毕业设计(论文)-年糕切断机构设计.doc

年糕切断机构设计
学校代码：10410
序 号：20120396

JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 毕 业 设 计

题目： 年糕切断机构设计

学 院： 工学院
姓 名：
学 号：
专 业：机械设计制造及其自动化
年 级： 2012级
指导教师： 职 称：助理实验师

二0 一六 年 五 月

摘要

机器制造业是一个国家技术进步和社会发展的重点工业之一，无论是传统工业还是新兴工业，都离不开各个种类的机器装备。通过对机械设备的原理、结构、运动、功能等分析，提供结构简单可靠、操作方便、实用性强的机械是很有必要的。
这一次毕业课题设计是完成年糕切断机构的设计。目前而言，市场上仍旧有些年糕依靠手工来完成对年糕的切断，费时费力，所以设计一个年糕切断机构来替代手工完成切断年糕的工作是很有必要的。整个设计输送部分由橡塑运送带运送年糕，运送带和切刀可以分别采取使用不同的电机作为驱动。可以调节年糕传输速率和切刀的运作速度，配合使用，完成对年糕长度不同的需求，断面的平整，完成要求。在设计过程中力求结构简单，目的明确，工作过程稳定，效率高。

关键词：年糕；输送；切断机构；设计

Abstract

Machinery manufacturing industry is a national technology progress and social development of one of the key industries, both traditional and emerging industries, can not be separated from all kinds of machinery and equipment. Through the analysis of the principle, structure, movement and function of the mechanical equipment, it is necessary to provide a simple and reliable structure, convenient operation and strong practicability.
This paper is to design the complete rice cake cutting mechanism design. At present, the market still some rice cakes by hand to complete the cake cut, time-consuming and laborious. Therefore, the design of a rice cake cutting mechanism to replace the manual finish cutting the cake is very necessary. The whole design of conveying part is made of rubber plastic carrying rice cake conveying belt, conveyor belt and cutter can be respectively by using different motor as driving. Can adjust the operating speed of the rice cakes transmission rate and the cutting knife, used in conjunction to complete the demand of different length of rice cakes and smooth cross-section, completed the requirements. In the design process, the structure is simple, the purpose is clear, the working process is stable, and the efficiency is high.

Keywords: rice cakes ；transportation；cutting mechanism ；design

目录

摘要 1
Abstract 2
第一章 绪论 4
1.1 年糕的介绍 4
1.2 年糕的制作及发展现状 4
第二章 课题研究的内容及要求 5
2.1 课题研究内容 5
2.2 课题研究要求 5
第三章 年糕切断机构设计及计算 5
3.1 结构特点 5
3.2 工作原理 5
3.3 年糕切断机输送设计计算 7
3.4 主要技术参数 8
3.5 带轮的设计 8
3.6 轴承的选择 9
3.7 齿轮的设计 9
第四章 轴的强度校核和计算 12
第五章 机座和箱体的选择 14
设计总结 15
参考文献 16
致谢 17

第一章 绪论

1.1 年糕的介绍
年糕是中华民族的传统食品，一般在过年时候会食用。也会在节假日作为一种美食来食用。通过使用用黏性较大的糯米或者米粉来加热蒸成所需要的糕点，尤其是在春节的时候，我国大部分地方都会把年糕作为一种吉祥食品，都会讲究吃年糕。
年糕大体上使用糯米之类的黏性较大的食材磨成粉状制成，而糯米又是江南地区的特产，北方地区的类似糯米的食材当属黏黍（俗称黄米）。也是北方独有的食材。这类的谷物对其进行脱壳磨成制粉，加入水后蒸熟，呈黄色且颜色鲜明，又不失黏性，并且很甜，是黄河地区在人们庆祝丰收的时候的一种美食。历史中，在明朝崇祯年间刊刻的《帝京景物略》书中记载了当时的北京人每于“正月元旦，啖黍糕，曰年年糕”。由此可以看出，“年年糕”是通过北方的“粘粘糕”谐音而来。
年糕不仅好吃，受人们欢迎，还是一种节日的美食，每到逢年过节时分，人们都喜欢食用年糕，是一种传统的习惯，一直流传至今，并且把新的希望寄托于年糕之上，为其寓意为万事如意年年高。是一种美好的寄托心愿。

