微型電動食品攪拌機(jī)設(shè)計(jì),微型電動食品攪拌機(jī)設(shè)計(jì),微型,電動,食品,食物,攪拌機(jī),設(shè)計(jì) 福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 說明書 　　 設(shè)計(jì)題目： 微型電動食品攪拌機(jī) 專業(yè)年級： 11級機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 學(xué) 號： 姓　　名： 指導(dǎo)教師、職稱： 2015 年5月27日 目 錄 摘要 I Abstract II 第一章 緒論 - 1 - 第二章 結(jié)構(gòu)及工作原理 - 2 - 2.1、電動食品攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)方案分析并確定 - 2 - 2.1.1方案一 食品攪拌機(jī)原理圖 - 2 - 2.1.2方案二 食品攪拌機(jī)原理圖 - 3 - 2.1.3方案三 食品攪拌機(jī)原理圖 - 4 - 2.2食品攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)圖和工作原理 - 5 - 2.2.1食品攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 - 5 - 2.2.2食品攪拌機(jī)的工作原理 - 5 - 第三章 攪拌器的設(shè)計(jì) - 7 - 3.1球形攪拌器設(shè)計(jì) - 7 - 3.2拍型攪拌器的設(shè)計(jì) - 8 - 3.3攪龍攪拌器的設(shè)計(jì) - 9 - 3.4攪拌容器的設(shè)計(jì) - 9 - 第四章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) - 10 - 4.1攪拌機(jī)的功率計(jì)算 - 10 - 4.1.1被攪拌物料為擬塑性和漲塑性液體 - 10 - 4.2電動機(jī)的選擇 - 11 - 4.2.1按轉(zhuǎn)速選擇電動機(jī) - 11 - 4.3錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算 - 11 - 4.3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) - 11 - 4.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 - 12 - 4.3.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) - 14 - 4.3.4幾何尺寸計(jì)算 - 16 - 4.3.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 - 18 - 4.3.6主要設(shè)計(jì)結(jié)論 - 19 - 4.4軸的設(shè)計(jì)與校核 - 19 - 4.4.1軸的設(shè)計(jì) - 19 - 4.4.1.1攪拌軸的設(shè)計(jì) - 19 - 4.4.1.2中心軸的設(shè)計(jì) - 20 - 4.4.1.3高速軸的設(shè)計(jì) - 22 - 4.4.2軸的校核 - 23 - 4.5軸承的選擇 - 25 - 4.5.1軸承的型號 - 25 - 4.5.2滾動軸承的配合形式 - 26 - 4.5.3滾動軸承的軸向定位和固定 - 26 - 4.6聯(lián)軸器的選用 - 26 - 4.6.1選用的聯(lián)軸器型號 - 26 - 4.6.2聯(lián)軸器的配合形式 - 27 - 4.7行星齒輪設(shè)計(jì) - 27 - 4.7.1行星齒輪各齒輪數(shù)據(jù) - 27 - 4.7.2校核齒面疲勞強(qiáng)度 - 28 - 4.8彈簧的設(shè)計(jì) - 29 - 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) - 30 - 參考文獻(xiàn) - 31 - 致謝 - 32 - 福建農(nóng)林大學(xué)金山學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 摘要 民以食為天，現(xiàn)在的人已不僅限于溫飽問題，現(xiàn)在追求的是生活質(zhì)量，生活品質(zhì)。食品攪拌機(jī)的出現(xiàn)悄然改變了人們的生活方式。多功能食品攪拌機(jī)集合了攪拌，打雞蛋，打奶油，和面等多重功能，主要應(yīng)用于西餐廚房以及烘焙行業(yè)如面包房，西餅屋，西點(diǎn)屋，咖啡廳等。本論文主要包括對攪拌機(jī)電動機(jī)的選擇、行星齒輪、攪拌器、軸、錐齒輪等各零部件的設(shè)計(jì)，以及對各零部件結(jié)構(gòu)的選材、校核，最后完成總裝圖和零件圖。 關(guān)鍵詞：攪拌機(jī)；錐齒輪；攪拌軸；攪拌器 Abstract Hunger breeds discontentment, now people have not been limited to the problem of food and clothing, now is the pursuit of quality of life, quality of life.?The emergence of the food mixer has quietly changed the way people live..?Multifunctional food stirring machine set stirring, beat eggs, whipped cream, and the surface of the multiple functions, mainly used in food in the kitchen and baking industry such as bakery, bakery, pastry shop, coffee shops and so on.This thesis mainly includes all the parts of the choice of the stirring motor, a planet gear, a stirrer, a shaft, a bevel gear design, and the parts structure material, check, the final completion of assembly drawing and parts drawing. Keywords: Blender; Bevel gears; Stirring shaft; Agitator . I 第一章 緒論 人們的飲食水平是一個國家地文明程度和人民生活質(zhì)量高低地重要標(biāo)志。