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摘 要
紅棗去核機(jī)主要是由定位、去核、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和輸送裝置及機(jī)體、料斗等組成。通過(guò)人工管理、控制各單元的協(xié)調(diào)動(dòng)作達(dá)到一致性。送料裝置可以將大棗自動(dòng)的排隊(duì)送入到輸送裝置，再由輸送裝置將大棗豎直地挨個(gè)排列在轉(zhuǎn)動(dòng)的扶正定位機(jī)構(gòu)上，然后用去核沖針機(jī)構(gòu)上下直線運(yùn)動(dòng)來(lái)將每個(gè)定位緊壓的紅棗棗核去掉，最后去掉棗核后的大棗從扶正定位機(jī)構(gòu)落入成品料斗中。
關(guān)鍵：去核機(jī)；曲柄滑塊；主傳動(dòng)；槽輪
Pick to
Red jujube go nuclear machine mainly consists of positioning, nuclear, transmission mechanism, and conveyer and the body, hopper, etc. Through artificial management, control the unit coordinated action to achieve consistency. Automatic feeding device can be big jujube line into the conveyer, again by the conveyer to each big jujube on the vertical arranged on the rotation of the centralizer positioning, and then used to nuclear blunt needle straight up and down movement to position each compression of jujube date remove, after removing the last date jujube from righting positioning into finished product in the hopper.
Key: to nuclear machine; The crank slide block; Main transmission; Slot wheel
目 錄
1 概 述 1
2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案設(shè)計(jì) 3
2.1 原動(dòng)機(jī)類型的選擇 3
2.2 減速器類型的選擇 5
2.3 計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比 6
2.4 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù) 6
2.5 實(shí)現(xiàn)去核動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇 8
2.5.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 8
2.5.2 凸輪機(jī)構(gòu) 9
2.6 實(shí)現(xiàn)排料動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇…………………………………..10
2.6.1 槽輪機(jī)構(gòu) 10
2.6.2 不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu) 11
2.7 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的確定 12
2.8 繪制系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖 12
3 主傳動(dòng)構(gòu)件中主要部件的設(shè)計(jì) 13
3.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成 13
3.2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 13
3.2.1 滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角間的關(guān)系 14
3.2.2 滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系 15
3.3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析 16
3.4 槽輪機(jī)構(gòu) 21
3.4.1 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng) 21
3.4.2 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù) 22
3.5 工作頭的設(shè)計(jì) 23
3.6 滾動(dòng)軸承的選用與校核 24
收獲和體會(huì) 25
致 謝 27
參考文獻(xiàn) 28
1 概 述
核果類水果主要指棗、桃、杏、李和梨等，在水果的總產(chǎn)中占有較大比例。在以核果類水果為原料，來(lái)加工成飲料、罐頭、果脯及果干制品時(shí)，去核就是一項(xiàng)十分重要的處理。我國(guó)是從80年代后期開(kāi)始的研制去核機(jī)，并且陸續(xù)推出了一些設(shè)備。但由于在去核時(shí)出現(xiàn)的技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到解決，使這些加工設(shè)備在推廣使用上受到了很大的限制。隨著有核水果等食品工業(yè)的發(fā)展，人民生活水平不斷的提高，消費(fèi)者們對(duì)食品質(zhì)量的要求也是越來(lái)越高，而處理果核工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量有著很重要的影響，所以開(kāi)發(fā)性能很好的去核機(jī)械化、加工自動(dòng)化的設(shè)備的需求也是日趨迫切。
紅棗去核機(jī)主要是由定位、去核、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和輸送裝置及機(jī)體、料斗等組成。通過(guò)人工管理、控制各單元的協(xié)調(diào)動(dòng)作達(dá)到一致性。送料裝置可以將大棗自動(dòng)的排隊(duì)送入到輸送裝置，再由輸送裝置將大棗豎直地挨個(gè)排列在轉(zhuǎn)動(dòng)的扶正定位機(jī)構(gòu)上，然后用去核沖針機(jī)構(gòu)上下直線運(yùn)動(dòng)來(lái)將每個(gè)定位緊壓的紅棗棗核去掉，最后去掉棗核后的大棗從扶正定位機(jī)構(gòu)落入成品料斗中。
