0006-春卷自動生產線上餡料自動計量定形部分的機械結構設計【全套6張CAD圖+文獻翻譯+說明書】
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1.導言 民以食為天,飲食的健康與多樣性一直是人們關注的主題。而隨著經濟的持續(xù)繁榮和中國技術的進步,食品機械在國民經濟中所占的比重也是越來越高,我國傳統(tǒng)美食有很多都已經可以用食品機械大批量生產,可以滿足更多人的需要,并且降低成本,解放了手工勞動力。我們的課題就是與傳統(tǒng)美食相關的的食品機械的設計。 1.1 課題來源近年來隨著我國經濟持續(xù)繁榮,實體行業(yè)高速發(fā)展,特別是機械行業(yè),生活中與機械相關的新聞屢見不鮮,比如大學生自制3D打印機,學校食堂機器人刀削面,以及送餐機器人的發(fā)明讓人們相信一個更加工業(yè)化和智能化的時代即將到來。另一方面中國是個美食天堂,但是現(xiàn)代人生活節(jié)奏很快,許多國外快餐行銷全國,既不符合我國飲食文化又不健康,而我們的傳統(tǒng)美食卻很大一部分要靠人力來完成,未能實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產,難以滿足國人的需求,且很難打出國際影響力的民族品牌,因此我們機械在食品行業(yè)特別是傳統(tǒng)食品生產方面還有很大的空白和潛力。我們生活中發(fā)現(xiàn)水餃、湯圓、月餅等生產技術和設備已經非常成熟,而像包子、春卷等還是依靠人的手工,因此我們決定做春卷的工業(yè)化生產設備設計。春卷,是中國的傳統(tǒng)食品之一,隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的逐步提高,這一傳統(tǒng)食品不僅越來越受到中國人民的青睞,也逐漸博得許多外國人的好評。因此,國內外都對春卷的需求量日益增加。然而,多年來,我國的春卷生產一直停留在落后的手工生產水平,生產效率低下,根本不能滿足當前的社會需要。不僅勞動量大而繁重,而且在質量方面和許多標準有偏差,質量難以得到提高。盡管,近兩年來,國內已有春卷皮機問世并投產,為這一傳統(tǒng)的手工操作減輕了很大的負擔,但春卷的成型仍舊依靠手工實現(xiàn),并未完全擺脫手工操作。顯然,這與人們日益增高的質量和衛(wèi)生要求不相適應。與此同時,機械化、自動化生產已被廣泛運用于各個生產領域,因此改變手工成型春卷勢在必行。面對目前國內外春卷成型機全自動化程度不高,設備有待改進的情況,我們提出了設計課題,力求設計出來的機械能夠滿足人們的高要求,即高質量,高衛(wèi)生標準的春卷。我們的設計原則是低成本,高效率,安全耐用,動作準確可靠,外型美觀大方,擇最優(yōu)方案,力求結構緊湊,布局合理,希望我們的設計為今天的春卷加工機械盡自己的一份力。1.2 研究目的及意義 春卷是一種深受大眾喜愛,還要經歷人為計重、下餡、包制成型等多的美食,每年的需求量巨大,不僅國內市場上需求量大,國際市場也不容小覷,新加坡華人改造的春卷皮機一年銷售額就有16億美金。但是春卷的制作卻頗費周章,除了需要制作非常薄的面皮以外道工序,特別是手工包制春卷需要耗費大量人力,且衛(wèi)生條件也非常不好,制作效果不佳。春卷作為一種傳統(tǒng)食品,以往食用多為在家里自包自吃,對春卷餡的大小沒有要求。隨著食品加工業(yè)的發(fā)展,春卷作為一種速凍便攜食品,已出現(xiàn)將包好的春卷進行銷售。要實現(xiàn)工業(yè)化流水標準生產,包好的春卷作為銷售產品,其外觀大小、重量及陷料與面皮的比例都有一定的規(guī)格。在國內市場上,春卷成型設備還處在初研階段,還未有一點的市場占有,設備產品參差不齊。由于春卷成型過程中最重要的注餡工序技術難度大,注餡定量不準,產品成型不規(guī)范。己有的食品注餡機一般屬于灌腸式設備,只能用于流質或糜狀物物料,且不易走量,不能用于春卷制作,現(xiàn)有的餃子機1在實際操作過程中,不能滿足春卷加工對蔬菜長纖維餡料注出、定量準確、落點位置可控的要求,導致餡料材質單一,這些都對生產質量、效率、成本造成不利影響。本設計基于上述原因,擬創(chuàng)新設計一種春卷的自動成型裝置,以替代人力,不僅大大提高生產效率,而且還能提高產品的衛(wèi)生質量標準。