旋转式灌浆机构设计说明

.目 录 摘要4 关键词4 1 前言5 1.1 研究意义5 1.2 国外研究现状5 1.3 发展趋势6 2 总体方案的确定7 2.1 确定用途与灌装方式8 2.2 工艺分析8 2.2.1 确定机械类型8 2.2.2 分析执行机构的运动要求9 2.3 拟定主要技术参数9 3 旋转式灌装机的设计计算10 3.1 电动机的选择10 3.2 灌装机输送管路计算12 3.2.1 圆管直径13 3.2.2 圆管壁厚14 3.3 灌装时间的确定14 3.4 旋转式灌装机的工艺计算17 3.4.1 旋转式灌装机的生产率分析17 3.4.2 旋转式灌装机的最小旋转角懂得确定18 3.5 旋转式灌装机的传动系统设计21 3.5.1 传动比分析22 3.5.2 旋转式灌装机带传动设计22 3.5.3 蜗杆涡轮的传动设计24 3.5.4 齿轮传动设计28 3.6 旋转主轴的设计30 3.6.1 轴的强度计算30 3.6.2 轴的刚度计算30 3.7 灌装阀的设计32 3.8 升降瓶机构的设计32 4 结论33 参考文献33 致34旋转式灌浆机构的设计 摘 要：啤酒作为一种口味独特的风味饮料深受广大老百姓的喜欢。灌装机是啤酒包装生产线的核心设备，因此，灌装机灌装效果的好坏直接影响到企业的经济效益。液体的灌装方式分为常压式、等压式、真空式、机械压力式四种。一般而言酒类灌装多采用常压式灌装方式，常压式灌装机使用方便，具有速度可调、计量准确、运行平稳、无噪音和液体不外溢等优点，使用广泛。 关键词：灌装机；常压式灌装方式；Design of Rotary Grouting Mechanism Abstract: The beer takes one kind of taste unique flavor drink. Deeplygeneralcommon peoples liking.Fills installing equipment is the beer packing production line coreequipment, therefore, fills installing equipment to fill installs theeffect the quality directly to affect enterprises economicefficiency.The liquid fills installs the way to divide into the atmosphericpressure type, the equi-pressure type, the vacuum type, the mechanicalpressure type four kinds.Generally speaking the wines fill install use the atmospheric pressuretype to fill install the way, the atmospheric pressure type fill theinstalling equipment easy to operate, has the speed to be possible toadjust, the measurement accurate, the movement steady, does not havemerit and so on noise and liquid overflow, the use is not widespread.Keywords:Fills installing equipment; The atmospheric pressure type fills installs the way1 前言1.1 研究意义灌装机是酒水、饮料类等食品加工行业的关键设备之一。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。