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果蔬切丁機械專題綜述
引言：
隨著果蔬食品加工量的日益增加，一種能實現(xiàn)大批量、高效率地對白蘿卜、紅蘿卜、馬鈴薯、芋頭、蕃薯、青椒、瓜類、果類等果蔬食品進行切片、切丁的機器設(shè)備倍受人們關(guān)注。
果蔬切丁機械是把食品原料如果類、瓜類等加工成片、丁、條等形狀的一類專業(yè)機械，是食品工業(yè)的技術(shù)裝備，在國民經(jīng)濟建設(shè)中起著極其重要的作用。近二十年來，隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的不斷發(fā)展，我國的食品加工機械行業(yè)由初步形成到逐步發(fā)展，已成為國民經(jīng)濟不可缺少的部分，但與工業(yè)發(fā)達的國家相比，技術(shù)水平還比較落后。人類進人二十一世紀后，我國的食品工業(yè)將飛速發(fā)展，對食品原料的深度加工及綜合利用，方便食品的加工，將促使食品切丁機械向著更先進的專業(yè)化方向發(fā)展。結(jié)合果蔬切丁機械的發(fā)展狀況和特點，對其發(fā)展作一些探討。
1 果蔬切丁機械在食品工業(yè)中的地位與作用
食品工業(yè)是國民經(jīng)濟的重要組成部分，它為人類的生存、繁衍和社會發(fā)展提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，而果蔬機械是食品的工業(yè)化生產(chǎn)過程中的重要組成部分。食品工業(yè)的發(fā)展帶動了食品機械的發(fā)展，而果蔬切丁機械的發(fā)展又促進了食品工業(yè)的發(fā)展。
食品切丁機械作為食品工業(yè)的技術(shù)裝備，在人類文明進程中曾發(fā)揮了重要作用：應(yīng)用果蔬食品機械不僅可以減輕人們的勞動強度，節(jié)約時間，提高效率，而且可以使人們擺脫繁重的體力勞動和落后的經(jīng)濟文化生活，使生產(chǎn)力極大解放；應(yīng)用果蔬食品機械可以大幅度簡化了工人繁瑣的工藝操作，實現(xiàn)一些手工操作所達不到的特殊加工效果，既保證產(chǎn)品質(zhì)量，又減少了原材料的浪費，增加了產(chǎn)量，提高了勞動生產(chǎn)率。另外，應(yīng)用果蔬食品切丁機械減少了人與食物的直接接觸和病菌傳播的機會，有效防止了食物的污染。因此，果蔬食品切丁機械在食品工業(yè)生產(chǎn)中起著舉足輕重的作用。
2 我國果蔬食品切丁機械的發(fā)展狀態(tài)
我國的食品加工工業(yè)歷史悠久，但果蔬食品切丁機械起步很晚。八十年代初期，這個行業(yè)一片空白，果蔬食品切片、切丁等加工大都是手工操作，生產(chǎn)率低，且產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。進入八十年代末期，隨著國家經(jīng)濟的不斷高速發(fā)展，食品工業(yè)發(fā)展很快，對食品切丁機械的需求逐漸擴大，我國的食品切丁機械行業(yè)逐步形成。此外，通過引進國外先進技術(shù)和設(shè)備，促進了國內(nèi)技術(shù)水平的提高，研制開發(fā)了許多適用的中小型設(shè)備以及機械化自動化的新型設(shè)備，果蔬食品切丁機械的品種、產(chǎn)量和產(chǎn)值開始大幅度增加。目前國內(nèi)從事果蔬食品切丁機械開發(fā)與生產(chǎn)的企業(yè)有上數(shù)十家，品種也及其豐富，機械化自動化程度有了進一步的提高。
3 果蔬切丁機械的特點
3.1 果蔬食品切丁機械加工的產(chǎn)品是人們直接人口的食品，食品衛(wèi)生關(guān)系到人們的身體健康，因此，果蔬食品切丁機械有嚴格的衛(wèi)生要求。機械中與食物物料接觸的零部件材料，要求無毒、耐腐蝕，機械與食品接觸部分必須便于折裝、清洗。結(jié)構(gòu)中不允許有清洗不到的死角，以避免物料的積存和防止微生物在這些部位生長繁殖。
3.2 目前國內(nèi)食品切丁機械中，一部分為國內(nèi)研制開發(fā)，另一部分是仿造國外設(shè)備制造，非定型產(chǎn)品多，定型產(chǎn)品少。因此，食品切丁機械生產(chǎn)類型多種多樣，從單件小批量生產(chǎn)到中批量和大批量生產(chǎn)，而小批量生產(chǎn)是食品機械生產(chǎn)的主要形式。
4 國內(nèi)果蔬食品切丁機械存在的問題
4.1 我國果蔬食品切丁機械行業(yè)起步較晚，目前國內(nèi)從事果蔬食品切丁機械的專業(yè)技術(shù)人員比較少，實用技術(shù)水平偏低。國內(nèi)多數(shù)果蔬食品切丁機械生產(chǎn)企業(yè)為中小型企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備比較落后，技術(shù)力量薄弱，生產(chǎn)規(guī)模小，經(jīng)濟效益低。
4.2 國內(nèi)現(xiàn)有果蔬食品切丁機械的產(chǎn)品質(zhì)量欠佳，尤其是機械的穩(wěn)定性和可靠性較差。近十幾年來以來，我國引進了一批國外先進技術(shù)與設(shè)備，但對引進技術(shù)消化吸收不夠，多數(shù)是單純的仿制，未結(jié)合我國的特點，且品種不全。
4.3 我國關(guān)于果蔬食品切丁機械的專著不多，相關(guān)標準尚不健全，對食品機械方面的基礎(chǔ)技術(shù)研究未系統(tǒng)展開，因此用于指導(dǎo)實際生產(chǎn)的基礎(chǔ)技術(shù)比較缺乏，而且機械產(chǎn)品的標準化、系列化、通用化程度不高，許多果蔬食品切丁機械的設(shè)計與制造元章可循。