經檢索,目前我國內地近兩年才檢索到同類產品的設計專利或是產品銷售,但是產品還未經市場檢驗,而且還有很大改進空間。國外雖然有同類產品,但是價格昂貴,一臺春卷成型機的售價就要高達近200萬人民幣,國內也需要50萬左右,這對于春卷生產這類本小利薄的小型食品加工企業(yè)來說是屬于望塵莫及的價格,不可能購買用于生產,因此,我們的設計屬于改良產品設計,它可以替代進口商品,且據(jù)我們估算,如果能制造成功,其價格也就是不超過國內價格的二分之一,將大大減輕企業(yè)成本。從而可以使企業(yè)在市場競爭中輕松勝出。1.3 國內外研究背景及現(xiàn)狀速凍食品源于 1928年的美國,1953年以來美國有關行業(yè)系統(tǒng)地研究了速凍食品,提出了著名的 T、T 、T概念 ,并制定了 冷凍食品制造法規(guī) , 從此 , 速凍食品實現(xiàn)了工業(yè)化生產 , 并開始進入超級市場 ,深受廣大消費者的青睞。1973 年北京、青島、上海3 個速凍食品廠同時從日本引進螺旋式速凍機 , 開始了我國速凍食品的新發(fā)展。20 世紀 80 年代,隨著引進設備的不斷增加和各種國產設備的研制成功 , 我國的速凍食品加工工藝逐漸向國際水平靠攏 ,目前我國 速凍方便食品的出口量已躍居全球第一位。但應當看到 , 目前我國速凍食品無論是數(shù)量上還是品種上都遠不能滿足市場需要。我國速凍食品的加工技術和國外差距仍較大 , 產品的保質期較短 , 前處理技術和解凍技術較落后 , 冷藏鏈不健全。另外我國大多數(shù)速凍食品機械主要依賴進口 , 不能適應我國速凍食品的發(fā)展需要。尤其是我們的名族品牌傳統(tǒng)食品春卷的速凍工業(yè)化生產更是遠遠落后于國際社會,早幾年間,新加坡華人生產的春卷皮已行銷世界,國外各項技術已經成熟,但是由于機器成本非常昂貴,國內企業(yè)負擔不起。特別是我們鄰國日本已經遠遠走在我們前頭。據(jù)中國食品報報道,2012年國內才首次實現(xiàn)春卷注餡自動化生產,這一生產線至少能節(jié)約 20個工人是國內自動化程度最高的春卷設備線。這套設備主要解決了人工注餡的問題。它通過餡料自動輸入、自動控制、自動輸出和帶有面皮切刀的面皮傳送帶,實現(xiàn)了自動注餡的全過程。當春卷皮通過制皮機進入注餡程序時,餡料在電子屏幕的控制下,將設置好的量自動落入剛好傳送過來的春卷皮上,而春卷皮也同時被切刀切出部分斷痕,帶著注好的餡料進入下一個傳送帶。由于每一排只有三個,工人們可在十秒左右完成包制,并將包好的春卷放入春卷盒。2該設備不僅首次實現(xiàn)春卷注餡的自動化,它不僅性能穩(wěn)定,在很大程度上提高了春卷的生產效率、產品品質,而且在春卷制作過程中減少了人工對餡料的接觸,提高了春卷生產環(huán)節(jié)的安全系數(shù)。同時我們經過調研發(fā)現(xiàn)內地市場上春卷成型機在國內有多家企業(yè)在售,說明國內企業(yè)已經感覺到春卷走向工業(yè)化生產的必然,也都在積極解決春卷生產中的問題,我們也希望能夠通過自己的研究給國內春卷生產帶來更好的技術和產品。1.3.1 我國食品加工機械的現(xiàn)狀隨著我國市場經濟的完善和發(fā)展,商品流通的深度和廣度進一步擴大,包裝工業(yè)在國民經濟中的作用和地位越來越高。根據(jù)各國經濟發(fā)達水平不同,包裝工業(yè)的產值通常占國民生產總值的1.5%2.2%。經濟越發(fā)達,包裝工業(yè)所占的比重就越大,并成為排行在前10名的支柱產業(yè)。我國包裝機械工業(yè)是改革開放以后發(fā)展起來的,由于起步較晚,大部分設備都是通過引進設備消化吸收研制出來的。隨著我國食品工業(yè)、包裝工業(yè)和農業(yè)的迅速發(fā)展,我國的包裝食品機械行業(yè)取得了世人矚目的發(fā)展,產品品種的數(shù)量不斷增加,使包裝和食品機械行業(yè)成為直接為提高人民生活質量服務,為包裝工業(yè)和食品工業(yè)服務,為農業(yè)和農副產品深加工業(yè)服務的新興行業(yè),成為我國機械工業(yè)十大產業(yè)之一。我國是一個人口大國,民以食為天,食品工業(yè)在國民經濟中占有十分重要的位置,在我國經濟從溫飽型向小康型過渡的過程中,食品工業(yè)將會得到更大發(fā)展。包裝機械對提高食品包裝化率十分關鍵。