0043-LS40-60型圆锥筛的设计（ 谷朊粉生产设备）
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ls40
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圆锥
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摘要
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的主流食品。食品工业也已成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅速。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和干预达到最佳配合，以设备革新和创新促进工业的改进和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。在食品加工中，由于原料和加工用途不同，分离机械也是多种多样的，因为离心机通常做成圆锥状，所以也叫圆锥筛。圆锥筛在食品工业中应用较多，并且必将日益推广。因为圆锥筛与其他分离设备比较，具有推动力大，分离能力强结构紧凑，附属设备少等优点，因此应用越来越广泛。
圆锥筛的工作过程如下：通过电机驱动机构将动力传递到轴，使锥筛转动。工作时，浆料搅拌均匀后进入筛筒底部；由于离心力的作用浆料沿着筛面运动并向外部移动，细小的淀粉颗粒透过筛网排出；同时，纤维在离心力的作用下由出料口排出。
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毕业设计（论文） 任务书 题 目 : 离心筛的设计 院系名称： 机电工程 专业班级： 任务书填写要求 1毕业设计（论文）任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经 学生所在系（教研室） 负责人审查、学院（部）领导签字后生效。此任务书应在毕业设计（论文）开始前一周内填好并发给学生。 2 任务书内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴。 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计（论文）完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及学院（部）主管领导审批后方可重新填写。 4 任务书内有关“学院（部）”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（ 2003 级本科为11 位数、 2004 级专科为 10 位）。 5 任务书内“主要参考文献”的填写，应按照国标 714 87文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性。 6 有关日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间 表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2007 年 3 月 15 日”或“ 2007 毕业设计（论文）任务书 1本毕业设计（论文）课题应达到的目的： 圆锥筛是离心筛的一种，是淀粉和谷朊粉生产过程中的主要设备之一，利用转鼓转动时产生的离心力使淀粉乳和纤维、麸皮分开，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。 通过毕业设计，学生应灵活系统的运用所学知识，提高分析，解决问题的能力。并且通过自己 动手到图书馆和互联网上查资料对圆锥筛具有充分直观的认识， 提高计算机应用能力， 根据产量确定出转鼓的大小；设计分料机构、支撑和传动结构。 对机械设计整个过程进行一次综合练习，加强理论知识的联系，增强实践能力。 2本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 要求根据 4 吨 /小时面粉 的 产量确定出转鼓的大小；设计支撑和传动结构 、分料机构 。完成电机的选择、传动装置的设计、计算、绘图； 轴的设计。 按要求查阅相关资料、完成 方案论证报告，翻译一篇符合要求的外文文献，撰写设计说明书。 用 出装配图和主要零件的工作图。图量在 3 张 纸以上。 毕业设计（论文）任务书 3对本毕业设计（论文）课题成果的要求包括毕业设计论文、图表、实物样品等： 课题设计成果包括： 1、 图量在 3 张 纸以上 2、 完成设计说明书（含毕业设计心得）一份 4主要参考文献： 1 徐灏 机械工业出版社， 1991 2 机械设计手册联合编写组 化学工业出版社， 1980 3 刘四麟 郑州大学出版社， 2002 4 邱宣怀 高等教育出版社， 1997 5 张裕中 中国轻工业出版社， 1999 6 杨黎明 机械工业出版社， 1991 7 肖旭霖 中国轻工业出版社， 2000 8 阮竞兰 中国轻工业出版社， 2005 毕业设计任务书 5 毕业设计工作进度计划： 起 迄 日 期 工 作 内 容 2 月 25 日 3 月 30 日 调研、收集资料 3 月 31 日 5 月 18 日 结构设计、绘图 5 月 19 日 5 月 31 日 修改图纸、写说明书 6 月 1 日 6 月 5 日 答辩准备 系审查意见： 负责人： 年 月 日 院学术委员会意见： ： 负责人： 年 月 日 毕业设计 方案论证报告 题 目 : 谷朊粉生产设备 圆锥筛的设计 院系名称： 机电工程 专业班级： 机制 0304 班 毕业设计方案论证 从小麦中 提取淀粉，过去是采用发酵法，即将小麦加水浸软、磨碎后，进行加酸发酵， 使包围在淀粉颗粒周围的细胞被溶解而淀粉易于分离。但该法面筋的损失较多，而且淀粉中蛋白质不易去尽，影响淀粉质量，目前已被马廷法所代替。上述小麦淀粉的提取方法是属于分段处理，不能连续操作。国外曾报道过连续式制法，工序基本 上相同，只是需采用连续设备组合起来进行生产。近年来，还有以小麦为原料生产淀粉的阿耳塞廷法。该法生产原理与玉米淀粉生产工艺相同。 由于谷朊粉的广泛应用及淀粉用量的增加，使小麦淀粉生产主要集中在澳大利亚、新西兰、美国及欧洲的法国、荷兰、英国等地。其加工工艺及设备代表着当今世界小麦淀粉工业的发展方向。 其中 美国的淀粉产量居世界首位。由以上可知，我国目前的状况还不是很乐观，只有继续创新才能向世界先进水平迈进。 小麦淀粉颗粒的特点是颗粒的双峰值，即小麦淀粉的颗粒度分布在两个范围，即通常称为 A 淀粉 B 淀粉。正是由 于小麦淀粉的这种特殊性，使得小麦淀的加工和纯化技术相对复杂，在加工工艺中必须注意到两个问题，其一是蛋白质的吸水膨胀特性，在机械力的作用下形成粘性很大的面筋质，第二是由于小麦淀粉中存在两种颗粒形状的淀粉微粒，而且其物理 性质差别很大。 采用小麦淀粉 ，淀粉的收率约为 62%，谷朊粉的收率可达到 右，设计圆锥筛对淀粉颗粒进行分离时，这些都是必须要考虑的因素。 圆锥筛的 锥型转鼓的锥角对圆锥筛的性能影响是很大的。锥角增大则生产能力增加，但滤渣含湿量也增高。锥角过大，滤渣太湿，无法满足生产要求；锥角过小， 物料在 转鼓中的停留时间延长 ，滤渣干燥程度提高，但生产能力降低；锥角过小，物料停滞在转鼓上，不能自动卸料 。所以，必须根据淀粉颗粒的特性，正确设计合理的转鼓锥角。 圆锥筛主要由转鼓、喷嘴、横轴、传动机构和进出料管构成， 采用不锈钢材料，使设备经久耐用。 转鼓内有一组用不锈钢制成的碟片，碟片间有一小层空间。 筛体的外壳是一个拱形的钢板，由铰链机构和一个圆的钢板联结，即圆锥筛的门，可以很方便的拉手柄开关筛们来清理或修理筛的内部结构，右端经过把一个刚体焊接到轴上用螺钉把筛体和轴联结起来，周围用四到六个螺钉，用一个大螺母把分水盘固定 在轴上即连接筛体由有效的达到筛分效果。