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需要 CAD 图纸，Q 咨询 414951605 或 1304139763图纸预览请见文档前面的插图，原稿更清晰，可编辑毕业设计说明书题 目：番茄酱自动灌装机设计- 总体及下部部件设计学 院： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 23摘要 由于企业生产发展需要，现有番茄酱灌装生产线的设计能力已远远不能满足生产要求，必须对生产线进行改造。饮料灌装机为饮料灌装生产线关键设备为此，选定番茄酱灌装机这一工厂实例作为课题。星形拨瓶轮是将灌装机的限位机构送来的瓶子，准确地送入灌机中的升降机构或灌满的瓶子从升降机构取下送入传送带的机构。将定量的液体物料(简称液料)充填入包装容器内的机器称为灌装机械。因为所要灌入的液体具有流动性，所以所用的容器一般为刚性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金属罐、复合纸盒等。输送链带、分件供送螺杆、星形拨轮和弧形导板相结合用于容器的输入；同时拨轮也用于容器的输出。螺旋限位器在包装工业领域内，现以广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置，可按某种工艺要求将规则或不规则排列的容器、物件以确定的速度、方向和间距分批或逐个地送到给定的工位。 关键词： 番茄酱；灌装机；星型拔轮机构4AbstractDue to the need of enterprise development, design capacity of the existing tomato paste filling production line has been far can not meet the requirement of production, must carry on the transformation of the production line. tomato paste filling machine is the key equipment of tomato paste filling production line for selected tomato paste filling machine, this factory instance as the subject.Dial star-shaped bottle filling machine round is to limit the agency sent the bottle, filling machine accurately into the take-off and landing or a bottle filled with the bodies removed from the lift conveyor belt into the body. Quantitative liquid materials (referred to as liquid) into the packaging container filling machine filling machinery called. Because the number to be filled with liquid with liquid,Therefore, the general container used for rigid containers, such as PET bottles, glass bottles (or cans), metal cans, cartons and other composites. Conveyor belt, sub-items for delivery screw, star-shaped and arc-shaped guide plate Pull out the gear combination for the importation of container; Pull out the gear At the same time, the output is also used in containers. Spiral limit in the field of packaging industry, is now widely applied to various types of sub-items for delivery screw device, a process may require rules or irregular array of containers, objects to determine the speed, direction and distance individually or in batches to a given position. Keyword ：Ketchup；The Filling Machine；Star-shaped Bodies Out Round 5目 录摘要 .1Abstract.3第一章 总体方案设计 .61.1 功能与应用范围 .61.2 工艺分析 .71.2.1 确定机器类型 .71.2.2 确定灌装方法、定量的方法以及灌装的头数 .71.2.3 对执行构件的选择 .111.3 电机、无极调速器选型 .17第二章 番茄灌装机下部部件设计 .182.1 设计参数及设计理念 .182.2 升瓶机构方案的选择及凸轮机构的设计 .192.3 弹簧的选用与计算 .202.4 轴承的选择 .212.5 轴承的选择工艺转盘的设计 .22第三章 灌装机传动系统设计计算 .233.1 工位的计算 .233.2 拨瓶轮主要结构参数设计计算 .233. 