畢業(yè)設計（論文）-直線型低粘度液體灌裝機設計

I摘要全套圖紙加V信153893706或扣3346389411主要介紹了一種為液體飲料生產企業(yè)設計的自動灌裝生產線。分析了定量常壓式灌裝設備的國內外現狀，探討了產品的市場開發(fā)背景，對設備的基本原理、結構設計以及各個子系統(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介紹，論述了設備開發(fā)過程中采用的一些關鍵技術：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；傳感器的應用更是提高了設備的可靠性；抗干擾設計和一體化的設計簡化了系統(tǒng)結構，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)的選擇與設計的基本思想和開發(fā)思路；其次，對設備進行了準確度等級的檢測實驗和產品實例分析；最后，對系統(tǒng)的各個組成機構進行了整體一致性的分析和控制。設備具有精度高、速度快、穩(wěn)定可靠、操作簡單等優(yōu)點?？蓮V泛應用于飲料、藥劑等低粘度液體的灌裝，具有較高的應用價值和良好的市場前景。關鍵詞：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國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況 21.2.1國外飲料灌裝機的發(fā)展情況 21.2.2國內飲料灌裝機的發(fā)展情況 2第2章灌裝機械的總體結構設計 42.1方案的提出 42.2方案的擬定 42.2.1灌裝機類型的選擇 42.2.2灌裝方法的選擇 5第3章液料供送系統(tǒng)的設計 63.1輸送管路的設計 63.2灌裝時間的計算 7第4章傳動系統(tǒng)的總體設計 94.1板式輸送機的設計計算 94.1.1參數的選擇和確定 94.1.2牽引力的計算 94.1.3輸送機鏈輪的設計 114.2電動機的選擇 124.3傳動系統(tǒng)的運動和動力參數計 134.4減速器的傳動零件的設計計算 134.4.1選定齒輪類型及材料 134.4.2按齒面接觸疲勞強度設計 144.4.3按齒根彎曲疲勞強度校核 164.4.4幾何尺寸計算 174.5軸的結構設計 174.5.1高速軸的設計及聯軸器的選取 174.5.2低速軸的設計及聯軸器的選取 194.6軸的強度校核 204.6.1高速軸的強度校核 204.6.2低速軸的強度校核 254.7滾動軸承的強度校核 294.7.1高速軸滾動軸承的強度校核 294.7.2低速軸滾動軸承的強度校核 29第5章控制系統(tǒng)的設計和選用 305.1電器元件的選擇 305.2電氣控制線路的設計 31結論 34致謝 35參考文獻 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裝生產線，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[1]，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[2]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。1.1.2課題研究的目的和意義隨著現代科學技術的發(fā)展，人民生活水平的提高，人們的消費習慣也隨之相應的變化，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；農藥乳劑、化工產品的各種瓶裝、化妝品等，要滿足日益增長的液體產品的需要，就應大力發(fā)展液體產品的灌裝機械。1.2國內外飲料灌裝機械的發(fā)展概況1.2.1國外飲料灌裝機的發(fā)展情況在飲料灌裝機械設備方面，美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高。這些設備呈現出新的發(fā)展動向：①多功能同一臺設備，可進行茶飲料、咖啡飲料和果汁飲料等多種飲料的熱灌裝；均可進行玻璃瓶與聚酯瓶的灌裝。②高速度、高產量：碳酸飲料灌裝機的灌裝速度最高達2000罐/分，德國H&K公司、SEN公司、KRONES公司，其灌裝機的灌裝閥分別達到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料灌裝機的灌裝閥50~100頭，灌裝速度最高達1500罐/分。③技術含量高、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[4]、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術產品不斷涌現。④整套供應能力強：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，現實生產力與理論科技相結合。