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家用小型绞肉机的设计机械毕业设计,家用,小型,绞肉机,设计,机械,毕业设计
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成都理工大学毕业设计（论文）家用小型绞肉机的设计作者姓名：莫旦林 专业班级：机械五班 指导教师：胡波摘 要随着人们生活水平的提高，人们的生活变得越来越便捷，绞肉机的出现也给人们的生活带来了极大的便利。本文设计的是一种家用小型绞肉机。该绞肉机的主要功能是绞制各种肉条、肉粒、肉末。本文通过分析各类家用小型绞肉机的优缺点，并选择了一款目前性能最为优秀的家用绞肉机作为设计母版，借鉴其优秀设计，改进其缺陷，最终设计了一款更适合家庭使用的小型绞肉机。本文主要讲述了机器设计方案的确定过程，机器的输送装置、绞肉装置、驱动装置、控制部分的功能设计、结构设计和各零部件的设计过程，并完成了机器的三维建模和运动仿真。关键词: 螺旋输送机构; 绞肉装置; 擂爪；驱动装置; 三维建模The Design of household small meat grinderAbstract:Withtheimprovementofpeopleslivingstandards,widevarietyofmodernmachinesplayagreatroleineveryfamilyandfacilitatehousework,justasthemeat grindermakesgreatcontributiontoeverydeliciousdishes.Thepaperpresentsanew householdsmallmeatgrinder,withthemainfunctionofmincingallkindsofcutlet, dicedmeatandmincedmeat.Byanalyzingthemeritsanddemeritsofeachtypesof meatgrinder,Thepaperaimsatdesigningamorefamily-friendlysmallmeatgrinder, whichselectingthebesthouseholdmeatgrinderatpresentasthedesigntemplateto absorbtheessenceanddiscardthedross.Thepapertriestoelaboratethedeterministicprocessofdesignplan,thestructuralandfunctionaldesignofthemachinestransporter,meatdevice,drivedeviceandcontrollingsegment,andthedesignprocessoftheparts,andtheprocessofthemachines3Dmodelingandmotionsimulation.Key words: Machinestransporter; Meat device; Drive device; 3Dmodeling Motion Simulation目 录第1章 前 言11.1技术背景11.2目前国内绞肉机的发展现状11.3设计方法31.4设计内容和预期成果31.5家用绞肉机的阐述4第2章 总体设计方案的确定52.1 家用小型绞肉机的功能52.2 自动清洗功能的选定52.3捣肉功能的选定62.4 驱动机构的选定72.5 总体方案的确定8第3章 螺旋输送机构的设计113.1螺旋输送机零件参数的设计11第4章 绞肉装置的设计184.1绞肉模具184.2绞刀194.3捣肉擂爪21第5章 驱动装置的设计235.1 选择电动机类型：235.2确定驱动装置的传动比245.3齿轮的设计255.4 从动轴的设计265.5 轴承的选用与校核275.6 键的设计与校核28第6章 控制电路的设计306.1 倒顺开关的电路接线图316.2接线图的说明32结 论33致 谢35参考文献36III成都理工大学毕业设计（论文）第1章 前 言1.1技术背景现代社会，人们对生活质量越来越重视，对食品的要求的越来越高，对生活的便利性也提出了更高的要求。各类食品加工机械也在这样的需求下应运而生。肉类的食用对人们的健康至为重要，而人们对美食的追求又从未停息。绞肉是肉类一种很繁琐的加工过程，人们为了得到细碎的肉品，以前人们都是采用最原始的加工方法，就是将肉类放在砧板上先切小，而后反复的剁碎，这种方法既费时费力，又不太安全，而人们希望通过一种机器方便的得到这种肉品，绞肉机的发明应运而生。目前市场上已有几种不同类型的家用小型绞肉机，而这几种绞肉机都还有其需要改进的地方，现在综合比较各类绞肉机，确定一款性能最为优秀的家用小型绞肉机为设计母版，借鉴其优秀设计，改进其缺点，最终设计一款更适合家庭使用的绞肉机。1.2目前国内绞肉机的发展现状随着我国的经济的飞速发展，我国人民的生活水平得到了显著的提高，尤其是在饮食方面，据有关部门数据显示，2014年我国的人均肉类消费水平较2008年提高了将近一倍，肉类消费增长率每年在4%-6%。