打浆机

目录

任务书 ....................................................................................................................................... 1 绪论 ........................................................................................................................................... 2 第 1 章 打浆机的基本结构 ................................................................................................. 3

1.1圆筒 .............................................................................................................................. 3 1.2破碎浆叶 ...................................................................................................................... 4 1.3传动方案 ...................................................................................................................... 4 1.4机架 .............................................................................................................................. 5 1.5其它 .............................................................................................................................. 5 第 2 章 打浆机的参数确定 ................................................................................................. 6

2.1滚动的设计 .................................................................................................................. 6 2.1.2物料在滚筒内的时间 ............................................................................................... 6 2.1.3棍棒与筛筒之间的间隙 ........................................................................................... 7 2.1.4圆筒筛消耗功率的计算 ........................................................................................... 7 2.2电动机的选择 .............................................................................................................. 8 第 3 章 主要零件的结构设计与计算 ................................................................................. 9

3.1计算皮带及皮带轮的设计 .......................................................................................... 9 3.2传动主轴的结构设计计算 ........................................................................................ 13 3.3轴上零件的定位 ........................................................................................................ 14 3.4确定轴上的圆角和倒角 ............................................................................................ 14 3.5滚动轴承 .................................................................................................................... 15 第 4 章 轴的强度校核计算 ............................................................................................... 16

4.1按扭转强度条件计算 ................................................................................................ 16 4.2按弯扭合成强度条件计算 ........................................................................................ 18 4.3轴的扭转刚度校核计算 ............................................................................................ 18 第 5 章 工作原理 ............................................................................................................... 20 第 6 章 操作的使用与注意事项 ......................................................................................... 21 第 7 章 打浆机的发展 ....................................................................................................... 22

7.1打浆机组 .................................................................................................................... 22 参考文献 ................................................................................................................................. 23

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机械系统课程设计任务书 机械工程 学院 机械设计制造及其自动化 专业 班级： 学号： 姓名： 设计(论文)题目： 打浆机设计 内 容 及 要 求： 一、设计要求： 1、生产能力为7吨/小时； 2、工作部件应便于拆洗； 3、机器应耐腐蚀，且符合食品机械加工标准。 二、设计内容： 1、选择并设计动力装置； 2、设计传动装置、进料斗及出料斗； 3、撰写有关内容的设计说明书。 № 进度安排： 第一周：根据设计题目要求，搜集资料，分析具体内容，论证方案并进行方案比较； 第二周：完成所设计装置的装配图绘制； 第三～四周：完成所设计装置的零件图绘制； 第五周：撰写设计说明书，答辩。 指导教师：纪玉杰 专业负责人：安晓卫 主管院长： 2013 年 12 月 9 日

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绪论

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在食品生产中，并不是把所有的原料全部加工成最终产品，在加工时必须去掉不合适的部分。在生产工艺过程中，也要根据具体的感官、理化指标的不同的要求，对半成品中的组成部分予以分离。水果打浆机适用于多种新鲜水果和蔬菜打浆分离之作用，随着人们的生活水平提高，打浆机在人们的生活中扮演的角色越来越重要。

目前，世界上的水果产量和制品贸易增长迅速，我国的制品贸易在世界上的地位越来越重要，对世界的贸易产生了重要的影响。尤其是我国的番茄，据不完全统计，我国全国每年新鲜番茄的消费量达到二千六百万吨，可见中国的水果打浆机的未来发展的道路任重而道远，

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第 1 章 打浆机的基本结构

如下图1.1所示打浆机的结构原理图，打浆机的基本结构主要包括圆筒筛、破碎浆片、传动机构以及机架。

图1.1 打浆机的结构原理图

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1.1圆筒

圆筒的设计首先考虑的问题是能够满足正常的生产需求，它由不锈钢半圆筒上下焊接而成，采用不锈钢的原因是因为所做的加工为食品加工，必须能够耐腐蚀和防锈，不能因为材料本身而对食品造成污染，它的食品卫生条件好，且具有一定的耐冲击性和耐磨性故选用45钢作为圆筒设计的原材料；在靠近滚筒内壁处焊接有带有筛孔的钢制金属网；圆筒的外壁上方有一开口，在发生问题时通过它能够观察滚筒里面的情况。出料口和进料口、出口渣的设计应该根据具体的收集装置位置和实际条件来确定。