筛体内有一个分水转盘，由三个叶片组成，依靠它旋转的强大的惯性力将喷射到它上面的压力水打散开来，水盘与筛体的连接方式采用焊接或者螺纹连接，应用比较广泛。 装置中动力机构的选择必须合理，因为圆锥筛主要是靠强大的离心力将不同淀粉颗粒分离开，所以电机的转速一般要求很高。 选择电动机的转速还应该考虑谷朊粉的产量，确定圆锥筛转鼓的转速进而选择合适的电机类型及电机转速。圆锥筛的 传动装置采用带传动，它能缓和载荷冲击，运行平稳无噪声，制造精度相对来说不是很严格。 轴的设计也很重要，考虑到转鼓的高速旋转，轴必须具有它的振动稳定性。在设计时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计 上还必须满足其他一系列的要求，例如： 轴的轴向固定和周向固定；轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺。支撑轴颈部位的轴承也是设计中需要重点考虑的。圆锥筛的转鼓作高速旋转，同时引起径向冲击力和轴向冲击力， 根据轴承承受载荷能力的特点，选择能同时承受径向和轴向载荷的滚动轴承。 其次，圆锥筛的目的是筛分不同颗粒的淀粉， 一些 淀粉颗粒要穿过筛孔，筛孔很容易被堵塞，因此圆锥筛的清洗 机构也是设计中需要考虑到的关键问题 。还有筛体的支撑，考虑到离心力所引起的强大的惯性冲击力，筛体的支撑机构必须具有足够的强度而且能起到缓冲的作用。 动力 机 构与执行机构的总体布局 必须合理，不仅考虑传递动力时的方便性和可行性，还要考虑整体结构的合理性，使整体看起来紧凑大方。 电 动 机和轴的相对位置安排是机构选型和组合安排必须考虑的因素 ， 带轮的张紧要设计合理 。机架起着支撑轴系、保证传动件和轴系正常运转的重要作用， 因此 机架要遵循省材和简易的原则 ，主要是整体结构的合理紧凑性 。 标准件的选取要根据设计的尺寸选取。 我国很多中型淀 粉加工厂采用全分离机分离流程，即多采用 4分离机串联的方法，可见谷朊粉加工流程图，并不是只用一台圆锥筛就行的。 圆锥筛的设备一般会布置在二楼，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以机架的制造方法不能采用铸造，虽然精度要求不高，因而采用焊接机架，它主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，在很多机器外壳的制造生产中都广泛使用。 上述从 加工谷朊粉的工艺过程 以及其他方面 考虑，对设计圆锥筛需要考虑的因素和一些需要注意的问题进行了初步的方案论证， 有待于在进一步的设计中改进。 - 0 - 机电工程学院 毕业设计说明书 题 目 : 离心筛的设计 - 1 - 目次 1 概述 . 2 2 设计离心筛的意义 . 3 内外对比 . 3 心筛在淀粉、谷朊粉生产中的应用 . 3 3 设计计算 . 9 机的选择 . 9 带的传动设计 . 9 轴的设计 . 12 的计算选择 . 13 . 14 承座的选择 . 14 强度的校核 . 14 . 18 4 机架的设计 . 20 设计感想 . 22 参考资料 . 23 - 2 - 1 概述 随着科学技术的迅速发展，淀粉、谷朊粉及其制品的应用越来越广泛，几乎应用于各个领域，它带动了淀粉、谷朊粉工业的发展，促进了淀粉、谷朊粉技术研究的深入，一些新工艺、新设备不断涌现。食品工业的发展是设备和工艺发展的结果，应该使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工业的改革和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。 我国虽是农业大国、粮食大国，但是粮食机械行业距国际先进水平还有较大差距，特别是分离设备，国内大部分先进的分离设备是从国外引进的，因 此此次设计意义重大。 通过多方面调研、老师提供的资料以及网上、图书馆查到的资料，我对圆锥筛的外形、工作原理、设计数据有了一定的认识，这对我下面的设计会有很大的帮助。 设计也是一个历练的过程，我一定要把握好这次机会，提高自己的专业素质，设计能力。 - 3 - 2 设计离心筛的意义 内外对比 目前国内外淀粉、谷朊粉已经广泛应用于各个行业，品种达数千种，性质各异。我国生产淀粉的历史很早，但对淀粉、谷朊粉新工艺的研究开发起步较晚，在应用时也走了不少弯路，限制了淀粉、谷朊粉的应用和发展。 国内 绝大部分小麦淀粉厂的生产工艺仍旧为落后的间歇式、半机械化、敞开式的传统工艺方法， 即 间歇式马丁法 。目前国内的淀粉厂大致有下列三种类型：一是采用国内先进工艺及先进设备厂，这类工厂投资较多，技术经济指标达到先进水平，经济效益比较好；二是按传统工艺及自制设备或部分采用国产先进设备的厂，此类工厂均为小型企业，投资少，生产水平低，也稍有盈利；三是引进国外生产线的厂，如引进美国、德国、瑞典、荷兰、泰国等国设备或生产线，这类厂家多属国有企业，有的连不必引进的亦引进，有的甚至整条生产线引进，因此，固定资产投资很大，贷款多 ，利息、折旧负担重，经济效益并不理想，其中有些厂甚至处于长期亏损的状态。 澳大利亚、新西兰、美国及欧洲的法国、荷兰、英国等地 是 小麦淀粉生产 的 主要集中 地， 其加工工艺及设备代表着当今世界小麦淀粉工业的发展方向。 其中美国的淀粉产量居世界首位。 司是世界上最大的淀粉企业，在 40 多个国家拥有淀粉厂。因为美国的糖品消费主要是淀粉糖，加之以淀粉原料制造许多新材料，对淀粉的需求日益增长，所以淀粉工业的发展很快。法国、德国、英国、荷兰等国的淀粉厂一般都有几十种产品，有的甚至有一、二百种产品，如荷兰艾维贝公司生产 200 多 种品种。日本的淀粉工业起步较晚，但发展快。目前淀粉年产量已达 200 多万吨，主要品种是马铃薯淀粉。泰国淀粉工业近年发展很快，是后起之秀。目前全国木薯种植面积在 100 万公顷以上，年产鲜木薯 1800吨。全国有 50 多家淀粉厂，淀粉年产量达 150吨，其中有一半出口，主要出口到日本、欧盟、美国、台湾、香港等 50 多个国家和地区，年创汇近 5 亿美元。目前我国也从泰国进口木薯淀粉及木薯干片。泰国木薯淀粉的消费主要是用于加工各类变性淀粉，为造纸、纺织、食品所用，变性淀粉年产量近 50 万吨。 可见，我国在淀粉、 谷朊粉的生产工艺和设备上和世界先进水平仍有一定的差距，今后我们应该注重在这些方面的研究和开发。 心筛在淀粉、谷朊粉生产中的应用 - 4 - 马丁法（面团法）是一种比较传统的淀粉、谷朊粉加工方法，使用的原料是面粉而不是麦粒，加工步骤是和面、清洗淀粉、干燥面筋、淀粉提纯和淀粉干燥。其工艺流程见图 1。 其生产过程为：将面粉和水按一定比例加入到和面机 1 中，经过和面机的充分搅拌使面粉成为面团状，加水静置 20右，使面团中的蛋白质充分吸水形成面筋，然后由人工不断加水、洗涤使面筋与淀粉分离。清洗出来的面筋送到 谷朊粉干燥系统干燥，得到活性小麦蛋白粉即谷朊粉。从和面机中排出的水和淀粉的混合物为粗淀粉浆，粗淀粉浆中含有细小的碎面筋，用振动筛 2 将这些碎面筋去除，在经过 3 级离心筛 3 1、 3 2、 3 3 将淀粉浆中的纤维筛除；然后集中到沉淀池 4 沉淀，经 812h 的沉淀后，淀粉被沉淀在池的底部，放掉池中的水，然后加清水搅拌用泵 5 输送到脱水机 6 脱水，通过螺旋输送机 7 输送到淀粉干燥系统干燥，再经过粉碎机 8、干燥管 9 和卸载器 11 将干燥的淀粉收集，通过关风机，再经过淀粉筛 13 的筛理即为淀粉成品。 从以上生产工艺可以看出，此工艺为间歇式 、半机械化、敞开式的传统工艺。存在着劳动强度大、生产周期长、卫生条件差、出率低、产品质量不稳定、废水排量大等缺点。 - 5 - 下面是我校老师参照国外先进的工艺提出的工艺改进方案，本方案结合我国实情，以国内设备代替价格昂贵的进口设备。其生产的工艺流程见图 2。 其生产过程为： 气力输送系统将面粉输送到面仓 1 内，定量螺旋输送机 2将面粉送到自动活面机 4 中，流量计 3 控制进入和面机的进水量。水和面粉按一定的比例在和面机中被混合成类似牙膏状的面糊；输送泵 5 将这些面糊送到熟化灌 6 中熟化。