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湘潭大學興湘學院
畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 多功能蔬菜切片機設(shè)計
學 院： 興湘學院
專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化
學 號： 2010963010
姓 名： 顧凌峰
指導教師： 趙又紅
完成日期： 2014年5月
目 錄
第一章 概述 2
1.1食品機械與設(shè)備主要包括的內(nèi)容.................................. 2
1.2市場上已出現(xiàn)的切片機 2
1.2.1、制漿造紙行業(yè) 2
1.2.2、制作細胞或組織切片行業(yè)： 3
1.2.3、肉片加工行業(yè) 3
1.2.4、蔬果加工行業(yè) 3
1.3切片機使用要求 3
1.3.1、肉片、蔬果加工行業(yè) 3
1.4本設(shè)計研究內(nèi)容 4
1.4.1、目標 4
1.4.2、多功能蔬菜切片機的設(shè)計要求 4
1.4.3、 多功能蔬菜切片機應(yīng)滿足的基本要求 4
第二章 切片機原理方案構(gòu)思與擬定.................................6
2.1 方案的構(gòu)思 6
2.2 方案的設(shè)計 7
2.2.1進料裝置 7
2.2.2傳動裝置 8
2.2.3電機的選型 10
2.2.4帯傳動的設(shè)計 10
2.2.5齒輪傳動設(shè)計 11
2.2.6 機架的設(shè)計..............................................11
第三章 動力傳動部件的校核 13
3．1 齒輪的計算和校核 13
3.1.1 齒輪材料處理工藝及制造工藝的選定 13
3.1.2 確定各主要參數(shù) 13
3.1.3 傳動比 13
3.1.4 齒輪模數(shù)m 13
3.1.5 齒輪接觸疲勞強度計算 14
3.1.6 齒輪強度校核 15
3．2 軸的計算與校核 19
3.2.1 軸的預(yù)選計算 19
3.2.2 軸的校核計算 19
3．3 普通平鍵的計算與校核 20
3.3.1 鍵的選取 20
3.3.2 鍵聯(lián)接的強度校核 20
3．4 軸承的計算與校核 21
3.4.1 圓錐滾子軸承壽命校核 21
3.4.2 轉(zhuǎn)盤處單向推力球軸承的壽命的校核 22
第4章 基于UG的實體設(shè)計概述....................................23
4.1 UG實體設(shè)計概述 23
參考文獻 24
致謝...............................................................25
多功能蔬菜切片機
摘要：多功能蔬菜切片機是主要是通過驅(qū)動裝置，傳動裝置來實現(xiàn)進料以及對瓜果蔬菜進行進行切片，實現(xiàn)了能夠進料和出料，厚度可調(diào)的功能的裝置。多功能蔬菜切片機的創(chuàng)新設(shè)計的目的是按照設(shè)計題目的要求，設(shè)計可完成一定動作的切片機，完成理論方案的設(shè)計。然后對手動瓜果蔬菜切片機的基本結(jié)構(gòu)進行分析，清楚設(shè)計多功能蔬菜切片機主要技術(shù)關(guān)鍵，主要是步進送料裝置和傳動裝置的機構(gòu)設(shè)計，明確切片的原理，并對切片的厚度進行可控制性的調(diào)整設(shè)計。最后使用UG軟件對手動瓜果蔬菜切片機進行三維造型，模擬運動仿真，進行動畫演示過程,并生成總裝圖和部裝及部分重要零件圖。
本文主要對多功能蔬菜切片機的設(shè)計進行說明。
關(guān)鍵詞：切片機 ；凸輪；齒輪傳動；步進送料；驅(qū)動裝置；傳動裝置；厚度調(diào)整。
Multifunctional?vegetable slicer
Abstract：Multifunction vegetable slicer is mainly through the drive means to realize the transmission of the feed and sliced ??fruits and vegetables, the apparatus can achieve a feed and discharge, the thickness of the adjustable functions. The purpose multifunction vegetable slicer innovative design is based on a design requirements, designed to complete certain actions slicer, complete the design theory of the program. The basic structure of the fruit and vegetable slicer manual analysis clearly primarily designed multifunction key technologies vegetable slicer, the feeding means is a stepping main transmission mechanism and the design principle of the specific slice, and the slice thickness can be controllability adjust the design. Finally, the use of UG software manual slicer of fruits and vegetables for three-dimensional modeling, simulation motion simulation, carried out animation process and generate assembly plans and the Ministry of wear and some important parts diagram.
This paper focuses on the design of multi-purpose vegetable slicer explained.
Keyword：Slicer; Cam; gear; stepping feeding; drive; transmission; thickness adjustment.
