榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【螺旋榨油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】,螺旋榨油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【螺旋榨油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)】,榨油機(jī),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),螺旋,總體,整體 榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要：本設(shè)計(jì)主要是對(duì)螺旋榨油機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中包括壓榨部分，傳動(dòng)部分，機(jī)架部分，出油裝置及進(jìn)料等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。包括對(duì)輸入端電動(dòng)機(jī)功率／轉(zhuǎn)速的選擇。帶及帶輪的選擇及設(shè)計(jì)。變速箱中齒輪的設(shè)計(jì)，軸的設(shè)計(jì)，軸承、鍵、聯(lián)軸器的選擇及相關(guān)的計(jì)算、校核。榨螺榨籠的設(shè)計(jì)等。其中榨螺和榨籠是榨油機(jī)的主要工作部件。本機(jī)適用于榨取大豆、花生等油料作物。 關(guān)鍵詞： 榨油機(jī)；聯(lián)軸器；榨籠；齒輪 The Structure Design of Oil Press Abstract：The present paper mainly is to the spiral oil press overall structural design. to press out the cage part. gear box part and so on the design. Including to input end electric motor power/rotational speed choice. belt choice and band pulley design. gear box intermediate gear design, axis design, bearing, key, shaft coupling choice and correlation computation. examination, presses out the spiral to press out the cage the design and so on. in which to press out the spiral and to press out the cage is the screwy oil press main operating principle.This machine is suitable for the extraction of soybean, peanut and other oil crops. Key words: The oil press; Shaft coupling; Press out the cage; Gear wheel 1 前言 1.1 選題的背景、目的及意義 隨著我國(guó)人民生活水平不斷提高，尤其是人民收入的增加，對(duì)食品的需求逐漸走向多樣化、多層次化，為食品工業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的市場(chǎng)。作為提供食品工業(yè)裝備的行業(yè)，食品機(jī)械和包裝機(jī)械行業(yè)將提供多品種、高質(zhì)量的產(chǎn)品以滿足食品工業(yè)發(fā)展的需求。 我國(guó)農(nóng)村市場(chǎng)是大市場(chǎng)。1997年底，我國(guó)植物油加工企業(yè)有4957個(gè)，年產(chǎn)植物油894萬(wàn)噸。1998年經(jīng)過(guò)調(diào)整，植物油加工企業(yè)為1513家，年產(chǎn)植物油602萬(wàn)噸。