毕业设计（论文）-药瓶灌装机运动方案设计 49页

本科毕业论文药瓶灌装机运动方案设计姓名学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化指导教师完成日期2013年5月20日\n上海理工大学全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）药瓶罐装机运动方案设计是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人（签名）：日期：\n药瓶灌装机运动方案设计摘要随着科技的进步，以及医学的发展。市场上对各种液体药水的数量在迅速增加，由于药品对罐装环境卫生要求比较高，以前的罐装方式不能满足市场的需求，取而代之的需要一种效率高、全自动、无菌罐装技术。全自动无菌罐装机就在这样的条件下应运而生。目前市场上液体罐装机种类繁多，涉及范围广，根据不同的工作条件有不同的灌装机。根据其罐装原理大致可以分为：常压灌装机、压力灌装机、真空灌装机、自动定量液体灌装机。按灌装操作类型可分为:全自动液体灌装机和半自动液体灌装机。按照其运动形式可以分为：旋转型灌装机、直线型灌装机、凸轮式灌装机。旋转型灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，这种由流体输送、容器输送、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。直线型灌装机，制造方便，但占地面积比较大，而且是间歇运动，生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无气液料类的灌装，局限性较大。凸轮式灌装机相对前两者结构原理简单，运行比较稳定，维护成本较低。所以根据原始数据及实际生产的灌装要求，考虑到我们是用于液体药品罐装，主要考虑罐装精度，结构简单，维护容易，所以我们优先考虑凸轮式灌装机。目前市场上已经存在了一些型号的灌装机，但各有优缺点，总之技术不够成熟，本次设计主要对已经用于生产的灌装机针对其生产过程暴露的问题进行优化设计，包括各个凸轮连杆机构的设计，主传动部件的设计以及计算，最后以期能实现整个罐装功能，提高生产效率、生产稳定性。本次设计运用机械设计等知识结合实际，使用AutoCad软件进行结构设计，得出最后的设计图纸。关键词：药瓶灌装机、优化设计、AutoCad\nBOTTLEFILLINGMACHINEEXERCISEPROGRAMDESIGNABSTRACTWiththedevelopmentoftechnology,aswellasthedevelopmentofmedicine.Numberofavarietyofliquidmedicineonthemarketintherapidincreaseindrugscannedenvironmentalhealthrequirementsisrelativelyhigh,thecannedwaycannotmeetthemarketdemand,insteadoftheneedforahighefficiency,automatic,sterilecannedtechnology.Automaticasepticfillingmachinecameintobeinginsuchconditions.Currentlyonthemarketmanytypesofliquidfillingmachine,involvingawiderange,dependingontheworkingconditionsofdifferentfillingmachine.Inaccordancewithitscannedprinciplecanbedividedinto:atmosphericpressurefillingmachine,pressurefillingmachine,vacuumfillingmachine,automaticquantitativeliquidfillingmachine.Byfillingoperationscanbedividedinto:automaticliquidfillingmachineandsemi-automaticliquidfillingmachine.Inaccordancewiththeformofexercisecanbedividedinto:rotaryfillingmachine,linearfillingmachine,camfillingmachine.Rotaryfillingmachineinthefood,beverageindustry'smostwidely,suchassoftdrinks,fruitjuices,beer,milkfilling,fluidtransport,containertransport,fillingvalve,BigWheel,transmission,body,self-controlandotherpartsof,fillingvalveistoensurethatthefillingmachinecanwork.Linearfillingmachine,easytomanufacture,buttherelativelylargearea,andintermittentmotion,increaseincapacityisalsosubjecttocertainrestrictions,itisgenerallyusedonlyforgas-liquidmaterialfilling,greaterlimitations.Camfillingmachineisrelativelyformertwostructuralprincipleissimple,relativelystable,andlowermaintenancecosts.Therefore,basedontheoriginaldataandtheactualproductionoffillingrequirements,takingintoaccounttheforliquidmedicinescanned,themainconsiderationcannedaccuracy,simplestructure,easytomaintain,sowegiveprioritytothecam-fillingmachine.Somemodelsoffillingmachinescurrentlyonthemarketalreadyexists,buthavetheirownadvantagesanddisadvantages,inshort,thetechnologyisnotmatureenough,thedesignhasbeenusedintheproductionoffillingmachinesfortheproblemsexposedintheproductionprocesstooptimizethedesign,thepurposeisimproveproductionefficiencyandproductionstability.Finallyspindlestiffnessstrengthcheckcalculation,pre-AutoCADpreliminarystructuraldesign,andfinallytheuseofSolidWorkssoftwareforthree-dimensionalsimulationdesign.\nKeywords:bottlefillingmachine,designoptimization,AutoCad目录摘要ABSTRACT第1章绪论11.1设计题目背景11.2研究意义11.3国内外相关情况11.3.1国外发展状况11.3.2国内发展状况21.3.3灌装机的发展趋势31.4本章小结4第2章灌装机的设计分析52.1灌装机的结构与简介52.2灌装机类型及其选择52.3灌装方法的选择62.4液料定量方法的选择72.5液料供送装置的选择82.6灌装阀与灌装工艺92.7驱动方式的选择92.8本章小结11第3章凸轮机构及其设计123.1凸轮机构的应用和分类123.1.1凸轮机构的应用123.3.2凸轮机构的分类123.1.3从动件的常用运动规律133.1.4凸轮轮廓曲线的设计153.2灌装机中凸轮的设计153.2.1顶塞凸轮153.2.2翻塞凸轮173.2.3送塞凸轮193.2.4压塞凸轮213.2.5灌装凸轮233.3凸轮灌装机的工作原理24\n3.3.1主传动凸轮工作原理243.3.2凸轮式灌装机整体工作流程263.4本章小结26第4章传动机构的设计274.1机构的结构分析274.1.1机构组成274.2机构运动简图274.3机构具有确定运动的条件284.4灌装机传动机构的设计294.5本章小结31第5章主轴系统的设计与计算325.1主轴组件功用及基本要求325.1.1主轴组件的基本要求325.2主轴组件的布局325.3主轴设计325.3.1主轴的结构325.3.2主轴设计计算335.4本章小结35第6章传动机构的改进366.1主轴结构改进366.2连杆机构的改进：376.3灌装机的总结构结构图386.4AutoCAD简介396.5本章小结40结论41参考文献42致谢43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）第1章绪论1.1设计题目背景目前市场对灌装液体药瓶需求量上升，国内众多制药厂设备存在很多问题，主要是引进国外先进设备。这对自己的发展有很大局限，但是长时间的制药经验，我国在灌装机方面也有了长足进步，包括塑料饮料瓶、酸奶杯、药品无菌包装在内的包装生产线水平也得到了提升，已经可以达到中小型企业的需求，部分已经可以无需进口设备，整体水平的提高对灌装机的效率要求不断提高，目前国内用于药瓶灌装的灌装机主要是采用凸轮机构配以plc控制系统实现自动灌装。灌装机构运用巧妙的机械结构实现自动送瓶、灌装、密封，以此不断循环。对于对灌装量的控制一般使其达到由可截断该液体的空气排出孔高度所规定的液面来实现。