全自动液体罐装机的设计【8张CAD图纸+文档全套】
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湖州师范学院本科毕业论文 毕 业 设 计（说明书）2014 届 题 目 全自动液体灌装机设计 专 业 学生姓名 学 号 指导教师 论文字数 完成日期 湖 州 师 范 学 院 教 务 处 印 制36原 创 性 声 明本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文，是在指导老师的指导下独立进行研究所取得的成果。毕业论文中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。除文中已经注明引用的内容外，不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究成果做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。论文作者签名： 日 期： 关于毕业论文使用授权的声明本人在指导老师指导下所完成的论文及相关的资料（包括图纸、试验记录、原始数据、实物照片、图片、录音带、设计手稿等），知识产权归属湖州师范学院。本人完全了解湖州师范学院有关保存、使用毕业论文的规定，同意学校保存或向国家有关部门或机构送交论文的纸质版和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权湖州师范学院可以将本毕业论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用任何复制手段保存和汇编本毕业论文。如果发表相关成果，一定征得指导教师同意，且第一署名单位为湖州师范学院。本人离校后使用毕业论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为湖州师范学院。论文作者签名： 日 期： 指导老师签名： 日 期： 全自动液体罐装机设计摘要：灌装机是酒水、饮料类等食品加工行业的关键设备之一。目前正向着灌装的高速化、精确化；以及智能化、多功能化方向发展。本文针对传统罐装机性能比较单一、自动化程度低、通用性差，灌装速度调整不方便，而且难以适用瓶形、液体物料及灌装规格的变化等问题，结合全自动液体灌装的工艺流程，分析了全自动液体灌装机的工作过程及其主要部件的功能，重点介绍了全自动液体灌装机设计过程。全自动液体灌装机实现了灌装生产高速化、精确化、智能化、多功能化以及操作界面人性化的要求。对灌装工作过程进行实时监控及动态管理，提高了液体灌装的自动化水平，提高了生产效率。关键词：全自动，液体，灌装机，控制系统Automatic liquid filling machine designAbstract: The filling machine is one of the key devices drinks, beverages and other food processing industries. Now toward filling the high-speed, precise; and intelligent, multi-direction.In this paper, the traditional canning machine performance is relatively simple, low degree of automation, general poor, filling speed adjustment inconvenient and difficult to apply the bottle-shaped, liquid filling materials and changes in specifications and other issues, combined with automatic liquid filling process analyzes the features automatic liquid filling machine working process and its main components, focusing on the automatic liquid filling machine design process.Automatic liquid filling machine filling production to achieve a high-speed, accurate, intelligent, multi-functional and user-friendly interface requirements. Work on the filling process real-time monitoring and dynamic management, improve the automation level of liquid filling, improve production efficiency.Keywords: Automatic, Liquid filling machine, Control system目 录第1章 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外研究现状11.3液体灌装机介绍21.3.1基本灌装方法21.3.2灌装机结构组成5第2章 总体方案设计92.1灌装流程设计92.2 各部分方案设计92.2.1容器输入与传送92.2.2容器定位102.2.3容器夹紧112.2.4灌装122.2.5封口压盖122.2.6产品输出与传送122.3总体方案确定13第3章 各部分设计153.1电动机的选择153.2主传动机构设计153.3传动齿轮，带轮，链轮的设计153.3.1总体参数匹配153.3.2 V带传动设计173.3.3齿轮传动设计与校核183.4轴系部件的设计213.4.1轴的设计213.4.2轴承的选用与校核243.4.3键的校核计算243.5旋转工作台设计253.5.1间隙运动机构的设计253.5.2传送轮的设计253.6 升降机构设计273.6.1工况分析273.6.2液压缸设计273.6.3液压系统回路方案设计293.6.4选择液压元件30第4章 控制系统的设计32总 结34参考文献35致 谢36湖州师范学院本科毕业论文第1章 绪论1.1研究背景及意义目前中国饮用水、碳酸饮料、茶饮料的前处理设备国内产品基本上可以满足需要，中、低速理瓶、装箱设备也有相匹 配的产品可供选择，在热液体灌装机方面，各设备厂都能解决设备在热灌装环境下的控制、密封等工艺要求。江苏美星、广东达意隆公司也解决了无菌冷灌装的问题。不过无论是碳 酸饮料、瓶装水、果汁还是茶饮料，也无论是PET瓶、金属罐还是利乐包，中国着名饮料企业的包装生产线基本上是引进设备的天下。随着食品工业的发展、人民生活水平的不断提高，食品的需求量和种类与日俱增，食品包装也日渐突出。食品包装机械是对食品进行完成全部或部分包装过程的机器。包装过程包括充填、裹包、封口等主要包装工序，以及与其相关的前后工序、计量等辅助设备。食品包装机械是食品工业生产的一个重要环节。发展食品包装机械化，可以提高劳动生产率，节约大量劳动力，可以降低劳动强度，改善劳动条件，有利于食品卫生，提高生产质量，还可以改善环境卫生，节约原料。灌装机械是食品包装机械中的一种，通常将液体产品充填到包装容器内的机器称为灌装机械。在自动灌装机中，按照灌装的工艺要求、速度、间距和状态，准确地将待灌瓶送入主转盘升降托瓶台上，是保证灌装机正常而有序地工作的关键。常用的供送装置有链带式、动梁推进式、螺杆和星型拨轮等。供瓶机构是液体灌装机的必要组成部分，它在液体灌装机中起到承上启下的作用，完善的结构设计可以保证灌装动作的顺利完成，实现其自动化操作。1.2国内外研究现状国外灌装与封口设备向高速、多用、高精度方向发展，目前部分灌装生产线已可以在玻璃瓶与塑料容器(聚酯瓶)、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等不同要求和环境下使用。目前碳酸饮料灌装机灌装速度最高已达2000罐分，德国HK公司灌装机的灌装阀多达165头，SEN公司144头，Krones公司178头，灌装机直径大至5米，灌装精度0.5ml以下。非碳酸饮，灌装速度最高达1500罐分，灌装机料槽转速2025转分，速度提高1倍。可以进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳和果汁饮料等多种饮料的热灌装，国外热灌装饮料封口后不再进行二次杀菌。液体灌装机是伴随饮料工业的产生而产生，并追随饮料工业的发展而进步的。1890年，美国研制出玻璃灌装机械，1902年市场上出现灌装番茄酱的压力灌装机械，1912年发明了封口机械，不久灌装机械和封口机械合为一体。在20世纪末，德国制造出手动灌装机。含气体饮料的灌装工艺难度较大，灌装设备的发展大约经历了三个阶段。第一阶段是1952年-1957年之间，完成了含气体饮料的灌装机械由差压灌装向等压灌装发展，采用的是机械阀。第二阶段是1957年-1759年，这期间先是德国HK公司，之后是法国和前苏联，发明研制了等压弹簧阀，弹簧在等压状态下，借助弹簧力将冲液阀打开，破瓶后冲液阀可以自动关闭，这样不仅使灌装机械的结构简单了，而且延长了灌装阀的有效工作时间，为灌装机械的高速化创造了条件。等压弹簧阀的出现是灌装发展史上的一个重要阶段，至今等压灌装机还广泛使用，只是功能更完善，结构更合理。第三阶段是一德国SEN公司发明的电动阀为标志，电动阀中气阀和水阀的开启和关闭由可控编程器控制，对灌装时间，灌装速度进行严格的控制和可靠的界定。国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。引进灌装生产线主要分为以下几类：八十年代引进116条玻璃瓶饮料灌装线，主要用于碳酸饮料，其中80多条是以记账贸易方式从东欧国家引进的。生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、玻璃瓶饮料灌装线贴标机、喷码机、气水混合机、装箱机等。