机械设计专业课程设计-工艺品山核桃切割机设计.doc

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1、辽 宁 工 业 大 学 课 程 设 计 说 明 （ 计 算 ）书 辽宁工业大学 专 业 课 程 设 计 说 明 书题目： 工艺品山核桃切割机设计 学院（系）： 机械学院 专业班级： 机设081 学 号： 学生姓名： 指导教师： 起止时间： 2011-12-172012-1-7 辽宁工业大学专业课程设计任务书院（系）： 机械工程与自动化学院 教研室： 机械设计教研室学 号080103009学生姓名专业（班级）机设081设计题目工艺品山核桃切割机设计技术参数与要求生 产 率：20片/分。规 格：核桃直径2630mm。适用范围：针对市场上用山核桃切片粘制工艺品，设计山核桃切片机，可切割厚度为810m

2、m的椭圆形核桃切片，切割断面光滑平整。能实现工艺品粘制工艺。电 源：220V，50 Hz工作量1. 总装配图一张，0#；2. 零件图两张，2#；3. 有限元分析、三维仿真或程序计算光盘一张；4. 设计计算说明书一份工作计划1. 方案拟订 3.5天2. 设计计算 2.5天3. 有限元分析、三维仿真或程序计算 3天4. 绘制总装图 11天5. 绘制零件图 2天6. 编写设计计算说明书 1天7. 答辩 1天成绩评定图面(40)说明书(20)答辩(20)平时(10)有限元分析、三维仿真或程序计算(10)总分 成绩： 指导教师签字： 年 月 日目录第一章 绪论41.1 研究内容的现状41.2 选题意义5

3、第二章 总体方案设计62.1研究给定设计任务62.2设计任务抽象化72.2.1总功能提炼72.2.2系统边界确定72.3 确定工艺原理方案72.4确定工艺路线，画出工艺路线图72.5功能分解，画出功能树72.6确定功能结构82.7功能单元求解82.8系统原理方案确定82.8.1系统原理方案求解82.8.2系统原理方案形成92.8.3方案确定102.9方案图和总体布局102.10主要参数确定11第三章 执行系统的设计计算113.1运动分析113.1.1核桃进给运动分析113.1.2锯片转动分析113.2动力分析123.2.1核桃进给力分析123.2.2锯片转动力分析12第四章 传动系统的设计计算

4、134.1 运动与动力参数的设计计算134.1.1 电机的选择134.1.2总传动比计算及传动比分配134.1.3各轴转速、功率及转矩的计算134.2 传动零件的设计计算144.2.1分配传动比144.2.2各轴功率、转速和转矩的计算144.3带的设计计算144.3.1确定设计功率PC144.3.2选取V带的型号154.3.3确定带轮基准直径、154.3.4确定中心距a和带的基准长度Ld154.3.5验算包角164.3.6确定带根数z164.3.7确定初拉力F0174.3.8计算轴压力Q184.4轴的设计计算184.5轴承的验算244.6键联接的选择和验算26第四章 结论27参考文献28第一章

5、 绪论1.1 研究内容的现状目前工艺师傅切割山核桃的方法是采用两个特制的木头卡具和木工锯床对核桃进行切割，先用其中一个木头卡具对核桃进行纵向切割，再利用另一个木头卡具对核桃进行横向切割。这种方法不但效率低，而且不安全。具体方式如下：图1.1纵向切割木头卡具 图1.2纵向切割图1.3横向切割木头卡具图1.4横向切割1.2 选题意义核桃乃吉祥之物，“核”字与 “和”“合” 谐音，是合家欢乐，幸福平安，和气生财，家和万事兴的象征。早在公元1778年, 乾隆皇帝就曾将核桃壳制品，作为“驱邪呈祥”、“保佑平安”之物，并将一些精品，摆放在帝王神龛之上。在1997年香港回归时，中央政府赠于香港特别行政区的纪

