火腿肠肠衣自动压缩设备结构设计.doc

目 录1 绪论.12 机械系统方案的简述.22.1 运动方案选择.22.2 电动机类型和结构形式.3 2.3 选择电动机容量.3 2.4 电动机的外形.4 2.5 总传动比的确定及各级传动比的分配.5 2.5.1 理论总传动比.5 2.5.2 各级传动比的分配.5 2.6 各轴转速，转矩与输入功率.6 2.6.1 各轴理论转速.6 2.6.2 各轴的输入功率.6 2.6.3 各轴的理论转矩.6 2.6.4 各轴运动和动力参数汇总表.73 传动设计.83.1 V带传动设计.8 3.1.1 原始数据.8 3.1.2 设计计算.8 3.1.3 带传动主要参数汇总表.12 3.1.4 带轮材料及结构.123.2 链轮传动设计.143.2.1 原始数据.143.2.2 选择链轮齿数.143.2.3 确定计算功率.143.2.4 选择链条型号和节距.153.2.5 计算链条型号和中心距.163.2.6 计算链速，确定润滑方式.173.2.7 计算压轴力.173.2.8 链轮结构设计与计算.183.2.9 链轮材料.183.3 齿轮传动设计.19 3.3.1 原始数据.19 3.3.2 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数.20 3.3.3 按齿面接触强度设计.21 3.3.4 按齿根弯曲强度设计.26 3.3.5 几何尺寸计算.29 3.3.6 齿轮结构.303.4 减速器箱体及其附件.30 3.4.1 箱体结构形式及材料.30 3.4.2 箱体主要结构尺寸表.313.5 轴的设计.31 3.5.1 按扭转强度条件计算.31 3.5.2 初步确定轴的最小直径.32 3.5.3 确定轴的尺寸.324 压缩滚轮部件的设计.36 4.1 压缩滚轮部件总体设计.36 4.2 滚轮结构设计及尺寸计算.37 4.3 压缩轴的设计.38 4.4 轴支撑座.38 4.5 轴固定支座.39 4.6 剪切刀具设计.40 4.7 直线滚动导轨设计.41结论.42致谢.43参考文献.441.绪论肠衣主要用在火腿、香肠等产品的包装上，包装可分成内包装和外包装，外包装主要是使产品与外部隔绝，保证卫生，让消费者了解产品的名称、成分、重量、制造厂家、生产日期等。内包装主要目的是防止在制造过程中产品形状被破坏，保持产品规格化。在市场经济条件下，许多食品包装厂越来越重视生产线的自动化，生产的高效率化。用最低的成本实现最大的经济效率。 目前，国内火腿、香肠等食品生产厂家普遍使用的是片状PVDC膜来包装食品，PVDC是聚偏二氯乙烯的英文缩写,它是由偏二氯乙烯单体(以下简写PVDC)经过聚合反应生成的高分子化合物。PVDC是当今世界上塑料包装材料中综合阻隔性能最好的一种包装材料。 PVDC是一种优秀的食品包装材料,特别是耐高温蒸煮和对氧气、水蒸气、各种气味具有很好的阻隔性。PVDC 是世界上目前惟一大工业化生产、可以承受高温蒸煮、具有高阻隔性能的塑料。用它制造的薄膜在中国获得广泛的应用,其中最大用途就是用于火腿肠肠衣,这些应用充分显示了PVDC材料的性能和无与伦比的优势。由于它的性能独特,在塑料包装材料行业特别是食品包装行业占 据着重要位置。用它作为中间层, 制造多层复合材料,更是目前塑料包装行业技术进步和技术创新的前沿阵地。 我国从20世纪80年代初开始了PVDC 树脂实际应用的研究工作,首先是火腿肠的诞生将PVDC薄膜引入中国, 后以洛阳春都为代表打破美国和日本对此技术的封锁, 引进了PVDC 薄膜的加工技术和设备,开创了中国PVDC 薄膜加工工业。20世纪90年代末以我国著名的PVDC 薄膜加工专家、洛阳春都高级工程师范书德先生为代表的一批包装材料研究工作者,尝试着将PVDC 塑料应用到其它包装领域,并取得了成功。 通过采用PVDC 共挤薄膜对肉制品进行包装,可以延长肉制品的保鲜期,大大提高了肉制品在长途运输中的储存期,扩展了肉类加工企业的销售领域,可以覆盖到国内外远距离的市场。 圆筒状PVDC包装膜压缩技术在国内应用较少，研究领域接近空白，但是在当今最优化生产，最大经济效率化，激烈竞争化的社会，力求创新成为产品保证市场竞争的基石，在竞争激烈的浪潮中，如何实现成本最小化，提高生产效率，是一个企业值得深刻思考的问题。2.机械系统方案的简述2.1运动方案选择 现代机械通常由动力机、传动系统和执行机构三部分组成。此外，为了保证机器的正常运转还需要控制系统，用来控制机械各组成部分协调运作。由于设计的多解性和复杂性，满足某种功能要求的机械系统运动方案可能会有很多种，因此，在考虑机械系统运动方案时，除了满足基本的功能要求外，还应该遵循以下原则：1.