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果蔬三維切丁機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)
摘要 果蔬加工作為一種新興食品工業(yè)產(chǎn)品正在國(guó)內(nèi)興起，由于其具有自然、新鮮、衛(wèi)生和方便等特點(diǎn)，正日益受到消費(fèi)者喜愛(ài)。但我國(guó)，果蔬加工機(jī)械卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于發(fā)展需求，并且價(jià)格昂貴。由此我們研制了多功能果蔬加工機(jī)，一機(jī)多用，取代了部分功能單一、效率低下、價(jià)格昂貴的進(jìn)口機(jī)械。傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)器的重要部分，其好壞關(guān)系到果蔬切片、切丁的成品質(zhì)量和工作效率等問(wèn)題。進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確定推進(jìn)器、圓盤(pán)刀軸、條刀軸之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為適應(yīng)不同物料切削，提供不同的速度及動(dòng)力，使之能夠達(dá)到對(duì)塊根狀及葉菜狀果蔬進(jìn)行切片、絲、丁等規(guī)格形狀的加工。同時(shí)應(yīng)用新科技，采用先進(jìn)的數(shù)字調(diào)速電機(jī)，省去復(fù)雜的變速機(jī)構(gòu)與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。試驗(yàn)表明，該設(shè)備出成率、效率達(dá)到進(jìn)口機(jī)械水平，價(jià)格較進(jìn)口設(shè)備降低50%以上，可填補(bǔ)此類機(jī)械的國(guó)內(nèi)空白，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
關(guān)鍵詞： 多功能, 果蔬, 加工機(jī)械, 傳動(dòng)系統(tǒng)
Abstract As one new kind of food industry product in the homeland, fruit vegetables have being fond of gradually by the consumer because they are natural, fresh, convenient. But in our country, fruit vegetables process machinery stagnates over later than need of development, and the price is expensive. So, we have been developing the multifunctional fruit vegetables processing machine to replace the part function single , poor efficiency , expensive price entrance machinery. Drive system is one kind of important parts of machine, its function is good or not will relate to the product mass.At the same time, it applies the new science, it adopts the advanced electrical machinery in cutting, and it omits the organization of the complicated transformation speed and adjustment. Experiment and Proved, price of equipment can reduce 50%, Compared with imported equipment, the rate of finished product and efficient can reach level of imported machine. It can stuff national blank of this kind of machine. It has obtained the good economic results and science utility.
Key words: more function, vegetable, working-machine, drive system
目 錄
第一章 緒論 ……………………………………………………… 3
1.1 課題研究的目的和意義………………………………………………… 3
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………………… 3
1.3 本課題主要研究?jī)?nèi)容…………………………………………………… 3
第二章 傳動(dòng)方案的選擇和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算………………… 5
2.1 總體方案的確定……………………………………………………………5
2.2 傳動(dòng)帶的選擇………………………………………………………………6
2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………………6
2.4 傳動(dòng)比的分配………………………………………………………………7
2.5 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算…………………………………………………… 8
第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………10
3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………… 10
3.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………… 15
3.3 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………… 20
第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………… 29
