827 青飼料切割機
827 青飼料切割機,青飼料,切割機
湘潭大學畢業(yè)設(shè)計說明書題 目: 青飼料切割機的設(shè)計 學 院: 機械工程學院 專 業(yè): 機械設(shè)計制造及其自動化 學 號: 2003070131 姓 名: 丁 敦 慶 指導教師: 楊 敦 國 完成日期: 2007 年 6月 5日 1目 錄摘要 .......................................................................................................................2ABSTRACT .........................................................................................................3第一章 緒論 .....................................................................................................1§ 1-1 農(nóng)業(yè)機械在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用 ............................................................................................1§ 1-2 市場前景分析 ............................................................................................................................1§ 1-2 QSJ-200 型青飼料切割機簡介 .................................................................................................2第二章 總體設(shè)計 .............................................................................................4§ 2-1 方案的篩選 ................................................................................................................................4§ 2-2 實現(xiàn)原理介紹 ............................................................................................................................6§ 2-3 整體傳動比的分析計算 ............................................................................................................7第三章 傳動設(shè)計 ...........................................................................................10§ 3-1 電動機的選型 ..........................................................................................................................10§ 3-2 V 帶傳動的設(shè)計 ......................................................................................................................11§ 3-3 錐齒輪的設(shè)計 ..........................................................................................................................15§ 3-4 圓柱齒輪的設(shè)計 ..................................................................................................................19第四章 軸與校核 ...........................................................................................25§ 4-1 軸的設(shè)計 ..................................................................................................................................25§ 4-2 校核 ..........................................................................................................................................28第五章 刀的設(shè)計 ...........................................................................................36§ 5-1 切割的基本概念 ......................................................................................................................36§ 