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小型双螺旋辊馒头机设计【含20张CAD图纸和文档资料】

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内容简介:
世界最新机械设计理念来源:中国科技期刊摘要:根据目前国内外设计学者进行机械产品设计时的主要思维特点,将产品方案的设计方法概括为系统化、结构模块化、基于产品特征知识和智能。这几种方法的特点及其相互间的有机联系,提出产品方案设计计算机实现的努力方向。关键词:机械产品方案设计方法发展趋势设计文件是将语义设计网作为设计工具,在其开发的活性语义设计网ASK中,采用结点和线条组成的网络描述设计,结点表示元件化的单元(如设计任务、功能、构件或加工设备等),线条用以调整和定义结点间不同的语义关系,由此为设计过程中的所有活动和结果预先建立模型,使早期设计要求的定义到每一个结构的具体描述均可由关系间的定义表达,实现了计算机辅助设计过程由抽象到具体的飞跃。系统化设计方法系统化设计方法的主要特点是:将设计看成由若干个设计要素组成的一个系统,每个设计要素具有独立性,各个要素间存在着有机的联系,并具有层次性,所有的设计要素结合后,即可实现设计系统所需完成的任务。系统化设计思想于70年代由德国学者Pahl和Beitz教授提出,他们以系统理论为基础,制订了设计的一般模式,倡导设计工作应具备条理性。德国工程师协会在这一设计思想的基础上,制订出标准VDI2221技术系统和产品的开发设计方法。1. 将用户需求作为产品功能特征构思、结构设计和零件设计、工艺规划、作业控制等的基础,从产品开发的宏观过程出发,利用质量功能布置方法,系统地将用户需求信息合理而有效地转换为产品开发各阶段的技术目标和作业控制规程的方法。2. 将产品看作有机体层次上的生命系统,并借助于生命系统理论,把产品的设计过程划分成功能需求层次、实现功能要求的概念层次和产品的具体设计层次。同时采用了生命系统图符抽象地表达产品的功能要求,形成产品功能系统结构。3. 将机械设计中系统科学的应用归纳为两个基本问题:一是把要设计的产品作为一个系统处理,最佳地确定其组成部分(单元)及其相互关系;二是将产品设计过程看成一个系统,根据设计目标,正确、合理地确定设计中各个方面的工作和各个不同的设计阶段。由于每个设计者研究问题的角度以及考虑问题的侧重点不同,进行方案设计时采用的具体研究方法亦存在差异。下面介绍一些具有代表性的系统化设计方法。4. 设计元素法用五个设计元素(功能、效应、效应载体、形状元素和表面参数)描述“产品解”,认为一个产品的五个设计元素值确定之后,产品的所有特征和特征值即已确定。我国亦有设计学者采用了类似方法描述产品的原理解。5. 图形建模法研制的“设计分析和引导系统”KALEIT,用层次清楚的图形描述出产品的功能结构及其相关的抽象信息,实现了系统结构、功能关系的图形化建模,以及功能层之间的联接。将设计划分成辅助方法和信息交换两个方面,利用Nijssen信息分析方法可以采用图形符号、具有内容丰富的语义模型结构、可以描述集成条件、可以划分约束类型、可以实现关系间的任意结合等特点,将设计方法解与信息技术进行集成,实现了设计过程中不同抽象层间信息关系的图形化建模。6. “构思”“设计”法将产品的方案设计分成“构思”和“设计”两个阶段。“构思”阶段的任务是寻求、选择和组合满足设计任务要求的原理解。“设计”阶段的工作则是具体实现构思阶段的原理解。将方案的“构思”具体描述为:根据合适的功能结构,寻求满足设计任务要求的原理解。即功能结构中的分功能由“结构元素”实现,并将“结构元素”间的物理联接定义为“功能载体”,“功能载体”和“结构元素”间的相互作用又形成了功能示意图(机械运动简图)。方案的“设计”是根据功能示意图,先定性地描述所有的“功能载体”和“结构元素”,再定量地描述所有“结构元素”和联接件(“功能载体”)的形状及位置,得到结构示意图。Roper,H.利用图论理论,借助于由他定义的“总设计单元(GE)”、“结构元素(KE)”、“功能结构元素(FKE)”、“联接结构元素(VKE)”、“结构零件(KT)”、“结构元素零件(KET)”等概念,以及描述结构元素尺寸、位置和传动参数间相互关系的若干种简图,把设计专家凭直觉设计的方法做了形式化的描述,形成了有效地应用现有知识的方法,并将其应用于“构思”和“设计”阶段。7. 键合图法将组成系统元件的功能分成产生能量、消耗能量、转变能量形式、传递能量等各种类型,并借用键合图表达元件的功能解,希望将基于功能的模型与键合图结合,实现功能结构的自动生成和功能结构与键合图之间的自动转换,寻求由键合图产生多个设计方案的方法。提倡在产品功能分析的基础上,将产品分解成具有某种功能的一个或几个模块化的基本结构,通过选择和组合这些模块化基本结构组建成不同的产品。这些基本结构可以是零件、部件,甚至是一个系统。本结构应该具有标准化的接口(联接和配合部),并且是系列化、通用化、集成化、层次化、灵便化、经济化,具有互换性、相容性和相关性。我国结合软件构件技术和CAD技术,将变形设计与组合设计相结合,根据分级模块化原理,将加工中心机床由大到小分为产品级、部件级、组件级和元件级,并利用专家知识和CAD技术将它们组合成不同品种、不同规格的功能模块,再由这些功能模块组合成不同的加工中心总体方案。以设计为目录作为选择变异机械结构的工具,提出将设计的解元素进行完整的、结构化的编排,形成解集设计目录。并在解集设计目录中列出评论每一个解的附加信息,非常有利于设计工程师选择解元素。网络技术的蓬勃发展,异地协同设计与制造,以及从用户对产品的功能需求设计加工装配成品这一并行工程的实现成为可能。但是,达到这些目标的重要前提条件之一,就是实现产品方案设计效果的三维可视化。为此,不仅三维图形软件、智能化设计软件愈来愈多地应用于产品的方案设计中,虚拟现实技术以及多媒体、超媒体工具也在产品的方案设计中初露锋芒。目前,德国等发达国家正着力于研究超媒体技术、产品数据交换标准STEP,以及标准虚拟现实造型语言上基于虚拟环境的标准交换格式)在产品设计中的应用。机械产品的方案设计正朝着计算机辅助实现、智能化设计和满足异地协同设计制造需求的方向迈进,由于产品方案设计计算机实现方法的研究起步较晚,目前还没有成熟的、能够达到上述目标的方案设计工具软件。作者认为,综合运用文中四种类型设计方法是达到这一目标有效途径。虽然这些方法的综合运用涉及的领域较多,不仅与机械设计的领域知识有关,而且还涉及到系统工程理论、人工智能理论、计算机软硬件工程、网络技术等各方面的领域知识,但仍然是产品方案设计必须努力的方向。国外在这方面的研究已初见成效,我国设计学者也已意识到CAD技术与国际交流合作的重要性,及其应当采取的措施。基于产品特征知识设计方法的主要特点是:用计算机能够识别的语言描述产品的特征及其设计领域专家的知识和经验,建立相应的知识库及推理机,再利用已存储的领域知识和建立的推理机制实现计算机辅助产品的方案设计。机械系统的方案设计主要是依据产品所具有的特征,以及设计领域专家的知识和经验进行推量和决策,完成机构的型、数综合。欲实现这一阶段的计算机辅助设计,必须研究知识的自动获取、表达、集成、协调、管理和使用。为此,国内外设计学者针对机械系统方案设计知识的自动化处理做了大量的研究工作,采用的方法可归纳为下述几种。