單列灌裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)

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2 單列灌裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)2.1 灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)原則1) 保證高的生產(chǎn)率。提高生產(chǎn)率是盡可能縮短空程時(shí)間, 減少循環(huán)外的損失。2) 保證產(chǎn)品質(zhì)量。高的生產(chǎn)率是以保證產(chǎn)品質(zhì)量為前提條件的，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿足工藝要求。保證產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生。3) 擴(kuò)大機(jī)器使用范圍的可能性。設(shè)計(jì)的自動(dòng)機(jī)應(yīng)該考慮到同類產(chǎn)品的規(guī)格調(diào)整范圍，以滿足各種需要，同時(shí)盡量使調(diào)整方法簡(jiǎn)單方便。4) 改善勞動(dòng)條件。盡量減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免身體受損。5) 降低成本。在設(shè)計(jì)中，盡量采用系列化，通用化，標(biāo)準(zhǔn)化的要求，采用簡(jiǎn)單有效的結(jié)構(gòu)和常用的材料以降低成本費(fèi)用。2.2 單列灌裝機(jī)的工作原理 首先瓶子由鏈道輸入，經(jīng)過分瓶螺桿將瓶子送入星型撥輪中，星型撥輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)由過渡板，將瓶子撥入位于大轉(zhuǎn)盤上可升降的瓶托上，在瓶托托起瓶子與灌裝閥繞主軸旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，并沿凸輪機(jī)構(gòu)開始上升。升到最高點(diǎn)時(shí)，灌裝閥打開開始灌液，灌液結(jié)束后，再沿凸輪機(jī)構(gòu)下降，降至最低點(diǎn)，再經(jīng)由星型撥輪將瓶子撥出大轉(zhuǎn)盤撥到鏈道上，瓶子由鏈道輸出，完成一次灌裝過程。2.3 單列灌裝機(jī)總裝配尺寸的設(shè)計(jì)灌裝機(jī)的灌裝原理圖如下：圖 2.1 灌裝機(jī)原理圖2.3.1 確定灌裝機(jī)的節(jié)圓直徑首先根據(jù)生產(chǎn)能力的計(jì)算:由公式 Q=60 nj其中 n----主軸轉(zhuǎn)速Q(mào)----生產(chǎn)能力，為 24000 瓶/小時(shí)j----頭數(shù)，為 40 頭則 n=Q/j=24000/60×40=10r/min有上式可見,欲提高灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力就必須增加頭數(shù) j,增大轉(zhuǎn)速 n。但是,若采用增加灌裝機(jī)頭數(shù)的辦法來提高生產(chǎn)能力,那么支撐全機(jī)灌裝閥和托瓶機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)盤直徑就要相應(yīng)增大,這不僅使機(jī)器龐大笨重,而且在主軸轉(zhuǎn)速一定的情況下,還必須考慮到,托瓶臺(tái)上的瓶子在處于自由狀態(tài)時(shí),饒立軸旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的離心慣性力必須小于瓶底與托瓶臺(tái)之間的接觸摩擦力。否則,瓶子將會(huì)沿其運(yùn)動(dòng)軌跡的切線方向被拋出,從而影響正常操作。據(jù)此,可求灌裝頭中心對(duì)主軸的半徑 R 必須滿足的條件:R≤900gf d/ n (2.1)?2其中 f d----瓶底與托瓶臺(tái)之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)。取摩擦系數(shù) fd=0.3R≤900gf d/ 2n =900×10×0.3/3.142×10 ≈2.73≈2730mm大轉(zhuǎn)盤節(jié)圓周長(zhǎng)的最小值為兩瓶之間無縫隙：∴Cmin=40×70=2800mm∴R= Cmin/2 =2800/2×3.14=445.86mm?∴445.86mm≤R≤2730mm半徑 R 太大，整個(gè)工作臺(tái)的面積就達(dá)，浪費(fèi)空間，材料，動(dòng)力。半徑 R 太小，滿足不了灌裝時(shí)間，星型撥輪的轉(zhuǎn)軸與大轉(zhuǎn)盤邊沿可能產(chǎn)生干涉。∴兩瓶的間距在可以同時(shí)拿下兩瓶時(shí)最合適，∴在同時(shí)拿下兩瓶時(shí)入手所需距離為 70mm，瓶的直徑為 70mm?！鄡善抗?jié)距為 140mm,則灌裝閥的節(jié)距為 140mm?！噢D(zhuǎn)盤周長(zhǎng) C=140×40=5600mm∴R=5600/2 =5600/2×3.14=891.7mm?其中圓整：R=900mm∴C=2×900×3.14=5652mm ∴灌裝閥間距為 A=5024/40=141.3mm∴轉(zhuǎn)盤工作臺(tái)的節(jié)圓直徑為 Dd=1800mm周長(zhǎng)為 C=5256mm灌裝閥間距為 A=141.3mm2.3.2 確定大轉(zhuǎn)盤與星型撥輪之間的傳動(dòng)比a.假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與星型撥輪之間的傳動(dòng)比為 1：4則星型撥輪齒數(shù) Zb=10,轉(zhuǎn)速 n=40r/min?！郉 b=A×Zb/ =450mm (Db為星型撥輪的節(jié)圓直徑)?