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畢業(yè)論文說明書
畢業(yè) 論 文 題 目
一體化茶葉真空包裝機設計
學 院
工學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
姓 名
學 號
指導教師
畢業(yè)設計（論文）
一體化茶葉真空包裝機設計
摘 要
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以及人們生活水平的提高，我國茶葉發(fā)展迅猛，在這種情況下給我們茶葉包裝機一個自我發(fā)展的機會。面對火熱的夏天，茶葉的銷量如火如荼，而隨之而來卻面臨著茶葉存放問題，茶葉的包裝越發(fā)顯得重要。隨著時間的推移，那些不利于茶葉存放的包裝必將被市場所淘汰，而茶葉真空包裝機作為茶葉的好幫手，幫助茶葉解決其存放問題。
關鍵字：茶葉真空包裝機；發(fā)展；結(jié)構(gòu)；原理；
Thorn roller steel needle cloth automatically wrap device design
Abstract
With the development of economy and the improvement of people's living standards, the rapid development of tea in China, in this case to give us tea packing machine a self - show opportunity. In the face of fiery summer, tea sales in full swing, and the attendant is faced with the problem of storage of tea, tea packaging is increasingly important. Over time, those who are not conducive to the storage of tea packaging will be eliminated by the market, and tea vacuum packaging machine as a good helper to help tea to solve their problems.
Keywords: Tea vacuum packaging machine; development; structure; principle;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
2.1 茶葉真空包裝機的研究現(xiàn)狀 1
2.2 茶葉真空包裝機的發(fā)展趨勢 2
2 茶葉真空包裝機結(jié)構(gòu)的設計 4
2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定 4
2.2 工作原理分析 4
2.3 裝置的結(jié)構(gòu)組成 4
2.4 電機選用計算 5
2.5 鏈傳動的設計計算 6
2.5.1 鏈的設計 6
2.5.2 鏈輪受力分析 7
2.5.3 鏈輪設計與校核 7
2.6 減速器的設計選型 10
2.6.1 減速機的選擇 10
2.6.2 減速機的校核計算 11
第3章 軸鍵的設計和軸承的設計校核 12
3.1 軸的設計與計算 12
3.1.1 軸的設計 12
3.1.2 軸的失效形式 12
3.1.3 軸的材料 12
3.1.4 軸的強度校核 13
3.1.5 軸的固定 16
3.1.6 鍵的選擇 16
3.1.7 鍵聯(lián)結(jié)強度計算 17
3.2 軸承選擇與校核 18
3.2.1 軸承的分類 18
3.2.2 滾動軸承及類型 18
3.2.3 滾動軸承的失效形式 18
3.2.4 軸承的選擇計算 19
3.3 軸承的潤滑 20
結(jié) 論 21
致 謝 22
參考文獻 23
III
1 緒論
茶葉真空包裝機以塑料復合薄膜或塑料鋁箔復合薄膜為包裝材料,專為茶葉成型包裝而設計的,對其它小型包裝物亦能進行真空包裝;有效地防止物品腐敗變質(zhì),達到保質(zhì)、保鮮、保味、保色的功能,延長產(chǎn)品的儲存期限。
茶葉真空包裝機以塑料復合薄膜或塑料鋁箔復合膜為包裝材料,對各種茶葉，紅茶、綠茶、鐵觀音、普洱、大紅袍等，儀器藥品,糧?食.果品.醬菜,果脯,水產(chǎn)品,土特產(chǎn),化工原料,電子元件?及軍用品等。不論是固體,粉狀,糊狀或液體均可進行真空熱封包裝.由于袋內(nèi)真空度高,可有效的防止脂類品氧化和好氧性細菌繁殖而引起的物品腐敗和變質(zhì),達到保質(zhì),保鮮,保味,保色的功能,延長產(chǎn)品(商品)的儲存期限,同時對某些松軟的物品,經(jīng)過真空包裝后縮小包裝體積,便于運輸和儲存。
2.1 茶葉真空包裝機的研究現(xiàn)狀
1、銷售包裝的包裝材料方面
我國主要用塑料編織袋、復合塑料袋作為包裝容器，而這些包裝袋在運輸、裝卸、零售等環(huán)節(jié)存在諸多問題需要解決。使用塑料編織袋來包裝茶葉，浪費的現(xiàn)象比較嚴重，一般只能用1-2次，相對成本較高。且包裝方式簡單，開封后難以再封，不利于較長時間的保存，蟲害、霉變現(xiàn)象較為嚴重。包裝材料防潮性差、阻隔性差，茶葉易氧化霉變。塑料復合袋是由高阻隔性包裝材料復合而成，在一定程度上可以解決茶葉的防霉、防蟲、保鮮問題，但后處理較難，由于不易降解，使用也受到一定的制約。
2、國內(nèi)銷售包裝的兩種包裝技術
一種為普通包裝，利用聚丙烯塑料編織袋對茶葉進行包裝，包裝過程中不施加任何保鮮技術，這種包裝對茶葉的防蟲、防霉及保鮮的效果差；
另外一種用真空包裝技術對包裝袋進行抽真空，真空包裝技術對茶葉的儲存有較好的保鮮作用，但由于茶葉自身的形狀以及真空度的選擇不合適，目前茶葉真空包裝選用的真空度一般在-0．07～-0．09kPa之間，只要真空度在這個范圍內(nèi)，出廠都為合格的產(chǎn)品。由于真空度較大，包裝材料緊緊包裹茶葉，由于茶葉兩端較尖，包裝袋很容易被米粒扎破，形成針孔，這樣包裝袋就會漏氣，造成真空包裝失效。有試驗表明，抽氣真空度為-0．09MPa的茶葉包裝袋，靜止放置，不堆垛，在20天之內(nèi)包裝袋的破漏率為16％，所以高真空度必然造成高破袋率。另外包裝袋在流通過程中袋與袋之間的摩擦、碰撞和跌落也很容易造成破袋。據(jù)統(tǒng)計真空包裝在流通過程中的破袋率達到30％。由于真空包裝的問題造成了茶葉的浪費，給消費者和企業(yè)都帶來了損失和麻煩。所以在對茶葉進行保鮮包裝的同時要和流通環(huán)境結(jié)合起來，這樣才能取得良好的效果。
2.2 茶葉真空包裝機的發(fā)展趨勢
真空包裝技術起源于20世紀40年代。自1950年聚酯、聚乙烯塑料薄膜成功地應用于商品包裝以來，真空包裝機便得到迅速的發(fā)展，其技術發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在高生產(chǎn)率、自動化、單機多功能、組成生產(chǎn)線、采用相關新技術這五個方面。?