整個(gè)設(shè)備能夠完成自動(dòng)排料、定位扶正以及沖針去除棗核的全部工作。其中送料裝置為履帶震動(dòng)的作用下實(shí)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和上下振動(dòng)，扭轉(zhuǎn)振動(dòng)能使料斗內(nèi)紅棗受兩種力的作用：一是徑向力的作用，使紅棗向四周擴(kuò)散；一是切向力的作用，使紅棗沿著料斗的盤(pán)壁作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以保證棗的螺旋送料滑道切向滑行速度，履帶上還設(shè)有擋板，以防棗脫落，棗在履帶上切向順序滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)棗的自動(dòng)排料。
在送料器上沿著出料口處連接有定向管，定向管的內(nèi)徑小于紅棗長(zhǎng)度和紅棗外徑，使紅棗豎向有序的通過(guò)導(dǎo)向管送到去核裝置的履帶裝置，在履帶裝置的槽形通道上利用轉(zhuǎn)動(dòng)撥桿將大棗推入履帶上的棗座內(nèi)，隨著履帶工作輪的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)入壓棗管段。扶正板向內(nèi)收縮變徑性壓縮頭可以在扶正板的作用下回縮，使棗座中的棗被擠緊，從而自動(dòng)完成棗的定位。最后在履帶工作輪、槽輪撥銷和圓柱凸輪的作用下擺動(dòng)，從而使擺動(dòng)推桿相聯(lián)的沖針作出上下往返運(yùn)動(dòng)，迅速準(zhǔn)確的將棗核去掉。
2 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
確定了系統(tǒng)的工藝運(yùn)動(dòng)之后，需要選擇適宜的機(jī)構(gòu)型式來(lái)將其實(shí)現(xiàn)，所以這一過(guò)程也就稱為機(jī)構(gòu)的選型，這需要考慮很多方面的因素，例如運(yùn)動(dòng)變換的要求、制造成本、尺寸的限制、動(dòng)力性能、效率高低以及操作方便安全可靠等等。
2.1 原動(dòng)機(jī)類型的選擇
在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，原動(dòng)機(jī)的選擇也是很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，它能直接影響到動(dòng)力輸出穩(wěn)定性、系統(tǒng)的運(yùn)行效率以及總體結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)代機(jī)械中，常見(jiàn)的原動(dòng)機(jī)有熱機(jī)、液動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)和氣動(dòng)機(jī)，各自都具有不同的特點(diǎn)及應(yīng)用。
熱機(jī)包含蒸汽機(jī)和內(nèi)燃機(jī)，其應(yīng)用范圍相對(duì)的單一，主要是用于經(jīng)常變換工作場(chǎng)所的機(jī)械設(shè)備和運(yùn)輸車輛。
電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用是最為廣泛，尤其是在交流異步電動(dòng)機(jī)，它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉及動(dòng)力源方便等方面優(yōu)點(diǎn)，但是功率系數(shù)較低，且調(diào)速不便，所以適用于運(yùn)行環(huán)境比較穩(wěn)定、調(diào)速范圍窄的場(chǎng)合。
液動(dòng)機(jī)一般調(diào)速方便，且傳動(dòng)鏈較短，但需要配備液壓站，成本較高。當(dāng)只需要實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)變換時(shí)，氣動(dòng)機(jī)較為方便，它的缺點(diǎn)是有一定的噪聲。
本設(shè)計(jì)中原動(dòng)機(jī)的要求為：運(yùn)行環(huán)境較為穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，所以綜合各種原動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)，選擇交流異步電動(dòng)機(jī)來(lái)作為紅棗去核機(jī)的原動(dòng)機(jī)。
選擇電動(dòng)機(jī)的方面包括：電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)型式、容量和轉(zhuǎn)速，要確定電動(dòng)機(jī)的具體型號(hào)。電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式都要根據(jù)工作條件（溫度、空間尺寸、環(huán)境等）、電源（直流或交流）、以及載荷特點(diǎn)（大小、過(guò)載情況、性質(zhì)和啟動(dòng)性能等）來(lái)選擇。
一般沒(méi)有特殊要求均應(yīng)選用交流電動(dòng)機(jī)，其中要以三相鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)用的最多。Y系列電動(dòng)機(jī)是我國(guó)推廣采用的新設(shè)計(jì)產(chǎn)品，它適用于不易燃、不易爆和無(wú)腐蝕性氣體的場(chǎng)合，以及要求有較好啟動(dòng)性能的機(jī)械。在經(jīng)常啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)的場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)具有著轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和過(guò)載能力大的特性。標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)的容量是由額定功率來(lái)表示。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)要稍大于工作所要求的功率，容量小于工作要求，否則就不能保證工作機(jī)的正常工作，或由于使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期的過(guò)載、發(fā)熱大而過(guò)早的損壞；而容量過(guò)大，則會(huì)增加成本，且由于效率及功率因數(shù)低而造成很大的浪費(fèi)。
同一種類型的電動(dòng)機(jī)，其相同的額定功率也有著多種轉(zhuǎn)速可供選用。如果選用低速電動(dòng)機(jī)，因極數(shù)較多而外廓尺寸和重量較大，故而價(jià)格較高，但卻可以使傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比及尺寸減小。如果選用高轉(zhuǎn)速電動(dòng)機(jī)則會(huì)相反。因此要全面分析比較利弊來(lái)選定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。
綜合考慮以上這些因素，我認(rèn)為本去核機(jī)應(yīng)選用全封閉自扇型的三相異步電動(dòng)機(jī)Y100L-6，具體參數(shù)如下表。
功率
KW
電流
A
轉(zhuǎn)速
r/min
效率
%
功率因數(shù)
cos?
