基于UG的BX100拌馅机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

I 摘要 随着生活水平的不断提高 , 人们对食品的要求不但多样化而且还要求加工方便 , 以尽力把传统食品的精湛技艺和现代化的加工方法结合起来。 馅机就是基于这种需要而研制出来的 , 它是专供灌制各种香肠用馅料等的肉食品加工设备。 馅机具有外形小巧精致的特点，使用安全稳定，操作简单易学，能适用食堂，饭店 等 各种食物加工部门的工作环境和工作需求。 为了完成此次 馅机的 设计，主要进行了传动方案的设计，对主要设计内容都进行了严谨的 计算，还对料斗、支架、搅拌、翻转等进行设计。 本设计是基于 有的构件都是在 境内建模并且装配。最后在 导出工程图。设计过程中要应用到建模、装配和制图模块。运用实体建模，特征建模等功能完成所有零件的三维实体建模，然后用装配模块进行装配，最后导出工程图为生产提供依据。 关键词 ： 拌馅机； 三维建模 of s is in to to is on of it is of of of to of In to on so on is G, in G is G. be to to of ix 录 摘要 .录 . 绪论 . 1 馅机的概述 . 1 件的介绍 . 1 建模模块 . 2 装配模块 . 3 制图模块 . 3 2 总体方案的选择和设计计算 . 4 料斗外形尺寸的确定 . 5 搅拌电机功率的计算 及电机选择 . 6 总传动比的计算 . 7 传动比的分配 . 7 传动装置的运动和动 力参数计算 . 8 翻转电机功率的计算及电机选择 . 9 翻转系统总传动比计算 . 9 翻转传动比的分配 . 10 3 拌馅机主要零部件设计计算 . 11 搅拌传动的零部件设计 . 11 带传动设计 . 11 齿轮传动设计 . 14 翻转传动的零部件设计 . 20 传动设计 . 20 蜗轮蜗杆设计 . 23 4 主要零部件结构设计 . 27 机架的结构设计 . 27 搅拌器的设计 . 28 5 基于 装配 . 30 结论 . 33 致谢 . 34 参考文献 . 35 附录 A . 36 附录 B . 46 1 1 绪论 馅机的概述 拌馅机是用于混料的必备设备，效率高，便于操作，是制作风干肠类产品、粒状、泥状混合肠类产品、丸类产品的首选设备，同时也是生产水饺、馄饨类面食产品的可选设备。拌馅机对粒状、粉状、泥状、糊状、浆状物皆有很好的适应性和混合效果。对块状物有较好的保型性，具有正反转功能，具自动出料功能。 其具有以下优点： （ 1）效率高，混料速度快； （ 2）操作简单，方便自如； （ 3）料斗自动翻转，劳动强度更低； （ 4）搅龙使得物料混合更均匀，； （ 5）密封保护使设备使用寿命更长。 本次设计 的 馅机主要由机架，料斗，搅拌传动，翻转传动及电气控制几个系统组成。 料斗 及端板采用 构来密封 ，搅拌 的电动机经由皮带传动，齿轮传动再传至搅龙进行搅拌。翻转传动系统动力由电动机经皮带，蜗杆传至扇形蜗轮，通过扇形蜗轮使料斗实现料斗倒料。 料斗的重量由蜗杆轴、 主轴以及与主轴配合的 零件 搅拌部分，搅拌轴转速已经给出 ，要根据主轴转速来计算 及选择 电动机。中间要设计减速 系统 ，减速 系统需要设计几级减速，减速机构 和总的传动效率的问题。搅拌系统由皮带和齿轮减速， 其中主轴实际转速和预计转速会有些微差别 。 翻转部分的设计需要参 数为料斗的翻转时间、 翻转的角度。根据上述两个数据完成翻转传动部分的设计。同样也要考虑传动比的分配。其中设计皮带传动和 蜗轮蜗杆 传动，所以 总的传动比和传动比的分配 必须 要合理 ，否则会产生不良后果。 件的介绍 简称 美国 司出品的一套集 一体的软件系统。 