4.1 UG軟件簡(jiǎn)介 …………………………………………………………… 29
4.2 切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的建模及裝配圖……………………………… 29
第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) ………………………………………………………… 36
5.1 主要結(jié)論 ……………………………………………………………… 36
5.2 存在的問(wèn)題 ………………………………………………………………36
5.3 進(jìn)一步研究建議 …………………………………………………………36
致謝…………………………………………………………………… 37
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………… 38
第一章 緒 論
1.1 課題研究的目的和意義
切割果蔬作為一種新興食品工業(yè)產(chǎn)品正在國(guó)內(nèi)興起，由于其具有自然、新鮮、衛(wèi)生和方便等特點(diǎn)，正日益受到消費(fèi)者喜愛(ài)。以往的果蔬鮮切加工采用模仿人工切割動(dòng)作的二維切削方式，即利用機(jī)械刀片來(lái)實(shí)現(xiàn)果蔬制品的橫向和縱向切割。國(guó)外一些先進(jìn)的果蔬鮮切機(jī)械普遍采用了離心切片、盤(pán)形刀或柵形刀切絲、然后條刀切丁的三維切割加工工藝。本課題設(shè)計(jì)果蔬三維切丁機(jī)采用三維切割加工工藝，通過(guò)拆卸某些工作部件，使機(jī)具既能單獨(dú)進(jìn)行切片、切絲，又能切丁，做到一機(jī)多用、一機(jī)多能。隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏加快，對(duì)食用方便、營(yíng)養(yǎng)豐富、經(jīng)過(guò)加工的精細(xì)蔬菜的需求越來(lái)越大，對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來(lái)越高。蔬果食品機(jī)械加工在我國(guó)起步雖晚，但由于中國(guó)蔬果富含營(yíng)養(yǎng)、品種齊全、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，深受國(guó)內(nèi)外消費(fèi)者的青睞，因而近幾年蔬果食品發(fā)展十分迅速，己成為創(chuàng)匯農(nóng)業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著我國(guó)改革開(kāi)放，蔬果食品加工的崛起，各種不同類型加工機(jī)械有了很大發(fā)展，開(kāi)發(fā)研制的廠家也比較多。國(guó)內(nèi)單一功能的蔬果加工機(jī)械品種較多，功能可靠但開(kāi)發(fā)多功能加工機(jī)械的廠家?guī)缀鯖](méi)有，即使所謂的多功能蔬果加工機(jī)械其實(shí)也是生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，只不過(guò)是針對(duì)不同的原料而講是多功能。生產(chǎn)上除了靠昂貴的進(jìn)口機(jī)械外，主要靠手工加工和醬菜機(jī)械或飲事機(jī)械來(lái)代替，加工成型不規(guī)則，成品率低，浪費(fèi)大，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬果加工食品的需求。國(guó)內(nèi)蔬果深加工的研究尚屬起步階段，對(duì)蔬果的品質(zhì)和綜合利用的研究與應(yīng)用無(wú)成熟經(jīng)驗(yàn)。對(duì)蔬果成型機(jī)械的研究尚屬空白，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬果加工品種的需要。
國(guó)外情況: 國(guó)外蔬果生產(chǎn)機(jī)械化具有6個(gè)突出特點(diǎn):1.蔬果機(jī)械大型化;2.機(jī)械自動(dòng)化:3.使用高技術(shù);4.廣泛應(yīng)用多功能機(jī)械;5.質(zhì)量穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng);6售后服務(wù)好
1.3 本課題研究的主要內(nèi)容
果蔬切丁機(jī)傳動(dòng)部分的分析與研究。傳動(dòng)系統(tǒng)是將動(dòng)力機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置，是主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一，其方案和布置的合理與否，將直接影響到整套裝備的運(yùn)行，加工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此果蔬食品切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即是把變頻電機(jī)的輸出動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)，通過(guò)齒輪傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)，將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給切丁機(jī)的推進(jìn)器裝置、圓盤(pán)刀軸和條刀軸，已達(dá)到特定要求的任務(wù)和目的。傳動(dòng)系統(tǒng)作為機(jī)器的重要部分，其好壞關(guān)系到果蔬切片、切丁的成品質(zhì)量和工作效率等問(wèn)題。進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，確定推進(jìn)器、圓盤(pán)刀軸、條刀軸之間的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，為適應(yīng)不同物料切削，需要提供不同的速度及動(dòng)力。此次設(shè)計(jì)是切丁機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中包括齒輪軸的設(shè)計(jì)，帶輪軸的設(shè)計(jì)，齒輪模數(shù)計(jì)算及校核，帶輪的確定等。