2. 1 拨瓶轮齿槽数（齿数）确定 .233. 2. 2 拨瓶轮节圆半径的确定 .243. 2. 3 拨瓶轮其它尺寸的确定 .243.2.4 包装容器与拨瓶轮的相对运动 .253.3 螺旋限位器设计 .273.3.1 限位器总体计算 .283.3.2 螺杆等速段计算 .293.3.3 螺杆变加速段计算 .303.3.4 螺杆等加速段计算 .33结 论 .366致 谢 .37参考文献 .38789101112第一章 总体方案设计灌 装 机 在 食 品 行 业 、 饮 料 行 业 、 日 化 行 业 等 广 泛 使 用 。 食 品 包 装 机 械 竞争 日 趋 激 烈 ， 未 来 的 食 品 灌 装 机 械 将 配 合 产 业 自 动 化 ， 促 进 包 装 设 备 总 体 水平 提 高 ， 发 展 多 功 能 、 高 效 率 、 低 消 耗 的 食 品 包 装 设 备 。 一 直 以 来 ， 灌 装 机就 是 饮 料 市 场 的 坚 实 后 盾 ， 特 别 是 现 代 市 场 上 人 们 对 商 品 质 量 要 求 日 渐 提 高 、市 场 需 求 不 断 扩 大 、 企 业 对 高 效 自 动 化 生 产 的 要 求 ， 在 这 样 的 情 况 下 ， 灌 装机 更 是 成 为 了 炙 手 可 热 的 灌 装 设 备 。 加 上 近 几 年 ， 科 学 技 术 水 平 的 提 高 ， 国内 灌 装 机 行 业 也 得 到 了 较 快 的 发 展 ， 技 术 水 平 、 设 备 性 能 、 质 量 等 方 面 都 有了 很 大 程 度 的 提 高 ， 在 支 持 企 业 高 效 、 安 全 生 产 上 发 挥 了 重 要 的 作 用 。番茄酱自动灌装机是为中小型食品厂生产番茄酱而配套的一种灌装机械。灌装机主要是包装机中的一小类产品，从对物料的包装角度可分为液体灌装机，膏体灌装机，粉剂灌装机,颗粒灌装机；从生产的自动化程度来讲分为半自动灌装机和全自动灌装生产线。1.1 功能与应用范围本次设计的番茄酱自动灌装机其是面向中小型食品企业的。为了适合根据需要调整生产率，该种类型的灌装机的生产能力设定为 8401680 瓶/小时；该种灌装机中所用的瓶子的具体参数为，瓶子高度 165cm，瓶的底径 65mm，瓶口的外径为 28mm；电机功率为 1.5 千瓦。用途：通过番茄酱自动灌装机将番茄酱装到番茄酱空瓶中。瓶子规格：瓶子高度165mm，瓶子直径65mm，瓶子外直径28mm。原始数据：生产能力8401680瓶/小时，电机功率：1.5千瓦。设计要求：机器平稳工作、生产率根据需要进行调整，设计在选材、润滑应充分考虑食品卫生的特殊性。131.2 工艺分析1.2.1 确定机器类型根据包装容器的传送形式，灌装机可氛围“直线型”和“旋转型”两种。前者，包装容器沿直线作周期性的间歇移动，在停歇时完成灌装。而后者，包装容器绕圆周作等速回转运动，同时进行灌装。直线型灌装机虽然结构简单，成本低，但工作稳定性较差，并且，这种设备占地面积大，又是间歇操作，提高生产能力受到一定限制，应用并不广泛；旋转型灌装机，待灌装的空瓶被分件供送螺杆和拨瓶星轮逐个送至转盘的托瓶台上，它们在一起回转的过程中，依靠控制机构和灌装阀连续完成自动灌装。在结构上，根据瓶子尺寸，可事先调整分件供送螺杆的主轴高度，以保证供瓶的稳定。因此旋转型灌装机机器工作平稳，并且灌装过程连贯，可大大提高生产的能力，并且易操作。故本设计选用旋转型灌装机。1.2.2 确定灌装方法、定量的方法以及灌装的头数1.2.2.1 灌装方法的选择由于液料的物理化学性质各有差异，在灌装时，就有着不同的灌装要求。液料由蓄液装置灌入包装容器常采用如下几种方法。常压法灌装，是在大气压力下，直接依靠被灌装液料的自重流入包装容器内。常压灌装的工艺路线为：进液排气，即液料进入容器，同时容器内的空气被排出；停止进液，即容器内的液料达到定量要求时，进液自动停止；排除余液，即排除排气管中的残液，该过程对排气至蓄液箱上部气室的那些结构是必需的。常压法主要用于灌装低粘度不含气的液料，如牛奶、白酒、酱油、药水等。等压法灌装，利用蓄液箱上部气室的压缩空气，给包装容器充气，使二者的压力接近相等，然后被灌装液料靠自重流入该容器内。等压灌装的工艺路线为：充气等压；进液回气；停止进液；释放压力，即释放瓶颈内残留的压缩气体至大气内，以免瓶内突然降压引起大量气泡，影响包装质量和定量精度。等14压法使用于含气饮料，如啤酒、汽水等的灌装，以利减少其中所含气体 CO2 的损失。真空法灌装，是在低于大气压力的条件下进行灌装。它有两种基本方式：一种是差压真空式，让蓄液箱内部处于常压状态，而只对包装容器内部抽气，使其形成一定的真空度，液料依靠两容器内的压力差，流入包装容器并完成灌装；另一种是重力真空式，让蓄液箱和包装容器都处于接近相等的真空状态，液料靠自动流入该容器内。目前国内常用差压真空式，它结构简单，工作可靠。真空法灌装的工艺路线为：瓶抽真空；进液排气；停止进液；余液回流，即排气管中的残液经真空室回流至蓄液箱内。