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南华大学机械工程学院毕业设计（论文）Study and Improvement for Slice Smoothness in Slicing Machine of Lotus Root De-yong YANG ,Jian-ping HU , En-zhu WEI , Heng-qun LEI ,and Xiang-ci KONG Key Laboratory of Modern Agricultural Equipment and Technology Ministry of Education Jiangsu Province Jiangsu University . Zhenjiang .Jiangsu Province .P.R.China212013Tel.: +86-511-8;Fax:+86-511-8Jinhu Agricultural Mechanization Technology Extension Station . Jinhu countyJiangsu Province .P.R.China 211600Abstract: Concerning the problem of the low cutting quality and the bevel edge in the piece of lotus root, the reason was analyzed and the method of improvement was to reduce the force in the vertical direction of link to knife. 3D parts and assemblies of cutting mechanism in slicing machine of lotus were created under PRO/E circumstance. Based on virtual prototype technology, the kinematics and dynamics analysis of cutting mechanism was simulated with ADAMS software, the best slice of time that is 0.2s0.3s was obtained，and the curve of the force in the vertical direction of link to knife was obtained. The vertical force of knife was changed according with the change of the offset distance of crank. Optimization results of the offest distance of crank showed the vertical force in slice time almost is zero when the offset distance of crank is -80mm. Tests show that relative error of thickness of slicing is less than 10% after improved design, which is able to fully meet the technical requirements. Keywords: lotus root; cutting mechanism; smoothness; optimization 1 Introduction China is a country of producing lotus toot, lotus root system of semi-finished products of domestic consumption and external demand for exports is relatively large. In order to improve efficiency, reduce labor intensity, the group work, drawing on the principle of the artificial slice based on the design and development of a new type of lotus root slice (Bi Wei and Hu Jianping, 2006). This new type of slice solved easily broken cutting, stick knives, hard to clean up and other issues, but the process appears less smooth cutting, and some have a problem of hypotenuse piece of root. In this paper, analyzing cutting through the course of slice knife, the reasons causing hypotenuse was found, and the corresponding improvement of methods was proposed and was verified by the experiments.2 Structure of Cutting Mechanism of Slicing Machine Cutting mechanism of the quality of slice lotus root is the core of the machine, the performance of its direct impact on the quality of slice. Virtual prototyping of cutting mechanism of slice lotus root (Fig.1) was built by using PRO/E, and mechanism diagram of the body is shown in Fig.2. Cutting principle of