畢業(yè)設(shè)計 食品切斷裝置的設(shè)計
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分 類 號
密 級
寧寧波大紅鷹學院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
食品切斷裝置的設(shè)計
所在學院
機電學院
專 業(yè)
機械設(shè)計制造及其自動化
班 級
08機自1班
姓 名
沈鑫斌
學 號
08141010119
指導老師
楊光
2012 年 3 月 30 日
誠 信 承 諾
我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《食品切斷裝置的設(shè)計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。
承諾人（簽名）：
2012年 3 月 30 日
III
摘 要
目前國產(chǎn)的設(shè)備大多是對國外進口產(chǎn)品的簡單仿制，因此針對食品機械關(guān)鍵部件的深入研究，對原理、結(jié)構(gòu)、運動、功能等分析，提供結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作方便、機械化程度高、使用范圍廣的食品機械是很有必要的。
本文在分析食品機械的工藝和使用要求的基礎(chǔ)上，通過對關(guān)鍵部件的理論分析，提出一種實用、簡單、可靠和通用的傳動系統(tǒng)，將結(jié)構(gòu)等關(guān)鍵部件的設(shè)計原理、結(jié)構(gòu)特點等做了較為詳細的研究和設(shè)計;本文分析各機構(gòu)的運動學規(guī)律，提出可行的優(yōu)化結(jié)構(gòu)滿足切割工藝;對關(guān)鍵部件提出完整的設(shè)計方法，旨在滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。
本文借助了Autocad，pro/e等軟件分析運動規(guī)律和結(jié)構(gòu)設(shè)計，這種利用計算機輔助設(shè)計和分析的方法，可以應(yīng)用于其它類型食品機械設(shè)備的設(shè)計和分析中。
關(guān)鍵詞：食品機械 ，傳動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)設(shè)計，計算機輔助設(shè)計
Abstract
As the demand for food diversification, personalization, automatic powder food machine applications more generally. Most of the current China-made equipment is to copy。
Simple import of imitation products, the automatic food machine for powder-depth study of key components, the basic principles, structure, movement, functional analysis, to provide a simple and reliable structure, convenient operation, high degree of automation with a wide range of food machines is necessary.
Based on the analysis of powder food machine automatic food processes and the use of the requirements on the basis of the key components of the theoretical analysis, a practical, simple, reliable and versatile drive system, a single package for the bag to expand the size and output of long adjustable structure; for delivery of the film structure, the structure of closed traction, closed-end structure, such as cutting off key parts of the design principles, structural features, such as doing a more detailed study and design; This paper analyzes the law of the Kinematics , optimizing the structure and put forward feasible to meet the food process; a key component of a complete design method, designed to meet the market demand,Promoting innovation.
In this paper, using the autocad, pro/e, such as movement of software analysis and structural design, such as the use of computer-aided design and analysis methods can be applied to other types of food equipment design and analysis.
Key Words: automatic food machine, technology transmission, structure designing, CAD
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒 論 1
1.1食品切斷裝置(機械)的應(yīng)用及適用范圍 1
1.2食品裝置(機械)的國內(nèi)外發(fā)展情況 1
1.3 食品裝置(機械)研究開發(fā)的意義 4
第2章 課題研究的內(nèi)容及要求 5
2.1課題研究內(nèi)容 5
2.2 課題的研究要求 5
第3章 食品切斷裝置的傳動方案設(shè)計 6
3.1選擇電動機的條件 6
3.2 電動機類型的選擇及功率的確定 6
3.3傳動方案的確定 8
3.4各級傳動比的確定 9
第4章 切斷裝置的設(shè)計 10
4.1切斷裝置間歇比的分配 10
4.1.1 不完全齒輪機構(gòu) 10
4.1.2 凸輪式間歇機構(gòu) 11
4.1.3切斷裝置間歇比的分配 11
4.2 不完全齒輪機構(gòu)副設(shè)計 12
4.2.1 基本型式與嚙合特性 12
4.2.2設(shè)計參數(shù)的計算 14