目前世界人均年食用油為14kg，我國(guó)人均年食用油約為7.4kg，只有世界人平均量的二分之一。預(yù)計(jì)到2010年，我國(guó)人均年食用油可達(dá)10kg。隨著人民生活水平的提高，食用油脂消費(fèi)向精煉油、色 拉油、高級(jí)烹調(diào)油、調(diào)和油及營(yíng)養(yǎng)保健油方向發(fā)展。目前適應(yīng)于廣大農(nóng)村的油料加工機(jī)械可分為動(dòng)力旋轉(zhuǎn)榨油機(jī)和液壓榨油機(jī)兩大類，共十幾個(gè)品種規(guī)格，還有清洗、脫殼、蒸炒、濾油等二十幾個(gè)規(guī)格品種的配套設(shè)備，市場(chǎng)很大。目前城市的大型油廠采用浸出法生產(chǎn)，溶劑浸出工藝發(fā)展迅速，將逐漸取代機(jī)械磨榨，且生產(chǎn)規(guī)模日益大型化、連續(xù)化和自動(dòng)化。 螺旋榨油機(jī)是利用旋轉(zhuǎn)的榨螺軸將料坯在榨膛內(nèi)連續(xù)推進(jìn)，由于榨螺上螺旋導(dǎo)程逐漸縮短或螺紋深度逐漸變淺，榨膛內(nèi)的空間容積（榨膛容積或空余體積）逐漸減小，從而產(chǎn)生壓榨作用，將油從榨籠縫隙中擠出，殘?jiān)鼔赫コ娠灒瑥某隹诙伺懦觥? 螺旋壓榨在食品生產(chǎn)中，由于液壓榨油機(jī)取油生產(chǎn)的間歇性，壓榨周期長(zhǎng)，裝卸料餅麻煩，而且設(shè)備笨重，占地面積大等缺點(diǎn)，限制了它的發(fā)展，因此，有被螺旋榨油機(jī)取代的趨勢(shì)。 1.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況和相關(guān)領(lǐng)域中已有的研究成果 目前，國(guó)外生產(chǎn)螺旋榨油機(jī)的公司很多，并且由于國(guó)外比較早就開(kāi)始研究榨油技 術(shù)，所以國(guó)外的技術(shù)一般都比國(guó)內(nèi)的要先進(jìn)。國(guó)外比較有名的公司有日本SUEHIRO EPM公司，SUEHIRO EPM公司是一家專業(yè)生產(chǎn)榨油機(jī)的公司。1992年，由IsobeS等人開(kāi)發(fā)了一種部分嚙合異向旋轉(zhuǎn)的平行雙螺桿壓榨機(jī)（專利號(hào)：JP2251397），主要用于葵花籽仁等脫皮（殼）油料的冷熱榨，還用于卷心菜和胡蘿卜榨汁、從豆渣、酒糟和屠宰廠下水等高含水物料進(jìn)行固液分離。1994年，法國(guó)CLEXTRAL公司通過(guò)對(duì)CLEXTRAL BC45型實(shí)驗(yàn)擠壓機(jī)的改造,設(shè)計(jì)出了一種帶有濾油筒體的雙螺桿榨油機(jī)。該機(jī)采用同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿結(jié)構(gòu)，預(yù)壓榨段完全嚙合，主壓榨段完全分離。同年,Guyomard利用同類型的榨油機(jī)對(duì)脫皮菜籽仁進(jìn)行壓榨實(shí)驗(yàn)，出油率為75％～80％，但并沒(méi)有對(duì)油的質(zhì)量做進(jìn)一步的檢測(cè)和分析。1999年，Dufaure等人也利用改造的CLEXTRALBCA5型實(shí)驗(yàn)擠壓機(jī)進(jìn)行油料的壓榨實(shí)驗(yàn)，對(duì)影響油脂質(zhì)量的關(guān)鍵因素，如機(jī)筒結(jié)構(gòu)、螺桿分布、喂料速度、螺桿轉(zhuǎn)速、油料成分和壓榨溫度進(jìn)行了深入地研究，并對(duì)餅的質(zhì)量做了檢測(cè)和分析。2002年，Johnston在傳統(tǒng)的雙螺桿榨油機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)明了一種反向旋轉(zhuǎn)的帶中斷螺棱的平行雙螺桿榨油機(jī)，這種榨油機(jī)繼承了傳統(tǒng)單螺桿榨油機(jī)產(chǎn)量大和能耗少以及吸取了雙螺桿榨油機(jī)的正向輸送能力強(qiáng)和能固液分離等優(yōu)點(diǎn),螺桿結(jié)構(gòu)和單螺桿 榨油機(jī)一樣，主要用于含水物料的脫水。總之，國(guó)外對(duì)雙螺桿榨油機(jī)在雙螺桿軸的旋向、雙螺旋軸的布置形式和榨籠內(nèi)孔結(jié)構(gòu)形式等均進(jìn)行了應(yīng)用與研究。 