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摘要：
隨著我國改革開放的不斷開展，我國經(jīng)濟建設(shè)和技術(shù)應(yīng)用都得到了高速穩(wěn)定的發(fā)展，食品機械已成為食品加工行業(yè)必不可少的關(guān)鍵設(shè)備，食品機械的分類有很多，包括自動切菜機、離心機、自動灌腸機、攪拌機、饅頭機、切絲機等等，這些食品機械設(shè)備的設(shè)計發(fā)明大大的減輕了人的食品加工強度和縮短了食品加工時間，不但生產(chǎn)出來的食品大小標準，形狀可控，而且食品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率大大提升。本設(shè)計中主要研究饅頭機的整個機械結(jié)構(gòu)、饅頭自動生產(chǎn)過程中的成型原理以及整個傳動系統(tǒng)的基本實現(xiàn)方式。
小型雙螺旋輥饅頭機作為饅頭機的一種，它相比其他饅頭機具備以下優(yōu)點：饅頭生產(chǎn)過程穩(wěn)定，效率高、生產(chǎn)出來的饅頭大小標準，外形準確。本篇論文中提出了一種結(jié)構(gòu)巧妙、生產(chǎn)效率高、工作穩(wěn)定性好的小型雙螺旋輥饅頭機設(shè)計方案，本方案對雙螺旋輥饅頭機技術(shù)進行深入分析研究，其工作原理是：利用電動機帶動整個傳動系統(tǒng)工作，傳動系統(tǒng)從兩個方面入手，一方面將放入料斗的面團輸送到成型室內(nèi)，另一方面成型室內(nèi)的雙螺旋輥轉(zhuǎn)動將進入成型室的面團分離切割成大小標準，形狀一致的面團。利用螺旋輥結(jié)構(gòu)對面團挨個進行搓揉，形成標準的圓形球面團坯，最終實現(xiàn)自動生產(chǎn)饅頭的目的。小型雙螺旋輥饅頭機作為一種新型的自動生產(chǎn)饅頭機，對此進一步的研究也是不能忽視的。
關(guān)鍵詞：饅頭；饅頭機；食品加工機械
Abstract
With the continuous development of China's reform and opening up, China's economic construction and technology applications have been high-speed and stable development of food machinery has become an indispensable food processing industry, the key equipment, food machinery, there are many categories, including automatic vegetable machine, The design and manufacture of these food machinery and equipment greatly reduce the human food processing intensity and shorten the food processing time, not only the size of the food produced by the standard, the shape of the food, Controllable, and food quality and stability, greatly enhance the production efficiency. This design mainly studies the whole mechanical structure of the bread machine, the forming principle of the automatic production process of bread and the basic realization mode of the whole transmission system.
Small double helix roll bread machine as a bread machine, which compared to other bread machine has the following advantages: bread production process is stable, high efficiency, the size of the bread produced by the standard, accurate shape. This paper presents a design scheme of small double helix roll bread machine with clever structure, high production efficiency and good working stability. The scheme is based on the deep analysis of double helix roll bread machine technology. The working principle is as follows: Driven by the entire transmission system, the drive system from two aspects, on the one hand will be put into the dough dough into the molding room, on the other hand the indoor double-screw rotation will enter the molding room dough cut into the size of the standard, shape Consistent dough. The use of spiral roller structure of the dough one by one to rub, forming a standard round spherical bulb, and ultimately the purpose of automatic production of bread. Small double helix roll bread machine as a new type of automatic production bread machine, this further study can not be ignored.
