2022年机械的毕业设计方案说明书模板 .docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 目录摘要 .1 前言 .3 1 设计要求和功能分析 . 1.1 设计要求 . 1.2 功能分析 . 2 塑料瓶的性质及其粉碎机理的争论 2.1 塑料瓶及其材料性质的争论. . 2.2 冲击载荷下塑料断裂机理的试验争论 . 5 2.2.1 冲击速度的影响 . 2.2.2 尺寸效应 . 2.2.3 颗粒的运动行程 . 2.2.4 攻角 . 2.3 高速切割设备关键结构参数分析. 7 2.3.1剪切速率 . 2.3.2 尺寸切割数 . 2.3 参数及传动方案的设定 . 3 零部件的设计和校核 . 3.1 塑料破裂的力学运算及电动机的挑选. 9 3.1

2、.1 对 PET 小试样的冲击力学运算与说明 . 9 3.1.2 对 HDPE 大试样的剪切力学运算与说明 . 10 3.1.3 静荷载下动力参数的确定 . 11 3.1.4 动荷载下动力参数的确定 3.2 刀具及其相关零部件的设计运算. 11 . 11 3.2.1 刀具的设计 . 11 3.2.2 片刀动定刀片上螺栓的设计. 13 3.2.2.1螺栓的受力分析 . 13 3.2.2.2 片刀动刀片上的螺栓设计 . 13 3.2.2.3 片刀 ,这是由于PET 具有阻隔性好、成本低、质量轻、强度高、耐酸碱等优点,适合于瓶装 水、碳酸饮料、果汁饮料、茶饮料等饮料的包装；而瓶盖材料大多为高密度聚

3、乙烯 HDPE）,商标为双向拉伸聚丙烯 BOPP）薄膜,采纳 EVA型粘接剂粘附于 瓶；据不完全统计, 2022 年全世界约有 30-40 万 tPET 被用于塑料瓶的生产,1 ,PET的消费量 饮料热灌装 PET瓶超过 110 亿个,并且 PET啤酒瓶也正在推出 在今后仍将有大幅度的增长；这些瓶在使用一次后就被废弃,这样便带来了大 量废塑料瓶的回收再利用问题,所以塑料瓶破裂机的研制工作受到了亲密重 视；目前国内外显现了各式各样的塑料瓶破裂机,这些分别用于对不同性质的 塑料瓶的破裂作业中；如爪刀式破裂机、片刀式破裂机和平刀式破裂机；但这 些塑料瓶破裂机因加工对象过于单一、刀具形式不行换,而大大

4、增加了社会生 产成本；如何设计出可更换刀具和加工对象范畴广的塑料瓶破裂机已经迫在眉 睫；1 设计要求和功能分析1.1 设计要求 该塑料瓶破裂机主要用于塑料瓶回收流程上对塑料瓶的破裂；整个塑料瓶 破裂机一共有三种刀具,可以依据塑料瓶的力学性质来更换刀具；其主要加工对象是瓶体半径30-45mm,长度150-300mm 的 PET 饮料瓶,包括碳酸饮料瓶、矿泉水瓶、凉爽饮料瓶；要求破裂形式是干切削,塑料瓶破裂后的粒度在6-8mm,生产效率300kg/h,机器的使用寿命5-10 年,外观简约大方,机体便于移动和安装；1.2 功能分析 该设备的零部件主要分为破裂刀具及相关零部件、传动系零部件、机架总成零

5、部件以及其它零部件；具体有破裂刀具零部件片刀动定刀,爪刀动定刀,爪刀片刀刀架）；传动零部件 传动轴及其相关零部件、V 带轮、电动机）；机架总成零部件 机架及其相关零部件、出料装置、粉碎仓、进料斗、箱体）；其它零部件 隔音板、挡料胶条等）；破裂刀具能够适应高速切削产生的局部应力,并能够承担干切削产生的磨损；对尺寸较大的塑料瓶选用爪刀式的破裂方式,对尺寸适中的塑料瓶采纳片刀式的破裂方式；对爪刀和片刀通过调整动刀与定刀之间的间隙,可将破裂后的粒度掌握在 6-8mm 的范畴内 2；出仓口安装孔径为 10mm 的网筛,塑料瓶破碎之后,粒度小于 10mm 的碎片通过筛孔进入储料斗,粒度大于 10mm 的碎

