毕业设计（论文）-GI100-I可倾式夹层锅的设计.doc

可倾式夹层锅的设计1 绪 论1.1 引 言1.1.1 夹层锅简介 夹层锅又称二重锅.双重釜等。它属于间歇式预煮设备。常用于物料的热烫,预煮,调味料的配制及熬煮一些浓缩产品。它结构简单使用方便,是定型的压力容器,属于食品预煮机械。1.1.2 夹层锅用途 预煮的目的是破坏原料中的多酚氧化酶,保持原料在加工过程中不变颜色;排除原料部分水分,减少原料体积,使原料具有柔软性,方便装灌工序的操作;排除原料组织内的空气,提高成品的真空度;破坏原料的原生质,在榨汁时提高出汁率;杀灭污染在原料上的部分微生物,提高原料在加工过程中的新鲜程度;通过预煮,可使表皮蛋白质凝固,使皮与肉脱离,方便除皮操作;对于脱水产品;经预煮后能加快干燥的速度。按其深度可分为线型,半深型,深型。按其操作方式可分为固定式和可倾式。最常用的为半球形(夹层)壳体上加一段圆柱形壳体的可倾式夹层锅。1.2 可倾式夹层锅概述1.2.1 可倾式夹层锅结构 （图1 可倾斜式夹层锅）可倾式夹层锅主要由锅体,填料盒,冷凝水排出管,压力表,倾覆装置及排出管口等组成。锅体内壁是由一个半球形与圆柱形壳体焊接而成的容器,锅体外壁是半球形壳体,用普通钢板制成。内外壁用焊接法焊成,以防漏气。1.2.2 可倾式夹层锅工作原理 全部锅体用轴颈连接在支架两边的轴承上,轴颈是空心的,蒸汽从一端的进气管通过轴颈进入夹层,通过另一端的出气管排出蒸汽。通过蒸汽的热量传递,使食品达到预煮目的。倾覆装置是专门为出料用的,包括一对具有手轮的蜗轮蜗杆,蜗轮与轴颈固接,轴颈与锅体固接,当摇动手轮时可将锅体倾倒和复原。可倾式夹层锅两边的轴颈对称的。为使进气管不与外部的蒸汽输入管道一起随锅转动,一般用螺母通过螺纹连接进汽管,通过填入橡胶材料连接外部的蒸汽输入管道,停止进气后,可将锅底的冷凝水出口打开,将锅底的积水排出,每班使用前在各转动部位加润滑油。 2 可倾式夹层锅性能参数2.1 夹层锅的相关性能参数产品型号公称容量(直径）最大可倾角进出口管径液料及最大加入量G100-I1009020mm液料密度，取一般液料密度为V半圆锅体的体积2.2 夹层锅设计要求 设计要求： 1、确保各零件有足够强度承受载荷 2、确保各零件能够安装配合 3、确保各零件有足够寿命和抗腐蚀能力 4、减少加热物料的水蒸气热量散失 5、确保操作安全和省力3锅 体3.1 内层锅3.1.1内层锅材料的选择 选择不锈钢0Cr18Ni9，在焊接后多用固溶处理，1100，快速冷却加热到1050,保温一段时间再快速水冷，现场一般不作固溶处理。硬度HB187，奥氏体基本钢种，用途最为广泛，耐腐蚀耐热性优良。拉伸强度，屈服强度，弯曲疲劳极限，扭剪疲劳极限。3.1.2 内层锅受力情况分析 满载不倾斜时，内层锅所受拉力： 当时， 拉伸强度 A内层锅体的横截面积 S安全系数，材质均匀，载荷和应力计算不够精确时取 内层锅厚度，取3.1.3 内层锅相关尺寸的确定 内层锅受高压蒸汽压力，属于外压容器 假设内层锅厚度: -外压锅的有效壁厚 -钢板厚度负偏差， -腐蚀裕量， please contact Q 3053703061 give you perfect drawings P-额定工作压力 内层锅厚度符合要求 内层锅内径为，外径3.2 外层锅3.2.1 外层锅材料的选择 选择不锈钢OCr18Ni9奥氏体型固溶快冷处理，拉伸强度，屈服强度，硬度HB187,具有良好的耐蚀及耐晶间腐蚀性能。在轴与外层锅体接触的应力最好。