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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： 螺旋式壓榨機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)： 2007964220 姓名： 陳健 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)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(jī)的原理及其設(shè)計(jì)：運(yùn)動(dòng)仿真
2：CAD繪圖設(shè)計(jì)，要求A0圖紙一張，總共達(dá)到兩張A0。
3：說明書，要求8000字以上，要求內(nèi)容完整，計(jì)算準(zhǔn)確：
4：外文翻譯5000字以上，要求語句通順。
二、重點(diǎn)研究的問題
1：螺旋式壓榨機(jī)螺旋桿的設(shè)計(jì)：
2：螺旋式壓榨機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
查閱與課題相關(guān)資料
1周
2
開題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案
2—3周
3
設(shè)計(jì)計(jì)算
4周
4
校核計(jì)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(shè)計(jì)答辯
13周
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
1.《機(jī)械設(shè)計(jì)》吳宗澤主編 北京：高等教育出版社，2001
2.《》丁成偉著 南寧：機(jī)械工業(yè)出版社，1985
3.《現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)》關(guān)醒凡著 北京：宇航出版社，1995
4.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》（第二卷）機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì)編著 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8
5. 《機(jī)械設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè)》（第二卷）汪凱著 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.8
6. 《中國(guó)機(jī)械設(shè)計(jì)大典》(第三卷) 南昌:江西科學(xué)技術(shù)出版社,2002.1
7. 《材料力學(xué)》宋子康 蔡文安著 北京:同濟(jì)大學(xué)出版社,1993.8
8. 《機(jī)械制圖》(第五版) 大連理工大學(xué)工程畫教研室編 北京:高等教育出版社,2003.8
9. 《工程流體力學(xué)》侯國(guó)祥等編 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.7
10.《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》陳立德主編 北京：高等教育出版社，2006.7
目錄
摘要……………………………………………………………………3
一、 緒論……………………………………………………………..5
1.1 螺旋式壓榨機(jī)的工作原理………………………………………………...5
1.2 設(shè)計(jì)壓榨機(jī)的程序……………………………………..………………….6
1.3 準(zhǔn)備階段……………………………………………………………..….…6
1.4 方案設(shè)計(jì)階段………………………………………………………………6
1.5 技術(shù)設(shè)計(jì)階段……………………………………………………..6
二、 螺旋壓榨機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………..……….8
2.1 榨螺軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………8
2.2 榨籠的構(gòu)造…………………………………………………………………8
2.3 齒輪箱的構(gòu)造及入料器的構(gòu)造……………………………………………8
2.4 調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)…………………………………….…………...…8
三、 螺旋壓榨機(jī)的主要參數(shù)的確定……………..………………....9
3.1 螺桿的設(shè)計(jì)及其校核……………………………………………………….9
3.2 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………17
3.2.1 平行帶輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………..…..17
3.2.2 三角帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………….18
四、 減速器的設(shè)計(jì)……………………………………..………..…..21
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇………………………………………………………….......21
4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)………………………………………………22
4.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及校核…………………………………………………....23
4.4 低級(jí)減速齒輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………..…..26
4.5 軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………………….……...31
4.1.1 低速軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………….…….…31
4.1.2 中間軸的設(shè)計(jì)…………………………………………………….……….34
4.1.3 高速軸的設(shè)計(jì)………………………………………………………..……34
4.6 校核……………………………………………………………..………...35
五、 結(jié)束語…………………………………………………………37
參考文獻(xiàn)……………………………………..………………………38
附錄……………………………………………………..……………39 螺旋式壓榨機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要：螺旋榨油機(jī)過去是現(xiàn)在仍然是油脂生產(chǎn)中的一臺(tái)主機(jī)。就是在近代的浸出法制油中隊(duì)高含油份油料大多采用還是預(yù)榨—— 浸出工藝方法來制備油脂，所以預(yù)榨機(jī)——螺旋榨油機(jī)仍然是油脂工業(yè)生產(chǎn)中的重要部件。螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)直接影響到油脂生產(chǎn)的數(shù)量和質(zhì)量。而榨油機(jī)的工作部分是螺旋軸和榨籠構(gòu)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(jī)的“心臟”，它們的結(jié)構(gòu)直接影響到榨油機(jī)的性能。本文通過了解壓榨機(jī)的資料，然后比對(duì)壓榨機(jī)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)，螺桿的設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)的主體，通過對(duì)壓榨物質(zhì)和生產(chǎn)量的取定，得出螺旋桿的設(shè)計(jì)過程，本文的傳動(dòng)采用兩級(jí)減速傳動(dòng)，使機(jī)器運(yùn)作穩(wěn)定。通過對(duì)整機(jī)功率，轉(zhuǎn)矩，最后定出電機(jī)。還要對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)重要部件做出校核，能夠讓機(jī)器正常運(yùn)作。
關(guān)鍵詞： 榨油機(jī)；榨籠；；生產(chǎn)量；校核
The design spiral presser
Abstract： 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
一、緒論
在我國(guó)，榨油機(jī)的發(fā)展已二十多年，從傳統(tǒng)的榨油設(shè)備，到現(xiàn)在先進(jìn)的榨油機(jī)器，中國(guó)榨油市場(chǎng)得到了翻天覆地的變化，隨著市場(chǎng)上的食用油品種增多，榨油機(jī)的種類也在增加，壓榨方式也各不相同，物理壓榨，化學(xué)壓榨，還有兩者結(jié)合壓榨?；厥走^去，榨油業(yè)在中國(guó)從無到有，有弱小逐漸強(qiáng)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(xué)溶劑浸泡油料，再經(jīng)過復(fù)雜的工藝提煉而成，提煉過程中流失了油品的營(yíng)養(yǎng)成分，而且有化學(xué)溶劑的有毒物質(zhì)殘留。所以大眾逐漸遠(yuǎn)離。隨著經(jīng)濟(jì)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(yíng)養(yǎng)，吃出健康才是現(xiàn)代人的追求，所以壓榨油的市場(chǎng)廣大，考慮到個(gè)人能力的問題，選擇了最簡(jiǎn)單也是最可靠的螺旋式壓榨機(jī)。
1.1、螺旋式壓榨機(jī)的工作原理
是利用榨螺軸根徑由大到小或者螺旋導(dǎo)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(zhuǎn)動(dòng)的榨螺送入炸膛。由于榨螺軸作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)油料在炸膛內(nèi)運(yùn)動(dòng)，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(jìn)料端，2 主壓榨段，3成餅段。
油料在進(jìn)入油機(jī)前，需要過一系列的預(yù)處理，現(xiàn)以大豆為例，大豆的預(yù)處理為工序?yàn)椋?
