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0002-定量泵式灌装机设计（全套CAD图14张+说明书）

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定量 灌装 设计 全套 cad 14 说明书 仿单
资源描述：

摘要

    当前，在制药包装机械领域内，小容量液体灌装机发展缓慢，在大产量分

包装作业中，高速灌装机基本上是进口机器。目前，国内机器可在灌装计量方

式、生产效率、机器的运转稳定性、表面处理、电器元件选型方面进行研发，消化吸收国外厂家的先进技术，作为重点开发方向。设备整机设计应简洁流畅，

外部零件光滑，无毛刺，经倒角或圆角处理，便于清洁。灌装机的工作面应尽

可能简洁或架空，以减少洁净空气阻力，提高层流效果。设备应用层流罩罩

住，层流罩门开启应有报警装置，操作人员在灌装机工作时，尽量不接触或者

少接触机器上任何零部件。设备上应有手持开关，可以点动机器，或者联动机

器。在缺塞时整机停机，无瓶不灌装，电磁振荡器送塞顺畅自如，震荡功率可调整。主机具无级调速、计数装置、倒瓶剔除、剔除空瓶功能。可选择在线秤重功能。在自动控制方面，使用并行总线采集和输出信号，可编程控制器处理信号，带通讯接口，通过人机界面监测运行状况，可在线修改运行参数。

    现在的高速灌装机的灌装运行方式一般是排列成直线式或者是旋转式

跟踪多头灌装，加塞机构一般都采用真空吸塞，直线式加塞，而且主机都可以

无级调速。小容量液体灌装机器还有互换性要求，要求机器在很短的时间内，

更换最少的规格件，就可以使2ml，5ml,7ml, l0ml管制瓶一台机器上完成灌装加塞，而直线式灌装机可以满足互换性的要求。

     目前国内在积极地开发恒压控制技术，但这种技术开发难度大，主要是自动控制技术不成熟，而且开发研制的前期投入高，开发人才匾乏，限制了时间压力法的推广应用。因此，金属/陶瓷活塞泵计量灌装法是目前国内药机重点开发的技术，其市场风险较小，也是应重点推广的技术。

本课题在现有定量泵式灌装机的基础上，设计出一种更适合小型化妆品企业食品包装的定量泵式灌装机。作者首先针对定量泵式灌装机的发展现状提出了设计方案，其次进行了总体结构设计、典型零件的设计与校核及对轴的加工工艺的概述，最后分析了定量泵式灌装机的经济效益。