机械系统尽可能简单 机构运动链尽量简短 在保证实现功能要求的前提下，应尽量采用构件数和运动副少的机构，这样能够简化机械的构造，减轻重量，节省材料，避免浪费，降低成本。此外，也可以减少由零件的制造误差形成的运动链的积累误差。 选择运动副 高副机构可以减少构件数和运动副数，设计简单。但是低副机构的运动副元素加工方便，容易保证配合精度以及有较高的承载能力。在一般情况下，应优先考虑低副机构，而且尽量少用移动副；执行构件的运动规律要求复杂，采用连杆机构很难完成精确设计时，应考虑采用高副机构。 选择原动机 机械系统的运动与原动机的形式密切相关。目前，电动机、内燃机使用最广泛，应结合具体情况灵活选择。2.尽量缩小机构尺寸 机械的尺寸和重量随选择的机构类型不同而有很大差别，在相同的传动比情况下，周转轮系减速器的尺寸和质量比普通定轴轮系减速器要小的多。在连杆机构和齿轮机构中，可利用齿轮传动时节圆作纯滚动的原理，或者利用杠杆放大或缩小的原理来缩小机构尺寸。3.机构应具有良好的动力特性 机构在机械系统中不仅传递运动，同时还要传递动力，因此要选择有较好动力学特性的机构。 采用传动角较大的机构 要尽可能选择传动角较大的机构，以提高机器的传动效率，减少功耗。 采用增力机构 对于执行构件行程不大，而短时克服工作阻力很大的机构，应采用增力的方法，即瞬时有较大机械增益的机构。 采用对称布置的机构 对于高速运转的机构，其作往复运动和平面一般运动的构件以及偏心的回转构件的惯性力和惯性力矩较大，在选择机构时，应尽可能考虑机构的对称性，以减少运转工程中的动载荷和振动。4.机械系统应具有良好的人机性能任何机械系统都是有人类设计的，并且用来服务人类，而且大部分机械都是有人老操作和使用，因此在机械设计的同时，必须考虑人的生理特点，以求得人与机械系统的和谐统一。 图2.1 压缩设备机构布局图2.2电动机类型和结构型式 根据直流电动机需直流电源，结构复杂，成本高且一般车间都接有三相交流电，所以选用三相交流电动机。又由于Y系列笼型三相异步交流电动机其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、起动性能较好、价格低等优点均能满足工作条件和使用条件。根据需要运送型砂，为防止型砂等杂物掉入电动机，故选用封闭式电动机。根据本装置的安装需要和防护要求，采用卧式封闭型电动机。Y(IP44)笼型封闭自扇冷式电动机,具有防止灰尘或其他杂物侵入之特点。故优先选用卧式封闭型Y系列三相交流异步电动机。2.3选择电动机容量由于压缩设备主要靠滚轮与轴之间的摩擦力来压缩肠衣，所需要的力较小，故选择的电机Y132S-8,同时带动四台压缩设备。实现资源的最大化利用的同时也保证工人工作的安全性，提高生产效率。表2.1电机型号及参数电动机型号额定功率kw同步转速r/min最大转矩额定转矩满载转速r/min质量kgY132S-82.2750 2.0710632.4电机的外形 图2.2 电动机示意图（1） 图2.3 电动机示意图（2） 图2.4 电动机示意图（3）表2.2 电机的安装及外形尺寸型号尺 寸HABCDEADGADACHDLY132-8132216140893880210332101353154752.5总传动比的确定及各级传动比的分配2.5.1 理论总传动比 未压缩肠衣进给速度5m/min,则取进给速度为8m/min。 选取压缩滚轮的直径D=50 mm ； （2.1） 由式（2.1） ； 总传动比 ；2.5.2 各级传动比的分配（1）V带传动的理论传动比 初取 （2）直齿圆柱齿轮的理论传动比 初取（3）链轮的理论传动比 2.6各轴转速，转矩与输入功率 设定电动机轴为0轴， 减速器高速轴为1轴， 减速器低速轴为2轴， 大链轮轴为3轴。2.6.1 各轴理论转速 2.6.2 各轴的输入功率 2.6.3 各轴的理论转矩 （2.2） 由式（2.2）得 2.6.4 各轴运动和动力参数表2.3 运动和动力参数汇总表轴号理论转速（r/min）输入功率（kw）输入转矩(Nmm)理论传动比电动轴7102.22.963第轴236.62.0918.443第轴78.92.0282.4311.54第轴51.21.9473.5933.传动设计3.1 V带传动设计3.1.1 原始数据电动机功率 kw 电动机同步转速 r/min电动机满载转速 r/minV带理论传动比3单向运转、双班制、工作机为带式运输机3.1.2 设计计算（1）确定计算功率 （3.1） 根据双班制工作，即每天工作16小时，工作机为带式运输机， 由表2.4查得工作系数KA=1.1表3.1 工作情况系数工况空、轻载启动每天工作小时数/h16载荷变动微小液体搅拌机、通风机和鼓风机、离心式水泵和压缩机、轻载荷输送机1.1 由公式（3.1）得 =1.12.2= 2.42 kw（2）选取普通V带带型 由图3.1 根据，nd确定选用普通V带A型。 