全民族的體制需要好的食品的質(zhì)量和供應(yīng)狀況，這些都會影響到國家的政治安定和社會進(jìn)步?？梢钥闯瞿切┲匾暿称饭I(yè)發(fā)展的國家經(jīng)濟(jì)都已經(jīng)非常發(fā)達(dá)。中國現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)并不發(fā)達(dá)，所以中國的食品工業(yè)要快速發(fā)展，這樣才能滿足人民日益增長的物質(zhì)文化需要，這樣才能提高國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，中國的食品工業(yè)是我們國民經(jīng)濟(jì)非常重要的組成部分。發(fā)展食品工業(yè)的好處非常多，可以使產(chǎn)品品質(zhì)得到調(diào)整，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。而且可以提高農(nóng)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)價值，從而有一個良性循環(huán)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 通過上面可以看到，食品工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中占有不可替代的地位。食品攪拌機(jī)在生活中的應(yīng)用是相當(dāng)?shù)膹V泛，它不僅可以攪拌一些工作阻力小的稀蛋白液，例如雞蛋液等物料。而且可以攪拌奶油、果醬、蛋糕液等具有一點(diǎn)粘稠度的液體而且可以用來制做面團(tuán)。 我選擇的這個課題是比較綜合性的，加上自己專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)不足，所以如果想設(shè)計(jì)一個合理的產(chǎn)品，我必須要熟悉的掌握機(jī)械理論力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、行星齒輪傳動設(shè)計(jì)、機(jī)械制造基礎(chǔ)、等方面的理論知識。這也是對我大學(xué)四年所學(xué)專業(yè)知識的一個綜合應(yīng)用。通過做此課題，我將能了解這本科四年來我對專業(yè)知識掌握的程度，同時也是一個系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。這將給我以后走向社會起到一個很好的開頭作用。 第二章 結(jié)構(gòu)及工作原理 2.1、電動食品攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)方案分析并確定 2.1.1方案一 食品攪拌機(jī)原理圖 圖1-1 方案一的食品攪拌機(jī)是一款手提式的攪拌機(jī)，利用調(diào)速電機(jī)帶動減速器，再帶動攪拌器攪拌物體。這個方案的攪拌機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是它攪拌出來的食品不均勻。另一方面，它是手持的，具有一定的危險(xiǎn)性。所以這個方案的食品攪拌機(jī)只能用來粗略攪拌食品。 2.1.2方案二 食品攪拌機(jī)原理圖 圖2-2 方案二設(shè)計(jì)的食品攪拌機(jī)它是通過調(diào)速電機(jī)帶動錐齒輪，錐齒輪帶動軸轉(zhuǎn)動，間接帶動攪拌器攪拌，達(dá)到攪拌食品的效果。此方案相對于方案一不同在于它具有一個完整的機(jī)架，不需要手持，排除了手持的危險(xiǎn)性而且具有一定的平穩(wěn)性。但是它的缺點(diǎn)是不能夠充分的攪拌食品。 2.1.3方案三 食品攪拌機(jī)原理圖 圖3-3 方案三的食品攪拌機(jī)是通過調(diào)速電機(jī)帶動錐齒輪，錐齒輪帶動傳動軸，傳動軸帶動撥動座，撥動座帶動攪拌軸，攪拌軸帶動攪拌器。通過這一系列的傳遞來充分?jǐn)嚢枋称?。這個方案相對于方案二來說是多了一個行星齒輪的設(shè)計(jì)，使攪拌器不僅能自轉(zhuǎn)，而且還能繞著傳動軸公轉(zhuǎn)。這樣的攪拌方法使得食品能夠得到充分的攪拌。具有良好的攪拌能力和平穩(wěn)性。 經(jīng)過對三個方案進(jìn)行比較，最后選用方案三進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2食品攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)圖和工作原理 2.2.1食品攪拌機(jī)的結(jié)構(gòu)圖 圖2-4 設(shè)計(jì)的微型電動食品攪拌機(jī)主要是由以下部分構(gòu)成的：底座；支架；調(diào)速電機(jī)；轉(zhuǎn)動心軸；錐齒輪；中心軸；撥動座；行星齒輪；攪拌軸；攪拌器；攪拌桶。 2.2.2食品攪拌機(jī)的工作原理 此攪拌機(jī)的工作原理是采用行星齒輪的設(shè)計(jì)原理，首先利用錐齒輪將電動機(jī)的速度降低，并且改變傳動方向，由原來的水平方向改為豎直方向，錐齒輪帶動中心輪，中心輪帶動撥動座，撥動座上裝有攪拌軸，攪拌軸上的行星齒跟內(nèi)齒圈配合，內(nèi)齒圈固定在機(jī)架上，是固定不動的，所以撥動座在隨著中心軸轉(zhuǎn)動時，攪拌軸也跟著轉(zhuǎn)盤繞中心軸公轉(zhuǎn)，又因?yàn)樾行驱X跟內(nèi)齒圈嚙合，使得攪拌軸繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，形成自轉(zhuǎn)。這樣攪拌器在工作過程中即繞著中心軸公轉(zhuǎn)又繞著攪拌軸自轉(zhuǎn)。這個合成運(yùn)動實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動，從而滿足調(diào)和高粘度物料的運(yùn)動要求。 第三章 攪拌器的設(shè)計(jì) 攪拌器的作用是直接與被攪拌物料接觸，并通過自身的運(yùn)動達(dá)到攪拌的目的。