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
N.m
堵轉(zhuǎn)電流
A
最大轉(zhuǎn)矩
N.m
1.5
4.0
940
77.5
0.74
2.0
6.0
2.0
2.2 減速器類型的選擇
減速器指原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)間獨(dú)立封鎖式的傳動(dòng)裝置，它用來(lái)減低轉(zhuǎn)速并且相應(yīng)地可以增大轉(zhuǎn)矩。減速器的種類繁多，一般可以將其分為蝸桿減速器、齒輪減速器和行星齒輪減速器。
蝸桿減速器具有著結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)比大及噪音低等優(yōu)點(diǎn)，但是容易引起漏油、發(fā)熱和渦輪磨損等一些問(wèn)題。
齒輪減速器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，安裝方便，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，它的缺點(diǎn)是傳動(dòng)比分配比較的麻煩；
行星齒輪減速器的主要特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，但其結(jié)構(gòu)卻比較復(fù)雜，制造和安裝都較為困難，成本也較高。
在本次設(shè)計(jì)中，對(duì)減速器的要求為：傳動(dòng)比要較小，結(jié)構(gòu)必須盡量簡(jiǎn)單，成本低廉，制造安裝要方便。所以綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點(diǎn)，我選擇齒輪減速器來(lái)作為紅棗去核機(jī)的減速器。
2.3計(jì)算總傳動(dòng)比和分配各級(jí)傳動(dòng)比
本去核機(jī)履帶工作輪轉(zhuǎn)速約為23.5 r/min,傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比要求為
=940 /23.5 =40
式中：——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，r/min；
——工作機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min。
所以，可以確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為40。
在知道總傳動(dòng)比情況下，要確定各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)主要是考慮以下幾點(diǎn)：
（1）各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)要盡量在推薦范圍內(nèi)選取。
（2）要使傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)尺寸較小、重量較輕。
（3）要求各傳動(dòng)件的尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)合理，避免干涉碰撞。
在減速器中，齒輪直徑盡量相近，以利于浸油潤(rùn)滑。
2.4計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)
在傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程中。當(dāng)輸送機(jī)進(jìn)行間歇輸送時(shí)候，要能夠保證在間歇時(shí)間段內(nèi)完成去核沖壓一次。由電動(dòng)機(jī)到輸送機(jī)為二級(jí)傳動(dòng)減速，其中一級(jí)減速采用齒輪傳動(dòng)減速，傳動(dòng)比=10，二級(jí)減速采用槽輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比為=4。
（1） 各軸轉(zhuǎn)速
==94r/min、
==23.5r/min
式中：——電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速，r/min;
、——分別為一級(jí)減速、二級(jí)減速軸的轉(zhuǎn)速，r/min;
、——分別為一、二級(jí)傳動(dòng)比。
（2） 各軸功率
式中：——電動(dòng)機(jī)輸出功率，kW；
、——一級(jí)減速軸、二級(jí)減速軸輸入功率，kW；
、——一級(jí)減速、二級(jí)減速軸間的傳動(dòng)效率。
（3） 各軸轉(zhuǎn)矩
式中：——電動(dòng)機(jī)軸的輸出轉(zhuǎn)矩，N.m；
、——一級(jí)減速、二級(jí)減速軸的輸入轉(zhuǎn)矩，N.m。
2.5 實(shí)現(xiàn)去核動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇
在去核機(jī)中，推桿頂針的運(yùn)動(dòng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和具有特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的上下往返運(yùn)動(dòng)。要滿足這種要求的機(jī)構(gòu)有很多，在此我們僅討論曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)。
2.5.1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
圖2-1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
圖中為典型的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，它具有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)所需動(dòng)作要求，零件加工容易等優(yōu)點(diǎn)，但是它的結(jié)構(gòu)零件重用性差，比較適合執(zhí)行那些機(jī)構(gòu)不改變的系統(tǒng)。
2.5.2 凸輪機(jī)構(gòu)
圖2-2 凸輪機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、簡(jiǎn)單，能夠精確實(shí)現(xiàn)所需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，它的缺點(diǎn)是從動(dòng)件的行程不能過(guò)大，而且曲面加工的成本較高。所以適用于運(yùn)動(dòng)靈活、傳力較小以及運(yùn)動(dòng)規(guī)律復(fù)雜的場(chǎng)合。