由于不同的生产需求，精度要求、灌装速度、灌装液物理以及化学性质不同，所以最后设计出来的产品结构以及材料都会有很大的不同。此次设计针对化学液体药品，精度和效率要求比较高。1.2研究意义我国在机械包装行业面临着两大困境。其一，随着现代科学技术的发展，人民生活水平的提高，同时对消费品的包装提出了更高的要求，随之而来的包产业也受到了前所未有的挑战，其中而液态产品的包装在包装行业中占有很大比例，这是由于液体包装涉及的行业广泛、品种繁多，跟我们的日常生活息息相关，是消费比例最大的行业，如饮料方面的汽水、果汁、牛奶、矿泉水、蒸馏水、啤酒、果酒等；调味品方面的酱油、醋、味精液、果酱等；药品方面的针剂、糖浆、酊剂、气雾剂等；除此之外还有农药乳剂、化工产品的各种瓶装、化妆品等。所以要满足日益增长的液体产品的市场需要，就应大力发展液体产品的包装机械。其二，目前来看很多先进灌装机来自国外的进口，根据调查统计大中型企业的设备进口占到60％。中小企业情况稍微好点，由此可见我们对进口设备的依赖程度。更加严重的现状是真正先进的设备几乎都是来自国外。要解决这一现状需要我们不断的努力，相信我们也可以做到。这次设计说对大学四年所学知识的最好展示与应用。通过这次毕业设计不但可以重温我们所学的基础知识、专业知识和实际操作能力；还可以真正锻炼知识与实际结合的能力，对即将毕业走上工作岗位的我们是很好的过度衔接。此外，通过设计我们可以更好的把课本所学的知识运用到实际操作中，学会独立设计机械结构，分析可行性。从而可以锻炼我们的创新能力。1.3国内外相关情况1.3.1国外发展状况灌装机有已经有多年的发展历史，自从人类学会用器皿盛水人们就用到了各种灌装技术，只是那时候人们都没有可以去研究，都是本能的反应。二十世纪初以前，人们灌装通常使用勺、瓢等很简单的工具，或者直接浸入水中快速灌装。随着科技的发展，古老的技1\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）术不能满足人们需求，一种全新的快速、自动的灌装技术迫切需求，灌装技术也被人们注意起来，慢慢有人开始专门研究灌装设备。大约十九世纪七八十年代美国Horix、Kiefer和U.S.Bottlers等三家公司开始研制容器灌装的机械装置。之后，Kiefer公司制造出了第一台用于商业的灌装机，这也为以后的灌装机商业化创下先例；1920年Horix公司第一次成功制造了可用于灌装番茄酱的重力灌装机，这是灌装机多功能化发展所迈出的重要一步，这家公司至今仍生产灌装机，随着灌装机的不断生产应用，制造技术不断提高，功能不断增加，经过半个世纪的发展已经相当成熟，不久之后，灌装机又有了重大突破，二十世纪初期，人们开始研究更加效率的灌装机，所以旋转式灌装机诞生了，到现在为止，旋转式灌装机成了应用最广的液体灌装设备。目前，国外灌装与封口设备越来越追求效率，全世界灌装机向快速、高精度、多功能等多方向发展。其中碳酸饮料灌装机是最成熟的技术之一，它的最高灌装速度可以达到不可思议的2000罐／分，德国H＆K机械公司所生产的灌装机的灌装阀多达165头。最大灌装机灌装直径可以达到5米，灌装精度甚至可以精确到±0．5ml以下。一连串的数字足以证明灌装技术的发展程度。国外最先进的灌装机已可以不同的生产要求，不同的生产环境工作，例如玻璃瓶与塑料容器（聚酯瓶）、碳酸饮料与非碳酸饮料、热灌装与冷灌装等相差比较大的流水线都可以实现同步灌装。1.3.2国内发展状况我国在解放前几乎没有灌装机械，灌装生产绝大部分处于手工操作，非常落后。国内灌装生产线全方位发展我国饮料灌装设备基本是在引进设备和技术的基础上发展起来的，八十年代，引进各种饮料灌装生产线300多条，包括啤酒灌装线达500多条。引进灌装生产线主要分为以下几类：玻璃瓶饮料灌装线80年代引进116条玻璃瓶饮料灌装线，主要用于碳酸饮料，其中80多条是以记账贸易方式从东欧国家引进的，包括罗马尼亚35条、西德30条、波兰、捷克8条。以外汇方式引进的灌装线包括西德23条、日本3条、美国6条、意大利1条。生产线主要设备有卸箱机、洗瓶机、灌装机、压盖机、贴标机、喷码机、汽水混合机、装箱机等。在线检测设备有真空检测仪、液面检测仪、灌装能力150、200、300～400瓶／分。设备主要生产厂家有德国SEN、H＆K、O＋H、日本三菱重工、意大利希莫拉兹、美国迈耶等。1984年广东轻机厂引进德国SEN公司和H＆K公司啤酒灌装线制造技术，制造每小时2万瓶的瓶装啤酒灌装线，南京轻机厂和合肥轻机厂以日本三菱重工技术，制造每小时1．8万瓶／分的汽水灌装线。其他还有重庆轻机厂（测绘三菱重工32／8设备，14000瓶／分）和廊坊包装设备制造总公司（测绘德国SEN公司24／6设备，6000～8000瓶／时）的灌装线。易拉罐饮料灌装线“八五”43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）期间，我国引进易拉罐饮料灌装线15条，同时引进易拉罐啤酒灌装线14条。主要是德国SEN、美国迈耶公司的设备，包括卸罐机、洗罐机、灌装机、封罐机、温罐机、码垛机，其他还有混合机、喷码机、薄膜收缩机、液位检测仪等。灌装能力为150、300、400、500罐／分，最高575罐／分。现在我国生产灌装机的能力较差，主要是一些中小型企业，这些企业生产水平不高，独立性较差，成套能力不够。大部分仅提供洗瓶（洗罐）、灌装压盖（封罐）设备。不过伴随着我国经济的飞速发展，相信不久的将来我们会生产出现进的全自动化设备。1.3.3灌装机的发展趋势当今的灌装机械，尤其是饮料、啤酒灌装机械和食品包装机械，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点，也是目前灌装机械行业发展趋势走向。(1)多功能同一台设备，可进行茶饮料、咖啡饮料、豆乳饮料和果汁饮料等多种饮料的热灌装；均可进行玻璃瓶与聚酯瓶的灌装。速度、高产量碳酸饮料灌装机的灌装速度最高达2000罐/分，德国KHS公司、SEN公司、KRONES公司，其灌装机的灌装阀分别达到165头、144头、178头。非碳酸饮料灌装机的灌装阀50—100头，灌装速度最高达1500罐/分。(2)技术含量高、可靠性强全线的自控水平和全线效率高。在线检测装置和计量装置配套完备，能自动检测各项参数，计量精确。集机、电、气、光、磁为一体的高新技术产品不断涌现。(3)成套供应能力强如一条饮料灌装线，由微电脑件、控制软件、灌装封盖配套组合，现实生产力与理论科技相结合。供货商可以为用户提供工程设计、安装、调试，最后交用户验收。比如：沈阳东泰包装机械设计是将普遍使用仿真设计技术把各种机器单元以数据库形式存入计算机，把图纸数字化后输入计算机，再把实际生产的指标和数据、可能发生的故障等输入计算机，再由工程师依照实际工作情况进行操作，演示出生产能力、废品率、生产环节匹配、生产线瓶颈在何处等，还可根据用户意见进行修改模型直到用户满意。当前灌装机械技术在食品、饮料包装上的开发、设计和制造过程中广泛应用。当前灌装机械的发展趋势是不断提高单机的自动化程度，改善整条包装生产线的自动化控制水平、生产能力，可以大大改善食品饮料包装生产设备产品的质量，提高其国内、国际竞争能力。随着我国酒业的快速发展,啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类产量持续增长，我国饮料酒(不含果露酒、发酵酒精)总产量已达2878万千升,同比增长8.2%。有关专家指出，我国饮料行业是高成长性的行业，成熟饮品增长稳定，新的热点和增长点不断涌现，新兴饮品的增长更快。同时，中国包装机械已发展成世界液态食品行业中有重大影响和极大市场占有率行业。因此，液体灌装机市场发展潜力巨大。我国液体灌装机要满足包装行业快速发展的需求，并积极参与国际竞争，就必须打破“小而散”的行业态势，在“高精尖”43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）的方向上不断前进。业内人士认为，未来液体灌装机将配合产业自动化趋势，在技术发展上朝着机械功能多元化，结构设计标准化、模组化，控制智能化，结构高精度化等几个方向发展液体。因此灌装机的发展为食品、药品的现代化加工和大批量生产提供了必要的保证。从而再一次证明了液体灌装机的发展市场潜力巨大。1.4本章小结本章简单介绍了本课题研究的提出背景、目的及意义，在对灌装机的发展历史进行回顾时，并分析了目前国内外灌装机的发展现状，使读者对本课题有了初步的了解，同时知道了灌装机的需求，以及国内外对改技术的掌握程度，灌装机的需求和其应用方向体现了它的重要性，说明我们的研究价值，也体现它能给社会带来的贡献和作用。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）第2章灌装机的设计分析2.1灌装机的结构与简介液体灌装机是一种采用一定机械结构实现基本罐装动作，配以电子控制系统实现整个过程的协调进行，实现高效率，高精度的自动化设备。由于液体灌装机械功能要求不同，包含的范围广泛，所以液体灌装机械的种类繁多，通常会有以下几种分类。液体灌装机按灌装原理可分为常压灌装机，压力灌装机和真空灌装机。按灌装操作类型可分为全自动液体灌装机和半自动液体灌装机。按灌装种类可分为稀释液体灌装机浓型液体灌装机和油类灌装机等。压盖机采用压力灌装方法，是在高于大气压力下进行灌装，贮液缸内的压力高于瓶中的压力，液体靠压差流入瓶内。其用途广，可用于各种液体的灌装；可调节性好，通过调节可用于不同大小的瓶类容器的灌装；自动化程度高，动作协调，从瓶子的输入到灌装完毕的输出的一系列动作无须人工的干预；灌装周期短，生产效率高。它集顶塞、旋塞、送塞、压塞、灌装功能于一体。目前国内灌装机绝大部分采用的是气缸活塞机构。这种机构的主要精度取决于气缸的制造加工精度，而就现阶段的加工技术很难达到很高精度，在灌装过程中气缸与活塞之间很容易吸入空气，影响灌装精度。这种灌装机工作原理：通过气缸的前后运动带动料缸内的活塞作往复运动，实现吸料、灌装，灌装工艺路线基本上是：打开启动开关，气体进入气缸后腔，随着气体增多压强增大，推动活塞向前运动，从而使灌装将液通过出料接头内的单向阀进入出料软管，然后顺流到待装空瓶。相反，当返程开关启动，活塞向后运动，压强减小，进料单向阀打开，供料装置里的液体在大气压的作用下进入进料管，随后在进入入料缸。