∴A b= Db× /10=141.3mm （A b 星型撥輪的齒槽節(jié)距）∴A = A b∴傳動(dòng)比為 1：4 符合要求。b.假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與星型撥輪之間的傳動(dòng)比為 1：5則星型撥輪齒數(shù) Zb=8,轉(zhuǎn)速 n=40r/min。∴D b=A×Zb/ =360mm (Db為星型撥輪的節(jié)圓直徑)?∴A b= Db× /10=141.3mm∴A = A b∴傳動(dòng)比為 1：5 符合要求。c.若傳動(dòng)比太小，星型撥輪直徑大，浪費(fèi)材料，空間，故不滿足要求。 若傳動(dòng)比太大，星型撥輪轉(zhuǎn)速太高，瓶子已被拋出，傳動(dòng)不平穩(wěn)，故也不滿足要求。綜上所訴，傳動(dòng)比為 1：4 或 1：5。類比與同類的灌裝機(jī)，故選傳動(dòng)比為 1：5。所以星型撥輪的節(jié)圓直徑 Db＝360mm，齒數(shù) Zb=8。2.3.2 確定齒輪齒數(shù)類比同類灌裝機(jī)的模數(shù)范圍，取模數(shù)為 3。由于大齒輪和小齒輪的嚙合與大轉(zhuǎn)盤和星型撥輪的嚙合條件相同。所以大齒輪的節(jié)圓直徑與大轉(zhuǎn)盤的節(jié)圓直徑相同為 1800mm。小齒輪的節(jié)圓直徑與星型撥輪的節(jié)圓直徑相同為 360mm。∵D=M*Z∴Z 1=Dd/m=600∴Z 2=Db/m=120符合要求。2.3.2 確定無瓶區(qū)角度及灌裝時(shí)間a.設(shè)由大轉(zhuǎn)盤中心到星型撥輪中心距離為 n,兩星型撥輪之間的距離為 m，大轉(zhuǎn)盤垂直到星型撥輪的距離為 P,無瓶區(qū)角度為 α。設(shè)兩星型撥輪之間的弧形擋板最短距離為 d=20mm,驗(yàn)證弧形擋板的強(qiáng)度（由作支撐系統(tǒng)的同學(xué)驗(yàn)證） ，經(jīng)驗(yàn)證其強(qiáng)度滿足要求。∴m=2R 1+Φ＋d=2×180+70+20=450 (R1為星型撥輪半徑，Φ 為瓶直徑)n=R + R1=900+180=1080 (R 為大轉(zhuǎn)盤半徑)∴Sinα/2=m/2/n=0.2083∴α/2=12.02o≈12o α=24 ob.大轉(zhuǎn)盤繞主軸轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間為 T1=60/n=60/10=6s∴無瓶區(qū)所占時(shí)間 T1為：T 1 /T＝α/360 o∴T 1＝0.4s根據(jù)總灌裝時(shí)間及灌裝機(jī)的總體考慮，定升瓶時(shí)間為 T2=0.3s，降瓶時(shí)間為 T3=0.2s?！?灌裝區(qū)所占時(shí)間 T4＝T- T 1 -T2 -T3同類灌裝機(jī)定量灌裝閥的流速一般為 100～120ml/s∴灌滿 450 ml 的瓶子所需時(shí)間為 4.5s～3.75s。∴灌裝區(qū)所占時(shí)間 T4至少要大于 3.75s?！郥 4＝T- T 1 -T2 -T3＝6s-0.4s-0.3s-0.2s＝5.1s＞3.75s符合灌裝要求。c.但是在實(shí)際設(shè)計(jì)中，弧形板最短距離 20mm 雖然滿足要求，但在視覺上卻感覺不美觀，故把其距離加大至 300mm,計(jì)算出無瓶區(qū)角度約為 40 o，兩星型撥輪之間的距離為 739mm?！酂o瓶區(qū)所占時(shí)間 T1＝0.67s∴灌裝區(qū)所占時(shí)間 T4＝T- T 1 -T2 -T3＝4.83＞3.75s滿足工作要求。2.4 單列灌裝機(jī)無壓力輸瓶系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.4.1 分瓶螺桿的方案確定進(jìn)出瓶系統(tǒng)按照灌裝的工作要求是準(zhǔn)確地將待灌瓶送入自動(dòng)機(jī)，以保證灌裝機(jī)正常的有秩序地工作。洗刷干凈的待灌瓶由傳送帶送來后，為了防止擠壞、堵塞和準(zhǔn)確的送入自動(dòng)機(jī)，因此必須設(shè)法使瓶子單個(gè)的保持適當(dāng)?shù)拈g距以適應(yīng)的速度送進(jìn)。目前，瓶子的定時(shí)給進(jìn)多采用撥盤式或螺旋輸送器等限位機(jī)構(gòu)。a. 方案--花盤式限位機(jī)構(gòu)如簡(jiǎn)圖示，其工作過程如下：當(dāng)推瓶板 7 向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，將待灌瓶推向灌裝工作位置。這時(shí)雖然推瓶板撥動(dòng)了上撥盤 6，由于固定于下?lián)鼙P的銷子 8 處在上撥盤的滑道中，故銷子 8 不動(dòng)，杠桿 4 也不動(dòng)，當(dāng)推瓶板返回時(shí)，又撥動(dòng)上撥盤，此時(shí)銷子處于上撥盤滑到的盡頭處，因此銷子再上撥盤帶動(dòng)下運(yùn)動(dòng)，下?lián)鼙P因此順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。下?lián)鼙P 9 的撥桿撥動(dòng)杠桿 4，使其左端離開棘輪 2。于是，待灌瓶在傳送帶的推動(dòng)下逐個(gè)進(jìn)入限位花盤 1 齒間并且?guī)?dòng)它傳動(dòng)。當(dāng)限位花盤撥過 5 個(gè)瓶時(shí)，棘輪被杠桿卡住，不在繼續(xù)送瓶，這樣進(jìn)行重復(fù)動(dòng)作，即可每次 5 瓶進(jìn)行送瓶灌裝工作。圖 2.1 花盤式限位機(jī)構(gòu)1—限位花盤 2—棘輪 3—待灌瓶 4—杠桿 5—彈簧 6—上撥盤 7—推瓶板 8—銷子 9—下?lián)鼙P 10—軸 11—底座b.