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本 科 畢 業(yè) 設 計 論 文 題 目 基于 proe 的蛋糕切片機的設計 專 業(yè) 學生姓名 班 級 學 號 指導教師 二 年 月 日 摘要 本文主要介紹蛋糕切片機的發(fā)展狀況 蛋糕切片機結構設計原理 蛋糕切片機總體 方案分析及確定 蛋糕切片機結構設計內容所包含的機械圖紙的繪制 蛋糕切片機的計 算 蛋糕切片機的結構設計結論與建議 整機結構主要由電動機減速器產(chǎn)生動力通過小帶輪將需要的動力傳遞到大帶輪上 帶輪帶動主軸 從而帶動整機裝置運動 此可以代替人手的繁重勞動 顯著減輕工人的勞 動強度 改善勞動條件 提高勞動生產(chǎn)率和生產(chǎn)自動化水平 本論文研究內容 1 蛋糕切片機總體結構設計 2 蛋糕切片機工作性能分析 3 電動機的選擇 4 蛋糕切片機的傳動系統(tǒng) 執(zhí)行部件及機架設計 5 對設計零件進行設計計算分析和校核 6 運用計算機輔助設計 對設計的零件進行三維建模 7 繪制整機裝配圖及重要部件裝配圖和設計零件的零件圖 關鍵詞 蛋糕切片機 結構設計 三維建模 電機 Abstract Keywords 目 錄 1 緒 論 1 1 1 蛋糕切片機裝置 機械 的應用及適用范圍 1 1 2 蛋糕切片機 機械 的國內外發(fā)展情況 1 1 3 本課題研究的內容及方法 4 1 3 1 主要的研究內容 4 1 3 2 設計要求 4 1 4 本文研究主要內容 4 2 蛋糕切片機機構總體方案設計 5 2 1 基本結構 5 2 2 設計原則 6 2 3 方案分析 6 3 蛋糕切片機的機械部分計算 7 3 1 電機的選取 7 3 2 帶傳動設計 9 3 2 1 選擇帶型 9 3 2 2 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 10 3 2 3 確定中心距離 帶的基準長度并驗算小輪包角 11 3 2 4 確定帶的根數(shù) z 11 3 2 5 確定帶輪的結構和尺寸 12 3 2 6 確定帶的張緊裝置 12 3 3 計算壓軸力 12 3 3 軸的校核 14 3 4 鍵的校核 15 3 5 軸承的校核 15 4 切割裝置元件的計算 18 4 1 氣缸的選擇 18 4 2 氣缸結構 21 4 3 工作原理 23 總 結 24 致 謝 25 參考文獻 26 1 1 緒 論 1 1 本課題研究的目的 意義 蛋糕是一種面食 通常是甜的 典型的蛋糕是以烤的方式制作出來 蛋糕的 材料主 要包括了面粉 甜味劑 通常是蔗糖 黏合劑 一般是雞蛋 素食主義者可 用面筋和淀粉 代替 起酥油 一般是牛油或人造牛油 低脂肪含量的蛋糕會以 濃縮果汁代替 液體 牛奶 水或果汁 香精和發(fā)酵劑 例如酵母或者發(fā)酵 粉 而且根據(jù)地域 口味更是 千差萬別 隨著和外國的交流增加 西式糕點也加入中國 其造型新穎 風格獨特 口 味清新 更是顛覆了 傳統(tǒng)糕點在我國 人民中的印象 不僅僅在選材 制作方式 口感 方面都給我仧一種耳目一新的感 而今的蛋糕的發(fā)展更是融合了中西兩種風格 成為新一 代的流行美食 深受大眾的喜歡 市場占有率極高蛋糕作為一種常見的食品 在日常生 活中扮演者 重要的角色 它可以作為早餐 中餐 晚餐 也可以作為主食 而今 新世 紀的 蛋糕中添加了一些保健性的藥物 在不影響其自身美味的同時還大大提高了它的 的營養(yǎng)價值和藥用效果 蛋糕切片機發(fā)展叱已經(jīng)很多年了 對亍家居型的蛋糕 切片也 是有市場供應 早就已經(jīng)發(fā)展到了一定的階段 近幾年來 隨著經(jīng)濟的飛速發(fā)展 人民 生活水平的不斷提高 蛋糕的制作慢慢有家庭小批量的生產(chǎn)趨勢 加上蛋糕龐大的需求 量 價格適宜且功能強大的小作坊型蛋糕切片機變得非常必 2 國內外的研究現(xiàn)狀及發(fā)展 趨勞隨著人民生活水平的提高 人仧開始追求生活 不僅僅滿足亍市場 商 店里買到的 蛋糕 而且現(xiàn)在自家制作蛋糕也不再是難事 制作工具 原料和 配料都容易買到 甚至 可以根據(jù)自己喜愛的口味 做出軟硬適中的蛋糕 而且還可以根據(jù)自己的想法去設計 面對如今眾多的大學生創(chuàng)業(yè) 下崗工人的再就業(yè)創(chuàng)業(yè) 如此大的蛋糕市場是個很好的機 會 所以 一臺價格適宜 容易上手 操作簡單的蛋糕切片機能給他仧在蛋糕制作的過 程中帶來很大的 便捷 不過現(xiàn)階段的蛋糕切片機在國內主要存在亍中 大批量生產(chǎn)中 小作坊的蛋糕切片機在小批量生產(chǎn)的商店 家用有廣大的市場 隨著家電機械 化程度越 來越高 人仧不再停止純手工勞勱 而且針對蛋糕種類如此之多 質地又軟又硬 人工 切片有諸多的不便 而且工作效率比較低 手工切出來 的蛋糕美觀程度也不如機器切的 所以小作坊型蛋糕切片機變得被人仧和市場需要 1 1 蛋糕切片機裝置 機械 的應用及適用范圍 長期以來 大部分地區(qū)蛋糕切片機還沿用傳統(tǒng)的手工勞作方式 勞動強度大 生產(chǎn) 效率低 隨著市場經(jīng)濟的發(fā)展 蛋糕切片機開始以一種新型設備登入市場 蛋糕切片機 以快捷方便供不應求 傳統(tǒng)加工方式已經(jīng)不能滿足市場的需求 所以蛋糕切片機蛋糕切 片機的設計 以加快蛋糕切片機的生產(chǎn)效率 對剛收獲的蛋糕切片機進行快速收貨 以 便于收割 