3.2.2 外层锅受力情况分析 分析知外层锅受拉伸应力，则有以下相关计算： 接触面积 -外层锅厚度 D-外层锅与轴颈焊接处的直径 拉伸应力 3.2.3 外层锅相关尺寸的确定 外层锅受内部水蒸气压力，属于内压容器,对其进行相关计算如下：1) 计算厚度： -筒体的理论计算壁厚， -筒体的计算压力， -筒体的设计压力，取 -筒体内径， -钢板在设计温度下的许用应力 时许用应力为： -焊接接头系数, 2）设计厚度： -腐蚀裕量 取外层锅厚度为1mm，内径，外径3.3圆柱形壳体3.3.1 圆柱形壳体材料的选择选择不锈钢OCr18Ni9，奥氏体型固溶快冷处理，拉伸强度，屈服强度，硬度为HB 187，具有良好的耐蚀及耐晶间腐蚀性能。3.3.2 圆柱形壳体的相关尺寸内径，外径，高3.4 排水管3.4.1 排水管的相关尺寸内径5mm，外径6mm，长7mm.4 蜗轮蜗杆4.1 蜗轮蜗杆工作要求蜗轮在10s内转动90，使得锅体在10s内转动90卸料。蜗轮蜗杆右旋，传动比,每天工作8小时，每年工作300天，使用寿命5年。4.2 蜗轮蜗杆传动受力图（见下图）4.3 蜗轮蜗杆类型的选择选择普通圆柱蜗杆传动（阿基米德蜗杆ZA型）4.4 蜗轮蜗杆材料的选择及精度的选择4.4.1 蜗杆材料及精度的选择 蜗杆40Cr，表面高淬火，,齿面粗糙度。4.4.2 蜗轮材料及精度的选择蜗轮材料ZCuAl10Fe3，速度较低，金属模浇铸并进行发黑处理，许用接触应力，精度GB1008988 8级。4.5 按接触强度确定主要参数及尺寸因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均匀系数；载荷均匀，无冲击，使用系数； 转速不高，冲击不大，可取动载系数； 则载荷系数。 蜗杆传动效率：暂取传动比，则 蜗轮角速度： 蜗轮转速： 因为载荷稳定故在使用寿命内蜗轮循环次数： 查表得寿命系数： 蜗轮接触应力： 蜗轮转矩，当锅体倾斜角度为90时，蜗轮所受转矩， 取齿数， 闭式传动接触强度计算： 初取 则： 标准中心距 查表取 齿轮变位系数 则查表得蜗杆直径系数，分度圆柱导程角4.6 传动效率的计算 蜗杆角速度： 滑动速度： 查表得蜗杆传动的当量摩擦角 取轴承效率与搅油效率乘积 啮合效率 蜗杆传动总效率4.7热平衡计算 由减速器装配图估算，散热的计算面积: 式中： -内表面被油浸溅而外表面又被自然循环的空气所冷却的空气所冷却的箱体表面积； -计算表面的加强筋和凸座的表面及装在金属底座或框架上的箱体底面积 因通风良好，取传热系数 热平衡时润滑油的温度为： 低于润滑油允许的工作温度，一般润滑油温度应小于，不需要采取其他冷却措施。当油温过高时可采取强制冷却方式，如果蜗杆轴端装风扇或在油池内加蛇形冷却水管，采用循环油润滑等。4.8 蜗杆，蜗轮的其他主要尺寸 齿顶高： 分度圆直径： 齿根高： please contact Q 3053703061 give you perfect drawings 4.9 蜗杆总体尺寸蜗杆尺寸示意图 只有就能保证手轮与外外锅体不接触 倾倒物料时能保证不与外锅体与圆柱壳体接触。 取 手轮不与支架接触5 手 轮5.1手轮材料选择 使用灰铸铁HT150。屈服强度，抗拉强度.,工件表面涂漆防锈。 蜗杆所受最大转矩： -倾斜锅体所要求的最大转动力，取 手轮在蜗杆的端面上用GB89286B型轴端挡圈（选定轴径的轴端挡圈）5.2 手轮加工时的技术要求 1、铸件应进时效处理2、键槽先浇铸成形，再经拉削可加工。6 键6.1 连接蜗轮的键6.1.1 键的型号选择 选择普通平键GB1096-79B型 6.1.2 键连接的强度校核 键受到挤压应力: T-键的转矩, D-轴的直径, K-键与轮毂的接触高度,L-键的工作长度,B型平键.-键连接的许用挤压应力,对铸钢零件;取 强度符合要求对于固定进气管,固定蜗杆等其他支架零件都用一般工程铸钢ZG340-640,屈服强度,抗拉强度6.2 连接手轮与蜗杆的键6.2.1 键的型号选择 选择普通平键：GB109679 B型 6.2.2 键联接的强度校核 键受到的挤压应力： T传递的转轴，蜗杆所受的最大转矩 D轴的直径， K键与轮毂的接触高度， 键的工作长度，B型平键 键联接的许用挤压应力，对铸钢零件，取 强度符合要求对于固定进气管、固定蜗杆铁块、楔形块、都用灰铸铁HT150。