方案二--螺旋限位機(jī)構(gòu)在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)以廣泛應(yīng)用多種類型的分件供送螺桿裝置，可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則排列的容器、物件以確定的速度、方向和間距分批或逐個(gè)地送到給定的工位。本設(shè)計(jì)主要用來分件單列供送正圓柱形的典型組合裝置，此分件供送裝置是整個(gè)灌裝設(shè)備的“咽喉” ，其結(jié)構(gòu)特性的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動(dòng)化水平。如圖示，圓柱螺桿的前端多呈截錐臺(tái)形（斜角約為 30—40） ，而后端則有同瓶主體半徑相適宜的過渡角，以利改善導(dǎo)入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長(zhǎng)使用壽命。同時(shí)為了使待灌瓶逐個(gè)依次順利導(dǎo)入螺旋槽內(nèi)，增速達(dá)到預(yù)定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導(dǎo)到包裝工位，因此將螺桿應(yīng)用于高速分件定時(shí)供送，因此在面對(duì)爆瓶現(xiàn)象和“局部斷留”這些復(fù)雜的工作狀況，為了更好的實(shí)現(xiàn)緩沖和“定時(shí)整流”的目的，對(duì)此分瓶螺桿來說就不宜采用螺距全是Cb的等螺距螺桿，從而采用螺旋線最標(biāo)準(zhǔn)的組合模式：1) 輸入等速段，螺距小于 Cb助于穩(wěn)定的導(dǎo)入；2) 變加速段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊；3) 等加速段，與輸送帶拖動(dòng)瓶罐的摩擦作用力相適應(yīng)，才用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律使之增大間距，可保證在整個(gè)供送過程中與螺旋槽有著可靠的接觸點(diǎn)而不易晃動(dòng)和傾倒。4) 輸出等速段，螺距等于 Cb，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀態(tài)，這對(duì)供送異性瓶罐尤為重要綜上，本設(shè)計(jì)采用三段式組合螺桿作為限位機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)圖示如下：2.4.2 分瓶螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算略，詳見設(shè)計(jì)無壓力輸瓶系統(tǒng)同學(xué)的論文2.4.3 鏈道的主要參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算a.鏈條的分類與方案選擇鏈條分為：傳動(dòng)鏈和輸送鏈輸送鏈分為：1) 長(zhǎng)節(jié)距滾子輸送鏈，主要用于板條式、網(wǎng)到帶式或其他形的輸送機(jī)；2) 短節(jié)距滾子輸送鏈，應(yīng)用廣泛，尤其適用于那些鏈條強(qiáng)大、精密、尺寸緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的場(chǎng)合；3) 雙節(jié)距滾子輸送鏈，應(yīng)用場(chǎng)合同上，但比它輕；4) 鉸卷式平頂輸送鏈，廣泛應(yīng)用與灌裝生產(chǎn)線，輸送容器；5) 頂板式滾子輸送鏈，應(yīng)用同上，但適合于直線型輸送，要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)和載荷更大的情況；6) 易拆鏈，低速長(zhǎng)距離的空間懸掛輸送裝置的牽引構(gòu)件；7) 雙鉸接鏈，輕型懸掛裝置；8) 埋刮板輸送鏈，埋刮板輸送機(jī)的主要裝置9) 通用焊接彎板鏈，重載、低速、沖擊等場(chǎng)合；10) 牽引用焊接彎板鏈，輸送散裝物料，鋼制套筒鏈，提升機(jī)主要部件板式鏈，起重和平衡裝置。綜上所述：此輸瓶系統(tǒng)適合用鉸卷式平頂輸送鏈，廣泛應(yīng)用與灌裝生產(chǎn)線，輸送容器。此平頂鏈又分為單鉸卷式和雙鉸卷式兩種形式，其中單鉸卷式適合尺寸較小的容器，所以選擇單鉸卷式平頂輸送鏈。2.4.4 護(hù)瓶擋板的選擇分瓶螺桿安裝在輸送鏈道的一側(cè)，護(hù)瓶擋板安裝在輸送鏈道的另一側(cè)。護(hù)瓶擋板起到一定限位作用，使瓶子緊貼螺桿導(dǎo)槽順利輸入。護(hù)瓶擋板中安裝一個(gè)限位開關(guān)，當(dāng)瓶子過大或出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象時(shí)，擋板受壓一一側(cè)為轉(zhuǎn)軸向外移動(dòng)，觸動(dòng)限位開關(guān)，通過電控令分瓶螺桿停轉(zhuǎn)，從而避免機(jī)器發(fā)生故障。2.5 單列灌裝機(jī)撥瓶機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.5.1 撥瓶輪方案確定撥輪的設(shè)計(jì)是灌裝機(jī)設(shè)計(jì)中的一部分。撥輪常用不銹鋼或酚醛樹脂板制成，成雙手狀緊固在主軸端部，其高度和間距可根據(jù)被供送瓶罐的主體部位及重心位置加以調(diào)整。星形撥論與弧形導(dǎo)板相配合，既可用于輸入過程，也可以用于輸出過程，它能使得瓶罐以確定間距導(dǎo)向，定向和定時(shí)傳送。星形撥輪雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，齒槽形狀卻是千變?nèi)f化的。常用星形撥輪如圖2.2 所示。 （a）和（b）適合供送單個(gè)圓柱形瓶罐， （c）適合供送單個(gè)長(zhǎng)方體形瓶罐， （d）適合供送多個(gè)多種形狀的瓶罐。從制造角度來講， （a）最為方便故應(yīng)用廣泛。