冰糕剖切机的设计.docx
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冰糕剖切机的设计
摘要：
本次设计的题目是冰糕剖切机的设计，本文运用大学所学的知识，提出了冰糕剖切机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了冰糕剖切机总的指导思想，从而得出了该冰糕剖切机的优点是高效，经济，并且安全系数高，对提高冰糕的剖切效率，减少人工投入等等起到了很大的作用的结论。
该冰糕剖切机是对传统的冰糕剖切机的工作原理进行理解，本冰糕剖切机由机架、送糕输送线、拔辊机构、剖切机构、手爪和驱动机构等等组成。
通过人工放置冰糕在输送线上面的工装里面，然后通过拔辊机械手将冰糕辊从冰糕里面拔出来，然后快速将拔出的冰糕棍放入到冰糕棍回收箱体里面。
并且把冰糕夹持到剖切输送线上面，当剖切冰糕输送线上面安装的光电传感器冰糕的位置，就会通过中控系统控制剖切机构下降，从而对冰糕进行剖切。
然后剖切好的冰糕会随着剖切输送线自动落入到输送线尽头的回收箱里面。
关键词：
冰糕剖切机；校验；驱动机构；回收箱
Abstract：
Thisdesigntopicistheicecuttingmachinedesign.Inthispaper,theuseofuniversityknowledge,sorbetprofilecuttingmachinestructurecomposition,workingprincipleandmainpartsdesignmusthavethetheoreticcalculationandstrengthcheckisproposed,constructedsorbetprofilecuttingmachinetotalguidingideology,andconcludedthattheicecreamcuttingmachinehastheadvantagesofhighefficiency,economy,andhighsafetyfactor,toimprovetheicecreamonthecuttingefficiencyandreducelaborinputandsoonplaysagreatroleintheconclusion.
Theicecreamcuttingmachineistotraditionalicecreamprofilecuttingmachineworkingprincipleunderstanding,thissorbetsectioncuttingmachinecomposedofamachineframe,afeedingcakeconveyorline,andpullingmechanism,cuttingmechanism,gripperandadrivingmechanismandsoon.Bymanuallyplacedinthewatericeintheconveyinglineabovetheinsideandbypullingandmanipulatorwillsorbetandfromsorbetpullsout,thenquicklypulledouttheicecreamstickintotheicecreamstickrecyclingbox.Andthesorbetclampingtocuttingconveyinglineabove,whenthecuttingicetransmissionlineinstalledabovethephotoelectricsensorsorbetpositionandwillpassinthecontrolsystemtocontrolthecuttingmechanismdecreased,thusforice-creamforcutting.Thentheicecreamwithgoodcuttingandcuttingconveyinglineautomaticallyintothecollectionboxattheendoftheconveyorlineinside.
Keywords:
Icecuttingmachine;Calibration;Drivingmechanism;Recyclingbox
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
1.3国内外发展现状4
1.4气压传动的基础知识6
2冰糕剖切机总体结构的设计7
2.1冰糕剖切机的总体方案图8
2.2冰糕剖切机的工作原理10
2.2.1顶板的设计10
2.2.2导向杆的设计10
2.2.3轴承座的设计10
2.2.4电机安装板的设计11
2.3机械传动部分的设计计算11
2.3.1输送线电机计算13
2.3.2平键的选型14
2.3.3轴承的选型计算15
2.3.4机架的设计16
3各主要零部件强度的校核18
3.1机架强度的校核与计算19
3.2轴承强度的校核计算20
4冰糕剖切机中主要零件的三维建模22
4.1进糕输送线的三维建模23
4.2机架的三维建模25
4.3拔辊装置的三维建模26
4.4冰糕剖切机的三维建模27
5冰糕剖切机的PLC控制28
结论29
致谢30
参考文献31
1绪论
1.1课题的来源与研究的目的和意义
当今社会，我国生产的冰糕剖切机结构简陋，剖切效率始终不高，虽然经过几十年的发展，近期产品的质量较早期有所提高。
但受国产配套件质量及设计水平等的影响，我国目前生产的冰糕剖切机的总体水平与进口产品及港口用户的要求仍有较大差距，冰糕剖切机的生产也是如此，为满足市场需求，对传统的冰糕剖切机进行设计和优化乃当务之急。
相信此种冰糕剖切机的出现将会大大提高冰糕的剖切能力和质量。