所以攪拌器形狀設(shè)計(jì)就變得尤為重要，并且通過對不同的物體設(shè)計(jì)不同的攪拌器。 3.1球形攪拌器設(shè)計(jì) 圖3-1 圖3-1所示是鋼絲球形攪拌器，材料為不銹鋼絲，優(yōu)點(diǎn)是容易使液體湍動，缺點(diǎn)是攪拌球的強(qiáng)度比較低，所以只能適用于一些工作阻力小的稀蛋白液等物料的攪拌。在設(shè)計(jì)過程中，考慮到能夠充分?jǐn)嚢枰蛩?，又不能跟容器發(fā)生碰撞，所以攪拌器的半徑不能大于攪拌軸到容器壁的距離，而且攪拌器安裝上去后，攪拌器的底部不能碰到容器底部。所以設(shè)計(jì)的攪拌球距離容器各1cm。攪拌器是套在攪拌軸上面的。利用彈簧的彈性使得攪拌器不會掉下來。具體的制造尺寸見零件圖。 3.2拍型攪拌器的設(shè)計(jì) 圖3-2 圖3-2所示為拍形攪拌器，它是由整體鑄鍛形成的，強(qiáng)度比球形攪拌器高，作用面積大，適用于糖漿、蛋白漿等物料的攪拌。它的連接部分是跟球形攪拌器一樣的。具體的制造尺寸見零件圖。 3.3攪龍攪拌器的設(shè)計(jì) 圖3-3 圖3-3所示為攪龍攪拌器，它是以整體鍛造成的。槳的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度比上面兩種都高。這種攪拌器能夠借助攪拌的回轉(zhuǎn)運(yùn)動，使各點(diǎn)在容器內(nèi)形成復(fù)雜的運(yùn)動，適用于粘度比較高的物料的攪拌。 3.4攪拌容器的設(shè)計(jì) 考慮到我們攪拌的是食用品，容器是不能生繡，而且具有一定的耐腐蝕性。所以采用304不銹鋼材料，形狀類似碗的形狀。 容器總高165mm，容器口寬200mm，容器底寬119mm，厚度1mm。 第四章 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4.1攪拌機(jī)的功率計(jì)算 4.1.1被攪拌物料為擬塑性和漲塑性液體[2] 按字?jǐn)?shù)津流體的攪拌功率計(jì)算，計(jì)算時使用平均表觀粘度μa，由平均梯度計(jì)算而得。即 （4-1） 而平均表觀粘度μa為 （4-2） 非牛頓液體在攪拌容器內(nèi)，平均速度梯度有如下簡單的近似正比關(guān)系： =C′n （4-3） 由以上式子連解得 =K′(C′n)n′-1 （4-4） 式中C, C′——分別為攪拌容器幾何尺寸及非牛頓型液體種類的有關(guān)常數(shù)； K′——與攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)的比例系數(shù)，一般由實(shí)驗(yàn)求得； n——轉(zhuǎn)速。 經(jīng)過計(jì)算求得N=0.15KW。 4.2電動機(jī)的選擇 任何機(jī)器都必須要有動力驅(qū)動，以機(jī)械化生產(chǎn)力標(biāo)志的工業(yè)革命正是源于最早的機(jī)器動力——蒸汽機(jī)的發(fā)明。用于驅(qū)動機(jī)器的機(jī)械我們稱之為原動機(jī)。在目前常用的原動機(jī)中，電動機(jī)和內(nèi)燃機(jī)應(yīng)該廣泛，液壓傳動具有重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)緊，驅(qū)動力大等特點(diǎn)，但考慮到目前國內(nèi)狀況，液壓馬達(dá)雖然比以前在質(zhì)量上提高了，但價格昂貴，用一般的攪拌機(jī)上，成本太高，不經(jīng)濟(jì)，故本設(shè)計(jì)采用了傳統(tǒng)的機(jī)械傳動。傳動系統(tǒng)由電動機(jī)、皮帶輪、減速器來傳遞。所以本設(shè)計(jì)選用了電動機(jī)。 電動機(jī)的合理選擇是保證電動機(jī)安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的最要環(huán)節(jié)。電動機(jī)的選擇包括：電動機(jī)的額定功率（額定轉(zhuǎn)矩）、電動機(jī)的種類、電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、電動機(jī)的額定電壓=電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速等。 4.2.1按轉(zhuǎn)速選擇電動機(jī) 電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速的選擇要結(jié)合電動機(jī)和傳動系統(tǒng)進(jìn)行綜合選擇：如電機(jī)轉(zhuǎn)速選擇過高，電機(jī)尺寸重量小，成本低，但帶來傳動系統(tǒng)的傳動比較高，傳動系統(tǒng)復(fù)，成本高；如電機(jī)轉(zhuǎn)速過低，傳動系統(tǒng)傳動小，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，但電機(jī)尺寸重量大，成本高。 本設(shè)計(jì)的攪拌機(jī)的最大容量是7L，啟動負(fù)載不大，轉(zhuǎn)速在70~200r/min范圍之內(nèi)，應(yīng)選擇調(diào)速電動機(jī)；根據(jù)上面求得攪拌機(jī)功率為0.15KW,查機(jī)械設(shè)計(jì)課程表12-16，可選用小功率異步電動機(jī)，可直接在市場選購，型號為61K180GU-CFW感應(yīng)電動機(jī)，其功率為N=180W，轉(zhuǎn)速為n=1440r/min，電壓為U=220v，電流為I=2.8A，頻率為f=50Hz。電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為n=466r/min,減速比為i=3。 4.3錐齒輪傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算[3] 由上面選用的電機(jī)可知，輸出功率P=0.18KW，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速為n=466r/min，即小齒輪轉(zhuǎn)速n1=466r/min。因?yàn)閿嚢栎S最高轉(zhuǎn)速在200左右，所以選定齒數(shù)比u=2.2。由電動機(jī)驅(qū)動，工作壽命15年，（設(shè)每年工作300天），兩班制，轉(zhuǎn)向不變。