刨丝机设计【马铃薯精制淀粉生产线的关键核心设备之一】
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本 科 毕 业 设 计 (论 文)刨丝机设计The Design on Wood Wool Making Machine 学 院: 机械工程学院 专业班级: 机械设计制造及其自动化 机械072 学生姓名: 学 号:指导教师: 2011 年6 月毕业设计(论文)中文摘要刨丝机设计摘要:本文论述了马铃薯精制淀粉生产线的关键核心设备之一刨丝机的用途,工作原理,主要技术参数,传动系统,典型零件的结构设计等。随着国民经济的提高和人民生活水平的提高,人们对食品的要求也随之提高,不仅仅是要求吃饱,而且要求吃得有营养。根据大家的要求,现在的食品已经朝着营养、绿色、方便等功能食品主流发展,而刨丝机即是这些食品加工的设备之一。刨丝机主要用于淀粉生产中的鲜薯破碎,其工作原理是利用高速旋转的齿刃对鲜薯进行刨削而达到破碎的目的,对淀粉质量和生产线经济效益有着重大影响。刨丝机的出现不仅减少了劳动力提高了食品加工的效率,更重要的是也保证了食品的卫生和营养。该课题来源于生活,对我们综合大学所学的课程,理论联系实际,进行独立的设计实践,培养设计能力、实践能力和创新能力具有重要的意义。关键词:刨丝机;筛片;齿条;压紧装置毕业设计(论文)外文摘要The Design on Wood Wool Making Machine Abstract:This paper discusses the refined starch production line of potato one of key equipment in the wood wool making machine USES, working principle, main technical parameters, transmission system, the structure design of typical parts etc. With the development of economic increase and the improvement of peoples living standard, people on food demands increases, not only is the requirement, but also requires satiate eat nutritious. According to everyones request, the current food has toward nutrition, green, is convenient wait for a functional food development, and wood wool making machine that is one of these food processing equipment. Wood wool making machine is mainly used for the potato starch production fresh its working principle is broken, using high-speed rotating tooth blades for cutting fresh potato chips and achieve the purpose of starch, crushing the quality and production line has a significant effect on economic benefit. The emergence of wood wool making machine planer not only reduced the labor force increased food processing efficiency, the more important is also guaranteed the food hygiene and nutrition. This subject to our originates from life, comprehensive university studies, link theory with practice and independent design practice, training design ability, practice ability and innovation ability has the vital significance. Keywords: Wood Wool Making Machine ;Sieving slice; Rack; Pressure device 目 录1 绪论1.1刨丝机工作原理1.2 刨丝机研究主要内容1.3 国内外现状及发展趋势2 传动系统的设计2.1 电动机的选择2.2 带传动设计3 传动轴的设计校核4零部件的选择与设计4.1 机壳的选择与设计4.2 压紧装置的设计与安装4.3 齿条的设计.4.4筛片的选择与设计4.5轴承的设计与分析.4.6键的选择与校核结论 致谢 参考文献1.