小型家用多功能和面機設計【絞龍式結構】【含CAD圖紙、說明書文檔和答辯稿資料】

摘 要 和面機的實質作用就是進行水和面粉的攪拌混合，主要用于年糕、餃子皮、蛋糕、膨化食品、面條、餛飩皮等面食的加工，揉面團的好壞直接影響了面食的口感。本設計中和面機采用雙葉片攪拌，和面容量為10kg，適合調制各種面團，攪拌裝置選擇了雙葉片攪拌器，由主電機帶動帶輪，通過齒輪減速傳動給攪拌軸。和面完成后打開步進電機，方便取出面團。本和面機結構簡單，用途廣泛，大到農村人家打年糕，小到三口之家包餃子。 關鍵詞：絞龍；多功能；和面機 Abstract Mixer is the essence of the action of water and flour, mixing is mainly used for rice cake, the wrappers, cakes, puffed food, noodles, wonton skins, such as pasta processing, knead the dough quality directly affect the taste of the pasta.In this design, including the working principle of mixer, its parts design and the technical requirements for design of mixer, and the detailed design and 10 kg/mixer, including mixing device, transmission system, feeding system and draw the mixer equipment assembly diagram, parts diagram and component diagram.Design model with double mixing blades, a powder capacity of 10 kg, suitable for all kinds of modulation dough.The reference to the design process and T - 66 type horizontal mixer, mainly characterized by mixing system chose double vane stirrer;Mixing system chooses three-phase asynchronous motor speed reducer, with belt wheel and two stage gear transmission;Choose stepper motor speed reducer, double cylinder system adopts with worm gear and worm drive and gear transmission.Mixer has simple structure, wide range of USES, big to the somebody else dozen rice cakes in the countryside, small to a family of three pack dumpling. Key words: heave the dragon;multi-function;dough II 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 V 1 緒論 1 1.1 本課題的研究目的 1 1.2 我國的和面機市場 1 1.3 本課題應達到的要求 1 2 和面機初步設計 1 2.1 設計準備 1 2.1.1 和面的基本過程 1 2.1.2 和面機各部件設計 1 2.2 家用多功能和面機設計 2 2.2.1 確定和面機容量 2 2.2.2 總方案的設計 3 2.2.3 攪拌裝置的設計 4 2.2.4 攪拌軸傳動系統(tǒng)的設計 6 2.2.5 取料裝置的設計 21 2.2.6 支架的設計 28 2.2.7 家用和面機裝配圖 28 3 小結 30 參考文獻 31 致謝 32 家用多功能和面機 1 緒論 1.1 本課題的研究目的 和面機的實質作用就是進行水和面粉的攪拌混合，主要用于年糕、餃子皮、蛋糕、膨化食品、面條、餛飩皮等面食的加工，揉面團的好壞直接影響了面食的口感。