PAGEPAGE19切片機設計說明書2009年8月目錄TOC\o"1-1"\h\z\u引言 2一、已知參數及性能指標 2二、切片機整體機構設計 4三、傳動系統結構的設計 4四、主運動和進給運動設計 13五、刀體與壓緊部分的設計 15六、電氣部分設計說明書 16七、其它 20引言隨著機械化與電氣化的迅猛發展，生產與生活節奏的加快，越來越需要及時有效的提高產品的生產效率，以及在不同的銷售季節對生產綱領進行迅速的調整。在食品生產加工企業同樣有這種需求。從食品的原材料進入生產開始，就應該對每一個生產環節進行檢測。食品是容易變質的物品，不能把生產節奏搭配好有可能造成很大的浪費。因此，有了如下切片機的設計，可以對糕體等類別的食品進行迅速的機械化加工，把人力勞動降低的比較低的程度。通過切片機的工作，可以實現對糕體切削，使得重量和體積維持在一個比較小的波動區間之內。一臺機器通常由原動機、傳動裝置、工作裝置和控制裝置組成，切片機同樣如此。對于切片機來說，原動機和工作裝置主要是作為選取，傳動裝置用來傳遞原動機的運動和動力、變換其運動形式以及滿足工作裝置的需要。滿足工作裝置的需要是擬定傳動方案的基本要求。因為帶傳動在傳遞相同的扭矩是，結構尺寸較大，所以能平穩傳遞，緩沖吸振，所以采用了帶傳動；采用變速箱傳動是考慮到現實切削工作情況；對于進給來說采用棘輪機構和絲杠來實現可以很好的控制節奏?？刂蒲b置主要是對于電氣系統，它可以穩定的實現機械運動的功能要求。合理的方案除功能需求外，還要求結構盡可能簡單、制造方便、成本低廉、多用標準件、效率高以及使用維修方便。一、已知參數及性能指標根據安徽省企業標準，可知本切片機設計所依據的基本參數如下：刀片寬度：340mm刀片最大行程：70mm刀片工作頻率：186次/分工作臺板最大行程：720mm配套電機：Y802-4；0.75kW整機外性尺寸(長*寬*高):1300*500*1200mm設計所要達到的性能指標如下：生產率：40-80Kg/h糕片破碎率不大于3%切糕片厚度為：3噪聲不超過78dB(A)設計所要達到的技術要求如下：（1）切片機應符合本標準的要求,并按照經規定程序批準的圖樣和技術文件制造；（2）加工件未注尺寸公差按GB1804-79《未注公差尺寸的極限偏差》IT14級的規定；（3）鑄鐵件不得有影響強度、外觀的氣孔、冷隔、縮孔、夾砂等缺陷；（4）與食品接觸的零部件應采用無毒材料制造；（5）電器線路應安全可靠、絕緣良好。表面油漆應光滑、平整、光亮、均勻和色澤一致，不得有斑點、鄒皮、脫落等現象。首次大修期為2000h。二、切片機整體機構設計切片機的運動包括主運動和進給運動。進給運動（如下圖右圖所示）是如下進行的，從電動機帶動小皮帶輪開始，由其帶動皮帶進而帶動大皮帶輪，大皮帶輪通過輪軸來帶動主動偏心輪，進而通過十字節部件帶動棘輪棘桿機構，之后通過棘輪帶動的輪軸來帶動空間位置調節齒輪組，進一步帶動絲杠進給軸來帶動絲杠實現進給，通過絲杠的進給帶動糕體進給。主運動（如下圖左圖所示）是如下進行的，從大皮帶輪軸帶動的主動偏心輪開始，帶動曲柄滑塊機構來帶動刀體上下運動，來實現切削。1-哈夫套2-1-哈夫套2-小齒輪（z=44）3-大帶輪(z=148)4-大帶輪5-偏心輪6-V帶7-絲杠8-小帶輪9-電動機10-空間位置調節齒輪①11-絲杠進給軸12-空間位置調節齒輪②13-棘輪（齒數13）14-棘爪15-十字節部件圖2-1切片機機構簡圖三、傳動系統結構的設計1V帶輪傳動設計設計要求:電動機型號為Y802-4,額定功率0.75kW,N=1390轉/分,一天運轉為16H。設計過程如下：(1)確定計算功率由《機械設計》表8-7查得工況系數，故(2)選取V帶帶型根據由圖8-8確定選用SPA型.(3)確定帶輪的基準直徑與驗算帶速v表8-4V帶輪的最小基準直徑表3-1各種帶基準直徑參數槽型ZSPZASPABSPBCSPC50751252006390140224注:1)參見圖8-11。