0005-春卷自動(dòng)成型生產(chǎn)線(xiàn)上的春卷皮機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)【全套7張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū)】,全套7張CAD圖+文獻(xiàn)翻譯+說(shuō)明書(shū),春卷,自動(dòng),成型,生產(chǎn)線(xiàn),機(jī)械傳動(dòng),結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì),全套,cad,文獻(xiàn),翻譯,說(shuō)明書(shū),仿單
緒論
20世紀(jì)50年代以前，食品的生產(chǎn)加工主要以手工操作為主，基本屬于傳統(tǒng)作坊生產(chǎn)方式。僅在沿海一些大城市有少量工業(yè)化生產(chǎn)方式的食品加工廠，所用的設(shè)備幾乎全是國(guó)外設(shè)備。而糧食加工廠情況略好于食品加工廠。此階段的工業(yè)化生產(chǎn)的糧食加工廠主要是以面粉的工業(yè)化生產(chǎn)加工為主。但同樣，面粉廠所用的設(shè)備也幾乎全是國(guó)外設(shè)備?？梢哉f(shuō)50年代以前全國(guó)幾乎沒(méi)有一家像樣的專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)食品機(jī)械的工廠。
50-70年代，食品加工業(yè)及食品機(jī)械工業(yè)得到很大的發(fā)展，全國(guó)各地新建一第二階段大批食品加工廠，尤其是面粉、大米、食用油的生產(chǎn)加工廠。在多數(shù)主要的糧食加工廠中基本上實(shí)現(xiàn)了初步的機(jī)械化工業(yè)生產(chǎn)方式。但同期的食品加工廠尚處于半機(jī)械半手工的生產(chǎn)方式，機(jī)械加工僅用于一些關(guān)鍵主要的工序中，而其他生產(chǎn)工序仍沿用傳統(tǒng)的手工操作方式。與此階段食品工業(yè)發(fā)展相適應(yīng)，食品機(jī)械工業(yè)也得到了快速發(fā)展，全國(guó)各地新建了一大年的發(fā)展，使得國(guó)產(chǎn)批專(zhuān)門(mén)生產(chǎn)糧食和食品機(jī)械的制造廠。國(guó)內(nèi)的食品機(jī)械工業(yè)經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展，是的國(guó)產(chǎn)食品機(jī)械基本能滿(mǎn)足我國(guó)食品工業(yè)發(fā)展的需求，為此階段實(shí)現(xiàn)食品工業(yè)化生產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)，食品機(jī)械工業(yè)已初步形成了一個(gè)獨(dú)立的機(jī)械工業(yè)。
80年代以后的改革年代以后，食品工業(yè)得到迅猛發(fā)展。這得益于進(jìn)入第三階段，開(kāi)放政策，隨著外資的引入，出現(xiàn)了很多外商獨(dú)資、合資等形式的食品加工企業(yè)。這些企業(yè)在將先進(jìn)的食品生產(chǎn)工藝技術(shù)引進(jìn)國(guó)內(nèi)的同時(shí)，也將大量先進(jìn)的食品機(jī)械引入國(guó)內(nèi)。受此影響，再加上社會(huì)對(duì)食品加工質(zhì)量、品種、數(shù)量要求的提高，極大地推進(jìn)了我國(guó)食品工業(yè)及食品機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展進(jìn)程及速度。此階段，通過(guò)消化吸收國(guó)外先進(jìn)的食品機(jī)械技術(shù)，使我國(guó)的食品機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平得到很大提高。80年代中期，我國(guó)糧食加工業(yè)和食品加工業(yè)實(shí)施了第一輪大規(guī)模的技術(shù)改造工程。