lotus slicer adopted in the cardiac type of slider-crank mechanism was to add materials inside, which can be stacked several lotus root, lotus root to rely on the upper part of the self and the lower part of the lotus press down, so that it arrives in the material under the surface of the baffle. While slider-crank mechanism was driven by motor, the knife installed on the slider cut lotus root. In the slice-cutting process it was found that parallelism of the surface at both ends of part of piece lotus was not enough, which can not meet the technical requirements for processing.Fig.1 Virtual prototyping of cutting mechanismFig.2 Diagram of cutting mechanism Study and improvement for slice smoothness in slicing machine of lotus root.3 The Cause of the Bevel Edge Uneven thickness and bevel edge of cutting were related with forces on the slice knife in the process of cutting. In accordance with cutting mechanism (Fig.2), without taking into account the friction and weight, the direction of force F of point C was along the link. Force F may be decomposed with a horizontal direction force component and a vertical direction force component. The horizontal force component pushed the knife moving for cutting, but the vertical force component caused the knife moving along the vertical direction. Because of the gap between the slider and the rail, the vertical force component made the blade deforming during the movement, and knife could not move along the horizontal direction to cut lotus root, which caused the emergence of bevel edge. Thus, to reduce or eliminate the vertical force component in the cutting-chip was key to solve the problem of bevel edge and improve the quality of cutting.When crank speed was 6990r/min, the horizontal and vertical direction of the force curve of point C connecting link and the blade hinge are shown in Fig.3 and Fig.4 respectively. As can be seen from the chart, with the crank speed improvement the horizontal and vertical direction of the force in point C also increased. The horizontal force changed relatively stable during 0s0.2s, which was conducive to cutting lotus, but the vertical force increased gradually. The more the vertical force was, the more detrimental to the quality cutting. Fig.3 Horizontal force of CFig.4 Vertical force of C4 Simulation and Optimization If improving flatness of the slicer, the structure was optimized to reduce the vertical force component, so as far as possible the level of cutting blade.When crank speed was 6090r/min the velocity curve and acceleration curve of the knife center of mass are shown in Fig.5 and Fig.6 respectively. According to the speed curve, the speed of the knife center of mass was relatively large in a period of 0.2s0.3s. In accordance with the