机械创新设计

2008届工程机械机专业械创新设计机械创新设计 2010-2011第2学期 班 级： 指导教师： 成 绩： 日期：2011 年 7月 摘 要 近年来,我国食品工业实现了高速发展,已成为国民经济的支柱产业,占GDP的10%,雄居首位,而肉制品工业占我国食品工业总产值的9%10%。肉制品消费水平的高低,反映一个国家的生活水准和发达程度。肉制品工业的发展成为了带动农业、畜牧业、饲料工业的龙头,新型自动绞肉机用独特的绞刀设计,实现细绞、中绞、粗绞三种功能的有机结合,同时依据绞刀的独特的参数设计，确保了绞肉的质量。【关键词】：绞肉机，绞刀，参数设计ABSTRACT In recent years, Chinas food industry to realize the high speed development, has become a pillar industry of the national economy, accounting for 10% of GDP, the no.1 in the first place, and meat products industry accounts for 9% of the total industrial output value of Chinese food to 10%. Meat consumption level of high and low, reflect a countrys standard of living and development level. The development of the Chinese meat product industry become the leading agriculture and animal husbandry, feed industry bibcock, new automatic speed with unique design, realization of fine meat grinder， ground, rough ground in three functions, and according to the organic integration of unique design parameters of knives, to ensure the quality of ground beef.【KEY WORDS】： meat grinder，knives，design parameters目录 第1章 前言.6 第2章 结构及工作原理.7 2.1绞肉机的结构.7 2.1.1送料结构.7 2.1.2切割机构.8 2.1.3驱动机构.8 2.2绞肉机的工作原理.8 第3章 螺旋供料器的设计.9 3.1绞笼的设计.9 3.1.1绞笼的材料.9 3.1.2螺旋直径.10 3.1.3螺旋供料器的转速.10 3.1.4螺旋节距.10 3.2绞筒的设计.10第1章 传动系的设计.11 4.1电机的选择.11 4.2带传动的设计.12 4.2.1设计功率.12 4.2.2选定带型.12 4.2.3传动比.12 4.2.4小带轮基准直径.12 4.2.5大带轮基准直径.12 4.2.6带速验算.13 4.2.7初定轴中心距（mm).13 4.2.8带的基准长度.13 4.2.9实际轴中心距.13 4.2.10小带轮包角.13 4.2.11当根V带的基本额定功率.13 4.2.12单根V带型额定功率增量.13 4.2.13V带的根数Z.14 4.2.14单根V带的预紧力.14 4.2.15作用在轴上的力.14 4.2.16带轮的结构与尺寸.14 4.3齿轮传动的设计.15 4.3.1选择材料.15 4.3.2按接触疲劳强度进行初步设计.15 4.3.3校核齿面接触强度.17 4.3.4大齿轮的确定.18 4.4轴的设计.19 4.4.1按扭转强度计算.19第2章 绞刀设计.20 5.1绞刀的设计.20 5.1.1刀刃的起讫位置.21 5.1.2刀刃的前角.22 5.1.3刀刃的后角.23 5.1.4刀刃的刃倾角.24 5.1.5刀片的结构.25第6章 生产能力分析.26 6.1绞刀的切割能力.26 6.2绞肉机的生产能力G.27 6.3功率消耗N.27第7章 使用说明书.28 7.1 使用参数.28 7.2 送料机构.28 7.3 切割机构.28 7.4 驱动机构.28 7.5 明细表.28参考文献.30总结+谢辞.31 第1章 前 言 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人民对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新实际的主流食品。