等壓灌裝機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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傳動(dòng)系統(tǒng)等壓灌裝機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)圖如圖所示：調(diào)速電動(dòng)機(jī)1經(jīng)過無極變速器2、蝸輪蝸桿減速器3帶動(dòng)出瓶星輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過齒輪5、6、10帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)儲(chǔ)液箱9轉(zhuǎn)動(dòng)；齒輪5、6、10、12帶動(dòng)進(jìn)瓶星輪11轉(zhuǎn)動(dòng)，鏈輪14和錐齒輪15、16帶動(dòng)分件供送螺桿裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，傳動(dòng)路線如下所示：圖2灌裝機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)圖1—電機(jī) 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(chǔ)液箱 11-進(jìn)瓶星輪 13-供送螺桿 14-鏈輪 15-、16-錐齒輪4.灌裝機(jī)的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1 生產(chǎn)能力 灌裝機(jī)的生產(chǎn)能力可用下式計(jì)算: Q=60nj (1) 式中: Q—生產(chǎn)能力(瓶/小時(shí)); j—灌裝機(jī)頭數(shù); n—灌裝臺(tái)的轉(zhuǎn)速(轉(zhuǎn)/分)。 本設(shè)計(jì)的灌裝機(jī)的灌裝機(jī)頭數(shù)j=60個(gè)，生產(chǎn)能力Q=15000-22000瓶/小時(shí) 則 n=Q/60j=15000/60*60=4.2r/min由式(1)可見,要提高灌裝機(jī)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(jī)的頭數(shù)a來提高生產(chǎn)率,那么,灌裝機(jī)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)直徑也要相應(yīng)增大,這不僅使機(jī)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(shí)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(huì)被拋出托瓶臺(tái),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(tái)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(shí)間的影響,當(dāng)n值提高,但液料灌裝速度沒有提高而與n值不相適應(yīng)時(shí),瓶子在旋轉(zhuǎn)臺(tái)上轉(zhuǎn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)并末能灌滿,沒有達(dá)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(shè)計(jì)1 星型撥輪的原理 此機(jī)構(gòu)是將瓶的限位器送來的瓶子，準(zhǔn)確地送入灌裝機(jī)中瓶的升降機(jī)構(gòu)或?qū)⒐酀M的瓶子從升降機(jī)構(gòu)取下送入傳送帶的機(jī)構(gòu)。將定量的液體物料(簡稱液料)充填入包裝容器內(nèi)的機(jī)器稱為灌裝機(jī)械。因?yàn)樗嗳氲囊后w具有流動(dòng)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(fù)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(dǎo)板相結(jié)合用于容器的輸入；同時(shí)撥輪也用于容器的輸出。2 星型撥輪的設(shè)計(jì)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(tái)的位置相對(duì)應(yīng), 在輪片上應(yīng)開在輪片上應(yīng)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(dǎo)板 3-星型撥輪 4-容器帶旁邊還需要安裝護(hù)瓶桿,在進(jìn)出瓶拔輪外還要安裝導(dǎo)板,護(hù)瓶桿離開傳送中心線的距離要可調(diào),以適應(yīng)不同規(guī)格的瓶子。 另外,送瓶機(jī)構(gòu)不僅要將瓶子分隔轉(zhuǎn)彎,而且傳遞速度必須與洗瓶機(jī)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(shí)影響正常生產(chǎn),某些灌裝機(jī)在分件供送螺桿、拔輪的傳動(dòng)部分安裝有離合器,一旦出現(xiàn)故障使其自動(dòng)停轉(zhuǎn),有的還安裝微動(dòng)開關(guān), 當(dāng)離合器脫開的同時(shí),壓迫微動(dòng)開關(guān),使全機(jī)停轉(zhuǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)尺寸Rc地決定方法；因?yàn)镽c與灌裝機(jī)主體中地?fù)芷枯喕ūP有關(guān)，若撥輪外接圓與灌裝機(jī)主體中撥瓶花盤地外接圓相切時(shí)Rc等于瓶子半徑；若與灌裝機(jī)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(jī)大轉(zhuǎn)盤撥瓶子的時(shí)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(yīng)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(gòu)圖1- 撥輪 2—撥輪盤 3—撥輪軸 4—傳動(dòng)齒輪圖5撥瓶輪結(jié)構(gòu)示意圖 圖6撥輪截面圖本設(shè)計(jì)中采用的6個(gè)齒數(shù)的星型撥輪，本設(shè)計(jì)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(gè) 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(shè)計(jì)計(jì)算4.3.1 軸材料的確定根據(jù)其受力情況和傳動(dòng)精度等要求進(jìn)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(shè)計(jì)應(yīng)滿足下列條件：a.足夠的強(qiáng)度； b足夠的剛度；c.不產(chǎn)生危險(xiǎn)的振動(dòng)；d.結(jié)構(gòu)和選材合理。撥瓶輪主軸在傳動(dòng)齒輪帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)，速度根據(jù)灌裝機(jī)生產(chǎn)效率不同而變，并且裝有滑動(dòng)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(jià)，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高耐磨性和抗疲勞強(qiáng)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(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形，和全部結(jié)構(gòu)尺寸。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要取決于以下因素：軸在機(jī)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(gòu)的因素較多，且其結(jié)構(gòu)性時(shí)又要隨著具體情況的不同而異，所以，軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計(jì)中，必須針對(duì)不同情況進(jìn)行具體分析。但是，不論何種具體條件，軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)滿足：軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。