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食品切断装置的设计 食品机械的切断装置是食品加工业常用的一种设备，它主要用于各种食品的分割或整形。课题内容和要求如下： 1. 本课题的切断装置安装在生产流水线上，流水线机架尺寸如图所示： 用调节电机转速来控制切断点的间隔 ， 采用间歇运动机构，让刀片以垂直的角度与糕体接触 。 该装置刀体上下运动的频率为每秒钟 4 5 次；刀体完成一次动作的时间与停歇时间之比约为 1： 20。 为了对流水线上的糕体进行定长分割， 拟采用一套不完全齿轮机构来实现刀体的间歇运动，并利用凸轮机构来转换运动形式 。 完成该切断装置的设计。 2. 对凸轮机构、不完全齿轮等主要零部件进行相关结构设计与校验； 3. 绘制总装图和主要零件图； 4. 撰写 10000 字以上的设计说明书一份。 原文： 题目 a A is to a a is in by of as of as an is to of of in In a a to to of on a of In to is by is a of of to of by of of of or or or In of of a of on to an To be a AM be to s an of by in a of is in a in is by of of a a is to of is to of to of to a to as of at of is to of of is in is It to be in to a it in a of of of to by is it is to be it is to an in an to of in to is of To we on as by of in is on be to of In of on we in in We at a as In of as in of is is as of is of is 1) is to in In at a is of of as to in of in to to of in to an is to by of A a in a by of as In of as an to by of To of in a a to a of of of of of in of to of by 8% to by 译文： 题目 新型凸轮 轮廓 优化 摘 要： 凸轮 轮廓 优化问题是对一个独特的新型凸轮驱动引擎的优化研究。第一，优化问题 的定义 通过独特 的 凸轮 结构的分析 。 优化问题中的多个设计规范包括通过定义引擎输出扭矩为目标的功能与接触应力，曲率半径，和压力角的约束。第二，分析方案旨在通过操纵凸轮轮廓线凸轮轮廓交涉找到最好的和优化方法的不同组合。两种类型的代表曲线，包括一般多项式的样条曲线和 于凸轮轮廓的合成。另外，传统优化技术和遗传基础学 (一种方法都将应用于解决复杂的优化问题。最后，比较研究执行初始配置 文件和最优的配置文件，以证明这些凸轮轮廓优化问题的建议的设计方法的有效性。结果显示，代表曲线外，相对于最初的设计，优化后发动机性能大幅提高。 凸轮机构是凸轮与从动件的持续接触的运动是一种广泛使用的机器组件。从动件凸轮机构由于旋转能容易产生任何功能运动。凸轮机构具有多样的组合，不同形状和运动从动件凸轮：板或圆柱凸轮、滚筒或平底从动件、往复式或振荡运动。 尽管有一些数量优势 ,结构简单、运动积极 ,以及体积小 ,需要准确的形成凸轮机构设计和精密的加工程序以满足机械的 要求。在设计与制造凸轮机构给重对一个整体的系统振动、噪声、分离和超载影响。为了避免这些效应 ,必须精心设计凸轮机构的准确、高加工精度。事实上 ,混合制造 (法可能是一个最好的解决办法 ,即形成数据设计过程的数据直接结合生产过程的加工。 作为取代传统曲轴 /连接杆用凸轮发动机设计中的创新，在世界中的少数几个地方正在制定一种新型的发动机凸轮驱动引擎的调用。相对传统的发动机，凸轮驱动引擎具有独特的功能，其中凸轮驱动器是最突出的一个。对于凸轮的驱动器，凸轮配置文件通过确定各种进、排气事件的时间来控制发动机运 动行程。此外，凸轮驱动器使用方便有一个单独的压缩比和膨胀率，就更难实现完成与曲轴/连接杆引擎设计的分离。这种新型发动机被认为已经超过传统的发动机，包括更高的功率、 燃油经济性更好、 运作畅顺，更高的可靠性和重量更轻的主要优势。 凸轮机构凸轮驱动发动机中的应用使得凸 轮发动机设计的整体性能显得至关重要。但是，初始凸轮配置文件旨在运用传统凸轮的设计方法。所谓的反复试验的方法，首先生成凸轮，以满足如位移，速度和加速度在不同的引擎事件中指定的值的几何规格，然后生成凸轮的可行性进行检查，以满足设计规范，包括输出扭矩发动机，曲率半径和压力角等。虽然这种方法原理简单，但它的缺点是显而易见的。第一，这种方法不是有效的。它已多次应用以实现令人满意的发动机性能。因此，它会导致一个艰苦和耗时的设计过程。此外，由于凸轮设计上的问题涉及的进气凸轮和排气凸轮图谱测定，两个相互影响的配置文件添加了 反复试验法的复杂性。最后，虽然结果发现这种方法是可行的，它是不太可能是最佳的。因此，它是使用优化设计方法，配合适当的凸轮轮廓表示，以确定最合适的进气 凸轮和排气凸轮的凸轮，以满足多个设计规范。这是拟议的研究目的。为此，我们首先回顾以往研究的凸轮设计和优化如下。 