3134 螺旋式壓榨機的設計
3134 螺旋式壓榨機的設計,螺旋式,壓榨機,設計
#User###################################################U#s#e#r########M#i#c#r#o#s#o#f#t###爅####################_#########"###鄇n#########################詽?#€#User###################################################U#s#e#r########M#i#c#r#o#s#o#f#t###爅####################_#########"###鄇n#########################詽?#€湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 螺旋式壓榨機的設計 學號：2006183921 姓名：薛雋 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師：文美純 系主任 周友行 一、主要內(nèi)容及基本要求 1：了解螺旋式壓榨機的原理及其設計： 2：CAD 繪圖設計，要求 A0 圖紙一張，總共達到兩張 A0。 3：說明書，要求 8000 字以上，要求內(nèi)容完整，計算準確： 4：外文翻譯 5000 字以上，要求語句通順。 二、重點研究的問題1： 螺旋式壓榨機螺旋桿的設計： 2：螺旋式壓榨機結構設計 三、進度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 查閱與課題相關資料 1 周2 開題報告、制訂設計方案 2—3 周3 設計計算 4 周4 校核計算 5 周5 CAD 繪圖 6—10 周6 整理說明書、外文翻譯 11 周7 修改圖紙和說明書 12 周8 打印圖紙、畢業(yè)設計答辯 13 周四、應收集的資料及主要參考文獻1.《機械設計》吳宗澤主編 北京：高等教育出版社，2001 2.《離心泵與軸流泵》丁成偉著 南寧：機械工業(yè)出版社，1985 3.《現(xiàn)代泵技術手冊》關醒凡著 北京：宇航出版社，1995 4.《機械設計手冊》 （第二卷）機械設計手冊編委會編著 北京：機械工業(yè)出版社，2004.8 5. 《機械設計標準應用手冊》 （第二卷）汪凱著 北京：機械工業(yè)出版社，1997.8 6. 《中國機械設計大典》(第三卷) 南昌:江西科學技術出版社,2002.1 7. 《材料力學》宋子康 蔡文安著 北京:同濟大學出版社,1993.8 8. 《機械制圖》(第五版) 大連理工大學工程畫教研室編 北京:高等教育出版社,2003.89. 《工程流體力學》侯國祥等編 北京:機械工業(yè)出版社,2006.7 10.《機械設計基礎課程設計》陳立德主編 北京：高等教育出版社，2006.7 湘潭大學興湘學院畢業(yè)設計說明書題 目： 螺旋式壓榨機的設計 學 院： 興 湘 學 院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學 號： 2006183921 姓 名： 薛雋 指導教師： 文美純 完成日期： 2010.6 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）任務書論文（設計）題目： 螺旋式壓榨機的設計 學號： 2006183921 姓名： 薛 雋 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 指導教師： 文美純 系主任： 周 友 行 一、主要內(nèi)容及基本要求1、螺旋式壓榨機的螺桿設計及其結構設計 2、輸入功率 P=5.5kw，輸入轉速 n=1450rpm， 3、主要以 CAD 軟件為平臺，建立整體的二維平面模型； 4、主要圖紙量為一張 A0 裝配圖紙及其零件圖，共計 2 張 A0 圖量； 5、設計說明書一份（附光盤） ； 6、英文文獻一份。 二、重點研究的問題1、螺旋式壓榨機的螺桿設計 2、螺旋壓榨機的結構設計 3、CAD 軟件的運用。 三、進度安排序號 各階段完成的內(nèi)容 完成時間1 熟悉研究課題及基本資料 第一周2 查閱及收集相關資料 第二周3 方案的提出、設計與討論 第三、四周4 螺旋式壓榨機的設計過程 第五、八周5 螺旋式壓榨機總裝配圖設計 第九周6 螺旋式壓榨機零件圖的設計 第十周7 書寫說明書 第十一周8 英文文獻翻譯，答辯 第十二周四、應收集的資料及主要參考文獻[1]吳忠澤，羅圣國。機械設計課程設計手冊：高等教育出版社，2004 [2]成大先，機械設計手冊第四卷：化學工業(yè)出版社，2002 [3]食品加工機械與設備：機械工業(yè)出版社，2002 [4]胡繼強，食品機械與設備：中國 輕工業(yè)出版社，1998 湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）鑒定意見學號： 2006183921 姓名： 薛 雋 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計說明書） 33 頁 圖 表 5 張論文（設計）題目： 螺旋式壓榨機的設計內(nèi)容提要：螺旋式壓榨機是一個比較傳統(tǒng)壓榨油類的裝置。靠純機械壓榨的油類，雖然價格比較高，但由于現(xiàn)代人對健康越來越重視，使得這個市場變得廣闊。合理的選擇壓榨機也成了壓榨油廠商極為關注的問題。本文通過對壓榨機的歷史還有今后的走勢作了些介紹，然后針對這個畢業(yè)設計選擇了螺旋式的壓榨機，該文中對螺旋式壓榨機的結構部分作出了分析，還有最主要的螺桿部分和傳動部分作出了計算，另外其中一部分零件還要進行強度校核及壽命分析，能夠使機器滿足正常使用的要求，對部分零件進行選型，并用 CAD 繪圖軟件繪制出該裝置的裝配圖以及各零件圖。湘潭大學興湘學院畢業(yè)論文（設計）評閱表學號 2006183921 姓名 薛 雋 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)論文（設計）題目： 螺旋式壓榨機的設計 評價項目評 價 內(nèi) 容選題1.是否符合培養(yǎng)目標，體現(xiàn)學科、專業(yè)特點和教學計劃的基本要求，達到綜合訓練的目的；2.難度、份量是否適當；3.是否與生產(chǎn)、科研、社會等實際相結合。能力1.是否有查閱文獻、綜合歸納資料的能力；2.是否有綜合運用知識的能力；3.是否具備研究方案的設計能力、研究方法和手段的運用能力；4.是否具備一定的外文與計算機應用能力；5.工科是否有經(jīng)濟分析能力。論文（設計）質(zhì)量1.立論是否正確，論述是否充分，結構是否嚴謹合理；實驗是否正確，設計、計算、分析處理是否科學；技術用語是否準確，符號是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；2.