6、片3 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 通过刀具高速旋转产生的气流或刀具本身被带离网筛连续破裂直到满意粒度要 求为止；传动轴上安装的飞轮可以增强加工部件的转动惯量,便于机器运行的 平稳；隔音板可以大大消减破裂过程中产生的噪音,削减对工作人员的损害；机架上的脚轮和把手便于设备的转移和工作地点的更换；2 塑料瓶的性质及其粉碎机理的争论2.1 塑料瓶及其材料性质的争论 本次设计所要加工的塑料瓶主要分为碳酸饮料瓶、矿泉水瓶和凉爽饮料瓶 三类饮料瓶；如表 1 是各种塑料瓶的重要设计参数：表 2-1 各种塑料瓶的相关

7、尺寸瓶种总高度瓶体半瓶体厚瓶底最大瓶颈厚瓶颈高瓶盖高瓶盖厚度/mm 径/mm 度 /mm 厚度 /mm 度 /mm 度/mm 度 /mm /mm 可乐瓶232.4 34.48 0.24 2.20 1.58 24.5 14.0 1.20 养分快线瓶189.1 34.10 0.46 2.00 2.46 24.5 13.0 1.34 大矿泉水瓶281.9 43.14 0.30 2.02 1.60 30.0 16.0 1.40 小矿泉水瓶214.8 30.91 0.40 1.00 1.36 20.8 10.0 1.06 雪碧瓶243.7 33.05 0.30 2.16 1.50 21.4 11.5 1

8、.30 果汁瓶197.4 32.55 0.70 1.40 2.10 27.2 14.5 1.32 神内瓶196.8 34.78 0.40 2.68 2.44 21.5 11.5 1.68 绿茶瓶204.9 34.37 0.72 2.40 2.10 28.0 15.0 1.18 这些饮料瓶都是由瓶体PET）、瓶盖 HDPE）、商标 ,中文俗称 赛白钢 ；PET 作为工程塑料使用具有坚硬、刚度好、强度高、有韧性、摩擦系数小、尺寸稳固性高等特性；HDPE高密度聚乙烯）是热塑性工程塑料；它综合了大部分塑料的优越性能,耐冲击性、耐低温性、耐磨损性、耐化学腐蚀性、自身润滑性、吸取冲击能性这六个特性是目前塑

9、料中所具有的最高数值；BOPP聚丙烯）具有高刚度,高硬度和高强度,但缺口抗冲击韧一般,韧性一般,耐磨强度一般,低温时易脆化；考虑到塑料瓶各部分的物理特性,对于剪切式破裂机如爪刀式和片刀式一般不能加工商标,而对于冲击式破裂机如平刀式可以；但由于商标的分别比较简单,人工分别即可完成,另外假如一起破裂之后再进行密度分别,反而会更麻烦；综合经济和效率的考虑,商标不属于设计加工的范畴之内,即本破裂机只加工 PET瓶体）和 HDPE瓶盖）两种塑料；结合表 1 中的数据可以得出,所要加工的对象可以分为 PET 材料,厚度在0.24mm-2.68mm 之 间, 高 度 在 189.1mm-281.9mm 之

10、间 ,半 径在 30.91mm-43.14mm 之间； HDPE 材料,厚度在 1.06mm-1.68mm 之间,高度在 10.0mm-16.0mm 之间；由于塑料瓶的瓶盖和瓶颈没有分别,所以加工的厚度可能应当包4 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 括瓶颈和瓶盖的厚度之和的情形；但是由于瓶盖和瓶颈的材料力学性质不同,最薄的加工部位 瓶体）的材料是 PET,最厚的加工部位 5 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - .式中

11、. m1、m2两碰撞物的质量 E1、E2、两碰撞物的弹性模量和泊松比 V相对运动速度 r1、r2碰撞部位的曲率半径在材料常数肯定时,最大正应力正比于冲击速度的 2/5 次方；较高的冲击 速度打算了颗粒很大的冲击动能,在冲击过程中,这一能量转变为颗粒破裂的拉伸应力和压应力；从能耗的角度来看 ,并不是冲击速度越大越好,试验说明不同物料以及不同粒度的同一物料都有一个正确的冲击速度,在该速度下,能量的利用率最高；当速度大于该值时,可以得到更微小的产品,但能量的利用率降低；Rumpf 对玻璃球和石灰岩进行高速冲击粉碎试验所得结果证明了该结论；两物体发生弹性碰撞时的能量近似地由下式安排： 2 由上式可知,

12、碰撞后弹性变形能的安排受泊松比的影响较小,主要考虑弹 性模量 E 的影响, E 大的物体,硬度也较大；因而,打击部件和壁板一般采纳E 较大的硬质合金制造,这样可以使物料分到较多的能量；以上分析对对心碰撞是精确的,也可以适用于偏心不太大的碰撞；颗粒冲击粉碎的能耗随冲击速度的增加而增加,但是颗粒粉碎所吸取的能量不仅取决于冲击速度,仍与冲击频率有关；频率可以补偿低的颗粒冲击速度；机械冲击式粉碎机上的周边线速度一般在Planiol1962曾证明较高的冲击 40-120m/s 的范畴内,一般钢的强度限制了其周边线速度不能超过 150m/s；提高冲击机速度有两种方式：一是 从材料入手,采纳低密度、高强度的