Keywords: steamed bread，Bread machine, Food processing machinery
目 錄
Abstract II
目 錄 III
第一章 緒論 1
1.1 引言 1
1.2饅頭機的發(fā)展概況 1
1.3 Solidwork軟件的介紹 2
1.4 課題研究的意義及目的 3
第二章 雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計 4
2.1 雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計要求 4
2.2 雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計概述 5
2.3 雙螺旋輥饅頭機的具體設(shè)計 6
2.3.1 動力與傳動部分設(shè)計和選型 7
2.3.1.1電動機的設(shè)計與選型 7
2.3.1.2 傳動部分傳動比的確定 10
2.3.1.3帶傳動組件的設(shè)計與選型 11
2.3.1.4 齒輪減速器系統(tǒng)的設(shè)計 14
2.3.1.5 齒輪減速器系統(tǒng)齒輪的靜力及接觸分析的理論計算 14
2.3.1.6齒輪傳動組件的設(shè)計 18
2.3.2 推送和擠壓部分設(shè)計 22
2.3.2.1雙螺旋絞龍的設(shè)計 22
2.3.2.2 傳動主軸的設(shè)計與校核 22
2.3.3成型裝置部分設(shè)計 26
2.3.3.1雙螺旋輥的設(shè)計 26
2.3.3.2側(cè)滾軸的設(shè)計與校核 26
第三章 總結(jié)與展望 28
參考文獻 28
III
第一章 緒論
1.1 引言
隨著我國改革開放的不斷開展，我國經(jīng)濟建設(shè)和技術(shù)應(yīng)用都得到了高速穩(wěn)定的發(fā)展，機械設(shè)備應(yīng)用的地方變得越來越多，從單一的生產(chǎn)制造業(yè)發(fā)展到各行各業(yè)，包括工程機械，紡織機械、農(nóng)用機械，甚至延伸到食品加工行業(yè)的具體作業(yè)?，F(xiàn)在國內(nèi)外都開始了對食品加工行業(yè)的自動化設(shè)備進行系統(tǒng)的研發(fā)和設(shè)計，而饅頭機作為食品加工行業(yè)自動化生產(chǎn)設(shè)備的一種，現(xiàn)如今也受到大家的廣泛關(guān)注和了解。目前市場常見的自動生產(chǎn)饅頭的設(shè)備分為兩種：雙螺旋輥饅頭機和數(shù)控刀切饅頭機。
隨著食品加工機械行業(yè)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的以人手工揉面，靠手工捏出饅頭形狀的作業(yè)方式顯然已經(jīng)落伍，因此極需要設(shè)計出一種自動化生產(chǎn)饅頭的設(shè)備來改善目前手工制造的現(xiàn)狀。目前市場上的饅頭機主流仍是數(shù)控刀切饅頭機，其結(jié)構(gòu)多像我們常見的輸送機的結(jié)構(gòu)形式，該饅頭機能生產(chǎn)多種不同類型產(chǎn)品，包括刀切饅頭、花卷、面包、糕點等。采用壓制工藝，使得饅頭表面光亮美觀。但是同樣存在著許多缺陷，最大的問題是利用刀切饅頭機制作出來的饅頭刀口隨機性很大，饅頭尺寸大小無法保持一致，且該設(shè)備本體占地面積大，結(jié)構(gòu)和操作過于復雜，因此并沒有得到廣泛的應(yīng)用。我們都知道饅頭機運作的傳動系統(tǒng)是整個機械結(jié)構(gòu)中極為重要的一個系統(tǒng)，因此在整體設(shè)計的時候應(yīng)該考慮傳統(tǒng)系統(tǒng)的適用性，穩(wěn)定性和可靠性。
為了讓饅頭機的各項性能滿足其使用要求，我們需要從以下方面要求入手考慮：生產(chǎn)效率高，制造過程穩(wěn)定，饅頭成型尺寸一致，質(zhì)量穩(wěn)定可靠性高。本設(shè)計中我們選用雙螺旋輥的加工方式作為饅頭機的成型結(jié)構(gòu)，其既具備刀切饅頭機生產(chǎn)效率高的優(yōu)點，又自身具備結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、饅頭成型穩(wěn)定、操作簡單的特點。雙螺旋輥饅頭機能夠適用于各種環(huán)境下的工作，因此對其進一步的研究是不能忽視的。
1.2饅頭機的發(fā)展概況
歐美等國家在食品加工機械的技術(shù)研究方面一直處于世界的前端，他們單獨設(shè)立有專門的食品機械技術(shù)研究小組，且都在努力將食品機械的技術(shù)推廣到各種食品加工行業(yè)當中。而食品機械中的饅頭機屬于具有中國特色的食品加工機械設(shè)備，因為國外人很少或是幾乎不吃饅頭，所以國內(nèi)幾乎不能夠抄襲或者借鑒國外現(xiàn)有的成熟設(shè)備。
目前國內(nèi)對饅頭機的技術(shù)研究仍然處于初始階段，對饅頭機的成型技術(shù)、傳動機械機構(gòu)、推送擠壓機構(gòu)等關(guān)鍵層面的技術(shù)研究才剛剛處于起步階段，從最基礎(chǔ)的機架機械結(jié)構(gòu)設(shè)計及成型裝置設(shè)計入手。因此國內(nèi)在饅頭機技術(shù)研發(fā)這條路上還有很長的路程要走。
1.3 Solidwork軟件的介紹
