和面机设计说明书

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1、真空和面机设计题 目 真空和面机设计设计者：学 院：专业班级：指导教师：2012年 07月日目录目 录2第一章 绪论41.1 和面机概述41.2 和面机设计选择6第二章 运动参数、动力参数的设计 72.1 传动系统中传动链的设计及各传动比的分配设计72.1.1 搅拌浆转速72.1.2 电动机的主要技术参数选择72.2 计算各轴的转速82.3 计算各轴的功率82.4 计算各轴的转矩9第三章 结构设计93.1 皮带传动设计93.1.1计算功率Pc93.1.2V 带选型93.1.3 带轮设计93.1.4验算带速V103.1.5求V带基准长度L和中心距10d3.1.6 小包角的计算103.1.7求带根

2、数Z113.1.8计算作用在带轮轴上的压力Fq113.1.9 带轮结构设计113.2 蜗轮蜗杆传动结构设计123.2.1 选择材料123.2.2选择蜗杆头数z ,并估计传动效率1213.2.3计算蜗轮转矩T 1223.2.4确定使用系数123.2.5计算转速系数133.2.6确定弹性系数133.2.7计算寿命系数133.2.8确定接触系数Z 133.2.9确定接触疲劳极限和接触疲劳最小安全系数133.2.10 计算中心距 a133.2.11确定各类参数133.2.12蜗杆的各轴段的直径和长度确定153.2.13圆柱蜗杆传动的精度设计163.3蜗轮轴的尺寸的确定163.4 主轴的结构尺寸计算16

3、3.4.1主轴和轴类零件的材料选择及尺寸确定163.5主要传动轴受力分析，画出其弯矩图，并且进行相关的校核计算173.5.1蜗杆轴受力分析及校核计算173.5.2蜗轮轴受力分析及校核计算193.5.3蜗轮轴疲劳强度的校核193.5.4蜗轮齿根弯曲疲劳强度的校核213.5.5蜗杆刚度的校核223.5.6相关的其他计算233.6主要传动轴承受力分析，强度及轴的寿命演算233.6.1轴承受力分析及寿命计算233.7真空装置的结构设计和计算3.8浆叶容器及机体的总体结构设计26第四章 总结第四章 参考文献第一章 绪论1.1 和面机概述和面机在食品加工中用来调制粘度极高的浆体或塑性固体，主要是揉制各种不

4、同性质的面团，包括 酥性面团、韧性面团、水面团等。（一）和面机调制基本过程和面机调制面团的基本过程由搅拌桨的运动来决定。水、面粉及其他辅料倒入搅拌容器内，开动电 动机使搅拌桨转动，面粉颗粒在桨的搅动下均匀地与水结合，首先形成胶体状态的不规则小团粒，进而 小团粒相互粘合，逐渐形成一些零散的大团块。随着桨叶的不断推动，团块扩展揉捏成整体面团。由于 搅拌桨对面团连续进行的剪切、折叠、压延、拉伸及揉合等一系列作用，结果调制出表面光滑，具有一 定弹性、韧性及延伸性的理想面团。若再继续搅拌，面团便会塑性增强，弹性降低，成为粘稠物料。（二）和面机分类和面机有卧式与立式两种结构，也可分为单轴、多轴或间歇式、连

5、续式。1卧式和面机卧式和面机的搅拌容器轴线与搅拌器回转轴线都处于水平位置；其结构简单，造价低廉，卸料、清 洗、维修方便，可与其他设备完成连续生产，但占地面积较大。这类机器生产能力（一次调粉容量）范 围大，通常在25400kg/次左右。它是国内大量生产合各食品厂应用最广泛的一种和面设备。2立式和面机立式和面机的搅拌容器轴线沿垂直方向布置，搅拌器垂直或倾斜安装。结构型式与立式打蛋机相似， 只是传动装置较简单。有些设备搅拌容器作回转运动，并设置了翻转或移动卸料装置。立式和面机结构简单，制造成本不高。但占空间较大，卸料、清洗不如卧式和面机方便。直立轴封 如长期工作会使润滑剂泄漏，造成食品污染。（三）和

