蔬菜清洗机的设计（有全套图纸） .pdf

本科毕业设计 论文 通过答辩 i 摘要摘要 蔬菜是人们日常生活所必需的主要食品之一 也是人们必需的维生素 矿物质 有机 酸 食用纤维等的主要来源 这些都是人体不可或缺的营养成分 它在人们的日常生活中 起着重要的作用 蔬菜清洗主要是为了清除蔬菜表面的泥沙 杂质 寄生虫卵等 为后续 的蔬菜加工提供干净的菜源 它是蔬菜加工过程中的重要环节 净菜加工是新鲜蔬菜经过 挑选 清洗 整理 沥干 包装等工序处理后 以小包装的形式上市销售的洁净型商品蔬 菜 净菜具有干净 卫生 方便 安全等特点 它的发展前途和市场前景十分广阔 1 当 前 我国的蔬菜清洗仍以手工为主的清洗方式 手工清洗具有劳动强度大 效率低 耗水 量大 清洗分散等缺点 而蔬菜加工将朝着保鲜 营养 方便的方向发展 手工清洗自然 不能满足蔬菜加工的需要 因此 采用蔬菜清洗机或清洗设备 可以提高劳动生产效率 针对目前状况设计了蔬菜清洗机械 已有的蔬菜清洗机械清洗叶类蔬菜时对蔬菜损伤较 大 不适用 为此本文综述了一些新型蔬菜清洗机 该类清洗机械能有效去除蔬菜表面的 污染物 对蔬菜 包括叶类蔬菜 结构无损伤且对蔬菜中的细菌也有一定的杀灭作用 关键词 蔬菜 关键词 蔬菜 清洗机械 清洗机械 超声波 超声波 气泡 气泡 灭菌灭菌 本科毕业设计 论文 通过答辩 ii abstract vegetable is the stable food that people necessarily acquire in everyday life and the vital source of vitamin mineral substance dietary fiber and so on vegetable is the indispensable nutrition in our bodies and play a role in daily life vegetables cleaning is to remove the surface of the sediment impurities and parasite eggs vegetables for subsequent processing to provide a clean source of food it is the important link in the process of vegetable processing clean vegetables processing is a fresh vegetable after picking cleaning sorting drain well packing and so on process after processing the sale in the form of small package of clean vegetables type goods clean vegetables has many characteristics such as clean hygiene convenience safety and the future development of it market prospect is very broad dominated by hand at present china s vegetable cleaning method manual cleaning with large labor intensity low efficiency high water consumption and clean dispersion etc and vegetable processing will develop in the direction of the preservation nutrition convenience manual cleaning cannot meet the needs of vegetable processing therefore using vegetable cleaner or cleaning equipment can improve labor productivity according to the resent position the vegetable cleaning device was designed the existing washen of vegetable is prone to damage the leaf vegetable and is unfit for leaf vegetable cleaning therefore a new style washer of vegetable was developed the machine s washing force is ultrasonic and air bubble when the washer is used to clean vegetable the contamination of vegetable surface is clear away effectively and the bacterium is killed to a certain extent and the vegetable organizational structure including leaf vegetable is not damaged key word vegetable washer ultrasonic air