春卷自动生产线上馅料自动计量定形部分的机械结构设计【全套6张CAD图+开题报告+文献翻译+说明书】
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摘要：
本设计主要是为了实现春卷一体机中馅料的自动计量、定型、定位下料。主要由馅料的供应部分，粘稠馅料的抽取部分，馅料的计量部分，馅料的定型及切断部分组成。
本设计采用搅拌器对春卷馅进行均匀搅拌，使用柱塞式料缸，自动定量抽吸春卷馅料，并自动定量排挤出所吸的馅料，达到定量供馅的目的；通过气缸控制切刀的往复运动来实现馅料的切断；通过红外测量仪判断春卷皮的位置并控制下馅位置和时间。
整个过程用机器完成独立操作，配合采用气动系统来做执行机构，并配以自动电控系统。
关键词：自动计量；定型；气动；工作循环；柱塞；食品机械
- 内容简介：
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春卷自动生产线上馅料自动计量定形部分的机械结构设计 of 毕业设计 (论文 )外文资料翻译 外文资料翻译译文 刀具补偿原理 刀具补偿（又称偏置），在 20 世纪 60 70 年代的数控加工中没有补偿的概念，所以编程人员不得不围绕刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程，容易产生错误。补偿的概念出现以后很大地提高了编程的效率。 具有刀具补偿功能，在编制加工程序时，可以按零件实际轮廓编程，加工前测量实际的刀具半径、长度等，作为刀具补偿参数输入数控系统，可以加工出合乎尺寸要求的零件轮廓。 刀具补偿功能还可以满足加工工艺等 其他一些要求，可以通过逐次改变刀具半径补偿值大小的办法，调整每次进给量，以达到利用同一程序实现粗、精加工循环。另外，因刀具磨损、重磨而使刀具尺寸变化时，若仍用原程序，势必造成加工误差，用刀具长度补偿可以解决这个问题。 刀具补偿分为 2 种： 刀具长度补偿； 刀具半径补偿。 文献刀具补偿在数控加工中的应用（工具技术， 28卷 伟，广东技术师范学院）中提到 在数控加工中有 4种补偿： 刀具长度补偿； 刀具半径补偿； 夹具补偿； 夹角补偿（ 这四种补偿基本上能解决在加工中因刀 具形状而产生的轨迹问题。 1. 刀具长度补偿 刀具长度的概念 刀具长度是一个很重要的概念。我们在对一个零件编程的时候，首先要指定零件的编程中心，然后才能建立工件编程坐标系，而此坐标系只是一个工件坐标系，零点一般在工件上。长度补偿只是和 Z 坐标有关，它不象 X、 Y 平面内的编程零点，因为刀具是由主轴锥孔定位而不改变，对于 Z 坐标的零点就不一样了。每一把刀的长度都是不同的，例如，我们要钻一个深为 50孔，然后攻丝深为 45别用一把长为 250钻头和一把长为 350丝锥。先用钻头钻孔深 50时机床已经设定工件零点，当换上丝锥攻丝时，如果两把刀都从设定零点开始加工，丝锥因为比钻头长而攻丝过长，损坏刀具和工件。此时如果设定刀具补偿，把丝锥和钻头的长度进行补偿，此时机床零点设定之后，即使丝锥和钻头长度不同，因补偿的存在，在调用丝锥工作时，零点 Z 坐标已经自动向 Z+（或 Z）补偿了丝锥的长度，保证了加工零点的正确。 刀具长度补偿指令 通过执行含有 H 指令来实现刀具长度补偿，同时我们给出一个 样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为 Z 的地方。另外一个指令 43（ 令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用 H 指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿。 示存储器中补偿量与程序指令的终点坐标值相加， 示相减，取消刀具长度偏置可用 令或 令。程序段 43 05 与中，假如 05存储器中值为 16，则表示终点坐标值为 72 刀具长度补偿的两种方式 (1) 用刀具的实际长度作为刀长的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀长作为补偿就是使用对刀仪测量刀 具的长度，然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀长补偿。使用刀具长度作为刀长补偿的理由如下： 首先，使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀长偏置。在这种情况下，可以按照一定的刀具编号规则，给每一把刀具作档案，用一个小标牌写上每把刀具的相关参数，包括刀具的长度、半径等资料，事实上许多大型的机械加工型企业对数控加工设备的刀具管理都采用这种办法。这对于那些专门设有刀具管理部门的公司来说，就用不着和操作工面对面地告诉刀具 的参数了，同时即使因刀库容量原因把刀具取下来等下次重新装上时，只需根据标牌上的刀长数值作为刀具长度补偿而A B C 外轮廓加工 内轮廓加工 A/ B/ C/ C/ 刀具 刀具 图 3B 功能刀具补偿的交叉点和间断点 不需再进行测量。 其次，使用刀具长度作为刀长补偿，可以让机床一边进行加工运行，一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量，而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间，这样可以充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程 Z 坐标点时，就是主轴坐标加上（或减去）刀具长度补偿后的 Z 坐标数值。 （ 2）利用刀尖在 Z 方向上与编程零点的距离值（有正负之分）作为补偿值。这种方法适用于机床只有一个人操作而没有足够 的时间来利用对刀仪测量刀具的长度时使用。这样做当用一把刀加工另外的工件时就要重新进行刀长补偿的设置。使用这种方法进行刀长补偿时，补偿值就是主轴从机床 Z 坐标零点移动到工件编程零点时的刀尖移动距离，因此此补偿值总是负值而且很大。 2 刀具半径补偿 刀具半径补偿概念 在轮廓加工时，刀具中心运动轨迹（刀具中心或金属丝中心的运动轨迹）与被加工零件的实际轮廓要偏移一定距离，这种偏移称为 刀具半径补偿 ，又称刀具中心偏移 。如图 3示，在加工内轮廓时，刀具中心向工件轮廓的内部偏移一个距离；而加工外轮廓时，刀具中 心向工件的外侧偏移一个距离，这个偏移，就是所谓的刀具半径补偿。图中，粗实线为工件轮廓，虚线为刀具中心轨迹。本图中的偏移量为刀具半径值。而在粗加工和半精加工时，偏移量为刀具半径和加工余量之和。 由于数控系统控制的是刀 具中心 轨迹，因此数控系统要根据输入的零件轮廓尺寸及刀具半径补偿值计算出刀心轨迹。由此可见， 刀具半径补偿在数控加工有着非常重要的作用，根据刀具补偿指令，数控加工机床可自动进行刀具半径补偿。