requirements that the knife should have a higher speed during cutting lotus, so this period time was more advantageous to cutting than other terms. According to acceleration curve. When calculates by one cycle, the acceleration value was relatively quite small in the period of time, 0.15s0.3s compared with other time section. Which indicated that the change of velocity was relatively small, simultaneously the force of inertia was small, and the influence of vibration caused by the force was small to the slicer. Therefore,this period of time, 0.2s0.3s, to cut root piece was advantageous in enhances the cutting quality of lotus root piece.Fig.5 Velocity curve of center of mass of knife Fig.6 Acceleration curve of center of mass of knife Based on the above analysis, the vertical force component between link and the knife was the main reason for bevel edge. According to the characteristics of slider-crank mechanism, reducing the vertical force on the knife in the period of cutting time by altering crank offest was tried to enhance the quality of the cutting. When crank speed was 60r/min, the crank eccentricity was optimized. When the offest of the crank was 40mm, 20mm, 0mm, -20mm, -40mm, -80mm, -120mm respectively, the mechanism was simulated and the vertical force curves under different crank eccentricity were obtained, as shown in Fig.7.Fig.7 vertical force curves in different offest Fig.7 indicates that: When the eccentricity was positive, the vertical force on point C increased gradually in 0.2s0.3s with the increase of crank oddest: When the eccentricity was negative, the force decreased gradually first and then begun to increase along with -80mm. So when the offest was -80mm, the numerical of the force in 0.2s0.3s achieved the minimum and the quality of cutting was the best.When the crank rotated in the other speed, there were the same optimization results. Fig.8 show the curve of vertical force in the offest of 0mm and -80mm when the speed of crank was 80r/min. From the Fig.8 it is obvious that vertical direction of the force of point C in 0.2s0.3s reduced a lot when the eccentricity is -80mm. Therefore, the vertical force could be reduced by optimizing the slider-crank mechanism of eccentricity.Fig.8 Vertical force of C5 Experimental AnalysisThe relative error of thickness of lotus root piece reflects the quality of cutting. Which is generally controlled of 10%. There always existed bevel edge phenomenon and the relative error of thickness was about 15% before structural optimization and improvement, which was difficult to meet the technical requirements. The offset in the slider-crank mechanism was optimized, and its structure was improved according to the results of optimization. After improvement cutting test were done in