5 我國果蔬食品切丁機械的發(fā)展方向
5.1 從我國國情和現(xiàn)有技術(shù)水平出發(fā)，對果蔬食品切丁機械方向的基礎(chǔ)技術(shù)展開系統(tǒng)的理論研究，包括原材料的物理性質(zhì)、機械設(shè)備的技術(shù)參數(shù)、原材料的深度加工和綜合利用等，確實改善和加強現(xiàn)有技術(shù)力量，提高研制開發(fā)能力。要盡量使機械結(jié)構(gòu)與工藝設(shè)計系列化，提高機械產(chǎn)品的標準化、系列化、通用化程度。
5.2 在現(xiàn)代機械工程中，可靠性是一項不可忽視的重要指標，對果蔬食品切丁機械來說，其工作要求往往是自動化、連續(xù)化的生產(chǎn)線，如果某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)故障，將造成整條生產(chǎn)線的停工和原料的浪費，因此，提高果蔬食品切丁機械產(chǎn)品的性能與質(zhì)量，是穩(wěn)定生產(chǎn)、提高勞動生產(chǎn)率的有效手段。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，對果蔬食品切丁機械的可靠性、穩(wěn)定性將提出更高的要求。
5.3 當代果蔬食品切丁機械的發(fā)展應(yīng)以先進技術(shù)的研究和應(yīng)用為核心。隨著社會的不斷發(fā)展和進步，人們對果蔬食品的品種的需求量將越來越大，食品加工工藝也將不斷地完善與創(chuàng)新，果蔬食品切丁機械在新技術(shù)、新工藝、新材料不斷開發(fā)與應(yīng)用中向高性能、高效益、低能耗、低成本的方向發(fā)展。
5.4 進一步學(xué)習(xí)和借鑒國外先進的技術(shù)和經(jīng)驗，提高食品切丁機械的自動化水平。在設(shè)計制造中要既學(xué)習(xí)先進的技術(shù)，又結(jié)合我國國情，技術(shù)上要先進，經(jīng)濟上要合理，要便于制造、方便使用維修，力求以最低的成本研制出具有我國特色的高質(zhì)量的果蔬食品加工機械。
5.5 隨著微電子、計算機等高新技術(shù)的不斷發(fā)展和市場需要的不斷變化，微電子技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，并向果蔬食品切丁機械行業(yè)不斷注入和融合。各種機械設(shè)備都要向機電一體化方向發(fā)展，利用微電子技術(shù)對生產(chǎn)過程進行檢測和監(jiān)督，不僅可以提高勞動生產(chǎn)率，也能進一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量，使食品機械向更先進的專業(yè)化方向發(fā)展。
中國永遠是工、農(nóng)業(yè)大國，而果蔬食品切丁機械也將長期在國內(nèi)享有一定的發(fā)展前景。無論國內(nèi)還是國外，一臺果蔬機械開始研發(fā)到產(chǎn)品投入使用都凝聚了不少人的智慧和辛勤。經(jīng)過對機器設(shè)備不斷創(chuàng)新設(shè)計和改進，越來越多更能適應(yīng)市場需求的各類果蔬食品切丁機械已陸續(xù)被生產(chǎn)出來，并投入生產(chǎn)。果蔬機械在食品工業(yè)中的所占地位是不能忽視的，也正是它的產(chǎn)生，在部分食品加工過程中節(jié)省了很多勞動力，很大程度上地提高了生產(chǎn)效率。盡管在對它的研究上已取得不錯的成效，但同時也還存在一些問題與不足，所以還應(yīng)結(jié)合實際使用過程中與到的問題，不斷創(chuàng)新和改進，以使其結(jié)構(gòu)簡單、性能突出、維護便利，更具有較高的實用性和經(jīng)濟性，產(chǎn)品日趨完善。
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果蔬三維切丁機的傳動系統(tǒng)分析與設(shè)計
摘要 果蔬加工作為一種新興食品工業(yè)產(chǎn)品正在國內(nèi)興起，由于其具有自然、新鮮、衛(wèi)生和方便等特點，正日益受到消費者喜愛。但我國，果蔬加工機械卻遠遠滯后于發(fā)展需求，并且價格昂貴。由此我們研制了多功能果蔬加工機，一機多用，取代了部分功能單一、效率低下、價格昂貴的進口機械。傳動系統(tǒng)作為機器的重要部分，其好壞關(guān)系到果蔬切片、切丁的成品質(zhì)量和工作效率等問題。進行傳動系統(tǒng)的設(shè)計，確定推進器、圓盤刀軸、條刀軸之間的運動參數(shù)，為適應(yīng)不同物料切削，提供不同的速度及動力，使之能夠達到對塊根狀及葉菜狀果蔬進行切片、絲、丁等規(guī)格形狀的加工。同時應(yīng)用新科技，采用先進的數(shù)字調(diào)速電機，省去復(fù)雜的變速機構(gòu)與調(diào)節(jié)機構(gòu)。試驗表明，該設(shè)備出成率、效率達到進口機械水平，價格較進口設(shè)備降低50%以上，可填補此類機械的國內(nèi)空白，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。
關(guān)鍵詞： 多功能, 果蔬, 加工機械, 傳動系統(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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀………………………………………………………… 3