关键字：定量泵 灌装机 压力灌装  结构设计


内容简介：
of on . . . . , o 6 007; 6 007; 7 007. 8 007. o of on mm to 2 mm to of n = 12): 6 + in to mm/ no p I ( he to in to . 2. 3. 4. 5. . be to 1, 2, 3 4 of an to 5 6 be 8, of 0 3 6 of in is is it be if in to an an 4 11 of to in et a et et in in to to to a to of 8, 16 17 a is a 8, 17 18 a to 8, 15, 16 18 In in to et an in of of in to of 6, on 2. 0 13 to (a) of or a 20 000C; (b) of a or (c) 2 mm 3.8 mm in 3.1 mm in at 6.5 mm in a mm a 2 A #10 K it at by mm T mm to in #30/25/20/30/25/20/30/35/0/ ml % ml 7% ml of n = 12) to 6 (e of to 21 22 of to up mm of V VI a 0 s ( a to of in 7 C 5% A 2 mm in of a #57 HP to at 7 12 in a 16.5 mm 1.0 mm in so in of mm in h to A 3 cm 3 cm 8.5 cm at an 5 to in 444 in of a at a mm/8 15 a in in to N) at a 25 to in or in to of of 3. he of to in . ( ( . of 5% I. 35. 5% a 9 5 6 + V. . 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D. 工业发展研究中心，南澳大学， S A 5095，澳大利亚 机械工程与制造发展学院，南澳大学， S A 5095，澳大利亚 2007 年 2 月 3 日收到； 2007 年 7 月 6 日收到修改稿； 2007 年 7 月 11 日接受； 2007 年 8 月 7 日联网 摘要 如今，全尺寸 的 计算流体动力学 模型 （ 已经用于 液态产品包装 机械中产品灌装阀内部的 复杂流动 分析 中。 基于 位清洗）、产品顺行及 灌装 率， 详细的压力 、速度 分析 和 壁 面 切应力分配 被用来检验当前 的阀设计 。 模型显示 的关键区域可用于改进 阀的 率。 出口处观测 到 的回 流 的 形成以及壁面区 观测 到 的相对 较 低的切 应力 ，是造成 阀灌装 率降低和 下 的主要原因。 空化 发生在包括流动区域在内的两个区域，导致设备产生 不良的声压级 和灌装 效率的降低。最后，我们将提出一些可行的改进建议来解决这些问题，以提高 产品质量 、 降低 运行费用、 改进阀的 能。 关键词：原位清洗 （ ；产品灌装阀；空化；灌装 时间；湍流 强度；壁面切应力 灌装 机械 是 包装设备中较为 复杂的一部分，它 广泛应用于水、软饮料、酒等液态 产品包装中。 近年来，随着灌装系统的发展和完善，全球公司开始不断注重增加速度 、设备利用率和产品通量等工艺。 在对灌装速度的要求越来越高的背景下，产品灌装 阀已经被 司（一家产品灌装 阀制造商）视为当前系统中限制包装传递速度的部分之一。 本次 研究的 案例 是 盒中袋包装 （ 的应用，也就是说产品被包装在柔性塑料袋中，再被包装在纸 箱中。 在这次研究 中， 我们将分析把 酒 灌装至袋中的灌装阀 ，以决定当前材料、工艺、模型和制造的发展能否 在保持 原设备 不变的同时，对产品流量的显著提升 起到集成的作 用。 在该设备的二次 设计中， 重点在于 力的提高、空化的削减和灌装速度的增加。除此之外，我们将测得阀产生的声压级 。 对设备而言， 下述几点显著的效用 ，包括：产品质量的提升、货架寿命 的延长、劳动力消耗的降低和生产能力的提高。在上世纪中叶，人们发现 流速是 计中的影响因素， 并已确定相当于系统 最大管径中 五英尺每秒的 最小 流量是 完成彻底清洁 的 必要 条件(1984; 1957)。 随后的研究显示，壁面切应力和湍流是影响有效清洁 的重要参数 (997)。 一些欧洲的研究者试图通过 量化实际清洗食品加工设备所需 壁面切应力的方法，加入到这一早期 的 研究课题中。然而，检测 工艺设备原型的 能既 耗时 又耗财，这鼓励了 研究人员 在装备设计中 运用 经过验证的 型，并 使 的 制造商节省了更 多的资源。 一些研究员 ( 990 ;2002; 998)应用 定性地评估 计并得出 设备组件的卫生 设计准则 。 其中， et 002)的成果令人非常感兴趣， 因为它涉及了 壁面切应力和湍流上 流体 导体 的形状效果， 并 发现阀内壁面切应力的波动是十分重要的。在测得的应力下一些形状产 生大的波动，与切应力较高而波动率较低的区域相比，它们的清洁性更好 。 我们 通过对涉及切 应力的实际测量，证实了上述结论 ，并显示波动率高且壁面切 应力低至 的表面是可清洁的。 2002)所做的实验也证明了 在 未达到 临界 壁面切应力且几何形状复杂的区域 ， 清洁不会行之有效的可能性。 005, 2004)用 测了符合 欧洲卫生工程设计指引 （ 等 级要求的清洗 组件 的临界壁面剪应力。他们建议的 3界壁面切 应力已经为 后 人的进一步研究奠定 了基础。 其他 关 于 设计的成果 (2002; 1997)也可以在相关文献中查得 。 然而，像 005)的大多数研究成果是基于简单 的 二维模型的，这对预测壁面切 应力波动这个研究 阀能的重要参数而言是不够的。因此 ， 我们需要一套完备的三维分析。 湍流强度 低的区域的壁面切 应力有 着重要的研究价值，因为湍流强度降低，阀的清理 能力 也 随之降低。 如果能根据 价值的原位清洗能力就能被获取。 所以，在这项研究中， 用于葡萄酒灌装阀设计的全尺寸三维模型已被用来检测流速、壁面切应力和空化 ， 以评估诸如灌装 率等关键操作参数。在澳大利亚，大多数这样的阀都被用来包装 葡 萄酒 等在 20 20些葡萄酒的粘度 和具体比重 分别 是 m和 水十分接近。因此， 我们把水作为 阀重要参数 检测 时的工作液体。 这项研究 取 得 的结论能够证实， 为产品灌装 阀设计的有效辅助，并能为以后的发展提够有效指引。 2. 产品 阀的描述和建模 产品阀是 灌装 机械和包装 物 之 间的 连接部分 ， 它 用于产品的分送，在全世界的 酿酒厂、乳品厂、工业产品工厂的灌装机械 上 有多种应用 。 广泛应用于酿酒厂，如图 1所示 。 建模员 用 品阀 的工程图尺寸，建立一个阀内流体流域的计算机模型 ，并 用 2显示了标准阀上用于计算的计算机网格。 该模型通过一系列从粗糙到精细 的网格试验，从而实现网格 独立。最终的几何体包含了 45,029块四面 体 混合单元。 有关 该阀应用的全面研究表明 ， 它已广泛应用于与水性能类似的饮料 灌装中。在澳大利亚，该阀普遍用于酿酒业。正如前面所说，该设备的用户 一家酿酒厂 的 报告说， 20们生产的葡萄酒的粘度和具体比重 分别 是 mN s/m和 水十分 接近。 由此而 知， 我们 可 以设置一些基本参数 用于计算机模型 中 。他们是： 水在 20有流动特性、符合 01,32500 图 1. 产品灌装 阀示意图 图 2. 计算网格 标准雷诺平均 纳维 方程 k 湍流度被用于该模型 中 。标准 k 模型自从被 1972） 提出 以来，已经成为工程实际流量计算的 主要方法。湍流度动能方程 、 k 及其耗散率、 可从下面的运输方程中求 得： 其中 表示平均速度梯度 引起的 湍流动能的产生 表示 浮力引起的湍流动能的产生 表示 可压缩湍流中 波动扩张 对整体耗散率的贡献值 为常数 分别为 k 和 的湍流普兰特尔数 ， 是用户自定义的源项 对范围广泛的湍流来说， 因 其 稳健性、经济性和 适当 的准确性 ， 它在工业流量和传热 仿真 （ 中普遍得到应用 。 