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凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计【10张CAD图纸和说明书】

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A0-装配图.dwg
A1-主板.dwg
A2-内模盘.dwg
A2-支架.dwg
A3-凸轮机构.dwg
A3-大带轮.dwg
A3-带轮.dwg
A3-涡轮蜗杆.dwg
A4-弹簧.dwg
A4-顶杆.dwg
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资源描述:

目    录




摘要  ………………………………………………………………………………1

关键词  ……………………………………………………………………………1

1 前言  ……………………………………………………………………………1

1.1 研究意义和背景  …………………………………………………………1

1.2 国内外研究现状和发展趋势  ……………………………………………2

1.3 研究目的及研究内容  ……………………………………………………2

2 总体方案的确定  ………………………………………………………………3

2.1 凸轮顶杆式茶叶紧压机的技术要求  ……………………………………3

2.2 确定方案  …………………………………………………………………3

3 重要部件的选用与设计  ………………………………………………………4

3.1 电动机的选择  ……………………………………………………………4

3.1.1选择电动机类型和结构形式 …………………………………………5

3.1.2  电动机功率 …………………………………………………………………5

3.1.3电动机的转速 …………………………………………………………5

3.1.4计算传动装置总传动比和分配各级传动比 …………………………5

3.2 带传动  ……………………………………………………………………6

3.3 计算蜗杆传动的主要参数和尺寸 ………………………………………9

3.4  凸轮机构的设计  ………………………………………………………………10

3.4.1根据工作循环,利用计算机和作图法设计轮廓曲面 ………………10

3.4.2压力角和曲率半径……………………………………………………11

3.4.3等速运动规律…………………………………………………………14

3.5 圆盘结构设计 ……………………………………………………………15

4  机架材料的选择………………………………………………………………18

5  结论………………………………………………………………………19

参考文献 …………………………………………………………………………19

致谢 ………………………………………………………………………………20



凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计

 

学    生: 

指导教师: 



摘 要:采用凸轮顶杆式压紧机构设计了一种小型茶叶紧压机,可以克服传统手工包揉成型制作紧压茶劳动强度大、工效低和形状不规范等缺点,同时具有结构简单、成本低、效率高和适用性强的特点。对其凸轮推杆机构进行了运动分析、受力分析和结构的研究设计,从而为提高紧压茶品质和保持其物理性质提供理论依据。

关键词:茶叶机;紧压力;凸轮曲线 


Design of Cam Push Compacting Machine for Tea Process

Student:

Tutor:


Abstract : The minitype tea press machine,which made by cam mechanism,has the characteristic of simple structureand lower cost and higher efficiency and great applicability.Compare with the traditional tea processing by kneading withhand,which has the disadvantage of heavy labor and lower efficiency and irregular form.The kinematics,mechanics,and structures of the mechanism are analyzed in this paper,which can provide the theoretical foundation for improving tea quality and holding its original physics character.

    Key words:tea machine;tight pressure;CAM curve 


1  前言

1.1 研究意义和背景

我国绿茶加工技术及机械化作业技术的研究及其产品的开发,从50年代至今,取得了显著的成效;60年代以前,重点研究和总结传统制茶工艺技术以及研制开发茶具和机械化作业技术;60年代至80年代,研究制茶工艺技术改进,优化及实现机械化、连续化作业;80年代强化研究制茶机械化作业的初步自动化控制技术;90年代主要是以使用化技术研究开发,如名优茶的开发和机械化生产,至今国内相继开发了多种适合不同风格茶加工流程和技术的名优茶加工,如扁形茶、针形茶、毛峰茶等特别是扁形名优茶多功能机械的研究成功,对扁形名优茶发展起到极大的推动作用。90年代以来,全国主产茶区推广各种名优茶机械近10万台套,机制名优茶比例由1992年的25%上升到目前的70%左右。但是,制茶机械化作业技术虽然取得了长足的发展,与食品工业的机械化生产相比却存在者较大的差距。从国内外食品生产技术的发展过程,不难看出,其大体经历5个阶段(无人化阶段)。目前国内食品加工技术以处于第4阶段,国外茶叶加工已进入第3、4发展阶段,如日本蒸清茶生产线和英国CTC生产线。而我国的制茶技术水平与国外相比尚存在很大的差别。

1.2 国内外研究现状和发展趋势

我国是茶叶原产地,也是世界第一大产茶国。目前,我国年产干茶80多万吨,其中绿茶占60多万吨。全国有大中型茶叶生产企业近万家,个体茶农100多万户。茶叶是人民日常生活的必须品。茶叶是世界上三大饮料之一,国内外市场巨大。但是,我国茶叶生产、加工规模散小,科技含量、附加值低。长期以来茶叶的形状以条索,片状为主,紧压茶只有发酵的砖茶,沱茶,由于其体积大发酵时间长,引用时要粉碎,既不方便也不卫生,而绿茶紧压还没有研究。为了克服这些缺陷,我们拟设计一种体积小,适用性强的绿茶紧压机。该机可把绿茶制成各种形状的小块紧压茶。这种茶耐储藏,应用方便卫生,保持了绿茶的原有形状和品质。目前国内外市场上很少有此类小块茶,即使有也是手工加工而成,生产效率低、劳动强度大、紧压茶品质差。而小块紧压绿茶具有很高的附加值。很有必要对紧压绿茶进行研究和开发。