在本設(shè)計(jì)中，推桿頂針的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是較為復(fù)雜，既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也有按給定規(guī)律往返的上下運(yùn)動(dòng)，綜合這兩種機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)分析，我們選擇曲柄滑塊機(jī)構(gòu)就能夠滿足要求。
2.6 實(shí)現(xiàn)排料動(dòng)作的機(jī)構(gòu)選擇
2.6.1 不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)
圖 2-3 不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)
排料動(dòng)作須由間歇機(jī)構(gòu)完成，圖中不完全齒輪齒條機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是容易制造，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且允許選擇的范圍也比槽輪機(jī)構(gòu)和棘輪機(jī)構(gòu)的大，故而設(shè)計(jì)靈活。它的缺點(diǎn)是從動(dòng)輪在轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)始及終止時(shí)，由于角速度有突變，使沖擊較大，所以一般只適用于輕載、低速的條件下工作。
2.6.2 槽輪機(jī)構(gòu)
圖 2-4 單銷四槽外槽輪機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)槽輪機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是工作可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確，易加工且機(jī)械效率高。它常被用來(lái)將主動(dòng)件的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成從動(dòng)件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動(dòng)。但是其動(dòng)程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時(shí)的加速度大，有沖擊，并且會(huì)隨著轉(zhuǎn)速的增加或者槽輪槽數(shù)的減少而加劇，故而不宜用于高速。
綜合以上間歇機(jī)構(gòu)的分析，我結(jié)合去核機(jī)的工作條件，選擇了槽輪機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)間歇運(yùn)動(dòng)。
2.7 系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)方案的確定
綜合以上的分析，我最終確定系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案見(jiàn)下表:
系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)方案
原 動(dòng) 機(jī)
減 速 器
去 核 結(jié) 構(gòu)
間歇機(jī)構(gòu)
轉(zhuǎn)動(dòng)-直移
交流異步電動(dòng)機(jī)
齒輪減速器
空間圓柱凸輪
槽 輪
凸 輪
2.8 繪制系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
為了表達(dá)去核機(jī)的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中各動(dòng)作的協(xié)調(diào)配合關(guān)系，選擇槽輪的轉(zhuǎn)角、齒條的直線位移、推桿頂針的上下位移為對(duì)象，以推桿繞空間曲柄主軸旋轉(zhuǎn)一周為一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，畫(huà)出系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖，結(jié)果如下：
圖 1系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)圖
3 主傳動(dòng)構(gòu)件中主要部件的設(shè)計(jì)
3.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的構(gòu)成
由于要求頂針作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng),但是作為動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)卻是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),所以需
要一套機(jī)構(gòu),將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動(dòng)。右圖中的結(jié)構(gòu)就是完成
這項(xiàng)工作的重要部分曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。
圖3-1
由本圖知，用一套曲柄連桿，它對(duì)滑塊只有一個(gè)加力點(diǎn)，因此常稱做單點(diǎn)
式曲柄，曲軸中心到曲柄頸中心的距離，這個(gè)距離通常叫做曲柄半徑，它是曲
柄壓力機(jī)的一個(gè)重要參數(shù)，（有關(guān)曲軸的部分第四章詳述）。
3.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析。
本次設(shè)計(jì)紅棗去核機(jī)構(gòu)采用是曲柄滑塊機(jī)構(gòu), A點(diǎn)表示連桿與曲軸的連結(jié)點(diǎn),B
點(diǎn)表示連桿與滑塊連接點(diǎn),AB表示的連桿長(zhǎng)度. 滑塊的位移為s。a為曲柄轉(zhuǎn)角。
習(xí)慣上有曲柄最底 （相當(dāng)于滑塊在下死點(diǎn)處），沿曲柄旋轉(zhuǎn)相反方向來(lái)計(jì)算。
3.2.1滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系
滑塊的位移和曲柄轉(zhuǎn)角之間的關(guān)系表達(dá)為
而
令 則
而
所以
代入整理得:
代表連桿系數(shù)。通用壓力機(jī)一般在0.1~0.2范圍內(nèi).故上式整理后得:
式子中 s——滑塊行程.(從下死點(diǎn)算起)
a——曲柄轉(zhuǎn)角, 從下死點(diǎn)算起,與曲柄旋轉(zhuǎn)方向相反者為正.