5-2 切刀的設(shè)計 ..............................................................................................................................36§ 5-3 破碎輥筒的設(shè)計 ......................................................................................................................42第六章 進給機構(gòu)與機架的設(shè)計 ...................................................................45§ 6-1 進給機構(gòu)的設(shè)計 ......................................................................................................................45§ 6-2 機架的設(shè)計 ..............................................................................................................................46設(shè)計心得與致謝 .................................................................................................47參考文獻 .............................................................................................................48附錄Ⅰ 外文文獻翻譯 .......................................................................................50附錄Ⅱ 外文翻譯原文 .....................................................................................532青飼料切割機的設(shè)計摘要: 一種青飼料切割機,由裝在同一傳動軸上的破碎,切碎兩種功能的機構(gòu)構(gòu)成.破碎機構(gòu)主要由刀齒板、切刀、刮刀及輥筒構(gòu)成.加工塊莖類物料時,經(jīng)刀齒的劃割,切刀的切割,刮刀的進一步破碎,完成加工過程;同時,可利用切碎機構(gòu)加工藤蔓、桿葉類青飼料; 并采用輥壓輪對藤蔓進行自動進給.拆下破碎部件,換上磨碎齒板,又可作為薯類淀粉初加工機具.因此,既能滿足青飼料加工要求,又能加工薯類淀粉,適應(yīng)農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)的需要.關(guān)鍵詞: 破碎、切碎、切刀、輥筒、輥壓輪3Green fodder cutting machine designAbstract:A green fodder cutting machine ,By the same equipment on the drive shaft broken, shredding function of the two bodies constituted 。Broken bodies is main made up of plate cutters, machetes, blade and roller. Tuber processing materials, with the cutter tooth is removed, the cutter cutting, scraping further broken completed processing . Meanwhile, it will use the sap processing shredding bodies, leveraged leaf green fodder,and using roller round to get the sap Automatic Feed . Broken parts removed and replaced teeth grinding plate, and could serve as the beginning of potato starch processing machines , Therefore, it can satisfy green fodder processing requirements, while potato starch processing, aquaculture industry suitable to rural needs .Keywords:Breakers、Shredding 、Cutter 、Roller 、Rolling wheel1第一章 緒論§ 1-1 農(nóng)業(yè)機械在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用農(nóng)業(yè)機械化是建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),是先進生產(chǎn)力的代表,是提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率的主要手段。農(nóng)業(yè)機械化是農(nóng)業(yè)科學技術(shù)推廣應(yīng)用的重要載體,是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然過程,加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化是推進城鎮(zhèn)化建設(shè),全面建設(shè)農(nóng)村小康社會的重要舉措,加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機械化也是保護和提高糧食綜合生產(chǎn)能力,增加農(nóng)民收入的重要措施。