文字是否通順，有無觀點提煉，綜合概括能力如何；3.有無理論價值或?qū)嶋H應用價值，有無創(chuàng)新之處。綜合評價評閱人： 2010 年 5 月 日1第一章 緒論 .............................................41： 工作原理 ........................................52：設計榨油機的程序 .................................63：準備階段 .........................................64：方案設計階段 .....................................65： 技術設計階段 ....................................7第三章 螺旋榨油機的結構設計 ..............................91 :榨螺軸的設計 .....................................92 :榨籠的構造 .......................................93 :齒輪箱的構造及入料器的構造 .......................94 : 調(diào)節(jié)裝置的設計 ..................................9第四章 螺旋榨油機主要參數(shù)的確定 ........................104.1：螺桿的設計及其校核 ............................104.2:齒輪傳動部分設計 ...............................184.2.1：Ⅰ軸和Ⅱ軸嚙合齒輪的計算·········································184.2.2:軸的選用及強度計算和校核···········································234.3：帶傳動的設計計算 ..............................254.3.1 平型帶輪的設計 ................................254.4 螺旋式壓榨機的電動機選擇 ........................28第五章 各軸承及鍵的選擇及有關校核 ......................291:鍵的選擇設計 .....................................292：軸承的設計 ......................................303：滾動軸承的選擇 ..................................31第六章 結束語 .........................................33附錄： ..................................................352螺旋式壓榨機的設計摘要：螺旋榨油機過去是現(xiàn)在仍然是油脂生產(chǎn)中的一臺主機。就是在近代的浸出法制油中隊高含油份油料大多采用還是預榨—— 浸出工藝方法來制備油脂，所以預榨機——螺旋榨油機仍然是油脂工業(yè)生產(chǎn)中的重要部件。螺旋榨油機的結構直接影響到油脂生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量。而榨油機的工作部分是螺旋軸和榨籠構成，料胚經(jīng)過螺旋軸和榨籠之間的空間——炸膛，而受到壓榨。所以它們是榨油機的“心臟” ，它們的結構直接影響到榨油機的性能。本文通過了解壓榨機的資料，然后比對壓榨機的結構，設計其結構，螺桿的設計是整個設計的主體，通過對壓榨物質(zhì)和生產(chǎn)量的取定，得出螺旋桿的設計過程，本文的傳動采用兩級減速傳動，使機器運作穩(wěn)定。通過對整機功率，轉矩，最后定出電機。還要對整個設計重要部件做出校核，能夠讓機器正常運作。關鍵詞： 榨油機；榨籠；；生產(chǎn)量；校核3The design spiral presserAbstract： Screw press in the past and is still oil production in a host. Leaching in the modern legal system is the oil companies of most of the high fuel oil were used or pre-press - leaching method to prepare the oil, so pre-press machine - oil screw press is still important components of industrial production. Screw press of the structure of a direct impact on oil production quantity and quality. The press of work is the screw axis and the pressing part of the cage structure, material embryo axis and squeezed This text through the spiral space between the cage - bombing bore, and being squeezed. So they press of the "heart", which directly affects the structure of oil press performance. In this paper, the information about press machine, and then compared presser structure, design its structure, the screw design is the design of the main body, squeezing through on the amount of substance and production are constant, obtained screw design process, This text slow down the drive with two transmission, the machine operates in a stable. On machine power, torque, and finally set the motor. Also an important part of the whole design and make check, allowing the normal operation of the machine。 