家用甘蔗榨汁机的设计

家用甘蔗榨汁机设计摘要：家电产品是人们日常生活必不可少的生活用品,人们对电器产品的要求从实用性、可靠性己经提高到对舒适性、美观性、安全性、实用经济性等方面的考虑。对电器产品的这种不断提出的新要求,促使电器产品的外观不断的改进,零件的生产技术也不断得到新的发展,使家电产品外壳零件成形技术在成形领域中占有越来越重要的地位。目前,电器产品的外形设计及加工技术日益受到了国外的高度重视,德国、美国、日本等发达国家在这方面的研究已经取得相当的进展。他们的电器产品外观美观,让人赏心悦目,而且设计高效快捷,产品更新换代加快。 本课题主要设计一种新型家用甘蔗榨汁机。关键词：甘蔗榨汁机,产品设计,结构设计AbstractHousehold electrical appliances is essential to daily life of people living supplies, thepeople of electrical products from the requirements of practicality, reliability has been raisedto the comfort, aesthetics, security, economic and other practical aspects of the request.On theelectrical products that keep the new requirements, electrical products to the appearance ofcontinuous improvement, parts of the production technology has been new development,household electrical appliances shell parts forming technology in the field of forming occupymore and more important position . At present, the electrical products form design andprocessing technology has increasingly come under the close attention both at home andabroad, Germany, the United States, Japan and other developed countries in this area ofconsiderable progress has been made. Their aesthetic appearance of electrical products,people feast for the eyes, and efficient design of faster, speed up the upgrading of products.This topic is designing a new household sugar cane juice extractor.Key words: juicer,product design, structural design目 录1引言42甘蔗榨汁机设计总体结构42.1入料部分52.2榨汁部分52.3机架部分52.4甘蔗榨汁机设计的总体设计53 家用食品甘蔗榨汁机设计63.1 电动机的选择63.2 轧辊的转速73.3 齿轮滚筒的转速73.4 电动机的功率73.5 电动机的转速84 传动装置的总体设计94.1 电动机的选择109411甘蔗榨汁机设计的设计参数9412 功率的确定942 传动部分的设计10104.2.1 确定计算功率Pca104.2.2 选择链条型号110确定带轮直径dd1,dd2104.2.4 确定中心距a和带的基准长度114.2.5 验算主动轮上的包角114.2.6 确定链条根数z124.2.7 计算单根链条初拉力F124.2.8 