如图2-1所示，为全自动活塞式灌装机。图2-1药瓶灌装机43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）2.2灌装机类型及其选择前面我们已经介绍了灌装机的一般分类方法，按照原理可以分为常压、压力、真空灌装机等。按灌装瓶的主要运动形式分类：（1）旋转型灌装机一般是由履带将待灌装瓶由传送系统送入灌装机进瓶机构，罐装机构中间有一个圆盘转台，转台上面有多个工位对应灌装、定量、封装。带灌装瓶进入罐装机构会随着转动的转台进入不同工位最后送走。(2)直线型灌装机灌装瓶沿着平直的直线运动，进行成排灌装。凡送来一排空瓶由推瓶板向前推送一次，到送至灌液管的下方时，阀门打开进行灌装，间歇进行操作。(3)凸轮式灌装机由电机带动主轴旋转，主轴上分别安装了不同的功能的凸轮，由于每个凸轮按照不同的路线设计了外轮廓，只要把正确分配凸轮的安装位置及其夹角就可以实现一连串的灌装、封装功能。当主轴在伺服电机的带动下带动凸轮转动，凸轮滚子机构运动带动连杆上下往复运动，最后经过一些其他机构实现整个灌装机运行。方案比较：旋转型灌装机在食品、饮料行业应用最广泛，如汽水、果汁、啤酒、牛奶的灌装，此机主要由流体输送、容器输送、灌装阀、大转盘、传动系统、机体、自控等部分所组成，其中灌装阀是保证灌装机能否正常工作的关键。直线型灌装机，制造方便，但占地面积比较大，而且是间歇运动，生产能力的提高也受到一定限制，因此一般只用于无气液料类的灌装，局限性较大。凸轮式灌装机相对前两者结构原理比较简单，运行稳妥可靠，维护成本低。所以根据原始数据及灌装要求，选择凸轮式灌装机比较合理。2.3灌装方法的选择计算各种液体产品的物理性质和化学性质均不相同，在灌装过程中，为了使产品的特性保持不变，必须采用不同的灌装方法。一般灌装机常采用下列几种灌装方法：（1）常压法常压法也称纯重力法，即在常压下，液料依靠自重流进包装容器内。大部分能自由流动的不含气液料都可用此法灌装，例如白酒、果酒、牛奶、果酱、醋等。（2）等压法等压法也称压力重力式灌装法，即在高于大气压的条件下，首先对包装容器充气，使之形成与贮液箱内相等的气压，然后再依靠被灌液料的自重流进包装容器内。这种方法普遍用于含气饮料，如啤酒、汽水、汽酒等的灌装。采用此种方法灌装，可以减少这类产品中所含二氧化碳的损失，并能防止灌装过程中过量起泡而影响产品质量和定量精度。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）（3）真空法是在低于大气压的条件下进行灌装的，可按两种方式进行：（4）压差真空式即贮液箱内处于常压，只对包装容器抽气使之形成真空，液料依靠贮液箱与待灌容器间的压差作用产生流动而完成灌装，国内此种方法较常用。（5）重力真空式即贮液箱内处于真空，包装容器首先抽气使之形成与贮液箱内相等的真空，随后液料依靠自重流进包装容器内，因结构较复杂，国内较少用。真空法灌装应用面较广，它即适用于灌装粘度稍大的液体物料，如油类、糖浆等，也适用于灌装含维生素的液体物料，如蔬菜汁、果子汁等，瓶内形成真空就意味着减少了液料与空气的接触，延长了产品的保质期，真空法还适用于灌装有毒的物料，如如农药等，以减少毒性气体的外溢，改善劳动条件。（6）压力法利用机械压力或气压，将被灌物料挤入包装容器内，这种方法主要用于灌装粘度较大的稠性物料，例如灌装番茄酱、肉糜、牙膏、香脂等，有时也可用于汽水一类软饮料的灌装，这时靠汽水本身的气压直接灌入未经充气等压的瓶内，从而提高了灌装速度，形成的泡沫因汽水中无胶体尚易消失，对灌装质量有一定影响，但不算太大。（7）虹吸法利用虹吸原理完成灌装的方法。此种方法出现最早，人们最容易接受，原理比较简单，现在很少使用。上述几种灌装方法的正确选择，除考虑液体本身的工艺性能如粘度、重度、含气性、挥发性外，还必须考虑产品的工艺要求、灌装机的机械结构等综合因素。对于一般不含气的食用液料如瓶装牛奶、瓶装酒类等，可以采用常压法，亦可采用真空法，为了减少灌装时液料中的含氧气量，以便延长产品的保质期，采用较大的真空度的真空法更有利。所以我们采用的是真空法。2.4液料定量方法的选择准确的定量灌装不但与产品的成本有着直接的关系，同时也影响产品在消费者心中的信誉。包装物品的定量一般有重量定量和容积定量两种。重量定量由于要增添秤等计量衡器，所以机器的结构比较复杂，适用于比较重、经常变化的固体物料，且往往要配置一套电路用以机电配合；容积定量机器的定量机构比较简单，一般不需电路配合。液体产品一般易采用容积式定量，常见的有如下三种方法：（1）控制液位高度定量法这种方法是通过控制被灌容器中液位的高度以达到定量灌装的目的。因为每次灌装的液料容积等于一定高度的瓶子内腔容积，故习惯称它为“以瓶定量”43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）。该方法结构比较简单，不需要辅助设备，使用方便，但对于要求定量准确度高的产品不宜采用，因为瓶子的容积精度直接影响灌装量的精度。对于这种定量方法，若改变每次的灌装量，则只需排气管嘴进入瓶中的位置。（2）定量杯定量法这种方法是先将液体注入定量杯中进行定量，然后再将计量的液体注入待灌瓶中，因此，每次灌装的容积等于定量杯的容积。（3）定量泵定量法这是一种采用压力法灌装的定量方法，一般由动力控制活塞往复运动，将物料从贮料缸吸入活塞缸，然后再压入灌装容器中，由此每次灌装物料的容积用活塞往复运动的行程来控制。比较上述三种定量方法，从定量精度来看，第一种方法由于直接受到瓶子容积精度以及瓶口密封程度的影响，其定量精度不及后二种方法高，若从机械结构看，第一种显然最为简单，因此，它自然得到广泛应用，所以选择第一种。2.5液料供送装置的选择灌装液料由贮液槽经泵（或直接由高位槽）及输液管将液体产品输入贮液箱，再由贮液箱经灌装阀输入待灌容器中，这就形成了整个灌装液料的供送系统。对于等压法、真空法有时还需对贮液箱充气或抽气。由此可见，不同的灌装方法就应有不同的供料系统。下面只对常压法灌装的液料供送机构和真空法灌装的液料供送装置介绍做以比较：（1）常压法灌装的液料供送机构此法是在常压下灌装的，因此灌装系统较为简单。液体产品由高位槽或泵经输液管送进灌装机的贮液箱，贮液箱内的流体产品再经过灌装阀的开关进入待灌容器中。（2）真空法灌装的液料供送装置真空法灌装系统结构较复杂，形式较多，但根据其采用灌装方式不同，大体可分两种类型：一种方式是在待灌瓶和贮液箱中都建立真空，而液体是靠自重产生流动而灌装的；另一种方式是在瓶中建立真空，靠压差完成灌装。真空法灌装机的供料系统可有单室、双室、三室等多种形式，单室属于前一种真空法灌装，其余属于后一种方法。①单室：这是一种真空室与贮液箱合为一室的供料系统。②双室：这是由贮液箱和真空室按照上下布局组成的供料装置。③多室：这种结构不仅使贮液箱与真空室分开，而且另设一个液位控制箱，真空箱也不止一个。④三室：真空分配箱虽然结构上比较复杂，但却使真空灌装机的结构紧凑了，且利于提高灌装生产能力和工作可靠性。等压法灌装的液料供料机构，液箱系一个矩形切面的环形液缸，在环形液缸的下面装有很多个灌装阀，分别与环形液缸底面的孔口相连，以便把液体从贮液箱内装进待灌瓶中。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）以上几种方法做以比较，因为所选择的灌装方法为真空法，所以真空法灌装的液料供送装置。单缸真空阀的开启需要两次升瓶才能完成，故易出现磨损漏溢的问题，单缸结构增加液料的挥发面，不适合灌装液料；而三缸和多缸的结构过于复杂，所以选择双缸。2.6灌装阀与灌装工艺灌装阀是自动灌装机执行机构的执行部件，它的功能在于根据灌装工艺要求，以最快的速度沟通或切断贮液箱、气室和灌装容器之间流体流动的通道，保证灌装工艺过程的顺利进行。不同类型的液料其物理化学性质各不相同，因此对灌装工艺要求存在差异形成了对阀的不同要求，不同的灌装方法有不同的灌装工艺过程。（1）常压灌装法的工艺过程是：进液回气；停止进液；排除余液。（2）等压灌装法的工艺过程为：充气等压；进液回气；停止进液。（3）真空灌装法的工艺过程：瓶内抽真空；进液排气；停止进液；余液回流。因为采用的是真空灌装法，所以选择真空灌装阀，利用抽真空，使得瓶子内部成负压，液体在压差和重力的双重作用下，流入瓶内。真空法可提高灌装速度，减少产品与空气的接触，有利于延长产品的保质期，其全封闭状态还限制了产品中有效成分的溢散。2.7驱动方式的选择周期性循环操作的三足式离心机，在各个操作阶段中，转速是不同的，通常在200~800转/分的转速下加料，在1000~1500转/分的高速下进行离心分离，而在30~100转/分的低速下进行刮料。因此要求传动装置能实现宽范围的变速。另外，为了适应离心分离的要求，时其在最有利的转速下工作，则要求传动装置能实现连续、平滑的无级调速。多速电动机驱动，多速电动机结构简单、运行可靠，操作也很方便，但由于绕组的磁极对数只能成对改变，所以相应的调速也只能是有级的，而且变速范围也很小。应用同步转速为750~1500转/分的双速电动机，因此常用这种电动机作为一种简单易行的变速驱动方式。（1）主-副电动机驱动：主电动机通常为双速电动机，可拖动主机以中速或高速运转。副电动机则为一减速电动机。通常在主、副电动机之间间，设置一个超越离合结构。这样既可实现主、副电动机分别在高、低速下驱动同一转鼓，而又不互相干扰。此种驱动方式的特点是应用普通电动机，可实现发幅度的变速，但这种调速仍是有级的，且减速、离合结构的制造安装也较复杂。（2）交流变频调速：43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）其只要工作结构为一交流电动机及一套交流电源频率变换装置。由于频率的变换可以在较宽范围内连接、平滑地进行，因此变频调速是一种无级调速。此种驱动方式的特点是：启动和制动平稳可靠，噪音低，没有滑动摩擦等易损零件。启动效率高，制动时电力回收，节省电力。如采用防爆电机，可以用于防爆场合。但由于从经济性考虑，变频装置的成本较高，当用一台变频装置控制一台设备运作时就不是很经济性，所以只有当同时控制多台设备运作时，才显得比较经济划算。