圖 2.2 常用行星撥輪形狀上述的四種形狀都能滿足將灌裝容器送入灌裝機(jī)中瓶的升降機(jī)構(gòu)要求，但是性能、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)以及穩(wěn)定性的要求不同，要確定那種方案必須根據(jù)設(shè)計(jì)的要求而定。在這次課題中省略了分件供送螺桿裝置，瓶子從輸送帶送過來將堆擠到一起，因此就應(yīng)該設(shè)計(jì)相應(yīng)的可以起到瓶的限位機(jī)構(gòu)的作用。這就要求在設(shè)計(jì)撥輪槽時(shí)采用一定弧度可以起到限時(shí)、限位的作用。如圖：圖 2.3 行星撥輪最終方案2.5.2 撥瓶輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算a.單列撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定根據(jù)前一節(jié)傳動(dòng)比 i＝1：5可知撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）為 8。b. 撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定根據(jù)前一節(jié)可知撥瓶輪節(jié)圓半徑為 Rb=180mm,A=141.3mm。c. 撥瓶輪其它尺寸的確定在該課題中灌裝容器是啤酒瓶，因此撥瓶輪的材料在選擇上應(yīng)選用對(duì)酒瓶不會(huì)造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。選用尼龍 1010 材料。撥瓶輪如圖 2.4 所示:圖 2.4 撥瓶輪結(jié)構(gòu)圖撥輪中的尺寸上下星形撥輪高度 h 和齒槽半徑 Rc 均由容器瓶的高度和直徑來確定。它與灌裝機(jī)中撥輪盤花齒尺寸有關(guān)，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地輸送瓶子為原則，可用類比或?qū)嶒?yàn)來決定。設(shè)計(jì)時(shí)尺寸 Rc 地決定方法；因?yàn)?Rc 與灌裝機(jī)主體中地?fù)芷枯喕ūP有關(guān)，若撥輪外接圓與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤地外接圓相切時(shí) Rc 等于瓶子半徑；若與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤地外接圓相交，則尺寸Rc 大于瓶子的半徑。而且撥輪在往灌裝機(jī)大轉(zhuǎn)盤撥瓶子的時(shí)候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉(zhuǎn)盤而不被撥回來，尺寸 Rc 也應(yīng)大于瓶子的半徑，這可以由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得知。由已知給定的參數(shù)瓶子半徑 R＝35mm，則可確定尺寸Rc＝R+(2~3)mm，即 Rc＝37mm。h 的高度是由瓶高來確定的，瓶子確定的高度是 200mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)按設(shè)計(jì)者給定的值。上圖撥瓶輪給的厚度是 10mm，容器瓶從輸送帶過來瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為 40mm，直徑為 70mm 的瓶身高出上撥瓶板為 25mm，保證瓶子的重心在兩齒的中心附近。經(jīng)過估算瓶子中心大約在從瓶底向上 90mm 左右，重心到瓶頸的距離為 70mm,到瓶底距離為 90，為了讓出瓶底的一些商標(biāo)等字體要讓出 20cm。所以上下?lián)芷枯喚嚯x為 100mm。2.5 單列灌裝機(jī)灌裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.5.1定量方法的選擇本次設(shè)計(jì)的灌裝方式為定量灌裝，準(zhǔn)確的定量灌裝不但與產(chǎn)品的成本有著直接的關(guān)系,同時(shí)也影響產(chǎn)品在消費(fèi)者心中的信譽(yù)。包裝物品的定量一般有重量定量和容積定量?jī)煞N。重量定量由于要增添秤等計(jì)量衡器,所以機(jī)器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜,適用于比重經(jīng)常變化的固體物料,且往往要配置一套電路用以機(jī)電配合;容積定量機(jī)器的定量結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,一般不需電路配合。液體產(chǎn)品一般易采用容積式定量,常見的有如下三種方法:1) 定量杯定量法：這種方法是先將液體注入定量杯中進(jìn)行定量,然后再將計(jì)量的液體注入待灌瓶中,因此,每次灌裝的容積等于定量杯的容積。要改變每次的灌裝量,只需改變調(diào)節(jié)管在定量杯中的高度或是調(diào)節(jié)定量杯活動(dòng)量杯于固定量杯的相對(duì)位置即可(如本設(shè)計(jì)).這種方法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響,故定量精度高。2) 定量泵定量法：這是一種采用壓力法灌裝的定量方法,一般由動(dòng)力控制活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng),將物料從貯料缸吸入活塞缸,然后再壓入灌裝容器中,由此每次灌裝物料的容積用活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)的行程來控制。對(duì)于這種定量方法,若要改變每次的灌裝量,則只需設(shè)法調(diào)節(jié)活塞的行程。