R——曲柄半徑
——連桿系數(shù)
L——連桿長(zhǎng)度(當(dāng)可調(diào)時(shí)取最短時(shí)數(shù)值)
因此,已知曲柄半徑R和連桿系數(shù)的時(shí)候,便可以從上式中求出對(duì)應(yīng)于的不
同a角的s值.用余玄定理知
3.2.2滑塊的速度和曲柄轉(zhuǎn)角的關(guān)系
求出滑塊的位移與曲軸轉(zhuǎn)角關(guān)系后,將位移s對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)數(shù)就可以得到滑
塊的速度v.即:
而
所以
式中 v———滑塊速度
———曲柄的角速度
又因?yàn)?
所以
式中 n———曲柄的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)
從式中可看出,滑塊的速度V是隨曲柄轉(zhuǎn)角a角度而變化的。在a=0時(shí) V=0 ,
a角增大時(shí)V隨之顯著增大；但在a=之間時(shí)，V的變化很小,而數(shù)值最
大.因此常常近似取曲柄轉(zhuǎn)角的滑塊的速度當(dāng)作最大速度。用表示
即
上面公式表明，滑塊的最大速度與曲柄的轉(zhuǎn)速n，曲柄半徑R成正比，n越高，
R越大，滑塊的最大速度Vmax也越大。
本壓力機(jī)滑塊的最大速度
Vmax=0.105nR(sin90°+ λ/2 Xsin180°)
=0.105X40X70
=294mm/s
3.3曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的受力分析
判斷曲柄滑塊機(jī)構(gòu)能不能滿足去核加工需要除了它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律是否符合所需要
的要求外，還有很重要的一點(diǎn)，那就是要校核它的強(qiáng)度。但是進(jìn)行強(qiáng)度校核之
前必須要正確的將曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的主要構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)方面的分析。
3.3.1忽略摩擦的情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析
忽略摩擦和零件本身重量時(shí)滑塊的受力情況如圖所示。其中P1料抵抗變形的反
作用力，N導(dǎo)軌對(duì)滑塊的約束反力，Pab對(duì)滑塊的約束反力，這三個(gè)力交于B，組
成一個(gè)平衡的匯交力系。
根據(jù)力的平衡原理，從力三角形中可以求得P1、N、Pab之間關(guān)系如下：
有上式知 當(dāng)時(shí)，取到最大值
一般曲柄壓力機(jī)，，負(fù)荷達(dá)到公稱壓力時(shí)的曲柄轉(zhuǎn)角僅30度左右。因此
可近似認(rèn)為：
上面兩式便成為：
例如求公稱壓力角時(shí),曲軸上齒輪傳遞的扭矩
因?yàn)樵跁r(shí),滑塊能承受的最大負(fù)荷是160噸,所以坯料抵抗變形的反作
用力也允許達(dá)到這個(gè)數(shù)值,即p1=1600KN=1600000N
R=70mm
可查表2-2得
因此在不考慮摩擦?xí)r齒輪傳動(dòng)的扭矩為:
M0=p1R(sinθ+λ/2sinθ)
M0=1600000X0.07X0.4751
M0=52311N
從上式中，我們?cè)诜治鲞B桿、曲軸和滑塊受力所需傳遞扭矩的過(guò)程中,都是沒(méi)考
慮各活動(dòng)部位的摩擦.這種處理問(wèn)題的方法,對(duì)于分析連桿和滑塊的受力來(lái)說(shuō), 簡(jiǎn)
化了計(jì)算公式.且誤差很小,完全可以應(yīng)用.但是,在計(jì)算曲軸所需要傳遞的扭矩
時(shí),如果不考慮摩擦的影響,卻會(huì)帶來(lái)較大的誤差,所以在計(jì)算時(shí),應(yīng)該考濾由摩
擦所增加的扭矩.
