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甘蔗
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甘蔗打结机的设计,甘蔗,打结,设计
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宁XX大学毕业设计(论文)甘蔗打结机设计所在学院专 业班 级姓 名学 号指导老师 2013 年 5 月 30 日摘 要目前国产的设备大多是对国外进口产品的简单仿制，因此针对甘蔗打结器装置关键部件的深入研究，对原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、机械化程度高、使用范围广的甘蔗打结器装置是很有必要的。本文在分析甘蔗打结器装置的工艺和使用要求的基础上，通过对关键部件的理论分析，提出一种实用、简单、可靠和通用的传动系统，将结构等关键部件的设计原理、结构特点等做了较为详细的研究和设计;本文分析各机构的运动学规律，提出可行的优化结构满足切割工艺;对关键部件提出完整的设计方法，旨在满足市场需求，推动企业创新步伐。 本文借助了Autocad，pro/e等软件分析运动规律和结构设计，这种利用计算机辅助设计和分析的方法，可以应用于其它类型甘蔗打结器装置设备的设计和分析中。关键词：甘蔗打结器装置 ，传动系统，结构设计，计算机辅助设计AbstractAs the demand for food diversification, personalization, automatic powder food machine applications more generally. Most of the current China-made equipment is to copy。Simple import of imitation products, the automatic food machine for powder-depth study of key components, the basic principles, structure, movement, functional analysis, to provide a simple and reliable structure, convenient operation, high degree of automation with a wide range of food machines is necessary. Based on the analysis of powder food machine automatic food processes and the use of the requirements on the basis of the key components of the theoretical analysis, a practical, simple, reliable and versatile drive system, a single package for the bag to expand the size and output of long adjustable structure; for delivery of the film structure, the structure of closed traction, closed-end structure, such as cutting off key parts of the design principles, structural features, such as doing a more detailed study and design; This paper analyzes the law of the Kinematics , optimizing the structure and put forward feasible to meet the food process; a key component of a complete design method, designed to meet the market demand,Promoting innovation. In this paper, using the autocad, pro/e, such as movement of software