毕业设计(论文)-年糕切断机构设计

毕业论文题目年糕切断机构设计摘要机器制造业是一个国家技术进步和社会发展的重点工业之一，无论是传统工业还是新兴工业，都离不开各个种类的机器装备。通过对机械设备的原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、实用性强的机械是很有必要的。这一次毕业课题设计是完成年糕切断机构的设计。目前而言，市场上仍旧有些年糕依靠手工来完成对年糕的切断，费时费力，所以设计一个年糕切断机构来替代手工完成切断年糕的工作是很有必要的。整个设计输送部分由橡塑运送带运送年糕，运送带和切刀可以分别采取使用不同的电机作为驱动。可以调节年糕传输速率和切刀的运作速度，配合使用，完成对年糕长度不同的需求，断面的平整，完成要求。在设计过程中力求结构简单，目的明确，工作过程稳定，效率高。关键词：年糕；输送；切断机构；设计AbstractMachinerymanufacturingindustryisanationaltechnologyprogressandsocialdevelopmentofoneofthekeyindustries,bothtraditionalandemergingindustries,cannotbeseparatedfromallkindsofmachineryandequipment.Throughtheanalysisoftheprinciple,structure,movementandfunctionofthemechanicalequipment,itisnecessarytoprovideasimpleandreliablestructure,convenientoperationandstrongpracticability.Thispaperistodesignthecompletericecakecuttingmechanismdesign.Atpresent,themarketstillsomericecakesbyhandtocompletethecakecut,time-consumingandlaborious.Therefore,thedesignofaricecakecuttingmechanismtoreplacethemanualfinishcuttingthecakeisverynecessary.Thewholedesignofconveyingpartismadeofrubberplasticcarryingricecakeconveyingbelt,conveyorbeltandcuttercanberespectivelybyusingdifferentmotorasdriving.Canadjusttheoperatingspeedofthericecakestransmissionrateandthecuttingknife,usedinconjunctiontocompletethedemandofdifferentlengthofricecakesandsmoothcross-section,completedtherequirements.Inthedesignprocess,thestructureissimple,thepurposeisclear,theworkingprocessisstable,andtheefficiencyishigh.Keywords:ricecakes；transportation；cuttingmechanism；design目录TOC\o"1-2"\h\u13369摘要 119109Abstract 213301第一章绪论 4289881.1年糕的介绍 443371.2年糕的制作及发展现状 48610第二章课题研究的内容及要求 5319542.1课题研究内容 5280122.2课题研究要求 522348第三章年糕切断机构设计及计算 5245903.1结构特点 5180063.2工作原理 5222163.3年糕切断机输送设计计算 7196513.4主要技术参数 8249113.5带轮的设计 8150723.6轴承的选择 9144673.7齿轮的设计 928871第四章轴的强度校核和计算 12994第五章机座和箱体的选择 1426760设计总结 1511172参考文献 1628246致谢 17第一章绪论1.1年糕的介绍年糕是中华民族的传统食品，一般在过年时候会食用。也会在节假日作为一种美食来食用。通过使用用黏性较大的糯米或者米粉来加热蒸成所需要的糕点，尤其是在春节的时候，我国大部分地方都会把年糕作为一种吉祥食品，都会讲究吃年糕。年糕大体上使用糯米之类的黏性较大的食材磨成粉状制成，而糯米又是江南地区的特产，北方地区的类似糯米的食材当属黏黍（俗称黄米）。