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1、 本科毕业设计（论文） 题 目: 糕点切片机机芯结构的设计 _ 英文题目：The design of cake slicing machine 学 院：_ 专 业：_ 姓 名：_ 学 号：_ 指导教师：_ 2016年5月13日 摘要 糕点切片机的研制，是为解决我国家用食品的加工行业全部由人工手工作业劳动强度大、切片效率低而国内又没有适用专用糕点切片机的难题。本文从食品机械设计的角度，阐述了该糕点切片机研究开发的目的、糕点切片机设计的依据、糕点切片机作业的工作原理、糕点切片机的总体结构设计和切片机构等关键零部件的设计和计算，并对该糕点切片机的进一步完善设计提出了改进方案。关键词：机械产品；糕点切
2、片机；机芯结构；方案全套图纸，加153893706II AbstractThe development of cake slicing machine is to solve the domestic food processing industry all by manual labor intensity big, and the efficiency is low and the problem is not applicable to the special cake slicing machine. From the perspective of food machinery des
3、ign, this paper expounds the purpose of the research and development of the cake, the basis of the design, the working principle, the structure design and calculation of the chip machine, and gives the improvement plan for the further perfection of the cake.Keywords：Machine product;Driving roller ;D
4、esign;craftIII 目 录摘要IAbstractII1引言1 1.1课题的来源与研究的目的和意义1 1.2糕点切片机的发展现状2 1.3本课题研究的内容32整体总体方案的确定5 2.1设计思想7 2.2主要结构设计8 2.3糕点切片机的工作原理103机械传动部分的设计计算11 3.1曲柄摇杆机构的设计计算11 3.2滚子链传动的设计计算12 3.3轴的设计计算14 3.4直线轴承的设计计算154糕点切片机中主要零件的三维建模17 4.1偏心轮的三维建模19 4.2机架的三维建模20 4.3传送滚筒的三维建模23 4.4糕点切片机的三维建模235三维软件设计总结24结论25致谢26参考
5、文献271 绪论1.1 课题的来源与研究的目的和意义 蛋糕是我国重要的食品之一，特别是在人们过生日的时候或者是大型的娱乐场所，蛋糕更是必备之食品。近些年来，随着机械产业结构调整的深化，蛋糕加工行业在我国有了快速的发展。在新疆、辽宁、天津和北京等地，蛋糕的品种和规模都在逐年扩大。蛋糕的销量增大、产量的提高，极大地丰富了市场，也成为农民依靠制作蛋糕脱贫致富的一条有效途径。但长期以来，蛋糕的二次加工管理等生产环节中，大都以人工手工作业为主，劳动强度大、生产效率低、生产成本高，这严重制约了蛋糕产业化的发展进程，需要机械化来解决当前的问题，所以设计一款蛋糕自动切片机势在必行！我国生产的糕点切片机结构简陋
6、，切片效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的糕点切片机的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，糕点切片机的生产也是如此，为满足市场需求，开发出一种新型的糕点切片机势在必行！相信此种糕点切片机的出现将会大大提高蛋糕的切片能力和质量，为企业的生产的年产能方面，以及经济效益方面能够带来显著的进步，同时也在某种程度上推进了机械工业的不断发展。随着国际标准化（SIO）的实施，世界糕点切片机以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国的HUGER公司将新开发的糕点切片机应用到该公司的子公司-一个