傳動(dòng)系統(tǒng)是主機(jī)設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一，但是，由于設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的因素，影響了系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用和維護(hù)等方面的知識(shí)，是保證系統(tǒng)能正常運(yùn)行并極大發(fā)揮其作用和性能的先決條件。本文主要研究的是果蔬切丁機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)，傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要與整套機(jī)器設(shè)備的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、低噪音、經(jīng)久耐用、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的傳動(dòng)系統(tǒng)。
第二章 傳動(dòng)方案的選擇和運(yùn)動(dòng)、動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
2.1 總體傳動(dòng)方案的確定
傳動(dòng)裝置主要由傳動(dòng)、支撐等零部件組成。選擇方案時(shí)，要保證工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，易加工，以維護(hù)，成本低，效率高。
圓盤(pán)刀軸、條刀軸要求功率不大，但其轉(zhuǎn)速較高，要求傳動(dòng)效率也較高，電機(jī)軸轉(zhuǎn)速也相對(duì)較高，因此，電機(jī)軸與軸2（小齒輪軸）之間、小齒輪軸與圓盤(pán)刀軸、條刀軸之間的傳動(dòng)宜選帶傳動(dòng)，因?yàn)閹鲃?dòng)宜布置在傳動(dòng)鏈的高速端。由于在傳動(dòng)同樣大小功率時(shí)，轉(zhuǎn)速高則轉(zhuǎn)矩小，傳動(dòng)帶所受的拉力減小，外廓尺寸也隨之減小，對(duì)減小帶傳動(dòng)的彈性滑動(dòng)和速度損失及提高傳動(dòng)帶的壽命均有利，此外還可以減小傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)，有利于結(jié)構(gòu)緊湊，均勻，平穩(wěn)。
推進(jìn)器構(gòu)件需求大轉(zhuǎn)矩，功率高，轉(zhuǎn)速低，傳動(dòng)比要求嚴(yán)格尺寸要求緊湊，充分考慮其傳動(dòng)效率，選擇直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示，源動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)提供，通過(guò)同步帶、帶輪動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞到軸2，其中一部分動(dòng)力通過(guò)齒輪減速傳動(dòng)，將動(dòng)力傳遞給執(zhí)行部分—推進(jìn)器，以實(shí)現(xiàn)物料的輸送，另一部分運(yùn)動(dòng)通過(guò)共用一根同步帶，將動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)傳遞給執(zhí)行部分—圓盤(pán)刀軸和條刀軸，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的和要求。
圖2-1 切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖
1—電動(dòng)機(jī) 2—電動(dòng)機(jī)帶輪 3、6—同步帶 4—軸Ⅱ輸入帶輪 5—軸Ⅱ輸出帶輪 7—圓盤(pán)刀軸帶輪 8—條刀軸帶輪 9—小齒輪 10—大齒輪
2.2 傳動(dòng)帶的選擇
在切丁機(jī)設(shè)備中，其執(zhí)行部件是推進(jìn)器、圓盤(pán)刀、條刀。該設(shè)備屬于農(nóng)用食品機(jī)械設(shè)備，要求轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，效率高，無(wú)振動(dòng)等。同步帶傳動(dòng)把摩擦傳動(dòng)改善為嚙合傳動(dòng)，避免了打滑，傳動(dòng)精度準(zhǔn)確，效率高，傳動(dòng)比大，功率高?，F(xiàn)在已初步系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，帶輪和同步帶可以直接購(gòu)買。所以宜選圓弧齒形同步帶及與其配套同步帶輪。
2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇
2.3.1 選擇電動(dòng)機(jī)的類型
按工作要求，每天8小時(shí)工作制，一年300天。要求電動(dòng)機(jī)能現(xiàn)實(shí)大范圍調(diào)速且平滑調(diào)速，應(yīng)用變速交流異步電動(dòng)機(jī)，選YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。
YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)與SPWM變頻裝置構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)具有節(jié)能效果明顯、調(diào)速性能好、調(diào)速比寬、性能價(jià)格比高等優(yōu)點(diǎn)。防護(hù)等級(jí)和絕緣等級(jí)高，噪聲低，安裝尺寸及功率符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，互換通用性強(qiáng)。本系列電動(dòng)機(jī)采用獨(dú)立的冷卻結(jié)構(gòu)，采用軸流風(fēng)機(jī)強(qiáng)迫通風(fēng)冷卻，確保電機(jī)在低速恒轉(zhuǎn)矩下長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)升溫不超過(guò)允許值。
2.3.2 選擇電動(dòng)機(jī)容量
電動(dòng)機(jī)所需工作功率為
按要求，工作機(jī)所需功率為為3.5 Kw
傳動(dòng)裝置總效率為
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2-5傳動(dòng)效率取值范圍確定各部分效率為：帶傳動(dòng)效率，軸承效率，齒輪傳動(dòng)效率，代入得
