糕点切片机的设计.doc

糕点切片机的设计糕点切片机的设计 学生姓名 王磊学生姓名 王磊 张聪张聪 学学 号 号 201002070617201002070617 201002070625201002070625 年级专业及班级 年级专业及班级 机械工程学院机自机械工程学院机自10061006班班 指导老师 指导老师 李伟李伟 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 1 1 1 研究的目的和意义 1 1 2 国内外糕点生产现状 2 1 3研究的主要内容 2 1 4研究的主要目标 3 2 糕点切片机的设计 3 2 1 糕点切片机设计要求 3 2 2 间歇进料机构的方案选定 3 2 3往复切片机构的方案选定 6 3 传动装置的设计 7 3 1糕点切片机的电机选择 8 3 2减速系统的设计 9 4 轴的设计与计算 16 5 糕点切片机推料装置的设计 22 5 1输送带的设计 23 6 糕点切片机切片装置的设计 23 6 1切刀的设计 24 7 机架的设计 25 8 结论 25 参考文献 26 致谢 27 1 糕点切片机装置的设计糕点切片机装置的设计 学 生 王磊 张聪 指导老师 李伟 摘摘 要 要 本设计介绍了糕点在生活中的地位和作用 简要提到了国内外糕点切片机的发展现状 设计 了一款以电机为原动力 通过带和齿轮传动 曲柄滑块机构为切片装置 槽轮为间歇推料装置的 糕点切片机 该切片机结构简单 成本低廉 主要用于家用 小作坊场合 1 前言 1 1 研究目的和意义 糕点是我国古老的传统食品 源远流长 历史悠久 相传有三四年的历史 糕点 制品无论是民间喜婚相贺 逢年过节 旅游观光 古代宫廷皇室中享受的精品 作 1 为生活中非常受欢迎的食品 其种类繁多 制作的方式也是五花八门 而且根据地 11 域 口味更是千差万别 23 随着和外国的交流增加 西式糕点也流入中国 其造型新颖 风格独特 口味清 新 更是颠覆了传统糕点在我国人民眼中的印象 不仅仅在选材 制作方式 口感方 面都给我们一种耳目一新的感觉 而今的糕点的发展更是融合了中西两种风格 成为 新一代的流行美食 深受大众的喜欢 市场占有率极高 8 糕点作为一种常见的食品 在日常生活中扮演着重要的角色 它可以作为早餐 中餐 晚餐 也可以作为主食 而今 新世纪的糕点中添加了一些保健性的药物 7 在不影响其自身美味的同时还大大提高了它的营养价值和药用效果 9 糕点切片机发展史已经很多年了 对于家居型的糕点切片机也是有市场供应 早 就已经发展到了一定阶段 近几年来 随着经济的飞速发展 人民生活水平的不断提 高 糕点的制作慢慢有家庭小批量生产的趋势 加上糕点庞大的需求量 价格适宜 12 且功能强大的小作坊型糕点切片机变得非常必需 1 2 国内外研究现状 随着人民生活水平的提高 人们开始追求生活 不仅仅满足于在市场 商店里买 2 到的糕点 而且现在自家制作糕点也不再是难事 制作工具 原料和配料都容易买到 甚至可以根据自己喜爱的口味 做出软硬适中的糕点 而且还可以根据自己的想象 去设计 面对如今众多的大学生创业 下岗工人的再就业创业 如此庞大的糕点市场 是个很好的机会 所以 一台价格适宜 容易上手 操作简单的糕点切片机能给他 10 们在糕点制作的过程带来很大的便捷 不过现阶段的糕点切片机在国内主要存在于中 大批量生产中 小作坊型的糕点切片机在小批量生产的商店 家用有广大的市场 随着家电机械化程度越来越高 人们不再停止纯手工劳动 而且针对糕点种类如此 14 之多 质地有硬有软 人工切片有诸多的不便 而且工作效率比较低 手工切出来的 糕点美观程度也不如机器切的 所以小作坊型糕点切片机变得被人们和市场所需要 18 小型家庭作坊型糕点切片机变得被人们和市场所需要 如 兴化市中远食品机械 厂生产的ZY Q400切片机 该机功率 0 75KW 产量 