bubble killing bacteria 本科毕业设计 论文 通过答辩 iii 目录 摘要 1 第一章 绪论 3 1 1 蔬菜清洗的目的及意义 3 1 2 清洗工艺及设备设计的要求 3 1 3 蔬菜清洗机的工作原理 3 1 4 蔬菜清洗机的研究现状 4 1 5 我国蔬菜清洗技术存在的问题及发展趋势 5 第二章 方案设计 6 2 1 总体方案的论证 6 2 2 传动方案的论证 6 第三章 结构设计 9 3 1 电动机的选用 9 3 2 减速器的选择 10 3 3 机械传动装置的总体设计与计算 11 3 4 机械传动件的设计与计算 12 3 4 1 链传动的设计与计算 12 3 4 2 链条的设计与计算 13 3 4 3 链传动的主要失效形式 14 3 4 4 滚子链的静强度计算 15 3 5 链轮的基本参数和尺寸 15 3 6 滚子链传动的故障与维修 17 3 7 摩擦轮的设计与计算 18 3 7 1 摩擦轮方案的选择 18 3 7 2 摩擦轮的主要失效形式 21 3 7 3 摩擦轮的材料 21 3 7 4 摩擦轮传动的设计与计算 21 3 8 轴的设计与计算 23 3 8 1 轴的材料 23 3 8 2 轴的结构设计 23 3 9 轴承盖的设计与计算 24 3 10 轴承的选择和润滑及其寿命的计算 25 3 10 1 轴承的选择 25 3 10 2 轴承的润滑 26 第四章 超声波清洗装置的运用 28 4 1 超声波清洗的原理 28 4 2 超声波清洗的方式 28 4 3 超声波清洗的特点 29 4 4 超声波清洗的主要技术参数 29 本科毕业设计 论文 通过答辩 iv 本科毕业设计 论文 通过答辩 v 4 5 超声波清洗装置的设备组成及特点 29 4 6 超声波清洗装置的操作流程 30 清洗废水的处理 32 结论 33 设计感言 34 致谢 35 参考文献 36 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 1 页 共 39 页 第一章第一章 绪论绪论 1 11 1 蔬菜清洗的目的及意义蔬菜清洗的目的及意义 采摘后的蔬菜表面往往带有泥土 沙尘 残余农药 腐殖质污染物等 清洗是去除这 些污染物 降低细菌总数的有效手段 蔬菜表面上的细菌总数越少 蔬菜的保存时间就越 长 故清洗干净也是延长蔬菜保存时间的重要手段 目前 我国蔬菜的清洗一般用水浸泡 和手工清洗来完成 蔬菜清洗的机械化程度很低 所以对蔬菜清洗机的研究势在必行 1 21 2 清洗工艺及设备设计的要求清洗工艺及设备设计的要求 在选择清洗工艺及设备 必须考虑清洗要求达到的洗净程度 对不同洗净程度要求的 清洗应选择不同的清洗工艺和设备 洗净程度要求越高 清洗成本也越高 而且生产成本 是以几何级数递增的 在设计清洗工艺及清洗设备时 主要从以下几个方面进行考虑 1 可靠性要求选用的清洗工艺及设备有稳定的清洗质量 能达到所要求的洗净程 度 2 对待清洗对象的影响要求在清洗过程中对待清洗对象造成的损伤尽可能小 并 且不能对待清洗对象产生新的二次污染 3 利于自然环境的保护要求清洗工艺及设备能够防止或尽可能减少清洗废液 噪 声 废气等对自然环境造成的破坏 4 效率要求清洗工艺及设备具有效率高 节约劳动力的特点 5 良好的作业环境要求所用的清洗工艺及设备能保持良好的作业环境 使工人的 健康和安全得到保证 6 经济性要求采用既能达到洗净程度要求 成本又低的清洗工艺及要求 食品加工原料在其成熟阶段以及运输 贮藏过程中常常受尘埃 沙粒及微生物等污染 因此 在加工前必须认真清洗 并清除杂物及不合格部分 以便后道工序加工 1 31 3 蔬菜清洗机的工作原理蔬菜清洗机的工作原理 滚筒式清洗机是借圆形滚筒的转动 使原料在其中不断地翻转 同时用水管喷射高压 水来冲洗翻动的原料 以达到清洗目的 污水和泥沙由滚筒的网孔经底部集水斗排出 该 机适合清洗柑橘 橙 马铃薯等质地较硬的物料 本滚筒式清洗机 是一种比较实用的食 品初加工机械 它是由机架 电机 皮带传动系统 减速器 联轴器 链轮传动系统 轴 承 螺旋式滚筒 冲洗水管 挡料板 出料机构组成 电机 减速器固定在机架上 电机 通过皮带传动系统与减速机相连 减速机通过联轴器与小链轮相连 大链轮带动滚筒上的 摩擦轮而使得滚筒转动 滚筒内部有螺旋导板 在旋转的同时 带动食品排出 本新型滚 筒式清洗机具有结构简单 能耗低 工作可靠 制造成本低和节约用水的优点 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 2 页 共 39 页 1 41 4 蔬菜清洗机的研究现状蔬菜清洗机的研究现状 随着生物技术 蔬菜加工技术的迅速发展 使人们获得干净卫生 无公害 无污染的 新鲜蔬菜将成为当前的主流 在蔬菜消耗量较大的学校 酒店 工厂食堂以及各种蔬菜加 工厂等 手工清洗显然不能满足其需要 我国对蔬菜清洗技术的研究于 20 世纪 90 年代中 后期开始兴起的 科学家们经过多年的努力研究终于取得了一定的成就 3 1 4 11 4 1 国内蔬菜清洗机的发展情况国内蔬菜清洗机的发展情况 1996年袁巧霞等研制的gl i型根茎类蔬菜清洗机 其回转滚筒的截面为六边形 由横 向板条焊接而成 利用滚筒回转时与物料的撞击作用达到清洗的目的 同时在沿滚筒长度 方向设有喷水管 使进料口至出料口以同样大小的水量喷洗 但此种方法不断换水 耗水 量大 4 2000年高英武等研制的震动喷淋式清洗机 分析了蔬菜在清洗过程中的运动与受力情 况并建立了运动 速度与加速度方程 同时分析了叶类蔬菜的损伤机理 但运动参数有待 进一步优化 5 2001年李云飞等论述了蔬菜清洗中气流的强化对洗净率的作用机理 