1.3 研究目的及研究内容

茶叶是全世界人民的重要饮料之一,为了克服散茶不易携带和冲泡不方便的缺点,设计研制一种体积小适用性强的紧压茶叶机。可生产各种形状的小块紧压茶。这种茶不仅保持茶叶的原有形态和品质而且使用方便卫生、茶叶耐储藏。

(1) 茶叶紧压成型机的研究

(2)研究紧压茶的模具结构、材料及茶叶受压的压力大小与成型品质的关系;

(3)研究各种茶叶的水分含量、黏度、温度对茶叶成型的影响机理。

该机能根据不同种类的茶叶、不同含水量、粘度调整压力;并能根据客户的要求调整紧压茶的形状大小、如方形、棱形,、圆柱形、球等形状,还可压成带字的紧压茶。该机具有重量轻、体积小、结构简单,使用既方便又卫生。可加工各种形状的、不同种类的茶叶的小块紧压茶,既适用于大型茶叶企业大规模生产,更适合大丘陵山区茶农使用。


内容简介:
全全日日制制普普通通本本科科生生毕毕业业设设计计 凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计 DESIGN OF CAM PUSH-COMPACTING MACHINE FOR TEA PROCESS 学生姓名:学生姓名: 学学 号:号: 年级专业及班级:年级专业及班级: 指导老师:指导老师: 学学 院:院: 提交日期:20 年 月 全日制普通本科生毕业设计 诚 信 声 明 本人郑重声明:所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下, 进行研究工作所取得的成果,成果不存在知识产权争议。除文中已经注 明引用的内容外,本设计不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确 的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名: 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 1.1 研究意义和背景 1 1.2 国内外研究现状和发展趋势 2 1.3 研究目的及研究内容 2 2 总体方案的确定 3 2.1 凸轮顶杆式茶叶紧压机的技术要求 3 2.2 确定方案 3 3 重要部件的选用与设计 4 3.1 电动机的选择 4 3.1.1 选择电动机类型和结构形式 5 3.1.2 电动机功率 5 3.1.3 电动机的转速 5 3.1.4 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 5 3.2 带传动 6 3.3 计算蜗杆传动的主要参数和尺寸 9 3.4 凸轮机构的设计 10 3.4.1 根据工作循环,利用计算机和作图法设计轮廓曲面 10 3.4.2 压力角和曲率半径11 3.4.3 等速运动规律14 3.5 圆盘结构设计 15 4 机架材料的选择18 5 结论19 参考文献 19 致谢 20 1 凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计 学 生: 指导教师: 摘 要:采用凸轮顶杆式压紧机构设计了一种小型茶叶紧压机,可以克服传统手工包揉成型 制作紧压茶劳动强度大、工效低和形状不规范等缺点,同时具有结构简单、成本低、效率高和适用 性强的特点。对其凸轮推杆机构进行了运动分析、受力分析和结构的研究设计,从而为提高紧压茶 品质和保持其物理性质提供理论依据。 关键词:茶叶机;紧压力;凸轮曲线 Design of Cam Push Compacting Machine for Tea Process Student: Tutor: Abstract : The minitype tea press machine,which made by cam mechanism,has the characteristic of simple structureand lower cost and higher efficiency and great applicabilityCompare with the traditional tea processing by kneading withhand,which has the disadvantage of heavy labor and lower efficiency and irregular formThe kinematics,mechanics,and structures of the mechanism are analyzed in this paper,which can provide the theoretical