凸轮设计在过去的几十年中利用巨大的计算机设备的进步和数学工具有了急剧的改变 ,尤其是插值。推动这一变化主要是因为如今的需求高速度、光滑的操作和更好的性能。凸轮设计研究活动可以分为两类 ,根据凸轮升程曲线表示 :根据多项式方法和依据单一方法。 在回顾过去凸轮设 计和优化研究 ,我们的着重在这三个方面的研究。第一 ,多规范设计凸轮驱动引擎中考虑了优化问题。我们选择的输出扭矩在一个特定目标函数为发动机转速。此外 ,另一个重要设计规范 ,包括接触应力、曲率半径的 ,压力角 ,视为优化问题的约束。最大的不同是提出了研究典型的凸轮轮廓优化选择的目标函数代为输出转矩替剩余的振动。原因是 ,残余振动的存在并不突出 ,因为从动件 (见图 1),是专为在凸轮机制拥有足够的刚度。相反 ,从引擎设计方面主要的问题是在一个特定的输出转矩转速。目标函数提供多学科方面所提出的研究为输出转矩的选择 ,其中包括有 二 , 在过去的研究 中不是只有一个凸轮的研究 ,该研究旨在优化凸轮和排气凸轮摄入，同时使凸轮机构履行适当不同的发动机在整个事件的发动循环。该优化问题的复杂性相应增加，自从两个凸轮的优化设计问题。最后 ,综合研究该优化问题 ,设计了一种分析方案是对优化结果进行不同的组合 ,影响凸轮轮廓陈述和优化方法。 一个复杂的凸轮轮廓优化问题一直追究一个独特的凸轮机构在一个新的凸轮驱动引擎。首先 ,该优化问题的定义考虑多个设计规范的标准。发动机的输出转矩作为目标函数。此外 ,该另设计规范 ,包括接触应力、压力角和曲率半 径的 ,选为约束条件。其次 ,设计了分析场景对优化结果进行不同的组合 ,影响凸轮轮廓陈述和优化方法。为此 ,两种类型的曲线表现 ,那就是 , 一般多项式样条函数和样条，已用于凸轮廓线的合成 。此外 ,无论是古典的优化技术和基于遗传算法 (方法已经被应用于解决优化问题。最后 ,一系列的比较研究已进行初步设计中优化设计的凸轮轮廓。三组最优型材产生不同的组合 ， 通过操纵凸轮廓线的陈述和优化方法。结果表明 ， 得到了最好的剖面相结合的方法 样条 描述和基于遗传算法。最好的结果 ,以型材提供更好的输出力矩和光滑的价值 ,比其他两组最优配置文件 。此外 ,所产生的输出转矩的最佳型材增加 28%相比 ,所产生的初始配置文件 。 毕业设计（论文）开题报告 课题名称 食品切断装置的设计 课题来源 课题类型 工程设计 指导教师 学生姓名 专 业 学 号 一、 调研资料准备 在 选定 毕业设计 课题之后， 通过查找相关资料来 了解 课题有关背景、内容，涉及的相关知识点。 通过 对 相关资料的阅读与理解 ， 作开题前的准备， 如 从成大先主编的机械设计手册单行本机构中的关于不完全齿轮的章节，了解并自学了不完全齿轮的应用与设计准则 ， 还有不完全齿轮的相关设计步骤 ；通过 借阅 机械设计手册单行本齿轮传动 ， 加深了 对 齿轮在实际应用中起到 的作用 及 如何合理的运用齿轮 机构的理解 ；从 凸轮机构设计与应用创新这本书中 ， 学习到了凸轮机构的一些设计准则与原理， 并 从中得到启发 ，将 凸轮机构 运用到自己的课题 中。 二、 毕业设计的目的 通过毕业设计，加强在机械设计方面的能力，加深 对 在大学期间学到的相关专业知识的认知。在毕业设计的过程中，通过自己学习 、 自己摸索来加强自己的专业技能 ， 锻炼自己的自学能力以及思维创新能力。 三、 设计思路 通过 老师布置的毕业设计题目以及相关资料 ， 了解了此次毕业设计的任务 和要求，在借阅资料中强化相关知识 。首先 弄懂 食品切断机的工作原理以及工 作中需要注意的事项 。 应用不完全齿轮来完成间歇性运动， 用 凸轮机构来实现 改变运动形式 。 由切断机工作要求，确定总的传动比，从而进行齿轮、不完全齿轮、凸轮的各参数设计 ， 确定凸轮机构的结构及凸轮与齿轮的连接方式， 根据各零件的参数及 结 构绘制零件图， 最后 完成装配图。 四、 毕业设计的 预 期成果 符合 设计要求 的一套图纸 ， 包括装置的 总装配图，凸轮、不完全齿轮、齿轮、 刀体装置 的零部件图； 1000 字的设计说明书， 包含 参数的设计计算 、 零件的 结构 设计 、运动和力的校核 。 五、完成任务所具备的条件因素 大学三年 学习 了机械设计和制造基础知识，工程材料及其成形技术技术，机械制图，以及工程力学等。掌握了 机械 原理和 设计方面的知识，了解了零件的作用 、 零件的设计，掌握了 材料分析 、 精度 分析的基本方法 ， 并且进行了机构运动及动力计算、 强度 、 刚度计算等方面的练习 ， 对 结构工艺性 、 标准化与经济性等方面 也有了一定的了解 。 通过努力，相信自己能够完成课题任务。 设计中会存在一些问题，但是可以 通过上网查阅相关资料以及通过同学之间的讨论来解决 ， 遇到难题还可通过指导老师的指导来解决。 六、 毕业设计计划时间安排 完成课题的相关知识学习以及资料的准备工 作，并完成 毕业设计的开题报告。 完成毕业设计的 方案设计 。 完成 主要 零件的 设计计算。 绘制 设计图纸 。 完成设计图的修改，完善。 初步完成设计 计算说明书 。 完成毕业设计的全部资料 ， 准备答辩。 指导教师签名： 年 月 日 1 毕业设计（论文）文献综述 文献综述题目 ： 小型食品切割机械的设计 2 目录 第一章前言 . 3 第二章本课题设计的切断装置的原理、结构分析及设计思路 . 4 . 4 设计凸轮机构，一般要解决的基本问题有以下几个方面 . 4 . 4 底半径确定 . 4 不完全齿轮的设计与计算 . 