本科機(jī)械制造和自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)_說(shuō)明

1、. . . . 52 / 57目 錄摘要III關(guān)鍵字IIIAbstract第一章自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)介紹11.1茶葉揉捻工藝簡(jiǎn)介11.2研究的目的與意義11.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀2第二章揉捻機(jī)自動(dòng)化簡(jiǎn)要介紹與其總體方案設(shè)計(jì)32.1 揉桶轉(zhuǎn)速控制介紹42.2 壓力控制介紹42.3 揉捻過(guò)程控制介紹42.4 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)總體方案設(shè)計(jì)5第三章自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)63.1 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)63.1.1 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖63.1.2 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖73.2 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)73.2.1 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)腿部支撐件設(shè)計(jì)83.2.2 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲臂設(shè)計(jì)93.2.3

2、 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)揉桶固定架設(shè)計(jì)93.2.4 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)自動(dòng)化加壓裝置副軸設(shè)計(jì)103.2.5 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)固定架設(shè)計(jì)103.3 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)揉盤設(shè)計(jì)113.4 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)揉桶設(shè)計(jì)123.5 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)加壓蓋與其組件設(shè)計(jì)12第四章自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)主要機(jī)械部件有限元分析134.1 Solidworks有限元分析簡(jiǎn)介134.1.1 有限單元法分析134.1.2 有限元法的分析過(guò)程134.2 有限元分析分析機(jī)械部件174.2.1 揉捻機(jī)支撐件有限元法分析174.2.2 揉盤有限元法分析224.2.3 加壓蓋有限元法分析26第五章自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)主要機(jī)械部件結(jié)構(gòu)分析校

3、核295.1 傳動(dòng)比的分配295.2 三角帶傳動(dòng)的計(jì)算295.3 鍵的選擇與校核335.3.1 電動(dòng)機(jī)端帶輪處鍵的選擇校核335.3.2 減速箱帶輪處鍵的選擇校核335.4 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪計(jì)算345.5 中間軸的設(shè)計(jì)與校核385.6 中間軸軸承的設(shè)計(jì)與校核455.7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)端的聯(lián)軸器設(shè)計(jì)與校核475.7.1 滑塊聯(lián)軸器的介紹475.7.2 滑塊聯(lián)軸器的強(qiáng)度計(jì)算47參考文獻(xiàn)49致50自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)設(shè)計(jì)摘 要 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)以揉盤和揉桶為主要部件的間歇性揉捻機(jī)。主要由揉桶、揉盤、曲柄回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和自動(dòng)加壓裝置組成。作業(yè)時(shí)，裝有茶葉的揉桶在凹并裝有棱骨的揉盤作平面回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，揉桶、揉盤的相對(duì)運(yùn)動(dòng)

4、與自動(dòng)加壓裝置力的作用使揉桶的茶葉受到有規(guī)律的翻動(dòng)和揉搓，葉細(xì)胞受損，茶汁擠出，條索卷緊，從而提高揉捻機(jī)的自動(dòng)化程度、適應(yīng)性、揉捻質(zhì)量與穩(wěn)定性。揉捻是茶葉加工中的重要工序，通過(guò)揉捻，茶葉細(xì)胞組織部分破壞，含成份適當(dāng)轉(zhuǎn)化與合成，使成品茶滋味更為醇和，香氣更持久，沖泡浸出更均勻，外形更整齊。因此，揉捻是茶葉品質(zhì)特色形成的關(guān)鍵，在茶葉加工中具重要作用。揉捻葉質(zhì)量首先取決于鮮葉的物理性狀(包括柔軟性、韌性、可塑性與粘性和嫩度),其次決定于揉撩機(jī)的性能。而揉捻葉縮胞的破損率和成條率是衡量揉捻工藝性能的重要指標(biāo)。關(guān)鍵字：自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)，揉桶，加壓裝置，自動(dòng)化Automation of tea twist

5、ing machine to rub disc plate designAbstractAutomation of tea twisting machine to rub disc plate and knead barrel is the major parts of intermittent twisted machine.Mainly by the kneading drums, rubbing plates, crank rotation body composition and automatic compression device. Operations, with tea an

6、d kneading drums in the concave disc with inner edge of bone rubbing a plane turning, rubbing barrel, rubbing plate relative motion and automatic compression device loads to be there rubbing the barrel of tea flip and rub the law, leaf cell damage, tea out of, the cable and tight, thereby enhancing

7、the degree ofautomation, rolling machine, adaptability, quality and stability of rolling.Tea twisting is the important process in the tea processing, through the Tea twisting, part of tea cells will be destroyed, then containing ingredients will transform and synthesize, aroma lasting longer time, t

8、he appearance is more orderly.Therefore, Tea twisting is the key procedure in the forming of high quality tea. Tea twisting leaf quality first depends on fresh leaves physical properties (including soft, toughness, plasticity and sticky and tender), next decided to the function of the tea twisting m

9、achine. And the damage rate of twisted shrinkage leaf cells and the rate of article into Tea-like strip in the procedure of twisting is a significant index.Keywords: automated disc rolling machine, kneading drums, pressurized equipment,automation第一章 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)介紹1.1茶葉揉捻工藝簡(jiǎn)介揉捻，是一種茶葉初制的塑型工序，主要是運(yùn)用搓揉方法破壞茶葉

10、的組織細(xì)胞，擠出茶汁，使葉片成條。揉捻是初步做形，除了白茶類和綠、黃茶中有些不要揉捻外，一般在制茶過(guò)程中都有揉捻工序。鮮葉直接揉捻是不能成條的，因?yàn)轷r葉的物理性能硬而脆。另外，揉捻是力的作用，如果用力不當(dāng)，也不能成條。所以揉捻也可以說(shuō)是一項(xiàng)綜合了葉的物理性能和揉捻力大小的茶葉加工技術(shù)。揉捻是茶葉加工中極為重要的一個(gè)過(guò)程，它的好壞決定成茶品質(zhì)的優(yōu)劣。目前，茶葉加工中的揉捻原理基本一樣，均是讓殺青(或萎凋)葉團(tuán)在由揉桶、壓蓋和揉盤組成的揉捻空間中，利用曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)揉桶在揉盤上做勻速平行圓周運(yùn)動(dòng)，茶葉受到揉桶、壓蓋、揉盤、棱骨與葉自身的多方向力的復(fù)合作用，沿各自葉片主脈揉搓成緊結(jié)同渾的條索狀，同

