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16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
家用電動(dòng)面條機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名 潘旭輝
學(xué) 號(hào) 8031212323
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 16-3
指導(dǎo)老師 安靜
日 期 2016.05
塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制
前 言
“北方面條,南方米飯”這句話概括了古代中國的地方主食的特色。由于古代中國食品衛(wèi)生條件較差,相對于其他食品而言,經(jīng)過煮沸的面條最為潔凈,可以極大地減少腸胃疾病的發(fā)生,因此面條成為中國最常見的食品之一。在目前農(nóng)產(chǎn)品加工的機(jī)械化的背景下,傳統(tǒng)的手搟面條生產(chǎn)效率低、操作困難,買面條不經(jīng)濟(jì)劃算,還費(fèi)時(shí)費(fèi)力。適用于家庭使用的面條機(jī)受到了人們的追捧,因此家庭面條機(jī)的設(shè)計(jì)成為了設(shè)計(jì)課題。
本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)參考了大型面條機(jī)的設(shè)計(jì)方案,對家庭面條機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和研究,從整體結(jié)構(gòu)而言,重點(diǎn)對壓面機(jī)的壓面機(jī)構(gòu)、切面部件、減速系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)設(shè)計(jì)和研究。設(shè)計(jì)步驟首先在明確設(shè)計(jì)任務(wù)要求及其背景的情況下,查找資料并與老師深入溝通明確了設(shè)計(jì)綱領(lǐng),并通過三維設(shè)計(jì)Solidworks對其中的重要部件做了設(shè)計(jì)并完成建模,并不斷優(yōu)化設(shè)計(jì),最后繪制CAD圖紙文件,完成了總裝圖和部件圖以及重要的零件圖。
關(guān)鍵詞:家用電動(dòng)壓面機(jī);壓片機(jī)構(gòu);輥刀
目 錄
1引言 1
1.1國內(nèi)外面條機(jī)概況及發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2研究的目的與意義 1
1.3預(yù)期目標(biāo) 1
1.4任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 1
1.5重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 2
2面條機(jī)的設(shè)計(jì)思路和總體方案設(shè)計(jì) 2
2.1設(shè)計(jì)思路 3
2.2總體結(jié)構(gòu)圖 3
2.3工作原理 3
3面條機(jī)主要部件的設(shè)計(jì) 3
3.1壓片機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明 3
3.2輥刀的設(shè)計(jì)說明. 5
4面條機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 6
4.1電動(dòng)機(jī)的選擇 6
4.2帶輪的設(shè)計(jì) 6
4.3齒輪的設(shè)計(jì) 8
5軸的設(shè)計(jì) 12
5.1軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 13
5.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
總 結(jié) 15
致 謝 16
參考文獻(xiàn) 17
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1引言
1.1國內(nèi)外面條機(jī)概況及發(fā)展現(xiàn)狀
面條作為中國的傳統(tǒng)美食,深受人們的喜愛,其發(fā)展歷史悠久,在世界各地也都有了屬于自己的面文化。面條的做法也演變出多種,撈、燜、炒、湯等各種做法,我們在全國各地甚至是全世界各地,都可以吃到美味的特色面條。例如世界性的代表意大利面,國內(nèi)的北京炸醬面、河北撈面、上海陽春面等,加上節(jié)日主題的長壽面,面的種類越來越多,也越來越受歡迎。使用機(jī)器生產(chǎn)面條還是二十世紀(jì)初才開始,但真正發(fā)展還是在解放后,截止去年年底全國面條機(jī)生產(chǎn)廠家已達(dá)四百余家,年產(chǎn)量達(dá)萬余臺(tái)。面條機(jī)的出現(xiàn),更加推動(dòng)了面條行業(yè)的發(fā)展,銷量也隨之增加。盡管時(shí)間不長,但人們對面條機(jī)的反饋還是不錯(cuò)的,對產(chǎn)品還是比較認(rèn)可的。
