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机架传动设计,机架,传动,设计
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北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：机架传动设计-1 作者所在系部：机电工程学院 作者所在专业：机械设计制造及其自动化 作者所在班级：B13113 作 者 姓 名 ：王学伟 作 者 学 号 ：20134011316 指导教师姓名：纪煦 企业指导老师：王海东 完 成 时 间 ：2017.5.11 北华航天工业学院教务处制摘 要灌装设备主要是包装机中的一类产品,从对物料的包装角度可分为液体灌装机,膏体灌装机,粉剂灌装机,颗粒灌装机;从生产的自动化程度来讲 分为半自动灌装机和全自动灌装生产线。灌装机主要包括主传动系统、输瓶系统、料缸、托瓶汽缸和工作台机架。设计这些系统或部件包含了我们以前学过的专业内容，如机械制图、机械设计基础、自动机与生产线、工程材料与加工基础、灌装线设备等。通过这次设计，我们不但可以通过温故知新来巩固专业知识，而且掌握机电设备的设计方法和步骤，提高分析、解决实际问题的能力，树立正确的设计、思考和研究思想及理论联系实际和严谨、高度合作协作的工作态度，为以后工作打好基础。关键词：罐装机 机架 传动 设计IIAbstractFilling equipment mainly is a kind of product packaging machine, liquid filling machine can be divided into from the angle of packaging material, paste filling machine, powder filling machine, granule filling machine; from the automation degree of the production is divided into semi automatic filling machine and automatic filling production line. The filling machine mainly includes the main drive system, the bottle conveying system, the material cylinder, the cylinder and the worktable frame. The design of these systems or components includes the contents of our previous studies, such as mechanical drawing, mechanical design, automation and production lines, engineering materials and processing base, filling line equipment, etc. Through this design, we can not only consolidate professional knowledge through new, and master the methods and steps of the design of electrical and mechanical equipment, improve the ability to analyze and solve practical problems, establish the correct design, thinking and research thought and theory with practice and rigorous, highly cooperative work attitude, to lay a good foundation for future work. Key words: Filling machine Rack Transmission DesignIII目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2灌装机工作原理11.3 本课题国内外研究现状和发展趋势11.4本课题主要设计内容2第2章灌装机概述32.1 简叙32.2 液体灌装机的分类32.2.1 按灌装阀的灌装原理分类32.2.2按灌装阀的排列型式分类32.2.3按包装容器分类42.2.4 按包装容器的封口形式分类42.3 灌装与定量的基本方法42.3.1 灌装方法42.3.2 灌装原理5第3章 