7、生产蛋糕的机械公司，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国HUGER公司之后，德国的DESTO公司也看到了蛋糕切片机的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制蛋糕切片机，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行糕点切片机的研发工作。现在国外等著名糕点切片机的品牌中，都有糕点切片机的销售，全世界糕点切片机的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，糕点切片机的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此糕点切片机是当今蛋糕生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的糕点切片机销售市场，机械人工业是西方资本主
8、义国家的机械工业之一。 目前国外特别是美国正在考虑发展糕点切片机的功率最大化，产能最优化的问题。自“九五”期间糕点切片机的开发和研制已经被列入美国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的糕点切片机。我国从1953年开始生产糕点切片机，于1958年自行设计制造切片半径在50、70、90、120、500等蛋糕的糕点切片机之后，为了适应蛋糕生产厂家的需要，1959年又制造了500、1000、1200等大直径的糕点切片机。为了满足蛋糕生产工业发展需要，我国于1970年研制了大型糕点切片机。经运转实践证明效果很好。同年，福建的金明公司更是大量引入外来技术人才，全身心地投入到了
9、蛋糕切片机的研发中，利用丰富的人力资源和设备，研发出了多种可夹持不同直径蛋糕的切片机，与同年12也投入市场，获得了非常大的经济利润。近几年又研制出PX1400/170糕点切片机，其设计能力为1750t/h，实际达到2508t/h，是设计值的1.6倍。目前机械式糕点切片机将逐渐被全自动糕点切片机所代替。传统的机械式的糕点切片机已经不能完全满足当今市场的需要，迫切需要各种多功能的糕点切片机来满足市场需求，如是福建金明公司加大人力开发出了五个规格十四种类型的糕点切片机，然而我国机械人业所需的糕点切片机全部依赖进口，这使得国产机械人配备糕点切片机后，成本增加很大，而装备自行开发生产糕点切片机，其成本提
10、高不大，说明糕点切片机的市场前景令人乐观。传统的糕点切片机的产品图如下图1、图2所示：图1图21.2 糕点切片机的发展现状 窗体顶端 随着机械工业结构调整，各类糕点加工业发展迅速，其不仅丰富了市场，满足了人们的消费要求和工业原料要求，且人们的收入获得较大幅度的增加。但是目前糕点加工生产基本处于人工作业阶段，其劳动强度大、效率低、作业质量差，况且蛋糕是一项时效性强的作业，影响了各类糕点加工业的进一步发展。二十世纪初期，有美国公司将新开发的糕点切片机应用到西方资本主义国家的各个角落，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第
11、一代糕点切片机的经验基础上，开发出了性能更佳，功能更强大的糕点切片机。当前，全世界各大蛋糕加工机械的厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行糕点切片机的研发工作。现在国外等著名糕点切片机的品牌中，都有糕点切片机的销售，全世界糕点切片机的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，糕点切片机的市场，由最初的美国，非洲，已经渗透到北美市场，因此糕点切片机是当今蛋糕生产加工企业的主要设备之一。目前国外特别是美国正在考虑发展糕点切片机的功率最大化，产能最优化的问题。自上世纪八十年代开始糕点切片机的开发和研制已经被列入德国的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的糕点切片机。我国从二十世纪
12、初期就年开始生产糕点切片机，2000年自行设计制造出了第一款糕点切片机之后，为了适应更加广阔的生产厂家的需要，2001年又制造了功能更加强大的糕点切片机。为了满足糕点加工工业发展需要，我国于2003年研制了大型糕点切片机。该机运转灵活，切片质量和效率很高，并且可以同时对不同直径规格的蛋糕进行切片。1.3 本课题研究的内容 本次设计主要针对糕点切片机进行设计，从糕点切片机的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：（1）查阅相关资料，搜集各类糕点切片机的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。（2）分析糕点切片机的总体结构和布局（3）对各个总体方案进行分析和比较（