Keywords: oil press; pressed cage;; production; check 4第一章 緒論在我國，榨油機的發(fā)展已二十多年，從傳統(tǒng)的榨油設備，到現(xiàn)在先進的榨油機器，中國榨油市場得到了翻天覆地的變化，隨著市場上的食用油品種增多，榨油機的種類也在增加，壓榨方式也各不相同，物理壓榨，化學壓榨，還有兩者結合壓榨。回首過去，榨油業(yè)在中國從無到有，有弱小逐漸強大的過程?，F(xiàn)在市面上食用油分成浸出油和壓榨油兩種。浸出油是用化學溶劑浸泡油料，再經(jīng)過復雜的工藝提煉而成，提煉過程中流失了油品的營養(yǎng)成分，而且有化學溶劑的有毒物質(zhì)殘留。所以大眾逐漸遠離。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，大眾已經(jīng)不是是以前那樣只解決溫飽了，吃出營養(yǎng)，吃出健康才是現(xiàn)代人的追求，所以壓榨油的市場廣大，考慮到個人能力的問題，選擇了最簡單也是最可靠的螺旋式壓榨機。5第二章 螺旋榨油機的工作原理1： 工作原理是利用榨螺軸根徑由大到小或者螺旋導程逐漸縮小，炸膛內(nèi)的容積也就是說空余體積逐漸縮小，壓縮逐漸增大，而使油料的油脂被擠壓出來。工作過程是現(xiàn)將料胚加入料斗，由轉動的榨螺送入炸膛。由于榨螺軸作旋轉運動，帶動油料在炸膛內(nèi)運動，互相摩擦，溫度升高。又由于榨螺軸根徑不斷增大，炸膛容積越來越小，壓力越來越大，從而擠出料中的油脂。油脂在榨條間縫隙中流出，經(jīng)出油口至接油盤；油餅從出餅圈擠出；油渣從排渣口擠出。取油一般分為三段：1 進料端，2 主壓榨段，3 成餅段。油料在進入油機前，需要過一系列的預處理，現(xiàn)以大豆為例，大豆的預處理為工序為：大豆－清選－破碎（分離）－（粗軋）－軟化－軋胚－蒸炒－壓榨－毛油（豆餅）預榨改變了物料的容量，縮小物料的體積，提高了浸出器的生產(chǎn)能力和輸送設備的輸送能力。預榨浸出生產(chǎn)工藝改變了料胚形狀，在某些方面有利于浸出：1：預榨浸出生產(chǎn)大豆油，入浸物料由片狀改變?yōu)閴K狀，密度增加，溶劑滲透的阻力小。只要掌握好預榨餅的破碎粒度，就有利于溶劑的滲透、浸泡和滴干三者的結合；2：在大豆一次浸出中要求物料胚片軋得越薄越好，因胚越薄，細胞組織越破壞越徹底，浸出油路越短，細胞組織破壞越徹底，浸出油路越短，擴散阻力越小，浸出效果越好。但在實際生產(chǎn)中，胚軋的越薄，粉末度就會增加。當增加到一定程度（20%）時，浸出過程中的溶劑滲透性能就會降低，波殘油就會升高。采用預榨浸出，物料的強度增大，較一次浸出物料的粉末度易于控制。另外，物料在炸膛內(nèi)經(jīng)高溫擠壓、摩擦等外力作用，在軟化、軋胚的基礎上，細胞結構又進一步被破壞。因此，預榨浸出法生產(chǎn)對軋胚的要求沒有一次浸出生產(chǎn)那么嚴格，可以避免軋薄胚所增加的電能消耗和設備磨損。3：采用預榨浸出，不僅避免了加工高水分大豆經(jīng)常遇到的問題，就是加工標準水分大豆也可以更好地調(diào)整入浸水分。物料入炸膛后，在高溫高壓下，有部分水分汽化，通過榨條間隙逸出，榨條出膛后冷卻，又有排出部分水分。4：預榨浸出可降低容積比，一般控制在 1:0、6 左右，在產(chǎn)量提高的情況下，不增加6或稍增加溶劑循環(huán)量即可達到浸出效果，節(jié)省了溶劑。5：預榨浸出，由于日處理量增加，加工成本有所下降。2：設計榨油機的程序一部機器的質(zhì)量基本上決定于設計質(zhì)量。制造過程對機器質(zhì)量所起的作用，本質(zhì)上就在于實現(xiàn)設計時所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機器的設計階段是決定機器好壞的關鍵。3：準備階段在根據(jù)生產(chǎn)或生活的需要提出所要設計的新機器后，計劃階段只是一個預備階段。此時，對所要設計的機器僅有一個模糊的概念。通過在這大四有限的時間里， 我對螺旋式壓榨機做了一些基本的了解，對它的性能方面也著重的研究。4：方案設計階段 螺旋式壓榨機的主要區(qū)別體現(xiàn)在螺桿上，榨螺的設計是整個壓榨機的主體，由于查到的知識對螺旋式壓榨機的設計方法很多，所以決定采用多段式的壓榨方式，這樣對螺桿的設計和制造方面可以更好的處理，采用螺旋式的壓榨方式雖然比較傳統(tǒng)，但對于壓榨這個行業(yè)還是有無限的空間。螺桿設計采用的是三段式壓榨結構。對于機器，其實越簡單，出錯的可能性就越小，對于螺旋式壓榨機，結構簡單，操作方便。對于一些小型的榨油廠是首選。5： 技術設計階段方案設計階段結束后，進入技術設計階段，技術設計階段的工作如下：7（1） 機器的動力學計算結合零部件的結構及運動參數(shù)，初步計算各主要零件所受載荷的大小及特性。（2） 零部件的工作能力設計已知主要零部件所受的公稱載荷的大小和特性，即可做零部件的初步設計。設計所依據(jù)的工作能力準則，需參照零部件的一般失效情況、工作特性、環(huán)境條件等合理地擬定，本設計對主要零件的強度和軸承壽命等進行了計算。通過計算決定零部件的基本尺寸。（3） 機器的運動學設計根據(jù)確定的結構方案，做出運動學的計算，從而確定各運動構件的運動參數(shù)（轉速、速度等） ，然后選定原動機的參數(shù)（功率、轉速、線速度等） 。（4） 部件裝配草圖及總裝配草圖的設計本階段的主要目標是設計出部件裝配圖及總裝配草圖。再由裝配圖對所有零件的外形及尺寸進行結構化設計。在此步驟中，需要協(xié)調(diào)各零部件的結構及尺寸，全面地考慮所設計的零部件的結構工藝性，使全部零件有最好的構形。本文開始對螺旋式壓榨機的草圖（5） 主要零件的校核在繪制部件裝配草圖及總裝配草圖以后，所有零件的結構及尺寸均為已知，在此條件下，再對一些重要的零件進行精確的校核計算，并修改零件的結構及尺寸，直到8滿意為止。按最后定型的零件工作圖上的結構及尺寸，繪制部件裝配圖及總裝配圖。9第三章 螺旋榨油機的結構設計1 :榨螺軸的設計榨螺軸是由芯軸，榨軸，出渣梢頭，鎖緊螺母，調(diào)整螺栓，軸承等構成。裝配榨軸時，榨螺與榨螺之間必須壓緊，防止榨螺之間出現(xiàn)塞餅現(xiàn)象，必須擰緊鎖緊螺母，餅的厚度用旋轉的調(diào)整螺栓來控制。2 :榨籠的構造榨籠是由上下榨籠內(nèi)裝有條排圈，條排，元排所構成。條排 24 件，元排 17 件，還有壓緊螺母內(nèi)裝有出餅圈，榨膛的兩端分別于齒輪箱和機架相連接。3 :齒輪箱的構造及入料器的構造齒輪箱是由齒箱蓋，箱體，圓柱齒輪，傳動軸，軸承，皮帶輪等構成，可從頂部油塞孔加機油，從油標處看油面高度。入料器的組成主要有立軸，錐齒輪，軸承支座，固定板，錐斗等，使用自動進料器可以節(jié)省勞動力，提高生產(chǎn)效率。