制茶机机械结构设计

本科毕业设计（论文）题目： 多功能制茶机机械结构设计院（系） 机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 080210 姓 名 学 号 080210101 导 师 2012年 6 月 1多功能制茶机机械结构设计摘要 在各方面日益现代化的今天，制茶机也应该在技术上不断改进，向多功能、自动化、机电一体化方向发展。既能满足茶叶制成的一系列过程，包括对茶叶的杀青、理条、压扁、成型等作业，而且机械结构简单、操作简单，容易维修和维护。 此制茶机以电动机为动力源来获得一个速度，然后通过一个二级减速装置获得合理的速度，再通过偏心轮、连杆使料仓可以来回运动。所以电动机的选取和二级减速装置的选取都是该设计的主要任务。最终经过计算分析分别选择单相异步电动机JY7134型和带传动形式。再设计一调速轮使其可以改变使料仓的速度并且可以在一定的幅度内调节。经过分析，确定调速轮安装在电动机输出端可以改变中心距来调速，料仓采用槽锅式。总的来说就是通过各控制系统可以使其在机体上进行可调速的来回运动，再加上料仓的功能来实现其对茶叶的杀青、理条、压扁、成型等作业。 本机械将单片机的体积小、功耗低、价格低、品种规格系列化、硬件具有广泛的通用性、有专门的开发系统等优点结合起来，对制茶机的炒制方法跟对炒锅温度的控制结合在一起，实现了自动化生产。关键词：制茶机；多功能；机械结构；单相异步电动机；带传动形式Multifunctional tea machine mechanical structure designAbstractIn all aspects of the modernization of today, and tea also should make continuous improvement in technology, automation, electromechanical integration development direction.functional fry tea tea made a series of functional meet process, including for tea, wrap, crushed, molding, and simple structure, simple operation, easy maintenance and maintenance.The function fry with motor power for tea machine to obtain a speed, then through a reasonable level of speed reducer device, again through the eccentric, connecting to move back and forth far bunker. So the motor and reducer level is the selection of equipment, the main task of the design. Finally through calculation and analysis to choose JY7134 monopole asynchronous motor respectively and belt forms. To design a speed which can change the wheel speed and can make the machine in certain range. Through analysis, speed wheels motor output can be installed in the center, to change speed by slot machine pot.Overall function machine is through the Fried tea can make its control system in the body to and fro on the adjustable, plus the function to realize its bunker shot for tea, squash, molding, etc.This machinery the monolithic integrated circuit volume small, thepower loss low,the price is low, the