【《蔬果打浆机结构设计》7700字（论文）】

IV1前言1.1题目背景在现在的食品加工生产中，为了保障食品的安全，确保食品的质量，更多的时候是把一些初级原材料进行分离，把不需要或者不合格的部分去掉，只把原理的一部分加工成成品或者半成品。所以在原料的加工工艺中，需要根据不同的技术指标或者生产需要选择不同的加工工艺，在生产过程中，也要根据不同的要求，对半成品予以分离。自从改革开放以来，社会经济飞速提升，人们对食物的要求也越来越高。打浆机的存在满足了人们对新鲜事物使用方法的多元化的需求，它能够应用于多个瓜果蔬菜的打浆分离。它在人们的生活中越来越重要。但从安全和结构工艺等方面来说，打浆机却仍然存在一些不足之处。比如缺乏统一的国家标准，一些产品在参数等方面的选择不太合理。目前在打浆机的设计上更多的是依靠积累的经验进行计算，导致打浆机的发展空间受到限制，无法实现更高水平的突破。1.2研究意义伴随着社会的不停发展，果蔬打浆机的需求量越来越大，它具有机械化水平高、打浆速度快设施配套等特点，减少了大量的生产所需时间，又提高了打浆效率。在当今社会，食物生产的效率和成本尤其重要，打浆机恰好迎合了人们的需求，提高打浆机打浆效率，节约劳力成本，改善生产方式。这些特点非常关键，同样也是本文设计的初衷。1.3国内外研究现状在过去的几十年，生产的水果和蔬菜产品，贸易和世界贸易的迅速增长[1]，水果和蔬菜产品在世界贸易中的地位越来越重要，水果和蔬菜的贸易产生了重要的影响。中国产业转型的水果和蔬菜迅速兴起和发展，中国是世界上主要的水果和新鲜蔬菜进口国，据不完全统计，全国每年消耗的蔬果位居世界前列，果蔬加工和未来类似的水果和蔬菜的消费趋势，每年增长15%。随着世界食品工业的发展和加工设备的发展。国外打浆机高速发展，设计参数合理，生产效率高，结构自动化设备等多种功能。但国内更多还是沿着过去的设计经验再设计，设施相对简陋。1.4研究内容打浆机由圆筒筛、破碎桨叶、变速箱、传动部分和机架等基础部件构成。本文对打浆机这些基础部件有以下设计思路。（1）滚筒的结构设计由生产效率等条件初步选择筛筒内径为。选择的筛孔工作系数为。电动机选择

对番茄打浆机来说，在工作的时候工作效率要能达到每小时1T，一天分为两班，工作时间16个小时，在使用的情况下电动机的寿命有5年。（3）皮带轮设计在设计皮带轮的时候需要先进行皮带计算，计算内容主要包括：打浆机的功率、传动带型，大小带轮的直径以及传动比和带速等，除此之外还需要知道带轮的结构和带轮的尺寸。（4）传动主轴设计需要计算轴的直径、确定轴的结构设计、根据轴的定位规则和要求，确定轴的各段直径和长度。（5）主要零件的校核主要包括轴的扭转刚度校核、轴承的刚度校核、使用寿命校核、键的校核等等。（6）各部件的相关计算主要包括滚筒的长度计算、物料打浆的时间计算、导程角大小的计算、轴尺寸大小的计算、电动机消耗功率的计算。所以根据各个部分的工作要求不同，强度要求不同，以及导程角不同大小，打浆细腻程度不同等，做出以下设计。

2打浆机的结构设计2.1设计条件(1)原料：蔬果(2)生产能力：1T/h(3)轴转速：800r/min(4)筛孔孔径：直径0.5mm(5)工作时间：两班/16h，寿命：5年2.2设计要求(1)保证打浆机正常工作保证打浆机正常工作是必须满足的要求。生产能力为一吨每小时，螺旋直径与电机[2]的选择非常关键。(2)螺旋转速的选择螺旋转速的大小一方面决定了物料打浆的时间长短。同时，转速过大可能会使打浆物料被抛飞，所以螺旋转速要小于某极限速度。(3)提高生产效率，降低成本尽量使结构工艺简单，压缩辅助时间，提高打浆效率。