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22 绞肉机 设计 任务书 毕业论文 cad 图纸 全套 资料

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故障的分析、尺寸的决定以及凸轮的分析和应用 前言介绍： 作为一名设计工程师有必要知道零件如何发生和为什么会发生故障，以便通过进行最低限度的维修以保证机器的可靠性。有时一次零件的故障或者失效可能是很严重的一件事情，比如，当一辆汽车正在高速行驶的时候，突然汽车的轮胎发生爆炸等。另一方面，一个零件发生故障也可能只是一件微不足道的小事，只是给你造成了一点小麻烦。一个例子是在一个汽车冷却系统里的暖气装置软管的松动。后者发生的这次故障造成的结果通常只不过是一些暖气装置里冷却剂的损失，是一种很容易被发现并且被改正的情况。 能够被零件进行吸收的载荷是相当重要的。一般说来，与静载重相比较，有两个相反方向的动载荷将会引起更大的问题，因此，疲劳强度必须被考虑。另一个关键是材料是可延展性的还是脆性的。例如，脆的材料被认为在存在疲劳的地方是不能够被使用的。 很多人错误的把一个零件发生故障或者失效理解成这样就意味着一个零件遭到了实际的物理破损。无论如何，一名设计工程师必须从一个更广泛的范围来考虑和理解变形是究竟如何发生的。一种具有延展性的材料，在破裂之前必将发生很大程度的变形。发生了过度的变形，但并没有产生裂缝，也可能会引起一台机器出毛 病，因为发生畸变的零件会干扰下一个零件的移动。因此，每当它不能够再履行它要求达到的性能的时候，一个零件就都算是被毁坏了（即使它的表面没有被损毁）。有时故障可能是由于两个两个相互搭配的零件之间的不正常的磨擦或者异常的振动引起的。故障也可能是由一种叫蠕变的现象引起的，这种现象是指金属在高温下时一种材料的塑性流动。此外，一个零件的实际形状可能会引起故障的发生。例如，应力的集中可能就是由于轮廓的突然变化引起的，这一点也需要被考虑到。当有用两个相反方向的动载荷，材料不具有很好的可延展性时，对应力考虑的评估就特别重要。 一般说来，设计工程师必须考虑故障可能发生的全部方式，包括如下一些方面： 压力 变形 磨损 腐蚀 振动 环境破坏 固定设备松动 在选择零件的大小与形状的时候，也必须考虑到一些可能会产生外部负载影响的空间因素，例如几何学间断性，为了达到要求的外形轮廓及使用相关的连接件，也会产生相应的残余应力。 凸轮是被应用的最广泛的机械结构之一。凸轮是一种仅仅有两个组件构成的设备。主动件本身就是凸轮，而输出件被称为从动件。通过使用凸轮，一个简单的输入动作可以被修改成几乎可以想像得到的任何输出运动 。常见的一些关于凸轮应用的例子有： 凸轮轴和汽车发动机工程的装配 专用机床 自动电唱机 印刷机 自动的洗衣机 自动的洗碗机 高速凸轮 (凸轮超过 1000 的轮廓必须从数学意义上来定义。无论如何，大多数凸轮以低速 (少于 500 行而中速的凸轮可以通过一个大比例的图形表示出来。一般说来，凸轮的速度和输出负载越大，凸轮的轮廓在被床上被加工时就一定要更加精密。 材料的设计属性 当他们与抗拉的试验有关时，材料的下列设计特性被定义如下。 静强度： 一个零件的强度是指零件在不会 失去它被要求的能力的前提下能够承受的最大应力。因此静强度可以被认为是大约等于比例极限，从理论上来说，我们可以认为在这种情况下，材料没有发生塑性变形和物理破坏。 刚度： 刚度是指材料抵抗变形的一种属性。这条斜的模数线以及弹性模数是一种衡量材料的刚度的一种方法。 弹性： 弹性是指零件能够吸收能量但并没有发生永久变形的一种材料的属性。吸收的能量的多少可以通过下面弹性区域内的应力图表来描述出来。 韧性： 韧性和弹性是两种相似的特性。无论如何，韧性是一种可以吸收能量并且不会发生破裂的能力。因此可以通过应力图里面的总面 积来描述韧性，就像用图 2.8 b 描绘的那样。显而易见，脆性材料的韧性和弹性非常低，并且大约相等。 脆性： 一种脆性的材料就是指在任何可以被看出来的塑性变形之前就发生破裂的材料。脆性的材料一般被认为不适合用来做机床的零部件，因为当遇到由轴肩，孔，槽，或者键槽等几何应力集中源引起的高的应力时，脆性材料是无法来产生局部屈服的现象以适应高的应力环境的。 延展性： 一种延展性材料会在破裂之前表现出很大程度上的塑性变形现象。延展性是通过可延展的零件在发生破裂前后的面积和长度的百分比来测量的。一个在发生破裂的零件，其伸 长量如果为 5%，则认为该伸长量就是可延展性和脆性材料分界线。 可锻性： 可锻性从根本上来说是指材料的一种在承受挤压或压缩是可以发生塑性变形的能力，同时，它也是一种在金属被滚压成钢板时所需金属的重要性能。 硬度： 一种材料的硬度是指它抵抗挤压或者拉伸它的能力。一般说来，材料越硬，它的脆性也越大，因此，弹性越小。同样，一种材料的极限强度粗略与它的硬度成正比。 机械加工性能（或切削性）： 机械加工性能是指材料的一种容易被加工的性能。通常，材料越硬，越难以加工。 压应力和剪应力 除抗拉的试验之外，还有其它一些可以提 供有用信息的静载荷的实验类型。 压缩测试： 大多数可延展材料大约有相同特性，当它们处于受压状态的紧张状态时。极限强度，无论如何，不能够被用于评价压力状态。当一件具有可延展性的样品受压发生塑性变形时，材料的其它部分会凸出来，但是在这种紧张的状态下，材料通常不会发生物理上的破裂。因此，一种可延展的材料通常是由于变形受压而损坏的，并不是压力的原因。 