analysis and structural design, such as the use of computer-aided design and analysis methods can be applied to other types of food equipment design and analysis.Key Words: automatic food machine, technology transmission, structure designing, CAD目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪 论11.1甘蔗打结器装置的应用及适用范围11.2甘蔗打结器装置的国内外发展情况11.3 甘蔗打结器装置研究开发的意义4第2章 甘蔗打结机总体设计方案52.1课题研究内容52.1 甘蔗打结器的动力选择52.2 甘蔗打结器的驱动方式52.3 甘蔗打结器的动力性能比较62.4 甘蔗打结器动力的计算与选择72.2 课题的研究要求7第3章 甘蔗打结器收集装置设计9第3章 甘蔗打结器传输装置9同步带的概述9同步带介绍95同步带分类10同步带传动计算10同步带计算选型10同步带的主要参数（结构部分）13同步带的设计15同步带轮的设计15第3章 夹紧装置设计16第3章 定量装置设计16第3章 甘蔗打结器传动装置设计163.3传动方案的确定164.1装置间歇比的分配174.1.1 不完全齿轮机构174.1.2 凸轮式间歇机构184.1.3切断装置间歇比的分配184.2 不完全齿轮机构副设计194.2.1 基本型式与啮合特性194.2.2设计参数的计算214.2.3不完全齿轮机构的设计计算公式及工作图27第4章 机架的设计324.1对机架结构的基本要求324.2 机架的结构334.2横梁设计344.3 机架的基本尺寸的确定364.4 架子材料的选择确定364.3 主要梁的强度校核37总结与展望39参考文献40致 谢41第1章 绪 论1.1甘蔗打结器装置的应用及适用范围现代经济生活中，绝大多数产品都需要经过机械加工来提高产品的生产率。而有些产品的包装要借助包装技术及装备。所以包装设备在包装过程中是不可或缺的工艺手段。甘蔗打结器装置是包装设备中较为重要的一种机械设备形式，可广泛应用于一般块状食品的包装，尤其适用于大批量的转移、称重、封口 、码放等过程。利用小型自动包装机械包装是提高装袋速度，减轻工人劳动强度的有效方法。1.甘蔗打结机械的发展简史1.1甘蔗打结机械的初级阶段中国、新几内亚、印度、东南亚是世界甘蔗主要发源地。早在公元前4世纪，我国就有种植甘蔗及甘蔗制糖的历史。然而，两千多年来，甘蔗的收获仍然保持着手工作业，直到十九世纪80年代才开始甘蔗打结机械的研制，1890年John Rowland 设计制造了世界上第一台甘蔗打结机1，才开始了甘蔗从手工作业到机械作业的转变。十九世纪90年代到二十世纪初这一时期的甘蔗打结机械主要用马匹作动力，割后处理仍然保持着完全的手工作业，工作效率仅是人工操作工效的23倍。1.2以拖拉机为动力的阶段拖拉机的出现推动了甘蔗打结机械的发展。1928年Cliff Rowland成功地设计制造了以拖拉机为动力的整秆式收割机，1932年又成功地研制了世界上第一台切段式收割机1。二十世纪4050年代，收割机的设计充分利用拖拉机动力，基本上结束了以马匹作为主要动力的历史。1.3甘蔗打结机的纵深发展阶段二十世纪4070年代间是整秆式收割机发展较为完善的时期，同时割后处理技术也有了很大发展，RayVenton设计的收割机是60年代的成功之作。1963年，Toft兄弟将螺旋技术应用于甘蔗打结机，设计了同时适用于直立与倒伏的甘蔗打结机，成为甘蔗收获技术发展史上的里程碑1。70年代后期，切段式收割机得到了很大发展。同时，在不同地区，整秆式收割机也得到了进一步发展。现在的收割机不仅适用于直立或倒伏的甘蔗收获，也适用于焚烧的或青秆甘蔗收获。随着配备功率的增大，机械工作效率得到较大提高。2.国内外甘蔗打结机发展现状2.1 国内甘蔗打结机发展现状目前，我国的甘蔗种植面积100多万ha，但在全国范围内，甘蔗打结机还没有得到广泛的应用，收割机的实际应用在国内还是一片空白，仍处于单样机的研制状态，发展较为缓慢。我国从20世纪70年代开始研制甘蔗打结机，大多数收割机是以仿照国外大型收割机为主，并沿用传统的设计方法进行开发，研制的机型主要分为两种型式：切段式甘蔗联合收割机和整秆式甘蔗打结机。切段式甘蔗联合收割机是仿照国外大型甘蔗联合收割机改进而成。