【《某面团搅拌机结构设计》7100字（论文）】

XI一、绪论1.1研究的背景和意义我国自古以来就是民以食为天的国家，所以食品对人民来说是不可或缺的，食品机械工业更是在国民经济中扮演着重要角色，我国的食品机械工业与国外发达国家相比来说起步晚，基础落后，基本上是一片空白。但人民有需求，国家有政策，行业才有发展。随着国家实力越来越强，人民生活也越过越好，不光是传统还是新兴食品种类都在不断增多，使得食品机械内需的扩大，也带动了食品机械行业的发展，对技术有了更高的要求。各大食品制造商跟随国家的发展、规划，也在致力于研究高技术含量的机械以投入生产中，尽力摆脱食品产量低，技术含量低的现象，以求在多功能并且智能化的道路上走在更远。在与发达国家相比，我国的食品机械行业的还是处于弱势的一方，不少企业盲目的跟风，导致浪费了有限的人力、物力、和财力，阻碍了市场，减缓了整个食品机械行业的发展进程。为了适应当今的高技术时代，应该做到摒弃单一，力求多元化，顺应时代发展的潮流而不盲目跟风，创新优化产业结构，食品机械行业一定能得到快速的发展。而面食在人的生活中扮演着重要角色，所以有必要设计出一种更加便捷的家用面团搅拌机。使和面变得更加容易，做面食更加简单，更加节省时间。面团搅拌机是食品机械中的一种，它的主要功能是代替传统的手工作业，利用机械来进行面团的糅合，以往的面团搅拌机以其中以主轴安装的形式不同，分为卧式和立式，立式面团搅拌机的优点在于它有较强的拉伸能力，擅长于韧性面团的调制；然而卧式面团搅拌机的拉伸作用相对较差，则适用于酥性面团的调制。而我设计的这款新型的家用面团搅拌机它的特点是，结构简单，制造成本低，卸料清洗方便，能在食品加工中，如面包、饼干、糕点及一些面食中得到应用。1.2国内外研究现状我国的食品机械行业由于起步晚，与发达国家严重脱节，所说经过几十年来的不断努力发展，与发达国家的食品机械行业的差距越来越小，但还是存在许多问题。单从食品机械中的面团搅拌机来看，问题主要集中在人和机之间。在人的问题上有：设计人才不够高精尖，循别人的老路子，自主创新能力相对薄弱。在机的问题上有：机械设计制造出来的机械制造周期长，设备运行可靠性和稳定性较差等。国外的食品机械行业相对国内来说成套性强、设备质量好、运行稳定、技术水平高、有完整的体系，靠着科技优势、先进工艺、优良的设备，加工出种类多质量高的食品，基础好，技术高，不断优化升级机械变得更加轻松，竞争力也是日益增长。未来食品机械必然是向着节能，节水，高效率的方向发展。需要你我共同努力，共同创造更美好的未来。1.3研究内容和方法研究内容:1.了解传统和面技术，和现代机械加工技术。查阅相关资料，明确设计任务和要求，在此基础上进行总体方案的论证与设计。2.针对该面团搅拌机的关键系统机构（如传动系统，齿轮传动机构）进行选型、设计计算，对其进行分析，以达到基本要求。3.最后利用设计的数据进行建模，完成三维建模和绘制二维图。研究方法1.收集已有的面团搅拌机的系统资料，运用所学知识对其进行分析总结。2.在设计过程中遇到问题特别是传动系统设计的问题，可以通过查阅前人的设计文献、专业的设计指导书籍、询问相关专业人员来解决问题。3.利用学校图书馆大量的相关图书以及网上图书馆的相关数据库完善自己的研究设计结果。4.收集课题相关资料，采用类比的方法，结合机构传动特性分析，确定机械结构方案，对机构进行校核，受力分析，利用相关绘图软件来绘制对应的图面。