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附錄I 外文原文
附錄II 外文翻譯
非圓齒輪與機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化
1997年1月8日研制
摘 要：使用金屬成形方法來加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機(jī)械壓力傳動(dòng)時(shí)，有一種依賴于驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動(dòng)作時(shí)間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運(yùn)作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學(xué)研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機(jī)床的使用原型原則，它就是目前運(yùn)動(dòng)學(xué)以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個(gè)例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的非圓齒輪。
關(guān)鍵詞：壓力，齒輪，運(yùn)動(dòng)學(xué)。
1. 簡(jiǎn)介
提高質(zhì)量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)。日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)定位要求技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件都得到滿足。提高質(zhì)量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來維持和擴(kuò)大的市場(chǎng)地位的關(guān)鍵所在。
所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過程和處理零件所需的時(shí)間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤(rùn)滑的模具一次成型過程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量?jī)蓚€(gè)方面，產(chǎn)生了兩個(gè)最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個(gè)方面，我們的任務(wù)是設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)學(xué)形成過程中考慮到該進(jìn)程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個(gè)優(yōu)先線輔助運(yùn)作所需的時(shí)間短周期的時(shí)間。
2. 壓力機(jī)的要求
一個(gè)生產(chǎn)周期,這相當(dāng)于一個(gè)沖程來回壓的過程,大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時(shí)候。為此，壓力泵必須要一個(gè)確定時(shí)間的最小高度。成型周期中桿應(yīng)該有一個(gè)特別速度曲線,它將會(huì)降到最低。這個(gè)轉(zhuǎn)變期之間應(yīng)盡快來確保短周期時(shí)間。
短周期的要求是事件的原因,以確保通過高產(chǎn)量低成本的部分?；谶@個(gè)原因，關(guān)于對(duì)大型汽車車身沖壓片機(jī)和自動(dòng)1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設(shè)計(jì)的周期變化導(dǎo)致增加的壓實(shí)機(jī)械應(yīng)變率, 然而，這對(duì)成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。
在拉深成形過程中,當(dāng)敲打板塊時(shí)的撞擊速度應(yīng)盡量避免產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。一方面,速度成形時(shí)必須充分潤(rùn)滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應(yīng)的壓力來增加造成更大的應(yīng)變速率力,這可能導(dǎo)致沖床半徑一側(cè)的一部分過渡疲勞而導(dǎo)致斷裂。在鍛造時(shí)，停留時(shí)間短的壓力是可取的。隨著停留時(shí)間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結(jié)果是熱磨損。這是提高抵消了由于機(jī)械磨損形成更大的力量，但由于增加的應(yīng)變率是較低的，因?yàn)檩^低的部分冷卻屈服應(yīng)力補(bǔ)償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析 法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時(shí)間也是一個(gè)重要的技術(shù)要求的精密鍛造，近凈形部分有一個(gè)光明的未來?！?
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個(gè)機(jī)技術(shù),考慮到金屬成形過程的考察要求等同于減少工作的目標(biāo)成本。以前按設(shè)計(jì)已經(jīng)不能同時(shí)滿足這些技術(shù)要求和經(jīng)濟(jì)的充分程度，或他們是非常昂貴的設(shè)計(jì)和制造，例如鏈接驅(qū)動(dòng)壓力機(jī)。這就需要尋找對(duì)泵創(chuàng)新設(shè)計(jì)的解決方案，它的設(shè)計(jì)應(yīng)主要標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化，以降低成本。
3．非圓齒輪的壓力傳動(dòng)
3.1 原則
使用非圓齒輪傳動(dòng)機(jī)械曲柄壓力機(jī)，它提供了一種新方式的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)需求的壓力桿運(yùn)動(dòng)。一對(duì)非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動(dòng)馬達(dá)，或由飛輪、曲柄和驅(qū)動(dòng)機(jī)制本身。制服驅(qū)動(dòng)器的速度傳送是通過一對(duì)非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當(dāng)設(shè)計(jì)，從動(dòng)齒輪的非均勻驅(qū)動(dòng)器會(huì)導(dǎo)致泵所需的行程時(shí)間行為。調(diào)查中心的金屬成形和金屬成型機(jī)床(IFUM)漢諾威的大學(xué)已經(jīng)表明,在這個(gè)簡(jiǎn)單的方式所有相關(guān)的壓力桿的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，可以達(dá)到各種成形過程。
此外從運(yùn)動(dòng)學(xué)和縮短生產(chǎn)周期，驅(qū)動(dòng)概念導(dǎo)致新的驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)點(diǎn)被以下的良好性能所區(qū)分。因?yàn)樗且粋€(gè)機(jī)械壓力機(jī)，它具有高可靠性、低維護(hù)性和可預(yù)期性。對(duì)連桿壓力機(jī)的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個(gè)基本泵類型可以通過安裝不同的齒輪而進(jìn)一步改變?cè)O(shè)計(jì)，它根據(jù)客戶的要求而設(shè)計(jì)。不同環(huán)節(jié)的驅(qū)動(dòng)器，軸承的安裝位置不會(huì)隨著單一載荷方向的不同運(yùn)動(dòng)而改變。因此，上述要求的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化是考慮到時(shí)間和成本，它降低了設(shè)計(jì)和沖壓生產(chǎn)成本。
3.2 原型
在金屬成型和金屬成型工具機(jī)（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進(jìn)行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達(dá)到這種目的，先前的背輪背一個(gè)行星齒輪組做取代。這項(xiàng)工作表明了存在的新型傳動(dòng)印刷機(jī)是可能的，在最后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)壓力泵的改造在Fig. 2中進(jìn)行說明。
圖表1 壓力機(jī)設(shè)計(jì)是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力?！∵@一對(duì)非圓齒輪傳動(dòng)比平均為1，每個(gè)齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開線輪齒。我假設(shè)了非圓曲線設(shè)計(jì)是以側(cè)面幾何設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。因此，一個(gè)非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計(jì)算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內(nèi)，進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。