4 . 5 第三章总结 . 5 第四章参考文献 . 6 3 食品切割机械的设计初步分析 第一章前言 食品切割机械是食品加工业常用的一种设备，它主要用于各种食品的分割或整形。小型食品切割机品种繁多，广泛应用于生产各式各样食品的加工中心。小型食品切割机在被使用的过程中不断的被改进与完善。目前使得小型切割机的性能趋向于高安全性，低能耗，高效率。使用食品切割机在加工中的应用显著提高了食品的生产、包装、出口，大大 降低了工人的工作强度，缓解了企业的用人紧缺这现状。 随着食品工业的发展 ,食品机械的研发也有新的进展 。 目前，国际 切割 包装机械竞争日趋激烈，未来食品 切割 包装机械应配合产业自动化趋势，朝着以下四个方向努力： （ 1） 市场日趋垄断化 ： 专家认为，到 2005 年排名前五十家企业的生产集中度可达到 50 60，继续朝规模化、集团化发展，以追求规模效益。而中小企业在目前资金、技术实力不够雄厚的状况下，不宜盲目引进生产线，可采用转为大型机械企业提供零配件生产的模式。 （ 2） 零部件生产专业化 ： 国际包装界十分重视提高食品 切割 包装机 械加工和整个包装系统的通用能力，所以食品 切割 包装机械零部件生产专业化是发展的必然趋势，很多零部件不再由包装机械厂生产，而是由一些通用的标准件厂生产，某些特殊的零部件由高度专业化的生产厂家生产。 （ 3） 向智能化发展 ： 智能化 切割 包装的技术，已经在美国、法国等地投入使用。食品技术研究人员估计，未来 20到 40的食品 切割 包装将会应用智能化技术。智能化能更有效地保护食品质量，或直接显示食品是否新鲜，使消费者不必等到拆开包装之后才发现食物是否已经变质。 （ 4） 向求精求专发展 ： 今后我国食品 切割 包装机械业的发展方向是求精 求专。靠简单的重复，扩大生产数量，靠向上游、向下游延伸的方法是行不通的，我国 切割 包装机械业必须走专业化生产的道路。要发展中高档设备，努力提高技术含量，把产品做精、做细、做专、做强，靠技术进步来推动行业的发展。 4 第二章本课题设计的切断装置的原理、结构分析及设计思路 用调节电机转速来控制切断点的间隔，采用间歇运动机构，让刀片以垂直的角度与糕体接触。该装置刀体上下运动的频率为每秒钟 4 5次；刀体完成一次动作的时间与停歇时间之比约为 1： 20。为了对流水线上的糕体进行定长分割，拟采用一套不完 全齿轮机构来实现刀体的间歇运动，并利用凸轮机构来转换运动形式。 计凸轮机构，一般要解决的基本问题有以下几个方面 ： （ 1）根据凸轮工作要求合理选择从动件的运动规律和凸轮机构的型式。 （ 2）根据凸轮机构的结构和运动要求，合理确定凸轮机构的基本尺寸和参数，如基圆半径 动件偏置距离 动从动件回转中心至凸轮中心距离 L、许用压力角 a及锁合方式等。 根据从动件的运动规律设计凸轮轮廓（或凹槽）曲线。 （ 1） 选择合适的 凸轮和从动件材料，进行结构设计、强度核算和绘制零件图。 确定 滚子半径不宜过大或过小。确定滚子半径时，应避免凸轮廓线变尖或相交，同时还应满足凸轮结构和接触强度要求。选择滚子半径应满足条件： （ 1）保证从动件运动不失真，有一定接触强度。 （ 2）凸轮结构要合理 （ 3）滚子结构要合理，滚子轴有足够强度 从动件平底半径可由图解法确定。从动件平底半径要求足够大，以保证凸轮轮廓上任一点都能与平底相切。量出凸轮实际廓线与平底各切点至导路中心线与平底各切点至导路中心线与平底的交点的距离，平底半径 根据切割机对所需要求加工条件的分析，刀体与凸轮机构的连接使用了滚子从动件，进行内部沟槽的形锁合。参考机构选型与运动设计进行对凸轮机构的设计，确定基圆半径 完全齿轮的设计与计算 不完全渐开线齿轮机构能将主动轮的等速连续转动转换为从动轮的间歇传动。其动停时间比不受机构结构的限制，制造方便，但是从动轮在每次间歇运动的始、末有剧烈 5 冲击，故一般只用于低速、轻载及机构冲击不影响正常的场合。若设置缓冲结构可改善机构的动力性能。 不完全齿轮机构由三部分组成：主动轮与从动轮还有一对锁止弧。主动轮上的凸弧和 从动轮上的凹弧可以直接切出或装配而成，也可以单独制成一对锁止弧；缓冲结构，用以缓和活消除间歇运动始、末时的剧烈冲击，改善机构动力性能。 不完全齿轮的啮合特性：每一次间歇运动，可以只由一对齿合来完成，也可以由若干对齿来完成。不完全齿轮机构首、末两对齿的拟合过程与完全齿轮机构不同，而中间各对齿的拟合过程与完全齿轮相同。 由课题可知主动轮转动一圈所用时间为 。由此我们可以确定与凸轮机构同轴的从动轮与主动轮（不完全齿轮）的传动比为 1:5。参考机械设计手册单行本机构中不完全齿轮的内容进行对不完全齿轮的设计与 计算。 运动时间 静止时间 歇运动机构从动轮的运动时间 2 是设计的重要参数之一。当主动轮等速旋转时，从动轮在一次间歇运动中的运动时间 1=1时传动所需的时间与（ 中间齿传动所需时间之和。 r/360 + 1)中 主动轮转速 ， r/0/中 N 主动轮每转一转 ， 完成间歇运动的次数。 根据对切割机内部主要机构的设计以及计算了解了整个切割系统的工作原理，按照已给出的设计要求 对切割机的箱体进行设计，根据机械材料与公差对箱体进行相关参数的设计。在考虑到刀架运动中可能遇到的卡死问题进行设计上的改良，在刀架的左右两端进行放偏移固定。采用方案初步拟定为两种：第一种为在刀架两端各设计一个导杆装置使得刀架只能进行上下运动。第二种为在刀架的两端设定两个导槽，使刀架固定进行上线运动。 