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負壓灌裝機機械設計
目 錄
第1章 緒 論 1
1.1 畢業(yè)設計的目的 1
1.2 畢業(yè)設計的主要技術參數(shù)和要求 1
1.2.1 主要參數(shù) 1
1.2.2 要求 1
1.3 負壓式灌裝機的應用價值及設計意義 1
1.3.1 能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力 2
1.3.2 能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境 2
1.3.3 能節(jié)約原材料減少浪費，降低成本 2
1.3.4 能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新 2
1.4 負壓式灌裝機的發(fā)展水平 2
第2章 負壓式灌裝機的總體方案設計 3
2.1 工藝方案設計 3
2.2 機器的總體布局 3
2.3 傳動方案設計 4
2.4 執(zhí)行機構的方案擬訂 5
2.4.1 工作頭 5
2.4.2 液體容量的調(diào)節(jié)方法 6
2.4.3 液面的控制方法 7
2.4.4 液箱高度的調(diào)節(jié)方法 7
2.4.5 氣缸和氣閥的控制方法 7
2.4.6 工作臺的控制方案 7
2.4.7 進出撥輪的設計方案 8
2.5 控制方式選擇 8
2.6 傳動方案的選擇 8
2.7 氣源的選用 8
第3章 傳動系統(tǒng)設計計算 10
3.1 運動與動力參數(shù)設計計算 10
3.1.1 類比法選擇動力源 10
3.1.2 總傳動比及傳動比的分配 10
3.1.3 各軸參數(shù)的計算 11
3.2 傳動零件設計計算 13
3.2.1 帶的選擇和校核 13
3.2.2 齒輪的確定和校核 16
3.2.3 Ⅳ軸的較核 19
3.2.4 軸承的較核 23
第4章 執(zhí)行機構零部件的設計計算 24
4.1 出撥輪的設計計算 24
4.2 凸輪的設計計算 24
4.3 旋限位器的設計計算 26
4.4 液箱的計算 26
第5章 負壓式自動灌裝機的安裝、潤滑、維護和安全技術 27
5.1 負壓式自動灌裝機的安裝 27
5.2 機器的潤滑 27
5.3 安全技術 28
第6章 結論 29
參考文獻 31
致 謝 32
附 錄 34
摘 要
隨著人們生活水平的提高，灌裝飲料由于它的方便、口味多樣、便宜日益被人們所接受。從此灌裝機便越來越受到商家的青睞。本論文要介紹的就是負壓式自動灌裝機。
負壓式自動灌裝機就是在密閉的灌裝容器上有一支真空管通至真空泵。在灌裝容器上腔施以的低真空氣壓，容器內(nèi)的空氣經(jīng)工作頭回氣管被抽出，此時容器內(nèi)氣壓與灌裝缸上腔氣壓相等，液體在負壓的作用下對容器進行充填。由于負壓的作用，灌裝時不會出現(xiàn)液體泄露的現(xiàn)象。
本機器采用的是整體式液箱，箱內(nèi)有插槽，每個插槽都對應一定的容積，在更換容積時只須將插板插入相應的插槽內(nèi)，即可實現(xiàn)換液。
傳動部分主要由齒輪組成，因為齒輪有傳動精度高，使用壽命長的特點，避免了因頻繁更換零件而出現(xiàn)工位誤差的缺點。
本灌裝機的設計可以實現(xiàn)灌液容量的可調(diào)。有較高的效率、可靠性和可維修性。
關鍵詞：灌裝機；負壓式；灌液
Abstract
As the people's living developed,It is convenient thanks to filling packing the beverage,Person's taste is diversified,Cheaply received by people increasingly 。Thereupon the Filling packing machine simply is more and more graces of business .
This dissertation will be introduced The minupress automatically controlled filling machine. The minupress automatically controlled filling machine is a vacuum valve to go to on the container packing till the vacuum pump on the hermetically filling packing container. On the filling packing container being living the cavity executes with coarse vacuum atmospheric pressure,The air in the container goes back that the trachea is take out after the work head,The atmospheric pressure in cavity is equal to the inner place the container,The liquid is living to carry on the back to fill to the container below the action which is getting near,
This machinery adopts is that the fluid box is entire style,There is the slot in the box,Wholly homologous specified volume of every one slot,Being living will merely thrust the plank when replacing the volume to stick in inner place the relevant slot,In immediate future may achieve trades fluid.
The drive section is main and consists of the gear,For the gear possess the high drive accuracy,Service life longly that develops distinguishing feature,Avert having raised position error defect as a result of frequently replacing the spare parts.
This machine’s measuring cup is adjustable,so it can meet various volume bottle filling. In addition,this bottle-filling machine also has three traits: high efficiency, plumy reliability and maintainability.