可见，我国肉类的消费将越来越庞大，这也将极大的促进我国肉类加工机械的发展。绞肉机是目前常用一种肉类加工机械，我国在现代绞肉机的设计和制造上起步较晚，目前国内生产的绞肉机的水平与国外先进水平还有一段距离。我国绞肉机主要还以肉类加工企业的大中型绞肉机为主，家用的小型绞肉机还未能得到普及。但随着人们的生活水平的不断提高，家用小型绞肉机将迎来飞速的发展。我国自主设计制造的大中型绞肉机主要是为肉类加工企业服务的，主要为肉类加工企业生产各种肉馅，给罐头、肉丸、肉酱等产品提供原材料。技术上，国内生产的绞肉机大多不具备去除筋膜的功能，大多肉类加工企业仍采用手工的方法去除肉中筋膜。这种方法，不但生产效率低，生产成本高，而且会影响肉制品的卫生条件。在加工肉馅原料的食品加工企业里，若能使用集去除筋膜功能的绞肉机，将大大提高的企业的经济效益和肉制品的卫生程度。目前国内已有公司引进了德国的的去筋膜绞肉机，中国食品综合研究中心也率先研制出去筋膜绞肉机。目前，我国家用小型绞肉机虽还未能普及，但发展速度迅猛。家用小型绞肉机按驱动方式分类主要由两类：手动和电动。手动绞肉机在过去被广泛采用，手动绞肉机有其优点也有其缺点，优点在于驱动力不受限制，使用方便，体积迷你，结构简单，绞制的肉品细腻，口感良好，缺点在于工作效率低小，需耗费大量人力和时间，不适合现代都市人的使用。由于其优点，目前市场上仍有不少手动绞肉机在销售，例如佐优、so fa la品牌的手动绞肉机，简单耐用，外观漂亮，价格低廉，受到不少群众的喜爱。在生活节奏快的今天，电动绞肉机是厨房用品的新宠，电动绞肉机的优点明显，它使用极其方便，工作效率很高，极大的减少了人们在绞肉过程中消耗时间，但它也有其缺陷，在使用过程中，噪音很大，机器散热不好，容易停机，绞制的肉品亲水性不好、在熟化的过程中容易柴散，口感较差。市场上主要销售的有两种结构类型的电动绞肉机，一种是通过绞刀高速旋转，将盛在器皿中肉料快速切割切碎。另一种是通过绞肉机上的螺旋输送机构给肉料提供挤压力，使其挤入绞肉模具，绞刀再将其切割分离。第一种结构类型的绞肉机体积很小，如图（1-1）所示，它使用方便，价格低廉，且可一机多用，正成为小家庭最喜爱的厨房用品，但由于其结构特点，该种绞肉机易出现绞肉不碎、绞肉不均、肉类筋膜易缠附在绞刀上的缺陷，使其并未成为绞肉机械上的主流产品，市场上销售较好的有九阳、美的、奥克斯、小熊等名牌的多功能绞肉机。第二种结构类型的绞肉机，如图（1-2）所示，它技术成熟、工作可靠，是目前绞肉机市场上的主流产品，该产品的优点在于使用过程中不易故障，工作效率高，但它也有电动绞肉机的通病，噪音较大，电机易发热停机，绞制出的肉品亲水性不好，口感较差。目前市场上，有CMTM、Tenfly、名键、莫菲等品牌生产的该类型的绞肉机获得了广大群众的好评。 图1-1 结构一家用绞肉机 图1-2 结构二家用绞肉机1.3设计方法分析题目所包含的要求和目的，结合老师指导找到相关方面的资料。通过搜集的资料对绞肉机进行深入了解，分析市场在售和工厂使用的各种绞肉机，了解各种绞肉机对应的目标产品及优缺点。在设计过程中积极思考，并通过不同的假设提出不同的改进方案并向指导老师提问并汇报进度。综合比较各类小型绞肉机，确定一款性能最为优秀的家用小型绞肉机为设计母版，借鉴其优秀设计，改进其缺点，最终设计一款更适合家庭使用的绞肉机。初步设计：根据所需功能对绞肉机进行结构设计，参考市场现有的绞肉机，学习其优点，避免其缺点，设计出绞肉机的输送、绞肉、驱动、控制等各部分的大体环节。全面设计：在这个过程中借助PRO/E、AutoCAD等软件绘图和仿真。在考虑外形的美观的情况下，对关键机构进行分析和设计，设计结构、计算尺寸、校核材料等。再根据机构的分布设计出产品的外形。最后通过三维建模和运动仿真，得出设计结果。1.4设计内容和预期成果1.4.1 基本任务与要求要求围绕毕业设计题目，收集、整理相关资料，对比研究市售绞肉机的结构、功能、优缺点，提出绞肉机的改进设计方案；完成绞肉机结构设计、三维建模及运动仿真；完成绞肉机控制电路的设计。 要求通过毕业设计期间的锻炼培养分析问题、解决问题的能力；能熟练地运用机械设计方法解决实际问题；能熟练地使用三维建模软件；能设计简单的控制电路；掌握文献查阅和论文撰写的方法。1.4.2 拟解决问题和预期目标1、收集、整理相关资料，评述市售绞肉机产品的优缺点； 2、提出绞肉机的改进设计方案，完成机构原理设计、机械零件设计、三维建模及运动仿真； 3、完成绞肉机控制电路的设计； 4、完成毕业论文撰写，提出结论，提交各项成果图。1.5家用绞肉机的阐述家用小型绞肉机是使用220V电源的一种肉类加工机械。现在受到越来越多的家庭用户的欢迎。家用小型绞肉机是将切条或切块的肉料通过绞肉机内的螺杆输送机构，输送到绞肉机的前端，由于受到螺杆螺距的变小，肉料受到挤压，及不断输送过来的肉料的挤压，肉料挤入到绞肉模具内，在通过绞肉刀的切割，肉料被切割成短条状，通过不同的绞肉模具，可以实现肉粒的不同大小。机器的主要组成和工作原理：电动机、驱动机构、螺杆输送机构、捣肉机构，绞刀，绞肉模具，绞筒，外壳及控制电路。