是供應蛋糕切片機市場的有效方法 本文就蛋糕切片機這一環(huán)節(jié)進行研究 目的在于研制出一種新型的蛋糕切片機蛋糕 切片機 加快蛋糕切片機的加工過程 縮短蛋糕切片機的產(chǎn)品形成周期 提高效率 降 低成本 1 2 蛋糕切片機 機械 的國內外發(fā)展情況 蛋糕切片機 最初是由美國于上世紀五十年代開發(fā)出來的產(chǎn)品 后來日本得到發(fā)展 并于上世紀六七十年代隨日本經(jīng)濟高速發(fā)展 技術性能得到長足的進步 上世紀八十年代初 我國大量引進蛋糕切片機并生產(chǎn)出自己的產(chǎn)品 以日清品牌為 2 代表 主要針對方便面生產(chǎn)線配套使用 上世紀九十年代 這種機型開始大量用于糧食 流通 同時派生出各種各樣的類似包裝機 隨著機電一體化的應用 粉料自動包裝也向 著高速全自動模塊化的方向發(fā)展及創(chuàng)新 現(xiàn)今國外開發(fā)的蛋糕切片機已極其人性化 高速 節(jié)能 全自動 模塊化 就國內外蛋糕切片機的開發(fā)情況來看 主要從以下幾點進行 l 不斷擴大其通用能力 以滿足多種屬性粉料的包裝 2 高速全自動 配備微機控制系統(tǒng) 借助預先儲存的程序控制多臺伺服電機 分別 驅動有關執(zhí)行機構 3 參數(shù)化調整和設置 對主要操作部件 供送 袋成型 牽引 封切等 作適當調整有 關工作參數(shù) 便可在較寬的尺寸范圍內 滿足不同品種不同尺寸的包裝 4 模塊化結構設計 對供送 牽引 封切等主要部件進行相對獨立并又能較為自由 組合的結構設計 以滿足臥式組合和立式組合的包裝機 德國與美國 日本 意大利均為世界蛋糕切片機機械大國 在蛋糕切片機機械設計 制造 技術性能等方面居于領先地位 德國蛋糕切片機機械的設計是依據(jù)市場調研及市 場分析結果進行的 其 目標是努力為客戶 尤其是為大型企業(yè)服務 為滿足客戶要求 德國蛋糕切片機機械制造廠商和設計部門采取了諸多措施 1 工藝流程自動化程度越來越高 以提高生產(chǎn)率和設備的柔性及靈活性 采用機械手 完成復雜的動作 操作時 在由電腦控制的攝像機錄取信息和監(jiān)控下 機械手按電腦指 令完成規(guī)定動作 確保包裝的質量 2 提高生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 最大限度地滿足生產(chǎn)要求 德國蛋糕切片機機械以飲 料 啤酒灌裝機械和塑料蛋糕切片機機械見長 具有高速 成套 自動化程度高和可靠 性好等特點 其飲料灌裝速度高達 12 萬瓶 h 小袋蛋糕切片機機的包裝速度高達 900 袋 min 3 使產(chǎn)品機械和蛋糕切片機機械一體化 許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進行包裝 以提高生產(chǎn)效率 如德國生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)及包裝設備 就是由一個系統(tǒng)控制完成的 兩者一體化 關鍵是要解決好在生產(chǎn)能力上相互匹配的問題 4 適應產(chǎn)制品變化 具有良好的柔性和靈活性 由于市場的激烈競爭 產(chǎn)品更新?lián)Q代 的周期越來越短 如化妝品生產(chǎn)三年一變 甚至一個季度一變 生產(chǎn)量又都很大 因此 要求蛋糕切片機機械具有良好的柔性和靈活性 使蛋糕切片機機械的壽命遠大于產(chǎn)品的 壽命周期 這樣才能符合經(jīng)濟性的要求 5 普遍使用計算機仿真設計技術 隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度不斷加快 德國蛋糕切片機機 械設計普遍采用了計算機仿真設計技術 大大縮短了蛋糕切片機機械的開發(fā)設計周期 蛋糕切片機設計不僅要重視其能力和效率 還要注重其經(jīng)濟性 所謂經(jīng)濟性不完全是機 械設備本身的成本 更重要的是運轉成本 因為設備折舊費只占成本的 6 8 其他 的就是運轉成本 我國蛋糕切片機行業(yè)起步于 20 世紀 70 年代 在 80 年代末和 90 年代中得到迅速發(fā) 3 展 已成為機械工業(yè)中的 10 大行業(yè)之一 無論是產(chǎn)量 還是品種上 都取得了令人矚目 的成就 為我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障 目前 我國已成為世界蛋糕切 片機工業(yè)生產(chǎn)和消費大國之一 蛋糕切片機作為一種產(chǎn)品 它的含義不僅僅是產(chǎn)品本身的物質意義 而是包括形式產(chǎn) 品 隱形產(chǎn)品及延伸產(chǎn)品 3 層含義 形式產(chǎn)品是指食品機本身的具體形態(tài)和基本功能 隱形產(chǎn)品是指食品機給用戶提供的實際效用 延伸產(chǎn)品是指食品機的質量保證 使用指 導和售后服務等 所以食品機的設計應該包括 市場調研 原理圖設計 結構設計 施 工圖設計 使用說明書編寫及售后服務預案等 蛋糕切片機設計的類別主要有 測繪仿制設計 開發(fā)性設計 改進性設計 系列化設 計 如啤酒灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為 1 6 4 萬瓶 h 其中灌裝機的灌裝閥工位數(shù)從 48 個 60 個 90 個到 120 個就屬于系列化設計 高速運行的食品機 