多功能螺旋榨油機的設計
多功能螺旋榨油機的設計
摘 要：本論文主要是對螺旋榨油機的總體結構設計。其中包括壓榨部分，傳動部分，機架部分，出油裝置及進料等的結構設計。包括對輸入端電動機功率／轉速的選擇。帶及帶輪的選擇及設計。變速箱中齒輪的設計，軸的設計，軸承、鍵、聯(lián)軸器的選擇及相關的計算、校核。榨螺榨籠的設計等。其中榨螺和榨籠是榨油機的主要工作部件。榨螺部分主要有榨螺軸和榨螺（共3節(jié)）．調餅頭．鎖緊螺母和調節(jié)螺栓等組成．榨螺的設計應滿足榨螺間的裝配要求．榨螺間裝配必須嚴密．用鎖緊螺母將其夾緊．防止油餅滲入榨螺孔內(nèi)，影響榨螺的順利拆卸．榨籠的榨膛由兩部分組成．前段由榨條組成，后段落由榨圈組成．變速箱的設計應注意互相間的配合關系，傳動比及扭矩是否滿足工作條件等．本機適用于榨取菜籽、花生仁、芝麻、棉籽仁、大豆、椰子、茶籽、葵花籽等植物油脂。（根據(jù)用戶需要，可更換榨螺，用于榨取米糠等含油的油料。）
關鍵詞：榨油機；軸；花鍵；聯(lián)軸器；齒輪箱；榨籠；
The Design of Multifunctional Screw Press
Abstract：This paper is the overall structure design of screw press. Including press parts, transmission parts, chassis parts, the structure design of oil device and feed etc.. Including the motor input power / speed selection. The selection and design of belt and pulley. Transmission in gear design, shaft design, bearing, bond, options and related coupling calculation, checking. Screw squeezing cage design etc.. The screw and barrel is the main component of oil press. Screw mainly consists of a screw shaft and screw. Adjustable cake head. The lock nut and an adjusting bolt etc.. Design should meet the requirements of the press screw assembly screw the screw assembly must be strict. Through a locking nut clamping. Prevent the cake into the pressing screw effects of screw, the smooth demolition. Pressing cage pressing chamber consists of two parts. Section by pressing strip, after paragraph by the pressing ring. Attention should be paid to coordination between design of gearbox, whether the transmission ratio and torque to meet the conditions.
This machine is suitable for the extraction of rapeseed, peanut, sesame seed, cottonseed, soybean, coconut, tea seed, sunflower seeds and other plant oils. (according to user needs, can replace the screw, for oily extract rice bran oil.)
Key words:The oil press；Shafts；Splines；Coupling；Gear box；The pressing cage
目錄
1 前言 5
1.1 選題的背景、目的及意義 5
1.2 國內(nèi)外研究狀況和相關領域中已有的研究成果 6
1.3 螺旋榨油機的工作原理 6
1.4 榨油的工藝流程 6
1.5 設計榨油機的一般程序 7
1.5.1 計劃階段 7
1.5.2 方案設計階段 7
1.5.3 技術設計階段 8
2 螺旋榨油機的設計計算 9
2.1 電動機的選取 9
2.2 螺旋榨油機主要參數(shù)的確定 9
2.2.1 榨膛容積比ε 9
2.2.2 進料端榨膛容積Vj的計算 9
2.2.3 功率消耗 10
2.2.4 榨膛壓力 10
2.3 榨螺軸的設計計算 10
2.3.1 連續(xù)型榨螺軸尺寸如下表所示： 11
2.3.2 榨螺齒形 11
2.3.3 榨螺材料 12
2.4 Ⅰ軸和Ⅱ軸嚙合齒輪的計算 12
2.4.1 齒輪的選用 12
2.4.2 確定小齒輪的齒形參數(shù) 16
2.5 軸的計算校核 17
2.5.1 選材及表面預處理 17
2.5.2 軸的結構設計 18
