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塔里木大學畢業(yè)設計
16 屆畢業(yè)設計
紅棗切片機的設計
學生姓名 張建春
學 號 8031212410
所屬學院 機械電氣化工程學院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機械化及其自動化
班 級 16-4
指導老師 賀小偉
日 期 2016.05
塔里木大學機械電氣化工程學院制
目 錄
1緒 論 2
1.1 選題的背景和目的 2
1.2 圓盤式剪切機國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 剪切機設計內(nèi)容和方法 3
2.紅棗切片機的研制方案 3
2.1紅棗切片機機的要求 3
2.2系統(tǒng)方案原理圖 4
3.結(jié)構(gòu)設計計算 4
3.1傳動部分的設計 4
3.2傳送部分的設計 8
3.3機殼設計 9
4各部分結(jié)構(gòu)的校核與計算 10
4.1軸承的校核 10
4.2鍵的校核 11
4.3軸的計算校核 12
總 結(jié) 15
致 謝 16
參考文獻 17
1緒 論
1.1 選題的背景和目的
剪切機有各種類型，平刃剪、斜刃剪、圓盤剪和飛剪。平刃剪用于剪切方坯，斜刃剪用于剪切板材，而圓盤剪廣泛用于縱向剪切厚度小于20~30毫米的鋼板及薄帶鋼。而飛剪用于剪切運動著的軋件，其剪刃有平刃、斜刃和圓盤式飛剪。
圓盤式剪切機由于刀片是旋轉(zhuǎn)的圓盤，因而可連續(xù)縱向剪切運動鋼板和帶鋼。圓盤式剪切機通常設置在精整作業(yè)線上用于將運動著的鋼板縱向邊緣切齊和剪切或者切成窄帶鋼，根據(jù)其用途可分為剪切板邊的圓盤剪和剪切帶鋼的圓盤剪。
剪切板邊的圓盤剪，每個圓盤刀片均以懸臂的形式固定在單獨傳動的軸上，刀片的數(shù)目為兩對。這種圓盤剪用于厚板精整加工線。板卷的橫切機組和連續(xù)酸洗機組等作業(yè)線。剪切帶鋼的圓盤剪用于板卷的縱切機組，連續(xù)退火和渡鋅機組等作業(yè)線上。將板卷切成窄帶鋼，作為焊管坯料和車圈的坯料等。這種圓盤剪的刀片數(shù)目是多對的，一般刀片都固定在兩根公用的運動軸上，也有少數(shù)的圓盤刀片是固定在獨立的傳動軸上的。
這次選圓盤式剪切機作為設計題目是在對1700橫切機組的調(diào)研的背景下進行的。1700橫切機組使用多年，其中圓盤剪使用過程中存在一些問題。該廠對該剪切機也進行了多次改造。圓盤剪使用過程中傳動系統(tǒng)精度底，徑向調(diào)整機構(gòu)和刀片側(cè)向調(diào)整精度低，迫切要求更新和改造設計。
這次設計的目的就是通過設計對主軸傳動系統(tǒng)，刀片側(cè)向調(diào)整機構(gòu)，特別是各個機構(gòu)中的傳動部分進行設計。通過設計過程掌握圓盤剪單體機械設備的設計方法，使所學的理論知識和實際結(jié)合起來，提高設計能力，獨立分析能力和繪圖技術，進行規(guī)范化的的訓練為今后的工作打下有力的基礎。
1.2 圓盤式剪切機國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
剪切機有下列幾個機構(gòu)組成：刀盤旋轉(zhuǎn)傳動系統(tǒng)，刀盤徑向調(diào)整和刀片的側(cè)向調(diào)整，剪切寬度的調(diào)整等。剪切寬度的調(diào)整實際上就是對機架的距離調(diào)整。
早期圓盤式剪切機速度較低，圓盤式剪切機刀片旋轉(zhuǎn)是用電機通過齒輪傳動，以及和萬向連接軸來實現(xiàn)的。刀盤徑向間隙調(diào)整用電機通過蝸桿蝸輪傳動是偏心套轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)的。而刀片側(cè)向間隙是 用手動通過蝸輪傳動使刀片軸軸向移動來完成的。
圓盤剪后設置碎邊剪，將剪切下來的板邊剪成碎段送到下面的滑槽中，也可對剪下來的薄板邊用卷取機卷起來，然后停車卸卷。為了使切下來的板邊的鋼板平直，在出圓盤剪時切邊應向下彎曲，現(xiàn)在采用上刀片軸相對下刀片軸移動一個不大的距離或者上刀片直徑比下刀片直徑小一些來實現(xiàn)。