壓力機(jī)是為了在單一沖程模式下對(duì)零件進(jìn)行深拉而設(shè)計(jì)的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點(diǎn)中心線到靜點(diǎn)中心線之前的速度。見圖3。這種速度就相當(dāng)于液壓機(jī)工作的速度。這個(gè)速度影響到曲柄機(jī)構(gòu)，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個(gè)曲柄壓力機(jī)具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內(nèi)的機(jī)械改造將導(dǎo)致最后的向上運(yùn)動(dòng)。由于壓力機(jī)是運(yùn)行在單一的操作模式,在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)其做相關(guān)的處理沒有提出特別的要求。
驅(qū)動(dòng)機(jī)制的原型與非圓齒輪有另外一個(gè)有利的影響及其驅(qū)動(dòng)力矩（圖4）。對(duì)于一個(gè)曲柄壓力機(jī)的公稱力通?？梢越档挽o點(diǎn)之前把曲柄軸按正常方式旋轉(zhuǎn)。這對(duì)應(yīng)于公稱力作用下相對(duì)于擊打力的75%。若要達(dá)到1000kN標(biāo)準(zhǔn)力，該驅(qū)動(dòng)器已提供45 kNm 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對(duì)非圓齒輪傳動(dòng)增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個(gè)循環(huán)，非均勻的曲柄轉(zhuǎn)矩，將導(dǎo)致一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)力在靜點(diǎn)范圍內(nèi)變化。這相當(dāng)于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機(jī)的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關(guān)。這樣可以設(shè)計(jì)一些較弱的機(jī)器零件弱，而且節(jié)約成本。
4. 進(jìn)一步的設(shè)計(jì)實(shí)例
利用二沖程時(shí)間行為的設(shè)計(jì)實(shí)例說明了以下幾點(diǎn)。假設(shè)一系列的零件時(shí)通過壓力機(jī)來加工的。為了達(dá)到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設(shè)成立必須量化。再者，處理零件所需的時(shí)間必須確定，而且必須假設(shè)在處理時(shí)壓力桿的最小高度。由此，我們?cè)O(shè)計(jì)動(dòng)作的順序，我們用數(shù)學(xué)含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(fā)使用軟件程序。從這個(gè)數(shù)學(xué)描述的沖程運(yùn)動(dòng),我們可以計(jì)算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。
在第一個(gè)例子，在深拉伸沖壓速度應(yīng)該是在靜止點(diǎn)前，金屬板材成形保持在至少超過100mm，它的速度應(yīng)該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時(shí)間和曲柄壓力機(jī)在25min/n的擊打時(shí)間相同。圖5表明了沖程運(yùn)動(dòng)情況，這是由一對(duì)齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時(shí)間減少了20％，應(yīng)把桿速度的影響也大大減少。下靜點(diǎn)前110mm，當(dāng)使用曲柄機(jī)構(gòu)時(shí)，沖擊速度為700mm/s，而當(dāng)使用非圓齒輪時(shí)僅僅只有410mm/s。
第二個(gè)例子顯示了驅(qū)動(dòng)裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時(shí)間是相對(duì)于在圖片中說明非圓齒輪壓力運(yùn)動(dòng)學(xué)。曲柄壓力機(jī)的周期時(shí)間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標(biāo)準(zhǔn)力是20mn。它的保壓時(shí)間為86ms與50mm的成形部份時(shí)間。非圓齒輪壓力機(jī)描繪的保壓描繪時(shí)間67%減少至28ms。因此，它達(dá)到了和錘子一樣的幅度。通過增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時(shí)間縮短至46mm。盡管如此,處理時(shí)間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機(jī)的運(yùn)動(dòng)學(xué)相同。在這種情況下為了實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng),傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅(qū)動(dòng)裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。
這些例子表明，不同的運(yùn)動(dòng)可以通過使用非圓齒輪驅(qū)動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)。在同一時(shí)間內(nèi)，這個(gè)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)用潛力用實(shí)現(xiàn)理想的運(yùn)動(dòng)學(xué)變得清晰，而且生產(chǎn)周期時(shí)間減少。例如，通過不同的例子，如果運(yùn)動(dòng)的順序?qū)σ幌盗袎毫C(jī)生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。
5．總結(jié)
高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，這時(shí)所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領(lǐng)域。這種情況導(dǎo)致我們重新考慮壓力傳動(dòng)機(jī)的使用。
對(duì)曲柄與非圓齒輪傳動(dòng)壓力機(jī)的描述，使我們能夠優(yōu)化簡(jiǎn)單的機(jī)械壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)。這意味著周期時(shí)間縮短,以達(dá)到高生產(chǎn)率和運(yùn)動(dòng)學(xué)的成形工藝的要求。這個(gè)設(shè)計(jì)工作需要很低。相對(duì)于多連桿壓力機(jī)驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)其他運(yùn)動(dòng)學(xué)在其他齒輪軸承位置不改變
時(shí)的壓力機(jī)構(gòu)建使用。這使壓力機(jī)模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化。
6．致謝
作者想表達(dá)他們的謝意，感謝德國(guó)機(jī)床制造商協(xié)會(huì)(VDW),位于德國(guó)法蘭克福，其經(jīng)濟(jì)援助以及一些成員，感謝他們的支持。
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湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目： 多功能蔬菜切片機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： 2010963010 姓名： 顧凌峰 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 趙又紅 系主任： 劉柏希
一、主要內(nèi)容及基本要求
（1）將質(zhì)地較硬的蔬菜切成片狀。切刀工作阻力約100N。
（2）直動(dòng)式切刀每分鐘往復(fù)次數(shù)為300;旋轉(zhuǎn)式切刀轉(zhuǎn)速150r/min。行程速比系數(shù)K=1。
（3）主執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角不小于，輔助傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的許用壓力角。
機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的不均勻系數(shù)為0.05。電動(dòng)機(jī)功率儲(chǔ)備系數(shù)為1.5。
（4）要求機(jī)器運(yùn)行平穩(wěn)，切片均勻。物料切片厚度及生產(chǎn)率可調(diào)。
（5）分析多功能蔬菜切片機(jī)設(shè)計(jì)工作原理和技術(shù)要求及構(gòu)思方案，并進(jìn)行多方案對(duì)比分析。
（6）完成多功能蔬菜切片機(jī)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；主要零部件的受力分析和強(qiáng)度計(jì)算。繪制所設(shè)計(jì)方案的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。繪制多功能蔬菜切片機(jī)的裝配圖及主要的零件圖。要求圖紙工作量2.5張A0圖紙以上（AutoCAD繪圖）。