在压力梯度和 雷诺数 较高的情况下，结果可能不太准确 。然而，正如 2004）以及 1997）在 研究中所观察到的， 在不具备高压降和高雷诺数的流动区域内，我们可以准确预测产品灌装 阀内湍流的变化。 在这项研究中， k 的湍流普兰特尔数被设为 的 湍流普兰特尔数被设为 分别 设定 为 我们可以 运用商业 件 成仿真。以流动区域为研究对象，将它分割 成一 个个小的控制体积，以每个这样的小控制体积为例，可列出以下恒等方程： 对 连续性 ： 其中 是研究对象的平均速度 m 代表空化或用户自定义的源项引起的质量传递 对 动量 ： 其中 n 是相位数 F 是体积力 是混合物的粘度 ， 是相位 k 的体积分数 稳态仿真 可以用 力 粘度耦合） 进行分析， 二阶迎风差可被用在动量、湍流 动能和湍流耗散率方程中。 用 完整空化模型 ， 可用于此项研究，它 能分析 相转移 、气泡动力性、湍流压波动 和不可凝结气体等所有一阶效应 。进行完整稳态仿真时，收敛准则被设置为 10， 收敛 在 1500次迭代之内。 在此次仿真中，压力边界条件同时适于阀的入口和出口。入口压力设为 2 口压力设为大气压 （ 101,325。 所有的固体阻隔被描述 为壁面，并假设流体为稳态下的牛顿不可压缩流体。 何结构的分析结果如本文所述。 分析中令人感兴趣的是近壁区速 度、湍流强度的等高线图以及阀的壁面切 应力耗散。 这些参数的等高线在 所选 的 阀 内部和外壁视 平面 上， 有助于我们更好地了解复杂区域 3. 结果与讨论 图 3显示了产品灌装 阀入口和出口处 流体速度的等高线图。 流体 通过入口 视平面 时的速度显示了一致 的速度分配，并与管道流动的环 心性质吻合， 速度从管壁处的 0上升到中心的最大速度 9m/s。然而，出口处的速度等高线由于其不对称性，更值得研究。 与通常的直管 流体不同， 它产生最高速度的位置与中心有所偏移， 观测到的出口处最高速度为 17m/s。这种速度分配的不可预测性与阀内形状有关。 为克服这些问题，我们可以考虑 采取一些措施，比如：抬高 入口阀杆 、 使阀 体形状更接近圆形或者改变 入口 管的接入角度以避免 60弯曲。 图 3. 产品充填阀入口、出口处的流体速度 研究中， 作为试验，我们修改阀的几 何结构，将阀杆 提升 10影响。为便于比较，采用与前期研究类似的入口边界条件和其他流体流动参数（速度、密度等）。如图 4所示，此次分析的结果证实了速度分配方面的重要提升。 对于原阀杆 位置，如图 5中平面速度分布图显示， 穿过阀的 速度等高线集中在完全 敞开头寸 。 经过近 几 年的发展， 流体的质量流率已经可以达到大约 s，十分接近制造商 的 额定产品充填率 s，且已通过此模型的验证。然而， 此结果 也显示出一些使阀效率降低的隐患 。例如， 在流体转过 60的 1处（如图 5），流体的速度急剧增加 。 此区域的高速流动会导致压降，并足以引发流体 的空化，而 空化是产生 出口处 逆向流的主要原因。 如图 6所示，导致灌装 效率的损失。 此外，大多数近壁区流速很低，并伴随有较低的湍流强度， 这无疑会降低阀的 于当前几何结构的研究，将阀杆 提升 10用此 改进将使阀的灌装 率 提高 这项 发现 将会成为日后致力于提升灌装 速度和 产品阀改进研究的基础。 图 0图 图 6. 由阀出口处速度矢量表征 的逆向流区域 因为足够的壁面切 应力可以清除污垢 ，因此壁面切应力图与 1990）。壁面切 应力取决于速度，所以理论上只要有足够的压力和速度， 几乎所有的形状都可以 清洁。 然而在现实中，由于 管道系统和贴合压力规定值 、泵和控制器尺寸、设备 的 体积和价格、操作者安全等 实际因素的影响 ， 早期的研究结果显示，在大多数环境下过低的壁面切 应力会导致不良的低 始阀设计的壁面切 应力分布如图 7所示。从图 7中 我们可以观察到，大量的阀 内壁受到很小的壁面切 应 力 （ 90，可能无法满足清洁的要求，导致 下。然而，正如本文提到的，即使 低于100 应力的充足波动也会产生良好的清洁效果。所以，在阀清洁 性能的评估中，检测低切应力区域的切 应力波动是十分重要的。 如前文所述， 我们可以将湍流强度作为壁面切应力波动的参照。所以相同操作环境下的湍流强度图对分析壁面切应力十分重要。阀内壁面的湍流强度 等高线图如图 8所示。如果 参照 et 2005） 提出的关系式，湍流强度中 15%的波动 就 相当于大概 10%的壁面切 应力波动。 et 2002） 指导的试验中指出，10%的波动不足以显著提升清洁能力。以该研究为指导， 图 8中的深蓝色区域因为与壁面切应力极低的区域 一致而很难进行原位清洁的结论是经不起推敲的。运用前面章节 中建议 的替换性设计， 可能产生更好的液体流通进而在阀体内产生更大的湍流强度，从而提高 图 8. 阀壁的湍流强度分布 （ %） 近年来， 产品在 途径 阀 的过程中进行处理的方法已经在终端用户中收效显著。在改进后的环境下，诸如口味、香味等产品的 细节特性 将 会 改变，尤其对那些气溶性产品而言，因此我们需要进一步探讨。高流速和不利的压降 会对产品的特性产生消极的影响。 如果压力低至灌装 液体的 蒸汽 压，蒸发的液体会占据 部分流体的位置，从而导致空化 。除此之外，因 为压力较低，已溶解的气体开始从溶液中跑出，降低了产品的质量和灌装 效率。图 9显示了原始阀设计中两平面的静压力分布： 第一个 是阀的对称中心 面 ， 第二个距离出口 投影面。该图清楚地展示了各区域的压降及其 范围。流体中压 力最低的区域可被预测出，预测的压力远低于水蒸气的压力。因为压力 降低，水可能在常温 （ 20C）下蒸发，导致空化和气泡的形成。在制造商的实验 研究中也提及了形成气泡的相似情 景。为获取 观看阀运转时的清晰视野，我们安装了视镜以观察运转时气泡的形成。通过优化设计来消除 低压区域，可以在维持产品质量的同时提高阀的效率。 图 9. 平面 1、 2的静压力分布 柱形图 显示 ， 在模型中组成流动路径的 45,029块单元中，只有大约 单元低于 周围大气压。这些单元中大多数的压力降低了 100 少部分单元的压力降至极低。压力柱形图如图 10所示 ，显示了低压单元的分布情况。 因为空化取决于液体的蒸汽压力（ 1990），所以在水的情况下， 图中仅有左 侧的少部分单元值得考虑。如果 是葡萄酒或乙醇等蒸汽压高于水的混合物，需考虑更多的单元。 能溶于液体的空气和二氧化碳等 因素 可能 更为重要，因为它们可以 在扩散中形成气泡，限制流体的流动，导致灌装 速度低下。 图 10. 低压单元的分布 4. 结论 对 于酿酒业中灌装袋包装的产品灌装 阀， 态中的一些区域可被改进以提高阀的性能和产品质量。 当前设计表明，在流体流经 60弯角处的空化现象是引起回流和灌装效率损失的主要原因。因此，在灌装 机械中， 而， 我们 还应 推进更多 关于可 供选择 设计的研究，以确保阀 运转过程中无空化 现象。此外， 反过来表征该阀的低 最后我们再次强调 ，借由 本 阀的可供选择性设计可达到消除空化、提升 带来 诸如优化产品加工、提高充填效率、减少劳动力消耗等明显效益。 摘要摘要 当前，在制药包装机械领域内，小容量液体灌装机发展缓慢，在大产量分包装作业中，高速灌装机基本上是进口机器。目前，国内机器可在灌装计量方式、生产效率、机器的运转稳定性、表面处理、电器元件选型方面进行研发，消化吸收国外厂家的先进技术，作为重点开发方向。设备整机设计应简洁流畅，外部零件光滑，无毛刺，经倒角或圆角处理，便于清洁。灌装机的工作面应尽可能简洁或架空，以减少洁净空气阻力，提高层流效果。设备应用层流罩罩住，层流罩门开启应有报警装置，操作人员在灌装机工作时，尽量不接触或者少接触机器上任何零部件。设备上应有手持开关，可以点动机器，或者联动机器。在缺塞时整机停机，无瓶不灌装，电磁振荡器送塞顺畅自如，震荡功率可调整。