直線型低粘度液體灌裝機(jī)的設(shè)計

摘要主要介紹了一種為液體飲料生產(chǎn)企業(yè)設(shè)計的自動灌裝生產(chǎn)線。分析了定量常壓式灌裝設(shè)備的國內(nèi)外現(xiàn)狀，探討了產(chǎn)品的市場開發(fā)背景，對設(shè)備的基本原理、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及各個子系統(tǒng)，如供送系統(tǒng)、灌裝系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及執(zhí)行系統(tǒng)的主要功能都作了詳細(xì)介紹，論述了設(shè)備開發(fā)過程中采用的一些關(guān)鍵技術(shù)：采用繼電器控制，系統(tǒng)控制簡單方便；執(zhí)行系統(tǒng)可靠性高、穩(wěn)定性好；傳感器的應(yīng)用更是提高了設(shè)備的可靠性；抗干擾設(shè)計和一體化的設(shè)計簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低了重量，節(jié)省了成本。首先，通過對比和分析完成了對各個子系統(tǒng)環(huán)節(jié)的選擇與設(shè)計的基本思想和開發(fā)思路；其次，對設(shè)備進(jìn)行了準(zhǔn)確度等級的檢測實驗和產(chǎn)品實例分析；最后，對系統(tǒng)的各個組成機(jī)構(gòu)進(jìn)行了整體一致性的分析和控制。設(shè)備具有精度高、速度快、穩(wěn)定可靠、操作簡單等優(yōu)點?？蓮V泛應(yīng)用于飲料、藥劑等低粘度液體的灌裝，具有較高的應(yīng)用價值和良好的市場前景。關(guān)鍵詞：灌裝；直線型；低粘度AbstractMainlyintroducesakindofliquidbeveragemanufacturingenterprisedesignfortheautomaticfillingline.Analyzesthequantitativeatmospherictypefillingequipmentsituationathomeandabroad,andexploretheproduct'smarketdevelopmentbackgroundofequipment,thebasicprinciples,structuraldesignandthevarioussubsystems,suchasforconveyingsystem,fillingsystem,controlsystemandimplementthemainfunctionsofthesystemarediscussedindetail,theequipmentusedintheprocessofdevelopmentofsomekeytechniques:userelaycontrol,simpleandconvenientcontrolsystem;Executionsystemreliability,highstability;Sensorapplicationsmoreistoimprovethereliabilityofequipments;Anti-interferencedesignandthedesignofunifinicationofsimplifiedsystemsstructure,reducetheweight,savingthecost.Researchresultsandmainworkinclude:first,throughthecomparisonandanalysisofeachsubsystemcompletedtheselectionanddesignofthelinkabasicideaanddevelopingthinking;Secondly,theaccuracylevelofequipmentofdetectionexperimentsandproductexampleanalysis;Finally,thesystemcomponentagenciestheoverallconsistencyofanalysisandcontrol.Equipmenthashighaccuracy,speed,stableandreliable,simpleoperationetc.Canbewidelyappliedinbeverage,pharmacy,etclowviscosityfluidfilling,ithashigherapplicationvalueandgoodmarketprospect.Keywords：filling；linear；lowliquid目錄摘要 IAbstract II第1章緒論 11.1課題研究的背景及意義 11.1.1課題研究的背景 11.1.2課題研究的目的和意義 11.2國內(nèi)外飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況 21.2.1國外飲料灌裝機(jī)的發(fā)展情況 21.2.2國內(nèi)飲料灌裝機(jī)的發(fā)展情況 2第2章灌裝機(jī)械的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 42.1方案的提出 42.2方案的擬定 42.2.1灌裝機(jī)類型的選擇 42.2.2灌裝方法的選擇 5第3章液料供送系統(tǒng)的設(shè)計 63.1輸送管路的設(shè)計 63.2灌裝時間的計算 7第4章傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計 94.1板式輸送機(jī)的設(shè)計計算 94.1.1參數(shù)的選擇和確定 94.1.2牽引力的計算 94.1.3輸送機(jī)鏈輪的設(shè)計 114.2電動機(jī)的選擇 124.3傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計 134.4減速器的傳動零件的設(shè)計計算 134.4.1選定齒輪類型及材料 134.4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計 144.4.