自动穿串机设计【6张CAD图纸+文档全套文件】
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毕业设计 (论文 )自动穿串机AUTOMATICWEAR STRING MACHINE学生姓名学院名称专业名称指导教师机电工程学院机械制造及其自动化自动穿串机适用于新型食品加工行业。目的是研制一种自动穿插机构,能够代替手工劳动, 提高工作效率, 降低劳动强度。 本文针对传动系统, 进给机构及自动控制系统设计。并对所用的齿轮传动和轴进行计算。本产品采用电动机带动,通过各系统的相互协作,实现穿插动作。本机构是在食品装料机械的基础上设计的。此机构具有结构简单、体积小、成本低的优点。设计要求完成入料、动力源的选定、传动系统、执行机构、落料机构。入料选用排序机构,动力源的选定选用电动机,传动系统采用 V 带传动、齿轮传动、连续传送机构,执行机构采用插签机构、压盘装置,落料机构一个挡棒和盘子。关键词自动穿插;传动系统;自动控制系统II徐州工程学院毕业设计Abstract(论文 )Automatic wear string machine is suitable for new food processing industry. Purpose is todevelop a kind of automatic thrust institution, can replace manual labor, improve work efficiencyand reduce labor intensity. Based on transmission system, lathe and automatic control systemdesign. And on the gear and axis. This product adopts motor driving through the cooperation andrealizing the system into action. The agency is in charge of food machinery based on the design.The agency has simple structure, small volume, low cost advantage.Complete the design requirements of power and selected, transmission system, actuators,blanking institutions.The ranking selection, the selected chooses motor, power transmission adopts the V belttransmission, gear, continuous transmission, actuator adopts inserted sign institutions, pressureplate blanking institution, a block sticks and plates.Keywordsautomatically alternates, Transmission systems, Automatic control systemIII徐州工程学院毕业设计目录(论文 )1 绪论.11.1 序言.11.2 自动穿串机的设计思路.12 自动穿串机各机构的选择及设计设计思路.22.1 入料机构的选择及设计.22.2 振动筛的设计22.3 穿插机构的设计.52.3.1 插签机构.52.3.2 压盘装置.52.4 落料机构的设计.63 轴承的选定.73.1 概述73.2 滚动轴承的主要类型、特点和代号83.3 轴承的寿命计算.103.3.1 滚动轴承的基本额定寿命.103.3.2 基本额定动负荷.103.3.3 寿命计算公式 .113.3.4 额定寿命的修正.113.3.5 滚动轴承的当量动载荷.113.3.6 角接触轴承的计算.123.3.7 主动轴轴承的校核.123.3.8 从动轴轴承的校核.134 传动机构设计.144.1 传动系统的选择.144.1.1 带传动的类型和特点.144.1.2V 带传动的设计.154.2 电动机的选择 .184.2.1 电动机类型和结构的选择.184.2.2 电动机功率的选择.184.2.3 确定电动机转速.184.2.4 电动机型号的确定.184.3 齿轮传动的设计.19I徐州工程学院毕业设计(论文 )4.3.1 选择齿轮材料并确定许应应力.194.3.2 按齿面接触强度设计计算.194.4 传动装置运动、动力参数计算 .214.4.1 总传动比的确定.214.4.2 分配各级传动比.214.4.3 计算各轴转速 .214.4.4 计算各轴的功率.214.4.5 计算各轴转矩.214.4.6 传动装置运动、动力参数汇总表.224.5 轴的设计计算 .224.5.1 输入轴的设计计算.224.5.2 输出轴的设计计算.254.6 输送机的设计 .265 减速器的选择.315.1 概述.315.2 减速器的机构和附件的设计.315.3 减速器的润滑和密封.32结论.33致谢.34参考文献.35附录.36附录 1.47毕业设计 (论文 )自动穿串机AUTOMATICWEAR STRING MACHINE学生姓名学院名称专业名称指导教师机电工程学院机械制造及其自动化自动穿串机适用于新型食品加工行业。目的是研制一种自动穿插机构,能够代替手工劳动, 提高工作效率, 降低劳动强度。 本文针对传动系统, 进给机构及自动控制系统设计。并对所用的齿轮传动和轴进行计算。本产品采用电动机带动,通过各系统的相互协作,实现穿插动作。本机构是在食品装料机械的基础上设计的。此机构具有结构简单、体积小、成本低的优点。设计要求完成入料、动力源的选定、传动系统、执行机构、落料机构。入料选用排序机构,动力源的选定选用电动机,传动系统采用 V 带传动、齿轮传动、连续传送机构,执行机构采用插签机构、压盘装置,落料机构一个挡棒和盘子。关键词自动穿插;传动系统;自动控制系统II徐州工程学院毕业设计Abstract(论文 )Automatic wear string machine is suitable for new food processing industry. Purpose is todevelop a kind of automatic thrust institution, can replace manual labor, improve work efficiencyand reduce labor intensity. Based on transmission system, lathe and automatic control systemdesign. And on the gear and axis. This product adopts motor driving through the cooperation andrealizing the system into action. The agency is in charge of food machinery based on the design.The agency has simple structure, small volume, low cost advantage.Complete the design requirements of power and selected, transmission system, actuators,blanking institutions.The ranking selection, the selected chooses motor, power transmission adopts the V belttransmission, gear, continuous transmission, actuator adopts inserted sign institutions, pressureplate blanking institution, a block sticks and plates.Keywordsautomatically alternates, Transmission systems, Automatic control systemIII徐州工程学院毕业设计目录(论文 )1 绪论.11.1 序言.11.2 自动穿串机的设计思路.12 自动穿串机各机构的选择及设计设计思路.22.1 