输送管路的设计
输液管尺寸的确定
从储液槽到灌装机储液箱的输液管路一般均用圆管铺设.首先要合理选择它的内径和壁厚 (1)圆管内径
设输液管的内径为d(m),截面积为A(2m ),液体在管内的流速为u(m/s),体积流量为v(3/m s ),由于:
2
14
A d
π=
??
/u V A = 故得
:d =
可见,欲求d 必须先求v 和u.为此,又设: W----管内质量流量（kg/s ）
ρ----液体的密度（3
/kg m ）
b G ---每瓶灌装液体的质量（kg ）
mas Q --灌装机最大的生成能力（pcs/h ）
逐写出:
3
(/)3600b mas G Q W
V m s ρ
ρ
?=
=
?
3
6
1.010600100.6b G V
kg
ρ-=?=???=
14000(/)
mas Q pcs h =
3
1.010(/)kg s ρ=?
所以：3
0.6140000.0023(/)10003600
V m s ?==?
在流量保持定值的条件下,虽然提高流速会使管径和设备投资费用都相应减少,但往往要增加输送液料所需的动力和操作费用.因此设计时应根据具体情况参考表10-1适当选取流速,根据系统的设计要求,取u=3m/s 所以：
0.1100D m m m
=
=
==
(2)圆管壁厚
圆管的壁厚一般根据系统的耐压和耐腐蚀等条件,按标准规格选用,选:t=5mm.
4.2输送液泵的确定:
要在单位时间内给灌装机储液箱输送一定数量的液体原料,必须借助高位槽或输送泵作动力源.因为高位槽不方便控制液体的量,而且根据连续性方程可知高位槽中的液体原料在下落时会影响供液的压力,所以用输送泵作动力源给灌装机储液箱供液.
为合理确定输液泵的功率,应运用能量守恒定律,亦即流体力学的柏努力方程求解:
为了求管子损失压头h ∑,需要算出雷诺系数
23
323
0.030.614000
3600 1.010
(5010) 1.010
2972
e d u R u
ρ
---??=??=
??????=
其中：
23
3
36000.614000
3600 1.010(5010)
b m as G Q u A
ρ-?=???=
????
由于2320e R >,可知液体在管内是紊流的,动能修正系数可取α=1.另外,若取管子绝对粗糙度ε=0.2,经查表得摩擦系数λ=0.035,则直管阻力损失压头:
2
2200.0350.450.03
10.5f L u
h d g m
λ=?
??=??=
又查表得标准弯头阻力系数1ξ=0.75,球心阀全开时阻力系数2ξ=6.4,进口阻力系
数3ξ=0.5,出口阻力系数4ξ=1,则局部阻力损失压头:
2
12342(22)22(20.752 6.40.51)0.457.1l u
h g
m
ξξξξ=??+?++?
?=??+?++?=
设灌装机储液箱的自由液面''11--,而储液槽液面为2----2,取'1Z =0,2Z =3,管路上多了一个标准弯头,故损失压头:
2
'
1
217.60.750.4518.0u
h
h g
m
ξ
=
+?=+?=∑∑
代入有关数值,可得泵的压头
2
'
2
22310.040.4518.031.5e p u
H Z h
g
g
m
ρ=+
+
+
??=+++=∑
则输液泵所需的轴功率：
360031.50.614000
36000.7
1.05e e b m as
H W
N H G Q kw
η
η
?=??=???=
?=
4.3阀端孔口流量的计算
液料经灌装阀孔口的体积流量用通式表示为300(/)V A U m s =? 式中0A -------孔口的流通面积（2m ） 0U -------孔口的流速（m/s ）
液料流速0U 可由灌装阀端孔口截面0---0与储液槽液面2----2之间所建立的柏努力方程式得求:
2
3
3
302U p P Z Z h g
g
g
ρρ+
+
=+
+
???∑
设储液箱液面的表面积为1F ,其速度折算系数为2
001
(
)
A K F =,按流体连续性原理得
相应的流速03001
A U U U F =
?=?同样，设某段的截面面积为i A ，其速度折算系数为0K =2
0()
i
A A ，按流体力学的连
续性原理得相应的流速：
000i i
A U U U F =
?=?
