【正文】 新式灌裝機的設計與工程分析 19 表 31中列出了軸的常用材料及其主要力學性能 [7]。 各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等） 以及表面強化處理（噴丸、滾壓等），對提高軸的抗疲勞強度都有顯著的效果。 必 須指出：在一般工作溫度下（低于 200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強度和耐磨性，而不是軸的彎曲和扭轉強度。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接就用圓鋼。對高速運轉的軸，還應進行振動穩(wěn)定性計算，以防止發(fā)生共振而破壞。這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或者塑性變形。 軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和振動穩(wěn)定性等方面的計算。軸的結構設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件的裝配的困難等。 計算壓軸力 pF ? ? ? ? N2 8 3N21 6 5s i i nFz2F 1m i nom i np ??????? ? 帶輪的結構設計圖 ： 圖 小帶輪的工程圖 無錫太湖學院學士學位論文 18 圖 大帶輪的工程圖 中心軸的設計 軸的設計和其他零件的設計相似，包括結構設計和工作能力計算這兩個方面的內容。 78 12 rca ??? 取帶的根數(shù) 為 4跟。 mm2 8 0mm2 9 3 99 0 03 0 02 LLaa 0dd0 ??????? ???? （ ） 中心距的變化范圍為 ~307mm 驗算小帶輪上的包角 1? ?????????? 90165280 1d2d1 ）（）（ ?? 計算帶的根數(shù) 新式灌裝機的設計與工程分析 17 1）、 計算單根的 V帶的額定功率 rP 由 mm71d 1d ? 、 r/min1400n1 ? ，查《機械設計》第八版表 84a得 ? ；根據(jù) r/min1400n1 ? ， i=2和 Z型帶，查表《機械設計》 第八版 84b的 ?? 。 2）、由式 ? ?02122100d 4 )(22L adddda dddd ????? ? （ ） ? ? ? ? 3004 7114214271230022 ?????????????? ? 由《機械設計》第八版表 82選帶的基準長度 mm900Ld ? 。 s/ 0 0 060 1 4 0 0711 0 0 060 ndv 11d ?? ????? ?? 因為 5m/sv30m/s，故帶速適合。 確定帶輪的基準直徑 d 并驗算帶速 v 1）、初選小帶輪的直徑 1d 。 在本設計中：已知，該電動機的額定功率 P=，轉速為 ?1n 1400r/min，電動機傳動到減速器上的傳動比 i=2，估計一天運轉時間 1016個小時，根據(jù)這些條件，設計計算出 無錫太湖學院學士學位論文 16 適合的大小帶輪。常見的方法有：定期張緊裝置、自動張緊裝置、采用張緊輪的張緊裝置等。 但是 V帶運轉一定時間以后，會因為帶的塑性變性和磨損而松弛。當主動帶輪轉動時，利用帶輪和傳動帶輪間的摩擦或嚙合作用，將運動和動力通過傳動帶傳遞給從動帶輪。 帶傳動的設計 帶傳動是一種撓性傳動。首先設錐齒輪主軸上大帶輪與減速器上小帶輪的傳動比 5i? ，電動機的小帶輪與減速器上大帶輪的傳動比 2i? ，則減速器上輸入的轉速為 700r/min，輸出的轉速為 35r/min，根據(jù)以上條件，選擇 CW型減速器，減速器的型號為 CW6320IF JB/T79351999，該型號的減速器的額定輸入轉速為 750r/min，額定輸入功率為 ，額定輸入轉矩為 252Nm。 減速器的種類很多，按照傳動類型可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星減速器以及它們相互組合起來的減速器；按照傳動的級數(shù)可分為單級和多級減速器；按照齒輪形狀可分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器以及圓錐 圓柱齒輪減速器；按照傳動的布置形式又可分為展開式、分流式和同軸式減速器 [8]。 