入料机构的选择及设计.22.2 振动筛的设计22.3 穿插机构的设计.52.3.1 插签机构.52.3.2 压盘装置.52.4 落料机构的设计.63 轴承的选定.73.1 概述73.2 滚动轴承的主要类型、特点和代号83.3 轴承的寿命计算.103.3.1 滚动轴承的基本额定寿命.103.3.2 基本额定动负荷.103.3.3 寿命计算公式 .113.3.4 额定寿命的修正.113.3.5 滚动轴承的当量动载荷.113.3.6 角接触轴承的计算.123.3.7 主动轴轴承的校核.123.3.8 从动轴轴承的校核.134 传动机构设计.144.1 传动系统的选择.144.1.1 带传动的类型和特点.144.1.2V 带传动的设计.154.2 电动机的选择 .184.2.1 电动机类型和结构的选择.184.2.2 电动机功率的选择.184.2.3 确定电动机转速.184.2.4 电动机型号的确定.184.3 齿轮传动的设计.19I徐州工程学院毕业设计(论文 )4.3.1 选择齿轮材料并确定许应应力.194.3.2 按齿面接触强度设计计算.194.4 传动装置运动、动力参数计算 .214.4.1 总传动比的确定.214.4.2 分配各级传动比.214.4.3 计算各轴转速 .214.4.4 计算各轴的功率.214.4.5 计算各轴转矩.214.4.6 传动装置运动、动力参数汇总表.224.5 轴的设计计算 .224.5.1 输入轴的设计计算.224.5.2 输出轴的设计计算.254.6 输送机的设计 .265 减速器的选择.315.1 概述.315.2 减速器的机构和附件的设计.315.3 减速器的润滑和密封.32结论.33致谢.34参考文献.35附录.36附录 1.47II1.1 序言徐州工程学院毕业设计1 绪论(论文 )目前,许多生产食品串类的厂家,穿串的工序都是靠手工来完成的,手工穿串不仅劳动强度大、生产效率低,食品串形状不规则,但是由于穿串耗费时间长,串类的食品极其容易变质,从而难以达到食品卫生标准。因此,传统的手工操作存在的弊端是本设计有待解决的难题。有鉴于此,本实用新型的设计主要目的在于提供一种自动完成穿串,减少劳动力的投入,提高生产效率高,可达到卫生质量要求的设备。在我国的食品机械行业中,这类机械还是新型行业,主要用于一些小型机械。1.2 自动穿串机的设计思路自动穿串机要完成入料、动力源的选定、传动系统、执行机构、落料机构。入料机构的选择很重要,它包括入料口和排序机构,排序机构在这里是个重点,因为面团是有黏性,所以如果选择以它的自重来排序就不稳当,要重新选择排序机构,我选择的是振动筛,在振动筛出料口有一个类似于齿轮形状的花盘。动力源是电动机, 自动穿串机虽然不是大型机器, 但是它对速度的要求还是很严格的,在穿串的时候输送机是要停止输送的,然后进行穿串。最后考虑到缓冲加了个减速器。传动系统首先是 V 带传动、齿轮传动、连续输送传动。带传动和齿轮传动不用多说。连续输送机构采用的是凹槽形状的输送链。执行机构就是插签机构。插签机构采用多排。因为工作需要一次达到 20 串,在插签机构的上面有个压盘机构,大小和插签机构差不多大。压盘装置的齿和输送链上的齿结构一样。面团在这两个齿的中间。落料机构为设置在所述连续传送链上方的档棒。在面团到达传送链的末端有个档棒挡住面团上的签,使穿好的面团掉落在下面的盘子中。1徐州工程学院毕业设计(论文 )2 穿串机各机构的设计思路2.1 入料机构的选择及设计入料机构的选择很重要,它包括入料口和排序机构,排序机构在这里是个重点,因为面团是有黏性,所以如果选择以它的自重来排序就不稳当,要重新选择排序机构,我选择的是振动筛,在振动筛出料口有一个类似于齿轮形状的花盘。2.2 振动筛的设计2.2.1 振动筛的用途振动筛是利用振动的大小孔工作面将颗粒大小不同的混合物料按粒度进行分级的机械。筛分工作一般适用于尺寸为 1300 毫米或更细物料的分级。当用于分级时,一层筛面可以获得两种产品;用 n 层筛面分级,可得到 n+1 种产品。振动筛除了用于分级之外,还常用于物料的脱水,即除去物料中的水分;脱介,即在筛机中用水清洗并回收重要介质微粒;振动筛也常用于清洗物料表面的污泥。2.2.2 筛分的方法目前已在工业中获得应用的筛分方法,有普通筛分法、薄层筛分法、概率筛分法、等厚筛分法和概率等厚筛分法等。