分條圓盤剪為了提高工作效率，從而采用了兩套機架，輪流使用，整體更換使設備的維修性提高，但投資費用大。
1.3 剪切機設計內(nèi)容和方法
1、通過靠工廠調(diào)研，了解同類圓盤剪生產(chǎn)中存在的問題，查閱相關資料掌握圓盤剪的發(fā)展現(xiàn)狀。
2、制定圓盤剪設計方案，在認真研究，有創(chuàng)新和改進，方案合理，并進行方案評述。
3、進行設計計算，保證機件強度和剛度，計算公式采用要有依據(jù)。
4、畫出總圖，部分部件圖和零件圖，利用計算機繪圖。
5、對設計中控制系統(tǒng)提出要求，選擇潤滑方法。
6、試車方法和維修技術，保證維修方便。
7、對設備進行經(jīng)濟分析和評價，降低設計成本。
2紅棗切片機的研制方案
2.1紅棗切片機機的要求
2.1.1主要技術參數(shù)要求：
電源：220V 50Hz
功率：370W
工作方式：電動
生產(chǎn)能力：100kg/小時左右
適用紅棗尺寸：長 30mm 寬 20mm
外型尺寸：1500×1200×800mm
重量：65kg
2.1.2 產(chǎn)品設計要求
(1)提高效率：一臺設備的工作效率等同于20個人工的工作效率；
(2)使用安全，維修方便：在整體設計中考慮機器的安裝、調(diào)整和開機以及設備的維修、保養(yǎng)和維護，使零部件更換方便，盡量做到通用化、標準化；
(3)降低成本：為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求設備精度和自動化程度高，但設備的售價也相應提高，因此設計時，要結(jié)合生產(chǎn)工藝要求，對相關因素進行綜合考慮。
(4)加工質(zhì)量高：確保紅棗被軸向切成圓片狀
2.2系統(tǒng)方案原理圖
2.2.1紅棗切片機的工作原理
紅棗切片機通過料斗將紅棗置于槽型傳送帶上，由槽型傳送帶和平板震動器的作用下將紅棗均勻整齊排列在輸送帶上，經(jīng)過導料板，將紅棗以統(tǒng)一形態(tài)送至圓盤刀處，經(jīng)過圓盤刀和橡膠輥的作用達到切片的目的。
2.2.2系統(tǒng)方案構(gòu)成
切片機主要構(gòu)成,如圖2-1所示：
圖2-1 總體三維圖
1.橡膠輥 2.圓盤切刀 3.傳送帶主動輪 4.傳送帶 5.下料滾軸 6.皮帶輪
3結(jié)構(gòu)設計計算
根據(jù)本課題所選的方案，將該半自動旋蓋機的結(jié)構(gòu)分為四個部分：動力部分、剪切部分、物料輸送部分和機殼部分。
3.1傳動部分的設計
3.1.1電動機的選擇
其技術數(shù)據(jù)如下：額定功率：0.75KW，滿載轉(zhuǎn)速：1400r/min 。電機所需功率為P=P/η=1900×1.3/1000×0.759=3.25KW。根據(jù)2.2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩計算，電動機軸轉(zhuǎn)矩Td=5.1N?M 各轉(zhuǎn)動軸功率P1=0.72KW P2=0.68KW，所以確定Y系列電動機。
Y系列三相異步電動機具有國際互換性特點其中，Y系列（IP44）電動機為一般用途全封閉自扇式籠型三相異步電動機，具有防止灰塵鐵屑等雜物侵入電電動機內(nèi)部之特點，B級絕緣，工作環(huán)境不超過＋40°C相對濕度不超過95％，海拔不超過1000m，額定電壓220V，頻率50Hz。適用于無特殊要求的機械上。這里即選用此系列電動機。
查取電動機參數(shù)。比較選擇Y系列三項異步電動機在2.2節(jié)中求出工作機至少需要功率3.25kW，在不小于此功率前提下，選取額定功率至少4kW的電動機，有如下備選型號Y112M-2，Y112M-4，Y132M1-6，Y160M1-8，其中Y112M-2型磁極少體積小，價格較低，但其轉(zhuǎn)速高會使傳動比增大；Y160M1-8型轉(zhuǎn)速低，磁極多，重量大，成本高，這兩種電動機不宜在此處選用，通過比較選用Y112M-4-B3型電動機。扭轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩：2.2，額定轉(zhuǎn)矩：2.3