真空法适用于灌装粘度稍大一些的液料（如油类、糖浆等 ），含维生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如农药等）。虹吸法灌装，是应用虹吸原理使液料经虹吸管由蓄液箱被吸入容器，直至两者液位相等为止。此法适合灌装低粘度不含气的液料，结构简单，但灌装速度较低。压力法灌装，是借助机械或气液压等装置控制活塞往复运动，将粘度较大的液料从蓄料缸吸入活塞缸内，然后再强制压力待灌容器中。压力法适用于粘度较大的一些料液如番茄酱等。这种方法有时也用于汽水之类软饮料的灌装，由于其中不含胶体物质，形成泡沫易于消失，故可依靠本身所具有的气力直接灌入未经预先充气的瓶内。由于本设计之料液番茄酱粘度较大，故本次设计采用压力法灌装。1.2.2.2 定量方法的选择准确的定量灌装与产品的成本有着直接的关系，同时也影响产品在消费者中的信誉。液体产品一般均采用容积式定量，常用的有以下三种方法。（1）定量杯定量法这种方法是先将液体注入定量杯中进行容积称量，然后再将计量的液体注入待灌瓶中，因此，每次灌装液体的容积等于定量杯的容积。这种方法比较准确。（2） 控制液位定量法15这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度来实现定量的灌装的目的。因为每次灌装液料的容器等于一定高度的瓶内容积，故细管称它为“以瓶定量”。瓶内液位的高低是通过插入瓶内的排气管的高低来达到的。（3）定量泵定量法此法是采用机械压力灌装的一种定量方法。每次灌装的物料的容积与活塞往复运动的行程成正比。下图所示为定量泵定量法灌装装置原理图。活塞 9 借凸轮控制作往复运动。当活塞下移时，液料在自重及两缸气压差的作用下，由蓄料缸 1 的底部开孔经滑阀 5 的弧形槽 6 流入活塞缸体 10 内。当待灌容器顶起灌装头 8 和滑阀 5 时，弧形槽在隔断蓄料缸与活塞缸体的通路的同时，滑阀的下料孔 7 即与活塞缸接通。其时，由于活塞正在上移，故能迫使液料从活塞缸压入待灌容器内。而容器内的空气可经灌装头上的孔隙排出。倘若没有容器供给时，尽管活塞作往复运动，因滑阀上的弧形槽保持原位，以至液料仍被压回蓄料缸，而不影响下一次灌装的正常进行。欲改变灌装量，则需设法调节活塞的行程。比较上述三种定量方法，不难了解，第二种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响，其定量精度较差。而定量泵定量法则主要用于粘16度较高的料液。我们选择定量方法的时候应首先考虑产品所要求的定量精度。而定量精度与产品有关，越是名贵的产品，其计量误差应取得越小。本次设计的番茄酱我国对其要求质量误差不超过正负 3，要求精度较高。综合考虑定量精度的要求以及番茄酱属于较高粘度的物料，故本次设计采用定量泵定量法定量。1.2.2.3 头数的计算旋转型自动灌装机的生产能力按下式计算：Q60nj（瓶/小时） （11）式中 n主轴转速（r/min）上式可见，欲提高灌装机的生产能力就必须增加头数 j 和转速 n。但是，若采用增加灌装机头数的方法来提高生产能力，那么，作为支承全机灌装阀和托瓶机构的转盘直径则要相应增加，这不仅使机器庞大笨重，而且在主轴转速一定的情况下，还必须考虑到，托瓶台上的瓶子在处于自由状态时，绕立轴旋转所产生的离心惯性力必须小于瓶底与托瓶台之间的接触摩擦力。否则，瓶子将会沿其运动轨迹的切线方向抛出，从而影响正常操作。即必须满足下列不等式：P 离心力 12D2 （1-4）因为活塞缸的行程大约为 85mm，则活塞缸体的半径 r 可通过下式计算：r 35mm8514.30活塞缸盖的半径约为 r10351045mm，故活塞缸体中心的位置相对于主轴的距离 r2应至少满足以下条件：18r21290/（3.142）172取 r2180mm。加上一个活塞缸盖的半径 45 为 225mm，再加上活塞缸与拨轮之间还有托盘杠的位置，故，选取凸轮台的半径 R300mm。1.2.3 对执行构件的选择1.2.3.1 灌装物料番茄酱的供送为了将番茄酱供送到工位，并将其送入灌装瓶中，设计一圆形灌装储备箱，内部储藏足够多的番茄酱，并设计一定量泵定量装置，灌装箱内的番茄酱通过自重流入定量装置中，等达到需求的量的时候，停止流入，并且通过机构对活塞受力使番茄酱通过灌装阀进入灌装瓶中。当储备箱中的番茄酱用完时需更换储备箱。1.2.3.2 灌装瓶的整理和供送为了将灌装瓶整理成列并供送到工位，需配置理瓶与送瓶机构。常用的供送装置包括以下一些类型：（1）链带式供送装置此供送装置主要用于条块状物块或成形容器的连续或间歇供送。常见的有高速链带供送装置、低速链带供送装置和平行的双链带供送装置。这三种类型链带所用的推头都是同链片铰接在一起的，在推移过程中必须借助固定导轨或台面板来定向，待推头移至前进终点时，使其脱离约束而绕链上销轴偏转滑下，以免碰伤物件。（2）推板式供送装置推板式供送装置主要用于多件集积推料同时工作的供送。这种推料装置比较简单紧凑，所占空间不大，又易同其他传动装置传动，但是运动惯性较强，工作速度不能过高。（3）动梁式供送装置常见的有双曲柄式动梁供送装置。（4）拨轮式供送装置常见的拨轮式供送装置有星形拨轮供送装置，在连续式装盒机中作供送玻19璃瓶用。它主要由星形拨轮，输送链带，主传动链带和固定的圆钢导轨组成。主传送链带并列两条，均属复式板链结构。