也是北方独有的食材。这类的谷物对其进行脱壳磨成制粉，加入水后蒸熟，呈黄色且颜色鲜明，又不失黏性，并且很甜，是黄河地区在人们庆祝丰收的时候的一种美食。历史中，在明朝崇祯年间刊刻的《帝京景物略》书中记载了当时的北京人每于“正月元旦，啖黍糕，曰年年糕”。由此可以看出，“年年糕”是通过北方的“粘粘糕”谐音而来。年糕不仅好吃，受人们欢迎，还是一种节日的美食，每到逢年过节时分，人们都喜欢食用年糕，是一种传统的习惯，一直流传至今，并且把新的希望寄托于年糕之上，为其寓意为万事如意年年高。是一种美好的寄托心愿。1.2年糕的制作及发展现状目前而言，年糕的制作分为四类。第一类就是以糯米为主要材料，进行磨粉制成糕类，最早时期形成的年糕基本上都是由糯米为原材料进行生产的，代表性品种有长沙年糕、云南蒙自年糕、上海的崇明糕、苏州年糕等等。第二类便是以粳米之类的食材为主要材料，在后期制作而成的水磨性质的年糕就是由粳米为原料生产的，代表类的作品有江西弋阳年糕、上虞梁湖年糕、宁波年糕等等。第三类的制作则是以杂粮之类的食材作为主要材料，制作方式相似，代表类的作品就有塞北黄米糕、北京年糕等等。而第四类则是以多种不同，食材各类的材料组合而成，主要还是以糯米为主要食材，也会混杂一些籼米或者粳米或者其他杂粮之类的食材进行搭配，有时还会添加一些其它天然的成分，进行调色或者调味，比如说红枣、桂花、红糖、猪油等等，这样就多了很多品种，形成了花色年糕，可挑选性更多。代表类的作品就有八宝年糕、苏式桂花年糕、江山廿八都铜锣糕等等。在现阶段以前，我国大部分地区的年糕仍旧是依靠手工作坊加工，磨粉，碾压之类的工作制成，工作量大，生产效率也不稳定，而通过现代化机械设备的生产逐渐的代替了原来的手工作坊业，提高了生产效率，也减少了工人的劳动量，这样的生产方式逐步的稳定了下来。第二章课题研究的内容及要求2.1课题研究内容年糕通过挤压成型然后手工切断完成加工，本次课题研究通过此类现象设计一个切断机构，代替手工切断年糕的工作方式，提高年糕生产率和降低劳动强度。2.2课题研究要求此前因为手工切断年糕，难免会有年糕长度不一，截面不平整的现象。所以设计一个切断机构避免这些问题的发生。年糕切断机构需结构简单，操作方便，加工出来的年糕断面平整整齐。加工出的年糕长度相同，完成所需要的年糕尺寸。第三章年糕切断机构设计及计算3.1结构特点1）运送带运送的是年糕，是食材，必须保证年糕的安全卫生，使用无污染特性的橡塑作为运送带材料即可达到要求，适合用作年糕的运送。2）作为驱动来源，必须可调控，达到要求，故选用电磁调速电机作为输送带和切刀的动力源，通过调控电机可按照现实情况来调整运送带的速度和切刀运作的快慢水平，使得切断年糕后可以得到长度差异的年糕，达到实际要求和实际生产量的需求。3.2工作原理如下图所示，为传动简图，由电动机带动小带轮，通过v带传动，带动大带轮，大带轮和轴1之间通过键连接传动，继而带动轴上的另一个小带轮，同样通过v带传动，带动中间轴上的大带轮，中间轴随其一起转动，从而带动轴上的齿轮1，通过齿轮传动带动齿轮2，齿轮2带动轴2，切刀随着轴2一起转动，最后切断年糕。整个传动系统可近似于一个减速系统，用来调控切刀快慢，完成对年糕的切断。图3-1传动简图图3-2工作简图年糕切断机输送带连接到年糕挤压口，年糕挤压出来后到达输送带。经由开始工作的运送带的传送下到达切刀装置的位置，而切刀通过切刀轴的带动，开始切断年糕。年糕在运送带的传送下不断地运送到切刀位置，切刀规律性的工作，不断地切断年糕，年糕自初始切断后后续切断的年糕均为所需的年糕，切断后的成品年糕则由其自由落下到达接料板。从而完成切断输送工作。整个过程中运送带的运作速率由电动机调速控制器控制，切刀的快慢频率则通过调控电机节制框的转速表来操控。3.3年糕切断机输送设计计算1）年糕输送带速度v大约为0.15m/s2）驱动滚筒转速n13）运送带的材质选择使用橡塑，无污染，适合食品的运送。运送带的厚度设定为，运送带驱动滚筒直径设定为200mm，则使用φ219的无缝钢管材质用作驱动滚筒和改向滚筒，且运送带带宽为100mm。n1=（60v）/（π*D）=8.7（r/min）式中：v为滚筒线速度，v=0.15m/sD为滚筒直径，D=0.219mn1为驱动滚筒转速（r/min）驱动滚筒轴功率的计算N轴=（K1LV+K2QL）K3K4（kW）式中：N轴为驱动滚筒轴功率（kw）K1LV为输送机空载时运行功率（kw）K2QL为水平输送物料时的功率（kw）L为输送带水平投影长度（m）Q为输送量（t/h）V为输送带线速度（m/s）K1为运送机没有载重时运行的功率系数，且K1=0.0036K2为物料水平输送时的功率系数，K2=4.91x10^（-5）K3为与输送机水平投影长度有关的系数，K3=1.25K4为与输送机布置形式有关的系数，K4=1.08将各数值代入计算得N轴=0.0753（kw）电动机功率的计算：N电=K*（N轴/η）（kw）式中：N电为电动机功率η为总传动效率、效率0.93~0.97，取0.935，齿轮传动效率0.96η=0.935x0.96=0.8976K为功率储备系数，取K=1.3N电=1.3x（0.0753/0.8976）=0.109（kw）由于运送带速度需要无极调速，所以选择使用型号为YVP801-4的变频调速电动机作为动力，额定功率为0.55kw，从而达到满足驱动滚筒转速的要求。