毕业设计（论文）-江蓠（龙须菜）晾晒工艺及主装备设计（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计（论文） 题 目 江蓠（龙须菜）晾晒工艺主装备设计 学 院 工业制造学院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 学 号 年级 指导教师 职称 年 月 日 目 录 摘要摘要 . 4 Abstract . 5 第一章、绪论第一章、绪论 . 6 1.1 课题的研究背景和历史意义. 8 1.2 江蓠（龙须菜）晾晒工艺主装备的发展现状及应用 . 10 第二章、江蓠晾晒工艺主装备总体结构的设计第二章、江蓠晾晒工艺主装备总体结构的设计 . 12 2.1 江蓠晾晒工艺主装备的方案分析 . 13 2.1.1 机械结构总体方案与布局 . 14 2.1.2 江蓠晾晒工艺主装备工作原理 . 15 2.1.3 课题研究的内容 . 16 2.1.3.1 Solidworks 设计基础 . 16 2.1.3.2 草图绘制 . 17 2.1.3.3 基准特征，参考几何体的创建 . 17 2.1.3.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建 . 18 2.1.3.5 工程图的设计 . 19 2.1.3.6 装配设计 . 20 2.2 机械传动部分的设计计算 . 24 2.2.1 伺服电机的选择 . 25 2.2.2 滚珠丝杆设计计算 . 26 2.2.3 轴承选择 . 26 2.2.4 键的选择 . 27 第三章、江蓠晾晒工艺主装备各部分强度的校核第三章、江蓠晾晒工艺主装备各部分强度的校核 . 28 3.1 滚珠丝杆强度的校核 . 29 第四章第四章 江蓠晾晒工艺主装备中关键零件的受力分析江蓠晾晒工艺主装备中关键零件的受力分析 . 29 第五章第五章 三维软件设计总结三维软件设计总结 . 31 结论结论 . 32 致谢致谢 . 33 参考文献参考文献 . 34 摘 要 人类社会不断地在发展，各行各业的设备和工艺也在不断进步和改良。江蓠晾晒 主装备自 1870 年被发明以来，经过两个世纪的发展，已被广大海藻食物加工厂家等 等各行各业广泛采用。特别是第三次工业革命带来了新材料、新技术的应用，使江 蓠晾晒主装备的发展步入了一个新纪元。 如今，无论从晾晒量，晾晒质量经济效益等各方面来衡量，它已经远远超越了 以往的传统的晾晒主装备，并成为各国争相发展的行业。江蓠晾晒主装备是以伺服 电机配行星齿轮减速器，滚珠丝杆副带动晾晒板升降的机械。其特点是能够根据天 气情况来合理地决定江蓠的晾晒工艺，是敞开晾晒还是自然晾晒。它与其它类似设 备相比，不仅具有自动判断空气条件，任意上升下降等优点，而且运行可靠，易于 实现自动化、集中化控制，特别是对高产高效江蓠的晾晒工艺，起到决定性的作用。 江蓠晾晒主装备已成为海藻类食物加工设备中的关键设备。目前，我国江蓠晾晒设 备越来越普及，特别是沿海地区，广泛采用该设备。 关键词：关键词：江蓠、晾晒工艺、主装备、现实问题 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 absraote Pneumatic manipulator is a automated devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors. This article is mainly of the pneumatic manipulator the overall design, and pneumatic design. This mechanism of manipulator includes cylinders and claws and connectors parts, it can move according to the due track on the movement of grabbing, carrying and unloading. The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow and direction of the compressed air to make it get the necessary strength, speed and changed the direction of movement in the prescribed procedure work.It can replace the heavy labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety, Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic .The principle, technical pare- maters, transmiting system and main parts. Small twisted paper broken machine for ordinary home, not only can be used for minced meat, can also be used with crushed peanuts, crushed ice, spices and other food, small power requirements, powered by the motor drive, reasonable structure design, can meet the family kitchen generally meat food consisting mainly of minced required. Key word: pneumatic manipulator； cylinder； pneumatic loop； Four degrees of freedom. 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题的研究背景和历史意义课题的研究背景和历史意义 江蓠也叫龙须菜，是海藻类植物，食物的一种，它的收获时间南方一般在 3 月 开始，北方要在 7 月份开始，收获主要用手工操作，在潮间带养殖的，可以利用退 潮时直接用手摘；扦签养殖的，可以将竹签一起拔起，采下江蓠，将竹签留来年再 用；筏式养殖的，可以将夹苗绳或网帘取下，带到岸上采收处理。江蓠收割后，要 立即进行加工，一般洗除污泥杂质，再行晒干，若是要求漂白的产品，则可以用淡 水多洗晒几次， 即可将藻体漂白。 这样晒干加工的， 每 50kg 鲜品可出 3-3.5kg 干品。 目前各地琼胶制造厂，不要求漂白，只要求洗净晒干即可，这样胶质较好。目前江 蓠主要用来制造琼胶，其质量不亚于用石花菜制造的琼胶，出品率可达 20%以上，琼 胶制作的简单工艺流程如下：取江蓠干品直接放入波美 36-38 度烧碱溶液中，浸泡 1-2 天，如能加热则浸泡时间可大大缩短，在温度为 60-80时浸泡 2 小时即可。 