2.6 皮帶輪的設計計算 20
2.7 軸承的設計 21
2.7.1 軸承壽命 21
2.7.2 驗算軸承壽命 21
3 螺旋榨油機的結構設計 21
3.1 榨螺軸的設計 21
3.2 榨籠的構造 22
3.3 齒輪箱的構造及入料器的構造 22
3.4 帶輪的結構設計 22
3.5 調節(jié)裝置的設計 23
3.6 鍵的選擇與校核 23
3.6.1 Ⅰ軸上的鍵 23
3.6.2 Ⅱ軸上的鍵 23
3.6.3 芯軸上的鍵Ⅰ 23
3.6.4 芯軸上的鍵Ⅱ 24
3.6.5 鍵的校核 24
3.7 滾動軸承的選擇 24
3.7.1 Ⅲ軸上的軸承的選擇 24
3.7.2 Ⅰ軸和Ⅱ軸的軸承 25
3.8 榨螺軸與齒輪軸的聯(lián)接設計 26
4 螺旋榨油機的故障及排除 26
5 結論 28
參考文獻 28
附錄 30
附錄1：零件圖 30
附錄2：總裝配圖 30
1 前言
1.1 選題的背景、目的及意義
近年來，人們膳食結構的調整和飲食習慣的變化，促進了食品工業(yè)的迅速發(fā)展，同時也對食品工業(yè)提出了更高的要求。食品工業(yè)的現(xiàn)代化水平在很大程度上取決于食品機械的發(fā)展和現(xiàn)代化水平。所以，越來越多的人開始從事食品機械的設計，我國的食品機械設計水平也有了進一步的提高。我國是一個擁有13億人口的國家，隨著近年來社會經(jīng)濟形勢的好轉和人們生活水平的提高 ，食用油需求量巨大。盡管我國主要油料作物產(chǎn)量位居世界1位 ，但與需求量相比仍存在很大差距，每年需進口200萬t左右。
螺旋榨油機是利用壓力把固態(tài)物料中包含的液體壓榨出來的固液分離機器，根據(jù)現(xiàn)有的壓榨工藝 螺旋榨油機可分為兩大類：全壓榨油機和預榨榨油機，全壓榨油機主要用于油料的一次性壓榨，而預榨榨油機則用于高油分油料浸出前的預壓榨。
螺旋榨油機是當今世界上主要的制油機械, 被廣泛地用于從油料中提取油脂已經(jīng)90 多年了。在此期間,人們一直在致力于改善其產(chǎn)量和能效?，F(xiàn)行的螺旋榨油機主要是單螺桿榨油機，就螺桿壓榨技術而言 ，無論是全壓榨還是預壓壓榨，壓榨前都必須對原料進行合適的預處理，如干燥、剝殼、脫皮、破碎、軋坯和蒸炒等。自20世紀50年代末開始,我國的糧油機械工業(yè)經(jīng)歷了從無到有、從小到大的發(fā)展過程,為我國糧油及食品加工業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。螺旋榨油機的出世代表了榨油機產(chǎn)業(yè)的又一次更新?lián)Q代。1954年,齊齊哈爾榨油機械廠家研制出動力螺旋榨油機。到1958年,螺旋榨油機經(jīng)過四年的研究歷程，200型動力螺旋榨油機初出茅廬。與此同時，D150型和D165型動力螺旋榨油機相繼問世。螺旋榨油機的處理量逐漸加大，產(chǎn)量逐漸提高，這標志著我國螺旋榨油機制造業(yè)的起步非常成功，并得到了一定的成效。 1965年,在全國各行各業(yè)開展備戰(zhàn)備荒的背景下,我國榨油機產(chǎn)業(yè)陸續(xù)從沿海各大城市遷往內(nèi)地，糧油機械與生產(chǎn)榨油機廠家同步實施此計劃，為我國榨油機械產(chǎn)業(yè)的長遠發(fā)展打下了堅實的基礎。我國螺旋榨油機產(chǎn)業(yè)經(jīng)過了幾十年的發(fā)展，糧油工業(yè)制造業(yè)已經(jīng)日趨大型化、規(guī)模化，榨油機種類繁多，大小型號應有盡有：液壓榨油機、菜籽榨油機、全自動榨油機，香油機、濾油機設備等推陳出新[1]。
我國國土面積幅員遼闊，人口眾多，農(nóng)業(yè)文明發(fā)達，但人均耕地面積少。隨著時代的進步，經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生命活水平日益提高，對食用植物油的需求越來越高，傳統(tǒng)的食用植物油加工方法已經(jīng)滿足不了人們的需求，因此,提高榨油機的生產(chǎn)率成為一個急需解決的問題。
1.2 國內(nèi)外研究狀況和相關領域中已有的研究成果
目前，我國螺旋榨油機的社會保有量達120萬臺以上，每年有40%左右的油料經(jīng)過螺旋榨油機加工的，在我國油脂加工工業(yè)中占有舉足輕重的作用?？梢哉f，螺旋榨油機是一種適合我國國情的油料加工機械。國際上生產(chǎn)螺旋榨油機的廠家主要有三家：美國安德森和弗倫希公司以及英國的西蒙公司。
英國西蒙—羅斯丹斯系列螺旋榨油機：榨螺軸采用水冷結構以防排除的餅粕灼燒，保證出油質量，減小因熱變形產(chǎn)生的軸向力，進料裝置由計量傳動機和一個獨立傳動的迫壓螺桿裝置組成；美國弗蘭西高壓水冷螺旋榨油機：榨螺軸采用雙速榨軸，喂料部分轉速高，使油料壓緊壓實，壓軸部分轉速低，有利壓榨，采用的榨螺軸可以掉頭使用，使壽命延長一倍；美國的安德森螺旋榨油機：榨螺軸采用水冷中心榨螺軸，有8節(jié)榨螺，其中1、2節(jié)直徑相同，為預榨段，3、4、5、6、7、8節(jié)榨螺為壓榨段，外徑相同，且各節(jié)榨螺間均裝有錐形襯圈；國產(chǎn)200A—3型：榨螺軸，由長度為1960mm的芯軸，七節(jié)榨螺，六節(jié)襯圈等構成。第一節(jié)榨螺為雙頭螺紋，在襯圈處有掛刀。榨膛為7段，第一段為預榨段，2、3段為主壓榨段，第七段為出餅段；LYZX系列低溫螺旋榨油機：進料裝置采用絞龍強制進料，榨螺采用二階多級套裝式，榨籠采用榨條型梯段式整體籠裝型。