1.3 本課題主要研究內(nèi)容…………………………………………………… 3
第二章 傳動方案的選擇和運動、動力參數(shù)計算………………… 5
2.1 總體方案的確定……………………………………………………………5
2.2 傳動帶的選擇………………………………………………………………6
2.3 電動機的選擇………………………………………………………………6
2.4 傳動比的分配………………………………………………………………7
2.5 運動和動力參數(shù)計算…………………………………………………… 8
第三章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算………………………………………………10
3.1 帶傳動的設(shè)計計算……………………………………………………… 10
3.2 齒輪傳動的設(shè)計計算…………………………………………………… 15
3.3 軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………… 20
第四章 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………… 29
4.1 UG軟件簡介 …………………………………………………………… 29
4.2 切丁機傳動系統(tǒng)零部件的建模及裝配圖……………………………… 29
第五章 設(shè)計總結(jié) ………………………………………………………… 36
5.1 主要結(jié)論 ……………………………………………………………… 36
5.2 存在的問題 ………………………………………………………………36
5.3 進一步研究建議 …………………………………………………………36
致謝…………………………………………………………………… 37
參考文獻…………………………………………………………… 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)品正在國內(nèi)興起，由于其具有自然、新鮮、衛(wèi)生和方便等特點，正日益受到消費者喜愛。以往的果蔬鮮切加工采用模仿人工切割動作的二維切削方式，即利用機械刀片來實現(xiàn)果蔬制品的橫向和縱向切割。國外一些先進的果蔬鮮切機械普遍采用了離心切片、盤形刀或柵形刀切絲、然后條刀切丁的三維切割加工工藝。本課題設(shè)計果蔬三維切丁機采用三維切割加工工藝，通過拆卸某些工作部件，使機具既能單獨進行切片、切絲，又能切丁，做到一機多用、一機多能。隨著人們生活水平的不斷提高，生活節(jié)奏加快，對食用方便、營養(yǎng)豐富、經(jīng)過加工的精細蔬菜的需求越來越大，對產(chǎn)品的品質(zhì)要求越來越高。蔬果食品機械加工在我國起步雖晚，但由于中國蔬果富含營養(yǎng)、品種齊全、質(zhì)優(yōu)價廉，深受國內(nèi)外消費者的青睞，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 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
隨著我國改革開放，蔬果食品加工的崛起，各種不同類型加工機械有了很大發(fā)展，開發(fā)研制的廠家也比較多。國內(nèi)單一功能的蔬果加工機械品種較多，功能可靠但開發(fā)多功能加工機械的廠家?guī)缀鯖]有，即使所謂的多功能蔬果加工機械其實也是生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，只不過是針對不同的原料而講是多功能。生產(chǎn)上除了靠昂貴的進口機械外，主要靠手工加工和醬菜機械或飲事機械來代替，加工成型不規(guī)則，成品率低，浪費大，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬果加工食品的需求。國內(nèi)蔬果深加工的研究尚屬起步階段，對蔬果的品質(zhì)和綜合利用的研究與應(yīng)用無成熟經(jīng)驗。對蔬果成型機械的研究尚屬空白，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬果加工品種的需要。
國外情況: 國外蔬果生產(chǎn)機械化具有6個突出特點:1.蔬果機械大型化;2.機械自動化:3.使用高技術(shù);4.廣泛應(yīng)用多功能機械;5.質(zhì)量穩(wěn)定可靠，使用壽命長;6售后服務(wù)好
1.3 本課題研究的主要內(nèi)容
果蔬切丁機傳動部分的分析與研究。傳動系統(tǒng)是將動力機的運動和動力傳遞給執(zhí)行機構(gòu)或執(zhí)行構(gòu)件的中間裝置，是主機設(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行，加工產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。此果蔬食品切丁機傳動系統(tǒng)的設(shè)計即是把變頻電機的輸出動力和運動，通過齒輪傳動和同步帶傳動，將動力和運動傳遞給切丁機的推進器裝置、圓盤刀軸和條刀軸，已達到特定要求的任務(wù)和目的。傳動系統(tǒng)作為機器的重要部分，其好壞關(guān)系到果蔬切片、切丁的成品質(zhì)量和工作效率等問題。進行傳動系統(tǒng)的設(shè)計，確定推進器、圓盤刀軸、條刀軸之間的運動參數(shù)，為適應(yīng)不同物料切削，需要提供不同的速度及動力。此次設(shè)計是切丁機主傳動系統(tǒng)的設(shè)計，其中包括齒輪軸的設(shè)計，帶輪軸的設(shè)計，齒輪模數(shù)計算及校核，帶輪的確定等。
