多功能切片机毕业设计设计说明书 - 图文

毕业论文（设计）任务书

论文（设计）题目： 多功能蔬菜切片机设计

学号： 姓名： 专业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 系主任：

一、主要内容及基本要求

（1）将质地较硬的蔬菜切成片状。切刀工作阻力约100N。 （2）直动式切刀每分钟往复次数为300;旋转式切刀转速150r/min。行程速比系数K=1。 （3）主执行机构的最小传动角不小于40，辅助传动机构的许用压力角????700。 机器运转的不均匀系数?0??为0.05。电动机功率储备系数为1.5。 （4）要求机器运行平稳，切片均匀。物料切片厚度及生产率可调。

（5）分析多功能蔬菜切片机设计工作原理和技术要求及构思方案，并进行多方案对比分析。

（6）完成多功能蔬菜切片机设计传动系统的设计、执行机构设计和结构设计；主要零部件的受力分析和强度计算。绘制所设计方案的机构运动简图。绘制多功能蔬菜切片机的装配图及主要的零件图。要求图纸工作量2.5张A0图纸以上（AutoCAD绘图）。

（7）设计说明书一份，电子文档一份。 （8）英文文献翻译（含原文）。要求：原文5000个单词以上，中文翻译要求通顺。

二、重点研究的问题

（1）多功能蔬菜切片机总体方案设计（含切刀机构、夹持机构和输送机构等）。 （2）多功能蔬菜切片机传动系统的设计。

（3）主执行机构设计（多功能蔬菜切片机构选型及尺寸确定）及其结构设计。

毕业论文（设计）评阅表

学号 姓名 专业 机械设计制造及其自动化

毕业论文（设计）题目： 多功能蔬菜切片机设计 评价项目 选题 达到综合训练的目的； 2.难度、份量是否适当； 3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。 能力 1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力； 2.是否有综合运用知识的能力； 3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力； 4.是否具备一定的外文与计算机应用能力； 5.工科是否有经济分析能力。 论文 质量 1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何； 3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。 评 价 内 容 1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，（设计）图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；

综 合 评 价 该同学所完成的多功能蔬菜切片机的设计基本原理正确，传动系统设计合理。毕业设计说明书的论述合理，设计计算方法正确，格式符合要求。所绘制的装配图与零件图错误较少，基本达到工程图的要求。整个毕业设计工作体现了学科教学计划的基本要求，所完成的工作达到了本科毕业设计要求，推荐成绩为“中等”，可参与答辩。 评阅人： 2014年 月 日 毕业论文（设计）鉴定意见

学号： 姓名： 专业： 机械设计制造及其自动化

毕业论文（设计说明书） 页 图 表 8 张 论文（设计）题目： 多功能蔬菜切片机设计

内容提要： 多功能蔬菜切片机的设计目的是把大块的质地较硬的蔬菜瓜果，实施切片切块的一款机器，它能实现自动进料，自动出料，并能通过控制plc程序从而实现不同厚度蔬菜切片的功能。 本人设计的多功能蔬菜切片机，是利用电机为动力来源，依次通过两级皮带减速和一级齿轮减速，达到减速增加力矩的目的，从而实现每分钟150次切削蔬菜的目的。本机器是通过切削执行轴上的凸轮接通和断开机械开关，从而把电信号传递到plc，用plc发出脉冲信号，控制步进电机的进给，不仅不会打刀，还能良好的控制切削蔬菜的厚度。多功能蔬菜切片机的进料槽设计是采用v型槽方式，这种方式能限制大块蔬菜（例如红薯，马铃薯，莲藕，黄瓜等蔬菜）四个自由度，保证良好的切削。 本机器量身打造了出料槽，蔬菜被切成片以后，立即进入收集斗，即可进行下一步深加工，本机器还设计了切刀的防护罩，避免工作人员被刀划伤，是很符合人体工程学的一项设计。

目 录

第一章 概述 ...............................................................2

1.1食品机械与设备主要包括的内容.................................. .... 2 1.2市场上已出现的切片机 ......................................... 2 1.2.1、制浆造纸行业 ........................................... 2 1.2.2、制作细胞或组织切片行业： ................................ 3 1.2.3、肉片加工行业 ............................................ 3 1.2.4、蔬果加工行业 ............................................ 3 1.3切片机使用要求 ............................................... 3 1.3.1、肉片、蔬果加工行业 ...................................... 3 1.4本设计研究内容 ............................................... 4 1.4.1、目标 .................................................... 4