面條機(jī)目前處于市場培育階段,在河南、山東等面食大省中面條機(jī)的發(fā)展速度驚人,銷售樂觀,走勢趨高。但是在南方城市,銷售前景不太好,起步較北方晚。但是,這并不影響面條機(jī)的發(fā)展,相信后期經(jīng)過市場的滲透和長期的產(chǎn)品推廣,地域差異化明顯縮小,越來越多的消費(fèi)者選擇面條機(jī)[3]。為了滿足大多數(shù)人的需求,市場上的面條機(jī)也逐漸多了起來,面條機(jī)也逐漸走進(jìn)了家庭??v觀世界面條機(jī),現(xiàn)如今市場上出現(xiàn)的家用面條機(jī)大致可分為兩類:一類是擠壓型面條機(jī);一類是碾壓式面條機(jī)。
1.2研究的目的與意義
針對傳統(tǒng)手工制作面食存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工序復(fù)雜、效率低、不衛(wèi)生等缺陷,運(yùn)用機(jī)械原理,設(shè)計(jì)了家用面條機(jī),以適應(yīng)市場。該面條機(jī)具有節(jié)能、體積小、操作簡單、維修方便、光潔衛(wèi)生等特點(diǎn)。
隨著生活水平的不斷提高,生活節(jié)奏日益加快,飲食制作快捷化就自然想到用飲食機(jī)械來代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工制作。市場上已經(jīng)出現(xiàn)許多如和面機(jī)、洗面機(jī)、面條機(jī)、餃子機(jī)等形狀各異、種類繁多的面食品加工機(jī)械,但是大多為大型面食品加工機(jī)械,家用加工機(jī)械并不多,且功能單一。縱觀世界面條機(jī), 一方面向高生產(chǎn)率、全自動(dòng)的方向發(fā)展, 另一方面由敞開型向封閉型、重量輕、體積小、造型美. 一次成條方向發(fā)展。隨著人們對食品各方面要求的提高,家用面條機(jī)開始受到家庭廚子的喜愛,面對全國廣大市場,家用面條機(jī)發(fā)展空間廣闊,經(jīng)濟(jì)前景好。
1.3預(yù)期目標(biāo)
(1)整機(jī)操作方便,結(jié)構(gòu)簡單,噪音小,使用壽命長。
(2)安全,在及其工作的過程中要能保證安全性,可以安裝觸電保護(hù)裝置。
(3)低成本,系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,在達(dá)到控制要求的基礎(chǔ)上,盡可能地考慮其經(jīng)濟(jì)性。
1.4任務(wù)要求及實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析
面條作為中國的傳統(tǒng)美食深受人們的喜愛,但是每個(gè)人對面條的品質(zhì)要求都有所不同,為了滿足大家的要求,本次設(shè)計(jì)的家用電動(dòng)面條機(jī)大家可以根據(jù)自己的喜愛,調(diào)試出自己喜歡的面條,既減少了勞動(dòng)強(qiáng)度,又經(jīng)濟(jì)劃算。
(1)任務(wù)要求: 設(shè)計(jì)出體積小、經(jīng)濟(jì)簡單、實(shí)用的面條機(jī);制作出色澤、外觀、軟硬度、粘彈性、光滑性、食味符合大眾要求的面條。
(2)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析:針對傳統(tǒng)手工制作面食存在的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工序復(fù)雜、效率低、不衛(wèi)生等缺陷,運(yùn)用齒輪傳動(dòng)、設(shè)置間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)及相關(guān)的機(jī)械原理,設(shè)計(jì)多功能家用面條機(jī)。要求該面條機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、造型新穎、操作簡單、維修方便、光潔衛(wèi)生、可流動(dòng)作業(yè)等特點(diǎn),能壓制形狀整齊、厚薄勻稱的寬窄面條、餃子皮、包子皮及餛飩等多種面食。市場上的大中型面條機(jī)工序復(fù)雜、價(jià)格昂貴、清潔不便,盡管出現(xiàn)了參差不起的小型全自動(dòng)面條機(jī),但是操作麻煩,難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。本次小型家用面條機(jī)應(yīng)盡量改善這些缺點(diǎn)。應(yīng)努力達(dá)到攜帶方便,價(jià)格便宜,所需功率小,面條成型??筛鶕?jù)個(gè)人喜歡制作出不同款式和不同營養(yǎng)的面條。面條在我國食品類很受歡迎。農(nóng)副產(chǎn)品深加工是中國十五期間重點(diǎn)扶持行業(yè)隨著經(jīng)濟(jì)條件的改善和人們對綠色新鮮早餐的需求,該課題市場前景廣闊,具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
1.5重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路
本次設(shè)計(jì)方案分兩種:一種是壓片式面條機(jī),一種是擠壓式面條機(jī)。
