毕业设计（论文）-摩擦式理瓶机的结构设计.doc

济南大学泉城学院济南大学泉城学院 毕毕 业业 设设 计计 题题 目目 摩擦式理瓶机的结构设计 专专 业业 机械设计制造及其自动化 班班 级级 07Q2 学学 生生 白长玉 学学 号号 20073006002 指导教师指导教师 潘永智 二 一一年 五 月 三十 日 济南大学泉城学院毕业设计 1 目 录 摘要 I ABSTRACT II 1 绪 论 1 1 1 课题来源及背景 1 1 2 理瓶机的现状 特点及现代设计方法 2 1 3 本文的主要研究内容 4 2 摩擦式理瓶机结构设计的总体方案 5 2 1 摩擦式理瓶机总体方案设计概述 5 2 2 摩擦式理瓶机的功能设计及原理 6 2 3 摩擦式理瓶机的结构设计 7 3 具体结构 8 4 零部件的设计计算 14 4 1 主从动齿轮的设计计算 15 4 2 轴承的选用 20 5 结论 21 5 1 结论 21 5 2 展望 21 参考文献 22 致谢 23 附录 24 济南大学泉城学院毕业设计 1 1 绪 论 1 1 课题来源及背景 饮料灌装加工业在我国是一个很有前景的行业 其中饮料行业是食品加 工中的重要组成部分 在许多饮料加工的过程中都必不可少的是饮料瓶的整 理过程 这就必须使用到理瓶机 然而这种实用型机械国内外的研究还是比 较少的 中国的饮料工业每年都以 20 以上的增长速度高速发展 很多饮料生 产企业新上马的生产线定位在 36000 瓶 小时的中高速饮料灌装生产线 目 前国内几家著名饮料包装机械生产企业已经能够提供 36000 瓶 小时的高速 灌装机 一直以来 以往 18000 瓶 小时以上的旋转式吹瓶机完全依赖进口 进口的高速吹瓶机价格高昂 使国内众多饮料生产企业望而却步 PET 瓶理 瓶机作为中高速饮料灌装生产线的必备设备 随着中国饮料工业高速增长的 需求正得到快速发展 近几年吹瓶机通过风送道与灌装机连接的方式大行其 道 许多国内知名饮料生产企业近年新上马的生产线均采用了此种方式 如 农夫山泉的饮用水和果汁生产线 乐百氏西安和丰润工厂的饮用水生产线等 虽然采用吹瓶机通过风送道与灌装机连接的方式有很多优点 但是对于中高 速饮料灌装生产线而言 理瓶机成为不二之选 随着高速饮料灌装生产线需 求的快速增长 国内对高速 PET 瓶理瓶机的研发也加快了步伐 国内一家 企业就推出了 36000 瓶 小时的高速 PET 瓶理瓶机 该机采用了全新的工 作原理 具有体积小 适用瓶形范围广的特点 推升式排瓶机构是江苏新美 星的专利机构 早期的推升机构每升降一次仅能托起一个空瓶 新的推升 机构每升降一次可以同时托起两个空瓶 提高了出瓶效率 减少了推升机构 数量 同时 该机可满足瓶高达 360mm 的 2 5 升 PET 瓶的整理排列 而原 30000 瓶 小时的理瓶机最大仅可满足瓶高 320mm 的 1 5 升 PET 瓶 的整理排列 1 本课题主要根据部分工厂的工作需要 设计便于操作的摩擦式理瓶机 其性能相对同类产品稳定 操作方便 可靠性高 且利用摩擦原理提高了工 作效率 减轻了工作量 同时 其可调中心距式的功能大大扩大了其适用范 围 摩擦式理瓶机的结构设计 2 1 2 理瓶机的特点 现状和现代设计方法 本机为自动理瓶机 用于各种果汁 饮用水 果奶 调味酱 颗粒饮料 等塑料瓶的理瓶 其主要技术性能达到了同类进口机型的水平 起到了替代 进口设备的作用 本机将不规则的塑料瓶自动整理成瓶口朝上的单行瓶列 以供割口机切口或自动灌装封盖机灌装封口 