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南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文）
Study and Improvement for Slice Smoothness in Slicing Machine of Lotus Root
De-yong YANG ,Jian-ping HU , En-zhu WEI , Heng-qun LEI ,and Xiang-ci KONG
Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology
Ministry of Education Jiangsu Province Jiangsu University . Zhenjiang .
Jiangsu Province .P.R.China212013
Tel.: +86-511-8;Fax:+86-511-8
yangdy@163.com
Jinhu Agricultural Mechanization Technology Extension Station . Jinhu county
Jiangsu Province .P.R.China 211600
Abstract: Concerning the problem of the low cutting quality and the bevel edge in the piece of lotus root, the reason was analyzed and the method of improvement was to reduce the force in the vertical direction of link to knife. 3D parts and assemblies of cutting mechanism in slicing machine of lotus were created under PRO/E circumstance. Based on virtual prototype technology, the kinematics and dynamics analysis of cutting mechanism was simulated with ADAMS software, the best slice of time that is 0.2s~0.3s was obtained，and the curve of the force in the vertical direction of link to knife was obtained. The vertical force of knife was changed according with the change of the offset distance of crank. Optimization results of the offest distance of crank showed the vertical force in slice time almost is zero when the offset distance of crank is -80mm. Tests show that relative error of thickness of slicing is less than 10% after improved design, which is able to fully meet the technical requirements.
Keywords: lotus root; cutting mechanism; smoothness; optimization
1 Introduction
China is a country of producing lotus toot, lotus root system of semi-finished products of domestic consumption and external demand for exports is relatively large. In order to improve efficiency, reduce labor intensity, the group work, drawing on the principle of the artificial slice based on the design and development of a new type of lotus root slice (Bi Wei and Hu Jianping, 2006). This new type of slice solved easily broken cutting, stick knives, hard to clean up and other issues, but the process appears less smooth cutting, and some have a problem of hypotenuse piece of root. In this paper, analyzing cutting through the course of slice knife, the reasons causing hypotenuse was found, and the corresponding improvement of methods was proposed and was verified by the experiments.
2 Structure of Cutting Mechanism of Slicing Machine
Cutting mechanism of the quality of slice lotus root is the core of the machine, the performance of its direct impact on the quality of slice. Virtual prototyping of cutting mechanism of slice lotus root (Fig.1) was built by using PRO/E, and mechanism diagram of the body is shown in Fig.2. Cutting principle of lotus slicer adopted in the cardiac type of slider-crank mechanism was to add materials inside, which can be stacked several lotus root, lotus root to rely on the upper part of the self and the lower part of the lotus press down, so that it arrives in the material under the surface of the baffle. While slider-crank mechanism was driven by motor, the knife installed on the slider cut lotus root. In the slice-cutting process it was found that parallelism of the surface at both ends of part of piece lotus was not enough, which can not meet the technical requirements for processing.
Fig.1 Virtual prototyping of cutting mechanism
Fig.2 Diagram of cutting mechanism
Study and improvement for slice smoothness in slicing machine of lotus root.
3 The Cause of the Bevel Edge
Uneven thickness and bevel edge of cutting were related with forces on the slice knife in the process of cutting. In accordance with cutting mechanism (Fig.2), without taking into account the friction and weight, the direction of force F of point C was along the link. Force F may be decomposed with a horizontal direction force component and a vertical direction force component. The horizontal force component pushed the knife moving for cutting, but the vertical force component caused the knife moving along the vertical direction. Because of the gap between the slider and the rail, the vertical force component made the blade deforming during the movement, and knife could not move along the horizontal direction to cut lotus root, which caused the emergence of bevel edge. Thus, to reduce or eliminate the vertical force component in the cutting-chip was key to solve the problem of bevel edge and improve the quality of cutting.
When crank speed was 69~90r/min, the horizontal and vertical direction of the force curve of point C connecting link and the blade hinge are shown in Fig.3 and Fig.4 respectively. As can be seen from the chart, with the crank speed improvement the horizontal and vertical direction of the force in point C also increased. The horizontal force changed relatively stable during 0s~0.2s, which was conducive to cutting lotus, but the vertical force increased gradually. The more the vertical force was, the more detrimental to the quality cutting.
Fig.3 Horizontal force of C
Fig.4 Vertical force of C
4 Simulation and Optimization
If improving flatness of the slicer, the structure was optimized to reduce the vertical force component, so as far as possible the level of cutting blade.
When crank speed was 60~90r/min the velocity curve and acceleration curve of the knife center of mass are shown in Fig.5 and Fig.6 respectively. According to the speed curve, the speed of the knife center of mass was relatively large in a period of 0.2s~0.3s. In accordance with the requirements that the knife should have a higher speed during cutting lotus, so this period time was more advantageous to cutting than other terms. According to acceleration curve. When calculates by one cycle, the acceleration value was relatively quite small in the period of time, 0.15s~0.3s compared with other time section. Which indicated that the change of velocity was relatively small, simultaneously the force of inertia was small, and the influence of vibration caused by the force was small to the slicer. Therefore,this period of time, 0.2s~0.3s, to cut root piece was advantageous in enhances the cutting quality of lotus root piece.
Fig.5 Velocity curve of center of mass of knife
Fig.6 Acceleration curve of center of mass of knife
Based on the above analysis, the vertical force component between link and the knife was the main reason for bevel edge. According to the characteristics of slider-crank mechanism, reducing the vertical force on the knife in the period of cutting time by altering crank offest was tried to enhance the quality of the cutting. When crank speed was 60r/min, the crank eccentricity was optimized. When the offest of the crank was 40mm, 20mm, 0mm, -20mm, -40mm, -80mm, -120mm respectively, the mechanism was simulated and the vertical force curves under different crank eccentricity were obtained, as shown in Fig.7.
Fig.7 vertical force curves in different offest
Fig.7 indicates that: When the eccentricity was positive, the vertical force on point C increased gradually in 0.2s~0.3s with the increase of crank oddest: When the eccentricity was negative, the force decreased gradually first and then begun to increase along with -80mm. So when the offest was -80mm, the numerical of the force in 0.2s~0.3s achieved the minimum and the quality of cutting was the best.