在线检测设备有真空检测仪、液面检测仪、灌装能力150、200、300400瓶分。设备主要生产厂家有德国SEN、HK、OH、日本三菱重工、意大利希莫拉兹(Simonazzi)、美国迈耶等。1984年广东轻机厂引进德国SEN公司和HK公司啤酒灌装线制造技术，制造每小时2万瓶的瓶装啤酒灌装线，南京轻机厂和合肥轻机厂引进日本三菱重工技术，制造每小时1.8万瓶的汽水灌装线。其他还有重庆轻机厂的328设备，每小时14000瓶，廊坊包装设备制造总公司246设备、每小时60008000瓶的灌装线。 “八五”期间，我国引进易拉罐饮料灌装线15条，同时引进易拉罐啤酒灌装线14条。主要是德国SEN、美国迈耶公司的设备，包括卸罐机、洗罐机、灌装机、封罐机、温罐机、码垛机及混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等。灌装能力为150、300、400、500罐分，最高575罐分。目前广东轻机、南京轻机、合肥轻机等都有自己的易拉罐灌装线。引进的聚酯瓶饮料灌装线67条，包括卸箱机、洗瓶机、灌装机、旋盖机、温瓶机、装箱机等。聚酯瓶灌装生产线灌装能力为400500瓶分(250ml)，50 280瓶分(250ml)。主要设备厂家有美国迈耶和德国SEN公司。合肥轻机利用德国 Krones公司技术，制造聚酯瓶饮料灌装线，目前合肥轻机、南京轻机均能制造玻璃瓶和聚酯瓶两用的饮料灌装线。1.3液体灌装机介绍1.3.1基本灌装方法（1）常压灌装在常压下，直接依靠灌装液料的自重流进包装容器内。主要用灌装低粘度的不含气液料。如牛奶、白酒、酱油、醋。使用的设备构造简单、操作方便、易于保养，至今仍被广泛使用。灌装过程：液体从贮液槽1流经灌装阀4进入容器。灌装时升降机构将容器向上托起（或将灌装管向下降），容器口部和灌装阀下部的密封盖5接触并将容器密封，然后 使容器再上升顶开而开启灌装阀，液体靠重力自由流入容器中，即停止流动，液位达到规定高度完成灌装后，升降机构将容器下降，灌装阀失去压力并由弹簧自动关闭。容器内的空气经设在灌装管端部的空气出口2通到贮液槽液面上部的排气管3排出。图1.1常压灌装（2）真空灌装在低于大气压的条件下进行灌装，适用于灌装粘度稍大的液料，如油类、糖浆等。又适于灌装含维生素的饮料，如蔬菜汁、果汁等；1）重力真空灌装在低于大气压的条件下进行灌装，适用于灌装粘度稍大的液料，如油类、糖浆等。又适于灌装含维生素的饮料，如蔬菜汁、果汁等。灌装过程：位于顶部的贮液槽是封闭，供液管1从槽顶介入并浸没在液体下部，由浮子2控制液面，其上部空间保持低真空，当容器输送到灌装阀4下方时，升降机构将它托起，与密封盖5吻合，将容器密封，继续上升将阀开启。由于容器经阀中的排气管3与贮液槽上部簿册形成低真空，因而液体经阀中的套管靠重力灌入容器内。与重力灌装一样，当排气口被上升的液体封闭时，容器中的液面就不再上升。灌装完毕，容器下降，灌装阀由弹簧自动关闭。图1.2重力真空灌装2）真空压差灌装适用于易氧化变质的液体食品，如富含维生素等营养成分的果蔬汁产品的灌装。即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽真空，料液依靠贮液箱与待灌装容器间压差作用产生作用产生流动而完成灌装。供液管1由供液阀2控制，液位由浮子3保持。另设有真空泵7和真空室6以建立真空。溢流至真空室的液体由供液泵5送回贮液槽。应用此法灌装时，瓶子上升或灌装阀下降，将瓶口密封，并在瓶内建立高真空（860-930Pa），然后开启灌装阀10。阀中套管内有真空管与真空室相连。当封住瓶口并开启后，真空口也同时开启，瓶内变为真空。液体靠压力差从贮液槽流入瓶内。当液体上升到灌装阀中真空管口中时即停止流动，液位保持不变，如果瓶子不离开瓶口，液体会继续缓慢地流出，因为抽真空时会将液体从瓶内吸出，形成溢流和回流。图1.3真空压差灌装（3）等压灌装在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱箱等的气压，然后依靠被灌装液料的自重流进包装容器内。常用于灌装含气饮料、啤酒等的灌装。等压灌装过程：回转台上方的贮液槽是密封的，其液面由浮子1控制，液面以上空间充有压缩空气或CO2,以保持一定压力（灌装啤酒时要求用CO2, ，以避免啤酒与氧气接触）。液体经下部的供液口2进入。灌装阀4装在贮液槽内，其中部设有的排气管顶端伸出液面，下端为排气口7和泄压口5.当容器上升至灌装阀口时，先由密封盖3将容器封闭，然后压缩弹簧，顶开灌装阀，开始灌装；同时，机械弹簧打开排气管顶部的充气阀6，使容器的压力与贮液槽上部的压力相等，通常称为“建立背压”。当液体上升到排气管口时，液位不再变化。采用等压灌装时，在灌装过程中可以改变排气速度，借以改变灌装速度。当液体灌装到规定液位时，容器顶部的空气具有一定的压力，为排除这种压力，在阀门中装一个机械泄压口，使容器顶部与大气压力相同，保证当容器下降失去密封时，液体不至喷出。图1.4等压灌装法（4）机械压力灌装利用机械压力如液泵、活塞泵或气压将灌装液料挤入包装容器内。