特别是在手工编程时，刀具半径补偿尤为重要。手工编程时，运用刀具半径补偿指令，就可以根据零件的轮廓值编程，不需计算刀心轨迹编程，这样就大大减少了计算量和出错率。虽然利用 动编程，手工计算量小，生成程序的速度快， 但当刀具有少量磨损或加工轮廓尺寸与设计尺寸稍有偏差时或者在粗铣、半精铣和精铣的各工步加工余量变化时，仍需作适当调整，而运用了刀具半径补偿后，不需修改刀具尺寸或建模尺寸而重新生成程序，只需要在数控机床上对刀具补偿参数做适当修改即可。 既简化了编程计算，又增加了程序的可读性。 刀具半径补偿有 B 功能（ C 功能（ 种补偿形式。由于 偿只根据本段程序进行刀补计算，不能解决程序段之间的过渡问题，要求将工件轮廓处理成圆角过渡如图 3示，因此工件尖角处工艺性不好。而且编程人员必须事先估计出刀补后可能出现的间断点和交叉点，并进行人为处理，显然增加编程的难度；而 C 功能刀具半径补偿能自动处理两程序段刀具中心轨迹的转接，可完全按照工件轮廓来编程，因此现代 控机床几乎都采用 C 功能刀具半径补偿。这时要求建立刀具半径补偿程序段的后续至少两个程序段必须有指定补偿平面的位移指令（ ），否则无法建立正确的刀具补偿。 刀具半径补偿指令 根据 定，当刀具中心轨迹在程序规定的前进方向的右边时称为右刀补，用 示；反之称为左刀补，用 示。 刀具左补偿指令（左刀补），即顺着刀具前进方向看 (假定工件不动 )，刀具中心轨迹位于工件轮廓的左边，称左刀补。如图 3.2(a)所示。 刀具右补偿指令（右刀补），即顺着刀具前进方向看 (假定工件不动 )，刀具中心轨迹位于工件轮廓的右边，称右刀补。如图 3.2(b)所示。 为取消刀具半径补偿指令。使用该指令后， 41、 42 指令无效。 在使用 行半径补偿时应采取以下步骤： （ 1）设置刀具半径补偿值：程序启动前，在刀具补偿参数区内设置补偿值。 （ 2）刀补的建立：刀具从起刀点接近工件，刀具中心轨迹的终点不在下一个程序段指定的轮廓起点，而是在法线方向上偏移一个刀具补偿的距离。在该段程序中，动作指令只能用 （ 3）刀补进行：在刀具补偿进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径的偏移值。在此状态下， 可以使用。 （ 4）刀补的取消：在刀具撤离工件、返回原点的过程中取消刀补。此时 只能用 功能刀具半径补偿 对直线而言，刀具补偿后的轨迹是与原直线平行的直线，只需要计算出刀具中心轨迹的起点和终点坐标值。 如图 3示，被加工直线段的起点在坐标原点，终点坐标为 A。假定上一程序段加工完后，刀具中心在 O点坐标已知。刀具半径为 r，现要计算刀具右补偿后直线段 O A的终点坐标 A。设刀具补偿矢量 投影坐标为 ,则 图 3刀具半径的左右补偿 (a) 外轮廓补偿 (b) 内轮廓补偿 X X Y A A K 22s i r 22c o r 对于圆弧而言，刀具补偿后的刀具中心轨迹是一个与圆弧同心的一段圆弧。只需计算刀补后圆弧的起点坐标 和终点坐标值。如图 3示，被加工圆弧的圆心坐标在坐标原点 O，圆弧半径为 R，圆弧起点 A，终点 B，刀具半径为 r。 假定上一个程序段加工结束后刀具中心为 A，其坐标已知。那么圆弧刀具半径补偿计算的目的，就是计算出刀具中心轨迹的终点坐标 B。设 两个坐标上的投影为 ,，则 22 22 y O x X y K A (X ,Y ) r Y A ( X , Y ) B (X b ,Y b ) A (X a ,Y a ) X K x B （ X b ,Y b ） Y O O R K A ( X a ,Y a ) r 图 3线刀具补偿 图 3弧刀具补偿 / X Y B O x B B K c o ss i r r 以图 3加工外轮廓为例，采用 B 功能刀具半径补偿方法，加工完第一个程序段，刀具中心落在 B/、 点上，而第二个程序段的起点为 A/，两个程序段之间出现了断点，只有刀 具中心走一个从 B/、 至 A/的附加程序，即在两个间断点之间增加一个半径为刀具半径的过渡圆弧 能正确加工出整个零件轮廓。 可见， B 刀补采用了读一段，算一段，再走一段的控制方法，无法预计到由于刀具半径所造成的下一段加工轨迹对本程序段加工轨迹的影响，相邻两程序段的刀具中心轨迹之间可能出现间断点或交叉点。为解决下一段加工轨迹对本段加工轨迹的影响，在计算本程序段轨迹后，提前将下一段程序读入，然后根据它们之间转接的具体情况，再对本段的轨迹作适当修正，得到本段正确加工轨迹，这就是 C 功能刀具补偿。 C 功能刀补更为完 善，这种方法能根据相邻轮廓段的信息自动处理两个程序段刀具中心轨迹的转换，并自动在转接点处插入过渡圆弧或直线从而避免刀具干涉和断点情况。 功能刀具半径补偿 目前，通常的 统中，实际所能控制的轮廓只有直线和圆弧，相应的有如下转接线形：直线与直线转接、直线与圆弧转接、圆弧与圆弧转接、圆弧与直线转接。 根据两段轨迹的矢量夹角和刀具补偿方向的不同，有以下几种转接过渡方式：缩短型、伸长型、插入型。 3 夹具偏置补偿（坐标系偏置） 正如刀具长度补偿和半径补偿一样，让编程者可以不用考虑刀具的长短和大 小，夹具偏置可以让编程者不考虑工件夹具的位置而使用夹具偏置。当一台加工中心在加工小的工件时，工装上一次可以装夹几个工件，编程者不用考虑每一个工件在编程时的坐标零点，而只需按照各自的编程零点进行编程，然后使用夹具偏置来移动机床在每一个工件上的编程零点。夹具偏置是使用夹具偏置指令 执行的。还有一种方法就是使用 令设定坐标系。当一个工件加工完成之后，加工下一个工件时使用 重新设定新的工件坐标系。 4 夹角补偿 加工中两平面相交为夹角，可能产生超程过切现象，导致加工误差的产生，此时可采用夹 角补偿 (解决。使用夹角补偿 (令时需注意，本指令为非模态指令，只在本程序段内有效，而且只能在 42指令后才能使用，该指令主要用于加工中心和数控铣床。 以上是数控加工中的四种补偿方式，给我们的编程和加工带来很大的方便，能大大地提高生产效率和产品合格率。 