绪论1课题的意义:刨丝机主要用于淀粉生产中的鲜薯破碎,其工作原理是利用高速旋转的齿刃对鲜薯进行刨削而达到破碎的目的。该课题选自针对生产实际中应用的设备进行毕业设计的课题。课题的完成涉及到的内容较为丰富,对本科生综合大学所学的课程,理论联系实际,进行独立的设计实践,培养设计能力、实践能力和创新能力具有重要的意义。1.1刨丝机工作原理刨丝机又称锉磨机(图1-1),用于淀粉生产中的鲜薯破碎。利用高速旋转的的齿刃对鲜薯进行刨削而达到破碎的目的。转鼓5表面安装有许多齿条6,齿条厚0.8mm,锯齿高2mm,齿条宽25mm,锯齿密度8齿/cm。这些齿条被分割楔块固定在转鼓5上,锯齿高出楔块1.5-2mm。转鼓直径654mm,转速1450r/min,外圆线速度50m/s。机壳1侧面安装有压紧齿刀,通过螺栓调节压紧齿刀与转鼓间的距离,可以调整破碎程度。在机壳下方设有长孔不锈钢筛片,在保证物料的破碎程度的同时具有良好的通过性。工作时,电机带动镶有齿条的转鼓。鲜薯从进料斗4进入机内,首先由齿刀与转鼓的锉擦作用进行预破碎,然后由告诉旋转的转鼓进行刨削,使鲜薯块破碎成糊浆,通过筛孔排出机外。留在筛片内侧的较大碎块被继续破碎直至穿过筛孔。这种机型可避免对物料中的淀粉颗粒和纤维的过度破坏,淀粉游离率高,可达95%左右,有效地保证了生产线的淀粉提取率。1.2刨丝机研究主要任务研究内容:(1)对目前同类产品研制及使用情况进行广泛的市场调查(2)工作原理设计(3)传动系统的设计(4)结构设计(5)各零部件的选择与设计(6)完成设计图样的绘制1.3 国内外现状及发展趋势刨丝机属于食品加工机械类。食品加工机械行业按功能可分为:分选设备,粉碎设备,分离设备,混合设备,浓缩设备,干燥设备,杀菌设备,清洗设备,成型设备,熟化设备,冷冻设备,生化设备,过滤设备,食品,饮料生产线等。 其产品主要包括:食品烘焙设备,油炸设备,切片机,制冷设备,食品搅拌机,蒸煮设备,挤出成型,均质设备,绞肉机,振动筛,搓圆成型,发酵设备,蔬菜加工设备,水果加工设备,豆/乳制品加工设备,饮料加工设备,其他等。我国食品加工机械起步于上世纪70年代末,年产值只有七八千万元,产品品种仅有100多种。近年来食品和包装机械行业每年以11%12%的平均增长速度发展,高于同期国民经济增长速度,销售总额由1994年的150亿元增加到2000年的300亿元,产品品种由1994年的270种发展到2000年的3700种.在满足国内需要的同时,中国食品机械的出口也快速增加,物美价廉是中国食品机械能够迅速扩大外销市场的主要原因。据统计,2005年末,中国食品机械工业总产值约为620亿元,预计 2010年,国内行业总产值可达到 1300亿元。 图 1-2 刨丝机样体2.传动系统的设计在进行传动系统设计之前先对系统进行分析,由于刨丝机的转鼓需要的转速达到1450r/min,转速较高,所以不适合使用减速器,普通的V带传送就能达到目的效果,所以本设计使用V带传动。2.1 电动机的选择 根据设备主要参数的要求,电动机的功率为8kw,电压为380v,鼓轮转速为1450r/min。选择Y160M12型号电动机,其电动机的转速为n=3000r/min。则该型号电动机的外形结构如图(21) 图2-1 Y160M12电动机的外观图2.2 带传动的设计 已知电动机的功率P=8kw,转速n1=3000r/min,传动比i=3000/1450=2.1,每天工作8小时,按工作要求选用Y系列全封闭式自扇冷式笼型三相异步电动机,动力为三相交流电,电压380/220V。(1)确定计算功率PcaError! No bookmark name given.由表87查得工作情况系数KA=1.1,则Pca=Ka*p=1.1*8=8.8 kw (2.21) (2)选择V带的带型 根据Pca,n1 由图811选用A型。 (3) 确定带轮的基准直径d,并演算带速v。 初选小带轮的基准直径d1。由图86和表88,以及图811,取小带轮的基准直径d1=100mm。 演算带速v。按式(813)演算的速度 =(3.14*100*3000)/(60*1000)15.7 (2.22)因为,所以,带速合适。 计算大带轮的基准直径。根据式(815a),计算大带轮的基准直径d2。 