Keyword ： Filling Machine; Minupressure; Filling
V
第1章 緒 論
1.1 畢業(yè)設計的目的
本次畢業(yè)設計主要的目的是培養(yǎng)學生的綜合實踐能力以及以前所學知識的掌握能力。通過本次設計來提高學生對機構分析、機械設計的能力，鞏固學生對專業(yè)課知識的理解和掌握。通過這次設計我們要達到的目的
1）學會在實際設計中應用理論知識，加強和鞏固對這些知識的理解。
2）培養(yǎng)我們正確的機械設計的思維方式，掌握一般機械設計的規(guī)程和方法。
3）培養(yǎng)我們查閱資料的能力，并且通過本次設計使我們對國家關于零件的標準有所了解。
1.2 畢業(yè)設計的主要技術參數(shù)和要求
1.2.1 主要參數(shù)
（1）灌裝頭數(shù)： 24
（2）生產(chǎn)能力： 24——48瓶/分
（3）瓶子規(guī)格： 瓶徑：40mm——80mm
瓶高：60mm——160mm
1.2.2 要求
（1）負壓式容積式灌裝機
（2）適用低黏度的果汁或飲品
（3）變料清潔方便
（4）省料不浪費，定量準確。
1.3 負壓式灌裝機的應用價值及設計意義
液體灌裝是包裝的重要組成部分，主要包括在食品領域中對啤酒、飲料、乳品、白酒、葡萄酒、植物油印調(diào)味品的包裝．還包括洗滌類日化、礦物油和農(nóng)藥等化工類液體產(chǎn)品的包裝。液體灌裝機械有相當一大部分用于食品行業(yè)，尤其是飲料制造業(yè)。
負壓式灌裝機主要用于水飲料(礦泉水和純凈水等)，還包括植物蛋白飲料、果萊汁、茶飲料及含乳飲料。近幾年來發(fā)展很快的不含氣飲料助保健型和營養(yǎng)型，隨著人民生活水平的提高，消費量會逐年增加。
大量事實表明，實現(xiàn)包裝的機械化和自動化，尤其是實現(xiàn)具有高度靈活性(或稱柔性)的自動包裝線，不僅體現(xiàn)了現(xiàn)代生產(chǎn)的發(fā)展向，同時也可以獲得巨大的經(jīng)濟效益
1.3.1 能增加花色品種，改善產(chǎn)品質(zhì)量，加強市場競爭能力
現(xiàn)代包裝機械所能完成的工作已遠遠超出了簡單地模仿人的動作，甚至可以說在很多場合用巧妙的機械方法包裝出來的成品，不論在式樣、質(zhì)地或精度等方面大都是手工操作無法勝任和媲美的。隨著商品的多樣化這一點越來越引起了人們的重視。另外用機械手代替人手，就足以最大限度地避免操作人員同產(chǎn)品直接接觸時可能產(chǎn)生的感染，從而保證食品、藥物的清潔衛(wèi)生和金屬制品的防銹防蝕。
1.3.2 能改善勞動條件，避免污染危害環(huán)境
對有劇毒、刺激性的，低溫、潮濕性的，爆炸、放射性的，以及必須放置在暗室中的物品，實現(xiàn)了包裝的機械化和自動化便可大大改善操作條件避免污染危害環(huán)境，至于對需要進行長期、頻繁、重復的以及其他笨重的包裝工作如能實現(xiàn)機械化和自動化則能大大減輕體力勞動強度，增進工人健康和提高生產(chǎn)效率。
1.3.3 能節(jié)約原材料減少浪費，降低成本
有些粉末、液體物料在手工包裝過程寧容易發(fā)生逸散、起泡、飛濺現(xiàn)象，若改為機械包裝則會大大減少損失。
1.3.4 能提高生產(chǎn)效率，加速產(chǎn)品的不斷更新
機械包裝的生產(chǎn)能力往往比手工包裝提高幾倍、十幾倍甚至幾十倍，無疑這將會更好地適應市場的實際需要，合理安排勞動力，為社會多創(chuàng)造財富。
由此可見，實現(xiàn)包裝機械化和建立現(xiàn)代包裝工業(yè)，是非常重要的。
1.4 負壓式灌裝機的發(fā)展水平
負壓式灌裝機只能灌裝黏度不大的液體，但根據(jù)容積的不同，瓶的直徑和高度是可以改變的。它最大的優(yōu)點是它可以灌裝帶污染的液體，例如醫(yī)藥、農(nóng)藥等。它的負壓式工作頭與瓶口嚴密接觸，不留空隙，液箱的容積是固定的，灌液完成后由于負壓作用，液體會全部流到瓶里，不會泄漏到瓶子外面，也不會有殘留液體流到外面。因此負壓式灌裝機的市場是很有前景的。