SolidWorks為達索系統(tǒng)（Dassault Systemes S.A）下的子公司，專門負責研發(fā)與銷售機械設(shè)計軟件的視窗產(chǎn)品。達索公司是負責系統(tǒng)性的軟件供應(yīng)，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務(wù)。該集團提供涵蓋整個產(chǎn)品生命周期的系統(tǒng)，包括設(shè)計、工程、制造和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等各個領(lǐng)域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達索的CAD產(chǎn)品市場占有率居世界前列。
SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁發(fā)起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡（Concord,Massachusetts）內(nèi)，當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產(chǎn)力的實體模型設(shè)計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設(shè)計軟件至今至2010年已經(jīng)擁有位于全球的辦事處，并經(jīng)由300家經(jīng)銷商在全球140個國家進行銷售與分銷該產(chǎn)品。1997年，Solidworks被法國達索（Dassault Systemes）公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。
SolidWorks的主要模塊包括：
（1）零件建模
SolidWorks 提供了無與倫比的、基于特征的實體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁 特征、高級抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計。通過對特征和草圖的動態(tài)修改，用拖拽的方式實現(xiàn)實時的設(shè)計修改。三維草圖功能為掃描、放樣生成三維草圖路徑，或為管道、電纜、線和管線生成路徑。
(2)曲面建模
通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動可控制的相切操作產(chǎn)生復雜的曲面?？梢灾庇^地對曲面進行修剪、延伸、倒角和縫合等曲面的操作。
（3）鈑金設(shè)計
SolidWorks 提供了頂尖的、全相關(guān)的鈑金設(shè)計能力?？梢灾苯邮褂酶鞣N類型的法蘭、薄片等特征，正交切除、角處理以及邊線切口等鈑金操作變得非常容易。 用戶化 SolidWorks 的API為用戶提供了自由的、開放的、功能完整的開發(fā)工具。
開發(fā)工具包括Microsoft Visual Basic for Applications (VBA)、Visual C++，以及其他支持OLE的開發(fā)程序。
（4）特征識別
FeatureWorks是第一個為CAD用戶設(shè)計的特征識別軟件。與其它CAD系統(tǒng)共享三維模型，充分利用原有的設(shè)計數(shù)據(jù)，更快將向SolidWorks系統(tǒng)過渡，這就是特征識別軟件FeatureWorks所帶來的好處。
FeatureWorks同SolidWorks 完全集成。當引入其它CAD軟件的三維模型時，F(xiàn)eatureWorks能夠重新生成新的模型，引進新的設(shè)計思路。FeatureWorks對靜態(tài)的轉(zhuǎn)換文件進行智能化處理，獲取有用的信息，減少了重建模型所化的時間。
FeatureWorks最適合識別帶有長方形、圓錐形、圓柱形的零件和鈑金零件。
FeatureWorks提供了嶄新的靈活功能，包括在任何時間按任意順序交互式操作以及自動進行特征識別。FeatureWorks 提供了在新的特征樹內(nèi)進行再識別和組合多個特征的能力，新增功能還包含識別拔模特征和筋特征的能力。
1.4 課題研究的意義及目的
從目前全球市場需求布局來看，歐、美地區(qū)成為功能全、結(jié)構(gòu)簡潔、質(zhì)量好、性能穩(wěn)定的食品機械設(shè)備的主要銷售市場；中東、非洲地區(qū)主要選擇老款式、簡單實用價格便宜的食品機械設(shè)備；還有以俄羅斯為代表的高寒國家則更喜歡能耐寒，機械結(jié)構(gòu)牢固的食品機械設(shè)備以適應(yīng)當?shù)氐牡乩須夂驐l件；日韓則主要關(guān)注產(chǎn)品的品質(zhì)與安全；目前國內(nèi)的食品機械設(shè)備整體研究狀況還是比較良好，已由原來單一的代替人加工食品的簡單功能，不注重外觀，逐漸演變成為實際使用中的藝術(shù)品，以外觀精美結(jié)構(gòu)巧妙，操作方便，質(zhì)量安全穩(wěn)定等特點成為新的發(fā)展方向。
第二章 雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計
現(xiàn)有市場上常見的饅頭機基本上都是刀切饅頭機，其基本工作方式為由人工將揉好的面團放到刀切饅頭機的輸送線上，電動機帶動揉好的面團前進，根據(jù)事先編好的程序按一定時間用刀片將饅頭挨個切斷分開，實現(xiàn)饅頭自動制作成型的目的。刀切饅頭機主要有以下幾個方面的缺點：饅頭刀口隨機性很大，饅頭尺寸大小無法保持一致，且該設(shè)備本體占地面積大，結(jié)構(gòu)和操作過于復雜，生產(chǎn)效率較低。而本設(shè)計中的雙螺旋輥饅頭機采用電動機帶動整個傳動系統(tǒng)工作，傳動系統(tǒng)從兩個方面入手，一方面將放入料斗的面團輸送到成型室內(nèi)，另一方面成型室內(nèi)的雙螺旋輥轉(zhuǎn)動將進入成型室的面團分離切割成大小標準，形狀一致的面團。利用螺旋輥結(jié)構(gòu)對面團挨個進行搓揉，形成標準的圓形球面團坯，最終實現(xiàn)自動生產(chǎn)饅頭的目的。