大豆－清選－破碎（分離）－（粗軋）－軟化－軋胚－蒸炒－壓榨－毛油（豆餅）預(yù)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(shè)備的輸送能力。
預(yù)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(yù)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(yù)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(jié)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(xì)胞組織越破壞越徹底，浸出油路越短，細(xì)胞組織破壞越徹底，浸出油路越短，擴(kuò)散阻力越小，浸出效果越好。但在實(shí)際生產(chǎn)中，胚軋的越薄，粉末度就會(huì)增加。當(dāng)增加到一定程度（20%）時(shí)，浸出過程中的溶劑滲透性能就會(huì)降低，波殘油就會(huì)升高。采用預(yù)榨浸出，物料的強(qiáng)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?cái)D壓、摩擦等外力作用，在軟化、軋胚的基礎(chǔ)上，細(xì)胞結(jié)構(gòu)又進(jìn)一步被破壞。因此，預(yù)榨浸出法生產(chǎn)對(duì)軋胚的要求沒有一次浸出生產(chǎn)那么嚴(yán)格，可以避免軋薄胚所增加的電能消耗和設(shè)備磨損。 3：采用預(yù)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(biāo)準(zhǔn)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(yù)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，不增加或稍增加溶劑循環(huán)量即可達(dá)到浸出效果，節(jié)省了溶劑。
5：預(yù)榨浸出，由于日處理量增加，加工成本有所下降。
1.2、設(shè)計(jì)榨油機(jī)的程序
一部機(jī)器的質(zhì)量基本上決定于設(shè)計(jì)質(zhì)量。制造過程對(duì)機(jī)器質(zhì)量所起的作用，本質(zhì)上就在于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)時(shí)所規(guī)定的質(zhì)量。因此，機(jī)器的設(shè)計(jì)階段是決定機(jī)器好壞的關(guān)鍵。
1.3、準(zhǔn)備階段
在根據(jù)生產(chǎn)或生活的需要提出所要設(shè)計(jì)的新機(jī)器后，計(jì)劃階段只是一個(gè)預(yù)備階段。此時(shí)，對(duì)所要設(shè)計(jì)的機(jī)器僅有一個(gè)模糊的概念。
通過在這大四有限的時(shí)間里， 我對(duì)螺旋式壓榨機(jī)做了一些基本的了解，對(duì)它的性能方面也著重的研究。
1.4、方案設(shè)計(jì)階段
螺旋式壓榨機(jī)的主要區(qū)別體現(xiàn)在螺桿上，榨螺的設(shè)計(jì)是整個(gè)壓榨機(jī)的主體，由于查到的知識(shí)對(duì)螺旋式壓榨機(jī)的設(shè)計(jì)方法很多，所以決定采用多段式的壓榨方式，這樣對(duì)螺桿的設(shè)計(jì)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(duì)于壓榨這個(gè)行業(yè)還是有無限的空間。螺桿設(shè)計(jì)采用的是三段式壓榨結(jié)構(gòu)。
圖1
對(duì)于機(jī)器，其實(shí)越簡(jiǎn)單，出錯(cuò)的可能性就越小，對(duì)于螺旋式壓榨機(jī)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便。對(duì)于一些小型的榨油廠是首選。
1.5、技術(shù)設(shè)計(jì)階段
方案設(shè)計(jì)階段結(jié)束后，進(jìn)入技術(shù)設(shè)計(jì)階段，技術(shù)設(shè)計(jì)階段的工作如下：
（1） 機(jī)器的動(dòng)力學(xué)計(jì)算
結(jié)合零部件的結(jié)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)參數(shù)，初步計(jì)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(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)所依據(jù)的工作能力準(zhǔn)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?cái)M定，本設(shè)計(jì)對(duì)主要零件的強(qiáng)度和軸承壽命等進(jìn)行了計(jì)算。通過計(jì)算決定零部件的基本尺寸。
（3） 機(jī)器的運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)
根據(jù)確定的結(jié)構(gòu)方案，做出運(yùn)動(dòng)學(xué)的計(jì)算，從而確定各運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)（轉(zhuǎn)速、速度等），然后選定原動(dòng)機(jī)的參數(shù)（功率、轉(zhuǎn)速、線速度等）。
（4） 部件裝配草圖及總裝配草圖的設(shè)計(jì)
