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聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文
本科畢業(yè)設(shè)計
題 目 全自動切菜機
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
作者姓名
學(xué) 號
單 位 機械與汽車工程學(xué)院
指導(dǎo)教師
2015年5月
教務(wù)處編
1
本科畢業(yè)設(shè)計
原創(chuàng)性聲明
本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨立進行研究取得的成果。除文中已經(jīng)引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均在文中以明確的方式表明。本人承擔本聲明的相應(yīng)責任。
學(xué)位論文作者簽名： 日期：
指 導(dǎo) 教 師 簽 名: 日期：
摘 要
在對全自動家用切菜機整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，包括了原理方案設(shè)計，傳動機構(gòu)、切削機構(gòu)和控制裝置的設(shè)計以及主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對部分設(shè)計結(jié)果進行校核。在對切菜機的設(shè)計中設(shè)有兩個進料口，節(jié)省了切片切絲換刀的時間，并且進料口帶有感應(yīng)裝置，下料后自動開啟，更加智能化、人性化，機體帶有PLC控制裝置，可使兩切刀單獨工作，節(jié)省資源。整體機構(gòu)采用立式布置，結(jié)構(gòu)緊湊，并使用電機作為動力來源，省時省力。在對能源設(shè)計方面，重新選擇動力來源，改進切削方法，不僅增強了家用切片切絲機的加工能力，還提高了使用的安全性。
關(guān)鍵詞：切菜機；全自動；PLC；厚度調(diào)整
關(guān)鍵詞：切菜機；全自動；PLC；厚度調(diào)整
Abstract
In the design process of automatic home Shredder’s overall structure, including design of the transmission mechanism, the cutting mechanism, the control device, the design principles of the main components, and checking part of the design results. In the design of the Shredder ,there are two feed ports, saving tool change time of slicing and shredding, and inlet with sensors, automatically open after cutting, more intelligent, humane. The machine with a PLC control system that allows both the cutter working alone, saves resources. The whole institution uses vertical arrangement, compact, and uses the motor as a power source, saving time and effort. In the design of energy, re-selected the power source, improved cutting method, not only enhances the processing capacity of the home slice cutters, but also improves the safety of use.
Keywords : cutting machine; automatic; PLC; thickness adjustment
ii
目 錄
1.緒論 1
1.1食品機械簡介 1
1.2 切菜機介紹 1
2.切菜機的結(jié)構(gòu) 2
2.1切菜機的工作原理 2
2.2結(jié)構(gòu)方案的選擇 3
2.2.1驅(qū)動裝置 3
2.2.2傳動裝置 3
2.2.3檢測裝置 5
2.2.4控制裝置 7
3.主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計 10
3.1電機的選擇 10
3.2 V帶的選擇 11
3.2.1帶的選擇 11
3.2.2大小帶輪基準的直徑計算 11
3.2.3驗算帶速 11
3.2.4 V帶基準長度Ld和中心距a 11
3.2.5驗算小帶輪包角 12
3.2.6作用在帶輪軸上的壓力 12
3.2.7帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
3.2.8大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 13
3.3 主軸部件的設(shè)計 13
3.3.1軸的材料選取和結(jié)構(gòu)圖 13