通过改造中马力轮式拖拉机的轮系，抬高拖拉机的离地间隙，以适应甘蔗垄作和原料蔗输送。割台悬挂于拖拉机尾部，以拖拉机后退方向为收割前进方向，可一次性完成切梢、扶倒、切割、喂入、切段、输送、清选、装载等工序2。代表机型是广西农机研究所研制的4GZ140型自走切段式甘蔗打结机，生产率高达25吨/小时，含杂率和损失率分别控制在10%和7%之内，宿根破头率在20%之内。由于切段原料蔗不受糖厂欢迎，该类机型没有得到推广应用。整秆式甘蔗打结机从割台形式看，主要有卧式整秆和立式整秆两种；从悬挂形式看主要有侧挂式、腹挂式和肩背式三种；从收获方式看分为联合式和分段式整秆收获两种3。联合式整秆甘蔗打结机可一次性完成：切梢、扶倒、切割、输送、清选、剥叶等工序。代表机型为广西农机研究院研制的以中马力轮式拖拉机作底盘的KALTOR80型甘蔗联合收割机。分段式整秆收割机可一次性完成扶倒、切割输送、铺放（或打捆）等工序。这类机型有自走底盘式、侧挂大中马力轮式拖拉机式和利用手扶拖拉机底盘式等型式，代表机型有广东农机所研制的4GZ35型侧挂式甘蔗打结机、华南农大研制的侧挂式甘蔗打结机和自走底盘式甘蔗打结机、仙游县农机厂研制的配套手拖的4GZ12型甘蔗打结机。各种机形的发展仍然滞留在八十年代的形式上，适应性、可靠性有待提高，正在开发试验改进中。由于技术上的因素，目前均没有大量推广使用。2.2国外甘蔗打结机发展现状在国外,甘蔗收获技术发展比较迅速,甘蔗打结机的发展也呈现出了各自不同的特点。国外甘蔗打结机主要有两种型式：一种为切段式甘蔗打结机，一种为整秆式甘蔗打结机（配套剥叶机）。大型切段式甘蔗联合收割机是甘蔗收获机械技术发展的主要方向。目前，在巴西、澳大利亚、古巴等产糖发达国家，由于土地资源十分丰富，甘蔗连片种植面积大，田园平整，便于机械化作业。同时，糖厂制糖工艺接受切段式原料蔗，大型切段式甘蔗联合收割机得到了广泛应用，在澳大利亚完全有取代整秆式收割机的趋势。这些大型甘蔗联合收割机作业时能够一次性完成：扶倒、切梢、收割、切段、清选、装载、蔗叶切碎还田等工序，代表机型为澳大利亚TOFT系列，24小时生产率达到400900吨。小型甘蔗联合收割机代表机型有日本久保田公司生产的UT70K型、松元机工株式会社生产的MCH15型等。这些机型功率较小，每小时生产率为3吨。整秆式甘蔗打结机适于丘陵地区小田块蔗田作业，在世界主产糖国应用范围不是很广泛，目前，在日本、菲律宾、印度尼西亚等国应用，只实现甘蔗的割倒、铺放等工序。该类机型较小、轻便、灵活，其结构特点是：以手扶拖拉机底盘为动力和行走装置，安装有地面仿型装置，割台可调程度高等。代表机型有日本文明农机株式会社生产的NB11型小型甘蔗打结机和HC-50型履带自走切断式甘蔗联合收割机。前一种收割机即国内的割铺机，设计形式新颖，操作技术较低，价格相对较低，普遍使用于以家庭为单位的农户。后一种甘蔗打结机尾部配有特殊的袋式收集装置，易于在岛屿或小块土地上作业.行走系统采用液压驱动,工作系统采用液压机械相结合以液压驱动为主。与澳大利亚现行的全液压驱动甘蔗打结机械相比，在收割技术和整机工作的可靠性上还存在着一定的差距。3.国内甘蔗打结机存在的技术问题虽然国内开发了不少机型，目前研发的热度也正在高涨，但是适合生产实际应用的成熟、稳定机型基本上还没有，甘蔗打结机的实际应用还是一片空白，现有机型主要存在以下问题。3.1宿根破头率问题甘蔗是宿根性作物，宿根的好坏直接影响着下一季的发芽率，进而影响甘蔗的产量。当然，影响宿根发芽的因素很多，除了砍伐的时间、天气、管理等因素外，收割机切割器的切割质量也是重要因素之一。宿根的破头率是衡量切割器工作性能的一个指标。切割器离地高度、工作因素（前进速度、刀盘转速）、结构因素（刀片刃角、刀片切割角、刀片数目、刀盘倾角）直接影响切割器的工作性能，从而影响着宿根破头率的大小。目前国内外研制的甘蔗切割器的切割破头率虽然控制在20以下，但还尚未达到理想的结果，其主要原因是切割器的设计参数及工作参数仅停留在试验摸索阶段，还尚未建立其较完善的设计理论根据。同时，有些机型的切割器工作时是定参数工作，使得收割机在崎岖不平的地面上工作时，不能随时对切割器进行调整；有些机型的切割器在作业过程中工作参数虽然可调，但不能随工作环境的变化灵活而准确地调整切割器的工作参数。因此，目前所研制的甘蔗打结机切割器在结构设计上还有待于进一步改善。3.2含杂率问题含杂率既是影响甘蔗产糖量的因素，又是衡量甘蔗打结机工作性能的重要指标之一。收割机剥叶机构工作性能的好坏直接影响着机收甘蔗含杂率的大小。