4.2.3不完全齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算公式及工作圖 20
4.3 凸輪機構(gòu)的設(shè)計 24
4.4 刀架設(shè)計 25
4.5 軸(凸輪,小齒輪)設(shè)計 26
4.6 刀架上下導桿設(shè)計 27
4.7 刀架固定定位板設(shè)計 27
4.8 銷軸(位于凸輪和刀架間)設(shè)計 28
4.9 軸承座(軸上兩端)設(shè)計 29
4.10 箱體設(shè)計 30
4.11切斷裝置的其它部件設(shè)計 31
總結(jié)與展望 32
參考文獻 33
致 謝 34
第1章 緒論
第1章 緒 論
1.1食品切斷裝置(機械)的應(yīng)用及適用范圍
現(xiàn)代經(jīng)濟生活中，絕大多數(shù)產(chǎn)品都需要經(jīng)過機械加工來提高產(chǎn)品的生產(chǎn)率。而有些產(chǎn)品的包裝要借助包裝技術(shù)及裝備。所以包裝設(shè)備在包裝過程中是不可或缺的工藝手段。
食品切斷裝置是包裝設(shè)備中較為重要的一種機械設(shè)備形式，可廣泛應(yīng)用于一般塊狀食品的包裝，尤其適用于大批量的轉(zhuǎn)移、稱重、封口 、碼放等過程。利用小型自動包裝機械包裝是提高裝袋速度，減輕工人勞動強度的有效方法。
1.2食品裝置(機械)的國內(nèi)外發(fā)展情況
食品機械，最初是由美國于上世紀五十年代開發(fā)出來的產(chǎn)品。后來日本得到發(fā)展，并于上世紀六七十年代隨日本經(jīng)濟高速發(fā)展，技術(shù)性能得到長足的進步。
上世紀八十年代初，我國大量引進食品機械并生產(chǎn)出自己的產(chǎn)品。以日清品牌為代表，主要針對方便面生產(chǎn)線配套使用。上世紀九十年代，這種機型開始大量用于糧食流通，同時派生出各種各樣的類似包裝機。隨著機電一體化的應(yīng)用，粉料自動包裝也向著高速全自動模塊化的方向發(fā)展及創(chuàng)新。
現(xiàn)今國外開發(fā)的食品機械已極其人性化:高速、節(jié)能、全自動、模塊化。
就國內(nèi)外食品機械的開發(fā)情況來看，主要從以下幾點進行:
(l)不斷擴大其通用能力，以滿足多種屬性粉料的包裝。
(2)高速全自動，配備微機控制系統(tǒng)，借助預先儲存的程序控制多臺伺服電機，分別驅(qū)動有關(guān)執(zhí)行機構(gòu)。
(3)參數(shù)化調(diào)整和設(shè)置，對主要操作部件(供送、袋成型、牽引、封切等)作適當調(diào)整有關(guān)工作參數(shù)，便可在較寬的尺寸范圍內(nèi)，滿足不同品種不同尺寸的包裝。
(4)模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，對供送、牽引、封切等主要部件進行相對獨立并又能較為自由組合的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以滿足臥式組合和立式組合的包裝機。
德國與美國、日本、意大利均為世界食品機械機械大國。在食品機械機械設(shè)計、制造、技術(shù)性能等方面居于領(lǐng)先地位。德國食品機械機械的設(shè)計是依據(jù)市場調(diào)研及市場分析結(jié)果進行的，其，目標是努力為客戶，尤其是為大型企業(yè)服務(wù)。為滿足客戶要求，德國食品機械機械制造廠商和設(shè)計部門采取了諸多措施：?
??? ?(1)工藝流程自動化程度越來越高，以提高生產(chǎn)率和設(shè)備的柔性及靈活性。采用機械手完成復雜的動作。操作時，在由電腦控制的攝像機錄取信息和監(jiān)控下，機械手按電腦指令完成規(guī)定動作，確保包裝的質(zhì)量。?
????(2)提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，最大限度地滿足生產(chǎn)要求。德國食品機械機械以飲料、啤酒灌裝機械和塑料食品機械機械見長，具有高速、成套、自動化程度高和可靠性好等特點。其飲料灌裝速度高達12萬瓶/h，小袋食品機械機的包裝速度高達900袋／min。?
?? ??(3)使產(chǎn)品機械和食品機械機械一體化。許多產(chǎn)品要求生產(chǎn)之后直接進行包裝，以提高生產(chǎn)效率。如德國生產(chǎn)的巧克力生產(chǎn)及包裝設(shè)備，就是由一個系統(tǒng)控制完成的。兩者一體化，關(guān)鍵是要解決好在生產(chǎn)能力上相互匹配的問題。?
????(4)適應(yīng)產(chǎn)制品變化，具有良好的柔性和靈活性。由于市場的激烈競爭，產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短。如化妝品生產(chǎn)三年一變，甚至一個季度一變，生產(chǎn)量又都很大，因此要求食品機械機械具有良好的柔性和靈活性，使食品機械機械的壽命遠大于產(chǎn)品的壽命周期，這樣才能符合經(jīng)濟性的要求。?
????(5)普遍使用計算機仿真設(shè)計技術(shù)。隨著新產(chǎn)品開發(fā)速度不斷加快，德國食品機械機械設(shè)計普遍采用了計算機仿真設(shè)計技術(shù)，大大縮短了食品機械機械的開發(fā)設(shè)計周期.
????食品機械設(shè)計不僅要重視其能力和效率，還要注重其經(jīng)濟性。所謂經(jīng)濟性不完全是機械設(shè)備本身的成本，更重要的是運轉(zhuǎn)成本，因為設(shè)備折舊費只占成本的6％～8％，其他的就是運轉(zhuǎn)成本。
我國食品機械行業(yè)起步于20世紀70年代，在80年代末和90年代中得到迅速發(fā)展。已成為機械工業(yè)中的10大行業(yè)之一，無論是產(chǎn)量，還是品種上，都取得了令人矚目的成就，為我國包裝工業(yè)的快速發(fā)展提供了有力的保障。目前，我國已成為世界食品機械工業(yè)生產(chǎn)和消費大國之一。?
???? 食品機械作為一種產(chǎn)品，它的含義不僅僅是產(chǎn)品本身的物質(zhì)意義，而是包括形式產(chǎn)品、隱形產(chǎn)品及延伸產(chǎn)品3層含義。形式產(chǎn)品是指食品機本身的具體形態(tài)和基本功能；隱形產(chǎn)品是指食品機給用戶提供的實際效用；延伸產(chǎn)品是指食品機的質(zhì)量保證、使用指導和售后服務(wù)等。所以食品機的設(shè)計應(yīng)該包括：市場調(diào)研、原理圖設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工圖設(shè)計、使用說明書編寫及售后服務(wù)預案等。?
??? ?食品機械設(shè)計的類別主要有：測繪仿制設(shè)計、開發(fā)性設(shè)計、改進性設(shè)計、系列化設(shè)計。如啤酒灌裝生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為1．6～4萬瓶/h，其中灌裝機的灌裝閥工位數(shù)從48個、60個、90個到120個就屬于系列化設(shè)計。?