3.3.2計算主軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距 14
3.3.3初定軸的最小直徑 14
3.3.4軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定 15
3.3.5軸承的設(shè)計 15
3.3.6軸的校核 16
3.4 切刀部分的設(shè)計 20
3.4.1切片刀的設(shè)計 20
3.4.2縱向小割刀的設(shè)計 22
3.4.3刀盤部分的設(shè)計 23
3.4.4刀盤套筒的設(shè)計 23
3.5機體的設(shè)計 24
3.5.1機架及機體壁的設(shè)計 24
3.5.2進料斗及下料斗的設(shè)計 24
3.6 PLC 25
3.6.1 PLC簡介 25
3.6.2光電傳感器與PLC 26
3.6.3 PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn) 27
4.總 結(jié) 28
參考文獻 30
致 謝 31
II
聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計
全自動切菜機
1.緒論
1.1食品機械簡介
食品機械是將食品的原料加工成食品（或半成品）的一類專業(yè)機械，是食品工業(yè)方面的技術(shù)裝備。食品工業(yè)想要獲得更好發(fā)展，除了需要先進的食品工藝技術(shù)外，還需要先進的食品生產(chǎn)設(shè)備，這種技術(shù)保障是不可或缺的，兩者必須協(xié)同發(fā)展，互相促進。隨著我國不斷發(fā)展的經(jīng)濟建設(shè)，我國的食品加工機械行業(yè)逐漸形成并且逐步發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)為我國國民經(jīng)濟的發(fā)展做出了重要貢獻。在經(jīng)濟和社會的發(fā)展中，社會對食品的需求不但持續(xù)增長，而且要求越來越高，食品機械將會在國民經(jīng)濟建設(shè)中有更加突出的地位和作用。食品機械有很多優(yōu)點：（1）減輕人員勞動強度，省時省力，提高效率，極大的解放生產(chǎn)力。（2）能實現(xiàn)人力所達不到的特殊加工效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少原材浪費。（3）減少因人與食物的直接接觸而帶來病菌傳播機會，更好的防止食品污染，保障食品安全。(4)提高食品生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力。（5）有利于改進和加強企業(yè)的管理?？傊称窓C械在食品工業(yè)中起著舉足輕重的作用，有著不可替代的地位。[1]
1.2 切菜機介紹
隨著飛速發(fā)展的經(jīng)濟水平和科學(xué)技術(shù)，人們的生活水平也飛速提高，人們對方便快捷的日常生活的要求也越來越高。因此，為了應(yīng)對生活中的各種困擾，給人們的生活提供便利，提高效率，節(jié)省人力時間，使用家用機械產(chǎn)品已然成為家庭生活中的一種趨勢。但是，家庭日常生活中切菜難而且危險的難題還沒有解決。針對這一問題，設(shè)計一款家用的切片切絲機，專門用來解決塊狀、根莖類蔬菜切削難的問題。因此，切菜機應(yīng)滿足以下要求：
要保證切實可行性，要和生活相貼近，做到在生活中有必要用，并且切切實實用得到；要和時代主題相適應(yīng)，盡量做到綠色環(huán)保，能耗少；要有一定的工作效率；要確保機械有高的安全性、不發(fā)生切到手的狀況；要能調(diào)節(jié)所切蔬菜片的厚度，確保一定條件下可以使切片的厚度均勻。
除此之外，還要有經(jīng)濟性要求 機器的一個綜合指標就是經(jīng)濟性，在蔬菜切片機的設(shè)計、制造、使用、維修等各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)?？傊?jīng)濟性就是要求在滿足功能要求的前提下，將機器的制造成本降到最低。
安全性要求 在切菜機的設(shè)計階段就必須對機器的使用安全給予足夠的重視，因此要在設(shè)計過程中特別注意使用者的安全，特別是使用者手的安全。要采用各種防護措施，試運行中的刀具不會與人體直接接觸。
可靠性要求 簡單的說，可靠性就是切菜機在使用性能中的穩(wěn)定性，它是該切菜機的一個重要質(zhì)量指標?？煽啃运皆礁?，說明機器在使用過程發(fā)生故障的概率越小，能正常工作的時間就越長。
操作方便要求 切菜機是一種給生活帶來方便的機械產(chǎn)品。在設(shè)計中必須注意操作時要輕便省力；操作機構(gòu)要適應(yīng)人的生理條件；切菜機的使用噪聲要小；防止污染等。此外，還要方便搬運與拆卸維修。設(shè)計切菜機是，在滿足基本要求的前提下滿足這些特殊要求，以提高機器的使用性能和保證機器的工作質(zhì)量。[2]
2.切菜機的結(jié)構(gòu)
2.1切菜機的工作原理
本機用兩個刀片進行切削，菜在重力作用下滑落到切刀處，一處刀片將菜切成片，另一處切刀將菜切成絲，切片刀和縱向割刀配合的方式切絲。將切片刀與軸位置固定，調(diào)整刀盤在軸上的位置來實現(xiàn)切片的薄厚，這是切絲粗細的關(guān)鍵之一。主軸即刀盤軸為橫向，動力由電動機經(jīng)帶傳動，通過電動機功率和轉(zhuǎn)速的選擇使獲得一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，切刀由主軸帶動進行蔬菜切削。
