湘玉竹切片機(jī)的設(shè)計(jì)

湘玉竹切片機(jī)的設(shè)計(jì),玉竹,切片機(jī),設(shè)計(jì) 邵陽(yáng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 內(nèi)容提要 本設(shè)計(jì)用于湘玉竹的切片，其主要特點(diǎn)為旋切式切片，通過(guò)計(jì)算平帶的長(zhǎng)度和刀具的寬度,設(shè)計(jì)在平帶上裝了八把刀片，每次切得1mm,使得其效率比同類(lèi)產(chǎn)品要高，從而提高生產(chǎn)效益。基本的工作原理:機(jī)構(gòu)由電動(dòng)機(jī)傳遞動(dòng)力給V帶,通過(guò)V帶的減速,再由V帶將動(dòng)力傳遞給平帶輪從而帶動(dòng)刀片完成切片。在切片的同時(shí)通過(guò)變頻電動(dòng)機(jī)與齒輪齒條的配合，使得壓緊機(jī)構(gòu)對(duì)物料進(jìn)行壓緊，然后進(jìn)行切片。這里設(shè)計(jì)的旋切式湘玉竹切片機(jī)，雖然是針對(duì)湘玉竹而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，但也可以用到其它的相關(guān)領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)是效率較高。 Summary The design is used to slice polygonatum. It’s main characteristic is spin slice. By calculating the length of flat belt and the width of cutting tool and designing to install 8 blades on flat belt, it can make every cut 1mm, which makes it’s efficiency higher than other kindred products’. Therefore, the production efficiency is improved. Basic working theory: through electromotor, machine transfers power to V belt; through speed-down of V belt and to transfer the power to flat belt wheel by V belt, it makes the blades to slice. When slicing, the match between frequency conversion electromotor and gear and rack makes press institute to press the material to slice. Although the spin slice polygonatum slice machine is designed for polygonatum, it can also be used in other relational field. It ‘s main characteristic is high efficiency. 1 前言 玉竹又名尾參，玉參、萎蕤、鈴鐺菜,為百合科玉竹,以根狀莖入藥。根莖味甘、微苦，具有養(yǎng)陰潤(rùn)燥、生津止渴的功效，適用于肺胃陰傷、燥熱咳嗽、咽干口渴、內(nèi)熱消渴等病的治療，并可作高級(jí)滋補(bǔ)食品、佳肴和飲料。 另栽培玉竹經(jīng)濟(jì)效益十分可觀，是農(nóng)民生產(chǎn)致富的一條好門(mén)路。玉竹產(chǎn)量很高，2年生玉竹一公頃最高可產(chǎn)75000千克，一般可產(chǎn)45000千克；3年生玉竹一公頃最高可產(chǎn)12000千克，一般可產(chǎn)75000千克。切片加工要求尾參已經(jīng)成為半干品，并已拔須。由于它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，決定它只允許豎著切片，而不能在其他任何方向切。同時(shí)，切片厚度要比較小和均勻。 目前，尾參的加工，主要停留在落后的手工加工階段，無(wú)以應(yīng)對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)和大批量的加工需求，特別是用手按著藥物，刀片在底下切割的形式，限制了人的自由和提高了勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了工作效率,所創(chuàng)造的效益也極其的少，難以達(dá)到現(xiàn)在市場(chǎng)的需求，目前國(guó)內(nèi)也有一些切片機(jī)，但它們的效率也不是很高，如由邵陽(yáng)神風(fēng)動(dòng)力制造有限責(zé)任公司研究的一種玉竹切片機(jī)每小時(shí)可加工玉竹片２０－３０公斤，玉竹片最長(zhǎng)可達(dá)２０－３０ｃｍ長(zhǎng)。 因此本人對(duì)以前的切片機(jī)進(jìn)行參考，進(jìn)行改進(jìn)，將其刀片改為旋切式的，提高機(jī)構(gòu)的切片效率設(shè)計(jì)出此作品。 2 設(shè)計(jì)思路及整體方案 2.1 整體設(shè)計(jì)思路 本人設(shè)計(jì)的旋切式湘玉竹切片機(jī)，主要是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶降速并傳遞給平帶動(dòng)力，從而使平帶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使刀片對(duì)湘玉竹進(jìn)行旋切。由齒條和彈簧的的配合使得刀片在切完一箱湘玉竹后，立即更換物料箱，并且壓緊物料進(jìn)行切割。見(jiàn)圖1。 