毕业设计（论文）-直线型液体自动灌装机设计（全套图纸）

直线型液体自动灌装机设计1本文主要介绍了一种为液体饮料生产企业设计的自动灌装生产线。分析了定量常压式灌装设备的国内外现状，探讨了产品的市场开发背景，对设备的基本原理、结构设计以及各个子系统，如供送系统、灌装系统、控制控制系统以及执行系统的主要功能都作了详细介绍，论述了设备开发过程中采用的一些关键技术；采用单片机控制，系统控制方便准确、稳定可靠；执行机构可靠性高、稳定性好；传感器的应用更是提高了设备的可靠性；抗干扰设计和一体化的设计简化了系统结构，降低了重量，节省了成本。本文研究成果及主要工作包括：首先，通过对比和分析完成了对各个子系统环节的选择与设计的基本思想和开发思路，单片机应用系统的开发，进行了硬件设计和软件编程；其次，对设备进行了准确度等级的检测实验和商品实例分析；最后，对系统的各个组成机构进行了整体一致性地分析和控制。设备具有精度高、速度快、稳定可靠、操作简单等优点，配以自动式封盖机能适用于自动化生产，可广泛应用于食品，医药，轻工，化工，纺织，电子，仪表等行业，提高了企业的劳动生产率和计量保证能力，具有较高的应用价值和良好的市场前景。关键词：灌装；直线型；控制；单片机AuLoCAD图形减速器-A1AuLOCAD图形直线型液体自动灌装机设计AutoCAD图形链轮季件图-A2AutoCAD图形45.kB轴的零件图-A2AutoCAD图形灌装阀部件结构图-A1AutoCAD图形三倍增速输送链的结构尺寸图总体结构图-A0全套图纸，加153893706直线型液体自动灌装机设计21.1包装机械化的重要意义 11.2包装机械的主要特点及发展动向 21.3包装机械工业的概况及展望 31.4包装机械的组成 42.1概述 62.1.1国内外饮料灌装机械的发展概况 62.1.2我国饮料灌装机械制造业概况 72.1.3液体灌装机械的分类 72.1.4国内外液体灌装机械的发展趋势 92.2总体方案设计的基本内容 92.2.1确定功能与应用范围 92.2.2工艺分析 2.2.3总体布局 2.2.4拟订主要的工作参数 2.3方案的提出 第3章总体方案的设计分析和方案的比较与选择3.1设计分析 3.1.1功能与应用范围 3.1.2工艺分析 3.1.3对执行构件的运动要求 3.1.4机构选型 3.2灌装机的总体结构 第4章液料供送系统的设计计算和选用4.1输送管路的设计 4.2输送液泵的确定 4.3阀端孔口流量的计算 4.5供液系统原理图 4.6供液系统所选元件的参数与一些重要参数 直线型液体自动灌装机设计3第5章供瓶系统的设计计算和选用5.1输送线方案的选用 5.2电机到减速器的传动设计与计算 5.2.1轴转速功率扭矩的计算 5.2.2直齿圆柱齿轮传动设计 5.2.3轴的结构设计 5.3链传动设计计算 5.4输送线部分的计算 5.5轴系部件的设计计算 5.5.1轴的设计计算 5.5.2轴承的选用和计算 5.5.3键的校核计算 第6章灌装系统设计和选用6.1灌装机储液箱的尺寸确定 6.1.1储液箱容量的计算 6.1.2结构设计 6.2储液箱上的一些辅件的说明 6.3罐装方法与定量方法的选用 6.3.1灌装方法 6.3.2定量方法 第7章执行系统的设计计算和选用7.1动作分析与执行件的选用 7.1.1动作分析 7.1.2执行件的选用 7.2设计分析与方案设计 7.3机械液压系统设计与计算 7.4液压系统回路方案设计 7.5选择液压元件 7.6液压系统性能验算 第8章控制系统的设计和选用8.1水箱液位控制 8.2执行系统的控制 参考文献 翻译中文译文 直线型液体自动灌装机设计4致谢………………………直线型液体自动灌装机设计51.1包装机械化的重要意义近半个多世纪以来，随着生产与流通日益社会化，现代化，产品包装正以崭新的面貌崛起，受到人们的普遍重视。现在包装的基本定义是：对不同批量的产品，选择某种有保护性，装饰性的材料或包装容器，并借助适当的包装方法实现包装作业，以达到规定的数量和质量，同时设法改善外部结构，降低生产成本，从而在流通到消费的过程中使之容易储存搬运，防止产品破损变质，便于识别回收和利用，有吸影力，广开销路，不断促进扩大再生产。无论在国外或国内，包装工程已经涉及到各行各业，面广量大，对人民生活，国际贸易和国防建设到带来了深刻的影响，甚至在现实生活中出现了过去难以想象的新情况：未经包装出售的商品越来越少，而且包装上的失败往往会使好的产品得不到好的销售。因而不妨这样说，在将来，没有现代化的包装就没有商品的生产和销售。可是如果没有先进的工业与科学技术的综合发展，也不可能出现现代化的包装工程。迄今，一些科技发达的国家，在食品，医药，轻工，化工，纺织，电子，仪表和兵器等工业部门，已经程度不同地形成了由原料处理，中间加工和产品包装三大基本环节构成的包装连续化和自动化的生产加工过程，有的还将包装材料加工，包装容器成型和包装成品储存系统都联系起来组成高效率的流水作业线。再者，为使包装产品更好地进入流通领域，大都配有专门的自动化仓库，并采用托盘集装箱运输。