美、日和歐洲的食品包裝化率分別為90、80和70,而我國僅為5,因此,包裝機械的發(fā)展?jié)摿κ志薮蟆kS著人民生活水平的不斷提高,對商品包裝提出了更高的要求。哪里有商品,哪里就有包裝,可以說包裝工業(yè)對國民經濟整體結構的發(fā)展起著重要的作用。包裝機械產品量大面廣,廣泛應用于食品、醫(yī)藥、化工等各個行業(yè)。僅從食品和其他輕工產品來看,在我國的出口總額中占有1/3以上,均要求提高包裝檔次,這就為包裝機械的發(fā)展帶來了許多機遇。千變萬化的包裝,對應著種類繁多的包裝機械,隨著人民生活水平的不斷提高,人們的消費方式已從溫飽型向享受型轉變,因此包裝機械行業(yè)是個朝陽產業(yè)。2000年時,僅全國菜籃子工程就需要1000億元以上的食品和包裝機械,包裝機械在其中約占1/3,有300400億元。但我國食品機械工業(yè)的現(xiàn)狀以及在食品機械產品、食品機械企業(yè)、市場信息與銷售渠道方面與發(fā)達國家的差距.指出實現(xiàn)食品機械現(xiàn)代化,必須加快各種食品加工配套設備的研制和推廣,并且將先進的食品加工技術應用于食品機械生產中.提出了21世紀食品機械工業(yè)發(fā)展的對策和措施。32 課題設計任務2.1 課題名稱:春卷自動生產線上餡料自動計量定形部分的機械結構設計2.2 主要內容與待解決的問題:該題目屬于食品自動化生產專用機械,根據(jù)它將餡料用面皮自動包裹成型的實際工作狀況。通過市場調研,發(fā)現(xiàn)目前大部分的餡料食品(主要是春卷)生產廠家都是使用人工在進行生產,效率低、質量差,衛(wèi)生條件不佳,其主要原因是春卷成型機主要是國外進口,價格昂貴,企業(yè)無法承受,鑒于此,我們擬設計生產一款價格比較低廉,效果好,效率高的自動化生產機械,本設計就是針對這種機械裝備中的自動成型部分進行的設計,用機械來完成其間的各種動作。設計主要是對春卷皮中所包餡料自動計量、定型、定位下料,并能依據(jù)傳感器判定春卷皮是否已經到位。該過程主要由如下部分:餡料的供應部分,粘稠餡料的抽取部分,餡料的計量部分,餡料的定型及切斷部分組成。本設計根據(jù)上述過程用機器完成獨立操作,配合采用汽缸系統(tǒng)來做執(zhí)行機構,并配以自動電控系統(tǒng)。該設計不僅要求要設計出全套的傳動和執(zhí)行機構的裝配圖,并拆出其中的重要零件或部件圖,同時還要求設計初步的電控系統(tǒng)圖和氣動系統(tǒng)圖。主要設計要求:1、繪制完成春卷計量定型部分機構傳動總圖2、繪制完成氣動圖3、依據(jù)傳動總圖繪制完成其中重要零部件工作圖4、完成設計說明書一份待解決的問題主要如下:1、餡料的定型與定量實現(xiàn)人為控制;2、實現(xiàn)落點位置可控;3、克服傳統(tǒng)注餡機的缺點,可以完成長纖維餡料的輸送注餡工作;4、工藝流程順暢,效率高,成本低;5、整機價格低廉、性價比高。2.3 設計方法與實施方案2.3.1 設計方法本設計在基于機械設計及其自動化、力學、材料學、工業(yè)設計等相關專業(yè)學科的知識體系的前提下完成產品發(fā)明和制作,應用機械專業(yè)的相關知識完成產品的總體設計,應用力學,材料學的相關知識完成對產品的受力、壽命,成本等方面的檢測。2.3.2 春卷供餡計量機構裝置的主要要求:該裝置自動定時、定量、定形為春卷皮提供春卷餡,以備春卷自動成形。其主要要求:1.供餡計量速度:1000個/時2.春卷的尺寸要求:春卷餡 80mm15mm15mm 春卷皮 150mm150mm 厚度0.60.8mm3.要適用多種春卷餡的供餡計量,如肉餡、菜餡、果醬餡、塊狀餡、條狀(如豆芽)餡、漿狀餡等。4.要便于拆裝、清洗5.機器運行中,要求只有面皮到位時才能完成下餡功能,即無皮不下餡6.機器運行中,可由工人中途停機。約一小時加餡料一次2.3.3 供餡計量裝置設計方案簡述:裝置組成:由于春卷餡多為黏度很大的細塊料和條狀料,餡的流動性極差,可塑性很強;要求自動定時、定量、定形提供均勻的春卷餡?;谝陨衔镄蕴攸c和設計要求,本設計采用如下的機械組成:1.采用攪拌器對春卷餡進行均勻攪拌2.采用柱塞式料缸,自動定量抽吸春卷餡料,并自動定量排擠出所吸的餡料,達到定量供餡的目的。3.由排料口的尺寸與切斷刀準時切斷來保證春卷餡尺寸與形狀為80mm x 15mm x 15mm;排料口為80mm x 15mm的矩形,而切斷刀做周期性往復切斷運動。