特別是一些先進機型 大多是測繪 仿制國外的同類機型 進 行國產(chǎn)化設計和系列化設計 其主要的原因是 1 大多數(shù)設計人員還沒有真正掌握先進 的設計方法 如高速蛋糕切片機的動力學設計理論和方法等 對高速工況下機構的動態(tài) 精度分析等問題還不能模擬解決 2 產(chǎn) 學 研結合不夠緊密 理論上的科研成果不能 及時地在實際設計中運用 設計人員缺乏及時的技術培訓 3 整個行業(yè)缺乏宏觀調控的 力度 優(yōu)勢資源不能得到合理的配置與調整 在蛋糕切片機設計領域 絕大多數(shù)設計人員仍沿用以前的設計方法 1 根據(jù)設計任 務書尋找同類機型作為樣機 2 參考樣機制定各項技術性能指標及使用范圍 3 設計工 作原理圖 傳動系統(tǒng)圖 4 設計關鍵零件 部件 5 設計總裝圖方案和動作循環(huán)圖 6 設計部件圖 總裝圖和零件圖 7 對主要部件中的關鍵零件進行強度 剛度校核 8 設 計控制原理圖 施工圖等 而今 國內一些大學的設計軟件 可以對食品機中常用機構進行有限元分析和優(yōu)化 設計 其開發(fā)的凸輪連桿機構 CAD CAM 軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進行凸輪連桿機構自主 設計的能力 但在實際蛋糕切片機的設計中應用還不普遍 新型蛋糕切片機往往是機 電 氣一體化的設備 充分利用信息產(chǎn)品的最新成果 采用 氣動執(zhí)行機構 伺服電機驅動等分離傳動技術 可使整機的傳動鏈大大縮短 結構大為 簡化 工作精度和速度大大提高 其中的關鍵技術之一是采用了多電機拖動的同步控制 技術 其實掌握這種技術并不很難 只是一些設計人員不了解蛋糕切片機的這一發(fā)展趨 勢 如果說以前我國蛋糕切片機設計是仿制 學習階段 那么現(xiàn)在我們應該有創(chuàng)新設計 的意識 我國食品行業(yè)技術與機械近些年所取得的成績是顯著的 其起步于 20 世紀 70 年代 末 剛起步時年產(chǎn)值僅七 八千萬元 產(chǎn)品品種僅 100 余種 技術水平也較低 在 20 紀 80 年代中期至 20 世紀年代中期十余年的時間里 才得到快速發(fā)展 年增長率達到 20 30 到 1999 年底塑料和蛋糕切片機達 40 大類 品種達 1700 種 到 2000 年產(chǎn)值增加 4 到 300 億元 且技術水平也上了個臺階 開始出現(xiàn)了規(guī)模化 自動化趨勢 傳動復雜 技術含量高的設備也開始出現(xiàn) 許多蛋糕切片機如液體塑料灌裝機等設備已開始成套出 口 1 3 本課題研究的內容及方法 1 3 1 主要的研究內容 在查閱了國內外大量的有關蛋糕切片機設計理論及相關知識的資料和文獻基礎上 綜合考慮蛋糕切片機結構特點 具體作業(yè)任務特點以及蛋糕切片機的推廣應用 分析確 定使用蛋糕切片機配合生產(chǎn)工序 實現(xiàn)自動化的目的 為了實現(xiàn)上述目標 本文擬進行的研究內容如下 1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和蛋糕切片機本身的結構特點 確定蛋糕切片機整體設 計方案 2 確定蛋糕切片機的性能參數(shù) 對初步模型進行靜力學分析 根據(jù)實際情況選擇電 機 3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā) 完成蛋糕切片機各零部件的結構設計 4 完成主要零部件強度與剛度校核 1 3 2 設計要求 1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能 提出蛋糕切片機的整體設計方案 2 完成蛋糕切片機結構的詳細設計 3 通過相關設計計算 完成電機選型 4 完成蛋糕切片機結構造型 繪制蛋糕切片機結構總裝配圖 主要零件圖 1 4 本文研究主要內容 通過利用網(wǎng)絡工具 圖書館的書籍和各類期刊 雜志查閱了解蛋糕切片機的相關知 識 確定本設計符合要求 滿足需要 具體設計方法如下 1 查閱資料 結合所學專業(yè)課程 產(chǎn)生蛋糕切片機結構設計的基本思路 2 查閱各類機械機構手冊 確定合理的蛋糕切片機結構 3 根據(jù)給定技術參數(shù)來選擇合適的部位 4 重點對驅動機構及控制機構進行設計研究 5 通過研究國內外情況 確定本設計課題的重點設計 6 完成 2D 裝配圖的設計和繪制 并由此繪制零件圖 7 編寫設計說明書 8 檢查并完善本設計課題 本設計采用的方法是理論設計與經(jīng)驗設計相結合的方案 所運用的資料來源廣泛 內容充足 5 2 蛋糕切片機機構總體方案設計 2 1 基本結構 蛋糕切片機其功能部件由支承體 帶動力裝置的蛋糕切片機等組成 由功能部件 1 電動機和機架等構成的蛋糕切片機 下圖是該機器的工作原理圖 圖 2 1 蛋糕切片機總體圖 圖 2 2 切刀圖 6 2 2 設計原則 蛋糕切片機其功能部件由支承體 帶動力裝置的蛋糕切片機切刀部件和包壓線 或機筒等組成 由功能部件 電動機和機架 或機腳 等構成蛋糕切片機 在功能部件 中的蛋糕切片機轉子上裝有使切割 2 3 方案分析 采用平鋪帶式傳送裝置 將蛋糕手工放落在傳送帶上 由氣缸帶動切糕刀將蛋糕 送到切割 此輸送裝置由于需要電機通過軸帶動輸送帶滾筒轉動難看出此蛋糕切片機 包括 2 個電機 3 根軸 滾筒 輸送帶 帶輪 帶輪等等 蛋糕切片機零件眾多 這 無疑增加了蛋糕切片機的制造成本與維護運行成本 對于廣大的蛋糕來說 