這兩種食品加工機械的工作原理截然不同，兩者結(jié)構(gòu)不同、實現(xiàn)方式不同，使用方法也不相同。本篇論文中的雙螺旋輥饅頭機設(shè)計運用了巧妙的機械傳動結(jié)構(gòu)，利用電動機作為整個饅頭機工作的源動力，再通過穩(wěn)定的帶傳動和齒輪傳動分別帶動雙螺旋擠出機構(gòu)和雙螺旋成型機構(gòu)動作，使得整個饅頭機制作饅頭的過程更加快速方便，可以完全實現(xiàn)無人化操作。我們在現(xiàn)有的饅頭機的理論基礎(chǔ)上改良結(jié)構(gòu)和運動方式，本次設(shè)計的雙螺旋輥饅頭機采用雙螺旋輥成型方式，機械結(jié)構(gòu)更加優(yōu)化，綜合材質(zhì)的選擇、結(jié)構(gòu)的簡化，讓使用者更加方便穩(wěn)定的使用該饅頭機，這是本篇論文雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計初衷。
2.1 雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計要求
（1）本設(shè)計中的雙螺旋輥饅頭機主要用在大型超市，酒店，早餐廳等服務(wù)性場所，包括一些專門制作饅頭的廠商等等。
（2）本設(shè)計之前綜合考慮，該雙螺旋輥饅頭機應(yīng)該具有以下功能：產(chǎn)品加工生產(chǎn)成本低，質(zhì)量安全穩(wěn)定，使用壽命長，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，使用便捷，方便搬運移動；
（3）本設(shè)計從雙螺旋輥饅頭機動力與傳動部分、推送和擠壓部分、成型裝置部分三個方面著手進行詳細的設(shè)計分析及計算闡述。
2.2 雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計概述
圖1 雙螺旋輥饅頭機三維設(shè)計圖
雙螺旋輥饅頭機的優(yōu)點：
（1）.整體結(jié)構(gòu)功能完整，設(shè)計巧妙，制作出來的饅頭光潔度和圓整度高；
（2）.采用新型不銹鋼材料，大大降低了制作成本，提升了整體設(shè)備的使用性能；
（3）.設(shè)備具備可調(diào)性，可以生產(chǎn)不同尺寸大小的饅頭，自動清潔性能高，外形美觀。
數(shù)控刀切饅頭機的缺點：
（1）刀切饅頭制作出來的饅頭刀口隨機性很大，饅頭尺寸大小無法保持一致；
（2）刀切饅頭機整個設(shè)備主體部分采用的是輸送線體結(jié)構(gòu)，因此占地面積相對較大；
（3）結(jié)構(gòu)和操作過于復雜，生產(chǎn)效率較低。且數(shù)控刀切系統(tǒng)一旦發(fā)生故障，非專業(yè)人員不容易檢查和排除問題。
雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計參數(shù)：
機架材料：普通碳鋼方管
螺旋輥材質(zhì)：食品級不銹鋼
自身重量：200kG
規(guī)格(MM)：L1300×W430×H970
供電方式：380V
驅(qū)動電機功率：3KW
地腳輪：3寸萬向輪+3寸定向輪
2.3 雙螺旋輥饅頭機的具體設(shè)計
雙螺旋輥饅頭機主要從三大方面進行具體設(shè)計：包括動力與傳動部分設(shè)計和選型、推送和擠壓部分設(shè)計、成型裝置部分設(shè)計。
（1）動力與傳動部分設(shè)計和選型
動力與傳動部分是整個雙螺旋輥饅頭機的關(guān)鍵部件，依靠它饅頭機才能夠工作，為雙螺旋推送擠壓部分和雙螺旋成型裝置提供源動力。
動力與傳動部分包括：電動機、帶傳動組件、齒輪減速器系統(tǒng)、齒輪傳動組件等，電動機提供為整個饅頭機提供源動力，通過帶傳動組件將動力傳動給齒輪減速器系統(tǒng)，再由齒輪減速器系統(tǒng)將動力分配給推送和擠壓裝置部分和成型裝置部分，最終實現(xiàn)饅頭的自動化生產(chǎn)。
（2）推送和擠壓部分設(shè)計
推送和擠壓部分實現(xiàn)將放入料斗內(nèi)的面團通過推送和擠壓的方式在雙螺旋絞龍的作用下軸向推進，把面團推入到成型裝置內(nèi)部。
推送和擠壓部分包括：進料斗，撥面葉片，出面口支架、雙螺旋絞龍，聯(lián)軸器，出面口，出面口套等，將面團放入進料斗內(nèi)，由撥面葉片將面團初步打散，再由雙螺旋絞龍將面團通過出面口推送至成型裝置內(nèi)部。
（3）成型裝置部分設(shè)計
成型裝置部分包括：傳動主軸、雙螺旋輥、成型輥固定立板、側(cè)滾軸、固定桿、毛刷滾軸等；成型裝置部分實現(xiàn)將進入到成型室內(nèi)的面團在雙螺旋輥的作用下旋轉(zhuǎn)切割成定量的大小一致的面團，面團在雙螺旋輥和兩個側(cè)滾軸的作用下，分別作自身的轉(zhuǎn)動和輥子的軸向運動，最終達到面團成型變?yōu)轲z頭的目的。機架部分支撐著整個雙螺旋輥饅頭機的結(jié)構(gòu)，其承受了雙螺旋輥饅頭機所有的負載，整個機架用30×30的方鋼管整體焊接而成，保證了整個饅頭機的結(jié)構(gòu)強度，機架底部前后還分別安裝有兩個3寸的萬向輪和兩個3寸的定向輪，方便饅頭機整體搬運移動。
2.3.1 動力與傳動部分設(shè)計和選型
本設(shè)計中的動力與傳動部分設(shè)計主要包括電動機的設(shè)計與選型，帶傳動組件的設(shè)計與選型，齒輪減速器系統(tǒng)的設(shè)計；齒輪傳動組件的設(shè)計。
2.3.1.1電動機的設(shè)計與選型
電動機的總功率主要用于兩方面做功，一方面用于面團在推送和擠壓時做功，另一方面用于成型室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)切割成型做功。
成型過程中所做的功主要以摩擦的形式損耗，一部分是面團自身重量產(chǎn)生的摩擦力，另一方面是雙螺旋輥對面團擠壓成型過程中的對面團產(chǎn)生的擠壓摩擦力。
面團自身重量產(chǎn)生的摩擦力做的功公式有：
P1=38fρπ2a3glan974+sttgα
