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包裝機(jī)械課程設(shè)計端面式單移閥結(jié)構(gòu)設(shè)計學(xué) 生 姓 名指 導(dǎo) 教 師專 業(yè)學(xué) 院I摘 要本次課程設(shè)計是對液體灌裝生產(chǎn)線端面式單移閥的設(shè)計，以及液體的灌裝方法在旋轉(zhuǎn)灌裝機(jī)上的布置與安排。該液體灌裝閥的結(jié)構(gòu)是閥體的上部有進(jìn)液口，閥的下部有出液口，且出口與灌裝頭部位有著密封裝置，通過擠壓力與密封裝置接觸，在液體灌裝閥導(dǎo)通是閥體的上部進(jìn)液口與下部出液口會形成一個液體通道使得液體可以從此通道進(jìn)入瓶體，閥可以通過調(diào)節(jié)螺母和壓緊螺母調(diào)節(jié)彈簧的張力和閥體尺寸，用來調(diào)節(jié)灌裝過程中一些小的光裝誤差，本設(shè)計在于灌裝完成后能及時停止灌裝，節(jié)約能源,應(yīng)用廣泛，效率高，且液體灌裝閥結(jié)構(gòu)簡單。關(guān)鍵詞：單移閥 灌裝機(jī)械 端面式 目 錄摘 要 .I`1 包裝機(jī)械課程設(shè)計內(nèi)容 11.1 包裝機(jī)械概述 11.2 本設(shè)計的主要內(nèi)容 12 Solidworks 簡介 .42.1 Solidworks 簡介 42.2 Solidworks 建模過程 43 端面式單移閥的設(shè)計 73.1 端面式單移閥的原理 73.2 端面式單移閥的基本結(jié)構(gòu) 73.3 端面式單移閥設(shè)計模型 163.4 端面式單移閥工作過程 174 課程設(shè)計總結(jié) 18參 考 文 獻(xiàn) 1911 包裝機(jī)械課程設(shè)計內(nèi)容1.1 包裝機(jī)械概述包裝機(jī)械課程是高等院校包裝工程專業(yè)及相近專業(yè)的核心課程。課程按照現(xiàn)代包裝機(jī)械的體系和特點，依據(jù)新修訂的包裝機(jī)械國家標(biāo)準(zhǔn)，以包裝機(jī)械的組成、工作原理以及典型包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計為重點，主要講述常用典型包裝機(jī)械的組成、工作原理、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和包裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)等，重點介紹包裝材料與包裝容器供送機(jī)構(gòu)、包裝物料計量和供送機(jī)構(gòu)、典型包裝機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)，介紹包裝機(jī)的總體設(shè)計以及包裝機(jī)傳動系統(tǒng)設(shè)計、支承件設(shè)計等基本方法。包裝機(jī)械課程設(shè)計是專業(yè)課教學(xué)的一個重要實踐性環(huán)節(jié)，是機(jī)械零件課程設(shè)計的延伸，是包裝機(jī)械設(shè)計的一次全面訓(xùn)練，目的是： 1、培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的基本知識和理論，培養(yǎng)設(shè)計、計算、繪圖、查閱技術(shù)資料、手冊、標(biāo)準(zhǔn)的能力與技能；2、滿足生產(chǎn)的需要，選擇和論證技術(shù)方案，設(shè)計某一機(jī)械裝置或機(jī)構(gòu)的工作能力； 3、鞏固、深化和擴(kuò)大學(xué)生所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識，加強(qiáng)理論與實踐的結(jié)合； 4、學(xué)習(xí)工程設(shè)計中技術(shù)方案的論證和選擇的思想方法； 5、培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思維和思考的能力。1.2 本設(shè)計的主要內(nèi)容1.2.1 設(shè)計內(nèi)容灌裝機(jī)械是企業(yè)實現(xiàn)自動化生產(chǎn)必不可少的機(jī)械設(shè)備之一，灌裝機(jī)械顧名思義是將產(chǎn)品（物料）裝到特定的容器當(dāng)中，所以灌裝機(jī)是屬于包裝機(jī)械中的2一個系列。