取出浸泡完毕的江蓠，尽可能空干，然后用淡水冲洗，到 PH 值呈中性为止。加盐酸 使 PH=2 浸 15 分钟左右，这时用手指捏之即碎。加少许次氯酸钠，每 500g 江蓠约 加 3-4ml，搅拌到漂白好了为止。用淡水（最好用井水，因有的自来水含氯）冲洗干 净，直到不含氯离子为止，也可加硫代硫酸钠去掉氯离子。加入 20-30 倍淡水，煮 半小时以上，到易烂出胶为止。用几层帆布压榨过滤。滤液凝固、推条、冷冻（ 15下两天）解冻，干燥即成。 沿海一带江蓠目前是在露天的水泥地上利用阳光晾晒的，卫生条件和自然条件 极差，在阴天或雨天就会大批腐烂废弃，为此需研究江蓠的晾晒工艺及设计主装备 解决这一现实问题。 1.2 江蓠（龙须菜）晾晒工艺主装备的发展现状及应用江蓠（龙须菜）晾晒工艺主装备的发展现状及应用 目前，国外已大量应用此类主装备，全自动智能化江蓠晾晒主装备已成为国内 外海产品行业对海产品进行加工晾晒的主要设备之一。 机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产 的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制 和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种 服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 而江蓠晾晒主装备作为海产品行业晾晒设备的一种，得到了越来越广泛的应用 的发展，尤其是一些沿海国家。通过不断地改善该设备的机械结构和合理的晾晒工 艺，来生产加工出健康，绿色的江蓠产品来，相信随着时间的推移，江蓠晾晒主装 备将会得到更广泛的应用，不断应用在江蓠这个单一的产品上，还可以应用到各种 类型的需要晾晒的产品中。 第二章、江蓠晾晒工艺主装备总体结构的设计第二章、江蓠晾晒工艺主装备总体结构的设计 2.1 江蓠晾晒工艺主装备的方案分析江蓠晾晒工艺主装备的方案分析 2.1.1 机械结构总体方案与布局机械结构总体方案与布局 江蓠晾晒工艺主装备是一种智能化的自动上料设备， 通过人工放置待晾晒的江蓠 产品在晾晒板上面，然后通过伺服电机驱动滚珠丝杆副来实现晾晒板的上升和下降， 通过光线传感器来感应环境温度，从而来决定晾晒工艺，控制伺服电机动作，从而 来实现江蓠的晾晒。其结构布局图如下： 2.1.2 江蓠晾晒工艺主装备工作原理江蓠晾晒工艺主装备工作原理 江蓠晾晒工艺主装备工作原理为：通过人工放置待晾晒的江蓠产品在晾晒板上 面，然后通过伺服电机驱动滚珠丝杆副来实现晾晒板的上升和下降，通过光线传感 器来感应环境温度，从而来决定晾晒工艺，控制伺服电机动作，从而来实现江蓠的 晾晒。 2.1.3 课题研究的内容课题研究的内容 本论文主要研究运用 SolidWorks 对江蓠晾晒工艺主装备进行设计。在设计过程 中，了解 SolidWorks 的各种功能。 SolidWorks 公司成立于 1993 年， 由 PTC 公司的技术副总裁与 CV 公司的副总裁发 起，总部位于马萨诸州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内。当初的目标是希 望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从 1995 年推 出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处， 并经由300 家经销商在全球 140 个国家进行销售与分销该产品。1997 年，Solidworks 被法国达 索 （Dassault Systemes） 公司收购， 作为达索中端主流市场的主打品牌。 SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三维 CAD 系统。由于技术创新符合 CAD 技 术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公 司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创 新，公司也获得了很多荣誉。该系统在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评 比第一名。从 1995 年至今，已经累计获得十七项国际大奖。其中仅从 1999 年起， 美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此，SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三 大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、 高效地投向了市场。 由于 SolidWorks 出色的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星， 也成为华尔街青睐的对象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额 市值将 SolidWorks 全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的 风险投资，获得了高额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公 司。SolidWorks 三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内核（由剑 桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术。SolidWorks 成为全球装机量最大、 最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉 及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐 工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 在教育市场上， 每年来自全球4， 300所教育机构的近145， 000名学生通过SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才招聘网站检索，与其它 3D CAD 软件相比，SolidWorks 相关 的招聘广告比其它软件的总合还要多，这一事实说明了越来越多的工程师和设计者 使用 SolidWorks 三维软件，越来越多的企业需要 SolidWorks 人才。Solidworks 软 件功能强大，易于操作，界面人性化，技术创新，组件繁多是 SolidWorks 的五大特 点。