827 青饲料切割机
827 青饲料切割机,青饲料,切割机
湘潭大学毕业设计说明书题 目: 青饲料切割机的设计 学 院: 机械工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 2003070131 姓 名: 丁 敦 庆 指导教师: 杨 敦 国 完成日期: 2007 年 6月 5日 1目 录摘要 .2ABSTRACT .3第一章 绪论 .1 1-1 农业机械在现代化建设中的作用 .1 1-2 市场前景分析 .1 1-2 QSJ-200 型青饲料切割机简介 .2第二章 总体设计 .4 2-1 方案的筛选 .4 2-2 实现原理介绍 .6 2-3 整体传动比的分析计算 .7第三章 传动设计 .10 3-1 电动机的选型 .10 3-2 V 带传动的设计 .11 3-3 锥齿轮的设计 .15 3-4 圆柱齿轮的设计 .19第四章 轴与校核 .25 4-1 轴的设计 .25 4-2 校核 .28第五章 刀的设计 .36 5-1 切割的基本概念 .36 5-2 切刀的设计 .36 5-3 破碎辊筒的设计 .42第六章 进给机构与机架的设计 .45 6-1 进给机构的设计 .45 6-2 机架的设计 .46设计心得与致谢 .47参考文献 .48附录 外文文献翻译 .50附录 外文翻译原文 .532青饲料切割机的设计摘要: 一种青饲料切割机,由装在同一传动轴上的破碎,切碎两种功能的机构构成.破碎机构主要由刀齿板、切刀、刮刀及辊筒构成.加工块茎类物料时,经刀齿的划割,切刀的切割,刮刀的进一步破碎,完成加工过程;同时,可利用切碎机构加工藤蔓、杆叶类青饲料; 并采用辊压轮对藤蔓进行自动进给.拆下破碎部件,换上磨碎齿板,又可作为薯类淀粉初加工机具.因此,既能满足青饲料加工要求,又能加工薯类淀粉,适应农村养殖业的需要.关键词: 破碎、切碎、切刀、辊筒、辊压轮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 绪论 1-1 农业机械在现代化建设中的作用农业机械化是建设现代农业的重要物质基础,是先进生产力的代表,是提高农业劳动生产率的主要手段。农业机械化是农业科学技术推广应用的重要载体,是农业现代化的必然过程,加快发展农业机械化是推进城镇化建设,全面建设农村小康社会的重要举措,加快发展农业机械化也是保护和提高粮食综合生产能力,增加农民收入的重要措施。一是通过农业机械,可以代替人工,使大量农村劳动力从繁重的农业劳动中解脱出来,使其投入到产业中,增加农民收入;二是通过实施精量播种、机械施肥、秸秆机械还田等机械化节本增效农业技术,降低农业生产成本;三是通过拓宽农机维修、销售服务市场,吸纳农村剩余劳动力。 1-2 市场前景分析经过市场调研发现。很少有适合小型养殖场、专业户和个体农户要求的小型青饲料切割机。并且这些青饮料切割机还具有以下缺点:1 大多数青饲料切割机只能单独切割块状饲料或茎杆类物料。2 切割刀刃为直刃、切割刚度低、对多纤维茎杆的切割性能差。3 用手喂入茎杆娄物料安全性差。4 块料切碎时切碎均匀度差。故我们设计一种能满足小型养殖场、专业户和个体农户要求。切割性能好,操作安全的小型青饲料切割机。2 1-2 QSJ-200 型青饲料切割机简介该新型机属于一种多功能的饲料加工机具,特别适于对块茎,块根类物料的切碎和破碎加工,也可作为薯类淀粉加工机具使用。目前的饲料加工机具,一般采用一片或多片刀片,在旋转过程中将饲料切碎;对于块茎类饲料的加工,则用磨齿片将饲料磨碎。前者满足了藤蔓,杆叶状饲料的加工;后者可对块茎块根类饲料的加工。作为一般青饲料的加工,已是可行的了,但加工后的物料中,浆状体比较多,粒度细小,对块茎类物料的加工,这种情况尤为突出,不利现在推行的青储饲料技术的应用。青储饲料工艺对原料的要求,往往要使切碎或破碎后的饲料保持较好的粒状,特别对含淀粉高的薯类青饲料,要求在加工中尽量减少浆状体,更有利于发挥青储饲料的效益。本实用于新型的目的是提供一种可将块茎,块根类青饲料,一次加工成块粒状的青饲料切碎机;同时具有藤蔓,杆叶类青饲料的切碎机构;还可较方便地更换上磨碎齿板,作为薯类淀粉加工的多功能机具。本实用新型的优点是破碎辊筒上的齿、刀部件,配合作用,减少了对物料的挤压、碰撞的机会,降低了块茎类饲料加工的浆状体;同时在加工藤蔓、杆叶类饲料时采用辊压轮进给,大大提高了送料时的人身安全;加之同破碎机构安装在同一传动轴上的切碎机构。即可完成块茎、块根类青饲料的加工,又可同时加工藤蔓、杆叶类饲料。不但简化了设备,又避免了采用不同的传动轴,共用同一动力,操作使用时的麻烦。破碎辊筒上的刀齿板、切刀、刮刀可拆下,换上磨碎齿板,又具有薯类淀粉加工能力。因而它有结构简单,适应性强的特点,能充分满足农村,特别是山区农村推广。效果图如图 1-1所示。3图 1-1 QSJ-200青饲料切割机效果图1电动机 2. 皮带轮防护罩 3. 防护罩 4. 进料斗 5.进料槽 6.机架 7. 出料槽4第二章 总体设计 2-1 方案的筛选通过查阅资料,最后选定了四种参考方案,具体外形如图 2-1、图 2-2、图 2-3、图2-4 所示。图 2-1 卧式切割机 图 2-2 立式切割机5图 2-3 卧式辊筒切碎机 图 2-4 卧式多功能切割机方案一图 2-1 所示方案一是最常见的卧室切割机,砍刀片装在电动机的主轴上,通过电动机提供给刀片的旋转运动来切割青饲料,但是缺点是不能切割块茎类饲料,同时刀片为直刃砍刀,消耗功率大,振动也大。方案二图 2-2 所示方案二是立式切割机,优点是结构紧凑,占用空间小,缺点与方案一一样,对能切割饲料的种类有限。方案三图 2-3 所示方案三是卧式辊筒破碎机,有点是能很好切割块茎,辊筒上的刀片拆卸也很方便,缺点是不能切割藤蔓类青饲料,所以他的使用也受到了很大的限制。方案四图 2-4 所示方案四是卧式多功能切割机,优点是即能切割藤蔓类,又能切割块茎类,缺点是,该设计在为了完成切割块茎的目的是,过多装入转动刀片,在拆卸刀片时,非常不便,并且过多的刀片也增加产品的成本。通过分析以上四种方案,吸收各自优点,得到一个即能切割藤蔓类青饲料,又能切割块茎类青饲料的多功能青饲料切割机。并在设计中,增加了藤蔓类物料的自动进给机构,以提高工作安全性。6 2-2 实现原理介绍该机主要由传动轴和装在其一端的 V 带轮,装在其中部的破碎辊筒和切碎刀盘,装在其一端的变速锥齿轮和传动轴上的变速锥齿轮和直齿轮及进给轴、,装在支撑固定它们的机架下部的电动机,主动轮及传动皮带,加之安装在机架上的喂料台,进料斗,机壳等构成,要点是破碎辊筒的滚动面上安装了由刀齿板,切刀,刮刀组成的共同完成对块茎块根类青饲料破碎的破碎机构,切碎机构由安装在传动轴一端的切碎刀盘及其上的动刀片,加之固定在机架相应位置上,能在刀盘转动过程中,与动片构成剪切动作的定刀片构成。为使破碎和切碎能同时进行,把破碎辊筒,切碎刀盘装在同一传动轴上。传动轴安装在机架上,动力由机架下部的电动机及其主动轮,通过皮带传给安装在传动轴一端的从动轮,驱动传动轴运转使安装在中部的破碎辊筒及其切刀盘工作。机架上靠切碎刀盘一侧,制作了切碎机构喂料台、自动进给辊压轮及刀盘罩;位于传动轴中部的破碎辊筒上,装有机壳和进料斗,二者用小螺杆连为一体;主动轮与从动轮间套有皮带防护罩;机架下部制作了切碎,破碎物料的出料斗。其中,喂料台,刀盘罩、机壳、进料斗、皮带防护罩,出料斗均连接固定在机架上。破碎辊筒上的刀齿板、切刀、刮刀等用螺钉固定在滚筒的滚动面上,且使刀齿板和切刀有 5-10 度的螺旋角。这样,就够成一个青饲料切碎机。若要作为暑类淀粉加工设备,则可将磨碎齿板替换下破碎辊筒上的刀齿板,切刀和刮刀。磨碎齿板能在辊筒的旋转力带动下,将薯类打磨成浆体,达到加工淀粉的目的。使用时,将藤蔓、杆叶类青饲料放在喂料台上,由辊压轮自动将料送入刀盘罩内,动刀片随刀盘的旋转和固定在机架上的定刀片配合,将物料切碎。块茎、块根类青饲料则丛破碎辊筒机壳顶部的进料斗送入;在辊筒的旋转力作用下,物料先被刀齿板上的刀齿划割成条,随即由切刀切削下来,再经刮刀进一步破碎,切碎或破碎后的物料从出料斗送出。即可满足青饲料加工要求。传动原理如图 2-5 所示。7图 2-5 传动原理简图1.电动机 2.小 v 带轮 3.v 带 4.