毕业设计（论文）-蛋壳清洁机设计说明书.doc

湖北工业大学毕业设计摘 要本设计产阐述了鸡蛋外壳清洁机械的概况和发展历程，对洁蛋技术在国内外的起源发展应用等情况进行了介绍，论述了洁蛋技术对社会和经济的影响，着重进行鸡蛋外壳清洁机械的总体结构设计，提出了鸡蛋外壳清洁机械的总体设计方案。在设计中，对主要工作部件：清洁机的机架，输送装置，清洁装置干燥装置等进行了选型和校核。具体设计传动部件和工作部件，包括链传动设计，传动轴设计，齿轮齿条的设计等，设计的同时还对各个零部件进行校核，确保机器的使用安全。关键词：洁蛋技术 清洁机械 鸡蛋外壳 结构设计AbstractThis paper has described the general situation and the development of the The Design of Egg ShellClean Machine, and has also given an introduction of the technology about its origin and development at home and abroad, discussed the influence of egg shell cleanness to the society and economy, detailed the overall structure mechanical design of the egg shell cleanness, finally put forward the general design scheme of the machine about the egg shell cleanness. In the design of the main working parts:rack of the Clean machine , Transmission device, clean device , drying decive machine have waited for go along to choose a type and to school core. In the design , Specific design the Transmission Parts and the job component , including Chain drive design, Shaft Design, Rack and pinion design and so on. the at the same time check on each component and part ,ensure the safe use of machinery.Keywords: Egg cleaning technology cleaning machinery egg shell structural design目录摘 要IAbstractII目 录III引 言11 总体设计方案21.1 基本结构21.2 工作原理31.3 机械特点31.4 清洁机参数32 传动系统设计计算42.1 传动线路设计42.2 链传动设计42.2.1选择链轮齿数42.2.2确定计算功率42.2.3选择链条型号和节距42.2.4计算链速52.2.5计算压轴力52.2.6 计算链轮尺寸52.2.7 链轮传动的润滑和链轮材料的选取72.3 鸡蛋运输设备和齿轮齿条设计72.3.1鸡蛋运输设备设计72.3.2 齿轮齿条设计82.3.3 辊子轴与链条的设计92.4 传动轴的计算设计112.4.1 选择轴的材料112.4.2初步估算轴的直径和轴的结构112.4.3轴的受力分析和轴上零部件的选用113洗蛋部分的设计计算153.1 水泵的选择及喷水部分的设计153.2 毛刷清洗部分设计153.2.1 毛刷传动线路设计163.2.2 电动机的选择163.2.3 齿轮齿条的设计163.3 干燥部分设计173.4 储水箱设计174 机架的设计计算19结 束 语20参 考 文 献21致 谢22附 录23III 湖北工业大学商贸学院毕业设计引 言我国是世界上最主要的禽蛋生产和消费大国，全年家禽业年产值达5000亿元,人均禽蛋占有量和消费量都大大超过了世界平均水平。