壓片式面條機(jī)把面餅經(jīng)過面輥相對轉(zhuǎn)動(dòng)擠壓形成面片,再經(jīng)前機(jī)頭輥刀對面片進(jìn)行切條,從而形成面條。 面條的形狀取決于切面刀的規(guī)格,所有機(jī)型均可安裝不同規(guī)格的切面刀,故一臺(tái)機(jī)器經(jīng)過更換不同規(guī)格的面刀可以做成各種規(guī)格的面條[1]。
擠壓式面條機(jī)把水和面粉放入料斗中,通過輸面螺旋裝置進(jìn)行攪拌和擠壓,更換面刀可以擠壓出不同形狀的面條,可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,現(xiàn)如今市場上一出現(xiàn)了各種各樣的全自動(dòng)家用面條機(jī),但是操作復(fù)雜,面條的口感較差,很難達(dá)到預(yù)期目標(biāo)[2]。因此本次設(shè)計(jì)方案是設(shè)計(jì)和計(jì)算小型碾壓式面條機(jī),
本機(jī)在設(shè)計(jì)上最為關(guān)鍵的是壓面輥、面刀及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。在壓面輥裝置中壓面輥的粗糙度和壓力值決定了面條的成型與品質(zhì),面刀可以切割成大家喜歡的面條。
解決的思路如下:
(1)動(dòng)力源的選擇;
(2)選擇合適動(dòng)力傳遞方式,設(shè)計(jì)工作裝置和傳動(dòng)裝置。
(3)壓面輥、輥刀的設(shè)計(jì);
(4)運(yùn)用Auto CAD軟件,繪制二維零件圖和裝配圖。
(5)對面條機(jī)生產(chǎn)效率的分析。
2面條機(jī)的設(shè)計(jì)思路和總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)思路
(1)設(shè)計(jì)出大小合適進(jìn)料方便的進(jìn)料槽,進(jìn)料槽的傾斜角度要經(jīng)過嚴(yán)格的幾何計(jì)算得到。
(2)壓片機(jī)構(gòu)要設(shè)計(jì)合理,不能出現(xiàn)卡料或使面輥粘上較多的面料,因此軋輥表面要經(jīng)過磨床精磨,光滑美觀,軋出的面帶均勻光潔。
(3)通過所學(xué)的知識(shí)選擇出合適的動(dòng)力源,使用齒輪和皮帶作為傳動(dòng)系統(tǒng),噪音小,結(jié)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)平穩(wěn),傳動(dòng)動(dòng)力準(zhǔn)確高效,還有噪聲小、無震動(dòng)。
(4)設(shè)計(jì)出可以調(diào)試的輥刀,通過調(diào)試輥刀之間的距離,達(dá)到切出不同規(guī)格的面條要求。
2.2總體結(jié)構(gòu)圖
1.面槽 2.左機(jī)架 3.螺母 4.螺桿 5.調(diào)節(jié)螺母 6.壓輥 7.皮帶
8.大帶輪 9、12.半軸 10.電動(dòng)機(jī) 11.右機(jī)架 13.擋圈 14.滑塊 15.輥刀
圖2-2 面條機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖
2.3工作原理
面條機(jī)(也成壓面機(jī))即可以加工濕切面,也可以加工掛面。其主要功能在于對面坯進(jìn)行碾壓和切條,壓輥和面條輥刀是它的主要工作部件。
面條機(jī)的工作流程圖,如圖2-3所示:面坯——面槽輸送——面輥碾壓——二級(jí)傳送——輥刀切割——面條成型。具體為:面粉和水按照一定比例均勻混合之后放入面槽,通過面槽將面水混合物傳送到雙面輥中,面皮在面輥的擠壓下碾壓成型,碾壓成型的面皮在重力的作用下被傳送到切刀中,經(jīng)過面刀的縱向切割面條就成型了。
圖2-3 面條機(jī)工作流程
3面條機(jī)主要部件的設(shè)計(jì)
3.1壓片機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)說明
3.1.1基本結(jié)構(gòu)
壓輥是面條機(jī)的主要工作部件,面條品質(zhì)的好壞很大一部分取決于壓輥。面條機(jī)的壓輥均為光輥,并成對使用,如圖3-1所示,組成壓片機(jī)構(gòu),其中一根輥的兩端帶有比輥?zhàn)又睆酱蟮亩税澹ㄋ追Q公輥),與另一根不帶端板的壓輥(俗稱母輥)相配合形成一個(gè)封閉的空腔,其寬度為B,用以控制面片的厚度,同時(shí)還防止面片因軸向竄動(dòng)所引起的破邊缺陷。一對壓輥依靠軸承支承在機(jī)架上,其中一根與機(jī)架固定,稱為定輥;另一根的軸承座位置可調(diào),用以變動(dòng)軋距,即使得面皮的厚度可以人工調(diào)整。輥軸一端分別裝有同等大小的齒輪使兩輥以相同的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。為防止壓輥粘料,保證面片光滑均勻,壓輥必須光滑[8]。
1.端板 2.壓輥 3.齒輪 4.鍵槽
圖3-1 壓片機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
3.1.2.影響壓片的主要因素
(1)軋輥直徑與壓力 軋輥的直徑應(yīng)選大些。輥徑大,喂料角大,容易進(jìn)料,可以使面片組織壓得緊密,不易折斷[8]。
(2)壓延比 輥壓后面片的壓下量與輥壓前物料厚度之比稱為壓延比。其大小是影響壓片效果的重要因素。因?yàn)閷γ媾饕淮芜^度的壓延展,會(huì)破壞面帶中的面筋網(wǎng)狀組織,所以壓延比一般不大于0.5[8]。