计算对轴的压力FQ125 甘蔗榨汁机设计主要参数的确定135.1基本结构参数135.1.1 转子的直径与长度7135.1.2 基本结构尺寸11135.1.3 轧辊质量的确定11145.2 主要工作参数的确定165.2.1 转子的速度16生产能力716功率12175.3 转子的结构设计4175.3.1 轴的设计计算及校核175.3.2 轧辊的强度计算1185.4 轴承和键的选用8265.4.1 轴承的选用和润滑265.4.2 键的选用27结论28参考文献29致301引言甘蔗汁多味甜, 营养丰富, 素有秋日甘蔗赛过参之说,但吃甘蔗却是个辛苦活,对于喜欢它的人来说, 蔗皮坚硬粗糙, 十分容易刺破口腔,引发溃疡.甘蔗 榨汁机的诞生,可以彻底帮你免除这一烦恼. 不同于传统甘蔗榨汁机的粗大笨重,这里我们设计了款小巧,适合家用的甘蔗榨汁机。2甘蔗榨汁机设计总体结构甘蔗榨汁机设计主要组成部分：入料口、轧辊、传动、机架等部分组成。,整机结构如图12.1入料部分入料口与甘蔗榨汁机设计的上盖部分相连,它是利用5mm的不锈钢管制成,入料部位与一对轧辊部位相切,将已拨皮的甘蔗,下滑轧辊,进行榨汁。2.2榨汁部分 榨汁部分主要是由三对轧辊组成。甘蔗在三队轧辊之间进行榨汁,将已榨汁的甘蔗渣从轧辊缝隙漏下,落到下滑板,由出渣口排出机体之外,甘蔗汁通过滤网,开关阀,放入甘蔗汁容器中。2.3机架部分机架是由左机架、右机架、排渣口、甘蔗汁出口及稳定结实的主机梁组成,机架是甘蔗榨汁机设计的主要支撑,他承担着甘蔗榨汁机的主要重量和动力、负载和力矩,因此它的设计是许强不弱的部分。机架的两部分要各自稳定,而且相对固定,以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜,造成人身危险,因此为了机架的坚固,此家用甘蔗榨汁机设计采用3mm厚的钢板作为底座。2.4甘蔗榨汁机设计的总体设计为了更优化甘蔗榨汁机的机型和结构设计,此甘蔗榨汁机设计采用电力拖动,而且电动机也同样采取节能式,电动机安装在甘蔗榨汁机设计的左侧,与甘蔗榨汁机的机架的安装在同一底板上,这样可以节省电动机所占用的空间。甘蔗榨汁机设计的从入料到榨汁到分离甘蔗汁和甘蔗渣,最后将甘蔗汁和甘蔗渣排出机体之外,是甘蔗榨汁机设计一体完成的,它最大的优点是在短时间可以完成几个人的劳动强度,从而提高了工作效率,节省了劳动时间。此甘蔗榨汁机设计有这些优点之外,还有安全性能高、效率高、坚固耐用、结构简单便于维修和保管。图1总体结构3 家用甘蔗榨汁机设计根据资料的介绍,有关甘蔗榨汁机设计的相关设计的参考数据：甘蔗榨汁机轧辊为10,轧辊的直径为80,其轧辊的工作长度为200,在箱体上设有三对轧辊,三对轧辊每对通过齿轮啮合传动,动力部分通过电机,减速机,链轮和链条传动提供,通过调节弹簧可以改变每组轧辊间的间隙,可以适合不同大小的甘蔗的榨汁。3.1 电动机的选择根据实践测量得知每个齿轮的均匀受力为40,当甘蔗榨汁机设计正常工作时齿轮滚筒上的齿轮条快速旋转,其中均有两条齿轮条受玉米所给的切向力,而另外两个齿轮条是空行程,因此,即甘蔗榨汁机设计正常工作时,受到的切向力为560。其中：齿轮所受的力参与工作的齿轮个数参与工作的齿轮条数3.2 轧辊的转速当甘蔗榨汁机设计的齿轮滚筒快速转动时,其上齿轮条的齿轮同样有一定的转速,这个转速原于主轴的转速和齿轮的半径,即：, 其中：齿轮的转速甘蔗榨汁机主轴的转速齿轮距轴心的距离3.3 齿轮滚筒的转速甘蔗榨汁机设计所需功率为,应由甘蔗榨汁机的工作阻力和运转参数求定,即：,计算求得： 。3.4 电动机的功率电动机功率由公式来计算,甘蔗榨汁机传动装置的总效率,应由组成传动装置的各个部分运动副的效率只积,即 ,其中、 分别为每一个转动副的效率,选取传动副的效率值如下： 滚动轴承每对0.980.995 即取 =0.99 链条传动 0.940.97 即取 =0.97 滚筒转动 因为齿轮条固定于滚筒上 即取 =1则 由此可得电动机的功率：3.5 电动机的转速 根据资料甘蔗榨汁机一书可查得主轴的转速在 750850,按机械设计指导书中表一所推荐的传动比合理取值围,取链条的传动比24,即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配,故电动机转速围可选为：。 