畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì).doc

紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)學(xué) 生：指導(dǎo)老師：(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)摘 要：本文分析了中國(guó)國(guó)內(nèi)外紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)的現(xiàn)狀，對(duì)未來(lái)進(jìn)行了展望，設(shè)計(jì)出一款新型紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)。該紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)是由機(jī)架、殼體、切刀、傳動(dòng)部分、出料槽等和電動(dòng)機(jī)組成。采用齒輪傳動(dòng)和帶輪機(jī)構(gòu)，主要依靠曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推動(dòng)刀具，將紅薯切成條狀。此次設(shè)計(jì)刀具下方設(shè)有出料槽，槽的端口由凸輪機(jī)構(gòu)控制，凸輪的運(yùn)動(dòng)周期與上方切制機(jī)構(gòu)吻合。紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)的加工優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在：在大規(guī)模生產(chǎn)基地中工作量大，減少工人加工時(shí)間，極大降低生產(chǎn)成本，增加效益，并且質(zhì)量穩(wěn)定可靠。關(guān)鍵詞：紅薯?xiàng)l；切制機(jī)構(gòu)；齒輪；皮帶輪The Design of Cut Mechanism of Sweet potatoStudent: Chen PengzhiTutor: Gao Yingwu(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128，China)Abstract: This paper analyzes the status of the Chinese domestic and foreign sweet potato cutting institutions, the future outlook, designed a new type of sweet potato cutting agencies. The sweet potato cutting body racks, housings, cutter, transmission part, a trough and motor. Gear drive and pulley institutions, rely mainly on the slider-crank mechanism to promote the tool, the sweet potato, cut into strips. The design tool has a trough below the slot port controlled by the cam mechanism, cam movement cycle is consistent with the top of the cutting bodies. Sweet potato cutting agencies processing main advantages: the heavy workload in the large-scale production base, to reduce the processing time of workers, greatly reduce production costs, increase efficiency, and stable and reliable quality.Key Words: sweet potato stripe; cut mechanism; gear; belt pulley 1 前言1.1 選題研究意義 紅薯，又稱甘紅薯、番薯、甘薯、山芋、地瓜等，旋花科一年生植物。蔓生草本，長(zhǎng)2米以上，平臥地面斜上。具地下塊根，塊根紡錘形，外皮土黃色或紫紅色。葉互生，寬卵形，。聚傘花序腋生，花苞片小，鉆形，萼片長(zhǎng)圓形，不等長(zhǎng)，花冠鐘狀，漏斗形，白色至紫紅色。蒴果卵形或扁圓形。塊根為淀粉原料，可食用、釀酒或作飼料。紅薯含有豐富的糖、纖維素和多種維生素營(yíng)養(yǎng)，其中-胡蘿卜素、維生素E和維生素C尤其多。特別是紅薯含有豐富的賴氨酸，而大米、面粉恰恰缺乏賴氨酸。紅薯與米面混吃，可以得到更為全面的蛋白質(zhì)補(bǔ)充。就總體營(yíng)養(yǎng)而言，紅薯可謂是糧食和蔬菜中的佼佼者。我國(guó)是世界上最大的紅薯生產(chǎn)國(guó)，現(xiàn)年紅薯種植面積為500萬(wàn)平方公頃,占世界種植面積的57.3%；近年來(lái)我國(guó)紅薯產(chǎn)業(yè)一直以占世界60%左右的種植面積，收獲世界總產(chǎn)80%左右的產(chǎn)量。我國(guó)種植面積較大的?。ㄊ校┯兴拇?、河南、山東、重慶、廣東、安徽等。目前我國(guó)甘薯消費(fèi)的主要形式是加工淀粉、酒精，許多省區(qū)把紅薯作為農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中的優(yōu)勢(shì)作物1。紅薯加工主要形式有把紅薯切成條狀。在大規(guī)模生產(chǎn)基地中工作量大，目前國(guó)內(nèi)大部分粗加工仍然為人工操作，消耗大量時(shí)間、精力。因此，設(shè)計(jì)一種紅薯切條機(jī)能有效的減少工人加工時(shí)間，極大降低生產(chǎn)成本，增加效益，設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)便的紅薯切條機(jī)夠?qū)τ谵r(nóng)業(yè)生產(chǎn)很有必要。