在熟化过程 中，面糊中的蛋白质充分吸水形成面筋，熟化的时间大约 30化后的 - 6 - 面糊被面团切断机 7 切成小块状，送到带有高速搅拌装置的均质灌 8 中搅拌，使面筋与淀粉分离；然后用泵 9 输送到滚筒筛 10 中将面筋与淀粉分离，使筛上物为面筋，将面筋送到储箱 47 中由谷朊粉干燥系统干燥即为谷朊粉；筛下物为还有淀粉的淀粉浆，将淀粉浆送到下道工序再进行精制和分级。 这道工序中采用新型的带正、反向冲洗的离心分离筛 15 筛理淀粉浆里的纤维。通过旋转的转鼓产生离心力，在离心力的作用下淀粉颗粒通过筛网，而纤维则为筛上物。由于在 筛网的正反面都有高压水冲洗，能将筛网上的糖类和细小的面筋等粘性物质彻底冲洗干净，解决了以前的离心筛常出现筛网被堵塞的现象，提高了分离效果和产量。 离出纤维后的淀粉浆集中在储罐 16 中，这时的淀粉浆是蛋白质和淀粉的混合物，称为粗淀粉乳，再经过泵 17 输送到除沙器 18 除沙，除沙后的淀粉乳从高压泵 20 1 20 12 分别输送到第一组旋流器 21 1 21 12 中进行分离。当高压泵将淀粉乳输送到旋流器中的旋流管内时，沿着旋流管的内壁做高速旋转运动，产生的压力越高，离心力就越大，在离心力的作用下 每级旋流器将淀粉乳分为两部分，即顶流和底流。顶流为密度小的蛋白质和小颗粒淀粉，底流为密度大的大颗粒淀粉。在第一级旋流器 21 1 的顶流中是含有颗粒较小的淀粉和蛋白质的出口，因此再将其送到第二组旋流器（ 6 级）中进一步分离。在第一组旋流器中，第二级顶流送回到第一级的进口处；第三级的顶流送回到第二级的出口处；依次类推，最后一级 21 12 的顶流输送到21 11 的进口处，在最后一级旋流器 21 12 的进口处加清水经过这样的逆流洗涤，在最后一级旋流器 21 12 的底流即为纯净的 A 淀粉乳，储存在储存罐 22 中，在经过自动脱水机 23 的脱水，由螺旋输送机 24 送到气流干燥系统干燥即为 A 淀粉。第二组旋流器的物料来自第一组旋流器的顶流，它是颗粒较小的淀粉和蛋白质混合物，在这一组旋流器中要进一步将淀粉蛋白质分离出来，因此它的压力要调整得比第一组高，工作过程与第一组相同，由高压泵 34 1 34 6 分别输送到旋流器 35 1 35 6 中；第一级旋流器35 1 的顶流为较纯净的蛋白质，再进一步浓缩、干燥即为优质的蛋白粉。最后一级旋流器 35 6 的底流为小颗粒的淀粉，成为 B 淀粉乳，用同样的方法脱水、干燥即为 B 淀粉。 粉和谷朊粉 仍采用气流干燥，和以前的工艺没什么变化。谷朊粉的干燥在造粒部分和蜗壳分离器部分做了改进，湿面筋进入干燥管道后得到瞬时干燥，缩短了受热时间，提高了谷朊粉的活性。 改进后的生产设备及设备，符合我国国情，可大大降低投资。其中 850 型离 - 7 - 心筛，达到国外同类产品水平，国内领先。谷朊粉干燥系统在节能和提高产品质量方面与一般干燥系统相比有了很大提高。 传统和先进的淀粉、谷朊粉的生产都用到了离心筛，开发和研制离心筛对增加产量、提高质量、降低成本、改善卫生条件都有重要意义，离心筛与其他分离设备比较，还具有推动力大、分离 能力强、结构紧凑、附属设备少等特点。离心筛外形见图 图 3 离心筛实图 在小麦淀粉、谷朊粉的加工过程中，圆锥筛处于中间过程中，前面是滚筒筛，下面是水洗涤从圆锥筛出来的粉浆，工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转，受离心力的作用并在水洗涤系统的喷淋下，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动，移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时不能过筛的纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。在生产的过程中采用多台 此种离心筛进行级联，来提高产量，级联后的离心筛如图 4。 - 8 - 图 4 串联的离心筛 圆锥筛在使用时应注意转向，安装电机电缆时应面对进料管，转鼓应为逆时针旋转，电缆需用钢管护套防止浆水和潮气入侵。另外圆锥筛常出现筛网破裂现象，应及时检查筛筒内壁是否光滑，进料管位置是否合理，筛面应及时清理，若发现筛体有剧烈振动，说明筛面有部分残留物，应停机打开端盖进行清理。 - 9 - 3 设计计算 机的选择： 无特殊要求的情况下， Y 系列三相异步电动机较常用，其效率高、工作可靠、结构简单、维护方便、 价格低、启动性好，适用于不易爆、无腐蚀性气体、无特殊要求的场合，主要应用于机床、泵、风机、运输机、搅拌机、离心机、农业机械等。 离心筛属于常速离心机，转速在 800 1000r/间，初步选定转速为 850r/率 18于要考虑实际工作中功率损失和传动效率，选择大于 18电机，经分析选择电机型号为 4。电机技术数据如下表： 型号 额定功率（ 满载转速（ r/ 同步转速（ r/ 级数 2470r/500r/ 级 堵转转矩 /额定转矩 （启动系数） 最大转矩 /额定转矩 （过载系数） 质量（ 90 带的传动设计： 带传动是具有中间挠性件的传动，它利用两个或多个带轮用带作为挠性拉拽零件，工作时借助摩擦或啮合传递动力或运动。带传动具有如下特点优点：带具有弹性，能缓和冲击，吸收振动，故传动平稳噪声小；过载时，带在带轮上打滑，具有过载保护的作用；制造和安装精度要求不是很严格；可传递两轴间距离较远的运动。 普通 V 带传动设计参看机械力学与设计基础 1）确定计算功率 12得工作情况系数表 计算功率 A P=P 为传动名义功率，即额定功率 ) 2）选择 据计算功率 电动机转速），由 2带型号，选择 3)确定带轮基准直径 带轮基准直径 228 表 12出的 C 型号带轮的最小基准直径 200免带的弯曲应力过大导致其寿命降低， 00 - 10 - 大带轮直径 d2=1为滑移率，取值 8501470 200（ =按标准取整 55)验算 v（ m/s） :V=1000600 11 =100060 =s （符合要求） 5）计算中心距和带长： 中心距 d1+ 2（ d1+ 200+355） 2（ 200+355） 1110 取 00长： （ d1+2421 )( =2 900+200+355） +9004)200355( 2 =1800+60024025= 2800算中心距： a= 0=900+61=961虑 整和张紧，中心距应留有调整余量。 最小中心距： 2800=919大中心距： a+61+75=1045）验算小带轮包角： 1=180 - 80 - - 11 - 取 =171 7）确定 V 带根数 Z： i=355/200=次查 12 225 表 12 226 表 12 K=221 表 12 = c ）（ = ）（= Z=4 8）计算初拉力 拉力大小对带传动的正常工作及其寿命影响很大，初拉力不足， 出现打滑，传递载荷能力下降，效率低，也使小带轮急剧发热，胶带磨损；初拉力过大， V 带寿命减低，压轴力增大。因此，合理的预紧力是保证带传动正常工作的重要因素。 本次圆锥筛的设计，考虑到这个问题，在安装电机的支架上打长圆孔，这样可以通过调节电机的位置调节中心距，从而调节初拉力。 单根 V 带合适的初拉力按该公式计算： （ + 计算功率 Z V 带根数 v V 带速度 K 包角修正系数 q V 带单位长度质量（ kg/m）查 12 q=m。 （ ） + =于新带容易松弛，所以对非自动张紧 V 带传动，安装新带时初拉力应为上述初拉力的 9）计算轴压力 V 带在轴上的压力 般可以近似按两边的初拉力 22F0 1 =2 4 =0）带轮的材料、结构和尺寸： 带传动一般安装在传动系统的高速级，带轮转速较高，故要求带轮有足够的强度，带轮常用铸铁铸造，有事也用铸钢、铝合金或非金属材料。当带轮圆周速度 s 时，采用 度更高时，可采用铸钢或钢板冲压后焊接；传递功率较小时，带轮材料可采用铝合金或工程塑料，这里选用铸铁（ 带轮的结构一般由轮缘、轮毂、轮辐等部分组成。轮缘用于安装传动带；轮毂用于安装在轴上；轮辐或腹板用于联结轮缘与轮毂。设计带轮时，为使其结构便于制造，质量轻，并避免由于铸造产生大的内应力。