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1.2破碎浆叶

碎浆叶在整个工作过程起着初步粉碎的作用，当料由进料口进入，经螺旋传输进入滚筒，首先要通过破碎浆叶的破碎作用在进入滚筒打浆，破碎桨叶通过轴套焊接安装在转轴上，一端通过轴间固定，因为打浆机的设计并不要求十分精确，故另一端可通过开口销固定。如图1.2所示

图1.2 破碎浆

№

1.3传动方案

传统的打浆机有两种传动设计方案，如图1.3所示，一种是带轮传动，另一种为采用齿轮减速器与联轴器传动。根据传动方案选择的原则，综合考虑传动比、传动效率、经济等个个方面最后选择带传动带动打浆机的方案。

图1.3 传动方案

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1.4机架

机架的设计应该能够较好的使机器稳定工作，不发生强烈震动，整架采用HT150铸造而成。

№

1.5其它

滚筒的右端设有废品出料口，下端有产品出料口，左上部有进料口。

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第 2 章 打浆机的参数确定

2.1滚动的设计

根据生产能力和实际要求情况，初定筛筒内经D=0.8m 。 初选筛孔的工作系数为0.25，导程角=1.8度。 2.1.1滚筒长度

⑴由实验公式

№

0.07DL2n G＝ 得滚筒长度；

tan

G•tan7000tan1.8 L﹦ ﹦ ﹦3.6

0.07D•n•0.070.89700.25

式中 G———打浆机生产能力（公斤/时） D———筛筒内径（米） L———筛筒长度（米） N———刮板转速（转/分）

Ø———筛孔有效截面（％）即筛孔正真的工作系数，占筛孔1左右，而筛孔占全部筛筒全部表面积的50％，故一般Ø﹦0.5×50％﹦25％ 总数的 2 ———导程角（度） 2.1.2物料在滚筒内的时间

物料在滚筒内沿棍棒运动的时间为

60Ll603.6 τ﹦ ﹦ ﹦ ﹦2.82s

VDntan3.140.8970tan1.8

式中V———物料沿棍棒运动的线速度（米/秒） 6

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2.1.3棍棒与筛筒之间的间隙

中心截面与筛壁间隙最大为h﹦6㎜ 两端处到筛壁间隙最小：

№

2RL2sin24Rh h＇﹦ 22

0.83.62sin21.840.40.006﹦

22

﹦0.0021 由于导程角的存在，间隙之差为 6－2.1=3.9(毫米)

式中 h＇———棍棒最远点截面至筛筒的间隙（米） R———筛筒内半径（米） L———棍棒长度（米） α———导程角（度）

h———截面处棍棒至筛筒间隙（米）

2.1.4圆筒筛消耗功率的计算

由于单机工作，所以取W﹦4000（牛•米/公斤） 传动效率η﹦0.75

70004000GW N﹦ ﹦ ﹦10370.3w≈10.4kw

36000.753600η

式中G———生产能力(公斤/时)

W———打浆机操作的能量消耗比率（牛•米/公斤）其值决定于原料种类、温度、棍棒转速以及筛筒的有效截面等。 〖若概略计算，单机时可取值W﹦3920～4410（牛•米/公斤），联动时取W﹦4900～5800（牛•米/公斤）〗 η ———传动效率 (0.7～0.8) 7

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2.2电动机的选择

该打浆机的生产能力7吨/时，每天两班制，每班八小时，工作寿命为5年，轴的转速为970转/分。

查机械设计手册和考虑实际生产条件，取带传动效率为0.95。则所需的电动机的功率为：

P﹦10.4/0.95≈10.95kw

考虑电动机的效率问题和意外情况，初选电动机为 Y160L ―4 电动机的参数如下 额定功率：15kw 电流：30.3A 转速：1460 r/min 效率：88.5％ 功率因子：0.85 重量：84kg 8

