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畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目：飲料灌裝機設(shè)計
學(xué) 院：
專 業(yè)：
學(xué) 號：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期： 2014年2月 16日
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摘要
由于企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需要，現(xiàn)有飲料灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)要求，必須對生產(chǎn)線進(jìn)行改造。飲料灌裝機為飲料灌裝生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)備為此，選定飲料灌裝機這一工廠實例作為課題。星形撥瓶輪是將灌裝機的限位機構(gòu)送來的瓶子，準(zhǔn)確地送入灌機中的升降機構(gòu)或灌滿的瓶子從升降機構(gòu)取下送入傳送帶的機構(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(fù)合紙盒等。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；同時撥輪也用于容器的輸出。螺旋限位器在包裝工業(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地送到給定的工位。
關(guān)鍵詞： 飲料；灌裝機；星型拔輪機構(gòu)
Abstract
Due to the need of enterprise development, design capacity of the existing beverage filling production line has been far can not meet the requirement of production, must carry on the transformation of the production line. Beverage filling machine is the key equipment of beverage filling production line for selected beverage filling machine, this factory instance as the subject.Dial star-shaped bottle filling machine round is to limit the agency sent the bottle, filling machine accurately into the take-off and landing or a bottle filled with the bodies removed from the lift conveyor belt into the body. Quantitative liquid materials (referred to as liquid) into the packaging container filling machine filling machinery called. Because the number to be filled with liquid with liquid,Therefore, the general container used for rigid containers, such as PET bottles, glass bottles (or cans), metal cans, cartons and other composites. Conveyor belt, sub-items for delivery screw, star-shaped and arc-shaped guide plate Pull out the gear combination for the importation of container; Pull out the gear At the same time, the output is also used in containers. Spiral limit in the field of packaging industry, is now widely applied to various types of sub-items for delivery screw device, a process may require rules or irregular array of containers, objects to determine the speed, direction and distance individually or in batches to a given position.
Keyword ：Drinks；The Filling Machine；Star-shaped Bodies Out Round
目 錄
摘要 2
Abstract 3
第1章 緒 論 5
1.1 研究背景 5
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 7
1.3 課題研究意義 8
第2章 飲料灌裝機總體方案設(shè)計 9
2.1 飲料灌裝機的設(shè)計方案 9
2.2 灌裝的基本方法 10
第3章 灌裝機傳動系統(tǒng)設(shè)計計算 11
3.1類比法選擇動力源 11
3.2工位的計算 12
3.3撥瓶輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算 12
3.3.1撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定 12
3.3.2撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定 13
3.3.3撥瓶輪其它尺寸的確定 13
3.3.4包裝容器與撥瓶輪的相對運動 14
3.4螺旋限位器設(shè)計 16
3.4.1限位器總體計算 17
3.4.2螺桿等速段計算 17
3.4.3螺桿變加速段計算 19
3.4.4螺桿等加速段計算 21
3.5帶的選擇和校核 24
3.6液箱的計算 26
結(jié) 論 28
致 謝 29
參考文獻(xiàn) 30
第1章 緒 論
1.1 研究背景
灌裝機主要是包裝機中的一小類產(chǎn)品，從對物料的包裝角度可分為液體灌裝機，膏體灌裝機，粉劑灌裝機,顆粒灌裝機；從生產(chǎn)的自動化程度來講分為半自動灌裝機和全自動灌裝生產(chǎn)線。
灌裝機按灌裝原理可分為常壓灌裝機、壓力灌裝機、液體灌裝機、油類灌裝機、膏體灌裝機、醬類灌裝機、顆粒漿狀灌裝機、粉劑灌裝機、大桶水灌裝機和真空灌裝機。
（1）常壓灌裝機
是在大氣壓力下靠液體自重進(jìn)行灌裝。這類灌裝機又分為定時灌裝和定容灌裝兩種，只適用于灌裝低粘度不含氣體的液體如牛奶、白酒、礦泉水等。
（2）壓力灌裝機
是在高于大氣壓力下進(jìn)行灌裝，也可分為兩種：一種是貯液缸內(nèi)的壓力與瓶中的壓力相等，靠液體自重流入瓶中而灌裝，稱為等壓灌裝；另一種是貯液缸內(nèi)的壓力高于瓶中的壓力，液體靠壓差流入瓶內(nèi)，高速生產(chǎn)線多采用這種方法。壓力灌裝機適用于含氣體的液體灌裝，如啤酒、汽水、香檳酒等。
（3）真空灌裝機
是在瓶中的壓力低于大氣壓力下進(jìn)行灌裝。這種灌裝機結(jié)構(gòu)簡單，效率較高，對物料的粘度適應(yīng)范圍較廣，如油類、糖漿、果酒等均可適用。
（4）油類灌裝機
可以灌裝各類油品，如食用油、潤滑油、花生油、豆油等。該類灌裝機是針對油品物料灌裝專門開發(fā)研制的灌裝機械，可實現(xiàn)人工操作和無人化操作的靈活配置，例如食用油灌裝機。按計量方式可分為流量計式?；钊?。稱重式等。按設(shè)備樣式可分為直線式和旋轉(zhuǎn)式等。目前國內(nèi)制造油類灌裝機廠商多數(shù)分布在山東省。廣東省。江蘇省等地。
（5）注塞式灌裝機
該類灌裝機廣泛適用于醫(yī)藥、食品、日化、油脂、農(nóng)藥及其他特殊行業(yè)，可灌裝各種液體、膏體類產(chǎn)品，如消毒液、洗手液、牙膏、藥膏、各種化妝品等物品.
