毕业设计（论文）-基于proe螺旋榨汁机的设计

基于PRO/E螺旋榨汁机的设计（河北科技师范学院机械电子系）摘要PRO/ENGINEERWILDFIRE野火版20以其易学易用、功能强大和互连互通的特点，推动了整个产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。它既能节省时间和成本，又能提高产品质量。基于PRO/E的强大功能，本设计利用PRO/E完成了螺旋式连续榨汁机的设计，螺旋式连续榨汁机以其结构简单、操作方便、榨汁效率高等优点而得到广泛应用。就目前来讲,螺旋式连续榨汁机主要应用在食品方面,用于榨取苹果、梨、番茄、菠萝、桔子、胡萝卜等果蔬的汁液。关键字PRO/E；榨汁机；螺旋前言传统的通用机械产品的设计是首先将产品以平面的形式表达出来，然后进行反复校核和修改，最后由加工者把图样上的内容转化为成形的产品，这样不仅设计周期长，成本高，而且当产品制造出来后，经常会出现零部件之间相互干涉，无法安装和装配到位等重大设计失误，如此反复修改也延长了产品投放市场的周期。鉴于通用机械的使用范围广，设计行业多，这就对通用机械的可靠性、稳定性和通用性提出了较高的要求。目前世界上应用最为泛的高档三维商业软件PRO/E就可以很好地解决这些问题。PRO/E直接采用三维设计，使设计者能了解产品的每一个细节，并利用其参数化设计的思想，使零件的设计、修改变得简单易行，同时还可以完成产品的系列化设计。另外利用PRO/E的分析功能，可以完成机构运动学、动力学仿真和有限元分析。进入21世纪后，随着我国水果产量的大幅度提高和鲜销市场的逐渐饱和，“卖果难”愈演愈烈。另外，由于我国经济实力的增强及人民生活水平的提高，果汁加工业又进入一新的发展时期。榨汁机是果品行业的重要组成部分。因此，对榨汁机设备的研究势在必行。要求设计研究出结构简单、成本低、效率高的榨汁设备。基于PRO/E的强大功能，本设计利用PRO/E完成了螺旋式连续榨汁机其结构简单、操作方便、榨汁效率高等优点的设计。1总体方案设计11整体布局设计本设计在布局上采用折叠式,即螺杆、减速器在一个水平面上,将电机置于另一个水平面上见图1。这样布置,一是较大幅度减少了整机长度,提高了设备刚度,节省了原材料,降低了成本二是电机与减速器之间采用三角带传动,起到了缓冲作用,可避免因原料带入异物造成螺杆堵转、引起瞬间负荷过大时,烧坏电机或损坏减速器等故障的发生三是由于电机位置较低、以及在电机与减速器之间采用三角带传动,极大地降低了机械振动与噪声。基本结构螺旋式连续榨汁机基本结构如图1。螺旋式连续榨汁机三维结构图如图2。图1螺旋式连续榨汁机结构简图1电机2三角带3减速器4联轴器5进料斗6螺杆7筛筒8出料斗9集液盘10机架图2螺旋式连续榨汁机三维结构图12工作原理由图2可知该机由机架、螺杆、筛筒、减速器、电机等组成。电机1通过三角带2带动减速器3转动,减速器3通过联轴器4带动螺杆6转动,物料由进料斗5喂入,在螺杆6的作用下,受到挤压,物料中的水分通过筛筒7流出,经集液盘9排出机外,物料在强大的挤压作用下,汁液越来越少,最后经出料斗8排出。13螺杆部设计通常螺旋式连续榨汁机是靠螺杆在筛筒内旋转,对物料产生压力，从而使物料中的汁液被强制挤出。螺旋式连续榨汁机螺杆按不同的分类方法有多种型式。如按螺杆螺纹直径分类有等径与变径之分，按螺杆螺距分类有等距与变距之分；按螺杆螺纹型式分有连续与断续之分等。针对本设计加工对象综合考虑,确定采用变径、断续、变螺距螺杆。螺杆上的螺旋共分四段如图3。第一段为喂料螺旋，主要作用是输送物料；第二段是预压螺旋，主要作用是对物料进行初步挤压，并开始挤出水分；第三段、第四段是压榨螺旋，主要作用是不断增加对物料的进一步挤压，使水果的果汁被强制挤出。特别是第四段具有增压作用,进一步提高出汁率。图3螺旋轴14螺杆螺旋直径和螺距的设计2螺杆螺旋结构简图如图4。图4螺杆螺旋结构简图141螺杆转速的确定由于本螺杆工作性质属于压榨范畴，故转速较低。参照榨油机、油料化机、食品榨汁机，决定选用N130R/MIN。142螺距的确定初选螺距，第一段T50MM，其他各段螺距依次递减。物料移动速度M/S计算V108M/S06NT0513螺旋式连续榨汁机的生产能力公式如下G3600FVKG/H01式中G生产率,本设计取G1000KG/H；F螺杆螺旋送料的断面面积M2；0物料容积密度，本设计取400KG/M；113充填系数,本设计取02。将参数代入得10003600F108400020解得F00321M02根据螺杆螺旋送料的断面面积计算公式F04D21式中D螺杆螺旋送料的断面大径M；0D螺杆螺旋送料的断面小径M；本设计根据强度计算得D009M；11将有关数据代入得，则可求得D02213M0取螺杆螺旋送料的断面大径D024M。15功率计算9榨汁机的功率消耗包括两方面压缩物料所消耗的功率；使物料移动消耗的功率。在这里，把轴与轴承摩擦等所消耗的功率算入机械效率中。