主机具无级调速、计数装置、倒瓶剔除、剔除空瓶功能。可选择在线秤重功能。在自动控制方面，使用并行总线采集和输出信号，可编程控制器处理信号，带通讯接口，通过人机界面监测运行状况，可在线修改运行参数。 现在的高速灌装机的灌装运行方式一般是排列成直线式或者是旋转式跟踪多头灌装，加塞机构一般都采用真空吸塞，直线式加塞，而且主机都可以无级调速。小容量液体灌装机器还有互换性要求，要求机器在很短的时间内，更换最少的规格件，就可以使2ml，5ml,7ml, l0ml管制瓶一台机器上完成灌装加塞，而直线式灌装机可以满足互换性的要求。 目前国内在积极地开发恒压控制技术，但这种技术开发难度大，主要是自动控制技术不成熟，而且开发研制的前期投入高，开发人才匾乏，限制了时间压力法的推广应用。因此，金属/陶瓷活塞泵计量灌装法是目前国内药机重点开发的技术，其市场风险较小，也是应重点推广的技术。本课题在现有定量泵式灌装机的基础上，设计出一种更适合小型化妆品企业食品包装的定量泵式灌装机。作者首先针对定量泵式灌装机的发展现状提出了设计方案，其次进行了总体结构设计、典型零件的设计与校核及对轴的加工工艺的概述，最后分析了定量泵式灌装机的经济效益。关键字：定量泵 灌装机 压力灌装 结构设计 31 AbstractAt present, in the field of pharmaceutical packaging machinery, small volume of liquid filling machine development has been slow and in the production sub -Packaging operations, high-speed filling machine is basically imported machines. At present, the domestic machine can be measured in filling , Production efficiency and stability of the operation of machinery, surface treatment, electrical component selection aspects of research and development, digestion and absorption of foreign advanced technology manufacturers, as a key development direction. Whole machining equipment design should be simple smooth, External components smooth, burr, the chamfering or fillet with easy cleaning. The face should be filling machine May be simple or elevated, to reduce the clean air resistance and improve laminar flow effect. Application equipment laminar flow hood enclosures Live, laminar flow Zhaomen alarm device should be opened, the filling machine operators work, try not to contact or Less contact with any machine parts. Handheld devices should switch, you can move the machines, or linked machine For. Cypriot missing in the stands when whole machine, no bottle is not filling, sending electromagnetic oscillator Cypriot smooth ease, power adjustable shocks. Host a stepless speed regulation, counting devices, inverted bottles removed, remove empty bottles feature. Online weighing the option function. In automatic control, collection and use of parallel bus output signal, the PLC signal processing, interface with communications through the operation of monitoring human-computer interface can be modified on-line operating parameters. On the basis of the fix quantify pump filling machine, the issue designs a fix quantify pump filling for the combination of bottled beer. The author first point out the design program against the research status of the fix quantify pump filling machine, followed by a general structural design, the design and verification of typical components and the outlines of the axis machining process , finally analysis of economic benefits of the fix quantify pump filling machine.Keywords: fix quantify packaging，filling machine, press filling , structural design 目录 目录第一章 绪论11.1 研究的背景和意义11.1.1 研究的背景11.1.2 研究的意义11.2 定量泵式灌装机简介21.3 本课题研究的主要内容31.4定量泵式灌装机的特点31.5本课题研究的创新点3第二章 定量泵式灌装机总体设计52.1 定量泵式灌装机的设计思想52.2 包装机整体设计方案的选择5 2.3定量泵式灌装机的技术条件52.4 定量泵式灌装机的总体设计62.4.1 定量泵式灌装机工艺流程62.4.2 定量泵式灌装机的进瓶装置62.4.3 灌装机的灌装方式7 2 4.4定量泵式灌装机灌装阀的设计72.4.5 定量泵式灌装机的升瓶装置82.4.6 定量泵式灌装机的活塞装置92.5 定量泵式灌装机的主要技术参数102.6 定量泵式灌装机的保护与维修10第三章 定量泵式灌装机典型零件的设计与校核123.1 电机的选择123.1.1 输送装置电机的选择123.1.2 传动装置的总传动比133.2带传动装置的设计133.3 齿轮的选择与校验143.4 减速器选择与校验203.5 键的选择与校验24第四章 轴的加工工艺29第五章 定量泵式灌装机社会经济效益分析26文献综述30致 谢31第一章 绪论第一章 绪论1.1 研究的背景和意义1.1.1 研究的背景灌装机构是用于向容器灌装液体，使其达到由可截断该液体的空气排出孔高度所规定的液Nil.由于包装容器形态、材质、制成方法等的不同，以及产品物理化学性要求的不同，灌装机构的性能、结构也千差万别.