第一章 概述
1.1食品機械與設(shè)備主要 包括的內(nèi)容
?食品機械與設(shè)備的內(nèi)容主要包括：輸送機械與設(shè)備、清洗和原料預(yù)處理機械與設(shè)備、攪拌及均質(zhì)機械與設(shè)備、原料及半成品的熱處理機械與設(shè)備、真空濃縮設(shè)備、干燥機械與設(shè)備、排氣及殺菌機械與設(shè)備等。
1.2市場上已出現(xiàn)的切片機
1.2.1、制漿造紙行業(yè)：
一般形式有刀盤式切片機，鼓式切片機，螺旋切片機等。刀盤式切片機由刀盤、機殼、喂料槽以及傳動裝置等部分組成。沉重的刀盤還起到飛輪的作用，穩(wěn)定切片過程。刀片沿盤面輻射狀安裝，并突出２０mm左右，原木通過溜槽喂入轉(zhuǎn)盤的一側(cè)，刀片與原木軸線成一定角度進行切片，處理量為290m3SUB/h,通常情況下木片長度24mm,刀盤直徑3360mm,刀盤轉(zhuǎn)速249rpm,刀盤上安裝有16只刀片,由４臺馬達帶動，總功率為4×315kw,馬達速度為25rps。
1.2.2、制作細胞或組織切片行業(yè)：
用于光學顯微鏡的有旋轉(zhuǎn)式和滑走式切片機。用于電子顯微鏡的有超薄切片機，使用玻璃刀或鉆石刀制作超薄切片。材料的裝置有機械推進式和熱膨脹式。用于冷凍切片法的有冷凍切片機、低溫恒溫器、冷凍超薄切片機。用于徒手切片的有圓筒切片機。
1.2.3、肉片加工行業(yè)：
羊肉、肥牛切片機：該款切片機的刀片采用了進口合金鋼材料，可適應(yīng)高速度、大批次肉片的加工；肉片厚薄自動可調(diào)，并與進料機構(gòu)精巧配合，使之可根據(jù)所需肉片厚度自動控制推進速度；工作平臺完全由尼龍板制做，可防止肉卷融化，既高檔又保證了衛(wèi)生要求。尤其值得一提的是，從該切片機出來的成品肉片可自然成細卷，而且無需解凍立即包裝，非常方便。
1.2.4、蔬果加工行業(yè)：
多功能切絲切片機，由重力棒、進料筒、轉(zhuǎn)盤、切刀、切絲刀、機架、底座、軸、支撐輪，動力裝置等組成，切刀和切絲刀安裝在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤在動力裝置作用下做旋轉(zhuǎn)運動，轉(zhuǎn)盤上的切刀和切絲刀將原料切割成片或絲，主要用于土豆、蘿卜、芥菜、瓜果、酸菜、白菜，肉類的片、絲加工，具有結(jié)構(gòu)簡單、使用安全、操作方便、加工效率高等優(yōu)點，適合于個人經(jīng)商使用。
1.3切片機使用要求
1.3.1、肉片、蔬果加工行業(yè)
1.切片機只能用于切適于本切片機切片范圍的物體。
2.使用前在斷電情況下清理刀片和工作臺。
3.接通電源、試機，確定能夠設(shè)備正常工作后關(guān)機待用。
4.若冷凍原料切片之前要解凍（去掉原料上的冰層）。
5.使用過程中嚴禁用手和其他工具接觸圓盤和刀片。
6.放好原料調(diào)節(jié)好出片厚度，開機、推動離合器。
7.推送原料時不宜用力過猛。
8.關(guān)機、拔掉電源線，出片尺度掉到零點，徹底清理機器整體，嚴禁用水沖刷機體。
9.每周檢查機油一次，油標低于規(guī)定尺度及時加油。
1.4本設(shè)計研究內(nèi)容
1.4.1、目標
根據(jù)要求，設(shè)計一個能夠?qū)崿F(xiàn)切片厚度均勻且能調(diào)整切片厚度，安全可靠，提高工作效率，適合各種瓜果類蔬菜的自動切片機的合理方案，并運用三維軟件建立該機器的模型，實現(xiàn)運動仿真。
1.4.2、多功能蔬菜切片機的設(shè)計要求
1、 要確保機械的切實可行性；
2、要貼近生活，做到在生活中切切實實用得到，有必要用；
3、要貼近一些時代主題，盡量做到低能高效；
4、能夠提高工作的效率；
5、 要確保機械的安全性，設(shè)計要符合人體工程學；
6、 可以調(diào)節(jié)切片的厚度，從而實現(xiàn)切塊，切丁等目的；
1.4.3 多功能蔬菜切片機應(yīng)滿足的基本要求
多功能蔬菜切片機應(yīng)滿足的要求有以下幾個方面：
1、具有預(yù)定功能的要求 所設(shè)計制造的多功能蔬菜切片機必須實現(xiàn)預(yù)定的解決生產(chǎn)或生活問題的功能，這是機器設(shè)計的最基本出發(fā)點。為使所設(shè)計的機器具有預(yù)定功能，合理選擇機器的工作原理是最重要的。顯然，預(yù)定實現(xiàn)的功能不同，設(shè)計的要求也不同。
2、經(jīng)濟性要求 機器的經(jīng)濟性是一個綜合指標，在切片機的設(shè)計、制造、使用、銷售、維修、管理等各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)?？傊?，經(jīng)濟性要求就是在滿足功能要求的前提下使解救人質(zhì)機的總費用最低。
3、安全性要求 在多功能蔬菜切片機的設(shè)計階段就必須對機器的使用安全予以足夠的重視。簡單地講，安全就是指多功能蔬菜切片機本身的工作安全及使用者的安全，特別是使用者手的安全。因此，要采用各種各樣的防護措施，使運行時刀具不會與人體直接接觸。
4、可靠性要求 簡單地講，可靠性就是多功能蔬菜切片機在使用中性能的穩(wěn)定性，它是多功能蔬菜切片機的一個重要質(zhì)量指標。可靠性水平越高，說明機器在使用過程中發(fā)生故障的概率越小，能正常工作的時間就越長。