设压缩物料所消耗的功率为P1P123Z（W）14D210MAX60PSN00321108353628915W式中相邻螺距大小之差，M；SZ螺距数目；物料所受的最大压力，取083MPA；AXP螺旋外径，M；0D螺旋内径，M。1设使物料移动所消耗的功率为P2PMVW2TV式中M物料的质量KG；T物料运动时间S。而G生产能力TV60NS所以PW221SG702N5302605W则消耗的功率为PW21P810562936571W式中传动效率。由电动机至工作机之的总效率7包括工作机效率为54321式中、分别为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、联轴器、螺杆轴的轴承的效率。取096、099、097、097、098、则12345541096099097097098330812选择电动机按已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭鼠笼型三相异步电动机7。21选择电动机功率榨汁机所需的电动机输出功率为PPWD21P8056936571W22确定电动机转速6旋转轴的工作转速为N130R/MIN，按推荐的合理传动比范围，取带传动的传动I24，减速器的传动比I4125，则合理总传动比的范围为I850，故电动机转速的可选范围为85013010406500R/MIN符合这一范围的同步转速有1500RMIN，3000RMIN再根据计算出的容量，查出有这几种适用的电动机型号见表1，其技术参数传动比的比较情况见下表。表1电动机型号和技术参数及传动比额定功率电动机转速传动装置的传动比方案电动机型号P/KW同步转速满载转速总传动比带减速箱1Y112M41500144011082842Y112M430002920224288综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比，可知方案2比较适合。因此选定电动机型号为Y112M。所选电动机的额定功率4KW，满载转速1440RMIN，总传动比适中，传动装置结构较紧凑。EDPMN所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如图5和下表2所示图5电动机结构简图表2电动机的主要外形尺寸和安装尺寸中心高H外形尺寸LAC/2ADHD底脚安装AB地脚螺栓空直径K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FGD1124003052651801401228608363计算总传动比和分配传动比由选定电动机的满载转速和工作机主动轴的转速，可得传动装置的总MNWN传动比为IWM08134计算出总传动比后，应合理地分配各级传功比，限制传动件的圆周速度以减小动载荷，降低传动精度等级。分配各级传动比时考虑到以下几点各级传动的传动比应在推拌的范围内选取；应使传动装置的结构尺寸较小、重量较轻；应使各传动件的尺寸协调，结构匀称、合理，避免互相干涉碰撞。故V带传功比取28，减速器传功比取4。4计算传动装置的运动和动力参数7进行传动件的设计计算，先推算出各轴的转速、功率和转矩。按内电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数如表3。41各轴转速51431NIM8240INR128621I35I式中为电动机的满载转速，单位为；，分别为减速器输入轴和MNINR12榨汁机螺旋轴的转速，单位为；为电动机至减速器输入轴的传动比；MI1为减速器的传动比。2I42各轴的输入功率1PED014096384KW2ED12384095365KW式中为电动机的输出功率，单位为KW；、分别为减速器输入轴和榨汁EDP1P2机螺旋轴的输入功率，单位为KW；、分别为电动机轴与减速器输入轴、减012速器输入轴与榨汁机螺旋轴间的传动效率。43各轴转矩1TED01I26528096713NM2112I71340952710NM式中、分别为减速器输入轴和榨汁机螺旋轴的输入转距，单位为NM；1T2为电动机铀的输出转矩，单位为NM。ED的计算公式为9550EDTMEDNP9550140265NM表3传动装置的运动和动力参数轴名参数电动机轴减速器螺旋轴转速N/R/MIN144051431286输入功率P/KW4384365输入转矩T/NM2657132710传动比I284效率0960955设计V带51确定计算功率3CAP因为工作机是螺旋榨汁机，故属于载荷变动较大的机械，原动机是交流电动机（普通转矩鼠笼式），工作时间小于10小时/天，启动形式为软启动。故12KACAKW84工作情况系数取12。AA52选择V带的型号3根据计算功率和小带轮转速，得A，B型均可，选择A型普通V带。CAP1N53确定带轮基准直径和1D2531初选主动轮的基准直径3根据所选V带型号参考，选取，MIN1D选。