而传统罐装机有性能比较单一、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、液体物料与灌装规格的变化等问题，这就给生产带来了很多不便。目前的灌装机正向着灌装的高速化、精确化；以与智能化、多功能化方向发展。发展灌装机，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。所以研究一款好的灌装机对食品加工行业的发展意义重大。1.2 国外研究现状我国灌装机械制造业起步晚，建国后基本上采用的是手工灌装，当时国啤酒厂和汽水厂都是使用国外早期比较落后的设备，工艺落后，灌装速度慢，而且在卫生上也存在很大问题，严重影响了我国饮料行业的发展。改革开放后，随着轻工业的迅速发展，一方面我国先后引进了一些国外灌装生产线，在改造一些饮料生产企业的同时，另一方面我国也在自行研制，这就促进了我国的包装机械行业进入了一个新的发展时期， 开发出各种自动、半自动中小型的灌装机械，提供给国大批饮料厂，促进了我国饮料业的迅速发展。进入20世纪80年代，我用技术贸易结合的方式，引进德国SEN公司20000瓶小时的啤酒灌装线和日本三菱公司18000瓶小时的含气体饮料灌装线的制造技术，到1991年又引进了德国KHS公司36000瓶小时的啤酒灌装线与生产技术。这样，我国不仅能够生产中小型的灌装机，而且开始生产大型灌装机。我们参照国外全自动液体灌装机的先进机型，结合国液体灌装的实际情况，独立开发设计并制造新型全自动灌装生产线，并且完全可以代替进口同类产品，具有良好的价格性能比，同时技术水平也上了一个台阶，将我国灌装设备制造业的整体水平提高到一个新的水平。我国的灌装机械制造业，经历了仿制、引进技术、消化吸收、创新、自主开发的过程，技术进步与创新的速度很快，而且在不断缩小与国外先进技术之间的差距。国很多厂家生产的灌装机比较有代表性，能在模仿的基础上发展出自己的特色，且能够溶入高新技术，比如有灌装时灌装头自动伸入瓶缓缓上升，使液体不向外溢，灌装量通过PLC控制在荧屏显示，适合有一定泡沫的药液或化妆品的潜入式灌装机；攻克了屋顶形包装机不能热灌装、不能加盖等难题。1.3 发展趋势1.3.1 建立包装机械骨干企业引进、消化、吸收国外先进技术，建立一批包装机械骨干企业，包括个别中外合资企业。这是缩短我国包装机械技术水平与世界先进水平差距的有效途径可满足大型包装生产线以与高精度、高自动化程度的单机或机组生产的需要，进而可加快包装机械国产化的速度。1.3.2 大多数企业要重点发展中、小型包装机械我国大多数企业技术水平不高，生产能力较低，生产以单机为主的中、小型包装机械比较适宜，但要在此基础上不断提高制造精度、自动化程度和配套。1.3.3 引入高新技术在包装机械生产中，大量引入高新技术，如微电子技术、信息处理技术、传感技术、激光技术，新的机械结构（如锥形同步齿轮带传动）、新的光纤材料以与运用可靠性、优化设计方法和计算机辅助设计，研制组合式、模块式等先进结构，使包装机械产品设计先进、使用可靠，使其性能指标、工艺水平、“三化”（多功能化、高速化、自动化）水平高，向机电结合、主辅机结合、成套联线方向发展。1.3.4 发展包装机械新品种 满足重点商品的包装为出发点，发展包装机械新品种。目前，我国重点发展食品、医药、化工、日用品以与易碎、易腐烂变质等商品的包装技术和包装机械。重点开发的包装机械设备与其研究方向为：1、灌装设备：着重发展自动连续作业的多工位充填-封口设备，以解决食用油、化妆品等具有一定粘度的物料的包装，解决气溶胶等物料的喷雾包装。2、贴标设备重点开发研制适于各种瓶形的压敏胶标签贴标机、卷带标签贴标机。提高各种贴标机的贴标质量和速度。 3、袋成型-充填-封口机大力开发适用于不同状态的物料、不同重量的系列包装设备；开发各种配套辅助设备，如物品整理分送装置，以扩大主机功能，使之向多功能化、高速化、自动化方向发展。2 总体方案的设计2.1 确定用途与灌装方式用途：灌装瓶装啤酒。规格：灌装瓶容量为640mL，空瓶为670mL。灌装方式：常压式灌装。