（6）液體灌裝機
全新臥式設(shè)計，輕巧方便，自動抽料，對于黏稠較大的膏體可加料斗加料。立式液體灌裝機 立式液體灌裝機手動及自動相互切換功能：當(dāng)機器處于“自動”狀態(tài)，機器按設(shè)定速度，自 動進(jìn)行連續(xù)灌裝。而當(dāng)機器處于"手動"狀態(tài)，操作人員踩動踏板，來實現(xiàn)灌裝 ，若一直踩住不放，則也變?yōu)樽詣舆B續(xù)灌裝的狀態(tài)。防滴漏灌裝系統(tǒng)：灌裝時氣缸上下動作，帶動悶頭.
（7）膏體灌裝機
適合于灌制從水劑到膏霜的各種黏度產(chǎn)品，是廣大日化、醫(yī)藥、食品、農(nóng)藥等行業(yè)的理想填充機型。特點全新臥式設(shè)計，輕巧方便，自動抽料，對于黏稠較大的膏體可加料斗加料。雙頭臥式膏體灌裝機 雙頭臥式膏體灌裝機手動及自動相互切換功能：當(dāng)機器處于“自動”狀態(tài)，機器按設(shè)定速度，自動進(jìn)行連續(xù)灌裝。而當(dāng)機器處于"手動"狀態(tài)，操作人員踩動踏板，來實現(xiàn)灌裝 ，若一直踩住不放，則也變?yōu)樽詣舆B續(xù)灌裝的狀態(tài)。 防滴漏灌裝系統(tǒng)：灌裝時氣缸上下動作，帶動悶頭。
（8）醬類灌裝機
適用于調(diào)味品中帶顆粒并且濃度較大的辣椒醬、豆瓣醬、花生醬、芝麻醬、果醬、牛油火鍋底料、紅油火鍋底料等物質(zhì)的粘稠醬類的灌裝。按照操作流程可以分為全自動灌裝機和半自動灌裝機稱重式灌裝機，適用于黏度較低的液體物料。例如，油漆，涂料，樹脂，及各種化工原料。
（9）顆粒漿狀灌裝機
適用于醫(yī)藥、日化、食品、農(nóng)藥及特殊行業(yè)，是理想的顆粒漿狀粘度流體充填設(shè)備。 該機為半自動活塞式灌裝機，可灌裝顆粒漿狀流體物料。
（10）粉劑灌裝機
該機適用于化工、食品、農(nóng)、副產(chǎn)品等行業(yè)的粉狀、小顆粒狀物料的定量灌裝。如：農(nóng)藥、獸藥、消毒劑、洗衣粉、糧食、種子、奶粉、調(diào)味品、味精、食鹽、白糖、添加劑等。產(chǎn)品特點：微電腦控制，定量準(zhǔn)確。參數(shù)可調(diào)整，誤差可自動修正。強弱電分開，無干擾。可靠性高，適應(yīng)面廣。充填部件用全不銹鋼制做加工精度高，互換性好，分級合理。模塊式設(shè)計，組合靈活。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
飲料灌裝機械是伴隨飲料工業(yè)的產(chǎn)生而產(chǎn)生，并追隨飲料工業(yè)的發(fā)展而進(jìn)步的。1890年，美國研制出玻璃灌裝機械，1902年市場上出現(xiàn)灌裝番茄醬的壓力灌裝機械，1912年發(fā)明了封口機械，不久灌裝機械和封口機械合為一體。在20世紀(jì)末，德國制造出手動灌裝機。含氣體飲料的灌裝工藝難度較大，灌裝設(shè)備的發(fā)展大約經(jīng)歷了三個階段。第一階段是1952年---1957年之間，完成了含氣體飲料的灌裝機械由差壓灌裝向等壓灌裝發(fā)展，采用的是機械閥。第二階段是1957年---1759年，這期間先是德國H￡K公司，之后是法國和前蘇聯(lián)，發(fā)明研制了等壓彈簧閥，彈簧在等壓狀態(tài)下，借助彈簧力將沖液閥打開，破瓶后沖液閥可以自動關(guān)閉，這樣不僅使灌裝機械的結(jié)構(gòu)簡單了，而且延長了灌裝閥的有效工作時間，為灌裝機械的高速化創(chuàng)造了條件。等壓彈簧閥的出現(xiàn)是灌裝發(fā)展史上的一個重要階段，至今等壓灌裝機還廣泛使用，只是功能更完善，結(jié)構(gòu)更合理。第三階段是一德國SEN公司發(fā)明的電動閥為標(biāo)志，電動閥中氣閥和水閥的開啟和關(guān)閉由可控編程器控制，對灌裝時間，灌裝速度進(jìn)行嚴(yán)格的控制和可靠的界定。