近幾年,國(guó)內(nèi)許多企業(yè)像湖北的東方紅糧食機(jī)械有限公司，武漢新概念農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備制造有限公司等也著力于對(duì)榨油機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)。2003年，武漢良龍機(jī)械制造有限公司的顧強(qiáng)華等人設(shè)計(jì)研發(fā)出一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的SYZ系列雙螺桿榨油機(jī)。該機(jī)雙螺桿采用異向旋轉(zhuǎn)和喂料段完全嚙合而主壓榨段完全分離的雙階布置的結(jié)構(gòu)形式。 其中榨籠上下對(duì)開(kāi)，由條排集合而成，無(wú)外加熱裝置。該機(jī)在壓榨過(guò)程中對(duì)油料的水分、溫度等變化都不是很敏感，所以運(yùn)行穩(wěn)定，具有良好的適應(yīng)性，冷榨熱榨都適宜。另外，榨膛采用雙階結(jié)構(gòu)能夠得到很大的壓縮比和強(qiáng)大的徑向壓力，這樣油料就會(huì)得到更充分更徹底的壓榨。在相同的工藝條件下，該機(jī)的干餅殘油率比單螺桿榨油機(jī)低2%左右，出油率更高。2005年，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所的李文林等人為了解決雙低菜籽脫皮后低溫壓榨制油的難題研制出一種雙螺桿冷榨機(jī)，生產(chǎn)試驗(yàn)得到的冷榨油接近菜籽三級(jí)壓榨油國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，冷榨餅殘油率在15%左右，獲得了較好的冷榨油得率。2007年9月,山西省太原市帥克一?？怂固卣ビ驮O(shè)備有限公司通過(guò)吸收消化烏克蘭?？怂固佤?shù)脿柨蒲猩a(chǎn)企業(yè)的技術(shù)，設(shè)計(jì)研發(fā)出6YIS一75×1200型雙螺桿榨油機(jī)，該機(jī)采用雙螺桿同向旋轉(zhuǎn)和螺旋完全嚙合的結(jié)構(gòu)形式，可一次性熱榨，能省去脫皮、粉碎、軋坯、蒸炒和油脂凈化等工藝過(guò)程，經(jīng)過(guò)一次壓榨和自然沉淀就能獲得優(yōu)質(zhì)綠色食用油，這大大降低了生產(chǎn)周期和勞動(dòng)強(qiáng)度。不過(guò)，這種榨油機(jī)在壓榨過(guò)程中對(duì)油料水分的變化較為敏感。當(dāng)油料的水分含量在7％以下或10％以上時(shí)，電機(jī)功率就要加大，出油率也會(huì)降低。 1.3 方案的確定 目前國(guó)內(nèi)外使用的壓榨機(jī)種類比較多，現(xiàn)就最常用的幾種壓榨機(jī)作比較確定最佳的方案。 （1）離心壓榨機(jī) 離心壓榨機(jī)是利用離心力對(duì)物料進(jìn)行連續(xù)壓榨的機(jī)器，適用于榨取水果和蔬菜汁。離心壓榨機(jī)能連續(xù)、高效地榨取優(yōu)質(zhì)的果汁或蔬菜汁，但它所排出的榨渣中尚有一定數(shù)量的液汁，需用其它壓榨機(jī)進(jìn)一步榨取。 （2）軋輥壓榨機(jī) 軋輥壓榨機(jī)通常有排列成品字形的三個(gè)壓榨輥組成。上部的棍子稱頂輥，在它兩端的軸承上裝有彈簧或液壓缸，以產(chǎn)生必要地壓榨力。前部的軋輥稱進(jìn)料輥，后部的軋輥稱排料輥，進(jìn)料輥與排料輥之間裝有托板。其壓榨范圍不大，操作有些難度，性價(jià)比不太高。 （3）螺旋壓榨機(jī) 螺旋榨油機(jī)是種使用較廣泛的連續(xù)性壓榨機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體型小、出油率高、操作方便等特點(diǎn)。螺旋榨油機(jī)能連續(xù)作業(yè)，勞動(dòng)強(qiáng)度小，出油后的渣餅薄而小，便于綜合利用；但榨膛內(nèi)的主要工作部件易磨損，需經(jīng)常拆換，增加了作業(yè)成本。 通過(guò)上面壓榨機(jī)機(jī)構(gòu)特點(diǎn)的分析，根據(jù)各種壓榨機(jī)的特點(diǎn)，再根據(jù)螺旋壓榨機(jī)不同類型所具有的特點(diǎn)，最后形成本設(shè)計(jì)方案選擇螺旋榨油機(jī)最佳。