6、面机主要零部件和面机主要有搅拌器、搅拌容器、传动装置、机架、容器翻转机构等。1搅拌器也称搅拌桨，式和面机最重要的部件。按搅拌轴数目分，有单轴式和双轴式两种。卧式 的与立式的也有所不同。单轴式和面机结构简单、紧凑、操作维修方便，是我国面食加工中普遍使用的机型。这种和面机只 有一个搅拌桨，每次和面机搅拌时间长，生产效率低。由于它对面团拉伸作用较小，如果投料少或操作 不当，则容易出现抱轴现象，使操作发生困难。因此单轴式和面机适用于揉制酥性面团，不宜调制韧性 面团。双轴式和面机具有卧式和面机的优点。它有两组相对反向旋转的搅拌桨，且两个搅拌桨相互独立， 转速也可不同，相当于两台单轴式和面机共同工作。运转

7、时，两桨时而相互靠近，时而又加大距离，可 加速均匀搅拌。双轴和面机对面团的压捏程度较彻底，拉伸作用强，适合揉制韧性面团。缺点是造价高 于卧式和面机，起面较困难，需附加相应装置，如果手工起面则劳动强度大。和面机搅拌器的结构形状有多种类型，对应于不同调制物料特性机工艺要求。(1) 工形、z形搅拌桨 这两种搅拌器的桨叶母线与其轴线呈一定角度为的是增加物料的轴向和径 向流动，促进混合，适宜高粘度物料调制。工形应用广泛，有很好的调制作用，卸料和清洗都很方便。 z形搅拌桨调和能力比工形叶片低，但可产生高的压缩剪力，多用在细颗粒与粘滞物料的搅拌中。(2) 桨叶搅拌器 这种搅拌器结构由几个直桨叶或扭曲直桨叶与

8、搅拌轴组成。和面过程中，桨叶搅 拌对物料的剪切作用和强，拉伸作用弱，对面筋的形成具有一定破坏作用。搅拌轴装在容器中心，近轴 处物料运动速度低，若投粉量少或操作不当，易造成抱轴及搅拌不均的现象。桨叶式搅拌器结构简单， 成本低，适用与揉制酥性面团。(3) 滚笼式搅拌器它对面团有举、打、折、揉、压、拉、等多种连续操作，有助于面团的捏合。 如果搅拌器结构参数选择合理，还可利用搅拌的反转，将捏合好的面团自动抛出容器，这样就省去了一 套容器翻转机构，降低了设备成本。滚笼式搅拌器对面团作用力柔和，面团形成慢，对面筋机械作用弱， 有利于面筋网络的生成。结其构简单，制造方便，适用于调和水面团、韧性面团等经过发酵

9、或不发酵的 面团。(4) 其他类型卧式搅拌器在卧式和面机中，也使用着一些不同于上述形状的搅拌器。如花环式、 扭叶式、椭圆式、V字形。(5) 立式和面机的搅拌器立式和面机的搅拌器有桨叶式、扭环式、象鼻式等。桨叶式搅拌器与卧式和面机桨叶式结构相似，其轴线与地面垂直。扭环式搅拌器桨叶从根部至顶端逐渐扭曲90，有利于促进面筋网络的生成适用于调制韧性面团 与水面团雷面食。象鼻式搅拌器通过一套四杆机构模拟人手调粉时的动作来调制面团，有利于面筋的揉制，适于调制 发酵面团。另外搅拌容器可以从机架上推出，作为发酵使用，既减少了生产设备，又简化了搬运面团的 操作。一次调粉可达300kg以上。但这种结构复杂，搅拌器

10、动作慢。(6) 双轴和面机的搅拌器 双轴式和面机有两组相对反向旋转的搅拌桨。按其相对位置分为切分式 和重叠式。2.搅拌容器卧式和面机的搅拌容器(也称搅拌槽)的典型结构见图1多由不锈钢焊接而成。和面操作时，面团质量的好坏与温度有着很大的关系，而不同性质的面团又对温度有不同的要求。 高功效和面机常用带夹套的换热式搅拌容器。为降低成本，使用普通单层容器，可降低物料调和前的温 度来达到加工工艺的要求。为防止工作时物料或润滑油从轴承处泄漏污染食品，容器与搅拌轴之间的密 封要好。转速低、工作载荷变化大，轴封处间间隙变化频繁，因此密封装置应选用T型无滑架橡胶密封 圈等大变形弹性元件。新型卧式和面机采用空气端