以下設(shè)計(jì)過程，表格及數(shù)據(jù)均參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》。 4.3.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù) （1）因?yàn)閭鲃虞S和錐齒輪軸軸線相交且軸交角Σ=90°，所以選用標(biāo)準(zhǔn)直齒錐齒輪傳動，壓力角取為20°。 （2）攪拌機(jī)為一般工作機(jī)器，由表10-6，選用7級精度。 （3）材料選擇。參考表10-1，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)制），齒面硬度280HBS，大齒輪材料為45剛（調(diào)制），齒面硬度240HBS。 （4）選小齒輪齒數(shù)z1=24，大齒輪齒數(shù)z2=uz1=2.2×24=52.8，取z2=53。 4.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算 （1）由式（4-5）試算小齒輪分度圓直徑，即 d1t≥ （4-5） 1）確定公式中的各參數(shù)數(shù)值。 ①試選KHt=1.3。 ②計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。 T1=9.55×106P/n1=9.55×106×0.18/466N·mm=3.688×103 N·mm （4-6） ③選取齒寬系數(shù)ΦR=0.3。 ④由圖10-20查得區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。 ⑤由表10-5查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2。 ⑥計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力[σH]。 由圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別為 σHlim1=600MPa, σHlim2=550MPa。 由圖（10-15）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)： N1=60n1jLh=60×446×1×（2×8×300×15）=1.927×109 （4-7） N2=N1/u=1.927×109/2.2=0.876×109 （4-8） 由圖10-23查取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.9，KHN2=0.95。 取失效率為1％，安全系數(shù)S=1，由式（4-9）得 [σH]1== MPa=540 MPa （4-9） [σH]2== MPa=523 MPa （4-10） 取[σH]1和[σH]2中的較小者作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即 [σH]1 =[σH]2=523 MPa 2）試算小齒輪分度圓直徑 d1t≥ （4-11） =mm =32.068mm （2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑 1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 ①圓周速度υ dm1=d1t(1﹣0.5ΦR) =32.068×(1﹣0.5×0.3)mm=27.258mm （4-12） υm==m/s=0.637 m/s （4-13） ②當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)Φd b=ΦR d1t=0.3×32.068×mm=11.661mm （4-14） Φd=b/ dm1=0.428 2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH。 ①由表10-2查得使用系數(shù)KA=1。 ②根據(jù)Vm=0.637m/s、8級精度（降低了一級精度），由圖10-8查得動載系數(shù)Kv=1.103。 ③直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KHα=1。 ④由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪懸臂時，得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.207。 由此，得到實(shí)際載荷系數(shù) KH=KAKvKHαKHβ=1.331 （4-15） 3）由式（10-12），可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑為 d1=d1t=32.068×mm=32.320mm （4-16） 及相應(yīng)的齒輪模數(shù) m=d1/z1=32.320/24=1.347mm （4-17） 4.3.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）由式（10-27）試算模數(shù)，即 mt≥ （4-18） 1)確定公式中的各參數(shù)值。 ① 試選KFt=1.3。 ② 計(jì)算 由分錐角δ1=arctan(1/u)= arctan(24/53)=24.362°和 δ2=90°-24.362°=65.638°， 可得當(dāng)量齒數(shù)zv1=z1/cosδ1=24/cos(24.362°)=26.34， （4-19） zv2=z2/cosδ2=53/cos(65.638°)=128.48。 由圖10-17查得齒形系數(shù)YFa1=2.58、YFa2=2.25 由圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.63、Ysa2=1.82 由圖10-24c查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為σFlim1=500MPa、σFlim2=380MPa。 由圖10-22取彎曲疲勞壽命系數(shù)KN1=0.85、KN2=0.88。 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.7，由式（4-20）得 [σF]1== MPa=250 MPa （4-20） [σF]2== MPa=197 MPa （4-21） ==0.0168 （4-22） ==0.0208 （4-23） 因?yàn)榇簖X輪的大于小齒輪，所以取 ==0.0208 2）試算模數(shù)。 