二、面团搅拌机的机械结构设计2.1方案确定设置搅拌器的基本工作参数为15kg，电动机的额定功率为1kw机器的工作速度约为n=40r/min结构示意图如下所示图1机器结构1.结构的机架（电线装置等的放置处），2.Y90S−4电型号电动机，3.VRSF-S9B-100型号减速器，4.连接减速器和直齿圆锥齿轮的联接器6.锥形齿轮传动系统，7.主轴旋转轴，8.圆柱齿轮传动系统，9.电机承座，10.减速器承座，11.联轴器承座本次设计结构如图1所示，由2处电机提供动力通过3处行星减速器将动力输出，经过3处联轴器，经过6处锥形齿轮传动，8处齿轮传动系统将动力传输至旋转主轴，带动搅拌机构，进行搅拌工作。本次设计的面团搅拌机主要是在是在前人的基础上进行改善设计，改善的地方在于整体结构的优化，重塑；传动方式由皮带传动变为齿轮传动，齿轮传动的瞬时传动比恒定，传动准确而平稳；齿轮传动的传动率、传动比大、寿命长；可以仿止传动的时候发出异响和打滑现象，还可以防止这个机器用久了会发臭发霉等现象。2.2关于电动机的选取和设计(1)、选取Y系列常用的笼型三相异步电动机。该电动机使用方便、运行可靠、价格低廉等优点。(2)、电动机容量的选取由电机输出功率：Pd=Pw/η电动机输出功率为Pd=FV/1000其中电机传动到工作搅拌件之间的效率为ηa=η24η3ηη1为联轴器，η2为轴承，η3锥齿轮，η查机械设计手册可知η1=0.99、η2=0.98、η得：η根据市场面团搅拌机技术参数15Kg面团搅拌机采用功率1kw电动机的输出功率为P取Pd(3)、确定电动机转速所给的工作速度为n=40r/min根据《机械设计基础》中查得齿轮的传动比在一般的动力传动约为I2N电表1(Y系列部分三相异步电动机)选用表1（Y系列部分三相异步电动机）中电动机型号为Y90S−4的方案，因为要考虑电动机和传动装置的尺寸、功率、齿轮传动和减速器的传动比，所以选用电动机型号为Y90S−4的较好。2.3各级的传动比分配I初步设定I初步设定：i减速器2.4减速器选取本次选型的是行星减速器，满足大于输出扭矩T=15N.m。，速比是1:10，型号：VRSF-S9B-100，主要参数如下：表2减速器参数图2减速器结构图2.5直齿圆锥齿轮的设计计算选择齿轮材料并确定初步参数1）根据传动方案，一级传动选用直齿圆锥齿轮传动，压力角取为α=20（2）选材料及热处理材由《机械设计》第五版选择小齿轮：40Cr调质处理，齿面硬度为260HBW大齿轮：45钢调质处理，齿面硬度为230HBW（3）初选齿轮齿数小齿轮齿数Z大齿轮齿数Z（4）选择齿宽系数和精度等级选择齿宽系数ψ初估齿轮的平均圆周速度v参照表可选齿轮精度为7级（5）计算需用接触应力σH1、1）寿命系数ZN1、ZN22）接触疲劳极限σHlim1、σHlim2。由图，查σ3)安全系数SH.参照表，取4）许用接触应力。由式σHσσ2.5.2按齿面接触疲劳强度设计（1）确定公式中得个参数值1）确定载荷系数K使用系数KA按电动机驱动，载荷平稳，查表得K动载系数KV按7级精度和速度，查图，取KV齿向载荷分布系数Kβ由小齿轮悬臂布置，取Kβ载荷系数K=K2)确定弹性系数ZE查表得3）确定节点区域系数ZH由图得(2)求所需小齿轮直径d1d（3）验算平均圆周速度vv与初估vm（4）确定模数mm=取标准模数m=2mm2.5.3按齿根弯曲疲劳强度校核（1）计算许用弯曲应力1）寿命系数YN。按无限寿命设计，取2）极限应力σFlim。得σFlim13）尺寸系数Yx。得4）安全系数SF。