1-说明书-基于食品加工的绞肉机设计-机械结构设计

xxxxxx 毕业设计说明书 题 目 基于食品加工的绞肉机设计 学 院 xxxxxx 专 业 xxxxxx 学 号 xxxxxx 姓 名 xxxxxx 指导教师 xxxxxx 完成日期 2014 年 5 月 6 日 基于食品加工的绞肉机设计 1 课题研究的意义 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世纪 的主流食品 食品工业也成为国民经济的支柱产业 作为装备食品工业的食品机械工 业发展尤为迅猛 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 本课题要求学生完成基于食品加工的绞肉机设计 2 本课题研究的主要内容 1 确定绞肉机的设计原则 2 绞肉机的结构设计 3 进行绞肉机机相应的设计计算及分析 4 翻译一篇与课题相关的英文文献 3 提交的成果 1 绘制相应二维零件图纸 1 套 2 绘制三维装配图 光盘 1 份 3 规范的毕业论文说明书 1 份 4 附不少于 10 篇主要参考文献的题录及摘要 I 基于食品加工的绞肉机设计 摘要 绞肉机作为食品加工机械 与人们的日常生活密切相关 其市场占有率与日俱增 绞肉机是肉类加工企业在生产过程中 将原料肉按不同工艺要求加工规格不等的颗粒 状肉馅 以便于同其它辅料充分混合来满足不同产品的需求 工作时利用转动的切刀刃和孔板上孔眼刃形成的剪切作用将原料肉切碎 并在螺 杆挤压力的作用下 将原料不断排出机外 可根据物料性质和加工要求的不同 配置 相应的刀具和孔板 即可加工出不同尺寸的颗粒 以满足下道工序的工艺要求 可用 于各种冻肉 鲜肉 鸡骨架 鸭骨架 猪皮 牛皮 鸡皮 鱼类 水果 蔬菜等加工 广泛适用于各种香肠 火腿肠 午餐肉 丸子 咸味香精 宠物食品和其他肉制品等 行业 本次设计的绞肉机外形美观 结构紧凑 非常适合酒店 肉类加工行业 学校 餐馆或任何其他食品服务业使用 关键词 绞肉机 食品加工 原料 刀具 结构紧凑 II The design of meat grinder based on processing of food Abstract Meat grinder as food processing machinery is closely related to People s Daily life its market share is growing Meat grinder is in the process of production meat processing enterprises will be raw meat according to different technical requirements specifications of granular meat processing so that the mixed with other excipients fully to meet the needs of different products Work when using rotating blade and orifice plate hole edge on the formation of the shearing action will chop raw meat and under the action of screw extrusion continuous discharge materials will be closed Can according to different material properties and processing requirements the configuration of the corresponding cutting tool and the orifice plate can produce different size of particles to meet the technological requirements of next working procedure Can be used for all kinds of frozen meat fresh meat chicken skeleton skeleton duck pig skin cowhide goose fish fruit vegetables and other processing Widely used in all kinds of sausage ham sausage lunch meat meat balls salty flavor pet food and other meat products etc The design of the meat grinder beautiful shape compact structure It s suitable for hotel meat processing industry schools restaurants or any other food service industry Keywords meat grinder food processing raw materials cutting tool compact structure III 目 录 摘要 I ABSTRACT II 第一章 绪论 1 1 1 概述 1 1 2 发展现状 1 1 3 设计意义 2 第二章 绞肉机结构及原理 3 2 1 绞肉机结构 3 2 1 1 送料机构 3 2 1 2 切割机构 3 2 1 3 驱动机构 3 2 2 工作原理 4 2 3 使用方法 4 第三章 绞肉机传动系统设计 6 3 1 电机的选择 6 3 1 1 传动比的分配 6 3 1 2 电机的选型 6 3 1 3 动力参数计算 7 3 2 带传动设计 8 3 3 齿轮传动设计 11 3 3 1 齿轮部分的设计 11 3 3 2 