符合这一围的同步电动机转速的有720,1440,2900,根据容量和相关转速,由机械设计通用手册查出三种适宜的电动机型号,因此有三种不同的传动比方案,如表1：表1 电动机的型号和技术参数及传动比 方案电动机型号额定功率电动机转速基本参数P/kW同步转速满载转速效率%电动机重量KG功率因数1Y160M2-85.5750720851190.742Y132S2-45.51500144085.5680.843Y132S1-25.53000290085.5640.88综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比,可知方案3比较适合。因此选定电动机型号为Y132S1-2。所选电动机的额定功率5.5kw,满载转速=2900rmin,总传动比适中,传动装置结构较紧凑。如表2：表2 其主要参数如下表型 号额定功率 KW 满 载 时额 定 电 流额 定 转 矩最 大 转 矩转速rmin 电流380V效 率 % 功率因数Y132S2-45.514401185.50.8472.02.2表 电动机尺寸列表单位中心高 H 外形尺寸底脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸装键部位尺寸 电动机的输出轴尺寸 1324 传动装置的总体设计4.1 电动机的选择10411甘蔗榨汁机设计的设计参数 进料粒径80出料粒径10412 功率的确定由邦德理论 N=k 4-1式中：d出料粒径,um；D进料粒径,um；Q产量,t/h；得 N=185X40=57kw由电机功率,查手册:选电机型号为Y280M-6 功率为55kw 转速为980r/min 外形尺寸为1198555640。42 传动部分的设计104.2.1 确定计算功率Pca考虑到载荷的性质、原动机的不同和每天工作时间的长短等,计算功率Pca比要求传递的功率P略大,即 4-2式中： KA工作情况系数,4.2.2 选择链条型号1根据计算功率由机械设计手册图12-1-1确定选用D型带。确定带轮直径dd1,dd2a) 参考机械设计手册带传动设计部分,选取小带轮直径=355。b) 验算带的转速 4-3= 带的速度合适 c) 从动带轮直径= 4-4 由机械设计手册表12-1-10查得=400mm4.2.4 确定中心距a和带的基准长度根据 0.72 4-5 取 =1200根据 4-6由机械设计手册表12-1-4 选带的基准长度 4-74.2.5 验算主动轮上的包角 4-8主动轮包角合适4.2.6 确定链条根数za由线性插值法求得额定计算功率P0 4-9额定功率值的增量P0=3.92,包角系数K=0.98,长度系数KL=0.90b计算链条根数z 2-10 由机械设计手册表12-1-18由机械设计手册表12-1-21由机械设计手册表12-1-22根取z=5根4.2.7 计算单根链条初拉力F 由表12-1-23 m=0.624.2.8 计算对轴的压力FQ 5 甘蔗榨汁机设计主要参数的确定5.1基本结构参数5.1.1 转子的直径与长度7转子直径一般根据给料块的尺寸来决定,提出转子直径与给料块尺寸之比为1.25,大型甘蔗榨汁机取低值。D=1000mm。转子轴直径与长度之比值一般为0.72,物料冲击力较强时,应取较大的比值. 5-1 5-25.1.2 基本结构尺寸11a给料口宽度、长度、高度、倾角给料口宽度大于2倍最大给料尺寸取B=300mm、L=310mm,为了要求给料有一定的垂直下落速度取h=560mm,要求入料块经导板给入,因此,导板的倾角不应小于60,否则引起给料块的堆积。b卸料口尺寸甘蔗榨汁机的卸料口尺寸由产品粒度的大小来决定。c给料方式甘蔗榨汁机要求给料块有一定的垂直下落速度,故给料口一般都设置在机架的上方。 5.1.3 轧辊质量的确定11由于甘蔗榨汁机设计的轧辊是通过偏心销轴固定在转子上的,所以正确地选择轧辊质量消耗都有很大的作用,如果轧辊质量选的过小,则可能满足不了轧辊一次就将物料破碎的要求。