6、念品中，也有核桃壳制作的珍品相比于其他工艺品而言，山核桃壳工艺品，是最为年青的一种。但是现在针对山核桃的切削方法费时费力，而且不安全，随着人们对居室幽雅程度要求的日益增高，核桃壳工艺品必将成为一种时尚，进入寻常百姓家中，所以谁能设计出一种能更快更好切核桃的机器，降低山核桃工艺品的成本，谁将占领山核桃工艺品的市场。第二章 总体方案设计2.1研究给定设计任务表2.1设计任务书课题编号080103009课题名称核桃切片机设计者孙海川起止时间2010-11-26表2.2设计要求1功能主要功能：将直径为26mm-30mm的核桃切成边长为18mm-21mm、厚度为8mm的椭圆形核片2适应性作业对象：直径为

7、26mm-30mm的核桃（带核桃尖）工 况：变载荷环 境：常温，干净3性能动 力：380V运 动：无结构尺寸：无要求，但体积、重量尽量小4生产能力生产率：20个/分5可靠性可靠度要达到90%以上、最高一个星期维修一次、有效度达到90%以上6使用寿命多次性使用寿命八年（经过大修）7经济成本材料费用2000、设计费用500、制造加工费用1000、管理费用5008人机工程操作方便、省力9安全保证人身、设备安全10包装运输防腐、防锈2.2设计任务抽象化2.2.1总功能提炼将直径为26mm-30mm的核桃切成边长为18mm-21mm、厚度为8mm的椭圆形核片2.2.2系统边界确定由2.2.1总共能的提炼

8、得到核桃切片机总功能的黑箱描述，如图1。边长为18mm-21mm厚度为8mm的椭圆形核片能量核桃切片机直径为26mm-30mm的核桃废削图2.1核桃切片机总功能的黑箱描述2.3 确定工艺原理方案利用剪切力对核桃进行连续切削2.4确定工艺路线，画出工艺路线图加料 横切 纵切2.5功能分解，画出功能树加料横切 核桃定位(去头部和尾部) 核桃进给 切割功能树 加料 纵切 核桃定位（分成四片） 核桃进给切割 2.6确定功能结构由2.5的功能分解及功能树，确定功能结构图如图2.2边长为18mm-21mm厚度为8mm的椭圆形核片切割传动机构能量直径为26mm-30mm的核桃定位进给上料上料图2.2核桃切片

9、机功能结构图2.7功能单元求解1.、加料：人工供送、拨爪供送、机械手等2、核桃定位：横切 用核桃尖、核桃凹槽、核桃凸台等 纵切 用横切完的平面、核桃凸台、核桃凹槽等3、核桃进给：用杠杆（人操作）、曲柄滑块、曲柄滑块等4、切割：用圆形锯片、条形锯片，线切割等2.8系统原理方案确定2.8.1系统原理方案求解由2.6各功能单元解得核桃切片机形态学矩阵，如下表：表2.3核桃切片机形态学矩阵分功能123A加料人工供送拨爪供送机械手B核桃定位横切用核桃尖用核桃凸槽用核桃凹台纵切横切完的平面用核桃凸台用核桃凹槽C核桃进给杠杆（人操作）曲柄滑块凸轮推杆D切割圆形锯片条形锯片线切割2.8.2系统原理方案形成1、

10、方案初选 方案一：A1+B1+C1+D1 人工半自动核桃切片机 方案二：A2+B2+C2+D1 机械半自动核桃切片机2、方案评价（1）.评价目标树山核桃切割机性能0.3成本0.3维修性0.1操作性0.2可靠性0.1各评价目标的加权系数根据经验给出，见图3和表2。图2.3 评价目标树（2）评分标准采用五分制评分标准。表2.4 评分标准五分制012345不能用勉强可用可用良好很好理想（3）评分方法采用集体评分法，由10位评分者以评价目标为序对各方案评分，取平均值。各均值见表2.6。（4）总分计算方法采用分值相加法和有效值法（加权计分法）计算，见表2.6。表2.5 总分计算方法方 法公 式特 点分值