研究了气流对蔬 菜与水的扰动状况对蔬菜清洗效果的影响 实验的结果表明 大量的气泡聚集在水的上部 并且使清洗槽的液面膨胀30mm 但仅靠气泡带动水流的运动对蔬菜进行清洗 于是水流对 蔬菜的作用力影响有限 从而导致清洗时间过长 效率不高 6 2003年高翔等利用超声波气泡清洗鲜切的西洋芹进行保险处理 通过实验得出超声波 气泡清洗鲜切蔬菜10min 有利于除菌灭酶与保险 延长货架期 该清洗方式只对清洗或 半清洗以后的蔬菜实行第二次清洗有较大效果 不适合对蔬菜的初次清洗 7 陈玉凡从理论上分析了高压水射流清洗机的两个主要参数 压力与流量 对清洗效果 的影响 该射流束以喷嘴中心轴呈对称分布并且为锥形发散分布 其工作原理为 将普通 水经过高压水泵加压到数百甚至数千个大气压以后 通过喷嘴的细孔喷射出来的一股或多 股能量高度集中的高压水流 亦称水弹 其速度通常在亚音速与超音速之间 它与子弹具 有相似的能量 对污物进行打击冲洗 它对结垢物与堵塞物具有极大的打击力和破坏力 此种方法能对杂质 污垢等清除更彻底 而且方便快洁 清洗效率高 但较大的射流能量 容易破坏蔬菜组织 不适合于蔬菜清洗 但高压水射流技术对蔬菜清洗的研究具有一定的 参考价值 8 2004年吴玉发等研究了水气浴叶猜清洗机 该清洗机利用气泵在水下产生的气体 使 气体在向上冒的过程中冲击叶菜 并将其振荡翻滚 气体拥动的水浪以及气泡爆裂以后溅 开的水花进入菜叶表面凹凸缝隙和茎杆夹缝处 冲击泥沙杂物达到清洗目的 但水流的运 动主要来源于喷淋水管的作用 从而使得远离喷淋水管的蔬菜清洗作用下降 并且耗水量 较大 9 2008年赵长兵等研制了爆气扰水式蔬菜清洗机 该清洗机为了防止清洗时水流的运动 趋于稳态或者出现运动死区 采用了两组气孔间歇工作的方式 利用气泡与水面或者蔬菜 相碰撞 使得气泡溃灭产生高速微射流和冲击力 从而清除蔬菜表面的污质 但在底部气 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 3 页 共 39 页 泡对蔬菜向上的冲击力的双重作用下 使得蔬菜表面的受力减少 削弱了蔬菜的翻转 延 长了清洗时间 于是降低了蔬菜表面的清洗作用 10 1 4 21 4 2 对国内蔬菜清洗技术的展望对国内蔬菜清洗技术的展望 我国自2001年加入wto以后 已有8年的时间 特别自2008年世界经济出现危机以来 世界工业的步伐开始放缓 甚至出现倒退现象 11 在这种新形势 新情况下 我国的蔬菜 清洗技术 12 需努力向以下方向发展 1 建立产 学 研相结合的运行模式 提高产品的研发水平与科技创新能力 目 前的蔬菜清洗机对根茎类蔬菜 如土豆 马铃薯 番茄等 的清洗效果较好 而对叶类蔬 菜 如菠菜 小白菜等 的清洗效果不够理想 由于叶类蔬菜在清洗时受力过大或者运动 无规律 则茎 叶容易损伤 使得营养价值下降 故对于叶类蔬菜来说 需综合考虑运动 方式与速度 蔬菜的受力大小 清洗装置的安装位置与高度等因素 不仅满足清洗率的要 求 还要满足蔬菜不受损伤以保持营养价值的要求 2 加大对蔬菜清洗技术的研究投入力度 同时注重对节水 节电的研究 由于蔬 菜清洗装置消耗了整个清洗机的大部分能量以及清洗时消耗大量的生活用水 故在保证蔬 菜清洗效果的同时 如何降低能源消耗 充分利用水资源等方面还需科研工作者不断研究 与改进 3 注重高新技术的转化与应用 不断地将电气化 自动化 智能化 计算机技术 等融入对蔬菜清洗技术的研究 提高产品的科技含量水平 从而获得科学利用价值 又可 产生产生较大的社会效益和经济效益 1 51 5 我国蔬菜清洗技术存在的问题与发展趋势我国蔬菜清洗技术存在的问题与发展趋势 我国对蔬菜清洗技术的研究经过多年的发展 虽然取得了一定的成绩 13 但纵观各类蔬 菜清洗机可知 还存在许多有待解决的问题 1 蔬菜清洗机的种类少 品种单一 14 目前的蔬菜清洗机主要有回转滚筒式蔬菜 清洗机 震动喷淋式蔬菜清洗机 水气浴叶菜清洗机 以超声波和气泡为动力的蔬菜清洗 机 2 机电一体化程度不高 目前研制的蔬菜清洗机大多是以机械的方式实现对蔬菜 的清洗 而机电一体化与自动化程度水平应用较少 几乎没有应用智能化 3 技术与计算机技术 因此科技含量不高 4 清洗结构单一 通用性较差 由于设计的差异性 使得各类蔬菜清洗机的结构 与零部件各不相同 故不利于零部件上的通用性 从而维修起来不方便 5 基本处于研究阶段 进入产业化生产规模还有一定距离 目前 我国的蔬菜清 洗机由于大多数处于在各类大学或研究机构的研制阶段 则生产的机型就更少 距离产业 化还有较长的路要走 远远不能满足蔬菜加工的产业化 集约化生产规模的需求 供求矛 盾较为突出 15 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 4 页 共 39 页 第二章方案设计第二章方案设计 2 12 1 总体方案的论证总体方案的论证 清洗机的效率主要取决于清洗机的清洗机器 清洗机还有一些其他的主要机构如传动 系统和集成装置 下面论证一些常用的传动系统 方案一清洗机器的传动 电动机高速运转经过皮带轮传动主轴使摩擦轮高速旋 转 滚筒的传动 由电动机经链轮传动带动托轮 再经过摩擦传动滚筒 方案二清洗机器的传动 电动机高速运转经齿轮传动主轴使摩擦轮高速旋转 滚筒的传动 由电动机经由皮带轮传动带动托轮 再由齿轮传动滚筒 方案三清洗机器的传动 电动机高速旋转经过链轮主轴使得摩擦轮高速旋转 滚筒的传动 由电动机经过齿轮传动带动托轮 再经过齿轮传动滚筒 三种方案的比较 方案一结构紧凑 布局合理 传动简单 可靠性高 相对使用寿命较长 成本低加工 简单 