灌裝機(jī)械技術(shù)發(fā)展發(fā)展迅速，呈現(xiàn)出技術(shù)水平高、功能多、大型化、高速化、結(jié)構(gòu)簡單化等特點。美國、德國、日本、意大利等國的灌裝機(jī)械技術(shù)水平較高，我國的灌裝機(jī)械經(jīng)歷仿制、引進(jìn)、消化吸收、自主創(chuàng)新的開發(fā)過程，發(fā)展很快，不斷縮小與國外先進(jìn)技術(shù)水平的差距。在現(xiàn)代灌裝廠中，灌裝機(jī)和灌裝閥已經(jīng)成為了一個廠的命脈。一個高效率高精度的灌裝閥可以為一個灌裝廠帶來強(qiáng)大的活力。對于灌裝機(jī)的主要主成部分灌裝閥來說，缺少了灌裝閥自動灌裝生產(chǎn)線就無法運(yùn)轉(zhuǎn)工作，且一個灌裝閥的好壞決定了這個灌裝生產(chǎn)線上運(yùn)作的效率,它需要根據(jù)灌裝工藝的要求以最快的速度聯(lián)通或者切斷與儲液箱的聯(lián)系，保證灌裝工作的順利的進(jìn)行，且由于不同的液體的物理化學(xué)性質(zhì)并不是相同的，故而導(dǎo)致了灌裝工藝的不同，因此所使用的閥體也并不相同，不同的灌裝使用不同得閥體。諸如飲料，酒類，液體化妝品之類。為了能夠更好地實現(xiàn)灌裝生產(chǎn)線的自動化，提高瓶裝生產(chǎn)線的效率，解決自動化灌裝生產(chǎn)的各種問題，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，特進(jìn)行本課題關(guān)于液體灌裝生產(chǎn)線灌裝閥的設(shè)計研究故而在對灌裝閥設(shè)計的過程中我們應(yīng)該立足于當(dāng)代現(xiàn)實情況，要能夠滿足自動化的生產(chǎn)且擁有一定的效率，同時在設(shè)計產(chǎn)品的過程中要全面的了解灌裝的原理以及各過程的詳細(xì)步驟，對于各部件的功能需要詳細(xì)的了解，在保證產(chǎn)品的功能的基礎(chǔ)之上盡量提高生產(chǎn)的效率，考慮灌裝閥在灌裝整體中的作用，對灌裝機(jī)的全局整體機(jī)構(gòu)和布置進(jìn)行考慮，合理的對灌裝閥進(jìn)行布置以達(dá)到更高的生產(chǎn)效率。根據(jù)閥門啟閉形式的不同，灌裝閥可分為單移閥、旋轉(zhuǎn)閥、多移閥、氣動膜閥等。端面式單移閥屬于單移啟閉閥，即只有一個可動部件，相對于不動部件做往復(fù)一次的直線運(yùn)動。本次課程設(shè)計內(nèi)容：端面式單移閥31.2.2 設(shè)計要求(1)完成端面式單移閥部件設(shè)計裝配圖、所有零件圖、傳動系統(tǒng)簡圖、灌裝機(jī)的工作循環(huán)圖、較復(fù)雜零件的三維建模圖及 AutoCAD 設(shè)計圖，能夠較清楚地表達(dá)各部件的空間位置及有關(guān)結(jié)構(gòu)。(2) 根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，在全面掌握端面式單移閥的結(jié)構(gòu)、性能、工作原理、傳動系統(tǒng)及其它執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成、運(yùn)動規(guī)律的基礎(chǔ)上，掌握扭結(jié)手的結(jié)構(gòu)、組成。合理的確定尺寸、運(yùn)動及動力等有關(guān)參數(shù)。(3) 結(jié)構(gòu)裝配圖要正確、完整的表達(dá)其工作原理、性能要求、零件間的裝配關(guān)系、零件的主要結(jié)構(gòu)形狀及在裝配、檢驗、安裝時所需要的尺寸和技術(shù)要求。(4) 正確的運(yùn)用手冊、標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計圖樣必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。說明書必須用工程術(shù)語，文字通順簡練，字跡工整。(5) 各組成零件的視圖符合圖樣標(biāo)準(zhǔn)；能夠正確地表達(dá)出零件的結(jié)構(gòu)形狀；能夠正確地標(biāo)注尺寸及相應(yīng)的公差；準(zhǔn)確地給出零件在使用、制造、檢驗時應(yīng)達(dá)到的一些技術(shù)要求。