根据物件的体形大小及盒子的外廓尺寸，可在一定范围内分别调整放瓶挡板及放盒夹板的间距，以提高该机的通用能力。（5）螺杆式供送装置采用分件供送螺杆装置可将呈规则或不规则排列的成批物件，如圆柱形、棱柱形以及其他形体的金属或非金属容器，按照给定的工艺要求分批或逐个地供送到包装工位。在此过程中，有的还需要完成增距、分流、合流、升降、起伏、转向或翻身等工艺要求。目前，为了更好适应包装容器日新月异的变化和大幅度提高设备的生产能力，螺杆式供送装置正在向着多样化和高速化发展，并不断扩大它在填充、灌装、封口、贴标、计量、检测和自动包装线等方面的实际应用。根据分件供送螺杆的螺距和结构的不同，可划分为三种类型：等螺距螺杆，变螺距螺杆和特种变螺距螺杆。等螺距螺杆装置主要用于已整理好了的圆柱形塑料瓶。此装置结构简单，性能可靠，多配置在空罐生产线上。变螺距螺杆装置可以用于将依次紧挨着的瓶子经螺杆后逐个地按要求间距转移到拨轮上进而传送到托瓶托盘上，并借助上部的夹紧装置定好中心，以便进行灌装。特种变螺距螺杆主要用于一些形状比较特殊或者是通过一对或者更多的变螺距螺杆的配合进行送料，以满足生产上某种特殊的要求。由于本次设计中的灌装瓶子为玻璃，如果选择等螺距螺杆，则有可能导致瓶子进入螺杆中的时候冲击过大导致瓶子的倾倒或损坏。如选用变螺距螺杆，变螺距螺杆共有 4 段：第一段，输入等速段，瓶子进入螺杆中，由于此段螺距很小，因此，有助于瓶子稳定的导入。第二段，变加速段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击。第三段，等加速段，与输送带拖动瓶罐的摩擦作用力相适应，采用等加速运动规律使之增大间距，可保证在整个供送过程中与螺旋槽有着可靠的接触点而不易晃动和倾倒。第四段，输出等速段，螺距等于拨轮的节距，以改善拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态。本设计选择的是旋转型灌装机，且灌装瓶形状呈回转形状，且通过上面的分析，故本次设计的供送装置采用的是变螺距螺杆供送装置，同时配合拨轮的20传送，使灌装瓶顺利进入灌装区内。变螺距螺杆是用来分瓶、送瓶的。由于在总体设计中，将变螺距螺杆放在外侧，而整台机器的动力源均来自于一台电动机，所以，由于变螺距螺杆与其他传动部分的距离较大，其动力源拟从拨轮处通过链条传动来传递动力。变螺距螺杆的材料一般选用尼龙，为非金属，所以其与其他零件的配合不适合用螺纹，因此准备采用销钉连接。变螺距螺杆是架空的旋转件，其两端需要有轴承来实现其工作，并且由于变螺距螺杆的长度很长，其不可能用一根轴直接穿过该零件，所以，只是在变螺距螺杆的两头各加工一段孔，然后在用一根悬臂轴与之配合。变螺距螺杆远离拨轮盘的一侧几乎不需要实现什么特殊功能，只是起到一个旋转支架的作用，因此，可以直接选用一个轴承座来实现其功能。变螺距螺杆靠近拨轮的一侧由于与拨轮之间的距离较小，所以，该侧可以用来作为变螺距螺杆的动力传动部分。在变螺距螺杆部件中，其动力传送部分需要实现转动方向的转换，其原因是，变螺距螺杆旋转时候的轴线平行于工作台，而链轮传送过来的方向确实与变螺距螺杆垂直的，因此，还需要一对锥齿来实现该步骤的转换。1.2.3.3 主传动主传动系统是多工位包装机的基本组成部分，主要用来将被包装物品和包装材料按确定的工艺路线和运动要求一个工位传送至另一个工位，以完成某种包装作业。从结构上看，主传动系统有的是单一功能的装置，有的则是由某些机构与装置组合而成的多功能系统。它往往同供送装置、输出装置以及有关执行机构紧密联系在一起。从分类上看，大体有以下几种：1）按传送装置的类型可分为带式、转台式、钳盘式、推板式和组合式等。通常多配有专用附件，个别的也有利用卷筒式包装材料作为被包装物品的“传送工具”。2）按传动路线的布局可分为直移式、回转式和组合式等。这主要是借适当地安排传送、转位机构以及有关的中间装置来实现的。3）按机构运动的特征分为连续式、间歇式和组合式等。连续式一般只由传动及传动装置完成所需的动作，而间歇式则大都由传动、转位、定位及传送装置完成所需的动作。可见，两者在基本组成和运动特征上存在一定的区别。现今，仍多用电动机和气液压装置进行传动。本次设计的主传动按照传送装置的21类型分选择了转台式传动；按传动路线的布局选择回转式传动路线；按机构运动的特征选择连续式的灌装。1.2.3.4 灌装工艺过程1、总体布置的要求总体布置就是把每个组部件在整机上的相互位置的安排。这是包装机设计的重要步骤。其目的是按照简单、合理、经济的原则，妥善地布置实现工艺要求的结构。总体布置，从细到粗，从简到繁，不是一次能完成的，而要经过多次反复，才能确定。一般顺序是先布置执行机构，再布置传动系统、操作系统和支承形式。1）总体布置应注意下列事项；（1）应保证机械有足够的精度、刚度和抗振性；（2）尽量使传动系统短，以简化机构，提高精度和传动效率；（3）操纵、调整机构应安置在方便的位置，并尽可能集中，应在调整操作时，能够看到机械的工作情况；（4）便于操作和维修；（5）单机的布置应该便于自动化，便于组成自动线；（6）机械外形，即要考虑它对工作环境的美感作用，也要避免一味追求美观。在设计时要考虑以下几点：外形轮廓线应由直线和光滑的、变化不大的曲线组成，这样较为悦目，而不规则的波折线会给人杂乱的感觉；各部件的结构对整个机构对整个机械的形状来说应该调和，而在外形上应给人以一致、鲜明、完整的感觉；机械的外形和某一部件应有一定的比例，给人以均称的感觉。