瓶裝飲料灌裝機的供瓶裝置進行設計【含CAD圖紙、說明書】
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摘 要
隨著人們物質生活的不斷豐富食品加工行業(yè)已經是現(xiàn)有的重大產業(yè)之一，近幾年被曝光的食品衛(wèi)生以及食品安全方面的問題逐漸增對，人們在追求食品質量同時促進著整個食品行業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化，隨著工業(yè)化裝備的不斷發(fā)展，以機械加工形式替代傳統(tǒng)的人工加工生產逐步成為食品生產的主要形式。飲料的加工生產是食品加工行業(yè)的重要組成部分之一，飲料的種類，以及包裝形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展形式，但利用瓶子灌裝是眾多包裝形式之一，因此對其灌裝設備，尤其是供瓶設備的設計研究對整個飲料灌裝，乃至食品加工行業(yè)都有著重大意義，機械灌裝設備可以極大的較少人工的影響，減少勞動量的同時，便于實施無菌生產，對食品衛(wèi)生以及食品安提供技術保障。
本文主要對瓶裝飲料灌裝機的供瓶裝置進行設計，通過參考現(xiàn)有的灌裝設備進行分析學習，采用批次灌裝發(fā)，單次多瓶灌裝，提高工作效率保證灌裝的平穩(wěn)性。本設計利用傳送帶將灌裝瓶輸送到指定單元，然后由送瓶機構將瓶子送到灌裝工位，之后進行灌裝，灌裝完畢后供瓶機構將瓶子收回在傳送帶上，灌裝完的飲料隨著傳送帶進入下一個工位進行加工。本次設計也是對自己所學機械相關知識的回顧，能夠很好的提升自己的設計能力，為以后的工作學習打下良好的知識基礎。
關鍵詞：灌裝；直線型；供瓶裝置；傳送帶
4
Abstract
With the continuous enrichment of people's material life, food processing industry has become one of the major industries. In recent years, the problems of food hygiene and food safety exposed have gradually increased. People are pursuing food quality while promoting the development of the whole food industry. Food processing industry has gradually realized industrialization. With the continuous development of industrial equipment, mechanical processing is used as a form. It has gradually become the main form of food production to replace the traditional manual processing production. Beverage processing and production is one of the important components of food processing industry. The types of beverages and packaging forms present diversified forms of development. But bottle filling is one of the many packaging forms. Therefore, the design and research of its filling equipment, especially bottle feeding equipment, is of great significance to the whole beverage filling industry and even to the food processing industry. Mechanical filling equipment can be used. With a great less artificial impact, reducing the amount of labor, it is easy to implement aseptic production, and provide technical support for food hygiene and food safety.
This paper mainly designs the bottle feeding device of the bottled beverage filling machine. By referring to the existing filling equipment for analysis and study, batch filling and distribution, single and multiple bottle filling are adopted to improve the work efficiency and ensure the stability of the filling. The design uses conveyor belt to convey the filling bottle to the designated unit, and then the bottle is sent to the filling station by the bottle feeding mechanism. After filling, the bottle is returned to the conveyor belt by the bottle feeding mechanism. The filled beverage is processed with the conveyor belt into the next station. This design is also a review of the mechanical knowledge we have learned. It can improve our design ability and lay a good knowledge foundation for future work and study.