42 Solidworks 簡介2.1 Solidworks 簡介Solidworks 是一個大型軟件包，由多個功能模塊組成，每一個功能模塊都有自己獨(dú)立的功能。設(shè)計人員可以根據(jù)需要來調(diào)用其中的某一個模塊進(jìn)行設(shè)計，不同的功能模塊創(chuàng)建的文件有不同的文件擴(kuò)展名。Solidworks 主要有草圖繪制、零件設(shè)計、裝配模塊、工程圖模塊、鈑金設(shè)計、模具設(shè)計、運(yùn)動仿真等。Solidworks 軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks 有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得 SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。對于熟悉微軟的 Windows 系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用 SolidWorks 來搞設(shè)計了。SolidWorks 獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計。SolidWorks 資源管理器是同 Windows 資源管理器一樣的 CAD 文件管理器，用它可以方便地管理 CAD 文件。使用 SolidWorks ，用戶能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。在目前市場上所見到的三維 CAD 解決方案中，SolidWorks 是設(shè)計過程比較簡便而方便的軟件之一。美國著名咨詢公司 Daratech 所評論：“在基于Windows 平臺的三維 CAD 軟件中，SolidWorks 是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者。 ”在強(qiáng)大的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作（包括 Windows 風(fēng)格的拖/放、點/擊、剪切/粘貼）協(xié)同下，使用 SolidWorks ，整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間的是全相關(guān)的。2.2 Solidworks 建模過程52.2.1 建模流程通?？赏ㄟ^如下流程來設(shè)計模型：（1）創(chuàng)建草圖：創(chuàng)建模型的草繪圖形，此草繪圖形可以是模型的一個截面或軌跡等。（2）創(chuàng)建特征：添加“拉伸” 、 “旋轉(zhuǎn)” 、 “掃描 ”等特征，利用創(chuàng)建的草繪圖形來創(chuàng)建實體。（3）裝配部件：如果模型為裝配體，那么還需要將各個零部件按某種規(guī)則進(jìn)行裝配。2.2.2 草圖繪制Solidworks 中模型的創(chuàng)建都是從繪制二位草圖開始的，草圖指的是一個平面輪廓，用于定義特征的截面形狀、尺寸和位置等。創(chuàng)建草圖的基本流程：創(chuàng)建新零件：新零件包含所創(chuàng)建模型的尺寸、外形和實體模型，創(chuàng)建時可以通過設(shè)定不同的單位來定義模型尺寸的單位標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)入草圖：草圖是二維圖形的集合，主要用于體現(xiàn)和表達(dá)出模型的外形輪廓及尺寸，是創(chuàng)建三維實體模型的基礎(chǔ)和根本。繪制幾何圖形：通過草圖工具創(chuàng)建各種幾何體，包括直線、圓、矩形、樣條曲線、構(gòu)造線等，繪制出想要的形狀輪廓。添加幾何關(guān)系：限制和約束草圖幾何的位置、尺寸以及同其他圖元的位置關(guān)系，如添加水平和垂直關(guān)系、添加同軸關(guān)系。草圖狀態(tài)：草圖狀態(tài)分為完全定義、欠定義和過定義 3 種。在 SolidWorks中標(biāo)準(zhǔn)的草圖狀態(tài)應(yīng)該是完全定義狀態(tài)，其他兩種狀態(tài)根據(jù)實際的情況而定。