多功能切菜機設(shè)計

1 第 1 章 緒 論 題背景 20 世紀(jì)以來，我國食品工業(yè)較改革開放初期有了很大的發(fā)展，人民生活有了很大的改善，日益對食品加工和食品包裝提出了更高的要求。發(fā)展食品工業(yè)的基礎(chǔ)便是食品機械。不斷地研制各種類型的食品機械來促進(jìn)食品工業(yè)的發(fā)展，以滿足不斷提高的人民物質(zhì)和文化生活的需要，使人們從繁重的家務(wù)勞動中解放出來，而以更充裕的時間投入到工作中去。因此研制先進(jìn)的食品機械，使食品加工迅速地實現(xiàn)機械化和自動化是社會發(fā)展必然趨勢。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展 ,人們物質(zhì)生活水平的不斷提高 ,人們的飲食習(xí)慣逐步向方便 ,快捷 ,營養(yǎng) 化發(fā)展，在蔬菜的加工方面出現(xiàn)了凈菜半成品菜，受到廣大人民群眾的歡迎。隨之而來，半成品菜的加工成為難題。雖然中國勞動力低廉，但手工切出的制品不衛(wèi)生，規(guī)格尺寸不均，破損量大，成本相對較高。 食品加工機械的動力部分是電動機。它們可以代替人們的手工勞動或作為其補充。它們均服務(wù)于各種菜肴食料的準(zhǔn)備與制作，或者服務(wù)于與此相同的其他輔助性工作。食品加工機械有一個動力部分，一個與其固定在一起或者根據(jù)操作的需要可以拆卸的工作部分與若有此必要的附配件所組成。 食品加工機械的種類有很多 ,可分為 :攪拌及揉合設(shè)備 ,攪合機具 ,切削器具 ,切片器具 ,榨汁機 ,咖啡機 ,攪肉機 ,制糜機 ,開罐頭機等等。 多功能、高生產(chǎn)率的食品切菜機，它代表了食品機械發(fā)展進(jìn)入一個新的歷史時期。因為它可以廣泛地應(yīng)用到食品加工廠、菜市場、果品廠、醬菜廠、廠礦、機關(guān)、學(xué)校、旅店食堂等等。 目前，國內(nèi)生產(chǎn)切菜機的廠家不多，現(xiàn)在我國的食品機械行業(yè)的主要機器型號有多功能切菜機 ,多功能切菜機 （ 整機（無級 ）： 1200× 700× 300形尺寸：送料槽：長 × 寬 =1000× 140 推桿式切菜機能型蔬菜切割機； 型多功能切菜機 功能切菜機 ,機器尺寸 ： 1160（ L）× 530（ W）× 1000（ H） (器重量 ： 135割尺寸 1菜部 )產(chǎn)量 ： 300R 電源 ： 220V 單相馬力： 3/4帶寬： 1202 功能切菜機 ； 料斗式多功能切菜機 ； 作為 主力產(chǎn)品 ,其最新推出的多功能切菜機 ,多功能切菜機 規(guī)格 470×410× 620合 Q/術(shù)條件要求 ； 切菜機， 技 術(shù)參數(shù) ：電壓 /頻率： 2300率： 35W 重量： 2長 :寸： 120×342× 210(大箱尺寸 :445× 420× 490(，模擬手工切菜機為多。 這些廠家生產(chǎn)的切菜機的主要不足是功能少和生產(chǎn)率低，因此設(shè)計多功能的高效率的多用切菜機是十分必要的。本文介紹了一種可以切蔬菜，肉類等多種食品的多功能切菜機，而且生產(chǎn)率很高，尤其適合大型的飲食行業(yè)的使用。 的和意義 中國多用切菜機產(chǎn)業(yè)發(fā)展出現(xiàn)的問題中，許多情況不容樂觀，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)業(yè)集中于勞動力密 集型產(chǎn)品；技術(shù)密集型產(chǎn)品明顯落后于發(fā)達(dá)工業(yè)國家；生產(chǎn)要素決定性作用正在削弱；產(chǎn)業(yè)能源消耗大、產(chǎn)出率低、環(huán)境污染嚴(yán)重、對自然資源破壞力大；企業(yè)總體規(guī)模偏小、技術(shù)創(chuàng)新能力薄弱、管理水平落后等。 就目前形式來看，我國的食品機械發(fā)展前景十分廣闊，究其主要原因是我國人民消費的食品大多是來自農(nóng)業(yè)的未加工食品，每年因缺乏必要的食品加工機械使食品資源不能直接加工、貯藏、保鮮而造成的損失高達(dá)幾十億元，未能深加工綜合利用而造成的資源浪費損失更高，因此我國食品機械具有廣闊的市場前景。 我國食品機械制造業(yè)的產(chǎn)品，能跟上國際先進(jìn)水 平的不少，但真正具有自主知識產(chǎn)權(quán)、具有技術(shù)創(chuàng)新的產(chǎn)品卻是甚少。這里所說的“跟 "字，是“跟進(jìn) "甚至是仿制，而創(chuàng)新極少。所以，我國食品機械制造企業(yè)要從創(chuàng)新的角度，從自主知識產(chǎn)權(quán)的高度來開發(fā)新產(chǎn)品，開發(fā)出具有國際一流水平的先進(jìn)設(shè)備，這樣，才能真正實現(xiàn)國產(chǎn)食品機械制造業(yè)的提檔升級。 