Key words: filling; straight line type; bottle feeding device; conveyor belt
目錄
摘 要 1
Abstract 1
第1章 緒 論 1
1.1選題的目的意義 1
1.2國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況 1
1.4灌裝機供瓶裝置研究方法 2
第2章 總體方案的設計分析和方案的比較與選擇 3
2.1設計分析 3
2.1.1功能與應用范圍 3
2.1.2機構設計 3
2.1.4機構選型 3
第3章 供瓶系統(tǒng)的設計計算和選用 6
3.1 輸送線方案的選用 6
3.2 電機到減速器的傳動設計與計算: 6
3.2.1軸轉速、功率、扭矩的計算 6
3.2.2直齒圓柱齒輪傳動設計 7
3.2.3軸的結構設計： 11
3.3鏈傳動設計計算： 12
3.4輸送線部分的計算： 16
3.5軸系部件的設計計算 18
3.5.1軸的設計計算 18
3.5.2軸承的選用和計算 22
第4章 執(zhí)行系統(tǒng)的設計計算和選用 25
4.1動作分析與執(zhí)行件的選用 25
4.2設計分析與方案設計 25
4.3機械液壓系統(tǒng)設計與計算 25
4.4選擇液壓元件： 28
4.5液壓系統(tǒng)性能驗算： 29
結 論 32
參考文獻 33
第1章 緒 論
1.1選題的目的意義
隨著人們物質生活的不斷豐富食品加工行業(yè)已經是現(xiàn)有的重大產業(yè)之一，近幾年被曝光的食品衛(wèi)生以及食品安全方面的問題逐漸增對，人們在追求食品質量同時促進著整個食品行業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化，隨著工業(yè)化裝備的不斷發(fā)展，以機械加工形式替代傳統(tǒng)的人工加工生產逐步成為食品生產的主要形式。飲料的加工生產是食品加工行業(yè)的重要組成部分之一，飲料的種類，以及包裝形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展形式，但利用瓶子灌裝是眾多包裝形式之一，因此對其灌裝設備，尤其是供瓶設備的設計研究對整個飲料灌裝，乃至食品加工行業(yè)都有著重大意義，機械灌裝設備可以極大的較少人工的影響，減少勞動量的同時，便于實施無菌生產，對食品衛(wèi)生以及食品安提供技術保障。
1.2國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況
飲料灌裝機械是伴隨飲料工業(yè)的產生而產生，并追隨飲料工業(yè)的發(fā)展而進步的。1890年，美國研制出玻璃灌裝機械，1902年市場上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機械，1912年發(fā)明了封口機械，不久灌裝機械和封口機械合為一體。在20世紀末，德國制造出手動灌裝機。
含氣體飲料的灌裝工藝難度較大，灌裝設備的發(fā)展大約經歷了三個階段。第一階段是1952年---1957年之間，完成了含氣體飲料的灌裝機械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國H￡K公司，之后是法國和前蘇聯(lián)，發(fā)明研制了等壓彈簧閥，彈簧在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將沖液閥打開，破瓶后沖液閥可以自動關閉，這樣不僅使灌裝機械的結構簡單了，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，為灌裝機械的高速化創(chuàng)造了條件。等壓彈簧閥的出現(xiàn)是灌裝發(fā)展史上的一個重要階段，至今等壓灌裝機還廣泛使用，只是功能更完善，結構更合理。第三階段是一德國SEN公司發(fā)明的電動閥為標志，電動閥中氣閥和水閥的開啟和關閉由可控編程器控制，對灌裝時間，灌裝速度進行嚴格的控制和可靠的界定。
我國飲料灌裝機械制造業(yè)起步晚，20世界60年代前基本是空白，當時國內的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀30---40年代的設備，工藝落后，機械陳舊，嚴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灌裝機械。進入20世紀70年代，我國先后引進了一些國外灌轉生產線，在裝備一些設備的同時，也促進了我國包裝機械行業(yè)進入了一個新的發(fā)展時期。機械，輕工，軍工等領域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術的基礎上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機械，提供給國內的一些飲料生產廠，促進了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進入20世紀80年代，我國采用技術貿易結合的方式，引進德國SEN公司的20000瓶/小時的啤酒灌裝生產線和日本三菱公司18000瓶/小時的含氣飲料灌裝生產線的制造技術，到1991年又引進了德國KHS公司30000瓶/小時的啤酒灌裝生產線及生產技術。這樣我國不僅能夠生產中小型的灌裝機，而且能夠生產大型灌裝機，技術水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝設備制造業(yè)的整體水平提高到了一個新的水平。