11、相加法计算简单、直观有效值法（加权计分法）考虑了各评价目标的相对重要程度表中： 评价目标个数； 第个评价目标的得分；第个评价目标的加权系数； 方案总分值；有效值。表2.6 山核桃切片机评分表评价目标性能成本可靠性操作性维修性总分加权系数0.30.30.10.20.1分值相加加权分值相加方案一3.1 3.9 3.5 3.0 3.5 17.0 3.40 方案二3.5 2.2 3.0 3.8 3.0 15.5 3.07 2.8.3方案确定根据计算得出方案一的各种总分值（见表4）均最高，为最优方案，所以选择该方案：用人工加料，横切用核桃尖定位，纵切用横切完的平面定位，用杠杆对核桃进行进给，用圆形锯片转

12、动对核桃进行切割。2.9方案图和总体布局由系统原理方案确定方案简图如图2.4所示。1 圆柱推杆 2核桃 3圆形锯片图2.4核桃切片机机构简图人工将核桃放入卡具1中，然后人工按动杠杆2对核桃进行进给，通过锯片3对核桃进行切削。2.10主要参数确定核桃加料：20个/分圆形锯片：外径110mm 内径30mm 厚度2mm第三章 执行系统的设计计算3.1运动分析3.1.1核桃进给运动分析图2.5核桃进给机构运动分析A运动尺寸：根据核桃切片的工艺要求，确定核桃的进给位移3mm。为了安全L3=6mm 。L1，L2根据空间要求，人机工程，省力等方面的要求L1=100mm，L2=200mmB运动参数：推杆平均速

13、度V=0.06m/min3.1.2锯片转动分析A运动尺寸：外径110mm 内径30mmB运动参数：类比法，转速2000r/min3.2动力分析3.2.1核桃进给力分析图2.6核桃进给机构力分析F(L1+L2)COS=QL1COS因为L1=2L2所以=Q/F=33.2.2锯片转动力分析因为锯片外径为110mm，转速为2000r/min所以锯片角速度=2n60=209.33rad/s线速度V=r=209.330.055=11.5m/s用类比法：普通木工机械电机功率为4 KW所以F=P/V=4000/11.5=347.8N第四章 传动系统的设计计算4.1 运动与动力参数的设计计算4.1.1 电机的选

14、择根据工作条件，选择YL系列三相异步电动机4.1.2总传动比计算及传动比分配用类比法：普通木工机械电机功率为4 KW 即=4kw由锯片线速度11.5m/s推出F=347.8N 传动装置的总效率：式中: V带传动效率： = 0.95深沟球轴承： =0.99传动总效率 =0.9405 所需电动机功率 =40.9405=3.762 kw 4.1.3各轴转速、功率及转矩的计算类比法：2000r/min 根据锯片所需的功率和转速，可选择功率为4KW，同步转速为3000r/min的电动机。表4.1电动机数据及传动比电机型号额定功率同步转速满载转速总传动比YL112M24300028001.4轴伸直径D=2

15、8mm，轴伸长度E=60mm电动机中心高H=112mm。4.2 传动零件的设计计算4.2.1分配传动比总传动比i=n0/nw =2800/2000=1.4 V带传动比为24，取 4.2.2各轴功率、转速和转矩的计算0轴：即电机轴P0=4kw n0=2800r/min T0=9.55P0/n0=9.554103/2800=13.64 轴：锯片高速轴P1= 40.95=3.8kw n1= n0/ =2800/1.4=2000r/min T1=9.55P1/n1=9.553.8103/2000= 18.15 表4.2 各轴运动及动力参数序号功率P/kw转速n/(r/min)转矩T/传动型式传动比效率