图3.1 普通V带选型图（3）确定带轮基准直径 和 a.初选 小带轮基准直径=140mm b.计算 mm 根据普通V带轮的基准直径系列标准 圆整=400mm，（4）确定普V带的基准长度和传动中心距根据公式0.7（+） 2（+) （3.2）根据公式（3.2）得 0.7（140+400）mm 2（140+400)mm 378mm a 01080mm初步确定中心距 a 0 = 500mm （3.3） 由式（3.3）得 根据V带基准长度系列标准圆整后 取= 1800 mm 。 计算实际中心距a （5）验算主轮上的包角 （3.4） 由式(3.4)得：= 主动轮上的包角合适（6）计算V带的根数z （3.5） 基本额定功率；额定功率的增量；包角修正系数； 长度系数； 由表3.2 得 表3.2 单根普通V带的基本额定功率带型小带轮基准直径/mm 转速700r/min转速800r/minA1400.740.83 由表3.3得 表3.3 单根普通V带的额定功率的增量带型传动比转速700r/min转速800r/minA0.090.10 由表3.4 得 表3.4 包角修正系数包角度数0.930.92 由表3.5 得表3.5 V带的基准长度系列及长度系数基准长度带长修正系数A1800mm0.99 = 取z=4根（7）确定带的初拉力 （3.6） V带单位长度质量 表3.6 V带的单位长度的质量带型Y ZABCDEq/(Kg/m)0.020.060.100.180.300.610.92 由表3.6 查得 =0.10 kg/m 由式3.6得 =138.65 N 应使带的实际出拉力 （8）计算作用在轴上的压轴力FP （3.7） 由式3.7得 =1068.05 N3.1.3 带传动主要参数表3.7 带传动主要参数汇总带型mmZdd1mmdd2mmammF0NFPNA18004140400475.82138.651068.053.1.4 带轮材料及结构（1）带轮的材料 带轮材料常采用HT150或HT200,另外还有灰铸铁、钢、铝合金或工程塑料等。根据带速选择材料: V20-30m/S时，选用HT200， V35m/S,直径较大，功率较大时用35钢、40钢或高速小功率用工程塑料。 批量大时，可选用压铸铝合金或其它合金。 （2）带轮的结构V带轮的结构形式与基准直径有关，当带轮基准直径为d小于等于2.5倍的轴颈时，可采用实心式，当d300mm时，可采用腹板式，当d300mm同时D-d100mm时，可采用孔板式，当d300mm时，可采用轮辐式。所以小带轮选用实心式，大带轮选用轮辐式。 图3.2 小带轮结构图 图3.3 小带轮三维实物图 图3.4 大带轮结构图 图3.5 大带轮三维实物图3.2链轮传动设计3.2.1 原始数据 输入转矩 = Nmm输入功率 =2.028 kW小链轮转速 =78.9 r/min传动比 =1.54 3.2.2 选择链轮齿数 小链轮的齿数z不宜过小，一般z17，小链轮的齿数也不宜太大，会增大传动的总体尺寸而且还容易发生跳链和脱链。所以选取小链轮的齿数=17 ， 则大链轮的齿数为= =1.5417=26.18 取大链轮齿数=273.2.3 确定计算功率由表3.8查得工况系数=1.0 表3.8 工况系数从动机械特性主动机械特征平稳运转电动机、汽轮机和燃气轮机、带有液力耦合器的内燃机平稳运转离心式的汞和压缩机、印刷机械、均匀加料的带式输送机、纸张压光机、自动扶梯、液体搅拌机和混料机、回转干燥炉、风机1.0 由图3.6查得主动链轮齿数系数=1.52，单排链，图3.6 主动链轮齿数系数 则计算功率为 =1.01.521.947 kW =2.959kW3.2.4 选择链条型号和节距 根据=2.959kW ，=78.9 r/min 由图3.7可选链号20A图3.7 A系列、单排滚子链额定功率曲线由表3.9查得链条节距为=31.75mm 。表3.9 滚子链规格和主要参数ISO链号节距滚子直径内链节内宽销轴直径内链板高度排距抗拉载荷单排双排31.7519.0519.5610.1926.4236.45951703.2.5 计算链条型号和中心距 初选中心距 =(3050) 取=40 则=1270 mm 。 相应的链长节数为= （3.8） = =102.06 取链长节数=102节。 表3.10 中心距计算系数80.24978 =8.5， 由表3.10查得中心距计算系数=0.24978 （3.9） 由公式3.9得 =1268.9 mm3.2.6 计算链速，确定润滑方式 （3.10） 由公式3.10得 m/s 由图3.8查得，=0.709m/s 链号为20A ，应采用滴油润滑。