1.4灌裝機供瓶裝置研究方法
通過查閱灌裝機相關技術知識，了解灌裝機的結構特點，對各類灌裝機供瓶機構進行深入的學習研究，分析各式灌裝機的優(yōu)缺點，結合所學的機械相關知識，在導師的指導下，成帶式灌裝機供瓶機構的總體方案設計，以及關鍵傳遞零部件的計算校核分析。依照設計任務書的指導逐步完成灌裝機供瓶裝置的結構設計、零件設計確定、傳動設計及各類零件的材料選擇、“供瓶裝置”結構設計及總裝配圖繪制、關鍵零部件工程圖的繪制及傳動裝置計算選型，強度計算及疲勞校核等工作。
（1）觀察法，通過上網查詢資料，學習相關視頻了解帶式灌裝機供瓶裝置的結構組成。
（2）文獻研究法，閱讀文獻學習 灌裝機供瓶裝置的布局結構。
（3）數(shù)學法，利用所學的機械相關知識，對結構傳動進行分析計算。
（4）對比法，結合現(xiàn)有的帶式灌裝機供瓶裝置，學習其結構特點，對各類帶式灌裝機供瓶機構進工作裝置行深入的學習研究，分析各式灌裝機優(yōu)缺點然后形成自己的設計思路
第2章 總體方案的設計分析和方案的比較與選擇
2.1設計分析
2.1.1功能與應用范圍
用途：用于直線式灌裝線的塑料瓶、玻璃瓶的輸送
灌裝瓶規(guī)格為：積為600ml,直徑60mm。
瓶子材料：塑料瓶/玻璃瓶。
灌裝能力：2000瓶/h。
設計要求：結構簡單，成本低，工作穩(wěn)定性較好，方便控制。
2.1.2機構設計
灌裝供瓶系統(tǒng)主要實現(xiàn)的是，將帶灌裝瓶輸送到指定的灌裝工位，在本方案中為了保證灌裝的穩(wěn)定性，將輸送系統(tǒng)執(zhí)行單元分為兩部封面，輸送單元和執(zhí)行單元，輸送單元將瓶子輸送到指定工位，執(zhí)行單元將瓶子推送到灌裝工位。
2.1.4機構選型
考慮到單瓶灌裝時間是一定的，為提高灌裝效率本設計方案采用多瓶同時灌裝的方式進行設計，在設計時，供瓶系統(tǒng)需要同時供給多個灌裝瓶，在本設計中采用板式輸送帶，板上設置有放瓶的治具，經查閱相關資料，結合本設機的相關參數(shù)，每個鏈板上設置10*4共40個瓶，即單位時間灌裝40瓶，每板次40瓶，為滿足單位小時生產2000瓶的工作需求，則要求沒小時供50托板，除去工作間歇，本設計要求每次灌裝供瓶周期為1分鐘，即一拖板瓶子由傳動帶運動到指定工位高灌裝完成到完全離開改工位后所需的時間為1分鐘，沒小時預留10分鐘為其他輔助設備如灌裝，旋蓋說明等設備的上下料，以及工人的停歇時間，且供瓶的周期可以隨灌裝的速率進行調整。
1.灌裝瓶傳送系統(tǒng)的機構
參考現(xiàn)有的輸送機械，選用板式輸送機。
送瓶定位機構系統(tǒng)的選型
根據(jù)工藝分析和設計要求，可以選用液壓缸、氣壓缸做執(zhí)行機構，也可以選用機械傳動。
液壓系統(tǒng)的優(yōu)點：
1）布置不受嚴格的空間位置限制，系統(tǒng)布局安裝有很大的靈活性，能夠組成復雜的系統(tǒng)。
2）可以在運用過程中實現(xiàn)無極調速。
3）運動均勻平穩(wěn)。
4）操作控制方便，省力，容易實現(xiàn)自動控制。
5）液壓元件是工業(yè)基礎件，已經標準化，系列化和通用化。
6）單位質量輸出功率大，動態(tài)性能好。
氣壓執(zhí)行也具有上面的優(yōu)點，但氣壓傳動有沖擊，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定性控制。
所以選用液壓傳動作為執(zhí)行機構。
2.1.5傳動系統(tǒng)
各種傳動形式的特點比較:
1帶傳動：帶傳動的功率不大（可以用于中小功率），結構尺寸比其它傳動形式大，但傳動平穩(wěn)，能緩沖 吸收沖擊震動，常用于高速傳動中。中心距變化范圍大，可以用于較遠距離的傳動，噪音小，結構簡單，成本低，安裝要求不高。
2鏈傳動：鏈傳動的瞬時傳動比是變化的，而且有沖擊震動，所以不適合于高速傳動及傳動比要求準確的場合，一般多用于底速傳動及傳動要求不太嚴格的場合。中心距變化范圍大，可以用于較遠距離的傳動，在高溫，油，酸等惡劣條件下工作，軸承和軸的作用力小。
3齒輪齒輪傳動：齒輪傳動的瞬時傳動比是不變化的，而且效率高，體積較小。外形尺寸小，圓周速度及功率范圍廣。
圓柱齒輪的設計加工容易，但速度高時有噪音。
斜齒圓柱齒輪傳動平穩(wěn)，噪音小，承載能力高。
人字齒輪基本上同斜齒圓柱齒輪相同，它對軸承不產生軸向力。
錐齒輪加工困難，開式齒輪傳動磨損大。
4蝸桿傳動：蝸桿傳動速度比大，傳遞運動平穩(wěn)，但效率低，消耗有色金屬。結構緊湊，外形尺寸小，傳動比大，傳動比不變，無噪聲，可以做成自瑣機構。
5摩擦輪傳動：傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護作用，可以在運行中平穩(wěn)地調整傳動比，廣泛地應用于無級調速。
6高副傳動：可以實現(xiàn)較為準確的要求的運動參數(shù)，結構簡單，成本低。
7螺旋傳動：能將旋轉運動變成直線運動，并能夠以較小的轉距得到較大的軸向力，傳動平穩(wěn)，無噪聲，無噪聲比大，可以用于微調，可以做成自瑣機構。
8平面連桿機構，空間連桿機構：可以由連續(xù)勻速運動轉換成軌跡較為復雜的運動，可實現(xiàn)急回運動，有一定位置度或相對位置的運動，低副運動，有利于潤滑，可傳遞較大動力。
所以，根據(jù)系統(tǒng)設計要求選用鏈傳動。
五 自動控制系統(tǒng)
為實現(xiàn)灌裝生產的有序化和嚴格控制生產節(jié)奏，供液系統(tǒng)，輸送系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)需要配備自動控制裝置，以實現(xiàn)生產的有序化和自動化，所以選用單片機進行系統(tǒng)控制。
六 機身
為適應系統(tǒng)的運轉，并考慮生產的批量，底座與箱機架都采用了槽鋼。
45
第3章 供瓶系統(tǒng)的設計計算和選用
3.1 輸送線方案的選用
板式輸送機在工業(yè)部門中應用廣泛.它可以沿水平方向或傾斜方向輸送各種散裝物料或成件物品,它也可以用于流水線生產.可以輸送比較沉重的,較大的物料或成件物品.也可以在較高的溫度環(huán)境下輸送物快.