3.3.2考慮摩擦情況下滑塊機(jī)構(gòu)主要構(gòu)件的力學(xué)分析
曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的摩擦主要發(fā)生在四處:
1）.滑塊導(dǎo)向面與導(dǎo)軌之間的摩擦,摩擦力的大小等于滑塊對(duì)導(dǎo)軌的正壓力,與
摩擦系數(shù)的乘積,摩擦力的方向與滑塊的運(yùn)動(dòng)方向相反.工作行程時(shí),滑塊向下運(yùn)
動(dòng),導(dǎo)軌對(duì)滑塊的摩擦力朝上,形成對(duì)滑塊運(yùn)動(dòng)的阻力.
2）. 曲軸支承勁與軸承之間的摩擦.軸旋轉(zhuǎn)時(shí),軸承對(duì)軸勁的摩擦力分布在軸
勁工作面上,這些摩擦力對(duì)軸頸中心O形成與軸旋轉(zhuǎn)方向相反的阻力矩.它可近
似的按下式計(jì)算:
由于小齒輪的作用力遠(yuǎn)小于,所以可以認(rèn)為兩個(gè)支反力的和
于是上式可變?yōu)?
3）曲軸頸與連桿大端軸承之間摩擦,它和上一種摩擦相同,也會(huì)形成阻力矩,可按
下式計(jì)算:
4）連桿銷與連桿小端軸承的能夠之間的摩擦.它也能形成阻力矩:
根據(jù)能量守恒的原理,曲軸所需增加扭矩在單位時(shí)間內(nèi)所做的功。等于克服
各處磨擦所消耗的功率。即：
式中：—曲柄的角速度；
—滑塊的速度；
—曲柄和連桿的相對(duì)角速度，
—連桿的擺動(dòng)角速度，
所以可以求得的絕對(duì)值為：
而
將上式代入，并取=1，經(jīng)整理后得由于摩擦使曲軸所增加的扭
矩為： 現(xiàn)以所設(shè)計(jì)
的曲柄壓力機(jī)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例,來(lái)分析上式中方括號(hào)內(nèi)的值.有該曲柄壓力機(jī)
的參數(shù)如下:
da=250mm
R=70mm
代入式子中求得方括號(hào)內(nèi)的值,即的值如下:
684.9 681.61 679.95 673.90 661.30 649.40
從以上可以看出, 的值隨曲柄轉(zhuǎn)角而變化,但變化較小,在近似計(jì)算中,
可以將看作不隨變化的常數(shù),并取其相當(dāng)于=時(shí)的值.因此,上式可
簡(jiǎn)化為
已知
da=250mm
與不記摩擦的扭矩比較,
最后的到考慮摩擦后曲軸所需傳遞的扭矩:
以上式子中:
R——曲柄半徑;
——曲柄的轉(zhuǎn)角;
——連桿系數(shù);
——摩擦系數(shù),一般取0.05
——曲軸支承頸的直徑
———曲軸頸的直徑
—————連桿銷的直徑
————坯料抵抗變形的反作用力.