11、時(shí)將葉細(xì)胞破碎，從而完成揉捻過(guò)程。1.2研究的目的與意義本項(xiàng)目針對(duì)目前國(guó)茶葉揉捻機(jī)的自動(dòng)化程度低、適應(yīng)性差、揉捻質(zhì)量不穩(wěn)定等問(wèn)題，并結(jié)合我省綠茶品牌多而雜、規(guī)模小、品質(zhì)差的現(xiàn)狀，擬研發(fā)一種高適應(yīng)性、低成本的集控式茶葉揉捻加工裝備。 研究茶葉揉捻工藝，分析不同茶葉揉捻的工藝參數(shù)，探索工藝參數(shù)對(duì)揉捻品質(zhì)的影響規(guī)律，在機(jī)械自動(dòng)化控制方面的研發(fā)完成之后，反復(fù)通過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐加以驗(yàn)證并不斷修正參數(shù)，使茶葉揉捻環(huán)節(jié)高適應(yīng)性地進(jìn)入茶葉自動(dòng)化生產(chǎn)的過(guò)程中。 省茶葉加工企業(yè)普遍存在規(guī)模小，機(jī)械化水平不高，加工工藝落后，加工過(guò)程規(guī)化和標(biāo)準(zhǔn)化差等缺點(diǎn)，嚴(yán)重制約和影響了茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年，全省工商登記的茶葉

12、加工企業(yè)300余家，注冊(cè)商標(biāo)146個(gè)。茶葉加工企業(yè)中，省級(jí)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)龍頭企業(yè)12家，地（州、市）級(jí)龍頭企業(yè)18家；擁有自主進(jìn)出口經(jīng)營(yíng)權(quán)的企業(yè)18 家，通過(guò)ISO9000族質(zhì)量管理體系和ISO14000環(huán)境管理體系認(rèn)證的企業(yè)8 家；加工能力上千噸的企業(yè)7家，上百噸的企業(yè)18家。因此發(fā)展高適應(yīng)性、自動(dòng)化的茶葉加工技術(shù)和裝備，對(duì)于規(guī)品牌茶葉揉捻工藝，打造茶葉品牌，解決“三農(nóng)”問(wèn)題具有十分重要的意義。目前，具有一定自動(dòng)化技術(shù)的茶葉揉捻機(jī)數(shù)量極少，且價(jià)格約為10萬(wàn)元，茶葉揉捻機(jī)成本過(guò)高。本項(xiàng)目研制的高適應(yīng)性自動(dòng)茶葉揉捻裝備采用集中控制系統(tǒng)，相對(duì)于一般的單機(jī)控制系統(tǒng)，每臺(tái)可降低設(shè)備成本約1-2萬(wàn)元，如

13、按照省2000臺(tái)揉捻機(jī)計(jì)算，可節(jié)省設(shè)備成本2000萬(wàn)元-4000萬(wàn)元。另一方面，該項(xiàng)目的實(shí)施可以大幅度提高茶葉揉捻質(zhì)量，提高名優(yōu)茶的產(chǎn)能，品牌提升，提高產(chǎn)品附加值。在上述研究工作的基礎(chǔ)上，以我省名優(yōu)綠茶品牌“綠寶石”的揉捻加工為應(yīng)用對(duì)象，建立高適應(yīng)性茶葉揉捻加工示基地，推動(dòng)我省綠茶生產(chǎn)向優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、名品牌方向發(fā)展，提升我省的綠茶產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。茶葉產(chǎn)業(yè)在我省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中具有非常重要的地位，發(fā)展茶葉產(chǎn)業(yè)對(duì)于促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)建設(shè)和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)，增加農(nóng)民收入，推進(jìn)社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，具有十分重要的意義。因此，本項(xiàng)目所致力推動(dòng)的茶葉生產(chǎn)機(jī)械化、自動(dòng)化、高適應(yīng)性，符

14、合國(guó)家與省產(chǎn)業(yè)政策，符合我省國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的需要，無(wú)疑具有重要的社會(huì)效益。1.3 國(guó)外研究現(xiàn)狀20世紀(jì)50年代以來(lái)，尤其是進(jìn)入80年代以來(lái)，我國(guó)的茶葉加工技術(shù)快速向著機(jī)械方向發(fā)展，各茶類的制茶機(jī)械相繼研制與開(kāi)發(fā)成功，并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。到目前為此，我國(guó)的大宗茶已有90實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化加工，名優(yōu)茶也有50以上的加工實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。近年來(lái)，在制茶機(jī)械自動(dòng)控制方面也有所突破，如以繼電器為基礎(chǔ)控制元件的自動(dòng)控制技術(shù)在勻堆拼配設(shè)備中應(yīng)用；機(jī)電控制系統(tǒng)在揉捻機(jī)上的應(yīng)用；1987年通過(guò)部級(jí)鑒定的“計(jì)算機(jī)控制茶葉烘干機(jī)，與在烏龍茶做青工藝中的應(yīng)用；圓電腦控制型龍井茶炒制機(jī)的研制成功等。最近幾年，綠茶加工的鮮葉攤放

15、、殺青、冷卻和干燥等工序在一定程度上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化流水作業(yè)，唯有殺青后的揉捻間歇作業(yè)如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)化仍在探索中。省和省分別就揉捻機(jī)技術(shù)進(jìn)行了攻關(guān)，取得了一些成果，但揉捻機(jī)的自動(dòng)化與適應(yīng)性水平卻不甚理想，揉捻質(zhì)量也不穩(wěn)定，制約著茶葉加工機(jī)械化、連續(xù)化流水作業(yè)的發(fā)展。我國(guó)制茶機(jī)械化作業(yè)的自動(dòng)化和連續(xù)化程度仍然較低，與食品工業(yè)的機(jī)械化相比卻存在著較大的差距。食品工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展過(guò)程大體要經(jīng)歷五個(gè)階段，即機(jī)械化階段、初級(jí)自動(dòng)化階段、自動(dòng)控制階段、數(shù)據(jù)化階段、高級(jí)自動(dòng)化階段(無(wú)人化階段)。目前國(guó)食品加工技術(shù)已處于第四階段，而我國(guó)的制茶技術(shù)總體上仍處于第一階段，個(gè)別單機(jī)或生產(chǎn)線處于第二階段，與國(guó)外相比尚存在

16、巨大的差距。 目前，世界產(chǎn)茶發(fā)達(dá)國(guó)家茶葉機(jī)械化生產(chǎn)發(fā)展速度很快，尤其是日本、印度、斯里蘭卡等國(guó)家。國(guó)外茶葉加工已進(jìn)人第三、第四階段，如日本蒸青茶生產(chǎn)線和英國(guó)CTC生產(chǎn)線2。本項(xiàng)目擬通過(guò)高校與茶葉裝備制造企業(yè)和茶葉加工企業(yè)的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合攻關(guān)，針對(duì)目前國(guó)茶葉揉捻機(jī)的自動(dòng)化程度低、適應(yīng)性差的問(wèn)題，結(jié)合我省綠茶產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀，研發(fā)一種高適應(yīng)性、低成本的茶葉揉捻加工裝備。該項(xiàng)目的實(shí)施將有助于推動(dòng)我省綠茶加工向優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、名品牌方向發(fā)展，從而提升我省的綠茶產(chǎn)業(yè)帶技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益（尤其是名優(yōu)綠茶），并對(duì)我省茶葉機(jī)械化加工具有積極的示作用。第二章 揉捻機(jī)自動(dòng)化簡(jiǎn)要介紹與其總體方案設(shè)計(jì)本著操作簡(jiǎn)便，安全可靠，生產(chǎn)效

