等壓灌裝機的傳動系統(tǒng)設計

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傳動系統(tǒng)等壓灌裝機的傳動系統(tǒng)圖如圖所示：調(diào)速電動機1經(jīng)過無極變速器2、蝸輪蝸桿減速器3帶動出瓶星輪轉(zhuǎn)動，通過齒輪5、6、10帶動主軸轉(zhuǎn)動，從而帶動儲液箱9轉(zhuǎn)動；齒輪5、6、10、12帶動進瓶星輪11轉(zhuǎn)動，鏈輪14和錐齒輪15、16帶動分件供送螺桿裝置轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)整機正常運轉(zhuǎn)，傳動路線如下所示：圖2灌裝機傳動系統(tǒng)圖1—電機 2-帶式無極變速器 3-蝸輪蝸桿減速器 4-軸 5、6、10、12-齒輪 7-出瓶星輪 8-主軸 9-儲液箱 11-進瓶星輪 13-供送螺桿 14-鏈輪 15-、16-錐齒輪4.灌裝機的設計及計算4.1 生產(chǎn)能力 灌裝機的生產(chǎn)能力可用下式計算: Q=60nj (1) 式中: Q—生產(chǎn)能力(瓶/小時); j—灌裝機頭數(shù); n—灌裝臺的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)。 本設計的灌裝機的灌裝機頭數(shù)j=60個，生產(chǎn)能力Q=15000-22000瓶/小時 則 n=Q/60j=15000/60*60=4.2r/min由式(1)可見,要提高灌裝機的生產(chǎn)能力就必須增大頭數(shù)a和轉(zhuǎn)速n。如果采用增大灌裝機的頭數(shù)a來提高生產(chǎn)率,那么,灌裝機的旋轉(zhuǎn)臺直徑也要相應增大,這不僅使機器龐大, 而且在轉(zhuǎn)速一定的情況下,還必須考慮離心力的影響,即瓶托上的瓶子在尚末升瓶壓緊灌裝閥之前以及在灌滿液料降瓶離開灌裝閥之后,其繞立軸旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的離心力都必須小于瓶子與瓶托之間的摩擦力,否則瓶子將會被拋出托瓶臺,從而影響正常操作,由此可得灌裝頭中心到立軸中心的距離,必須滿足下列不等式: R≤900gf/ π 2 n 2 (2)公式(2)中: f—瓶與托瓶臺間的摩擦系數(shù)，則R≤900*g*f/3.14*3.14*n*n=900*9.8*12/3.14*3.14*3.6*3.6=828mm 取R=824mm 如果采用增大立軸的轉(zhuǎn)速n來提高生產(chǎn)率,那么,除同樣需要考慮離心力的影響外,主要的還需考慮灌裝時間的影響,當n值提高,但液料灌裝速度沒有提高而與n值不相適應時,瓶子在旋轉(zhuǎn)臺上轉(zhuǎn)動一周的時間內(nèi)并末能灌滿,沒有達到定量要求,生產(chǎn)循環(huán)也因此受到破壞。星型撥輪和螺桿設計1 星型撥輪的原理 此機構是將瓶的限位器送來的瓶子，準確地送入灌裝機中瓶的升降機構或?qū)⒐酀M的瓶子從升降機構取下送入傳送帶的機構。將定量的液體物料(簡稱液料)充填入包裝容器內(nèi)的機器稱為灌裝機械。因為所要灌入的液體具有流動性，所以所用的容器一般為剛性容器，如聚脂瓶、玻璃瓶(或罐)、金屬罐、復合紙盒等。如圖所示，輸送鏈帶、分件供送螺桿、星形撥輪和弧形導板相結(jié)合用于容器的輸入；同時撥輪也用于容器的輸出。2 星型撥輪的設計如圖所示:拔瓶輪中的尺寸h及Rc均由瓶子的高度和直徑來決定, 拔瓶輪一般采用酚醛層壓板等材料,以免與玻璃瓶產(chǎn)生硬性碰撞,拔瓶輪一般由上、下兩片組成,為了保證撥輪與托瓶臺的位置相對應, 在輪片上應開在輪片上應開有弧槽形孔,調(diào)好后再安裝在轉(zhuǎn)軸上。為了使瓶子穩(wěn)定傳送,在傳送圖3 傳送螺桿與星型撥輪組合簡圖1-分件供送螺桿 2-弧形導板 3-星型撥輪 4-容器帶旁邊還需要安裝護瓶桿,在進出瓶拔輪外還要安裝導板,護瓶桿離開傳送中心線的距離要可調(diào),以適應不同規(guī)格的瓶子。 