The worlds Latest Mechanical Design Conceptssource:China Science and Technology JournalAbstract:According to scholars at home and abroad to carry out mechanicaldesign product design features of the main ideas, product design method of theprogramsummarizedassystematic,modularstructure,basedonproductcharacteristics of knowledge and wisdom. The characteristics of these methods andtheir organic connection between them and put forward to achieve the computerproduct design direction.Key words: Mechanical Product Design MethodDevelopment Trends Design documents will be Semantic Web as a design tool inthe design of its Semantic Web activity of the development of ASK, using nodes andlines to describe the design a network, nodes that components of the cell (such asdesign tasks, functions, components or processing equipment, etc. ), used to adjust thelines and definitions between nodes of different semantic relations, thus the designprocess all the activities and results of pre-built models so that the definition of theearly design requirements to the specific description of each structure can be definedby the relationship between the expression, achieved a computer-aided design process,the leap from the abstract to the concrete.Asystematic design methodThe main features of a systematic design method are: the design as designed by anumber of elements of a system, the independence of each design elements, eachelement of an organic link between the existence of, and is layered, with all the designelements , you can design systems to achieve the required task.Systematic design idea in the 70s by the German scholar Professor Pahl andBeitz, the system based on the theory they developed a general pattern of the design,advocacy design work should have organized. German Engineers Association, on thebasis of this design concept to develop a standard VDI2221 technology systems andproduct development design methods.1.The user needs functional characteristics as a product concept, structuredesign and part design, process planning, job control, etc. based on the macro fromthe product development process of starting the use of quality function deploymentmethod and system to user demand information reasonably and efficiently convertedto the various stages of product development, technical goals and operational controlprocedures method.2.The level of the product life of the organism as a system, and means ofliving systems theory, the product design process can be divided into successfulhierarchy of needs to achieve the functional requirements of the conceptual level andproduct level of the specific design. At the same time life-support systems used toexpress the abstract icons of the product functional requirements, system structureformation of product features.3.The mechanical design of the application of systems science into two basicquestions: First, to be designed as a system dealing with the products, the best way todetermine its component parts (modules) and their mutual relations1; is the productdesign process as a system, according to design objectives, a correct and reasonablydetermine the various aspects of the design work and various design stage.Because each designers point of research questions and to consider the questionof emphasis, to design a specific research methods used is also different. Here aresome representative of the systematic design methods.4.Design Element MethodWith the five design elements (functions, effects, effects vector, shape, elements,and surface parameters) describe the product solutions that a product to determinethe value of the five design elements, the product of all the features and characteristicsof the value of i.e. determined. Scholars in China have adopted