例如矩形的两边之比最好为 5：8；给人以稳定而安全的感觉，稳定的原则就是支承件与被支承件相称；机械的装饰应经济大方，油漆的颜色鲜艳应避免夺目，以和谐为好。2） 执行机构布置：首先按拟定的包装工艺路线图，将各个执行机构布置在予定的工作位置，再布置执行机构的原动件和中间连接杆。对液压气压传动，主要是安排油缸、气缸的位置；对机械传动，主要是安排凸轮、齿轮、曲柄等原动件的位置。对此，须注意两点：22（1）应尽量减少构件数和运动付数，缩小几何尺寸和所占空间，应使原动件尽量接近执行机构；（2）简化传动系统，便于调试维修，减少传动件磨损对传动精度的影响，要求原动件尽可能集中在一根或少数几根轴上。3） 传动系统的布置机械传动系统布置是指安排动力机、变速与调整装置、传动装置、操纵与控制装置以及辅助装置的位置等。布置液气压传动系统，是指安排动力机、油压马达、油泵、空气压缩机、没气管道以及控制装置的位置。布置传动系统须考虑下列几个问题：（1）力求结构间单、传动链短、传动精度和效率较高、容易配备；（2）充分利用机体内部空间，将动力机和传动杆布置在支承件的内部或侧部，以缩小体积，减少面积；（3）注意执行机构要求速度和相位的同步；（4）对于机械传动系统，一般要配备手动装置，以便人工驱动调机。4） 操作件的布置包装机的操作件有电开关旋扭，离合器操纵手柄，执行机构、行程与速度的调节手柄，这些构件的安排位置便于操作，保证操作者与操作对象之间有合适的位置。为此须注意以下几点：（1）操作者所处的位置，按习惯，最好在他看来包装物品是自左向右运动，或顺时针转动，同时，操作者应经常处在包装工序最集中和最容易发生故障的部位；（2）包装工作台面的高度，包装物品及包装材料的输入高度，成品的输出高度都应适当，它们一般在 700900 毫米的范围内选取，但对大而重的物品还应适当降低。（3）常用操作件要习题布置在操作者的近旁，当机器体形较大而须在几个位置上操作，可采用联运等措施，以便从不同位置进行操作。操作件距离地面的高度以 9001100 毫米为宜。操作件的运动方向应与被驱动部件的运动方向保持一致，而且一般规定调速手轮顺时针转动为增速，并附设指示牌，以避免误动和便于调试。23（4）包装物品和包装辅助器材的料仓高度，以及卷筒包装材料的支架位置都要安排得当。重量大的可设置在侧面以降低高度，重量小时可设置在机器上方以减少占地面积。对此，对造型美观均应考虑进去。（5）对一些仪表仪器等应布置在操作者容易观察、且安全可靠和便于维护的地方。5） 支承形式的选择包装机的支承件有底座、箱体、主柱、横梁等，它们起着安装和定位全部零件的功用。形式常见的有立式和卧式。其中立式适用于工作载荷很大的包装机。2灌装的工艺路线下图 1.2 是本机的灌装工艺过程示意图。空瓶由链道送入，通过变螺距螺杆的分瓶，使瓶子的距离合乎灌装机上每一个工位间固定的节距要求。这样空瓶在各部分之间处于等速运动。具体工艺过程如下：第一拨轮将空瓶从链道上取出并送到瓶托的正确位置上，瓶子即随瓶托一起回转。在回转过程中，瓶托通过瓶托升降导轮上升一定的距离，将瓶子送至灌装阀的位置，瓶子顶到灌装阀后，灌装阀通过活塞的控制即可对灌装瓶进行灌装。待灌装完毕后，瓶托升降导轮控制瓶托下降，同时活塞缸体与灌装阀之间的连通器自动赌上，从而完成灌装。待瓶子下降到出瓶的位置时，由第二拨瓶轮将瓶子从瓶托上取走，并把它送上出瓶链道送出。灌装完成。图 1.2：灌装工艺241.3 电机、无极调速器选型根据设计要求提供的原始数据电机功率为 1.5 千瓦，灌装机的生产能力为840-1680 瓶/小时。查机械零件设计手册（第三版）下册第 18 页，表 19-13，选 DP2 型多盘式无极变速器电动机。其基本参数如下：技术参数输入轴型号功率 转速变速比 变速范 围输出轴转速（r/min）DP2 1.5 1500 0.2-0.8 4 300-1200故电动机选取 DP2 多盘式电动机，无极调速安装在电机内，其变速比为0.2-0.8。电机经过无极调速后的输出转速为 300-1200r/min。第二章 番茄灌装机下部部件设计本次设计的是为中小型食品厂生产番茄酱而配套的一种灌装机械。本次设计采用压力法灌装，用无级变速器来调节灌装机的生产能力，选用变螺距螺杆和拨轮作为送瓶进料机构，选用机械式瓶的升降机构。本次的灌装机设计是由3 人分做而完成的。其中部分设计主传动系统和变螺距螺杆，另一部分设计灌装机构的上部和进料驱动系统，而此部分则设计灌装机构的下部，本部件最重要的地方就是升瓶机构和灌装阀机构的设计，这两个地方分别用移动凸轮和圆柱凸轮来控制它们的行程与升降。其实移动凸轮选择用滚动轴承来做为凸轮的从动件，而圆柱凸轮则选用滑动轴承来作为凸轮的从动件。设计的另一个重点就是转盘（即大齿轮）的设计，转盘的动力源是电动机，经过 2 级减速后带动升瓶机构的连杆和灌装活塞杆的圆周运动，即是绕中间立轴的旋转运动，这两个机构一起控制着灌装机的吸料，挤料和灌装这三个过程。252.1 设计参数及设计理念本次设计的番茄酱自动灌装机其是面向中小型食品企业的。为了适合根据需要调整生产率，该种类型的灌装机的生产能力设定为 8401680 瓶/小时；该种灌装机中所用的瓶子的具体参数为，瓶子高度 165cm，瓶的底径 65mm，瓶口的外径为 28mm；电机功率为 1.5 千瓦。1）总体方案设计（灌装方法的选择、液体定量方法的选择，灌装机类型的选择、工位的确定（单工位、多工位）、运动形式（间歇运动、连续运动）、工艺路线的选定：圆弧型工艺路线，即旋转型灌装机，灌装头数的确定。