豌豆磨粉机的设计

绪论第 1 页 共 32 页1 绪论1.1 前言在国内，随着市场经济的日益发展，城乡人民生活水平的不断提高，食物结构已向多元化方向转变，人们对食品的适口性、营养保健性及构成的合理性，提出了许多新的要求。低脂肪高蛋白的豆类食品越来越受欢迎，食品原料以往多为大豆，而现在有关的厂家开始研制价格低廉的豌豆加工与综合利用，并显示出良好的前景。豌豆籽粒大，种皮较厚，豌豆中富含人体所需的各种营养物质，尤其是含有优质蛋白质，一般在 16.818.7%.可以提高机体的抗病能力和康复能力。豌豆中所富含的胡萝卜素，食用后可防止人体致癌物质的合成，从而减少癌细胞的形成，降低人体癌症的发病率。豌豆中所富含的粗纤维，能促进大肠蠕动，保持大便能畅，起到清洁大肠的作用。它的食疗作用有：（1）豌豆味甘、性平，归脾、胃经；（2）可益中气、止泻痢、调营卫、利小便、消痈肿、解乳石毒之功效；（3）主治脚气、痈肿、乳汁不通、脾胃不适、呃逆呕吐、心腹胀痛、口渴泄痢等病症。豌豆不仅可以青食，还可以加工成多种食品。作为食品和制粉的工业原料，豌豆的价格比其它豆类便宜许多，其应用前景在国内外已受到普遍关注。豌豆是我国广泛种植的作物，因此豌豆的加工在我国是有很大市场。豌豆淀粉是豌豆贮存的营养物质，它主要是作为提取蛋白质后的副产物，因此,与玉米、小麦和马铃薯淀粉相比,它被认为是一种相对比较便宜的淀粉来源；它的用途极广，既可作食品工业原料（在食品方面, 它能制酱类, 如: 豌豆瓣酱、豌豆辣酱、豌豆蒜蓉番茄酱等, 也能制豆制品类） ，又可直接食用，还可广泛地用于纺织、轻化、医药等方面。淀粉是传统食品的主要成份，其质量的优劣直接影响到食品价值的高低，因此，其生产工业化是经济发展的必然趋势。随着生活水平的提高，人们对食品的要求也越来越严格，传统的加工方法不能满足淀粉工业化生产的技术需要，因此对淀粉加工工艺的研究是经济发展的迫切要求，一般采用机械设备代替手工完成各加工步骤.磨碎机械主要用于加工小麦粉、米粉、豆浆、骨肉糜等产品时的干磨碎和湿磨碎作业。常用的磨碎机械有片磨式、锥磨式和对辊式磨粉机等，成品粒度比较细微，这些机器大大降低了人们人工磨粉的疲劳强度，提高了生产率，对本次设计的对象豌豆，豆类食品的加工和发展起了非常大的推动作用。在这次设计前，借鉴了很多有帮助的资料，前人所设计的产品或发表的专第 2 页 共 32 页利等。举一些前人所发表的专利，如：1）.专利号为 Z L 93246280.4 立式锥形磨粉机，是一种食品加工碾磨设备。在最初定设计磨粉机形式的时候参考了一些资料，经相对比较，最终选了立式磨粉机。设计过程中，思路还不怎么成熟，经过参考以下资料后，所要设计的设备大致有了一个思路。2）. ZL 专利号 96215302.8 的“圆盘式磨粉机砂轮”和专利号为 92209762.3的“提供了一种斜齿型磨粉机砂轮” 。在选择磨粉机最主要的零部件的是后给了很多启发，将磨盘的表面磨纹介绍了有利于磨粉的几种磨盘磨纹的配合方式，让我了解到了这方面的很多专业性的知识，也让我在设计中能选用好的一套磨盘的配合，可以将更好的完成所要达到的任务。3）. 专利号 ZL 200520027063.2 的“磨粉机砂轮的自动调整装置 ”。在我所设计的设备中，解决了一个很细微但很重要的一个环节，保证了所设计出的设备调节很方便。参考了大量相关资料，完成了本次的磨粉机设计。1.2 选题背景本此的设计的课题来自教师科研。从上述引言知道，豌豆对人体有很多好处，并且豌豆淀粉的用途也很广泛，所以豌豆淀粉的质量问题就成了关键问题，那么在制作豌豆淀粉的过程中，豌豆磨粉就是很关键的一环节，它能直接影响到所制作出的淀粉质量。所以本次就设计了该工作装置磨粉机工作部分的设计。主要解决的问题有：磨粉成品的粒度，它是质量的关键保证；在要求设计的磨粉机的占地面积小的情况下，应该怎样将定磨盘进行定位，且调节方便；是否可以考虑添加一些辅助设备等来提高生产率。针对以上问题，本次所设计的磨粉机应该达到的要求有：1）.设计磨盘的表面磨纹及两磨盘间的间距，能够保证所磨粉的粒度较细；第 2 页 共 32 页2）.考虑到磨粉机占地大小以及调节方面的问题，综合两者情况，将定磨盘绪论第 3 页 共 32 页得定位装置和调节装置设计为一体。3）.在本次的设计中添加了一个拨料器，以免豌豆从进料筒进入后堆积，拨料器有效地解决了此问题。国内外研究现状、发展趋势及存在的主要问题如下：目前，我国淀粉加工行业尚无统一的设备选型标准，普遍采用参照设计的方式进行设备选型，常出现设备选型落后、设备不配套等缺陷，严重制约了淀粉加工项目的建设水平。因此，在广泛调查研究和借鉴国内外先进经验的基础上，开展了淀粉加工建设项目设备选型的研究，提出了设备选型的基本要求。在淀粉加工项目的建设过程中，设备选型的质量是拟建项目技术含量的重要标志，制定先进、适用、合理的设备选型方法，是淀粉加工项目建设的重要任务。据农业部农村经济研究中心的有关专家认为，目前国内外淀粉加工生产技术发展主要呈现四个基本趋势： 一是加工企业向大型化发展。国外的淀粉加工厂一般都在年产 5 万吨以上，美国和欧盟的玉米、马铃薯淀粉加工厂年产在 10 多万吨至数十万吨的规模；泰国的淀粉厂年产在 5 万15 万吨。