文主要內(nèi)容 本設(shè)計主要是將日本生產(chǎn)的 切菜機進(jìn)行消化、吸收，并使之國產(chǎn)化；然后，本文對多功能切菜機的主要機械部分的設(shè)計計算進(jìn)行說明，例如無級變速器傳動、斜齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動，軸的設(shè)計計算及軸承選用和計算及壽命校核 等。另外，本文還提供一些重要零件的結(jié)構(gòu)圖和一些原理圖，使讀者更易理解本設(shè)計的工作原理。 3 期結(jié)果 通過設(shè)計出一定刀刃曲線在物料直線進(jìn)給的條件下，刀具不僅對物料有切的作用而且還同時具有割的作用，因此，是具有模擬人手切片的作用。此外，尚設(shè)計出不同機構(gòu)圓盤刀具，可以一次切出所需的不同形狀的物料（條、絲、丁等）。并可以通過單刀雙刀的轉(zhuǎn)換改變加工尺寸范圍，通過改變不同形狀的刀具，可以切削軟硬程度不同的物料。使用方便、快捷。 4 第 2 章 方案設(shè)計論證 菜 機的原理和應(yīng)用分析 片運動形式的選擇 食品機械的特點之一就是工作的執(zhí)行機構(gòu)模擬人手的動作實現(xiàn)其功能，以保證制出的食品具有良好的形狀，保持原來的食品味道和顏色及質(zhì)量。性能良好的多功能切菜機的切片運動形式當(dāng)然也應(yīng)該是模擬人手動作的。 目前，國內(nèi)外的切菜機的切片運動形式主要有兩種： （ ）刀具回轉(zhuǎn)和物料直線進(jìn)給式； （ ）刀具作直線往復(fù)運動和物料作直線進(jìn)給式。 對于刀具回轉(zhuǎn)的刀片：通過設(shè)計出一定刀刃曲線在物料直線進(jìn)給的條件下，刀具不僅對物料具有切的作用而且同時還具有割 的作用，因此，是具有模擬人手工切片的動作。從而使刀具對物料的擠壓力小，對物料損傷小，可以保持其水分，且切片形狀規(guī)則，因而切片質(zhì)量好。此外，尚可以設(shè)計不同機構(gòu)的圓盤刀具，可以一次切出所需的不同形狀的物料（條、絲、塊、丁等）。 對于刀具作直線往復(fù)運動，其刀片刃口為一直線，刀具簡單。但刀具對物料擠壓力大，對物料損傷大，水分損失多，切片質(zhì)量差。 實現(xiàn)刀具回轉(zhuǎn)運動的機構(gòu)比較簡單，傳動平穩(wěn)，傳動元件不易磨損，機器壽命長。 實現(xiàn)刀具直線往復(fù)運動必須采用曲柄連桿滑塊機構(gòu)或凸輪。相對而言機構(gòu)較復(fù)雜 、有沖擊、振動大、傳動元件易磨損，機器壽命低。 刀具回轉(zhuǎn)和物料直線進(jìn)給式，由于無沖擊、振動小，可以高速切片，因而生產(chǎn)率高。 刀具直線往復(fù)運動和物料直線進(jìn)給式，由于運動中有沖擊、振動大，切片速度提高受到限制，所以生產(chǎn)率低。 5 由于上面分析比較可以得出如下結(jié)論：刀具作回轉(zhuǎn)運動切片時，切片質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，切形多樣化（可通過不同種類的圓盤刀具來實現(xiàn)）代表了切菜機的發(fā)展方向，所以本設(shè)計仍然采用刀具回轉(zhuǎn)的切片運動形式。 菜機技術(shù)條件 多功能切菜機屬于食品機械，其設(shè)計應(yīng)符合中華人民共和國商 業(yè)部部標(biāo)準(zhǔn) 切菜機技術(shù)條件。其中 造技術(shù)要求 ( )切菜機應(yīng)把傳動部件與切制菜料的工作部分嚴(yán)格隔開。 ( )應(yīng)有安全裝置和措施。 ( )手動進(jìn)料應(yīng)有限位措施，并與機動進(jìn)料間應(yīng)有互鎖裝置。 ( )旋轉(zhuǎn)刀具及旋轉(zhuǎn)撥盤與設(shè)有鉸鏈構(gòu)件的防護(hù)罩間必須有互鎖裝置。 ( )成型菜料應(yīng)形狀規(guī)整，均勻，穩(wěn)定。 ( )切制成型菜料應(yīng)表面平整，棱角清晰，被切割表面不得有明顯的撕裂纖維痕跡。 ( )在進(jìn)料，切割，出料的過程中，菜料應(yīng)順利通暢，不得有諸塞 現(xiàn)象。 ( )整機應(yīng)運動平穩(wěn)，不允許有異常音響，發(fā)熱，沖擊，卡死，漏油等現(xiàn)象。 功能切菜機方案確定 動方案設(shè)計 經(jīng)過分析研究，把分離傳動機構(gòu)改進(jìn)為整體傳動的機構(gòu)形式（把變速變換齒輪也布置在傳動箱內(nèi)），使其機器的寬度方向尺寸減少到 700刀具中心基本上位于寬度尺寸的中心，增加了機器的美觀。 傳動方案選擇 本機擬采用同步帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動等傳動方式。其特點如下： 傳動的主要特點：傳動帶具有彈性和撓性，可吸收振動和緩和 沖擊，使傳動平穩(wěn)、噪音?。划?dāng)過載時，傳動帶與帶輪間可發(fā)生相對滑動而不損傷其它零件，起保護(hù)作用；適合于主、從動軸間中心距較大的傳動；結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)都較方便；由于有彈性滑動存在，故不能保證準(zhǔn)確的 6 傳動比；結(jié)構(gòu)尺寸較大，效率較低，壽命較短；由于需要施加張緊力，所以會產(chǎn)生較大的壓軸力，使軸和軸承受力較大。