（7）設(shè)計(jì)說明書一份，電子文檔一份。
（8）英文文獻(xiàn)翻譯（含原文）。要求：原文5000個(gè)單詞以上，中文翻譯要求通順。
二、重點(diǎn)研究的問題
（1）多功能蔬菜切片機(jī)總體方案設(shè)計(jì)（含切刀機(jī)構(gòu)、夾持機(jī)構(gòu)和輸送機(jī)構(gòu)等）。
（2）多功能蔬菜切片機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
（3）主執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)（多功能蔬菜切片機(jī)構(gòu)選型及尺寸確定）及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
三、進(jìn)度安排
各階段完成的內(nèi)容
起止時(shí)間
1
收集資料、查詢相關(guān)文獻(xiàn)
2014年1月18日～2月22日
2
掌握多功能蔬菜切片機(jī)工作原理和技術(shù)要求，進(jìn)行方案構(gòu)思與設(shè)計(jì)
2014年2月23日～ 3月8日
3
完成傳動(dòng)系統(tǒng)及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和主要零件設(shè)計(jì)計(jì)算
2014年3月9日～ 3月31日
4
繪制裝配圖和零件圖草圖
2014年4月1日～5月2日
5
完成裝配圖和零件圖的設(shè)計(jì)
2014年5月3日～5月15日
6
撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書及英文文獻(xiàn)翻譯
2014年5月16日～ 5月26日
7
交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，準(zhǔn)備答辯
2014年5月 27 日～ 5月28日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目： 多功能蔬菜切片機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 興湘學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963010
姓 名： 顧凌峰
指導(dǎo)教師： 趙又紅
完成日期： 2014年5月
目 錄
第一章 概述 2
1.1食品機(jī)械與設(shè)備主要包括的內(nèi)容.................................. 2
1.2市場(chǎng)上已出現(xiàn)的切片機(jī) 2
1.2.1、制漿造紙行業(yè) 2
1.2.2、制作細(xì)胞或組織切片行業(yè)： 3
1.2.3、肉片加工行業(yè) 3
1.2.4、蔬果加工行業(yè) 3
1.3切片機(jī)使用要求 3
1.3.1、肉片、蔬果加工行業(yè) 3
1.4本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容 4
1.4.1、目標(biāo) 4
1.4.2、多功能蔬菜切片機(jī)的設(shè)計(jì)要求 4
1.4.3、 多功能蔬菜切片機(jī)應(yīng)滿足的基本要求 4
第二章 切片機(jī)原理方案構(gòu)思與擬定.................................6
2.1 方案的構(gòu)思 6
2.2 方案的設(shè)計(jì) 7
2.2.1進(jìn)料裝置 7
2.2.2傳動(dòng)裝置 8
2.2.3電機(jī)的選型 10
2.2.4帯傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 10
2.2.5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11
2.2.6 機(jī)架的設(shè)計(jì)..............................................11
第三章 動(dòng)力傳動(dòng)部件的校核 13
3．1 齒輪的計(jì)算和校核 13
3.1.1 齒輪材料處理工藝及制造工藝的選定 13
3.1.2 確定各主要參數(shù) 13
3.1.3 傳動(dòng)比 13
3.1.4 齒輪模數(shù)m 13
3.1.5 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 14
3.1.6 齒輪強(qiáng)度校核 15
3．2 軸的計(jì)算與校核 19
3.2.1 軸的預(yù)選計(jì)算 19
3.2.2 軸的校核計(jì)算 19
3．3 普通平鍵的計(jì)算與校核 20
3.3.1 鍵的選取 20
3.3.2 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核 20
3．4 軸承的計(jì)算與校核 21
3.4.1 圓錐滾子軸承壽命校核 21
3.4.2 轉(zhuǎn)盤處單向推力球軸承的壽命的校核 22
第4章 基于UG的實(shí)體設(shè)計(jì)概述....................................23
4.1 UG實(shí)體設(shè)計(jì)概述 23
參考文獻(xiàn) 24
致謝...............................................................25
多功能蔬菜切片機(jī)
摘要：多功能蔬菜切片機(jī)是主要是通過驅(qū)動(dòng)裝置，傳動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)進(jìn)料以及對(duì)瓜果蔬菜進(jìn)行進(jìn)行切片，實(shí)現(xiàn)了能夠進(jìn)料和出料，厚度可調(diào)的功能的裝置。多功能蔬菜切片機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)的目的是按照設(shè)計(jì)題目的要求，設(shè)計(jì)可完成一定動(dòng)作的切片機(jī)，完成理論方案的設(shè)計(jì)。然后對(duì)手動(dòng)瓜果蔬菜切片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，清楚設(shè)計(jì)多功能蔬菜切片機(jī)主要技術(shù)關(guān)鍵，主要是步進(jìn)送料裝置和傳動(dòng)裝置的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，明確切片的原理，并對(duì)切片的厚度進(jìn)行可控制性的調(diào)整設(shè)計(jì)。最后使用UG軟件對(duì)手動(dòng)瓜果蔬菜切片機(jī)進(jìn)行三維造型，模擬運(yùn)動(dòng)仿真，進(jìn)行動(dòng)畫演示過程,并生成總裝圖和部裝及部分重要零件圖。
本文主要對(duì)多功能蔬菜切片機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行說明。
關(guān)鍵詞：切片機(jī) ；凸輪；齒輪傳動(dòng)；步進(jìn)送料；驅(qū)動(dòng)裝置；傳動(dòng)裝置；厚度調(diào)整。
Multifunctional?vegetable slicer
Abstract：Multifunction vegetable slicer is mainly through the drive means to realize the transmission of the feed and sliced ??fruits and vegetables, the apparatus can achieve a feed and discharge, the thickness of the adjustable functions. The purpose multifunction vegetable slicer innovative design is based on a design requirements, designed to complete certain actions slicer, complete the design theory of the program. The basic structure of the fruit and vegetable slicer manual analysis clearly primarily designed multifunction key technologies vegetable slicer, the feeding means is a stepping main transmission mechanism and the design principle of the specific slice, and the slice thickness can be controllability adjust the design. Finally, the use of UG software manual slicer of fruits and vegetables for three-dimensional modeling, simulation motion simulation, carried out animation process and generate assembly plans and the Ministry of wear and some important parts diagram.
This paper focuses on the design of multi-purpose vegetable slicer explained.
Keyword：Slicer; Cam; gear; stepping feeding; drive; transmission; thickness adjustment.