大量事实表明，实现包装的机械化和自动化，尤其是实现具有高灵敏度和高灵活性的自动化包装线，不仅体现了现代化生产的方向，同时也可以获得较大的经济效益。一能增加各种品种，改善产品质量，增加市场竞争力。现代包装机械所能完成的工作已经远超过了简单地模仿人的动作，甚至可以说在很多场合用巧妙的机械方法包装出来的产品，不论在式样，质地或精度等方面，大多是手工无法胜任的。二能改善劳动条件，避免污染危害环境。直线型液体自动灌装机设计6对一些特殊的包装物品，实现包装的机械自动化，便可以大大改善操作条件，避免污染危害环境。至于对需要进行长期，频繁，重复的以及其他笨重的包装工作，如果能实现机械化和自动化，则可以大大减轻体力劳动，增加工人健康和提高生产效率。三能节约原材料，减少浪费，降低成本。有一些粉末，液体在手工包装过程中容易发生起泡，飞溅，外泄等现象，如果改为机械包装则会大大减少损失。四能提高生产效率，加速产品的不断更新。机械包装反对生产能力往往比手工包装提高几十倍，甚至是几百倍，这样将会更好地适应市场的实际需要，合理地安排劳动力，为社会创造更多的财富。由此可见，实现包装机械化和建立现代化包装工业，是关系到国家长远规划的一件大事，也是搞好社会主义现代化的一项重要内容。1.2包装机械的主要特点及发展动向包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术装备，以完成所需要的产品包装工艺过程。为了对包装机的发生和发展找出规律性认识并制定出适当的对策，有必要深入地了解它的一些特点：一包装机械是特殊的专业机械。包装机械是特殊的专业机械，种类很多。包装物品不仅花色品种多，而且多数是可以变化的。而且人们对包装还提出更高的要求，从而使得包装机械不断地提高和改进。包装不单作为一个独立的工业部门已经取得的惊人的发展，同时也逐渐地成为一门崭新的综合科学。二在发展专用机械的同时，积极开发通用包装机械。包装机械在发展专用机械的同时，为满足现代包装的实际需要正在不断扩大其通用能力，积极开发新型的通用包装机。研制通用包装机的目的，一是适应被包装物品，材料和包装形式的多样化，二是要照顾制造使用单位的技术力量，设备配置和生产成本。所以人们越来越重视包装机的通用性。直线型液体自动灌装机设计7三包装机械日趋联动化，高速化，自动化包装机械日趋联动化，高速化，自动化，并相应提高自动化水平，使设备功能逐步完善。实践表明，搞好包装机械自动化不单脱离不开机电液气等常规技术手段的相互配合，同时还必须了解和掌握有关尖端技术，尽量吸收和改进包装机械确有的价值，使之保持一定的生命力。1.3包装机械工业的概况及展望在世界范围内，包装工业的发展比较短。科学技术发达的欧美各国大体上是从本世纪开始初叶起步的，及至50年代才有大的发展。由于社会上的各方面的积极推动和有利配合，终于逐步建立起包装材料，包装印刷，包装机械等生产部门和与之相适应的科研，设计，教育，学术，管理等机构，进而形成了独立完整的包装工业体系，而在国民经济中占有重要的地位。据有关专家预计，2005年我国包装机械产量将增加到67万台(套),到2010年将增至93万台。快速发展的食品加工业，需要大量高品质的包装机械和食品加工机械，也给包装机械制造行业带来了商机。目前我国食品加工能力还远不能满足需要，因此在提高农副产品深加工能力的同时，食品机械和包装设备的需求就必然加大。据有关方面预计，到2005年国内市场食品机械和包装设备的总需求应为650亿元左右，即每年保持12%以上的增长率才能满足市场需求。同时，这两个行业将淘汰部分低产量高能耗的生产设备，争取使新型高效设备所占比例达到60%。由于中国国产机械的技术和质量还无法满足要求，对国外此类设备的进口需求将增加。随着我国经济形势持续高速发展，人民生活水平不断提高，人们对医疗健康的需求越来越高，因此带动了医药行业的快速发展，并由此推动了对制药机械需求的增长，促进了制药装备工业的繁荣。据统计，2003年前3个季度，我国制药机械制造业产品销售收入达到了14.15亿元，实现利润达到今后要运用系统工程的观点，进一步统筹规划，分工发展食品，农副产直线型液体自动灌装机设计8品，医药，轻工，兵器等部门急需的包装机械以及相关的包装配套设备，还须抓好包装材料加工和成型机械，包装检测装置以及包装基础件的生产，并且充分利用现有条件全面开展产品的系列化，零部件的通用化和标准化等工作，以加快包装机械更新换代的步伐。1.4包装机械的组成包装机械由动力机，传动部分和执行部分等构成。为便于掌握和研究包装机械的工作原理与结构性能，通常又将包装机械分成以下9个组成要素。一被包装物品的计量与供送系统被包装物品的计量与供送系统是指将被包装物品进行计量，整理，排列，运输到预定的工位的装置系统。有的还完成被包装物品的成型和分割。二被包装材料的整理与供送系统包装材料的整理与供送系统是指将包装材料进行定长切断或整理排列，并逐个输送到预定的工位的装置系统。有的在供送过程中还完成制袋或包装容器的竖立，定型，定位。三主传动系统住传动系统是指将包装物品和包装材料由一个包装共位传送到下一个工位的装置系统。