13、4）确定具体设计方案（5）糕点切片机的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。（6）说明书的编制 2 整体总体方案的确定2.1 设计思想 本课题是以机器经济性好、人性化设计、环境友好性好、可靠性高、寿命长、结构简单、易于维修等为设计思想。2.2 主要结构确定考虑到糕点切片机应用的范围的不同，蛋糕的规格直径的区别，因此，本次设计选择传统的直线式输送方式来设计这个糕点切片机。整机结构简单、外型美观、制造容易、强度可靠、安全系数高；尽量选用国家标准件及通用零部件；机具使用、调节、维护方便，使用可靠，便于安装和挂接。整机采用焊接机架组成，由于焊接件强度和刚性都比较好，所以予以采用，其他部分例如蛋糕的
14、输送部分以及切片部分都是在这个焊接机架上面完成。主要组成部分见上图所示。2.3 糕点切片机的工作原理糕点切片机在作业时，由人工加待切片的蛋糕放在过渡滚筒上面，通过推送蛋糕到输送线上面，当系统检测到有蛋糕到输送线上面的切刀的下面的时候，通过中控系统控制糕点切片机的蛋糕开始动作，切刀在曲柄摇杆机构的作用下下降，对输送线上面的蛋糕机型切片，该机构执行灵活，高效，能够保证切出来的蛋糕片均匀，外观好看，然后蛋糕被切片后，就自动会随着输送线移动到出料斗的位置，随着出料斗的角度滑落到现成配备的装蛋糕切片的箱子里面，完成一个作业循环。3 机械传动部分的设计计算3.1曲柄摇杆机构的设计计算本次选用的切刀往复运动
15、机构为曲柄摇杆机构，如图1所示，此机构主要是执行切刀的上下往复运动。由于所切糕点的厚度为20-100mm,所以切刀在20mm之上运动时,糕点才能运动。为了给糕点足够的传送时间,设计刀的行程为60mm,刀的高度设为130mm。考虑到卫生问题,刀不能碰触到输送带表面,所以设计的摇杆长度为527mm，这样曲柄摇杆机构的高度比较高,所以采用皮带传动。 3.2 滚子链传动的设计计算 已知p=1.5KW，小链轮的转速n1=720r/min，传动比i=2.8，载荷平稳，两班工作制，两链轮中心距a=500600mm范围，中心距可调，两轮中心连线与水平面夹角近于35o，小链轮孔径 dk=40;计算：（1）小链轮
16、齿数z1 z1=29-2i=29-2*2.8=23.4 取整数z1=23 i 12 23 34 45 56 6 z1 3127 2725 2523 2321 2117 1715优先选用齿数：17，19，21，23，25，38，57，76，95，114z1、z2取奇数，则链条节数为偶数时，可使链条和链轮轮齿磨损均匀。在高速或有冲击载荷的情况下，小链轮齿最小应有25齿。（2）大链轮齿数z2 Z2=iz1=2.8*23=64.4 取整z2=65 （3）实际传动比i=（4）设计功率Z1=Z2工况系数，查表5.4-3 Ka=1，（5）单排链条传递功率，查表5.4-4和5.4-5，齿数系数，排数系数 =0
17、.4kw（6）链节距p 根据Pa=0.4kw，n1=720r/min，查图5.4-1功率曲线和n1确定的点，应在所选型号链的功率曲线下方附近（不超过直线）。结果为10A，节距p=15.875mm，（7）验算小链轮轴直径链轮中心孔最大许用直径（8）初定中心距为优，无张紧轮时取 i 4 4 0.2z1（i+1）p 0.33z1(i-1)p（9）确定链条节数=115.3取;（10）链条长度（11）计算（理论）中心距 当时， 当时， 查表5.4-9，若有必要可使用插值(12)实际中心距a(13)链速(14)有效圆周率(15)作用在轴上的力F 水平或倾斜的传动 接近垂直的传动Ka工况系数，见表5.4-3
18、 F=1.212283.1=2739.7N;(16)润滑方式。(17)链条标记：10A-1-116 GB 1243-1997;1表示排数，116表示节数(18)链轮的几何尺寸1) 滚子直径 p=15.875mm2）齿顶圆对于三圆弧-直线齿形小链轮齿顶圆mm，取整124mm;大链轮齿顶圆，取整337mm;3)齿根圆直径 df=d-d1； 小链轮齿根圆直径df=d-d1；= 116.585-10.16=106.425mm，取106.43mm;大链轮齿根圆直径df=d-d1；= 328.584-10.16=318.424mm，取318.42 mm;4)节距多变形以上的齿高ha=0.27p=0.271
19、5.875=4.286mm（对于三圆弧-直线齿形）5)最大齿根距 奇数齿偶数齿小链轮;大链轮6)轴凸缘直径小链轮=99.045mm;大链轮7)轮毂厚度h，孔的直径d150K3.24.86.49.5小链轮取整14mm大链轮取整数22mm8)轮毂长度ll=3.3h小链轮l=3.314=46.2mm，取整46mm大链轮l=3.322=72.6mm，取整72mm9)轮毂直径小链轮=68mm大链轮=104mm10)齿宽单排b单=0.959.4=8.93mm11)齿侧半径 12)倒角宽,取2.1mm13)倒角深h=0.5p=0.515.875=7.9375mm14)齿侧凸缘圆角半径=0.635mm(9)链