除轴、蜗轮、蜗杆之外，其他零件都作涂漆防锈处理。7 轴7.1 轴材料的选择 所选材料为合金结构钢2Cr13(用于腐蚀条件下工作的轴），热处理调质硬度,空心轴内径要求为，抗拉强度，屈服强度，弯曲疲劳极限，扭剪疲劳极限，用于在腐蚀条件下工作的轴。7.2 轴的相关分析 轴的结构与许多因素有关，如轴上零件的布置核固定方式，轴上作用力的大小和分布情况，轴承类型和位置，轴的加工和装配工艺等。设计轴的结构时应使轴的受力合理，避免或减轻应力集中，要求工艺性好，并使轴上零件定位可靠，装拆方便。 轴上零件的各种轴向固定方式有很多种，轴上零件的周向固定方式，可根据传递的转矩和运动，以及对种精度要求等，采用键，花键，过盈配合，圆销或紧定螺钉等。在此处蜗轮与轴的连接是采用键连接(手轮与蜗轮的连接也是键连接）。7.3 估算轴的直径 在蜗轮蜗杆使锅体倾斜时，轴受弯矩和转矩作用，且在锅体倾斜90度时受到转矩最大。 按转矩初后轴的直径由轴的直径计算公式 式中：P-轴传递的功率（KW)n-轴的转速（r/min），-轴材料的许用扭应力（MPa），取 A-与轴材料及相应许用扭应力有关的系数 空心轴内直径与外直径d之比，对实心轴，在此取 -轴所受转矩，锅体倾斜90时，最大转矩： 取支架与锅体之间轴颈长度为，外径为7.4 求轴支承力及弯矩图7.4.1 轴支承力的计算 选择H2040对开型径向滑动轴承座，轴与蜗轮时的配合长度为，轴与轴承的配合长度为，固定蜗轮的轴肩宽为，轴肩与轴承的间距为，固定蜗轮的规格为的圆螺母止动垫圈与轴的配合长度为，用于连接 进气管的螺母为，螺母与圆螺母止动垫圈间距为.外层锅与两端轴承间距为，两轴承间距为。7.4.2 弯矩图 联立下面两式： 得： 联立下面两式： 得： OI段所受最大转矩： 7.5 校核轴的疲劳强度7.5.1 对截面右侧 对截面右侧有： 抗弯截面模量：抗扭截面模量： 弯曲应力幅：；弯曲平均应力： 扭应力幅： 扭剪平均应力：表面质量系数：精车绝对尺寸影响系数：合金钢，扭剪强度极限：寿命系数：(无限寿命)由圆角引起应力集中系数：时，, 载荷和应力计算不够精确，材质均匀，取符合要求7.5.2 校核截面 校核有： 弯曲应力幅： 扭应力幅： 符合要求7.5.3 校核截面，由键槽引起的应力集中 试选择普通平键GB1096-79 A型 抗弯截面模量： 抗扭截面模量：弯曲应力幅：,扭应力幅：由键槽引起的应力集中系数，, 表面质量系数：磨削 绝对尺寸影响系数：， 扭剪强度极限： 寿命系数： 截面只受转矩作用，不受弯矩作用，只须考虑转矩作用的安全系数。 符合要求 由以上三危险截面计算结果表面轴的疲劳强度足够7.6 轴的刚度校核 （轴的整合图）7.6.1 求当量直径 作用力 作用力 7.6.2 求当量轴的截面惯性矩 7.6.3 计算处的偏转角 (取轴材料的弹性模量)查表 7.6.4 计算截面处的挠度 查表对安装蜗轮的轴 安装齿轮处的许用转角 轴的挠度与偏转角均在许用值内，刚度足够7.6.5 轴的扭转刚度校核BI轴单位长度扭转角：T-转轴传递的转矩,G-轴材料切弯弹性模量，取L-轴受转矩作用的长度 对一般传动符合要求7.6.6 技术要求 1、两端轴颈通过焊接外层锅体连接，保证焊接的气密性。 2、空心轴内孔由浇铸成形。 3、轴与轴承的配合采用基孔制8 支 架8.1 可倾斜式夹层锅整机图示8.2 支架1，2受力图三角支架受力结构图1238.3 支架材料选择 两三角支架及两三角支架之间的连杆材料选择一般工程用铸钢ZG310-570，并涂漆防锈，则抗拉强度,屈服强度。