本设计只要介绍普通筛分法。在工业部门中长期沿用的筛分法就是普通筛分法,这是一种中等料层厚度的筛分方法,在普通振动筛和共振筛中进行筛分就是利用这种筛分方法。它的特点如下。(1)料层厚度一般为筛孔尺寸的 36 倍。(2)筛面层数位 12 层。(3)物料颗粒的透筛是在筛面连续振动的情况下按照筛孔的大小进行的。小于筛孔的物料颗粒在沿筛长方向运动的过程中,不断透过筛孔;而大于筛孔的物料颗粒沿筛面方向移动,最后从筛面上方排出。2徐州工程学院毕业设计图 1 -1 振动筛(论文 )(4)在一般情况下,筛孔尺寸与筛下面的最大颗粒尺寸有如下关系:对于圆孔,筛孔尺寸 a 是筛下物做大颗粒尺寸 d 的 1.31.4 倍,即 a=1.31.4d;对于方形孔,边长a=1.11.13d;对于长方形孔,狭长边 a=0.70.8d。利用普通筛分方法对物料进行筛分,物料的透筛过程进行的比较缓慢,在筛长一定的情况下,该种筛分方法的筛分频率较低。因此近十多年来,不少国家的科技工作者对物料筛分过的理论进程了许多研究,相继提出了几种新的筛分发发,这些发发对提高筛分过程的质量和产量都有一定的实际价值。2.2.3 计算1.滑行指数的选择选取抛郑指数 D1,正向滑行指数 D11。2.振动方向角的计算当摩擦系数0=0.95 时,摩擦角0=4344,计算出振动反方向角计算:C=D9sin(0+0)/Dksin(0-0)=0.50.33=arctg(1-c)(1+c)0=19192756式(2.1)式(2.2)当取 Dk=2.5 时,振动方向角=22。3.振幅的计算=900D9sin(0+0) /2n2cos(0)=15.36mm取=15 毫米。4.精算抛郑指数和正向滑行指数及反向滑行指数振动强度3式(2.3)徐州工程学院毕业设计(论文 )抛郑指数正向滑行指数反向滑行指数有轻微的反向滑动。K=2n2/900g=1.828D=Ksin/cos0=0.6851式(2.4)式(2.5)式(2.6)式(2.7)5.计算滑始角与滑止角,确定滑行运动状态正向滑始角k0=k=arcsin1/DK0=24反向滑始角90=9=arcsin(-1/D90)=24633式(2.8)式(2.9)根据滑始角k0和k,查得正向滑止角0=233,因为 ,090,所以长相滑动终了与反向滑行开始还有一段时间的间隔。再根据90和9,查得k=318,因为(0 - 360)58400h预期寿命足够3.3.8从动轴轴承的校核(1)计算当量载荷 P1、P2由机械设计课本 P280 表 16-11 查得X=1,Y=0,p=1.5两轴承径向反力:Fr1=Fr2=1761.6N初选两轴承为角接触球轴承。根据机械设计课本 P279(16-4)式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(11761.6+0)=2642.4NP2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(11761.6+0)= 2642.4N(2)轴承寿命计算P1=P2故取 P=2642.4N角接触球轴承=3查机械设计手册得:7213C 角接触球轴承型额定静载荷 Cor,基本当量动载荷C=69.8KNr,根据课本 P279表 16-8 得:ft=1。由课本 P278(16-3)式得L=16670/n(ftCr/P)=16670/72.15(169800/2642.4)3=4258629h58400h预期寿命足够13徐州工程学院毕业设计(论文 )4.1 传动系统的选择4.1.1 带传动的类型和特点4传动机构设计带传动由主动带轮 1、 从动带轮2 和挠性带 3 组成, 借助带与带轮之间的摩擦或啮合,将主动轮 1 的运动传给从动轮 2,如图 4-1 所示。图 4-1 带传动示意图一、带传动的类型根据工作原理不同,带传动可分为摩擦带传动和啮合带传动两类。1.摩擦带传动摩擦带传动是依靠带与带轮之间的摩擦力传递运动的。按带的横截面形状不同可分为四种类型,如图 4-2 所示。a)b)图 4-2 带传动的类型c)d)(1)平带传动。平带的横截面为扁平矩形(图a) ,内表面与轮缘接触为工作面。常用的平带有普通平带(胶帆布带)、皮革平带和棉布带等,在高速传动中常使用麻织带和丝织带。其中以普通平带应用最广。