功能覆盖了从概念设计到产品生产的整个过程，并且广泛地运用在汽车、航空、航天、模具加工及医疗器械行业等方面；它提供了强大的实体建模技术，提供了高效能力的曲面建构能力，能够完成最复杂的造型设计。除此之外，装配功能、 2D 出 2 图功能、模具加工功能及与 间的紧密结合，使得 工业界成为一套无可匹敌的高级 统。 从 1990 年进入我国以来，以其强大的功能和工程背景，已经在我国航空、航天、汽车、模具和家电等领域得到广泛的应用。尤其是 件 本的推出，为 本设计 用的版本是 这个设计过程中要应用到建模、装配和制图模块，其功能如下： 模模块 件的 建模模块主要有实体建模、特征建模、自由形状建模、钣金建模和用户定义特征组成 。 （ 1）实体建模 这个通用的建模应用技术 支持二维和三维线框模型、扫掠和旋转体的建立、布尔操作和基本的相关编辑。实体建模是特征建模与自由形状建模的首要必备的应用。 （ 2） 特征建模 这个基于特征的建模应用技术支持标准的设计特征，如孔、键槽和型腔的建立与相关编辑。它允许用户挖孔实体模型并建立薄壁对象。一个特征可以相对于任何的其他特征定位，对象可以被实例引用建立关联的特征集。 （ 3） 自由形状建模 这个复杂形状建模应用支持复杂曲面和实体模型的建立。某些可用的技术是通用的沿曲线扫掠；利用 1、 2 和 3 轨道方法按比例地展开形状；利用标准的二次曲线方法放样成形；点和曲线网络。 （ 4） 钣金建模 这个基于特征的建模应用支持专门的钣金特征，如 ： 弯边、肋骨和与位于它们下面曲面形状一致的剪切口的建立。这些特征 可以在钣金设计应用中被操纵，仿真零件的成形与展平。这个实践允许在设计时合并制造概念的设计到用户的部件中。实体建模与钣金设计是对某些应用的首要必备的应用。 （ 5） 用户定义特征 此应用提供一个交互的方法去捕捉和存储部件家族，为了利用一个用户定义特征概念方便地恢复和编辑。当启动时它允许取一个利用标准 模工具建立的已存相关实 3 体模型和在参数间建立的关系、定义特征变量、设置默认值和决定通用形状，获得特征。通过任何人利用特征建模应用可以存取驻留在一个库中的已存 。 配 模块 此应用支持“自顶向下”和“从底向上”装配建模，它提供对装配层级的快速往返移动并允许直接存取任意组件或子 支持“在上下文中设计”的方法，在此方法中当工作在装配的上下文中时，可以对任任意组件的设计模型做改变。 制图模块 制图应用允许用户在建模应用中建立三维模型或利用构入内部的曲线 /草图工具建立二维工程图。制图支持图布局的自动建立，包括正交视图投射、剖截视图、辅助和细节视图以及等角图，也支持视图相关和自动消隐线编辑。 4 2 总体方案的选择和设计计算 在食品加工中，根据被混合的物料性质和状态，将混合作业机械分成混合机 、 搅拌机 、 捏合机。对混合机械的一般要求是：混合物的混合均匀度高，混合速度快 ;物料在容器内的残留量少；设备结构简单，坚固耐用，操作方便，便于检视，取样和清理；机械设备要防锈，耐腐蚀，容器表面光滑，工作部件要能拆卸清洗；电动机设备和电控装置应能防爆 、 防湿 、 防尘，符合环境保护和安全运行的要求 2 。 为确保拌馅机能达到规定的技术性能要求，使之正常工作，对其主要传动及关键零件进行设计计算。而设计中所设计的拌馅机应该归类为固体搅拌机械，在食品加工中，固体混合操作常用于原料的配置及产品的制造，如谷物 、 面粉的混合，粉状食品中添加辅料和添加剂还有肉制品中添加佐料等等。固体物料主要靠机械外力产生流动引起混合，固体颗粒的流动性是有限的，流动性又主要与颗粒的大小，形状，相对密度以及和附着力有关，混合的形式有对流混合，扩散混合和剪切混合 本设计将 扇形涡轮固定于料斗端板上，实现料斗翻转及固定料斗。翻转传动系统动力由电动机经皮带，蜗杆传至扇形蜗轮，通过扇形蜗轮使料斗实现料斗倒料。