我国国内的淀粉加工企业也在向大型化发展，吉林、山东等省的玉米淀粉加工厂已达年产 10 万30 万吨；广西已有 4 家木薯淀粉厂年产超过万吨，其中明阳生化科技股份公司年产已达 5 万吨，为国内规模最大的木薯淀粉企业。二是实现生产过程的自动控制。世界上发达国家的现代化淀粉生产都建立了工艺控制系统（）和合理的控制程序（），以确保最佳的工艺自控，保证正常安全生产，减少事故，减少操作量，降低成本，增加产量；我国国内已有少数大型工厂开始推广应用生产过程的自动控制。三是广泛推广节能技术和能耗低、效率高的设备。国外已普遍采用负压脉冲气流烘干机，配置热风分配调节装置，循环使用部分干燥气等，吨淀粉耗标准煤已降到 0.1 吨以下；我国国内现已有一部分淀粉厂应用一级负压脉冲气流烘干机。绪论第 3 页 共 32 页四是淀粉产品向系列化方向发展。发达国家的淀粉厂充分利用自身原料的优势开发各类深加工产品，如美国斯泰利公司的产品有 400 多种，荷兰艾维贝公司的豌豆磨粉机械的设计与计算第 4 页 共 32 页产品有 200 多种；我国国内一些大型淀粉厂目前也在致力于开发深加工产品，吉林吉发集团、广西明阳生化科技股份公司等都已开发数十个品种。针对上述存在的差距，国内设备的开发应加大研究力度和资金投入力度，使用现代设计方法和先进的计算机辅助设计技术进行优化设计，以提高国产粮食加工机械的水平。在国外，淀粉生产及其深加工机械的发展有 100 年的历史，而高速发展是在近 40 年间。美国是生产大型淀粉设备有代表性的国家之一，其淀粉生产设备可处理玉米 400600td。Dorroliver 公司是美国大型跨国公司，设备销往100 多个国家和地区。欧洲是以生产中型淀粉设备为主的地区，其中德国最有代表性，处理玉米一般为 10300td，德国 Westfalia 和 Staroosa 公司生产的淀粉设备约 70销往国外；瑞典 ALFALAVAL 公司不仅提供各种关键设备，而且还承担全套工程设计。荷兰 GMF 公司生产 淀粉干燥机已有 90 年历史，品种规格齐全，质量可靠。日本奈良株式会社和濑野铁工所主要生产小型淀粉加工及深加工机械，价格只有欧美国家同类设备的 1312，在国际市场上有一定的竞争力。美国、日本、德国、瑞典等国的淀粉加工及深加工机械制造业，代表了国际发展潮流。 国外淀粉加工机械主要特点有：（1）生产过程自动化，采用电子计算机进行生产过程控制，确保最佳生产状态，使工艺过程具有较高的透明度，随时变换和调节工艺条件；（2）广泛采用节能技术，凡是生产线中涉及水、电、气的环节，均采用有效措施，使能耗降至最低限度。如生产用水净化复用，蒸发器配备热泵，干燥设备余热回收利用，锅炉采用喷粉式沸腾燃烧炉等；（3）生产规模大型化，美国年产淀粉 1000 万吨，只有 22 个工厂，日本原有 2000 多个淀粉厂，后压缩到不足 200 个，淀粉产量却增加近 2 倍。工厂大型化容易发展综合利用和多层次加工，降低成本，提高竞争能力；（4）向多品种深层次方向发展，近几年国外发达国家的淀粉加工设备没有什么新的变化，而是把投入主要用于多品种深层次加工，如变性淀粉国外已发展到上千种。在搞好市场开发的基础上大力发展淀粉糖生产，多品种深加工已成为全球共识，以质量取胜是 21世纪的竞争焦点；（5）重视科研工作，发达国家的淀粉加工及深加工机械制造业设有不同层次的研究机构，瑞典 ALFALAVAL 公司设有 1 个淀粉加工技术综合实验基地，专门用于单机和成套设备的试验测试。美国 CPC 淀粉集团公司有3 个研究中心，主要为本公司开拓新领域、开展新产品试制及战略性的研究工豌豆磨粉机械的设计与计算第 4 页 共 32 页作，对一个新产品的投产，都要绪论第 5 页 共 32 页经过研究、小试和生产试验，特别在产品应用方面。他们认为，不能利用试验来肯定新产品的效果，这种新产品是不能投产的。有了这样的研究开发机构，这个公司就有了活力和竞争力，使企业跑在市场和时代的前面。荷兰、日本和德国等国也有类似机构；注重制造技术和可靠性。装备的质量是靠具有一定水平的制造技术保证的。日本战后能够后来居上，主要经验是在引进消化吸收的基础上重点抓了制造技术和可靠性工作，极大地带动了淀粉加工及深加工机械制造业的发展，目前国外淀粉加工及深加工机械的可靠性已达到相当高的水平，一般运行一年以上无故障，能在确保机械性能的前提下延长使用寿命。 豌豆淀粉研究的主攻方向：豌豆淀粉具有不同于谷物淀粉和薯类淀粉的组成、结构和物理化学性质 ,如具有较高的直链淀粉含量和较强的回生能力。在了解了光滑豌豆淀粉和皱皮豌豆淀粉结构与性质的关系后 ,需要进一步研究一些变性手段 (如氧化、酯化、交联、酶解等)对豌豆淀粉的物理化学性质和功能性质的影响 ,从而改善豌豆淀粉的功能特性。只有对豌豆原淀粉结构与性质的关系以及豌豆淀粉的开发作进一步的研究 ,豌豆淀粉的工业应用特别是在食品工业中的应用才会有显著的增长 ,豌豆淀粉工业才会有较大的发展。为了将豌豆的加工向更好的方向发展，本次设计通过对豆类食品机理的全面分析和研究，对本次所要设计的磨粉机做了些改进。