外文原文 in 0th 0 0ss s s on to to so as so on to to of if s (28th Xu is of in of in of 1. is a We in to is a is it , Y is by is s s is we a 0mm 5a is 50mm nd a is 50mm to of 0mm if to to to to be if on s if to be + () a 43 we a Z to is 49 is 43 (we do to ( 43 to s in 49 or 00 80 56 if 5 6, 2 (1) s to as is as to s to as is as to in of on to In to a s so on s in to s s no to if so on to as to on to on at on s on of on to to is or (2) to in to is in a to to s a on on is to is 2 or s is to of is As a to s a to is In is is In of of A B C A/ B/ C/ C/ is to it be in to on to AM is s is or or in or n of on to to of to of to on to up -1 as is of on s be to to to NC By to at so is to in of is to 42; is to 41. is is of to at s As .2(a). is is of to at s As .2(b). is to 41, on (1) in (2) up a s in a in In of 00 01. (3) up on in a (4) up In to to in to to 00, B of s is to s (a) b) In -2 s s is in of . a r 开 题 报 告 春 卷 自 动 生 产 线 上 馅 料 自 动 计 量 定 形 部 分 的 机 械 结 构 设 计 春卷是一种深受大众喜爱，还要经历人为计重、下馅、包制成型等多 的美食，每年的需求量巨大，不仅国内市场上需求量大，国际市场也不容小觑，新加坡华人改造的春卷皮机一年销售额就有 16 亿美金。但是春卷的制作却颇费周章，除了需要制作非常薄的面皮以外 道工序，特别是手 工包制春卷需要耗费大量人力，且卫生条件也非常不好，制作效果不佳。春卷作为一种传统食品，以往食用多为在家里自包自吃，对 春卷 馅 的大小没有要求。 随着食品加工业的发展，春卷作为一种速冻便携食品，已出现将包好的春卷进行销售。 要实现工业化流水标准生产， 包好的春卷作为销售产品，其外观大小、重量及陷料与面皮的比例都有一定的 规格 。在国内市场上，春卷成型设备 还处在初研阶段 ， 还未有一点的市场占有 ， 设备产品参差不齐。由于 春卷成型过程中最重要的注馅工序技术难度大，注馅定量不准，产品成型不规范。己有的食品注馅机一般属于灌肠式设备，只能用于流质或糜状物物料，且不易走量，不能用于春卷制作，现有的饺子机在实际操作过程中，不能满足春卷加工对蔬菜长纤维馅料注出、定量准确、落点位置可控的要求，导致馅料材质单一，这些都对生产质量、效率、成本造成不利影响。 本设计基于上述原因，拟创新设计一种春卷的自动成型装置，以替代人力，不仅大大提高生产效率，而且还能提高产品的卫生质量标准。 经检索，目前 我国内地 近 两 年才 检索到同类产品的设计专利或是产品销售， 但是 产品还未经市场检验，而且 还有很大改进空间。 国外虽然有同类产品，但是价格昂贵，一台春卷成型机的售价就要高达近 200 万人民币，这对于春卷生产这类本小利薄的小型食品加工企业来说是属于望尘莫及的价格，不可能购买用于生产，因此，我们的 设计属于 改良 产品设计，它可以替代进口商品，且据我们估算，如果能制造成功，其价格也就是不超过进口价格的三分之一， 将大大减轻企业成本。从而可以使企业在市场竞争中轻松胜出。 速冻食品源于 1928 年的美国 ,1953 年以来美国有关行业系统地研究了速冻食品 ,提出了著名的 T、 T 、 T 概念 ,并制定了 冷冻食品制造法规 , 从此 , 速冻食品实现了工业化生产 , 并开始进入超级市场 ,深受广大消费者的青睐。 1973 年北京、青岛、上海 3 个速冻食品厂同时从日本引进螺旋式速冻机 , 开始了我国 速冻食品的新发展。 20 世纪 80 年代 ,随着引进设备的不断增加和各种国产设备的研制成功 , 我国的速冻食品加工工艺逐渐向国际水平靠拢 ,目前我国 速冻方便食品的出口量已跃居全球第一位。 但应当看到 , 目前我国速冻食品无论是数量上还是品种上都远不能满足市场需要。我国速冻食品的加工技术和国外差距仍较大 , 产品的保质期较短 , 前处理技术和解冻技术较落后 , 冷藏链不健全。另外我国大多数速冻食品机械主要依赖进口 , 不能适应我国速冻食品的发展需要。 尤其是我们的名族品牌传统食品春卷的速冻工业化生产更是远远落 后于国际社会，早几年间，新加坡华人生产的春卷皮已行销世界，国外各项技术已经成熟，但是由于机器成本非常昂贵，国内企业负担不起。特别是 我们邻国日本已经远远走在我们前头。 据中国食品报报道， 2012 年国内才首次实现春卷注馅自动化生产，这一生产线至少能节约 20 个工人是国内自动化程度最高的春卷设备线。这套设备主要 解决了人工注馅的问题。它通过馅料自动输入、自动控制、自动输出和带有面皮切刀的面皮传送带，实现了自动注馅的全过程。当春卷皮通过制皮机进入注馅程序时，馅料在电子屏幕的控制下，将设置好的量自动落入刚好传送过来的 春卷皮上，而春卷皮也同时被切刀切出部分断痕，带着注好的馅料进入下一个传送带。由于每一排只有三个，工人们可在十秒左右完成包制，并将包好的春卷放入春卷盒。 该设备 不仅 首次实现春卷注馅的自动化，它不仅性能稳定，在很大程度上提高了春卷的生产效率、产品品质，而且在春卷制作过程中减少了人工对馅料的接触，提高了春卷生产环节的安全系数。 同时我们经过调研发现内地市场上春卷成型机在国内有多家企业在售，说明国内企业已经感觉到春卷走向工业化生产的必然，也都在积极解决春卷生产中的问题，我们也希望能够通过自己的研究给国内春卷生产带来 更好的技术和产品。 该题目属于食品自动化生产专用机械，根据它将馅料用面皮自动包裹成型的实际工作状况。通过市场调研，发现目前大部分的馅料食品（主要是春卷）生产厂家都是使用人工在进行生产，效率低、质量差，卫生条件不佳，其主要原因是春卷成型机主要是国外进口，价格昂贵，企业无法承受，鉴于此，我们拟设计生产一款价格比较低廉，效果好，效率高的自动化生产机械，本设计就是针对这种机械装备中的自动成型部分进行的设计，用机械来完成其间的各种动作。 设计主要是对春卷皮中所包馅料自动计量、定型、定位下料，并能依据传感器判定春卷皮是否已经到位。该过程主要由如下部分：馅料的供应部分，粘稠馅料的抽取部分，馅料的计量部分，馅料的定型及切断部分组成。本设计根据上述过程用机器完成独立操作，配合采用汽缸系统来做执行机构，并配以自动电控系统。该设计不仅要求要设计出全套的传动和执行机构的装配图，并拆出其中的重要零件或部件图，同时还要求设计初步的电控系统图和气动系统图。 主要设计要求： 1、 绘制完成春卷计量定型部分机构传动总图 2、 绘制完成气动图 3、 依据传动总图绘制完成其中重要零部件 工作图 4、 完成设计说明书一份。 