variety specification seriation, the hardware has the widespread versatility, has merit and so onspecial development system unifies, fries the system method to thesystem tea machine with to the wok temperature control to unify intogether, has realized the automated production.Keywords:Stir-fry tea machine,monopole asynchronous motor，belt forms主要符号表目录摘要 .IAbstract .II主要符号表1 绪论 .11.1 前言.11.2 国内外茶叶机械的发展状况以及控制技术的发展.1 1.2.1 国内茶叶加工机械发展现状 .1 1.2.2 国外茶叶加工机械发展现状 .31.3 主要工作内容 .52 机械结构设计 .62.1 机械结构方案设计 .62.2 部分零件设计计算：.9 2.2.1 确定电动机的型号及安装尺寸.9 2.2.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比.11 2.2.3 确定 V 带型号和带轮直径及中心距.12 2.2.4 轴的设计计算.152.3 主要的局部结构设计.24 2.3.1 传动装置中的主要传动轮.24 2.3.3 料仓的设计.246 结论.44参考文献 .45致谢 .47毕业设计（论文）知识产权声明.48毕业设计（论文）独创性声明 .49附录 .50摘要1Abstract2主要符号表11 绪论11.1综述11.1.1毕业设计的题目11.1.2毕业设计的目的11.2题目背景及研究意义11.3国内外茶叶加工机械发展现状21.3.1国内茶叶加工机械发展现状21.3.2国外茶叶加工机械发展现状21.4 毕业设计（论文）的主要内容与要求31.4.1毕业设计的主要内容31.4.2毕业设计的要求32 机械结构设计12.1 本课题研究的主要内容12.2 拟采用的研究方案、研究方法或措施11、压头式茶炒制结构12、扁形茶炒制结构22.2 部分零件设计计算：52.2.1 确定电动机的型号及安装尺寸52.2.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比72.2.3 确定V带型号和带轮直径及中心距82.2.4 轴的设计计算112.3 主要的局部结构设计192.3.1 传动装置中的主要传动轮192.3.2 料仓的设计206 结论1参考文献1致 谢1毕业设计（论文）知识产权声明1毕业设计（论文）独创性声明11 绪论1.1综述1.1.1毕业设计的题目题目是：多功能制茶机机械结构设计1.1.2毕业设计的目的本次毕业设计的目的是培养我们综合运用学过的理论知识，从而进一步提高我们的分析问题和解决问题的能力，同时还可以巩固所学过的知识，熟练掌握学过的计算机辅助工具，例如：Auto CAD等制图软件。多功能制茶机机械结构的设计更是对我的一个巨大的挑战，同时这也是一个很好的机会，因为这个东西在专业课领域很少接触，可以通过本次的设计很好的锻炼一下自己，从而为以后的工作做一个很好的铺垫。1.2题目背景及研究意义 茶叶是我国人民生活中最重要的、不可替代的传统饮品，同时也得到世界各国人民的喜爱和推崇。它富含人体所需要的多种维生素和营养元素，其保健作用得到医学和生物科学界以及普通百姓的一致认同。同时，茶叶的颜色、外形、香气和口味等感官效果也是评价茶叶品质的重要组成部分。因此，优质的茶叶原料还需要科学、合理的加工工艺及其加工设备来激活营养成份并保持和提高其品质。茶叶的加工工艺过程包括杀青、揉捻、干燥等工序。通过对不同品种的茶叶采用不同的工艺方法进行加工，使茶叶的色、香、味、形获得理想的效果，并保持其营养成分。这就需要提供与之相应的茶叶加工机械，即制茶机（炒茶机）。茶叶加工附加值高，所以制茶机械很有市场。现有制茶机多是单功能的，包括杀青机、揉捻机、烘干机等等。这些单功能茶叶机械已较完善，产品很多。但通过一台机械实现多项工艺流程的综合功能制茶机尚不多见。综合功能茶叶加工机械，可减轻劳动强度，降低加工工本，提高工作效率。既适应家庭作坊式生产，又适应工厂化生产，所以，市场前景看好。