草圖編輯：通過草圖中的各種編輯工具對草圖進(jìn)行必要的修改和編輯，如倒圓角、直線分割、延伸、陣列、鏡像，從而對草圖進(jìn)行細(xì)節(jié)上的完善和優(yōu)化。62.2.3 Solidworks 基礎(chǔ)特征在零件的特征中，首先需要繪制截面圖形，然后再按照一定的方式生成三維模型，稱為基礎(chǔ)特征，主要包括拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征、掃描特征、放樣特征和“筋”特征。（1）拉伸基體就是拉出實體，而拉伸凸臺則是在拉伸出的實體上實現(xiàn)凸臺。當(dāng)繪制草圖后，退出草圖模式。單擊“拉伸凸臺、基體”按鈕，選擇剛繪制的草繪圖形的最外邊的輪廓線，彈出“拉伸”屬性管理器，在“方向”卷展欄的“深度”文本框中輸入拉伸深度，出現(xiàn)拉伸實體的預(yù)覽效果。選擇“所選輪廓”卷展欄，然后在操作區(qū)中通過單擊選擇草繪圖形內(nèi)部的所有曲線，最后點擊“確定”按鈕可生成拉伸特性。（2）旋轉(zhuǎn)特征是將草繪截圖繞旋轉(zhuǎn)中心線旋轉(zhuǎn)一定角度而生成的特征。首先繪制一條中心線，并在中心線的一側(cè)繪制出輪廓草圖，然后單擊“旋轉(zhuǎn)凸臺/基體” ，并選擇輪廓草圖，設(shè)置中心線為旋轉(zhuǎn)軸，再設(shè)置截面繞中心線旋轉(zhuǎn)的角度，由此可得到旋轉(zhuǎn)特征。（3）掃描特征是指草圖輪廓沿一條路徑移動獲得的特征，在掃描過程中用戶可設(shè)置一條或多條引導(dǎo)線，最終可生成實體或薄壁特征。（4）放樣特征是可以講兩個或兩個以上的不同截面進(jìn)行連接，是一種相對復(fù)雜的實體特征。（5） “筋”特征是用來增加零件強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，它是由開環(huán)草圖輪廓生成的特殊類型的拉伸特征，可以在輪廓與現(xiàn)有的零件之間添加指定方向和厚度的材料。2.2.3 裝配部件“裝配”是 Solidworks 中集成的一個重要的應(yīng)用模塊。通過裝配，可以將各個零件組合在一起，以檢驗各零件設(shè)計是否合理、各零件之間的位置關(guān)系是7否得當(dāng)。同時也可以對整個結(jié)構(gòu)執(zhí)行爆炸操作，從而清晰地查看產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裝配順序。Solidworks 提供有個專用的裝配環(huán)境，所謂 “導(dǎo)入零部件”是指將設(shè)計好的零件模型導(dǎo)入到裝配環(huán)境中。點擊文件下拉菜單中的新建按鈕，選擇裝配體，單擊確定，即建好一個新的裝配體文件。在所打開的界面中，點擊插入要進(jìn)行裝配的零件。零件導(dǎo)入后，對零件進(jìn)行裝配。點擊插入零部件旁邊的配合按鈕，在彈出的左側(cè)對話框中選擇一次選擇要配合的兩個面，如果要實現(xiàn)兩個孔對齊，可以選擇兩個孔的面，然后選擇下面的同心按鈕，兩個孔的軸線便在一條直線上了；如果需要重合，則再選擇兩個需要重合的面，選擇下面的重合按鈕。83 端面式單移閥的設(shè)計3.1 端面式單移閥的原理灌裝閥是液箱、氣室（包括充氣室、排氣室、真空室）和灌裝容器這三者之間的流體通路開關(guān)，而且根據(jù)灌裝工藝要求，能進(jìn)行相應(yīng)的灌裝。不同的灌裝方法通常需要選用不同的灌裝閥。顯然，灌裝閥是關(guān)系到灌裝生產(chǎn)線能否精準(zhǔn)高效運(yùn)作的關(guān)鍵部件。圖 3.1 端面式單移閥結(jié)構(gòu)簡圖1—閥蝶 2—橡膠墊圈 3—墊片 4—閥芯 5、6—彈簧 7—閥套端面式單移閥利用閥件端面來啟閉液體通路，其結(jié)構(gòu)如圖 3.1 所示。閥蝶1 在灌裝過程中固定不動，容器上升時，瓶口頂住橡膠墊圈 2 后再上升一段距離，使閥芯 4 和閥蝶脫開，液料流入容器內(nèi)。灌裝完后容器下降，彈簧 5、6 的力使閥芯復(fù)位，閥芯和閥碟錐面緊密結(jié)合，停止灌裝。這種閥適用于廣口玻璃瓶和馬口鐵罐等容器的灌裝。3.2 端面式單移閥的基本結(jié)構(gòu)3.2.1 灌裝閥彈簧的分析與設(shè)計9根據(jù)灌裝的工藝的要求，其能夠依次的對有關(guān)的通路進(jìn)行切換，并且能夠保證灌裝閥不漏氣不漏液。