本次设计的是立式磨粉机，主要对豌豆磨粉机的核心构件定、动磨盘进行了分析，找出了影响豌豆磨粉的关键因素，选用了最佳的两磨盘间距和转速，并改进了磨盘的表面磨纹，以提高加工效率和质量，综合考虑各种因素，设计出此立式磨粉机装置。本设计将磨盘的表面磨纹设计成直线斜齿磨纹，可有效地增加磨盘与被加工物料的接触面积和摩擦程度，并使加工后的物料按运动规律通过磨盘齿槽的作用自然流出，从而减少了积料阻力，且大大提高了工作效率。此外，还设计了辅助装置拨料器和定磨盘的定位调节装置。该机器具有结构简单、生产率高、磨粉率高、成本低、安装调节方便等优点。1.3 本次设计的磨粉机方案的确定1.3.1 方案的确定（1）磨粉机的形式有许多，以下将对卧式磨粉机和立式磨粉机进行比较。在相等条件下，立式磨粉机与卧式磨粉机相比，立式磨粉机优于卧式磨粉绪论第 5 页 共 32 页机。豌豆磨粉机械的设计与计算第 6 页 共 32 页立式磨粉机更换砂轮方便，结构合理，密封性较好，运转轻便，造型美观，操作简便，具有体积小、重量轻、噪音低、性能稳定、出浆率高、质量可靠、容易清洗、移动方便等优点。从整个磨粉机的外型尺寸看，立式优于卧式磨粉机。从设计要求来讲，磨粉机要体积小，美观大方、调节维修方便，因此，在设计上立式磨粉机也优于卧式磨粉机。（2）结论：由上述对两种不同形式的磨粉机进行比较，再综合各方面的特点，最终确定选立式磨粉 机为本次设计研究的形式。1.4 立式磨粉机的特点对于豌豆淀粉来说，它富含的淀粉（约50%左右）, 且淀粉中直链淀粉多、粘度高,适于制作如优质粉丝条、粉皮、凉粉等各类淀粉食品。磨粉加工对制作淀粉来说是有很大影响的，所以磨粉是必不可少的一道工序。豌豆磨粉要根据豌豆品种、颗粒形状、籽粒大小及饱满程度等不同要求采用不同的磨粉方法。由于磨粉的破碎原理不同，以下是常用的磨粉方法：摩擦法、剪切法、冲击法及挤压法等。摩擦法是借助两磨盘粗糙面的相对运动所产生的摩擦作用磨碎物料；剪切法是依靠两磨盘头磨齿对物料的剪切作用磨碎物料；冲击法是借助高速回转的锤片的冲击碰撞作用粉碎物料的；挤压法是借助两轧辊见的挤压使物料破碎的。对于豌豆来说，上面的这些方法有它的局限性，所以本次设计的机构采用的是摩擦法，用这种原理制造出来的此种机械具有以下特点：1. 结构简单 2. 生产率相对较高3. 磨粉粒度较细4. 安装调节方便5. 成本低1.5 立式磨粉机的基本结构和工作原理1.5.1 立式磨粉机的基本结构绪论第 7 页 共 32 页立式磨粉机由料斗筒 1、调节手柄 2、磨粉机机盖 3、弹簧联柱 4、圆环盘5、压力弹簧 6、定磨盘联座 7、拨料器 8、静砂轮 9、动砂轮 10、连接套筒11、轴承 12、输出轴 13、出料口 14、传动装置与电机组合 15 等几部分构成。如图 1 所示。图 1 磨粉机的基本结构1.5.2 立式磨粉机的工作原理电动机经传动装置 15 带动输出轴 13 转动（输出轴是安装在连接套筒中的，动磨盘、拨料器与电动机的输出轴同轴固定联接） ，动磨盘 10 随着输出轴 13 转动，而定磨盘 9 是固定在定磨盘联座 7 上的，从而使定磨盘、动磨盘之间形成相对转动。而豌豆经进料筒 1 喂入后下落，再经拨料器 8 均匀分布在定磨盘内壁，不至于在筒内堆积，影响加工。进而豌豆进入工作区，即两磨盘之间。由于定磨盘、动磨盘间的相对转动对在环形工作区内的豌豆形成剪切力，从而使豌豆磨成浆。磨粉机机盖上安装有调节手轮 2，用来调节定磨盘与动磨盘间的间隙。豌豆磨成浆后经出料口 14 流出，完成磨粉过程。1.6 本研究的主要内容绪论第 7 页 共 32 页在此次的研究中，要对豌豆磨粉机的核心构件定、动磨盘进行分析，找豌豆磨粉机械的设计与计算第 8 页 共 32 页出影响豌豆磨粉的关键因素，分析磨盘的表面磨纹采用什么样的磨纹才能提高工作效率：并且在要求该装置占地面积小的情况下，如何固定定磨盘，并且能很方便的调节两磨盘间的间距：若物料堆积在筒内，会影响生产率，那怎么解决此问题。 鉴于以上分析，本研究的主要内容包括如下：1. 电动机的选型，确定生产率；2. 立式磨粉机械的结构设计，包括：磨盘的结构设计、定磨盘的定位调节装置的设计、动磨盘的固定装置的设计、轴的结构设计、轴承的选择以及拨料器的结构设计等。3. 用 CAD 绘制二维的装配图与主要零件图。2 豌豆磨粉机理的研究每种豆类都有固定的特性，其磨粉机理也都存在较大的差别。在用立式磨浆机磨粉时，都有其磨粉时最佳的定、动磨盘的间隙和转速（定、动磨盘间的间隙是指工作时定、动磨盘间的最小间距） ，研究豆类磨粉的影响因素，磨粉与豌豆含水量等之间的关系，找出与豌豆对应的合适间距和转速，显得尤其重要。豌豆的磨粉是一个物质的破碎过程，它建立在各完整的豌豆豆可以受到摩擦力作用的基础上，完整的豌豆在进料筒中由于自身重量下向定磨盘的工作区域（即研磨区）运动，定、动磨盘间的间隙减小，摩擦力与挤压力随之增大，当摩擦力与挤压力增大到一定程度，豌豆在动磨盘与定磨盘的相对旋转作用下继续前进，豌豆将在挤压力和摩擦力产生的剪切作用下，使豌豆粉碎。简单的说，豌豆磨粉就是一个挤压和摩擦的过程。经研究影响豌豆磨粉的主要因素有以下几个方面：1. 豌豆自身的因素；2. 豌豆磨粉机的结构因素。