mt≥ （4-24） =mm =0.763mm （2）調(diào)整齒輪模數(shù) 1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。 ①圓周速度v。 d1=mtz1=0.763×24=18.307mm （4-25） dm1=d1(1-0.5ΦR)=18.307×(1-0.5×0.3)=15.561mm （4-26） υm===0.363m/s （4-27） ②齒寬b。 b=ΦR d1=0.3×18.307× mm=16.137mm （4-28） 2）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF。 ①根據(jù)v=0.363m/s，8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)KV=1.03 ②直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KFα=1。 ③由表10-4用插值法查得KHβ=1.204，設(shè)計(jì)的是直齒錐齒輪，于是KFβ= KHβ=1.204。 則載荷系數(shù)為 KF=KAKvKFαKFβ=1×1.03×1×1.204=1.240 3）由式（4-29），可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)為 m=mt=0.763×=0.751mm （4-29） 按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，就近選擇標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)=0.8mm。 按照接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=32.320mm，算出小齒輪齒數(shù)z1=d1/m=32.320/0.8=40.4。 取z1=41，則大齒輪齒數(shù)z2=uz1=2.2×41=90.2。為了是兩齒輪的齒數(shù)互質(zhì)，取z2=90。 4.3.4幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算齒頂圓直徑 d1=z1m=41×0.8=32.8mm （4-30） d2=z2m=90×0.8=72mm （2）計(jì)算分度圓直徑 dm1=d1(1-0.5ΦR)=32.8×(1-0.5×0.3)=27.88mm （4-31） dm2=d2(1-0.5ΦR)=72×(1-0.5×0.3)=61.2mm （3）計(jì)算分錐角 δ1=arctan(1/u)=arctan(41/90)=24°49′19″ （4-32） δ2=90°-24°49′19″=65°50′81″ （4）計(jì)算齒輪寬度 b=ΦR d1=0.3×32.8× mm=11.87mm （4-33） 取b1=b2=12mm。 （5）計(jì)算錐距 R===39.56mm （4-34） （6）齒頂高 ha=1m=0.8mm （4-35） （7）齒根高 hf=1.2m=0.96mm （4-36） 4.3.5結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪零件圖 （1）小錐齒輪 圖4-1 （2）大錐齒輪 圖4-2 4.3.6主要設(shè)計(jì)結(jié)論 齒數(shù)z1=41、z2=90，模數(shù)m=0.8mm，壓力角α=20°，變位系數(shù)x1=0、x2=0，分錐角δ1=24°49′19″、δ2=65°50′81″，齒寬b1=b2=46mm。小齒輪選用40 Cr（調(diào)質(zhì)），大齒輪選用45鋼（調(diào)質(zhì)）。齒輪按7級精度設(shè)計(jì)。 4.4軸的設(shè)計(jì)與校核[2,3,5,7] 4.4.1軸的設(shè)計(jì) 軸是軸系零、部件中的核心零件，其設(shè)計(jì)的好壞對整個軸系乃至整個機(jī)器都至關(guān)重要。一般地說，軸的結(jié)構(gòu)越簡單，工藝學(xué)越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡化。軸的設(shè)計(jì)包括軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。本設(shè)計(jì)中有三條軸，一根高速軸，一根中心軸，一根攪拌軸。 軸上零件的裝配方案，中心軸上裝有錐齒輪，軸承端蓋，軸承，撥動座。攪拌軸上有行星齒，套筒，軸承，彈簧，擋片，攪拌器。高速軸上裝有聯(lián)軸器和錐齒輪。 4.4.1.1攪拌軸的設(shè)計(jì) 如圖4-3所示 圖4-3 （1）確定各軸段的直徑 ① 軸段Ⅰ裝的是行星齒，軸的選用材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表可得計(jì)算系數(shù)A0=126則dmin≥。軸的最小直徑為8.6mm.整個軸的直徑不能小于該值?？紤]到行星齒的外徑為25mm,所以選d1=9mm。 ② 軸段Ⅱ和Ⅳ為軸承配合和套筒配合的軸段，就按軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列來取，取d2=10mm，無特殊情況時尺寸系列按正常寬度、中系列選，由此，可以初選軸承型號為7000C。 ③ 軸段Ⅲ的軸段，定位軸肩高度為a=（0.07～0.1）×9=0.63～0.9，取a=1mm，則d3=12mm。 （2）確定各軸段的長度 ①錐齒輪的最大寬度為10mm，考慮壓緊空間，軸段Ⅰ的長度比大帶輪轂長度小0.5~1mm，因?yàn)檩S套會多出0.5mm，則該段的長度為L1=10mm。 ②軸段Ⅱ和Ⅳ的寬度可以按軸承的寬度來取，查相關(guān)手冊，軸承的寬度為8mm，軸段Ⅱ還有一個軸套，所以加上軸套的長度，L2=21.5mm。 ③結(jié)合整個結(jié)構(gòu)，軸段Ⅲ的寬度取L3=20mm。 如圖4-4所示軸的尺寸及相關(guān)： 圖4-4攪拌軸 4.4.1.2中心軸的設(shè)計(jì) 如圖4-5所示 圖4-5 （1）確定各軸段的直徑 ① 軸段Ⅰ裝的是錐齒輪，軸的選用材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表可得計(jì)算系數(shù)A0=120則dmin≥。