式中: f——面團與雙螺旋輥之間的摩擦系數(shù)，本設(shè)計中取0.5；
ρ——面團的密度，本設(shè)計中取1170kg/m3;
a——面團的半徑，本設(shè)計中設(shè)定面團的半徑為28mm；
g——重力加速度，這里取9.8N/kg。
l——螺旋輥總長，從三維設(shè)計圖中可得螺旋輥總長540mm；
n——螺旋輥的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計中設(shè)定螺旋輥的轉(zhuǎn)速為60r/min；
s——螺旋輥的螺距，從三維設(shè)計圖中可得螺距60mm；
t——面團走完螺旋輥一個螺距所需要的時間，取t=10s；
α——螺旋輥的螺旋升角，從三維設(shè)計圖中可得螺旋升角80.6°；
則面團自身重量產(chǎn)生的摩擦力做的功計算有：
P1=38fρπ2a3glan974+sttgα=38×0.5×1170×π2×0.0283×9.8×0.540.028×60974+0.0610×tg80.6°=0.976KW
雙螺旋輥對面團擠壓成型過程中的對面團產(chǎn)生的擠壓摩擦力做的功公式有：
P2=32fπσalan974+sttgα
式中: f——面團與雙螺旋輥之間的摩擦系數(shù)，本設(shè)計中取0.5；
σ——雙螺旋輥的材料屈服應(yīng)力，本設(shè)計中采用食品級不銹鋼，σ=170MPa；
a——面團的半徑，本設(shè)計中設(shè)定面團的半徑為28mm；
l——螺旋輥總長，從三維設(shè)計圖中可得螺旋輥總長540mm；
n——螺旋輥的轉(zhuǎn)速，本設(shè)計中設(shè)定螺旋輥的轉(zhuǎn)速為60r/min；
s——螺旋輥的螺距，從三維設(shè)計圖中可得螺距60mm；
t——面團走完螺旋輥一個螺距所需要的時間，取t=10s；
α——螺旋輥的螺旋升角，從三維設(shè)計圖中可得螺旋升角80.6°；
則雙螺旋輥對面團擠壓成型過程中的對面團產(chǎn)生的擠壓摩擦力做的功計算有：
P2=32fπσalan974+sttgα=32×0.5×π×170×0.028×0.54×0.028×60974+0.0610×tg80.6°=1.275KW
通過以上計算可以得到電動機所需要的額定功率
P=P1+P2K
式中: K——安全系數(shù)，考慮超載或功耗波動等影響，取1.2；
——傳動系統(tǒng)的總傳動效率，本設(shè)計中取0.95；
則計算得到電動機的額定功率
P=P1+P2K=1.275+0.976×1.20.95=2.84KW
本設(shè)計中的電機選型采用的是三相異步電動機。三相異步電動機運行可靠、壽命長、使用維護方便、性能優(yōu)良、體積小、重量輕、轉(zhuǎn)動慣量小、用料省等優(yōu)點，完全符合工作要求和工作條件。在本設(shè)計中我們選用臺灣TCG標準三相異步減速電機。根據(jù)上面的計算，我們得到雙螺旋輥饅頭機電機實際工作時所需要的輸出功率為2.84KW，考慮在實際使用過程中可能遇到的特殊情況，我們選定電機的品牌為臺灣TCG三相異步電動機，型號為Y100L2-4，其工作額定功率為3KW，額定轉(zhuǎn)速n為1420r/min,額定輸出轉(zhuǎn)矩為2.3N.M，電機的具體參數(shù)見表2.2；
表2.2 行走電機詳細參數(shù)
2.3.1.2 傳動部分傳動比的確定
已知選定的電機型號為Y100L2-4，其工作額定功率為3KW，額定轉(zhuǎn)速n為1420r/min,且螺旋輥的轉(zhuǎn)速n1為60r/min，如果我們直接通過減速器減速則減速器總傳動比為23.6。如果我們只選用減速器減速，那么傳動比i=23.6就必須通過多級減速才可以實現(xiàn)，考慮到雙螺旋輥饅頭機的設(shè)計要求：結(jié)構(gòu)安裝簡單，自身重量輕，因此減速器的體積也需要盡可能的小，所以本設(shè)計中先采用帶傳動減速的方式降低轉(zhuǎn)速。
總傳動比分配
i=nn1=142060=23.6
減速器采用帶傳動、二級圓柱齒輪傳動
i=i1×i2×i3
本設(shè)計中傳動部分傳動比按以下公式分配
i=3.47×4.2×1.54
故帶傳動的傳動比i1=3.47,第一級圓柱齒輪傳動的傳動比i2=4.2，第二級圓柱齒輪傳動的傳動比i1=1.54，
查《機械設(shè)計手冊》表13-5可知，一般8級精度的圓柱齒輪，效率
同樣查《機械設(shè)計手冊》表13-5可知，對于滾動軸承，一般選擇用深溝球軸承 效率
每條軸的轉(zhuǎn)速：
大V帶輪軸轉(zhuǎn)速n1=n/i1=1420/3.47=409.22r/min
傳動主軸轉(zhuǎn)速n2=n1/i2=409.22/4.2=97.43r/min
螺旋輥轉(zhuǎn)速n3=n2/i3=97.43/1.54=63.27r/min
每條軸的輸出扭矩：
大V帶輪軸輸出轉(zhuǎn)矩：T1=9550P/n1=9550×3/409.22=70N.M
傳動主軸輸出轉(zhuǎn)矩：T2=9550P/n2=9550×3/97.43=294N.M
螺旋輥輸出轉(zhuǎn)矩：T3=9550P/n3=9550×3/63.27=453N.M
2.3.1.3帶傳動組件的設(shè)計與選型
動力傳遞中可以按規(guī)定的速度精確，平穩(wěn)，可靠地將動力從一個載體傳遞到另一個載體上，根據(jù)傳動方式的不同，分為“帶傳動”和“鏈傳動”兩大類。兩種傳動方式各自的特點如下：帶傳動：運行平穩(wěn)，噪音小，對環(huán)境污染少，允許高速運行，但不能在有油污的地方工作。鏈傳動：承載能力大，布置方便，對環(huán)境適應(yīng)性強，可在經(jīng)常接觸油、水及溫度較高的地方工作，但在多塵環(huán)境中工作室鏈條容易磨損，高速運行時噪音較大。
帶傳動按照工作方式的不同又可以分為摩擦式帶傳動和嚙合式帶傳動，其中摩擦式帶傳動又可以根據(jù)傳動帶的橫截面的形狀不同分為普通平帶傳動，“O”帶傳動，V帶傳動和多楔帶傳動。而所謂嚙合式帶傳動就是我們通常說的同步帶傳動，它是利用傳動帶上等距分布的齒形和同步帶輪上與之對應(yīng)的齒形做嚙合運動實現(xiàn)動力傳遞的。