foundation for improving tea quality and holding its original physics character Key words:tea machine;tight pressure;CAM curve 1 前言 1.1 研究意义和背景 我国绿茶加工技术及机械化作业技术的研究及其产品的开发,从 50 年代至今, 2 取得了显著的成效;60 年代以前,重点研究和总结传统制茶工艺技术以及研制开发茶 具和机械化作业技术;60 年代至 80 年代,研究制茶工艺技术改进,优化及实现机械 化、连续化作业;80 年代强化研究制茶机械化作业的初步自动化控制技术;90 年代 主要是以使用化技术研究开发,如名优茶的开发和机械化生产,至今国内相继开发了 多种适合不同风格茶加工流程和技术的名优茶加工,如扁形茶、针形茶、毛峰茶等特 别是扁形名优茶多功能机械的研究成功,对扁形名优茶发展起到极大的推动作用。90 年代以来,全国主产茶区推广各种名优茶机械近 10 万台套,机制名优茶比例由 1992 年的 25%上升到目前的 70%左右。但是,制茶机械化作业技术虽然取得了长足的发展, 与食品工业的机械化生产相比却存在者较大的差距。从国内外食品生产技术的发展过 程,不难看出,其大体经历 5 个阶段(无人化阶段) 。目前国内食品加工技术以处于 第 4 阶段,国外茶叶加工已进入第 3、4 发展阶段,如日本蒸清茶生产线和英国 CTC 生产线。而我国的制茶技术水平与国外相比尚存在很大的差别。 1.2 国内外研究现状和发展趋势 我国是茶叶原产地,也是世界第一大产茶国。目前,我国年产干茶 80 多万吨, 其中绿茶占 60 多万吨。全国有大中型茶叶生产企业近万家,个体茶农 100 多万户。 茶叶是人民日常生活的必须品。茶叶是世界上三大饮料之一,国内外市场巨大。但是, 我国茶叶生产、加工规模散小,科技含量、附加值低。长期以来茶叶的形状以条索, 片状为主,紧压茶只有发酵的砖茶,沱茶,由于其体积大发酵时间长,引用时要粉碎, 既不方便也不卫生,而绿茶紧压还没有研究。为了克服这些缺陷,我们拟设计一种体 积小,适用性强的绿茶紧压机。该机可把绿茶制成各种形状的小块紧压茶。这种茶耐 储藏,应用方便卫生,保持了绿茶的原有形状和品质。目前国内外市场上很少有此类 小块茶,即使有也是手工加工而成,生产效率低、劳动强度大、紧压茶品质差。而小 块紧压绿茶具有很高的附加值。很有必要对紧压绿茶进行研究和开发。 1.3 研究目的及研究内容 茶叶是全世界人民的重要饮料之一,为了克服散茶不易携带和冲泡不方便的缺点, 设计研制一种体积小适用性强的紧压茶叶机。可生产各种形状的小块紧压茶。这种茶 不仅保持茶叶的原有形态和品质而且使用方便卫生、茶叶耐储藏。 (1) 茶叶紧压成型机的研究 (2)研究紧压茶的模具结构、材料及茶叶受压的压力大小与成型品质的关系; (3)研究各种茶叶的水分含量、黏度、温度对茶叶成型的影响机理。 该机能根据不同种类的茶叶、不同含水量、粘度调整压力;并能根据客户的要求 3 调整紧压茶的形状大小、如方形、棱形, 、圆柱形、球等形状,还可压成带字的紧压 茶。该机具有重量轻、体积小、结构简单,使用既方便又卫生。可加工各种形状的、 不同种类的茶叶的小块紧压茶,既适用于大型茶叶企业大规模生产,更适合大丘陵山 区茶农使用。 2 总体方案的确定 2.1 凸轮顶杆式茶叶紧压机的技术要求 (1)顶杆行程 mm40 (2)基圆半径mmR60 (3)压力 NF300 (4)滚筒的转速min/30rnw (5)滚筒的直径 mmD286 (6)生产效率不低于hkg /5 2.2 确定方案 凸轮顶杆式茶叶紧压机设计理念;以紧压绿茶为代表,根据资料和使用性分析, 凸轮顶杆式茶叶紧压机比较合适紧压茶叶的工作,因而采用了凸轮顶杆式装置。这种 茶叶紧压机由凸轮顶杆机构、内模盘、压缩弹簧、和支架等组成。主板内设有带模孔 的内模盘,内模盘与主板上的内槽具有间隙配合,内模盘的上部设有进料口,下部设 有出料口,内模盘通过紧定螺钉和平键固定在减速器轴上,紧定螺钉防止内模盘在轴 上移动,内模盘的模孔内设有顶杆模柱,顶杆模柱上设有压缩弹簧,顶杆模柱下端开 有一直槽,槽内的支撑轴上安装有滚轮,内模盘的中央设有凸轮,凸轮经螺钉固定在 主板上,压缩弹簧使顶杆模柱与凸轮接触。工作时绿茶从主板上面茶叶进料口喂入, 随着内模盘的旋转,在顶杆模柱和内模盘之间的压紧作用下,茶叶在内模盘内受一定 的压紧力的作用,在一定的压力条件下茶叶变成了块状完成紧压。紧压成型的块状茶 叶从底下的出料口排出。下图是简单的示意图如图 1: 这种紧压茶叶装置由于在滚筒内受压力的时间较长,所以具有以下特点 (1)压紧性能好,通用性能好,适合绿茶和其他茶叶的紧压; (2)因紧压时间长,则紧压力较均匀,对喂入量的适应性比较好,即喂入量增加 时,茶叶损失并不明显增加。 