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 164.4.4幾何尺寸計算 174.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 174.5.1高速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取 174.5.2低速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取 194.6軸的強(qiáng)度校核 204.6.1高速軸的強(qiáng)度校核 204.6.2低速軸的強(qiáng)度校核 254.7滾動軸承的強(qiáng)度校核 294.7.1高速軸滾動軸承的強(qiáng)度校核 294.7.2低速軸滾動軸承的強(qiáng)度校核 29第5章控制系統(tǒng)的設(shè)計和選用 305.1電器元件的選擇 305.2電氣控制線路的設(shè)計 31結(jié)論 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36CONTENTSAbstract IChapter1Introduction 11.1Thebackgroundandsignificanceofresearch 11.1.1Subjectresearchbackground 11.1.2Thestudyofpurposeandmeaning 11.2Thedevelopmentofdomesticandforeigndrinksfillingmachine 21.2.1Foreigndrinksfillingmachine 21.2.2Thedevelopmentofdomesticdrinksfillingmachine 2Chapter2Thegeneralstructureofthefillingmachinedesign 42.1Planputforward 42.2Schemeoftherecommended 42.2.1Fillingmachinetypesofchoice 42.2.2Fillingthechoiceofmethods 5Chapter3Liquidmaterialforsendthedesignofthesystem 63.1Conveyingpipelinedesign 63.2Fillingtimecalculation 7Chapter4Drivethedesignofthewholesystem 94.1Transportlinedesigncalculation 94.1.1Thechoiceofparametersanddetermined 94.1.2Tractioncalculation 94.2Motorchoice 114.3Thetransmissionsystemofsportanddynamicparametersplan 114.4Thespeedreducerdesignandcalculationofthetransmissionparts 124.4.1Selectedtypesandmaterialsgear 124.4.2Accordingtothetoothcontactfatiguestrengthdesign 124.4.3Accordingtothetoothrootbendingfatiguestrengthcheck 144.4.4Geometrysizecalculation 154.5Shaftstructuredesign 164.5.1Theshaftoftheselectionofdesignandcoupling 164.5.2Thedesignofthelowspeedshaftcouplingandselection 174.6Shaftintensity 184.6.1Theshaftofintensity 184.6.2Thelowspeedshaftintensity 224.7Therollingbearingstrengthcheck 274.7.1Theshaftofrollingbearingstrengthcheck 274.7.2Lowspeedshaftofrollingbearingstrengthcheck 27Chapter5Thedesignofcontrolsystemandselection 305.1Thechoiceofelectricalcomponents 305.2Theelectricalcontrolcircuitdesign 31Conclusion 34Thanks 35References 36第1章緒論1.1課題研究的背景及意義1.1.1課題研究的背景我國飲料灌裝機(jī)械制造業(yè)起步晚，20世界60年代前基本是空白，當(dāng)時國內(nèi)的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀(jì)30—40年代的設(shè)備，工藝落后，機(jī)械陳舊，嚴(yán)重影響了我國啤酒和汽水飲料工業(yè)的發(fā)展，1967年我國才開始研制和生產(chǎn)灌裝機(jī)械。