(3)壓輥的工作原理:主、從壓輥通過齒輪嚙合,齒輪齒數(shù)比為1:1,齒輪與壓輥通過鍵剛性連接,主動(dòng)面輥轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)從動(dòng)輪同轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),方向相反。因此面皮可在兩面輥的擠壓下碾壓成型,為了提高面條的口感和品質(zhì),可以多次重復(fù)擠壓。
面皮厚度的調(diào)節(jié):從動(dòng)輪兩側(cè)分別裝有滑塊,從動(dòng)輪的軸承座固定在兩滑塊上,滑塊在調(diào)節(jié)螺母作用下前后移動(dòng),進(jìn)而調(diào)節(jié)兩面輥間的間距,調(diào)節(jié)范圍為0~5mm。如圖3-2所示
3-2 壓片機(jī)構(gòu)間隙調(diào)節(jié)
3.2輥刀的設(shè)計(jì)說明.
輥刀:是一對相向等速運(yùn)轉(zhuǎn)相互嚙合的齒輥,將碾壓成型的面片縱切成面條的刀具。傳統(tǒng)的輥刀是一種刀對應(yīng)一種面條的形狀,切出不同的面條就需要多次換刀,這樣不僅降低了生產(chǎn)力,而且還提高了生產(chǎn)成本。對于家庭使用的話,為了降低成本,就很少去買多種不同的刀具去滿足需求,因此為了給大家?guī)矸奖?,本次設(shè)計(jì)就采取了可調(diào)式刀具的理念,設(shè)計(jì)出可以調(diào)節(jié)面條寬度的刀具,并且出不同寬度的面條。如圖3-3所示
圖3-3 輥刀裝配圖
壓面機(jī)輥刀結(jié)構(gòu)包括一對平行設(shè)置在機(jī)架上的切刀輥以及傳動(dòng)齒輪,傳動(dòng)齒輪設(shè)在輥軸端面,所述切刀輥的輥軸上套設(shè)有滾針軸承,滾針軸承支承切刀輥的輥體,滾針軸承外端設(shè)置滑塊,該結(jié)構(gòu)安裝簡單方便,用該結(jié)構(gòu)切削出的面條質(zhì)量好,工作效率高,使用該結(jié)構(gòu)可以減少壓面機(jī)的生產(chǎn)成本。
輥刀的基本工作原理:本次輥刀的設(shè)計(jì)理念就是:通過調(diào)節(jié)兩切刀間隙,進(jìn)而調(diào)節(jié)切刀切出面條的寬度。如圖3-4所示
圖 3-4輥刀簡圖
調(diào)節(jié)方法:通過轉(zhuǎn)動(dòng)輥刀兩側(cè)的調(diào)節(jié)螺栓,從而調(diào)節(jié)輥刀兩側(cè)滑塊在滑槽內(nèi)的縱向移動(dòng),實(shí)現(xiàn)了輥刀間隙的調(diào)節(jié)。本次設(shè)計(jì)的輥刀可以切出面條寬度為B1=4mm,B2=16mm。
4面條機(jī)傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì)
4.1電動(dòng)機(jī)的選擇
根據(jù)資料得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速越低越好,家用電壓一般都是220v的標(biāo)準(zhǔn)電壓,由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》綜臺(tái)考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸 、重量以及帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比,選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YU7124。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率P=180w滿載轉(zhuǎn)速n=1400r/min,總傳動(dòng)比適中,傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。YU7124主要參數(shù)如下表:
表4-1 YU7124的主要參數(shù)
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率/kw
滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量/kg
電流/A
效率/%
YU7124
0.18
1400
1.4
1.8
32
2.49
53
4.2帶輪的設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)的具體傳動(dòng)要求,可選取電動(dòng)機(jī)和主軸之間用V帶和帶輪的傳動(dòng)方式傳動(dòng),因?yàn)樵趬好孑伒墓ぷ鬟^程中,傳動(dòng)件V帶是一個(gè)撓性件,它賦有彈性,能緩和沖擊,吸收震動(dòng),因而使壓面機(jī)工作平穩(wěn),噪音小等優(yōu)點(diǎn)。在傳動(dòng)過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦,導(dǎo)致兩者的相對滑動(dòng),利用這一特征:當(dāng)壓面輥承受的摩擦力較大時(shí),帶輪與皮帶之間可以相對滑動(dòng),進(jìn)而保護(hù)了傳動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī),可以起到過載保護(hù)的作用。皮帶只要傳動(dòng)比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求V帶及帶輪的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝。所以,在電動(dòng)機(jī)與傳動(dòng)齒輪之間選用V帶與帶輪的傳動(dòng)配合是很合理的。