尽量使用标准零件与标准结构，制造简单，用来降低成本。(4)操作方便、省力和安全使用机械化装置，最好可以达到“一键”调整的效果，尽量减少人工参与。(5)有良好的结构工艺性打浆机设计应方便制造、安装、检察、调整、清洗、维修等[3]。2.3打浆机的基本结构打浆机的基本结构如图2-1所示，打浆机的基本组成包括螺旋推进器、破碎桨叶、刮板、筛筒、进料斗、机架等。(1)螺旋推进器：把加进的物料以稳定的速度推入桨叶中。(2)破碎桨叶：通过旋转不断把物料进行破碎碎。(3)刮板：整体结构由几块不锈钢板组成，以回旋的离心力与破碎桨叶一起压破物料。(4)筛筒：用以汁肉分离，用1mm左右不锈钢焊接而成。圆筒根据加工要求开孔。图2-1打浆机的基本结构图2.4打浆机的基本操作2.4.1工作过程打浆机的工作原理为：筛筒以两端出口平行的方式安装在机架内，在筒身的不锈钢板上均匀打孔，并且在两边加上加强圈来加大强度。轴支撑在轴承上，螺旋推进器和刮板在轴上不断旋转使物料在筛筒内不断向出口移动最后破碎，刮板是利用螺栓固定，移动螺栓可以改变刮板与筛筒之间的距离。刮板平行安装于轴的两边，而且与轴产生一角度，这夹角被称为导程角[4]。最终物料在导程角的影响下，在刮板和筛筒间被擦破，最后分离。打浆机的结构设计里有许多参数，其中对打浆效率影响最大的为主轴转速、导程角以及刮板与滚筒内壁距离的大小，是非常重要的三个参数，比如主轴转速快会使得物料在筛筒内移动速度增加，相对的打浆时间就会减少；其他的同样如此。调整打浆机速度比较麻烦，单独调整导程角大小也可以调整打浆效率。但是如果导程角设置过大，就会导致浪费。所以一般情况下会同时调整两个参数[5]。2.4.2打浆机的操作步骤打浆机结构设计相对比较简单，具体操作步骤如下：(1)第一步是对打浆机进行清洗，使果蔬浆汁避免接触污染，保障产品的食品质量。(2)由打浆要求来挑选适合的筛筒，检查导程角大小是否合适，可由含汁率来检查。如果含汁率高，则需要根据原料和加工工艺来调整。(3)把圆筒筛安装到机架上。(4)收取浆汁和排出的废渣。(5)使用完后首先一定要关闭打浆机的电源开关，然后再清洁、晾干打浆机。防止残余食物遗留所带来的卫生安全问题。2.5打浆机选材分析打浆机的选材要考虑它的工艺性以及使用的环境要求一般有两个原则：工艺性原则：所选用的铸造合金要有一定的流动性，要有一些缩孔、偏析和吸气的特性；塑性加工材料要有好的可塑性和形变能力；材料有热处理要求的要减少热处理的敏感性以及氧化和脱碳可能，变形和开裂的可能性也要小等等。使用性原则：受力情况的分析；环境情况的分析；特殊情况的分析。总的来说打浆机的选材主要是由零件的受力情况，环境状况，特殊情况来决定，且要有可行的工艺性。3打浆机设计参数的确定3.1滚筒的设计根据前文，初步选择筛筒内径为D=1m。筛孔的工作系数i=0.25，导程角为2°。3.1.1滚筒长度(1)由实验公式(3-1)得滚圆长度：(米)式中：G打浆机生产能力（公斤/时）D筛筒内径（米）L筛筒长度（米）n刮板转速（转/分）筛筒有效截面（%）导程角（度）一定要明白的是，计算出来的生产量，指的是通过筛孔的产品量，而非真正打浆机的打浆原料的量。因为有出浆率的存在，投进去的料多，如果来不及打浆，那就是是从一边进另一边出，没有任何意义。3.1.2物料在滚筒内的时间物料进入筛筒里螺旋运动的时间[3]：(3-2)物料螺旋运动线速度（m/s）得出：3.1.3刮板与筛筒之间的间隙截面与筒壁的间隙h最大为6mm。