1.3 螺旋榨油機的工作原理
榨油機是一種油料加工機械。把經(jīng)過預處理的油料坯以擠壓的方法榨取植物油的機械。螺旋榨油機是使料坯在榨膛內(nèi)連續(xù)向前推進，在動態(tài)擠壓作用下榨取毛油的機械。除喂料斗外，榨膛是主要的作業(yè)部分,由一根榨螺軸和圓筒榨籠組成。榨螺軸由若干個榨螺和距圈套裝在軸上構成。每個榨螺有一定的螺距和螺深，而一根軸上的各個榨螺的螺距從進料口到出料口逐漸縮短，螺深逐漸變淺，因此使榨膛容積從進口到出口逐漸減小，料坯進入榨膛后沿榨螺螺級向出口處推進，所受的壓力逐漸變大，從而將油陸續(xù)擠出。圓筒形榨籠的榨條與榨條間加裝墊片以形成出油縫隙，擠出的毛油即通過此縫隙流出[2]。
1.4 榨油的工藝流程
油料在進入油機前，需要過一系列的預處理，一般有清選，棉籽脫絨或帶殼油料的剝殼和破碎、軟化、軋胚、蒸炒等工序。
如茶油榨油工序：
茶籽－清選－破碎（分離）－（粗軋）－軟化－軋胚－蒸炒－壓榨－毛油
1.5 設計榨油機的一般程序
一部機器的質量很大程度上取決于設計者的用心程度，也就是設計質量，而制造過程對機器質量的影響，本質上就在于是否嚴格按照設計時所規(guī)定的步驟來完成，所以設計階段是決定機器好壞的關鍵性階段。
1.5.1 計劃階段
在根據(jù)社會人群的需要提出想要設計的新機器后，計劃階段只是一個準備階段，這是就要求我們對要設計的機器有一個模糊的概念。
在這個階段，必須對所設計的機器的需求情況作充分的市場調查研究和分析。通過分析來確定機器所應具有的功能，并為以后的決策提出由市場環(huán)境、制造所需經(jīng)費、加工難易程度以及時限等眾多方面所確定的約束條件。本次設計是畢業(yè)設計，考慮到時間不是太充分加上學生自身能力有限，在榨油機設計難度的選擇上不能太難，于是在寒假里學生在網(wǎng)上查閱了各種資料，最終決定選擇單螺桿螺旋榨油機。學生的設計任務書大概包括：機器的性價比、功能及對環(huán)境的影響的估計與制造難度方面的大致估計等。并且對這些要求及條件一般也只能給出一個合理的范圍，而不是絕對的數(shù)據(jù)。例如可以用最低要求、最低精度等方式予以確定。
1.5.2 方案設計階段
本階段對設計的成敗起關鍵作用，同時這個階段也讓我知道同樣的機器可以有許多個不同的設計方案。機械取油設備有多種，其工作原理也不盡相同，如靜壓式、攪拌擠壓式、偏心回轉擠壓式等等。如何設計才能更好的發(fā)揮機器的功能需要認真分析，就是預期的功能能否全部實現(xiàn)，相互間能否替代等。最后確定出最佳的功能參數(shù)，作為進一步設計的依據(jù)。在這一步驟中，要恰當處理理想狀態(tài)和實際情況之間可能產(chǎn)生的問題。
確定功能參數(shù)后，即可提出可行的設計方案，亦即提出可能采用的方案。確定最佳方案時，可按原動件部分、傳動部分及執(zhí)行部分一一進行討論。一般情況下是先從執(zhí)行部分開始討論。
對機器進行評估時，還必須對機器的安全可靠性進行分析，把安全可靠性作為一項重要的評價指標。從可靠性的觀點來看，盲目的追求復雜的結構是不明智的，通常，系統(tǒng)越復雜，就有可能累積更多的誤差，則系統(tǒng)的可靠性就越低。為了提高復雜系統(tǒng)的可靠性，就必須增加并聯(lián)設備系統(tǒng)，但是這又不可避免地提高機器的成本。
通過各個方案的對比，最后確定一個最好設計方案的原理圖或機構運動簡圖。
在方案設計階段，要懂得借鑒之前同類機器的設計經(jīng)驗，研究它的優(yōu)勢與不足，取其長棄其短。要積極創(chuàng)新，反對保守和照辦原有設計，同時也要反對一味追求創(chuàng)新而把合理的經(jīng)驗棄置不用這兩種錯誤傾向。
1.5.3 技術設計階段
技術設計階段的目標是產(chǎn)生總裝配圖及部件裝配草圖。通過草圖設計確定出各部件及其零件的外形及基本尺寸，包括各部件之間的連接零、部件的外形及基本尺寸。最后繪制零件的工作圖、部件裝配圖和總裝圖。
技術設計階段的工作：
⑴ 機器的運動學設計
根據(jù)確定的設計方案，首先對原動機進行選取，這也就需要確定原動機的參數(shù)（功率、轉速、線速度等）。然后，做運動學的計算，從而確定各運動構件的運動參數(shù)（轉速、速度、加速度）。
⑵ 機器的動力學計算
結合個部件的結構及運動參數(shù)，計算各主要零件所受載荷的大小及特性。
⑶ 零件的工作能力設計
已知主要零件受力的大小和特點即可做零部件的初步設計。設計所依據(jù)的準則，需參照零部件的一般失效情況、工作特性、環(huán)境條件等合理地擬定，一般有強度、剛度、振動穩(wěn)定性、壽命等準則。本設計對機器主要零件的強度和軸承壽命進行了計算，以此來確定零部件的基本尺寸。
⑷ 部件裝配草圖及總裝配草圖的設計
根據(jù)已定出的主要零部件的基本尺寸，設計出部件裝配圖及總裝配草圖。草圖上需對所有零件的外形及尺寸進行全面的設計。在此過程中，需要使各零部件的外形和尺寸互不干涉，并且能很好的組合在一起起到想要的作用，仔細地考慮所設計的零部件的結構工藝性，使全部零件有最好的構形。
⑸ 主要零件的校核