傳動系統(tǒng)是主機設(shè)備中最關(guān)鍵的部分之一，但是，由于設(shè)計、制造、安裝、使用和維護等方面的因素，影響了系統(tǒng)的正常運行。因此，了解系統(tǒng)工作原理，懂得一些設(shè)計、制造、安裝、使用和維護等方面的知識，是保證系統(tǒng)能正常運行并極大發(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的傳動系統(tǒng)，傳動系統(tǒng)的設(shè)計需要與整套機器設(shè)備的總體設(shè)計同時進行。設(shè)計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結(jié)合各種傳動形式，力求設(shè)計出結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、低噪音、經(jīng)久耐用、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的傳動系統(tǒng)。
第二章 傳動方案的選擇和運動、動力參數(shù)計算
2.1 總體傳動方案的確定
傳動裝置主要由傳動、支撐等零部件組成。選擇方案時，要保證工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，易加工，以維護，成本低，效率高。
圓盤刀軸、條刀軸要求功率不大，但其轉(zhuǎn)速較高，要求傳動效率也較高，電機軸轉(zhuǎn)速也相對較高，因此，電機軸與軸2（小齒輪軸）之間、小齒輪軸與圓盤刀軸、條刀軸之間的傳動宜選帶傳動，因為帶傳動宜布置在傳動鏈的高速端。由于在傳動同樣大小功率時，轉(zhuǎn)速高則轉(zhuǎn)矩小，傳動帶所受的拉力減小，外廓尺寸也隨之減小，對減小帶傳動的彈性滑動和速度損失及提高傳動帶的壽命均有利，此外還可以減小傳動系統(tǒng)的振動，有利于結(jié)構(gòu)緊湊，均勻，平穩(wěn)。
推進器構(gòu)件需求大轉(zhuǎn)矩，功率高，轉(zhuǎn)速低，傳動比要求嚴格尺寸要求緊湊，充分考慮其傳動效率，選擇直齒圓柱齒輪傳動。
切丁機傳動系統(tǒng)簡圖如圖2-1所示，源動力由電動機提供，通過同步帶、帶輪動力和運動傳遞到軸2，其中一部分動力通過齒輪減速傳動，將動力傳遞給執(zhí)行部分—推進器，以實現(xiàn)物料的輸送，另一部分運動通過共用一根同步帶，將動力和運動傳遞給執(zhí)行部分—圓盤刀軸和條刀軸，以實現(xiàn)預(yù)期目的和要求。
圖2-1 切丁機傳動系統(tǒng)示意圖
1—電動機 2—電動機帶輪 3、6—同步帶 4—軸Ⅱ輸入帶輪 5—軸Ⅱ輸出帶輪 7—圓盤刀軸帶輪 8—條刀軸帶輪 9—小齒輪 10—大齒輪
2.2 傳動帶的選擇
在切丁機設(shè)備中，其執(zhí)行部件是推進器、圓盤刀、條刀。該設(shè)備屬于農(nóng)用食品機械設(shè)備，要求轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，效率高，無振動等。同步帶傳動把摩擦傳動改善為嚙合傳動，避免了打滑，傳動精度準確，效率高，傳動比大，功率高。現(xiàn)在已初步系列化，標準化，帶輪和同步帶可以直接購買。所以宜選圓弧齒形同步帶及與其配套同步帶輪。
2.3 電動機的選擇
2.3.1 選擇電動機的類型
按工作要求，每天8小時工作制，一年300天。要求電動機能現(xiàn)實大范圍調(diào)速且平滑調(diào)速，應(yīng)用變速交流異步電動機，選YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機。
YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機與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、性能價格比高等優(yōu)點。防護等級和絕緣等級高，噪聲低，安裝尺寸及功率符合IEC標準，互換通用性強。本系列電動機采用獨立的冷卻結(jié)構(gòu)，采用軸流風(fēng)機強迫通風(fēng)冷卻，確保電機在低速恒轉(zhuǎn)矩下長期運行時升溫不超過允許值。
2.3.2 選擇電動機容量
電動機所需工作功率為
按要求，工作機所需功率為為3.5 Kw
傳動裝置總效率為
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表2-5傳動效率取值范圍確定各部分效率為：帶傳動效率，軸承效率，齒輪傳動效率，代入得
0.980.99=0.9225
所需電動機功率為
因為載荷平穩(wěn)，電動機額定功率略大于P即可。由YVP系列電動機技術(shù)數(shù)據(jù)，選電動機的額定功率為4kW。
2.3.3 確定電動機轉(zhuǎn)速
大齒輪軸工作轉(zhuǎn)速n=115r/min，通常，帶傳動的傳動比常用范圍為,二級圓柱齒輪傳動的傳動比為，總傳動比范圍為，故電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為
（6~32）115/min=360~3686r/min
考慮電動機的尺寸、重量和價格，選擇同步轉(zhuǎn)速為1500r/min電機，滿載轉(zhuǎn)速r/min，型號為YVP系列變頻調(diào)速三相異步電動機。
2.4 傳動比的分配