而灌裝閥需要正常的工作，則離不開彈簧。其控制著灌裝閥的開啟以及閉合。在目前的工廠中常常采用的是彈簧閥，它擁有者灌裝質(zhì)量好、灌裝壓力較高，且當(dāng)出現(xiàn)破瓶等故障的時候能夠自行停止灌裝，避免成本的浪費(fèi)。所以對于此閥而言，彈簧的設(shè)計的好壞，彈性的是否合適都關(guān)系著官正過程能否樹立的完成。本設(shè)計中的彈簧如圖 3.2 所示。圖 3.2 彈簧彈簧作為一個經(jīng)常伸縮的部件，應(yīng)該具有經(jīng)久不變的彈性，從而保證工作的穩(wěn)定性。因此在對灌裝閥進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)該使其的工作范圍保持在其的彈性極限變化范圍之內(nèi)。在這個范圍內(nèi)進(jìn)行工作的彈簧，當(dāng)受到載荷 F 時，彈簧會發(fā)生相應(yīng)的變形，當(dāng)所受的里取消時彈簧應(yīng)當(dāng)恢復(fù)原狀。彈簧在沒有受到外力作用的時候，其自由長度是 ,一般在安裝一個彈簧的時候，我們通常會對其施加一個初預(yù)緊力，稱其為這是最初的也是最小的載荷。在其的作用下彈簧被壓縮到，此時其的變形量為。當(dāng)彈簧受到最大的極限載荷時，在該力的作用之下彈簧被壓縮至極限，對應(yīng)的彈簧長度為，此時的壓縮變形量為，產(chǎn)生的應(yīng)力極限為。等節(jié)距的圓柱螺旋壓縮彈簧的特性曲線是一條直線，即其值為一個常數(shù)，可用公式 (常數(shù))，壓縮彈簧的最小工作載荷為，對于通常取=（0.1～0.5）。通常對有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧，，為使具有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧開始變形時所需的初拉力。有預(yù)應(yīng)力的拉應(yīng)力的拉伸彈簧相當(dāng)于有預(yù)變形 x。因而在同樣的 F 作用力下，有預(yù)緊力的拉伸彈簧產(chǎn)生的變形要比沒有預(yù)應(yīng)力時小。彈簧在機(jī)構(gòu)中的工作條件決定了其的最大的工作載荷，但是在設(shè)計中通常不使其達(dá)到其的極限載荷 ，通常使其保持在 所示的圓形截面彈簧絲的壓縮彈簧承受軸向載荷 P 的情況進(jìn)行分析。由圖 3.4(圖中彈簧的下部斷去，末示出)可知，彈簧絲具有升角 α，故通過彈簧軸線的截面上，彈簧絲的截面 A-A 呈現(xiàn)橢圓形狀，在該截面上作用著力 F 以及扭矩， 因而彈簧絲的法向截面 B-B 上作用的力有橫向力 Fcosα、軸向力 Fsinα、彎矩 M=Tsinα 及扭矩 Tˊ= Tcosα。 由于彈簧的螺旋升角一般取為α=5° ～9° ，故 sinα≈0；cosα≈1(圖 3.4)，則截面 B-B 上的應(yīng)力(圖 3.4)可以近似地取為：(3.1)式中 C=/d 稱之為旋繞比(或者彈簧指數(shù))。為了使彈簧本身穩(wěn)定，不致過于顫動和過軟，C 值不能太大；但是為了避免彈簧絲在卷繞時受到強(qiáng)烈的彎曲，C11值又不應(yīng)太小。故而 C 值的范圍為 4～16(表), 常用值為5～8。圖 3.4 圓柱螺旋壓縮彈簧受力及應(yīng)力分析表 3-2 常用的旋繞比值 Cd/mm為了方便計算，通常在上式中取 1+2C≈2C(因為當(dāng) C=4～16 時，2Cl ，實質(zhì)上就是略去了 τp)，由于升角和曲率對彈簧絲的影響，應(yīng)力在彈簧絲截面的中分布將如圖c 中的粗實線所示。由圖可知，最大應(yīng)力產(chǎn)生在彈簧絲截面內(nèi)側(cè)的 m 點。通過實踐課發(fā)現(xiàn)彈簧基本是由此點發(fā)生損壞?，F(xiàn)引進(jìn)一個補(bǔ)償系數(shù) K(或稱曲度系數(shù))，用來考慮彈簧絲的升角和曲率對彈簧絲中應(yīng)力的影響。則彈簧絲內(nèi)側(cè)的最大應(yīng)力及強(qiáng)度條件可表示為(3.2)式中補(bǔ)償系數(shù) K，對于圓截面彈簧絲可按下式計算：12(3.3)圓柱螺旋壓縮(拉伸) 彈簧受載后的軸向變形量 λ 可根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于圓柱螺旋彈簧變形量的公式求得:(3.4)式中：n—彈簧的有效圈數(shù)；G—彈簧材料切變模量，見前一節(jié)表。