综上所述，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冰糕剖切设备的创新和更新换代基础之上，通过设计出冰糕剖切机，从而来满足当今社会冰糕剖切设备不足的缺陷，并且能够在一定程度上为后续的冰糕剖切机的发展起到一定的参考价值和借鉴作用。
1.2本课题研究的内容
本次设计主要针对冰糕剖切机进行设计，从冰糕剖切机的整体方案出发，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，搜集出各类冰糕剖切机的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。
（2）分析冰糕剖切机的结构与参数；
（3）确定设计总体方案；
（4）确定具体设计方案；
（5）冰糕剖切机的三维图的绘制、CAD装配图、零件图的绘制；
（6）设计说明书的编写和整理；
1.3国内外发展现状
由于机械工程的知识总量已经远远超越个人掌握所有，一些专业知识是必不可少的。
但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。
封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。
因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。
人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。
机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。
在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。
机器能完成人的手和脚，耳朵和眼睛等等器官完全不能直接完成的任务。
现代机械工程机械和机械设备创造出更多、更精美的越来越复杂，很多幻想成为过去的现实。
人类现在能成为天空的上游和宇宙，潜入海洋，数十亿光年的密切观察，细胞和分子。
电子计算机硬件和软件，人类的新兴科学已经开始加强，并部分代替人脑科学，这是人工智能。
这一新的发展已经显示出巨大的作用，但在未来几年还将继续创造出不可思议的奇迹。
人类智慧的增长并没有减少手的效果，而是要求越来越精致，手工制作，更复杂的工作，从而促进手功能。
又一方面实践促进人脑智力。
在人类的进化过程中，以及在每个人的成长过程中，大脑和手是互相促进和平行进化。
大脑和手之间的人工智能和机械工程的近似关系，唯一不同的是，智能硬件还需要使用机械制造。
在过去，各种机械离不开人类的操作和控制，反应速度和运算精度的进化是非常缓慢的大脑和神经系统，人工智能将消除这种限制。
相互促进，计算机科学和机械工程进展之间的平行，将在更高层次的新一轮发展的开始使机械工程。
在第十九世纪，机械工程的知识总量仍然是有限的，大学在欧洲，它与一般的土木工程是一门综合性的学科，称为土木工程，下半场的第十九个世纪成为一门独立的学科。
在第二十世纪，随着机械工程和知识增长的发展开始分解，机械工程专业，有分支机构。
在第二十世纪中期趋势分解，在时间之前和之后的第二次世界大战结束时达到的峰值。
由于机械工程的知识总量已经远远从个人掌握所有，一些专业是必不可少的。
但是过度的专业知识使分割，视野狭隘，可以查看和统筹大局和全球工程和技术交流，缩小范围，新技术的进步和整个块的技术，外部条件变化的适应能力差。
封闭的专业知识的专家太狭，考虑的问题太特殊，在工作协调困难，不利于自我提高。
因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。
人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。
综合职业分化和发展知识循环过程的合成，是合理和必要的。
从不同的专业和专业知识的专家，也有综合的知识了解不够，看看其他学科和项目作为一个整体，从而形成一种相互强烈的集体工作。
综合和专业水平。
有机械工程全面而专业的冲突；在综合性工程技术也有综合和专业问题。
在人类所有的知识，包括社会科学，自然科学和工程技术，有一个更高的水平，更广泛的综合性和专业性的问题。
随着国际标准化（SIO）的实施，世界冰糕剖切机以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础，着眼于产品零部件的标准化、系列化、规格化、通用化和专业化以及大批量生产。
根据互换性、模数制、公差与配合的原理，使得组合、多变、拆装的冰糕剖切机已经进入全面系统设计的阶段，其功能与形式的结合更为完美。
上世纪八十年代，德国的西蒙德公司将新开发的冰糕剖切机成功投入市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。
随着技术的发展，能源危机引发全球性的节约能源和环境保护意识的提高，在总结第一代冰糕剖切机的经验基础上，开发出了性能更佳，剖切能力更大的冰糕剖切机。
当前，全世界各大冰糕剖切机生产厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行冰糕剖切机的研发工作。
现在国外等著名冰糕剖切机的品牌中，都有冰糕剖切机的销售，全世界冰糕剖切机的应用越来越广泛。
有一点值得注意的是，冰糕剖切机的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此冰糕剖切机是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。
2011年以来，国外特别是日本正在考虑发展冰糕剖切机的功率最大化，产能最优化的问题，随后的两年期间，冰糕剖切机的开发和研制已经被列入日本的重大科技攻关计划，以跟踪世界技术的发展和开发适合美国机械工业发展的冰糕剖切机。
为了满足冰糕生产工业发展需要，我国于2003年研制了大型冰糕剖切机。
也曾设计制造出多功能型冰糕剖切机，并装有自动拔辊装置与过糕报警装置，经过多年实践摸索，于随后的3年内成功地研制能够同时处理不同规格的冰糕剖切机，经运转实践证明效果很好。