17、率高的目標(biāo)，茶葉揉捻機(jī)控制部分應(yīng)達(dá)到以下工作要求。打開(kāi)電源后，首先進(jìn)行觸摸屏操作，輸入工作組、用戶名與密碼，驗(yàn)證無(wú)誤后，才能進(jìn)入茶葉揉捻機(jī)的控制系統(tǒng)，然后或更改生產(chǎn)參數(shù)，或進(jìn)入監(jiān)視界面。按下開(kāi)始按鈕，茶葉揉捻機(jī)會(huì)進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，隨后進(jìn)入初始化狀態(tài)，再進(jìn)行故障自檢，一切正常后，如果沒(méi)有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)載入上次數(shù)據(jù)。如果有新的數(shù)據(jù)輸入，系統(tǒng)將采用新的數(shù)據(jù)進(jìn)行揉捻。揉捻結(jié)束后，出茶門自動(dòng)打開(kāi)，等待下茶。按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)返回初始狀態(tài)。如果在揉捻過(guò)程當(dāng)中，系統(tǒng)檢測(cè)到異?，F(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。在揉捻過(guò)程當(dāng)中，允許隨時(shí)暫停操作，并在轉(zhuǎn)換到繼續(xù)時(shí)，恢復(fù)所有數(shù)據(jù)。運(yùn)行當(dāng)中的重要數(shù)據(jù)，在停電后能夠得

18、到保持，恢復(fù)供電后，也能繼續(xù)工作。在遇到非常嚴(yán)重的故障，按下急停按鈕，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)禁止所有輸出，等待人工處理后，按下復(fù)位按鈕，系統(tǒng)就可以恢復(fù)到初始狀態(tài)。如果在運(yùn)行當(dāng)中遇到問(wèn)題，但是可以通過(guò)手動(dòng)解決，那么，先可以按下暫停，然后再切換到手動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)行手動(dòng)操作。在遇到較大的故障后，系統(tǒng)仍然可以進(jìn)行手動(dòng)揉捻、壓蓋手動(dòng)升降、出茶門手動(dòng)開(kāi)關(guān)、手動(dòng)復(fù)位等日常操作。2.1 揉桶轉(zhuǎn)速控制介紹 原6CR-55型茶葉揉捻機(jī)有一齒輪減速機(jī)構(gòu)，輸出轉(zhuǎn)速為50士1r/min(見(jiàn)表2-1)。這一轉(zhuǎn)速是固定的，不能調(diào)整。但是不同的茶種、茶質(zhì)和殺青質(zhì)量，需用不同的轉(zhuǎn)速揉捻，雖然只是些微的變化，也體現(xiàn)茶葉加工的精細(xì)程度。轉(zhuǎn)速的控制

19、由交流電機(jī)變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。變頻調(diào)速技術(shù)是目前世界上技術(shù)先進(jìn)、使用成熟、性能可靠的調(diào)速方式，它實(shí)現(xiàn)了電機(jī)轉(zhuǎn)速連續(xù)無(wú)級(jí)調(diào)速。這里的變頻調(diào)速是開(kāi)環(huán)控制，控制指令直接來(lái)自于上位機(jī)中輸入的參數(shù)。2.2 壓力控制介紹壓力控制是整個(gè)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵所在，利用壓蓋的升降來(lái)控制桶茶葉所受到的壓力。其控制框圖如圖2-1所示，它是一個(gè)開(kāi)環(huán)控制?？刂茖?duì)象步進(jìn)電機(jī)PLC圖2-1壓力控制把加壓型式由55型的雙滑柱加壓改為40-45型的單滑柱絲桿浮動(dòng)加壓(見(jiàn)圖2一1、圖2-3)?；且桓锌盏匿摴?，對(duì)著壓蓋的一側(cè)，開(kāi)有一平行于鋼管中心線的豎直長(zhǎng)槽，豎直長(zhǎng)槽的頂部又連著一段與水平方向成45。角沿管壁開(kāi)鑿的斜槽，鋼管中心是

20、一根絲桿，可以帶動(dòng)加壓臂上的螺母沿著豎直長(zhǎng)槽上下移動(dòng)，并沿著斜槽移離揉桶上方，便于上葉。在滑柱的根部裝有一個(gè)手輪，用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿?，F(xiàn)在，在手輪的位置上裝一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，改手輪轉(zhuǎn)動(dòng)為步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)。再在滑柱的頂部和根部分別裝上一個(gè)行程開(kāi)關(guān)控制加壓臂的上下限和進(jìn)行加壓臂定位。2.3 揉捻過(guò)程控制介紹過(guò)程控制其實(shí)就是時(shí)間控制?？梢园讶嗄砑庸し譃椤拜p一重一輕”三過(guò)程，也可以分為“輕一重一較重一輕”四過(guò)程，還可以制定別的工藝階段?？傊?，要根據(jù)各茶種的特征，葉質(zhì)老嫩、勻度和殺青質(zhì)量來(lái)制定。每一過(guò)程的時(shí)間數(shù)值，按前面論述的揉捻加工工藝靈活掌握確定。加工前，把每一過(guò)程的時(shí)間參數(shù)輸入上位機(jī)中，再由上位機(jī)傳輸給

21、PLC, PLC根據(jù)輸入的時(shí)間參數(shù)控制主電機(jī)和壓力系統(tǒng)的運(yùn)行。2.4 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)總體方案設(shè)計(jì)改造后的6CR-55型自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)。揉盤是一個(gè)由邊緣向中間逐漸下凹的鑄鐵圓盤，通常做成花盤形，上鋪銅板或不銹鋼板，板上裝有十幾根月牙形棱骨，用于增加揉搓力。揉盤由三個(gè)支座支承，其中一個(gè)支座分為上下兩節(jié)，上面一節(jié)兼作減速箱。三個(gè)支座同時(shí)也兼作機(jī)架，帶動(dòng)揉桶框架運(yùn)轉(zhuǎn)的三只曲臂就裝在三個(gè)支座中的三根立軸上，其中一只為主動(dòng)曲臂，揉盤的中心裝有可供開(kāi)啟和關(guān)閉的出茶門。揉盤的上面裝置是揉桶，揉桶用銅板或不銹鋼板卷制而成。揉捻機(jī)以其揉筒外徑厘米數(shù)作為型號(hào)標(biāo)定依據(jù)，如6CR55C型揉捻機(jī)，即揉桶外徑為55cm