0.980.99=0.9225
所需電動(dòng)機(jī)功率為
因?yàn)檩d荷平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)額定功率略大于P即可。由YVP系列電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動(dòng)機(jī)的額定功率為4kW。
2.3.3 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
大齒輪軸工作轉(zhuǎn)速n=115r/min，通常，帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比常用范圍為,二級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為，總傳動(dòng)比范圍為，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為
（6~32）115/min=360~3686r/min
考慮電動(dòng)機(jī)的尺寸、重量和價(jià)格，選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min電機(jī)，滿載轉(zhuǎn)速r/min，型號(hào)為YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動(dòng)機(jī)。
2.4 傳動(dòng)比的分配
2.4.1 總傳動(dòng)比
2.4.2 傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比的分配
此傳動(dòng)部分共有5根傳動(dòng)軸，分別為電機(jī)輸出軸1，小齒輪軸2，大齒輪軸3，圓盤(pán)刀軸4條刀軸5 。
取兩圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比，取圓盤(pán)刀軸與大齒輪軸的傳動(dòng)比5.4，取條刀軸與大齒輪軸的傳動(dòng)比，求得：
電機(jī)輸出軸1與小齒輪軸2傳動(dòng)比；
小齒輪軸2與圓盤(pán)刀軸4傳動(dòng)比（增速）；
小齒輪軸與條刀軸5傳動(dòng)比（增速）。
以上傳動(dòng)比的分配是在初步確定的，傳動(dòng)裝置的實(shí)際傳動(dòng)有可能在各級(jí)略有變化。
2.5 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
1軸（電動(dòng)機(jī)軸）：
P =P=3.794kW
r/min
T9550=9550=25.16
2軸（小齒輪軸）：
P= P= P=3.794 kW 0.98=3.87 kW
r/min=460.8r/min
T =80.2
3軸（大齒輪軸）：
P= P= P=3.87kW0.990.98=3.75kW
115.2r/min
310.8
4軸（圓盤(pán)刀軸）：
=3.83 kW
r/min=622.7r/min
=80.2
5軸（條刀軸）：
=3.83 kW
r/min=606.3r/min
=60.96
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算結(jié)果加以總匯，列出表格如下，以供以后的設(shè)計(jì)計(jì)算使用。
軸名
功率P/kW
轉(zhuǎn)矩T/
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
傳動(dòng)比i
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
電動(dòng)機(jī)軸1
3.794
25.16
1440
3.125
4
0.74
0.76
0.98
0.97
0.96
0.96
小齒輪軸2
3.87
3.75
80.2
79.4
460.8
大齒輪軸3
3.75
3.69
310.8
298.6
115.2
圓盤(pán)刀軸4
3.83
3.67
80.2
77
622.7
條刀軸5
3.83
3.67
60.96
59.7
606.3
第三章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1 電機(jī)軸1到小齒輪軸2圓弧齒形同步帶1的設(shè)計(jì)
（1）確定設(shè)計(jì)功率
，（其中系數(shù)由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-86查的）。
（2）選定帶型節(jié)距
根據(jù)=6kW，n=1500r/min，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》圖14.1-16，選8M型圓弧帶。
（3）確定電動(dòng)機(jī)軸上小帶輪1的齒數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-72，根據(jù)8M型圓弧帶，n=1500r/min,查得最少齒數(shù)為32，故選=32。
（4）確定電機(jī)軸上小帶輪節(jié)圓直徑
（其中為8M型圓弧帶節(jié)距），由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-71查得其外徑為80.115mm。查表14.1-75得帶輪1寬度mm。
（5） 確定小齒輪軸上與電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)帶相配的大帶輪2齒數(shù)
因?yàn)閭鲃?dòng)比，所以，100。小齒輪軸2
轉(zhuǎn)速。確定帶輪2節(jié)圓直徑： ，
外徑 （其中查表14.1-71得=1.372）
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-75得，大帶輪2寬度mm。
（6）確定同步帶1的帶速V
。
（7）初定軸距（軸1到軸2中心距）
0.7（）≤≤2（），
即 244.207mm≤≤697.752mm，取=350~400mm
（8）確定同步帶1帶長(zhǎng)
=2
=mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-66選取=1248mm，即。
（9）確定同步帶1帶齒數(shù)Z
Z=
（10）確定實(shí)際中心距
=，
（其中），代入數(shù)據(jù)求得=349.3mm。
（11）安裝量
（12）調(diào)整量
（其中，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表得I=1.78，S=1.02）