4 : 調(diào)節(jié)裝置的設計調(diào)節(jié)裝置的主要目的是調(diào)節(jié)出渣的粗細，相應的改變榨膛的壓力機構，為抵餅圈整軸移動或出餅圈同芯軸一起做軸向移動。其結構簡單，操作方便，機架的受力能在運轉中調(diào)節(jié)，但芯軸的軸 2 頭易損壞。由于采用整軸移動或夾餅圈，因此螺栓連接松脫現(xiàn)象比較嚴重，此裝置平穩(wěn)，低速重載的靜載荷，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用，工作載荷有變動時該摩擦力仍然存在。10第四章 螺旋榨油機主要參數(shù)的確定4.1：螺桿的設計及其校核 （1）： 榨膛容積比 εε＝Ｖ Ｊ ／Ｖ ch （2.1）查設計手冊得坯實際壓縮比 ε P=2.39 ; 實際壓縮比 ε n=3.25對于榨螺軸上，任何一節(jié)榨螺的理論壓縮比與實際壓縮比 1)(???npm?式中： ——榨螺上任一節(jié)榨螺的理論壓縮比；m?——榨螺上任一節(jié)榨螺的實際壓縮比；np——榨機的理論壓縮比與實際壓縮比的比值。?預計 在 7.5 到 14 之間，選擇 12?越大，作用在熱胚料上的單位壓力 P 也大而榨油機的生產(chǎn)率也高。P 的計算式為：P= （MPa）we02.5.???P=71.98MPa式中： 為取決于熱胚水分和溫度的系數(shù)，W 為榨料的水分，榨料不同 W 也不同，?一般為 1%到 2.8%內(nèi)，當 W=2.5%時， 0.0045，e 為自然對數(shù)低值。螺旋式榨油機的??特點是最高壓力區(qū)段較小，最大壓力一般分布在主壓榨段。由于影響因素較多，使壓力值變化范圍較大。11曲線 1 為一次壓榨，曲線 2 預榨（適合于高油份） 。參照小型螺旋式壓榨機主要參數(shù)的選擇，在 6YL—78 型，螺桿直徑76.5mm，螺桿轉速 105—120 轉/分，生產(chǎn)量為 60kg/時，配套動力為 5,5 千瓦。本設計的螺旋榨油機對象是大豆，其總壓縮比 ε＝7.5～14 ,取 ε＝12。先預計設計生產(chǎn)是 45kg/h，轉速為 60r/min。（2）:榨螺的設計計算榨螺軸是螺旋榨油機的主要工作部件之一，榨螺軸的結構參數(shù)、轉速、材質(zhì)的選擇對形成榨膛壓力、油與餅的質(zhì)量，生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本有很大關系。在設計中，采用套裝式變導程二級壓榨型榨螺軸，如圖 2.2，它將榨螺分成若干段，套裝在芯軸上用螺母壓緊，連續(xù)型榨螺軸的相鄰榨螺緊接，沒有距圈，結構較簡單，榨膛壓力較大，回料少，但齒型復雜，加工須配置專用機床，適用于較小型榨油機。圖 2.2 榨螺軸 連續(xù)型榨螺軸設計當榨螺軸的支撐點未決定前，先按扭轉強度條件計算出跟圓直徑 ；df12（mm）3160wfnpd?式中： ,F 位榨螺軸工作時阻力， 為榨螺軸所需功率； 為榨螺軸1VWFPWPwn工作時的轉速（ ） 。minr代入公式得 =15mmfd套裝式：（mm） ， 因 ，代入上式，可求出榨螺軸外徑 ：fcp0.3??cp2facpd?admmfcpad?2，方便設計 便定螺桿底徑為 50mm，m75螺齒高為： （mm）faH??H=(75-15)/2=30mm，榨螺軸的受力分析作用在榨螺上的周向分力 tF13當計算及榨螺螺面上摩擦力時：)cossin(co??fFnt ???= （N）cpdT2式中：T 為扭矩=9550 （N ）wnPm?=1049（N） tF作用在榨螺面上的周向力 P 為111APt??由于是采用變徑榨螺桿，所以是圓柱形榨螺：F =F （0.428cos （N）rn ??sinco??作用在螺旋面上的徑向力 P = (N)rrAF?作用在榨螺軸上的軸向分力 Fa= （N）a?sincosfn??作用在螺旋面上的軸向力 PaP = （N）aAF以上各式中： 為榨螺齒推料面傾角， 為背面傾角，?,30~????。??45~1?(3)榨螺齒形錐形根圓榨螺 榨螺齒形尺寸 α＝０～30°;β=15～45°,最大為 β＝90°;γ150°1?03.5712??d三角膠帶的設計1.計算功率 PcPc=KwPP=7Kw,Kw=1.1,n=1440r/min故 Pc=7.7 Kw2.選擇標準三角膠帶型號根據(jù)三角膠帶選型圖查得,型號為 B3.小帶輪直徑D1=140mm傳動比:i=n1/n2n2=140r/min,i=327n1=420r/minD2=n2iD2=480mm4.驗算速度v=πD1n1/60000v=10.5m/sB 型膠帶最大允許范圍為 25m/s,v=10.5m/s,故,符合要求.5.計算中心距和膠帶極限長度 Lp初定中心距0.7(D1+D2)120°合格7.膠帶根數(shù)P0=3.7828Z=P0/(P0+P0)K KlKq?K =0.92, Kl=1.03,Kq=0.8Z=1.95所以 Z=28.帶輪的結構設計大三角帶輪的結構尺寸基準直徑 d d=330mm ,帶輪寬 B=(Z-1)e+2f=30.3 mm,槽間距 e=12 0.3 ，取 e=12.3 mm .?第一對稱面至端面的距離 f=8 1 ,取 f=9.15 mm ,?基準線上槽深 h a=2.0 mm ,外徑 da=d d+2ha=334 mm ,最小輪緣厚 =5.5 mm ,取 =10 mm .min??基準下槽深 hf=9.0 mm , 輪槽角 φ=38° .基準寬度 bd=8.5 mm .d1=(1.8～2)d=44 mm ,d2=da-2(ha+hf+ )=292 mm ,?h1=290 =38.77 mm ,3nZaPh2=0.8h1=31.01 mm ,b1=0.4h1=15.508 mm ,b2=0.8b1=12.4064 mm ,f1=0.2h1=7.754 mm ,f2=0.2h2=6.202 mm ,L=(1.5～2)d=30.3 mm .4.4 螺旋式壓榨機的電動機選擇本設計適于大豆、菜籽等多種油料作物，對象是中、小型油廠，因此選取的電機29功率不高。由于本設計需要一個功率在 5KW 以上，參考以往設計，通過慎重考慮，重量不能太大并且采用連續(xù)周期工作制的（S6）異步電動機，其安裝形式為 V13011，通過查機械設計手冊選得：電動機 Y132-2，技術數(shù)據(jù)如下：額定功率 5.5KW，轉速 1450r/min，額定電流 13.4A，效率 92%，功率因數(shù) 0.78，最大轉距/額定轉距為 2.0，堵轉轉距/額定轉距為 2.0，堵轉電流/額定電流為 6.5，轉子轉動慣量 GD2為 0.535N*㎡，重量為 8.4㎏。30第五章 各軸承及鍵的選擇及有關校核1:鍵的選擇設計 鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定，以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。