1.3国内外茶叶加工机械发展现状1.3.1国内茶叶加工机械发展现状 中国在20世纪50年代初，创造了手摇杀青机、手推揉捻机、手拉百页烘干机等模拟传统手工工艺的半机械化制茶设备，1958年有浙江的科研、教学、贸易等部门联合研制成功“58型”杀青机、揉捻机等机种，由此，中国茶叶加工行业逐步走上了机械加工的道路，也为茶叶机械化发展奠定了基础。60年代后期开始，茶叶机械研究改变了以往单机孤立设计的方法，逐步转向了前后工序生产平衡的配套设计，这期间，名优茶的成套加工设备研究的比较少。70年代，为了提高茶叶的生产效率，连续化和系列化作业的茶叶加工机械成为主要研究方向，槽式连续杀青机在云南风庆开发成功。80年代，浙江和安徽的茶叶机械科研与生产单位，对炒青绿茶连续化生产成套设备作了重点研究，相继推出了6CL-110型、6CMCL-10型等炒青绿茶初制连续化生产线。90年代，在茶叶组合机械的基础上，类似的机炉一体化结构成为主要研究方向。 茶叶机械从60年代的单动力、开式齿轮传动的型式发展到80年代中期自控技术、光电技术、静电技术和计算机控制技术等新技术在名优茶叶加工机械上得到应用，使以往间歇作业向连续作业转变。90年代初研制成功了热源装置与主体一体化的全金属滚筒式杀青机，产品由单机向成套设备发展，由单一产品向系列产品发展。从国内茶叶机械发展现状看，茶叶加工机械正向系列化、大型化、智能化方向发展，多功能制茶机的机械种类很少。1.3.2国外茶叶加工机械发展现状国外茶叶机械起步较早。1895年S.C.戴维逊设计了杀青滚筒，应用32-38的气流进行杀青。1908年，爪哇人博卡设计了一长型六面网笼软型杀青机器。1955年前后，出现了多种杀青机械，杀青洞道、托克莱伊连续杀青机、俄罗斯杀青机等。20世纪80年代，在日本出现了利用蒸青机进行杀青。近年来，日本、新加坡、印尼、俄罗斯等国家，将微波加热技术应用于茶叶杀青、烘干工序中，在微波加热过程中，微波直接作用于茶叶。 揉捻机也相继出现。1930年，麦克尔彻创制了CTC机。1958年，出现了麦克蒂尔洛托凡连续揉茶机，以后相继发明了多种揉捻机，如锡兰连续茶叶加工机、托克莱伊连续揉捻机(TCR机)、巴博拉茶叶转子机（BLC机)、苏联连续揉捻机、托勒斯揉捻机等。近年出现了一批揉捻茶叶的新技术，在前苏联格鲁吉亚利用超声波发生器有效的破坏茶叶细胞壁已经实验成功，改变了原固体接触的揉捻方式，但这种技术能否应用于生产上以制造优质茶叶尚有待进一步研究。 烘干机整体设计没有大的变化，现有的主要烘干机有热喂入式烘干机、双层烘干机和托克莱伊连续茶叶烘干机。近年设计了一些新型烘干机，如双座烘干机和自动或半自动循环式增压烘干机。 在国外，茶叶加工机械的研究主要是大宗绿茶加工机械，茶叶加工机械功能单一，适合大规模生产，很少有多功能制茶机。1.4 毕业设计（论文）的主要内容与要求1.4.1毕业设计的主要内容（1） 了解茶叶加工机械技术发展现状及其未来发展趋势，掌握其基本构造和控制工作原理。（2）根据目前市场上成品制茶机，通过类比，设计出多功能制茶机的基本构造。（3） 运用AUTOCAD绘图软件绘制出装配图及其零件图。（4） 只需完成基本结构和加工功能即可。1.4.2毕业设计的要求（1） 毕业论文字数不少于15000字；（2） 图纸不少于3张A0（折合）；（3） 外文翻译不少于3000字，参考中文文献不少于15篇，外文文献不少于3篇。2 机械结构设计2.1 本课题研究的主要内容（1） 了解茶叶加工机械技术发展现状及其未来发展趋势，掌握其基本构造和控制工作原理。（2） 根据目前市场上成品的单工艺或多工艺制茶机，设计出可以完成多项加工工艺的综合功能制茶机的基本构造。（3） 运用AUTOCAD、绘图软件绘制出机器装配图及其主要零部件图。（4） 制茶机技术指标： 容量：每次250350克鲜叶 效率：0.7kg/h.（5） 本系统为原型设计，因此，只需完成基本结构和加工功能即可。（6） 撰写毕业论文。2.2 拟采用的研究方案、研究方法或措施 多功能制茶机不是几个零部件的简单拼凑，而是一个有机整体。各部件之间相互运动关系非常重要，是制茶机能否成功研制的关键所在，必须在分析多功能制茶机工作过程所要求动作的基础上得出制茶机工作原理，确定实现杀青、揉捻和炒干等加工工序的机构，并对机构进行分析。机械结构方案设计 1、压头式茶炒制结构 这种茶炒制机型的主要结构由炒叶锅、压头装置、炉灶和传动机构组成。炒叶锅和炉灶与一般炒制茶用的电炒锅相似，在其上部装置机架，用以装置传动机构和悬挂、吊装压头装置，传动机构带动压头旋转。压头直径约 15cm，压头表面敷有弹性层，弹性层同样用无毒纤维材料上覆白色棉布制成，整个压头和传动机构可由操作者用手自由拉动，以改变其在锅内外的位置。使用该机，鲜叶最好先行杀青和理条，然后投人该机炒制。