When the crank rotated in the other speed, there were the same optimization results. Fig.8 show the curve of vertical force in the offest of 0mm and -80mm when the speed of crank was 80r/min. From the Fig.8 it is obvious that vertical direction of the force of point C in 0.2s~0.3s reduced a lot when the eccentricity is -80mm. Therefore, the vertical force could be reduced by optimizing the slider-crank mechanism of eccentricity.
Fig.8 Vertical force of C
5 Experimental Analysis
The relative error of thickness of lotus root piece reflects the quality of cutting. Which is generally controlled of 10%. There always existed bevel edge phenomenon and the relative error of thickness was about 15% before structural optimization and improvement, which was difficult to meet the technical requirements. The offset in the slider-crank mechanism was optimized, and its structure was improved according to the results of optimization. After improvement cutting test were done in the conditions of crank speed for 80~110r/min and statistical data about the relative error of thickness was shown in Table.1. Four levels were separated in the experiment, three times for each level.
Table 1 Relative error of thickness of slicing
NO
Crank speed (r/min)
80
90
100
110
1
6.6%
6.4%
8.2%
9.5%
2
5.3%
6.1%
8.5%
9.2%
2
6.4%
7.9%
7.9%
9.4%
Average
6.1%
6.8%
8.2%
9.4%
It is derived from Table.1 that the relative error of the thickness of slices could meet the technical indicators when the crank speed was 80~110r/min, especially in the crank rotation speed 80r/min, 90r/min the relative error of thickness was less than 7%,and high quality was achieved.
6 Conclusion
The vertical force component acted on the knife in the process of cutting was the main reason for surface formation and bevel edge, so the key of improving the quality was to reduce the vertical force. Through slice knife and velocity acceleration simulation analysis the best time for slicing, 0.2s~0.3s, was obtained. By optimizing the offset of the crank the vertical force during cutting time was greatly reduced when the offset was -80mm. Experiments were made after improving the design of lotus root slicer, which results showed that by changing the offset of the crank, the relative error of the thickness could fully meet the requirements of less than 10%. So the problem was basically solved that the flatness was not ideal and was the issue of bevel edge.1
References
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南華大學機械工程學院畢業(yè)設計（論文）
蓮藕切片機切片平滑度的研究和改進
楊德勇 胡建平 韋恩鑄 雷恒群 孔祥次
農(nóng)業(yè)設備和現(xiàn)代技術(shù)的國家重點實驗室
江蘇省教育部 江蘇大學.江蘇.鎮(zhèn)江
中國 江蘇省 212013
電話 +86-511-8:傳真+86-511-8
yangdy@163.com
金湖農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站
中國 江蘇省 211600
摘要：針對蓮藕切削質(zhì)量不高和蓮藕片的斜邊問題，通過分析原因，改進的方法就是減少刀在垂直方向的力。在Pro/E的環(huán)境下創(chuàng)建了蓮藕切片機的3D零件和裝配體?；谔摂M樣機技術(shù)，切片機的運動學和動力學分析是在ADAMS軟件模擬實驗下實現(xiàn)的，獲得最佳的切削時間為0.2s~0.3s，并且得到了刀在垂直方向上的力的曲線。刀在垂直方向上的力隨著曲柄偏移量的變化而改變。曲柄的偏移量優(yōu)化結(jié)果表明，當曲柄的偏移量為-80mm時，在切削時間里的垂直方向上的力幾乎為零。測試結(jié)果表明，經(jīng)過改進設計后，切片厚度的相對誤差小于10％，這是能夠完全滿足技術(shù)要求的。