同步帶傳動是通過帶齒與輪齒的嚙合傳遞運動和動力。與摩擦型帶輪相比，同步帶傳動兼有帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的一些特點。具有傳動比準(zhǔn)確、效率高、傳動平穩(wěn)、噪音低、使用壽命長、中心距允許范圍大、軸上壓力小、能承 受一定沖擊、不需潤滑、較其它帶傳動結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點。應(yīng)用較廣的同步帶齒形有梯形齒和圓弧齒兩大類。 時傳動比恒定、傳動效率可高達(dá) 98 99、工作可靠、使用壽命長、結(jié)構(gòu)緊湊、適用范圍大，可從小于 1不宜用于軸間距過大的傳動。 動鏈輪和繞在鏈輪上的鏈所組成，用鏈作中間撓性件，通過鏈和鏈輪的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動應(yīng)用廣泛，按用途分可分為傳動鏈、輸送鏈和曳引鏈三種。鏈傳動是嚙合傳動，鏈輪輪齒有特定的齒形（是非共軛齒 廓），可以保證鏈節(jié)和鏈輪正常的嚙合，即可保證平均傳動比為定值，又可象帶傳動那樣有中間元件（鏈）實現(xiàn)中心距較大的傳動，壓軸力還不大；而且它工作時為多齒同時嚙合，載荷漸依次分布于這些齒上，所以可傳遞較大的功率，最大可達(dá)數(shù)千 傳動效率較高，一般可達(dá) 96 97，經(jīng)濟可靠。它的主要缺點是瞬時鏈速度和瞬時傳動比不是常數(shù)，傳動中有一定的動載荷和沖擊，噪聲較大，不能用于高速。因此，鏈傳動常用于兩軸中心距較大、要求平均傳動比不變但對瞬時傳動比要求不嚴(yán)格的兩軸或多軸傳動，它還能在低速、重載、工作環(huán)境惡劣和較高溫度的情 況下較好地工作，目前常用于在 100速在 12 15m/s 以內(nèi)、傳動比在 8 以內(nèi)的農(nóng)業(yè)機械、輕化工機械、起重運輸機械、各種車輛各采礦機械的傳動中。 構(gòu)緊湊。傳動比范圍在 8 80 之間。傳動平穩(wěn)，無噪音。可以實現(xiàn)自鎖，但傳動效率較低，蝸輪制造成本較高。 綜上所述，本設(shè)計刀具的傳動要求平穩(wěn)，采用斜齒輪傳動。輸送帶的傳動因速度較低，經(jīng)同步帶無級變速后，由蝸輪蝸桿，齒輪傳動，鏈輪傳動達(dá)到要求的速度。 本設(shè)計的多功能切菜機的傳動原理圖如圖 見下頁） 7 電機電機圖 動原理圖 體布局 本機主要分為：電機箱部件，傳動箱部件，料槽部件，輸送帶部件，出料口部件，刀盤部件。 現(xiàn)將本切菜機的主要部件說明如下： 傳動箱部件主要起傳動動力和減速作用。它分為二條傳動路線。 其一是從電機通過無級變速機構(gòu)經(jīng)過斜齒輪副把回轉(zhuǎn)運動傳給刀具。 其二是從電機通過無級變速機構(gòu)、蝸輪副、交換齒輪副、把運動傳給輸送帶部件，使其作直線進(jìn)給運動。 （ ）無級變速器 8 采用無級變速器可大大地簡化機器的機 構(gòu)。由于需要同時改變刀具和傳送帶的速度。所以必須采用雙無級變速機構(gòu)。本機采用了帶式無級變速器，是因為其機構(gòu)簡單，工作平穩(wěn)，能吸受振動，具有過載保護(hù)作用，制造容易和不需要專門的潤滑系統(tǒng)，特別適合小功率的傳動系統(tǒng)中。 單帶雙輪機構(gòu)在工作時，雙輪和電機皮帶輪三個輪不在一個平面內(nèi)，因而皮帶工作表面磨損不均，皮帶彎曲頻率大，壽命低。但最大優(yōu)點是機構(gòu)簡單，制造容易，調(diào)整方便。 綜合考慮，本機功率小，故采用單帶雙輪無級變速機構(gòu)。 （ ）箱體機構(gòu) 箱體機構(gòu)形式的選擇與機器的傳動原理設(shè)計有關(guān)。經(jīng)分析采用分離傳動的分箱結(jié)構(gòu)，即刀具主軸傳動系統(tǒng)和輸送帶傳動系統(tǒng)分別安置在二個傳動箱體中，和分析整體箱體結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點，確定選擇整體箱體結(jié)構(gòu)。 采用整體箱體結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)點： 箱體的空間大，貯存的潤滑油多，有利于散熱，機器工作溫升小，提高蝸輪副和齒輪副的壽命。 機器制造裝配方便，傳動箱可作為一個獨立的部件。 刀具主軸與物料輸送方向（輸送帶）有一定的垂直度要求，可直接由箱體的孔系加工來保證。 結(jié)構(gòu)合理，機器的寬度方向尺寸減小，變速交換輪由開式傳動改為閉式傳動，左右兩邊基本上對稱于刀具的中心，外觀也比較美觀 。 箱體毛坯的數(shù)量減小到一個，外形較規(guī)則，結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，易于鑄造。 