轴系部件的设计 16 3 4 联轴器的选择 17 3 5 轴段设计与校核 17 3 5 1 轴段部分设计 17 3 5 2 轴的强度校核计算 19 3 6 轴承选择与寿命计算 21 3 7 键选择与强度计算 22 第四章 绞肉机零件设计 24 IV 4 1 绞龙的设计 24 4 2 十字绞刀的设计 25 4 3 机架的设计 32 第五章 绞肉机三维建模 33 5 1 带传动部分建模 33 5 1 1 小带轮建模 33 5 1 2 大带轮建模 33 5 1 3V 带建模 34 5 1 4 带传动装配 34 5 2 齿轮部分建模 34 5 2 1 齿轮轴建模 34 5 2 2 大齿轮建模 35 5 2 3 低速轴建模 36 5 3 其它零件建模 36 5 3 1 绞龙建模 36 5 3 2 十字绞刀建模 36 5 3 3 挤肉板建模 37 5 3 4 端盖建模 37 5 3 5 轴承建模 38 5 3 6 机架建模 38 5 4 绞肉机装配 39 第六章 润滑和密封的选择设计 40 6 1 轴承的润滑 40 6 1 1 滚动轴承的特点 40 6 1 2 滚动轴承选用润滑脂应考虑的因素 40 6 2 齿轮的润滑 41 6 2 1 润滑方式的选择 41 6 2 2 密封方式的选择 41 6 2 3 润滑油的选择 41 设计总结 42 参考文献 43 V 致 谢 44 附录 A 英文原文 45 附录 B 中文翻译 50 1 第一章 绪论 1 1 概述 随着人们生活水平的提高 大家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世纪的主流食品 食 品工业也成为国民经济的支柱产业 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 在很大程度上依赖于食品机械的发展及其现代化水 离 开现代仪器和设备 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 以工艺的发展进一部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 斩拌搅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 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产绞肉机是为中 小型肉类加工企业所设计的较为理想的 绞制各种肉馅的机械 比如生产午餐肉罐头 和制造鱼酱 鱼圆之类的产品 它将肉可进行粗 中 细绞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 如图 1 1 所示 图 1 1 自动绞肉机 2 1 2 发展现状 肉类食品加工属于精加工行业 但是我国食品机械行业却很难提供满足分工越来 越细的食品行工业的需求 具体表现在如下几个方面 1 食品机械产品的品种和设备及成套水平 发达国家约 3500 个品种 成套水平 高 且向着高效 自动化 多功能系列产品的方向发展 而我国只有 2000 多个品种 成套水平低 生产工艺简单的产品多 生产工艺复杂的产品少 从整体上看 比发达 国家几乎落后 20 年 2 高新技术方面仅有个别技术走向实用化 其他发达国家已广泛应用的高新技术 如真空技术 超临界萃取技术 膜分离技术及微波技术 我国还停留在实验室试验 阶段 有相当多的高新技术领域尚未涉足研究 3 产品质量 与国外同类产品相比 我国生产的食品机械稳定性和可靠性差 或 是能耗比国外先进水平高 2 5 倍 4 科研能力与检测手段 大多数生产企业缺乏试验研究的条件 检测手段很不完 备 产品参数的检测 如电压 电流 温度 功率 压力 气耗 水耗以及生产率等 基本上是用仪表进行检测的 手段落后 误差较大 5 企业发展水平 重点骨干企业少 专业生产厂少 企业的开发能力低 散 弱 的现象比较严重 尤其是难以形成以企业为主体的开发能力 导致生产率低下 食品机械的发展任重而道远 究其主要原因是我国人民消费的食品中大多是来自 大农业提供的自然食品 每年因缺乏必要的食品加工机械使食品资源不能直接加工 贮藏 保鲜而造成的损失高达几十亿元 未能深加工综合利用而造成资源浪费损失更 高 因此我国食品机械具有广阔的市场需求 1 3 设计意义 本设计阐述了绞肉机的组成及工作原理 根据任务书的要求对绞肉机的结构进行 了设计 对相应零件进行了详细的设计 计算及分析 保证计算出来的绞肉机外型美 观 性能优异 符合相关行业标准 通过本次设计 我基本懂得了机械设计的一般方法 为自己以后的工作学习打下 了坚实的基础 3 第二章 绞肉机结构及原理 2 1 绞肉机结构 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 绞肉机结构示意图 1 坚固螺母 2 孔板 3 十字切刀 4 送料斗 5 送料螺旋 6 电动机 2 1 1 送料机构 送料机构主要包括料斗 绞笼和绞筒 其作用 随着绞笼的旋转将物料源源不断 的前移到切割机构 并在前端对物料进行挤压 2 1 2 切割机构 切割机构主要包括挤肉样板 绞刀和旋盖 其作用 对挤压进入样板孔中的物料 进行切割 样板孔眼规格大小有很多种 可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更 换 便可绞出形状不等的物料 2 1 3 驱动机构 驱动机构主要包括电机 皮带轮 减速器 机架等 电机提供所需动力 皮带轮 传递动力 减速器将速度减小为绞肉机所需的转速 机架起支撑作用 4 2 2 工作原理 绞肉机工作时 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 连续地送往绞刀口进行切碎 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 肥肉需要粗绞而瘦肉需要细绞 以调换格板的方式来达 到粗绞与细绞之需 格板有几种不同规格的孔眼 