3.2 電機到減速器的傳動設計與計算:
設計一級減速器，具體設計計算如下。
參考現(xiàn)有的生產線上的電機，選用電機為：YH100L—2，轉速2700r/min，額定功率3kw，電流6A，轉差率10%，功率因數(shù)0.87
3.2.1軸轉速、功率、扭矩的計算
第一根軸的轉速為電機的轉速，=2700（軸1通過聯(lián)軸器與電機相聯(lián)）第二根軸的轉速為與鏈輪相聯(lián)的軸的轉速。從上面輸送線的計算可以得知=700
傳動比為
各軸功率的計算：
第一根軸
第二根軸 =2.88kw
軸的扭矩計算：
從上可以得出如下表格的數(shù)據(jù)
軸號
轉速
輸出功率
輸出轉矩
傳動比
效率
電機軸
2700
3
1
1
軸
2700
2.97
10505
3．86
0．99
軸
700
2.88
39291
0.97
3.2.2直齒圓柱齒輪傳動設計
1 選擇齒輪材料
齒輪均用45號鋼調質；
2 按齒面接觸疲勞強度來計算
確定齒輪傳動精度等級
估取圓周速度為=
公差等級為8級
小輪分度圓直徑，由公式可得
齒寬系數(shù)查表，按齒輪相對軸承為非對稱布置，
可取=
=17大輪齒數(shù)= =
圓整，取
齒數(shù)比
誤差=
誤差范圍在的范圍內，所以合適。
小輪轉矩
由前面的計算可知
載荷系數(shù)K
使用系數(shù)，查表得 =1
動載荷系數(shù) ，查表得初值 =
齒向載荷分布系數(shù) ，查表得 =
齒向載荷分配系數(shù) ，由下式及得
則載荷系數(shù)K的初值 ；
彈性系數(shù) 查表得 =
節(jié)點影響系數(shù) ，查表（） 得=
重合度系數(shù) ，查表得
許用接觸應力
接觸疲勞極限應力，，查表得
應力循環(huán)次數(shù)
=
則查圖得接觸強度的壽命系數(shù)，（不允許有點蝕） ==1 硬化強度 =1； 接觸強度安全系數(shù)，按一般可靠度
=，取=
故由上面的一系列參數(shù)可以得出
齒輪模數(shù)
查表取
小齒輪分度圓直徑的參數(shù)值圓整
= =25.5
圓周速度V
估取值誤差不大，對取值影響不大，必修正
小輪分度圓直徑；
大輪分度圓直徑
中心距a
齒寬b：
大輪齒寬；
小輪齒寬；
3 齒根彎曲疲勞強度校核計算：
齒形系數(shù)
小輪 =2.9
大輪 =2.8
應力修正系數(shù)
小輪 =1.54
大輪 =1.73
重合度系數(shù)
許用彎曲應力[由式（8—71）得
彎曲疲勞極限 =
=
彎曲壽命系數(shù)；=1； =1
尺寸系數(shù) =1
安全系數(shù) =1.3
則
故
3.2.3軸的結構設計：
第一根軸的結構設計及分配
1．擬定軸上零件的裝配方案
2．根據(jù)軸向定位要求確定直徑和長度
軸的直徑。根據(jù)工作需要及工藝要求取軸段1長，，確定軸段2的長度和直徑為
軸段 3 ： 根據(jù)所選的深溝球軸承6404直徑為d=20mm,可以確定軸段3的直徑，以及軸承的寬度為19mm，可以定軸的長度為38mm
軸段 4 ： 由于小齒輪直徑為26mm，與軸的直徑相差不大，所以可以將小齒輪與軸段4做成一體，可以定軸段4的直徑為，=小齒輪寬度+與箱壁的距離。
軸段5同軸3段一樣。
第二根軸的結構設計與分配
一 根據(jù)軸向定位要求確定各軸段直徑和長度
軸段 1 ：根據(jù)鏈輪的直徑為270mm，以及寬為100mm，可以將軸的第一段作成花鍵
根據(jù)端蓋的定位及，，確定軸段2的長度和直徑為
軸段 3 ：根據(jù)所選的軸承型號6407直徑為35mm，寬為25mm，以及擋圈?？啥ㄝS段3的直徑及長度為
軸段 4 ：長度比軸一的長度略短些?？扇?