2）直徑的極限偏差：基準直徑按c11，外徑按h12。3）沒有外徑值的基準直徑不推薦采用。4）①僅限于普通V帶輪；②僅限于SP型窄V帶輪。由表8-4和表8-8取主動輪基準直徑，設計帶的傳動比為i=3.364，則從動帶輪的直徑mm，，帶的速度適合。(4)確定V帶的基準長度和傳動中心距①根據初步確定中心距380mm。②初定三角帶的長度：按《機械設計》中8-22計算公式所需的基準長度③由《機械設計手冊》可以選定基準長度mm，mm；④按式，計算實際中心距：mm，中心距變化范圍為380-390mm。(5)驗算主動輪上的包角α主動輪上的包角適合；(6)查詢帶根數的參數①計算單根V帶的額定功率，由mm，r/min，查表8-4a得kW②根據速度變化及其范圍，i=3.364和A型V帶可得：由《機械設計》表8-4b查出kW；(7)計算所需的三角帶的根數由《機械設計手冊-2》查表14.1-13包角修正系數：；查表14.1-15，帶長修正系數：；則由得：；因此，從實際情況考慮采用2根A-1250得保準V帶。(8)計算單根V帶得動拉力得最小值：由《機械設計》表8-3可得A型帶單位長度得質量q=0.10kg/m,由于新帶容易松弛，所以對非自動張緊的帶傳動，安裝新帶時的預緊力應為上述預緊力的1.5倍，即N，條件滿足即可。(9)計算壓軸力，壓軸力最小值為(10)軸間中心距的調整范圍，實際可采用忽略加工裕量并圓整為整數。(11)帶輪機構設計帶輪基準直徑D≤(2.5—3)d(d為軸的直徑,mm)時,采用實心式；D≤300mm時,采用腹板式;D>300mm時,可采用輪輻式。因此，小帶輪采用實心式，大帶輪采用腹板式。2變速齒輪的設計計算2.1選齒輪類型、精度等級、材料及齒數（1）由已知傳動方案，選擇直齒圓柱齒輪傳動；（2）材料及熱處理：選擇小齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS，大齒輪材料為45鋼（調質），硬度為240HBS；（3）為一般工作機，速度不高，精度等級選用7級精度；（4）試選小齒輪齒數＝44；齒數比u=3.364，大齒輪齒數＝148；2.2按齒面接觸強度設計因為低速級的載荷大于高速級的載荷，所以通過低速級的數據進行計算按式（10—21）試算，即dt≥2.322.2.1確定公式內的各計算數值(1)試選＝1(2)計算小齒輪傳遞的轉矩：=10.7N·m(3)由《機械設計》表10－7及輕載實際情況選取尺寬系數：＝0.15(4)由《機械設計》表10－6查得材料的彈性影響系數＝143.7(5)由《機械設計》圖10－21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限＝380MPa；大齒輪的解除疲勞強度極限＝380MPa；(6)計算應力循環次數：＝＝60×1450×1×（3×8×300）＝2.7×＝8.026查得接觸疲勞壽命系數＝0.90；＝0.95(7)計算接觸疲勞許用應力取失效概率為1％，安全系數S＝1，由式（10－12）得==0.90×380MPa=342MPa＝＝0.95×380MPa＝361MPa＝＝351.5MPa2.2.2計算模數(1)試算小齒輪分度圓直徑≥==59.5mm(2)計算圓周速度===1.95m/s(3)計算齒寬b及模數m==mm=9mm===1.35mm=2.25×1.35mm=3.05mm=9/3.05≈3(4)計算載荷系數K已知載荷平穩，所以取=1,據的數值,7級精度由《機械設計》圖10—8查得動載系數=1；由于為直齒輪，；由《機械設計》表10-4，用插齒法查得7級精度，小齒輪相對支承對稱布置時，=1.25由，=1.25，查得圖10—13查得=1.35故載荷系數：K==1×1×1×1.25=1.25(5)按實際的載荷系數校正所得的分度圓直徑，由《機械設計》式10—10a得(6)模數m