待解决的问题主要如下： 1、 馅料的定型与定量 实现人为控制 ； 2、 实现落点位置可控； 3、克服传统注馅机的缺点 ,可以完成长纤维馅料的输送注馅工作 ； 4、工艺流程顺畅 ,效率高 ,成本低 ； 5、整机价格低廉、性价比高。 本设计在基于机械设计及其自动化、力学、材料学、工业设计等相关专业学科的知识体系的前提下完成产品发明和制作，应用机械专业的相关知识完成产品的总体设计，应用力学，材料学的相关知识完成对产品的受力、寿命，成本等方面的检测 。 该春卷注馅机，其特征在于它包括馅 料输入机构、控制机构、馅料输出机 构、带有面皮切刀的面皮传送带和机架 ;馅料输入机构是由搅盘推进器和馅斗构成，搅盘推进器置于馅斗内 ;馅料输出机构是由与馅斗输出端相连接的定量馅缸、与定量馅缸输出端连接的馅料传送通道、与馅料传送通道相连接的注馅盒及注粗糊装置 所构成。 控制机构包括通过链轮与电机相连接的主轴、离合控制机构及依各传动构件与主轴相连接的各输出端，依各传动构件与主轴相连接的各输出端是搅盘推进器、馅料控制机构、注馅控制机构、面皮步进传送带、面皮传送带上的切刀、面皮快速传送带及注粗糊装置 ;离合控制机构的离合工作 面一端与馅料控制机构的输入端相连接，由依传动构件控制的注粗糊装置与注馅盒注出口工作同步。 使用方法与工作过程为 : 将馅料放进馅斗，经过螺旋绞盘的挤压后进入定量馅缸，在馅料控制机构控制下的推进馅杆 I 的作用下将馅料推进到馅料传送通道，再经过馅料控制机构控制下的推进馅杆 作用将馅料推进到注馅盒，进入注馅盒后，馅料控制机构中的注馅杆向下推动将馅料完全注出，无溢馅现象产生，馅料通过注馅盒口注出准确落在下方传送带上的春卷皮相对应的位置，切刀与面皮的步进是同步的，面皮向前前进一步，切刀切一刀，然后面皮再通过快速传 送带进入工人的操作空间。其中，定量馅缸的出馅量是通过调节作用于馅料推进活塞的推进馅杆 I 的凸轮结构的行程，导致作用于上述推进馅杆 I 推进度的改变，达到调节出馅量的目的。在注馅过程中会有注馅杆回带馅料的现象，注馅杆底端均匀分布有多个气孔，气动控制开关控制空气通过气孔排出，将回带的馅料推净，克服了回带馅料的现象。注馅杆与注浆装置同步工作，在面皮上呈对角线位置同时注出馅料和粗糊，由操作工完成春卷成型。 【 1】郎庆军 . 手工水饺定量给馅机的设计 J . 食品与机械 , 2003, 29( 3) : 31【 2】李书国 . 食品加工机械与设备手册 M . 北京 : 科技文献出版社 , 2006 【 3】崔建云 , 殷涌光 , 周先汉 , 等 . 食品机械 M . 北京 : 化学工业出版社 , 2007. 【 4】濮良贵 ,纪名刚 北京 :高等教育出版社 ,2006 【 5】王先逵 第 2 版 械工业出版社， 2006 【 6】刘鸿文主编 北京：高等教育出版社 1991 【 7】唐亚鸣 . 莫静玲 J 2011, (03), 【 8】 刘世勋 . 刘少军 J 1996, (04), 【 9】江耕华主编 北京：煤炭工业出版社， 1992 【 10】赵延年 ,张奇鹏 . 机电一体化系统设计 . 机械工业出版社， 1996 【 11】张福润等 武汉：华中科技大学出版社， 2000 【 12】 张 玉 平主编 . 几何量公差与测量技术 北大学出版社 1999 【 13】孙 桓 机械原理 . 北京：高等教育出版社 2000 I 内容摘要 ： 本设计主要是 为了实现 春卷 一体机中 馅料 的 自动计量、定型 、定位下料 。 主要由馅料的供应部分，粘稠馅料的抽取部分，馅料的计量部分，馅料的定型及切断部分组成。 本设计采用搅拌器对春卷馅进行均匀搅拌 ，使用 柱塞式料缸，自动定 量抽吸春卷馅料，并自动定量排挤出所吸的馅料，达到定量供馅的目的；通过气 缸 控制切刀的往复运动来实现馅料的切断；通过红外测量仪判断春卷皮的位置并控制下馅位置和时间。 整个 过程用机器完成独立操作，配合采用 气 动 系统来做执行机构，并配以自动电控系统 。 关键词 ：自动计量；定型 ； 气动 ；工作循环； 柱塞； 食品机械 in to in by of of a to of By of of of is to do 春卷自动生产线上馅料 自动计量定形部分的机械结构设计 主要设计任务 1 2 3 馅料的定型 系统的传动方案设计 馅料的定量 设计方案简述 主要部分及装置 1 2 气缸与真空负压装置 馅料的抽取部分 4 切刀和气缸 馅料的定型和切断 3 转阀与气缸 馅料的计量部分 气动传动 馅料的供应部分 料斗及搅拌器 工作原理简图 容积定量） 驱动切刀） (驱动转阀连杆 ) 形成真空负压） 连 杆 主要结构设计 转阀阀芯 主要结构设计 转阀设计 主要结构设计 真空负压装置 气缸的选取 1、初步进行 气缸 的 设计与计算 2、根据计算结果选用现有国产品牌气缸 真空负压气缸 32驱动连杆气缸 32驱动切刀气缸 16计优缺点分析 优点 1、设计简单，结构巧妙，加工方便。 2、广泛应用气动 ，清洁无污染。 3、体积小、重量轻、安装、拆卸都很方便。 缺点 1、设计未进行工业设计，外观欠美观。 2、时间紧，部分结构未进行校核计算。 总结 毕业设计不仅仅是对我们四年的学习的一个考核 更是一种把机械设计理念深入骨髓的一种训练 更使我深刻地认识到了自己在丏业知识的学习和应用方面的不足 希望自己今后能不断进步，掌握更多的丏业知识和技能 侯国玉 2015年 6月 17日 谢谢 目 录 内容摘要 . I 导言 1 研究目的及意义 2 国内外研究背景及现状 2 2 课题设计任务 4 课题名称： 5 主要内容与待解决的问题： 5 设计方法与实施方案 5 3 结构设计 8 转阀阀芯设计及配件的选取 8 转阀阀体的设计 11 负压真空装置的设计 11 气缸的选取 12 电机的选取 22 机架的设计 23 4 校核计算 24 5 总结 25 参考文献 27 附录：开题报告 (数据报告 ) 28 致谢 32 1 民以食为天 ,饮食 的 健康与多样性一直是人们关注的主题。而随着经济的持续繁 荣和中国技术的进步，食品机械在国民经济中所占的比重也是越来越高，我国传统美食有很多都已经可以用食品机械大批量生产，可以满足更多人的需要，并且降低成本，解放了手工劳动力。我们的课题就是 与传统美食相关的的食品机械 的设计 。 课题来源 近年来随着我国经济持续繁荣，实体行业高速发展，特别是机械行业，生活中与机械相关的新闻屡见不鲜，比如大学生自制 3校食堂机器人刀削面，以及送餐机器人的发明让人们相信一个更加 工业化和智能化的时代即将到来。 另一方面中国是个美食天堂，但是现代人生活节奏很快，许多国外快餐行销全国，既不符合我国饮食文化又不健康，而我们的传统美食却很大一部分要靠人力来完成，未能实现大规模工业化生产，难以满足国人的需求，且很难打出国际影响力的民族品牌，因此我们机械在食品行业特别是传统食品生产方面还有很大的空白和潜力。 我们生活中发现水饺、汤圆、月饼等生产技术和设备已经非常成熟，而像包子、春卷等还是依靠人的手工，因此我们决定做春卷的工业化生产设备设计。 