???? 由普通啤酒灌裝生產(chǎn)線到純生啤酒灌裝生產(chǎn)線的設(shè)計就屬于改進、開發(fā)性設(shè)計。對于中低速運行的食品機，目前我們基本上可以進行自主設(shè)計。而高速運行的食品機，特別是一些先進機型，大多是測繪、仿制國外的同類機型，進行國產(chǎn)化設(shè)計和系列化設(shè)計。其主要的原因是：(1)大多數(shù)設(shè)計人員還沒有真正掌握先進的設(shè)計方法，如高速食品機械的動力學設(shè)計理論和方法等，對高速工況下機構(gòu)的動態(tài)精度分析等問題還不能模擬解決；(2)產(chǎn)、學、研結(jié)合不夠緊密，理論上的科研成果不能及時地在實際設(shè)計中運用，設(shè)計人員缺乏及時的技術(shù)培訓；(3)整個行業(yè)缺乏宏觀調(diào)控的力度，優(yōu)勢資源不能得到合理的配置與調(diào)整。?
????在食品機械設(shè)計領(lǐng)域，絕大多數(shù)設(shè)計人員仍沿用以前的設(shè)計方法：(1)根據(jù)設(shè)計任務(wù)書尋找同類機型作為樣機；(2)參考樣機制定各項技術(shù)性能指標及使用范圍；(3)設(shè)計工作原理圖、傳動系統(tǒng)圖；(4)設(shè)計關(guān)鍵零件，部件；(5)設(shè)計總裝圖方案和動作循環(huán)圖；(6)設(shè)計部件圖、總裝圖和零件圖；(7)對主要部件中的關(guān)鍵零件進行強度、剛度校核；(8)設(shè)計控制原理圖、施工圖等。?
????而今，國內(nèi)一些大學的設(shè)計軟件，可以對食品機中常用機構(gòu)進行有限元分析和優(yōu)化設(shè)計，其開發(fā)的凸輪連桿機構(gòu)CAD／CAM軟件已經(jīng)能夠滿足企業(yè)進行凸輪連桿機構(gòu)自主設(shè)計的能力，但在實際食品機械的設(shè)計中應(yīng)用還不普遍。?
????新型食品機械往往是機、電、氣一體化的設(shè)備。充分利用信息產(chǎn)品的最新成果，采用氣動執(zhí)行機構(gòu)、伺服電機驅(qū)動等分離傳動技術(shù)，可使整機的傳動鏈大大縮短，結(jié)構(gòu)大為簡化，工作精度和速度大大提高。其中的關(guān)鍵技術(shù)之一是采用了多電機拖動的同步控制技術(shù)。其實掌握這種技術(shù)并不很難，只是一些設(shè)計人員不了解食品機械的這一發(fā)展趨勢。如果說以前我國食品機械設(shè)計是仿制、學習階段，那么現(xiàn)在我們應(yīng)該有創(chuàng)新設(shè)計的意識。
我國食品行業(yè)技術(shù)與機械近些年所取得的成績是顯著的，其起步于20世紀70年代末，剛起步時年產(chǎn)值僅七、八千萬元，產(chǎn)品品種僅100 余種，技術(shù)水平也較低。在20紀80年代中期至20世紀年代中期十余年的時間里，才得到快速發(fā)展，年增長率達到20%—30% ，到1999年底塑料和食品機械達40 大類，品種達1700種，到2000年產(chǎn)值增加到300億元，且技術(shù)水平也上了個臺階，開始出現(xiàn)了規(guī)?；⒆詣踊厔?，傳動復雜、技術(shù)含量高的設(shè)備也開始出現(xiàn)，許多食品機械如液體塑料灌裝機等設(shè)備已開始成套出口。
1.3 食品裝置(機械)研究開發(fā)的意義
針對國內(nèi)許多部門對食品切斷機械的需求，本設(shè)計著重探討食品切斷機械的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和模塊化結(jié)構(gòu)，開發(fā)出具有包裝速度快，通用性好以及結(jié)構(gòu)簡單可靠、操作方便、自動化程度高的新穎食品切斷機械，對我國食品行業(yè)發(fā)展有著積極的意義。
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第2章 課題研究的內(nèi)容及要求
第2章 課題研究的內(nèi)容及要求
2.1課題研究內(nèi)容
食品機械的切斷裝置是食品加工業(yè)常用的一種設(shè)備，它主要用于各種食品的分割或整形。
圖2-1流水線機架尺寸
本課題的切斷裝置安裝在生產(chǎn)流水線上，流水線機架尺寸如上圖,用調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速來控制切斷點的間隔，采用間歇運動機構(gòu)，讓刀片以垂直的角度與糕體接觸。
2.2 課題的研究要求
(1)該裝置刀體上下運動的頻率為每秒鐘4～5次；刀體完成一次動作的時間與停歇時間之比約為1：19。為了對流水線上的糕體進行定長分割，擬采用一套不完全齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)刀體的間歇運動，并利用凸輪機構(gòu)來轉(zhuǎn)換運動形式。完成該切斷裝置的設(shè)計。
