包饺机设计说明书(修正版)

广州 学院 机械创新设计竞赛 产品 设计说明书 包饺机设计 院（系） 机电工程系 专 业 机械工程及自动化 班 级 08 机械四班 小组成员 庄宏乐 指导老师 王建春 2011 年 12月 20日 设 计 任 务 书 兹发给 08 机械四 班学生 庄宏乐 设计任务书，内容如下： 1 设计题目： 包饺机 设计 2 应完成的项目： （ 1） 绘制整体结构图简图 （ 2） 主要流程图 （ 3） 各个主要零件附图 （ 4） 计算 设计 齿轮 轮的实际轮廓曲线 （ 5） 3 参考资料以及说明： （ 1）李琳，李杞仪 主编 . 机械原理 . 中国轻工业 出版社 ， 2009 （ 2） 杨忠秀主编 . 机械原理课程设计指导书 . 机械工业出版社 ， 2003 （ 3） 蒋秀珍编著 .机械学基础 .北京：科学出版社， 2004 （ 4） 龙驭球，包世华编著 .结构力学 1.北京：高等教育出版社， 2006 （ 5） 赵晴编著 .工程力学 .北 京：机械工业出版社， 2006 （ 6） 何铭新，钱可强编著 .机械制图 .北京：高等教育出版社， 2004 4 本设计任务书于 2011 年 12 月 6 日发出，应于 2011 年 12 月 22 日前完成，然后进行答辩。 指导教师 签发 年 月 日 课程设计评语： 课程设计总评成绩： 指导教师签字 ： 年 月 日 摘要 螺旋式饺子机定位于普通家庭，具有操作方便，工作连续，效率较高，性能可靠，价格低廉，所包饺子外形美观，质量优良等特点。此饺子机突破了市场上现有包饺机原理限制，主要功能实现机构为螺旋式压面（馅）杆和旋转压制模具。主要工作流程为：利用螺旋压面杆的压紧力将揉好的面团压制成饺皮，同时通过压馅杆送出饺子馅，最后由两个相对旋转的压制模具将带馅的面皮压制成饺子。螺旋机构的应用提供了较大的增力比，从而满足压制饺皮对力的需求；旋转压制模具能保证机器工作的连续性，同时减低噪音和冲击 等因素。饺子机所包制的饺子长约为 60mm，最高处约为 30mm，厚约为 10mm，饺皮厚度约为 2mm，饺子内所包馅体积约为 4 。该饺子机的体积小（ 200x150x160mm ） 重量轻（ 5kg ），价格低廉（成批生产预计价格 200元），加工速度良好（ 20 40个 /min），完全适合于普通家庭和小型餐馆。 关键词： 饺子机、操作方便、效率高、廉价、美观 3mm 目录 摘要 第一章、 研制背景及意义 . 1 1.1 背景 . 1 1.2 现有市场情况 . 1 1.3 我们以前的设计方案： . 1 第二章 、螺旋式饺子机 . 3 2.1 总体设计说明 . 3 2.2 主要流程 . 3 2.3 方案原理 . 3 2.4 传动过程 . 4 2.5 主要机构和零件 . 4 2.5.1 螺旋压面杆 . 4 2.5.2 箱体 . 4 2.5.4 压馅杆 . 5 2.5.4 压制模具 . 6 2.5.5 其他机构 . 7 第三章、 理论计算 . 9 第四章、 总结 . 11 参考文献 1 第一章 、 研制背景及意义 1.1 背景 饺子是深受我国人民喜爱的传统特色食品，又称水饺，是我国北方民间的主食和地方小吃，也是年节食品。有一句民谣叫 “ 大寒小寒，吃饺子过年。 ” 饺子多用面皮包馅水煮而成。饺子起源于南北朝时期。饺子多以冷水和面粉为剂，将面和水和在一起，然后将经发酵而成的面团擀擀，擀成一个个的粗面团，这样之后再用刀将一个个面团切成一块块圆的小面团，最后将这些小面团擀成中间略厚周边较薄的圆皮，包裹馅心，捏成月牙形或角形，包成后下锅煮至饺子浮上水面即可。饺皮也可用烫面、油酥面或米粉制作；馅心可荤可素、可甜 、 可咸； 饺子的特点是皮薄馅嫩，味道鲜 美，形状独特，百食不厌。 