高生產(chǎn)率。真空包裝機的生產(chǎn)率已從每分鐘數(shù)件發(fā)展到數(shù)10件，熱成型－充填－封口機的生產(chǎn)率可達500件/分鐘以上。?
采用相關新技術。在包裝方法上大量采用充氣包裝取代真空包裝，將充氣成分、包裝材料與充氣包裝機三方面的研究緊密結(jié)合起來；在控制技術上，更多地應用計算機技術和微電子技術；在封口方面應用熱管和冷封口技術，也可以將先進的裝置直接安裝在真空包裝機上，如裝上計算機控制的粗粒物料高精度組合秤；在旋轉(zhuǎn)或真空包裝機上，應用先進高速的圓弧面凸輪分度機械等。
生產(chǎn)自動化：真空包裝機的自動化不僅提高了生產(chǎn)效率，而且具有安全衛(wèi)生的優(yōu)點。日本某公司生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)真空室式包裝機，是一種自動化程度相當高的多工位包裝機。該機有充填和抽真空2個轉(zhuǎn)臺，充填轉(zhuǎn)臺有6個工位，完成供袋、投料、注液預封口，并將包裝件送至抽真空轉(zhuǎn)臺；抽真空轉(zhuǎn)臺有12個工位（真空室），完成抽真空和封口、成品輸出等工序，生產(chǎn)效率可達40袋／分，主要用于包裝軟罐頭類食品。
組配生產(chǎn)線：當需要的功能越來越多時，將所有的功能集中在一個單機上會使結(jié)構(gòu)變得非常復雜，操作維修也不方便。這時可把功能不同、效率相匹配的幾種機器組合成功能較齊全的生產(chǎn)線，來完成更為復雜的包裝工序。如法國某公司研制的鮮魚真空包裝生產(chǎn)線，紡織真空包裝系統(tǒng)等機型均屬于這一型。??????中國工博會科技論壇連續(xù)11年聚焦標準化，今年與會專家、實業(yè)家圍繞著“綠色包裝”主命題，就涉及包裝材料、運輸、有害物質(zhì)規(guī)定的標準等話題展開深入探討。國家發(fā)改委副巡視員趙鵬高介紹，目前我國大中城市的包裝廢棄物體積占城市固體廢棄物全部的近二分之一、重量的三分之一，推行綠色包裝、減少包裝物帶來的污染已成為重大而緊迫的課題?！皹藴蕛?nèi)容不盡合理和完善；標準之間不夠協(xié)調(diào)、缺乏系統(tǒng)性；重形式、可操作性差”。?
世界包裝組織亞洲包裝中心總裁金祥佐認為，“中國未來要成為真正的全球包裝產(chǎn)業(yè)中心，推動產(chǎn)業(yè)集群式發(fā)展和技術進步，必須要提高中國在世界包裝界的話語權(quán)和規(guī)則制定權(quán)”。研討會傳遞出一個業(yè)界公認的信息，中國包裝業(yè)標準化水平的現(xiàn)狀，已不能適應行業(yè)產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的實際需求，而實現(xiàn)包裝由“大”到“強”，亟需提升全行業(yè)的標準化水平。金祥佐透露，我國正規(guī)劃建設“世界包裝產(chǎn)業(yè)中心”，建設世包總部、軍民融合發(fā)展、科教研發(fā)、商貿(mào)物流、文化創(chuàng)意、包裝裝備、包裝新材料、農(nóng)產(chǎn)品加工包裝等重點基地；實施世包研究院、世包大學、高端包裝制品、先進包裝裝備、包裝新材料等18個重點項目，其中由世界包裝中心集團牽頭的“世界包裝產(chǎn)業(yè)中心”將聯(lián)合民企、外企和國企共同投資，面向全球招商，預計投資規(guī)模超過1200億元。
2 茶葉真空包裝機結(jié)構(gòu)的設計
2.1 總體結(jié)構(gòu)方案的確定
茶葉真空包裝機主要由供料機構(gòu)、抽真空機構(gòu)、熱封機構(gòu)、傳動裝置出料裝置等組成。
2.2 工作原理分析
工作原理：散裝茶葉裝與料斗內(nèi)，供料機構(gòu)控制每一袋茶葉的份量，通過錐斗裝袋，裝好茶葉的袋通過抽真空裝置和熱封裝置，完成對茶葉的整體包裝，后通過成品出料口留出。
2.3 裝置的結(jié)構(gòu)組成
1.供料機構(gòu)：提供等量的茶葉用于裝入包裝袋；
2.抽真空機構(gòu)：裝好的茶葉袋需要抽真空，次機構(gòu)將茶葉袋抽為真空，為下一步熱封做準備；
3.熱封機構(gòu)：為防止茶葉包裝袋漏氣而受潮發(fā)霉，抽真空后的茶葉袋用熱封封好口，為茶葉的長久保存提供必要的條件；
4.傳動裝置：茶葉真空包裝機整機的運作需要一個動力源以及傳動裝置，保證各工位能有效的工作。
5.出料裝置：包裝好，熱封好的茶葉袋通過出料裝置推出包裝機。
2.4 電機選用計算
電動機所需功率P0按下式計算：
式中，—工作機械所需要的功率，KW；
—從電動機到工作機械間各運動副的總機械效率。
根據(jù)機構(gòu)的布置由已知條件傳動機構(gòu)承受10公斤力，即100N，由于傳動機構(gòu)還摩擦力f和自身重力分量F1，重力如圖
由已知條件得出傳動機構(gòu)總的載荷為F=f+F1+1000
則工作機有效功率為：P=F×V=0.063KW
由已知條件得電動機有效功率，式中為系統(tǒng)總的傳動效率。
電動機到傳動機構(gòu)總傳動效率
查表：，，，=0.99，=0.96
代入上式：
所以電動機的有效功率
所選電動機的額定功率須滿足。
根據(jù)已知條件傳動的轉(zhuǎn)動速度為：
式中為節(jié)距，取=1
選取電動機型號為Y2-90S-8，同步轉(zhuǎn)速為750 ,對應額定功率為0.37KW，外伸軸直徑12mm