1.2.2國內飲料灌裝機的發(fā)展情況我國飲料灌裝設備基本是在引進設備和技術的基礎上發(fā)展起來的，經過引進和消化吸收，我國飲料灌裝水平已有很大提高，特別是150瓶（罐）/分以上生產能力的灌裝生產線基本可以成套供應，目前南京輕工機械廠、合肥輕工機械廠和廣東輕工機械廠已能提供生產能力高達600瓶/分的玻璃瓶和600罐/分的易拉罐飲料或啤酒灌裝生產線，主要設備包括灌裝機[5]、封罐機（壓蓋機、旋蓋機）、紙箱包裝機和殺菌機。灌裝能力如下：灌裝機/封罐機頭數：18/4、30/6、40/6、60/8；灌裝速度[6]：罐(瓶)/分：150、300、500、600。聚酯瓶灌裝生產線基本與玻璃瓶灌裝機[7]通用，經過調整后，可以一機兩用，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線和易拉罐灌裝生產線，生產能力40~200瓶（罐）/分[9]第2章灌裝機械的總體結構設計2.1方案的提出本設計由灌裝水廠提出，設計要求:對現有的直線型液體灌裝機做一些技術上的改進,使直線型灌裝生產線性能有大的提高.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/次設計要求：結構簡單，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灌裝機類型的選擇按灌裝瓶的主要運動形式可將灌裝機分成：旋轉型灌裝機、直線型灌裝機等。1.旋轉型灌裝機待罐瓶由傳送系統(tǒng)（一般經洗瓶機由輸送帶輸入或人工送入灌裝機進瓶機構），瓶子由灌裝機轉盤帶動繞主軸旋轉運動進行連續(xù)灌裝，轉動近一周時瓶子以灌滿，然后由轉盤送入壓蓋機進行壓蓋。這種灌裝機在食品飲料行業(yè)應用最廣泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌裝，此機主要由供料系統(tǒng)、供瓶系統(tǒng)、灌裝閥、大轉盤、傳動系統(tǒng)、機體、自控等部分所組成，其中灌裝閥是保證灌裝機能否正常工作的關鍵。2.直線型灌裝機灌裝瓶沿著平直的直線運動，進行成排灌裝。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，閥門打開進行灌裝，間歇進行操作。這種灌裝機相對旋轉灌裝機來講，結構比較簡單，制造方便，但占地面積比較大，而且間歇運動，生產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：根據原始數據及灌裝要求，選擇直線型灌裝機比較合理。2.2.2灌裝方法的選擇各種液體產品的物理性質和化學性質均不相同，在灌裝過程中，為了使產品的特性保持不變，必須采用不同的灌裝方法。一般灌裝機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，液料依靠自重流進包裝容器內。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相等的氣壓，然后再依靠被灌裝液料的自重流進包裝容器內。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品質量和定量精度。3.壓力法利用機械壓力或氣壓，將被灌物料擠入包裝容器內，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充氣等壓的瓶內，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，采用常壓法進行灌裝。第3章液料供送系統(tǒng)的設計3.1輸送管路的設計從儲液槽到灌裝機儲液箱的輸液管路一般均用圓管。設計時，首先要合理選擇它的內徑和壁厚。1.圓管內徑、圓管的截面積A=u=故得：d=式中A——圓管截面積，m2；d——輸液管的內徑，m；u——液料在管內的流速，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——管內質量流量，kg/sQUOTEkg/s；ρ——液料密度，kg/m3QUOTEkg/m3；GbQUOTEGb——每瓶灌裝液料的質量，kg/pcQUOTEkg/pc；QmaxQUOTEQmax——灌裝機最大生產能力，pcs/hQUOTEpcs/h；將數據代入公式（3-1）中即：V=流速u可根據文獻[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備投資費用都相應減少，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他的面耐壓和耐腐蝕等條件，按標準選用取b=5mm。QUOTEb=5（mm）3.2灌裝時間的計算根據定量方法和灌裝閥管口伸至瓶內位置的不同對灌裝時間影響也不同。設定量杯的橫截面積為定值A0QUOTEA0，當內存液料距離管口的高度為Z時，其瞬時流量：q=將上式轉換為：dt=則定量杯所存的液料全部注入瓶內所需的灌裝時間：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；將相關數據代入公式（4-2）中得：t=×根據設計要求可知，灌裝時間滿足使用要求。