3.4主要技术参数1）输送带动力：输送带速率大约为0.15m/s。为了实现可调控，选用装有变频器的电动机，通过调节电机外的控制器来调节转速，继而调控输送带的传输速率。2）输送带宽：100mm3）年糕尺寸：年糕大致外形可看做一个长方体，其要求（长×宽×高）为150mm×60mm×30mm。3.5带轮的设计1）确定计算功率为实现无极调速，选用电磁调速电机，型号为YCT112-4A，额定功率为0.55kw，额定电压为380v，额定转速为125~1230rpm。计算功率是通过电动机传递的功率P和带的工作条件而确定的查询可得η=1.1，则P×1.1=0.605kw2）选择带型根据计算功率和小带轮的转速n=960r/min，由表可得应该选择的带的类型为Z型A带。3）确定带轮的基准直径D1和D2由表可得，取D1=112mm，验算带速V=1.33m/s带速在5~~25m/s之间，故D1选取合适。取传动比i=4，则D2=2D1=112mm，由表可得D2=450mm。4）确定中心距a和带长L因为没有要求中心距和带长，所以设定中心距为a，自由选取中心距为0.7（D1+D2）≤≤2（D1+D2）393.4mm≤≤1124mm初步选取=500mm，根据带传动之间的几何关系，按照下面的公式计算相应的带长＝1619ｍｍ根据表中可得选取带的基准长度＝1600ｍｍ。按照下面的公式计算实际中心距ａ。ａ＝+＝490mm。考虑到带轮的制造误差、带长误差、因带的松弛而产生的补充张紧的需要以及带的弹性因素影响，所以通常中心距的改变范围为＝ａ-0.015＝465mm＝ａ+0.03＝539mm5）验算小带轮上的包角通常而言小带轮上的包角要小于大带轮上的包角，小带轮上的临界摩擦力小于大带轮上的临界摩擦力。所以打滑现象一般发生在小带轮上。为了提高带传动的工作性能，应满足如下关系：6）确定带的根数ｚ和额定功率由D１＝112ｍｍ和ｎ＝960ｒ/ｍｉｎ，查表可得＝0.56ｋｗ，＝0.05ｋｗ，＝0.89，＝0.98，所以根据公式：计算得出＝0.532kw，z=1.03选取带的根数为1根。3.6轴承的选择根据需要，输送装置应选择深沟球滚动轴承，内径d=30mm，可选择型号为6006.经查询可得外径D=50mm，宽度b=13mm.3.7齿轮的设计经过实际需要，齿轮系统共需要2个齿轮，且2个齿轮均为直齿圆柱齿轮。因为输出功率p=0.605，齿轮1的转速为60r/min，选取齿轮2和齿轮1的齿数比为2:1。1）确定齿轮的齿数、精度等级和材料因为年糕切断机器是一般器械，速度不快，所以选取8级精度。由表可得，选取45钢（调质处理）作为齿轮1的材料，硬度为240HBS。选取45钢（调质处理）作为齿轮2的材料，硬度为240HBS。齿数选取齿轮1的齿数为24，i=2.所以齿轮2的齿数为48。按齿面接触疲劳强度设计试算小齿轮分度圆直径，即：确定公式中各个数值，选取，计算小齿轮传递的转矩,=9.55×P/=1.662N·mm选取齿宽系数=0.4.材料的弹性影响系数=189.8.区域系数=2.5.查询可得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别为600MPa和550MPa。计算应力循环次数：=1.966×=9.83×查取接触疲劳寿命系数=0.95，=1.0取失效概率为1%、安全系数S=1，可得接触疲劳许用应力，==570MPa==550MPa计算小齿轮分度圆直径：=50.94mm圆周速度v，V==1.213m/s齿宽b，b==20.376mm齿轮模数m，m==2.12mm齿高h=4.776mm计算载荷系数,v=1.213m/s，8级精度，动载系数=1.12.使用系数=1.得到实际载荷系数=1.0相应的齿轮模数m=2.26mm3）按齿根弯曲疲劳强度设计计算模数，即确定上面公式中内各个数值，选取=1.3小齿轮和大齿轮的齿根疲劳极限分别是500MPa、380MPa。查取弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.88.选取弯曲疲劳安全系数S=1.4，计算得弯曲疲劳许用应力，即=303.57MPa，=238.86MPa载荷系数K=1.299.齿轮模数m=1.14mm对比计算结果，算出小齿轮齿数=≈24，则大齿轮齿数=48，这样设计出的齿轮传动满足了齿面接触疲劳强度，也满足了齿根弯曲疲劳强度，并可以做到结构紧凑，避免浪费。