大 v 带轮 5.轴承座 6.破碎辊筒 7.主轴 8.切碎刀盘 9.动刀片 10.小锥齿轮 11.大锥齿轮 12.小圆柱齿轮 13.大圆柱齿轮 14.换向圆柱齿轮 15.换向圆柱齿轮 16.传动轴 17.传动轴 18.传动轴 注:图中箭头表示各轴的转动方向 2-3 整体传动比的分析计算在本设计中,考虑到实际情况,主轴转速在 400r/min 为宜。以下为具体计算分析过程。因为设计任务提供的电动机是 1500r/min、功率是 0.55kw。根据带轮传动比的要求(一般传动比在 24 为宜)现选传动比为 3.9。则主轴转速为=1500r/min/3.9=384.6r/minn现初步选择辊压轮的直径为 40mm,对切削的物料长度定为 10mm。现在来分析主轴到传动轴、之间的传动比。因为辊压轮的转动是由轴、提供的,所以轴、的转速相等,转向相反。8图 2-6 物料进给示意图参考图 2-6 现主轴转速设为 r/s,由于刀盘上是对称安装的 2 把动刀片,所以切n2割次数为 2 次/s。n进给辊压轮设为 转/s。 3V=2 R2 20125.6 mm/s 3n33V 为料的理论进给速度。则每次刀的切割长度是 L= =62.8 /n236.1532由设计要求知切割长度以 10mm 为宜,则62.8 / 10mm32即 / =10/62.8n32/ =6.28239主轴与轴、的传动比为 6.28现已知 384.6r/minn2则 =61.24r/min3则理论上每秒进料为 V128.2mm/s考虑到在实际中料在传送过成中的打滑,所以上述进料速度在现实中是可以做到的。在主轴与轴、之间有一对锥齿轮的减速和一对直齿轮的减速,考虑到各对齿轮传动比的适宜范围,现取锥齿轮的传动比 i=2,圆柱齿轮的传动比 i=3(考虑到计算和设计时的方便)10第三章 传动设计 3-1 电动机的选型考虑到设计的青饲料切割机适用对象为小型养殖场、专业户和个体农户,故电动机电压应选用 220V.再考虑到所受的载荷不大,所需动力不是很大 ,选用小功率的电动机.综合各方面因素,选用 YL 系列电动机.YL 系列电动机是新型高效节能产品,具有体积小、容量大,起动及运转性能优越等特点,符合国际标准 IEC 的有关规定,并实现同一机座号单、三相异步电动机等级相同 ,提高了单、三相电动机的互换性和通用性,被广泛应用于冷冻机、泵、风机、,小型机床以及农副业和家用电器等方面.电动机的主要参数:型号:YL801-4电压:220V功率:0.55KW同步转速:1500r/min频率:50HZ效率:68%功率因数:0.92 外形尺寸:295 165 200电动机的安装方式:选择 IBM3 型11 3-2 V 带传动的设计 电动机 V 带轮的设计 主轴 V 带轮的设计一 、V 带轮的设计要求设计 V 带轮时应满足的要求有:质量小;结构工艺性好,无过大的铸造内应力,质量分布均匀,转速高时要经过动平衡,轮槽工作面要经过精细加工(表面粗糙度一般应为 3.2)以减带的磨损,各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。二 、带轮的材料 此处带轮的材料,采用铸铁,材料牌号为 HT200。三 、 V 带轮的结构铸铁制 V 带轮的典型结构有以下几种形式:实心式 腹板式孔板式椭圆轮辐式.当带轮的基准直径 2.5d(d 为轴的直径,单位为 mm)时,可采用实心式; d d300mm 时,可采用腹板式(当 100mm 时,可采用孔板式) ; 300mm 时,21dDd可采用轮辐式。四 、 相关计算已知电动机的额定功率为 0.55KW,转速 n1=1500r/min,选取传动比为 i=3.9,采用普通 V 带传动.1.确定计算功率 P ca由参考资料1表 8-6 查得工作情况系数 KA=1.1,故P =KA P=1.1 0.55=0.605KWca2.选取带型根据 P ,n 由参考资料 1图 8-9 确定选用 Z 型ca3.确定带轮基准直径由1表 8-3 和表 8-7 取主动轮基准直径 d =71mm1则从动轮基准直径 d =i d =3.9 71=276.9mm21根据参考资料1表 8-7 取 d =280mm212按参考资料1式(8-13) 验算带的速度V= = m/s=5.57120主轮上的包角合适6.计算 V 带的根数 Z由参考资料1式(8-22) 知 ldcaKPz)(0由 n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 查由参考文献1表 8-5a 和参考文献1 表 8-5b,得P =0.31kw, P =0.03kw00查参考资料1表 8-8,得 K =0.92查参考资料1表 8-2,得 K =1.14l13则 =1.69714.920)3.10(65z取 z=2式(8-22)中 K 包角系数K 长度系数lP 单根 V带的基本额定功率0P 计入传动比的影响时,单根 V带额定功率的增量7.计算预紧力 F 0由参考资料1式(8-23) 知F =0 2)15.(qvKzvPca查参考资料1表 8-4, 得 q=0.06kg/m,故F = =49.687584N0 2573.06)92.(573.268.计算作用在轴上的压轴力 F p由参考资料1式(8-24), 得F = = =192.3Np2sin 10dz 274.15sin49.6五 、带轮的结构设计带轮的结构设计,主要是根据带轮的基准直径选择结构形式,根据带的截型确定轮槽尺寸,参考文献1 表(8-10) ,带轮的其它结构尺寸可参照参考文献1图(8-12)所列经验公式计算,确定了带轮的各部分尺寸后,即可绘制出零件图,并按工艺要求注出相应的技术条件等。由以上的计算可知:电动机的 V 带轮选实心式;主轴 V 带轮选腹板式。六 、V 带轮的结构参数14图 3-1 V 带轮的轮槽尺寸V 带轮的结构参数如表 3-1 表 3-115注:电动机 V 带轮L=(1.52)d, Be48.73651raF所以 =750.86N342.1659.48.765.001arYF因为 =e3.4.682ra所以 N9384.16.29.1022 aP因轴承运转中有轻度冲击载荷,按文献1表 13-6查得 ,取2.10pf1.2pf则 N032.91.867501PN.4.24. 验算轴承寿因为 ,所以按轴承 2所爱力大小进行验算 21P由参考文献1式(13-5)有hCnLh 10536326 428.)9.10(.840)( 36显然远远大于切割机的使用寿命 ,所以选用的轴承是合理安全的。第五章 刀的设计 5-1 切割的基本概念切割与粉碎所谓切割,是指通过机械的方法克服物料内部的凝聚力,并将其分裂成规格划一的块、片、丝、粒及酱状产品的操作过程。满足切割运动的机器必须具备两个关键条件,一是切割刀具,另一个是物料的“进给”运动。进给运动系指物料与刀具的相对接触运动。所谓粉碎,是指用机械的方法克服固体物料内部的凝聚力并将其分裂的过程。根据所处理物料的尺寸大小的不同,将大块物料分裂成小块者称为破碎,而将小块物料变成细粉者称为粉磨,破碎与粉磨又统称为粉碎。 5-2 切刀的设计一、切刀材料一般采用经过热处理的 T9 碳素工具钢或锰钢。在此选 T9 工具钢二、对切刀的要求良好的切刀(或称切碎器)应满足下列要求:37切割质量高,耗用动力小,结构紧凑,工作平稳,安全可靠,便于刃磨,使用维修方便。三、选用或设计刀片时应满足的要求刀片在设计和选用时应满足下列三个方面的要求,即 钳住物料,保证切割; 切割功率要小; 切割阻力矩均匀。四、 刀片刃口几何形状及常用刀片形状切刀的刀刃有直线型与曲线型几何形状,如图 5-1 所示。图 5-1 各几何形状刀刃在本次设计中选用(c )外曲线刃口刀 进行滑切。五、刀的滑切与正切分析切割机械工作时,功耗的大小与切刀的工作方式以及刀片的特性参数有关,切刀的工作方式有滑切与正切之分。当按滑切工作时,切割阻力小,容易切割,切割时省力,功率消耗也小。当切刀按正切方式工作时,切割阻力大,切割困难,功率消耗也大。下面仅讨论本刀具用到的滑切原理。图 5-2 为切刀滑切示意图。38图 5-2 切刀滑切示意图图中 BC 为回转曲线刃口刀的刀刃,O 为刃口曲线的圆心,A 点为切割工作点,切刀的回转半径为 r。