2.1 影响豌豆磨粉的因素豌豆自身的因素2.1.1 豌豆尺寸的因素：豌豆磨粉机械的设计与计算第 8 页 共 32 页豌豆的尺寸大小对磨粉是有影响的，不同的尺寸会产生不同的磨粉效果，所豌豆磨粉机理的研究第 9 页 共 32 页以有必要研究一下豌豆尺寸的大小。通过观察，豌豆的尺寸主要有三个方向的尺寸确定，从成豌 6 号豌豆的测量看来，其尺寸的大小是有一定范围的。因为豌豆在加工过程中，受到旋转的作用，类似最小的势能原理，豌豆肯定是以最小尺寸被夹在两个工作面间摩擦。所以通过对豌豆的测量，可以得出此种型号最小尺寸的分布图且最小尺寸为豌豆两瓣厚度（两瓣大小几乎一样） 。其分布曲线如图 2：图 2 豌豆最小尺寸分布图而豌豆以其最大尺寸所在面与定、动磨盘两个工作面相接触摩擦，通过对豌豆的测量，可以得出此种型号最大尺寸的分布图。其分布曲线如图 3：图 3 豌豆最大尺寸分布图豌豆磨粉机械的设计与计算第 10 页 共 32 页2.1.2 含水量经对豌豆采样测定含水量，含水量按以下公式计算：含水量 水量1320%mX采用直接干燥法测定豌豆的含水量，数据如下表 1：表 1 豌豆的含水量试验数据处理表烘干前目数器皿+样本重m1（g）器皿重m2（g）烘干器皿+样本重m3（g）后水分含量 1320%mX平均水分含量81.3532 58.6984 79.9166 6.34%84.1558 60.5874 82.3628 7.61%83.2542 60.3568 81.7496 6.57%6.84%结论：豌豆含水量过高，豌豆的表皮与豌豆的仁接触的娇紧，磨碎时质量不高；水量过低，也就意味着豌豆越干，所需的剪切力较大，也就不好磨粉。所以豌豆的含水量要在一个合适的范围内，才会使磨粉容易。所以在设计是一定要注意这个问题。如果忽略了它，将会直接影响加工质量。2.1.3 百粒重豌豆的重量对最后的分离有很大的影响，故这个因素有必要考虑。对于豌豆来说，用百粒重这个参数来衡量豌豆的重量。通过实验，可以测出豌豆的百粒重，通过实验，可以测出豌豆的百粒重，分布曲线如下图 4（重量单位为 g）立式磨粉机的主要零部件结构设计与研究第 11 页 共 32 页18 19 20 21 22 23 24 25 26(g)图 4 豌豆的百粒重分布曲线2.2 影响豌豆磨粉的因素磨粉机的结构因素2.2.1 定、动磨盘间的间距定、动磨盘是磨粉机最主要的零部件，两磨盘间的间距对豌豆磨粉的影响主要表现在加工次数方面。在磨盘工作区域相等的情况下，两磨盘间距越小，豌豆在磨盘的工作区域停留的时间越长，豌豆被加工的次数越多；反之，两磨盘间距越大，豌豆在磨盘的工作区域停留的时间越短，被加工的次数越少，会直接影响到豌豆的磨粉质量。磨盘的间距应由豌豆的物理性质来决定。2.2.2 转速转速不仅对磨碎豌豆由一定得影响，最重要的是影响了生产率。转速过高，磨粉效果越差，而且磨盘会很快的发热，会加快磨盘的使用寿命；磨盘转速过低，磨粉效果越好，但会影响生产率的降低。所以转速对磨粉机也是由很大的影响的。3 立式磨粉机的主要零部件结构设计与研究3.1 磨盘的结构设计3.1.1 磨盘的结构本次设计中，采用的是：将磨粉机的动、定磨盘均制成直线斜齿砂轮，这不仅增加了砂轮与被加工物料的接触面积和摩擦程度，并使加工后的物料按运动规律通过砂轮齿槽的作用自然流出，从而减少了积料阻力，且大大提高了工作效率。立式磨粉机的主要零部件结构设计与研究第 11 页 共 32 页图 5 是动磨盘的一种直斜齿结构的主视图。豌豆磨粉机械的设计与计算 第 12 页 共 32 页图 5 磨盘视图磨盘的结构如图 6 所示, 磨盘整个工作表面按其形状和作用可分为 3 个区域,即喂入区、引入区和研磨区。喂入区( a - a) 是一个直孔, 引入区( a - b、a- b) 其功能是将喂入的豌豆储存起来, 其受到的挤压力越来越大, 并把豌豆推向研磨区, 最后豌豆进入研磨区 ( b - c、b- c) , 该区的磨盘上有许多带棱角的磨纹, 豌豆在这个区域被磨成豌豆瓣或豌豆淀粉。图 6 磨盘的结构图依据豌豆蛋白及淀粉的制取工艺来看，本次研究的是湿豌豆的研磨。磨片豌豆磨粉机械的设计与计算 第 12 页 共 32 页是本磨粉机最主要的工作部件。物料研磨的工作原理是借助于两个磨片间的压立式磨粉机的主要零部件结构与分析第 13 页 共 32 页力与两盘上的磨纹在旋转时所产生的摩擦和剪切作用而使物料磨碎成微细颗粒。磨粉机磨片的材料有天然石磨盘、 砂轮磨盘、 钢磨盘和陶瓷磨盘等。本机采用金属型浇注铸铁磨盘。它与其它磨盘相比较 ,具有磨盘密实 ,无气孔、裂纹等缺陷 ,表面层具有 2. 02. 5 mm 的白口层。普通磨盘由于有气孔、 裂纹等缺陷 ,容易成为细菌的繁衍场所 ,污染食品。而本机磨盘由于结构紧密 ,卫生状况优于其它种类磨盘。另外 ,考虑到磨盘的互换性与使用寿命 ,将动、 定两磨片结构设计成同一结构。两面都具有直斜齿的齿形结构。这也是与其它磨浆机的不同之处。磨盘表面硬度 HRC 大于 44 ,表面齿形清晰 ,棱角锋利。其结构如图 2 所示。