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，我國先后引進(jìn)了一些國外灌裝生產(chǎn)線，在裝備一些設(shè)備的同時，也促進(jìn)了我國包裝機(jī)械行業(yè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。機(jī)械，輕工，軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機(jī)械[1]，提供給國內(nèi)的一些飲料生產(chǎn)廠，促進(jìn)了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進(jìn)德國SEN公司的20000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線和日本三菱公司18000瓶/小時的含氣飲料灌裝生產(chǎn)線的制造技術(shù)，到1991年又引進(jìn)了德國KHS公司30000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線[2]及生產(chǎn)技術(shù)。這樣我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機(jī)，而且能夠生產(chǎn)大型灌裝機(jī)，技術(shù)水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到了一個新的水平。1.1.2課題研究的目的和意義隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費習(xí)慣也隨之相應(yīng)的變化，同時對消費品的包裝提出了更高的要求，而液態(tài)產(chǎn)品的包裝在包裝行業(yè)中占有很大比例，這是由于液體包裝涉及的行業(yè)廣泛、品種繁多，如飲料方面的汽水、果汁、牛奶、礦泉水、蒸餾水、啤酒、果酒等；調(diào)味品方面的醬油、醋、味精液、果醬等；藥品方面的針劑、糖漿、酊劑、氣霧劑等；農(nóng)藥乳劑、化工產(chǎn)品的各種瓶裝、化妝品等，要滿足日益增長的液體產(chǎn)品的需要，就應(yīng)大力發(fā)展液體產(chǎn)品的灌裝機(jī)械。1.2國內(nèi)外飲料灌裝機(jī)械的發(fā)展概況1.2.1國外飲料灌裝機(jī)的發(fā)展情況在飲料灌裝機(jī)械設(shè)備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。這些設(shè)備呈現(xiàn)出新的發(fā)展動向：①多功能同一臺設(shè)備，可進(jìn)行茶飲料、咖啡飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝；均可進(jìn)行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。②高速度、高產(chǎn)量：碳酸飲料灌裝機(jī)的灌裝速度最高達(dá)2000罐/分，德國H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌裝機(jī)的灌裝閥分別達(dá)到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料灌裝機(jī)的灌裝閥50~100頭，灌裝速度最高達(dá)1500罐/分。③技術(shù)含量高、可靠性高：全線的自控水平高和全線效率高[3]。在線檢測裝置和計量裝置配套完備，能自動檢測各項參數(shù)[4]、計量精確。集機(jī)、電、氣、光、磁為一體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。④整套供應(yīng)能力強(qiáng)：如一條飲料包裝線，由微電腦件、控制軟件、包裝封蓋配套組合，現(xiàn)實生產(chǎn)力與理論科技相結(jié)合。1.2.2國內(nèi)飲料灌裝機(jī)的發(fā)展情況我國飲料灌裝設(shè)備基本是在引進(jìn)設(shè)備和技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)過引進(jìn)和消化吸收，我國飲料灌裝水平已有很大提高，特別是150瓶（罐）/分以上生產(chǎn)能力的灌裝生產(chǎn)線基本可以成套供應(yīng)，目前南京輕工機(jī)械廠、合肥輕工機(jī)械廠和廣東輕工機(jī)械廠已能提供生產(chǎn)能力高達(dá)600瓶/分的玻璃瓶和600罐/分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產(chǎn)線，主要設(shè)備包括灌裝機(jī)[5]、封罐機(jī)（壓蓋機(jī)、旋蓋機(jī)）、紙箱包裝機(jī)和殺菌機(jī)。灌裝能力如下：灌裝機(jī)/封罐機(jī)頭數(shù)：18/4、30/6、40/6、60/8；灌裝速度[6]：罐(瓶)/分：150、300、500、600。聚酯瓶灌裝生產(chǎn)線基本與玻璃瓶灌裝機(jī)[7]通用，經(jīng)過調(diào)整后，可以一機(jī)兩用，灌裝能力[8]為250ml瓶為24000瓶/時；1250ml瓶為720瓶/時。