（3）直流电动机调速：直流电动机可控硅调速是一种无级调速。其特点是：调速范围广、调速精确、运转稳定可靠、过载能力高、反映快。并且与直流电动机配用的可控硅调速装置，在国内外均有系列产品定型生产，通用性强。由于多速电动机相应的调速只能是有级的，而且变速范围很小。主-副电动机驱动调速仍是有级的，且减速、离合结构的制造安装也较复杂。从经济性考虑，交流变频调速的变频装置的成本又较高。同样电磁调速电动机在低速运行效率低，若运用在长期处于低速运行的机器上会增加运行费用。再考虑到液压驱动方式安装和维修不是很方便。而直流电动机则是性能与经济性具佳，且调速范围广、调速精确、运转稳定可靠、过载能力高、反映快、产品通用性强。伺服电机与步进电机的选择比较，步进电机作为一种开环控制的系统，和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式伺服系统的出现，伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。①控制精度不同。两相混合式步进电机步距角一般为1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。②过载能力不同。步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。③运行性能不同。步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。④速度响应性能不同。步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒，伺服电机响应速度更快。综上所述，考虑到本课题的研究对象，以及精度要求我们选用的是直流伺服电机驱动，43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）如图2-2所示。图2-2直流伺服电机2.8本章小结本章首先简单介绍了灌装机的物理结构，使读者真正认识了灌装机。其次，对比了目前灌装机的不同类型，结合本次设计的目的，我们选择了凸轮灌装机。本次设计灌装液为一次性注射液，根据灌装液的物理性质以及药品的特殊要求我们选择的灌装方法为真空灌装。根据需求我们选择了简单有效的控制液位高度的定量方法。液料供送装置为双缸供送。最后根据机械运动特点我们选择的驱动方式为，直流伺服电机驱动。至此，灌装机的结构之外的硬件配置与技术细节我们都一一确定下来了，下面就可以开始其主传动部件的结构设计了。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）第3章凸轮机构及其设计3.1凸轮机构的应用和分类3.1.1凸轮机构的应用凸轮机构作为一种常用机构，兼有传动、导向和控制功能，字自动化机械中应用非常广泛。凸轮是一个具有曲线轮廓或者凹槽的构件，通常为主动件作等速转动，也有作往复摆动或者移动的。凸轮机构主要由凸轮、从动件和机架三个基本构建组成，被凸轮直接推动的构件称为从动件。如果从动件是凸轮，则称之为反凸轮机构。凸轮机构最大的优点在于：只要正确地设计凸轮轮廓线，就可以使从动件实现任意给定的运动规律，而且响应快速结构简单紧凑。正因为如此，凸轮机构不可能被数控、电控装置完全代替。凸轮机构的缺点是凸轮轮廓线与推杆之间为点、线接触，易磨损，凸轮制造较困难。故凸轮机构多用于传力不大的控制机构和调节机构。现代机械日益向高速发展凸轮机构的运动速度也越来越高，因此高速凸轮的设计及其动力学问题的研究已经引起普遍重视，并且提出了许多适用于高速条件下采用的推杆运动规律以及一些新型的凸轮机构。另一方面，随着计算机的发展，凸轮机构的计算辅助设计和制造已经获得普遍应用，相对的设计和制造技术的提升，这为凸轮机构的更广泛应用创造了条件。3.3.2凸轮机构的分类凸轮机构的种类很多，常按照凸轮和推杆的形状及其运动形式的不同来分类。（1）按凸轮的形状分①盘形凸轮这种凸轮是一个具有变化向径的盘形构件绕固定轴线回转。盘形凸轮加工起来比较容易，可以达到较高精度。只要设计合适的轮廓，可以实现从动件的复杂运动。所以也是应用最广泛的凸轮机构。②移动凸轮机构当盘形凸轮的回转中心趋于无穷远时，就成为移动凸轮。在移动凸轮机构中，凸轮作往复直线运动。③圆柱凸轮机构这种凸轮是一个圆柱面上开有曲线凹槽，或者是在圆柱端面上做出曲线轮廓的构件。由于凸轮与推杆的运动不在同一平面内，所以这是一种空间凸轮机构。圆柱凸轮可以看作是将移动的凸轮卷与圆柱上形成的。（2）按从动杆（推杆）的形状分①尖顶从动件这种凸轮机构的从动杆结构简单，且尖底能与复杂形状的轮廓保持接触，因而能实现任意预期的运动规律。但尖底容易磨损，一般适用于作用力不大和速度较低的场合，如仪器仪表等机构中。②滚子从动件这种凸轮机构的从动件尖端处装有可以自由转动的滚子，43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）由于滚子的存在使得凸轮与从动件之间的滑动摩擦转化为滚动摩擦，降低了磨损，改善了工作条件。因此可以用来传递较大的力矩，滚子常采用特制的球轴承或者滚子轴承，该机构的缺点是结构较复杂。③平底从动件在这种凸轮机构中，凸轮轮廓与从动件底面之间形成油膜，润滑条件好，磨损小。当不计摩擦的时候，凸轮对平底从动件的作用力始终垂直于平底，传力性能好传动效率高，故常用于高速场合。缺点是要求相应的凸轮轮廓必须处处外凸，这使得实用性大大降低。（3）按照凸轮推杆的运动形式不同分直线运动的直动从动件凸轮机构，如图3-1所示：另一种为往复摆动的摆动从动件机构，如图3-2所示。在直动从动件机构中，如果轴线通过凸轮的回转轴心，则称其为对心直动从动件，否则为偏心直动从动件。根据凸轮与推杆保持接触的方法不同，凸轮机构可以分为力封闭凸轮机构和几何封闭机构。图3-1直动从动件凸轮机构图3-2摆动从动件凸轮机构3.1.3从动件的常用运动规律运动规律是靠凸轮的轮廓形状来实现的，因此从动件的位移、速度和加速度与凸轮的轮廓曲线有着直接对应的关系。要实现从动件的不同运动规律，就要求凸轮具有不同的形状轮廓线。所以在设计凸轮机构时，通常首先要根据工作要求和条件选择合适的运动规律。常见运动规律有以下几种：（1）等速运动规律等速运动即被动件在推程运动时间内速度不变，假设推程时，凸轮的推程运动角为Φ，从动件升程为h。凸轮以等角速度ω转动。设转过角度为ψ时，我们可以得到以下运动方程式：43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）（3-1）同理，可导出回程运动的等速运动方程式：(3-2)（2）等加速等减速运动规律这种运动规律通常取从动件在一个行程中前半段作等加速，后半段作等减速运动，因此称为等加速等减速运动规律。该运动加速段和减速段的运动角及推杆行程各占一半，等加速运动的方程式(3-3)等减速运动的方程式(3-4)43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）（3）简谐运动规律简谐运动又称为余弦加速运动规律，简谐运动的推程运动方程式为：(3-5)（4）摆线运动规律又称为正弦加速运动规律，它和余弦加速一样在实际中运用较少，只做简单介绍，其推程运动阶段的运动方程式：(3-6)3.1.4凸轮轮廓曲线的设计根据初始条件，包括工作要求和结构条件分析计算凸轮结构的类型、基本尺寸（基圆半径，偏心距及其它设计参数）、以及工作中推杆的运动规律，接下来就可以进行凸轮外轮廓的设计了，设计方法分为作图法和解析法，前者操作计算简单，但误差较大，后者计算复杂精度高，根据不同要求可以选择不同设计方法。凸轮设计的基本原理是反转法原理，在设计凸轮时假设凸轮静止不动，推杆相对于凸轮沿着凸轮转动的反方向运动，作出从动件的一系列位置，将其用光滑曲线连接，这就形成了凸轮的轮廓线。凸轮设计时有几点需要注意:（1）自锁和许用压力角，在凸轮设计时最大压力角不能超过许用值。当压力角太大时就会引发自锁现象，这在实际中会产生严重后果，所以在设计中需特别注意，临界压力角α。临界角计算公式：(3-7)（2）压力角与凸轮尺寸的关系，假设凸轮的转动速度是ω，从动件的运动速度是v，偏心距为e，凸轮基圆半径为r，某一时刻，从动件的位移是s，则压力角与凸轮机构尺寸的关系为：(3-8)一般来说，在满足从动件位移、速度的前提下，应设计凸轮机构的参数使压力角尽可能小。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）在所有参数都确定之后，接下来要考虑凸轮所用材料，在凸轮机构中，凸轮轮廓与从动件之间容易发生磨损和疲劳点蚀，这就要求凸轮的材料具有高硬度、好的耐磨性以及表面接触强度，一般尺寸不大的凸轮采用45钢或40Cr钢，并进行调制或表面淬火，一般要求表面硬度要达到52～58HRC。3.2灌装机中凸轮的设计凸轮灌装机是一种全新的罐装设计，整个机构包括主传动部件、振荡器部件、送塞压塞部件、伺服灌装部件、旋塞部件、顶塞部件、机架等。在各个部件的协调运动下，机构能准确快速的实现灌装功能，整个机构简单紧凑，稳定、高效适合中小型企业的灌装要求。灌装机集灌装、送塞、顶塞、旋塞、压塞于一体。其主传动部件是实现所有功能的核心，主要由主轴、电机、减速器和五个凸轮及其连接机构组成，五个凸轮分别为顶塞凸轮、灌装凸轮、压塞凸轮、旋塞凸轮、送塞凸轮。3.2.1顶塞凸轮顶塞过程是由顶塞机构来完成的。其结构为由电磁铁安装板、杠杆、连杆、胶塞顶杆、联轴器、胶塞顶杆固定座、杠杆安装座以及螺纹、销等连接零件装配组成。整个运动过程为：电机工作，经减速装置减速后带动主轴转动，主轴带动安装在其上的顶塞凸轮匀速转动，在凸轮回程阶段从动件动杠杆作向上摆动运动，杠杆推动连杆向下运动，在杠杆的作用下使固定有胶塞顶杆的胶塞顶杆固定座也随之向上运动，胶塞顶杆便把胶塞顶入塞子旋转机构中。反之当凸轮处于升程阶段，在连接机构的作用下，胶塞顶杆固定座向下运动，顶针回到初始位置。由于实际生产需要我们选择的从动件运动规律为匀速运动，但处于匀速运动的从动件向升程或者回程过渡时速度有个瞬间突变会产生很大的刚性冲击，所以我们在其产生突变的点设计了一个过渡圆角。这样就把刚性冲击转化为柔性冲击，这样更符合实际的生产运用。