3.1.2 工作原理豌豆浸湿后从料斗依靠重力进入动磨盘和定磨盘之间的工作区域 , 根据两磨盘之间的间隙, 借助于两个磨盘对豌豆的压力和两磨盘上的磨纹在旋转时所产生的对豌豆的摩擦和剪切作用使豌豆磨成豌豆瓣或豌豆淀粉。其工作原理如图 7 所示。图 7 豌豆受力分析图动磨盘与定磨盘的表面磨纹如图 2 所示。这样, 豌豆在 A 、B 两点的受力都是空间任意力系, 可以简化为一个主矢、 和一个主矩 、 , 还受一对动摩擦力 、 的作用。我们将 、aRbaMb aFbaR分解得图 4b 所示的受力图 。 这样 ,在 Y 轴方向有一对压力, 将豌豆压碎; 在 X 轴方向有一对剪切摩擦力; 另外, 动磨盘旋转所产生的力矩使豌豆瓣立式磨粉机的主要零部件结构与分析第 13 页 共 32 页或豌豆豌豆磨粉机械的设计与计算第 14 页 共 32 页淀粉沿磨纹槽排出。3.1.3 磨盘表面磨纹的参数确定动磨盘和定磨盘为数条直斜齿均布的直斜齿砂轮(如图 2 所示)，直斜齿的齿槽斜度即齿槽中线与其相对应的砂轮内径线相交的夹角 为 ，最佳为58。150本设计中，取 = 。为了提高磨粉的粒度，初取磨盘上均布的直斜齿个30数 t=20，则齿槽中线之间的夹角为 。由于所磨出的浆从齿槽流出，且要求18工作效率高，故齿槽宽可取为 4 mm。参考其他同类机器资料，选磨盘的厚 H=30 mm。3.1.4 影响加工质量的因素影响加工质量的因素主要有豌豆品种、类型、物理结构、水分、籽粒大小、均匀度及饱满程度; 其次在机械方面, 豌豆进料量和磨盘间的间隙对加工质量也有很大的影响。3.15 依据磨盘结构可得生产率的计算公式（1）（kg/h ） （1）21()60*4DdQln式中：该机生产率（kg/h）由同类机器初步拟定生产率 kg/h ；Q20两磨盘的间隙（m） ；l磨盘的转速（ ） ；ninr定磨盘的外径(m)；1D定磨盘的内径(m) ；d豌豆的充满系数，一般取 0.10.3。此处取 0.1；豌豆的密度( ),取 = 780 。3kgm3kgm（1）确定两磨盘的间隙 l为了保证磨粉率高，故两磨盘间隙 应比豌豆的最小尺寸小；由生产实践可l豌豆磨粉机械的设计与计算第 14 页 共 32 页知，豌豆的尺寸为 mm 4.7mm 。考虑到将要豌豆磨成粉，并还有一定的7.92l立式磨粉机的主要零部件的结构与分析第 15 页 共 32 页粒度要求，所以初步取 =0.55 mm 。l（2）本设计中根据磨浆机的结构情况所定，设定磨盘直径是 mm ，定磨20盘内径是 100mm ，孔径是 70mm；动磨盘内径是 50mm，孔径是40mm，即 = = 200mm ， = 100mm ， =50 mm 。 1D21d2d（3）初步拟定生产率 kg/h ，则由生产率的计算公式（2）可算出磨盘转Q0速 ，即：n（2）21()64Ddln2-30.1)0.5 0.78 330mir3.2 传动装置的设计及电机的选型如图(8)所示,运动由电动机输出,高速级由 V 带传动 ,然后将运动传递给一级圆锥齿轮减速器,由它来改变运动传递的方向,最后带动磨粉机的动磨盘转动.图 8 传动装置1 选择电动机的类型按照工作要求和条件,选用三相笼型异步电动机,封闭式结构,电压 380V,Y型2 选择电动机的容量电动机所需的工作功率按公式: kW 来计算.wdaP其中 表示工作机所需工作功率 ,按公式: kW.计算 wP950wTn豌豆磨粉机械的设计与计算第 16 页 共 32 页表示总效率,按公式: 计算a2134a、 、 、 分别表示 V 带传动、轴承、齿轮传动、联轴器的传动效率,取1234, (每对滚子轴承), (齿轮精度为 8 级,不包括轴承效0.96.830.96率), (弹性联轴器),则422134.8.0.akW903.55.daTnP3 确定电动机的转速取 V 带传动的传动比 ,一级圆锥齿轮减速器的传动比 ,则总传动比124i23i的合理范围 ,故电动机转速的可选范围为:12air/min()30123960dani符合这一范围的转速有 1500 r/min 和 3000 r/min.根据容量和转速,由有关手册查出有两种适用的电动机型号,因此有如下两种传动方案:型 号 额定功率 转速 电流 效率 功率因数 启动转矩 额定转矩 净重Y112M-2 4 KW 2890r/min 8.17 A 85.5% 0.87 2.2 2.2 45 KgY112M-4 4 KW 1440r/min 8.77 A 84.5% 0.82 2.2 2.2 43 Kg综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减速器的传动比,可见第二种方案比较合适.因此选定电动机的型号为 Y112M-4。3.3 确定传动装置的总传动比和分配传动比3.3.1 总的传动比 140.35mani3.3.2 分配传动装置的传动比由公式得总传动比 0aii立式磨粉机的主要零部件第 17 页 共 32 页式中 和 分别为带传动和减速器的传动比.为了使 V 带传动外廓尺寸不致0i过大,初步取 =2.06,则减速器传动比为: =4.1/2.06=21i3.4 计算传动装置的运动和动力参数为进行传动件的设计计算,要推算出各轴的转速和转矩(或功率).