单工位包装机则没有主传动系统。四包装执行机构包装执行机构是指直接进行裹包，填充，封口，贴标，捆扎和容器成型等包装操作的机构。五成品输出机构成品输出机构是指将包装品从包装机上卸下，定向排列并输出的机构。有的机械的成品输出由主传动系统完成或靠重力卸下。六动力机与传动系统动力机与传动系统是指将动力与运动传递给执行机构和控制元件，使之实现的预定动作的装置系统。七控制系统控制系统由各种自动和手动控制装置等组成，是现在包装机的重要组成部分，包括包装过程及其参数的控制，包装质量，故障与安全的控制等。直线型液体自动灌装机设计9八机身机身用于支撑和固定有关零部件，保持其工作时要求的相对位置，并起一定的保护，美化外观等作用。九包装机械的辅助件和设备辅助机械包括包装材料，包装件和相关机械和设备。直线型液体自动灌装机设计第2章灌装机械液体依据自身黏度的不同，有的借助于自重即能灌入包装容器，对于低黏度的液体，根据是否含有二氧化碳气体分为含气和不含气体两类。2.1.1国内外饮料灌装机械的发展概况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，直线型液体自动灌装机设计阶段是一德国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我国饮料灌装机械制造业起步晚，20世界60年代前基本是空白，当时国内的啤酒厂和汽水厂都是使用美国和日本20世纪30---40年代的设备，工艺落后，机械陈旧，严重影响了我国啤酒和汽水饮料工业的发展，1967年我国才开始研制和生产灌装机械。进入20世纪70年代，我国先后引进了术，到1991年又引进了德国KHS公司30000瓶/小时的啤酒灌装生产线及生2.1.3液体灌装机械的分类日常生活中，需要商品包装的液体涉及到很多领域，范围广泛。包装容器各式各样，包装容量从几十毫升到上百升。下面就食品行业(包括部分化工行业)常见的，灌装容量在150—2000的各式灌装设备进行简单的分类：在我国，玻璃瓶包装饮料总产量的24.3%(1997),达260万吨；在啤酒体包装的主要容器。铝质易拉罐用于啤酒饮料的包装，马口铁易拉罐用于果菜汁饮料及一些流体食品的包装。由于今年来易拉罐的包装成本大幅度下降，灌装饮料的产量逐渐上升。直线型液体自动灌装机设计除上述的几类灌装机械外，制造商还可以根据客户的要求设计出各色各2.1.4国内外液体灌装机械的发展趋势等压阀，再到电子阀。这些都体现了技术的进步和发展。部件在减少，设备可靠性在提高，成本降低，操作简单，维修方便。四灌装机械在向多功能发展。能够使用用户改变包装容器，改变灌装液体的需要。更换部件也能适应封口形式的变化，产品的适应性提高，市场五灌装机械的光机电的一体化。先进的控制系统用于灌装机械中，人机界面，故障自我诊断，实现了设备运行的智能化。高速，可靠，尽量少的液损，整条生产线的最优化控制，都由于电子技术的实际应用而成为可能。电子灌装阀灌装技术的迅速发展是大的趋势。目前国外使用的电子灌装阀有三种形式：探针式电子阀配置定量筒的电子阀。我国的一些灌装设备厂也在研制设计一些符合我国国情的电子灌装阀，但是电子灌装阀在我国的推广使用受到了国产灌装器容器几何形状精度不高和电子元件水平的制约。2.2总体方案设计的基本内容2.2.1确定功能与应用范围早期的灌装机械功能单一的居多数，这样可以简化设计，并且比较容易成功。若将多台机械和多道工序合成由一台包装来完成，可以取得明显的经确定灌装机的功能与应用范围，需要注意两个问题：(1)可靠性。在一般情况下，功能增加灌装操作环节变多，故障发生(2)适应性。任何灌装机的应用范围都是有限的，机器的功能越多，2.2.2工艺分析1包装方法(1)把保证灌装质量放在首要位置。不论选用何种灌装方法，都要保(2)当有多种方法可以选择时，应选用容易实现的方案。2机器类型(1)根据灌装执行机构的多少选择机械类型。(2)根据生产率的高低选择机械类型。(1)包装程序是指：完成包装操作的先后顺序。包装方式往往决定了4运动要求和机构选型根据已定的功能，应用条件和范围，工艺方法，分析和确定对执行机构的运动要求，进而完成机构的选型及其综合。2.2.3总体布局总体布局是指灌装机的有关组件，部件在整机中相对空间位置的合理配(1)布置执行机构(2)布置传动系统(3)布置操作条件(4)选择支承形式(5)绘制总体布局图(1)机构参数(2)运动参数(3)动力参数(4)工艺参数2.3方案的提出用途：包装低粘度的不含气体的液体饮料(如矿泉水、饮料等)灌装能力：10,0000瓶/天灌装时间：<12s/次(1)灌装液体粘度小于1Pa.s(2)灌装速度6次/min。(3)灌装容器尺寸范围：高度20mm---200mm,截面直径<70mm(4)系统压力：0.5---3MPa.第3章总体方案的设计分析和方案的比较与选择3.1.1功能与应用范围用途：包装低粘度的不含气体的液体饮料(如矿泉水、饮料等)包装规格：灌装矿泉水/饮料。灌装瓶规格为：灌装体积为600ml,直径灌装能力：10,0000瓶/天。