一是通過農(nóng)業(yè)機械,可以代替人工,使大量農(nóng)村勞動力從繁重的農(nóng)業(yè)勞動中解脫出來,使其投入到產(chǎn)業(yè)中,增加農(nóng)民收入;二是通過實施精量播種、機械施肥、秸稈機械還田等機械化節(jié)本增效農(nóng)業(yè)技術(shù),降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本;三是通過拓寬農(nóng)機維修、銷售服務(wù)市場,吸納農(nóng)村剩余勞動力?!?1-2 市場前景分析經(jīng)過市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)。很少有適合小型養(yǎng)殖場、專業(yè)戶和個體農(nóng)戶要求的小型青飼料切割機。并且這些青飲料切割機還具有以下缺點:1. 大多數(shù)青飼料切割機只能單獨切割塊狀飼料或莖桿類物料。2. 切割刀刃為直刃、切割剛度低、對多纖維莖桿的切割性能差。3. 用手喂入莖桿婁物料安全性差。4. 塊料切碎時切碎均勻度差。故我們設(shè)計一種能滿足小型養(yǎng)殖場、專業(yè)戶和個體農(nóng)戶要求。切割性能好,操作安全的小型青飼料切割機。2§ 1-2 QSJ-200 型青飼料切割機簡介該新型機屬于一種多功能的飼料加工機具,特別適于對塊莖,塊根類物料的切碎和破碎加工,也可作為薯類淀粉加工機具使用。目前的飼料加工機具,一般采用一片或多片刀片,在旋轉(zhuǎn)過程中將飼料切碎;對于塊莖類飼料的加工,則用磨齒片將飼料磨碎。前者滿足了藤蔓,桿葉狀飼料的加工;后者可對塊莖塊根類飼料的加工。作為一般青飼料的加工,已是可行的了,但加工后的物料中,漿狀體比較多,粒度細小,對塊莖類物料的加工,這種情況尤為突出,不利現(xiàn)在推行的青儲飼料技術(shù)的應(yīng)用。青儲飼料工藝對原料的要求,往往要使切碎或破碎后的飼料保持較好的粒狀,特別對含淀粉高的薯類青飼料,要求在加工中盡量減少漿狀體,更有利于發(fā)揮青儲飼料的效益。本實用于新型的目的是提供一種可將塊莖,塊根類青飼料,一次加工成塊粒狀的青飼料切碎機;同時具有藤蔓,桿葉類青飼料的切碎機構(gòu);還可較方便地更換上磨碎齒板,作為薯類淀粉加工的多功能機具。本實用新型的優(yōu)點是破碎輥筒上的齒、刀部件,配合作用,減少了對物料的擠壓、碰撞的機會,降低了塊莖類飼料加工的漿狀體;同時在加工藤蔓、桿葉類飼料時采用輥壓輪進給,大大提高了送料時的人身安全;加之同破碎機構(gòu)安裝在同一傳動軸上的切碎機構(gòu)。即可完成塊莖、塊根類青飼料的加工,又可同時加工藤蔓、桿葉類飼料。不但簡化了設(shè)備,又避免了采用不同的傳動軸,共用同一動力,操作使用時的麻煩。破碎輥筒上的刀齒板、切刀、刮刀可拆下,換上磨碎齒板,又具有薯類淀粉加工能力。因而它有結(jié)構(gòu)簡單,適應(yīng)性強的特點,能充分滿足農(nóng)村,特別是山區(qū)農(nóng)村推廣。效果圖如圖 1-1所示。3圖 1-1 QSJ-200青飼料切割機效果圖1.電動機 2. 皮帶輪防護罩 3. 防護罩 4. 進料斗 5.進料槽 6.機架 7. 出料槽4第二章 總體設(shè)計§ 2-1 方案的篩選通過查閱資料,最后選定了四種參考方案,具體外形如圖 2-1、圖 2-2、圖 2-3、圖2-4 所示。圖 2-1 臥式切割機 圖 2-2 立式切割機5圖 2-3 臥式輥筒切碎機 圖 2-4 臥式多功能切割機方案一圖 2-1 所示方案一是最常見的臥室切割機,砍刀片裝在電動機的主軸上,通過電動機提供給刀片的旋轉(zhuǎn)運動來切割青飼料,但是缺點是不能切割塊莖類飼料,同時刀片為直刃砍刀,消耗功率大,振動也大。方案二圖 2-2 所示方案二是立式切割機,優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊,占用空間小,缺點與方案一一樣,對能切割飼料的種類有限。方案三圖 2-3 所示方案三是臥式輥筒破碎機,有點是能很好切割塊莖,輥筒上的刀片拆卸也很方便,缺點是不能切割藤蔓類青飼料,所以他的使用也受到了很大的限制。方案四圖 2-4 所示方案四是臥式多功能切割機,優(yōu)點是即能切割藤蔓類,又能切割塊莖類,缺點是,該設(shè)計在為了完成切割塊莖的目的是,過多裝入轉(zhuǎn)動刀片,在拆卸刀片時,非常不便,并且過多的刀片也增加產(chǎn)品的成本。通過分析以上四種方案,吸收各自優(yōu)點,得到一個即能切割藤蔓類青飼料,又能切割塊莖類青飼料的多功能青飼料切割機。并在設(shè)計中,增加了藤蔓類物料的自動進給機構(gòu),以提高工作安全性。6§ 2-2 實現(xiàn)原理介紹該機主要由傳動軸Ⅰ和裝在其一端的 V 帶輪,裝在其中部的破碎輥筒和切碎刀盤,裝在其一端的變速錐齒輪和傳動軸Ⅱ上的變速錐齒輪和直齒輪及進給軸Ⅲ、Ⅳ,裝在支撐固定它們的機架下部的電動機,主動輪及傳動皮帶,加之安裝在機架上的喂料臺,進料斗,機殼等構(gòu)成,要點是破碎輥筒的滾動面上安裝了由刀齒板,切刀,刮刀組成的共同完成對塊莖塊根類青飼料破碎的破碎機構(gòu),切碎機構(gòu)由安裝在傳動軸一端的切碎刀盤及其上的動刀片,加之固定在機架相應(yīng)位置上,能在刀盤轉(zhuǎn)動過程中,與動片構(gòu)成剪切動作的定刀片構(gòu)成。為使破碎和切碎能同時進行,把破碎輥筒,切碎刀盤裝在同一傳動軸上。傳動軸安裝在機架上,動力由機架下部的電動機及其主動輪,通過皮帶傳給安裝在傳動軸一端的從動輪,驅(qū)動傳動軸運轉(zhuǎn)使安裝在中部的破碎輥筒及其切刀盤工作。機架上靠切碎刀盤一側(cè),制作了切碎機構(gòu)喂料臺、自動進給輥壓輪及刀盤罩;位于傳動軸中部的破碎輥筒上,裝有機殼和進料斗,二者用小螺桿連為一體;主動輪與從動輪間套有皮帶防護罩;機架下部制作了切碎,破碎物料的出料斗。其中,喂料臺,刀盤罩、機殼、進料斗、皮帶防護罩,出料斗均連接固定在機架上。破碎輥筒上的刀齒板、切刀、刮刀等用螺釘固定在滾筒的滾動面上,且使刀齒板和切刀有 5-10 度的螺旋角。這樣,就夠成一個青飼料切碎機。