和面機在實際使用過程中，常常根據(jù)需要人為控制，選擇不同的攪拌速度、攪拌裝置形狀，才能讓面團的質量得到保證。本課題的任務是設計一臺具有多功能的家用和面機，主要適用于加工小面團。 1.2 我國的和面機市場 現(xiàn)如今我國的和面機種類繁多，有大型食品工廠用的，有小型家庭用的。面食自古就是我們中國人比較喜愛的食物。但是揉面不是每個中國人都能掌握的一項技術，所以對于現(xiàn)在的我們吃一口家常面點變的越來越難了。究其原因，大部分人都是被和面這第一步難倒了。我們的家用多功能和面機就應運而生。 1.3 本課題應達到的要求 本課題的任務是設計一臺具有多功能的小型和面機，為小規(guī)模食品加工帶來便利和效益。 2 和面機初步設計 2.1 設計準備 2.1.1 和面的基本過程 和面機調制面團的基本過程是我們先添加一定量的面粉（以和面為例），然后加入適量水（根據(jù)我們需要的面團用途），啟動和面機。攪拌軸旋轉進行攪拌混合，然后面粉和水分慢慢的混合，直到兩者混合均勻，面團圓滑。步進電機反轉，翻缸，取出面團，和面完成。 2.1.2 和面機各部件設計 和面機功能介紹：功能多樣，用途廣泛，可以用來和面、打年糕、打雞蛋等。 　　 1、攪拌器 攪拌器也叫攪拌槳，是和面機最重要的部件。按攪拌軸數(shù)目分，有單軸式和雙軸式兩種。臥式的與立式的也有所不同。本次設計的絞龍既適用和面粉，也可以用于打年糕，以及打雞蛋等。 　　2、攪拌容器 容器多由不銹鋼焊接而成。容器的容積由和面機的適用的面團大小決定。 為了防止軸承處物料或潤滑油泄漏，污染食品，容器與攪拌軸之間必須密封。因為和面機軸的轉速普遍低，工作載荷變化又大，密封處間隙變化無常，本設計的密封裝置采用了應J型無滑架橡膠密封圈。當然也可以采用空氣端面密封裝置，密封效果更完美。 本設計采用機動翻轉容器，由電動機，減速器及容器翻轉齒輪組成。和面完成后，打開步進電機，通過蝸輪蝸桿、減速器帶動與容器固接的齒輪轉動，使容器翻轉一定的角度，方便使用者取出面團。當攪拌軸攪拌時通過蝸輪蝸桿的自鎖原理將其鎖死。 3、機架 小型和面機攪拌軸轉速低，工作阻力大，振動不會很劇烈，噪音也不會很大。本設計的機架結構采用焊接結構。 4、傳動裝置 本和面機的傳動是由電動機，皮帶輪，減速器及聯(lián)軸器等組成。 和面機工作轉速低，多為25-35r/min，所以應選用較大的減速比。本設計采用行星輪減速器，其傳動效率高，結構緊湊。 表2-1 和面機容量與所配電機額定功率的關系 生產力 （㎏/次） 12 25 50 75 100 主電機 （千瓦） 1.1 2.2 3.0 4.0 5.5 2.2 家用多功能和面機設計 2.2.1 確定和面機容量 一般選5㎏/次、10㎏/次、15㎏/次。 設計10kg/次，和面時間為10min。 2.2.2 總方案的設計 1、攪拌容器的總體尺寸 攪拌時,攪拌容器的裝料系數(shù)可取0.5-0.6 查有關資料可得我國面粉的吸水系數(shù)為15% 一般面粉的密度為0.5g/ml, 和面過程中加40%的水（以和面為例），水的密度為1g/ml。 面粉的質量：10kg 水的質量：4kg 計算得總體積為：10000/0.5+4000/1＝70000mm3 所以取攪拌容器容積為200000mm3 （1）寬度（B） B = 2 ( R+δ) 式中 R = 攪拌漿半徑 R的大小取決于面團性質及生產（2.1） δ= 漿葉與容器的間隙 δ取為5mm δ=5 mm B=2（R＋5） （2） 高度（ H ） H = h +B 式中 h=(0.5-1)R 取h=0.5R （2.2） （3）長度（ L ） L = (2-2.5)R （2.3） 攪拌容器的體積為V= （2.4） 經計算可取R=25cm 取 B=50cm H=66.5cm L=75cm 選擇本設計的攪拌容器材料為1Ge18Ni9Ti 2、攪拌漿的選擇 本設計選擇的攪拌器,攪拌軸上設置2個攪拌葉片，攪拌葉片是兩片對稱固定在攪拌軸上的弧形葉片，葉片與攪拌軸旋轉1/4圓連接，主要適用于加工小型面團。