综合比较选用方案一 2 2 传动方案的论证传动方案的论证 2 2 1 方案一 齿轮传动方案一 齿轮传动 图 2 1 齿轮传动 齿轮传动的主要优点是 1 效率高在常用的机械传动中 以齿轮传动的传动效率最高 2 结构紧凑在相同的使用条件下 齿轮传动所需的空间尺寸一般较小 3 工作可靠 寿命长设计制造正确合理 使用维护良好的齿轮传动 工作十分可靠 寿命可达一 二十年 这也是其他机械传动所不能比拟的 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 5 页 共 39 页 4 传动比稳定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求 齿轮传动获得广泛运用 也 就是由于具有这一特点 不过 齿轮 传动同样存在着一些缺点 齿轮传动的制造及安装精度要求高 价格较贵 且不宜用于传动距离过大的场合 综合考虑齿轮传动的优缺点 齿轮传动应满足的基本要求是 1 瞬时传动比不变 冲击 振动和噪声小 能保证较好的传动平稳性和较高的运动精度 2 在尺寸小 质量轻的前提下 轮 齿的强度高 耐磨性好 承载能力大 能达到预期的 工作寿命 2 2 22 2 2 方案二 方案二 带传动带传动 图 2 2 带传动 带传动的主要优点是 1 缓冲和吸振 传动平稳 噪声小 2 带传动靠摩擦力 传动 过载时带与带轮接触面间发生打滑 可防止损坏其他零件 3 适用于两轴 中心矩较大的场合 结构简单 制造 安装和维护等均较为方便 成本 低廉 带传动的缺点 1 传动比不能保证准确 2 需要较大的张紧力 增大了轴 和轴承的受力 3 整个传动装置的外廓尺寸较大 不够紧凑 4 带的寿命较短 传动效率较低 综合考虑带传动的优缺点 带传动主要用于 1 度较高的场合 多用于原动机输出 的第一级传动 2 中小功率传动 通常不超过 50 kw 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 6 页 共 39 页 3 传动比一般不超过 7 最大用到 10 4 传动比不要求十分准确 2 2 32 2 3 方案三 方案三 链传动链传动 图 2 3 链传动 链传动综合拥有带传动和啮合传动的一些特点 其优点是 1 链传动无弹性滑动和整体打滑现象 因而能保持准确的平均传动比 传动效率较高 2 链传动的整体尺寸较小 结构较为紧凑 3 链传动能在高温和潮湿的环境中工作 4 链传动的制造与安装精度要求较低 成本也抵 链传动的缺点是 1 只能实现平行轴间链轮的同向传动 运转时不能保持恒定的瞬时传动比 2 磨损后易发生跳齿 工作时有噪声 3 不宜用在载荷变化很大 高速和急速反向的传动中 链传动的适用场合 广泛应用于中心距较大 多轴 平均传动比要求准确的传动 环 境恶劣的开式传动 低速重载传动及润滑良好的高速传动 均可采用链传动 滚子链传递 的功率通常在 100kw 以下 链速在 15m s 以下 传动比i 7 目前其最大传递功率可 达 500kw 最高中心距可达 8m 综合分析上述三种方案 从传动效率 传动比范围 传动速度 制造成本和 安装精 度 传动装置外廓尺寸等方面综合考虑 本设计课题的传动方案采用方案 三 即采用链 传动 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 7 页 共 39 页 第三章结构设计第三章结构设计 3 13 1 电动机的选用电动机的选用 电动机的功率选的是否合适 对电动机的工作和经济性都有影响 如果功率选得小于工 作要求时 电动机不能保证工作装置的正常工作 也有可能电动机因长期过载而过早损坏 而如果功率选的大于工作要求时 一方面电动机的价格过高 能量得不到充分利用 另一 方面 电动机因经常不能在满载下运动 其效率和功率因数都较低 造成浪费 选用电动机应遵循以下几个要点 1 根据机械负载特性 生产工艺 电网要求 建设费用 运行费用等综合指标 合理选择 电动机的类型 2 根据机械负载所要求的过载能力 起动转矩 工作制及工况条件 合理选择电动机的功 率 力求运行安全 可靠而经济 3 根据使用场所的环境 选择电动机的防护等级和结构型式 4 根据生产机械的最高机械转速和传动调速系统的要求 选择电动机的转速 5 根据使用环境温度 维护检修方便 安全可靠等要求 选择电动机的绝缘等级和安装方 式 6 根据电网电压 频率 选择电动机的额定电压 频率 综上所述 在选用电动机的时候 要努力执行国家技术经济政策 积极采用节能产品和新 产品 提高综合经济效益 根据设计取mrmrmrmrmr67 0 5 0 52 0 575 0 59 0 54321 mbmbmb354 1 5 1 07 0 21 滚筒外壳体积 3322 1 2 2 2 1 0557 0 575 0 59 0 5 114 3 mmbrrv 壳 摩擦圆体积 3322 2 1 2 5 0443 0 59 0 67 0 07 0 14 3 2 2mmbrrv 圆 护板体积 3322 2 2 4 2 3 0867 0 5 052 0 354 1 14 3 mmbrrv 护 查表得 3333 1093 0 108 7mkgmkg 橡胶铸铁 滚筒外壳质量 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 8 页 共 39 页 kgkgvm46 434108 70557 0 3 壳铸铁壳 摩擦圆质量 kgkgvm54 345108 70443 0 3 圆铸铁圆 护板质量 kgkgvm59 801093 0 0867 0 3 护橡胶护 滚筒总质量 kgkgmmmm59 