极大地减少了进行有序化所花 费的人力和工时 除了达到高效 36000 瓶 小时 特点外 还要具有如下特点 1 筒身采用封闭结构 并保持轻微正压 防止灰尘侵入 筒身顶部设 有两个气缸驱动的活动盖 方便维修和清洁 2 设有破损瓶 变形瓶剔除机构 通常情况下不需停机进行人工清理 如果大批变形 尺寸异常瓶造成落瓶槽堵塞 此时设在机内的检测开关将 发出报警信号 并使机器停止运转 操作人员可根据人机界面上的故障指示 进行疏通 3 特殊设计的落瓶槽能适应尺寸相差不太大的瓶子 而不必更换落瓶 槽 仅需对落瓶槽作适当调节即可实现 节省投资 4 设有完善的安全防护措施 当维修门和模具更换门打开时 机器 不能启动 此时可使用手动操作器控制机器 5 理瓶机出瓶拨轮设有卡瓶检测器 能有效保护机器安全 反瓶将在 出瓶拨轮与风送道连接处被剔除 6 气路系统设有压力开关和合闸阀 压缩空气不接通或气压低于设定 值时则机器不能启动 合闸阀与机器启停联动 节省气耗 7 风送道进瓶端设有卡瓶排除机构 该机构由气缸驱动 当风送道进 瓶端出现卡瓶堵塞时 该机构自动排除堵塞的瓶子 防止由于挤瓶造成理 瓶机拥堵 在国内 理瓶机应用的场合越来越多 在饮料 啤酒 固体和液体药物 等等的罐装生产线中被应用 理瓶机的应用不但大大节约了人力和物力 提 高了生产的效率 降底了生产成本 最重要的的是避免了过去人工操作时的 二次污染 进一步降低了清洁的成本与次数 但是由于国内生产水平的限制 生产能力 60 120 瓶 分钟 国内的大众型企业的理瓶机生产线都从国外 引进 近年来 国内在理瓶机方面有了长足的进步 已经可以达到国际水平 36000 瓶 小时 2 济南大学泉城学院毕业设计 3 在食品加工过程中 需要输送的物料种类繁多 而且各种物料的性质差 异也很大 因此 输送机械与设备的选用必须根据物料来确定 按工作原理 输送机械与设备可分为连续式和间歇式 按输送时的运动方式 可分为直线 式和回转式 按驱动方式 可分为机械驱动 液压驱动 气动驱动和电磁驱 动等形式 按所输送物料的状态 可分为固体物料输送机械和流体物料输送 机械和设备 输送固体物料时 可选用各种形式的带式输送机 斗式提升机 螺旋输送机 振动输送机或气力输送装置 输送流体物料时 可选用各种类 型的泵 如离心泵 螺杆泵 齿轮泵 滑片泵等 或流送槽以及真空吸料装 置等输送机械与设备 在这里简单介绍一下固体物料的输送 1 带式输送机 带式输送机是食品加工中使用最广泛的 它常用于在水平方向或倾斜度 不大 25 的方向上对物料进行传送 也可兼作选择检查 清洗或预处 理 装填 成品包装入库等工段的操作台 2 斗式提升机 斗式提升机主要用于在不同高度间升运物料 适合将松散的粉粒状物料 由较低位置提升到较高位置上 3 螺旋式输送机 螺旋输送机俗称 搅龙 是一种不带挠性牵引件的连续输送机 4 振动输送机 振动输送机是一种利用振动技术使输送机中的输送构件达到接近共振或 扩大共振状态 从而对松散态颗粒物料进行中 短距离输送的输送机械 5 气力输送装置 采用风机或其他风源使管道内形成具有一定速度的气流 从而达到将散 粒物料沿管路从一处输送到另一处的物料输送方法 称为气力输送 6 泵 泵是输送流体物料的主要设备 在食品生产中起重要作用 13 现在市面上销售的理瓶机的整理阶段可以大致分为以下几种 1 重心式理瓶机 其基本原理是 整理过程中利用瓶子重心的特点 如果瓶子正向 重心 就会靠近瓶子下部 这样瓶子就会不改变排列 