similar methodsdesigned to describe the products original understanding.5.Graphic modeling methodAnd developed a design analysis and guidance systems KALEIT, with thelevel of clear graphic description of a products functional structure and its associatedabstract information, to the system structure and function relationship of graphicalmodeling, and functional connection between the layers 2.Assistance will be designed to be divided into two aspects of methodology andexchange of information using the Nijssen Information Analysis Method can be usedgraphic symbols, with a rich semantic model structure, can be described as integrationconditions, can be divided into types of constraints can be achieved in relationsbetween any combination of characteristics , the design method to solve integrationand information technology to realize the design process of information betweendifferent abstraction layers between the graphical modeling.6.Concept - Design methodProducts design is divided into concept and design in two stages. Conceptphase of the task is to find, choose and mix to meet the requirements of the originalunderstanding of design tasks. Design stage of work is a concrete realization of theoriginal understanding of the conceptual stage.Of the programs idea of specific described as: In accordance with theappropriate functional structure, seeking to meet the design requirements of theoriginal understanding of the task. The functional structure of the sub-function isperformed by the structural elements to achieve, and structural elements of thephysical connection between the definition of a feature vector, feature vector andstructural elements further the interaction between the formation of the functionaldiagram ( mechanical diagram). The program design is based on functional diagram,the first qualitative description of all of the feature vector and structural elements,and then quantitatively describe all the structural elements and the connection parts( feature vectors), the shape and location to be structure diagram3. Roper, H. usinggraph theory, by means of which he defines as the total design unit (GE), structuralelements (KE), functional structural elements (FKE), connect structural elements(VKE), Structural Parts (KT), structure element part (KET) concepts, as well asdescribe the structure element size, location, and transmission parameters of theinteractions between a number of kinds of schematics, the intuitive designprofessionals have done a formal design method a description of the formation of aneffective application of existing knowledge, methods, and applied to ideas anddesign stage.7.Bond Graph MethodFunction of the composition of system components will be divided into produceenergy, consumed energy, changing energy forms, such as various types of energytransfer, and to use bond graphs to express the function component solution, hoping tofunction-based model and bond graph combine to achieve functional structure theautomatic generation and functional structure with the bond graph automaticconversion between the search for bond graph generated by a number of designmethods.To promote the product on the basis of functional analysis, the product has somefeatures broken down into one or several modular basic structure, by selection andcombination of the basic structure of these modular form into different products.These basic structures can be parts, components, or even