1.4.2、多功能蔬菜切片机的设计要求 .............................. 4 1.4.3、 多功能蔬菜切片机应满足的基本要求 ....................... 4

第二章 切片机原理方案构思与拟定.................................6

2.1 方案的构思 ................................................... 6 2.2 方案的设计 ................................................... 7 2.2.1进料装置 ................................................. 7 2.2.2传动装置 ................................................. 8 2.2.3电机的选型 .............................................. 10 2.2.4帯传动的设计 ............................................ 10 2.2.5齿轮传动设计 ............................................ 11 2.2.6 机架的设计..............................................11

第三章 动力传动部件的校核 ..................................... 13

3．1 齿轮的计算和校核 ........................................... 13

3.1.1 齿轮材料处理工艺及制造工艺的选定 ..................... 13 3.1.2 确定各主要参数 ....................................... 13 3.1.3 传动比 ............................................... 13 3.1.4 齿轮模数m ............................................ 13 3.1.5 齿轮接触疲劳强度计算 ................................. 14 3.1.6 齿轮强度校核 ......................................... 15 3．2 轴的计算与校核 ............................................ 19

3.2.1 轴的预选计算 ......................................... 19 3.2.2 轴的校核计算 ......................................... 19 3．3 普通平键的计算与校核 ...................................... 20

3.3.1 键的选取 ............................................. 20 3.3.2 键联接的强度校核 ..................................... 20 3．4 轴承的计算与校核 ......................................... 21

3.4.1 圆锥滚子轴承寿命校核 ................................. 21 3.4.2 转盘处单向推力球轴承的寿命的校核 ..................... 22

第4章 基于UG的实体设计概述....................................23

4.1 UG实体设计概述 ............................................. 23

参考文献 .......................................................... 24 致谢...............................................................25 附录一.............................................................26 附录二.............................................................30

第二章 切片机原理方案构思和拟定

2.1 方案的构思

根据多功能蔬菜切片机的设计目标和要求，首先要考虑刀片的运动方式，以及采用何种机构带动刀片运动。采用何种传动装置使蔬菜传递到刀具下完成切片工作，最主要的是如何通过一个力带动两个机构同时运动。以及如何控制切片的厚度，如何让切片顺利排出机器，如何限制被切物的大范围移动所导致的无法正确切片。

综合考虑，经过研究出两种切片方式为备选切片方式：

方案一：采用周转式切片方式，这种切片方式通过刀具的圆周循环运动，进行切片，但是这种方式要求提供比较大的力矩给刀片，刀具的接头部位，要设计的刚度要求高。优点是结构简单，易于拆装和维护。

方案二：采用双曲柄滑块机构，这种切片方式切削力度比较均匀，是实现刀具的往复运动，但是结构较为复杂，不利于拆装和维护。

最后通过综合考虑，选定方式一，设定结构图如2-1所示：

图2-1 周转式切片方案示意图

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2.2 方案的设计

进料槽方案的设计，首先根据蔬菜的形状大小，设计进料槽，进料槽必须满足大多数蔬菜的进料方式，且不会出现卡死的情况，因此设计成v型进料槽是比较合理的。

由于蔬菜处于加工位置时，要限制住蔬菜的自由度，因此，专门设计了一个刀槽，这样，切菜的时候就不会出现蔬菜翻转的现象。

切菜方案的设计，采用240mm的刀长，能满足大多数蔬菜的切菜能力，且刀柄部位加强，以防止断刀，刀柄用螺钉紧固在刀盘上，四个螺钉，限制刀具的位置。

2.2.1进料装置

本机构采用自动可调节的自动进料方式，如图2-2所示，它主要由以下零部件构成：

图2-2 驱动装置示意图

1、凸轮和机械开关：凸轮是安装于输出轴端的，他的作用是相当于计数的作用，和机械开关配合，当刀具的刀位处于非切削位置时凸轮顶起，机械开关接通，并把电信号送入plc中。

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2、Plc：从机械开关接收信号，经过处理，把输出信号传入步进电机，控制步进电机的转角；同时对输出信号计数，当一个周期完成，输出回转信号，使齿条回位。

3、步进电机：是进料机构的动力源，输出轴接小齿轮。 4、电机安装板：用来安装步进电机。

5、小齿轮和齿条机构：把齿轮的旋转运动转化成齿条的直线运动。 6、V型滑块机构：和入料槽配合，把料往前顶。

2.2.2传动装置 1．带传动

带传动是一种应用很广泛的机械传动。带传动由主动轮、从动轮和适度张紧在两轮上的封闭环形传动带组成。它是利用传动带作为中间的挠性件，依靠传动带与带轮之间的摩擦力来传递运动的，主动轴的动力通过挠性传动带传递给从动轴。