如果瓶子反向 重心就会在 瓶子上部 瓶子重心就会不稳 然后瓶子在挡板内反转 从而达到向上的要 摩擦式理瓶机的结构设计 4 求 然而缺点很明显 饮料瓶子大都是塑料瓶 其重量变化很小 所以该功 能在实际操作中不会达到要求 该功能适合在重量较大的玻璃瓶理瓶机中使 用 3 2 水浮式加挡板式理瓶机 其基本原理是 在输送阶段利用水的浮力原理 把瓶子输送到整理阶段 在整理阶段 利用挡板 A 使瓶子正向输出 挡板上有一个适合瓶子口的长方 形空 当瓶子口过来时 瓶口就会进入长方形空 这样就使瓶底先下 瓶口 再下 瓶子就会正向输出 当瓶底过来时 挡板不起作用 瓶子正向输出 5 该理瓶机结构设计缺点有两点 一 在水浮过程中 瓶子会进水 在后 面灌装阶段增加了不必要的步骤 二 在整理阶段 效率很低 不适合全自 动化生产线 该方案适用于啤酒行业使用玻璃瓶大饮品 3 摩擦式理瓶机 该方案基本原理是 在整理阶段利用皮带的摩擦力 输送瓶子 在整理 阶段 利用摩擦力调整瓶子 该方案与上述两个方案相比 最大的优点是其 效率最高 不存在其他不必要的过程 如清理阶段等 该理瓶机结构设计主要是利用皮带的摩擦力 使瓶子能在高速运动下翻 转 而且做到了高效 提高了加工效率 11 1 3 本文主要研究内容 根据理瓶机开发研究的特点 利用现代设计方法和理论 在本课题中运 用软件平台 AutoCAD 软件摩擦式理瓶机的部分零件进行结构造型和分析 并在此基础上运用 AutoCAD 软件绘 CAD 工程图纸 研究设计具体包括以下 几个方面的内容 第一 概述摩擦式理瓶机的特点 现状和现代研究设计方法和技术 第二 提出本课题摩擦式理瓶机的结构设计的总体方案 第三 详细分析现有理瓶机的功能 结合生产线的实际需要 对理瓶机 进行具体结构设计 第四 根据不同的功能阶段系统地设计和分析摩擦式理瓶机 并在文中 插入必要的设计工程图样 第五 结论 济南大学泉城学院毕业设计 5 2 摩擦式理瓶机结构设计的总体方案 本章按摩擦式理瓶机的构成 分为若干个模块逐一研究设计 主要对理 瓶机的核心部分 翻瓶机构进行设计并绘制其相关的工程图样 然后对输 送阶段和输出阶段提出附件设计要求 并绘制工程图样 2 1 摩擦式理瓶机总体方案设计概述 总体方案设计包含功能设计 结构设计和性能分析三部分 功能设计 即在调研分析 确定了所设计产品的工作参数 运动 动力 尺寸 之后 通过功能分解 创新出或类比出可以实现加工要求的各种总体 布局方案 创新设计 主要通过对运动功能的分解和合成来确定其布局方案 这对于设计加工特定零件的专用机床较为有效 而变型设计或类比设计主要 通过查询比较确定可参照的产品布局方案 大量用于设计一般的通用性机床 结构设计是在总体布局方案基本确定后 对机械结构件进行主要形状和 尺寸的设计 这同样有类比和创成设计两类 类比设计是建立在成组技术和 模块化技术的基础上 采用参数化设计方法来实现 本课题研究的摩擦式理瓶机 功能设计是针对理瓶阶段的翻瓶机构的设 计 根据生产线上的瓶子特征 在调查和根据厂方的要求 类比一些同类理 瓶机的翻瓶原理确定设计以摩擦力为原理的摩擦式理瓶机 在结构设计上运用现代设计理论和方法 二维造型技术对设计的零部件 造型 有限元分析方法对其结构进行静态和动态分析 比较其结构设计参数 取最优的设计参数 摩擦式理瓶机的结构设计 6 在性能设计方面由于工作量大 本文只针对部分结构进行了分析校核 2 2 摩擦式理瓶机的功能设计及原理 为了改变工厂的生产状况和提高生产效率 