方案
電動機型號
額定功率
（KW）
同步轉(zhuǎn)速
（r/min）
滿載轉(zhuǎn)速
（r/min）
總傳動比
i
1
Y2-90S-8
0.37
750
700
50
2.5 鏈傳動的設計計算
2.5.1 鏈的設計
鏈輪的設計
初選傳動比i=3,小鏈輪鏈數(shù)為15，大鏈傳鏈數(shù)為50
設計功率 P=kk/kP
查表得 K=1.55 K=1 K=1
P=1.55P
傳遞功率P的計算
F=Mgf/2=65N P=Fv
P=0.960.9550.95P 得P=31.66W
根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速初選鏈條節(jié)距為9.525
初定中心距 ：a=45P=187.2mm
鏈長節(jié)數(shù)：L=2a+(z+z)/2+C/a=124.65 mm 取L=124mm
理論中心距 a=P[L-(z+z)]/K=187.2mm
實際中心距 a=a-=425.4-0.002=200mm
轉(zhuǎn)速 n=18.13=54.3r/min
有效圓周力 F=1000P/V=210.4N
由上知，由于采用總傳動比為3的減速器的減速系統(tǒng)，當時的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩克服重力阻力矩，因為a=0.16，當=0時，所受轉(zhuǎn)矩最大
T=G/20.16=144N.m
減速器減速系統(tǒng) ，總傳動比i=10:1，則單輪所需的最大驅(qū)動力為F=T/i/r=66.3N。
2.5.2 鏈輪受力分析
鏈輪受力情況， 2f=F阻 2f= F阻
T 3=f R = F阻/2·R
R為輪半徑，F(xiàn)阻為運行阻力，主要是滾動摩擦阻力，非常小，因而此情況鏈輪受力狀況良好。
T3=μ(1-x)G·R，取μ=0.3，x=0.3
T3=0.3×0.7×180×0.1=3.78
比較以上情況，在滿負荷運行時，鏈輪受轉(zhuǎn)矩最大。
在鏈輪中，中心輪所承受的轉(zhuǎn)矩最大，故最需要校核中心鏈輪的強度即可。
2.5.3 鏈輪設計與校核
（1）計算鏈輪轉(zhuǎn)矩T
根據(jù)4.2.1的比較知在滿負荷運行時受轉(zhuǎn)矩最大，
T=2T/i=28.91/(18/38)=37618N.mm
(2)選材料
為了最大程度的減輕整體機構(gòu)的重量，并降低各方面維護的成本，決定選取聚酰胺46為材料制作此鏈輪。
聚酰胺46（PA46）材料具有70%的結(jié)晶度，在高溫下展現(xiàn)出良好的耐磨性和摩擦性能，并且很好地保持了其機械性能，適用于需在高扭矩和高溫下工作的齒輪應用。PA46具有多種適于齒輪設計的性能，并可通過不可逆的高溫退火處理進一步增強。PA46材料在玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上的高溫下經(jīng)退火處理后，其硬度和強度性能可提高50%，并且改善了抗疲勞性、耐磨性和摩擦性能。另外，與其它聚酰胺材料相比，PA46的獨特優(yōu)點在于，經(jīng)退火處理后可降低材料的吸水量。重要的是，在高溫下退火處理的部件公差由其線性熱膨脹（CLTE）系數(shù)決定，而不是由吸水引起的尺寸變化決定。有許多應用中，熱塑性塑料已經(jīng)替代了金屬用于齒輪制造。與金屬齒輪相比，工程熱塑性塑料具有電氣、機械和化學性能方面的優(yōu)勢；對潤滑的要求極低，甚至無需潤滑；重量輕；可以成型為更多的幾何形狀，制造速度快。
選用金屬材料制作鏈輪，其使用精度高、壽命長等優(yōu)勢是明顯的，但另一方面，金屬齒輪運轉(zhuǎn)過程中必然需要潤滑，包括齒輪間及軸與齒輪之間，這必然增加了日常維護的難度，而且金屬齒輪重量較大，必然導致貼標機 本身重量的增加，這無疑增加了貼標機在搬運過程中的負載。由于貼標機 運行速度并不高，完全可以選用聚酰胺46作為齒輪材料并 取消潤滑。中間齒輪與軸之間也可以采用滑動配合，還通過提高軸頸的表面光潔進一步減少磨損。
(3) 根據(jù)星輪的大小要求，為降低安裝精度要求，初選齒輪模數(shù)為3，考慮結(jié)構(gòu)的緊湊性，根據(jù)樓梯的尺寸確定各輪輪距，
根據(jù)齒面接角觸疲勞強度校核有
[]=K/S
假設該裝置預期壽命為10年，每天工作8小時，每年運行300天，在整個使用期限內(nèi)，行走時間約占60%，則總工作時間
L=10300860%=14400h
應力循環(huán)次數(shù)
N=60nj N L=6018.1337618=1.210
由圖按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限=600MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限=550MPa。
查表得取接觸疲勞強度壽命系數(shù)K=0.85; K=0.9
計算接觸疲勞許用應力。
取失效率為1%，安全系數(shù)為S=1，由式得
[]=K/S=6000.85=510MPa
[]=K/2=5500.90=495MPa
由公式=2.5Z
其中k=kkkk=111.121.423=1.594
d=114mm, d=78mm, b=34mm, b=39mm,u=3,F=2T/ d=129.8N，Z=189.8MPa