860 59 8054 34546 434 护圆壳总 滚筒重力 nngmg782 84338 959 860 总 清洗机机的最大装载量 kgm 1 181 件 工件所受重力 nngmg78 17748 9 1 181 件件 满载时每个托轮所受切向力 nnggf 7 206436cos 78 1774782 8433 4 cos 件 滚筒线速度 smsmdnv w 56 0 60 834 1 14 3 60 滚 滚筒所需功率 kwkwfvp31 2 1056 0 7 206422 3 滚 查表得 93 0 链轮 88 0 摩擦 99 0 轴承 99 0 齿轮 电动机至滚筒的总效率 8 099 0 99 0 88 0 93 0 轴承摩擦链轮 电动机所需功率kwkwpp89 2 81 0 3 2 0 滚 所以选用电动机额定功率kwpm3 由于滚筒转速不高 可选用 y 系列三相异步电动机 根据额定功率选用 y132m 8 型 3 23 2 减速器的选择减速器的选择 因为该清洗机中传送带的转速较慢 根据蔬菜自身的特点与性质 选择传动比较大的 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 9 页 共 39 页 摆线针轮减速机 摆线针轮减速机的适用范围 分为单极摆线针轮和两级摆线针轮 其中又分为立式和 卧式 双轴型和直联型摆线针轮减速机 适用于冶金 矿山 化工 纺织 轻工等行业 其适用条件如下 输入功率 pi 单级 0 6 75kw 两级 0 052 13 41kw 传动比 单级 11 87 共九种 两级 121 7569 共 18 种 根据前面的设计要求 最终选用单级卧式摆线针轮减高速轴的转速不大于 1500r min 减速机可用于正反两向运转 速机 型号是 bdy2215 35 17 0 34 此减速器的输出转速是 2 5r min p 0 24kw 3 33 3 机械传动装置的总体设计与计算机械传动装置的总体设计与计算 图 3 1 机械传动装置 因为电动机已经选择了 y132m 8 型电动机 所以电动机的满载转速min 710rnm 工作轴的转速min 6 21 rnw 因此就可以分配传动比 wm nni 但是 在分配传动比的时候要注意以下几个要点 1 各级传动的传动比最好在推荐范围内选取 对减速传动尽可能不超过其允许的最大值 2 应注意使传动级数少 传动机构数少 传动系统简单 以提高和减少精度的降低 3 应使各级传动的结构尺寸协调 匀称利于安装 绝不能造成互相干涉 4 应使传动装置的外轮廓尺寸尽可能紧凑 由此分配各级传动比 8 32 6 21 710 wm nni 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 10 页 共 39 页 因 321 iiii 取2 2 1 i2 2 2 i 则7 62 2 2 2 8 32 213 iiii 计算传动装置的运动参数和动力参数 a 计算各轴的转速 1 轴min 710 1 rnn m 2 轴min 322min 2 2 710 12 rrinn m 3 轴min 147min 2 2 322 223 rrinn 滚筒转速min 11 4 13 147 4 rn b 计算各轴功率 1 轴kwpp3 01 2 轴kwkwpp79 293 0 3 12 链轮 3 轴kkwpp73 2 99 0 79 2 23 齿轮 kkwpp7 299 0 73 2 34 摩擦轮 c 计算各轴转矩 轴mnmnnpt 5 40710 39550 9550 111 轴mnmnnpt 7 82322 79 2 9550 9550 222 3 43 4 机械传动件的设计与计算机械传动件的设计与计算 3 4 13 4 1 链传动的设计与计算链传动的设计与计算 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 11 页 共 39 页 图 3 2 链传动 3 4 23 4 2 链条的设计与计算链条的设计与计算 初取小链轮齿数15 1 z 则大链轮齿数 5 375 215 112 ziz 取38 2 z 初定中心距 一般取pa 50 30 0 取pa30 0 以节距计的初定中心距30 00 paa p 链条节数 2 12 1 0021 2 22 zzaazzl ppp 21 14 3 2 1538 303022 3815 87 取88 p l 取偶 计算额定功率kwkw kkk pk p mlz a 88 1 1965 0 775 0 310 链 查表得 775 0 0 1 zakk 1 965 0 mlkk 查表并用线性插值得 ak 为工况系数 zk 为齿数系数 lk为链长系数 mk为排数系数 根据01 pn查得 应选用单排 12a 型滚子链 p 19 05mm 链条长度 mm pl l p 68 1 1000 05 1988 1000 计算中心距 apckzzlpa 2 21 查表24825 0 ak mmmmac58224825 0 3815882 05 19 实际中心距 aaac 一般caa 004 0 002 0 mma580 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 12 页 共 39 页 链条速度 smsm pnz v 23 0 100060 05 194815 100060 11 有效圆周力 nn v p ft 7 6521 23 0 42 1 10001000 作用在轴上的力 f tafkf 20 1 15 1 nf7500 3 4 33 4 3 