当切刀在传动系统作用下绕刀轴中心 P 以一定角速度做定轴回转切割运动时,刀刃上工作点 A 的切割速度为 V,显然,V OA,将 V 分解为过点 A 切线和法线方向的两个分速度 ,则 称为滑切速度, 称为正切(砍切)速度。zHz与 V 之间的夹角 及为滑切角。当滑切速度不为零时的切割及称为有滑切的切z 割,简称滑切;当滑切速度为零的切割称为正切或砍切。 和 和 的关系为 Hz/ =tanHz由图 5-2 分析可知,滑切角显然不为零,最大为 ,能实现滑切。60下面用一直刃切刀来进一步阐述滑切省力原理,如图 5-3 所示。39图 5-3 滑切省力原理图若切刀的楔角为 ,则正切时,切割速度 V 就在 A 点的法线方向,即 V 垂直于刀刃,切刀正好是以 角的楔子楔入物料。滑切时,因切割速度 V 偏离了刀刃的法线方向,与法线方向产生了一个滑切角 ,这时切刀的楔入角度由 减小到 。从上图的几何关系可知tan =BC/ABtan = tan cos即滑切角 越大时,刀刃切入物料的实际楔入角 就越小(即实际切割时只是刀刃口在切割) ,这是 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,除保证刃口锋利以降低刃口比压(比压为刃口单位面积的压力,与刀刃锋利程度有关)外,还须使切割为滑切,这正是利用了滑切省力的原理。此外,刀刃口的表面即使看起来光滑,但由于刀片在加工时的精度问题,在显微镜下观察,刃口也呈现锯齿状的“微观齿” 。滑切时,这些尖锐的“微观齿”就像锯子一样将物料纤维切断,这是滑切较正切省力的另一原因。六、钳住物料的条件分析滑切也可以分为有滑移的滑切和无滑移的滑切两种。切割时当动刀片与静刀片之间的夹角达一定值时,物料就会产生沿刃口向外推移的现象,这叫有滑移的滑切。出现这种情况对稳定切割是不利的,所以应当尽可能的避免此种情况的出现。40下面以两种不同钳住角 切割物料的受力情况来分析钳住物料,保证稳定的切割条件。下图 5-4 表示了不同钳住角 切割物料时物料的受力情况。图 5-4 不同钳住角 的物料受力分析图图 5-4 中 AB 为动刀片刃口,CD 为定刀片刃口,夹角 为动、定刀片对物料的钳住角,也称推挤角。假定以两种钳住角 切割时的摩擦角均为 。21和AB 为动刀片刃口;CD 为定刀片刃口; 为动、定刀片对物料的钳住角,又称推挤角; 为动刀片对物料产生的正压力; 为定刀片(或支撑面)对物料产生的正压1N2N力; 、 为动、静刀片与物料在切割点处的摩擦力; 为两种钳住角 切割时T2 21和 物料与动、静刀片间的摩擦角。由图 5-4(a)知,由于此时 ,两个支撑反力的合力 的合力 F 将把被2121与切物料沿刃口向外推出,即在切割时产生滑移,不能保证稳定切割。由图 5-4(b)知,由于此时 。 的合力 F 指向刃口里面,即切割时合2121与力 F 将把被切物料沿刃口向里面推,切割时不会产生滑移,能保证稳定切割,提高效率。由此可知,保证钳住物料稳定切割的条件是:钳住角须小于物料与定刀片之间摩擦角之和, 21在本设计中刀与料的相对位置图如图 5-5 所示,进行钳住物料条件的分析41图 5-5 刀与料的相对位置图由图 5-5 可知,切刀在旋转过程中, 的最大值为 ,同时由经验可知,通常 38 1, ,所以只要 小于 就可以了,显然以上设计是满足要求的,刀的32218 50安装也是合理的。七、刀的安装曲线动刀片 A、B 通过螺栓 1、2、3、4 安装在刀盘 P 上,通过调节螺栓1、2、3、4 来调整动刀片与定刀片的间隙。具体如下图 5-6 所示。42图 5-6 切刀简图1、4六角螺栓 2、3。 沉头螺栓 5-3 破碎辊筒的设计一、刀的设计在破碎辊筒刀的设计中才用了改进的齿刀配合设计,在辊筒的旋转力作用下,物料先被刀齿板上的刀齿刮划成条,随即由切刀切削下来,再经刮刀进一步破碎。齿刀的设计中,刀齿采用螺旋布置,与水平线成 夹角。各刀在辊筒平面的法线上,高10度均为 15mm。破碎机构原理图及辊筒简图如图 5-7 所示。43图 5-7 破碎机构原理图及辊筒简图如图二、刀在辊筒上布置的设计本设计中将切刀以 倾斜来布置,以配合刀齿板上螺旋刀齿的运动。整体布置如下10o图 5-8 所示。图 5-8 组合刀具在辊筒上的布置三、辊筒的设计44因为是进行的块茎破碎,工作中会产生大量的水分,所以辊筒必须采取防锈处理,所以辊筒选用材料铝 ZL301 进行铸造,达到防锈的目的,辊筒的直径选定为 300mm,其长度选定为 140mm。辊筒主体铸造的厚度为 8mm。具体尺寸及辊筒结构如下图 5-9所示。图 5-9 辊筒机构简图45第六章 进给机构与机架的设计 6-1 进给机构的设计本设计中采用辊压轮对藤蔓类物料进行进给,辊压轮的外缘直径为 ,转速由40前面的总体设计计算可知 V128.2mm/smin/24.613r在本设计中,采用双槽重叠设计,外面钢槽由 3mm 厚的钢板焊成,在槽的两侧用厚钢板加厚,然后镗孔,轴、穿过孔而被支撑,轴、与辊压轮用平键连接。在钢槽内再插一个薄壁进料槽,槽的底面与水平面成 10倾斜。便于送料。详细见图 6-1。图 6-1 进料槽及其进给辊压轮461 外钢槽 2.辊压轮 3.薄壁插槽 4.定刀片 6-2 机架的设计在机架设计中,主体采用 40403的等边对角钢,均通过用手工电弧焊将其连接。在机架上表面放置一块 10mm厚的铁板以便固定各零件,在机架的 4个角上各加焊一块 404010的厚铁板,以便获得足够的强度来安装运动轮。根据各零件的设计尺寸,总观全局对机架进行设计,最后机架整体尺寸为 628540437, (详细请见 A0机架图纸) 。47毕业设计心得通过以上的设计,让我更加熟练的掌握了一般机械设计的步骤,通过查阅各种文献资料也增长了各方面的知识。如刀具的设计和机架的设计,同时通过对切割机的设计。也让自己深深体会到理论设计和实际需求之间曾在这一定的差距。在设计中不仅要从绘图方面出发,还要考虑实际加工工艺。让自己的设计在现实中是可行的。在设计中通过使用各种材料,也进一步加深了对各材料的了解和使用场合。在绘图中,在老师的指导和最后的修改中,也让自己加深了各种绘图中的技巧,并纠正了很多平时没有注意到的画法上的错误。在绘图过程中的反覆修改,也让自己深深体会到在设计和绘图中必须要具有的严谨态度。在对机架的设计中,第一次用到了等边对角钢和槽钢以及热轧钢板,必须通过焊接将他们连接起来组成机架。在绘图标注中,通过复习以前工程图学中的焊接部分,让自己对焊接符号的标注有了更深的了解。在齿轮箱体的设计中,也让自己对铸件有了一定的认识,加深了对铸造过程中应该注意问题的理解。总之,本次设计是收获颇丰的。不仅第一次比较全面地运用了所学的专业知识,还学会了在设计中如何分析问题,解决问题。48致谢经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促 指导以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师杨敦国老师。杨老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从外出实习到查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是杨老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了杨敦国老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业设计的陈赞平同学邱果同学,大家一起努力一起讨论合作,才使得毕业设计顺利的完成.然后还要感谢大学四年来所有的老师,为我们打下机械专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会如此顺利.最后感谢机械工程学院和我的母校湘潭大学四年来对我的大力栽培。49参考文献1 西北工业大学机械原理及机械零件教研组编.濮良贵,纪名刚主编,机械设计.第七版.北京:高等教育出版社,20012 毛谦德,李振清主编,袖珍机械设计师手册.第二版 .北京:机械工业出版社,20003 成大先主编,机械设计手册.第三版.第二册.