绞肉机传动系统的设计

绞肉机传动系统的设计绞肉机的传动系统设计TITLE绞肉机的传动系统设计绞肉机的传动系统设计COMMENTS新疆工业高等专科学校|机械工程系前言随着社会的发展和人民生活水平的提高，人民对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的主流食品。食品工业的现代化水平，在很大程度上依赖于食品机械的发展及其现代化水平，离开现代仪器和设备，现代食品工业就无从谈起。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工艺的改进和发展，以工艺的发展进一部促进设备的发展和完善。在肉类加工的过程中，切碎、斩拌搅拌工序的机械化程度最高，其中绞肉机、斩拌机、搅拌机是最基本的加工机械.几乎所有的肉类加工厂都具备这3种设备。国内一些大型肉类加工厂外国引进了先进的加工设备，但其价格十分昂贵。目前中、小型肉类加工企业所使用的大部分设备为我国自行设计制造生产的，比如生产午餐肉罐头和制造鱼酱、鱼圆之类的产品，它将肉可进行粗、中、细绞以满足不同加工工艺的要求，该机亦可作为其他原料的挤压设备。工作原理及结构绞肉机的结构绞肉机主要由送料机构、切割机构和驱动机构等组成，如图2－1所示图2-1绞肉机机构送料机构包括料斗7、绞笼6和绞筒5。其作用是输送物料前移到切割机构，并在前端对物料进行挤压。切割机构包括挤肉样板3,绞刀2,旋盖4。其作用是对进入挤肉样板孔中的物料进行切割.挤肉样板孔眼规格有多种，可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更换驱动机构包括电机10、皮带轮9、12、减速器8、机架1等绞肉机的工作原理工作时，先开机后放料，由于物料本身的重力和螺旋供料器的旋转，把物连续地送往绞刀口进行切碎。因为螺旋供料器的螺距后面应比前面小，但螺旋轴的直径后面比前面大，这样对物料产生了一定的挤压力，这个力迫使已切碎的肉从挤肉样板上的孔眼中排出。用于午餐肉罐头生产时，肥肉需要粗绞而瘦肉需要细绞，以调换挤肉样板的方式来达到粗绞与细绞之需。挤肉样板有几种不同规格的孔眼，通常粗绞用之直径为8－10mm、细绞用直径3－5mm的孔眼。粗绞与细绞的格板，其厚度都为10－12mm普通钢板。由于粗绞孔径较大，排料较易，故螺旋供料器的转速可比细绞时快些，但最大不超过400r/min。一般在200－400r/min。因为挤肉样板上的孔眼总面积一定，即排料量一定，当供料螺旋转速太快时，使物料在绞刀附近堵塞，造成负荷突然增加，对电动机有不良的影响。绞刀刃口是顺着切刀转学安装的。绞刀用工具钢制造，刀口要求锋利，使用一个时期后，刀口变钝，此时应调换新刀片或重新修磨，否则将影响切割效率，甚至使有些物料不是切碎后排出，而是由挤压、磨碎后成浆状排出，直接影响成品质量，据有些厂的研究，午餐肉罐头脂肪严重析出的质量事故，往往与此原因有关。装配或调换绞刀后，一定要把紧固螺母旋紧，才能保证挤肉样板不动，否则因挤肉样板移动和绞刀转动之间产生相对运动，也会引起对物料磨浆的作用。绞刀必须与挤肉样板紧密贴和，不然会影响切割效率。螺旋供料器在绞筒里旋转，要防止螺旋外表与绞筒内壁相碰，若稍相碰，马上损坏机器。但它们的间隙又不能过大，过大会影响送料效率和挤压力，甚至使物料从间隙处倒流，因此这部分零部件的加工和安装的要求较高。绞肉机的生产能力不能由螺旋供料器决定，而由绞刀的切割能力来决定。因为切割后物料必须从孔眼中排出，螺旋供料器才能继续送料，否则，送料再多也不行，相反会产生物料堵塞现象。螺旋供料器的设计绞笼的设计绞笼的作用是向前输送物料，并在前端对肉块进行挤压。如图3－1所示，设计上采用一根变螺距、变根径的螺旋，即螺距后大前小，根径后小前大，这样使其绞笼与绞筒之间的容积逐渐减小实现了对物料的挤压作用。绞笼前端方形轴处安装绞刀，后端面上安装两个定位键与其主轴前端面上键槽配合，以传递动力。图3－1绞笼绞笼的材料绞笼的材料选为HT200螺旋直径＝0.130m取D＝140mm（3-1）G－生产能力,由原始条件得G＝800kg/hK－物料综合特性系数,得K＝0.071-物料得填充系数，得＝0.15－物料的堆积密度t/m肉的为1.5t/mC－与螺旋供料器倾角有关的系数，得C＝1螺旋供料器的转速由原始数据n＝260r/min螺旋节距实体面型螺旋的节距t＝D绞筒的设计由于肉在绞筒内受到搅动，且受挤压力的反作用力作用，物料具有向后倒流的趋势，因此在绞笼的内壁上设计了8个止推槽.沿圆周均匀分布，如图3－2所示绞筒内壁与绞笼之间的间隙要适当，一般为2-5mm。间隙太大会使物料倒流;间隙太小绞笼与绞筒内壁易碰撞。