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编号:4505    类型:共享资源    大小:1.40MB    格式:ZIP    上传时间:2021-06-16
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板栗 翻炒 设计 栗子
资源描述:
炒栗栗子机设计 目目 录录 1 1 绪论绪论1 1.1 概述:炒栗栗子机食品机械的应用前景和发展现状1 1.2 炒栗栗子机的相关介绍、研制意义和目标、未来的发展方 向1 2 2 机械系统总体方案的拟定机械系统总体方案的拟定 3 2.1 动力系统的拟定3 2.2 传动系统的拟定3 2.3 执行机构的拟定3 3 3 工作机构运动需求分析及初步设计工作机构运动需求分析及初步设计4 3.1模型的建立与分析4 3.2 生产效率与成型盘的设计4 3.3 横、竖蛟龙的设计计算5 3.4 供栗机构的设计6 3.5 出栗机构的设计6 4 4 传动系统的设计计算传动系统的设计计算7 41 传动比的分配7 4.2 蜗轮蜗杆传动副的设计7 4.3 直齿圆锥齿轮传动副的传动设计9 4.4 链传动设计11 4.5 出栗机构直齿圆柱齿轮设计及校核12 4.6 竖绞龙直齿圆柱齿轮设计及校核13 5 5 分流轴及其附件的设计计算分流轴及其附件的设计计算15 5.1 分流轴的设计与校核15 5.2 轴承的设计与校核20 5.3 键联接的设计与校核25 5.4 花键连接的设计与校核28 6 结论结论39 参考文献30 致 谢31 炒栗栗子机设计 1 绪论 1.1 炒栗栗子机(食品机械的应用前景和发展现状 炒栗栗子机(食品在我国历史悠久,伴随着几千年的文明的发展已经成为我国食品文 化中的代表,如饺栗子、包栗子、馄沌是主食的一部分;汤圆、月饼、粽栗子是传统节 日中必不可缺的食物。如今,经济的迅速增长、人民生活水平的提高和生活节奏的加快, 对食品行业提出了新的要求。而本人认为这些要求可以归纳为两大类: 其一是食品的质量:如食用口感、卫生状况、营养含量等。 其二便是食品供应的速度。 而解决这两个矛盾要求的办法便是实现食品生产的机械化和自动化,通过机械动作 可以极大程度的提高食品的生产率;采用环保的机械材料和严格的密封技术可以很好的 保证食品卫生;而合理的工艺编排更能改善食品的口感。 目前国内外厂家在炒栗栗子机(食品机械化上的研究已经取得了一定的成果,成功研 发了饺栗子机、包栗子机、馄沌机、汤圆机、月饼机以及自动化程度更高的全自动万能 炒栗栗子机机。 因东西方饮食文化的差异,目前国外炒栗栗子机成型类机械主要为日本所生产,如 日产的自动万能炒栗栗子机机,其最大生产能力可达每小时 8000 个,且加工范围极广, 能生产各式馒头、包栗子、饺栗子、夹馅饼干、寿司、等等近百种产品,采用可拆卸料 斗能实现快速更换馅料,内置的无级变速调控装置可以实现皮和馅的任意配比。广泛用 于各种带馅食品的加工。 而国内相关机械虽然在自动化和多功能方面较之日本产品还有一定的差距,但是通 过改革开放以后二十余年的发展亦取得了很大的进步。以上海沪信饮料食品机械有限公 司生产的水饺机为例:配备 1.1Kw 的电动机,生产效率达每小时 7000 个。已相当接近日 产饺栗子机的生产水平。 1.2 炒栗栗子机的相关介绍、研制意义和目标、未来的发展方向 1.2.1 炒栗栗子机的介绍 “炒栗栗子机”顾名思义是以机械动作代替手工操作来进行炒栗栗子的机械。 按照食品机械的分类应属于食品炒栗栗子机成型类机械,其能实现的功能均为通过机械 动作将某一类带馅并且有特定外型要求的食品生产出来。当前该类机械中比较成熟的有 饺栗子机、包栗子机、馄饨机、汤圆机。而其他特殊类型的食品炒栗栗子机成型机械一 般通过借鉴以上四类机械的某些结构并加以改良设计从而使之适应本类食品生产加工的 需求。本课题所设计的自动栗子机便属于后者。 1.2.2 炒栗栗子机的研制意义和目标及未来的发展方向 栗子是我的家乡修水县的一种特色小吃,以其独特外型和口感在全县乃至周边地 区博得人们的欣赏,但长期以来它只能通过手工生产,既费时费力,又难以保证卫生, 而且无法长期在常温下保存。