通常粗绞用之直径为 8 10 毫米 细绞用直径 3 5 毫米的孔眼 粗绞与细绞的格板 其厚度都为 10 12 毫米普通钢板 由于粗绞孔径较大 排料较易 故螺旋供料器的转速可比细绞时快些 但最大不超过 400 转 分 一般在 200 400 转 分 因为格板上的孔眼总面积一定 即排料量一定 当供料螺旋转速太快时 使物料在切刀附近堵塞 造成负荷突然增加 对电动机有不 良的影响 绞刀刃口是顺着切刀转学安装的 绞刀用工具钢制造 刀口要求锋利 使用一个 时期后 刀口变钝 此时应调换新刀片或重新修磨 否则将影响切割效率 甚至使有 些无聊不是切碎后排出 而是由挤压 磨碎后成浆状排出 直接影响成品质量 据有 些厂的研究 午餐肉罐头脂肪严重析出的质量事故 往往与此原因有关 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 动和绞刀转动之间产生相对运动 也会引起对物料磨浆的作用 绞刀必须与格板紧密 贴和 不然会影响切割效率 螺旋供料器在机壁里旋转 要防止螺旋外表与机壁相碰 若稍相碰 马上损坏机 器 但它们的间隙又不能过大 过大会影响送料效率和挤压力 甚至使物料从间隙处 倒流 因此这部分零部件的加工和安装的要求较高 绞肉机的生产能力不能由螺旋供料器决定 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 2 3 使用方法 1 冲洗 每次使用绞肉机前 得简单冲洗一下 一般而言 绞肉机在上次用完后都是及时 清洗过的 使用前的清洗 主要是冲掉机器内外的灰尘等 另一个好处是 使用前的 5 冲洗会使绞肉比较变得轻松流畅 也会使工作结束后的清洗变得比较省事 2 安装 不少人喜欢在每次绞肉后把机器安装完整 其实这种方法并不可取 比较理想的 做法是 每次用毕后 应将清洗干净的绞肉机以散件形式摆放于木质箱柜中 或等其 完全晾干后再行组装 不宜马上组装 安装先从组装开始 先将辊子送进机腔内 为减小磨损 可在转轴处滴一滴食用 油 再将刀头安装在辊子上 注意刀口朝外 再将漏口安装至刀头 轻轻摇动使三者 跟机腔紧密切合 再将坚固螺母安装到漏口外侧 注意要松紧适度 太松会使肉沫从 边缝漏出 太紧会损伤丝口 最后安装绞把 注意手柄朝外 将缺口对准后套进去 然后拧上坚固螺丝 安装机器比较简单 最重要的是选好合适的固定件 如比较大的木案板 将咬合 口对准案板 边缘后 旋紧紧固螺丝 因为绞肉比较用力 所以固定机身时最好最好 用螺丝刀等工具辅助坚固一下 以防工作过程中机器松动 3 操作 真正的绞肉比较简单 因为比较用力 所以最好有男性操作 也可以二人配合 如果是绞饺子馅 绞肉前最好先绞一根大葱 这会使得绞肉省力不少 将肉洗净 切 成长条 徐徐送入 送入的肉越多越费力气 绞肉结束后 也可以再绞一根葱 或者 土豆等等蔬菜类东西 说透了 这是一种变相的清洗 还可以减少肉末的浪费 4 清洗 先准备好干净的牙刷 试管刷等辅助用品 再按反方向将机器卸开 将机腔内的 肉沫肉块清理出来 再将机器泡到含有洗洁精的温水中 用牙刷等将所有机件一一清 洗干净 再用自来水冲洗两遍 放到阴凉通风的地方控干即可 5 电动绞肉机 1 电动绞肉机使用前先清洗各部分可清洗的零件 2 组装好后通电 待机器运转正常后 再添加肉块 3 绞肉前 请先将肉剔骨切成小块 细条状 以免损坏机器 4 通电开机 待运转正常后 再添加肉块 5 添加肉块一定要均匀 不能过多 以免影响电机损坏 如发现机器运转不正常 应立即切断电源 停机后检查原因 6 如发现漏电 打火等故障 应马上切断电源 找电工修理 不得私自开机修理 7 使用完后关闭电源 然后将各部件清洗干净 沥干水后 放于干燥处备用 8 使用前 参考使用说明书要求 6 第三章 绞肉机传动系统设计 3 1 电机的选择 3 1 1 传动比的分配 由于绞龙只有一种工作转速 则从电机至绞笼的运动路线为定比传动 其总的传 动比可利用带传动 齿轮传动等构机逐级减速后得到 绞龙的转速不易太高 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 物料磨擦生热 出口处的压力升高 易引起物 料变性 影响绞肉质量 因此绞龙的转速一般在 200 一 400r min 比较适宜 在本机选 用 330r min 3 1 1450 min 43ri 总 初步取 01 76i 12 i 根据选用的电机和绞笼转速要求设计传动路线如图 3 1 所示 图 3 1 传动方案图 1 电机 2 联轴器 3 带传动 4 减速器 5 联轴器 6 绞龙 3 1 2 电机的选型 所需功率 3 2 GWPk A 7 式中 G 绞肉机的生产能力 1000kg h W 切割 1kg 物料耗用能量 其值与孔眼直径有关 d 小则 w 大 当 d 3mm 取 w 0 0030kw h kg 传动效率 其中传动装置的总效率 分别为带传动 齿轮传动 2134 1 234 滚动轴承 弹性柱销联轴器效率 取 计算0 96 7 0 9 4 7 得 Pd 3 84kW 所以根据 P 3 84kw 查 B1 表 10 4 1 选用 Y112M 4 功率为 4kW 其同步转速 为 n 1500r min 满载转速为 1450r min 再查 B1 表 10 4 2 得 Y112M 4 电机的结构 如图 3 2 所示 图 3 2 电机结构简图 3 1 3 动力参数计算 1 各传动轴的转速 电机输出轴 3 3 1450 minnr 带 电 机 减速器 I 轴 3 4 76823 ii轴 1带 带 减速箱 II 轴 3 5 1 轴 2轴 轴 2 各传动轴的功率 由之前计算得输送机所需总功率 P 总 3 84kW 所选电动机功率 PD 4kW 故 带传动所需功率 3 6 4x0 9638kw 带 总 轴 I 所需功率 3 7 7轴 1带 轴 II 所需功率 3 8 轴 2轴 输出轴所需功率 3 9 P 369x0 5k轴 轴 1 3 各轴转矩 电机传递转矩 3 10 950 4 12634TnNM A电 机 轴 I 传递转矩 3 11 