第4章傳動系統(tǒng)的總體設計4.1板式輸送機的設計計算4.1.1參數的選擇和確定1.底板寬度的確定對于有擋邊的板式輸送機：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[18]表13-2選取擋邊高度為100mm3.運行速度由文獻[18]表13-3選取板式輸送機運行速度v=0.16m/sQUOTEv=0.16m/s4.1.2牽引力的計算1.輸送機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量，kg/mQUOTEkg/mqMQUOTEqM——底板上單位長度物料的質量，kg/mBQUOTEB——底板寬度，mQUOTEmAQUOTEA——底板重量系數，由文獻[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最小張力值可依據經驗計算：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——電動機功率，kWK1QUOTEK1——功率備用系數，一般取K1=1.1~1.2QUOTEK1=1.1~1.2ηQUOTEη——驅動裝置的傳動效率，η=0.82QUOTEη=0.82則：F=4.1.3輸送機鏈輪的設計根據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。1.選擇鏈輪齒數取從鏈輪齒數z1=21，大鏈輪的齒數為z2=iz1=700/902.確定計算功率由文獻[20]表9-7查得KA=1.0，由文獻[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Pca=3.72kW，n1=700r/min，查文獻[20]圖9-11，可選05B，其主要參數如表4-2所示表4-2鏈的規(guī)格和主要參數ISO鏈號節(jié)距p滾子直徑d內鏈節(jié)內寬b銷軸直徑d內鏈板高度h排距p抗拉載荷mmkN05B8532.317.115.644.44.計算鏈節(jié)數和中心距初選中心距a0=(30~50)p=(30~50)×8=240×400mm，取a0=300mm，相應鏈長節(jié)數為：L取鏈長節(jié)數Lp=142節(jié)。查文獻[20]表9-8得到中心距計算系數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[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：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hah(5)最大軸凸緣直徑dd4.2電動機的選擇設計一級直齒圓柱齒輪減速器，根據輸送機的牽引力F=14kN，運行速度v=0.16m/s，初步計算出輸送機所需的功率P=14×0.16=2.24kW，，選用型號為Y100L-2的三相異步電動機，其額定轉速n=2880r/min，額定功率PW=3kW，最大轉矩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)的運動和動力參數計傳動系統(tǒng)各軸的轉速、功率和轉矩的計算傳動比：i=Ⅰ軸（減速器高速軸）nP式中ηcQUOTEηc——聯軸器傳遞效率，查文獻[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將上述計算結果匯總見表4-1：4.4減速器的傳動零件的設計計算4.4.1選定齒輪類型及材料1.輸送機為一般工作機器，速度不高，故選用8級精度。2.材料選擇：由文獻[20]表10-1選擇小齒輪材料40Cr（調質）硬度為280HBS，大齒輪材料45鋼（調質）硬度為240HBS，兩者硬度差為40HBS。3.初選小齒輪齒數z1=17QUOTEz1=17，大齒輪齒數z2=i·z1=4.11×17=69.87，圓整后取z2=70。4.4.2按齒面接觸疲勞強度設計由設計計算公式計算即：d1t≥2.32×3K確定公式內的各計算數值(1)試選載荷系數Kt=1.3。(2)計算小齒輪傳遞的轉矩。T(3)由文獻[20]表10-7選取齒寬系數，兩支承相對小齒輪做不對稱布置取Фd=1。(4)由文獻[20]表10-6查得材料的彈性影響系數ZE=189.8MPa1/2(5)由文獻[20]圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa；大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa。(6)計算應力循環(huán)次數。NN(7)由文獻[20]圖10-19取接觸疲勞壽命系數KHN1=0.90；KHN2=0.86。(8)計算接觸疲勞許用應力。取失效概率為1％QUOTE1%安全系數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:m齒高:h=2.25b(5)計算載荷系數。