這種臥式 蛋糕切片機很顯然不是他們理想的選擇 因此 設計出一款小型且制造成本低廉 適 用與蛋糕切片機非常必要 蛋糕切片機其功能部件由支承體 帶動力裝置的蛋糕切片機切割部件和機筒等組 成 由功能部件 電動機 和機架等構成的蛋糕切片機 其特征是轉子上裝有使刀刃 切鍘平面垂直于主軸的切割功能部件下部內有能使物料自動卸出 設有與刀片相對 7 3 蛋糕切片機的機械部分計算 3 1 電機的選取 蛋糕切片機在工作時 在運轉穩(wěn)定性較好 保障運轉穩(wěn)定性的條件 有足夠的轉動 慣量 發(fā)動機有足夠的儲備功率和較靈敏的調速器 的條件下 其功率總耗用 N 由兩部 分組成 一部分用于克服空轉而消耗的功率 占總功率消耗的 5 7 一部分用于kN 克服脫粒阻力而消耗的功率 占總功率消耗的 93 95 所以裝置的功率消耗為 tN N kW 4 kt 1 其中空轉功率消耗 k A3B 式中 系數(shù) 為克服軸承及傳動裝置的摩擦阻力的功率消耗 310 2 A B 系數(shù) 為克服滾筒轉動時消耗的功率 3 68 4 B 由于計算較為復雜 初步采用估算的方法 擬采用 Y132M 4 電動機 查 機械設計課程設計手冊 得 選擇 其銘牌如下表 3 1 表 3 1 Y 系列三相異步電動機 電動機型號 額定功率 KW 滿載轉速 r min 堵轉轉矩 額定轉矩 最大轉矩 額定轉矩 質量 Kg Y132M 4 7 5 同步轉速 1500 r min 4 級 1440 2 2 2 2 81 8 a b 圖 3 1 電動機的安裝及外形尺寸示意圖 9 表 3 2 電動機的安裝技術參數(shù) 3 2 帶傳動設計 輸出功率 P 7 5kW 轉速 n1 1440r min n2 500r minedAdPK 表 3 1 工作情況系數(shù) AK 原動機 類 類 一天工作時間 h工作機 10 10 16 16 0 10 16 16 載荷 平穩(wěn) 液體攪拌機 離心式水泵 通 風機和鼓風機 7 5kW 離心式壓縮機 輕型運輸機 1 0 1 1 1 2 1 1 1 2 1 3 載荷 變動小 帶式運輸機 運送砂石 谷物 通風機 發(fā)電 機 旋轉式水泵 金屬切削機 床 剪床 壓力機 印刷機 振動篩 1 1 1 2 1 3 1 2 1 3 1 4 載荷 變動較大 螺旋式運輸機 斗式上料機 往復式水泵和壓縮機 鍛錘 磨粉機 鋸木機和木工機械 紡織機械 1 2 1 3 1 4 1 4 1 5 1 6 載荷 變動很大 破碎機 旋轉式 顎式等 球磨機 棒磨機 起重機 挖 掘機 橡膠輥壓機 1 3 1 4 1 5 1 5 1 6 1 8 根據(jù) V 帶的載荷平穩(wěn) 兩班工作制 16 小時 查 機械設計 P 296表 4 取 KA 1 1 即 1 758 2kWdAedPK 3 2 1 選擇帶型 普通 V 帶的帶型根據(jù)傳動的設計功率 Pd 和小帶輪的轉速 n1 按 機械設計 P297 圖 13 11 選取 中心高 mm 外型尺寸 mm 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 132 515 345 315 216 178 12 38 80 10 43 10 圖 3 1 帶型圖 根據(jù)算出的 Pd 8 25kW 及小帶輪轉速 n1 1440r min 查圖得 d d 80 100 可知應選取 A 型 V 帶 3 2 2 確定帶輪的基準直徑并驗證帶速 由 機械設計 P 298表 13 7 查得 小帶輪基準直徑為 80 100mm 則取 dd1 90mm ddmin 75 mm d d1根據(jù) P295表 13 4 查得 表 3 2 V 帶帶輪最小基準直徑 mind 槽型 Y Z A B C D Emind 20 50 75 125 200 355 50021 240 8 90 85 25ddi 所 以 由 機械設計 P 295表 13 4 查 V 帶輪的基準直徑 得 250mm2d 誤差驗算傳動比 1250 83 9 1 di 誤 為彈性滑動率 誤差 符合要求12 830 10 58 i 誤 帶速 194v 6 79 66dnms 11 滿足 5m s v300mm 所以宜選用 E 型輪輻式帶輪 總之 小帶輪選 H 型孔板式結構 大帶輪選擇 E 型輪輻式結構 帶輪的材料 選用灰鑄鐵 HT200 3 2 6 確定帶的張緊裝置 選用結構簡單 調整方便的定期調整中心距的張緊裝置 3 3 計算壓軸力 由 機械設計 P303 表 13 12 查得 A 型帶的初拉力 F0 133 46N 上面已得到 153 36o z 8 則1a 1a153 72sin 8 46sinN 209 8ooFz 對帶輪的主要要求是質量小且分布均勻 工藝性好 與帶接觸的工作表面加工精 度要高 以減少帶的磨損 轉速高時要進行動平衡 對于鑄造和焊接帶輪的內應力要 小 帶輪由輪緣 腹板 輪輻 和輪轂三部分組成 帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣 輪緣是帶輪的工作部分 用以安裝傳動帶 制有梯形輪槽 由于普通 V 帶兩側面間的 夾角是 40 為了適應 V 帶在帶輪上彎曲時截面變形而使楔角減小 故規(guī)定普通 V 帶 輪槽角 為 32 34 36 38 按帶的型號及帶輪直徑確定 輪槽尺寸見表 7 3 裝在軸上的筒形部分稱為輪轂 是帶輪與軸的聯(lián)接部分 中間部分稱為輪幅 腹板 用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體 