然而， 随着生活节奏的加快， 越来越多的人没有时间和精力来自己包饺子，包饺技术也不容乐观。 在此背景之下我们设计了这个家用的小型的半自动包饺子机。 希望它能在快节奏的生活中，依靠其方便快捷的操作方式，经济实惠的价格，内外兼有的饺子质量，为繁忙工作 快节奏生活 的人们提供一顿具有中国传统的美味。 1.2 现有市场 情况 从网上资料和实际市场调查来看，市面上的饺子机主要有大型和小型两种 。大型机型号较多，各型号 大型机的工作原理基本上都是一样的 ，主要用于速冻饺子厂的大批量生产，其售价很高，大部分为 7500 13000元 。小型机只有两种，一种上市已经有好几年 （主要考察对象） ，还有一种适用面窄，使用的人不多，市面上也很难看到（所以 市场考察中也 没有看到实物）。 所考察 小型机售价为 500元（大批量购买价，单件购买会更贵）， 。 仿人型 包饺机 但是据代销商介绍，其工作寿命很短，只有 3 5个月，而且 还有只能 包制素馅饺子，工作过程不连续，使用不便，清洗较难等较多缺点 。 1.3 我们以前的设计方案 ： 图 1.1 样例饺子机的总机构图 2 图 1.2 样例 饺子 机 的制作 饺子 过程 整个运动周期的动力来自手动摇柄，时序由 不完全齿轮和凸轮等机构控制。 此方案基本上是完全的仿真了人手包制饺子的过程，包制出来的饺子外观较好，而且可以较为容易的改变形状。同时在压制饺子的过程中几乎不产生边角料，因为饺皮压制圆筒直接压制出来的就是一个圆形的饺皮。 此 机构紧凑，结构巧妙，功能齐全，成本也不高，适用于小型餐馆食堂和家用 。 1. 优点 饺皮压制圆筒压制出来的饺皮直接就是一个圆形饺皮，压制的饺子形状美观，没有边角料。（市场上的小型机有较多边角料，大型机也有部分边角料）； 饺子压制机构，完全仿人工作，可以连续工作，同时方便下 馅 ，包制的饺子外形较好，不易松散。 2. 缺点 机构复杂，加工制造困难； 制作成本偏高，市场前景不容乐观； 可靠性和寿命难以保证。 鉴于以上原因，我们选择了下面的螺旋式包饺机 弥补了市场上小型机的缺陷。如果大批量生产，其成本会控制在较低水平，再加上其高效实用的特点，其必将会有很好的市场 在盛面箱中放入已揉好的面团 两饺皮压制圆筒相对转动，压制饺皮 压好的饺皮经下滑道滑至饺子压制模具中 饺子压制模具压制饺子，并将其送出 开始 结束 3 第二章 、 螺旋式饺子机 2.1 总体设计说明 图 2.1 创新饺子机的总体机构图 2.2 主要流程 图 2.2 创新饺子机的制作饺子过程 2.3 方案原理 压制过程：依靠螺旋式机构，提供压制所需的压紧力，通过 U 型成型机构，将揉制好的面团直接压制成面片； 在盛面箱中放入已揉好的面团 在盛馅箱中放入已拌好的饺子馅 螺旋压面杆压制饺皮 螺旋压馅杆压出饺子馅 面皮经 U型块成型 饺子馅经管道到达饺皮上方 两压制模具相对旋转，压制成饺子 4 下馅过程：饺馅自动注入 U 型导槽中已压制好的面片中。 包制过程： 通过两个成型模具的旋转运动，将压制好的饺皮包制成所需的饺子形 2.4 传动过程 图 2.3 创新饺子机传动部分的过程 2.5 主要机构和零件 2.5.1 螺旋压面杆 图 2.4 饺子机的传动部件 螺旋面杆 此零件的 导程是 30mm， 外 径 60mm， 内径为 30mm， 有效长度为 70mm。其转一圈可以压制出的饺皮长度为 XXX 主要功能是把面团压紧并与 U型块相配合，形成饺皮。 螺旋压面杆的螺旋构型能将旋转运动转化成连续的竖直压紧运动。与其他类型的压制面皮机构相比，螺旋机构 具有两个明显的优点： a， 连续性好， 可以方便的进行时序设计 b， 增力比大 ， 具有良好的压紧效果。