13、新材料制造粉碎机的冲击元件；另一种方 式是从粉碎机结构上入手,如采纳双转子结构,两个转子运动方向相反,从而 提高对物料冲击的相对运动速度；2.2.2 尺寸效应 一般而言,随着颗粒粒径的减小,颗粒的强度增大,颗粒内所含有的晶格 缺陷和裂隙也逐步削减,颗粒的抗破坏才能也不断提高,颗粒的破坏由脆性破 坏为主转为塑性破坏为主；因而颗粒越小,冲击粉碎所需的临界速度就越大；Kanda 等依据赫兹理论推出了弹性碰撞时将肯定尺寸的颗粒破裂所需的冲击速 度为： 3 式中 S0单位体积的试样强度 V0试样体积 X球形颗粒的直径 mWeibull 匀称系数颗粒密度2.2.3 颗粒的运动行程 我们把颗粒被转子冲击后再

14、打击到定子这一路径的长度称为颗粒的运动行6 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 程；将颗粒在与其他颗粒或冲击元件冲击前所经过的路程称为平均自由行程 ；将具有某一初速度的颗粒在一静态流中飞行到它停止时所经过的路程称为抛落行程 h；颗粒要想获得冲击,其抛落行程应当比平均自由行程大得多；任意部件间的平均自由行程依靠于冲击断面、体积浓度和速度分布；假设颗粒 速度分布为波尔兹曼 -麦科斯韦分布,且颗粒为等尺寸的球形颗粒,就平均自由 行程为：式中间隙率 4） Cv体积浓度 X颗粒粒径假定固体的体积浓度为0.01-0.0

15、01,就 10m 颗粒的平均自由行程为1.0-0.5mm；假设具有肯定初速度的颗粒在空气中的流淌符合 h 可由下式运算：颗粒密度流体粘度颗粒冲击后获得的初速度 可以由下式得出：式中 k滚动或滑动摩擦系数 r颗粒旋转半径颗粒旋转角速度Stokes 阻力定律,就 5） 6）2.2.4 攻角 用冲击式粉碎机进行超细粉碎时,颗粒的破坏不仅和冲击速度有关,仍和 攻角有关；攻角是指入射物料运动轨迹的切线方向和冲击部件表面切线方向的夹角；当攻角为90 时,对脆性物料冲击破坏程度最大,当攻角为20 -30时,塑性材料的破坏程度最大；同时,冲击转子打击物的外形和大小、物料的填充率等对粉碎成效也有影响；5 2.3

16、 高速切割设备关键结构参数分析 国内对高速切割粉碎设备仍没有较系统的争论,以下内容从几个方面来探讨高速切割粉碎设备粉碎室内的关键结构参数,以及其对粉碎成效的影响；2.3.1剪切速率 从上面的分析可得出,塑料在粉碎过程中主要受剪切作用,可参照剪切式均质机的机理及NavierStokes方程,推导出其剪切速率v,其径向剪切速率均值可依据下式运算：7 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 7）式中为径向平均剪切速率,s-1；为叶轮角速度, r/s；,L 为刀片间隙, m；由于受控切割超细粉碎过程中物料是一次性通过粉

17、碎方式,没有产生循环,所以轴向平均剪切速率为零；不管流淌方向如何,总的平均剪切速率v都等于轴向平均剪切速率和径向平均速率之和,即 8）对于材料的剪切,总是期望剪切速率以大为好,这可以大大提高粉碎效 果；从上面可以推出,要提高剪切速率,可以提高叶轮角速度和减小刀片间 隙,而提高粉碎成效；2.3.2尺寸切割数要获得合适的剪切作用,寸切割数应尽可能高；依据动定刀分别安装在两个旋转圆盘上的情形,寸切割数 以表示为： ；一般情形下,尺寸切割数都掌握在几十万至一百万范畴内；上式说明：要提高尺寸切割数,可以提高刀片数 碎成效；3.3.3 切割深度和刀片间隙即减小刀片间隙 和叶轮转速,从而提高粉设刀片的排列半

18、径为R,刀片个数为n,刀片的偏转角度为,刀片厚度为 d；就相邻两刀片的夹角可表示为： 10 切割深度 d1可表示为： 11 将式 10代入 11,d1 又可表示为： 12 刀片间隙 d2可表示为： 13 将式 10代入 13,d2又可表示为：8 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 14 从式 8、10可以看出,切割深度与刀片排列半径、刀片个数、刀片的偏 转角度有关,开口间隙和刀片的厚度有关；在刀片排列半径肯定的情形下,切 割深度和刀片间隙与刀片个数成反比,与刀片偏转角度成正比,刀片间隙随着 刀片厚度的增加而