中小規(guī)模的非充氣飲料灌裝線包括玻璃瓶灌裝生產(chǎn)線和易拉罐灌裝生產(chǎn)線，生產(chǎn)能力40~200瓶（罐）/分[9]第2章灌裝機(jī)械的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1方案的提出本設(shè)計由灌裝水廠提出，設(shè)計要求:對現(xiàn)有的直線型液體灌裝機(jī)做一些技術(shù)上的改進(jìn),使直線型灌裝生產(chǎn)線性能有大的提高.用途：包裝低粘度的不含氣體的液體飲料（如礦泉水、飲料等）包裝規(guī)格：灌裝礦泉水。灌裝瓶規(guī)格：灌裝體積為550ml,瓶口直徑60mm。包裝材料：塑料瓶灌裝能力：100000瓶/天灌裝時間:＜12s/次設(shè)計要求：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制2.2方案的擬定2.2.1灌裝機(jī)類型的選擇按灌裝瓶的主要運動形式可將灌裝機(jī)分成：旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)、直線型灌裝機(jī)等。1.旋轉(zhuǎn)型灌裝機(jī)待罐瓶由傳送系統(tǒng)（一般經(jīng)洗瓶機(jī)由輸送帶輸入或人工送入灌裝機(jī)進(jìn)瓶機(jī)構(gòu)），瓶子由灌裝機(jī)轉(zhuǎn)盤帶動繞主軸旋轉(zhuǎn)運動進(jìn)行連續(xù)灌裝，轉(zhuǎn)動近一周時瓶子以灌滿，然后由轉(zhuǎn)盤送入壓蓋機(jī)進(jìn)行壓蓋。這種灌裝機(jī)在食品飲料行業(yè)應(yīng)用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機(jī)主要由供料系統(tǒng)、供瓶系統(tǒng)、灌裝閥、大轉(zhuǎn)盤、傳動系統(tǒng)、機(jī)體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機(jī)能否正常工作的關(guān)鍵。2.直線型灌裝機(jī)灌裝瓶沿著平直的直線運動，進(jìn)行成排灌裝。凡送來一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌裝管的下方時，閥門打開進(jìn)行灌裝，間歇進(jìn)行操作。這種灌裝機(jī)相對旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)來講，結(jié)構(gòu)比較簡單，制造方便，但占地面積比較大，而且間歇運動，生產(chǎn)能里的提高也受到一定限制，因此一般只用于無氣液料類額灌裝。方法比較：根據(jù)原始數(shù)據(jù)及灌裝要求，選擇直線型灌裝機(jī)比較合理。2.2.2灌裝方法的選擇各種液體產(chǎn)品的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均不相同，在灌裝過程中，為了使產(chǎn)品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機(jī)常采用下列幾種灌裝方法：1.常壓法常壓法也稱純重力法，即在常壓下，液料依靠自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。大部分能自由流動的不含氣液料都可用此方法灌裝，例如：白酒、礦泉水等低粘度液體。2.等壓法等壓法也稱壓力重力式灌裝法，即在高于大氣壓的條件下，首先對包裝容器充氣，使之形成與儲液箱內(nèi)相等的氣壓，然后再依靠被灌裝液料的自重流進(jìn)包裝容器內(nèi)。這種方法普遍用于含氣飲料，如：啤酒、汽水等的灌裝。采用此種方法的灌裝，可以減少這類產(chǎn)品中所含二氧化碳的損失，并能防止灌裝過程中過量的起泡而影響產(chǎn)品質(zhì)量和定量精度。3.壓力法利用機(jī)械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內(nèi)，這種方法主要用于灌裝粘度較大的稠性物料，例如：番茄醬、牙膏等，有時也可用于汽水類軟飲料的灌裝，這時靠汽水本身的氣壓直接灌入未經(jīng)充氣等壓的瓶內(nèi)，從而提高了灌裝速度，形成的泡沫因汽水中無膠體尚易消失，對灌裝質(zhì)量有一定影響，但不算太大。方法比較：考慮液體本身的工藝性能，如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性等因素，采用常壓法進(jìn)行灌裝。第3章液料供送系統(tǒng)的設(shè)計3.1輸送管路的設(shè)計從儲液槽到灌裝機(jī)儲液箱的輸液管路一般均用圓管。設(shè)計時，首先要合理選擇它的內(nèi)徑和壁厚。1.圓管內(nèi)徑、圓管的截面積A=u=故得：d=式中A——圓管截面積，m2；d——輸液管的內(nèi)徑，m；u——液料在管內(nèi)的流速，m/sQUOTEm/s；V——體積流量，m3/sQUOTEm2/s；可見，欲求d必先求V及u。為此寫出：V=Wρ=GbQmax3600式中W——管內(nèi)質(zhì)量流量，kg/sQUOTEkg/s；ρ——液料密度，kg/m3QUOTEkg/m3；GbQUOTEGb——每瓶灌裝液料的質(zhì)量，kg/pcQUOTEkg/pc；QmaxQUOTEQmax——灌裝機(jī)最大生產(chǎn)能力，pcs/hQUOTEpcs/h；將數(shù)據(jù)代入公式（3-1）中即：V=流速u可根據(jù)文獻(xiàn)[17]表32.5-11查得：自來水的流速u=3m/sQUOTEu=3m/s，則：d=在流量保持定值的條件下，雖然提高流速會使管徑和設(shè)備投資費用都相應(yīng)減少，但往往要增加輸送液料所需的動力和操作費用。