具有一般的工藝裝備水平的工廠即可滿足加工要求，采用通用機床、設(shè)備即可完成加工。 整體箱體結(jié)構(gòu)比分離傳動的箱體顯然要復(fù)雜多了，但加工量并沒有增加，特別是孔系加工的方法和工作量沒有什么差別。因而全面分析的結(jié)果，本多功能切菜機采用整體傳動箱體的結(jié)構(gòu)。 (3)傳動元件的潤滑方式 對于蝸輪副和齒輪副均采用結(jié)構(gòu)簡單的油池潤滑。 對于主傳動箱體內(nèi)的油浸不到的滾動軸承均采用向心球軸承和角接觸球軸承，軸承可采用潤滑脂潤 滑。 9 對于輸送帶上傳動機構(gòu)的滑動軸承，可以采用定期注潤滑油的方式進(jìn)行，潤滑油應(yīng)采用無色、無味、無毒的食品油或醫(yī)用凡士林。本切菜機考慮到傳送動力小，轉(zhuǎn)速又低，均采用尼龍軸承代替需潤滑的金屬軸承，即方便了用戶 ,又保證了機器和食品的衛(wèi)生。 輸送帶的材料，本機采用尼龍線骨掛上一層無毒橡膠作為材料。 功能切菜機技術(shù)要求 本設(shè)計的各種技術(shù)參數(shù)如下： 于 1 于 1300× 700× 1100 1 30h（片）。 、莖、葉類蔬菜、水果、腌制食品、熟制食品、魚類、海帶類、中草藥等。 、條、絲、塊、段、丁等。 章小結(jié) 本章主要敘述了切片運動形式的選擇，如：切片功能比較 ， 生產(chǎn)率比較 ， 實現(xiàn)刀具運動的機構(gòu)比較；切菜機的技術(shù)要求，如：設(shè)計、制造技術(shù)要求 ， 性能要求；總體布局；傳動方案的選擇；傳動方案的設(shè)計等。 10 第 3 章 主傳動部件設(shè)計 動機的選擇 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生 產(chǎn)單位一般都采用三相交流電源，因此，無特殊要求時均選用三相交流電動機，其中以三相異步交流電動機應(yīng)用最廣泛。對于載荷比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運行的機械 ,只要所選電動機的額定功率等于或稍大于所需的電動機工作功率，電動機就能安全工作，不會過熱，因此通常不必校驗電動機的發(fā)熱和啟動轉(zhuǎn)矩。因為切菜機屬于一般機械，無特殊要求，故可以選擇的電動機的額定功率小于 1 容量相同的三相異步電動機，一般有 3000、 1500、 1000 及 750r/種同步轉(zhuǎn)速。電動機同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，外部尺寸愈小，價格愈低。但是電動機轉(zhuǎn) 速愈高，傳動裝置總傳動比愈大，會使傳動裝置外部尺寸增加，提高制造成本。而電動機同步轉(zhuǎn)速愈低，其優(yōu)缺點則相反。 本設(shè)計選擇電動機型號為 額定功率： 額定轉(zhuǎn)速： 1390 r/大轉(zhuǎn)矩： ·m 級變速器的設(shè)計計算 該無級變速機構(gòu)由兩個可調(diào)帶輪和一個電機軸帶輪構(gòu)成，下面的設(shè)計主要是對帶傳動進(jìn)行了計算。 . 1 0 . 7 5 0 . 8 2 5a c P 荷變動由 1帶傳動工作情況系數(shù)表查得 K 根據(jù)計算功率 帶輪轉(zhuǎn)速1 1390n r/此選擇 窄 V 帶。 、。 ）依據(jù) 1初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑1 63d 11 ) 驗算帶的速度 v 11 6 7 1 3 9 0 5 . 2 26 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0pv 在 5 25m/s 標(biāo)準(zhǔn)范圍之間 ) 計 算從動輪的直徑32 傳動為無級可調(diào)變速，由于調(diào)節(jié)范圍的限制，本從動輪直徑試選擇63 80 傳動比范圍為 1:1 。 a 和帶的基準(zhǔn)長度。 兩可調(diào)變速輪之間的中心距為 160機軸于變速輪之間的中心距選擇360 依據(jù)帶傳動帶幾何關(guān)系，計算所需帶的基準(zhǔn)長度 1 6 0 3 6 0 2 6 3 1 / 3 8 0 2 / 3 1 1 1 0 據(jù) 1基準(zhǔn)長度系列，選擇帶長為 1120 380160180 00 (式中包角系數(shù)依據(jù) 1查得 K 依據(jù) 1查得 K 單根 V 帶的基本額定功率02得0 p查 2得0 根 窄 V 帶。 12 220 2 . 5 0 . 8 2 5 2 . 55 0 0 1 5 0 0 1 1 . 1 0 . 0 7 4 . 8 8 1 6 64 . 8 8 0 . 9 2q N 0 1 5 2 . 52 s i n 2 1 1 6 6 s i n 3 2 322 F N 結(jié)論：選擇 窄 V 帶，電機軸帶輪基準(zhǔn)直徑 63 個可調(diào)帶輪的基準(zhǔn)直徑為 63 80 可調(diào)帶輪之間的中心距為 160機輪于可調(diào)帶輪之間的中心距為 360長 1120 由于本傳動中有兩個可調(diào)帶輪，故 應(yīng)在此傳動中安置一個壓力為 166N 的張緊輪，以保證在變速過程中 V 帶有合適的預(yù)緊力。 