2.2設(shè)計(jì)方案 通過(guò)平帶的傳動(dòng)與切割，完成切片過(guò)程；同時(shí)使用齒條和彈簧使得壓緊元件能夠很好的壓緊，在即將切完時(shí)迅速的退出并且更換物料箱；至于刀片，將其用鉚釘釘入平帶中，物料箱固定在機(jī)架上的導(dǎo)軌上，隨著平帶的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，刀片也跟著運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，在平帶上安裝了8把刀片，使得其效率非常的高。 2.3 機(jī)構(gòu)示意圖 小平帶輪1——通過(guò)它的軸與V帶軸連接，為主動(dòng)輪；機(jī)架2——通過(guò)它支撐與連接機(jī)架平臺(tái)，起到固定的作用； 機(jī)架平臺(tái)3——用來(lái)支撐物料箱上的導(dǎo)軌；平帶4——在上面安裝刀片，切片的同時(shí)也支撐物料；定位元件5——用電機(jī)控制它的運(yùn)動(dòng)情況，在切片的時(shí)候固定物料箱；壓緊輪6——用來(lái)壓緊平帶，保證平帶的強(qiáng)度；刀片7——用鉚釘鉚在平帶上，切片的元件；壓緊機(jī)構(gòu)8——它與電機(jī)配合，用來(lái)壓緊物料；物料箱9——用來(lái)盛放物料的裝置；導(dǎo)軌10——設(shè)計(jì)在物料箱的兩側(cè)，正好架在機(jī)架平臺(tái)上；支撐板11——支撐平帶；大帶輪12——機(jī)構(gòu)的從動(dòng)部件。 1-小平帶輪 2-機(jī)架 3-機(jī)架平臺(tái) 4-平帶 5-定位元件 6-壓緊輪 7-刀片 8-壓緊機(jī)構(gòu) 9-物料箱 10-導(dǎo)軌 11-支撐板 12-大平帶輪 圖2.1 切片機(jī)示意圖 3 電動(dòng)機(jī)的選擇 作為動(dòng)力源頭，它的選擇是否恰當(dāng)，關(guān)系到整個(gè)機(jī)構(gòu)的性能。它的選擇包括選擇類(lèi)型、結(jié)構(gòu)形式、容量（功率）和轉(zhuǎn)速，并確定型號(hào)。 電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)形式要根據(jù)電源（交流或直流），工作條件（溫度、環(huán)境、空間尺寸等）和載荷特點(diǎn)（性質(zhì)、大小、啟動(dòng)性能和過(guò)載情況）來(lái)選擇。 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)有開(kāi)啟式、防護(hù)式、封閉式和防爆式等，可根據(jù)防護(hù)要求來(lái)選擇。同一類(lèi)型的電動(dòng)機(jī)又具有幾種安裝形式，應(yīng)根據(jù)安裝條件來(lái)確定。 作為本次設(shè)計(jì)需要，重點(diǎn)在電動(dòng)機(jī)的選擇上，而功率又是選擇的根本，針對(duì)此機(jī)構(gòu)工作特點(diǎn)，將其歸入平穩(wěn)負(fù)載連續(xù)工作制電動(dòng)機(jī)功率的選擇。 額定功率的計(jì)算： （3.1） 式中 pe----電動(dòng)機(jī)額定功率（kw）； Pz----負(fù)載功率（kw）； ----折算到電動(dòng)機(jī)軸上的靜負(fù)載轉(zhuǎn)矩（n.m）； ne----電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)速（r/min）。 另根據(jù)實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1）可得切一根玉竹的力大約在20N左右，而本人設(shè)計(jì)的物料箱的寬度為300mm，所需切片的湘玉竹先經(jīng)過(guò)初選，其直徑為平均為15mm，即物料箱中可以擺放下20根玉竹，其整體切一次需力約400N。 表3.1 通用剪切報(bào)告 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) 試樣寬度（mm） 最大載荷（N） 通用剪切試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) 1.5 7.5 15 22.5 5.77 37.62 37.02 41 帶輪軸所需功率為 （3.2） 考慮到傳動(dòng)裝置的功率消耗，電動(dòng)機(jī)的輸出功率為 （3.3） 式中，為從電動(dòng)機(jī)到小帶輪軸之間的總效率，= =0.903 , =0.99為彈性聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率，=0.98為一對(duì)滾動(dòng)軸承效率，=0.98為一對(duì)滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率，=0.95為彈性聯(lián)軸器與v帶的傳動(dòng)效率。 電動(dòng)機(jī)的輸出功率為=2.2 kW，因此本人的設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為Y132S-6，額定功率為3kW，轉(zhuǎn)速為960r/min。 4 聯(lián)軸器的選擇 普通的聯(lián)軸器有剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸器之分，剛性聯(lián)軸器由剛性零件組成，無(wú)緩沖減振能力，適用于無(wú)沖擊，被聯(lián)接的兩軸中心線嚴(yán)格對(duì)中，而且機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不發(fā)生相對(duì)位移的地方。撓性聯(lián)軸器容許兩軸有一定的安裝誤差，兩軸間的偏移靠元件的相對(duì)位移或者靠彈性元件的彈性變形補(bǔ)償位移。 