旋轉型洗瓶機設計(含CAD圖紙)
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長沙學院畢業(yè)設計 前言隨著市場經濟的完善和發(fā)展,商品流通的深度和廣度進一步擴大,包裝工業(yè)在國民經濟中的作用和地位越來越高。根據(jù)各國經濟發(fā)展水平不同,包裝工業(yè)的產值通常占國民生產總值的。經濟越發(fā)達,包裝工業(yè)所占的比重就越大。旋轉型洗瓶機就是包裝機械的一種。建國以后,我國陸續(xù)建立了一些洗瓶設備生產廠,但主要是一些小型設備,技術落后。八十年代初,國家開始積極引進國外先進洗瓶技術,當時洗瓶技術主要掌握在少數(shù)國有企業(yè)手中。隨著改革開放的推進,一些原來從事機床、農機制造的企業(yè)也轉到洗瓶設備的開發(fā)制造上,從業(yè)廠商逐漸增多。 我國的洗瓶設備主要是應用在酒業(yè)、飲料的洗瓶上。但是目前各個設備生產廠家的旋轉型洗瓶機在洗瓶能力、效率、適宜瓶型范圍及自動化程度等方面各有優(yōu)缺點,不同程度地制約著產品包裝質量和生產率。旋轉型洗瓶機也可稱為回轉型洗瓶機,一般采用連續(xù)式洗瓶形式,即包裝容器在運行中自動完成洗瓶動作。由于洗瓶過程中包裝容器沿圓周方向作等速回轉運動,運動中同時完成洗瓶等操作,因此旋轉型洗瓶機連續(xù)生產,自動化程度高、占地少、生產能力大,生產效率較高;但這類洗瓶機結構復雜、制造較麻煩。各種類型的液體物料(包括含氣液體和不含氣液體,低黏度、中等黏度和高黏度的液體)均可以選用合適的旋轉型洗瓶機進行洗瓶。 應用范圍: 膠水、瞬間膠、乳液、唇蜜、香精、香水、凝膠、藥水、墨水等。目錄1工程概況31.1本課題的來源及意義31.2本課題涉及的問題及國內(外)研究現(xiàn)狀分析32設計任務42.1設計任務42.2工作條件43旋轉型洗瓶機的設計43.1設計方案的確定43.2設計參數(shù)的擬定43.3運動方案的確定43.4旋轉型洗瓶機的總體設計43.5電動機的選擇53.6減速器的選擇53.7不完全齒輪的設計63.8帶傳動的設計83.9軸的設計及校核103.10旋轉型洗瓶機的機架設計124總結15致謝16參考文獻171工程概況1.1本課題來源及研究的目的和意義隨著社會的發(fā)展,生產水平的提高,瓶裝飲料的種類越來越多,消費者的選擇也越來越多,對廠家的生產效率提出了更高的要求,當消費者青睞某一產品時,需要生產廠家快速擴大產量,形成對市場的快速占有。因此,為提高生產效率,對生產過程的各個環(huán)節(jié)都提出了新的要求,特別是洗瓶機械。旋轉型洗瓶機的提出,滿足了廠家對洗瓶機械的要求。旋轉型洗瓶機大大提高了廠家的生產效率1。1.2本課題所涉及的問題及國內(外)研究現(xiàn)狀及分析國內目前對高效率的洗瓶機有比較大的需求,如匯源、青島啤酒、娃哈哈集團等飲料和酒類生產廠家。1.2.1國外研究現(xiàn)狀及分析在國外,在飲料洗瓶機設備方面,美國、德國、日本、意大利和英國的制造水平相對較高2。我們可以通過這些國家的飲料洗瓶機的新趨勢來確定我們國家與他們之間的差別,應該向哪些方面發(fā)展才能縮小之間的差別,使我國的洗瓶機盡快擠進世界先進行業(yè)之列3。通過對比,我們可以看到那些先進國家的飲料洗瓶機的現(xiàn)狀:(1)多功能。使用同一臺機器,就可以洗瓶茶飲料、咖啡飲料、豆乳飲料和果汁飲料等多種飲料,而且對玻璃瓶和聚酯瓶都可以進行洗瓶,盡量減少企業(yè)的生產成本。(2)高速度、高產量。碳酸飲料洗瓶機的洗瓶速度最高達2000罐分,德國HK公司、SEN公司、KRONES公司,其洗瓶機的洗瓶閥分別達到165頭、144頭、178頭。