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内容简介：

摘要本次毕业设计主要是蔬菜切片机的设计，它是通过齿轮传动带动刀具传动进行蔬菜加工的的机械。本次设计主要包括传动方案的选择，通过比较传动方案，此次选用齿轮传动比较合理，接着进行电动机的选择，本次选用50KTYZ电动机符合要求，接着进行传动比的分配以及联轴器的选择，接着进行齿轮的选择与校核，从而设计出想要齿轮的尺寸，接着进行轴的选择与校核，通过校验轴的危险截面确定轴满足条件，最后进行轴承和键的选用。通过使用CAD，UG最终将所有零件图和装配图绘制出来。 本次设计的蔬菜切片机安全可靠，零件之间结构紧凑，传动效率高等特点。关键词：蔬菜切片机，设计，齿轮，轴，CAD，UGAbstractThis graduation project is mainly the design of vegetable slicer, which is driven by gear drive tool transmission for vegetable processing machinery. This design mainly includes the choice of transmission scheme. By comparing the transmission scheme, the selection of gear transmission is more reasonable. Then the selection of motor is carried out. This selection of 50KTYZ motor meets the requirements. Then the distribution of transmission ratio and the selection of coupling are carried out. Then the selection and check of gears are carried out, so as to design the size of desired gears, and then the selection of shafts. With the check, the dangerous cross section of the shaft is checked to determine that the shaft meets the requirements. Finally, the selection of bearings and keys is carried out. By using CAD, UG draws all parts and assembly drawings eventually. The design of vegetable slicer is safe and reliable, compact structure between parts, high transmission efficiency and so on.Key words: vegetable slicer, design, gear, shaft，CAD，UG目录第一章 绪论11.1引言11.2蔬菜切片机的概述11.2.1蔬菜的种类和在我国的分布情况11.2.2蔬菜切片机的出现以及迅猛发展11.3国内蔬菜切片机的发展现状1第二章 传动装置的总体设计32.1传动装置的传动方案32.2电动机的选择32.3分配各级传动比4第三章 齿轮的设计与校核63.1齿轮的设计与校核63.1.1齿轮的失效形式以及工作环境63.1.2齿轮的材料以及加工工艺63.1.3齿面接触疲劳强度设计73.2齿轮的零件图9第四章 轴的设计与校核104.1轴的设计与校核104.2轴的零件图164.3轴承的选择与校核184.3.1轴承的选用184.3.2轴承的寿命计算184.4键的选择与校核214.4.1键的选择214.4.2键的校核21第五章 蔬菜切片机的装配图23第六章 总结28第七章 致谢29第八章 参考文献30IV第一章 绪论1.1引言随着经济日益的不断发展，人们的生活水平也在不断地提高，各式各样的新技术也越来越多的运用到人们的日常生活中。