水果套袋机设计

水果套袋机设计 摘 要 水果套袋机是一种给水果套袋的装置， 考虑设计过程如何满足各种功能是很重要的。 合理的选择零件对于提高机器的效率、降低噪声、改善工作性能和保证机器的可靠工作都十分重要。 本次设计对水果套袋机进行分析，拟出两种不同的方案，通过比较 选出较为合理的方案，用皮带传动将电动机和机床主轴相连接，采用齿轮传动和链传动的方式来传递运动和动力。然后 对其中的零件进行分析和设计，还包括它们的受力分析与计算，还有对各种零件的材料选用以及校核很关键。 关键词： 零件；设计计算；校核；性能 2 is to It is to It is to a it of up to by to of of At of is 目 录 前言 . 1 1设计的意义和目的 . 1 2果袋机国内外发展概况 . 1 1. 总体方案的确定 . 1 计的要求及参数 . 1 袋机切割部分的设计方案 . 2 体内容分析 . 2 计前的简单计算 . 2 2. 齿轮传动的设计 . 4 计概论 . 4 动机的选择 . 4 率的计算 . 4 有齿轮的转速的计算： . 5 齿轮 1、 2的设计校核 . 5 轮的选择 . 5 按齿面接触强度设计 . 6 按齿根弯曲强度校核 . 8 几何尺寸的计算 . 10 、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10的设计校核 . 10 计概要 . 10 计中需要注意的问题 . 10 齿轮 1. 11 齿轮 11、 12、 13、 14的设计校核 . 11 设计内容 . 11 按齿根弯曲强度校核 . 12 轮 11. 13 2 齿轮 15、 16的设计校核 . 13 已知条件 . 13 按齿根弯曲强度校核 . 15 几何尺寸的计算 . 17 齿轮 17、 18的设计校核 . 17 设计概要 . 17 按齿根弯曲强度校核 . 18 齿轮 15、 16、 17、 18的参数列表： . 18 齿轮 19、 20的设计校核 . 18 设计概要 . 18 按齿根弯曲强度校核 . 19 3. 轴的设 计校核 . 19 小横刀底辊轴的设计校核 . 19 作用力 . 19 轴的结构设计 . . 20 轴上载荷 . 21 按弯扭合成应力校核轴的强度 . 22 精确校核轴的疲劳强度 . 23 4. 键的设计校核 . 26 择键连接的类型和尺寸 . 26 核键联接的强度 . 27 5. 轴承的选择与校核 . 27 选择深沟球轴承 . 27 求比值 . 27 初步计算当量动载荷 . 27 求轴承应有的基本额定动载荷值 . 27 轴承的选择与校核 . 28 结 论 . 28 3 参考文献 . 29 致 谢 . 30 1 前 言 1. 设计的意义和目的 水果套袋对水果具有相当重要的意义，如：调节昼夜温湿作用、防止大气的有害粉尘污染、调节光合作用、防止风吹雨打、防治病虫害等 1。套袋对水果果实品质的形成也有重要 影响，对果实外观品质的影响包括 :果实的色泽、果形果个、果皮结构及果面光洁度 ;套袋对果实内在品质影响包括糖酸的含量、果实的硬度、糖酸比值、矿质元素含量、芳香物质含量 ;套袋影响果实的耐贮性、农药残毒含量、果皮花氰苷含量变化及病虫害对果实的侵害 2。开展该题目的目的在于设计出能生产这样果袋的机器。生产出所需要的果袋，从而提高水果的产量和质量，进而增加果农的收入。 2. 果袋机国内外发展概况 日本是最早实施水果套袋技术的国家 ,我国从 20 世纪 90 年代初从日本等国引进该项技术 ,至目前已进入大面积推广阶段 3。果袋机 是一种高效地制袋机器， 国内目前所用的果袋机既有直接从日本 ,韩国等国进口的设备 ,也有很大一部分是国内厂家结合国外设备自己研发生成的产品。 特别是近十年来，套袋技术在我国推广和应用越来越普遍，研究也不断深入，随即也兴起了许多果袋生产厂家，促进了果实套袋技术的发展。