選擇V帶和帶輪應(yīng)當(dāng)從它的傳動(dòng)參數(shù)入手,來確定V帶的型號(hào)、長度和根數(shù),再來確定導(dǎo)輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸,輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等,傳動(dòng)中心距,安裝尺寸,帶輪作用在軸的壓力,為設(shè)計(jì)軸承作好準(zhǔn)備[9]。
4.2.1確定計(jì)算功率
(4--1)
其中 KA—工作情況系數(shù);
P—電動(dòng)機(jī)的功率;
4.2.2 V帶的選擇
確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑d1,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》書可選擇 V 帶的型號(hào)參考表13-9選取Y型皮帶,小帶輪直徑d1=30mm
1)計(jì)算V帶的速度
(4-2)
2)計(jì)算從動(dòng)輪的直徑
根據(jù)表13-9得d2符合要求
3)確定傳動(dòng)中心距a和帶長L
初步選取中心距
取,符合。
由公式計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長度
(4-3)
查表13-2得,對Y型帶選用L=450mm.再由式(13-16)計(jì)算實(shí)際中心距a
4)驗(yàn)算小帶輪包角
(4-4)
合適。
5) 計(jì)算V帶根數(shù)z由式(13-15)得:
(4-5)
今n1=1400r/min,d1=30mm,查表Y型V帶的額定功率表得。
由查表的,查表13-2得,查表13-7得,代入上述公式得:
Z=1.961
取2根。
4.2.3求作用在帶輪軸上的壓力
查表13-1得q=0.04kg/m,故由式(13-17)得單根V帶的初拉力:
(4-6)
作用在軸上的壓力:
4.2.4帶輪的選擇
1)帶輪的材料選擇
因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速V=2.2m/s,轉(zhuǎn)速比較低,所以材料選定為灰鑄鐵,硬度為HT 150。
2)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑,選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式,根據(jù)帶的型號(hào)來確定帶論輪槽的尺寸,設(shè)計(jì)如下:
主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)選擇.因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸,而與主動(dòng)帶輪配合的電動(dòng)機(jī)軸的直d=10,因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式d12.5~3d,所以主動(dòng)帶輪采用實(shí)心式。
查參考文獻(xiàn)中表8-10得
,,,
4.3齒輪的設(shè)計(jì)
4.3.1選擇材料及精度等級(jí)
根據(jù)傳動(dòng)比的要求,由上一節(jié)可知齒輪1轉(zhuǎn)速為700r/min,因?yàn)閮蓚€(gè)齒輪主要起傳動(dòng)與減速作用,及傳動(dòng)比i=6.75,因此選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng);壓面機(jī)工作,面輥與面刀轉(zhuǎn)速不高,故選用8級(jí)精度,齒輪材料為45鋼(調(diào)制),硬度為240HBS。根據(jù)各個(gè)軸的位置關(guān)系如圖4-1所示:
圖4-1 定軸輪系
選齒輪1齒數(shù)為Z1=20,則齒輪2的齒數(shù)為Z2=45,n2=311/min。
選齒輪3齒數(shù)為Z3=15,則齒輪4的齒數(shù)為Z4=45,n4=104/min。
4.3.2按接觸強(qiáng)度進(jìn)行初步計(jì)算
1)設(shè)齒輪按8級(jí)精度制造,由表11-3知取載荷系數(shù)Kt=1.3,由表11-6得齒寬系數(shù)。
2)計(jì)算軸2傳遞的轉(zhuǎn)矩
(4-7)
(4-8)
3)令,稱為彈性系數(shù),查表11-4得
4)由表11-1按齒面硬度查得齒輪1與齒輪2的接觸疲勞強(qiáng)度極為
5)由參考文獻(xiàn)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得
6)由參考文獻(xiàn)中取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.94