剪应力测试： 轴，螺钉，铆钉和焊接件被用这样一种方式定位以致于生产了剪应力。一张抗拉试验的试验图纸就可以说明问题。当压力大到可以使材料发生永久变形或发生破坏时，这时 的压力就被定义为极限剪切强度。极限剪切强度，无论如何，不等于处于紧张状态的极限强度。例如，以钢的材料为例，最后的剪切强度是处于紧张状态大约极限强度的 75%。当在机器零部件里遇到剪应力时，这个差别就一定要考虑到了。 动力载荷 不会在各种不同的形式的力之间不停发生变化的作用力被叫作静载荷或者稳定载荷。此外，我们通常也把很少发生变化的作用力叫作静载荷。在拉伸实验中，被分次、逐渐的加载的作用力也被叫作静载荷。 另一方面，在大小和方向上经常发生变化的力则被称为动载荷。动载荷可以被再细分为以下的 3种类型。 变载荷： 所 谓变载荷，就是说载荷的大小在变，但是方向不变的载荷。比如说，变载荷会产生忽大忽小的张应力，但不会产生压应力。 周期性载荷： 像这样的话，如果大小和方向同时改变，则就是说这种载荷会反复周期性的产生变化的拉应力和压应力，这种现象往往就伴随着应力在方向和大小上的周期性变化。 冲击载荷： 这类载荷是由于冲击作用产生的。一个例子就是一台升降机坠落到位于通道底部的一套弹簧装置上，这套装置产生的力会比升降机本身的重量大上好几倍。当汽车的一个轮胎碰撞到道路上的一个突起或者路上的一个洞时，相同的冲击荷载的类型也会在汽车的减震 器弹簧上发生。 疲劳失效疲劳极限线图 正如图 果材料的某处经常会产生大量的周期性作用力，那么在材料的表面就很可能会出现裂缝。裂缝最初是在应力超过它极限压力的地方开始出现的，而通常这往往是有微小的表面缺陷的地方，例如有一处材料出现瑕疵或者一道极小的划痕。当循环的次数增加时，最初的裂缝开始在轴的周围的逐渐产生许多类似的裂缝。所以说，第一道裂缝的意义就是指应力集中的地方，它会加速其它裂缝的产生。一旦整个的外围斗出现了裂缝，裂缝就会开始向轴的中心转移。最后，当剩下的固体的内部地区变得足够小，且当压 力超过极限强度时，轴就会突然发生断裂。对断面的检查可以发现一种非常有趣的图案，如图 部的一个环形部分相对光滑一些，因为原来表面上相互交错的裂缝之间不断地发生磨擦导致了这种现象的产生。无论如何，中心部分是粗糙的，表明中心是突然发生了断裂，类似于脆性材料断裂时的现象。 这就表明了一个有趣的事实。当正在使用的机器零件由于静载荷的原因出现问题时，由于材料具有的延展性，他们通常会发生一定程度的变形。 尽管许多地由于静压力导致的零件故障可以通过频繁的做实际的观察并且替换全部发生变形的零件来避免。不管怎样 ，疲劳失效有助于起到警告的作用。汽车中发生故障的零件中的 90%的原因都是因为疲劳的作用。 一种材料的疲劳强度是指在压力的反复作用下的抵抗产生裂缝的能力。持久极限是用来评价一种材料的疲劳强度的一个重要参数。进一步说明就是，持久极限就是指在无限循环的作用力下不引起失效的压力值。 让我们回头来看在图 示的疲劳试验机器的。试验是这样被进行的：一件小的重物被插入，电动机被启动。在试样的失效过程中，由计算寄存器记录下循环的次数 N，并且弯曲压力的相应最大量由第 程式计算。然后用一个新的样品替换掉被毁坏的样 品，并且将另一个重物插入以增加负荷量。压力的新的数值再次被计算，并且相同的程序再次被重复进行，直到零件的失效只需要一个完整周期时为止。然后根据压力值和所需的循环的次数来绘制一个图。正如图表 图被称为持久极限曲线或者 线。由于这需要的前提是要进行无限次的循环，所以我们可以以 100万个循环用来作循环参考单位。因此，持久极限可以从图表 材料是在承受了 100万个循环后而没有发生失效的。 用图 绘的关系对于钢的材料来说更为典型，因为当 N 接近非常大的数字时， 曲线就会变得水平。因此持久极限等于曲线接近一条水平的切线时的压力水平。由于包含了大量的循环，在绘图时， 图 采用这样的方法做时，水平的直线就可以更容易发现材料的持久极限值。对于钢的材料来说，持久极限值大约等于极限强度的 50%。无论如何，已经加工完成的表面如果不是一样的光滑，持久极限的值就会被降低。例如，对于钢材料的零件来说， 63 微英寸（ 的机械加工的表面，零件的持久极限占理论的持久极限的百分比降低到了大约 40%。而对于粗糙的表面来说 （ 300至更多），百分比可能降低到 25%左右的水平。 最常见的疲劳损坏的类型通常是由于弯曲应力所引起的。其次就是扭应力导致的失效，而由于轴向负载引起的疲劳失效却极少发生。弹性材料通常使用从零到最大值之间变化的剪应力值来做实验，以此来模拟材料实际的受力方式。 就一些有色金属而论，当循环的次数变得非常大时，疲劳曲线不会随着循环次数的增大而变得水平。，而疲劳曲线的继续变小，表明不管作用力有多么的小，多次的应力反复作用都会引起零件的失效。这样的一种材料据说没有持久极限。对于大多数有色金属来说，它们都有一个持久极限，数值大小大约是极限强度的 25%。 温度对屈服强度和弹性模数的影响 一般说来，当在说明一种拥有特殊的属性的材料时，如弹性模数和屈服强度，表示这些性能在室温环境下就可以存在。在低的或者较高的温度下，材料的特性可能会有很大的不同。例如，很多金属在低温时会变得更脆。 此外，当温度升高时，材料的弹性模数和屈服强度都会变差。图 示了低碳钢的屈服强度在从室温升高到 10000%。 当温度升高时，图 方面的削减。正如从图上可以看见的那样，弹性模数在从室温升高到 10000%。从这张图表中，我们也能看到在室温下承受了一定载荷而不会发生变形的零件却可能在高温时承受相同载荷时发生永久变形。 