切片時，蔬菜經(jīng)進料口滑入下料斗，進料口的檢測裝置啟動，由傳感器將信號傳至PLC，再由PLC控制電機正轉(zhuǎn)，菜由其自身重力和下料斗楔形壁的壓力下，使其緊貼刀盤，切片刀和刀盤同步旋轉(zhuǎn)，由于切片刀與刀盤之間存在間隙，切片刀將蔬菜片切下，在離心力和自身重力的作用下，從刀盤間隙甩出。此間隙即為菜片的厚度，通過調(diào)整刀盤定位處的調(diào)整螺母，在彈簧力的作用下就可改變刀盤同切刀之間的間隙，從而調(diào)節(jié)切出的蘿卜片的薄厚。切絲時，蔬菜經(jīng)進料口滑入下料斗，進料口的檢測裝置啟動，由傳感器將信號傳至PLC，再由PLC控制電機反轉(zhuǎn)，并將縱向割刀卡在刀盤的孔中，即可方便的切絲?？v向割刀采用標準設(shè)計，卡刀方便，制造出小刀片之間間隙不同的規(guī)格的型號。通過換刀，同時又可調(diào)整切片刀與刀盤間的間隙，就可方便的調(diào)整切出的菜絲的粗細。此即切菜機的工作原理。由于下料斗采用楔形結(jié)構(gòu)，不但保證了切削時的壓力。而且能適應(yīng)物料大小的不同。
2.2結(jié)構(gòu)方案的選擇
2.2.1驅(qū)動裝置
家用機械產(chǎn)品的主要動力來源有人和電動機兩種。人力的主要特點是：持續(xù)時間有限，動力波動較大，但控制方便，清潔無污染。電動機的主要特點是：動力可靠，穩(wěn)定性高，工作效率高，占用空間位置不大，消耗電能，需要配套的調(diào)速控制裝置；但小功率的電機耗能少，但轉(zhuǎn)速過高，轉(zhuǎn)矩不大，普通電機就能滿足要求，能耗也較少，利用率較高?？紤]到本設(shè)計對動力的穩(wěn)定性及持續(xù)性的要求優(yōu)先考慮使用電機作為動力來源。確定動力源及機構(gòu)布置形式之后，還需要選擇相匹配的傳動機構(gòu)。
2.2.2傳動裝置
帶傳動是一種應(yīng)用很廣泛的機械傳動。帶傳動有主動輪、從動輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)形傳動帶組成。它是利用傳動帶作為中間的撓性件，依靠傳動帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運動的，主動軸的動力通過撓性傳動帶撓性傳遞給從動軸。優(yōu)點是：能緩和載荷沖擊；運行平穩(wěn)無噪聲；制造安裝精度不想嚙合傳動那樣嚴格；過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可以防止其他零件的損壞；可以增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件[3]。
圖2.1帶傳動機構(gòu)
凸輪機構(gòu)一般是由凸輪、從動件和機架三個構(gòu)件構(gòu)成，通常選取凸輪作主動件，通過設(shè)計凸輪的形狀使從動件得到預(yù)期運動，從動件的運動主要是直線上的往復(fù)運動，因而在本設(shè)計中不考慮使用凸輪機構(gòu)。
圖2.2凸輪機構(gòu)
蝸輪蝸桿傳動主要用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合，雖然可以實現(xiàn)本設(shè)計的預(yù)期目的，但其傳動效率低，成本較高，不適宜用在本設(shè)計中。
圖2.3蝸輪蝸桿
鏈傳動與帶傳動相類似，是由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作為中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運動和動力。以上兩種傳動都是實現(xiàn)平行軸間運動和動力的傳遞，在本設(shè)計中如將平行軸豎直布置可實現(xiàn)預(yù)期目的。
圖2.4鏈傳動
連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副連接而成，構(gòu)件運動形式多樣，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面或空間復(fù)雜運動，可用于剛體導(dǎo)引、實現(xiàn)已知運動軌跡或運動規(guī)律。在本設(shè)計中要應(yīng)用連桿機構(gòu)將主動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動或直線往復(fù)運動轉(zhuǎn)換為實刀具在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，可采用雙曲柄機構(gòu)或者逆向運用曲柄滑塊機構(gòu)。
圖2.5連桿機構(gòu)
齒輪機構(gòu)是現(xiàn)代機械中應(yīng)用最廣泛的傳動機構(gòu)，可以用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運動和動力，并可以改變轉(zhuǎn)動速度和傳動方向。其優(yōu)點是：齒輪傳動和其他形式的機械傳動相比較，傳遞的功率和圓周速度范圍較大，傳動效率高，能保證恒定的傳動比，工作平穩(wěn)、安全可靠且使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊。在本設(shè)計中可以利用齒輪機構(gòu)或齒輪齒條傳動實現(xiàn)所需功能。[4]