带轮工作表面应保持适当的粗糙度，以免带快速磨损。大带轮采用轮辐式结构，轮辐截面为椭圆形，轮辐数目根据带轮直径选取，这里带轮轮辐选择四个。小带轮采用腹板式，带轮其他部分的尺寸按照经验公式决定。轮槽的形状和尺寸与相应型号的带截面尺寸相适应。规定梯形 轮槽的槽角为 32、 34、36和 38等四种，都小于 V 带两侧面的夹角 40，这里选用 36。 轴的设计 轴主要用于支撑旋转零件（凸轮、轴承和带轮等）传递运动和动力。旋转零件绕轴线转动传动转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。轴按承载情况不同分为转轴、心轴、传动轴三种。由于圆锥筛所用的轴即传递扭矩又承受弯矩，所以我所设计的阶梯轴为转轴，由于小带轮已经设计好，大带轮的尺寸也就定了，只剩下轴径的确定，轴的初步设计是根据扭转强度，校核弯曲强度，由于轴的材料很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度、和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑制造加工工艺并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料，选用最常见的 45 钢作为轴的材料，并做正火处理，由 械力学与设计基础表 16得 b=600 1=55 轴的结构外形主要取决于轴的安装位置及形式，轴上零件的布置和固定方式，受力情况和加工工艺等。轴的结构设计要求：轴和轴上零件要有准确、牢固的工作位置；轴上零件装拆、调整方便；轴应具有良好的制造工艺性等；尽量避免应力集中。 1）轴最小直径的确定： 电机转速为 1470r/算得，主轴 转速为 878r/机 P=22轴传递功率为 2（ 为带轮传递效率），由机械设计课程设计指导查表 1 =主轴传递功率为 22 d 0 = 13 - =1183 18 轴段有键槽，应该加大 5%以适当增加轴径补偿键槽强度的消弱，取 d=40 2）轴各段直径的 确定： 0计时应注意：装滚动轴承的轴径应与轴承内孔尺寸保持一致，轴上两处安装轴承处应采用同种型号的轴承，便于轴承座及轴的加工；轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力，它有一定的要求：轴肩处直径差一般取 5里取 5 3）轴各段长度的确定： 小带轮宽度已经确定，即电机伸出的轴长，查机械课程设计指导书表 120大带轮宽度同样为 80 0据各方面考虑 5 所选轴承内孔为 50步选择双列圆锥滚子轴承选择理由 将在后面轴承选择中详细介绍， 0。 0005000 下面是轴的示意图： 图 6 轴的示意图 的计算选择： 圆锥筛上用到四个键，分别是小带轮与电机相连的键、主轴与大带轮相连的键、主轴与转鼓相连的键、主轴与分水盘相连的键，他们均采用普通平键，靠侧面受挤压来传递载荷，对称性好，易拆装，无轴向固定作用，精度较高，用于高速轴或受冲击，正反转的场合。一般采用铸铁制造 ，根据与其配合的轴的长度选用标准键长。根据机械力学与设计基础 16得 P=55用剪切应力 =90电机输出转矩 T1=n 549 22/1470=m=142900N/- 14 - 主轴传递转矩 T2=n 549 78=m=229700N/据机械课程设计指导书 4 1） 电机与小带轮上的键： d=48b=12h=8l=63p= 142900/48 8 63= P=2 故 P=轴承 1： 872N P=872N 对轴承 2： 617N P=617N 2) 计算轴承寿命： 由 717 =10/3 - 20 - C=87860106 10=610 h 假设每天工作 12 小时，一年工作 300天，设备使用 5年，则 12 300 5=18000h,可见该轴承完全符合要求。 - 21 - 4 机架的设计 机架的设计在前面方案论证中已经提到，在机器中支撑或容纳零部件的零件称之为机架，所以机架是底座、机体、床身、桥架、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。按机架分类所用材料分类，圆锥筛采用的是金属焊接机架。主要 是焊接机架结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，但其抗振性能比较差。强度、刚度、稳定性是机架设计的主要准则，也是评价机架工作能力的主要标准，合理的设计机架的截面形状和尺寸、注意机架的整体布局。设计机架通过了以下几个设计步骤： （ 1）初定机架的形状和尺寸 机架的结构形状和尺寸取决于安装在它内部的零件和部件的 形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决与所受载荷、运动等情况，然后，综合上述情况和有关资料，并参考现有同类型机架，初定拟定出机架的结构形状和尺寸。由于在 小麦谷朊粉的加工过程中，由其加工工艺流程图可知，离心筛的装置都在上层，所以不可能采用又重又笨的铸铁机架，所以采用由钢板、型钢、铸钢焊接而成的机架。机架的大致尺寸为高 1117、长 993、宽 750，要考虑起具体形状和电机、轴承座的安装还有带轮罩的固定。 （ 2）机架的造型设计，虽然材料一定，但机架也要求内外质量的统一，考虑到角钢的等边性把角钢用于底座和支撑轴承座，外观上做成梯形架子，两边角钢分别向两边斜去，这样既增加了机架的稳定性、又使整个机架看上去简单轻便。同样角钢上面是四块角钢焊接的一个长方形用来支撑板 ，板在角钢上焊接，下空，因而有利于在板上打通孔和轴承的调节，轴承调节是通过连接部分的螺栓孔做成长圆状的来实现。而下面是由两个空心钢来支撑电机下的板，空心钢强度和刚度都很高，所以不会出现强度或刚度不足现象。 （ 3）作为焊接机架应合理布置焊缝和提高焊缝的可靠性，而且焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件；焊缝布置应尽量对称，最好至中性轴的距离 相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝要不要布置在加工面和需要进行表面处理的部位上；更要注意不要让焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断，主要焊缝联系。减少应力集中，如尽量采用对接接头；减少残余应力，焊后热处理等。 （ 4）尽可能采用标准型材，板材，减少加工量。机架主要由空心钢、角钢、钢板等型钢焊接拼而成，它们性能的好坏直接决定着机架整体性联结结构的刚度直接影响机器 - 22 - 的工作性能。为保证机架刚度应注意改善联结部位的受力状况、合理提高接触表面的平面度公差等级及改善其表面粗糙度、螺栓最好前后、左右对称布置。 整个机架设计完以后，既要注意满足强度、刚度、稳定性的要求，又要注意外形的美观和人机工程性，方便操作。造型好，使其既适用经济，又美观大方。 设计过程中还要注意一下几点 ： 1） 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底； 2） 抗振性好； 3） 由于内应力及温度变化引起的结构变形应力最小； 4） 结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； - 23 - 设计感想 写到这里才稍微松了一口气，毕业设计终于接近尾声了。在这里首先要感谢吕老师给我的帮助，由于是第一次搞一整套机器的设计，刚开始根本不知道从哪里下手，我们一度迷茫，吕老师从繁忙的工作中抽出时间给我们讲解，给我们找资料，并给我们了许多意见建议，对我们的毕业设计有莫大的帮助，我向吕老师表达我真挚的谢意！ 以前我们还在感叹别人的毕业设计是多么的精致、富有创意，现在我完成了属于自己的设计，这种心情难于言表，也 觉得自己充实了很多 、收获了很多。 毕业设计 这段时间 ，感觉比前面三年的任何 时候都 快乐 、轻松 ，在轻松和 快乐中 安排学习， 时间完全属于自己，也锻炼了自制力 。