3) 控制液位高度定量法：這種方法是通過控制被灌容器中液位的高度以達(dá)到定量灌裝的目的。因?yàn)槊看喂嘌b的液料容積等于一定高度的瓶子內(nèi)腔容積,故習(xí)慣稱它為“以瓶定量” 。該法結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單,不需要輔助設(shè)備,使用方便,但對(duì)于要求定量準(zhǔn)確度高的產(chǎn)品不宜采用,因?yàn)槠孔拥娜莘e精度直接影響灌裝量的精度。定量方法的正確選擇,主要應(yīng)考慮產(chǎn)品所需要的定量精度,如我國(guó)對(duì) 640 毫升啤酒部頒標(biāo)準(zhǔn)為±10 毫升,國(guó)外為±3 毫升。對(duì)瓶裝酒類等按高度定量的產(chǎn)品,最好不超過 1.5 毫米,容積誤差最好控制在±0.4％,越是名貴的產(chǎn)品,顯然其誤差應(yīng)越小。定量方法的正確選擇,還應(yīng)考慮到液料本身的工藝性,例如對(duì)含氣飲料灌裝若采用定量杯定量法,則貯液箱內(nèi)的泡沫反倒可能降低定量精度,因此,在這種情況下,一般以采用控制液位高度定量為好。定量杯定量法避免了瓶子本身的制造誤差帶來的影響,定量精度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單.對(duì)于常壓灌裝為保證灌裝精度，控制設(shè)備成本，本灌裝機(jī)采用定量杯定量。2.5.2 灌裝系統(tǒng)的工作原理本次設(shè)計(jì)的液體灌裝機(jī)為常壓式，當(dāng)灌裝閥閥頭與瓶口接觸后，灌裝瓶繼續(xù)上升壓縮彈簧,彈簧壓縮至一定程度開始輸液管上升,液體灌裝開始，同時(shí)灌裝瓶中的空氣從灌裝閥頭內(nèi)設(shè)置的排氣孔排除,當(dāng)待灌瓶被灌滿時(shí)，液體灌裝過程自動(dòng)停止，灌裝瓶升降臺(tái)向下運(yùn)動(dòng)，使待灌瓶與灌裝閥端口橡膠皮墊脫開。2.5.3 灌裝系統(tǒng)的主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算a. 灌裝閥的尺寸形狀設(shè)計(jì)由于包裝瓶口內(nèi)徑為 16㎜，那么灌裝閥外徑必須小于 16㎜，為了避免灌裝閥灌裝時(shí)由于瓶子位置放置不準(zhǔn)確而碰到瓶子，灌裝閥注液管外徑設(shè)計(jì)為 14㎜，單邊留 1㎜的距離。經(jīng)計(jì)算注液端孔口直徑要不小于 ㎜，為了達(dá)到充分灌裝，所以設(shè)計(jì)輸液管管口直徑為 12㎜，其上分布四個(gè)輸液孔。與貯液箱相聯(lián)的進(jìn)液口，為了滿足輸液管口的流量充足，滿足灌裝時(shí)間要求,設(shè)計(jì)為直徑 44㎜的孔。閥體總長(zhǎng)設(shè)計(jì)為 272㎜，由 4 個(gè) M8 的螺栓固定在貯液箱上，灌裝閥體設(shè)計(jì) 4 個(gè)螺栓孔，孔徑為 8㎜。閥體與貯液箱裝配的直徑為 136㎜。由于本灌裝機(jī)為酒類灌裝機(jī)，閥體材料要求有很高的防銹性能，常用的材料有黃銅和不銹鋼，為了節(jié)約成本，選用不銹鋼，牌號(hào)為 1Cr18Ni9Ti。閥體草圖如下： b.排氣管主要尺寸及材料的確定抽氣管外徑設(shè)計(jì)為 8㎜，為了實(shí)現(xiàn)快速抽排氣以節(jié)省抽氣時(shí)間，減少灌裝時(shí)間，內(nèi)徑設(shè)計(jì)為 4㎜，保證了排氣的速度。為了使排氣管高出貯液箱液面，抽氣管的長(zhǎng)度為 515㎜。材料仍選用不銹鋼，牌號(hào)為 1Cr18Ni9Ti。c.閥頭與橡皮墊的設(shè)計(jì)閥頭外徑尺寸為 60㎜，外層采用不銹鋼,內(nèi)層采用橡皮墊，由彈簧和輸液管下端的堵頭固定在閥體上。橡皮墊外徑為 50㎜，內(nèi)部加工成圖 3.1 所示形狀,起導(dǎo)向作用.橡膠墊與外層的不銹鋼用膠接的方式配合，膠接劑的牌號(hào)：鐵錨（JF-1）酚醛-縮醛-有機(jī)硅高溫膠。封蓋材料選用不銹鋼，牌號(hào)為204F1Cr18Ni9Ti。d. 閥口通流截面面積的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的常壓定量灌裝機(jī)所灌裝的瓶子為 500 毫升，有效灌裝量 450 毫升,而帶動(dòng)升降臺(tái)凸輪將升降臺(tái)推到最高處（待灌瓶口與灌裝閥端口的橡膠皮墊緊密接觸時(shí)的位置）所持續(xù)的時(shí)間為 秒，也就是說，允許的灌裝時(shí)間為 4.5秒，為了保證灌裝時(shí)間和灌裝精度,我們?nèi)」嘌b時(shí)間為 4.2 秒,即整個(gè)灌裝時(shí)間要在 4.2 秒內(nèi)完成。用待灌瓶的容積 450 毫升除以 4.2 秒，那么灌裝機(jī)的灌裝速率至少要達(dá)到每秒灌裝 107.1 毫升。根據(jù)公式 ，可算出 至少要達(dá)到012VACgZ?0A136.6 平方毫米，才能達(dá)到在 4.2 秒內(nèi)完成灌裝過程的要求。設(shè)計(jì)灌裝閥輸液孔為 4 個(gè)，每個(gè)面積就為 28.26 平方毫米，再根據(jù)公式 ，可計(jì)算出204D??灌裝閥端口 D 值至少不小于 6 毫米，為了充分保證灌裝量的要求，設(shè)計(jì) D 值為7 毫米。2.5.4灌裝量的調(diào)整灌裝機(jī)的定量形式多是以瓶定量的,若更換灌裝瓶子容量時(shí),可調(diào)節(jié)灌裝閥的活動(dòng)量杯與固定量杯的相對(duì)位置(加墊片)來實(shí)現(xiàn),因此灌裝瓶子容量的改變,從而也就調(diào)整了灌裝量。2.6 單列灌裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)2.6.1 單列灌裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的選用常用的傳動(dòng)系統(tǒng)有齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)，都具有自己的特點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用最廣的一種機(jī)械傳動(dòng)。