春卷，是中国的传统食品之一，随着社会的发展和人民生活 水平的逐步提高，这一传统食品不仅越来越受到中国人民的青睐，也逐渐博得许多外国人的好评。因此，国内外都对春卷的需求量日益增加。然而，多年来，我国的春卷生产一直停留在落后的手工生产水平，生产效率低下，根本不能满足当前的社会需要。不仅劳动量大而繁重，而且在质量方面和许多标准有偏差，质量难以得到提高。尽管，近两年来，国内已有春卷皮机问世并投产，为这一传统的手工操作减轻了很大的负担，但春卷的成型仍旧依靠手工实现，并未完全摆脱手工操作。显然，这与人们日益增高的质量和卫生要求不相适应。与此同时，机械化、自动化生产已被广泛 运用于各个生产领域，因此改变手工成型春卷势在必行。面对目前国内外春卷成型机全自动化程度不高，设备有待改进的情况，我们提出了设计课题，力求设计出来的机械能够满足人们的高要求，即高质量，高卫生标准的春卷。 2 我们的设计原则是低成本，高效率，安全耐用，动作准确可靠，外型美观大方，择最优方案，力求结构紧凑，布局合理，希望我们的设计为今天的春卷加工机械尽自己的一份力。 研究目的及意义 春卷是一种深受大众喜爱，还要经历人为计重、下馅、包制成型等多的美食，每年的需求量巨大，不仅国内市场上需求量大，国际市场 也不容小觑，新加坡华人改造的春卷皮机一年销售额就有 16 亿美金。但是春卷的制作却颇费周章，除了需要制作非常薄的面皮以外道工序，特别是手工包制春卷需要耗费大量人力，且卫生条件也非常不好，制作效果不佳。春卷作为一种传统食品，以往食用多为在家里自包自吃，对春卷馅的大小没有要求。 随着食品加工业的发展，春卷作为一种速冻便携食品，已出现将包好的春卷进行销售。要实现工业化流水标准生产，包好的春卷作为销售产品，其外观大小、重量及陷料与面皮的比例都有一定的规格。在国内市场上，春卷成型设备还处在初研阶段，还未有一点的市场占有， 设备产品参差不齐。 由于春卷成型过程中最重要的注馅工序技术难度大，注馅定量不准，产品成型不规范。己有的食品注馅机一般属于灌肠式设备，只能用于流质或糜状物物料，且不易走量，不能用于春卷制作，现有的饺子机 1在实际操作过程中，不能满足春卷加工对蔬菜长纤维馅料注出、定量准确、落点位置可控的要求，导致馅料材质单一，这些都对生产质量、效率、成本造成不利影响。 本设计基于上述原因，拟创新设计一种春卷的自动成型装置，以替代人力，不仅大大提高生产效率，而且还能提高产品的卫生质量标准。经检索，目前我国内地近两年才检索到同类 产品的设计专利或是产品销售，但是产品还未经市场检验，而且还有很大改进空间。 国外虽然有同类产品，但是价格昂贵，一台春卷成型机的售价就要高达近200 万人民币，国内也需要 50 万左右，这对于春卷生产这类本小利薄的小型食品加工企业来说是属于望尘莫及的价格，不可能购买用于生产，因此，我们的设计属于改良产品设计，它可以替代进口商品，且据我们估算，如果能制造成功，其价格也就是不超过国内价格的二分之一，将大大减轻企业成本。从而可以使企业在市场竞争中轻松胜出。 国内外研究背景及现状 3 速冻食品源于 1928 年的美国 ,1953年以来美国有关行业系统地研究了速冻食品 ,提出了著名的 T、 T 、 ,并制定了 冷冻食品制造法规 , 从此 , 速冻食品实现了工业化生产 , 并开始进入超级市场 ,深受广大消费者的青睐。 1973 年北京、青岛、上海 3 个速冻食品厂同时从日本引进螺旋式速冻机 , 开始了我国速冻食品的新发展。 20 世纪 80 年代 ,随着引进设备的不断增加和各种国产设备的研制成功 , 我国的速冻食品加工工艺逐渐向国际水平靠拢 ,目前我国 速冻方便食品的出口量已跃居全球第一位。 但应当看到 , 目前我国速冻食品无 论是数量上还是品种上都远不能满足市场需要。我国速冻食品的加工技术和国外差距仍较大 , 产品的保质期较短 , 前处理技术和解冻技术较落后 , 冷藏链不健全。另外我国大多数速冻食品机械主要依赖进口 , 不能适应我国速冻食品的发展需要。 尤其是我们的名族品牌传统食品春卷的速冻工业化生产更是远远落后于国际社会，早几年间，新加坡华人生产的春卷皮已行销世界，国外各项技术已经成熟，但是由于机器成本非常昂贵，国内企业负担不起。特别是我们邻国日本已经远远走在我们前头。 据中国食品报报道， 2012年国内才首次实现春卷注馅自动化 生产，这一生产线至少能节约 20 个工人是国内自动化程度最高的春卷设备线。这套设备主要 解决了人工注馅的问题。它通过馅料自动输入、自动控制、自动输出和带有面皮切刀的面皮传送带，实现了自动注馅的全过程。当春卷皮通过制皮机进入注馅程序时，馅料在电子屏幕的控制下，将设置好的量自动落入刚好传送过来的春卷皮上，而春卷皮也同时被切刀切出部分断痕，带着注好的馅料进入下一个传送带。由于每一排只有三个，工人们可在十秒左右完成包制，并将包好的春卷放入春卷盒。 2 该设备不仅首次实现春卷注馅的自动化，它不仅性能稳定，在很大程度上 提高了春卷的生产效率、产品品质，而且在春卷制作过程中减少了人工对馅料的接触，提高了春卷生产环节的安全系数。 同时我们经过调研发现内地市场上春卷成型机在国内有多家企业在售，说明国内企业已经感觉到春卷走向工业化生产的必然，也都在积极解决春卷生产中的问题，我们也希望能够通过自己的研究给国内春卷生产带来更好的技术和产品。 国食品加工机械的现状 4 随着我国市场经济的完善和发展，商品流通的深度和广度进一步扩大，包装工业在国民经济中的作用和地位越来越高。根据各国经济发达水平不同，包装工业的产值通常占国民生产总 值的 经济越发达，包装工业所占的比重就越大，并成为排行在前 10名的支柱产业。 我国包装机械工业是改革开放以后发展起来的，由于起步较晚，大部分设备都是通过引进设备消化吸收研制出来的。随着我国食品工业、包装工业和农业的迅速发展，我国的包装食品机械行业取得了世人瞩目的发展，产品品种的数量不断增加，使包装和食品机械行业成为直接为提高人民生活质量服务，为包装工业和食品工业服务，为农业和农副产品深加工业服务的新兴行业，成为我国机械工业十大产业之一。 我国是一个人口大国， 民以食为天 ，食品工业在国民经 济中占有十分重要的位置，在我国经济从温饱型向小康型过渡的过程中，食品工业将会得到更大发展。包装机械对提高食品包装化率十分关键。美、日和欧洲的食品包装化率分别为 90、 80和 70，而我国仅为 5，因此，包装机械的发展潜力十分巨大。 随着人民生活水平的不断提高，对商品包装提出了更高的要求。哪里有商品，哪里就有包装，可以说包装工业对国民经济整体结构的发展起着重要的作用。包装机械产品量大面广，广泛应用于食品、医药、化工等各个行业。 仅从食品和其他轻工产品来看，在我国的出口总额中占有 1/3以上，均要求提高包装档次 ，这就为包装机械的发展带来了许多机遇。 