1.2 年糕的制作及发展现状
目前而言，年糕的制作分为四类。第一类就是以糯米为主要材料，进行磨粉制成糕类，最早时期形成的年糕基本上都是由糯米为原材料进行生产的，代表性品种有长沙年糕、云南蒙自年糕、上海的崇明糕、苏州年糕等等。 第二类便是以粳米之类的食材为主要材料，在后期制作而成的水磨性质的年糕就是由粳米为原料生产的，代表类的作品有江西弋阳年糕、上虞梁湖年糕、宁波年糕等等。 第三类的制作则是以杂粮之类的食材作为主要材料，制作方式相似，代表类的作品就有塞北黄米糕、北京年糕等等。 而第四类则是以多种不同，食材各类的材料组合而成，主要还是以糯米为主要食材，也会混杂一些籼米或者粳米或者其他杂粮之类的食材进行搭配，有时还会添加一些其它天然的成分，进行调色或者调味，比如说红枣、桂花、红糖、猪油等等，这样就多了很多品种，形成了花色年糕，可挑选性更多。代表类的作品就有八宝年糕、苏式桂花年糕、江山廿八都铜锣糕等等。
在现阶段以前，我国大部分地区的年糕仍旧是依靠手工作坊加工，磨粉，碾压之类的工作制成，工作量大，生产效率也不稳定，而通过现代化机械设备的生产逐渐的代替了原来的手工作坊业，提高了生产效率，也减少了工人的劳动量，这样的生产方式逐步的稳定了下来。

第二章 课题研究的内容及要求

2.1 课题研究内容
年糕通过挤压成型然后手工切断完成加工，本次课题研究通过此类现象设计一个切断机构，代替手工切断年糕的工作方式，提高年糕生产率和降低劳动强度。

2.2 课题研究要求
此前因为手工切断年糕，难免会有年糕长度不一，截面不平整的现象。所以设计一个切断机构避免这些问题的发生。年糕切断机构需结构简单，操作方便，加工出来的年糕断面平整整齐。加工出的年糕长度相同，完成所需要的年糕尺寸。

第三章 年糕切断机构设计及计算

3.1 结构特点
1）运送带运送的是年糕，是食材，必须保证年糕的安全卫生，使用无污染特性的橡塑作为运送带材料即可达到要求，适合用作年糕的运送。
2）作为驱动来源，必须可调控，达到要求，故选用电磁调速电机作为输送带和切刀的动力源，通过调控电机可按照现实情况来调整运送带的速度和切刀运作的快慢水平，使得切断年糕后可以得到长度差异的年糕，达到实际要求和实际生产量的需求。

3.2 工作原理
如下图所示，为传动简图，由电动机带动小带轮，通过v带传动，带动大带轮，大带轮和轴1之间通过键连接传动，继而带动轴上的另一个小带轮，同样通过v带传动，带动中间轴上的大带轮，中间轴随其一起转动，从而带动轴上的齿轮1，通过齿轮传动带动齿轮2，齿轮2带动轴2，切刀随着轴2一起转动，最后切断年糕。整个传动系统可近似于一个减速系统，用来调控切刀快慢，完成对年糕的切断。

图3-1 传动简图

图3-2 工作简图

年糕切断机输送带连接到年糕挤压口，年糕挤压出来后到达输送带。经由开始工作的运送带的传送下到达切刀装置的位置，而切刀通过切刀轴的带动，开始切断年糕。年糕在运送带的传送下不断地运送到切刀位置，切刀规律性的工作，不断地切断年糕，年糕自初始切断后后续切断的年糕均为所需的年糕，切断后的成品年糕则由其自由落下到达接料板。从而完成切断输送工作。整个过程中运送带的运作速率由电动机调速控制器控制，切刀的快慢频率则通过调控电机节制框的转速表来操控。