13 表 3 5 普通 V 帶輪的輪槽尺寸 摘自 GB T13575 1 92 槽型 項目 符號 Y Z A B C D E 基準寬度 b p 5 3 8 5 11 0 14 0 19 0 27 0 32 0 基準線上槽深 h amin 1 6 2 0 2 75 3 5 4 8 8 1 9 6 基準線下槽深 h fmin 4 7 7 0 8 7 10 8 14 3 19 9 23 4 槽間距 e 8 0 3 12 0 3 15 0 3 19 0 4 25 5 0 5 37 0 6 44 5 0 7 第一槽對稱面至 端面的距離 f min 6 7 9 11 5 16 23 28 最小輪緣厚 5 5 5 6 7 5 10 12 15 帶輪寬 B B z 1 e 2 f z 輪槽數(shù) 外徑 d a 32 60 34 80 118 190 315 36 60 475 600 38 對應的 基準直 徑 d d 80 118 190 315 475 600 輪 槽 角 極限偏差 1 0 5 V 帶輪按腹板 輪輻 結構的不同分為以下幾種型式 1 實心帶輪 用于尺寸較小的帶輪 dd 2 5 3 d 時 如圖 3 2a 2 腹板帶輪 用于中小尺寸的帶輪 dd 300mm 時 如圖 3 2b 3 孔板帶輪 用于尺寸較大的帶輪 dd d 100 mm 時 如圖 3 2c 4 橢圓輪輻帶輪 用于尺寸大的帶輪 dd 500mm 時 如圖 3 2d 14 a b c d 圖 3 2 帶輪結構類型 根據(jù)設計結果 可以得出結論 小帶輪選擇實心帶輪 如圖 a 大帶輪選擇腹板帶輪如圖 b 3 3 軸的校核 需要驗算傳動軸薄弱環(huán)節(jié)處的傾角荷撓度 驗算傾角時 若支撐類型相同則只需驗 算支反力最大支撐處傾角 當此傾角小于安裝齒輪處規(guī)定的許用值時 則齒輪處傾角不 必驗算 驗算撓度時 要求驗算受力最大的齒輪處 但通?？沈炈銈鲃虞S中點處撓度 誤差 3 當軸的各段直徑相差不大 計算精度要求不高時 可看做等直徑 采用平均直徑 進行1d 計算 計算花鍵軸傳動軸一般只驗算彎曲剛度 花鍵軸還應進行鍵側擠壓驗算 彎曲剛 度驗算 的剛度時可采用平均直徑 或當量直徑 一般將軸化為集中載荷下的簡支梁 1d2d 其撓度和傾角計算公式見 5 表 7 15 分別求出各載荷作用下所產(chǎn)生的撓度和傾角 然 后疊加 注意方向符號 在同一平面上進行代數(shù)疊加 不在同一平面上進行向量疊加 通過受力分析 NdTF mnPr 7 153 012 86 2 860 9 905 96 最大撓度 mEIbl3 4349222max1068 10647 53 6 3974064 124mdII MPaEE 軸 的 材 料 彈 性 模 量 式 中 查 1 表 3 12 許用撓度 y12 15 所 以 合 格 yYB 3 4 鍵的校核 鍵和軸的材料都是鋼 由 4 表 6 2 查的許用擠壓應力 取其MPap120 中間值 鍵的工作長度 鍵與輪榖鍵槽MPap10 mbLl 682 的接觸高度 由 4 式 6 1 可得mhk5 37 5 PaMPaldT pp 10 106 382 式 中 表鍵 弱 材 料 的 許 用 擠 壓 應 力鍵 軸 輪 轂 三 者 中 最 鍵 的 直 徑 為 鍵 的 寬 度 為 鍵 的 公 稱 長 度 圓 頭 平 鍵鍵 的 工 作 長 度 為 鍵 的 高 度此 處度鍵 與 輪 轂 鍵 槽 的 接 觸 高傳 遞 的 轉 矩 264 5 0 p MPamd mbmLbll hkkN 可見連接的擠壓強度足夠了 鍵的標記為 20319680 TGB鍵 3 5 軸承的校核 軸軸承的校核 軸選用的是深溝球軸承 6206 其基本額定負荷為 19 5KN 由于該軸的轉速是定值 所以齒輪越小越靠近軸承 對軸承的要求越高 根據(jù)設計要求 應該對 min80r 軸未端的滾子軸承進行校核 軸傳遞的轉矩 nPT950 mN 869 7 受力 dFr 7 15302 根據(jù)圖 3 12 受力分析和受力圖可以得出軸承的徑向力為 圖 3 12 受力分析和受力圖 16 在水平面 NlFrAH14026387 152 在水平面 lAV 5 8394 3210 NFAVH 7 21 1022 因軸承在運轉中有中等沖擊載荷 又由于不受軸向力 4 表 13 6 查得載荷系數(shù) 取 則有 pf 1pf NPA24 78 23 軸承的壽命計算 所以按軸承的受力大小計算壽命 hPCnLh 5840 713 24 81950 6 013 6 故該軸承 6206 能滿足要求 其他軸的軸承校核同上 均符合要求 17 18 4 切割裝置元件的計算 切割裝置采用的是氣缸往下壓的方式進行 4 1 氣缸的選擇 氣缸的選用要根據(jù)以下方面進行分析 1 類型的選擇 根據(jù)工作要求和條件 正確選擇氣缸的類型 要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和 撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸 要求重量輕 應選輕型缸 要求安裝空間窄且行程短 可選 薄型缸 有橫向負載 可選帶導桿氣缸 要求制動精度高 應選鎖緊氣缸 不允許活塞 桿旋轉 可選具有桿不回轉功能氣缸 高溫環(huán)境下需選用耐熱缸 在有腐蝕環(huán)境下 需 選用耐腐蝕氣缸 在有灰塵等惡劣環(huán)境下 需要活塞桿伸出端安裝防塵罩 要求無污染 