但我国禽蛋加工发展相对滞后,这些禽蛋除了少量加工成咸蛋、皮蛋等蛋制品外,大部分以鲜蛋形式消费,是直接从饲养场(或农户)进入市场,中间没有任何的清洗、消毒环节。许多禽蛋直接生在禽的粪便上,整个蛋粘满禽粪便,卫生条件极差。这种鲜蛋上充满了各种微生物,包括致病菌(如沙门氏菌、禽大肠杆菌、李斯特菌、新城疫和白痢等)和禽类传染病的病原物(如禽流感病毒)等。这样的鲜蛋直接上市,极易成为污染源, 污染环境,污染其他食品,既对人类健康构成威胁,也会促进禽类传染病的漫延。这样的产品不能适应现代消费的要求,也不符合食品安全的要求。鲜蛋经过清洗、消毒加工成洁蛋,可以有效地克服鲜蛋直接消费的不安全因素,提高蛋品安全。此外，洁蛋加工杀灭了蛋壳表面部分残留细菌，抑制了微生物的生长繁殖，延长了鲜蛋的货价期，可促进我国的蛋品质量和国际接轨,促进蛋品的国际贸易。虽然我国是禽蛋生产和消费大国，但是鲜蛋出口量一直较少，主要原因是几千年来我国鲜蛋的消费一直以脏蛋消费为主，出口面临严重的“绿色壁垒”我国若要增加禽蛋出口，加速洁蛋业发展势在必行。目前，我国在洁蛋的生产加工中，应该注意的问题：实现养殖机械化，加工机械化，市场统一化，尽量减少再次污染；借鉴国外发达国家鲜蛋的分级标准；设计符合我国国情的“洁蛋”生产加工设备，实现连续化生产；政府方面应给予高度重视，强制推行“洁蛋”工程，严格控制鲜蛋的销售质量，以确保“洁蛋”生产、消费的健康发展。此外，提高消费者的意识也是一个不容忽视的问题。我国作为世界上最大的禽蛋生产国，目前在食用鲜蛋的前期处理上相对落后，包装“洁蛋”的生产基本处于空白状态。因此，为提高我国禽蛋工业整体质量水平，标准化、品牌化、产业化生产是发展我国禽蛋业的必然趋势。包装“洁蛋”的生产可以克服脏蛋的许多缺点，发展“洁蛋”的生产与研究“洁蛋”生产加工技术具有很大的发展前景，大力推广“洁蛋”加工技术，将会取得显著的经济效益和社会效益。1 总体设计方案1.1 基本结构图1.1 实物参考图 1机架 2输送辊子 3 链轮 4 喷水管子 5毛刷 6 风机的电动机 7鼓风机8风干燥器 9传动电机 10 电机固定架 11 链条 12 水管 13 水泵 14 收集水装置 15 水箱 16 排水管图1.2 鸡蛋外壳清洁机结构示意图1.2 工作原理 鸡蛋清洗机械设计使鸡蛋从上游送蛋装置进入，滚落在由电机带动的循环运动的辊子上面，经过从喷水管处喷出的洗涤液的喷洗湿润，除去部分赃物，继续通过输送辊子经过毛刷区，滚筒式毛刷在鸡蛋表面做圆周运动，鸡蛋不仅做直线运动，还在转动的辊子的摩擦力带动下绕自己的中心做圆周运动，在毛刷不断的摩擦之下，清洗掉鸡蛋外壳表面的脏物，最后在出口处由吹风机吹干，进入其他作业环节。机械动力来源为：传动电动输出转速为60r/min，直接连到主动轴上，经过链条带动辊子运动；风机电机连接鼓风机，直接工作。1.3 机械特点（1）采用链传动，传输跨度大，可以在潮湿的环境连续工作； （2）采用简单的结构设计，简洁美观，节约成本；（3）绿色设计，实现水循环利用。1.4 清洁机参数外形尺寸：2050440mm生产效率：16200个/h适用对象：鸡蛋 鸭蛋等禽蛋传动电动机功率：0.45kw风机电动机功率：0.3kw毛刷电动机功率：0.75kw传动电动机转速：60r/min风机电动机转速：3000r/min毛刷电动机转速：910r/min链轮转速：60r/min2 传动系统设计计算2.1 传动线路设计传动线路的设计要求传动可靠，满足各种工作需求。链传动与带传动相比：能保证准确的平均传动比；传递的功率大，且张紧力小，传动的效率高，一般达到0.95-0.98；能在低速重载和高温条件及露天等不良环境中工作。故采用链传动。动力传递方式采用电机直接带动链轮，链条带动辊子直线运动，同时辊子在齿轮齿条的带动下做运周运动，完成鸡蛋运输过程。