1 三角帶輪鍵的選擇鍵的截面尺寸 b×h 由軸的直徑 d 由標準中選定。鍵的長度 L 一般可按輪轂的長度而定，即鍵長等于或略短于輪轂的長度。I 軸 ：d=30 mm 處選用普通平鍵鍵寬 b×鍵高 h b×h =8×7 . 鍵 L , L1=25mm,L2=56mm,軸深度 t=4.0 mm（2）鍵的校核計算假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強度條件為σ p=2T×103/(kld) ≤[σ p ] （2.12）T 傳遞的轉矩為 T=9.126×10 4 N· mmK 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h=0.5×6=3 mml 鍵的工作長度，圓頭平鍵 l=L-b=56-8=48mmd 軸的直徑 d=30mm[σ p] 許用擠壓應力 [σ p ] =100～120 Mpa, 查表取 [σ p]=110 Mpa將數(shù)值代入公式σ p=2×9.126×10×103/(3×56×22)=55.309Mpa≤[σ p]=110 Mpa 符合標準。擠壓強度夠了，剪切強度也夠了。故，鍵的標記為： 鍵 8×56 .2 Ⅰ軸上的鍵 軸徑 d=22 mm , b×h=8×7 ,L=180 mm ,31軸徑 d=28mm 處的為普通平鍵，公稱尺寸 b×h=8×7 ,鍵長 L=70 mm ;3Ⅱ軸上的鍵 軸徑 d=28 mm , b×h=8×7 , 鍵長 L=55 mm ;4 芯軸上的鍵Ⅰ, 軸徑 d=35 mm , b×h=10×8 , 鍵長 L=80 mm ;軸的深度 t=5.0 mm .5 芯軸上的鍵Ⅱ, 軸徑 d=35 mm , b×h=10×8 , 鍵長 L=450 mm .2：軸承的設計（1）軸承壽命 Lh=106/(60n)(c/p)ε （2.13）對于滾子軸承，ε=10/3,我們計算 I 軸的滾動軸承為圓錐滾子軸承 32306。已知： n=418.6 r/min ,預期計算壽命 Lh＇ =5000h. 由公式得出，C求比值 F a/Fr=1284.3/2966=0.43Lh′=5000h （2.16）???????160Pn故所選軸承為圓錐滾子軸承 32306 ,滿足壽命要求 。3.4 3：滾動軸承的選擇（1）Ⅲ軸上的軸承的選擇Ⅲ軸上的大齒輪 B=95 mm ,B 200 , d=34mm ,內(nèi)徑 D=34 mm ,D1=1.8D=63 , 輪?轂厚 t ,t= =14 mm ,L=(1.2 ～1.5)D=52.5 mm , =(2.5～4)m n=10 8 , 2D? ??H1=0.8D=28 ,H2=0.8H1=22.4 ,C=H1/5=5.8 ,但要求 C 10 ,取 C=10 ,S=H1/6 ,取 ?S=10 ；選用芯軸上的軸承時，依據(jù) D1 來選，D1=63 mm ,選調(diào)心滾子軸承，型號為 22212 ,尺寸如下：d=60 mm ,D=110 mm ,B=28 mm ,Cr=81.8 KN ,COr=122 ,脂潤滑 n=3200 r/min ,重量 W=1.22 kg .d2=75.7 mm ,D2=93.5 mm ,rmin=1.5 ,安裝尺寸 damin=69 mm ,Damax=101 mm ,r amax=1.5 ;計算系數(shù) e=0.28 ,Y1=2.4 ,Y2=3.6 ,YO=2.4 .（2）Ⅰ軸和Ⅱ軸的軸承33選用相同型號的軸承，圓錐滾子軸承，型號為 32905 ;軸徑 d=25 mm ,基本尺寸 d=25 mm ,D=42 mm ,T=12 mm ,B=12 mm ,C=9 ,COr=21 ,Cr=16 ,W=0.064 kg ;計算系數(shù) e=0.32 ,Y=1.9 ,YO=1 ,其他尺寸 a=8.7 ,rmin=0.3 ,r1min=0.3 ,ramax=rbmax=0.3 ,=10°～18 °,取 =15??34第六章 結束語1．在設計螺旋榨油機的過程中，設計的對象主要是大豆等油料作物，適用于中小油廠，因此所需要得零件的精度要求不高，但榨螺軸的成本比較高，為了提高榨油機的工作壽命，要求配合精度高一些。2. 本機械設計思想是連續(xù)型，因此出渣不能成餅狀，為了降低成本，設有設計接渣斗。3．設計采用二級減速器，這樣提高了出油效率。在進料斗和機架的設計中，通過觀察成品機械，在不改變性能的情況下，盡量是機器靈便，占地面積小。在壓榨過程中，采用套裝式變導程二級壓榨，這比傳統(tǒng)的榨油機在性能上有了很大的改進。本論文是在指導老師文美純的精心指導下完成的。從論文的選課、課題講解、資料收集到最后的論文出稿、圖紙完成，文老師都給予了極大的幫助和支持，同時還有劉吉普老師一遍又一遍不厭其煩的講解、分析，讓我深深感動。導師嚴謹認真的作風給我留下了深刻印象。在此我對導師付出的辛勤勞動和提供的良好學習環(huán)境表示衷心的感謝。在本論文進行中，同組同學也給了熱情的幫助，在此表示誠摯的謝意。35參考文獻[1]吳宗澤,羅圣國.機械設計課程設計手冊：高等教育出版社，2004[2]成大先.機械設計手冊第四卷：化學工業(yè)出版社，2002[3]陳斌.食品加工機械與設備：機械工業(yè)出版社，2002[4]陸振曦，陸守道.食品機械原理與設計：中國輕工業(yè)出版社，2001[5]盧耀祖，鄭惠強.機械結構設計：同濟大學出版社，2004[6]劉鴻文.簡明材料力學：高等教育出版社，2003[7]胡繼強.食品機械與設備：中國輕工業(yè)出版社，1998[8]蔣迪清，唐偉強.食品通用機械與設備：華南理工大學出版社，2003[9]胡繼強.食品機械與設備：中國輕工業(yè)出版社，199836附錄：并聯(lián)位移機器人的設計Jacques M.HERVEECELE CENTRALE PARIS92295 CHATENAY MALABRY CEDEXFRANCE摘要:本文目的是對偶具有人性化機器人的應用做一個完全的介紹,并將著重討論并行機器人特別是那些能夠進行空間平移的機器人。在許多工業(yè)的應用過程中這種機器人被證明其末端執(zhí)行器在空間上的定位是沒必要的。這個方法的優(yōu)點是我們能系統(tǒng)地導出能預期得到位移子群的所有運動學鏈。因此，我們調(diào)查了機器人的整個家族。T-STAR 機器人現(xiàn)在就是一臺工作裝置。而 H-ROBOT,PRISM-ROBOT 是新的可能的機器人。這些機器人能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)快節(jié)奏工作中價格低以及符合挑選的工作環(huán)境，如選料、安排、包裝、裝配等發(fā)日益增長的需求。關鍵詞：運動學,并行機器人引言群論可以運用于一系列位移當中。根據(jù)這個理論，如果我們能夠證明群{D}包含所有的可能的位移，那么{D}就具有群結構。剛體的最顯著運動是由群{D}表現(xiàn)出來的。這方法導致機械裝置的分類 [1]。