土豆扒皮机设计.docx
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土豆扒皮机设计.docx
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土豆扒皮机设计
摘要
当今社会,机械工业是一个国家的重要产业,机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展,人类的进步离不开机械工业的发展。
在全球经济发展的大环境下,中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时,越来越多的外国企业和品牌传播到中国已经成为现实。
在新的市场需求的推动下,对土豆扒皮机进行改良和优化是当务之急。
有大型土豆扒皮机生产设备企业对设备的安全指标的有着一定生产的严格要求。
在生产设备的企业,充分考虑到在设备运行中可能出现的问题,从而减少噪声污染引起的振动或不当操作设备的现象等。
国内土豆扒皮机设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。
土豆扒皮机的发展与人类社会的进步和科学技术的水平密切相关。
本次设计是关于土豆扒皮机的设计,通过对传统的土豆扒皮机结构进行了改进和优化,使得此种类型的土豆扒皮机的使用范围更广泛,更加灵活,并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。
关键词:
产业;设备;土豆扒皮机;价值
Abstract
Foralotofspecialplaces,liketheriskisverybig,orwearedifficulttoreach,suchasdisarmbombs,unknowncorrespondingdomainssuchasdetection,probingdeepofmoredangeroussituationusuallyneedtoimplementtherobot.It’samainpartofrobotformicropedipulator,walkingrobotsandmorethansixfeet,comparedtotheEightLeggedRobot,becauseofstrongbearingcapacity,goodstability,whichthemeritssissimpleconstruction,So,alargenumberofresearchersaroundtheworld,start.Thispapermainlytothefourbarmechanismasthemainexecutionelementstodesignofmicrowalkingthewholeschemeofthefourbarmechanism.
Itsprincipleisdiagonalsynchronization,legactivitybythestructureofthecrankrocker,frontlegmovementsaroundthesame,itdetailedperformancecurvecharacteristicsoftheconnectingrod,whenthecurvetrajectorydiagonalstraightlinesegment,therobotisstationary,themotiontrajectorywhenthediagonalcurveisslantinglinedothewalking.
Keywords:
Manufacturing,Location,Clamping,Process
目录
摘要I
AbstractII
1引言1
1.1课题的来源与研究的目的和意义1
1.2本课题研究的内容3
1.3Solidworks设计基础4
1.3.1草图绘制5
1.3.2基准特征,参考几何体的创建6
1.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建7
1.3.4工程图的设计10
1.3.5装配设计11
2土豆扒皮机总体结构的设计12
2.1土豆扒皮机的总体方案图12
2.2土豆扒皮机的工作原理15
2.3机械传动部分的设计计算17
2.3.1伺服电机的选型计算18
2.3.2齿轮传动的设计计算19
2.3.3轴承的设计计算19
3各主要零部件强度的校核21
3.1机架强度的校核与计算22
3.2齿轮强度的校核计算23
3.3轴承强度的校核计算23
4土豆扒皮机中主要零件的三维建模22
4.1筒体的三维建模23
4.2机架的三维建模23
4.3主动齿轮的三维建模23
4.4土豆扒皮机的三维建模23
5三维软件设计总结24
结论25
致谢26
参考文献27
1绪论
1.1课题的来源与研究的目的和意义
在英国,土豆扒皮设备等产业越来越多地将工场设在河边,利用人工来对土豆进行扒皮。
在这样的生产需要下,18世纪初出现了新型的土豆扒皮机,1765年,德国人费伦斯发明了半自动的土豆扒皮机,降低了人工的浪费。
1781年费伦斯又创制出提供回转动力的土豆扒皮机,扩大了土豆扒皮机的应用范围。
土豆扒皮机的发明和发展,使土豆等类似食品的加工行业和工业生产都得以机械动力化。
土豆扒皮机几乎是19世纪唯一的加工土豆的机械。
当今社会,无论从扒皮数量、质量、经济效益等各方面来衡量,此次设计的新型土豆扒皮机,它已经远远超越了以往的传统的土豆扒皮机,并成为各国争相发展的行业。
1986年江苏的永赶公司实现了土豆扒皮机的创新设计,并通过打入亚洲以及南美市场,取得了不错的成绩。
从20世纪起,新型的土豆扒皮机不断诞生,进入20世纪,出现各种实验应力分析方法,人们已能够通过机电的有机结合设计出智能化的土豆扒皮机,相信在不久的将来,改机电一体化智能产品,将会得到越来越广阔的应用。
土豆作为人们的日常的食品,是人们的生活的需要。
为了实现土豆的自动化扒皮,从而来代替传统的人工削皮来提供劳工效率,适应现代化机械工业高速发展的需要,所以在机械设备中它们的扒皮设备的生产也有着严格的要求。
传统的土豆在没有自动扒皮设备而需要人工扒皮的情况下,扒皮效率低下,劳动强度大,所以设计一个专用的土豆扒皮势在必行。
通过对实际的生产设备进行考察,从而提出了新型土豆扒皮机的结构组成、工作原理,拟定了土豆扒皮机总的指导思想,得出了该新式土豆扒皮机的优点是高效,经济且易维修的结论。
根据结合自身所学和本次所选课题的难易度,觉得无论是在知识层面还是在软件的运用技能上面,该课题很适合我,加之本课题来源于当今社会机械工业土豆扒皮设备的创新和更新换代基础之上,通过设计出土豆扒皮机,从而来满足当今社会土豆扒皮设备不足的缺陷。
1.2本课题研究的内容
本次设计主要针对土豆扒皮机进行设计,从土豆扒皮机的整体方案出发,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)到图书馆里查阅大量相关知识的资料,搜集出各类土豆扒皮机的原理及结构,挑选相关内容记录并学习。