常压式灌装，是在大气压下直接靠被灌液料的自重流入包装容器的灌装方式。常压式灌装的工艺过程为：1、进液排气:即液料进入容器，同时容器的空气被排出。2、停止进液:即容器的液料达到定量要求时，进液自动停止。设计要求：对灌装机进行优化改进，在生产率、可靠性、使用寿命和噪声等方面都应有明显改进。2.2 工艺分析2.2.1 确定机械类型 工位:啤酒生产批量大，灌装机工作动作多，故选用多工位灌装机。 运动形式:灌装机分为直线型和旋转型2种，而此次毕业设计要求采用旋转式灌装机。 灌装程序:啤酒空瓶由进瓶机构传送至升降瓶机构上，升降瓶机构控制瓶子升降，升瓶灌装完成后，降瓶由拨瓶机构传送出去。 即进瓶升瓶灌装降瓶出瓶。 工位数:由于啤酒灌装是大批量生产，所以要求工位数多，在结构合理且提高生产效率的基础上采用多的工位，故选用24工位。2.2.2 分析执行构件的运动要求啤酒瓶升降机构:对于旋转型灌装机，通常是借助分件供送螺杆将瓶子按所要求的状态、间距、速度逐个而连续地供送到灌装机的托瓶台上。并由托瓶机构将其升起使瓶口与灌装头紧密接触而进行灌装。待灌装过程完成后下降复位。 托瓶机构固定在导向板上。 托瓶机构主要有机械式、气动式、机械与气动组合式等三种结构形式。 对于旋转型啤酒灌装机来说，应尽量结构简单，经济实惠，便与维护，所以宜选择机械式托瓶机构。 灌装阀:灌装阀是对啤酒进行灌装的关键装置，所以对其结构要精心设计。灌装阀应固定在储液箱下部，其安装轴线应该与啤酒瓶升降机构的轴线一致，以便于啤酒瓶在升起过后能正确的对准灌装口进行灌装工作。常压式灌装机的灌装阀也采用常压灌装阀，因灌装操作环境为常压状态，灌装过程简单，通常采用弹簧阀门式灌装阀。 主轴：主轴是灌装机的动力传动轴。电机通过减速装置把动力传送到主轴上，主轴带动储液箱和导向板同步转动。 储液箱：储液箱位于主轴顶端，箱体下面在圆周方向配置灌装阀，箱体随主轴转动，带动灌装阀一起同步转动。 导向板：导向板的作用是固定托瓶机构，导向板和储液箱一样固定在主轴上，随主轴一起同步转动。2.3 拟订主要技术参数2.3.1 结构参数结构参数反映灌装机的结构特征和灌装物件的尺寸围。如包装工位，执行机构头数，主传送机构的回转直径或直线移距，工作台面的宽度与高度，物件的输入高度，成品的输出高度等等。2.3.2 运动参数运动参数反映灌装机的生产能力和执行机构的工作速度，如主轴转速、物件供送速度、灌装速度等。2.3.3 动力参数动力参数反映执行机构的工作载荷和灌装机正常运转的能量消耗，如灌装等执行机构的工作载荷，动力机的额定功率、额定扭矩和调速围，以与为完成清洗、杀菌、热封等工序所需的水、汽、电和其他能源的消耗量，等等。众所周知，传动件的结构与其尺寸等参数在很大程度上是根据动力参数设计计算的。所以，若动力参数选择过大就会使动力机、传动件的结构尺寸相应增大，若过小又会使它们经常处于超负荷状态而难以维持正常工作，甚至损坏。确定灌装机功率的方法有：A：类比法 通过调查研究、统计和分析比较同类型灌装机所需功率的状况，从而确定灌装机功率。B：实测法 选择同类型灌装机或试制样机，测其动力机的输入功率，再依它的效率和转速计算输出功率和扭矩。考虑到被测的与所设计的灌装机有某些差异，应将实测结果加以适当修正，作为确定灌装机功率的依据。C：计算法动力机的输出功率也可用下式粗略计算： （i=1，2，.） （1）也就是灌装机所需功率等于个执行机构所需功率之和。在总体方案设计阶段，有关的动力参数主要根据前两种方法粗略求算，待到零部件设计完成后尚须做进一步的校核。采用计算法确定动力参数日前还不普遍。这主要是由于包装机的工作载荷大都难以精确汁算，加之对执行机构的传动效率和惯性力的计算相当麻烦，以致把计算法仅作为确定动力参数的一种辅助手段。3 旋转式灌装机的设计计算3.1 电动机的选择 拟订本次设计的灌装机是用来完成灌装空瓶容量为670mL的啤酒灌装，要求灌装量为640mL。