the conditions of crank speed for 80110r/min and statistical data about the relative error of thickness was shown in Table.1. Four levels were separated in the experiment, three times for each level.Table 1 Relative error of thickness of slicingNOCrank speed (r/min)809010011016.6%6.4% 8.2%9.5%25.3%6.1%8.5%9.2%26.4%7.9%7.9%9.4%Average6.1%6.8%8.2%9.4% It is derived from Table.1 that the relative error of the thickness of slices could meet the technical indicators when the crank speed was 80110r/min, especially in the crank rotation speed 80r/min, 90r/min the relative error of thickness was less than 7%,and high quality was achieved.6 ConclusionThe vertical force component acted on the knife in the process of cutting was the main reason for surface formation and bevel edge, so the key of improving the quality was to reduce the vertical force. Through slice knife and velocity acceleration simulation analysis the best time for slicing, 0.2s0.3s, was obtained. By optimizing the offset of the crank the vertical force during cutting time was greatly reduced when the offset was -80mm. Experiments were made after improving the design of lotus root slicer, which results showed that by changing the offset of the crank, the relative error of the thickness could fully meet the requirements of less than 10%. So the problem was basically solved that the flatness was not ideal and was the issue of bevel edge.1References 1 Wei,B . jianping,H.: Study of lotus root slicing techniques and design of new model,Journal of agricultural mechanization research (12),112-114(2006)(in Chinese)2 Enzhu, w.:the simulation and optimization on the new slicing machine of lotus root based on virtual prototype technology .jiangsu university 2008)in Chinese)3 Ce ,Z .:mechanical dynamics .higher education press1999)4Xiuning ,C.:optimal design of machinery .zhejiang university press1999)5Liping,C.,yunqing,Z.,weiqun,R.: dynamic analysis of mechanical systems and application Guide ADAMS . Tsinghua university press ,Beijing(2005)Page 8 of 8南华大学机械工程学院毕业设计（论文）莲藕切片机切片平滑度的研究和改进杨德勇 胡建平 韦恩铸 雷恒群 孔祥次农业设备和现代技术的国家重点实验室江苏省教育部 江苏大学.江苏.镇江中国 江苏省 212013电话 +86-511-8:传真+86-511-8金湖农业机械化技术推广站中国 江苏省 211600摘要：针对莲藕切削质量不高和莲藕片的斜边问题，通过分析原因，改进的方法就是减少刀在垂直方向的力。在Pro/E的环境下创建了莲藕切片机的3D零件和装配体。基于虚拟样机技术，切片机的运动学和动力学分析是在ADAMS软件模拟实验下实现的，获得最佳的切削时间为0.2s0.3s，并且得到了刀在垂直方向上的力的曲线。刀在垂直方向上的力随着曲柄偏移量的变化而改变。曲柄的偏移量优化结果表明，当曲柄的偏移量为-80mm时，在切削时间里的垂直方向上的力几乎为零。测试结果表明，经过改进设计后，切片厚度的相对误差小于10，这是能够完全满足技术要求的。关键词：莲藕；切削机制；平滑度；优化1前言 中国是一个生产莲藕的大国，莲藕半成品系列食品的国内消费和外部的出口需求量比较大，为了提高工作效率，减轻劳动强度，设计工作组，在借鉴人工切莲藕片原理的基础上设计和开发一个新型的切片机（毕伟，胡建平，2006年）。这种新型的切片机容易解决切片易断，粘刀，难清理等问题，但过程中还是出现不平滑切削和一些斜边的现象。本文通过对切削时刀片的分析，发现了一些造成斜边现象的原因，并提出了相应的改进方法，并通过实验得到了验证。2 切片机切削结构原理莲藕切片的切削原理是机器的核心，性能直接影响切片的质量。在使用PRO / E平台下建立了莲藕切削原理的虚拟样机（图1），结构本身的原理图如图2所示。