家庭生活用品正在丰富着人们的生活，也给我们带来了不少的方便，其中厨房生活用品就占用着很大的比例。此次设计主要设计一种蔬菜切片机，他能依据人们的需求，根据不同种的蔬菜就行切片，是蔬菜加工的的常用设备之一。1.2蔬菜切片机的概述1.2.1蔬菜的种类和在我国的分布情况经济正在迅速的发展之中，随之而来的是人民生活水平的大幅度提高。人们对食物的挑选也越来越严格。其中主要的蔬菜包括胡萝卜，土豆，山药，山芋等。蔬菜的种植分布在我国十分的广泛，有十几个省份都在种植。其中种植比较多的是土豆，他是中国的重要经济型作物，种植面积占大约全世界的百分之二十左右，年产量达到亿吨的级别，在世界的产量方面名列前茅。1.2.2蔬菜切片机的出现以及迅猛发展蔬菜切片机是加工设备的其中一种，此机械是把原材料加工成成品或者半成品的一种器械。即将蔬菜加工成厚度均匀的片状物体。在这些食品的生产过程中，我们需要对其进行切片处理。如果在这个过程中，完全进行人工操作的话，是无法达到目的要求的。因此，蔬菜切片机的作用就体现出来了。蔬菜切片机的发展经历了从无到有，从单一的功能到多样化功能的迅猛发展。1.3国内蔬菜切片机的发展现状我国蔬菜切片机的发展可谓历经坎坷，从无到有，从模仿到自主研发，经历了大约30年左右的发展。到目前为止，我国的蔬菜切片机在市场上的占有率达到了9成以上，且慢慢的向其他国家出口。例如我国山东的QS系列，在功能方面实现了多样化，能加工的原材料也比较广泛。但是，我国的蔬菜切片机相较于国外的产品，仍然存在着许多的不足之处。总的来说，有以下这几个方面：（1）相对国外的产品，技术水品上仍然存在着问题，可靠性差，功能相对较少，不能对一些固定要求的食材进行加工。（2）质量上有着一定的细小问题，稳定性差，造型比较笨重粗糙，寿命较短，工作时故障频发率略高。（3）自主创新的能力较差，主要还是体现在产品有着一定的仿制，与国外的产品比较起来，竞争能力有着一定的差距。我国在最近几年投入了大量的资金进行了对蔬菜切片的研发，也有了一定程度上的提升。从我个人而言，我对蔬菜切片机的改进有着以下几点看法（1）在技术方面进行大力研发，开发出更多的新产品（2）技术含量方便要有显著提升，让蔬菜切片机的功能更加专一化和复合化。（3）生产出来的产品的质量要过关，使其稳定性得到保障。本次设计的蔬菜切片机能够进行蔬菜的快捷加工，从而降低人的工作疲劳强度，是一种非常有效率的加工器械。第二章 传动装置的总体设计2.1传动装置的传动方案图2.1传动方案蔬菜切片机的工作原理是通过电机的转动带动传动轴和齿轮的转动，从而进一步带动刀具的转动，再通过对上方蔬菜进料口进行挤压，使蔬菜和刀具接触，从而达到切片的效果。2.2电动机的选择由现代粮食加工技术【1】可知，本次设计的蔬菜切片机为家用小型器械，所以选用功率较小的电动机。已知如土豆，萝卜等蔬菜切削时所受到的阻力大约为20-25N，取最大值25N即可。电动机的功率由工作阻力和速度来决定。它的计算公式如下：其中F为切削时受到的阻力，v为工作机的线速度，它与刀具的半径有关，计算公式为。其中刀具每一秒转动半圈，所以一分钟为30转。为工作机的效率，为0.96，刀具的半径为22mm，角速度为rad/s将以上数据代入公式可得：电动机的输出功率公式为 其中为电动机到工作机的传动装置的总效率，它的计算公式如下:其中为圆柱齿轮传动效率，为球轴承的传动效率，为联轴器的传动效率，其值可由机械设计基础课程设计【2】查找可知。