所以 =2.5189.8=126.6MP<[]
=2.5189.8=142.89MP< []
故齒面接觸疲勞強度足夠。
根據(jù)齒根彎曲疲勞強度校核
查表得大齒輪的彎曲疲勞強度極限=380MP；齒輪的彎曲疲勞強度極限=500MPa
查表得彎曲疲勞壽命系數(shù)K=0.88，K=0.85
計算彎曲疲勞許用應力。
取彎曲疲勞動全系數(shù)S=1.4， 由公式得
===238.86MPa
=303.57 MPa
由根根彎曲疲勞強度公式
=
查表得齒形系數(shù)
=2.226 =2.65
查取應力校正系數(shù)。
=1.764 =1.58
又=34/114=0.298，m=3, z=114 ,k=1.594,T=14800N.mm
所以 =34MPa<
=38MPa<
故彎曲疲勞強度符合要求。
2.6 減速器的設計選型
2.6.1 減速機的選擇
減速器是一種有封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動、蝸桿傳動或齒輪-蝸桿傳動所組成的獨立部件，常用于動力機與工作機作為減速的傳動裝置。由于減速器機構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運動準確可靠。使用維護簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機器中應用很廣。目前國內(nèi)使用的堆垛機，采用電動機-制動器-外齒輪減速器-車輪的傳動方式。由于減速器傳動比大，需要多級減速，使得整個減速器機構(gòu)體積大，重量大，噪音大，效率低。因此本文采用了一種新的運行機構(gòu)，用異步電動機直接帶動少齒差減速器。
少齒差行星齒輪傳動具有以下優(yōu)點：(1)加工方便、制造成本較低。漸開線少齒差傳動的特點是用普通的漸開線齒輪刀具和齒輪機床就可以加工齒輪，不需要特殊的刀具與專用設備，材料也可采用普通齒輪材料(2)傳動比范圍大，單級傳動比為10～1000以上 。(3)結(jié)構(gòu)形式多．應用范圍廣。由于其輸入軸與輸出軸可在同一軸線上，也可以不在同一軸線上，所以能適應各種機械的需要。(4)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕。由于采用內(nèi)嚙合行星傳動，所以結(jié)構(gòu)緊湊；當傳動比相等時，與同功率的普通圓柱齒輪減速器相比，體積和重量均可減少1/3～2／3。(5)效率高。當傳動比為10～200時，效率為80％～94％。效率隨著傳動比的增加而降低。(6)運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小、承載能力大。由于是內(nèi)嚙合傳動．兩嚙合輪齒一為凹齒、一為凸齒，兩者的曲率中心在同一方向．曲率半徑義接近相等，因此接觸面積大，使輪齒的接觸強度大為提高：又因采用短齒制．輪齒的彎曲強度也提高了：此外，少齒差傳動時，不是一對輪齒嚙合，而是3-9對輪齒同時接觸受力．所以運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音小，并且在相同的模數(shù)情況下．其傳遞力矩比普通同柱齒輪減速器大?；谝陨咸攸c，小到機器人的關節(jié)、大到冶金礦山機械．以及從要求不高的農(nóng)用、食品機械．到要求較高的印刷和國防工業(yè)都有應用實例。少齒差行星減速器具有體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊、振動小，噪音低等優(yōu)點，主要用于輕紡、電力、鋼鐵、化工、電工機械、建筑、起重運輸?shù)刃袠I(yè)。工作環(huán)境溫度為-40～45oC，低于0 oC時，啟動前潤滑油應預熱；高于45 oC時應采取降溫措施。
表4-2減速器主要性能
減速器的主要尺寸及圖如下
表4-3a主要尺寸
表4-3b主要尺寸
圖4-1
2.6.2 減速機的校核計算
按照減速器的機械強度功率選取，一般情況下計入工況系數(shù)f1，特殊情況下還要考慮安全系數(shù)，查表知，當負荷為：中等沖擊時，f1=1
已知:電動機功率P2=1kw
P2m= P2×f1=1×1=1kw
要求：P2m≦P1
折算公稱公率P1=P×= 1.5×=0.865kw
其中，n1——減速器輸入轉(zhuǎn)速
n2——電機轉(zhuǎn)速
由于 P2m≦P1，故SCCJW2-23減速器符合推料機械手電機轉(zhuǎn)動力矩要求。
第3章 軸鍵的設計和軸承的設計校核
3.1 軸的設計與計算
3.1.1 軸的設計
傳動零件必須通過其他零件被支承起來才能進行工作，這種支承作用的零件稱為軸。軸是組成機器的重要作用之一，它的主要功能是支承做回轉(zhuǎn)運動的零件，并傳遞運動和動力。
3.1.2 軸的失效形式
機械中的軸大多為轉(zhuǎn)軸，同時承受彎曲應力和扭轉(zhuǎn)切應力，且均為交變應力。在交變應力的作用下，軸的主要失效形式為疲勞斷裂。因此，軸的材料應具有足夠的疲勞強度、較好的應力集中敏感性和良好的加工性能。
3.1.3 軸的材料
根據(jù)上述這些要求，軸的材料一般宜選用中碳鋼和中碳合金鋼。對于一般以內(nèi)國土和較重要的軸，多采用優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼來制造，如45鋼等。這類鋼的加工性能和機械性能好，經(jīng)過調(diào)質(zhì)或者正火處理后可以獲得良好的機械性能，且價格比較便宜。對于載荷不大、轉(zhuǎn)速要求不高或者不重要的軸，可以采用普通的碳素結(jié)構(gòu)鋼來制造，如Q275等，以降低成本。