600 100KG 切片厚度1 7mm 能适用于中等工作量的切片 还有纳赛食品设备有限公司生产的YS 6000W型切片机 该机器尺寸为高1390X宽815X长1405 mm 切断能力150 800kg 时 切断尺寸在0 50mm可调节方式 入料口尺寸为宽130X高100 mm 电动机采用3相 380v 800w 适 用于各种切片和切段 FOODTOOLS生产的ACCUSONIC 100FS蛋糕切片机功率为208V 240V 60A kw 该机型非常适合用于流水线切割片状和圆形食品 它带有伺服驱动的传 送带 多轴驱动切割头和自动装卸载装置 性能强劲 可以把圆形蛋糕切割成4 24等份或者把整盘的片状产品切割成方形 三角形 菱形 平行四边形等其它指定的 多边形 该机型传送带精确定位 产品并列排放 同时切割 可使效率加倍 使用超 声波技术 钛合金刀片防止了食品粘在刀片上 友好的触摸屏界面 可储存170多种 甚至更多的切割方案 切割方案自主选择 并且可装多个刀片提高生产效率 切面干 净 整洁且美观 分块大小精确一致 1 3 研究的主要内容 研究糕点输送与切片分离的新的工作原理及结构形式 利用槽轮机构实现成型后 糕点的间歇输送 采用曲柄滑块机构实现糕点的切片与分离动作 以最大程度地减少 动力功耗和总体结构尺寸 针对不同糕点品种 优化传动与工作部件的结构 使其结构参数和运动参数达到 最优 3 1 4 研究的主要目标 本设计以配用小型作坊式的糕点切片机装置为研究对象 适应小批量生产的需求 通过分析糕点切片装置的输送及切 片分离原理 刀片装置往复运动的特 点和所受阻力及对糕点的施力方式等 研究糕点切片装置及其输送部件的 运动机理及最佳工作参数 对间歇进 料机构和往复切片机构进行结构优化 设计 达到简化结构 降低功耗 减 少成本 提高作业质量为目标 2 糕点切片机的设 计 2 1 糕点切片机设计 的要求 通过对糕点生产现状 切片方式的调查 研究糕点切片机的间歇进料机构 切刀 往复切片机构 机架 传动装置 动力装置等结构 研制适用小型生产的糕点切片机 糕点切片厚度约为10 20mm 切片长度约为5 80mm 切刀工作节拍为30次 min 具体内容有 2 1 1 该糕点切片机设计包括 1 间歇进料机构 采用棘轮或槽轮机构实现成型后的糕点进行间歇进料 2 往复切片机构 采用曲柄滑块机构的形式使切刀做竖直平面上的往复运动 3 机架 合理安置各个部分 4 传动机构 根据生产需求选用动力 设计减速系统 对相关部件的结构参数 计算和校核 2 2 糕点间歇进料机构的确定和设计 实现糕点直线间歇移动机构的方案比较 方案一 如图1所示 为牛头刨床 是可以实现直线间歇移动的机构 图1 牛头刨床运动示意图 4 此摆动导杆机构的优点 此机构具有急回运动特性 可以根据所需的行程比系数K来设计 先利用式求出 极位夹角 然后再设计各杆的尺寸 28 此摆动导杆机构的缺点 此机构没有间歇特性 只有急回特性 不能够很好的完成直线间歇移动 故舍弃 方案二 如图2所示 为一连杆步进输送机构 也可以实现直线间歇移动机构 图2步进输送机示意图 此连杆机构的传输优点 就其理想的运动特性来讲 此机构能完全实现直线间歇移动 如果连杆设计得当 此机构具有传递平稳 运动精确等优点 此机构的缺点 其中连杆CDC的运动轨迹是一个完全不规则的曲线 在设计连杆机构时 要想使 连杆和挂钩接触的部分的运动曲线近似为一直线 机构中的每个连杆的长度和定位都 很难 确定连杆的运动的方法包括图解法 解析法和实验法 其中解析法超出了我们 没有学习 超 出了我们的能 力范围 实验 法不够精确 不能是其间歇 直线运动和切 刀的往复运动 很好配合起来 所学过的图解法的知识也不能最终确定尺寸和方位 28 故舍弃 5 方案三 如图3所示 为一槽轮机构 可实现直线间歇移动 图3 槽轮机构 糕点的间歇移动我们采取槽轮实现 当槽轮静止时推杆向上运动 