（1）盘形顶塞凸轮轮廓曲线的设计：①把从动杆滚子中心作为从动杆的尖顶，设已知某尖顶从从动杆盘形凸轮机构的凸轮按顺时针方向回转，从动杆中心线通过凸轮回转中心，。根据已知条件凸轮基圆半径取，当凸轮在一个周期内转动时，在0°~202°范围内从动杆处于远休阶段，从动件位移保持不变；在202°~222°范围内从动杆处于回程阶段，位移匀速下降10mm；在222°~232°范围内从动杆处于近休阶段，位移保持不变；在232°~257°范围内从动杆处于升程阶段，位移匀速上升10mm；在257o～360处于远休阶段，从动件位移为10mm保持固定不变。②计算凸轮外轮廓曲线，由于凸轮升程回程作匀速运动，将回程阶段分为四段每段对应角度为5o，升程阶段分为五段，每段对应角度为5o，应用公式(3-1)、(3-2)分别计算出每段对应位移。③绘制从动杆的位移曲线。取横坐标轴表示凸轮的转角，纵坐标轴表示从动杆随角度变化的位移s,选择适当的比例尺，把s与的关系画成曲线。如图3-4所示。④作基圆，作个区间的相应等分角线。以O为圆心，以91mm为半径，按已选定的比例尺作圆，此圆成为基圆。沿凸轮转动的相反方向，按位移曲线横坐标的等分方法将基圆各区间作相应等分，画出各等分角线。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）⑤绘制凸轮理论轮廓曲线，在基圆各等分角线的延长线上截取相应线段，得各点。将各点连成一光滑曲线，即为所求的凸轮理论轮廓曲线。⑥绘制凸轮实际轮廓曲线，以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以已知滚子半径为半径（滚子半径为11mm）作一系列的圆，再作这些圆的光滑内切曲线，即得该滚子从动杆盘形凸轮的实际轮廓曲线。如图3-3所示。图3-3顶塞凸轮·图3-4顶塞凸轮位移转角图3.2.2翻塞凸轮翻塞过程是由塞子旋转机构完成的。凸轮翻转塞结构包括43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）导向杆、导向杆固定块、铜套、螺钉、上下推杆、支座、翻塞座连接销、翻塞叉状接头、连接臂、翻塞轴、连接杆和杠杆等组成。电机工作，带动主轴转动，主轴带动翻塞凸轮转动，凸轮处于回程阶段，凸轮依靠于翻塞轴的配合使杠杆作摆动，并提供传动力给旋塞叉状接头和翻塞连接杆，他们随之推动上固定在连接臂上另一个连接杆运动，随后经齿轮齿条的作用，将连接杆的直线运动转化为了胶塞旋转杆的旋转运动，便可将塞子旋转从顶塞位置旋转至送塞位置。反之，当凸轮机构升程阶段，机构回到原始位置。由于实际生产需要我们选择的从动件运动规律为匀速运动，但处于匀速运动的从动件向升程或者回程过渡时速度有个瞬间突变会产生很大的刚性冲击，所以我们在其产生突变的点设计了一个过渡圆角。这样就把刚性冲击转化为柔性冲击，这样更符合实际的生产运用。（1）滚子从动杆盘形凸轮轮廓曲线的绘制：①从动件滚子中心作为从动杆的尖顶，设已知某尖顶从从动杆盘形凸轮机构的凸轮按顺时针方向回转，从动杆中心线通过凸轮回转中心，已知凸轮基圆半径取r0=97.5mm。当凸轮作一个周期的转动，在00～810范围内从动件处于回程阶段，被动件位移匀速下降9.7mm。在810～1190范围内从动杆处于近休阶段，被动件位移保持不变。在119～200范围内从动杆处于升程阶段，被动件匀速上升9.7mm。在2000～3600范围内从动杆处于远休阶段，位移保持不变。②计算凸轮外轮廓线，由于凸轮作匀速运动，在00～810作回程，把回程运动角分成九段，每段90，同样在1190～2000时，把升程运动角也分成九段，应用公式(3-1)、(3-2)分别计算出每段对应位移。③动杆的位移曲线。取横坐标轴表示凸轮的转角，纵坐标轴表示从动杆的位移s。选择适当的比例尺，把与s的关系画成曲线。如图3-5所示。④作基圆，作个区间的相应等分角线。以O为圆心，以97.5mm为半径，按已选定的比例尺作圆，此圆成为基圆。沿凸轮转动的相反方向，按位移曲线横坐标的等分方法将基圆各区间作相应等分，画出各等分角线。⑤绘制凸轮理论轮廓曲线，在基圆各等分角线的延长线上截取相应线段，得各点。将各点连成一光滑曲线，即为所求的凸轮理论轮廓曲线。⑥以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以已知滚子半径为半径（滚子半径为11mm）作一系列的圆，再作这些圆的光滑内切曲线，即得该滚子从动杆盘形凸轮的实际轮廓曲线。如图3-6所示。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图3-5翻塞凸轮位移转角图图3-6翻塞凸轮3.2.3送塞凸轮送塞过程由送塞压塞机构来完成。由于实际功能需要，我们设计采用了送塞、压塞机构连在一起，共同实现送塞压塞功能。其结构为由拉杆连接块铜套、上下传动杆、打胶塞杆座、打胶塞杆、联轴器关节轴承销、杠杆、压塞叉状接头、压塞连接杆、压塞连接销、杠杆销、压塞轴和杠杆固定座等组成。电机工作，经减速器之后，带动主轴转动，主轴带动压塞凸轮转动，凸轮依靠于压塞轴的配合使杠杆作摆动，并提供传动力给压塞叉状接头、压塞连接杆，他们随之推动上下推杆运动，随着上下推杆的运动，固定于其上的打胶塞杆就将胶塞通过送胶塞杆压入药瓶口。同理我们设计了过渡圆角。（1）滚子从动杆盘形凸轮轮廓曲线的绘制：①从动件滚子中心作为从动杆的尖顶，设已知某尖顶从从动杆盘形凸轮机构的凸轮按顺时针方向回转，从动杆中心线通过凸轮回转中心，从动杆尖顶距凸轮回转中心的最小距离为111mm，即基圆半径r0为111mm。当凸轮转动时，在0°～7°范围内从动杆停止不动，处于远休运动状态；在7°～22°范围内从动杆处于回程阶段，位移匀速下降6mm;在2243\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）°～180°范围内从动杆停止不动，处于近休阶段。在180°～195°范围内从动杆处于升程运动阶段，从动件位移匀速上升6mm至原处。在195゜～360゜范围内，从动件处于远休阶段，从动件位移保持不变。②计算凸轮外轮廓线，由于凸轮作匀速运动，在7゜～22゜作回程，把回程运动角分成五段，每段3゜，同样在180゜～195゜时，把升程运动角也分成五段，应用公式(3-1)、(3-2)分别计算出每段对应位移。②动杆的位移曲线。取横坐标轴表示凸轮的转角，纵坐标轴表示从动杆的位移s。选择适当的比例尺，把s与的关系画成曲线。如图3-8所示。④作基圆，作个区间的相应等分角线。以O为圆心，以111mm为半径，按已选定的比例尺作圆，此圆成为基圆。沿凸轮转动的相反方向，按位移曲线横坐标的等分方法将基圆各区间作相应等分，画出各等分角线。⑤绘制凸轮理论轮廓曲线，在基圆各等分角线的延长线上截取相应线段，得各点。将各点连成一光滑曲线，即为所求的凸轮理论轮廓曲线。⑥以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以已知滚子半径为半径（滚子半径为11mm）作一系列的外切圆，再作这些圆的光滑内切曲线，即得该滚子从动杆盘形凸轮的实际轮廓曲线。如图3-7所示。图3-7送塞凸轮43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图3-8送塞凸轮位移转角图3.2.4压塞凸轮送塞过程和压塞过程由送塞压塞机构来完成。其结构为由拉杆连接块铜套、上下传动杆、打胶塞杆座、打胶塞杆、联轴器关节轴承销、杠杆、压塞叉状接头、压塞连接杆、压塞连接销、杠杆销、压塞轴和杠杆固定座等组成。电机工作，经减速箱减速后，带动主轴转动，主轴带动压塞凸轮转动，凸轮依靠于压塞轴的配合使杠杆作摆动，并提供传动力给压塞叉状接头、压塞连接杆，他们随之推动上下推杆运动，随着上下推杆的运动，固定于其上的打胶塞杆就将胶塞通过送胶塞杆压入药瓶口。（1）滚子从动杆盘形凸轮轮廓曲线的绘制：①从动件滚子中心作为从动杆的尖顶，设已知某尖顶从从动杆盘形凸轮机构的凸轮按顺时针方向回转，从动杆中心线通过凸轮回转中心，从动杆尖顶距凸轮回转中心的最小距离为74.61mm。当凸轮转动时，在0°～7°范围内从动杆处于回程阶段，位移减少4.2mm，在7°～22°范围内从动杆也处于回程阶段，位移下降4.2mm，在22°～45°范围内从动杆位移保持不变；在45°～135°范围内从动杆处于回程阶段，位移减少18.53mm；在135°～195°范围内从动杆匀速上升26.93mm至原处；在195゜～360゜范围内从动杆处于远休阶段位移保持不变。②计算凸轮外轮廓线，由于凸轮作匀速运动，在0゜～7゜范围内回程运动，把回程运动角分为七段，每段1゜在7゜～22゜同样作回程，把回程运动角分成五段，每段3゜，在45゜～135゜回程运动，把回程运动角分为九段，每段对应10゜。在135゜～195゜时，把升程运动角也分成六段，每段对应10゜。应用公式(3-1)、(3-2)分别计算出每段对应位移。如图3-10所示。③动杆的位移曲线。取横坐标轴表示凸轮的转角，纵坐标轴表示从动杆的位移s。选择适当的比例尺，把s与的关系画成曲线。如图3-9所示。④作基圆，作个区间的相应等分角线。以O为圆心，以74.61mm43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）为半径，按已选定的比例尺作圆，此圆成为基圆。沿凸轮转动的相反方向，按位移曲线横坐标的等分方法将基圆各区间作相应等分，画出各等分角线。⑤绘制凸轮理论轮廓曲线，在基圆各等分角线的延长线上截取相应线段，得各点。将各点连成一光滑曲线，即为所求的凸轮理论轮廓曲线。⑥以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以已知滚子半径为半径（滚子半径为11mm）作一系列的圆，再作这些圆的光滑内切曲线，即得该滚子从动杆盘形凸轮的实际轮廓曲线。图3-9压塞凸轮转角位移图图3-10压塞凸轮43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）3.2.5灌装凸轮灌装过程由伺服灌装机构完成。其结构为主要由灌装头固定座、灌装头安装板、灌装头、上下推杆、杠杆、铜套、拉簧固定块螺钉、螺栓、螺帽、垫圈、连接杆、连接销、灌装叉状接头、支座、灌装轴和旋塞座连接销组成。