主要用于灌装粘性较大的稠性液料，如果酱、奶油等机械压力灌装过程：贮液槽经供液阀2与供液槽1连接，液面由浮子4控制。灌装阀5与贮液槽8分开放置，供液泵7将液体送入灌装阀，容器与阀连接处靠密封盖6密封后，灌装阀开启进行灌装，同时容器内的空气由溢流管3排至贮液槽，当容器内液面达到溢流管口处时，液体开始 经溢流管流回贮液槽，液面不再变动。溢流管口与容器顶部的相对位置决定了灌装液面的高度，只要保持灌装阀与容器的密封，液体就会连续不断地通过溢流管流出，当容器不再密封时会关闭灌装阀和溢流口。图1.5机械压力灌装1.3.2灌装机结构组成目前灌装机大多采用旋转型结构,即包装容器随灌装阀一起做等速回转运动，同时进行灌装。主要由包装容器的供送装置、瓶托升降机构、灌装液料的供送装置（即供料装置）、液位控制装置、灌装阀等组成。（1）包装容器的供送装置在自动灌装机中，按照灌装的工艺要求，准确地将待灌容器送入主转盘升降机构托瓶台上,是保证灌装机正常而有秩序地工作的关键。一般供送机构的关键问题是容器的连续输送和容器的定时供给。常用的供送装置有螺杆、输送链带和星形拨轮等。图3-2所示为典型容器供送机构示意图。（2）瓶托升降机构升降机构的作用是将送来的包装容器上升到规定的高度，以便完成灌装,然后再把灌装完的包装容器下降到规定位置。目前常用的升降机构有机械式、气动式、机械与气动组合式3种结构形式。（3）灌装液料的供送装置灌装液料的供送装置也即供料装置，是将液料由储液箱经泵、输液管道送到储液箱中的装置。它包括储液箱、泵、管道、阀门、储液箱及高度调节装置、液位控制器等。不同灌装方法的灌装机供液装置的结构是不相同的，详见各灌装方法的灌装机供液装置。（4）液位控制装置液体包装机要求有稳定的液位,一般都是通过液面浮球阀或液面电极来控制液位。常见的液位控制装置有浮球液位控制器、电接触液位控制器、电导式液位控制器以及PLC 控制液位的方法。（5）灌装阀将储液箱中的料液充填到包装容器内的机构称为灌装阀,主要由阀体、阀端、阀门、密封元件、开启元件等组成。第2章 总体方案设计2.1灌装流程设计如图2-1所示，在按照工作要求下，旋转型灌装机在同一个原动机的带动下，输入传送带将待灌装和封口压盖的容器输入工位1，同时旋转工作台作间隙旋转运动，将空容器和已灌的容器分别送至工位2和工位3，在定位夹紧之后，固定于工作台上方的灌装设备和封口压盖设备分别对空容器进行灌装和已灌装容器进行封口压盖。灌装，封口压盖工序完成后，容器随着旋转工作台的间隙旋转运动至4位置，由于输出传送带的作用，在4位置的容器将随着输出传送带被带至下一个工序的位置上。图2-1基于上述设计任务书的要求以及旋转型灌装机的工作原理，为了实现旋转型灌装机的总功能要求，我们将旋转型灌装机要实现的功能分解为如下分功能：（1）容器输入与传送功能；（2）容器定位功能；（3）容器夹紧功能；（4）灌装功能；（5）封口压盖功能；（6）产品输出与传送功能。2.2 各部分方案设计2.2.1容器输入与传送为了达到容器的输入与传送的目的，同时使设计过程简单化，我们采用皮带传送的方式。如图2-4所示，并且这种传送方式在实际生产活动中被大量采用。图2-4由于传送皮带上容器是连续排列的，而旋转工作台是间隙转动，为了使容器能够间隙有序地传送到旋转工作台工位1，从而到达各机构运动的配合与协调，我们准备采用了如图2-5，图2-6所示的传送轮机构： 图2-5 图2-6图2-5所示的不完全齿轮安装在传送导轨的一侧，传送轮一次往下一工位间隙有序地传送4个容器。图2-6所示机构安装在传送导轨的轴线上，传送轮有三个互成120转角的槽位，传送皮带连续传送，设传送轮转速W,则传送轮每次传送容器到工位1的时间间隔为t=2/3W，这样就实现了间隙有序地往旋转工作台传送待灌装和封口压盖的容器。比较两种方案，我们发现图2-5所示机构虽然可以达到间隙有序传送容器的目的，但是对于设计任务要求的旋转型灌装机来说，其外形尺寸偏大，使机器整体外形庞大，占用厂房空间大。而图2-6所示机构不仅可以很好地与旋转工作台配合，而且尺寸也不会过大，所以我们决定采用图2-6所示的“不完全齿轮”式传送轮。同时为了使容器能够更好的输出到工位1，我们还设计了如下图2-7所示的挡板：挡板示意图2.2.2容器定位可以实现容器定位的机构很多，在这里我们设计了下图2-8所示的带凹槽并且间隙转动的旋转工作台。图2-8 凹槽定位旋转工作台有六个半圆形凹槽，一方面随着工作台的间隙转动，凹槽边缘可以把传送轮传送到工位1的容器带走，另一方面依靠间隙旋转工作台的间隙转动凹槽可以起到很好的定位，即旋转工作台每次转过60，容器就被定位。怎样实现旋转工作台的间隙转动呢？可以实现间隙转动的机构有棘轮间隙运动机构，槽轮间隙机构，凸轮间隙机构，不完全齿轮间隙机构，偏心轮分度定位机构等，综合考虑各因素，我们选用下图所示的槽轮间隙机构。槽轮机构将旋转运动转换为单向间隙转动。如图右所示，槽轮机构由主动拨盘，从动槽轮和机架组成。主动拨盘以等角速度W1作连续回转，当拨盘上的圆销未进入槽轮的径向槽时，由于槽轮的内凹槽止弧被拨盘的外凸锁止弧卡住，使槽轮在停歇时不能产生游动，并获得定位。当圆销进入槽轮径向槽时，槽轮受圆销的驱使而转动。当圆销离开径向槽时，锁止弧又被卡住，槽轮又静止不动。