16、04280013.64带传动1.40.9513.8200018.154.3带的设计计算4.3.1确定设计功率PC由机械设计教材表34查得=1.2PC=P=1.24=4.8 kw 4.3.2选取V带的型号根据PC和n0由教材图3-12确定，因工作点外于A型区，故选A型。 4.3.3确定带轮基准直径、1.选择小带轮直径由机械设计教材表3-5和教材表3-6确定=112mm 2.验算带速VV=16.59m/s 在525m/s之间，故合乎要求3.确定从动轮基准直径dd2=1.4112=156.8mm 查机械设计教材表3-6取=160mm 4.实际从动轮转速和实际传动比i不计影响，若算得与预定转速相差5为

17、允许。=1.43 (-i)/i100%=(1.43-1.4)/1.4100%=0.25% 4.3.4确定中心距a和带的基准长度Ld1.初定中心a0本题目没有给定中心距，故按机械设计教材式325确定0.7(dd2+dd1)2(dd2+dd1)0.7（112+160）2(112+160) 190.4544取=300mm。 2.确定带的计算基准长度Lc按教材式2+(+)+=2300+（112+160）+=1028.96 3.取标准Ld按机械设计教材表3-3取=1000。 4.确定中心距按机械设计教材式3-27=+=300+=314.48 调整范围=+0.03=314.48+0.031000=344.

18、48 =-0.015=314.48-0.0151000=299.48 4.3.5验算包角180-60=180-60=170.841200 符合要求 4.3.6确定带根数z按机械设计教材式3-29 Z 由机械设计教材式3-19单根V带所能传递的功率=(+ ) 由机械设计教材式3-20包角系数=1.25()=1.25()=0.98 由机械设计教材表4-3查得C1=3.7810-4 C2=9.8110-3 C3=9.610-15 C4=4.6510-5 =17001=293rad/s =1C1-C3-C4lg(dd11)=1122933.7810-4-9.610-15 -4.6510-5lg(112

19、293)=2.4 =C41lg=4.6510-5112293lg=0.41 =c41lg=4.6510-5112293lg=-0.35 =(+)=0.98(2.4+0.41-0.35)=2.41 V带的根数Z=1.99 取Z=2根 4.3.7确定初拉力F0按机械设计教材式3-30F0=500(-1)+q=500=141.6N 式中q由教材表3-1查得q=0.1Kg/m。4.3.8计算轴压力Q按机械设计教材式3-31Q=2F0zsin=2141.62sin=564.65N 4.4轴的设计计算1选择轴的材料轴的材料为45号钢，调质处理2、按扭矩初步估算轴端直径按式（8-2）查机械设计表（8-2）

20、=110160，取=120=14.86mm考虑轴端有一个键槽 取=25mm 该段轴长=35mm 3、初选滚动轴承因该轴的转速很高，选用球轴承。根据轴端尺寸，带轮的定位方式和轴承的大概安装位置，初选深沟球轴承6207(357217)4、设计轴的结构a两轴承之间的跨距mm b确定轴承的润滑方式与密封方式速度因数dn=352000=710由于dn1610所以滚动轴承采用脂润滑高速轴密封处的圆周速度3.66m/s 由于，所以采用毡圈密封。c布置轴上零件，设计轴的结构根据安装和定位的需要，初定各轴段直径和长度，各跨度尺寸如图7图4.1轴段直径和长度通过ANSYS的分析得到轴的变形情况如图8，轴的应力图9

21、，应变图10图4.2轴的变形图4.3轴的应变图4.4轴的应力5、对轴进行分析，作当量弯矩图。a绘制受力简图由Q（125.5+130）=R1130得到R1=1109.75N由R1125.5=R2（125.5+130）得到R2=545.10N图4.5受力简图b求轴的弯矩M，画弯矩图 图4.6弯矩图 c画轴的扭矩图T=18150-16555=9075图4.7扭矩图d求计算弯矩，画计算弯矩图取根据， 图4.8计算弯矩图6.校核轴的静强度 根据图中轴的结构尺寸，选择弯矩最大的剖面进行验算。根据机械设计教材表8-3查得=59 MPa剖面的计算应力： 安全 7.校核轴的疲劳强度a判断危险剖面 分别选择，剖面