（13）確定嚙合齒數(shù)
。
（14）確定基本額定功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-69得基本額定功率=3.5kW。
（15）確定要求帶寬
≥，
（其中，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-73得，）
≥2029.5mm
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-65得，選帶寬為30mm 。
（16）確定緊邊、松邊張力、
緊邊張力：
=
松邊張力：
=
3.1.2 小齒輪軸2到圓盤(pán)刀軸4、條刀軸5圓弧齒形同步帶2的設(shè)計(jì)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-3，得同步帶的傳動(dòng)效率為93%~98%，取96%，由此算得，小齒輪軸2的功率96%4=3.84kW。
（1）確定設(shè)計(jì)功率
因?yàn)槿~輪需要功率為1.9kW，所以該帶要求傳遞的功率至少為1.9kW，設(shè)計(jì)功率為：。
（2）選定帶型節(jié)距
小齒輪軸2轉(zhuǎn)速480r/min，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》圖14.1-16，選8M圓弧齒形同步帶。
（3）圓盤(pán)刀軸4上帶輪3的設(shè)計(jì)
由小齒輪軸2到圓盤(pán)刀軸4的傳動(dòng)比，得，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-72得，同步帶論最少齒數(shù)為22，取，其節(jié)圓直徑，外徑，（其中《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》查表14.1-71得2），查表14.1-75得帶輪3寬度mm。
（4）條刀軸上小帶輪4的設(shè)計(jì)
根據(jù)小齒輪軸2到條刀軸5的傳動(dòng)比，有 ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-72得，帶輪最少齒數(shù)為22，取，節(jié)圓直徑，外徑mm，查表14.1-75得帶輪4輪寬38mm。
（5）小齒輪軸上與同步帶2配對(duì)的帶輪5的設(shè)計(jì)
齒數(shù) ，取=64，
節(jié)圓直徑 mm，
外徑 mm，
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-75得帶輪5輪寬38mm。
（6）確定同步帶2的帶速v
V=m/s 。
（7）確定同步帶帶長(zhǎng)
① 初定小齒輪軸2到條刀軸5軸間距
0.7（≤≤2（
代入數(shù)據(jù)得 201.53≤≤575.8
取=450mm。
② 初定圓盤(pán)刀軸4到條刀軸5的軸間距
0.7（）≤≤2（）
代入數(shù)據(jù)解得 197.92≤≤565.488
取 =430mm。
③ 初算同步帶2帶長(zhǎng)
由作圖法得
=1539，參照《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)-帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)》表14.1-66，選帶長(zhǎng)=1600mm。
④ 確定同步帶2帶寬
帶輪5嚙合齒數(shù)為 ，
帶輪4嚙合齒數(shù)為 ，
帶輪3嚙合齒數(shù)為 ，
因?yàn)?37、17、11都大于6，故,
基本額定功率(其中為帶輪4額定功率，為帶輪3額定功率)，帶寬≥=20，
故選帶寬=30mm
綜上述，選同步帶1帶長(zhǎng)1440mm，帶寬30mm，規(guī)格為RPP8M-1440；選同步帶2帶長(zhǎng)1600mm，帶寬30mm，規(guī)格為RPP8M-1600mm。
為方便設(shè)計(jì)和查找，現(xiàn)將格帶輪有關(guān)數(shù)據(jù)列成表格形式：
帶輪
齒數(shù)
節(jié)圓直徑d/mm
外徑/mm
輪寬/mm
帶輪1
32
81.487
80.115
31.7
帶輪2
100
254.778
253.406
38
帶輪3
47
119.684
118.312
38
帶輪4
49
124.84
123.11
38
帶輪5
64
163.06
161.68
38
3.2 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸2到軸3傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（采用齒輪傳動(dòng)）。
已知小齒輪軸轉(zhuǎn)速為=480r/min，傳動(dòng)比4，功率P=1.9kW，工作壽命為15年，每年工作300天，每天8小時(shí)工作制。
3.2.1 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
（1） 按圖示傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)
（2） 果蔬食品切丁機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用8級(jí)精度（GB10095-88）。
（3） 材料選擇。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-1選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)處理）硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度為240HBS，二者材料硬度差為40HBS。
（4）該齒輪傳動(dòng)為閉式傳動(dòng)，小齒輪齒數(shù)適宜取值范圍為=20~40，取=27，則有大齒輪齒數(shù)==27，取=108。
3.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 試選載荷系數(shù)1.3。
② 計(jì)算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩。
Nmm
③ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-7選取齒寬系數(shù)。
④ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-6得材料彈性影響系數(shù)。
⑤ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限600MPa，