直至圆销再次进入槽轮的另一个径向槽时，又重复上述运动。所以，槽轮作时动时停的间隙运动。2.2.3容器夹紧因为要对容器进行灌装，封口压盖，所以在灌装工位和封口压盖工位时要对容器进行夹紧固定，防止容器在灌装时不准确，封口压盖时跳动，导致封口压盖错位，产生废品，而浪费材料和经费。采用图示两斜台，斜台在灌装工位和封口压盖工位处与容器相切，容器刚好被运送至灌装工位和封口压盖工位时就被夹紧，此时旋转工作台进入间隙停止期，利用这段间隙，灌装设备和封口压盖设备刚好可以对容器进行灌装和封口压盖。图2-12 斜台夹紧示意图2.2.4灌装如图2-13所示，采用液压缸升降机构连接灌装阀进行灌装。2.2.5封口压盖如下图2-13，同灌装工位，采用液压缸升降机构连接压盖器进行压盖作业。图2-13 灌装、压盖升降机构2.2.6产品输出与传送在产品的输出与传送上，我们像容器的输入一样采用输出挡板和输出传送带。如图2-16所示，容器到达图示虚线位置时，输出挡板将容器往输出传送带方向推挡，同时容器是随着旋转工作台一起旋转的，在合成力的作用下，容器被带至输出传送带上，进而传送到下个加工工位。2.3总体方案确定综合考虑旋转型灌装机要实现的6个功能，我们设计了如下旋转式自动液体灌装机。灌装机总体方案图（机构运动简图）如下：图3-1 机构运动简图1.电动机同轴带轮 2.带轮 3.4.5.6.齿轮 7.9.斜齿轮 8.8.链轮10.11.12.13.齿轮 14.主动拨盘 15.从动槽轮 16.旋转工作台 17.传送轮 18.链轮 18.带轮该旋转型灌装机的工作原理如下所述：电机1通过皮带轮传到2，2通过轴传到3，3又传到齿轮4，齿轮4通过轴传到轮5转动，齿轮5又带动齿轮6，从而形成三级减速。锥齿轮7传给锥齿轮9 ，与锥齿轮9同轴的齿轮10又带动齿轮11，齿轮11又通过轴传给传动轮17，用来传送容器。 与锥齿轮7同轴的带轮8以相同角速度转动通过皮带传给链轮18，使轴转动，从而使皮带轮18转动，带动皮带用来传送容器。与锥齿轮9同轴的齿轮12传给齿轮13，齿轮13通过轴传到主动拨盘14，主动拨盘14带动从动槽轮16，实现旋转工作台的间隙旋转运动。以下两图图3-2，图3-3分别是旋转型灌装机的左视图，旋转工作台的俯视图。图3-2 选装型灌装机左视图图3-3 旋转工作台的俯视图第3章 各部分设计3.1电动机的选择参照市场上已有灌装机，本次采用的是转速为1440r/min的电动机。3.2主传动机构设计由对传动装置相互比较可知，由于传动效率高等原因，故选择齿轮传动，第一级传动选择带传动，可对电动机起到过载保护的作用。减速器分为三级减速，第一级为皮带传动，后两级都为齿轮传动。具体设计示意图及参数如下：1、2为皮带轮：i1233、4、5、6为齿轮： z3=20 z4=100z5=20 z6=80i34=z4/z3=100/20=5i56=z6/z5=80/20=4所以轴转速480r/min,轴转速为96r/min,轴转速为24r/min.齿数模数分度圆直径d传送比i压力角带轮160mm3带轮2180mm齿轮3201.5mm30mm520齿轮41001.5mm150mm20齿轮5202mm40mm420齿轮6802mm160mm203.3传动齿轮，带轮，链轮的设计3.3.1总体参数匹配如下图所示从电动机到轴的减速以及齿轮带轮的设计在前面已经阐述过，在这里就不再重复。（2）下图所示为旋转型灌装机系统中的链传动设计数据如下：链轮8和18的齿数Z8=24，Z18=72，模数m=2mm, d8=48mm，d18=144mm; i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min; 链轮8和18的齿数Z8=24，Z18=72，模数m=2mm, d8=48mm，d18=144mm;i8 18= Z18/ Z8=3,n8=24r/min, n18=8r/min; 链轮19和20的齿数Z19=60，Z20=40，模数m=2mm, d19=120mm，d20=80mm;i19 20= Z20/ Z19=2/3,n19=8r/min, n20=12r/min;（3）系统中锥齿轮的设计轴转速为24r/min, 轴转速为12r/min,固i7 9=2：1，设计锥齿轮7，9的齿数为30，60，模数为2mm，则直径为60mm,120mm。 （4）系统中灌装和封口压盖处齿轮的设计如图所示齿轮21 带动齿轮22转动，与齿轮22同轴的22带动齿轮23，从而实现齿轮23上曲柄的连续转动。这四个齿轮的具体设计数据如下：齿轮21与齿轮22啮合：齿数Z21=60，Z22=77，模数m=2mm, d21=120mm，d22=154mm;齿轮22与齿轮23啮合：齿数Z23=60，Z22=77，模数m=2mm, d23=120mm，d22=154mm;（5）传送轮同轴齿轮，主动拨盘同轴齿轮，锥齿轮同轴齿轮的设计齿轮10与齿轮11啮合，n10=12r/min, n11=4r/min; i10 11= n10/ n11=3,齿数Z10=40，Z11=60，模数m=2mm, d10=80mm，d11=120mm;齿轮12与齿轮13啮合，n12=12r/min, n13=12r/min; i12 13= n12/ n13=1,齿数Z12=77，Z13=77，模数m=2mm, d12=154mm，d13=154mm;3.3.2 V带传动设计设计普通V形带传动须确定的内容是：带的型号、长度、根数，带轮的直径、宽度和轴孔直径中心距、初拉力及作用在轴上之力的大小和方向（1）选择带的型号查表64得, 则计算功率为PC=KAP=1.23.21= 3.852KW根据、查表和图68，选取A型带。