蠕变： 一种塑性变形的现象 由于温度效应的影响，金属中产生了一种被称为蠕变的现象，一个承受了一定的载荷的零件的塑性 变形是按照一个时间函数来逐渐增加的。蠕变现象在室温的条件下也是存在的，但它发生的过程是如此之慢，以致于很少变得像在预期寿命中温度被升高到 300渐增加的塑性变形可能在一段短的时期内变得很明显。材料的抗蠕变强度是指材料抵抗蠕变的属性，并且抗蠕变强度的数据可以通过处理长期的蠕变试验 (模拟实际零件的操作条件 )来获得。在试验的过程中，给定的材料在规定的温度下的塑性应变被被进行了实时监控。 由于蠕变是一种塑性变形现象，发生了蠕变的零件的尺寸可能就会被永久的改变。因此，如果一个零件是在很强的强度下 运转的话，那么设计工程师必须精确地预言将在机器的使用寿命期间可能发生的蠕变的次数。否则，与此伴随的或者相关的问题就可能发生。 在高温下，当螺栓被用来紧固零件时，蠕变就可能变成一个必须解决的问题。处在压力状态下的螺钉，蠕变是按照一个时间函数来发生的。因为变形是塑性的，夹紧力的损失将可能导致螺纹连接件的意外松动。像这种特殊的现象，通常被称为松弛，我们可以通过进行适当的蠕变强度时测试来确定是不是发生了蠕变。 图 中，我们可以注意到在高温条件下，蠕 变发生的速度逐渐加速，直到零件失效。从图表里的时间轴上 (x 轴 )，我们可以描述在 10年的时间里，这种产品的预期寿命。 总结 机器设计者必须理解进行抗拉的静止强度的测试目的。这种试验可以确定被在设计方程式过程中使用的许多金属的机械特性。像弹性模数，比例极限，屈服强度，弹性，以及延展性等等可以根据抗拉试验来决定它们的特性。 动载荷是指那些，在大小和方向上发生变化并且可能需要对机器零件在抵抗失效能力上的研究。由于应力的反复作用，允许使用的安全应力是基于材料的持久极限而不是基于屈服强度或者是极限强度。 压力集中在机器 零件改变尺寸的位置发生，例如在一块平的金属板上的一个孔或者一块平板、一个沟槽、一个圆轴上的皮带在宽度方向上的突然变化。尤其是在一块平板上或一块条板上有一个孔的情况下，当孔的大小减少时，最大应力的值相对于平均应力变得大得多。减少的压力集中影响的方法通常就是使在形状上的变化更有规律性。 被设计出来的机械零件被用于在低于屈服强度或者极限强度的一些允许的环境下使用。这种方法可以用来照顾到在加工期间像材料属性的变化和残余应力的产生这样的未知因素， 以及用来做近似而不是精确计算的方程式。根据屈服强度或者极限强度来确定安 全系数以决定安全应力的大小。 温度能影响金属的机械特性。温度的增加可能会引起金属的热胀和蠕变，并且还可能降低它的屈服强度和它的弹性模数。如果大多数金属不被允许在温度发生变化时发生膨胀或者收缩，那么压力就会被当做载荷来看待。这现象在依靠干涉配合来进行零件装配时是有益的。一个毂或者孔的内径比与它相配的轴或者圆柱的直径小一点。先将毂加热后，由于热胀冷缩，此时可以轻松的将轴插入其中。当它冷却以后，同样由于热胀冷缩，它的内孔直径会变小，从而对插入其中的轴产生了很大的摩擦力，有效的防止了轴的松动。 计算机辅助制造构造的 类型 盘形凸轮 . 这类凸轮是最受欢迎的类型之一，因为这种凸轮的设计和制造是比较简单和容易的。如图 以注意到从动件移动到了与凸轮的旋转轴垂直的位置。所有的凸轮都按照两个不同的实体在运转时不会互相碰撞的基本原理来运行。因此，随着凸轮的旋转（在这种情况下，一般是逆时针转），从动件要么向上移动要么就接受适当的约束。我们应该把注意力集中于防止从动件发生粘接和使从动件的运动满足生产的要求。当从动件向下移动时，弹簧需要使从动件的棍子和凸轮的轮廓保持。棍子是被用来减少齿轮接触表面的磨擦力的。对于凸轮的 每次旋转来说，从动件通过对凸轮底部死点的冲击使其移动到顶端。 图 示的是一个带有一个尖顶从动件的盘形凸轮。复杂的动作可以通过这类从动件产生，因为一个点能够精确地跟随着凸轮轮廓的任何突然变化。无论如何，这种设计局限于负荷是非常小的应用里；否则两个实体的接触点将会被磨损掉，从而导致一系列的问题出现。 盘形凸轮的两个另外的变量分别是旋转的从动件和从动件的偏移量，如图 需要的是旋转的运动时，一个旋转的从动件就会被使用。关于从动件的偏移量，我们需要注意从动件的偏移量的大小是取决于像压力角和凸轮外 轮廓等参数的，这两个参数稍后将会被介绍。没有偏移量的从动件被称作同轴心的从动件。 传递动力的凸轮：如图 描绘的被用来传递动力的凸轮。当凸轮朝着水平的方向传递运动时，从动件会产生上下滑动。从这里我们可以看出，一个旋转的从动件和一个滑动的从动件都可以被使用。这种类型的动作通常会被用在一些生产用于凸轮上的产品的专用机床上。这种设计上的变化在旋转和传输动力的三维的凸轮上体现了出来。例如，一块手工制造的步枪原料被放在一台专用车床上。这块原料的形状是要求能够实现以各凸轮所要达到的功能。当它旋转并传输动力时，从动 件就可以控制用来把一块木材加工成生产步枪原料的机床。 主动凸轮：在上述的凸轮设计中，凸轮和从动件之间在往返运动中保持接触是通过弹簧力的作用来保证的。无论如何，处于高速运转中的凸轮，用来保持凸轮和从动件之间的接触的弹簧力可能会变得很大，这是由于凸轮在高速运动中的加速度会产生额外的动作用力，接触的位置可能会发生变形。在这种情况下，接触面可能产生过大的压力，这样将会导致零件过早的被磨损。主动凸轮是不需要弹簧的，因为从动件被迫在两个方向上与凸轮接触。这样的主动凸轮可以分为 4类：圆柱形的凸轮，开槽的盘形凸轮 (也叫表 面凸轮 )，分型板凸轮，以及共轭凸轮。 圆柱形凸轮：如图 柱形凸轮可以使从动件实现不断的往复运动。