負壓式灌裝機在發(fā)展專用機種的同為滿足現(xiàn)代灌裝的實際需要正在不斷擴大其通用能力，積極開發(fā)各種新型的通用灌裝機。負壓式灌裝機正向聯(lián)動化、高速化，并相應提高自動化技術水平使設備功能逐步完善。
第2章 負壓式灌裝機的總體方案設計
2.1 工藝方案設計
由于本機的工作頭需要用管子與負壓氣源連接在一起，所以注液箱得固定，不能隨托盤同步轉(zhuǎn)動。
工藝原理圖：進瓶——分瓶——工作臺升——灌液——工作臺降——出瓶
2.2 機器的總體布局
圖2-1
2.3 傳動方案設計
圖2-2a
主軸
電機
凸輪
減速器
圖2-2b俯視圖
動力由電機傳出來，通過帶傳動第一級降速傳給減速器，再由減速器進行第二次降速傳給軸2，在2軸上有槽輪和錐齒輪兩個零件，槽輪連接的是水平軸12。在12軸上有兩個凸輪，一個是控制氣缸的凸輪，另一個是控制氣閥的凸輪；槽輪連接的是軸3，槽輪是間歇機構，可以進行機構運動和停止的功能，當槽輪機構的圓柱銷與槽相接觸時，是機器的送瓶階段。在這個階段里整個機構處于運動狀態(tài)，動力通過3軸、4軸的加速至主軸5軸，5軸是空套的，分內(nèi)軸和空心軸，這兩部分由花鍵連接，因為這樣即可以傳動旋轉(zhuǎn)的動力，又可以使垂直運動不受阻礙。在送瓶運動階段里，5軸的旋轉(zhuǎn)運動是靠前一級的齒輪傳給空心軸，通過由花鍵傳給內(nèi)軸，從而使工作臺做旋轉(zhuǎn)運動。進出撥輪與主軸是內(nèi)聯(lián)的。先通過6軸的錐齒輪傳給水平軸7軸，再通過兩個等傳動比的直齒輪傳給水平軸8軸和軸，然后通過錐齒輪9軸和軸傳給兩個撥輪，即進撥輪和出撥輪，由于8軸和軸上的兩個直齒輪位于7軸直齒輪的兩邊，所以9軸和軸的旋轉(zhuǎn)方向正好相反，使兩個撥輪的旋轉(zhuǎn)方向也正好相反，以達到送進瓶和送出瓶的作用。在進瓶的過程中，螺旋限位器有很重要的作用。當帶傳動把瓶送到螺旋限位器的末端時，旋轉(zhuǎn)的螺旋限位器只有一端能將瓶納入限位器的槽內(nèi)，即一周只能進一個瓶，他起到限位的作用，以防止多個瓶擠在進撥輪前使瓶發(fā)生破損的現(xiàn)象。
當24個瓶全部到位時，就是灌液的階段了。此時的槽輪處于間歇的狀態(tài)，但是軸12是通過錐齒輪與軸2相連，進行連續(xù)運動的。它所帶動的兩個凸輪的工作時間已經(jīng)設計好：當槽輪運動時，凸輪處于近休階段；當槽輪間歇時，凸輪就處于遠休階段。此時凸輪工作，凸輪1是控制升降氣缸的，當凸輪升程接觸到觸點時氣缸上升，把工作臺拖起，然后凸輪遠休氣缸保壓，使工作臺處于最高點的位置，接著控制真空泵的凸輪也接觸到了氣閥，真空泵開啟工作，吸瓶內(nèi)的氣體通過負壓使液體流入瓶內(nèi)。待液體灌裝完畢后，凸輪2降程真空泵停止工作。接著是凸輪1也與氣閥脫離接觸氣缸下降。這是整個機器的一個循環(huán)。
然后，槽輪機構的圓柱銷與槽相接觸繼續(xù)工作，如此循環(huán)下去，使機器
連續(xù)工作。
2.4 執(zhí)行機構的方案擬訂
2.4.1 工作頭
在工作頭的邊上有一支真空管通至真空泵。在工作頭與瓶口接觸的地方有墊圈，能與瓶口緊密接觸不留空隙，使之與外界的空氣不能交流。在工作頭的吸氣孔施以0.005MPa的低真空氣壓，當凸輪接觸到控制真空泵的氣閥 圖2-3
后，瓶內(nèi)的空氣經(jīng)工作頭的吸氣孔和回氣管被抽出。此時，瓶內(nèi)氣壓與工作頭的吸氣孔的氣壓相等，液體在吸引力的作用下經(jīng)工作頭對瓶進行灌裝。用于灌裝的液箱內(nèi)的液體的容積是定量的，所以當液箱內(nèi)的液體沒了以后，液體 就不再流進瓶里，灌裝結束。工作頭的送液管及吸氣管下端殘留的液體和氣泡，會在吸引力的作用下被吸到瓶內(nèi)，液體不會灑落到瓶或工作臺上。這就是負壓灌裝的過程。負壓灌裝時的低真空度應適當，真空度過高，可能造成軟包裝(如Pm瓶)的變形；真空度過低，工作頭上吸氣管就不會將工作頭送液管的口處和吸氣孔的孔壁的液體吸到瓶內(nèi)，造成液體泄漏。如圖2-3
2.4.2 液體容量的調(diào)節(jié)方法