2.圓管壁厚圓管的壁厚一般根據(jù)他的面耐壓和耐腐蝕等條件，按標(biāo)準(zhǔn)選用取b=5mm。QUOTEb=5（mm）3.2灌裝時間的計算根據(jù)定量方法和灌裝閥管口伸至瓶內(nèi)位置的不同對灌裝時間影響也不同。設(shè)定量杯的橫截面積為定值A(chǔ)0QUOTEA0，當(dāng)內(nèi)存液料距離管口的高度為Z時，其瞬時流量：q=將上式轉(zhuǎn)換為：dt=則定量杯所存的液料全部注入瓶內(nèi)所需的灌裝時間：t==2F0cA0式中z1QUOTEz1——定量杯中充滿液料時距離管口的高度，m；z2QUOTEz2——定量杯流完液料時距離管口的高度，m；將相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（4-2）中得：t=×根據(jù)設(shè)計要求可知，灌裝時間滿足使用要求。第4章傳動系統(tǒng)的總體設(shè)計4.1板式輸送機(jī)的設(shè)計計算4.1.1參數(shù)的選擇和確定1.底板寬度的確定對于有擋邊的板式輸送機(jī)：B=b+式中B——底板寬度，mmb——成件物品的最大橫向尺寸，mm則：B=120+150=270mm2.擋邊高度由文獻(xiàn)[18]表13-2選取擋邊高度為100mm3.運行速度由文獻(xiàn)[18]表13-3選取板式輸送機(jī)運行速度v=0.16m/sQUOTEv=0.16m/s4.1.2牽引力的計算1.輸送機(jī)單位長度載荷的計算（1）對于承載分支q=（2）對于空載分支q式中qQUOTEq——承載分支上單位長度的載荷，kg/mQUOTEkg/mq'QUOTEq'——空載分支上單位長度的載荷，kg/mQUOTEkg/mq0QUOTEq0——行走部分單位長度的質(zhì)量，kg/mQUOTEkg/mqMQUOTEqM——底板上單位長度物料的質(zhì)量，kg/mBQUOTEB——底板寬度，mQUOTEmAQUOTEA——底板重量系數(shù)，由文獻(xiàn)[18]表13-9查得A=40QUOTEA=40GVQUOTEGv——單位物重，kgQUOTEkgaQUOTEa——成件物的距離，m則：qqq=15.04+11=26.04kg/mq2.牽引鏈的最小張力牽引鏈的最小張力可以取所選用的許用張力的5％QUOTE5%，但單根鏈條的張力不得小于500N最小張力值可依據(jù)經(jīng)驗計算：S式中SminQUOTESmin——牽引鏈的最小張力，NQUOTENLcQUOTELc——承載分支的水平投影長度，mQUOTEmgQUOTEg——重力加速度，g=9.81m/s2QUOTEg=9.81m/s2則：3.牽引力的計算P=式中PQUOTEP——電動機(jī)功率，kWK1QUOTEK1——功率備用系數(shù)，一般取K1=1.1~1.2QUOTEK1=1.1~1.2ηQUOTEη——驅(qū)動裝置的傳動效率，η=0.82QUOTEη=0.82則：F=4.1.3輸送機(jī)鏈輪的設(shè)計根據(jù)減速器的輸出軸進(jìn)行設(shè)計計算。輸送鏈水平布置，按低速設(shè)計。1.選擇鏈輪齒數(shù)取從鏈輪齒數(shù)z1=21，大鏈輪的齒數(shù)為z2=iz1=700/902.確定計算功率由文獻(xiàn)[20]表9-7查得KA=1.0，由文獻(xiàn)[20]圖9-13查得Ka=1.24，單排鏈，則計算功率：P3.選擇鏈條型號和節(jié)距根據(jù)Pca=3.72kW，n1=700r/min，查文獻(xiàn)[20]圖9-11，可選05B，其主要參數(shù)如表4-2所示表4-2鏈的規(guī)格和主要參數(shù)ISO鏈號節(jié)距p滾子直徑d內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b銷軸直徑d內(nèi)鏈板高度h排距p抗拉載荷mmkN05B8532.317.115.644.44.計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距a0=(30~50)p=(30~50)×8=240×400mm，取a0=300mm，相應(yīng)鏈長節(jié)數(shù)為：L取鏈長節(jié)數(shù)Lp=142節(jié)。查文獻(xiàn)[20]表9-8得到中心距計算系數(shù)f1=0.24467，則鏈傳動的最大中心距為：a=5.計算鏈速v，確定潤滑方式v=由v=1.96m/s和鏈號05B，查文獻(xiàn)[20]圖9-14采用定期人工潤滑。6.計算壓軸力F有效圓周力為：F鏈輪水平布置時的壓軸力系數(shù)：K7.鏈輪的主要尺寸(1)分度圓直徑dd=(2)齒頂圓直徑dad(3)齒根圓直徑dfd(4)齒高h(yuǎn)ah(5)最大軸凸緣直徑dd4.2電動機(jī)的選擇設(shè)計一級直齒圓柱齒輪減速器，根據(jù)輸送機(jī)的牽引力F=14kN，運行速度v=0.16m/s，初步計算出輸送機(jī)所需的功率P=14×0.16=2.24kW，，選用型號為Y100L-2的三相異步電動機(jī)，其額定轉(zhuǎn)速n=2880r/min，額定功率PW=3kW，最大轉(zhuǎn)矩T=2.2kN·m，傳遞效率η=0.82，外形尺寸：長×寬×高=380×205×245mm。