过凸轮上槽沟的设计，我们可以实现使用几个凸轮轴来完成从动件的圆周分布。 开槽的盘形凸轮：在图 们可以看到一个带有旋转的从动件的分型板凸轮，但是这样的设计也可以被用于传递动力的从动件上面。凸轮 一起绕着凸轮轴 轮 接触，而凸轮 保持着接触。滚筒 都被安装在一根直角杠杆上，而这个直角杠杆是绕着点 A 摆 动的从动件。当凸轮 的需要的动作时，凸轮 提供需要的动作。 共轭凸轮这种类型的凸轮，正如图表 一个被安装在凸轮轴偏心处的圆凸轮组成。从动件每次的摆度等于两倍的凸轮的偏心矩 e。这样的凸轮会生产简谐振运动而没有保留时间。下面更进一步的讨论一下第 分。 计算机辅助制造的专有名词 在我们涉及凸轮的设计之前，我们很有必要知道各种各样被用于鉴别凸轮的重要的设计参数。看一下下图 果你把凸轮想像成是不动的，而从动件是绕着凸轮转动的，那么，你将更容易理 解对凸轮的描述。 轨迹点：是指尖顶从动件的终点或者辊子中心或者辊子之类的从动件的终点。 凸轮轮廓：凸轮的实际形状。 基圆：是指能够画出来的且与凸轮的轮廓线相切的最小的圆。它的中心也就是凸轮轴的中心。凸轮轴里的最小的半径就是基圆的半径。 啮合曲线：假定凸轮是固定不动的，从动件绕着凸轮旋转的，那么，轨迹点的路径就是啮合曲线。 优圆：优圆是指与啮合曲线相切，且它的中心也在分配轴的中心的圆。 压力角：压力角是指从动件的运动方向与节圆上辊子的中心所在的点之间的角度。 凸轮外形：与凸轮轮廓相同。 指从动件离凸轮中心最近的位置。 行程：是指从动件在 高度上的行程：是指从动件从 时高度的变化值。 返程：是指从动件从 轮廓平行线：是指当凸轮在转动时，从动件可以和凸轮的中心保持恒定的距离不变的轨迹。 我们可以通过图 深刻的理解。在这里， 任何一个接触点的地方，它一定是与表面垂直的。 反 ，它时通过压力角 来表明从动件的运动的方向的。因此，力 直分量是向上驱动从动件的那个力，因此，忽略了摩擦力，就等于从动件所受的力。水平方向的力没有座有用功，但是它仍然是不可或缺的。事实上，它试图使从动件能够沿着它的方向走。这样就可能会损坏从动件或者使从动件被卡死。很明显，我们希望压力角能够尽可能的减小测向力的大小。一个实际的经验法则是设计凸轮轮廓时，应使压力角的度数不超过 30o 。压力角的大小，一般说来，取决于从动件的以下四个参数： 基圆的大小 。 从动件相对主动件的圆心的偏移量的大小。 滚筒直径的大小。 凸轮轮廓平面 (取决于使用的从动件运动的从动件行程和类型 )。 如果凸轮的要求没有改变，那么前面提到的一些参数就不能被改变。例如空间的限制。在我们已经学习过了如何设计凸轮之后，我们将学到减小压力角的各种各样的方法。 湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）任务书 论文（设计）题目： 绞肉机的设计 学号： 2006183822 姓名： 李昌席 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 系主任： 一、主要内容及基本要求 原料 :肉类 生产动力 : 螺旋供料器的转速 n 326r/ 要求 :绘制总装备图 ,其他元件图周拆合为 说明书 1 份 10000 字以上 全部激光打印 翻译资料 1 份 3000 字符 光盘 2 张 二、重点研究的问题 绞肉机的结构，工作原理以及完成对中等复杂程度机械的计算、结构设计等工作 . 三、进度安排 序号 各阶段完成的内容 完成 时间 1 熟悉题目 调研 收集材料 第 1 2 方案设计 论证 第 3 3 总体设计 机械设计计算 第 5 4 绘制装备图 元件图 第 8 5 撰写说明书 翻译资料 第 12 6 修改图纸 打图 第 14 周 四、应收集的资料及主要参考文献 1 吴宗泽主编机械设计实用手册 M第一版北京：化学工业出版社 1999 2 濮良贵、纪名刚主编机械设计 M第七版北京：高等教育出版社 2001 3 张裕中主编食品加工技术装备 M第一版北京：中国轻工业出版社 2000 4 无锡轻工业学院、天津轻工业学院编食品工厂机械与设备 M第二版北京：轻工业出版社 1985 5 胡继强主编食品机械与设备 M第一版北京：中国轻工业出版社 1999 6 李兴国 主编食品机械学（下册） V第一版四川：四川教育出版社 1992 7 中国农业机械化科学研究院编实用机械设计手册（下） M北京：中国农业机械出版社 1985 8 成大先主编机械设计手册（第 4 卷） M 第四版北京：化学工业出版社 2002 9 毛谦德、李振清主编袖珍机械设计师手册 M第二版北京：机械工业出版社 2002 10 马晓湘、钟均祥主编画法几何及机械制图 M第二版华南理工大学出版社 1992 11 张万昌主编热加工工业基础 V第一版北京 :高等教育出版社 1997 湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）评阅表 学号 2006183822 姓名 李昌席 专业 机械设计制造及其自动化 毕业 论文（设计）题目： 绞肉机的设计 评价项目 评 价 内 容 选题 现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的； 量是否适当 ； 与生产、科研、 社会 等实际 相 结合 。 能力 合归纳资料的能力； 究方法和手段的运用能力； 论文 （设计）质量 述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸 是否完备、整洁、正确，引文是否规范； 无观点提炼，综合概括能力如何； 无创新之处。 