1.2 國(guó)內(nèi)外紅薯?xiàng)l切制機(jī)構(gòu)發(fā)展概況目前果蔬切制機(jī)械國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上已有種類繁多的產(chǎn)品銷售，其功能主要涵蓋多種水果、蔬菜的切條、片，體形龐大，適用于企業(yè)大型生產(chǎn)。主要有廈門(mén)天機(jī)達(dá)科技有限公司的TJD-003型檳榔芋/切塊機(jī)/切條機(jī)，該機(jī)改變傳統(tǒng)旋切模式，采用智能控制系統(tǒng)，配合網(wǎng)格刀更方便自如加工各種規(guī)格的檳榔芋丁和檳榔芋條，產(chǎn)品切面平整、成品率高、效率高。此外皇瑞食品機(jī)械有限責(zé)任公司生產(chǎn)的土豆/地瓜切丁機(jī)是在外國(guó)先進(jìn)機(jī)型的基礎(chǔ)上，結(jié)合用戶的迫切需求經(jīng)改進(jìn)設(shè)計(jì)而成。土豆切條機(jī)按同類切條機(jī)型，推進(jìn)三維切條機(jī)器葉輪外徑由300改為350mm，切料有效出口寬由90改為100mm，大型切條機(jī)轉(zhuǎn)速提高近3倍。推進(jìn)器及外殼、三維切丁條機(jī)地瓜切條機(jī)切刀、刀座、刀架總成等均為不銹鋼制成，具有設(shè)計(jì)合理，所切品種多，品質(zhì)好，能連續(xù)操作，適于不間斷生產(chǎn)。三維切條機(jī)易于清洗和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。大型切條機(jī)適用于食品行業(yè)切割胡蘿卜、馬鈴薯、洋蔥、青紅椒、水果等薯球根類物料的片形、條絲形、丁塊形狀產(chǎn)品。除此之外，還有許多種類的切條機(jī)，但總結(jié)起來(lái)，這些都是適用于大型生產(chǎn)的機(jī)械，均不適用于家庭操作。1.3 國(guó)內(nèi)紅薯?xiàng)l切制機(jī)械化未來(lái)發(fā)展方向紅薯是人們生活中最常見(jiàn)食品之一，隨著社會(huì)發(fā)展和進(jìn)步，紅薯不但是人們生活的必需品，而且對(duì)經(jīng)濟(jì)起了很好的作用，而紅薯切條機(jī)是食品加工生產(chǎn)中的一種常見(jiàn)機(jī)械。21世紀(jì)，隨著人們生活水平的提高，食品加工行業(yè)會(huì)逐漸向全程機(jī)械化、自動(dòng)化發(fā)展，以滿足生產(chǎn)規(guī)?；?、經(jīng)營(yíng)產(chǎn)業(yè)化等要求。紅薯切制機(jī)等食品加工機(jī)械將向智能化、自動(dòng)化跨越2。1.4 目前國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的紅薯切條主要產(chǎn)品 目前我國(guó)紅薯?xiàng)l生產(chǎn)上使用的切條機(jī)生產(chǎn)廠家很多，產(chǎn)品名目繁多、大小不一，但功能類似，機(jī)構(gòu)原理大體相同。具代表性的產(chǎn)品有興化市環(huán)城脫水機(jī)械廠生產(chǎn)的的HC-QD350三維切丁（條）機(jī)；諸城市同泰食品機(jī)械廠生產(chǎn)的紅薯切條機(jī)；北京澤信偉業(yè)食品設(shè)備有限公司生產(chǎn)的小型紅薯切條機(jī)，這是一款手動(dòng)簡(jiǎn)易型切條機(jī)，不適宜進(jìn)行大規(guī)模食品加工。2 總體方案的擬定2.1 功能原理分析紅薯切條機(jī)目前在市場(chǎng)上已經(jīng)比較常見(jiàn)，按其原理分為兩大類：一是以網(wǎng)格式刀具平推直接切條；二是利用不規(guī)則刀具在回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中將紅薯切條。本設(shè)計(jì)考慮到第一種原理簡(jiǎn)單，刀具設(shè)計(jì)方便且可靠故采用這種設(shè)計(jì)思路。整個(gè)紅薯切條機(jī)由減速機(jī)構(gòu)、切制機(jī)構(gòu)、出料部分、入料部分組成，減速機(jī)構(gòu)由V帶傳動(dòng)和直齒圓柱齒輪兩部分組成。切制部分由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和特制網(wǎng)格狀刀具組成。在工作過(guò)程中由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推動(dòng)擋板做直線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使紅薯在被推進(jìn)刀具中實(shí)現(xiàn)切制動(dòng)作。這種設(shè)計(jì)能夠很好地保證紅薯?xiàng)l的均勻，生產(chǎn)的產(chǎn)品使用且美觀。2.1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容本機(jī)構(gòu)的切制執(zhí)行部分是通過(guò)先將紅薯投入料斗，進(jìn)入料斗后由推板推動(dòng)紅薯向網(wǎng)格式刀具直線運(yùn)動(dòng)，紅薯收到推板的壓力穿過(guò)刀具實(shí)現(xiàn)切制。整個(gè)過(guò)程在刀具的一個(gè)回轉(zhuǎn)周期內(nèi)完成，通過(guò)刀具的相位差實(shí)現(xiàn)這個(gè)過(guò)程。其具體措施如下：（1）傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)采用集中傳動(dòng)，提高傳動(dòng)精度；（2）采用網(wǎng)狀刀具直線運(yùn)動(dòng)切制，提高機(jī)構(gòu)切制的效率；（3）動(dòng)力源采用電動(dòng)機(jī)，減少噪音，提高機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)性；（4）采用齒輪、皮帶輪結(jié)合傳動(dòng)，提高機(jī)構(gòu)的靈活性；2.1.2 方案選擇為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功用，有兩套方案可以實(shí)現(xiàn)：(參見(jiàn)圖1、圖2)方案一 （1）采用回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刀具，；（2）采用錐齒輪減速傳動(dòng)，傳動(dòng)更準(zhǔn)確； （3）采用杠集中傳動(dòng)，保證機(jī)構(gòu)傳動(dòng)的平穩(wěn)性?？