莲藕切片机的切削原理是通过核心的曲柄滑块机构往里面添加材料，它可以堆叠许多莲藕，莲藕依靠自己本身上部和下部的莲藕，以便它能够到达挡板的表面。曲柄滑块机构是由电机驱动，在滑块上安装刀片切莲藕。但在切削过程中，发现在一块莲藕两端面的平行度是不足够的，这不能满足加工的技术要求。图1 莲藕切削原理的虚拟样机图2 切片原理结构图切片机的莲藕片平滑度的研究和提高。3 斜边的原因厚薄不均匀和斜边问题与刀片在切削过程中的力量有关。按照结构原理（图2），不考虑相互间摩擦和重量的因素，C点的力F的方向是沿链接方向。力F可以分解为一个水平方向的分力和一个垂直方向的分力。水平分力造成的刀沿垂直方向移动切削，但垂直方向上的力造成的刀沿垂直方向移动。由于滑块和导轨之间的差距，垂直分力会使叶片在运动时变形，刀不能沿水平方向切莲藕，导致出现斜边。因此，解决斜边的问题和提高切削质量的关键是减少或消除切片时的垂直分力。 当曲轴转速为6090转/分钟，C点和刀片连接部位的水平和垂直方向的力曲线如图3和图4所示。从图上可以看出，当曲柄的速度提高后，C点水平和垂直方向的力也增加了，相对稳定的水平力有利于切削莲藕期间，但垂直方向上的力也逐渐增加。越多的垂直方向上的力，越不利于切削的质量。图3 C点的水平力图4 C点的垂直方向上的力4 仿真和优化如果提高切片的平整度，结构优化可以减少垂直分力，所以尽可能的要刀片保持水平。当曲柄速度6090转/分钟时，刀质量中心的速度曲线和加速度曲线分别如图5和图6所示。根据速度曲线，在0.2s0.3s时间里，刀质量中心的速度是比较大的。按照刀应该有更高的速度来切削莲藕的要求，这期间的时间切削比其他时间更有利。根据加速度曲线，一个周期计算，在0.15s0.3s的时间里，相比其他的时间段加速度值是相对比较小。这表明速度的变化相对较小，同时惯性产生的力小，切片机受力引起的振动影响小。因此，在0.2s0.3s里来切莲藕有利于提高莲藕片的切削质量。图5 刀片的质量中心速度曲线图6 刀片的质量中心加速度曲线 基于上述分析，刀片和链接之间的垂直分力是造成斜边的主要原因。根据曲柄滑块机构的特点，在切削时间段通过改变曲柄偏移来减少对刀垂直方向上的力，从而提高切削质量。当曲轴转速为60转/分钟，曲轴偏心率得到了优化。当曲柄偏移量分别为40mm，20mm，0mm，-20mm, -40mm, -80mm, -120mm时，在不同的偏移量下模拟其原理，获得了垂直方向上的力曲线，如图7所示。图7 不同偏移下的垂直方向上的力曲线图7表明：偏心率为正值时，在0.2s0.3s随着曲柄偏移量增加，C点的垂直方向上的力逐渐增加；当偏心率为负值时，随着曲柄偏移量的增加，力开始下降，然后在-80mm处开始逐步增加。所以，当偏移量为-80mm，力在0.2s0.3s的数值降到最低，这时切削质量是最佳的。 当曲柄在其他的速度旋转，有相同的优化结果。图8显示的是曲轴转速为80转/分钟、曲轴偏移量为0mm到-80mm时，垂直方向上的力。从图8可以看出，当偏移量为-80mm时，C点垂直方向的里在0.2s0.3s大大减少。因此通过优化曲柄偏移量可以减少垂直方向上的力。图8 C点的垂直方向上的力5 实验分析莲藕片的厚度相对误差反映了切削质量，一般控制在10。在结构的优化和改进前，总是存在斜边现象，厚度相对误差约为15%左右，这是难以满足的技术要求。对曲柄滑块机构的偏移量进行优化，并根据优化的结果，它的结构有了一些改进。改进后的曲柄，在速度的条件为80110转/分钟时，切削试验出来的厚度相对误差的统计数据如表1所示。从四个速度层次进行分析实验，每个速度层次进行三次实验。表 1 切片厚度相对误差 序号曲柄速度(转/分钟)809010011016.6%6.4% 8.2%9.5%25.3%6.1%8.5%9.2%26.4%7.9%7.9%9.4%平均6.1%6.8%8.2%9.4%来自表1的数据显示，当曲柄速度为80110转/分钟时，切片厚度相对误差能满足各项技术指标，尤其是当曲轴旋转速度为80转/分钟和90转/分钟时，厚度相对误差低于7，达到了较高的切削质量。6 总结 切削的过程中，表面不平整和斜边的主要原因是作用在刀组件上的垂直分力，因此提高质量的关键是减小垂直方向上的力。通过刀片质量中心速度和加速度模拟分析曲线得到，0.2s0.3s是切片的最佳时间。通过优化曲柄的偏移量，当偏移量为-80mm时，垂直方向上的力在切削时间大大减小。经过实验改进莲藕切片机后，实验结果表明，通过改变曲柄偏移量，厚度相对误差不到10，完全能够满足要求。因此，平整度不理想和斜边问题基本解决。参考文献1 胡建平.莲藕切片技术的学习和新的模型设计. 中国农业机械化研究（12）,112114.20062 韦恩铸.基于虚拟样机技术的新型莲藕切片机仿真优化.江苏大学,20083 张 策.机械动力学.高等教育出版社,19994 陈秀林.机械优化设计.浙江大学出版社,1999.5 陈丽萍,郑云群,容微群.机械系统的动态分析和应用指南ADAMS.北京:清华大学出版 社,2005第 7 页 共 7 页目 录 1 绪论1 1.1 国外发展情况11.2国内切片机技术的发展概况12 系统总体方案的确定12.1 结构特点及工作原理12.2 工作原理12.3 工作原理简图（总体方案图）22.4 系统总体方案设计23 主要部件的设计计算及校核23.1 电动机的选择23.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比33.3 传动装置的运动和动力参数计算33.4 V带及V带轮的选择计算43.4.1V 带的选择43.4.2 带轮的设计计算53.5 传动轴的结构设计63.5.1 传动轴的设计计算63.5.2 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度103.5.3 精确校核轴的疲劳强度103.6 轴承的选择及校核123.7 圆柱筒的设计计算123.8 键的选择与强度校核143.8.1 键的选择143.8.2 键的强度校核144 其他部件的设计144.1 入料斗设计154.2 出料斗设计154.3 冻肉模的设计154.4 机架底座16总结17致 谢18参考文献19冻肉切片机的设计1 绪论1.1 国外发展情况国外的切片机技术始于六十年代， 到七十年代已经发展成熟，八十年代中期，大部分切片机都可以加工125mm（5英寸）以上大直径单晶，象瑞士的迈尔-布格耶斯公司的卧式内圆切片机，切割棒料直径最大可以达到304.8 mm（12英寸）。八十年代中期后的一、两年，切片技术发展到了鼎盛时期，相当多的多功能全自动切片机相继商品化。