V帶的橫截面為等腰梯形，且?guī)л喴灿型瑯拥妮啿邸Ｓ肰帶傳動時，V帶的兩個側(cè)面和輪槽接觸，槽面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V帶的傳動比比較大，結(jié)構(gòu)緊湊，大多數(shù)V帶已經(jīng)標準化。V帶的類型有很多，主要根據(jù)三個方面的條件：V帶傳動傳遞的功率，小帶輪和大帶輪轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)速和V帶傳動的用途、載荷性質(zhì)。
1) 計算V帶傳動的設(shè)計功率Pa
Pa=Kap
式中：Ka--------工況系數(shù)，見《機械設(shè)計手冊》表13-1-17，本設(shè)計中選定Ka=1.3
P----V帶傳動傳遞的功率，KW
Pa=Kap=1.3×3KW=3.9KW
2）選擇V帶的帶型
根據(jù)上面計算得出的Pa和小V帶輪的轉(zhuǎn)速n1由《機械設(shè)計手冊》圖13-1-1選取合適的V帶的類型；已知小V帶輪的轉(zhuǎn)速就是電機的額定轉(zhuǎn)速n1=1420r/min，本設(shè)計選定V帶的帶型為Z型。
3）小帶輪基準直徑d的選定
小帶輪基準直徑d通過《機械設(shè)計手冊》表13-1-10選取，理論上為了提高V帶的使用壽命，在安裝尺寸允許時，d應(yīng)該盡可能的選取較大值。
由表選取小帶輪的基準直徑d為68mm，由上面計算的V帶傳動的傳動比為3.47，所以計算得到大V帶輪的基準直徑為236mm。
2.3.1.4 齒輪減速器系統(tǒng)的設(shè)計
在設(shè)計時保證直齒輪傳動的中心距不變的條件下，增加齒數(shù)，不僅可以增大齒輪嚙合的重合度、保證傳動的平穩(wěn)性，而且可以減小齒輪模數(shù)，降低齒高，減少加工的切削量。為了提高傳動的穩(wěn)定性，減少傳動過程中的沖擊振動，降低磨損失效。
根據(jù)齒輪副的工作環(huán)境選擇不同的齒輪齒數(shù)，閉式齒輪傳動一般轉(zhuǎn)速較高，為了提高傳動的穩(wěn)定性，減小沖擊振動，通常選擇齒數(shù)多一點的齒輪，小齒輪的齒數(shù)可取為Z1=20~40，而開式（半開式）齒輪傳動，由于輪齒的磨損失效為主要因素，因此小齒輪的齒數(shù)通常選用不多，一般可以小齒輪的齒數(shù)Z1=17—20，且為了防止齒輪嚙合時發(fā)生根切，應(yīng)取Z1≥17。本設(shè)計中的齒輪減速器的工作環(huán)境為封閉的減速箱內(nèi)，且齒輪傳動的轉(zhuǎn)速較高，因此選定小齒輪的齒數(shù)Z1為24。
小齒輪齒數(shù)確定后，按傳動比i2=Z2/Z1=4.2，可以計算出大齒輪齒數(shù)Z2為100.8，這里取Z2=101。齒輪減速器傳動的基本參數(shù)見表2—1所示：
表 2-1
名稱
小齒輪
大齒輪
齒數(shù)
24
101
變位量系數(shù)
0
0
齒頂高系數(shù)
1
1
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
刀具模數(shù)
1.5
1.5
刀具壓力角
20
20
齒寬
20
20
2.3.1.5 齒輪減速器系統(tǒng)齒輪的靜力及接觸分析的理論計算
對直齒圓柱齒輪分別進行接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度的校核，確定齒輪副能否滿足實際工況下的需求。
直齒圓柱齒輪材質(zhì)選用Q235A，齒輪表面做調(diào)質(zhì)熱處理，齒輪副的參數(shù)如表2-2所示。
表2-2齒輪副參數(shù)
齒 輪
模數(shù)(m)
齒數(shù)(z)
轉(zhuǎn)速(n)
分度圓直徑（mm）
功率(p)
小齒輪
1.5
24
409.22r/min
36
3KW
大齒輪
1.5
101
97.43r/min
151.5
（1）齒輪接觸疲勞強度校核
1）計算小齒輪名義轉(zhuǎn)矩
T1=9550P/n1=9550×3/409.22=70N.M
取直齒輪材料接觸疲勞極限應(yīng)力。
2）計算小齒輪的的圓周力
Ft=2×T1/d1=2×70/0.036=3888N
3）許用接觸疲勞強度計算
小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60njLh=60×409.22×10×10×250=6.14×108
大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N2=60njLh=60×97.43×10×10×250=1.46×108
取安全系數(shù)
取
則許用接觸疲勞強度為：
4）直齒輪齒面接觸疲勞強度校核：
取齒寬系數(shù)
則齒寬為 b=ψdd1=0.6×36=21.6
齒輪傳動比 u=Z2/Z1=101/24=4.2
齒輪重合度
εα=[1.88-3.2×(1/z1+1/Z2）]cosβ=1.612
取重合度系數(shù)
節(jié)點區(qū)域系數(shù)
彈性系數(shù)
載荷系數(shù) K=2.669
直齒面接觸疲勞強度校核：
σH=ZEZHZε[（K Ft/bd1）*（u+1）/u]0.5
=189.8×2.5×0.95×[（2.669×3888/21.6/36）×（4.2+1）/4.2]0.5=742.15MPa
得到結(jié)果：＜＜
（2）直齒輪彎曲疲勞強度校核
1）確定載荷系數(shù)：
取 動載荷系數(shù)
取齒間載荷分配系數(shù)
取
則
2）確定齒形參數(shù)
取大齒輪齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù)
小齒輪齒形系數(shù) 應(yīng)力修正系數(shù)
重合度系數(shù)
3）確定直齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力
直齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力為
根據(jù)齒輪材料取彎曲疲勞極限應(yīng)為，
取彎曲疲勞強度計算的壽命系數(shù)：，
取應(yīng)力修正系數(shù)
取彎曲疲勞強度安全系數(shù)
則彎曲疲勞許用應(yīng)力：
4）校核齒輪彎曲疲勞強度：
按小齒輪校核齒輪彎曲疲勞強度：
σF2=kFtYFa2YSa2Yε/bm=2.87×3888×2.75×1.6×0.95/3/48=67.98MPa
經(jīng)過上面對直齒輪副的強度校核計算得到以下結(jié)果：
齒輪接觸疲勞和彎曲疲勞強度為：
σH=ZEZHZε[（K Ft/bd1）*（u+1）/u]0.5
=189.8×2.5×0.95×[（2.669×3888/21.6/36）×（4.2+1）/4.2]0.5=742.15MPa
σF2=kFtYFa2YSa2Yε/bm=2.87×3888×2.75×1.6×0.95/3/48=67.98MPa
對疲勞強度進行比較：
＜＜
＜＜
經(jīng)過對比我們可以得到結(jié)論：齒輪減速器系統(tǒng)齒輪的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度都滿足實際強度要求。
2.3.1.6齒輪傳動組件的設(shè)計
本設(shè)計中的齒輪傳動組件的工作環(huán)境為封閉的饅頭機機架內(nèi)部，且齒輪傳動的轉(zhuǎn)速較高，因此選定小齒輪的齒數(shù)Z3為41。
小齒輪齒數(shù)確定后，按傳動比i3=Z4/Z3=1.54，可以計算出大齒輪齒數(shù)Z4為63.14，這里取Z4=63。齒輪傳動組件的基本參數(shù)見表2—2所示：
表 2-2
名稱
小齒輪
大齒輪
齒數(shù)
41
63
變位量系數(shù)
0
0
齒頂高系數(shù)
1
1
頂隙系數(shù)
0.25
0.25
刀具模數(shù)
1.5
1.5
刀具壓力角
20
20
齒寬
16
16
1）確定齒輪的材質(zhì)，計算出齒輪的許用應(yīng)力大小
查《機械設(shè)計手冊》圖10-25（d）選定小齒輪的材質(zhì)為調(diào)質(zhì)
選定大齒輪的材質(zhì)為 45鋼
參考《機械設(shè)計手冊》公式10-14可得，許用接觸應(yīng)力
參考《機械設(shè)計手冊》圖10-25（d）可得，接觸疲勞極限
接觸疲勞壽命系數(shù)
參考《機械設(shè)計手冊》圖10-23得
根據(jù)上邊的公式計算得
齒輪彎曲疲勞許用應(yīng)力
參考《機械設(shè)計手冊》圖10-24（c）得，彎曲疲勞極限，雙向傳動乘0.7
參考《機械設(shè)計手冊》圖10-22得，彎曲疲勞壽命系數(shù)
查《機械設(shè)計手冊》圖10-21得，彎曲強度尺寸系數(shù) 為彎曲強度尺寸系數(shù)（通常情況下模數(shù)m小于5）
計算得到
2）齒輪齒面接觸疲勞強度校核
計算出齒輪的精度等級，
初步選定，參考表10-6
精度范圍選擇9級
參考《機械設(shè)計手冊》公式10-11得，小齒輪分度圓直徑，
參考《機械設(shè)計手冊》表10-7得，齒寬系數(shù)，一般按照不對稱
這里選定小齒輪Z3=41
小齒輪齒數(shù)確定后，按傳動比i3=Z4/Z3可以計算出大齒輪齒數(shù)Z4為63。
傳動比 =Z4/Z3=63/41=1.53
設(shè)計傳動比與實際傳動比偏差
=（1.54-1.53）/1.53=0.006＜0.05
計算結(jié)果符合要求
確定載荷系數(shù)
根據(jù)表10-3得，取
根據(jù)經(jīng)驗值，取
根據(jù)經(jīng)驗值，取
根據(jù)經(jīng)驗值，取
計算得到
根據(jù)《機械設(shè)計手冊》表10-5查得，
，根據(jù)經(jīng)驗值，這里取
齒輪刀具模數(shù)
m=d3/Z3=60.3/41=1.47
根據(jù)標準模數(shù)表（GB/T1357-1987），m=1.5
齒輪轉(zhuǎn)動的線速度
V=πd3n2/60/1000=0.31m/s
計算結(jié)果與設(shè)計理論結(jié)果相接近，
3）齒輪齒根處彎曲疲勞強度校核分析
由式 6-10
參考圖10-17得，齒形系數(shù)，
參考圖10-18得，應(yīng)力修正系數(shù)，
計算得
計算表明，雙螺旋輥饅頭機的齒輪傳動的齒輪接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度滿足實際需要。
2.3.2 推送和擠壓部分設(shè)計
推送和擠壓部分實現(xiàn)將放入料斗內(nèi)的面團通過推送和擠壓的方式在雙螺旋絞龍的作用下軸向推進，把面團推入到成型裝置內(nèi)部。
本設(shè)計中的推送和擠壓部分設(shè)計主要包括雙螺旋絞龍的設(shè)計，傳動主軸的設(shè)計與校核。
2.3.2.1雙螺旋絞龍的設(shè)計
本設(shè)計中的雙螺旋絞龍結(jié)構(gòu)巧妙，工作效率高，實現(xiàn)將面團推送到成型裝置內(nèi)部的作用。雙螺旋絞龍通過兩個聯(lián)軸器與齒輪減速器的絞龍輸出軸相連，螺旋絞龍的軸直徑20mm，外圈螺旋直徑56mm，和面團的直徑大小一致。兩個螺旋絞龍的螺旋片旋轉(zhuǎn)方向相反，使得面團可以實現(xiàn)反復擠壓的目的。
圖2.6 雙螺旋絞龍三維設(shè)計圖
2.3.2.2 傳動主軸的設(shè)計與校核
1）計算傳動主軸的圓周力
Ft=2T2/d=2×294×1000/20=29400N
計算軸的徑向力
Fr= Fttan20°=29400×0.364=10700N
2）選定傳動主軸的材質(zhì)且計算其最小直徑
選定傳動主軸的材料為45鋼，表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度220~250HRC
計算傳動主軸的最小直徑：
傳動主軸的第一個臺階用于安裝聯(lián)軸器，且第一段直徑與聯(lián)軸器的孔徑相配合，配合公差為H7/g6。這里選用固定型梅花聯(lián)軸器作為本設(shè)計中傳動主軸的聯(lián)軸器。