我动脑筋了 、 思考了， 不再是老师一味的灌输知识，而是应用自己的知识解决问题， 总之，我感觉自己在研究或自主工作方面更成熟了。 搞设计是一项体现一个人全面专业水平的任务，要想搞好设计，就得提高自己的专业水平，提高自己理论联系实际的能力，拓宽知识面，另外，还必须有毅力、 耐心，有认真仔细的工作态度，也必须活学活用，不能死搬硬套，钻牛角尖。 我也深深感到知识和能力上的不足，设计是一个学习的过程。通过这次设计，我了解到搞设计的过程，并积累了不少的经验和教训，这为即将为以后的学习和走向工作岗位打下基础。从开始的实习和调研到最后的计算和出图，其中的每一步都是至关重要的，它们是设计的一个首要条件，缺一不可。可能是在刚开始的时候没有能够认识到这些过程的重要性，只是 了了而过，事后仅仅凭借自己的脑子来回忆当时所看到的是远远不够的，所以说这次的毕业设计给以后的工作打下了很好的基础，这也是大学 到社会的一个过渡，相信留下的这些教训和经验会指导我今后的工作怎样才能做的更好。 总之，毕业设计的一段时间，我和其他同学一样，在设计过程中遇到了种种挫折和难题，但都一一地解决了。也许最后的效果并不是象我们想象中那么完美，但是努力过了，经历过了，我们坚持下来了，我们就是成功的。 - 24 - 参考资料 1 杨黎明、杨志勤 王少环 李铁成 肖旭霖 中国轻工业出版社， 2000， 67 5 无锡轻工业学院、天津轻工业学院 轻工业出版社， 1983， 97 6 刘品，徐晓希 哈尔滨工业大学出版社， 2004， 41 国家标准机械制图应用示例图册 1985， 152 8 朱辉 上海科学技术出版社， 2003， 337 田孝俊，任伟 淀粉与淀粉糖 ， 2004，（ 7）： 37 10 史建新 , 周向农 选棉粕的原理与试验 2000，（ 3）： 191 曹立和，周鲁惠 淀粉与淀粉糖 ， 1999，（ 2）：31 12 张钟，魏小波 食品科学 ， 2004，（ 9）： 1213 徐灏 中国科学出版社 ， 1991 14 成大先 化学工业 出版社， 2003 15 刘嗣麟 郑州大学 出版社， 2002 毕业设计说明书 题 目 : 圆锥筛的设计 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： I 毕 业 设 计 中 文 摘 要 摘要 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的 主流食品。食品工业也已成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅速。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和干预达到最佳配合，以设备革新和创新促进工业的改进和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。在食品加工中，由于原料和加工用途不同，分离机械也是多种多样的，因为离心机通常做成圆锥状，所以也叫圆锥筛。圆锥筛在食品工业中应用较多，并且必将日益推广。因为圆锥筛与其他分离设备比较，具有推动力大，分离能力强结构紧凑，附属设备少等优点，因此应用越来越广泛。 圆锥筛的工作过程如下 ：通过电机驱动机构将动力传递到轴，使锥筛转动。工作时，浆料搅拌均匀后进入筛筒底部；由于离心力的作用浆料沿着筛面运动并向外部移动，细小的淀粉颗粒透过筛网排出；同时，纤维在离心力的作用下由出料口排出。 次 1 圆锥筛 概述 1 究圆锥筛的目的和意义 1 锥筛国内外发展概况 3 2 圆锥筛方案论证 4 3 设计计算 6 6 的设计与计算 6 的设计计算 9 4 方案实现 14 作机构 14 撑机构 15 结 束语 18 致谢 20 参考文献 21 毕业设计说明书 题 目 : 圆锥筛的设计 院系名称： 机电工程学院 专业班级： 学生姓名： 学 号： 1 毕 业 设 计 中 文 摘 要 摘要 随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的 主流食品。食品工业也已成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅速。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和干预达到最佳配合，以设备革新和创新促进工业的改进和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。在食品加工中，由于原料和加工用途不同，分离机械也是多种多样的，因为离心机通常做成圆锥状，所以也叫圆锥筛。圆锥筛在食品工业中应用较多，并且必将日益推广。因为圆锥筛与其他分离设备比较，具有推动力大，分离能力强结构紧凑，附属设备少等优点，因此应用越来越广泛。 圆锥筛的工作过程如下 ：通过电机驱动机构将动力传递到轴，使锥筛转动。工作时，浆料搅拌均匀后进入筛筒底部；由于离心力的作用浆料沿着筛面运动并向外部移动，细小的淀粉颗粒透过筛网排出；同时，纤维在离心力的作用下由出料口排出。 2 圆锥筛 概述 究圆锥筛的目的和意义 淀粉工业是最古老的 食品 工业之一。最初的工业化生产大约在 1830 年。因为淀粉工业既是基础工业，又是食品工业，所以一个多世纪以来发展很快。世界淀粉年产量，在七十年代中期为 700 多万吨，到八十年代中期已有 1800 多万吨，九十年代初期达到 2000 万吨，目前已超过 4600 万吨。其发展速度是令人瞩目的。我国小麦淀粉的生产主要集中在江、浙、沪、豫、鲁等地区 不完全统计，全国小麦淀粉生产厂约 70 80 家。我国小麦淀粉的生产原料全部为面粉而非小麦。 从小麦淀粉中提取出来的谷朊粉 又称活性面筋粉，是以小麦为原料，经过深加工提取的一种纯天然谷物蛋白 。 谷朊粉是一种优良的面团改良剂，广泛用于面包、面条、方便面的生产中，也可用于肉类生产中作为保水剂。目前国内还把谷朊粉作为一种高效的绿色面粉增筋剂，将其用于高筋粉、面包专用粉的生产，添加量不受限制。谷朊 粉还是增加食品中植物蛋白含量的有效方法。 生产谷朊粉一般是把淀粉从小麦淀粉里分离出来。谷朊粉又称活性面筋，是从小麦淀粉中提取出来的天然蛋白质，和水既成面筋，含有 70% 80%的蛋白质。所谓的活性，有资料解释为小麦淀粉的吸水性和黏弹性的结合，而实际上通常以吸水率来衡量其活性。 谷朊粉生产工艺如下所示：湿面筋经过脱水机脱水后，去除掉面筋中所含的游离水份，进入造粒机造粒，将面筋切成小薄片状，再送进混合机中与干粉混合，使其表面粘裹一层干粉。从而避免了面筋间的互相粘连。然后进入环形干燥管道内进行干燥。物料运行 到粉碎机位置时被高速旋转的粉碎机打板打碎，这时面筋成颗粒状。并以 70 m/ 行中颗粒间互相碰撞，并被粉碎。当物料运行到离心分离器时，被分成两部分 ;较大的颗粒从分离器的底部卸出，同热气流一起再返回到环形干燥管内进行干燥和粉碎 ;而细小的粉尘则由分离器的顶部进入脉冲布袋除尘器，经过布袋过滤后将 3 物料送到分配器内，净化后的空气则通过风机排向大气。在分配器中物料分成两部分，一部分进入成品筛经过筛理即为成品。另一部分则汇同筛上物一起被送进混合机与湿面筋混合，以保证湿面筋所需的干粉 ，为空气加热器。 图 1 细淀粉乳中所含的淀粉及麸质在相对密度，粒径等方面有很大差别，利用这些差别，采用不同的方法可将其分离。目前蛋白质与淀粉的分离按原理及操作方法不同分为很多中。在我所做的毕业设计中，主要是用离心分离法将淀粉与蛋白质分离，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。淀粉离心分离机是一种高速旋转、连续出料的碟片喷嘴类分离机 ，因为它一般设计成 圆锥状，所以也叫圆锥筛。 圆锥筛 是利用离心惯性力实现物料中 固液或液液固三相见的分离。食品工业中应用圆锥筛的场合很多，如制糖工业的砂糖分蜜、制盐工业的晶盐脱卤、淀粉工业的淀粉与蛋白质分离、油脂工业的食油精制，以及啤酒、果汁、饮料的澄清，味精、桔油 和酵母分离等，都要使用圆锥筛。 