2.2 链传动设计链传动属于带有中间扰性的啮合传动，与摩擦传动的带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现象，传动效率高；张紧时作用于轴上的径向压力较小，结构较紧凑，能在潮湿环境、跨度大及速度较低的环境下工作；链传动安装制造精度要求低，成本不高。链轮的设计首先满足下列基本条件：（1）应保证链节能够平稳自如地进入和退出啮合；（2）尽量减少啮合时链节的冲击和接触应力；（3）要便于加工。2.2.1选择链轮齿数 根据设计产量要求。每小时洗蛋16200个，设计采用3排鸡蛋同时清洗，一个鸡蛋平均占用辊子的长度是50mm，得出链条速度v=0.075m/s，查机械设计课本表5-17选取链轮齿数 z1=20。动力源选用微特电机，生产厂家为苏州微特微电机公司，型号为200TYD12，额定电压V=220v，频率为50Hz，转速为60r/min，最大同步转矩18.62mNm，最大输出功率为450w，最大输出电流2.40A，启动转矩为9.81 mNm。2.2.2确定计算功率 查机械设计课本表518得kA=1.0，由图519查得kz=1.08，单排链，则计算功率为Pca=kAkzp 2.(1)Pca =1.01.080.45kw=0.485kw2.2.3选择链条型号和节距 根据Pca=0.485kw及n1=60/min，查机械设计课本P107页图514,可选链条的型号为10A。查表514，链条节距为p=15.875mm，滚子直径为10.16mm，内链节内宽为9.4mm，销轴直径为5.08mm，内链板高度为15.09mm，单排抗拉载荷21.8kN。2.2.4计算链速V= 2.(2)V =602015.875/(601000)m/s=0.3175m/s2.2.5计算压轴力 有效圆周力：Fe = 2.(3)Fe =10000.45/0.3175N=1417.323N链轮水平布置时的压轴力系数kfp=1.15,则压轴力为FpKfpFe 2.(4) Fp =1.151417.323=1629.921N2.2.6 计算链轮尺寸 图2.1链轮的结构尺寸参数节距为15.875mm的链条,链轮齿数为20,所以根据机械设计课本p109页的计算公式，依次推出以下数据： 分度圆直径d1=p/sin(180/z1) 2.(5)d1=15.875/sin(18020)=101.503mm 圆整 d1=102mm齿顶圆直径damax=d+1.25p-dr 2.(6)damax=101.503+1.2515.875-10.16=111.187mmdamin=d+(1-1.6/z1)p-dr 2.(7)damin=101.503+15.8750.92-10.16=105.948mm取da=110mm.齿根圆直径df=d-d1 2.(8)df=101.503-10.16=91.343mm圆整 df=91mm 确定最大轴凸缘直径dg=pcot(180/z)-1.04h2-0.76 2.(9)dg=15.875cot(180/20)-1.0415.09-0.76=83.8mm齿高 hamin0.5（pd1） 2.(10)hamin0.5（15.87510.162.858mmhamax0.625p0.5d1 2.(11)hamax0.62515.8750.510.160.815.875/204.027mm选用的是单排链,计算齿宽bf1=0.95b1 2.(12)bf1=0.959.4=8.93mm 齿侧倒角Ba公称=0.13p 2.(13)Ba公称=2.064mm 齿侧半径rx公称=p 2.(14)rx公称=15.875mm 圆整rx公称=p=16mm齿全宽Bfn=(n-1)pt+bf1 2.(15)Bfn=8.93mm2.2.7 链轮传动的润滑和链轮材料的选取链传动的良好润滑能缓和冲击,减小摩擦,减轻磨损,不良的润滑就会降低链传动的使用寿命。润滑时候应在链传动关节的缝隙中注入润滑油,并应均匀分不在链宽上。