当槽轮运动时推杆向下运动 利用这个规律可以根据反 转法计算确定不完全圆盘的形状 当滑块向上运动时 槽轮运动带动糕点的移动 当滑块向下运动即刀向下运动时 槽轮静止即糕点静止 进行切割 该槽轮机构的优点 槽轮机构的机构简单 工作可靠 外形尺寸小 其机械效率高 并能较平稳地 间歇地进行转位 此槽轮机构的缺点 因圆柱销开始进入与脱离径向槽 存在刚性冲击 故常用于速度不太高的场合 本论文所要设计的糕点切片机中所要求的转速为30r min 转速不高 此缺点可以忽 略 比较合理 故选用该机构 28 2 3 切片机往复切片装置方案的确定 本设计切片装置的三个方案比较及选择 2 3 1凸轮机构 作为直动从动件盘形凸轮机构的等速转动转化为从动件的往复直线运动 其移动 的位移 速度 加速度与凸轮的轮廓曲线有关 凸轮机构广泛应用于传动机构 他有 其他机构无可比拟的优点 1 设计简单 适应性强 可实现从动件的复杂运动规律要求 6 2 结构简单紧凑 控制准确有效 运动特性好 使用方便 3 性能稳定 故障少 维护保养方便 缺点 凸轮与从动件为高副接触 易于磨损 可调性差 而且 由于凸轮的轮廓 曲线通常比较复杂 因而加工比较困难 27 2 3 2齿轮齿条机构 其结构紧凑 冲击小 传动精确 结构比较 复杂 比较难于制造 还有其形往复的直线运动 主动件要往复转动 2 3 3 曲柄滑块机构 一般情况下 运用在曲柄作等速转动 滑块 作往复直线运动 其往复运动可以是匀速 也可 以不匀速 它还具有急回特性 效率高 其结构 特点 1 其结构由简单的构件和低副组成 具 有结构简单 易于制造 成本低廉的特点 2 构件只建力的传递是通过低副实现的 面接触的低副具有较小的单位面积承载力 故其机构的承载能力大 3 通过适当的设计各杆的尺寸 连杆机构可实现运动规律的多样化 4 当连杆和机架较长时 可实现远距离的运动和动力的传递 缺点是该连杆机构的机械效率较低 是连杆机构不能避免的 但该考虑到成本及 使用的场合 还是采用该机构 经上述比较 考虑到在以后的生活和生产中 自动化是必然的趋势 因此设计的 机构要尽量满足自动化的要求 此机构的运作是切糕点与送糕点 切的时候糕点不能 动 没有切的时候 糕点要运动并前进一定的距离到达指定位置 为了实现切片的动作 开始采用凸轮机构 来实现刀的往复运动 用凸轮可以很好的控制刀的运动 实现最优 的运动轨迹 可是凸轮的设计和制造比较复杂 且不能传递较大的力 而且切糕点也不 需要那么高的精度 于是我们考虑用曲柄滑块机构 曲柄滑块机构一样可以实现刀的 往复运动 可传递较大的力 能足设计的需要 而且其机构简单 加工制造方便 能减少生产成本 符合设计的切片机面向的小投资 作坊这一类使用者 于是本设计确定用曲柄滑块机构 26 图4 偏置曲柄滑块机构 7 3 传动机构的确定和设计 图5 传动系统示意图 3 1 电机的选型 根据要求 切片的频率为30次 min 选择型号为Y801 4的Y系列异步电动机 电动机功率0 55KW 转速为1390r min 26 3 2 减速系统的设计 本机构为一高速电机 其转速为1390 r min 但传动所需要的转速是30r min 所以要减速 对于减速装置采用带传动加齿轮 的方法 第一级降速是用皮带减速 减为240r min 第二级是用齿轮减为30r min 35 下图为切片的传动系统示意图 3 2 1皮带传动的设计 皮带传动的优点为缓冲减振 传动比精确 传动轻巧 同步带传动具有带传动 链传动和齿轮传动的优点 同步带传动由于带与带轮是靠啮合传递运动和动力 故带 与带轮间无相对滑动 能保证准确的传动比 传动时的线速度可达50m s 传动比可 达10 效率可达98 传动噪音比带传动 链传动和齿轮传动小 耐磨性好 不需油 润滑 寿命比摩擦带长 其主要缺点是制造和安装精度要求较高 中心距要求较严格 所以同步带广泛应用于要求传动比准确的中 