从而诞生了世界上续道著名的切片机厂家，如瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列机，日本Tokyo Semitsu 株式会社的TSK（若干）系列机， 日本Okamoto Machine 株式会社的ASM系列机， 美国STC公司的STC系列机等。就切片机的结构而言，主轴以空气轴承活滚动轴承为支撑方式的卧式和立式两种。发展到现在，就切片机的功能而言，已经相当齐全，而且复合化，切片的方式也多种多样。1.2国内切片机技术的发展概况我国的切片机技术始于七十年代初期，我国的切片机广泛应用于蔬菜、中药、冻肉等领域。目前我国切片机的主要方式有以下几种：(1)直线往复式切片机。直线往复式切片机的结构简单，但效益低。 因此它应用于工作要求不高、效益低的场合。(2)圆盘旋转式切片。圆盘旋转式切片机的机构简单也有较高的生产效益，因此它广泛应用于各种场合。(3)水枪式切片。水枪式切片机耗水量打， 只能切出平直的片， 因此它的应用不是十分广泛。(4)圆形（内圆切片的外圆切片）切片。圆形式切片机有很高的工作效率，但是结构复杂，设计较困难，因此它应用于工作效率要求相当高的专业领域。我国的切片的研究开发方面虽然已有30年的历史，近几年来切片机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离，研制的切片机没有得到大面积推广应用。虽然在我国已有切片机的生产厂家如山东省诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有400型、600型、江阴鑫达药化机械的中药切片机等。但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。2 系统总体方案的确定2.1 结构特点及工作原理目前我国切片机的主要方式有以下几种：直线往复式切片机，圆盘旋转式切片，水枪式切片，圆形（内圆切片的外圆切片）切片。 圆盘旋转式切片在工作时要求工作平稳，整体结构紧凑，机构简单，操作和维修简便，装料卸料容易。切片的厚度均匀，肉片的大小一致，中间折断可根据需要换刀。并且要求环保节能。 本设计吸收了当前切片机的设计优势，主要由原动机、传动系、工作系（滚筒装置）、机架系四部分构成。原动机采用电动机带动，传动系选择V带传动，因为圆柱筒转速限制在150-250转/分，所以有安装一减速器以降低电机输出转速，工作系由圆柱筒和刀片组成，机架系由底座、架身、进料斗、出料斗组成。此外采用全损耗系统用油进行润滑，J型无骨架橡胶密封。主运动轴、轴承、键、联轴器都采用标准件，易于更换。2.2 工作原理电动机运转，通过联轴器将动力传到减速箱，通过一级减速将发动机转速降低，经过减速的动力通过V带将动力传到主运动轴，带动滚筒旋转从而使切片机开始工作。在确认机器启动运转平稳后开始喂料，喂料要及时均匀，要观察出料口，如有堵塞及时清除。2.3 工作原理简图（总体方案图）图2-1 圆盘旋转式切片机总体方案图1电动机，2联轴器，3减速器，4V带轮，5V带，6进料斗及施压装置，7圆柱筒，8出料斗，9机架，10机座2.4 系统总体方案设计组成：传动装置由电机、减速器、工作机组成。特点：带轮相对于轴承对称分布，故沿轴向载荷分布相对均匀，要求轴有的刚度适宜即可。确定传动方案：考虑到电机转速高，传动功率大，在工作中要承受轻微冲击等实际要求，故采用一级斜齿轮减速器，初步确定传动系统总体方案如图2。选择带传动和一级圆柱斜齿轮减速器（展开式）。传动装置的总效率：0.8674；为联轴器的效率，为高速轴齿轮的效率， 为高速轴承的效率，为第二对轴承的效率，为第三对轴承的效率，为V带的效率（齿轮为9级精度，油脂润滑.因是薄壁防护罩,采用开式效率计算)。3 主要部件的设计计算及校核 由总体方案图可知，本切片机需要计算及校核的主要部件有原动机，传动比及其分配，V带的设计计算和校核，传动轴的结构设计及计算，轴承的选择及校核，圆柱筒的设计计算及校核，键的选择及校核等。3.1 电动机的选择电动机所需工作功率为： PP/2800/0.86743.2kW,P工作装置的功率；总效率。 执行机构的转速n为150300r/min经查表按推荐的传动比合理范围，带传动的传动比i25，一级圆柱斜齿轮减速器传动比i28，则总传动比合理范围为i440，电动机转速的可选范围为nin（440）（150300）60012000r/min。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比，选定型号为YU90L2的三相异步电动机，额定功率为1.1Kw,额定电流8.68A，转速2800 r/min。 下面的表格就是电动机的技术参数、性能以及外形尺寸的数据：表3-1 电动机性能表电机型号额定功率kw电机转速电机重量N参考价格元YU90L21.12800210230 表3-2 电动机外形尺寸中心高外型尺寸L（AC/2+AD）HD底脚安装尺寸AB地脚螺栓孔直径K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD132300176205216 1781236 10010 413.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比（1）总传动比由选定的电动机转速和工作装置主动轴转速，可得传动装置总传动比为/2800/3009.3（2）分配传动装置传动比式中分别为带传动和减速器的传动比。为使带传动外廓尺寸不致过大，初步取3，则减速器传动比为9.3/33.1根据各原则，查图得高速级传动比为3，则3.13.3 传动装置的运动和动力参数计算（1）各轴转速 2800r/min2800/3.1903r/min/903/3=301 r/min（2）各轴的输出功率=1.1kW1.10.960.970.990.991.0kW 1.00.960.990.9504kW（3）各轴输出转矩 因电动机轴的输出转矩=9550 =95501.1/2800=3.7Nm 所以: =3.73.730.99=13.67Nm=70.99=19.70Nm运动和动力参数结果如表3-3:表3-3 运动和动力参数表轴 名功率P/ KW输出转矩T /Nm输出转速r/min电动机轴1轴2轴1.101.00.953.7013.6719.7028009033013.4 V带及V带轮的选择计算带传动是通过中间挠性件传递运动和动力的，适用于两轴中心距较大的场合。