第三章总结 在日常生活中食品是必不可少的，食品生产多样化，使得很多食品的加工都具有了专用的加工机械，很多加工机械被研发制造并投入使用。但是一些食品加工机械还是非常落后的，不仅耗能高、效率低、安全性低而且不能保 证食品加工的质量。在对这个课题的研究过程中，逐步了解了食品切割机械的发展、要求，初步形成一套食品切割机的设计方案，在如何提高此类食品切割机的性能、安全性、效率及降低能耗等方面进行了 6 探索。 第四章参考文献 1成大先 M版 北京： 化学工业出版社， 2010 2朱孝录 M北京：北京化学工业出版社， 2005 3杨黎明 M北京：国防工业出版社， 2007 4朱龙英 M 第 2版 北京：机械工业出版社， 2009 5邓根清，陈义 庄 M北京：北京希望电子出版社 2006 6申永胜 M北京：清华大学出版社， 1999 7申荣华 M北京：北京大学出版社， 2008 8颜永年 M北京：北京化学工业出版社， 2003 9袁巧霞 M北京：北京机械工业出版社， 2010 10陈明 M械工业出版社， 2005 11改进我国包装机械设计方法的新思路 L,12 A., P. Z., H., “39, 3101 3121, 1996. 13 B. V., G. R., J. D., “of a 9, 3, 346 351, 1993 摘 要 目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制，因此针对食品机械关键部件的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、机械化程度高、使用范围广的食品机械是很有必要的。 本文在分析食品机械的工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计 ;本文分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足切割工艺 ;对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。 本文借助了 e 等软件分析运动规律和结构设计，这种利用计算机辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型食品机械设备的设计和分析中。 关键词： 食品机械 ，传动系统，结构设计，计算机辅助设计 s of is to of of to a of a of is on of of on of of a a to of of of as of as a of to a of a to In e, as of as of be to of 目 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪 论 . 错误 !未定义书签。 品切断 装置 (机械 )的应用及适用范围 . 错误 !未定义书签。 品装置 (机械 )的国内外发展情况 . 错误 !未定义书签。 品装置 (机械 )研究开发的意义 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 课题研究的 内容及要求 . 错误 !未定义书签。 题研究内容 . 错误 !未定义书签。 题的研究要求 . 错误 !未定义 书签。 第 3 章 食品切断装置的传动方案设计 . 错误 !未定义书签。 择电动机的条件 . 错误 !未定义书签。 动机类型的选择及功率的确定 . 错误 !未定义书签。 动方案的确定 . 错误 !未定义书签。 级传动比的确定 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 切断装置的设计 . 错误 !未定义书签。 断装置间歇比的分配 . 错误 !未定义书签。 完全齿轮机构 . 错误 !未定义书签。 轮式间歇机构 . 错误 !未定义书签。 断装置间歇比的分配 . 错误 !未定义书签。 完全齿轮机构副设计 . 错误 !未定义书签。 本型式与啮合特性 . 错误 !未定义书签。 计参数的计算 . 错误 !未定义书签。 完全齿轮机构的设计计算公式及工作图 . 错误 !未定义书签。 轮机构的设计 . 错误 !未定义书签。 架设计 . 错误 !未定义书签。 (凸轮 ,小齿轮 )设计 . 错误 !未定义书签。 架上下导杆设计 . 错误 !未定义书签。 架固定定位板设计 . 错误 !未定义书签。 轴 (位于凸轮和刀架间 )设计 . 错误 !未定义书签。 承座 (轴上两端 )设计 . 错误 !未定义书签。 体设计 . 错误 !未定义书签。 断装置的其它部件设计 . 错误 !未定义书签。 总结与 展望 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 致 谢 . 错误 !未定义书签。 摘 要 目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制，因此针对食品机械关键部件的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、机械化程度高、使用范围广的食品机械是很有必要的。 