整個定量灌液箱是環(huán)行的，在箱的內(nèi)部有可以插入隔板的槽。槽的位置是計算出來的，每個槽的位置對應一個容量，當要換量灌裝時，只須把隔板插入相應的槽即可。為了保證不使液體泄漏出去，在隔板的三面加上食用膠，這樣就避免了泄漏。整個液箱分成25個區(qū)，每個區(qū)一面是定量裝液的，另一面是空區(qū)，當液箱上升時定量的液體會全部被吸到瓶里，而多余的液體會順著空區(qū)流回液箱內(nèi)。保證不會存液。如圖2-4a和2-4b 圖2-4a
圖 2-4b
2.4.3 液面的控制方法
本機液箱內(nèi)的液體高度由傳感元件控制。當液面下降到傳感元件以下時，傳感元件發(fā)出指令，上端的進液口打開，液體流到箱內(nèi)。當液體到達一定高度時，上端的進液口又堵死停止進液。
2.4.4 液箱高度的調(diào)節(jié)方法
液箱高度的調(diào)節(jié)是由高度調(diào)節(jié)器控的，它安裝在四個支撐架上。高度調(diào)節(jié)器是由帶有外螺紋的上、下支撐桿和帶有內(nèi)螺紋的旋
轉(zhuǎn)可調(diào)環(huán)組成。在下支撐桿的下方有刻度線， 圖2-5
當調(diào)節(jié)高度時，用扳手轉(zhuǎn)動可調(diào)環(huán)，使下方
的準線對準支撐桿的刻度線即可。如圖2-5
2.4.5 氣缸和氣閥的控制方法
氣缸和氣閥是由凸輪控制的，兩個凸輪在同一根軸上，它們的運動是同步的。而兩個氣閥都是觸點式的，只要凸輪碰到觸點， 圖2-6
它們就開始運動。如圖2-6
2.4.6 工作臺的控制方案
工作臺的軸是空套的，分內(nèi)軸和空心軸，這兩部分由花鍵連接，因為這樣即可以傳動旋轉(zhuǎn)的動力， 圖2-7
又可以使垂直運動不受阻礙。工作臺的運動分為兩個階段：即水平旋轉(zhuǎn)運動和垂直升降運動。在水平運動階段里，工作臺的旋轉(zhuǎn)運動是靠前一級的齒輪傳給空心軸，通過由花鍵傳給內(nèi)軸。在垂直運動階段里，工作臺的上下垂直運動是靠下面的氣缸的推力直接傳給內(nèi)軸使工作臺上升和下降的。如圖2-7
2.4.7 進出撥輪的設計方案
進出撥輪的轉(zhuǎn)動是由主軸輪直接通過齒輪傳過來的，所以傳動比十分準確。它的直徑也是有要求的，在進出撥輪的節(jié)線處應該與上擋板的節(jié)線相切，為了避免在節(jié)線處產(chǎn)生沖擊，進出撥的線速度應該與上擋板的線速度相同，因此
撥輪的節(jié)線應與擋板節(jié)線的直徑的比值 圖2-8
應該如圖2-8
2.5 控制方式選擇
工作臺的升降是由氣缸控制的。因為氣缸即可以提供較大的動力，又沒有污染，而且噪音也小。
2.6 傳動方案的選擇
傳動部分主要由工作臺、進出撥輪、螺旋限位器和控制氣閥的凸輪組成，所以它們的傳動比應該十分準確。因此，在設計時采用傳動比準確的齒輪和萬向節(jié)，把它們連接在一起。
2.7 氣源的選用
1）它以空氣為介質(zhì)，工作介質(zhì)容易獲得，使用后的氣體排放到空氣中去，處理方便，不必設置回收氣體的容器和管道。
2）因空氣黏度很小，（約為液壓油動力黏度懂得萬分之一），其流動阻力損失很小，所以便于集中供氣原距離輸送，如有外泄漏的情況不會像液壓傳動那樣嚴重污染環(huán)境。
3）與液壓傳動相比，氣壓傳動的動作迅速，反應快，維護簡單，工作介質(zhì)清潔，不存在介質(zhì)變質(zhì)等問題。
4）工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、震動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。
5） 本低，過載能自動保護。
基于以上原因，所以決定選用氣源裝置。
第3章 傳動系統(tǒng)設計計算
3.1 運動與動力參數(shù)設計計算
3.1.1 類比法選擇動力源
根據(jù)類比法選擇電機。在金葉食品廠實習時，其電機選擇為Y100L1-4、2.2KW，但由于我在設計時沒加入變速機構，所以決定選用調(diào)速電機，又由于是輕工機械所以功率不用太大。選擇 YCT132-4A