4.3傳動系統(tǒng)的運動和動力參數(shù)計傳動系統(tǒng)各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩的計算傳動比：i=Ⅰ軸（減速器高速軸）nP式中ηcQUOTEηc——聯(lián)軸器傳遞效率，查文獻(xiàn)[19]表3-1知QUOTEηc=0.99ηc=0.99則：PTⅡ軸（減速器低速軸）nP式中QUOTEηgηg——8級精度圓柱齒輪的傳遞效率，取QUOTEηg=0.97ηg=0.97則：PT將上述計算結(jié)果匯總見表4-1：4.4減速器的傳動零件的設(shè)計計算4.4.1選定齒輪類型及材料1.輸送機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用8級精度。2.材料選擇：由文獻(xiàn)[20]表10-1選擇小齒輪材料40Cr（調(diào)質(zhì)）硬度為280HBS，大齒輪材料45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS。3.初選小齒輪齒數(shù)z1=17QUOTEz1=17，大齒輪齒數(shù)z2=i·z1=4.11×17=69.87，圓整后取z2=70。4.4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計由設(shè)計計算公式計算即：d1t≥2.32×3K確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)試選載荷系數(shù)Kt=1.3。(2)計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。T(3)由文獻(xiàn)[20]表10-7選取齒寬系數(shù)，兩支承相對小齒輪做不對稱布置取Фd=1。(4)由文獻(xiàn)[20]表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2(5)由文獻(xiàn)[20]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim2=550MPa。(6)計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。NN(7)由文獻(xiàn)[20]圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90；KHN2=0.86。(8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為1％QUOTE1%安全系數(shù)S=1則：[[2．計算(1)試算小齒輪分度圓直徑d1t代入[σH]中較小的值。d(2)計算圓周速度vQUOTEv。v=(3)計算齒寬bQUOTEb。b=(4)計算齒寬與齒高之比b/hQUOTEbh。模數(shù):m齒高:h=2.25b(5)計算載荷系數(shù)。根據(jù)v=4.79m/s，8級精度，由文獻(xiàn)[20]圖10-8查得動載荷系數(shù)Kv=1.19；直齒輪KHα=KHβ=1；由文獻(xiàn)[20]表10-2查得使用系數(shù)KA=1；由文獻(xiàn)[20]表10-4用插值法查得八級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，KHβ=1.423。由b/h=7.59，KHβ=1.423查文獻(xiàn)[20]圖10-13得KFβ=1.47；故載荷系數(shù)K=(6)按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d：d(7)計算模數(shù)mQUOTEm。m=4.4.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核由彎曲疲勞強(qiáng)度的設(shè)計公式m1．確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值(1)由文獻(xiàn)[20]圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=500MPa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=380MPa(2)由文獻(xiàn)[20]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.8，KFN2=0.85(3)計算彎曲疲勞許用應(yīng)力取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4則:[[(4)計算載荷系數(shù)KK=(5)查取齒形系數(shù)由文獻(xiàn)[20]表10-5查得YFα1=2.97，YFα2=2.24(6)查取應(yīng)力校正系數(shù)由文獻(xiàn)[20]表10-5查得，YSα1=1.52，YSα2=1.75(7)計算大、小齒輪的YFYY比較得出大齒輪的數(shù)值較大。2．計算m對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算的得的模數(shù)1.26，就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5mm，接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=34.67mm，算出小齒輪齒數(shù)z大齒輪齒數(shù)z24.4.4幾何尺寸計算1．