶的時間為 4.5s～3.75s?！喙嘌b區(qū)的時間最小不能小于 3.75s。為保證灌裝時間，以最大值4.5s 為準。按時間計算可以算出外列無瓶區(qū)允許最大角度為 93.6°。又∵兩列鏈道之間距離不能小于 100mm,給定兩列鏈道之間距離為110mm。經(jīng)計算外列星型撥輪之間的夾角為 91.6°。c.∵定量灌裝閥設(shè)計的流速為 110ml/s?！喙酀M 450 ml 的瓶子所需時間為 4.1s, 則外列無瓶區(qū)允許最大角度為115°?？紤]到外觀設(shè)計，將中心護板最短距離加大，使內(nèi)列兩星型撥輪之間的角度增大至 36°，而外列兩星型撥輪之間的角度隨之增大至 100°。即內(nèi)列無瓶區(qū)角度為 36°，外列無瓶區(qū)角度為 100°。3.2.3 確定無瓶區(qū)角度及灌裝時間由上節(jié)可知內(nèi)列無瓶區(qū)角度為 36°，外列無瓶區(qū)角度為 100°?！鄡?nèi)列灌裝區(qū)的時間為 5.575s＞4.1s 滿足灌裝要求；外列灌裝區(qū)的時間為 4.375s＞4.1s 滿足灌裝要求。 3.3 雙列灌裝機傳動系統(tǒng)設(shè)計由于齒輪傳動的優(yōu)點多，且適用該灌裝機，所以雙列灌裝機仍采用齒輪傳動。灌裝機要求傳動平穩(wěn)，噪音小，但如果直接將大轉(zhuǎn)盤的齒輪與星型撥輪的齒輪嚙合，那齒輪的的半徑將會很大，給制造帶來了不便。如果在 2 個齒輪中間再加兩個相同大小的齒輪的話，既可以保證原有的傳動比不變，也不改變齒輪的運轉(zhuǎn)方向，更重要的是將會使大轉(zhuǎn)盤和星型撥輪上的齒輪直徑都大大的減少。具體方案如圖 4 所示：轉(zhuǎn) 化 為與大轉(zhuǎn)盤齒輪相嚙合為內(nèi)列星型撥輪齒輪，外列星型撥輪通過鏈傳動與內(nèi)列星型撥輪相連，共同完成傳動過程。其主要傳動過程為：電動機→減速機→大轉(zhuǎn)盤的齒輪→過渡齒輪→過渡齒輪→內(nèi)列星型撥輪→外列星型撥輪。