其优点是：（1）能缓和载荷冲击；（2）运行平稳无噪声；（3）制造和安装精度不像啮合传动那样严格；（4）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏；（5）可增加带长以适应中心距较大的工作条件；

其缺点是：（1）有弹性滑动，使传动效率降低并且不能保持准确的传动比；（2）传递同样大的圆周力时，轮廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大；（3）带的寿命较短。 2．链传动

链传动是由闭合的挠性环形链条和主、从动链轮所组成的，链轮是有特殊齿形的齿，依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。

其优点是：与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，能保持准确的平均传动比，作用于轴上的径向压力较小；在同样使用条件下，链传动的结构较为紧凑。链传动能在高温及油污恶劣环境中工作。与齿轮传动相比，链传动较易安装，成本较低；在远距离传动时，其结构要比齿轮传动轻便得多。

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其缺点是：在两平行轴间只能用于同向回转的传动；运转时不能保持恒定的瞬时传动比；不宜在载荷变化很大和急速反向的传动中应用。 3．齿轮传动

齿轮传动是现代机械中广泛应用的一种传动形式，它主要用来传递空间任意两轴之间的运动和动力，并可改变转动速度和传动方向。

其优点是：齿轮传动和其他形式的机械传动相比较，传递的功率和圆周速度范围大，传动效率高，能保证恒定的传动比，工作平稳、安全可靠且使用寿命长，结构紧凑。

其缺点是：制造和安装精度要求高，因而成本也较高，并且不宜用于轴间距离较大的传动。 4．蜗杆传动

蜗杆传动用来传递空间两交错轴之间的运动与动力。它由蜗杆与蜗轮组成，一般蜗杆主动，蜗轮从动，作减速运动。在少数机械中，蜗轮主动蜗杆从动，作减速运动。

其优点是：（1）传动比较大，结构紧凑；（2）传动平稳噪声低；（3）可具自锁性

其缺点是：因为蜗杆蜗轮在啮合处有较大的相对滑动，因而磨损大，发热量大，效率低。为减少蜗杆传动啮合处的摩擦和磨损，控制发热和防止胶合，蜗轮常采用青铜材料制造，因而成本增高。

通过对带传动，链传动，齿轮传动和蜗杆传动工作方式和优缺点的比较以及本课题的设计要求，选取带传动和齿轮传动。如图2-3所示。

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图2-3 传动机构示意图

2.2.3电机的选型

根据设计要求，要求刀具每分钟切片300次，根据此要求及其传动比得： 总的传动比：I=I1*I2=32.14

选定电机型号为Y80M2-4，其额定功率为0.75kw，经核算，能够满足设计要求，此电机的额定转速为2880r/min。 核算：电机转速q=2880r/min， 总传动比I=32.14,

刀具切片q1=1440/32.14*2=45*2=90次/min 大致能够满足设计要求。

2.2.4带传动设计

本机器采用两级带传动设计，每级带传动比一定：

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? =0，查相关图，取ZH =2.21 ZE—弹性系数，查表取ZE =189.8 Z?—重合度系数，查图取Z? =0.75

Z?—螺旋角系数，直齿? =0，取

Z? =1，

由公式（4.3）得接触应力?H：

?H =?H0KAKvKH?KH?KHP N/mm2

21.25?1.01?1.12?1.10?1.2N/mm= 567.85×

= 775.79 N/mm

式中， KA— 使用系数，中等冲击，查表6-5 取KA =1.25

[1]2 Kv— 动载系数，6级精度，查表6-5 取Kv =1.01

[1]

KH?— 计算接触强度的齿向载荷分布系数，，取

KH? =1.12

KH?— 计算接触强度的齿间载荷分布系数，取 KH? =1

KHP— 计算接触强度的行星轮间载荷不均衡系数,查表7-2取KHP =1.2

[1] ?H0— 计算齿面接触应力的基本值， 许用接触应力?HP

?HlimZN?HP =SHminZLZvZRZ?Zx2 （3.4）

式中，?Hlim—试验齿轮的接触疲劳极限，取?Hlim =1400 N/mm； SHmin—计算接触强度的最小安全系数，取SHmin =1.25； ZN—计算接触强度的寿命系数，取ZN =1.03；