北京:化学工业出版社, 19994 唐增宝,何永然,刘安俊主编,机械设计课程设计.第二版.武汉:华中理中大学出版社,19995 西北工业大学机械原理及机械零件教研组编.孙桓,陈作模主编,机械原理 .第六版.北京:高等教育出版社,20016 罗迎社主编,材料力学.武汉:武汉理工大学出版社, 20017 肖旭霖主编,食品机械与设备.北京:科学出版社, 20068 石一兵主编,食品机械与设备.北京:中国商业出版社, 19909 周良德,朱泗芳主编,现代工程图学.长沙: 湖南科学技术出版社,200050附录 外文文献翻译高速机床切削机床James Benes要实现效益高速切削( hsm ),企业必须评估和优化整个生产过程: 机床,以及其主轴与刀具系统和编程软件.正如俄亥俄州完美机床协会的会长史蒂夫所言, 成功实现高效高速切割, 依靠的是效益高速切割系统的补偿能力, 而不是进行简单的修改高速切割选项的标准.为了实现效益高速切割, 机床必须具有刚性结构来减少振动, 还要能提供足够的硬度,以及能承受高速旋转 .通有有限元分析,对机床的加强肋和材料进行优化,以便减小振动,获得最优的刀具寿命和加工表面粗糙度.双轴设计是实现中型尺寸机床到大型尺寸机床效益高速切削的理想方法,这是因为在 Y轴和 Z轴方向的载荷是固定的 ,表面载荷是唯一的变量.相比之下,在三轴机前 ,X轴在 Y轴上方,因为受表面载荷变化的影响而使得两轴具有变动载荷. 使得机械很难进行调整和控制 .然而,从小型机到中型机,表面载荷一般被认为在 1500lb以下, 因此三轴设计具有很好的成本控制效益.直线单程机, 因为由轴承来承受其重量 , 为实现高速对机器进行控制和调节变得很容易.对于只受低扭矩的小型, 中型机的主轴,直线单程系统将能很好的工作.但是对于受高扭矩的中型, 大型机的主轴 ,在 Y轴和 Z轴方向受力变化 ,并且 X轴成线形方式.因为 HSM系统 ,大直径机床的滚珠丝杠能防止弯曲和振动, 滚珠丝杠被要求传递热变形,消除生长 ,提高轴的刚性 .如果机床的机构不能支撑被要求的滚珠丝杠,则必须作为维护问题, 用循环液体对其进行冷却 .一台不要求消除热变形的机床,滚珠丝杠在一定范围内是精确的, 但仍缺乏轴的刚性,拥有长滚珠丝杠的大行程机床应有螺栓螺母锁紧结构来防止螺栓的轴向移动, 变速装置应该直接与装有刚性连轴节的滚珠丝杠耦合.因为 HSM的加速度的速率, 使物体平衡已经不再可行, 必须使用一个大的没有平衡51力的补助马达变速装置或者一个液压平衡系统.控制,电动机 ,传动为得到最优和可靠的速度,将控制系统和伺服系统和电动机一起工作. 为 HSM选择一个控制/电动机 /传动系统时 ,许多注视事项都是很重要的.控制速度是一种处理空间约束信息的能力,通过伺服系统来完成, 并获得闭环反馈.检测模块通过控制模块在程序中引导矢量变化来调节进给速度,避免过度进给和切削,控制越快 ,对检测模块要求就越高 .自动机械的加速/ 减速, 与滑轮一起能自动减弱对连续性轮廓精度和完整性的馈送率.Ortner 说 ,大容量程序存储器和以太网与硬盘驱动的接口或者是 ATA卡都必须凭记忆直接运行. 但认证服务器 232的 DNC模块运行的速度不够块.大型数字式伺服电动机和驱动器对于需要快速响应和停止的 HSM机床是必须的.高分辨率的反馈编码器或线性表对于知道机床的位置,已经走过的行程和将要走的行程是很需要的.伺服系统的调节应该与机械因为平面载荷发生的轴向惯量改变相匹配,这是非常重要的.这个调节装置应该要按照与速度相对应的不同水平的精度来进行调节.HSM轴因为皮带的噪音和震动, 所以锥度为 40的轴在由变速箱内的皮带驱动时的速度应该限制在 12000转每分钟,或者锥度为 50的轴限制在 8000转每分钟.这个轴的安装造成了很高的切削力和震动.同样, 它也伴随着很大的扭矩 ,但是它在产品加工中增加了启动和制动的时间, 它的耐热性也很一般 .但是无论如何 ,它还是一种便宜的动力传动系统,维护费用也很少.在独立引导的驱动器中(IDD 或者 DDS),轴的电动机安装在轴的上端,与精密的联轴器相连接. 这样的安装使的转速能达到 20000转每分钟.在齿轮/皮带传动系统中, 用户改变齿轮的传动比以求用低转速的电动机来得到较高的轴转速. 而与之不同的是 ,在 IDD或者 DDS系统中, 轴马达的转速和轴的转速是一样的.这个系统有很好的启动和制动品质( 与完整轴相似 )和热稳定性.根据 Ortner所说, 能得到高转速和低震动的最好的系统是轴的机架为固定装置的整体轴或机动轴. 典型的调速范围从 15000r/min到 40000r/min.这些即昂贵维修费用又高的轴, 但是他们传递的热量稳定 ,并且变形小 ,异常加速减速也少,有足够的切断扭矩.高切断扭矩要求粗大的轴和大功率的电动机,而且还会导致降低速度. 随着切削速52度的增加,主轴轴承和轴直径的收缩将导致轴刚性的降低和切削工具使用类型的限制. 同时,可利用小工装系统限制工具的长度.加工系统拥有小锥度的标准的 CAT/BT系统因为他们本身具有的特点可能会限制其在高速时本身的效用. 他们仅仅依靠轴锥度的接触来获得刚度, 随着轴转速的增加,地心引力打开他们的螺栓紧固系统.在高速下,轴的端头直径因为离心力的作用而发生小量的增大, 因而使得常规的刀具把柄在持续外拉力产生的压力下进一步靠近主轴. 这种刀具后缩将会改变 Z轴空间的精度.MCAT/BBT 系统由于在机床主轴表面和刀具柄边缘表面的接触,还有同有锥度的心轴的良好接触而提高了机床的刚性.这将降低机床在高速下的振动和机床与刀具把柄间的磨差损耗. 这中系统也和 CAT/BT系统一样需要螺栓紧固安装 ,同时由于离心力的作用而存在一个极限速度.HSK夹具在高速中是最好的,Ortner 说,不像传统的爪,HSK 的爪是凹的,他们的夹紧装置在里面起作用,从而使得夹具不受离心力的影响. 同样,由于 HSK的锥度不足,主轴轴承靠近轴的端头来获得比较高的刚性.HSK A型系统能在高扭矩切削下很好的工作,速度能达到 24000r/min,相反,HSK E型系统的夹具没有 A型系统的动力槽而提高了在高速下的平稳性,这种型号的非常适合在高速低扭矩下的精加工.Ortner 推荐使用最大的 HSK夹具 100A型在转速达到 15000r/min下进行重型切削加工, 对于中型精细切削用中型的 HSK-63A型也能很好的完成,速度能达到24000r/min.小型的 HSK-50E型则适合进行高速精加工.根据刀刃技术协会的会长 Sean ,一个在安大略温莎的模具店, 程序对于 HSM系统来说是很重要的, 即使他们常常忽略 .这些都因为被培训了的操作员已经熟悉了店里的软件系统,没有去寻找其他更适合 HSM的软件系统.对无精度要求的加工部分,从开始到结束采用多种刀具进行持续不断的加工,HSM程序应该提供一致的结果,这就是一个劳工费用可以与欧美相提并论的日本企业能与劳工费用低廉的中国企业竞争的原因.同样,如果程序软件能精确的辨认上次加工后的余量, 则整个加工过程将从粗加工到精加工而没有中间加工过程.即使耗费时间来准备工件的数据-标准的数据例如切削速度,进给速度和切削深度以及在整个加工过程中个刀具进给速度的波动变化,-在决定刀具期望寿命时除一个足够的使用系数. 转速的确定 ,避免刀具的碰撞.53一个恒定的局部载荷对于寿命的最大化和获得精确度表面粗糙度是很重要的.当切削到局部时, 程序将额外通过控制局部载荷来防止刀具的偏离. 为了得到持续的高切削速度,弧线加工程序消除了机床必须减速进给进入拐角然后加速进给离开的要求.Ortner相信最重要的因素是知道由 CAD/CAM系统产生的点点的平均距离. 这些距离正在缩短随着企业依赖机床来获得好的产品加工表面粗糙度的增长,而不是依赖员工在机床上的操作和打磨抛光.例如, 大部分磨具企业总体的平均移动速度是 0.010-0.04in,结束的时候在 0.002-0.01in.平均移动的距离将决定平均进给的速率,看重移动的长度和点之间几个英寸甚至 0.001英寸的微小移动的直线度 .