22、进行验算：剖面所受的弯矩和扭矩大，轴肩圆角处有应力集中。剖面除受弯矩和扭矩外，附近还有过盈配合，键槽和轴肩圆角三个应力集中源。45钢调质的机械性能参数：，。b剖面疲劳强度安全系数校核 因轴单向转动，弯曲应力为对称循环变应力。扭剪应力按脉动循环处理。 根据机械设计教材附表查取应力集中系数，绝对尺寸影响系数和表面质量系数。根据：查得： 查得：，并取=4.27 =5.97 =2.43 取S=1.51.8 SS, 满足要求c剖面疲劳强度安全系数校核 因轴单向转动，弯曲应力为对称循环变应力。扭剪应力按脉动循环处理。 根据机械设计教材附表查取应力集中系数，绝对尺寸影响系数和表面质量系数。根据：查得： 查得

23、：，并取=7.89 =22.3 =7.4 取S=1.51.8 SS, 满足要求4.5轴承的验算以知：30207轴承（357217）。基本额定动载荷C=51500N，基本额定e=0.37,Y=1.6.由前面计算得知： 合成支反力：=2105.10N =2693.83N =/(2Y)=2105.10/(21.6)=657.84N =/(2Y)=2693.83/(21.6)=841.82N =max（，+Fa）=（657.84，991.81）=max（，-Fa）=（841.82，507.85） =991.81N=841.82N /=991.81/2105.10=0.47e=0.37 =0.4，=1.

24、6 /=841.82/2693.83=0.31e=3.7 =1，=0轴承承受轻度载荷冲击,所以取=1.5根据弯矩合成图 f=1 f=1.5= f(+) =11.5(0.42105.10+1.6991.81)=3643.4N =f(+) =1.51.52693.83=6061.11N 计算轴承2的寿命=30842.9h =12.8年 预期寿命: 12.8年 8年 寿命足够4.6键联接的选择和验算1.键联接的类型和尺寸选择由于齿轮为8级精度要求，有较高的对中性要求，故选用平键联接查手册得：当时，键的剖面参考轮毂长度选键长，键的材料选45号钢2.对轴上键联接的强度校核键联接的失效形式是轴、轮毂和键三

25、个零件中较弱零件的压溃。故应进行挤压强度校核。键工作长度：L=L-b=25-8=17mm 由表查得：p=40N/mm2 p=4T/dhL=49075/25717=12.2N/mm2 p，安全第四章 结论工艺品山核桃切割机不但效率高，而且安全可靠，它有以下优点：1.操作简单，先将核桃放入卡具中，然后向下压压杆，带动推杆向下运动，实现对核桃的进给。2.效率高，可达到20个/分钟远远高于现有的生产率3.安全可靠，锯片安装在机架里面，不会接触人体。4成本低，该机器结构简单因此成本比较低。由于设计者水平有限，设计中肯定还有很多的不足之处，但是该机器已经弥补了现有加工方法中的许多不足之处，将会对山核桃工艺

26、品的发展起到推动作用。参考文献1高泽远，遥玉泉，李林贵编，机械设计（修订版）。沈阳：东北工学院出版社，19922鄂中凯，王金，田世新，刘孔均主编，机械设计课程设计。东北工学院出版社，19923孙志礼等主编，机械设计。东北大学出版社，20004巩云鹏，机械设计课程设计。北京：冶金工业出版社，19995孙德志，张伟华编，机械设计课程设计。北京：冶金工业出版社，6王金，张锡安主编，机械设计程序设计。东北工学院出版社，1991 7黄世清，王世佐主编，计算机辅助机械零件设计。上海：上海交通大学出版社，19918卢左潮，黎桂英主编，计算机辅助机械设计。武汉：华中理工大学出版社，19919蔡春源主编，机械零件设计手册（第三版）。北京：冶金工业出版社，199410http:/5- 共 28 页 第28页