作业时炉灶对炒锅加热，用手操作压头机构使其对锅内的加工叶进行炒制，由于压头轴末端有一定弯曲，故压头的旋转可使加工叶在锅中一定区域内作圆周运动， 从而达到理条目的。 同时每隔适当时间用手操纵压头对茶叶加压，则茶条一边被压扁，一边被磨光，交替进行，直至完成茶的炒制。2、扁形茶炒制结构 由锅体、炒板机构、调压机构、温控系统、传动系统及机架等组成。三心微凸炒制锅由锅面和侧板组成,锅面分切入段、加压段、减压段,每段均为圆弧面,每段圆弧面的圆弧半径各不相同,在减压段有一条向内凸筋,侧板固定在锅面两端并嵌入锅面内,工作时,由加热机构对炒制锅进行加热,同时炒板机构作逆时针旋转,锅体到预定温度时,鲜茶叶进入锅体,在旋转的炒板作用下,经过锅面的切入段、加压段、减压段进行反复炒制,由于每段圆弧面的圆弧半径各不相同,而炒板的回转中心固定不动,从而满足“轻重轻”的扁形茶炒制工艺,减压段的凸筋设计,使茶叶在炒制过程中翻转充分,提高炒制茶叶质量的稳定性。如下图所示： 1锅底; 2侧板; 3炒板机构; 4机架; 5加热机构; R1、R2、R3、R4切入段、加压段、减压段及凸筋圆弧半径 无级调压机构 压力是扁形茶炒制的关键工作参数之一,茶叶炒制过程中需通过不断调整炒板与炒锅底面之间的间隙而进行控制。 目前,单锅炒制机压力调整为杠杆档位式,并均分为数档。 这种机构简单,调整精度受限。 无级调压机构的功能由螺母在丝杆轴上移动完成,机构工作时,启动电机,电机轴通过键和连接套带动丝杆轴转动,丝杆轴转动使螺母在丝杆轴上移动,螺母的移动带动杠杆机构运动使炒锅绕铰链转动,炒锅的转动改变锅体底部与炒板之间的间隙,从而改变炒板对茶叶的压力。 通过控制电机运行时间,扁形茶单锅炒制机具有了无级调压机构的功能,在茶叶炒制过程中,根据实际情况准确调整茶叶炒制所需要的压力,以达到提高茶叶炒制质量的目的。 如下图所示： 1杠杆机构; 2顶杆导套; 3机架; 4炒锅;5电机; 6键; 7轴承座; 8丝杆; 9螺母 称量式茶叶投加装置 称量式茶叶投加装置包括料斗、双滚筒机构、托盘机构、杠杆机构、翻盘机构和杠杆限位机构等。该装置工作时,动力输入,齿轮滚筒向内旋转,料斗内茶叶经两滚筒间隙落入托盘中,当托盘中茶叶重量达到设定值时,杠杆尾部抬起,红外线接通时,动力输入被切断,加料停止,电机启动,电机轴带动拨杆拨动托盘,托盘翻转时,托盘中茶叶落下。增设鲜茶叶的称量投加机构后,鲜叶投加时的投加量可以定量控制,使鲜叶投加均匀。如下图所示： 1支撑侧壁; 2料斗; 3滚筒机构; 4翻盘机构; 5杠杆机构; 6机架; 7托盘机构 机械结构设计方案的选择： 第一种炒茶机存在一些缺点：人与机器不能分离,加压、进料均由人工操作完成,且一人一机,效率不高;安全性较差,炒制过程中经常需要人工检查茶叶炒制情况,从而发生机器伤人事故;由于人为控制,炒制的茶叶品质一致性和稳定性难以保证;炒手抄茶时与炒锅间距固定,以使其对茶叶的压力恒定,需人工进行调节,存在不安全因素。第二种机械结构能很好的改善上述不足，并且能够实现一人多机的控制，提高制茶机的作业性能。机械方案的确定: 设计茶炒制机要结构轻型，价格便宜，深受用户和消费者的喜爱。炒茶机要求具有杀青、理条、压扁、成型等功能，且料仓的速度可以在一定幅度内调节。由于料仓在热源上能往返运动，料仓的槽锅底部放置一木棒，在来回运动的过程中，茶叶便被炒杀后压扁成型。茶叶多用机在结构设计上要求料仓能够在机架上来回运动， 并且在茶叶进行炒杀的不同阶段， 料仓具有不同的速度，以利于茶叶被均匀杀透。 在实现料仓的往返运动上，茶炒制机采用偏心轮传动机构。所谓偏心轮就是称量式茶叶投加装置 称量式茶叶投加装置包括料斗、双滚筒机构、托盘装在轴上的轮形零件,轴孔偏向一边.轴旋转时,轮的外缘推动另一机件,产生往复运动。多用来带动机械的开关、活门等。偏心轮机构是由凸轮演化而成的。凸轮是指一个具有曲线轮廓或凹槽的构件，一般为主动件，作等速回转运动或往复直线运动。与凸轮轮廓接触，并传递动力和实现预定的运动规律的构件，一般做往复直线运动或摆动，称为从动件。凸轮机构在应用中的基本特点在于能使从动件获得较复杂的运动规律。因为从动件的运动规律取决于凸轮轮廓曲线，所以在应用时，只要根据从动件的运动规律来设计凸轮的轮廓曲线就可以了。 在改变料仓移动速度上，茶炒制机的电动机输出轴上安装一调速轮，用于调节偏心轮的转速大小。 茶炒制机传动机构采用带传动形式， 具有二级减速的作用。 在组成茶叶机械的机构上，经常使用的有齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构、连杆机构、螺旋机构等常用机构。 