8.4 支架受力分析 G-物料的重量为，重力为-其它构件及蒸气重量为，重力, 抗拉强度S-安全系数,载荷计算不精确,材质均匀,取S=3-支架的横截面积 横截面积 取，取支架1.2.3的长度为三角支架高度为H, 需满足 8.5 支架38.5.1 支架3的受力图，截面图8.5.2 支架的相关计算 G点处力矩最大： G点弯曲强度： 取支架3横截面的宽度 厚度8.6 两三角支架之间的连杆48.6.1 连杆受力图8.6.2 连杆相关计算 连杆所受拉力为： 连杆所受拉应力为：S-安全系数，取连杆横截面积： 取，连杆长度9 H2040对开型径向滑动轴承9.1 H2040对开型径向滑动轴承校核9.1.1 轴瓦材料的选择 选取灰铸铁HT 150,并涂漆防锈，施用压强，,9.1.2 压强校核 由径向滑动轴承的验算计算公式 -轴承所受的最大径向载荷（N) d -轴颈的直径和工作宽度（mm） -许用压强 A点： B点： A,B两轴承中所受最大径向载荷为B点 d、b-轴颈的直径和工作宽度, 压强符合要求9.1.3 pv校核 由径向滑动轴承的验算公式对pv进行校核有 F-轴承所受的平均径向载荷（N） n-轴颈的转速(r/min) -pv的许用值 ， 轴承 pv符合要求9.1.4 速度校核 由径向滑动轴承的验算计算公式中的速度校核公式： 有 v符合要求9.2 技术要求铸件底座内孔经表面渗碳 处理，减少配合表面转动时的磨损，并涂漆防锈。每班工作前，通过上端进油孔添加润滑油。10 螺栓10.1 径向滑动轴承的4个螺栓10.1.1 螺栓组结构设计轴如图所示结构，螺栓数，对称布置，采用铰制孔用螺栓径向滑动轴承的4个螺栓受力图10.1.2 螺栓受力分析螺栓所受横向力:B点所受转矩：受转矩作用螺栓的工作剪力为： 螺栓1，2所受总载荷： 10.1.3 螺栓材料选则，及螺栓直径的确定 1）选则材料为Q253，4.6级的螺栓。底台的厚度为。屈服极限为，抗拉强度为；取静载下的安全系数，所以螺栓材料的许用应力为 取，许用挤压强度2）确定螺栓直径螺栓危险截面直径按粗牙普通螺纹标准（GB196-81），选用螺纹直径（螺纹小径，中径，螺距）10.2 固定蜗杆的2根支架（安装在三角支架上）的8个螺栓10.2.1 螺栓组结构设计 支架采用如图所示结构，螺栓数，对称布置，采用饺制孔用螺栓10.2.2 螺栓受力分析 1)轴向力：垂直横向力：蜗杆对O点的水平横向力：蜗杆对点的转矩：2)受转矩作用受力最大螺栓的工作剪力为： 3）螺栓1，2受力最大，所受总载荷为： 4）确定螺栓直径选择螺栓材料为Q235，4.6级的螺栓，屈服极限为，抗校强度，取静载下的安全系数，所以螺栓材料的许用应力为。 取，许用挤压压强: 螺栓危险截面直径： 按粗牙普通螺纹标准（GB19681），选用螺栓公称直径，螺栓小径，螺距，中径10.3 固定进气管支架的螺栓10.3.1 螺栓组结构设计 采用如图所示结构，螺栓数，对称布置，采铰制孔用螺栓 10.3.2 螺栓受力分析 受转矩作用，螺栓1，2所受工作剪力为： 螺栓1，2所受横向总载荷：10.3.3确定螺栓直径 选用螺栓材料Q235,4.6级的螺栓，屈服极限，抗校强度，取静载下的安全系数，所以螺栓材料的许用应力为：， 取，许用挤压强度： 螺栓危险截面直径： 按粗牙普通螺纹标准（GB19681），(选用螺纹公称直径，螺纹小径，螺距，中径11 锅体隔热层隔热层用高温粘接剂粘贴在夹层锅外层壁体的内壁，隔热层外部从里向外依次涂有防水胶膜和防水漆膜,中间是保温材料,从而减少热量向空气扩散,节约能源,缩短工作周期改善操作者作业条件,保证安全。保温材料最里面的是石棉,再一层是钢丝网,再一层是耐火水泥,珍珠岩及石棉丝拌和的材料;再一层纱布,再一层高温漆。 12 夹层锅的有关计算:12.1 生产能力计算 q-每次加料量,kg,取