3.4 槽輪機(jī)構(gòu)
槽輪機(jī)構(gòu)又稱為馬耳他機(jī)構(gòu)，能把主動(dòng)軸的勻速連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為從動(dòng)軸的周期性間歇運(yùn)動(dòng)。槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、工作可靠；且轉(zhuǎn)位時(shí)間與靜止時(shí)間之比為定值，能平穩(wěn)地改變從動(dòng)件的角速度；在
拔銷進(jìn)人和脫出槽輪時(shí)運(yùn)動(dòng)比較平穩(wěn)，但槽輪的轉(zhuǎn)角大小不能凋節(jié)，當(dāng)精度要求較高時(shí)需另加定位裝置。
3.4.1 槽輪機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)
圖4 槽輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)位簡(jiǎn)圖
如圖 4所示，槽輪的圓弧面定位是最常用的定位方法。圖 4(a)銷輪滾子剛進(jìn)入徑向槽；圖 4
0，Z ≥ 3，在工作時(shí)槽輪的角速度和角加速度變化很大，在撥銷進(jìn)人和脫出徑向槽的瞬間，槽輪的角加速度發(fā)生突變，引起的震動(dòng)和沖擊力也很大。因t > 0.5，可采用多圓銷槽輪機(jī)構(gòu)，設(shè)均勻分布的圓銷數(shù)目為 R，則一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)中槽輪的運(yùn)動(dòng)時(shí)間是單圓銷時(shí)的 R 倍，故t = R ( Z–2 ) / ( 2Z )。又因?yàn)閠 > 1，故 R < 2Z/ ( Z–2 ) ，由此可知： Z = 3 時(shí)，R 可為 l ~ 5；Z = 4或 5 時(shí)，R 可為 1 ～ 3 ；Z ≥ 6時(shí)，R 可為 1 ～ 2。中心距 a 和圓銷半徑 r 的確定要根據(jù)受力情況和該機(jī)構(gòu)所占用空間位置大小。
3.5 沖頭的設(shè)計(jì)
工作頭結(jié)構(gòu)如下圖所示。
1 - 支座 2 - 沖針 3 - 導(dǎo)套架 4 - 導(dǎo)套
工作頭結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)現(xiàn)有的去核工具和大棗的結(jié)構(gòu)形狀，工作頭由支座、沖針、導(dǎo)套架、導(dǎo)套組成。在沖針上設(shè)計(jì)了前后導(dǎo)向裝置，沖針是軸向階梯狀。這樣不僅增加了沖針的剛度和強(qiáng)度，還便沖針運(yùn)動(dòng)的精確度得到提高。工作頭沖針的行程70mm，沖針的極限位置距離工作盤(pán) 10 mm，當(dāng)工作盤(pán)轉(zhuǎn)位完成停止不動(dòng)時(shí)，沖針下行 10 mm與工作盤(pán)工位中的大棗接觸，沖針繼續(xù)下行50 mm完成對(duì)大棗的加工，并使棗橫完全脫離大棗后回程運(yùn)動(dòng) 70 mm到達(dá)極限位置，工作輪轉(zhuǎn)位，到下一個(gè)工作位置，沖針重復(fù)動(dòng)作
3.6 滾動(dòng)軸承選用與校核
本滾動(dòng)軸承是用于調(diào)節(jié)裝置,不經(jīng)常使用,且受力較小,故選用普通深溝球軸承即可滿足需要.有軸承徑向載荷Fa =2700N,Fr=5500N,軸承轉(zhuǎn)速為500r/min,裝軸承處的軸頸可在30～40mm,范圍內(nèi)選擇,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)有輕微沖擊,預(yù)期壽命為L(zhǎng)’h=5000h.
3.6.1求比值:
有公式
根據(jù)手冊(cè)查表,深溝球軸承的最大e值為0.44,故此時(shí)
1）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷p,
根據(jù)式查表的fp=1.0～1.2,在此取為fp=1.2
查表的X=0.56,Y值需要在已知型號(hào)和基本靜載荷C0后才能求出.現(xiàn)暫選一近似中間值,取Y=1.5.則:
2）根據(jù)公式求軸承的基本額定動(dòng)載荷值
3）按照軸承的選用手冊(cè)選擇C=45460N的軸承為6307型.此軸承的基本額定靜載荷C0=38000N.驗(yàn)算如下:
3.6.2求相對(duì)應(yīng)軸承軸向載荷的e值與Y值
1）查手冊(cè),知深溝球軸承f0=14.7,則相對(duì)應(yīng)軸向載荷為
在此間對(duì)應(yīng)的e值為0.28～0.30,Y值為1.55～1.45.
2)用線性插值法求Y值.