若是选得过大,这是不经济的,而且旋转起来产生的离心力也很大,对转子上的其它零件要产生影响并且易损坏。因此,轧辊质量一定要满足锤击一次使物料破碎,并使无用功率消耗达到最小值,同时还必须不使轧辊过度向后偏倒。计算轧辊质量的方法有两种：一种是使轧辊运动起来产生的动能等于破碎物料所需的破碎功,另一种是根据碰撞理论的动量相等原理。前一种方法由于没有考虑轧辊打击物料后的速度损失,故计算出来的轧辊质量往往偏小,需要根据实际情况修正。5.1.3.1按动能定理计算轧辊质量 5-3式中 D 转子直径,mm ； n 转子的转速,m/s； 转子圆周方向的轧辊排数； 转子横向每排的轧辊个数；因为 5-4 5-5 5-6 5-7式中 N 电动机功率,kw；E 轧辊的动能,J；m 轧辊的质量,kg；v 轧辊的圆周速度,m/s； 转子上全部轧辊每转一次所产生的动能, J；所以 5.1.3.2 按动量定理计算轧辊质量国家碰撞理论动量相等的原理计算轧辊质量时,考虑到轧辊打击物料后必然会产生速度损失。如果轧辊打击物料后,其速度损失过大,就会使轧辊绕本身的悬挂轴向后偏倒,这时轧辊由于速度减小而使动能减小,在下一次与物料相遇时,物料通过而不破碎物料,因而会降低甘蔗榨汁机的生产率和增加无用功的消耗。为了使轧辊打击物料后产生的偏倒,能够由离心力的作用而在第二次破碎物料前很快恢复到正常工作位置,就要求轧辊打击物料后的速度损失不宜过大。根据实践经验,轧辊打击物料后的允许速度损失随着甘蔗榨汁机的规格大小而变,一般允许速度损失为4060。即 5-8式中 轧辊打击物料前的圆周线速度,m/s； 轧辊打击物料后的圆周线速度,m/s； 5-9式中 修正系数,=0.210.28 物料的抗压强度, 物料边长, m 轧辊打击物料的时间,一般采用0.0010.0015s。 5-10式中 轧辊的实际质量,kg； 轧辊重心到悬挂点的距离,m； 轧辊打击中心到悬挂点的距离,m。5.2 主要工作参数的确定5.2.1 转子的速度从甘蔗榨汁机设计的特点可看见,转子转速是甘蔗榨汁机的重用工作参数,它影响着甘蔗榨汁机的破碎效率、破碎比和生产能力。由 5-11式中 转子的圆周速度,m/s； 转子直径,m。得 一般中小型甘蔗榨汁机的转速为7501500r/min,圆周速度为2570m/s。生产能力7 5-12式中 L 转子长度,m； b 卸料篦条间歇,m； 出料块的粒度,m； Z 卸料篦条间歇的数目, 松散与排料不均匀系数0.02； K 转子圆周方向锤子的排数； n 转子转速,r/min； r 石灰石的堆积比重,。功率12功率消耗和很多因数有关,但主要取决于物料的性质,转子的圆周速度,破碎比和生产能力。 5-13式中 m 轧辊质量,kg； R 转子半径,m； n 转子转速,r/min； 机械效率, =0.70.85； 修正系数。与转子的圆周速度有关,随圆周速度增加而减少,因为速度愈高,每个轧辊打击物料的机会率愈低。查建筑材料机械设计表1-4 得=0.00125。5.3 转子的结构设计45.3.1 轴的设计计算及校核5.3.1.1轴的结构设计a 轴的材料及热处理由于甘蔗榨汁机的设计功率不是太大,对其重量和尺寸无特殊要求,故选择常用材料45钢,调质处理。b初估轴径按扭矩初估轴的直径,查机械设计表10-2,得C=106-117,考虑倒安装链轮仅受扭矩作用,取C=110,则 式中： C由轴承的材料和承载情况缩确定的常数； P轴的输出功率,kw； n轴的转速,r/min.符合要求,所以轴的设计合格。5.3.2 轧辊的强度计算1轴的各段长度主要根据轴上零件的毂长或轴上的零件配合部分的长度确定。另外,也要根据机体及轴承盖等零件有关。本设计中,综合考虑机体、转子、衬板、轴承座等因素的影响后,轴的具体设计尺寸如图5-1所示。图5-1 轧辊的结构尺寸5.3.2.1 破碎力的确定冲击时间的计算 式中: R料块的半径,m； v转子的圆周速度,m/s。 破碎力P的计算 式中: P破碎力,N；m料块的质量,kg；v0冲击后物料的速度,m/s；t冲击时间,s。