电动机给绞肉机一个驱动力，驱动机构将电机的转速降低并将电机的扭矩放大传递给螺杆，螺旋输送机构将肉类通过螺杆的旋转运动将肉料输送到绞肉模具内，绞肉模具和绞肉刀配合完成将肉品绞碎的动作，控制电路可以控制电机的启停和正反转，从而实现绞肉和疏通绞肉堵塞的功能。第2章 总体设计方案的确定2.1 家用小型绞肉机的功能家用小型绞肉机是将切条或切块的肉类通过绞肉机内的螺杆输送机构，输送到绞肉机的前端，由于螺杆螺距的变小，肉类受到挤压，及后续输送过来的肉类的推挤，肉料挤入到绞肉模具内，在通过绞肉刀的切割，肉品被切割成短条状、碎粒状或是肉末，通过不同的绞肉模具，可以绞制出尺寸不同的肉品。2.2 自动清洗功能的选定经调研，市场上的绞肉机，还没有自动清洗的功能，而人工清洗，要耗费人们大量时间，且在拆卸绞肉机的时候，易被绞肉刀具划伤，故设计一款可自动清洗的绞肉机，一定可大大的方便的人们的生活。现有的家用绞肉机在工作后，绞筒内、绞刀和绞肉模具上都会粘有肉料的残渣，许多人会提出将绞筒内注入水流的方法来实现自动清洗的功能，以下我对方法进行分析：若将现有的绞肉机的绞筒内接入水流，水流由于自重沉在下端，水流在一定程度上可以清洗绞筒下端部分的东西，但上端部分的东西则清洗不到，如要使得水流充满整个绞筒内，则要换上绞肉模具中孔很小的模具，（使绞筒内的入水量略大于出水量），由于换上了绞肉模具中孔很小的模具，将导致绞筒内较大颗粒的肉渣无法排出，故现有的绞肉机不能实现自动清洗的功能。经思考，现提出一种技术方案来实现自动清洗的功能，技术方案如下：若能使绞筒能绕着螺杆旋转，则无须水流充满绞筒，则可实现清洗绞筒内的上端部分，且此方法增大了水流对绞筒和螺杆在圆周方向上的相对速度，可增强清洗效果。实现这一方案即要使绞筒绕螺杆反向旋转，要实现这一运动，可通过在螺杆上固定一齿轮，绞筒外端装配一个内齿轮，在螺杆外齿轮和绞筒内齿轮间安装一惰轮，实现其螺杆和绞筒的反向运动。技术方案如图（2-1）所示：图2-1 自动清洗方案示意图该技术方案的可行性分析：技术方案可实现绞筒内的自动清洗，但由于绞肉机属于食品机械，食品机械的清洁度要求很高，若清洗不彻底，则绞肉机内及易产生霉菌，下次使用则需要重新清洗。由于绞肉机内不仅存在肉屑还存在油脂，油脂的清洗有两种方法，一种是采用高压热水冲洗，另一种是采用洗洁剂擦洗，而该方案无法给绞筒内接入高压的热水，也无法自动使用清洁剂。所以该方案很难满足绞肉机对清洁度的要求。且该方案对绞筒的密封性也提出更高的要求，这将造成制造成本的升高，该方案还需要接入大量的水源，这对水资源也是一种浪费。分析得出，不采用该方案。2.3捣肉功能的选定经市场研究，目前家庭使用的绞肉机，绞出的肉质熟化时结团性差、 容易柴散，口感也较差，究其原因是因为绞肉机绞肉和人工剁肉的过程并不完全相同，为了解决绞肉机出现的这一问题，根据文献5的创新，提出了如下的技术方案：一种具有擂溃功能的绞肉机，通过在绞肉机螺杆的中部安装多个擂爪， 并在绞筒内壁布置多条凸起的挤压膛线，使肉料在前行过程中，受到旋转的捣肉擂爪与挤压膛线间的挤搓作用，肉块在被碾碎的过程中可释放部分明胶，随后肉料被绞肉模具及绞刀进一步切割成碎粒状5。用该方法绞制出的肉品熟化后持水性好、结团能力强， 口感较好，可明显改善现有绞肉机绞制肉品存在的柴、散的问题5。图2-2 捣肉方案示意图该方案的可行性分析：分析创新方案的可行性，我们需要对创新方案的工作原理和手工剁肉的工作原理进行比较研究。手工剁肉工作特点是：肉料是通过刀具反复的劈砍完成的，由于生肉的韧性较好，当刀具完成一次劈砍动作时候，其中的肉料都会要受到的是刀具对它强烈的挤压作用，而在这个过程，肉料组织里的亲水性物质则被释放出来，这样使得手工剁肉在熟化的过程中结团性好，不易柴散，口感也较细腻5。由于创新方案的擂爪机构可以对肉料进行强有力的搓挤，且擂爪转速较高，在绞筒内布置有多个擂爪，可以对肉料进行反复的搓挤，使得肉料较多的释放出亲水性物质，其工作原理和手工剁肉大致相同，故能实现改善肉品品质的功能。技术方案中的擂爪布置在螺旋杆的前端，每个擂爪之间保持了较大距离，使其堵塞肉料的影响很小，通过分析，该技术方案可起到改善肉品品质的作用，故在绞肉机的设计中采用此方案。2.4 驱动机构的选定绞肉机的驱动机构主要由电机、带传动或者齿轮传动等部件组成。一般绞肉机的螺杆和绞刀都以一个转速作为它的工作转速。这使得电机到螺杆的传动形式是定比传动，要实现定比传动可通过带传动和齿轮传动。两种传动方式各有其优缺点。以下分别说明两种传动方式的优缺点，并加以比较，最终确定传动方式。带传动的优缺点：优点：传动平稳、缓冲吸振、结构简单、成本低、使用维护方便、 有良好的挠性和弹性、过载打滑14。 缺点：传动比不准确、带寿命低、轴上载荷较大、传动装置外部尺寸大、效率低14。齿轮传动的优缺点：优点：瞬时传动比恒定、传动比范围大、速度和传递功率的范围大、传动效率高。结构紧凑，适用于近距离传动14。缺点: 制造成本较高、精度不高的齿轮，传动时有噪声、无过载保护14。由于要符合家用的要求，家用小型绞肉机的尺寸要尽可能小，通过对绞肉机的设计计算，其传动比在5以上，若采用带传动设计，小带轮的尺寸在50mm以上，大带轮的尺寸则在5x50=250mm以上，中心距在360以上，其设计出的小型绞肉机尺寸过大，且带传动传动效率较低，传动带易损坏。