5、操作使用方便的要求 多功能蔬菜切片機是一種給生活帶來方便的機械產(chǎn)品。在設(shè)計多功能蔬菜切片機時必須注意操作時要輕便省力；操作機構(gòu)要適應(yīng)人的生理條件；多功能蔬菜切片機的噪聲要??；防止污染等。此外，對有些機器還有一些特殊要求，如建筑機械要便于拆裝和搬運、交通機械要重量輕等。設(shè)計多功能蔬菜切片機時，在滿足基本要求的前提下還要滿足這些特殊要求，以提高機器的使用性能和保證機器的工作質(zhì)量。
第二章 切片機原理方案構(gòu)思和擬定
2.1 方案的構(gòu)思
根據(jù)多功能蔬菜切片機的設(shè)計目標和要求，首先要考慮刀片的運動方式，以及采用何種機構(gòu)帶動刀片運動。采用何種傳動裝置使蔬菜傳遞到刀具下完成切片工作，最主要的是如何通過一個力帶動兩個機構(gòu)同時運動。以及如何控制切片的厚度，如何讓切片順利排出機器，如何限制被切物的大范圍移動所導致的無法正確切片。
綜合考慮，經(jīng)過研究出兩種切片方式為備選切片方式：
方案一：采用周轉(zhuǎn)式切片方式，這種切片方式通過刀具的圓周循環(huán)運動，進行切片，但是這種方式要求提供比較大的力矩給刀片，刀具的接頭部位，要設(shè)計的剛度要求高。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于拆裝和維護。
方案二：采用雙曲柄滑塊機構(gòu)，這種切片方式切削力度比較均勻，是實現(xiàn)刀具的往復運動，但是結(jié)構(gòu)較為復雜，不利于拆裝和維護。
最后通過綜合考慮，選定方式一，設(shè)定結(jié)構(gòu)圖如2-1所示：
圖2-1 周轉(zhuǎn)式切片方案示意圖
2.2 方案的設(shè)計
進料槽方案的設(shè)計，首先根據(jù)蔬菜的形狀大小，設(shè)計進料槽，進料槽必須滿足大多數(shù)蔬菜的進料方式，且不會出現(xiàn)卡死的情況，因此設(shè)計成v型進料槽是比較合理的。
由于蔬菜處于加工位置時，要限制住蔬菜的自由度，因此，專門設(shè)計了一個刀槽，這樣，切菜的時候就不會出現(xiàn)蔬菜翻轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。
切菜方案的設(shè)計，采用240mm的刀長，能滿足大多數(shù)蔬菜的切菜能力，且刀柄部位加強，以防止斷刀，刀柄用螺釘緊固在刀盤上，四個螺釘，限制刀具的位置。
2.2.1進料裝置
本機構(gòu)采用自動可調(diào)節(jié)的自動進料方式，如圖2-2所示，它主要由以下零部件構(gòu)成：
圖2-2 驅(qū)動裝置示意圖
1、凸輪和機械開關(guān)：凸輪是安裝于輸出軸端的，他的作用是相當于計數(shù)的作用，和機械開關(guān)配合，當?shù)毒叩牡段惶幱诜乔邢魑恢脮r凸輪頂起，機械開關(guān)接通，并把電信號送入plc中。
2、Plc：從機械開關(guān)接收信號，經(jīng)過處理，把輸出信號傳入步進電機，控制步進電機的轉(zhuǎn)角；同時對輸出信號計數(shù)，當一個周期完成，輸出回轉(zhuǎn)信號，使齒條回位。
3、步進電機：是進料機構(gòu)的動力源，輸出軸接小齒輪。
4、電機安裝板：用來安裝步進電機。
5、小齒輪和齒條機構(gòu)：把齒輪的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成齒條的直線運動。
6、V型滑塊機構(gòu)：和入料槽配合，把料往前頂。
2.2.2傳動裝置
1．帶傳動
帶傳動是一種應(yīng)用很廣泛的機械傳動。帶傳動由主動輪、從動輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)形傳動帶組成。它是利用傳動帶作為中間的撓性件，依靠傳動帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動的，主動軸的動力通過撓性傳動帶傳遞給從動軸。
其優(yōu)點是：（1）能緩和載荷沖擊；（2）運行平穩(wěn)無噪聲；（3）制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格；（4）過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件的損壞；（5）可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件；
其缺點是：（1）有彈性滑動，使傳動效率降低并且不能保持準確的傳動比；（2）傳遞同樣大的圓周力時，輪廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大；（3）帶的壽命較短。
2．鏈傳動
鏈傳動是由閉合的撓性環(huán)形鏈條和主、從動鏈輪所組成的，鏈輪是有特殊齒形的齒，依靠鏈輪輪齒與鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動是屬于帶有中間撓性件的嚙合傳動。
其優(yōu)點是：與帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，能保持準確的平均傳動比，作用于軸上的徑向壓力較?。辉谕瑯邮褂脳l件下，鏈傳動的結(jié)構(gòu)較為緊湊。鏈傳動能在高溫及油污惡劣環(huán)境中工作。與齒輪傳動相比，鏈傳動較易安裝，成本較低；在遠距離傳動時，其結(jié)構(gòu)要比齒輪傳動輕便得多。