料斗的设计跟额定搅拌重量有关系，其体积要满足能实现额定搅拌重量的要求。其中关键的部分还要考虑搅拌装置的设计。 机械搅拌装置主要由搅拌器和搅拌轴构成。搅拌器装在搅拌轴上，由电动机通过传动装置带动，以一定转向和转速旋转。搅拌器的型式很多常用的有桨式，框式，推进式，螺带式搅拌器。 搅拌轴常用 45 钢制成，对于不重要的搅拌轴，也可采用 35 钢，当耐腐蚀要求较高时应选用不锈钢或对碳钢轴加防腐 措施。如果搅拌轴较长，为了便于制造，安装和检修，常将轴分为上下两端，用凸缘联轴器连接成一体。搅拌轴的下段与物料接触易被腐蚀，损坏时只需要更换下段。搅拌轴的上段穿过轴封装置，如果采用填料箱密封，则要求轴的表面硬而光洁。 搅拌部分，主轴转速已经给定，要根据主轴转速来计算和选择电动机。中间要设计减速器部分的设计，减速器设计包括几级减速，减速部件和总的传动效率的问题。搅拌系统总的传动比和传动比的分配要合理。其中主轴实际转速和预计转速会有些微差别，要保证其设计误差与理论误差小于 5%才是满足要求的设计方案。 翻转部分的 设计需要的参数是：料斗的翻转时间和翻转的角度。根据上述两个数据 5 完成翻转传动部分的设计。同样也要考虑传动比的分配。其中设计皮带传动和齿轮传动，参考其它轻工机械和建筑机械及矿山工程机械的翻转卸料机构，确定拌馅机的翻转传动系统如下：电动机经皮带、蜗杆到扇形蜗轮的传动，通过扇形蜗轮 和 行程挡块 之间 的配合，实现料斗的倒料和复位。 斗外形尺寸的确定 料斗即搅拌容器，一般由不锈钢焊接或铆接或螺栓连接而成。 厚度通常为 2 6器几何尺寸取决于拌馅机的容量，即一次搅拌物料的重量，容器的几何形状要与所用搅拌器的结构形 状相匹配。 在这些设备中，要考虑其发热 、 传热 、 传质和化学反应效应。 由于料斗内盛放的是潮湿性的食品馅料，所以要求与物料接触的材料应耐酸、碱、盐，无毒。制造轻工设备的主要材料是碳素钢其中加入相应的合金元素。铬元素能提高钢的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素，钢中铬含量越高，其抗腐蚀性越好 。通常不锈钢中的铬含量高于 13%，介于此料斗材料选择0度为 2 料斗形状如图 示： 图 斗的外形示意图 6 根据公式： V=W/ （ 式中 V 体积 W 重量 比重 kg/取 = 1kg/） 。 计算体积： V=6101100=110 8 根据有关资料， 混合机的混合容量最大不超过容器体积的 60，最合适值为 3040 （参考文献 5） 。 考虑到搅龙所占体积及预备高度，取料斗体积： V= 210 8 实际体积： 3405602280 2 ) 650 = 故满足要求，料斗的结构形状和尺寸大小见图。 拌电机功率的计算及电机 选择 理论上可以将搅拌功率分为搅拌器功率和搅拌作业功率两个方面考虑，但在时间中一般只考虑或主要考虑搅拌器功率，因搅拌作业功率很难测定，已知影响搅拌功率的主要因素如下： 搅拌器的 结构和运行参数，如搅拌器的形式、桨叶直径和宽度、 桨叶的倾角、桨叶数量、搅拌器的转速等。 搅拌槽的结构参数，如搅拌槽内径和高度、有无挡板或导流筒、挡板的宽度和数量、导流筒直径等。 搅拌介质的物性，如各介质的密度、液相介质黏度、固体颗粒大小、气体介质通气率等。 所以本次采用传统方法进行设计。 根据公式： P=9550（ 式中 P 功率 单位 T 扭矩 单位 Nm； n 转速 单位 r/ 总传动功率 。 设搅拌力作用于距轴心 拌电动机带动的是搅拌主轴转动，而扭转力矩和搅 7 龙的大小都跟料斗的尺寸有关。 则 T=WL=100108010=224Nm（ 由于搅拌机内的轴承、密封件、联轴器等的机械摩擦，减速器的摩擦损失和皮带的传动效率及电动机的效率因素等影响，综合考虑各环节 ： 取总传动效率 =0224 = 拌馅机动力系统分为两大 部分：搅拌传动部分和翻转传动部分。