3.1.2傳動裝置總體傳動比的確定及傳動比的分配
總傳動比
3.1.3確定各軸轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩
3.1.4轉(zhuǎn)速計算
小錐齒輪軸轉(zhuǎn)速
大錐齒輪轉(zhuǎn)速
3.1.5轉(zhuǎn)矩計算
對電動機軸：
對各轉(zhuǎn)動軸：
功率：
轉(zhuǎn)矩：
3.1.2 帶傳動設計計算
(1)確定設計功率PC
由《機械設計基礎》表13—8查得=1.1
PC=×P （3-5）
=1.1×0.3=0.33 kw
(2)選取V帶的型號
根據(jù)PC和n0由《機械設計基礎》圖13-15確定，因工作點處于Z型區(qū)，故選Z型。
(3)確定帶輪基準直徑、
①選擇小帶輪直徑
由《機械設計基礎》表13-9確定=80mm
②驗算帶速V
V==5.78m/s （3-6）
在5—25m/s之間，故合乎要求
③確定從動輪基準直徑
查《機械設計基礎》表的13-9取=200mm
=2.5=200mm
④實際從動輪轉(zhuǎn)速和實際傳動比i
不計ε影響，若算得與預定轉(zhuǎn)速相差5％為允許。
==2OO/80=2.5(誤差為0)
(4)確定中心距a和帶的基準長度Ld
①初定中心a0
本題目沒有給定中心距，初步選定中心距
0.7(dd2+dd1)≤≤2(dd2+dd1) （3-7）
0.7（80+200）≤≤2(80+200)
196≤≤560
取=200mm
②確定帶的計算基準長度Lc按式
≈2+(+)+ =1051.6㎜ （3-8）
③取標準Ld按《機械設計基礎》表的13-9取=200mm
表13-2取=1000㎜
④確定中心距a按《機械設計基礎》式13-16
=+=225.8㎜ （3-9）
調(diào)整范圍
amax=a+0.03Ld=255.8mm （3-10）
amin=a-0.015Ld=210.8mm （3-11）
(5)驗算包角α
α≈180°+×60° （3-12）
=152°＞1200 符合要求
(6)確定帶根數(shù)z按《機械設計基礎》式13-15
Z≥ （3-13）
由式13-14單根V帶所能傳遞的功率
=(++ ) （3-14）
由《機械設計基礎》表13-7包角修正系數(shù)
=0.92
=(++)=0.62kw （3-15）
V帶的根數(shù)
Z≥=0.33/0.62=0.53
取Z=1根
(7)確定初拉力F0按《機械設計基礎》式13-1
F0=500(-1)+q （3-16）
=47.55N
(8)計算軸壓力Q
按《機械設計基礎》式13-1
Q=2F0zsin=95.55Ｎ （3-17）
3.2傳送部分的設計
3.2.1傳送帶的機械結(jié)構(gòu)
工作原理如下：傳送帶采用帶有槽的傳送帶，當紅棗置于傳送帶上時，通過控制紅棗的大小和槽的大小，在平板振動器的高頻震動作用下使紅棗均勻定向排列在輸送帶上，傳送帶由傳送帶主動輪帶動，以一定速度運動，從而達到將紅棗均勻定向輸送到圓盤刀處。
3.2.2圓盤刀與橡膠輥組成的切片裝置的機械結(jié)構(gòu)
工作原理如下：排列均勻的紅棗通過輸送帶傳送至導料板，平順的滾入圓盤刀和橡膠輥的交接處，圓盤刀是等距排列的刀片組成，將紅棗切成符合工藝要求的圓片狀棗片，由下方的集料器收集，從而完成剪切過程。
3.3機殼設計
3.4.1機殼材料
機座材料應根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求正確選擇，常用的有：
鑄鐵和鋼。
鑄鐵容易鑄成形狀復雜的零件；價格較便宜；鑄鐵的內(nèi)摩擦大，有良好的抗振性。其缺點是生產(chǎn)周期長，單件生產(chǎn)成本較高；鑄件易產(chǎn)生廢品，質(zhì)量不易控制；鑄件的加工余量大，機械加工費用大。