輪的設(shè)計計算 處理方式和精度等級 考慮到本設(shè)計切菜機傳送件的功率，為一般機械，要求傳動平穩(wěn)，噪聲小，故選用斜齒輪傳動。大齒輪選用 45 號鋼，小齒輪和軸做成一體，選用 40質(zhì)并表面淬火， 45，選用 7 級精度。 因為本設(shè)計中，齒輪采用閉式傳動，表面淬火，因大小齒輪均用硬齒面，齒面抗點蝕能力較強。因此初步按齒根彎曲疲勞強度計算齒輪傳動主要參數(shù)和尺寸。齒輪模數(shù)計算公式： 3 1 122c o （ 式中 : 1T 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩（ N·m）； 齒形系數(shù)； 應(yīng)力修正系數(shù)； Y 重合度系 數(shù)； 許用彎曲應(yīng)力（ ( )小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： 13 1161 N·m ( )初選 121 z ，則 ( )查 2由材料硬度選擇齒寬系數(shù) d = ( )初取螺旋角 = 12 斜齒輪端面重合度系數(shù)： o 12 o )查 2得重合度系數(shù) ( )由 2得 a a d 查 2 得螺旋角系數(shù)：Y= )初取 )齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù) 當(dāng)量齒數(shù) o s 12c o s 3311 o s 30c o s 3322 v 查 2得： 12 查 2得： 12 )許用彎曲應(yīng)力公式： （ 式中 : 計入了齒根應(yīng)力修正系數(shù)之后，試驗齒輪的齒根彎曲疲勞極限應(yīng)力（ 彎曲強度計算的壽命系數(shù)； 齒根彎曲強度計算的安全系數(shù)。 （ 式中 : 0N 、 m 由實驗獲得，隨材料而異。 14 循環(huán)次數(shù)公式： 0 （ h） （ 式中 :n 齒輪轉(zhuǎn)速（ r/； a 齒輪轉(zhuǎn)一周，同一側(cè)齒面嚙合的次數(shù)； 齒輪的工作壽命（ h）。 由公式（ ： 91 103 3 08211 3 9 060 N h 9912 h 查 2得： 2得： 2得： =360以許用彎曲應(yīng)力為： 28 F 1 11 F = 01 2 22 F = 01 所以 F = 1 11 F = ： 3 1 122c o 2c 2 （ ）載荷系數(shù)公式： （ 15 式中 : 使用系數(shù)； 動載系數(shù)； K 齒向載荷分布系數(shù)； 齒間載荷分配系數(shù)。 查文獻(xiàn) 2得使用系數(shù) 齒輪的圓周速度： o 1 t m/s 查 2得齒向載荷分布系數(shù) K = 查 2得齒間載荷分配系數(shù) 查 2動載荷系數(shù) 則由 2得： K = )m 修正為： 了結(jié)構(gòu)的需要取 m = ( )計算 傳動尺寸： 傳動中心距公式： 1 整后取中心距 a =54 修整螺旋角 2313542 )3012(o (c o s 1211 a 度圓為： o s o s 11 s s 22 寬為： db d 為 20 201b 152b 16 變位系數(shù)的計算 217m i nm i nm i n Z 變位量 計算結(jié)果匯總：模數(shù) 5.2m 心距 a=54寬 201b 152b 分度圓 d d 法向變位系數(shù) 小齒輪 大齒輪 軸的設(shè)計計算 軸的材料選擇 因傳遞的功率不大，并對重量及結(jié)構(gòu)尺寸無特殊要求，但由于斜齒輪與該軸做成一體，故選用 40材料，并經(jīng)調(diào)質(zhì)，表面淬火處理。 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 估算軸的最小直徑常用的方法有三種：（ 1）按扭轉(zhuǎn)強度計算；（ 2）按經(jīng)驗公式計算；（ 3）類比法。本設(shè)計中沒有同類型已有機器 的軸的結(jié)構(gòu)和尺寸，可分析對比；經(jīng)驗公式一般用于減速器設(shè)計時軸徑的估算；故本設(shè)計采用第一種方法，按扭轉(zhuǎn)強度計算。對于轉(zhuǎn)軸，由于跨距未知，無法計算彎矩，在計算中只考慮轉(zhuǎn)矩，而用降低許用應(yīng)力的方法來考慮彎矩的影響。由材料力學(xué)可知，軸受轉(zhuǎn)矩的作用時，其強度條件為： （ 式中 : 軸剖面中最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（ P 軸傳遞的功率（ n 軸的 轉(zhuǎn)速（ r/ 許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（ C 由許用扭轉(zhuǎn)剪 應(yīng)力確定的系數(shù)； 17 d 軸的直徑（ 查 2得 C 的值為 106。