4.1 小V帶軸和電動(dòng)機(jī)軸之間聯(lián)軸器的選擇 因切片機(jī)的載荷變化大，選用緩沖較好的，同時(shí)具有可移性的彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器。Y132S-6電動(dòng)機(jī)軸的直徑為38mm，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，根據(jù)軸徑和計(jì)算轉(zhuǎn)矩選用TL6聯(lián)軸器： 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩: 選擇工作情況系數(shù)K,查表取K=1.5,計(jì)算轉(zhuǎn)矩: =1.529.8=44.7Nmm. 其許用最大扭矩,許用最高轉(zhuǎn)速 此聯(lián)軸器合用 4.2 大V帶軸和小平帶軸之間聯(lián)軸器的選擇 根據(jù)兩軸的直徑大小,選擇彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器TL5: 聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩: 選擇工作情況系數(shù)K,查表K=1.5,計(jì)算轉(zhuǎn)矩: =1.586.3=129.45Nmm. 其許用最大扭矩,許用最高轉(zhuǎn)速 此聯(lián)軸器合用。 4.3 壓緊裝置電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)軸之間聯(lián)軸器的選擇 壓緊裝置選用的變頻電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YZTPWT112M-2。電動(dòng)機(jī)軸的直徑為28mm,選用彈性套柱銷(xiāo)聯(lián)軸器TL5:。 5 平帶的設(shè)計(jì) 5.1 平帶及帶輪材料的選擇 首先平帶的材料選取為膠帆布平帶，這是由于帶輪的工作環(huán)境比較干燥，工作量比較小。至于帶輪，選取為普通的滾筒，由于其所要承受的載荷不是很大，因此滾筒的結(jié)構(gòu)形式為輪輻式。 5.2 平帶及帶輪的機(jī)構(gòu)示意圖 圖5.1 平帶及帶輪的示意圖 5.3 平帶及帶輪的一些基本尺寸及計(jì)算 （1）帶速v=5m/s （2）小帶輪的直徑 d= (5.1) 由初選速度5m/s，查表選得平帶小帶輪的直徑取315mm，大帶輪的直徑取400mm，所以小帶輪軸的轉(zhuǎn)速為n=303.3r/min （3）大帶輪的直徑 d= （?。? (5.2) 所以大帶輪軸的轉(zhuǎn)速為n=234.1r/min （4）帶長(zhǎng) =2a+（d+ d）+ (5.3) 將數(shù)字代入=3983.8mm 考慮到膠帆布平帶用硫化接頭聯(lián)接，由表得，選取帶 的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L為4000mm。 （5）如果帶傳動(dòng)的中心距過(guò)小，則帶長(zhǎng)較小，在速度一定時(shí)，帶的循環(huán)次數(shù)多，對(duì)帶的壽命不利，同時(shí)包角也減小，因此帶傳動(dòng)的中心距不宜過(guò)小，也不宜過(guò)大，否則引起帶的跳動(dòng)。 初定中心距： (5.4) ，取a=1430mm 計(jì)算實(shí)際中心距： =1439.6 (5.5) （6）在帶的最大有效拉力的分析中可知，小帶輪包角取得過(guò)小，將影響帶傳動(dòng)能力，一般小平帶輪的包角應(yīng)不小于，如果設(shè)計(jì)時(shí)包角太小，應(yīng)增大中心距或張緊輪。 a =176.59 (5.6) （7）帶層：初選速度為5m/s，小帶輪直徑為315mm，查表得Z=6 （8）帶厚 =7.5mm 這里取帶厚為9.6mm （9）帶寬 b=355mm （10）輪緣寬度取400mm （11）計(jì)算帶的張緊力和壓軸力 帶的截面積A= 查表得 =1.1，=0.97，=1.0，=1.2 得A=2.37 (5.7) ----工作情況系數(shù) ----小帶輪的包角系數(shù) ----傳動(dòng)布置系數(shù) ----平帶單位截面積所能傳遞的額定功率 帶的正常張緊應(yīng)力，短距離普通傳動(dòng)取=1.6，作用在軸上的壓軸力：=7.93N (5.8) 由小帶輪軸的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以將v帶的傳動(dòng)比算出來(lái)，i=960/303.3=3.17，同時(shí)計(jì)算出從電動(dòng)機(jī)的輸出軸到平帶輪輸出軸的功率、扭矩，計(jì)算過(guò)程中將效率算進(jìn)去。可得下表： 表5.1 軸的轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、效率 電動(dòng)機(jī)軸 小v帶軸 大v帶軸 小平帶軸 大平帶軸 轉(zhuǎn)速 功率 效率 轉(zhuǎn)矩 960 3 0.97 29.8 960 2.91 0.94 28.9 303.3 2.74 0.97 86.3 303.3 2.65 0.94 83.4 234.1 2.49 101.6 （r/min） （KW） （N·M） 式中0.94為平帶傳動(dòng)的傳動(dòng)效率 5.4 平帶上的刀片的設(shè)計(jì) 因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，刀片既要一邊支撐物料，又要一邊切削。所以我將它與平帶設(shè)計(jì)在一起，隨著平帶的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。 同時(shí)考慮到箱子不能跟平帶一起運(yùn)動(dòng)，必須另外有裝置固定它，所以，我設(shè)計(jì)支架通過(guò)它支撐箱子，又為了避免妨礙刀片運(yùn)動(dòng)，就將刀片寬度設(shè)定為箱子寬度。