取5）许用弯曲应力σ（2）计算齿根弯曲应力σσ1）确定复合齿形系数分度圆锥角δ1=arccotu=38.157°当量齿数ZV1=Z复合齿形系数YFs由图查的YFs12）计算齿根弯曲应力。由式得σσ结论：齿根弯曲疲劳强度足够2.5.4计算齿轮得主要参数（1）大端分度圆直径dd（2）分度圆锥角δ（3）锥距RR=（4）齿宽bb=取齿宽b=11mm2.6直齿圆柱齿轮传动计算和校核选定齿轮材料并确定初步参数（1）选择材料及其热处理要求结构紧凑，采用硬齿面，选齿轮材料大齿轮45钢（调质），齿面硬度为240HBW小齿轮用40Gr（调质），齿面硬度为280HBW（2）初选齿数取小齿轮齿数Z1=21（3）选择齿宽系数ψd和精度等级初估小齿轮直径取齿宽系数ψd=0.4齿轮圆周速度v齿轮精度选7级（4）计算许用弯曲应力1）计算两齿轮的应力循环次数N由于工作台转速不高，故循环次数也较低2）寿命系数ZN。取3）弯曲疲劳极限σFlim1、σFlim2。得σ5）安全系数S6)许用弯曲应力σF1、σσσ（2）按齿接触曲疲劳强度设计齿轮的主要参数1）小齿转矩T2)确定在和系数K使用系数KA动载系数Kv按7级精度和速度，取齿向载荷分布系数Kβ取Kβ齿间载荷分配系数Kα取载荷系数K=KA3）确定弹性系数Z4）求所需小齿轮直径dd与初估d1（3）确定中心距a、模数m等主要几何参数1）模数mm=取标准模数m=2mm2）中心距aa=3）分度圆直径d1、dd4）确定齿宽bb=（3）校核齿根弯曲疲劳强度1）寿命系数YN。按无限寿命设计，取2）极限应力σFlim。得σFlim13）尺寸系数Yx。得4）安全系数S5）许用弯曲应力σF1、σσσ（2）计算齿根弯曲应力1）复合齿形系数YFs查得YFs12）计算齿根弯曲应力。由式得σσ结论：齿根弯曲疲劳强度足够三、材料选材国家要求国家发布关于食品机械安全卫生报告节选如下本次设计机构中的搅拌装置得材料选择为不锈钢产品具体型号为OCr19Ni9，符合国家食品安全卫生管理。四、有限元仿真分析4.1利用solidworks进行绘制三维图形并进行有限元分析因为学校的教学中并没有SolidWorks软件的相关教程，该软件是通过网上慕课课程学习的，功能强大是他的特点，其中又可以进行分析得插件供使用，可以对设计的结构关键部位进行分析，有大量人在使用；能比较直观的感受到受力情况，经由软件分析也减轻了计算的工作量，大大增加效率。4.2设计的搅拌机的结构图形绘制 跟学校学的3d绘图软件有异曲同工之妙4.2.1直齿圆锥齿轮图44.2.2部分转动轴的图形绘制图54.2.3圆柱齿轮结构图形绘制图64.2.4Y90S−4型号电动机与减速器之间的配合图形绘制图74.3对结构中的其中一根转动轴来进行静力学分析利用网上的分析教程来模拟本次实验，通过软件中的simulation插件来进行实验图10以绘制的3D图形图11分析中的其中第一个步骤图12分析中的其中第二个步骤选择的材料类型为45钢其他与默认相符，不必更改。图13选则的参数图利用其中的选项选择我们想要的数据图14对轴承位置增加固定约束图15生成网格中默认选项即可图16最后获得实验数据如下图所示图17表面受力分析图17受力变形集中情况图18受力变形位移量4.3.9结果分析经由有限元分析后上述生成结果的分析图可以看出，图17为转轴的便面受力分析情况图，可以看出受力可以满足施加载荷350N，蓝色的受力很多，看不到红色受力集中，可见设计三维安全的。