關(guān)鍵詞：蓮藕；切削機制；平滑度；優(yōu)化
1前言
中國是一個生產(chǎn)蓮藕的大國，蓮藕半成品系列食品的國內(nèi)消費和外部的出口需求量比較大，為了提高工作效率，減輕勞動強度，設計工作組，在借鑒人工切蓮藕片原理的基礎(chǔ)上設計和開發(fā)一個新型的切片機（畢偉，胡建平，2006年）。這種新型的切片機容易解決切片易斷，粘刀，難清理等問題，但過程中還是出現(xiàn)不平滑切削和一些斜邊的現(xiàn)象。本文通過對切削時刀片的分析，發(fā)現(xiàn)了一些造成斜邊現(xiàn)象的原因，并提出了相應的改進方法，并通過實驗得到了驗證。
2 切片機切削結(jié)構(gòu)原理
蓮藕切片的切削原理是機器的核心，性能直接影響切片的質(zhì)量。在使用PRO / E平臺下建立了蓮藕切削原理的虛擬樣機（圖1），結(jié)構(gòu)本身的原理圖如圖2所示。蓮藕切片機的切削原理是通過核心的曲柄滑塊機構(gòu)往里面添加材料，它可以堆疊許多蓮藕，蓮藕依靠自己本身上部和下部的蓮藕，以便它能夠到達擋板的表面。曲柄滑塊機構(gòu)是由電機驅(qū)動，在滑塊上安裝刀片切蓮藕。但在切削過程中，發(fā)現(xiàn)在一塊蓮藕兩端面的平行度是不足夠的，這不能滿足加工的技術(shù)要求。
圖1 蓮藕切削原理的虛擬樣機
圖2 切片原理結(jié)構(gòu)圖
切片機的蓮藕片平滑度的研究和提高。
3 斜邊的原因
厚薄不均勻和斜邊問題與刀片在切削過程中的力量有關(guān)。按照結(jié)構(gòu)原理（圖2），不考慮相互間摩擦和重量的因素，C點的力F的方向是沿鏈接方向。力F可以分解為一個水平方向的分力和一個垂直方向的分力。水平分力造成的刀沿垂直方向移動切削，但垂直方向上的力造成的刀沿垂直方向移動。由于滑塊和導軌之間的差距，垂直分力會使葉片在運動時變形，刀不能沿水平方向切蓮藕，導致出現(xiàn)斜邊。因此，解決斜邊的問題和提高切削質(zhì)量的關(guān)鍵是減少或消除切片時的垂直分力。
當曲軸轉(zhuǎn)速為60~90轉(zhuǎn)/分鐘，C點和刀片連接部位的水平和垂直方向的力曲線如圖3和圖4所示。從圖上可以看出，當曲柄的速度提高后，C點水平和垂直方向的力也增加了，相對穩(wěn)定的水平力有利于切削蓮藕期間，但垂直方向上的力也逐漸增加。越多的垂直方向上的力，越不利于切削的質(zhì)量。
圖3 C點的水平力
圖4 C點的垂直方向上的力
4 仿真和優(yōu)化
如果提高切片的平整度，結(jié)構(gòu)優(yōu)化可以減少垂直分力，所以盡可能的要刀片保持水平。
當曲柄速度60~90轉(zhuǎn)/分鐘時，刀質(zhì)量中心的速度曲線和加速度曲線分別如圖5和圖6所示。根據(jù)速度曲線，在0.2s~0.3s時間里，刀質(zhì)量中心的速度是比較大的。按照刀應該有更高的速度來切削蓮藕的要求，這期間的時間切削比其他時間更有利。根據(jù)加速度曲線，一個周期計算，在0.15s~0.3s的時間里，相比其他的時間段加速度值是相對比較小。這表明速度的變化相對較小，同時慣性產(chǎn)生的力小，切片機受力引起的振動影響小。因此，在0.2s~0.3s里來切蓮藕有利于提高蓮藕片的切削質(zhì)量。
圖5 刀片的質(zhì)量中心速度曲線
圖6 刀片的質(zhì)量中心加速度曲線
基于上述分析，刀片和鏈接之間的垂直分力是造成斜邊的主要原因。根據(jù)曲柄滑塊機構(gòu)的特點，在切削時間段通過改變曲柄偏移來減少對刀垂直方向上的力，從而提高切削質(zhì)量。當曲軸轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分鐘，曲軸偏心率得到了優(yōu)化。當曲柄偏移量分別為40mm，20mm，0mm，-20mm, -40mm, -80mm, -120mm時，在不同的偏移量下模擬其原理，獲得了垂直方向上的力曲線，如圖7所示。
圖7 不同偏移下的垂直方向上的力曲線
圖7表明：偏心率為正值時，在0.2s~0.3s隨著曲柄偏移量增加，C點的垂直方向上的力逐漸增加；當偏心率為負值時，隨著曲柄偏移量的增加，力開始下降，然后在-80mm處開始逐步增加。所以，當偏移量為-80mm，力在0.2s~0.3s的數(shù)值降到最低，這時切削質(zhì)量是最佳的。
當曲柄在其他的速度旋轉(zhuǎn)，有相同的優(yōu)化結(jié)果。圖8顯示的是曲軸轉(zhuǎn)速為80轉(zhuǎn)/分鐘、曲軸偏移量為0mm到-80mm時，垂直方向上的力。從圖8可以看出，當偏移量為-80mm時，C點垂直方向的里在0.2s~0.3s大大減少。因此通過優(yōu)化曲柄偏移量可以減少垂直方向上的力。
圖8 C點的垂直方向上的力
5 實驗分析
蓮藕片的厚度相對誤差反映了切削質(zhì)量，一般控制在10％。在結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和改進前，總是存在斜邊現(xiàn)象，厚度相對誤差約為15%左右，這是難以滿足的技術(shù)要求。對曲柄滑塊機構(gòu)的偏移量進行優(yōu)化，并根據(jù)優(yōu)化的結(jié)果，它的結(jié)構(gòu)有了一些改進。改進后的曲柄，在速度的條件為80?110轉(zhuǎn)/分鐘時，切削試驗出來的厚度相對誤差的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表?1所示。從四個速度層次進行分析實驗，每個速度層次進行三次實驗。
表 1 切片厚度相對誤差
序號
曲柄速度(轉(zhuǎn)/分鐘)
80
90
100
110
1
6.6%
6.4%
8.2%
9.5%
2
5.3%
6.1%
8.5%
9.2%
2
6.4%
7.9%
7.9%
9.4%
平均
6.1%
6.8%
8.2%
9.4%
來自表1的數(shù)據(jù)顯示，當曲柄速度為80?110轉(zhuǎn)/分鐘時，切片厚度相對誤差能滿足各項技術(shù)指標，尤其是當曲軸旋轉(zhuǎn)速度為80轉(zhuǎn)/分鐘和90轉(zhuǎn)/分鐘時，厚度相對誤差低于7％，達到了較高的切削質(zhì)量。
6 總結(jié)
切削的過程中，表面不平整和斜邊的主要原因是作用在刀組件上的垂直分力，因此提高質(zhì)量的關(guān)鍵是減小垂直方向上的力。通過刀片質(zhì)量中心速度和加速度模擬分析曲線得到，0.2s?0.3s是切片的最佳時間。通過優(yōu)化曲柄的偏移量，當偏移量為-80mm時，垂直方向上的力在切削時間大大減小。經(jīng)過實驗改進蓮藕切片機后，實驗結(jié)果表明，通過改變曲柄偏移量，厚度相對誤差不到10％，完全能夠滿足要求。因此，平整度不理想和斜邊問題基本解決。
參考文獻