电机工作，经减速箱减速，之后带动主轴转动，主轴带动灌装凸轮转动，凸轮依靠于灌装轴的配合使灌装轴运动，随后，杠杆作摆动，并提供传动力给灌装叉状接头、灌装连接杆，他们随之推动上下推杆运动，随着上下推杆的运动，固定在其上的灌装头固定座和灌装头安装板开始运动，使灌装头开始运动。当凸轮处于回程阶段，罐装头向下运动，实现灌装。相反当凸轮处于升程阶段，灌装头向上运动回到原始位置。（1）滚子从动杆盘形凸轮轮廓曲线的绘制：①中心作为从动杆的尖顶，设已知某尖顶从从动杆盘形凸轮机构的凸轮按顺时针方向回转，从动杆中心线通过凸轮回转中心，从动杆尖顶距凸轮回转中心的最小距离为88mm。当凸轮转动时，在0°~175°范围内从动杆停止不动，在175°~188°范围内从动杆匀速下降13mm，在188°~346°范围内从动杆停止不动，在346°~360°范围内从动杆匀速上升13mm至原处。②计算凸轮外轮廓曲线，由于凸轮升程回程作匀速运动，将回程阶段分为五段每段对应角度为3o，升程阶段分为五段，每段对应角度为3o，应用公式(3-1)、(3-2)分别计算出每段对应位移。③动杆的位移曲线。取横坐标轴表示凸轮的转角，纵坐标轴表示从动杆的位移s。选择适当的比例尺，把s与的关系画成曲线。如图所示。④作基圆，作个区间的相应等分角线。以O为圆心，以88mm为半径，按已选定的比例尺作圆，此圆成为基圆。沿凸轮转动的相反方向，按位移曲线横坐标的等分方法将基圆各区间作相应等分，画出各等分角线。⑤绘制凸轮理论轮廓曲线，在基圆各等分角线的延长线上截取相应线段，得各点。将各点连成一光滑曲线，即为所求的凸轮理论轮廓曲线。⑥以理论轮廓曲线上的各点为圆心，以已知滚子半径为半径（滚子半径为11mm）作一系列的圆，再作这些圆的光滑内切曲线，即得该滚子从动杆盘形凸轮的实际轮廓曲线。如图所示。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图3-11灌塞凸轮图3-12灌塞凸轮转角位移图3.3凸轮灌装机的工作原理3.3.1主传动凸轮工作原理凸轮机构整体运动工作流程：托盘中放置了许多排列有序的空药瓶，等待灌装。托盘在运动装置的作用下移动至灌装位置，感应器发出信号，感应到托盘到达指定灌装位置后，此时灌装凸轮处于回程阶段，通过连杆机构带动灌装头向下运动，伺服灌装的导管从上往下移动，伸至药瓶口后开始将液体药物灌入药瓶内，灌装药量是已经提前设定好的，定量的药物灌装完毕后，感应器发出信号，此时灌43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）装药品停止从导管流出，还有一段时间凸轮处于近休运动阶段。与此同时，瓶塞从震动料斗送出先将药瓶塞子送至顶塞位置，顶塞凸轮处于回程阶段，带动顶塞机构向上运动将药瓶塞子顶入塞子旋转机构，塞子旋转机构感应到塞子已经在其中时，接下来胶塞旋转凸轮刚好运动之回程阶段，带动胶塞旋转机构向下运动，经齿轮齿条之后将直线运动转化为旋转运动，随后胶塞旋转杆立刻翻转将瓶塞旋转至送塞位置，此时送塞凸轮刚好旋转至回程运动阶段，带动送塞机构向下运动将瓶塞送至压塞位置，于此同时压塞凸轮也向下运动接近瓶塞，往后一段送塞凸轮处于近休运动阶段，压塞凸轮处于回程运动阶段，带动机构向下运动，把瓶塞压入药品中，接着送塞压塞凸轮处于升程运动阶段，带动机构向上运动，远离瓶塞，装好的药瓶在传送机构的运输下离开压塞位置，进入下一道流水线。至此一组药品的灌装结束。值得注意的是，为了避免个机构的运动发生干涉，我们在设计凸轮的个阶段对应角度时，做了详细的分析，每个凸轮各阶段运动角认真计算分析，包括个凸轮安装的相对外置的严格把关，从而保证了凸轮机构之间相对独立不会发生运动干涉。例如，灌装头与顶胶塞杆相对位置较远，同时为了考虑效率问题，我们允许他们同时处于回程工作阶段，但不会发生干涉。顶塞凸轮万成顶塞运动之后经过小角度的近休缓冲直接转到升程阶段，是机构回到初始位置，避免了它和旋塞机构的运动干涉。同样，旋塞机构完成旋塞运动之后经过短暂的过渡进入升程运动阶段带动机构回到初始位置，避免了和送塞机构的运动干涉。五个凸轮的运动时序图如图3-13所示。图3-13五组凸轮运动时序图43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）3.3.2凸轮式灌装机整体工作流程凸轮式灌装机作为一种全自动、全功能的液体灌装机械。其用途广，可用于各种饮料的灌装；可调节性好，通过调节可用于不同大小的瓶类容器的灌装；自动化程度高，动作协调，从瓶子的输入到灌装完毕的输出的一系列动作无须人工的干预；灌装周期短，生产效率高。常见凸轮式灌装机的工作流程如图3-14.图3-14灌装机工作流程图3.4本章小结本章介绍了凸轮机构的应用和分类，在此的基础上我们进行了灌装机的凸轮机构设计计算，做出了各个凸轮的二维图，最后进行了各个凸轮的组合运动分配，得出了最后的整体工作流程，实现了的功能需求。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）第4章传动机构的设计4.1机构的结构分析4.1.1机构组成(1)构件：任何机器都是由零件组合而成的，这些刚性地连接在一起的零件共同组成的一个独立的运动单元体。机器中每个独立的运动单元称为一个构件。构件上组成机构的基本要素之一。（2）运动副：当构件组成机构时，需要以一定的方式把各个构件彼此连接起来。被连接的两个构件间能产生某些相对运动，这种连接显然不是刚性的。这种由两个构件直接接触而组成的可运动的连接称为运动副，而把两个构件上能参加接触而构成运动副的表面称为运动副元素。运动副也是组成机构的又一基本要素。两构件在未成为运动副之前，在空间中它们共有六个相对自由度。当两构件构成运动副之后，它们之间的相对运动将受到约束，运动副的自由度（以f表示）和约束（以s表示）关系为f=6-s。两构件构成运动副之后所受的约束最少为1，最多为5。运动副根据引入约束的数目可以分类。引入一个约束称为Ⅰ级副，引入两个约束的运动称为Ⅱ级副，一次类推Ⅲ级、Ⅳ级等。运动副还可以根据运动副的两构件之间的相对运动的不同来分类。两构件之间的相对运动为转动的运动副称为转动副或者回转副，也叫铰链。相对运动为移动的运动副称为移动副。相对运动运动为螺旋运动的运动副称为螺旋副。相对运动为球面运动的运动副称为球面副。（3）机构：在运动链中，如果将其中的某一构件加以固定而成为机架，则该运动便成为机构，一般我们说机架都是相对于地面是固定不动的，但如果是整体都在动，那么机架也可能是相对于地面运动。机构中按给定的已知运动规律独立运动的构件称为原动件。而其余活动构件称为从动件。4.2机构运动简图在对机构进行设计或者分析时，都需要绘出机构运动简图。由于机构个部件的运动是由其原动件的运动规律、该机构的各运动副的类型和机构的运动尺寸来决定，而与构件的外形、断面尺寸、组成构件的零件数目及固定连接方式无关，所以只要根据机构的运动尺寸，按一定的比例迟定出各运动副的位置，就可以用运动副及常用运动机构运动简图的代表符号和一般构件的表示方法将机构的运动传递表达出来。这种用来表示表示机构运动传递情况的简化图称为机构运动简图。有了机构运动简图然后进行设计或者分析时就变得十分简便明了。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）在绘制机构运动简图时，首先要清楚这个机械的实际构造和基本的运动传递情况。所以我们首先要确定的是找出原动件和执行机构。之后在进一步分析，从原动件出发看看运动时怎么样传递到最后的执行件，用到了那些运动副，有多少构件。各种运动副之间的相对位置上怎么样的，只有弄清楚这些才会正确的画出机构运动简图。绘制机构运动简图的步骤如下：（1）机构运动分析，分析机构的组成和运动情况，确定构件的数目，并进一步明确其中的机架、原动件和从动件。从原动件开始，按照既定的传动次序，逐步进行分析，确定各构件的运动副类型。（2）选择视图平面，选择适当的视图平面和适当的机构运动瞬时位置。本着将运动关系表达清楚的原则，把原动件的某一位置作为绘图的起点。（3）测量运动尺寸确定比例关系，在机架上选择适当的基准，逐一测量各运动副的定位尺寸，确定各运动副之间的相对位置，根据图幅和运动尺寸，确定绘图比例。（4）绘制机构运动简图，从原动件开始，按照运动传递的顺序和有关的运动尺寸，一次画出各运动副和运动构件的符号。并给机构编号，给运动副标注字母，最后在原动件上标出表示其运动种类的箭头。4.3机构具有确定运动的条件为了按照既定的要求完成运动传递，当机构的原动件按给定的运动规律进行运动时，该机构的其他构件运动一般都应该是完全约束的。那么机构实现确定运动的条件是什么呢，经过大量实践证明，机构具有确定的运动时机构的原动件数目应等于机构的自由度数目。当机构不能满足这一条件，如果机构的原动件数目小于机构的自由度，机构运动将出现不完全确定。如果原动件数大于机构的运动自由度，则导致机构不能正常运动，甚至会在机构最薄弱的环节出现损毁现象。如上所述，要使机构具有确定的运动，则原动件的数目必须等于该机构的自由度数，下面我们讨论机构自由度的计算。在平面机构中，各构件只做平面运动，所以每个构件的自由度为三。每个平面低副可以限制两个自由度。每个平面高副可以限制一个自由度。设平面机构中共有n个活动构件，设共有pl个低副和ph个高副。因此，活动构件的自由度总数减去运动副引入的约束总数，就是该机构的自由度数，用F表示，即：(4-1)计算平面自由度时应注意以下的事项：（1）正确计算运动副的数目①两个以上的构件同在一处以转动副相连接，就构成了符合铰链。假设由m个构件组成的符合铰链，那么就会有（m-1）个转动副。在计算机构自由度的时候，复合铰链式需要特别注意的。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）②如果两构件在多处接触而构成转动副，且转动抽线重合，或者在多处接触而构成移动副，且移动方向彼此平行，或者两构件成为平面高副，且各接触处的公法线彼此重合，以上上各种情况都只能算作一个运动副。（2）去除局部自由度在有些机构中，某些构件所产生的局部运动并不影响其他构件的运动，则称为局部运动的自由度为局部自由度。