目前国内切段式甘蔗联合收割机收获的甘蔗含杂率一般为10左右，国外切段式甘蔗联合收割机收获的甘蔗含杂率一般为5左右，而国内糖厂对甘蔗含杂率有较严格的要求，因此剥叶机构在剥叶技术及结构设计上仍有待改进。3.3工作可靠性问题甘蔗收获是一个系统的机械作业过程，是一个各环节协同作业的田间机器系统。由于甘蔗收割后处理工序的特殊性，以至于在单机的研制及使用过程中暴露了许多问题。其中最为严重的问题就是收割机的工作可靠性问题，如链式或带式传动机构、驱动部件、控制系统等在工作过程中经常出现异常现象。虽然目前所研制的较为先进的甘蔗打结机采用了液压技术，实现了无级变速和液压控制，但作业过程中的可靠性问题仍未得到令人满意的结果。另外，切割器刀片、剥叶元件等其它零部件的使用寿命较低，也是影响整机工作可靠性的原因之一。4.甘蔗打结机的发展前景展望4.4.1 创新甘蔗打结机的变量作业技术目前国内外所研制的甘蔗打结机无论是切割机构还是剥叶机构，在作业过程中大部分采用的是定量作业技术。虽然有些先进收割机的切割机构在作业过程中可根据作业环境人为调节工作参数，但仍未解决上述所存在的问题。就剥叶机构而言，定量作业不仅使滚筒刷寿命降低，且在工作过程中功率消耗大，生产率相对较低，因而不能实现节本增效的农作要求。随着农业生产要求的提高，甘蔗打结机的定量作业技术已经不再适应农作的要求，创新甘蔗打结机的变量作业技术已经成为甘蔗打结机发展的趋势。变量作业技术是电子信息科技发展的产物。就甘蔗打结机而言，是利用信息技术（如传感技术）采集收割机在作业过程的地表形状、甘蔗的形状等外部环境信息，通过专家分析系统及时调整切割机构、剥叶机构等工作参数，实现甘蔗打结机的变量作业。实现定量作业到变量作业的转变，需要依靠先进的农用智能信息技术装备的支持。可以想象，随着信息技术向农业领域的渗透和工业技术的不断发展，智能型的甘蔗打结机在不久的将来将被利用到甘蔗收割的作业之中。4.4.2向高经济效益的收割机型发展目前，国外大中型甘蔗打结机每台价格为180230万元人民币，国产收割机预期价格为7080万元人民币,中型机每台约为20万元人民币。可见收割机的价格相对蔗农的收入水平悬殊较大，为进一步实现甘蔗打结机的机械化，还需要在降低收割机的制造成本上进行研究。因此，在收割机的研制过程中不仅要提高其性能，还要利用先进工艺、先进技术和材料降低制造成本，从而实现甘蔗打结机械化。在注重甘蔗打结机经济效益的同时，发展高社会效益的收割机已成为社会发展的需要。总之，高经济效益和高社会效益的甘蔗打结机必将成为未来发展的主流。4.4.3 向符合国情的甘蔗打结机方向发展由于各国农业种植结构和种植模式不同，发展符合各自国情的甘蔗打结机已经是各国实现农业走向全程机械化发展的要求。日本、泰国、菲律宾等亚洲一些国家与我国的种植规模有很大的相似之处，都是小规模小经营方式的甘蔗种植模式。而澳大利亚、美国等一些欧美国家的甘蔗种植规模需要的是大型联合收割机，因此，这些国家的甘蔗研制开发部门都将重点聚集在大型联合收割机的研制开发上。目前我国的甘蔗种植大多集中在云南、海南、福建、广东及广西等地4。为适应国情的要求，适应市场的需要研究符合中国国情的甘蔗打结机具有重要的意义，多样型的甘蔗打结机也必将出现在未来的农机市场上。第2章 甘蔗打结机总体设计方案2.1课题研究内容甘蔗打结器是食品加工业常用的一种设备，它主要用于甘蔗的整体打包整形。机械系统通常是由原动机、传动装置、工作机和控制操纵部件及其它辅助部件组成。工作机是机械系统中的执行部分，原动机是机械系统的中的驱动部分，传动装置则是把原动机和工作机有机地联系起来，实现能量传递和运动形式转换不可缺少的部分，而其中原动机在机械系统中所起的作用是：（1）把自然界的能源变成机械能；（2）把发电机等变能机所产生的各种形态的能量转换为机械能。2.1 甘蔗打结器的动力选择常用原动机有以下三种运动形式，具体见表2-1：表2-1 原动机运动形式运动形式实例连续运动柴油机、液压马达、气压马达、柴油机、汽油机往复运动直线柴油机、汽缸、液压缸往复摆动摆动油缸、摆动汽缸2.2 甘蔗打结器的驱动方式由一台原动机通过传动装置驱动执行机构工作，叫做单机集中驱动。而多机分别驱动自然而然是用多台原动机来驱动各执行机构工作。两种驱动方式中，单机集中驱动传动装置复杂，操作麻烦，功率大，但价格便宜。而多机分别驱动传动装置简单，柴油机功率小，但成本比较高。1）必须考虑到工作机对原动机所提出的起动、过载、运转平稳性等方面的要求；2）必须考虑到其经济效益及其成本，这也是非常重要的一项。