在機器的部件裝配草圖和總裝配草圖設計完成以后，所以的零部件的基本尺寸均為已知，在這個基礎上，因為之前有一部分主要的零件的尺寸只是初步設計尺寸，在所以零件尺寸確定以后，還需要對它們進行進一步的精確的校核計算，逐步修改零件的尺寸，直到滿足設計要求為止。
2 螺旋榨油機的設計計算
2.1 電動機的選取
本次設計適于大豆、菜籽等多種油料作物，對象是中、小型油廠，因此選取的電機功率不高[3]。
電機型號 Y160L-8 ；
轉速 720r/min ；
額定功率 7.5KW ；
額定電流=8.8A ；
效率 η=84 % ；
功率因數(shù) =0.82 ；
=（最大轉矩）/（額定轉矩） = 2.3 ；
總傳動比=6.75。
2.2 螺旋榨油機主要參數(shù)的確定
2.2.1 榨膛容積比ε
ε＝／ （1）
查表坯實際壓縮比 =2.39 ；
實際壓縮比=3.25 ；
本次設計的螺旋榨油機對象是大豆，其總壓縮比ε＝7.5～14 ,取ε＝7.5。
2.2.2 進料端榨膛容積Vj的計算
根據(jù)設計能力等參數(shù)，可按下式計算[4]：
Vj=QBm/60KfKnrmn (2)
將數(shù)據(jù)代入公式（2）得：
Vj=(300kg/h×0.9×1000)/(60×0.6×0.7×0.7×60r/min)=255.102 cm3 ；
因此Vj=255.102 ；
出坯率=0.9 ；
料坯充滿系數(shù)Kf=0.6 ；
壓榨系數(shù) Kn=0.7 ；
入榨料坯容重 rm=0.7 ；
出口端榨膛容積Vch ,由公式3.1 ε＝Vj/Vch 推出 Vch= =18.22 cm3 。
2.2.3 功率消耗
理論公式[5]
Nr=(q·n·Rp)/6000 (kw) （3）
對于中小型機器 =5～7 kw ；
取=6 kw 。
2.2.4 榨膛壓力
P=(2471··εn5.5)/e0.022w (kPa) （4）
將數(shù)據(jù)代入公式（4）得：
P=(2471×0.00085×3.255.5)/e0. 022×3.5=1372.94 kPa。
2.3 榨螺軸的設計計算
榨螺軸是螺旋榨油機的主要工作部件之一，榨螺軸的結構參數(shù)、轉速、材質的選擇對形成榨膛壓力、油與餅的質量，生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本有很大關系。
在設計中，采用套裝式變導程二級壓榨型榨螺軸，如圖1，它將榨螺分成若干段，套裝在芯軸上用螺母壓緊，連續(xù)型榨螺軸的相鄰榨螺緊接，沒有距圈，結構較簡單，榨膛壓力較大，回料少，但齒型復雜，加工須配置專用機床，適用于較小型榨油機。
圖1 榨螺軸[6]
Fig 1 Squeezer shaft
2.3.1 連續(xù)型榨螺軸尺寸如下表所示：
表1 榨螺軸尺寸表[6]
Table 1 Squeezer shaft size
榨螺號
1
2
3
4
5
6
7
節(jié)長
120
110
80
30
45
45
45
導程
42
42
36
——
31.5
31.5
——
螺旋外徑
70
70
70
70
70
70
70
螺旋內(nèi)徑
50
50
50/67
69.2/67
59/64.3
64.3/69.6
69.6/76.6
齒頂寬/齒根寬
6/16
6/16
6/16
——
8/9.9
11.7/13.6
——
2.3.2 榨螺齒形
錐形根圓榨螺
榨螺齒形尺寸α＝0～30° ；
一般β=15～45°,最大為β＝90°；
γ<10°；
榨螺最小壁厚δ=(D0-d)/2=6～20 mm,取δ＝6 mm。
圖2 3號榨螺[6]
Fig 2 No. 3 squeezer
2.3.3 榨螺材料
榨螺用15或20號低碳鋼經(jīng)氣體滲碳（滲碳層厚度為1.5～2mm）,淬火、回火處理后，表面硬度為HRC58～62 。
2.4 Ⅰ軸和Ⅱ軸嚙合齒輪的計算
2.4.1 齒輪的選用
選用直齒圓柱齒輪傳動，7級精度。
已知輸入功率P1=7.5 kw ；
小齒輪轉速=720 r/min ；
傳動比=2.25 ；
條件：帶式輸送機，工作平穩(wěn)，轉向不變。
（1）材料選擇
Ⅰ軸上的小齒輪材料為45#，硬度為217～255HBS,取硬度為240HBS，嚙合的中齒輪材料為QT500-5(調質)，硬度（147～241）HBS,硬度取為200HBS 。
（2）齒輪齒數(shù)的選擇
小齒輪的齒數(shù)Z1=13,中齒輪的齒數(shù)為Z2=×Z1=29.25 ，取Z２=30，
芯軸轉速n=60r/min。
（3）按齒面接觸強度設計
a． 確定公式
d1t≥2.32 （5）
公式（5）內(nèi)的各計算數(shù)值[5]：
①試選載荷系數(shù)：K1=1.3
②計算小齒輪傳遞的轉距：
T1 =95.5×105P1/n1
=95.5×105×7.5/640
=1.12×105 N·mm
③齒寬系數(shù)φd=1
④由表查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=181.4 MPa1/2
⑤由圖冊按齒面硬度查得：
小齒輪的接觸疲勞強度極限：σHlim1= 650 MPa
大齒輪的接觸疲勞強度極限：σHlim2= 550 MPa
⑥由公式計算應力循環(huán)次數(shù)
N1 = 60jLh
= 60×418.6×1×( 2×8×300×10)
= 1.2×109
N2 =0.53×109
⑦接觸疲勞系數(shù) KHN1=0.9 ，KHN2=0.87