7)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,由參考文獻(xiàn)[2]中式10-12得
8)試算齒輪分度圓直徑d,將[σH]代入公式得
(4-9)
根據(jù)尺寸要求取
9)計(jì)算圓周速度
(4-10)
10)計(jì)算齒寬
11)計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=0.81m/s,8級(jí)精度,由參考文獻(xiàn)圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv=1.12;
直齒輪,KHα=KFα=1;
由參考文獻(xiàn)中查得使用系數(shù)KA=1.0;
由參考文獻(xiàn)中用插值法查得8級(jí)精度,非對稱布置,KHβ=1.315;
由b/h=1.78,查參考文獻(xiàn)得KFβ=1.3;故載荷系數(shù)
(4-11)
按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑,由式10-10a得
(4-12)
4.3.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由參考文獻(xiàn)中式10-5得彎曲強(qiáng)度得設(shè)計(jì)公式為
(4-13)
1)由圖10-20c查得齒輪1得彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=420MPa;
2)由圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85;
3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)SF=1.4,由參考文獻(xiàn)中式10-12得
4)計(jì)算載荷系數(shù)K
5)查取齒形系數(shù),由表10-5查得YFa1=2.57;YSa1=1.60
代入上式得
4.3.4確定模數(shù)
對比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑(即模數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)[9]??扇∮蓮澢鷱?qiáng)度算得的模數(shù)m=2.5mm,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm。
4.3.5確定齒數(shù)
按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=50mm ,算出齒輪1的齒數(shù)為
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),既滿足了齒面接觸強(qiáng)度,又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi)。
4.3.6確定幾何尺寸
1)計(jì)算分度圓直徑、
2)計(jì)算中心距a
3)計(jì)算齒輪寬度b
查表,取
5軸的設(shè)計(jì)
軸是組成機(jī)器的主要零件之一。一切作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)零件(例如齒輪、蝸輪等),都必須安裝在軸上才能運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力的傳遞。因此軸的主要功用是支撐回轉(zhuǎn)零件及傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。
按照承載荷受的不同,軸可以分為轉(zhuǎn)軸、心軸、和傳動(dòng)軸三大類。工作中既承受彎矩有承受扭矩的軸稱為轉(zhuǎn)軸。這類軸在各種機(jī)器中最為常見。只承受彎矩而不承受扭矩的稱為心軸,心軸又分為轉(zhuǎn)動(dòng)心軸和固定心軸。只承受扭矩而不承受彎矩的軸稱為傳動(dòng)軸。經(jīng)過分析此次設(shè)計(jì)的軸是轉(zhuǎn)軸。
軸還可以按照軸線形狀的不同,分為曲軸和直軸兩大類。直軸根據(jù)外形的不同,可分為光軸和階梯軸兩種。直軸一般都制成實(shí)心的。在那些由于機(jī)器結(jié)構(gòu)的要求而需要在軸中裝設(shè)其它零件或者減小軸的質(zhì)量具有特別重大作用的場合,則將軸制成空心的。空心軸內(nèi)徑與外徑的比值通常為0.5至0.6,以保證軸的剛度及扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件,有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼廉價(jià),對應(yīng)集中的敏感性較底,同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度,故采用碳鋼制造軸尤為廣泛,其中最為常見的是45鋼。所以我選擇的是45鋼。必須指出:在一般工作溫度下(低于200℃),各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多,因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí),所根據(jù)的是強(qiáng)度和耐磨性,而不是軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意,在既定條件下,有時(shí)也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材,而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。