本階段的主要目標(biāo)是設(shè)計(jì)出部件裝配圖及總裝配草圖。再由裝配圖對(duì)所有零件的外形及尺寸進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。在此步驟中，需要協(xié)調(diào)各零部件的結(jié)構(gòu)及尺寸，全面地考慮所設(shè)計(jì)的零部件的結(jié)構(gòu)工藝性，使全部零件有最好的構(gòu)形。
圖2 本文開始對(duì)螺旋式壓榨機(jī)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(jié)構(gòu)及尺寸均為已知，在此條件下，再對(duì)一些重要的零件進(jìn)行精確的校核計(jì)算，并修改零件的結(jié)構(gòu)及尺寸，直到滿意為止。按最后定型的零件工作圖上的結(jié)構(gòu)及尺寸，繪制部件裝配圖及總裝配圖。
二、螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1、榨螺軸的設(shè)計(jì)
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(gòu)成。裝配榨軸時(shí)，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(zhuǎn)的調(diào)整螺栓來控制。
2.2、榨籠的構(gòu)造
榨籠是由上下榨籠內(nèi)裝有條排圈，條排，元排所構(gòu)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(jī)架相連接。
2.3、齒輪箱的構(gòu)造及入料器的構(gòu)造
齒輪箱是由齒箱蓋，箱體，圓柱齒輪，傳動(dòng)軸，軸承，皮帶輪等構(gòu)成，可從頂部油塞孔加機(jī)油，從油標(biāo)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(dòng)進(jìn)料器可以節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。
2.4、調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì)
調(diào)節(jié)裝置的主要目的是調(diào)節(jié)出渣的粗細(xì)，相應(yīng)的改變榨膛的壓力機(jī)構(gòu)，為抵餅圈整軸移動(dòng)或出餅圈同芯軸一起做軸向移動(dòng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，機(jī)架的受力能在運(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)，但芯軸的軸2頭易損壞。由于采用整軸移動(dòng)或夾餅圈，因此螺栓連接松脫現(xiàn)象比較嚴(yán)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(dòng)時(shí)該摩擦力仍然存在。
三、螺旋榨油機(jī)主要參數(shù)的確定
3.1、螺桿的設(shè)計(jì)及其校核
曲線1為一次壓榨，曲線2預(yù)榨（適合于高油份）。
參照小型螺旋式壓榨機(jī)主要參數(shù)的選擇，在6YL—78型，螺桿直徑76.5mm，螺桿轉(zhuǎn)速105—120轉(zhuǎn)/分，生產(chǎn)量為60kg/時(shí)，配套動(dòng)力為5,5千瓦。
本設(shè)計(jì)的螺旋榨油機(jī)對(duì)象是大豆，其總壓縮比ε＝7.5～14 ,取ε＝12。先預(yù)計(jì)設(shè)計(jì)生產(chǎn)是45kg/h，轉(zhuǎn)速為60r/min。
（2）榨螺的設(shè)計(jì)計(jì)算
榨螺軸是螺旋榨油機(jī)的主要工作部件之一，榨螺軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)速、材質(zhì)的選擇對(duì)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(guān)系。
在設(shè)計(jì)中，采用套裝式變導(dǎo)程二級(jí)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(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，榨膛壓力較大，回料少，但齒型復(fù)雜，加工須配置專用機(jī)床，適用于較小型榨油機(jī)。
圖4榨螺軸
連續(xù)型榨螺軸設(shè)計(jì)
當(dāng)榨螺軸的支撐點(diǎn)未決定前，先按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算出跟圓直徑 ；
（mm）
式中：,Fw為榨螺軸工作時(shí)阻力，為榨螺軸所需功率；為榨螺軸工作時(shí)的轉(zhuǎn)速（）。
代入公式得=15mm
套裝式：
（mm），因，代入上式，可求出榨螺軸外徑：
mm
，方便設(shè)計(jì) 便定螺桿底徑為50mm，
螺齒高為：（mm）
H=(75-15)/2=30mm，
榨螺軸的受力分析
圖5
作用在榨螺上的周向分力
當(dāng)計(jì)算及榨螺螺面上摩擦力時(shí)：
=（N）
式中：T為扭矩=9550（N）
=1049（N）
作用在榨螺面上的周向力P為
由于是采用變徑榨螺桿，所以是圓柱形榨螺：
F=F（0.428cos（N）
作用在螺旋面上的徑向力P=(N)
作用在榨螺軸上的軸向分力F
=（N）
作用在螺旋面上的軸向力Pa
P= （N）
以上各式中：為榨螺齒推料面傾角，為背面傾角，。
(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°;
γ<10°;
榨螺最小壁厚δ=(D0-d)/2=6～20 mm,取δ＝6 mm .