MD10532验算带的速度VSMN23510661533计算从动轮直径2DI81254确定传动的中心距A和带长DL初定中心距，由202170DD即82870即，取500MM。6A计算基准带长02121042ADLDM15635852选取带的基准长度，查表3得LD1计算实际中心距，由公式MLAD502635020考虑安装调整和补偿初拉力的需要，中心距的变动范围为MLAD4751630501MIN93AX55验算主动轮的包角1根据公式及对包角的要求，应保证120586051280618012ADA56确定V带的根数Z根，取9129371400KPZLCAZ3根。式中在包角180度，特定长度，工作平稳情况下，单根普通带的许用0功率值；考虑包角不同时的影响系数，简称包角系数；K考虑带的长度不同的影响系数，简称长度系数。L查得1370930960PLK式中K材质系数；计入传动比的影响时，单根V带所能传递的功率的增量。0计算公式为；KWTNP12021001式中单根普通V带所能传递的转矩的修正值；T主动轮的转速。1N57确定带的初拉力0F单根V带的初拉力由下式确定NQVKZPCA12350193258401522058求带传动作用在轴上的压力QNQ109258SIN12式中Z带的根数；单跟带的初拉力；0F主动轮上的包角。159V带设计计算列表如表4表4V带设计计算列表如下设计计算项目结果说明工作情况系数KA12计算功率PCA48选取V带型号A小带轮直径D1100MM可选比表中大的值大带轮直径D2280MM验算V带的速度V523M/S初定中心距A0500MM参考实际机械结构确定初算V带所需的基准长度LD161315MM选V带的基准长度L1633MM定V带公称长度LI1600MM定中心距A510MM包角1158120，合适包角系数KA093长度系数KL096材质系数K1化学线绳结构的胶带单根V带所能传递的功率P00995单根V带功率增量P012KW单根V带传递扭矩的修正值T12V带根数Z3根每米V带质量010KG/M单根V带的初拉力F0111N轴上的压力Q1090N计算结果汇总V带规格A型，长1600MMV带根数3根中心距510MM轴上压力1090N6带轮的设计61材料带轮常用材料是铸铁，因为带速V25MS，所以选用HTL50。62带轮的形式3带轮的结构由带轮直径大小而定，因带轮基准直径D906MPA，故安全。9筛筒部设计筛筒部的筛筒如图15和图16上有许多筛孔,被榨出的汁液就是从这里流出的。筛孔的设计十分重要,它的主要参数包括筛孔大小和分布密度。为了确保被榨出的汁液能够及时从筛孔中流出,筛筒筛孔的孔隙率越大越好。又由于筛筒要求承受螺旋挤压产生的强大压力,所以孔隙率也不能太大。通常孔隙率选择原则有筛筒刚度好时,选大些筛筒刚度差时,选小些。筛孔大时,孔隙率取较大值筛孔小时,孔隙率取较小值。筛孔直径的选择一般来讲,筛孔直径越大,越有利于汁液的排出相反,筛孔直径越小,越不利于汁液的排出,过小时,就不能保证汁液的排出。选择筛孔时,首先要考虑所加工物料的粒径大小,加工物料的单个粒径大时,筛孔直径选择也要相应大些,以利于汁液排出。但也不能过大,否则,可能会造成较大的料损加工物料的粒径小时,筛孔直径选择也要相应小些,但也不能太小,因为筛孔太小时,容易造成堵塞,不能保证汁液顺利流出。目前,筛孔直径的选择方法主要有定性选择法和经验选择法,般要经过两到三次试验确定。圆筒筛用2MM厚的LGRL8NI9TI不锈钢板冲直径为2MM孔制作，孔间距离2MM。圆筒筛的内径为240MM。长为570MM。为了确保筛筒内物料清理方便,筛筒设计成上下两半,中间用螺栓连接。图15下半筛筒图16上半筛筒10轴承端盖的设计8101材料材料选用HT150。因凸缘式轴承端盖调整间隙比较方便，密封性也好，故选用凸缘式结构。为了调整轴承间隙，在端盖与轴承座之间放置由若干薄片组成的调整垫片，同时也起到密封的作用。轴承端盖简图见图17，轴承端盖三维图见图17。102凸缘式轴承端盖各尺寸计算D0D25D1202512150MMD1D10151201015105110MM，取D1110MM。D2D025D1502512180MME12D125MMME125MM，取M285MM。图17轴承端盖简图图18轴承端盖三维图11螺旋轴组件的制作过程5新建装配件，输入组件名称ASM0002,单击确定，如图19图19新建组件ASM0002单击主窗口右侧增加组件的图标选取要装配的零件ZHUZHOU。见图20。图20选取零件ZHUZHOU单击组件放置对话框在缺省位置组装组件的图标，单击确定。见图21。图21固定零件ZHUZHOU新建四个基准面DTM1，DTM2，DTM3，DTM4。见图22。图22新建四个基准面再单击增加组件的图标，选取螺旋片1，单击确定，见图23。图23TOP面与ZHUZHOU的TDM4面匹配加入第一个装配限制条件，选取螺旋片1的TOP面与ZHUZHOU的TDM4面，输入间距0，