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第 3 章 主要零件的结构设计与计算

3.1计算皮带及皮带轮的设计

由上述可知，电动机的额定转速为1460r/min，额定功率为15kw，传动比i﹦1.5，一台运转时间大于10h。 3.1.1设计功率

机器每天工作小时数大于16小时，载荷变动较大，查阅机械手册得 A ﹦1.4 K

№

P d ﹦ K A • P ﹦1.4×15=21

3.1.2选定带型

n 1 =1460r/min，查阅机械手册得; 根据 P d =21kw和

选择B带型 3.1.3传动比

i﹦ = = =1.5

nn12ddp2p114609702为大带轮的转速 其中：n

dp2为小带轮的节圆直径

dp2为大带轮的节圆直径

3.1.4小带轮基准直径 dp1为提高V带的寿命在结构允许条件下，宜较大的基准直径。由机械设计手册选定

d 1 ≥ min

dd 9

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d min =125mm所以取 d d 1 =200mm 3.1.5大带轮基准直径d p 2

200=300 d d 2=i× dd1=1.5×查机械设计手册得

d d 2 =315mm 3.1.6带速V

πdd1n13.142001460 V= = =15.3m/s

601000601000№

Vmax=25～30 符合要求

（说明：一般V不要低于5米/秒，为了充分发挥V带的传动能力，应使V≈20m/s） 3.1.7初定轴间距ɑ0

0.7 ( d d 1＋ d d 2 )≤ 0 ≤2（ d d 1 ＋ d d 2 ） a

360.5 ≤ a 0 ≤ 1030

初选轴间距为600（视具体结构而定） 3.1.8所需带的基本长度

Ld02dd2dd1π L d 0 =2 a 0 ＋ ( d d 1 ＋ d )＋ d224a0π3152002 =2×600＋ ×（200＋315）＋ 24600

=2015

由机械设计手册选择带的基本长度 L d =2000mm

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3.1.9实际轴间距 ɑ

№

L d L a ≈ a 0＋ d 0 =600＋ =592.5

22000201523.1.10小带轮包角 α 1

α 1 =180－ d d 2  d d 1 ×57.3=169

a 一般 α 1 不小于120，最低不低于90，如果 α 1 较小应增大或用张紧轮 3.1.11单根V带的基本额定功率P1

根据带的型号，d p1 和n 1 普通V带查表得 P 1 =5.14kw 单根普通V带额定功率的增量 Δ P 1=0.41

K α =0.98 K L =0.98

于是 P r =（ P 1 ＋ Δ P 1）× K K Lα× =（5.14＋0.41）×0.98×0.98 ﹦5.54kw 3.1.12V带的根数Z确定

21 Z= P d = =3.79≈3.8

5.54Pr

故取4根皮带 3.1.13单根皮带预紧力 F 0

F 0=500×（ 2 . 5 －1）× P d ＋mv2

KαZV11

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=500×（ －1）× ＋0.17×15.3

№

2.50.98213.80.172 =25250N 3.1.14作用在轴上的力F a F a= 2 1 F 0×Z×sin α

2169=2×25250×4×sin 2

=201070N 3.1.15带轮的机构与尺寸

设计V带时应满足的要求有：质量小、结构工艺好、无过大的铸造内应力、质量分布均匀、轮槽工作面要精加工（表面粗糙度一般为3.2），以减少磨损；各槽的尺寸和角度保持一定的精度，以使载荷分布较均匀等。带轮上带的速度N≤ 25m/s，所以选用材料为HT150制作。

查机械设计手册得：

小带轮的直径为207mm 大带轮的直径为322mm

选小带轮的孔径 d 0 =50 ，则小带轮为实心轮 大带轮的孔径 d 0 =55 带轮宽度的选择： 查机械设计手册得：

对于B槽型基准宽度 b d =14.0 基准线上槽深 h amin =3.5 取 h a =4 基准槽下槽深 h fmin =10.8或14.0 取 h f=14 槽间距e=19±0.4 12

，

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f min 槽边距 =12.5

取 f min =14 最小轮缘厚 t min =7.5 取 t=9

带轮宽 B=（Z－1）×e＋2f=（4－1）×19＋2×14﹦85 所以小带轮的直径为: d a1 = d d 1＋2 h a 1 =208 大带轮的直径为： ＋2 h a 1 =323 d a 2 = dd2小带轮直接与电机相连，无较大载荷 d 0 =50 的孔径可以安全工作 大带轮的重量 mg≤πr2hρ=3.14×157.5×0.0862×7.8 =52371N