附录 外文翻译原文湘潭大学毕业设计说明书题 目: 青饲料切割机的设计 学 院: 机械工程学院 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 2003070131 姓 名: 丁 敦 庆 指导教师: 杨 敦 国 完成日期: 2007 年 6月 5日 1目 录摘要 .2ABSTRACT .3第一章 绪论 .1 1-1 农业机械在现代化建设中的作用 .1 1-2 市场前景分析 .1 1-2 QSJ-200 型青饲料切割机简介 .2第二章 总体设计 .4 2-1 方案的筛选 .4 2-2 实现原理介绍 .6 2-3 整体传动比的分析计算 .7第三章 传动设计 .10 3-1 电动机的选型 .10 3-2 V 带传动的设计 .11 3-3 锥齿轮的设计 .15 3-4 圆柱齿轮的设计 .19第四章 轴与校核 .25 4-1 轴的设计 .25 4-2 校核 .28第五章 刀的设计 .36 5-1 切割的基本概念 .36 5-2 切刀的设计 .36 5-3 破碎辊筒的设计 .42第六章 进给机构与机架的设计 .45 6-1 进给机构的设计 .45 6-2 机架的设计 .46设计心得与致谢 .47参考文献 .48附录 外文文献翻译 .50附录 外文翻译原文 .532青饲料切割机的设计摘要: 一种青饲料切割机,由装在同一传动轴上的破碎,切碎两种功能的机构构成.破碎机构主要由刀齿板、切刀、刮刀及辊筒构成.加工块茎类物料时,经刀齿的划割,切刀的切割,刮刀的进一步破碎,完成加工过程;同时,可利用切碎机构加工藤蔓、杆叶类青饲料; 并采用辊压轮对藤蔓进行自动进给.拆下破碎部件,换上磨碎齿板,又可作为薯类淀粉初加工机具.因此,既能满足青饲料加工要求,又能加工薯类淀粉,适应农村养殖业的需要.关键词: 破碎、切碎、切刀、辊筒、辊压轮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 绪论 1-1 农业机械在现代化建设中的作用农业机械化是建设现代农业的重要物质基础,是先进生产力的代表,是提高农业劳动生产率的主要手段。农业机械化是农业科学技术推广应用的重要载体,是农业现代化的必然过程,加快发展农业机械化是推进城镇化建设,全面建设农村小康社会的重要举措,加快发展农业机械化也是保护和提高粮食综合生产能力,增加农民收入的重要措施。一是通过农业机械,可以代替人工,使大量农村劳动力从繁重的农业劳动中解脱出来,使其投入到产业中,增加农民收入;二是通过实施精量播种、机械施肥、秸秆机械还田等机械化节本增效农业技术,降低农业生产成本;三是通过拓宽农机维修、销售服务市场,吸纳农村剩余劳动力。 1-2 市场前景分析经过市场调研发现。很少有适合小型养殖场、专业户和个体农户要求的小型青饲料切割机。并且这些青饮料切割机还具有以下缺点:1 大多数青饲料切割机只能单独切割块状饲料或茎杆类物料。2 切割刀刃为直刃、切割刚度低、对多纤维茎杆的切割性能差。3 用手喂入茎杆娄物料安全性差。4 块料切碎时切碎均匀度差。故我们设计一种能满足小型养殖场、专业户和个体农户要求。切割性能好,操作安全的小型青饲料切割机。2 1-2 QSJ-200 型青饲料切割机简介该新型机属于一种多功能的饲料加工机具,特别适于对块茎,块根类物料的切碎和破碎加工,也可作为薯类淀粉加工机具使用。目前的饲料加工机具,一般采用一片或多片刀片,在旋转过程中将饲料切碎;对于块茎类饲料的加工,则用磨齿片将饲料磨碎。前者满足了藤蔓,杆叶状饲料的加工;后者可对块茎块根类饲料的加工。作为一般青饲料的加工,已是可行的了,但加工后的物料中,浆状体比较多,粒度细小,对块茎类物料的加工,这种情况尤为突出,不利现在推行的青储饲料技术的应用。青储饲料工艺对原料的要求,往往要使切碎或破碎后的饲料保持较好的粒状,特别对含淀粉高的薯类青饲料,要求在加工中尽量减少浆状体,更有利于发挥青储饲料的效益。本实用于新型的目的是提供一种可将块茎,块根类青饲料,一次加工成块粒状的青饲料切碎机;同时具有藤蔓,杆叶类青饲料的切碎机构;还可较方便地更换上磨碎齿板,作为薯类淀粉加工的多功能机具。本实用新型的优点是破碎辊筒上的齿、刀部件,配合作用,减少了对物料的挤压、碰撞的机会,降低了块茎类饲料加工的浆状体;同时在加工藤蔓、杆叶类饲料时采用辊压轮进给,大大提高了送料时的人身安全;加之同破碎机构安装在同一传动轴上的切碎机构。即可完成块茎、块根类青饲料的加工,又可同时加工藤蔓、杆叶类饲料。不但简化了设备,又避免了采用不同的传动轴,共用同一动力,操作使用时的麻烦。破碎辊筒上的刀齿板、切刀、刮刀可拆下,换上磨碎齿板,又具有薯类淀粉加工能力。因而它有结构简单,适应性强的特点,能充分满足农村,特别是山区农村推广。效果图如图 1-1所示。3图 1-1 QSJ-200青饲料切割机效果图1电动机 2. 皮带轮防护罩 3. 防护罩 4. 进料斗 5.进料槽 6.机架 7. 出料槽4第二章 总体设计 2-1 方案的筛选通过查阅资料,最后选定了四种参考方案,具体外形如图 2-1、图 2-2、图 2-3、图2-4 所示。图 2-1 卧式切割机 图 2-2 立式切割机5图 2-3 卧式辊筒切碎机 图 2-4 卧式多功能切割机方案一图 2-1 所示方案一是最常见的卧室切割机,砍刀片装在电动机的主轴上,通过电动机提供给刀片的旋转运动来切割青饲料,但是缺点是不能切割块茎类饲料,同时刀片为直刃砍刀,消耗功率大,振动也大。方案二图 2-2 所示方案二是立式切割机,优点是结构紧凑,占用空间小,缺点与方案一一样,对能切割饲料的种类有限。方案三图 2-3 所示方案三是卧式辊筒破碎机,有点是能很好切割块茎,辊筒上的刀片拆卸也很方便,缺点是不能切割藤蔓类青饲料,所以他的使用也受到了很大的限制。方案四图 2-4 所示方案四是卧式多功能切割机,优点是即能切割藤蔓类,又能切割块茎类,缺点是,该设计在为了完成切割块茎的目的是,过多装入转动刀片,在拆卸刀片时,非常不便,并且过多的刀片也增加产品的成本。通过分析以上四种方案,吸收各自优点,得到一个即能切割藤蔓类青饲料,又能切割块茎类青饲料的多功能青饲料切割机。并在设计中,增加了藤蔓类物料的自动进给机构,以提高工作安全性。6 2-2 实现原理介绍该机主要由传动轴和装在其一端的 V 带轮,装在其中部的破碎辊筒和切碎刀盘,装在其一端的变速锥齿轮和传动轴上的变速锥齿轮和直齿轮及进给轴、,装在支撑固定它们的机架下部的电动机,主动轮及传动皮带,加之安装在机架上的喂料台,进料斗,机壳等构成,要点是破碎辊筒的滚动面上安装了由刀齿板,切刀,刮刀组成的共同完成对块茎块根类青饲料破碎的破碎机构,切碎机构由安装在传动轴一端的切碎刀盘及其上的动刀片,加之固定在机架相应位置上,能在刀盘转动过程中,与动片构成剪切动作的定刀片构成。为使破碎和切碎能同时进行,把破碎辊筒,切碎刀盘装在同一传动轴上。传动轴安装在机架上,动力由机架下部的电动机及其主动轮,通过皮带传给安装在传动轴一端的从动轮,驱动传动轴运转使安装在中部的破碎辊筒及其切刀盘工作。机架上靠切碎刀盘一侧,制作了切碎机构喂料台、自动进给辊压轮及刀盘罩;位于传动轴中部的破碎辊筒上,装有机壳和进料斗,二者用小螺杆连为一体;主动轮与从动轮间套有皮带防护罩;机架下部制作了切碎,破碎物料的出料斗。其中,喂料台,刀盘罩、机壳、进料斗、皮带防护罩,出料斗均连接固定在机架上。破碎辊筒上的刀齿板、切刀、刮刀等用螺钉固定在滚筒的滚动面上,且使刀齿板和切刀有 5-10 度的螺旋角。这样,就够成一个青饲料切碎机。若要作为暑类淀粉加工设备,则可将磨碎齿板替换下破碎辊筒上的刀齿板,切刀和刮刀。磨碎齿板能在辊筒的旋转力带动下,将薯类打磨成浆体,达到加工淀粉的目的。使用时,将藤蔓、杆叶类青饲料放在喂料台上,由辊压轮自动将料送入刀盘罩内,动刀片随刀盘的旋转和固定在机架上的定刀片配合,将物料切碎。块茎、块根类青饲料则丛破碎辊筒机壳顶部的进料斗送入;在辊筒的旋转力作用下,物料先被刀齿板上的刀齿划割成条,随即由切刀切削下来,再经刮刀进一步破碎,切碎或破碎后的物料从出料斗送出。即可满足青饲料加工要求。传动原理如图 2-5 所示。7图 2-5 传动原理简图1.电动机 2.小 v 带轮 3.v 带 4.大 v 带轮 5.轴承座 6.破碎辊筒 7.主轴 8.切碎刀盘 9.动刀片 10.小锥齿轮 11.大锥齿轮 12.小圆柱齿轮 13.大圆柱齿轮 14.换向圆柱齿轮 15.换向圆柱齿轮 16.传动轴 17.传动轴 18.