計算分度圓直徑dd2．計算中心距a=3．計算齒輪寬度b=取B2=36mm，B1=42mm。4.5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.5.1高速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取1．初選軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[17]表26.3-2取A=115則d2．初步選定聯(lián)軸器和計算轉(zhuǎn)矩T由文獻(xiàn)[20]表14-1，取KA=1.3T查文獻(xiàn)[19]附表F-4，選取型號為YL2的凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩TN=16N·m，軸孔直徑d1=12mm，半聯(lián)軸器長度L=32mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=20mm由文獻(xiàn)[19]表15-2知當(dāng)d1=12mm時d取d2=18mm3．軸承的選擇由文獻(xiàn)[19]續(xù)附表E-2，選取型號為6404深溝球滾子軸承，其中：d=20mm，D=72mm，B=19mm，基本額定動載荷Cr=31kN4．鍵的選擇聯(lián)軸器外鍵的選取由文獻(xiàn)[20]表6-1，d=12mm，取b×h=4×4；L=16mm減速器高速軸的結(jié)構(gòu)見圖4-1所示：圖4-1減速器高速軸的結(jié)構(gòu)圖4.5.2低速軸的設(shè)計及聯(lián)軸器的選取1.初選軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[17]表26.3-2取A=115則:d2.初步選定聯(lián)軸器和計算轉(zhuǎn)矩T由文獻(xiàn)[20]表14-1，取KA=1.3則：T查文獻(xiàn)[19]表13-4，選取型號為YL5凸緣聯(lián)軸器，其額定轉(zhuǎn)矩TN=63N·m，軸孔直徑d1=22mm，半聯(lián)軸器長度L=52mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=38mm由文獻(xiàn)[19]表15-2知當(dāng)d1=22mm時d取d2=26mm3.軸承的選擇由文獻(xiàn)[19]續(xù)附表E-2取型號為6406深溝球滾子軸承，其中，d=30mm，D=90mm，B=23mm，其本額定動載荷Cr=47.5kN4.鍵的選擇(1)聯(lián)軸器外鍵的選取由文獻(xiàn)[20]表6-1d=20mm，取；b×h=6×6；L=32mm(2)齒輪外鍵的選取由文獻(xiàn)[20]表6-1d=34mm，??；b×h=10×8；L=34mm減速器高速軸的結(jié)構(gòu)見圖4-2圖4-2減速器低速軸的結(jié)構(gòu)圖4.6軸的強(qiáng)度校核4.6.1高速軸的強(qiáng)度校核1.軸的受力分析軸的受力簡圖如圖4-3所示圖4-3高速軸的受力簡圖圖中：lll計算齒輪的嚙合力圓周力：F徑向力：F式中α——壓力角，直齒圓柱齒輪的壓力角取20。則：F軸向力：F求水平面的支承反力，作水平面的彎矩圖軸在水平面內(nèi)的受力簡圖如圖4-4所示圖4-4軸在水平面內(nèi)的受力簡圖軸在水平面內(nèi)的彎矩圖如圖4-5所示圖4-5軸在水平面內(nèi)的彎矩圖其中：RRMM求垂直面內(nèi)的支承反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖如圖4-6所示圖4-6軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖RRMMM軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖如圖4-7所示圖4-7軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖求支承反力，作軸的合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖RRMMMT軸的合成彎矩圖如圖4-8所示圖4-8軸的合成彎矩圖軸的轉(zhuǎn)矩圖如圖4-9所示圖4-9軸的轉(zhuǎn)矩圖2.軸的強(qiáng)度校核計算d式中[σ]——軸材料的許用彎曲應(yīng)力，查文獻(xiàn)[17]取[σ]=58.7MPaαQUOTEα——將轉(zhuǎn)矩折合成當(dāng)量彎矩的折算系數(shù)，α=0.6則：d由于d=36mm>14.41mm，故符合強(qiáng)度要求。4.6.2低速軸的強(qiáng)度校核1.軸的受力分析軸的受力簡圖如圖4-10所示圖4-10低速軸的受力簡圖圖中：lll(1)計算齒輪的嚙合力圓周力：F徑向力：F軸向力：F(2)求水平面的支承反力，作水平面的彎矩圖軸在水平面內(nèi)的受力簡圖如圖4-11所示圖4-11軸在水平面內(nèi)的受力簡圖其中：RRMM軸在水平面內(nèi)的彎矩圖如圖4-12所示圖4-12軸在水平面內(nèi)的彎矩圖(3)求垂直面內(nèi)的支承反力，作垂直面內(nèi)的彎矩圖軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖如圖4-13所示圖4-13軸在垂直面內(nèi)的受力簡圖RRMM軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖如圖4-14所示圖4-14軸在垂直面內(nèi)的彎矩圖(4)求支承反力，作軸的合成彎矩圖、轉(zhuǎn)矩圖RRMMT軸的合成彎矩圖如圖4-15所示圖4-15軸的合成彎矩圖軸的轉(zhuǎn)矩圖如圖4-16所示圖4-16軸的彎矩圖2.