這種攪拌裝置適合多種作業(yè)，比如和面團，打雞蛋以及做蛋糕等。攪拌均勻，攪拌效率高。 與容器壁間距1-2cm,選擇軸半徑為d=23cm。 3、攪拌傳動的選擇 選用三相異步電機，通過帶輪、兩級齒輪傳動，帶動攪拌裝置旋轉。 4、卸料形式 本設計和面量較小，因此選擇電動翻缸的方式。系統(tǒng)副電動機安裝在機座上，通過蝸桿、蝸輪、齒輪傳動帶動筒體傳動，和面過程中利用蝸輪蝸桿自鎖效應，控制旋轉角度。 2.2.3 攪拌裝置設計 1、攪拌容器設計 容器壁設計為3mm，兩側連接軸承支承處設置加強圈，厚度為2mm，每處兩個，采用焊接結構，選擇本設計的攪拌容器材料為1Ge18Ni9Ti。結構如圖2.1所示。 圖2.1攪拌容器 具體尺寸及參數(shù)要求見設計圖紙 2、攪拌器設計 設計攪拌葉片寬度為50mm，厚度為4mm，徑向旋轉角度為1/4圓，軸向長度為450mm。攪拌葉片厚度設計為10mm,根部寬度為50mm，頂部寬度為20mm。為輪轂內徑85mm，外徑為100mm，寬度為40mm。攪拌葉片、輪轂采用焊接方式連接，材料選用1Ge18Ni9Ti。結構簡圖如圖2.2。具體參數(shù)見設計圖紙。 圖2.2 攪拌器結構簡圖 3、攪拌裝置支座設計 材料取為鑄鐵HT150，基本結構如圖2.3 圖2.3攪拌裝置支座 具體尺寸、參數(shù)見設計圖紙 4、其它零件設計 材料取為45鋼，攪拌軸左、右支撐，如圖2.4 圖2.4攪拌軸支撐左、右蓋 裝配關系見裝配圖 5、 攪拌系統(tǒng)部件圖 圖2.14攪拌裝置部件圖 2.2.4 攪拌軸傳動系統(tǒng)的設計 1、主電機選擇 表2-2 和面機容量與所配電機額定功率的關系 生產力 （㎏/次） 12 25 50 75 100 主電機 （千瓦） 1.1 2.2 3.0 4.0 5.5 根據(jù)表格2-2中和面機容量與所配電機額定功率的關系，選用3kw的電機，查設計手冊選用通用異步電機Y132s-6型號，轉速960r/s。 2、傳動系統(tǒng)中傳動鏈的設計及各傳動比的分配設計 (1)攪拌漿轉速 n=14~35 rpm 各種面團所需的轉速不同 現(xiàn)取n≈20rpm。 (2)電機轉速 = 960rpm 同步轉速 (3)傳動鏈總傳動比 =48 （2.5） (4)傳動比分配： ①皮帶傳動 3 取=3 ②齒輪傳動 =2，=8 3、皮帶傳動設計 (1)電機功率p=3kw, =1.1 ,計算功率=p=3.3kw （2.6） (2)選擇v帶型號 根據(jù)=3.3kw，n1=960r/min，查圖得選用A型v帶 (3)求大、小帶輪基準直徑、 ① 取=100mm ② 驗算帶速v==5.02 （2.7） 5<5.02<30,符合要求 ③ ==300 （2.8） 由i=3 得n2 =320r/min 圓整后得=315mm ④ 求v帶基準長度Ld和中心距a 由0.7（+ ）＜＜2（+ ） 取=450mm 帶長=2+π（+ ）/2 + （－）2/（4）=1577.2mm （2.9） 由長度系列表查得選用帶長=1600mm 計算實際中心距 a=+=4500+（1600-1577.2）/2=461 （2.10） ⑤ 驗算小帶輪包角α （2.11） α =1800-（－）/a×57.30 =153.80＞900 合適 ⑥ 求V帶根數(shù)z 計算單根v帶的額定功率 查表8-4a,=0.97kw 查表8-4b,=0.12kw 查表8-5,=0.93 查表8-2,=0.99 =（+）=1.00kw (2.12) 由此可得 Z==3.3 (2.13) 取4根 ⑦ 材料的選擇 帶輪材料取為鑄鐵HT150 ，V帶由復合材料抗拉體，頂膠，底膠和包布做成。 ⑧ 結構 小帶輪采用實心式結構，如圖2.5所示。 圖2.5小帶輪 大帶輪采用橢圓輪輻式結構，如圖2.6所示。 