绞筒的物料可选用铸铁，选HT250金属工艺学（P76）表3-6图3－2绞筒传动系统的设计由于绞笼只有一种工作转速，则从电机至绞笼的运动路线为定比传动，其总的传动比可利用带传动、齿轮传动等构机逐级减速后得到。绞笼的转速不易太高，因为输送能力并不是随转速增加而增加。当速度达到一定值以后，效率反而下降，且速度过高，物料磨擦生热，出口处的压力升高，易引起物料变性，影响绞肉质量，因此绞笼的转速一般在200一400r/min比较适宜。在本机选用260r/min。（4-1）由传动比标准系列查机械设计基础课程设计指导书表2－2（P6）初步取根据选用的电机和绞笼转速要求设计传动路线如下：电机的选择（4-2）G－绞肉机的生产能力，W－切割1kg物料耗用能量，其值与孔眼直径有关，d小则w大，当d＝3mm，（4-3）－传动效率，取0.75所以根据N＝4kw，n＝1500r/min，查机械设计基础课程设计指导书表8-1（P10）选用Y132MI-6，再查机械设计基础课程设计指导书表8.3（P140）得Y112M-4电机的结构。图4-1Y132MI-6电动机的外观图带传动的设计设计功率（4-4）－工况系数，查机械设计基础表8.12（P130），取＝1.2P－传递的功率选定带型根据和查机械设计基础图8.9（P124），选取普通V带A型，－小带轮转速，为960r/min传动比=（4-5）小带轮基准直径（mm）由机械设计基础表8.9（P124）＝100mm>＝75r/min大带轮基准直径（mm）= =1.6由机械设计基础表6-6（P88）得=160mm带速验算（4-6）初定轴间距（mm）mm（4-7）所需带的基准长度（mm）（4-8）依机械设计基础表8.4（p88）取＝1500mm，即带型为A－900实际轴间a（4-9）小带轮包角（4-10）单根V带的基本额定功率根据带型号、和普通V带查机械设计基础表6-3（P86），取1.32kw时单根V带型额定功率增量根据带型号、和查机械设计基础表6-3（P86），取0.15kwV带的根数Z(4-11)－小带轮包角修正系数查机械设计基础表6-4（P86）,取0.96－带长修正系数查机械设计基础表6-2（P80），取0.87单根V带的预紧力(4-12)m－V带每米长的质量（kg/m）查机械设计基础表6-1（P79），取0.1k/gm作用在轴上的力(4-13)(4-14)－考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍带轮的结构和尺寸带轮应既有足够的强度，又应使其结构工艺性好，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造而产生过大的应力。轮槽工作表面应光滑（表面粗糙度）以减轻带的磨损。带轮的材料为HT200。查机械设计基础表6-1（P79），得基准宽度制V带轮轮槽尺寸，根据带轮的基准直径查机械设计基础表6-1（P79）确定轮辐。小带轮=100mm，采用实心轮，大带轮=160mm，采用孔板轮，取轮缘宽度B=63mm，轮毂长度L=40mm。大带轮拟采用P-IV型结构形式。取轴孔径d=33mm。按机械设计基础表6-1和图6-6中的公式确定结构尺寸。图4-2小带轮图4-3大带轮齿轮传动设计选择材料，确定和及精度等级。参考机械设计基础表10.9（P179）选择两齿轮材料为：大、小齿轮均为40siM，并经调质及表面淬火，齿面硬度为48－55HRc按硬度下限值，由机械设计基础图8-40（P140）中的MQ级质量指标查得；由机械设计基础图8-42（P142）中的MQ级质量指标查得。齿宽b=.a＝0.480＝32取b＝32mm；b＝40mm齿宽系数===0.7(4-15)纵向重合度=1.2(4-16)当量齿数＝32(4-17)＝79(4-18)轴的设计1.选择轴的材料，确定许用应力由已知条件知绞肉机传递中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理。由机械设计基础表14-1查得强度极限b=650MPa，由机械设计基础表14-8得许用弯曲应力=60MPa。按扭转强度估算轴径根据机械设计基础表14-7得A=118～107。又由式（10.2）得(4-19)考虑到轴要安装联轴器，会有键槽存在，故将估算直径加大3%～5%，取为33.86～37.91MM。由设计手册取标准直径d1=35mm。设计轴的结构并绘制结构草图(1）确定轴上零件的位置和固定方式要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装拆顺序和固定方式。确定齿轮从轴的右端装入，齿轮的左端用轴肩（或轴环）定位，右端用套筒固定。