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(dāng)時國內(nèi)的啤酒廠和汽水廠都是使用美國和日本20世紀(jì)30---40年代的設(shè)備，工藝落后，機械陳舊，嚴(yán)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(chǎn)灌裝機械。進(jìn)入20世紀(jì)70年代，我國先后引進(jìn)了一些國外灌轉(zhuǎn)生產(chǎn)線，在裝備一些設(shè)備的同時，也促進(jìn)了我國包裝機械行業(yè)進(jìn)入了一個新的發(fā)展時期。機械，輕工，軍工等領(lǐng)域的一些企業(yè)開始在仿制和消化國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，又開發(fā)和研制出了各種中小型的灌裝機械，提供給國內(nèi)的一些飲料生產(chǎn)廠，促進(jìn)了我國飲料業(yè)的發(fā)展。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，我國采用技術(shù)貿(mào)易結(jié)合的方式，引進(jìn)德國SEN公司的20000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線和日本三菱公司18000瓶/小時的含氣飲料灌裝生產(chǎn)線的制造技術(shù)，到1991年又引進(jìn)了德國KHS公司30000瓶/小時的啤酒灌裝生產(chǎn)線及生產(chǎn)技術(shù)。這樣我國不僅能夠生產(chǎn)中小型的灌裝機，而且能夠生產(chǎn)大型灌裝機，技術(shù)水平上了一個新的臺階，將我國的液體灌裝設(shè)備制造業(yè)的整體水平提高到了一個新的水平。
1.3 課題研究意義
當(dāng)今國際灌裝機加工成套設(shè)備向著大型化發(fā)展，工藝技術(shù)水平也逐步向智能控制和自動控制方向靠攏。而中國的灌裝機現(xiàn)狀還主要以多元所有制結(jié)構(gòu)和小規(guī)模經(jīng)營方式為主，技術(shù)水平參差不齊，工藝設(shè)備加工精度與加工密度不夠，企業(yè)沒有自主創(chuàng)新能力，設(shè)備大多都是直接仿制國外，有許多不適合我國的國情，一道或者數(shù)道工藝需要改進(jìn)。灌裝機發(fā)展至今，已由早前單一環(huán)節(jié)的加工模式發(fā)展為成套的加工工藝流程，但各環(huán)節(jié)的靈活性降低，怎樣處理好環(huán)節(jié)間暢通，并保證各環(huán)節(jié)灌裝機質(zhì)量成為亟需解決的問題。隨著智能控制技術(shù)的成熟，開發(fā)成套的智能化、自動化灌裝機技術(shù)有重大的現(xiàn)實意義。
灌裝機在食品行業(yè)、飲料行業(yè)、日化行業(yè)等廣泛使用。食品包裝機械競爭日趨激烈，未來的食品灌裝機械將配合產(chǎn)業(yè)自動化，促進(jìn)包裝設(shè)備總體水平提高，發(fā)展多功能、高效率、低消耗的食品包裝設(shè)備。一直以來，灌裝機就是飲料市場的堅實后盾，特別是現(xiàn)代市場上人們對商品質(zhì)量要求日漸提高、市場需求不斷擴大、企業(yè)對高效自動化生產(chǎn)的要求，在這樣的情況下，灌裝機更是成為了炙手可熱的灌裝設(shè)備。加上近幾年，科學(xué)技術(shù)水平的提高，國內(nèi)灌裝機行業(yè)也得到了較快的發(fā)展，技術(shù)水平、設(shè)備性能、質(zhì)量等方面都有了很大程度的提高，在支持企業(yè)高效、安全生產(chǎn)上發(fā)揮了重要的作用。
第2章 飲料灌裝機總體方案設(shè)計
2.1 飲料灌裝機的設(shè)計方案
本機適用用于含汽飲料(啤酒,汽水等)的灌裝，適用于中型飲料廠使用。本文設(shè)計由于企業(yè)生產(chǎn)發(fā)展需要，現(xiàn)有飲料灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生產(chǎn)要求，必須對生產(chǎn)線進(jìn)行改造。飲料灌裝機為飲料灌裝生產(chǎn)線關(guān)鍵設(shè)(BZQP40-8型啤酒灌裝壓蓋聯(lián)合機的灌裝部分），為此，選定飲料灌裝機這一工廠實例作為課題。
設(shè)計參數(shù)：圓形標(biāo)準(zhǔn)玻璃瓶按國家標(biāo)準(zhǔn)GB4544；