第一章 概述
1.1食品機(jī)械與設(shè)備主要 包括的內(nèi)容
?食品機(jī)械與設(shè)備的內(nèi)容主要包括：輸送機(jī)械與設(shè)備、清洗和原料預(yù)處理機(jī)械與設(shè)備、攪拌及均質(zhì)機(jī)械與設(shè)備、原料及半成品的熱處理機(jī)械與設(shè)備、真空濃縮設(shè)備、干燥機(jī)械與設(shè)備、排氣及殺菌機(jī)械與設(shè)備等。
1.2市場(chǎng)上已出現(xiàn)的切片機(jī)
1.2.1、制漿造紙行業(yè)：
一般形式有刀盤式切片機(jī)，鼓式切片機(jī)，螺旋切片機(jī)等。刀盤式切片機(jī)由刀盤、機(jī)殼、喂料槽以及傳動(dòng)裝置等部分組成。沉重的刀盤還起到飛輪的作用，穩(wěn)定切片過程。刀片沿盤面輻射狀安裝，并突出２０mm左右，原木通過溜槽喂入轉(zhuǎn)盤的一側(cè)，刀片與原木軸線成一定角度進(jìn)行切片，處理量為290m3SUB/h,通常情況下木片長(zhǎng)度24mm,刀盤直徑3360mm,刀盤轉(zhuǎn)速249rpm,刀盤上安裝有16只刀片,由４臺(tái)馬達(dá)帶動(dòng)，總功率為4×315kw,馬達(dá)速度為25rps。
1.2.2、制作細(xì)胞或組織切片行業(yè)：
用于光學(xué)顯微鏡的有旋轉(zhuǎn)式和滑走式切片機(jī)。用于電子顯微鏡的有超薄切片機(jī)，使用玻璃刀或鉆石刀制作超薄切片。材料的裝置有機(jī)械推進(jìn)式和熱膨脹式。用于冷凍切片法的有冷凍切片機(jī)、低溫恒溫器、冷凍超薄切片機(jī)。用于徒手切片的有圓筒切片機(jī)。
1.2.3、肉片加工行業(yè)：
羊肉、肥牛切片機(jī)：該款切片機(jī)的刀片采用了進(jìn)口合金鋼材料，可適應(yīng)高速度、大批次肉片的加工；肉片厚薄自動(dòng)可調(diào)，并與進(jìn)料機(jī)構(gòu)精巧配合，使之可根據(jù)所需肉片厚度自動(dòng)控制推進(jìn)速度；工作平臺(tái)完全由尼龍板制做，可防止肉卷融化，既高檔又保證了衛(wèi)生要求。尤其值得一提的是，從該切片機(jī)出來的成品肉片可自然成細(xì)卷，而且無需解凍立即包裝，非常方便。
1.2.4、蔬果加工行業(yè)：
多功能切絲切片機(jī)，由重力棒、進(jìn)料筒、轉(zhuǎn)盤、切刀、切絲刀、機(jī)架、底座、軸、支撐輪，動(dòng)力裝置等組成，切刀和切絲刀安裝在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤在動(dòng)力裝置作用下做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)盤上的切刀和切絲刀將原料切割成片或絲，主要用于土豆、蘿卜、芥菜、瓜果、酸菜、白菜，肉類的片、絲加工，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用安全、操作方便、加工效率高等優(yōu)點(diǎn)，適合于個(gè)人經(jīng)商使用。
1.3切片機(jī)使用要求
1.3.1、肉片、蔬果加工行業(yè)
1.切片機(jī)只能用于切適于本切片機(jī)切片范圍的物體。
2.使用前在斷電情況下清理刀片和工作臺(tái)。
3.接通電源、試機(jī)，確定能夠設(shè)備正常工作后關(guān)機(jī)待用。
4.若冷凍原料切片之前要解凍（去掉原料上的冰層）。
5.使用過程中嚴(yán)禁用手和其他工具接觸圓盤和刀片。
6.放好原料調(diào)節(jié)好出片厚度，開機(jī)、推動(dòng)離合器。
7.推送原料時(shí)不宜用力過猛。
8.關(guān)機(jī)、拔掉電源線，出片尺度掉到零點(diǎn)，徹底清理機(jī)器整體，嚴(yán)禁用水沖刷機(jī)體。
9.每周檢查機(jī)油一次，油標(biāo)低于規(guī)定尺度及時(shí)加油。
1.4本設(shè)計(jì)研究?jī)?nèi)容
1.4.1、目標(biāo)
根據(jù)要求，設(shè)計(jì)一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)切片厚度均勻且能調(diào)整切片厚度，安全可靠，提高工作效率，適合各種瓜果類蔬菜的自動(dòng)切片機(jī)的合理方案，并運(yùn)用三維軟件建立該機(jī)器的模型，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。
1.4.2、多功能蔬菜切片機(jī)的設(shè)計(jì)要求
1、 要確保機(jī)械的切實(shí)可行性；
2、要貼近生活，做到在生活中切切實(shí)實(shí)用得到，有必要用；
3、要貼近一些時(shí)代主題，盡量做到低能高效；
4、能夠提高工作的效率；
5、 要確保機(jī)械的安全性，設(shè)計(jì)要符合人體工程學(xué)；
6、 可以調(diào)節(jié)切片的厚度，從而實(shí)現(xiàn)切塊，切丁等目的；
1.4.3 多功能蔬菜切片機(jī)應(yīng)滿足的基本要求
多功能蔬菜切片機(jī)應(yīng)滿足的要求有以下幾個(gè)方面：
1、具有預(yù)定功能的要求 所設(shè)計(jì)制造的多功能蔬菜切片機(jī)必須實(shí)現(xiàn)預(yù)定的解決生產(chǎn)或生活問題的功能，這是機(jī)器設(shè)計(jì)的最基本出發(fā)點(diǎn)。為使所設(shè)計(jì)的機(jī)器具有預(yù)定功能，合理選擇機(jī)器的工作原理是最重要的。顯然，預(yù)定實(shí)現(xiàn)的功能不同，設(shè)計(jì)的要求也不同。
2、經(jīng)濟(jì)性要求 機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性是一個(gè)綜合指標(biāo)，在切片機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、使用、銷售、維修、管理等各個(gè)環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)?？傊?，經(jīng)濟(jì)性要求就是在滿足功能要求的前提下使解救人質(zhì)機(jī)的總費(fèi)用最低。
3、安全性要求 在多功能蔬菜切片機(jī)的設(shè)計(jì)階段就必須對(duì)機(jī)器的使用安全予以足夠的重視。簡(jiǎn)單地講，安全就是指多功能蔬菜切片機(jī)本身的工作安全及使用者的安全，特別是使用者手的安全。因此，要采用各種各樣的防護(hù)措施，使運(yùn)行時(shí)刀具不會(huì)與人體直接接觸。
4、可靠性要求 簡(jiǎn)單地講，可靠性就是多功能蔬菜切片機(jī)在使用中性能的穩(wěn)定性，它是多功能蔬菜切片機(jī)的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)。可靠性水平越高，說明機(jī)器在使用過程中發(fā)生故障的概率越小，能正常工作的時(shí)間就越長(zhǎng)。