3.3 年糕切断机输送设计计算
1）年糕输送带速度v大约为0.15m/s
2）驱动滚筒转速n1
3）运送带的材质选择使用橡塑，无污染，适合食品的运送。运送带的厚度设定为，运送带驱动滚筒直径设定为200mm，则使用φ219的无缝钢管材质用作驱动滚筒和改向滚筒，且运送带带宽为100mm。
n1=（60v）/（π*D）=8.7（r/min）
式中：v为滚筒线速度，v=0.15m/s
D为滚筒直径，D=0.219m
n1为驱动滚筒转速（r/min）
驱动滚筒轴功率的计算
N轴=（K1LV+K2QL）K3K4 （kW）
式中：N轴为驱动滚筒轴功率（kw）
K1LV为输送机空载时运行功率（kw）
K2QL为水平输送物料时的功率（kw）
L为输送带水平投影长度（m）
Q为输送量（t/h）
V为输送带线速度（m/s）
K1为运送机没有载重时运行的功率系数，且K1=0.0036
K2为物料水平输送时的功率系数，K2=4.91x10^（-5）
K3为与输送机水平投影长度有关的系数，K3=1.25
K4为与输送机布置形式有关的系数，K4=1.08
将各数值代入计算得N轴=0.0753（kw）
电动机功率的计算：
N电=K*（N轴/η）（kw）
式中：N电为电动机功率
η为总传动效率、效率0.93~0.97，取0.935，齿轮传动效率0.96
η=0.935x0.96=0.8976
K为功率储备系数，取K=1.3
N电=1.3x（0.0753/0.8976）=0.109（kw）
由于运送带速度需要无极调速，所以选择使用型号为YVP801-4的变频调速电动机作为动力，额定功率为0.55kw，从而达到满足驱动滚筒转速的要求。
3.4 主要技术参数
1）输送带动力：输送带速率大约为0.15m/s。为了实现可调控，选用装有变频器的电动机，通过调节电机外的控制器来调节转速，继而调控输送带的传输速率。
2）输送带宽：100mm
3）年糕尺寸：年糕大致外形可看做一个长方体，其要求（长×宽×高）为150mm×60mm×30mm。

3.5 带轮的设计
1）确定计算功率
为实现无极调速，选用电磁调速电机，型号为YCT112-4A，额定功率为0.55kw，额定电压为380v，额定转速为125~1230rpm。计算功率是通过电动机传递的功率P和带的工作条件而确定的
查询可得η=1.1，则P×1.1=0.605kw
2）选择带型
根据计算功率和小带轮的转速n=960r/min，由表可得应该选择的带的类型为Z型A带。
3）确定带轮的基准直径D1和D2
由表可得，取D1=112mm，验算带速V=1.33m/s
带速在5~~25m/s之间，故D1选取合适。取传动比i=4，
则D2=2D1=112mm，由表可得D2=450mm。
4）确定中心距a和带长L
因为没有要求中心距和带长，所以设定中心距为a，自由选取中心距为
0.7（D1+D2）≤≤2（D1+D2）
393.4mm≤≤1124mm
初步选取=500mm，根据带传动之间的几何关系，按照下面的公式计算相应的带长

　　　　　　　 ＝1619ｍｍ
根据表中可得选取带的基准长度＝1600ｍｍ。按照下面的公式计算实际中心距ａ。
　　　　　　 ａ＝+＝490mm。
考虑到带轮的制造误差、带长误差、因带的松弛而产生的补充张紧的需要以及带的弹性因素影响，所以通常中心距的改变范围为
　　　　　　 ＝ａ-0.015＝465mm
　　　　　 　＝ａ+0.03＝539mm
5） 验算小带轮上的包角　
通常而言小带轮上的包角要小于大带轮上的包角，小带轮上的临界摩擦力小于大带轮上的临界摩擦力。所以打滑现象一般发生在小带轮上。为了提高带传动的工作性能，应满足如下关系：　