(1)灌装液体粘度小于1Pa.s(2)灌装速度6次/min3.1.2工艺分析1确定机器类型(1)工位所设计的生产线批量不是较大，而且整条生产线的灌装动作也不是较(2)运动形式(1)包装程序(2)工艺路线直线型液体自动灌装机设计(3)工位数因为生产批量不是很大，所以选用单工位。这样就可以省去主传动系统，3.1.3对执行构件的运动要求(2)顶起部件的运动要求可以将灌装平台和其上部的灌装瓶顶起，并起支撑的作用。输送部件运动要求在规定的时间内将物体推到规定的位置。(3)液体灌装要求灌装动作要稳定，而且对灌装(4)成品输出，灌装完成后还要将灌装瓶推送到指定的下一条生产线上，3.1.4机构选型一供送液体系统的机构因为灌装的是低粘度的液体，所以液体的供送可以选用液压泵，也可以借助高液位依靠液体的自身重力完成灌装。但采用高液位灌装时，灌装速度是变量，而且对灌装的精度有较大的影响，同时对灌装的稳定性也不利。所以选用一套液压供送装置进行供送。参考现有的的输送机械，选用板式输送机。三执行机构系统的选型1)布置不受严格的空间位置限制，系统布局安装有很大的灵活性，能够组成复杂的系统。直线型液体自动灌装机设计2)可以在运用过程中实现无极调速。3)运动均匀平稳。4)操作控制方便，省力，容易实现自动控制。5)液压元件是工业基础件，已经标准化，系列化和通用化。6)单位质量输出功率大，动态性能好。四传动系统各种传动形式的特点比较1带传动：带传动的功率不大(可以用于中小功率),结构尺寸比其它传动形式大，但传动平稳，能缓冲吸收冲击震动，常用于高速传动中。3齿轮齿轮传动：齿轮传动的瞬时传动比是不变化的，而且效率高，体积较小。外形尺寸小，圆周速度及功率范围广。圆柱齿轮的设计加工容易，但速度高时有噪音。斜齿圆柱齿轮传动平稳，噪音小，承载能力高。属。结构紧凑，外形尺寸小，传动比大，传动比不变，无噪声，可以做六机身为适应系统的运转，并考虑生产的批量，底座与箱机架都采用了槽钢。3.2灌装机的总体结构根据包装容器的传送形式，灌装机可以分为直线型和旋转型两种。前者包装容器沿直线作周期性的间隙移动，在停歇时完成灌装。后者，包装容器绕圆周作回转运动，同时进行灌装。直线型灌装机结构简单，成本低，但工作稳定性不如旋转型灌装机。第4章液料供送系统的设计计算和选用输液管尺寸的确定u=V/Ap----液体的密度(kg/m³)=1.0×10³×600×10-(=0.6kgp=1.0×10³(kg/s)直线型液体自动灌装机设计圆管的壁厚一般根据系统的耐压和耐腐蚀等条件，按标准规格选用，4.2输送液泵的确定：要在单位时间内给灌装机储液箱输送一定数量的液体原料，必须借助高力源给灌装机储液箱供液.方程求解：=2972直线型液体自动灌装机设计=2×(2×0.75+2×6.4+0.5+1)×0.45直线型液体自动灌装机设计=1.05kw4.3阀端孔口流量的计算,按流体连续性原,按流体力学解出和流速系数由此可见，液料体积流量V主要取决于三个参数：通道流速系数C,孔口流通面积4。,孔口截面压头H。1)通道流速系数C液料经灌装阀通道所受到的阻力越小，C值就越大，但它小于1。通常，C值用实验的方法确定，也可以通过计算的方法算出。若已知灌装阀的结构及操作条件，通过查表可以确定出各段的阻力系数a和ξ。不过阀中各部位的阻力系数不仅难以求出，而且相互之间又有影响，结果使得流速系的流速系数c’=Cη查参考表，集合设计要求，取c=0.5。2)孔口流通面积A在瓶口尺寸允许的条件下应尽可能地取较大的A。,并且尽量增加该截面的浸润周边长度，以将少雷诺系数，从而使得液体流动更加稳定。3)孔口截面压头H它包括两项：一是，孔口截面的静压头,它除受自由出流或淹没出流的影响外，更重要的是取决于储液箱和灌装瓶内的气压差。另一个是孔口截面位压差△Z,它除受定量方法的影响外，更重要的是取决于储液箱内自由液面对灌装阀端面孔口截面的高度。综合上面的计算，得出：v=c×A₀√2×g×H=3.51m/s参考表10---2,取用V=3m/s。4.4灌装时间的计算：根据定量方法的和灌装阀管口伸至瓶内位置的不同对灌装时间影响也不同。如图所示，若管口伸至瓶颈部分，随定量杯内的液位逐渐降低，液体流速也会相应降慢，故此灌装过程属于不稳定的管口自由流出出液，即液料体积流量V为变量，它是孔口截面位压头的函数。设定量杯的截面积为定值F,,当内存液料距离管口的高度为Z时，其瞬时流量将上式转换为则定量杯所存的液料全部注入瓶内所需的灌装时间2,------定量杯流完液料时距离管口的高度(m)=5.4s根据设计要求分析可得，可以满足使用要求。4.5供液系统原理图长长4.6供液系统所选元件的参数与一些重要参数1液压泵型号规格排量压力转速效率驱动功率表面尺寸2.5mpa2节流阀型号规格公称压力公称流量质量LF-B32H200L/min3溢流阀型号规格通经额定流量调压范围卸荷压力质量YF3-10B-*4电磁换向阀型号规格CE系列直线型液体自动灌装机设计6灌装时间7管路直径8管路壁厚通径额定压力第5章供瓶系统的设计计算和选用5.1输送线方案的选用板式输送机在工业部门中应用广泛.