22、的揉捻機(jī)，大宗茶加工常用的揉捻機(jī)型號(hào)有6CR45型、6CR.55型和6CR65型等。揉桶是裝載揉捻葉的容器，它固定于揉桶框架上，由曲臂帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。揉桶上裝有壓蓋，揉桶可由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)在揉盤上空作平面轉(zhuǎn)動(dòng)，并與揉盤互相配合，完成揉捻作業(yè)。在副軸上裝有壓蓋，該加壓裝置是在現(xiàn)有傳統(tǒng)揉捻機(jī)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行基于PLC的自動(dòng)化改造，利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制副軸中的絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而更精確控制壓蓋的上升與下降的距離。在這方面的基礎(chǔ)之上，編寫WINCC FLEXIBLE組態(tài)程序，制定不同茶品的揉捻工藝（時(shí)間、壓力、轉(zhuǎn)速），利用西門子10寸的mp-227觸摸屏實(shí)時(shí)記錄實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制與監(jiān)控。從而實(shí)現(xiàn)揉捻時(shí)

23、對(duì)揉捻葉的自動(dòng)化加壓。茗茶加工主要有6CR20、6CR25、6CR30和6CR35等型號(hào)。揉捻機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，是電動(dòng)機(jī)通過(guò)皮帶與皮帶輪將動(dòng)力傳向減速箱，再由減速箱主軸帶動(dòng)主動(dòng)曲臂旋轉(zhuǎn)，從而使揉桶回轉(zhuǎn)。此外，揉捻機(jī)揉桶的旋轉(zhuǎn)方向?qū)τ谌嗄砥焚|(zhì)十分重要，自上向下看，應(yīng)是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，絕不允許反方向運(yùn)行，否則將造成揉捻葉條索松散并造成跑茶。揉捻機(jī)在作業(yè)時(shí)，在電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，由揉桶、壓蓋、揉盤組成的揉捻腔在揉盤上做水平旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)：揉桶的加工葉由于受到壓蓋壓力、揉盤反作用力、棱骨揉搓力與揉桶側(cè)壓力作用。被逐漸揉捻成條，并使部分葉細(xì)胞破碎而茶汁外溢，以達(dá)到揉捻目的。本課題具體是用西門子S7-300 PL

24、C控制兩臺(tái)型號(hào)為6CR-55型盤式揉捻機(jī)，利用S7-300 CPU 的高速脈沖端口控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，從而控制步進(jìn)電機(jī)。PLC控制變頻器從而控制交流異步電動(dòng)機(jī)的速度，并可從變頻器返回一個(gè)實(shí)際速度值便于對(duì)電機(jī)運(yùn)行速度的監(jiān)控。在使用揉捻機(jī)集中控制系統(tǒng)的過(guò)程中，取得權(quán)限的用戶可根據(jù)自己的實(shí)際情況對(duì)揉捻機(jī)各個(gè)工藝方案進(jìn)行微調(diào)，大為增加了系統(tǒng)的適應(yīng)性。自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)總裝立體圖如圖1.1所示：圖2.2第三章 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)3.1.1 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)總體主要結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.1所示：圖3.11-三相異步電動(dòng)機(jī)、2-減速箱、3-步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、4

25、-步進(jìn)電動(dòng)機(jī)固定架5-副軸、6-懸臂、7-加壓蓋組件8-揉桶、9-揉桶固定架、10-曲臂、11-揉盤、12-出茶門組件、13-揉捻機(jī)支撐件3.1.2 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖揉捻機(jī)主要參數(shù)如下表3.1所示：揉桶（直徑x高）550x400揉桶容葉量30-40kg曲臂中心距200mm配用電機(jī)2.2kw揉桶回轉(zhuǎn)速度46-48r/min外形尺寸（長(zhǎng)x寬x高）1700x1650x1520mm3.2 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)是指揉捻機(jī)各機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其中主要包括揉捻機(jī)腿部支撐件設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)動(dòng)曲臂設(shè)計(jì)、揉桶固定架設(shè)計(jì)、自動(dòng)化加壓裝置副軸、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)固定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、異步電動(dòng)機(jī)減速箱作

26、為支撐件的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。3.2.1 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)腿部支撐件設(shè)計(jì)盤式揉捻機(jī)由三根支柱組成支撐裝置，其主要作用是對(duì)揉捻機(jī)的總體機(jī)構(gòu)起到穩(wěn)定支撐的作用，以協(xié)調(diào)和鞏固揉捻機(jī)個(gè)裝置間的運(yùn)動(dòng)作用，確保揉捻的順利完成，為揉捻質(zhì)量提供保障，并且還要考慮工作過(guò)程中加壓蓋工作時(shí)的外加壓力，在材料選擇上使用HT200即可，采用薄壁拔模特征，并用M16的螺栓與其他部件進(jìn)行連接，其結(jié)構(gòu)如圖3.1所示：圖3.23.2.2自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)曲臂設(shè)計(jì) 揉捻機(jī)的曲柄裝置，一臺(tái)揉捻機(jī)上面裝有大小各三個(gè)曲柄兩種裝置，分別與支柱和揉捻盤連接，其作用主要是傳遞由電動(dòng)機(jī)輸出的揉捻力，帶動(dòng)揉捻盤作三百六十度的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而給揉捻桶中的茶

27、葉一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的力，達(dá)到卷曲茶葉的作用，其材料選擇為HT200的鑄造件，并且兩端軸承由于考慮受力不同的問(wèn)題，所選擇軸承均為角接觸球軸承，但內(nèi)徑不同，分別為7006C和7007AC。其固定螺栓選擇M10x30，設(shè)計(jì)三維圖如圖3.2所示：圖3.33.2.3自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)揉桶固定架設(shè)計(jì) 揉桶固定架主要是用來(lái)固定揉桶，在其中一個(gè)臂上固定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與其自動(dòng)化加壓裝置的副軸，并且在揉捻機(jī)工作時(shí)受到茶葉的反作用力，故在固定自動(dòng)化加壓裝置的副軸處進(jìn)行加厚，其材料選擇為HT200，固定軸的固定螺栓選擇M14，固定揉桶的半圓頭螺栓選擇M14，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3.3所示：圖3.43.2.4 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)自動(dòng)化加壓