圖2.6錐齒輪
根據(jù)上述分析，帶傳動、鏈傳動等都可實現(xiàn)預(yù)期目的，但考慮到本設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)要緊湊，綜合考慮機器更易執(zhí)行轉(zhuǎn)動動作，并能夠在動作中給構(gòu)件施加較大的力，因而不考慮齒輪齒條機構(gòu)以及會產(chǎn)生死點的曲柄滑塊機構(gòu)。經(jīng)對比分析之后，選用帶傳動和直齒圓錐齒輪傳動，不僅可實現(xiàn)傳遞運動及動力的目的，還可使整體結(jié)構(gòu)緊湊。
2.2.3檢測裝置
光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。
圖2.7光電傳感器
工作原理：光電傳感器是通過把光強度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維[5]。
分類和工作方式：槽型光電傳感器，把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)組成槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關(guān)便動作，輸出一個開關(guān)控制信號，切斷或接通負載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。
對射型光電傳感器，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大，一個發(fā)光器和一個收光器組成對射分離式光電開關(guān)，簡稱對射式光電開關(guān)。對射式光電開關(guān)的檢測距離可達幾米乃至幾十米。使用對射式光電開關(guān)時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號。
圖2.8對射型光電傳感器
反光板型光電開關(guān)，把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路，收光器收不到光時，光電開關(guān)就動作，輸出一個開關(guān)控制信號。
擴散反射型光電開關(guān)，擴散反射型光電開關(guān)的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但擴散反射型光電開關(guān)前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測時，當檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關(guān)信號[6]。
綜合以上資料及經(jīng)濟性的考慮可選擇對射型光電傳感器。
2.2.4控制裝置
離合器是一種在機械運轉(zhuǎn)中，可將傳動系統(tǒng)隨時分離或結(jié)合的裝置，在各類機械中得到廣泛的應(yīng)用。對其基本要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速而徹底；調(diào)節(jié)和修理方便；外廓尺寸??；質(zhì)量?。荒湍バ院煤陀凶銐虻纳崮芰?；操作方便省力。離合器類似于開關(guān)，接合或斷離動力傳遞作用，離合器機構(gòu)其主動部分與從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳動過程中還要有可能相對轉(zhuǎn)動。離合器的主動件與從動件之間不可采用剛性聯(lián)系。離合器的工作原理 ：離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)（液力偶合器），或是用磁力傳動（電磁離合器）來傳遞轉(zhuǎn)矩，使兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動。
電磁離合器，靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為：通電結(jié)合和斷電結(jié)合。
干式單片電磁離合器：線圈通電時產(chǎn)生磁力吸合“銜鐵”片，離合器處于接合狀態(tài)；線圈斷電時“銜鐵”彈回，離合器處于分離狀態(tài)。干式多片、濕式多片電磁離合器：原理同上，另外增加幾個摩擦付，同等體積轉(zhuǎn)矩比干式單片電磁離合器大，濕式多片電磁離合器工作時必須有油液或其它冷卻液冷卻。
圖2.9電離離合器
磁粉離合器，在主動與從動件之間放置磁粉，不通電時磁粉處于松散狀態(tài)，通電時磁粉結(jié)合，主動件與從動件同時轉(zhuǎn)動。優(yōu)點：可通過調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，允許較大滑差。缺點：較大滑差時溫升較大，相對價格較高。
圖2.10磁粉離合器