經(jīng)過(guò)這一輪的技術(shù)改造工程，食品工業(yè)全面實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動(dòng)化。進(jìn)入90年代以后，又進(jìn)行了新一輪的技術(shù)改造工程。在這一輪的技改中，許多糧食加工廠和食品加工廠對(duì)設(shè)備進(jìn)行了更新?lián)Q代，或直接引進(jìn)全套的國(guó)外先進(jìn)的設(shè)備，或采用國(guó)內(nèi)廠家消化吸收生產(chǎn)出的新型機(jī)械設(shè)備?？梢哉f(shuō)這兩輪的技改工程對(duì)食品機(jī)械工業(yè)的發(fā)展起了極大的推進(jìn)作用，食品機(jī)械工業(yè)已完全形成了一個(gè)獨(dú)立的機(jī)械工業(yè)。
春卷源自于漢族民間過(guò)節(jié)的一種傳統(tǒng)食物。目前在全國(guó)都比較流行，特別是江南等南方地區(qū)。進(jìn)入2000年以后，隨著人民生活水平的提高，對(duì)食品種類(lèi)的需求以及質(zhì)量的要求也逐漸提高。市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，但是春卷皮的生產(chǎn)卻依靠人力肯定遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿(mǎn)足。于是，市場(chǎng)上就出現(xiàn)了專(zhuān)門(mén)制作春卷皮的春卷皮機(jī)。
春卷皮機(jī)是利用壓力泵將面漿噴到加熱好的滾筒上，經(jīng)過(guò)滾筒加熱一段時(shí)間形成一定厚度，大小的面餅食物的機(jī)器。目前市場(chǎng)上的春卷皮機(jī)主要有：圓形春卷皮機(jī)，全自動(dòng)春卷皮機(jī)，春卷制皮機(jī)，家用小型水餃機(jī)等。
春卷皮機(jī)性能及優(yōu)點(diǎn)：
1、采用多輥型一次性成型原理，春卷皮大小、薄厚均勻一致，使成品春卷質(zhì)量有了保證。
2、?春卷皮機(jī)機(jī)器操作方便，春卷皮薄厚可調(diào)，大小可按模具定制，適用于多種規(guī)格春卷生產(chǎn)。?
3、全部采用不銹鋼材料，結(jié)構(gòu)合理，維修、拆裝、清洗簡(jiǎn)單方便。
?4、除可一次成型外，還可自動(dòng)折疊面皮，手工切片。
現(xiàn)目前春卷皮機(jī)主要適用場(chǎng)所：學(xué)校食堂，食品加工廠，春卷皮、餃子皮加工廠，法式薄餅店，快餐店等等。由于春卷皮機(jī)的設(shè)計(jì)成本和加工制作工藝要求較高，市場(chǎng)上的春卷機(jī)大部分都不是大陸內(nèi)地自行設(shè)計(jì)生產(chǎn)的，對(duì)于這一現(xiàn)狀展開(kāi)了本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題：春卷自動(dòng)成型生產(chǎn)線(xiàn)上春卷皮機(jī)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)主要解決傳動(dòng)和加熱兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)。
1 設(shè)計(jì)方案選擇
1.1 設(shè)計(jì)總參數(shù)
滾筒加熱溫度
160 0C
滾筒旋轉(zhuǎn)速度
4r/min
面皮寬度
400cm
滾筒直徑
1000cm
1.2 傳動(dòng)方案的選擇
圖1
1.滾筒 2.摩擦滾 3.鏈輪傳動(dòng) 4減速器 5電動(dòng)機(jī)
設(shè)計(jì)方案擬采用摩擦滾來(lái)傳動(dòng)大型電熱滾筒。電動(dòng)機(jī)（1）經(jīng)過(guò)減速器（2）減速后由鏈輪傳動(dòng)傳遞給摩擦滾（4），最后再由摩擦滾（4）傳遞給電熱滾筒（5），讓電熱滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行工作。
2 滾筒設(shè)計(jì)
2.1 加熱方式的選擇