圖6榨螺
(4) 確定熟胚壓榨時(shí)作用于熟胚的單位壓力
圖7
由于截圖不同，所以圖上的符號(hào)有些差別，希望老師諒解。
計(jì)算確定各節(jié)榨螺螺旋線的開口角。螺紋始端弦長(zhǎng)L3在D3圓上占據(jù)的角度r3，由于榨螺螺紋底圓較大，弦長(zhǎng)近似弧長(zhǎng)。
=，
螺紋終端弦長(zhǎng)在D圓上占據(jù)的角度r，
r2在外圓上的角度，而在底圓上為0，平均直徑上位r/2。
榨螺螺紋平均直徑上的開口角
榨螺編號(hào)
1
2
3
開口角r
8
23
30.3
(5)榨螺空腔容積計(jì)算
圖8
一號(hào)榨螺的空腔容積
已知：D——空腔內(nèi)徑 D=D+5=80mm，
D——榨螺外徑 D=75mm
D——榨螺底徑 D=50mm
t——螺距 t=100mm，
r——螺紋開口角 r=8°
榨籠的容積：
V=0.4233L
榨籠內(nèi)裝滿的容積：
1：榨螺實(shí)心部分容積
V=2500*3.14*100/4000000=0.146L
2:榨螺螺紋的容積V
螺紋的平均直徑 D =62.5mm
從螺紋的斷面上，以平均直徑展開的螺紋平均長(zhǎng)度：l=196.25mm
螺紋的總長(zhǎng)度：l=
螺紋的真正長(zhǎng)度（因?yàn)橛虚_口角，所以會(huì)短些）
L=395.33mm
螺紋的截面面積可以看做近似梯形，上底6mm，下底16mm，高12.5mm，F(xiàn)=1.37
螺紋容積：V=L*F=0.05L
第一節(jié)榨螺的空腔容積為：
=0.219L
第二節(jié)榨螺空腔體積計(jì)算方法同上，
=0.049L
榨螺編號(hào)
1
2
3
空腔容積L
0.219
0.049
0.0185
壓縮比
1.00
4.47
2.65
確定各節(jié)榨螺螺紋側(cè)面角
榨螺推桿面應(yīng)用傾角小的側(cè)面，截面形狀如下：
圖9
， 因?yàn)?
榨螺編號(hào)
1
2
3
L（mm）
2
1
1
h（mm）
12.5
12.5
12.5
t（mm）
100
60
30
(mm)
62.5
62.5
62.5
螺桿長(zhǎng)度（mm）
254
130
91
(6)螺桿軸強(qiáng)度計(jì)算及校核
各節(jié)螺桿用長(zhǎng)鍵和螺母固定在榨螺上，當(dāng)榨軸回轉(zhuǎn)時(shí)，熟胚經(jīng)過各節(jié)榨胚的螺旋，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)（因榨螺上作用圓周力，徑向力），而且產(chǎn)生拉伸，因榨螺上作用軸向力）。
式中：——拉應(yīng)力：
——剪應(yīng)力
求拉伸應(yīng)力
1 榨螺危險(xiǎn)斷面面積：
F10*5=1913.5mm
軸向力=4532.2公斤
拉應(yīng)力237（公斤/）
確定扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力
1：抗扭端面模數(shù)W
W
式中：d=5cm，b=1cm，t=0.25cm，
W= 22.5
扭轉(zhuǎn)力矩
M=
式中——榨軸上圓周力的力矩
---榨軸上徑向力產(chǎn)生的摩擦力矩：
M=24294公斤
剪應(yīng)力==835（公斤/）
簡(jiǎn)化應(yīng)力
=
=1269（公斤/）
確定安全系數(shù)
材料45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，淬火處理。經(jīng)過計(jì)算安全系數(shù)為1.6，基本安全。
3.2、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1平型帶輪的設(shè)計(jì)
小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d1=71 mm ;
大帶輪的基準(zhǔn)直徑 d2=315 mm
平帶傳動(dòng) 在傳動(dòng)中心距較大的情況下平帶的材質(zhì)選用帆布芯平帶。
帶寬b=50 mm ,
帶輪寬 B=63 mm
求帶速 d1=(60×1000×v)/(π×n1)
V=1.56m/s
其中n1=418.6r/min ,d1=71mm ;
i=n1/n2
150°
3.2.2三角帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
三角膠帶的設(shè)計(jì)
1.計(jì)算功率Pc
Pc=KwP
P=7Kw,Kw=1.1,n=1440r/min
故Pc=7.7 Kw
2.選擇標(biāo)準(zhǔn)三角膠帶型號(hào)
根據(jù)三角膠帶選型圖查得,
型號(hào)為B
3.小帶輪直徑
D1=140mm
傳動(dòng)比:i=n1/n2
n2=140r/min,i=3
n1=420r/min
D2=n2i
D2=480mm
4.驗(yàn)算速度
v=πD1n1/60000
v=10.5m/s
B型膠帶最大允許范圍為25m/s,v=10.5m/s,故,符合要求.
5.計(jì)算中心距和膠帶極限長(zhǎng)度Lp
初定中心距
0.7(D1+D2)120°
合格
7.膠帶根數(shù)
P0=3.78
Z=P0/(P0+P0)KKlKq
K=0.92, Kl=1.03,Kq=0.8
Z=1.95
所以Z=2
8.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
大三角帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
基準(zhǔn)直徑 dd=330mm ,
帶輪寬B=(Z-1)e+2f=30.3 mm,
槽間距e=120.3 ，取e=12.3 mm .
第一對(duì)稱面至端面的距離 f=81 ,取f=9.15 mm ,
基準(zhǔn)線上槽深 ha=2.0 mm ,
外徑 da=dd+2ha=334 mm ,
最小輪緣厚 =5.5 mm ,取=10 mm .
基準(zhǔn)下槽深 hf=9.0 mm , 輪槽角φ=38° .