目前我国山东、河北、陕西、山西等地大量运用，其中以苹果、梨应用最多 4。但我们国家在技术方面还相对落后，尤其是果袋机还需要大量进口，而目前随着人们生活水平的提高 ,对水果的需求已从“产量时代”跨入“质量时代” ,追求优质果品、保健果品、无公害果品已是时代的 潮流。所以水果套袋成为生产优质高档果品和绿色果品的一项必要配套技术。在这种需求下这就要求我们国家需要加大在这方面人力和物力的投资。 1. 总体方案的确定 设计的要求及参数 设计要求：本次设计的果袋机，出袋率为 200 个 /调） , 果袋规格为 300200 袋铁丝长度为 80 果袋机每天工作 16小时。 2 果袋机切割部分的设计方案 初步拟定传动方案： 方案一： 通过皮带传动将电动机和机床主轴相连接，采用齿轮传动和链传动的方式来传递运动和动力。 方案二：电动机的动力通过带 轮传到机床，机床上只采用大而少的齿轮传动。 方案比较： 方案一，采用链轮传递动力和运动，可以减少齿轮的尺寸，齿轮传递中运用较小的换向轮，可以合理的布置轴和齿轮的位置。 方案二，只采用齿轮传递不能合理的布置，而且齿轮大而少。 因此，采用方案一较合理。 总体传动图如下所示（图 整体内容分析 (1)在已知设计要求的前提下，中间牵引辊与前端牵引辊的线速度相同，只需要保证 000 . 3v ，即 ； (2) 所 有 的 镶 有 刀 具 辊 子 的 转 速 相 同 ， 即 n=200r 则m i 。 (3)纸与底辊相接触，则 。 设计前的简单计算 (1)在已知设计要求的前提下， 设计辊子的转速： m ； 角速度sr a ； 半径 5 4 m a 取 d=96 (2) 设 计 中 间 牵 引 辊 （ 橡 胶 辊 ） 的 直 径 d=120则 它 的 角 速 度 sr a ，线速度m 9 . 2 730 ； 3 1、齿轮 18 2、齿轮 17 3、齿轮 10 4、齿轮 9 5、齿轮 8 6、齿轮 7 和齿轮 1 7、链轮 a 8、齿轮 2 9、齿轮 3 10、齿轮 4 11、齿轮 5 12、齿轮 6 13、前端牵引滚 14、大连轮 15、齿轮 20 16、齿轮 19 17、前端牵引底滚 18、切断刀滚 19、切断刀底刀 20、小链轮 21、齿轮 14 22、齿轮 13 23、中 间牵引滚 24、齿轮 12 和齿轮 11 25、链轮 c 26、链轮 b 27、中间牵引底滚 28、小横刀底滚 29、小横刀滚 30、小链轮 31、齿轮 15 和齿轮 16 32、铁丝切断刀底滚 33、铁丝切断刀滚 34、 35 后端铁丝牵引滚 图 动总图 (3)铁丝的线速度 00080v ，设计铁丝牵引辊牵引铁丝部分两辊的直径 d=50辊子的角速度sr a a 320- ，辊子的 4 转速m (说明：两牵引辊的角速度和线速度都相同 )； (4)前端铁丝牵引底辊： mi ，因为 19 ，所以 m ， 则角速度sr a a 4308323K ； (5)传动比的初步确定： 50i 2,1 ； 2 ； 50i 8,1 ； 502 ； 1 ； 1 ； 2 ； 23 ； 1 ； 1i 7,1 ； 10 ； 2 5 611 5 9 . 2 72 0 0i 13,14 ； 10 ； 18 ； 2 200i 15 ,16 ； 2. 齿轮 传动的设计 设计概论 动机的选择 据总机功率，由机械设计课程设计第三版，电机的选择，选择 步转速 6极，额定功率 载转速 5 。 率的计算 （ 1）选择带的传动效率 950 6 ； 齿轮的传动效率 970 ； 链的传动效率 920 ； 轴承的传动效 率 980 ； （ 2）计算各轴的功率（设计时所用功率）及转矩： 功率： 转矩： 5 044259550T 1. 425 5F . 7 0 1 . 3 5 5 k 9 89701 . 