传动轴 注:图中箭头表示各轴的转动方向 2-3 整体传动比的分析计算在本设计中,考虑到实际情况,主轴转速在 400r/min 为宜。以下为具体计算分析过程。因为设计任务提供的电动机是 1500r/min、功率是 0.55kw。根据带轮传动比的要求(一般传动比在 24 为宜)现选传动比为 3.9。则主轴转速为=1500r/min/3.9=384.6r/minn现初步选择辊压轮的直径为 40mm,对切削的物料长度定为 10mm。现在来分析主轴到传动轴、之间的传动比。因为辊压轮的转动是由轴、提供的,所以轴、的转速相等,转向相反。8图 2-6 物料进给示意图参考图 2-6 现主轴转速设为 r/s,由于刀盘上是对称安装的 2 把动刀片,所以切n2割次数为 2 次/s。n进给辊压轮设为 转/s。 3V=2 R2 20125.6 mm/s 3n33V 为料的理论进给速度。则每次刀的切割长度是 L= =62.8 /n236.1532由设计要求知切割长度以 10mm 为宜,则62.8 / 10mm32即 / =10/62.8n32/ =6.28239主轴与轴、的传动比为 6.28现已知 384.6r/minn2则 =61.24r/min3则理论上每秒进料为 V128.2mm/s考虑到在实际中料在传送过成中的打滑,所以上述进料速度在现实中是可以做到的。在主轴与轴、之间有一对锥齿轮的减速和一对直齿轮的减速,考虑到各对齿轮传动比的适宜范围,现取锥齿轮的传动比 i=2,圆柱齿轮的传动比 i=3(考虑到计算和设计时的方便)10第三章 传动设计 3-1 电动机的选型考虑到设计的青饲料切割机适用对象为小型养殖场、专业户和个体农户,故电动机电压应选用 220V.再考虑到所受的载荷不大,所需动力不是很大 ,选用小功率的电动机.综合各方面因素,选用 YL 系列电动机.YL 系列电动机是新型高效节能产品,具有体积小、容量大,起动及运转性能优越等特点,符合国际标准 IEC 的有关规定,并实现同一机座号单、三相异步电动机等级相同 ,提高了单、三相电动机的互换性和通用性,被广泛应用于冷冻机、泵、风机、,小型机床以及农副业和家用电器等方面.电动机的主要参数:型号:YL801-4电压:220V功率:0.55KW同步转速:1500r/min频率:50HZ效率:68%功率因数:0.92 外形尺寸:295 165 200电动机的安装方式:选择 IBM3 型11 3-2 V 带传动的设计 电动机 V 带轮的设计 主轴 V 带轮的设计一 、V 带轮的设计要求设计 V 带轮时应满足的要求有:质量小;结构工艺性好,无过大的铸造内应力,质量分布均匀,转速高时要经过动平衡,轮槽工作面要经过精细加工(表面粗糙度一般应为 3.2)以减带的磨损,各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。二 、带轮的材料 此处带轮的材料,采用铸铁,材料牌号为 HT200。三 、 V 带轮的结构铸铁制 V 带轮的典型结构有以下几种形式:实心式 腹板式孔板式椭圆轮辐式.当带轮的基准直径 2.5d(d 为轴的直径,单位为 mm)时,可采用实心式; d d300mm 时,可采用腹板式(当 100mm 时,可采用孔板式) ; 300mm 时,21dDd可采用轮辐式。四 、 相关计算已知电动机的额定功率为 0.55KW,转速 n1=1500r/min,选取传动比为 i=3.9,采用普通 V 带传动.1.确定计算功率 P ca由参考资料1表 8-6 查得工作情况系数 KA=1.1,故P =KA P=1.1 0.55=0.605KWca2.选取带型根据 P ,n 由参考资料 1图 8-9 确定选用 Z 型ca3.确定带轮基准直径由1表 8-3 和表 8-7 取主动轮基准直径 d =71mm1则从动轮基准直径 d =i d =3.9 71=276.9mm21根据参考资料1表 8-7 取 d =280mm212按参考资料1式(8-13) 验算带的速度V= = m/s=5.57120主轮上的包角合适6.计算 V 带的根数 Z由参考资料1式(8-22) 知 ldcaKPz)(0由 n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 查由参考文献1表 8-5a 和参考文献1 表 8-5b,得P =0.31kw, P =0.03kw00查参考资料1表 8-8,得 K =0.92查参考资料1表 8-2,得 K =1.14l13则 =1.69714.920)3.10(65z取 z=2式(8-22)中 K 包角系数K 长度系数lP 单根 V带的基本额定功率0P 计入传动比的影响时,单根 V带额定功率的增量7.计算预紧力 F 0由参考资料1式(8-23) 知F =0 2)15.(qvKzvPca查参考资料1表 8-4, 得 q=0.06kg/m,故F = =49.687584N0 2573.06)92.(573.268.计算作用在轴上的压轴力 F p由参考资料1式(8-24), 得F = = =192.3Np2sin 10dz 274.15sin49.6五 、带轮的结构设计带轮的结构设计,主要是根据带轮的基准直径选择结构形式,根据带的截型确定轮槽尺寸,参考文献1 表(8-10) ,带轮的其它结构尺寸可参照参考文献1图(8-12)所列经验公式计算,确定了带轮的各部分尺寸后,即可绘制出零件图,并按工艺要求注出相应的技术条件等。由以上的计算可知:电动机的 V 带轮选实心式;主轴 V 带轮选腹板式。六 、V 带轮的结构参数14图 3-1 V 带轮的轮槽尺寸V 带轮的结构参数如表 3-1 表 3-115注:电动机 V 带轮L=(1.52)d, Be48.73651raF所以 =750.86N342.1659.48.765.001arYF因为 =e3.4.682ra所以 N9384.16.29.1022 aP因轴承运转中有轻度冲击载荷,按文献1表 13-6查得 ,取2.10pf1.2pf则 N032.91.867501PN.4.24. 验算轴承寿因为 ,所以按轴承 2所爱力大小进行验算 21P由参考文献1式(13-5)有hCnLh 10536326 428.)9.10(.840)( 36显然远远大于切割机的使用寿命 ,所以选用的轴承是合理安全的。第五章 刀的设计 5-1 切割的基本概念切割与粉碎所谓切割,是指通过机械的方法克服物料内部的凝聚力,并将其分裂成规格划一的块、片、丝、粒及酱状产品的操作过程。满足切割运动的机器必须具备两个关键条件,一是切割刀具,另一个是物料的“进给”运动。进给运动系指物料与刀具的相对接触运动。所谓粉碎,是指用机械的方法克服固体物料内部的凝聚力并将其分裂的过程。根据所处理物料的尺寸大小的不同,将大块物料分裂成小块者称为破碎,而将小块物料变成细粉者称为粉磨,破碎与粉磨又统称为粉碎。 5-2 切刀的设计一、切刀材料一般采用经过热处理的 T9 碳素工具钢或锰钢。在此选 T9 工具钢二、对切刀的要求良好的切刀(或称切碎器)应满足下列要求:37切割质量高,耗用动力小,结构紧凑,工作平稳,安全可靠,便于刃磨,使用维修方便。三、选用或设计刀片时应满足的要求刀片在设计和选用时应满足下列三个方面的要求,即 钳住物料,保证切割; 切割功率要小; 切割阻力矩均匀。四、 刀片刃口几何形状及常用刀片形状切刀的刀刃有直线型与曲线型几何形状,如图 5-1 所示。图 5-1 各几何形状刀刃在本次设计中选用(c )外曲线刃口刀 进行滑切。五、刀的滑切与正切分析切割机械工作时,功耗的大小与切刀的工作方式以及刀片的特性参数有关,切刀的工作方式有滑切与正切之分。当按滑切工作时,切割阻力小,容易切割,切割时省力,功率消耗也小。当切刀按正切方式工作时,切割阻力大,切割困难,功率消耗也大。下面仅讨论本刀具用到的滑切原理。图 5-2 为切刀滑切示意图。38图 5-2 切刀滑切示意图图中 BC 为回转曲线刃口刀的刀刃,O 为刃口曲线的圆心,A 点为切割工作点,切刀的回转半径为 r。当切刀在传动系统作用下绕刀轴中心 P 以一定角速度做定轴回转切割运动时,刀刃上工作点 A 的切割速度为 V,显然,V OA,将 V 分解为过点 A 切线和法线方向的两个分速度 ,则 称为滑切速度, 称为正切(砍切)速度。