圖2.6 大帶輪 具體結構參數(shù)、尺寸見設計圖紙 4、齒輪傳動設計 采用兩級齒輪傳動 =2，=8 (1) 一級齒輪傳動設計 p=3kw =320r/min =2 1) 選精度等級、齒輪類型、材料、齒數(shù) ①直齒輪傳動 ②一般工作機器，速度不高，故選用7級精度 ③材料 大齒輪硬度為240HBS的45鋼 小齒輪硬度為280HBS的40cr鋼 ④選小齒輪齒數(shù)=24 大齒輪齒數(shù)=48 2) （2.14） ①選載荷系數(shù)=1.3 ②小齒輪傳遞轉矩 ==8.952×N （2.15） ③由表10-7，取=1 ④由表10-6，材料彈性影響系數(shù)=189.8 ⑤由圖10-21，按硬度查得[7] 小齒輪接觸疲勞強度極限=600MPa 大齒輪接觸疲勞強度極限=550MPa ⑥應力循環(huán)次數(shù) =1.382× （2.16） =0.6912× ⑦由圖10-19，接觸疲勞壽命系數(shù) =0.9 =0.95 ⑧計算接觸疲取勞許用應力 取失效概率為1% 安全系數(shù)為s=1 =0.9×600=540MPa （2.17） 0.95×550=522.5MPa 3) ①=66.01mm ②圓周速度v==1.105m/s （2.18） ③齒寬b==66.01mm （2.19） ④齒寬與齒高之比 （2.20） 模數(shù)==2.75 （2.21） 齒高h=2.25=6.19 ==10.66 ⑤載荷系數(shù) =0.675 ==1 =1 =1.315 =1.24 k==0.8870 （2.22） ⑥分度圓直徑=58.113mm ⑦計算模 =2.41 4) 根據(jù)齒根彎曲強度計算設計 確定參數(shù) ①小齒輪彎曲強度極限=500MPa 大齒輪彎曲強度極限=380MPa ②彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85 =0.88 ③取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4 彎曲許用應力 （2.23） ④ k==1×0.675×1×1.24=0.837 ⑤齒形系數(shù) =2.65 =2.33 應力校正系數(shù) =1.58 =1.69 ⑥計算比較 =0.01379 =0.1649 大齒輪值較大 5) 設計計算 =1.625mm （2.24） 圓整后為2.0mm =58.113mm ==29 =2×29=58 6) 幾何尺寸計算 分度圓直徑 中心距a=87mm 齒寬 =58mm 取 （2.25） 7) 結構設計 小齒輪因直徑較小，齒根圓到鍵槽底部的距離e<2m,故采用齒輪軸形勢，如圖2.7所示 圖2.7 一級齒輪軸 大齒輪采用實心結構，如圖2.8所示 圖2.8一級大齒輪 具體尺寸、參數(shù)見設計圖紙 5、二級齒輪傳動設計[6] 使用最大功率3kw計算 p=3kw =160r/min =8 1) 選精度等級、齒輪類型、材料、齒數(shù) ①直齒輪傳動 ②一般工作機器，速度不高，故選用7級精度 ③材料 大齒輪硬度為240HBS的45鋼 小齒輪硬度為280HBS的40cr鋼 ④選小齒輪齒數(shù)=20 大齒輪齒數(shù)=160 2) ①選載荷系數(shù)=1.3 ②小齒輪傳遞轉矩 =1.79×N ③由表10-7，取=0.5 ④由表10-6，材料彈性影響系數(shù)=189.8 ⑤由圖10-21，按硬度查得 小齒輪接觸疲勞強度極限=600MPa 大齒輪接觸疲勞強度極限=550MPa ⑥應力循環(huán)次數(shù) =6.912× =0.864× ⑦由圖10-19，接觸疲勞壽命系數(shù) =0.9 =0.93 ⑧計算接觸疲取勞許用應力 取失效概率為1% 安全系數(shù)為s=1 =0.9×600=540MPa 0.95×550=522.5MPa 3) ①=75.5mm ②圓周速度v==0.6322m/s ③齒寬b==75.5mm ④齒寬與齒高之比 模數(shù)=3.775mm 齒高h=2.25=8.494mm ==8.89 ⑤載荷系數(shù) =1.02 ==1 =1 =1.425 =1.375 