考慮到平帶是圓周運(yùn)動(dòng)，因此我設(shè)計(jì)在每隔一定的距離安裝一把刀片，有效的利用圓周運(yùn)動(dòng)，大大的提高工作效率。由平帶的轉(zhuǎn)速、帶長(zhǎng)和物料箱的長(zhǎng)度決定每隔50 cm安裝一把刀片，這樣在整個(gè)平帶上就有8把刀片，即在平帶運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，刀片切削8次。刀片的尺寸為寬30cm，長(zhǎng)1cm，高0.1cm。，用鉚釘將刀片鉚上去。鉚釘?shù)拇笮∵x?。翰捎贸令^的型式， 。同時(shí)，為防止平帶的強(qiáng)度由于有溝槽而降低，在平帶上裝有刀片的地方也鉚上薄鐵皮，能有效的減少因開(kāi)有溝槽而造成的強(qiáng)度降低。 1-刀片 2-溝槽 3-平帶 4-鉚釘 5-鐵片 圖5.2 刀片示意圖 5.5 帶輪軸的設(shè)計(jì)與校核 5.5.1 小帶輪軸的設(shè)計(jì)與校核 選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力：選用45號(hào)鋼正火處理，查表《軸的常用材料及其主要力學(xué)性能和應(yīng)用》得強(qiáng)度極限=600MPa，其許用彎曲[]=55MPa。 確定軸的直徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算，取C=110，則 d=C=110=22.66mm （5.9） 考慮到軸上有鍵槽，將軸的直徑增大5%，則 d=22.66×（1+5%）=23.79 mm 此段軸的直徑和長(zhǎng)度應(yīng)與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器TL5型彈性圈柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，起軸孔直徑為25mm，與軸配合部分長(zhǎng)度為62mm，故此段軸的直徑為25mm。 軸的簡(jiǎn)圖和受力分析圖如下 ： 圖5.3 軸的分析圖 軸的基本數(shù)據(jù)如下 d=25mm L=80mm 此段軸上裝有鍵槽，其尺寸為b×h=8×7 , L=40mm d=30 mm L=19mm 此段軸主要是用于安裝軸承，主要按軸承內(nèi)徑尺寸系列確定，初選軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為6306，內(nèi)徑為30mm，外徑為72mm，寬度為19mm。 d= 50mm L= 400mm 此段軸主要考慮軸上的鍵槽，取其數(shù)值為 b×h=14×9 d = 30 mm L= 30mm 此段只要也是安裝軸承，選取軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為6306。 畫(huà)水平受力圖，計(jì)算支點(diǎn)反力，畫(huà)水平彎矩圖，見(jiàn)圖4，考慮到C、D處為可能的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出C、D處的彎矩。 由于軸主要是承受轉(zhuǎn)矩，T=83400 ==3336N 支點(diǎn)反力N C點(diǎn)彎矩： D 點(diǎn)彎矩： 畫(huà)出垂直面受力圖，計(jì)算支點(diǎn)反力和C、D兩處的彎矩，畫(huà)出垂直面彎矩圖如圖4所示。 支點(diǎn)反力 C點(diǎn)彎矩： D點(diǎn)彎矩： 求合成彎矩，畫(huà)出合成彎矩圖如圖4所示。 C點(diǎn)合成彎矩： D點(diǎn)合成彎矩： 畫(huà)出轉(zhuǎn)矩T圖，如圖所示。 計(jì)算C、D點(diǎn)的當(dāng)量彎矩，畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖，如圖4所示。 C點(diǎn)當(dāng)量彎矩： D點(diǎn)當(dāng)量彎矩： 校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)彎矩的大小及軸的直徑選定C、D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力 （因C截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響，故乘以0.95）。 C、D兩截面均安全。 5.5.2 大帶輪軸的設(shè)計(jì)與校核 選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力：選用45號(hào)鋼正火處理，查得強(qiáng)度極限=600MPa，查得其許用彎曲[]=55MPa。 確定軸的直徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算，取C=110，則 d=C=110=24.9 mm （5.10） 考慮到軸上有鍵槽，將軸的直徑增大5%，則 d=24.9×（1+5%）=25.4 mm 這里d取30mm。 軸的示意圖如下 圖5.4 軸的示意圖 軸的基本數(shù)據(jù)如下 d= d=30mm L= L=30mm 此兩段軸主要是用于安裝軸承，主要按軸承內(nèi)徑尺寸系列確定，初選軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為6306，內(nèi)徑為30mm，外徑為72mm，寬度為19mm。 d = 50mm L= 400mm 此段軸主要考慮軸上的鍵槽，查表取其數(shù)值為 b×h=14×9 L=180mm 由于軸主要是承受轉(zhuǎn)矩，受力情況與小輪軸相同，可參照?qǐng)D4所示。 