家用的多功能切菜机设计及动画仿真【说明书+CAD+PROE+仿真】
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家用的多功能切菜机设计及动画仿真【说明书+CAD+PROE+仿真】,家用,多功能,切菜机,设计,动画,仿真,说明书,CAD,PROE
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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
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