所以总效率由此可以求出输出功率接下来确定电动机的转速，由于刀具的转速为30r/s,查机械设计基础课程设计【2】可知齿轮的常用传动比为3-5，但由于电动机转速的限制的原因，此次选用传动比范围为2-5，所以电动机的转速为经过查找资料可知，电机型号50KTYZ的功率为3-20W满足所需要求。它的具体性能如下表所示：表2-1电动机的数据功率/W转速/n重量/N电压/V正反转1660300220-240是选用转速为60的电动机，功率为16w。2.3分配各级传动比各轴的功率轴1的输入功率轴2的输入功率各轴的转速 轴1的转速轴2的转速各轴的转距 电动机轴的转矩 轴1的输入转矩 轴2的输入转矩2.4联轴器的选择为了使电动机和传动轴进行连接，必须要使用联轴器作为中间的连接零件 ，选用电动机的出轴直径为9mm，通过查找可知，弹性套柱销联轴器符合要求，它的具体参数和图片如下所示表2-2 联轴器参数型号轴孔直径/mm轴孔长度/mmD/mmA/mmLT19147118图2-2联轴器示意图第三章 齿轮的设计与校核3.1齿轮的设计与校核3.1.1齿轮的失效形式以及工作环境表3-1齿轮的失效形式失效形式后果工作环境轮齿折断轮齿折断，无法工作开式或者闭式轮齿点蚀传动不平稳，噪声较大，较大的冲击会影响工作闭式轮齿磨损主要用于闭式齿面胶合影响齿轮的正常传动高速，重载环境齿面发生塑性变形齿形发生严重变化，传动安全性没有保障低速，重载环境查机械原理【3】，可知本次设计主要用于低速，轻载的工作场合，所以主要的失效形式为轮齿点蚀。由此可知本次设计的工作环境主要是闭式传动。3.1.2齿轮的材料以及加工工艺电机传动的功率不大，转速也不高，且对结构没有特定的要求，所以此次采用软齿面直齿传动。按照软齿面的定义，查机械设计基础【4】可知，此次设计小齿轮选用45钢，调制硬度为230HBW，大齿轮选用45钢，正火，硬度为200HBW。再查机设设计基础【4】可得：再查机械设计基础【4】可得，故接下来确定齿轮的加工工艺，查机械设计手册【5】可知，此次设计选用9级精度的齿轮，这种齿轮适合用于低速，轻载的工作场合，而本次设计的蔬菜切片机正是用于这种工作场合，所以完全适合。齿轮的加工方法使用展成法或仿形法精滚。3.1.3齿面接触疲劳强度设计查机械设计基础【4】可得计算中心距的公式 取=514.3MPa查机械设计手册可知转矩公式，计算可得，其中与可有电动机选择已知。本次使用的是软齿面齿轮，所以取齿宽系数=0.4，i=2此次选用的动力源为电动机，低等冲击，转速不是很高，查机械设计手册【5】可知选用9级精度，选K=1.2。将以上所选的数据带入可得初步确定中心距为40.8mm。确定基本参数，计算主要尺寸1）初步选择齿数。取，则2）确定模数。由公式可得m=1.36，查机械设计手册【5】取标准模数m=23)确定实际的中心距4）计算齿轮的齿宽，为了补偿两齿轮轴向尺寸误差，圆整取，。计算齿轮的几何尺寸，其结果如下表所示：表3-2 齿轮的几何尺寸齿轮1齿轮2齿距：齿距：齿厚：齿厚：槽宽：槽宽：齿顶高；齿顶高：齿根高：齿根高：全齿高：全齿高：分度圆直径：分度圆直径：齿顶圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿根圆直径：基圆直径：基圆直径：中心距：校核齿根弯曲强度查机械设计手册【6】可得校核公式 按查机械设计手册【6】可得，带入式中可得，都满足安全要求。 3.2齿轮的零件图齿轮1和齿轮2的齿顶圆半径小于200mm，查机械设计手册【6】可知此次齿轮设计选用实心式齿轮，圆柱齿轮，通过计算可知两齿轮的距离分别6.7mm和23.2mm，满足齿轮中间安装轴的孔径要求。查机械制造手册【6】可知，齿轮公差采用9级精度，粗糙度采用8级精度，两齿轮的零件图如下所示图3-1 主动齿轮零件图图3-2 从动齿轮零件图第四章 轴的设计与校核4.1轴的设计与校核从前面的设计中我们已经能够知道传递的功率为15.872w，齿轮的转速为60r/min，齿轮的圆周力，径向力，齿轮的宽度为29mm，工作时单向运转，由于轴向不受力，故采用的式6002型深沟球轴承。