在计算机构的自由度时，应从机构哦的自由度计算公式中将局部自由度减去。（3）去除虚约束在机构中，有些运动副带入的约束对机构的运动只起重复约束作用，这类约束叫做虚约束。虚约束常常发生在以下情况中：①机构中，如果用转动副连接的是两构件上运动轨迹相重合的点，则该连接带入一个虚约束。②机构中，如果用双转动副杆连接的是两运动构件上某点之间的距离始终保持不变的两点，也将带入一个虚约束。③机构中，不影响机构的运动传递的重复部分带入的约束为虚约束，设机构的重复部分中的构件数为n，低副数为pl，高副数为ph,则重复部位所带入的虚约束p的表达式为：(4-2)4.4灌装机传动机构的设计首先分析运动传递情况，罐装机的运动传递是电机转动提供原动力，带动主轴转动，主轴通过紧定螺钉将转动传给凸轮，带动凸轮保持同步转动。凸轮带动滚子从动件上下运动。为了让机构不至于太大，节省空间，我们在设计时让滚子从动件水平放置，然后加入杠杆机构让运动转化为竖直方向的运动，这样在垂直方向就节省了空间，更加合理。为了保证机构有确定的运动，原动件数目等于机构的自由度，在水平杠杆与竖直连接杆之间加入了叉状接头增加了一个构件。我们通过结构分析得出，机构共有五个活动构件，为别为凸轮、连接杠杆、叉状接头、垂直传动件（包括齿条）、齿轮，其中原动件为凸轮，执行件为齿轮。凸轮转动带动从动件杠杆上下摆动，之后传递到叉状接头、竖直杆带动齿轮齿条运动。由于各机构的运动简图基本一样，所以下面给出胶塞翻转塞凸轮机构的机构运动简图，如图4-1所示：43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图4-1旋塞凸轮机构运动简图机构自由度的计算：图4-1所示的机构运动简图，其中活动构件数n=5，低副pl=6，高副ph=2，滚子处包含局部自由度所以不计算在内。没有复合铰链和虚约束。运用公式4-1得：机构自由度为一，整个机构只有凸轮输入动力，凸轮为原动件，所以原动件数目为一，机构的原动件数目等于机构的自由度数，所以机构具有确定的运动。如上图所示，本次设计在凸轮与从动杆件之间用弹簧连接，保证从动件在凸轮回程阶段随着凸轮向上运动，整个从动件用支座支撑，支座在紧固螺钉的作用下使其与底座紧固。如图4-2所示：43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图4-2支座连接杠杆的末端是与叉状接头连接，中间部分是与支座连接，前端在弹簧的作用下与凸轮总保持接触，当前端在凸轮的带动下上下摆动时，整个杠杆以支座为支点上下摆动，从而带动整个机构上下运动。在杠杆的末端设计有一个连接销孔，中间位置是与支座连接的销孔，在其前端有一个M8的螺纹孔，用来连接拉簧固定块螺钉。最前端为销钉孔，设计图如4-3所示：图4-3连接杠杆4.5本章小结本章首先了解机构的结构，机构具有确定运动的条件是机构的自由度数等于其原动件个数，在此基础上进行了灌装机个凸轮机构的设计，得出机构之后，进行了自由度验算，机构完全能满足运动需要。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）第5章主轴系统的设计与计算5.1主轴组件功用及基本要求主轴是整个灌装机实现运动的关键组件。它是实现旋转运动的执行件，直接带动凸轮机构形成运动。主轴的组件包括主轴、轴承、和安装在主轴上的传动件。5.1.1主轴组件的基本要求主轴组件的性能是整个机器的重要指标之一，它对整机的功能实现有很大影响，主轴组件主要有以下要求：（1）旋转精度，它指的是机床空载时，在主轴安装工件的表面测得的径向跳动、端面跳动、轴向窜动值的大小。（2）刚度，刚度主要反映主轴组件对外载的抵抗能力。影响刚度的因素很多，如主轴的尺寸和形状，轴承的型号、数量、预紧和配置形式，前后支承的跨距和支撑的形式。（3）温升，温升将引起热变形使主轴深长，轴承间隙变化，降低主轴精度。控制主轴的温升，减少主轴发热是设计时需要着重考虑的因素。5.2主轴组件的布局主轴有前、后两支承及前、中、后三支承两种布局形式。两支承主轴轴承的配置型式，包括主轴轴承的选型、组合以及布置，主要根据对所设计主轴组件在转速、承载能力、刚度以及精度等方面的要求，并考虑轴承的供应、经济性等具体情况。关于主轴的轴承选型，一般遵循三个原则。（1）适应刚度和承载能力的要求。主轴轴承配置形式的选择首先满足所要求的刚度和承载能力。径向载荷较大时，尽量选用滚子轴承，径向载荷较小时，可选用球轴承。滚子轴承滚动体为线接触，球轴承为点接触，明显前者的刚度要高很多。（2）适应转速的要求。不同型号规格和精度等级所允许的最高转速不同。在相同条件下，点接触轴承所允许的最高转速比线接触轴承所允许的最高转速；圆柱滚子轴承所允许的最高转速比圆锥滚子轴承所允许的最高转速高。因此在选型时要综合考虑。（3）适应精度的要求。主轴组件中承受轴向推力的推力轴承配置方式直接影响主轴的轴向位置精度。5.3主轴设计5.3.1主轴的结构我们已知主轴上已经确定的组件，从左到右左支板轴承、伞齿轮、中间支板Ⅰ轴承、从动链轮、中间支板Ⅱ轴承、五个凸轮、调试盘、减速器。由于对主轴精度、刚性要去不高，所受外载荷比较小，我们选用的轴承为普通深沟球轴承，采用的是两支承。同时，使用的材料是45钢，热处理方式为调质。主轴结构参数的确定，主轴主要结构参数包括：主轴的平均直径D（初时先确定前轴直径D143\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）），主轴内孔直径d，主轴前端的悬伸量a以及主轴支承之间跨距L等。确定步骤为：首先根据点击功率来选取参数D1，在满足主轴本身刚度的前提按照工艺要求来确定d，根据主轴前端部结构形状和前支承的结构来确定a，最后根据D、a来确定L。我们选用电机的功率为2kw，根据查表得主轴前端直径为10mm～30mm范围。我们根据实际需要选用D1为15mm。根据经验公式得出后轴直径D2。安装轴承的地方可以根据轴承的型号来确定直径的具体大小。最后我们设计的主轴结构如图5-1所示。图5-1主轴5.3.2主轴设计计算主轴强度、刚度计算可以用有限元法或者传递矩阵法结合迭代借助电子计算机进行计算。主轴工作时主要承受弯矩和转矩，且多为交应变力作用，其主要失效形式为疲劳破坏。因此，主轴的材料应满足强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性等方面的要求，并且对应力集中的敏感性小。主轴设计的基本要求是：1）具有足够的承载能力，即主轴必须具有足够的强度和刚度，以保证主轴能正常工作。不至于受外载产生较大变形，影响正常工作。2）具有合理的结构形状，应使轴上零件能定位正确、固定可靠且易于装拆，同时应使轴加工方便，成本降低。在进行一系列的计算之前我们先根据灌装机工作时需要确定电机的输出功率，由此可以选出电机的型号。（1）电机选型计算电动机的构造比较简单、工作可靠、控制简单、维护容易，一般的生产机械上大多运用电动机来驱动。电动机已经系列化生产，通常由专门的工厂按标准系列成批或大量生产。机械设计中应该根据载荷（大小、特性及其变化情况）、工作要求（转速高低、允差和调速要求、启动和反转频繁程度）、工作环境（尘土、金属屑、油、水、高温及爆炸气体等）、安装要求及其尺寸、重量、材料43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构形式、容量（功率）和转速，确定具体型号。在本课题设计中根据第一章的电机比较内容，还有灌装机的灌装精度要求，所以选择的电机输出转速平稳可靠，有较好的调速性能，所以我们选的是直流伺服电机。直流伺服电机具有控制简单、输出转矩较大、调速性能好、工作平稳可靠、可频繁启动和制动等特点。直流伺服电机属于闭环系统，它装有各式各样的速度、位置检测元件，并使用不同的反馈方式。综上所述，直流伺服电机满足本次设计课题的需要。电机所需输出功率由公式5-1计算：(5-1)公式中为机械装置所需功率，η为电动机传递给工作装置的传动装置效率。工作装置所需的是由装置的工作阻力和运行速度计算求得的，由公式5-2求得：(5-2)公式中为工作装置的阻力，单位为N；Vw为工作装置的线速度，单位m/s。当机构进行工作时，工作装置的阻力约为1000N，主轴转动的线速度约为1.9～2.1m/min。η为0.95，根据公式我们得出机械所需功率Pw为2.0～2.2kw。所以P0为2.1～2.3kw。根据图5-2，本次设计所选电机为ACH130系列。电机型号选择，电机常用型号如图5-2所示：图5-2电机常用型号（2）主轴的强度计算：机械所需功率为2KW，主轴的转速为75r/min。则主轴最小直径为：43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）由计算得出主轴的最小直径为14.93mm，而我们设计的最小直径为15mm，所以能满足刚度要求。转矩计算：扭矩强度计算：根据上述计算，我们得出所选材料完全能满足工作强度，扭曲强度完全可以达到工作所需强度，而且存在进一步优化设计的可能性。5.4本章小结本章了解主轴的功能与基本要求之后，设计得出了主传动系统的主轴部件。为了进行主轴的强度计算，首先确定了电机的功率。选出本次设计的电机型号，再次基础上进行主轴的强度计算。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）第6章传动机构的改进6.1主轴结构改进在以往的主轴设计中采用的是单支撑（左），主轴右端没有支撑固定，实际应用中出现了一些问题。机器运转时，随着电机转动产生的震动对主轴影响比较大，使用一段时间之后，主轴变形较为严重，对灌装机构的精度使用寿命都有严重影响，所以为了加强刚性，故改为双支撑（左右）避免上述问题。改进前主轴传动结构：图6-1单支撑主轴传动系统主轴只能依靠一个支撑所提供的作用力来维持工作所需的平衡，而单支撑所提供的作用力远远没有达到一定的要求，这很大程度上影响到了药品灌装机工作的平稳性和安全性，生产的效率被大幅度地降低，药品灌装机的使用寿命也大幅度地缩短。因此，我在整体设计时将原来的单支撑改为了现在双支撑，双支撑给药品灌装机的主轴提供了足以令其平稳、安全工作的作用力。将主轴分成两端，中间用联轴器连接联轴器的作用：联轴器的作用联接两轴使两轴共同回转以传递运动和转矩，能实现轴与轴之间的联接、分离，从而实现动力的传递和中断。