各種熱處理(如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等)以及表面強(qiáng)化處理(如噴丸、滾壓等),對提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。軸的常用材料及主要力學(xué)性能見表6-1。
表5-1 軸的材料及主要力學(xué)性能
材料
牌號(hào)
熱處理
毛坯直徑/mm
硬度/HBS
抗拉疲勞強(qiáng)度
M Pa
屈服疲勞強(qiáng)度
M Pa
彎曲疲勞強(qiáng)度
M Pa
剪切疲勞強(qiáng)度
M Pa
許用彎曲強(qiáng)度M Pa
備注
Q235-A
熱軋或鍛后空冷
≤100
100-250
—
400-420
375-390
225
215
170
105
40
用于受載荷不大的軸
45
正火
回火
≤100
170-217
590
295
255
140
55
應(yīng)用最廣泛
>100-300
162-217
570
285
245
135
調(diào)質(zhì)
≤200
217-255
640
355
275
155
60
—
>100-300
—
685
490
355
185
—
20Cr
滲碳
淬火
回火
≤60
滲碳
56-62
HRC
640
390
305
160
60
用于要求強(qiáng)度及韌性均較高的軸
40CrNi
調(diào)質(zhì)
≤100
270-300
900
735
430
260
75
用于很重要的軸
>100-300
240-270
785
570
370
210
38CrMoAlA
調(diào)質(zhì)
≤60
293-321
930
785
440
280
75
用于要求高耐磨,高強(qiáng)度且熱處理(氮化)變形很小的軸
—
—
>60-100
277-302
835
685
410
270
—
—
—
>100-160
241-277
785
590
375
220
—
QT600-3
—
—
190-270
600
370
215
185
—
用于制復(fù)雜外形的軸
QT800-2
—
—
245-335
800
480
290
250
—
5.1軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素:軸在機(jī)器中的安裝位置及形式;軸上安裝的零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸連接的方法;載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況;軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)因素較多,且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異,所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于軸上零件的定位、固定和裝拆,盡量減小應(yīng)力集中,受力合理,有良好的工藝性。對于要求剛度大的軸,還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減小軸的變形??傊O(shè)計(jì)的時(shí)候必須對不同情況進(jìn)行具體的分析。但是,不論何種具體條件,軸的結(jié)構(gòu)都應(yīng)該滿足:
1)軸和裝在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置;
2)軸上的零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整;
3)軸應(yīng)該具有良好的制造工藝性等;
4)載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況。
因此,可以先根據(jù)軸系的不同要求,將軸的各部分分開考慮,然后再根據(jù)相互關(guān)系,和加工、安裝、拆卸、維修等的要求綜合考慮,并相應(yīng)地調(diào)整各部分的結(jié)構(gòu)和尺寸鏈。
5.2軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
初步計(jì)算軸徑常用類比法、經(jīng)驗(yàn)法及按許用切應(yīng)力估算法,初步估算的軸徑作為軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。
帶輪一般放在軸的端部,可以先求出軸的最小直徑:
軸的基本直徑尺寸公式如下:(此次家用面條機(jī)的軸一般選用45鋼就能滿足要求,45鋼的可以查表6-2。
表5-2 軸常用的幾種材料及A0值
軸的材料
Q235-A
Q275、35
(1Cr18Ni9Ti)
45
40Cr、35SiMn
38SiMo、3Cr13
/M Pa
15~25
20~35
25~45
35~55
A0
149~126
135~112
126~103
112~97