非碳酸飲料洗瓶機的洗瓶閥50-100頭,洗瓶速度最高達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。在線檢測裝置和計量裝置配套完備,能自動檢測各項參數(shù)、計量精確。集機、電、氣、光、磁為一體的高新技術產品不斷涌現(xiàn)4。1.2.2國內研究現(xiàn)狀及分析在國內,南京博鍵科技有限公司從2008年研制出BKYG400高速液體洗瓶機(400瓶分)以來,經多項核心技術的攻關,設備性能穩(wěn)定。此產品是國內用于無菌液體洗瓶生產的首臺10頭洗瓶能達到400瓶分穩(wěn)定產量的洗瓶機。此機在設計理念上能滿足cGMP的要求,全陽臺式設計、隔離控制技術,能有效防止污染,且操作空間大,清潔方便5。BKYG400高速液體洗瓶機采用連續(xù)進出瓶機構、直線式洗瓶方法以及獨特的真空吸塞系統(tǒng)。其計量泵采用獨特的三件套陶瓷計量泵,以有效控制不溶性粒子的析出。BKYG400高速液體洗瓶機整體特點:(1)洗瓶規(guī)格廣,一般可適用0.520ml(特別規(guī)格另議);(2)洗瓶精度高,0.6%;(3)加塞速度快,加塞成功率99.8%;(4)采用機電一體化技術,變頻調速控制,同步帶傳動與洗瓶;(5)缺瓶不洗瓶與不加塞動作完成率可達100%。BKYG400高速液體洗瓶機結構特點:(1)工作臺面較窄,洗瓶區(qū)伸出臺面之外,操作空間大,真正達到全陽式效果;(2)送瓶與加塞,取樣與收集盤分別裝在兩個機架上,不僅有效防止框架變形,而且有利于整機的裝配精度,提高了機器可靠性和穩(wěn)定性;(3)特殊設計的進瓶工作臺、推瓶螺桿、進瓶過渡輪等進瓶系統(tǒng),達到了高速進瓶的穩(wěn)定流暢。能夠保證滅菌后的瓶子“先進先出”的進瓶次序;(4)出瓶配有導向轉換開關,有計數(shù)功能,并由出瓶螺桿將瓶子送人收集盤;(5) 直線連續(xù)、楔塊輸瓶系統(tǒng)可作水平移動,在一定規(guī)格內瓶子不需更換模具。BYKG400高速液體洗瓶機控制系統(tǒng)特點:(1)大型觸摸屏操作,帶有操作提示導航功能,操作過程實現(xiàn)可視化;(2)多臺驅動馬達采用伺服控制,操作人員可在觸摸屏上調整生產參數(shù);(3)未加塞的瓶子有自動剔除功能,更能滿足與凍干機自動上料系統(tǒng)的對接。同時,根據(jù)客戶的不同要求,可在此臺洗瓶機上增加相應的功能,如:(1)可加裝瓶子預充和洗瓶后充惰性氣體裝置;(2)可設定每個洗瓶泵與洗瓶對應瓶子自動脫離進入取樣盤內,以便對號檢測;(3)膠塞進料時配有“清潔進料”裝置。2設計任務2.1設計任務旋轉型洗瓶機的旋轉工作臺有4個工位,旋轉工作臺有6個槽,在圓周上對稱分布,4個工位分別是輸入、洗瓶、封裝、輸出。2.2工作條件每天工作24小時,一年工作365天,工作環(huán)境潮濕。3旋轉型洗瓶機的設計3.1設計方案的確定表3-1旋轉型洗瓶機技術參數(shù)表方案號轉臺直徑mm電動機轉速r/min洗瓶速度r/minC50096010通過綜合考慮,最終確定了C方案為本設計的方案。3.2設計參數(shù)的擬定轉臺直徑500mm,電動機轉速960r/min,罐裝速度10r/min.3.3運動方案的確定3.3.1方案一使用間歇機構,采用槽輪機構。在工作時,使普通的含量為550ml的礦物質水瓶能在各個工位順利停留。3.3.2方案二 使用間歇機構,采用凸輪機構。在工作時,同樣能夠使550ml的礦物質水瓶能準確的在各個工位停留。 3.3.2方案三 使用不完全齒輪機構,在工作時同樣能夠滿足工作需求。3.3.3選定方案選定方案三:間歇機構,采用不完全齒輪機構。因為不完全齒輪機構可以實現(xiàn)設計要求,結構相對簡單。