其功率為0.55KW 額定轉(zhuǎn)矩為3.6N.M
轉(zhuǎn)速范圍125__1250r/min、 額定轉(zhuǎn)差率為2.5%
重量 55Kg
3.1.2 總傳動比及傳動比的分配
機器的工作效率范圍是24-48瓶/分，又因為是輕工機械，所以按高生產(chǎn)率48計算，完全可以滿足設計和安全要求。
考慮到螺旋限位器的擺放位置需要一定的空間，所以在液箱周圍設置了25個工位，在進、出撥輪之間的一個是空位，其上無工作頭。所以，一周仍然是24個工位。
此機器的工作頭一周期是轉(zhuǎn)，每分鐘周期，所以工作頭每分鐘轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)。
在設計時，槽輪機構的動停比設為，槽數(shù)為6槽，圓柱銷為1的槽輪，每周期30秒，運動時間即送瓶時間為10秒，停止時間即灌液時間為20秒。
在計算總傳動比時，其工作頭轉(zhuǎn)速應為瞬時轉(zhuǎn)速，即每分鐘不停轉(zhuǎn)動時的總轉(zhuǎn)數(shù)。
托盤轉(zhuǎn)速：
進出撥輪轉(zhuǎn)速：
螺旋限位器轉(zhuǎn)速：
總傳動比為：
各傳動比的分配如下：
——帶輪的傳動比 ——減速器的傳動比
——槽輪的時間比 ——Ⅲ軸與Ⅳ軸的傳動比
——Ⅳ軸與Ⅴ軸的傳動比 ——Ⅴ軸與Ⅵ軸的傳動比
——Ⅵ軸與Ⅶ軸的傳動比 ——Ⅶ軸與Ⅷ軸的傳動比
——Ⅷ軸與Ⅸ軸的傳動比 ——Ⅶ軸與Ⅹ軸的傳動比
——Ⅹ軸與Ⅺ軸的傳動比 ——Ⅱ軸與Ⅻ軸的傳動比
η=0.96——傳送帶的效率 η——=0.9減速器的效率
η——0.9槽輪的效率 η——0.99軸承的效率
η——0.97齒輪的效率
3.1.3 各軸參數(shù)的計算
電機軸 P=0.55Kw n=250r/min
由式5-2得
== （3-1）
Ⅰ軸
P= P×η=0.55×0.96=0.528Kw （3-2）
= （3-3）
Ⅱ軸
P=P×η=0.528×0.9=0.4752Kw
Ⅲ軸
P= P×η×η=0.4752×0.9×0.99=0.4234Kw
Ⅳ軸
P= P×η×η=0.4234×0.99×0.97=0.4066Kw
Ⅴ軸
P= P×η×η=0.4066×0.99×0.97=0.3905Kw
Ⅵ軸
P= P×η×η=0.3905×0.99×0.97=0.375Kw
Ⅶ軸
P= P×η×η=0.375×0.99×0.97=0.36Kw
Ⅷ軸
P= P×η×η=0.36×0.99×0.97=0.3457Kw
Ⅸ軸
P= P×η×η=0.3457×0.99×0.97=0.332Kw
Ⅹ軸
P= P×η×η=0.36×0.99×0.97=0.3457Kw
Ⅺ軸
P= P×η×η=0.3457×0.99×0.97=0.332Kw
Ⅻ軸
P=P×η×η=0.4234×0.99×0.97=0.4066Kw
3.2 傳動零件設計計算
3.2.1 帶的選擇和校核
1） 計算功率
已知 P=0.55Kw n=250r/min
由表3-4查工作情況系數(shù)
由式3-23得
（3-4）
2）V帶型號
根據(jù)和由《機械設計》圖3-12確定，選A型帶。
3）定帶輪基準直徑
選擇小帶輪直徑 由表3-5，表3-6確定 取
驗算帶速：
由式3-12得
（3-5）
小于
（3-6）
4）確定中心距a和帶的基準長度
初定中心距
由式3-25得
0.7(d+d)≤a≤2(d+d) （3-7）
183.75≤a≤525
取a=500mm
由式3-26得
+ = （3-8）
取標準按《機械設計》 表 3-3 取
確定中心距 a
由式3-27得
（3-9）
的調(diào)整范圍
（3-10）
（3-11）
5）驗算包角
由式3-28得
（3-12）
6）確定帶的功率及根數(shù)
查機械設計書
（3-13）
由式3-20得
（3-14）
由式3-21得
（3-15）
由式3-22得
（3-16）
由式3-18得
（3-17）
由式3-19得
（3-18）
由式3-29得
（3-19）
初拉力
（3-20）
查《機械設計》書 表3-1得
由式3-30得
（3-21）
軸壓力