搅拌系统电动机通过皮带传动和齿轮传动驱动主轴。其中带传动为摩擦传动，传动平稳能缓冲吸震，适宜布置在高速级。而齿轮传动适用于低速级传动。翻转系统动力传递方案是从电机经过皮带传动，蜗轮蜗杆传动带动料斗翻转，实现倒料。 对于拌馅机必须恰当地选择搅拌电动机，如果电机容量过小，则不能达到预期的搅拌效果，甚至会使电机烧毁。如果电动机容量过大，与负载不匹配，则会提高操作成本和投资费用。 根据异步电动机 设计手册6 通过计算 总传 比 总传动比 总传动比为 合比较功率、结构、传动系统等选用总传动比小的 机： 电动机型号： 额定功率： 同步转速： 750r/ 满载转速： 710r/ 传动比的计算 由给定的设计参数可得搅龙 主轴转速为 50r/ 则 搅拌系统的 总传动比 ： 00 动比的分配 搅拌系统传动分为两级传动，即皮带传动和齿轮传动 。查阅有关文献可知带传动适宜的传动比取值范围为 2齿轮传动的传动比适宜范围为 37 。 8 取带传动部分传动比 i i 传动装置的运动和动力参数计算 在选出电动机的型号、分配传动比之后，应将传动装置中各轴的传递功率、转速、转矩计算出来，为传动零件和轴的设计计算提供依据。各轴的转速可根据电动机的满载转速及传动比进行计算。按轴的功率和转矩按输入处计算 。 传动总效率 = 带轮 齿轮 轴承 3 带传动效率 带轮 =动轴承效率 轴承 =轮传动效率 齿轮 =传动总效率 =需电动机功率 电动机转速 10r/轴： 0轴即电动机轴 r=0=710r/0= =m 轴：轴即连接大带轮和小齿轮的轴，此轴上共有两个轴承。 0 带轮 轴承 =1 =1=m 轴：轴即搅拌主轴 1 齿轮 轴承 =2=m 9 转电机功率的计算及 电机 选择 参考一些轻工机械，混凝土搅拌机械的翻转 卸 料机构。并考虑拌馅机经济 性 ，实 用简单易操作的特点。设计翻转系统为：动力由电动机经皮带，蜗杆传至扇形蜗轮。通过扇形蜗轮与 行程开关 的配合 作用 。实现料斗翻转卸料功能 。 设力作用于距轴心 L=料斗重 G=80 T=(W+G)L（ =(100+80)108010 3 = Nm 设总传动效率 =自锁） 料斗翻转转速为 ： 01 0 0 0n r/ 2 2 5 0 39 5 5 0 转电机过作时间很短消耗电能很少 ， 考虑到实际，让机器结构简单化 ，选用电动机型号为 电动机型号： 额定功率： 同步转速： 1000r/ 满载转速： 910r/ 翻转系统的总传动比分配翻转系统的动力传动是由带轮传动和蜗轮蜗杆传动来完成的，由于翻转角度有要求限制，考虑用扇形的蜗轮实现翻转角度要求。 翻转系统总传动比计算 由给定的设计参数可得 n = 翻转传动的 总传动比 ： 0 10 翻转 传动比的分配 取带传动传动比为 1 i 则涡轮蜗杆传动比 取 1752 i 11 3 拌馅机主要零部件设计计算 拌传动 的 零部件设计 搅拌系统主要由皮带传动、齿轮传动两级传动过程传动到主轴，来带动搅龙进行搅拌。 所以主要设计带传动的带和带轮，齿轮设计。 传动设计 （ 1） 确定设计功率 带传动的给定工作条件，适用于搅拌机，载荷变动微小，每天工作时间小于 10 小时。设计功率的选取就是根据载荷性质和每天运转的时间等因素确定，设计功率要比传递的额定功率大 即 = （ 式中 P 传递的额定功率， 工作情况系数，由 参考文献 1中表 8取 2） 选择 根据设计功率机额定转速） 1n ,由 机械设计图 8取 V 带带型。根据计算功率 小带轮转速 1n =710r/择搅拌部分带传动的带型为 （ 3） 确定带轮的基准直径 1 2验算带速 V 选择小带轮基准直径1由 参考文献 1表 8 定小带轮的基准直径 11传动所占空间小，重量轻，但1大。所以，并应取标准值。 