机架总体方案确定73.1 机架的作用73.2机架设计计算的要求和材料73.2.1机架设计的一般要求73.2.2机架材料73.3 机架设计总体分析8第4章 机架详细结构设计104.1 支腿装配体及零件104.1.1 支腿104.1.2 套114.2 支腿2114.3 下平板124.4 护角装配体及零件124.4.1 直角护角装配体134.4.2 特别护角装配体134.4.3直角护角装配体2144.5 大罩板装配体144.5.1 接头装配体154.5.2 管154.5.3接管164.6 底座164.7侧门174.8标准件184.8.1垫圈184.8.2螺钉184.8.3螺母184.8.4槽钢18总 结19致 谢20参考文献21第1章 绪论1.1 课题背景几十年来，我国灌装机在各行各业的应用已经非常广泛，最近几年，随着科学技术的飞速提升以及市场需求的不断增长，灌装机行业取得了更大的发展，应用前景更加广大。随着社会经济的不断发展市场上灌装机种类繁多，涉及应用范围普遍。国内食品产、医药产、日化等产业的迅速发展，我国灌装机装备部署的需求量将出现一次快速的增长。灌装机的出现给予人们多处的便捷，特别是对于忙碌的人而言，灌装熟食品可以成为很好的替代食品，而灌装机的价值也在此突显并迅速被发现和应用。1.2灌装机工作原理灌装机，顾名思义是将液体、气体、膏体、粉体等各种形态的物体进行封装的机械设备，是属于包装设备的一种。依据灌装对象的不同，灌装机又可分为：液体灌装机，气体灌装机，气雾剂灌装机，膏体灌装机，粉体灌装机等；根据自动化程度的高低，灌装机又常被分为：自动灌装机,半自动灌装机，全自动灌装机等；随着国内人工成本的逐渐上涨，自动化灌装机设备的发展将俞加注重全自动、智能化。灌装机的计量缸分别连接灌装头，通过主油缸的往复运动，吸人定量的液体，然后注入待装的容器中。在此过程中，需要及时地在 主油缸换向时，切换一个通阀，改变液体的流向。而且，在注入过程中为加快灌装速度又不致使液体溢出，当灌装到满瓶的90%时，要开启 一个串接在注入通路中的节流阀，使注入的流量显著减小。然后，已装灌完毕的容器将顺序移出，新的空容器顺次移人，在此过程中，准确 和及时地控制安装在容器入口和出口的阻拦板，保证每次只移入和移出容器，同时要确保不管使用哪种形状的容器，使灌装头都能恰好能与容 器的瓶口完全吻合，不然输出报警信号，而且在故障未排除之前，不让灌装继续进行。 最后，灌装头在容器到位后能准确下移使灌装插入瓶口 ，灌装完毕后，灌装头应迅速上移，使容器能顺利移出。1.3 本课题国内外研究现状和发展趋势国内外研究概况：在饮料灌装机设施的发展程度上来看，美国、德国、日本、意大利和英国的制造水平相对较高，具有多功能性、高速度、高产量的有点。相比国外灌装机的优点来看我们国内的灌装机的发展也在不断的和发达国家的灌装机行业缩小差距，我国灌装机的优点在于成套供应能力强。我国饮料灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”的方向上不断发展。不少业内人士认为，未来灌装机的发展趋势将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等方向发展。目前程度与发展趋势：根据目前我国的经济发展来看，在未来几年中我国个行业发展都将会向着世界先进水平靠拢，跟上时代的脚步，促进国内经济更强大，这也必将刺激市场消费，加大灌装机的市场需求，所以国内的灌装机企业在未来的作用将会更大，也于是这灌装机会随着市场需求的不断增加，加快创新步伐，以高效、节能、环保型的灌装机来跟上市场需求。1.4本课题主要设计内容 设计内容与重点解决的技术问题：本次设计内容涉及了机械制图、机械设计基础、工程材料与加工技术，灌装线设备等多方面的知识。 设计内容包括设计灌装机机架系统，包括灌装机工作台机架、工作台底座、机器地脚、支腿等零部件。 熟悉了解灌装机的工作原理，按照工作原理合理设计机架的结构，实现灌装机的正常工作。第2章灌装机概述2.1 简叙灌装机广泛应用于食品工业中的汽水、啤酒和果汁饮料等产品的装填灌注。其型号规格繁多，按包装容器的输送形式可分为旋转型灌装和直线型灌装机两大类。旋转型灌装机一般采用连续性灌注形式，即包装容器在运行中自动完成灌注动作，因而其工作效率可设计得很高。直线型灌装机普遍为间歇动作式机型，包装容器运行至灌注部位有一个停歇动作，等待灌注，其效率相对旋转型要低，但灌装平稳，不易溢出，包装质量较易保证，而且相对旋转机型而言，其结构较简单。在自动化食品包装线上，灌装与封盖通常作为一体机型设计，而且洗瓶、灌装和封盖三合一机型也得到开发应用，这样既可以使包装工序紧凑，有可以降低食品在传输过程中受到二次污染的可能性。旋转型灌装机的主要部件是灌装机构，亦称灌装阀或灌装头。根据不同的物料，灌装形式有所不同，因此对应的灌装机构的设计也多种多样。