軸尺寸的確定：根據(jù)灌裝機(jī)整機(jī)的要求以及撥瓶輪結(jié)構(gòu)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(diǎn)是結(jié)構(gòu)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(gòu)圖4.4 傳動(dòng)齒輪的設(shè)計(jì)4.4.1 選擇齒輪的材料由輪齒的失效形式可知，設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)時(shí)，應(yīng)使齒面具有較強(qiáng)的抗磨損，抗點(diǎn)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(duì)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(diǎn)蝕的能力，齒面的硬度應(yīng)為250—350HBS。4.4.2 主要尺寸的確定設(shè)計(jì)灌裝機(jī)時(shí)為了防止瓶托在升降時(shí)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(biāo)準(zhǔn) h a+=1,c+=0.25.求得 h=4.5mm.圓整 h=4mm。齒寬 b：由齒輪的強(qiáng)度計(jì)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(huì)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(dāng)。因?yàn)楣嘌b機(jī)在工作時(shí)載荷很小，傳動(dòng)速度不是很大。所以可以選越小的齒寬系數(shù)。圖 8 傳動(dòng)齒輪圖4.5 螺桿的設(shè)計(jì)4.5.1 螺旋限位機(jī)構(gòu)在包裝工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，現(xiàn)以廣泛應(yīng)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(gè)地送到給定的工位。本設(shè)計(jì)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(gè)灌裝設(shè)備的“咽喉” ，其結(jié)構(gòu)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(dòng)化水平。圓柱螺桿的前端多呈截錐臺(tái)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(dǎo)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(shí)為了使待灌瓶逐個(gè)依次順利導(dǎo)入螺旋槽內(nèi)，增速達(dá)到預(yù)定間距借助撥輪有節(jié)奏地引導(dǎo)到包裝工位，因此將螺桿應(yīng)用于高速分件定時(shí)供送，其螺旋線最標(biāo)準(zhǔn)的組合模式包括：a.輸入等速段，有助于穩(wěn)定的導(dǎo)入。b.等加速段，與輸送帶拖動(dòng)待灌瓶的摩擦作用力相適應(yīng)，采用等加速運(yùn)動(dòng)規(guī)律使之增大間距，可保證在整個(gè)供送過程中與螺旋槽有著可靠的接觸點(diǎn)而不易晃動(dòng)和傾倒。c.輸出等速段，以改善星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式及其嚙入狀態(tài)。4.5.2 螺旋限位器主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算當(dāng)物件被速輸送帶拖動(dòng)前進(jìn)時(shí),如果讓整個(gè)變螺桿對(duì)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(yīng)保證輸送帶的運(yùn)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(duì)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(duì)于 r0值主要是依靠螺桿芯部及其支軸的積垢強(qiáng)度和尺寸等因素加以確定的,但個(gè)別場合也有單從滿足某種工藝要求的角度來考慮這個(gè)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(yīng)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(guān)) 則取 k=5mm 螺距 S 01=2p+k=2×32.5mm+5mm=80mm 設(shè)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(yīng)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(dāng) vrv0時(shí),就只能依靠輸送帶對(duì)物件所起的摩擦拖動(dòng)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(dòng)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(duì)物件引起強(qiáng)烈的震動(dòng)。(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(dāng)星型撥輪節(jié)距和等速段螺距均保持定值，如果適當(dāng)?shù)卦黾雍髢啥温菥€的總?cè)?shù)，則湖會(huì)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(yīng)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(guān)，(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(shí)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(jī)械加工的對(duì)刀基準(zhǔn)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(diǎn)的基準(zhǔn)線。實(shí)用中，應(yīng)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(jī)械結(jié)構(gòu)來準(zhǔn)確控制工作臺(tái)和刀架的縱向進(jìn)給量，保證切削刀具同等速回轉(zhuǎn)螺桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是條預(yù)先確定的螺旋線。近些年來借助數(shù)控機(jī)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(dòng)與機(jī)械混合式此裝置采用以氣動(dòng)機(jī)構(gòu)托瓶升起、用凸輪機(jī)構(gòu)將已裝料瓶降下的組合式升降機(jī)構(gòu)，它利用氣動(dòng)機(jī)構(gòu)托瓶升起具有自緩沖功能，托瓶平穩(wěn)，且節(jié)約時(shí)間，同時(shí)又利用凸輪機(jī)構(gòu)較好獲得平穩(wěn)的運(yùn)動(dòng)控制的特，使托瓶升降運(yùn)動(dòng)得到快而好的工作質(zhì)量。圖 15 氣動(dòng) —機(jī)械混合式升降瓶機(jī)構(gòu)圖1-托平臺(tái) 2-套筒 3-螺釘 4-密封墊 5-柱塞 6-凸輪導(dǎo)軌 7-滾動(dòng)軸承8-方墊塊 9-環(huán)管 10-卡塊氣動(dòng)—機(jī)械混合式升降機(jī)構(gòu)如圖所示。配有托平臺(tái) 1 的套筒 2可沿空心柱塞 5 滑動(dòng)方墊塊 8 起導(dǎo)向作用，防止套筒升降時(shí)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。升瓶時(shí)，壓縮空氣由柱塞下部經(jīng)螺釘 3 上的中心孔道進(jìn)入套筒內(nèi)部，以推脫，托瓶運(yùn)動(dòng)，其速度通過凸輪導(dǎo)軌 6 和滾動(dòng)軸承 7 加以控制，直至工作臺(tái)轉(zhuǎn)到降瓶區(qū)后才完全依靠凸輪的強(qiáng)制作用將套筒連同托平臺(tái) 1 壓下。同時(shí)，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(jìn)入其他待上升的托瓶缸內(nèi)。該機(jī)構(gòu)工作平穩(wěn)，得到廣泛應(yīng)用。