軸的最小直徑為10.7mm.整個軸的直徑不能小于該值?？紤]到錐齒輪的外徑為25mm,所以選d1=11mm。 ② 軸段Ⅱ?yàn)檩S承配合的軸段，就按軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列來取，取d2=12mm，無特殊情況時尺寸系列按正常寬度、中系列選，由此，可以初選軸承型號為7001C。 ③軸段Ⅲ的軸段，定位軸肩高度為a=（0.07～0.1）×11=0.77～1.1，取a=1mm，則d3=14mm。 ④軸段Ⅳ為軸承配合的軸段，就按軸承內(nèi)徑的標(biāo)準(zhǔn)系列來取，取d2=12mm，無特殊情況時尺寸系列按正常寬度、中系列選，由此，可以初選軸承型號為7001C。 ⑤ 軸段Ⅴ與撥動座連接，取d5=10mm。 （2）確定各軸段的長度 ①錐齒輪的最大寬度為22.5mm，考慮壓緊空間，軸段Ⅰ的長度比錐齒輪轂長度小0.5～1mm，則該段的長度為L1=22mm。 ②軸段Ⅱ?yàn)楦″F齒輪連接，考慮結(jié)構(gòu)要求，L2=42.5mm。 ③結(jié)合整個結(jié)構(gòu)，軸段Ⅲ的長度取L3=16mm。 ④為了結(jié)構(gòu)的緊湊性，軸段Ⅳ就放一個軸承，根據(jù)選用的聯(lián)軸器來決定，查相關(guān)手冊，所以該軸段的長度取L4=14mm。 ⑤軸段Ⅴ連接撥動座，該軸段長度取L5=12mm。。 如圖4-6所示軸的尺寸及相關(guān)： 圖4-6 4.4.1.3高速軸的設(shè)計(jì) 如圖4-7所示 圖4-7 （1）確定各軸段的直徑 如圖4-5，該軸是用來裝聯(lián)軸器和小錐齒輪的，電動機(jī)伸出的軸的直徑是φ14mm,設(shè)計(jì)用套筒聯(lián)軸器來連接，所以跟套筒連接的軸段直徑選用d1=14mm。另一端軸可以選小一點(diǎn)。所以d錐=12mm。 （2）確定各軸段的長度 左端長度與選用是聯(lián)軸器決定，取L1=24mm,右端裝小帶輪，考慮到壓緊空間，該軸段的長度應(yīng)比小帶輪長度小0.5～1mm，小錐齒輪輪轂長度為14.5mm，則該軸段長為L錐=14mm。 最終所得的軸的尺寸如圖4-8 圖4-8 4.4.2軸的校核 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算有3種常的方法：①按扭矩變形強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算；②按彎扭組合變形強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算；③按疲勞強(qiáng)度條件進(jìn)行精確計(jì)算。 對于僅僅承受扭矩的傳動軸，只需按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算；對于只承受彎矩的心軸，只需按彎曲強(qiáng)度計(jì)算；對于既承受彎矩又承受扭矩的軸（轉(zhuǎn)軸），應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。 由于該軸為轉(zhuǎn)軸，應(yīng)按彎扭合成強(qiáng)度條件進(jìn)行計(jì)算。 （1）作軸的受力簡（圖4-9（a）） （2）作軸的垂直面受力簡圖（圖4-9（b）） （3）繪制垂直面彎矩圖 圖4-9 ①求垂直面的支反力 （4-37） 由前面計(jì)算錐齒輪得：Q=346.5N，所以 （4-38） （4-39） ②求垂直面彎矩： （4-40） ③繪制彎矩圖（圖4-7（d）） （4）繪制扭矩當(dāng)量彎矩圖（圖4-7（c）） 軸單向轉(zhuǎn)動，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取α≈0.6，則扭矩當(dāng)量彎矩： （4-41） （5）繪總當(dāng)量彎矩圖 ①計(jì)算總當(dāng)量彎矩 （4-42） ②繪總當(dāng)量彎矩圖（圖4-7（e）） （6）校核軸的強(qiáng)度 軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由設(shè)計(jì)手冊查得： 從總當(dāng)量彎矩圖可以看出，截面C為危險(xiǎn)面。 截面錐齒輪A為處d=12mm 30MPa （4-43） 強(qiáng)度足夠。 4.5軸承的選擇 軸承是軸系中的重要部件，其功用是支承軸及軸上零件并保證軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)動軸與固定支承間的摩擦和磨損。 4.5.1軸承的型號 根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。 滾動軸承摩擦阻力小，啟動容易，功率消耗少，而且已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，選用、潤滑、維護(hù)都很方便，因而在一般機(jī)器中得到更為廣泛的應(yīng)用。 滑動軸承承載能力高，噪聲低，徑向尺寸小，油膜有一定的吸振能力，但一般情況下摩擦大、磨損嚴(yán)重，制造、維護(hù)費(fèi)用較高。 總上所述，本設(shè)計(jì)采用了滾動軸承，結(jié)合軸的設(shè)計(jì)，對于兩根不同的軸，選用不同型號的軸承，中心軸選用（GB/T 292—2007摘錄）中型號為7000C的角接觸球軸承；攪拌軸選用（GB/T 292—2007摘錄）中型號為7001C的角接觸球軸承。 4.5.2滾動軸承的配合形式 滾動軸承的配合：由于滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)部件，因此軸承內(nèi)圈內(nèi)圓柱面與軸頸的配合按基孔制，采用H7/r6的過盈配合；軸承外圈外圓柱面與外殼孔的配合按基軸制，采用K7/h6過渡配合。 4.5.3滾動軸承的軸向定位和固定 軸承的軸向緊固包括軸向定位和軸向固定。為了防止軸承在軸上和在軸承座孔內(nèi)移動，軸承內(nèi)套圈必須緊固在軸上；外套圈必須緊固在軸承座孔內(nèi)（或套杯內(nèi)）。軸承的內(nèi)、外套圈需要雙向還是單向軸向緊固，或者是軸向游動，取決于支承的限位要求和所用軸承的類型[8]。 中心軸的兩個軸承一個置于套杯內(nèi)，結(jié)合軸肩進(jìn)行定位。另一個利用軸肩跟軸承端蓋進(jìn)行定位。端蓋用4個M4的六角頭螺栓與支架固定來定位軸承。攪拌軸的軸承用軸肩或軸套進(jìn)行定位。 