a system.The structure should have a standardized interface (connection and co-operationdepartment),andisserialized,universal,integrated,hierarchical,agile,economic-oriented, with interchangeability, compatibility and relevance. Chinascombination of software component technology and CAD technology, variant designcombined with the modular design, according to modular principle of classification,will be divided into descending Machining Center Machine Tool product level,component level, component level and component level, and use expert knowledgeand CAD technology to combine them into different species, different specificationsof functional blocks, and then by the combination of these functions into differentmodules of the overall program processing center.To design a directory as an alternative variation of the mechanical structure ofthe tool, the solution proposed by the design elements of a complete, structured layout,the formation of the solution set design catalogs. And in the solution set designed tocomment on each one listed in the directory solution additional information, is verybeneficial to design engineers select solution elements.The vigorous development of network technology, collaborative design andmanufacturing, as well as the product from the users functional requirements design processing assembly finished product of this realization of concurrentengineering possible. However, an important prerequisite to achieve these goals oneof the conditions is to realize the effect of product design three-dimensionalvisualization. To this end, three-dimensional graphics software, more and moreintelligent design software programs used in the product design, virtual realitytechnology and multimedia, hypermedia tools for product design is also its first debut.At present, Germany and other developed countries are focused on researchhypermedia technology, product data exchange standard STEP, as well as standardvirtual reality modeling language based on a standard exchange format for virtualenvironments) in the product design applications.Mechanical product design is moving in computer-aided realization of intelligentdesign and to meet the needs of distributed collaborative design and manufacture ofdirection, due to the computer product design Study on the implementation startedlate, not yet mature, to achieve the above objectives program design tools4. Authorbelieves that the integrated use of paper, four types of design method is an effectiveway to achieve this goal. Although the integrated use of these methods are moreinvolved in the field, not only with the mechanical design of the field-relatedknowledge, but also to the systems engineering theory, artificial intelligence theory,computer hardware and software engineering, network technology areas such asdomain knowledge, it is still product design must be working for. Abroad in researchin this area has achieved initial success, our scholars have been aware of CAD designtechnology and the importance of international exchange and cooperation, and itsmeasures to be taken.Feature-based design methodology of knowledge The main features are: using acomputer can identify the language to describe the characteristics of the product andits design experts in the field of knowledge and experience to establish the appropriateknowledge base and inference engine, re-use of stored domain knowledge and theestablishment of the inference