轉(zhuǎn)差式電磁離合器：離合器工作時，主、從部分必須存在某一轉(zhuǎn)速差才有轉(zhuǎn)矩傳遞。轉(zhuǎn)矩大小取決于磁場強度和轉(zhuǎn)速差。勵磁電流保持不變，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加而劇烈下降；轉(zhuǎn)矩保持不變，勵磁電流減少，轉(zhuǎn)速減少得更加嚴重。轉(zhuǎn)差式電磁離合器由于主、從動部件間無任何機械連接，無磨損消耗，無磁粉泄漏，無沖擊，調(diào)整勵磁電流可以改變轉(zhuǎn)速，作無級變速器使用，這是它的優(yōu)點。該離合器的主要缺點是轉(zhuǎn)子中的渦流會產(chǎn)生熱量，該熱量與轉(zhuǎn)速差成正比。低速運轉(zhuǎn)時的效率很低，效率值為主、從動軸的轉(zhuǎn)速比，即η=n2/n1。
摩擦離合器，是應(yīng)用得最廣也是歷史最久的一類離合器，它基本上是由主動部分、從動部分、壓緊機構(gòu)和操縱機構(gòu)四部分組成。主、從動部分和壓緊機構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動動力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機構(gòu)主要是使離合器分離的裝置。?在分離過程中，踩下離合器踏板，在自由行程內(nèi)首先消除離合器的自由間隙，然后在工作行程內(nèi)產(chǎn)生分離間隙，離合器分離。在接合過程中，逐漸松開離合器踏板，壓盤在壓緊彈簧的作用下向前移動，首先消除分離間隙，并在壓盤、從動盤和飛輪工作表面上作用足夠的壓緊力；之后分離軸承在復(fù)位彈簧的作用下向后移動，產(chǎn)生自由間隙，離合器接合。
液力離合器，用流體（一般用油）作傳動介質(zhì)，與機械式離合器相比，除傳動特性有各種變化以外，還主要吸收因主動軸和從動軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的振動和沖擊。
液力離合器的結(jié)構(gòu)包括一個輸入軸，具有一個增速齒輪系；一個工作液流腔，由一個葉輪、一個從動輪和一個葉輪殼構(gòu)成；一個輸出軸，帶有從動輪，并且從動輪與葉輪可以操作地組合在一起；一般葉輪殼和葉輪由具有小比重和大應(yīng)力承受范圍的材料構(gòu)成，以減小離心應(yīng)力。
圖2.11液壓離合器
根據(jù)需要選用電磁離合器。
由PLC來控制電機正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)整個動作。
圖為機器的整體基本結(jié)構(gòu)圖，其中用離合器來實現(xiàn)互鎖。
圖2.12 機器的整體基本結(jié)構(gòu)圖
1.電動機 2.帶輪 3.離合器 4.錐齒輪
5.切片刀 6.切絲刀 7.V帶 8.傳動軸
3.主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計
3.1電機的選擇
經(jīng)查閱手冊[7]及相關(guān)資料，刀盤軸轉(zhuǎn)矩滿足T〉 5N.m，就能滿足一般蔬菜的切削，并且刀盤轉(zhuǎn)速反不宜太快，不僅不能保證質(zhì)量，而且還存在安全隱患，所以初步選定轉(zhuǎn)速為450r/min ，轉(zhuǎn)矩為T=15 N. m。由于
（式3.1）
則
（式3.2）
由于考慮到電機需正反轉(zhuǎn)，為了使用方便，選用三相異步電動機，額定電壓是380V的。查閱機械課程設(shè)計手冊，可選用小功率異步電動機Y 系列，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量以及傳動比。采用V 帶傳動，設(shè)計V 帶傳動比為3即可，因此選定電動機的型號是Y802-4?；緟?shù)為：額定功率0.75kw；電壓380V；轉(zhuǎn)速1390r/min。
3.2 V帶的選擇
3.2.1帶的選擇
,由機械設(shè)計手冊[8]得，選普通V帶A型帶。
3.2.2大小帶輪基準的直徑計算
由于采用YC90L4電動機，傳動比為3的方案。所以只需一級傳動即可實現(xiàn)，設(shè)計V帶傳動比為3。由表13—7，取,
（式3.3）
由機械設(shè)計手冊[8]，取。
3.2.3驗算帶速
（式3.4）
V在范圍內(nèi)，合適。
3.2.4 V帶基準長度Ld和中心距a
初步選取中心距：
（式3.5）
取，得帶長
。 （式3.6）
查表[9]，對A型帶選用
計算實際中心距：
（式3.7）
3.2.5驗算小帶輪包角
（式3.8）
合適。
求V帶根數(shù)：
需要傳遞功率為0.75KW，故選用兩根[10]。
3.2.6作用在帶輪軸上的壓力
查得A型V帶的單位長度質(zhì)量為q=0.1 kg/m[8]，故由公式得單根v帶的初拉力
=117N （式3.9）
作用在軸上的壓力
（式3.10）
3.2.7帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
小帶輪轂孔徑 ，帶輪基準直徑 故小帶輪采用實心式，大帶輪采用孔板式。
小帶輪 其中：
（式3.11）
（式3.12）
（式3.13）
（式3.14）查得[8]：e=12±0.3 mm ，
3.2.8大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸
取大帶輪軸和小帶輪軸相同。則大帶輪的參數(shù)如下：
B=（z—1）e+2f=（2—1）×15+2×9=33 mm (式3.15）
（式3.16）
（式3.17）
（式3.18）
≥1.5S=1.5×9.9=14.85 mm (式3.19）
≥0.5S=0.5×9.9=4.95 mm (式3.20）
（式3.21）
取跟B一樣的寬度33mm.