(2)對凸輪機構(gòu)、不完全齒輪等主要零部件進行相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計與校驗；
(3)繪制總裝圖和主要零件圖；
(4)撰寫10000字以上的設(shè)計說明書一份。
第3章 食品切斷裝置的傳動方案設(shè)計
第3章 食品切斷裝置的傳動方案設(shè)計
3.1選擇電動機的條件
合理選擇電動機類型，對工作機械有效的工作，以及機組運行的可靠性、安全、節(jié)能及降低設(shè)備造價都有重要意義。
電動機類型的選擇要從負載的要求出發(fā)，考慮工作條件，負載性質(zhì)、生產(chǎn)工藝、供電情況等，盡量滿足下述各方面的要求：
1．機械特性
由電動機類型決定的電動機的機械特性與工作機械機械特性配合要適當，機組穩(wěn)定工作；電動機的起動轉(zhuǎn)矩、最大轉(zhuǎn)矩、牽入轉(zhuǎn)矩等性能均能滿足工作機械的要求。
2．轉(zhuǎn)速
電動機的轉(zhuǎn)速滿足工作機械要求，其最高轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速變化率、穩(wěn)速、調(diào)速、變速等性能均能適應(yīng)工作機械運行要求。
3．運行經(jīng)濟性
從降低整個電動機驅(qū)動系統(tǒng)的能耗及電動機的綜合成本來考慮選擇電動機類型，針對使用情況選擇不同效率水平的電動機類型；對一些使用時間很短、年使用時數(shù)也不高的機械，電動機效率低些也不會使總能耗產(chǎn)生較大的變化，所以并不注重電動機的效率：但另一類年利用小時較高的機械，如空調(diào)設(shè)備、循環(huán)泵、冰箱壓縮機等，就需要選用效率高的電動機以降低總能耗。
3.2 電動機類型的選擇及功率的確定
本機器的動力選用交流380V。食品切斷裝置械中常用的電機由于整個載荷比較小，工作速度為240r/s。
電動機的功率可按下式估算
式中： ——電動機功率 ；
——負載力矩 ；
——負載轉(zhuǎn)速 ；
——傳動裝置的效率，初步估算取0.9；
系數(shù)1.5～2.5為經(jīng)驗數(shù)據(jù)，取1.5
p
如果用直流電機，由于受轉(zhuǎn)速和力矩的影響，要配減速器。
而如果用步進電機，控制位置精度比較高可以達到 1.8 度。而且不需要減速器避免造成結(jié)構(gòu)冗繁。因此選擇步進電機作為驅(qū)動電機。
步進電機作為一種新型的自動控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用，進入了一些高、精、尖的控制領(lǐng)域。步進電機雖然有一些不足，如啟動頻率過高或負載過大時易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖，且一般無過載能力，往往需要選取有較大轉(zhuǎn)距的電機來克服慣性力矩。但步進電機點位控制性能好，沒有積累誤差，易于實現(xiàn)控制，能夠在負載力矩適當?shù)那闆r下，以較小的成本與復雜度實現(xiàn)電機的同步控制。
因此，選擇了北京和利時公司的 57BYG250E-0152 型號電機。靜轉(zhuǎn)矩為 1.5 NM 。該電機在相近產(chǎn)品中具有在轉(zhuǎn)速變高一定范圍內(nèi)能夠保持平穩(wěn)的力矩。其力矩隨轉(zhuǎn)速的
關(guān)系如下圖所示。
圖3-2 電機轉(zhuǎn)矩圖
下面是所選電機的外形尺寸。
圖3-3
3.3傳動方案的確定
不完全齒輪機構(gòu)
工作原理及特點
工作原理：在主動齒輪只做出一個或幾個齒，根據(jù)運動時間和停歇時間的要求在從動輪上做出與主動輪相嚙合的輪齒。其余部分為鎖止圓弧。當兩輪齒進入嚙合時，與齒輪傳動一樣，無齒部分由鎖止弧定位使從動輪靜止。
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、工作可靠、從動輪運動時間和靜止時間的比例可在較大范圍內(nèi)變化。
缺點：從動輪在開始進入嚙合與脫離嚙合時有較大沖擊，故一般只用于低速、輕載場合。
根據(jù)題設(shè)條件, 可知凸輪帶動刀架上下運動工作時的轉(zhuǎn)速為4-5次/min,換算一下也就是帶動凸輪的軸的轉(zhuǎn)速為240-300r/s. 還有條件刀體完成一次動作的時間與停歇時間之比約為1：19。那么結(jié)合具體架結(jié)構(gòu)要求分配間歇時間。
圖3-4 切斷裝置傳動原理圖
電動機帶動帶動切斷裝置傳動(切斷裝置由輸入軸帶動不完全齒輪傳動,帶動小齒輪及其軸傳動,帶動凸輪刀架上下運動).