目前，由于世界啤酒工业的发展给液体灌装机械工业、企业带来了一系列影响，德国、美国、日本、意大利等国液体灌装工业、企业加速发展对外贸易，向外转移设备和技术hl.同时研究和应用新技术刺激啤酒工业设备更新，这样进一步推进了灌装机械的发展，随之而来各种各样新型的灌装机相继问世.从1902年到1980年，经过近80年发展，灌装机已经由机械化进人自动化时代.这两个技术时代的产品特点，集中体现在液体灌装机的心脏灌装阀上.早期的液体灌装机采用撞块式机械阀灌装，由于机械阀效率低、漏损高，液阀演变为弹簧自动控制f81. 1980年以后，电动阀投人使用，随着自动化程度的提高，整机的传动系统、液、气控制系统、送盖系统者撇了改进.目前，液体灌装设备正朝高速度、高精度、自动化灌装方向发展采用压力灌装、电动阀灌装、微机监控灌装生产线来提高灌装谏度、精度和自动化程度.1.1.2 研究的意义“包子有馅不在褶上”这句话随着时代的发展，已经不再灵验。越来越多的企业、客户开始重视产品的包装，包装的好坏将直接影响产品的质量和企业的经济效益。据估计，食品包装材料销售额将与食品销售额平行增长，降低包装重量的负面效应将会被高价值的高分子新材料和低包装所平衡食品包装销售额的增幅可能会比食品还要大。此外，考虑到食品包装的特殊性，如何解决这些问题，各国的生产企业都进行了很多尝试。其中，利用定量泵式灌装包装机制造的灌装包装取得了很好的效果。变速装置又可以通过控制步进电机的运行步数而达到精确控制齿轮泵的转数，从而实现精确计量的目的.其特点是具有极高的计量准确度和较好的重复性，灌装容量范围很大，且可方便地任意调整，适应各种大小容器.我国食品包装机械经过多年的奋斗，取得了长足的进步。但是从整体上看和外国的设备还是存在着很大的差距，如产量不高、运行不稳定、零部件标准化低等。面对诸多的发展机遇和挑战，包括作者在内，我们在提高自身水平的同时，明确今后发展思路很有必要。1.2 定量泵式灌装机简介所谓定量泵式灌装机即压力法灌装机，压力法灌装机是利用外部的机械压力将液体产品充填到包装容器内部的机器。它适用于灌装粘稠性物料，例如：牙膏、番茄酱、豆瓣酱、香脂等。全自灌装-压盖-贴标包装机是近年开发使用的一种多功能多用途包装机型，它集灌装、充填物料、抽真空、充气、旋盖、贴标等功能于一体，在一台机械设备上具备了一条包装生产线的功能1。对食品生产等使用厂家来说，无需事先制盒或向制盒厂订购包装盒，把多个工序集中在一起一次完成。可见这类机型的性能强，适用性广，包装形式多样，可广泛应用于各种食品、化妆品、药品等包装领域。定量泵式灌装机采用轮盘式灌装，本机的主运动方向为立式，故占地小，结构紧凑，适于小件多品种产品的生产。1.3 本课题研究的主要内容本课题的主要研究内容是在现有定量泵式灌装机的基础上，设计一个结构较为简单、产品生产效率适中、质量合格定量泵式灌装机。研究整机的连续化生产；定量充填器配合完成精确充填。作者具体设计分析了定量泵式灌装机的传动系统、瓶子升降机构、灌装机构、计量活塞机构、送瓶出瓶机构等各个组成部分的结构以及性能特点，最终设计出一种适合高粘度流体灌装包装的定量泵式灌装机。1.4定量泵式灌装机的发展趋势近年来，我国包装机虽然采用了一些PLC和具有智能控制功能的仪表，但总体来说，大多数还是低水平的机电控制，还没有带有数据储存、采集、修正功能的机器。反观技术领先国家的包装产业发展，以德国的包装机械制造厂商和设计部门为例，他们近年为适应客户多元化、高效率的要求开始着重于：（1）提高流程自动化：每个机械手均由单独电脑控制，一台包装机械为完成复杂的包装动作，需由多个机械手完成；机械手对材质及厚度具有高分辨能力。（2）努力寻求提高生产率的途径，降低工艺流程成本。（3）采用连续工作或多头工作方式、降低废品率、提供故障分析系统、使产品生产机械和包装机械一体化。（4）适应包装市场变化、注重设备柔性灵活性（量的灵活性、构造灵活性、供货灵活性）。纵观国际包装业发展情况，推动包装业技术发展的主要动因有经济形势变化、人口结构变化、市场区别性、消费与市场安全考虑、包装材料与容器制品的发展、包装机械设备进步、数字化技术、电子组合技术等。 今后用户最希望的包装机械性能可归纳为：柔性与组合性好；操作速度高；劳工时间少（包括维修、改型）；自动化程度高；可靠性高；占地空间小；节省资源。 为此，中国包装机械企业必须重视采用各种先进技术，努力开发机械、电子、气液、生物、光、磁等在包装中的应用。重点在工作效率、资源利用、节省资源、高性能上下功夫，淘汰一批高消耗低效率的产品。作为现代制造业，必须加快产业的信息化改造。 1.5本课题研究的创新点本课题研究的创新点在于：1、全自动灌装机有一套严格的工艺程序，何时进瓶、出瓶，什么时候灌装头上升、下降，什么时候灌装，灌装料量多少，进瓶时的传送带速度，出瓶时的传送带速度，加速时间，减速时间等，都有严格的要求。系统不但有高精确度的时间和液位控制，而且还有调速、汽缸进出、升降等功能。2、根据工艺的要求，除了能实现全自动化外，还能实现手动操作。为了满足上述要求，如果采用常规的仪表和继电控制，那么，系统不但复杂、繁琐，而且可靠性等也相应降低。采用PLC和触摸屏的有机结合，不仅能有效地解决上述问题，而且在触摸屏上能显示灌装速都通过触摸屏保存。度、产量，能调整每步工艺之间的时间，系统的可靠性、可操作性、可视性都有了很大的提高。 第二章 定量泵式灌装机包装机总体设计第二章 定量泵式灌装机总体设计2.1 定量泵式灌装机的设计思想定量泵式灌装机是现代包装产业比较先进、比较理想的包装设备之一，与其它包装设备相比，有着许多不可替代的优越性。经过灌装包装的食品，不仅实现了产品对包装运输的基本要求，还具有很高的方便性和适用性，适于再次使用、销售商储运及销售展示等。根据本课题的研究内容和要求,作者综合考虑了生产的安全性、实用性、经济性的同时,注重了定量泵式灌装包装机器设计的创新,在满足各方面技术要求的同时,寻求了一种更经济的设计方法。2.2 定量泵式灌装机整体设计方案的选择定量泵式灌装机包装机的主要结构包括：加热机构、成型机构、充填机构、热合机构、传动机构、供送机构、电子控制系统等。塑料片材经加热辊加热后，随即被真空成型辊的凹模吸入成型为泡状，在被冷却定型的同时，食品自动充填到泡状容器中。当运行到热封辊处，被铝箔覆盖、封合，随后脱模。此类型包装机能够用一台机器实现流水线的快速生产，可以有效的提高生产效率，同时降低了工人的劳动强度、生产成本，是包装行业优质的机器设备。可广泛应用于医药行业。2.3定量泵式灌装机的技术条件按照中华人民共和国机械行业标准对作者设计的定量泵式灌装机包装机进行技术条件的测定1：1、包装机应能根据用户要求，在一定范围内对包装板块尺寸、包装物件排列方式作适当调整。2、包装机气控系统、真空系统、冷却系统不得有渗漏现象。3、包装机正常运转时，各运动部位和机构的动作转换应灵活可靠,无卡滞现象。4、包装机应有打批号装置。5、包装机正常工作时无异常声，其工作噪声不大于85dB(A) 。6、包装成品外观质量应符合表2要求。7、电气系统安全可靠, 操作时应灵敏准确。8、包装机的电路系统应有连续可靠的接地电路，并应符合GB/ T5226.11996 中20.2的有关规定。9、包装机的动力电路导线与保护电路之间施加500Vd.c实测得的绝缘电阻不得小于1M。10、包装机应能承受50Hz的正弦波交流电压1000V至少1s时间的耐压试验，无击穿或闪烁现象。11、包装机上应有清晰醒目的操纵、润滑、安全或警告等多种标志,安全标志应符合GB 2894和GB 16179 的规定。12、包装机应装有安全防护装置并应符合JB7233 1994 中第4 章规定。13、包装机与被包装物及包装材料相接触的表面应采用不锈、无毒及化学性能稳定的材料制造。14、包装机润滑系统、气控系统不得污染被包装物。15、包装机可用度(A) 值不小于85%。16、包装机从开始使用起到第一次大修, 累计工作时间不少于8000h。17、涂漆表面应完整、光亮、色调均匀,不允许有斑点、皱纹、起泡、脱落和明显划伤等缺陷。18、外露不锈钢零件表面应平整、光洁。19、其它外露零件表面应作防锈处理。