其主要優(yōu)點(diǎn)是：a.適用的圓周速度和功率范圍廣；b.傳動(dòng)比準(zhǔn)確；c.機(jī)械效率高；d.工作可靠；e.壽命長(zhǎng)；f.可實(shí)現(xiàn)平行軸、相交軸、交錯(cuò)軸之間的傳動(dòng)；g.結(jié)構(gòu)緊湊。其缺點(diǎn)是：a.要求有較高的制造和安裝精度，成本較高：b.不適于遠(yuǎn)距離兩軸之間的傳動(dòng)。鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)也應(yīng)用十分廣泛。帶轉(zhuǎn)動(dòng)的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：a.帶具有良好的彈性，能緩沖吸振，尤其是 V 帶沒有接頭，傳動(dòng)較平穩(wěn)，噪聲少；b.過載時(shí)帶在帶輪上打滑（同步帶傳動(dòng)除外） ，可以防止其他器件損壞；c.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造和維護(hù)方便，成本低；d.適用于中心距較大的傳動(dòng)。缺點(diǎn)（除同步帶傳動(dòng)外）：a.工作中有彈性滑動(dòng)，使傳動(dòng)效率降低，不能準(zhǔn)確的保持主動(dòng)軸和從動(dòng)軸的傳動(dòng)比關(guān)系；b.傳動(dòng)的外廓尺寸較大；c.由于需要張緊，使軸上受力較大：d.帶傳動(dòng)可能因摩擦起電，產(chǎn)生火花，故不宜用于易燃易暴的場(chǎng)合。鏈傳動(dòng)一般指滾子鏈傳動(dòng)，由滾子鏈和主、從傳動(dòng)輪組成。鏈傳動(dòng)屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。它具有能夠保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)化，結(jié)構(gòu)比較緊湊，作用于軸上的徑壓力較小，承載能力較大和傳動(dòng)效率較高，在極其惡劣的工作條件下仍能很好的工作等優(yōu)點(diǎn)。但鏈傳動(dòng)存在鏈節(jié)易磨損而使鏈條伸長(zhǎng)，從而造成跳齒。甚至脫齒，不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)化，工作時(shí)有噪音，不宜在載荷變化大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用等缺點(diǎn)。綜合各種特點(diǎn)，再?gòu)拈L(zhǎng)久性和經(jīng)濟(jì)性上分析，應(yīng)選用齒輪傳動(dòng)。2.6.2 確定齒輪的模數(shù)及齒數(shù)類比同類灌裝機(jī)的模數(shù)范圍，取模數(shù)為 3。由于大齒輪和小齒輪的嚙合與大轉(zhuǎn)盤和星型撥輪的嚙合條件相同。所以大齒輪的節(jié)圓直徑與大轉(zhuǎn)盤的節(jié)圓直徑相同為 1800mm。小齒輪的節(jié)圓直徑與星型撥輪的節(jié)圓直徑相同為 360mm。∵D=M*Z∴Z 1=Dd/m=600∴Z 2=Db/m=120齒數(shù)比＝Z 1 / Z2 =5=i2.6.3 電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)兩種。由于直流電動(dòng)機(jī)需要直流電源，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，價(jià)格較高，維護(hù)比較不便，因此無特殊要求時(shí)不采用。工廠一般三相交流電源，因此，如無特殊要求都應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)。交流電動(dòng)機(jī)有異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)兩類。異步電動(dòng)機(jī)有籠型和饒型兩種其中以普通籠型異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用最多。電動(dòng)機(jī)類型要根據(jù)電源種類（交流或直流） ，工作條件（溫度、環(huán)境、空間位置尺寸等） ，載荷特點(diǎn)（變化特性、大小和過載情況） ，起動(dòng)性能和起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)的頻繁程度，轉(zhuǎn)速高低和調(diào)速性能要求等條件確定。電動(dòng)機(jī)容量（功率）選的合適與否，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量小于工作要求，就不能保證工作機(jī)的正常工作。或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載而過早損壞；容量過大則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，能力又不能充分利用，由于經(jīng)常不滿足運(yùn)行，效率和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗，造成很大浪費(fèi)。目前，40 頭灌裝機(jī)在我國(guó)十分多見，雖然型號(hào)和結(jié)構(gòu)有所不同，但是所選用的電動(dòng)機(jī)均是功率為 2-4KW，并且都滿足要求。所以根據(jù)類比法，本設(shè)計(jì)也選用 2-4KW 的電動(dòng)機(jī)。