由于一般茶叶机械的转速很低，每分钟只有几十转，而且常用的电动机每分钟约一千四百多转，因此茶叶机械中常用的变速机构的减速机构。常用的变速传动机构有：摩擦轮传动、带传动、齿轮传动及蜗杆传动机构等。其中摩擦传动、带传动是靠摩擦力来传动的，属于摩擦传动，而齿轮、蜗杆、链传动是靠轮齿啮合来传动的，属于啮合传动。 制茶机采用带传动形式，因为： （1）制茶机要求结构轻型简便，带传动结构简单。 （2）制茶机要求料仓能够在机架上来回运动，偏心轮可以实现这一要求。 （3）制茶机要求料仓速度可以在一定范围内进行调节，调速轮可满足这一要求。 （4）带传动运转平稳，缓冲吸震性能较好，传动中心距可以较大。 2.2 部分零件设计计算：2.2.1 确定电动机的型号及安装尺寸 多功能炒茶机要求料仓的速度可以在一定范围内进行调节，则在选择电动机容量时应以料仓最大速度来确定。 在设计多功能炒茶机时要求偏心轮的转速为 110160 转/分。2.2.1.1 求料仓的速度偏心轮转动一周，料仓移动的距离为 S S=2pR = 2 3.14 88 = 552.64 mm (2-1) 偏心轮移动一周所需要的时间T (2-2) 由(2-1) (2-2)两式得料仓的速度V 2.2.1.2 求连杆的拉力估计料仓的重量料仓四周用角钢（ 40 4 ）组成，查表知（ 40 4 ）的角钢理论重量为 2.422kg/m经估算角钢的总长度为（ 850 2 + 650 2 ）mm则角钢的质量 m1m1= (850 + 650)22.422 = 7.75kg (2-3)料仓的槽锅由五片组成，每片约 1 kg，则槽锅的总质量为 m2= 5 kg在槽锅中每个槽锅放有一木棒，每个木棒的质量为 1 kg，则木棒的总质量为m3= 5 kg当茶叶放入料仓时,茶叶的湿度很大，当茶叶放入时，初始质量估计有 0.3kg，即 m4 = 0.3kg所以料仓的总质量 MM= m1 + m2 + m3 + m4=7.75+5+5+0.3=18.05 kg则压力 N=G=Mg=180.5 N (2-4)料仓与机架的接触为滚动接触，且是钢与钢的接触，查表得： m = 0.15得摩擦力 f f = Nm=180.5 0.15=27.075 N (2-5)由于是偏心轮传动，则连接杆的拉力是一变量。当偏心轮的传动力变成推力时，可估计最大推力为 90N.2.2.1.3 初选电动机按工作条件和要求，选用单相电容异步电动机的电压为220V，JY 型。2.2.1.4 选择电动机的容量 则 得 (2-6)其中 F 为料仓的最大工作阻力取 Fmax = 120 N其中V 为最大线速度，由于料仓的平均速度为 1.01m/s1.47m/s.可估计料仓的最大线速度V =2 m/s。由电动机至料仓的转动效率为a a = 12 23 (2-7)因为传动效率a为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积。同类型的几对传动副，轴承或联轴器要分别考虑效率。轴承效率均指一对轴承而言。本设计中1,2 分别为带传动，滚子轴承的传动效率取1 = 0.96、2 = 0.98则 a =12 23 = 0.96 2 0.983 = 0.87 (2-8)所以 (2-9)取 V 带传动比为 i=24,则总传动比为 416，故电动机的转速可选范围 Nd = =640 2560 r/min (2-10)最后确定电动机为下表：表 2.1 电动机型号及其参数电动机型号额定功率（W）满载时转速（r/min）电流（3800 时 A）JY713437014004.3由于料仓的速度较慢，所以电动机的转速较慢，为1400r/min，故选用单相电容异步电动机。2.2.2 确定传动装置的总传动比和分配传动比由选定的电动机满载转速 nm 和工作机主动轴转速 n ，可得转动装置的总转动比为 ia (2-11)总传动ia又为i1 ，i2 的乘积即 (2-12)分配传动比，即各级传动比如何取值是该设计中的重要问题。传动比分配的合理，可以使传动装置得到较小的外廓尺寸或较轻质量，以实现降低成本和结构紧凑的目的。考虑到i1是在一定范围内可以变化，又知V带传动时传动比为24之间，且V带传动的外廓尺寸不致过大。故取 i2=3.57 i1 =2.453.562.2.3 确定V带型号和带轮直径及中心距 制茶机的转动装置为带转动，带转动主要靠带与带轮之间的摩擦力传动动力，因此，带传动的参数选取、工作能力和设计依据都与接触表面的摩擦有关。本机构的传动带为三角胶带B型带。三角胶带传动的主要参数小带轮包角小带轮包角愈大，带和带轮接触弧愈长，其接触面间产生的摩擦力愈大，因此，带传动的承载能力也愈大。