時需要選用無給油或無油潤滑氣缸等 2 安裝形式 根據(jù)安裝位置 使用目的等因素決定 在一般情況下 采用固定式氣缸 在需要隨 工作機構連續(xù)回轉時 如車床 磨床等 應選用回轉氣缸 在要求活塞桿除直線運動外 還需作圓弧擺動時 則選用軸銷式氣缸 有特殊要求時 應選擇相應的特殊氣缸 3 作用力的大小 即缸徑的選擇 根據(jù)負載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力 一般均按外載荷 理論平衡條件所需氣缸作用力 根據(jù)不同速度選擇不同的負載率 使氣缸輸出力稍有余 量 缸徑過小 輸出力不夠 但缸徑過大 使設備笨重 成本提高 又增加耗氣量 浪 費能源 在夾具設計時 應盡量采用擴力機構 以減小氣缸的外形尺寸 4 活塞行程 與使用的場合和機構的行程有關 但一般不選滿行程 防止活塞和缸蓋相碰 如用 于夾緊機構等 應按計算所需的行程增加 10 20 的余量 5 活塞的運動速度 主要取決于氣缸輸入壓縮氣油流量 氣缸進排氣口大小及導管內徑的大小 要求高 速運動應取大值 氣缸運動速度一般為 50 800 s 對高速運動氣缸 應選擇大內徑的 進氣管道 對于負載有變化的情況 為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度 可選用帶節(jié)流裝 置或氣 液阻尼缸 則較易實現(xiàn)速度控制 選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意 水平安裝 的氣缸推動負載時 推薦用排氣節(jié)流調速 垂直安裝的氣缸舉升負載時 推薦用進氣節(jié) 流調速 要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時 應選用帶緩沖裝置的氣缸 19 圖 5 1 氣缸實物圖 6 氣缸的選型步驟及其類型介紹 程序 1 根據(jù)操作形式選定氣缸類型 氣缸操作方式有雙動 單動彈簧壓入及單動彈簧壓出等三種方式 程序 2 選定其它參數(shù) 1 選定氣缸缸徑大小 根據(jù)有關負載 使用氣油壓力及作用方向確定 2 選定氣缸行程 工件移動距離 3 選定氣缸系列 4 選定氣缸安裝型式 不同系列有不同安裝方式 主要有基本型 腳座型 法蘭型 U 型鉤 軸耳型 5 選定緩沖器 無緩沖 橡膠緩沖 氣緩沖 油壓吸震器 6 選定磁感開關 主要是作位置檢測用 要求氣缸內置磁環(huán) 7 選定氣缸配件 包括相關接頭 一 單作用氣缸 單作用氣缸只有一腔可輸入壓縮氣油 實現(xiàn)一個方向運動 其活塞桿只能借助 外力將其推回 通常借助于彈簧力 膜片張力 重力等 其原理及結構見下圖 圖 5 2 單作用氣缸 1 缸體 2 活塞 3 彈簧 4 活塞桿 單作用氣缸的特點是 1 僅一端進 排 氣 結構簡單 耗氣量小 2 用彈簧力或膜片力等復位 壓縮氣油能量的一部分用于克服彈簧力或膜片張力 因而減小了活塞桿的輸出力 3 缸內安裝彈簧 膜片等 一般行程較短 與相同體積的雙作用氣缸相比 有效行 程小一些 4 氣缸復位彈簧 膜片的張力均隨變形大小變化 因而活塞桿的輸出力在行進過程 中是變化的 20 由于以上特點 單作用活塞氣缸多用于短行程 其推力及運動速度均要求不高場合 如氣吊 定位和夾緊等裝置上 單作用柱塞缸則不然 可用在長行程 高載荷的場合 二 雙作用氣缸 雙作用氣缸指兩腔可以分別輸入壓縮氣油 實現(xiàn)雙向運動的氣缸 其結構可分為雙 活塞桿式 單活塞桿式 雙活塞式 緩沖式和非緩沖式等 此類氣缸使用最為廣泛 1 雙活塞桿雙作用氣缸雙活塞桿氣缸有缸體固定和活塞桿固定兩種 2 缸體固定時 其所帶載荷 如工作臺 與氣缸兩活塞桿連成一體 壓縮氣油 依次進入氣缸兩腔 一腔進氣另一腔排氣 活塞桿帶動工作臺左右運動 工作臺運動范 圍等于其有效行程 s 的 3 倍 安裝所占空間大 一般用于小型設備上 活塞桿固定時 為管路連接方便 活塞桿制成空心 缸體與載荷 工作臺 連成一 體 壓縮氣油從空心活塞桿的左端或右端進入氣缸兩腔 使缸體帶動工作臺向左或向左 運動 工作臺的運動范圍為其有效行程 s 的 2 倍 適用于中 大型設備 圖 3 3 雙活塞桿雙作用氣缸 a 缸體固定 b 活塞桿固定 1 缸體 2 工作臺 3 活塞 4 活塞桿 5 機架 雙活塞桿氣缸因兩端活塞桿直徑相等 故活塞兩側受力面積相等 當輸入壓力 流 量相同時 其往返運動力及速度均相等 三 緩沖氣缸 緩沖氣缸對于接近行程末端時速度較高的氣缸 不采取必要措施 活塞就會以很大 的力 能量 撞擊端蓋 引起振動和損壞機件 為了使活塞在行程末端運動平穩(wěn) 不產(chǎn) 生沖擊現(xiàn)象 在氣缸兩端加設緩沖裝置 一般稱為緩沖氣缸 緩沖氣缸見下圖 主要由 活塞桿 1 活塞 2 緩沖柱塞 3 單向閥 5 節(jié)流閥 6 端蓋 7 等組成 其工作原理是 當 活塞在壓縮氣油推動下向右運動時 缸右腔的氣體經(jīng)柱塞孔 4 及缸蓋上的氣孔 8 排出 21 在活塞運動接近行程末端時 活塞右側的緩沖柱塞 3 將柱塞孔 4 堵死 活塞繼續(xù)向右運 動時 封在氣缸右腔內的剩余氣體被壓縮 緩慢地通過節(jié)流閥 6 及氣孔 8 排出 被壓縮 的氣體所產(chǎn)生的壓力能如果與活塞運動所具有的全部能量相平衡 即會取得緩沖效果 使活塞在行程末端運動平穩(wěn) 不產(chǎn)生沖擊 調節(jié)節(jié)流閥 6 閥口開度的大小 即可控制排 氣量的多少 從而決定了被壓縮容積 稱緩沖室 