減速器的選擇 減速器是原動機與工作機之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉速和增大轉矩，以滿足工作需要。 通過計算可知，中心軸下面安裝的推力球軸承在工作時，所受的摩擦力大約為 40N，所以灌裝機主軸的啟動轉矩不大，根據(jù)《機械設計手冊（新）》上電動機選擇時應綜合考慮的問題和考慮到運行可靠性、設備的供貨情況、備品備件的通用性、安裝檢修的難易，以及產品的價格、建設費用、運行和維修費用、生產過程中前后期電動機功率變化關系等各種因素，選擇電動機為 Y2型系列電動機。 通常多選用同步轉速為 1500r/min和 1000r/min的電動機，如無特殊需要，不選用同步轉新式灌裝機的設計與工程分析 15 速低于 750r/min的電動機。低轉速電動機的極數(shù)多，外廓尺寸及重量都較大，但可使傳動裝置總傳動以及尺寸較小；高轉速電動機則相反。 容量相同的同類型電動機，可以有不同的轉速。 mm； wn —— 工作機的轉速， r/min； wn —— 工作機的效率。電動機工作時需要的功率按下式計算： a?w0 ??? () 式中 wP —— 工作機所需的功率， KW ??—— 從電動機到灌裝機間各運動副的總機械效率（以下簡稱效率）。還應查出電動機類型和額定功率、相應的轉速和安裝尺寸。 （ 1）功率的確定： 電動機的功率選得是否合適，對其工作和經濟性都有影響；如采用額定功率小于工作要求的功率，就不能保證工作機的正常工作，甚至日電動機長期過載而過早損壞 ；如果電動機的額度功率大于所要求的功率，則電動機價格高，容量也未得到充分利用，以致造成成本高，而且浪費 [7]。電動機結構有開啟式、防護式、封閉式和防暴式。 無錫太湖學院學士學位論文 14 3 灌裝機傳動部分的設計計算 電 動機的選擇 在日常生產過程中，電動機一般都是采用三相交流異步電動機，其常用電動機的標準見《機械設計手冊（新版）》的第 5卷第 35篇：電動機與位移測量技術。 這種密封形式運動磨損后容易產生泄漏 ，假若預緊力過大 ， 又要增加運動過程中的摩擦阻力 ， 相應的也就增加了磨損的速度 ， 泄漏后只得更換密封材料 。 這種密封形式容易保證防漏 ， 只需改變壓緊力就能改變密封力以及磨損后的重新密封 ， 故使用壽命較長 ， 安全可靠 。因此在閥門開閉處的接觸面 ， 可動部分相對于不動部分的運動面 ， 以及安裝于貯液箱上的接合面和壓緊于瓶口上的接觸面等都有一個選擇何種密封防漏的結構問題 。于是，完成了整個灌裝過程。 灌裝閥的灌裝原理 灌裝閥是灌裝生產線上的核心部件，它是完成完成灌裝工藝要求必要部件，其功能在于根據(jù)灌裝工藝要求 ， 以最快的速度溝通或切斷貯液箱、氣室和灌裝容器之間流體流動的通道 ， 保證灌裝工藝過程的順利進行。另外，在灌裝液 體前，顯示器清零，容器重量有測定偏差，則重新定值，對灌裝量毫無影響。在瓶托帶動瓶子下降脫離灌裝嘴 3時，進行下一個工作循環(huán)，如圖（ c）。然后三向閥回轉換向，切斷進液流路 7，同時打開充填流路 2，活塞桿 4上行，將活塞缸內液料推入瓶內，進行灌裝工作，如圖（ b）。 定量泵定量法工作原理如圖 。此法不透用于灌裝含氣液體，因為定量杯在貯液箱內上下運動，使氣體產生氣泡，從而影響灌裝定量精度。當定量杯內液料下降至調節(jié)管 2的上口端面時，整個灌裝過程結束。隨后，灌裝瓶隨著導軌上升，它的 瓶嘴將灌裝頭 進液管 6和定量杯 1一起抬起，使定量杯上口超出貯液箱 14的液面。它的工作原理如圖 。它適用于灌裝含氣飲料。只要調節(jié)排氣 管 1伸入瓶內的高度，就可以改變新式灌裝機的設計與工程分析 11 灌裝量。當瓶內液面達到排氣管口時，氣體不再排出，液料繼續(xù)流入瓶內，瓶內氣體被壓縮，根據(jù)連通器的原理，瓶內液料沿排氣管一直上升到與貯液箱 9液面水平，則停止進液。因液料的性質不同， 所選的定量方法和定量機構也不相同。 圖 托瓶升降機構示意圖 灌裝機的灌裝閥 準確的定量灌裝不但 關系著產品的成本， 同時也 關系著 產品在消費者心中的信譽 。凸輪導軌安置在上方出液口，和上方出液口管道固定連接。 