5、操作使用方便的要求 多功能蔬菜切片機(jī)是一種給生活帶來方便的機(jī)械產(chǎn)品。在設(shè)計(jì)多功能蔬菜切片機(jī)時(shí)必須注意操作時(shí)要輕便省力；操作機(jī)構(gòu)要適應(yīng)人的生理?xiàng)l件；多功能蔬菜切片機(jī)的噪聲要?。环乐刮廴镜?。此外，對(duì)有些機(jī)器還有一些特殊要求，如建筑機(jī)械要便于拆裝和搬運(yùn)、交通機(jī)械要重量輕等。設(shè)計(jì)多功能蔬菜切片機(jī)時(shí)，在滿足基本要求的前提下還要滿足這些特殊要求，以提高機(jī)器的使用性能和保證機(jī)器的工作質(zhì)量。
第二章 切片機(jī)原理方案構(gòu)思和擬定
2.1 方案的構(gòu)思
根據(jù)多功能蔬菜切片機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求，首先要考慮刀片的運(yùn)動(dòng)方式，以及采用何種機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀片運(yùn)動(dòng)。采用何種傳動(dòng)裝置使蔬菜傳遞到刀具下完成切片工作，最主要的是如何通過一個(gè)力帶動(dòng)兩個(gè)機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)動(dòng)。以及如何控制切片的厚度，如何讓切片順利排出機(jī)器，如何限制被切物的大范圍移動(dòng)所導(dǎo)致的無法正確切片。
綜合考慮，經(jīng)過研究出兩種切片方式為備選切片方式：
方案一：采用周轉(zhuǎn)式切片方式，這種切片方式通過刀具的圓周循環(huán)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行切片，但是這種方式要求提供比較大的力矩給刀片，刀具的接頭部位，要設(shè)計(jì)的剛度要求高。優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于拆裝和維護(hù)。
方案二：采用雙曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，這種切片方式切削力度比較均勻，是實(shí)現(xiàn)刀具的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，但是結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，不利于拆裝和維護(hù)。
最后通過綜合考慮，選定方式一，設(shè)定結(jié)構(gòu)圖如2-1所示：
圖2-1 周轉(zhuǎn)式切片方案示意圖
2.2 方案的設(shè)計(jì)
進(jìn)料槽方案的設(shè)計(jì)，首先根據(jù)蔬菜的形狀大小，設(shè)計(jì)進(jìn)料槽，進(jìn)料槽必須滿足大多數(shù)蔬菜的進(jìn)料方式，且不會(huì)出現(xiàn)卡死的情況，因此設(shè)計(jì)成v型進(jìn)料槽是比較合理的。
由于蔬菜處于加工位置時(shí)，要限制住蔬菜的自由度，因此，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)刀槽，這樣，切菜的時(shí)候就不會(huì)出現(xiàn)蔬菜翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
切菜方案的設(shè)計(jì)，采用240mm的刀長(zhǎng)，能滿足大多數(shù)蔬菜的切菜能力，且刀柄部位加強(qiáng)，以防止斷刀，刀柄用螺釘緊固在刀盤上，四個(gè)螺釘，限制刀具的位置。
2.2.1進(jìn)料裝置
本機(jī)構(gòu)采用自動(dòng)可調(diào)節(jié)的自動(dòng)進(jìn)料方式，如圖2-2所示，它主要由以下零部件構(gòu)成：
圖2-2 驅(qū)動(dòng)裝置示意圖
1、凸輪和機(jī)械開關(guān)：凸輪是安裝于輸出軸端的，他的作用是相當(dāng)于計(jì)數(shù)的作用，和機(jī)械開關(guān)配合，當(dāng)?shù)毒叩牡段惶幱诜乔邢魑恢脮r(shí)凸輪頂起，機(jī)械開關(guān)接通，并把電信號(hào)送入plc中。
2、Plc：從機(jī)械開關(guān)接收信號(hào)，經(jīng)過處理，把輸出信號(hào)傳入步進(jìn)電機(jī)，控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角；同時(shí)對(duì)輸出信號(hào)計(jì)數(shù)，當(dāng)一個(gè)周期完成，輸出回轉(zhuǎn)信號(hào)，使齒條回位。
3、步進(jìn)電機(jī)：是進(jìn)料機(jī)構(gòu)的動(dòng)力源，輸出軸接小齒輪。
4、電機(jī)安裝板：用來安裝步進(jìn)電機(jī)。
5、小齒輪和齒條機(jī)構(gòu)：把齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成齒條的直線運(yùn)動(dòng)。
6、V型滑塊機(jī)構(gòu)：和入料槽配合，把料往前頂。
2.2.2傳動(dòng)裝置
1．帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)是一種應(yīng)用很廣泛的機(jī)械傳動(dòng)。帶傳動(dòng)由主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)形傳動(dòng)帶組成。它是利用傳動(dòng)帶作為中間的撓性件，依靠傳動(dòng)帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)的，主動(dòng)軸的動(dòng)力通過撓性傳動(dòng)帶傳遞給從動(dòng)軸。
其優(yōu)點(diǎn)是：（1）能緩和載荷沖擊；（2）運(yùn)行平穩(wěn)無噪聲；（3）制造和安裝精度不像嚙合傳動(dòng)那樣嚴(yán)格；（4）過載時(shí)將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞；（5）可增加帶長(zhǎng)以適應(yīng)中心距較大的工作條件；
其缺點(diǎn)是：（1）有彈性滑動(dòng)，使傳動(dòng)效率降低并且不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比；（2）傳遞同樣大的圓周力時(shí)，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動(dòng)大；（3）帶的壽命較短。
2．鏈傳動(dòng)
鏈傳動(dòng)是由閉合的撓性環(huán)形鏈條和主、從動(dòng)鏈輪所組成的，鏈輪是有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)是屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動(dòng)。