小功率传动中 36 1 皮带传动设计主要是采用两个半径不相同的皮带轮实现 由于皮带上线速度相等 由 r1 v1 r2 v2 1 1390 r1 240 r2 8 r1 r2 24 139 由此可见算出电机上皮带轮直径大小r1 36mm 另一端皮带轮半径大小r2 220mm 传动比i 139 24 2 工况系数KA 1 5 传动功率P 0 55KW 得同步带的设计功率Pd KaxPd 0 55x1 5KW 0 28 825KW 小带轮转速n1 1390r min 初选同步带为模数制 因带轮转速较高 故同 36 步带模数应选较小值 初定模数m 1 5 3 带速v vmax v 2 62m s 由vmax 40 50m s 得v满足条件 1000 x60 1n1d 4 初定中心距a0 0 7 d1 d2 a0 2 d1 d2 即179 2 a01 故所选齿轮满足要求 对于3 4两齿轮 a3 arc cos r3cos ra3 arccos 25cos20 27 32 25 a4 arc cos r4cos ra4 arccos 100cos20 102 23 89 表3齿轮传动参数 Z5Z6 模数2mm2mm 啮合角20o20o 齿根圆直径155mm155mm 齿数8080 齿顶圆直径164mm164mm 分度圆直径160mm160mm 基圆直径150 35mm150 35mm 故两齿轮的重合度 z3 tan a3 tan z4 tan a4 tan 2 25 tan32 25 tan20 100 tan23 89 tan20 2 1 67 1 故所选齿轮满足要求 推料轴和切片轴间用传动比为1 1的齿轮传动 4 轴的设计与计算 4 1 计算传动装置各轴的运动和动力参数 本设计重点设计切片轴以及推料轴 高速轴和中间轴用示意图表示 16 1 各轴转速 为进行传动件的设计计算 将传动装置中各轴由高速至低速依次定为高速轴 中间轴 切片轴 推料轴 高速轴 15 min 2401390 139 24 0 r i n n m 中间轴 min 120240 50 25 1 r i n n 切片轴 min 30120 100 25 2 r i n n 推料轴 min 30rnn 2 各输入轴功率 高速轴 16 kWPPP dd 528 0 96 0 55 0 101 中间轴 kWPPP 502 0 97 0 98 0 528 0 3212 切片轴 kWPPP 477 097 098 0 502 0 3223 推料轴 kWPPP 463 0 99 0 98 0 477 0 4224 各输出功率为 高速轴 kWPP 517 0 98 0 528 0 98 0 中间轴 kW PP 492 0 98 0 025 098 0 切片轴 kWPP 467 0 98 0 477 0 98 0 推料轴 kWPP 454 098 0 463 0 98 0 3 各轴输入转矩 电动机轴输出转矩 17 mN n P T m d d 78 3 1390 55 0 95509550 各输入转矩为 高速轴 18 mNiTiTT dd 01 2196 0 8 278 3 10010 中间轴 mNiTiTT 14 3997 0 98 0 201 21 321121 输出轴 mNiTiTT 83 14897 0 98 0 414 39 322232 各轴输出转矩为 高速轴 mN TT 56 2098 0 01 2098 0 中间轴 mN TT 36 3898 0 14 3998 0 17 输出轴 mN TT 85 14598 0 83 14898 0 各轴的输出功率 高速轴 18 kWPPP dd 528 0 96 0 55 0 101 中间轴 kWPPP 502 0 97 0 98 0 528 0 3212 切片轴 kWPPP 477 097 098 0 502 0 3223 推料轴 