春卷皮在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上屬于供不應(yīng)求狀況。對(duì)它主要生產(chǎn)設(shè)備------春卷皮機(jī)的需求量也隨之增大。而電熱系統(tǒng)及其電熱元件的設(shè)計(jì)合理性及制造質(zhì)量很大程度上決定了春卷皮的生產(chǎn)質(zhì)量乃至春卷皮機(jī)的工作可靠性。與一般的食品烘焙設(shè)備相比，春卷皮機(jī)的電熱系統(tǒng)和加熱原理有它的特殊性。因此，如何根據(jù)春卷皮機(jī)的特點(diǎn)和生產(chǎn)需要，選擇、設(shè)計(jì)合適的加熱方式、參數(shù)、結(jié)構(gòu)，提高春卷皮機(jī)的電熱元件壽命和可靠性是提高春卷皮機(jī)質(zhì)量的關(guān)鍵所在。
電加熱的方式主要有紅外式加熱、電磁感應(yīng)式加熱、電弧加熱、電阻加熱和電子束加熱等。綜合了各種因素考慮本次設(shè)計(jì)采用的為電阻式加熱。
紅外式加熱原理是利用紅外電熱元件通電產(chǎn)生的熱能先用來(lái)加熱某種紅外線(xiàn)輻射物質(zhì)，使其輻射出紅外線(xiàn)然后再用來(lái)加熱滾筒。其傳熱方式主要是靠輻射，最大優(yōu)點(diǎn)是輻射效率高。因此在食品烘焙設(shè)備中應(yīng)用非常廣泛。但對(duì)于春卷皮機(jī)來(lái)說(shuō)，由于輻射出的紅外線(xiàn)并非象其它烘焙設(shè)備那樣用來(lái)直接加熱食品，而是先用來(lái)加熱滾筒然后再間接加熱食品，所以它的優(yōu)越性并不突出。而由于結(jié)構(gòu)限制，它的抗振能力稍差，所以，目前只應(yīng)用右振動(dòng)穩(wěn)定性較好的小型機(jī)上。
電磁感應(yīng)加熱原理是將春卷皮機(jī)的滾筒置于由勵(lì)磁裝置產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)中，這樣，由于交流電的集膚效應(yīng)而在滾筒表層產(chǎn)生渦流而發(fā)熱，這種方式熱傳遞過(guò)程中熱能損失極小，所以，熱效率高。根據(jù)交變電流頻率分為低頻（50一60Hz）和高頻（15000Hz以上）二種形式。春卷皮機(jī)獨(dú)特工作機(jī)理（春卷皮漿噴附在轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒外周）使得感應(yīng)裝置安裝、結(jié)構(gòu)沒(méi)計(jì)比其它電磁感應(yīng)加熱裝置要復(fù)雜，成本也高。因此，目前應(yīng)用還不普遍，但這是一種很有潛在競(jìng)爭(zhēng)力的加熱方式。電阻式加熱是利用電流通過(guò)導(dǎo)體的焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱能對(duì)物體進(jìn)行加熱。春卷皮機(jī)上的加熱主要是用于滾筒上對(duì)面皮的加熱，對(duì)于形狀有所要求，所以電熱板選擇了不銹鋼電加熱板中的云母板加熱器。
將電熱元件固定在滾筒上，通電時(shí)，由于電熱元件電阻發(fā)熱產(chǎn)生的熱能通過(guò)多層壁導(dǎo)熱的方式傳到春卷皮上。
電阻式加熱方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠、加熱均勻、維護(hù)方便，因此春卷皮機(jī)上應(yīng)用最廣泛。所以本次設(shè)計(jì)采用電阻式加熱方法。
2.2 春卷皮機(jī)電熱系統(tǒng)的特點(diǎn)
春卷皮機(jī)的電熱元件處在高溫下振動(dòng)大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，主要傳熱方式屬多層壁型導(dǎo)熱（筒內(nèi)）和復(fù)雜對(duì)流放熱（筒外）。春卷皮機(jī)加熱目的主要不是為烘烤食品，而是為快速烘散面漿中的大量水蒸汽，聽(tīng)以滾筒圓柱表面是360°全方位開(kāi)放暴露的，因此，電熱功率均較大。而此大功率電熱元件是在一較小的、幾乎沒(méi)有對(duì)流的封閉滾筒內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，加之前述的振動(dòng)大，所以工作擠境較為惡劣。由于春卷皮烘焙全過(guò)程不到20秒，且滾筒表面工作溫度應(yīng)隨著室溫、濕度、滾筒轉(zhuǎn)速、面漿成份、皮厚度等復(fù)雜變化而與之相應(yīng)配合變化。因此對(duì)其電熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求也較高。