⑧計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為 1%，
安全系數(shù)為 S=1，
[]1 =KHN1·σHlim1/s =0.9×650 = 585 MPa
[]2 =0.87×550 = 478.5 MPa
b. 計算
① 試算小齒輪分度圓直徑 d1t ,
代入[]中較小的值
d1t≥2.32 （6）
經(jīng)計算得 d 1t=67.499 mm。
② 計算圓周速度，
V =πd1t/(60×1000)
= 3.14×67.499×418.6/(60×1000)
=1.479 m/s。
③ 計算尺寬，
b =·d1t = 1×67.499 = 67.499 mm。
④ 齒寬與齒高之比 b/h，
模數(shù)： mt= d1t/z1 = 67.499/13 = 5.192 mm，
齒高： h=2.25 mt =2.25×5.192 =11.683 mm，
b/h = 5.778。
⑤ 載荷系數(shù)
根據(jù)v=1.479 m/s , 7級精度，
由圖冊查得動載系數(shù) KV =1.08。
直齒輪，假設 KAFt / b < 100 N/mm ；
由表查得：KHα=KFα=1.2 ；
由表查得：使用系數(shù)KA=1 ；
由表查得：7級精度，小齒輪相對支承，非對稱布置時，
KHβ =1.12+0.18(1+0.6φd2) φd2 + 0.23×10-3b
=1.12+0.18(1+0.6×12)×12+0.23×10-3×67.499=1.424
由b/h=5.778, KHβ=1.424 查得 KFβ=1.52 ，
故載荷系數(shù)為:
K=KAKVKHαKHβ =1×1.08×1.2×1.424 =1.845。
按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式(7)
d1 = d1t = 67.499× （7）
得：d1 = 75.85 mm。
⑥ 計算模數(shù)
m= d1/z1 =75.85/13 =5.835 mm
（4）按齒根彎曲強度設計
m≥ （8）
a. 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
① 由圖冊查小齒輪的彎曲疲勞強度極限=560 MPa ；
大齒輪的彎曲疲勞強度極限=440 MPa。
② 由圖冊查得彎曲疲勞壽命系數(shù)：
KFN1=0.85 , KFN2 =0.88
③ 計算彎曲疲勞許用應力
取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4，
[]1= MPa，
[]2= MPa。
④ 計算載荷系數(shù)
K=KAKVKFαKFβ=1×1.08×1.2×1.52=1.97
⑤ 查取齒形系數(shù)
YFa1=3.13 ， YFa2=2.52
⑥ 應力校正系數(shù)：
YSa1=1.48 ， YSa2=1.625
⑦ 計算大小齒輪的并加以比較：
1==0.01362，
2==0.01480，
大齒輪的數(shù)值大。
b. 設計計算
由公式3.8得：
m≥=3.09 mm
對比計算結果，取按齒根彎曲強度設計的，m=3.09 mm,就近圓整為標準值 m=3 , 按接觸疲勞強度計算分度圓直徑 d1=75.85 mm ,從而計算出
小齒輪齒數(shù)： =d1/m=75.85/3=25.28=26，
大齒輪齒數(shù)： = =2.25×26=58.5 ,取=59。
（5）幾何尺寸計算
① 計算分度圓直徑
d1=m=26×3=78 mm
d2=m=59×3=177 mm
② 計算中心距
=(d1+d2)/2=127.5 mm
③ 齒輪寬度
b=d1=1×78=78 mm
取 B2=80 mm , B1=85 mm
（6）驗算
Ft = 2T1/d1=2×9.126×104/78=2340.77 N，
KAFt/b =1×2340.77/78=30 N/mm <100 N/mm，
所以，該齒輪設計符合要求。
2.4.2 確定小齒輪的齒形參數(shù)
標準直齒圓柱齒輪幾何尺寸：
分度圓直徑d :
d1=m=3×26=78 mm
d2=m=3×59=177 mm
齒頂高ha ：
ha=ha*m=1×3=3 mm
齒根高：=(ha*+c*)m=(1+0.25)×3=3.75 mm
齒全高 ：h=ha+ =(2ha*+c*)m=3+3.75=6.75 mm
齒頂圓直徑 ：
da1=d1+2ha=(+2ha*)m=78+2×3=84 mm
da2=d2+2ha=(+2ha*)m=177+2×3=183 mm
齒根圓直徑 :
df1 =d1－2=(－2ha*－2c*)m
=(26－2×1－2×0.25)×3=70.5 mm
df2=d2±2=(±2ha*±c*)m=169.5 mm
基圓直徑:
db1=d1cosα=78×=73.296 mm
db2=d2cosα=177×=166.326mm
齒距: p=πm=3π=9.42 mm
齒厚: s=πm/2=3π/2=4.7 mm
齒槽寬: e=πm/2=4.7 mm
中心距: =(d2+d1)/2=m(+)/2=127.5 mm
頂隙: c=c*m=3×0.25=0.75
2.5 軸的計算校核
2.5.1 選材及表面預處理
（1）材料:
軸主要用碳鋼,本設計從經(jīng)濟實用角度選用45#鋼。