若要作為暑類淀粉加工設(shè)備,則可將磨碎齒板替換下破碎輥筒上的刀齒板,切刀和刮刀。磨碎齒板能在輥筒的旋轉(zhuǎn)力帶動下,將薯類打磨成漿體,達到加工淀粉的目的。使用時,將藤蔓、桿葉類青飼料放在喂料臺上,由輥壓輪自動將料送入刀盤罩內(nèi),動刀片隨刀盤的旋轉(zhuǎn)和固定在機架上的定刀片配合,將物料切碎。塊莖、塊根類青飼料則叢破碎輥筒機殼頂部的進料斗送入;在輥筒的旋轉(zhuǎn)力作用下,物料先被刀齒板上的刀齒劃割成條,隨即由切刀切削下來,再經(jīng)刮刀進一步破碎,切碎或破碎后的物料從出料斗送出。即可滿足青飼料加工要求。傳動原理如圖 2-5 所示。7圖 2-5 傳動原理簡圖1.電動機 2.小 v 帶輪 3.v 帶 4.大 v 帶輪 5.軸承座 6.破碎輥筒 7.主軸Ⅰ 8.切碎刀盤 9.動刀片 10.小錐齒輪 11.大錐齒輪 12.小圓柱齒輪 13.大圓柱齒輪 14.換向圓柱齒輪Ⅰ 15.換向圓柱齒輪Ⅱ 16.傳動軸Ⅱ 17.傳動軸Ⅳ 18.傳動軸Ⅲ 注:圖中箭頭表示各軸的轉(zhuǎn)動方向§ 2-3 整體傳動比的分析計算在本設(shè)計中,考慮到實際情況,主軸轉(zhuǎn)速在 400r/min 為宜。以下為具體計算分析過程。因為設(shè)計任務(wù)提供的電動機是 1500r/min、功率是 0.55kw。根據(jù)帶輪傳動比的要求(一般傳動比在 2~4 為宜)現(xiàn)選傳動比為 3.9。則主軸轉(zhuǎn)速為=1500r/min/3.9=384.6r/minn?現(xiàn)初步選擇輥壓輪的直徑為 40mm,對切削的物料長度定為 10mm?,F(xiàn)在來分析主軸Ⅰ到傳動軸Ⅲ、Ⅳ之間的傳動比。因為輥壓輪的轉(zhuǎn)動是由軸Ⅲ、Ⅳ提供的,所以軸Ⅲ、Ⅳ的轉(zhuǎn)速相等,轉(zhuǎn)向相反。8圖 2-6 物料進給示意圖參考圖 2-6 現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速設(shè)為 r/s,由于刀盤上是對稱安裝的 2 把動刀片,所以切n2割次數(shù)為 2 次/s。n進給輥壓輪設(shè)為 轉(zhuǎn)/s。 3V=2 R=2 20=125.6 mm/s ?3n3?3V 為料的理論進給速度。則每次刀的切割長度是 L= =62.8 /n236.1532由設(shè)計要求知切割長度以 10mm 為宜,則62.8 / =10mm32即 / =10/62.8n32/ =6.28239主軸Ⅰ與軸Ⅲ、Ⅳ的傳動比為 6.28現(xiàn)已知 =384.6r/minn2則 =61.24r/min3則理論上每秒進料為 V=128.2mm/s考慮到在實際中料在傳送過成中的打滑,所以上述進料速度在現(xiàn)實中是可以做到的。在主軸Ⅰ與軸Ⅲ、Ⅳ之間有一對錐齒輪的減速和一對直齒輪的減速,考慮到各對齒輪傳動比的適宜范圍,現(xiàn)取錐齒輪的傳動比 i=2,圓柱齒輪的傳動比 i=3(考慮到計算和設(shè)計時的方便)10第三章 傳動設(shè)計§ 3-1 電動機的選型考慮到設(shè)計的青飼料切割機適用對象為小型養(yǎng)殖場、專業(yè)戶和個體農(nóng)戶,故電動機電壓應(yīng)選用 220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動力不是很大 ,選用小功率的電動機.綜合各方面因素,選用 YL 系列電動機.YL 系列電動機是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動及運轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點,符合國際標準 IEC 的有關(guān)規(guī)定,并實現(xiàn)同一機座號單、三相異步電動機等級相同 ,提高了單、三相電動機的互換性和通用性,被廣泛應(yīng)用于冷凍機、泵、風機、,小型機床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面.電動機的主要參數(shù):型號:YL801-4電壓:220V功率:0.55KW同步轉(zhuǎn)速:1500r/min頻率:50HZ效率:68%功率因數(shù):0.92 外形尺寸:295 165 200?電動機的安裝方式:選擇 IBM3 型11§ 3-2 V 帶傳動的設(shè)計① 電動機 V 帶輪的設(shè)計 ② 主軸 V 帶輪的設(shè)計一 、V 帶輪的設(shè)計要求設(shè)計 V 帶輪時應(yīng)滿足的要求有:質(zhì)量小;結(jié)構(gòu)工藝性好,無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力,質(zhì)量分布均勻,轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡,輪槽工作面要經(jīng)過精細加工(表面粗糙度一般應(yīng)為 3.2)以減帶的磨損,各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度,以使載荷分布較為均勻等。二 、帶輪的材料 此處帶輪的材料,采用鑄鐵,材料牌號為 HT200。三 、 V 帶輪的結(jié)構(gòu)鑄鐵制 V 帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式:①實心式 ②腹板式③孔板式④橢圓輪輻式.當帶輪的基準直徑 2.5d(d 為軸的直徑,單位為 mm)時,可采用實心式; d? d?300mm 時,可采用腹板式(當 100mm 時,可采用孔板式) ; 300mm 時,21dD??d?可采用輪輻式。四 、 相關(guān)計算已知電動機的額定功率為 0.55KW,轉(zhuǎn)速 n1=1500r/min,選取傳動比為 i=3.9,采用普通 V 帶傳動.1.確定計算功率 P ca由參考資料[1]表 8-6 查得工作情況系數(shù) KA=1.1,故P =KA P=1.1 0.55=0.605KWca?2.選取帶型根據(jù) P ,n 由參考資料 [1]圖 8-9 確定選用 Z 型ca3.