本文在分析食品机械的工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计 ;本文分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足切割工艺 ;对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。 本文借助了 种利用计算机辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型食品机械设备的设计和分析中。 关键词： 食品机械 ，传动系统，结构设计，计算机辅助设计 s of is to of of to a of a of is on of of on of of a a to of of of as of as a of to a of a to In e, as of as of be to of 目 录 摘 要 . I . 录 . 1 章 绪 论 . 1 品切断装置 (机械 )的应用及适用 范围 . 1 品装置 (机械 )的国内外发展情况 . 1 品装置 (机械 )研究开发的意义 . 4 第 2 章 课题研究的内容及要求 . 5 题研究内容 . 5 题的研究要求 . 5 第 3 章 食品切断装置的传动方案设计 . 6 择电动机的条件 . 6 动机类型的选择及功率的确定 . 6 动方案的确定 . 8 级传动比的确定 . 9 第 4 章 切断装置的设计 . 10 断装置间歇比的分配 . 10 完全齿轮机 构 . 10 轮式间歇机构 . 11 断装置间歇比的分配 . 11 完全齿轮机构副设计 . 12 本型式与啮合特性 . 12 计参数的计算 . 14 完全齿轮机构的设计计算公式及工作图 . 20 轮机构的设计 . 24 架设计 . 25 (凸轮 ,小齿轮 )设计 . 26 架上下导杆设计 . 27 架固定定位板设计 . 27 轴 (位于凸轮和刀架间 )设计 . 28 承座 (轴上两端 )设计 . 29 体设计 . 30 断装置的其它部件设计 . 31 总结与展望 . 32 参考文献 . 33 致 谢 . 34 第 1 章 绪论 1 第 1 章 绪 论 品切断装置 (机械 )的应用及适用范围 现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过机械加工来提高产品的生产率。而有些产品的包装要借助包装技术及装备 。所以包装设备在包装过程中是不可或缺的工艺手段。 食品切断装置是包装设备中较为重要的一种机械设备形式，可广泛应用于一般块状食品的包装，尤其适用于大批量的转移、称重、封口 、码放等过程。利用小型自动包装机械包装是提高装袋速度，减轻工人劳动强度的有效方法。 品装置 (机械 )的国内外发展情况 食品机械，最初是由美国于上世纪五十年代开发出来的产品。后来日本得到发展，并于上世纪六七十年代随日本经济高速发展，技术性能得到长足的进步。 上世纪八十年代初，我国大量引进食品机械并生产出自己的产品。以日清品牌为代表，主要 针对方便面生产线配套使用。上世纪九十年代，这种机型开始大量用于粮食流通，同时派生出各种各样的类似包装机。随着机电一体化的应用，粉料自动包装也向着高速全自动模块化的方向发展及创新。 现今国外开发的食品机械已极其人性化 :高速、节能、全自动、模块化。 就国内外食品机械的开发情况来看，主要从以下几点进行 : (l)不断扩大其通用能力，以满足多种属性粉料的包装。 (2)高速全自动，配备微机控制系统，借助预先储存的程序控制多台伺服电机，分别驱动有关执行机构。 (3)参数化调整和设置，对主要操作部件 (供送、袋成型、牵引、封 切等 )作适当调整有关工作参数，便可在较宽的尺寸范围内，满足不同品种不同尺寸的包装。 (4)模块化结构设计，对供送、牵引、封切等主要部件进行相对独立并又能较为自由组合的结构设计，以满足卧式组合和立式组合的包装机。 德国与美国、日本、意大利均为世界食品机械机械大国。在食品机械机械设计、制造、技术性能等方面居于领先地位。德国食品机械机械的设计是依据市场调研及市场分 2 析结果进行的，其，目标是努力为客户，尤其是为大型企业服务。为满足客户要求，德(1)工艺流 程自动化程度越来越高，以提高生产率和设备的柔性及灵活性。采用机械手完成复杂的动作。操作时，在由电脑控制的摄像机录取信息和监控下，机械手按电脑(2)提高生产效率，降低生产成本，最大限度地满足生产要求。德国食品机械机械以饮料、啤酒灌装机械和塑料食品机械机械见长，具有高速、成套、自动化程度高和可靠性好等特点。其饮料灌装速度高达 12 万瓶 /h，小袋食品机械机的包装速度高达900 袋 (3)使产品机械和食品机械机械一体化。许多产品要求生产之后直接进 行包装，以提高生产效率。如德国生产的巧克力生产及包装设备，就是由一个系统控制完成的。两者一体化，关键是要解决好在生产能力上相互匹配的问题。 (4)适应产制品变化，具有良好的柔性和灵活性。由于市场的激烈竞争，产品更新换代的周期越来越短。如化妆品生产三年一变，甚至一个季度一变，生产量又都很大，因此要求食品机械机械具有良好的柔性和灵活性，使食品机械机械的寿命远大于产品的寿命周期，这样才能符合经济性的要求。 (5)普遍使用计算机仿真设计技术。随着新产品开发速度不断加快，德国食品机械机械设计 普遍采用了计算机仿真设计技术，大大缩短了食品机械机械的开发设计周期 . 食品机械设计不仅要重视其能力和效率，还要注重其经济性。所谓经济性不完全是机械设备本身的成本，更重要的是运转成本，因为设备折旧费只占成本的 6 8，其他的就是运转成本。 