mechanism to bring computer-aided product design.The mechanical system design is mainly based on the characteristics of a product,and design experts in the field of knowledge and experience to push volume anddecision-making, the completion of body type, the number of synthesis. To achievethis stage of computer-aided design, must study the automatic acquisition ofknowledge, expression, integration, coordination, management and use. To this end,the design and scholars at home and abroad program for the mechanical systemdesign knowledge of the automated processing done a lot of research work, theapproach can be summarized into the following several.摘要:随着我国改革开放的不断开展,我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展,食品机械已成为食品加工行业必不可少的关键设备,食品机械的分类有很多,包括自动切菜机、离心机、自动灌肠机、搅拌机、馒头机、切丝机等等,这些食品机械设备的设计发明大大的减轻了人的食品加工强度和缩短了食品加工时间,不但生产出来的食品大小标准,形状可控,而且食品质量稳定,生产效率大大提升。本设计中主要研究馒头机的整个机械结构、馒头自动生产过程中的成型原理以及整个传动系统的基本实现方式。小型双螺旋辊馒头机作为馒头机的一种,它相比其他馒头机具备以下优点:馒头生产过程稳定,效率高、生产出来的馒头大小标准,外形准确。本篇论文中提出了一种结构巧妙、生产效率高、工作稳定性好的小型双螺旋辊馒头机设计方案,本方案对双螺旋辊馒头机技术进行深入分析研究,其工作原理是:利用电动机带动整个传动系统工作,传动系统从两个方面入手,一方面将放入料斗的面团输送到成型室内,另一方面成型室内的双螺旋辊转动将进入成型室的面团分离切割成大小标准,形状一致的面团。利用螺旋辊结构对面团挨个进行搓揉,形成标准的圆形球面团坯,最终实现自动生产馒头的目的。小型双螺旋辊馒头机作为一种新型的自动生产馒头机,对此进一步的研究也是不能忽视的。关键词:馒头;馒头机;食品加工机械AbstractWith the continuous development of Chinas reform and opening up, Chinas economic construction and technology applications have been high-speed and stable development of food machinery has become an indispensable food processing industry, the key equipment, food machinery, there are many categories, including automatic vegetable machine, The design and manufacture of these food machinery and equipment greatly reduce the human food processing intensity and shorten the food processing time, not only the size of the food produced by the standard, the shape of the food, Controllable, and food quality and stability, greatly enhance the production efficiency. This design mainly studies the whole mechanical structure of the bread machine, the forming principle of the automatic production process of bread and the basic realization mode of the whole transmission system.Small double helix roll bread machine as a bread machine, which compared to other bread machine has the following advantages: bread production process is stable, high efficiency, the size of the bread produced by the standard, accurate shape. This paper presents a design scheme of small double helix roll bread machine with clever structure, high production efficiency and good working stability. The scheme is based on the deep analysis of double helix roll bread machine technology. The working principle is as follows: Driven by the entire transmission system, the drive system from two aspects, on the one hand will be put into the dough dough into the molding room, on the other hand the indoor double-screw rotation will enter the molding room dough cut into the size of the standard, shape Consistent dough. The use of spiral roller structure of the dough one by one to rub, forming a standard round spherical bulb, and ultimately the purpose of automatic production of bread. Small double helix roll bread machine as a new type of automatic production bread machine, this further study can not be ignored.Keywords: steamed bread,Bread machine, Food processing machinery目 录AbstractII目 录III第一章 绪论11.1 引言11.2馒头机的发展概况11.3 Solidwork软件的介绍21.4 课题研究的意义及目的3第二章双螺旋辊馒头机的设计42.1 双螺旋辊馒头机的设计要求42.2双螺旋辊馒头机的设计概述52.3双螺旋辊馒头机的具体设计62.3.1 动力与传动部分设计和选型72.3.1.1电动机的设计与选型72.3.1.2 传动部分传动比的确定102.3.1.3带传动组件的设计与选型112.3.1.4 齿轮减速器系统的设计142.3.1.5 齿轮减速器系统齿轮的静力及接触分析的理论计算142.3.1.6齿轮传动组件的设计182.3.2 推送和挤压部分设计222.3.2.1双螺旋绞龙的设计222.3.2.2 传动主轴的设计与校核222.3.3成型装置部分设计262.3.3.1双螺旋辊的设计262.3.3.2侧滚轴的设计与校核26第三章 总结与展望28参考文献28III第一章 绪论1.1 引言随着我国改革开放的不断开展,我国经济建设和技术应用都得到了高速稳定的发展,机械设备应用的地方变得越来越多,从单一的生产制造业发展到各行各业,包括工程机械,纺织机械、农用机械,甚至延伸到食品加工行业的具体作业。