確定帶輪基準直徑由[1]表 8-3 和表 8-7 取主動輪基準直徑 d =71mm1則從動輪基準直徑 d =i d =3.9 71=276.9mm2?1根據(jù)參考資料[1]表 8-7 取 d =280mm212按參考資料[1]式(8-13) 驗算帶的速度V= = m/s=5.57120°主輪上的包角合適6.計算 V 帶的根數(shù) Z由參考資料[1]式(8-22) 知 ldcaKPz)(0???由 n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 查由參考文獻[1]表 8-5a 和參考文獻[1] 表 8-5b,得P =0.31kw, △P =0.03kw00查參考資料[1]表 8-8,得 K =0.92?查參考資料[1]表 8-2,得 K =1.14l13則 =1.69714.920)3.10(65???z取 z=2式(8-22)中 K —————包角系數(shù)?K ——————長度系數(shù)lP ——————單根 V帶的基本額定功率0△P —————計入傳動比的影響時,單根 V帶額定功率的增量7.計算預緊力 F 0由參考資料[1]式(8-23) 知F =0 2)15.(qvKzvPca???查參考資料[1]表 8-4, 得 q=0.06kg/m,故F = =49.687584N0 2573.06)92.(573.26??8.計算作用在軸上的壓軸力 F p由參考資料[1]式(8-24), 得F = = =192.3Np2sin 10dz 274.15sin49.6??五 、帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計,主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式,根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸,參考文獻[1] 表(8-10) ,帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照參考文獻[1]圖(8-12)所列經(jīng)驗公式計算,確定了帶輪的各部分尺寸后,即可繪制出零件圖,并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。由以上的計算可知:電動機的 V 帶輪選實心式;主軸 V 帶輪選腹板式。六 、V 帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)14圖 3-1 V 帶輪的輪槽尺寸V 帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表 3-1 表 3-115注:電動機 V 帶輪L=(1.5~2)d, Be48.73651?raF所以 =750.86N342.1659.48.765.001????arYF因為 =e3.4.682ra所以 N9384.16.29.1022 ??aP因軸承運轉(zhuǎn)中有輕度沖擊載荷,按文獻[1]表 13-6查得 ,取2.1~0?pf1.2pf則 N032.91.867501??PN.4..24. 驗算軸承壽因為 ,所以按軸承 2所愛力大小進行驗算 21P?由參考文獻[1]式(13-5)有hCnLh 10536326 428.)9.10(.840)( ????36顯然遠遠大于切割機的使用壽命 ,所以選用的軸承是合理安全的。第五章 刀的設(shè)計§ 5-1 切割的基本概念切割與粉碎所謂切割,是指通過機械的方法克服物料內(nèi)部的凝聚力,并將其分裂成規(guī)格劃一的塊、片、絲、粒及醬狀產(chǎn)品的操作過程。滿足切割運動的機器必須具備兩個關(guān)鍵條件,一是切割刀具,另一個是物料的“進給”運動。進給運動系指物料與刀具的相對接觸運動。所謂粉碎,是指用機械的方法克服固體物料內(nèi)部的凝聚力并將其分裂的過程。根據(jù)所處理物料的尺寸大小的不同,將大塊物料分裂成小塊者稱為破碎,而將小塊物料變成細粉者稱為粉磨,破碎與粉磨又統(tǒng)稱為粉碎?!?5-2 切刀的設(shè)計一、切刀材料一般采用經(jīng)過熱處理的 T9 碳素工具鋼或錳鋼。在此選 T9 工具鋼二、對切刀的要求良好的切刀(或稱切碎器)應(yīng)滿足下列要求:37切割質(zhì)量高,耗用動力小,結(jié)構(gòu)緊湊,工作平穩(wěn),安全可靠,便于刃磨,使用維修方便。三、選用或設(shè)計刀片時應(yīng)滿足的要求刀片在設(shè)計和選用時應(yīng)滿足下列三個方面的要求,即① 鉗住物料,保證切割;② 切割功率要小;③ 切割阻力矩均勻。四、 刀片刃口幾何形狀及常用刀片形狀切刀的刀刃有直線型與曲線型幾何形狀,如圖 5-1 所示。圖 5-1 各幾何形狀刀刃在本次設(shè)計中選用(c )外曲線刃口刀 進行滑切。五、刀的滑切與正切分析切割機械工作時,功耗的大小與切刀的工作方式以及刀片的特性參數(shù)有關(guān),切刀的工作方式有滑切與正切之分。當按滑切工作時,切割阻力小,容易切割,切割時省力,功率消耗也小。當切刀按正切方式工作時,切割阻力大,切割困難,功率消耗也大。下面僅討論本刀具用到的滑切原理。圖 5-2 為切刀滑切示意圖。38圖 5-2 切刀滑切示意圖圖中 BC 為回轉(zhuǎn)曲線刃口刀的刀刃,O 為刃口曲線的圓心,A 點為切割工作點,切刀的回轉(zhuǎn)半徑為 r。當切刀在傳動系統(tǒng)作用下繞刀軸中心 P 以一定角速度做定軸回轉(zhuǎn)切割運動時,刀刃上工作點 A 的切割速度為 V,顯然,V OA,將 V 分解為過點 A 切?線和法線方向的兩個分速度 ,則 稱為滑切速度, 稱為正切(砍切)速度。zHz與 V 之間的夾角 及為滑切角。當滑切速度不為零時的切割及稱為有滑切的切z ?割,簡稱滑切;當滑切速度為零的切割稱為正切或砍切。 和 和 的關(guān)系為 Hz?/ =tanHz由圖 5-2 分析可知,滑切角顯然不為零,最大為 ,能實現(xiàn)滑切。60下面用一直刃切刀來進一步闡述滑切省力原理,如圖 5-3 所示。39圖 5-3 滑切省力原理圖若切刀的楔角為 ,則正切時,切割速度 V 就在 A 點的法線方向,即 V 垂直于刀?刃,切刀正好是以 角的楔子楔入物料?;袝r,因切割速度 V 偏離了刀刃的法線方向,與法線方向產(chǎn)生了一個滑切角 ,這時切刀的楔入角度由 減小到 。