19、减小；切割深度近似反映了物料被切割粉碎后的粒径大小,并和粉碎后产品的粒度有直接关系；刀片间隙打算了物料被粉碎后的排料情 况,间隙过大会导致没有被粉碎的物料直接从刀片间隙排出,过小就会造成排 料不畅,发生堵塞；为了达到最好的粉碎成效,应依据进料粒度、塑料性质及 成品粒度来确定切割深度和刀片间隙；通常情形下,刀片的厚度应当按牢靠性 确定；因此,切割深度和刀片间隙主要受刀片个数和刀片的偏转角度影响；2.3 参数及传动方案的设定将工作状态抱负化和加工对象临界化需要结合表1 和表 2 以及两种材料的性质,于是可以得出大小两个理论试样的参数,以便于今后的力学运算；HDPE 是热塑性塑料适合用剪切式破裂方式

20、,PET 是热固性塑料适合用冲击式破裂；对于剪切式破裂方式来说试样越厚越难破裂,对于冲击式破裂方式来说试样越小越难破裂；结合 以 上数据 设 置最难 加工对象,大试样 的长度为20mm,厚度和宽度依据体会分别取 度 4mm,厚度和宽度依据体会分别取6mm 和 5mm,材料为 HDPE；小试样的长 0.24mm 和 5mm,材料为 PET；大试样采用剪切式破裂进行运算,小试样采纳冲击式破裂进行运算,具体的力学运算将 会在后面章节进行争论；该破裂机的处理才能临时设定为300kg/h,具体大小要经过实际工作的检验调整并最终确定；出料装置的设计要考虑到破裂机的处理才能,理论上要求与处理才能一样,但在实

21、际工作中应当略有增加,可以临时定为500kg/h；刀片数 R 为 220mm,工作 V 带传动；查文献 6n 设定为 3 个,刀片间隙在0.3-0.6mm 之间,刀具旋转半径状态是常温状态,切削方式是干切削方式,传动方式挑选续表 14.11-3可知 HDPE 和 PET 的力学参数如下表3 表 2-3 HDPE 和 PET的力学参数材料密度 /g-3 cm抗拉强度 /MPa 抗压强度 /MPa 冲击强度 /J/m HDPE 0.941-0.965 21-38 18.6-24.5 80-1067 PET 1.37-1.38 57 0.4 由于条件不答应,冲击式破裂机理无法用试验进行争论,所以本次

22、设计可 以参照现有的理论争论成果进行近似的运算；如刀具周边线速度要求在 40-120m/s之间,可取周边线速度 料可以用冲击的方式来破裂；为 50m/s,在这种状态下对于如小试样尺寸的塑综上所述,运算参数如下表 4 表 2-4 设计运算参数刀具旋转刀具周边出料装置刀片间隙定刀数 n1/动刀数 n2/大试样尺小试样尺半径 R/m 线速度处理才能d2/mm 个个寸寸v/m/s /kg/h A*B*C/mm a*b*c/mm 9 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 0.22 50 400-500 0.3-0.6

23、 2 3 20*6*5 4*0.24*5 3零部件的设计和校核3.1 塑料破裂的力学运算及电动机的挑选3.1.1 对PET小试样的冲击力学运算与说明由表 3 得 PET 的密度；小试样的质量；小试样的最小动能；塑性材料的冲击能 大于其冲击后的动能,就；小试样被破裂的的能量；就 即在 v 速度下 小试样能够被破裂,满意要求；此时刀具的最小转速；3.1.2 对HDPE大试样的剪切力学运算与说明塑料的抗剪切强度往往小于其抗拉强度和抗压强度,就大试样的抗剪切强度可以取其抗拉强度或抗压强度,查文献7表 3 得；大试样的剪切面积就纯剪切力在纯剪切时塑料破裂时所需要的工作功率为；考虑到刀具对塑料的冲击力切割力）,每个周期冲击次数；整合数据得到实际工作功率应大于；取；最小破裂转矩查文献 8中表 12-8 得带传动效率；滚动轴承传动效率；10 / 23 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 就电动机的最小功率；查文献 8中表 16-1-51 可以初步挑选电动机型号为 YEJ180M-2；电动机的额定功率；电动机的额定转速；电动机的额定转矩；满载效率；3.1.3 静荷载下动力参数的确定粉碎仓 V 带的传动比定为；刀具的额定功率；刀具的额