T=101600 ==4064N 水平支點(diǎn)反力和C、D兩處彎矩的計(jì)算： 支點(diǎn)反力N C點(diǎn)彎矩： D 點(diǎn)彎矩： 垂直支點(diǎn)反力和C、D兩處彎矩的計(jì)算： 支點(diǎn)反力 C點(diǎn)彎矩： D點(diǎn)彎矩： 求合成彎矩： C點(diǎn)合成彎矩： D點(diǎn)合成彎矩： 計(jì)算C、D點(diǎn)的當(dāng)量彎矩： C點(diǎn)當(dāng)量彎矩： D點(diǎn)當(dāng)量彎矩： 校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)彎矩的大小及軸的直徑選定C、D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力 （因C截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響，故乘以0.95）。 C、D兩截面均安全。 6 V帶的設(shè)計(jì) V帶有普通V帶、窄V帶、聯(lián)組V帶、齒形V帶等類(lèi)型。其中普通V帶和窄V帶已標(biāo)準(zhǔn)化，帶的尺寸按GB/T11544-1989規(guī)定，因?yàn)槠胀╒帶的摩擦力大，允許包角小，傳動(dòng)比大，所以在這里我使用普通V帶。 6.1 選擇V帶的型號(hào) 首先確定V帶每天的工作時(shí)間，為1016小時(shí)內(nèi)，查表《工作情況系數(shù)K》查得K=1.1，所以計(jì)算功率 KW （6.1） P----傳遞的名義功率 ----工作情況系數(shù) 根據(jù)和由圖《普通V帶選型圖》確定選用A帶。 6.2 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 帶的彎曲應(yīng)力是引起帶的疲勞破壞的重要原因，帶輪越小，帶的彎曲應(yīng)力越大，因此小帶輪的直徑不能太小，由表《V帶輪的最小直徑》取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為d=100mm 計(jì)算從動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑： (6.2) 取=0.02，以知i=3.17 得=310.66 按GB/T135751-1992規(guī)定，V帶輪的基準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)系列取=315mm 實(shí)際的傳動(dòng)比 (6.3) 傳動(dòng)比誤差相對(duì)值 一般允許誤差5%，所選大帶輪直徑可用 6.3 驗(yàn)算帶的速度 V= （m/s） （6.4） 帶速在525m/s 范圍內(nèi)，帶速是合適的。 6.4 確定V帶長(zhǎng)及中心距 根據(jù)0.55（d+ d）〈〈2（d+ d），初定中心距=420 ，根據(jù)下式計(jì)算帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L=2+（d+ d）+ （6.5） = =1511.8 mm 根據(jù)表《V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度L》選取帶長(zhǎng)為1600 mm。 mm （6.6） 6.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角 a=153.78120 （6.7） 主動(dòng)輪上包角合適。 6.6 確定帶的根數(shù) （6.8） 取4根，上式=0.97 kW，=0.11 kW，=0.93，=0.99，系數(shù)的選取。 6.7 計(jì)算帶的張緊力和壓軸力 單根帶的張緊力為：=140.9N (6.9) q----單位長(zhǎng)度質(zhì)量，A帶取0.1 帶輪軸的壓軸力為： (6.10) 7 V帶輪的設(shè)計(jì) 7.1 小V帶輪軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力：選用45號(hào)鋼正火處理，查表《軸的常用材料及其主要力學(xué)性能和應(yīng)用》得強(qiáng)度極限=600MPa，其許用彎曲[]=55MPa。 確定軸的直徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算，取C=110，則 d=C=110=15.92 mm （7.1） 考慮到軸上有鍵槽，將軸的直徑增大5%，則 d=15.92×（1+5%）=16.72 此段軸的直徑和長(zhǎng)度應(yīng)與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器TL6型彈性圈柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，起軸孔直徑為38mm，與軸配合部分長(zhǎng)度為60mm，故此段軸的直徑為38mm。 軸的簡(jiǎn)圖與分析圖如下 圖7.1 軸的示意圖 軸的基本數(shù)據(jù)如下 d=38mm L= 80mm 此段軸主要考慮軸上的鍵槽，查表取其數(shù)值為 b×h=10×8 L=60mm d =d=40mm L=30 此段軸主要是用于安裝軸承，主要按軸承內(nèi)徑尺寸系列確定，初選軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為6305，內(nèi)徑為40mm，外徑為90mm，寬度為23mm。 d=45mm L=70mm 此段軸主要考慮軸上的鍵槽，查表取其數(shù)值為 b×h=14×9 L=40mm 畫(huà)水平受力圖，計(jì)算支點(diǎn)反力，畫(huà)水平彎矩圖，見(jiàn)圖6，考慮到C、D處為可能的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出C、D處的彎矩。 由于軸主要是承受轉(zhuǎn)矩，T=28900 ==1284N 支點(diǎn)反力N C點(diǎn)彎矩： D 點(diǎn)彎矩： 畫(huà)出垂直面受力圖，計(jì)算支點(diǎn)反力和C、D兩處的彎矩，畫(huà)出垂直面彎矩圖如圖6所示。 