4 2 5 k E 3 1 4 k 4 2 5 k 2D . 6 4 1 . 2 4 9 k 9 89701 . 3 1 4 k C . 5 5 1 . 2 8 9 k 4 2 5 k 22G . 3 9 1 . 2 2 4 k 9 89701 . 2 8 9 k H . 8 1 1 . 1 0 6 k 4 2 5 k 55J 4 . 2 7 1 . 2 2 1 k 9 89709201 . 4 2 5 k 2B 8 . 6 6 1 . 1 6 1 k 2 2 1 k A . 9 8 1 . 2 8 5 k 9 89201 . 4 2 5 k K . 1 2 1 . 2 2 2 k 9 89701 . 2 8 5 k L 有齿轮的转速（ 的计算： ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； ； m ； ； m ； m ； m ； m 3； m ； 齿轮 1、 2 的设计校核 7 轮的选择 选用直齿圆柱齿轮传动，精度为 7级； 6 齿轮 1（大齿轮）选用材料为 45钢（调制），硬度为 240轮 2（小齿轮）选用材料为 40制），硬度为 280这材料硬度差为 40 选择齿轮 1的齿数 54 ，因为 50 ，所以 27 ； 20 。 按齿面接触强度设计 设计公式 32确定公式内各计算数值： （ 1）齿轮 1所在轴的转矩 （ 2）由机械设计（第七版） 选载荷系数 31（ 3）机械设计（第七版）图 10区域系数 52 （ 4）传动比已知 50 （ 5）选定齿宽系数 50d （ 6）求许用接触应力 SK 选取疲劳强度安全系数 1 选取寿命系数 902 . 5 9153 0 08232 0 0606 0 n j 904 5 08224 0 0606 0 n j 所以查表得： 910890 按齿面硬度查得接触疲劳强度极限 570 630 取失效率为 1 7 M P 0M P 56 0. 7M P M P 7 选取较小的数值作为 7M (7)材料的弹性影响系数 21E 8M P 计算 试算齿轮 1得分度圆直径1 . 1 3 m 1895250 15050 68040312d 321t 计算圆周速度 009 6 . 1 1t 计算齿宽 b 0 6 5 m 由0 3 m 5 m 计算齿宽与齿高之比 模数 1 m 齿高 4 .0 m 7 计算载荷系数 根据 ， 7级精度，查得动载荷系数 ； 使用系数 ； 直齿轮，假设 ，查得 ； 7级精度，齿轮相对于齿轮悬臂布置，所以， 2 8 2 4 . 0 1( 1 2 322 由 查得 ； 所以载荷系数 按实际的载荷系数校正所算分度圆直径 1 0 2 . 3 7 m . 1 33 计算模数 1 . 8 9 6541 0 2 . 3 7，取标准模数 按齿根弯曲强度校核（按实际功率） 1）校核齿轮 1 54 20 （ 1）校核公式213d 确定公式内各计算数值 由实际功率 所以 11t ； 计算, 时，当 时，所以当 Z=54时，有差值法得 7 1 0 ； 实际转矩 ，齿宽系数 ,模数 ，齿数 54 ； 动载荷系数 5 3 M P 3F 9 （ 2） SK 由图查得弯曲疲劳强度极限 480 ， 500 ； 由寿命查得寿命系数 820， 8150； 弯曲疲劳强度系数 S= 所以 77 M P 348 0M P 31 3. 46 M P 350 0M P ；所以 ，满足使用要求。 2)校核齿轮 2 （ 1）校核公式223d 确定公式内各计算数值 ； 齿宽系数 ； Z=27查表可得 ； 载荷系数 K 1 8 5 m 2,112122,1 005 1 . 1 8 2 ， 7级精度则 ， 使用系数 ，直齿轮，查 H ； 7级精度，齿轮相对于齿轮悬臂布置，所以 2 =以由 查得 5 6 2 10 8 2 M P 3 ,所以 2 ，满足使用要求。 