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周向固定采用平键联接。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用肩固定，周向采用过盈配合固定。(2）确定各轴段的直径，轴段①（外伸端）直径最小，；考虑到要对安装在轴段①上的联器进行定位，轴段②上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段②上安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取轴段②的直径为30mm；用相同的方法确定轴段③、④的直径d3=33mm、d4=30mm。(3）确定各轴段的长度齿轮轮毂宽度为63mm，为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮毂宽度，取为B2=32mm,BI=63mm,B4=47,B2=40mm。按弯扭合成强度校核轴径(1）画出轴的受力图。(2）作水平面内的弯矩图。图4-5支点反力为(4-20)Ⅰ-Ⅰ截面处的弯矩为：(4-21)Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为：(4-22)(3)作垂直面内的弯矩图。(4)支点反力为(4-23) 截面左侧弯矩为：(4-24)截面左侧变矩为：(4-25)Ⅱ-Ⅱ截面处的弯矩为：(4-26)(5）作合成弯矩图(4-27)截面：(4-28)(4-29)Ⅱ-Ⅱ截面：作转矩图求当量弯矩因绞肉机单向运转，故可认为转矩为脉动循环变化，修正因数为0.6。 截面(4-30)Ⅱ-Ⅱ截面：(4-31)‘确定危险截面及校核强度截面Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ所受转矩相同，但弯矩MeⅠ>MeⅡ，且轴上还有键槽，故截面Ⅰ-Ⅰ可能为危险截面。但由于轴径d3>d2，故也应对截面Ⅱ-Ⅱ进行校核。Ⅰ-Ⅰ截面：(4-32)Ⅱ-Ⅱ截面：(4-33)所以[-1b]=60Mpa，满足e≤[-1b]的条件，故设计的轴有足够强度，并有一定裕量。联轴器的选用联轴器类型的选择（1）绞肉机载荷平稳，轴短、刚性大，其传递的转矩也较大，所以选用凸缘联轴器。（2）确定型号，名义转矩：T=9.549×106×P/n=9.549×106×4/1500 =25464N·mm查凸缘联轴器国家标准，选CYD3型凸缘联轴器，其公称转矩为Tn=400×103N·mm>TC.两轴直径均与标准相符。故主动端选Y型轴孔，A型键槽。从动端选J型轴孔，A型键槽。许用转速「n」=6800r/min>n.（3)标记GYD3联轴器25×112/J42×62GB5843-86

绞刀的设计绞刀的作用是切割物料。它的内孔为方形，安装在绞笼前端的方轴上随其一起旋转，刀刃的安装方向应与绞笼旋向相同。绞刀的规格有2刃、3刃、4刃、6刃、8刃。绞刀用工具钢材料制造，淬火硬度为55-60HRC，刃口要锋利，与样板配合平面应平整、光滑。绞刀的设计绞刀的几何参数对所绞出肉的颗粒度以及产品质量有着很大的影响，现对十字刀片的各主要几何参数进行设计。十字刀片如图(5－1)所示。其每一刃部的绞肉(指切割肉的)线速度分布亦如该图所示。从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度。图5-1绞肉机绞刀片示意图及每一叶刀片上速度分布其值为：（）（5-1）－刀片刃部任一点的线速度m／s；n－刀片的旋转速度rpm；－刀片刃部任一点至旋转中心的距离mm；r－刀刃起始点半径mm；R—刀刃终止点半径mm；再从任一叶刀片的横截面上来看，其刃部后角较大，而前角及刃倾角都为零。因此，该刀片的几何参数(角度)不尽合理。故再将以一叶刀片的与网眼扳相接触的一条刀刃为对象，分析刀片上各参数的作用及其影响，设计各参数。5.2刀刃的起讫位置绞肉时，绞肉机的十字刀片作旋转运动。在转速一定的条件下，刀刃离旋转中心点越远，则绞肉(指切割肉的)线速度越快。并且在螺杆进科速度也一定的条件下，假定绞肉时刀片所消耗的功全部转化为热能，则任一与网眼板相接触的刀刃，在单位时间内产生的热量为：（5-2）式中：Q－单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割肉所产生的热量（J／s）F－铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（N）－任一刀刃切割肉的线速度（m／s）所以，绞肉(切割肉)的线速度越快，则所产生的热量也越大，因此绞肉的线速度不能很高。