傮w結(jié)構(gòu)圖 執(zhí)行部分傳動(dòng)圖圖1 方案一示意圖Fig1 The figure of program 1方案二 （1）采用單獨(dú)傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)；（2）采用四連桿機(jī)構(gòu)； （3）采用網(wǎng)格式刀具，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊； 圖2 方案二示意圖Fig2. The figure of program 22.1.3 方案的比較方案二采用集中傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)，整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，生產(chǎn)過(guò)程中平穩(wěn)性較高，方案一傳動(dòng)部分結(jié)構(gòu)比較臃腫，則整機(jī)的結(jié)構(gòu)性不是那么好3；方案二采用簡(jiǎn)單的傳動(dòng)設(shè)計(jì)，工作原理簡(jiǎn)單，但刀具力學(xué)要求較高，且刀具易損壞，方案一采用刀具做圓周運(yùn)動(dòng)，切制比較均衡，對(duì)刀具要求相對(duì)較低利于生產(chǎn)但操作難度大；方案二采用圓柱直齒輪減速傳動(dòng)，使系統(tǒng)傳動(dòng)更準(zhǔn)確。因此通過(guò)比較最終選擇方案二。2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 總體結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)分為以下幾個(gè)部分（如圖3所示）：（1） 電動(dòng)機(jī)：選用Y80M2三相異步電動(dòng)機(jī)4。（2）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要由皮帶輪、圓柱齒輪、軸承、悶蓋、透蓋等組成。 （3）切制裝置：由加刀具、擋板、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)（4）料斗： 切制內(nèi)部空間218mm218mm（5）機(jī)箱體2.2.2 傳動(dòng)路線紅薯?xiàng)l切制機(jī)的傳動(dòng)路線如圖4所示，該機(jī)構(gòu)是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)皮帶傳動(dòng)，再通過(guò)直齒圓柱齒輪減速曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，再由曲柄（回轉(zhuǎn)臂）來(lái)帶擋板，在導(dǎo)軌上做水平回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。擋板將進(jìn)入切制空間的紅薯推向刀具的刃面，從而實(shí)現(xiàn)切制動(dòng)作。1. 電機(jī)3. 2.皮帶輪 3.高速軸 4.圓柱齒輪 5.主軸 6.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)2. 圖3 紅薯?xiàng)l切制機(jī)的傳動(dòng)路線Fig3 The transmission route of the the Cut Mechanism of Sweet potato2.3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的初步確定切制裝置按每2秒鐘放一次紅薯，每小時(shí)切制500kg紅薯。減速機(jī)構(gòu)所需轉(zhuǎn)速n=60r/min 所需功率P2 = 0.24 KW刀具刀具長(zhǎng)度為218mm，刀具由橫列和豎列兩種各19片垂直交叉片刀片組成，均勻分布在刀架上。箱體 箱體為長(zhǎng)1295mm；寬496mm；高900mm的長(zhǎng)方體。電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)任務(wù)書(shū)所需要求以及要達(dá)到預(yù)期的切制效果，采用臥式封閉型電動(dòng)機(jī)，根據(jù)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，綜合考慮選用Y80M2型號(hào)三相異步電動(dòng)機(jī)3，其特征如表：表1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)Table 1 the type of the electromotor 電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率輸出轉(zhuǎn)速質(zhì)量Y80M20.25KW640r/min16kg2.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算2.4.1 各傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算分配各級(jí)傳動(dòng)比時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題：（1）各級(jí)傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)在推薦值的范圍內(nèi)，不應(yīng)超過(guò)最大值，已利于發(fā)揮其性能，并使其結(jié)構(gòu)緊湊5。（2）應(yīng)使各級(jí)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)、勻稱。例如：由V帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)組成的傳動(dòng)裝置，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比不能過(guò)大，否則會(huì)使大帶輪半徑超過(guò)變速器的中心高，造成尺寸不協(xié)調(diào)，并給機(jī)座設(shè)計(jì)和安裝帶來(lái)困難6。