另外,送瓶機構不僅要將瓶子分隔轉(zhuǎn)彎,而且傳遞速度必須與洗瓶機的速度匹配, 否則易出現(xiàn)倒瓶、缺瓶或阻塞現(xiàn)象,為了防止倒瓶時影響正常生產(chǎn),某些灌裝機在分件供送螺桿、拔輪的傳動部分安裝有離合器,一旦出現(xiàn)故障使其自動停轉(zhuǎn),有的還安裝微動開關, 當離合器脫開的同時,壓迫微動開關,使全機停轉(zhuǎn)。設計時尺寸Rc地決定方法；因為Rc與灌裝機主體中地撥瓶輪花盤有關，若撥輪外接圓與灌裝機主體中撥瓶花盤地外接圓相切時Rc等于瓶子半徑；若與灌裝機主體中撥瓶花盤地外接圓相交，則尺寸Rc大于瓶子的半徑。而且撥輪在往灌裝機大轉(zhuǎn)盤撥瓶子的時候，為了能使瓶子均勻穩(wěn)定地輸送到大轉(zhuǎn)盤而不被撥回來，尺寸Rc也應大于瓶子的半徑。由已知給定的參數(shù)瓶子半徑R＝40mm，則可確定尺寸Rc＝R+(2 ~3)mm，即Rc＝42mm。圖4撥瓶輪裝配圖結(jié)構圖1- 撥輪 2—撥輪盤 3—撥輪軸 4—傳動齒輪圖5撥瓶輪結(jié)構示意圖 圖6撥輪截面圖本設計中采用的6個齒數(shù)的星型撥輪，本設計瓶的規(guī)格是: 容量 640ml 直徑 D=80mm 瓶高 H =290mm 瓶口內(nèi)徑 r=16mm 外徑 r 1=26mm 所以h=85mm Rc=42mm若已知螺桿的轉(zhuǎn)速n,星型撥輪的齒數(shù)Z b及節(jié)距C b,則撥輪的轉(zhuǎn)速 nb=n螺 /Zb (3) 星型撥輪的齒數(shù) Zb=6 個 50×n=6×n b 則 nb=50×n/6=35r/min 由公式(3)可得: n 螺 =nb×Zb=35×6=210r/min撥輪的節(jié)圓直徑 D b=Cb×Zb/3.14=162.21×6/3.14=308mm 4.3 撥瓶輪的主軸設計計算4.3.1 軸材料的確定根據(jù)其受力情況和傳動精度等要求進行。軸的失效形式一般有斷裂、磨損、超過允許的變形及磨損等。因此軸的設計應滿足下列條件：a.足夠的強度； b足夠的剛度；c.不產(chǎn)生危險的振動；d.結(jié)構和選材合理。撥瓶輪主軸在傳動齒輪帶動下轉(zhuǎn)動，速度根據(jù)灌裝機生產(chǎn)效率不同而變，并且裝有滑動軸承，所以可選用合金鋼和碳鋼。45 調(diào)質(zhì)鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強度，因此采用碳剛制造軸。其中最常用的為 45 鋼。4.3.2 軸的結(jié)構設計軸的結(jié)構設計包括定出軸的合理外形，和全部結(jié)構尺寸。 軸的結(jié)構設計主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及軸連接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構的因素較多，且其結(jié)構性時又要隨著具體情況的不同而異，所以，軸沒有標準的結(jié)構形式。設計中，必須針對不同情況進行具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構都應滿足：軸和裝在軸上的零件要有準確的工作位置；軸上的零件應便于裝拆和調(diào)整；軸應具有良好的制造工藝性等。軸尺寸的確定：根據(jù)灌裝機整機的要求以及撥瓶輪結(jié)構的要求最終確定主軸各尺寸。 軸上零件的固定方法 為了保證零件在軸上有固定的位置，必須將零件在徑向、軸向和周向予以固定。 a.軸上零件的徑向固定：一般靠零件內(nèi)孔與軸徑的配合性質(zhì)來保證，配合表面為圓柱形。 b.軸上零件的軸向固定：用軸肩固定，其特點是結(jié)構簡單，定位可靠，可承受較大的軸向力。 c.軸上零件的周向固定：鍵槽起到齒輪的周向固定和撥瓶板的定位作用。 d.確定軸上的圓角和倒角尺圖 7 軸結(jié)構圖4.4 傳動齒輪的設計4.4.1 選擇齒輪的材料由輪齒的失效形式可知，設計齒輪傳動時，應使齒面具有較強的抗磨損，抗點蝕，抗膠合及抗塑性變形的能力，而齒根要有較高的抗折斷的能力。因此，對輪齒材料性能的基本要求為：齒面要硬，齒芯要韌。 常用的齒輪材料有鋼，鑄鐵和非金屬材料等。在本課題里齒輪為輕載，低或中速、精度較高下工作，齒輪選用鋼做材料。為使齒輪具有足夠的抗磨損及抗點蝕的能力，齒面的硬度應為250—350HBS。