6） 确定带的根数ｚ和额定功率
由D１＝112ｍｍ和ｎ＝960ｒ/ｍｉｎ，查表可得＝0.56ｋｗ，＝0.05ｋｗ，＝0.89，＝0.98，所以根据公式：

计算得出＝0.532kw，z=1.03
选取带的根数为1根。

3.6 轴承的选择
根据需要，输送装置应选择深沟球滚动轴承，内径d=30mm，可选择型号为6006.
经查询可得外径D=50mm，宽度b=13mm.

3.7 齿轮的设计
经过实际需要，齿轮系统共需要2个齿轮，且2个齿轮均为直齿圆柱齿轮。因为输出功率p=0.605，齿轮1的转速为60r/min，选取齿轮2和齿轮1的齿数比为2:1。
1）确定齿轮的齿数、精度等级和材料
因为年糕切断机器是一般器械，速度不快，所以选取8级精度。
由表可得，选取45钢（调质处理）作为齿轮1的材料，硬度为240HBS。选取45钢（调质处理）作为齿轮2的材料，硬度为240HBS。
齿数选取齿轮1的齿数为24，i=2.所以齿轮2的齿数为48。
2） 按齿面接触疲劳强度设计
试算小齿轮分度圆直径，即：

确定公式中各个数值，
选取，计算小齿轮传递的转矩,
=9.55×P/=1.662N·mm
选取齿宽系数=0.4.
材料的弹性影响系数=189.8.
区域系数=2.5.
查询可得小齿轮和大齿轮的接触疲劳强度极限分别为600MPa和550MPa。
计算应力循环次数：
=1.966×
=9.83×
查取接触疲劳寿命系数=0.95，=1.0
取失效概率为1%、安全系数S=1，可得接触疲劳许用应力，
==570MPa
==550MPa
计算小齿轮分度圆直径：

=50.94mm
圆周速度v，
V==1.213m/s
齿宽b，
b==20.376mm
齿轮模数m，
m==2.12mm
齿高h=4.776mm
计算载荷系数,v=1.213m/s，8级精度，动载系数=1.12.使用系数=1.
得到实际载荷系数=1.0
相应的齿轮模数m=2.26mm
3）按齿根弯曲疲劳强度设计
计算模数，即

确定上面公式中内各个数值，
选取=1.3
小齿轮和大齿轮的齿根疲劳极限分别是500MPa、380MPa。
查取弯曲疲劳寿命系数=0.85，=0.88.
选取弯曲疲劳安全系数S=1.4，计算得弯曲疲劳许用应力，即
=303.57MPa，=238.86MPa
载荷系数K=1.299.
齿轮模数m=1.14mm
对比计算结果，算出小齿轮齿数=≈24，则大齿轮齿数=48，这样设计出的齿轮传动满足了齿面接触疲劳强度，也满足了齿根弯曲疲劳强度，并可以做到结构紧凑，避免浪费。

第四章 轴的强度校核和计算

1） 根据轴的回转强度条件大致估量轴的最小直径
τT=T/WT≈(9550000P/n)/0.2d³≤[τT]
式中：τT为扭转切应力.MPa；
T为轴所受的扭矩，N·mm；
WT为轴的抗扭矩截面系数，mm³；
n为轴的转速，r/min；
P为轴传递的功率，kW；
d为计算截面处轴的直径，mm；
[τT]为许用扭转切应力，MPa
由上式可得轴的直径
d≥A0(P/n)⅓

图4-1 切刀轴
做出轴的载荷分析简图

图4-2 轴的载荷分析简图