综 合 评 价 评阅人： 2010年 5月 日 1 目 录 中文摘要 3 3 第 1 章 绪论 4 第 2 章 结构及工 作原理 5 肉机的结 构 5 料机构 5 割机构 5 动机构 5 肉机的工 作原理 5 第 3 章 螺旋供料 器的设计 7 笼的设计 7 笼的材料 7 旋直径 7 旋供料器的转速 7 旋节距 8 筒的设计 8 第 4 章 传动系统 的设计 9 机的选择 9 传动的设 计 9 计功率 9 定带型 10 动比 10 带轮基准直径 10 带轮基准直径 10 速验算 10 定轴间距 10 需带的基准长度 10 际轴间距 11 带轮 包角 11 根 V 带的基本 额定功率 11 i 时单根 V 带型额定功率增量 11 带的根数 11 根 V 带的预紧力 11 用在轴上的力 11 轮的结构和尺寸 12 轮传动设计 12 择材料，确定 和 及精度等级 12 接触强度进行初步设计 12 定中心距 12 2 定模数 13 定齿数 13 算主要的几何尺寸 13 核齿面接触强度 14 核齿根 的强度 16 轮及齿轮副精度的检验项目计算 17 定齿厚偏差代号 17 定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值 17 定齿轮副的检验项目与公差值 17 定齿坯的精度 18 的设计 18 扭转强度计算 18 第 5 章 绞刀的设计 20 刀的设计 20 刃的起讫位置 21 刃的前角 21 刃的后角 23 刃的刃倾角 23 刃上任一点位量上绞肉速度 24 刀片的结构 26 第 6 章 生产能力分析 27 刀的切割能力 27 肉机的生产能力 27 率消耗 27 设计总结 28 参考文献 29 致谢 30 3 摘要 本文论述了肉类加工机械 绞肉机的工作原理、主要技术参数、传动系统、典型零件的结构设计及生产能力分析。 关键词 ： 绞肉机 ， 挤肉样板 ， 绞刀 ， 绞笼 he of ey 第 1 章 绪论 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人民对食品工业提出了更高的要求 。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的主流食品。食品工业也成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅猛。 食 品工业的现代化水平，在很大程度上依赖于食品机械的发展及其现代化水，离开现代仪器和设备，现代食品工业就无从谈起。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工艺的改进和发展，以工艺的发展进一部促进设备的发展和完善。两者互相促进、互相完善，是使整个食品工业向现代化迈进的必要条件。 在肉类加工的过程中，切碎、斩拌搅拌工序的机械化程度最高，其中绞肉机、斩拌机、搅拌机是最基本的加工主械 种设备。国内一些大型肉类加工厂先后从西德、丹麦、瑞士、日 本等引进了先进的加工设备，但其价格十分昂贵。目前中、小型肉类加工企业所使用的大部分设备为我国自行设计制造的产绞肉机是为中、小型肉类加二企业所设计的较为理想的、绞制各种肉馅的机械，比如生产午餐肉罐头和制造鱼酱、鱼圆之类的产品，它将肉可进行粗、中、细绞以满足不同加工工艺的要求，该机亦可作为其他原料的挤压设备。 5 绞 肉 机 第 2 章 结 构 及 工 作 原 理 绞肉机主要由送料机构、切割机构和驱动机构等组成，如图 2 1 所示。 图 2 1 绞肉机结构 板 包括料斗 7、绞笼 6 和绞筒 5。其作用是输送物料前移到切割机构，并在前端对物料进行挤压。 包括挤肉样板 3,绞刀 2,旋盖 4。其作用是对挤压进人样板孔中的物料进行切割 根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更换。 包括电机 10、皮带轮 9、 12、减速器 8、机架 I 等 工作时，先 开机后放料，由于物料本身的重力和螺旋供料器的旋转，把物连续地送往绞刀口进行切碎。因为螺旋供料器的螺距后面应比前面小，但螺旋轴的直径后面比前面大，这样对物料产生了一定的挤压力，这个力迫使已切碎的肉从格板上的孔眼中排出。 6 用于午餐肉罐头生产时，肥肉需要粗绞而瘦肉需要细绞，以调换格板的方式来达到粗绞与细绞之需。格板有几种不同规格的孔眼，通常粗绞用之直径为 8 10 毫米、细绞用直径 3 5 毫米的孔眼。粗绞与细绞的格板，其厚度都为 10 12 毫米普通钢板。由于粗绞孔径较大，排料较易，故螺旋供料器的转速可比细绞时快些，但最大 不超过 400 转 /分。一般在 200 400 转 /分。因为格板上的孔眼总面积一定，即排料量一定，当供料螺旋转速太快时，使物料在切刀附近堵塞，造成负荷突然增加，对电动机有不良的影响。 绞刀刃 口是顺着切刀转学安装的。绞刀用工具钢制造，刀口要求锋利，使用一个时期后，刀口变钝，此时应调换新刀片或重新修磨，否则将影响切割效率，甚至使有些无聊不是切碎后排出，而是由挤压、磨碎后成浆状排出，直接影响成品质量，据有些厂的研究，午餐肉罐头脂肪严重析出的质量事故，往往与此原因有关。 装配或调换绞刀后，一定要把紧固螺母旋紧，才能保证格板 不动，否则因格板移动和绞刀转动之间产生相对运动，也会引起对物料磨浆的作用。绞刀必须与格板紧密贴和，不然会影响切割效率。 