如将传动装置各轴由高速至低速依次为 1 轴、2 轴,以及, , 为相邻两轴间的传动比;0i1, , 为相邻两轴间的传动效率;2, , 为各轴的输入功率(kW);1P, , 为各轴的输入转矩(Nm);T2, , 为各轴的转速(r/min);1n则可按电动机轴至工作机运动传递路线推算,得到各轴的运动和动力参数.3.4.1 各轴转速1 轴 r/min10469.032.mni2 轴 r/min12.51i工作轴 r/min3249.n3.4.2 各轴的输入功率1 轴 : kW10113.7096.52ddP2 轴: : kW22283.43 轴: kW33414.13.4.3 各轴的转矩 输入转矩 电动机轴的输出转矩公式： 豌豆磨粉机械的设计与计算第 18 页 共 32 页Nm (3)3.795024.510ddmPTn1 轴: Nm1.60.948.5dTi 2 轴: Nm2124853133 轴: Nm339.7.输出转矩各轴的输出转矩分别为各轴的输入转矩乘以传动件的效率.1 轴: Nm1248.530947.56T2 轴: Nm 183 轴: Nm37.63.5 输出轴的设计计算3.5.1 轴的材料 45 号钢 调质3.5.2 轴的功率KW，转速 ，转矩 Nm3=.21P349.51nminr387.69T3.5.3 确定轴的最小直径查表 15-3 有， =126103，取 =1200A0A则(4)33min0.215.32649pd m输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 ，为了使所选的轴直径1d与联轴器的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号.1d联轴器的计算转矩 ，考虑到转矩变化中等，故取 ，则3caATK 1.7AK，由于磨浆机属于小功率机械，故43.7869107caATKNm可采用弹性柱销联轴器。按照计算转矩 应小于联轴器公称转矩的条件，选caT用 HL1 型弹性拄销联轴器，其公称转矩为 160000 ，半联轴器的孔径立式磨粉机的主要零部件第 19 页 共 32 页，故取 ，半联轴器的长度 ，半联轴器与轴12dm12dm52Lm配合的毂孔长度 。40L3.5.4 轴的结构设计轴的一端与连接套筒相配合，另一端接联轴器。电机经各级传动后，由联轴器将动力传递给轴，与动磨盘一起旋转。(1) 为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴 1 的右端需制出一个轴肩，轴肩的高度 ，取 ，则(0.7.1)(0.7.)2.54.2hdhmm，左端采用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 ，半26d 32Dm联轴器与轴的配合的毂孔长度 ，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器4Lm上而不压在轴上，故 1 段的长度应比 L 略短些，现取 。18l(2) 轴 3 套有轴承，初步选择滚动轴承。因为轴承受有轴向力，故选用推力球轴承，查手册选用 53106 型轴承，安装尺寸为 mm，30621dT则 ，轴承采用润滑脂润滑。30dm(3) 轴 4 的右端接在连接套筒中，套筒的直径为 20mm，长 45mm，为了使套筒端面可靠的压紧轴，此轴段应略短于套筒的长度，故轴 4 的直径mm，长度可取 mm。420d40l3.5.5 轴上零件的周向定位连接套筒、半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接，根据 查得平键4d尺寸 ，同时为了保证连接套筒与轴配合具有良好的对中性，63bhl故选择轴套与轴的配合为 ；同样，半联轴器与轴的连接，选用平键7/6Hn，半联轴器与轴的配合为 ，滚动轴承与轴的周向定位l 7/6k是由过度配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 m6。3.5.6 确定轴上圆角和倒角尺寸查取轴端倒角为 ，各轴肩处圆角半径如图 9。245豌豆磨粉机械的设计与计算第 20 页 共 32 页图 9 输出轴结构图查表 15-1 有，毛坯直径 200 的材料 45 钢经调质处理，其抗拉强度极限， 屈服强度极限 ，弯曲疲劳极限 ，剪切640BaMP35saMP1275aMP疲劳极限 ， 许用弯曲应力 。15a 160a3.6 连接套筒的设计连接套筒用螺钉将动磨盘固定，输出轴安装在连接套筒里，给动磨盘提供动力。连接套筒的材料是 HT200，如图 10，各尺寸如下：图 10 连接套筒示意图套筒内装轴，又与动磨盘固定，故可取d3=20mm，D3=40mm，H3=45mm，h3=15mm, D4=140mm 。3.7 输出轴的校核计算由于该轴为传动轴，应按扭转强度条件进行计算。豌豆磨粉机械的设计与计算第 20 页 共 32 页轴的扭转强度条件为立式磨粉机的主要零部件第 21 页 共 32 页(5)3950.2TTPnWd式中： 扭转切应力， ；TMa轴所受的扭矩，Nmm ；轴的抗扭截面系数， ；T 3m轴传递的功率，KW；P轴的转速，r/min；n计算截面处轴的直径，mm；d许用扭转切应力， 。