5.3.2.2 轴的受力分析a 画轴的受力简图。图5-2 轴的受力分析及弯扭矩图b 计算支承反力。由式： 得 由式： 得 在垂直面上 c 画弯矩图见图c,d,e由式： 5-20在水平面上,aa剖面左侧aa剖面右侧在垂直面上合成弯矩,aa剖面左侧由式： 5-21得aa剖面右侧d画转矩图见图f由式： 5-22得,转矩 5.3.2.3 判断危险剖面显然,由图中aa截面处合成弯矩最大、扭矩为T,该截面左侧可能是危险剖面；bb截面处合成弯矩不是最大,但该截面左侧轴径小于aa截面处轴径,故bb截面左侧也可能是危险剖面。若从疲劳强度角度考虑,aa、bb截面处均有应力集中,且bb截面处应力集中更严重,故aa截面左侧和bb截面左、右侧均有可能是疲劳破坏危险剖面。5.3.2.4 轴的弯扭合成强度校核由机械设计表10-1查得由式 5-23a aa截面左侧由式 5-24b bb截面左侧bb截面处合成弯矩： 由式： 5-255.3.2.5 轴的疲劳强度安全系数校核由表10-1查得。a aa截面左侧由附表10-1查得由附表10-4绝对尺寸；轴经过磨削加工表面质量系数则弯曲应力 5-26应力幅 平均应力 Mpa切应力 式中： T 轴所传递的转矩,N.mm; W 抗扭截面系数,。校核危险剖面疲劳强度安全系数安全系数 5-28 在弯矩作用下和在转距作用下的安全系数分别为 5-29 5-30 得,查表10-6得许用安全系数显然S, 故aa剖面安全。b. bb截面右侧抗弯截面系数 抗扭截面系数 弯曲应力 切应力 由附表10-1查得过盈配合引起的有效应力集中系数。又。则显然,故bb截面右侧安全。c. bb截面左侧 bb截面左右侧的弯矩、扭矩相同。弯曲应力 切应力 ,由附表10-2查得圆角引起的有效应力集中系数,由附表10-4查得绝对尺寸系数。则显然,故bb截面左侧安全。以上计算表明：轴的弯扭合成强度和疲劳强度是足够的。5.3.3 轧辊分布的设计本设计参阅了国市场上对甘蔗榨汁机的研究资料,结合各类型甘蔗榨汁机转子的不同结构 ,轧辊分布方式如图5-3所示。图5-3 轧辊的分布结构图由图5-3可知, 轧辊在两隔板之间是按28的间隔布置着六个轧辊,即着六个轧辊中心线处在一个平面上。设计时适当调整轧辊间隔套尺寸,保持轧辊总数不变,而如此排布轧辊在破碎腔空间上有效利用了轧辊的空间打击能力,能够显著提高破碎效率,降低了能耗。5.3.3.1 轧辊的设计11轧辊是锤式破碎的主要工作零件。轧辊的质量、形状和材质对甘蔗榨汁机的生产能力有很大的影响。轧辊动能的大小与轧辊的质量成正比,动能越大,即轧辊的质量愈大,破碎效率越高,能耗也愈大。因此,要根据不同的进料块尺寸来选择适当的轧辊质量。轧辊的耐磨性是其主要质量指标,提高轧辊的耐磨性,可缩短甘蔗榨汁机的检修停车时间。从而,提高甘蔗榨汁机的利用率和减少维护费用。传统的轧辊一般是用高碳钢锻造或铸造,也有用高锰钢铸造的。近来有的用高铬铸铁轧辊复合铸造,即锤柄采用ZG310570钢,而轧辊采用高铬铸铁,其耐磨性比高锰钢轧辊提高数倍。现在轧辊的设计已经由传统的整体式设计转变为组合式的结构设计。另外,新型材料的研制,特别是高硬度耐磨材料的研制成功也为轧辊的设计及轧辊性能的提高提供了保证条件,也为本课题提供了较大的选择余地。在综合考虑了本课题的技术要求和工作要求后,我们决定采用新型的组合式轧辊结构设计。5.3.3.2 安装3转子与主轴之间的配合为间隙配合,配合为D8/H8。5.4 轴承和键的选用85.4.1 轴承的选用和润滑a轴承所受载荷的大小、方向和性质,是选择滚动轴承的主要依据。上端选： GB/T288-1994 1536622型调心滚子轴承下端选： GB/T288-1994 153622型调心滚子轴承 GB5801-1994 9039430型推力调心滚子轴承b校核轴承的使用寿命根据 5-31对于153662型轴承,假定其寿命为3年查手册 该轴承符合要求。c轴承润滑方式选用油管润滑。5.4.2 键的选用a键分别选平键 2816104 GB1095-86 3620848 GB1095-86b平键的校核 根据 5-32T 转矩,；d 轴的直径,；h 键的高度,； 键的工作长度,；许用挤压应力,由机械手册表3.1查得=3045。