ZL—润滑油系数，取ZL =1.06； Z?—工作硬化系数，Z? =1.1； Zv—速度系数，取Zv =0.90；

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ZR—粗糙度系数，取ZR =0.95； Zx—尺寸系数，取Zx =1；

1400?1.03则?1.06?0.90?0.95?1.11?1HP =1.25 =1160.5 N/mm2

故 ?H

?F?F'K'Y' Ft2式中，F'= bmn

Ft2—端面内分度圆上的名义切向力，取 Ft2 =2000 N b—工作齿宽， 取b =20 mm

mn—法向模数，取mn=2.5

Ft2?2000F'= bmn20?2.5=40

载荷系数K' K'?KAKVK?K?=1?1.2?1.1?1.1=1.45

式中，

KA—使用系数。取KA=1 KV—动载系数。取KV=1.2 K?—齿间载荷系数，取K?=1.1

K?—齿间载荷分布系数，取

K?=1.1

'弯曲强度的重合度系数 Y?YFaYSaY?Y?

式中，

YFa—齿形系数。取YFa=2.5 YSa—应力修正系数。取YSa=1.605

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3.5）（

Y0.75??0.25? Y?—重合度系数。

??=0.716

Y?—螺旋角系数。

Y??1????120?=1.0

' 则：

Y?YFaYSaY?Y??2.5?1.605?0.716?1.0?2.873

?F?F'K'Y'?40?1.45?2.873?166.634 N/mm2 计算许用弯曲应力?HP

?''HP??Y 式中，

?'??FlimSFmin

?Flim—弯曲疲劳极限。由于材料为40Cr，故取?Flim=350

SFmin—最小安全系数。取SFmin=1.4

?'??FlimS?350Fmin1.4?250

Y'?YSTYNTY?reiTY?ReitYX 式中，

YST—应力修正系数。取YST=2.0 YNT—寿命系数，取YNT=1.0

Y?reiT—圆角敏感系数，取Y?reiT=0.99

Y?Reit—表面状况系数。取Y?Reit=1.674-0.529(RZ?1)0.1=1.063 YX—尺寸系数。由mn?5，则YX=1.0

Y'?YSTYNTY?reiTY?ReitYX?2.0?1.0?0.99?1.063?1.0?2.105 则：

?HP??'Y'?250?2.105?526.25 - 18 -

3.6）3.7）（ （

?F? ?HP

故啮合齿轮弯曲疲劳校核合格。

3．2 轴的计算与校核

3.2.1 轴的预选计算 对于实心主轴：

33 d?A0?(P/N)或d?(5T/?) （3.8） 3对于空心轴d?A0?(P/N?(1??(4))) （3.9）

A0?39550000/0.2(?) β通常取0.5-0.6

对于主轴，为空心轴，取β=0.5主轴材料为40cr [τ]取值40-52 取[τ]为45 D>=20.64mm初选内径为d=10mm 因为β=0.5 所以D=30mm。 3.2.2 轴的校核计算

轴的校核计算首先做出轴的计算简图，弯矩图，扭矩图，然后进行轴的强度校核即可。由于本空心轴是水平放置，靠它传递扭矩，少量的弯矩可忽略不计，故只需对其扭矩进行校核便可。空心轴所受扭矩图如图3.1所示。

图3.1 空心轴扭矩图

扭转切应力计算公式：

??T/W? （3.10） 式中， ?--截面的剪切应力 T—截面处得扭矩

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W?--危险截面的抗扭截面系数 对于空心轴：

W??0.2D3(1??4)其中?=d/D 查表得到45号钢??1?140MPa

34??1960（/0.2?30（1-（10/30）））=0.3675

因此这根空心轴符合强度要求

3．3 普通平键的计算与校核

3.3.1 键的选取

本课题设计中共有三处先用普通平键连接，分别为齿轮传动处主动轮上和从动轮上的键，另外还有转盘上的一组。所以总共有三个普通平键需要校核，三个平键的分别是b?l=6X16，b?l=5X14，b?l=5X65，综合考虑键的长宽高及各方面因素，第一个键的校核更具代表性，故下面只做键b?l=6X16的校核。 3.3.2 键联接的强度校核

键的强度校核公式如下：

?c?2T??cpdkl （3.11）

??2T??pdbl （3.12）

式中，T—传递的转矩 N.m 。 d— 轴的直径 mm l— 键的工作长度 mm

k— 键与轮彀的接触高度 mm k =h-t h 为键的高度，t为轴槽的深度。

b— 键的宽度 mm ?cp—键联接的许用挤压应力 Mpa 查表可得轻微冲击载荷时，取

?cp=150 Mpa

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tp— 键的许用静压力 Mpa 查表可知：tp=100 Mpa