在轉(zhuǎn)速不是特別高的情況下，帶輪的材料一般采用HT150或HT200。
3.3 主軸部件的設(shè)計
3.3.1軸的材料選取和結(jié)構(gòu)圖
選取軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸上零件的安裝、定位及軸的制造工藝，確定軸的結(jié)構(gòu)如圖：
圖3.1軸的結(jié)構(gòu)圖
3.3.2計算主軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距
功率
（式3.22）
取三角帶傳送功率，則
扭矩
（式3.23）
3.3.3初定軸的最小直徑
按照扭轉(zhuǎn)強度來估算直徑，公式如下：
（式3.24）
式中，C為由軸的材料和承載情況決定的系數(shù)，根據(jù)機械設(shè)計手冊[8]查得45鋼，C=118~106，考慮到軸還要承受一定的彎矩，取C=112；這里n應(yīng)取最小值，考慮到圓盤刀具轉(zhuǎn)速為0~500rpm，取n=467rpm，代入上式中得：
考慮到大帶輪加鍵，需要增大軸徑，初定最小軸徑20mm。
此時，可初步確定連接大帶輪的軸段直徑d=20mm，據(jù)此可確定大帶輪的結(jié)構(gòu)形式為腹板式，輻板厚度S=10mm，其余結(jié)構(gòu)尺寸如下：
圖3.2大帶輪結(jié)構(gòu)示意圖
輪轂直徑
， （式3.25）
取。
3.3.4軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定
軸的兩端分別與刀盤的從動輪相連接，所以取 d1-2=d7-8=20mm。帶輪及刀盤采用軸肩定位，且定位高度 h>0.07d， d2-3=d6-7=25mm?？紤]此處軸徑，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選定整體有襯正滑動軸承，其尺寸為 d×D×B=30×38×50, 所以d3-4= d5-6=30mm。查機械設(shè)計手冊[8]整體有襯正滑動軸承的軸肩高為4mm，所以 d4-5=38 mm由刀盤的尺寸和從動輪的尺寸確定 L1-2=45mm ，L7-8=20mm。由軸承的尺寸，可以確定 L3-4=L5-6=50mm。根據(jù)軸承的裝拆及便于對軸承添加潤滑劑的要求，取L2-3=L6-7=45mm。根據(jù)軸的總體尺寸，取 L4-5=105mm。
3.3.5軸承的設(shè)計
由軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定，安裝軸承的軸直徑是30mm。查機械設(shè)計手冊[8] 選取安裝簡單的整體有襯正滑動軸承。
表3.1整體有襯正滑動軸承
型號
d
D
R
B
b
L
L1
H≈
h
H1
d1
d2
C
質(zhì)量/kg≈
HZ030
30
38
30
50
40
150
110
70
35
20
18.5
M10×1
1.5
1.7
其主要外形安裝尺寸如圖
圖3.3整體有襯正滑動軸承
3.3.6軸的校核
(1)按扭轉(zhuǎn)強度計算，用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。其強度條件為：
（式3.26）
式中：為軸的扭切應(yīng)力，T為扭矩，為抗扭截面系數(shù)，對圓截面
（式3.27）
為傳遞的功率，為軸的轉(zhuǎn)速，為軸的直徑，為許用扭切應(yīng)力。所以，把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得：
由于軸的選材為45號鋼，所以查表[8]可知45號鋼的許用扭切應(yīng)力為，=25～45MPa
。經(jīng)校核設(shè)計的軸符合轉(zhuǎn)矩要求
(2)按彎扭合成強度進行校核
徑向力：
（式3.28）
（式3.29）
1）垂直面的支承反力（圖b）
由 得 （式3.30）
由 得 （式3.31）
，
2）求水平面的支承反力
由 得 （式3.32）
由 得 （式3.33）
，
3）繪垂直面的彎矩圖
（式3.34） （式3.35）
（式3.36）
4）繪水平面的彎矩圖
同理可得
(式3.37）
（式3.38）
（式3.39）
5）求合成彎矩圖
（式3.40）
（式3.41）
（式3.42）
圖3.4 軸的載荷分析圖
6）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
由（1）扭矩的校核可得扭矩
7）校核軸的強度
校正系數(shù)α=0.6
從圖可見，B-B截面最危險，其彎矩為
（式3.43）
（式3.44）
（式3.45）