(2)分析土豆扒皮机的结构与参数
(3)确定设计总体方案
(4)确定具体设计方案(包括扒皮机构的设计,齿轮传动的设计,电机,轴承等的选型设计等等)
(5)土豆扒皮机的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制。
(6)说明书的整理
1.3Solidworks设计基础
本论文主要研究运用SolidWorks对土豆扒皮机进行设计,在设计过程中,了解SolidWorks的各种功能。
SolidWorks公司成立于1993年,由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起,总部位于马萨诸州的康克尔郡(Concord,Massachusetts)内。
当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。
从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今已经拥有位于全球的办事处,并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。
1997年,Solidworks被法国达索(DassaultSystemes)公司收购,作为达索中端主流市场的主打品牌。
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统。
由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。
该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名。
从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖。
其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖,以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。
至此,SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。
由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。
终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。
公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。
并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司。
SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核(由剑桥提供)以及良好的与第三方软件的集成技术。
SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。
资料显示,目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上,每年来自全球4,300所教育机构的近145,000名学生通过SolidWorks的培训课程。
据世界上著名的人才招聘网站检索,与其它3DCAD软件相比,SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合还要多,这一事实说明了越来越多的工程师和设计者使用SolidWorks三维软件,越来越多的企业需要SolidWorks人才。
Solidworks软件功能强大,易于操作,界面人性化,技术创新,组件繁多是SolidWorks的五大特点。
使得SolidWorks三维软件成为目前全球领先的三维CAD解决方案。
SolidWorks在设计时能够为用户提供不同的设计方案,通过方案的筛选,工程师能从中选择合适的方案,从而在设计过程中降低设计的错误以及提高产品质量。
在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中,SolidWorks是设计过程比较简便又通俗易懂的软件之一。
它不仅提供如此人性化的系统,同时对每个工程师和设计者,乃至整个机械行业提供了良好的发展基础。
SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统,由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势,SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。
良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新,公司也获得了很多荣誉。
该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名;从1995年至今,已经累计获得十七项国际大奖,其中仅从1999年起,美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授SolidWorks最佳编辑奖,以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。
至此,SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明,使用它,设计师大大缩短了设计时间,产品快速、高效地投向了市场。
由于SolidWorks出色的技术和市场表现,不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星,也成为华尔街青睐的对象。
终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。
公司原来的风险投资商和股东,以一千三百万美元的风险投资,获得了高额的回报,创造了CAD行业的世界纪录。
并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作,成为CAD行业一家高素质的专业化公司,SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。
由于使用了WindowsOLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内(由剑桥提供)以及良好的与第三方软件的集成技术,SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。