由此条件，经查阅相关旋转式灌装机的资料，可得出以下参考数据：灌装阀头数： 24头灌装阀节距： 150mm灌装区间角： =灌装区占有率： 0.54生产率： 7200Pcs/h贮液箱半径： 参考类似型号灌装机工艺参数，现在先拟订灌装时间为9s，于是由灌装时间的计算公式： (2) n-主轴转速，r/min-灌装区间角得： (3） 拟订贮液箱在装有液料的时候的最大重量为500kg，半径r为600 mm，则角速度为： （4） 贮液箱上作用力F对主轴的力矩为： （5） =mgr =5009.81=4900 再由功率： （6）得： =49000.357=1.75Kw 由于旋转型灌装机主体是同其他机构连在一起构成灌装机组，包括进瓶机构、出瓶机构、升降瓶机构和压盖机，用同一台电动机提供动力，这样才能保证工作同步，所以经考察同类型机组，现拟订：进瓶机构功率P1为1.2kw；出瓶机构功率P2为1.2kw；升降瓶机构功率P3为1kw；由此根据式（1-1）可估算出灌装机组总功率P：P=+=1.75+1.2+1.2+1=5.15kw所以，选择电动机型号为： Y132S-4型 额定功率-5.5kw 额定转速-1440r/min 额定转矩-2.2 重 量-68kg3.2 灌装机输送管路计算 输送管路是连接贮液箱和啤酒瓶口之间的管道，开始灌装时，液料从输送管路口直接靠自重灌入瓶。输液管路一般均用圆管，设计时，首先要合理选择它的径和壁厚。3.2.1 圆管径此处省略NNNNNNNNNNNN字。如需要完整说明书和设计图纸等.请联系扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机械毕业设计下载！该论文已经通过答辩3.2.2 圆管壁厚圆管的壁厚一般根据它的耐压和耐腐蚀等条件，按标准规格选取。 选取圆管壁厚2.5mm，故圆管外径为30mm。3.3 灌装时间的确定利用流体力学能量守恒定律，可计算出各类灌装阀的灌装时间，从理论上找出影响液料灌装速度时间的因素，以便设计出较合理的灌装机构从而提高灌装机生产率。在前面已经介绍过灌装机有常压式、等压式、真空式、机械压力式四种。对啤酒类液体进行灌装时，阀门被打开后，也是靠自重流入容器的。因此，旋转式灌装机的灌装方式可分为常压式和等压式，但是一般都采用常压式灌装，因为常压式灌装机结构简单，灌装方便且生产速度快，非常适合啤酒类大批量生产所要求的生产率，是啤酒灌装机的首选灌装方式。本次设计拟采用定量杯式定量方式，首先将料液灌入定量杯定量后再灌入包装容器中。若不考虑滴液等损失，则每次灌装的液料容积应与定量杯的相应容积相等。要改变每次的灌装量，只需改变调节管在定量杯中的高度或更换定量杯。这种定量方式，机构结构简单、定量速度快，避免了瓶子本身的制造误差带来的影响，故定量精度高。 如图1所示，图中定量杯的腔直径为D，定量杯的计量高度为H，定量杯底部液孔直径为d。定量杯上液面与装液容器均受大气压作用。 因为对啤酒瓶的灌装容量为640mL，所以定量杯的容量也应为640mL。假设定量杯液面与进液管口的距离H=100 mm，则定量杯直径D=90 mm。定量杯中的液料流入容器的过程其液位不断下降，直到定量杯中的液料流完，定量杯流出液料的过程由于为非稳定性流动，其流出液料体积在各个相等瞬时的间隔是不等的。随着定量杯液料的不断流出其液位不断下降，液料流出速度相应地随之减小。设在时间从定量杯底孔d流出的液体体积为：=uF =F = (11)一样的时间,定量杯中液料减少的体积为：= (12)显然有 = 即有 = （13）式中 -经dt时间，定量杯液料的液面水平高度(m)-经dt时间，定量杯液料的液面高度改变量上式整理后有：=（S） （14）在定量杯液料流入容器的过程中，液面将由H到0；其所经的时间由0到t，定量杯的液料才全部流完。即：= = = = (15) 式中 -灌装阀流液管的流量系数，经查阅相关资料，取0.5 g-重力加速度，9.81 m/s D-定量杯直径 d-进液管直径 H-定量杯液面与进液管口的距离由此可算出灌装时间为：= =8.6 （s）取整数9s，与前面假设的灌装时间相符。 