初步选择轴的材料，此次设计的蔬菜切片机的功率并不是很大，材料没有什么特殊的要求，所以查机械设计手册【7】选用正火45号钢，抗拉强度为600MPa。可得许用弯曲应力为55MPa。根据抗扭强度初步确定轴的直径。得，再根据机械设计手册【7】可得初步想要得直径为此次齿轮布置在箱体之内，轴承安装在齿轮得两侧，轴的外端需要安装联轴器。接下来确定轴上零件得安装以及拆卸的方式。齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩定位，右端需要使用套筒定位，周向固定采用平键连接，轴承安装在齿轮的两侧，轴向使用轴肩定位，周向使用过盈配合定位。接着确定每一段的直径，分别为，接着确定各轴段的长度，由于齿轮的宽度为29mm，为了保证齿轮的固定可靠，与齿轮配合处的轴的长度取27mm，为了保证齿轮两端轴承的对称性，取和处的长度各为4mm，轴承跨距为54mm。最后查机械设计手册【7】确定圆角和倒角。绘制出轴的结构草图。图4-1轴上零件的安装示意图1-深沟球轴承 2-齿轮 3-套筒 4-轴承挡盖 5-联轴器按照弯矩扭合强度来校核直径，先画出轴的受力图图4-2 轴1的受力分析图接着作出水平面内的弯矩图。支点的约束力为截面处的弯矩为面处的弯矩作出垂直面内的弯矩图，支点的约束力为截面左侧的弯矩为截面右侧的弯矩为截面处的弯矩为作出合成弯矩图截面:截面:作出转矩图求出当量弯矩，机器工作时进行单向运转，可以认为转矩为脉动循环变化，所以修正系数为0.6截面：截面：确定危险截面及校核强度截面：截面：此次设计的轴有足够的强度，并且有一定的富裕量，所以满足要求。接着对第二根轴进行受力和校核。初步选择轴的材料，蔬菜切片机的传递功率不大，所以选用45号钢并进行调制处理。查机械设计手册【7】可得抗拉强度为700MPa，查得许用弯曲应力为65MPa。初步确定轴的直径，可得，算出轴的直径 轴上的零件的安装和拆卸与上一根轴一样，接着确定每一段的直径，分别为，接着确定各轴段的长度，齿轮处轴的长度应该略短于齿轮的齿宽，所以取为22mm，为了保持齿轮两端的对称性，取和的宽度为4mm，轴承的跨距为52mm，查机械设计手册【7】可得圆角和倒角，绘制轴的结构草图。图4-3轴上零件的安装示意图1-深沟球轴承 2-齿轮 3-套筒 4-轴承挡盖画出轴的受力图，做出水平面的弯矩图图4-4 轴2的受力分析图支点的约束力为截面处的弯矩为截面处的弯矩为做出垂直面内的弯矩图，支点的约束力为截面左侧的弯矩为截面右侧的弯矩为截面处的弯矩做出合成弯矩图截面截面做出转矩图求出当量弯矩，机器工作时进行单向运转，为脉动循环变化，取修正系数为0.6截面截面确定危险截面和校核强度截面截面此次设计的轴有足够的强度，并且有一定的富裕量，所以满足要求。4.2轴的零件图通过上述轴的计算，可以确定轴的设计比较合理，查机械制图【8】，可以绘制出轴的具体零件图，查机械制造基础【9】可知，轴的公差采用9级精度，粗糙度采用8级精度，具体零件图如下所示图4-5轴1零件图图4-6 轴2零件图4.3轴承的选择与校核4.3.1轴承的选用由于齿轮在轴上进行转动时，只有圆周力和径向力，所以根据此情况，选用深沟球轴承，为了配合齿轮的安装，故在轴段处选用6002和6004轴承，其具体参数如下表所示表4-1 轴承的参数轴承代号d/mmD/mm基本额定动载荷Cr/KN基本额定静载荷C0r/KN600215325.582.85600420429.385.0274.3.2轴承的寿命计算首先计算轴1上一对轴承的寿命。轴1的转速为60r/min，轴向载荷，轴承1所受的径向载荷，轴承2所受的径向载荷。轴承的寿命计算公式为6002轴承的基本额定动载荷为5580N，对于深沟球轴承而言，。其受力分析图如下所示图4-7 轴承受力分析接下来计算轴承1的寿命。