两端处至筛筒壁间隙最小：(3-3)因为导程角的原因，间隙差为：h-h'=2mm式中：h'-刮板最远处截面与筛筒间隙（m）R-筛筒内半径（m）L-棍棒长度（m）A-导程角（°）h-刮板到筛筒间隙（m）m3.1.4圆筒筛消耗功率的计算由于是单机工作，所以取W=4000[3]（N·m/Kg）传动效率=0.75(3-4)式中：G生产能力（Kg/h）W打浆机运行所消耗的能量比（N·m/Kg）其大小取决于原料的状态、打浆刮板的转速以及筛筒有效截面等[6]。经过粗略计算，单机时，联机时传动效率（0.7-0.8）得出：3.2电动机的选择考虑实际情况和打浆机的生产能力，查阅《机械设计手册》，本文选择带传动且传动效率为0.7，电动机功率p为：P=1.4/0.7=2kw经考虑，初步选择电动机Y112M-4[7]电动机的参数如下：型号：Y112M-4功率：4KW电流：15.4A转速：1440r/min效率：87%功率因数：0.85重量：43Kg3.3计算皮带，设计皮带轮由上可知，电动机的规定转速1440转每分钟，规定功率为4千瓦，运转时间大于10小时。(1)设计功率机器每天需要运行将近16小时，由《机械设计手册》得KA=1.4。计算功率Pca：(3-5)(2)选定带型由Pca＝5.6千瓦和n1＝1440转每分钟，由《机械设计手册》可得：初步选定B种带型。(3)传动比(3-6)其中：为大带轮的转速为小带轮节圆直径为大带轮节圆直径(4)小带轮基准直径在条件允许的情况下，可以选择较大的基准直径[8]，这样可以使得V带的运行的时间更久。由《机械设计手册》选定=125mm由表取=200mm(5)大带轮基准直径dd2dd2＝i·dd1(3-7)＝1.5x200＝300mm查《机械设计手册》得：dd2＝315mm(6)带速V(3-8)，符合要求。(7)初定轴间距α0，并选择V带的基准长度Ld0。0.7（dd1+dd2）≤α0≤2（dd1+dd2）360.5≤α0≤1030初选轴间距α0＝600mm(3-9)==查《机械设计手册》，初步选定带的基准长度Ld为2000毫米。(8)实际轴间距α及其变动范围(3-10)(9)小带轮包角α1(3-11)(10)V带基本额定功率P1根据带的型号，dp1和n1普通V带查表得：P1＝5.14kwV带额定功率的增加：于是Pr=（P0+△P0）Kα·KL(3-12)(11)V带的根数Z(3-13)取4跟皮带(12)单根V带的预紧力F0(3-14)==514NV带质量取m=0.1kg/m(13)作用在轴上的力（或称压轴力）Fp(3-15)N(14)带轮的结构和尺寸Ｖ带轮需满足以下几种要求：质量均匀没有偏重且不能过大、工艺要求高，轮槽面摩擦阻力小，减少带的磨损；槽的尺寸和角度要准确，使得载荷均匀分布等。查《机械设计手册》得：小带轮直径207毫米带轮直径322毫米。小带轮孔径，则小带轮满足条件为实心。大带轮的孔径d0'=55带轮宽度的选择：查《机械设计手册》得B槽型为：基准宽度bd=14.0基准线上槽深hamin=3.5取ha=4基准线下槽深hfmin=10.8或14.0取hf=14槽间距e=190.4取e=19.4槽边距fmin=11.5取fmin=14最小轮缘厚tmin=7.5取t=9带轮宽小带轮直径：mm大带轮直径：mm小带轮电动机相连，所以受到的压力不大，d0=50的孔径，可以保证安全。大带轮的的重量3.4传动主轴的结构计算3.4.1初步计算轴的直径根据轴的强度扭转来估算轴的直径：(3-16)（P=5.6×0.87×0.96=4.67kw，n=800r/min）P=电机功率×电机效率×V带传递效率；是由轴的材料和受载所确定的系数。因为轴用45号钢材料，所以取120。计算得最小直径为=22mm。