偏心连杆式紧压茶叶机的设计

湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计偏心连杆式紧压茶叶机的设计DESIGN OF BIASED SLIPPERY COLUMN TYPE COMPRESSED MACHINE FOR TEA学生姓名：谷 敬学 号：200841914427年级专业及班级：2008级机制（4）班指导老师及职称：汤兴初 副教授学 部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业论文（设计）诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文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，本论文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。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业论文（设计）作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11前言11.1设计的目的与意义11.2我国茶叶加工现状与发展前景21.3紧压茶压制力的确定31.3.1 含水量对紧压茶外形及内质影响51.3.2 加工压力对紧压茶外形及内质的影响51.3.3 散茶与紧压茶的内质比较62设计原理与设计方案的选择62.1设计原理62.2设计方案的选择72.3整机总体设计及工作原理82.3.1整机总体设计82.3.2工作原理83电动机的选择93.1电动机类型和结构型式93.2电动机功率103.2.1滑柱的输出功率Pw103.2.2电动机的输出功率Ped103.3电动机的转速103.4确定电动机的型号104V 带传动的设计计算104.1确定计算功率104.2选取普通V带带型104.3确定带轮基准直径104.4确定V带的基准长度和传动中心距114.4.1初步确定中心距114.4.2计算带所需的基准长度114.4.3计算实际中心距a114.5验算主动轮上的包角114.6计算普通V带的根数Z114.7计算单根V带得初拉力得最小值114.8计算压轴力124.9大小带轮的结构设计124.10带轮上键的选取与强度校核134.10.1小带轮上键的选取与强度校核134.10.2大带轮上键的选取与强度校核135减速器的设计计算135.1蜗轮蜗杆的设计135.1.1选择蜗杆传动的类型135.1.2选择材料135.1.3按齿面接触疲劳强度进行设计145.1.4蜗杆与蜗轮得主要参数与几何尺寸155.1.5校核齿根弯曲疲劳强度155.1.6验算效率165.1.7精度等级公差和表面粗糙度的确定165.2减速器输出轴的设计165.2.1求输出轴上的功率，转速和转矩165.2.2初步确定轴的最小直径165.2.3轴的结构设计175.2.4校核轴的强度185.3减速箱体的结构尺寸设计196偏心连杆式机构的设计计算196.1偏心连杆式机构的要求196.2偏心轮机构的设计206.2.1确定偏心连杆条件及连杆L1的长度206.2.2偏心轮机构的极位夹角和行程速度变化系数的计算206.2.3偏心轮机构的的传动角和压力角的计算206.2.4滑柱的抗压强度的计算217凸轮-摆杆式间歇退料机构的设计计算217.1凸轮-摆杆式间歇退料机构的工作原理和设计要求217.2凸轮-摆杆式间歇退料机构的各连杆、连架杆的设计与计算217.3凸轮-摆杆式间歇退料机构偏心凸轮的设计与计算227.3.1偏心凸轮的推程的计算227.3.2设计凸轮的轮廓线和凸轮的位移曲线、速度曲线、加速度曲线228圆柱压缩弹簧的设计计算249结论259.1该机械存在以下的问题259.2该机械解决的问题259.3小结25参考文献26致谢27附录275偏心连杆式紧压茶叶机的设计学 生：谷 敬指导老师：汤兴初(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘 要：我国生产的紧压茶大多为发酵砖茶，饮用时必须先将砖茶叶捣碎，在锅中烹煮出茶叶汁味才可饮用。本文介绍了一种在茶叶加工过程的最后一道干燥工序前，利用茶叶的自有粘性采用笔者设计研制的偏心连杆式紧压茶叶机来加工成紧压茶块的方法，并就紧压茶叶机的工作原理及偏心连杆的受力情况进行了初步研究分析。这种茶耐储藏，饮用既方便又卫生，还能保持和提高了绿茶的原有形态和品质，所具有的优点使其带来很高的附加值。