由公式（ ： 11 3 9 d 10.9 慮到實際的工作狀況，取軸徑為 16 在軸的基本直徑定下以后，要進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，定出軸的各部分的形狀和尺寸。根據(jù)多功能切菜機的設(shè)計要 求和前面的總體分析，軸的結(jié)構(gòu)如圖 示。 圖 結(jié)構(gòu)圖 圖 （ ）由斜齒輪的計算可知： 切向力 向力 st 1 承 1總的支承反力為： 22111 2 軸承 2總的支承反力為： 18 22222 2 圖 受力 分析圖 （ ）彎矩： 在水平面上， 面： m 面 : 9018m 在垂直面上， 面 : 0m 面 : 3356m 合成彎矩， 面， 1225022 m 面， 9 62 022 m 19 （ ）轉(zhuǎn)矩： 由 上面的計算得 T=m 從彎矩圖中可知，斜齒輪軸中間的 面彎矩載荷最大，是危險截面。軸的安全系數(shù)公式為： 22 （ 式中： n 只考慮彎矩作用時的安全系數(shù)； n 只考慮轉(zhuǎn)矩作用的安全系數(shù)； n 許用安全系數(shù)。 1（ 1（ 式中： 1 對稱循環(huán)下材料試件的彎曲疲勞極限 (N/ 1 對稱循環(huán)下材料試件的扭剪疲勞極限 (N/ K 、 K 彎曲、扭剪的有效應(yīng)力集中系數(shù)； 表面品質(zhì)系數(shù)； 、 r 彎曲、扭剪的絕對尺寸影響系數(shù)； a 、 a 彎曲、扭剪應(yīng)力的應(yīng)力幅 N/ 般傳遞動力的軸，彎曲應(yīng)力為對稱循環(huán)，單向回轉(zhuǎn)的軸，考慮載荷的不均勻性，扭剪應(yīng)力應(yīng)視為脈動循環(huán)； a 、 材料拉伸、扭剪的平均應(yīng)力折算系數(shù)。 在本設(shè)計中，彎曲應(yīng)力是按循環(huán)變化，故 ， 0m ; 剪應(yīng)力按對稱變化，即 T ， 0m 。 20 對于 面： 查 2得 K = 查 2得 K = 查 2得 = 查 2得 =r = 查 2得 a = = 由材料力學(xué)的彎曲應(yīng)力公式得： 抗彎剖面模量 6 5 7202 (323 d 扭剖面模量 1 4 5 7202 (323 d 曲應(yīng)力 WM T 別把各數(shù)值代入式（ 式（ 有 0 200 ： 4 22 n 校核滿足要求。 21 平鍵的兩側(cè)面是工作面，工作 時兩側(cè)面受到擠壓，對于按標(biāo)準(zhǔn)選擇尺寸及鍵為常用材料的普通平鍵聯(lián)接其主要失效形式是鍵、軸槽和轂槽三者中強度最弱的工作面被壓潰。校核時，按工作面的平均擠壓力 p 進(jìn)行計算，其公式為： pp 2 （ 式中 :T 傳遞的轉(zhuǎn)矩（ N·m）； d 軸的直徑（ l 鍵的工作長度（ 58 l 、 b 鍵的公稱長度和鍵寬 （ ； k 鍵與轂槽的接觸高度（ ； p 許用應(yīng)力（ 由式（ ： 2 9 6 2 0 8 . 2 92 . 5 5 8 1 6p 2有沖擊載荷時 p=120 150然滿足強度條件。 綜上計算得設(shè)計參數(shù)：軸材料選用 40徑取 16的總支反力 N N， N N；鍵的壓應(yīng)力 8 . 2 9 1 2 0 1 5 0p p 對于傳動的滾動軸承，其滾動體和滾到發(fā)生的疲勞點蝕是主要的失效形式，因而主要是進(jìn)行壽命計算，必要時再作靜強度校核。本次驗算為刀片傳動中齒輪軸兩側(cè)的軸承的校核，其型號為 7204C。 由 2得 7204C 派生軸向力td ，初取 e 算。 1 1 10 . 4 2 0 . 4 2 0 . 4 2 9 2 5 . 8 3 8 8 . 8 N N 2 2 20 . 4 2 0 . 4 2 0 . 4 2 6 9 8 . 7 2 9 3 . 5 N N 22 11 7 1 3 8 8 . 8 4 5 9 . 8a d a F N 2 N 0 6 1 9 301 CF 02 CF 2插值計算得 e 、 e 再計算 1 1 1 0 . 4 3 5 9 2 5 . 8 4 0 2e F N 2 2 2 0 . 4 2 6 9 8 . 7 2 9 3e F N 1 7 1 4 0 2 4 7 3 N 2 293N CF CF e 、 e ，1 473N、2 293N p 和 2p 。 111 122 由 2 分別進(jìn)行查表或插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)： 軸承 1 X Y 軸承 2 12X 02 Y 因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表 .13 1 1 1 1 1 1 . 1 0 . 4 4 9 2 5 . 8 1 . 2 8 4 7 3 1 1 1 4p r ap f X F Y F N 2 2 2 2 2 1 . 1 1 6 9 8 . 