=mm=1.477mm2.3按齒根彎曲強度設計由《機械設計》式(10—17)m≥2.3.1確定公式內的各計算的數值（1）①由《機械設計》圖10-20查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限，大齒輪的彎曲疲勞極限；②取彎曲疲勞壽命系數③計算彎曲許用應力取彎曲疲勞安全系數S=1.4，由式10-12得：（2）計算載荷系數（3）查取齒型系數由《機械設計》表10－5查得（4）查取應力校正系數由《機械設計》表10－5查得（5）計算大、小齒輪的并加以比較==0.01815==0.01644小齒輪的數值大。2.3.2設計選擇計算m≥mm=0.95mm因此對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數大于齒根彎曲疲勞強度所計算的模數，由于齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力僅與齒輪直徑有關，可取彎曲強度算的模數，綜合考慮查表并就圓整的標準值m=1.5mm,按接觸強度算的分度圓直徑=65mm,因此算出小齒輪齒數，大齒輪齒數，取=148。2.4幾何尺寸計算（1）計算大、小齒輪的分度圓直徑，，（2）計算中心距則=144mm，即圓整后=144mm（3）計算齒輪寬度，，??；（4）結構設計以大齒輪齒頂圓直徑大于160mm，而又小于500mm，故以選用腹板式為宜，其他有關尺寸參看大齒輪零件圖；以小齒輪齒頂圓直徑小于160mm，故以選用實心式為宜。四、主運動和進給運動設計1主運動設計考慮到主運動是往復運動，故可將主運動設計為往復運動。曲柄搖桿往復運動機構最為普遍和實用，此處采用偏心輪作為主運動主動件。偏心輪上鉸接連桿，連桿推動刀架機構進行往復運動。偏心輪采用HT200鑄造,由于切糕厚度為30mm,采用偏心為35mm,則刀體的行程為70mm。設計時使刀片在離開糕體5mm時開始進給運動，當刀片到達最高點后再返回糕體上方5mm處時結束進給運動，以此為依據計算一次進給所用的時間，如下圖所示：圖4-1主運動簡圖如圖OA=35mm，AB=因為刀片離開糕體5mm時開始進給，此時：由幾何學關系，根據余弦定理可知在三角形AOB中所以每一次進給從開始到結束所需時間t為：2進給機構設計由于進給運動為間歇式運動，此處我們采用連桿帶動棘爪撥動棘輪作間歇運動，棘輪機構采用單向外嚙合式。棘輪的轉動通過一對齒數相同的齒輪傳遞給絲杠，這里的齒輪只起到調節空間位置的作用，不改變傳動比。絲杠選擇Tr30X12右(P6)-8e。棘輪機構是由棘輪、棘爪及搖桿所組成。單向式棘輪機構的特點是搖桿向一個方向擺動時，棘輪沿同一方向轉過某一角度；而搖桿反向擺動時，棘輪靜止不動，這里就需要有棘輪止回爪。因此采用外嚙合輪齒式棘輪機構,單向式棘輪機構,進給哈夫套的偏心距為30棘輪的材料為45#,設計成13個齒,每拔一個齒所轉動的角度α=360°/13=27.69°,每撥一個齒，絲杠進給，（由于考慮到坯料的特性，故能達到切片厚度為1mm）所用時間為哈夫套轉速的倒數1/n,進給哈夫套的轉速要與主軸的轉速相一致，這樣才能保證主運動與進給運動的協調性。進給哈夫套輪的轉速也為186轉/分,所以搖桿帶動棘爪做一次拔棘齒動作所用時間為60/186=0.32秒,每次撥動一個齒。 由上面主運動偏心輪的計算可知進給運動需時0.119秒.且主運動與哈夫套的轉速都為186r/min,所以哈夫套在刀片作進給運動時轉過的角度與主運動偏心輪轉過的角度的一致,為88.45°*2=176.9°。 計算棘輪機構搖桿擺動的角度為： 所以這個滑塊搖桿機構已知條件為：滑塊垂直工作行程60mm，搖桿長100mm圖4-2滑塊運動簡圖圖4-2滑塊運動簡圖而＞34.9＞27.69，所以哈夫套轉動一周每次能且只能撥動一個齒，滿足設計要求。