建立這樣的一個分類的主要的步驟是將位移群的所有子群導出。這能通過檢驗所有具有旋轉和平移特性的[2]產(chǎn)品直接推理出。然而,一個更有效的方法存在于假設群論[3],[4]中。假設群論是在取決于許多有限實參數(shù)的全純映射的基礎上定義的。位移群{D}是六維假設群的一個特例。假設理論在假設群論的框架內(nèi),我們將用于補償李代數(shù)的微元變換與通過其前面冪運算得到的有限運算結合起來。連續(xù)群通過與群微元變換有關的微分冪運算描述出來。另外，群體特性通過微分運算及其逆運算所得到的李代數(shù)的代數(shù)結構而得到了解釋。讓我們回憶一下李代數(shù)主要的定義公理：一個李代數(shù)是一個具有封閉乘積的反對偶稱雙線性的矢量空間。眾所周知 [5]，螺旋速度場是在給定點 N 的條件下通過運算得到的一個六維的矢量空間。由下面［3］中步驟表明，我們能得完整的歐幾里得位移{D}子群列表（見大綱表 1）。該列表是通過首先定義一個與速度場有關的微分運算符得到的。然后，通過冪運算，得到了李代數(shù)有限位移的表達式。此表達式相當于仿射的直接歸一正交變換。螺旋速度場的子李代數(shù)是對偶位移子群組的直接描述。{X (w)}子群為了利用平行機理得到空間平移，我們需要找到所有位移子群的交集——空間平移子群{T}。我們考慮的子群交集將嚴格的包含于兩個“平行”子群內(nèi)。此類別的最重要的情況是 2 個{X (w)} 子群和 2 個不同矢量方向 w 和 w’的平行關系。這很容易證明：{X(w)} {X(w’)}={T},w≠w’子群{X (w)}在機制設計起一個很重要的作用。該子群由帶有旋轉運動的空間平移組成,其旋轉主軸方向與所給定的矢量 w 的方向始終平行。{X(w)}機械聯(lián)系的實際實施是通過子群{X(w)}代表的37系列運動學對偶中的命令實現(xiàn)的。實際上棱柱對偶和旋轉對偶 P,R,H 都用于構造機器人(圓柱體對偶 C 以緊湊的方式結合棱柱對偶和旋轉對偶)。產(chǎn)生的這些運動學對偶的所有可能組合由子群組{X (w)}在[6]中給出。同時它們必須連續(xù)的滿足兩種幾何情況：旋轉軸與螺旋軸要與給定的矢量 w 平行；不是被動運動。{X{w}}子群的位移運算符,在 M 點的作用是:M → N + ａu + bv + cw +exp(hw^) N M ^是矢量乘積標志。點 N 和矢量 u,v,w 組成了空間的正交標架的基準。a, b, c, h 為具有四維空間的子群的四個參數(shù)?？臻g平移的并聯(lián)機器人當兩子群組{X(w)} 和{X(w’)},w≠w’,滿足 w≠w’，但矢量平行時，在移動平臺和固定馬達之間，其機械生成元就足以能產(chǎn)生空間平移。三個子群組{X (w)},{X(w’)},{X(w’’)},w≠w’時其生成元同樣也能產(chǎn)生空間平移。P，R 或 H 的任何系列組成群組{X (w)}生成元的對偶的空間平移都能被實現(xiàn)。此外，這 3 種機械生成元可以是不同或一樣但都取決于所需的運動學結果。這種組合范圍很廣，使得整個能進行空間平移的機器人家族成員得到了增加。最有趣的是建筑的模擬能容易地是完成，機器手的選擇也能適應委員的需要。Clavel 的 Delta 機器人屬于這個家族，因為它基于相同的運動學原理[7]。并行操作機器人 Y-STARSTAR [16] 由 3 個能產(chǎn)生{X (u)}, {X (u’)}, {X(u’’)} (fig 1)子群組的協(xié)作操作臂組成。3 只機械臂是相同且每只都能通過一系列的 RHPaR 生成一個子群{X (u)}，其中 Pa 代表循環(huán)平移協(xié)作，此平移協(xié)作由一塊絞接的平行四邊形的兩對偶立的桿控制決定。兩旋轉對偶軸與螺旋對偶軸必須平行以保證能生成{X (u)}子群組。每條機械臂，第一個 2 對偶,即同軸旋轉對偶和螺旋對偶組成固定機器人的固定部分，同時形成處于相同平面的軸的機械結構，將其分為三個相同部分，從而形成了 Y 行狀。因此任意兩軸之間的角度都占整個空間角度的 2 /3。機器人的移動部分由 PaR 系列組成，都能集中于移動平臺做指定的某點位置。平臺與參考平面保持平行，不能繞垂直于參考平面的軸旋轉。任何的一種專有的末端執(zhí)行器都能是放置在這流動的平臺上。 所得到的反應移動平臺的{T}子群僅能在空間進行平移,在[8]中給出。H 型機器人 大部分并型機器人包括 Delta 機器人和 Y Star 機器人，其末端執(zhí)行器的工作空間與整個裝置相比較小。這是此類機器人的一個缺陷。為了避免這種工作空間的限制，對偶此裝置安裝具有平行軸的電動千斤頂。與 Y Star 相似的機器人臂不能使用：三個相同集{X (v)}的交集等于{X (v)}而不是{T}。因此，在計新的 H 機器人[16]時，我們選擇與 Y-Sta 相同的兩條手臂，第三條手臂可與Delta 手臂相比。這第三條機械臂開始形成帶有與第一個兩電動千斤頂平行的機動化柱狀對偶的固定框架。繼以之絞接的二維平行四邊形，此四邊形由于其中一根桿的緣故能繞垂直于 P 對偶的軸轉動。與此桿相對偶的桿經(jīng)由平行軸的旋轉對偶 R 被連結到移動平臺上。當平行四邊形形狀變化時，這個性質(zhì)被保持(自由度為一)。此機器人的第一個樣機有一個團隊的學生在 Pastoré 教授的指導下于法國“IUT de Ville D’Avray”完成的。此 H 型機器人安裝了具有 3 種系統(tǒng)的螺桿(1)／大間距38的螺母(2)，能允許快速移動。它由軸承(6)通過執(zhí)行機構 M 控制。三個絞接的平行四邊形位于（4）的兩端，在（5）的中間將螺母與水平平臺（3）連接。機架（7）支撐著整個結構（圖 2）。邊螺旋桿允許沿著其軸轉動和移動。中心螺母則不允許平行四邊形構架的轉動。移動平臺與半氣缸相似，其自由度為 3。這裝置的主要優(yōu)點是那工作空間是直接與平行軸長度成比例，能得到一個較大工作空間。柱狀-機器人滑動對偶偶 P 較好的性有能在在工業(yè)機械元件上得到應用的可能。一個平行四邊形能夠利用四轉動對偶偶 R 得到一個移動自由度。因此，利用柱狀對偶偶代替平行四邊形（Star 機器人）進行機器人設計是一個經(jīng)濟可行的方法。人們想象出了由 CPR 三重次序組成的很多幾何排列（圓柱形對偶偶 C 可能能被 RP 代替以得到一電動千斤頂）。軸 C 必須在每次排列中與 R 軸平行。P 對偶偶的方向可以是任意的。柱狀機器人的草圖見圖 3。兩固定電動千斤頂是同軸的。第三個電動千斤頂為垂直安裝。實際上，這些軸都是水平的。兩柱狀對偶偶相對偶于前兩軸呈 45 度角。第三柱狀對偶偶與第三軸垂直。移動平臺在不需要人為調(diào)節(jié)的條件下在較大工作空間內(nèi)自行移動。結論很多資料[10], [11], [12], [13], [14], [15]表明了假設群論的，特別是其動力學的重要性。通過對偶新的并行機器人的查證能夠?qū)ε嘉覀冞M行機器人原型的構造有很大幫助。