料的排放速度一定,以保證餡的尺寸為80mm x 15mm x 15mm。4.該裝置由餡料斗、料計量缸、轉閥、排料口、切斷刀所組成,其中計量缸、轉閥、切斷刀三個部件以自動工作循環(huán)依次動作,來完成抽料、計量、排料、成型與切斷。5.以上的自動工作循環(huán)是由氣動控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。45672.3.4 組成簡圖與工作原理:圖1 下餡機構簡圖1.電機;2.攪拌器;3.料斗;4.轉閥;5.切刀;6.氣缸;7.氣缸;8.氣缸;9.計量料缸;10.轉桿工作原理:電機1以固定轉速帶動攪拌器2轉動,使餡料均勻,并裝滿料斗3的下部;氣缸7帶動轉桿10轉動,轉桿10使轉閥4轉動;轉閥4的初始位置連通AD通道;當氣缸8的活塞左移時,帶動計量料缸9的活塞左移,使料斗3內的餡料通過D進入A,餡料被抽吸到計量料缸內;氣缸8達到預定行程時,觸動機械換向閥,氣缸8停止運動,吸料過程結束。通過氣控系統(tǒng)使氣缸7和氣缸6活塞桿同時開始運動,氣缸7的活塞桿右移,帶動轉閥4轉接通道AE,與此同時,氣缸6的活塞桿左移帶動切刀5移開出料口B的位置;當氣缸6和氣缸7的活塞桿都達到了形成末端時,氣缸7桿觸動機械換向閥,使氣缸7、6的運動同時停止;又通過氣控系統(tǒng)控制,氣缸8活塞向右移動,使計量料缸9的活塞右移排餡,餡由A通道經轉閥缺口槽擠入E通道,排出定量的餡料,并經B口成型;氣缸8活塞桿達到排料行程后,立即觸動機械閥,同時停止運動,氣控系統(tǒng)同時又使氣缸7和氣缸6活塞桿運動,氣缸7活塞桿帶動轉閥4轉回到原位,使AD通道連通,氣缸6活塞桿帶動切刀5右移切下定量、定型的餡料,并把料口B堵住。到此完成了一個自動循環(huán)周期。892.3.5 該方案的優(yōu)點:本來在設計中考慮到,完成計量缸、轉動閥和切料刀三個執(zhí)行件的自動工作循環(huán),可由凸輪控制和氣動控制兩種方案來實現(xiàn)。若采用凸輪控制,需要把三條凸輪曲線集中在一個圓柱上,這樣多條凸輪曲線的圓柱凸輪的加工難度很大,而且精度要求很高,制造費用很高,而且這種系統(tǒng)無法實現(xiàn)調節(jié),無法根據(jù)實際狀況來實現(xiàn)三者的自動循環(huán)的調節(jié)。氣動控制系統(tǒng)的采用使整個機構有以下幾方面的優(yōu)點:1.動作的順序協(xié)調性容易保證;可根據(jù)實際情況方便的進行相互動作時間的調節(jié)。2.氣動控制元件已成批生產,市場很容易買到,組裝極為方便,使該裝置的制造周期短,加工成本可以降低。3.體積小、重量輕、安裝、拆卸都很方便。4.氣動控制,在食品包裝機械中應用日益廣泛、安全、衛(wèi)生、不污染食品,更不污染環(huán)境。5.集氣動、機械、電氣為一體,順應現(xiàn)代機械設計的發(fā)展趨勢。103 結構設計3.1 轉閥閥芯設計及配件的選取閥芯的設計我們采用的是一種在軸中間切去一部分,利用這一部分來儲存和轉運餡料。下面附上閥芯結構圖:圖2 轉閥閥芯結構圖根據(jù)春卷餡尺寸可得下餡體積為:V1=d22h=152280=14137.16mm3因此轉閥空間必須等于和大于下餡體積:設計轉閥芯圖如下V2=D22-12Lsinh=5022-1245.83sin13320=14172.87mm3V2V1滿足要求。軸承的選?。河捎谵D閥芯兩側需要軸承做支撐且僅受徑向力,于是根據(jù)圖3常用深溝球軸承的規(guī)格和尺寸表選用深溝球軸承6004 GB/T 276-1994。11表1 深溝球軸承的規(guī)格和尺寸表鍵的選擇:根據(jù)軸徑和下表平鍵規(guī)格1213表2 平鍵規(guī)格和尺寸表平鍵選擇bhl=3mm3mm6mm3.2 轉閥閥體的設計由于我們的轉閥采用的是容積定量的方式,那么我們的轉閥閥體就需要與閥芯來配合,設計是就必須適應閥芯的形狀,有特別的是閥體上方有進料口,下方有出料口,閥芯一側還要輔以真空負壓裝置,所以這樣的閥體難以一次加工,就需要我們做一個特別的設計來裝配,下圖是我們的轉閥閥體設計圖。圖3 轉閥閥體圖3.3 負壓真空裝置的設計負壓真空裝置主要與轉閥相連,當負壓真空裝置與進料口接通時,氣缸帶動活塞移動,腔內氣壓降低,餡料被擠入轉閥計量料腔內,當負壓真空裝置與出料口接通時,氣缸反向運動,推動活塞移動,腔內氣壓升高,餡料被推出。