按灌装形式划分，可分为常压灌装、等压灌装、真空灌装、加压灌装等机型。它们的根本区别在于供料装置及灌装机构的设计各有特点，从而使灌装的形式各异。旋转型灌装机一般设计有多个灌装头，以提高生产效率。灌装头数少至6头，多至60头以上。随着灌装头数的增加，灌装能力也不断的提高，一些机型已超过30000瓶/小时的生产率。2.2 液体灌装机的分类2.2.1 按灌装阀的灌装原理分类1等压灌装机2负压灌装机3常压灌装机4压力灌装机5容积式压力灌装机6称重式定量灌装机2.2.2按灌装阀的排列型式分类1直线式灌装机2回转式灌装机2.2.3按包装容器分类1玻璃瓶灌装机2聚酯瓶灌装机3金属二片易拉罐灌装机4金属三片易拉罐灌装机5复合纸包装灌装机2.2.4 按包装容器的封口形式分类1皇冠盖压封灌装机2塑料盖压封灌装机3塑料盖拧封灌装机4铝质扭断盖压纹封口灌装机5易拉罐二重卷边封口灌装机6三（四）旋盖旋封灌装机7锡箔热封灌装机8软木塞压封灌装机2.3 灌装与定量的基本方法2.3.1 灌装方法因为液料的物理化学性质各有不同，灌装时就有不同的灌装要求。液料由贮液装置（通常称为贮液箱）灌如包装容器，常采用以下几种方法：(1)常压法灌装常压灌装是在大气压力下直接依靠被灌装液料的自重流入包装容器内的灌装方法。常压灌装的工艺过程为：(一)进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出。(二)停止进液，即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止。(三)排除余液，即排除气管中的残液。(2)等压法灌装等压法灌装是利用贮液箱上部气室的压缩空气，给包装容器充气，使二者的压力接近相等，然后被灌装液料靠自重流入该容器内的灌装方法。等压灌装的工艺过程为：(一)充气等压。(二)进液回气。(三)停止进液。(四)释放压力，即释放瓶颈内残留的压缩气体至大气，以免瓶内突然降压引起大量冒泡，影响包装质量和定量精度。等压法灌装适用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装，可减少其中所含二氧化碳的损失。(3)真空法灌装真空法灌装是在低于大气压力的条件下进行灌装的方法。他有两种基本形式：一种是差压真空式，即让贮液箱内部处于常压状态，只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液料凭借两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装；另一种是重力真空式，即让贮液箱包装容器都处于接近相等的真空状态，液料靠自重流入该容器内。目前国内常用差压真空式，其设备结构简单，工作可靠。真空法灌装的工艺过程为：(一)瓶抽真空。(二)进液抽气。(三)停止进液。(四)液回流，即排气管中的残液经真空室回流至贮液箱内。真空法适用于灌装粘度低一些的液料（如油类、糖浆等）、含维生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如农药等）。此法不但能提高灌装速度，而且能减少液料与容器内残留空气的接触和作用，故有利于延长某些产品的保存期。此外，还能限制毒性气体和液体的逸散，从而改善操作条件。但对灌装含有芳香气体的液料却是不适合的，因为回增加香气的损失。(4)虹吸法灌装虹吸法灌装是应用虹吸原理使液料经虹吸管有贮液箱被吸入容器，直至两者液位相等为止。此法适合灌装低粘度不含气的液料，其设备结构简单，但灌装速度较低。(5)压力法灌装压力灌装是借助机械或气液压等装置控制活塞往复运动，将粘度较高的液料从料缸吸入活塞缸内，然后再强制压入待灌容器中的。这种方法有时也用于汽水之类软饮料的灌装，由于其中不含有胶体物质，形成泡沫易于消失，故可依靠其本身所具有的气体压力直接灌入未经预先充气的瓶内，从而大大提高了灌装速度。2.3.2 灌装原理常压灌装属于重力灌装，灌装速度只取决于进液管的流通截面积，及灌装缸的液位高度。常压灌装与负压灌装的最大区别就是不需要抽真空装置，不需要密封的灌装缸，制造成本大大降低。在常压灌装中，液料箱和计量装置处于高位，包装容器置于下方，在大气压力下，液料靠自重经导液管注入容器中。玻璃瓶与PET瓶的常压灌装有两种形式。(1)容器与灌装阀不接触当输瓶拨盘将容器输送至瓶托并与灌装阀对中后，机械开阀机构开启灌装阀进行充液，到指定位置后，灌装阀靠关阀机构关闭。在有效的灌装角度内应保证完成灌装过程，即一个灌装阀在有效灌装角度的运转时间要大于容器的实验灌装时间 Tr。灌装容量则靠灌装缸内的定量料斗来控制。对于称重式常压灌装，灌装阀靠电磁阀控制，当容器被输送至瓶托并与阀对中后，传感器打开电磁灌装阀进行充液，由瓶托下的机械秤或电子秤进行灌装称量，达到指定重量后，机械秤或电子秤控制的传感器关闭电子灌装阀，完成灌装过程。