考虑到此零件所受的转矩和压紧力均较大，采用铸铁圆棒加工而成。 尺寸计算过程见后面“理论计算”。 2.5.2 箱体 箱体主要由三个零件组成：箱体自身、 U型块、 U型导槽，组合形式如下： 手柄 压面杆 齿轮 1 齿轮 2 齿轮 3（ 4） 压制模具 压 馅 杆 压制面皮 压制饺子 挤饺子馅 5 图 2.5 创新饺子机主要零件 箱体 箱体底部的孔选择了锥形孔，主要是考虑： a，锥形孔能减少最后的面团残余量； b，锥形孔的斜度能提供一个附加挤压力给面团，使面粉更易被挤出成为面皮。 选用 U型块是因为它能很好的将挤出的面皮限制成凹形，进而为后面的下 馅和压制过程提供良好的加工 原型 ， U 型块与箱体孔壁间隙保持再 2mm，使得压制出来的饺皮厚度在 2mm左右 。 U 型导槽能将挤出的面皮引导至压制模具，以便进行压制饺子。同时， U 型导槽上方将进行下 馅 过程， U型导槽可以很好的防止饺子馅下降过程中的冲击力，较好的保持面皮的形状。 箱体体积较大，受力较为分散，因而选用尼龙作为材料。 U型块与箱体间采用螺钉连接，以保证其受力强度 。 U 型导槽采用钣金制造，螺钉固定，加工容易，安装方便。 2.5.4 压 馅 杆 图 2.6 创新饺子机传动部分 压馅杆 6 其工作原理与压面杆相似，均是通过螺旋挤压，将饺子馅挤出。但考虑到压馅过程的力度远不如压面过程，故从成本和重量出发，我们选择了尼龙作为材料。其螺距的选择直接控制 其下 馅 量的多少，因而在确定其螺距时必需同出面皮的速度配合良好。具体的计算过程见后。 其尺寸计算过程见“理论计算” 2.5.4 压制模具 传统的压制模具一般采用仿人型，其优点是包出的饺子完全模仿人工包制，具有外形美观等特点。但其缺点也是明显的： a，连续性不佳，效率低。仿人型模具在工作过程中必需采用间歇机构，连续性不佳，且容易对其他机构产生冲击，噪声，不适于连续工作和批量生产。 b，模具加工困难。仿人型饺子的外形是靠模具的外形来保证的，要使其具有一定的外形美观程度，模具必需具有饺子的形状，给生产模具带来较大困难，加工成本也不容忽视。 我们所采用的是旋转 式的压制模具。这套模具有两个圆柱体组成，每个圆柱体上具有挖空的饺子外形。通过两个圆柱体的相对转动，压制饺子；而圆柱体上的挖空部分则能很好的保证饺子外形。 其主要特点有： 连续性好。两圆柱体连续滚动，不会造成冲击和过高的噪音，同时便于施加动力，有很高的效率； 模具加工方便。此模具只针对饺子的边缘进行外形固定，而饺子中部则任其自由流动，避免了复杂的加工过程。模具的外空部分由铣刀直接铣出，加工方便，成本低廉。 图 2.7 饺子机的压制部分 压制模具 7 2.5.5 其他机构 齿轮 图 2.8 饺子机的传动机构零件 齿轮 齿轮主要用于螺旋压面机构（主动），滚动压制模具之间的传动。其尺寸和传动比计算过程见“理论计算”。 圆筒 图 2.9 饺子机工作机构 圆筒 在工作时，圆筒将面固定住，内部有螺旋压面机构。其可以快速拆卸（如图中红线方向为其拆卸方向），便于清洗。其上有盛面箱（钣金而成）。 盛馅箱 图 2.10 饺子机的盛放部件 盛馅箱 用于盛放已经和好的饺馅 ，其内有螺旋下馅机构。其也可以快速拆卸，图中红色部分为其拆卸方向。 8 手柄 图 2.11 饺子机的操作机构 手柄 手柄可使力臂延长从而减轻饺子机实用者的负担。其也可以沿图中红色肩头方向快速拆卸。 可拆卸部件 可以拆卸部分的爆炸视图 图 2.12 饺子机的拆卸图 如图所示，下馅部分，压面部分还有外壳都是可以快速拆卸的，十分便于清洗！ 9 第三章 、 理论计算 1. 所包制饺子尺寸： 所制作饺子尺寸饺子机所包制的饺子长约为 60mm，最高处约为 30mm，厚约为 10mm，饺皮厚度约为 2mm。