下圖為負壓真空部分結構圖:圖4 負壓真空部分結構圖3.4 氣缸的選取3.4.1 氣動技術在行業(yè)中的應用20世紀60年代,氣動技術主要用于比較繁重的作業(yè)領域作為輔助傳動?,F(xiàn)在,在工業(yè)生產的各個領域,為了保證產品質量的均一性,為了能減輕單調或繁重的體力勞動、提高生產效率,為了降低成本,都已廣泛使用了氣動技術。在縫紉機、自行車、手表、洗衣機、自動和半自動機床等許多行業(yè)的零件加工和組裝生產線上,工件的搬運、轉位、定位、夾緊、進給、裝卸、轉配、清洗、檢測等許多工序都使用氣動技術。氣動木工機械可完成掛膠、壓合、切割、刨光、開槽、組裝等許多作業(yè)。自動噴氣織布機、自動清洗機、冶金機械、印刷機械、建筑機械、農業(yè)機械、制鞋機械、塑料制品生產線、人造革生產線、玻璃制品加工線等許多場合,都大量使用了氣動技術。氣動技術還廣泛應用于化肥、化工、糧食、食品、藥品等許多行業(yè),實現(xiàn)粉狀、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝。用于煙草工業(yè)的自動卷煙合自動包裝等許多工序。用于對粘稠液體(如油漆、油墨、化妝品、牙膏等)和有毒氣體(如煤氣等)的自動計量灌裝。由此可見,氣動技術在各行各業(yè)已得到廣泛的應用。3.4.2 氣動技術的優(yōu)勢氣動技術與其他的傳動和控制方式相比,主要有以下優(yōu)點:1.氣動裝置結構簡單、輕便、安裝維護簡單。壓力等級低,故使用安全。2.工作介質是取之不盡、用之不竭的空氣,空氣本身不花錢。排氣處理簡單,不污染環(huán)境,成本低3.輸出力及工作速度的調節(jié)非常容易。氣缸動作速度一般為50500mm/s,比液壓和電氣方式的動作速度快。4.可靠性高,使用壽命長。電器元件的有效動作次數(shù)約為數(shù)百萬次,而SMC的一般電磁閥的壽命大于3000萬次,小型閥超過2億次。5.利用空氣的可壓縮性,可貯存能量,實現(xiàn)集中供氣??啥虝r間釋放能量,以獲得間歇運動中的高速響應??蓪崿F(xiàn)緩沖。對沖擊負載和過負載有較強的適應能力。在一定條件下,可使氣動裝置有自保能力。6.全氣動控制具有防火、防爆、耐潮的能力。與液壓方式相比,氣動方式可在高溫場使用。7.由于空氣流動損失小,壓縮空氣可集中供應,遠距離輸送。因此,下餡機構中多處采用了氣動技術,以高效、環(huán)保的完成下餡步驟。3.4.3 抽餡氣缸的選擇我們先進行氣缸的設計計算,根據(jù)計算結果選擇較合適的氣缸。1、抽餡氣缸設計與計算氣缸設計步驟(1)根據(jù)工作機構運動要求和結構要求選擇氣缸的類型和安裝方式。參考表3氣缸的類型和表4氣缸的安裝形式,我們選擇雙作用普通氣缸,安裝方式選擇固定式氣缸軸向支座MS1式。14表3 氣缸的類型(部分)表4 氣缸的安裝方式(2)根據(jù)工作機構載荷及速度要求,計算氣缸直徑。根據(jù)14Page 24-30 D=(1.011.09)4F2p式中系數(shù)在缸徑較大時取小值,缸徑較小時取大值。其中,F(xiàn)2活塞桿的拉力(N); D活塞直徑(mm); p氣缸工作壓力(Pa); 載荷率,一般=0.30.5速度高時取小值,速度低時取大值。根據(jù)工作情況,我們預計F2=60N,p=2.02105Pa,我們取=0.5,由于缸徑較小,所以 D=1.014602.021050.5=27.502 mm 參考表5缸筒內徑標準表5 氣缸的內徑標準圓整后取D=32mm。(3)由氣缸直徑及工作壓力,計算、選擇缸筒壁厚,計算活塞桿直徑。計算活塞桿直徑:由于活塞桿直徑需要預設,根據(jù)表6活塞桿直徑系列,預設活塞桿直徑d=12mm表6 活塞桿標準外徑尺寸因為計量料缸行程為25 mm,據(jù)14Page 24-40,氣缸(活塞)行程與其使用場合及工作機構的行程比有關。多數(shù)情況下不應該使用滿行程,以免活塞與缸蓋相碰撞,尤其用于夾緊等機構,為保證夾緊效果,必須按計算行程多加1020 mm的行程余量。綜上我們設定活塞長度為L=60mm?;钊麠U長度與直徑滿足L10d,因此只需按條件強度計算 d4F1p式中,F(xiàn)1氣缸的推力(N); p活塞桿材料的許用應力(Pa),p=b/S; b材料的抗拉強度(Pa); S安全系數(shù),S1.4?;钊麠U材料選用45鋼1516,其b600MPa,取S=2,則p=b/S=300MPa。