称重式灌装机的灌装精度可达到0.2，一般用于包装价格较高的产品 。(2)容器与灌装阀接触并密封顶开式的灌装阀，为等液面常压灌装或漏斗控制的容积式常压灌装，灌装原理与负压灌装相同。玻璃瓶与PET瓶的常压灌装有时有灌装阀的滴漏现象，产生液损或污染设备。技术含量高的常压灌装阀常在进液口装有不锈钢金属网，利用液体的表面张力，避免滴漏现象产生。第3章 机架总体方案确定3.1 机架的作用在机器中支承或容纳零部件称为机架。如支承罐的塔架、容纳传动齿轮的减速器的壳体，机床的床身等等统称为机架。灌装机机架的作用是承载所安装在其上的所有设备，安放主要的传动轴，通过安装在机架的下方的电动机传动到各个轴实现冲瓶，消毒，罐装，旋盖一系列动作。 3.2机架设计计算的要求和材料3.2.1机架设计的一般要求 在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。 1机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 2结构合理，便于制造。 3结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。 4结构设计合理，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由于温度变化引起的变形应力小。 5抗振性能好。 6耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。 7有导轨的机架要求导轨面受力合理，耐磨性良好。3.2.2机架材料根据机械设计手册新版第二卷：机架常用材料：材料的选用主要是根据机架的使用要求。多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。由于铸铁的流动性好，体收缩和线收缩小，容易或得形状复杂的铸件。在铸铁中加入少量合金元素可提高耐磨性能。铸铁的内摩擦大，阻尼作用强，故动态刚性好。铸铁还具有切削性能好，价格便宜和易于大量生产等优点。但铸件的壁厚超过临界值时，其力学性能会显著下降，故不宜设计成很厚大的铸件。所以支腿与底座的材料选用铸铁。灰铸铁用于承受较大弯曲应力（达7103pa），摩擦面间压强大于5105pa（10t以上大型铸件大5105.1pa）或须经表面淬火的铸件，以及要求保持气密性的铸件。进一步可选用材料灰铸铁（HT200或HT250）。铸铁机架时效处理：时效处理的目的是在不降低铸铁力学性能的前提下，使铸铁的内应力和机加工切削应力得到消除或稳定，以减少长期使用中的变形，保证几何精度。3.3 机架设计总体分析根据现有的罐装设备可知，机架高度在500mm以上，可以得知及侧门的高度，侧门通过大罩板和下方的护角及托角固定，此方法可以方便安装和拆卸。通过流水线各个功能的位置可知道长度及宽度，从而设计出上平板，下平板，大罩板的长度及宽度，并安排各个传动轴的位置。工作台中面的尺寸主要由转盘、进瓶星轮、出瓶星轮和进瓶螺旋杆的大小及位置关系确定。工作台底面的尺寸主要由进瓶螺旋杆的伸进长度和转盘与减速电机齿轮的大小和位置关系小决定。图3-1总装配爆炸图机架下部支腿才用双螺母的结构，以方便调整机架的高度。为了保障机架的强度和刚度，在下地板的外侧及中部焊接槽钢，槽钢的选材为标准件。上下平板之间由支腿加以支撑，支腿采用方形凹槽，这样设计的目的即能保证连接，同时节省原材料，同时凹槽中的圆孔，也可用于观察内部机械运转情况。图3-2机架装配体根据灌装设备实现的主要功能，依次预留出相应位置的孔，对应于罩板和平板之上的孔，其各个位置实现的具体功能如图3-2所示。灌装机有电动机带动设计电动机放置于下平板之下通过传动轴传递到各个工作区域，底部支腿的才用了螺钉双螺母的定位装置，既方便了整体机架护高度的调整，又可实现灵活的安装拆卸。第4章 机架详细结构设计4.1 支腿装配体及零件整体装配如图3-1所示，装配时套口向下装配于支腿上，采用螺纹配合，其位置可随意调整套的上部安装螺母定位，螺母采用标准件其型号为hex nuts, style 1-grades ab gb。图3.1支腿装配体4.1.1 支腿图4-2 支腿支腿上部是螺纹，下部为六棱柱，在棱柱的底部为球面，使其与底座连接更加稳固。由于上部是螺纹构造，为使与螺钉装配时能有扳手作用的地方，在上部铣出一个六面体，极大地方便了安装与调试。4.1.2 套套与支腿2通过螺纹连接，套的下部分是内螺纹。而上部分不需要与支腿配合，所以设计成为略大于支腿2的空心的套，限制其上部的螺钉的定位位置。图4-3 套4.2 支腿2图4-4支腿2如图4-4所示支腿2装配在下平板和上平板之间，共计8个，其位置安放如图2-1所示。为了安装于在上平板与下平板之间在支腿2上下两个面之间打孔，用于螺钉连接。4.3 下平板如图4-5所示下平板根据各个轴的位置在平板上打孔，下平板厚20mm。