zHz与 V 之间的夹角 及为滑切角。当滑切速度不为零时的切割及称为有滑切的切z 割,简称滑切;当滑切速度为零的切割称为正切或砍切。 和 和 的关系为 Hz/ =tanHz由图 5-2 分析可知,滑切角显然不为零,最大为 ,能实现滑切。60下面用一直刃切刀来进一步阐述滑切省力原理,如图 5-3 所示。39图 5-3 滑切省力原理图若切刀的楔角为 ,则正切时,切割速度 V 就在 A 点的法线方向,即 V 垂直于刀刃,切刀正好是以 角的楔子楔入物料。滑切时,因切割速度 V 偏离了刀刃的法线方向,与法线方向产生了一个滑切角 ,这时切刀的楔入角度由 减小到 。从上图的几何关系可知tan =BC/ABtan = tan cos即滑切角 越大时,刀刃切入物料的实际楔入角 就越小(即实际切割时只是刀刃口在切割) ,这是 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,除保证刃口锋利以降低刃口比压(比压为刃口单位面积的压力,与刀刃锋利程度有关)外,还须使切割为滑切,这正是利用了滑切省力的原理。此外,刀刃口的表面即使看起来光滑,但由于刀片在加工时的精度问题,在显微镜下观察,刃口也呈现锯齿状的“微观齿” 。滑切时,这些尖锐的“微观齿”就像锯子一样将物料纤维切断,这是滑切较正切省力的另一原因。六、钳住物料的条件分析滑切也可以分为有滑移的滑切和无滑移的滑切两种。切割时当动刀片与静刀片之间的夹角达一定值时,物料就会产生沿刃口向外推移的现象,这叫有滑移的滑切。出现这种情况对稳定切割是不利的,所以应当尽可能的避免此种情况的出现。40下面以两种不同钳住角 切割物料的受力情况来分析钳住物料,保证稳定的切割条件。下图 5-4 表示了不同钳住角 切割物料时物料的受力情况。图 5-4 不同钳住角 的物料受力分析图图 5-4 中 AB 为动刀片刃口,CD 为定刀片刃口,夹角 为动、定刀片对物料的钳住角,也称推挤角。假定以两种钳住角 切割时的摩擦角均为 。21和AB 为动刀片刃口;CD 为定刀片刃口; 为动、定刀片对物料的钳住角,又称推挤角; 为动刀片对物料产生的正压力; 为定刀片(或支撑面)对物料产生的正压1N2N力; 、 为动、静刀片与物料在切割点处的摩擦力; 为两种钳住角 切割时T2 21和 物料与动、静刀片间的摩擦角。由图 5-4(a)知,由于此时 ,两个支撑反力的合力 的合力 F 将把被2121与切物料沿刃口向外推出,即在切割时产生滑移,不能保证稳定切割。由图 5-4(b)知,由于此时 。 的合力 F 指向刃口里面,即切割时合2121与力 F 将把被切物料沿刃口向里面推,切割时不会产生滑移,能保证稳定切割,提高效率。由此可知,保证钳住物料稳定切割的条件是:钳住角须小于物料与定刀片之间摩擦角之和, 21在本设计中刀与料的相对位置图如图 5-5 所示,进行钳住物料条件的分析41图 5-5 刀与料的相对位置图由图 5-5 可知,切刀在旋转过程中, 的最大值为 ,同时由经验可知,通常 38 1, ,所以只要 小于 就可以了,显然以上设计是满足要求的,刀的32218 50安装也是合理的。七、刀的安装曲线动刀片 A、B 通过螺栓 1、2、3、4 安装在刀盘 P 上,通过调节螺栓1、2、3、4 来调整动刀片与定刀片的间隙。具体如下图 5-6 所示。42图 5-6 切刀简图1、4六角螺栓 2、3。 沉头螺栓 5-3 破碎辊筒的设计一、刀的设计在破碎辊筒刀的设计中才用了改进的齿刀配合设计,在辊筒的旋转力作用下,物料先被刀齿板上的刀齿刮划成条,随即由切刀切削下来,再经刮刀进一步破碎。齿刀的设计中,刀齿采用螺旋布置,与水平线成 夹角。各刀在辊筒平面的法线上,高10度均为 15mm。破碎机构原理图及辊筒简图如图 5-7 所示。43图 5-7 破碎机构原理图及辊筒简图如图二、刀在辊筒上布置的设计本设计中将切刀以 倾斜来布置,以配合刀齿板上螺旋刀齿的运动。整体布置如下10o图 5-8 所示。图 5-8 组合刀具在辊筒上的布置三、辊筒的设计44因为是进行的块茎破碎,工作中会产生大量的水分,所以辊筒必须采取防锈处理,所以辊筒选用材料铝 ZL301 进行铸造,达到防锈的目的,辊筒的直径选定为 300mm,其长度选定为 140mm。辊筒主体铸造的厚度为 8mm。具体尺寸及辊筒结构如下图 5-9所示。图 5-9 辊筒机构简图45第六章 进给机构与机架的设计 6-1 进给机构的设计本设计中采用辊压轮对藤蔓类物料进行进给,辊压轮的外缘直径为 ,转速由40前面的总体设计计算可知 V128.2mm/smin/24.613r在本设计中,采用双槽重叠设计,外面钢槽由 3mm 厚的钢板焊成,在槽的两侧用厚钢板加厚,然后镗孔,轴、穿过孔而被支撑,轴、与辊压轮用平键连接。在钢槽内再插一个薄壁进料槽,槽的底面与水平面成 10倾斜。便于送料。详细见图 6-1。图 6-1 进料槽及其进给辊压轮461 外钢槽 2.辊压轮 3.薄壁插槽 4.定刀片 6-2 机架的设计在机架设计中,主体采用 40403的等边对角钢,均通过用手工电弧焊将其连接。在机架上表面放置一块 10mm厚的铁板以便固定各零件,在机架的 4个角上各加焊一块 404010的厚铁板,以便获得足够的强度来安装运动轮。根据各零件的设计尺寸,总观全局对机架进行设计,最后机架整体尺寸为 628540437, (详细请见 A0机架图纸) 。47毕业设计心得通过以上的设计,让我更加熟练的掌握了一般机械设计的步骤,通过查阅各种文献资料也增长了各方面的知识。如刀具的设计和机架的设计,同时通过对切割机的设计。也让自己深深体会到理论设计和实际需求之间曾在这一定的差距。在设计中不仅要从绘图方面出发,还要考虑实际加工工艺。让自己的设计在现实中是可行的。在设计中通过使用各种材料,也进一步加深了对各材料的了解和使用场合。在绘图中,在老师的指导和最后的修改中,也让自己加深了各种绘图中的技巧,并纠正了很多平时没有注意到的画法上的错误。在绘图过程中的反覆修改,也让自己深深体会到在设计和绘图中必须要具有的严谨态度。在对机架的设计中,第一次用到了等边对角钢和槽钢以及热轧钢板,必须通过焊接将他们连接起来组成机架。在绘图标注中,通过复习以前工程图学中的焊接部分,让自己对焊接符号的标注有了更深的了解。在齿轮箱体的设计中,也让自己对铸件有了一定的认识,加深了对铸造过程中应该注意问题的理解。总之,本次设计是收获颇丰的。不仅第一次比较全面地运用了所学的专业知识,还学会了在设计中如何分析问题,解决问题。48致谢经过半年的忙碌和工作,本次毕业设计已经接近尾声,作为一个本科生的毕业设计,由于经验的匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,如果没有导师的督促 指导以及一起工作的同学们的支持,想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的导师杨敦国老师。杨老师平日里工作繁多,但在我做毕业设计的每个阶段,从外出实习到查阅资料,设计草案的确定和修改,中期检查,后期详细设计,装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐,但是杨老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了杨敦国老师的专业水平外,他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样,并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业设计的陈赞平同学邱果同学,大家一起努力一起讨论合作,才使得毕业设计顺利的完成.然后还要感谢大学四年来所有的老师,为我们打下机械专业知识的基础;同时还要感谢所有的同学们,正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会如此顺利.最后感谢机械工程学院和我的母校湘潭大学四年来对我的大力栽培。49参考文献1 西北工业大学机械原理及机械零件教研组编.濮良贵,纪名刚主编,机械设计.第七版.北京:高等教育出版社,20012 毛谦德,李振清主编,袖珍机械设计师手册.第二版 .