4 1 主板 2 顶杆模柱 3 进料口 4 压缩弹簧 5 凸轮 6 出料口 图 1 凸轮机构简图 Fig . 1 Cam framework diagram (3)由于茶叶沿滚筒圆周运动的速度较低,紧压时间较长,茶叶质量降低。 采取的研究方法及可行性分析 (a)机具设计制造:根据绿茶制茶工艺要求,在湖南农业大学农机厂试制生产 紧压茶叶机,使机具各项技术指标达到或优于设计要求; (b)制定机具正确的加工工艺规程; (c)茶叶基地试验:应用该机具在宁乡县沩山密印茶厂进行试验、改进。研究 紧压机的模具结构、材料及茶叶受压的压力大小与成型品质的关系;研究 各种茶叶的水分含量、粘度、温度对茶叶成型的影响机理。 3 重要部件的选型与设计 3.1 电动机的选择 已知顶杆压力 滚筒的转速 滚筒直径 D=286mmNF300min/30rnw 由可以求出带速:Dnw/100060 (1)smD/45 . 0 601000/30 一般常选用同步转速为或的电动机作为原动机,因此传动装min/750rmin/1000r 置总传动比大约为 25 或 33,根据传动比数值可初步拟定出以二级传动为主的多种传 5 动方案。 根据该紧压机工作条件,现选用结构较简单,制造成本也较低的方案 : 3.1.1 选择电动机类型和结构形式 按工作要求和工作条件,选用一般用途的 Y(IP44)系列三相异步电动机,它为卧 式封闭结构。 3.1.2 电动机功率 (1) 滚筒轴的输出功率 (2)kwFpw14 . 0 1000/ (2) 电动机输出功率 / wd pp 传动装置的总效率 54321 式中为从电动机至滚筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。 由机械设计 21 、 及机械设计基础课程设计书中表 2-4 查得:V 带传动 ;滚动轴承;圆柱齿轮传动;弹性联轴器 4 =0.99;96. 0 1 99 . 0 2 97 . 0 3 滚筒轴滑动轴承,则99 . 0 4 96 . 0 5 86 . 0 96. 099 . 0 97. 099 . 0 96 . 0 故 kwpp wd 16 . 0 86 . 0 /14. 0/ (3) 电动机额定功率 ed p 考虑功率损失在内选取电动机额定功率kwped75. 0 3.1.3 电动机的转速 为了便于选择电动机的转速,先推算电动机转速的可选范围。由机械设计及机械 设计基础课程设计书中表 2-1 查得 V 带传动常用传动比,圆柱蜗杆减速器的42 1 i 常用传动比,则电动机转速可选范围为8010 2 i min/1500600 21 riinn wd 可见同步转速为或的电动机均符合。由机械设计及机械设计min/750rmin/1000r 基础课程设计书中表 20-1 查得,选定电动机的型号为;额定功率690SY 满载转速 质量。kwped75 . 0 min/910rnmkgm23 3.1.4 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 (1)传动装置总传动比 6 (3)30 30 910 w m n n i (2)分配各级传动比 V 带传动的传动比 ,则圆柱蜗杆传动的传动比 7 . 2 1 i11 1 2 i i i 3.2 带传动 带传动中,带为中间挠性件并靠摩擦力工作,所以能缓冲和吸振;运行平衡无噪 声;过载时将引起带在带轮上打滑,因而可防止其他零件的损坏;可增加带长以适应 中心距较大的工作条件,且结构简单,在近代机械中被广泛应用。 在带传动中,常用的有平带传动、V 带传动和同步传动等。但是,在一般机械传 动中,应用最广的是 V 带传动。V 带的截面呈等腰梯形,带轮上也做出轮糟。传动时, V 带和轮糟的两个侧面接触,即以两侧面为工作面。根据糟面摩擦的原理,在同样的 张紧力作用下,V 带传动能产生更大的摩擦力,这是 V 带传动性能上的最主要的优点。 当传递功率相同时,V 带的张紧力和包角均可较小,故可获得较大的传动比和较小的 中心距。再加上 V 带传动允许的传动比较大,结构较紧凑,以及 V 带多已标准化并大 量生产等优点,选用 V 带传动。 普通 V 带有顶胶、抗拉体(承载层) 、底胶和包布组成。抗拉体可以是胶帘布或胶绳 心。绳心结构的柔韧性好,适用与转速教高,载荷不大和带轮直径教小的场合,普通 V 带都制成无接头的环形。 带轮设计时应满足要求:结构工艺性好;无过大铸造内应力;重量轻。 带传动设计准则:因为带传动的主要失效形式为打滑和疲劳破坏。