显然：
2
2
()22i
i i
u u L
L h K K d g
d
g
λξλ
ξ=?+?=?+
∑∑∑∑∑
将以上的3u ，h ∑带入，经整理得：
2
03003012i
i u
P P L K K K Z Z d g g λξρ??-??-+?+=-+?? ????
?
∑∑
解出
0u =
为简化分析计算：
令30Z Z Z ?=-，30P P P ?=- 并取灌装阀的孔口截面压头P
H Z g
ρ?=?+
和流速系数
c =
代入可得
:
V C A =?
P
H Z g
ρ?=?+
?
由此可见，液料体积流量V 主要取决于三个参数：通道流速系数C,孔口流通面积0A ，孔口截面压头H 。
1）通道流速系数C
液料经灌装阀通道所受到的阻力越小，C 值就越大，但它小于1。
通常，C 值用实验的方法确定，也可以通过计算的方法算出。若已知灌装阀的结构及操作条件，通过查表可以确定出各段的阻力系数λ和ξ。不过阀中各部位的阻力系数不仅难以求出，而且相互之间又有影响，结果使得流速系数降低，要行修正。一般建议取修正系数η=0.77----0.87之间。这样修正后的流速系数
,
c c η
=
对灌装低粘度的液体，一般取c=0.5。 查参考表，集合设计要求，取c=0.5。
2）孔口流通面积0A
在瓶口尺寸允许的条件下应尽可能地取较大的0A ，并且尽量增加该截面的浸润周边长度，以将少雷诺系数，从而使得液体流动更加稳定。
3）孔口截面压头H 它包括两项：
一是，孔口截面的静压头
p g ρ
?，它除受自由出流或淹没出流的影响外，更重要的
是取决于储液箱和灌装瓶内的气压差。另一个是孔口截面位压差Z ?，它除受定量方法的影响外，更重要的是取决于储液箱内自由液面对灌装阀端面孔口截面的高度。
综合上面的计算，得出：
0.54
3.51/V C A m s
=?=?
=
参考表10---2，取用V=3m/s 。
4.4灌装时间的计算:
根据定量方法的和灌装阀管口伸至瓶内位置的不同对灌装时间影响也不同。 如图所示，若管口伸至瓶颈部分，随定量杯内的液位逐渐降低，液体流速也会相应降慢，故此灌装过程属于不稳定的管口自由流出出液，即液料体积流量V 为变量，它是孔口截面位压头的函数。
设定量杯的截面积为定值0F ，当内存液料距离管口的高度为Z 时，其瞬时流量
00
F dz V cA dt
=-
=将上式转换为
F dz dt =-
则定量杯所存的液料全部注入瓶内所需的灌装时间
21
2Z l Z t F =-=
?
1z -------定量杯冲满液料时距离管口的高度（m ） 2z -------定量杯流完液料时距离管口的高度（m ）
带入有关数据计算得：
21
3
2
3
2
3
2
12(6010)
41
0.5(2210)(1210)4
5.4Z l Z F dz
t s
ππ---=-?
?=????-???=?
根据设计要求分析可得，可以满足使用要求。
4.5供液系统原理图
4.6供液系统所选元件的参数与一些重要参数
1液压
泵 型号规格 CB-B500
排量 500ml/r
压力 2.5mpa 转速 1450r/min 效率 0.93 驱动功率 6.5kw
表面尺寸 174*120*185mm
2节流阀 型号规格 LF-B32H
公称压力 31.5mpa 公称流量 200L/min 质量 15kg
3溢流阀 型号规格 YF3-10B-*
通经 10mm 额定流量 63ml/s 调压范围 0.5---16mpa 卸荷压力 0.45mpa 质量 1.9kg
4电磁换向阀 型号规格 CE 系列
通径 10 额定压力 16mpa 通过流量 60
5阀端口流量 110ml/s 6灌装时间 6s 7管路直径 100mm
序
号
设计绘图审阅
刘德祥日期课程设计
中国矿业大学徐海学院
比例数量
图号材料供液系统原理图名
称
数量
材料
备注
变量泵电动机溢流阀单向阀两位两通电换向阀
节流阀过滤器刘德祥
储液水箱感应器
8管路壁厚 5mm
第5章 供瓶系统的设计计算和选用
5.1输送线方案的选用
板式输送机在工业部门中应用广泛.它可以沿水平方向或倾斜方向输送各种散装物料或成件物品,它也可以用于流水线生产.可以输送比较沉重的,较大的物料或成件物品.也可以在较高的温度环境下输送物快.