图4-5 下平板4.4 护角装配体及零件护角焊接在下平板和上平板之间，通过护角下方的托角拖住侧门，在配合大罩板上的外侧伸出的部分达到固定侧门的目的。由于护角的位置的不同，所以护角的形状不同，共有3种，分别是直角护角，特别护角，直角护角2。护角由呼叫主体和两个托角焊接组成，即每种护角由两个托角及呼叫主题组成，焊接时托角较短的凸台向上，较长的与托角贴合。4.4.1 直角护角装配体直角护角安装用在机架中部，连接承载左右两侧的侧门的作用。直角护角装配体由直角护角和托角焊接而成。图4-6 直角护角4.4.2 特别护角装配体特别护角放置于机架的凸出的部分，同时连接在旋盖区与冲瓶区的两扇侧门。特别护角由特别护角和托角焊接而成。图4-7 特别护角4.4.3直角护角装配体2直角护角安装在机架的四角共有四个，能承接连个垂直的侧门。直角护角装配体由直角护角由直角护角和托角焊接而成。图4-8 直角护角24.5 大罩板装配体图4-9 大罩板装配图大罩板安装于上平板之上，其上部是灌装机的罐装部分，所以在大罩板的下部留有排泄废液的接管。大罩板同时有保证侧门定位的功能，所以在大罩板的边缘有向下凸起的部分。4.5.1 接头装配体接头焊机在大罩板下，由接管和管焊接而成。接头整体焊接在罩板之下。图4-10 接管4.5.2 管 图4-11 管 4.5.3接管由于接头的作用是排出废液，所以接管下部要连接塑料管，为了连接可靠在连接处设计成沟槽状，使用弹簧夹可以卡劳塑料管。图4-12 接管4.6 底座底座用于安装在支腿下部，在底部的球面与支推的球面相配合，通时为了稳固，配合六棱柱将底座上部铣成内六棱柱 。 图4-13 底座4.7侧门侧门作用是用在安装与上下平板之间，侧门的外侧设计成带有突出的部分，能够使托角托住。在不同安放位置的侧门其尺寸大小也不行通，根据机架的宽度及护角的位置，侧门共有8个，共有7种，各个尺寸如表4-1所示。为便于安装，设计尺寸略小于机架长度。图4-14 侧门表4-1 侧门长度名称（序号）L（mm）名称（序号）L（mm）侧门1672侧门5607侧门2672侧门6577侧门3984侧门7845侧门4812侧门88794.8标准件4.8.1垫圈垫圈共有64个其型号统一为GB-FASTENER-WASHER-PWNA 16，零部件说明plain washers-n series-grade a gb。 垫圈安装在支腿与上下平板之间。4.8.2螺钉螺钉连接上下平板与支腿2，上下平板各用16个，共有42个，其默认配置为GB_FASTENER_BOLT_STBAB A M16X40-S，零部件说明hexagon head bolts-full thread gb。4.8.3螺母螺母安装在支腿上，用于固定下平板，下平板上下各一个，共有16个。其默认配置为GB_FASTENER_NUT_SNAB1 B M30-S，零部件说明hex nuts, style 1-grades ab gb。4.8.4槽钢槽钢设计安装于机架下部外缘和下平板底部，起到保证强度作用。其默认配置为GB_INTERCHANGEABLE_PARTS_TM_SS 6.3X2084，零部件说明hot-rolled steel channel gb。槽钢共有7条，长度分别为1012mm，1012mm，1072mm，1471mm，160mm，1631mm，2084mm。总 结时间过得很快，转眼就要答辩了。通过这几个月的毕业设计，设计任务以基本完成，总结如下该机架根据以往经验设计，完全能满足生产需要，能为本公司扩大市场，提高经济效益起到一定作用。机架设计需要根据已有的经验，合理安排设计出能满足生产任务的机架，也是本次设计的重点。出此之外，还考虑到装配拆卸的便利，在各零部件的连接之处设计为灵活方便的连接方法，如支腿的上下螺母定位，支腿与底座的安装，支腿2连接上下底板的才用螺钉连接，侧门采用护角托角与大罩板的定位方法等等。此次设计软件采用solidworks，由浅入深，由单个零件逐步入手，最后装配在一起。无论是在零件设计中还是在装配中都会遇到问题，此次设计中遇到的问题，通过更加深入的学习，对于solidworks有了更深入的了解与体会，比如在设计支腿时，为方便安装拆卸需要在支腿的上部设计成六面凹槽，在实际操做过程中，需要另外建立基准面，在基准面之上画出需要拉升切除的草图。在装配的过程中，同样也遇到问题，在装配支腿2与上下平板时，由于采用螺钉连接并且需要加入垫片，所以工作量巨大繁琐，但是经过仔细的学习，掌握了新的装配方法，才用复制的装配方法，省去了许多插入零件，并与其他零件配合的时间，大大提高了工作效率，减小了安装误差。在参观实习期间，无论是与王工程师，魏工程师，或是工厂负责装配的师傅的交流，都为此次
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