d2=i*d1=2.1*100=210mm (2.23) 根据图88,圆整为 。 (4) 确定v带的中心距a和基准长度Ld 根据式(820),初定中心距 a0=500mm (2.24) 由式(822),计算带所需的基准长度 (2.25)由表82选带的基准长度Ld=1600mm 按式(823)选带的基准长度Ld=1600mm (2.26)(5) 演算小带轮上的包角 =180(250-100)163.4790(6) 计算带的根数Z计算单根V带的额定功率Pr 由d1=100mm和n1=3000 查表84a得P02.05kw根据n1=3000r/min ,i=2.1 和A型带查表84b得P00.34kw查表85得K=0.957,表82得Kl=0.99 于是Pr=(P0+P0)=(2.05+0.34)0.957 0.99=2.26kw (2.27) 计算V带的根数Z。 Z=Pca/Pr=8.8/2.26=3.9 取4根 (2.28)(7) 计算单根v带的初拉力的最小值(F0)min由表83得A型带的单位长度是q=0.1kg/m,所以 (F0)min= (2.29) =500*(2.5-0.957)*8.8/(0.957*4*15.7)+0.1*15.7*15.7 138N应使带的实际初拉力F0(F0)min。(8)计算带的轴力Fp压轴力的最小值为 (Fp)min=2*Z(F0)min (2.210) =24138N 1093N小带轮的外型结构及尺寸如图(22),大带轮外型结构类此。 图2-2 小带轮的外型结构及尺寸3.传动轴的设计校核从图1-1可以看出,通过V带传送,将发动机的动能传送至主轴,主轴再通过键联接转鼓主轴,从而完成动能的传送。(1)轴材料的选择轴材料选取为45钢,并进行调质处理。(2)轴的部分参数计算0轴(电动机轴) P0=Pd=8kw n0=3000r/min T0=95508/3000=25.467 (3.21)1轴(旋转轴) P1=P01=8*0.96kw=7.68kw (3.22) (V带的传动效率=0.96) n1=n0/i=3000/2.1 r/min=1450r/min (3.23)T1=9550000P1/n1=9550000*7.68/1450=50582(3)初步估计轴的最小直径先按根据参考文献2式15-2初步估算轴的最小直径。根据参考文献2表15-3选取A0=112。于是有 dmin =A0*3P1/n1=19.5mm (3.3-1)又考虑到轴上装有一个键槽,轴径需增大5%。 dmin=dmin(1+5%)=20.5mm (3.3-2) (4)根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(从右往左)为了满足轴的最小直径要求,确定轴的右端面的直径定为:d1=30mm。由第2章传动系统的设计查表可知,大带轮的宽度的最小值B=63mm,则轴的第一段长度定为:L1=65mm。为了便于大带轮的定位,则设计了一段阶梯,即第2段轴的直径定为:d2=35mm,同时为了按装轴承和轴承端盖及轴承套杯,从而实现轴的定位,第2段的长度定为:L2=70mm(从右往左)。轴的第三段为带动转鼓旋转的主轴,需要比较长的长度,初步定为L3=500mm,直径d3=d2,仍然为35mm。由于第三段轴的跨度比较大,为保证传动的稳定性,在中间部分添加一个支撑轴承。为了便于轴承的定位以及加工轴时的装夹,第4段轴的直径定为d4=35mm,长度定为L4=65mm。综上,轴的总长L=700mm。(5)拟定轴上的装配方案转鼓主轴的支撑主要靠轴承,由于其主要受到的是扭矩,轴向力很小,可忽略,则这里所选用的是常用的深沟球轴承。轴承的选用可参考(GB/T2761994摘要)。而轴承的定位,左边采用的是挡圈,右边采用的是轴承套杯和轴承端盖。(6)按弯扭合成应力校核轴的强度根据轴的结构设计,可计算出轴各个部分所受力的大概值。根据前面所定的各段轴的数值,计算轴所受作用力大小:通过传动系统的计算知道单根v带的初拉力的最小值(F0)min=135N,共有4根带,则对带轮的拉力为: (3.61) =540N根据各段轴的长度及已知的作用力,计算左右轴承对轴的支撑力,设左边轴承的支撑力为F1,右边的支撑力为F2。则其受力示意图,如图(3.61) 图(31)主轴受力示意图令L1=190;L2=74;L3=350;L4=94根据各轴段的长度,计算F1,F2的大小:由 得: (3.62) F2的方向为竖直向上由 得 (3.63) F1的方向为竖直向下 根据所求的力各力的大小画扭矩图如图(3.62)及弯矩图如图(3.63)所示: 图(32)轴的扭矩图 各力变化点出的弯矩计算: (3.64) M1为逆时针 (3.65) M2为逆时针 (3.66) M3为逆时针 图(33)轴的弯矩图进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(即危险截面)的强度。