內壓力的大小 以調節(jié)緩沖效果 若 令活塞反向運動時 從氣孔 8 輸入壓縮氣油 可直接頂開單向閥 5 推動活塞向左運動 如節(jié)流閥 6 閥口開度固定 不可調節(jié) 即稱為不可調緩沖氣缸 圖 3 4 緩沖氣缸 1 活塞桿 2 活塞 3 緩沖柱塞 4 柱塞孔 5 單向閥 6 節(jié)流閥 7 端蓋 8 氣孔 4 2 氣缸結構 氣 缸 是 由 缸 筒 端 蓋 活 塞 活 塞 桿 和 密 封 件 組 成 其 內 部 結 構 如 圖 所 示 1 缸 筒 缸 筒 的 內 徑 大 小 代 表 了 氣 缸 輸 出 力 的 大 小 活 塞 要 在 缸 筒 內 做 平 穩(wěn) 的 往 復 滑 動 缸 筒 內 表 面 的 表 面 粗 糙 度 應 達 到 Ra0 8um 對 鋼 管 缸 筒 內 表 面 還 應 鍍 硬 鉻 以 減 小 摩 擦 阻 力 和 磨 損 并 能 防 止 銹 蝕 缸 筒 材 質 除 使 用 高 碳 鋼 管 外 還 是 用 高 強 度 鋁 合 22 金 和 黃 銅 小 型 氣 缸 有 使 用 不 銹 鋼 管 的 帶 磁 性 開 關 的 氣 缸 或 在 耐 腐 蝕 環(huán) 境 中 使 用 的 氣 缸 缸 筒 應 使 用 不 銹 鋼 鋁 合 金 或 黃 銅 等 材 質 SMC CM2 氣 缸 活 塞 上 采 用 組 合 密 封 圈 實 現(xiàn) 雙 向 密 封 活 塞 與 活 塞 桿 用 壓 鉚 鏈 接 不 用 螺 母 2 端 蓋 端 蓋 上 設 有 進 排 氣 通 口 有 的 還 在 端 蓋 內 設 有 緩 沖 機 構 桿 側 端 蓋 上 設 有 密 封 圈 和 防 塵 圈 以 防 止 從 活 塞 桿 處 向 外 漏 氣 和 防 止 外 部 灰 塵 混 入 缸 內 桿 側 端 蓋 上 設 有 導 向 套 以 提 高 氣 缸 的 導 向 精 度 承 受 活 塞 桿 上 少 量 的 橫 向 負 載 減 小 活 塞 桿 伸 出 時 的 下 彎 量 延 長 氣 缸 使 用 壽 命 導 向 套 通 常 使 用 燒 結 含 油 合 金 前 傾 銅 鑄 件 端 蓋 過 去 常 用 可 鍛 鑄 鐵 現(xiàn) 在 為 減 輕 重 量 并 防 銹 常 使 用 鋁 合 金 壓 鑄 微 型 缸 有 使 用 黃 銅 材 料 的 3 活 塞 活 塞 是 氣 缸 中 的 受 壓 力 零 件 為 防 止 活 塞 左 右 兩 腔 相 互 竄 氣 設 有 活 塞 密 封 圈 活 塞 上 的 耐 磨 環(huán) 可 提 高 氣 缸 的 導 向 性 減 少 活 塞 密 封 圈 的 磨 耗 減 少 摩 擦 阻 力 耐 磨 環(huán) 長 使 用 聚 氨 酯 聚 四 氟 乙 烯 夾 布 合 成 樹 脂 等 材 料 活 塞 的 寬 度 由 密 封 圈 尺 寸 和 必 要 的 滑 動 部 分 長 度 來 決 定 滑 動 部 分 太 短 易 引 起 早 期 磨 損 和 卡 死 活 塞 的 材 質 常 用 鋁 合 金 和 鑄 鐵 小 型 缸 的 活 塞 有 黃 銅 制 成 的 4 活 塞 桿 活 塞 桿 是 氣 缸 中 最 重 要 的 受 力 零 件 通 常 使 用 高 碳 鋼 表 面 經(jīng) 鍍 硬 鉻 處 理 或 使 用 不 銹 鋼 以 防 腐 蝕 并 提 高 密 封 圈 的 耐 磨 性 5 密 封 圈 回 轉 或 往 復 運 動 處 的 部 件 密 封 稱 為 動 密 封 靜 止 件 部 分 的 密 封 稱 為 靜 密 封 缸 筒 與 端 蓋 的 連 接 方 法 主 要 有 以 下 幾 種 整 體 型 鉚 接 型 螺 紋 聯(lián) 接 型 法 蘭 型 拉 桿 型 6 氣 缸 工 作 時 要 靠 壓 縮 氣 油 中 的 油 霧 對 活 塞 進 行 潤 滑 也 有 小 部 分 免 潤 滑 氣 缸 23 4 3 工作原理 根 據(jù) 工 作 所 需 力 的 大 小 來 確 定 活 塞 桿 上 的 推 力 和 拉 力 由 此 來 選 擇 氣 缸 時 應 使 氣 缸 的 輸 出 力 稍 有 余 量 若 缸 徑 選 小 了 輸 出 力 不 夠 氣 缸 不 能 正 常 工 作 但 缸 徑 過 大 不 僅 使 設 備 笨 重 成 本 高 同 時 耗 氣 量 增 大 造 成 能 源 浪 費 在 夾 具 設 計 時 應 盡 量 采 用 增 力 機 構 以 減 少 氣 缸 的 尺 寸 氣 缸 下 面 是 氣 缸 理 論 出 力 的 計 算 公 式 F 氣 缸 理 論 輸 出 力 kgf F 效 率 為 85 時 的 輸 出 力 kgf F F 85 D 氣 缸 缸 徑 mm P 工 作 壓 力 kgf cm2 例 直 徑 340mm 的 氣 缸 工 作 壓 力 為 3kgf cm2 時 其 理 論 輸 出 力 為 多 少 芽 輸 出 力 是 多 少 將 P D 連 接 找 出 F F 上 的 點 得 F 2800kgf F 2300kgf 在 工 程 設 計 時 選 擇 氣 缸 缸 徑 可 根 據(jù) 其 使 用 壓 力 和 理 論 推 力 或 拉 力 的 大 小 從 經(jīng) 驗 表 1 1 中 查 出 下 壓 機 構 氣 缸 的 計 算 估算壓緊力的計算 50N 其中上壓板的重量為 20N 當氣缸下壓時 氣缸只需提供 30N 的壓力 所以實際氣缸負載的大小為 30 0 6 50N 根據(jù)設計要求 確定氣缸的行程為 100mm 設定其負荷率為 0 7 使用壓力 0 5MPa 與氣壓缸出力 163N 查下表可知氣壓剛內 徑為 16mm 