從上圖的???幾何關(guān)系可知tan =BC/AB?tan = tan cos??即滑切角 越大時,刀刃切入物料的實際楔入角 就越?。磳嶋H切割時只是刀???刃口在切割) ,這是 大 小,切刀受到的法向阻力越小,易于切入,切割省力。因HVz此,要使切割省力,除保證刃口鋒利以降低刃口比壓(比壓為刃口單位面積的壓力,與刀刃鋒利程度有關(guān))外,還須使切割為滑切,這正是利用了滑切省力的原理。此外,刀刃口的表面即使看起來光滑,但由于刀片在加工時的精度問題,在顯微鏡下觀察,刃口也呈現(xiàn)鋸齒狀的“微觀齒” ?;袝r,這些尖銳的“微觀齒”就像鋸子一樣將物料纖維切斷,這是滑切較正切省力的另一原因。六、鉗住物料的條件分析滑切也可以分為有滑移的滑切和無滑移的滑切兩種。切割時當動刀片與靜刀片之間的夾角達一定值時,物料就會產(chǎn)生沿刃口向外推移的現(xiàn)象,這叫有滑移的滑切。出現(xiàn)這種情況對穩(wěn)定切割是不利的,所以應(yīng)當盡可能的避免此種情況的出現(xiàn)。40下面以兩種不同鉗住角 切割物料的受力情況來分析鉗住物料,保證穩(wěn)定的切?割條件。下圖 5-4 表示了不同鉗住角 切割物料時物料的受力情況。圖 5-4 不同鉗住角 的物料受力分析圖?圖 5-4 中 AB 為動刀片刃口,CD 為定刀片刃口,夾角 為動、定刀片對物料的鉗?住角,也稱推擠角。假定以兩種鉗住角 切割時的摩擦角均為 。21?和AB 為動刀片刃口;CD 為定刀片刃口; 為動、定刀片對物料的鉗住角,又稱推?擠角; 為動刀片對物料產(chǎn)生的正壓力; 為定刀片(或支撐面)對物料產(chǎn)生的正壓1N2N力; 、 為動、靜刀片與物料在切割點處的摩擦力; 為兩種鉗住角 切割時T2 21和 ?物料與動、靜刀片間的摩擦角。由圖 5-4(a)知,由于此時 > ,兩個支撐反力的合力 的合力 F 將把被?21??21與切物料沿刃口向外推出,即在切割時產(chǎn)生滑移,不能保證穩(wěn)定切割。由圖 5-4(b)知,由于此時 < 。 的合力 F 指向刃口里面,即切割時合2121與力 F 將把被切物料沿刃口向里面推,切割時不會產(chǎn)生滑移,能保證穩(wěn)定切割,提高效率。由此可知,保證鉗住物料穩(wěn)定切割的條件是:鉗住角須小于物料與定刀片之間摩擦角之和, 21??在本設(shè)計中刀與料的相對位置圖如圖 5-5 所示,進行鉗住物料條件的分析41圖 5-5 刀與料的相對位置圖由圖 5-5 可知,切刀在旋轉(zhuǎn)過程中, 的最大值為 ,同時由經(jīng)驗可知,通常 =?38? ?1, = ,所以只要 小于 就可以了,顯然以上設(shè)計是滿足要求的,刀的32??218? 50?安裝也是合理的。七、刀的安裝曲線動刀片 A、B 通過螺栓 1、2、3、4 安裝在刀盤 P 上,通過調(diào)節(jié)螺栓1、2、3、4 來調(diào)整動刀片與定刀片的間隙。具體如下圖 5-6 所示。42圖 5-6 切刀簡圖1、4.六角螺栓 2、3。 沉頭螺栓§ 5-3 破碎輥筒的設(shè)計一、刀的設(shè)計在破碎輥筒刀的設(shè)計中才用了改進的齒刀配合設(shè)計,在輥筒的旋轉(zhuǎn)力作用下,物料先被刀齒板上的刀齒刮劃成條,隨即由切刀切削下來,再經(jīng)刮刀進一步破碎。齒刀的設(shè)計中,刀齒采用螺旋布置,與水平線成 夾角。各刀在輥筒平面的法線上,高10?度均為 15mm。破碎機構(gòu)原理圖及輥筒簡圖如圖 5-7 所示。43圖 5-7 破碎機構(gòu)原理圖及輥筒簡圖如圖二、刀在輥筒上布置的設(shè)計本設(shè)計中將切刀以 傾斜來布置,以配合刀齒板上螺旋刀齒的運動。整體布置如下10o圖 5-8 所示。圖 5-8 組合刀具在輥筒上的布置三、輥筒的設(shè)計44因為是進行的塊莖破碎,工作中會產(chǎn)生大量的水分,所以輥筒必須采取防銹處理,所以輥筒選用材料鋁 ZL301 進行鑄造,達到防銹的目的,輥筒的直徑選定為 300mm,其長度選定為 140mm。輥筒主體鑄造的厚度為 8mm。具體尺寸及輥筒結(jié)構(gòu)如下圖 5-9所示。圖 5-9 輥筒機構(gòu)簡圖45第六章 進給機構(gòu)與機架的設(shè)計§ 6-1 進給機構(gòu)的設(shè)計本設(shè)計中采用輥壓輪對藤蔓類物料進行進給,輥壓輪的外緣直徑為 ,轉(zhuǎn)速由40?前面的總體設(shè)計計算可知 V=128.2mm/smin/24.613r?在本設(shè)計中,采用雙槽重疊設(shè)計,外面鋼槽由 3mm 厚的鋼板焊成,在槽的兩側(cè)用厚鋼板加厚,然后鏜孔,軸Ⅲ、Ⅳ穿過孔而被支撐,軸Ⅲ、Ⅳ與輥壓輪用平鍵連接。在鋼槽內(nèi)再插一個薄壁進料槽,槽的底面與水平面成 10°傾斜。便于送料。詳細見圖 6-1。圖 6-1 進料槽及其進給輥壓輪461. 外鋼槽 2.輥壓輪 3.薄壁插槽 4.定刀片§ 6-2 機架的設(shè)計在機架設(shè)計中,主體采用 40×40×3的等邊對角鋼,均通過用手工電弧焊將其連接。在機架上表面放置一塊 10mm厚的鐵板以便固定各零件,在機架的 4個角上各加焊一塊 40×40×10的厚鐵板,以便獲得足夠的強度來安裝運動輪。根據(jù)各零件的設(shè)計尺寸,總觀全局對機架進行設(shè)計,最后機架整體尺寸為 628×540×437, (詳細請見 A0機架圖紙) 。47畢業(yè)設(shè)計心得通過以上的設(shè)計,讓我更加熟練的掌握了一般機械設(shè)計的步驟,通過查閱各種文獻資料也增長了各方面的知識。如刀具的設(shè)計和機架的設(shè)計,同時通過對切割機的設(shè)計。也讓自己深深體會到理論設(shè)計和實際需求之間曾在這一定的差距。在設(shè)計中不僅要從繪圖方面出發(fā),還要考慮實際加工工藝。讓自己的設(shè)計在現(xiàn)實中是可行的。在設(shè)計中通過使用各種材料,也進一步加深了對各材料的了解和使用場合。在繪圖中,在老師的指導和最后的修改中,也讓自己加深了各種繪圖中的技巧,并糾正了很多平時沒有注意到的畫法上的錯誤。在繪圖過程中的反覆修改,也讓自己深深體會到在設(shè)計和繪圖中必須要具有的嚴謹態(tài)度。在對機架的設(shè)計中,第一次用到了等邊對角鋼和槽鋼以及熱軋鋼板,必須通過焊接將他們連接起來組成機架。