用带传动具有结构简单，成本低廉等优点。3.4.1 V 带的选择 （1）带传动通常是由主动轮1、从动轮2和张紧在两轮上的环形带3组成（如图4）。安装时带被张紧在带轮上，这时候带所受的拉力称初拉力，它使带与带的接触面间产生压力。主动轮回转时，依靠带与带轮接触面间的摩擦力拖动从动轮一起回转，从而传递一定的动力和运动。图3-1 带传动简图 环形带按横截面形状可分为平带、V带和特殊截面带（如圆带等）三大类。平带的横截面为扁平矩形，工作时带的环形内表面与轮缘相接触；V带的横截面为等腰梯形，工作时其两侧面与轮槽的侧面相接触，而V带与槽轮底并不接触。由于轮槽的契形效应，初拉力相同时，V带的传动较平带传动能力产生更大的摩擦力，故具有较大的牵引能力。因此本设计采用V形环形带联结两轮。 V带又分为普通V带、窄V带、宽V带、大契角V带、汽车V带等多种类型，其中普通V带和窄V带应用最广。V带由抗拉体、顶胶、底胶和包布组成.当带受纵向弯曲时，在带中保持原长度不变的周线称为节线，由全部节线构成的面称为节面。带的宽度称为节宽（），带受纵向弯曲时，该宽度保持不变。这两种V带都已经标准化，按截面尺寸的不同，普通V带和窄V带有以下几种型号，见表4。因为小带轮（主动轮）的转速为903转/分,输出功率为1千瓦，根据设计要求，经查机械设计基础表13-3得到小带轮初选的基准直径为100mm。初步确定选普通V带A型，基准长度为1400mm。（2）实际工作时，应对V带的基本额定功率值加以修正。修正后既得实际工作条件下V带所能传递的功率，称为许用功率：=(+)式中：-功率增量。 -包角修正系数。 -带长修正系数。经查表；。=（1+0.08）x0.95x0.96=0.9851不符合要求。所以小带轮的基准直径因选择112mm。经计算：符合要求。（3）根数的确定 设P为传动的额定功率（Km），为工作情况，则计算功率为：；式中：-工作情况系数,查表得1.5。则：V带的根数由式：计算确定，带入数据计算得=1.33；确定为两根。表3-4 V带截面尺寸（GB/T11544-1997）类型节宽/mm顶宽/mm高度/mm单位长度质量普 V 带窄V带Y 5.36.04.00.04Z8.510.06.00.06(SPZ)81080.07A11.013.08.00.1(SPA)1113100.12B14.017.011.00.17(SPB)1417140.2C19.022.014.00.30(SPC)1922180.37D27.032.019.00.60E3238.023.00.873.4.2 带轮的设计计算带轮通常用铸铁制造，一般采用HT150或HT200材料，允许的最大圆周速度为25米/秒。带轮较小时可采用实心式；中等直径的带轮可采用腹板式；直径大于350mm时可采用轮辐式如图4。图3-2 带轮（1） 大小带轮直径的确定 由3.4.1可知小V带轮的直径为112mm，设大带轮为，由经验公式： 式中：-1轴转速； - 工作装置转速； -滑动率（因其值在之间，一般计算不予考虑）。带入数据计算得： （1） 由机械设计基础表13-9取（虽然有所增大，但是在误差范围之内，且在滚筒转速范围之中，故允许）。（2） 中心距的确定 初步选定中心距： 取，符合）。由式得带长： （2） 经查机械设计基础表13-2得A型带基准长度=。再由计算实际中心距： （3） =657mm 综上所述，可以确定V带选用普通V带A型，中心距为657mm；大带轮直径为315mm，小带轮直径为112mm。3.5 传动轴的结构设计 轴是切片机中的重要零件之一，用来支持旋转的机械零件和传递转矩。根据承受载荷的不同，轴可分为转轴、传动轴和心轴三种。转轴既传递转矩又承受弯矩，如齿轮减速器中的轴；传动轴只传递转矩而不承受弯矩或弯矩很小；心轴则只承受弯矩而不传递转矩。制造轴一般采用的材料是碳素钢和合金钢。35、45等优质碳素钢因具有较高的综合力学性能，应用较多，为了改善力学性能，应进行正火或调质处理。合金钢具有较高的力学性能与较好的热处理性能，但价格较贵，多用于特殊要求的轴。3.5.1 传动轴的设计计算1.主运动轴（从动轴）的设计. 求主运动轴上的功率P，转速，转矩。由上述可知，. 求作用在从带轮上的力已知低速带轮的基准圆直径为而初步知道：圆周力： （4） 径向力： （5）轴向力： （6）. 初步确定主运动轴的最小直径 先按课本初步估算轴的最小直径,选取轴的材料为45钢,调质处理,根据机械设计基础的公式14-2： （7）式中：C由轴的材料和承载情况确定的常数； P传递的功率； n轴的转速。带入数据： 轴的最小直径取20mm，显然是安装在轴承上的直径,为了使所选的轴与轴承吻合,故需同时选取轴承的型号。. 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 初步设计主运动轴（从动轴）如图5：图3-3 轴简图为了满足安装定位要求,如上图，ab段安装从动带轮，bc段安装轴承，de段安装圆锥滚筒，为了使轴在运动时不轴向运动，在ce段两头要安装止推轴承，ef段安装另一轴承。在左侧应钻螺纹孔，起轴向固定作用。1） 初步选择滚动轴承 因轴承同时受有径向力和轴向力的作用,但轴向力相对较小，故选用单列深沟球轴承。参照工作要求并根据,由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组标准精度级的单列深沟球轴承6004型，如表5：表3-5 轴承参数表DB轴承代号17351019.432.660032042122537600425471230426005305513 36496006 图3-4 深沟球轴承2. 主运动轴各轴段长度直径的确定 对于选取的单向深沟球轴承其尺寸为的,故直径;而长度，考虑到实际工作情况，将工作轴段调整为。这样轴的总长为350mm。3. 求轴上各载荷 首先根据结构图作出轴的计算简图, 确定顶轴承的支点位置时,查机械设计手册得对于6004型的深沟球轴承,做为简支梁的轴的支承跨距.由上述可知，圆周力：=，径向力：，轴向力：1）求垂直面的支承反力 （8） 2）求水平面的支承反力 （9）3）F力在支点产生的反力 （10） （11）4）绘垂直面的弯矩图 （12）5）绘水平弯矩图 （13）6）F力产生的弯矩图 （14）a-a截面F力的弯矩为： （15）7）合成弯矩图考虑到最不利的情况，把与直接相加 （16）8）求轴传递的转矩 （17）9）求危险截面的当量弯矩 （18）假设扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数=0.6，代入前式可得10）计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调质处理，查表的，由表查得,则 （19） 考虑到键槽对轴的削弱，将d值加大5%，故从动轴的载荷分析如图3-5所示。