关键词：紧压茶；偏心连杆；压制力Design of Biased Slippery Column Type Compressed Machine for TeaStudent:Gu JingTutor:Tang Xingchu(Oriental Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Chang sha 410128)Abstract：Fermentation brick tea is the main kind of compressed tea produced in China, it must be crushed and cooked for tasting before drunk. This article introduces one way, in front of the tea processing process last dry working procedure, which is to adopt the authors design of the biased slippery column type and make use of the tea innate coherency to squeeze the tea machine in order to process the compressed tea block, meanwhile, a preliminary analysis on compressed tea machines principle operation and force condition of a smooth partiality post is given. The tea is preservable, convenient to carry, it could also maintain and enhance green teas original shape and quality, which brings very high additional value.Keywords: Compressed tea; Biased slippery column; Produced pressure 1 前言 1.1 设计的目的与意义我国是茶的故乡，有着悠久的种茶历史。未来我国茶产业的增长潜力巨大，因为国内外市场需求稳定增长。茶是世界三大饮料之一，而中国是世界茶产量第一大国、茶出口第二大国。从国内来看，喝茶已成为多数中国人的一种生活习惯，茶已成为社会生活中不可缺少的健康饮品和精神饮品，而且，随着人们健康消费观念的普及，茶正在被越来越多的人接受、喜爱和追求。从国际需求来看，中国茶出口一直保持稳定增长态势。茶叶千百年来均是以条索状、叶片状、砖块状的形状展现在人们面前。食用时，人们往往用手抓茶叶入杯泡茶给自己或客人，这样既不卫生也不雅观。倾倒茶叶虽然卫生又拿捏不准份量也不方便。目前，我国生产的紧压茶大多为发酵砖茶。由于砖茶与散茶不同，甚为紧实，所以，用开水冲泡难以浸出汁，饮用时必须先将砖茶捣碎，在铁锅或铝壶内烹煮才可。随着人们生活水平的大幅度提高，近几年在市场上已出现了一部分成型茶，如球、饼等形状。它便于携带，使用方便卫生，且储藏时间长，很受品茶人的青睐。但由于是通过蒸煮复水后手工包揉而成型然后干燥成成品。蒸煮复水对茶叶影响很大，而且手工包揉加工的工人劳动强度大，工效低，产量小，因而使成型茶成本价格大大增加，也就不能很好开拓市场本项目研究的目的: 将绿茶通过专用机具加工成小块的紧压茶，不需复水蒸压，保持绿茶原有的形态和品质,并可将绿茶加工成各种形状、大小不一的紧压茶，以及加工表面带字的紧压茶。其加工机具重量轻、体积小、操作简单。加工的紧压茶耐储藏、饮用方便卫生，具有很高的附加值。因此，这种紧压茶具备较大的潜在市场和经济价值，很有必要对紧压绿茶机进行研究和开发，具备较大的潜在市场和经济价值。本次课题设计专门对这种机械进行初步的设计和研究，并且在样机的基础上，进行了部分的改进。1.2 我国茶叶加工现状与发展前景我国是一个生产和消费茶叶的大国，却不是茶叶强国。目前， 我国年产干茶80多万吨，其中绿茶就占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需品。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，紧压茶只有蒸压后发酵的砖茶、沱茶，由于其体积大， 发酵时间长，饮用时要粉碎，既不方便也不卫生，而绿茶紧压在国内外还没有人系统地进行这方面的研究。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、紧压茶品质低。一般红、绿、青茶的外观已很难适应新的市场变化，而且价格低廉，效益低。