因此如果能研究开发一种能够以机械动作代替人工劳动的 机器,那么除了可以节约大量的时间、降低栗子的生产成本、提高利润之外,更可以 免除人们冬日里冒寒排队购物之苦,一举多得。 炒栗栗子机的初步目标确定为能够实现栗子炒栗栗子机工艺的机械化。未来可 在此基础上加以改进和扩展,以实现横纵两方向发展。即炒栗栗子全过程的无人干预 自动化与多功能化。 2 机械系统总体方案的拟定 2.1 动力系统的拟定 动力系统可按原动机的类型分为电动式、气动式、液压式等。炒栗栗子机功率小、 结构较简单、产品无严格精度要求,因此对动力源亦没有过多限制,且通过从便捷性和 适用性方面的考虑决定选用两相或三项交流电动机作为动力输出装置。经比较国内众多 相关机械的电机型号及结合本设计自身特性,选用 2.2Kw 三相交流电动机 Y112M-6。 2.2 传动系统的拟定 传动系统按传动件的不同可分为带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动、等几 大类。炒栗栗子机的传动系统属于复合传动系统,综合了链、齿轮、蜗轮蜗杆以及槽 轮机构以实现传动系统的最优化。 具体传动系统见下图。 图图 2-12-1 传动系统图传动系统图 2.3 执行机构的拟定 执行机构包括三个大部分: 其一是实现馅料输送的供馅机构。即供栗机构。 其二是实现输送的供面机构。分为横、竖绞龙两小部分。其中竖绞龙为中空结构,内 腔充当馅料输送的通道,即馅管。 其三是整个设计的核心部分-成型机构。由两个同向运动的成型盘构成。 3 工作机构运动需求分析及初步设计 3.1栗子模型的建立与分析 根据家乡栗子的实物研究,初步选定: 使用体积测量功能测得栗子总体积为,其中空心部分(即馅部分)体积 为,实心部分体积(即部分)。 3.2 生产效率与成型盘的设计 因本设计为地方特殊食品的生产机械,故没有完善的理论计算方面的支持,因此在 参考了国内外众多成型机械后拟定生产效率为个每小时,且由于成型盘每旋转一周 可生产栗子一个,故而确定成型盘的转速为。 通过观察手工炒栗子过程了解到速度越快越易成型,手工生产时速度大约为 。因考虑到机器生产效率高的影响,决定将搓制速度提高一倍,初步确定为 。 则成型盘的基础直径应为,圆整后取。 3.3 横、竖蛟龙的设计计算 横、竖蛟龙的作用主要是输送,即上述三维分析中的实心部分。 3.3.1 竖绞龙的设计计算 已知每个栗子部分体积为, 栗子内腔壁直径,即竖 绞龙螺旋管的外径为,初步拟定竖绞龙的套筒内径为,螺旋带厚 度为,螺旋带最外缘半径,且忽略因螺旋带扭曲所带来的体积增 加(即认定每个导程内螺旋带所占体积近似为一个内径,外径,厚 度的圆环体所占的体积) ,则: 设竖绞龙的转速与成型盘转速相同,即竖绞龙每旋转一周,垂直向下运动一个导程, 且该导程内的恰好能供成型盘生产一个栗子,为。则螺旋管的导程可按 下式近似计算: (3-1) 代入数据有: 考虑到压实体积需要收缩,故将导程圆整为。 3.3.2 横绞龙的设计计算 初选设计参数: 横绞龙螺旋管外径;横绞龙导料槽内径;螺旋带厚度 ;螺旋带最外缘半径;考虑到横绞龙采用单端固定的形式,不适 合承受过大弯矩,因此决定增大转速缩小导程以减小作用在螺旋管上的径向分力。拟定 转速为成型盘转速的倍,即。 则有: 同理考虑到压实体积需要收缩,将导程圆整为。 3.4 供栗机构的设计 因为馅料需要在底部搓制完成时方可送入,故需要间歇输送,拟定采用槽轮机构与 双滑片泵组合使用。输送频率在数值上等同于成型盘每秒的旋转次数,即有 Z=1Hz。 根据供栗机构为双滑片偏心泵的结构可确定。 3.5 出栗机构的设计 为了避免在搓制成型过程中产生撕裂,应当使面嘴转速等于或接近于在成型盘中的 转速。设与成型盘之间没有相对滑动,则转速可由下式确定: (3-2) 给公式变形并代入数据有: 4. 传动系统的设计计算 41 传动比的分配 4.1.1 电动机转速的确定 Y112M-6 型电动机额定转速为。 4.1.2 传动比的总体分配及各轴转速的确定 根据总体传动系统图和各执行部件所需的转速可确定出各传动部件的传动比。 