瓶高：H=（160～290）mm；
瓶徑：D=(56～76)mm；
瓶口內(nèi)徑：d=(13～16)mm；
裝瓶頭數(shù)：
壓蓋頭數(shù)：
生產(chǎn)能力： 6000-8000（瓶/小時），完成相關(guān)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，零件圖等。參考設(shè)計方案如圖1 所示：
圖1：飲料灌裝機方案圖
2.2 灌裝的基本方法
液體物料由貯液裝置灌入包裝容器中，常采用如下幾種方法。
（1）常壓法灌裝。是指在大氣壓下直接依靠被灌液料的自重流入包裝容器內(nèi)的灌裝方法。常壓灌裝的工藝過程為：1、進(jìn)液排氣，即液料進(jìn)入容器，同時容器內(nèi)的空氣被排出；2、停止進(jìn)液、即容器內(nèi)的液料達(dá)到定量要求時，進(jìn)液自動停止；3、排除余液，即排除排氣管中的殘液。常壓法主要用于灌裝粘度地、不含氣的液料如牛奶、白酒、醬油、藥水等。
（2）等壓法灌裝。是利用貯液箱上部氣室的壓縮空氣給包裝容器充氣，使兩者的壓力接近相等，然后使液料靠自重流入包裝容器內(nèi)的灌裝方法。等壓灌裝的工藝過程為：1、充氣等壓；2、進(jìn)液回氣；3、停止進(jìn)液；4、釋放壓力，即釋放瓶頸內(nèi)殘留的壓縮氣體至大氣內(nèi)，以免瓶內(nèi)突然降壓而引起大量冒泡，影響包裝質(zhì)量和定量精度。等壓法適用于含氣飲料，如啤酒、汽水等的灌裝，可以減少所含二氧化碳的損失。
（3）真空灌裝法。是在低于大氣壓力條件下進(jìn)行灌裝的方法。它有兩種基本方式：一種是壓力真空式，即讓貯液箱內(nèi)部處于常壓狀態(tài)，只對包裝容器內(nèi)抽氣使其形成一定的真空度，液體依靠兩容器內(nèi)的壓力差，流入包裝容器并完成灌裝；另一種是重力真空式，即讓貯液箱和包裝容器都處于接近相等的真空狀態(tài)，液料靠自重流入該容器內(nèi)。目前，國內(nèi)常采用壓力真空式。其設(shè)備簡單，工作可靠。真空法灌裝的工藝過程為：1、瓶抽真空；2、進(jìn)液排氣3、停止進(jìn)液；4、余液回流，即排氣管中的殘液經(jīng)真空室回流至貯液箱內(nèi)。真空法適用于灌裝粘度低一些的液料（如油類、糖漿等）、含維生素的液料（如蔬菜汁、果子汁等）和有毒的液料（如農(nóng)藥等）。此法不但能提高灌裝速度，而且能減少液料與容器內(nèi)殘存空氣的接觸和作用，故有利于延長某系產(chǎn)品的保質(zhì)期。此外，還能限制氣體和液體的逸散，從而改善操作條件。但對灌裝配置的、含有芳香性氣體的液體是不適宜的，因為抽氣會增加液香的損失。
（4）虹吸法灌裝。虹吸法灌裝應(yīng)用虹吸原理使液體料經(jīng)虹吸管由儲液箱被吸入容器，直至兩者液位相等為止。此法適合灌裝低粘度不含 氣的液料，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，但灌裝速度低。
（5）壓力法灌裝。壓力法灌裝是借助機械或氣液壓等裝置控制活塞往復(fù)運動，降粘度較高的液體物料從儲料缸吸入活塞缸內(nèi)，然后再強制壓入待灌裝的容器內(nèi)，可依靠本身所具有的氣體壓力直接灌入未經(jīng)預(yù)先充氣的瓶內(nèi)。
第三章 灌裝機傳動系統(tǒng)設(shè)計計算
3.1類比法選擇動力源
根據(jù)類比法選擇電機。在食品廠實習(xí)時，其電機選擇為Y112M-6、2.2KW，由于是輕工機械所以功率不用太大，選擇Y系列三相異步電動機，選擇Y112M-6。
其功率為2.2KW 額定轉(zhuǎn)矩為2
額定轉(zhuǎn)速940r/min 重量45Kg
3.2工位的計算
機器的工作效率范圍是6000-8000瓶/時，又因為是輕工機械，所以按高生產(chǎn)率134瓶/分鐘計算，完全可以滿足設(shè)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(shè)置了68個工位，在進(jìn)、出撥輪之間的一個是空位，其上無工作頭。所以，一周仍然是67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)。