28、裝置副軸設(shè)計(jì)揉捻機(jī)在經(jīng)過(guò)自動(dòng)化改造后，將在副軸頂端加裝上一個(gè)傳感器，來(lái)控制工作時(shí)加壓蓋對(duì)茶葉的壓力，并將數(shù)據(jù)傳遞給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，副軸一側(cè)開(kāi)槽，將內(nèi)部裝有的絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)，變成直線移動(dòng)輸出，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。其材料選擇合金碳鋼，但底端端蓋用HT200與副軸做焊接，并用M12螺栓組與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱連接，且兩端軸承選擇7006C的角接觸球軸承，正裝固定。其具體結(jié)構(gòu)如圖3.4所示：圖3.53.2.5 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)固定架設(shè)計(jì) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)固定架固定于揉桶固定架的一個(gè)臂上，并主要用來(lái)固定自動(dòng)化加壓裝置的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其材料選擇為碳鋼，并用M16螺栓組進(jìn)行固定連接，其具體結(jié)構(gòu)如圖3.5所示：圖3.6

29、3.2.6異步電動(dòng)機(jī)減速箱作為支撐件的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì) 異步電動(dòng)機(jī)減速箱作為揉盤的一個(gè)支撐支座，該支座分為上下兩節(jié)，上面一節(jié)兼作減速箱，并用M16的螺栓與揉盤進(jìn)行連接，其具體基本結(jié)構(gòu)如圖3.6所示：圖3.73.3 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)揉盤設(shè)計(jì) 揉盤是一個(gè)由邊緣向中間逐漸下凹的鑄鐵圓盤，通常做成花盤形，上鋪銅板或不銹鋼板，板上裝有12到20月牙形棱骨，用于增加揉搓力，本設(shè)計(jì)選擇12根棱骨。揉盤的中間裝有可供開(kāi)啟和關(guān)閉的出茶門。揉盤的上面裝揉桶，揉桶上裝有揉桶蓋。揉桶可由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)在揉盤上作平面轉(zhuǎn)動(dòng)，并與揉盤互相配合，完成揉捻作業(yè)，其具體結(jié)構(gòu)如圖3.7所示：圖3.83.4 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)揉桶設(shè)計(jì) 揉桶是裝

30、載揉捻葉的容器，它固定于揉桶固定架上，由曲臂帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。揉桶上部的揉桶蓋裝有加壓裝置用于控制揉桶蓋的上下位置，從而實(shí)現(xiàn)揉捻時(shí)對(duì)揉捻葉的加壓。其具體結(jié)構(gòu)如圖3.8所示：圖3.93.5 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)加壓蓋與其組件設(shè)計(jì)如圖3.10所示為茶葉揉捻機(jī)的加壓裝置組件，該裝置是自動(dòng)化茶葉揉捻機(jī)的核心部分，起主要作用是對(duì)茶葉施加一向下的壓力，控制壓力的大小。它主要包括桶蓋、懸梁、副軸、軸承、絲杠螺母、錐齒輪以與自動(dòng)施加壓力的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等部件。其主要部分為進(jìn)給部分，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下通過(guò)絲桿螺母調(diào)整懸臂的豎直位置進(jìn)而來(lái)調(diào)整壓力的大小，達(dá)到所需的不同大小的壓力，保證茶葉揉捻質(zhì)量。圖3.10第四章 自動(dòng)化盤式揉

31、捻機(jī)主要機(jī)械部件有限元分析4.1 Solidworks有限元分析簡(jiǎn)介4.1.1 有限單元法分析 有限單元法（finite element method,簡(jiǎn)稱FEM）是求解數(shù)理方程的一種數(shù)值計(jì)算方法，是將彈性理論、計(jì)算數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)軟件結(jié)合在一起的一種數(shù)值分析技術(shù)，是解決工程實(shí)際問(wèn)題的一種有力的數(shù)值計(jì)算工具。由于這一方法靈活、快速和有效，其迅速發(fā)展成為求解各領(lǐng)域數(shù)理方程的一種通用計(jì)算方法。目前，有限元法在許多科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和實(shí)際工程問(wèn)題中都得到了廣泛的應(yīng)用，如機(jī)械制造、材料加工、航空航天、土木建筑、電子電氣、國(guó)防軍工、船舶、鐵道、汽車和石化能源等，并得到了普遍重視。4.1.2 有限元法的分析過(guò)程有限

32、元分析計(jì)算的步驟可歸納如下：1、結(jié)構(gòu)的離散化結(jié)構(gòu)的離散化就是將分析的結(jié)構(gòu)體劃分為有限個(gè)單元體，將原來(lái)連續(xù)的單元體假想地分割成為一個(gè)離散的結(jié)構(gòu)，這一離散化的結(jié)構(gòu)由有限多個(gè)形狀簡(jiǎn)單的構(gòu)件組成，這些有限大小的構(gòu)件稱為有限單元或簡(jiǎn)稱單元，相鄰單元在節(jié)點(diǎn)處連接在一起，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成一個(gè)單元的集合體，以它代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)。單元節(jié)點(diǎn)的設(shè)置、性質(zhì)、數(shù)目等應(yīng)視問(wèn)題的性質(zhì)、描述變形形態(tài)的需要和計(jì)算精度而定。有限元法的計(jì)算模型實(shí)際上是一個(gè)僅在節(jié)點(diǎn)處連接，僅靠節(jié)點(diǎn)傳力的有限個(gè)單元的集合體。2、選擇位移模式在完成結(jié)構(gòu)的離散化之后，就可以對(duì)單元進(jìn)行特性分析。在有限元

33、法中，選擇節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量時(shí)稱為位移法;選擇節(jié)點(diǎn)力作為基本未知量時(shí)稱為力法;取一部分節(jié)點(diǎn)力和一部分節(jié)點(diǎn)位移作為基本未知量時(shí)稱為混合法。位移法易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算自動(dòng)化，所以在有限單元法中位移法應(yīng)用圍最廣。為了能用節(jié)點(diǎn)位移表示單元體的位移、應(yīng)變和應(yīng)力，在分析連續(xù)體問(wèn)題時(shí)，必須對(duì)單元中位移的分布做出一定的假設(shè)，也就是假定位移是坐標(biāo)的某種簡(jiǎn)單函數(shù)，這種函數(shù)稱為位移模式或插值函數(shù)。選擇適當(dāng)?shù)奈灰坪瘮?shù)是有限單元法分析中的關(guān)鍵。通常選擇多項(xiàng)式作為位移模式。其原因是因?yàn)槎囗?xiàng)式的數(shù)學(xué)運(yùn)算(微分和積分)比較方便，并且由于所有光滑函數(shù)的局部，都可以用多項(xiàng)式逼近，至于多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)和階次的選擇，則要考慮單元的自由度和解