3）必须考虑到现场能源的供应情况及工作环境因素；4）必须考虑原动机的机械特性与工作机的匹配情况；5）必须考虑到维修是否方便，操作是否简单，工作是否可靠；2.3 甘蔗打结器的动力性能比较表2-2 原动机性能比较类别柴油机气缸马达液压马达柴油机尺寸较大较小较小较大功率及取范围功率大；0.31000KW，范围广功率比柴油机大；一般在2.2KW以下，尤其适用于0.75KW以下的高速传动功率最大；受实际油压和马达尺寸的限制功率大；538000KW重量大比柴油机大最大大输出刚度硬软较硬较硬运行温度控制温度应低于许应值排气时空气膨胀，噪声较大，排气处应安装消声器对油箱进行风冷或水冷调整方法和性能直流柴油机用改变电枢电阻、电压或改变磁通的方法；交流柴油机用变频、变极或变转差率的方法用气阀控制，简单，迅速，但不够精确通过阀或泵控制改变流量，调速范围大较难噪声小较大较大较大维护要求较少少较多较多初始成本低较高高高运转费用最低最高高高应用很广，需要动力电源小功率高速场合较广很广，如各种车辆，船舶、农用机械、工程机械和压缩机等等2.4 甘蔗打结器动力的计算与选择考虑到甘蔗打结器的现场工作环境及工作需求，甘蔗打结器的起动力矩和调速范围等要求，我选择柴油机作为其原动机。由于生产机械装置及工作机所处的工作环境各不相同，柴油机的 工作环境也自然而然就各不一样。在绝大多数情况下，柴油机工作的周围大气中有不同分量的灰尘和水分，有的处于潮湿之处甚至水下工作，有的周围含有腐蚀性气体甚至爆炸物，为了保证柴油机能在不同的工作环境中顺利地安全运行，柴油机的外壳也就有多种型式，其型式有：开启式、防护式、封闭式、防爆式。动力计算主要看输送机构和夹紧机构，由于机构比较复杂，只能进行简化处理输送机构功率设计 由已知运输带上工作拉力F=2.2kN，运输带工作速度v=1.1m/s得Pw=1.1X2.2=2.42kW。夹紧机构功率设计 根据估算夹紧力F=1 kN, v=0.5 m/s Pw=0.5 kW其他机构运行需要的功率很少，这样粗略估算总共P小于10KW品牌：常柴型号： S195分类：单缸柴油机配套功率：10.6KW/2200r/min4.1 传动方案的分析和拟定 本设计的卷筒机卷板时所需的大功率是由一个主电机通过减速器传递给个下辊来获得的，为了避免两下辊发生干涉，故减速器采用对称式结构。又因减速器转速较高，而减速器输也轴转速较低，故总传动比较大。考虑到经济性，故采用结构简单、展开式的减速器。传动方案如图4.1：图4.1 减速器结构图4.2 减速器传动装置总的传动比和各级传动比的分配4.2.1 总的传动比 ni=2200r/min 由于该机构输出的转速不能太高，粗略估计在10r/min由于减速器可以直接从市场上购买，减速器设计不是本课题的重点，故在此只做选型设计4.2.2减速器的选型参考网站/ProductShow3_2.html选择型号为ZQ-400+100型-VIII 传动比 265.72.2 课题的研究要求(1)该装置拟采用一套不完全齿轮机构来实现机构的间歇运动。(2)对不完全齿轮等主要零部件进行相关结构设计与校验；(3)绘制总装图和主要零件图；(4)撰写10000字以上的设计说明书一份。要求，把从剥叶机出来的甘蔗收集好，并打结成捆，每捆直径160MM。每分钟一捆。头尾同时打两个结。要有机架，收集装置，传输装置，定量装置，夹紧装置，传动装置，并用给定的打结装置组成。用柴油机作为动力（并设计好变速器），并安排好各各装置的时序分配问题。整个打结机的高度为1M。要求有UG总装模型，及各个零件的UG模型和主要零件的CAD图。和设计说明书。第3章 甘蔗打结器收集装置设计加入WTO，我国蔗糖业面临着原糖进口配额和关税变化的冲击，市场竞争十分激烈。我国目前蔗糖生产成本过高，糖价在国际市场竞争中没有优势。因此，提高甘蔗生产技术水平是亟待解决的问题，因此实现甘蔗生产全程机械化显的尤为重要。但是由于我国地域宽广，土壤条件和生态环境都不尽相同，各地出产的甘蔗无论在产量还是在外观上都不尽相同，给甘蔗收获机械的研制和推广带来了很大的难度，所以甘蔗收获机械技术一直未得到广泛应用，已成为制约甘蔗生产全程机械化的瓶颈。利用V型漏斗形状的结构，采用8mm厚度的Q235钢板焊接成型。第3章 甘蔗打结器传输装置同步带的概述同步带介绍同步带是综合了带传动、链条传动和齿轮传动的优点而发展起来的新塑传动带。它由带齿形的一工作面与齿形带轮的齿槽啮合进行传动，其强力层是由拉伸强度高、伸长小的纤维材料或金属材料组成，以使同步带在传动过程中节线长度基本保持不变，带与带轮之间在传动过程中投有滑动，从而保证主、从动轮间呈无滑差的间步传动。