如圖 ，其工作原理如下：灌裝閥中的量杯桶由拉桿和滾輪連接，滾輪在升降導軌上，沿著導軌的上下而上下滑動，從而帶動量杯桶上下運動。該機構的工作穩(wěn)定性好，目前得到廣泛的應用 。 無錫太湖學院學士學位論文 10 機械與氣動組合式托瓶機構，工作穩(wěn)定可靠，壓縮空氣在環(huán)管中循環(huán)使用，只需補充漏損量，應用廣泛。但是，瓶子下降時的沖擊力較大，要求氣源壓力穩(wěn)定。若壓力上升較大，則瓶子的上升速度加快，以致不易與進液管對中，并使瓶子受到較強的沖擊力。 氣動式托瓶機構以壓縮空氣作動力源，有良好的吸震緩沖能力，但活塞的運動速度受到氣壓變化的影響。 機械式托瓶機 構是依靠彈簧力使托瓶臺升降，無需密封 。待灌裝過程完成后 上升 復位。 灌裝機的托瓶機構 對于旋轉型灌裝機，通常是借助分件供送螺桿裝置將瓶子按所要求的狀態(tài)、間距、速度逐個而連續(xù)地供送到灌裝機的 回轉臺 上。 在進出瓶拔輪外 也需 要安裝 擋 板 ， 護瓶桿離開傳送中心線的距離要可 調試， 以適應不同規(guī)格的瓶子。 為了保證撥輪與托瓶臺的位置相對應 ， 在輪片上應開有圓槽形孔 ,調好后再安裝在轉軸上。 星形撥瓶輪裝置 如圖 1星形撥瓶輪， 此機構是將瓶的 螺旋 限位器送來的瓶子 ， 準確地送入灌裝 機內 瓶的 回轉臺上 或將 已經 灌滿的瓶子從 回轉臺上 取下 來 送 回 傳送帶 上 。實踐證明 ， 對于中、小型自動灌裝機 (一般為 250瓶 /分以內 )， 只需將螺桿設計呈等螺距段即可 ， 雖然其加速度曲線不連續(xù) ， 有階躍突變 ， 但在加速度值不很大時 ， 仍不致發(fā)生明顯的柔性沖擊。 螺旋限位器 在結構上是一種空間高副機構 ,它的結構形式受供送瓶的大小、形狀等的制約。 由洗瓶機洗出來的空瓶子由輸送帶傳送過來以后，為了防止它們之間相互擠壓或者堵塞以及準確地送入灌裝機的回轉臺上，必須設法使瓶子單個地保持適當?shù)拈g距送進 ，而螺旋限位裝置正是起到這種作用。一般供瓶裝置的關鍵就是瓶的連續(xù)輸送和瓶的定時供給問題。 螺旋限位裝置 如圖 ，部件 2為螺旋限位器。 灌裝機的供瓶裝置 在包裝工業(yè)領域內，現(xiàn)已廣泛應用 的限位裝置的 類型 就是螺旋限位裝置以及星形撥瓶輪 裝置， 它 可按某種工藝要求將 一定 規(guī)則或不規(guī)則的容器、物件以確定的速度、方向和間距 分批逐個地供送到給定的工位。液體由于自身重力作用，由灌裝閥流入灌裝瓶中完成供料操作。灌裝前階段在等壓下進行，灌裝后階段可加快回氣速度，形成與貯液箱的壓差，從而提高灌裝速度，即采用等壓 壓力 (差壓 )法。另外，采用真空法其灌裝閥的結構較簡單，液漏損失小。 供料機構的正確選擇，除考慮液體本身的工藝性能如粘度、重度、含氣性、揮發(fā)性外，還必須考慮產品的工藝要求、灌裝機的機械結構等 綜合因素。對于等壓法、真空法有時還需對貯液箱充氣或抽氣。液體經供料裝置進入液箱，再進入灌裝閥內，灌裝閥經瓶高調節(jié)機構上下升降，從而將液體輸入灌裝瓶內；瓶子由供瓶機 構輸送進灌裝機的托瓶機構上經行灌裝。其型號規(guī)格繁多，但大部分 灌裝機的主體結構主要由供料裝置、灌裝閥、托瓶機構、供瓶裝置和瓶高調節(jié)裝置五部分組成。該方法出現(xiàn)最早，人們最容易接受，原理也比較簡單，但現(xiàn)在很少使用。 此外還有虹吸法，虹吸法灌裝應用虹吸原理使液體料經虹吸管 由儲液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為止。此外，還能限制毒性液體的逸散，并可以避免灌裝有裂紋或缺口的容器，減少浪費，適用于不含氣體，且怕接觸空氣而氧化變質的粘度稍大的液體物料，以及有毒的液體物料。 (4)負壓灌裝 負壓灌裝是先將包裝容器抽氣形成負壓，再將液體物料灌入包裝容器內。等壓灌裝又稱壓力重力 灌裝、氣體壓力灌裝。壓力法可在產品和排氣兩端保持高于大氣壓的壓力，且產品端壓力更高，這樣的系統(tǒng)有利于控制某些飲料保持較高的二氧化碳含量。壓力法灌裝與真空法正好相反，灌裝密封系統(tǒng)處于高 于大氣壓力的狀態(tài)中，將正壓力加于產品上。外界壓力有機械壓力、氣壓、液壓等。如礦泉水、白酒、醬油、牛奶等。由于液體物料性能不同 ,我們常采用以下幾種