食品工业也将成为国民的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅猛。 食品工业的现代化水平，在很大程度上依赖食品机械的发展及其现代化水平，离开现代化仪器和设备，现代食品工业就无从谈起。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工艺的改进和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。两者互相促进、互相完善，是使整个食品工业向现代化迈进的必要条件。 在肉类加工的过程中，切碎 斩拌工序的机械化程度最高，其中绞肉机、斩拌机搅拌机是最基本的加工机械。几乎所有的肉类加工厂都具备这3种设备。国内一些大型的肉类加工厂先后从西德、丹麦、瑞士、日本等引进了先进的加工设备，但其价格十分的昂贵。目前中小型肉类加工企业所使用的大部分设备为我国自行设计制造的绞肉机，我们所设计的新型绞肉机，它将肉可进行粗、中、细以满足不同加工工艺的要求，该机亦可作为其他原料的挤压设备。第2章 结构及工作原理2.1绞肉机的结构 绞肉机主要由送料机构切割机构和驱动机构等组成，如图2-1所示。图2-1绞肉机结构1. 机架 2.绞刀 3.剂肉样板 4.旋盖 5.绞筒 6.绞笼 7.料斗 8.减速器 9.大皮带轮 10.电机 11.皮带 12.小皮带轮2.1.1送料结构包括料斗7、绞笼6、和绞筒5.其作用是输送物料前移到切割机构，并在前段对物料进行挤压。2.1.2切割机构 包括剂肉板3绞刀2旋盖4.其作用是对挤压进入样板孔中的物料进行切割。样板孔眼规格有多种，可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行交换。2.1.3驱动机构 包括电机10、皮带9、12减速器8、机架1等。2.2绞肉机的工作原理 工作时，先开机后放料，由于物料本身的重力和螺旋供料器的旋转，把物料连续绞刀口进行切碎。因为螺旋供料器的螺距后面应比前面小，但螺旋轴的直径后面比前面大，这样对物料产生了一定的挤压力，这个力迫使已经切碎的肉从格板上的孔眼中排出。 用于午餐肉罐头生产时，肥肉需要粗绞而细肉需要细绞，我们可以通过调换格板的方式来达到目的。格板有几种不同的规格的孔眼，通常粗绞用的直径为8-10毫米，细绞用的直径是3-5毫米的孔眼。格板的厚度一般都为10-20毫米的钢板。由于粗绞的孔眼比较大，故其转速比细绞时要快，但最大不超过400转/分，一般在200-400转/分。因为格板上孔眼的总面积一定，及排料量一定，当螺旋供料器旋转太快是，将会使物料在切刀附近堵塞，造成负荷突然增加，对电机不利。 绞刀的刃口是顺着切刀转向安装的，绞刀要用工具钢制造，刀口要求很锋利，使用一段时间后，刃口会变钝，此时应调换或重新修磨，否则会影响切割效率， 装配或调换绞刀后，一定要把紧固螺母旋紧，才能保证格板不动，否则因格板移动会使格板和绞刀转动产生相对运动。螺旋供料器在机壁里旋转，要防止和机壁相碰，否则就要损坏机器。但他们之间的间隙也不能太大。过大会影响送料效率和挤压力，甚至会使物料倒流。 绞肉机的生产能力不能有螺旋供料器来决定，而由切刀的切割能力来决定。因为切割后物料必须从孔眼中排出，螺旋供料器才能继续送料，否则送料再多也不行，相反会产生物料堵塞现象。第3章 螺旋供料器的设计 3.1绞笼的设计 绞笼的作用是向前输送物料，并在前段对肉块进行挤压。如图3-1所示.设计上用一根变螺距变根径的螺旋，及螺距后大二前小，根径后小而前大，这样使其绞笼与绞筒之间的容积逐渐减小实现了对物料的挤压作用。绞笼前端方形轴处安装绞刀，后端面上安装两个定位键与其主轴前端面上键槽配合，以传递动力。 