其優(yōu)點(diǎn)是：與帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，作用于軸上的徑向壓力較??；在同樣使用條件下，鏈傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)較為緊湊。鏈傳動(dòng)能在高溫及油污惡劣環(huán)境中工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)較易安裝，成本較低；在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)要比齒輪傳動(dòng)輕便得多。
其缺點(diǎn)是：在兩平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用。
3．齒輪傳動(dòng)
齒輪傳動(dòng)是現(xiàn)代機(jī)械中廣泛應(yīng)用的一種傳動(dòng)形式，它主要用來傳遞空間任意兩軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，并可改變轉(zhuǎn)動(dòng)速度和傳動(dòng)方向。
其優(yōu)點(diǎn)是：齒輪傳動(dòng)和其他形式的機(jī)械傳動(dòng)相比較，傳遞的功率和圓周速度范圍大，傳動(dòng)效率高，能保證恒定的傳動(dòng)比，工作平穩(wěn)、安全可靠且使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊。
其缺點(diǎn)是：制造和安裝精度要求高，因而成本也較高，并且不宜用于軸間距離較大的傳動(dòng)。
4．蝸桿傳動(dòng)
蝸桿傳動(dòng)用來傳遞空間兩交錯(cuò)軸之間的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力。它由蝸桿與蝸輪組成，一般蝸桿主動(dòng)，蝸輪從動(dòng)，作減速運(yùn)動(dòng)。在少數(shù)機(jī)械中，蝸輪主動(dòng)蝸桿從動(dòng)，作減速運(yùn)動(dòng)。
其優(yōu)點(diǎn)是：（1）傳動(dòng)比較大，結(jié)構(gòu)緊湊；（2）傳動(dòng)平穩(wěn)噪聲低；（3）可具自鎖性
其缺點(diǎn)是：因?yàn)槲仐U蝸輪在嚙合處有較大的相對(duì)滑動(dòng)，因而磨損大，發(fā)熱量大，效率低。為減少蝸桿傳動(dòng)嚙合處的摩擦和磨損，控制發(fā)熱和防止膠合，蝸輪常采用青銅材料制造，因而成本增高。
通過對(duì)帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)和蝸桿傳動(dòng)工作方式和優(yōu)缺點(diǎn)的比較以及本課題的設(shè)計(jì)要求，選取帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。如圖2-3所示。
圖2-3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖
2.2.3電機(jī)的選型
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，要求刀具每分鐘切片300次，根據(jù)此要求及其傳動(dòng)比得：
總的傳動(dòng)比：I=I1*I2=32.14
選定電機(jī)型號(hào)為Y80M2-4，其額定功率為0.75kw，經(jīng)核算，能夠滿足設(shè)計(jì)要求，此電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2880r/min。
核算：電機(jī)轉(zhuǎn)速q=2880r/min，
總傳動(dòng)比I=32.14,
刀具切片q1=1440/32.14*2=45*2=90次/min
大致能夠滿足設(shè)計(jì)要求。
2.2.4帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
本機(jī)器采用兩級(jí)帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)，每級(jí)帶傳動(dòng)比一定：
1、第一級(jí)帶傳動(dòng)：
D1=50；
D2=150;
傳動(dòng)比i1=D2/D1=150/50=3
中心距a1=287
小帶輪包角為：142°大于120°，滿足帶傳動(dòng)要求。
2、第一級(jí)帶傳動(dòng)：
D1=50；
D2=150;
傳動(dòng)比i2=D2/D1=150/50=3
中心距a1=221
小帶輪包角為：135°大于120°，滿足帶傳動(dòng)要求。
帶傳動(dòng)總傳動(dòng)比I1=i1*i2=3*3=9
2.2.5齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
采用圓柱直齒輪傳動(dòng)，為了保證齒輪齒面強(qiáng)度，選定齒輪模數(shù)m=4。
小齒輪齒數(shù)：z1=14； 小齒輪分度圓直徑d1=14*4=56。
大齒輪齒數(shù)：z2=50； 大齒輪分度圓直徑d2=50*4=200.
傳動(dòng)比I2=z2/z1=3.57
2.2.6 機(jī)架的設(shè)計(jì)
按照自下而上的建模方法，把所有的功能部件設(shè)計(jì)布局完成以后，再依據(jù)各部件的安裝位置，設(shè)計(jì)出機(jī)架，要求能夠平穩(wěn)的支持整個(gè)機(jī)器運(yùn)行。如圖2-4所示。
圖2-4機(jī)架的設(shè)計(jì)
第三章 動(dòng)力傳動(dòng)部件的校核
3．1 齒輪的計(jì)算和校核
3.1.1 齒輪材料處理工藝及制造工藝的選定
齒輪選用的材料均為40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度約為HBS 262～293
試驗(yàn)齒輪齒面疲勞極限如下：
=650
=220
齒輪的加工為插齒，精度為7級(jí)。
3.1.2 確定各主要參數(shù)
由于屬于低速傳動(dòng)，采用齒形角=，直齒輪傳動(dòng)，精度為6級(jí)，為提高承載能力，采用直齒輪傳動(dòng)。
3.1.3 傳動(dòng)比
由于對(duì)轉(zhuǎn)速?zèng)]有太嚴(yán)格的要求，只需實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)，故取i=1
3.1.4 齒輪模數(shù)m
模數(shù)m由強(qiáng)度計(jì)算或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定
（3.1）
式中， ——綜合系數(shù)，齒輪為7級(jí)精度等級(jí)沖擊取=1.6~2.6，8級(jí)精度等級(jí)中等沖擊取=2.5~3.9，沖擊較大、或不變位時(shí)取較大值。
——主動(dòng)輪的齒形系數(shù)
——主動(dòng)輪的傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩
（3.2）
——額定功率，
——齒輪轉(zhuǎn)數(shù)（一般為第一級(jí)即電機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)），
——實(shí)驗(yàn)齒輪的彎曲疲勞極限，按MQ級(jí)中等質(zhì)量要求選取
——齒寬系數(shù)，齒寬b與小齒輪分度圓直徑的比值。
將數(shù)代入(4.2)得:
則
取圓整 =2.5
3.1.5 齒輪接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
齒輪分度圓直徑，由下邊公式
（3.2）
式中，齒寬系數(shù) 查表，考慮傳遞功率不是很大=0.28
齒輪齒數(shù) 取=28
齒數(shù)比 ==1
齒輪轉(zhuǎn)矩 =1.96
載荷系數(shù)
——使用系數(shù)，查表取=1
——?jiǎng)虞d系數(shù)，查表取=1.2
——齒間載荷系數(shù)，由表取1.1
——齒間載荷分布系數(shù)，查表取1.1
載荷系數(shù) =11.21.11.1=1.45
材料彈性系數(shù) 查表取=189.8
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 查圖取 =2.5
重合度系數(shù) 由推薦值0.850.92 ，則=0.87
將數(shù)帶入（4.2）得：
=
=27.5
齒輪模數(shù) ==27.5/28=1，取=2.5
齒輪輪分度圓直徑 ==2.528=70
標(biāo)準(zhǔn)中心距 ==2.5（28+28）/2=70
齒寬 ==0.2870=19.6 圓整為20
3.1.6 齒輪強(qiáng)度校核
Ⅰ）齒面接觸疲勞強(qiáng)度
計(jì)算接觸應(yīng)力
= （3.3）
由公式（4.3）得齒面接觸應(yīng)力的基本值：
=
=2.36×189.8×0.75×1×
=567.85
式中,—端面內(nèi)分度圓上的名義切向力，取 =2000 N
b—工作齒寬， 取b =20
—齒輪分度圓直徑，取 =70
u—齒數(shù)比，u =/ =28/28 =1
—節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，取 =2.36
=0，查相關(guān)圖，取 =2.21
—彈性系數(shù)，查表取 =189.8
—重合度系數(shù)，查圖取 =0.75
—螺旋角系數(shù)，直齒 =0，取 =1，
由公式（4.3）得接觸應(yīng)力：
=
= 567.85×
= 775.79
式中， — 使用系數(shù)，中等沖擊，查表 取 =1.25
— 動(dòng)載系數(shù)，6級(jí)精度，查表 取 =1.01
— 計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒向載荷分布系數(shù)，，取 =1.12
— 計(jì)算接觸強(qiáng)度的齒間載荷分布系數(shù)，取 =1
— 計(jì)算接觸強(qiáng)度的行星輪間載荷不均衡系數(shù),查表取 =1.2
— 計(jì)算齒面接觸應(yīng)力的基本值，
許用接觸應(yīng)力
= （3.4）
式中，—試驗(yàn)齒輪的接觸疲勞極限，取 =1400 ；
—計(jì)算接觸強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，取 =1.25；
—計(jì)算接觸強(qiáng)度的壽命系數(shù)，取 =1.03；
—潤(rùn)滑油系數(shù)，取 =1.06；
—工作硬化系數(shù)， =1.1；
—速度系數(shù)，取 =0.90；
—粗糙度系數(shù)，取 =0.95；
—尺寸系數(shù)，取 =1；
則 = =1160.5
故 < 接觸強(qiáng)度通過。
Ⅱ）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，
計(jì)算齒根應(yīng)力
（3.5）
式中，=
—端面內(nèi)分度圓上的名義切向力，取 =2000 N
b—工作齒寬， 取b =20
—法向模數(shù)，取=2.5
= =40
載荷系數(shù) =11.21.11.1=1.45
式中，
—使用系數(shù)。取=1
—?jiǎng)虞d系數(shù)。取=1.2
—齒間載荷系數(shù)，取=1.1
—齒間載荷分布系數(shù)，取=1.1
彎曲強(qiáng)度的重合度系數(shù)
式中，
—齒形系數(shù)。取=2.5
—應(yīng)力修正系數(shù)。取=1.605
—重合度系數(shù)。=0.716
—螺旋角系數(shù)。=1.0
則：
計(jì)算許用彎曲應(yīng)力
（3.6）
式中，
—彎曲疲勞極限。由于材料為40Cr，故取=350
—最小安全系數(shù)。取=1.4
（3.7）
式中，
—應(yīng)力修正系數(shù)。取=2.0
—壽命系數(shù)，取=1.0
—圓角敏感系數(shù)，取=0.99
—表面狀況系數(shù)。取=1.674-0.529=1.063
—尺寸系數(shù)。由，則=1.0
則：
故嚙合齒輪彎曲疲勞校核合格。
3．2 軸的計(jì)算與校核
3.2.1 軸的預(yù)選計(jì)算
對(duì)于實(shí)心主軸：
（3.8）
對(duì)于空心軸 （3.9）
β通常取0.5-0.6
對(duì)于主軸，為空心軸，取β=0.5主軸材料為40cr [τ]取值40-52 取[τ]為45
D>=20.64mm初選內(nèi)徑為d=10mm 因?yàn)棣?0.5 所以D=30mm。
3.2.2 軸的校核計(jì)算
軸的校核計(jì)算首先做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，彎矩圖，扭矩圖，然后進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核即可。由于本空心軸是水平放置，靠它傳遞扭矩，少量的彎矩可忽略不計(jì)，故只需對(duì)其扭矩進(jìn)行校核便可?？招妮S所受扭矩圖如圖3.1所示。
圖3.1 空心軸扭矩圖
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力計(jì)算公式：
（3.10）
式中， --截面的剪切應(yīng)力
T—截面處得扭矩
--危險(xiǎn)截面的抗扭截面系數(shù)
對(duì)于空心軸：
查表得到45號(hào)鋼
=0.3675<
因此這根空心軸符合強(qiáng)度要求
3．3 普通平鍵的計(jì)算與校核
3.3.1 鍵的選取
本課題設(shè)計(jì)中共有三處先用普通平鍵連接，分別為齒輪傳動(dòng)處主動(dòng)輪上和從動(dòng)輪上的鍵，另外還有轉(zhuǎn)盤上的一組。所以總共有三個(gè)普通平鍵需要校核，三個(gè)平鍵的分別是=6X16，=5X14，=5X65，綜合考慮鍵的長(zhǎng)寬高及各方面因素，第一個(gè)鍵的校核更具代表性，故下面只做鍵=6X16的校核。
3.3.2 鍵聯(lián)接的強(qiáng)度校核
鍵的強(qiáng)度校核公式如下：