最大传动比; 最小传动比; 确定减速器的传动比为; 确定锥齿轮副的传动比为; 确定横绞龙链轮副的传动比为; 确定成型盘链轮副的传动比为; 确定面嘴齿轮副的传动比为; 确定竖绞龙齿轮副的传动比为; 确定槽轮机构的传动比为; 列出各个轴的转速: 电机轴转速; 蜗杆轴转速; 蜗轮轴转速; 分流轴转速; 4.1.3 确定各个执行部件所需的功率 根据各个执行机构的运动要求分配其所占的比例: 成型机构 40%; 横绞龙 25%; 竖绞龙 15%; 出栗机构 12%; 供栗机构 8%。 4.2 蜗轮蜗杆传动副的设计 4.2.1 设计要求 蜗杆要求右旋;输入功率;输入转速;传动比;工 作时单向运转;载荷较平稳;要求累计工作时间不小于;可靠性要求一般;电动 机驱动;工作环境通风良好,减速器有效散热面积 A 不小于;平均室温; 工作油温不高于。 4.2.2 初选参数及材料 根据使用要求,选用 ZA 型阿基米德蜗杆,蜗杆头数,对应的蜗轮的齿数 ,变位系数,传动效率,蜗轮使用系数,蜗轮动载系数 ,减速器散热系数。 蜗杆材料:45钢淬火,要求达到齿面硬度45HRC。 蜗轮材料:ZCuSn10P1离心铸造。 疲劳接触强度最小安全系数 弯曲疲劳强度最小安全系数 材料弹性系数 则有: 蜗轮材料接触疲劳极限应力; 蜗轮材料弯曲疲劳极限应力; 4.2.3 初步计算 转速系数; 寿命系数; 蜗轮材料许用接触应力: ; 蜗轮材料许用弯曲应力: ; 蜗杆转矩; 蜗轮转矩; 工作系数 4.2.4 根据齿面接触疲劳强度条件设计蜗轮蜗杆副 根据设计公式有: (4-1) 据查表数据圆整,并查得;。 计算可得: 蜗轮分度圆直径:; 实际中心距:; 蜗杆速度:; 蜗杆齿顶圆直径:; 蜗杆齿根圆直径:; 导程角:; 导程角系数:; 当量齿数:; 蜗轮轮齿齿形系数:; 螺杆螺纹部分长度:; 蜗轮喉圆直径:; 蜗轮齿顶圆直径:; 蜗轮齿根圆直径:; 蜗轮轮缘宽度:,圆整取。 4.2.5 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度和热平衡 根据弯曲疲劳强度校核条件有: (4-2) 可见齿根弯曲疲劳强度合格。 根据热平衡计算条件有: (4-3) 可见减速器热平衡条件亦满足要求。 4.2.6 蜗轮蜗杆受力计算 ; ; 。 4.3 直齿圆锥齿轮传动副的传动设计 4.3.1 设计要求 输入功率;输入转速;传动比;工作时单向运 转;载荷较平稳;要求累计工作时间不小于;可靠性要求一般。 4.3.2 初选参数及材料 工作载荷系数:、; 寿命系数:、; 齿宽系数:; 分度锥角:; 齿形系数:; 应力修正系数:; 节点区域系数:; 最小安全系数:、; 锥齿轮选择材料 45 钢调质,要求达到齿面硬度 230HBS。 材料系数;、; 4.3.3 初步计算 许用齿面接触应力:; 许用齿根弯曲应力:; 输入转矩: ; 工作系数:。 4.3.4 根据齿面接触疲劳强度条件设计直齿圆锥齿轮传动副 根据设计公式有: (4-4) 圆整后取; 选取模数:,齿数:; 锥距:; 齿宽:,圆整后取; 圆整齿宽系数:。 4.3.5 校核齿根弯曲疲劳强度 根据校核公式有: (4-5) 可见齿根弯曲疲劳强度满足要求。 4.3.6 圆锥齿轮受力计算 4.4 链传动设计 4.4.1 横绞龙链传动设计 设计要求:输入功率,输入转速,传动比。 横绞龙链传动采用单排滚栗子链结构,查手册可知需选用 08A 型滚栗子链,链节距 。初选小链轮齿数。由传动比可计算得。 链速:; 工作拉力:; 选取压轴力系数; 轴压力:。 4.4.2 成形机构链传动设计 设计要求:输入功率,输入转速,传动比。 成形机构链传动亦采用单排滚栗子链结构,查手册可知需选用 08A 型滚栗子链,链 节距。初选小链轮齿数。由传动比可计算得。 链速:; 工作拉力:; 选取压轴力系数; 轴压力:。 4.5 出栗机构直齿圆柱齿轮设计及校核 4.5.1 设计要求 输入功率,输入转速,传动比,要求中心距 ,齿宽。 4.5.2 模数、齿数及分度圆直径的计算 计算大小齿轮分度圆直径: 初选模数,齿数;。 4.5.3 选择参数与材料并进行
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