常用的灰口鑄鐵有兩種：HT200適用于外形較簡單，單位壓力較大（p>5公斤/厘米2）的導軌，或彎曲應力較大的（σ≥300公斤/厘米2）床身等；HT150的流動性較好，但機械性能稍差，適用于形狀復雜而載荷不大的機座。若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，應采用耐磨鑄鐵。
用鋼材焊接成機架。鋼的彈性模量比鑄鐵大，焊接機架的壁厚較薄，其重量比同樣剛度的機座約輕20%~50%；在單件小批量生產(chǎn)情況下，生產(chǎn)周期較短，所需設備簡單；焊接機架的缺點是鋼的抗振性能較差，在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施；鉗工工作量較大；成批生產(chǎn)時成本較高。
本設計的機座采用的是45鋼，45鋼屬于調(diào)質(zhì)鋼，經(jīng)淬火加高溫回火后，具有良好的綜合力學性能，主要用于要求強度、塑性和韌性都較高的機械零件，如軸類零件。這類鋼在機械制造中應用最廣泛，其中以45鋼最為突出。
3.4.2時效處理
制造機座時，鑄造（或焊接）、熱處理及機加工等都會產(chǎn)生高溫，因各部分冷卻速度不同而收縮不均勻，使金屬內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應力。如果不進行時效處理，將因內(nèi)應力的逐漸重新分布而變形，使機座喪失原有的精度。
時效處理就是在精加工之前，使機座充分變形，消除內(nèi)應力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。常見的方法有自然時效、人工時效和振動時效等幾種，其中以人工時效應用最廣。
4各部分結(jié)構(gòu)的校核與計算
4.1軸承的校核
凸輪軸深溝球軸承6206的校核:
此凸輪軸承是一對深溝球軸承。參照設計手冊，設定其工作壽命為5000h。
在鎖蓋機中，該軸承在正常情況下不受或者受輕微的軸向載荷。但是考慮到不正常情況的發(fā)生，設所受軸向載荷與徑向動載荷之間有
（4-1）
則根據(jù)《機械設計》表13-5，可知求該情況下當量動載荷應用《機械設計》式（13-8a）有
（4-2）
參照《機械設計》，取；
參照《機械設計手冊》，?。?
參照《機械設計手冊》，取其極大值；
設該軸承對上的單個軸承的軸向載荷 ，
取其徑向載荷。
則：
取轉(zhuǎn)速
根據(jù)《機械設計》，求軸承應有的基本額定動載荷值
（4-3）
參照《機械設計手冊》知，6205軸承的基本額定動載荷
驗算6205軸承的壽命，根據(jù)《機械設計》式13-5
（4-4）
故選擇該對深溝球軸承6205符合設計要求。
4.2鍵的校核
普通平鍵（A型）的強度條件為
（4-5）
普通平鍵（C型）的強度條件為
（4-6）
式中 ——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為；
——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處為鍵的高度，單位為；
——鍵的工作長度，單位為，A型圓頭平鍵，C型圓頭平鍵這里為鍵的公稱長度，單位為；為鍵的寬度，單位為；
——軸的直徑，單位為；
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為；
對于C型
公稱轉(zhuǎn)矩為
（4-7）
在傳動過程中，考慮每級功率傳遞效率為0.9。則過渡齒輪軸49、凸輪軸28、主軸71的相應公稱轉(zhuǎn)矩為：
對于三根軸來說，過渡齒輪軸49和凸輪軸28上面的鍵均較為安全。下面對主軸71上的鍵進行校核。均選擇其最危險的鍵進行校核。
取主軸71上最危險的鍵進行校核
（4-8）
故此主軸71上鍵安全。
4.3軸的計算校核
根據(jù)軸的強度條件
(4-9)
=60Mpa
故得到過渡齒輪軸49、凸輪軸28以及主軸71的最小直徑為
而實際過渡齒輪軸49的最小直徑為25mm，凸輪軸28的最小直徑為25mm，主軸71的最小直徑為22mm，均大于所求的最小直徑，可以證明，上述各軸均符合強度要求。