№

3.2传动主轴的结构设计计算

3.2.1初步计算轴的直径

根据强度扭转初步估计轴的直径

P d= A 0 P=6.24kw n=970r/min

N

式中P 为轴的传递功率，n为轴的转速，A0为轴的材料和受载情况确定的系数 轴用45号钢材料 取A0 ﹦120 计算的最小直径为 d min =22 mm 有一个键槽时，轴径增大5%～7% 于是 d min =23.5mm

轴端接在大带轮上，考虑到轴上打有孔螺纹和上面查得到的参考值取轴的最小值 即 d min =55mm 3.2.2轴的结构设计

轴的结构设计根据取定的最小值和各配件的安装，根据滚筒的长度和其它零件的安装，初步计算得轴的长度有3米，这在实际中很难加工出来的，不利于机器的大批量生产制造，故采用实心轴套空心轴的方式，这样不仅仅节省材料，减轻整机的重量，也利于制造安装，轴的两端装有圆锥滚子轴承。 13

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3.2.3根据定位要求确定轴的各段直径和长度

⑴实心轴的设计

实心轴零件图从左至右第一段端部装有大带轮，周撒谎能够开有键槽，考虑安装方便，此段长度取110mm，直径为轴最小直径55mm。

第二段上安有轴承，轴承安装在轴承座里面，通过毡圈密封，轴承座通过螺栓固定在机架上，此段轴长取145mm，直径60mm。

第三段上装有螺旋推进器和破碎物料专用的破碎浆片，此段轴大部分位于滚筒里面。考虑到夹持器轴间定位，此轴的长度取968mm，直径为74mm，在距离此段左端632mm处有凸台，用于破碎浆片的定位。

第四段插入空心轴以便与之相连，轴上开有一个10mm的螺栓孔，用于连接实心轴和空心轴，此段直径取40mm，全轴长度为1426mm。

⑵空心轴的设计

空心轴开有1662mm的空心孔，这样能节省材料也减轻机身重量。

从左至右第一段的长度为1998mm此段装有夹持器，直径为70mm，空心部分直径为40mm。

第二段上也装有夹持器，考虑到有轴间定位，此段长度取993mm，直径为63mm 第三段装有轴承，有轴间定位，此段长度取82mm，直径为最小直径55mm。

№

3.3轴上零件的定位

⑴实心轴与大带轮的连接采用平键连接，根据机械设计手册得，普通平键的型式和尺寸（GB/T1096-79），d=55mm选用的键b×h为16×10，键槽用键槽铣刀加工，键长度取60mm。

⑵螺旋输送采用焊接方式连接在轴上，螺旋桨片采用轴套套在轴上，左端用开口销定位，右端用凸轮定位，滚动轴承安装在轴承座里面，轴承座通过螺栓连接在机架上定位

3.4确定轴上的圆角和倒角

参考机械设计手册可知圆角和倒角取2×45

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3.5滚动轴承

打浆机在高速运动时，会产生较大的轴向力和径向力，在轴的两端各安装一个圆锥滚子轴承，可以抵消轴向力的同时也能承受较大的载荷，由于安装轴承位置的轴径大小分别为55mm和60mm，于是选择0基本游隙组、轴承代号为30211和30212的圆锥滚子轴承，它们的基本尺寸d×D×T分别为55×100×22.75和60×110×23.75，成对安装在轴承座内。

轴承的润滑方式采用脂润滑。

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第 4 章 轴的强度校核计算

4.1按扭转强度条件计算

轴的扭转强度条件为

№

T τ t = ≈

95500000.2d3WPnt955500006.24 = 3 =1.85MPa

9700.255

式中： τt———扭转切应力，单位为MPa T ———轴所受的扭转，单位为N•mm W t———轴的扭转截面系数，单位为mm3 n ———轴的转速，单位为r/min P ———轴的传递功率，单位为KW d ———计算截面处轴的直径，单位为mm τ t———许用扭转切应力，单位为MP

轴的材料为45号钢，查机械设计手册得 τ t 的值在25～45MP之间 可知轴的扭转强度是合适的

中心转轴受4根皮带的张力和带轮的本身的重量 F min =4• F 0max ＋mg =4×299970＋52371 =1252251N 皮带轮距离轴承的距离不大于200 则中心轴承受的弯矩： M = F L