（2）确定带轮基准直径、验算带速查资料表65，66，选取带速带速验算：V=n1d1/（100060）=3.14112960/100060=5.63m/s 介于525m/s范围内，故合适大带轮基准直径d2=n1/n2d1=2.5112=280mm （3）确定带长和中心距a 0.7（d1+d2）a02（d1+d2） 0.7（112+280）a02（112+280）274.4mma0784mm 初定中心距a0=500 ，则带长为 L0=2a0+（d1+d2）+（d2-d1）2/(4a0) =2500+（112+280）/2+（280-112）2/(4500)=1629.55 mm查62表，按标准选带的基准长度Ld=1600mm的实际中心距a=a0+(Ld-L0)/2=500+(1600-1629.55)/2=485.23 mm（4）验算小带轮上的包角1 1=180-(d2-d1)57.3/a=160.16120小轮包角合适（5）确定带的根数由式确定V带根数，查63表得1.16kW，查67表得0.11kW查62表得0.99，0.95则 Z=PC/（(P0+P0)=3.852/（1.16+0.11）0.990.95 = 3.22故要取4根A型V带（6）计算轴上压力由课本表 查得q=0.1kg/m，单根V带的初拉力：F0=500PC/ZV（2.5/K-1）+qV2=5003.852/（45.63）(2.5/0.95-1)+0.15.632N=93.22N则作用在轴承的压力FQ，FQ=2ZF0sin1/2=2493.22sin（160.160/2）=871.3N3.3.3齿轮传动设计与校核（1）选择齿轮材料查表 大小齿轮均用45号钢，调质 （2）按齿面接触疲劳强度来计算确定齿轮传动精度等级按估取圆周速度为=查表选取公差等级为8级小轮分度圆直径，由公式可得 齿宽系数查表，按齿轮相对轴承为非对称布置， 可取= 小轮齿数，在推荐值1720中选则，=17 大轮齿数=圆整，取 小轮转矩 由前面的计算可知 载荷系数K 使用系数，查表得 =1 动载荷系数 ，查表得初值 = 齿向载荷分布系数 ，查表得 = 齿向载荷分配系数 ，由下式及得 查表并插值则载荷系数K的初值=1.34 弹性系数 查表得 = 节点影响系数 ，查表（）得= 重合度系数 ，查表得 许用接触应力 接触疲劳极限应力，查表得，应力循环次数= 则查图得接触强度的寿命系数，（不允许有点蚀）：=1 硬化强度 =1 接触强度安全系数，按一般可靠度 =，取= 故由上面的一系列参数可以得出： 齿轮模数 查表取 小齿轮分度圆直径的参数值圆整 =25.5 圆周速度V 与估取值误差不大，对取值影响不大，不必修正 小轮分度圆直径 =26 大轮分度圆直径 中心距a 齿宽b 大轮齿宽 小轮齿宽 （3）齿根弯曲疲劳强度校核计算 齿形系数 查图867 小轮 =2.9 大轮 =2.8应力修正系数 查图868小轮 =1.54大轮 =1.73 重合度系数 许用弯曲应力由式（871）得 弯曲疲劳极限 查图872 = = 弯曲寿命系数 查图873，=1，=1 尺寸系数 查图874，=1 安全系数 查图827，=1.3 则 故 ，满足强度要求3.4轴系部件的设计3.4.1轴的设计传动件装在轴上以实现回转运动和传递功率，支撑传动件是机器中不可缺少的通用零件。（1）轴的材料要求：由于轴的载荷通常是变载荷，或变应力，故材料应具备较好的强度和韧性。对轴的表面与支承有相对滑动的轴，还需要求材料有较好的耐磨性。（2）初算轴径计算公式：c与材料的许用应力有关，可以参考表19-2p轴的传动功率（kw）n轴的转速（r/min）所以：因为轴上有双键，所以d增加7%，d=43.29*1.07=46.32mm取d=60mm（3）结构设计1）计算转矩：T=9550*P/n =9550*7/140 =477.5N.m查表得 K=1.5Tc=477.5*1.5=716.252）为轴向夹紧，须取与配合的轴长度要小一些3）定位轴肩直径一般须增大不小于5mm.。4）取轴径d=60mm，轴段长L=82mm5）查手册确定键的尺寸参数选用A型键14*9*75和A型键18*11*70（4）轴的校核绘制弯矩图和扭矩图1）轴承支点按图19-22所示计。2）求各支点在垂直面V与水平H中支反力,。水平面内：垂直面内：由得：得：=由得：得=求合成弯矩：3）列出V面与H面弯距方程并绘制出各平面的弯距图。4）计算出各平面内弯距中最大值。5）绘制出合成弯距分布图。6）绘制出扭矩分布图，轴承损耗的扭矩可以忽略7）确定转换系数a-为静应力时，a=0.3-为脉动循环时。a=1-为对循环时，a=18）计算aT作扭矩图T=可见C点处有最大载荷，所以对其进行弯扭合成校核。