资料显示,目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万,涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。
在教育市场上,每年来自全球4,300所教育机构的近145,000名学生通过SolidWorks的培训课程。
据世界上著名的人才网站检索,与其它3DCAD系统相比,与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总和还要多,这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks,越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。
据统计,全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。
在美国,包括麻省理工学院(MIT)、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课,国内的一些大学(教育机构)如哈尔滨工业大学、清华大学、浙江工业大学、浙江大学、华中科技大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、武汉理工大学等也在应用SolidWorks进行教学。
Solidworks软件功能强大,组件繁多。
Solidworks有功能强大、易学易用和技术创新三大特点,这使得SolidWorks成为领先的、主流的三维CAD解决方案。
SolidWorks能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。
SolidWorks不仅提供如此强大的功能,而且对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。
SolidWorks在现今社会阶段逐渐广泛应用,并且SolidWorks公司对中国市场重点开发,日后SolidWorks应用将会更加完善,更加普遍。
通过前文对SolidWorks的深入了解后,往后会对SolidWorks进行个别应用的分析,如建模,装配,工程图,力学分析等。
1.3Solidworks设计基础
熟悉SolidWorks的工作环境;了解SolidWorks的命令,掌握在SolidWorks工作环境中文件的打开、保存、导入等基本操作,掌握三维建模流程。
1.3.1草图绘制
掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法;掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法;理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束;熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具;能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。
1.3.2基准特征-参考几何体的创建
清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念;灵活运用各种建立基准点的方法;灵活运用各种建立基准轴方法;灵活运用各种建立基准面的方法;灵活运用坐标系的建立方法;能根据建模需要综合应用各种参考几何体。
1.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模
灵活运用拉伸特征的概念与建立方法;灵活运用旋转特征的概念与建立方法;掌握扫描特征的概念与建立方法;灵活运用放样特征的概念与建立方法;通过实践能够准确分析零件的特征,灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。
综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。
1.3.4工程图设计
灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法;灵活运用建立标准三视图,剖视图,断面图,局部图,辅助视图等方法;灵活运用各种注释的方法。
1.3.5装配设计
灵活运用自底向上的装配方法;灵活运用生成装配体爆炸图的方法;灵活运用SolidWorks智能装配技术;灵活运用装配体零部件的状态和属性控制,并能够在装配体中设计子装配体;灵活运用干涉检查;灵活运用自上向下的装配方法;灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号;灵活运用生成装配体材料明细表的方法。
2土豆扒皮机总体结构的设计
2.1土豆扒皮机的总体方案图
土豆扒皮机属于食品加工设备的一种,通过人工将土豆倒入到土豆扒皮机的筒体里面,该土豆扒皮机底部由电机通过齿轮传动带动传动轴转动,从而带动旋转体转动,旋转体现场焊接有可以通过土豆与旋转体表面摩擦而出皮的小型金属磨刃,土豆跟随着旋转体一起旋转,而筒体的内壁焊接有刮皮刀,这样伴随着旋转体的转动,筒体里面的土豆一直不断地和旋转体表面的小型金属磨刃以及筒体内壁的刮皮刀摩擦而达到出皮的效果。
其总体方案图如下图1-1所示:
1-1土豆扒皮机总体方案图
2.2土豆扒皮机的工作原理
通过人工将土豆倒入到土豆扒皮机的筒体里面,该土豆扒皮机底部由电机通过齿轮传动带动传动轴转动,从而带动旋转体转动,旋转体现场焊接有可以通过土豆与旋转体表面摩擦而出皮的小型金属磨刃,土豆跟随着旋转体一起旋转,而筒体的内壁焊接有刮皮刀,这样伴随着旋转体的转动,筒体里面的土豆一直不断地和旋转体表面的小型金属磨刃以及筒体内壁的刮皮刀摩擦而达到出皮的效果。
2.3机械传动部分的设计计算
2.3.1伺服电机的选型计算
已知旋转体,以及传动轴,轴承以及其他零部件的总重量90KG,其他重量(假设放入的土豆的总重量为10KG),我们取总重量为100Kg,旋转体转动速度为1~2r/min。
即:
具体的电机设计计算如下:
1、确定运行时间
本次设计加速时间
负载速度(m/min)
有速度可知每秒上升50mm,
电机转速
3.负载转矩
式中:
4.电机转矩
启动转矩
必须转矩
S为安全系数,这里取1.0。
根据以上得出数据,我们选用电机型号为92BL-4020L1,此电机厂家为机电产品。
根据电机的特性曲线以及参数表如下:
根据计算和特性曲线以及电机基本参数表,我们选用电机型号为92BL-4020L1,电机额定功率为1.5KW,额定转矩为13.85N.m,最大转矩为16.01N.m,额定转速为3000r/min。
2.3.2齿轮传动的设计计算
1)选择\齿轮材料为45(调质),硬度为280HBS.