由式3-31得
（3-22）
3.2.2 齒輪的確定和校核
對Ⅳ軸和Ⅴ軸齒輪的校
1）確定齒輪的材料
小齒輪的材料為40Gr鋼、調(diào)質(zhì)處理 查《機械設計》書 表5-1得
硬度為241HB-286HB
大齒輪ZG31-570、正火處理 查《機械設計》書 表5-1得
硬度為156HB-217HB 取 162HB-185HB
選齒輪精度等級8級（GB10095—88）查圖5-16b得
2)計算應力循環(huán)次數(shù)N
設齒輪的預期壽命為10年
由式5-33
（3-23）
（3-24）
3）計算許用接觸應力
查《機械設計》書 圖5 -17得
查《機械設計》書 式5-29得
由《機械設計》式5-30 取
由《機械設計》式5-31 選精加工齒輪 取
由《機械設計》式5-28得（3-25）
計算取
4）接觸疲勞強度確定中心距
由《機械設計》書 式5-1得
轉(zhuǎn)速不高初取 取
由《機械設計》書 表5-5得
由《機械設計》書 式5-14得
（3-27）
初取
5）計算模數(shù)
（3-28）
取
6）計算齒數(shù)
由式5-27得
（3-29）
（3-30）
分度圓直徑：
（3-31）
齒頂圓直徑：
（3-32）
基圓直徑：
（3-33）
圓周速度：
（3-34）
7）校核齒面接觸疲勞強度：
由于電機平穩(wěn) 查《機械設計》表5-3 取
由
（3-35）
查《機械設計》圖5-4 取
齒寬
（3-36）
由
（3-37）
查《機械設計》圖5-7 取
由于表面未經(jīng)硬化取 查《機械設計》表5-4 得
由式5-4得 載荷系數(shù)：
（3-38）
8）計算端面重合度
齒頂壓力角
（3-40）
（3-41）
由《機械設計》式5-13得
（3-42）
由《機械設計》式5-17得
（3-43）
滿足要求
9）校核齒根的彎曲疲勞強度
查《機械設計》圖 5-14得
查《機械設計》圖 5-15得
由《機械設計》公式5-23得
（3-44）
查《機械設計》 圖5-16得
查《機械設計》 圖5-19得
由《機械設計》取
由《機械設計》書 公式5-32得
由式5-31得
（3-45）
由《機械設計》式5-24得
（3-46）
（3-47）
安全
10）齒數(shù)參數(shù)：
分度圓直徑：
齒頂圓直徑：
基圓直徑：
齒根圓直徑：
（3-48）
中心距：
（3-49）
齒寬：
3.2.3 Ⅳ軸的較核
已知
由《機械設計》式5-5得
（3-56）
（3-57）
由《機械設計》式5-6得
（3-58）
求支反力
（3-59）
（3-60）
受力圖如下：
計算彎矩：
（3-61）
彎矩圖如下：
242.34N.m
446.09N.m
轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)變化應力處理:
由《機械設計》式8-6
（3-62）
在受力處軸直徑
由《機械設計》式8-4得
（3-63）
受力處截面的應力
由《機械設計》式8-4得
（3-64）
查《機械設計》 表8-3
安全
在Ⅰ、Ⅱ處有鍵槽及軸肩處屬于危險面
Ⅰ截面處
由
查《機械設計》 附表 1-2 1-3
1-4 查表1-5
由《機械設計》式8-1得
（3-65）
（3-66）
查《機械設計》表 8-1
由《機械設計》表 5-5
由《機械設計》式1-31得
（3-67）
查《機械設計》表1-3 取
由于 安全
Ⅱ截面處
查《機械設計》附表 1-1
1-4
1-5
查《機械設計》表 1-5
由《機械設計》式1-31得
由《機械設計》式1-31得
（3-68）
由《機械設計》式1-43得
（3-69）
安全
3.2.4 軸承的較核
由軸的直徑選軸的型號為：6212
查《機械設計課程設計》表4.6-1得
已知： 為軸向力
由于軸向力已全部作用于推力軸承，故深溝球軸承不受軸向力故
查《機械設計》 表9-5得
得
由式9-10和9-11得
（3-70）
由式9-4得 取
（3-71）
滿足要求
第4章 執(zhí)行機構零部件的設計計算
4.1 出撥輪的設計計算