我国食品机械行业起步于 20世纪 70年代，在 80年代末和 90年代中得到迅速发展。已成为机械工业中的 10 大行业之一，无论是产量，还是品种上，都取得了令人瞩目的成就，为我国包装工业的快速发展提供了有力的保障。目前，我国已成为世界食品机械工业生产和消费大国之一。 食品机械作为一种产品，它的含义不仅仅是产品本身的物质意义，而是包括形式产品、隐形产品及延伸产品 3层含义。形式产品是指食品机本身的具体形态和基本功能；隐形产品是指食品机给用户提供的实际效用；延伸产品是指食品机的质量保证、使用指导和售后服务等。所以食品机的设计应该包括：市场调研、原理图设计、结构设第 1 章 绪论 3 计、施工图设计、使用说明书编写及售后服务预案等。 食品机械设计的类别主要有：测绘仿制设计、开发性设计、改进性设计、系列化设计。如啤酒灌装生产线生产能力为 1 6 4万瓶 /h，其中灌装机的灌装阀工位数从 48个、 60个、 90个到 120个就属于系列化设计。 由普通啤酒灌装生产线到纯生啤酒灌装生产线的设计就属于改进、开发性设计。对于中低速运行的食品机，目前我们基本上可以进行自主设计。而高速运行的食品机，特别是一些先进机型，大多是测绘、仿制国外的同类机型，进行国产化设计和系列化设计。其主要的原因是： (1)大多数设计人员还没有真正掌握先进的设计方法，如高速食品机械的动力学设计理论和方法等，对高速工况下机构的动态精度分析等问题还不能模拟解决； (2)产、学、研结合不够紧密，理论上的科研成果不能及时地在实际 设计中运用，设计人员缺乏及时的技术培训； (3)整个行业缺乏宏观调控的力度，优势资源不能得到合理的配置与调整。 在食品机械设计领域，绝大多数设计人员仍沿用以前的设 计方法： (1)根据设计任务书寻找同类机型作为样机； (2)参考样机制定各项技术性能指标及使用范围； (3)设计工作原理图、传动系统图； (4)设计关键零件，部件； (5)设计总装图方案和动作循环图； (6)设计部件图、总装图和零件图； (7)对主要部件中的关键零件进行强度、刚度校核； (8)设计控制原理图、施工图等。 而今，国内一些大学的设 计软件，可以对食品机中常用机构进行有限元分析和优化设计，其开发的凸轮连杆机构 件已经能够满足企业进行凸轮连杆机构自主设计的能力，但在实际食品机械的设计中应用还不普遍。 新型食品机械往往是机、电、气一体化的设备。充分利用信息产品的最新成果，采用气动执行机构、伺服电机驱动等分离传动技术，可使整机的传动链大大缩短，结构大为简化，工作精度和速度大大提高。其中的关键技术之一是采用了多电机拖动的同步控制技术。其实掌握这种技术并不很难，只是一些设计人员不了解食品机械的这一发展趋势。如果说以前我国 食品机械设计是仿制、学习阶段，那么现在我们应该有创新设计的意识。 我国食品行业技术与机械近些年所取得的成绩是显著的，其起步于 20 世纪 70 年代末，刚起步时年产值仅七、八千万元，产品品种仅 100 余种，技术水平也较低。在20纪 80年代中期至 20 世纪年代中期十余年的时间里，才得到快速发展，年增长率达到 4 20% 30% ，到 1999 年底塑料和食品机械达 40 大类，品种达 1700种，到 2000 年产值增加到 300亿元，且技术水平也上了个台阶，开始出现了规模化、自动化趋势，传动复杂、技术含量高的设备也开始出现，许多食品机械 如液体塑料灌装机等设备已开始成套出口。 品装置 (机械 )研究开发的意义 针对国内许多部门对食品切断机械的需求，本设计着重探讨食品切断机械的整体结构设计和模块化结构，开发出具有包装速度快，通用性好以及结构简单可靠、操作方便、自动化程度高的新颖食品切断机械，对我国食品行业发展有着积极的意义。第 2 章 课题研究的内容及要求 5 第 2 章 课题研究的内容及要求 题研究内容 食品机械的切断装置是食品加工业常用的一种设备，它主要用于各种食品的分割或整形。 图 2 本课题的切断装置安装在生产流水线上，流水线机架尺寸如上图 ,用调节电机转速来控制切断点的间隔，采用间歇运动机构，让刀片以垂直的角度与糕体接触。 题的研究要求 (1)该装置刀体上下运动的频率为每秒钟 4 5 次；刀体完成一次动作的时间与停歇时间之比约为 1： 19。为了对流水线上的糕体进行定长分割，拟采用一套不完全齿轮机构来实现刀体的间歇运动，并利用凸轮机构来转换运动形式。完成该切断装置的设计。 (2)对凸轮机构、不完全齿轮等主要零部件进行相关结构设计与校验； (3)绘制总装图和主要零件图； (4)撰写 10000 字以上的设计说明书一份。 6 第 3 章 食品切断装置的传动方案设计 择电动机的条件 合理选择电动机类型，对工作机械有效的工作，以及机组运行的可靠性、安全、节能及降低设备造价都有重要意义。 电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求： 1机械特性 由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。 2转速 电动机的转速满足工作机械要求 ，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。 3运行经济性 从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗。 动机类型的选择及功率的确定 本机器的动力选用交流 380V。