所以带传动设 计时在保证带传动不打滑的条件下,具有一定的疲劳强度和寿命。 依据电动机类型和轴径选择。 已知电动机型号为 Y90S-6,电动机转速,电动机功,每min/910rnm75. 0 w p 天工作不超过 16 小时。 3.2.1 计算功率 C P 查表得工作情况系数=1.1 A K = (4) C P A KkwPKP AC 825 . 0 3.2.2 选择带型 根据,由图查出为 Z 型。kwPC825 . 0 min/910 1 rn 3.2.3 确定带轮基准直径 21 DD 和 7 初选小带轮的基准直径经查表=50mm 1 D 1 D 计算从动抡的基准直径 2 D mmiDD135 22 验算带速:带速太高,会因离心力太大而降低带和带轮之间的正压力,从而降低 摩擦力和传动工作能力,同时也降低带的疲劳强度,带速太低,所需有效应力大,F 要求带的根数多,所以 (带在 5范围内,合适) (5) smnd/38. 2100060/ 11 sm/25 3.2.4 确定中心距和带的基准长度a d L 带传动中心距过小,虽使传动紧凑,带长就短,在一定速度下,单位时间内带 的应力变化次数多,加速带的疲劳破坏。当传动比较大时,短的中心距将导致包角过 小,带传动中心距不易过大,在速度较高时容易引起带的颤动,所以: 初步选定中心距 (6) 5 . 2771855 . 1)(5 . 1 210 dda 取 符合 mma280 0 )(7 . 0 21 DD 0 a)(2 21 DD 根据带传动的几何关系,按下式计算所需带的基准长度: d L (7)mm a DDDD DDaLd857 4 )( )( 2 2 0 1212 120 根据查表选取相近的 V 带的基准长度,则可以计算 V 带的中心距 d L d L mmLd900 (8)mm LL aa dd 5 .301 2 857900 280 2 0 考虑安装调整和补装预紧力(如带伸长而松弛后的张紧)的需要,中心距的变动范围 为 mmLaa d 288015 . 0 min mmLaa d 5 . 32803 . 0 max 3.2.5 验算主动轮上的包角 1 小轮包角愈小,传动愈容易产生打滑,带的工作能力不能充分发挥,所以应保 证 ,合适。 (9) 000120 1 12016360180 d dd 3.2.6 确定 V 带的根数 V 带的根数计算公式 : 8 (10) la c kkpp p z )( 00 令查表得50min,/910 11 drnkwp70 . 0 0 传动比 查表得7 . 2ikwp15 . 0 0 由小包角查表得 0 1 16303 . 1 ,96 . 0 la kk 由公式(10)有: 98 . 0 03 . 1 96 . 0 )15 . 0 7 . 0( 825 . 0 )( 00 la c kkpp p z 所以取 V 带的根数 1 3.2.7 求在带轮轴上的压力 Q F 张紧力的大小是保证传动正常工作的重要因素,张紧力过小,摩擦力小,容易 产生打滑,张紧力过大,带的寿命低,轴承上的力大,所以既要保证传动功率又不出 现打滑,查表得:,故由带的压力公式(2)可知:mkgq/10. 0 (11) N qv kzv p F a c 58.278 38 . 2 10 . 0 ) 1 96 . 0 5 . 2 ( 38 . 2 1 825 . 0 500 ) 1 5 . 2 ( 500 2 2 0 作用在轴上的压力 NzFFQ04.551 2 163 sin58.27812 2 sin2 0 1 3.2.8 带轮材料及结构 V 带轮的材料主要采用铸铁 HT150 或 HT200;转速较高时宜采用铸铁(或用钢板冲 压,焊接而成);小功率传动时可用铸铝或塑料等,根据本机械选用的电动机功率的大 小和工作要求,选铸铁为带轮的材料。 铸铁 V 带轮的典型结构有;1)实心式;2)辐板式;3)孔板式;4)椭圆轮辐式。 已知电动机 Y90S6 的轴直径,当带论直径为安装带论轴的24 s d ss ddd(5 . 2 直径)时,则故采用实心式。60245 . 250 根据查表 Z 型带的截面尺寸。带轮的基准节宽为 8.5mm;基准线上槽深 2.0mm; 基准线下槽深为 7.0mm;槽间距为mm;第一槽对称面至端面的距离为mm;3 . 01218 9 最小轮缘厚度 5.5mm;外径;轮槽角度选为 mmhdd aa 5422502 带轮宽度的距离)为第一槽对称面至端面为轮槽数,fzmmffezb( ,1822) 1( 由于各种材质的 V 带都不是完全的弹性体,因而 V 带在张紧力的作用下,经过一定时 间的运转后,就会由于塑性变形(伸长)而松弛,使张紧力减小,传动动力的能力 0 F 降低。因此,带传动必须设计张紧装置。