為了不使瓶在進出撥輪與上擋板交接的過程中產(chǎn)生瞬時沖擊，所以要保證兩者的線速度相等。它的直徑也是有要求的，在進出撥輪的節(jié)線處應該與上擋板的節(jié)線相切，進出撥的線速度應該與上擋板的線速度相同，因此撥輪的節(jié)線應與擋板節(jié)線的直徑的比值應該于它們的角速度成反比。
即 （4-1）
已知
4.2 凸輪的設計計算
基圓半徑為，升程和回程按等加速和等減速運動規(guī)律運動，在遠休階段半徑為，凸輪在遠休位置時，凸輪接觸氣閥，氣閥啟動工作。
凸輪的理論輪廓線圖所描繪的軌跡，是將凸輪的外表面展開在平面上，而得到的一個圓周為的移動凸輪，根據(jù)曲線所對應的高度即可得出凸輪的理論輪廓線。
圖4-1 控制氣缸的凸輪的角度曲線
圖4-2 控制氣缸的凸輪的理論輪廓線
圖4-3 控制負壓氣缸的凸輪的角度曲線
圖4-4 控制負壓氣缸的凸輪的理論輪廓線曲線
4.3 旋限位器的設計計算
由設計要求可知供送的瓶的半徑為
并令螺桿的內(nèi)半徑為，外半徑為，滿足
由《包裝機械設計與原理》得
由式4-42得 螺距：
（4-2）
取
由《包裝機械設計與原理》式4-44得
（4-3）
由《包裝機械設計與原理》式4-45得 周向展開長度：
（4-4）
由《包裝機械設計與原理》式4-46得 軸向長度：
（4-5）
由《包裝機械設計與原理》式4-47得 供送速度：
（4-6）
4.4 液箱的計算
已知液箱的內(nèi)徑為，外徑為
根據(jù)現(xiàn)在常用的飲料的最大容積為2.5升，灌裝頭數(shù)為24個
可得液箱的最大容積為
因為此機的灌液區(qū)有一個空區(qū)，得乘以系數(shù)
又每個灌液區(qū)又有單獨的空區(qū)，占容積的，得乘以系數(shù)
所以有公式
（4-7）
得液箱的高度為
（4-8）
每次灌液后液面下降的高度為：
第5章 負壓式自動灌裝機的安裝、潤滑、維護和安全技術
5.1 負壓式自動灌裝機的安裝
1）占有少量洗滌劑的紗布擦去事先涂在機器零部件上的防銹油和沾在機器部件上的塵土、灰塵等。這是很重要的，一定要認真，以免造成不必要的機械故障。
2）在安裝時要用水平儀進行水平的測量，機器的水平度要在一定范圍之內(nèi)，將機器安裝就位。
3）需要加油的地方要加油充分。以免有潤滑不足的地方，使機器磨損。
4）讓機器用點動的方式試開一會，檢查各運動部位動作是否潤滑自如。并檢查機器各個部位的螺絲、螺母、螺釘是否有松動的現(xiàn)象。如有，應及時擰緊，防止突然事件的發(fā)生。同時檢查是否有空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，是否有卡住和異常的聲音。
5）在將氣缸接在主軸上之前，先讓氣缸做升程運動，調(diào)整它的升程使它為規(guī)定的高度。然后，將氣缸接在主軸上。
6）將負壓氣源接在工作頭上，交接的地方要密封好，以免漏氣影響灌裝。
5.2 機器的潤滑
良好的潤滑是合理使用機器，使機器正常運轉(zhuǎn)的重要條件。
1） 軸承的潤滑
本機的潤滑主要是軸承的潤滑。在軸承座內(nèi)要添加好適量的油脂：油脂少了，會使?jié)櫥蛔悖馆S承的壽命降低；油脂多了，會使軸承的散熱不好，也使軸承壽命降低。
2） 齒輪的潤滑
由于齒輪比較分散，不能集中潤滑，所以齒輪的潤滑是定期進行的。在工作300小時后，打開機箱對個齒輪進行加油潤滑。
3、機器的維護和保養(yǎng)
1）本機的操作者要充分熟悉本機的性能和構造。
2）使用前檢查各部分運動機構和電器等是否正常，然后按照潤滑要求，加上足夠的潤滑脂和潤滑油。
3）潤滑妥當以后，即可進行試運行，即點動式運行操作。以檢查全機運作是否正常：如不正常，可及時停止運動，不傷害機器的零部件；如果正常，可以進行運轉(zhuǎn)。
4）在使用過程中，應注意安全，對各零部件要仔細保養(yǎng)，尤其是氣缸和負壓式灌裝頭以及吸氣管等不得有任何劃傷和碰撞，本機應整齊、清潔，不得拆卸、生銹或有污物集結，既防止污染液體，又防止灌裝頭的損壞。