（3）應(yīng)使傳動(dòng)裝置外廓尺寸緊湊，重量輕。在相同的總中心距和總傳動(dòng)比情況下，具有較小的外廓尺寸。（4）在變速器實(shí)際中常使各級(jí)大齒輪直徑相近，使大齒輪有相近的侵油深度。高、低速兩極大齒輪直徑相近，且低速級(jí)大齒輪直徑稍大，其侵油深度也稍深些有利于侵油潤(rùn)滑。（5）應(yīng)避免傳動(dòng)零件之間發(fā)生干涉碰撞。高速級(jí)大齒輪與低速軸發(fā)生干涉，當(dāng)高速級(jí)傳動(dòng)比過(guò)大時(shí)就可能產(chǎn)生這種情況。除考慮上訴幾點(diǎn)還要理論聯(lián)系實(shí)際，思考機(jī)器的工作環(huán)境、安裝等特殊因素。這樣我們就可以通過(guò)實(shí)測(cè)與理論計(jì)算來(lái)分配各級(jí)的傳動(dòng)比了7。電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為640rad/min, 要求的輸出為60rad/min，則總的傳動(dòng)比為8： （2-1）V帶傳動(dòng)比常用范圍9，圓錐齒輪傳動(dòng)比的范圍 ， 故設(shè)計(jì)分配傳動(dòng)比如下： 第一級(jí)V帶傳動(dòng)比 ,第二級(jí)鏈輪傳動(dòng)傳動(dòng)比 。 電動(dòng)機(jī)軸為0軸，減速器高速軸為1軸，低速軸為2軸，各軸轉(zhuǎn)速為：4 （2-2）4 （2-3）2.4.2 各軸輸入功率的計(jì)算機(jī)械效率分布如下：V帶傳動(dòng)；滾動(dòng)軸承；圓錐齒輪傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)10。各軸輸入功率按電動(dòng)機(jī)額定功率計(jì)算，各軸輸入功率即8： （2-4） （2-5）2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算8 （2-6） （2-7） （2-8）3 主要零件的選擇和設(shè)計(jì)3.1 皮帶輪的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)可知皮帶輪傳動(dòng)比為3.8，因傳動(dòng)速度較快，處于高速端，故采用帶傳動(dòng)來(lái)提高傳動(dòng)的平穩(wěn)性。并旋轉(zhuǎn)方向一致 ，帶輪的傳動(dòng)是通過(guò)帶與帶輪之間的摩擦來(lái)實(shí)現(xiàn)的。帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)，造價(jià)低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)。根據(jù)槽面摩擦原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動(dòng)較平帶傳動(dòng)能產(chǎn)生更大的摩擦力。再加上V帶傳動(dòng)允許傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，以及V帶以標(biāo)準(zhǔn)化并且大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所以這里高速軸傳動(dòng)選用V帶傳動(dòng)11。3.1.1 確定計(jì)算功率 Pca由參考文獻(xiàn)8 表8-6 查得K A =1.1 故 Pca = K A P = 1.10.25=0.275 KW3.1.2 選取帶型窄V帶較普通V帶相比，當(dāng)寬度相同時(shí)，窄V帶的寬度約縮小1/3，而承載能力可提高1.52.5倍，這里選用窄V帶，根據(jù)Pca=0.275KW,小帶輪轉(zhuǎn)速n1=640r/min,dd1=50-71mm 進(jìn)一步選擇普通Z型帶8。3.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1和dd2根據(jù)結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)比需要，初取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d d1 =54 mm ，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑dd2 =idd1=3.854=204 mm ，按式 v1 =dd1 n1/ 601000 =0.265m/svmax ,普通V帶vmax=25-30m/s,因此帶 的速度合適。3.1.4 確定窄V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和傳動(dòng)中心a根據(jù)公式80.7（dd1 +dd2）a0 2（dd1 + dd2）初步確定中心距a0 =250mm由式： （3-1）由參考文獻(xiàn)8 表8-2 選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 Ld=900mm計(jì)算實(shí)際中心距 a =a 0 +（Ld-L/d）/2=250+（800833.185）/2=236.22 mm （3-2）3.1.5 演算主動(dòng)輪上的包角 a1 a1 =180 o -57.5 o(dd2- dd1)/a =180 o -57.5 o(20454)/236=143.45 o120 o取a=143 o3.1.6 計(jì)算帶的根數(shù)8 （3-3） PO = 0.082, P = 0.017, Ka = 0.896 , Kl =1.03 Z =0.275/(0.0990.8961.03)=3.009取 Z = 33.1.7 計(jì)算帶的出初拉力FO8 N （3-4）3.1.8 計(jì)算作用在軸上的壓軸力由式8 Fr=2ZFOsin(a1/2)=2315.83sin(143.45/2)=90.19N （3-5）3.1.9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)V 帶帶輪選用HT200，因帶輪的軸徑較小，小皮帶輪采用腹板式帶輪結(jié)構(gòu)。