其缺點是：在兩平行軸間只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動；運轉(zhuǎn)時不能保持恒定的瞬時傳動比；不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動中應(yīng)用。
3．齒輪傳動
齒輪傳動是現(xiàn)代機械中廣泛應(yīng)用的一種傳動形式，它主要用來傳遞空間任意兩軸之間的運動和動力，并可改變轉(zhuǎn)動速度和傳動方向。
其優(yōu)點是：齒輪傳動和其他形式的機械傳動相比較，傳遞的功率和圓周速度范圍大，傳動效率高，能保證恒定的傳動比，工作平穩(wěn)、安全可靠且使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊。
其缺點是：制造和安裝精度要求高，因而成本也較高，并且不宜用于軸間距離較大的傳動。
4．蝸桿傳動
蝸桿傳動用來傳遞空間兩交錯軸之間的運動與動力。它由蝸桿與蝸輪組成，一般蝸桿主動，蝸輪從動，作減速運動。在少數(shù)機械中，蝸輪主動蝸桿從動，作減速運動。
其優(yōu)點是：（1）傳動比較大，結(jié)構(gòu)緊湊；（2）傳動平穩(wěn)噪聲低；（3）可具自鎖性
其缺點是：因為蝸桿蝸輪在嚙合處有較大的相對滑動，因而磨損大，發(fā)熱量大，效率低。為減少蝸桿傳動嚙合處的摩擦和磨損，控制發(fā)熱和防止膠合，蝸輪常采用青銅材料制造，因而成本增高。
通過對帶傳動，鏈傳動，齒輪傳動和蝸桿傳動工作方式和優(yōu)缺點的比較以及本課題的設(shè)計要求，選取帶傳動和齒輪傳動。如圖2-3所示。
圖2-3 傳動機構(gòu)示意圖
2.2.3電機的選型
根據(jù)設(shè)計要求，要求刀具每分鐘切片300次，根據(jù)此要求及其傳動比得：
總的傳動比：I=I1*I2=32.14
選定電機型號為Y80M2-4，其額定功率為0.75kw，經(jīng)核算，能夠滿足設(shè)計要求，此電機的額定轉(zhuǎn)速為2880r/min。
核算：電機轉(zhuǎn)速q=2880r/min，
總傳動比I=32.14,
刀具切片q1=1440/32.14*2=45*2=90次/min
大致能夠滿足設(shè)計要求。
2.2.4帶傳動設(shè)計
本機器采用兩級帶傳動設(shè)計，每級帶傳動比一定：
1、第一級帶傳動：
D1=50；
D2=150;
傳動比i1=D2/D1=150/50=3
中心距a1=287
小帶輪包角為：142°大于120°，滿足帶傳動要求。
2、第一級帶傳動：
D1=50；
D2=150;
傳動比i2=D2/D1=150/50=3
中心距a1=221
小帶輪包角為：135°大于120°，滿足帶傳動要求。
帶傳動總傳動比I1=i1*i2=3*3=9
2.2.5齒輪傳動設(shè)計
采用圓柱直齒輪傳動，為了保證齒輪齒面強度，選定齒輪模數(shù)m=4。
小齒輪齒數(shù)：z1=14； 小齒輪分度圓直徑d1=14*4=56。
大齒輪齒數(shù)：z2=50； 大齒輪分度圓直徑d2=50*4=200.
傳動比I2=z2/z1=3.57
2.2.6 機架的設(shè)計
按照自下而上的建模方法，把所有的功能部件設(shè)計布局完成以后，再依據(jù)各部件的安裝位置，設(shè)計出機架，要求能夠平穩(wěn)的支持整個機器運行。如圖2-4所示。
圖2-4機架的設(shè)計
第三章 動力傳動部件的校核
3．1 齒輪的計算和校核
3.1.1 齒輪材料處理工藝及制造工藝的選定
齒輪選用的材料均為40Cr,調(diào)質(zhì)處理，硬度約為HBS 262～293
試驗齒輪齒面疲勞極限如下：
=650
=220
齒輪的加工為插齒，精度為7級。
3.1.2 確定各主要參數(shù)
由于屬于低速傳動，采用齒形角=，直齒輪傳動，精度為6級，為提高承載能力，采用直齒輪傳動。
3.1.3 傳動比
由于對轉(zhuǎn)速沒有太嚴格的要求，只需實現(xiàn)傳動，故取i=1
3.1.4 齒輪模數(shù)m
模數(shù)m由強度計算或結(jié)構(gòu)設(shè)計確定
（3.1）
式中， ——綜合系數(shù)，齒輪為7級精度等級沖擊取=1.6~2.6，8級精度等級中等沖擊取=2.5~3.9，沖擊較大、或不變位時取較大值。
——主動輪的齒形系數(shù)
——主動輪的傳動轉(zhuǎn)矩
（3.2）
——額定功率，
——齒輪轉(zhuǎn)數(shù)（一般為第一級即電機轉(zhuǎn)數(shù)），
——實驗齒輪的彎曲疲勞極限，按MQ級中等質(zhì)量要求選取
——齒寬系數(shù)，齒寬b與小齒輪分度圓直徑的比值。
將數(shù)代入(4.2)得:
則
取圓整 =2.5
3.1.5 齒輪接觸疲勞強度計算
齒輪分度圓直徑，由下邊公式
（3.2）
式中，齒寬系數(shù) 查表，考慮傳遞功率不是很大=0.28
齒輪齒數(shù) 取=28
齒數(shù)比 ==1
齒輪轉(zhuǎn)矩 =1.96
載荷系數(shù)
——使用系數(shù)，查表取=1
——動載系數(shù)，查表取=1.2
——齒間載荷系數(shù)，由表取1.1