使得 SolidWorks 三维软件成为目前全球领先的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 在设计时能够为用户提供不同的设计方案，通过方案的筛选，工程师能从中选择合 适的方案，从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。在目前市场上所 见到的三维 CAD 解决方案中，SolidWorks 是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之 一。它不仅提供如此人性化的系统，同时对每个工程师和设计者，乃至整个机械行 业提供了良好的发展基础。SolidWorks 软件是世界上第一个基于 Windows 开发的三 维 CAD 系统，由于技术创新符合 CAD 技术的发展潮流和趋势，SolidWorks 公司于两 年间成为 CAD/CAM 产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得 SolidWorks 每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统 在 1995-1999 年获得全球微机平台 CAD 系统评比第一名；从 1995 年至今，已经累计 获得十七项国际大奖，其中仅从 1999 年起，美国权威的 CAD 专业杂志 CADENCE 连续 4 年授予 SolidWorks 最佳编辑奖，以表彰 SolidWorks 的创新、活力和简明。至此， SolidWorks 所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它， 设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于 SolidWorks 出色 的技术和市场表现，不仅成为 CAD 行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对 象。终于在 1997 年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将 SolidWorks 全 资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高 额的回报，创造了 CAD 行业的世界纪录。并购后的 SolidWorks 以原来的品牌和管理 技术队伍继续独立运作，成为 CAD 行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks 三维 机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的 CAD 产品。 由于使用了 Windows OLE 技术、直观式设计技术、先进的 parasolid 内（由剑 桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks 成为全球装机量最大、 最好用的软件。资料显示，目前全球发放的 SolidWorks 软件使用许可约 28 万，涉 及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐 工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球 100 多个国家的约 3 万 1 千家企业。 在教育市场上， 每年来自全球4， 300所教育机构的近145， 000名学生通过SolidWorks 的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它 3D CAD 系统相比，与 SolidWorks 相关的招 聘广告比其它软件的总和还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用 SolidWorks，越来越多的企业雇佣 SolidWorks 人才。据统计，全世界用户每年使用 SolidWorks 的时间已达 5500 万小时。 在美国， 包括麻省理工学院 （MIT） 、 斯坦福大学等在内的著名大学已经把 SolidWorks 列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如哈尔滨工业大学、清华大 学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、 北京理工大学、武汉理工大学等也在应用 SolidWorks 进行教学。Solidworks 软件功 能强大，组件繁多。 Solidworks 有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使 得 SolidWorks 成为领先的、主流的三维 CAD 解决方案。SolidWorks 能够提供不同 的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此 强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。 SolidWorks 在现今社会阶段逐渐广泛应用，并且 SolidWorks 公司对中国市场 重点开发，日后 SolidWorks 应用将会更加完善，更加普遍。通过前文对 SolidWorks 的深入了解后，往后会对 SolidWorks 进行个别应用的分析，如建模，装配，工程图， 力学分析等。 2.1.3.1 SolidWorks 设计基础设计基础 熟悉 SolidWorks 的工作环境； 了解 SolidWorks 的命令， 掌握在 SolidWorks 工作 环境中文件的打开、保存、导入等基本操作，掌握三维建模流程。 2.1.3.2 草图绘制草图绘制 掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几 何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练 应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘 制工具完成草图绘。 2.1.3.3 基准特征基准特征-参考几何体的创建参考几何体的创建 清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的 方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用 坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 2.1.3.4 拉伸、旋转、扫描和放样特征建模拉伸、旋转、扫描和放样特征建模 灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌 握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能 够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、 放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 2.1.3.5 工程图设计工程图设计 灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法； 灵活运用建立标准三视图， 剖视图， 断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。 