1.4气压传动的基础知识
广泛的气压工程和多方位的服务领域都需要气压系统的支持，在各行各业，特别是工程机械领域，气弹簧的使用非常广泛，几乎无处不在。
传统的气压传动形式已经不能够满足当今越来越快的工业脚步的进展，迫切需要气压系统进行更新换代处理，从而来满足当今社会气压工业发展的需要。
总之，现代气压工程有五个业务领域：
能源气压的开发和交付，用于生产各种产品的气压开发和交付，在各种气压服务的开发和交付，以及家庭和个人生活中的应用提供了各种气压的发展，气压臂的开发和交付。
水利工程的理论基础的建立和发展。
例如，在工程力学、流体动力学流体和压力的研究；金属和非金属材料性能的研究，材料科学与工程中的应用；热生成热力学，传导和开关；各种气压部件的研究有不同的功能，工作原理，结构，和气压原理和气压零件的科学设计计算；研究金属和非金属成型和金属切削加工技术和非技术等。
研究，并开发新的气压产品，不断改进现有产品和生产新一代气压产品来满足当前和未来的需求设计。
气压产品包括：
规划和实施生产设施；生产调度生产计划的发展和实施的准备；制造工艺；设计和制造工具，模具和材料定额；确定工作定额；组织加工，装配，测试和包装运输；产品质量的有效控制。
气压机制造企业的经营管理。
气压系统的气压部件通常是由许多独特的形状组合，精密零件的加工工艺复杂的产品。
一个单件、小批量的生产量，而且在批量，大批量生产，直到。
销售目标在所有行业和个人，家庭。
还卖的社会经济条件影响下，可能会出现大的波动。
因此，气压元件制造企业的管理和经营特别复杂，和生产管理的研究，规划和管理等企业都开始在气压行业。
气压产品的应用。
这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和用于各种工业和成套气压设备的气压改造，气压产品保证长期使用的可靠性和经济。
气压产品的应用。
这包括选择，排序，检查，安装，调整，操作，维护，修理和改造各种工业用气压及成套气压设备，气压产品，保证长期使用的可靠性和经济性。
2冰糕剖切机总体结构的设计
2.1冰糕剖切机的总体方案图
冰糕剖切机属于食品加工设备的一种，本次设计的冰糕剖切机由机架、送糕输送线、拔辊机构、剖切机构、手爪和驱动机构等等组成。
通过人工放置冰糕在输送线上面的工装里面，然后通过拔辊机械手将冰糕辊从冰糕里面拔出来，然后快速将拔出的冰糕棍放入到冰糕棍回收箱体里面。
并且把冰糕夹持到剖切输送线上面，当剖切冰糕输送线上面安装的光电传感器冰糕的位置，就会通过中控系统控制剖切机构下降，从而对冰糕进行剖切。
然后剖切好的冰糕会随着剖切输送线自动落入到输送线尽头的回收箱里面。
其总体方案图如下图1-1所示：
1-1冰糕剖切机总体方案图
2.2冰糕剖切机的工作原理
本次设计的冰糕剖切机的工作原理为：
通过人工放置冰糕在输送线上面的工装里面，然后通过拔辊机械手将冰糕辊从冰糕里面拔出来，然后快速将拔出的冰糕棍放入到冰糕棍回收箱体里面。
并且把冰糕夹持到剖切输送线上面，当剖切冰糕输送线上面安装的光电传感器冰糕的位置，就会通过中控系统控制剖切机构下降，从而对冰糕进行剖切。
然后剖切好的冰糕会随着剖切输送线自动落入到输送线尽头的回收箱里面。
2.2.1顶板的设计
本次设计的顶板，为了减轻重量，特设计成中间是空的，这样整个机架的受力就会减轻，从而节约了成本。
具体的顶板图纸如下图所示：
2.2.2导向杆的设计
导向杆一般起到导向的作用，在本次设计中，主要是使与之配合的直线轴承能够顺畅地升降，所以通过查询相关资料，采用45钢作为导向杆的材料，从而来减少摩擦力。
下图即为导向杆零件图纸：
2.2.3轴承座的设计
轴承座，顾名思义，就是用来安装轴承的零件，其轴承位内孔与中心线的垂直度非常重要，所以在这里，选用45钢作为轴承座的材料，表面通过镀镍处理，以防止轴承座生锈，具体轴承座图纸如下图所示：
2.2.4电机安装板的设计
电机安装板是用来安装电机的零件，通常采用板状零件来制作，表面通过镀镍处理。
电机板具体零件图如下图所示：
2.3机械传动部分的设计计算
2.3.1输送线电机计算
已知整个输送线上面滚筒，传动轴，轴承以及冰糕等其他零部件的总重量10KG,其他重量10KG，我们取总重量为20Kg，输送线的移动速度为0.15M/S。
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-2015H1，电机额定功率为200w，额定转矩为1.3N.m，最大转矩为2.6N.m，额定转速为3000r/min。
2.3.2平键的选型
键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。
其中有类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结，于在圆锥筛的轴上主要通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用常见的普通平键，键的类型可根据使用要求、工作条件和联结的结构特点表5-3-15选定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的b×h根据径来确定。
轴和带轮的联结，d=70mm,参考资料2P5-194表5-3-18（GB/T1095-1979）选用B20×12，B18×11和B12×8的普通A型平键，键长分别为90mm，70mm,，30mm。
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；
2.3.4机架的设计
机架的设计主要要保证刚度、强度、及稳定性。
其中，刚度是评定大多数机架工作能力的主要准则；强度是定重载机架工作性能的基本准则，机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度，有时还要校核其疲劳强度。