——齒間載荷分布系數(shù)，查表取1.1
載荷系數(shù) =11.21.11.1=1.45
材料彈性系數(shù) 查表取=189.8
節(jié)點區(qū)域系數(shù) 查圖取 =2.5
重合度系數(shù) 由推薦值0.850.92 ，則=0.87
將數(shù)帶入（4.2）得：
=
=27.5
齒輪模數(shù) ==27.5/28=1，取=2.5
齒輪輪分度圓直徑 ==2.528=70
標準中心距 ==2.5（28+28）/2=70
齒寬 ==0.2870=19.6 圓整為20
3.1.6 齒輪強度校核
Ⅰ）齒面接觸疲勞強度
計算接觸應(yīng)力
= （3.3）
由公式（4.3）得齒面接觸應(yīng)力的基本值：
=
=2.36×189.8×0.75×1×
=567.85
式中,—端面內(nèi)分度圓上的名義切向力，取 =2000 N
b—工作齒寬， 取b =20
—齒輪分度圓直徑，取 =70
u—齒數(shù)比，u =/ =28/28 =1
—節(jié)點區(qū)域系數(shù)，取 =2.36
=0，查相關(guān)圖，取 =2.21
—彈性系數(shù)，查表取 =189.8
—重合度系數(shù)，查圖取 =0.75
—螺旋角系數(shù)，直齒 =0，取 =1，
由公式（4.3）得接觸應(yīng)力：
=
= 567.85×
= 775.79
式中， — 使用系數(shù)，中等沖擊，查表 取 =1.25
— 動載系數(shù)，6級精度，查表 取 =1.01
— 計算接觸強度的齒向載荷分布系數(shù)，，取 =1.12
— 計算接觸強度的齒間載荷分布系數(shù)，取 =1
— 計算接觸強度的行星輪間載荷不均衡系數(shù),查表取 =1.2
— 計算齒面接觸應(yīng)力的基本值，
許用接觸應(yīng)力
= （3.4）
式中，—試驗齒輪的接觸疲勞極限，取 =1400 ；
—計算接觸強度的最小安全系數(shù)，取 =1.25；
—計算接觸強度的壽命系數(shù)，取 =1.03；
—潤滑油系數(shù)，取 =1.06；
—工作硬化系數(shù)， =1.1；
—速度系數(shù)，取 =0.90；
—粗糙度系數(shù)，取 =0.95；
—尺寸系數(shù)，取 =1；
則 = =1160.5
故 < 接觸強度通過。
Ⅱ）齒根彎曲疲勞強度，
計算齒根應(yīng)力
（3.5）
式中，=
—端面內(nèi)分度圓上的名義切向力，取 =2000 N
b—工作齒寬， 取b =20
—法向模數(shù)，取=2.5
= =40
載荷系數(shù) =11.21.11.1=1.45
式中，
—使用系數(shù)。取=1
—動載系數(shù)。取=1.2
—齒間載荷系數(shù)，取=1.1
—齒間載荷分布系數(shù)，取=1.1
彎曲強度的重合度系數(shù)
式中，
—齒形系數(shù)。取=2.5
—應(yīng)力修正系數(shù)。取=1.605
—重合度系數(shù)。=0.716
—螺旋角系數(shù)。=1.0
則：
計算許用彎曲應(yīng)力
（3.6）
式中，
—彎曲疲勞極限。由于材料為40Cr，故取=350
—最小安全系數(shù)。取=1.4
（3.7）
式中，
—應(yīng)力修正系數(shù)。取=2.0
—壽命系數(shù)，取=1.0
—圓角敏感系數(shù)，取=0.99
—表面狀況系數(shù)。取=1.674-0.529=1.063
—尺寸系數(shù)。由，則=1.0
則：
故嚙合齒輪彎曲疲勞校核合格。
3．2 軸的計算與校核
3.2.1 軸的預(yù)選計算
對于實心主軸：
（3.8）
對于空心軸 （3.9）
β通常取0.5-0.6
對于主軸，為空心軸，取β=0.5主軸材料為40cr [τ]取值40-52 取[τ]為45
D>=20.64mm初選內(nèi)徑為d=10mm 因為β=0.5 所以D=30mm。
3.2.2 軸的校核計算
軸的校核計算首先做出軸的計算簡圖，彎矩圖，扭矩圖，然后進行軸的強度校核即可。由于本空心軸是水平放置，靠它傳遞扭矩，少量的彎矩可忽略不計，故只需對其扭矩進行校核便可?？招妮S所受扭矩圖如圖3.1所示。
圖3.1 空心軸扭矩圖
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力計算公式：
（3.10）
式中， --截面的剪切應(yīng)力
T—截面處得扭矩
--危險截面的抗扭截面系數(shù)
對于空心軸：
查表得到45號鋼
=0.3675<
因此這根空心軸符合強度要求
3．3 普通平鍵的計算與校核
3.3.1 鍵的選取
本課題設(shè)計中共有三處先用普通平鍵連接，分別為齒輪傳動處主動輪上和從動輪上的鍵，另外還有轉(zhuǎn)盤上的一組。所以總共有三個普通平鍵需要校核，三個平鍵的分別是=6X16，=5X14，=5X65，綜合考慮鍵的長寬高及各方面因素，第一個鍵的校核更具代表性，故下面只做鍵=6X16的校核。
3.3.2 鍵聯(lián)接的強度校核
鍵的強度校核公式如下：
（3.11）
（3.12）
式中，T—傳遞的轉(zhuǎn)矩 。
d— 軸的直徑
l— 鍵的工作長度
k— 鍵與輪彀的接觸高度 k =h-t h 為鍵的高度，t為軸槽的深度。
b— 鍵的寬度
—鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力 查表可得輕微沖擊載荷時，取=150