3.4旋轉型洗瓶機的總體設計圖3-1工作流程圖如圖3-1所示,為旋轉型洗瓶機的工作流程。電動機接減速器,減速器通過錐齒輪改變傳動方向,錐齒輪接不完全齒輪主動輪,實現(xiàn)間歇運動,灌瓶泵、壓蓋機構固定在旋轉工作臺的的上方,實現(xiàn)相應的工序,最后通過帶傳動輸出成品。3.5電動機的選擇3.5.1 選擇電動機的類型Y系列電動機為一般用途全封閉自扇冷式籠型三相異步電動機,具有防止灰塵、鐵屑或其他雜物侵入電動機內部之特點,B級絕緣,工作環(huán)境溫度不超過+40攝氏度,相對濕度不超過95%,海拔高度不超過1000m,額定電壓380V,頻率50Hz。YZR系列為繞線轉子電動機,YZ系列為籠型轉子電動機。冶金及起重用電動機大多采用繞線轉子,但對于30Kw以下電動機以及在起動不是很頻繁而電網(wǎng)容量又許可滿壓起動的場所,也可采用籠型轉子。按照工作要求和條件,選用Y系列電機。 83.5.2 確定電動機轉速 因為設計參數(shù)給定的電動機轉速為960r/min,所以選擇電動機的方案有三種如下表3-2所示表3-2 電動機的選擇方案電動機型號額定功率(kw)滿載轉速(rmin)堵轉轉據(jù)最大轉矩質量(kg)Y132S-639602.02.063Y132M1-649602.02.073Y132M2-65.59602.02.084通過考慮安全生產,生產效率等問題,選擇Y132M2-6型電動機。3.6 減速器的選擇根據(jù)旋轉型洗瓶機的工作環(huán)境和工作條件,選擇較為實用的減速器。選擇ZDY型減速器9。(1) 承載能力如表3-3表3-3承載能力公稱傳動比輸入轉速輸出轉速軸距實際傳動比49602401004(2) ZDY型減速器主要尺寸如表3-4表3-4 ZDY減速器參數(shù)ABHad1l1L1b1t1d2l2L2b2t2290175260100284212783148821671451.5續(xù)上表Cm1m2m3n1n2e1e2e3h地腳螺栓孔m潤滑油量(L)d3n22225-14052.572.585102122125154351.63.7不完全齒輪的設計要求;60r/ min3.7.1 不完全齒輪機構工作原理不完全齒輪機構是由齒輪機構演變而得的一種間歇轉動。即在主動輪上只做出一部分齒,并根據(jù)運動時間和停歇時間的要求,在從動輪上做出與主動輪輪齒相嚙合的輪齒。當主動輪作連續(xù)回轉運動時,從動輪作間歇回轉運動。在從動輪停歇期內,兩輪輪緣各有鎖止弧起定位作用以防止從動輪游動。 103.7.2采用不完全齒輪的優(yōu)缺點不完全齒輪的機構簡單,制造容易,工作可靠,設計時從動輪的運動間歇時間和靜止時間的比例可以在較大范圍內變化。其缺點是有較大沖擊,故只適用于低速、輕載場合。103.7.3 不完全齒輪機構的設計應為工作臺有6個工位,為實現(xiàn)間歇運動,不完全齒輪的從動輪應有6個齒槽,這樣才能實現(xiàn)主動輪轉6周,從動輪轉一周。其機構如圖3-2所示圖3-2不完全齒輪裝配圖圖3-3主動輪示意圖圖3-4從動輪示意圖不完全齒輪的設計參數(shù)如下表3-5 不完全齒輪參數(shù)表主動輪從動輪模數(shù) 齒頂高系數(shù)頂隙系數(shù)壓力角分度圓直徑51.00.2520070mm51.00.25200150齒頂高5mm5mm齒根高 6.25mm6.25mm齒全高11.25mm11.25mm齒頂圓直徑80mm160mm齒根圓直徑57.5mm137.5mm基圓直徑65.77mm140.95mm齒距15.7mm15.7mm基圓齒距14.75mm14.75mm齒厚7.85mm7.85mm齒槽寬7.85mm7.85mm頂隙1.25mm1.25mm標準中心距軸徑 110mm16mm110mm20mm3.8帶傳動的設計 3.8.1 V帶的選擇標準普通V帶使用多種材料制成的無接頭環(huán)形帶。