合金鋼的機械性能和熱處理工藝均優(yōu)于碳素鋼，對于強度要求高而結(jié)構(gòu)要求緊湊、重量輕的重要的軸或者有特殊性能要求的軸，應該采用合金鋼來制造，如40Cr鋼等。
由于碳素鋼與合金鋼的彈性模量基本相同，因此采用合金鋼并不能提高軸的強度。但是，碳素鋼比合金鋼的成本低，而且對于應力集中的敏感性小，所以得到了廣泛的應用。
軸也可以采用球煤鑄鐵材料制造。鑄鐵材料容易鑄造成復雜的形狀，且吸振性和耐磨性較好，對應力集中的敏感性也較低，但其沖擊韌性低，可靠性差。
我設計的軸材料為合金結(jié)構(gòu)鋼40Cr。
3.1.4 軸的強度校核
扭轉(zhuǎn)強度校核
設軸在扭矩T的作用下，產(chǎn)生的切應力。對于圓截面的實心軸，根據(jù)其扭轉(zhuǎn)強度條件可以得
（3-1）
所以
式中：是軸的扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MP；T是軸所傳遞的扭矩，單位為N·mm；是軸的抗扭截面系數(shù)，0.2,單位為；P是軸傳遞的功率，單位為KW；n是軸的轉(zhuǎn)速，單位是r/min；d是軸的直徑，單位為mm；[]是材料的許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為MPa。
顯然，扭轉(zhuǎn)強度滿足要求。
按彎扭合成強度條件計算
力學模型的建立
在進行軸的強度校核時，通常忽略軸及其上各個零件的質(zhì)量，把軸簡化為簡支梁、外伸梁或懸臂梁。將其作用在軸上的零件分布力作為集中力，其作用點取為零件輪轂寬度的中點，并將其全部轉(zhuǎn)化到軸上。支點反力的作用點一般可近似地取在軸承寬度的中點上，以簡化計算。受力圖為：
圖3-1 受力圖
作出軸的水平面受力圖和彎矩圖
圖3-2 水平受力圖
圖3-3 水平彎矩圖
作出垂直面內(nèi)的受力圖和彎矩圖
圖3-4 垂直受力圖
圖3-5 垂直彎矩圖
作出合成彎矩圖M
圖3-6 合成彎矩圖
作出扭矩圖T
圖3-7 扭矩圖
做當量彎矩圖
圖3-8 當量彎矩圖
計算危險截面軸徑
過渡軸的每一處截面直徑均大于16.22
故強度滿足要求。
3.1.5 軸的固定
因為齒輪整體寬度較少，而且齒輪較接近箱體孔，且箱體孔內(nèi)比壁較厚。所以軸只需一個箱體孔固定，齒輪與渡軸之間，其軸向固定由滾動軸承連接。其軸向卡簧固定。而軸上有軸肩，裝配時直接將軸敲入箱體孔至軸肩處即可。
鍵聯(lián)結(jié)是將軸與軸上的傳動零件，如凸輪、齒輪、帶輪等連接在一起，實現(xiàn)軸和妯上零件間的周向固定，以傳遞轉(zhuǎn)矩的軸轂連接。有些類型的鍵可以實現(xiàn)軸與軸上零件的軸向固定，或軸向動連接。
3.1.6 鍵的選擇
按結(jié)構(gòu)特點和工作原理，鍵聯(lián)結(jié)可以分為平鍵聯(lián)結(jié)、半圓聯(lián)結(jié)和楔鍵聯(lián)結(jié)，此外，還有各種花鍵。平鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、對中性較好、裝拆方便，能夠承受沖擊或變載荷。因而得到廣泛的應用。半圓聯(lián)結(jié)的工作面是兩個側(cè)面，由于軸上半圓鍵槽挖得深，軸的強度大為降低，固一般用于傳遞較少的扭矩。楔鍵聯(lián)結(jié)一般用于外部軸端上固定大齒輪或者皮帶輪。連接時將鍵打入鍵槽內(nèi)，依靠鍵的頂面和底面與輪轂和軸之間的擠壓所產(chǎn)生的摩擦力來傳遞扭矩，此時，兩底接觸面均畫成一條直線；鍵的兩側(cè)為非工作面，應與輪轂和鍵槽側(cè)面之間留空隙。花鍵連接比較可靠，能傳遞較大的扭矩，軸上零件可以花鍵做軸向移動，導向性、對中性都比較好，因此，在機械設備中也得到廣泛的應用。
鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇兩個方面。鍵的類型應根據(jù)鍵聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點，使用要求和作業(yè)需求來選擇；按符合標準規(guī)格和強度要求來取定鍵的尺寸。鍵的截面尺寸為主要尺寸（一般以鍵寬b和鍵高h表示）與長度L。鍵的截面尺寸按，按鍵軸的直徑d的斷面尺寸選擇的標準。鍵的長度L通?？梢韵喾Q的長度中心。即長度等于或略短于中心的長度。這里d為軸的直徑，所選定的鍵長亦應符合標準規(guī)定的長度系列。錐齒輪軸上的軸頭處選平鍵聯(lián)結(jié)，B型66 L=10 GB1095-79。
3.1.7 鍵聯(lián)結(jié)強度計算
平鍵聯(lián)接傳遞轉(zhuǎn)矩時，聯(lián)接中各零件都要進行受力分析。
根據(jù)其要求，普通平鍵聯(lián)接的強度條件計算校核公式為：
（3-2）
因此有：
顯然
所以強度足夠。
式中：
T——傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為；
L——鍵的工作長度，單位為mm，圓頭平鍵l=L-b，平頭平鍵l=L，這里l為鍵的公稱長度，單位為mm；b為鍵的寬度，單位為mm。
