毕业设计（论文）-中药切片机的设计

中药切片机的设计I第一章绪论1.1引言江西的中药资源非常丰富，特别是江西的樟树，素享“药不到樟树不齐”、“药不过樟树不灵”的美誉，是海内外药界认同的中国国药之都。但是江西中药材生产的现状与省内丰富的资源并不相适应，目前我省的药材切片加工基本上都是以手工进行，因此研究开发种高效、可靠、成品率高的中药切片机很有必要。药材切片经常使用的方法有手工、半自动、全自动切片等方法。手工切片的话质量比较差，生产效率比较低，但是它的运用相对来说是比较灵活的;切片机半自动圆切片机质量比较好，但是它受模具规格的限制，单件或小批量生产比较合适，并且它的劳动强度相对手工切割来说是降低了许多，功能上面也简单了很多。目前我国切片机的主要方式有以下几种：（1）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。（2）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，切片不均匀，切片形状及厚度不可调节，因此它应用于对切片质量要求不高、效益低的场合。(3)水枪式切片。水枪式切片机耗水量大，只能切出平直的片，且可靠度不高、效益低，因此它的应用不是很广。（4）圆盘旋转式切片。圆盘旋转式切片机由于刀片是旋转的圆盘因而可连续纵向剪切根茎类药材。圆盘式剪切机通常设置在精整作业线上用于将运动着的钢板纵向边缘切齐和剪切或者切成窄带钢，根据其用途可分为剪切带钢的圆盘剪和剪切板边的圆盘剪。我国在有关切片的研究开发方面虽然已有了30年的历史，而且近几年来切片机的研制发展也非常迅速，如我国长沙步源制药机械设备有限公司是以生产制造制药机械、实验室设备为主的高新技术企业，专业生产制药机械已有多年的历史。步源药机是我国优秀制药机械产品。

但是与发达国家相比目前我国在切片机方面的发展上仍然有一定的距离，研制的切片机没有得到大面积推广应用。虽然在我国已有多家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中药切片机有400型、600型、永利中药切片机、富阳中药切片机、江阴鑫达药化机械的中药切片机等。但与国外相比，我国的切片机方面仍然没有根本性突破。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，到了八十年代中期，大部分切片机都可以加工125mm（5英寸）及以上大直径单晶，比如瑞士的迈尔-布格耶斯公司的卧式内圆切片机，德国泰之诺食品机械有限公司切割棒料直径最大可以达到304.8mm（12英寸）。到了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。从而诞生了世界上多个著名的切片机厂家，如日本的TokyoSemitsu株式会社的TSK（若干）系列机，瑞士的MeyerBurgerAG公司的TS系列机，美国的STC公司的STC系列机，日本的OkamotoMachine株式会社的ASM系列机等。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。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。这次设计的目的就是通过设计主轴的传动系统，刀片轴向和侧向调整系统，特别是各个机构中的传动部分进行设计。通过设计过程掌握圆盘剪切机机械设备的设计方法，使所学的理论知识与实际结合起来，提高设计的能力，绘图技术和独立分析能力，进行规范化的训练，培养综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力，拓宽和深化学生的知识，培养学生树立正确的设计思想，设计构思和创新思维，掌握工程设计的一般程序规范和方法，培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，培养学生进行调查研究，面向实际，面向生产，向工人和技术人员学习的基本工作态度，工作作风和工作方法，为以后的工作打下坚实的基础。1.2本机简介剪切机有下列几个机构组成：刀盘旋转传动系统，刀盘径向固定和刀盘轴向调整，剪切宽度不需调整，剪切形状通过改变送料口的形状来调整，剪切宽度的调整实际上就是对机架的距离调整。早期圆盘式剪切机速度较低，圆盘式剪切机刀片旋转是用电机通过齿轮传动，来实现的。而刀片侧向间隙是用手动通过螺纹使刀盘轴向移动来实现。本机的内部结构设计想法Pro-E三维图如图1-1所示图1-1机器特点：使用220V家用单相电供电，切片可任意调节厚薄，切片功效高，可切成斜片、横片、直片、片片厚薄均匀平直，色泽美观。具有体积小，噪音低，操作简单等特点；刀片采用整体高速钢，经久耐用；适用于参类及其它高贵药材的切片。1.3中药切片机的设计内容和方法（1）通过市场调查，了解目前中药切片生产中存在的问题，并了解其他剪切生产中存在的问题，查阅相关资料掌握中药切片机的发展现状。（2）制定圆盘剪设计方案，再认真研究有创新和改进，方案合理并进行方案评述。（3）进行设计计算，保证机件强度和刚度，计算公式采用要有依据。（4）画出各个零件的零件图、装配图和三维图，利用计算机绘图。（5）对设计中控制系统提出要求。（6）对设备进行经济分析和评价，降低生产成本。

第二章材料的选择因为药材对于环境的要求非常苛刻，不能受到污染，否则会影响药效，所以所有能够与药材想接触的结构都选用耐腐蚀的不锈钢。刀片、刀盘、工作台、机箱外壳选择牌号为牌号为06Cr19Ni10的不锈钢，即304不锈钢，304不锈钢是一种通用性的不锈钢材料，防锈性能比200系列的不锈钢材料要强。耐高温方面也比较好，一般使用温度极限小于650℃。304不锈钢具有优良的不锈耐腐蚀性能和较好的抗晶间腐蚀性能。对氧化性酸，在实验中得出：浓度≤65%的沸腾温度以下的硝酸中，304不锈钢具有很强的抗腐蚀性。对碱溶液及大部分有机酸和无机酸亦具有良好的耐腐蚀能力。为了便于操作，送料柱选材为透明的聚氨酯硬泡产品。