常见的张紧装置有定期张紧和自动张紧两类。 33 计算蜗杆传动的主要参数和尺寸 普通圆柱蜗杆传动的主要参数有模数,压力角、蜗杆头数、蜗轮齿数及m 1 z 2 z 蜗杆的直径等。为了便于设计,进行正确的参数选择;d 3.3.1 模数和压力角m 蜗杆传动的几何尺寸也以模数为主要计算参数。蜗杆和蜗轮合时,在中间平面上, 蜗杆的轴向模数、压力角应与蜗轮的端面模数、压力角相等,即 mmm ta 21 21ta ZA 蜗杆的轴向压力角为标准值(20) ,其余三种(ZN、ZI、ZK)蜗杆的法向压 a 力角为标准值(20) ,蜗杆轴向压力角与法向压力角的关系为公式(3)可知。 n (12) cos n a tg tg 式中为导成角 3.3.2 蜗杆的分度圆直径 1 d 每一标准模数规定了一定数量的蜗杆分度圆直径,而把比值 1 d (13) m d q 1 称为蜗杆的直径系数。与已有标准值,查表得常数的标准模数和蜗杆分度 1 dq6 . 1m 圆直径及直径系数20 1 d50.12q 3.3.3 蜗杆头数、和导成角 1 z 2 z蜗轮齿数 根据已知的传动比() ,主要根据传动比来确定。应注意:为11 2 i 2 z蜗轮齿数 了避免用蜗轮滚刀制蜗轮时生产根切与干涉理论上应使。但当时,17 min2 z26 2 z 则可开始保持有两对以上的齿啮合,所以通常规定大与 28。对于动力传动,一 2 z 2 z 般不大于 80。这是由于当蜗轮直径不变时,越大,模数就越小,将使齿轮的弯曲 2 z 10 强度削弱;当模数不变时,蜗轮尺寸将要增大,使齿啮合的蜗杆支承间距增大,这将 降低蜗杆的弯曲刚度,容易产生扰曲而影响正常的啮合。 查表(蜗杆头数)可知,当传动比蜗杆头的推荐值和蜗轮齿数 21 zz之间时为157 2 i 数取为 4 由得 1 z 122 / zzi 44 2 z蜗轮齿数 已知直径系数和蜗杆头数之后蜗杆分度圆柱上的导成角由公式50.12q4 1 z (14)也确定了。即 (14) 32 . 0 50.12 4 1 q z tg 由公式(5)可知:。4417 计算蜗杆分度圆直径及蜗轮分度圆直径 1 d 2 d 由,mmmqd2050.612. 1 1 mmmzd88442 22 3.3.4 齿数比及蜗杆传动的标准中心距u 齿数比 (15)114/44/ 12 zzu 式中蜗轮的齿数。因为蜗杆为主动,所以圆柱蜗杆传动的传动比 与齿数比相 2 z 2 iu 等。 蜗杆传动的标准中心距为 (16)mmmzqdda 2 . 426 . 1)4450.12( 2 1 )( 2 1 )( 2 1 221 3.4 凸轮机构的设计 凸轮机构是机械中的机械中的一种常用机构,在自动化化和半自动化中应用最广 泛。凸轮的设计根据工作要求选定凸轮机构的型式,从动件运动规律和有关的基本尺 寸,然后根据选定的从动件运动规律设计出凸轮应有的轮廓曲线。 3.4.1 根据工作循环,利用计算机和作图法设计轮廓曲面 如图(1)所示:以 R=60mm 为基圆半径,顶杆的最大行程为 S=40mm,顶杆最大紧 压量 H=32mm。现在根据凸轮位移轮廓图设计凸轮轮廓曲线。 1)以适当位移比例尺寸顶杆最大紧压量 H 和角位移,按等速运动式 n S n 。 n HnS/ 1 当顶杆转动 30角时,凸轮半径等速上升; 其中=90则/ 1 HS ;每增加 1角凸轮半径大约增大 0.356mm(=60+0.356mm,mmS356 . 0 90/32 1 1 R 11 =+0.356mm,=+0.356mm= +0.356mm=92mm) 直到顶杆转到 2 R 1 R 3 R 2 R 90 R 89 R 120角。 当顶杆转到 120角时凸轮半径在禁止不变,当顶杆再转动mmR92 150角时, 凸轮又以半径随每增加一度角增大直到,顶R hn SS/mmR100 max 杆已转 180角,达到了最大行程。 2)以长度为 R=60mm 为画圆弧作凸轮基圆。按顶杆从=30角起始位置沿顺时针 方向取半径为=60+0.356mm,=+0.356mm,=+0.356mm= 1 R 2 R 1 R 3 R 2 R 90 R +0.356mm=92mm,并按位移线分等份。之后作一系列径向线 89 R O1,O2,O3,O4O7, 图 2 凸轮顶杆轮廓曲线图 Fig . 2 Cam mandril outline graph 则各径向线代表顶杆在运动中依次占据的位置。 3)将点连成线光滑曲,即是凸轮轮廓曲线。 7654321 ,BBBBBBB 3.4.2 压力角和曲率半径 (1)压力角 12 由图(3)可知,设压力角为,法向力在运动方向上的分力为,的水平F t FF 分力为,则: n F (17)cosFFt (18)sinFFn 推杆的压力为,可使顶杆发生弯曲作用。