如以 代替 P 則最大軸向變形量為：1) 對于壓縮彈簧和無預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：(3.5)2) 對于有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧：(3.6)拉伸彈簧的初拉力(或初應(yīng)力)取決于材料、彈簧絲直徑、彈簧旋繞比和加工方法。用不需淬火的彈簧鋼絲制成的拉伸彈簧，均有一定的初拉力。如不需要初拉力時，各圈間應(yīng)有間隙。經(jīng)淬火的彈簧，沒有初拉力。當(dāng)選取初拉力時，推薦初應(yīng)力值在下圖 3.5 的陰影區(qū)內(nèi)選取。初應(yīng)力按下式計算：(3.7)使彈簧產(chǎn)生單位變形所需要的載荷 kp 稱之為彈簧剛度，即：(3.8)13圖 3.5 彈簧初應(yīng)力的選擇范圍用來表現(xiàn)彈簧性能的主要參數(shù)之一就是彈簧剛度。它用于表示彈簧產(chǎn)生單位變形時所需的力，需要的力愈大，則剛度就愈大，則彈簧的彈力就愈大。但是由于影響到彈簧剛度的因素有很多，由于 kp 與 C 的三次方成反比，即 C 值很大程度影響著 kp 值。所以，合理地選擇 C 值就能控制彈簧的彈力。 另外，kp 還和 G、d、n 等相關(guān)值有關(guān)。所以在進(jìn)行調(diào)整彈簧的剛度時，應(yīng)對這些因素進(jìn)行綜合的考慮。(2) 圓柱螺旋壓縮（拉伸）彈簧設(shè)計彈簧的靜載荷是指載荷不隨時間變化，或者雖有一定的變化但變化平穩(wěn)，且總的重復(fù)次數(shù)不超過次的交變載荷或脈動載荷。在這些情況下，彈簧是按照靜載強(qiáng)度來進(jìn)行設(shè)計的。在設(shè)計時，一般來講是根據(jù)彈簧的最大載荷、最大變形、以及結(jié)構(gòu)的要求等因素來決定彈簧絲的直徑、彈簧中徑、工作圈數(shù)、彈簧的螺旋升角和長度等。具體設(shè)計方法和步驟如下:1)根據(jù)工作情況及具體條件選擇材料，并且查其機(jī)械性能數(shù)據(jù)。2)選擇旋繞比 C，通常可選取 C≈5-8（極限狀態(tài)之下不小于 4 不大于 16） ，并且算出補(bǔ)償系數(shù) K 值。143)根據(jù)安裝控件初設(shè)彈簧中徑，根據(jù) C 值估算彈簧絲直徑 d，并通過表查取彈簧絲的許用應(yīng)力。4)試計算彈簧絲直徑 d'。(3.9)必須注意，鋼絲的許用應(yīng)力決定于其，而是隨著鋼絲的直徑變化的,又因是按估取的 d 值查得的 H 計算得來的，所以此時試算所得的 d'值，必須與原來估取的 d 值相比較，如果兩者相等或很接近，即可按標(biāo)準(zhǔn)圓整為鄰近的標(biāo)準(zhǔn)彈簧鋼絲直徑 d，并按以求出；如果兩者相差較大，則應(yīng)參考計算結(jié)果重估 d值，再查其而計算，代入上式進(jìn)行試算，直至滿意后才能計算。計算出的，值也要按表 進(jìn)行圓整。5)根據(jù)變形條件來求出彈簧的工作圈數(shù)有預(yù)應(yīng)力的拉伸彈簧:? (3.10)壓縮彈簧或者無預(yù)應(yīng)力的彈簧：? (3.11)6) 求出彈簧的一系列的尺寸 D、 、,并對安裝要求等檢查看其是否符合。如不符合，則應(yīng)當(dāng)改選相關(guān)的參數(shù)(例如 C 值)進(jìn)行重新的設(shè)計。7) 驗算穩(wěn)定性。對壓縮彈簧來講，如果其有著比較大的長度時，則受力后容易失去穩(wěn)定性(如圖 3.6 a)，這在工作中是不允許存在的情況。為了便于制造及避免失穩(wěn)現(xiàn)象，建議一般壓縮彈簧的長細(xì)比 b=/ 按下列情況選?。寒?dāng)兩端固定時，取 b中查得；——彈簧的最大工作載荷。如 時，要重新選取參數(shù)，改變 b 值，提高 Fc 值，使其大于值，以保證彈簧的穩(wěn)定性。如條件受到限制而不能改變參數(shù)時，則應(yīng)加裝導(dǎo)桿(如圖 3.6 b)或?qū)?如圖 3.6 c)。導(dǎo)桿(導(dǎo)套)與彈簧間的間隙 c 值(直徑差)按下表(導(dǎo)桿（導(dǎo)套）與彈簧間的間隙表)的規(guī)定選取。