基準(zhǔn)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 ,
h2=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 m
四、減速器的設(shè)計(jì)
4.1、電動(dòng)機(jī)的選擇
（一） 電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式
按工作要求和工作條件，選用一般用途的Y132M-4系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。臥式封閉結(jié)構(gòu)。
（二） 電動(dòng)機(jī)容量
電動(dòng)機(jī)所需工作功率為
Pd=Pw/a=Fv/1000a KW
由電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶的傳動(dòng)總效率為
電動(dòng)機(jī)的輸出功率：
取
（三） 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速
根據(jù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表的推薦的傳動(dòng)比合理范圍，取二級(jí)圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比i′=8～40，則從電動(dòng)機(jī)到滾筒軸的總傳動(dòng)比合理范圍為ia′= i′。故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為
nd′=ia′nW =(8～40) 114.65=458.6-2866.25 r/min
單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比范圍。則總傳動(dòng)比范圍為 ，由于=114.65 . r/min,可得=1440/114.65=12.56。選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132M-4
4.2、傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
1、傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比
按展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器推薦高速級(jí)傳動(dòng)比i1=（1.3～1.5）i2，取i1=1.4i2，得i1===4.05 i2=i/ i1=11.71/4.05=2.89
1、選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表10-1選取，都采用40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，均用硬齒面。齒輪精度用7級(jí)，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取Z1=24 則Z2=95
2.設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
3、各軸轉(zhuǎn)速
4、各軸輸入功率
5、各軸轉(zhuǎn)矩
4.3、齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算及核算
1、選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表10-1選取，都采用40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，均用硬齒面。齒輪精度用7級(jí)，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取Z1=24 則Z2=95
2.設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
（3）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試取
2)由圖10-21e查得
3）計(jì)算解除疲勞許用應(yīng)力（失效概率1%，安全系數(shù)S=1）
4）試選，
5）由圖10-26得
6）
（4）計(jì)算
1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒寬及模數(shù)
4）計(jì)算縱向重合度
5）計(jì)算載荷系數(shù)
由圖10-13得
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑
7）計(jì)算模數(shù)
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）確定計(jì)算參數(shù)
1）計(jì)算載荷系數(shù)
2）由圖10-20d查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由圖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
4）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
4.幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
（2）算修正螺旋角
（3）計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
（4）齒寬
4.4、低速級(jí)減速齒輪設(shè)計(jì)（斜齒圓柱齒輪）
1、選定齒輪類型，精度等級(jí)，材料及齒數(shù)
因傳遞功率不大，轉(zhuǎn)速不高，材料按表10-1選取，都采用40Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，均用硬齒面。齒輪精度用7級(jí)，考慮傳動(dòng)平穩(wěn)性，齒數(shù)宜取多些，取Z1=24則Z2=77
2.設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)。
（3）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）試取
2）由圖10-21e查得
3）計(jì)算解除疲勞許用應(yīng)力（失效概率1%，安全系數(shù)S=1）
4）試選，
5）由圖10-26得
（2）計(jì)算
1）計(jì)算小齒輪分度圓直徑
2）計(jì)算圓周速度
3）計(jì)算齒寬及模數(shù)
4）計(jì)算縱向重合度
5）計(jì)算載荷系數(shù)
由圖10-13得
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑
7）計(jì)算模數(shù)
3.按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）確定計(jì)算參數(shù)
1）計(jì)算載荷系數(shù)
2）由圖10-20d查得齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由圖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
4）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
4.幾何尺寸計(jì)算
（1）計(jì)算中心距
（2）算修正螺旋角
（3）計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
（4）齒寬
總結(jié)
計(jì)算機(jī)校核輸出結(jié)果
低速級(jí)
設(shè)計(jì)傳遞功率 /kW: 7.12800
小輪最高轉(zhuǎn)速 /(r/min): 1439.98
小輪最大扭矩 /(N.mm): 47273.00
預(yù)期工作壽命 /h: 48000
第Ⅰ公差組精度(運(yùn)動(dòng)精度) : 7
第Ⅱ公差組精度(運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性): 7
第Ⅲ公差組精度(接觸精度) : 7
名義傳動(dòng)比 : 3.95
實(shí)際傳動(dòng)比 : 3.96
使用系數(shù) : 1.00
動(dòng)載系數(shù) : 1.10
接觸強(qiáng)度齒間載荷分配系數(shù) : 1.69