几何尺寸的计算 1） 计算分度圆直径 1 0 8 .0 m 1 ， 5 4 .0 m 2 2） 计算中心矩 0 m 821 3）计算齿轮宽度 0 m .0 m d ；取 0 4）验算 3 81 9 1 0 02K ，合适。 齿轮 3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10 的设计校核 计概要 因为齿轮 2、 3 齿轮 3、 4 的传动比都是 1，而该机器的受力较小，无冲击，所以可以选择 2、 3、 4齿轮为相同的齿轮；因为齿轮 4、 5的传动比是 2，齿轮 5、6的传动比是 1，可以选择齿轮 5、 6与齿轮 1是相同的齿轮。同理：齿轮 7、 9、10是与齿轮 1相同的齿轮，齿轮 8是与齿轮 2相同的齿轮。 因为齿轮 1、 2 的设计满足要求，所以与他俩分别相同的齿轮也满足使用要求。 计中需要注意的问题 1、齿轮 1、 7 的中心矩 ， 若 9 6 m 则，所以小横刀刀尖所走过的圆的直径120 。 设刀伸出辊子的长度 6，则圆辊的直径 114 ，所以该轴的角速度sr a ，线速度 。 2、齿轮 9、 10 的中心矩 ， 11 若 9 6 m 则，线速度 ，所以铁丝切断刀与小横刀的设计类似。 齿轮 1表 轮 1数 齿数 直径 (模数 转速 齿宽 (1 54 108 2 200 27 2 27 54 2 400 32 3 27 54 2 400 32 4 27 54 2 400 32 5 54 108 2 200 27 6 54 108 2 200 27 7 54 108 2 200 27 8 27 54 2 400 32 9 54 108 2 200 27 10 54 108 2 200 27 齿轮 11、 12、 13、 14 的设计校核 设计内容 已知： m ， 1 2 0 m 6 m ； 设计时必须满足1413HG ； 所以可以设计齿轮 13的分度圆直径 96， 设计齿轮 14的分度圆直径 12014 ； 4,13 ； 9631111131213111212,1311,12； 若令 1 ，则 22 48 ； 参 数 名 称 12 设定该轮系的模数 ，则 60Z,24Z,48； 齿宽系数 ， 0 m .0 m ， 19b,30b,244121311 。 按齿根弯曲强度校核（按实际功率） 1） 校核齿轮 11 48 20 ； 选用直齿圆柱齿轮传动，精度为 7级； 齿轮 11（大齿轮）选用材料为 45钢（调制），硬度为 240轮 12（小齿轮）选用材料为 40制），硬度为 280这材料硬度差为 40 校核公式223d 经校核 11 ，满足使用要求。 2） 校核齿轮 12 24 20 ； 校核公式223d 经校核 12 ，满足使用要求。 3）齿轮 13是与齿轮 11相同的齿轮，因此，齿轮 13也满足使用要求。 4）校核齿轮 14 60 20 齿轮 14（大齿轮）选用材料为 45 钢（调制），硬度为 220齿轮 13 材料硬度差为 20核公式223d 经校核 14 ，满足使用要求。 13 齿轮 11表 轮 11齿数 直径 (模数 转速 齿宽 (11 48 96 2 200 24 12 24 48 2 400 30 13 48 96 2 200 24 14 60 120 2 9 齿轮 15、 16 的设计校核 已知条件 6 ， 5 ， m 6 ， m 。 设计内容 1、选用直齿圆柱齿轮传动，精度为 7 级； 齿轮 15（小齿轮）选用材料为 40制），硬度为 280轮 16（大齿轮）选用材料为 45钢（调制），硬度为 240这材料硬度差为 40 选择小齿轮 15 的齿数 30，因为 ，所以 49（取整数）；20 。 2、按齿面接 触强度设计 设计公式 32确定公式内各计算数值： （ 1）齿轮 15的转矩 6 8 9 216 8 . 