忽略键的影响所以合格，可以使用。按弯扭矩合成校核轴的强度计算公式计算受载荷最大点处抗弯端面模数W值，查表19-5。其它计算项目忽略绘制轴的工作图查阅有关手册图例。3.4.2轴承的选用与校核已知条件：轴承用于输送线上，轴颈d=55mm,转速n=140r/min,轴承所承受的径向载荷R=2000N,轴向载荷为500N，要求使用寿命=5000h。（1）求当量动载荷受复合载荷作用的深沟球轴承，求时用到的系数X，Y要根据来查取。在轴承型号选定前又不可知，故采用试算法，根据表5-12暂取=0.08,则e=0.22因，表5-12查得X=0.56,Y=1.99，按式5-7得=XR+YA=0.56*2000+1.99*500=2115N（2）计算轴承所需要的径向额定载荷因轴承的温度不高，工作载荷只有轻微的冲击，由表5-9，5-10查得。按式5-6有（3）选择轴承型号查滚动轴承标准GB/T27293，选得6211轴承。其=25700N=22001N;,因=500/15300=0.0349,用线形插值法可求得e=0.23，与原估计相近，适用。3.4.3键的校核计算键是一种标准件，根据连接的具体结构，使用要求以及工作条件选择合适的类型，最后按连接的直径从标准中选用相应的剖面尺寸，并选择键的长度。键长要比轮毂的长度短并且符合键长标准，然后进行键连接的强度进行校核因为使用普通平键，所以对其进行校核。键的长度为L，轴的直径为d的平键当轴传递转矩T时，键的工作平面压力N的作用，工作面受挤压，键受剪切，失效形式是键，轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被挤压破坏和键被剪坏。当键是用45钢制造时，主要失效形式是压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是剪切强度强度条件为式中d-轴的直径（mm）h-键的接触长度（mm）-许用挤压应力（MPa）-许用剪切(MPa)键的材料一般采用抗拉强度极限-的精拔钢制造，常用材料为45号钢；轴的材料一般为钢；而轮毂材料可能是钢或铸铁。当计算结果不能满足强度要求时，可以用双键。所选用的键符合强度要求，可以使用。3.5旋转工作台设计3.5.1间隙运动机构的设计由于要求灌装速度为12r/min，因此每个工作间隙为5s，转台每转动60用时5/6s，停留25/6s，。由此设计如下槽轮机构，完成间歇运用，以达到要求。槽轮机构具有以下特点：构造简单，外形尺寸小； 机械效率高，并能较平稳地，间歇地进行转位； 但因传动时存在柔性冲击，故常用于速度不太高的场合；同时由于槽轮机构具有自行锁紧的功能，所以能用于此机构的定位作用。具体数据如下：从动槽轮15如图所示有六个径向槽，并且从动槽轮的转速为2r/min;主动拨盘有一个拨动圆销，并且主动拨盘的的转速为12r/min;3.5.2传送轮的设计传送轮是为了将传送带的连续传送转变为间隙有序地传送到旋转工作台的工位1，这样就可以利用传送轮转动120的时间间隔来使空容器间隙有序的传送到位。如图所示传送伦上设计有三个互成120的凹槽，传送轮直径为200mm。由上图可知，旋转工作台转动1转，有6个容器完成灌装和封口压盖，由于传送轮上只有3个凹槽，所以传送轮转动在旋转工作台转1转的时候，它应该转动2转。（1）拨瓶轮齿槽数（齿数）确定设要设计星形拨轮齿数为Zb，灌装机的生产能力为Q，拨轮主轴转速为，依据单位时间内供瓶数应等于出瓶数（不考虑灌装过程中出现爆瓶现象）。则 （3.1）式中，Zb 齿数；Q 生产能力，瓶/时；转速，/min。拨瓶轮齿数由确定。已知灌装机得生产能力Q瓶/时，初步确定拨瓶轮主轴转速与灌装机大转盘主轴转速的比例为i5.大转盘主轴转速根据计算得出n13/min.则可以确定拨瓶轮主轴转速n15/min.拨瓶轮齿数Zb:选取拨轮齿数Zb8。（2）拨瓶轮节圆半径的确定设拨轮节圆半径为Rb, Cb为行星拨轮的节距，因为容器以等间距定时供送，则 （3.2） （3.3）对于旋转灌装机来讲，Cb应等于灌装阀的节距。在确定灌装机整体尺寸时确定的灌装阀节距尺寸Cb126mm，Rb160mm。用Cb带入验算：用Rb带入验算：根据检验，对Cb, Rb进行优化设计，最后确定Cb126mm，Rb160mm。3.6 升降机构设计3.6.1工况分析当灌装瓶子的送料机构将料送到位后,升降液压缸将托盘以及灌装瓶顶起,进行灌装. 灌装结束后下降。（1）负载移动力分析负载移动阻力F=500N，惯性力: 100=50N,设负载动摩擦系数0.1，静摩擦阻力， 0.1*（100*10）=100N，0.2*100*10=200N ，考虑液压缸密封装置的摩擦阻力（取液压缸的机械效率m0.9），则液压缸在各工况阶段的负载值见表1-1表1-1液压缸各运动阶段负载表： 运动阶段计算公式液压缸负载（）液压缸推力（）启动200223加速150166.7快进100111灌装600666.7缩回100111停止5055.6（2）运动分析根据条件，快进、快退速度为，由于加速时间很短所以可忽落不计。因此设定其行程分别为100mm和300mm。