2T2?1.96 = =0.0017 Mpa dkl70?3?162T2?1.96?1?? =0.00085 Mpa

dbl70?6?16?c1?所以 ?c1??cp ?1??p

由以上的计算可知，该平键的强度极限满足要求。

同样方法计算可得出结论，另外两组键也满足强度极限要求。

3．4 轴承的计算与校核

本设计中用到的轴承有圆锥滚子轴承和单向推力球轴承，其校核主要是对其寿命校核。

3.4.1 圆锥滚子轴承寿命校核

该圆锥滚子轴承其主要参数为:

d =28mm D =45mm B =12mm Cr =16.8kN

L10h106c??()h60np

（3.13）

式中， L10h—以小时数（h）表示轴承的基本额定寿命（可靠度为90%） n—轴承工作转速，r/min C—基本额定动载荷，N P—当量动载荷，N

10 ?—寿命指数，对滚子轴承? =3

由于该轴承径向受力可忽略不计，只受轴向载荷，所以 P =

fp(xFr?yFa)

（3.14）

查表得x=0.4,y=1.40,fp=1.5

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P =1.5?1.40?100=210N

n?n电机 =1460 r/min

Cr =16.8kN

由公式（3.13）可得：

L10h106106c?1016800?()h?()3h60np210 =60?1460

6 =25.2×10 h

L10h > Lh' =55000 h

3.4.2 转盘处单向推力球轴承的寿命的校核

此单向轴承推力球轴承其主要参数为: d =12mm D =26mm B =9mm Cr =10.2kN 同理由于该轴承只是承受轴向力，所以 P =Fa =150 N

n?n电机 =360 r/min

由公式（4.13）可得：

L10h106106c?1010200?()h?()3h60np150 =60?360

610 =59.4× h

L10h > Lh' =55000 h

由以上的计算可知，各轴承的寿命符合要求。

其他几对轴承承受的力相对较小，肯定满足寿命的要求，校核省略。

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第4章 基于UG的实体设计概述

4.1 UG实体设计概述

UG实体设计是由北京北航海尔软件有限公司通过国际合作研发的具有国际先进水平的三维设计软件，它使实体设计跨越了传统参数化造型在复杂性方面受到的限制，不论是经验丰富的专业人员，还是刚接触CAXA实体设计的初学者，CAXA实体设计都能提供便利的操作。其采用鼠标拖放式全真三维操作环境，具有无可比拟的运行速度、灵活性和强大功能，使设计更快，并获得更高的交互性能，真正使得实体设计做到了简单易用。

采用UG实体设计软件进行设计具有以下优点：

第一，UG实体设计采用工程应用的特征（如孔、槽、螺纹、圆角、倒角等）作为构造零件的基本单元，改变了传统二维CAD以几何设计为主的方式，使设计过程更加直观，设计人员可以将更多的精力用在创造性的产品构思上，提高了设计效率。

第二，三维装配设计使设计人员可以准确进行结构和曲面复杂的部件设计。通过施加约束与配合关系，采用拖放方式操作，使得零件装配就像搭积木一样方便，对装配、子装配的零件、装配特征、约束及辅助视图以记录树形式进行管理，可以完成装配件爆炸、剖切、干涉检查、运动仿真、最小间隙计算、零件列表等活动，避免了需要试制样机再验证更改完善设计的周期过长、劳动强度高等弊端。

第三， UG实体设计能自动处理从相片真实感到线框的渲染风格。设计环境下集成的真实纹理、贴图和表面凸痕效果可用于体现诸如螺纹和隔栅等设计细节。可生成具有相片真实感的图象和生成任意数量的平行光、点光源或聚光光源；其特殊效果包括雾化效果和胶体效果。同时智能动画提供了复杂的关键帧动画功能，包括三维动画轨迹编辑和渲染效果图以 GIF 和 AVI 文件的形式输出，非常适合做设计作品的模拟演示及与他人的直接沟通。

正是UG实体设计的以上众多优点，本次毕业设计选择了它。

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参考文献

［1］濮良贵，纪名刚. 机械设计[M]. 北京:高等教育出版社，2002. ［2］胡宗武等. 非标准机械设备设计手册[M]. 北京:机械工业出版社，2005. ［3］赵 匀，武传宇，胡旭东，等.农业机器人的研究进展及存在的问题[J].农业工程学报, 2003,19(1):20-24

［4］何 平,金明河,刘 宏,等.机器人多指灵巧手基关节力矩位置控制系统的研究[J].机器人.2002,24(4):314-318.