2.4.1 總傳動比
2.4.2 傳動裝置各級傳動比的分配
此傳動部分共有5根傳動軸，分別為電機輸出軸1，小齒輪軸2，大齒輪軸3，圓盤刀軸4條刀軸5 。
取兩圓柱齒輪減速器傳動比，取圓盤刀軸與大齒輪軸的傳動比5.4，取條刀軸與大齒輪軸的傳動比，求得：
電機輸出軸1與小齒輪軸2傳動比；
小齒輪軸2與圓盤刀軸4傳動比（增速）；
小齒輪軸與條刀軸5傳動比（增速）。
以上傳動比的分配是在初步確定的，傳動裝置的實際傳動有可能在各級略有變化。
2.5 運動和動力參數(shù)計算
1軸（電動機軸）：
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
運動和動力參數(shù)的計算結(jié)果加以總匯，列出表格如下，以供以后的設(shè)計計算使用。
軸名
功率P/kW
轉(zhuǎn)矩T/
轉(zhuǎn)速n/(r/min)
傳動比i
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
電動機軸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 傳動系統(tǒng)的設(shè)計計算
3.1 帶傳動的設(shè)計計算
3.1.1 電機軸1到小齒輪軸2圓弧齒形同步帶1的設(shè)計
（1）確定設(shè)計功率
，（其中系數(shù)由《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》表14.1-86查的）。
（2）選定帶型節(jié)距
根據(jù)=6kW，n=1500r/min，查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》圖14.1-16，選8M型圓弧帶。
（3）確定電動機軸上小帶輪1的齒數(shù)
由《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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）確定電機軸上小帶輪節(jié)圓直徑
（其中為8M型圓弧帶節(jié)距），由《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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機傳動帶相配的大帶輪2齒數(shù)
因為傳動比，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《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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
=2
=mm
查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》表14.1-69得基本額定功率=3.5kW。
（15）確定要求帶寬
≥，
（其中，查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》表14.1-73得，）
≥2029.5mm
查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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到圓盤刀軸4、條刀軸5圓弧齒形同步帶2的設(shè)計
查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》表14.1-3，得同步帶的傳動效率為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)計功率
因為葉輪需要功率為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)《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》圖14.1-16，選8M圓弧齒形同步帶。
（3）圓盤刀軸4上帶輪3的設(shè)計
由小齒輪軸2到圓盤刀軸4的傳動比，得，查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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
根據(jù)小齒輪軸2到條刀軸5的傳動比，有 ，查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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配對的帶輪5的設(shè)計
齒數(shù) ，取=64，
節(jié)圓直徑 mm，
外徑 mm，
查《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》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
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
由作圖法得
=1539，參照《機械設(shè)計手冊-帶傳動和鏈傳動》表14.1-66，選帶長=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 ，