由于结构设计上的保证，使轴向外力作用在轴承2上，所以轴承1不受轴向力。故，代入上式可得轴承1的工作寿命接着计算轴承2的工作寿命，查上表4-1可知，6000轴承的基本额定静载荷为2850N，计算，用来确定系数e通过查机械设计基础可得e=0.15，接着确定当量动载荷的计算公式并计算，结果如下再查机械制造基础【9】可得X=0.56，利用插值法，根据e差得Y=2.5，所以所以轴承2得工作寿命为通过以上计算，轴承6002满足设计所需条件。接下来对轴2上的轴承进行寿命计算。轴2得转速为30r/min，与轴1的情况相似， ，选用6004轴承，可知基本额定动载荷为9380N，。计算轴承1得寿命在进行计算轴承2得寿命，6004轴承的基本额定静载荷为5020N，计算，确定系数e，查表可得e=0.09，确定当量动载荷的计算公式并且计算，可得X=0.56，Y=4.5，所以，计算轴承2的工作寿命，通过以上计算，轴承6004满足设计所需条件。接下来确定轴承的定位，通过查机械设计基础可知，深沟球轴承的安装方式为两端固定，其具体安装方式如下所示图4-8 轴承安装4.4键的选择与校核4.4.1键的选择通过查机械设计【10】可知选用键槽的类型，该键槽应该满足轴和齿轮的配合，其具体参数如下表所示表4-2 键槽尺寸轴键公称尺寸b一般键连接公称直径d公称尺寸轴N9毂Js912-175x5522-308x78键的长度系列：6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56键的长度由公式来决定，此前算得轮毂宽度分别为29mm和24mm，代入公式中计算可得2个键得长度分别为20mm和15mm。4.4.2键的校核键的主要失效形式有剪切和挤压这两种，接下来分别对这2种方式进行校核。查机械设计【10】可知键的许用切应力和许用挤压应力分别和许用正应力有关 键的材料选用30钢，上述公式分为为脆性材料和塑性材料的选择公式，经查找可知30钢为塑性材料，所以其许用切应力为70MPa，许用挤压应力为140MPa。键的受力如下图所示图4-9 键的受力图先对轴1上的键进行校核，通过计算已知轴1的直径为17mm，键的尺寸选用，传递的力矩为M=2557N.mm接下来计算键所受的外力键的剪切面积为，剪力，接下来进行剪切应力的校核满足剪切强度的要求。接下来进行键的挤压强度校核，键受到的挤压力，挤压的面积为，所以挤压强度为，满足要求。接下来对轴2上的键进行校核，由于传动比的为1:2，所以轴2上的力矩为4862N.mm,直径为22mm，键的尺寸为，键的选用材料与前一个键一样，接下来计算键所受的外力。键的剪切面积为，接下来进行抗剪强度的计算满足剪切强度要求。再进行挤强度的校核，键所受到的挤压力，挤压面积为，计算挤压轻度满足剪切强度的要求，综上计算，选用这2种键符合要求。第五章 蔬菜切片机的装配图通过上述零件的选择与校核，最终确定蔬菜切片机的CAD装配图和零件图，其图如下所示图5-1小齿轮零件图图5-2大齿轮零件图图5-3主动轴零件图图5-4从动轴装配图图5-5蔬菜切片机的装配图由CAD设计的蔬菜切片机的二维尺寸最终可以画出UG的零件图和装配图，其图如下所示图5-6小齿轮的三维图图5-7大齿轮的三维图图5-8 主动轴的三维图图5-9从动轴的三维图图5-10蔬菜切片机的总装三维图第六章 总结不知不觉中，我的大学生活即将结束，经过一个多月的努力奋战，毕业设计也算是勉强完成了。一开始的时候，我觉得毕业设计是一件十分简单的事情，但通过一开始的设计，我才发现这并不是一件容易的事情。每一个参数的选择都要满足零件的合理性，并不是你随心所欲想要选啥就是啥。计算设计的过程时十分严谨的，必须按照书上的规定进行选择。差一点都不行。每次当有一个数据计算错误时，所有的计算过程都要随之进行改动。这个过程虽然十分痛苦，但是每当把问题解决的时候，总会有一股自豪感油然而生，毕竟这是通过我不断的努力而