34、的收斂性要求，一般來(lái)說(shuō)，多項(xiàng)式的項(xiàng)數(shù)應(yīng)等于單元的自由度數(shù)，它的階次應(yīng)包括常數(shù)項(xiàng)和線性項(xiàng)等。單元的自由度是指單元節(jié)點(diǎn)獨(dú)立位移的個(gè)數(shù)。根據(jù)選定的位移模式，就可以導(dǎo)出用節(jié)點(diǎn)位移表示單元任意一點(diǎn)位移的關(guān)系式，其矩陣形式是：u= N (4-1)(4-1)式中u單元任意一點(diǎn)的位移列陣單元的節(jié)點(diǎn)位移列陣N形函數(shù)矩陣，它的元素是位置坐標(biāo)的函數(shù)3、分析單元的力學(xué)性質(zhì)位移模式選定以后，根據(jù)單元的材料性質(zhì)、形狀、尺寸、節(jié)點(diǎn)數(shù)目、位置與其含義等，進(jìn)行單元的力學(xué)特性分析，包括如下三步：(1)利用幾何方程，由位移表達(dá)式(4-1)導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)位移表示單元應(yīng)變的關(guān)系式：= B (4-2)(4-2)式中單元任意一點(diǎn)的應(yīng)變列陣B單元

35、應(yīng)變矩陣(2)利用本構(gòu)方程，由應(yīng)變的表達(dá)式(4-2)導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)位移表示單元應(yīng)力的關(guān)系式：= D= DB (4-3)(4-3)式中單元任意一點(diǎn)的應(yīng)力列陣D與單元材料有關(guān)的彈性矩陣(3)利用變分原理，建立作用于單元上的節(jié)點(diǎn)力與節(jié)點(diǎn)位移之間的關(guān)系式，即單元的平衡方程為： f = K (4-4)(4-4)式中K 單元?jiǎng)偠染仃?，K =BDB dxdydz式(4-4)的積分應(yīng)普與整個(gè)單元的體積。4、單元組集，建立整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程單元組集包括兩方面的容:一是各個(gè)單元的剛度矩陣，集合成整個(gè)物體的整體剛度矩陣;二是將作用于各單元的等效節(jié)點(diǎn)力集合成總的載荷列陣。最常用的集合剛度矩陣的方法是直接剛度法。一般來(lái)說(shuō)，集

36、合所依據(jù)的理由是要求所有相臨的單元在公共結(jié)點(diǎn)處的位移相等。于是得到以整體剛度矩陣K、載荷列陣f以與整個(gè)物體的結(jié)點(diǎn)位移列陣表示的整個(gè)結(jié)構(gòu)的平衡方程：K =f(4-5)這個(gè)方程還應(yīng)考慮幾何邊界條件作適當(dāng)?shù)男薷闹?，才能夠解出所有的未知結(jié)點(diǎn)位移。5、求解未知節(jié)點(diǎn)位移由集合起來(lái)的平衡方程組(4-5)解出未知位移。這里，可以根據(jù)方程組的具體特點(diǎn)選擇合適的計(jì)算方法。6、計(jì)算單元應(yīng)力最后就可利用公式(4-3)和已求得的節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算各單元的應(yīng)力，并加以整理得出想要的結(jié)果2021。7、有限元法的分析步驟從使用有限元程序的角度來(lái)講，有限元分析可分為三個(gè)步驟，即有限元分析的前處理、有限元分析的計(jì)算和有限元分析的后處

37、理。(1) 前處理是對(duì)計(jì)算對(duì)象網(wǎng)格劃分、形成計(jì)算模型的過(guò)程。包括單元類型的選擇，結(jié)構(gòu)的材料特征參數(shù)的確定，實(shí)體建模，節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格的確定，邊界條件或約束條件與載荷的移置等。許多商用有限元軟件不僅提供了與主流CAD系統(tǒng)的接口，自己本身也又很好的實(shí)體建模性能有限元軟件都提供了一種以上的網(wǎng)格劃分方法，以供使用者根據(jù)計(jì)算要求進(jìn)行選擇。其任務(wù)包括：1) 建立分析結(jié)構(gòu)的幾何模型。對(duì)于幾何形狀復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，可以直接讀取CAD軟件的相關(guān)格式，或者以IGES等文件格式作為中介，從CAD系統(tǒng)中獲取結(jié)構(gòu)的幾何模型，輸入有限元分析軟件。2) 根據(jù)分析對(duì)象和目的，確定有限元網(wǎng)格劃分方案(單元類型的選擇、但愿密度和數(shù)量)和

38、裝配方案(連接關(guān)系類型和位置)，建立有限元分析的計(jì)算模型。3)確定施加邊界條件(結(jié)構(gòu)所受的載荷和約束)。(2) 計(jì)算是在形成總剛度方程和約束處理后求解大型聯(lián)立方程組、最終得到節(jié)點(diǎn)位移的過(guò)程?？梢岳贸绦蛱峁┑母鞣N求解方法進(jìn)行選擇求解。由于商用軟件己經(jīng)針對(duì)多種模型進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證運(yùn)算，因此只需要按照提示輸入各種條件，包括收斂的方法(在軟件中，這常被稱為求解器)等，計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行計(jì)算，得到計(jì)算結(jié)果。(3) 后處理是對(duì)計(jì)算結(jié)果(應(yīng)力、應(yīng)變或振型等)進(jìn)行必要的處理，并按一定有限單元法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1）分析對(duì)象的幾何形狀適應(yīng)性強(qiáng)；2）適用圍廣；3）較好的穩(wěn)定性和收斂性。便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。有限單元法采用矩陣

39、式和單元組裝方法，每一個(gè)步驟都便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件模塊化，有利于計(jì)算機(jī)軟件的處理。4.2 有限元分析分析機(jī)械部件4.2.1 揉捻機(jī)支撐件有限元法分析1. 安裝 Solidworks simulation插件后，打開(kāi)所要分析的零件圖，新建一個(gè)算例，該揉捻機(jī)結(jié)構(gòu)部件的有限元分析只做其靜態(tài)分析，并單擊確定按鈕，如圖4.1所示：圖4.12. 編輯該零件的應(yīng)用材料 選擇灰鑄鐵，并單擊應(yīng)用按鈕，然后關(guān)閉該窗口，如圖4.2所示：圖4.23. 添加夾具 固定幾何體，然后單擊確定按鈕，如圖4.3所示：圖4.34. 加載外部載荷 由于揉捻機(jī)各個(gè)零件都已經(jīng)編輯了應(yīng)用材料，所以整個(gè)機(jī)器的總重量是已知的。在此，估測(cè)一個(gè)足