3.3撥瓶輪主要結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計計算
3. 3. 1撥瓶輪齒槽數(shù)（齒數(shù)）確定
星形撥輪齒數(shù)為Zb，灌裝機的生產(chǎn)能力為Q，撥輪主軸轉(zhuǎn)速為，依據(jù)單位時間內(nèi)供瓶數(shù)應(yīng)等于出瓶數(shù)（不考慮灌裝過程中出現(xiàn)爆瓶現(xiàn)象）。則
（3.1）
式中，
Zb ――齒數(shù)；
Q ――生產(chǎn)能力，瓶/時；
――轉(zhuǎn)速，/min。
撥瓶輪齒數(shù)由確定。
已知灌裝機得生產(chǎn)能力Q＝瓶/時，初步確定撥瓶輪主軸轉(zhuǎn)速與灌裝機大轉(zhuǎn)盤主軸轉(zhuǎn)速的比例為i＝5.大轉(zhuǎn)盤主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)計算得出n1＝3/min.則可以確定撥瓶輪主軸轉(zhuǎn)速n＝15/min.撥瓶輪齒數(shù)Zb:
選取撥輪齒數(shù)Zb＝8。
3. 3. 2撥瓶輪節(jié)圓半徑的確定
設(shè)撥輪節(jié)圓半徑為Rb, Cb為行星撥輪的節(jié)距，因為容器以等間距定時供送，則
（3.2）
（3.3）
對于旋轉(zhuǎn)灌裝機來講，Cb應(yīng)等于灌裝閥的節(jié)距。
在確定灌裝機整體尺寸時確定的灌裝閥節(jié)距尺寸Cb＝126mm，Rb＝160mm。
用Cb帶入驗算：
（3.4）
用Rb帶入驗算：
（3.5）
根據(jù)檢驗，對Cb, Rb進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，最后確定Cb＝126mm，Rb＝160mm。
3. 3. 3撥瓶輪其它尺寸的確定
在本課題中灌裝容器是啤酒瓶，因此撥瓶輪的材料在選擇上應(yīng)選用對酒瓶不會造成有磨損，擊碎的現(xiàn)象。故選用尼龍1010材料。撥輪中的尺寸h和Rc均由容器瓶的高度和直徑來確定。它與灌裝機中撥輪盤花齒尺寸有關(guān)，撥輪的尺寸以能很平穩(wěn)地 輸送瓶子為原則，可用類比或?qū)嶒瀬頉Q定。設(shè)計時尺寸Rc地決定方法；因為Rc與灌裝機主體中地?fù)芷枯喕ūP有關(guān)，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(yīng)大于瓶子的半徑，這可以由實驗結(jié)果得知。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。高度是由瓶高來確定的，瓶子確定的高度是280mm，撥瓶輪的厚度可以根據(jù)設(shè)計時按設(shè)計者給定的值。撥瓶輪給的厚度是10mm，容器瓶從輸送帶過來瓶底離下?lián)芷堪宓木嚯x確定為25mm，設(shè)該課題給定的容器瓶瓶頸為105mm，直徑為70mm的瓶身高出上撥瓶板為25mm，保證瓶子的重心在兩齒的中心附近。h＝280－20－25－25－105＝85mm
3.3.4包裝容器與撥瓶輪的相對運動
撥輪的結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)計時主要考慮齒槽形狀。在包裝容器的供送過程中，容器在末端堆擠在一起，要使不同形狀的包裝容器順利導(dǎo)入撥輪齒槽，即齒槽不與撥輪發(fā)生碰撞，必須合理確定齒槽形狀。為此，要分析被供送包裝容器與撥輪之間的相對運動?？梢杂煤喕嫹ū硎緭芷枯喤c容器瓶的相對運動。
實用中，多將星形撥輪與分件供送螺桿組合在一起，對此應(yīng)指出一些特殊的設(shè)計要求。設(shè)撥輪的節(jié)圓直徑（半徑為）,齒槽數(shù)為,主軸轉(zhuǎn)速, 則
===320 （3.6）
==15 （3.7）
對旋轉(zhuǎn)型灌裝機，等于灌裝閥的節(jié)距至于能否取整數(shù)，則與整個川東部據(jù)有關(guān)。在此前提下，決定不僅要考慮撥輪的外輪廓尺寸和齒槽的結(jié)構(gòu)形式，也要便于等分提高制造精度。 實踐表明，為合理設(shè)計星形撥輪齒槽的結(jié)構(gòu)形式，必須深入研究它同被供送瓶罐的相對運動關(guān)系。如圖3.6所示，通過撥輪主軸O取一靜坐標(biāo)系，在通過該點及任一齒槽中心C取一動坐標(biāo)系。初始時二系的橫縱坐標(biāo)軸對應(yīng)重合，其次由C一點引節(jié)圓切線分別截取兩個線段，令= =。已論證<。