灌装阀结构设计）；2）电动机和减速器的选型；3）升瓶机构方案的选择及凸轮机构的设计；4）弹簧的选用与计算（标准压缩弹簧的作用不仅仅是在托瓶升瓶灌装后，降瓶时通过标准压缩弹簧自身的弹力将移动凸轮平稳的压在圆盘之上，而且为在瓶托上升时，避免瓶与灌装器产生刚性冲击；）5）轴承的选择（因为工序转盘与下部铸件之间为轴向配合，所以只有轴向载荷。从而选择单向推力球轴承，型号为 51315。因为只受单向轴向载荷，回转时，因刚球离心力与保持架摩擦发热，所以极限转速较小，且套圈可分离。而本次工序盘转速也较低，所以就选用这种轴承）；6）工艺转盘的设计2.2 升瓶机构方案的选择及凸轮机构的设计本设计题目番茄酱自动灌装机设计，是为中小型食品厂生产番茄酱的一种灌装机械，是由现代包装机械选裁的。为了适合根据需要调整生产率，该种类型的灌装机的生产能力设定为 8401680 瓶/小时；该种灌装机中所用的瓶子的具体参数为，瓶子高度 165cm，瓶的底径 65mm，瓶口的外径为 28mm；电机功率为 1.5 千瓦。在图书馆查询大量有关灌装机的资料，初步设计出这个灌装机最重要的部分，就是 2 个凸轮机构，初步定出凸轮从动件的运动规律,接着就初定电动机的型号及各级传动系统的传动比分配等问题，再下来就开始设26想整台灌装机的总体尺寸和各个零部件的位置问题。最终有了比较完整的灌装机的初步模型。如图 2.2 所示：图 2.2:升降机构和凸轮机构方案滑动槽（1）、设在滑动槽（1）内的滑块（2）、设在滑块（2）一侧的连带轴（3）、设在连带轴（3）一端的第一齿轮（4）、与第一齿轮（4）相啮合的第二齿轮（5）、与第二齿轮（5）同圆心设置的第三齿轮（6）、设在第三齿轮（6）底部与第三齿轮（6）啮合的第四齿轮（7）、设在第三齿轮（6）顶部的 U 形转盘（8）、通过轴承（9）与 U 形转盘（8）连接的圆形转盘（10），其特征在于 ：所述圆形转盘（10）上设有若干个圆孔（15）。2.3 弹簧的选用与计算弹簧是机械和电子行业中广泛使用的一种弹性元件，弹簧在受载时能产生较大的弹性变形，把机械功或动能转化为变形能，而卸载后弹簧的变形消失并回复原状，将变形能转化为机械功或动能。根据实际情况和设计要求知：弹簧外径为：D1=8.5mm最大压力：Pn=8N最小压力：P1=2N27弹簧长度：H=9mm工作行程 h=2mm初算弹簧刚度 P= (Pn- P1)/h=3弹簧材料直径 d1.6 pnCKP许用切应力 p 根据 类载荷按机械设计手册表中选取，弹簧指数C=D/d 是反映弹簧特性的重要指标,如果 C5，回使卷绕弹簧困难，弹簧工作时内侧将产生过大的应力。反之 C 值太大弹簧直径就越大，使弹簧不稳定，设计弹簧时通常先选一个 C 值，一般选 4C16。如下表表 4-1 弹簧直径和弹簧指数关系表弹簧丝直径 d 0.2-0.4 0.45-1 1.1-2.2 2.5-6 7-16 18-42弹簧指数 C 7-14 5-12 5-10 4-9 4-8 4-6一般假定 C=5-10 K=(4C-1)/(4C-4)+0.615/C根据弹簧应用的实际情况可知主动爪弹簧是类弹簧所受循环载荷作用次数在 10 的 6 次方以上，弹簧材料用 65Mn，端部并紧磨平支撑圈为 1 圈，在次情况下的许用切应力 p=340MPa。假定 C=8。K=1.184。d0.707 圆整得 d=0.8弹簧中径为：D=7.7mm 弹簧内径为： D2=6.9mm旋绕比 C=9.6 K=1.151查表：7-2-19 得：Pd=9.5弹簧有效圈数 n= Pd /P=3.17 取 n=3.5+1=4.5弹簧刚度 P= Pd/n=2.7228图 2.3 弹簧结构示意图安全系数 S= (p+0.75min)/ maxSpmax最大工作载荷所产生的最大切应力。max=(8KD Pn /d*d*d)=337 Mpamin最小工作载荷所产生的最小切应力。min=(8KD P1/d*d*d)=144 MpaSp许用安全系数 Sp=1.3-2.2。S= (p+0.75min)/ max=1.61 2.2.故疲劳强度可以。2.4 轴承的选择采用滚子机构在圆弧轨道上做圆周运动。当滚子尺寸不大时，使用滚动轴承做为滚子。对于尺寸大的滚子，当载荷较大且有冲击时，不采用滚动轴承做滚子，而采用滚与销轴的滑动配合。本次设计就采用这 2 种滚子的从动件。本次设计的润滑方式采用油润滑。在设计中我们发现托瓶和转盘的转动不同步的问题，我们决定把瓶托往外移，以便使转动方向和速比同步。接着我们遇到个难题，就是变螺距螺杆是如何由电机传动，如何来布置这个传动机构的问题，还有轴的位置还有轴套的如何安装的问题。我们想出了用链传动和齿轮传动结合来驱动。还有本次设计的滑动轴承较多，如何润滑是个难题，采用在轴中挖油沟的方法。采用油润滑的润滑方式。因为工序转盘与下部铸件之间为轴向配合，所以只有轴向载荷。从而选择单向推力球轴承，型号为 51315。因为只受29单向轴向载荷，回转时，因刚球离心力与保持架摩擦发热，所以极限转速较小，且套圈可分离。而本次工序盘转速也较低，所以就选用这种轴承2.5 轴承的选择工艺转盘的设计本设计用电动机驱动，用无极变速机构来调速调节生产能力，再经过蜗轮蜗杆及齿轮传动带动整个灌装机构，再利用 2 个凸轮机构来分别控制瓶托的升降和灌装机构的灌装。一台灌装机一般是 8 头或者 12 头，用拨轮机构来进行进出瓶控制，用变螺距螺杆来进行送瓶的控制。这就是灌装机构的总体设想。