千变万化的包装，对应着种类繁多的包装机械，随着人民生活水平的不断提高，人们的消费方式已从温饱型向享受型转变，因此包装机械行业是个朝阳产业。2000年时，仅全国菜篮子工程就需要 1000亿元以上的食品和包装机械，包装机械在其中约占 1/3，有 300 400亿元。 但我国食品机械工业的现状以及在食品机械产品、食品机械企业、市场信息与销售渠道方面与发达国家的差距 必须加快各种食品加工配套设备的研制和推广 ,并且将先进的食品加工技术应用于食品机械生产中 21世纪食品机械工业发展的对策和措施。 3 2 课题设计任务 5 课题名称 ： 春卷自动生产线上馅料自动计量定形部分的机械结构设计 主要内容与待解决的问题： 该题目属于食品自动化生产专用机械，根据它将馅料用面皮自动包裹成型的实际工作状况。通过市场调研，发现目前大部分的馅料食品（主要是春卷）生产厂家都是使用人工在进行生产，效率低、质量差，卫生条件不佳，其主要原因是春卷成型机主要是国外进口，价格昂贵，企业无法承受，鉴于此，我们拟设计生产一款价格比较低廉，效果好，效率高的自动化生产机械， 本设计就是针对这种机械装备中的自动成型部分进行的设计，用机械来完成其间的各种动作。 设计主要是对春卷皮中所包馅料自动计量、定型、定位下料，并能依据传感器判定春卷皮是否已经到位。该过程主要由如下部分：馅料的供应部分，粘稠馅料的抽取部分，馅料的计量部分，馅料的定型及切断部分组成。本设计根据上述过程用机器完成独立操作，配合采用汽缸系统来做执行机构，并配以自动电控系统。该设计不仅要求要设计出全套的传动和执行机构的装配图，并拆出其中的重要零件或部件图，同时还要求设计初步的电控系统图和气动系统图。 主要设计要求： 1、 绘制完成春卷计量定型部分机构传动总图 2、绘制完成气动图 3、依据传动总图绘制完成其中重要零部件工作图 4、完成设计说明书一份 待解决的问题主要如下： 1、馅料的定型与定量 实现人为控制 ； 2、实现落点位置可控； 3、克服传统注馅机的缺点 ,可以完成长纤维馅料的输送注馅工作 ； 4、工艺流程顺畅 ,效率高 ,成本低 ； 5、整机价格低廉、性价比高。 设计方法与实施方案 计方法 本设计在基于机械设计及其自动化、力学、材料学、工业设计等相关专业学科的知识体系的前提下完成产品发明和制作，应用机械专业的 相关知识完成产品6 的总体设计，应用力学，材料学的相关知识完成对产品的受力、寿命，成本等方面的检测。 春卷供馅计量机构装置的主要要求： 该装置自动定时、定量、定形为春卷皮提供春卷馅，以备春卷自动 成形。其主要要求： 1000个 /时 卷馅 8055春卷皮 150 150厚度 馅的供馅计量，如肉馅、菜馅、果酱馅、块状馅、条状（如豆芽）馅、浆状馅等。 洗 求只有面皮到位时才能完成下馅功能，即无皮不下馅 由工人中途停机。约一小时加馅料一次 供馅计量装置设计方案简述： 装置组成：由于春卷馅多为黏度很大的细块料和条状料，馅的流动性极差，可塑性很强；要求自动定时、定量、定形提供均匀的春卷馅。基于以上物性特点和设计要求，本设计采用如下的机械组成： 动定量抽吸春卷馅料 ，并自动定量排挤出所吸的馅料，达到定量供馅的目的。 0mm x 15mm x 15料口为 80mm x 15切断刀做周期性往复切断运动。料的排放速度一定，以保证馅的尺寸为 80mm x 15mm x 15 计量缸、转阀、排料口、切断刀所组成，其中计量缸、转阀、切断刀三个部件以自动工作循环依次动作，来完成抽料、计量、排料、成型与切断。 4567 成简图与工作原理： 7 图 1 下馅机构 简图 工作原理：电机 1以固定转速带动搅拌器 2 转动，使馅料均匀，并装满料斗3的下部；气缸 7带动转杆 10转动，转杆 10使转阀 4转动；转阀 4的初始位置连通 当气缸 8的活塞左移时，带动计量料缸 9 的活塞左移，使料斗 3内的馅料通过 ，馅料被抽吸到计量料缸内； 气缸 8达到预定行程时，触动机械换向阀，气缸 8停止运动， 吸料过程结束。通过气控系统使气缸 7和气缸 6活塞杆同时开始运动，气缸 7的活塞杆右移，带动转阀 4转接通道 此同时，气缸 6的活塞杆左移带动切刀 5移开出料口 当气缸 6和气缸 7的活塞杆都达到了形成末端时，气缸 7杆触动机械换向阀，使气缸 7、 6的运动同时停止；又通过气控系统控制，气缸 8活塞向右移动，使计量料缸 9的活塞右移排馅，馅由 通道，排出定量的馅料，并经 缸 8活塞杆达到排料行程后，立即触动机械阀，同时停止运动，气控系统同时又使气缸 7和气缸 6活塞杆运动，气缸 7活塞杆带动转 阀4转回到原位，使 道连通，气缸 6活塞杆带动切刀 5右移切下定量、定型的馅料，并把料口 B 堵住。到此完成了一个自动循环周期。 89 8 该方案的优点： 本来在设计中考虑到，完成计量缸、转动阀和切料刀三个执行件的自动工作循环，可由凸轮控制和气动控制两种方案来实现。 若采用凸轮控制，需要把三条凸轮曲线集中在一个圆柱上，这样多条凸轮曲线的圆柱凸轮的加工难度很大，而且精度要求很高，制造费用很高，而且这种系统无法实现调节，无法根据实际状况来实现三者的自动循环的调节。 气动控制系统的采用使整个机构有以下 几方面的优点： 根据实际情况方便的进行相互动作时间的调节。 场很容易买到，组装极为方便，使该装置的制造周期短，加工成本可以降低。 量轻、安装、拆卸都很方便。 食品包装机械中应用日益广泛、安全、卫生、不污染食品，更不污染环境。 械、电气为一体，顺应现代机械设计的发展趋势。 10 3 结构设计 阀阀芯设计 及配件的选取 阀芯的设计我们采用的是一种在轴中间切去一部分，利用这一部分来储存和转运馅料。下面附上阀芯结构图： 9 图 2 转阀阀芯结构图 根据春卷馅尺寸可得下馅体积为： 因此转阀空间必须等于和大于下馅体积：设计转阀芯图如下 满足要求。 轴承的选取： 由于转阀芯两侧需要轴承做支撑且仅受径向力，于是根据图 3常用深沟球轴承的规格和尺寸表选用深沟球轴承 6004 27611 10 表 1 深沟球轴承的规格和尺寸表 键的选择： 根据轴径和下表平键规格 1213 11 表 2 平键规格和尺寸表 平键选择 转阀阀体的设计 由于我们的转阀采用的是容积定量的方式，那么我们的转阀阀体就需要与阀芯来配合，设计是就必须适应阀芯的形状，有特别的是阀体上方有进料口，下方有出料口，阀芯一侧还要辅以真空负压装置， 所以这样的阀体难以一次加工，就需要我们做一个特别的设计来装配，下图是我们的转阀阀体设计图。 图 3 转阀阀体图 负压真空装置的设计 负压真空装置主要与转阀相连，当负压真空装置与 进料口接通时，气缸带动活塞移动，腔内气压降低，馅料被挤入转阀计量料腔内，当负压真空装置与出料口接通时，气缸反向 运动，推动活塞移动，腔内气压升高，馅料被推出。下图为负压真空 部分结构 图： 12 图 4 负压真空部分结构图 气缸的选取 动技术在行业中的应用 20世纪 60年代，气动技术主要用于比较繁重的作业领域作为辅助传动。