k==1.4535 ⑥分度圓直徑=79.83mm ⑦計算模 =4mm 4) 根據(jù)齒根彎曲強度計算設計 確定參數(shù) ①小齒輪彎曲強度極限=500MPa 大齒輪彎曲強度極限=380MPa ②彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85 =0.88 ③取彎曲疲勞安全系數(shù)s=1.4 彎曲許用應力 ④ k==1.4025 ⑤齒形系數(shù) =2.8 =2.138 應力校正系數(shù) =1.55 =1.835 ⑥計算比較 =0.01430 =0.01642 大齒輪值較大 5) 設計計算 =2.7418mm 圓整后為3.2mm =79.83mm ==25 =8×25=200 6) 分度圓直徑 中心距a=(80+640)/2=360mm 齒寬 =1×58=80mm 取 7) 結構設計[9] 小齒輪采用實心結構，如圖2.8所示 圖2.8二級小齒輪 大齒輪400mm<<1000,采用輪輻式結構，如圖2.9所示 圖2.9 二級大齒輪 具體結構參數(shù)、尺寸見設計圖紙 6、傳動軸設計 1) 一級傳動軸 V型皮帶傳動的效率為0.96，電機功率為3kw，轉速320r/s， 確定軸的最小直徑 =21mm 取最小處直徑為24mm。 軸的結構設計，如圖2.10所示 圖2.10 一級傳動軸 未注倒角為C1，未注圓角為R1.5 軸材料選用45鋼 按扭矩校核軸的強度 =31MPa []=45MPa, 因此<[],故安全 2) 二級傳動軸 V型皮帶傳動的效率為0.96，齒輪傳動效率為0.97轉速160r/s，電機功率為3kw 確定軸的最小直徑 =26mm 取最小處直徑為30mm。 軸的結構設計，如圖2.11所示 圖2.11 二級傳動軸 未注倒角為C1.5，未注圓角為R1.5 軸材料選用45鋼 按扭矩校核軸的強度 =30.87MPa []=45MPa, 因此<[],故安全 3) 攪拌軸 V型皮帶傳動的效率為0.96，齒輪傳動效率為0.97轉速20r/s，電機功率為3kw 確定軸的最小直徑，取=0.75 =58.3mm 取最小處直徑為80mm。 軸的結構設計，如圖2.12所示 圖2.12 攪拌軸 未注倒角為C2，未注圓角為R2 軸材料選用1Cr18Ni9Ti 按扭矩校核軸的強度 =9550000×3×0.96×0.97/(160×0.6836×0.2×30×30×30)=23.1MPa []=35MPa, 因此<[],故安全 7、軸承座設計[6] 材料取為鑄鐵HT150，基本結構如圖2.13所示 圖2.13 軸承座 具體尺寸、參數(shù)見設計圖紙 8、攪拌傳動部件圖2.14所示 圖2.14 攪拌傳動部件圖 2.2.5 取料裝置設計 一級減速采用蝸桿傳動 二級減速采用齒輪傳動，大齒輪與筒體固定在一起。 電動機轉速為n1=800r/min 取容器轉速n3≈10r/min 取=32 =2.5 則=800/2.5/32=10r/min 1、電動機的選擇 選擇步進電動機 步進電機最大速度一般在600-1000r/min之間。 取BF系列反應式步進電動機 型號為110BF02 3相數(shù) 電壓為80V 最大靜轉距為80kgf.cm=50×9.8×10=7840Nmm 負載轉距一般為靜轉距的30%-50%，取個中間值40% 則負載轉距為7840×0.4=3136Nmm 2、蝸桿傳動設計 (1)選擇蝸桿頭數(shù)z1與蝸輪齒數(shù)z2 查表得傳動比i在14-30之間時[6] z1取2 29＜z2＜82 取z1=1 由i= n1/ n2=32= z2/ z1 得 Z2 =32 合適 (2)求蝸桿、蝸輪直徑d1 、d2、 　 取m=2.5 則查表得d1=28mm q= d1/ m=11.2 d2=m z2=80mm D1= d1+ m=30.5mm D2= d2+m=82.5mm 蝸桿長度L≥（11+0.06 z2）m=57.375mm 取為60mm 由表11-4，設計渦輪寬度B=25mm,=87.5mm (3)蝸桿導程角γ tgγ= z1/q=2/10=0.087 則γ=5.5250 蝸桿與蝸輪的交錯角取為900 蝸輪螺旋角β=γ=5.5250 (4)傳動的中心距 a=54mm (5)選擇蝸輪蝸桿材料 蝸桿材料采用40Cr 淬火到45—55HRC 并磨削 齒圈用青銅制造 蝸輪輪芯材料采用45鋼，齒圈用青銅制造 齒圈和輪芯間采用過盈配合 (6)結構設計 蝸桿、渦輪直徑較小，采用蝸桿軸的結構如圖2.15所示。 