pi 轴 1带 8 轴 II 传递转矩 3 12 950 1597TpinNM A轴 2轴 1 3 2 带传动设计 1 确定计算功率 3 13 caAPK 式中 P ca 计算功率 kW KA 工作情况系数 P 所需传递的额定功率 kW 表 3 1 工作情况系数表 查表 载荷变动较小 空 轻载启动 两班制 选取 KA 1 2 2 选择 V 带型 根据计算功率和小带轮转速 从下图选择 A 型 V 带 取小带轮基准 9 直径 dd 100mm 因此 由 机械设计 图 4 1 进行圆整选择 图 3 3 普通 V 带选型图 3 验证带速度 D2 D1 i 1 e 100 x1 76 1 0 015 178 3mm 此处 e 为滑动率 所以 3 14 40157 8 606DnVms 由于 5m s V 25m s 故 V 带合适 4 确定中心距 a 和基准长度 因为中心距大 可以增大带轮的包角 减少单位时间内带的循环次数 有利于提 高带的寿命 但中心距过大 则会增加带的波动 降低带传动的平稳性 一般初选带 传动的中心距 0 7 D1 D2 a0 2 D1 D2 取 a0 280mm 3 15 21210 2864doDLam 取 Ld 900mm 3 16 986227doa 5 验算小带轮上包角 3 17 118057 364 10Da 因此符合设计验证条件 故设计方案合理 6 确定 V 型带的根数 Z 根据 和 A 型带查表 8 4b 得 查 机械设计 1450min 1 76nr 0 3Pkw 表 8 5 得 查表 8 2 得 故有 92K LK 10 3 18 r0 3 8412 7P 5caALKz 故取 4 根 7 单根 V 带的预紧力 0F 3 19 22 5 1 134daPmvNkZ 式中 m V 带每米长的质量 kg m 查 B1 表 8 1 24 取 0 1k gm 8 作用在轴上的力 F 3 20 062sin4132sin20 NZ 3 21 1598ii310max 式中 考虑新带初预紧力为正常预紧力的 1 5 倍axF 9 带轮的结构和尺寸 带轮应既有足够的强度 又应使其结构工艺性好 质量分布均匀 重量轻 并避 免由于铸造而产生过大的应力 轮槽工作表面应光滑 表面粗糙度 以减轻带的磨损 3 2aRm 带轮的材料为 HT200 查 B1 表 8 1 10 得基准宽度制 V 带轮轮槽尺寸 根据带轮 的基准直径查 B1 表 8 1 16 确定轮辐 如图 3 4 所示 2 45401A63B0 1AB5911808725195 72534 B0AB62 453 240R5 图 3 4 带轮结构示意图 11 3 3 齿轮传动设计 3 3 1 齿轮部分的设计 1 齿数的确定 选用斜齿圆柱齿轮传动 由于压片机为一般工作机器 速度不高 所以采用 8 级 精度 GB10095 88 查 机械设计 10 1 表 选择一级小齿轮材料为 40Cr 调质 硬度为 50HRC 二级大齿轮材料为 45 钢 调质 硬度为 45HRC 二者材料硬度差为 5HRC 选择一级小齿轮齿数 z1 30 二级大齿轮齿数 z2 i z1 75 螺旋角为 10 142 2 按齿轮面接触强度计算 参考 机械设计 10 9a 公式 即 3211 2 HZuTKdEdtt 3 22 确定公式内各计算数值 选择载荷系数 1 3 小齿轮传递的转矩 T1 26345NM 由t 机械设计 表 10 7 可知 选择齿宽系数 d 0 9 由 机械设计 表 10 6 查得材料 的弹性影响系数 由 机械设计 图 10 21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极 限 大齿轮的接触疲劳强度极限 lim60HMPa lim50HMPa 计算应力循环次数 3 23 811603134 21hNnjL 3 24 81 724 0i 由 机械设计 10 19 图 取解除疲劳寿命系数 1 93HNK20 98HN 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1 安全系数 s 1 3 25 1lim1 0 93658HNKMPaS 3 26 2li2 839H a 3 试计算小齿轮分度圆直径 带入 中较小的值 1td H 3 27 412 2331 26108 2 45 7 97539t EtdKTuZd m 12 计算圆周速度 3 28 1145 73201 66061tdnVmss 4 计算主要的几何尺寸 按 B1 表 8 3 5 进行计算 分度圆的直径 d m z cos 1 5 30 cos 45 7mm 3 29 1 d m z cos 1 5 75 cos 114 3mm 3 30 2 齿顶圆直径 d d 2h 45 7 2 1 5 48 7mm 3 31 1aa d d 2h 114 3 2 1 5 117 3mm 3 32 2 端面压力角 3 33 029 14 0coscos tgartgarnt 基圆直径 d d cos cos20 292 40 2mm 3 34 1bt 0 d d cos 348 cos20 292 107 2mm 3 35 2t 齿顶圆压力角 arccos 34 365 3 36 1at1bad0 arccos 23 951 3 37 2at2ba0 端面重合度 z tg tg z tg tg 1 9 3 38 a 12 1at 2 2at 齿宽 b a 0 4 80 32 取 b 32mm b 40mm 3 39 a 21 齿宽系数 13 0 7 3 40 d 1b3245 7 纵向重合度 1 2 3 41 5 1 20sin3si nmb 当量齿数 31 45 3 42 31cos zv 78 628 3 43 2 5 校核齿面接触强度 强度条件 H 计算应力 Z Z Z Z Z 3 44 1BE 1tAVHFkKdb 3 45 2H 1DB 式中 名义切向力 F 2044N t10Td 046 75 使用系数 K 1 动载系数 AVK20A