2.4 定量泵式灌装机的总体设计2.4.1 定量泵式灌装机工艺流程本研究的定量泵式灌装机包装机应用于大黏度流体如酱类的包装，此压力灌装包装工艺流程为：瓶子经传送带传入，星型拨轮将传送带上的瓶子转入灌装转盘，托平机构利用升成轨道托起瓶子。活塞往复运动将储酱缸内的液料压入灌装阀，升起的瓶子顶开灌装阀，活塞将液料压入瓶中，经降瓶机构轨道瓶子转出，星型拨轮将瓶子拨回传送带上，完成整个包装过程。图1图22.4.2 定量泵式灌装机的进瓶装置定量泵式灌装机是灌装生产线中的一部分，前面要连接瓶子清洗机器，瓶子通过传送带传入定量泵式灌装机，在通过传送带传到下一步工序。关于瓶子送传送到到灌装转盘，作者设计了星型波轮结构，将瓶子拨入灌装轨道。2.4.3 灌装机的灌装方式灌装方法可分为以下四种：常压灌装：在常压下将液体产品填充到包装容器中。它只适宜灌装低黏度不含气的产品，如白酒、醋、酱油等。负压灌装：先将包装容器抽气形成负压，然后再将产品填充到包装容器内。其中压差式负压灌装机储液箱内处于常压，只对包装容器抽气时之形成负压，依靠储液箱和待灌容器之间的压力差将液体产品充填到包装容器；重力式负压灌装机将储液箱和包装容器都抽气形成负压，液体产品依靠本身的自重填充到包装容器内。 等压灌装：先向包装容器充气，使其内部的气体压力和储液箱内的气体压力相等，然后将液体产品充填到包装容器内。它适用于灌装含气饮料和含气的酒类，例如汽水、可口可乐、啤酒、汽酒等。它可以包装灌装产品的质量和计量精度。 压力灌装：压力灌装是利用外部的机械压力将液体产品充填到包装容器。它适用于灌装粘稠性物料，例如牙膏、番茄酱、豆瓣酱、香脂等。针对此次食品黏度大的特点，作者拟采用压力灌装。2.4.4定量泵式灌装机灌装阀的设计图3灌装阀结构活塞式灌装阀的结构如图所示。灌装阀中有圆柱形滑阀5，在滑阀上有月牙形凹槽，凹槽的大小能同时覆盖酱箱下面的通道A和活塞体上部的通道B，使储酱箱和活塞体相通。当滑阀上升时，储酱箱的通道A被覆盖，活塞体上的通道B和灌装阀的通道C相通。灌装机工作时，活塞杆在凸轮的作用下下降，通道A和B相通，液料由储酱箱1底部的通道A经滑阀5的月牙形凹槽6和通道B进入活塞体计量室内。当空瓶进至瓶托上，瓶托由凸轮作用上升，瓶口顶住灌装头8和滑阀5上升，滑阀覆盖住通道A，同时接通灌装阀通道C和活塞通道B。此时活塞在凸轮的作用下上升，将活塞计量室内液料压入瓶内，瓶内的空气由灌装头上的空隙排出，当活塞上移到最高点处完成一次灌装。紧接着装满酱料的瓶子在凸轮作用下向下移动，同时滑阀5在弹簧作用下复位，滑阀弧形凹槽再次接通通道A和B，储酱箱的酱料有储酱箱流入活塞内，活塞杆也同时在凸轮作用下下移，进行下一次灌装。2.4.5 定量泵式灌装机的升瓶装置瓶子需按灌装过程需要，由瓶托把瓶子升到规定位置，灌装满后再降下来，由后面的星型拨轮送至下工位或压盖机上。图4灌装阀结构弹簧1保证升瓶机构平稳运行，减少震动，避免瓶子受到冲击。滚轮2使升瓶机构沿轨道3正确运行。另外还可采用气动式瓶子升降机构，这种瓶子升降机构在发生事故时，瓶子会卡住，压缩空气好比弹簧一样白压缩，从而使瓶子不会被挤坏。因此比不带气缸，只是考曲线板升降的老式刚性升降机构安全可靠。由于下降采用曲线板控制，运动平稳，这点又优于只用气动升降，而无曲线板的纯气动升降机构。2.4.6 定量泵式灌装机包装机的活塞装置图4灌装阀结构1-下轨道 2-滚轮 3-转辙器 4-上轨道 5-复位板 6-滚轮 7-凸轮展开曲线正常工作时，活塞的运动工程如图4所示：活塞在定圆柱凸轮的作用下做垂直移动。当滚轮2沿A运动时，活塞下降，酱料被吸入活塞体内。当滚轮沿线路B运动时，活塞停止运动。滚轮沿线路C运动时，活塞压酱到空瓶内或回流到储酱箱内。图5活塞导轨机构2.5 定量泵式灌装机包装机的主要技术参数定量泵式灌装机包装机的主要技术指标为：1.灌装头数：302.瓶子规格：100ML3.生产能力：10-15瓶每分4.计量方式：容量法5.机器净重：220公斤 6.转盘转速：0.85-1.25转每分 7.总功率 3.0KW 8.电压 380V/50Hz 9.最大灌装瓶颈 20mm 10.整体重量 800Kg 12.外形尺寸（长宽高） 12443591200mm2.6 定量泵式灌装机包装机的保护与维修为延长机器的使用寿命，保证包装产品质量，应定期对机器进行必要的维护和保养。维修和保养的内容主要包括清理、润滑、调整、检查和修理1。1、清理对机器在使用中产生的一些灰尘和余屑应及时进行清理，否则会干扰机器的正常工作。清理的重点应是辊子、热封和成型部件，因为这些部件最容易粘接熔化的塑料膜和灰尘。如果辊子上沾有熔化的薄膜或其它污垢，就会影响辊子的正常运转，甚至会使包装材料粘附在辊子上无法前进；如果热封和成型部件粘上熔化的薄膜，会降低成型和热封效率及包装封合质量，因此应经常对这些部件进行清理。2、润滑良好的润滑对机器的正常运转是非常重要的。应严格按照机器的润滑表或使用说明书的要求，使用规定的润滑剂定期进行润滑。经常摩擦的部位，应每天滴1-2滴润滑油；链轮和链条应保持有一层油膜；轴承应定期补充油脂。润滑油池要保持一定的油面高度，并按规定定期更换润滑油。有些机器备有自动加油装置，对这些装置要经常进行检查，以避免由于喷咀堵塞、油管损坏或其它原因导致的运动机构卡死现象。3、调整机器调整正确与否，与机器的正常运转和包装质量的保证有很大关系。机器大修后，投产前，应进行全面仔细地调整。热成型温度、加热时间，将直接影响成型容器的质量及生产效率，在保证成型质量的前提下，应尽量缩短加热时间，以提高生产效率。一般在实际操作时，先根据塑料膜的种类和厚度仔细进行调整试验，将塑料片在确定的加热条件下能成型具有较锐棱角的正方形容器而没有可见的缺陷出现时所需的加热时间为最短的加热时间。盖封时的加热温度、封合时间和施加压力对容器的封口质量有很大影响，同样也要调整适当。各执行部件的动作必须协调同步，才能保证机器平稳高效运转。4、检修在机器运转期间，要经常进行检查，以便及时发现故障并随时排除。如机器有不正常的噪音和撞击声，应及时停机检查；发现螺钉松动、链条松弛，应及时紧固和张紧；冷却系统工作不正常或有漏水现象，应及时维修。特别是在清理和润滑时，可以认真检查机器各运动部件的磨损情况，并及时更换磨损件。第三章 定量泵式灌装机包装机典型零件的设计与校核第三章 定量泵式灌装机包装机典型零件的设计与校核3.1 电机的选择3.1.1 输送装置电机的选择1、选择电动机类型按已知工作效率和要求，考虑同类型包装机械的选用情况，作者选用Y系列三相异步YEL 132S-6电动机。2、选择电动机的容量工作机所需功率按如下公式计算，式中，F=700N（根据药用包装学中的相关数据），v=30900.001=2.7m/s，工作机的效率=0.94，代入上式得：电动机的输出功按下式计算式中，为电动机至工作机轴的传动装置总效率由，由机械设计课程设计手册表2.1-1，取链传动效率，滚动轴承效率，8级精度齿轮传动效率，联轴器效率，则故， 因载荷平稳，电动机额定功率Ped只需略大于Pd即可，所以选电动机的额定功率Ped为3.0KW。3、 确定电动机的转速根据本机选用的麦奇电机微型齿轮减速电机相关参数，减速比为40，工作机轴转速为3.1.2 传动装置的总传动比 传动装置的总传动比3.2带轮的设计设计计算内容一、 初始条件名称 数值 单位电机功率 3.00 千瓦（W）小带轮转速 960.00 转/分（r/min）大带轮转速 480.00 转/分（r/min）初定轴间距 220 毫米（mm）二、 设计结果名称 数值 单位带形 A 无小带轮基准直径 100.00 毫米（mm）大带轮基准直径 200.00 毫米（mm）带长 630.00 毫米（mm）实际轴间距 73.70 毫米（mm）小带轮包角 102.25 度V带的根数 5 无带轮宽度 80.00 毫米（mm）单根V带的预紧力 146.46 牛顿（N）作用在轴上的力 968.65 牛顿（N）三、 带轮轮缘参数名称 符号 数值 单位带轮结构形式 无 实心轮 无辅板厚度 无 无 无槽型 无 A 无基准宽度 Bp 11.0 毫米（mm）基准线上槽深 Hamin 2.8 毫米（mm）基准线下槽深 Hamin 8.7 毫米（mm）槽间距 e 15.0 毫米（mm）槽间距上偏差 无 0.3 毫米（mm）槽间距下偏差 无 -0.3 毫米（mm）第一槽对称面至端面的距离 f 10.0 毫米（mm）第一槽对称面至端面的距离上偏差 无 2.0 毫米（mm）第一槽对称面至端面的距离下偏差 无 -1.0 毫米（mm）3.3 齿轮的设计与校核设计计算内容结果1、选择齿轮材料和热处理、精度等级、齿轮齿数考虑到具体应用环境和生产效率等因素，要求结构紧凑，使用寿命较长，齿面啮合类型选择为硬齿面，大小齿轮材料用40MnB，表面淬火，齿面硬度4550HRC，8级精度。