它可以沿水平方向或倾斜方向输送大的物料或成件物品.也可以在较高的温度环境下输送物快.2输送能力大.4输送线路布置灵活.5在输送过程中可以进行各种工艺的加工.6运行平稳可靠.直线型液体自动灌装机设计4张紧部分：5机架：设计一级减速器，具体设计计算如下。额定功率3kw,电流6A,转差率10%,功率因数0.875.2.1轴转速、功率、扭矩的计算机相联)第二根轴的转速为与链轮相联的轴的转速。从上面输送线的计算可以得知第一根轴p,=p²,第二根轴p,=p,=105ON5m.n=3929W1m.n从上可以得出如下表格的数据轴号转速输出功率输出转矩T(N……,传动比效率η电机轴311I轴5.2.2直齿圆柱齿轮传动设计查表8-17大小齿轮均用45号钢，调质HBS=245～22按齿面接触疲劳强度来计算确定齿轮传动精度等级估取圆周速度为V=2.06查表选取公差等级为8级小轮分度圆直径d,,由公式可得直线型液体自动灌装机设计小轮齿数z,,在推荐值17~20中选则。Z₁=17大轮齿数z,=iz=3.86×17圆整，取Z,=66误差范围在±5%的范围内，所以合适。小轮转矩T载荷系数KK=KKyKKa动载荷系数k,,查表得初值K=1.10齿向载荷分配系数K。,由下式及β=0得=[1.88-3.2(1/Z₁+1/·₂)]cosβ直线型液体自动灌装机设计=1.64K=1.1σμmin÷57Nmhσμmin=57NmmN₁=60njL,N₂=N₁/μZ₁=Zv,=1直线型液体自动灌装机设计d≥11mm齿轮模数m=d₁lZ=0.(查表取m=1.5d,=Z₁×m=17×1.5圆周速度V=2.11K=K=1.1K=K,=1.34直线型液体自动灌装机设计d,=mZ₂中心距a=62.25mm齿宽bb=ψ×dtmib₂=b小轮齿宽bb₁=b₂+(5～10)=20.&(5~3齿根弯曲疲劳强度校核计算；齿形系数Y查图8—67小轮YrY=2.9应力修正系数Y。查图8—68小轮YY=1.54大轮YY=1.73重合度系数Y=0.70许用弯曲应力[[o]由式(8—71)得弯曲疲劳极限σ查图8—72Y=1Yx,=]尺寸系数YY=1安全系数S查图8—73查图8—74查图8—27=353.8V5m/m=353.8V5m/m=11.5=11.55σr₁<[σ]5.2.3轴的结构设计，直线型液体自动灌装机设计1345d₁=16mm。根据工作需要及工艺要求取轴段1长为l=30mmd₁=16mml₁=30mmd,,d₂至凸缘边缘距离C₂=20mm,C₂+C,确定轴段2的长度和直径为轴段3:根据所选的深沟球轴承6404直径为d=20mm,可以确定轴段3的直径d₃=20mm,以及轴承的宽度为19mm,可以定轴的长度为38mmd₃=20mml₃=38mm轴段4:由于小齿轮直径为26mm,与轴的直径相差不大，所以可以将小齿轮与轴段4做成一体，可以定轴段4的直径为d=26mm,l₄=小齿轮宽度+与箱壁的距离。d₄=26mml₄=26mm轴段5同轴3段一样。第二根轴的结构设计与分配一根据轴向定位要求确定各轴段直径和长度轴段1:根据链轮的直径为270mm,以及宽为100mm,可直线型液体自动灌装机设计以将轴的第一段作成花键l,=100mn轴段2:根据端盖的定位及d,,d,d,d,,d₂至凸缘边缘距离C₂=20mm,C₂+C,确定轴段2的长度和直径为d₂=32mm轴段3:根据所选的轴承型号6407直径为35mm,宽为25mm,以及挡圈。可定轴段3的直径及长度为l₃=35mmd₃=60mm轴段4:长度比轴一的长度略短些。可取d₄=39mm轴段5:轴段5+轴段6=轴段3。可定轴段5的直径为d.=44mm轴段6:轴段6=60-20=40mm轴的强度校核和受力将在5.5.1中进行分析和计算根据系统设计要求和各种传动形式的特点，选用链传动。1链轮齿数Z1,Z2:2若载荷平稳，尺寸允许可取i=8---10。2确定链条节距p:k-----工作情况系数因为工作平稳，所以从表8----8中得：k=1.0所以Pc=1.0*7.5=7.5kw。(2)特定条件下，单排链传递功率Po小链轮齿数系数。查表8----9,取k=1.12传动比系数。查表8----10,取k,=1.09中心距系数。查表8----11,取k。=1.0多排链系数。查表8----12,取k,=1.0链号05B节距P=8mm,排距Pt=5.64mm,滚子外径a,=5mm,内链节内宽b,=3.0mm销轴L=8.6mm,极限拉伸载荷g,=4400N,质量q=0.18kg/m3确定中心距a和链条节数Lp(1)若a过小，则循环次数增加，加速磨损疲劳，而且包角a1变小，容易发生跳齿。(2)若a过大，可以减少链磨损，延长寿命，但可能有抖动，而且尺寸加大。(3)一般取a0=30p---50p。amax=80p。(4)则链条长度为：=195.6mm(5)Lp圆整，取偶数L=196。(6)计算实际中心距：=301.7mm(7)a的差值为1.7mm<2mm----5mm。所以可以选用。3验算链速=1.84m/s在范围内(2m/s----8m/s),所以安全，可以选用。