所以，传统的烘青、炒青绿茶、红茶及乌龙茶等大宗茶，如能通过特殊加工方法，使其外形光滑紧结成饼仔状，富有美感，其价值将会大大提高，销路也会更好。一般红、绿、青茶的外观已很难适应新的市场变化，而且价格低下，效益低。所以，传统的烘青、炒青绿茶、红茶及乌龙茶等大宗茶，如能通过特殊加工方法，使其外形光滑紧结成饼仔状，富有美感，其价值将会大大提高，销路也会更好。为此，着手研究一种新的加工工艺、并设计制造出一种紧压茶叶加工机械势在必行。目前，该机械处在初步研究阶段，还需要进一步完善，希望能进行连续生产，进一步提高生产率和产品质量。同时研制新的花式品种及精美包装，以适应市场的变化和提高竞争能力。紧压茶是以绿茶或红茶或黑茶作原料，直接在茶叶加工过程的最后一道工序干燥前将其加工成不同形状的小块紧压茶，有砖形、饼形、碗形、柱形、方块形等。压制工艺因品种不同而异。紧压茶基本加工流程: 鲜叶手工杀青手工揉捻进行炒二青边炒边揉搓紧压干燥。紧压茶属再加工茶和茶叶的深加工，符合现代茶叶加工的发展趋势，使茶叶产品增值，偏心滑柱式紧压茶叶机对茶叶的加工不改变原茶的性质，使茶叶能保持原滋原味，并且可以加入些有益成分，还使茶叶加工艺术化，富有美感，让现代气息扑面而来。1.3 紧压茶压制力的确定在茶叶压制的过程中，压制力过大，容易将茶叶挤压破裂，茶汁外溢，影响紧压茶的品质，压制力过小，不容易将茶叶压制成型，干燥后紧实度不够，表面不平整。因此压制力的大小直接影响到茶叶的品质，压力的大小由茶块的受力面积和厚度，以及茶叶的含水量来决定，厚度和受力面积已经给定为12cm，利用螺杆式紧压茶叶机进行试验，下面为试验过程和试验数据：第一次试验，先将采摘的鲜叶在阴凉通风清洁地方摊放4h，期间每小时轻翻一次。试验时采用手工杀青，锅温在160C，每次鲜叶投放量为400g，杀青时间为5min。杀青后摊凉进行手工揉捻3min，然后进行炒二青，锅温在100C，边炒边揉搓，时间为6min。这时测得茶叶的含水量在24，起锅后立即利用茶叶的粘性趁热进行压制成型茶。压制的成型茶形状为圆饼形，截面积为2.6 cm。采用3种压力2.94MPa，4.41MPa，5.88MPa压制。第二次试验，采用同块地里的鲜叶，将采摘的鲜叶在阴凉通风清洁的地方摊放4h，期间每小时轻翻一次。试验时采用第一次试验的前四道工序的同样方法，第四道工序完工即炒二青后摊凉复揉5min，然后进行炒三青，锅温为90C，时间8min，边炒边揉搓提毫，起锅时测得含水量为15，同样趁热压制成型茶，形状大小同前，采用压力为2.94MPa，4.41MPa，5.88MPa。为了便于对比，每次试验均留下部分散茶，两次试验压型后即送入烤箱干燥，干燥温度均为70C，第一次干燥时间为8h，第二次干燥时间为5h。干燥后紧压茶含水量8%左右，紧压茶和散茶审评见表1。结果与分析：两次共压制型茶968块，10千克鲜茶压制干燥后的小块茶干燥后重2.23kg，单个均重2.3g。散茶105克，第一次试验留散茶52克，第二次试验留散茶53克。第一次试验压力为30kg/cm2（2.94MPa）得160个，45kg/cm2 (4.41MPa)得160个，60kg/cm2(5.88MPa)得162个。第二次试验压力为30kg/cm2（2.94MPa）得160个，45kg/cm2(4.41MPa)得160个，60kg/cm2(5.88MPa)得166个，两次试验紧压茶与散茶的感官审评结果如表1、表2。表1 茶叶含水量、压力与紧压茶质量关系Table 1 content of water、pressure compressed tea含水量（%） 压力（MPa） 感官评定（干燥前） 感官评定（干燥后）含水量（8%）15 2.94 茶块表面欠平整、香气纯 茶块表面欠平整、棱角欠分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 15 4.41 茶块表面较平整、香气纯 茶块表面欠平整、棱角欠分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿15 5.88 茶块表面平整光滑、香气 茶块表面平整、棱角分明香 纯正清香、汤色黄绿明亮、 气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿24 2.94 茶块表面较平整、香气纯 茶块表面欠平整、棱角欠分明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿24 4.41 茶块表面平整、香气纯 茶块表面较平整、棱角欠明 正清香、汤色黄绿明亮、 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 