大齒輪接觸疲勞強(qiáng)度極限550MPa。
⑥ 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
⑦ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)，。
⑧ 計(jì)算接觸疲勞許應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由公式10-12得
（2）計(jì)算
① 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
≥2.32=50.725mm
取=68mm。
② 計(jì)算圓周速度。
m/s
③ 計(jì)算齒寬b。
b=mm
④ 計(jì)算齒寬與齒高之比。
模數(shù) =25.3mm
齒高 mm
⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)。
根據(jù)=1.708m/s，8級(jí)精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)1.04；
直齒輪有，齒間載荷分配系數(shù)；
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-2得使用系數(shù)1；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-4用指數(shù)法查得8級(jí)精度懸臂布置時(shí)，齒向載荷分布系數(shù)。
由=7.25，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-13得；故載荷系數(shù)
K=
⑥ 按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
mm
⑦ 計(jì)算模數(shù)m。
mm
3.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
② 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，有
④ 計(jì)算載荷系數(shù)K。
⑤ 查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-5查得 ；。
⑥ 查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表10-5查得 ，。
⑦ 計(jì)算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值大。
（2）計(jì)算
對(duì)比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)2.6并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=3mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑=70.33mm，算出小齒輪齒數(shù)
，取
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的要求，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
3.2.4 幾何尺寸的計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
取，。
3.3軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 小齒輪軸2的設(shè)計(jì)
已知：軸上的功率=3.87kW，轉(zhuǎn)速=460.8r/min。軸的在和分析如下圖所示。
3.3—1圖 軸的載荷分析簡(jiǎn)圖
（1）確定轉(zhuǎn)矩
=9550
（2）求作用在齒輪上的力
已知小齒輪分度圓直徑
圓周力 2227.9N
徑向力
（3）初步確定軸的最小直徑
先按下式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-3，取=112，于是得
輸出軸的最小直徑顯然是安裝小齒輪處軸的直徑，考慮齒輪內(nèi)孔的設(shè)計(jì)和性能要求，選=35mm。
3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的設(shè)計(jì)圖如下圖所示：
齒輪軸的設(shè)計(jì)圖
（1）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
① 為了滿足兩帶輪的軸向定位要求，Ⅰ~Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故?、騸Ⅲ段的直徑=40mm，左端用螺釘擋板定位，兩帶輪寬都為38mm，軸套臺(tái)肩厚度為18mm，故Ⅰ~Ⅱ軸段的長(zhǎng)度略比三者總長(zhǎng)短一些，現(xiàn)取=90mm。
② 初步選擇滾動(dòng)軸承
因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù) =40mm，考慮外固定套筒的定位問(wèn)題，選擇兩組軸承內(nèi)徑不同的軸承，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列圓錐滾子軸承， 30308基本尺寸為； 30309基本尺寸為，故=45mm，=28mm，
使小齒輪軸懸臂、固定兩軸的固定套筒長(zhǎng)為110mm,為使固定套筒與旋轉(zhuǎn)部分留一定間隙，取=120mm。
右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，取=99mm，=130mm，=16mm。
小齒輪總寬65mm，所以去取與小齒輪配合處軸段長(zhǎng)為65mm。
（2）軸上零件的周向定位
小齒輪、法蘭盤(pán)與軸的周向定位均采用普通平鍵連接。按d=35mm,由表6-1查得普通平鍵截面鍵寬b 鍵高h(yuǎn)=,鍵槽用銑刀加工，與小齒輪連接處長(zhǎng)為=50mm，與法蘭盤(pán)連接處長(zhǎng)為=56mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；法蘭盤(pán)與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)度配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑公差為k6。