軸段 5 ：軸段5+軸段6=軸段3?？啥ㄝS段5的直徑為
軸段 6 ：軸段6=60-20=40mm
軸的強度校核和受力將在5.5.1中進行分析和計算
3.3鏈傳動設計計算：
根據(jù)系統(tǒng)設計要求和各種傳動形式的特點，選用鏈傳動。根據(jù)減速器的輸出軸進行設計計算。輸送鏈水平布置，按低速設計。 鏈輪齒數(shù)Z1，Z2：
取。
通常；若載荷平穩(wěn)，尺寸允許可取i=8---10。計算功率
式中p——額定功率
——工作情況系數(shù)
因為工作平穩(wěn)，所以從表8——8中得：=1.0；所以Pc=1.0*7.5=7.5kw。
特定條件下，單排鏈傳遞功率Po
小鏈輪齒數(shù)系數(shù)取=1.12；傳動比系數(shù)取=1.09；中心距系數(shù)取=1.0；多排鏈系數(shù)取=1.0。
由P0,n,出節(jié)距P和鏈號：鏈號05B；節(jié)距P=8mm,排距Pt=5.64mm,滾子外徑=5mm,內鏈節(jié)內寬=3.0mm；銷軸=8.6mm,極限拉伸載荷=4400N,質量q=0.18kg/m
3.確定中心距a和鏈條節(jié)數(shù)Lp
一般取a0=30p---50p。amax=80p。
取=40p=40*7.5=300mm。
則鏈條長度為：
、
Lp圓整，取偶數(shù)L=196。計算實際中心距：
a的差值為1.7mm<2mm——5mm。所以可以選用。
3驗算鏈速
在范圍內（2m/s——8m/s），所以安全，可以選用。
4計算壓軸承力Q
有效拉力
軸承力系數(shù)=1.0——1.3,因為無沖擊，所以取=1.0
所以Q=4076.1*1.0=4076.1N
3鏈輪的主要尺寸
選材：45鋼，沾火處理。（2）主要尺寸： A節(jié)圓直徑
B齒頂圓直徑
C齒根圓直徑
D齒側凸圓最大直徑
選=45mm
查表得=26mm.
選=250mm
E最大齒根距離
Lx=(偶數(shù)齒)
Lx=（奇數(shù)齒）
F軸面主要尺寸
ba=1.6mm =13.5mm =7.1mm
h=6.4mm =0.5 =5.64mm
3.4輸送線部分的計算：
1 原始數(shù)據(jù)及資料
名稱：灌裝瓶
物品重：0.6kg
材料：塑料
形狀：圓柱形
最大橫向尺寸：60*10=600mm，考慮托盤的間隙，取最大橫向尺寸為700mm。
最大輸送能力：2000瓶/小時。
2 底板寬度：
（1）底板寬度按表10---2——1選取，并結合物料尺寸校核和圓整。
B——底板寬度（mm）
b——成件物的最大橫向尺寸（mm）
所以B=60*10+100=700mm
另一條輸送線也同樣依次計算，其B=60*4+100=340mm，圓整，取B=400mm。
考慮輸送過程中必須要有擋邊保證輸送的方向準確性。
（2）擋邊高度：擋邊高度應保證成件物在底板上的位置可靠，參照現(xiàn)有的設計產品，取h=1600mm。
3 牽引力的計算：
（1）輸送機單位長度載荷的計算
對于承載分支：
——-行走部分單位長度的載荷（kg/m）
——底板上單位長度的重量（kg/m），可按式10---2---15計算。
——-成件物的單重（kg）
——-成件物的距離(kg)
——底板的寬度(m)
——底板的中立重量系數(shù)。查表10——2——9，可得A=40mm.
所以：
=40*0.7=28kg
=60*0.4+0.04=24.04m
=28+24.04=52.04（kg/m）
（2）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%，但單根鏈條的張力不锝小于50N。
最小張力可依據(jù)經驗計算：
承載分支的水平投影長度（m）
所以，=300*0.4+2*30=180kg>50kg
所以，可以使用，安全。
（3）動載荷的計算：
板式輸送機牽引力的動載荷計算可按下式計算
——牽引鏈動載荷（kg）
——牽引鏈的最大加速度（）
——-重力加速度（取10）
——輸送機行走部分換算質量的減少系數(shù)。因為Lc=30m,所以=0。5
Z——驅動鏈輪齒數(shù)
t——-牽引鏈條節(jié)距（m）
參考現(xiàn)有的灌裝機的結構得知，可以使用。
3.5軸系部件的設計計算
軸系部件
軸系部件包括傳動軸，軸承，傳動件以及鍵。
本系統(tǒng)中傳動件為鏈傳動，其設計已計算完成，現(xiàn)計算傳動軸和對軸承進行選用和計算。
3.5.1軸的設計計算
傳動件裝在軸上以實現(xiàn)回轉運動和傳遞功率，支撐傳動件是機器中不可缺少的通用零件。
計算公式：
c——與材料的許用應力有關，可以參考表19--2
p——軸的傳動功率（kw）
n ——軸的轉速（r/min）
因為軸上有雙鍵，所以d增加7%
d=43.29*1.07=46.32mm
取d=60mm
計算轉矩T=9550*P/n =9550*7/140 =477.5N.m
查表得 K=1.5
Tc=477.5*1.5=716.25
為軸向夾緊，須取與配合的軸長度要小一些定位軸肩直徑一般須增大不小于5mm.。取軸徑d=60mm，軸段長L=82mm查手冊確定鍵的尺寸參數(shù)
選用A型鍵14*9*75和A型鍵18*11*70
與軸承蓋子相關的尺寸：