因此,压力角越小越好。一般说来对 t F n F 直动从动件而言,压力角极限值为 30;对摆动从动件,压力角的极限值为 45。 但是,实际上当直动从动件的压力角 为 30时,从动件就不能动作了。对于摆动 从动件,压力角还可以大于 45。 一般取压力角值的绝对值为正值,如果加上正负号,则能区别是的左侧还F t F 是右侧,所以值取负值也是可以的。另外,在回程中,因为的方向反向 180, t F 因此,对值没有特别的限制。由线方向的单位矢量和运动方向的单位矢量 即 (19) (2)压力角与作用力的关系 不考虑摩擦时,作用力沿法线方向。 -有用分力, 沿导路方向 t F -有害分力,垂直于导路 n F tgFF tn 一定时, , t F n F 若大到一定程度时,会有: tf FF 机构发生自锁。 为了保证凸轮机构正常工作,要求 = 30 -直动从动件; = 3545摆动从动件; = 7080回程。 (3)曲率半径 假设采用与滚子直径相同的立铣刀 加工凸轮。已知滚子中心轨迹,则刀具 言此轨迹运动,如图(5)所示。若滚 子中心轨迹突起部分的最小曲率半径 图 3 压力角随凸轮轮廓变化图 Fig . 3 The change of press corner with cam outline 13 ,比刀具半径小时,在次部分的 max凸 c r 凸轮将产生顶切(under cut) 。一旦发 生顶切现象,则不能实现凸轮曲线的正确的运动。因此,要求大于刀具半径。 max凸 c r 其解决方法是,增大凸轮的分度角值。此外凸轮轮廓下凹处的最小曲率半径,即 h 比滚子半径小时,滚子将在大多数情况下在凸轮凹处出现浮起现象,如图所 min凹 r r 示。此时仍然不能得到正确的运动。因此,要求必须大于滚子半径。其解决 min凹 r r 方法是,增大分度角值。顶切与浮起不会同时出现。 h 当从动件滚子中心在凸轮的固定坐标系中,围绕凸轮顺时针方向旋转。此时,滚子中 心轨迹的曲率半径 按公式(6) (20) )sin()cos()cos(2)sin( )sin()cos( 2 rrR rr 求得。当为正值时,对凸轮中心而言,轨迹是下凹的;反之,当为负值时,则轨 迹是外凸的。 此外,凸轮轮廓曲率半径,在平面凸轮中,为正负均可,下式成立,即 p (21) rp r 图 4 曲率半径随凸轮轮廓变化图 Fig . 4 The change of curvature radius with cam outline 关于曲率半径的另一个重要问题是赫兹接触应力问题。众所周知,曲率半径越小, 则表面接触应力越大,在考虑到赫兹应力时,即使凸轮轮廓的绝对值可以较小, max凸 但也要取大于滚子半径。按实际经验,一般取 min凹 r r r r2 min 凹 (4)运动规律:推杆在推程或回程时,其位移 S、速度、和加速度 随时间 2 V 2 a t 的变化规律。 14 (22))(tss (23))( 22 tVV (24))( 22 taa 030 30120 120150 150180 图 5 顶杆位移曲线 Fig . 5 The displacement curve of mandril 3.4.3 等速运动规律(图 6)所示 (1)在推程起始点:, 30 1 0 2 s 在推程终止点: , t 1 hs 2 代入得:, 0 0 c t hc/ 1 推程运动方程: t hs/ 12 (25) )( 22 tVV 0 2 a 同理得回程运动方程: )/1 ( 12t hs (26) 12 hwV (2) 等加等减速运动规律 位移曲线为一抛物线。加、减速各占一半。 推程加速上升段边界条件: 起始点:, , 0 1 0 2 ssmV/45 . 0 2 中间点: ,2/ 1t 2/ 2 hs 求得: , 0 0 c0 1 c t hc 22 /2 15 1 1 1 t V2 a2 + - 图 6 等速运动规律图 Fig . 6 The rule of movement with the same speed (3)加速段推程运动方程为: t hs 2212 /2 t hwV 2112 /4 t hwa 2212 /4 推程减速上升段边界条件: 中间点:, 2/ 1t 2/ 2 hs 终止点: , t 1 hs 2 0 2 V 求得: , ,hc 0t hc/4 1 t hc 22 /2 减速段推程运动方程为: tt hhs 212 /2)(2 tt hwV 2112 / )(4 t hwa 2212 /4 3.5 圆盘结构的设计 圆盘是由凸轮,顶杆,弹簧等部件组成,根据凸轮顶杆行程的大小,确定圆盘的 直径与端盖之间的边间隙为,与轴平头平键连接。