支點(diǎn)反力 C點(diǎn)彎矩： D點(diǎn)彎矩： 求合成彎矩，畫(huà)出合成彎矩圖如圖6所示。 C點(diǎn)合成彎矩： D點(diǎn)合成彎矩： 畫(huà)出轉(zhuǎn)矩T圖，如圖所示。 計(jì)算C、D點(diǎn)的當(dāng)量彎矩，畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖，如圖6所示。 C點(diǎn)當(dāng)量彎矩： D點(diǎn)當(dāng)量彎矩： 校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)彎矩的大小及軸的直徑選定C、D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力 （因C截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響，故乘以0.95）。 (7.2) C、D兩截面均安全，所以，所選軸合格。 7.2 大V帶輪軸的設(shè)計(jì) 選擇軸的材料并確定許用應(yīng)力：選用45號(hào)鋼正火處理，查表《軸的常用材料及其主要力學(xué)性能和應(yīng)用》得強(qiáng)度極限=600MPa，其許用彎曲[]=55MPa。 確定軸的直徑：按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算，取C=110，則 d=C=110=22.9 mm （7.3） 考慮到軸上有鍵槽，將軸的直徑增大5%，則 d=22.9×（1+5%）=24.045 mm 此段軸的直徑和長(zhǎng)度應(yīng)與聯(lián)軸器相符，聯(lián)軸器TL5型彈性圈柱銷(xiāo)聯(lián)軸器，起軸孔直徑為25mm，與軸配合部分長(zhǎng)度為62mm，故此段軸的直徑為25mm。 軸的簡(jiǎn)圖與分析圖如下： 圖7.2 軸的示意圖 軸的基本數(shù)據(jù)如下 d=25mm L= 80mm 此段軸主要考慮軸上的鍵槽，查表取其數(shù)值為 b×h=8×7 L=52mm 此段軸主要是用于安裝軸承，主要按軸承內(nèi)徑尺寸系列確定，初選軸承類(lèi)型為深溝球軸承，型號(hào)為6305，內(nèi)徑為25mm，外徑為62mm，寬度為17mm。 d=35mm L= 70mm 此段軸主要考慮軸上的鍵槽，查表取其數(shù)值為 b×h=10×8 L=40mm 畫(huà)水平受力圖，計(jì)算支點(diǎn)反力，畫(huà)水平彎矩圖，見(jiàn)圖7，考慮到C、D處為可能的危險(xiǎn)截面，計(jì)算出C、D處的彎矩。 由于軸主要是承受轉(zhuǎn)矩 T=86300 ==4931N 水平支點(diǎn)反力和C、D兩處彎矩的計(jì)算： 支點(diǎn)反力N C點(diǎn)彎矩： D 點(diǎn)彎矩： 畫(huà)垂直面受力圖，計(jì)算支點(diǎn)反力和C、D兩處的彎矩，畫(huà)出垂直面彎矩圖如圖7所示。 垂直支點(diǎn)反力和C、D兩處彎矩的計(jì)算： 支點(diǎn)反力 C點(diǎn)彎矩： D點(diǎn)彎矩： 求合成彎矩，畫(huà)出合成彎矩圖如圖7所示。 C點(diǎn)合成彎矩： D點(diǎn)合成彎矩： 畫(huà)出轉(zhuǎn)矩T圖，如圖7所示。 計(jì)算C、D點(diǎn)的當(dāng)量彎矩，畫(huà)出當(dāng)量彎矩圖如圖7所示。 C點(diǎn)當(dāng)量彎矩： D點(diǎn)當(dāng)量彎矩： 校核軸的強(qiáng)度 根據(jù)彎矩的大小及軸的直徑選定C、D兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。C截面當(dāng)量彎曲應(yīng)力 (7.4) （因C截面有鍵槽，考慮對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響，故乘以0.95）。 C、D兩截面均安全。 7.3 小V帶輪的設(shè)計(jì) 輪類(lèi)零件（齒輪、帶輪、鏈輪及蝸輪等）的功能是在軸與軸之間傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。 V帶輪的材料的選擇主要用鑄鐵HT150或HT200，本機(jī)構(gòu)選用HT200，小V帶輪的直徑較小，在這里采用實(shí)心式，其結(jié)構(gòu)示意圖如下 圖7.3 V帶小輪 帶寬： 查表得A帶： f=9 (7.5) B=63mm 輪槽的契角 節(jié)寬 槽間距 基準(zhǔn)線上槽深 最小槽緣厚度 外徑 =105.5 7.4 大V帶輪的設(shè)計(jì) V帶輪的材料的選擇主要用鑄鐵HT150或HT200，本機(jī)構(gòu)選用HT200，大V帶輪的直徑大于300mm時(shí)，其帶輪結(jié)構(gòu)采用輪輻式，其結(jié)構(gòu)示意圖如下 圖7.4 V帶大輪示意圖 帶寬： 查表得A帶： f=9 (7.6) B=63mm 輪槽的契角 節(jié)寬 槽間距 基準(zhǔn)線上槽深 最小槽緣厚度 外徑 =320.5 (7.7) 7.5 V帶的張緊 由于各種材質(zhì)的V帶都不是完全的彈性體，因而V帶在張緊里的作用下，經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，就會(huì)由于塑性變形而松弛，是張緊力減小，傳遞動(dòng)力的能力降低。因此，帶傳動(dòng)必須設(shè)計(jì)張緊裝置，最常見(jiàn)的有定期張緊和自動(dòng)張緊兩類(lèi)。由于本人設(shè)計(jì)與選用的V帶的中心距不可調(diào)，因此選用張緊輪裝置，張緊輪放在松邊的內(nèi)側(cè)，是帶只手單向彎曲。同時(shí)，放置張緊輪時(shí)，使其盡量的靠近大帶輪，以免影響帶在小輪上的包角。