取F1=100N d4100300106=0.651滿足條件,所以活塞桿直徑為d=12mm。(4)缸筒壁厚的計算:缸筒直接承受壓力,需要一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比/D1/10,所以通??砂幢”谕补接嬎?=Dpt2式中氣缸筒的壁厚(mm);D氣缸筒內徑(mm);pt氣缸試驗壓力,一般取pt=1.5p;p氣缸工作壓力(Pa); 缸筒材料許用應力(Pa),=b/S;b材料的抗拉強度(Pa); S安全系數(shù),一般取68。根據(jù)常用缸筒材料我們選擇鑄鐵HT150,其=30MPa故 =321.52.02105230106=0.16 mm通常計算出的缸筒壁厚都相當薄,考慮到機械加工17,以及缸筒兩端要安裝缸蓋等需要,往往需要將氣缸筒壁厚做適當加厚,且參考表24.2-7 氣缸筒壁厚盡量選用標準壁厚的鋼管。所以我們取=2 mm??紤]到經濟實用以及支持名族品牌的情況下,根據(jù)以上計算參考下表表7 QGA系列氣缸安裝尺寸我們選擇國產氣缸型號為QGA 3240 MS1 。3.4.4 驅動轉閥閥芯運動氣缸的選擇同樣先進行氣缸的設計計算,根據(jù)計算結果選擇較合適的氣缸。1、驅動轉閥閥芯運動氣缸設計與計算氣缸設計步驟(1)根據(jù)工作機構運動要求和結構要求選擇氣缸的類型和安裝方式。參考表3氣缸的類型和表4氣缸的安裝形式,我們選擇雙作用普通氣缸,安裝方式選擇固定式氣缸軸向支座MS1式。(2)根據(jù)工作機構載荷及速度要求,計算氣缸直徑。根據(jù)14Page 24-30 D=(1.011.09)4F2p式中系數(shù)在缸徑較大時取小值,缸徑較小時取大值。其中,F(xiàn)2活塞桿的拉力(N); D活塞直徑(mm); p氣缸工作壓力(Pa); 載荷率,一般=0.30.5速度高時取小值,速度低時取大值。根據(jù)工作情況,我們預計F2=100N,p=2.7105Pa,我們取=0.5,由于缸徑較小,所以 D=1.0141002.71050.5=31.018 mm 參考表5缸筒內徑標準,圓整后取D=32mm。(3)由氣缸直徑及工作壓力,計算、選擇缸筒壁厚,計算活塞桿直徑。計算活塞桿直徑:由于活塞桿直徑需要預設,根據(jù)表6活塞桿直徑系列,預設活塞桿直徑d=12mm因為計量料缸行程為45mm,據(jù)14Page 24-40,氣缸(活塞)行程與其使用場合及工作機構的行程比有關。多數(shù)情況下不應該使用滿行程,以免活塞與缸蓋相碰撞,尤其用于夾緊等機構,為保證夾緊效果,必須按計算行程多加1020 mm的行程余量。綜上我們設定活塞長度為L=80mm?;钊麠U長度與直徑滿足L10d,因此只需按條件強度計算 d4F1p式中,F(xiàn)1氣缸的推力(N); p活塞桿材料的許用應力(Pa),p=b/S; b材料的抗拉強度(Pa); S安全系數(shù),S1.4?;钊麠U材料選用45鋼,其b600MPa,取S=2,則p=b/S=300MPa。取F1=100N d4100300106=0.651滿足條件,所以活塞桿直徑為d=12mm。(4)缸筒壁厚的計算:缸筒直接承受壓力,需要一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比/D1/10,所以通??砂幢”谕补接嬎?=Dpt2式中氣缸筒的壁厚(mm);D氣缸筒內徑(mm);pt氣缸試驗壓力,一般取pt=1.5p;p氣缸工作壓力(Pa); 缸筒材料許用應力(Pa),=b/S;b材料的抗拉強度(Pa); S安全系數(shù),一般取68。根據(jù)常用缸筒材料我們選擇鑄鐵HT150,其=30MPa故 =321.52.7105230106=0.22 mm通常計算出的缸筒壁厚都相當薄,考慮到機械加工,以及缸筒兩端要安裝缸蓋等需要,往往需要將氣缸筒壁厚做適當加厚,且參考表24.2-7 氣缸筒壁厚盡量選用標準壁厚的鋼管。所以我們取=2 mm??紤]到經濟實用以及支持名族品牌的情況下,根據(jù)以上計算參考表7我們選擇國產氣缸型號為QGA 3250 MS1 。3.4.5 驅動切刀氣缸的選擇氣缸設計步驟(1)根據(jù)工作機構運動要求和結構要求選擇氣缸的類型和安裝方式。參考3氣缸的類型和表4氣缸的安裝形式,我們選擇雙作用普通氣缸,安裝方式選擇固定式氣缸軸向支座MS1式。