现在，在工业生产的各个领域，为了保证产品质量的均一性，为了能减轻单调或繁重的体力劳动、提高生产效率，为了降低成本，都已广泛使用了气动技术。在缝纫机、自行车、手表、洗衣机、自动和半自动机床等许多行业的零件加工和组装生产线上，工件的搬运、转位、定位、夹紧、进给、装卸、转配 、清洗、检测等许多工序都使用气动技术。气动木工机械可完成挂胶、压合、切割、刨光、开槽、组装等许多作业。自动喷气织布机、自动清洗机、冶金机械、印刷机械、建筑机械、农业机械、制鞋机械、塑料制品生产线、人造革生产线、玻璃制品加工线等许多场合，都大量使用了气动技术。 气动技术还广泛应用于化肥、化工、粮食、食品、药品等许多行业，实现粉状、粒状、块状物料的自动计量包装。用于烟草工业的自动卷烟合自动包装等许多工序。用于对粘稠液体（如油漆、油墨、化妆品、牙膏等）和有毒气体（如煤气等）的自动计量灌装。 由此可见，气动技术在各 行各业已得到广泛的应用。 气动技术的优势 气动技术与其他的传动和控制方式相比，主要有以下优点： 便、安装维护简单。压力等级低，故使用安全。 之不竭的空气，空气本身不花钱。排气处理简单，不污染环境，成本低 缸动作速度一般为 50 500mm/s，比液压和电气方式的动作速度快。 用寿命长。电器元件的有效动作次数约为数百万次，而 000万次，小型阀超过 2亿次。 的可压缩性，可贮存能量，实现集中供气。可短时间释放能量，以获得间歇运动中的高速响应。可实现缓冲。对冲击负载和过负载有较强的13 适应能力。在一定条件下，可使气动装置有自保能力。 爆、耐潮的能力。与液压方式相比，气动方式可在高温场使用。 缩空气可集中供应，远距离输送。 因此，下馅机构中多处采用了气动技术，以高效、环保的完成下馅步骤。 抽馅气缸的选择 我们先进行气缸的设计计算，根据计算结果选择较合适的气缸。 1、抽馅气缸设计与计算 气缸设计步骤 （ 1） 根据工作机构运动要求和结构要求选择气缸的类型和安装方式。参考表 3气缸的类型和表 4气缸的安装形式，我们选择双作用普通气缸 ， 安装方式选择固定式气缸轴向支座 。 14 表 3 气缸的类型（部分） 14 表 4 气缸的安装方式 （ 2）根据工作机构载荷及速度要求，计算气缸直径。 根据 144中系数在缸径较大时取小值，缸径较小时取大值。 其中， 活塞杆的拉力（ ）； 活塞直径（ ）； 气缸工作压力（ ）； 载荷率，一般 速度高时取小值，速度低时取大值。 15 根据工作情况，我们预计 ， ，我们取 ，由于缸径较小，所以 参考表 5缸筒内径标准 表 5 气缸的内径标准 圆整后取 。 （ 3）由气缸直径及工作压力，计算、选择缸筒壁厚，计算活塞杆直径。 计算活塞杆直径： 由于活塞杆直径需要预设，根据表 6活塞杆直径系列，预设活塞杆直径 16 表 6 活塞杆标准外径尺寸 因为计量料缸行程为 25 ，据 144缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应该使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构，为保证夹紧效果，必须按计算行程多加的行程余量。 综上我 们设定活塞长度为 。 活塞杆长度与直径满足 ,因此只需按条件强度计算 式中， 气缸的推力（ ）； 活塞杆材料的许用应力（ ）， ； 材料的抗拉强度（ ）； 安全系数， 。 活塞杆材料选用 45钢 1516，其 ，取 ，则。 取 满足条件，所以活塞杆直径为 。 （ 4） 缸筒壁厚的计算： 缸筒直接承受压力，需要一定厚度。由于一般气缸缸筒壁厚与内径之比,所以通常可按薄壁筒公式计算 式中 气缸筒的壁厚（ ）； 气缸筒内径（ ）； 气缸试验压力，一般取 ； 气缸工作压力（ ）； 缸筒材料许用应力（ ）， ； 材料的抗拉强度（ ）； 17 安全系数，一般取 。 根据常用缸筒材料我们选择铸铁 故 通常计算出的缸筒壁厚都相当薄，考虑到机械加工 17，以及缸筒两端要安装缸盖等需要，往往需要将气缸筒壁厚做适当加厚，且参考表 缸筒壁厚尽量选用标准壁厚的钢管。 所以我们取 。 考虑到经济实用以及支持名族品牌的情况下，根据以上计算参考下表 表 7 列气缸安装尺寸 我们选择国产气缸型号为 。 驱动转阀阀芯运动气缸的选择 同样先进行气缸的设计计算，根据计算结果选择较合适的气缸。 1、驱动转阀阀芯运动气缸设计与计算 气缸设计步骤 （ 1）根据工作机构运动要求和结构要求选择气缸的类型和安装方式。 参考表 3气缸的类型和表 4气缸的安装形式，我们选择双作用普通气缸 ， 安装方式选择固定式气缸轴向支座 （ 2）根据工作机构载荷及速度要求，计算气缸直径。 根据 1448 式中系数在缸径较 大时取小值，缸径较小时取大值。 其中， 活塞杆的拉力（ ）； 活塞直径（ ）； 气缸工作压力（ ）； 载荷率，一般 速度高时取小值，速度低时取大值。 根据工作情况，我们预计 ， ，我们取 ， 由于缸径较小，所以 参考表 5缸筒内径标准，圆整后取 。 （ 3）由气缸直径及工作压力，计算、选择缸筒壁厚，计算活塞杆直径。 计算活塞杆直径： 由于活塞杆直径需要预设，根据表 6活塞杆直径系列，预设活塞杆直径因为计量料缸行程为 45 ，据 144缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应该使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构，为 保证夹紧效果，必须按计算行程多加的行程余量。 综上我们设定活塞长度为 。 活塞杆长度与直径满足 ,因此只需按条件强度计算 式中， 气缸的推力（ ）； 活塞杆材料的许用应力（ ）， ； 材料的抗拉强度（ ）； 安全系数， 。 活塞杆材料选用 45钢，其 ，取 ，则 。 取 19 满足条件，所以活塞杆直径为 。 （ 4） 缸筒壁厚的计算： 缸筒直接承受压力，需要一定厚度。由于一般气缸缸筒壁厚与内径之比,所以通常可按薄壁筒公式计算 式中 气缸筒的壁厚（ ）； 气缸筒内径（ ）； 气缸试验压力，一般取 ； 气缸工作压力（ ）； 缸筒材料许用应力（ ）， ； 材料的抗拉强度（ ）； 安全系数，一般取 。 根据常用缸筒材料我们选择铸铁 故 通常计算出的缸筒壁厚都相当薄，考虑到机械加工，以及缸筒两端要安装缸盖等需要，往往需要将气缸筒壁厚做适当加厚，且参考表 缸筒壁厚尽量选用标准壁厚的钢管。 所以我们取 。 考虑到经济实用以及支持名族品牌的情况下，根据以上计算参考表 7 我们选择国产气缸型号为 。 动切刀气缸的选择 气缸设计步骤 （ 1）根据工作机构运动要求和结构要求选择气缸的类型和安装方式。 参考 3气缸的类型和表 4气缸的安装形式，我们选择双作用普通气缸，安装方式选择固定式气缸轴向支座 （ 2）根据工作机构载荷及速度要求，计算气缸直径。 20 根据 144中系数在缸径较大时取小值，缸径较小时取大值。 