由v=0.3175m/s和链号10A，查机械设计课本P160页链子的润滑方法，可知应采用定期人工润滑，具体的润滑方法为定期用刷子或者油壶在链条松边内外链板间隙中注油；因为链条可以拆下来，也可以采用定期拆下用煤油清洗,干燥后，浸入7080润滑油中，待铰链间隙充满油后安装使用。链轮的材料应该能够保持链齿具有足够的耐磨性和强度。查机械设计课本表5-15链轮常用的材料和齿面硬度,选用的材料为4050HRC,ZG310570, 查机械设计课本表6-5相对应的其它参数为：热处理-淬火,回火；热处理后的硬度为4050HRC；应用的范围为无剧烈振动及冲击的链轮。2.3鸡蛋运输设备和齿轮齿条设计2.3.1鸡蛋运输设备设计图2-2 辊子实物参考示意图图2-3 运输棍子示意图因为鸡蛋的平均尺寸为长55mm，粗35m，设计一个鸡蛋占用的长度为50mm，运输鸡蛋的辊子两个中心轴之间的距离就为50mm，设计辊子最大直径为40mm，两个辊子之间的距离为10mm，辊子采用的是两端粗中间细的形状，如图2.3所示，链接的轴径选取为9mm的45钢，由于鸡蛋的重量比较小，可以满足要求。2.3.2齿轮齿条设计图2.4 齿轮齿条实物配合参考图图2.5齿轮齿条示意图辊子直线运动由链条通过附件经过轴承带动，圆周运动是通过固定在架子上的齿轮齿条实现。齿轮齿条属于直齿轮系列，查机械原理课本P148页表7-1齿数模数系列选取齿轮选用模数m=p/ 所以取m=2，齿数z=16，由机械原理课本P150页表7-3直齿圆柱齿轮各几何要素的尺寸计算：查机械原理课本P148页表7-2 ha*=1.0 c*=0.25齿顶高 haha*m 2.(16)ha1.02=2mm齿根高hf(ha*+c*）m 2.(17)hf1.2522.5mm齿高h(2ha*+c*)m 2.(18)h2.2524.5mm分度圆直径dmz 2.(19)d21632mm 齿顶圆直径dam（zha*） 2.(20)da2（16+2）=36mm齿根圆直径dfm（z2 ha*-2 c*） 2.(21)df2（162.5）27mm设计齿轮宽为10mm，配套的齿条宽也为10mm,长度为1200mm，齿条通过螺栓与焊接在机架上面的附件链接起来。2.3.3辊子轴与链条的连接设计辊子轴与链条的链接是辊子运动的关键，它关系到鸡蛋能否顺利清洗，辊子不仅是直线运动，而且要圆周运动，就需要有来能两个传动链接，辊子的圆周运动用齿轮齿条驱动，齿轮直接过盈配合在连接滚子轴上。直线运动是连接在链条上面的，为了让轴做两种运动，需要使用一个轴承，上网搜索一个适用的轴承，内径为8mm，外径为20mm.宽度为10mm，在外面套一个紧固圆环，链条上的附件通过螺栓连接在圆形轴套上面，形状如图2.6所示图2.6 辊子与链条连接示意图图2.7 主动轴结构图图 2.8 从动轴结构图2.4传动轴的计算设计 2.4.1 选择轴的材料该轴为工作部件,由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最常用的是45钢，因此选用45钢,调质处理,其力学性能为:B=640Mpa, s=355Mpa -1=275Mpa-1=155Mpa-1=60Mpa s=270Mpa =0.2 A=1052.4.2初步估算轴的直径和轴的结构dA0 2.(22)式子中 p-轴传递的功率(kw) n-轴的转速(r/min)所以轴的最小直径为:dmin=105=20.55mm考虑轴的安全,轴的直径适当增加,因此选取轴的直径为d=24mm,按轴向定位的要求确定轴 的各段直径和长度,如图2.7与图2.8所示。2.4.3轴的受力分析和轴上零部件的选用 求轴的转矩 T=9550000p/n 2.(23)T =95500000.4560=71625NmmFt= 2.(24)Ft=1485.2 4NFr=Ft 2.(25)Fr=1485.24=545.895NFa=Fttan 2.(26)Fa=1485.24tan80634=208.737N圆周力Ft,径向力Fr及轴向力Fa的方向如图2.9所示图2.9 圆周力Ft,径向力Fr 及轴向力Fa的方向连轴器的计算转矩Tca=KaT，查机械设计课本P293页表11-1，考虑到转矩变化很小，故取Ka=1.3，则：Tca=KaT 2.