春卷皮機(jī)加熱系統(tǒng)的失效方式有高溫下的熱腐蝕破壞（包括氧化皮剝落），高溫下機(jī)械強(qiáng)度不夠等。特別是在滾筒振動(dòng)大或電熱元件設(shè)計(jì)、制造、安裝不當(dāng)?shù)那闆r下，則可能是主要的失效形式。
2.3 電熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
圖2
1.滾筒 2.導(dǎo)熱膠 3.加熱板 4.絕熱板
2.4 電熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)矛盾分析
工程設(shè)計(jì)應(yīng)突出主要矛盾進(jìn)行下述簡(jiǎn)化：
（1）春卷皮的正常生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)視為穩(wěn)態(tài)傳熱過(guò)程。
（2）各導(dǎo)熱層厚度與滾筒直徑相比很小，因此可將多層圓筒壁導(dǎo)熱簡(jiǎn)化為多層平壁導(dǎo)熱過(guò)程。由電熱元件至工作表面之間的傳熱過(guò)程中對(duì)流和輻射熱可忽略不計(jì)。電熱片除與滾筒接觸傳熱外，其它方向絕熱層熱量損失忽略不計(jì)。所以滾筒內(nèi)應(yīng)視為一維穩(wěn)態(tài)多層平壁導(dǎo)熱。各導(dǎo)熱層之間結(jié)合緊密，沒(méi)有氣隙。
（3）滾筒和春卷皮（滾筒約1/4圈，春卷皮約占3/4圈）與大氣之間的放熱，除了旋轉(zhuǎn)圓柱體放熱外，尚有水蒸汽蒸發(fā)和抽風(fēng)機(jī)的作用，是強(qiáng)制對(duì)流、自然對(duì)流和熱輻射的綜合作用，較為復(fù)雜。但各類(lèi)春卷皮機(jī)影響這部分的主要因素（放熱環(huán)境、結(jié)構(gòu)形式、工質(zhì)性質(zhì)等）均有相似之處，因此可通過(guò)實(shí)驗(yàn)和相應(yīng)的相似準(zhǔn)則預(yù)先算定并導(dǎo)出簡(jiǎn)化公式，然后再根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)修正。
2.5 電熱總功率計(jì)算
卷皮機(jī)工作面（含春卷皮）全部暴露大氣中，除部分熱量傳給春卷皮外，主要熱量都傳給周?chē)拇髿?。因此，電熱總功率的確定主要取決于滾筒（外附3/4周春卷皮）與大氣的對(duì)流放熱。基本上屬于水平旋轉(zhuǎn)圓柱體大空間對(duì)流放熱類(lèi)型。但由干此過(guò)程中伴有水蒸汽蒸發(fā)過(guò)程，且春卷皮熱物性亦隨之變化，加之抽濕通氣裝置的作用（不均勻的強(qiáng)制對(duì)流）。因此，影響因素很多，且各種因素交織一起，互為影響，不容易分清主次和影響程度。所以，在工程實(shí)用計(jì)算時(shí)常用相似準(zhǔn)則理論和量綱分析法將影響對(duì)流傳熱系數(shù)Q的諸多因素歸納為下述幾個(gè)準(zhǔn)則數(shù)，再按照不同情況下根據(jù)實(shí)驗(yàn)方法確定的各準(zhǔn)則數(shù)相互關(guān)系，整理出用準(zhǔn)則數(shù)表示的經(jīng)驗(yàn)方程式
Nu=f（Re，Gr，Pr）
基本準(zhǔn)則數(shù)如下：
努賽特（Nusste）數(shù) Nu=αdλ（對(duì)流放熱強(qiáng)度）
雷諾（Reynolds）數(shù) Re=ωdV（氣體流動(dòng)狀態(tài)）
普朗特（Prandtl）數(shù) Pr=Vα'（氣體物理性質(zhì)）
葛拉曉夫（Grashof）數(shù) Gr=gβd3ΔtV2（自然對(duì)流影響）
公式中：
α------放熱系數(shù)（w/m2·℃）；λ-------導(dǎo)熱系數(shù)（w/m2·℃）；ω------流速（m/s）；V—運(yùn)動(dòng)粘度（m2/s）；α'------導(dǎo)溫系數(shù)（m2/s）；g------重力加速度（g=9.8m2s）；β------體脹系數(shù)（1/℃）；△t-------溫度差（℃）；d------定性尺寸即滾筒外徑（m）。