一 板式输送机的优点: 1使用范围广泛. 2输送能力大.
3牵引链的强度高,可以作长距离的输送. 4输送线路布置灵活.
5在输送过程中可以进行各种工艺的加工. 6运行平稳可靠. 二 布置形式:
为满足灌装工艺要求,简单布置形式,采用水平布置形式. 三 板式输送机的主要部件: 1牵引链: 2底板: 3驱动部分: 4张紧部分: 5机架:
5.2电机到减速器的传动设计与计算:
设计一级减速器，具体设计计算如下。
参考现有的生产线上的电机，选用电机为：YH100L —2，转速2700r/min ，额定功率3kw ，电流6A ，转差率10%，功率因数0.87
5.2.1轴转速、功率、扭矩的计算
第一根轴的转速为电机的转速，1n =2700/m in r （轴1通过联轴器与电机相
联）
第二根轴的转速为与链轮相联的轴的转速。从上面输送线的计算可以得知
2n =700/m in
r 传动比为12
n i n = 2700
700
=
3.86
= 各轴功率的计算： 第一根轴 11p p η=
30.992.97K W
=?=
第二根轴 212p p η=
2.970.9
=?
=2.88kw
轴的扭矩计算：
6
111
9.5510P T n =??
62.97
9.55102700
?=?
10505.N m m =
6
222
9.5510P T n =??
62.889.5510700
?
=?
39291.N m m =
从上可以得出如下表格的数据
5.2.2直齿圆柱齿轮传动设计 1 选择齿轮材料
查表817- 大小齿轮均用45号钢，调质 1245~275H B S = 2
245~275H B S = 2 按齿面接触疲劳强度来计算 确定齿轮传动精度等级 按(0.013~0.022)t V n = 估取圆周速度为t V =2.06 查表选取 公差等级为8级
小轮分度圆直径1d ，由公式可得 1d =
齿宽系数d ψ查表，按齿轮相对轴承为非对称布置， 可取d ψ=0.8
小轮齿数1Z ，在推荐值17~20中选则。 1Z =17
大轮齿数2Z =1iZ =3.8617? 65.62= 圆整，取266Z = 齿数比 21/Z Z μ= 66/17
= 3.88
= 传动比误差/μμ? /μμ?=()/i i μ- (3.86
3.88)/3
=- 0.0057
=-
误差范围在5%±的范围内，所以合适。 小轮转矩1T
由前面的计算可知 1T 10505N m m = 载荷系数K
...A V K K K K
K βα= 使用系数A K ，查表得 A K =1
动载荷系数 V K ，查表得初值 V t K =1.10 齿向载荷分布系数 K β，查表得 K β=1.11 齿向载荷分配系数 K α，由下式及0β=得 γαεε=
12[1.88 3.2(1/1/)]cos Z Z β
=-+
[1.88 3.2(1/171/66)]1=-+? 1.64=
查表并插值 1.10
K α= 则载荷系数K 的初值t K t K 11.10
1.111=??? 1.34t K =
弹性系数z Z 查表得 z Z = 节点影响系数 H Z ，查表（120,0x x ε===） 得H Z =2.5 重合度系数 Z ε，查表得 0.89Z ε= 许用接触应力min []../H H N H Z Z S ωσσ= 接触疲劳极限应力m in 1H σ，m in 2H σ，查表得 2
m i n 1
570/H N m m σ=
2
m
i n 2
570/H N
m m σ=
应力循环次数
160h N njL =
=6027001(1035016)?????
99.410=?
21/N N μ
=
9
9.410/3.88
=? 92.410
=? 则查图得接触强度的寿命系数1
N Z ，2
N Z （不允许有点蚀）
1
N Z =2
N Z =1
硬化强度 Z ω=1
接触强度安全系数H S ，按一般可靠度
m i n
H S =1.0~1.1，取 H S =1.1
1
[]57011/1.1H σ=?