同步带传动（见图3-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i1;当小数=整数时，（）时 （4-2-11）主动轮过E点的向径之间的夹角， （4-2-12）向径OE与首齿中线Ms之间的夹角 （4-2-13）主动轮过E点的压力角， （4-2-14）第二种情况：始啮点E与B点重合，或落在BP段上（图4-2-28）；即时,当啮合点由E移动到节P，主、从动轮渐开线轮廓在分度圆上对应的二点M、N都移到节点P。因此从动轮转过角，主动轮转角 （4-2-15）图4-2-28锁止凸弧起T的确定：即确定通过T点的向径OT与末齿中线OMm之间夹角Q，（图4-2-26）。 （4-2-16）式中在终齿点啮合时，主动轮上向径OT与OF间的夹角， （4-2-17）主动轮上顶圆齿厚所对中心角之半， （4-2-18）主动轮末齿顶圆压力角， （4-2-19）（4）运动时间和静止时间间歇运动机构从动轮的运动时间和静止时间是设计的旋转时，从动轮在一次间歇运动中的运动时间可以看成z=1时传动所需的时间与（z-1）对中间齿传动所需时间之和。 （s） （4-2-20）式中n主动轮转速，r/min。（s） （4-2-21）重要参数之一。当主动轮等速式中N主动轮每转一转，完成间歇运动次数。4.2.3不完全齿轮机构的设计计算公式及工作图（1） 不完全齿轮机构的计算公式名称符号计算公式假象在主、从动轮上布满齿时的齿数、按工作条件决定 =25 =72模数m按强度条件决定，并按GB1357-1987取标值压力角=20主、从动轮的标准齿数顶高系数中心距 (mm) 75主动轮每转一周，从动轮完成简谐运动的次数N按工作要求决定在每次间歇运动中，从动轮转过角度内所包含的周节数按设计要求决定的一对齿轮，齿顶圆交点、所对的从动轮中心角之半时，从动轮的齿顶压力角时，从动轮顶圆齿槽所对的中心角在一次间歇运动中，主动轮仅有一个齿时从动轮转过角度内所包含的周节数，一般取整数K小数部分=整数或由表4-2-74按、查得主动轮在相邻二锁止弧之间的齿数为修正齿顶高系数时，二轮顶高系数时，二轮顶圆交点（F、G）所对从动轮中心角之半主动轮末齿修正齿顶高系数查表4-2-30或由下式解出主动轮首齿修正齿顶高系数主动轮首齿的齿顶压力角首齿与第二对齿之间的重合度从动轮上具有0.5模数的顶圆齿厚所对的中心角一对锁止弧凹弧与凸弧的半径，中心在主动轮轴心O 主动轮上过齿啮点E的向径与间的夹角主动轮齿槽在始啮点E处的压力角主动轮上过始啮点的向径与首齿中间线的夹角过主动轮锁止凸弧终点S的向径与首齿中间线之间的夹角第一种情况：时，第二种情况：在终啮点啮合时，主动轮上向径与之间的夹角主动轮末齿的齿顶压力角主动轮上顶圆齿厚所对中心角之半过主动轮锁止凸弧起点T的向径与末齿中线之间的夹角主动轮等输旋转时，从动轮在一次间歇运动中的时间，静止时间 （s）；（s）一次间歇运动时间t=60/(S)式中主动轮转速，r/min表4-2-30根据GB10095-1988规定,齿轮精度等级分为12级,1级最高,12级最低,常用69级。根据表7-8 选用7级精度的齿轮。啮合齿轮的几何尺寸(不完全齿轮和小齿轮参数)名称符号公式分度圆直径齿顶高齿根高齿全高 齿顶圆直径 齿根圆直径 齿距齿厚齿槽宽中心距顶隙表 4-2-31其中Z2是不完全齿轮的全齿参数,齿部只有72个齿。第4章 机架的设计4.1对机架结构的基本要求机架是整个机床的基础支持件，一般用来放置重要部件。为了满足机床高速度、高精度、高生产率、高可靠性和高自动化程度的要求，与普通机床相比，机床应有高的静、动刚度，更好的抗振性。 一、对机床的机架主要在以下3 个方面提出了更高的要求： 1很高的精度和精度保持性 在机架上有很多安装零部件的加工面和运动部件的导轨面，这些面本身的精度和相互位置精度要求都很高，而且要长时间保持。另外，机床在切削加工时，所有的静、动载荷最后往往都传到机架上，所以，机架受力很复杂。为此，为保证零部件之间的相互位置或相对运动精度，除了满足几何尺寸位置等精度要求外，还需要满足静、动刚度和抗振性、热稳定性、工艺性等方面的技术要求。 2应具有足够的静、动刚度 静刚度包括：机架的自身结构刚度、局部刚度和接触刚度，都应该采取相应的措施，最后达到有较高的刚度-质量比。动刚度直接反映机床的动态性能，为了保证机床在交变载荷作用下具有较高的抵抗变形的能力和抵抗受迫振动及自激振动的能力，可以通过适当的增加阻尼、提高固有频率等措施避免共振及因薄壁振动而产生噪音。 3较好的热稳定性 对机床来说，热稳定性已经成了一个突出问题，必须在设计上要做到使整机的热变形小，或使热变形对加工精度的影响小。