d——軸的直徑，單位為mm；
h——鍵的高度，單位為mm；
——鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應力，單位為；
3.2 軸承選擇與校核
3.2.1 軸承的分類
軸承是支承軸的部件。由于滾動軸承摩擦系數(shù)小，起動阻力小，已經(jīng)標準化，選用、潤滑及維護較方便，所以在一般的機器中得到廣泛的應用。滾動軸承的徑向尺寸較大，工作時產(chǎn)生振動、噪音與設備的精度、軸的工作轉(zhuǎn)速有關，故適用于中、低速以及精度要求較高的場合。
滑動軸承具有獨特的優(yōu)點，在用于某些不能、不便或者使用滾動軸承沒有優(yōu)勢的場合，如工作轉(zhuǎn)速特高、沖擊和振動特大、徑向空間設計尺寸受到限制或者必須部分安裝（曲軸上軸承）的結(jié)構(gòu)，以及需要在水或者腐蝕性介質(zhì)工作的工況條件下，仍占有重要地位。因此，在軋鋼機、內(nèi)燃機、雷達、天文望遠鏡及各類儀表中應用廣泛。
3.2.2 滾動軸承及類型
滾動軸承主要是依靠主要元件間的滾動接觸來支承轉(zhuǎn)動零件的。常用的滾動軸承絕大數(shù)已經(jīng)標準化了，設計時可以根據(jù)載荷的性質(zhì)與大小、轉(zhuǎn)速的高低、旋轉(zhuǎn)精度等工作要求進行選用，并進行軸承承載能力的驗算，結(jié)構(gòu)設計。
滾動軸承主要由外圈、內(nèi)圈、滾動體和保持架構(gòu)成。保持架將滾動體均勻地隔開，以減少滾動體間的摩擦和磨損。通常內(nèi)圈固定在軸頸上，外圈裝在軸承座內(nèi)。常見的運動方式；內(nèi)圈隨軸頸轉(zhuǎn)動，外圈固定。也有外圈轉(zhuǎn)動而內(nèi)圈不動或者是內(nèi)、外圈都轉(zhuǎn)動的運動形式。
滾動軸承的類型很多，按照軸承受載荷的作用方向，可以分為：
（1）徑向接觸軸承 主要用于承受徑向載荷
（2）向心角接觸軸承 能同時承受徑向及單方向軸向載荷
（3）軸向接觸軸承 只能承受軸向載荷
3.2.3 滾動軸承的失效形式
滾動軸承在工作時，由于各元件間間隙的存在，其受力情況也成周期性不穩(wěn)定變化。軸承工作時，各元件上所受的載荷及產(chǎn)生的應力是時時變化的，其變動的頻率取決于滾動體中心圓周速度。選用角接觸軸承或者圓錐滾子軸承時，為保證可靠地工作，使其在工作時至少處于下半圈滾動體全部受載的工作狀態(tài)。
滾動軸承的失效形式有：
（1）疲勞點蝕
滾動軸承的正常失效形式是滾動體或者內(nèi)外圈滾道上的點蝕破壞。軸承工作時，軸上的受力通過軸承內(nèi)圈→外圈→基座上，相鄰元件間的接觸面產(chǎn)生接觸應力。由于內(nèi)、外圈的相對轉(zhuǎn)動，滾動體的不規(guī)則滾動，導致接觸應力按脈動循環(huán)變化。在安裝、潤滑及維護良好的條件下，當應力循環(huán)次數(shù)達到一定值后，會在某一元件上形成表層金屬剝落現(xiàn)象，即疲勞點蝕。點蝕后軸承在工作時通常會出現(xiàn)較強烈的振動、噪音和發(fā)熱現(xiàn)象及旋轉(zhuǎn)精度下降，影響機器的正常工作。
（2）塑性變形
若軸承的工作轉(zhuǎn)速很低（n<10r/min）或者僅作間歇擺動，則一般不會出現(xiàn)疲勞點蝕破壞，工作時過大的靜載荷或者瞬間過大的沖擊載荷，均會使元件接觸面間的局部應力大于元件材料的屈服極限應力而產(chǎn)生塑性變形。在形成不均勻的凹炕后，軸承即已經(jīng)失效。
3.2.4 軸承的選擇計算
現(xiàn)只對過渡軸承進行校核，我是設計時軸承選的是深溝球軸承6005 GB/T276-94。已知n=200.375r/min，軸徑d=25mm，=222.48N，=650.48N，溫度低于100℃，有輕微沖擊，預期使用壽命。
因為深溝球軸承沒有派生軸向力，所以，查有關設計手冊知6005軸承的，查表，有輕微沖擊，應取=1.2
查表，采用線性插值法，得e=0.234
因
查表可得
得
計算軸承的壽命
已知球軸承，因工作溫度低于120℃，得=1
按公式
（3-3）
得
所以，選6005深溝球軸承合用
同理，可以計算錐齒輪軸上所選的深溝球軸承6010 GB/T 276—96也合用。
3.3 軸承的潤滑
軸承潤滑的方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是脂潤滑有可以簡化軸承周圍結(jié)構(gòu)的特長。脂潤滑和油潤滑的比較：
軸承的潤滑方式主要分為脂潤滑和油潤滑，其一般性比較如下所示：
項目
脂
油
密封裝置
簡單
較復雜，需注意保養(yǎng)
潤滑性能
好
非常好
轉(zhuǎn)速
低速－中速
也可用于高速
扭矩
比較大
比較小
潤滑劑的更換
較麻煩
簡單
潤滑劑的壽命
較短
長
冷卻效果
無
好（需要循環(huán)）
雜質(zhì)的濾除
困難
容易
潤滑劑的漏出
漏油污染少
不適用于禁止漏油的情況
結(jié) 論
轉(zhuǎn)眼間，做為大學四年的最后一份作業(yè)——畢業(yè)設計已接近尾聲，也預示著大學生活即將結(jié)束，從此要踏入社會。在社會上我們要利用四年大學中學到的知識，再通過自己的努力奮斗，爭取早點實現(xiàn)自己的理想?；仡欉@整個畢業(yè)設計的過程，從開學來的生產(chǎn)調(diào)研和畢業(yè)實習，到總體方案和方案設計，再到主要零件的設計及最后裝配圖的確定和繪制，之后是畢業(yè)設計說明書的編寫和整理。其中遇到很多困難和挑戰(zhàn)，面對困難和挑戰(zhàn)，我從不退縮，從挑戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)樂趣，享受樂趣，做到學習和興趣愛好的結(jié)合。