乍看起來(lái)，上述相似準(zhǔn)則似乎很繁雜，但是如果注意到各相似準(zhǔn)則只是表示一些無(wú)因次數(shù)群時(shí)，便可利用傳熱手冊(cè)中以上述準(zhǔn)則形式給出的經(jīng)驗(yàn)方程式代入有關(guān)參量，各影響因素之間的關(guān)系就能以很清晰的形式表達(dá)出來(lái)。這樣，很容易估計(jì)各種量的影響程度，方次越高的量影響越大。然后，再根據(jù)各量影響程度及各種春卷皮機(jī)工作環(huán)境情況進(jìn)行一系列簡(jiǎn)化，便可得出一定范圍內(nèi)的簡(jiǎn)單、實(shí)用的計(jì)算公式。根據(jù)相應(yīng)的準(zhǔn)則方程式（兼顧考慮輻射熱和水的汽化熱等）計(jì)算，在正常工作環(huán)境下（室溫20℃滾筒工作表面溫度150℃；低壓通風(fēng)機(jī)口位于滾筒上方0.8m處，風(fēng)量60m3/min），大中型春卷皮機(jī)穩(wěn)定工作時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)
α=10~18n1.25d w/m2·℃
公式中：
n-------滾筒額定轉(zhuǎn)速（r/min）；d------滾筒直徑（m）。
公式中的系數(shù)選取原則：面漿稠度小、通風(fēng)量大時(shí)取上限；反之取下限。
與工程制單位的換算：
1kcal/m2·h·℃=1.163w/m2·℃
對(duì)流傳熱名義熱流量
Qw=απdBtw-t1000kW
公式中：
d、B------分別為滾筒直徑、寬度（m）；tw、t-----分別為工作表面溫度、車(chē)間平均室溫℃。
除了上述對(duì)流傳熱外，滾筒另有部分熱量以導(dǎo)熱方式傳給面漿，使其吸熱成皮并隨輸送帶傳走。這部分熱量
QS=GCΔt3600kW
公式中：
G------每小時(shí)耗漿量k（g/h）；C------比熱（面漿C≈2.6~2.7kJ/kg·℃）；
△t------溫度增量（℃）
這樣，可算得電熱總功率：
P=K（Qw+Qs）
其中功率系數(shù)K=1.2~1.6
應(yīng)該指出：功率系數(shù)K對(duì)于一般烘焙設(shè)備來(lái)說(shuō)主要是考慮工作能力儲(chǔ)備。在保證正常工作情況下，K值一般不宜選取過(guò)大。但對(duì)于春卷皮機(jī)來(lái)說(shuō)，國(guó)際上目前的設(shè)計(jì)趨勢(shì)是K值選取趨大，即同等規(guī)模機(jī)械的電熱總功率設(shè)計(jì)的越來(lái)越大。這是因?yàn)榇壕砥C(jī)是利用間斷通電來(lái)保持恒溫的，K值實(shí)際上是總工作時(shí)間與通電時(shí)間之比?？偣β试O(shè)計(jì)大些，間斷時(shí)間亦長(zhǎng)，這樣總耗電量（與總功率無(wú)定比關(guān)系）不僅不增加，反而由于大熱容量的滾筒預(yù)熱時(shí)間的縮短而提高效率。當(dāng)然，如果K值取得過(guò)大，也存在局部電負(fù)荷過(guò)大的間題。
本次設(shè)計(jì)總功率P=57kW。
2.6 穩(wěn)定工作時(shí)滾筒溫度場(chǎng)（導(dǎo)熱計(jì)算）
確定電熱總功率之后，在設(shè)計(jì)、選擇電熱元件；計(jì)算熱流密度和設(shè)計(jì)溫控系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)計(jì)算出包括電熱片在內(nèi)的滾筒溫度分布場(chǎng)。如前所述，這部分可視為一維穩(wěn)態(tài)多層平壁導(dǎo)熱。
圖3
1.穿卷皮 2.滾筒 3.導(dǎo)熱膠 4.加熱板 5.絕緣層 6.絕熱層
滾筒的一維多層平壁導(dǎo)熱由電熱絲算起，自?xún)?nèi)向外依次為電絕緣層（含包皮）、導(dǎo)熱膠、滾筒、春卷皮。各層導(dǎo)熱系數(shù)依次為λ?1、λ?2、λ?3、λ?4；厚度依次為δ1、δ2、δ3、δ4；電熱層表面溫度為t1，以下依次為t2、t3、t4、t5。
根據(jù)付立葉（Fourier）熱傳導(dǎo)公式：