本次设计为总体设计及下部设计，拟采用 2 个凸轮装置的运动来分别控制瓶托的升降及灌装阀活塞的上下移动。工艺转盘下面得滑动槽、设在滑动槽内的滑块、设在滑块一侧的连带轴、设在连带轴一端的第一齿轮、与第一齿轮相啮合的第二齿轮、与第二齿轮同圆心设置的第三齿轮、设在第三齿轮底部与第三齿轮啮合的第四齿轮、设在第三齿轮顶部的转盘、通过轴承与转盘连接的圆形转盘，所述圆形转盘上设有若干个圆孔。作为优选，所述第一齿轮上设有第一凸轮，第一凸轮随着第一齿轮的转动而做相应的转动。第一凸轮上设有与第一凸轮做啮合运动的第二凸轮，所述第二凸轮顶部设有半圆销槽轮，半圆销槽轮一端设有用来拨动转盘的把手，第二凸轮与第一凸轮啮合带动半圆销槽轮转动，通过半圆销槽轮上的把手可以带动转盘转动。作为优选，所述连带轴的一侧设有升降机构，升降机构上设有与圆孔相互配合的用来放置物品的托盘，通过升降机构可以带动托盘上的物品做升降运动。随着升降机构的转动做相应的上下间歇运动，设计合理，结构新颖。30第三章 灌装机传动系统设计计算3.1 工位的计算机器的工作效率范围是 840-1680 瓶/时，又因为是轻工机械，所以按高生产率 134 瓶/分钟计算，完全可以满足设计和安全要求。考虑到螺旋限位器的摆放位置需要一定的空间，所以在液箱周围设置了 68个工位，在进、出拨轮之间的一个是空位，其上无工作头。所以，一周仍然是67 个工位。此机器的工作头一周期是 转，每分钟 周期，所以工作头每分钟678134672转过 转。134683.2 拨瓶轮主要结构参数设计计算3. 2. 1 拨瓶轮齿槽数（齿数）确定星形拨轮齿数为 Zb，灌装机的生产能力为 Q，拨轮主轴转速为 ，依据单n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）60bnZ式中，Zb 齿数；Q 生产能力，瓶/时；转速， /min。nrad拨瓶轮齿数由 确定。/60bZQn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8410:灌装机大转盘主轴转速的比例为 i2.大转盘主轴转速根据计算得出n12 /min.则可以确定拨瓶轮主轴转速 n4 /min.拨瓶轮齿数 Zb:rad rad31/6084160/43.57bZQn:选取拨轮齿数 Zb6。3. 2. 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） 2bbZ（3.3）/R对于旋转灌装机来讲，C b 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Cb126 mm， Rb160mm 。用 Cb 带入验算：（3.4）/2bbRCZ16810.5m用 Rb 带入验算：（3.5）2/bbZ160825.根据检验，对 Cb, Rb 进行优化设计，最后确定 Cb126mm，R b160mm。3. 2. 3 拨瓶轮其它尺寸的确定在本课题中灌装容器是啤酒瓶，因此拨瓶轮的材料在选择上应选用对酒瓶不会造成有磨损，击碎的现象。故选用尼龙 1010 材料。拨轮中的尺寸 h 和 Rc 均由容器瓶的高度和直径来确定。它与灌装机中拨轮盘花齿尺寸有关，拨轮的尺寸以能很平稳地 输送瓶子为原则，可用类比或实验来决定。设计时尺寸 Rc 地决定方法；因为 Rc 与灌装机主体中地拨瓶轮花盘有关，若拨轮外接圆与灌装机主体中拨瓶花盘地外接圆相切时 Rc 等于瓶子半径；若与灌装机主体中拨瓶花盘地外接圆相交，则尺寸 Rc 大于瓶子的半径。而且拨轮在往灌装机大转盘32拨瓶子的时候，为了能使瓶子均匀稳定地输送到大转盘而不被拨回来，尺寸 Rc也应大于瓶子的半径，这可以由实验结果得知。由已知给定的参数瓶子半径R14 mm，则可确定尺寸 RcR+(23)mm，即 Rc16mm。高度是由瓶高来确定的，瓶子确定的高度是 165mm，拨瓶轮的厚度可以根据设计时按设计者给定的值。拨瓶轮给的厚度是 10mm，该种灌装机中所用的瓶子的具体参数为，瓶子高度 165cm，瓶的底径 65mm，瓶口的外径为 28mm。3.2.4 包装容器与拨瓶轮的相对运动拨轮的结构比较简单，设计时主要考虑齿槽形状。在包装容器的供送过程中，容器在末端堆挤在一起，要使不同形状的包装容器顺利导入拨轮齿槽，即齿槽不与拨轮发生碰撞，必须合理确定齿槽形状。为此，要分析被供送包装容器与拨轮之间的相对运动。可以用简化画法表示拨瓶轮与容器瓶的相对运动。实用中，多将星形拨轮与分件供送螺杆组合在一起，对此应指出一些特殊的设计要求。设拨轮的节圆直径 （半径为 ） ,齿槽数为 ,主轴转速 , 则bDbRbZbn= = =320 （3.6）bCZ1268m= =15 （3.7）bn0/inrad对旋转型灌装机， 等于灌装阀的节距至于能否取整数，则与整个川东部bC据有关。在此前提下，决定 不仅要考虑拨轮的外轮廓尺寸和齿槽的结构形式，Z也要便于等分提高制造精度。 实践表明，为合理设计星形拨轮齿槽的结构形式，必须深入研究它同被供送瓶罐的相对运动关系。如图 3.6 所示，通过拨轮主轴O 取一静坐标系 ，在通过该点及任一齿槽中心 C 取一动坐标系 。初始oxy oxy时二系的横纵坐标轴对应重合，其次由 C 一点引节圆切线分别截取两个线段，令 = = 。已论证 。