热变形将直接影响机架的原有的精度，从而是产品精度下降，如立轴矩台平面磨床，立柱前臂的温度高于后臂，是立柱后倾，其结果磨出的零件工作表面与安装基面不平行；有导轨的机架，由于导轨面与底面存在温差，在垂直平面内导轨将产生中凸或中凹热变形。因此，机架结构设计时应使热变形尽量小。 二、机架机架设计的一般要求 ： 1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低； 2） 抗振性好。把受迫振动振幅限制在允许范围内； 3） 躁声小； 4） 温度场分布合理，热变形对精度的影响小； 5） 结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工； 6） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 7） 有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好； 8） 造型好。使之既适用经济，有美观大方。4.2 机架的结构1机架结构 根据机床的类型不同，机架的结构形式有各种各样的形式。例如车床机架的结构形式有平机架、斜机架、平机架斜导轨和直立机架等四种类型。 另外，斜机架结构还能设计成封闭式断面，这样大大提高了机架的刚度。钻高精度立式万能磨床、加工中心等这一类机床的机架结构与车床有所不同。例如加工中心的机架有固定立柱式和移动立柱式两种。前者一般使用于中小型立式和卧式加工中心，而后者又分为整体T形机架和前后机架分开组装的T形机架。所谓T形机架是指机架是由横置的前机架和与它垂直的后机架组成。整体式机架，刚性和精度保持性都比较好，但是却给铸造和加工带来很大不便，尤其是大中型机床的整体机架，制造时需要大型设备。而分离式T形机架，铸造工艺性和加工工艺性都大大改善。前后机架联接处要刮研，联接时用定位键和专用定位销定位，然后再沿截面四周， 用大螺栓固紧。这样联接成的机架，再刚度和精度保持性方面，基本能满足使用要求。这种分离式T形机架适用于大中型卧式加工中心。 由于机架导轨的跨距比较窄，致使工作台在横溜板上移动到达行程的两端时容易出现翘曲，将会影响加工精度，为了避免工作台翘曲，有的立式加工中心增设了辅助导轨。 2机架的截面形状 机床的机架通常为箱体结构，合理设计机架的截面形状及尺寸，采用合理布置的肋板结构可以在较小质量下获得较高的静刚度和适当的固有频率。机架肋板一般根据机架结构和载荷分布情况，惊醒设计，满足机架刚度和抗振性要求，V形肋板有利于加强导轨支承部分的刚度；斜方肋和对角肋结构可明显增强机架的扭转刚度，并且便于设计成全封闭的箱形结构。 此外，还有纵向肋板和横向肋板，分别对抗弯刚度和抗扭刚度有明显效果；米字形肋板和井字形肋板的抗弯刚度也较高，尤其是米字形肋板更高。 3机架的结构设计 机架结构设计时，应尽量避免薄壁结构并简化表面形状。根据本设计的具体情况及要求，机架的结构设如下：4.机架的设计步骤 根据机架上的零件、部件情况和设计要求初步确定机架及机架的结构形状和尺寸，以保证机架内外的零件能正常运动 根据产品批量和结构形式初步确定制造方法，合理选择材料，单件小批量的非标准设备机架可以采用焊接和锻喊结合的机架 分析承载情况，根据承载情况合理的选择截面形式，确定主要设计参数 画出结构草图，进行必要的强度和刚度计算和尺寸修改 对重要设备的机架，还应该进行模拟实验设计和模拟实验，并根据实验结果对设计进行修改。4.2横梁设计 梁设计的要求与轴心受压相仿，钢梁设计应考虑强度、刚度、整体稳定和局部稳定各个方面满足要求。(1)梁的强度计算主要包括抗弯、抗剪和折算应力等强度应足够。(2)刚度主要是控制最大挠度不超过按受力和使用要求规定的容许值。(3)整体稳定指梁不会在刚度较差的侧向发生弯扭失稳，主要通过对梁的受压翼缘设足够的侧向支承，或适当加大梁截面以降低弯曲压应力至临界应力以下。(4)局部稳定指梁的翼缘和腹板等板件不会发生局部凸曲失稳，在梁中主要通过限制受压翼缘和腹板的宽厚比不超过规定，对组合梁的腹板则常设置加劲肋以提高其局部稳定性。梁的截面选择一、型钢梁截面的选择型钢梁截面应满足梁的强度、刚度、整体稳定和局部稳定四个要求，其中强度包括抗弯、抗剪、局部压应力和折算应力。由于型钢截面的翼缘和腹板等板件常有足够的厚度，一般不必验算局部稳定，无很大孔洞削弱时一般也不必验算剪应力。局部压应力和折算应力只在有较大集中荷载或支座反力时计算。型钢梁设计通常是先按抗弯强度(当梁的整体稳定有保证或Mmax处截面有较多孔洞削弱时)或整体稳定(当需计算整体稳定时)选择型钢截面，然后验算其它项目是否足够，不够时再作调整。