(式3.46)
(式3.47）
軸材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由資料查[9]得許用彎曲應(yīng)力=60 MP，則
軸彎曲強度滿足條件。完成了軸的彎扭合成強度校核。
3.4 切刀部分的設(shè)計
3.4.1切片刀的設(shè)計
為防止生銹和保證機體有足夠的強度和硬度，采用通用不銹鋼型號SUS304進行制造，切片刀的形狀[11]如圖
圖3.5切絲系統(tǒng)
1.傳動軸 2.切片刀 3.擋板
4.彈簧 5.調(diào)整螺母 6.切絲刀
圖3.6切片刀
刀面要進行研磨，保證刀片的鋒利及合適的粗糙度，以使切出來的蔬菜絲表面細致光滑，由良好的口感。刀片要裝在刀柄上，以保持與主軸的垂直度。刀柄的結(jié)構(gòu)及尺寸
圖3.7刀柄的結(jié)構(gòu)
3.4.2縱向小割刀的設(shè)計
要防止生銹和保證機體有足夠的強度和硬度，采用通用不銹鋼型號SUS304進行制造。
由于切絲機的設(shè)計要能切出來不同粗細的蔬菜絲，這就要求在調(diào)整切片刀的同時，還要通過縱向割刀的更換來實現(xiàn)。首先，縱向割刀采用標準化設(shè)計，能方便的從到盤上取下和裝上?？v向割刀制成上面小刀片間隙r從0～10mm的刀系列。其形狀和基本尺寸如圖
圖3.8縱向小割刀
3.4.3刀盤部分的設(shè)計
刀盤是蔬菜切削平面接觸的面，其保持清潔和不生銹是很重要的，材料也選用不銹鋼型號SUS304。刀盤是和切片刀一起確定切片厚度的關(guān)鍵部件，它與道是同步轉(zhuǎn)動的，與到軸向?qū)R的地方，開洞，以是切出來的蔬菜片和蔬菜絲甩出來。它開的另一個洞石用來安縱向割刀的。其結(jié)構(gòu)及尺寸[12]如圖
圖3.9刀盤
3.4.4刀盤套筒的設(shè)計
刀盤套筒是切片刀定位及刀盤安裝的部件，套筒內(nèi)外都開有鍵槽，分別用于和軸及刀盤進行周向定位。但盤可以在套筒上面軸向滑動，此舉在與彈簧配合調(diào)整切片刀與刀盤的間隙，以達到切出任意薄厚的片，不同粗細的絲。套筒的外形及尺寸
圖3.10套筒
3.5機體的設(shè)計
3.5.1機架及機體壁的設(shè)計
機架采用角鋼焊接，牌號為3，在安軸承座的地方采用牌號為4的角鋼。機架的設(shè)計應(yīng)充分的烤爐到軸、電動機的安裝，刀盤的尺寸等。為減輕機體重量，機體壁采用薄鐵板。
3.5.2進料斗及下料斗的設(shè)計
為防止生銹，故進料斗采用不銹鋼型號SUS304進行制造。進料斗的結(jié)構(gòu)
圖3.11下料斗
下料斗采用楔形，能夠使蔬菜貼緊刀盤，提供足夠的切削力。下料斗也采用通用不銹鋼型號SUS304進行制造，這樣也能保證機體有足夠的強度和硬度[13]。
3.6 PLC
3.6.1 PLC簡介
PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。[14]基本構(gòu)成為：
（1）電源，可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。
（2）中央處理單元(CPU)，中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當可編程邏輯控制器投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。[2]
（3）存儲器，存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。
（4）輸入輸出接口電路，現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。[15]
（5）功能模塊，如計數(shù)、定位等功能模塊。
（6）通信模塊。
圖3.12通信模塊
3.6.2光電傳感器與PLC
光電信號作為PLC輸入信號的開關(guān)量，當有光電信號時PLC的信號點就會動作。采用兩線制光電傳感器[16]，兩線制（即只有2根線）一般接法：一根接PLC輸入的COM端，另一根接PLC輸入端。
圖3.13 PLC與兩線式傳感器的連接
3.6.3 PLC控制三相異步電動機正反轉(zhuǎn)
表3.2 三相異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC控制I/O端口分配表
輸入電器
輸入點
輸出電器
輸出點
停止按鈕SB1
X1
24V正轉(zhuǎn)接觸器KA1
Y1
正轉(zhuǎn)按鈕SB2
X2
24V反轉(zhuǎn)接觸器KA2
Y2
反轉(zhuǎn)按鈕SB3
X3
380V正轉(zhuǎn)接觸器KM1
熱繼電器觸點FR1
X0