kWPPP 463 0 99 0 98 0 477 0 4224 本设计重点设计其切片轴和推料轴 4 2 切片轴的设计 已知 输出轴上的功率 转速 转矩 kWP 477 0 min 30rn 该轴上的齿轮分度圆直径d 200mm和d 160mm mNT 85 145 则作用在轴上的力为 NN d T P 5 1458 200 100085 14522 19 初步确定轴的最小直径 初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为45钢 调质处理 26 取 于是得112 0 A mmmm n P Ad 16 28 30 477 0 112 3 3 0min 20 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 为了使所选的轴直径与联轴器 的孔径相适应 故需同时选取联轴器型号 联轴器的计算转矩 查表 26 考虑到转矩变化很小 故取 则 Aca TKT 3 1 A K mmNmmNTKT Aca 189605100085 1453 1 21 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件 查手册 26 选用HL1型弹性柱 ca T 销联轴器 其公称转矩为160000N mm 半联轴器的孔径 故取mmd20 1 半联轴器长L 52mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度L1 38mm mmd 20 18 轴的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 1 为了满足半联轴器的轴向定位要求 左端需制出一轴肩右端用轴端挡圈定 位 按轴端直径取挡圈直径D 30mm 半联轴器与轴配合的毂孔长度L1 38mm 为了保 证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上 故取的长度应比L1略短一些 2 初步选择滚动轴承 因轴承只受径向力 故选用常用滚动轴承 参考轴的 最小直径和齿轮分度圆 选用常用滚动轴承6005 其尺寸为d D B 25mm 47mm 12 mm 左端轴承采用轴肩进行轴向定位 由手册上查得6005型轴承的定位轴肩高度h 2 5m 28 m 因此 取 3 取安装齿轮处的轴的直径为46mm 齿轮的右端与右轴承之间采用套筒定位 已知齿轮轮毂的宽度为38mm 为了使套筒端面可靠地压紧齿轮 此轴段应略短于 28 轮毂宽度 故取其长度33mm 齿轮的左端采用轴肩定位 轴肩高度h 0 07d 取h 6mm 则轴环处的直径60mm 轴环宽度b 1 4h 取长度为12mm 4 轴承端盖的总宽度为20mm 根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂 取端盖的外端面与半联轴器左端面间的距离l 30mm 5 轴的右端为连接切片装置 根据切片切刀位置 确定轴右端的长度为92mm 并在轴端设计两个直径为4的孔 与偏心轮连接 至此 已初步确定了轴的各段直径和长度 轴的示意图如下 图6 切片轴示意图 Fag6 Section axis 4 3推料轴的设计 已知 推料轴上的功率为0 463kw 转速 转矩 min 30rn mNT 85 145 19 该轴上的齿轮分度圆直径d 160mm 则作用在轴上的力为 pIII 2TIII d 2 145 85 1000 160 1823 5 21 初步确定轴的最小直径 先按式15 2初步估算轴的最小直径 选取轴的材料为45钢 调质处理 根据表15 3 28 取 于是得112 0 A dmin A0 3 PIII nIII 112 3 0 463 30 27 89 22 推料轴最小直径为安装轴承处 