过小时，带容易在带轮上打滑。为了保证一定的工作能力，一般要求 D2= iD1 120 ，包角的近似计算公式为 (2-13)带的速度 V 和传动比 i带的速度一般控制在 V=(525)m/s 的范围内，最高不超过 30m/s。当传递功率一定时，若速度过低，圆周力就增大，带的断截面尺寸和根数就要增加。带传动的传动比 为使带传动的结构尺寸不致过大，包角不致过小，对三角胶带传动，一般取i 7 。本设计i1 = 2.45 3.56 ，i2 = 3.57 。带轮直径 D1、D2若主动带轮直径为D1，则从动带轮直径为D2= iD1 。显然，减小直径D1 ，就可以减小直径D2 ，从而减小传动的外廓尺寸。虽然对于B型带要求D1 125mm ，但考虑到炒茶机的机体大小，不应允许传动轮的外廓尺寸过大，所以出现直径60mm 95mm D1 125mm。当D1偏小后，带轮的包角增大，传动效率增强，这样由于摩擦力的增大，带的寿命减弱，所以多功能炒茶机应有专门的传送带，使其既符合过小的带轮的直径，又能有较高寿命。中心距包角的大小与中心距有关，为了保证得到较大的包角，心距不能过小。此外，中心距过小，皮带长度就短。但由于D1偏小，所以中心距也会相应的缩短，不至于使包角过大。皮带长度愈短，在速度一定小呆绕过带轮次数就越多。从而降低皮带寿命。但是带轮传动的中心距也不宜过大，否则，带太长易引起颤动。在设计中，考虑到机体结构尺寸的大小，中心距偏小，则带的寿命会减弱，所以制茶机要求专业用带。2.2.3.1 第 I 级传动系统 由于调速轮的带轮直径可以在一定范围内进行调节，可取其带轮直径最大时计算，然后再确定最小带轮直径。本机构的传动带为三角胶带 B 型带。计算如下表 2.2：表 2.2 第 I 级中带轮的参数计算及结果计算项目代号公式及数据单位说明计算值功率PcPc = KAP千瓦K A ：工作情况系数取 K A =1.2Pc：传递功率取 P =0.370.444胶带型别B 型小带轮直径D1毫米考虑到机构体积增大包角可提高其传动能力D1 125mm取 95大带轮直径毫米250大带轮转速转/分524毫米172.5DminDmin毫米77.5初取中心距离a毫米a = 250带长毫米1120中心距a毫米280小轮包角度带速V米/秒6.96传动比i2.672.2.3.2 第 II 级传动系统表 2.3 第II级中带轮的参数计算及结果计算项目代号公式及数据单位说明计算值工作情况系数 K AK A取 1.2选择带型号B 型小带轮直径D1毫米70大带轮直径D2毫米250毫米160DminDmin毫米90初取中心距a毫米250带长L毫米1120中心距a毫米270小轮包角度带速V米/秒1.922.2.4 轴的设计计算 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。它由轴上安装零件类型、尺寸及其位置、零件的固定方式，载荷的性质、方向、大小及分布情况，轴承的类型与尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺、安装及运输，对轴的变形等因素有关。设计者可根据轴的具体要求进行设计，必要时可做几个方案进行比较，以便选出最佳设计方案，以下是一般轴结构设计原则： a.节约材料，减轻重量，尽量采用等强度外形尺寸或大的截面系数的截面形状； b.易于轴上零件精确定位、稳固、装配、拆卸和调整； c.采用各种减少应力集中和提高强度的结构措施； d.便于加工制造和保证精度。2.2.4.1 第 I 根传动轴的强度计算 轴的结构图见附录 轴的受力图 水平面（XY 平面）受力图 水平面弯矩图 取 1mm=200N/mm 垂直面（XZ 平面）受力图 竖直平面弯矩图 合成弯矩图 当量弯矩图 当量弯矩图 轴I 的材料选用 4S 钢调质， = 650MPa ， = 360MPa 。轴 I 的计算步骤列于下表 2.4：表 2.4 轴 I 的受力及载荷计算计算项目计算内容计算结果计算带轮受力张紧力F0(查表 11.4， q = 0.17kg / m )F0 = 73.6N轴上载荷FQ(左端)=134.6N则 Z 方向分力（其中） = 98.9N= 98.9NY 方向分力 = 91.3N = 91.3N张紧力 F0F0 = 204.6N轴上载荷(右端)= 385.4N = 385.4N则 Z 方向的分力为 (其中 = arctan = 56.9 )= 385.4 sin = 322.8N = 322.8N则 Y 方向的分力为 o= 385.4cos= 210.5N = 