圖2.15 蝸桿軸 渦輪結構如圖2.16所示 圖2.16 蝸輪軸 3、齒輪計算設計 聯(lián)軸器的傳動效率取為0.99，雙頭蝸桿傳動的機械效率為0.75-0.82 取為0.80，=0.263kw 則齒輪傳遞的功率為：P=0.263kw×0.80×0.99=0.2kw n=25r/s i=2.5 1) 初步確定齒輪幾何尺寸及參數(shù) 模數(shù)m=4mm 齒數(shù) =40 =100 分度圓直徑：=160mm =400mm 齒寬 =30mm =28mm 2) 材料 大齒輪硬度為240HBS的45鋼。 小齒輪硬度為280HBS的40cr鋼。 3) 結構設計 齒輪直徑較大，設計成腹板式結構，如圖2.17和2.18所示。 圖2.17 小齒輪結構圖 圖2.18 大齒輪結構圖 4) 校核 按齒面接觸強度校核： ①選載荷系數(shù)=1.3 ②小齒輪傳遞轉矩 =5.74×N ③取==0.1875 ④查得材料彈性影響系數(shù)=189.8 ⑤由材料硬度查得 小齒輪接觸疲勞強度極限=600MPa 大齒輪接觸疲勞強度極限=550MPa ⑥應力循環(huán)次數(shù) =0.216× =0.108× ⑦由圖10-19，接觸疲勞壽命系數(shù) =1.03 =1.08 ⑧計算接觸疲取勞許用應力 取失效概率為1% 安全系數(shù)為s=1 =1.03×600=618MPa =1.08×550=594MPa 計算=49.74mm 所設計齒輪=160mm遠大于，所以合格 4、軸的計算設計 1) 蝸桿軸設計 聯(lián)軸器傳動的效率為0.99，電機功率為0.243kw，轉速800r/s， 確定軸的最小直徑 =7.72mm 取最小處直徑為16mm。 軸的結構設計，如圖2.19所示 圖2.19 蝸桿軸 軸材料選用40cr 按扭矩校核軸的強度 =3.79MPa []=45MPa, 因此<[],故安全 2) 蝸輪軸計算設計 聯(lián)軸器傳動的效率為0.99，蝸桿傳動效率為0.80電機功率為0.243kw，轉速 800r/s，i=32 確定軸的最小直徑 =18.7m 取最小處直徑為25mm。 軸的結構設計，如圖2.20所示 圖2.20 蝸輪軸 軸材料選用45鋼 按扭矩校核軸的強度 =25.46MPa []=45MPa, 因此<[],故安全 5、其它零件設計 蝸桿軸承座設計，材料選用鑄鐵，結構如圖2.21所示。 圖2.21 蝸桿軸承座 具體見設計圖紙 2) 蝸輪軸承座設計 材料選用鑄鐵，結構如圖2.22 圖2.22 蝸輪軸承座 3) 其它 步進電機座設計，根據(jù)電機安裝要求確定機座高度及各定位尺寸，材料選用鑄鐵。 各標準件如鍵、螺栓等見裝配圖 6、卸料系統(tǒng)部件圖 圖2.23 卸料傳動系統(tǒng)部件圖 2.2.6 支架設計 機架采用角鋼，底板用10mm鋼板。 尺寸依結構而定，焊接方式連接。結構簡圖如圖2.24所示。 圖2.24 支架 2.2.7 絞龍式家用和面機裝配圖 如圖2.25所示。 圖2.25 和面機總裝圖 3 小結 本次畢業(yè)設計，針對家用多功能和面機的設計要求，詳細設計了其攪拌裝置、攪拌傳動系統(tǒng)、取料傳動系統(tǒng)。在整個設計過程中受益良多，大學四年的知識融會貫通，才有了此次設計。也重新深入學習了之前掌握的不太好的課程，完善了大學的知識結構。各課程之間是互相聯(lián)系，相輔相成的。 以前做事不夠嚴謹，本次設計過程中深切體會了嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度對于設計者的重要性。 參考文獻 [1] 盧頌峰. 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