确定本理瓶机的基本原理为 利用摩擦力对瓶子进行整理 使瓶子能瓶口向上输出 同时又要满足瓶子单 排输出 所以对其结构性能有必要进行分析 理瓶机的作用是对杂乱堆放的饮料瓶进行整理 并使其有次序有方向排 列在输送带上 高速高效的传到其它机械进行下一道工序 如灌装 贴标 装箱等 以提高整个生产线的生产效率 7 理瓶机主要应用于自动包装生产线 功能是将袋装的塑料瓶自动整理成 瓶口向上 并送到输送线上 它是塑料瓶包装 灌装 生产线关键设备之一 11 国内原有理瓶机现在已有多种型号供应市场 多为转盘式 结构简单 但存 在产量低 适应性差 可靠性差等缺点 尤其是扁瓶和方瓶不能整理 图 2 1 理瓶机总装图 主要参数 生产能力 300 500 瓶 min 适合的瓶颈 65 mm 适合的瓶高 160 mm 外形尺寸 长 2250 宽 850 高 1650 mm 工作原理 瓶由提升输送机喂送至排瓶机 1 内 由于排瓶转盘的离心力作用使其沿着桶 济南大学泉城学院毕业设计 7 壁旋转 通过挡瓶板和排瓶槽 3 使瓶排成单列后依次送至定向装置 两台拨瓶 轮 2 和几处压缩空气喷嘴将送瓶轨道上重叠的瓶子拨回排瓶转盘继续排队理瓶 排瓶机 1 桶壁上装有光电开关 当排瓶机 1 内的塑瓶储量超过上限时 光电开 关发出信号 使喂瓶输送机停止将瓶喂送至排瓶机 1 内 由排瓶机 1 送出的排 成单列的塑料瓶经输送带 4 加速后保证瓶与瓶之间相隔有足够的距离 然后经 定向机构 5 统一理成尾部朝前的行列 再经翻瓶输送带 6 翻成统一口部朝上的 行列后 由出瓶输送带 7 送给自动切口机割口或自动灌装封盖机灌装封口 2 3 摩擦式理瓶机的结构设计 图 2 2 理瓶机结构示意图 理瓶机的功能可以分为四个阶段 进料阶段 输送阶段 整理阶段 输出 阶段 进料阶段 该阶段使用料斗储存一定的瓶子 保证瓶子连续的进入输送阶 段 输送阶段 该过程是把进料阶段进来的瓶子单个输出 不能是瓶子有损伤 而且保证输出过程的连续 瓶子之间不能间隔太大 否则就会影响效率 摩擦式理瓶机的结构设计 8 整理阶段 整理阶段 该阶段是理瓶机的核心部分 功能是将瓶子单排瓶口向上输 出 同时还得保证输出的效率和输出的准确 输出阶段 该阶段主要控制瓶子输出的方式 根据要求可以是单排 也可 以是多排 1 料斗 提升机 该机构的料斗可以储存一定的瓶子 提升机在需要的时候将包装瓶从料斗 提出并输送到排瓶转盘 提升机的动作由排瓶转盘内的光电感应器的信号通过 PLC 控制 6 只有当排瓶转盘内瓶子堆积数量不足时 提升机才运转 2 排瓶转盘 排瓶转盘是提升机给进包装瓶的一个接受器 由于排瓶转盘的离心力作用 使包装瓶落入排瓶槽 形成瓶口或瓶底朝向的单一的水平瓶流输出 排瓶转盘 的喷气口和拨瓶轮的作用是保证瓶子的单一性以及排除位置不当的瓶子 3 进瓶输送带 进瓶输送带将排瓶转盘送过来的瓶子连续地送入定向机构 同时起到定量 瓶子流量的作用 进瓶输送带的速度应根据生产要求 瓶子的长度来设定 4 加速输送带 离开进瓶输送带的瓶子将由加速输送带以瓶口朝向或瓶底朝向的方式引导 进入定向机构 同时加速输送带的速度设置比进瓶输送带要快 从而给瓶子加 速起到分隔瓶子的功能 以保证两个瓶子之间在进入定向机构后有足够的空间 来进行定向操作 12 5 定向机构定向机构 不同朝向的瓶子在定向轮的带动下通过定向挂钩 在定向挂钩的作用下 使瓶口朝向的瓶子旋转改变朝向 而瓶底朝向的瓶子推开挂钩保持原来的朝向 从而使朝向不同的瓶子变成朝向一致的瓶子 