4计算压轴承力QQ=K。*F有效拉力=4076.1N所以Q=4076.1*1.0=4076.1N3链轮的主要尺寸(1)选材：45钢，沾火处理。要求：足够强度和耐磨性，小链轮材料比大链轮材料好一些。40HRC---45HRC(2)主要尺寸：A节圆直径B齿顶圆直径=57.68m·=270.96mmC齿根圆直径d=d₁-d₇=53.3d=d₂-d₇=266.-7D齿侧凸圆最大直径B.=45.28mm查表8---15,得d=26mm=258.56mmE最大齿根距离Lx=d,(偶数齿)(奇数齿)所以：直线型液体自动灌装机设计F轴面主要尺寸ba=1.6mmh=6.4mmr=0.5p,=5.64mm3链轮结构对中小直径可采用整体式结构。4链轮的润滑结合系统要求采用人工润滑。5.4输送线部分的计算：1原始数据及资料名称：灌装瓶材料：塑料形状：圆柱形最大横向尺寸：60*10=600mm,考虑托盘的间隙，取最大横向尺寸为最大输送能力：20000瓶/小时。(1)底板宽度按表10---2----1选取，并结合物料尺寸校核和圆整。B-----底板宽度(mm)所以B=60*10+100=700mm另一条输送线也同样依次计算，其B=60*4+100=340mm,圆整，取B=400mm。考虑输送过程中必须要有挡边保证输送的方向准确性。(2)挡边高度：挡边高度应保证成件物在底板上的位置可靠，参照现有的设计产品，取h=1600mm。(1)输送机单位长度载荷的计算------底板上单位长度的重量(kg/m),可按式10---2---15计算。A------底板的中立重量系数。查表10----2----9,q=40*0.7=28kgq₀=60*0.4+0.04=24.04m=28+24.04=52.04(kg/m)(2)牵引链的最小张力牵引链的最小张力可以取所选用的许用张力的5%,但单根链条的张力不锝小于50N。承载分支的水平投影长度(m)所以，可以使用，安全。(3)动载荷的计算：板式输送机牵引力的动载荷计算可按下式计算a----牵引链的最大加速度(m/s²)g-------重力加速度(取10m/s²)输送机行走部分换算质量的减少系数。因为Lc=30m,所以c。=0。5Z------驱动链轮齿数参考现有的灌装机的结构得知，可以使用。5.5轴系部件的设计计算轴系部件轴系部件包括传动轴，轴承，传动件以及键。本系统中传动件为链传动，其设计已计算完成，现计算传动轴和对轴承进行选用和计算。5.5.1轴的设计计算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2材料：通常材料与热处理(1)碳素钢：主要是45号钢，经调质或正火等热处理；轻载荷或不重要的场合可以使用Q235,Q255,Q275等普通碳素钢；(2)合金钢：常用40Cr,38CrSi,20CrMnTi,35SiMn,38CrMnAlA等合金钢，可以用于重载荷，要求重量轻或耐磨的公况下。热处理后或沾火后皆可以提高强度。但对应力集中较为敏感，所以应采用较低的表面粗糙度，在结构设直线型液体自动灌装机设计要求以刚度为轴的主的重要轴，由于合金钢与碳素钢的弹性模量相差不大，所以不宜采用较贵的合金钢。(3)球墨铸铁：吸收冲击较好，对应力集中适应性强，可以铸，获得较复杂的形状，但韧性低3毛坯：一般可以用圆钢为毛坯，较重要的轴则需锻造，也有铸造毛坯。4初算轴径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)=0.37×(117--106)因为轴上有双键，所以d增加7%d=43.29*1.07=46.32mm取d=60mm5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=716.25(2)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=82mm直线型液体自动灌装机设计(5)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=0.4mBs/当v=6m/s---30m/s,时用非接触式密封。(1)查手册选直径(2)轴承凸出点与箱外活动件须留15mm----25mm间隔。(1)在前一直径上考虑安装，加工方便，而且尾数为0,5,或用前一段直(2)选用适当轴承类别，查手册得尺寸参数选30211正装，尺寸d*D*T=55mm*100mm*22.75mm(3)按d,dn值选轴承润滑形式d,<2*100000r(min.mm)时可以用脂润滑。d,=55*140=7700(min.mm),所以用脂润。(4)油润滑时，轴承应距箱体内壁3mm---5mm。(5)箱内传动件应距内壁15mm----25mm取24mmc直线型液体自动灌装机设计(2)轴段应比轮毂长短一些，以获得轴向定位较紧。取L轴=87mm。(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R,R。