（2）熱處理:
高頻淬火,表面強化處理噴丸,提高軸的抗疲勞強度,45#鋼熱處理調質，芯軸材料用40Cr，軸表面淬火處理: 淬硬層深度耐磨。
（3）工作條件:
載荷不大,深度 0.5-1.5 mm。
2.5.2 軸的結構設計
（1）軸肩高度
h=(0.07-0.1)d , (d為軸的直徑,軸環(huán)寬度b=1.4h)[5]
按扭矩強度條件計算
= T/ =9.55×106p/( 0.2nd3 )≤[] （9）
其中 [] 為扭轉切應力,單位是 MPa。
軸45#鋼 [] =25-45MPa , A0=103-126 。
（2）軸的直徑
d≥= （10）
式中取A0=105 mm3
軸傳遞的功率 p=7 kw,
軸的轉速 n=320r/min
則：d≥=22.28 mm，
對于直徑d≤100 mm的軸,有一個鍵槽時,軸徑增大5%-7%,為將軸徑圓整為標準直徑, d= mm, L=60 mm,( L長系列60 mm,短系列42 mm) 。
（3）芯軸的校核
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的，本設計中將芯軸即榨螺軸所受的載荷當作均勻分布，且取載荷q=3KN/m，又該榨螺軸的軸徑最小處d=50mm，故此處的截面為該軸
圖3 軸的受力圖
Fig 3 The stress of the shaft
的危險截面。上圖為軸的校核圖形，
由公式 ,n =60r/min，可知該軸所受扭矩為，
校核軸的強度,按第三強度理論[7]計算應力
（11）
對于直徑為d的圓軸,彎曲應力σ=M/W，
扭轉切應力：
= T/ =T/2W （12）
其中,W (mm3) 為軸的抗彎截面系數(shù),
W=
則軸的彎矩合成強度條件為[7]:
此處取，軸的許用彎曲應力經(jīng)查表得：[]=70 MPa，
則帶入數(shù)據(jù)可算得：，
故<[] 符合強度要求。
2.6 皮帶輪的設計計算
小帶輪的基準直徑 d1=71 mm ；
大帶輪的基準直徑 d2=315 mm ；
平帶傳動 在傳動中心距較大的情況下平帶的材質選用帆布芯平帶。
帶輪帶寬b=50 mm ,
帶輪寬 B=63 mm
求帶速 =(60×1000×v)/(π×)
其中n1=720r/min ,d1=71mm ；
= < ,查表取=3 ，則=320r/min ；
帶厚δ=1.2×n ,查表知 n=3 ,則δ=3.6mm 。
初定中心距：
1.5()<<5() ，
則579<<1930 ,取=860mm 。
環(huán)型帶的節(jié)線長度：
L0P=2+()+ =2350.83mm；
查表得環(huán)型帶內(nèi)周長度=LP- ，
實際中心距 +=946 mm ；
小帶輪的包角
=-=159.416>150°。
2.7 軸承的設計
2.7.1 軸承壽命
Lh=106/(60n)(c/p)ε （13）
對于滾子軸承，ε=10/3,我們計算I軸的滾動軸承為圓錐滾子軸承32905。
已知： n=320 r/min ,預期計算壽命＇=5000h，
由公式得出，C=14237.66N，
求比值 Fa/Fr=1284.3/2966=0.43
（16）
故所選軸承為圓錐滾子軸承32905 ,滿足壽命要求 。
3 螺旋榨油機的結構設計
3.1 榨螺軸的設計
榨螺軸是由芯軸，榨軸，出渣梢頭，銷緊螺母，調整螺栓，軸承等構成。裝配榨軸時，榨螺與榨螺之間必須壓緊，防止榨螺之間出現(xiàn)塞餅現(xiàn)象，必須擰緊銷緊螺母，餅的厚度用旋轉的調整螺栓來控制。6個榨螺型號不同，材料為20# 。
3.2 榨籠的構造
榨籠是由上下榨籠內(nèi)裝有條排圈，條排，元排所構成。條排24件，元排17件，還有壓緊螺母內(nèi)裝有出餅圈，榨膛的兩端分別于齒輪箱和機架相連接。
3.3 齒輪箱的構造及入料器的構造
齒輪箱是由齒箱蓋，齒箱體，圓柱齒輪，傳動軸，軸承，皮帶輪等構成，可從頂部油塞孔加機油，從油標處看加油高度。
入料器的組成主要有立軸，錐齒輪，軸承支座，固定板，錐斗等，使用自動進料器可以節(jié)省勞動力，提高生產(chǎn)效率。
3.4 帶輪的結構設計
大三角帶輪的結構尺寸
基準直徑=330mm ,
帶輪寬B=(Z-1)e+2f=30.6 mm,
槽型：Z，槽間距e=120.3 ，取e=12.3 mm 。
第一對稱面至端面的距離 f ,取f=9.15 mm ,
基準線上槽深 ha=2.0 mm ,
外徑=+2ha=334 mm ,
最小輪緣厚 =5.5 mm ,取=10 mm。
基準下槽深=9.0 mm , 輪槽角φ=38°。
基準寬度=8.5 mm，
=(1.8～2)d=44 mm ,
=da-2(ha+ +)=292 mm ,
=290=38.77 mm ,
=0.8=31.01 mm ,
=0.4=15.508 mm ,
=0.8=12.4064 mm ,
=0.2=7.754 mm ,
=0.2=6.202 mm ,
L=(1.5～2)d=30.3 mm 。
3.5 調節(jié)裝置的設計
調節(jié)裝置的主要目的是調節(jié)出渣的粗細，相應的改變榨膛的壓力機構，為抵餅圈整軸移動或出餅圈同芯軸一起做軸向移動。其結構簡單，操作方便，機架的受力能在運轉中調節(jié)，但芯軸的軸2頭易損壞。由于采用整軸移動或夾餅圈，因此螺栓連接松脫現(xiàn)象比較嚴重，此裝置平穩(wěn)，低速重載的靜載荷，因此采用對頂螺母，兩螺母對頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用，工作載荷有變動時該摩擦力仍然存在。