现在国内外都开始了对食品加工行业的自动化设备进行系统的研发和设计,而馒头机作为食品加工行业自动化生产设备的一种,现如今也受到大家的广泛关注和了解。目前市场常见的自动生产馒头的设备分为两种:双螺旋辊馒头机和数控刀切馒头机。随着食品加工机械行业技术的发展,传统的以人手工揉面,靠手工捏出馒头形状的作业方式显然已经落伍,因此极需要设计出一种自动化生产馒头的设备来改善目前手工制造的现状。目前市场上的馒头机主流仍是数控刀切馒头机,其结构多像我们常见的输送机的结构形式,该馒头机能生产多种不同类型产品,包括刀切馒头、花卷、面包、糕点等。采用压制工艺,使得馒头表面光亮美观。但是同样存在着许多缺陷,最大的问题是利用刀切馒头机制作出来的馒头刀口随机性很大,馒头尺寸大小无法保持一致,且该设备本体占地面积大,结构和操作过于复杂,因此并没有得到广泛的应用。我们都知道馒头机运作的传动系统是整个机械结构中极为重要的一个系统,因此在整体设计的时候应该考虑传统系统的适用性,稳定性和可靠性。为了让馒头机的各项性能满足其使用要求,我们需要从以下方面要求入手考虑:生产效率高,制造过程稳定,馒头成型尺寸一致,质量稳定可靠性高。本设计中我们选用双螺旋辊的加工方式作为馒头机的成型结构,其既具备刀切馒头机生产效率高的优点,又自身具备结构紧凑占地面积小、馒头成型稳定、操作简单的特点。双螺旋辊馒头机能够适用于各种环境下的工作,因此对其进一步的研究是不能忽视的。1.2馒头机的发展概况欧美等国家在食品加工机械的技术研究方面一直处于世界的前端,他们单独设立有专门的食品机械技术研究小组,且都在努力将食品机械的技术推广到各种食品加工行业当中。而食品机械中的馒头机属于具有中国特色的食品加工机械设备,因为国外人很少或是几乎不吃馒头,所以国内几乎不能够抄袭或者借鉴国外现有的成熟设备。目前国内对馒头机的技术研究仍然处于初始阶段,对馒头机的成型技术、传动机械机构、推送挤压机构等关键层面的技术研究才刚刚处于起步阶段,从最基础的机架机械结构设计及成型装置设计入手。因此国内在馒头机技术研发这条路上还有很长的路程要走。1.3 Solidwork软件的介绍SolidWorks为达索系统(Dassault Systemes S.A)下的子公司,专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应,并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统,包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统,著名的CATIAV5就出自该公司之手,目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年,由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起,总部位于马萨诸塞州的康克尔郡(Concord,Massachusetts)内,当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今至2010年已经拥有位于全球的办事处,并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年,Solidworks被法国达索(Dassault Systemes)公司收购,作为达索中端主流市场的主打品牌。SolidWorks的主要模块包括:(1)零件建模 SolidWorks 提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁 特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改,用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径,或为管道、电缆、线和管线生成路径。(2)曲面建模通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面。可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等曲面的操作。(3)钣金设计SolidWorks 提供了顶尖的、全相关的钣金设计能力。可以直接使用各种类型的法兰、薄片等特征,正交切除、角处理以及边线切口等钣金操作变得非常容易。用户化SolidWorks 的API为用户提供了自由的、开放的、功能完整的开发工具。开发工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C+,以及其他支持OLE的开发程序。(4)特征识别FeatureWorks是第一个为CAD用户设计的特征识别软件。与其它CAD系统共享三维模型,充分利用原有的设计数据,更快将向SolidWorks系统过渡,这就是特征识别软件FeatureWorks所带来的好处。FeatureWorks同SolidWorks 完全集成。当引入其它CAD软件的三维模型时,FeatureWorks能够重新生成新的模型,引进新的设计思路。FeatureWorks对静态的转换文件进行智能化处理,获取有用的信息,减少了重建模型所化的时间。FeatureWorks最适合识别带有长方形、圆锥形、圆柱形的零件和钣金零件。FeatureWorks提供了崭新的灵活功能,包括在任何时间按任意顺序交互式操作以及自动进行特征识别。FeatureWorks 提供了在新的特征树内进行再识别和组合多个特征的能力,新增功能还包含识别拔模特征和筋特征的能力。1.4 课题研究的意义及目的 从目前全球市场需求布局来看,欧、美地区成为功能全、结构简洁、质量好、性能稳定的食品机械设备的主要销售市场;中东、非洲地区主要选择老款式、简单实用价格便宜的食品机械设备;还有以俄罗斯为代表的高寒国家则更喜欢能耐寒,机械结构牢固的食品机械设备以适应当地的地理气候条件;日韩则主要关注产品的品质与安全;目前国内的食品机械设备整体研究状况还是比较良好,已由原来单一的代替人加工食品的简单功能,不注重外观,逐渐演变成为实际使用中的艺术品,以外观精美结构巧妙,操作方便,质量安全稳定等特点成为新的发展方向。第二章 双螺旋辊馒头机的设计现有市场上常见的馒头机基本上都是刀切馒头机,其基本工作方式为由人工将揉好的面团放到刀切馒头机的输送线上,电动机带动揉好的面团前进,根据事先编好的程序按一定时间用刀片将馒头挨个切断分开,实现馒头自动制作成型的目的。刀切馒头机主要有以下几个方面的缺点:馒头刀口随机性很大,馒头尺寸大小无法保持一致,且该设备本体占地面积大,结构和操作过于复杂,生产效率较低。而本设计中的双螺旋辊馒头机采用电动机带动整个传动系统工作,传动系统从两个方面入手,一方面将放入料斗的面团输送到成型室内,另一方面成型室内的双螺旋辊转动将进入成型室的面团分离切割成大小标准,形状一致的面团。利用螺旋辊结构对面团挨个进行搓揉,形成标准的圆形球面团坯,最终实现自动生产馒头的目的。这两种食品加工机械的工作原理截然不同,两者结构不同、实现方式不同,使用方法也不相同。