=1464NMnc=RμR×BC=1464×75=10×41F₂×205-F₂×75=R×150=616.4N直线型液体自动灌装机设计Fa₂×205+F₂×75=R,ʙ×150=1682.4NMvci=R,g×75=1682.4×75Mvc₂=R,p×75=616.4×75=167260N.mm=119130N.mm(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。M=√My²+M²(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作扭矩图aT=0.59×4.775×10'=2.82×10⁵Nmm可见C点处有最大载荷，所以对其进行弯扭合成校核。=1.7MPa忽略键的影响[σ],=55MPa所以合格，可以使用。计算受载荷最大点处5.5.2轴承的选用和计算载荷R=2000N,轴向载荷为500N,要求使用寿命L,=5000h。1求当量动载荷p受复合载荷作用的深沟球轴承，求P,时用因A/R=500/2000=0.025,表5----12查得X=0.56,Y=1.99,2计算轴承所需要的径向额定载荷c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f,=1,f,=1.1。按式5---6有=22001N3选择轴承型号查滚动轴承标准GB/T272—93,选得6211轴承。其c=25700N>c=22001N;C=15300N,因A/C。=500/15300=0.0349,用线形插值法可求得e=0.23,与原估计相近，适用。5.5.3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d-----轴的直径(mm)h-----键的接触长度(mm)[o]。---许用挤压应力(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。第6章灌装系统设计和选用6.1.1储液箱容量的计算储液箱容量应能保证系统工作时储液箱其最底液面高于定量杯口5mm以上，但不能大于定量杯的最高位置，储液箱应能保证供液的充足.系统停止工作时其最高液面不超过储液箱高度的80%,当系统中的液体全部返回储液储液箱有效容积确定：q₄-----泵的流量(ml)β-----与系统有关的经验系数，对于低压系统，取2---4;对于中压系统，取5---7;对于高压系统，去8---12。取β=2。V=β×qn=2*q,=2*20000ml=40000ml6.1.2结构设计储液箱的长宽高尺寸是根据储液箱的有效容积来确定，它的长宽高按直线型液体自动灌装机设计所以无需热平衡效核.参照现有的水箱结构尺寸，定其长宽高分别为：900mm,500mm,200mm.3储液箱内壁应进行加工处理6.2储液箱上的一些辅件的说明3系统中不需要蓄能器.因为泵的流量经节流阀后所得流量同灌装容积5管路中需要压力表6管路中需要温度表7管路中需要有液位观察器件6.3罐装方法与定量方法的选用6.3.1灌装方法液料由储液装置灌入包装容器常采用以下几种方法。(1)常压法灌装常压法灌装的工艺过程为：1)进液排气：液体进入容器，同时容器内3)排除余液：排除气管中的残液，该过程对排气至储液箱上部气室的那些直线型液体自动灌装机设计(2)等压法灌装等压法灌装的工艺过程为：1)冲起等压2)进液回气3)停止进液4)(3)真空法灌装真空法灌装的工艺过程为：1)瓶抽真空2)进液排气3)停止进液4)真空法灌装法适用于灌装粘度较大的液体和有毒的液体。这种方法不但能提高灌装速度而且能减少液体与容器内的残存空气的接触和作用，故有利于保存产品，还能限制有毒性的气体和液体的外散，从而改善操作条件，但对灌装含有芳香性气体的酒类却是不适用的。(4)虹吸法灌装(5)压力法灌装体从直线型液体自动灌装机设计在灌装方法的选择时，除考虑液体本身的粘度特性以外，还必须认真分析产品的工艺要求以及灌装机械设备的结构与运转情况。6.3.2定量方法(1)控制液位定量法(2)定量杯定量法定量杯定量法是将液料先注入定量杯中，然后再进行灌装。若不考虑液损，则每次灌装的液体容积应与定量杯的相应容积相等。(3)定量泵定量法定量泵定量法是采用机械压力灌装的一种定量方法。每次灌装物料的容积与活塞往复的行程成正比。所以，灌装阀的结构简图直线型液体自动灌装机设计第7章执行系统的设计计算和选用7.1动作分析与执行件的选用选用液压传动7.2设计分析与方案设计设计分析油缸最大工作行程——400mm额定工作油压——6MPa直线型液体自动灌装机设计移动负载质量——36kg移动速度控制——6m/min为了使系统运行平稳可靠可以把液压缸运行划分为几个过程，基本过系统只要求保证液压缸有一定的压力和速度就可以了，所以其设计发难有多种。在机械部分上的压力控制可以选用溢流阀，减压阀，顺序阀等调节，也可以用硬编传感器璧还控制，在速度上可以用节流阀，调速阀调节，位移可以用电容传感器，位移传感器，电杆传感器，限位开液压缸有双活塞杆液压缸，单活塞杆液压缸，增压缸，增速缸等。