— 鍵的許用靜壓力 查表可知：=100
= =0.0017
=0.00085
所以
由以上的計算可知，該平鍵的強度極限滿足要求。
同樣方法計算可得出結(jié)論，另外兩組鍵也滿足強度極限要求。
3．4 軸承的計算與校核
本設(shè)計中用到的軸承有圓錐滾子軸承和單向推力球軸承，其校核主要是對其壽命校核。
3.4.1 圓錐滾子軸承壽命校核
該圓錐滾子軸承其主要參數(shù)為:
d =28 D =45
B =12 Cr =16.8
（3.13）
式中， —以小時數(shù)（h）表示軸承的基本額定壽命（可靠度為90%）
—軸承工作轉(zhuǎn)速，
C—基本額定動載荷，N
P—當量動載荷，N
—壽命指數(shù)，對滾子軸承 =
由于該軸承徑向受力可忽略不計，只受軸向載荷，所以
P = （3.14）
查表得x=0.4,y=1.40,fp=1.5
P ==210N
=1460 r/min
=16.8
由公式（3.13）可得：
=
=25.2× h
> =55000 h
3.4.2 轉(zhuǎn)盤處單向推力球軸承的壽命的校核
此單向軸承推力球軸承其主要參數(shù)為:
d =12 D =26
B =9 Cr =10.2
同理由于該軸承只是承受軸向力，所以
P = =150 N
=360 r/min
由公式（4.13）可得：
=
=59.4× h
> =55000 h
由以上的計算可知，各軸承的壽命符合要求。
其他幾對軸承承受的力相對較小，肯定滿足壽命的要求，校核省略。
第4章 基于UG的實體設(shè)計概述
4.1 UG實體設(shè)計概述
UG實體設(shè)計是由北京北航海爾軟件有限公司通過國際合作研發(fā)的具有國際先進水平的三維設(shè)計軟件，它使實體設(shè)計跨越了傳統(tǒng)參數(shù)化造型在復雜性方面受到的限制，不論是經(jīng)驗豐富的專業(yè)人員，還是剛接觸CAXA實體設(shè)計的初學者，CAXA實體設(shè)計都能提供便利的操作。其采用鼠標拖放式全真三維操作環(huán)境，具有無可比擬的運行速度、靈活性和強大功能，使設(shè)計更快，并獲得更高的交互性能，真正使得實體設(shè)計做到了簡單易用。
采用UG實體設(shè)計軟件進行設(shè)計具有以下優(yōu)點：
第一，UG實體設(shè)計采用工程應(yīng)用的特征（如孔、槽、螺紋、圓角、倒角等）作為構(gòu)造零件的基本單元，改變了傳統(tǒng)二維CAD以幾何設(shè)計為主的方式，使設(shè)計過程更加直觀，設(shè)計人員可以將更多的精力用在創(chuàng)造性的產(chǎn)品構(gòu)思上，提高了設(shè)計效率。
第二，三維裝配設(shè)計使設(shè)計人員可以準確進行結(jié)構(gòu)和曲面復雜的部件設(shè)計。通過施加約束與配合關(guān)系，采用拖放方式操作，使得零件裝配就像搭積木一樣方便，對裝配、子裝配的零件、裝配特征、約束及輔助視圖以記錄樹形式進行管理，可以完成裝配件爆炸、剖切、干涉檢查、運動仿真、最小間隙計算、零件列表等活動，避免了需要試制樣機再驗證更改完善設(shè)計的周期過長、勞動強度高等弊端。
第三， UG實體設(shè)計能自動處理從相片真實感到線框的渲染風格。設(shè)計環(huán)境下集成的真實紋理、貼圖和表面凸痕效果可用于體現(xiàn)諸如螺紋和隔柵等設(shè)計細節(jié)?？缮删哂邢嗥鎸嵏械膱D象和生成任意數(shù)量的平行光、點光源或聚光光源；其特殊效果包括霧化效果和膠體效果。同時智能動畫提供了復雜的關(guān)鍵幀動畫功能，包括三維動畫軌跡編輯和渲染效果圖以 GIF 和 AVI 文件的形式輸出，非常適合做設(shè)計作品的模擬演示及與他人的直接溝通。
正是UG實體設(shè)計的以上眾多優(yōu)點，本次畢業(yè)設(shè)計選擇了它。
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致謝
本設(shè)計和課題的研究工作實在尊敬的指導老師趙又紅副教授的親切關(guān)懷下完成的。趙老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、高度的責任心以及嚴于律己、待人誠懇的思想品德深深影響著我，這不僅是我順利完成了此項設(shè)計，而且也將成為使我受益終生的寶貴財富。幾個月的時間里，從課題的選定、資料的收集、方案的擬定、課題的具體設(shè)計到設(shè)計說明書的審定改進，李老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血。通過這次的畢業(yè)設(shè)計，學生不僅開拓了思路、擴大了視野、豐富了知識面，還初步掌握了處理具體實踐問題的科學方法，為學生今后發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。
在設(shè)計的完成過程中，還得到了劉濤、羅建等同學不懈的支持與幫助，在此對他們表示衷心的感謝。
感謝這將近四年來在我身邊曾經(jīng)幫助和關(guān)心過我的人們。
同時也感謝在學習和生活中給予我無私關(guān)懷的各位老師。
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附錄I 外文原文
附錄II 外文翻譯