图18为受力变形集中情况，可以看出是施加载荷350N的情况下可以发现此板的受力应变没有明显的集中受力部分，主要集中边缘外侧，变形大概2.27mm，也没有很明显的受力变形大的地方。图19为受力变形位移量，可以看出此零件变形的数据2.3mm，也是满足的。五、总结本次设计是大学生涯的最后一次设计，也是最为重要的一次，其中糅合了大学所学的的基础课程、专业课程的相关知识；是对所学的课程进行了一次深入的综合性的复习。本次的设计能把我们所学过的只是串联起来，同时也是一次理论联系生活的综合训练，这不仅对我们学过的知识的一种检验，更是一个再提高的机会，在学习的机会，可以说本次过程是对我的学习能力，独立的思维能力，与人探讨能力的一种培养，对我今后的工作有着一定的意义；如若以后遇到问题摆在面前时，是否有能力解决，是否能高效率的解决，是手足无措还是从容应对，这时以前的积累，锻炼的思维能力，能让你更加游刃有余的进行技术问题的处理，思考的东西也更有针对性，不再是漫无目的的。查阅资料，数据计算，翻找前人的设计文献贯穿了整个设计过程。正所谓是站咋子巨人的肩膀上，有了前人的经验，周围的专业人士的辅导，设计起来就显得不那么无处下手。设计过程中面临的机构选型，数据计算，建模分析等，从开始的模模认知，雾里看花，再到似懂非懂的状态下，感受到自身学实的浅薄，设计的不易；期间也学习了学校没教过的软件，如solidworks，跟着慕课上的课程一步一步的学，利用其中的有限元分析对设计中的结构进行分析，以此来判断结构是否符合理论上的要求。而且通过实习的体验也明白画图软件的重要性，是必须要掌握的技术之一。对于工程师来说文字描述的在花俏，通过图纸一眼就能知道你的水平怎么样，这在实习中深有体会，整体考虑，细节不能忽略，往往是细节决定你的成败。这次设计过程穿插在实习当中，在离开学校，事情变得繁忙而且变幻无常的情况下，如何合理分配时间显得尤为重要，这点上我做的不是特别好，时常在实习工作，毕业设计和生活琐事中不能合理分配时间，利用好时间，导致长时间的无用功，不能全面兼顾，这是值得让人深思的问题，如何利用有限的时间，提高做事效率做到事倍功半，大概这是个困扰很多人的问题。也希望在未来的社会生活当中能尽力做到。努力充实自己，以应对将来可能发生的问题，也要努力抓住机会，让人生过的精彩。六、参考文献[1]吴宗泽，等.机械设计[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.[2]陈殿云，张淑芬，杨民献.工程力学[M].兰州：兰州大学出版设，2003[3]《机械设计手册》编委会.机械设计手册.齿轮传动[M].3版.北京：机械工业出版社，2007.[4]赵韩，等.机械系统设计[M].北京：高等教育出版社，2005.[5]罗伯特·诺顿.机械设计[M].黄平，等译.北京：机械工业出版社，2016.[6]肖旭霖.食品机械与设备[M].北京：科学出版社,2006[7]李艾民，李爱红，李爱军.机械制图[M].北京：北京邮电大学出版社,2010[8]陈意平，任仲伟，朱颜等主编，机械制图[M].沈阳：东北大学出版社，2013.[9]肖旭霖.食品机械与设备[M].北京：科学出版社,2006.[10]李建功主编，机械设计[M].5版.北京：机械工业出版社，2018.[11]成大先，机械设计手册1-5卷[M].6版.北京：化学工业出版社，2016.[12]濮良贵，等.机械设计学习指南[M].4版.北京：高等教育出版社，2001.[13]ShigleyJE,MishkeCR.MechanicalEngineeringDes