對于d≤100mm的軸,有一個(gè)鍵槽時(shí)候,軸徑要增大5%—7%,有兩個(gè)鍵槽時(shí)候應(yīng)該增大10%—15%。因?yàn)檩S上有一處鍵槽,所以,又由于面條的主軸和壓輥是一體的承受的是沖擊動(dòng)載荷,故在設(shè)計(jì)時(shí),軸的最小處直徑應(yīng)比理論計(jì)算的要大一些,然后,再綜合考慮,暫時(shí)選取軸的材料為45號(hào)鋼,調(diào)質(zhì)處理,dmin=35mm。
5.2.1壓輥軸的結(jié)構(gòu)簡圖
圖5-3 壓輥軸的結(jié)構(gòu)示意圖
5.2.2確定軸的尺寸
表5-3 壓輥軸的尺寸參數(shù)
名稱
1
2
3
4
直徑d(mm)
10
50
15
10
長度(mm)
10
200
10
10
總 結(jié)
本次面條機(jī)的設(shè)計(jì),通過資料查找以及對市場的調(diào)查研究,運(yùn)用機(jī)械原理,設(shè)計(jì)了家用面條機(jī),以適應(yīng)市場。該面條機(jī)具有節(jié)能、體積小、操作簡單、維修方便、光潔衛(wèi)生等特點(diǎn)?;就瓿闪祟A(yù)期目標(biāo),實(shí)現(xiàn)了課題研究的價(jià)值。
本次課題基本完成:
(1)設(shè)計(jì)出大小合適進(jìn)料方便的進(jìn)料槽,進(jìn)料槽的傾斜角度經(jīng)過嚴(yán)格的幾何計(jì)算得到。
(2)壓片機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,不出現(xiàn)卡料或使面輥粘上較多的面料,軋輥表面經(jīng)過磨床精磨,光滑美觀,軋出的面帶均勻光潔。
(3)通過所學(xué)的知識(shí)選擇出合適的動(dòng)力源,使用齒輪和皮帶作為傳動(dòng)系統(tǒng),噪音小,結(jié)構(gòu)緊湊,傳動(dòng)平穩(wěn),傳動(dòng)動(dòng)力準(zhǔn)確高效,還有噪聲小、無震動(dòng)。
(4)設(shè)計(jì)出可以調(diào)試的輥刀,通過調(diào)試輥刀之間的距離,達(dá)到切出不同規(guī)格的面條要求。
此次設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)家用面條機(jī)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上添加了電動(dòng)機(jī),大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度,操作簡單,體積較小便于移動(dòng)。輥刀進(jìn)行了升級(jí),由傳統(tǒng)的一種刀切割一種面條,改進(jìn)為一種刀可切出兩種面條,結(jié)構(gòu)原理簡單,便于清理。但是我設(shè)計(jì)的面條機(jī)還存在許多缺陷,面坯厚度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不能準(zhǔn)確調(diào)節(jié),精度不高;沒有添加手搖動(dòng)力,使面條機(jī)的使用環(huán)境存在局限性。
致 謝
通過這一階段的努力,我的畢業(yè)論文《家用電動(dòng)面條機(jī)》的設(shè)計(jì)終于完成了,這意味著大學(xué)生活即將結(jié)束。在大學(xué)階段,我在學(xué)習(xí)上和思想上都受益匪淺,這除了自身的努力外,與各位老師、同學(xué)和朋友的關(guān)心、支持和鼓勵(lì)是分不開的。?
在本論文的寫作過程中,我的導(dǎo)師安靜老師傾注了大量的心血,從選題到開題報(bào)告,從寫作提綱,到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題,嚴(yán)格把關(guān),循循善誘,在此我表示衷心感謝。同時(shí)我還要感謝在我學(xué)習(xí)期間給我極大關(guān)心和支持的各位老師以及關(guān)心我的同學(xué)和朋友。
非常感謝安靜老師在我大學(xué)的最后學(xué)習(xí)階段——畢業(yè)設(shè)計(jì)階段給我的指導(dǎo),從最初的定題,到資料收集,到寫作、修改,到論文定稿,她給了我耐心的指導(dǎo)和無私的幫助。為了指導(dǎo)我的畢業(yè)論文,她放棄了自己的休息時(shí)間,她的這種無私奉獻(xiàn)的敬業(yè)精神令人欽佩,在此我向她表示誠摯的謝意。同時(shí),感謝所有任課老師和所有同學(xué)在這四年來給我的指導(dǎo)和幫助,是他們教會(huì)了我專業(yè)知識(shí),教會(huì)了我如何學(xué)習(xí),教會(huì)了我如何做人。正是由于他們,我才能在各方面取得顯著的進(jìn)步,在此向他們表示由衷的謝意,并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才,桃李滿天下!
寫作畢業(yè)論文是一次再系統(tǒng)學(xué)習(xí)的過程,畢業(yè)論文的完成,同樣也意味著新的學(xué)習(xí)生活的開始。我將銘記我曾是一名優(yōu)秀學(xué)子,在今后的工作中把吃苦耐勞的優(yōu)良傳統(tǒng)發(fā)揚(yáng)光大。
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