有一个键槽时，轴径增大，于是：=24取最小值[9]dmin=55mm3.4.2轴的结构设计轴的尺寸大小要根据各个零配件的搭配和它规定范围内的最小值来规划。由滚筒的筒长和其他零部件的情况，初步得到轴长为3米，但这种情况实际上很难大批量生产，所以使用空心轴套在实心轴上的方式，这种方法不仅仅是节约成本，还能方便机器的整体移动。3.4.3根据定位要求确定轴的各段直径和长度(1)长实心轴的设计图3-1长实心轴如图3-1所示长实心轴第一段上装有键槽和大带轮，从工艺条件考虑，初步决定此段长度为90毫米，直径为55毫米。第二段上，轴承座固定在打浆机机架上[10]，这一段的长度设计为105毫米,直径为60毫米。第三段插入空心轴以便连接，加上一个螺栓孔，用来连接实心轴和空心轴，这一段的长度设计为75毫米，直径为40毫米，全轴长度为1020毫米。(2)空心轴的设计图3-2空心轴如图3-2所示空心轴连接实心轴，这样不仅能方便打浆机机身的整体移动，也节约生产成本，如图3-2所示。第一段装有夹持器，直径70毫米，空心的那部分直径为40毫米。第二段因为轴肩定位的关系，这段长度初步决定为150毫米，直径为62毫米。(3)实心轴的设计图3-3短实心轴第一段的长度为50毫米，直径40毫米。为了方便实心轴和空心轴的连接，设计了一个螺栓孔。第二段长度为280毫米，直径为65毫米。第三段长度为55毫米，直径为60毫米。3.5轴上零件的定位(1)长实心轴和大带轮运用平键连接的方式，根据《机械设计手册》，d=55毫米选用的键为16x10，键的长度取60毫米。(2)螺旋桨叶固定在轴上，利用开口销定位和凸台定位，轴承座固定在机架上[11]。3.6确定轴上的圆角和倒角由《机械设计手册》得两角为。3.7滚动轴承的选定由于打浆机运动时，会有轴向和径向两个方向的力产生，在轴两端分别安装圆锥滚子轴承，用来抵挡轴向和径向力，同时也可以承受载荷[12]的冲击。由于轴径的大小为60毫米，所以选择基本尺寸为的圆锥滚动轴承。3.8轴承座的设计由上文设计要求查阅《机械设计手册》选定轴承座SN312[12]。其主要尺寸：长（L）×宽（A）×中心距高（H）＝280mm×125mm×80mmd＝60mm；D＝110mm；g＝56mm螺栓型号为：M16箱体选用材料为：HT150质量约为：7.3Kg3.9联轴器的设计根据本次设计要求，决定联轴器型号为GY6。公转转矩为：，许用转速为：，主要尺寸为：D=140mm，，s=8mm，质量为7.59Kg。3.10打浆刮板的设计如图3-4，其中刮板尺寸参数为：长×宽×厚=2×0.4×0.2m，α=2°，R=0.4m。图3-4刮板结构简图3.11打浆机机架的设计考虑到在实际工作中对打浆机工作效率的要求，以及各零部件之间的配合。选定整机长约3米，宽约1米5，高约2米。为卧式机座，选用HT150。 4主要零件的校核4.1打浆刮板的强度校核计算图4-1打浆刮板工作示意图图4-2物料空间受力分析图如图4-1，在机器运行时，物料在筛筒中受筛筒壁和刮板带来的摩擦力以及刮板带动物料进行螺旋运动，物料受到的离心力，并且向出口移动。假如物料质量为m，μa、μb分别为筛筒壁和打浆刮板的摩擦系数；物料所受的正压力为N1(N)、F1(N)和N2(N)、F2(N)同样来自筛筒壁和打浆刮板；打浆板转速为n。物料对刮板的压力：N1＝FC—mgcoswt＝mw2R—mgcoswt(5-1)＝0.2×（842×0.4—10×0.1）＝565N（角速度w为84rad/s，质量m定为0.2kg，coswt=0.1）摩擦力：F1＝μa·N1＝0.4×565＝226N（摩擦系数μa取0.4）4.1.1按扭转强度条件计算危险处所受扭转应力为：(5-2)式中：L，h打浆刮板长，m打浆刮板宽，mＴ轴所受的扭矩，N·mm轴的抗扭截面系数，mmN1刮板受到的正压力，N因为，≤＝25MPa，所以满足扭转强度[13]。