螺旋供料器在机壁里旋转，要防止螺旋外表与机壁相碰，若稍相碰，马上损坏机器。但它们的间隙又不能过大，过大会影响送料效率和挤压力，甚至使物料从间隙处倒流，因此这部分零部件的加工和安装的要求较高。 绞肉机的生产能力不能由螺旋供料器决定，而由切刀的切割能力来决定。因为切割后物料必须从孔眼中排出，螺旋供料器才能继续送料，否则，送料再多也不行，相反会产生物料堵塞现象。 7 第 3 章 螺旋供料器的设计 绞笼的作用是向前输送物料，并在前端对肉块进行挤压。如图 3 1 所示，设计上采用一根变螺距、变根径的螺旋，即螺距后大前小，根径后小前大，这样使其绞笼与绞筒之间的容积逐渐减小实现了对物料的挤压作用。 绞笼前端方形轴处安装绞刀，后端面上安装两个定位键与其主轴前端面 上键槽配合，以传递动力。 024 30 40 80 70805540 80 105 1301 . 65 7 7 . 2 9节距 t 1 3 02 . 5105图 3 1 绞笼 绞笼 的材料选为 螺旋直径 m 取 D 160生产能力 ,由原始条件得 G 1T/H K物料综合特性系数 ,查表 1 K 16得 物料 的堆积密度 t/肉的为 C与螺旋供料器倾角有关的系数，查 15得 C 1 由原始数据 n 326r/ 实体面型螺旋的节距 t D 由于肉在绞筒内受到搅动，且受挤压力的反作用力作用，物料具有向后倒流的趋势，因此在绞笼的内壁上设计了 8 个止推槽 图 3 2所 示 绞筒内壁与绞笼之间的间隙要适当，一般为 3隙太大会使物料倒流 ;间隙太小绞笼与绞筒内壁易碰撞。 绞筒的物料可选用铸铁， 选 图 3 2 绞筒 9 第 4 章 传动系统的设计 由于绞笼只有一种工作转速，则从电机至绞笼的运动路线为定比传动，其总的传动比可利用带传动、齿轮传动等构机逐级减速后得到。 绞笼的转速不易太高，因为输送能力并不是随转速增加而增加。当速度达到一定值以后，效率反而下降，且速度过高，物料磨擦生热，出口处的压力升高，易引起物料变性，影响绞肉质量，因此绞笼的转速一般在 200 一 400r/较适宜。在本机选用 326r/ 14 40 总由传动比标准系列查 2 1 初步取 1i 据选用的电机和绞笼转速要求设计传动路线如下： N= 4(G绞肉机的生产能力， 1000kg/h W切割 1值与孔眼直径有关， d 3 取 w h/查 传动效率，取 以根据 N 4n 1500r/ 0112查 0112 图 4112动机的外观图 计功率 10 工况系数，查 8 1 22 ，取 传递的功率 定带型 根据n 查 8 1 2 选取普通 V 带 A 型， 1n 小带轮转速，为 1440r/ 传动比 2n m 1 801 0 r带轮基准直径1 由 8 1 12 和表 8 1 14 选定 1d 100mm75r/带轮基准直径2 7 61 0 由 8 7 得280 带速验算 d /3025/ 0 060 1 4 4 01 0 01 0 0 060 m a 定轴间距0a（ 80)(2 210 需带的基准长度0 020 4)()(22 12210 2 8 04 802 8 022 8 022 886 8 1 8 取900带型为 A 900 11 际轴间距 a 8 72 8 8 69 0 02 8 02 00 带轮包角 1 0121 a dd = 164 根 V 带的基本额定功率 1p 根据带型号、1n 普通 V 带查 8 1 27（ c） 取 2 1i 时单根 V 带型额定功率增量 1P 根据带型号、 1n 和 i 查 8 1 27（ c） 取 3 V 带的根数 Z Z = 11 带轮包角修正系数查 8 1 23,取 带长修正系数查 8 1 8，取 4 单根 V 带的预紧力0 0 0 = 00 =134（ N） m V 带每米长的质量（ kg/m）查 8 1 24，取 5 作用在轴上的力(106182s i i 0 )(159282s i i 0m a x 考虑新带初预紧力为正常预紧力的 轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀， 重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。 轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度 以减轻带的磨损。 带轮的材料为 8 1 10 得基准宽度制 V 带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查 8 1 16 确定轮辐 2*454012 1 A 1 0 . 1 1 A 4 53 . 240带轮 图 4带轮 轮传动设计 择材料，确定 和 及精度等级。 参考 8 3 24 和表 8 3 25 选择两齿轮材料为：大、小齿轮均为 40 并经调质及表面淬火，齿面硬度为 45 50度等级为 6 级。 按硬度下限值，由 8 3 8（ d）中的 质量指标查得 M P 1 2 02 ；由 8 3 9 （ d ） 中 的 质 量 指 标 查 得 M 0021 ；M P 502 。 