3.4各級傳動比的確定
刀架每分鐘上下4次,即對應(yīng)的軸轉(zhuǎn)速為240r/s。
第4章 切斷裝置的設(shè)計
第4章 切斷裝置的設(shè)計
4.1切斷裝置間歇比的分配
4.1.1 不完全齒輪機構(gòu)
它由一個或幾個齒的不完全齒輪1，具有正常輪齒和帶鎖止弧的齒輪2及機架組成。在輪1主動等速連續(xù)轉(zhuǎn)動中，當主動輪1上的輪齒與從動輪2的正常齒相嚙合時，主動輪1驅(qū)動從動輪2轉(zhuǎn)動；當主動輪1的鎖止弧s1與從動輪2的鎖止弧s2接觸時，則從動輪2停歇不動并停止在確定的位置上，從而實現(xiàn)周期性的單向間歇運動。圖1所示的不完全齒輪機構(gòu)的主動輪1每轉(zhuǎn)1周，從動輪2只轉(zhuǎn)1/4周。
不完全齒輪機構(gòu)有外嚙合不完全齒輪機構(gòu)和內(nèi)嚙合不完全機構(gòu)。如圖1和圖2所示兩種形式，一般常見外嚙合形式。外嚙合不完全齒輪機構(gòu)，兩輪轉(zhuǎn)向相反。內(nèi)嚙合不完全齒輪機構(gòu)，兩輪轉(zhuǎn)向相同。
圖 4-1-1 內(nèi)嚙合不完全齒輪機構(gòu) 圖4-1-2外嚙合不完全齒輪機構(gòu)
不完全齒輪機構(gòu)與其他間歇運動
機構(gòu)相比，優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造方
便，從動輪的運動時間和靜止時間的
比例不受機構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制。缺點是從
動輪在轉(zhuǎn)動開始和終止時，角速度有
突變，沖擊較大，故一般只用于低速
或輕載場合。如果用于高速，則可安
裝瞬心附加桿使從動件的角速度由零 圖4-1-3 齒條不完全齒
輪機構(gòu)逐漸增加到某一數(shù)值，以使機構(gòu)傳動平穩(wěn)。
不完全齒輪機構(gòu)常用于多工位自動機和半自動機工作臺的間歇轉(zhuǎn)位及某些間歇進給機構(gòu)中，如蜂窩煤壓制工作臺轉(zhuǎn)盤的間歇轉(zhuǎn)位機構(gòu)等。
其它不完全齒輪機構(gòu)，如圖3所示為齒條與不完全齒輪機構(gòu)，連續(xù)轉(zhuǎn)動的圓盤通過銷帶動不完全齒輪擺動，驅(qū)動齒條往復運動。
4.1.2 凸輪式間歇機構(gòu)
圖4所示是一種圓柱凸輪式間歇運動機構(gòu)。機構(gòu)的主動輪1為具有曲線溝槽的圓柱凸輪，從動件2則為均布有柱銷3的圓盤。當主動輪1轉(zhuǎn)動時，撥動柱銷3，使從動圓盤2作間歇運動。從動圓盤的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，適當?shù)耐馆嗇喞€可滿足機構(gòu)高速運轉(zhuǎn)的要求。不過，凸輪加工較復雜，加工精度要求較高，裝配調(diào)整的要求也較嚴格。這種機構(gòu)常用在輕載情況下的間歇運動（如火柴包裝機），間歇運動的頻率每分鐘可高達1500次左右。
凸輪式間歇機構(gòu)的優(yōu)點是：運動可靠、傳動平穩(wěn)、承載能力較大；轉(zhuǎn)盤可以實現(xiàn)任何運動規(guī)律，以適應(yīng)高速運動要求；轉(zhuǎn)盤停歇時一般依靠凸輪棱邊進行定位，不需要附加任何定位裝置。缺點是凸輪加工精度要求較高。因此，凸輪式間歇機構(gòu)常用于各種高速機械的分度、 圖4-1-4
轉(zhuǎn)位裝置和步進機構(gòu)中。
4.1.3切斷裝置間歇比的分配
根據(jù)題設(shè)，刀體完成一次動作的時間與停歇時間之比約為1：19。機構(gòu)設(shè)定的結(jié)構(gòu)尺寸，結(jié)合機構(gòu)設(shè)計的具體實際，確定通過不完全齒輪副的動作時間/該機構(gòu)周期時間取1：5，凸輪機構(gòu)帶動刀架實現(xiàn)動作的時間/該機構(gòu)周期時間為1：4。那么總的間歇比為1：(5×4-1)=1:19。
4.2 不完全齒輪機構(gòu)副設(shè)計
圖4-1-5
如上圖示，不完全齒輪的輪齒部分只占整個圓周的72°，也就是72°/360°=1/5,這樣大齒輪的齒數(shù)和小齒輪的齒數(shù)和模數(shù)都相同。當不完全齒輪對應(yīng)的轉(zhuǎn)軸帶動大齒輪轉(zhuǎn)動一周也只能帶動小齒輪轉(zhuǎn)動小齒輪轉(zhuǎn)動一周。那樣就可以實現(xiàn)不完全齒輪副的動作時間/該機構(gòu)周期時間取1：5。
不完全漸開線齒輪機構(gòu)能將主動輪的等速連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換為從動輪的間歇運動。其動停時間比不受機構(gòu)結(jié)構(gòu)的限制，制造方便，但是從動輪在每次間歇運動的始末有劇烈沖擊，故一般只用于低速，輕載及機構(gòu)沖擊不影響正常工作的場所。若設(shè)置緩沖結(jié)構(gòu)可改善機構(gòu)的動力性能。
4.2.1 基本型式與嚙合特性