這些材料包括頂膠1,抗拉體2,,底膠3,,包布4,其組成方式如圖3-5所示。普通V帶還分為簾布芯V帶和繩芯V帶兩種。本設計選用繩芯V帶。 11 V帶的截面尺寸如圖3-3所示,如表3-6圖3-5 V帶的截面尺寸通過查圖可以確定V帶類型,普通V帶選型圖在機械設計(第八版)157頁,由于電動機轉速為960r/min,電動機功率為5.5kW,故通過圖可確定V帶為A型。表3-6 V帶參數(shù)普通V帶的帶型節(jié)寬頂寬高度橫截面積楔角基準長度帶長修正系數(shù)A11.013.08.0478000.853.8.2 V帶輪參數(shù)的選擇V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應。則帶輪輪槽為A型。V帶繞在帶輪上以后發(fā)生彎曲變形,使V帶工作面的夾角發(fā)生變化。為了使V帶的工作面與帶輪的輪槽的工作面緊密結合。將V帶輪輪槽的工作面的夾角做成。V帶安裝到輪槽中以后,一般不應超出帶輪外圓,也不應與輪槽底部接觸。為此規(guī)定了輪槽基準直徑到帶輪外圓和底部的最小高度和。 11槽輪工作表面的粗糙度為1.6或3.2。表3-7輪槽截面尺寸槽型eA11.02.758.7150.39112fhfadahueB34bd圖3-6 輪槽截面尺寸3.8.3 V帶輪的技術要求鑄造、焊接或燒結的帶輪在輪緣、腹板、輪輻及輪轂上下不允許又砂眼、裂縫、縮孔及氣泡;鑄造帶輪在不提高內部應力的前提下,允許對輪緣、凸臺、腹板及輪轂的表面缺陷進行修補;轉速高于極限轉速的帶輪要做靜平衡,反只要做動平衡。常用的帶輪材料為HT150或HT200。轉速較高時可以采用鑄鋼或用鋼板沖壓后焊接而成,小功率是可以用鑄鋁或塑料。V帶輪由輪緣、輪輻和輪轂組成。根據(jù)輪輻結構的不同,V帶輪分為實心實,腹板式,孔板式,橢圓輪輻式。 11V帶輪的結構形式與基準直徑有關。因為大帶輪的基準直徑為112mm,其小于300mm,所以采用孔板式。如圖3-7所示:圖3-7 帶輪孔板式3.9主軸的計算及校核主軸的具體尺寸如圖3-8所示圖3-8 主軸得到軸的各段尺寸為:, , , , 所以主軸的總長度為彎曲應力校核公式: 式中:軸計算截面上的工作應力(); 軸直徑; 軸計算截面合成彎矩; 軸計算截面上的合成轉矩; 轉應力對稱循環(huán)變化時,=1; 轉應力不變時,; 轉應力不變時,; 許用疲勞應力()。主軸的材料選用40MnB,通過機械設計手冊(軟件版)3.0校核主軸,其輸出結果如下:軸的編號:001 軸的名稱:階梯軸軸的轉向方式:單向恒定 軸的工作情況:無腐蝕條件 軸的轉速:10r/min 功率:5.5kW 轉矩:5252500Nmm 所設計的軸是實心軸 材料牌號:40MnB調質 硬度(HB):230抗拉強度:750MPa 屈服點:500MPa彎曲疲勞極限:335MPa 扭轉疲勞極限:195MPa許用靜應力:300MPa 許用疲勞應力:186MPa確定軸的最小直徑如下:所設計的軸是實心軸A值為:115 許用剪應力范圍:3040MPa最小直徑的理論計算值:90.13mm 滿足設計的最小軸徑:20mm軸的結構造型如下:軸各段直徑長度: 長度 直徑 60mm 30mm 60mm 35mm 100mm 60mm 220mm 20mm 軸的總長度:440mm 軸的段數(shù):4 軸所受支撐的信息: 直徑 距左端距離 30mm 10mm 60mm 170mm 支反力計算距左端距離 水平支反力Rh1 垂直支反力Rv1 10mm 5396.5N 3349.5N 距左端距離 水平支反力Rh2 垂直支反力Rv2 170mm -1478.49N -2590.49N 內力x/mm d/mm m1/Nmm m2/Nmm 10 30 0 0 90 35 508118.81 463169.06 170 60 452659.92 452659.92 340 20 2.4 2.4擬訂裝配方案:固定工作臺,旋轉工作臺,從上面裝; 固定套筒,從動輪,主動輪輪支撐盤,從下面裝。