其機械性能的日益增加和制造費用的降低用使得機器人在當今工業(yè)制造中越來越具有吸引力。這種新機器人具有通用并行機器人在定位、靈敏性和馬達定位安裝方面的優(yōu)點，可代替 DELTA 機器人。簡寫列表 1置換組的子群{E} 恒等。{t(D)} 對直線 D 的平移。{R(N,u)} 繞軸旋轉裝置.( 或同等物對 N',和 NN 的 u'^u=O){H(N,u,p)} 轉軸 (N ,u,p)= 2 k 的螺旋運動。{t(P)} 對平面 P 的平移。{C(N,u)} 沿軸平移的組合旋轉裝置.(N,u){t} 空間的平移。{G(P)} 對平面P的平行平面運動。{Y(w,p)} 平面垂直平移到 w 所允許的平移旋轉和沿任何軸平行到 w 的旋轉動作。{S(N)} 在點N周圍的額球狀的旋轉裝置。{X(w)} 允許空間和沿任一軸旋轉到 w 的平移旋轉裝置運動。 {D} 綜合剛體運動。Design 39of parallel manipulators via the displacement groupJacques M.HERVEECELE CENTRALE PARIS92295 CHATENAY MALABRY CEDEXFRANCEAbstract: Our aim is to give a complete presentation of the application of Life Group Theory to the structural design of manipulator robots. We focused our attention on parallel manipulator robots and in particular those capable of spatial translation. This is justified by many industrial applications which do not need the orientation of the end-effectors in the space. The advantage of this method is that we can derive systematically all kinematics chains which produce the desired displacement subgroup. Hence, an entire family of robots results from our investigation. The T-STAR manipulator is now a working device. H-ROBOT, PRISM-ROBOT are new possible robots. These manipulators respond to the increasing demand of fast working rhythms in modern production at a low cost and are suited for any kind of pick and place jobs like sorting, arranging on palettes, packing and assembly.Keywords: Kinematics, Parallel Robot.IntroductionThe mathematical theory of groups can be applied to the set of displacements. If we can call {D} the set of all possible displacements, it is proved, according to this theory, that {D} have a group structure. The most remarkable movements of a rigid body are then represented by subgroups of {D}. This method leads to a classification of mechanism [1]. The main step for establishing such a classification is the derivation of an exhaustive inventory of the subgroups of the displacement group. This can be done by a direct reasoning by examining all the kinds of products of rotations and translations [2]. However, a much more effective method consists in using Lie Group Theory [3] , [4].Lie Groups are defined by analytical transformations depending on a finite number of real parameters. The displacement group {D} is a special case of a Lie Group of dimension six. Lie’s TheoryWithin the framework of Lie’ Theory, we associate infinitesimal transformations makingup a Lie algebra with finite operations which are obtained from the previous ones by exponentiation. Continuous analytical groups are described by the exponential ofdifferential operators which correspond to the infinitesimal transformations of the group.Furthermore, group properties are interpreted by the algebraic structure of Lie algebra of the differential operators and conversely. We recall the main definition axiom of a Lie algebra: a Lie algebra is a vector space endowed with a bilinear skew symmetric closed product. It is 40well know [5] , that