（3）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑R1。
3.3.3 求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。確定軸承的支點(diǎn)位置，從手冊(cè)中查取a值。對(duì)圓錐滾子軸承，，mm。由，，求得=1400N，=-581N；由，，求得=3810N，-1582N。從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面B是軸的危險(xiǎn)截面。彎矩169274N.mm，=106400N.mm，總彎矩M=
3.3.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，只需校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面B的強(qiáng)度。根據(jù)上述數(shù)據(jù)及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力：
由軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版15-1得，因此，故安全。
3.3.5 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
（1）判斷危險(xiǎn)截面
截面Ⅵ雖然鍵槽、軸肩及過(guò)度配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭矩轉(zhuǎn)矩強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以截面Ⅵ無(wú)需校核。截面Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ相對(duì)Ⅱ較大，所以均無(wú)需校核。截面Ⅱ左右兩側(cè)應(yīng)力集中嚴(yán)重，受力較大，現(xiàn)在對(duì)其左右兩側(cè)進(jìn)行校核。
（2）截面Ⅱ右側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面Ⅱ右側(cè)的彎矩M為
M=
截面Ⅱ上扭矩為
=
截面上的彎曲應(yīng)力為
截面上的扭矩切應(yīng)力為
軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表15-1查得，抗拉強(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞極限。
截面由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附3-2查取，因，，經(jīng)插值后可查得
=2.04，=1.60
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為
，
故有效應(yīng)力集中系數(shù)為
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-2，軸直徑為35mm得，尺寸系數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-3得，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
按精車，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-4得必愛(ài)面質(zhì)量系數(shù)
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，
由此計(jì)算綜合系數(shù)
取碳鋼的特性系數(shù) ，
計(jì)算安全系數(shù)的值
>>S=1.3~1.5
故可知其安全。
（3）截面Ⅱ左側(cè)
抗彎截面系數(shù)
抗扭截面系數(shù)
截面Ⅱ左側(cè)的彎矩M及彎曲應(yīng)力為
M=
截面Ⅱ上扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為
=
過(guò)盈配合處的，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附表3-8用插值法求出并取得
=2.06，
按磨削加工，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版附圖3-4查得表面質(zhì)量系數(shù)為
故得綜合系數(shù)為
所以軸在截面Ⅱ左側(cè)的安全系數(shù)為
>>S=1.3~1.5
故該軸在截面Ⅱ左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。
3.3.6 鍵的選擇及校核
已知小齒輪與軸的連接時(shí)通過(guò)鍵連接，齒輪等級(jí)精度為8級(jí)，裝齒輪處的軸徑d=35mm，已知齒輪寬度為60mm，需傳遞扭矩T=80205，設(shè)計(jì)此鍵連接。
（1）選擇鍵連接的類型和尺寸
一般8級(jí)以上精度的齒輪有定心要求，此時(shí)應(yīng)選用圓頭普通平鍵（A型）。
根據(jù)d=35mm，從《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表6-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。根據(jù)鍵的長(zhǎng)度系列和齒輪寬度，選鍵長(zhǎng)L=50mm。
（2）校核鍵連接的強(qiáng)度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表6-2查得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4mm?？傻?
故連接鍵的擠壓強(qiáng)度足夠。
3.3.7 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)工作條件，軸承所受的徑向力和軸向力分別為，=620N，小齒輪轉(zhuǎn)速n=460.8r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，軸承預(yù)期壽命為15年，每年300天，每天8小時(shí)工作制。初選軸承型號(hào)為30308，校核軸承能否到達(dá)預(yù)期壽命要求。
（1）查標(biāo)準(zhǔn)軸承表得，軸承30308的基本額定載荷C=90800N，e=0.35
（2）球軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P
因?yàn)?