張緊輪的輪槽與帶輪相同，且直徑小于小帶輪。 張緊輪定期張緊裝置的示意圖如下 1-小V帶輪 2-大V帶輪 3-V帶 4-張緊輪 5-張緊輪機(jī)架 圖7.5 V帶張緊裝置的示意圖 8 物料箱的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，物料箱兩旁裝有導(dǎo)軌，使得它能夠在有外力作用的時(shí)候能夠沿著導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)。根據(jù)物料湘玉竹的型狀大小，設(shè)計(jì)得出它的長(zhǎng)為300mm，比湘玉竹稍稍的長(zhǎng)一些；它的寬度為300mm，主要是因?yàn)樵O(shè)計(jì)與選用的平帶的帶寬為355mm；由于湘玉竹的平均直徑為15mm，物料箱中一般在豎直方向上放有10根湘玉竹，故物料箱的高度為165mm。 物料箱的結(jié)構(gòu)示意圖如下所示 圖8.1 物料箱示意圖 9 壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9.1 壓緊機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為了使壓緊機(jī)構(gòu)與刀片的密切配合，在切片的行程里緩慢的壓緊湘玉竹，并隨時(shí)調(diào)整距離，在即將切完時(shí)，能夠迅速的松開(kāi)，以配合供給機(jī)構(gòu)的送料，當(dāng)更換完物料箱之后，又進(jìn)入壓緊過(guò)程，使切片順利。為此，我選擇用電機(jī)和齒條的配合來(lái)壓緊， 由平帶的速度5m/s和平帶上的刀片數(shù)8把，得出壓緊機(jī)構(gòu)以每秒1m的速度向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)壓緊機(jī)構(gòu)向下運(yùn)動(dòng)了15cm時(shí)，此時(shí)，電機(jī)立即松開(kāi)，這時(shí)機(jī)構(gòu)依靠彈簧中的儲(chǔ)能向上彈，當(dāng)機(jī)構(gòu)到達(dá)最高點(diǎn)是觸發(fā)開(kāi)關(guān)，電機(jī)又壓緊齒條，但此時(shí)電機(jī)并不運(yùn)動(dòng)，等下一物料箱碰到定位桿時(shí)，電機(jī)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，然后又一輪的壓緊行程開(kāi)始。 壓緊機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)示意圖如下所示 1-壓料元件 2-螺栓 3-擋板 4-彈簧 5-保護(hù)桿 6-壓緊連桿 7-齒條 圖9.1 壓緊機(jī)構(gòu)示意圖 壓料元件1——用彈性較大的材料制成，其底部粘貼一層橡皮，使得它在壓緊的過(guò)程中始終能緊密的貼著物料；螺栓2——將壓料元件1和桿6連接起來(lái)；擋板3——用螺栓將它固定在基架上；彈簧4——連接壓緊連桿6和擋板3，在壓緊連桿6向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)碰到擋板3的時(shí)候，它開(kāi)始儲(chǔ)能，最后利用彈簧的彈力使壓緊機(jī)構(gòu)退出物料箱；保護(hù)桿5——它卡在機(jī)架中的槽中，使得壓緊機(jī)構(gòu)不能做水平方向上的運(yùn)動(dòng)，只能上下運(yùn)動(dòng)；壓緊連桿6——用于連接和傳遞動(dòng)力；齒條7——在連桿上加工出來(lái)的齒條，通過(guò)它與電機(jī)的配合運(yùn)動(dòng)來(lái)傳遞動(dòng)力。 9.2 齒輪齒條的設(shè)計(jì) 選擇齒輪材料為40，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241286HBS，， 已知壓緊機(jī)構(gòu)每秒1cm的速度向下運(yùn)動(dòng)，由公式： (9.1) n----齒輪轉(zhuǎn)速 D----齒輪分度圓直徑 V----齒輪線速度 初選D=47.8mm，得n=4 取Z=21 mZ=D=47.8 得=2.27 查表取=2.5 Z----齒輪齒數(shù) m----齒輪模數(shù) 由表得，軟齒面齒輪，不對(duì)稱(chēng)安裝，取齒寬系數(shù)，b= 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 計(jì)算公式按式 = (9.2) ----齒形系數(shù) ----應(yīng)力修正系數(shù) ----重合度系數(shù) 查表得，小齒輪齒形系數(shù)=2.18，齒條的齒形系數(shù)=2.1，小齒輪應(yīng)力修正系數(shù)=1.8，齒條應(yīng)力修正系數(shù)=1.89。由表得重合度系數(shù)=0.75。查表得使用系數(shù)，試取動(dòng)載系數(shù)，按齒輪軸承中間不對(duì)稱(chēng)布置，取，按齒面未硬化，直齒輪，取 (9.3) 按式6-14得彎曲疲勞許用應(yīng)力 = (9.4) 按表得，查取齒輪材料彎曲疲勞極限應(yīng)力=300Mpa，=240Mpa。 由表計(jì)算彎曲強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù) =0.9，=1.08 由表查取尺寸系數(shù)，=1，由式6-14取=2 彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)由表得=1.25 (9.5) 同理的 =414.72Mpa 比較，和的大小的到>,所以應(yīng)該按齒輪校核齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度 ==97.69Mpa<=414.72 Mpa,彎曲疲勞強(qiáng)度足夠。