0 4 , 1 5 （ 2）试选载荷系数 31（ 3）选区域系数 52 （ 4）传动比已知 6 （ 5）选定齿宽系数 50d 参 数 名 称 14 （ 6）求许用接触应力 选取疲劳强度安全系数 1 选取寿命系数 808 . 6 4153 0 08212 0 0606 0 n j 8 2606 0 n j 所以查表得： 930960按齿面硬度查得接触疲劳强度极限 630M 5 570M 6 取失效率为 1 9M P M P 5 4 7. 2 M P 0M P 选 取较小的数值作为 （ 7）材料的弹性影响系数 21E 8M P 计算 （ 8）试算齿轮 15得分度圆直径1 . 3 4 m 7 . 2 1 . 6 3 550 215t （ 9）计算圆周速度 7 6 8100060 2007 3 . 3 515t （ 10）计算齿宽 3 6 m m 5 模数 34齿高 5 m 15 （ 11）计算载荷系数 根据 ， 7级精度，查得动载荷系数 ； 使用系数 ； 直齿轮，假设 ，查得 ； 7级精度，齿轮相对于齿轮悬臂布置，所以， 2 3 6 . 6 1( 1 2 322 由 24 . 67 查得 ； 所以载荷系数 （ 12）按实际的载荷系数校正所算分度圆直径 7 7 . 6 6 m 4 . 3 43 （ 13）计算模数 6 6，取标准模数 按齿根弯曲强度校核（按实际载荷） 1）校核齿轮 15 3020 （ 1）校核公式2153d 确定公式内各计算数值 由实际功率 1 . 6 63 23 02t ； 计算, 当 Z=30时， 6 ； 16 模数 动载荷系数 4 6 M P 53 6 . 6 7 （ 2） SK 由机械设计（第七版）图 1000M 5 ，480M 6 ； 弯曲疲劳强度系数 S= 选取寿命系数 所以查表得： 880890 4 6 M P 35 0 0 M P 32 8. 62 M P 348 0M P 所以 15 ，满足使用要求。 2）校核齿轮 16 4920 校核公式2153d 确定公式内各计算数值 ； 计算,=49时， ； 模数 动载荷系数 使用系数 ； 根据 ， 7级精度，查得动载荷系数 ； 17 直齿轮， ，查得 ； 7级精度，齿轮相对于齿轮悬臂布置，所以， 2 =以 2 9 M P 540 6 所以 16 ，满足使用要求。 几何尺寸的计算 (1) 计算分度圆直径 0 m 530515 5 m 616 （ 2) 计算中心距 7 5 m 615 将中心距圆整为 993) 计算齿轮宽度 3 7 .5 m .0 m 5 取 ， 45。 齿轮 17、 18 的设计校核 设计概要 已知： m ， )5 0 m m (A 牵引铁丝部分 ； 设计时必须满足1817BA ； 所以可以设计齿轮 17、 18的分度圆直径 50， 17 所以齿轮 17、 18的设计参数如下： 50 18 设定该轮系的模数 ，则 25； 齿宽系数 ， 0 m .0 m ， 按齿根 弯曲强度校核（按实际载荷） 校核齿轮 17 2520 ； 1、选用直齿圆柱齿轮传动，精度为 7 级； 齿轮 17选用材料为 45钢（调制），硬度为 240 校核公式223d 经校核 17 ，满足使用要求。 齿轮 15、 16、 17、 18的参数列表： 表 轮 15、 16、 17、 18 的 参数 齿数 直径 (模数 转速 齿宽 (15 30 75 00 45 16 49 8 17 25 50 2 5 18 25 50 2 5 齿轮 19、 20 的设计校核 设计概要 sr a i i ， 所以 6 0 m m K ，取； 设计时需要满足2019LK ， ； 若设计齿轮参数如下： m i 1n,sr 0202019201920,19 。 参 数 名 称 19 取模数 ，则两齿轮的齿数 30， 60； 齿宽系数 ， 0 m .0 m 。 取 ，