由于制造和安装联轴器的不可能绝对精确，以及工作受载时基础、机架和其它部件的弹性变形与温差变形，联轴器所联接的两轴线不可避免的要产生相对偏移伺服电机。联轴器的被联两轴可能出现的相对偏移有：轴向偏移、径向偏移和角向偏移、以及三种偏移同时出现的组合偏移。联轴器的两轴相对偏移的出现，将在轴、轴承和联轴器上引起附加载荷，甚至出现剧烈振动。因此，联轴器还应具有一定的补偿两轴偏移的能力，以消除或降低被联两轴相对偏移引起的附加载荷，改善传动性能，延长机器寿命。为了减少机械传动系统的振动、降低冲击尖峰载荷，膜片联轴器还应具有一定的缓冲减震性能。改进图如下：43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图6-2双支撑主轴传动系统6.2连杆机构的改进：由于连杆是旋转运动，而立柱是直线运动，为了让机构自由度与原动件数目相同。机构更加运动流畅，减小振动，故在中间加上连接杆给予连接。加入了叉状接头。如图5-3所示。图6-3连接杆43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）改进的连杆机构如图所示：图6-4机构改进图经过改进的结构功能不但能满足要求，而且更加完善，现在连接杆、连接销与丝杠的固定作用更加明显，连接杆始终受到垂直于地面的作用力，所以不会出现原先定位销受到不完全垂直于地面的作用力后容易弯曲、变形甚至断裂的情况。将连接杆与丝杠的接触面积从先前的单侧增加到了如今的双侧，使凸轮给丝杠的作用力完完全全地作用到了连接杆了，减少了作用力的流失，传动效果更好。间接的增加了工作效率，提升了整个机械结构的使用寿命。6.3灌装机的总结构结构图为了进一步验证设计的合理性和结构能不能满足具体要求，我们最后根据已有零件的草图，在制出了各个零件的三维模型，最后进行装配设计。仿真整个灌装机运动情况，对不足的地方进行了改进。下面我们给出了，整个机构在solidworks三维软件的装配仿真模型，如图6-5所示:43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）图6-5灌装机总装配图6.4AutoCAD简介CAD，即ComputerAidedDesign，意思为计算机辅助设计。Auto为自动化，指的是它可以应用于几乎所有跟绘图有关的行业，比如建筑工程、机械设计、装饰设计、环境艺术设计、水电工程等等。AutoCAD是由美国欧特克有限公司开发的一个交互式绘图软件，即人们熟知的Autodesk。欧特克是全球最大的二维和三维设计软件公司，为制造业工程建设行业基础设施传媒娱乐提供数字化设计软件。Autocad适用于二维及三维设计、建模绘图的系统工具，用户可以使用它来实现创建、浏览、管理、共享、打印、输出、及准确复用富含信息的设计图形。AutoCAD是目前世界上应用最广的CAD软件，市场占有率位居世界第一。AutoCAD软件具有如下特点：(1)具有完善的图形绘制功能。(2)有强大的图形编辑功能(3)可以采用多种方式进行二次开发或用户定制。(4)可以进行多种图形格式的转换，具有较强的数据交换能力。(5)支持多种硬件设备。(6)支持多种操作平台。(7)具有通用性、易用性，适用于各类用户。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）此外，从AutoCAD2000开始，该系统又增添了许多强大的动能，如AutoCAD设计中心(ADC)、多文档设计环境(MDE)、Internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使AutoCAD系统更加完善。虽然AutoCAD本身的功能集已经足以协助用户完成各种设计工作，但用户还可以通过Autodesk以及数千家软件开发商开发的五千多种应用软件把AutoCAD改造成为满足各专业领域的专用设计工具。这些领域中包括建筑、机械、测绘、电子以及航空航天等。6.5本章小结本章内容对之前的设计进行了一些结构上的改进，把支撑改为了三支撑，同时在传动机构上加了一个叉状接头，这样使结构更加合理，最后展示了整个灌装机的总装配图，间单介绍了AutoCAD软件。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）结论通过这次毕业设计，使我充分了解了灌装机的相关情况和基本工作原理，凸轮式灌装机的基本构造。在设计当中，我曾碰到过重重困难，例如，设计时无法使各个部件定位；在各个管件接触的地方，无法很好的进行密封等等问题。在进行机械设计时，各个部件定位是非常关键的步骤，只有在设计时，确保各个部件的定位，才能保证机械的顺利安装和拆卸。在进行机械设计时，要是机械具有先进的技术性，良好的使用性和机械加工工艺性，就必须注意满足以下几项基本要求。（1）具有一定的使用范围灌装机的应用范围，是指一台灌装机所能完成的灌装形式、适用灌装物料的种类和规格等。通常，当灌装机的应用范围小时，它的结构较简单，生产率较高，而且易实现生产的自动化。若扩大灌装机的应用范围，虽然可以实现一机多用，但往往造成机械结构的复杂、提高成本。因此要根据使用工厂的实际需要、物料性质以及灌装产品的批量来确定灌装机的使用范围。（2）生产率高灌装机的生产率，是指一台机器在单位时间内所灌装物料的数量或件数。设计中，在满足使用要求的前提下，要尽量提高生产率，措施是提高灌装机的运动精度、自动化程度和可靠性，分散灌装工序，增加灌装执行机构数量，以及缩短辅助时间等。（3）具有一定的精度生产中，要求灌装机的生产效率高、可靠性高、成品质量好、噪音小等，因此灌装机本身应具备一定的精度。灌装机的精度越高，对机械的制造精度、零件材料的要求越高，使得机械制造成本高。因此，灌装机的精度必须根据各种要求，进行全面综合分析后再确定。（4）便于制造、操作、维修在进行机械设计时，灌装机的零件结构复杂，在设计中，要注意零件的结构工艺性，若工艺性差，会造成加工性差、延长制造周期，增加制造成本。同时，设计者必须为机器的操作者着想，使操作者便于更换材料、添加物料，便于观察机器的工作情况，以及便于调整、维修和保养机器。另外，要有安全保护装置，防止发生人身安全事故、机器损坏和质量问题等。（5）控制机器的噪声灌装机械正向高速化、多功能化发展，控制机器的噪声是设计和制造时的一个重要问题。噪声能损伤人的听觉器官和生理能力，必须采取一定的措施降低噪声。如提高零部件的制造精度、配合精度，减少机器的激振力，安装隔振和吸振装置等。43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）参考文献[1]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理.第七版.北京：高等教育出版社，2006.[2]王新华.机械设计基础.北京：化学工业出版社，2010.[3]方键.机械结构设计.北京：化学工业出版社，2005.[4]李良训.AutoCad二维、三维教程.中文2008版.上海：上海科学技术出版社，2009.[5]甘永立.几何量公差与检测.第九版.上海：上海科学技术出版社，2010.[6]刘鸿文.简明材料力学.第二版.北京：高等教育出版社，2008.[7]于永泗，齐民.机械工程材料.第八版.大连：大连理工大学出版社，2010.[8]陈秀宁，施高义.机械设课程设计.浙江：浙江大学出版社，2010.11.[9]黄靖远，高志，陈祝林.机械设计学.北京：机械工业出版社，2006.4.[10]刘毅.机械原理课程设计.湖北：华北科技大学出版社，2008.5.[11]王三民.机械设计计算手册.北京：化学工业出版社，2012.[12]刘昌祺，牧野洋，曹西京.凸轮机构设计.北京：机械工业出版社.[13]杨晓清.包装机械与设备.北京：国防工业出版社.[14]刘筱霞.包装机械.北京：化学工业出版社.[15]许林成.包装机械原理与设计.上海：上海科技出版社,1998.[16]翁强.GCL8型液体灌装机设计分析.包装与食品机械.[17]张文明.全自动液体灌装机.北京：机电一体化出版社.2003.[18]高德.包装机械设计[M].北京：化学工业出版社，2005.[19]杨国太，陈玉.空间凸轮在自动灌装机中的应用与设计.2008.[20]罗庆生，韩宝玲.饮料高速灌装机灌料行程控制凸轮机构的耐磨损设计.食品科学(月刊).2000.[21]DeGarmoEP.MaterialsandProcessesinManufacturing.NewJersey:PrenticeHallInc.1988[22]DavidG.Ulman.TheMechanicalDesignProcess.McGraw-HillCompanices,Inc.2003.[23]GilbertKivenson.TheArtandScienceofInventing.VNRCo.1982.[24]PopovEP.MechanicsofMaterials.NewJersey:PrenticeHallInc.1976.[25]Koller,R.KonstruktionslehrefurdenMaschinenbau.Berlin:Springer.1985.[26]Pahl,G.Beitz,W.Konstruktionslehre.Berlin:Springer.1985.43\n上海理工大学本科生毕业设计（论文）致谢首先感谢我的毕业设计导师——石云霞老师和王新华老师。很荣幸能在两位老师的指导下，进行本次毕业设计。由于本人的毕业设计范围广，内容多，期间遇到许多困难和问题，如机械设计方面的疑问，承蒙石老师和王老师的关心和耐心指导，及时的解决问题，跟得上进程，才能够按时完成毕业设计任务。我从两位老师那里学会了很多关于灌装机方面的知识，弥补了过去的某些不足。同时两位老师对我的设计及时地提出了各个方面应该注意的地方，使我受益匪浅。在两位老师的细心指导下，我顺利地完成了我的毕业设计。希望将来有更多的机会能够和老师交流。最后，我再次真心地向石云霞老师和王新华老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。43