根据式(155)及上图的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取=0.6,轴的计算应力 (3.67)前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由表151查得。因此,故安全。4.零部件的选择与设计4.1机壳的选择与设计根据刨丝机的工作原理可以发现,鲜薯块呗破碎成糊浆后直接与机壳接触,因此在机壳设计时需要注意防止其生锈,可以选择在其内表面电镀一层材料铬,镀铬层具有高的硬度,耐磨性和耐蚀性。刨丝机的箱体成一个滚筒状,所以机壳可以选择白口铸铁,经过冷轧制,去应力退火,再结晶退火得到圆筒状部件4.2压紧装置的设计与安装压紧装置的工作原理是通过螺栓调节安装在机壳侧面的压紧齿刀与转鼓间的距离,来调整鲜薯块的破碎程度。图4-1为螺栓连接。图4-1 螺栓连接4.3齿条的设计在本设计中,齿条是刨丝机用于鲜薯破碎的关键部位,利用高速旋转的齿刃对鲜薯进行刨削而达到破碎的目的。在齿条的材料选择方面,由于齿条是直接与鲜薯接触并进行破碎,因此要求齿条具有一定的硬度,耐磨性和耐蚀性。根据齿条的要求,查找材料有关资料,选定齿刃的材料为ZG65Mn,淬火硬度为HRC5560。齿条厚0.8mm,锯齿高2mm,齿条宽25mm,锯齿密度8齿/cm。齿条被分割楔块固定在转鼓上,锯齿高出楔块1.5-2mm。 图4-2 齿条局部明细图4.4筛片的选择与设计筛片是控制粉碎产品粒度的主要部件,它的种类、形状、包角以及开孔率对粉碎和筛分效能都有重要影响。刨丝机需要把鲜薯块破碎为糊浆,根据本设计的条件要求,选择筛片的筛孔直径为3mm。图 4-3 筛片4.5 轴承的设计与计算(1)轴承的选择滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一,它是依靠主要元件间的滚动接触来支撑传动零件的。滚动轴承绝大多数已经标准化,并由专业工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承。滚动轴承具有磨擦阻力小,功率消耗少,起动容易等优点。滚动轴承的基本结构如图4-3所示,它由内圈、外圈、滚动体、和保持架等4部组成。内圈用来和轴颈装配,外圈用来和轴承座孔装配。通常是内圈随轴颈回转,外圈固定,但也可用于外圈回转而内圈不动,或是内、外圈同时回转的场合。当内、外圈相对转动时,滚动体即在内、外圈的滚道间滚动。常用的滚动体有球、圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子、滚针等几种。轴承内、外圈上的滚道,有限制滚动体沿轴向位移的作用。 图4-4滚动轴承的基本结构图保持架的主要作用是均匀地隔开滚动体。如果没有保持架,则相邻滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。轴承的内、外圈和滚动体,一般是用高碳铬轴承钢(GCr15)或渗碳轴承钢(如G20CrNi4A)制造的,热处理后硬度一般不低于60HRC。由于一般轴承的这些元件都经过的回火处理,所以通常当轴承的工作温度不高于时,元件的硬度不会下降。如果仅按轴承用于承受的外载荷不同来分类时,滚动轴承可以概括地分为向心轴承(图4-5)、推力轴承(图4-6)和向心推力轴承三大类。主要承受径向载荷的轴承叫做向心轴承,只能承受轴向载荷的轴承叫做推力轴承。 图4-5向心轴承 图4-6推力轴承螺旋式斩拌机的支撑件轴承主要受到的是径向力,轴向力较小,且其是高速运转,所以选择向心轴承,这里选择的是深沟球轴承如图4-7所示。深沟球轴承主要承受径向载荷,也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高速时,可用来承受轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速时,可用来承受纯轴向的载荷。工作中允许内、外圈轴线偏斜量,大量生产,价格最低。 图4-7深沟球轴承由轴的各部分尺寸,则所选择的一对轴承的代号为6207。(2)轴承的布置 由于深沟球轴承在这里主要起到的是支撑,则其一对轴承布置在相距较远的地方,其作用是使得相当于悬臂梁的变螺距螺杆那段在转动时不宜产生过大的转角和挠度。(3)轴承的寿命通过查找深沟球轴承(GB/T2761994摘录),代号为6207轴承的基本额定动载荷C=25.5kN,由前面的计算得左边轴承的当量动载荷P1=F1=142.656N,方向竖着向下;右边轴承的当量动载荷P2=F2=684.256N,方向竖直向上。