图1 定量杯图 Fig1 Quantitative cup drawing3.4 旋转式灌装机的工艺计算3.4.1 旋转式灌装机的生产率分析旋转式灌装机的生产率：=60 （16） 式中： -生产率（Pcs/h）-旋转台转速（r/min）-灌装工位数上式说明灌装机的生产率与旋转台转速、灌装工位数有关。如果以增加灌装工位数来提高生产率，那么灌装机的旋转工作台直径也要相应地增大。从式中还可以看到，提高旋转工作合转速，也可以提高灌装机的生产率，但是受到两个因素的限制，一个是旋转台转动时会产生离心力，因此当旋转台转速增大到一定程度时，瓶托上玻璃瓶的离心力达到足以克服啤酒瓶与瓶托之间的摩擦力，啤酒瓶便会被甩出瓶托；另一个因素是，液料的罐装速度，当旋转台转速提高时，在灌装转角不变的情况下其灌装时间就会相应地缩短，即是说瓶子在旋转台上转过一定角度的时间相应减少，因而瓶子不能装满。影响液料灌装速度的因素是液料的粘度，液缸液位高度，灌装阀的结构等。由此可知这些因素直接限制了旋转台转速的提高。旋转台旋转一用的时间：= （17） 根据灌装工艺过程，上式又可写成：=+ （18）式中 -灌装时间（s）-瓶托下降时间（s）- 瓶托下降到最低点停留时间（s）-瓶托上升时间（s）灌装时间，在自动机械中称为基本工艺时间，基本工艺时间一般都要经过设计计算，然后经过多次反复试验才能确定。根据以上分析，提高灌装机的生产率可从两方面考虑：一是适当增加灌装工位数。二是设法提高灌装阀的灌装速度。3.4.2 旋转式灌装机的最小旋转角确定前面已经介绍了灌装机旋转一周所需要的时间为：=+式中、其各相应灌装转角、即：-灌装转角 （度）-瓶托下降所占转角 （度）-瓶托下降到最低点所占转角 （度）-瓶托上升所占转角 （度）灌装机旋转一周时包括灌液，瓶托带动瓶子下降，瓶托带动瓶子下降在最低点(为了瓶子进出瓶托)，瓶托带动瓶子上升。即：= （s） (19)= （s） (20)= （s） (21)= （s） (22)在前面已经从理论上推导出了灌装时间=9s，于是根据式(19)得：= (23) =93.57=现在已根据理论灌装时间求出了灌装转角，在实际生产当中，若已知灌装方式和被灌容器的体积，就可以按在不同情况下的计算公式算出实际灌装时间。由此可知，灌装机转过角的灌装时间，必需等于或大于实际灌装时间，才能保证被灌装容器灌满。根据这一原则有：常压式灌装液缸液位不变情况下灌装机最小灌装转角：= （24） 式中： 灌装液料的容器的体积()n灌装机转速(rmin)-灌装阀流液管的流量系数，经查阅相关资料，取0.5A灌装阀液管横截面积()g重力加速度(981m)设计时，首先确定灌装转角，确定后再根据具体结构形式决定其他辅助角、。现在拟订：=则：=-=现在已知每个区间的转角，就可以根据式（20）、（21）、（22）算出对应的转过没个区间转角所需要的时间=1.65（s）=4.1（s）=2.25（s）由式（18）得，灌装机旋转一周所需要的时间为：=+ =9+1.65+4.1+2.25=17 s3.5 旋转式灌装机的传动系统设计灌装不含气液体的灌装机和压盖机都是各自独立分开，各自单独由电机驱动，在这里，旋转式灌装机主要的功能是实现灌装，压盖则在后续过程中由压盖机来完成。旋转式灌压机组其传动系统可分为外传动链和传动链。外传动链是用来联接电机和灌压机组的传动主轴，其功用是：A把一定的功率从动力源传递给灌压机组的执行机构。B保证执行机构有一定转速。C能够方便地对机组进行启动、停止、发生故障或过载时自动停机。外传动链可用传动比不准确的传动副和摩擦副，例如皮带传动，摩擦无级变速器等。在这里采用皮带传动，实现从电动机到减速箱的第一级减速，在采用减速箱实现第二级减速，再采用涡轮蜗杆改变转向并减速。传动链为了保证灌压机组各机构动作协调一致，其主要功能是：A进行运动和功率的传递。B保证灌压机组各机构间运动的严格速比和按动作顺序协调动作。传动链为了保证各机构之间的动作协调一致，因此必须保证传动精度。实际上联传动链不能用传动比不准确的摩擦副、传动副作为传动元件，必须由定比传动机构如齿轮机构、凸轮机构、连杆机构或间歇机构组成。