210.5N计算支承反力Y 方向反力 = 240.8NY 方向反力 = 68.6NZ 方向反力 = 213.3NZ 方向反力 = 437.2N计算转矩转矩T T许用应力应力校正系数 = 102.5MPa许用应力值 = 60MPa应力校正系数 = = 0.59= 0.59校核直径=12.9 mmd = 12.9 25mm满足强度要求 =8.5 mmdI = 8.5 24mm满足强度要求2.2.4.2 第II根传动轴的强度计算 轴结构图见附录 轴受力图 水平面（XY 平面）受力图 水平面弯矩图 取 1 mm =375N/mm 垂直面（XZ 平面）受力图 垂直面弯矩图 合成弯矩图 转矩图合成当量图轴II的计算步骤列于下表2.5：表2.5 轴II的受力及载荷计算计算项目计算内容计算结果轴上载荷 FQ1 ,FQ2（右端）从动轮上轴的载荷与主动轮皮带作用于轴上的载荷大小相等，方向相反。FQ1 = 210.5NFQ2 = 322.8NFR1 118 = F1 154 +F2轴上载荷 F1 ,F2(左端) 偏心轮的连杆的拉力 F ，其大小相等，方向时刻都在改变可选最大力计算，当连杆对料仓的力为推力时，则F1 = 90NF2估计为最大值100N计算支承反力Y 方向反力 FR2FR2 118 = FQ1 150 + F1 36FQ1 150 + F1 36FR2 = 118210.5 150 + 90 36=118= 295NFR2 = 295NY 方向反力 FR1FR1 118 = F1 154 + FQ1 32F1 154 + FQ1 32FR1 = 11890 154 + 210.5 32=118= 174.5NFR1 = 174.5NZ 方向反力 FR3FR3 118 = F2 154 + FQ2 32F2 154 + FQ2 32FR3 = 118FR3 = 204.9N100 154 + 322.8 32=118= 204.9NZ 方向反力 FR4FR4 = FQ2 + FR3 F2= 204.9 + 322.8 100= 427.7NFR4 = 427.7N计算转矩转矩T许用应力应力校正系数 = 102.5MPa许用应力值 = 60MPa应力校正系数 =0.59= 0.59当量弯矩在带轮中间截面处M I M IVM I = MIV在支承面处 M IIM II =12445.6N/mm校核直径dI ,dIVdI = dIV = 11.3mm 24mm满足强度要求dIIdII= 12.8mm满足强度要求2.3 主要的局部结构设计2.3.1 传动装置中的主要传动轮调速轮调速轮也叫无级变速装置，是指变速传动比 i1 能在一定的范围内连续改变，也就是说，可以在此范围内调节成任意的传动比。可以利用三角胶带做成中间绕性件组成若干种无级变速装置。在电动机轴上装有两个相对的圆锥轮，二圆锥面的夹角中安装有三角胶带。两个圆锥轮，一个固定在电动机轴上，叫固定套，一个能在此轴上滑动，叫活动套。在调节调速轮上的螺母或弹簧时，活动套可以向外或向内滑动，从而改变了皮带主动轮的直径，即改变了转动比。在本设计中调速轮的直径可调范围在 60mm 95mm 之间，主要是靠调节弹簧的压缩量来进行调节的。调速轮结构比较简单，工作可靠，压紧力不随载荷变化，但调速轮状态有所限制，寿命较短，机械效率低。图见附录。传动轮本设计中传动轮有3台，其中一个传动轮的直径为70mm ，其它两个传动轮直径为250mm 。对带轮要求是强度够、重量轻、旋转均衡、轮缘工作表面要精细加工，以减少带的磨损。制造带轮的材料一般为铸铁，也有钢和木材等。铸铁带轮适用于圆周 V 30 m/s，常用的铸铁牌号为HT150及HT200。本设计带轮材料为HT200。 图见附录。偏心轮 偏心轮上的偏心孔距离偏心轮中心有一定的距离。偏心的中心孔直接与传动轴联接，偏心轮的偏心孔利用连接杆和料仓联接。当偏心每转一周，料仓移动一个来回。图见附录。2.3.2 料仓的设计茶叶杀青的目的是利用高温破坏茶叶中酶的活性，制止多酚类氧化变化，保持茶叶翠绿的颜色，散失青草气，初步形成茶香，蒸发水分，到达熟度要求，使叶质变软，以便压扁、成型。杀青工艺要求掌握“高温杀青，先高后低”、“抛闷结合，多抛少闷”和“老叶多闷，嫩叶多抛”的原则。为此，杀青机必须具备在短时间内将鲜叶温度迅速提高到 70oC 80oC 的能力而且在整个工艺中温度应调节方便。茶叶杀青机有锅式、滚筒式、槽式、筒槽式和槽锅式等，主要都是以其料仓的形状来命名。这也说明一台茶叶杀青机料仓的设计是茶叶杀青中重要的一步。本设计中料仓的类型为槽锅式，由5个槽锅连续连接而成，其实现功能有杀青、理条、压扁、成型等。