4.6聯(lián)軸器的選用[4,9] 聯(lián)軸器是用來連接兩軸并傳遞轉(zhuǎn)矩的。 4.6.1選用的聯(lián)軸器型號 聯(lián)軸器可分為撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器、剛性聯(lián)軸器。一般按聯(lián)軸器所受的轉(zhuǎn)矩、軸的直徑和轉(zhuǎn)速等確定聯(lián)軸器的型號和結(jié)構(gòu)尺寸。本設(shè)計(jì)在電動機(jī)伸出的軸和錐齒輪鏈接使用了聯(lián)軸器。聯(lián)軸器所受的轉(zhuǎn)矩按計(jì)算轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩選取。計(jì)算轉(zhuǎn)矩可按下式計(jì)算： （4-44） 式中：KA為工作情況系數(shù)，KA=1.7，T為聯(lián)軸器的名義轉(zhuǎn)矩（N·m）。 由軸轉(zhuǎn)遞功率和轉(zhuǎn)速計(jì)算確定： （4-45） 由以上可得電動機(jī)出來使用的聯(lián)軸器： 選用的聯(lián)軸器應(yīng)使Tca＜［T］，［T］為聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊和結(jié)合軸的直徑選用GB/T 1184-1996圓錐銷套筒聯(lián)軸器。 4.6.2聯(lián)軸器的配合形式 由于聯(lián)軸器是標(biāo)準(zhǔn)件，聯(lián)軸器的孔已經(jīng)確定，所以按基孔制的配合，采用H7/k6的過渡配合。 4.7行星齒輪設(shè)計(jì)[6] 本設(shè)計(jì)的行星齒輪是通過中心軸帶動行星架，行星輪在固定在攪拌軸上面，攪拌軸固定在行星架上面，這樣行星架在繞中心軸轉(zhuǎn)動時，攪拌軸繞著中心軸公轉(zhuǎn)。通過行星齒跟內(nèi)齒圈配合，使得攪拌軸自轉(zhuǎn)。 4.7.1行星齒輪各齒輪數(shù)據(jù) 在保證接觸強(qiáng)度的前提下，增加齒數(shù)，除能使重合度增加，有利于改善齒輪傳動的平穩(wěn)性外，還能降低齒高，減小齒坯尺寸，降低加工時的切削量，有利于節(jié)省制造費(fèi)用。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的行星輪系為閉式傳動，所以行星輪的齒數(shù)可以取在z=20~40的范圍內(nèi)。取Z行=21，為了使輪齒磨損均勻，行星輪跟內(nèi)齒圈齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。取Z內(nèi)=54。模數(shù)m=1.1。 傳動比：i===2.57 齒圈齒輪：齒頂圓φ98，齒寬b=φ10。 行星齒輪：齒頂圓φ25mm，齒根圓φ22mm，分度圓23.2mm，內(nèi)孔φ9mm，齒寬b=φ9mm。 4.7.2校核齒面疲勞強(qiáng)度 下面數(shù)據(jù)是通過查閱書本《機(jī)械設(shè)計(jì)》得到。 （1）計(jì)算載荷系數(shù)KF ①根據(jù)上面錐齒輪算得V小錐=0.363m/s，可得V大錐=0.165m/s。所以V行=0.424m/s，8級精度，由圖10-8查得動載系數(shù)Kv=1.08。 ②齒間載荷分配系數(shù)KFα=1.0。 由表10-4用插值法查得KHβ=1.417，結(jié)合寬高比b/h=10.67查圖10-13，得 KFβ=1.34。 則在和系數(shù)為 KF=KAKvKFαKFβ=1×1.08×1.0×1.34=1.45 （4-46） （2）齒形系數(shù)YFa 查圖10-17，得齒形系數(shù)YFa1 =2.552，YFa2 =2.053 （3）應(yīng)力修正系數(shù)Ysa 查圖10-18得應(yīng)力修正系數(shù)Ysa1=1.61，Ysa2=2.65 （4）彎曲疲勞極限σFlim 查圖10-24c，得行星齒和內(nèi)齒圈的齒根彎曲疲勞極限分別為 σFlim1=854MPa,σFlim2=711MPa （5）彎曲最小安全系數(shù)SFmin 查表格10-5得SFmin=1.25 （6）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)NL 查表格10-12，得NL1=4.3×108，NL2 =3.5×108 （7）彎曲壽命系數(shù)YN 查圖10-4，得YN1=0.92，YN2=0.94 （8）尺寸系數(shù)Yx=1.0 （9）綜上可得許用彎曲應(yīng)力 [σF1]= σFlim1 YN1Yx/SFmin=854×0.92×1.0×1.25=628MPa （4-47） [σF2]= σFlim2 YN2Yx/SFmin=711×0.94×1.0×1.25=535MPa 驗(yàn)算 SF1=，安全。 SF2= SF1，安全。 4.8彈簧的設(shè)計(jì) 彈簧是裝在攪拌軸上面，而且彈簧在一般載荷下工作，所以選用碳素彈簧鋼絲SL型。 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16-6得，彈簧絲直徑d=1mm，彈簧中徑D=12mm，有效圈數(shù)n=7.5，自由高度H0=15mm。 第五章 設(shè)計(jì)小結(jié) 在本設(shè)計(jì)剛開始，發(fā)現(xiàn)很難于入手，發(fā)現(xiàn)到處是難題，這也不懂那也不懂，在加上專業(yè)知識學(xué)過去了很久，很多都已經(jīng)忘記的差不多了。心有些辛酸和無奈，時間一天一天的過去了，我還沒能想出什么來，但設(shè)計(jì)還是得做的。于是慢慢的通過查閱好多的資料和在老師的指導(dǎo)下，開始有了點(diǎn)思路。最后打算從行星齒輪這一創(chuàng)新點(diǎn)入手。于是我通過網(wǎng)上跟圖書館進(jìn)行資料的查閱。最后得出了整個攪拌機(jī)的組成部分。接下來就是對這些組成部門進(jìn)行設(shè)計(jì)以及改進(jìn)。本以為這樣就差不多快把畢業(yè)設(shè)計(jì)做完了，后來著手逐個設(shè)計(jì)研究時才發(fā)現(xiàn)，問題并不是我想象的那么簡單。里面的傳動部件不是自己想怎么設(shè)計(jì)就怎么設(shè)計(jì)，很多都是不合理的。例如剛開始我是把電動機(jī)豎起來放在左上角的，后面發(fā)現(xiàn)這樣設(shè)計(jì)不僅使得整個機(jī)子的重心偏向前面，使得機(jī)子不穩(wěn)定，工作過程會有很大的晃動。