B 式中 V s mnd95 10687 45106 A 83 6 B 0 4 C 6 57 1 2 VK 齿向载荷分布系数 K 1 35 由 B1 表 8 3 32 按硬齿面齿轮 装配时检修调整 H 6 级精度 K 非对称支称公式计算 H 1 34 查表得 齿间载荷分配系数 节点区域系数 1 5 重合度的系数 1 0H HZ 螺旋角系数 弹性系数 单对齿齿合系数 0 7Z 0 8Z 189 EMPa Z 1 B 3 46 12 2 504 519 71 0325 73H 14 许用应力 3 47 H limNTLVRWXZZS 式中 极限应力 1120MPa 最小安全系数 1 1 寿命系数 0 92 li limHSNTZ 润滑剂系数 1 05 速度系数 0 96 粗糙度系数 0 9 齿面工作硬化系数LZVR 1 03 尺寸系数 1 WX 则 826MPa 3 48 H 120 950 681 3 满足 6 校核齿根的强度 强度条件 1F 许用应力 3 49 1FtFaSAVFnYKbm 3 50 2211SF 式中 查表得齿形系数 2 61 2 2 应力修正系数 1F 2 1 6SaY 重合度系数 1 9 螺旋角系数 1 0 齿向载荷分布系数21 7SaY Y 1 3 其中 N 0 94 按 B1 表 8 3 30 计算 齿间载荷分配系数 1 0 FK NH FK 则 94 8MPa 3 51 1F 88 3MPa 3 52 2 726 许用应力为 3 53 F limReSTNrllTXYY 式中 极限应力 350MPa 安全系数 1 25 按 B1 表 8 3 35 查取 应limlimF 力修正系数 2 寿命系数 0 9 齿根圆角敏感系数 0 97 齿根表面状况系STYST relT 数 1 尺寸系数 1 则 RelTX 3 54 F 3502 97481 MPa 15 满足 验算结果安全 2F 1F 7 齿轮及齿轮副精度的检验项目计算 a 确定齿厚偏差代号 确定齿厚偏差代号为 6KL GB10095 88 参考 B1 表 8 3 54 查取 b 确定齿轮的三个公差组的检验项目及公差值 参考 B1 表 8 3 58 查取 第 公差组检验切向综合公差 0 063 0 009 0 072mm 按 B11iFiPf 表 8 3 69 计算 由 B1 表 8 3 60 表 8 3 59 查取 第 公差组检验齿切向综合公差 0 6 0 6 0 009 0 011 1ifiptf 0 012mm 按 B1 表 8 3 69 计算 由 B1 表 8 3 59 查取 第 公差组检验齿向公差 0 012 由 B1 表 8 3 61 查取 F c 确定齿轮副的检验项目与公差值 参考 B1 表 8 3 58 选择 对齿轮 检验公法线长度的偏差 按齿厚偏差的代号 KL 根据表 8 3 53 的计wE 算式求得 齿厚的上偏差 12 12 0 009 0 108mm 3 55 sptf 齿厚下偏差 16 16 0 009 0 144mm 3 56 siEptf 公法线的平均长度上偏差 cos 0 72 sin 0 108 cos 0 72 0 110mm 3 57 WSEs TF 020 36sin2a 下偏差 cos 0 72 sin 0 144 cos 0 72 0 036 sin 0 126mm 3 58 wisi T00 按表 8 3 19 及其表注说明求得公法线长度 87 652 跨齿数 K 10 则公法线knW 长度偏差可表示为 0 126875 对齿轮传动 检验中心距极限偏差 根据中心距 a 80mm 由表查得 8 3 65 查f 得 检验接触斑点 由表 8 3 64 查得接触斑点沿齿高不小于 40 沿齿长f 0 23 不小于 70 检验齿轮副的切向综合公差 0 05 0 072 0 125mm 根据 B1 表 8 3 58icF 的表注 3 计算与查取 检验齿切向综合公差 0 0228mm if 对箱体 检验轴线的平行度公差 0 012mm 0 006mm 由 B1 表 8 3 63xyf 查取 16 d 确定齿坯的精度 根据大齿轮的功率 确定大轮的孔径为 33mm 其尺寸和形状公差均为 6 级 即 0 016mm 齿轮的径向和端面跳动公差为 0 014mm 如图 3 5 所示 0 14A61 0 80 816 94 7528 128 470 15 图 3 5 大齿轮简图 3 3 2 轴系部件的设计 1 输入齿轮轴设计 选轴的材料为 45 钢 调质处理 根据表 15 3 取 A0 112 于是由式初步估算轴的 最小直径 图 3 6 轴入齿轮轴 3 59 33min1 2 7 8 1 6dAPm 这是安装联轴器处轴的最小直径 由于此处开键槽 校正值 1d 3 60 128 6 5 9 根据就近原则圆整得最小轴径取 20mm 2 输出轴设计 选轴的材料为 45 钢 调质处理 根据表 15 3 取 于是由式初步估算轴的12A 17 最小直径 这是安装联轴器处轴的最小直径 由于此处开键3min 19 6dAPm 12d 槽 取 如图 3 7 所示 i19 6058 输 出 轴 图 3 7 输出轴 3 4 联轴器的选择 1 输入轴联轴器 计算联轴器的转矩 查表 14 1 取 则1 3AK 3 61 41 270caATNm 查 机械设计手册 选用 GB5014 1985 中的 HL1 型弹性柱销联轴器 其公称转 矩为 16000Nmm 半联轴器的孔径 轴孔长度 L 32mm J 型轴孔 C 型键 联m 轴器主动端的代号为 HL1 24 32 GB5014 1985 相应地 轴段 1 的直径 轴120dm 段 1 的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短 故取 140lm 2 输出轴联轴器 联轴器的计算转矩 查表 14 1 取 则 1caATK 3AK 3 62 N 97802 753 4 查 机械设计手册 选用 GB5014 1985 中的 HL4 型弹性柱销联轴器 其公称转 矩为 1250Nm 