在保證在機(jī)器都可以正常應(yīng)運(yùn)的情況下，再考慮其市場(chǎng)價(jià)格和重量等等的原因，最終選用 Y112M-4 型電動(dòng)機(jī)。 （選用參考《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》 ）2.6.4 減速機(jī)的選用減速機(jī)是具有減速功能的輪系封閉在剛性客體內(nèi)而組成的對(duì)立部件。減速機(jī)按傳動(dòng)原理可分為普通減速機(jī)和行星減速機(jī)兩大類。減速機(jī)的類型很多。一般按齒輪傳動(dòng)的類型可分為：圓柱齒輪減速機(jī)、圓錐齒輪減速機(jī)、蝸桿減速機(jī)、圓錐-圓柱減速機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)等等由于電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)速是 1440r/min,而灌裝機(jī)大轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)速為 10r/min。如果不在中間加個(gè)減速機(jī)，很難使電動(dòng)機(jī)的速度傳動(dòng)到大轉(zhuǎn)盤的時(shí)候速度剛好符合它的轉(zhuǎn)速，所以必須在中間另裝個(gè)減速機(jī)。出于各種配合的要求，選用蝸輪蝸桿減速機(jī)，減速比是 70，且與電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)比為 1：2。用傳送帶連接，輸出桿的的直徑 70mm。減速機(jī)可以外購(gòu)。2.6.5 單列灌裝機(jī)傳動(dòng)方案的確定傳動(dòng)系統(tǒng)確定為齒輪傳動(dòng)，主要傳動(dòng)過程為電動(dòng)機(jī)→減速機(jī)→大轉(zhuǎn)盤的齒輪→星型撥輪的齒輪。2.7 單列灌裝機(jī)支撐系統(tǒng)的設(shè)計(jì)支撐系統(tǒng)是用于支撐儲(chǔ)液箱、大轉(zhuǎn)盤分瓶螺桿等的重要部件。支撐系統(tǒng)主要部件有:工作臺(tái)，托瓶機(jī)構(gòu),中心護(hù)板，過渡板，凸輪以及地腳支柱。工作臺(tái)：支承儲(chǔ)液箱、大轉(zhuǎn)盤分瓶螺桿等的重要部件。其承受整個(gè)機(jī)器的大部分重量，因此工作臺(tái)要足夠的厚度以達(dá)到強(qiáng)度要求。托瓶機(jī)構(gòu)：在灌裝回轉(zhuǎn)過程中，瓶托還要將瓶子托起使其和灌裝閥結(jié)合，沿凸輪的行程運(yùn)動(dòng)。與凸輪接觸的為滾子，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)是將滾子單獨(dú)設(shè)計(jì)，在經(jīng)過必要的處理增加它的強(qiáng)度后在和一個(gè)由圓針滾動(dòng)軸承配合。這樣的設(shè)計(jì)它的局限性，是當(dāng)時(shí)技術(shù)不完全的體現(xiàn)。這樣的設(shè)計(jì)復(fù)雜度高?，F(xiàn)在的設(shè)計(jì)是將這兩部分用一個(gè)滾動(dòng)軸承軸承代替。這樣做的好處在于大大的減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。中心護(hù)板：在兩星型撥輪中間，起到護(hù)瓶作用，防止在旋轉(zhuǎn)過程中瓶子被拋出。其材料為： 。過渡板：在瓶子由鏈道被撥到瓶托上時(shí)，在鏈道與瓶托之間，有一段空的部分，瓶子被撥至此容易從中漏下，因此在星型撥輪下部需安裝過渡板，以起到過渡作用，過渡板應(yīng)與瓶托水平高度一直。凸輪：凸輪按照幾何形狀分為：盤形凸輪，移動(dòng)凸輪和圓柱凸輪。本次設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)選用圓柱凸輪。凸輪的設(shè)計(jì)主要根據(jù)升降瓶的時(shí)間，灌裝區(qū)的時(shí)間，瓶托的升降高度以及瓶托轉(zhuǎn)動(dòng)速度來確定。地腳支柱：支撐整個(gè)機(jī)器，其結(jié)構(gòu)中的球面接觸是為調(diào)整整個(gè)機(jī)器的平衡及水平。中間的支柱在主要是緩解工作臺(tái)的壓力，將大部分力傳遞到地面，這樣工作臺(tái)不用很厚，就能滿足強(qiáng)度要求。3 雙列灌裝機(jī)的總體設(shè)計(jì)3.1 雙列灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)原則雙列灌裝機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于把內(nèi)側(cè)大量空間充分利用，節(jié)約了動(dòng)力消耗、材料消耗及空間的浪費(fèi)。雙列灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)主要是在單列灌裝機(jī)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)完成的。其零部件的選用原則與單列相同。雙列與單列的不同之處在于機(jī)器整體結(jié)構(gòu)的變化，由于內(nèi)側(cè)多了一列灌裝閥，相應(yīng)的在大轉(zhuǎn)盤上多了一列托瓶機(jī)構(gòu)，下部多了一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)，以及多了一對(duì)星型撥輪，一個(gè)分瓶螺桿，鏈道等，而傳動(dòng)系統(tǒng)也因此變的復(fù)雜。這就要求在設(shè)計(jì)過程中，將所有新增部件與原有的部件考慮在一起，即保證機(jī)器能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)滿足灌裝要求，又要保證各部件的結(jié)構(gòu)，位置關(guān)系合理，互不干涉。