mm2867H (1)键连接 16 选择键连接来完成圆盘的转动,确保顶杆在凸轮轮辕上的平稳转动,键连接主要 类型有:平键连接、半圆键连接,和切向连接等。根据工作需要,选择普通平头平键 (如图 7 所示)连接的结构形式,普通平头平键的两侧面是工作面,工作时,键同键 槽侧面的挤压来传递转矩。键的上表面和轮辕的键底面间则留有间隙,平键连接具有 结构简单,装拆方便,对中性较好等优点,因而得到广泛应用,这种键连接不能承受 轴向力,因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。圆头平键的头部侧面与轮辕上 的键槽并不接触,因而键的园头部分不能充分利用,而且轴上键槽端部的应力集中较 大。平头平键是放在用盘铣刀铣出的键槽中,因而避免了上述的缺点,但对于尺寸大 的键,益用紧定螺钉固定在轴上的键槽中,以防松动 图 7 键连接示意图 Fig . 7 The connecting of bond (2)弹簧 弹簧是一种弹性元件,它可以在载荷作用下产生较大的弹性变形,因而起减振和 缓冲。弹簧用来减振和缓冲。 弹簧(如图 8)的尺寸参数有以下参数决定, 型材直径(黄丝直径);mm2d 弹簧外径 D=25mm; 弹簧内径;mm212225DDd2DD 21 17 弹簧中径;mm23221dD2/ )DD(D 112 节 距;mm8t 有效圈数;)(7n保持等节距的参数 支撑圈数)(5 . 2n2包括磨平圈两端贴紧磨平的圈数, 总圈数 5 . 9nnn 21 自由高度 0 H mm602)5 . 05 . 2(87d)5 . 0n(ntH 20 弹簧展开长度由公式(7)可知。 (即型材长度)L 22 21 t)D(nL = 22 8)2314 . 3 (5 . 9 =5289mm 对于两端贴紧磨平的压缩弹簧,无论支撑的圈数多少和未端帖紧的情况如何,都 可按的形式设计。5 . 2n2 图 8 弹簧尺寸示意图 Fig . 8 The dimension of spring 弹簧在多次重复变形后易失去弹性,因而选择 50 铬钒钢(50) ;钢中加入VAGr 钒的目的是细化组织,提高钢的强度和韧性,故这种材料是耐疲劳和抗冲击性能良好 的弹簧钢。 (3)顶杆 根据工作需要选择滚子从动件,这种从动件由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦, 所以磨损较小,故可用来压缩茶叶的动力。其结构如下图(8)所示: 18 图 9 顶杆尺寸示意图 Fig . 9 The dimension of mandril 4 机架材料的选择及结构 根据资料及适用性分析,机架材料初步选用 45#角钢。 角钢俗称角铁,是两边互相垂直成直角形的长条钢材。角钢可按结构不同的需要 组成各种不同的受力构件,也可做构件间的连接件。广泛的用于各种建筑结构和工程 结构,如房梁、桥梁、输电塔、起重运输机械、船舶、工业炉、反应塔、容器架以及 图 10 机架结构示意图 Fig . 10 The structure of bracket 仓库货架等。因为角钢采用的是三角形结构,使得它相对与槽钢和工字钢有更好的稳 定性能和承载能力。45#钢是一种中碳钢,其机械性能相对于其他型号的钢好,价格 便宜,广泛应用于机械制造。 基于以上,机架材料选用45#角钢,结构如图(10) 。 19 5 结论 毕业设计是大学阶段最后一个教学实习环节,可以说是对大学四年的一大总结,它 为我们这些不久以后的社会新鲜人进入社会提供了一个缓冲的条件,更为我们即将展 开的工作打下了一个坚实的基础,所以,这是我们人生中一个举足轻重的环节.所以,我 们一定会很努力的! 经过为期三个多月的毕业设计,我从中获益良多,不仅从新温习了课堂上学过的已 不甚了解的知识,还学到了很多课本上没有的东西.大学,是一个社会的缩影,在这里, 我们了解到学习不再是一个人的事,而是整个社会的事,不再需要死记硬背,而是要融 会贯通,由一及十,知道怎么样由已有的资料来得到我们所需要的答案.作为一名工程 人,我深深了解,严谨,求实,创新是我们所必须追求的,我们的工作不允许我们犯错,所 以,严格的要求是我们走向社会的敲门砖. 本设计是在现有茶叶紧压机的基础上,开发的一种完全应用于生产实际的一种新 机型,它体积小、适用性强、结构简单、效率较高、而成本低。它的应用和推广将促
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本文标题:凸轮顶杆式茶叶紧压机的设计【10张CAD图纸和说明书】
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