3.6 鍵的選擇與校核
鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與輪轂之間的周向固定，以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。
3.6.1 Ⅰ軸上的鍵
軸徑 d=25 mm ，
b×h=8×7 ，
L=140 mm。
軸徑 d=28mm處的為普通平鍵，
公稱尺寸 b×h=8×7 ，
鍵長 L=70 mm 。
3.6.2 Ⅱ軸上的鍵
軸徑 d=28 mm ，
b×h=8×7 ，
鍵長 L=80 mm 。
3.6.3 芯軸上的鍵Ⅰ
軸徑 d=35 mm，
b×h=10×8，
鍵長 L=180 mm ，
軸的深度 t=5.0 mm 。
3.6.4 芯軸上的鍵Ⅱ
軸徑 d=35 mm ,
b×h=10×8 ,
鍵長 L=450 mm。
3.6.5 鍵的校核
（1）I軸的鍵的校核
軸上的轉矩 N.mm,
對鍵1，工作面的擠壓或磨損，由公式，k=h/2, l=L-b得，
；
鍵的剪切，由公式 ，故該鍵滿足要求。
對鍵2，工作面的擠壓或磨損，由公式 ，k=h/2, l=L-b得，
；
鍵的剪切，由公式 ，故該鍵滿足要求。
（2）II、芯軸的鍵的校核
因傳動比 =2.25，故=1440/2.25= 640 r/min ,
軸上的轉矩 N.mm,
工作面的擠壓或磨損，由公式，k=h/2, l=L-b得，
；
鍵的剪切，由公式 ，故該鍵滿足要求。
同上可驗證得，芯軸上的鍵也是滿足要求的。
3.7 滾動軸承的選擇
3.7.1 Ⅲ軸上的軸承的選擇
Ⅲ軸上的大齒輪 B=95 mm ,B200 , d=35 mm ,內(nèi)徑 D=35 mm ， =63， 輪轂厚t ,t==14 mm ,L=(1.2～1.5)D=52.5 mm , =(2.5～4) =108 , =0.8D=28 , =0.8=22.4 ,C=/5=5.8 ,但要求 C10 ,取 C=10 ,S=/6 ,取 S=10 ；
選用芯軸上的軸承時，依據(jù)來選，=63 mm ,選調心滾子軸承，型號為22212 ,尺寸如下：
d=60 mm ,D=110 mm
B=28 mm
Cr=81.8 KN， =122 KN
脂潤滑 n=3200 r/min ,
重量 W=1.22 kg 。
=75.7 mm ，=93.5 mm ， =1.5 ，
安裝尺寸=69 mm , =101 mm , =1.5 ；
計算系數(shù) e=0.28 , =2.4 , =3.6 , =2.4 。
3.7.2 Ⅰ軸和Ⅱ軸的軸承
選用相同型號的軸承，圓錐滾子軸承，型號為32905 ；
軸徑 d=25 mm ,
基本尺寸 ：
d=25 mm ,D=42 mm ,
T=12 mm ,
B=12 mm ,
C=9 , =21 ,Cr=16 ,
W=0.064 kg ；
計算系數(shù) ：
e=0.32 , =1.9 , =1 ,
其他尺寸 ：
=8.7 , =0.3 , =0.3 , ==0.3 ,
=10°～18°,取=15。
3.8 榨螺軸與齒輪軸的聯(lián)接設計
為了拆裝方便，本設計齒輪箱與榨籠采用法蘭盤連接。而榨螺軸與齒輪軸采用凸緣連軸器聯(lián)接，它是一種剛性聯(lián)軸器，其所要求聯(lián)接的兩軸必須嚴格對中，因此對機器安裝精度要求較高，否則會在軸中引起很大的附加應力。
4 螺旋榨油機的故障及排除
4.1 操作過程中出現(xiàn)的故障及排除
4.1.1熟坯過分干燥時發(fā)生的現(xiàn)象[8]
（1）油機的榨籠內(nèi)發(fā)出格！格！響聲，并使整臺榨油機振動；
（2）出餅端瓦形餅不能成塊而碎散，餅呈黑褐色而有焦斑；
（3）榨油機的電動機負荷高于正常（30A以上）；
（4）出油位置移向出餅方向，出餅口冒青煙，出油減少，油色深褐。
這些現(xiàn)象若持續(xù)時間較長，會造成榨油機重大損失事故，所以遇有以上情況時，關小下料門，減少向榨籠送料，放大出餅端間隙，以減小榨籠內(nèi)壓力，在進料口處加入生坯，使榨油機負荷逐步下降后，再加以調節(jié)使之恢復正常工作。
4.1.2 熟坯溫度太低、含水量較大時發(fā)生的現(xiàn)象[8]
（1）有時會不進料或進料少，料與軸一起轉動；
（2）餅塊發(fā)松、發(fā)軟，水汽很濃，餅帶油，餅塊由出餅口出來時跟著主軸一起轉動；
（3）榨油機的電動機負荷降低（12A以下）；
（4）出油減少，油色發(fā)白起沫，出油位置移向進料方向。
出現(xiàn)上述現(xiàn)象時，可在進料口處加入干的渣餅，這樣可使榨油機逐步恢復正常工作。
4.1.3 一般常見故障及排除
（1）不出油或出油率過低。?可能由榨條裝配得太緊或排油縫被油渣塞引起。應根據(jù)含油量的高低，對榨條的松緊度進行調整?？赡苡烧ヌ艤囟冗^低堵、零件磨損、出餅厚度不合適等引起的。應注意螺旋榨油機的使用方法。可能由原料水分不合適、原料受潮發(fā)霉、雜質過多、籽料不飽等原因引起。應重新選則油料，控制油料水分；