图3-1绞笼3.1.1绞笼的材料 绞笼的材料选用HT200.3.1.2螺旋直径 取D=160mm G-生产能力，由原始条件得G=1T/H. K-物料综合特性系数，取k=0.071 -物料填充系数查B4表1-16得=0.15 -物料的堆积密度，猪肉的为1.5. C-与螺旋供料器倾角有关的系数，查B4表1-15得C=1.3.1.3螺旋供料器的转速 取数据n=326r/min. 3.1.4螺旋节距 实体面型螺旋的节距t=D.3.2绞筒的设计由于肉在绞筒内受到搅动，且受挤压力的反作用力作用，物料具有向后倒流的趋势，因此在绞笼的内壁上设计了8个止退槽，沿圆周均匀分布，如图3-2所示，绞筒内壁与绞笼之间的间隙要适当，一般为3-5mm,间隙太大会使物料倒流；间隙太小绞笼与绞筒内壁易碰撞。绞筒的材料可选用铸铁，选HT200. 图3-2绞筒第4章 传动系统的设计由于绞笼只有一种工作转速，则从电机到绞笼的运动路线为定比传动，其总的传动比可利用带传动、齿轮传动等机构逐渐减速后得到。绞笼的转速不易太高，因为输送能力并不是随转速增加而增加。当速度达到一定值以后，效率反而下降，且速度过高，物料摩擦生热，出口处的压力升高，易引起物料变形，影响绞肉质量，因此绞笼的转速一般在200-400r/min比较适宜。在本设计中采用326r/min. 由传动比标准系列查B2表2-1 初步取 根据选用的电机和绞笼转速要求设计传动路线如下： 4.1电机的选择 所以根据N=4KW,n=1500r/min,查表B110-4-1X选用Y112M-4，再查表B110-4-2得Y112M-4电机结构。4.2带传动的设计4.2.1设计功率 P-传递的功率4.2.2选定带型根据和查B1图8-1-2选取普通V带A型，-小带轮转速，为1440r/min4.2.3传动比 4.2.4小带轮基准直径 由B1表8-1-12和表8-1-14选定4.2.5大带轮基准直径 4.2.6带速验算4.2.7初定轴中心距（mm) 4.2.8带的基准长度 由B1表8-1-8取即带型为A-9004.2.9实际轴中心距 4.2.10小带轮包角 4.2.11当根V带的基本额定功率 B1表8-1-27（c）取1.32kw4.2.12单根V带型额定功率增量根据带型号，查B1表8-1-27（c) 取0.15kw4.2.13V带的根数Z 4.2.14单根V带的预紧力 m-V带每米长的质量（kg/m)查(8-3)取0.1kg/m4.2.15作用在轴上的力 4.2.16带轮的结构与尺寸 带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺系好，质量分布均匀，质量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。 轮槽工作面光滑以减少轻带的磨损。 带轮的材料为HT200.查表8-10得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查表8-14确定轮辐。如下图4-2和4-3所示。 4.3齿轮传动的设计4.3.1选择材料。确定 选择两齿轮的材料为：大小齿轮均为40，并经调制处理及表面淬火，齿面硬度为45-50HRC;精度等级为6级。 4.3.2按接触疲劳强度进行初步设计4.3.2.1确定中心距a（按B1表8-3-27公式进行设计） 4.3.2.2确定模数mm=(0.0070.02)a=0.561.6,取m=1.5mm4.3.2.3确定齿数 初取螺旋角 4.3.2.4计算主要的几何尺寸分度圆的直径 齿顶圆直径 端面压力角 基圆直径 齿顶圆压力角 端面重合度 齿宽 齿宽系数 纵向重合度 当量齿数 4.3.3校核齿面接触强度 强度条件： 计算应力： 式中： 齿向载荷分布系数 单对齿啮合系数许用应力： 则： 4.3.4大齿轮的确定根据大齿轮的功率，确定大齿轮的孔径为33mm，其尺寸和形状公差为6级，即0.016mm，齿轮的径向和端面跳动公差为0.014mm.如图（4-4） 4.4轴的设计4.4.1按扭转强度计算 用实心轴 式中：d-轴的直径，mm T-轴传递的转矩，N.mm P-轴传递的额定功率，kw n-轴的转速，r/min t-轴材料的许用切应力， A为系数，取120，根据上面的公式计算，齿轮轴的最小直径d=20mm;大齿轮轴的轴的最小直径d=20mm.