链传动的主要失效形式链传动的主要失效形式 a 链的疲劳破坏 链在运动过程中 其上的各个原件都在变应力作用下工作 经过一定循环次数后 链 板将会因疲劳而断裂 套筒 滚子表面将会因冲击而出现疲劳点蚀 因此 链条的疲劳强 度就成为决定链传动承载能力的主要因素 b 链条铰链的磨损 链条在工作过程中 铰链中的销轴和套筒不仅承受较大的压力 而且还有相对转动 导致铰链磨损 其结果使链节距增大 链条总长度增加 从而使链的松边垂度发生变化 同时增大了运动的不均匀性和动载荷 引起跳齿 c 链条铰链的胶合 当链速较高时 链节受到的冲击增大 铰链中的销轴和套筒在高压下直接接触 同时 两者相对转动产生摩擦热 从而导致胶合 因此 胶合在一定程度上限制了链传动的极限 转速 d 链条的静力破坏 当链条的速度较低时 6 0 smv 如果链条负载不增加而变形持续增加 即认为链条正 在被破坏 导致链条变形持续增加的最小负载将限制链条能够承受的最 大载荷 3 4 43 4 4 滚子链的静强度计算滚子链的静强度计算 在低速 0 6m sv 重载链传动中 链条的静强度占主要地位 如果仍用额定功率曲 线选择计算 结果常不经济 因为额定功率曲线上各点相应的条件性安全系数 s 为 8 20 远比静强度安全系数大 当进行耐疲劳和耐磨损工作能力计算时 若要求的使命寿命过短 传动功率过大 也需进行行链条的静强度验算 链条静强度计算公式为 qk s minm s fka 式中s为静强度安全系数 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 13 页 共 39 页 ak 为工况系数 mk 为排数系数 f 为有效圆周力 knnf5217 6 7 6521 并查表得1 ak 1 mk knq 1 31min 所以8 4 5217 6 1 1 311 s s 为许用安全系数 一般为 4 8 如果按最大尖峰载荷maxf来代替fka进行计算 则 可为 3 6 若速度较低 从动系统惯性较小 不太重要的传动或作用力的确定比较准确 时 s 可取小值 minq为单排链极限拉伸载荷 因为此传动速度较低 s 可取最小值 取4 s 所以 ss 满足要求 3 53 5 链轮的基本参数和尺寸链轮的基本参数和尺寸 链轮齿数38 1521 zz 配用链条的节距mmp05 19 配用链条的滚子外径mmd91 11 小链轮分度圆直径 mmmm z p d25 95 sin 05 19 sin 15 180 1 180 1 小链轮齿顶圆直径 dpdda 25 1 1max1 mmmm15 107 91 1105 1925 1 25 95 dp z dda 6 1 1 1 1min1 mmmm 5 10091 1105 19 15 6 1 1 25 95 取mmda1051 小链轮齿根圆直径 mmmmdddf35 8391 1125 9511 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 14 页 共 39 页 大链轮分度圆直径 mmmm z p d230 sin 05 19 sin 38 180 2 180 2 大链轮齿顶圆直径 dpdda 25 1 2max2 mmmm 9 241 91 1105 1925 1 230 dp z dda 6 1 1 2 2min2 mmmm 4 23891 1105 19 38 6 1 1 230 取mmda2402 大链轮齿根圆直径 mmmmdddf 1 21891 1123022 链轮齿宽bbf95 0 1 查表得mmb57 12 b为链条内节内宽 所以mmmmbf1257 1295 0 1 mmmmpba5 205 1913 0 13 0 图 3 3 齿形 3 63 6 滚子链传动的故障与维修滚子链传动的故障与维修 表 3 1 滚子链传动的故障与维修 故障原因维修措施 链板或链轮齿严 重侧磨 1 各链轮不共面 2 链轮端面跳动严重 3 链轮支承刚度差 4 链条扭曲严重 1 提高加工与安装精度 2 提高支承件刚度 3 更换合格链条 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 15 页 共 39 页 链板早期疲劳开 裂 润滑条件良好的中低速链传动 链板的疲劳是主要矛盾 但若过 早失效则有问题 1 链条规格选择不当 2 链条品质差 3 动力源或负载动载荷大 1 重新选用合适规格的链 条 2 更换只连合格的链条 3 控制或减弱负载和动力 源的冲击振动 滚子提前碎裂1 链轮转速较高而链条规格选择 不当 2 链轮齿沟有杂物或链条磨损严 重发生爬齿和滚子被挤顶现象 3 链条质量差 销轴磨损或销轴 与套筒胶合 链条铰链元件的磨损是最常见的 现象之一 正常磨损是一个缓慢 发展的过程 如果发展过快则 1 润滑不良 2 链条质量差或选用不当 1 清除齿沟杂物或换新链 条 2 清除齿沟杂物或换新链 条 3 更换质量合格的链条 外链节外侧擦伤1 链条未张紧 发生跳动 从而 与邻近物体碰撞 2 链箱变形或内有杂物 1 使链条适当张紧 2 消除箱体变形 清楚杂 物 链条跳齿或抖动1 链条磨损伸长 使节距和垂度 过大 2 冲击或脉动载荷较重 3 链轮齿磨损严重 1 更换链条或链轮 2 适当张紧 3 采取措施稳定载荷 链轮齿磨损严重1 润滑不良 2 链轮材质较差 齿面硬度不足 1 改善润滑条件 2 提高链轮材质和齿面 硬度 3 把链轮拆下 翻转 180 再装上 则可利用齿廓的 另一侧而延长使用寿命 卡簧 开口销等链 条锁止元件松脱 1 链条抖动过烈 2 有障碍物磕碰 3 锁止元件安装不当 1 适当张紧或考虑增设 