380V反轉(zhuǎn)接觸器KM2
熱繼電器觸點FR2
X4
圖3.13 I/O接線圖
三相異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC控制的梯形圖、指令表
圖3.14三相異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC控制
三相異步電動機正反轉(zhuǎn)PLC控制的工作原理：
I/O接線圖中，SB為停機按鈕，SB1為正轉(zhuǎn)啟動按鈕，SB2為反轉(zhuǎn)啟動按鈕，KM1為正轉(zhuǎn)控制接觸器，KM2為反轉(zhuǎn)控制接觸器，PLC控制的工作過程，參照其I/O接線圖和梯形圖，過程如下：
1)正轉(zhuǎn)啟動過程
點動SB1→X2吸合→A區(qū)X2閉合→Y1吸合－→Y1輸出觸點閉合→KM1吸合→電動機正轉(zhuǎn)→B區(qū)Y1閉合→自鎖Y1→C區(qū)Y1分斷→互鎖Y2
點動SB2→X3吸合→C區(qū)X3閉合→Y2吸合－→Y2輸出觸點閉合→KM2吸合→電動機反轉(zhuǎn)→D區(qū)Y2閉合→自鎖Y2→A區(qū)Y2分斷→互鎖Y1
2)停機過程
點動SB→X1吸合→A區(qū)X1分斷→Y1釋放→各器件復(fù)位→電動機停止
4. 總 結(jié)
5.
這次設(shè)計還是費了一番功夫的，其實功夫應(yīng)該說是下在對實現(xiàn)方案的思索上，每次方案的改進也是建立在查閱資料，不斷學(xué)習(xí)，認真思索的基礎(chǔ)上的。首先是切刀方案的選擇，原先是考慮的兩個刀片進行切削，一個刀片先將蘿卜切成片，蘿卜片在重力作用下滑落下一個切刀處，由下一個切刀切成絲。但是，如果只是單單切片的話就得把橫向刀片卸掉，后經(jīng)老師指導(dǎo)，說這樣的方案在機器操作時太過麻煩，尤其是在進行切絲時，還有就是這樣的方案，生產(chǎn)率不高，效率低，操作時也伴隨著危險性。后經(jīng)查閱資料和老師的指導(dǎo)，改為兩個進料口兩把切刀，這樣就解決了問題。
而后又是蘿卜絲粗細的調(diào)節(jié)遇到了難題，其實調(diào)節(jié)并不難實現(xiàn)，關(guān)鍵是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁間隙的問題，這也很是個問題，這是保證蘿卜切削的最后部分能否完成切削的關(guān)鍵問題。通過更換縱向割刀當然能夠?qū)崿F(xiàn)，但必要時候還是要調(diào)節(jié)切片刀的。如果在刀盤上通過螺釘進行刀片的調(diào)節(jié)，刀盤與軸位置固定，則保證間隙就需要調(diào)整下料斗壁與刀盤之間的間隙，也不是很方便，兩個地方都要調(diào)節(jié)。最后決定將切片刀與軸位置固定。調(diào)整刀盤在軸上的位置來實現(xiàn)切片的薄厚，這也是切絲粗變細改的關(guān)鍵之一。
再一個就是原來的設(shè)計是手搖式，但這樣操作太費力，實用應(yīng)不高，后改為自動式，由電機作為動力源，來驅(qū)動切刀運動。本機最大的創(chuàng)新點就在于采用P L C 來控制電機正反轉(zhuǎn),與 離合器配合使兩切刀實現(xiàn)互鎖，當電機正轉(zhuǎn)時切片刀運動，切絲刀鎖住。反之，電機反轉(zhuǎn)時切絲刀運動，切片刀鎖住。另外，在進料口處配有傳感器，當進料時傳感器接受并發(fā)出信號，傳至P L C 來控制電機運動。
這是方案的制定過程，其次在畫圖方面及設(shè)計方面自己也遇到了不少的阻力。這也是我意識到了自己的知識面還太窄，專業(yè)知識也不夠扎實。今后我會不斷充實自己。由于時間倉促，加上水平有限，失誤之處在所難免。設(shè)計的表達方法也可能會有欠佳之處，誠懇的希望各位老師批評指正。
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致 謝
本文是在導(dǎo)師老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。導(dǎo)師嚴謹求實的治學(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、理論與實際密切結(jié)合的工作方法，這一切都給我以深刻的教育和熏陶，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹向?qū)熌乱詵|老師致以最衷心最誠摯的感謝！
最后，感謝所有幫助過我的老師、同學(xué)和朋友！
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