在小麦谷朊粉的加工过程中，圆锥筛处于中间过程中，前面是滚筒筛，下面是水洗涤从圆锥筛出来的粉浆；在生产的过程中采用多台此种离心筛进行级联， 4 来提高产量。该设备适合于淀粉纤维的筛分，机组具有处理量大、动力小、运行平稳、易于安装等优点，便于实现规 模化的淀粉生产。 圆锥筛是利用转鼓转动时产生的离心力使淀粉乳和纤维、麸皮分开，在离心筛的转动下产生离心力，淀粉与麸质的相对密度差增加了几倍，这时分离的速度和质量有很大提高，所以大中型淀粉厂都采用离心分离淀粉与麸质。圆锥筛的工作过程大致如下：该机构由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成；采用不锈钢材料，使设备不受侵蚀经久耐用。工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动；在水洗涤系统的喷淋下。移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网 排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。 圆锥筛在食品工业中的应用范围对产量增加、提高质量、降低成本和改善卫生条件等方面具有重要的现实意义。 锥筛 国内外发展现状 ： 我国生产小麦面筋的历史 很早，如考麸、水面筋。但是生产谷朊粉的历史却不长，生产技术和设备也很落后，大多采用手工操作的马丁法。与之相关的技术的研究也很滞后。近几年国内一些单位耗巨资全套或部分引进了国外的一些先进工艺与设备，如河南省安阳面粉厂引进的芬兰瑞休公司的年生产 2 万吨的生产线，但并未及时消化吸收，设备没有国产化，生 产成本维护高，对多变的市场缺乏应变能力，其产品与国外相比缺乏竞争力，国内也未形成一个系统的行业。 目前，我国谷朊粉生产企业少，规模不大，大部分为年产 300 吨以下的小厂，且工艺落后，设备陈旧，产品率低，产品质量不能保证，总的来看，谷朊粉在我国还处于起步阶段。 国内生产谷朊粉的设备和技术落后，主要表现为加工量小、污水量大、产品收率底、产品质量差等缺点。国外同类企业已经有成熟的生产工艺、技术和设备，所生产的谷朊粉质量好，生产过程中的工业废水排放量少。 在改革开放的大好形式下，由于引进和消化了国外的先进技术和设备，我国小麦产后加工行业的技术水平已经在向国际靠拢。但是由于我国的国力不是很强，底子薄，不可能大量引进，必须走国产化道路，这是行业技术改造的方向 谷朊粉在国外主要由加拿大、美国、欧共体、澳大利亚、日本等国家和地区生产 。我国生产小麦面筋的历史也很早，如考麸、水面筋。但 由于谷朊粉的广泛 5 应用及淀粉用量的增加，使小麦淀粉生产主要集中在澳大利亚、新西兰、美国及欧洲的法国、荷兰、英国等地。其加工工艺及设备代表着当今世界小麦淀粉工业的发展方向。 其中 美国的淀粉产量居世界首位 ， 司是世界上最大的淀粉企业，在 40 多个国家拥有淀粉 厂。因为美国的糖品消费主要是淀粉糖，加之以淀粉原料制造许多新材料，对淀粉的需求日益增长，所以淀粉工业的发展很快。法国、德国、英国、荷兰等国的淀粉厂一般都有几十种产品，有的甚至有一、二百种产品，如荷兰艾维贝公司生产 200 多种品种。日本的淀粉工业起步较晚，但发展快。目前淀粉年产量已达 200 多万吨，主要品种是马铃薯淀粉。泰国淀粉工业近年发展很快，是后起之秀。目前全国木薯种植面积在 100 万公顷以上，年产鲜木薯 1800吨。全国有 50 多家淀粉厂，淀粉年产量达 150吨，其中有一半出口，主要出口到日本 、欧盟、美国、台湾、香港等 50 多个国家和地区，年创汇近 5 亿美元。目前我国也从泰国进口木薯淀粉及木薯干片。泰国木薯淀粉的消费主要是用于加工各类变性淀粉，为造纸、纺织、食品所用，变性淀粉年产量近 50 万吨。 2 圆锥筛 方案论证 从小麦中 提取淀粉，过去是采用发酵法，即将小麦加水浸软、磨碎后，进行加酸发酵， 使包围在淀粉颗粒周围的细胞被溶解而淀粉易于分离。但该法面筋的损失较多，而且淀粉中蛋白质不易去尽，影响淀粉质量，目前已被马廷法所代替。上述小麦淀粉的提取方法是属于分段处理，不能连续操作。国外曾报道过连续式制法，工序基 本上相同，只是需采用连续设备组合起来进行生产。近年来，还有以小麦为原料生产淀粉的阿耳塞廷法。该法生产原理与玉米淀粉生产工艺相同。 小麦淀粉颗粒的特点是颗粒的双峰值，即小麦淀粉的颗粒度分布在两个范围，即通常称为 A 淀粉 B 淀粉。正是由于小麦淀粉的这种特殊性，使得小麦淀的加工和纯化技术相对复杂，在加工工艺中必须注意到两个问题，其一是蛋白质的吸水膨胀特性，在机械力的作用下形成粘性很大的面筋质，第二是由于小麦淀粉中存在两种颗粒形状的淀粉微粒，而且其物理 性质差别很大。采用小麦淀粉 ，淀粉的收率约为 62%，谷朊粉的回收率 可达到 右，设计圆锥筛对淀粉颗粒进行分离时，这些都是必须要考虑的因素。 圆锥筛的机构由进料机构、洗水机构、筛分机构和机架组成；采用不锈钢材料， 6 使设备不受侵蚀经久耐用。工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动，并同时向外沿移动；在水洗涤系统的喷淋下。移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。 圆锥筛的 锥型转鼓的锥角对圆锥筛的性能影响是很大的。锥角增大则生产能力增加，但滤渣含湿量也 增高。锥角过大，滤渣太湿，无法满足生产要求；锥角过小， 物料在转鼓中的停留时间延长 ，滤渣干燥程度提高，但生产能力降低；锥角过小，物料停滞在转鼓上，不能自动卸料 。所以，必须根据淀粉颗粒的特性，正确设计合理的转鼓锥角，在这里根据经验选用转鼓的锥角是 40 度。 装置中动力机构的选择必须合理，因为圆锥筛主要是靠强大的离心力将不同淀粉颗粒分离开，所以电机的转速一般要求很高。选择电动机的转速还应该考虑谷朊粉的产量，确定圆锥筛转鼓的转速进而选择合适的电机类型及电机转速。圆锥筛的传动装置采用带传动，它能缓和载荷冲击，运行平稳无 噪声，制造精度相对来说不是很严格。轴的设计也很重要，考虑到转鼓的高速旋转，轴必须具有它的振动稳定性。在设计时，除应按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计 上还必须满足其他一系列的要求，例如：轴的轴向固定和周向固定；轴的加工、热处理、装配、检验、维修等都应有良好的工艺。支撑轴颈部位的轴承也是设计中需要重点考虑的。圆锥筛的转鼓作高速旋转，同时引起径向冲击力和轴向冲击力，根据轴承承受载荷能力的特点，选择能同时承受径向和轴向载荷的滚动轴承。其次，圆锥筛的目的是筛分不同颗粒的淀粉，一些淀粉颗粒要穿过筛孔， 筛孔很容易被堵塞，因此圆锥筛的清洗机构也是设计中需要考虑到的关键问题。还有筛体的支撑，考虑到离心力所引起的强大的惯性冲击力，筛体的支撑机构必须具有足够的强度而且能起到缓冲的作用。 动力机构与执行机构的总体布局必须合理，不仅考虑传递动力时的方便性和可行性，还要考虑整体结构的合理性，使整体看起来紧凑大方。电动机和轴的相对位置安排是机构选型和组合安排必须考虑的因素，带轮的张紧要设计合理。机架起着支撑轴系、保证传动件和轴系正常运转的重要作用， 因此 机架要遵循省材和简易的原则 ，主要是整体结构的合理紧凑性。标准件的选取要 根据设计的尺寸选取。 我国很多中型淀粉加工厂采用全分离机分离流程，即多采用 4 串联的方法，可见谷朊粉加工流程图，并不是只用一台圆锥筛就行的。圆锥筛的设备一般会布置在二楼，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以机架的制造方法不能采用铸造，虽然精度要求不高，因而采用焊接机架，它主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，在很多机器外壳的制造生产中都广泛使用。 3 设计 计算 机的选择 工业上一般用三相交流电源，无特殊要求一般应选 三相交流异步电动机。最常用的是 效率高、工作可靠 、结构简单、维护方便、价格低，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的场合。