TMPa则 3.2195045.8.查表有，45 钢的 为 2545 。Ta，所以合格。3.8 轴承的设计3.8.1 轴承的型号此设计中，轴承安装在输出轴上，用来防止轴旋转时的轴向蹿动，有中等载荷冲击，选择单向推力球轴承，型号为 51000，GB/T 301-1995.3.8.2 轴承的选材选择最常用的轴承的内、外圈和滚动体的材料为高碳铬轴承钢 ，热15rGC处理后硬度一般不低于 60HRC。由于一般轴承的这些元件都经过 的回火0处理，所以通常当轴承的工作温度不高于 时，元件的硬度不会下降。120C3.8.3 轴承的计算及校核1）轴承安装在输出轴上，由输出轴的计算可知，轴承安装在直径为 30 轴上，m选用的型号是 51306。轴承与轴一起转动，故轴承的转速为： 349.51n轴 承 轴 minr2）设磨粉机工作时间为 8 时/日，且连续工作，查书中表 13-3 有，轴承预期计豌豆磨粉机械的设计与计算第 22 页 共 32 页算寿命为 =1200020000 h。hL3）由机械手册知，推力球轴承的最小轴向载荷 ： （6）2min()10aFAKN上式中， 为最小载荷系数，查手册选 =0.033；A则 2min349.50.().4a取轴向载荷 6aFKN4）当量动载荷 paPf式中， 是载荷系数，查表 13-6 有， =1.01.2，取 =1.0.pf pfpf则 16KN查机械设计手册，51306 轴承的基本额定动载荷 。42.8CKN5）验算 51306 轴承的寿命根据式 计算轴承寿命，610()hCLnP对于球轴承， ；3代入数据，得631042.8()17039.5hLhL即低于预期寿命，合格。3.9 键的强度校核键的相关尺寸：查设计手册中表 4.5-1 得，轴径为 20 的键的相关尺寸如下，如图 11 所示：m立式磨粉机的主要零部件第 23 页 共 32 页图 11 键的零件图键的公称尺寸 b=6mm，h=6mm，长度 L =1470mm；键槽的公称尺寸 ， ，半径 。0.135tm0.1128t0.16.25rm键的材料为 45 号钢，查表得键连接许用挤压应力 a=9PM键的尺寸 ，键的工作长度 ，键与轮毂键槽的接bh6Llb3L触高度 k=0.533a210876910=8.57kld2PTP由上面的校核计算知道，键的强度都足够。3.10 拨料器的结构设计拨料器如图 1 所示，它用螺钉固定在连接套筒上，主要是用于拨动进入进料筒的物料，以免豌豆堆积在定磨盘的喂入区，影响加工效率。3.10.1 拨料器的选材拨料器主要是用于拨动物料，要求不高，所以拨料器的材料为灰铸铁，HT200.3.10.2 拨料器的参数确定1 高度 的确定1H如图 12 所示，拨料器的外形呈锥形螺旋状，为了提高生产率，螺旋采用双头螺旋，即头数 f=2。为了使拨料器起到最大的作用，拨料器的高度=30+0.55=30.55 （ 是磨盘的厚度， 是磨盘之间的间隙） ，取1lmHl=70 。Hm豌豆磨粉机械的设计与计算第 24 页 共 32 页图 12 拨料器的结构示意图2. 螺旋叶片的尺寸拨料器的外形呈锥形螺旋状，顶部呈小半圆形，以免豌豆掉在拨料器上。取顶部的直径为 18mm,底部的直径为 46mm；拨料器可以把它看成一个圆柱，则直径 d=(18+46)/2=32 。m设定螺旋叶片宽 B=3mm，豌豆的直径 ，故可取螺距4.7l.92mP=20mm。螺旋升角 0arctnarct3fPd4.0 其他零件的设计4.0.1 定磨盘调整装置的结构如图 1 所示，磨粉机定磨盘联座是座盘顶面装设有数个均布的弹簧联柱的定磨盘联座，磨粉机机盖是盖内中心连环口底部由联接螺丝固连有圆环盘的磨粉机顶盖，磨粉机机盖内圆环盘的盘体上对应着弹簧联柱制有联柱导向通孔，圆环盘的导向通孔内分别穿连着弹簧联柱将磨粉机机盖与定磨盘联座固连定位，并在圆环盘与定磨盘联座之间的弹簧联柱柱体上均分别套装有圆柱式压力弹簧，数个压力弹簧均匀的作用在定磨盘联座上，所组成为磨粉机磨盘的自动调整装置。1 圆式压力弹簧的结构设计豌豆磨粉机械的设计与计算第 24 页 共 32 页定磨盘联座上装设的弹簧联柱和弹簧数量相同，均为 36 个，所以本次设计可取弹簧数量为 4 个。它主要用于调节磨盘间距，选择圆柱螺旋压缩弹簧，依照工作情况可初步定，其最大工作载荷 F=30N，对应变形 =10；安装载荷其他零件的设计第 25 页 共 32 页F1=20N，弹簧套在直径为 5mm 的导杆上，外径不应超过 10mm，自由高度要求在 80mm 以内。（1）选材料由设计手册表 4.13-2 选碳素弹簧钢丝 C 级，其切变模量 。37910aGMP试取材料直径 ，由表 2.3-21 选取抗拉强度极限的下限为 1dm。1960baMP（2）求材料直径设弹簧中径 ，旋绕比6Dm61DCd曲度系数 410.540.5.2K考虑其重要性，由表 4.13-5 取许用切应力0.4.1960784baMP则 .25361.6. 