结构如下图：第5章 绞刀设计 绞刀的作用是切割物料。它的内孔为方形，安装在绞笼前端的方轴上随其一起旋转，刀刃的安装方向与绞笼旋向相同。绞刀的规格有2刃、3刃、4刃、6刃、8刃。绞刀用ZG65Mn材料制造，淬火硬度为HRC55-60，刃口要锋利，与样板配合平面应平整，光滑。5.1绞刀的设计 绞刀的几何参数对所绞出肉的颗粒度以及产品质量有着很大的影响，现对十字刀片的各主要参数进行设计。十字刀片如图所示。其每一刃部的绞肉线速度，分布亦如该图所示。从图上可以看出其刃部任意位置上只有法向速度。其值为 : 式中： 再从任一叶刀片的横断面上老看，其刃部后角越大，而前角级刃倾角都为零。因此，该刀片的几何参数角度不尽合理。故再将以一叶刀片与网眼板相接触的一条刀刃为对象，分析刀刃上各个参数的作用及其影响，设计参数。5.1.1刀刃的起讫位置绞肉时，绞肉机的十字刀片作旋转运动，在转速一定的条件下，刀刃离旋转中心点越远，则绞肉（指切割肉的）线速度越快，并且在螺杆进料速度也一定的条件下，假定绞肉时刀片所消耗的功全部转化为热能，则任一与网眼板相接触的刀 刃，在单位时间内产生的热量为： 式中：Q-单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割肉所产生的热量。 F-铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（N ) V-任一刀刃切割肉的线速度（m / S ) 所以，绞肉（切割肉）的线速度越快，则所产生的热量也越大，因此绞肉的线速度不能很高。根据经验，我们知道一般绞肉时刀刃切割肉的钱速度处在30-90m/min之间最为理想，因此由这此数据可估算出刀刃的起讫位置，即刃的起点半径和终点半径R 。根据式1 得： 3已知十字刀刃的转速 n=326r/min 圆整后去：r=15mm;R=45mm.5.1.2刀刃的前角 当十字刀片绞肉时，其任一与网限板相接触的刀刃上的受力情况如下图（5-2） 在刀片旋转速度以及螺杆进料速度都一定的情况下，前角大，切割肉所需的力和切割肉所产生的热都小；反之，则大。但前角很大时，则因刀具散热体积小而使切割肉时所产生的温度不能很快冷却。因此，在一定的条件下，前角有一合理的数值范围：一般取： 。（肉质软取大值，反之取小值）5.1.3刀刃的后角 刀刃后角的目的：一是减小后刀面与网眼板（包括二眼板）表面的摩擦；二是在前角不变的隋况下，增大后角能使刀刃锋利。 刀片磨损后将使刀刃变钝，使肉在绞肉（切割）过程中变形能增加，同时由于磨损后刀片的后角基本为零，加大了刀片与网眼扳的摩擦，两者都使绞肉过程中产生的热量增多。 另外，在同样的磨钝标准VB 下，后角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较大如图5-3 所示.这说明增大后角可提高刀片的耐用度，但同时也带来的问题是刀片的NB 磨损值大（反映在刀体材料的磨损过大这一为面），并且刀刃极度也有所削弱，故后角也有一合理的数值范围：一般取： 。（肉质软取大值反之取小值） 图5-3 后角与VB、NB的关系5.1.4刀刃的刃倾角 从分析由前刀面 和后刀面而所形成的刀刃来得知刀倾角对刀片性能的影响情况。在任一叶刀片的法剖而内，当把刀刃放大看时，可以把刀 刃看成是一段半径为的圆弧图5-4,由于刀刃有刃倾角，故在线速度方向剖而内的刀刃将变成椭圆弧斜剖刀刃圆弧所得）图5-4 刃倾角与刀刃角锋利度椭圆的长半径的曲率，即为到人实际纯圆半径。 其关系为： 6 由此可见，增大刀倾角的绝对值，可以减小刀刃的实际纯圆半径，这就说明增大刃倾角就可使刀刃变的锋利。 一旦刀刃的起讫半径确定后，其最大初始角就可以确定了，参见图5-5图5-5 7 初始刃倾角按下式计算： 见图5-6图5-6初始刃倾角计算用示意图 8式中：r-刀刃起始点半径（mm）； R-刀刃终止点半径（mm）； b-叶刀片外端宽度（mm）； -初始刃倾角；5.1.5刀片的结构根据以上对绞刀各个几何参数的分析，得出绞刀的结构图（图5-78) ，此绞刀的特点： 1.