第四章轴的强度校核和计算1）根据轴的回转强度条件大致估量轴的最小直径τT=T/WT≈(9550000P/n)/0.2d³≤[τT]式中：τT为扭转切应力.MPa；T为轴所受的扭矩，N·mm；WT为轴的抗扭矩截面系数，mm³；n为轴的转速，r/min；P为轴传递的功率，kW；d为计算截面处轴的直径，mm；[τT]为许用扭转切应力，MPa由上式可得轴的直径d≥A0(P/n)⅓图4-1切刀轴做出轴的载荷分析简图图4-2轴的载荷分析简图2）按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度。σca=Mca/W=（M²+(α*T)²）½/W≤[σ]MPa式中W为轴的抗弯抛面模量，mm³；[σ]为轴的许用应力，MPa计算得出σca=30.9MPa.而在此之前因为选择45钢作为轴的原料，调质处理，根据表格可以查出[σ-1]=60MPa。所以σca＜[σ-1]，故安全。第五章机座和箱体的选择机座和箱体是设备的基础部件，机座在机器中既起支撑作用，承受其他部件的重量和工作载荷，又作为整个机器的基准，保证各部件之间的相对位置关系。作为基础部件，机座和箱体支撑包容着机器中的其他零部件，相对来说重量和尺寸都要更大一些，通常占了机器总质量中的很大比例。因此正确选择机座和箱体等零件的材料和正确设计其结构形式及尺寸，是减小机器质量、节约金属材料、提高工作精度、增强机器刚度及耐磨性的重要途径。而因为机座和箱体一般具有较大的尺寸和重量，材料用量大，同时又是机器中的安装基准、工作基准和运动基准，因此机座和箱体的材料选择必须在满足工作能力的前提下，兼顾经济性要求。机座选用材料常用的有HT200、QT400-15和ZG270-500等等，这类材料减震性能良好，缺点是许用应力较低，重量较大，刚度差一些，但由于适合批量生产，所以在结构设计的时候注意壁厚均匀，不发生突然性的改变，适当加大过渡圆角，减少应力集中的现象。箱体大致采用焊接的形式完成，因为负载较轻，可选用5mm钢板直接焊接完成箱体的构造。设计总结经过这段时间的努力，毕业设计也接近尾声。而通过此次毕业设计，自己也收获了很多，也学到了很多之前不懂的知识。在此之前只是简单的觉得是这几年来所学知识的总结，但是经过这次毕业设计，觉得仍然有很多东西需要去学习和掌握，不仅仅是学习过的知识的回顾，更多的是对知识的巩固和应用，同时也学习了一些新的知识。在这次毕业设计过程中，从发现错误，到不断地改正，减少错误，完善设计。发现自己的缺陷，并努力去改善，收获匪浅。这次毕业设计是年糕切断机构的设计，通过对现阶段年糕的制作工艺设计这个切断机构代替手工，提高生产率，降低疲劳强度。设计结构简单，目的直接，对年糕进行切断，长度相等，断面整齐，完成设计要求。主要工作原理是依靠带轮的传动，齿轮的传动，减速后达到控制切刀的转速，同时年糕输送跟进，共同运作，完成切断，总体设计目的明确，分工清晰，达到设计要求。参考文献[1]濮良贵、陈国定、吴立言主编，机械设计.第九版.北京：高等教育出版社，2013.[2]郑文纬、吴克坚主编，机械原理.第七版.北京：高等教育出版社，1997.[3]黄鹤汀主编，机械制造装备.第二版.北京：机械工业出版社，2009.[4]《机械设计手册》联合编写组编，机械设计手册[M].第二版.北京：化学工业出版社，1987.[5]《机械工程手册》第二版编辑委员会编，机械工程师手册[M].第二版.北京：机械工业出版社，2000.[6]刘鸿文主编，材料力学[Ⅰ].第五版.北京：高等教育出版社，2011.[7]梁卫，黄年糕输送切断机的设计.江西食品工业，2011第一期.[8]于永泗、齐民主编，机械工程材料.第九版.大连：大连理工大学出版社，2012.[9]何铭新、钱可强，徐祖茂主编，机械制图.第六版.北京：高等教育出版社，2010.[10]王旭、王积森主编，机械设计课程设计.第二版.北京：机械工业出版社，2007.致谢在这次毕业设计过程中，遇到了很多问题，发现自己仍旧有很多东西需要去学习，同时也不断地学习了很多，虽然很辛苦但总算完成了。非常感谢李涛老师的指导，从设计方案开始，都给了我很大的帮助。也非常感谢同学们的帮助，很多自己不熟悉的地方，有时候不知道该怎么办，他们帮助我很多，也让我收获良多。大学的时光转眼就要结束了，很感谢学院老师的教诲，教会了我们很多，不只是书本上的知识，也教了我们很多生活哲理。无法用语言来表达感激之情，再次感谢老师们的教导，非常感谢！基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究基于单片机系统的网络通信研究与应用基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究基于双单片机冲床数控系统的研究与开发\t