7 0 2 9 3 7 6 9p r ap f X F Y F N 壽命。 因為21 所以按軸承 1得受力大小驗算： 18185111411200 3139060 106160610 h 已知本機器使用 5年，一班制，預(yù)期壽命為： 1 4 6 0 053 6 518 RL h L 故本軸承能夠滿足設(shè)計要求。 桿傳動設(shè)計計算 考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度也不快，蝸桿選用 40造，表面淬火處理， 50;加上相對滑動速度m/s,故蝸輪輪緣選用鑄錫鋅鉛青銅因批量生產(chǎn)，采用金屬模鑄造。依據(jù) 10085 的推薦，本傳動使用漸開線蝸桿（ . 蝸輪齒數(shù) 4 T 由 2按 i=60,選取3=1，則 4 =60×1=60。 m 和蝸桿分度圓直徑3d 24232500 （ （ ）確定作用于蝸輪上的轉(zhuǎn)矩 2 按3=1，初取 = 24 31632 N·m （ ）確定載荷系數(shù) K 由于機器運轉(zhuǎn)載荷平衡故 K= ）確定許用接觸應(yīng)力 H查 2由材料得 140H ）計算中心距 2查取，選取中心距為 80，模數(shù)為 2，分度圓直徑 d 14212 直徑系數(shù) q ，分度圓導(dǎo)程角 82313 ，蝸輪齒數(shù)為 62，變位系數(shù) x 。 這時 查 2得接觸系數(shù) Z 因 因此以上計算結(jié)果可用。 ）蝸桿 軸向齒距 2 8 徑系數(shù) q 齒頂圓直徑 根圓直徑 度圓導(dǎo)程角 82313 蝸桿軸向齒厚 ms a 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 622 Z 25 變位系數(shù) 6216212 062 誤差在允許的范圍內(nèi)。 蝸輪分度圓直徑 1 2 462222 輪喉圓直徑 128221242222 aa 輪齒根圓直徑 1 9 42222 輪咽喉母圓半徑 161 28218021 22 ag T s 62co s 2222 根據(jù) X ， 2中查得齒形系數(shù) . 2 2 41 1 0 . 9 7 71 4 0 1 4 0Y 許用彎曲應(yīng)力 由 2表 查得 55 輪的基本許用彎曲應(yīng)力 32f壽命系數(shù) F 4 F 由此可見彎曲強度是滿足的。 v 、相對滑動速度 26 0/1139080100060 444 m/s 顯然，4v<3m/s，與原假設(shè)值相符。 由33t a n / 2 / 3 5 . 5 0 . 0 7m z d ,得 所以 o o 3 os m/s 顯然，m/s,與原假設(shè)值相符，選用鑄錫鋅鉛青銅 蝸輪輪緣材料合適。由s，查 2得當(dāng)量摩擦角 221 , 所以t a n t a n 3 . 2 2( 0 . 9 5 0 . 9 6 ) ( 0 . 9 5 0 . 9 6 ) 0 . 7 1 0 . 7 2t a n ( ) t a n ( 3 . 2 2 1 . 3 3 ) 與原假設(shè)值 符 所需散熱面積 S= 01 11000 s ）（ （ 取油溫0t= C70 ,周圍空氣溫度 20，通風(fēng)良好，取散熱系數(shù) 15dw/動總效率 = 0 011 0 0 001aa 散熱面積足夠。 因為這是一般動力傳動，而且線速度 4v <3m/s,故選用 8級精度，側(cè)隙種類代號為 C,標(biāo)注為 8f 章小結(jié) 本章主要敘述了電動機的選擇；無級變速器的設(shè)計計算；齒輪的設(shè)計計算；軸的設(shè)計計算，如：軸的材料選擇 ， 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算，軸徑的初步估算 ， 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 軸的受力分析，軸的強度校核 ， 軸上鍵的校核 ， 軸承的校核 ； 蝸桿傳動設(shè)計等內(nèi)容。 27 第 4 章 鏈傳動部件設(shè)計 動鏈的 設(shè)計計算 鏈傳動主要參數(shù)的選擇 由總體設(shè)計分析選用鏈作為輸送帶傳動的主要形式。鏈傳動設(shè)計主要是確定鏈節(jié)距、排數(shù)及鏈輪齒數(shù)、傳動比、中心距、鏈節(jié)數(shù)等。本節(jié)設(shè)計9和10之間的鏈傳動。 z 、 2z 和傳動比 i 小鏈輪齒數(shù)對傳動的平穩(wěn)性和工作壽命影響很大。在相同節(jié)距下，齒數(shù) 少可減少外廓尺寸，但齒數(shù)過少，增加傳動的不均勻性和動載荷；增大鏈條繞入和退出鏈輪時鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角 ，加速鉸鏈的磨損；增大鏈的工作拉力，加速鏈和鏈輪的損壞，增加軸承的載荷。由此可見，增加小鏈輪齒數(shù) 1z 對傳動是有利的。但若鏈輪齒數(shù)太多，除傳動尺寸和機件重量增大外，還易因磨損節(jié)距增長而發(fā)生跳齒和掉鏈現(xiàn)象，縮短鏈的使用壽命。