0.75KFCd m按表 4.13-7，取 0.8dm（3）有效圈数 4343791.8.18862GnDF按表 4.13-11 取标准值 。.5n（4）弹簧刚度 43437910.82.865pGdkNmDn（5）初算试验载荷试验载荷 38TTdF式中， 0.5.19608baMP豌豆磨粉机械的设计与计算第 26 页 共 32 页则 330.892.886TTdFND（6）总圈数由于端部为 YI 型，查表 4.13-16 有，支承圈数 。21.5n总圈数 128.51n（7）自由高度 min10.82.0585ntd m由节距算出 0minin.819.025Htdm取 025（8）初算试验载荷下变形量 3.814.92TpFk（9）压并高度 1max10.8bHndm压并变形量 0256.2b因 ，取 ，因而试验载荷 Tb4.9T2.13.78pFk（10）校核特性安装时变形量 1092.pFmk因 ， ，故可满足要求。10.2T28T（11）稳定性校核因有导套，故不必校核。（12）其他参数其他零件的设计第 27 页 共 32 页节距 0250.8275Hdt mn弹簧螺旋角 .arctarctn8.36D符合在 的推荐范围。59弹簧材料展开长度 1209.5cos8.3Lm内径 160.52Ddm外径 22 弹簧联柱的设计弹簧联柱与定磨盘联座设计为一体，弹簧联柱与弹簧配套使用，用以调节磨盘的间距。取数量为 4，可选择材料 HT200。弹簧联柱的直径为 5mm，中径为 6mm，查书表 16-7 知，弹簧联柱与弹簧的间隙为 1mm。由于设计中弹簧联柱穿连在圆环盘的导向通孔，可取弹簧联柱的高度为 45mm。3 圆环盘的设计磨粉机机盖内圆环盘的盘体上对应着弹簧联柱制有联柱导向通孔，圆环盘的导向通孔内分别穿连着弹簧联柱将磨粉机机盖与定磨盘联座固连定位。取材料 HT200.经过以上的参数可适取，圆环盘内径为 90mm，外径为 202mm，厚度设为10mm。4 定磨盘联座的设计定磨盘联座是固定定磨盘的，与进料筒相连，圆周共用 4 个螺钉对定磨盘进行固定。其参数可设置为：d1=70mm，D1=90mm, h=10mm，H=180mm, d2=200mm, D2=220mm。豌豆磨粉机械的设计与计算第 28 页 共 32 页图 13 定磨盘联座示意4.0.2 插板的设计插板安装在进料筒的下料口处，控制豌豆的下料量，工作方式是手动的，用 45 钢制成。如图 14 所示，图 14 插板结构图各参数设定为：R1=35mm，R2=15mm，L1=20mm，L2=7mm 。4.0.3 机体的设计磨粉机的外形如图 1，由于是食品加工，工作环境要求极为严格，所以磨粉机的磨粉部分的机体采用不锈钢，为了方便清洁磨盘及清除磨出的渣，所以将机盖与机体设计成分离式的，机盖与机体由螺栓连接。安装电机和传动装置的下机体的材料则可选用灰铸铁 HT200。豌豆磨粉机械的设计与计算第 28 页 共 32 页机壳的设计参数如下所示：其他零件的设计第 29 页 共 32 页1.进料筒：由于加工的是湿豌豆，选进料筒的材料为 45 钢。进料筒呈圆台柱，进料口直径为 248mm，高 101mm 。与插板相连的口径为 70mm，进料筒与插板呈 30。2.机盖机盖选用 HT200，直径为 440mm，厚度为 13mm。与调节手轮的滑动螺杆相配合的螺母焊接在机盖上。螺母选用耐磨铸铁，滑动螺杆选用 Q235 。3.上机体上机体里安装磨粉的工作装置，有食品卫生的要求，所以选用 45 钢。上机体高 235mm，与机盖用螺栓固定的直径为 440mm，安放工作装置的机体直径为360mm，内壁均厚 10mm。4.下机体：下机体是用来放置电机及传动装置的，起支撑作用，材料可选用 HT200，直径为 230mm，高 216mm 。三个支撑架呈 120分布。其他零件的设计第 29 页 共 32 页5 结论与展望本论文分析了现有磨粉机的形式及主要原理，收集了大量的相关资料以及一些相关的设计方法。本论文设计了立式磨粉机的主要零部件，对磨粉机的零件进行了理论设计、校核，通过生产实践得到了影响豌豆加工的因素，并得出了一些相关的关键参数。本设计的立式磨粉机具体内容主要包括如下几方面：1. 完成了磨粉机的主要零部件的理论设计：2. 对豌豆磨粉原理进行了全面的分析；3. 对磨粉机的各零部件进行了计算、校核以及一些参数的确定；4. 运用 AUTOCAD 2004 进行了磨粉机的主要零部件及装配图的绘制。本论文完成了所规定的任务，但由于时间和其他方面的诸多原因，此设计还存在一些不足之处，有待进一步完善，主要包括以下几个方面：1. 所设计的磨粉机结构较简单，对所生产的豌豆淀粉颗粒的粒度的控制功能不豌豆磨粉机械的设计与计算第 30 页 共 32 页是很完善；2. 所设计的磨粉机动、定磨盘间间隙的调节装置不够精密，有待进一步改进；豌豆磨粉机械的设计与计算第 30 页 共 32 页参考文献1黄和祥.豌豆瓣、豌豆淀粉加工机械的研究.粮油加工与食品机械 .2004 年第 10 期2莫重文.豌豆蛋白及淀粉的制取研究. 郑州粮食学院学报 . 1999 年第 4 期3马涛,柳树群,迟献.唐国玉.