在这里主要采用齿轮机构、凸轮机构来实现运动之间的配合。3.5.1 传动比分析 已知贮液缸的工位数为24，若初设进、出瓶拨轮的工位数为8，则： 此处的传动比即主轴转一周，1轴要转3周。为了达到此目的，可设2轴上的锥齿轮2和1轴上的锥齿轮1的传动比为：2轴上的锥齿轮3和主轴上的锥齿轮4的传动比为故可满足的要求，具体计算见下面的设计过程。由于主轴的转速为3.57，而电动机的转速为1440，故经过皮带轮一级减速，减速箱的2级减速，涡轮蜗杆的3级减速后 要达到所需要的速度3.57.具体减速过程见下列设计过程中。3.5.2 旋转式灌装机带传动设计已知电动机功率P=5.5kw，n=1440r/min，拟选用V带传送。 （1）选定V带型号和带轮直径工作情况系数 取=1.2计算功率=P=1.25.5 (25) =6.6kw选带型号 A型小带轮直径 取D1=112mm大带轮直径 D2=（1-） (26) =（1-0.01）= 196mm大带轮转速 =（1-） (27) =815r/min （2）计算带长，求= (28) =154mm 求= (29) =42mm初取中心距a 2()a0.55()+h （30） 取a=600mm带长L L= （31） =3.14154+2600+=1687mm基准长度 取=1800mm （3）求中心距和包角中心距a a= (32) = =656mm小轮包角= （33） = （4）求带根数带速V V= （34） = =14.8 m/s传动比i i1.77 (35) 带根数Z z （36） = =3 根（5）带轮的结构设计：有机械设计课本上可知，V带轮的结构形式与基准直径有关，当带轮基准直径为（d为安装带轮的轴的直径，mm）时，可采用实心式；当时，可采用腹板式；当时，可采用轮辐式。这里因为。见机械设计课本160页。3.5.3 蜗杆蜗轮传动设计 由机械设计一书中得知，圆柱蜗杆头数少，易于得到大的传动比，但导程角小，效率低，发热多，故重载传动不宜采用单头蜗杆；蜗杆头数多，效率高，但头数过多，导程角大，制造困难。所以根据GB1008788选取蜗杆： 模数m=8mm 分度圆直径=80mm 头数=2 直径系数=10蜗轮齿数根据齿数比和蜗杆头数头数决定：= （37）传递动力的蜗杆蜗轮，为增加传动的平稳性，蜗轮齿数宜取多些，应不少于28齿，齿数愈多，蜗轮尺寸愈大，蜗杆轴愈长且刚度小，所以蜗轮齿数不宜多于100齿，一般取=3280齿，有利于传动链趋于平稳。所以取=66因为是蜗杆主动，所以齿数比=i=/=33 (38） 圆柱蜗杆蜗轮传动基本尺寸计算如下： 蜗杆轴向齿距 = （39） =3.148=25.12mm蜗杆导程 = （40） =3.1482=50.24mm蜗杆分度圆直径 =m (41) =108=80mm蜗杆齿顶圆直径 =+2 （42）=80+28=96mm蜗杆齿根圆直径 =- （43） =80-2（8+0.28）=60.8mm节圆直径 = （44） =8（10+20.2）=83.2mm分度圆导程角 = (45) =0.2=蜗杆齿宽 = （46） =28=130mm蜗轮分度圆直径 = （47） =866=528mm蜗轮齿根圆直径 =- （48） =528-2(8-0.28+0.28) =512mm蜗轮节圆直径 = + （49） =528+2(8+0.28) =547mm 蜗轮外径 =+ （50） =547+8=555mm蜗轮齿宽 = （51） =28（0.5+） =60mm中心距 a= （52） = =304mm 取315mm （1）齿面接触疲劳强度验算许用接触应力 = （53） =173 MPa 式中：转速系数 =0.75 寿命系数 =1.131.6 接触疲劳极限 =265MPa 接触疲劳最低安全系数 =1.3最大接触应力 = （54） =149173 MPa 式中：弹性系数 = 接触系数 =2.85 使用系数 =1.1 蜗轮转矩 = =1155555 计算结果表明，齿面接触疲劳强度较为合适，蜗杆蜗轮尺寸无需调整。 （2）齿面弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限 弯曲疲劳最小安全系数 =1.4许用弯曲疲劳应力 = （55） =80MPa 轮齿最大弯曲应力 = （56） = =3280 MPa 计算结果表明，齿面弯曲疲劳强度较为合适，蜗杆蜗轮尺寸无需调整。 （3）蜗杆轴挠度验算 轴惯性矩 = （57） =2.01允许蜗杆挠度 =0.004m=0.032mm （58）蜗杆轴挠度 = （59） =0.0270.032mm计算结果表明，蜗杆轴挠度合格。 （4）温度计算传动啮合效率 = （60） =0.901搅油效率 =0.99轴承效率 总效率 = （61） =0.883散热面积估算 （62） = =1.85 箱体工作温度 （63） =55 这里取w/(),中等通风环境。计算结果表明，温度合格。3.5.4 齿轮传动设计首先进行对关键齿轮和的设计计算，即轴2和主轴上锥齿轮的设计计算前面已知i=3。根据相关资料查的各部分的传动效率：普通V带传动效率，齿轮传动效率为 （1）选取齿轮类型，精度等级，材料与齿数1、根据要求选用直齿锥齿轮。2、灌装机为一般工作机器，速度不高，故选用8级精度。3、材料选择小齿轮的材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。4、选择大齿轮齿数为，初定，则 （2）按齿面接触强度设计(64)参数值确定：1、初选载荷系数=1.3；2、计算大齿轮的转距3、查机械设计（第七版）通常取取齿宽系数=1/3；4、查机械设计（第七版）表10-6取；5、由机械设计（第七版）图10-21d按齿面硬度中查得小齿轮的接触疲劳强度极限；小齿轮的接触疲劳强度极限；6、由式计算应力循环次数7、由机械设计（第七版）图10-19查的接触疲劳寿命系数8、计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%,安全系数S=1,由式得 （3）设计计算1、试计算小齿轮分度圆直径，代入 中较小值 2、计算圆周速度3、计算齿宽b4、计算齿宽与齿高之比模数 齿高 5、计算载荷系数根据,8级精度,由机械设计（第七版）图10-8查的动载系数=1.0由机械设计（第七版）取齿间载荷分配系数；由机械设计（第七版）表10-2查得使用系数由机械设计（第七版）查得齿向载荷分布系数可按下式计算：式中是轴承系数，可从机械设计（第七版）表10-9中查取。所以 ；故载荷系数：6、按实际载荷系数校正所算的分度圆直径,由式得7、计算模数 （4）按齿根弯曲强度设计 （65） 确定公式的各计算值：1、由机械设计（第七版）图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；查得大齿轮的弯曲疲劳强度极限。2、由机械设计（第七版）图10-18查得弯曲疲劳寿命系数3、计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,由式得4、计算载荷系数5、计算当量齿数6、查得齿形系数由机械设计（第七版）表10-5查得7、查取应力校正系数由机械设计（第七版）表10-5查得计算大、小齿轮的加以比较：小齿轮的数值大 （5）设计计算 对比计算结果,由齿面接触强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而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1.51圆整为=1.75，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动，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。 （6）几何尺寸计算1、计算分度圆直径2、计算齿轮宽度取3、计算锥距4、计算平均分度圆直径5、验算合适。总上所述，总体符合设计要求。