由于大皮帶輪的D1-d1 = 172-26 = 146100，所以采用孔板式。使用經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)處理。輪槽工作表面要精細(xì)加工12，具體設(shè)計(jì)參數(shù)如下所示13：基準(zhǔn)寬度 bd = 8.5；基準(zhǔn)線上槽深 hamin = 2.0；基準(zhǔn)線下槽深 hfmin = 7.0；槽間距 e = 12；第一槽對(duì)稱面至端面的距離 f = 8；最小輪緣厚 min = 5.5；帶輪寬 = 40；外徑 ； ；輪槽角 1 = 34；2 = 38 d1 =(1.82)d = 26；L = (1.52)d = 213 = 26；其尺寸在帶輪上可參見(jiàn)圖4。圖4 皮帶輪結(jié)構(gòu)圖Fig 4 The assembl programe of the belt pulley3.1.10 帶的張緊裝置各種材質(zhì)的V帶都不是完全的彈性體，在預(yù)緊力的作用下，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)后，就會(huì)由于塑性變形而松弛。使預(yù)緊力FO 降低。為保證帶傳動(dòng)的能力，應(yīng)定期張緊。此處采用定期張緊裝置8。 3.2 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.2.1 選擇齒輪材料考慮到紅薯?xiàng)l切制機(jī)為一般工作機(jī)器，運(yùn)轉(zhuǎn)速度不高，故選用7級(jí)精度齒輪。同時(shí)齒輪傳動(dòng)載荷一般，參考類似減速器的結(jié)構(gòu)，小齒輪選用40Cr（調(diào)質(zhì)處理），硬度為280HBS。大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度240HBS；二者材料硬度差為40HBS10。3.2.2 由簡(jiǎn)化計(jì)算初步選定主要參數(shù)取， 取傳遞轉(zhuǎn)矩 (3-6)小齒輪分度圓直徑 (3-7)試選載荷系數(shù)取齒寬系數(shù)（查表10-7）8取材料的彈性影響系數(shù)（查表10-6）8由圖10-21d按齒面硬度查的小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限應(yīng)力循環(huán)次數(shù) (3-8) (3-9)按圖10-198取接觸疲勞壽命系數(shù)；。取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，得8 (3-10) 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值，由公式（3-7）得 模數(shù) 齒高 齒寬 根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10-88查的動(dòng)載系數(shù)直齒輪，由表10-2得使用系數(shù)由表10-414用插值法查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，由，查圖10-138得，故載荷系數(shù) (3-11)按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑8， (3-12)計(jì)算模數(shù) 就近圓整取標(biāo)準(zhǔn)值m=4，根據(jù)參考文獻(xiàn)8關(guān)于圓柱齒輪的計(jì)算方法得出：分度圓直徑 中心距 齒輪寬度 取 ；齒頂高 齒根高 齒距 3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)本機(jī)構(gòu)在執(zhí)行構(gòu)件上采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),滑塊與刀架固定連接，刀架隨著滑塊進(jìn)行水平直線運(yùn)動(dòng)以完成切制任務(wù)。3.3.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的選材根據(jù)食品機(jī)器的工作性質(zhì)，得知此處曲柄滑塊機(jī)構(gòu)載荷不大，參照同類型機(jī)構(gòu)采用以下方案。連桿采用40Mn鋼，淬火處理，硬度200HBW；考慮到滑塊要求高耐磨性、高疲勞強(qiáng)度的特點(diǎn)，選用38CrMoA1號(hào)合金結(jié)構(gòu)鋼，回火處理，硬度210HBW15。取紅薯最大長(zhǎng)度為L(zhǎng)=250mm取紅薯最大運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度H=L+50=300mm具體設(shè)計(jì)如下16：圖5 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig 5 Crank slider mechanism diagram3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算3.4.1 高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）由參考文獻(xiàn)8公式152初步估算軸的最小軸徑： (3-13)確定公式內(nèi)的各種計(jì)算數(shù)值選軸的材料為45（調(diào)質(zhì)），根據(jù)參考文獻(xiàn)10 表153，取=110由前面的設(shè)計(jì)算得 P1=0.24kw n1=168r/min得 軸的最小軸徑為d=(1+0.14)=14.123mm 圓整后取15mm（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1）擬定軸上各零件的裝配方案圖6 高速軸的裝配方案Fig 6 The assembl programe of high speed shaft2）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度a、左端初步選擇滾動(dòng)軸承，因軸承同時(shí)受到軸向力和徑向力，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)軸承段的直徑d=20mm,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取30204 GB/T297-1994型，其尺寸為dDB=204714，滾動(dòng)軸承采用軸肩定位，取擋圈直徑D=36mm。