在机电控制部分主要有单片机控制和PLC控制.对液压缸的选择进行比较，活塞杆液压缸运动范围较大，主要用于大型设备中。由于本题负载较小，运动速度也不大，所以选用满足一般使用要求的活塞杆液压缸，制造成本低，安装制造方便。压力控制上，压力控制与传感器测量的选择。如果选用传感器，势必要遇到闭环控制，灵敏度高，非线性误差等，操作起来不容易。选用压力阀，成本低，使用方便，选用先导型溢流阀性能较好，压力调节精度高，且可以实现远程控制调节。由于工作负载不大，变化也不大，而且对速度要求也不高，所以选用节流阀速度控制就可以满足使用要求，若选用调速阀只能安装在油路上，出口压力随执行环节负载而2电气设计3电动机选型电动的种类很多，一般液压缸使用在大功率的场合，而且往往是环境恶劣的地方，所以选用的必须保证在这种场合电动机能正常工作，经噪声低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠维修方便。7.3机械液压系统设计与计算1.负载移动力分析负载移动阻力F=500N,惯性力：摩擦系数f₁=0.1,静摩擦阻力f=0.2,F=f(mg)=0.1*(100*10)=100N,F=f(mg)=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ηm=0.9),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启动加速F=F+F,快进灌装缩回停止根据条件，快进、快退速度为6m/min=0.1m/s,由于加速时间很短所 P,A₁=P₂A₂+F。,可求出液压缸大腔面积A,为工况计算公式负载液压缸PU,.P*10N(kw)开启启动N=pQ*10~³7加速顶起*灌装N=PO*10-P,=10缩启动回加速N=PQ*10-缩回*停止00000根据GB2348-80圆整成就近的标准值，得D=16mm,液压缸活塞直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9mt=0.05*L/mi,因工进速度v=0.02m/s为最小速度，则由A₁≥4.计算液压缸各工作阶段的工作压力、流量、和功率：根据液压缸的负载图和速度图及液压缸的有效面积，可以算出液压缸工5.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/(2D[Q])式中R----液压缸壁厚(mm)D----液压缸内径(mm)直线型液体自动灌装机设计取1.3倍[Q]----缸筒材料的许用应力。其值为：无缝钢管：[Q]=100到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<=2(这里取R=2mm)由题意得液压缸的工作行程为300mm7.缸盖厚度的确定式中t----缸盖有效厚度(mm)对于一般液压缸，最小导向长度H应满足以下要求H>=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。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。一般液压缸到30倍。(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(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(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，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Ω≥k(20)m=1.1*0.2=0.22L/min,根据拟订的液压系统是回油路节油路节流(22+5)*10⁵=27pa.P片泵。该泵额定压力为10Mpa,转速为600-2000r/min,该泵额定流量为0.75,驱动液压泵最大输入功率为：直线型液体自动灌装机设计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实际流量额定流量时压力损失1溢流阀卸荷压力2三位四通阀电磁换向阀23顺序阀4单向阀3辅助元件选用说明：滤油器：液压泵吸油口需装粗滤器，选用XU-16x100J线隙式100um进口滤油流量Q=16L/min。7.6液压系统性能验算：(1)、回路中压力损失：上面已确定管路直径d=5mm,长度在管道布置图前暂按进油管、回油管均为L=2m估算。油液运动粘度取v=1.5x10~m²1s,以下为验算工进和快退时的压力损失。(2)、确定液压泵工作压力：u,=0.88,液压缸效率于是u=0.75*0.88*0.04=0.03油液温升口.20,同时增大油箱散热面积，V=7*12(L)=84*10~³m³,于是：故没有超过允许温升25-30℃的范围。第8章控制系统的设计和选用8.1水箱液位控制图7-48是水位控制原理图，图中虚