ac3mS:bC3mSb设星形拨轮以等角速度 做逆时针方向转动，经时间 t 转过角度 = ,bt相应的齿槽中心 移至 ,而瓶罐中心以初速度 等加速度 移至 ,令 = , bvaax33由于其末速度 = = ，因此3mvbbRa= - （3.8）vb60an= + （3.9）xa12t式中 ，在此过程中瓶罐相对拨轮的运动轨迹即为 - - 。若以瓶罐60tn ac中心绝对运动轨迹上的 点极坐标（ ）表示它的动坐标系中的位置。以图,r示几何关系写出（3.10）2()mbrDSx（3.11）3arcbtgR此即瓶罐与拨轮的相对运动方程，借以上两式画出瓶罐的相对运动轨迹及其外轮廓线，是以确定拨轮齿槽的形状尺寸，同时做出是否需切齿修整的判断。但是，要想从根本上解决两者互不干涉的问题，应进一步运用解析法加以剖析。设齿槽半径（即瓶罐主题部位半径） 所对应的拨轮中心角为 ，瓶罐相对运动轨迹终点 的切线与该点拨轮矢径的夹角为 ，那么保证啮入不干涉的基c b本条件应是（3.12）arcsin2bbR由于（3.13）bdrttgr借（3.10）和（3.14）3arcmbSxtgR应用罗比塔法则导出（3.15）2arcbbtg34代入式（3.10）,得（3.16）2(arcsin)bbRtgR（3.17）201336()bmCSi将（3.15）带入（3.14）（3.18）01232()arcsinbmmbRSiiCtg总之，当 为定值时，通过调整 可达到瓶罐啮入拨轮齿槽01,bSR23,mi（其外轮廓形状尺寸与瓶罐啮合部分完全一致）不产生任何干涉的目的。在这方面，与分件供送螺杆的转速变化毫无关系 10。3.3 螺旋限位 器设计在包装工业领域内，现以广泛应用多种类型的分件供送螺杆装置，可按某种工艺要求将规则或不规则排列的容器、物件以确定的速度、方向和间距分批或逐个地送到给定的工位。本设计主要用来分件单列供送正圆柱形的典型组合装置，此分件供送装置是整个灌装设备的“咽喉”，其结构特性的好坏直接影响到产品的质量、工作效率、总体布局和自动化水平。图 3.4 三段式分件供送螺杆如图 3.4 所示，圆柱螺杆的前端多呈截锥台形（斜角约为 3040），而35后端则有同瓶主体半径相适宜的过渡角，以利改善导入效果，缓和输入输出两端的抖振和磨损，延长使用寿命。同时为了使待灌瓶逐个依次顺利导入螺旋槽内，增速达到预定间距借助拨轮有节奏地引导到包装工位，因此将螺杆应用于高速分件定时供送，其螺旋线最标准的组合模式包括：a.输入等速段，有助于稳定的导入。b.变加速段，加速度由零增至某最大值，以消除冲击。c.等加速段，与输送带拖动待灌瓶的摩擦作用力相适应，采用等加速运动规律使之增大间距，可保证在整个供送过程中与螺旋槽有着可靠的接触点而不易晃动和倾倒。d.输出等速段，以改善星形拨轮齿槽的结构形式及其啮入状态。3.3.1 限位器总体计算由 得 60Qnjj84016:.350.7:/minrad.542n/mirad拨轮节圆周长 ，则160lRm15268blC已知螺杆的转速（其值与供送能力相当） ，行星拨轮的齿数20/innrad及节距 ，则6bZ2bC拨轮的转速 03./i6bnradZ拨轮节圆的直径 1240bDm当物件被等速的输送带拖动前进时，如果让整个变螺距螺杆对它仅起一定的阻挡作用，并在末端与星形拨轮取得速度的同步，显然应保证输送带的运动速度 ，螺杆的最大供送速度 和拨轮的节圆线速度 均相等：cv3mvbv3126.45/mbCns363.3.2 螺杆等速段计算供送正圆柱形物件，令其主体部位的圆弧半径为 ，螺杆的内外半径各为、 ，可取0rR0Rr而对于供送异侧形状的物件，令其主体部位的长度（或长轴）、宽度（或短轴）各为 ， ，可取12b021Rrb进而求螺杆等速段的螺距 或 012S01S式中 两相邻物件的平均间隙（一般为几毫米，主要与物件加工精度有关）本设计令 ，则8m05432D019S令 ，则 ，取r024365Rrm4R设等速段螺旋线的最大圈数为 （通常取为 1），而其中间任意值 。1i 10mi对单头外螺旋线引起展开图形为一条斜直线，故相应的螺旋角0193.48StgD所以 01arc.3418.tg周向展开长度： 276iLm11mi轴向长度： 093HS11mi螺杆输入速度： 0523./6nvms37式中 螺杆外直径（ ）D28DRm若物件的输入速度 ，那么最好借助调试波形尼龙拌和刷板等缓冲装置使0rv其减速；反之当 时，就只能依靠输送带对无建起的摩擦拖动作用加速已r接近螺杆的初始供送速度，居此获得供入段的输送长度20rrvLfg式中 物件与输送带的滑动摩擦系数f重力加速度g另外，设螺杆物件与输送带的最大速差 01()(2693).108.9/mcbvCSnms故知拨轮节距和螺杆转速都不宜过大，以免加快板链工作表面的磨损，病防止对物件引起强烈的震动。3.3.3 螺杆变加速段计算数据前述，令此段螺杆的供送加速度 有零值一正弦函数变化规律提高到2a某一最大值 ，遂写出a221sinmtaC进而解出相应的供送速度及轴向位移22221cosmttvadt C22221 34inmttHtC式中 、 分别表示被供送物件移过行程 及其最大值 所需的时间，有边2tm 2H2m界条件得知：当 时， ；而当 时， ，顾可确定各20t220vta待定系数：381Ca220mtv3将 、 、 代入式，并取 ，式中 、 分别表示变加速1C23 26itn2mt2im段螺旋线的圈数的任意值和最大值（即 ，通常取 ），取20i1:
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