食品切断装置械中常用的 电机由于整个载荷比较小，工作速度为 240r/s。 电动机的功率可按下式估算 M) 式中： 电动机功率 W ； 负载力矩 ； 第 3 章 食品切断装置的传动方案设计 7 负载转速 ； 传动装置的效率，初步估算取 系数 经验数据，取 1.5 p 764 如果用直流电机，由于受转速和力矩的影响，要配减速器。 而如果用步进电机，控制位置精度比较高可以达到 。而且不需要减速器避免造成结构冗繁。因此选择步进电机作为驱动电机。 步进电机作为一种新型的自动控制系统的执行机构，得到了越来越广泛的应用，进入了一些高、精、尖的控制领域。步进电 机虽然有一些不足，如启动频率过高或负载过大时易出现丢步或堵转，停止时转速过高易出现过冲，且一般无过载能力，往往需要选取有较大转距的电机来克服惯性力矩。但步进电机点位控制性能好，没有积累误差，易于实现控制，能够在负载力矩适当的情况下，以较小的成本与复杂度实现电机的同步控制。 因此，选择了北京和利时公司的 57号电机。静转矩为 M 。该电机在相近产品中具有在转速变高一定范围内能够保持平稳的力矩。其力矩随转速的 关系如下图所示。 图 3 电机转矩图 下面是所选电机的 外形尺寸。 8 图 3动方案的确定 不完全齿轮机构 工作原理及特点 工作原理：在主动齿轮只做出一个或几个齿，根据运动时间和停歇时间的要求在从动轮上做出与主动轮相啮合的轮齿 。其余部分为锁止圆弧。当两轮齿进入啮合时，与齿轮传动一样，无齿部分由锁止弧定位使从动轮静止。 优点：结构简单、制造容易、工作可靠、从动轮运动时间和静止时间的比例可在较大范围内变化。 缺点：从动轮在开始进入啮合与脱离啮合时有较大冲击，故一般只用于低速、轻载场合。 根据题设条件 , 可知凸轮带动 刀架上下运动工作时的转速为 4 /算一下也就是带动凸轮的轴的转速为 240s. 还有条件刀体完成一次动作的时间与停歇时间之比约为 1： 19。那么结合具体架结构要求分配间歇时间。 第 3 章 食品切断装置的传动方案设计 9 图 3断装置传动原理图 电动机带动带动切断装置传动 (切断装置由输入轴带动不完全齿轮传动 ,带动小齿轮及其轴传动 ,带动凸轮刀架上下运动 ). 级传动比的确定 刀架每分钟上下 4 次 ,即对应的轴转速为 240r/s。 10 第 4 章 切断装置的设计 断装置间歇比的分配 完全齿轮机构 它由一个或几个齿的不完全齿轮 1，具有正常轮齿和带锁止弧的齿轮 2 及机架组成。在轮 1 主动等速连续转动中，当主动轮 1 上的轮齿与从动轮 2 的正常齿相啮合时，主动轮 1 驱动从动轮 2 转动；当主动轮 1 的锁止弧 从动轮 2 的锁止弧 触时，则从动轮 2 停歇不动并停止在确定的位置上，从而实现周期性的单向间歇运动。图 1 所示的不完全齿轮机构的主动轮 1 每转 1 周，从动轮 2 只转 1/4 周。 不完全齿轮机构有外啮合不完全齿轮机构和内啮合不完全机构。如图 1 和图 2 所示两种形式，一般常见外啮合形式。外啮合不完全齿轮机构，两轮转向相反 。内啮合不完全齿轮机构，两轮转向相同。 图 4啮合不完全齿轮机构 图 4啮合不完全齿轮机构 不完全齿轮机构与其他间歇运动 机构相比，优点是结构简单，制造方 便，从动轮的运动时间和静止时间的 比例不受机构结构的限制。缺点是从 动轮在转动开始和终止时，角速度有 突变，冲击较大，故一般只用于低速 第 4 章 切断装置的设计 11 或轻载场合。如果用于高速，则可安 装瞬心附加杆使从动件的角速度由零 图 4条不完全齿 轮机构逐渐增加到某一数值，以使机构传动平稳。 不完全齿轮机构常用于多工位自动机和半自动机工作台的间歇转位及某些间歇进给机构中，如蜂窝煤压制工作台转盘的间歇转位机构等。 其它不完全齿轮机构，如图 3 所示为齿条与不完全齿轮机构，连续转动的圆盘通过销带动不完全齿轮摆动，驱动齿条往复运动。 轮式间歇机构 图 4 所示是一种圆柱凸轮式间歇运动机构。机构的 主动轮 1 为具有曲线沟槽的圆柱凸轮，从动件 2 则为均布有柱销 3 的圆盘。当主动轮 1 转动时，拨动柱销 3，使从动圆盘 2 作间歇运动。从动圆盘的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，适当的凸轮轮廓曲线可满足机构高速运转的要求。不过，凸轮加工较复杂，加工精度要求较高，装配调整的要求也较严格。这种机构常用在轻载情况下的间歇运动（如火柴包装机），间歇运动的频率每分钟可高达 1500 次左右。 凸轮式间歇机构的优点是：运动可靠、传动平稳、承载能力较大；转盘可以实现任何运动规律，以适应高速运动要求；转盘停歇时一般依靠凸轮棱边进行定位，不需要附加 任何定位装置。缺点是凸轮加工精度要求较高。因此，凸轮式间歇机构常用于各种高速机械的分度、 图 4位装置和步进机构中。 断装置间歇比的分配 根据题设，刀体完成一次动作的时间与停歇时间之比约为 1： 19。机构设定的结构尺寸，结合机构设计的具体实际，确定通过不完全齿轮副的动作时间 /该机构周期时间取 1：5，凸轮机构带动刀架实现动作的时间 /该机构周期时间为 1： 4。那么总的间歇比为 1：(5 41:19。 12 完全齿 轮机构副设计 图 4上图示，不完全齿轮的轮齿部分只占整个圆周的 72，也就是 72 /360 =1/5,这样大齿轮的齿数和小齿轮的齿数和模数都相同。当不完全齿轮对应的转轴带动大齿轮转动一周也只能带动小齿轮转动小齿轮转动一周。那样就可以实现不完全齿轮副的动作时间 /该机构周期时间取 1： 5。 