(2)根據(jù)工作機構載荷及速度要求,計算氣缸直徑。根據(jù)14Page 24-30 D=(1.011.09)4F2p式中系數(shù)在缸徑較大時取小值,缸徑較小時取大值。其中,F(xiàn)2活塞桿的拉力(N); D活塞直徑(mm); p氣缸工作壓力(Pa); 載荷率,一般=0.30.5速度高時取小值,速度低時取大值。根據(jù)工作情況,我們預計F2=10N,p=1.0105Pa,我們取=0.5,由于缸徑較小,所以 D=1.0141011050.5=15.958 mm參考表24.2-4缸筒內徑系列,圓整后取D=16mm。(3)由氣缸直徑及工作壓力,計算、選擇缸筒壁厚,計算活塞桿直徑。計算活塞桿直徑:由于活塞桿直徑需要預設,根據(jù)表5活塞桿直徑系列,預設活塞桿直徑d=6mm因為切刀行程為15 mm,據(jù)14Page 24-40,氣缸(活塞)行程與其使用場合及工作機構的行程比有關。多數(shù)情況下不應該使用滿行程,以免活塞與缸蓋相碰撞,尤其用于夾緊等機構,為保證夾緊效果,必須按計算行程多加1020 mm的行程余量。綜上我們設定活塞長度為L=40mm?;钊麠U長度與直徑滿足L10d,因此只需按條件強度計算 d4F1p式中,F(xiàn)1氣缸的推力(N); p活塞桿材料的許用應力(Pa),p=b/S; b材料的抗拉強度(Pa); S安全系數(shù),S1.4?;钊麠U材料選用45鋼,其b600MPa,取S=2,則p=b/S=300MPa。取F1=100N d4100300106=0.651滿足條件,所以活塞桿直徑為d=6mm。缸筒壁厚的計算:缸筒直接承受壓力,需要一定厚度。由于一般氣缸缸筒壁厚與內徑之比/D1/10,所以通??砂幢”谕补接嬎?=Dpt2式中氣缸筒的壁厚(mm);D氣缸筒內徑(mm);pt氣缸試驗壓力,一般取pt=1.5p;p氣缸工作壓力(Pa); 缸筒材料許用應力(Pa),=b/S;b材料的抗拉強度(Pa); S安全系數(shù),一般取68。根據(jù)常用缸筒材料我們選擇鑄鐵HT150,其=30MPa故 =161.51105230106=0.04 mm通常計算出的缸筒壁厚都相當薄,考慮到機械加工,以及缸筒兩端要安裝缸蓋等需要,往往需要將氣缸筒壁厚做適當加厚,且參考表24.2-7 氣缸筒壁厚盡量選用標準壁厚的鋼管。所以我們取=1 mm??紤]到經濟實用以及支持名族品牌的情況下,根據(jù)以上計算參考表8表8 QGX系列微型氣缸我們選擇國產氣缸型號為QGX 16S MS1 3.4.6 氣動控制系統(tǒng)簡圖與工作原理:工藝流程框圖:轉閥轉90轉閥轉90排料吸料排切刀前進切料切刀后退圖5 工藝流程框圖當輸入啟動信號后,整個機構將按如上步驟運動。該裝置的工作循環(huán)圖的確定:1.循環(huán)時間T的確定:由已知條件 1000個/時,則 T=3600s/1000=3.6s/個2.氣缸7和6兩者執(zhí)行件互不影響,為提高產量,兩者可以同時動作,時間重疊。3.三個氣缸的工作、停止、退回時間皆取0.9s。4.該裝置的工作循環(huán)圖為18圖6 工作循環(huán)圖3.5 電機的選擇1.電動機類型和結構的選擇:選擇Y系列三相異步電機,此系列電動機屬于一般用途的全封閉自扇冷電動機,其結構簡單,運行可靠,價格低廉,壽命長,使用維護方便,性能優(yōu)良,體積小,重量輕,適用于不易燃,不易爆,無腐蝕性氣體和無特殊要求的機械。Y系列三相異步電動機具有以下良好性能和結構特點。(1)效率水平較高。Y系列小型三相異步電動機保持了J02系列電動機效率水平比較高的優(yōu)點,其效率加權平均值比J02系列高出0.413%,達到了國際水平。由于電動機效率水平的提高,就給社會帶來了巨大的節(jié)電經濟效益。(2)起動性能較好。Y系列全系列電動機的堵轉轉矩比J02系列電動機的平均值高33%,起動轉矩達到JQ02系列高起動轉矩電動機的水平,其最小轉矩均保證在0.8倍的額定轉矩以上,并且大部分還達到或超過1倍的額定轉矩。因此,其起動性能非常優(yōu)良,帶負載起動也十分順利。(3)噪聲低振動小。Y系列三相異步電動機規(guī)定有聲功率噪聲標準,按噪聲限值分為l級和2級,以供用戶選用。由于該系列采用電機專用軸承,因而運轉噪聲大為降低,經實測其噪聲低于J02系列實際水平約510分貝,振動也比J02系列電動機有較大地減小。(4)防護性能較好。