起到了定向作用 6 翻瓶输送带翻瓶输送带 经定向的瓶子在定向轮和定向轮中间的导轨的引导下进入翻瓶输送带 在 翻瓶输送带和翻瓶导轨的作用下旋转 90 翻成瓶口朝上的直立状态 7 出瓶输送带 出瓶输送带将瓶子以瓶口朝上的直立状态送入下一生产流程 出瓶输送带 与翻瓶输送带的速度匹配关系将直接影响瓶子的直立状态 3 具体结构 1 料斗 提升机 吹瓶机吹出的瓶子经过传送带的传送 储存在料斗 1 内 提升机 3 在需要 济南大学泉城学院毕业设计 9 的时候将包装瓶从料斗 1 提出并输送到排瓶转盘 提升机 3 的动作由履带 2 的 转动来带动瓶子来完成 只有当排瓶转盘内瓶子堆积数量不足时 提升机 3 才 运转 提升机主要是由电机 4 履带 2 支架 5 组成 履带 2 的高度可调 可以 提升不同口径的瓶子 而且该机构还可以应用在其他固体物料的提升 图 3 1 料斗 提升机 2 排瓶转盘 排瓶转盘是提升机给进包装瓶的一个接受器 由于排瓶转盘的离心力作用 使包装瓶落入排瓶槽 10 形成瓶口或瓶底朝向的单一的水平瓶流输出 排瓶转 盘的喷气口和拨瓶轮 13 的作用是保证瓶子的单一性以及排除位置不当的瓶子 排瓶槽 10 由排瓶转盘的上下两层和桶壁构成 转盘底层是固定不变的通用 部件 上层盘子的大小 高低的不同 与桶壁构成了一条适应不同直径瓶子的 排瓶槽 使得各种尺寸的瓶子落入后能形成瓶口或瓶底朝向的单一的水平瓶流 输出 瓶子尺寸和形状决定了变化部件及设备参数 为了满足生产线的生产能力 排瓶转盘必须输送足够的瓶子 因此在大部分情况下 在设置排瓶盘盘速应有 一定的超速 以弥补由于瓶子没有被正确定位造成的数量不足 可调式压缩空气喷嘴和拨瓶轮安装在排瓶转盘桶壁上 用于辅助定向作用 摩擦式理瓶机的结构设计 10 同时将位置不正确和多余的瓶子清理掉 保证排瓶槽中的瓶子以单列送出 瓶 子尺寸的变化 要求相应的调整喷嘴和拨瓶轮的位置 以保证瓶子不会堆积堵 塞在排瓶槽内 该感应器监控排瓶转盘内瓶子的流量 并通过在瓶子流量低时启动提升机 在瓶子流量充分时关闭提升机来控制进入排瓶转盘的瓶子流量 对瓶子的供给 的控制对于实现最佳的生产效率是至关重要的 为了保证排瓶槽内有充足和适 当的瓶子 当瓶子尺寸和形状改变时 光电感应器的位置应重新设定 14 图 3 2 排瓶装盘 3 进瓶输送带 进瓶输送带将排瓶转盘送过来的瓶子连续地送入定向机构 同时起到定量 瓶子流量的作用 进瓶输送带的速度应根据生产要求 瓶子的长度来设定 瓶子通过平皮带 20 进入进瓶输送带 皮带通过主动滚轮 11 和从动滚轮 19 的驱动 同时在主从动滚轮之间还有主动同步带轮 7 和从动同步带轮 2 起着 支撑作用 利用皮带对瓶子的摩擦力带动瓶子单排前行 济南大学泉城学院毕业设计 11 图 3 3 进瓶输送带 4 加速输送带 离开进瓶输送带的瓶子将由加速输送带以瓶口朝向或瓶底朝向的方式引导 进入定向机构 同时加速输送带的速度设置比进瓶输送带要快 从而给瓶子加 速起到分隔瓶子的功能 以保证两个瓶子之间在进入定向机构后有足够的空间 来进行定向操作 图 3 4 加速传送带 摩擦式理瓶机的结构设计 12 加速传送带在提高生产效率的同时 还可以与灌装机的速度相配合 以确 保生产线的效率 而且 加速输送带是瓶子获得一定的速度 这样就可以提高 瓶子进入定向机构的效率 从而不会在加速传送带和定向机构的结合处坠落 5 定向机构定向机构 定向机构是本设计的核心部分 也是本设计的关键部分之一 不同朝向的 