接觸強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) : 1.37
彎曲強(qiáng)度齒間載荷分配系數(shù) : 1.69
彎曲強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) : 1.32
支承方式 : 對(duì)稱支承
傳動(dòng)方式 : 閉式傳動(dòng)
齒面粗糙度Rz /μm : 3.20
潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度V40/(mm^2/s): 22.00
小輪齒數(shù)z1 : 24
小輪齒寬b1 /mm: 49.00
小輪變位系數(shù)x1 /mm: 0.0000
螺旋角 (°): 14.0900
小輪分度圓直徑 /mm: 49.49
齒輪法向模數(shù)mn /mm: 2.00
小輪計(jì)算接觸應(yīng)力 /MPa: 570.54
小輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 671.40
小輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 840.00
小輪計(jì)算彎曲應(yīng)力 /MPa: 115.64
小輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 330.23
小輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 305.00
小輪材料及熱處理方式 : 合金鋼調(diào)質(zhì)
小輪齒面硬度 /HV10 : 360.00
大輪齒數(shù)z2 : 95
中心距 /mm: 122.691
大輪齒寬b2 /mm: 49.00
大輪變位系數(shù)x2 /mm: 0.0000
大輪分度圓直徑 /mm: 195.89
大輪計(jì)算接觸應(yīng)力 /MPa: 570.54
大輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 611.45
大輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 765.00
大輪計(jì)算彎曲應(yīng)力 /MPa: 115.67
大輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 282.11
大輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 255.00
大輪齒面硬度 /HV10 : 360.00
大輪材料及熱處理方式 : 合金鑄鋼調(diào)質(zhì)
極限傳遞功率 (kW): 8.18695
高速級(jí)
設(shè)計(jì)傳遞功率 /kW: 6.77600
小輪最高轉(zhuǎn)速 /(r/min): 364.56
小輪最大扭矩 /(N.mm): 177504.00
預(yù)期工作壽命 /h: 48000
第Ⅰ公差組精度(運(yùn)動(dòng)精度) : 7
第Ⅱ公差組精度(運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性): 7
第Ⅲ公差組精度(接觸精度) : 7
名義傳動(dòng)比 : 3.19
實(shí)際傳動(dòng)比 : 3.20
使用系數(shù) : 1.00
動(dòng)載系數(shù) : 1.07
接觸強(qiáng)度齒間載荷分配系數(shù) : 1.68
接觸強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) : 1.39
彎曲強(qiáng)度齒間載荷分配系數(shù) : 1.68
彎曲強(qiáng)度齒向載荷分布系數(shù) : 1.33
支承方式 : 對(duì)稱支承
傳動(dòng)方式 : 閉式傳動(dòng)
齒面粗糙度Rz /μm : 3.20
潤(rùn)滑油運(yùn)動(dòng)粘度V40/(mm^2/s): 22.00
小輪齒數(shù)z1 : 35
小輪齒寬b1 /mm: 72.00
小輪變位系數(shù)x1 /mm: 0.0000
螺旋角 (°): 15.0900
小輪分度圓直徑 /mm: 72.50
齒輪法向模數(shù)mn /mm: 2.00
小輪計(jì)算接觸應(yīng)力 /MPa: 627.14
小輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 651.04
小輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 840.00
小輪計(jì)算彎曲應(yīng)力 /MPa: 190.09
小輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 332.40
小輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 305.00
小輪材料及熱處理方式 : 合金鋼調(diào)質(zhì)
小輪齒面硬度 /HV10 : 360.00
大輪齒數(shù)z2 : 112
中心距 /mm: 152.250
大輪齒寬b2 /mm: 72.00
大輪變位系數(shù)x2 /mm: 0.0000
大輪分度圓直徑 /mm: 232.00
大輪計(jì)算接觸應(yīng)力 /MPa: 627.14
大輪接觸疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 630.94
大輪接觸疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 765.00
大輪計(jì)算彎曲應(yīng)力 /MPa: 196.27
大輪彎曲疲勞許用應(yīng)力 /MPa: 282.81
大輪彎曲疲勞極限應(yīng)力 /MPa: 255.00
大輪齒面硬度 /HV10 : 360.00
大輪材料及熱處理方式 : 合金鑄鋼調(diào)質(zhì)
極限傳遞功率 (kW): 6.85834
4.5、軸的設(shè)計(jì)
4.5.1、低速軸的設(shè)計(jì)
1.求輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩
2.求作用在齒輪上的力
力的方向如下圖10所示
圖10
3.初步確定軸的最小直徑
選取材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表14-1，取，則：
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，選用GYH6凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為900000N/mm.半聯(lián)軸器的直徑為45mm,故取，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖11
（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
1)為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，1-2軸段右端需制出一軸肩，故取2-3段的直徑；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=55mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度?，F(xiàn)取。
2）初步選取滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用6012深溝球軸承。其尺寸，故?。?；右端滾動(dòng)軸承用軸肩軸肩進(jìn)行軸向定位。；；；。
3）取10-11的直徑；齒輪的左端用軸肩定位，；；；；。至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。
（2）軸上零件的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。齒輪選用的平鍵為，選用齒輪輪轂與軸的配合為；半聯(lián)軸器選用的平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
（3）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角為。
5.求軸上的載荷
載荷 水平面 垂直面
支反力
彎
總彎矩
扭矩
6.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得。因?yàn)?，所以安全?