軸的強(qiáng)度校核計算d由于d=34mm>16.57mm，故符合強(qiáng)度要求。4.7滾動軸承的強(qiáng)度校核4.7.1高速軸滾動軸承的強(qiáng)度校核軸承型號為6404深溝球滾子軸承，軸承預(yù)期壽命取Lh=24000h，n=9500r/min，由Fa=582.3N，F(xiàn)r=199.16N，基本額定靜載荷C0r=15.2kN，Cr=31kN，則：F由文獻(xiàn)[19]附表E-2，取e=0.26，Y=1.71則：F故徑向當(dāng)量動載荷：PC=1107.2626因Cjs=26.48kN<Cr=31kN故滿足要求。4.7.2低速軸滾動軸承的強(qiáng)度校核軸承型號為6406深溝球滾子軸承，軸承預(yù)期壽命取Lh=24000h，n=8000r/min，由Fa=202.91N，F(xiàn)r=190.67N，基本額定靜載荷C0r=24.5kN，Cr=47.5kN，則：F由文獻(xiàn)[19]附表E-2，取e=0.19，Y=2.30則：F故徑向當(dāng)量動載荷：PC因Cjs=12.95kN<Cr=47.5kN故滿足要求。第5章控制系統(tǒng)的設(shè)計和選用5.1電器元件的選擇1.按鈕按鈕通常是用來短時接通或斷開小電流的控制電路的開關(guān)。根據(jù)所需的觸點數(shù)選擇型號為LA2的按鈕1個。2.熔斷器熔斷器是一種簡單而有效的保護(hù)電器，在電路中主要起短路保護(hù)的作用。對于沒有沖擊電流的負(fù)載，應(yīng)使熔體的額定電流IR等于或稍大于電動機(jī)額定電流Ied，即：II根據(jù)熔體電流選擇用RL1-60型熔斷器1個，配用20A的熔斷體。3.熱繼電器熱繼電器用于電動機(jī)的過載保護(hù)。熱繼電器元件的額定電流IRT應(yīng)接近或略大于電動機(jī)的額定電流Ied，即II根據(jù)熱元件額定電流選用JR16B-20/3型熱繼電器1個，熱元件電流等級為7.2A，它的電流調(diào)節(jié)范圍為4.5~7.2A，可將電流調(diào)整到6.72A。4.接觸器接觸器用于帶有負(fù)載主電路的自動接通或切斷，常用交流接觸器。主觸點額定電流IC一般根據(jù)電動機(jī)容量Pd計算，即：I式中K——經(jīng)驗常數(shù)，一般取1~1.4；Pd——電動機(jī)功率，kW；I根據(jù)主觸點額定電流選用CJ0-10型交流接觸器3個，其主觸點額定電流為10A，輔助觸點額定電流為5A，可控電動機(jī)最大容量4kW。5.時間繼電器時間繼電器是控制線路中的延時元件。根據(jù)灌裝時間和灌裝瓶運行的時間，選用JS7-1A型通電延時繼電器1個和JS7-3A型斷電延時繼電器1個。6.電磁閥選用型號為DF-32的間接先導(dǎo)式電磁閥，其公稱通徑為32mm，公稱壓力1.6MPa，工作介質(zhì)為粘度低于20CST的液體。工作原理：間接先導(dǎo)式電磁閥由先導(dǎo)閥和主閥芯聯(lián)系著形成通道組合而成，常閉型在未通電時呈關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)線圈得電時，產(chǎn)生磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導(dǎo)閥口打開，液體流向出口，此時主閥芯上腔壓力減少，低于進(jìn)口側(cè)的壓力，形成開啟主閥口的目的，介質(zhì)流通；當(dāng)線圈斷電時，磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下復(fù)位，關(guān)閉先導(dǎo)口，此時介質(zhì)從平衡孔流入，主閥芯上腔壓力增大，并在彈簧力的作用下向下運動，關(guān)閉主閥口。5.2電氣控制線路的設(shè)計1.主回路設(shè)計根據(jù)電氣傳動的要求，由接觸器KM1控制電動機(jī)M，三相電源由電源引入開關(guān)Q引入。電動機(jī)M的過載保護(hù)，由熱繼電器FR實現(xiàn)，它的短路保護(hù)可由熔斷器FU充任。2.控制電路的設(shè)計考慮到操作方便，電動機(jī)可在操作板上分別設(shè)置啟動和停止按鈕SB1、SB2進(jìn)行操作。接觸器KM3與控制按鈕組成自鎖的起停控制線路。其電氣控制原理圖如圖5-1所示：圖5-1電氣控制原理圖3.控制線路的工作原理該控制電路沒有控制變壓器，控制電路直接由交流380V供電。合上組合開關(guān)Q后三相交流電源被引入。閉合啟動按鈕SB1，接觸器KM3通電，觸點KM3閉合，電動機(jī)線圈KM1通電，觸點KM1閉合，電動機(jī)轉(zhuǎn)動，通過減速器帶動鏈輪轉(zhuǎn)動，從而使輸送機(jī)運輸。閉合啟動按鈕SB1，失電延時繼電器線圈KT2通電，常開觸點KT2瞬時閉合，接觸器線圈KM2通電，觸點KM2閉合，得電延時繼電器KT1通電，其常開觸點KT1延時閉合，常閉觸點KT1延時斷開（延時時間為首個灌裝瓶從起始位置運輸?shù)焦嘌b閥口中心處所需的時間，設(shè)置為6.7s），電動機(jī)停轉(zhuǎn)。通電延時繼電器常開觸點KT1閉合，電磁閥線圈YA通電，電磁閥主閥芯開啟，進(jìn)行灌裝。通電延時繼電器常閉觸點KT1延時斷開，失電延時繼電器線圈KT2失電，其常開觸點KT2延時斷開（延時斷開的時間為灌裝所需