非圓齒輪與機械壓力機運動學優(yōu)化
1997年1月8日研制
摘 要：使用金屬成形方法來加工生產(chǎn)零件的質(zhì)量很大取決于壓力桿。在機械壓力傳動時，有一種依賴于驅(qū)動旋轉(zhuǎn)角度速度比的非圓齒輪，提供了一種獲得這么動作時間的新途徑，我們致力于為不同的優(yōu)化金屬成型運作的制造。本文闡述了由漢諾威的大學研究所建成的金屬成形和金屬成形加工機床的使用原型原則，它就是目前運動學以及在原型產(chǎn)生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和鍛造的一個例子，幾乎所有的金屬成形操作可有利用于機械傳動機構(gòu)的非圓齒輪。
關(guān)鍵詞：壓力，齒輪，運動學。
1. 簡介
提高質(zhì)量的要求在生產(chǎn)工程制造，所有的金屬成形以及在鍛造，有必要去攜手制定生產(chǎn)經(jīng)濟。日益增長的市場定位要求技術(shù)和經(jīng)濟條件都得到滿足。提高質(zhì)量、生產(chǎn)力、生產(chǎn)手段的創(chuàng)新解決方案,是一種用來維持和擴大的市場地位的關(guān)鍵所在。
所生產(chǎn)的金屬部件,我們需要分清期間所需的形成過程和處理零件所需的時間。隨著我們必須添加一些必要的額外工作，例如冷卻或潤滑的模具一次成型過程。根據(jù)質(zhì)量和產(chǎn)量兩個方面，產(chǎn)生了兩個最優(yōu)化方法。為了滿足這兩個方面，我們的任務(wù)是設(shè)計運動學形成過程中考慮到該進程的要求，也考慮到的是改變部分以及與一個優(yōu)先線輔助運作所需的時間短周期的時間。
2. 壓力機的要求
一個生產(chǎn)周期,這相當于一個沖程來回壓的過程,大致經(jīng)歷了三個階段:加載、成型和移除零件。相反,在加載和移除零件階段，我們經(jīng)常發(fā)現(xiàn)送料的薄板,尤其是在純粹的切割時候。為此，壓力泵必須要一個確定時間的最小高度。成型周期中桿應(yīng)該有一個特別速度曲線,它將會降到最低。這個轉(zhuǎn)變期之間應(yīng)盡快來確保短周期時間。
短周期的要求是事件的原因,以確保通過高產(chǎn)量低成本的部分?；谶@個原因，關(guān)于對大型汽車車身沖壓片機和自動1200/min、拉深24/min的沖程數(shù)是標準的做法。增加沖程數(shù)是為了減少設(shè)計的周期變化導致增加的壓實機械應(yīng)變率, 然而，這對成形過程有很明顯影響,使它必須考慮參數(shù)確定過程和被它所影響。
在拉深成形過程中,當敲打板塊時的撞擊速度應(yīng)盡量避免產(chǎn)生了深遠影響。一方面,速度成形時必須充分潤滑。另一方面,我們必須要考慮提高產(chǎn)量的相應(yīng)的壓力來增加造成更大的應(yīng)變速率力,這可能導致沖床半徑一側(cè)的一部分過渡疲勞而導致斷裂。在鍛造時，停留時間短的壓力是可取的。隨著停留時間的壓力下降了模具的表面溫度將降低，其結(jié)果是熱磨損。這是提高抵消了由于機械磨損形成更大的力量，但由于增加的應(yīng)變率是較低的，因為較低的部分冷卻屈服應(yīng)力補償。目前，最佳短住壓力可以用有限元分析 法萊分析。此外,避免由于成本降低磨損、短壓住時間也是一個重要的技術(shù)要求的精密鍛造，近凈形部分有一個光明的未來。
高質(zhì)量的要求和高產(chǎn)量將只能通過一個機技術(shù),考慮到金屬成形過程的考察要求等同于減少工作的目標成本。以前按設(shè)計已經(jīng)不能同時滿足這些技術(shù)要求和經(jīng)濟的充分程度，或他們是非常昂貴的設(shè)計和制造，例如鏈接驅(qū)動壓力機。這就需要尋找對泵創(chuàng)新設(shè)計的解決方案，它的設(shè)計應(yīng)主要標準化，模塊化，以降低成本。
3．非圓齒輪的壓力傳動
3.1 原則
使用非圓齒輪傳動機械曲柄壓力機，它提供了一種新方式的技術(shù)和經(jīng)濟需求的壓力桿運動。一對非圓齒輪有不變的中心距, 因此采用了電動馬達，或由飛輪、曲柄和驅(qū)動機制本身。制服驅(qū)動器的速度傳送是通過一對非圓齒輪傳遞給非均勻的偏心軸。如果非圓齒輪的適當設(shè)計，從動齒輪的非均勻驅(qū)動器會導致泵所需的行程時間行為。調(diào)查中心的金屬成形和金屬成型機床(IFUM)漢諾威的大學已經(jīng)表明,在這個簡單的方式所有相關(guān)的壓力桿的連續(xù)運動，可以達到各種成形過程。
此外從運動學和縮短生產(chǎn)周期，驅(qū)動概念導致新的驅(qū)動器的優(yōu)點被以下的良好性能所區(qū)分。因為它是一個機械壓力機，它具有高可靠性、低維護性和可預(yù)期性。對連桿壓力機的數(shù)量和軸承零件顯然是減少。首先，一個基本泵類型可以通過安裝不同的齒輪而進一步改變設(shè)計，它根據(jù)客戶的要求而設(shè)計。不同環(huán)節(jié)的驅(qū)動器，軸承的安裝位置不會隨著單一載荷方向的不同運動而改變。因此，上述要求的模塊化和標準化是考慮到時間和成本，它降低了設(shè)計和沖壓生產(chǎn)成本。
3.2 原型
在金屬成型和金屬成型工具機（IFUM）1架的c型泵，它已經(jīng)進行了修整和安裝了非圓齒輪副。為達到這種目的，先前的背輪背一個行星齒輪組做取代。這項工作表明了存在的新型傳動印刷機是可能的，在最后對標準壓力泵的改造在Fig. 2中進行說明。