平带可适用于平行轴交叉传动和交错轴的半交叉传动。(2)V 带传动。V 带的横截面为梯形,两侧面为工作面(图 b) ,工作时V 带与带轮槽两侧面接触,在同样压力 FQ 的作用下,V 带传动的摩擦力约为平带传动的三倍,故能传递较大的载荷。(3)多楔带传动。多楔带是若干 V 带的组合(图 c),可避免多根 V 带长度不等,传力不均的缺点。(4)圆形带传动。横截面为圆形(图 d),常用皮革或棉绳制成,只用于小功率传动。142.啮合带传动徐州工程学院毕业设计(论文 )啮合带传动依靠带轮上的齿与带上的齿或孔啮合传递运动。啮合带传动有两种类型,如图 4-3 所示。a)同步齿形带传动图 4-3 啮合带传动b)齿孔带传动(1)同步带传动。利用带的齿与带轮上的齿相啮合传递运动和动力,带与带轮间为啮合传动没有相对滑动,可保持主、从动轮线速度同步(图 a) 。(2)齿孔带传动。带上的孔与轮上的齿相啮合,同样可避免带与带轮之间的相对滑动,使主、从动轮保持同步运动(图 b) 。二、带传动的特点摩擦带传动具有以下特点:(1)结构简单,适宜用于两轴中心距较大的场合。(2)胶带富有弹性,能缓冲吸振,传动平稳无噪声。(3)过载时可产生打滑、能防止薄弱零件的损坏,起安全保护作用。但不能保持准确的传动比。(4)传动带需张紧在带轮上,对轴和轴承的压力较大。(5)外廓尺寸大,传动效率低(一般 0.940.96)。根据上述特点,带传动多用于中、小功率传动(通常不大于 100KW);原动机输出轴的第一级传动(工作速度一般为 525m/s);传动比要求不十分准确的机械。本设计所选择的是 v 带传动。4.1.2V 带的传动设计一、带的构造和标准标准 V 带都制成无接头的环形, 其横截面由强力层1、 伸张层2、 压缩层3 和包布层 4构成,如图 4-4 所示。伸张层和压缩层均由胶料组成,包布层由胶帆布组成,强力层是承受载荷的主体,分为帘布结构(由胶帘布组成)和线绳结构(由胶线绳组成)两种。帘布结构抗拉强度高,一般用途的 V 带多采用这种结构。线绳结构比较柔软,弯曲疲劳强度较好,但拉伸强度低,常用于载荷不大,直径较小的带轮和转速较高的场合。V 带在规定张15徐州工程学院毕业设计(论文 )紧力下弯绕在带轮上时外层受拉伸变长,内层受压缩变短,两层之间存在一长度不变的中性层,沿中性层形成的面称为节面,如图 4-4 所示。节面的宽度称为节宽 bp。节面的周长为带的基准长度 Ld。a)帘布结构b)线绳结构图 4-4V 带剖面结构V 带和带轮有两种尺寸制, 即有效宽度制和基准宽度制。基准宽度制是以V 带的节宽为特征参数的传动体系。普通 V 带和 SP 型窄 V 带为基准宽度制传动用带。按 GB/T11544-97 规定,普通 V 带分为 Y、Z、A、B、C、D、E 七种, 截面高度与节宽的比值为0.7; 窄V 带分为 SPZ、SPA、SPB、SPC四种,截面高度与节宽的比值为 0.9。带的截面尺寸如表 4-1 所示,基准长度系列如表 4-2所示。窄 V 带的强力层采用高强度绳芯,能承受较大的预紧力,且可挠曲次数增加,当带高与普通 V 带相同时其带宽较普通 V 带小约 1/ 3,而承载能力可提高 1.52.5 倍。在传递相同功率时,带轮宽度和直径可减小,费用比普通 V 带降低 2040,故应用日趋广泛。V带的型号和标准长度都压印在胶带的外表面上,以供识别和选用。例:B2240GB/T11544-97,表示 B 型 V 带,带的基准长度为 2240mm。图 4-5V 带的节面和节线二、带传动的受力分析带以一定的预紧力套在带轮上。 静止时带轮两边的拉力相等, 均为预紧力F0, 如图4-6a)所示。负载转动时,由于带与带轮接触面摩擦力的作用,带绕上主动轮的一边被拉紧,称为紧边,紧边的拉力由 F0增加到 F1;另一边被放松,称为松边,拉力由 F0降至 F2。如图 4-6b)所示。16b)徐州工程学院毕业设计带传动的受力分析(论文 )a)图 4-6紧边与松边拉力的差值(F1F2)为带传动中起传递力矩作用的拉力,称为有效拉力F即:F = F1F2式(4.1)若带传递功率为 P(KW)、带速为 v(m/s)则:F=1000P/N式(4.2)如果近似的认为工作前后胶带总长不变,则带的紧边拉力增量应等于松边拉力的减少量,即 F1F0F0F2,即:由式(4-1) 、 (4-3)得:三、带传动的应力分析F1+ F2= 2F0F1=F0+F/2F2=F+F0/2式(4.3)式(4.4)带在工作过程中主要承受拉应力, 离心应力和弯曲应力三种应力。 