导板托板 2 消除障碍物 3 改善锁止件安装质量 振动剧烈 噪声过 大 1 链轮不共面 2 松边垂度不合适 3 润滑不良 1 改善链轮安装质量 2 适当张紧 3 改善润滑条件 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 16 页 共 39 页 4 链箱或支承松动 5 链条或链轮磨损严重 4 消除链箱或支承松动 5 更换链条或链轮 6 加装张紧装置或防振 导板 3 73 7 摩擦轮的设计与计算摩擦轮的设计与计算 最简单的摩擦轮传动是由两个直接接触并相互压紧的摩擦轮组成 靠两轮接触面所产 生的摩擦力来传递运动和动力 摩擦轮传动结构简单 传动平稳 噪声小 有过载打滑保护作用 可无级调速 但由 于在传动中存在弹性滑动与打滑 传动效率低 磨损快 不能保持准确的传动比 同时 作用在轴与轴承上的力较大 只宜于中小功率的传动 3 7 13 7 1 摩擦轮方案选择摩擦轮方案选择 1 1 方案一方案一 圆柱平摩擦轮传动圆柱平摩擦轮传动 圆柱平摩擦轮传动的特点与应用 a 结构简单 制造容易 b 压紧力大 宜用于小功率传动 c 为了减小压紧力 可将轮面之一用非金属材料作覆面 d 大功率传动 摩擦轮常采用淬火钢 如 gcr15 淬硬至 60hrc 并采用自动压紧 卸载环 e 为降低两轴的平行度要求 可将轮面之一制成鼓形 轴系刚性差时亦应如此 f 用于回转简驱动装置 仪表调节装置等 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 17 页 共 39 页 图 3 4 圆柱平摩擦轮传动 2 2 方案二方案二 圆柱槽摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动 圆柱槽摩擦轮传动的特点与应用 a 压紧力较圆柱平摩擦轮传动小 当 15 时 约为其 30 b 有几何滑动 易发热与磨损 故应限制沟槽高度为 06 0 04 0 hmmd 15 5 1 c 加工和安装要求较高 d 传动比随载荷和压紧力的变化有少量变动 e 用于绞车驱动装置等 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 18 页 共 39 页 图 3 5 圆柱槽摩擦轮传动 3 3 方案三方案三 端面摩擦轮传动端面摩擦轮传动 端面摩擦轮传动的特点与应用 a 结构简单 容易制造 b 压紧力大 有几何滑动 易发热和磨损 c 将小轮制成鼓形 可减少几何滑动 降低安装精度 d 轴向移动小轮 可实现正反向无机变速 但应避免在02 d附近运转 e 要注意大轮的刚度 并控制二轴线的垂直度 f 用于摩擦压力机等 图 3 6 端面摩擦轮传动 综合以上叙述和此次设计的结构要求 选择第一种方案 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 19 页 共 39 页 3 7 23 7 2 摩擦轮传动的主要失效形式摩擦轮传动的主要失效形式 摩擦轮传动的主要失效形式 a 疲劳点蚀和表面压溃多发生在闭式传动中 主要是由于高的接触应力而造成 b 轮面胶合压紧力大 且转速很高时 摩擦表面时温度升高 导致润滑油膜破裂 而造成 c 表面磨损多发生在开式传动中 3 7 33 7 3 摩擦轮的材料摩擦轮的材料 摩擦轮材料应满足弹性模量大 耐磨性好 接触疲劳强度高 价格低且热处理及加工 性能好等要求 选用原则 a 要求结构紧凑 传动效率高时采用淬火钢对淬火钢或钢对钢 b 对于尺寸较大 转速较低 且为干摩擦的开式传动 一般选用铸铁对铸铁或铸铁 对钢 c 要求传动平稳 不添加润滑剂 噪声小和摩擦系数高的场合 可选用铸铁 或钢 对酚醛层压布材 皮革 橡胶或压制石棉纤维等 根据此装置的结构和设计需要 选用铸铁为材料 3 7 43 7 4 摩擦轮传动的设计和计算摩擦轮传动的设计和计算 传动比4 62 i 摩擦系数查表取05 0 载荷系数5 1 25 1 k 取5 1 k 齿宽系数 a b a 4 0 2 0 a 取2 0 a 综合弹性模量 21 212 ee ee ed 1e 2e 为主 从动轮材料的弹性模量 查表得mpaee 5 21105 1 所以mpa ee ee ed 5 55 55 21 21 105 1 105 1105 1 105 1105 122 许用接触应力查表得mpah700 530 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 20 页 共 39 页 取mpah620 图 3 7 摩擦传动示意图 初算中心距 3 2 22 2 2 1290 1 ha d ni p f k eia mmmm 1 751 620 1290 2 194 6 32 1 05 0 2 0 5 1 105 1 14 6 3 2 5 取mma770 式中f 为摩擦因数 查表取05 0 f 2p 为传递功率 2n为小摩擦轮转速 摩擦轮宽度mmmmaba1547702 0 所以每个托轮的宽度mmbb772 小摩擦轮直径mmmm i a d 5 198 02 0 1 4 61 7702 1 1 2 2 1 取mmd2001 大摩擦轮直径mmmmdad13402007702212 实际中心距mmmm dd a770 2 1340200 2 21 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 21 页 共 39 页 主动转距mnmn n p t 6 656 2 19 32 1 95509550 2 2 3 83 8 轴的设计和计算轴的设计和计算 