图3.8 润滑范围选择图3.2.7 计算压轴力 有效圆周力为：=4173.5 N 链轮水平布置时的压轴力系数 ， 则压轴力为 N3.2.8 链轮结构设计与计算图3.9链轮结构图表3.11 滚子链链轮的主要尺寸名称计算公式小链轮大链轮分度圆152.71mm313.83mm齿顶圆173.35mm162.02mm334.47mm324.89mm齿根圆133.66mm294.78mm轮毂厚度20mm20mm3.2.9 链轮材料链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度，由于小链轮轮齿的啮合次数比大链轮多，所受的冲击也较大，故小链轮应采用较好的材料制造。表3.12 链轮常用的材料及齿面硬度材料热处理热处理后的硬度应用范围15、20渗碳、淬火、回火5060HRC，有冲击载荷的主、从动链轮35正火160200HBS在正常工作条件下，齿数较多（）的链轮40、50、ZG310570淬火、回火4050HRC无剧烈振动及冲击的链轮15Cr、20Cr渗碳、淬火、回火5060HRC有动载荷及传递较大功率的重要链轮（）35SiMn、40Cr、35CrMo淬火、回火4050HRC使用优质链条的重要链轮Q235、Q275焊接后退火140HBS中等速度、传递中等功率的较大链轮普通灰铸铁淬火、回火260280HBS的从动轮夹布胶木功率小于6、速度较高、要求传动平稳和噪音小的链轮 由表3.12可知选择小链轮材料为20号钢，选择大链轮的材料为普通灰铸铁。 3.3齿轮传动设计3.3.1 原始数据 输入转矩= Nmm 小齿轮转速=236.7 r/min 齿数比 由电动机驱动单向运转、每天工作16小时、工作寿命为10年、工作机为带式运输机、载荷较平稳。（设每年工作日为300天）3.3.2 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）选择直齿圆柱齿轮传动。（2）工作机速度不高，选择齿轮精度为7级精度（GB 1009588）.（3）材料的选择表3.13 常用齿轮材料及其力学特性材料牌号热处理方式强度极限屈服极限硬度齿芯部齿面HT250250170240HT300300188255HT350350197269QT500-5常化500147241QT600-2600229302ZG310-570580320156217ZG340-64065035016922945580290162217ZG340-640调质7003802412694565036021725530CrMnSi110090031036035SiMn75045021726938SiMnMo70055021726940Cr70050024128645调质后表面淬火2172554050HRC40Cr2412864855HRC20Cr渗碳后淬火65040030058-62HRC20CrMnTi110085012CrNi110085032020CrNi1200110035035CrAIA调质后氮化（氮化层后）950750255321850HV38CrMoAIA1000850夹布塑料1002535 由表3.13选择小齿轮材料为40(调质)，硬度为275HBS；大齿轮材料为45号钢（调质），材料硬度为236HBS，二者材料硬度差为39HBS。（4）初选小齿轮齿数（5）修正传动比 修正后的带轮传动比 链轮传动比 取63 、互为质数。（6）工作寿命计算 （小时）3.3.3 按齿面接触强度设计 （3.11）（1）确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数 2）计算小齿轮传递的转矩 3）由表3.14选取齿宽系数表3.14 圆柱齿轮的齿宽系数装置状况两支承相对于小齿轮做对称布置两支承相对于小齿轮做不对称布置小齿轮做悬臂布置0.91.4（1.21.9）0.71.15（1.11.65）0.40.64）由表3.15查得材料的弹性影响系数。表3.15 弹性影响系数 齿轮 材料 弹性模量E/MPa 配对齿轮材料灰铸铁球墨铸铁铸钢 锻钢夹布塑胶锻钢162.0181.4188.9189.856.4铸钢161.4180.5188球墨铸铁156.6173.9灰铸铁143.75）由图3.10查得按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 ；大齿轮的接触疲劳强度极限。图3.10 调质处理钢的6）由公式（3.12）计算应力循环次数。 （3.12） 7）由图3.11查得接触疲劳寿命系数