設(shè)星形撥輪以等角速度做逆時針方向轉(zhuǎn)動，經(jīng)時間t轉(zhuǎn)過角度=,相應(yīng)的齒槽中心移至,而瓶罐中心以初速度等加速度移至,令=,由于其末速度= =，因此
a= - （3.8）
=+ （3.9）
式中，在此過程中瓶罐相對撥輪的運動軌跡即為--。若以瓶罐中心絕對運動軌跡上的點極坐標(biāo)（）表示它的動坐標(biāo)系中的位置。以圖示幾何關(guān)系寫出
（3.10）
（3.11）
此即瓶罐與撥輪的相對運動方程，借以上兩式畫出瓶罐的相對運動軌跡及其外輪廓線，是以確定撥輪齒槽的形狀尺寸，同時做出是否需切齒修整的判斷。但是，要想從根本上解決兩者互不干涉的問題，應(yīng)進(jìn)一步運用解析法加以剖析。 設(shè)齒槽半徑（即瓶罐主題部位半徑）所對應(yīng)的撥輪中心角為，瓶罐相對運動軌跡終點的切線與該點撥輪矢徑的夾角為，那么保證嚙入不干涉的基本條件應(yīng)是
（3.12）
由于
（3.13）
借（3.10）和
（3.14）
應(yīng)用羅比塔法則導(dǎo)出
（3.15）
代入式（3.10）,得
（3.16）
（3.17）
將（3.15）帶入（3.14）
（3.18）
總之，當(dāng)為定值時，通過調(diào)整可達(dá)到瓶罐嚙入撥輪齒槽（其外輪廓形狀尺寸與瓶罐嚙合部分完全一致）不產(chǎn)生任何干涉的目的。在這方面，與分件供送螺桿的轉(zhuǎn)速變化毫無關(guān)系[10]。
3.4螺旋限位器設(shè)計
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地送到給定的工位。本設(shè)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(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、總體布局和自動化水平。
圖3.4三段式分件供送螺桿
如圖3.4所示，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(dǎo)入效果，緩和輸入輸出兩端的抖振和磨損，延長使用壽命。同時為了使待灌瓶逐個依次順利導(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.變加速段，加速度由零增至某最大值，以消除沖擊。
c.等加速段，與輸送帶拖動待灌瓶的摩擦作用力相適應(yīng)，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。
d.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)。
3.4.1限位器總體計算
由得
撥輪節(jié)圓周長，則
已知螺桿的轉(zhuǎn)速（其值與供送能力相當(dāng)），行星撥輪的齒數(shù)及節(jié)距，則
撥輪的轉(zhuǎn)速
撥輪節(jié)圓的直徑
當(dāng)物件被等速的輸送帶拖動前進(jìn)時，如果讓整個變螺距螺桿對它僅起一定的阻擋作用，并在末端與星形撥輪取得速度的同步，顯然應(yīng)保證輸送帶的運動速度，螺桿的最大供送速度和撥輪的節(jié)圓線速度均相等：
3.4.2螺桿等速段計算
供送正圓柱形物件，令其主體部位的圓弧半徑為，螺桿的內(nèi)外半徑各為、，可取
而對于供送異側(cè)形狀的物件，令其主體部位的長度（或長軸）、寬度（或短軸）各為，，可取
進(jìn)而求螺桿等速段的螺距
或
式中 —兩相鄰物件的平均間隙（一般為幾毫米，主要與物件加工精度有關(guān)）
本設(shè)計令，則
令，則，取
設(shè)等速段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取為1），而其中間任意值。對單頭外螺旋線引起展開圖形為一條斜直線，故相應(yīng)的螺旋角