瓶子在定向轮的带动下通过定向挂钩 图 3 6a 2 为定向挂钩 1 为瓶子口 在定向挂钩的作用下 使瓶口朝向的瓶子旋转改变朝向 而瓶底朝向的瓶子推 开挂钩保持原来的朝向 从而使朝向不同的瓶子变成朝向一致的瓶子 起到了 定向作用 图 3 5 定向机构 济南大学泉城学院毕业设计 13 a b 图 3 6 定向挂钩 当瓶口向前输出时 瓶子在定向挂钩作用下 原来瓶口向前的瓶子翻转后 改为瓶底向前输送 图 3 6a 当瓶底向前时 因为定向挂钩的直径小于瓶体直 径 瓶底方向不变向前输出 图 3 6b 6 翻瓶输送带翻瓶输送带 经定向的瓶子在定向轮和定向轮中间的导轨的引导下进入翻瓶输送带 在 翻瓶输送带和翻瓶导轨的作用下旋转 90 翻成瓶口朝上的直立状态 图 3 7 翻瓶输送机 图 3 8 翻瓶装置 摩擦式理瓶机的结构设计 14 如 3 8 图 当瓶子 2 输送到翻瓶装置 1 时 瓶底碰撞到翻瓶挡板 由于瓶 子在两侧的输送带摩擦力的作用下发生翻转 翻转成瓶口向上 然后进入下个 阶段 7 出瓶输送带 出瓶输送带将瓶子以瓶口朝上的直立状态送入下一生产流程 出瓶输送带 与翻瓶输送带的速度匹配关系将直接影响瓶子的直立状态 图 3 9 出瓶输送带 出瓶输送带与进瓶输送带相同 瓶子通过平皮带进入进瓶输送带 皮带通 过主动滚轮和从动滚轮的驱动 同时在主从动滚轮之间还有主动同步带轮和从 动同步带轮 起着支撑作用 利用皮带对瓶子的摩擦力带动瓶子单排前行 实 现了瓶口向上单排输出 4 零部件的设计计算 根据输出效率计算轴径大小 校核轴的强度和刚度 选择电动机的型号 选择齿轮的模数 计算齿轮的基本参数 确定齿轮的中心距 确定轴承的型号 校核轴承的使用寿命 确定夹具的尺寸等 电动机的选用应根据负载的性质 对电动机的起动 反转 调速等要求 负载转矩 转速变化范围和起 制动频 繁程度等要求 考虑电动机的温升限制 过载能力 起动转矩及起动电流的限 济南大学泉城学院毕业设计 15 制 以及工作环境条件等诸多因素 合理选择电动机的功率 工作制 防护结 构型式 10 电机通过传动机构带动主轴 主轴转速及进给运动均为不可调速 电机作 为加工中的动力部分 其转速直接影响到工件的加工质量 9 故根据所需扭矩 转速选定电机的额定功率 1 1kw 同步转速 1500r min 满载转速 1470r min 4 1 主从动齿轮的设计计算 主从动齿轮是本系统的核心部件 它是整个理瓶机的动力部件 主动轮采 用分体式 即齿轮和轴分离的结构 主动轮的转动是由电机带动带轮 进而带 动齿轮 从动轮亦采用分体式 这样以主动轮为中心 从动轮活动可调节的结 构 便于调试和安装 主 从动轮的运动直接与加工有关 所以主从动轮的结构是非常重要的 下面分别对主动轮和从动轮的结构和受力情况进行分析 在确定齿轮的尺寸之前 首先确定电机的功率 这里选用是 1 1KW 的电机 1 选定齿轮类型 精度等级 材料及齿数 按 机械设计 图 10 23 所示的传动方案 选用直齿圆柱齿轮传动 本理瓶机机为一般工作机器 速度不高 故选用 7 级精度 GB 10095 88 材料选择 由 机械设计 表 10 1 选择小齿轮材料为 40Cr 调质 硬 度为 28 大齿轮材料为 45 钢 调质 硬度为 240HBS 二者材料硬度差为 40HBS 选齿轮齿数 13 齿轮齿数 1 923 13 24 699 取 25 1 z 2 z 2 z 2 按齿面接触强度设计 由设计计算公式进行试算 即 4 1 3 21 1 1 32 2 