由 参考文献 1中表 8得 5据表 85算大带轮的基准直径2i= dd 带基准直径系列进行适当圆整。 取标准值236 12 验算带轮带速 V V=100060 71075100060 =s （ （ 4） 确定中心距 a 和带的基准长度 据相应的要求， 结合 参考文献 7表 13a) （ 即 502 280 取 00算相应的基准带长 计算得 1110算相应的基准带长 据 参考文献 1中表 8 120 ，修正系数 考文献 1式（ 8 中心距 a=305 （ 5） 验算包角 1 小带轮上的包角 1 小于大带轮上的包角 2，小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，因此打滑只可能在小带轮上发生，所以为了提高带传动的工作能力应该验算小带轮的包角 1，使之大于 120。 。根据 参考文献 1式 8120a d d 5 50 a=300 12014560300 7525018060a d d （ 包角合适。 （ 6） 由小带轮 5 10r/机械设计表 8 0=根据10r/ i=机械设计表 8 0=机械设计表 8 =据机械 设计中得公式 = (0 +0) （ =(据机械设计公式 0 = = 取 z=2。 （ 7） 带轮的设计 13 根据带轮的基准直径和带轮转速等已知条件，确定带轮的材料 、 结构形式 、 轮槽 、轮辐和轮毂的几何尺寸 、 公差和表面粗糙度及相关技术要求。带轮的材料，常用的材料为 者 处采用 轮的结构形式，带轮由轮缘 、 轮辐 、 轮毂组成。小带轮的基准直径比较小 d 100 械设计表 10 = 由 参考文献 1表 10插值法查得 = 合 = 机械设计图 10 = 实际载荷系数为 = = ）由 参考文献 1式 10得按实际载荷系数算得的齿轮模数 m = 3 = 对比计算结果，由吃面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿轮弯曲疲劳强度计算的结果，由于齿轮模数 m 主要取由弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅仅与齿轮的直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数 圆整至 接触疲劳强度算得的分度圆直径 1 = 得小齿轮齿数1 = 1 = 1 = 25，则大齿轮齿数 2 = 1 = 111， 12互质。这样一来，既满足了齿面接触疲劳强度又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费。 （ 4）几何尺寸计算 1）计算分度圆直径 1 = 1 = 2 = 2 = 2）计算中心距 a = (1:2)2 = 170（ 3）计算齿轮宽度 b = 1 = 19 图 齿轮轴结构图 图 齿轮结构图 20 转传动 的 零部件设计 对于搅拌容器的翻转机构，通常分为机动与手动两种形式。机动一般是在容器侧壁装有齿轮，并由单独的电机及减速机带动实现翻转。这种机构调和操作方便，劳动强度较低，机器外型对称美观，但其结构较复杂，手动是在搅拌容器上装设蜗轮蜗杆，通过手转动蜗杆使其与蜗轮啮合并带动容器翻转或者直接依靠人力翻转，翻转位置由定位销限制。这种机构劳动强度较大，但结构简单成本低，外形不够对称美观。 蜗杆传动是用来传递空间交错轴之间的运动和动力的，最常用是的是两轴交错角是 90的减速传动的。在分度圆上具有完整螺旋齿的构件称为蜗杆，而与蜗杆相啮合的构件则称为蜗轮。通常，以蜗杆为原动件做减速运动。当其行程不自锁时，也可以蜗轮为原动件。蜗杆传动的主要特点是： 1）由于蜗杆的轮齿是连续不断的螺旋齿，故传动平稳，啮合冲击小。 2）由于蜗杆的齿数（头数）少，故单级传动可获得较大的传动比，且结构紧凑 10 。 