所以
周向展開長度：
軸向長度：
螺桿輸入速度：
式中 —螺桿外直徑（）
若物件的輸入速度，那么最好借助調(diào)試波形尼龍拌和刷板等緩沖裝置使其減速；反之當(dāng)時，就只能依靠輸送帶對無建起的摩擦拖動作用加速已接近螺桿的初始供送速度，居此獲得供入段的輸送長度
式中 —物件與輸送帶的滑動摩擦系數(shù)
—重力加速度
另外，設(shè)螺桿物件與輸送帶的最大速差
故知撥輪節(jié)距和螺桿轉(zhuǎn)速都不宜過大，以免加快板鏈工作表面的磨損，病防止對物件引起強烈的震動。
3.4.3螺桿變加速段計算
數(shù)據(jù)前述，令此段螺桿的供送加速度有零值一正弦函數(shù)變化規(guī)律提高到某一最大值，遂寫出
進(jìn)而解出相應(yīng)的供送速度及軸向位移
式中、分別表示被供送物件移過行程及其最大值所需的時間，有邊界條件得知：當(dāng)時， ；而當(dāng)時，，顧可確定各待定系數(shù)：
將、、代入式，并取 ，式中、分別表示變加速段螺旋線的圈數(shù)的任意值和最大值（即，通常?。?，。等加速段螺旋線的最大圈數(shù)為（通常取或更多）而其中堅任意值，取，。經(jīng)推導(dǎo)求出加速段螺旋線展開圖形的軸向長度：
周向長度：
外螺旋線的螺旋角：
螺距
螺桿的供送速度
供送加速度
以上表明，當(dāng)其他條件一定時，過渡段的外螺旋線螺旋角螺距和供送速度均隨螺旋圈數(shù)的增大而增大。若取，則 。這完全符合螺桿前兩段的位移、速度及加速度區(qū)縣銜接要求。
3.4.4螺桿等加速段計算
令螺桿等加速段的供送加速度，則相應(yīng)的供送速度及軸向位移
式中表示被供送物件移過行程所需的時間。有邊界條件得知：當(dāng)時， ，故可確定各待定系數(shù)：，。
由于，經(jīng)推導(dǎo)求出等加速段處螺旋線展開圖形的軸向長度
周向長度：
螺旋線的螺旋角：
螺距：
螺桿的供送速度：
供送加速度：
這表明，等加速段的供送加速度與螺桿轉(zhuǎn)過的平方成正比。若星形撥輪節(jié)距和等速段螺距均為確定值，而能適當(dāng)增加后兩段螺旋線的總周數(shù)，則有助于降低螺桿的供送加速度或提高轉(zhuǎn)速（即生產(chǎn)能力）。再有，當(dāng)其他條件一定時，等加速段的外螺旋線螺旋角、螺距和供送速度同樣都隨著螺旋圈數(shù)的增大而增大。若取，則，，，這完全符合螺桿后兩段的位移、速度及加速度曲線的銜接要求。最后指出，螺桿等速段最大軸向長度僅與螺距及圈數(shù)有關(guān)，而過渡段和等加速段的最大軸向長度、都與撥輪節(jié)距、螺距及圈數(shù)、有關(guān)。
至此，可求高速分件供送螺桿組合螺旋線展開圖形軸向及周向全長：
3.5帶的選擇和校核
1） 計算功率
已知 P=2.2Kw n=940r/min
由表3-4查工作情況系數(shù)
由式3-23得
2）V帶型號
根據(jù)和由《機械設(shè)計》圖3-12確定，選A型帶。
3）定帶輪基準(zhǔn)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
小于
4）確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度
初定中心距
由式3-25得
0.7(d+d)≤a≤2(d+d)
183.75≤a≤525
取a=500mm
由式3-26得
+ =
取標(biāo)準(zhǔn)按《機械設(shè)計》 表 3-3 取
確定中心距 a
由式3-27得
的調(diào)整范圍
5）驗算包角
由式3-28得
6）確定帶的功率及根數(shù)
查機械設(shè)計書
初拉力
查《機械設(shè)計》書 表3-1得
3.6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40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
得液箱的高度為
每次灌液后液面下降的高度為：
結(jié) 論