半联轴器的孔径 轴孔长度 L 84mm J 型轴孔 C 型键 联轴0m 器主动端的代号为 HL4 55 84 GB5014 1985 相应地 轴段 1 的直径 轴段 1 的长度应比联轴器主动端轴孔长度略短 12d 故取 184lm 3 5 轴段设计与校核 3 5 1 轴段部分设计 1 输入轴轴段设计 18 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为满足半联轴器的轴向定位要求 1 2 轴段右端需制处一轴肩 轴肩高度 故取 2 段的直径 0 7 1hd 29 0dm 初选型号角接触球轴承参数如下 基本额定动载荷 307219dDB 36 adm49 aD1 5rCKN 基本额定静载荷 故 轴段 7 的长度与轴承宽度相同 8 0rCKN 730d 故取 7 lm 轴段 4 上安装齿轮 为便于齿轮的安装 应略大与 可取 齿轮43d436 0m 左端用套筒固定 为使套筒端面顶在齿轮左端面上 即靠紧 轴段 4 的长度 应比齿4l 轮毂长略短 若毂长与齿宽相同 已知齿宽 故取 60 bm 58 l 齿轮右端用肩固定 由此可确定轴段 5 的直径 轴肩高度 取7 1hd 故取 为减小应力集中 并考虑右轴承的拆卸 轴段540 dm 51 4lh56 0l 6 的直径应根据 6006 深沟球轴承的定位轴肩直径 确定 即 ad63 0am 取齿轮端面与机体内壁间留有足够间距 H 取 取轴承上靠近机体内壁12 的端面与机体内壁见的距离 S 8mm 取轴承宽度 C 50mm 由机械设计手册可查得轴 承盖凸缘厚度 e 10mm 取联轴器轮毂端离 K 20mm 故 取2 3465 59 35 14lCsBeKmlBsblmlHsl 齿轮齿宽中间为力作用点 则可得 178 0L 2 0L 2 输出轴轴段设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为满足半联轴器的轴向定位要求 1 2 轴段右端需制处一轴肩 轴肩高度 故取 2 段的直径 0 7 1hd26 0dm 初选角接触球轴承参数如下 故 轴段651403dDB 9 8rCKN 6 5rKN 375 7 的长度与轴承宽度相同 故取 730lm 轴段 4 上安装齿轮 为便于齿轮的安装 应略大与 可取 齿4d340 d 轮左端用套筒固定 为使套筒端面顶在齿轮左端面上 即靠紧轴段 4 的长度 应比齿4l 轮毂长略短 若毂长与齿宽相同 已知齿宽 故取 95 0b 92 lm 齿轮右端用肩固定 由此可确定轴段 5 的直径 轴肩高度 取07 1hd 故取 为减小应力集中 并考虑右轴承的拆卸 576 0dm 51 40lh 510 lm 轴段 6 的直径应根据轴承的定位轴肩直径 确定 即 ad67 ad 取齿轮端面与机体内壁间留有足够间距 H 取 取轴承上靠近机体内壁12 0H 的端面与机体内壁见的距离 S 8mm 取轴承宽度 C 50mm 由机械设计手册可查得轴承 19 盖凸缘厚度 e 10mm 取联轴器轮毂端面与轴承盖间的距离 K 20mm 故 取2 3465 9 5 10lCsBeKmlBsHblmlHslm 齿轮齿宽中间为力作用点 则可得 19 0L 238 0L 3 5 2 轴的强度校核计算 由于输出轴传递的转矩比输入轴大得多 所以校核时根据扭校核条件仅校核输出 轴即可要求 1 画轴的受力简图 如图 3 8 所示 2 计算支承反力 在水平面上 3 63 NFtH5 2408121 在垂直面上 3 64 rv 81 63 21 20 图 3 8 轴的受力简图 总支承反力 3 65 NFFvH23845 1 2401 21 弯矩 3 66 mNLMH 82121 mLFMvv 650312 故 3 67 NvH 08 2121 3 校核 齿轮中间因弯矩大 有转矩 还有键槽引起的应力集中 故剖面左侧为危险剖面 21 3 68 32323 4070 5 2701 1 0 mdtbW 3 69 32323 68 2 tT 3 70 mpaWMba 84 5021 由于 因此 0 m 3 71 mpaT1 paTm5 2 轴的材料为 45 刚 调质处理 由表 15 1 查得 640B 1275mpa 截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数 及 按附表 3 2 查取 pa15 因 3 72 031 652 dr08 1657 dD 经插值后可查得 可得轴的材料的敏性系数为 0 82q 故有应力集中系数按式为 0 85q 3 73 82 1 0 821 1 qk 3 74 635 由得尺寸系数 由得扭转尺寸系数 轴未经表面强0 67 0 9 化处理 即 则按式 3 12 及 3 12a 得综合系数值为 1q 3 75 8212 80067 9kK 1 261 6208 9kK 由 3 1 及 3 2 得碳钢的特性系数 取 于是 计算安全系数 5 值 按式 15 6 15 8 则得 caS 3 76 8 160 84 50271 maKS 3 77 5 11 a 22 3 78 5 1 312 SSca 故安全 按弯矩合成应力校核轴的强度 对于单向转动的转轴 通常转矩按脉动循环处理 故取折合系数 则 6 0 3 79 mpaWTMca14 22 查表 15 1 得 60mpa 因此 故安全 1 ca 3 6 轴承选择与寿命计算 1 输入轴轴承 轴承选用角接触球轴承 取 取 按表轴承取 则相2 1 0 pf 0 1 pf 7 140 f 对轴向载荷为 3 80 8 3065 7 40 CFfa 在表 13 5 中介于 1 03 1 38 之间 对应的 e 值为 0 28 0 3 Y 值为 1 55 1 45 线性 插值法求 Y 值 3 81 54 103 18 8 45 1 45 故 3 82 NYFXfParp 67 26 01 3 83 hPCnLrh 159 74190 633 查表得预期计算寿命 hL 120 2 输出轴轴承 选用角接触球轴承 寿命计算 