? 2
[]H σ57011/1
=?? 故由上面的一系列参数可以得出 111t d m m ≥ 齿轮模数11/t m d Z = 0.6= 查表取 1.5m =
小齿轮分度圆直径的参数值圆整1t d '
11t d Z m '=? = 17 1.5? =25.5 圆周速度V
11
60000262700
60000
2.11
t d n V ππ?'?=
??=
=
与估取值 2.06/t V m s =误差不大，对v K 取值影响不大，不必修正v K
1.10
1.34
v v t
t K K
K K ====
小轮分度圆直径1d 11t d d '=
126d =
大轮分度圆直径2d
22
1.56699
d m Z ==?=
中心距a
12()
21.5(1766)
2
62.25m Z Z a m m
+=
?+=
=
齿宽b
1m i n
0.82620.8d t
b d m m
ψ=?=?=
大轮齿宽2b 2b b = 小轮齿宽1b 12(5~10)b b =+
2(5~10)20.8(5~10)
26b m m
=+=+
= 3 齿根弯曲疲劳强度校核计算： 112F F a
s a K T Y
Y Y bd m
εσ=
???
[]F σ≤
齿形系数F a Y 查图8—67 小轮1Fa Y 1Fa Y =2.9 大轮2F a Y 2F a Y =2.8
应力修正系数sa Y 查图8—68
小轮1sa Y 1sa Y =1.54 大轮2sa Y 2sa Y =1.73
重合度系数Y ε
0.75
0.25
0.750.25
1.65
0.70
Y εα
ε=+=+=
许用弯曲应力[[]F σ由式（8—71）得 l i m ..[]F N X
F F
Y Y S σσ=
弯曲疲劳极限lim F σ 查图8—72
l i m 1
F σ= 2
460/N m m l i m 2
F σ= 2460/N m m 弯曲寿命系数N Y 查图8—73 1N Y =1 2N Y =1
尺寸系数X Y 查图8—74 X Y =1
安全系数F S 查图8—27 F S =1.3 则lim 111
1..[]F N X F F
Y Y S σσ=
46011
1.3
??=
2
353.85/N m m =
l i m 222
2..[]F N
X
F F
Y Y S σσ= 46011
1.3
??=
2
353.85/N m m =
故12 1.34473.22 2.9 1.540.708.826 1.5
F σ??=
?????
11.55=
11.55=
11[]F F σσ< 22 1.341768
2.9 1.540.701
3.899 1.5
F σ??=
?????
9.29=
11[]F F σσ<
5.2.3轴的结构设计：
第一根轴的结构设计及分配
轴的结构设计
1．拟定轴上零件的装配方案
2．根据轴向定位要求确定直径和长度
轴段 1 ：轴段1与联轴器相连。由最小直径及剖分式轴承段轴的直径
116d m m
=。根据工作需要及工艺要求取轴段1长为130l m m =
116d m m = 130l m m =
轴段 2 ：根据端盖的定位及12,,22f d d d m m =1至外箱壁距离C ，
2,20f d d m m =2至凸缘边缘距离C ，1C +2C 确定轴段
2的长度和直径为
2250l m m
=
轴段 3 ： 根据所选的深沟球轴承6404直径为d=20mm,可以确定轴段3的直径320d m m =，以及轴承的宽度为19mm ，可以定轴的长度为38mm
332038d m m l m m
==
轴段 4 ： 由于小齿轮直径为26mm ，与轴的直径相差不大，所以可以将小齿轮与轴段4做成一体，可以定轴段4的直径为426d m m =，4l =小齿轮宽度+与箱壁的距离。
442626d m m l m m
==
轴段5同轴3段一样。
第二根轴的结构设计与分配
一 根据轴向定位要求确定各轴段直径和长度
轴段 1 ：根据链轮的直径为270mm ，以及宽为100mm ，可以将轴的第一段作成花键
1110030l m m d m m
==
轴段 2：根据端盖的定位及12,,22f d d d m m =1至外箱壁距离C ，
2,20f d d m m =2至凸缘边缘距离C ，1C +2C 确定轴段
2的长度和直径为
224032l m m d m m
==
轴段 3 ：根据所选的轴承型号6407直径为35mm ，宽为25mm ，以及挡圈。
可定轴段3的直径及长度为
333560l m m d m m
==
轴段 4 ：长度比轴一的长度略短些。可取
442439l m m d m m
==
轴段 5 ：轴段5+轴段6=轴段3。可定轴段5的直径为
5544d m m
=