Y系列三相異步電動機的結構設計已滿足了對外界固體物和濺水的防護要求,這樣就能有效防止異物對電動機和人體的危害。(5)運行可靠使用壽命長。Y系列(IP44)三相異步電動機的繞組均采用B級絕緣材料。當海拔不超過1000米,冷卻空氣的溫度不超過40時,電動機定子繞組的溫升限度(電阻法)不超過80K。因而,除極少數(shù)規(guī)格外電動機一般均有15K以上的溫升裕度。較大的溫升裕度則能延長電動機的使用壽命,并提高電動機運行的可靠性。(6)外形美觀大方。Y系列三相異步電動機的端蓋、接線盒、風罩等主要結構部件的外形,都比傳統(tǒng)老產品要美觀、大方。 (2)電動機容量選擇:根據(jù)已知條件知攪拌器所需扭矩大約為T=250Nm,轉速約60r/min攪拌器軸的有效功率為:P=Tn9549=250609549=1.57kW我們假設電機的效率=0.8那么電機的功率Pd=P=1.570.8=1.96kW則取同步轉速為:1500 r/min根據(jù)容量和轉速,由下表查出適用的電動機型號:表9 電機型號(部分)此選定電動機型號為Y100L1-4,其滿載轉速n=1430r/min 。19203.6 機架的結構設計機架的主要作用就是支撐各個零部件,需要考慮各零部件如何安裝在其上,根據(jù)其他零部件的裝配情況,設計如何在機架上安裝,我們做出如下設計圖7 機架圖4 鍵的校核計算對于平鍵連接,可能的實效形式有較弱零件(通常為轂)的工作面被壓潰(靜連接)或磨損(動連接)和鍵的剪斷等。對于實際采用的材料組合和標準尺寸來說,壓潰常是主要的實效形式。因此,通常只做鍵連接的擠壓強度計算。21在計算中,假設載荷沿鍵的長度和高度均勻,則其強度條件為p=4Tdhlp(Mpa)式中 p許用擠壓用力; T扭矩,單位為Nmm; l工作長度,單位為mm。對A型鍵l=L-b,B型鍵l=L,C型鍵l=L-b/2; L公稱長度,單位為mm; d軸徑,單位為mm; h鍵的高度,單位為mm。已知T=,bhL=3mm3mm6mm,d=10mm于是p=4Tdhl=410000103(10-3)=57.1MPap=125表10 鍵聯(lián)接的許用擠壓應力和許用壓強5. 總結畢業(yè)設計是我們整個機械專業(yè)課程學習中的重要一環(huán),它不僅僅是對我們四年的學習的一個考核,更是一種把機械設計理念深入骨髓的一種訓練,更是鞏固一切知識的重要階段。通過畢業(yè)計使我從各個方面都受到了機械設計的訓練,對機械方面有關各個零部件的有機結合有了深刻的認識。在設計的過程中,培養(yǎng)了我綜合應用機械設計課程及其他課程的理論知識和應用生產實際知識解決工程實際問題的能力,更加熟練的掌握專業(yè)軟件,重要的是讓我發(fā)現(xiàn)自己的知識漏洞,在這些過程中我們深刻地認識到了自己在知識的理解和接受應用方面的不足,在今后的學習過程中我會更加用心。雖然我的設計還很粗糙,而且并沒有進行實際加工,而我也相信實際中問題可能會更多,但是我相信我們的設計理念是對的,我們的設計方向也是對的。但是也由于我們的水平不高,未能設計出更好的產品,我相信我今后一定會踏實學習,不斷積累技術,為將來能設計出更好的產品為民族為祖國爭光。在此次設計中我還有一點體會,就是好的設計不光只是設計技術好,最重要的事要把握好行業(yè)發(fā)展的方向,做面向于消費者的產品,注重用戶體驗,才能獲得市場的和消費者的認可。參考文獻【1】郎慶軍. 手工水餃定量給餡機的設計 J . 食品與機械, 2003, 29( 3) : 31-32.【2】李書國. 食品加工機械與設備手冊 M . 北京: 科技文獻出版社, 2006【3】崔建云, 殷涌光, 周先漢, 等. 食品機械 M . 北京: 化學工業(yè)出版社, 2007.【4】楊可幀,程光蘊.機械設計基礎M,高等教育出版社,1999【5】濮良貴,紀名剛.機械設計.北京:高等教育出版社,2006【6】 CharlesW.Beardsly,MechanicalEngineering,ASME,RegentsPublishingCompany,Inc,1998.【7】朱龍根.機械系統(tǒng)設計(第二版).機械工業(yè)出版社,2002【8】孫 桓.陳作模主編. 機械原理. 北京:高等教育出版社 2000【9】H. 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