1-2段尺寸為D=20mm、L=17mm。 b、為滿足小圓柱直齒輪的軸向定位要求，錐齒輪右邊采用軸肩定位，左邊采用軸承端蓋，由手冊(cè)查得該軸承的定位軸肩高度為3mm，考慮到經(jīng)濟(jì)性及軸的強(qiáng)度要求，左軸承軸肩高度取標(biāo)準(zhǔn)值3mm，因此可算得2-3段的直徑D =26mm， 根據(jù)齒輪寬為89mm，所以L=89mm。c、取3-4段長(zhǎng)度為L(zhǎng)=32mm，軸肩高度為3mm故取D=32mm。d、4-5段左端通過(guò)機(jī)箱壁，由擋圈、軸承組成，右端懸空，取L=55mm，D=20mm。5-6段根據(jù)結(jié)構(gòu)要求取L=17mm，D=17mm。e、右側(cè)皮帶輪采用軸肩定位，根據(jù)要求取6-7段L=26mm，D=15mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。3）軸的校核a、作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（即力學(xué)模型）計(jì)算簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖7所示8：圖7 軸的載荷分析圖Fig7 The analysis of the small gear wheel axle loadb、分析軸所受的水平分力情況軸上所受的水平分力如圖7所示：前面已算得高速軸的轉(zhuǎn)矩為T(mén)2 =13.64，dm1 =39mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)8那么作用在圓錐齒輪上的圓周力為： （3-14） （3-15）作用在圓錐齒輪上的徑向力為： （3-16）作用在圓錐齒輪上的軸向力為： （3-17）由靜力平衡方程 （3-18） （3-19）可求得FNH1 = 93N FNH2 = 606.5N作彎矩圖：集中力FNH1作用于A點(diǎn)，梁在AB和BC段的彎矩AB段 取距A點(diǎn)距離為 X1則彎矩BC段 取距B點(diǎn)距離為 X2, 則彎矩彎矩圖如圖7所示：顯然有MH=13950c、分析軸所受的垂直分力情況軸上所受的垂直方向的分力如圖7所示：由靜力平衡方程 其中可求得 FNV1 = 22.405N FNV2 = 217.59N作彎矩圖：集中力FNV1作用于A點(diǎn)，梁在AB和BC段的彎矩AB段 取距A點(diǎn)距離為X1，則彎矩MAB = FNV1X1 =31.9X1BC段 取距B點(diǎn)距離為X2，則彎矩MBC = FNV1(X2+150) +F rX2 + Ma彎矩圖如圖7所示：顯然有MV1=3360.75 MV2=5004.57d、總彎矩 見(jiàn)圖7 （3-20） （3-21）e、作扭矩圖總的扭矩圖如圖7所示： T=13.64 N. mf、按彎扭矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面B）的強(qiáng)度。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)式（155）4及以上所算的數(shù)據(jù)，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力 （3-22）前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表1518查得=60Mpa。因此，故安全。 3.4.2 主軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 主軸的設(shè)計(jì)和校核的方法與高速軸類似，經(jīng)計(jì)算和校核，均滿足強(qiáng)度要求。下面僅給出零件轉(zhuǎn)配方案。圖8 主軸的裝配方案Fig8 The assembl programe of principal axes3.5 軸承的校核由于在此機(jī)器中，主軸的徑向力最大，而高速的轉(zhuǎn)速最快，所以軸承校核主要校核這兩根軸。3.5.1 高速軸軸承的校核15由于同時(shí)承受軸向力和徑向力的作用，且左軸承受力大于右軸承，所以在這里僅校核左軸承，故 （3-23）預(yù)期計(jì)算軸承壽命（按工作10年，年工作200天，4小時(shí)工作制），則有：Lh =102004=8000h右軸承所需的基本額定動(dòng)載荷 （3-24）查參考文獻(xiàn)13的機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 表15-6可知，6005型滾動(dòng)軸承的額定動(dòng)載荷。此，C, 故安全。右軸承受力比左軸承小，右邊軸承C ，故右軸承安全。3.5.2主軸軸承的校核15 由于要同時(shí)承受軸向力和徑向力的作用，左軸承承受的力作用明顯大于右軸承，在此只校核左軸承，故 （3-25）預(yù)期計(jì)算軸承壽命（按工作10年，年工作200天，4小時(shí)工作制），則有：Lh =102004=8000h其所需的基本額定動(dòng)載荷 （3-26）查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)17可知，6004型軸承的額定動(dòng)載荷。因此，C, 故安全。同理右邊軸承C，也安全。3.6 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核3.6.1 高速軸上聯(lián)接的鍵的校核 8已知裝小直齒圓柱齒輪處的軸徑 d = 26，主軸上的轉(zhuǎn)矩是13.64Nm，載荷有輕微沖擊。（1）選擇鍵聯(lián)結(jié)的類型和尺寸一般8級(jí)以上精度的齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。由于輪齒不在軸端，故選用普通圓頭平鍵（A型）。根據(jù) d = 26，從P103表6-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度 b = 8，高度 h = 7。