在繪圖標注中,通過復習以前工程圖學中的焊接部分,讓自己對焊接符號的標注有了更深的了解。在齒輪箱體的設(shè)計中,也讓自己對鑄件有了一定的認識,加深了對鑄造過程中應(yīng)該注意問題的理解??傊敬卧O(shè)計是收獲頗豐的。不僅第一次比較全面地運用了所學的專業(yè)知識,還學會了在設(shè)計中如何分析問題,解決問題。48致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作,本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲,作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計,由于經(jīng)驗的匱乏,難免有許多考慮不周全的地方,如果沒有導師的督促 指導以及一起工作的同學們的支持,想要完成這個設(shè)計是難以想象的。在這里首先要感謝我的導師楊敦國老師。楊老師平日里工作繁多,但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段,從外出實習到查閱資料,設(shè)計草案的確定和修改,中期檢查,后期詳細設(shè)計,裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導。我的設(shè)計較為復雜煩瑣,但是楊老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了楊敦國老師的專業(yè)水平外,他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我永遠學習的榜樣,并將積極影響我今后的學習和工作。其次要感謝和我一起作畢業(yè)設(shè)計的陳贊平同學邱果同學,大家一起努力一起討論合作,才使得畢業(yè)設(shè)計順利的完成.然后還要感謝大學四年來所有的老師,為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ);同時還要感謝所有的同學們,正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會如此順利.最后感謝機械工程學院和我的母校—湘潭大學四年來對我的大力栽培。49參考文獻[1] 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研組編.濮良貴,紀名剛主編,機械設(shè)計.第七版.北京:高等教育出版社,2001[2] 毛謙德,李振清主編,袖珍機械設(shè)計師手冊.第二版 .北京:機械工業(yè)出版社,2000[3] 成大先主編,機械設(shè)計手冊.第三版.第二冊.北京:化學工業(yè)出版社, 1999[4] 唐增寶,何永然,劉安俊主編,機械設(shè)計課程設(shè)計.第二版.武漢:華中理中大學出版社,1999[5] 西北工業(yè)大學機械原理及機械零件教研組編.孫桓,陳作模主編,機械原理 .第六版.北京:高等教育出版社,2001[6] 羅迎社主編,材料力學.武漢:武漢理工大學出版社, 2001[7] 肖旭霖主編,食品機械與設(shè)備.北京:科學出版社, 2006[8] 石一兵主編,食品機械與設(shè)備.北京:中國商業(yè)出版社, 1990[9] 周良德,朱泗芳主編,現(xiàn)代工程圖學.長沙: 湖南科學技術(shù)出版社,200050附錄Ⅰ 外文文獻翻譯高速機床切削機床James Benes要實現(xiàn)效益高速切削( hsm ),企業(yè)必須評估和優(yōu)化整個生產(chǎn)過程: 機床,以及其主軸與刀具系統(tǒng)和編程軟件.正如俄亥俄州完美機床協(xié)會的會長史蒂夫所言, 成功實現(xiàn)高效高速切割, 依靠的是效益高速切割系統(tǒng)的補償能力, 而不是進行簡單的修改高速切割選項的標準.為了實現(xiàn)效益高速切割, 機床必須具有剛性結(jié)構(gòu)來減少振動, 還要能提供足夠的硬度,以及能承受高速旋轉(zhuǎn) .通有有限元分析,對機床的加強肋和材料進行優(yōu)化,以便減小振動,獲得最優(yōu)的刀具壽命和加工表面粗糙度.雙軸設(shè)計是實現(xiàn)中型尺寸機床到大型尺寸機床效益高速切削的理想方法,這是因為在 Y軸和 Z軸方向的載荷是固定的 ,表面載荷是唯一的變量.相比之下,在三軸機前 ,X軸在 Y軸上方,因為受表面載荷變化的影響而使得兩軸具有變動載荷. 使得機械很難進行調(diào)整和控制 .然而,從小型機到中型機,表面載荷一般被認為在 1500lb以下, 因此三軸設(shè)計具有很好的成本控制效益.直線單程機, 因為由軸承來承受其重量 , 為實現(xiàn)高速對機器進行控制和調(diào)節(jié)變得很容易.對于只受低扭矩的小型, 中型機的主軸,直線單程系統(tǒng)將能很好的工作.但是對于受高扭矩的中型, 大型機的主軸 ,在 Y軸和 Z軸方向受力變化 ,并且 X軸成線形方式.因為 HSM系統(tǒng) ,大直徑機床的滾珠絲杠能防止彎曲和振動, 滾珠絲杠被要求傳遞熱變形,消除生長 ,提高軸的剛性 .如果機床的機構(gòu)不能支撐被要求的滾珠絲杠,則必須作為維護問題, 用循環(huán)液體對其進行冷卻 .一臺不要求消除熱變形的機床,滾珠絲杠在一定范圍內(nèi)是精確的, 但仍缺乏軸的剛性,擁有長滾珠絲杠的大行程機床應(yīng)有螺栓螺母鎖緊結(jié)構(gòu)來防止螺栓的軸向移動, 變速裝置應(yīng)該直接與裝有剛性連軸節(jié)的滾珠絲杠耦合.因為 HSM的加速度的速率, 使物體平衡已經(jīng)不再可行, 必須使用一個大的沒有平衡51力的補助馬達變速裝置或者一個液壓平衡系統(tǒng).控制,電動機 ,傳動為得到最優(yōu)和可靠的速度,將控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)和電動機一起工作. 為 HSM選擇一個控制/電動機 /傳動系統(tǒng)時 ,許多注視事項都是很重要的.控制速度是一種處理空間約束信息的能力,通過伺服系統(tǒng)來完成, 并獲得閉環(huán)反饋.檢測模塊通過控制模塊在程序中引導矢量變化來調(diào)節(jié)進給速度,避免過度進給和切削,控制越快 ,對檢測模塊要求就越高 .