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表13-5分別進(jìn)行查表和插值計(jì)算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為
0.4，
因?yàn)檩S承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表13-6，取。則有
（3）驗(yàn)算軸承的壽命
因?yàn)椋仕x軸承滿足壽命要求。
第四章 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
由于三維立體圖直觀、形象，通過(guò)對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型來(lái)分析系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和性能比較方便。因此，把握好零件的模型建立，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程乃至今后的工作都至關(guān)重要。而UG是比較常用的結(jié)構(gòu)建模軟件之一。
4.1 UG軟件簡(jiǎn)介
Unigraphics（簡(jiǎn)稱UG）是EDC公司推出的集CAD/CAM/CAE于一體的三維參數(shù)化軟件，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析和制造軟件之一。它為為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及加工過(guò)程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。自從1990年進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，并很快以其先進(jìn)的理論基礎(chǔ)、強(qiáng)大的工程背景、完善的功能和專業(yè)化的技術(shù)服務(wù)贏得了廣大CAM/CAD用戶的好評(píng)，并已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、鈑金、模具等領(lǐng)域。
4.2 切丁機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的建模及裝配圖
4.2.1 傳動(dòng)系統(tǒng)零部件三維實(shí)體圖
4.2.1圖1—大齒輪軸
4.2.1圖2——固定套筒
4.2.1圖3—連軸套筒
4.2.1圖4—小齒輪軸
4.2.1圖5—小齒輪
4.2.1圖6—切丁機(jī)傳動(dòng)部分大致裝配圖（其中帶均未畫(huà)出）
4.2.1圖7—傳動(dòng)裝置裝配圖
4.2.1圖8—小齒輪
4.2.1圖9—連軸套筒
4.2.1圖10—小齒輪軸
第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)
本文主要圍繞著果蔬切丁機(jī)的傳動(dòng)部分來(lái)進(jìn)行研究與分析，設(shè)計(jì)一種能把一個(gè)動(dòng)力源的輸入功率同時(shí)輸出到不同執(zhí)行機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)。此次設(shè)計(jì)主要是在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制造出一種可以在生產(chǎn)上實(shí)用、安全可靠、高效、平穩(wěn)的傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳動(dòng)裝置，取得了一些有參考價(jià)值的成果。
5.1 主要結(jié)論
動(dòng)力機(jī)構(gòu)采用變頻調(diào)速電機(jī)，速度可調(diào)范圍大，通過(guò)調(diào)節(jié)輸送帶速度，以滿足果蔬切削規(guī)格、推進(jìn)器轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求，該電機(jī)安全、可靠、耐用可以直接應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中。
電機(jī)與主軸之間，主軸與執(zhí)行部分之間都均有采用同步帶傳動(dòng)，能均勻，平穩(wěn)，高效地傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。實(shí)踐證明，采用同步帶傳使整套設(shè)備振動(dòng)小，工作可靠，相比其他傳動(dòng)裝置的設(shè)備，使用此套裝置的機(jī)械加工的產(chǎn)品質(zhì)量高。
5.2 存在的問(wèn)題
由于小齒輪及電動(dòng)機(jī)均懸臂布置，在機(jī)器工作過(guò)程中，超負(fù)荷運(yùn)作時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生一定振動(dòng)之類的不良影響。
該機(jī)械屬于食品機(jī)械，要求無(wú)污染，無(wú)毒害，一般采用脂潤(rùn)滑，但該設(shè)備密封性不高，這將引起潤(rùn)滑方面的問(wèn)題，從而影響軸承或其他部件的使用壽命。
5.3 進(jìn)一步研究建議
設(shè)計(jì)更合理的布置，以提高其工作平穩(wěn)性和生產(chǎn)效率，減小其總體尺寸，最大程度地降低制造成本。進(jìn)一步研究設(shè)備的密封性和潤(rùn)滑條件，找出一套方便、合理、經(jīng)濟(jì)的潤(rùn)滑方案，以降低裝置的振動(dòng)和摩擦作用，提高設(shè)備的使用壽命和同時(shí)滿足不同載荷作用下的需求。
致 謝
衷心地感謝朱長(zhǎng)順老師、楊德勇老師和孫建榮老師，本設(shè)計(jì)自始至終是在三位老師的熟心指導(dǎo)下完成的，從論文的選題、研究到論文的撰寫(xiě)，三位老師付出了極大的精力和心血。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的敬業(yè)精神和高尚的人格品質(zhì)，將永遠(yuǎn)是我學(xué)習(xí)的榜樣。老師在科學(xué)研究中給我的指導(dǎo)和教誨，在生活中給我的關(guān)心和幫助，我將銘記在心，終生難忘。
同時(shí)也感謝與我同組做畢業(yè)設(shè)計(jì)的韋漢儒和李銘兩位同學(xué)，在他們的熱心幫助下，我克服了很多困難和解決了很多難題。在與他們一起工作過(guò)程中，使我更深刻地領(lǐng)會(huì)了團(tuán)隊(duì)精神的重要性和互助協(xié)作的必要性。本來(lái)基礎(chǔ)不是很好，若不是得到兩位同學(xué)的相助，此次任務(wù)就不會(huì)這么順利如期完成，在此，我再一次感謝他們！
感謝其他各位老師在日常生活中的指導(dǎo)和幫助！
衷心感謝所有在學(xué)習(xí)期間給與我關(guān)懷、理解和支持的親人、老師、同學(xué)!
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