［5］蔡自兴. 机器人学[M].北京: 清华大学出版社,2000.9.

［6］卢江舟,熊有伦,赵东波.多指手抓取操作的仿真[J].系统仿真学报,1997,9(2)；76-82

［7］杨 洋，陆 震，张启先。多指灵巧手考虑渐近稳定性的优抓持规划[J].航空学报,1996,17(3):324-329.

［8］陈伟海.满征.于守谦.王田苗.CHEN Wei-hai.MAN Zheng.YU Shou-qiani.WANG Tian-miao 线驱动模块化七自由度机器人轨迹跟踪控制 -机器人2007,29(4).

［9］吴宗泽、罗圣国，机械设计课程设计手册（第三版）， 北京 高等教育出版社，2006.5 4～170

［10］王国庆，李大寨，钱夕康等．新型三指灵巧机械手的研究．机械工程学报，1997(3)：71-75页

［11］张建国．Puma／RAL手系统的研制．机器人情报报，1989(3)：7-10页

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附录一：英文文献翻译

非圆齿轮与机械压力机运动学优化

1997年1月8日研制

摘要：使用金属成形方法来加工生产零件的质量很大取决于压力杆。在机械压力传动时，有一种依赖于驱动旋转角度速度比的非圆齿轮，提供了一种获得这么动作时间的新途径，我们致力于为不同的优化金属成型运作的制造。本文阐述了由汉诺威的大学研究所建成的金属成形和金属成形加工机床的使用原型原则，它就是目前运动学以及在原型产生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和锻造的一个例子，几乎所有的金属成形操作可有利用于机械传动机构的非圆齿轮。 关键词：压力，齿轮，运动学。 1. 简介

提高质量的要求在生产工程制造，所有的金属成形以及在锻造，有必要去携手制定生产经济。日益增长的市场定位要求技术和经济条件都得到满足。提高质量、生产力、生产手段的创新解决方案,是一种用来维持和扩大的市场地位的关键所在。

所生产的金属部件,我们需要分清期间所需的形成过程和处理零件所需的时间。随着我们必须添加一些必要的额外工作，例如冷却或润滑的模具一次成型过程。根据质量和产

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量两个方面，产生了两个最优化方法。为了满足这两个方面，我们的任务是设计运动学形成过程中考虑到该进程的要求，也考虑到的是改变部分以及与一个优先线辅助运作所需的时间短周期的时间。 2. 压力机的要求

一个生产周期,这相当于一个冲程来回压的过程,大致经历了三个阶段:加载、成型和移除零件。相反,在加载和移除零件阶段，我们经常发现送料的薄板,尤其是在纯粹的切割时候。为此，压力泵必须要一个确定时间的最小高度。成型周期中杆应该有一个特别速度曲线,它将会降到最低。这个转变期之间应尽快来确保短周期时间。

短周期的要求是事件的原因,以确保通过高产量低成本的部分。基于这个原因，关于对大型汽车车身冲压片机和自动1200/min、拉深24/min的冲程数是标准的做法。增加冲程数是为了减少设计的周期变化导致增加的压实机械应变率, 然而，这对成形过程有很明显影响,使它必须考虑参数确定过程和被它所影响。

在拉深成形过程中,当敲打板块时的撞击速度应尽量避免产生了深远影响。一方面,速度成形时必须充分润滑。另一方面,我们必须要考虑提高产量的相应的压力来增加造成更大的应变速率力,这可能导致冲床半径一侧的一部分过渡疲劳而导致断裂。在锻造时，停留时间短的压力是可取的。随着停留时间的压力下降了模具的表面温度将降低，其结果是热磨损。这是提高抵消了由于机械磨损形成更大的力量，但由于增加的应变率是较低的，因为较低的部分冷却屈服应力补偿。目前，最佳短住压力可以用有限元分析法莱分析。此外,避免由于成本降低磨损、短压住时间也是一个重要的技术要求的精密锻造，近净形部分有一个光明的未来。

高质量的要求和高产量将只能通过一个机技术,考虑到金属成形过程的考察要求等同于减少工作的目标成本。以前按设计已经不能同时满足这些技术要求和经济的充分程度，或他们是非常昂贵的设计和制造，例如链接驱动压力机。这就需要寻找对泵创新设计的解决方案，它的设计应主要标准化，模块化，以降低成本。 3．非圆齿轮的压力传动 3.1 原则