若采用齿轮传动，齿轮传动传动比恒定，传动效率高，结构紧凑。根据齿轮的初步设计，其大齿轮的尺寸为150mm左右，中心距为90mm，符合家用小型绞肉机对尺寸的要求。齿轮传动虽有噪音的缺点，但是绞肉机的工作转速较低，冲击也小，加上绞肉机外壳对噪音的隔离，故实际家用小型绞肉机的因齿轮传动产生的噪音并不高。根据家用小型绞肉机的设计要求和以上针对两种传动方式的对比分析，确定齿轮传动为家用小型绞肉机的驱动方式。2.5 总体方案的确定通过大量的文献参阅和市场调研，目前市场上销量最高和设计最为合理的绞肉机为CMTM-不锈钢家用电动绞肉机，（如图2-3）此款绞肉机结构简单，布局合理，性能良好。通过参考这款绞肉机，将其定为设计母版，并借鉴其他绞肉机的优点和以上对各方案的选定，从而确定了本次小型绞肉机的总体设计方案，总体设计方案示意图如图2-4所示。图2-3 CMTM-家用小型绞肉机图2-4 总体设计方案示意图本次设计的家用小型绞肉机由驱动装置、螺杆输送机构、绞肉装置、控制电路部分组成。驱动装置即是绞肉机的动力，包括单相异步电机，齿轮传动机构。工作原理是通过控制电路开启电机，将电机的动力通过齿轮传递给螺杆输送机构。螺杆输送机构即是通过螺杆的旋转运动，将肉料输送到绞肉装置。捣肉擂打机构是通过在螺杆的前端轴向布置多个捣肉擂爪，并在机筒内壁与擂捶爪轮相对应区段周向布置多条凸起挤压膛线， 使螺杆推动肉块前行过程中， 肉品受到旋转的擂捶爪轮与挤压膛线间的多次冲击、 挤压作用。绞肉装置包括绞刀、绞肉模具和擂爪机构，绞刀和绞肉模具可将肉料绞碎成尺寸不同的肉品；擂爪机构是通过在螺杆的前端轴向布置多个擂爪，并在绞筒内壁布置多条凸起挤压膛线，使螺杆推动肉块前行过程中，肉料受到旋转的擂爪与挤压膛线的多次冲击和挤压作用。控制电路可控制绞肉机的启停和电机的正反转，从而实现绞肉和疏通绞肉堵塞的功能。第3章 螺旋输送机构的设计螺旋输送机构，是绞肉机的核心组成部分，是它将肉料源源不断的输送到绞肉机的绞肉区域，并给肉料提供挤推力，使肉料挤入绞肉模具，经过切割后，又推出绞肉模具。它的工作原理是：当肉料从进料口送入，当螺旋杆转动时，物料受到螺旋叶片推力的作用，该推力的径向分力和叶片对肉料的摩擦力，有可能带着物料绕轴转动，但由于物料本身的重力和绞筒对肉料的摩擦力，故不与螺旋叶片一起旋转，而在叶片的法向推力作用下，沿着螺旋轴的轴向移动3。螺旋输送机的结构特征：它包含一根螺旋杆、一个绞筒。螺旋杆上布有螺旋叶片，螺旋叶片的螺距不相等；绞筒为管状，内壁上设有止推槽，沿圆周方向均匀分布。3.1螺旋输送机零件参数的设计根据现有的技术方案，螺旋输送机构的设计主要是螺旋输送机上各零部件件参数的选择和确定，即螺旋叶片的直径和螺距、螺杆的直径和长度、绞筒的结构和尺寸、螺旋轴的转速等各参数的设计。3.1.1 螺旋叶片直径螺旋叶片直径根据螺旋输送机生产能力、输送物料类型、结构和布置形式来确定。螺旋输送机生产能力：经市场调查，一般家庭为三至五个人，做一顿饺子一般需要1.5kg肉左右，一天消费肉量在5kg左右。基于设计一款符合大部分家庭需要的绞肉机，绞肉机的生产能力定为1.67kg/min即100kg/h.结构和布置:由于绞肉机的螺旋输送机构不但要具有输送功能还需要具有对肉料进行挤压的功能。经文献9研究，螺杆的不同结构如图（3-1）所示：图3-1 螺杆结构示意图而b型是最常用的，其螺旋螺根不变，绞筒是圆筒形，制造工艺好，安装拆卸方便。故采用b型。布置分为水平布置和倾斜布置，本设计因结构特点，无须倾斜布置，故采用水平布置10。根据螺旋叶片直径的设计公式： （3-1）G生产能力，由原始条件得G100kg/hK物料综合特性系数，查文献3得K0.059-物料得填充系数，查文献3得0.3猪肉的堆积密度t/m的为0.975t/mC与螺旋供料器倾角有关的系数，查文献3得C1根据文献3:0.036m36mm经文献3研究：螺旋叶片直径通常制成标准系列，d=40，50，100，200，300，400，500mm，根据设计公式的得出的结果，取标准直径D=40mm3。3.1.2 螺距输送机的螺距决定着螺旋的升角，还决定物料运行的滑移面，螺距的大小影响着物料的输送过程。根据经验公式计算螺距：S=k D ，对于物料流动性较差的输送机k0.8.考略到肉块物料流动性较差，且螺旋叶片需要对肉料进行挤压，故选k=0.8，由于螺旋叶片需要对肉料进行挤压，经文献8研究：绞肉机的工作螺旋属于普通挤压螺旋，其挤压比一般为1：1-5:1，通常挤压段占工作螺旋的一半或较强。螺旋叶片的螺距需逐渐变小，因绞肉机的螺旋输送机的输送距离不宜过长，选螺距的渐变规律为每一个螺距较上一个螺距减小0.2D8。螺距：s=（0.8，0.6，0.4）D。3.1.3 轴径经文献3研究：一般轴径的计算公式：d=(0.2-0.35)D，由于D=40mm，d=（8-13.5）mm，因为螺旋杆带动螺旋叶片、擂爪零件、绞刀工作，螺旋杆上受到较大扭矩，故应通过轴的强度设计，来确定螺旋杆的最小直径。绞肉机的螺旋杆及螺旋叶片需要经常清洗，宜选用不锈钢材料，查文献15选用钢型00Cr17mo，该材料适用于厨房用具，耐腐蚀性好，强度高，通过本文设计，螺旋杆的工作功率为p=0.49kw，螺旋杆的工作转数n=173r/m16。