后面經(jīng)過導(dǎo)師的指導(dǎo)以及自己的研究，最后電動機(jī)是橫著的，并且通過錐齒輪進(jìn)行傳遞。這樣才能做到合理的設(shè)計(jì)。有了這次的經(jīng)驗(yàn)，我懂得了設(shè)計(jì)不能單憑自己的主觀想法，更多的要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生專業(yè)知識深化和系統(tǒng)提高的重要過程，是對學(xué)生實(shí)踐能力、理論聯(lián)系實(shí)際能力各創(chuàng)新精神的綜合訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生探求真理的科學(xué)精神、科學(xué)研究方法各優(yōu)良的思想品質(zhì)等綜合素質(zhì)的重要途徑。是對我們大學(xué)這四年來對知識的綜合概括。通過本次食品攪拌機(jī)的設(shè)計(jì)，加深了我對專業(yè)知識的理解和應(yīng)用，知道對設(shè)計(jì)一個東西的步驟和要點(diǎn)，同時，也彌補(bǔ)了以前的知識漏洞，鞏固了知道的積累。更好的利用所學(xué)的知識解決實(shí)際問題，也為自己在日后的工作中打下了一個基礎(chǔ)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)并不是像課程設(shè)計(jì)那樣的簡單，它需要我們對這四年來所學(xué)的知識進(jìn)行總結(jié)及運(yùn)用。從這一次的設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了不少的知識。比如，如何去選用標(biāo)準(zhǔn)件，軸承，螺釘，電動機(jī)等，如何去對一個零件進(jìn)行校核，如何去選材等等。而且CAD制圖能力有了很大的提高，對其中的各個功能能夠充分掌握并且應(yīng)用。也學(xué)會了解決一些工程技術(shù)問題的方法，對自己有很大的幫助，為我即將走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)，同時開闊了自己的視野，對機(jī)械相關(guān)產(chǎn)品和知識有了更多的了解。 參考文獻(xiàn) [1] 孔凡國，鄒慧君，工業(yè)用和面機(jī)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論與方法[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與研究，1995（4）25-27. [2] 食品通用機(jī)械與設(shè)備/唐偉強(qiáng)編.—廣州：華南理工大學(xué)出版社，2010.3:133-34. [3] 機(jī)械設(shè)計(jì)/濮良貴，陳國定，吳立言主編；西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著.——9版.——北京：高等教育出版社，2013.5:226-29. [4] 楊好學(xué).互換性與技術(shù)測量.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2006.2. [5] 王大康.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：機(jī)械設(shè)計(jì)出版社，2003. [6] 行星齒輪傳動設(shè)計(jì)/饒振剛編著.—北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.7. [7] 劉國慶等編.AutoCAD 2004基礎(chǔ)教程[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2003. [8] 新編機(jī)械設(shè)計(jì)手冊/張黎驊，鄭嚴(yán)編.-北京：人民郵電出版社，2008.5. [9] Chin Fu Tsang, Thomas Buscheck, Christine Doughty. Aquifer thermal energy storage: a numerical simulation of Auburn university field experiments. Water resource research, vo1.17,No. 3, June 2000. [10] Sergison, J. Wicks, F. Mulligan, G Becker, M. Yerazunis, S. System Evaluation of Heat Pumps Operated in Both Heating and Air Conditioning Modes;Volume PAS-99, Issue 3, May 2000. 致謝 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我得到了很多老師和同學(xué)的幫助。我特別要感謝的是，我的導(dǎo)師——何金成老師，他每周二都會要求我們過去匯報(bào)本周的進(jìn)展情況，并且把不懂的地方提出來。在我們提出疑問時，他總是孜孜不倦的指導(dǎo)，把其中不足的地方給我們提出來，在我們共同討論后，得出最好的方案并進(jìn)行改正。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)和對學(xué)生無私的關(guān)心與愛護(hù)，大大的提高了我們畢業(yè)設(shè)計(jì)的效率和進(jìn)度，并且增長了我們的學(xué)識。他那嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、一絲不茍的作風(fēng)，一直是我學(xué)習(xí)以及工作中的榜樣。感謝老師的用心指導(dǎo)和督促，使我能順利地完成設(shè)計(jì)任務(wù)，老師您辛苦了。 同時也感謝同組的組員和宿舍的舍友們，在我遇到困惑時，他們總能停下手頭的事情幫助我。給我指導(dǎo)解惑。這段經(jīng)歷讓我深深的感受到我們之間的友情。這段時光我永遠(yuǎn)不會忘記，雖然以后相聚的時光不都，但我永遠(yuǎn)都會記得你們，記得你們的好。 在這里我還要感謝培養(yǎng)我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們! - 32 -