接触强度进行初步设计 定中心距 a（按 8 3 27公式进行设计 ） 13 3 21 )1( 式中：配对材料修正系数 1（由 8 3 28 查取） 螺旋角系数 476（由 8 3 29 查取） 载荷系数 K 考 8 3 27 推荐值） 小齿轮额定转矩 )(齿宽系数a 考 8 3 4 推荐值） 齿数比 u=i=用接触应力 M P 0 0 81 1 2 l i m （参考 8 3 27 推荐值） 则 , 0 76 32 取 a 80定模数 m (参考 3 4 推荐表 ) m=(a=取 m= 13 1( = 取 30 30=75 取 5 重新确定螺旋角 7530(r c c o (a r c c o s 21 a n 3 5 进行计算） 分度圆的直径 m z1/=30/=m z2/=5/=顶圆直径 2 2 4 端面压力角 s r c r c tg (查 3 4) 基圆直径 d1 d2 348 顶圆压力角 1at=2端面重合度 a=21 ） + z2() =宽 b=a0 32 取 32 40宽系数 d=1 向重合度 量齿数 311 zz v 322 zz v 校核齿面接触强度（按 3 10校核） 强度条件： H H 计算应力： 1H =B Z 11= 1H名义切向力 12000d T=2044N 15 使用系数 1（由 8 3 31 查取） 动载系数 B 式中 V= 0 060 0 060 11 A= B= C= 向载荷分布系数 KH= 8 3 32 按硬齿面齿轮，装配时检修调整， 6 级精度 KH 对称支称公式计算） 齿间载荷分配系数 8 3 33查取） 节点区域系数 8 3 11查取） 重合度的系数 Z（由 3 12 查取） 螺旋角系数 Z（由 3 13 查取） 弹性系数 （由 3 34查取） 单对齿齿合系数 1 1H = 2H 4 用应力： H = 式中：极限应力 =1120小安全系数 3 35 查取） 寿命系数 3 17查取） 润滑剂系数 3 19 查取，按油粘度等于 350 16 速度系数 ,95.1 由 3 20 查取） 粗糙度系数 3 21 查取） 齿面工作硬化系数齿面硬度 45 3 22 查取） 尺寸系数 1（由 3 23查取） 则： H = 20 =826足 H H 3 30校核） 强度条件： 1F 1F 许用应力： 1F = 112212Y 式中：齿形系数1 2 3 15（ a）查取） 应力修正系数 3 16（ a）查取） 重合度系数 Y=旋角系数Y= 3 14 查取） 齿向载荷分布系数中 N= 3 30计算） 齿间载荷分配系数 3 33查取） 则 1F =F = 1F =用应力： F = （按 值较小齿轮校核） 式中：极限应力 =3507 安全系数 3 35查取） 应力修正系数（按 3 30 查取） 寿命系数 8 3 18 查取） 齿根圆角敏感系数 3 25查取） 齿根表面状况系数（按 3 26查取） 尺寸系数 1（按 3 24查取） 则 F = M P 0 满足， 2F 1F F 验算结果安全 齿轮） 确定齿厚偏差代号为 ： 688（参考 3 54 查取） 定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值（参考 8 3 58查取） 第公差组检验切向综合公差 11iF=F =按 3 69计算，由 8 3 60，表 8 3 59查取 )； 第公差组检验齿切向综合公差 11.6（） =按 8 3 69计算，由 8 3 59查取）； 第公差组检验齿向公差F= 3 61查取）。 考 3 58选择） 对齿轮，检验公法线长度的偏差齿厚偏差的代号 据表 8 3 53 的计算式求得 齿 厚 的 上 偏 差1212 齿 厚 下 偏 差1616 公 法 线 的 平 均 长 度 上 偏 差F =20 20 a =偏差18 +F =20 +20 =表 8 319 及其表注说明求得公法线长度跨齿数 K=10，则公法线长度偏差可表示为： 对齿轮传动，检验中心距极限偏差f，根据中心距 a=80表查得 8 3 65 查得f= ；检验接触斑点，由表 8 3 64查得接触斑点沿齿高不小于 40%，沿齿长不小于 70%；检验齿轮副的切向综合公差据 8 3 58的表注 3，由 8 3 69， 8 3 59及 3 60计算与查取）；检验齿切向综合公差根据 3 58 的表注 3，由 3 69， 3 59 计算与查取）。 对箱体，检验轴线的平行度公差， 3 63查取）。 确定齿坯的精度要求按 3 66 和 8 3 67查取 。 根据大齿轮的功率，确定大轮的孔径为 33尺寸和形状公差均为 6级，即 轮的径向和端面跳动公差为 （如图 4 0 . 0 1 4 5?4700 ?458图 4齿轮简图 用实心轴 19 33 5 式中 :d轴的直径， 轴传递的转矩， 轴传递的额定功率， kw n轴的转速， r/ 轴材料的许用切应力， 系数，见【 1】表 4 1 8，这里取 120 根据上面公式计算，齿轮轴的最小直径 d 20齿轮轴的最小直径 d 20据结构，设计如图 2 2 322?16?20+0,0792?23?25+0,0792?31?45,7?31?25+0,079240152040202645图 4 5齿轮轴 ?30+0,0792630 . 82 * 4 5261 8 247?27?30+0,0792?33+0,079232图 4 6 低速轴 20 第 5 章 绞 刀 设 计 绞刀的作用是切割物料。它的内孔为方形，安装在绞笼前端的方轴上随其一起旋转，刀刃的安装方向应与绞笼旋向相同。 绞刀的规格有 2 刃、 3 刃、 4 刃、 6 刃、 8 刃。 绞刀用 n 材料制造，淬火硬度为 60，刃口要锋利，与样板配合平面应平整、光滑。 刀的设计 绞刀的几何参数对所绞出肉的颗粒度以及产品质量有着很大的影响，现对十字刀片的各主要几何参数进行设计。 十字刀片如图 (5 1)所示。其每一刃部的绞肉 (指切割肉的 )线速度 分布亦如该图所示。