由軸徑線速度選密封形式
V=
當v<5m/s ,時可以使用氈圈密封；
當v>10m/s,時用皮碗密封；
當v=6m/s---30m/s,時用非接觸式密封。
V=0.44m/s<5m/s，所以使用氈圈密封。
定位軸肩選取
（1）查手冊選直徑
（2）軸承凸出點與箱外活動件須留15mm——25mm間隔。
留出尺寸43mm。
與滾動軸承相關的尺寸：
（1）在前一直徑上考慮安裝，加工方便，而且尾數(shù)為0，5，或用前一段直徑；或再起軸肩，取軸承內徑
（2）選用適當軸承類別，查手冊得尺寸參數(shù)
選30211正裝，尺寸d*D*T=55mm*100mm*22.75mm
（3）按dn值選軸承潤滑形式
>2*100000r()時可以用油潤滑。
<2*100000r()時可以用脂潤滑。
=55*140=7700(),所以用脂潤。
（4）油潤滑時，軸承應距箱體內壁3mm---5mm。
脂潤滑時，軸承應距箱體內壁可以大一些。
取5mm。
（5）箱內傳動件應距內壁15mm——25mm
取24mm。
與齒輪和其它相關的尺寸：
（1）為裝配較緊配合的傳動件，一般再起軸肩。
取
（2）軸段應比輪轂長短一些，以獲得軸向定位較緊。
取L軸=87mm。
（3）軸向定位可以使用套筒，軸肩，軸環(huán)，彈性擋環(huán)等措施，選用時可以查表19---3
選用套筒和軸環(huán)定位，軸環(huán)直徑
繪制彎矩圖和扭矩圖
（1）軸承支點按圖19---22所示計。
（2）求各支點在垂直面V與水平H中支反力,。
水平面內：
垂直面內：
由得：
得：=
由得：
得=
求合成彎矩：
（3）列出V面與H面彎距方程并繪制出各平面的彎距圖。
（4）計算出各平面內彎距中最大值。
（5）繪制出合成彎距分布圖。
（6）繪制出扭矩分布圖，軸承損耗的扭矩可以忽略
（7）確定轉換系數(shù)a
——為靜應力時，a=0.3
——為脈動循環(huán)時。a=1
——為對循環(huán)時，a=1
（8）計算aT
作扭矩圖
T=
可見C點處有最大載荷，所以對其進行彎扭合成校核。
忽略鍵的影響
所以合格，可以使用。
按彎扭矩合成校核軸的強度計算公式
計算受載荷最大點處
抗彎端面模數(shù)W值，查表19---5。
其它計算項目忽略
繪制軸的工作圖查閱有關手冊圖例。
3.5.2軸承的選用和計算
已知條件：
軸承用于輸送線上，軸頸d=55mm,轉速n=140r/min,軸承所承受的徑向載荷R=2000N,軸向載荷為500N，要求使用壽命=5000h。
1求當量動載荷
受復合載荷作用的深溝球軸承，求時用到的系數(shù)X，Y要根據(jù)來查取。在軸承型號選定前又不可知，故采用試算法，根據(jù)表5---12暫取=0.08,則e=0.22
因，表5——12查得X=0.56,Y=1.99，按式5---7得
=XR+YA=0.56*2000+1.99*500
=2115N
2計算軸承所需要的徑向額定載荷
因軸承的溫度不高，工作載荷只有輕微的沖擊，由表5---9，5---10查得。按式5---6有
3選擇軸承型號
查滾動軸承標準GB/T272—93，選得6211軸承。其=25700N>=22001N;
,因=500/15300=0.0349,用線形插值法可求得e=0.23，與原估計相近，適用。
5.5.3鍵的校核計算
鍵的長度為L，軸的直徑為d的平鍵
當軸傳遞轉矩T時，鍵的工作平面壓力N的作用，工作面受擠壓，鍵受剪切，失效形式是鍵，軸槽和輪轂槽三者中最弱的工作面被擠壓破壞和鍵被剪壞。當鍵是用45鋼制造時，主要失效形式是壓潰，所以通常只進行擠壓強度計算。假定擠壓應力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時擠壓強度條件是
剪切強度
強度條件為
式中
d——軸的直徑（mm）
h——鍵的接觸長度（mm）
---許用擠壓應力（MPa）
——許用剪切(MPa)
鍵的材料一般采用抗拉強度極限——的精拔鋼制造，常用材料為45號鋼；軸的材料一般為鋼；而輪轂材料可能是鋼或鑄鐵。
當計算結果不能滿足強度要求時，可以用雙鍵。
所選用的鍵符合強度要求，可以使用。
第4章 執(zhí)行系統(tǒng)的設計計算和選用
4.1動作分析與執(zhí)行件的選用
當灌裝瓶子的送料機構將料送到位后,升降液壓缸將托盤以及灌裝瓶頂起,進行灌裝. 灌裝結束后下降,然后推動液壓缸工作,將托盤以及灌裝瓶推到下一條輸送生產線,之后推動液壓缸收回,系統(tǒng)回位,進行下一個工作循環(huán).灌裝系統(tǒng)要求灌裝要穩(wěn)定可靠,遲滯小,所以選用液壓傳動教好.選用液壓傳動系統(tǒng)是針對液壓剛壓力和速度的控制,把系統(tǒng)的油液壓力和缸的運動速度控制在一定的范圍內，既滿足了使用要求，又確保了系統(tǒng)安全，平穩(wěn)的運行。
4.2設計分析與方案設計
油缸最大工作行程——400mm 額定工作油壓——6MP；移動負載質量——36kg 移動速度控制——6m/min 加速度的大小——0.1 m/s 加速和減速時間均為0.2 s為了使系統(tǒng)運行平穩(wěn)可靠可以把液壓缸運行劃分為幾個過程,基本過程: 起動,加速,差動快進,工進,快退,原位停止.