使用非圆齿轮传动机械曲柄压力机，它提供了一种新方式的技术和经济需求的压力杆运动。一对非圆齿轮有不变的中心距, 因此采用了电动马达，或由飞轮、曲柄和驱动机

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制本身。制服驱动器的速度传送是通过一对非圆齿轮传递给非均匀的偏心轴。如果非圆齿轮的适当设计，从动齿轮的非均匀驱动器会导致泵所需的行程时间行为。调查中心的金属成形和金属成型机床(IFUM)汉诺威的大学已经表明,在这个简单的方式所有相关的压力杆的连续运动，可以达到各种成形过程。

此外从运动学和缩短生产周期，驱动概念导致新的驱动器的优点被以下的良好性能所区分。因为它是一个机械压力机，它具有高可靠性、低维护性和可预期性。对连杆压力机的数量和轴承零件显然是减少。首先，一个基本泵类型可以通过安装不同的齿轮而进一步改变设计，它根据客户的要求而设计。不同环节的驱动器，轴承的安装位置不会随着单一载荷方向的不同运动而改变。因此，上述要求的模块化和标准化是考虑到时间和成本，它降低了设计和冲压生产成本。 3.2 原型

在金属成型和金属成型工具机（IFUM）1架的c型泵，它已经进行了修整和安装了非圆齿轮副。为达到这种目的，先前的背轮背一个行星齿轮组做取代。这项工作表明了存在的新型传动印刷机是可能的，在最后对标准压力泵的改造在Fig. 1中进行说明。

图表1 压力机设计是为了所受1000KN的柱塞力和200KN的冲压模具缓冲力。 这一对非圆齿轮传动比平均为1，每个齿轮轮齿有59，直齿，模数10mm（图2）齿面宽是150mm，这些齿轮有渐开线轮齿。我假设了非圆曲线设计是以侧面几何设计为基础。因此，一个非圆齿轮的齿形沿齿轮圆周而改变。尽管如此,它可以来自知名的梯形齿条. 然而[4.5],提出了一种计算方法，它精确地把齿顶高和齿根高考虑在内，进行相应的调整。

压力机是为了在单一冲程模式下对零件进行深拉而设计的。最高滑块行程为180mm，行程数32/min。在140毫米的冲压速度几乎保持71mm/s不变，它是静点中心线到静点中心线之前的速度。见图3。这种速度就相当于液压机工作的速度。这个速度影响到曲柄机构，使其与击打具有相同的数目相比较，速度都是220m/。为了跟一个曲柄压力机具有相同的平均速度击打的数目不得不将减少一半。短周期内的机械改造将导致最后的向上运动。由于压力机是运行在单一的操作模式,在设计时对其做相关的处理没有提出特别的要求。

驱动机制的原型与非圆齿轮有另外一个有利的影响及其驱动力矩（图4）。对于一个曲柄压力机的公称力通常可以降低静点之前把曲柄轴按正常方式旋转

。这对应于公称

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力作用下相对于击打力的75%。若要达到1000kN标准力，该驱动器已提供45 kNm 的曲柄轴扭矩。该原型只要求对非圆齿轮传动增加额外的30kNm力矩。他们被传送一个循环，非均匀的曲柄转矩，将导致一个标准力在静点

范围内变化。这相当于27.5%的行程。如

果非圆齿轮副是在压力机的工作范围，我们总能找到类似的条件。这几乎总是与板料成形及冲压件有关。这样可以设计一些较弱的机器零件，而且节约成本。 4. 进一步的设计实例

利用二冲程时间行为的设计实例说明了以下几点。假设一系列的零件时通过压力机来加工的。为了达到这一目的，压力杆所需的速度和击打成形速度要求假设成立必须量化。再者，处理零件所需的时间必须确定，而且必须假设在处理时压力杆的最小高度。由此，我们设计动作的顺序，我们用数学含义来描述它。在IFUM中，由该研究所开发使用软件程序。从这个数学描述的冲程运动,我们可以计算出所需要的非圆齿轮速度比，从这我们可以得到齿轮的圆周曲线[1.2.7]。

在第一个例子，在深拉伸冲压速度应该是在静止点前，金属板材成形保持在至少超过100mm，它的速度应该是约400m/s。让行程数定为30/min。第450mm以上击打的地方，让处理零件时间和曲柄压力机在25min/n的击打时间相同。图5表明了冲程运动情况，这是由一对齿轮的描绘所获得。该齿轮是通过他们的圆周率所描绘。在25/min传统的余弦曲线作为比较。除了生产周期时间减少了20％，应把杆速度的影响也大大减少。下静点前110mm，当使用曲柄机构时，冲击速度为700mm/s，而当使用非圆齿轮时仅仅只有410mm/s。