根据轴的强度设计公式： （3-2）P轴径传递功率，由计算得P0.49K物料综合特性系数，查文献3得K0.059C轴的材料和承载情况确定的常数，查文献16得C71 =8.91mm，考虑到螺旋杆为阶梯轴，存在应力集中的影响，取Dmin=12mm。3.1.4 螺杆长度螺杆长度LL=螺旋叶片轴段长度L1+擂爪轴段长度L2+刀具轴段长度L3+绞肉模具轴段长度L4+结构轴段L5螺旋叶片轴段长度L1=(0.8+0.6+0.4）D=1.8x40=72mm擂爪轴段长度L2=3xl5=45mm刀具轴段长度L3=4mm绞肉模具轴段长度L4=5mm结构轴段L5=30mm螺杆长度LL=L1+L2+L3+L4+L5=72+45+4+5+30=156mm3.1.5 螺旋轴的转速螺旋轴的转速是根据绞肉机的生产能力所确定的，经研究，螺旋轴的转速需要满足以下两个条件：1、应低于肉料因离心力过大向外抛的极限转速。一般来说，螺旋轴转速高，螺旋输送机构的输送量高 ，螺旋轴转速低，则螺旋输送量低，但螺旋转速过高，会使肉料受到的离心力过大，导致无法输送，故螺旋轴的转速应低于肉料因离心力过大向外抛的极限转速。2、应使得绞肉机构的绞肉量大于螺旋输送机构的输送量。 由于绞肉机的结构特点，螺旋轴的转速着同时决定着螺旋输送机构的输送能力和绞肉机构的切割能力。若螺旋输送机构的输送量大于绞肉机的切割量，则会导致肉料在绞筒里堵塞。故应使切削机构的绞肉量大于螺旋输送机构的输送量。经文献11研究：切削机构的生产率的计算公式： Q=FF1 (3-3) 式中 F1-切割一公斤肉料的过刀面积，cm2/kg -切割能力的利用系数，=0.7-0.75查文献11，F1=1000cm2/kg，=0.75，根据设计条件Q=100kg/h.根据设计公式（3-3）推导出：F=F1Q=1000x100/0.8=12500cm2 /kg 切削机构切割能力的计算公式： F=60nD24Z （3-4） 式中 n-螺旋杆工作转数，n/minD-绞肉模具的直径，cm-孔眼总面积与模具面积之比，=0.3-0.4Z-绞刀总数，十字刀取Z=4根据螺旋输送机构的绞桶内径确定D=4cm，孔眼总面积和格板的面积比取=0.35，绞肉刀为十字形切刀Z=4.根据设计公式（3-4）推导出：n= 4F60ZD2=4x12500/0.6x3.14x16.0.35x4=111r/min即螺旋杆的转速超过n=111r/min的时候，绞肉机的切削能力超过100kg/h.经文献3的研究：肉料因离心力过大向外抛的极限转速3：nA/D式中 A-物料的综合特性系数D-螺旋叶片直径,cm查文献10，物料的综合特性系数A=38，本设计螺旋叶片直径D=4cm，nmax =38/4=190r/minn应该小于nmax，由于家用小型绞肉机受到尺寸的限制，采用单级减速，实际转速不易过小，初步取螺杆转速为n=(170-180)r/min.通过设计，绞刀所需工作转速n螺杆实际转速n螺杆的极限转速nmax，即螺杆的实际转速满足上文的两个条件。3.1.6 螺旋轴的传动功率螺旋输送机总的功率PL =物料运行需要功率P1+空载运转所需功率P2+倾斜引起的附加功率P317。P1=QLu/367 （3-5）P2=DL/20 （3-6） P3=QH/367=QLsin/367 （3-7）PL=P1+P2+P3=0.000022+0.00023+0=0.000252kw3.1.7 绞筒的设计因为肉在绞筒受到挤压力的反作用力作用，肉料有向后的运动趋势，为阻止肉料向后运动，故在绞肉桶内壁上设置6个止推槽，沿圆周分布。如图（3-2）所示：图3-2 绞筒结构示意图3.1.8 绞筒的内径经文献1研究，为了避免螺旋杆在旋转时与绞肉桶发生摩擦，绞筒内壁要和螺旋轴间留有间隙，间隙太大，肉料易倒流，间隙太小，间隙一般留有0.5-1.0mm，考虑制造经济性，间隙a=1mm1。d1=D+2a=40+2=42mm3.1.9 绞筒的外直径由于绞肉桶承受不大的转矩和压力，且需要经常清洗，采用不锈钢材料，不锈钢钢管厚度多为标准厚度，采用=2mm，则d2=d1+2=42+4=46mm3.1.10绞筒的长度绞肉桶长度LJ=螺杆长度LL-螺杆伸出段长度LS因螺杆结构，螺杆伸出段长度LS=25mm，故：LJ=LL-LS=156-25=133mm。3.1.11螺旋输送机构三维建模如图（3-3）所示：图3-3 螺旋输送机构三维建模第4章 绞肉装置的设计绞肉装置是由肉料切削机构和擂爪机构组成。它可将由螺旋输送机构输送过来的肉料进行搓挤、切削，使块状肉料加工成品质较好的肉条、肉粒或肉末。绞肉装置的工作原理是：当肉料被螺旋输送机构送入到捣肉区和切割区时，肉料首先受到擂爪的搓挤，由于受到后续肉料的推挤，继续向前移动，并被挤入绞肉模具，通过绞刀的高速旋转切割，完成绞肉动作。绞肉装置主要由十字绞刀、绞肉模具、和擂爪等零部件组成。以下针对各零部件进行设计。4.1绞肉模具绞肉模具也被称为静刀具，安装在绞肉筒的切割区，与十字刀具保持细小间隙贴合，当肉料螺旋机构挤压并输送到切割区，肉料被挤压到绞肉模具，绞刀快速旋转将肉料切断，料肉受到后来肉料推挤，排出绞肉模具。绞肉模具决定了绞肉的粗细程度，经文献1研究，模具网孔直径分别为2358101214181。