三种应力迭加后,最大应力发生在紧边绕入小带轮处,其值为:max= 1+ b1+c 式(4.5)式中:1= F1/A 为紧边拉应力(MPa),A 为带的横截面积(mm2);b1=Eh/dd为带绕过小带轮时发生弯曲而产生的弯曲应力, E 为带的弹性模量(MPa),h 为带的高度(mm),dd为带轮的基准直径(mm);C=qv/A为带绕带轮作圆周运动产生的离心应力,q 为每米长带的质量(kg/m) ,见表(4-1)。在带的高度 h 一定的情况下,dd越小带的弯曲应力就越大,为防止过大的弯曲应力对各种型号的 V 带都规定了最小带轮直径 dmin如表 4-1 所示。表 4-1V 带轮的最小基准直径型 号YSPZZSPAASPBBSPCCDEddmin(mm)2050637590125140172002243555004.2 电动机的选择徐州工程学院毕业设计(论文 )4.2.1电动机类型和结构的选择因为本传动的工作状况是:载荷平稳、单向旋转。所以选用常用的封闭式 Y 系列三相异步电动机。4.2.2电动机功率的选择4.2.2.1传动装置的总功率由设计手册得,V 型带传动的效率:0.96滚动轴承(一对)的效率:0.98圆柱齿轮(闭式)的效率:0.97齿轮联轴器的效率:0.99输送机卷筒的效率为:0.96总=卷u951X轴承2u951X齿轮u951X联轴器u951X带=0.960.9820.970.990.96=0.854.2.2.2电动机所需的工作功率:P 工作=FV/总=3.51.7/0.85=7.0(KW)4.2.3 确定电动机转速计算卷筒的工作转速:= =n60=D1000/(3.14450)72.15r/min筒按手册推荐的传动比合理范围,取圆柱齿轮传动一级减速器传动比范围I1=36。取 V 带传动比 I2=24, 则总传动比理时范围为I 总=624。 故电动机转速的可选范围为:n 筒=(624)72.15=432.91731.6r/min符合这一范围的同步转速有 750、1000、和 1500r/min。根据容量和转速,由有关手册查出有三种适用的电动机型号:因此有三种传动比方案:通过综合考虑电动机和传动装置尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,可见第 2 方案比较适合,则选 n=1000r/min 。4.2.4电动机型号的确定根据以上选用的电动机类型,及所需的额定功率及同步转速,选定电动机型号为Y160M-6。其主要性能:额定功率:7.5KW,满载转速 970r/min,额定转矩 2.0。4.3齿轮传动设计4.3.1选择齿轮材料并确定许应应力18徐州工程学院毕业设计(论文 )考虑到减速器传递功率不大及其工作条件,所以齿轮采用软齿面。小齿轮选用 40Cr,调质;大齿轮选用 45 钢,调质。其主要参数如表 4-2。根据课本 P168 表 4-2 选 8 级精度。圆周速度V 6m / s 。表 4-2齿轮材料及其力学性能材料热处理接触疲劳极限弯曲疲劳极限牌号40Cr45方式调质调质硬度217286HBS197286HBSHlim/MPa650750550620FE/ MPa560620410480取表中所示范围的中间值,得Hlim1=700MPa ,Hlim2=580MPaFE1=590MPa ,FE1=450MPa根据课本 P171 表 11-5 取=SS=。许用接触应力为:=H1=FH1.0,Hlim1700700MPa,H2=SH1.0=H lim2580580MPaSH1.0许用弯曲应力为:=F1=FE1590472MPa , =F2=FE2450360MPaSF1.25SF1.254.3.2按齿面接触强度设计计算根据软齿面闭式齿轮传动准则,应首先按齿面接触强度设计公式进行设计计算,然后再按软齿面弯曲强度验算公式进行验算。根据课本 P171,可知设计计算公式为:22KT u1+1 HEd1 3umm4.3.2.1 确定计算参数计算小齿轮上的名义转矩:H6dT=9.5517.0/433=154388.0N
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