4.4.2 主要尺寸的確定設計灌裝機時為了防止瓶托在升降時與齒輪產(chǎn)生干涉，撥輪板直徑與大轉(zhuǎn)盤不發(fā)生碰撞，齒輪的分度圓尺寸在確定時與撥輪板的直徑相等。分度圓直徑 d1＝312mm。 齒數(shù) z：根據(jù) d1＝m·z ，模數(shù) m 已確定m＝2，則 z＝d/m＝312÷2＝156 齒數(shù)也可以根據(jù)傳動比來確定，大轉(zhuǎn)盤主軸上的大齒輪分度圓直徑 d2＝1200，大齒輪的齒數(shù) z2＝600，傳動比 i＝5，同樣可以確定齒數(shù) z1＝120。ha------------齒頂高 h a=ha+mhf------齒根高 h f=(ha++C+)m正常齒標準 h a+=1,c+=0.25.求得 h=4.5mm.圓整 h=4mm。齒寬 b：由齒輪的強度計算公式可知，輪齒愈寬，承載能力也愈高，因而輪齒不宜過窄；但增大齒寬又會使齒面上的載荷分布更趨不均勻，故齒寬系數(shù)硬取得適當。因為灌裝機在工作時載荷很小，傳動速度不是很大。所以可以選越小的齒寬系數(shù)。圖 8 傳動齒輪圖4.5 螺桿的設計4.5.1 螺旋限位機構在包裝工業(yè)領域內(nèi)，現(xiàn)以廣泛應用多種類型的分件供送螺桿裝置，可按某種工藝要求將規(guī)則或不規(guī)則排列的容器、物件以確定的速度、方向和間距分批或逐個地送到給定的工位。本設計主要用來分件單列供送正圓柱形的典型組合裝置，此分件供送裝置是整個灌裝設備的“咽喉” ，其結(jié)構特性的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作效率、總體布局和自動化水平。圓柱螺桿的前端多呈截錐臺形（斜角約為 30—40°） ，而后端則有同瓶主體半徑相適宜的過渡角，以利改善導入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長使用壽命。同時為了使待灌瓶逐個依次順利導入螺旋槽內(nèi)，增速達到預定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導到包裝工位，因此將螺桿應用于高速分件定時供送，其螺旋線最標準的組合模式包括：a.輸入等速段，有助于穩(wěn)定的導入。b.等加速段，與輸送帶拖動待灌瓶的摩擦作用力相適應，采用等加速運動規(guī)律使之增大間距，可保證在整個供送過程中與螺旋槽有著可靠的接觸點而不易晃動和傾倒。c.輸出等速段，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構形式及其嚙入狀態(tài)。4.5.2 螺旋限位器主要結(jié)構參數(shù)設計計算當物件被速輸送帶拖動前進時,如果讓整個變螺桿對它僅起一定的隔擋的作用,并在末端與星型等撥輪取得速度的同步顯然應保證輸送帶的運行速度 Vl,螺桿的最大供送速度 V3m和撥輪的節(jié)圓線速度 Vb均相等,即：Vl=V3m=Vb=Cb×n 螺 =3*210=630r/min 圖 9 螺旋線展開示意圖4.5.3 螺桿的等速段對供送件是啤酒瓶,其為正圓柱形物件,令其主體部位的圓弧半徑為p,螺桿的內(nèi)外半徑各為 r0,R,可取 R≤r 0+p （ 4 ）圖 10 三段式組合螺在一般的情況下,對于 r0值主要是依靠螺桿芯部及其支軸的積垢強度和尺寸等因素加以確定的,但個別場合也有單從滿足某種工藝要求的角度來考慮這個問題,綜合考慮 r0=22.5mm P=D/2=75/2=32.5mm 由公式(4)得:R≤r0+p=22.5mm+32.5mm=55mm 取 R=35mm 則螺桿的外徑徑 D=2*R=2*35mm=70mm 螺桿的等速段的螺距應取:S 01=2p+k (5) 式(5)中的 k-兩相鄰物件間的平均間隙(一般約為幾 mm,主要與物件加工精度有關) 則取 k=5mm 螺距 S 01=2p+k=2×32.5mm+5mm=80mm 設等速段螺旋線的最大圈數(shù)為 i1m(通常為 1),而其中間任意0≤i1≤i1m,又因等速段外螺旋線展開圖形是一條斜直線,故相應的螺旋角 tana 01=S01/π×D=80/3.14×70=0.364 a 01=20°軸向長度 H1m=S01×i1m=80mm×1=80mm供送速度 V0=S01n 螺 =80mm×180r/min=14400mm/min 若物件的送入速度 vrv0,那么最好借助可調(diào)式波形尼龍板或刷板等緩沖裝置使其減速:反之,當 vrv0時,就只能依靠輸送帶對物件所起的摩擦拖動作用加速,以接近于螺桿的初始供送速度,據(jù)次求得供入段的輸送長度 : Lr≥(v 02 –vr2)/2ud*g (6) 式中 ud-物件與輸送帶的滑動摩擦系數(shù) g-物件的重力加速度 另外,分析了沿螺桿全長物件與輸送帶的最大速差: Vm=Vr-V0=(Cb-S01)n 故知撥輪節(jié)距和螺桿轉(zhuǎn)速都不宜過大,以免加快板鏈工作的表面的磨損,并對物件引起強烈的震動。(b) 螺桿的等加速段 令螺桿等加速段的供送加速度a3=a- H3=[S01+a-/2n2(4i2m/3.14+i3)]i3 (7) a-/n2=π* (Cb-S01)/(2i2m+3.14i3m) (8) 這表明，等加速段的供送加速度與螺桿轉(zhuǎn)速的平方成正比：當星型撥輪節(jié)距和等速段螺距均保持定值，如果適當?shù)卦黾雍髢啥温菥€的總?cè)?shù)，則湖會有助于降低螺桿的供送加速度，或提高螺桿轉(zhuǎn)速。（1〈i2m 2） 根據(jù)公式（8）可求等加速段定區(qū)間（1≤i 3≤i 3m）內(nèi)的任意螺距值 最大螺距 : S3m=Cb-π*(C b-S01)/2(2i2m+3.14i3m) (9) S3m=162.21-3.14(162.21-80)/2*(2*1+3.14*3) =151.21mm 應取的S3m≤151.21mm 等加速段的最大軸向長度 H3m，則與撥輪節(jié)距 Cb,螺距 S01及圈數(shù)i2m,i3m有關，(3≤i 3m≤5則有公式：(1≤i 3≤i 3m) H3=[S01+π*(C b-S01)/2(2i2m+3.14i2m)(4i2m/3.14+i3m)]i3 (10) H3m=[S01+(Cb-S01)(4i2m+3.14i3m)/2(2i2m+3.14i3m)]i3 (11)H3=[80+3.14×(162.21-80)/2×(2×2+3.14×2)(4×2/3.14+3)]×1.689 =88mmH3m=[80+(162.21-80)(4×1+3.14×3)/2(2×1+3.14×3)] ×1.89 =245mmH1-3=H1m+H3m=80+245=325(mm)瓶的直徑 D=75mm ，則螺桿的曲線 R≥32.5mm,根據(jù)實際情況可取R=41.5mm。4.5.4 螺桿螺旋線展開圖從制造角度看，變螺距螺桿的外螺旋線便是手控機械加工的對刀基準線，而內(nèi)螺旋線可作為焊接法或模鑄法確定螺旋槽最凹點的基準線。實用中，應將變螺距螺旋線的展開圖形分解為等速位移和變速位移兩部分，如圖所示，采用比較緊湊的機械結(jié)構來準確控制工作臺和刀架的縱向進給量，保證切削刀具同等速回轉(zhuǎn)螺桿的相對運動軌跡是條預先確定的螺旋線。近些年來借助數(shù)控機床以范成法加工各種類型的變螺距螺桿日益增多，無疑是今后的發(fā)展方向。圖 11 螺桿的位移、速度、加速度變化曲線示意圖 7.1 氣動與機械混合式此裝置采用以氣動機構托瓶升起、用凸輪機構將已裝料瓶降下的組合式升降機構，它利用氣動機構托瓶升起具有自緩沖功能，托瓶平穩(wěn)，且節(jié)約時間，同時又利用凸輪機構較好獲得平穩(wěn)的運動控制的特，使托瓶升降運動得到快而好的工作質(zhì)量。圖 15 氣動 —機械混合式升降瓶機構圖1-托平臺 2-套筒 3-螺釘 4-密封墊 5-柱塞 6-凸輪導軌 7-滾動軸承8-方墊塊 9-環(huán)管 10-卡塊氣動—機械混合式升降機構如圖所示。配有托平臺 1 的套筒 2可沿空心柱塞 5 滑動方墊塊 8 起導向作用，防止套筒升降時發(fā)生偏轉(zhuǎn)。升瓶時，壓縮空氣由柱塞下部經(jīng)螺釘 3 上的中心孔道進入套筒內(nèi)部，以推脫，托瓶運動，其速度通過凸輪導軌 6 和滾動軸承 7 加以控制，直至工作臺轉(zhuǎn)到降瓶區(qū)后才完全依靠凸輪的強制作用將套筒連同托平臺 1 壓下。同時，柱塞內(nèi)部的壓縮空氣被排與各托瓶缸氣路相連的環(huán)管中，再由此進入其他待上升的托瓶缸內(nèi)。該機構工作平穩(wěn)，得到廣泛應用。