3.6.2液压缸设计（1）液压缸的工作压力：6Mpa（2）确定液压缸尺寸：选用单活塞式液压缸，并使。采用差动连接，因管路中有压力损失。工进时，为使运动平稳，在液压缸回油路上要加背压阀，背压法一般为(5-15)*pa,选取背压阀10*pa。由表11可知，最大负载为工进阶段的负载666.7N ，根据，可求出液压缸大腔面积为1.21*工况计算公式负载(N)液压缸N（kw）开启启动N=Q*223=0=5 22.3_16.67_加速166.7顶起11111.10.01*0.95灌装666.733.30.004*1.58缩回启动22322.3_加速166.716.7_缩回11111.10.01*1.49停止0000012.4mm根据2348-80 圆整成就近的标准值，得16mm,液压缸活塞直径d=D/=11.39mm,圆整后取d=12mm,于是液压缸有效面积为：*=2 = 按最低工进速度验算液压缸尺寸，查产品样本，调速阀最小稳定流量，因工进速度v=0.02m/s为最小速度，则由，=0.04，满足最低速度要求。（3）液压缸壁厚和外径的计算液压缸的壁厚由液压缸的强度条件来计算我们这里采用无缝钢管材料，其壁厚按薄壁圆筒公式计算：R=P3/(2DQ)式中 R-液压缸壁厚（mm） D-液压缸内径（mm） P3-试验压力，一般取最大工作压力的（1.25到1.5）倍，这里取1.3倍 Q-缸筒材料的许用应力。其值为：无缝钢管：Q=100到110Mpa。这里取Q=100Mpa于是得 R=0.834又由于薄壁液压缸的内径D与其厚度r的比值D/d=10综上所述 0.854=R=L/20+D/2式中 L-液压缸的最大行程 D-液压缸的内径于是得 H=20mm(这里取H=34.5mm)活塞宽度B一般取B=(0.6到1.0)D;这里取B=20mm缸盖滑动支撑面的长度L1根据液压缸内径D确定：当D=80mm时，取L1=(0.6到1.0)D,这里取L1=25mm为保证最小导长H,必要时可在缸盖与活塞之间增加一隔套K来增加H的值。隔套的长度C由需要的最小导长H决定，即 C=H-(L+B)/2，取C=14。（7）缸体长度的确定液压缸缸体内部长度应等于活塞的行程与活塞的宽度之和。缸体外形长度还要考虑液压缸俩端端盖的厚度。一般液压缸缸体长度不应大于内径的20到30倍。3.6.3液压系统回路方案设计（1）调速回路：该液压系统功率小，因此选用节流阀调速方式。考虑运动过程中进退两种工况，宜采用调速阀来保证速度稳定，并将调速阀装在液压缸回油路上阻尼作用，使负载低速运动时比较平稳。（2）换向调速回路和卸荷回路：负载采用单活塞杆液压缸驱动。由工况可知，系统压力和流量不大，同时考虑负载实现自动化移动，选用三位四通电磁换向阀，并对流量的控制。（3）快速运动回路：为实现负载快速进给，选用三位四通电磁换向阀构成液压缸的差动连接。这种连接的快速运动会回路，结构简单，也比较经济。（4）压力控制回路由于液压系统流量较小，负载工作进给时，采用回油路节流调速，故选用定量泵供油。比较简单，经济。综上所述，得到如下液压系统原理图：液压系统原理图3.6.4选择液压元件（1）液压泵的参数计算取液压系统的泄漏系数k=1.1,则液压泵的最大流量k()=1.1*0.2=0.22,根据拟订的液压系统是回油路节油路节流调速，进油路损失pa,故液压泵工作压力为： =（22+5）*=27pa。根据、和已选定的单向定量泵形式，查手册选用YB-D型定量叶片泵。该泵额定压力为10Mpa,转速为600-2000r/min，该泵额定流量为0.2*,由工况分析知，最大功率在快退阶段，如果取液压缸的效率为0 .75，驱动液压泵最大输入功率为：=944w查电工手册选取1200w的电动机。（2）选择控制元件 根据系统最大工作压力的通过元件的最大流量，选用各类阀的规格，见表1-7。表1-7 选用各类阀的规格序号控制元件名称型号规格技术数据（pa）Q=()实际流量Q（）额定流量时压力损失1溢流阀YF3-10B=100Q=0.317*0.1*卸荷压力1-1.52三位四通阀电磁换向阀34D-25BP=100Q=0.317*0.1*23顺序阀Q1-25BP=100Q=0.317*0.1*4单向阀1-25BP=100Q=0.317*0.1*1.5第4章 控制系统的设计下图是液位控制原理图，图中虚线表示允许料位变化的上下限。在正常情况下，应保持料位在虚线范围之内。为此，在料仓内的不同高度安装2个料位检测器，以感知料位的变化情况。其中，A处于上限料位，B处于下限料位，A、B各通过一个电阻与地相连。电机带动泵供料，单片机控制电机转动，以达到对料位控制的目的。供料时，料位上升，当达到上限时，C处的料位器得到信号，此时电机和泵停止供料。当料位处于下限位时，B处的料位器得到信号，启动电机并开始供料。如此反复循环。单片机的控制电路如下图所示。对该控制电路作如下说明： 由于8031单片机没有内部ROM，因此需外扩展ROM作为程序存储器。本系统使用2764构成8KB的外扩展程序存储器，74LS373作为地锁存器。 两个料位器信号由P1.0和P1.1输入
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