11、面密封装置，密封效果很好。搅拌容器的翻转机构分为机动和手动两种。机动翻转容器机构由电动机、减速器及容器翻转齿轮组 成。这种机构操作方便，降低人工劳动强度，但结构复杂，整个设备成本高，适宜在大型或高效和面机 上使用。手动翻转容器机构适用于小型和面机或简易型和面机。立式和面机的搅拌容器有可移式和固定 式两种。3机架 小型和面机转速低，工作阻力大，产生的振动及噪声都较小，因此不用固定的基础。机架结构有的采 用整体铸造，有的采用型材焊接框架结构，还有底座铸造而上部用型材焊接的。4传动装置 和面机的传动装置由电动机、减速器及联轴器等组成，也有的用皮带传动。和面机工作转速低，多为 2550r/min，故要

12、求大减速比，常用蜗轮蜗杆减速器或行星减速器。目前国内面食生产企业在和面工序中大多采用单板式和面机。单板式和面机包括主轴传动装置、面 箱翻转装置、面箱、真空抽管、密封垫，且单板式浆叶的叶顶为弧型，主轴以一定角度穿过单板式桨叶 的中心。此结构虽可和出整体面团，且致密性和弹性也可满足要求，但此结构在和面时，单板式桨叶在 半周内轴向只一个方向受力，下半周则受相反方向的力。而面团和成时，阻力大，运转时振动剧烈，寿 命短。现在市场上比较高档的是真空和面机，可根据工艺要求设定和面时间、真空度。缸体具有密封性能 好，面粉无跑冒现象。真空和面机是在真空状态下模拟手工和面的原理，使面筋网络快速形成，和面配 水量在

13、常规工艺基础上可适量增加约20%。 快速拌合，使小麦蛋白质在最短的时间内吸收水份，比常 规状态下和制的面团熟化程度提高2倍以上，且不损伤已形成的蛋白质面筋网络结构。使得蛋白组织 结构均衡，使面的筋性、咬劲、拉力都远远优于其他形式和面机的和面效果。加工出来的面品，面团 均匀、弹性好、面制品滑爽、可口、有咬劲、面筋力高、透明度高。V字形板式桨叶在面箱中绕主轴 的轴线作回转运动，由于桨叶向两边推动面团，所以可以解决受力不均现象，使机器运转平稳。这样 可保证固定于主轴上的桨叶在转动时运转轨迹为一圆柱体。同时又抵消了推动面团而产生的轴向力。能 够使机器在运转时更加稳定，提高整机使用寿命。真空系统采用水环

14、式真空泵，安全卫生，还有真空表、 真空电磁阀及管路。操作面板由中英文对照按钮和PLC电脑显示屏组成，操作方便。1.2 和面机设计选择我们组设计的和面机生产能力为：调和面粉重量25kg/次。机型：卧式和面机搅拌型式采用桨叶式，转速在4050rpm范围内，制作酥性面团。 因为食品卫生要求，容器采用不锈钢材料。由于和面机的主轴回转速低，需要较大的减速比，故 本次设计中采用带轮及蜗轮蜗杆减速传动。序号设计内容计算过程结果2.12.1.12.1.2传动系统 中传动链 的设计及 各传动比 的分配设 计搅拌浆转 速电动机的 主要技术 参数选择型号额定功率n.浆=47r/minY100L1-4P=2.2kwn

15、.浆=47r/minP=2.2kw电二 1500r/minV=1430 r min-1T=2.2N MM=34 kg421上面是机构简电动机匸通过三二早运2.22.3电机同步转速满载转速最大转矩n电=1500r/min,四极电机。V=1430 r min 一1T=2.2N MM=34 kg380 mm x 282.5 mm x 245mmH=100mm160mm x 140mm28mm x 56mmn n.1 =电二 1430r/minnt电n i,2 =带=1430/1.5953 r/minn2n i3 =蜗杆=953/2047 r/minrr查机械零件设计手册，效率取 电机=0.85,v带