轴段 6 ：轴段6=60-20=40mm
664035l m m d m m
==
轴的强度校核和受力将在5.5.1中进行分析和计算
5.3链传动设计计算：
根据系统设计要求和各种传动形式的特点，选用链传动。
根据减速器的输出轴进行设计计算。输送链水平布置，按低速设计。 1 链轮齿数Z1，Z2：
(1)按表8---6选z1。取121z =。 (2)12112
700***21105120140
n Z i d d n ===
=<
(3)速比i 1通常6i ≤
2若载荷平稳，尺寸允许可取i=8---10。 2 确定链条节距p ：
(1)计算功率
*c A p p k =
式中p------额定功率
A k -----工作情况系数
因为工作平稳，所以从表8----8中得：A k =1.0 所以Pc=1.0*7.5=7.5kw 。
（2）特定条件下，单排链传递功率Po
***c
o z i a p
p p k k k k ≥
小链轮齿数系数。查表8----9，取z k =1.12 传动比系数。查表8----10，取i k =1.09 中心距系数。查表8----11，取a k =1.0 多排链系数。查表8----12，取p k =1.0
***c
o z i a p
p p k k k k ≥
07.5
6.141.12*1.09*1.0)1.0
p ≥
（3）由P0,n,在图8-----12中查出节距P 和链号： 链号05B
节距P=8mm,排距Pt=5.64mm,
滚子外径T d =5mm,内链节内宽1b =3.0mm
销轴1
X L =8.6mm,极限拉伸载荷1Q =4400N,质量q=0.18kg/m
3 确定中心距a 和链条节数Lp
（1）若a 过小，则循环次数增加，加速磨损疲劳，而且包角a1变小，容易发生跳齿。
（2）若a 过大，可以减少链磨损，延长寿命，但可能有抖动，而且尺寸加大。
（3）一般取a0=30p---50p 。amax=80p 。 取0a =40p=40*7.5=300mm 。 （4）则链条长度为：
12
220
2*()
222*30021105
7.510521
()7.5
2
3002*3.14
195.6a z z z z p L p a m m
π
+-=+++-=
++
=
（5）Lp 圆整，取偶数L=196。 （6）计算实际中心距：
12()42
7.521105
(196)42301.7z z p a L m m
?
+=-
+???+=-+??=
（7）a 的差值为1.7mm<2mm----5mm 。所以可以选用。
3验算链速
111**60*100021*7.5*700
60*1000
1.84/z p n V m s
==
=
在范围内（2m/s----8m/s ），所以安全，可以选用。
4计算压轴承力Q
*Q e Q K F =
有效拉力
1000*1000*7.5
1,84
4076.1c
p Fe v N
==
=
轴承力系数Q k =1.0----1.3,因为无冲击，所以取Q k =1.0 所以Q=4076.1*1.0=4076.1N 3链轮的主要尺寸 （1）选材：45钢，沾火处理。
要求：足够强度和耐磨性，小链轮材料比大链轮材料好一些。40HRC---45HRC （2）主要尺寸：
A 节圆直径 10
1853.3180180sin(
)
sin(
)
21p d m m Z =
== 2002
8266.7180180
sin(
)
sin(
)
105
p d m m Z =
== B 齿顶圆直径
10
1
180*(0.54)
1808*(0.54)
21
57.68a d p ctg
z ctg
m m
=+=+=
20
2
180*(0.54)
180
8*(0.54)
105
270.96a d p ctg
z ctg
m m
=+=+=
C 齿根圆直径
1
153.35.048.3f T d d d m m =-=-
= 2
2266.7
5.0
261.7
f T d d d m m =-=-= D 齿侧凸圆最大直径
10
1
180*(1)0.08
1808*(1)0.08
21
45.28g d p ctg
z ctg
m m
=--=--=
选1
g d =45mm
查表8---15，得1
k d =26mm.
20
2
180*(1)0.08
180
8*(1)0.08
105
258.56g d p ctg z ctg
m m
≤--=--=
选2
g d =250mm
E 最大齿根距离 Lx=f d (偶数齿) Lx=0
90*cos()T d d Z
-（奇数齿）
所以：
20
90
53.3*cos()5
21
48.15x L m m
=-=
20
90
266.6*cos()5
105
260.2x L m m
=-=