左边轴承的寿命: (4.51)右边轴承的寿命: (4.52)(4)轴承的润滑 润滑对于滚动轴承具有重要意义,轴承中的润滑剂不仅可以降低摩擦阻力,还可以起着散热、减小接触应力、吸收振动、防止锈蚀等作用。轴承常用的润滑方式有油润滑及脂润滑两类。此外,也有使用固体润滑的。选用哪一类润滑方式,这与轴承的速度有关,一般用滚动轴承的dn值(d为滚动轴承内径,mm;n为轴承转速,r/min)表示轴承的速度大小。适用于脂润滑和油润滑的dn值界限列于下表(41)。表(41)适用于脂润滑和油润滑的dn值界限(表值) 由d2=d3=35mm,n=1450r/min:D2n=35*1450=50750 (4.53)得深沟球轴承选用脂润滑,润滑脂形成的润滑膜强度高,能承受较大的载荷,不易流失,容易密封,一次加脂可以维持相对长的一段时间。对于那些不便经常添加润滑剂的地方,或那些不允许润滑油流失而致污染产品的工业机械来说,这种润滑方式十分适宜。但它只适用于较低的dn值。滚动轴承的装脂量一般以轴承内部空间容积的为宜。润滑脂的主要性能指标为锥入度和滴点。当轴承的dn值大、载荷小时,应选锥入度较大的润滑脂;反之,应选用锥入度较小的润滑脂。此外,轴承的工作温度应低于润滑脂的滴点,对于矿物油润滑脂,应低;对于合成润滑脂,应低。(5)轴承的密封装置轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其他杂物进入轴承,并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置可分为接触式和非接触式两大类。在这里采用的是接触式密封装置,接触式密封是在轴承盖内放置软材料与转动轴直接接触而起密封作用,常用的软材料有毛毡、橡胶、皮革、软木等,或者放置减摩性好的硬质材料(如加强墨、青铜、耐磨铸铁等)与转动轴直接接触以进行密封,这里用的是软材料毡圈油封,如图(4-8) 图(4-8)用毡圈油封密封在轴承盖上开出梯形槽,将毛毡按标准制成环形(尺寸不大时)或带形(尺寸较大时),放置在梯形槽中与轴密合接触。4.6 键的选择与校核(1)键的选择键是一种标准零件,通常用来实现轴与觳之间的轴向固定以传递转矩,有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键链接的主要类型有:平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。而这里键的使用主要来连接轴和带轮,其作用是为了实现轴向固定,从而传递转矩,则选用平键中最常用的圆头(A型)键。平键的两侧是工作面,工作时,靠键同键槽侧面的挤压来传递转矩,如图(4-9)所示。键的上表面与轮觳的键槽底面间则留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中型较好等优点,因而得到广泛应用。这种键连接不能承受轴向力,因而对轴上的零件不能起到轴向固定的作用。 图(4-9)圆头平键连接圆头平键宜放在轴上用键槽铣刀铣出的键槽中,键在键槽中轴向固定良好。缺点是键的头部侧面与轮觳上的键槽并不接触,因而键的圆头部分不能充分利用,而且轴上键槽端部的应力集中较大。在第3章轴的设计中,我们可以知道用于安装大带轮的轴的直径d1=30mm,且L1=65mm,根据已知的条件,查找平键联接的剖面和键槽尺寸(GB/T10951990摘录)、普通平键的型式和尺寸(GB/T10961990摘录)取:键 GB/T 1096(圆头普通平键(A型),b=8mm,h=7mm,L=56mm)。安装在电动机上的小带轮,与其配合的轴的直径为38mm,长度为80mm,则取:键 GB/T 1096(圆头普通平键(A型),b=10mm,h=8mm,L=56mm)。(2)键的校核【参考机械设计书】 键、轴和轮觳的材料都是钢,由表62查得许用挤压应力,取其平均值,。与大带轮配合的键的工作长度,键与轮觳键槽的接触高度。由式(4.61)可得 (4.61) 与小带轮配合的键的工作长度,键与轮觳键槽的接触高度。由式(4.61)可得 (4.62) 由上面两式可知,键的选择符合条件。结 论致 谢参 考 文 献 1 成大先. 机械设计手册.北京:高等教育出版社2 濮良贵,纪名刚.机械设计.高等教育出版社,2006.53 王之栎,王大康.机械设计综合课程设计J.机械工程出版社,2003.64 郭建平,林伟初.鱼粉加工技术与装备:海洋出版社,2006.5 洪钟德. 简明机械设计手册.上海:同济大学出版社6 东北工学院.机械零件设计手册(中册).北京:冶金工业出版社.1982
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