選用單片機控制成本低，控制精度高，因此選用單片機。
4.3機械液壓系統(tǒng)設計與計算
1.負載移動力分析
負載移動阻力F=500N，慣性力: 100=50N,設負載動摩擦系數(shù)0.1，靜摩擦阻力， 0.1*（100*10）=100N，0.2*100*10=200N ，考慮液壓缸密封裝置的摩擦阻力（取液壓缸的機械效率ηm＝0.9），則液壓缸在各工況階段的負載值見表1-1
表1-1液壓缸各運動階段負載表：
運動階段
計算公式
液壓缸負載Ｆ（Ｎ）
液壓缸推力（Ｎ）
啟動
200
223
加速
150
166.7
快進
100
111
灌裝
600
666.7
縮回
100
111
停止
50
55.6
2.運動分析：
根據(jù)條件，快進、快退速度為＝，由于加速時間很短所以可忽落不計。因此設定其行程分別為100mm和300mm。
３確定液壓缸的參數(shù)：
（1）、液壓缸的工作壓力：＝6Mpa
(2)、確定液壓缸尺寸：選用單活塞式液壓缸，并使。采用差動連接，因管路中有壓力損失。工進時，為使運動平穩(wěn)，在液壓缸回油路上要加背壓閥，背壓法一般為(5-15)*pa,選取背壓閥＝10*pa。
由表1－1可知，最大負載為工進階段的負載＝666.7N ，根據(jù)，可求出液壓缸大腔面積為＝1.21*
工況
計算公式
負載(N)
液壓缸
N（kw）
開啟
啟動
N=Q*
223
=0
=5
22.3
____
__
16.67
___
__
加速
166.7
頂起
111
11.1
0.01*
0.95
灌裝
666.7
33.3
0.004*
1.58
縮回
啟動
223
22.3
___
___
加速
166.7
16.7
___
___
縮回
111
11.1
0.01*
1.49
停止
0
0
0
0
0
12.4mm
根據(jù)ＧＢ2348-80 圓整成就近的標準值，得16mm,液壓缸活塞直徑d=D/=11.39mm,圓整后取d=12mm,于是液壓缸有效面積為：
＝*=2
=
按最低工進速度驗算液壓缸尺寸，查產品樣本，調速閥最小穩(wěn)定流量，因工進速度v=0.02m/s為最小速度，則由≥，=﹥0.04，滿足最低速度要求。
4.計算液壓缸各工作階段的工作壓力、流量、和功率：
在計算工進時背壓按代人，快退時背壓按 代入計算。
5.液壓缸壁厚和外徑的計算
我們這里采用無縫鋼管材料，其壁厚按薄壁圓筒公式計算：R>=P3/(2D[Q])
式中 R——液壓缸壁厚（mm）
D——液壓缸內徑（mm）
P3——試驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25到1.5）倍，這里取1.3倍
[Q]——缸筒材料的許用應力。其值為：無縫鋼管：[Q]=100到110Mpa。這里取[Q]=100Mpa
于是得 R>=0.834
又由于薄壁液壓缸的內徑D與其厚度r的比值D/d>=10
綜上所述 0.854<=R<=2(這里取R=2mm)
6.液壓缸工作行程的確定
由題意得液壓缸的工作行程為300mm
7．缸蓋厚度的確定
其有效厚度t按強度要求用以下公式近似計算
式中 t——缸蓋有效厚度（mm）
D2——缸蓋止口內徑（mm）
d——缸蓋口的直徑（mm）
8.最小導向長度的確定
對于一般液壓缸，最小導向長度H應滿足以下要求 H>=L/20+D/2
式中 L——液壓缸的最大行程
D——液壓缸的內徑
于是得 H>=20mm(這里取H=34.5mm)
活塞寬度B一般取B=(0.6到1.0)D;這里取B=20mm
缸蓋滑動支撐面的長度L1根據(jù)液壓缸內徑D確定：當D<=80mm時，取L1=(0.6到1.0)D,這里取L1=25mm
為保證最小導長H,必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導長H決定，即 C=H-(L+B)/2，取C=14。
4.4選擇液壓元件：
取液壓系統(tǒng)的泄漏系數(shù)k=1.1,則液壓泵的最大流量≥k()=1.1*0.2=0.22,根據(jù)擬訂的液壓系統(tǒng)是回油路節(jié)油路節(jié)流調速，進油路損失pa,故液壓泵工作壓力為： =（22+5）*=27pa。
泵額定壓力為10Mpa,轉速為600-2000r/min，該泵額定流量為0.2*,由工況分析知，最大功率在快退階段，如果取液壓缸的效率為0 .75，驅動液壓泵最大輸入功率為：==944w查電工手冊選取1200w的電動機。
根據(jù)系統(tǒng)最大工作壓力的通過元件的最大流量，選用各類閥的規(guī)格，見表1-7。
表1-7 選用各類閥的規(guī)格
序號
控制元件名稱
型號規(guī)格
技術數(shù)據(jù)（pa）
Q=()
實際流量Q（）
額定流量時壓力損失