齿轮1布置形式为非对称布置（轴钢性较大）；齿轮2布置形式为悬臂布置。 一、设计信息设计者 Name=李安琪设计单位 Comp=吉林大学设计日期 Date=2008-6-10设计时间 Time=22:34:33二、设计参数传递功率 P=3 (kW)传递转矩 T=6788.38863 (N.m)齿轮1转速 n1=4.22 (r/min)齿轮2转速 n2=2.55 (r/min)传动比 i=1.65490原动机载荷特性 SF=轻微振动工作机载荷特性 WF=均匀平稳预定寿命 H=10000 (小时)三、布置与结构结构形式 ConS=开式齿轮1布置形式 ConS1=中间轴上两齿轮（异侧啮合）齿轮2布置形式 ConS2=悬臂布置四、材料及热处理齿面啮合类型 GFace=硬齿面热处理质量级别 Q=ML齿轮1材料及热处理 Met1=45齿轮1硬度取值范围 HBSP1=45-50齿轮1硬度 HBS1=48齿轮1材料类别 MetN1=0齿轮1极限应力类别 MetType1=11齿轮2材料及热处理 Met2=45齿轮2硬度取值范围 HBSP2=45-50齿轮2硬度 HBS2=48齿轮2材料类别 MetN2=0齿轮2极限应力类别 MetType2=11五、齿轮精度齿轮1第组精度 JD11=5齿轮1第组精度 JD12=7齿轮1第组精度 JD13=7齿轮1齿厚上偏差 JDU1=F齿轮1齿厚下偏差 JDD1=L齿轮2第组精度 JD21=5齿轮2第组精度 JD22=7齿轮2第组精度 JD23=7齿轮2齿厚上偏差 JDU2=F齿轮2齿厚下偏差 JDD2=L六、齿轮基本参数模数(法面模数) Mn=3端面模数 Mt=3.00000螺旋角 =0.000000 (度)基圆柱螺旋角 b=0.0000000 (度)齿轮1齿数 Z1=19齿轮1变位系数 X1=0.00齿轮1齿宽 B1=25.00 (mm)齿轮1齿宽系数 d1=0.87719齿轮2齿数 Z2=31齿轮2变位系数 X2=0.00齿轮2齿宽 B2=20.00 (mm)齿轮2齿宽系数 d2=0.43011总变位系数 Xsum=0.00000标准中心距 A0=75.00000 (mm)实际中心距 A=75.00000 (mm)齿数比 U=1.63158端面重合度 =1.60224纵向重合度 =0.00000总重合度 =1.60224齿轮1分度圆直径 d1=57.00000 (mm)齿轮1齿顶圆直径 da1=63.00000 (mm)齿轮1齿根圆直径 df1=49.50000 (mm)齿轮1齿顶高 ha1=3.00000 (mm)齿轮1齿根高 hf1=3.75000 (mm)齿轮1全齿高 h1=6.75000 (mm)齿轮1齿顶压力角 at1=31.766780 (度)齿轮2分度圆直径 d2=93.00000 (mm)齿轮2齿顶圆直径 da2=99.00000 (mm)齿轮2齿根圆直径 df2=85.50000 (mm)齿轮2齿顶高 ha2=3.00000 (mm)齿轮2齿根高 hf2=3.75000 (mm)齿轮2全齿高 h2=6.75000 (mm)齿轮2齿顶压力角 at2=28.025136 (度)齿轮1分度圆弦齿厚 sh1=4.70702 (mm)齿轮1分度圆弦齿高 hh1=3.09734 (mm)齿轮1固定弦齿厚 sch1=4.16114 (mm)齿轮1固定弦齿高 hch1=2.24267 (mm)齿轮1公法线跨齿数 K1=2齿轮1公法线长度 Wk1=14.08291 (mm)齿轮2分度圆弦齿厚 sh2=4.71037 (mm)齿轮2分度圆弦齿高 hh2=3.05968 (mm)齿轮2固定弦齿厚 sch2=4.16114 (mm)齿轮2固定弦齿高 hch2=2.24267 (mm)齿轮2公法线跨齿数 K2=3齿轮2公法线长度 Wk2=23.44350 (mm)齿顶高系数 ha*=1.00顶隙系数 c*=0.25压力角 *=20 (度)端面齿顶高系数 ha*t=1.00000端面顶隙系数 c*t=0.25000端面压力角 *t=20.0000000 (度)七、检查项目参数齿轮1齿距累积公差 Fp1=0.01914齿轮1齿圈径向跳动公差 Fr1=0.01605齿轮1公法线长度变动公差 Fw1=0.01278齿轮1齿距极限偏差 fpt()1=0.01560齿轮1齿形公差 ff1=0.01171齿轮1一齿切向综合公差 fi1=0.01639齿轮1一齿径向综合公差 fi1=0.02211齿轮1齿向公差 F1=0.01255齿轮1切向综合公差 Fi1=0.03085齿轮1径向综合公差 Fi1=0.02247齿轮1基节极限偏差 fpb()1=0.01466齿轮1螺旋线波度公差 ff1=0.01639齿轮1轴向齿距极限偏差 Fpx()1=0.01255齿轮1齿向公差 Fb1=0.01255齿轮1x方向轴向平行度公差 fx1=0.01255齿轮1y方向轴向平行度公差 fy1=0.00628齿轮1齿厚上偏差 Eup1=-0.06239齿轮1齿厚下偏差 Edn1=-0.24958齿轮2齿距累积公差 Fp2=0.02334齿轮2齿圈径向跳动公差 Fr2=0.01790齿轮2公法线长度变动公差 Fw2=0.01391齿轮2齿距极限偏差 fpt()2=0.01607齿轮2齿形公差 ff2=0.01216齿轮2一齿切向综合公差 fi2=0.01694齿轮2一齿径向综合公差 fi2=0.02276齿轮2齿向公差 F2=0.00630齿轮2切向综合公差 Fi2=0.03550齿轮2径向综合公差 Fi2=0.02505齿轮2基节极限偏差 fpb()2=0.01510齿轮2螺旋线波度公差 ff2=0.01694齿轮2轴向齿距极限偏差 Fpx()2=0.00630齿轮2齿向公差 Fb2=0.00630齿轮2x方向轴向平行度公差 fx2=0.00630齿轮2y方向轴向平行度公差 fy2=0.00315齿轮2齿厚上偏差 Eup2=-0.06428齿轮2齿厚下偏差 Edn2=-0.25712中心距极限偏差 fa()=0.02242八、强度校核数据齿轮1接触强度极限应力 Hlim1=960.0 (MPa)齿轮1抗弯疲劳基本值 FE1=480.0 (MPa)齿轮1接触疲劳强度许用值 H1=1199.5 (MPa)齿轮1弯曲疲劳强度许用值 F1=353.7 (MPa)齿轮2接触强度极限应力 Hlim2=960.0 (MPa)齿轮2抗弯疲劳基本值 FE2=480.0 (MPa)齿轮2接触疲劳强度许用值 H2=1199.5 (MPa)齿轮2弯曲疲劳强度许用值 F2=353.7 (MPa)接触强度用安全系数 SHmin=1.00弯曲强度用安全系数 SFmin=1.40接触强度计算应力 H=8149.9 (MPa)接触疲劳强度校核 HH=满足齿轮1弯曲疲劳强度计算应力 F1=13875.9 (MPa)齿轮2弯曲疲劳强度计算应力 F2=12899.8 (MPa)齿轮1弯曲疲劳强度校核 F1F1=满足齿轮2弯曲疲劳强度校核 F2F2=满足九、强度校核相关系数齿形做特殊处理 Zps=特殊处理齿面经表面硬化 Zas=不硬化齿形 Zp=一般润滑油粘度 V50=120 (mm2/s)有一定量点馈 Us=不允许小齿轮齿面粗糙度 Z1R=Rz6m ( Ra1m )载荷类型 Wtype=静强度齿根表面粗糙度 