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng) L = 56（比輪轂寬度要小些）。（2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度鍵、蝸桿和輪轂的材料都是鋼，由P104表6-218查得許用擠壓應(yīng)力p = 100120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。鍵的工作長(zhǎng)度 l = L b/2 = 56 8/2 =52,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。由公式6-18可得：MPa p = 110 MPa （3-27）鍵的標(biāo)記為：鍵 GB/T 1096-1979。3.6.2 電機(jī)上聯(lián)接的鍵的校核已知裝皮帶輪處的軸徑d =15,皮帶輪輪轂寬度為26，需傳遞的轉(zhuǎn)矩T=3.73Nm，載荷有輕微沖擊。（1）選擇鍵聯(lián)結(jié)的類型和尺寸選用普通單圓頭平鍵（C型）。根據(jù) d = 15，從表6-16中查得鍵的截面尺寸為：寬度 b = 5，高度 h = 5。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng) L = 18（比輪轂寬度要小些）。（2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度鍵、電機(jī)軸和帶輪輪轂的材料都是鋼，由表6-218查得許用擠壓應(yīng)力p = 100120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。鍵的工作長(zhǎng)度 l = L b/2 = 18 5/2 = 15.5,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。由式（6-1）6可得： MPa p = 110 MPa （3-28）鍵的標(biāo)記為：鍵 C 556 GB/T 1096-1979。 3.6.3 主軸上聯(lián)接的鍵的校核已知搖桿處的軸徑d =31, 搖桿輪轂寬度為40，需傳遞的轉(zhuǎn)矩T=3.83Nm，載荷有輕微沖擊。（1）選擇鍵聯(lián)結(jié)的類型和尺寸選用普通單圓頭平鍵（C型）。根據(jù) d = 31，從表6-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度 b = 10，高度 h = 8。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng) L =36（比輪轂寬度要小些）8。（2）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度鍵、主軸和搖桿輪轂的材料都是鋼，由P104表6-2查得許用擠壓應(yīng)力p = 100120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。鍵的工作長(zhǎng)度 l = L b/2 = 36 10/2 = 31,鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。由式（6-1）11可得： （3-29）3.7 潤(rùn)滑與密封因運(yùn)動(dòng)副間存在摩擦，摩擦是一種不可逆的過(guò)程，其結(jié)果必會(huì)存在能量的的損耗和摩擦表面物質(zhì)的喪失和遷移，為了更好的控制摩擦、磨損，減少能量的損失，降低材料的消耗，這里采用潤(rùn)滑，下面是各運(yùn)動(dòng)副的潤(rùn)滑方式：3.7.1 滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 高速軸上的滾動(dòng)軸承由于轉(zhuǎn)速相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高，由dn=20168=336025104，且此軸承安裝在閉式齒輪傳動(dòng)裝置中，因此選用油潤(rùn)滑中的飛濺潤(rùn)滑較為合適，查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)中表161，選用全損耗系統(tǒng)用油代號(hào)為L(zhǎng)-AN15，適用于小型機(jī)床齒輪箱、傳動(dòng)裝置軸承，中小型電機(jī)，風(fēng)動(dòng)工具等。主軸上的軸承由于轉(zhuǎn)速都不太高，由dn=3560=21005104 ，且也不好設(shè)計(jì)油溝，在此，采用脂潤(rùn)滑，查參考文獻(xiàn)19表164，選用鈣基潤(rùn)滑脂代號(hào)為1號(hào)，因其有較好的抗水性，適用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)等機(jī)械設(shè)備軸承的潤(rùn)滑，特別是有水或潮濕的場(chǎng)合。3.7.2 直齒圓柱齒輪的潤(rùn)滑 為了改善齒輪的工作狀況，確保運(yùn)轉(zhuǎn)正常及預(yù)期的壽命，且齒輪副為開(kāi)式齒輪，通常用人工周期性加潤(rùn)滑油，選用全損耗系統(tǒng)用油，牌號(hào)選用L-AN10020。3.8 主要缺點(diǎn)和有待進(jìn)一步改進(jìn)的地方缺點(diǎn):（1）還需人工投放，勞動(dòng)強(qiáng)度較大（2）功能單一（3）出料裝置還需進(jìn)一步改進(jìn)（4）整體尺寸較大，加工不方便4 結(jié)論這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí),也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的訓(xùn)練,不僅加強(qiáng)我對(duì)所學(xué)理論知識(shí)的更深層次的理解，也使得我實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提高。