20、轮公差 1)齿根圆直径和量柱测量距极限偏差 项 目极限偏差孔径H8齿顶圆h11齿根圆直径极限偏差h11齿宽h14量柱测量距极限偏差h11小链轮齿根圆直径= 116.585-10.16=106.425mm，取106.43mm;大链轮齿根圆直径= 328.584-10.16=318.424mm，取318.42 mm;小链轮量柱测量距大链轮量柱测量距2)径向圆跳动 小链轮径向圆跳动=min0.0008df+0.008,0.76=0.0008106.43+0.008=0.093144端面跳动=min0.0009df+0.008,1.14;3.3 轴的设计计算（1）初步确定轴的直径mm （3.32）根据
21、工作条件，取mm（2）传动轴受力分析N （3.33） N （3.34） N （3.35）图4.1 传动轴的受力简图（3）绘制传动轴的受力简图，求支座反力垂直面支反力：由，得： （3.36） 由，得： N （3.37）水平面支反力：由，得： （3.38） N由，得： N （3.39） （4）作弯矩图：垂直面弯矩图：C点 Nmm （3.40）水平面弯矩图：C点 Nmm （3.41）合成弯矩图：C点Nmm （3.42） （5）作转矩T图： Nmm （6）校核轴的强度：按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献1，15-5可知，取，轴的计算应力 MPa （
22、3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）轴的材料为45钢，调质处理。MPa，MPa，MPa。用插入法求出 ，轴按精车加工，可知，表
23、面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及取：因， ，轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 轴的截面形状系数为轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够
24、的。3.4 直线轴承的设计计算 通过切刀上下运行，为了要保证平稳，需要有导向装置，这里就需要设计导向光杆和直线轴承配合整个切片装置。1直线轴承的选择 用于测试的POM工程塑料支架；钢架适用于工作温度；不锈钢轴承适用于水，蒸汽，硝酸等腐蚀性介质和真空的工作场所，按下列公式确定型轴承的计算。硬度：硬度系数FH HRC58的硬度，hrc52-58，FH = 0.6-1.0 FH = 1。FT的温度系数：工作温度小于100C，FT = 1，温度100oc-125oc，FT = 1.0-0.95。接触系数FC：每根轴装一套轴承，FC=1.0每根轴装二套轴承，FC=0.81每根轴装三套轴承，FC=0.72
25、每根轴装四套轴承，FC=0.66载荷系数FW：小于15米/分钟的速度，无冲击，无振动，FW = 1.0-1.5；小于60米/分钟的速度，超调量小或振荡，FW = 1.52.0；运行速度大于60米/分钟，或有更大的冲击，振动，FW = 2.05.0。时间是生命的LH =（100001）/ 2 * L（S * N1 * 60）（单位：小时小时）L：长度寿命 (万米)，LS：工作行程 (米)，N1：每分钟往复次数 已知行程L=0.2米，工作温度60oC，每分钟往复次数n1=20，微小冲击，轴承工作载荷PC=200Kg，硬度大于HRC60，期望寿命Lh=5000小时，试选择轴承型号。按以上工作条件：
26、根据本次载荷重量为2000N，我们选用两个导向光杆加上丝杆螺母，这样滑动轴承的所受负载就平均分配，上下六个滑动轴承分别连接底板和连接上固定圆盘，两边轴承座为固定式的，中间六个为可以随着丝杆螺母上下滑动。六个导向光杆加上丝杆螺母，这样每个导向光杆的滑动轴承处的所受负载为166N。本次设计中所选择的滑动轴承为带法兰形状的。4 糕点切片机中主要零件的三维建模4.1偏心轮的三维建模 4.2 机架的三维建模4.3传送滚筒的三维建模4.4糕点切片机的三维建模5 三维软件设计总结 通过本次设计，再次提出了利用三维软件的水平，并吸收了大量的经验，总结出以下几点。关于图纸的绘制方面，当零件的尺寸已经给出，不考虑图纸尺寸不合适的，基于三维零件图，装配时必须考虑的大小是合适的，因为AutoCAD绘图效果不好，也会引起的尺寸误差，和甚至出现欠定义大小，因此，必须通过在这个时候对零件进行测量，进行修改，直到符合要求。该工具是方便的输入数据映射，通过选择部分的类型，标准件，可以生成，但有时需要在工具集使用部分可能找不到，所以在这个时候随机应变，其他部分而不是通过修改或满足要求增加组件的使用。三维地图应该是灵活的，解决问题的方法总比问题多，当一个方法不能正常映射，试试另一种方法，它不仅可以完成零件的生产，而且还可以22