因為 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1440mm，帶寬30mm，規(guī)格為RPP8M-1440；選同步帶2帶長1600mm，帶寬30mm，規(guī)格為RPP8M-1600mm。
為方便設(shè)計和查找，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)計計算
軸2到軸3傳動的設(shè)計（采用齒輪傳動）。
已知小齒輪軸轉(zhuǎn)速為=480r/min，傳動比4，功率P=1.9kW，工作壽命為15年，每年工作300天，每天8小時工作制。
3.2.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)
（1） 按圖示傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動
（2） 果蔬食品切丁機為一般工作機器，速度不高，故選用8級精度（GB10095-88）。
（3） 材料選擇。由《機械設(shè)計》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）該齒輪傳動為閉式傳動，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 按齒面接觸強度設(shè)計
由設(shè)計計算公式進行試算，即
（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
① 試選載荷系數(shù)1.3。
② 計算小齒輪的傳遞轉(zhuǎn)矩。
Nmm
③ 由《機械設(shè)計》第八版表10-7選取齒寬系數(shù)。
④ 由《機械設(shè)計》第八版表10-6得材料彈性影響系數(shù)。
⑤ 由《機械設(shè)計》第八版圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪接觸疲勞強度極限600MPa，
大齒輪接觸疲勞強度極限550MPa。
⑥ 計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
⑦ 由《機械設(shè)計》第八版圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)，。
⑧ 計算接觸疲勞許應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)為S=1，由公式10-12得
（2）計算
① 計算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值。
≥2.32=50.725mm
取=68mm。
② 計算圓周速度。
m/s
③ 計算齒寬b。
b=mm
④ 計算齒寬與齒高之比。
模數(shù) =25.3mm
齒高 mm
⑤ 計算載荷系數(shù)。
根據(jù)=1.708m/s，8級精度，由《機械設(shè)計》第八版圖10-8查得動載荷系數(shù)1.04；
直齒輪有，齒間載荷分配系數(shù)；
查《機械設(shè)計》第八版表10-2得使用系數(shù)1；
由《機械設(shè)計》第八版表10-4用指數(shù)法查得8級精度懸臂布置時，齒向載荷分布系數(shù)。
由=7.25，查《機械設(shè)計》第八版圖10-13得；故載荷系數(shù)
K=
⑥ 按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
mm
⑦ 計算模數(shù)m。
mm
3.2.3 按齒根彎曲強度設(shè)計
彎曲強度的設(shè)計公式為
（1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
① 由《機械設(shè)計》第八版圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限；大齒輪的彎曲疲勞強度極限；
② 由《機械設(shè)計》第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
③ 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，有
④ 計算載荷系數(shù)K。
⑤ 查取齒形系數(shù)。
由《機械設(shè)計》第八版表10-5查得 ；。
⑥ 查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由《機械設(shè)計》第八版表10-5查得 ，。
⑦ 計算大、小齒輪的并加以比較。
大齒輪的數(shù)值大。
（2）計算
對比結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強度算得的模數(shù)2.6并就近圓整為標準值m=3mm，按接觸強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)計的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度的要求，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
3.2.4 幾何尺寸的計算
（1）計算分度圓直徑
（2）計算中心距
（3）計算齒輪寬度
取，。
3.3軸系結(jié)構(gòu)的設(shè)計計算
3.3.1 小齒輪軸2的設(shè)計