根據v=4.79m/s，8級精度，由文獻[20]圖10-8查得動載荷系數Kv=1.19；直齒輪KHα=KHβ=1；由文獻[20]表10-2查得使用系數KA=1；由文獻[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[20]圖10-13得KFβ=1.47；故載荷系數K=(6)按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑d：d(7)計算模數mQUOTEm。m=4.4.3按齒根彎曲疲勞強度校核由彎曲疲勞強度的設計公式m1．確定公式內的各計算數值(1)由文獻[20]圖10-20C查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE1=500MPa，大齒輪的彎曲疲勞強度極限σFE2=380MPa(2)由文獻[20]圖10-18取彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.8，KFN2=0.85(3)計算彎曲疲勞許用應力取彎曲疲勞安全系數S=1.4則:[[(4)計算載荷系數KK=(5)查取齒形系數由文獻[20]表10-5查得YFα1=2.97，YFα2=2.24(6)查取應力校正系數由文獻[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值較大。2．計算m對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關，可取由彎曲疲勞強度算的得的模數1.26，就近圓整為標準值m=1.5mm，接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d1=34.67mm，算出小齒輪齒數z大齒輪齒數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軸的結構設計4.5.1高速軸的設計及聯軸器的選取1．初選軸的材料為45鋼，經調質處理，由文獻[17]表26.3-2取A=115則d2．初步選定聯軸器和計算轉矩T由文獻[20]表14-1，取KA=1.3T查文獻[19]附表F-4，選取型號為YL2的凸緣聯軸器，其公稱轉矩TN=16N·m，軸孔直徑d1=12mm，半聯軸器長度L=32mm，半聯軸器與軸配合的轂孔長度L1=20mm由文獻[19]表15-2知當d1=12mm時d取d2=18mm3．軸承的選擇由文獻[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．鍵的選擇聯軸器外鍵的選取由文獻[20]表6-1，d=12mm，取b×h=4×4；L=16mm減速器高速軸的結構見圖4-1所示：圖4-1減速器高速軸的結構圖4.5.2低速軸的設計及聯軸器的選取1.初選軸的材料為45鋼，經調質處理，由文獻[17]表26.3-2取A=115則:d2.初步選定聯軸器和計算轉矩T由文獻[20]表14-1，取KA=1.3則：T查文獻[19]表13-4，選取型號為YL5凸緣聯軸器，其額定轉矩TN=63N·m，軸孔直徑d1=22mm，半聯軸器長度L=52mm，半聯軸器與軸配合的轂孔長度L1=38mm由文獻[19]表15-2知當d1=22mm時d取d2=26mm3.軸承的選擇由文獻[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)聯軸器外鍵的選取由文獻[20]表6-1d=20mm，取；b×h=6×6；L=32mm(2)齒輪外鍵的選取由文獻[20]表6-1d=34mm，取；b×h=10×8；L=34mm減速器高速軸的結構見圖4-2圖4-2減速器低速軸的結構圖4.6軸的強度校核4.6.1高速軸的強度校核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的受力簡圖如圖4-4所示圖4-4軸在水平面內的受力簡圖軸在水平面內的彎矩圖如圖4-5所示圖4-5軸在水平面內的彎矩圖其中：RRMM求垂直面內的支承反力，作垂直面內的彎矩圖軸在垂直面內的受力簡圖如圖4-6所示圖4-6軸在垂直面內的受力簡圖RRMMM軸在垂直面內的彎矩圖如圖4-7所示圖4-7軸在垂直面內的彎矩圖求支承反力，作軸的合成彎矩圖、轉矩圖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矩圖如圖4-9所示圖4-9軸的轉矩圖2.軸的強度校核計算d式中[σ]——軸材料的許用彎曲應力，查文獻[17]取[σ]=58.7MPaαQUOTEα——將轉矩折合成當量彎矩的折算系數，α=0.6則：d由于d=36mm>14.41mm，故符合強度要求。