2)精度等级选用7级精度;
3)大齿轮齿数z2=125的;
4)齿轮模数为2的直齿轮
按齿面接触强度设计
因为低速级的载荷大于高速级的载荷,所以通过低速级的数据进行计算
1)确定公式内的各计算数值
(1)试选Kt=1.6
(2)选取区域系数ZH=2.433
(3)选取尺宽系数φd=1
(4)查得εα1=0.75,εα2=0.87,则εα=εα1+εα2=1.62
(5)查得材料的弹性影响系数ZE=189.8Mpa
(6)按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa;大齿轮的解除疲劳强度极限σHlim2=550MPa;
(7)计算应力循环次数
N1=60n1jLh=60×192×1×(2×8×300×5)=3.32×10e8N2=N1/5=6.64×107;
(8)查得接触疲劳寿命系数KHN1=0.95;KHN2=0.98;
(9)计算接触疲劳许用应力;
取失效概率为1%,安全系数S=1,由得:
[σH]1==0.95×600MPa=570MPa[σH]2==0.98×550MPa=539MPa
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa;
2.3.3轴承的设计计算
根据根据条件,轴承预计寿命16×365×8=48720小时;
(1)已知nⅡ=458.2r/min 两轴承径向反力:
FR1=FR2=500.2N;
初先两轴承为深沟球轴承6208型。
根据课本P265(11-12)得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N;
(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端,现取1端为压紧端
FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N;
(3)计算当量载荷
P1、P2根据课本P263表(11-9)取f P=1.5;根据课本P262(11-6)式得
P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N;
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N;
(4)轴承寿命计算
∵P1=P2故取P=750.3N;
∵深沟球轴承ε=3;
3各主要零部件强度的校核
3.1机架强度的校核与计算
机架的选择根据整个系统的总重量来定,方管机架受力分析得出,由分析得出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。
见下图:
即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为G=20000N(10000Kg)+(1000X20N)=30000N;
根据方管承载力计算公式:
M=Pac/L(M:
弯矩,P集中力,a集中力距支座距离,c集中力距另一支座距离,L跨度,L=a+c)
(仅用于截面)
f=M/W≤材料的许用应力(弹性抗拉强度/安全系数)。
M=Pac/L=11960xL,本次设计初定L为1200mm
则M=13456N.M
,初定方管为40x40x5。
计算W得出
折算后位270Mpa
查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375~500Mpa,由于270Mpa远远小于375Mpa,所以初定方管满足要求。
3.2齿轮强度的校核计算
由于驱动旋转体旋转的主动齿轮和从动齿轮材料均选用45,调质处理。
查得:
预期齿轮寿命5年,每天工作12小时,工作载荷为轻微冲击,则
查《机械设计基础》图,得:
(1)验算齿面接触疲劳强度
载荷系数,取K=1.5
查得:
接触应力为:
(2)验算齿根弯曲疲劳强度
取K=1.5
查表:
许用弯曲应力:
弯曲疲劳强度的最小安全系数,取
则:
由上述计算可知,均满足要求。
3.3轴承强度的校核计算
(1)滚动轴承的选择
滚动轴承为双列圆锥滚子轴承350324B,由文献[2]表
得
KN,
KN,
,
。
(2)寿命验算
轴承所受支反力合力
N(4.1)
对于双列圆锥滚子轴承,派生轴向力互相抵消。
,
N
由文献[2]表
得,
,
N(4.2)
按轴承B的受力大小验算
h(4.3)
h=
年
由于拖拉机减速箱的运转平稳,必须选择较大寿命的轴承,轴承能达到所计算的寿命。
经审核后,此轴承合格。
4土豆扒皮机中主要零件的三维建模
4.1筒体的三维建模
4.2机架的三维建模
4.3主动齿轮的三维建模
4.4土豆扒皮机的三维建模
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。
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