此次畢業(yè)設計，培養(yǎng)了我綜合運用多學科理論、知識和技能的能力，以解決較復雜的實際工程問題，主要包括設計、實驗研究方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定以及使用材料的確定等。它培養(yǎng)了我樹立正確的設計思想，勇于實踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神，掌握現(xiàn)代設計方法，滿足社會對人才培養(yǎng)的需要。
畢業(yè)設計這一教學的最后環(huán)節(jié)讓我有了一次獨立承擔實際任務的機會，通過獨立完成此次畢業(yè)設計任務的全過程，培養(yǎng)了我的實踐工作能力。另外，本次畢業(yè)設計還必須具備一定的計算機應用的能力，在畢業(yè)設計過程中都應結(jié)合畢業(yè)設計課題利用計算機編制相應的工程計算、分析和優(yōu)化的程序，同時還具備必要的計算機繪圖能力，如利用AutoCAD軟件進行二維圖的繪制，還要熟練使用OFFICE辦公軟件。
此次畢業(yè)設計除了讓我對知識和能力培養(yǎng)的收獲外，還得到思想道德方面的洗禮。通過這次畢業(yè)設計，讓我感受到了作為一名工程技術人員應該具備的基本?精神，需要強化的工程實踐意識，以及對設計工作的質(zhì)量要負責，具有高度的責任感，樹立實事求是的科學作風，并嚴格遵守規(guī)章制度。這對今后的工作和學習都是有利無害的，它將時刻影響著我，讓我早點實現(xiàn)自己的夢想，以便將來更好的服務社會，報答母校多年的培養(yǎng)。感謝在此次畢業(yè)設計中幫助我的所有老師和同學，謝謝！
致 謝
經(jīng)過幾個月的努力，我的畢業(yè)論文終于接近尾聲，幾個月的付出，在這一刻得到了實現(xiàn)。心里充滿了激動和感激。由于經(jīng)驗的缺乏，在編寫的過程中的過程中遇到了很多的難題，有許多考慮不周全的地方。在老師耐心的指導和幫助下，以及同班同學的幫助下，完成了這次論文設計。
畢業(yè)設計涉及到的知識和各個零件的設計在這過程中得到了重新的認識和鞏固，在完成這次課題寫作過程中，得到了老師的耐心的指導和關心。老師她認真負責的態(tài)度，嚴格的要求，精益求精的工作態(tài)度，讓我十分的敬佩和受到鼓舞。從老師那里我學到了許多專業(yè)知識和相關的設計方法。從課題的選擇到項目的最終完成，老師都始終耐心的為我解疑答惑和指導。老師這些高尚的師德將積極影響我今后的學習和工作。在此謹向老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
最后還要感謝的，就是我培養(yǎng)了我四年的學院，學院提供給我們優(yōu)美的學習環(huán)境和交流的平臺。通過四年的學習，讓我們認識了自己，提高了專業(yè)的技能；通過這次實習經(jīng)驗，讓我們在走上工作崗位之前好好的鍛煉一下自己。
謹此表示最真誠的敬意和感謝。
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23
畢業(yè)設計（論文）開題報告
學 生 姓 名
班級
學號
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
指 導 教 師
開題時間
設計（論文）題目
一體化茶葉真空包裝機設計
選題意義、研究現(xiàn)狀及存在問題
選題意義：
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以及人們生活水平的提高，我國茶葉發(fā)展迅猛，在這種情況下給我們茶葉包裝機一個自我發(fā)展的機會。面對火熱的夏天，茶葉的銷量如火如荼，而隨之而來卻面臨著茶葉存放問題，茶葉的包裝越發(fā)顯得重要。隨著時間的推移，那些不利于茶葉存放的包裝必將被市場所淘汰，而茶葉真空包裝機作為茶葉的好幫手，幫助茶葉解決其存放問題。
研究現(xiàn)狀及存在問題:
1、銷售包裝的包裝材料方面
我國主要用塑料編織袋、復合塑料袋作為包裝容器，而這些包裝袋在運輸、裝卸、零售等環(huán)節(jié)存在諸多問題需要解決。使用塑料編織袋來包裝茶葉，浪費的現(xiàn)象比較嚴重，一般只能用1-2次，相對成本較高。且包裝方式簡單，開封后難以再封，不利于較長時間的保存，蟲害、霉變現(xiàn)象較為嚴重。包裝材料防潮性差、阻隔性差，茶葉易氧化霉變。塑料復合袋是由高阻隔性包裝材料復合而成，在一定程度上可以解決茶葉的防霉、防蟲、保鮮問題，但后處理較難，由于不易降解，使用也受到一定的制約。
2、國內(nèi)銷售包裝的兩種包裝技術
一種為普通包裝，利用聚丙烯塑料編織袋對茶葉進行包裝，包裝過程中不施加任何保鮮技術，這種包裝對茶葉的防蟲、防霉及保鮮的效果差；