图3-5 轴载荷分析图综合上述计算，传动轴总体设计结构如图 图3-6 传动轴3.5.2 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度根据 （20）前已选轴材料为45钢，调质处理，查表15-1得此轴合理安全。3.5.3 精确校核轴的疲劳强度 应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面1和2处过盈配合引起的应力集中最严重,从受载来看,截面1上的应力最大.截面的应力集中的影响和截面的相近,但是截面不受扭矩作用,同时轴径也较大,故不必做强度校核.截面C上虽然应力最大,但是应力集中不大,而且这里的直径最大,故C截面也不必做强度校核,截面和显然更加不必要做强度校核.由附录可知,键槽的应力集中较系数比过盈配合的小，因而,该轴只需校核截面1左右两侧证即可。(1)截面1左侧。抗弯系数 抗扭系数 轴的材料为45钢。调质处理。由课本表查得： 因： 经插入后得： 轴性系数为 所以 -1）所以 综合系数为： 碳钢的特性系数 取0.1 取0.05计算安全系数 （21） （22） （23）所以它是安全的(2)截面1右侧抗弯系数 抗扭系数 截面1左侧的弯矩M为 M=53截面上的扭矩为 截面上的弯曲应力： （24）截面上的扭转应力： （25） （26）所以 综合系数为： 碳钢的特性系数 取0.1， 取0.05。安全系数 所以它是安全的。3.6 轴承的选择及校核滚动轴承一般是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴上，外圈装在机座和轴承座上。内圈上有滚道，当内外圈相对旋转时，滚动体将沿着滚道滚动。保持架的作用是把滚动体均匀地隔开。滚动体与内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击性。一般用含铬合金钢制造。工作表面要磨削和抛光。与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换等优点。所以选择滚动轴承。由上述计算可知，假设选择6004的单排滚动轴承不成立，要选择6006型号的。现对其进行校核。(1)求当量动载荷 因该轴承受 和的作用，必须求出当量动载荷P。计算时用到的径向系数、轴向系数要根据值查取，而是轴承的径向额定静载荷，在轴承型号未选出前暂时不知道，故用试算法。根据机械设计基础表16-11，暂取，则。因，则，由机械设计基础表16-11查得，。由式 （27）(2)计算所需径向基本额定动载荷值由式: （28）式中：（查机械设计基础表16-9得）； （查机械设计基础表16-8得，因工作温度不高）； 是使用寿命，定为所以：查表可知N故6006轴承的，与原估算接近，适用。3.7 圆柱筒的设计计算切片机的刀片安装在圆柱形滚筒上，刀刃的运动轨迹为圆柱形。因为圆柱筒制造比较麻烦，常采用焊接件连接各部分零件。它的设计如下图10：图3-7 圆柱滚筒简图 良好的切片器应该是切片质量高，即成品的切割面光滑整齐，耗用动力小，结构紧凑，工作平稳，刀刃便于磨锐，使用和维修方便。刀片安装时应满足一下三方面的要求:(1) 钳住物料，保证切割 设AB为动刀刃口，CD为出料斗壁相当于定刀刃口，夹角为动、定刀片对物料的钳住角。当物料开始被刀片切割时，对同一物料引起的摩擦角也不通。设直线形动刀刃AB对圆柱形物料切割时的正压力为，摩擦力为为动刀片对物料的摩擦系数。定刀刃对物体的正压力为，摩擦力为为定刀刃对物体的摩擦系数，见下图11：图3-8 物体受力分析图要使物体不被推出，稳定切割的条件是： （29）将两式联立后得：两边除以得： （30）因为，代入后得： （31） 式中： 定刀刃对物料的摩擦角，由实验求得； 动刀刃对物料的摩擦角，由实验求得。 由上述计算可知，刀片的钳住角a必须小于才能钳住物料，保证稳定切割。因此由各资料得出，钳住角可选为30度。(2)切割功率要小 切割功率消耗与刀片的切割方式能否产生滑切，单位刃口长度上的承受压力大小以及刀片的特性系数等因素有关。若要切割功率消耗小，需产生滑切。(3)切割阻力矩均匀 切刀工作时，不但要求耗用动力少，而且要求从切割开始参加切割，直到切割终了的切割力矩基本不变，以保持切片机能够平稳工作。3.8 键的选择与强度校核3.8.1 键的选择 键主要用来实现轴和轴上零件之间的周向固定以传递转矩。键是标准件，分为平键、半圆键、契键和切向键。本设计采用平键连接，它的两侧是工作面，上表面与轮毂槽底之间留有间隙。3.8.2 键的强度校核(1)选择键联接的类型和尺寸 一般9精度的尺寸的齿轮没有定心精度要求，用平键比较好。 查机械设计课程设计手册表4-2取： 键宽 键高键长 其中键O安装在从动带轮上，键1、2安装在圆锥滚筒上。(2)校核键联接的强度 查得 工作长度 (3)键与轮毂键槽的接触高度 由公式得： （33） （34） 两者都合适取键标记为： 键0：825AGB/T1096-1979 键1：1245AGB/T1096-19794 其他部件的设计 本切片除了上述主要零部件外，还有机架底座，刀片，其中机架底座由进料斗、出料斗和机架组成。其他部件如减速器，联轴器等是标准件，可以买到，这里就不再详述。4.1 入料斗设计 入料斗要保证物料顺利进入切割刀口。根据切削要求及工作原理，将入料斗设计成直筒式，这样待加工冻肉块就能顺利滑下，不会造成堵塞。各零件用焊接结好后由螺钉连接上下料斗在机架上。 图3-9 入料斗 4.2 出料斗设计 出料斗的作用主要是让以加工的物料只通过这个通道出来，其次是包裹住刀片起到安全作用及整体结构上的平衡，美化外观。连接如料斗。 图3-10 出料斗4.3 冻肉模的设计冻肉模就是要把羊肉冻成入料口规定的形状尺寸，把生羊肉剔骨后，放进肉模内，在低温下冷冻成型。采用合页连接的圆筒状，具体如下图:图3-11 冻肉模4.4 机架底座 机架底座主要采用L形钢焊接而成，起固定工作机，安装电动机、减速器等零部件的作用。具体形状如附件上零件图总结 将近两个月的毕业设计任务就要完成，在此对两个月来的设计过程进行总结。此次毕业设计的题目是冻肉切片机。在选好题确定了导师后，我感到既紧张又兴奋，对我来讲，大学四年了，要自行设计一部机器