圖表1 壓力機設(shè)計是為了所受1000KN的柱塞力和200KN的沖壓模具緩沖力。 這一對非圓齒輪傳動比平均為1，每個齒輪輪齒有59，直齒，模數(shù)10mm（圖2）齒面寬是150mm，這些齒輪有漸開線輪齒。我假設(shè)了非圓曲線設(shè)計是以側(cè)面幾何設(shè)計為基礎(chǔ)。因此，一個非圓齒輪的齒形沿齒輪圓周而改變。盡管如此,它可以來自知名的梯形齒條. 然而[4.5],提出了一種計算方法，它精確地把齒頂高和齒根高考慮在內(nèi)，進行相應(yīng)的調(diào)整。
壓力機是為了在單一沖程模式下對零件進行深拉而設(shè)計的。最高滑塊行程為180mm，行程數(shù)32/min。在140毫米的沖壓速度幾乎保持71mm/s不變，它是靜點中心線到靜點中心線之前的速度。見圖3。這種速度就相當于液壓機工作的速度。這個速度影響到曲柄機構(gòu)，使其與擊打具有相同的數(shù)目相比較，速度都是220m/。為了跟一個曲柄壓力機具有相同的平均速度擊打的數(shù)目不得不將減少一半。短周期內(nèi)的機械改造將導致最后的向上運動。由于壓力機是運行在單一的操作模式,在設(shè)計時對其做相關(guān)的處理沒有提出特別的要求。
驅(qū)動機制的原型與非圓齒輪有另外一個有利的影響及其驅(qū)動力矩（圖4）。對于一個曲柄壓力機的公稱力通?？梢越档挽o點之前把曲柄軸按正常方式旋轉(zhuǎn)。這對應(yīng)于公稱力作用下相對于擊打力的75%。若要達到1000kN標準力，該驅(qū)動器已提供45 kNm 的曲柄軸扭矩。該原型只要求對非圓齒輪傳動增加額外的30kNm力矩。他們被傳送一個循環(huán)，非均勻的曲柄轉(zhuǎn)矩，將導致一個標準力在靜點范圍內(nèi)變化。這相當于27.5%的行程。如果非圓齒輪副是在壓力機的工作范圍，我們總能找到類似的條件。這幾乎總是與板料成形及沖壓件有關(guān)。這樣可以設(shè)計一些較弱的機器零件弱，而且節(jié)約成本。
4. 進一步的設(shè)計實例
利用二沖程時間行為的設(shè)計實例說明了以下幾點。假設(shè)一系列的零件時通過壓力機來加工的。為了達到這一目的，壓力桿所需的速度和擊打成形速度要求假設(shè)成立必須量化。再者，處理零件所需的時間必須確定，而且必須假設(shè)在處理時壓力桿的最小高度。由此，我們設(shè)計動作的順序，我們用數(shù)學含義來描述它。在IFUM中，由該研究所開發(fā)使用軟件程序。從這個數(shù)學描述的沖程運動,我們可以計算出所需要的非圓齒輪速度比，從這我們可以得到齒輪的圓周曲線[1.2.7]。
在第一個例子，在深拉伸沖壓速度應(yīng)該是在靜止點前，金屬板材成形保持在至少超過100mm，它的速度應(yīng)該是約400m/s。讓行程數(shù)定為30/min。第450mm以上擊打的地方，讓處理零件時間和曲柄壓力機在25min/n的擊打時間相同。圖5表明了沖程運動情況，這是由一對齒輪的描繪所獲得。該齒輪是通過他們的圓周率所描繪。在25/min傳統(tǒng)的余弦曲線作為比較。除了生產(chǎn)周期時間減少了20％，應(yīng)把桿速度的影響也大大減少。下靜點前110mm，當使用曲柄機構(gòu)時，沖擊速度為700mm/s，而當使用非圓齒輪時僅僅只有410mm/s。
第二個例子顯示了驅(qū)動裝置是用于鍛造。在圖6中，常規(guī)鍛造曲軸的行程時間是相對于在圖片中說明非圓齒輪壓力運動學。曲柄壓力機的周期時間是0.7s、行程數(shù)是85/min和標準力是20mn。它的保壓時間為86ms與50mm的成形部份時間。非圓齒輪壓力機描繪的保壓描繪時間67%減少至28ms。因此，它達到了和錘子一樣的幅度。通過增加1.5倍的沖程數(shù)，周期時間縮短至46mm。盡管如此,處理時間依舊與常規(guī)非圓齒輪曲柄壓力機的運動學相同。在這種情況下為了實現(xiàn)這些運動,傳統(tǒng)的圓弧齒輪可以作為驅(qū)動裝置，安排偏心。這為齒輪制造降低了成本。
這些例子表明，不同的運動可以通過使用非圓齒輪驅(qū)動裝置實現(xiàn)。在同一時間內(nèi)，這個驅(qū)動器的實用潛力用實現(xiàn)理想的運動學變得清晰，而且生產(chǎn)周期時間減少。例如，通過不同的例子，如果運動的順序?qū)σ幌盗袎毫C生產(chǎn)零件有利，可能增加拉深成形后的速度。
5．總結(jié)
高生產(chǎn)率，降低成本和保證產(chǎn)品質(zhì)量的高要求，這時所有制造公司所期望的，特別適用于公司的金屬加工領(lǐng)域。這種情況導致我們重新考慮壓力傳動機的使用。
對曲柄與非圓齒輪傳動壓力機的描述，使我們能夠優(yōu)化簡單的機械壓力機運動學。這意味著周期時間縮短,以達到高生產(chǎn)率和運動學的成形工藝的要求。這個設(shè)計工作需要很低。相對于多連桿壓力機驅(qū)動器，可以實現(xiàn)其他運動學在其他齒輪軸承位置不改變
時的壓力機構(gòu)建使用。這使壓力機模塊化和標準化。
6．致謝
作者想表達他們的謝意，感謝德國機床制造商協(xié)會(VDW),位于德國法蘭克福，其經(jīng)濟援助以及一些成員，感謝他們的支持。
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