北京:机械工业出版社,20003 成大先主编,机械设计手册.第三版.第二册.北京:化学工业出版社, 19994 唐增宝,何永然,刘安俊主编,机械设计课程设计.第二版.武汉:华中理中大学出版社,19995 西北工业大学机械原理及机械零件教研组编.孙桓,陈作模主编,机械原理 .第六版.北京:高等教育出版社,20016 罗迎社主编,材料力学.武汉:武汉理工大学出版社, 20017 肖旭霖主编,食品机械与设备.北京:科学出版社, 20068 石一兵主编,食品机械与设备.北京:中国商业出版社, 19909 周良德,朱泗芳主编,现代工程图学.长沙: 湖南科学技术出版社,200050附录 外文文献翻译高速机床切削机床James Benes要实现效益高速切削( hsm ),企业必须评估和优化整个生产过程: 机床,以及其主轴与刀具系统和编程软件.正如俄亥俄州完美机床协会的会长史蒂夫所言, 成功实现高效高速切割, 依靠的是效益高速切割系统的补偿能力, 而不是进行简单的修改高速切割选项的标准.为了实现效益高速切割, 机床必须具有刚性结构来减少振动, 还要能提供足够的硬度,以及能承受高速旋转 .通有有限元分析,对机床的加强肋和材料进行优化,以便减小振动,获得最优的刀具寿命和加工表面粗糙度.双轴设计是实现中型尺寸机床到大型尺寸机床效益高速切削的理想方法,这是因为在 Y轴和 Z轴方向的载荷是固定的 ,表面载荷是唯一的变量.相比之下,在三轴机前 ,X轴在 Y轴上方,因为受表面载荷变化的影响而使得两轴具有变动载荷. 使得机械很难进行调整和控制 .然而,从小型机到中型机,表面载荷一般被认为在 1500lb以下, 因此三轴设计具有很好的成本控制效益.直线单程机, 因为由轴承来承受其重量 , 为实现高速对机器进行控制和调节变得很容易.对于只受低扭矩的小型, 中型机的主轴,直线单程系统将能很好的工作.但是对于受高扭矩的中型, 大型机的主轴 ,在 Y轴和 Z轴方向受力变化 ,并且 X轴成线形方式.因为 HSM系统 ,大直径机床的滚珠丝杠能防止弯曲和振动, 滚珠丝杠被要求传递热变形,消除生长 ,提高轴的刚性 .如果机床的机构不能支撑被要求的滚珠丝杠,则必须作为维护问题, 用循环液体对其进行冷却 .一台不要求消除热变形的机床,滚珠丝杠在一定范围内是精确的, 但仍缺乏轴的刚性,拥有长滚珠丝杠的大行程机床应有螺栓螺母锁紧结构来防止螺栓的轴向移动, 变速装置应该直接与装有刚性连轴节的滚珠丝杠耦合.因为 HSM的加速度的速率, 使物体平衡已经不再可行, 必须使用一个大的没有平衡51力的补助马达变速装置或者一个液压平衡系统.控制,电动机 ,传动为得到最优和可靠的速度,将控制系统和伺服系统和电动机一起工作. 为 HSM选择一个控制/电动机 /传动系统时 ,许多注视事项都是很重要的.控制速度是一种处理空间约束信息的能力,通过伺服系统来完成, 并获得闭环反馈.检测模块通过控制模块在程序中引导矢量变化来调节进给速度,避免过度进给和切削,控制越快 ,对检测模块要求就越高 .自动机械的加速/ 减速, 与滑轮一起能自动减弱对连续性轮廓精度和完整性的馈送率.Ortner 说 ,大容量程序存储器和以太网与硬盘驱动的接口或者是 ATA卡都必须凭记忆直接运行. 但认证服务器 232的 DNC模块运行的速度不够块.大型数字式伺服电动机和驱动器对于需要快速响应和停止的 HSM机床是必须的.高分辨率的反馈编码器或线性表对于知道机床的位置,已经走过的行程和将要走的行程是很需要的.伺服系统的调节应该与机械因为平面载荷发生的轴向惯量改变相匹配,这是非常重要的.这个调节装置应该要按照与速度相对应的不同水平的精度来进行调节.HSM轴因为皮带的噪音和震动, 所以锥度为 40的轴在由变速箱内的皮带驱动时的速度应该限制在 12000转每分钟,或者锥度为 50的轴限制在 8000转每分钟.这个轴的安装造成了很高的切削力和震动.同样, 它也伴随着很大的扭矩 ,但是它在产品加工中增加了启动和制动的时间, 它的耐热性也很一般 .但是无论如何 ,它还是一种便宜的动力传动系统,维护费用也很少.在独立引导的驱动器中(IDD 或者 DDS),轴的电动机安装在轴的上端,与精密的联轴器相连接. 这样的安装使的转速能达到 20000转每分钟.在齿轮/皮带传动系统中, 用户改变齿轮的传动比以求用低转速的电动机来得到较高的轴转速. 而与之不同的是 ,在 IDD或者 DDS系统中, 轴马达的转速和轴的转速是一样的.这个系统有很好的启动和制动品质( 与完整轴相似 )和热稳定性.根据 Ortner所说, 能得到高转速和低震动的最好的系统是轴的机架为固定装置的整体轴或机动轴. 典型的调速范围从 15000r/min到 40000r/min.这些即昂贵维修费用又高的轴, 但是他们传递的热量稳定 ,并且变形小 ,异常加速减速也少,有足够的切断扭矩.高切断扭矩要求粗大的轴和大功率的电动机,而且还会导致降低速度. 随着切削速52度的增加,主轴轴承和轴直径的收缩将导致轴刚性的降低和切削工具使用类型的限制. 同时,可利用小工装系统限制工具的长度.加工系统拥有小锥度的标准的 CAT/BT系统因为他们本身具有的特点可能会限制其在高速时本身的效用. 他们仅仅依靠轴锥度的接触来获得刚度, 随着轴转速的增加,地心引力打开他们的螺栓紧固系统.在高速下,轴的端头直径因为离心力的作用而发生小量的增大, 因而使得常规的刀具把柄在持续外拉力产生的压力下进一步靠近主轴. 这种刀具后缩将会改变 Z轴空间的精度.MCAT/BBT 系统由于在机床主轴表面和刀具柄边缘表面的接触,还有同有锥度的心轴的良好接触而提高了机床的刚性.这将降低机床在高速下的振动和机床与刀具把柄间的磨差损耗. 这中系统也和 CAT/BT系统一样需要螺栓紧固安装 ,同时由于离心力的作用而存在一个极限速度.HSK夹具在高速中是最好的,Ortner 说,不像传统的爪,HSK 的爪是凹的,他们的夹紧装置在里面起作用,从而使得夹具不受离心力的影响. 同样,由于 HSK的锥度不足,主轴轴承靠近轴的端头来获得比较高的刚性.HSK A型系统能在高扭矩切削下很好的工作,速度能达到 24000r/min,相反,HSK E型系统的夹具没有 A型系统的动力槽而提高了在高速下的平稳性,这种型号的非常适合在高速低扭矩下的精加工.Ortner 推荐使用最大的 HSK夹具 100A型在转速达到 15000r/min下进行重型切削加工, 对于中型精细切削用中型的 HSK-63A型也能很好的完成,速度能达到24000r/min.小型的 HSK-50E型则适合进行高速精加工.根据刀刃技术协会的会长 Sean ,一个在安大略温莎的模具店, 程序对于 HSM系统来说是很重要的, 即使他们常常忽略 .这些都因为被培训了的操作员已经熟悉了店里的软件系统,没有去寻找其他更适合 HSM的软件系统.对无精度要求的加工部分,从开始到结束采用多种刀具进行持续不断的加工,HSM程序应该提供一致的结果,这就是一个劳工费用可以与欧美相提并论的日本企业能与劳工费用低廉的中国企业竞争的原因.同样,如果程序软件能精确的辨认上次加工后的余量, 则整个加工过程将从粗加工到精加工而没有中间加工过程.即使耗费时间来准备工件的数据-标准的数据例如切削速度,进给速度和切削深度以及在整个加工过程中个刀具进给速度的波动变化,-在决定刀具期望寿命时除一个足够的使用系数. 转速的确定 ,避免刀具的碰撞.53一个恒定的局部载荷对于寿命的最大化和获得精确度表面粗糙度是很重要的.当切削到局部时, 程序将额外通过控制局部载荷来防止刀具的偏离. 为了得到持续的高切削速度,弧线加工程序消除了机床必须减速进给进入拐角然后加速进给离开的要求.Ortner相信最重要的因素是知道由 CAD/CAM系统产生的点点的平均距离. 这些距离正在缩短随着企业依赖机床来获得好的产品加工表面粗糙度的增长,而不是依赖员工在机床上的操作和打磨抛光.例如, 大部分磨具企业总体的平均移动速度是 0.010-0.04in,结束的时候在 0.002-0.01in.平均移动的距离将决定平均进给的速率,看重移动的长度和点之间几个英寸甚至 0.001英寸的微小移动的直线度 .附录 外文翻译原文
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