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)《機械設(shè)計》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)計和性能要求，選=35mm。
3.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的設(shè)計圖如下圖所示：
齒輪軸的設(shè)計圖
（1）根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度
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，軸套臺肩厚度為18mm，故Ⅰ~Ⅱ軸段的長度略比三者總長短一些，現(xiàn)取=90mm。
② 初步選擇滾動軸承
因軸承同時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、標準精度等級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。
右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位，取=99mm，=130mm，=16mm。
小齒輪總寬65mm，所以去取與小齒輪配合處軸段長為65mm。
（2）軸上零件的周向定位
小齒輪、法蘭盤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=,鍵槽用銑刀加工，與小齒輪連接處長為=50mm，與法蘭盤連接處長為=56mm，同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；法蘭盤與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過度配合來保證的，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)圖做出軸的計算簡圖。確定軸承的支點位置，從手冊中查取a值。對圓錐滾子軸承，，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)力校核軸的強度
進行校核時，只需校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面B的強度。根據(jù)上述數(shù)據(jù)及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭矩切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取0.6，軸的計算應(yīng)力：
由軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表《機械設(shè)計》第八版15-1得，因此，故安全。
3.3.5 精確校核軸的疲勞強度
（1）判斷危險截面
截面Ⅵ雖然鍵槽、軸肩及過度配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強度，但由于軸的最小直徑是按扭矩轉(zhuǎn)矩強度較為寬裕確定的，所以截面Ⅵ無需校核。截面Ⅲ,Ⅳ,Ⅴ相對Ⅱ較大，所以均無需校核。截面Ⅱ左右兩側(cè)應(yīng)力集中嚴重，受力較大，現(xiàn)在對其左右兩側(cè)進行校核。
（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《機械設(shè)計》第八版表15-1查得，抗拉強度極限，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《機械設(shè)計》第八版附3-2查取，因，，經(jīng)插值后可查得
=2.04，=1.60
由《機械設(shè)計》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《機械設(shè)計》第八版附圖3-2，軸直徑為35mm得，尺寸系數(shù)，由《機械設(shè)計》第八版附圖3-3得，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
按精車，由《機械設(shè)計》第八版附圖3-4得必愛面質(zhì)量系數(shù)
軸未經(jīng)表面強化處理，即，
由此計算綜合系數(shù)
取碳鋼的特性系數(shù) ，
計算安全系數(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
=
過盈配合處的，由《機械設(shè)計》第八版附表3-8用插值法求出并取得
=2.06，
按磨削加工，由《機械設(shè)計》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通過鍵連接，齒輪等級精度為8級，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)計此鍵連接。
（1）選擇鍵連接的類型和尺寸
一般8級以上精度的齒輪有定心要求，此時應(yīng)選用圓頭普通平鍵（A型）。
根據(jù)d=35mm，從《機械設(shè)計》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)鍵的長度系列和齒輪寬度，選鍵長L=50mm。
（2）校核鍵連接的強度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，由《機械設(shè)計》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?