(27)Tca=1.371625Nmm=93125.5Nmm按照建算转矩Tca因该小于联轴器公称转矩的条件，查标准GB/T5014-2003或手册，选用凸缘联轴器，其公称转矩为100000Nmm。半联轴器的孔径d=24mm，半联轴器长度L=52mm，半联轴器与周配合的毂孔长度L1=35mm。为了满足半联轴器的定位要求，主动轴轴段右端需要制造出一轴肩，因此取 段的直径为30mm，依次类推段的直径为32mm，段的直径为36mm，段的直径为32mm，段的直径为30mm。初步选择为角接触球轴承。查机械设计课程设计书本P119页图表角接处球轴承,型号为7206AC GB292-83。轴上零件的的周向定位 齿轮,半联轴器与轴的周向定位均采用平键链接,查表14-1普通平键的型式和尺寸,得出齿轮和半联轴器的定位键选取bh=8mm7mm,键槽用键槽铣刀加工,长度为12mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为；半联轴器与轴的配合为。角接触球轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的的直径尺寸公差为m6。轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计课本表15-2,取轴段倒角为245,各轴肩处的圆角半径为r=1mm,求轴上的载荷 首先根据轴的结构图(图2.10)作出轴的计算简图(图2.11)。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图(图2.12) 。图2.10轴的结构图图2.11 轴的计算简图图2.12轴的弯矩图和扭矩图从轴的结构图和弯矩和扭矩图中可以看出危险截面为图2.10中面,将计算出截面处的Mh 、Mv及M的值如下所示:水平面的支反力Fnh1=144.96N Fnh2=80.28N垂直面的支反Fnv1=563.09N ,Fnv2=-17.20N弯矩M在水平面Mh=30907.8 Nmm垂直面内 Mv1=12387.98 Nmm ,Mv2=-6622 Nmm 总弯矩M1=33297.22 Nmm M2=31609.22 Nmm扭矩 T=71625Nmm按照弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度,根据公式以及上面计算的数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环变应力,取=0.6,轴的计算应力 2.(28)=16.59MPa前面选定轴的材料为45钢,调质处理, -1=60Mpa.因此ca-1 ，故安全3洗蛋部分的设计计算3.1水泵的选择及喷水部分的设计鸡蛋要经过湿润才可以进行清洗,在本设计中采用水管喷水，选取的水泵是上海百亨特制泵有限公司IS型卧式单级清水离心泵IS3.5-20额定流量为3.5m3/h，扬程为20m,水泵转速为2900r/min,功率为500W,频率为50Hz，额定电压为220v，额定电为2.0A,最高工作温度为80,该水泵工作稳定,流量适合,结构简单,性能可靠，体积小、重量轻，抗腐蚀性能好，电耗低，使用维修方便。由于PPR管无毒、质轻、耐压、耐腐蚀，故采用PPR管。型号为GB/T5632.11985,采用水管直径35mm,壁厚为2mm,在鸡蛋运输上方水管开孔。孔是直径为2.0mm,可以使洗涤液经过泵的输送进入,喷洒到鸡蛋上面,湿润鸡蛋,同时去除本分赃物。水管接头选取参考从图书馆借的图书管接头和管件选用手册，管接头标准为GB/T56461985，GB/T56471985 GB/T5632.21985,如图3-1所示：图3-1管接头示意图3.2毛刷清洗部分设计图3-2 滚筒式毛刷实物参考图这里是主要是洗蛋区域，经过湿润的鸡蛋在辊子的运输下，经过毛刷区。