后角取 ，刀片的寿命较长； 2 、前角取，以减小绞肉所需的力及功率； 3 、增加刃倾角，以提高少刀刃的锋利度； 4 、采用全圆弧形的前刀面结构，以改善刀刃的强度； 5 、采用可换式刀片结构，以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片。图5-8 2刃 、4刃 、 8刃第6章 生产能力分析6.1绞刀的切割能力 切刀的切割能力，可用下式计算： 式中: 6.2绞肉机的生产能力G生产能力G（kg/h）: 式中： 6.3功率消耗N 功率消耗可用下式计算： 式中： 由生产能力计算可知，在N 、D 一定的条件下，绞刀的刃数越多，生产能力越大但是不同刃数的绞刀应与不同孔径的挤肉样板相匹配，才能得到较为合理的生产量和功率消耗。在使用能过程中，可根据附表中推荐的值来选用。样板孔径mm38 、1016绞刀刃数842生产能力kg/h80010001400第7章 使用说明书7.1 使用参数 G 绞肉机的生产能力，I000KG / H 电动机型号Yll2M4 7.2 送料机构包括料斗、绞笼和绞筒。其作用是输送物料前移到切割机构，并在前端对物料进行挤压。7.3 切割机构 包括挤肉样板、绞刀、旋盖。其作用是对挤压进人样板孔中的物料进行切割样板孔眼规格有多种，可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更换7.4 驱动机构 包括电机、皮带轮、减速器、机架等。7.5 明细表 螺母M20 机架 电机 联轴器 小V 带龙 高速轴 圆头平键 轴承端盖 料斗 绞笼 绞筒 绞少J 绞肉样板 旋盖参考文献【 l 】 吴示泽主编机械设计实用手册第一版北京;化学工业出版社1999【 2 】 淮良贵、纪名刚主编机械没计第匕版北京高若教育出版社2001【 3 】 张裕中主编食品加工技术装备第一版北京中国轻工业出版社2000 【 4 】 胡继强主编食品机械与设备第一版北京中国轻工业出版社1999 【 5 】 李兴国主编食品机械学（下册）第一版四川教育出版社 1992【 6 】 张万昌主编热加工工业基础第一版北京：高若教育出版社1997【 7 】 纪名刚、吴立言主编.机械设计.第八版.北京：高等教育出版社.2010【 8 】王连明主编.机械设计课程设计.第4版.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社 【 9 】朱辉唐、宝宁主编.画法几何及工程制图.第六版.上海.上海科技大学出 版社.2008总结+谢辞 1. 机械创新设计是机械课程当中一个重要环节，通过了2周的创新设计使我从各个方面都对设计有了充分的理解，对机械的有关各个零部件有机的结合在一起有了更加深刻的认识。 2. 由于在设计方面我没有经验，理论知识学的不牢固，在设计中难免会出现这样那样的问题，如：在选择计算标准件时可能会出现误差，在查表和计算上精度不够准，以及在设计图当中也有很多不合格的地方等。3. 在设计的过程中，培养了我综合应用机械设计课程及其他课程的理论知识和应用生产实际知识解决工程实际问题的能力，在设计的过程中还培养出了我独立思考的能力，在自己多方面的思考下也能解决一些以前不知道的东西。在这些过程中我深刻地认识到了自己在知识的理解和接受应用方面的不足，在今后的学习过程中我们会更加努力和团结。 4. 在没有做创新设计之前觉的课程设计只是这几年所学的理论知识的总结，但是通过这次创新设计，我发现我自己的看法太片面了。创新设计不仅是对以前所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次创新设计让我明白了自己的知识还很欠缺，还有很多东西要加以学习。在以后的学习和工作中我一定会努力提高自己个方面的知识。5. 在整个设计过程中我懂得了很多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对自己以后的学习工作和生活有非常重要的影响。虽然这个设计不是很好，但是在设计过程中学到的东西是这次创新设计的最大收获和财富。它将使我终身受益。6. 感谢指导老师在设计过程中给我们的指导，也感谢其他同学给我的帮助，我相信在以后的学习过程中，我会更加的努力，并且我会尽力的帮助那些学习成绩不好的同学，争取和他们一起进步。31