4.5.2、中間軸的設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
1-2段裝軸承，因?yàn)檫x用深溝球軸承6006，所以，；軸承右端用套筒定位，，，第3-4段裝齒輪，，，齒輪右端用軸肩定位，，第5-6段裝大齒輪，，，軸承右端用軸套定位，最后裝軸承，軸承左端用軸套定位，，。
（2）軸上零件的周向定位
齒輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。大小齒輪選用的平鍵為，選用齒輪輪轂與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
4.5.3、高速軸的設(shè)計(jì)
（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑。為了所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表14-1，取，則：
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件，選用LX1滑塊聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為250000N/mm.半聯(lián)軸器的直徑為20mm,故取，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度，所以，聯(lián)軸器的右端用軸肩定位，，，下段裝軸承，選用深溝球軸承6006，，，右端用軸肩定位，，，，，下段裝軸承，，軸承左端用軸套定位。
（2）軸上零件的周向定位
半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。半聯(lián)軸器選用的鍵為滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為。
4.6、校 核
低速軸軸承的校核
1.求比值
2.初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
3.求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值
4.驗(yàn)算6012軸承的壽命
，所以此軸合格。
驗(yàn)算右邊軸承
，所以此軸合格。
中間軸軸承的校核
1.求比值
2.初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
3.求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值
4.驗(yàn)算6012軸承的壽命
，所以此軸合格。
驗(yàn)算右邊軸承
，所以此軸合格。
高速軸軸承的校核
1.求比值
2.初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
3.求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值
4.驗(yàn)算6012軸承的壽命
，所以此軸合格。
驗(yàn)算右邊軸承
，所以此軸合格。
低速軸鍵的校核
鍵1
則強(qiáng)度為，所以鍵的強(qiáng)度足夠。
鍵2
則強(qiáng)度為，所以鍵的強(qiáng)度足夠。
中間軸鍵的校核
鍵1
則強(qiáng)度為，所以鍵的強(qiáng)度足夠。
高速軸鍵的校核
鍵1
則強(qiáng)度為，所以鍵的強(qiáng)度足夠。
五、結(jié)束語
1．在設(shè)計(jì)螺旋榨油機(jī)的過程中，設(shè)計(jì)的對(duì)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(jī)的工作壽命，要求配合精度高一些。
2. 本機(jī)械設(shè)計(jì)思想是連續(xù)型，因此出渣不能成餅狀，為了降低成本，設(shè)有設(shè)計(jì)接
渣斗。
3．設(shè)計(jì)采用二級(jí)減速器，這樣提高了出油效率。在進(jìn)料斗和機(jī)架的設(shè)計(jì)中，通過觀察成品機(jī)械，在不改變性能的情況下，盡量是機(jī)器靈便，占地面積小。在壓榨過程中，采用套裝式變導(dǎo)程二級(jí)壓榨，這比傳統(tǒng)的榨油機(jī)在性能上有了很大的改進(jìn)。
本論文是在指導(dǎo)老師文美純的精心指導(dǎo)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(shí)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(dòng)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)給我留下了深刻印象。在此我對(duì)導(dǎo)師付出的辛勤勞動(dòng)和提供的良好學(xué)習(xí)環(huán)境表示衷心的感謝。在本論文進(jìn)行中，同組同學(xué)也給了熱情的幫助，在此表示誠(chéng)摯的謝意。 參考文獻(xiàn)
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附錄：
并聯(lián)位移機(jī)器人的設(shè)計(jì)
Jacques M.HERVE
ECELE CENTRALE PARIS
92295 CHATENAY MALABRY CEDEX
FRANCE
摘要:本文目的是對(duì)偶具有人性化機(jī)器人的應(yīng)用做一個(gè)完全的介紹,并將著重討論并行機(jī)器人特別是那些能夠進(jìn)行空間平移的機(jī)器人。在許多工業(yè)的應(yīng)用過程中這種機(jī)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(gè)方法的優(yōu)點(diǎn)是我們能系統(tǒng)地導(dǎo)出能預(yù)期得到位移子群的所有運(yùn)動(dòng)學(xué)鏈。因此，我們調(diào)查了機(jī)器人的整個(gè)家族。T-STAR機(jī)器人現(xiàn)在就是一臺(tái)工作裝置。而H-ROBOT,PRISM-ROBOT是新的可能的機(jī)器人。這些機(jī)器人能滿足現(xiàn)代生產(chǎn)快節(jié)奏工作中價(jià)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(zhǎng)的需求。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)學(xué),并行機(jī)器人
引言
群論可以運(yùn)用于一系列位移當(dāng)中。根據(jù)這個(gè)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(jié)構(gòu)。剛體的最顯著運(yùn)動(dòng)是由群{D}表現(xiàn)出來的。這方法導(dǎo)致機(jī)械裝置的分類 [1]。建立這樣的一個(gè)分類的主要的步驟是將位移群的所有子群導(dǎo)出。這能通過檢驗(yàn)所有具有旋轉(zhuǎn)和平移特性的[2]產(chǎn)品直接推理出。然而,一個(gè)更有效的方法存在于假設(shè)群論[3],[4]中。假設(shè)群論是在取決于許多有限實(shí)參數(shù)的全純映射的基礎(chǔ)上定義的。位移群{D}是六維假設(shè)群的一個(gè)特例。
假設(shè)理論
在假設(shè)群論的框架內(nèi),我們將用于補(bǔ)償李代數(shù)的微元變換與通過其前面冪運(yùn)算得到的有限運(yùn)算結(jié)合起來。連續(xù)群通過與群微元變換有關(guān)的微分冪運(yùn)算描述出來。