16、=0.96，单rr头蜗杆 蜗杆=0.8,滚动轴承 球轴承=0.99,弹性联轴器r联轴器=0.99。电机的额定功率电机=2.2kw电机的输出的有效功率p pxr= 2.2 x 0.85 = 1.87 kw1 = 电机电机第二根轴功率p p xr xr= 1.87 x 0.96 x 0.99 = 1.795kw2 = 1V带球轴承第三根轴功率n,1=1430r/min “2=953 r/min “3=47 r/minp电机=2.2kw p1 二 1.87kwp2 二 1.795kwp = 1.4kw额定转矩重量外形尺寸中心高安装尺寸轴伸尺寸计算各轴的转速计算各轴的功率2.4计算各轴的转矩P3=p

17、xqxqn2蜗杆球轴承联轴器=1.795 x 0.8 x 0.99 x 0.99 二 1.4kw电动机的输出转矩T 二 9.55 x 106 x 旦1 n电=9.55 x 106 x 1.87/1430 = 12488.5N mm第二根轴转矩t 二ti qq2 1带V带球轴承二 12488.5 x1.5 x 0.96 x 0.99 二 17983.4N mm第三根轴转矩T 二 T - i-q-q-q3 2 蜗杆蜗杆球轴承联轴器二 17983.4 x 20 x 0.8 x 0.99 x 0.99 二 316583N - mmT 二二 12488.51N mmT 二二 17983.42N mmT

18、二二3165833N - mm第三章 结构设计序号设计内容计算过程结果3.1皮带传动设 计3.1.1计算功率PcK1 1每天工作小时为1016h，载荷变动很小，查表得a，故P K x P = 1.1 x 2.2 二 2.42kw c = A电机P = 2.42kwc3.1.2V带选型丄口丄口P cn = 1430r/min ” 、如根据 c =2.42kw,1，选 A 型。选A型3.1.3带轮设计大，小带轮基准直径d1，d23.1.43.1.53.1.6验算带速V求V带基准长度L和中 d心距小包角的计 算亠 士f d- 75mm 苗叶 d = 80mm由表得1min，现取1,nd =+ -d

19、(1 : ) = 1430/953x80(1 0.02) = 117.64mm2 n12怖 d = 118mm取2验算带速V“ n - d - n 3.14 x 80x1430-/V =11- = 5.99m / s60x100060x1000带速在525m/s范围内，合适。初步选取中心距a = 1.5(d + d ) = 1.5(80 +117) = 297mm0 1 2取a0 = 300mm，符合0.7(d1 + d2) a0 120。，合适。344d 80mm1d 118mm2a0 300mmL0912.221mm a 344mm3.1.7求带根数Zn = 1430r /minidi=

20、80mm，查表得：P = 0.80kw查表得弋二0.128kwi 二d2二 1.5d (1-)1查表得% 98,查表得匸89P(P +AP ) K K00 d L2.42(0.80 + 0.128) x 0.98 x 0.98=2.9898取3根。3J.8 计算作用在 带轮轴上的 压力Fq厂 500P 2.5“F =l (一 1) + qV 20 ZV Ka500 x 2.422.5=x (一 1) + 0.1x 5.9923 x 5.990.98二 108.025N作用在轴上的压力F = 2Z - F x sin d = 647.161N Q02=2 x 3 x 108.025 x sin

21、7 .2二 647.161N3.1.9带轮结构设 计小带轮几何尺寸计算：由Y100L1-4型电动机可知：轴身直径D=28mm,长度L二56mmL = (1.5 2)D = (1.5 2)x28 = (42 56)mm，取 56 mm，由表查得:h = 2.75mma minh= 8.7 mmf minF =Q647.161ND=28mmL = 56mm1Z = 147 MP 2 f = 9mm 申=34Ea ， min，0B = (Z 一 1)e + 2 f = 48mmB = 48mmd - d + 2h = 86mmel1a大带轮几何尺寸计算：D - 38mmL - （1.5 2）D -

22、（1.5 2） x 38 - （57 76）mmd - 86mm e1D - 38mmL 76mm取 76mm，,亠亠心 h 2.75mm由表查得：a minh . 8.7 mm e 15mm / 9mm申-34。B - - 50mmf m.n，m.n，0B - （Z -1）e + 2八 50mm，d - d + 2h-224mm。d e 2e 22a224mm3.2蜗轮蜗杆传动结构设计蜗轮材料采用3.2.1蜗杆米用45钢，表面硬度45HRC以上。选择材料ZC S 10P1山一”u n，砂型铸造。丄 V 2 3m / s. . _3.2.2选择蜗杆头 数z ,并估计 传动效率选s，查表取大值，