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[5] 陳麗萍,鄭云群,容微群.機械系統(tǒng)的動態(tài)分析和應用指南ADAMS.北京:清華大學出版
社,2005
第 7 頁 共 7 頁
目 錄
1 緒論 1
1.1 國外發(fā)展情況 1
1.2國內(nèi)切片機技術(shù)的發(fā)展概況 1
2 系統(tǒng)總體方案的確定 1
2.1 結(jié)構(gòu)特點及工作原理 1
2.2 工作原理 1
2.3 工作原理簡圖（總體方案圖） 2
2.4 系統(tǒng)總體方案設計 2
3 主要部件的設計計算及校核 2
3.1 電動機的選擇 2
3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 3
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 3
3.4 V帶及V帶輪的選擇計算 4
3.4.1V 帶的選擇 4
3.4.2 帶輪的設計計算 5
3.5 傳動軸的結(jié)構(gòu)設計 6
3.5.1 傳動軸的設計計算 6
3.5.2 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應力校核軸的強度 10
3.5.3 精確校核軸的疲勞強度 10
3.6 軸承的選擇及校核 12
3.7 圓柱筒的設計計算 12
3.8 鍵的選擇與強度校核 14
3.8.1 鍵的選擇 14
3.8.2 鍵的強度校核 14
4 其他部件的設計 14
4.1 入料斗設計 15
4.2 出料斗設計 15
4.3 凍肉模的設計 15
4.4 機架底座 16
總結(jié) 17
致 謝 18
參考文獻 19
凍肉切片機的設計
1 緒論
1.1 國外發(fā)展情況
國外的切片機技術(shù)始于六十年代， 到七十年代已經(jīng)發(fā)展成熟，八十年代中期，大部分切片機都可以加工125mm（5英寸）以上大直徑單晶，象瑞士的邁爾-布格耶斯公司的臥式內(nèi)圓切片機，切割棒料直徑最大可以達到304.8 mm（12英寸）。八十年代中期后的一、兩年，切片技術(shù)發(fā)展到了鼎盛時期，相當多的多功能全自動切片機相繼商品化。從而誕生了世界上續(xù)道著名的切片機廠家，如瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列機，日本Tokyo Semitsu 株式會社的TSK（若干）系列機， 日本Okamoto Machine 株式會社的ASM系列機， 美國STC公司的STC系列機等。就切片機的結(jié)構(gòu)而言，主軸以空氣軸承活滾動軸承為支撐方式的臥式和立式兩種。發(fā)展到現(xiàn)在，就切片機的功能而言，已經(jīng)相當齊全，而且復合化，切片的方式也多種多樣。
1.2國內(nèi)切片機技術(shù)的發(fā)展概況
我國的切片機技術(shù)始于七十年代初期，我國的切片機廣泛應用于蔬菜、中藥、凍肉等領(lǐng)域。目前我國切片機的主要方式有以下幾種：
(1)直線往復式切片機。直線往復式切片機的結(jié)構(gòu)簡單，但效益低。 因此它應用于工作要求不高、效益低的場合。
(2)圓盤旋轉(zhuǎn)式切片。圓盤旋轉(zhuǎn)式切片機的機構(gòu)簡單也有較高的生產(chǎn)效益，因此它廣泛應用于各種場合。
(3)水槍式切片。水槍式切片機耗水量打， 只能切出平直的片， 因此它的應用不是十分廣泛。
(4)圓形（內(nèi)圓切片的外圓切片）切片。圓形式切片機有很高的工作效率，但是結(jié)構(gòu)復雜，設計較困難，因此它應用于工作效率要求相當高的專業(yè)領(lǐng)域。
我國的切片的研究開發(fā)方面雖然已有30年的歷史，近幾年來切片機的研制發(fā)展也非常迅速，但是與發(fā)達國家相比目前仍然有一定的距離，研制的切片機沒有得到大面積推廣應用。雖然在我國已有切片機的生產(chǎn)廠家如山東省諸城市大洋食品機械廠的大洋牌土豆切片機有400型、600型、江陰鑫達藥化機械的中藥切片機等。但我國的切片機方面仍然沒有根本性突破。
2 系統(tǒng)總體方案的確定
2.1 結(jié)構(gòu)特點及工作原理
目前我國切片機的主要方式有以下幾種：直線往復式切片機，圓盤旋轉(zhuǎn)式切片，水槍式切片，圓形（內(nèi)圓切片的外圓切片）切片。
圓盤旋轉(zhuǎn)式切片在工作時要求工作平穩(wěn)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，機構(gòu)簡單，操作和維修簡便，裝料卸料容易。切片的厚度均勻，肉片的大小一致，中間折斷可根據(jù)需要換刀。并且要求環(huán)保節(jié)能。
本設計吸收了當前切片機的設計優(yōu)勢，主要由原動機、傳動系、工作系（滾筒裝置）、機架系四部分構(gòu)成。原動機采用電動機帶動，傳動系選擇V帶傳動，因為圓柱筒轉(zhuǎn)速限制在150--250轉(zhuǎn)/分，所以有安裝一減速器以降低電機輸出轉(zhuǎn)速，工作系由圓柱筒和刀片組成，機架系由底座、架身、進料斗、出料斗組成。此外采用全損耗系統(tǒng)用油進行潤滑，J型無骨架橡膠密封。主運動軸、軸承、鍵、聯(lián)軸器都采用標準件，易于更換。
2.2 工作原理
電動機運轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器將動力傳到減速箱，通過一級減速將發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，經(jīng)過減速的動力通過V帶將動力傳到主運動軸，帶動滾筒旋轉(zhuǎn)從而使切片機開始工作。在確認機器啟動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后開始喂料，喂料要及時均勻，要觀察出料口，如有堵塞及時清除。
2.3 工作原理簡圖（總體方案圖）
圖2-1 圓盤旋轉(zhuǎn)式切片機總體方案圖
1—電動機，2—聯(lián)軸器，3—減速器，4—V帶輪，5—V帶，6—進料斗及施壓裝置，
7—圓柱筒，8—出料斗，9—機架，10—機座
2.4 系統(tǒng)總體方案設計
組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。
特點：帶輪相對于軸承對稱分布，故沿軸向載荷分布相對均勻，要求軸有的剛度適宜即可。
確定傳動方案：考慮到電機轉(zhuǎn)速高，傳動功率大，在工作中要承受輕微沖擊等實際要求，故采用一級斜齒輪減速器，初步確定傳動系統(tǒng)總體方案如圖2。選擇帶傳動和一級圓柱斜齒輪減速器（展開式）。
傳動裝置的總效率：
＝×××＝0.8674；
為聯(lián)軸器的效率，為高速軸齒輪的效率，
為高速軸承的效率，為第二對軸承的效率，
為第三對軸承的效率，為V帶的效率（齒輪為9級精度，油脂潤滑.