具有国际互换性特点。所设计的圆锥筛属于常速离心机，转速在 800以初定圆锥筛的转速为 850r/择电动机型号为 Y 系列笼型三相异步交流电动机。考虑到功率损失和传动中的效率， 电机的基本参数如下 : 型号 额定功率 （ 满载转速 （ r/ 额定转矩 N m 最大额 定矩 N m 质量 180470 60 表 1 的设计与计算 带传动是利用张紧在带轮上的带，借助它们间的摩擦或者啮合，在两轴间传递运动或动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉、不需要润滑以及缓冲吸振等特点，在近代机械中被广泛应用。 带传动是具有中间挠性件的一种传动，它有下列优点：能缓和载荷冲击；运行平稳，无躁声；制造和安装精度要求不是很严格；过载时将引起带在带轮上打 8 滑，因而可防止其他零件的损坏；可增加带长以适应中心距较大的工作条件。在本次设计中选用普通 V 带 ，它由顶胶，抗拉体，底胶和包布组成。 V 带的计算内容 ： （以下内容参照机械设计教材 （ 1） 、定 计算项目 计算内容 计算结果 工作情况系数 由表 计算功率 1 . 1 1 8 . 5c 2 0 W选带型号 由图 选择 B 型带 小带轮直径 由表 取 00带轮直径 1122(1 ) 2 0 0 1 4 7 0( 1 0 . 0 1 ) ( 1 % )850 取2 355D m m选大带轮转速 1122(1 ) 2 0 0 1 4 7 0( 1 0 . 0 1 )355 2 8 5 1 / m 2） 、计算带长： 求200 3552求 212200 3552 初取中心距 900a 带长 22 a a 2702 7 7 . 5 2 9 0 0900 2653L 基准长度 由图 2800dL 3） 、求中心距和包角 9 中心距 221 ( ) 844m D 222 8 0 0 2 7 7 . 5 1 ( 2 0 0 2 7 7 . 5 ) 8 7 7 . 544 小带轮包角 211 8 0 6 0 3 4 0 2 0 01 8 0 6 09 7 8 . 7 1 （ 4） 、求带的根数 带速 1160 1000 v m s 传动比 121440851ni n 带根数 由表 0 5 P 表 由表 由表 0 P K W00() P k k 2 0 . 3 5( 5 . 1 5 0 . 3 6 ) 0 . 9 8 1 . 0 5 取 4z （ 5） 、求轴上载荷 张紧力 20 2 . 55 0 0 ( )q vv z k( 0 / )q kg m 22 0 . 3 5 2 . 5 0 . 9 85 0 0 ( ) 0 . 1 7 1 5 . 8 91 5 . 3 9 4 0 . 9 8 0 上载荷 102 s i 01 7 1 . 42 4 2 9 0 . 6 s i 2 3 1 8 6） 、带轮的结构和尺寸 带轮由三部分组成：轮缘，用以安装传动带；轮毂，用以安装在轴上； 轮辐或腹板，用以联结轮缘与轮毂。带速小于等于 30传送带，其带轮一般用 速时宜使用钢制带轮，起速度可达 45m/s。 设计带轮时，为使其结构便 10 于制造，质量轻，并避免由于铸造产生过大的内应力。 带轮工作表面要保 证适当的粗糙度值，以免把带很快磨坏。 大带轮采用轮辐式结构，轮辐截面为椭圆形，其长轴与回转平面重合。轮辐数目根据带轮直径选取，这里带轮的轮辐选择四个。（带轮直径小于 500小带轮采用腹板式，带轮其他部分的尺寸都按照经验公式决定，在这里参考机械零件手册确定带轮其他部分的尺寸。 的设计计算 轴是组成机械的重要零件之一，它是安装各种传动零件，使之绕其轴线转动传动转矩或回转运动，并通过轴承与机座相联接。轴与其上的零件组成一个组合体 轴系部件，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零、不见的整个结构密 切联系起来。 由于圆锥筛所用的轴即传递扭矩又承受弯矩，所以我所设计的阶梯轴为转轴，由于小带轮已经设计好，大带轮的尺寸也就定了，只剩下轴径的确定，轴的初步设计是根据扭转强度，校核弯曲强度，由于轴的材料很多，主要根据轴的使用条件，对轴的强度、刚度、和其他机械性能等的要求，采用热处理方式，同时考虑制造加工工艺并力求经济合理，通过设计计算来选择轴的材料，选用最常见的 45#钢作为轴的材料 ,且其需用切应力为 40与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来 。轴的 结构设计是在初算轴径的基础上进行的。为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆 ，通常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。 轴的材料选用 45 号钢，为保证其力学性能，进行调质或正火处理。 轴 的计算内容 ： （以下设计内容参照机械设计课程设计 机械设计 1、 初步计算轴的直径 按照扭转强度估算轴的最小直径，写成设计公式，轴的最小直径 633m i n 9 . 5 5 1 00 . 2 表 c=112, p= n=851,代入设计公 11 式得虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。取轴的直径 d 为 40最右端装带轮处的直径为 40装有密封元件和滚动轴承处的直径，应与密封元件和轴承的内孔径尺寸保持一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。 相临轴段的直径不同形成轴肩 。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度 ，轴肩处的直径差一般取 5 10里轴肩出的直径差选择 5后协调各段轴的长度，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有螺钉等的长度及其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度如下所示： 图 2 2、 轴承、轴承座、 和键的选择 轴承选用滚动轴承，是标准件，由专门的轴承工厂成批生产。在设计的过程中只需根据工作条件选用合适的滚动轴承类型和 型号进行组合结构设计。滚动轴承安装、维修方便，价格也较便宜，故应用很广。 这里选用圆锥滚子轴承，它有大的锥角，能同时承受径向和轴向载荷，承载能力大。内外圈可以分离，安装时可调整游隙。通常成对使用。查看机械设计手册第二卷 7用双列圆锥滚子轴承（ 299它的基本参数如下： d =505=90本额定载荷 45 轴承确定之后，根据轴承选用配套的轴承座。参考机械设计手册第二卷 7用异径 孔滚动轴承座（ 7813它的基本尺寸如下： D=9000H=60L=205 轴和带轮的联接，采用普通平键联接，参考机械设计手册第二卷 用普通平键（ 1095公称尺寸 b h 为 12 8， 12 8 以及 10 8。根据与其配合的轴的长度选用标准的键长，一般键的长度不超过（ d，选择键 长分别为 634522靠侧面传递转矩，对称 12 性好，易拆装，无轴向固定作用，精度较高，用于高速轴或受冲击，正反转的场合。 3、 轴的强度校核 轴的强度计算主要有三种方法： 许用切应力计算；许用弯曲应力计算；安全系数校核计算。许用切应力计算只需要知道转矩的大小，方法简便，但计算精度较低。弯矩等的影响，可在计算中适当降低切应力。许用弯曲应力计算必须先知道作用力的大小和作用点的位置、轴承跨距、各段轴径等参数 。 为此，常先按转矩估算轴径并进行轴的结构设计后，即可画出轴的弯扭合成图，然后计算危险截面的最 大弯曲 应力 。它主要用于计算一般重要的、弯扭复合的轴，计算精度中等。安全系数校核计算也要在结构设计后进行。以上三中方法可以单独或逐个使用。一般转轴按许用弯曲应力计算已经足够，不需要再用安全系数法校核。这里使用许用弯曲应力计算对轴进行校核。 