表 3-3 導(dǎo)桿與彈簧間的間隙中徑D/mm間隙c/mm0.6 1 2 3 4 5 6 78)疲勞強(qiáng)度和靜應(yīng)力強(qiáng)度的驗算。16① 疲勞強(qiáng)度驗算下圖所示為彈簧在變載荷作用下的應(yīng)力變化狀態(tài)。圖中為彈簧的自由長度，和為安裝載荷和預(yù)壓變形量,和為工作時的最大載荷和最大變形量。當(dāng)彈簧所受載荷在和之間不斷循環(huán)變化時，則可得彈簧材料內(nèi)部所產(chǎn)生的最大和最小循環(huán)切應(yīng)力為：(3.13)(3.14)圖 3.7 彈簧在變載荷作用下的應(yīng)力變化狀態(tài)對應(yīng)于上述變應(yīng)力作用下的普通圓柱螺旋壓縮彈簧，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)時，疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計算值 Sca 及強(qiáng)度條件可按下式計算：?(3.15)式中：——彈簧材料的脈動循環(huán)剪切疲勞極限，按變載荷作用次數(shù) N，由下表(彈簧材料脈動循環(huán)剪切疲勞極限表)中查?。弧獜椈善趶?qiáng)度的設(shè)計安全系數(shù)，當(dāng)彈簧設(shè)計計算和材料機(jī)械性能數(shù)據(jù)精確性高時，取 =1.3～1.7；當(dāng)精確性低時，取 =1.8～2.2。表 3-4 彈簧材料脈動循環(huán)剪切疲勞極限變載荷作用次數(shù) N17注：1）此表適用于高優(yōu)質(zhì)鋼絲，不銹鋼絲，鈹青銅和硅青銅絲；2）對噴丸處理的彈簧，表中數(shù)值可提高 20％；3）對于硅青銅，不銹鋼絲， 時的值可取4）表中為彈簧材料的拉伸強(qiáng)度極限，MPa。② 靜應(yīng)力強(qiáng)度計算靜應(yīng)力強(qiáng)度安全系數(shù)計算值 Sca 的計算公式及強(qiáng)度條件為：(3.16)式中為彈簧材料的剪切屈服極限,靜強(qiáng)度的安全系數(shù)的選取與進(jìn)行疲勞強(qiáng)度驗算時相同。③ 振動計算承受變載荷的圓柱螺旋彈簧常是在加載頻率很高的情況下工作(如內(nèi)燃機(jī)汽缸閥門彈簧)。為了避免引起彈簧的諧振而導(dǎo)致彈簧的破壞，需對彈簧進(jìn)行振動驗算，以保證其臨界工作頻率(即工作頻率的許用值)遠(yuǎn)低于其基本自振頻率。(3.17)式中：kp--彈簧的剛度， N/mm；-彈簧的質(zhì)量，kg；將 kp、 的關(guān)系式代入上式，并取 n≈ 則? ? (3.18)式中各符號意義同前，見表。彈簧的基本自振頻率 fb 應(yīng)不低于其工作頻率 fw 的 15～20 倍， 以避免引起嚴(yán)重的振動,即 fb≥(15 ～20)fw 或 fw≤fb/(15 ～20) Hz.但彈簧的工作頻率一般18是預(yù)先給定的，故當(dāng)彈簧的基本自振頻率不能滿足上式時，應(yīng)增大 kp 或減小，重新進(jìn)行設(shè)計3.2.2 端面式單移閥外觀圖圖 3.8 端面式單移閥外觀圖3.2.3 端面式單移閥尺寸材料設(shè)計圖 3.9 所示為閥蝶的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為食品用橡膠。圖 3.10 所示為調(diào)整墊片的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為膠木。圖 3.9 閥蝶 圖 3.10 調(diào)整墊片圖 3.11 所示為橡膠墊圈的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為橡膠。19圖 3.11 橡膠墊圈圖 3.12 所示為閥芯的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為不銹鋼。圖 3.12 閥芯圖 3.13 所示為閥套的結(jié)構(gòu)尺寸，材料為不銹鋼。