键一：2816104 符合要求。键二：3620848符合要求。结 论机台完成后我们就开始进甘蔗的实际榨汁之测试,在放入一块甘蔗之后,甘蔗经由第一道滚轧轴的凹槽与凸条之配合咬合之下,顺的将甘蔗完全的绞进轴隙之间,这时候榨出的汁是最大的,然后再经过第二道滚轧轴的加压榨汁之后,榨出的甘蔗汁只比第一道榨出的少一些,最后经过第三道滚轧轴紧密滚轧后的甘蔗,挤榨出少的甘蔗汁,但这时从最后渣出口的道排出的渣,已达到干扁的程,所以第三道的滚轧轴可是达到榨干的任务,综合以上之结果就已经达到设计之目标。本研究团队自己设计出的机台构造,而且经过一段时间的加工制造,终于得到完成之后的真实感,因为机台是自己团队设计出的,所以才会有这么大的成就感,就算过程是很顺,过询问许多师或者厂商师傅之后,他们会很意的帮我们解答,使得专题成品的制作可以一步一步完成,最后要感同组的队友以及师们和厂商师傅的协助,才能够研发出属于甘蔗的榨汁机。在本次设计过程中,经过自己不懈的努力和指导老师的悉心指导,各项任务都已经顺利完成并达到设计要求。但由于设计者经验不足,知识能力有限,在设计过程中的错误和疏漏再所难免,产品在性能方面也可能存在一些不足,欠妥之处,敬请各位老师批评指正。 参考文献1 徐 灏. 机械设计手册. ：机械工业,19912 Shigley J E, Uicher J J.Theory of machines and mechanisms .NewYork:McGraw-Hill Book Company,19803 蔡春源. 简明机械零件手册. ：冶金工业,1996.34 王德玺,裴垠欣. 机械设计. ：煤炭工业,1999 5 D Y Yang, C H Lee,Analysis of three-dimension-al extrusion of section through curle dies by con-formal transformationJ .International journal of Mechanics science,1978,6 Design and Performance of the Cycloid Speed Reducer. Machine Design. June,28 No13,19567 陆鑫盛,周 洪.气动自动化系统的优化设计. ：科学技术文献,19958 Nikravesh P E. Computer-aided analysis of mechanical systems.s.l:Prentice-Hall Inc,19889 许福玲,尧明. 液压与气压传动. ： 机械工业,2000.510 国科精工.自润滑式线性导轨11 周 军,海 心. 气动控制及PLC. ： 机械工业,2001.812 朱善君等.可编程序控制系统. ：清华大学,199413 桓,作模. 机械原理. 第五版. ：高等教育,199614 Mattnies, Hans Jurgen.Einfuhrung in die plhydralik.Stuttgert,B.G.Toubner,1984致本次毕业设计是在老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度,严谨的治学精神,精益求精的工作作风,深深地感染和激励着我。从课题的选择到项目的最终完成,他们都始终给予我们细心的指导和不懈的支持。在此谨向他们致以诚挚的意和崇高的敬意。 在此,我还要感老师的帮助和耐心的指导,还感在一起愉快的度过四年大学生活各位同学们,正是由于你们的帮助和支持,我才能克服一个一个的困难和疑惑,直至本文的顺利完成。毕业设计是不但是对我们四年来学习任务的考察,而且能更好地巩固我们学过的理论知识,为以后在实际的设计中打下扎实的基础。从开始进入课题到论文的顺利完成,有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助,在这里请接受我诚挚的意!29 / 29