40、夠大的值，取施加載荷為1200N的力作分析，然后單擊確定按鈕，其具體做法如圖4.4所示：圖4.45. 劃分網(wǎng)格 網(wǎng)格控制允許獨(dú)立于整體單元尺寸而只在所選的位置控制局部單元尺寸。與整體網(wǎng)格細(xì)化相比較，它是更有效的數(shù)值技術(shù)。在需要的位置進(jìn)行小單元?jiǎng)澐?，那些無(wú)應(yīng)力集中的地方用較大的網(wǎng)格劃分。本部件由于在受力的部位有應(yīng)力集中的地方如圖4.5所示，因此，可以應(yīng)用網(wǎng)格控制細(xì)化分析。在這里我們做個(gè)比較，選擇應(yīng)用網(wǎng)格控制圖4.6和不選擇應(yīng)用網(wǎng)格控制圖4.7所示：圖4.5圖4.6圖4.7綜述：網(wǎng)格控制可以應(yīng)用到點(diǎn)、面或裝配體的整個(gè)零部件。從以上兩圖通過(guò)分析我們可以觀察出來(lái)，在應(yīng)力集中的地方，選擇了應(yīng)用網(wǎng)格控制的

41、位置比其他地方網(wǎng)格要細(xì)化很多，控制的網(wǎng)格沿邊界局部細(xì)化，而沒(méi)選擇的網(wǎng)格和其他一樣。6. 運(yùn)行算例 在應(yīng)力集中的地方發(fā)生的位移變形比較大，因?yàn)榇肆慵氰T造而成，在應(yīng)力集中的地方?jīng)]有倒角，應(yīng)力較大，所以要改進(jìn)的是將此處倒角，減少應(yīng)力集中。因此，可以清晰的看到該零部件受到1200N力時(shí)的應(yīng)力、位移、應(yīng)變結(jié)果示意圖，其如圖4.8、4.9、4.10所示：圖4.8圖4.9圖4.104.2.2 揉盤有限元法分析1. 選擇模型 我們知道揉盤中的載荷來(lái)源是茶葉的重量，而茶葉只有揉桶里面有，所以揉盤只有揉盤所處的位置受力，其它部分不受力，我們用分割線將模型分割出揉桶的位置以便接下來(lái)分析。如下圖4.11所示：圖4.

42、112. 編輯材料 在茶葉揉捻過(guò)程中，由于茶葉汁液的流出，可能會(huì)使得鑄鐵生銹。因此，應(yīng)在鑄鐵構(gòu)架中鋪設(shè)不銹鋼鋼板，也保證了該機(jī)器所揉捻的茶葉品質(zhì)保持較好。3. 揉盤進(jìn)行夾具固定 在固定揉盤時(shí)，是將三個(gè)軸承座處固定，其具體固定方式如圖4.12所示：圖4.124. 外部載荷 考慮揉桶所裝茶葉的重量，與其加壓蓋所加壓力，這里給予較大的估測(cè)值500N進(jìn)行分析，如圖4.13所示：圖4.135. 劃分網(wǎng)格 揉盤在工作部位和固定端存在應(yīng)力集中，可采用應(yīng)用網(wǎng)格控制和不選擇應(yīng)用網(wǎng)格控制進(jìn)行比較分析，如圖4.14和4.15所示：圖4.14圖4.156. 運(yùn)行算例 在運(yùn)行算例后，可以得到應(yīng)力、位移和應(yīng)變的分析結(jié)果，

43、并通過(guò)分析診斷，其顯示未超出材料的需用最大值，故該零部件符合設(shè)計(jì)要求，如圖4.16、4.17和4.18所示：圖4.16圖4.17圖4.184.2.3 加壓蓋有限元法分析1. 選擇加壓蓋分析模型、編輯應(yīng)用材料并將模型進(jìn)行固定，如圖4.19所示：圖4.192. 外部載荷 考慮揉捻機(jī)在工作過(guò)程中受到茶葉的方作用力足夠大的情況，最大為200N時(shí)，如圖4.20所示：圖4.203. 劃分網(wǎng)格 加壓蓋在工作部位存在應(yīng)力集中不明顯，這里只采用不選擇應(yīng)用網(wǎng)格控制來(lái)觀察加壓蓋受力情況，如圖4.21所示：圖4.214. 運(yùn)行算例 在運(yùn)行算例后，可以得到應(yīng)力、位移和應(yīng)變的分析結(jié)果，并通過(guò)分析診斷，其顯示未超出材料的需

44、用最大值，故該零部件符合設(shè)計(jì)要求，如圖3.22、4.23和4.24所示：圖4.22圖4.21圖4.23第五章 自動(dòng)化盤式揉捻機(jī)主要機(jī)械部件結(jié)構(gòu)分析校核5.1傳動(dòng)比的分配根據(jù)揉桶轉(zhuǎn)速為50r/min，傳動(dòng)方案為電動(dòng)機(jī)提供得的動(dòng)力經(jīng)帶傳動(dòng)、直齒圓柱齒輪傳動(dòng)和一級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)將水平軸的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成豎直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)并經(jīng)主動(dòng)曲臂帶動(dòng)柔婷旋轉(zhuǎn)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)表2.4常用傳動(dòng)形式的性能和適用圍可知V帶傳動(dòng)傳動(dòng)比為2-4，最大值為6，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為3-5，最大為10，直齒圓錐齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)圍為2-3最大值為6，所選擇的主動(dòng)力電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min，總傳動(dòng)比為i=?？扇「骷?jí)傳動(dòng)比分配為

45、帶傳動(dòng)i帶=3，i斜齒=3.0，i錐齒=3.15。5.2三角帶傳動(dòng)的計(jì)算三角帶傳動(dòng)中，軸間距A可以較大。由于是摩擦傳遞，帶與輪槽間會(huì)有打滑，亦可因而緩和沖擊與隔離震動(dòng)，使傳動(dòng)平穩(wěn)。帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但尺寸，機(jī)床中多用于電機(jī)輸出軸的定比傳動(dòng)。1. 選擇三角帶的型號(hào)根據(jù)電機(jī)功率P（kw）和小帶輪nd（r/min）查機(jī)床主軸變速箱設(shè)計(jì)指導(dǎo),選擇帶的型號(hào)。計(jì)算功率式中：計(jì)算功率，kW；所需傳遞的額定功率；工作情況系數(shù)。茶葉揉捻機(jī)的起動(dòng)載荷輕，工作載荷穩(wěn)定，查機(jī)械設(shè)計(jì)1中表8-7，。小帶輪的轉(zhuǎn)速為電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速，故取小帶輪轉(zhuǎn)速n1=1440r/min， 機(jī)械設(shè)計(jì)1中圖8-11即可選取普通V帶帶型，帶的型