由以上可知轴径是按扭转强度初步设计的，所以要校核轴的弯曲强度，轴的强度校核也就是找出危险截面，看危险截面是否满足轴径条件，如果危险截面满 足，那么别的轴径肯定满足；根据轴的实际尺寸，承受的弯矩、扭矩图考虑应力集中，表面状态，尺寸影响等因素，及轴材料的疲劳极限，计算危险截面的情况是 否满足条件。我所校核的轴是根据许用弯曲应力校核的，即由弯矩产生的弯曲应力b不超过许用弯曲应力 b，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受力图，并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。然后作出水平面上的弯矩和垂直面上的弯矩图，作出合成弯矩图和转矩图，绘出当量弯矩图。 轴上的受力比较复杂 ，经分析综合及简化，轴上作用力可以简化为承受锥筛的压力及带轮对轴的压力两种。 筛体的压 力 G= 2 26 0 0 2 6 5( ) 6 9 2 ( ) 2 6 0 0 . 0 63 2 3 2 故 37 . 8 5 0 . 0 6 9 . 8 1 0 4 7 1 0 带轮对轴的压力 318N（经前面计算） 轴的具体受力示意图如下： 13 由转矩平衡条件 ：21 0 8 2 5 5 ( 2 5 5 1 4 8 ) 2 3 1 8 ， 解得 ：2669N； 由轴上受力平衡条件：1+669=4710+2318， 解得 ：1359N 轴上受力如下所示 ： 轴上弯矩图如下： 14 由图可知，轴的危险截面在左边轴承支撑处，根据轴的弯曲强度校核条件，计算应 满足：30 1b 代入数据，解得b= 1b=75轴的危险截面已达到强度条件，其他截面也是安全的。 4、 轴承的校核（以下内容参照机械设 计 根据前面所述，轴承选用双列圆锥滚子轴承，代号为 352210E，它的基本额定动载荷 4518算系数 e=)r a F Y F f P ：当量动载荷； X ：径向动载荷系数； 径向载荷； Y ：轴向动载荷系数； 轴向载荷； 冲击载荷系数。 359N，N，故aF/ X=1； 由表 入得 P= 16670r P N 额定动载荷； ：寿命指数； 预期使用寿命。根据离心机每天 12 小时工作，满载荷使用，预期使用寿命为 25000 小时，将数据代入公式得： 15 103 8 5 1 2 5 0 0 0 8 5 7 4 . 7 16670=9345 结论：选用型号为 352210E 的双列圆锥滚子轴承完全满足要求。 4 方案 实现 工作机构 从网上看到的牧羊集团和郑州淀粉加工厂的圆锥筛的图片对我的设计起了很大作用，对我的饿是设计有很大的帮助，通过观察它们的外形，有利于我们机架和整体结构的设计，还有一些韦斯伐里亚公司的谷朊粉的加工工艺过程和原理，更是使我们清楚地了解了我们所设计的产品的用处和原理。 在生产的过程中采用多台此种离心筛进行级联，来提高产量。该设备适合于淀粉纤维的筛分，机组具有处理量大、动力小、运行平稳、易于安装等优点，便于实现 规模化的淀粉生产。 我所设计的圆锥筛大概这种形状，不过我的筛门是在最左端用铰链和手轮开的一个圆形门，下面图片是从上面打开盖，还有我的机架是角钢焊接而成，而并不向图中的由钢板，左边部分结构有些类似，支撑筛体的板没有如此宽我是在电机下面的板上打了长圆孔以便调节带轮的中心距，也就是对带轮的张紧。 图 3 16 圆锥筛主要由转鼓、喷嘴、横轴、传动机构和进出料管构成，采用不锈钢材料，使设备经久耐用。 由图中可看出最左端大圆筒是进料口，小圆筒是进水口，直径分别 D=80，小口直径 d=40；进去之后水打到正在告诉旋转 的分水盘上，分水盘是由三个叶片组成的。 电机带动带轮传递到轴，使锥筛转动，工作时浆料通过均匀机构均匀后进入筛筒底部，筛筒由动力机构驱动高速旋转；受离心力的作用，浆料沿着筛面作圆周运动， 在水洗涤系统的喷淋下， 并同时向外沿移动 ，移动过程中，细小的淀粉颗粒透过筛网排出，同时纤维在离心力的作用下连续向转鼓的大端滑动，排出转鼓。 转鼓内有一组用不锈钢制成的碟片，碟片间有一小层空间。 有麸质的淀粉乳由圆锥筛上部的进料口送入转鼓，高速旋转的转鼓带动物料旋转产生很大的离心力，在强大的离心力作用下，淀粉、麸质、纤维和脂肪等由于相对 密度的差异较大，故所受离心力也不同，从而产生加速或滞后现象。其中相对密度较小的麸质、纤维和脂肪等由于所受浮力大于离心力，在碟片之间的薄层沉降区内沿碟片随水流留在转鼓和筛网中间，由一块斜板向出渣口留去，而密度较大的淀粉颗粒，由于受到较大的离心力的作用，则穿过筛网然后再由出料口流出。不过我国很多中型淀粉加工厂采用全分离机分离流程，即多采用 4见谷朊粉加工流程图，并不是只用一台圆锥筛就行的。 筛体的外壳是一个拱形的钢板，由铰链机构和一个圆的钢板联结，即圆锥筛的门，可以很方便 地 拉手柄开关筛们 来清理或修理筛的内部结构，右端经过把一个刚体焊接到轴上用螺 栓 把筛体和轴联结起来，周围用四到六个螺 栓 ，用一个大的紧钉 螺母把分水盘固定在轴上 ，即连接筛体 达到 有效的 筛分效果。筛体内有一个分水转盘，由三 或四 个叶片组成，依靠它旋转 时产生强大的惯性力将喷射到它上面的压力水打散开来，与物料混合。分水盘与筛体通过四个螺栓连接，固定在一起。常用圆锥筛的转鼓的外缘有 8喷嘴 。进去之后水打到正在 高速 旋转的分水盘上，水打上立即分向四周散去，与物料混合，并由于筛鼓的转动的离心力由下端和上端大，中间小形状的喷嘴喷出，粉浆经过筛网 后从出浆口流出，而杂质则留在转鼓内经过一个斜板从出渣口滚出；粉浆则流向下一道工序 。 筛体内部的清理可以通过拉开筛门来实现，也可以直接 注入压力水，让转鼓旋转来清理 筛体 内部残留的杂物。 支撑机构 17 在机器中支撑或容纳零部件的零件称之为机架，所以机架是底座、机体、床身、桥架、壳体、箱体以及基础平台等零件的统称。按机架分类所用材料分类，圆锥筛采用的是金属焊接机架。主要是焊接机架结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料，但其抗振性能比较差。强度、刚度、稳定性是机架设计的主 要准则，也是评价机架工作能力的主要标准，合理的设计机架的截面形状和尺寸、注意机架的整体布局。 设计机架通过了以下几个设计步骤： （ 1） 初定机架的形状和尺寸 机架的结构形状和尺寸取决于安装在它内部的零件和部件的 形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决与所受载荷、运动等情况，然后，综合上述情况和有关资料，并参考现有同类型机架，初定拟定出机架的结构形状和尺寸。由于在小麦谷朊粉的加工过程中，由其加工工艺流程图可知，离心筛的装置都在上层，所以不可能采用又重又笨的铸铁机架，所以采用由钢板、型钢、铸钢焊接而成的 机架。机架的大致尺寸为高 1117、长 993、宽 750，要考虑起具体形状和电机、轴承座的安装还有带轮罩的固定。 （ 2） 机架的造型设计，虽然材料一定，但机架也要求内外质量的统一，考虑到角钢的等边性把角钢用于底座和支撑轴承座，外观上做成梯形架子 ， 两边角钢分别向两边斜去，这样既增加了机架的稳定性、又使整个机架看上去简单轻便。同样角钢上面是四块角钢焊接的一个长方形用来支撑板，板在角钢上焊 接 ，下空 ，因而有利于在板上打通孔和轴承的调节，轴承调节是通过连接部分的螺栓孔做成长圆状的来实现。 而 下面 是由两个空心钢来支撑电机 下的板，空心钢强度和刚度都很高，所以不会出现强度或刚度不足现象 。 （ 3） 作为焊接机架应合理布置焊缝和提高焊缝的可靠性，而且焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件；焊缝布置应尽量对称，最好至中性轴的距离 相等；尽量减少焊缝的数量和尺寸，且焊线要短；焊缝要不要布置在加工面和需要进行表面处理的部位上；更要注意不要让焊缝汇交和密集，让次要焊缝中断，主要焊缝联系。减少应力集中，如尽量采用对接接头；减少残余应力，焊后热处理等。 18 （ 4） 尽可能采用标准型材，板材，减少加工
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