故連接鍵的擠壓強度足夠。
3.3.7 軸承的設(shè)計計算
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小時工作制。初選軸承型號為30308，校核軸承能否到達預(yù)期壽命要求。
（1）查標準軸承表得，軸承30308的基本額定載荷C=90800N，e=0.35
（2）球軸承當量動載荷P
因為
由《機械設(shè)計》第八版表13-5分別進行查表和插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為
0.4，
因為軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按《機械設(shè)計》第八版表13-6，取。則有
（3）驗算軸承的壽命
因為，故所選軸承滿足壽命要求。
第四章 傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計
由于三維立體圖直觀、形象，通過對傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型來分析系統(tǒng)的運動和性能比較方便。因此，把握好零件的模型建立，對整個設(shè)計過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軟件簡介
Unigraphics（簡稱UG）是EDC公司推出的集CAD/CAM/CAE于一體的三維參數(shù)化軟件，是當今世界最先進的計算機輔助設(shè)計、分析和制造軟件之一。它為為用戶的產(chǎn)品設(shè)計以及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗證手段。自從1990年進入中國市場，并很快以其先進的理論基礎(chǔ)、強大的工程背景、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，并已廣泛應(yīng)用于航空、航天、汽車、鈑金、模具等領(lǐng)域。
4.2 切丁機傳動系統(tǒng)零部件的建模及裝配圖
4.2.1 傳動系統(tǒng)零部件三維實體圖
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—切丁機傳動部分大致裝配圖（其中帶均未畫出）
4.2.1圖7—傳動裝置裝配圖
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)計總結(jié)
本文主要圍繞著果蔬切丁機的傳動部分來進行研究與分析，設(shè)計一種能把一個動力源的輸入功率同時輸出到不同執(zhí)行機構(gòu)的傳動系統(tǒng)。此次設(shè)計主要是在前人研究的基礎(chǔ)上設(shè)計制造出一種可以在生產(chǎn)上實用、安全可靠、高效、平穩(wěn)的傳遞運動和動力的傳動裝置，取得了一些有參考價值的成果。
5.1 主要結(jié)論
動力機構(gòu)采用變頻調(diào)速電機，速度可調(diào)范圍大，通過調(diào)節(jié)輸送帶速度，以滿足果蔬切削規(guī)格、推進器轉(zhuǎn)動速度要求，該電機安全、可靠、耐用可以直接應(yīng)用到實際生產(chǎn)中。
電機與主軸之間，主軸與執(zhí)行部分之間都均有采用同步帶傳動，能均勻，平穩(wěn)，高效地傳遞運動和動力。實踐證明，采用同步帶傳使整套設(shè)備振動小，工作可靠，相比其他傳動裝置的設(shè)備，使用此套裝置的機械加工的產(chǎn)品質(zhì)量高。
5.2 存在的問題
由于小齒輪及電動機均懸臂布置，在機器工作過程中，超負荷運作時，可能會產(chǎn)生一定振動之類的不良影響。
該機械屬于食品機械，要求無污染，無毒害，一般采用脂潤滑，但該設(shè)備密封性不高，這將引起潤滑方面的問題，從而影響軸承或其他部件的使用壽命。
5.3 進一步研究建議
設(shè)計更合理的布置，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。進一步研究設(shè)備的密封性和潤滑條件，找出一套方便、合理、經(jīng)濟的潤滑方案，以降低裝置的振動和摩擦作用，提高設(shè)備的使用壽命和同時滿足不同載荷作用下的需求。
致 謝
衷心地感謝朱長順老師、楊德勇老師和孫建榮老師，本設(shè)計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，三位老師付出了極大的精力和心血。老師嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實的敬業(yè)精神和高尚的人格品質(zhì)，將永遠是我學(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。
同時也感謝與我同組做畢業(yè)設(shè)計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程中，使我更深刻地領(lǐng)會了團隊精神的重要性和互助協(xié)作的必要性。本來基礎(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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