（2）螺旋軸卡死造成突然停車的現(xiàn)象。可能由于排料不暢，榨膛堵塞等原因引起，應注意均勻加料、控制餅的厚度。一旦出現(xiàn)這種情況，應立即關閉電源，停止進料，插死進料調節(jié)板，打開排料板，抽出螺旋軸，對膛內(nèi)油料進行清除，這一切完成后重新進行壓榨。?也可能因為榨膛還未磨熱，就投入大量原料造成的。再看開機時，要十分注意等達到一定溫度時，再加料。還可能由于油料中含石塊等硬異物雜質進入榨膛引起。一旦發(fā)生這種情況，要立刻停機，清除膛內(nèi)硬物，檢查零件磨損程度，如果零件磨損較嚴重，應立刻修理或更換；
（3）榨油過程中跑渣過多。一般情況都會存在少量跑渣的現(xiàn)象，但跑渣過多就不正常了。可能由餅太薄造成。這種情況應按說明書的要求，對餅的厚度進行適當?shù)恼{整。可能由油料塑性不好，出餅困難，增加了機膛壓力造成。這種情況可加入適當?shù)乃\行機器，提高螺旋榨油機的溫度，從而使油料塑性得到提高。可能由榨條間隙過大或個別榨條彎曲造成。應進行檢查，如果是因為榨條間隙過大，應及時調整榨條間隙；如果是因為榨條彎曲，則需要取下榨條，采用打磨、墊鐵等方式調直榨條，之后重新安裝。
以上三點是常見故障問題，其余可能出現(xiàn)的故障問題就不一一介紹了，詳情見下表：
表2 螺旋榨油機常見故障分析、排除一覽表[9]
Table 2 Screw-type oil expeller common failure analysis and solution
常見
故障
不出油或出油率過低
螺旋軸卡死造成突然停車
榨油過程中跑渣過多
螺旋榨油機不進料
螺旋榨油機燒膛
原因
分析
1榨條裝配得太緊或排油縫被油渣堵塞 2榨膛溫度過低、零件磨損、出餅厚度不合適 3原料水分不合適、原料受潮發(fā)霉、雜質過多、籽料不飽
1排料不暢，榨膛堵塞 2榨膛還未磨熱 3油料中含石塊等硬異物雜質進入榨膛
1餅太薄 2油料塑性不好，出餅困難，增加了機膛壓力 3榨條間隙過大或個別榨條彎曲造成
1榨螺表面不光 2 榨條磨損 3油料的水分過多
1榨螺轉速偏高 2機器溫度過高 3油料水分偏低
排除
方法
1榨條的松緊度進行調整 2注意螺旋榨油機的使用方法 3重新選則油料，控制油料水分
1注意均勻加料、控制餅的厚度 2注意等達到一定溫度時，再加料 3立刻停機，清除膛內(nèi)硬物，檢查零件磨損程度
1餅的厚度進行適當?shù)恼{整 2加入適當?shù)乃岣呗菪ビ蜋C的溫度 3調整榨條
1砂布或干渣打磨 2更換磨損榨條 3重新選擇油料
1更換皮帶輪，降低轉速 2控機體溫度 3選擇水分含量較高的油料
5 結論
在設計螺旋榨油機的過程中，設計的對象主要是大豆等油料作物，適用于中小油廠，因此所需要得零件的精度要求不高，但榨螺軸的成本比較高，為了提高榨油機的工作壽命，要求配合精度高一些。
設計采用二級減速器，這樣提高了出油效率。在進料斗和機架的設計中，通過觀察成品機械，在不改變性能的情況下，盡量是機器靈便，占地面積小。在壓榨過程中，采用套裝式變導程二級壓榨，這比傳統(tǒng)的榨油機在性能上有了很大的改進。
本機械設計思想是連續(xù)型，因此出渣不能成餅狀，為了降低成本，設有設計接渣斗，如果為節(jié)省費用，用編織袋代替亦能滿足要求。
出油口的設計，由于出油的位置是在壓力最大的地方，如果設計出油孔太大，渣亦會進入油內(nèi)，影響油的質量。
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致 謝
大學四年學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表達我由衷的謝意。感謝我的家人對我大學四年學習的默默支持；感謝我的母校給了我在大學四年深造的機會，讓我能繼續(xù)學習和提高；感謝的老師和同學們四年來的關心和鼓勵。
老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學們在學習中的認真熱情，生活上的熱心幫助，所有這些都讓我的四年大學生活充滿了感動。這次畢業(yè)論文設計我得到了很多老師和同學的幫助，其中我的畢業(yè)設計指導老師任述光老師對我的指導和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向任老師尋求幫助，而任老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。任老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設計的每個階段，從開題報告的審查，中期畢業(yè)設計的修改，后期格式調整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導。任老師多次詢問設計進程，并為我指點迷津，幫助我開拓設計思路，精心點撥、熱忱鼓勵，在此對任老師致以我最誠摯的謝意。
畢業(yè)答辯作為標志，大學生活即將結束了，春夢秋云，聚散真容易。各位老師教給我的知識將伴我走過一生的道路。我們能夠順利畢業(yè)并找到一份自己的工作，有能力擔當起建設社會主義的生力軍，成為社會有用之才，都與老師的辛勤工作和不誨教導分不開的。師恩難忘！老師的教誨我們將銘記在心，在今后工作中一定努力拼搏，不辜負各位恩師的期望和厚愛！
再次對老師們的教導和辛勤勞動表示萬分感謝!
附錄
附錄1：零件圖
附錄2：總裝配圖
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