46、號(hào)是：A型，參數(shù)如下：2. 確定帶輪的計(jì)算直徑d1、d21）.小帶輪計(jì)算直徑d1皮帶輪的直徑越小，帶的彎曲應(yīng)力就越大。為提高帶的使用壽命，小帶輪直徑d1不宜過(guò)小，要求許用最小帶輪直徑dmin，即d1dmin。各型號(hào)帶對(duì)應(yīng)的最小帶輪直徑dmin可查機(jī)械設(shè)計(jì)1表8-6 V帶的最小基準(zhǔn)直徑，可知dmin=50mm取d1=90m。m2）.大帶輪計(jì)算直徑d2 式中: n1小帶輪轉(zhuǎn)速r/min；n2大帶輪轉(zhuǎn)速r/min；帶的滑動(dòng)系數(shù),一般取0.02。算后應(yīng)將數(shù)字圓整為整數(shù)，其結(jié)果取為280mm 。 3）.確定三角帶速度v具體的計(jì)算過(guò)程如下：= =6.68m/s一般應(yīng)使5m/sv25m/s，此速度完全符合A

47、型帶的帶速。4）.初定中心距a0：帶輪的中心距，通常根據(jù)揉捻機(jī)總體布局初步選定，一般可以在下列圍選?。?.7（d1+d2）a02（d1+d2）根據(jù) 該式可初定中心距。若中心距過(guò)小，將降低帶的壽命；中心距過(guò)大時(shí)，會(huì)引起帶振動(dòng)。5）.確定三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度L0 三角帶的計(jì)算長(zhǎng)度是通過(guò)三角帶截面重心的長(zhǎng)度。=1598.95mm圓整到標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算長(zhǎng)度 Ld=1600mm，經(jīng)查表 Ld0=1600 mm，修正值KL=0.99。6）.驗(yàn)算三角帶的擾曲次數(shù)u40 次/s （則合格）式中：m帶輪個(gè)數(shù)，如u超限，可加大L（加大a）或降低u（減少d1、d2）來(lái)解決。代入數(shù)據(jù)得：=8.35次/s 40 次/s故三角帶的

48、擾曲次數(shù)u是合格的，不需作任何修改。7）.確定實(shí)際中心距a= 500.53mm8）.驗(yàn)算小帶輪包角180-（d2-d1）x180/（）120如果過(guò)小，應(yīng)加大中心距或加緊裝置。代入數(shù)值如下：=172.87120經(jīng)校核合格。9）.確定三角帶根數(shù)z 計(jì)算單根V帶的額定功率Pr由d1=90mm和n1=1440r/min，查1中表8-4a得P0=1.07KW根據(jù)n1=1440r/min，i=3.11和Z型帶，查1中表8-4b得KW查機(jī)械設(shè)計(jì)1中表8-5得；查機(jī)械設(shè)計(jì)1中表8-2得，于是有Pr=（P0+）=（1.07+0.17）0.980.99=1.45KW計(jì)算帶的根數(shù)Z=1.52因此，取2根。10）計(jì)算

49、單根V帶的初拉力最小值由機(jī)械設(shè)計(jì)1中表8-3查得Z型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.10kg，所以=132.17N對(duì)于新安裝的V帶，初拉力應(yīng)為1.5；對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)后的V帶，初拉力應(yīng)為1.3。因此，應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力大于初拉力最小值。11）計(jì)算帶傳動(dòng)的壓軸力式中，為小帶輪包角。12） .帶輪的的設(shè)計(jì) （1）、小帶輪的設(shè)計(jì)根據(jù)電機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)：小帶輪結(jié)構(gòu)如圖示：由機(jī)械設(shè)計(jì)1中8-10可得小帶輪的結(jié)構(gòu)如圖所示該帶輪轉(zhuǎn)速材料：HT200小帶輪參數(shù)如下：5.3鍵的選擇與校核5.3.1 電動(dòng)機(jī)端帶輪處鍵的選擇校核 1. 選擇鍵連接的類型和尺寸根據(jù)茶葉揉捻機(jī)的工作情況和該處載荷的分布情況，該處有定心精度的要求，應(yīng)選用平鍵連

50、接，由于小帶輪在軸端，故采用單圓頭普通平鍵。根據(jù)電機(jī)輸出軸的尺寸，電動(dòng)機(jī)軸伸出端直徑為d=28mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)1中表6-1可得鍵的尺寸為：鍵寬b鍵高h(yuǎn)=87，由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L=28mm（比輪轂寬度小些）。2. 校核鍵連接的強(qiáng)度鍵和軸的材料都是鋼，而帶輪的材料是HT200，由機(jī)械設(shè)計(jì)1中表6-2查得許用擠應(yīng)力，取其平均值。鍵的工作長(zhǎng)度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.57mm=3.5mm，又通過(guò)小帶輪傳遞的功率與有效拉力的關(guān)系，可以得到電動(dòng)機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)矩T=14.82Nm，由1中式6-1得到：標(biāo)記為鍵C828 GB 10961979。5.3.2 減速箱帶輪處鍵的選擇校

51、核1. 選擇鍵連接的類型和尺寸根據(jù)茶葉揉捻機(jī)的工作穩(wěn)定情況與定心精度的要求，應(yīng)選用普通平鍵連接，由于大帶輪在軸端，故選用單圓頭普通平鍵（C型）。根據(jù)減速箱動(dòng)力輸入端的錐齒輪軸的尺寸，其直徑為d=35mm，從1中表6-1查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L=45mm（并輪轂寬度50mm小些）。2. 校核鍵連接的強(qiáng)度鍵和軸的材料選擇都是鋼，而輪轂材料選擇為灰鑄鐵（HT200），由1中表6-2查得許用擠壓應(yīng)，取其平均值。鍵的工作長(zhǎng)度如下：鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=0.58mm=4mm，又通過(guò)大帶輪傳遞的功率與有效拉力的關(guān)系，可以得到電動(dòng)機(jī)傳遞的轉(zhuǎn)矩T=46.1076Nm，由1中式6-1得到：標(biāo)記為鍵C1045 GB 10961979。5.4 標(biāo)準(zhǔn)斜齒圓柱齒輪計(jì)算1.選擇材料并確定極限應(yīng)力 選小齒輪40Cr調(diào)質(zhì)，280HB，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS,二者材料硬度相差40HBS。 2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由機(jī)械設(shè)計(jì)1中式10-21設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即（1）確定公式各個(gè)計(jì)算數(shù)值1）試選載荷系數(shù)，查表選取齒寬系數(shù)。2）由機(jī)械設(shè)計(jì)1中圖10-30選取區(qū)域系數(shù)。3）由機(jī)械設(shè)計(jì)1中圖10-26查得，則。4）計(jì)算小齒輪傳遞的力矩。由電動(dòng)機(jī)