23、当量摩擦系数卩r 0.045，当量摩擦角P v2.5。3.2.3初选 W a值=0.355, r -13 （ Z1-2 ），rP1 -0.881Z -21T - Tir - 9.55 x 106 r ir计算蜗轮转21 1n 12矩T1 7952-9.55 x106 x 20x 0.88953-316583N - mmT2-316583N - mK = 1 13.2.4确定使用系查表知使用系数Ka 1数KA计算转速系 数确定弹性系 数计算寿命系 数确定接触系数Z p确定接触疲 劳极限和接 触疲劳最小 安全系数计算中心距a确定各类参 数n1Z =（才 + 1）- 8 n 8=（- +1）-8 =

24、 0.78520 x 8查表知弹性系数ZE二147MPa 225000：5000612000=1.13 11 Cd? :佯 八”“I*：F - 57 5R = f= 192 Nvd 345R = F - R = 1152 -192 二 960NVC r 2 VDM = -960 x 57.5 = -55200N .mmVHRHDF - 57.5 alRHD719 x 57.5345_120 NRHC719 -120 599NHDM - R - 57.5 -599 x 57.5 -34452N .mmHHHCM JM 2 + M 2HVHHH：552002 + 344522 65069N .mm

25、3.5.3蜗轮轴疲劳强度的校核主要校核蜗轮轴截面处，假设该轴的转矩按脉动循环规律变化。 抗弯截面模量可查新编机械设计手册P 表 1531761兀 d3 bt（d 一 t）2 Z 322dn x 45314 x5.5 x (45 -5.5)2322 x 45=8942 -1334 = 7607mm3抗扭截面模量：P 表1531761n d3 bt(d -1)2Z p 162dn x 45314 x5.5 x (45 -5.5)3162 x 4516557mm3弯曲应力幅：M65069b 合 8.5MPaa Z7611弯曲平均应力：b 0 MPma扭转应力幅：T316583t 9.6 MPa 2Z

26、2 x 16557ap扭转平均应力：T 9.6 MPma因为所选轴的相关数据为：轴45钢正火，HBS 200, b 600MPa,bb 240Pa,T 140 MPa-1-1故而，可查表1534得到键槽引起的应力集中系数：K 1.76, K 1.54bT查表1540表面质量系数0 0.95查表1538绝对尺寸影响系数：& 0.84, & 0.78bc3.5.4蜗轮齿根弯 曲疲劳强度 的校核扭剪强度极限t 二 0.6Q 二 0.6 X 600 二 360MPbba寿命系数：K二1 (无限寿命) MSK aS =N1a Ka a“c +i a K8 PamNab2401.768 5 240 0x

27、8.5 +x 00.84 x 0.95600二 12.8SK tS = itKt t+tT K 8 P TmNtb1401.5496 140 6x 9.6 +x 6 0.78 x 0.95360= 9.45S_ S_x SJS2 + S 2*at_12.8 x 9.45J12.82 + 9.452_7.56查表 1530 可取：S_1.4 S _7.56蜗杆圆周速度：V _ n d n /(60 x 1000)1 1 2_n x 50 x 953/ 6000_ 2.49m / s相对滑动速度：V2.49V _-_2.54m/ss COS Y COS11.31。当量摩擦系数，由表查得：卩 _ 0

28、.03 p _ 1.67 v，v35.5 蜗杆刚度的校核许用接触应力:bb二 ZZ -Hn h SH lim=0.785 x1.13 x 1.2=195.89MPa最大接触应力:a 3b = Z ZHE PK T二 147 x 2.85 x, ：，1-1x 3165831253=176.9 195.89MPa齿根弯曲疲劳极限，由表查得b二 115 MPF mina弯曲疲劳最小安全系数取:S 二 1.4F min许用弯曲疲劳应力:bb 二FiimF SF lim二 115 二 82MP1.4齿轮最大弯曲应力:2 K Tb =2F mb d2 2 2 x1.1x 3165835 x 40 x 20