续表1含水量（%）压力（MPa）感官评定（干燥前）感官评定（干燥后）含水量（8%）245.88茶块表面平整、香气纯正清香、汤色黄绿明亮、滋味甘爽、叶底翠绿茶块表面平整、棱角分明、香气纯正清香、汤色黄绿明亮、滋味甘爽、叶底黄绿表2 同批散茶与紧压茶（含水量15%、压力5.88MPa）内质关系Table 2 With approves disperses the tea and the compressed tea (water content 15%, pressure 5.88MPa) the endosarc relations种类 感官评定（干燥前） 感官评定（干燥后）紧压茶（15%） 香气纯正清香、汤色黄绿明 香气纯正清香、汤色黄绿明亮（5.88MPa） 亮、滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿 散茶 香气纯正清香、汤色黄绿明 香气纯正清香、汤色黄绿明亮 亮、滋味甘爽、叶底翠绿 滋味甘爽、叶底黄绿分析:1.3.1 含水量对紧压茶外形及内质影响1）当茶叶水分在24时，在干燥前前两种压力对茶叶外形影响不大，表面都比较平整，但当压力达到5.88MPa时，紧压茶表面比前两种压力的紧压茶表面要光滑平整。棱角分明，但色彩呈墨绿，有微量茶汁液留在模具上。干燥后前两种压力的紧压茶表面不平整，棱角欠分明，这与茶叶在干燥过程中具有收缩性质有关。块茶给人不紧实的感觉，从一米高处自然下落，会产生掉渣碎叶断裂不紧。后一种压力较大，压出的茶叶产生较大粘性，因而干燥后紧压茶表面仍平整，棱角分明，从一米高处自然下落无变形，掉渣，冲泡后叶底呈黄绿，香气纯正。2）当茶叶水分含量在15%时，在干燥以前前两种压力的紧压茶表面欠平整，但当压力达5.88MPa时，紧压茶表面光滑平整，棱角分明，色彩翠绿。干燥后紧压茶表面与干燥前变化不大，这与茶叶水分含量较少有关。从一米高处让其自然下落，前两种压力紧压茶掉渣，压力越小，掉渣越严重。后一种压力较大，紧压茶表面光滑坚实，无掉渣断裂现象，冲泡后香气纯正，叶底黄绿。1.3.2 加工压力对紧压茶外形及内质的影响1）当压力为2.94MPa对两种水分含量的紧压茶外形影响较大，干燥后表面均不平整，不紧实，内质同散茶无区别。2）当压力为4.41MPa对水分含量低的紧压茶外形还是有影响，干燥后表面欠光滑平整。水分含量高的紧压茶外形光滑平整，棱角分明。冲泡后香气纯正，叶底黄绿。3）当压力为5.88MPa无论水分含量高低，紧压茶的外型表面光滑平整，棱角分明，但水分含量高的紧压茶在模具上留有微量茶汁，色彩呈墨绿，且不易脱模，影响生产效率。内质同散茶无区别。但水分含量高的紧压茶茶汁挤压出太多对茶叶内质有一定影响。1.3.3 散茶与紧压茶的内质比较从试验中得知，由于采用了干燥前压制，紧压茶与同批散茶冲泡后茶叶外形一样，内质基本上一致，也就是说这种紧压型茶内质不受形状和压力的影响。结论：1）从试验中得知，当水分含量大于24以上时，压力大于4.41MPa时，紧压茶表面光滑平整，但易使茶叶挤压破裂，茶汁外溢，茶叶水分含量越高，茶汁外溢越严重。这样会使紧压茶内质受到影响，也影响紧压茶脱模。压力太小，则紧压茶不紧实，表面不光滑，较松散。2）从试验结果也可以得出这样结论：当采用在干燥前把茶叶压制成小块紧压茶时，只要压力适当，紧压茶表面就光滑平整，而且不会影响茶叶的内质。而采用干茶复水后蒸煮压制成紧压茶品质就会受到一定影响。由试验可知：压力选择在45kg/cm100kg/cm为佳。即压力在4.5MPa-10MPa为佳。2 设计原理与设计方案的选择2.1 设计原理为了可靠方便的进料，偏心连杆式紧压茶叶机采用垂直进料，水平挤压的方式。偏心连杆式紧压茶叶机由动力部分，传动部分，连接部分，执行部分，辅助部分组成。动力部分，动力部分由电动机来提供动力，通过电动机的旋转带动一对V带轮传动，将转矩传递至偏心轮机构。传动部分，传动部分由带、带轮、减速器、偏心轮和连杆组成，通过一对V带传动将旋转运动传递给减速器，由减速器减速后再将旋转运动传递给偏心轮，偏心轮将旋转运动转化为直线运动，推冲头前进，通过连接件发生运动关系。连接部分，连接部分比较关键，是该机械系统中比较复杂的部分，主要通过偏心轮机构来实现传动部分和执行部分之间的动作。执行部分，执行部分主要由偏心轮机构和凸轮式间歇运动机构来实现，通过偏心轮将旋转运动转化为直线运动，推冲头将茶叶压紧，利用凸轮式间歇运动机构进行退料，使传动紧凑。辅助部分，辅助部分主要是指对该装置起补充和完善的部分，主要指支撑架部分，茶块接收部分。其中模柱，模套的结构形状大小由加工成型的产品来决定，改变料斗出口大小及施加茶叶推力可控制进料多少，因而也就决定了紧压茶的厚度和重量。 因此，我们按照上述原理，来设计和计算该机械。