1
?溢流閥
YF3-10B
=100
Q=0.317*
0.1*
卸荷壓力1-1.5
2
三位四通閥電磁換向閥
34D-25B
P=100
Q=0.317*
0.1*
2
3
順序閥
Q1-25B
P=100
Q=0.317*
0.1*
4
單向閥
1-25B
P=100
Q=0.317*
0.1*
1.5
3輔助元件選用說明：
濾油器：液壓泵吸油口需裝粗濾器，選用XU-16x100J線隙式100um進口濾油流量Q=16L/min。
4.5液壓系統(tǒng)性能驗算：
（1）、回路中壓力損失：
上面已確定管路直徑d=5mm,長度在管道布置圖前暫按進油管、回油管均為L=2m估算。油液運動粘度取v=1.5x,以下為驗算工進和快退時的壓力損失。
（2）、確定液壓泵工作壓力：
工進時，負載壓力：==526=
液壓泵工作壓力：P≥+ =(61+5.49)*=
快退時，負載壓力：===
液壓泵工作壓力：P≥+(10.9+6.98)*=
（3）、液壓系統(tǒng)的效率：
由于在整個工作循環(huán)中，工進占用時間最長，因此，系統(tǒng)的效率可以用工進時的情況來計算。工進速度為0.02m/s,則液壓缸的輸出功率為：
=Fv=6667*0.02=13,33W
液壓缸輸出功率：=PQ=67*0.1*=670W
工進時液壓回路效率：=0.04
液壓系統(tǒng)效率：，取液壓泵效率=0.75,液壓缸效率=0.88,
液壓缸效率于是0.75*0.88*0.04=0.03
(4)、液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升驗算：
液壓泵輸入功率：===893*(1-0.03)=893W
液壓缸有效功率：=15.4W
系統(tǒng)總發(fā)熱功率：=(1-)=893*(1-0.03)=844W
油箱散熱面積：A===1.15
油液溫升，取=15，則=48℃
顯然溫升=超過允許值，應改善冷卻條件，如采用風扇冷，值可取20，同時增大油箱散熱面積，V=7*12(L)=84*,于是：
A=1.5
=28℃
故沒有超過允許溫升25-30℃的范圍。
結 論
隨著人們物質生活的不斷豐富食品加工行業(yè)已經是現(xiàn)有的重大產業(yè)之一，近幾年被曝光的食品衛(wèi)生以及食品安全方面的問題逐漸增對，人們在追求食品質量同時促進著整個食品行業(yè)的發(fā)展，食品加工業(yè)已逐步實現(xiàn)工業(yè)化，隨著工業(yè)化裝備的不斷發(fā)展，以機械加工形式替代傳統(tǒng)的人工加工生產逐步成為食品生產的主要形式。飲料的加工生產是食品加工行業(yè)的重要組成部分之一，飲料的種類，以及包裝形式呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展形式，但利用瓶子灌裝是眾多包裝形式之一，因此對其灌裝設備，尤其是供瓶設備的設計研究對整個飲料灌裝，乃至食品加工行業(yè)都有著重大意義，機械灌裝設備可以極大的較少人工的影響，減少勞動量的同時，便于實施無菌生產，對食品衛(wèi)生以及食品安提供技術保障。
本文主要對瓶裝飲料灌裝機的供瓶裝置進行設計，通過參考現(xiàn)有的灌裝設備進行分析學習，采用批次灌裝發(fā)，單次多瓶灌裝，提高工作效率保證灌裝的平穩(wěn)性。本設計利用傳送帶將灌裝瓶輸送到指定單元，然后由送瓶機構將瓶子送到灌裝工位，之后進行灌裝，灌裝完畢后供瓶機構將瓶子收回在傳送帶上，灌裝完的飲料隨著傳送帶進入下一個工位進行加工。本次設計也是對自己所學機械相關知識的回顧，能夠很好的提升自己的設計能力，為以后的工作學習打下良好的知識基礎。
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致 謝
本論文是在導師xxx老師的悉心指導下完成的。感謝老師對我的辛勤培育。從論文的立題到設計以及論文的撰寫整個過程無不浸透著老師的心血。x老師對本論文從選題、構思、資料收集到最后定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心的指引和教導！他廣博的學識，嚴肅的科學態(tài)度，嚴謹?shù)闹螌W精神，靈活的思維方式，耐心細致的言傳身教深深感染激勵著我，將使我終身受益！老師不但在學習上給予我耐心細致的指導，在生活中也給了我莫大的關懷，這份師恩我將終身難忘。
此外，我的論文也受到了其他很多老師的很多幫助，在此對他們表示深深的感謝。
最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位老師表示感謝！
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