the set of screw velocity fields is a vector space of dimension six for the natural operations at a given point N.By following the steps indicated in [3] we can produce the exhaustive list of the Lie subgroup of Euclidean displacements {D} (see synoptical list 1). This is done by first defining a differential operator associated with the velocity field. Then, by exponentiation, we derive the formal Lie expression of finite displacements which are shown to be equivalent to affine direct orthonormal transformations. Lie sub-algebras of screw velocity fields lead to the description of the displacement subgroups.The {X (w)} subgroupIn order to generate spatial translation with parallel mechanisms, we are led to look for displacements subgroups the intersection of which is the spatial translation subgroup {T}.We will consider only the cases for which the intersection subgroup is strictly included in the two “parallel” subgroups. The most important case of this sort is the parallel association of two {X (w)} subgroups with two distinct vector directions w and w’. It is easy to prove:{X(w)} {X(w’)}={T},w≠w’?The subgroup {X (w)} plays a prominent role in mechanism design. This subgroup combines spatial translation with rotation about a movable axis which remains parallel to given direction w , well defined by the unit vector w. Physical implementations of {X(w)} mechanical liaisons can be obtained by ordering in series kinematics pairs represented by subgroups of {X(w)}. Practically only prismatic pair and a revolute pair P, R, H are use to build robots (the cylindric pair C combines in a compact way a prismatic pair and a revolute pair). A complete list of all possible combinations of these kinematics pairs generating the {X (w)} subgroup is given in [6].Two geometrical conditions have to be satisfied in the series: the rotation axes and the screw axes are parallel to the given vector w; there is no passive mobility.The displacement operator for the {X {w}} subgroup, acting on point M is:M → N + ａu + bv + cw +exp(hw^) N M^ is the symbol of the vector product.Point N and the vectors u, v, w make up an orthogonal frame of reference in the space and a, b, c, h are the four parameters of the subgroup which has the dimension 4.Parallel robots for spatial translation To produce spatial translation it is sufficient to place two mechanical generators of the subgroups {X(w)} and {X(w’)},w≠w’, in parallel, between a mobile platform and a fixed motors then three generators of the three subgroups {X(w)},{X(w’)},{X(w’’)},w≠w’, is 41needed. Any series of P, R or H pairs which constitute a mechanical generator of the {X (w)} subgroup can be implemented. Morever, these three mechanical generators may be different or the same depending on the desired kinematics results. This wide range of combinations gives rise to an entire family of robots capable of spatial translation. Simulation of the most interesting
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