2.2 设计方案的选择由产品的要求，来考虑机械下的设计，产品是带由字样的茶块，这种产品主要通过物理的压力的加工来压缩完成，这一过程比较简单，压缩的方法方式也有多种多样，常用的可以考虑采用液压传动，也可以用螺纹传动来实现，最简单的是直接用力压模柱，来压缩成茶块。液压加工的动力大，易于压缩，但难以控制压力的大小，且液压传动多用于自动控制和连续运动的控制中。螺纹传动，则劳动强度比较大，生产效率较差。由于以上存在问题较多，选择偏心连杆式传动，则劳动强度比较低，生产效率较高，其结构比较简单，且加工制造比较方便，不仅经济，而且便于维修。因此，选择偏心连杆式来传动动力，大大提高了生产效率和市场的竞争力。设计方案由设计原理来确定和改进，现在设计的方案是在原有方案上的改进。原来的方案:原来的方案其原理仍然是按偏心连杆式的原理来设计的，这种机构的设计出现了有些不足之处，有些地方需要做较大的改动，以提高其生产效率，提高其附加值。原方案的结构图如图1所示：1.螺栓，2.电机，3.机架，4.料斗，5.螺钉，6.导轨，7手柄，8.螺栓，9.弹簧，10.螺钉，11.螺母，12. 尾座，13.字模，14.模套，15.螺钉，16.进料斗，17.弹簧，18.模柱，19.轴承座，20轴套，21.垫圈，22.螺母，23.螺杆，24.凸轮，25.大带轮，26.螺栓，27.螺栓，28.带，29.小带轮图1 偏心滑柱式紧压茶叶机Fig.1 a smooth partiality post type compressed machine for tea工作过程：压制茶叶时，将炒制好的茶叶放入料斗16，将茶叶送入模套14，通过电动机2带动带传动，再通过减速器减速，带动偏心轮机构将旋转运动转化为直线运动，将茶叶压紧，利用手柄将压紧的茶叶推出，将茶叶推入料盘中。同时手柄转回去，周而复始，就不断加工出这种形状大小一致的小块紧压茶。不足之处：1）劳动强度比较大，生产效率较差，成本高，附加值很小。2）没有一个很好的退料机构，由于存在自有粘性，有可能使茶叶卡在模具中，可能无法取出。3）采用手工退料，不能实现与偏心连杆式压紧机构的协调运动，容易产生干涉。2.3 整机总体设计及工作原理2.3.1 整机总体设计为了解决上述茶叶机在茶叶加工中成型劳动强度大、功效低、产量小的技术问题，改进后的方案实现了茶叶机结构简单、操作方便、效率高的优点。改进后的技术方案是：包括机架，机架上部左端设有尾座，尾座右侧的机架上安装有导轨，模套套装于导轨上，模套上部开有入料口，在入料口上端设有入料斗，模套内设有模柱，模柱右端与滑柱通过螺纹连接，滑柱与模套之间的模柱上设有压缩弹簧，滑柱装在轴承座上，滑柱右端部与连杆铰接，连杆的另一端铰接于偏心凸轮上，偏心凸轮上固定于减速器的输出轴上，减速器固定于机架上右端，减速器的输入轴固定于大带轮，机架下部装有电动机，电动机输出轴上装有小带轮，小带轮通过皮带与大带轮相连。上述偏心连杆式紧压茶叶机中，所述模柱对应的尾座中设有字模销轴，还包括有连杆、摆杆，连杆的左端固定于模套上，连杆右端与摆杆铰接，摆杆左侧靠于偏心凸轮，摆杆的另一端铰接于机架上部右端，改进后的结构图如图2所示：改进后的机械通过一个凸轮-摆杆机构，与偏心连杆式机构实现协调运动，这种挤压成型的块茶具有形状规范、美观、便于携带的特点。2.3.2 工作原理参见图2，改进后的方案的工作原理：工作时，电动机1通过小带轮36带动大带轮29.大带轮通过蜗轮蜗杆减速器把动力传送到输出轴上。输出轴带动偏心凸轮28转动。偏心凸轮28带动连杆23从而使滑柱18在轴承座19内做往复直线移动。滑柱18又带动模柱15在模套13内作往复直线移动。偏心凸轮28转动时，凸轮凸缘又顶住摆杆27，摆杆27带动连杆22作直线移动。连杆22带动模套13往左右作直线移动。当图2 改进后的偏心滑柱式紧压茶叶机Fig.2 A improved Smooth partiality post type Compressed Machine for Tea偏心凸轮28带动模柱15往右移动时，料斗12中的茶叶进入并填满模套13内孔，这时偏心凸轮凸缘在坐下不起顶住作用，当偏心凸轮28带动模柱15往左移动挤压模套13内茶叶成型，偏心连杆23使模柱15到模套13内孔极限位置，挤压茶叶成型。偏心凸轮继续转动，带动连杆23及模柱15开始往右移动，当偏心凸轮28顺时针转动到左下位置的极位夹角时时，凸轮凸缘开始顶住摆杆27往右，使得连杆22带动模套13快速往右移动，且摆杆27带动模往右移动比连杆23带动模柱15往右移动速度快，移距也大于模柱15的移距，从而使模柱15顶出模套13内孔成型的茶块，经出料口落入退料箱42内，模套13同时挤压压缩弹簧16，偏心凸轮28继续转动，凸轮凸缘在坐下不起顶住作用，模套13在压缩弹簧16的作用下向左运动复位。