因是薄壁防護罩,采用開式效率計算)。
3 主要部件的設計計算及校核
由總體方案圖可知，本切片機需要計算及校核的主要部件有原動機，傳動比及其分配，V帶的設計計算和校核，傳動軸的結(jié)構(gòu)設計及計算，軸承的選擇及校核，圓柱筒的設計計算及校核，鍵的選擇及校核等。
3.1 電動機的選擇
電動機所需工作功率為： P＝P/＝2800/0.8674＝3.2kW,
P—工作裝置的功率；
—總效率。
執(zhí)行機構(gòu)的轉(zhuǎn)速n為150~300r/min
經(jīng)查表按推薦的傳動比合理范圍，帶傳動的傳動比i＝2～5，一級圓柱斜齒輪減速器傳動比i<2～8，則總傳動比合理范圍為i＝4～40，電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為n＝i×n＝（4～40）×（150~300）＝600～12000r/min。
綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量、價格和帶傳動、減速器的傳動比，選定型號為YU90L2的三相異步電動機，額定功率為1.1Kw,
額定電流8.68A，轉(zhuǎn)速2800 r/min。
下面的表格就是電動機的技術(shù)參數(shù)、性能以及外形尺寸的數(shù)據(jù)：
表3-1 電動機性能表
電機
型號
額定功率
kw
電機轉(zhuǎn)速
電機重量
N
參考價格
元
YU90L2
1.1
2800
210
230
表3-2 電動機外形尺寸
中心高
外型尺寸
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝尺寸A×B
地腳螺栓孔直徑K
軸伸尺寸D×E
裝鍵部位尺寸F×GD
132
300×176×205
216 ×178
12
36× 100
10 ×41
3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比
（1）總傳動比
由選定的電動機轉(zhuǎn)速和工作裝置主動軸轉(zhuǎn)速，可得傳動裝置總傳動比為＝/＝2800/300＝9.3
（2）分配傳動裝置傳動比
＝×
式中分別為帶傳動和減速器的傳動比。
為使帶傳動外廓尺寸不致過大，初步?。?，則減速器傳動比為＝＝9.3/3＝3.1
根據(jù)各原則，查圖得高速級傳動比為＝3，則＝3.1
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
（1）各軸轉(zhuǎn)速
? ＝2800r/min
??＝＝2800/3.1＝903r/min
??＝?/?＝903/3=301 r/min
（2）各軸的輸出功率=1.1kW
＝×＝1.1×0.96×0.97×0.99×0.99＝1.0kW
＝××＝1.0×0.96×0.99＝0.9504kW
（3）各軸輸出轉(zhuǎn)矩
因電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩=9550 =9550×1.1/2800=3.7N·m
所以:
＝×× =3.7×3.73×0.99=13.67N·m
＝×××=3.5×1.5×0.97×0.99=19.70N·m
運動和動力參數(shù)結(jié)果如表3-3:
表3-3 運動和動力參數(shù)表
軸 名
功率P/ KW輸出
轉(zhuǎn)矩T /Nm輸出
轉(zhuǎn)速r/min
電動機軸
1軸
2軸
1.10
1.0
0.95
3.70
13.67
19.70
2800
903
301
3.4 V帶及V帶輪的選擇計算
帶傳動是通過中間撓性件傳遞運動和動力的，適用于兩軸中心距較大的場合。用帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點。
3.4.1 V 帶的選擇
（1）帶傳動通常是由主動輪1、從動輪2和張緊在兩輪上的環(huán)形帶3組成（如圖4）。安裝時帶被張緊在帶輪上，這時候帶所受的拉力稱初拉力，它使帶與帶的接觸面間產(chǎn)生壓力。主動輪回轉(zhuǎn)時，依靠帶與帶輪接觸面間的摩擦力拖動從動輪一起回轉(zhuǎn)，從而傳遞一定的動力和運動。
圖3-1 帶傳動簡圖
環(huán)形帶按橫截面形狀可分為平帶、V帶和特殊截面帶（如圓帶等）三大類。平帶的橫截面為扁平矩形，工作時帶的環(huán)形內(nèi)表面與輪緣相接觸；V帶的橫截面為等腰梯形，工作時其兩側(cè)面與輪槽的側(cè)面相接觸，而V帶與槽輪底并不接觸。由于輪槽的契形效應，初拉力相同時，V帶的傳動較平帶傳動能力產(chǎn)生更大的摩擦力，故具有較大的牽引能力。因此本設計采用V形環(huán)形帶聯(lián)結(jié)兩輪。
V帶又分為普通V帶、窄V帶、寬V帶、大契角V帶、汽車V帶等多種類型，其中普通V帶和窄V帶應用最廣。V帶由抗拉體、頂膠、底膠和包布組成.當帶受縱向彎曲時，在帶中保持原長度不變的周線稱為節(jié)線，由全部節(jié)線構(gòu)成的面稱為節(jié)面。帶的寬度稱為節(jié)寬（），帶受縱向彎曲時，該寬度保持不變。這兩種V帶都已經(jīng)標準化，按截面尺寸的不同，普通V帶和窄V帶有以下幾種型號，見表4。
因為小帶輪（主動輪）的轉(zhuǎn)速為903轉(zhuǎn)/分,輸出功率為1千瓦，根據(jù)設計要求，經(jīng)查《機械設計基礎(chǔ)》表13-3得到小帶輪初選的基準直徑為100mm。初步確定選普通V帶A型，基準長度為1400mm。
（2）實際工作時，應對V帶的基本額定功率值加以修正。修正后既得實際工作條件下V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率[]：[]=(+)