3.6 旋转主轴的设计灌装机的旋转主轴主要传递转距，且转距较小，所以对轴的刚度和强度要求不高。虽然空心轴比实心轴更节约材料，比较经济，但是当外直径一样时，空心轴的直径若取为，则它的强度比实心轴削弱18%，且空心轴的制造比较费时，所以这里选择实心轴，材料选取45钢。3.6.1 轴的强度计算按许用切应力计算：受转矩（N*mm）的实心圆轴，其切应力= MPa （66）写成设计公式，轴的最小直径=C mm （67）上面两式中 -轴的抗扭截面系数，-轴传递的功率，KW-轴的转速，r/min-许用切应力，MPa，取35 C-与材料有关的系数，取112由式（67）有112=85 mm取=100 mm校核：由式（66）得= =22 MPa轴直径合格。3.6.2 轴的刚度计算按扭角计算：轴受转矩作用时，其扭角 （68）由此可得单位轴长的扭角为： （69）上面两式中 -轴受转矩作用的长度-轴截面的极惯性矩-轴材料的切变模量式中扭角的单位是rad，每米轴长的许可扭角的单位为rad/m,它和具有下列关系：=/57.3 （70）对于刚制实心轴，代入=81000 MPa 每米轴长的许可扭角为则= （71）式中值取0.4，对应取115，得 mm取=100 mm即轴工作段的最小直径不要低于100mm，具体结构设计见图纸。3.7 灌装阀的设计在前面的总体结构设计中已经说明了使用定量杯式的定量方式进行灌装工作，所以现在把灌装阀拟设计为容积定量灌装阀，如下图所示。图2为容积定量灌装阀，是属于滑阀式灌装阀，用于常压下进行灌装。 图2 容积定量灌装阀Fig2 Volume quantitative filling valve 1-定量杯 2-液位调节管 3-阀体 4-环行槽 5-锁紧螺母 6-上孔 7-下孔 8-进液管 9-排气孔 10-弹簧 11-喇叭头 灌装原理为：先使液料注入定量杯1中进行容积计量，然后，再将液料灌入瓶中。当下面有灌装瓶时，瓶托连瓶由下部凸轮顶起，瓶口对准喇叭头并贴紧在喇叭口锥环，同时带动进液管和定量杯往上移动超出液面，这时定量杯1液31 / 32料靠自重从进液管8流到阀体3的环形槽4，由于进液管上下两段隔开，因此液料经进液管的下孔流入瓶中，瓶空气则由喇叭头上的2个排气孔排出。当下面没有灌装瓶时，定量杯1由于弹簧10的作用而下降到原位，此时进液管的上、下2孔离开酒道使液料不致漏下，定量杯口则低于液面，液料流入杯，定量杯注满液料以准备下一个料瓶的灌装。定量杯的灌注量可由液位调节管2的高度来调整，而灌注量则是等于啤酒瓶的容量。容积定量灌装阀定量准确，结构简单，维修方便，定量速度快、精度高，所以应用广泛。3.8 升降瓶机构设计升降机构的作用是将送来的包装容器也就是啤酒瓶，上升到规定的高度进行灌装，然后再将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凸轮式、气动式和气动-机械凸轮混合式三种形式。本次设计采用机械式升降机构，结构如如下图所示。如图3，此机构采用凸轮机构进行瓶子的高度位置控制，典型机构为固定凸轮偏置 直动从动杆机构。此机构由托瓶台1、滑套5、推杆6、缓冲弹簧4组成一个弹性套筒，通过连接在下面的滚轮与凸轮廓线相接触，完成瓶子的升降。图3 凸轮式升降机构Fig3 Cam lifting mechanism1-托瓶台 2-导向板 3-锁紧螺母 4-缓冲弹簧 5-滑套 6-推杆 7-滚轮轴 8-滚轮灌装机运行时滚轮循凸轮廓形伞面滚转，凸轮廓线的变化，促使推杆顶着托瓶台作升降运动。整个凸轮一般由4个区段组成，即最低程区段、上升行程区段、最高行程区段和下降行程区段。图4-3为此种凸轮的的展开示意图。当推杆滚轮与凸轮最低段接触时，托瓶台处于回转盘上最低位，此阶段灌装机进瓶或者是出瓶。但推杆滚轮受凸轮上升行程区段作用时，推杆顶起托瓶台上的瓶子升向灌注嘴，到达最高位置时进行灌装，灌装完成后沿下降行程区段降低到最低行程区段。设计凸轮时，凸轮轮廓的高程差h，根据装料瓶在装料灌注中所需升高的高度来决定。凸轮轮廓中升高行程的长短，主要取决于装料