取最小直径为30mm 轴上安装一个分度圆直径为 160mm的齿轮 取安装齿轮处的轴的直径为40mm 齿轮的右端与右轴承之间采用套筒 定位 已知齿轮轮毂的宽度为38mm 为了使套筒端面可靠地压紧齿轮 此轴段应略短 于轮毂宽度 故取其长度33mm 齿轮的左端采用轴肩定位 29 轴肩高度h 0 07d 取h 6mm 则轴环处的直径60mm 轴环宽度b 1 4h 取长度为12mm 推料轴右端与槽轮机构连接 在轴右端面设计一个直径为5mm的孔 推料轴的成型图如下图所示 因小齿轮分度圆较小 固此将齿轮和轴做成一体 则轴的材料和齿轮一样 也为 钢 调质处理 经过计算 高速轴和中间轴的各 r C40 段长度和直径 画出两轴的示意图分别如下 20 图7 推料轴示意图 计算轴的弯矩并画出弯矩图 水平面弯矩 MHB Ft2L2 FH2 L2 L3 0 23 MHB 9482 8321 70 42 356260n mm MHC FHL3 0 MHC 8321 47 4 441013N mm 图8 高速轴示意图 图9 中间轴示意图 垂直面弯矩 MVB Fr2L2 Fv2 L2 L3 0 MVB 3451 74 2 2035 74 2 47 4 4487n mm MVC FV2L3 0 MVC 2035 47 4 107855n mm 合成弯矩 356288N mm 2 2 3562602 44872 24 454010 N mm 2 2 44010132 1078552 E 画扭矩图 计算并画当量弯矩图 转矩按静载荷计算 取 0 3 21 T2 0 3 474 09 103 142227N mm 383627 N mm 3562882 1422272 25 454010 N mm 根据计算得出的数据画出弯矩图 图10 弯矩示意图 轴的强度校核 按弯扭合成应力校核轴的强度 轴的弯扭合成强度条件为 26 1 2 2 W TM ca 已知 T 0mmNMM D 93554 22 由表 27 15 4可知 27 d tdbtd W 232 2 3 式中 d 30mm b 8mm t 4mm 将数据代入公式得 W 8 4 262 60 1442 13 3 由以上数据可得 53 65 67 1427 93554 2 2 W M W TM ca 28 查表 25 15 1可知 70 1 则有 符合强度要求 1 ca 5 糕点切片机推料装置的设计 槽轮槽数z和拨盘圆柱销数k是槽轮机构的主要参数 根据设计的要求 设计的槽 轮为单圆柱销槽轮 如图3所示 为了使槽轮启动和终止转动的瞬时角速度为零 以 避免刚性冲击 在圆柱销开始进入径向槽及自径向槽脱出时 槽的中心线垂直于拨盘 中心与圆柱销中心线的连线 设z为均匀分布的径向槽数目 则有图2 3可见 当槽轮 转过两槽的夹角a1时 拨盘1的转角a2为 a2 a1 2 z 29 有公式得 z 4 所以槽轮的槽数为4 在一个运动循环内 槽轮2的运动时间t与拨盘运动时间t之比成为运动系数 用 表示 当拨盘1做等速转动时 也可以用转角之比来表示 对于只有一个圆柱销的槽 轮机构来说 tm和t分别为拨盘1转过的角度a2和a1 所用的时间 因此这种槽轮机构的运动系数 为 2 2 k z z 30 由上式可知 因运动系数 必须大于零 为零时表示槽轮始终保持不动 故径向槽数z应大 23 于或等于3 25 本设计槽轮机构的槽数选4 槽轮的零件图如下 图11 槽轮零件示意图 Fag11 Geneva mechanism 切片机的送料用输送带传送 输送带轮直径为100mm 输送带型号为1000 300 EP 5 1000N mm 4 2 L 6糕点切片机切片装置的设计 6 1曲柄滑块机构的设计 切刀的往复运动可以用曲柄滑块机构实现 刀具装在滑块上 当曲柄做圆周运动 可以带动刀的往复运动 另外 考虑到刀具的急回运动特性 采取偏置的曲柄滑块机 构 可