圖 3.13 閥套3.3 端面式單移閥設(shè)計模型表 3-5 端面式單移閥零件模型匯總表零件名稱 閥碟 底座 閥頂 閥件 220零件模型圖零件名稱 彈簧 1 彈簧 2 閥套 閥件 6零件模型圖零件名稱 閥件 4 閥件 1 閥芯 閥套 零件模型圖3.4 端面式單移閥工作過程3.4.1 灌裝量的調(diào)整因為灌裝機(jī)定量形式大多是用瓶來定量,若果對瓶子容量進(jìn)行更改時,可以通過調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)中活塞芯子的高低來實現(xiàn),從而也就調(diào)整了灌裝量。如果灌裝定量形式是通過定量杯定量的,則通過將定量杯的容積進(jìn)行改變。3.4.2 灌裝閥的調(diào)試與維護(hù)檢查閥的彈簧和滑動部分是否能正常工作，看灌裝頭和閥與料箱接觸的地方是否有滲漏。（1）操作及維修人員，必須熟悉本機(jī)和性能，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行工作；（2）新機(jī)器安裝后，必須進(jìn)行嚴(yán)格的調(diào)試，合格后方可交付使用；21（3）經(jīng)常檢查機(jī)器，及時排除故障，不得帶病工作；（4）安全保護(hù)失靈后，應(yīng)及時修復(fù)，不允許在無保護(hù)狀態(tài)下開機(jī)生產(chǎn)；（5）各調(diào)整機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)和筋骨，應(yīng)使用合適的工具，不準(zhǔn)用非常方法剔打；（6）經(jīng)常檢查各密封部位及時發(fā)現(xiàn)問題；（7）進(jìn)行沖洗和清潔工作時，不能用水充電器部分；（9）超過本機(jī)使用范圍的瓶型不得使用；（10）根據(jù)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)工時，定時進(jìn)行大、中、小修復(fù)；（11）新更換的備品配件必須符合設(shè)計圖紙要求3.4.3 灌裝時間的計算(3.19)式中：t——灌裝所需時間； ——灌裝容器體積；C——灌裝閥中液道的流量系數(shù)；——儲液箱和待裝容器的液位差；——儲液箱和待裝容器的壓強(qiáng)差；——液料的密度；224 課程設(shè)計總結(jié)包裝機(jī)械課程設(shè)計是包裝設(shè)計中一個重要的環(huán)節(jié)，通過三天的課程設(shè)計，使我受益良多，同時也讓我對包裝機(jī)械設(shè)計有了深刻的認(rèn)識。在設(shè)計端面式單移閥的整個過程中，我們都需要一絲不茍的態(tài)度，以及刻苦耐勞，努力鉆研的精神。我們做的是課程設(shè)計，而不是藝術(shù)家的設(shè)計。藝術(shù)家可以拋開實際，盡情在幻想的世界里翱翔，此時的我是工程師，一切都要有據(jù)可依.有理可尋，不切實際的構(gòu)想永遠(yuǎn)只能是構(gòu)想，永遠(yuǎn)無法升級為設(shè)計。為了讓自己的設(shè)計更加完善,更加符合工程標(biāo)準(zhǔn), 我不斷翻閱資料，向老師請教，與同學(xué)們探討。雖然過程很辛苦，但在老師和同學(xué)的陪伴下，我歷時三天完成了此次設(shè)計，不但是學(xué)到了很多新的的知識，而且提高了運(yùn)用計算機(jī)相關(guān)軟件的能力，如Office、Autocad 和 Solidworks 等。作為一名機(jī)電與能源工程學(xué)院包裝工程專業(yè)的大三的學(xué)生，我覺得能做這樣的課程設(shè)計是十分有意義。在已度過的兩年半大學(xué)生活里我們大多數(shù)接觸的是專業(yè)基礎(chǔ)課。我們在這門課程序中把握的不僅有包裝機(jī)械的理論知識，還讓我們學(xué)習(xí)到了如何面對現(xiàn)實中的包裝機(jī)械設(shè)計，如何把我們所學(xué)到的專業(yè)知識用到實踐中去，我覺得做類似的課程設(shè)計就為我們提供了良好的實踐平臺。2324參 考 文 獻(xiàn)[1] 張忠將，李敏．機(jī)械設(shè)計從入門到精通[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社．2011.2，1~81[2] 孫智慧，高德．包裝機(jī)械[M]. 北京：中國輕工業(yè)工業(yè)出版社．2014,8: 208[3] 杭建國．液體灌裝生產(chǎn)線上灌裝閥的設(shè)計[D]. 北京：北京大學(xué), 2013：27~35.