通過這次飲料灌裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，我認(rèn)識到了單純的理論知識學(xué)習(xí)和 實際設(shè)計之間的差距。 通過這次畢業(yè)設(shè)計既鍛煉了我的綜合運用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識，解決實際應(yīng)用問題的能力，同時也提高我查閱文獻(xiàn)資料、設(shè)計手冊、設(shè)計 規(guī)范以及電腦制圖等其他專業(yè)能力的水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細(xì)節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且使我的毅力，意志力以及耐力都得到了不同程度的提高。這些都是我希望得到的 也是畢業(yè)設(shè)計的目的所在。雖然畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容繁多，過程繁瑣，但我的收獲也是非常的多。各種設(shè)計方案的適用條件，各種零部件的選用標(biāo)準(zhǔn)，我都是隨著設(shè)計的不斷深入而不斷熟悉并學(xué)會應(yīng)用的。從畢業(yè)設(shè)計中學(xué)來的這些寶貴的知識和經(jīng)驗，必然會讓我在未來的工作學(xué)習(xí)中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。
本次設(shè)計參考了許多資料，吸取了其優(yōu)點，并在考慮我國實際的基礎(chǔ)上完成了飲料灌裝機的結(jié)構(gòu)設(shè)計，表達(dá)了自己的設(shè)計思想，完成了設(shè)計任務(wù)。但是由于缺乏生產(chǎn)和設(shè)計經(jīng)驗，問題一定很多，這些都需要老師改正，使之更合乎生產(chǎn)實際。
致 謝
本文是在老師的精心指導(dǎo)下完成的。老師師淵博的學(xué)識、開闊的視野、敏銳的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實創(chuàng)新的工作作風(fēng)，永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣，也將始終引導(dǎo)和激勵著學(xué)生在科學(xué)技術(shù)的殿堂里探索前進(jìn)。老師令人敬佩的平易近人的處世方式也為學(xué)生樹立了榜樣。本畢業(yè)設(shè)計的完成是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，在整個過程中同時也得到了其他老師的指導(dǎo)和大力支持。在此我向老師們表示崇高的敬意和衷心的感謝！感謝他們對我在學(xué)習(xí)上的耐心指導(dǎo)、以及做人做事方面的悉心教誨，使我在解決問題的方法策略和為人處事上都有了很大提高。同時祝愿他們工作順利，身體健康！
在這個設(shè)計過程中，我得到了很多同學(xué)、朋友及老師的支持和幫助，他們給予了極大的幫助和支持。在此我對他們表示衷心的感謝，同時我也感謝我的家人，是他們的理解和默默支持使我的畢業(yè)設(shè)計能得以順利按時的完成。最后，借此機會謹(jǐn)向所有關(guān)心、支持和幫助我的老師、同學(xué)、家人、朋友以及所有默默支持我的人致以最衷心的感謝。謹(jǐn)以此文獻(xiàn)給所有關(guān)心和幫助我的人。
學(xué)生所取得的每一點點成績和每一次的進(jìn)步，無不凝聚著老師大量的心血。在此論文完成之際，謹(jǐn)向老師致以最崇高的敬意和衷心的感謝和幫助，在此向老師表示衷心的感謝。老師全面活躍的思維方式、一絲不茍的治學(xué)態(tài)度和勤奮務(wù)實的工作作風(fēng)給我留下了深刻的印象，并將使我受益終生。感謝我的家人。他們的支持和理解是我完成學(xué)業(yè)的前提和動力。沒有他們的支持我不可能順利完成我的學(xué)業(yè)。值此論文完成之際，向所有給予我關(guān)心和幫助的老師、同學(xué)和親友致以深深的謝意和美好的祝福。
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