由于主軸71受力較過渡齒輪軸49及凸輪軸28復雜，再按彎扭合成應力校核軸的強度。
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖(圖9)，深溝球軸承作為支點，因此作為簡支梁的軸的支撐跨距為113mm。
圖 4-1 主軸的結(jié)構(gòu)圖
從主軸的結(jié)構(gòu)圖可以看出截面B是主軸的危險截面，為了計算需要，將支反力取為一瓶裝滿1000水的瓶子的重力的20倍。
現(xiàn)將計算出截面B處得，,及的值如下。
彎矩：
所以總彎矩為：
所以扭矩為：
按彎扭合成應力校核軸的強度
進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面(即危險截面B)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，及軸單項旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力
(4-10)
前以確定主軸的材料為Q235A， 。因此，
故主軸安全。
總 結(jié)
本課題所設計的自動紅棗切片機以電機為動力，巧妙運用震動和槽型傳送帶解決紅棗在進入切刀時的形態(tài)，切片工藝性能好，生產(chǎn)能力高，具有良好的應用價值及市場潛力。
此畢業(yè)設計是我對大學四年學習的總結(jié)和考驗。此次畢業(yè)設計總和運用了我大學四年所學的專業(yè)知識和理論知識。通過本次設計，使我進一步認識了并設計了一臺完整機器的全過程。鞏固了我學的知識，為以后的工作打下了一定基礎。
由于本次是基于理論的，缺乏實踐經(jīng)驗，本次設計成果如用于實踐生產(chǎn)中會造成或多或少的材料浪費，也可能會有設計不過合理的地方，導致機器不能正常工作。
總的來說通過此次畢業(yè)設計也有一些心得：設計中，曾多次到學校圖書館查閱資料相關的資料，使我增強了個人查閱資料的能力，還讓我開闊了視野。在此次畢業(yè)設計中采用了autoCAD、solidworks等軟件進行輔助設計，讓我對這些的理解和熟悉程度得到很好的提高。在設計過程出現(xiàn)了一些客觀不足的問題，沒有實踐的條件，缺乏實踐經(jīng)驗。
致 謝
經(jīng)過這幾個月的努力，在各位老師的督促指導，以及一起學習的同學們的支持下，本次畢業(yè)設計已圓滿結(jié)束，由于自身經(jīng)驗的匱乏和學習上的欠缺，整個設計中肯定還存在尚未發(fā)現(xiàn)的缺點和錯誤，設計上還有許多考慮不周全的地方，懇請評閱的各位老師，多予指正，不勝感激在我將在以后工作中一定會逐步改正。
首先，我要特別感謝指導老師這段時間對我的悉心指導。每次與導師見面的時候，指導老師總是會仔細詢問我們的設計狀況，我設計內(nèi)容中遇到困難，指導在百忙之中通過郵件來給我指出錯誤并附加說明，細心的為我講解設計中的疑惑，讓我改正，讓我能更好的完成畢業(yè)設計。他嚴謹?shù)闹螌W和科研精神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，我要感謝大學里所有給予我知識的老師。正是有了你們的教導，我學到了豐富的專業(yè)知識，使自己的知識儲備得到了升華。你們無私的奉獻促使我們盡早的成長起來，我們堅實的翅膀源于你們不懈的滋養(yǎng)。等到參加工作時，我們將去實現(xiàn)我們的偉大理想，將你們所授盡數(shù)回報社會。我還要感謝這段時間同學們對我的幫助，當我遇到不懂的題目時，他們也是盡自己所能來為我講解。
最后，我要感謝我偉大的母校，感謝與我朝夕相伴四年的朋友。四年時光，如梭如夢，我們又要各自奔天涯。留戀學校的一草一木，懷念那平凡的每一天。四年的學習生活，酸甜苦辣一一飽嘗，無論是開心時的愉悅，還是失落時的惆悵；無論是入校時的迷茫，還是畢業(yè)時的感傷，都將化作永久的記憶深深地鐫刻在我心里。相信這份緣分，更要珍惜這份緣分。
再一次感謝所有給予我?guī)椭娜耍改銈冇肋h快樂！愿母校明天會更好！
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