从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度v。 图 5 绞肉机 绞 刀片示意图及每一叶刀片上速度分布 其值为： 30000nv p （ ） 式中：刀片刃部任一点的线速度 m s； n刀片的旋转速度 刀片刃部任一点至旋转中心的距离 r刀刃起始点半径 m m ； R 刀刃终止点半径 再从任一叶刀片的横截面上来看 图 (5 A 截面 ，其刃部后角 较大，而前角 及刃倾角 都为零。 因此，该刀片的几何参数 (角度 )不尽合理。故再将以一叶刀片的与网眼扳相接触的一条刀刃为对象，分析刀片上各参数的作用及其影响，设计各参数。 21 绞肉时，绞肉机的十字刀片作旋转运动。从式 I可以看出，在转速一定的条件下，刀刃离旋转中心点越远，则绞肉 (指切割肉的 )线速度越快。并且在螺杆进科速度也一定的条件下，假定绞肉时刀片所消耗的功全部转化为热能，则任一与网眼板相接触的刀刃，在单位时间内产生的热量为： 式中： Q单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割肉所产生的热量（ J s） F铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（ N）（参见第二部分刀刃的前角式 4) 任一刀刃切割肉的线速度（ m s） 所以，绞肉 (切割肉 )的线速度越快，则所产生的热量也越大，因此绞肉的线速度不能很高。 根据经验，我们知道一般绞肉时刀刃切割肉的钱速度处在 30一 90m 此由这些数据可估算 出刀刃的起讫位置，即刃的起点半径 和终点半径 R。 根据式 1得： 3 我们已知十字刀片得转速 n 326r/ 时， ， r 30m/s 63 00 0 0/ 当 时， R ， 0 R 63 00 0 0/ 圆整后取 :r=15 R=45刀刃的前角 当十字刀片绞肉时，其任一与网限板相接触的刀刃上的受力情况如图 (5示。 22 图 5与网眼板相接触的刀刃的受力分析 根据图 5 其值为： s o ss o 因为刀刃与网眼板的摩擦力为： c o s)1()( 2 4 式中： F铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（ N） F 刀片绞肉时肉的剪切抗力（ N） 刀刃与网眼板的摩擦系数 肉被剪切时与前刀面的摩擦系数 刀片的前角（ 900 ） 眼板作用于刀刃上的压力（ N） 被切割时作用于前刀面的压力（ N） 由于 式中： 肉的抗剪应力，与肉的质地有关 A肉被剪切的面积，与网眼板的网眼直径有关 所以选定网眼板之后，令1。 由于以看为刀片的预紧压力，是常量，故令2。对前刀面的压力与速度 令F 。 简化式 4得： 23 c o s)1()( 221 5 从式 5和式 2可知，刀刃前角 的大小，直接影响着绞肉过程中的切割力，以及切割肉时所产生的温度。 在刀片旋转速度以及螺杆进料速度都一定的情况下，前角大，切割肉所需的力和切割肉所产生的热都小；反之，则大。但前角很大时，则因刀具散热体 积小而使切割肉时所产生的温度不能很快冷却。因此，在一定的条件下，前角有一合理的数值范围： 一般取： 4025 (肉质软取大值，反之取小值 ) 刀刃后角的目的：一是减小后刀面与网眼板 (包括三眼板 )表面的摩擦；二是在前角不变的情况下，增大后角能使刀刃锋利。 刀片磨损后将使刀刃变钝，使肉在绞肉 (切割 )过程中变形能增加，同时由于磨损后刀片的后角基本为零，加大了刀片与网眼扳的摩擦，两者都使绞肉过程中产生的热量增多。 另外，在同样的磨钝标准 V 角大的刀 片由新用到钝所磨去的金属体积较大 如图 5。这说明增大后角可提高刀片的耐用度，但同时也带来的问题是刀片的 N 反映在刀体材料的磨损过大这一方面 )，并且刀刃极度也有所削弱，故后角也有一合理的数值范围： 一般取： 53 (肉质软取大值反之取小值 ) 图 5 后角与 从分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃来得知刀倾角 对刀片性能的影响情况。 在任一叶刀片 的法剖面内，当把刀刃放大看时，可以把刀刃看成是一段半径为图5 4，由于刀刃有刃倾角 ，故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧 (斜剖刀刃圆柱所 得 ) 24 图 5刃倾角与刀刃锋利度 椭圆的长半径处的曲率半径，即为刀刃实际纯圆半径 其关系为： ne 6 由此可见，增大刀倾角 的绝对值，可减小刀刃的实际钝圆半径就说明增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利。 一旦刀刃的起讫半径 确定后，其最大初始刃倾角可确定了 参见图 5 图 5r /a 7 初始刃倾角按下式计算： 见图 5图 5初始刃倾角计算用示意图 )/(220 8 式中： r刀刃起始点半径 ( R刀刃终止点半径 ( b叶刀片外端宽度（ ; 0初始刃倾角； 25 由于有了刃倾角，故刀刃上任一点相对于网眼板的速度v，将可以分解为垂直于刃的法向速度分量平行于刃的切向速度 分量 。 参见图 5即： n 其值为： )(30 000 图 5 7 刀刃上任一点的速度示意图 又因为： / R 所以：30000s 22 R 整理得 30000/s 22 n 30000/s （ ） 式中：刃上任一点位置的法向速度分度 m s； v刀刃上任一点位置的切向速度分量 m s； 刀刃上任一点至刀片旋转中心距离