周而复始，就可以连续挤压茶叶块，成型的茶块自动落入退料箱中。3 电动机的选择3.1 电动机类型和结构型式根据电动机得工作要求和环境条件，选用Y系列（IP44）全封闭自扇冷式笼星三相异步电动机。根据电动机与被驱动机械的连接形式，决定采用卧式安装方式。3.2 电动机功率3.2.1 滑柱的输出功率Pw (V=0.08m/s) （1）3.2.2 电动机的输出功率Ped 电动机的功率主要由运行时的发热条件限定，在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要其电动机便不会过热，通常不必校验发热。 （2）传动装置的总效率 （3）1为V带传动效率，2为减速器的传动效率。查机械设计手册得：则： 3.2.3 电动机的额定功率Ped查机械设计手册选取电动机额定功率。3.3 电动机的转速为了便于先择电动机转速,由推荐的传动比合理范围,查机械设计手册得V带的常用传动比,减速器的传动比为 ,则电动机转速可选范围为：3.4 确定电动机的型号根据选定的电动机的类型、结构形式、功率和转速，同时降低电动机的重量和成本，查机械设计手册选取电动机的型号为Y801-4，其满载转速。4 V 带传动的设计计算4.1 确定计算功率 查表得工作情况系数,故 4.2 选取普通V带带型根据、查表选用Z型V带。4.3 确定带轮基准直径查表选取主动轮基准直径，计算大带轮的基准直径： 根据查表，圆整为： 。验算带的速度： （4）因为，故带的速度合适。4.4 确定V带的基准长度和传动中心距4.4.1 初步确定中心距根椐,初步确定中心距。4.4.2 计算带所需的基准长度所需的基准长度： =952.35mm （5）查表选带的长度。4.4.3 计算实际中心距a （6） 4.5 验算主动轮上的包角 （7）故主动轮上的包角合适。4.6 计算普通V带的根数Z4.6.1 计算单根V带的额定功率由和，查表得，根据，和Z型带，查表得，。于是：4.6.2 计算V带的根数Z= (8)取根。4.7 计算单根V带得初拉力得最小值查表得Z型带得单根长度质量，所以： （9） 4.8 计算压轴力 (10)4.9 大小带轮的结构设计小带轮的直径dd1=71mm，查机械设计手册中Y801-4电动机的各参数，可知电动机的轴,长度，故小带轮轴孔直径应取，毂长度小于40mm，查表得小带轮结构为实心轮， 带轮选用腹板轮，材料为HT200，直径取30mm，带轮结构如下图所示：图3小V带轮Fig.3 The small V band pulley图4 大V带轮Fig.4 The big V band pulley4.10 带轮上键的选取与强度校核键靠侧面传递转矩，选取A型普通平键联接，材料为45钢，对中好，易拆装，无轴向固定作用，精度较高，用于高速轴或受冲击、正反转的场合，具体选型则根据其所在的轴确定。4.10.1 小带轮上键的选取与强度校核根据电动机的轴，查机械设计手册取的A型普通平键联接。小V带轮上所受的扭矩T： (11)小V带轮上键的强度为： （12）查表得，故小V带轮上键的强度足够。4.10.2 大带轮上键的选取与强度校核根据减速器的轴，查机械设计手册取的A型普通平键联接。大V带轮上所受的扭矩T： (13)大V带轮上键的强度为： （14）查表得，故大V带轮上键的强度足够。5 减速器的设计计算根据偏心滑柱式紧压茶叶机的工作原理和要求，减速器应满足传动比大，实现交错轴传动。蜗杆减速器的特点是在外廓尺寸不大的情况下，可以获得大的传动大，工作平稳，噪声较小，但效率较低。由上述要求，选取传动比为20的单级蜗杆减速器。5.1 蜗轮蜗杆的设计5.1.1 选择蜗杆传动的类型根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）。5.1.2 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为4555HRC，蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn19P1，金属模铸造，为了节约贵重的有色金属，仅齿面用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。5.1.3 按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准则，选按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度，传动中心距： （15）（1）确定作用在蜗杆上的转矩。按，估取效率，V带效率，故减速器的输入功率为： （16）V带传动比，减速器的输入转速为：，则： （2）确定载荷系数K。