（3.11）
（3.12）
式中，T—傳遞的轉(zhuǎn)矩 。
d— 軸的直徑
l— 鍵的工作長(zhǎng)度
k— 鍵與輪彀的接觸高度 k =h-t h 為鍵的高度，t為軸槽的深度。
b— 鍵的寬度
—鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力 查表可得輕微沖擊載荷時(shí)，取=150
— 鍵的許用靜壓力 查表可知：=100
= =0.0017
=0.00085
所以
由以上的計(jì)算可知，該平鍵的強(qiáng)度極限滿足要求。
同樣方法計(jì)算可得出結(jié)論，另外兩組鍵也滿足強(qiáng)度極限要求。
3．4 軸承的計(jì)算與校核
本設(shè)計(jì)中用到的軸承有圓錐滾子軸承和單向推力球軸承，其校核主要是對(duì)其壽命校核。
3.4.1 圓錐滾子軸承壽命校核
該圓錐滾子軸承其主要參數(shù)為:
d =28 D =45
B =12 Cr =16.8
（3.13）
式中， —以小時(shí)數(shù)（h）表示軸承的基本額定壽命（可靠度為90%）
—軸承工作轉(zhuǎn)速，
C—基本額定動(dòng)載荷，N
P—當(dāng)量動(dòng)載荷，N
—壽命指數(shù)，對(duì)滾子軸承 =
由于該軸承徑向受力可忽略不計(jì)，只受軸向載荷，所以
P = （3.14）
查表得x=0.4,y=1.40,fp=1.5
P ==210N
=1460 r/min
=16.8
由公式（3.13）可得：
=
=25.2× h
> =55000 h
3.4.2 轉(zhuǎn)盤處單向推力球軸承的壽命的校核
此單向軸承推力球軸承其主要參數(shù)為:
d =12 D =26
B =9 Cr =10.2
同理由于該軸承只是承受軸向力，所以
P = =150 N
=360 r/min
由公式（4.13）可得：
=
=59.4× h
> =55000 h
由以上的計(jì)算可知，各軸承的壽命符合要求。
其他幾對(duì)軸承承受的力相對(duì)較小，肯定滿足壽命的要求，校核省略。
第4章 基于UG的實(shí)體設(shè)計(jì)概述
4.1 UG實(shí)體設(shè)計(jì)概述
UG實(shí)體設(shè)計(jì)是由北京北航海爾軟件有限公司通過國(guó)際合作研發(fā)的具有國(guó)際先進(jìn)水平的三維設(shè)計(jì)軟件，它使實(shí)體設(shè)計(jì)跨越了傳統(tǒng)參數(shù)化造型在復(fù)雜性方面受到的限制，不論是經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員，還是剛接觸CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)的初學(xué)者，CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)都能提供便利的操作。其采用鼠標(biāo)拖放式全真三維操作環(huán)境，具有無可比擬的運(yùn)行速度、靈活性和強(qiáng)大功能，使設(shè)計(jì)更快，并獲得更高的交互性能，真正使得實(shí)體設(shè)計(jì)做到了簡(jiǎn)單易用。
采用UG實(shí)體設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
第一，UG實(shí)體設(shè)計(jì)采用工程應(yīng)用的特征（如孔、槽、螺紋、圓角、倒角等）作為構(gòu)造零件的基本單元，改變了傳統(tǒng)二維CAD以幾何設(shè)計(jì)為主的方式，使設(shè)計(jì)過程更加直觀，設(shè)計(jì)人員可以將更多的精力用在創(chuàng)造性的產(chǎn)品構(gòu)思上，提高了設(shè)計(jì)效率。
第二，三維裝配設(shè)計(jì)使設(shè)計(jì)人員可以準(zhǔn)確進(jìn)行結(jié)構(gòu)和曲面復(fù)雜的部件設(shè)計(jì)。通過施加約束與配合關(guān)系，采用拖放方式操作，使得零件裝配就像搭積木一樣方便，對(duì)裝配、子裝配的零件、裝配特征、約束及輔助視圖以記錄樹形式進(jìn)行管理，可以完成裝配件爆炸、剖切、干涉檢查、運(yùn)動(dòng)仿真、最小間隙計(jì)算、零件列表等活動(dòng)，避免了需要試制樣機(jī)再驗(yàn)證更改完善設(shè)計(jì)的周期過長(zhǎng)、勞動(dòng)強(qiáng)度高等弊端。
第三， UG實(shí)體設(shè)計(jì)能自動(dòng)處理從相片真實(shí)感到線框的渲染風(fēng)格。設(shè)計(jì)環(huán)境下集成的真實(shí)紋理、貼圖和表面凸痕效果可用于體現(xiàn)諸如螺紋和隔柵等設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)?？缮删哂邢嗥鎸?shí)感的圖象和生成任意數(shù)量的平行光、點(diǎn)光源或聚光光源；其特殊效果包括霧化效果和膠體效果。同時(shí)智能動(dòng)畫提供了復(fù)雜的關(guān)鍵幀動(dòng)畫功能，包括三維動(dòng)畫軌跡編輯和渲染效果圖以 GIF 和 AVI 文件的形式輸出，非常適合做設(shè)計(jì)作品的模擬演示及與他人的直接溝通。
正是UG實(shí)體設(shè)計(jì)的以上眾多優(yōu)點(diǎn)，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選擇了它。
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致謝
本設(shè)計(jì)和課題的研究工作實(shí)在尊敬的指導(dǎo)老師趙又紅副教授的親切關(guān)懷下完成的。趙老師淵博的知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、高度的責(zé)任心以及嚴(yán)于律己、待人誠(chéng)懇的思想品德深深影響著我，這不僅是我順利完成了此項(xiàng)設(shè)計(jì)，而且也將成為使我受益終生的寶貴財(cái)富。幾個(gè)月的時(shí)間里，從課題的選定、資料的收集、方案的擬定、課題的具體設(shè)計(jì)到設(shè)計(jì)說明書的審定改進(jìn)，李老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)生不僅開拓了思路、擴(kuò)大了視野、豐富了知識(shí)面，還初步掌握了處理具體實(shí)踐問題的科學(xué)方法，為學(xué)生今后發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
在設(shè)計(jì)的完成過程中，還得到了劉濤、羅建等同學(xué)不懈的支持與幫助，在此對(duì)他們表示衷心的感謝。
感謝這將近四年來在我身邊曾經(jīng)幫助和關(guān)心過我的人們。
同時(shí)也感謝在學(xué)習(xí)和生活中給予我無私關(guān)懷的各位老師。
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