不完全齒輪機構(gòu)分外嚙合與內(nèi)嚙合兩類（圖4-2-22、4-2-23）。機構(gòu)由三部分組成：主動輪1與 2；一對鎖止弧3，主動輪上的凸弧和從動輪上的凹弧可以直接切出或裝配而成，也可單獨制成一對鎖止?。痪彌_結(jié)構(gòu)，用以緩和或消除間歇涌動始.末時的劇烈沖擊，改善機構(gòu)的動力性能。本節(jié)只討論沒有緩沖結(jié)構(gòu)的運動分析與尺寸設(shè)計。
根據(jù)工作特點,在這選擇外嚙合齒輪副。
圖4-2-22 圖4-2-23
不完全齒輪的嚙合特性：每一次簡諧運動，可以只由一對齒嚙合來完成，也可以由若干對齒來完成。不完全齒輪機構(gòu)首.末二對齒的嚙合過程與完全齒輪機構(gòu)不同，而中間各對齒的嚙合過程與完全齒輪相同。首對齒：從動輪所處的靜止位置，應(yīng)使主動輪旋轉(zhuǎn)時其首齒S能順利地通過二輪頂圓右側(cè)交點G，從動輪具有鎖止弧的齒K嚙合（圖4-2-24a b）。
首嚙點E由從動輪的靜止位置決定，它可能位于從動輪齒頂圓弧上（圖b）或嚙合線段BP上（圖a）。首齒開始推動從動輪.鎖止弧恰好脫開。輪齒在段嚙合時，從動輪變速轉(zhuǎn)動；E點離B點越遠，則開始嚙合時沖擊越大；齒輪在段嚙合時，從動輪勻速轉(zhuǎn)動。如所選參數(shù)滿足連續(xù)傳動條件，則第一對齒到B點終止嚙合時，第二對齒已進入嚙合。
末對齒：末對齒嚙合至B點時，因無后續(xù)齒所以并不立即脫齒，而以主動齒頂尖角與從動末齒根部嚙合，經(jīng)圓弧，最終于二頂圓左側(cè)交點F處分離。在段嚙合過程中，從動輪角速度逐漸降低。在F點終止嚙合時，鎖止弧恰好鎖住，從動輪突然停止。
中間各對齒開始嚙合與B點，終止嚙合于B點。
圖4-2-24ab
僅由一對齒嚙合來完成一次間歇運動時，嚙合軌跡的前半段EBP（或EP）與首對齒的前半段相同；后半段PBF與末對齒的后半段相同。
同時看到，由于嚙合軌跡較長，每次間歇運動中，從動輪所轉(zhuǎn)過的角度較大，其中包含的周節(jié)數(shù)為z
z=z-1+k (4-2-1)
式中z——一次間歇運動中，主動輪轉(zhuǎn)過的齒數(shù)；
k——鎖止弧覆蓋部分所包含的周節(jié)數(shù)加上0.5，一般k取整數(shù)。當z=1時，從動輪每次轉(zhuǎn)過k個周節(jié)。
4.2.2設(shè)計參數(shù)的計算
（1）k值與首.末齒齒頂高、的確定
從動輪的靜止位置由二齒頂圓的交點F確定，當模數(shù)m.壓力角α和布滿齒后的假象齒數(shù)確定后，可通過改變齒頂高來改變F點的位置。為了簡化設(shè)計步驟，通常取k為整數(shù)，從動輪在靜止位置時鎖止弧對稱與連心線OO，從動輪齒頂高系數(shù)為標準值=1，而僅改變主動輪首,末二齒的齒頂高系數(shù)、。
為保證從動輪每次轉(zhuǎn)位前都具有相同的靜止位置，應(yīng)使從動輪過（2β-δ）的角度內(nèi)，恰好包含K個周節(jié)（圖4-2-25）
即 K==整數(shù) (4-2-2)
式中β為從動輪具有標準齒頂高，主動輪為修正齒頂高has=ham時，二頂圓交點G，F(xiàn)所對從動輪中心角之半 =
（4-2-3）
圖4-2-25ab
δ為=1時從動輪吃頂圓齒槽所對中心角
（4-2-4）
為從動輪齒頂壓力角，其中（）值應(yīng)化成度數(shù)后代入
（4-2-5）
將式（4-2-4）~式（4-2-6）代入式（4-2-2）后，仍有兩個未知數(shù)K、，不能直接解得?？上燃俣ㄇ蟪鼋曋岛停▓D4-2-25b）。這時可能不是整數(shù)。
令±小數(shù)=整數(shù)，并解出。當+小數(shù)=整數(shù)時，>1;當小數(shù)=整數(shù)時，<1。式中“±”應(yīng)根據(jù)傳動要求和考慮到加工的方便來確定。
K值與假象齒數(shù)，分度圓壓力角α，齒頂高系數(shù)、有關(guān)，而與模數(shù)無關(guān)。表4-2-74列出α=20°，=1時，不產(chǎn)生齒頂干涉的主動輪末齒齒頂高系數(shù)與、、K的數(shù)值。
處于中間值時，不能從表中用插值法求，應(yīng)按式（4-2-2）~式（4-2-4）計算，才能保證從動輪有確定的靜止位置。在理論上，可使=，但實際上考慮加工精度的影響，為了保證進入嚙合時不發(fā)生齒頂干涉，取
≤ （4-2-6）
（2）連續(xù)傳動性能
由于首齒齒頂高被修正，為避免產(chǎn)生二次沖擊，須校核首齒與第二對齒之間的重合度。 （4-2-7）
式中——主動輪首齒的齒頂壓力角，
（4-2-8）
K與
K=1
K=2
15
0.278
0.114
0.013
1.147
1.050
0.979
0.874
0.803
0.753
0.714
K=2
20
0.085
1.085
0.892
0.759
0.661
0.587
0.481
0.410
0.359
0.320
25
1.161
0.857
0.661
0.525
0.428
0.353
0.248
0.177
0.126
0.970
K=3
30
1.019
0.708
0.511
0.376
0.277
0.203
0.979
0.859
0.773
0.707
35
0.910
0.599
0.401
0.265
0.167
0.968
0.791
0.670
0.582
0.517
40
0.837
0.523
0.323
0.188
0.964
0.838
0.659
0.538
0.450
0.382
50