q=-λgradt
q------熱流密度；gradt------溫度梯度
可推得：
tn-1-tn=qσn-1λn-1
其中：
q=Qw+QsπdB
春卷皮機(jī)滾筒外表面溫度t4由生產(chǎn)工藝、產(chǎn)量、滾筒轉(zhuǎn)速等決定。一般t4=120~160℃。由此可利用上式算得溫度場(chǎng)各處溫度和電熱絲工作溫度。
2.7 電熱元件和電熱絲
用在春卷皮機(jī)上的電熱元件有電熱片、電熱管和非金屬電熱件等。目前應(yīng)用最廣泛山是電熱片。它是用扁電熱絲被云母片隔絕后，外包鐵皮的片狀電熱元件。雖有成品銷(xiāo)售，但由于春卷皮機(jī)用電熱片要求較高，故需專(zhuān)門(mén)定制。電熱絲常用材料有鎳基合金和鐵基合金兩大類(lèi)。鎳基價(jià)格較高，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮鐵基合金。
常用電熱合金材料性質(zhì)表
合金牌號(hào)
室溫下抗張強(qiáng)度
x106（Pa）
伸長(zhǎng)率
δ≥（%）
最高使用溫度
（℃）
特性
Cr20Ni80
637~785
20
1100
奧氏體組織，加工性能好，高溫強(qiáng)度好，用后不變脆，但價(jià)格高
Cr15Ni60
637~785
20
1050
耐熱性低于Cr20Ni80，其他性質(zhì)相似
0Cr25Ni15
637~785
12
1100
鐵素體組織，抗氧化性能比鎳鉻合金好，電阻率也比其高，價(jià)廉，但高溫強(qiáng)度低，用后易脆，加工性能稍差
0Cr13Ni14
588~736
12
900
耐熱性差，價(jià)廉，其他類(lèi)似0Cr25Ni15
表中允許最高使用溫度是指在干燥空氣中靜止?fàn)顟B(tài)下所允許的電熱絲自身表面最高溫度。而合金的強(qiáng)度隨溫度升高而降低。如前所述，春卷皮機(jī)電熱元件失效常由于滾筒振動(dòng)引起的高溫強(qiáng)度破壞，或發(fā)生倒塌現(xiàn)象造成短路而燒毀。所以選擇電熱絲材料和截面尺寸時(shí)，不僅取決干溫度場(chǎng)分布，更應(yīng)考慮設(shè)備結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況，將其工作溫度定在材料強(qiáng)度能滿(mǎn)足使用要求的區(qū)域范圍內(nèi)。應(yīng)該指出，上述各類(lèi)材料雖屬塑性材料，但高溫使用冷卻后，則晶粒長(zhǎng)大而變脆。使用溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)則越嚴(yán)重（尤其是鐵鉻鋁合金）。為防止?jié)L簡(jiǎn)因重力變形，在非工作狀態(tài)（預(yù)加熱和降溫）時(shí)滾筒仍需長(zhǎng)時(shí)間轉(zhuǎn)動(dòng)。此時(shí)電熱絲處于中、低溫振動(dòng)狀態(tài)，這樣因電熱絲表面質(zhì)量引起的應(yīng)力集中對(duì)其疲勞壽命的影響尤其之大。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，同等規(guī)格材料生產(chǎn)出的電熱片有時(shí)壽命竟相差十多倍，其原因就在于此。因此在設(shè)計(jì)中除對(duì)接頭等處的結(jié)構(gòu)要給予特別注意之外，還應(yīng)對(duì)工藝和表面質(zhì)量（繞絲加工過(guò)程中的砸、磕、碰、劃傷等）提出嚴(yán)格的技術(shù)要求。
2.8 電熱片的表面負(fù)荷
表面負(fù)荷是指電熱片表面上單位面積的功率數(shù)（w/cm2）。設(shè)計(jì)過(guò)程中，它的確定與材質(zhì)、規(guī)格、工作環(huán)境、溫度場(chǎng)分布及傳熱方式均有關(guān)。相同工作條件下，選用較大的表面負(fù)荷則節(jié)約合金材料，但表面溫度高，壽命短。由于春卷皮機(jī)電熱片處在封閉的工作環(huán)境，且對(duì)設(shè)計(jì)壽命要求較高，因此，其表面負(fù)荷不宜選擇過(guò)大（4w/cm2）。表面負(fù)荷的確定還應(yīng)考慮滾筒直徑，應(yīng)使電熱片均勻地分布在滾筒內(nèi)表面上，以求得均勻溫度場(chǎng)。為此，設(shè)計(jì)中常需用多個(gè)電熱片串聯(lián)的方法調(diào)整單片電功率來(lái)滿(mǎn)足上述要求。