因此,它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)自己的四年的大學(xué)學(xué)習(xí)做出總結(jié),同時(shí)為將來(lái)工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉了自己分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，為今后自己的工作和學(xué)習(xí)打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。這次設(shè)計(jì)其實(shí)是綜合運(yùn)用本門(mén)專業(yè)知識(shí)，分析并解決設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)知識(shí)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我逐步樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)，熟悉并掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)中的一般規(guī)律和方法，初步培養(yǎng)了我的分析問(wèn)題和解決問(wèn)題能力。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)設(shè)計(jì)資料，使我進(jìn)行了較全面的機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能訓(xùn)練。另外通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我也總結(jié)出機(jī)械設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖設(shè)計(jì)、零件工作圖設(shè)計(jì)、編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中在獨(dú)立完成的同時(shí)，還要及時(shí)跟指導(dǎo)老師溝通和請(qǐng)教。每個(gè)階段完成后都要認(rèn)真檢查，畢竟我的經(jīng)驗(yàn)?zāi)芰τ邢?，有待改進(jìn)的地方還很多。畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段是相互聯(lián)系的。設(shè)計(jì)時(shí)，零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸不是完全由計(jì)算確定的，還要考慮結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟(jì)性以及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等要求。由于影響零、部件尺寸的因素很多，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，考慮的問(wèn)題要更全面和合理，故后階段設(shè)計(jì)要對(duì)前階段設(shè)計(jì)中的不合理結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行必要的修改。所以，設(shè)計(jì)要邊計(jì)算、邊繪圖，反復(fù)修改，設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖交替進(jìn)行。在設(shè)計(jì)中要貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化可以保證互換性、減低成本、縮短設(shè)計(jì)周期，這是機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則之一，也是設(shè)計(jì)質(zhì)量的一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在設(shè)計(jì)中應(yīng)熟悉和正確采用各種有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，并應(yīng)注意一些尺寸需圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。同時(shí)設(shè)計(jì)中應(yīng)減少材料的品種和標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格。畢業(yè)設(shè)計(jì)是每一位大學(xué)生的必修課,它要求學(xué)生獨(dú)立的思考問(wèn)題,并將在大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行歸類和深化，還能多方面的提高學(xué)生的能力，為進(jìn)入社會(huì)做足準(zhǔn)備。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我運(yùn)用各種機(jī)械繪圖軟件的技能得到了很大的提高，也正是運(yùn)用了這些繪圖軟件，才使得我的整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程大大簡(jiǎn)化了，設(shè)計(jì)的速度也得到了很大的提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，相信不光是我，其他同學(xué)也會(huì)有同樣的體會(huì)，雖然在這次設(shè)計(jì)中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績(jī),但同時(shí)也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計(jì)的價(jià)值所在,以后的日子以后自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!感謝各位老師的教導(dǎo)和關(guān)心，我堅(jiān)信有您們的支持，我們定能做出一番成績(jī)，全體畢業(yè)生都能得到一個(gè)很大的提高，也將能應(yīng)付走