2.1.3.5 装配设计装配设计 灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用 SolidWorks 智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装 配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运 用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。 2.2 机械机械传动传动部分的设计计部分的设计计算算 2.2.1 伺服电伺服电机的机的选择选择 已知整个装备上江蓠与零件的重量，我们取总重量为15000Kg，范围为 50mm300mm，移动速度为12r/min。即： mm s G = mg = 200 10 = 2000N V = 1 - 2m/min = 16.6 - 33.3/ 具体的伺服电机设计计算如下: 1、确定运行时间 本次设计加速时间 01 (t - t ) 60 = Vl l Vl负载速度（m/min） 有速度可知每秒上升50mm， 0.033 1.2=1.2 360 = ls 电机转速 电机 = Vl n PB 3.负载惯量 左右水平运动 2 2 2 0.005 ()2000.000126779(.) 22 = PB JLMMkg m 伺服电机惯量 43452 7.87 100.4 0.23.72 10 (.) 3232 = BB JBL Dkg m 总惯量 2 0.00032(.)=+= LLMB JJJkg m 4.电机转矩 启动转矩 1 2()2636.9(0.00032) 1.25 . 6060 1.2 + = S NM JMJLJM TN m t 必须转矩 ()2.36.=+=TMTLTS SN m S 为安全系数，这里取 1.0。 根据以上得出数据，我们选用直流无刷电机型号为 92BL- A，此无刷直流伺服电 机厂家为南京森宇机电的产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用直流无刷电机型号为 92BL- 4030H1- LK- B， 电机额定功率为 3.7KW，额定转矩为 750N.m，最大转矩为 269N.m， 额定转速为 3000r/min。电机大致图如下： 外形尺寸 450 x280，电机输出轴径为 45mm。 2.2.2 滚珠丝杆设计计算滚珠丝杆设计计算 1）确定滚珠丝杠副的导程 因同步皮带轮直径相等，皮带轮与丝杠直联，i=1 由表 1 查得 Vmax=8m/min nmax=1000r/min 代入得， Ph1.516mm 由于计算出的 Ph值应取较大值圆整，因此 Ph=1.5mm 2）确定当量转速与当量载荷 （1） 各种切削方式下，丝杠转速 由表 1 查得 V1=0.6 V2=0.8 V3=1 V4=8 代入得 n1=100 n2=133 n3=167 n 4=1333 （2）各种切削方式下，丝杠轴向载荷 由表 1 查得 已知 W1=3000N W2=5000N 代入得 （3）当量转速 由表 1 查得 代入得 nm267r/min （3）当量载荷 代入得 Fm=1380N 3）预期额定动载荷 （1） 按预期工作时间估算 按表 9 查得：轻微冲击取 fw=1.3 按表 7 查得：13 取 按表 8 查得：可靠性 97%取 fc=0.44 已知：Lh=20000 小时代入得 Cm=27899N （2）拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载 Fmax计算： 按表 10 查得：中预载取 Fe=4.5 代入得 取以上两种结果的最大值 Cm=27899N 4）确定允许的最小螺纹底径 （1） 估算丝杠允许的最大轴向变形量 （1/31/4）重复定位精度 （1/41/5）定位精度 : 最大轴向变形量 m 已知：重复定位精度 10m, 定位精度 25m =3 =6 取两种结果的小值 =3m (2）估算最小螺纹底径 丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式 (1.11.2)行程+（1014） 已知：行程为 1000mm, W1=3000N ,0=0.2 代入得 F0=600N D m2 =20.04mm 5） 确定滚珠丝杠副的规格代号 （1）选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式 （2） 由计算出的在样本中取相应规格的滚珠丝杠副 Ph=8mm Ca=30700Cam=27899 6） 确定滚珠丝杠副预紧力 其中 7）行程补偿值与与拉伸力 （1）行程补偿值 式中： =（24） (2) 预拉伸力 代入得 8）滚珠丝杠副工作图设计 (1) 丝杠螺纹长度 Ls： Ls=Lu+2Le 由表二查得余程 Le=40 绘制工作图 （2）两固定支承距离 L1 按样本查出螺母安装联接尺寸 丝杠全长 L （3）行程起点离固定支承距离 L0 由工作图得 Ls=890 L1=1000 L=1000 L0=30 得 KC=920 N/m 9） 刚度验算及精度选择 （1） = = N/m = N/m F0 = 已知 W1=5000 N ， =0.2 F0=1000 N F0 ： 静摩擦力 N ：静摩擦系数 W1 ：正压力 N 2.2.3 轴承选择轴承选择 轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑 到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额 定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷 的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于 球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小， 而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用调心滚子轴承，因为 调心磙子轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴 承有打的锥角可承受大的径、轴向