本篇论文中的双螺旋辊馒头机设计运用了巧妙的机械传动结构,利用电动机作为整个馒头机工作的源动力,再通过稳定的带传动和齿轮传动分别带动双螺旋挤出机构和双螺旋成型机构动作,使得整个馒头机制作馒头的过程更加快速方便,可以完全实现无人化操作。我们在现有的馒头机的理论基础上改良结构和运动方式,本次设计的双螺旋辊馒头机采用双螺旋辊成型方式,机械结构更加优化,综合材质的选择、结构的简化,让使用者更加方便稳定的使用该馒头机,这是本篇论文双螺旋辊馒头机的设计初衷。2.1 双螺旋辊馒头机的设计要求(1)本设计中的双螺旋辊馒头机主要用在大型超市,酒店,早餐厅等服务性场所,包括一些专门制作馒头的厂商等等。(2)本设计之前综合考虑,该双螺旋辊馒头机应该具有以下功能:产品加工生产成本低,质量安全稳定,使用寿命长,结构稳固,使用便捷,方便搬运移动;(3)本设计从双螺旋辊馒头机动力与传动部分、推送和挤压部分、成型装置部分三个方面着手进行详细的设计分析及计算阐述。2.2 双螺旋辊馒头机的设计概述图1 双螺旋辊馒头机三维设计图双螺旋辊馒头机的优点:(1).整体结构功能完整,设计巧妙,制作出来的馒头光洁度和圆整度高;(2).采用新型不锈钢材料,大大降低了制作成本,提升了整体设备的使用性能;(3).设备具备可调性,可以生产不同尺寸大小的馒头,自动清洁性能高,外形美观。数控刀切馒头机的缺点:(1)刀切馒头制作出来的馒头刀口随机性很大,馒头尺寸大小无法保持一致;(2)刀切馒头机整个设备主体部分采用的是输送线体结构,因此占地面积相对较大;(3)结构和操作过于复杂,生产效率较低。且数控刀切系统一旦发生故障,非专业人员不容易检查和排除问题。双螺旋辊馒头机的设计参数:机架材料:普通碳钢方管螺旋辊材质:食品级不锈钢自身重量:200kG规格(MM):L1300W430H970供电方式:380V驱动电机功率:3KW地脚轮:3寸万向轮+3寸定向轮2.3 双螺旋辊馒头机的具体设计双螺旋辊馒头机主要从三大方面进行具体设计:包括动力与传动部分设计和选型、推送和挤压部分设计、成型装置部分设计。(1)动力与传动部分设计和选型动力与传动部分是整个双螺旋辊馒头机的关键部件,依靠它馒头机才能够工作,为双螺旋推送挤压部分和双螺旋成型装置提供源动力。动力与传动部分包括:电动机、带传动组件、齿轮减速器系统、齿轮传动组件等,电动机提供为整个馒头机提供源动力,通过带传动组件将动力传动给齿轮减速器系统,再由齿轮减速器系统将动力分配给推送和挤压装置部分和成型装置部分,最终实现馒头的自动化生产。(2)推送和挤压部分设计推送和挤压部分实现将放入料斗内的面团通过推送和挤压的方式在双螺旋绞龙的作用下轴向推进,把面团推入到成型装置内部。推送和挤压部分包括:进料斗,拨面叶片,出面口支架、双螺旋绞龙,联轴器,出面口,出面口套等,将面团放入进料斗内,由拨面叶片将面团初步打散,再由双螺旋绞龙将面团通过出面口推送至成型装置内部。(3)成型装置部分设计成型装置部分包括:传动主轴、双螺旋辊、成型辊固定立板、侧滚轴、固定杆、毛刷滚轴等;成型装置部分实现将进入到成型室内的面团在双螺旋辊的作用下旋转切割成定量的大小一致的面团,面团在双螺旋辊和两个侧滚轴的作用下,分别作自身的转动和辊子的轴向运动,最终达到面团成型变为馒头的目的。机架部分支撑着整个双螺旋辊馒头机的结构,其承受了双螺旋辊馒头机所有的负载,整个机架用3030的方钢管整体焊接而成,保证了整个馒头机的结构强度,机架底部前后还分别安装有两个3寸的万向轮和两个3寸的定向轮,方便馒头机整体搬运移动。2.3.1 动力与传动部分设计和选型本设计中的动力与传动部分设计主要包括电动机的设计与选型,带传动组件的设计与选型,齿轮减速器系统的设计;齿轮传动组件的设计。2.3.1.1电动机的设计与选型电动机的总功率主要用于两方面做功,一方面用于面团在推送和挤压时做功,另一方面用于成型室内的旋转切割成型做功。成型过程中所做的功主要以摩擦的形式损耗,一部分是面团自身重量产生的摩擦力,另一方面是双螺旋辊对面团挤压成型过程中的对面团产生的挤压摩擦力。面团自身重量产生的摩擦力做的功公式有:P1=38f2a3glan974+sttg式中: f面团与双螺旋辊之间的摩擦系数,本设计中取0.5; 面团的密度,本设计中取1170kg/m3; a面团的半径,本设计中设定面团的半径为28mm;g重力加速度,这里取9.8N/kg。l螺旋辊总长,从三维设计图中可得螺旋辊总长540mm;n螺旋辊的转速,本设计中设定螺旋辊的转速为60r/min;s螺旋辊的螺距,从三维设计图中可得螺距60mm;t面团走完螺旋辊一个螺距所需要的时间,取t=10s;螺旋辊的螺旋升角,从三维设计图中可得螺旋升角80.6;则面团自身重量产生的摩擦力做的功计算有:P1=38f2a3glan974+sttg=380.5117020.02839.80.540.02860974+0.0610tg80.6=0.976KW双螺旋辊对面团挤压成型过程中的对面团产生的挤压摩擦力做的功公式有:P2=32falan974+sttg式中: f面团与双螺旋辊之间的摩擦系数,本设计中取0.5; 双螺旋辊的材料屈服应力,本设计中采用食品级不锈钢,=170MPa; a面团的半径,本设计中设定面团的半径为28mm;l螺旋辊总长,从三维设计图中可得螺旋辊总长540mm;n螺旋辊的转速,本设计中设定螺旋辊的转速为60r/min;s螺旋辊的螺距,从三维设计图中可得螺距60mm;t面团走完螺旋辊一个螺距所需要的时间,取t=10s;螺旋辊的螺旋升角,从三维设计图中可得螺旋升角80.6;则双螺旋辊对面团挤压成型过程中的对面团产生的挤压摩擦力做的功计算有:P2=32falan974+sttg=320.51700.0280.540.02860974+0.0610tg80.6=1.275KW通过以上计算可以得到电动机所需要的额定功率P=P1+P2K式中: K安全系数,考虑超载或功耗波动等影响,取1.2; 传动系统的总传动效率,本设计中取0.95; 则计算得到电动机的额定功率P=P1+P2K=1.275+0.9761.20.95=2.84KW本设计中的电机选型采用的是三相异步电动机。三相异步电动机运行可靠、寿命长、使用维护方便、性能优良、体积小、重量轻、转动惯量小、用料省等优点,完全符合工作要求和工作条件。在本设计中我们选用台湾TCG标准三相异步减速电机。根据上面的计算,我们得到双螺旋辊馒头机电机实际工作时所需要的输出功率为2.84KW,考虑在实际使用过程中可能遇到的特殊情况,我们选定电机的品牌为台湾TCG三相异步电动机,型号为Y100L2-4,其工作额定功率为3KW,额定转速n为1420r/min,额定输出转矩为2.3N.M,电机的具体参数见表2.2;表2.2 行走电机详细参数2.3.1.2 传动部分传动比的确定已知选定的电机型号为Y100L2-4,其工作额定功率为3KW,额定转速n为1420r/min,且螺旋辊的转速n1为60r/min,如果我们直接通过减速器减速则减速器总传动比为23.6。如果我们只选用减速器减速,那么传动比i=23.6就必须通过多级减速才可以实现,考虑到双螺旋辊馒头机的设计要求:结构安装简单,自身重量轻,因此减速器的体积也需要尽可能的小,所以本设计中先采用带传动减速的方式降低转速。总传动比分配i=nn1=142060=23.6减速器采用带传动、二级圆柱齿轮传动i=i1i2i3本设计中传动部分传动比按以下公式分配i=3.474.21.54故带传动的传动比i1=3.47,第一级圆柱齿轮传动的传动比i2=4.2,第二级圆柱齿轮传动的传动比i1=1.54,查机械设计手册表13-5可知,一般8级精度的圆柱齿轮,效率 同样查机械设计手册表13-5可知,对于滚动轴承,一般选择用深沟球轴承 效率 每条轴的转速: 大V带轮轴转速n1=n/i1=1420/3.47=409.22r/min 传动主轴转速n2=n1/i2=409.22/4.2=97.43r/min 螺旋辊转速n3=n2/i3=97.43/1.54=63.27r/min 每条轴的输出扭矩: 大V带轮轴输出转矩:T1=9550P/n1=95503/409.22=70N.M 传动主轴输出转矩:T2=9550P/n2=95503/97.43=294N.M 螺旋辊输出转矩:T3=9550P/n3=95503/63.27=453N.M2.3.1.3带传动组件的设计与选型动力传递中可以按规定的速度精确,平稳,可靠地将动力从一个载体传递到另一个载体上,根据传动方式的不同,分为“带传动”和“链传动”两大类。