0.722
0.407
0.208
0.932
0.766
0.641
0.461
0.340
0.979
0,878
K=4
60
0.651
0.334
0.135
0.806
0.640
0.514
0.334
0.925
0.790
0.688
70
0.612
0.293
0.946
0.720
0.553
0.426
0.971
0.785
0.650
0.548
80
0.552
0.235
0.884
0.657
0.489
0.362
0.860
0.674
0.539
0.436
15
20
25
30
35
40
50
60
70
80
表4-2-29
（3）鎖止弧設(shè)計
1）從動輪鎖止凹弧的設(shè)計（圖4-2-26）
鎖止弧占有k個齒，為了保證始嚙合點E不致因磨損而變動，建議鎖止弧凹弧兩側(cè)留有0.5模數(shù)的齒頂厚，其所對的中心角為
（4-2-9）
當凹弧圓心在O時，凹弧半徑R為（mm） （4-2-10）
2）主動輪鎖止弧設(shè)計
主動輪首齒位于始嚙點E時，主動輪上鎖止凸弧的終點S恰好落在連心線上（圖4-2-87）；當主動輪末齒到達F點嚙合時，主動輪上鎖止凸弧的起點T也應(yīng)恰好落在連心線上（圖4-2-26）。凸弧的半徑，凸弧的圓心在O。
① 鎖止凸弧終點S的確定：即確定通過S點的向徑OS與首齒中線OMs之間的夾角Qs。
圖4-2-26、27
第一種情況：始嚙點E落在從動輪吃頂圓弧段上（不包括B1點，圖4-2-27），即（）>（）時
（4-2-11）
——主動輪過E點的向徑之間的夾角，
（4-2-12）
向徑OE與首齒中線Ms之間的夾角
（4-2-13）
——主動輪過E點的壓力角， （4-2-14）
第二種情況：始嚙點E與B點重合，或落在BP段上（圖4-2-28）；即≤時,當嚙合點由E移動到節(jié)P，主、從動輪漸開線輪廓在分度圓上對應(yīng)的二點M、N都移到節(jié)點P。因此從動輪轉(zhuǎn)過角，主動輪轉(zhuǎn)角
（4-2-15）
圖4-2-28
鎖止凸弧起T的確定：即確定通過T點的向徑OT與末齒中線OMm之間夾角Q，（圖4-2-26）。
（4-2-16）
式中β——在終齒點嚙合時，主動輪上向徑OT與OF間的夾角，
（4-2-17）
——主動輪上頂圓齒厚所對中心角之半，
（4-2-18）
——主動輪末齒頂圓壓力角，
（4-2-19）
（4）運動時間和靜止時間
間歇運動機構(gòu)從動輪的運動時間和靜止時間是設(shè)計的旋轉(zhuǎn)時，從動輪在一次間歇運動中的運動時間可以看成z=1時傳動所需的時間與（z-1）對中間齒傳動所需時間之和。
（s） （4-2-20）
式中n——主動輪轉(zhuǎn)速，r/min。（s） （4-2-21）重要參數(shù)之一。當主動輪等速
式中N——主動輪每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，完成間歇運動次數(shù)。
4.2.3不完全齒輪機構(gòu)的設(shè)計計算公式及工作圖
（1） 不完全齒輪機構(gòu)的計算公式
名稱
符號
計算公式
假象在主、從動輪上布滿齒時的齒數(shù)
、
按工作條件決定 =25 =72
模數(shù)
m
按強度條件決定，并按GB1357-1987取標值
壓力角
α
Α=20°
主、從動輪的標準齒數(shù)頂高系數(shù)
中心距
α
(mm) 75
主動輪每轉(zhuǎn)一周，從動輪完成簡諧運動的次數(shù)
N
按工作要求決定
在每次間歇運動中，從動輪轉(zhuǎn)過角度內(nèi)所包含的周節(jié)數(shù)
按設(shè)計要求決定
的一對齒輪，齒頂圓交點、所對的從動輪中心角之半
時，從動輪的齒頂壓力角
時，從動輪頂圓齒槽所對的中心角
在一次間歇運動中，主動輪僅有一個齒時從動輪轉(zhuǎn)過角度內(nèi)所包含的周節(jié)數(shù)，一般取整數(shù)
K
小數(shù)部分=整數(shù)
或由表4-2-74按、查得
主動輪在相鄰二鎖止弧之間的齒數(shù)
為修正齒頂高系數(shù)時，二輪頂高系數(shù)時，二輪頂圓交點（F、G）所對從動輪中心角之半
主動輪末齒修正齒頂高系數(shù)
查表4-2-30或由下式解出
主動輪首齒修正齒頂高系數(shù)
主動輪首齒的齒頂壓力角
首齒與第二對齒之間的重合度
從動輪上具有0.5模數(shù)的頂圓齒厚所對的中心角
一對鎖止弧凹弧與凸弧的半徑，中心在主動輪軸心O
主動輪上過齒嚙點E的向徑與間的夾角
主動輪齒槽在始嚙點E處的壓力角
主動輪上過始嚙點的向徑與首齒中間線的夾角
過主動輪鎖止凸弧終點S的向徑與首齒中間線之間的夾角
第一種情況：時，
第二種情況：
在終嚙點嚙合時，主動輪上向徑與之間的夾角
主動輪末齒的齒頂壓力角
主動輪上頂圓齒厚所對中心角之半
過主動輪鎖止凸弧起點T的向徑與末齒中線之間的夾角
主動輪等輸旋轉(zhuǎn)時，從動輪在一次間歇運動中的時間，靜止時間
（s）；（s）
一次間歇運動時間t==60/(S)式中——主動輪轉(zhuǎn)速，r/min
表4-2-30
根據(jù)GB10095-1988規(guī)定,齒輪精度等級分為12級,1級最高,12級最低,常用6～9級。根據(jù)表7-8 選用7級精度的齒輪。
嚙合齒輪的幾何尺寸(不完全齒輪和小齒輪參數(shù))