ZFR=Rz16m ( Ra2.6m )刀具基本轮廓尺寸 HMn=Hao/Mn1.25, Pao/Mn0.38圆周力 Ft=238189.07474 (N)齿轮线速度 V=0.01259 (m/s)使用系数 Ka=1.10000动载系数 Kv=1.00004齿向载荷分布系数 KH=1.00000综合变形对载荷分布的影响 Ks=1.00000安装精度对载荷分布的影响 Km=0.00000齿间载荷分布系数 KH=1.00000节点区域系数 Zh=2.49457材料的弹性系数 ZE=189.80000接触强度重合度系数 Z=0.89401接触强度螺旋角系数 Z=1.00000重合、螺旋角系数 Z=0.89401接触疲劳寿命系数 Zn=1.28812润滑油膜影响系数 Zlvr=0.97000工作硬化系数 Zw=1.00000接触强度尺寸系数 Zx=1.00000齿向载荷分布系数 KF=1.00000齿间载荷分布系数 KF=1.00000抗弯强度重合度系数 Y=0.71809抗弯强度螺旋角系数 Y=1.00000抗弯强度重合、螺旋角系数 Y=0.71809寿命系数 Yn=1.03172齿根圆角敏感系数 Ydr=1.00000齿根表面状况系数 Yrr=1.00000尺寸系数 Yx=1.00000齿轮1复合齿形系数 Yfs1=4.42487齿轮1应力校正系数 Ysa1=1.53717齿轮2复合齿形系数 Yfs2=4.11360齿轮2应力校正系数 Ysa2=1.62618 i=1.65490m=4mm 3.4减速器的选择与校验设计计算内容结果一、选择减速器1.选择减速器类型按已知工作条件和要求，选用KWS系列一般用途的涡轮蜗杆减速器。普通圆柱蜗杆传动设计结果报告一、普通蜗杆设计输入参数 1. 传递功率 P 10.00 (kW) 2. 蜗杆转矩 T1 65.40 (N.m) 3. 蜗轮转矩 T2 4382.60 (N.m) 4. 蜗杆转速 n1 480.00 (r/min 5. 蜗轮转速 n2 5.00 (r/min 6. 理论传动比 i 96.00 7. 实际传动比 i 96.00 8. 传动比误差 0.00 () 9. 预定寿命 H 4800 (小时) 10. 原动机类别 电动机 11. 工作机载荷特性 平 稳 12. 润滑方式 喷油 13. 蜗杆类型 阿基米德蜗杆 14. 受载侧面 一侧 二、材料及热处理 1. 蜗杆材料牌号 45(表面淬火) 2. 蜗杆热处理 表面淬火 3. 蜗杆材料硬度 HRC4555 4. 蜗杆材料齿面粗糙度 1.60.8 (m) 5. 蜗轮材料牌号及铸造方法 ZCuSn10P1(砂模) 6. 蜗轮材料许用接触应力H 200 (N/mm2) 7. 蜗轮材料许用接触应力H 257 (N/mm2) 8. 蜗轮材料许用弯曲应力F 51 (N/mm2) 9. 蜗轮材料许用弯曲应力F 49 (N/mm2) 三、蜗杆蜗轮基本参数(mm) 1. 蜗杆头数 z1 1 2. 蜗轮齿数 z2 96 3. 模 数 m 4.00 (mm) 4. 法面模数 Mn 3.97 (mm) 5. 蜗杆分度圆直径 d1 31.50 (mm) 6. 中心距 A 200.00 (mm) 7. 蜗杆导程角 7.237 8. 蜗轮当量齿数 Zv2 98.33 9. 蜗轮变位系数 x2 -1.94 10. 轴向齿形角 x 20.000 11. 法向齿形角 n 19.853 12. 齿顶高系数 ha* 1.00 13. 顶隙系数 c* 0.20 14. 蜗杆齿宽 b1 47.00 (mm) 15. 蜗轮齿宽 b2 24.00 (mm) 16. 是否磨削加工 否 17. 蜗杆轴向齿距 px 12.57 (mm) 18. 蜗杆齿顶高 ha1 4.00 (mm) 19. 蜗杆顶隙 c1 0.80 (mm) 20. 蜗杆齿根高 hf1 4.80 (mm) 21. 蜗杆齿高 h1 8.80 (mm) 22. 蜗杆齿顶圆直径 da1 39.50 (mm) 23. 蜗杆齿根圆直径 df1 21.90 (mm) 24. 蜗轮分度圆直径 d2 384.00 (mm) 25. 蜗轮喉圆直径 da2 376.50 (mm) 26. 蜗轮齿根圆直径 df2 358.90 (mm) 27. 蜗轮齿顶高 ha2 -3.75 (mm) 28. 蜗轮齿根高 hf2 12.55 (mm) 29. 蜗轮齿高 h2 8.80 (mm) 30. 蜗轮外圆直径 de2 384.50 (mm) 31. 蜗轮齿顶圆弧半径 Ra2 11.75 (mm) 32. 蜗轮齿根圆弧半径 Rf2 20.55 (mm) 33. 蜗杆轴向齿厚 sx1 6.28 (mm) 34. 蜗杆法向齿厚 sn1 6.23 (mm) 35. 蜗轮分度圆齿厚 s2 0.64 (mm) 36. 蜗杆齿厚测量高度 ha1 4.00 (mm) 37. 蜗杆节圆直径 d1 16.00 (mm) 38. 蜗轮节圆直径 d2 384.00 (mm) 四、蜗杆蜗轮精度- 项目名称 蜗 杆 蜗 轮 - 1. 第一组精度 7 7 - 2. 第二组精度 7 7 - 3. 第三组精度 7 7 - 4. 侧 隙 f f -五、强度刚度校核结果和参数 1. 许用接触应力 456.59 (N/mm2) 2. 计算接触应力 377.72 (N/mm2) 满足 3. 许用弯曲应力 49.46 (N/mm2) 4. 计算弯曲应力 42.32 (N/mm2) 满足 5. 许用挠度值 1.0473 (N/mm2) 6. 计算挠度值 0.9113 (N/mm2) 满足 1. 蜗杆圆周力 Ft1 4152.64 (N) 2. 蜗杆轴向力 Fx1 -23786.41 (N) 3. 蜗杆径向力 Fr1 -8657.55 (N) 4. 蜗轮圆周力 Ft2 23786.41 (N) 5. 蜗轮轴向力 Fx2 -4152.64 (N) 6. 蜗轮径向力 Fr2 8657.55 (N) 7. 蜗轮法向力 Fn -25492.54 (N) 8. 滑动速度 Vs 0.80 (m/s) 9. 蜗杆传动当量摩擦角 v 2.580 10. 蜗杆传动效率 0.70 11. 蜗杆的啮合效率 1 0.73 12. 搅油损耗 2 0.97 13. 滚动轴承效率 3 0.98 14. 使用系数 Ka 1.02 15. 动载荷系数 Kv 1.05 16. 载荷分布系数 K 1.00 17. 材料的弹性系数 ZE 155.00 18. 滑动速度影响系数 Zvs 1.00 19. 寿命系数 ZN 1.28 20. 齿形系数 Yfs 3.99 21. 导程角系数 Y 0.94 22. 蜗杆截面惯性矩 I 11291.36 (mm4) 23. 弹性模量 E 207000.00 (N/mm2) 24. 蜗杆两端支承点的跨度 L 220.00 (mm) 六、自然通风散热计算 1. 热导率 k 8.70 ( W / m2 ) 2. 散热的计算面积 A 0.00 (m2) 3. 冷却的箱壳表面积 A1 0.00 (m2) 4. 补充的箱壳表面积 A2 0.00 (m2) 5. 润滑油温度 t1 40 ( ) 6. 周围空气温度 t2 20 ( ) 7. 损耗的功率 Ps 0.00 ( kW ) 8. 能散出的功率 Pc 0.00 ( kW ) 满足KWS涡轮蜗杆减速器PW=10KW S3.0S1.32.5SS,该轴D截面是安全的。3.5 键的选择与校验设计计算内容结果1.选择键联接的类型和尺寸根据使用要求和工作条件，选择圆头普通平键（A型）。根据d=48mm从机械设计课程设计手册中在键的标准型号中查得键的横截面尺寸为：宽度b=14mm,高度h=8mm。由齿轮宽度并参考键的长度系列，取键长L=40mm（比齿轮宽度小些）。1. 校核键联接的强度键、轴和齿轮的材料都是钢，查机械设计手册得许用挤压应力100120MPa，取其平均值110MPa。键的工作长度l=L-b=4
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