两种传动方式各自的特点如下:带传动:运行平稳,噪音小,对环境污染少,允许高速运行,但不能在有油污的地方工作。链传动:承载能力大,布置方便,对环境适应性强,可在经常接触油、水及温度较高的地方工作,但在多尘环境中工作室链条容易磨损,高速运行时噪音较大。带传动按照工作方式的不同又可以分为摩擦式带传动和啮合式带传动,其中摩擦式带传动又可以根据传动带的横截面的形状不同分为普通平带传动,“O”带传动,V带传动和多楔带传动。而所谓啮合式带传动就是我们通常说的同步带传动,它是利用传动带上等距分布的齿形和同步带轮上与之对应的齿形做啮合运动实现动力传递的。V带的横截面为等腰梯形,且带轮也有同样的轮槽。用V带传动时,V带的两个侧面和轮槽接触,槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外,V带的传动比比较大,结构紧凑,大多数V带已经标准化。V带的类型有很多,主要根据三个方面的条件:V带传动传递的功率,小带轮和大带轮转动的转速和V带传动的用途、载荷性质。1) 计算V带传动的设计功率PaPa=Kap式中:Ka-工况系数,见机械设计手册表13-1-17,本设计中选定Ka=1.3 P-V带传动传递的功率,KWPa=Kap=1.33KW=3.9KW2)选择V带的带型根据上面计算得出的Pa和小V带轮的转速n1由机械设计手册图13-1-1选取合适的V带的类型;已知小V带轮的转速就是电机的额定转速n1=1420r/min,本设计选定V带的带型为Z型。3)小带轮基准直径d的选定小带轮基准直径d通过机械设计手册表13-1-10选取,理论上为了提高V带的使用寿命,在安装尺寸允许时,d应该尽可能的选取较大值。由表选取小带轮的基准直径d为68mm,由上面计算的V带传动的传动比为3.47,所以计算得到大V带轮的基准直径为236mm。2.3.1.4 齿轮减速器系统的设计在设计时保证直齿轮传动的中心距不变的条件下,增加齿数,不仅可以增大齿轮啮合的重合度、保证传动的平稳性,而且可以减小齿轮模数,降低齿高,减少加工的切削量。为了提高传动的稳定性,减少传动过程中的冲击振动,降低磨损失效。根据齿轮副的工作环境选择不同的齿轮齿数,闭式齿轮传动一般转速较高,为了提高传动的稳定性,减小冲击振动,通常选择齿数多一点的齿轮,小齿轮的齿数可取为Z1=2040,而开式(半开式)齿轮传动,由于轮齿的磨损失效为主要因素,因此小齿轮的齿数通常选用不多,一般可以小齿轮的齿数Z1=1720,且为了防止齿轮啮合时发生根切,应取Z117。本设计中的齿轮减速器的工作环境为封闭的减速箱内,且齿轮传动的转速较高,因此选定小齿轮的齿数Z1为24。小齿轮齿数确定后,按传动比i2=Z2/Z1=4.2,可以计算出大齿轮齿数Z2为100.8,这里取Z2=101。齿轮减速器传动的基本参数见表21所示:表 2-1名称小齿轮大齿轮齿数24101变位量系数00齿顶高系数11顶隙系数0.250.25刀具模数1.51.5刀具压力角2020齿宽20202.3.1.5 齿轮减速器系统齿轮的静力及接触分析的理论计算对直齿圆柱齿轮分别进行接触疲劳强度和弯曲疲劳强度的校核,确定齿轮副能否满足实际工况下的需求。直齿圆柱齿轮材质选用Q235A,齿轮表面做调质热处理,齿轮副的参数如表2-2所示。表2-2齿轮副参数齿 轮模数(m)齿数(z)转速(n)分度圆直径(mm)功率(p)小齿轮1.524409.22r/min363KW大齿轮1.510197.43r/min151.5(1)齿轮接触疲劳强度校核1)计算小齿轮名义转矩T1=9550P/n1=95503/409.22=70N.M取直齿轮材料接触疲劳极限应力。2)计算小齿轮的的圆周力Ft=2T1/d1=270/0.036=3888N3)许用接触疲劳强度计算小齿轮应力循环次数:N1=60njLh=60409.221010250=6.14108大齿轮应力循环次数:N2=60njLh=6097.431010250=1.46108取安全系数取 则许用接触疲劳强度为:4)直齿轮齿面接触疲劳强度校核:取齿宽系数 则齿宽为 b=dd1=0.636=21.6齿轮传动比 u=Z2/Z1=101/24=4.2齿轮重合度=1.88-3.2(1/z1+1/Z2)cos=1.612取重合度系数 节点区域系数 弹性系数 载荷系数 K=2.669直齿面接触疲劳强度校核:H=ZEZHZ(K Ft/bd1)*(u+1)/u0.5=189.82.50.95(2.6693888/21.6/36)(4.2+1)/4.20.5=742.15MPa得到结果: (2)直齿轮弯曲疲劳强度校核1)确定载荷系数:取 动载荷系数 取齿间载荷分配系数 取 则2)确定齿形参数取大齿轮齿形系数 应力修正系数 小齿轮齿形系数 应力修正系数重合度系数3)确定直齿轮弯曲疲劳许用应力 直齿轮弯曲疲劳许用应力为 根据齿轮材料取弯曲疲劳极限应为, 取弯曲疲劳强度计算的寿命系数:, 取应力修正系数 取弯曲疲劳强度安全系数 则弯曲疲劳许用应力:4)校核齿轮弯曲疲劳强度: 按小齿轮校核齿轮弯曲疲劳强度:F2=kFtYFa2YSa2Y/bm=2.8738882.751.60.95/3/48=67.98MPa经过上面对直齿轮副的强度校核计算得到以下结果:齿轮接触疲劳和弯曲疲劳强度为:H=ZEZHZ(K Ft/bd1)*(u+1)/u0.5=189.82.50.95(2.6693888/21.6/36)(4.2+1)/4.20.5=742.15MPaF2=kFtYFa2YSa2Y/bm=2.8738882.751.60.95/3/48=67.98MPa对疲劳强度进行比较:经过对比我们可以得到结论:齿轮减速器系统齿轮的接触疲劳强度和弯曲疲劳强度都满足实际强度要求。2.3.1.6齿轮传动组件的设计本设计中的齿轮传动组件的工作环境为封闭的馒头机机架内部,且齿轮传动的转速较高,因此选定小齿轮的齿数Z3为41。小齿轮齿数确定后,按传动比i3=Z4/Z3=1.54,可以计算出大齿轮齿数Z4为63.14,这里取Z4=63。齿轮传动组件的基本参数见表22所示:表 2-2名称小齿轮大齿轮齿数4163变位量系数00齿顶高系数11顶隙系数0.250.25刀具模数1.51.5刀具压力角2020齿宽16161)确定齿轮的材质,计算出齿轮的许用应力大小 查机械设计手册图10-25(d)选定小齿轮的材质为调质 选定大齿轮的材质为 45钢 参考机械设计手册公式10-14可得,许用接触应力 参考机械设计手册图10-25(d)可得,接触疲劳极限 接触疲劳寿命系数参考机械设计手册图10-23得 根据上边的公式计算得 齿轮弯曲疲劳许用应力参考机械设计手册图10-24(c)得,弯曲疲劳极限,双向传动乘0.7 参考机械设计手册图10-22得,弯曲疲劳寿命系数 查机械设计手册图10-21得,弯曲强度尺寸系数 为弯曲强度尺寸系数(通常情况下模数m小于5) 计算得到 2)齿轮齿面接触疲劳强度校核计算出齿轮的精度等级, 初步选定,参考表10-6 精度范围选择9级参考机械设计手册公式10-11得,小齿轮分度圆直径, 参考机械设计手册表10-7得,齿宽系数,一般按照不对称 这里选定小齿轮Z3=41小齿轮齿数确定后,按传动比i3=Z4/Z3可以计算出大齿轮齿数Z4为63。传动比 =Z4/Z3=63/41=1.53设计传动比与实际传动比偏差 =(1.54-1.53)/1.53=0.0060.05计算结果符合要求 确定载荷系数 根据表10-3得,取 根据经验值,取 根据经验值,取 根据经验值,取计算得到根据机械设计手册表10-5查得, ,根据经验值,这里取齿轮刀具模数 m=d3/Z3=60.3/41=1.47 根据标准模
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