因此小鏈輪既不宜過少，大鏈輪齒數(shù)也不宜太多，一般最大齒數(shù)不超過 120，最小齒數(shù)不小于 9。選取鏈輪齒數(shù)，還應(yīng) 考慮到輪齒和鏈的均勻磨損問題。 由設(shè)計要求希望結(jié)構(gòu)緊湊，確定小鏈輪齒數(shù) 4， 8， 2Z <120 合適。 鏈節(jié)距的大小反映了鏈節(jié)和鏈輪輪齒各部分尺寸的大小。在一定條件下，鏈的節(jié)距越大，承載能力越高；但多邊形效應(yīng)增加，傳動不平穩(wěn)性、動載荷和噪聲越嚴(yán)重，傳動尺寸也大。因此，在設(shè)計時，在承載能力足夠的條件下，盡量選取較小節(jié) 28 距的單排鏈；高速重載時可采取小節(jié)距的多排鏈。一般載荷大、中心距小、傳動比大時，選小節(jié)距多排鏈， 以使小輪有一定的嚙合齒數(shù)；當(dāng)中心距大、傳動比小而速度不太高時，從經(jīng)濟性考慮可選大節(jié)距單排鏈。鏈的型號和節(jié)距可根據(jù)傳遞的功率 n 和公式確定額定功率。 0 （ 式中： 工作情況系數(shù)； 小鏈輪齒數(shù)系數(shù)； 多排鏈系數(shù)； P 鏈傳遞的功率（ 查 2得 查 2得 考慮傳遞的功率不是很大，選單排鏈，由 2查得 1。 將以上數(shù)據(jù)代入式（ ： P 此功率得大鏈輪轉(zhuǎn)速 37r/文獻(xiàn) 2選滿足要求的 08A 鏈，節(jié)距P= 鏈輪中心距 a 在傳動比 1i 、鏈輪中心距又過小時，鏈在小鏈輪上的包角小，與小鏈輪同時嚙合的鏈節(jié)數(shù)亦少。同時，因總的鏈節(jié)數(shù)減少，當(dāng)鏈速一定時，在單位時間內(nèi)同一鏈節(jié)受到的應(yīng)力變化次數(shù)和屈伸次數(shù)增加，使鏈的壽命降低。但中心距過大時，除結(jié)構(gòu)不緊湊外，還會使鏈的松邊上下顫動，使運行不平穩(wěn)。鏈節(jié)數(shù)計算公式如下 ： 2222 10901090 p 節(jié) （ 式中： 0a 初定中心距； p 鏈節(jié)距（ ； 9Z、10Z 大小齒輪齒數(shù)。 初定中心距 0a =15p 則鏈節(jié)數(shù)： 29 418152 1418152 2 pL 取 46 節(jié)。 鏈長 0 0/ 0 0/ p m 由中心距公式： 2228224910109109 則： 2 a 中心距 190a 鏈作用在軸上的力 鏈速公式： 100060 99 s （ 式中： p 鏈節(jié)距（ ; 9z 主動輪的齒數(shù)； 9n 主動輪的轉(zhuǎn)速（ r/ 則： 060 v m/s 工作拉力： 1 42 0 01 00 0 c N 作用在軸上的壓力： N 計算結(jié)果：鏈條規(guī)格 08A，單排鏈， 46 節(jié)，長 大小鏈輪齒數(shù) 189 z， 1410 z;中心距 a=190 壓軸力 F N；工作拉力 1428F N。 30 鏈輪的設(shè)計計算 鏈輪的材料應(yīng)有足夠的強度和耐磨性，可根據(jù)其尺寸大小及工作條件選擇 ,由于傳遞的功率小于 6求傳動平穩(wěn)，運用在噪聲小的場合，可以選擇夾布膠木作為鏈輪材料可以滿足要求，且價格便宜。有利于降低機器的加工成本和食品的衛(wèi)生要求。 本節(jié)設(shè)計計算齒數(shù) 181z 的鏈輪。在本設(shè)計中鏈選用是 08A 型，考慮鏈輪的加工性，采用 3R 齒形。則鏈輪的分度圓直徑： 頂圓直徑（ 1d 滾子直徑） : m a x a m i n 最大值時，采用展成法加工時有發(fā)生頂切的可能性。所以齒頂圓取為80 齒根圓直徑： f 側(cè)凸緣直徑（ 2h 為內(nèi)鏈板高板）： o t 2 0c o 58 輸送帶速度 m in/帶556428 刀vr/章小結(jié) 本章主要敘述了傳動鏈的設(shè)計計算，如：鏈傳動主要參數(shù)的選擇，鏈輪齒數(shù) 1z 、2z 和傳動比 i ，鏈節(jié)距和排數(shù)，鏈節(jié)數(shù) 鏈輪中心距 a ，鏈作用在軸上的力；鏈 31 輪的設(shè)計計算，如： 鏈輪材料的選擇 ， 鏈輪結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算等內(nèi)容 。 第 5章 刀盤部件設(shè)計 刀盤部件設(shè)計主要為刀具的設(shè)計，刀具的形狀決定了切片的形狀?？梢酝ㄟ^換用不同的刀具切不同的物料，切出各式的形狀。此多功能切菜機主要采用的刀具有兩種：新月型刀具和圓盤刀 具?，F(xiàn)分別介紹如下： 月型刀具 主要用于切削軟的物料，如食品，葉類蔬菜等。 新月形刀具又分為單刀和雙刀兩種。如圖 (物料輸送速度一定的條件下，用雙刀具時的物料切片厚度為采用單刀時的切片厚度的一半。在本機上，當(dāng)要求切片厚度變?yōu)?1能采用雙刀進(jìn)行切削。 單刀用于加工莖類，葉類，長細(xì)狀的物料。加工尺寸范圍較大，加工長度