根据家庭使用情况，绞肉模具采用3510的网孔直径，绞肉模具的厚度规格有5mm，10mm，15mm，20mm。绞筒直径在100mm以上，绞肉模具的厚度为10-20mm，而本设计家用小型绞肉机的绞桶直径为40mm，远低于100mm，故采用=5mm为绞肉模具厚度。绞肉模具需固定在绞筒上，不随绞刀的旋转而旋转。绞肉模具的圆周边沿上设置有两个突出的键，可以和绞筒边缘设置的键槽配合，然后通过套环固定在绞筒上，从而使绞肉模具不能轴向移动和旋转运动1。绞肉模具三维建模如图（4-1）如下:图4-1绞肉模具三维建模4.2绞刀绞刀的功能是切割肉料。经过文献8的研究，肉类的切削加工，有其它自身的特点，肉类是由许多纤维组织构成，在肉类组织中的水的成分很高，同时肉类纤维的韧性较大。所以一般肉类的切削刀具的刀刃角要求较小，但刀刃角太小，在切割中很容易磨损，甚至工作失效。所以根据不同的切割机械，刀具应该有一个合理的几何参数。在肉类的加工中，有使用如片刀、圆盘刀、十字刀、三角形切刀，而绞肉机的使用中，广泛采用十字刀作为绞肉机的切割刀具8。本设计也采用十字刀为绞肉机的绞刀。设计十字刀的各参数：1.刀具的刀型参数图4-2 刀具参数示意图图4-3 刀具参数的说明 经文献8研究，绞刀最合理的几何参数推荐为：=15-25；=8-10；=558。2.刀具的刀具厚度绞刀的厚度也决定了它的切割能力，刀具厚度越小，在其切割过程所受的阻力也越小，切割能力则越强。在提升切割能力的同时，也要保证刀具的强度。在刀刃角较小的时候，目前有两种方法保证刀具的强度：（1）选用优质的刀具材料。 （2）改变切割方式。目前肉类切割刀具多采用碳钢，可改用合金钢，例如：9CrSi、Cr钢，因为材料强度的提高，刀具的可靠度和耐磨性都将显著提高。由于绞刀的切割方式和绞肉机的工作方式一脉相承，无法改变，这里就不予以讨论。根据文献11的研究，综合考虑绞肉刀的刀型参数和刀具厚度，最终确定刀具的参数为：=25；=10；=55；=1.5mm3.绞刀绞肉所需功率经文献1研究，绞刀所需功率由式：P2=Gw (4-1) 式中 w-切割1kg物料消耗能量，当孔眼d=3mm,w=0.0027kw/h1; -传动效率,取0.61.P2=100x0.0027/0.6=0.45kw 4. 绞刀三维建模如图（4-4）所示：图4-4 绞刀的三维建模4.3捣肉擂爪目前家庭使用的绞肉机，绞出的肉质熟化时结团性差、 容易柴散，口感也差，究其原因是绞肉机绞肉和人工剁肉的过程并不完全相同，为了解决绞肉机出现的这一问题，根据文献5的创新，提出了如下的解决方法：通过在绞肉机螺杆的中部安装多个擂爪， 并在绞筒内壁上布置挤压膛线，使肉块前行过程中，受到旋转的擂爪与挤压膛线间的挤搓作用，肉块在被碾压的过程中释放亲水性物质，随后肉料被绞肉模具和绞刀切割成肉粒5。擂爪要实现以上的功能，主要取决擂爪的外形和结构。捣肉擂爪是旋转件，它具有三个放射状的轮爪，轮爪上有一个较小的挤压平面，在挤压平面前为轮爪的推料面，推料面是一个倾斜的平面。挤压平面后为轮爪的挡料面，挡料面是一个弧度较大的弧面。挤压平面和挤压膛线共同实现对肉料的搓挤，弧度较大的后弧面可以滞留一下肉料，让肉料受到搓挤，但同时需保证一个较大的镂空面积，减少对肉料的阻塞作用。因为在螺旋杆前端布置了多个擂爪，擂爪在一定程度上阻碍了肉料的前进，所以在擂爪之间，应该留有一段距离，擂爪的数目也不应过多。捣肉擂爪与螺旋杆键连接，从而使螺旋杆可以带动擂爪旋转。根据对捣肉擂爪的研究，本设计的擂爪具体尺寸如图（4-4）所示：图4-4 擂爪尺寸示意图通过尺寸设计得出：=3mm，L=15mm，h=2mm，b=3mm，d1=6mm，d2=10mm，D=38mm。擂爪的三维建模如图（4-5）所示：图4-5 擂爪的三维建模22第5章 驱动装置的设计驱动装置的功能是为绞肉装置提供动力。目前各种小型绞肉机的驱动装置的大致相同，主要由电机和驱动机构组成。小型绞肉机电机多选择单相异步电动机，单相异步电动机结构简单、成本低廉、噪声小、也可通过控制电路实现其正反转，虽然单相异步电动机有调速差的缺点，但是绞肉机绞筒只需要一种工作转速，所以不需要电机具有好的调速性能， 故选择单相异步电动机作为绞肉机的驱动动力。驱动机构主要有齿轮减速机构和v带轮减速机构两种，根据总体设计中对驱动机构的比较，选择齿轮机构作为驱动机构。根据前文对螺旋杆转速的设计，螺旋杆只有一种工作转速，即电动机至螺旋杆的传动路线为定比传动。螺旋杆的转速已经大致确定，由于家用小型绞肉机的尺寸要求是越小越好，故电机和驱动机构的尺寸也应愈小愈好。电机的功率是通过螺旋输送机构所需功率和切削机构所需功率选定的，根据绞肉机的设计，螺旋输送机构和切削机构所需总功率Pw=PL+P2=0.49 kw。以下是驱动机构的具体设计过程。5.1 选择电动机类型：按工作要求和条件，选用单相异步电动机，封闭型，电压220V。1计算电动机的所需功率：电动机所需的功率为：Pd=kPWakw （5-1） 电动机到运输带的传动总效率为:a=122 （5-2） 1圆柱齿轮传动效率：0.962每对轴承的传动效率：0.98K电机的储备系数：1.4a=122=0.96x0.982=0.92，k=1.3，Pw= 0.49 kw所以Pd=kPWa=1.3x0.50/0.92=0.72kw2确定电动机转速初选螺旋杆的工作转速为(170-180)r/min，基于家用小型绞肉机的尺寸要求，减速机构的尺寸应愈小愈好，故传动比不应过大，宜采用单级减速，而单级减速的传动比宜在3-7，故电机转速在525-1225r/min.