29、0二 17.41 82 MPa合格。轴惯性矩I =兀 d 4/64 =兀 x 504 / 64 = 306795.9 mm 41蜗杆挠度:b = Fl 3：tan2 d + tan2 (r + P) / 48EI12tv3.5.63.63.6.1相关的其他 计算主要传动轴 承受力分析， 强度及轴的 寿命演算轴承受力分 析及寿命计 算2x316583 Ztan220 + tan2(11.31o +1.67。)3x 200320048 x 206 x103 x 30679590.0048蜗杆的许用挠度：Y=dl/1000=0.05b Y，故而蜗杆的刚度符合要求，合格。蜗杆传动的总效率：耳耳耳耳0.

30、81 2 3散热面积估算：A 9 x 10 -5 a1.88 0.788m 2工作温度：1000P (1-n)t 2F t1a A0w1000 x 1.795 x (1-085)15 x 0.78842.72合格。润滑油黏度根据：V 2.54 m / ss，由表选取：V 420mm2 / s040 C。蜗杆两端的轴承：结构简图如下：由于蜗杆上受到蜗轮施加的轴向力 F故轴承受到轴向力 alF = 3166N，其受到支架的力为径向力：aF = .：R2 + R2 =11822 + 2492 = 1208N。厂* VAHA转速 n = 953r / min查新编机械设计手册P :514选 6406

31、型轴承，C = 47500NC = 24500N, n lim = 10000r / min （脂润滑）0因其工作温度t 0.31e = 0.31及 X = 0.56, Y = 1.46。查表 149，取 K = 1.1p可得：P = K (XR + YA)p=1.1x (0.56 x 1208 +1.46 x 3166)=5829N计算轴承寿命：7106 川、 106,47500、厂一 7L =(一) =X ()3 = 9464h10h 60n P 60 x 9535829因为另一端轴承所承受的径向力小于此轴上的径向力，故其 上的轴承寿命理应为大一些轴承，故不另计算。蜗轮轴端轴承：轴承承受轴

32、向力为：F = F = 3166Na12轴承承受径向力为：F = .：R 2 + R 2= 9602 + 5992 = 1132NrVCHC转速 n 二 47r / min查新编机械设计手册P 表1010，选取6308型轴承。514C = 40800N, C = 24000N, n lim = 8500r / min （脂润滑）0其工作温度t e = 0.31R 1132得 X = 0.56, Y = 1.46查表149( P )因和面机载荷性质为平稳，且有轻微冲击, 256故取K = 1.1P可得P 二 K (XR + YA)p=1.1x (0.56 x 1132 +1.46 x 3166)

33、二5782N计算轴承寿命：=（40800）3 = 124594h 60 x 47 5782106L =10 h60n3.7浆叶容器及 机体的总体 结构设计容器的结构设计容器的宽度B=2 (R +5 )=442mm容器的高度H = h + 2 R=611mm容器的长度就L = (22.5)R=572mm详细尺寸见零件图。 容器与输出口的结构设计 输出口采用轴承端盖和垫片联结。 轴承端盖结构：| 具体尺寸见零件图。 搅拌容器的支撑结构设计 支撑架材料采用铸铁，支撑架结构：_”.联二螺栓相连， 容器支撑结构与机体的定位联结见装配图。第四章 总结第五章 参考文献1 . 吴宗泽主编.机械零件设计手册.北

34、京.机械工业出版社.20032 . 成大先主编.机械设计手册.第四版第五卷.化学工业出版社.20043 . 程凌敏主编.面汤食品厂工艺设计.农业出版社.19864 . 无锡轻工业学院，天津轻工业学院编.食品工厂机械与设备.轻工业出版社.19795 . 杨可桢，程光蕴，李仲生主编.机械设计基础.高等教育出版社.20056 . 李基洪主编.食品机械原理与使用.广东科技出版社.19877 . 张黎骅，郑严主编.新编机械设计手册.北京.人民邮电出版社.20088 . 联合编写组编.机械设计手册.第二版.北京.化学工业出版社.19829 . 化工设备设计全书编辑委员会.搅拌设备设计.上海科学技术出版社.198310 . 聂毓琴，孟广伟主编.材料力学.机械工业出版社.2004