在翻转部分用蜗轮蜗杆传动实现料斗的倾倒，完成倒料的动作，有一定的角度要求，所以考虑用扇形蜗轮，且配合行程挡块使用，限制其倾倒角度位置。 带传动是由固联于主 动轴上的主动轮，和固联于从动轴上的从动轮和紧套在两轮上的传动带组成的。当原动机驱动主动轮转动时，由于带和带轮的摩擦而拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉以及缓冲吸震等特点，在很多机械中大量使用。 综合考虑各因素，选定机动翻转机构，由电动机经皮带轮，蜗杆蜗轮，可逆启动器等共同来实现。 传动设计 选用 V 带传动，在一般机械中，应用最广泛的是 V 带传动。 V 带的横截面呈现等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时， V 带只和轮槽的两个侧面接触。即以两侧面为工作面。同样的张紧力下 ,V 带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。这是 V 带的优点。 （ 1） 确定设计功率 P 考虑载荷性质和每天运转的时间等因素，设计功率要比传递的额定功率较大，即： 式中 P 传递的额定功率， c 21 K 工作情况系数，由 机械设计 中表 8得 K 取 =.9 2） 初选带的型号和根数 根据设计功率 和小轮转速（电机额定转速） ,由参考文献 8中图 8选带型号规格 Z，根数 1。 （ 3） 确定带轮的基准直径 ， 选择小带轮基准直径 ， 小，则传动所占空间小，重量轻，但 太小则弯曲应力 太大。所以 ，并应取标准值。 根据 参考文献 1中表 8得 0据表 863算从动轮基准直径 由 i= 取标准值 =160。 （ 4） 确定中心距 a 和带的基准长度 定中心距 据经验公式 即 取 80准长度 据 参考文献 1中表 8 00， 经过计算 ， 中心距 a=289。 （ 5） 验算包角 1 包角 1应大于 120 即 3 80 a=280角合适。 （ 6） V 带带轮的设计内容：根据带轮的基准直径和带轮转速等条件，确定带轮的材料，结构形式，轮槽，轮辐，和轮毂的几何尺寸，公差和表面粗糙度及相关技术设计要求 。 A 2dd)a) 。 1 2 060a 0 1。 318018060a 22 带轮的材料，采用常用的 轮的结构形式，带轮由轮缘，轮辐，轮毂组成。小带轮的基准直径比较小，参考配合的电动机的外伸轴轴径选择实心式，各项尺寸如 图 转小带轮 结构图 大带轮基准直径比较大，采用的是轮辐式， 尺寸如图 图 翻转大带轮结构 图 23 轮蜗杆设计 蜗杆传动的主要设计参数有模数 m、 压力角 、 蜗杆头数 蜗轮齿数 （ 1） 蜗杆、蜗轮的材料选择 根据蜗杆传动的主要失效形式可知，蜗杆和蜗轮材料不仅要求有足够的强度，更重要的是要具有良好的减摩性、耐磨性和抗胶合能力。 蜗杆一般用碳钢或合金钢制造。对高速重载传动常用 152020，经渗碳淬火，表面硬度 56 62经磨削。对中速中载传动，蜗杆材料可用 45、 4035面淬火，表面硬度 4555要磨削。对速度不高，载荷不大的蜗杆，材料可用 45钢调质或正火处理，调质硬度 220270 图 3滑动速度 蜗轮材料可参考相对滑动速度 选择。铸造锡青铜抗胶合性、耐磨性好，易加工，允许的滑动速度 ，但强度较低，价格较贵。一般 许滑动速度可25m/s, 用于 2m/造铝青铜，如 减磨性和抗胶合性比锡青铜差，但强度高，价格便宜，一般用于 4m/铸铁（ 用于 2m/s 的低速轻载传动中。 表 铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力 H轮材料 蜗杆材料 滑动速度 m/s） 2 3 4 6 8 火钢 250 230 210 180 160