型號: JABC32-16-16
公稱轉(zhuǎn)矩Tn /(N·m): 1000
許用轉(zhuǎn)速[n] /(r/min): 10001~78000
軸孔直徑d1、d2、dz /mm: 16
軸孔長度|L /mm: 32
容許偏心范圍(mm): 0.02~0.2
容許偏角（deg）: 1
與傳動主軸聯(lián)接的半聯(lián)軸器孔徑D=16mm，因此，取軸段1的直徑d1=16mm，軸端1的長度L1=10mm。
3）傳動主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
a)按軸向定位要求
軸的第二個臺階用于聯(lián)軸器的軸向卡位，且設(shè)計臺階高度（），因此軸的第二個臺階直徑d2=20mm，根據(jù)傳動主軸上安裝撥面葉片的長度為100mm，因此取L2=131mm。
軸端3用于撥面葉片的軸向卡位，且設(shè)計臺階高度h=2.5（），因此軸的第三個臺階直徑d3=25mm，根據(jù)傳動主軸在整個饅頭機的三維尺寸，取L3=140mm。
b)齒輪在軸上安裝時的定位方式
齒輪和傳動主軸之間通過A型平鍵鏈接，平鍵的尺寸為
寬為5mm
長度取12mm
R=2.5
c)確定傳動主軸上圓角和倒角尺寸
R=0.5，圖標注所示
軸端倒角取0.5×45°
4）傳動主軸的強度校核
對于6301型深溝球軸承，確定軸承的支點位置，取值為。
Ft=2T2/d=2×294×1000/20=29400N
Fr= Fttan20°=29400×0.364=10700N
根據(jù)裝配圖所示高速軸軸承跨距以及和齒輪支點跨距如圖所示
水平面：
RH2=476Ft604=218534 N
RH2=476Ft604=218534 N
彎矩MH=RH1×AC=58765×476=28×106
垂直面：
同理得
RV1=21390 N RV2=616.3 N
彎矩:Mv=Rv1×AC=10×106
合成彎矩：M=MH2+MV2=280×106N?MM
扭矩
軸的彎矩校核公式：，
式中， a--------折合系數(shù)，取0.6；
選定軸的材料為45鋼，軸表面做調(diào)質(zhì)處理，硬度220~250HRC
查得45鋼許用應(yīng)力
計算得到軸的應(yīng)力大小為
，因此本設(shè)計中的傳動主軸滿足實際使用要求。
2.3.3成型裝置部分設(shè)計
成型裝置部分實現(xiàn)將進入到成型室內(nèi)的面團在雙螺旋輥的作用下旋轉(zhuǎn)切割成定量的大小一致的面團，面團在雙螺旋輥和兩個側(cè)滾軸的作用下，分別作自身的轉(zhuǎn)動和輥子的軸向運動，最終達到面團成型變?yōu)轲z頭的目的。
本設(shè)計中的成型裝置部分設(shè)計主要包括雙螺旋輥的設(shè)計，側(cè)滾軸的設(shè)計與校核。
2.3.3.1雙螺旋輥的設(shè)計
本設(shè)計中的雙螺旋輥結(jié)構(gòu)緊湊，實現(xiàn)將面團旋轉(zhuǎn)切割成大小相等饅頭的作用。雙螺旋絞龍分別固定在成型輥固定左側(cè)立板和右側(cè)立板之間，兩兩之間通過直齒圓柱齒輪嚙合，再分別將動力傳遞給兩個側(cè)滾軸，側(cè)滾軸的傳動齒輪齒數(shù)少，則轉(zhuǎn)速快，可以讓面團兩側(cè)實現(xiàn)高速轉(zhuǎn)動，方便面團實現(xiàn)高速成型，使得饅頭表面更加光滑、潤澤美觀。螺旋輥的外圈螺旋直徑150mm，螺旋長度540mm，螺距61mm，兩端固定端直徑20mm，兩個螺旋輥的螺紋旋轉(zhuǎn)方向相反，使得面團可以實現(xiàn)快速成型的目的。
圖2.6 螺旋輥三維設(shè)計圖
2.3.3.2側(cè)滾軸的設(shè)計與校核
根據(jù)裝配圖所示高速軸軸承跨距以及和齒輪支點跨距如圖所示水平面：
RH2=476Ft604=218534 N
RH1=Ft-218534=58765 N
彎矩：MH=RH1?AC=10×106
垂直面：
同理得
Rv1=21390 N
Rv2=616.3 N
彎矩Mv=Rv1?AC=10×106
合成彎矩：M=MH2+MV2=280×106 N?mm
Cr1=9190
合成徑向力：
則
查《機械設(shè)計》中表：
< 校核側(cè)滾軸滿足實際使用要求。
第三章 總結(jié)與展望
自選題后，我就開始積極地查閱相關(guān)資料，為本次的畢業(yè)設(shè)計做準備。本次設(shè)計經(jīng)過大量的數(shù)據(jù)計算，選擇了最優(yōu)的外形尺寸結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出設(shè)計的最初宗旨，即便攜、穩(wěn)定。
上述工作完成之后，通過計算機AutoCAD和Solidwork軟件的學習運用，對雙螺旋輥饅頭機的總體裝配圖、零件實體圖、零件的二維圖等進行了繪制，在繪制的過程中對雙螺旋輥饅頭機的裝配又有了進一步的理解，補充并修改了計算部分中的遺漏與錯誤之處。
在整個設(shè)計過程中，查閱大量有關(guān)資料，與同學交流，并向老師請教，使自己學到了很多未曾接觸的知識，并對學過的知識加以鞏固。本次設(shè)計，能夠參考的相關(guān)實例少之甚少，整個設(shè)計過程就是創(chuàng)造過程。論文開始階段，毫無頭緒，看著別人忙著寫論文，內(nèi)心百般焦急，卻不知從何開始，于是我嘗試結(jié)合所學知識與相關(guān)書籍，艱難的前進，最終順利完成此項設(shè)計。這其中經(jīng)歷了不少辛勞，但天道酬勤，我迎來的還是豐收的季節(jié)！深知此次的設(shè)計成果并非是最好的，但是設(shè)計過程中我掌握到的知識是我這次畢業(yè)設(shè)計中的最大收獲，而這些收獲將會對我無論是現(xiàn)在還是以后參加工作都會有很大的幫助。
由于我的知識范圍有限，本次設(shè)計肯定還有很多不足之處，望老師能夠批評指正，多給一些意見和建議。
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