4.1.2扭合强度条件计算刮板所受应力为：(5-3)＝0.4MPa≤＝60MPa式中：M危险点处所受弯矩，N·mT危险点处所受扭矩，N·mW刮板的抗弯截面系数，m3,，/6轴是由为45号钢制造，由教材[8]得＝60所以刮板符合弯扭强度条件。4.2轴的强度校核计算4.2.1按扭转强度条件计算长实心轴轴的扭转强度条件为：(5-4)空心轴轴的扭转强度条件为：(5-5)式中：扭转切应力，单位为MPaＴ轴所受的扭矩，单位为N·mm轴的抗扭截面系数，单位为mmn轴的转速，单位为r/minＰ轴传递的功率，单位为ＫＷD计算截面处轴的直径，单位为mm许用扭转切应力，单位为轴的材料为45号钢，查《机械设计手册》得：的值在25-45MPa之间。可知轴的扭转强度是合适的。中心转轴承受压力为：皮带轮距离轴承的距离200则中心轴承受的弯矩：M＝F·L＝53025×0.2＝10605N·m(5-6)大带轮的孔径为55mm则对实心轴的剪力(5-7)4.5Mpa=135Mpa，能满足设计要求。圆筒筛的体积＝3.14×0.52×2.4＝1.8m3以红薯为例，经查询得红薯的密度为0.8×103Kg/m3假设蔬果全部装满圆筒，此时的重量：＝14112N运行时的最大扭矩为：N·m≈7KN·m（5-8）轴的最大剪应变：（5-9）Pa＝9.9MPa故可以满足设计要求。4.2.2弯扭合强度条件计算该扭转切应力取0.3。则轴的计算应力为：(5-10)＝50.07MPa≤＝60MPaM轴所受弯矩，N·mT轴所受扭矩，N·mW轴的抗弯截面系数，m3，πd3/32≈0.1d3由上文设计制造所得＝60所以是安全的。4.3轴的扭转刚度校核计算轴的扭转变形用扭转角φ来表示，阶梯轴的计算公式：(5-11)式中：Ｔ轴所受的扭矩，单位为N·mmＧ轴的剪切弹性模量，单位为MPa，对于钢材，Ｇ＝8.1×104MPIP轴截面的极惯性矩，单位为mm，对于圆轴，IP＝Ｌ阶梯轴受扭转作用的长度，单位为mmTI、Ｚ阶梯轴的轴段数由上文设计计算得出φ=0.32；[φ]为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用均合有关，对于一般的传动轴，可取φ＝0.5~1（°/m)；对于精密传动轴可取φ＝0.25~0.5（°/m）。对于精度要求不高的轴，φ可大于1（°/m）。本文所设计的轴为一般的传动轴，φ≤[φ][14]。综上所述，该轴是满足设计要求的。4.4键的扭转刚度校核计算通过平键传递转矩时，一般情况是是通过工作面上所受到的应力来进行刚度的校核计算。一般的连接要求为：(5-12)式中：T传递的转矩（T＝Fy≈F·d/2），N·mK键与键槽的接触距离，k=0.5h，mmL键的工作长度，mmd键的直径，mm是最小的许用挤压应力。根据上文所得此处设为75MPa

总结在这次打浆机结构设计中针对打浆机在当今社会食品加工行业巨大的前景以及国内打浆机发展缓慢。本文设计了一台主要针对于蔬菜与水果的打浆机，它由机架、圆筒筛、传动轴、传动轮、刮板、破碎桨叶以及进料斗、出料漏斗和螺旋推进器等构成。此次设计特点为：机器操作方便，相对于传统的打浆机结构设计来说，本文所设计的打浆机操作简单、单人可同时照顾多台打浆机、时间和人工成本都会大大降低。相比较而言，在操作方面有一定的进步。传动方式选择了带传动，这种方式简单方便维修，并且非常直观，在一定程度上可以判断机器