另外，群體特性通過微分運(yùn)算及其逆運(yùn)算所得到的李代數(shù)的代數(shù)結(jié)構(gòu)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(gè)李代數(shù)是一個(gè)具有封閉乘積的反對(duì)偶稱雙線性的矢量空間。眾所周知 [5]，螺旋速度場(chǎng)是在給定點(diǎn)N的條件下通過運(yùn)算得到的一個(gè)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(gè)與速度場(chǎng)有關(guān)的微分運(yùn)算符得到的。然后，通過冪運(yùn)算，得到了李代數(shù)有限位移的表達(dá)式。此表達(dá)式相當(dāng)于仿射的直接歸一正交變換。螺旋速度場(chǎng)的子李代數(shù)是對(duì)偶位移子群組的直接描述。
{X (w)}子群
為了利用平行機(jī)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(yán)格的包含于兩個(gè)“平行”子群內(nèi)。此類別的最重要的情況是2個(gè){X (w)} 子群和2個(gè)不同矢量方向w和w’的平行關(guān)系。這很容易證明：
{X(w)} {X(w’)}={T},w≠w’
子群{X (w)}在機(jī)制設(shè)計(jì)起一個(gè)很重要的作用。該子群由帶有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的空間平移組成,其旋轉(zhuǎn)主軸方向與所給定的矢量w的方向始終平行。{X(w)}機(jī)械聯(lián)系的實(shí)際實(shí)施是通過子群{X(w)}代表的系列運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)偶中的命令實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際上棱柱對(duì)偶和旋轉(zhuǎn)對(duì)偶P,R,H都用于構(gòu)造機(jī)器人(圓柱體對(duì)偶C以緊湊的方式結(jié)合棱柱對(duì)偶和旋轉(zhuǎn)對(duì)偶)。產(chǎn)生的這些運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)偶的所有可能組合由子群組{X (w)}在[6]中給出。
同時(shí)它們必須連續(xù)的滿足兩種幾何情況：旋轉(zhuǎn)軸與螺旋軸要與給定的矢量w平行；不是被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
{X{w}}子群的位移運(yùn)算符,在M點(diǎn)的作用是:
M → N + ａu + bv + cw +exp(hw^) N M
^是矢量乘積標(biāo)志。
點(diǎn)N和矢量u,v,w組成了空間的正交標(biāo)架的基準(zhǔn)。a, b, c, h為具有四維空間的子群的四個(gè)參數(shù)。
空間平移的并聯(lián)機(jī)器人
當(dāng)兩子群組{X(w)} 和{X(w’)},w≠w’,滿足w≠w’，但矢量平行時(shí)，在移動(dòng)平臺(tái)和固定馬達(dá)之間，其機(jī)械生成元就足以能產(chǎn)生空間平移。三個(gè)子群組{X (w)},{X(w’)},{X(w’’)},w≠w’時(shí)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(duì)偶的空間平移都能被實(shí)現(xiàn)。此外，這3種機(jī)械生成元可以是不同或一樣但都取決于所需的運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)果。這種組合范圍很廣，使得整個(gè)能進(jìn)行空間平移的機(jī)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(jī)器手的選擇也能適應(yīng)委員的需要。Clavel的Delta機(jī)器人屬于這個(gè)家族，因?yàn)樗谙嗤倪\(yùn)動(dòng)學(xué)原理[7]。
并行操作機(jī)器人Y-STAR
STAR [16] 由3個(gè)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(jī)械臂是相同且每只都能通過一系列的RHPaR生成一個(gè)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(duì)偶立的桿控制決定。
兩旋轉(zhuǎn)對(duì)偶軸與螺旋對(duì)偶軸必須平行以保證能生成{X (u)}子群組。每條機(jī)械臂，第一個(gè)2對(duì)偶,即同軸旋轉(zhuǎn)對(duì)偶和螺旋對(duì)偶組成固定機(jī)器人的固定部分，同時(shí)形成處于相同平面的軸的機(jī)械結(jié)構(gòu)，將其分為三個(gè)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(gè)空間角度的2 /3。機(jī)器人的移動(dòng)部分由PaR系列組成，都能集中于移動(dòng)平臺(tái)做指定的某點(diǎn)位置。平臺(tái)與參考平面保持平行，不能繞垂直于參考平面的軸旋轉(zhuǎn)。任何的一種專有的末端執(zhí)行器都能是放置在這流動(dòng)的平臺(tái)上。 所得到的反應(yīng)移動(dòng)平臺(tái)的{T}子群僅能在空間進(jìn)行平移,在[8]中給出。
H型機(jī)器人
大部分并型機(jī)器人包括Delta機(jī)器人和Y Star機(jī)器人，其末端執(zhí)行器的工作空間與整個(gè)裝置相比較小。這是此類機(jī)器人的一個(gè)缺陷。為了避免這種工作空間的限制，對(duì)偶此裝置安裝具有平行軸的電動(dòng)千斤頂。與Y Star相似的機(jī)器人臂不能使用：三個(gè)相同集{X (v)}的交集等于{X (v)}而不是{T}。因此，在計(jì)新的H機(jī)器人[16]時(shí)，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(jī)械臂開始形成帶有與第一個(gè)兩電動(dòng)千斤頂平行的機(jī)動(dòng)化柱狀對(duì)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(duì)偶的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。與此桿相對(duì)偶的桿經(jīng)由平行軸的旋轉(zhuǎn)對(duì)偶R被連結(jié)到移動(dòng)平臺(tái)上。當(dāng)平行四邊形形狀變化時(shí)，這個(gè)性質(zhì)被保持(自由度為一)。此機(jī)器人的第一個(gè)樣機(jī)有一個(gè)團(tuán)隊(duì)的學(xué)生在Pastoré教授的指導(dǎo)下于法國(guó)“IUT de Ville D’Avray”完成的。此H型機(jī)器人安裝了具有3種系統(tǒng)的螺桿(1)／大間距的螺母(2)，能允許快速移動(dòng)。它由軸承(6)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)M控制。三個(gè)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(tái)（3）連接。機(jī)架（7）支撐著整個(gè)結(jié)構(gòu)（圖2）。邊螺旋桿允許沿著其軸轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)。中心螺母則不允許平行四邊形構(gòu)架的轉(zhuǎn)動(dòng)。移動(dòng)平臺(tái)與半氣缸相似，其自由度為3。這裝置的主要優(yōu)點(diǎn)是那工作空間是直接與平行軸長(zhǎng)度成比例，能得到一個(gè)較大工作空間。
柱狀-機(jī)器人
滑動(dòng)對(duì)偶偶P較好的性有能在在工業(yè)機(jī)械元件上得到應(yīng)用的可能。一個(gè)平行四邊形能夠利用四轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)偶偶R得到一個(gè)移動(dòng)自由度。因此，利用柱狀對(duì)