3 電機(jī)和減速器的選擇
3.1 總功率的確定
通過(guò)對(duì)滾筒的設(shè)計(jì)和材料分析得到滾筒的大約質(zhì)量為120kg，為了保證讓滾筒順利的轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，最后計(jì)算采用滾筒質(zhì)量M=150kg。
由計(jì)算公式：
T=9550Pn
式中P------電動(dòng)機(jī)的額定輸出功率（kW），T------轉(zhuǎn)矩（N·m），n------額定轉(zhuǎn)速（r/min）。
可推導(dǎo)出電機(jī)功率公式：
P=nT9550 kW
轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式為：
T=MgR
式中M------滾筒的質(zhì)量（kg），g------重力加速度（g=9.8m2s），R------轉(zhuǎn)矩半徑。
帶入數(shù)值計(jì)算得到轉(zhuǎn)矩需要T=735 N·m，P=0.31kW 。
3.2 減速器的選擇
查詢(xún)有關(guān)于電動(dòng)機(jī)和減速的資料，確定減速器的型號(hào)為YCJ200。
YCJ200減速器功率1.5kW，輸出轉(zhuǎn)速14 r/min，輸出轉(zhuǎn)矩941N·m，配用三相異步電機(jī)型號(hào)100L-6。
3.3 減速器的安裝
圖4
4 摩擦滾及軸的設(shè)計(jì)
4.1 摩擦滾設(shè)計(jì)
摩擦滾：適合用在精密儀器、高溫高壓條件下的機(jī)械部件，重型高負(fù)荷設(shè)備等。適用的范圍如下：
1．高溫條件下的軸承（經(jīng)向軸承、套筒軸承、導(dǎo)向軸承、滑動(dòng)軸承、滾動(dòng)軸承）
2．防摩擦軸承或滾柱軸承
3．陶瓷、耐火材料等行業(yè)高溫窯車(chē)軸承的潤(rùn)滑
4．建材工業(yè)的高溫烘房；木材加工行業(yè)的熱壓機(jī)耐火材料廠的窯車(chē)輪轂軸承、水泥廠洪爐支撐轉(zhuǎn)轂、烤漆、噴涂線(xiàn)
5．食品級(jí)軸承用脂，糕點(diǎn)傳輸帶軸承、烘房傳輸鏈軸承
6．紡織印染工業(yè)的拉伸拉幅機(jī)、熱定型機(jī)、蒸化機(jī)、如韓國(guó)理合，韓國(guó)日新，韓國(guó)美光，臺(tái)灣里根，亞磯；德國(guó)布魯克納
7．鼓風(fēng)機(jī)軸承、干燥箱、平版爐、水閘、烘干
春卷皮機(jī)的滾筒就屬于高溫定型部分，所以采用摩擦滾的傳動(dòng)方式進(jìn)行。根據(jù)滾筒的質(zhì)量和滾筒的直徑，本次設(shè)計(jì)出的摩擦滾的直徑大小為100mm，長(zhǎng)度為100mm。經(jīng)過(guò)校核計(jì)算該設(shè)計(jì)能夠帶動(dòng)滾筒進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)而正常工作。由滾筒的4r/min推導(dǎo)出摩擦滾上的角速度為40r/min。
摩擦滾的外形尺寸如下：
圖5
4.2 軸的計(jì)算
帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)需要的功率P=0.31kW，選取軸的材料為45鋼，調(diào)制處理。根據(jù)表15-3（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第八版），取A0=112，可以初步確定軸的最小直徑：
dmin=A03Pn=112×30.3140=22.16 mm
由于滾筒的固定是靠摩擦滾軸來(lái)支撐的，所以在支撐點(diǎn)上還需要承受滾筒的重量。于是，支撐滾筒需要軸的直徑可以分析：
Mg=τπd22
式中：
[τ]------45鋼的剪切疲勞極限，d------軸的直徑
由表15-1（《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》）得到τ=155MPa，于是可以計(jì)算得出軸的直徑d=3.47mm。