4.6.2低速軸的強度校核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的受力簡圖如圖4-11所示圖4-11軸在水平面內的受力簡圖其中：RRMM軸在水平面內的彎矩圖如圖4-12所示圖4-12軸在水平面內的彎矩圖(3)求垂直面內的支承反力，作垂直面內的彎矩圖軸在垂直面內的受力簡圖如圖4-13所示圖4-13軸在垂直面內的受力簡圖RRMM軸在垂直面內的彎矩圖如圖4-14所示圖4-14軸在垂直面內的彎矩圖(4)求支承反力，作軸的合成彎矩圖、轉矩圖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矩圖如圖4-16所示圖4-16軸的彎矩圖2.軸的強度校核計算d由于d=34mm>16.57mm，故符合強度要求。4.7滾動軸承的強度校核4.7.1高速軸滾動軸承的強度校核軸承型號為6404深溝球滾子軸承，軸承預期壽命取Lh=24000h，n=9500r/min，由Fa=582.3N，Fr=199.16N，基本額定靜載荷C0r=15.2kN，Cr=31kN，則：F由文獻[19]附表E-2，取e=0.26，Y=1.71則：F故徑向當量動載荷：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度校核軸承型號為6406深溝球滾子軸承，軸承預期壽命取Lh=24000h，n=8000r/min，由Fa=202.91N，Fr=190.67N，基本額定靜載荷C0r=24.5kN，Cr=47.5kN，則：F由文獻[19]附表E-2，取e=0.19，Y=2.30則：F故徑向當量動載荷：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。根據所需的觸點數選擇型號為LA2的按鈕1個。2.熔斷器熔斷器是一種簡單而有效的保護電器，在電路中主要起短路保護的作用。對于沒有沖擊電流的負載，應使熔體的額定電流IR等于或稍大于電動機額定電流Ied，即：II根據熔體電流選擇用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的過載保護。熱繼電器元件的額定電流IRT應接近或略大于電動機的額定電流Ied，即II根據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，它的電流調節(jié)范圍為4.5~7.2A，可將電流調整到6.72A。4.接觸器接觸器用于帶有負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一般根據電動機容量Pd計算，即：I式中K——經驗常數，一般取1~1.4；Pd——電動機功率，kW；I根據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的間接先導式電磁閥，其公稱通徑為32mm，公稱壓力1.6MPa，工作介質為粘度低于20CST的液體。工作原理：間接先導式電磁閥由先導閥和主閥芯聯系著形成通道組合而成，常閉型在未通電時呈關閉狀態(tài)，當線圈得電時，產生磁力使動鐵芯和靜鐵芯吸合，導閥口打開，液體流向出口，此時主閥芯上腔壓力減少，低于進口側的壓力，形成開啟主閥口的目的，介質流通；當線圈斷電時，磁力消失，動鐵芯在彈簧力作用下復位，關閉先導口，此時介質從平衡孔流入，主閥芯上腔壓力增大，并在彈簧力的作用下向下運動，關閉主閥口。5.2電氣控制線路的設計1.主回路設計根據電氣傳動的要求，由接觸器KM1控制電動機M，三相電源由電源引入開關Q引入。電動機M的過載保護，由熱繼電器FR實現，它的短路保護可由熔斷器FU充任。2.控制電路的設計考慮到操作方便，電動機可在操作板上分別設置啟動和停止按鈕SB1、SB2進行操作。接觸器KM3與控制按鈕組成自鎖的起?？刂凭€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，電動機線圈KM1通電，觸點KM1閉合，電動機轉動，通過減速器帶動鏈輪轉動，從而使輸送機運輸。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到灌裝閥口中心處所需的時間，設置為6.7s），電動機停轉。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的時間，設置為6s）。繼電器線圈KM2失電，閉合的KM2觸點瞬時斷開，通電延時繼電器KT1失電，常開觸點KT1瞬時斷開，電磁閥線圈YA失電，電磁閥主閥芯閉合，灌裝結束。繼電器線圈KM2失電，閉合的KM2觸點瞬時斷開，通電延時繼電器KT1失電，常閉觸點KT1瞬時閉合，電動機線圈KM1通電，觸點KM1閉合，電動機轉動，輸送機輸送灌裝后的灌裝瓶到下一工位。4.誤差分析灌裝的每一組為八個瓶子，瓶與瓶間隔距離50mm，組與組間隔距離240mm，每組的第一個灌裝瓶到對應的灌裝閥口所運行的距離為：L由于輸送機的運行速度QUOTEv=0.16m/sv=0.16m/s,所以所需的時間為：t=因為延時繼電器的延時整定范圍是0.4~QUOTE~60，所以設置延時時間為6.7s，則QUOTEt‘=6.7-6.6875=0.0125st’=6.7-6.6875=0.0125s，L’=0.0125×0.16=2mm設計的灌裝管口直徑為20mm，而灌裝瓶的瓶口直徑為30mm，由于L’<5mm,所以能夠確保灌裝