H E d t Z u uKT d 确定公式内的各计算数值 试选载荷系数 3 1 t K 计算小齿轮传递的转矩 mmNmmN n P T 4 5 1 1 5 1 10412 1 700 035 1 10 5 9510 5 95 4 2 摩擦式理瓶机的结构设计 16 由表 10 7 选取齿宽系数 7 0 d 由表 10 6 查得材料的弹性影响系数 2 1 8 189 aE MPZ 由图 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 大齿轮的接触疲劳强度极限 aH MP600 1lim aH MP550 2lim 由式 10 13 计算应力循环次数 9 11 10067 3 1530082 17006060 h jLnN 4 3 9 9 2 10072 2 49 1 10067 3 N 由图 10 19 取接触疲劳寿命系数 07 1 1 HN K10 1 2 HN K 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 S 1 由式 10 12 得 4 4 a HN H MP S K 64260007 1 1lim1 1 a HN H MP S K 60555010 1 2lim2 2 计算 试用小齿轮分度圆直径 代入中较小的值 t d1 H 4 5 mm Z u uTK d H E d t t 04 75 5 566 8 189 49 1 149 1 7 0 10412 1 3 1 32 2 1 32 2 3 2 4 3 21 1 计算圆周速度 v 4 6 sm nd v t 75 2 100060 70004 75 100060 11 c 计算载荷系数 根据 v 2 75m s 7 级精度 由图 10 8 查得动载系数 05 1 v K 直齿轮 1 FH KK 由表 10 2 查得使用系数 25 1 A K 济南大学泉城学院毕业设计 17 由表 10 4 用插值法查得 7 级精度 小齿轮相对支承非对称布置时 417 1 K 由 查图 10 13 得 故载荷系数07 17 h b 417 1 H K45 1 F K 4 7 860 1 417 1 105 125 1 HHvA KKKKK d 按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 由式 10 10a 得 4 8 mm K K dd t t 04 75 3 1 860 1 56 63 3 3 11 e 计算模数 m 7456 5 13 04 75 1 1 z d m 3 按齿根弯曲强度设计 由式 10 5 得弯曲强度的设计公式为 4 9 3 2 1 1 2 F SaFa d YY z KT m 确定公式内的各计算数值 由图 10 20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 大齿轮 aFE MP500 1 的弯曲疲劳强度极限 aFE MP380 2 由图 10 18 取弯曲疲劳寿命系数 86 0 1 FN K87 0 2 FN K 计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数 S 1 4 由式 10 12 得 4 10 a FEFN F MP S K 14 307 4 1 50086 0 11 1 a FEFN F MP S K 14 236 