去除掉赃物和细菌，滚筒式毛刷安装在制造的装置之中，当运动的鸡蛋滚动着经过，刷子去除掉鸡蛋表面附着的赃物，刷子部分长度为1m ，宽为30cm，里面安装的是柔软的毛刷，如图3-2所示。3.2.1毛刷传动路线设计滚筒式毛刷固定后在鸡蛋表面做圆周运动，传动采用电动机带动齿条，齿条带动齿轮从而使滚筒式毛刷在鸡蛋表面做圆周运动，完成蛋壳表面的清洁工作。3.2.2 电动机的选择由于齿条通过附件直接固定在电动机的输出轴上，查课本机械设计课程设计P5页以及P148页表16-1选择电动机Y90S-6型号电动机。3.2.3齿轮齿条的设计图3-3 齿轮齿条示意图滚筒式毛刷做圆周运动是通过固定在架子上的齿轮齿条实现。齿轮齿条属于直齿轮系列，查机械原理课本P148页表7-1齿数模数系列选取齿轮选用模数m=p/ 所以取m=2，齿数z=20，由机械原理课本P150页表7-3直齿圆柱齿轮各几何要素的尺寸计算：查机械原理课本P148页表7-2 ha*=1.0 c*=0.25齿顶高haha*m 3.(1)ha1.02=2mm齿根高hf(ha*+c*）m 3.(2)hf1.2522.5mm齿高h(2ha*+c*)m 3.(3)h2.2524.5mm分度圆直径dmz 3.(4)d22040mm 齿顶圆直径dam（zha*） 3.(5)da2（20+2）=44mm齿根圆直径dfm（z2 ha*-2 c*） 3.(6)df2（202.5）35mm设计齿轮宽为10mm，配套的齿条宽也为10mm,长度为1200mm，齿条通过螺栓与焊接在机架上面的附件链接起来。3.3 干燥部分设计经过清洗的鸡蛋在干燥区干燥，本设计采用风干燥，利用流动的风吹拂鸡蛋表面，加快蒸发，达到干燥的目的。主要设备为一个电动机，鼓风机和吹风通道，参考深圳市振野蛋品机械设备有限公司的三排式鸡蛋清洗机ZYX-C3-6000。电动机选用ZZD2直流电动机，具体参数为：型号ZZD205，电压为220v，励磁电流为0.116A，电枢电流为2.0A，功率为300w，转速3000r/min，转矩为0.926mNm。工作方式为连续工作，生产厂家为天津安全电机有限公司。鼓风机直接采用了深圳振野蛋品机械设备有限公司的洁蛋机械上的设备，具体型号为YS7112。功率为370w，全压为850pa，风量为660/h。3.4储水箱设计水箱是一个重要的部分，它为前面的水泵提供水源，把喷洗鸡蛋的水重新收集起来，循环利用，可以节约水资源。主要分两个部分：储水箱和收集装置，如图3.4所示。图3.4 储水箱和收集装置收集装置采用不易生锈的铝制成，形状类似漏斗行，收集到的水通过管道流入储水箱，由于收集装置尺寸比较薄，管道与收集部分链接处焊接一个厚一点的带有螺丝的物块，使管子和收集装置之间的链接更牢固，同时通过螺纹链接，方便拆装和更换。收集装置通过螺栓固定在机架上。水箱就是储存收集的水，提供水源，达到循环利用的目的。水箱安装在支撑架子之上。4 机架的设计计算机架是整个机器的基础，它支撑整个机械。全长为2050mm，高为1720mm，宽为440mm，机架用4根圆柱形钢管支撑，圆柱型钢管直径为50mm，在接触地面的位置，是底面比较大的支撑座，如图4-1所示，它增大的接触面积，减少对底面的压强，同时由于接触面积大，安放起来就比较稳定。图4-1机架底支座结 束 语随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。参 考 文 献1 唐增宝，常建娥.机械设计课程设计M.武汉：华中科技大学出版,2010.2 魏兵，孔建益，熊禾根.机械原理M.武汉：华中科技大学出版社,2007.3 汪建晓，吴昌林.机械设计M.武汉：华中科技大学大学出版社,2007.4 杨素芳,马美湖.中国洁蛋生产与消费的重要性及关键加工技术J.加工技术,2006,26-33.5 杨素芳, 马美湖, 钟凯民.加速发展我国洁蛋生产与消费重要性及关键技术探讨J.现代食品科技,2007(3):55-58.6 杨素芳,马美湖.洁蛋生产消费现状及发展趋势J.调研综述,2007,1:5-8.7 马美湖