第三章根据切削功率选择电机3.1传动装置总体传动比的确定及传动比的分配查询相关文献，根据中药材的强度、硬度、韧性等，判定其最大切削功率不超过300w，其技术数据为：额定功率：0.37KW，满载转速：1400r／min，为使其便于小型店家的使用，本机选用单相电机配套。查询表3-1得，选用单相电机YL712-4。总传动比i＝33.2确定各轴转速、转矩3.2.1转速计算小齿轮转速大齿轮转速3.2.2转矩的计算1）对电动机轴：2）对传动轴：功率：转矩：第四章齿轮传动的设计4.1选定齿轮类型﹑精度等级﹑材料及齿数按传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。本机工作速度、功率都不高，故选用7级精度。齿轮材料及热处理：选择小齿轮材料为40Gr，调质处理，硬度250HBS，大齿轮材料为45号钢，调质处理，硬度为230HBS，二者硬度差为20HBS。齿数选择选取小齿轮齿数18，初步确定传动比为则大齿轮齿数此时传动比4.2按齿面接触疲劳强度计算4.2.1确定各参数的值（4-1）1）因大小齿轮为钢制，由《机械设计》表12.12查得弹性影响系数2)初拟载荷系数K=2.03）取齿宽系数0.34）对于标准圆柱齿轮传动，由《机械设计》图12.16查得设，求得;6)应力循环次数使用期：8×350×16=44800h4)按齿面硬度查得齿轮的接触疲劳强度极限为：小齿轮：；大齿轮：接触疲劳强度寿命系数查教材得接触疲劳寿命系数，6)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S=1，由课本式10-12得4.2.2参数计算1试算小齿轮分度圆直径，由计算公式得2计算平均圆周速度3计算载荷系数K已知使用系数，根据v=4.4m/s，8级精度，查得动载系数；查得K=1.42；得K=1.35；得。故载荷系数4按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径5计算齿宽b和模数b=m=6齿轮部分相关参数计算弯曲疲劳许用应力查手册得齿轮弯曲疲劳强度极限。查手册得弯曲疲劳寿命系数。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，则7校核满足要求。所以安全。4.3齿轮传动结构示意图以一对圆柱直齿轮来达到减速的目的，简单、安装简便、且能减少加工成本，减轻整机重量。因为切片机在工作是药材的进给运动会给轴施加轴向力，所以选用圆锥滚子轴承。图4-1第五章设计传动轴的尺寸并校核5.1先初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢（调质），由教材可查的，查的C=115，根据公式，可求得输入轴的最小直径为，为了便于安装标准轴承所以。5.2轴的结构设计5.2.1拟定轴上零件的装配方案结构如所图5-1所示：图5-15.2.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为了满足左端轴承的轴向定位，如上图所示轴段右端需制出一轴肩，故取该段的直径，同理，为了满足轴承的轴向定位，取（2）初步选择滚动轴承。因轴承同时受有径向力和轴向力，故选用单列圆锥滚子轴承，参照工作要求并根据，，由《机械设计（机械设计基础）课程设计》表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30202和轴承30204，其尺寸为，所以取第1段长为14mm，第2段长为43mm安装在轴上端的刀架根据设计思想和要求采用轴肩进行轴向定位，因此取中间一段轴直径，其长度为30mm（3）取安装刀架和刀盘处的轴段的直径，刀架采用轴肩进行定位。（4）根据刀盘和刀架的厚度总和取第5段长为20mm（5）根据机箱的总高度为195mm和其他各段的长度，取第3段长为110mm（6）轴上的周向定位直齿圆柱齿轮的周向定位采用平键连接，由《机械设计（第八版）》表6-1查得平键截面和键槽用键槽铣刀加工，长为16mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为n6。（7）确定轴上圆角和倒角尺寸:取轴端倒角为5.2.3校核轴的强度按弯扭复合强度计算已知：齿轮分度圆直径=189mm，转矩=7.36N.m圆周力:==2×7.36N.m/320mm=77.8N②径向力:==77.8N×=174N轴进行受力分析因为齿轮安装在两轴承中央,所以'='=/2=87N'='=/2=38.9NC④绘制垂直面弯矩图轴承支反力：==/2=87N==/2=38.9N由两边对称，知截面C的弯矩也对称。截面C在垂直面弯矩为==2.61N.m，水平面弯矩==3.84N.m,合弯矩==4.12N.m。画出弯矩图CT求轴传递的转矩T=×d/2=77.8×0.020/2=0.778N.M⑥如图可知C是危险截面,绘制其当量弯矩图=,可认为轴的扭切应力是脉动循环变应力,取折合系数а=0.6所以==4.17N.MC⑦校验危险截面==Mpa=3.961Mpa=55Mpa所以该轴的强度足够第六章滚动轴承的选择及计算输入轴滚动轴承计算：初步选择滚动轴承，由《机械设计（机械设计基础）课程设计》表15-7中初步选取0基本游隙组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承30202和轴承30204，其尺寸为，，,载荷水平面H垂直面V支反力F则则则，则则故合格。