因工作载荷转速稳定，故取载荷分布不均系数,查表选取使用系数，由于转速不高，冲击不大，可取动载系数，则： （3）确定弹性影响系数。因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。（4）确定接触系数。先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距a的比值，故查表可得。(5)确定许用接触应力。根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆螺旋齿面硬度45HPC，可查表得蜗轮得基本许用应力，要求寿命，所以：应力循环次数： 寿命系数： 则 （17）（6）计算中心距a。由计算中心距公式可得：取中心距，因，查表取模数，蜗杆分度圆直径，这时，查表得接触系数，因为，因此以上计算结果可用。5.1.4 蜗杆与蜗轮得主要参数与几何尺寸1）蜗杆主要参数和尺寸见表3。表3 蜗杆Table 3 Worm名 称参数与几何尺寸轴向齿轮直径系数齿顶圆直径齿根圆直径分度圆导程角蜗杆轴向齿厚2）蜗轮得主要参数和尺寸见表4。表4 蜗轮Table 4 Worm名 称参数与几何尺寸蜗轮齿数变位系数验算传动比此时传动比误差为2.5%，是允许的蜗轮分度圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径蜗轮咽喉母圆半径5.1.5 校核齿根弯曲疲劳强度 （18）当量齿数： 根据，查表可得齿形系数。螺旋角系数：许用弯曲应力： （19）查表由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用弯曲应力寿命系数： 因为，弯曲强度是满足的。5.1.6 验算效率 (20)已知，代入式中得: ，大于原估计值，因此不必重算。5.1.7 精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是功力传动，属于通用机械减速器，从GB/T 10089-1988，圆柱蜗杆蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T 10089-1988。5.2 减速器输出轴的设计5.2.1 求输出轴上的功率，转速和转矩由计算已知蜗轮蜗杆传动效率，则： 于是 （21）5.2.2 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理，查表取，于是得： （22）输出轴的最小直径与联轴器的孔径必须相适应，故需同时选取联轴器型号，联轴器的计算转矩，查表得，考虑到转矩变化很小，故取。则：按照计算转矩应小于联轴器的公称转矩的条件，查机械设计手册，选用GY4型凸缘联轴器，其公称转矩为，半联轴器的孔径，故蜗轮传动轴最小直径，半联轴器长度，半联轴器与轴配合的毂孔长度。5.2.3 轴的结构设计（1）经过分析比较，选用下图的装配方案。图5 轴的结构和装配Fig.5 The composition and assemble of rod（2）根据轴向定位要求确定轴得各段直径和长度。1）为了满足半联轴器得轴向定位要求，-轴段右端制出一轴间，故取d-=34mm。左端用轴端档圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=34mm，半联轴器与轴配合得毂孔长度，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-的长度比略短一些，先取L-=50mm。2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用圆锥滚子轴承30208，其尺寸为，故d-=d-=40mm，而L-=20mm，右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位，查机械设计手册得，定位轴肩高度h=2mm，因此取d-=44mm。3）取安装蜗轮处的轴段d-=45mm，蜗轮的左端与左轴承之间采用套筒定位，已知蜗轮轮毂的宽度为40mm，为了使套筒端面可靠地压紧蜗轮，此轴肩应略短与轮毂宽度，故取L-=38mm，齿轮轮毂的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07d，故取h=5mm，则轴环处的直径d-=50mm，轴环宽度，取L-=10mm。4）轴承端盖的总宽度为15mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离L=20mm，故取L-=35mm。