5）應經(jīng)常作好設備的清潔衛(wèi)生工作，尤其是在停止使用時，應清除附著在機器上的所有污垢和帶有腐蝕性的液體，然后用清水刷洗干凈；然后對各運動部位和精密機構上的加工表面涂上潤滑油、潤滑脂和防銹漆。在正式工作運轉(zhuǎn)之前，先讓機器空轉(zhuǎn)片刻，以使?jié)櫥秃蜐櫥浞值臐B透到運轉(zhuǎn)機構的間隙當中去。
6）當需要長時間停止使用時，還需對機器進行防銹密封處理，然后用防塵罩或塑料袋蓋之。
5.3 安全技術
1）機器在工作時，在傍邊必須有工作人員看守，以防突然事件的發(fā)生。
2）如機器過載時，帶輪會自動保護，此時工作人員要及時是機器停止運行，以免過載時間過長，使帶受損。
3）機器應該定期檢查，如發(fā)現(xiàn)螺絲有松動的現(xiàn)象，應及時將螺絲加緊，以免損壞零件。
第6章 結論
畢業(yè)設計是大學里最后一次教學環(huán)節(jié)，經(jīng)過16周的緊張的設計終于結束了。這次設計無疑是對專業(yè)課程的最全面的一次訓練，同時也是對所學知識的一次關鍵的檢驗。畢業(yè)設計較以前的課程設計相比更加系統(tǒng)、更加全面，在設計當中用到了以前所學的各種基礎知識如機械制圖、機械設計、機械原理等許多知識，而這些知識正是在大學所學的主要課程，這些知識學的好壞將直接影響到畢業(yè)設計的進度。而且通過這次畢業(yè)設計還熟練的掌握了運用工具書和查閱資料的能力。扎實的基礎、領悟能力和充分的知識儲備是順利完成畢業(yè)設計的首要條件而且也是對綜合能力的培養(yǎng)。
這次的畢業(yè)設計題目是負壓式自動灌裝機。由于人們對灌裝飲料的需求量越來越大，所以灌裝機也越來越受到重視。作為包裝機的一種形式，灌裝機以灌裝準確、效率高成為飲料灌裝的首選機器。
本次課題主要研究了負壓式灌裝機的灌液機構和傳動機構。通過從利于環(huán)保、高效率等方面設計考慮設計此負壓式自動灌裝機。設計包括：電機的選擇，零件的設計計算、執(zhí)行機構的設計計算、總體布局等。
負壓式自動灌裝機發(fā)展迅速，其技術發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動化、單機多功能、組成生產(chǎn)線、采用相關新技術這五個方面。
高生產(chǎn)率：負壓式灌裝機的生產(chǎn)率已從每分鐘數(shù)件發(fā)展到數(shù)10件，熱成型－充填－封口機的生產(chǎn)率可達500件/分鐘以上。
自動化：向自動化程度相當高的多工位灌裝機發(fā)展。該機型有充填和抽真空兩個轉(zhuǎn)臺，充填轉(zhuǎn)臺有6個工位，完成供袋、投料、注液預封口，直至將包裝件轉(zhuǎn)至抽真空轉(zhuǎn)臺。抽真空轉(zhuǎn)臺有12個工位，也就是12個真空室，完成抽真空和封口，直至成品輸出，生產(chǎn)率可達40袋/分鐘，主要用于包裝軟罐頭。
單機多功能：在單機上實現(xiàn)多功能，可方便地擴大使用范圍。實現(xiàn)單機多功能必須采用模塊化設計，通過功能模塊的變換和組合，成為適用于不同包裝材料、包裝物品、包裝要求的不同類型的真空包裝機。代表性的產(chǎn)品有德國BOSCH公司所屬的HESSER廠生產(chǎn)的多工位制袋真空包裝機，其制袋、稱重、充填、抽真空、封口等多種功能可在一臺單機上完成。
組成生產(chǎn)線：當需要的功能越來越多時，將所有的功能集中在一個單機上會使結構非常復雜，操作維修也不方便，這時可把功能不同、效率相匹配的幾種機器組合成功能較齊全的生產(chǎn)線。如法國CRACECRYOYA和ISTM公司研制的鮮魚真空包裝生產(chǎn)線、瑞典樹宏國際有限公司與瑞典紡織研究院研制的紡織品真空包裝系統(tǒng)等。
采用相關新技術：在包裝方法上大量采用充氣包裝取代真空包裝，將充氣成分、包裝材料與充氣包裝機三方面的研究緊密結合起來；在控制技術上，更多地應用計算機技術和微電子技術；在封口方面應用熱管和冷封口技術，也可以將先進的裝置直接安裝在真空包裝機上，如裝上計算機控制的粗粒物料高精度組合秤；在旋轉(zhuǎn)或真空包裝機上，應用先進高速的圓弧面凸輪分度機械等。
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