槽锅式料仓主要靠料仓的来回移动来改变茶叶的运动方向，来实现茶叶的翻抛。为适应“抛闷结合，多抛少闷”的原则，要求槽锅式杀青机能使茶叶的翻抛具有一定的幅度，且幅度愈大愈好。当压扁棒放入槽锅内时，要求槽锅与木棒有足够的摩擦力和压力，能让茶叶压扁成型。所以槽锅由两片组成，且左右两片半圆也不相等，两半圆也不同圆心，茶叶在翻抛时有离心力。槽锅设计见附录。6 结论本设计是以是将茶叶加工机械和微型计算机的控制相结合， 使其具有 “安全、智能、多功能、节能和环保”的优势，给人们的工作带来了许多便利。通过自己对茶炒制机的设计，具体做了以下几点工作： （1） 查阅国内外关于茶叶机械发展状况以及控制系统在茶叶机械上的应用，根据自己任务书上的要求确定自己的论文方向。 （2） 根据多个机械结构设计方案， 选择自己的方案。 进行基本设计计算并绘制 CAD 图。 （3） 硬件电路设计： 根据传感器-放大器-A/D-单片机的方案来选取相关的硬件电器来实现单片机对茶炒制的控制。 （4） 利用单片机控制系统来控制炒锅的温度来控制加热系统， 是炒制更具有灵活性。 通过炒锅上的温度传感器将信号传递给放大电路， 在经过 A/D 转换传递给单片机来控制锅的温度。用 MCS-51 汇编语言来编写程序实现单片机控制的基本功能。 经过对现有茶炒制机的简单设计计算并且利用对单片机控制的设计， 使茶制更具有“安全、智能、多功能、节能和环保”的优势，满足人们的要求。使具有自动化程度较高，大大降低了工作人员的劳动强度，提高了茶炒制效率，达到了所设计的目的。 这次毕业设计是我对大学的全部基础专业课的一次深入的综合性的复习，也是一次理论结合实践的训练，因此，它在我们大学生活中占有很重要的地位。通过这次毕业设计对自己的四年大学生活做出总结，同时为将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼了自己的分析问题、解决问题的能力，为今后自己的工作和生活打下一个良好的基础。此次毕业设计是综合运用了本专业知识，分析并解决设计中所遇到的问题，进一步巩固、加深和拓宽所学知识。通过这次设计实践，是逐步树立了正确的设计思路，增强了创新意识，熟悉并掌握了机械设计中的一般规律和方法，培养了我的分析问题解决问题的能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，使我进行了较全面的机械设计基本技能的训练。另外通过此次设计使我领悟出机械设计的一般进程：设计准备、传动装置总体设计、传动零件设计计算、装配图设计、零件工作图设计、编写设计说明书。在设计过程中，在独立完成的同时，还有及时跟指导老师进行沟通和请教。每个阶段完成后要认真仔细检查，有错误要认真修改，精益求精。毕业设计的每个阶段都是相互联系的。设计时，零、部件的结构尺寸不是完全由计算确定的，还要考虑结构、工艺性、经济性以及标准化、系列化等要求。由于影响零、部件尺寸的因素很多，随着设计的进展，考虑的问题要更加全面和合理，故后阶段设计要对前阶段设计中的不合理结构机型必要的修改，所以，设计要边计算、边画图，反复修改，设计计算和绘图是交替进行的。在设计中要贯彻标准化、系列化与通用化可以保证互换性、降低成本、缩短设计周期，这是机械设计应遵循的原则之一，也是设计质量的一项评价指标。在设计中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规格，尽量采用标准件，并应注意一些尺寸需要圆整为标准尺寸。同时设计中应减少材料的品种和标准件的规格。毕业设计是每一个大学生的必修课，它要求每个人独立思考问题，并将在大学期间所学的知识运用在实践中，并对知识进行归类和深化。能够多方面的提高学生的能力，为进入社会做足准备。通过本次毕业设计，使我运用各种机械绘图软件的技能得到了很大的提高，也正是运用了这些绘图软件，才使得我的整个设计过程大大简化了，设计的速度也得到了很大的提高。通过这次毕业设计，我学到了很多东西，取得了一定的成绩，但同时也存在一定的不足和缺陷，我想这都是这次设计的价值所在，以后的日子，我应该更加努力认真，以冷静沉着的心态去办好每一件事情。感谢各位老师的教导和关系，特别向指导老师高英武老师表示感谢，感谢高老师对我细心地指导。通过几个月的努力，我相信此次毕业设计一定能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号。参考文献参考文献16CR-55型茶叶揉捻机J 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