4 1 38087 0 22 2 计算载荷系数 K 4 11 903 1 45 1 105 1 25 1 FFvA FKKKK 查取齿形系数 由表 10 5 查得 65 2 1 Fa Y45 2 2 Fa Y 查取应力校正系数 摩擦式理瓶机的结构设计 18 由表 10 5 查得 58 1 1 Sa Y65 1 2 Sa Y 计算大 小齿轮的并加以比较 F SaFaY Y 4 12 01363 0 14 307 58 1 65 2 1 11 F SaFaY Y 01712 0 14 236 65 1 45 2 2 22 F SaFa YY 大齿轮的数值大 设计计算 mmm7456 5 01712 0 247 0 10412 1 903 1 2 3 2 4 对比计算结果 由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强 度计算的模数 由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力 二齿面接触疲劳强度所决定的承载能力 仅与齿轮直径 即模数与齿数的乘积 有关 可取由弯曲强度算得的模数 5 7456 并就近圆整为标准值 m 5 8 按接触 强度算得的分度圆直径 算出小齿轮齿数mmd04 75 1 13 8 5 75 1 1 m d z 大齿轮齿数 取2513923 1 2 z25 2 z 这样计算的齿轮传动 既满足了齿面接触疲劳强度 又满足了齿根弯曲疲 劳强度 并做到结构紧凑 避免浪费 4 齿轮结构设计 主动轮工程图样如图 4 1 所示 济南大学泉城学院毕业设计 19 图 4 1 主动同步齿轮 从动轮工程图样如图 4 2 所示 图 4 2 从动同步齿轮 摩擦式理瓶机的结构设计 20 4 2 轴承的选用 滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一 它是依靠主要元件间的滚动 接触来支承转动零件的 滚动轴承绝大多数已经标准化 并由专业工厂大量制 造及供应各种常用规格的轴承 滚动轴承具有摩擦阻力小 功率消耗少 起动 容易等优点 4 本设计采用深沟球轴承 角接触球轴承 深沟球轴承 深沟球轴承主要用于承受纯径向载荷 也可同时承受径向载荷和轴向载荷 济南大学泉城学院毕业设计 21 当其仅承受纯径向载荷时 接触角为零 当深沟球轴承具有较大的径向游隙时 具有角接触轴承的性能 可承受较大的轴向载荷 深沟球轴承的摩擦系数很小 极限转速也很高 特别是在轴向载荷很大的高速运转工况下 深沟球轴承比推 力球轴承更有优越性 主要承受径向负荷 也可承受一定量的轴向负荷 角接触球轴承 可同时承受径向负荷和轴向负荷 能在较高的转速下工作 接触角越大 轴向承载能力越高 角接触球轴承因其内外圈的滚道可在水平轴线上有相对位 移 所以可以同时承受径向负荷和轴向负荷 联合负荷 单列角接触球轴承 只能承受单方向轴向负荷 因此一般都常采用成对安装 5 结论 5 1 结论 本课题针对部分公司加工现状 比较系统地完成了摩擦式理瓶机的研究设 计 采用现代设计理论和方法 运用二维造型软件 AutoCAD 先对设备的主体 部件主动轮 从动轮 皮带同步轮进行设计 对设备的各功能模块分别进行分 析与设计 并绘制大量相关重点的需加工的工程图样 本设计特色之处在于一是巧妙地运用了摩擦力原理 使瓶子瓶口向上单排 输出 与其他类型理瓶机相比 该理瓶机可以做到高效率输出 二是该理瓶机 在吹瓶机之后