式中：-功率增量。
-包角修正系數(shù)。
-帶長修正系數(shù)。
經(jīng)查表；；。
=（1+0.08）x0.95x0.96=0.985<1不符合要求。
所以小帶輪的基準直徑因選擇112mm。經(jīng)計算：
符合要求。
（3）根數(shù)的確定
設P為傳動的額定功率（Km），為工作情況，則計算功率為：；
式中：-工作情況系數(shù),查表得1.5。則：
V帶的根數(shù)由式：計算確定，帶入數(shù)據(jù)計算得=1.33；確定為兩根。
表3-4 V帶截面尺寸（GB/T11544-1997）
類型
節(jié)寬/mm
頂寬/mm
高度/mm
單位長度質(zhì)量
普 V 帶
窄V帶
Y
5.3
6.0
4.0
0.04
Z
8.5
10.0
6.0
0.06
(SPZ)
8
10
8
0.07
A
11.0
13.0
8.0
0.1
(SPA)
11
13
10
0.12
B
14.0
17.0
11.0
0.17
(SPB)
14
17
14
0.2
C
19.0
22.0
14.0
0.30
(SPC)
19
22
18
0.37
D
27.0
32.0
19.0
0.60
E
32
38.0
23.0
0.87
3.4.2 帶輪的設計計算
帶輪通常用鑄鐵制造，一般采用HT150或HT200材料，允許的最大圓周速度為25米/秒。帶輪較小時可采用實心式；中等直徑的帶輪可采用腹板式；直徑大于350mm時可采用輪輻式如圖4。
圖3-2 帶輪
（1） 大小帶輪直徑的確定
由3.4.1可知小V帶輪的直徑為112mm，設大帶輪為，由經(jīng)驗公式：
式中：-1軸轉(zhuǎn)速；
- 工作裝置轉(zhuǎn)速；
-滑動率（因其值在之間，一般計算不予考慮）。
帶入數(shù)據(jù)計算得：
（1）
由《機械設計基礎(chǔ)》表13-9取（雖然有所增大，但是在誤差范圍之內(nèi)，且在滾筒轉(zhuǎn)速范圍之中，故允許）。
（2） 中心距的確定
初步選定中心距：
取，符合）。
由式
得帶長：
（2）
經(jīng)查《機械設計基礎(chǔ)》表13-2得A型帶基準長度=。再由計算實際中心距：
（3） =657mm
綜上所述，可以確定V帶選用普通V帶A型，，中心距為657mm；大帶輪直徑為315mm，小帶輪直徑為112mm。
3.5 傳動軸的結(jié)構(gòu)設計
軸是切片機中的重要零件之一，用來支持旋轉(zhuǎn)的機械零件和傳遞轉(zhuǎn)矩。根據(jù)承受載荷的不同，軸可分為轉(zhuǎn)軸、傳動軸和心軸三種。轉(zhuǎn)軸既傳遞轉(zhuǎn)矩又承受彎矩，如齒輪減速器中的軸；傳動軸只傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩或彎矩很??；心軸則只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。制造軸一般采用的材料是碳素鋼和合金鋼。35、45等優(yōu)質(zhì)碳素鋼因具有較高的綜合力學性能，應用較多，為了改善力學性能，應進行正火或調(diào)質(zhì)處理。合金鋼具有較高的力學性能與較好的熱處理性能，但價格較貴，多用于特殊要求的軸。
3.5.1 傳動軸的設計計算
1.主運動軸（從動軸）的設計
⑴. 求主運動軸上的功率P，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩。
由上述可知，，
⑵. 求作用在從帶輪上的力
已知低速帶輪的基準圓直徑為
而初步知道：
圓周力： （4）
徑向力： （5）
軸向力： （6）
⑶. 初步確定主運動軸的最小直徑
先按課本初步估算軸的最小直徑,選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)《機械設計基礎(chǔ)》的公式14-2：
（7）
式中：C—由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)；
P—傳遞的功率；
n—軸的轉(zhuǎn)速。
帶入數(shù)據(jù)：
軸的最小直徑取20mm，顯然是安裝在軸承上的直徑,為了使所選的軸與軸承吻合,故需同時選取軸承的型號。
⑷. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
初步設計主運動軸（從動軸）如圖5：
圖3-3 軸簡圖
為了滿足安裝定位要求,如上圖，ab段安裝從動帶輪，bc段安裝軸承，de段安裝圓錐滾筒，為
了使軸在運動時不軸向運動，在ce段兩頭要安裝止推軸承，ef段安裝另一軸承。在左側(cè)應鉆螺紋孔，起軸向固定作用。
1） 初步選擇滾動軸承 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,但軸向力相對較小，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組標準精度級的單列深溝球軸承6004型，如表5：
表3-5 軸承參數(shù)表
D
B
軸承代號
17
35
10
19.4
32.6
6003
20
42
12
25
37
6004
25
47
12
30
42
6005
30
55
13
36
49
6006
圖3-4 深溝球軸承
2. 主運動軸各軸段長度直徑的確定
對于選取的單向深溝球軸承其尺寸為的,故直徑;
而長度，，，，考慮到實際工作情況，將工作軸段調(diào)整為。這樣軸的總長為350mm。
3. 求軸上各載荷
首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖, 確定頂軸承的支點位置時,查《機械設計手冊》得對于6004型的深溝球軸承,做為簡支梁的軸的支承跨距.