名稱
符號
公式
分度圓直徑
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
齒距
齒厚
齒槽寬
中心距
頂隙
表 4-2-31
其中Z2是不完全齒輪的全齒參數(shù),齒部只有72個齒。
4.3 凸輪機構(gòu)的設(shè)計
如上圖所示，凸輪帶動刀架運動只能是在圖示90度范圍內(nèi)實現(xiàn)刀架上下。也就是90°/360°=1/4,其實真正實現(xiàn)凸輪功能的也就是在這部分。當其對應(yīng)的轉(zhuǎn)軸帶動凸輪轉(zhuǎn)動一周也只能帶動刀架上下運動一次。那樣就可以實現(xiàn)凸輪機構(gòu)帶動刀架的動作時間/該機構(gòu)周期時間取1：4。
圖4-3-1
4.4 刀架設(shè)計
固定和帶動刀上下動的
圖4-4-1
4.5 軸(凸輪,小齒輪)設(shè)計
固定凸輪小齒輪傳動的軸
圖4-5-1
4.6 刀架上下導桿設(shè)計
圖4-6-1
4.7 刀架固定定位板設(shè)計
刀架固定定位板,固定刀架和起導向作用的
圖4-7-1
4.8 銷軸(位于凸輪和刀架間)設(shè)計
一端固定刀架,一端連接凸輪,實現(xiàn)上下運動
圖4-8-1
4.9 軸承座(軸上兩端)設(shè)計
固定軸承,防止軸承跑出,使軸承定位定向.
圖4-9-1
4.10 箱體設(shè)計
箱體采用拼接焊接的方式成型,由于是輕載負荷,故采用3mm的鋼板焊接形成即可.
圖4-10-1
4.11切斷裝置的其它部件設(shè)計
由于該裝置目前主要針對糕點類的食品進行的一個定長切斷處理，屬于輕載負荷狀態(tài)。各部件選擇常規(guī)的零配件進行合理的結(jié)構(gòu)布局即可。其支架采用鋼板拼接焊接的辦法。軸承選擇常用的深溝球軸承。其他的結(jié)構(gòu)件采用鋼板加工的辦法。
總結(jié)與展望
總結(jié)與展望
一、總結(jié)
本設(shè)計是對食品機械進行的一次有效的理論討論。通過對食品機各級傳動比的分配研究計算，了解了食品機實現(xiàn)送瓶，間歇運動及送料這一完整的過程。這為進一步了解包裝的其他功能和發(fā)展要求打下了一定的基礎(chǔ)。對食品機進行有效的理論分析，不僅有一定的使用價值，更有較高的理論參考價值，這有利于我們技術(shù)人員消化吸收國外先進技術(shù)，縮小與發(fā)達國家包裝業(yè)的差距。
在設(shè)計中，我通過分析研究食品機的功能和各級傳動比，提出了設(shè)計不完全齒輪機構(gòu)來實現(xiàn)食品機的有效間歇動作來完成食品機的功能要求。
我著重討論了電機到主傳動帶的傳動鏈以及設(shè)計了機構(gòu)傳動路線和其它的機械結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。
二、今后研究方向
今后將理論計算應(yīng)用于生產(chǎn)實際，理論指導實踐。
參考文獻
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致 謝
致 謝
本論文是在導師楊光的悉心指導下完成的，畢業(yè)設(shè)計是對大學所學知識與能力的綜合應(yīng)用和檢測，是每一個合格的大學生的必經(jīng)過程，也是一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。本次畢業(yè)設(shè)計，不僅培養(yǎng)了我們正確的設(shè)計思想；也同時讓我們掌握了工程設(shè)計的一般程序和方法，以及鍛煉了我們綜合運用知識能力。在本次設(shè)計過程中，我們大量閱讀了各種技術(shù)資料及設(shè)計手冊，認真探討了機械領(lǐng)域內(nèi)的各種基本問題。因此，本次設(shè)計不僅加強了對自己所學專業(yè)課程的理解和認識，而且也對自己的知識面進行了拓寬。此外，本次設(shè)計在繪圖的過程中，使用了AUTOCAD、PRO-E、等二維和三維繪圖軟件，并同時進行了手工繪圖，這些都不同程度地使我們學到了更多的知識，進一步提高了我們繪圖識圖的能力。
在學校的學習生涯，將隨著畢業(yè)論文的結(jié)束畫上圓滿的句號，在這里，在所有老師的細心教育和自己的刻苦努力下，我學到了很多很實用的知識，更重要的是，我學到不僅僅是書本上的知識，更是一種學習的能力，相信這一定可以幫助自己在今后的工作中起到積極的作用。
在這次畢業(yè)論文中，給予我?guī)椭畲鬅o疑就是我的指導老師。雖然老師工作繁忙，但卻對我的關(guān)心卻絲毫不受工作的影響，電話交流非常頻繁，并利用因特網(wǎng)及時進行護動交流，給予我很大的發(fā)展空間，不斷拓展自己的思維，培養(yǎng)了我獨立思考、處理問題的能力。在這次論文中，真的感覺學到了很多很多知識，在此表示我衷心的感謝。
由于本人知識有限，實際經(jīng)驗更加不足，因此我的設(shè)計還存在著很多的不足之處，敬請各位老師指正，本人將不勝感激！
最后，再次感謝所有在這次論文中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W。
附 錄
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