根据容量和转速，由查阅文献14和市场调查，选出有两种合适的两种电动机型，因此有两种传动比方案如下：表5-1 电机型号及传动比方案电动机型号额定功率KW同步转速r/min重量KG总传动比1Y90S-60.75910235.212YL90L-60.75960145.483确定电动机综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量和减速器的传动比，可见第二种方案比较适合。因此选定电动机型号YL90L-6，其主要参数如下:表5-2 电机参数名称符号参数值额定功率Pd0.75kW同步转速n960r/min伸出端直径D14mm伸出端安装长度E50mm安装基础地脚螺栓距离LB125mm140mm工作电压U220V效率71%5.2确定驱动装置的传动比由选定的电动机同步转速nd=960r/min。可得驱动装置总传动比为:ndn960/170 - 960/1805.64-5.33。驱动机构采用直齿轮减速机构，小齿轮的齿数z17，且最宜取值范围里z=（20-40）,基于减速机构尺寸比应愈小愈好，初取=5.33.mn=1.25初选z1=22,则z2117，考虑到中心距尺寸，应便于安装，经计算z2=122，中心距a=（z1+z2）mn=180mm。小齿轮z1=22，大齿轮z2=122， 模数mn=1.25，中心距a=180mm，都符合设计要求。则实际的传动比=144/22=5.54 （符合要求） 则螺旋杆的转速n=nda =960/5.54=173r/min。（符合要求） 5.3齿轮的设计根据绞肉机的电机转速和工作轴转速和机器的工作特点，齿轮设计宜采用软齿面设计。已知电机转速nd=960r/min，螺旋杆的工作转速n=173r/min，传动比=5.54，电机功率Pd=0.75kw。 1选择材料小齿轮选用40CrMnMo,调质处理，硬度290HBS，Hlim1=700Mpa，FE1=650Mpa；大齿轮选用45#钢，调质处理，硬度230 HBS, Hlim2=610Mpa，FE2=470 Mpa 。2. 确定许用应力：查阅文献13表11-5，取SH=1,SF=1.25, H1=Hlim1SH=700/1=700Mpa H2=Hlim2SH=610/1=610MpaF1=FE1SF=650/1.25=520MpaF2=FE2SF=470/1.25=376Mpa3. 根据接触强度设计:设齿轮9级精度制造，载荷系数K=1.2（文献14表11-3），取齿宽系数d=0.6（文献14表11-6），小齿轮转矩：T=9.5510pdnd =9.55100.75/960=7641N.mm取=188(查文献14表11-4) d2KTu+1(ZEZH)2duH2= （5-3）(2x1.2x7641x6.54x(188x2.5)2/0.6x5.54x6102) 26.95mmm d1z1=26.95/22=1.21,故取m=1.25,合适。4. 验算齿轮弯曲应力：查文献14图11-8，图11-9，由文献14式11-5，F1=2KTYFa1YSa1bm2z1=2x1.2x7641x2.8x1.58/20x1252x22=118F1 F1=F1YFa2YSa2YFa1YSa1=118x2x2.22x1.82/2.87x1.58=105F2 5. 齿轮的圆周线速度：V=d1n161000 =3.14x27.5x960/60x1000=1.38m/s对照文献14表11-2，可知齿轮选用9级精度，合理。5.4 从动轴的设计1. 选材：选用45号钢调质处理，查文献14表10-2取=30，C=1072. 从动轴结构设计如图（5-1）所示：图5-1从动轴结构示意图3. 各轴段尺寸的设计由dC3pn （5-4）P=0.727kw,n=173r/min则:dC3pn=10730.727173=17.59mm。段装配轴承，且轴承需安装在机器外壳上，考虑到外壳上轴承的安装结构，查文献14表6-1，选用6006轴承，=30mm,=14mm。段是给轴器轴向定位的轴肩，取=+2h1=30+2x2=34mm，=4mm。段是定位大齿轮的轴肩，取=+2h2=40，=3mm。段装配大齿轮，取=34mm，=18mm。段装配轴承，取=30mm，=42mm。5.5 轴承的选用与校核选用轴承，应考虑到轴上的受力量情况，从动轴上受到的力包括齿轮传动上的径向力和螺旋杆上推力（即轴向力）。1.螺旋杆上的推力F因螺旋杆上螺旋叶片把物料向前推进，螺旋杆上受到的力F包括物料前进的运行阻力F1和物料受挤压的反向弹力F2即F=F1+F2物料运行阻力F1:F1=1000KR2LtG （5-5）式中 k-储备系数，k=1.5 R-绞筒半径,m L-绞筒半径,m -摩擦阻力系数，查文献16实用，=0.7F1=KR2L=1.5x3.14x0.022x0.13x0.975x10X0.7=0.51N物料运行阻力F2:经文献1研究，螺距s=(0.8,0.6,0.4)D,绞筒内径D=40mm的绞肉机，F2=12-18N,结合本绞肉机具体情况取F2=15N,F=F1+F2=15.5N2.