不完全渐开线齿轮机构能将主动轮的等速连续转动转换为从动轮的间歇运动。其动停时间比不受机构结构的限制，制造方便，但是从动轮在每次间歇运动的始末有剧烈冲击，故一般只用于低速，轻载及机构冲击不影响正常工作的 场所。若设置缓冲结构可改善机构的动力性能。 本型式与啮合特性 不完全齿轮机构分外啮合与内啮合两类（图 44机构由三部分组成：主动轮 1 与 2；一对锁止弧 3，主动轮上的凸弧和从动轮上的凹弧可以直接切出或装配而成，也可单独制成一对锁止弧；缓冲结构，用以缓和或消除间歇涌动始 善机构的动力性能。本节只讨论没有缓冲结构的运动分析与尺寸设计。 第 4 章 切断装置的设计 13 根据工作特点 ,在这选择外啮合齿轮副。 图 4 图 4完全齿轮的啮合特性：每一次简谐运动，可以只由一对齿啮合来完成，也可以由若干对齿来完成。不完全齿轮机构首 中间各对齿的啮合过程与完全齿轮相同。首对齿：从动轮所处的静止位置，应使主动轮旋转时其首齿 S 能顺利地通过二轮顶圆右侧交点 G，从动轮具有锁止弧的齿 K 啮合（图4b）。 首啮点 E 由从动轮的静止位置决定，它可能位于从动轮齿顶圆弧 1（图 b）或啮合线段 上（图 a）。首齿开始推动从动轮 齿在 1啮合时，从动轮变速转动； E 点离 越远，则开始啮合时冲击越大；齿轮在 21啮合时，从动轮匀速转 动。如所选参数满足连续传动条件，则第一对齿到 终止啮合时，第二对齿已进入啮合。 末对齿：末对齿啮合至 时，因无后续齿所以并不立即脱齿，而以主动齿顶尖角与从动末齿根部啮合，经圆弧 最终于二顶圆左侧交点 F 处分离。在 啮合过程中，从动轮角速度逐渐降低。在 F 点终止啮合时，锁止弧恰好锁住，从动轮突然停止。 中间各对齿开始啮合与 ，终止啮合于 。 14 图 4由一对齿啮合来完成一次间歇运动时，啮合轨迹的前半段 （或 首对齿的前半段相同；后半段 与末对齿的后半段相同。 同时看到，由于啮合轨迹较长，每次间歇运动中，从动轮所转过的角度较大，其中包含的周节数为 1+k (4式中 一次间歇运动中，主动轮转过的齿数； k 锁止弧覆盖部分所包含的周节数加上 般 k 取整数。当 1 时，从动轮每次转过 k 个周节。 计参数的计算 （ 1） 末齿齿顶高 * *确定 从动轮的静止位置由二齿顶圆的交点 模数 、 确定后，可通过改变齿顶高来改变 F 点的位置。为了简化设计步骤，通常取 k 为整数，从动轮在静止位置时锁止弧对称与连心线 2 ，从动轮齿顶高系数为标准值*21，而仅改变主动轮首 ,末二齿的齿顶高系数 * * 为保证从动轮每次转位前都具有相同的静止位置，应使从动轮过（ 2 2 ）的角度内，恰好包含 4 第 4 章 切断装置的设计 15 即 K= 222 /3602 0 z =整数 (4式中 2 为从动轮 具有标准齿顶高，主动轮为修正齿顶高 顶圆交点 G， 2 21221221222a r c c o s = )2)()(2)(2)(a r c c o s*2221*1*22*2122（ 4 图 4 2 为 *21时从动轮吃顶圆齿槽所对中心角 )(21 8 0 2202 a （ 4 2a 为从动轮齿顶压力角，其中（ a 2 ）值应化成度数后代入 )2c o sa r c c o s ( *2222aa （ 4 16 将式（ 4式（ 4入式（ 4，仍有两个未知数 K、 *不能直接解得。可先假定 12* 出近视值 2 和 K （图 4这时 K 可能不是整数。 令 小数 =整数，并解出 *当 K +小数 =整数时， *1;当 K 小数 =整数时，* 2a ）时 11 （ 4 1 主动轮过 1 与 之间的夹角， )co s ()(2(2)()2()s i n ()2(ar cs i n)s i n (ar cs i 22212*2222*22122214 1 向径 与首齿中线 1（ 4 第 4 章 切断装置的设计 19 1E 主动轮过 c )(2(2)()2(c r c c 221*22114 第二种情况：始啮点 E 与 重合，或落在 段上（图 4即 )( 22 )( 2 当啮合点由 E 移动到节 P，主、从动轮渐开线轮廓在分度圆上对应的二点 M、 N 都移到节点 P 。因此从动轮转过角202 180) ，主动轮转角 2120 01101220 18090180) （ 4 图 4止凸弧起 确定通过 1 1 T ，（图4 1 （ 4 式中 在终齿点啮合时，主动轮上向径 与 间的夹角 ， *12*221222s i n)2(a r c s i ns i na r c s i （ 4 20 1 主动轮上顶圆齿厚所对中心角之半， i 110190（ 4 1 主动轮末齿顶圆压力角， *1112c o sa r c c o （ 4 （ 4）运动时间 静止时间 间歇运动机构 从动轮的运动时间 静止时间 设计的旋转时，从动轮在一次间歇运动中的运动时间 以看成 1 时传动所需的时间与（ 1）对中间齿传动所需时间之和。 111060)13 6 0( （ s ） （ 4 式中 n 1 主 动 轮 转 速 ， r/ 160 （ s ） （ 4重要参数之一。当主动轮等速 式中 N 主动轮每转一转，完成间歇运动次数。 完全齿轮机构的设计计算公式及工作图 （ 1） 不完全齿轮机构的计算公式 名称 符号 计算公式 假象在主、从动轮上布满齿时的齿数 1z 、 2z按工
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