一个饺子中的饺馅体积约为 4 。 也就是要求压制饺皮为一个直径为 60mm，厚度 h0 2mm的面片。根据我们饺子机的设计原理，可知做一个饺子的面皮需要长度约为 65mm的 U型面片，同时，所设计的 U型面片展开宽度 L面宽 =80mm。 2. 螺旋压面杆尺寸选取以及压面量计算： 通过分析已有的类似与螺旋压面机构的螺旋机构，我们选取导程和 h 3mm，外径 D 60mm，内径 d 20mm的螺旋，其有效长度为 70mm。 计算螺旋压面机构正常情况下旋转一圈所挤压出来的面片长度： 理想情况下：螺旋杆转一圈压下的体积 考虑实际情况，实际下压体积应该乘以系数 ，由实际实验可得： 注： k大小与已经揉制好的面团的实际情况相关，本 k是按照一般的水和面配比（水面比为 1： 3）而揉制成的面团实验测得。 所以 实际 = V理想 = 21100mm3 3. 传动比确定： 因为滚动压制模具旋转一圈可以压制两个饺子，所以其旋转一圈所需要的 U型面片长度为： 则所需的面片体积为： 由可知，螺旋杆转速 与滚动压制模具转速 之比 n模具n螺旋 =V实际V面片 1 （根据机械原理齿轮传动比 i =z模具z螺旋 =r实际r面片 可得） 所以，螺旋杆齿轮齿数 与滚动压制模具齿数 之比为 z螺旋z模具 =n模具n螺旋 = 1 3 （根据机械原理齿轮传动比 i =z模具z螺旋 =n螺旋n模具 可得） 4. 齿轮齿数确定： 由于模具尺寸是固定的（为了保证能包出尺寸合格的饺子），直径 40mm。而且两个模具之间的间隙是固定的，所以模具的齿轮的尺寸是固定的，齿轮分度3mm22 3( ) 7 5 3 6 04DdV h m m 理 想1k k 0.28L 6 5 1 3 0 mm 2 30V L L 2 0 8 0 0 mm面 片 面 长 面 宽 hn螺 旋 n模 具z螺 旋 z模 具D模 具 10 圆直径 40mm。我们选取齿轮的模数为 2。 所以，模具齿轮齿数 由可知， 20 所以三个齿轮尺寸一样。（即齿轮 1， 3， 4相同） 由于所设计的包饺机的尺寸尽量控制在很小范围内，所以齿轮 1 和齿轮 3之间起传导作用的堕轮 4 选用尺寸最小的。齿轮 1 和 3 之间最小距离为 91mm，所以齿轮 4分度圆直径最小为 91 51mm， 通过圆整可以将该齿数设计为 26mm，则起分度圆直径为 52mm. 即 26 5螺旋下馅杆尺寸的设计： 根据设计方案，滚动压制模具旋转一圈（包制两个饺子，所需 U 型面片长度为 130mm）则螺旋下陷杆随之旋转一圈。则所需饺馅体积： 根据包饺机总体尺寸，可将螺旋下馅杆外径选用 50mm，内径选用 20mm的螺旋机构。 计算其导程： 由 以及实验所得 注：此处 k是由瘦肉与白菜 1： 1配比做馅实验而得。 可以推出： 6手柄力计算： 根据我们的实验可知，手柄必需给螺旋施加 M=1.25 的力拒。 手柄把力臂延长到 0.1m，所以人手要给手柄施加力为 F 12.5N 7因为本机器为小型家用机械，其受力较小，工作强度也不高，所以其强度无需详细计算校核，可由具体实验和经验核定。 D 齿 轮D 20mz模 具 z螺 旋 z模 具20 2z堕 轮2 3V L S 1 3 0 1 0 1 3 0 0 0 mm饺 馅 面 长 22()4DdVh 理 想kVV 理 想实 际 k 0.5h mm16NmML 11 第四章 、 总结 经过 这段时间的创新实践，通过对原来饺子机的的研究，逐渐了解饺子机的工作原理。通过对原有的机械的研究，对原有的饺子机不断地改进，终于制作出了比原来有点优点。优点如下： 1.采用一对 旋转压制 模具压制饺子， 加工方便， 工作连续，效率高，压制紧，外形好； 2.螺旋式压面杆 增力比 大，压制