为了节省钢材，应尽量采用牢固连接于受压翼缘的密铺面板或足够的侧向支承以达到不需计算整体稳定的要求。按抗弯强度或整体稳定(b值可先估计假定)选择单向(强轴)弯曲梁的型钢截面时，所需要的截面抵抗矩为：2、腹板尺寸梁高确定后腹板高也就确定了，腹板高为梁高减两个翼缘的厚度，在取腹板高时要考虑钢板的规格尺寸，一般使腹板高度为50mm的模数。从经济角度出发，腹板薄一些比较省钢，但腹板厚度的确定要考虑腹板的抗剪强度，腹板的局部稳定和构造要求。从抗剪强度角度来看，应满足下式：3、翼缘尺寸由式5.2.1求得需要的净截面模量，则整个截面需要的惯性矩为：4.3 机架的基本尺寸的确定机架是支撑及其自动变速器所有附件的可移动机构。要保证拆装自动变速器方便、安全；重量要轻，便于移动；架子要有足够的空间安装。而且自动变速器每个总成之间要考虑它们之间的协调关系。考虑到这些方面的因素后要确定的一些自动变速器尺寸根据这些数据，大概确定架子的长高。这样架子的地面的结构就确定了。支撑自动变速器的部件是支撑板，支撑板固定在支承轴上，支承轴安装在机架上。为了使机架能够方便移动，须在架子上装轮子，因此在架子的4个侧面通过螺栓各连接两个轮子，使得架子和轮子连接牢固。靠近转盘这端安装有锁止装置，使得架子在任何位置都能停止固定。4.4 架子材料的选择确定架子的结构确定后，就需要准备材料，买材料时要考虑钢材的性能，同时也要考虑成本，再者还要考虑到其美观，通过到市场调查分析后，台架选用6060的方钢和5050的角钢组合制作。其规格如表一所示。受力比较小的底架就用50的角钢制作，其他的受力大的转架就用60的方钢制作。在转架与支撑板的固定处需要用轴连接。表一 钢材的尺寸规格60605050横截面图长度500567材料Q235Q2354.3 主要梁的强度校核考虑到一些外在压力，按照重量为600N进行校核。支承轴160，查机械工程材料 P105页表5-2得，Q235钢材的屈服强度 b =375460MPa，取 b=375 MP a解：和轴一样建立如图所示的坐标系。以轴心为x轴，垂直上平面的直线为y轴，一端点为圆点建立如图6.1所示的平面直角坐标系。因为：FRD =600N ，把RDE从D点移到E后的受力情况如图6.1所示。图6.1得到一个F和一个力矩M=FabLbe=6000.300NM=180 Nm计算轴的集惯性矩Ip和抗弯截面系数Wz，因为材料和轴的是一样的，所以 b=375 MP a , Ip=y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.688410-6m3 所以 max= M max / W=180/（6773.6910-6）P a=0.26MP a也设安全系数：K=5故：K max=50.26MP a=1.5 MP a b=375 MP a因此：也可以做出结论转架在安全系数为5的情况下也是安全的。所以可以进行制作。解：以轴心为x轴，垂直上平面的直线为y轴，一端点为圆点建立如图2.2.1所示的平面直角坐标系。轴的受力分析。轴的轴心受力简图如图2.2.1-b所示。通过受力图可以明显看出轴的最大弯矩是在BE点之间。把F从C点移到B 后的受力情况如图2.2.1- b 所示。得到一个F和一个力矩M=FLbe=6000.3NM=180 Nm因为：Fba+Fde=2F=1200N由于轴的受力完全对称，故Fba=Fde=F=600NB点和F点的弯矩为：MB=WF=FbaLde+M=6000.01+180 Nm=601.8Nm 受力情况如图2.2.1所示. 计算轴的极惯性矩Ip 和抗弯截面系数Wz因为材料和轴的是一样的，所以 b=375 MP a , Ip=y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.688410-6m3 所以 max= M max / W=305/（6773.6910-6）P a=0.45MP a也设安全系数：K=5故：K max=50.45 MP a=2.25 MP a b=375 MP a因此：也可以做出结论在安全系数为5的情况下也是安全的。所以可以进行制作。总结与展望总结与展望一、总结本设计是对甘蔗打结器装置进行的一次有效的理论讨论。通过对食品机各级传动比的分配研究计算，了解了食品机实现送瓶，间歇运动及送料这一完整的过程。这为进一步了解包装的其他功能和发展要求打
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