5）取蜗轮距箱体内壁之距离a=12mm，考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离S，取S=5mm，已知滚动轴承宽度T=20mm，则：L-=T+S+a+(40-38)=20+5+12+2=39mmL-= L- L-L-(40-38)=39-10-20-2=7mm至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。（3）轴上零件的周向定位。蜗轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接，按d-=45mm查机械设计手册选取A型平键，键槽用键槽铣刀加工，同时为了保持蜗轮与轴配合有良好的对中性，故选取蜗轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的连接，选用A型平键，半联轴器与轴的配合为H7/k6，滚动轴承与轴的周向定位是右过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6.（4）确定轴上倒角和圆角尺寸。查表得d-=34mm轴端倒角为145，d-=44mm得倒角为1.645，各轴肩处的圆角半径为R2。5.2.4 校核轴的强度查机械设计手册得，a=17mm，因此作为简支梁得轴的支承跨距，从轴的结构图可以看出截面C是轴的危险截面。进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度，取，轴的计算应力为： （23）轴的材料为45钢，调质处理，查表得，故安全。5.3 减速箱体的结构尺寸设计减速箱体材料采用铸铁，主要结构尺寸见表5：表5 箱体主要尺寸Table 5 The main dimensions of box名称符号减速器型式的尺寸关系/mm箱座壁厚0.04a+38 取8箱盖壁厚18箱盖凸缘厚度b11.5112箱座凸缘厚度b1.512箱底凸缘厚度b22.520地脚螺钉直径df0.036+12=15.6 取16地脚螺钉数目n4轴承旁边连接螺栓直径d10.75 df12盖与座连接螺栓直径d2（0.50.6）df8连接螺栓d2的间距l150200 取175轴承端盖螺钉直径d3（0.40.5）df8视孔盖螺钉直径d4（0.30.4）df6df 、d1、 d2至外箱距离C122；18；14df 、d2至凸缘边缘壁距离C220、12轴承凸台半径R1C2外箱壁至轴承座端面距离l1C1+C2+(510)铸造过渡尺寸x、y3；15蜗轮外圆与内箱壁距离11.2 取12蜗轮轮毂端面与内箱壁距离2 取12箱盖、箱座肋厚m1、mm10.85取7；m0.85取7轴承端盖外径D2D+（5+5.5）d3 取120；注HT150轴承旁连接螺栓距离SSD21206 偏心连杆式机构的设计计算6.1 偏心连杆式机构的要求偏心连杆式机构是将偏心轮上的旋转运动通过偏心轮机构转化为直线运动，利用连杆将动力传递给滑柱对茶叶进行成形加工。要求在紧压茶叶时连杆的力恒为5000N，紧压茶为圆饼形，直径为20mm,厚度为7mm。滑柱的行程为100mm,在空行程中要能实现快速退回，以提高生产效率。一般为间歇工作，每次工作时间短，工作速度也不高。该机械在加工时，应当满足工作强度要低，劳动生产率要高的要求。6.2 偏心轮机构的设计根据偏心连杆式机构滑柱的行程为100mm，在空行程中要能实现快速退回的要求和机构的结构设计要求，如图6所示，选取偏心轮回转中心与滑柱中心线的距离L=40mm偏心轮的偏心距e=20mm，连杆L1=230mm，滑柱L2=220mm。根据机构的演化原理，滑柱与导路组成的移动副可以视为转动中心在其导路垂线方向的无穷远处的转动副，即为转动副，故此曲柄滑块机构ABC可视为铰链四杆机构，于是由铰链四杆机构的特性，可推知此偏置曲柄滑块机构的特性。图6 偏心轮机构Fig.6 Eccentric gear6.2.1 确定偏心连杆条件及连杆L1的长度由铰链四杆机构的杆长条件知，,其中-=e，故e。由已知选取偏心轮回转中心与滑柱中心线的距离，偏心距e=20mm，因连杆，所以连杆选取L1=230mm满足设计要求。6.2.2 偏心轮机构的极位夹角和行程速度变化系数的计算用作图法先作出该机构的两个极位和，如图6所示。当偏心距e和连杆L1两次共线时，偏心距e在两个位置之间所夹的角为极位夹角，因其极位夹角，此时行程速度变化系数K为： （24） 故偏心轮机构存在急回运动，可节省空回行程的时间以提高劳动生产效率。6.2.3 偏心轮机构的的传动角和压力角的计算偏心距e与滑柱的中心线垂直时，压力角最大，传动角最小，故最小传动角为，计算最小传动角: （25） 故机构的传力性能良好。计算最大压力角： （2