3.10錐齒輪的參數(shù)確定由于減速器和電機是水平布置,主軸是垂直布置,為了傳遞動力,需用到改變傳動方向的機構,有渦輪蝸桿傳動和錐齒輪傳動兩種選擇,但是渦輪蝸桿傳動是用于大傳動比的傳動機構,此處需要的是改變傳動方向,不改變傳動比的機構,故需用錐齒輪傳動。錐齒輪的參數(shù)如下表所示表3-8錐齒輪參數(shù)大錐齒輪小錐齒輪模數(shù)22齒頂高系數(shù)1.01.0分錐角450450齒數(shù)6060齒寬1515齒輪軸軸徑齒厚孔徑402281620203.11旋轉型洗瓶機的機架設計機架為兩塊HT200鑄鐵通過螺栓連接而成的,長寬高分別為1329、 1354、 1098,基本外形如3-9、3-10所示圖3-9機架正視圖圖3-10 機架俯視圖4總結設計進程:撰寫開題報告,通過查閱相關資料,了解了本設計的意義和可行性。開始考慮設計方案,在圖書館借閱相關書籍,借鑒類似的成形產品的機構。方案確定,開始進行相關數(shù)據(jù)的計算,畫零件圖,槽輪機構的設計,錐齒輪的設計,傳動比的分配,帶傳動的設計,電動機的選擇,減速器的選擇。畫裝配圖,撰寫設計說明書,指導老師審閱,給出修改意見,修改設計說明書,修改轉配圖,軸的校核。通過本次設計,我學會了很多東西。首先,我了解到原來減速器可以和電機整合到一起成為一個整體,叫做減速電機。其次學會了一些軟件的應用,像軸的校核使用的機械設計手冊軟件版,減速器圖紙的生成使用的CAXA EXB View。同時也了解到,大學四年在學校所學的東西都是一些非?;A的東西,比如我們進行的課程設計減速器的設計,現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)居然都出版了一本減速器選用手冊,里面幾乎涵蓋了所有的減速器類型。當然,萬丈高樓平地起,沒有基礎是不行的,但是我覺得自己的知識面還是有點窄,在今后的學習中應該時刻注意提高自己。致 謝首先感謝長沙學院,感謝學校錄取了我,讓我成為一名大學生,有更好的機會深造自己,提高自己的學識,為我的素質的培養(yǎng)提供了許多進步的機會。其次感謝機電工程系,在大一到大三的兩年多的時間里,是機電工程系的各位老師和領導為我們提供了寬松的生活環(huán)境,優(yōu)質的學習條件,安定的學習外部環(huán)境。感謝機電工程系的各位老師和領導,為我們大三到大四的一年多時間里付出了辛勤的勞動和熱情的汗水。由衷的感謝我的指導老師肖愛玲老師。肖老師認真負責的工作態(tài)度讓我敬佩,對我在設計過程中遇到的各種問題能夠及時的解答,對我的設計嚴格要求,讓我在這次設計中收獲了許多做學問和做人的知識。我選擇了塔里木大學,塔里木大學成就了我。在大學四年的生活里,我結識了很多志同道合的同學、朋友,也認識了很多品德高尚、學識淵博的老師,他們在生活和學習上給了我很多幫助。感謝所有的給予我?guī)椭娜?,感謝所有關心我的人,感謝你們!參考文獻1 劉守謙.現(xiàn)代包裝機械的創(chuàng)新設計.輕工機械J2007,2,68.2 李傳瑞,金黎明.洗瓶機準確度的調整對商品凈含量的影響. 中國計量J,2008(4): 1033盧娟. 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