(9.6) 根據(jù)壓緊機(jī)構(gòu)的工作行程，選定齒條的工作長(zhǎng)為200mm，齒條寬度為55mm,分度圓齒厚s=3.14mm，分度圓齒間寬e=3.14mm，齒距為6.28，故齒條上共有32個(gè)齒。 9.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 由于所需轉(zhuǎn)速為，選擇變頻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行無(wú)極調(diào)速，型號(hào)為YZTPWT112M-2，額定功率為0.75KW。 10 機(jī)構(gòu)中彈簧的計(jì)算 10.1 彈簧材料的選定 彈簧在工作中承受變載荷或沖擊載荷，其主要失效形式是疲勞破壞。因此，要求彈簧材料必須具有高的彈性極限和疲勞極限，良好的韌性及熱處理性能。同時(shí)，價(jià)格要便宜，易于購(gòu)買(mǎi)。在日常生活中，常用的彈簧材料有：碳素彈簧鋼絲、合金彈簧鋼絲、彈簧用不銹鋼絲及銅合金等。近年來(lái)，非金屬?gòu)椈刹牧弦灿辛撕艽蟮陌l(fā)展，如塑料、橡膠等。選擇材料時(shí)，主要考慮彈簧的功能，載荷的性質(zhì)，工作持續(xù)時(shí)間，介質(zhì)情況等工作條件及其在機(jī)械中的重要性等因素。綜合以上考慮，本機(jī)構(gòu)中的彈簧材料選用碳素彈簧鋼絲。碳素彈簧鋼絲按用途又分為3級(jí)：B級(jí)用于低應(yīng)力彈簧；C級(jí)用于中等應(yīng)力彈簧；D級(jí)用于高應(yīng)力彈簧。由于本機(jī)構(gòu)中的彈簧主要用做儲(chǔ)能緩沖等用途，故本機(jī)構(gòu)選用B級(jí)彈簧。 10.2 彈簧尺寸的計(jì)算 表10.1 彈簧的尺寸 名稱(chēng)與代號(hào) 壓縮螺旋彈簧 彈簧絲直徑d 彈簧中徑D 彈簧外徑D 彈簧內(nèi)徑D 彈簧指數(shù)C 工作圈數(shù)z 總?cè)?shù) 自由高度H 節(jié)距p 高徑比 彈簧絲展開(kāi)長(zhǎng)L 10 8 10 10.3 壓縮彈簧的穩(wěn)定性 圓柱螺旋彈簧承壓時(shí)，如果彈簧自由高度H和中徑D比例不當(dāng)，會(huì)喪失穩(wěn)定而無(wú)法工作，為了保證壓縮彈簧的穩(wěn)定性，彈簧的高徑比不能太大，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮控制高徑比b值。當(dāng)彈簧兩端固定時(shí)，則應(yīng)取.b〈5.3；當(dāng)彈簧一端固定時(shí)，另異端自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，就取b〈3.7；當(dāng)兩端均可自由轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)取b〈2.6。 而本機(jī)構(gòu)中的b=3.43〈5.3，滿足穩(wěn)定性的要求，故彈簧選取合理。 11 結(jié)束語(yǔ) 在這段時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)的運(yùn)用了以前所學(xué)的知識(shí)，在姜宏陽(yáng)老師的細(xì)致的指導(dǎo)下，我完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，使我對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)有了一個(gè)更深的感悟，同時(shí)也對(duì)自己的不足有了新的認(rèn)識(shí)。 我設(shè)計(jì)的旋切式湘玉竹切片機(jī)，雖然是針對(duì)湘玉竹而進(jìn)行的設(shè)計(jì)，但也可以用到其它的相關(guān)領(lǐng)域，其主要特點(diǎn)是效率較高。 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，由于本人的知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的缺乏，對(duì)實(shí)際工作過(guò)程的控制不夠，未能達(dá)到預(yù)期效果。各個(gè)部件都有一定的上升空間，加上其它方面的原因，使得本次設(shè)計(jì)還有很大的改善空間。 另外，本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的市場(chǎng)價(jià)值還沒(méi)有通過(guò)實(shí)際的考驗(yàn)，由于種種原因，使得本設(shè)計(jì)只是停留在設(shè)計(jì)階段而不能立即投放市場(chǎng)。 參考文獻(xiàn) [1] 徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第3卷.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992年 21-235 [2] 張祖立 程玉來(lái) 陶棟材﹒機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)第一版[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2004年 258 190-193 [3] 孫桓,陳作模﹒機(jī)械原理第六版[M] .高等教育出版社 ，2000年 150-152 [4] 王昆,何小柏,汪信遠(yuǎn).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].高等教育出版社，1996年 121-123 [5] 方大千.電動(dòng)機(jī)速查速算手冊(cè)[M] .中國(guó)水利水電出版社 ，2004年 99-101 [6] 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