另外一種用真空包裝技術對包裝袋進行抽真空，真空包裝技術對茶葉的儲存有較好的保鮮作用，但由于茶葉自身的形狀以及真空度的選擇不合適，目前茶葉真空包裝選用的真空度一般在-0．07～-0．09kPa之間，只要真空度在這個范圍內(nèi)，出廠都為合格的產(chǎn)品。由于真空度較大，包裝材料緊緊包裹茶葉，由于茶葉兩端較尖，包裝袋很容易被米粒扎破，形成針孔，這樣包裝袋就會漏氣，造成真空包裝失效。有試驗表明，抽氣真空度為-0．09MPa的茶葉包裝袋，靜止放置，不堆垛，在20天之內(nèi)包裝袋的破漏率為16％，所以高真空度必然造成高破袋率。另外包裝袋在流通過程中袋與袋之間的摩擦、碰撞和跌落也很容易造成破袋。據(jù)統(tǒng)計真空包裝在流通過程中的破袋率達到30％。由于真空包裝的問題造成了茶葉的浪費，給消費者和企業(yè)都帶來了損失和麻煩。所以在對茶葉進行保鮮包裝的同時要和流通環(huán)境結(jié)合起來，這樣才能取得良好的效果。
研究目標和內(nèi)容
研究目標：
改良茶葉真空包裝不良較多等因素，提高包裝效率，降低成本，最終完成一體化茶葉真空包裝機的整體設計。
研究內(nèi)容：
針對一體化茶葉真空包裝機在應用中出現(xiàn)的問題，對一體化茶葉真空包裝機進行具體的分析和優(yōu)化設計。對一體化茶葉真空包裝機的等量裝袋，真空包裝等主要部件進行選型和校核，結(jié)合原理圖等對整個系統(tǒng)的工作方法和原理進行描述，盡可能實現(xiàn)高效，輕便；結(jié)構(gòu)設計時應使制造成本盡可能低；外觀勻稱；包裝效率要高。
研究方法、步驟和措施
第一階段：準備階段：了解包裝機的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，查閱課題相關的國內(nèi)外文獻，擬訂設計思路。
第二階段：設計階段：確定包裝機的總體設計方案，通過基本要求進行計算，確定主要參數(shù)，對所得結(jié)果進行分析、處理，從而對一體化茶葉真空包裝機進行選型，并進行相關參數(shù)的校核。
第三階段：制圖階段：整理各類數(shù)據(jù)和資料，利用CAD制圖，分別做出系統(tǒng)的總裝圖及各部件的裝配圖和零件圖。
第四階段：總結(jié)階段：撰寫設計說明書，檢查圖紙，準備答辯。
研究的總體安排與進度
2015年6月30日 選擇畢業(yè)設計題目
2015年7月2日～2014年7月5日 公布題目學生和教師雙向選擇，教師介紹題目，確定畢業(yè)設計題目老師下達任務書
2015年7月6日 機械系畢業(yè)設計動員報告
2015年7月7日～2014年9月25日 準備文獻綜述、外文翻譯和開題報告，完成方案設計，畢業(yè)設計講座，論文規(guī)范
2015年9月30日前 開題答辯
2015年10月30日 上交文獻綜述、開題報告
2015年11月15日 完成結(jié)構(gòu)設計
2015年11月30日 完成總裝配圖并進行中期答辯
2015年12月20日 完成所有圖紙
2015年12月30日 審圖，圖紙，論文交到審圖老師
2016年1月10日 畢業(yè)答辯
2016年1月12日 上交所有畢業(yè)論文材料、光盤資料、推優(yōu)工作
選題意義：
立式錘片粉碎機是一種新型的飼料粉碎機。近年來，該機型已在歐洲的飼料廠中應用，并顯示出明顯的成效。與常用的臥式錘片粉碎機相比， 立式錘片粉碎機據(jù)稱可提高產(chǎn)量25% 以上, 節(jié)能30% 以上, 且可省去輔助吸風系統(tǒng), 加上其快速換篩系統(tǒng)、多口分散進料等特點, 該機型將越來越受到飼料廠的歡迎, 有望成為飼料粉碎機的更新?lián)Q代機型。
研究現(xiàn)狀及存在問題:
錘片式飼料粉碎機是一種沖擊式粉碎設備，因其通用性廣、粉碎質(zhì)量好、傳動連接方式靈活、空載啟動迅速、對飼料的溫度敏感性弱、占地面積較小、使用維修方便和生產(chǎn)率高等優(yōu)點，在國內(nèi)外飼料加工行業(yè)中得到了廣泛應用。
我國錘片式粉碎機的發(fā)展起步于1955年引入的第一臺原蘇聯(lián)樣機。在幾十年發(fā)展過程中，國內(nèi)廣大科研人員研究內(nèi)容主要涉及如何降低粉碎機的能耗，提高粉碎機的效率，延長主要易損零部件的使用壽命和提高物料粉碎粒度均勻性等方面。例如水滴型粉碎機的研發(fā)，其水滴形粉碎室結(jié)構(gòu)不僅增大了物料的有效篩理面積，使粉碎機的效率得到提高，而且還破壞了物料環(huán)流層，避免物料被過度粉碎，進而降低了粉碎機的能耗。又如對錘片進行表面強化處理和熱處理，提高其耐磨性和強度，進而延長了錘片的使用壽命。再如魚鱗形篩片的研究，它的特點在于篩片上所有長形篩孔一側(cè)向上翹起，形成魚鱗形狀的篩孔，有利于物料及時通過，在降低粉碎機能耗的同時，也改善了物料粉碎粒度的均勻性[2]。
立式錘片粉碎機在保持臥式錘片粉碎機主要優(yōu)點的基礎上，對其存在的問題有明顯的改進, 降低了能耗, 提高了生產(chǎn)率。由于粉碎是飼料廠最重要的工序之一, 是影響飼料質(zhì)量、產(chǎn)量、電耗及成本的主要因素, 粉碎機的動力配備一般要占飼料廠總配套功率的1/ 3 或更多; 因此, 立式錘片粉碎機的發(fā)展及推廣應用將對飼料生產(chǎn)有比較重要的促進作用。
但在使用中也常出現(xiàn)一些問題，其中篩片與錘片的磨損影響最為明顯，導致生產(chǎn)量的下降。錘片式粉碎機生產(chǎn)的微粒主要是球形，因此體積密度相比低5％～15％。初期設備投資較大，潛在維修成本高。
主要參考文獻
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指導教師審核意 見
指導教師（簽名）
年 月 日