五、刀體與壓緊部分的設計（一）刀體部分的設計1刀體總述本切片機的刀體是用以完成糕體的切削的最后一個環節。它在設計時需注意如下幾個問題：（1）刀體應具有可調性，刀片在垂直方向可作一定的調整，以方便對刀；（2）在刀片正下方的同步齒形帶下應安裝有支撐，用以承受切削力；（3）應考慮如何限制刀片的左右運動，避免因刀片晃動引起的糕體破碎；（4）刀體如何通過連桿獲得動力，是否存在干涉。2刀體的具體結構考慮了上面幾個問題就對刀體如何設計有一個大體的印象。下面是一些具體設計。（1）刀片：刀片的寬度應為340mm，厚度為1mm；刀片采用材料選用GB699-65中歸規定的65Mn，使用前應按圖韌磨鋒利。刀片采用整體淬火，硬度為HRC40-45。（2）刀架：刀架采用45鋼制造，其用途是連接刀體與刀架夾子，是一個過渡部件。（二）、坯料的壓緊裝置的設計為了防止提刀時坯料被帶起來,因此我們設計出一種對坯料的壓緊裝置。工作時，通過焊接在支撐板上的套筒壓縮彈簧，使得壓板壓緊糕體。壓緊裝置的簡單結構如圖所示：1-套筒2-彈簧3-螺母4-壓軸5-支撐板6-壓板圖1-套筒2-彈簧3-螺母4-壓軸5-支撐板6-壓板圖5-1壓板裝置簡圖六、電氣部分設計說明書電氣部分作為切片機的控制系統，要對切片機的啟動、停止做到精確調控。即在開關接通后可以做到電機迅速啟動從而帶動刀片運動和切糕進給，在閉合開關后可以做到及時停止電動機進而停止刀體運動和被切糕體的送進。因此，通過機械部分的功能要求進行了如下接線設計和元件選取。1電氣部分原理及原理圖圖6-1電氣部分原理圖圖6-1電氣部分原理圖開始閉合QS，接通電源，當按下啟動按鈕SB2時，交流接觸器KM通過內部的電磁感應接通開關KM，按鈕SB2自動斷開，則三相電源與電動機接通，開始供電；當按下停轉按鈕SB1時，交流接觸器因電磁感應而使線路開關KM斷開，與此同時，SB1重新接通，此時電源與電動機斷開，機器停止工作。各個按鈕都回到了初始位置，可以短時間內重復啟動與停止。2動力部件的選取根據切片機的設計使用要求選擇電動機為三相異步電動機，型號為Y802-4，基本參數如下：功率——0.75kW額定電壓——380V額定電流——2.0轉速——1390r/min效率——78.0%功率因數——0.783控制部件的選取根據使用要求，要求對電動機進行接通和斷開的控制，并且可以短時間內重復使用，因此，選用交流接觸器對主電路進行控制。（1）交流接觸器主要由電磁鐵和觸電兩部分組成。它是利用電磁鐵的吸引力而動作的。當吸引線圈通電后，吸引山字形動鐵心，而使動合觸電閉合；當吸引線圈斷電后，對動鐵心的吸引除去而使觸電斷開。因此，根據GB14048.4選取CJT1-10，其基本參數如下：Ui=380V，Ith=10A，AC~3表6-1接觸器基本參數Ue380VIe10APe4kW線圈吸合電壓380V，50HZ。（2）按鈕的選取動合和動斷按鈕根據GB14048.5選擇產品型號為CHNTLA19，其Ui=380V、ITH=5A。(3)電源開關的選取開關選擇Dz47~60,C32（4）電線的選取根據使用要求和實際工作情況，選取導線直徑為1.5mm的銅線足夠，線長根據工作車間的實際需要選?。?m左右即可）。4電氣部分接線圖圖6-2圖6-2電氣部分接線圖圖中①~⑨分別為在接線板接線的次序，接線板的作用是使得排線清晰明確。①~⑨為在某處斷開接到接線板的進端，在通過對應的出端接到下面的電路。如下圖所示：圖6-3圖6-3電路板接線圖七、其它（一）切片機的外觀造型設計人與機器是相互作用的，既相互配合，又相互制約。人機間配合關系決定著人機系統的工作效率，但人在其中起著主導作用。因為整個系統的設計總是以人的感知、思維、肌肉活動等為出發點的。造型設計的工效學所要解決的人與機器的關系，正是人對信號的辨別能力和提高人的操作活動能力，以達到高效、高速、高準確度的工作要求。要提高人對信號的辨別能力，必須考慮到信息顯示和人的知覺生理與心理的特點；要提