3.2 雙列灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算由于單列灌裝機(jī)的成功設(shè)計(jì)，因此把雙列灌裝機(jī)的外列節(jié)圓直徑也定為1800mm，灌裝閥頭數(shù)為 40 頭。但是經(jīng)過計(jì)算驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn) 40 個(gè)灌裝頭不滿足生產(chǎn)能力，直徑也能夠太大，導(dǎo)致星型撥輪的直徑過大，從而使灌裝區(qū)時(shí)間太短不能滿足灌裝要求。所以要適當(dāng)增加灌裝頭數(shù)，減小節(jié)圓直徑。以滿足生產(chǎn)需要。經(jīng)過多次試湊和驗(yàn)算，最后將頭數(shù)增至 45 頭，外列的節(jié)圓直徑定為1500mm，內(nèi)列節(jié)圓直徑定為 1320mm。3.2.1 內(nèi)外列灌裝閥頭數(shù)的分配內(nèi)外列灌裝閥頭數(shù)的分配要考慮星型撥輪的齒槽數(shù)，星型撥輪與大轉(zhuǎn)盤之間的傳動(dòng)比，灌裝閥的之間的節(jié)距等。由于類比單列的傳動(dòng)比，最佳值為 1：4或 1：5，所以雙列的傳動(dòng)比也以此為參考。因此兩列灌裝閥頭數(shù)分配可以為（5，40） （10，35） （15，30） （20，25） ，（25，20） （30，15） （35，10） （40，5）等多種方法。但是兩列的頭數(shù)不能差距太大，有可能太多頭數(shù)排不下，頭數(shù)太少則星型撥輪的設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)問題。綜合考慮選擇（20，25）或（25，20） ，但外列直徑大于內(nèi)列直徑，因此選（25，20） ，即外列灌裝閥頭數(shù)為 25 頭，內(nèi)列灌裝閥頭數(shù)為 20 頭。3.2.2 確定兩列星型撥輪的頭數(shù)及位置關(guān)系兩列星型撥輪的頭數(shù)確定a.∵外列的節(jié)圓直徑定為 1500mm，灌裝閥頭數(shù)為 25設(shè)假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與外列星型撥輪之間的傳動(dòng)比為 1：5∴星型撥輪的頭數(shù)為 5 頭經(jīng)計(jì)算外列星型撥輪的節(jié)圓直徑為 300mm，齒槽節(jié)距為 188.4mm。b.∵內(nèi)列的節(jié)圓直徑定為 1320mm，灌裝閥頭數(shù)為 20設(shè)假設(shè)大轉(zhuǎn)盤與內(nèi)列星型撥輪之間的傳動(dòng)比為 1：4∴星型撥輪的頭數(shù)為 5 頭經(jīng)計(jì)算內(nèi)列星型撥輪的節(jié)圓直徑為 330mm，齒槽節(jié)距為 207.24mm。兩列星型撥輪位置關(guān)系的確定a. 內(nèi)列兩個(gè)星型撥輪位置的確定與單列星型撥輪位置的確定相似仍設(shè)兩星型撥輪之間的弧形擋板最短距離為 d=20mm，經(jīng)計(jì)算兩星型撥輪之間的夾角（無瓶區(qū)角度）為 29.6°。b. 外列兩個(gè)星型撥輪的位置由內(nèi)列兩個(gè)星型撥輪的位置及灌裝時(shí)間來確定?！逹=60 nj∴n=Q/j=24000/60×45=8.89r/min∴大轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)一周所需時(shí)間為 T＝60/8.89＝6.75s又∵灌裝完一瓶的時(shí)間為 4.5s～3.75s?！喙嘌b區(qū)的時(shí)間最小不能小于 3.75s。為保證灌裝時(shí)間，以最大值4.5s 為準(zhǔn)。按時(shí)間計(jì)算可以算出外列無瓶區(qū)允許最大角度為 93.6°。又∵兩列鏈道之間距離不能小于 100mm,給定兩列鏈道之間距離為110mm。經(jīng)計(jì)算外列星型撥輪之間的夾角為 91.6°。c.∵定量灌裝閥設(shè)計(jì)的流速為 110ml/s。∴灌滿 450 ml 的瓶子所需時(shí)間為 4.1s, 則外列無瓶區(qū)允許最大角度為115°。考慮到外觀設(shè)計(jì)，將中心護(hù)板最短距離加大，使內(nèi)列兩星型撥輪之間的角度增大至 36°，而外列兩星型撥輪之間的角度隨之增大至 100°。即內(nèi)列無瓶區(qū)角度為 36°，外列無瓶區(qū)角度為 100°。3.2.3 確定無瓶區(qū)角度及灌裝時(shí)間由上節(jié)可知內(nèi)列無瓶區(qū)角度為 36°，外列無瓶區(qū)角度為 100°?！鄡?nèi)列灌裝區(qū)的時(shí)間為 5.575s＞4.1s 滿足灌裝要求；外列灌裝區(qū)的時(shí)間為 4.375s＞4.1s 滿足灌裝要求。 3.3 雙列灌裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)多，且適用該灌裝機(jī)，所以雙列灌裝機(jī)仍采用齒輪傳動(dòng)。灌裝機(jī)要求傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音小，但如果直接將大轉(zhuǎn)盤的齒輪與星型撥輪的齒輪嚙合，那齒輪的的半徑將會(huì)很大，給制造帶來了不便。如果在 2 個(gè)齒輪中間再加兩個(gè)相同大小的齒輪的話，既可以保證原有的傳動(dòng)比不變，也不改變齒輪的運(yùn)轉(zhuǎn)方向，更重要的是將會(huì)使大轉(zhuǎn)盤和星型撥輪上的齒輪直徑都大大的減少。具體方案如圖 4 所示：轉(zhuǎn) 化 為與大轉(zhuǎn)盤齒輪相嚙合為內(nèi)列星型撥輪齒輪，外列星型撥輪通過鏈傳動(dòng)與內(nèi)列星型撥輪相連，共同完成傳動(dòng)過程。其主要傳動(dòng)過程為：電動(dòng)機(jī)→減速機(jī)→大轉(zhuǎn)盤的齒輪→過渡齒輪→過渡齒輪→內(nèi)列星型撥輪→外列星型撥輪。