由上述可知，圓周力：=，徑向力：，軸向力：
1）求垂直面的支承反力
（8）
2）求水平面的支承反力
（9）
3）F力在支點產(chǎn)生的反力
（10）
（11）
4）繪垂直面的彎矩圖
（12）
5）繪水平彎矩圖
（13）
6）F力產(chǎn)生的彎矩圖
（14）
a-a截面F力的彎矩為：
（15）
7）合成彎矩圖
考慮到最不利的情況，把與直接相加
（16）
8）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
（17）
9）求危險截面的當量彎矩
（18）
假設扭切應力是脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù)=0.6，代入前式可得
10）計算危險截面處軸的直徑
軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表的，由表查得[],則
（19）
考慮到鍵槽對軸的削弱，將d值加大5%，故
從動軸的載荷分析如圖3-5所示。
圖3-5 軸載荷分析圖
綜合上述計算，傳動軸總體設計結(jié)構(gòu)如圖
圖3-6 傳動軸
3.5.2 按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應力校核軸的強度
根據(jù)
（20）
前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表15-1得]此軸合理安全。
3.5.3 精確校核軸的疲勞強度
應力集中對軸的疲勞強度的影響來看,截面1和2處過盈配合引起的應力集中最嚴重,從受載來看,截面1上的應力最大.截面Ⅵ的應力集中的影響和截面Ⅶ的相近,但是截面Ⅵ不受扭矩作用,同時軸徑也較大,故不必做強度校核.截面C上雖然應力最大,但是應力集中不大,而且這里的直徑最大,故C截面也不必做強度校核,截面Ⅳ和Ⅴ顯然更加不必要做強度校核.由附錄可知,鍵槽的應力集中較系數(shù)比過盈配合的小，因而,該軸只需校核截面1左右兩側(cè)證即可。
(1)截面1左側(cè)。
抗彎系數(shù)
抗扭系數(shù)
軸的材料為45鋼。調(diào)質(zhì)處理。
由課本表查得：
因：
經(jīng)插入后得：
軸性系數(shù)為
所以
-1）
所以
綜合系數(shù)為：
碳鋼的特性系數(shù) 取0.1
取0.05
計算安全系數(shù)
（21）
（22）
（23）
所以它是安全的
(2)截面1右側(cè)
抗彎系數(shù)
抗扭系數(shù)
截面1左側(cè)的彎矩M為 M=53
截面Ⅳ上的扭矩為
截面上的彎曲應力： （24）
截面上的扭轉(zhuǎn)應力：
（25）
（26）
所以
綜合系數(shù)為：
碳鋼的特性系數(shù)
取0.1， 取0.05。
安全系數(shù)
所以它是安全的。
3.6 軸承的選擇及校核
滾動軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸上，外圈裝在機座和軸承座上。內(nèi)圈上有滾道，當內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體將沿著滾道滾動。保持架的作用是把滾動體均勻地隔開。滾動體與內(nèi)外圈的材料應具有高的硬度和接觸疲勞強度、良好的耐磨性和沖擊性。一般用含鉻合金鋼制造。工作表面要磨削和拋光。與滑動軸承相比，滾動軸承具有摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、潤滑簡便和易于互換等優(yōu)點。所以選擇滾動軸承。由上述計算可知，假設選擇6004的單排滾動軸承不成立，要選擇6006型號的?，F(xiàn)對其進行校核。
(1)求當量動載荷
因該軸承受 和的作用，必須求出當量動載荷P。計算時用到的徑向系數(shù)、軸向系數(shù)要根據(jù)值查取，而是軸承的徑向額定靜載荷，在軸承型號未選出前暫時不知道，故用試算法。根據(jù)《機械設計基礎(chǔ)》表16-11，暫取，則。
因，，則，由《機械設計基礎(chǔ)》表16-11查得，。
由式 （27）
(2)計算所需徑向基本額定動載荷值
由式: （28）
式中：（查《機械設計基礎(chǔ)》表16-9得）；
（查《機械設計基礎(chǔ)》表16-8得，因工作溫度不高）；
是使用壽命，定為
所以：
查表可知N
故6006軸承的，與原估算接近，適用。
3.7 圓柱筒的設計計算
切片機的刀片安裝在圓柱形滾筒上，刀刃的運動軌跡為圓柱形。因為圓柱筒制造比較麻煩，常采用焊接件連接各部分零件。它的設計如下圖10：
圖3-7 圓柱滾筒簡圖
良好的切片器應該是切片質(zhì)量高，即成品的切割面光滑整齊，耗用動力小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，刀刃便于磨銳，使用和維修方便。刀片安裝時應滿足一下三方面的要求:
(1) 鉗住物料，保證切割
設AB為動刀刃口，CD為出料斗壁相當于定刀刃口，夾角為動、定刀片對物料的鉗住角。當物料開始被刀片切割時，對同一物料引起的摩擦角也不通。設直線形動刀刃AB對圓柱形物料切割時的正壓力為，摩擦力為為動刀片對物料的摩擦系數(shù)。定刀刃對物體的正壓力為，摩擦力為為定刀刃對物體的摩擦系數(shù)，見下圖11：
圖3-8 物體受力分析圖
要使物體不被推出，穩(wěn)定切割的條件是：
（29）
將兩式聯(lián)立后得：
兩邊除以得：
（30）
因為，代入后得：
（31）
式中：
——定刀刃對物料的摩擦角，由實驗求得；
——動刀刃對物料的摩擦角，由實驗求得。
由上述計算可知，刀片的鉗住角a必須小于才能鉗住物料，保證穩(wěn)定切割。因此由各資料得出，鉗住角可選為30度。
(2)切割功率要小 切割功率消耗與刀片的切割方式能否產(chǎn)生滑切，單位刃口長度上的承受壓力大小以及刀片的特性系數(shù)等因素有關(guān)。若要切割功率消耗小，需產(chǎn)生滑切。
(3)切割阻力矩均勻 切刀工作時，不但要求耗用動力少，而且要求從切割開始參加切割，直到切割終了的切割力矩基本不變，以保持切片機能夠平穩(wěn)工作。
3.8 鍵的選擇與強度校核