3 8 13 8 1 轴的材料轴的材料 应用于轴的材料种类很多 主要根据轴的使用条件 对轴的强度 刚度和其他机械性 能等的要求 采用的热处理方式 同时考虑制造加工工艺 并力求经济合理来选择轴的材 料 轴的常用材料是优质碳素钢 如 35 45 和 50 其中以 45 号钢最为常用 根据本设计的要求 选 45 号钢作材料 3 8 23 8 2 轴的结构设计轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸 为轴设计的重要步骤 一般轴的结构设计原则 a 节约材料 减轻重量 尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状 b 易于轴上零件的精确定位 稳固 装配 拆卸 和调整 c 采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施 d 便于加工制造和保证精度 由材料力学可知 轴的扭转强度条件为 2 0 1055 9 3 6 t n p t t dw t 4 2 式中 t 为轴的扭转切应力 单位为mpa t 为轴传递的转矩 单位为mn p 为轴传递的功率 单位为kw n为轴的转速 单位为r min tw为轴的抗扭截面系数 单位为 3 mm t 为许用扭转切应力 单位为mpa 由此推得实心圆轴的最小直径min0d 单位为mm 为 3 3 6 min0 2 0 1055 9 n p c n p d t 4 3 式中c为计算常数 3 6 2 01055 9 t c 取决于轴的材料和受载情况 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 22 页 共 39 页 查表取112 c 所以mmmm n p cd88 45 2 19 32 1 112 33 min0 当轴段上开有键槽时 应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱 mmd100 时 单键槽增大 3 双键槽增大 7 mmd100 时 单键槽增大 5 7 双键槽增大 10 15 最后应对d进行圆整 综合以上取mmd551 mmd652 轴的结构设计如下图 图 3 8 主轴 3 93 9 轴承盖的设计计算轴承盖的设计计算 螺钉联接式轴承盖调整轴承间隙方便 密封性好 应用广泛 轴承外径mmd100 根据轴承外径取螺钉直径mmd103 螺钉孔直径mmmmdd11110130 mmmmddd125105 210035 20 mmmmddd150105 212535 202 mmdd90 85 15 10 100 15 10 4 取mmd904 mmde12102 132 1 mmdd97 96 4 3 100 4 3 5 取mmd965 m 由结构确定 查表得mmb7 mmb8 mmd661 mmd826 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 23 页 共 39 页 代号入下图所示 图 3 9 轴承盖 3 103 10 轴承的选择和润滑及其寿命计算 轴承的选择和润滑及其寿命计算 3 10 13 10 1 轴承的选择 轴承的选择 选择滚动轴承的类型与多种因素有关 通常根据下列几个主要因素 a 负荷情况负荷是选择轴承最主要的依据 通常应根据负荷的大小 方向和性质来 选择轴承 a 负荷大小 一般情况下 滚子轴承由于是线接触 承载能力大 适用于承受较大负 荷 球轴承由于是点接触 承载能力小 适用于轻 中等负荷 b 负荷方向 纯径向力作用 宜选用深沟球轴承 圆柱滚子轴承或滚针轴承 纯轴向 负荷作用 选用推力球轴承或推力滚子轴承 径向负荷和轴向负荷联合作用时 一般选用 角接触球轴承或圆锥滚子轴承 若径向负荷较大而轴向负荷较小时 也可选用深沟球轴承 和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承 若轴向负荷较大而径向负荷小时 可选用推力角接触 轴承 推力圆锥滚子轴承 c 负荷性质 有冲击负荷时 宜选用滚子轴承 本科毕业设计 论文 通过答辩 第 24 页 共 39 页 b 高速性能球轴承不滚子轴承有较高的极限转速 故高速时应优先考虑选用球轴 承 在相同内径时 外径越小 滚动体越轻小 运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越 小 因此更适合于较高转速下工作 在一定条件下 工作转速较高时宜选用超轻 特轻系 列的轴承 c 调心性能当轴两端轴承孔同心性差或轴的刚度小 变形较大 以及多支点轴 均 要求轴承调心性好 这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承 d 允许的空间径向尺寸受限制的机械装置 可选用滚针轴承或特轻 超轻型轴承 轴向尺寸受限制时 宜选用窄或宽系列的轴承 e 安装与拆卸方便整体式轴承座或频繁装拆时 应优先选用内外圈可分离的轴承 轴承装在长轴上时 为装拆方便可选用带锥孔和紧定套的轴承 根据以上所述及本设计的具体要求 选用调心球轴承 3 10 23 10 2 轴承的润滑轴承的润滑 轴承润滑主要目的是减少摩擦和磨损 同时起到冷却 吸振 防锈及降噪的作用 常用的润滑剂有润滑油 润滑脂及固体润滑剂 二硫化钼 选择润滑剂应当考虑工作 温度 轴承负荷 转速及其工作环境影响 一般来说 温度高 负荷大 转速低时选用粘 度高的润滑剂 润滑油选择 常用的润滑油有 机械油 高速机械油 汽轮机油 压缩机油 变压器 油 汽缸油等等 一般