根据经验，我们知道一般绞肉时刀刃切割肉的钱速度处在30―90m／min之间最为理想，因此由这些数据可估算出刀刃的起讫位置，即刃的起点半径5.3刀刃的刃倾角从分析由前刀面和后刀所形成的刀刃来得知刀倾角对刀片性能的影响情况。在任一叶刀片的法剖面内，当把刀刃放大看时，可以把刀刃看成是一段半径为的圆弧(图5-4)刀刃有刃倾角，故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧(斜剖刀刃圆柱所得)椭圆的长半径处的曲率半径，即为刀刃实际纯圆半径。其关系为：（5-3）由此可见，增大刀倾角的绝对值，可减小刀刃的实际钝圆半径，这就说明增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利。一旦刀刃的起讫半径r及R确定后，其最大初始刃倾角就可确定了[参见图5-5]：（5-4）（5-5）式中：r－刀刃起始点半径(mm)；R－刀刃终止点半径(mm)；b－叶刀片外端宽度（mm）;－初始刃倾角；5.4刀刃上任一点位量上绞肉速度由于有了刃倾角，故刀刃上任一点相对于网眼板的速度，将可以分解为垂直于刃的法向速度分量和平行于刃的切向速度分量。即：（5-6）其值为：（5-7）（5-8）又因为：所以（5-9）整理得(5-10)（）(5-11)式中：－刀刃上任一点位置的法向速度分度m／s；－刀刃上任一点位置的切向速度分量m／s；－刀刃上任一点至刀片旋转中心距离mm；－刀刃的初始刃倾角；－与刀刃相切的圆计算半径mm；R－刀刃的终点半径mm；r－刀刃的起点半径mm；5.5刀片的结构根据以上对绞刀各个几何参数的分析，得出绞刀的结构此绞刀的特点：后角取4，刀片的寿命较长；前角取30，以减小绞肉所需的力及功率；增加刃倾角，以提高刀刃的锋利度；采用全圆弧形的前刀面结构，以改善刀刃的强度；采用可换式刀片结构，以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片。最小安全系数=1.1（由机械设计基础表8-16查取）寿命系数=0.92（由机械设计基础表8-18查取）润滑剂系数=1.05（由机械设计基础表8-20查取）,粘度等于350）速度系数=0.96（按由机械设计基础表8-12查取）粗糙度系数=0.9（由机械设计基础表8-5查取）齿面工作硬化系数=1.03（按齿面硬度45HRC）尺寸系数=1则：[]==826MPa满足[]（按机械设计基础图8-40校核）

生产能力分析绞刀的切割能力切刀的切割能力，可用下式计算：(6-1)式中：F－绞刀切割能力（）；n－绞刀转速（r/min）;260r/minD－挤肉样板外径（mm）；168mm－孔眼总面积与样板面积之比，一般取0.3－0.4；取0.4Z－绞刀刃数；取绞肉机的生产能力G生产能力G（kg/h）：(6-2)式中：－被切割1kg物料的面积，其值与孔眼直径有关（）；A－绞刀切割能力利用系数，一般为0.7－0.75；功率消耗N功率消耗N可用下式计算：(kw)(6-3)式中：W－切割1kg物料耗用能量，其值与孔眼有关（kw.h/kg）；－传动效率；由生产能力计算可知，在n、D一定的条件下，绞刀的刃数越多，生产能力越大。但是不同刃数的绞刀应与不同孔径的挤肉样板相匹配，才能得到较为合理的生产量和功率消耗。在使用能过程中，可根据附表中推荐的值来选用。表6-1生产能力推荐表样板孔径mm38、1016绞刀刃数842生产能力kg/h80010001400

设计总结2月我开始了我的毕业设计，时至今日，设计基本完成。从最初的茫然，到慢慢的进入状态，再到对思路逐渐的清晰，整个设计过程难以用语言来表达。历经了几个月的奋战，紧张而又充实的毕业设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次毕业设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。

我在学校图书馆搜集资料，还在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在U盘上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于完成设计。然后我将收集到的资料仔细整理分类。资料查找完了，我开始着手设计。在设计过程中遇到困难我就及时和指导老师联系，并和同学互相交流，请教专业课老师。在大家的帮助下，困难一个一个解决掉，设计也慢慢成型。

当我终于完成了所有打字、绘图、排版、校对的任务后整个人都很累，但同时看着电脑荧屏上的毕业设计稿件我的心里是甜的，我觉得这一切都值了。这次毕业设计的设计过程是我的一次再学习，再提高的过程。在设计