3.8.1 鍵的選擇
鍵主要用來實現(xiàn)軸和軸上零件之間的周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩。鍵是標準件，分為平鍵、半圓鍵、契鍵和切向鍵。本設計采用平鍵連接，它的兩側(cè)是工作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙。
3.8.2 鍵的強度校核
(1)選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
一般9精度的尺寸的齒輪沒有定心精度要求，用平鍵比較好。
查《機械設計課程設計手冊》表4-2取：
鍵寬 鍵高鍵長
其中鍵O安裝在從動帶輪上，鍵1、2安裝在圓錐滾筒上。
(2)校核鍵聯(lián)接的強度
查得
工作長度
(3)鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
由公式得：
（33）
（34）
兩者都合適
取鍵標記為：
鍵0：825AGB/T1096-1979
鍵1：1245AGB/T1096-1979
4 其他部件的設計
本切片除了上述主要零部件外，還有機架底座，刀片，其中機架底座由進料斗、出料斗和機架組成。其他部件如減速器，聯(lián)軸器等是標準件，可以買到，這里就不再詳述。
4.1 入料斗設計
入料斗要保證物料順利進入切割刀口。根據(jù)切削要求及工作原理，將入料斗設計成直筒式，這樣待加工凍肉塊就能順利滑下，不會造成堵塞。各零件用焊接結(jié)好后由螺釘連接上下料斗在機架上。
圖3-9 入料斗
4.2 出料斗設計
出料斗的作用主要是讓以加工的物料只通過這個通道出來，其次是包裹住刀片起到安全作用及整體結(jié)構(gòu)上的平衡，美化外觀。連接如料斗。
圖3-10 出料斗
4.3 凍肉模的設計
凍肉模就是要把羊肉凍成入料口規(guī)定的形狀尺寸，把生羊肉剔骨后，放進肉模內(nèi)，在低溫下冷凍成型。采用合頁連接的圓筒狀，具體如下圖:
圖3-11 凍肉模
4.4 機架底座
機架底座主要采用L形鋼焊接而成，起固定工作機，安裝電動機、減速器等零部件的作用。具體形狀如附件上零件圖
總結(jié)
將近兩個月的畢業(yè)設計任務就要完成，在此對兩個月來的設計過程進行總結(jié)。此次畢業(yè)設計的題目是凍肉切片機。在選好題確定了導師后，我感到既緊張又興奮，對我來講，大學四年了，要自行設計一部機器是第一次并相當有難度的，怕自己完成不了，但是我想在經(jīng)過導師的悉心指導和我個人的努力，定能夠完成。
畢業(yè)設計從本質(zhì)上說是一種創(chuàng)作性活動，是對知識與信息等進行創(chuàng)作與處理。本次設計也是對我的創(chuàng)作意識的適應性訓練，這種訓練的好處是在整個設計過程，都由自己全程參與。本設計的創(chuàng)新處主要有一下幾點：
1） 入料斗 在設計入料斗時，考慮到所切物料在不同的時刻對滾筒施加的壓力是不同的，因為切削使肉柱逐漸縮短，對滾筒的壓力變小，所以在入料口上端設計了一個人工施壓桿，通過人工控制來使肉柱對滾筒的壓力基本一致，附件圖，便于在接近與刀片時能夠穩(wěn)定被切。
2） 本設計采用聯(lián)軸器和減速器主要基于以下原因，一是電動機出來的動力較大，如直接聯(lián)結(jié)帶輪，容易引起振動，不利于切割，起降低速度作用；二是起平穩(wěn)作用。
本設計因為個人知識有限，還存在以下缺點：一是被切下的物料落在圓筒內(nèi)部后，由于離心力的作用使它不易落出，有時在滾筒內(nèi)滾動，以致造成肉卷的變形或破碎。二是，施壓桿上的力由人工控制，在一開始時可能不太容易掌握。三是，用聯(lián)軸器連接減速器和發(fā)動機，兩者之間的同軸度沒辦法保證。
總之，整個畢業(yè)設計還是比較順利的完成了，再多的酸甜苦辣都化作出了成果的喜悅！
致 謝
隨著這篇本科畢業(yè)論文的最后落筆，我四年的大學生活也即將劃上一個圓滿的句號。回憶這四年生活的點點滴滴，從入學時對大學生活的無限憧憬到課堂上對各位老師學術(shù)學識的深沉沉湎，從奔波于教室圖書館的來去匆匆到業(yè)余生活的五彩繽紛，一切中的一切都是歷歷在目，讓人倍感留戀，倍感珍惜。敲下“致謝”兩個字，心中無限感慨?；仨^去，一路走來，需要感謝的人太多，實在是這些簡單的文字所不能表達和承載的。
首先誠摯的感謝導師馬少輝教授對我的嚴格要求和悉心指導，導師淵博的學識、非凡的氣質(zhì)、敬業(yè)的工作作風、獨特的人格魅力，始終感染著我、激勵著我，這些都將成為寶貴的財富讓我享用終身。在每次設計遇到問題時老師不辭辛苦的講解才使得我的設計順利的進行。從設計的選題到資料的搜集直至最后設計的修改的整個過程中，花費了老師很多的寶貴時間和精力，并在論文的關(guān)鍵環(huán)節(jié)提出很多寶貴的意見。在此向?qū)煴硎局孕牡馗兄x！導師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，開拓進取的精神和高度的責任心都將使學生受益終生！
我同一設 還要感謝和計小組的幾位同學，是你們在我平時設計中和我一起探討問題，并指出我設計上的誤區(qū)，使我能及時的發(fā)現(xiàn)問題把設計順利的進行下去，沒有你們的幫助我不可能這樣順利地結(jié)稿，在此表示深深的謝意。
感謝我的室友們，從遙遠的家來到這個陌生的城市里，是你們和我共同維系著彼此之間姐妹般的感情，維系著寢室那份家的融洽。四年了，仿佛就在昨天。四年里，我們哭過、笑過、開心或不開心的事情堆砌成我們的生活。只是今后大家就難以再聚首，沒關(guān)系，各奔前程，大家珍重。我們在一起的日子，我會記一輩子的。
感謝08級各位同窗好友，你們的關(guān)心和愛護讓我在這個集體里倍感溫暖，一起走過的日子將成為我美好的回憶。
最后，謹以此文獻給我最最摯愛的父母，是你們讓我有機會、有毅力完成了全部的學業(yè)，鼓勵我、支持我一步步走到了今天，愿你們一生平安。
感謝關(guān)心、支持、幫助過我的所有人！感謝文中所引用文獻的編、著、譯者。
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