用同样的方法可以检验两个轴承都合格。第七章键联接的选择及校核计算7.1输入轴键计算7.1.1校核小直齿圆柱齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。7.2输出轴键计算7.2.1校核大直齿圆柱齿轮处的键连接该处选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。7.2.2校核刀盘刀架处的键连接刀盘和刀架共用一个平键，该处受力情况与大齿轮处相同，所以选用普通平键尺寸为，接触长度，则键联接所能传递的转矩为：，故单键即可。第八章刀架、刀盘、刀片的设计8.1刀架刀架是用来安装固定刀片的部件，其结构示意图如下，为了便于拆装，用M6内六角螺丝来将刀片装在刀架上。刀架和刀盘共用一个键。刀架的设计结构和尺寸如图8-1所示。图8-18.2刀盘刀盘的结构与刀片、刀架的形状相配合，刀盘的轴向移动靠螺纹来实现，刀盘的孔上部选用M16梯形内螺纹GB/T5796.2-1986，其结构和尺寸的示意图如8-2所示。由于在调节切片厚度时刀盘需要做轴向移动，所以刀盘和轴之间的配合采用间隙配合，根据《互换性与测量技术基础》的表3-4、表3-5及表3-6[9]，采用的配合为H7/h7.图8-28.3刀片刀片采用直线刃口，这便于加工，也便于用户在使用过程中的打磨，刀片的结构和尺寸的设计图如图8-3所示：图8-3刀盘、刀架、刀片安装三维图图8-4第九章工作台及送料柱的设计切片机工作时的进给运动是由操作人员手动使用送料柱将药材投进不同形状的送料口，这样就可以切出不同形状的切片，工作台及送料柱的结构示意图如图9-1所示：工作台图9-1工作台立体图：送料柱图9-3图9-4第十章切片厚度调节结构的设计如何做到快捷的调节切片厚度是本设计的难点，也是所需要创新的地方。在本设计中，切片厚度的调节是通过手动旋转调节旋钮使刀盘轴向运动从而改变刀盘和到片间的距离来完成的，切片厚度的调节范围为0-3mm。刀片与刀盘的间距最大为3mm，最小为0图10-1图10-2总结本次毕业设计从2012年的11月中旬开始一直延续到现在的2013年5月分，经过6个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕，我有种如释重负的感觉。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，可是当我开始着手去做的时候却感到茫然了，我发现原来我什么都没有掌握好，发现自己一直眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。我从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个写作过程难以用语言来表达。，当选题报告，开题报告定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。我将这一困难告诉了导师，在导师细心的指导下，终于使我对自己现在的工作方向和方法有了掌握。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于论文的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给导师进行沟通。通过这次比较完整的中药切片机的设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。虽然毕业设计内容繁多，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系统的适用条件，各种设备的选用标准，各种结构的合理设计，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并学会应用的。和老师的沟通交流更使我从经济的角度对设计有了新的认识也对自己提出了新的要求。提高是有限的但提高也是全面的，正是这一次设计让我积累了无数实际经验，使我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。参考文献[1]陆元功，唐照民.机械设计手册[M]．北京：高等教育出版社，1995[2]丁淑辉．Pro-E基础设计与实践[M]．北京:清华大学出版社[3]李鸿文．材料力学[M]．北京：高等教育出版社[4]邱宣怀.机械设计[M]．北京：高等教育出版社[5]吴克健．机械原理[M]．北京:高等教育出版社[6]蒋晓．CAD2008中文版机械设计标准实例教程[M]．北京：高等教育出版社[7]邓星钟.机电传动控制[M]．武汉：华中科技大学大学出版社[8]齐明.机械工程材料[M]．大连：大连理工大学出版社[9]陈于萍，周兆元．互换性与测量技术基础[M]．北京：机械工业出版社[10]雷达，邬露蕾．计算机辅助产品设计[M]．北京：，中国美术学院出版社[11]简召全．工业设计方法学[M]．北京：北京理工大学出版社[12]朱辉，曹桄，唐保宁，陈大复．画法几何及工程制图[M]．上海：上海科学技术出版社[13]昭和名．机械可靠性设计[M]．北京：国防工业大学出版社[14]何铭新，钱可强.机械制图[M]．北京：高等教育出版社2004.1．[15]巩云鹏、田万禄等.机械设计课程设计[M].沈阳：东北大学出版社2000[16]孙志礼，冷兴聚，魏严刚等.机械设计[M].沈阳：东北大学出版社2000[17]喻子建，张磊、邵伟平、喻子建.机械设计习题与解题分析[M].沈阳：东北大学出版社2000