轴上的径向力FrFr=Ftxtan20 =542xtan20 =198N3.初选轴承考虑到轴上受力情况，F1很小，可选用深沟球轴承，由轴的结构决定，d1=30，初选深沟球轴承6006。4.校核轴承（1）求出当量载荷P因轴上受到F和Fr的作用，须求出当量载荷P。据文献14表16-11，FaCOR=15.5/8300=0.0018,则e=0.19。因FaFr=15.5/198=0.0075e,由文献14表16-11，查的X=1，Y=0。由式：P=XFr+YF （5-6）P=1x198+0=198N(2)计算额定动载荷值由式：Cr=fpft(60nLh106)1 （5-7）上式中fp=1.1,查文献14表16-9；ft=1,查文献14表16-8；Lh=8000。Cr=1.1x198/1x(60x173x8000/106)1/3=950N由文献15查的该轴轴承的径向额定动载荷CR1=13200N。因CrCr1，故选用6006轴承合适。5.6 键的设计与校核1. 从动轴键的设计与校核：因d4=40,查文献14表10-9选键为bh=87,查文献14表10-10得p=125-150Mpa预选键长l1=5mm,根据挤压强度条件，键的校核：p=4Tdhl=4x7641/30x7x5=58Mpap所以从动轴选键：B85 GB/T1096-2003.2. 电机轴键的设计与校核：因D=15,查文献14表10-9选键为bh=44,查文献14表10-10得p=125-150Mpa.预选键长l1=6mm,根据挤压强度条件，键的校核： p=4Tdhl=4x7641/15x4x6=85Mpap所以电机轴选键：B46 GB/T1096-2003.第6章 控制电路的设计家用小型绞肉机是一种常用的家庭电器，家用电器的设计应该符合方便耐用的设计原则。根据市场调研，在使用绞肉机的实际过程中，绞肉机容易出现堵料，卡料的问题，而出现这一问题的主要原因是当绞肉机连续工作一段时间，绞筒内部容易滞留一些细碎肉料，使其绞筒内部的肉料多于正常工作的肉料或是将擂爪和绞刀卡住，以致影响到擂爪和绞刀的正常工作，甚至停止工作。为了解决这个问题，我们可以通过先停止绞肉机的工作，再将多余的肉料倒出，然后再次使用，在将多余的肉料的排出的过程中，若手动排出，耗时耗工，缺乏方便性；基于螺旋输送机构的工作原理，如果螺旋输送机构中螺旋杆反向旋转，即可使肉料反向运动，从而解决绞肉机堵料卡料的问题。螺旋杆的驱动元件是电动机，螺旋杆的正反转可以通过电机的正反转来实现，而电动机的正反转可以控制电路来实现。目前，可实现电机正反转的控制装置主要有plc可编程控制器和倒顺开关装置。plc可编程控制器主要应用与工业工程中，若应用在家用小型绞肉机中，体积庞大，价格昂贵，维修难度大，所以不予采用；倒顺开关，结构简单，价格便宜，体积小，容易维修更换，所以把倒顺开关作为电动机的控制装置最为合理。6.1 倒顺开关的电路接线图图6-1图6-2图6-36.2接线图的说明图6-1接线图即是电机未工作的状态，图6-2的接线图即是电机的正转状态，图6-3的接线图即是电机的反转状态。人们日常生活中如何使用开关：倒顺开关有三个档位，当旋钮向左即是电机正转状态，旋钮向右即是电机反转状态，旋钮中置即是电机未工作状态，人们可通过旋转开关来控制绞肉机的工作。结 论随着时代的进步，社会的发展，人们对生活的便捷度、舒适度提出了更高的要求，随之，各类方便人们生活的家电产品不断涌现。在电视机，洗衣机，冰箱，空调，笔记本已经普及的今天，厨房电器正在迅速的推广，本设计的家用小型绞肉机，正是厨房电器的新宠。由于人们生活水平的提高，人们对肉品种类的需求越来越多，肉粒、肉末是人们喜爱的一种，但是加工这些肉品相当繁琐，而家用小型绞肉机的出现，可以帮助人们解决这一困扰。本文设计的家用小型绞肉机，主要具备绞制各种肉条，肉粒，肉末的功能。它的主要优点在于：1. 结构简单，体积迷你。2. 功能优化，具有对肉料的擂溃功能，使绞制的肉品在熟化后不易松散，口感更好。3. 构件模块化，清洗方便。4. 零部件易更换，维护简单。5. 功率更大，工作效率更高。以下是本文完成的主要工作：（1）查阅绞肉机的设计、制造、创新、发展状况等相关文献，对文献进行阅读研究，从中学习各类绞肉机的工作原理，结构构造，充分了解它们的发展现状，然后对各绞肉机的优缺点进行分析，从而确定本设计的设计内容和设计方向。（2）通过确定的设计内容和设计方向，构思各种各子系统的设计方案，例如自动清洗功能、擂溃功能方案设计构思，通过子方案的选定，最终确定总体设计方案。（3）对总体方案中的各部件进行分析，设计、计算。其中包括了各零部件的结构设计，材料选择，强度校核、控制部分选择分析，电路图的绘制。（4）通过前面工作的设计计算，对家用小型绞肉机各零部件进行三维建模，完成其装配，并最终实现其运动仿真。本文通过认真的分析，详细的构思，设计了一款目前更适合于家庭使用的家用小型
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