为 3 84 eFra 023841 查表 13 5 得 X 1 Y 0 按表 13 6 取 故 2 1 pf 2 1 pf 23 3 85 NYFXfParp8 260 3 86 hCnLrh74936013 查表 13 3 得预期计算寿命 h 2 3 7 键选择与强度计算 1 输入轴键联接 联轴器 3 87 mpahldTp 5 62 8 724301 查表得 故强度足够 map50 2 p 齿轮 3 88 mpahldTp 19 056 8341 查表得 故强度足够 ap50 2 p 2 突出轴键联接 联轴器 3 89 mpahldTp 5 47 21680 57413 查表得 故强度足够 map0 2 p 齿轮 3 90 mpahldTp 7 30 29 0578413 查表得 故强度足够 ap0 2 p 轴最终结构尺寸如图 3 9 3 10 所示 24 232 16 20 79 5 0 79 14 315 0 79 4 图 3 9 输入齿轮轴 30 79 2630 82 452684 7 30 7 图 3 10 低速轴 25 第四章 绞肉机零件设计 4 1 绞龙的设计 绞笼的作用是向前输送物料 并在前端对肉块进行挤压 如图 3 1 所示 设计上 采用一根变螺距 变根径的螺旋 即螺距后大前小 根径后小前大 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 如图 4 1 所示 R530120438 785801051301 67 29节 距 t 1302 图 4 1 绞龙示意图 1 绞笼的材料 根据经验一般选为 HT200 材料 2 螺旋直径 根据以下公式计算 4 1 5 2CGKD 式中 G 生产能力 由原始条件得 G 1t h K 物料综合特性系数 查表 1 16 得 K 0 071 物料得填充系数查 B4 表 1 16 得 0 15 物料的堆积密度 t m 猪肉的为 1 5t m 33 C 与螺旋供料器倾角有关的系数 查 B4 表 1 15 得 C 1 将以上数据代入公式计算得 D 0 136m 取 D 160mm 3 螺旋的转速与节距 由第三章设计参数得 螺旋供料器的转速 n 330r min 实体面型螺旋的节距 t D 26 4 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 个止推槽 沿圆周均匀分布 如图 4 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 4 2 绞筒示意图 4 2 十字绞刀的设计 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 刀刃的安装方向应与绞笼旋向相同 绞刀的规格有 2 刃 3 刃 4 刃 6 刃 8 刃 绞刀用 ZG65 Mn 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 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 片的各主要几何参数进行设计 十字刀片如图 4 3 所示 其每一刃部的绞肉 指切割肉 的 线速度分布亦如该图所示 从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度 v 图 4 3 绞刀速度分布图 27 其速度值根据以下公式来计算 4 2 30nvp 式中 刀片刃部任一点的线速度 m s pv n 刀片的旋转速度 rpm 刀片刃部任一点至旋转中心的距离 mm r 刀刃起始点半径 m m R 刀刃终止点半径 mm 再从任一叶刀片的横截面上来看 其刃部后角 较大 而前角 及刃倾角 都为零 因此 该刀片的几何参数 角度 不尽合理 故再将以一叶刀片的与网眼扳相接触的一条 刀刃为对象 分析刀片上各参数的作用及其影响 设计各参数 1 刀刃的起讫位置 绞肉时 绞肉机的十字刀片作旋转运动 从式 I 可以看出 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 并且在螺杆进科速度也一定 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 4 3 QFV A 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 J s F 铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力 N 任一刀刃切割肉的线速度 m s V 所以 绞肉的线速度越快 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 因此由这些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 4 2 得 4 4 30Vn A 我们已知十字刀片得转速 n 330r min 当 时 则 min 30m min 0 5m s 4 5 r 4 6 30 5146m 28 当 时 则 min R 4 7 smR 5 1in 90 R 4 8 3 43 926 圆整后取 r 15mm R 45mm 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图 4 4 所示 图 4 4 接触刀刃受力分析 根据上图可知 4 9 fnfnFF 其值为 4 10 cosinfn 4 11 sf fFF 因为刀刃与网眼板的摩擦力为 4 12 fn A 肉与前刀面的摩擦力为 4 13 fnF 整理得 4 14 2 1 cosnn 式中 F 铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力 N 刀片绞肉时肉的剪切抗力 N 刀刃与网眼板的摩擦系数 肉被剪切时与前刀面的摩擦系数 29 刀片的前角 90 网眼板作用于刀刃上的压力 N