故X=0.56 Y=1.55
3)求當(dāng)量動(dòng)載荷P
4)驗(yàn)算6307軸承的壽命
故所選用的6307軸承。
收獲和體會(huì)
本次設(shè)計(jì)即將要結(jié)束了，從接到設(shè)計(jì)任務(wù)開(kāi)始，我一路走來(lái)，歷經(jīng)波折，有成功，亦有挫折；有喜悅，也有失落。但無(wú)論如何，我還是堅(jiān)持到了最后，順利完成了這次設(shè)計(jì)任務(wù)。
在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)始之前，我已經(jīng)做了一定的準(zhǔn)備，譬如，熟悉必要的工具軟件和提高編程計(jì)算能力，從圖書(shū)館借閱相關(guān)的書(shū)籍，課程設(shè)計(jì)開(kāi)始的前一天。我們經(jīng)過(guò)討論，確定了我的設(shè)計(jì)題目：設(shè)計(jì)紅棗去核機(jī)機(jī)構(gòu)。
在這幾十天的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我學(xué)習(xí)到了很多，尤其是在課堂上所無(wú)法汲取的知識(shí)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。以往的上課只是老師授予知識(shí)，我們更多的是被動(dòng)的學(xué)習(xí)。而課程設(shè)計(jì)正好相反，它提供了一個(gè)利用所學(xué)知識(shí)自由發(fā)揮的機(jī)會(huì)。從設(shè)計(jì)題目的構(gòu)思，到運(yùn)動(dòng)方案的確定，再到相關(guān)資料的搜索，還有文檔編寫(xiě)、改正錯(cuò)誤，這些點(diǎn)點(diǎn)滴滴，都是主動(dòng)努力的結(jié)果，更是平時(shí)難以獲得的經(jīng)歷。因此也可以說(shuō)，畢業(yè)設(shè)計(jì)給了我一次提高自身的機(jī)會(huì)。
當(dāng)然，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我也犯了不少的錯(cuò)誤，有的是原理上的，有的則是配合上的。在一開(kāi)始構(gòu)思運(yùn)動(dòng)方案和設(shè)計(jì)執(zhí)行系統(tǒng)時(shí)，由于缺乏必要的數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)際運(yùn)行結(jié)果沒(méi)有多加考慮，而在經(jīng)過(guò)了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)分析和全局考慮之后，才發(fā)現(xiàn)原先的設(shè)計(jì)存在問(wèn)題，導(dǎo)致了返工，這也損失了一定的時(shí)間。例如我在進(jìn)行減速器部分的設(shè)計(jì)時(shí)，一開(kāi)始使用的是四級(jí)減速，然而后來(lái)發(fā)現(xiàn)級(jí)數(shù)過(guò)多，實(shí)際上只要三級(jí)便可實(shí)現(xiàn)，所以只能進(jìn)行修改。而偶爾也會(huì)出現(xiàn)畫(huà)圖的尺寸和編程計(jì)算所得結(jié)果不一致的情況，這說(shuō)明在一致性檢查方面還做的不夠。
忙碌的十幾天終于過(guò)去了，我最終提前完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。這固然得益于充分的準(zhǔn)備、明確的分工和合作等因素，但其實(shí)最重要的，是態(tài)度。正所謂“態(tài)度決定一切”，這種態(tài)度不僅是面對(duì)一項(xiàng)任務(wù)的態(tài)度，更是在面對(duì)困難挫折時(shí)不放棄的態(tài)度，也是踏踏實(shí)實(shí)做好工作的一種態(tài)度。
畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然即將結(jié)束，但我在這整個(gè)過(guò)程中所學(xué)到的知識(shí)和技巧，取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)并沒(méi)有隨著失去，而是會(huì)激發(fā)我在以后的學(xué)習(xí)工作中，以一種正確的態(tài)度和方法，去迎接不斷的挑戰(zhàn)。
致 謝
本文是在指導(dǎo)教師李春風(fēng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、課題的研究到論文的撰寫(xiě)等各方面都得到了導(dǎo)師的熱心指導(dǎo)和耐心幫助。教授淵博的知識(shí)、敏銳的思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)風(fēng)、求實(shí)的態(tài)度和熱心的幫助令我敬佩不已，而且從中受益匪淺。在此，對(duì)導(dǎo)師在論文的指導(dǎo)上給予的幫助和關(guān)心表示衷心的感謝。在論文開(kāi)題至創(chuàng)作結(jié)束間也得到了機(jī)電系老師的大力幫助和指導(dǎo)。在此特向指導(dǎo)老師表示感謝。段后，還要對(duì)在論文期間給予支持和幫助的同學(xué)表示誠(chéng)摯的謝意。
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