其中， 活塞杆的拉力（ ）； 活塞直径（ ）； 气缸工作压力（ ）； 载荷率，一般 速度高时取小值，速度低时取大值。 根据工作情况，我们预计 ， ，我们取 ，由于缸径较小，所以 参考表 圆整后取 。 （ 3）由气缸直径及工作压力，计算、选择缸筒壁厚，计算活塞杆直径。 计算活塞杆直径： 由于活塞杆直径需要预设，根据表 5活塞杆直径系列，预设活塞杆直径因为切刀行程为 15 ，据 144缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应该使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构，为保证夹紧效果，必须按计算行程多加 的行程余量。 综上我们设定活塞长度为 。 活塞杆长度与直径满足 ,因此只需按条件强度计算 式中， 气缸的推力（ ）； 活塞杆材料的许用应力（ ）， ； 材料的抗拉强度（ ）； 安全系数， 。 活塞杆材料选用 45钢，其 ，取 ，则 。 取 21 满足条件，所以活塞杆直径为 。 缸筒壁厚的计算： 缸筒直接承受压力，需要一定厚度。由于一般气缸缸筒壁厚与内径之比,所以通常可按薄壁筒公式计算 式中 气缸筒的壁厚（ ）； 气缸筒内径（ ）； 气缸试验压力，一般取 ； 气缸工作压力（ ）； 缸筒材料许用应力（ ）， ； 材料的抗拉强度（ ）； 安全系数，一般取 。 根据常用缸筒材料我们选择铸铁 故 通常计算出的缸筒壁厚都相当薄，考虑到机械加工，以及缸筒两端要安装缸盖等需要，往往需要将气缸筒壁厚做适当加厚，且参考表 缸筒壁厚尽量选用标准壁厚的钢管。 所以我们取 。 考虑到经济实用以及支持名族品牌的情况下，根据以上计算参考表 8 表 8 22 我们选择国产气缸型号为 动控制系统简图与工作原理： 工艺流程框图： 排 图 5 工艺流程框图 当输入启动信号后，整个机构将按如上步骤运动。 该装置的工作循环图的确定： 的确定：由已知条件 1000 个 /时 ,则 T=3600s/1000= 和 6两者执行件互不影响，为提高产量，两者可以同时动作，时间重叠。 止、退回时间皆取 18 图 6 工作循环图 电机的选 择 选择 系列电动机属于 一般用途的全封闭自扇冷电动 吸料 转阀转90 切刀后退 排料 转阀转 90 切刀前进切料 23 机， 其结构简单，运行可靠，价格低廉，寿命长，使用维护方便，性能优良，体积小，重量轻，适用于不易燃，不易爆，无腐蚀性气体和无特殊要求的机械。 （ 1）效率水平较高。 02系列电动机效率水平比较高的优点，其效率加权平均值比 列高出 达到了国际水平。由于电动机效率水平的提高，就给社会带来了巨大的节电经济效益。 （ 2）起动 性能较好。 02系列电动机的平均值高 33%，起动转矩达到 最小转矩均保证在 且大部分还达到或超过 1倍的额定转矩。因此，其起动性能非常优良，带负载起动也十分顺利。 （ 3）噪声低振动小。 Y 系列 三相异步电动机规定有声功率噪声标准，按噪声限值分为 级，以供用户选用。由于该系列采用电机专用轴承，因而运转噪声大为降低，经实测其噪声低于 10分贝，振动也比 （ 4）防护 性能较好。 相异步电动机的结构设计已满足了对外界固体物和溅水的防护要求，这样就能有效防止异物对电动机和人体的危害。 （ 5）运行可靠使用寿命长。 相异步电动机的绕组均采用 海拔不超过 1000米，冷却空气的温度不超过 40时，电动机定子绕组的温升限度（电阻法）不超过 80K。因而，除极少数规格外电动机一般均有 15大的温升裕度则能延长电动机的使用寿命，并提高电动机运行的可靠性。 （ 6）外形美观大方。 Y 系列三相异步电动机的端盖、接线盒、风罩等主 要结构部件的外形，都比传统老产品要美观、大方。 （ 2）电动机容量选择： 根据已知条件知搅拌器 所需 扭矩 大约为 ，转速约 60 搅拌器轴 的有效功率为： 我们假设电机的效率 那么电机的功率 则取同步转速为： 1500 r/4 根据容量和转速，由 下表 查出适用的电动机型号： 表 9 电机型号（部分） 此选定电动机型号为 满载转速 n=1430r/ 1920 机架的结构设计 机架的主要作用就是支撑各个零部件，需要考虑各零部件如何安装在其上，根据其他零部件的装配情况，设计如何在机架上安装，我们做出如下设计 图 7 机架图 25 4 键的 校核计算 对于 平键连接，可能的实效形式有较弱零件（通常为毂）的工作面被压溃（静连接 ） 或磨损（动连接）和键的剪断等。对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，压溃常是主 要的实效形式。因此，通常只做键连接的挤压强度计算。 21 在计算中，假设载荷沿键的长度和高度均匀，则其强度条件为 （ 式中 ； ； ； 已知 于是 26 表 10 键联接的许用挤压应力和许用压强 5. 总结 毕业设计是我们整个机械专业课程学习中 的 重要 一环 ， 它不仅仅是对我们四年的学习的一个考核，更是一种把机械设计理念深入骨髓的一种训练，更 是巩固一切知识的重要阶段。 通过 毕业 计使我从各个方面都受到了机械设计的训练，对机械方面有关各个零部件的有机结合有了深刻的认识。 在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力， 更加熟练的掌握专业软件 ， 重要的是让我发现自己的知识漏洞 ，在这些过程中我们深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我 会更加用心 。 虽然我的设计还很粗糙，而且并没有进行实际加工，而我也相信实际中问题可能会更多，但是我相信我们的设计理念是对的，我们的设计方 向也是对的。但是也由于我们的水平不高，未能设计出更好的产品，我相信我今后一定会踏实学习，不断积累技术 ，为将来能设计出更好的产品为民族为祖国争光。 在此次设计中我还有一 点体会，就是好的设计不光只是设计技术好，最重要的事要把握好行业发展的方向，做面向于消费者的产品，注重用户体验，才能获得市场的和消费者的认可。 27 参考文献 【 1】郎庆军 . 手工水饺定量给馅机的设计 J . 食品与机械 , 2003, 29( 3) : 31【 2】李书国 . 食品加工机械与设备手册 M . 北京 : 科技文献出 版社 , 2006 【 3】崔建云 , 殷涌光 , 周先汉 , 等 . 食品机械 M . 北京 : 化学工业出版社 , 2007. 【 4】杨可帧，程光蕴 M，高等教育出版社， 1999 【 5】濮良贵 ,纪名刚 北京 :高等教育出版社 ,2006 【 6】 . 998. 【 7】朱龙根 二版） 2002 【 8】 孙 桓 机械原理 . 北京：高等教育出版社 2000 【 9】 H. 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