選型為 CM2L16 100 氣缸的校核 輸出力的大小為 回收的時候 經(jīng)驗算 可以達到使用要求 NmPaAF 501401605 226 2036 7 8 2661 24 總 結 本文設計了一種蛋糕切片機 詳細地設計了移動蛋糕切片機的各個部分 在全面分 析各個系統(tǒng)的基礎上 對系統(tǒng)研究過程中所遇到的一些問題也進行了深入的研究 蛋糕切片機是一種具有很大的研究價值和應用前景的蛋糕切片機 在不方便操作的地方 都扮演著很重要的角色 本次設計對蛋糕切片機的結構進行了設計 通過功能和設計任務的分析 初步制定了蛋糕切片機的總體方案 接下來進行了結構的設計 重要零部件的受力分析與校核 電機選型與計算 主要零件工程圖繪制 通過本次設計 把大學期間所學的知識都綜合的利用起來 這再次加深了我對所學 知識的印象 提高了我對知識的利用能力 但是 由于本人的水平和能力有限 本次設 計一定存在一些不合理之處 希望老師給予批評和指正 本文所完成的工作達到了預期的目標 但是仍有進一步研究的必要 需要進一步改進的 工作是本文在設計時考慮到的蛋糕切片機的工作范圍仍然是有限的 在將來可以集成更 多的傳感器在的車身上 以便移動平臺能夠更好的適應室外的工作環(huán)境 在設計過程中 我通過查閱大量有關資料 與同學交流經(jīng)驗和自學 并向老師請教等方 式 使自己學到了不少知識 也經(jīng)歷了不少艱辛 但收獲同樣巨大 在設計中我懂得了 許多東西 也培養(yǎng)了我獨立工作的能力 樹立了對自己工作能力的信心 相信會對今后 的學習工作生活有非常重要的影響 而且大大提高了動手的能力 使我充分體會到了在 創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅 雖然做得還不是很完善 但是在設計過程中所 學到的東西是這次設計的最大收獲和財富 使我終身受益 25 致 謝 本論文是在導師 XX 的悉心指導下完成的 在這次畢業(yè)設計中 老師給了我很大的幫 助 不僅讓我在規(guī)定時間能完成了畢業(yè)設計 還使我學到了很多有用的經(jīng)驗 在這里我 衷心的感謝高老師 我還要感謝這四年能教授我知識的老師們 還有曾經(jīng)幫過我的同學 們 經(jīng)過幾個月的努力 畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲 由于實踐經(jīng)驗的匱乏 本次設計難免有考 慮不周的地方 如果沒有老師的悉心指導以及本組人員的支持 恐怕設計不會這么順利 完成 自開題一來老師一直認真指導設計的每個環(huán)節(jié) 從資料的查閱到具體方案的修改 老師都提出了寶貴的建議 讓我受益匪淺 除此之外 老師科學嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和淵博 的專業(yè)知識更是我永遠學習的榜樣 再次對老師及本組的同學表示衷心的感謝 最后還要感謝曾指導過和給我?guī)椭睦蠋?是你們曾經(jīng)辛勤的付出才有了我今天知 識的積累 26 參考文獻 1 成大先 機械設計手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社 2008 2 尚久浩 自動機械設計 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2006 3 顧曉勤 工程力學 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 4 盧秉恒 機械制造技術基礎 M 北京 機械工業(yè)出版社 2008 5 單輝祖 材料力學 M 北京 高等教育出版社 2010 6 張鐵 謝存禧 蛋糕切片機學 M 廣州 華南理工大學出版社 2001 17 18 7 余達太 馬香峰 工業(yè)蛋糕切片機應用工程 M 北京 冶金工業(yè)出版社 2001 8 吳琰琨 氣與氣動技術 M 北京 人民郵電出版社 2008 9 周伯英編 工業(yè)蛋糕切片機設計 機械工業(yè)出版社 1995 33 35 10 加藤一郎編 上海交通大學蛋糕切片機及蛋糕切片機研究室譯 蛋糕切片機圖冊 上?？茖W技術出 版社 1979 11 濮良貴 紀名剛主編 機械設計 第七版 高等教育出版社 2001 12 周開勤主編 機械設計手冊 第五版 高等教育出版社 2001 13 華大年主編 機械原理 第二版 高等教育出版社 1994 14 達道安主編 真空設計手冊 第三版 國防工業(yè)出版社 2004 15 朱輝 曹桄 唐保寧 陳大復等編 畫法幾何及工程制圖 第五版 上?？茖W技術出版社 2003 16 王永華主編 宋寅卯 陳玉國 鄭安平副主編 現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應用技術 北京航空航天大學 出版社 2003 17 劉明保 呂春紅等 機械手的組成機構及技術指標的確定 河南高等專科學校學報 2004 1 1 18 李超 氣動通用上下料機械手的研究與開發(fā) 陜西科技大學 2003 19 陸祥生 楊繡蓮 機械手 中國鐵道出版社 1985 1 20 張建民 工業(yè)機械人 北京 北京理工大學出版社 1992 21 史國生 PLC 在機械手步進控制中的應用 中國工控信息網(wǎng) 2005 1 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