第二个例子显示了驱动装置是用于锻造。在图6中，常规锻造曲轴的行程时间是相对于在图片中说明非圆齿轮压力运动学。曲柄压力机的周期时间是0.7s、行程数是85/min和标准力是20mn。它的保压时间为86ms与50mm的成形部份时间。非圆齿轮压力机描绘的保压描绘时间67%减少至28ms。因此，它达到了和锤子一样的幅度。通过增加1.5倍的冲程数，周期时间缩短至46mm。尽管如此,处理时间依旧与常规非圆齿轮曲柄压力机的运动学相同。在这种情况下为了实现这些运动,传统的圆弧齿轮可以作为驱动装置，安排偏心。这为齿轮制造降低了成本。

这些例子表明，不同的运动可以通过使用非圆齿轮驱动装置实现。在同一时间内，这个驱动器的实用潜力用实现理想的运动学变得清晰，而且生产周期时间减少。例如，

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通过不同的例子，如果运动的顺序对一系列压力机生产零件有利，可能增加拉深成形后的速度。 5．总结

高生产率，降低成本和保证产品质量的高要求，这时所有制造公司所期望的，特别适用于公司的金属加工领域。这种情况导致我们重新考虑压力传动机的使用。 对曲柄与非圆齿轮传动压力机的描述，使我们能够优化简单的机械压力机运动学。这意味着周期时间缩短,以达到高生产率和运动学的成形工艺的要求。这个设计工作需要很低。相对于多连杆压力机驱动器，可以实现其他运动学在其他齿轮轴承位置不改变时的压力机构建使用。这使压力机模块化和标准化。 6．致谢

作者想表达他们的谢意，感谢德国机床制造商协会(VDW),位于德国法兰克福，其经济援助以及一些成员，感谢他们的支持。

附录二:英文文献原文

Optimized Kinematics of Mechanical Presses with Noncircular Gears

E. Doege ( l ) , M. Hindersmann Received on January 8, 1997

Abstract：The quality of parts manufactured using metal forming operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Non-circular gearsy to obtain those stroke-time behaviours we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a

rotational-angle-dependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new wa rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype. Furthermore, the paper demonstrates using one example of deep drawing and one of forging that the press drive mechanism with non-circular gears may be used advantageously for virtually all metal forming operations.

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Keywords: Press, Gear, Kinematics

1 lntroductior

Increasing demands on quality in all areas of manufacturing engineering, in sheet metal forming as well as in forging, go hand in hand with the necessity to make production economical. Increasing market orientation requires that both technological and economic requirements be met. The improvement of quality, productivity and output by means of innovative solutions is one of the keys to maintaining and extending one's market position.In the production of parts by metal forming, we need to distinguish between the period required for the actual forming process and the times needed to handle the part.

With some forming processes we have to add time for necessary additional work such as cooling or lubrication of the dies. This yields two methods of optimization, according to the two aspects of quality and output. In order to satisfy both aspects, the task is to design the kinematics taking into account the requirements of the process during forming; also to be considered is the time required for changing the part as well as for auxiliary operations in line with the priority of a short cycle time.

2 Pressing Machine Requirements

One manufacturing cycle, which corresponds to one stroke of the press goes through three stages: loading,forming and removing the part. Instead of the loading and removal stages we often find feeding the sheet, especially in sheer cutting. For this, the press ram must have a minimum height for a certain time. During the forming period the ram should have a particular velocity curve,which will be gone into below. The transitions between the periods should take place as quickly as possible to ensure short cycle time. The requirement of a short cycle time is for business reasons, to ensure low parts costs via high output. For this reason stroke numbers of about 24/min for the deep drawing of large automotive body sheets and 1200/min for automatic punching machines are standard practice.Increasing the number of strokes in order to reduce cycle times without design changes to the pressing machine results in increasing strain rates, however. This has a clear effect on the forming process, which makes it necessary to consider the parameters which determine the process and are effected by it.

In deep drawing operations, the velocity of impact when striking the sheet should be as low as possible to avoid the impact. On the one hand, velocity during forming must be sufficient for lubrication. On the other hand, we have to consider the rise in the yield stress corresponding to an increase in the strain rate which creates greater forces and which may cause fractures at the transition from the punch radius to the side wall of the part.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/mxvd.html