nF 肉被切割时作用于前刀面的压力 N 由于 4 15 FA 式中 肉的抗剪应力 与肉的质地有关 肉被剪切的面积 与网眼板的网眼直径有关 A 所以 与肉的质地及网眼的直径有关 故选定网眼板之后 可以看成为常量 F F 故令 1C 由于 是网眼板作用于刀刃上的压力 可以看为刀片的预紧压力 是常量 故令n 是刀片切割肉时 肉对前刀面的压力与速度 v 有关 故令 2n nv 简化式得 4 16 212 1 cosvFCF 从上式可知 刀刃前角 的大小 直接影响着绞肉过程中的切割力 以及切割肉 时所产生的温度 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 2540 3 刀刃的后角 刀刃后角的目的 一是减小后刀面与网眼板 包括三眼板 表面的摩擦 二是在前角 不变的情况下 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 V B 下 后角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较 大 如图 4 5 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 N B 磨损值大 反映在刀体材料的磨损过大这一方面 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 53 30 图 4 5 后角与 VB NB 的关系 4 刀刃的刃倾角 从分析由前刀面和后刀面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面内 当把刀刃放大看时 可以把刀刃看成是一段半径为 的圆 r 弧 如图 4 6 所示 由于刀刃有刃倾角 故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧 斜剖刀刃圆柱所得 图 4 6 刃倾角与刀刃锋利度 椭圆的长半径处的曲率半径 即为刀刃实际纯圆半径 er0 其关系为 4 17 0cosenr 由此可见 增大刀倾角 的绝对值 可减小刀刃的实际钝圆半径 这就说明增 er0 大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利 一旦刀刃的起讫半径 r 及 R 确定后 其最大初始 刃倾角 就可确定了 如图 4 7 所示 0max 图 4 7 刃倾角 31 4 18 0maxrcsin R 初始刃倾角按下式计算 如图 4 8 所示 图 4 8 初始刃倾角计算 4 19 20 arctgbR 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 0 5 刀刃上任一点位量上绞肉速度 由于有了刃倾角 故刀刃上任一点相对于网眼板的速度 将可以分解为垂直于v 刃的法向速度分量 和平行于刃的切向速度分量 如图 4 9 所示 即 nv rv 4 20 nv 其值为 4 21 30prR A 4 22 cosnv 4 23 ir 图 4 9 刀刃上任一点的速度示意图 32 又因为 sin sinR 所以 4 24 22sicos30 整理得 4 25 22sin nvR 4 26 30 式中 刀刃上任一点位置的法向速度分度 m s nv 刀刃上任一点位置的切向速度分量 m s 刀刃上任一点至刀片旋转中心距离 mm 刀刃的初始刃倾角 与刀刃相切的圆计算半径 mm R 刀刃的终点半径 mm r 刀刃的起点半径 mm 6 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 如图 4 10 所示 此绞 刀的特点是 a 后角取 4 刀片的寿命较长 b 前角取 30 以减小绞肉所需的力及功率 c 增加刃倾角 以提高刀刃的锋利度 d 采用全圆弧形的前刀面结构 以改善刀刃的强度 e 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 R65 40A1 8815 AR6 40 图 4 10 绞刀 2 刃和 4 刃示意图 33 4 3 机架的设计 机架的设计原则是保证功能 强度要求条件下 布局合理 用材最少 外形美观 等 本次设计的绞肉机采用 45 号钢 接合处通过焊接而成 因为是涉及到饮食健康方 面 所以要注意防锈处理 其设计的外形如第五章的三维建模中所示 34 第五章 绞肉机三维建模 5 1 带传动部分建模 5 1 1 小带轮建模 建模步骤如下 首先拉伸一个圆柱 然后旋转去除材料生成一个槽特征 线性阵 列 4 个槽 拉伸轴孔和键槽 最后倒角 生成的实体如图 5 1 所示 图 5 1 小带轮 5 1 2 大带轮建模 建模的步骤与小带轮一样 最后去除材料拉伸出轮幅孔 生成的实体如图 5 2 所示 图 5 2 大带轮 35 5 1 3V 带建模 直接用扫描命令来生成 结果如图 5 3 所示 图 5 3V 带 5 1 4 带传动装配 新建装配体 将以上三个零件插入到装配体中 设置好他们之间的配合关系 其 结果如图 5 4 所示 图 5 4 带传动装配 5 2 齿轮部分建模 5 2 1 齿轮轴建模 首先画好小齿轮 其中齿轮可以标准库里面生成 倒角 然后旋转出轴的特征 最后拉伸切出一个 C 型键槽 其三维模型如图 5 5 所示所示 36 图 5 5 齿轮轴 5 2 2 大齿轮建模 画好齿轮之后切出凹型槽 然后拉伸出一个孔 阵列其余孔 最后拉伸轴孔和键 槽 其结果如图 5 6 所示 图 5 6 低速大齿轮 37 5 2 3 低速轴建模 低速齿轮轴与高速齿轮轴的画法差不多 其结果如图 5 7 所示 图 5 7 低速轴 5 3 其它零件建模 5 3 1 绞龙建模 绞龙的建模步骤稍微多点 首先用旋转命令中间轴段特征 然后添加变节距的螺 旋线 并画出截面形状 最后扫描生成螺旋 倒角后其效果如图 5 8 所示 图 5 8 绞龙 5 3 2 十字绞刀建模 十字绞刀比较容易 首先拉伸出圆台特征 然后用放样命令生成刀刃特征