自動機械的加速/ 減速, 與滑輪一起能自動減弱對連續(xù)性輪廓精度和完整性的饋送率.Ortner 說 ,大容量程序存儲器和以太網(wǎng)與硬盤驅(qū)動的接口或者是 ATA卡都必須憑記憶直接運行. 但認證服務(wù)器 232的 DNC模塊運行的速度不夠塊.大型數(shù)字式伺服電動機和驅(qū)動器對于需要快速響應(yīng)和停止的 HSM機床是必須的.高分辨率的反饋編碼器或線性表對于知道機床的位置,已經(jīng)走過的行程和將要走的行程是很需要的.伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)應(yīng)該與機械因為平面載荷發(fā)生的軸向慣量改變相匹配,這是非常重要的.這個調(diào)節(jié)裝置應(yīng)該要按照與速度相對應(yīng)的不同水平的精度來進行調(diào)節(jié).HSM軸因為皮帶的噪音和震動, 所以錐度為 40的軸在由變速箱內(nèi)的皮帶驅(qū)動時的速度應(yīng)該限制在 12000轉(zhuǎn)每分鐘,或者錐度為 50的軸限制在 8000轉(zhuǎn)每分鐘.這個軸的安裝造成了很高的切削力和震動.同樣, 它也伴隨著很大的扭矩 ,但是它在產(chǎn)品加工中增加了啟動和制動的時間, 它的耐熱性也很一般 .但是無論如何 ,它還是一種便宜的動力傳動系統(tǒng),維護費用也很少.在獨立引導的驅(qū)動器中(IDD 或者 DDS),軸的電動機安裝在軸的上端,與精密的聯(lián)軸器相連接. 這樣的安裝使的轉(zhuǎn)速能達到 20000轉(zhuǎn)每分鐘.在齒輪/皮帶傳動系統(tǒng)中, 用戶改變齒輪的傳動比以求用低轉(zhuǎn)速的電動機來得到較高的軸轉(zhuǎn)速. 而與之不同的是 ,在 IDD或者 DDS系統(tǒng)中, 軸馬達的轉(zhuǎn)速和軸的轉(zhuǎn)速是一樣的.這個系統(tǒng)有很好的啟動和制動品質(zhì)( 與完整軸相似 )和熱穩(wěn)定性.根據(jù) Ortner所說, 能得到高轉(zhuǎn)速和低震動的最好的系統(tǒng)是軸的機架為固定裝置的整體軸或機動軸. 典型的調(diào)速范圍從 15000r/min到 40000r/min.這些即昂貴維修費用又高的軸, 但是他們傳遞的熱量穩(wěn)定 ,并且變形小 ,異常加速減速也少,有足夠的切斷扭矩.高切斷扭矩要求粗大的軸和大功率的電動機,而且還會導致降低速度. 隨著切削速52度的增加,主軸軸承和軸直徑的收縮將導致軸剛性的降低和切削工具使用類型的限制. 同時,可利用小工裝系統(tǒng)限制工具的長度.加工系統(tǒng)擁有小錐度的標準的 CAT/BT系統(tǒng)因為他們本身具有的特點可能會限制其在高速時本身的效用. 他們僅僅依靠軸錐度的接觸來獲得剛度, 隨著軸轉(zhuǎn)速的增加,地心引力打開他們的螺栓緊固系統(tǒng).在高速下,軸的端頭直徑因為離心力的作用而發(fā)生小量的增大, 因而使得常規(guī)的刀具把柄在持續(xù)外拉力產(chǎn)生的壓力下進一步靠近主軸. 這種刀具后縮將會改變 Z軸空間的精度.MCAT/BBT 系統(tǒng)由于在機床主軸表面和刀具柄邊緣表面的接觸,還有同有錐度的心軸的良好接觸而提高了機床的剛性.這將降低機床在高速下的振動和機床與刀具把柄間的磨差損耗. 這中系統(tǒng)也和 CAT/BT系統(tǒng)一樣需要螺栓緊固安裝 ,同時由于離心力的作用而存在一個極限速度.HSK夾具在高速中是最好的,Ortner 說,不像傳統(tǒng)的爪,HSK 的爪是凹的,他們的夾緊裝置在里面起作用,從而使得夾具不受離心力的影響. 同樣,由于 HSK的錐度不足,主軸軸承靠近軸的端頭來獲得比較高的剛性.HSK A型系統(tǒng)能在高扭矩切削下很好的工作,速度能達到 24000r/min,相反,HSK E型系統(tǒng)的夾具沒有 A型系統(tǒng)的動力槽而提高了在高速下的平穩(wěn)性,這種型號的非常適合在高速低扭矩下的精加工.Ortner 推薦使用最大的 HSK夾具 100A型在轉(zhuǎn)速達到 15000r/min下進行重型切削加工, 對于中型精細切削用中型的 HSK-63A型也能很好的完成,速度能達到24000r/min.小型的 HSK-50E型則適合進行高速精加工.根據(jù)刀刃技術(shù)協(xié)會的會長 Sean ,一個在安大略溫莎的模具店, 程序?qū)τ?HSM系統(tǒng)來說是很重要的, 即使他們常常忽略 .這些都因為被培訓了的操作員已經(jīng)熟悉了店里的軟件系統(tǒng),沒有去尋找其他更適合 HSM的軟件系統(tǒng).對無精度要求的加工部分,從開始到結(jié)束采用多種刀具進行持續(xù)不斷的加工,HSM程序應(yīng)該提供一致的結(jié)果,這就是一個勞工費用可以與歐美相提并論的日本企業(yè)能與勞工費用低廉的中國企業(yè)競爭的原因.同樣,如果程序軟件能精確的辨認上次加工后的余量, 則整個加工過程將從粗加工到精加工而沒有中間加工過程.即使耗費時間來準備工件的數(shù)據(jù)---標準的數(shù)據(jù)例如切削速度,進給速度和切削深度以及在整個加工過程中個刀具進給速度的波動變化,--在決定刀具期望壽命時除一個足夠的使用系數(shù). 轉(zhuǎn)速的確定 ,避免刀具的碰撞.53一個恒定的局部載荷對于壽命的最大化和獲得精確度表面粗糙度是很重要的.當切削到局部時, 程序?qū)㈩~外通過控制局部載荷來防止刀具的偏離. 為了得到持續(xù)的高切削速度,弧線加工程序消除了機床必須減速進給進入拐角然后加速進給離開的要求.Ortner相信最重要的因素是知道由 CAD/CAM系統(tǒng)產(chǎn)生的點點的平均距離. 這些距離正在縮短隨著企業(yè)依賴機床來獲得好的產(chǎn)品加工表面粗糙度的增長,而不是依賴員工在機床上的操作和打磨拋光.例如, 大部分磨具企業(yè)總體的平均移動速度是 0.010-0.04in,結(jié)束的時候在 0.002-0.01in.平均移動的距離將決定平均進給的速率,看重移動的長度和點之間幾個英寸甚至 0.001英寸的微小移動的直線度 .附錄Ⅱ 外文翻譯原文
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