机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。
动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架的抗振性能应从提高机架的构件的静刚度方面入手，合理设计机架构件的截面形状和尺寸。
稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须要注意。
1、机架设计的一般要求
在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；抗振性好；由于内应力及温度变化引起的结构变形应力最小；结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件；初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。
同时也取决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。
机架材料的选用主要根据机架的使用要求，多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。
由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。
左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右端机架采用型钢结构，主要由槽钢，角钢，和钢板焊接而成，重量轻，成本底，材料利用充分。
焊接时应注意以下几点：
材料的可焊性可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低所以本设计考虑到材料的可焊性选用Q235A低碳钢。
合理布置焊缝焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要短，主要焊线要连续；
提高抗振能力普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要求高的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收振动；
合理选择截面形状提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。
尽可能选用标准型材、板材，合理确定焊缝尺寸。
2、支撑机构
在机器中支撑或容纳零部件的零件称之为机架，所以机架是底座、机体、床身、桥架、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。
按机架分类所用材料分类，圆锥筛采用的是金属焊接机架。
主要是焊接机架结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，但其抗振性能比较差。
强度、刚度、稳定性是机架设计的主要准则，也是评价机架工作能力的主要标准，合理的设计机架的截面形状和尺寸、注意机架的整体布局。
设计机架通过了以下几个设计步骤：
（1）初定机架的形状和尺寸机架的结构形状和尺寸取决于安装在它内部的零件和部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。
同时也取决与所受载荷、运动等情况，然后，综合上述情况和有关资料，并参考现有同类型机架，初定拟定出机架的结构形状和尺寸。
由于在小麦谷朊粉的加工过程中，由其加工工艺流程图可知，离心筛的装置都在上层，所以不可能采用又重又笨的铸铁机架，所以采用由钢板、型钢、铸钢焊接而成的机架。
机架的大致尺寸为高1117㎜、长993㎜、宽750㎜，要考虑起具体形状和电机、轴承座的安装还有带轮罩的固定。
（2）机架的造型设计，虽然材料一定，但机架也要求内外质量的统一，考虑到角钢的等边性把角钢用于底座和支撑轴承座，外观上做成梯形架子，两边角钢分别向两边斜去，这样既增加了机架的稳定性、又使整个机架看上去简单轻便。
同样角钢上面是四块角钢焊接的一个长方形用来支撑板，板在角钢上焊接，下空，因而有利于在板上打通孔和轴承的调节，轴承调节是通过连接部分的螺栓孔做成长圆状的来实现。
而下面是由两个空心钢来支撑电机下的板，空心钢强度和刚度都很高，所以不会出现强度或刚度不足现象。
（3）作为焊接机架应合理布置焊缝和提高焊缝的可靠性，而且焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件；焊缝布置应尽量对称，最好至中性轴的距离相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝要不要布置在加工面和需要进行表面处理的部位上；更要注意不要让焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断，主要焊缝联系。
减少应力集中，如尽量采用对接接头；减少残余应力，焊后热处理等。
（4）尽可能采用标准型材，板材，减少加工量。
机架主要由空心钢、角钢、钢板等型钢焊接拼而成，它们性能的好坏直接决定着机架整体性联结结构的刚度直接影响机器的工作性能。
为保证机架刚度应注意改善联结部位的受力状况、合理提高接触表面的平面度公差等级及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右对称布置。
整个机架设计完以后，既要注意满足强度、刚度、稳定性的要求，又要注意外形的美观和人机工程性，方便操作。
造型好，使其既适用经济，又美观大方。
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
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