=1252251×0.2﹦250450.2N 16



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大带轮的孔径为55mm 则对实心轴的剪力：

Q250450.2 F = = 2 =61MPa

Sπ0.055

№

61PMa ≤ τ -1 ﹦135MPa 满足设计要求

根据轴的受力情况知轴的最大危险截面在左端轴承截面处 圆筒筛的体积 V=S h =п r ×h

=п×0.42×2.4≈1.2m3 经测算水果大概的密度为0.78×103kg/m3 假设西红柿全部装满圆筒筛，此时的重量： G= V • ρ • g =1.2×0.78×103×10 =9360N 运行时最大转矩为：

max T =9360×0.4

2 =3744 N • m ≈3.8 KN • m 轴的最大剪应变：

τ max =

TWt3800163800 = 3 = 3

3.140.8πD 16 =5378627 N / m ≈5.4MPa<τ=60MPa 是可以满足设计的要求的。

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4.2按弯扭合成强度条件计算

该扭转切应力为静应力时，取 α = 0.3

TM２ａ σ = ca

W

2250450.220.33800 = 0.10.063

２ =53.8≤60MPa 轴的材料为45号钢，由机械设计手册查的 所以是安全的。

σ=60MPa

14.3轴的扭转刚度校核计算

轴的扭转变形用每米长的扭转角Φ来表示，阶梯轴的计算公式：

1ZTτLτ Φ5.7310LGτ＝１Ipτ

4 式中： T———轴所受的扭矩，单位为N•mm

G———轴的材料的剪切弹性模量，单位为MPa （对于钢材，G＝8.1×104MPa） I p———轴截面的极惯性矩，单位为mm

４πｄ （对于圆轴， ） I p ＝３２ L———阶梯轴受扭转作用的长度，单位为m

Lp———分别代表阶梯轴第τ段上所受的扭矩、长度和极惯性 T τ τ I

矩，单位同前。

Z———阶梯轴受扭转作用的轴段数

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综合上式计算出Φ=0.32。φ为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用均有关，对于一般的传动轴，可取 φ=0.5。显然对于该产品设计中所涉及的轴为一般的传动轴，

Φ≤φ，所以符合扭转刚度要求。 综上所述，该轴满足设计要求。

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第 5 章 工作原理

电动机通过皮带传动，使安装在花键轴上的刮板高速旋转，当经过破碎的水果通过进料口进入机内时，接浆盘就把物料均匀排发到刮板和筛网处。由于刮板的回转作用和导程角的存在，使物料圆筒向出口端移动，移动的轨迹成螺旋状，物料就在刮板和筛筒之间移动过程中受离心力的作用而被擦碎，汁液和肉质（已成浆状）从筛孔中通过送入下道工序，批和籽等则从出渣斗排出，以达到自动分离的目的。只要变换不同规格的筛网以及调整刮板导程角的大小，就可以改变不同的打浆速度，获得满意的效果。如下图5.1

图 5.1结构图

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第 6 章 操作的使用与注意事项

①机器必须安装水平，并用地脚螺钉固定。

②紧定好整机上各个螺栓，检查轴内所有的螺钉是否松动。清洗整机内外，保持洁净。

③接通传动机电源，确定机器旋转方向与方向指示牌一致。 ④试运行5分钟，确认机器一切正常后，即正常进料。

⑤然后均匀加进物料，切勿冲击。视出渣、出浆具体情况，停机后适当调整刮板的螺旋角及刮板与筛网的间隙使渣子的含汁率达到工艺要求。

⑥停机时，直接切断电机电源即可。当转子未停止转动时，切勿打开筒前盖。逆时针转动手轮即可打开筒前盖。

⑦在每班工作后必须用水和刷子刷过滤网。清洗时，打开筒前盖，拧下花键一端的拉紧螺钉，即可方便地抽出转子部件，刷网可直接取出。

⑧定期检查电机是否过载发热，轴承部位是否加油 21

№

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第 7 章 打浆机的发展

7.1打浆机组

前面介绍的是单机操作的打浆机。在很多场合中，如番茄酱生产流水线中，是把2～3台打浆机串联起来使用的，它同安装在一个机架，由一台电动机带动，这个叫打浆机的联动。打浆机联动时，各台打浆机的筛筒孔眼大小不同，前道筛孔比后道筛孔孔眼大，即一道比一道打得细。如下图7.1所示

№

图 7.1

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参考文献

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