通過(guò)上面的計(jì)算可以確定出軸支撐點(diǎn)的最小直徑：
D=dmin+d=25.63 mm
春卷皮機(jī)的工作考慮到安全，所以取安全系數(shù)為1.5，算的軸支撐點(diǎn)的直徑取值為40mm。
于是對(duì)于第一根支撐軸的大小尺寸設(shè)計(jì)如下圖：
圖6
第二根軸需要承受軸向力傳遞轉(zhuǎn)矩，并且外接鏈輪，所以軸直徑設(shè)計(jì)為：
圖7
滾筒中心的空心連接定位軸起到連接定位，為后面滾筒連線(xiàn)起到作用設(shè)計(jì)如下：
圖8
根據(jù)上面軸的直徑大小可以設(shè)計(jì)得出摩擦滾的中心孔大小為40mm。
5 聯(lián)接鏈輪的設(shè)計(jì)
5.1 鏈輪傳動(dòng)比
圖9
1.滾筒 2.摩擦滾 3.鏈輪傳動(dòng) 4減速器 5電機(jī)
春卷皮機(jī)滾筒5工作的轉(zhuǎn)速約為4r/min，經(jīng)過(guò)摩擦滾4傳到軸上的角速度為40r/min。經(jīng)過(guò)前面選定的YCJ200減速器輸出的角速度為14r/min，所以可以得到傳動(dòng)比：
n=4014=207
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)鏈輪齒數(shù)的設(shè)計(jì)一般為奇數(shù)，鏈條為偶數(shù)，所以采用傳動(dòng)比為i=3，即Z1=27，Z2=81，得到滾筒最終的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度r=4.2r/min 。
5.2 鏈輪設(shè)計(jì)
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》鏈輪部分設(shè)計(jì)步驟計(jì)算得出需要的兩個(gè)鏈輪數(shù)據(jù)如下：
圖10
對(duì)于鏈輪軸向上的固定采用的是M5的緊定螺釘。
小鏈輪尺寸如下圖：
圖11
大鏈輪的尺寸如下：
圖12
5.3 鏈條的確定
根據(jù)設(shè)計(jì)出來(lái)的鏈輪選擇對(duì)應(yīng)的鏈條數(shù)，設(shè)計(jì)安裝尺寸中，兩鏈輪的中心距為367mm，所以根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第三卷鏈輪的設(shè)計(jì)可以求得需要鏈條的長(zhǎng)度節(jié)數(shù)為124。
6 鍵的選擇與校核
6.1 鍵的選擇
根據(jù)軸的大小選擇鍵，軸的設(shè)計(jì)如下：
圖13
從左到右軸的直徑分別為30mm、40mm、50mm、40mm。由表6-1（《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》）可知，從左到右的三個(gè)平鍵尺寸（鍵寬b×鍵高h(yuǎn)）依次分別為8mm×7mm，10mm×8mm，10mm×8mm。鍵的長(zhǎng)度取值分別為20mm，80mm，80mm。采用的材料為45鋼。
6.2 鍵的校核
根據(jù)導(dǎo)向平鍵連接和滑鍵連接的強(qiáng)度條件公式：
p=2T×103kld≤p
公式中：
T------傳遞的轉(zhuǎn)矩（T=Fy≈Fd2），N·m；
k------鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處h為鍵的高度，mm；
l------鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵l=L-b，這里L(fēng)為鍵的公稱(chēng)長(zhǎng)度，mm；
p------鍵、軸、輪轂三者中最弱材料的許用應(yīng)力，MPa。查表6-2（《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》），此處連接是屬于輕微沖擊，p=40MPa。
E處平鍵的校核：
傳遞轉(zhuǎn)矩：T = Mg × d2 = 22.05 N·m
連接強(qiáng)度：p=2×22.05×1030.5×0.015×20×30=21
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