其結(jié)果如下圖所示 1.進(jìn)料部分 2.齒輪箱部分 3.榨籠部分 4.榨螺部分 5.機(jī)架部分 圖1 螺旋榨油機(jī) 1 Feeding part 2 Gear box 3 Squeezing cage part 4 Screw part 5 Frame part Fig 1 Screw press 1.4 螺旋榨油機(jī)的工作原理 螺旋榨油機(jī)的工作原理概括為：榨油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，預(yù)處理好的料胚從料斗進(jìn)入榨膛，榨膛由榨條和榨圈組成。料胚由榨螺的螺旋逐漸推進(jìn)受到二次壓榨，壓榨力的來(lái)源是：料胚由1-2節(jié)榨螺向前推進(jìn)到3節(jié)榨螺，由于3節(jié)榨螺根徑逐漸增大（即牙形高度逐漸減小）螺紋逐漸加寬，從而榨螺與榨圈間的容積逐漸減小，進(jìn)而將料胚推進(jìn)到4節(jié)榨螺與5節(jié)榨螺處，榨膛容積增大，料胚被松散后繼續(xù)向前推進(jìn)。通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)餅頭與出餅圈之間的間隙，控制出餅厚度，由于榨膛的特殊結(jié)構(gòu)，料胚在榨膛產(chǎn)生復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)和很大的摩擦力，致使油料的纖維的膠體遭受破壞，在巨大的壓力下，油就從榨條縫隙和榨圈的出油槽中擠出來(lái)。 2. 螺旋榨油機(jī)相應(yīng)參數(shù)的確定 2.1 榨膛容積比ε ε＝ＶＪ／Ｖch （1） 查表 坯實(shí)際壓縮比εP=2.39 ; 實(shí)際壓縮比εn=3.25 本次設(shè)計(jì)的螺旋榨油機(jī)對(duì)象是大豆，其總壓縮比ε＝7.5～14 ,取ε＝7.5 2.2 進(jìn)料端榨膛容積Vj的計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)能力等參數(shù)，可按下式計(jì)算： Vj=QBm/60KfKnrmn (2) 將數(shù)據(jù)代入公式（2）得： Vj=(100kg/h×0.9×1000)/(60×0.6×0.7×0.7×60r/min)=85.034cm3 因此　VJ=85.034 ㎝3; 出坯率?。耺=0.9 ; 料坯充滿系數(shù)　Kf=0.6 ; 系 數(shù)　Ke=0.7　; 入榨料坯容重　rm=0.7㎏/㎝3 ; 出口端榨膛容積Vch ,由公式（1）ε＝VJ/Vch 推出 Vch= VJ/ε=11.338 cm3 2.3 功率消耗 理論公式　　 Nr=(q·n·Rp)/6000 (kw) （3） 對(duì)于中小型機(jī)器　Ｎr=5～7 kw ;　 取 Ｎr=6　kw 2.4　榨膛壓力 　P=(2471·?·εn5.5)/e0.022w (kPa) （4） 將數(shù)據(jù)代入公式(4)得： P=(2471×0.00085×3.255.5)/e0. 022×3.5﹪=1372.94 kPa 2.5 榨膛壓縮比曲線 本設(shè)計(jì)的螺旋榨油機(jī)，是二級(jí)壓榨型，其曲線如圖： 3 4 5 6 7 8 圖2 榨膛壓縮比曲線 Fig 2 The squeezing chamber compression ratio curve Figu Figure 2-1 of exploding compression ratio curve re 2-1 of exploding compression ratio curve Figure 2-1 of exploding compression ratio curve Figure 2-1 of exploding compression ratio curve 75 60 45 30 15 2.6 榨螺軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 榨螺軸是螺旋榨油機(jī)的主要工作部件之一，榨螺軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、轉(zhuǎn)速、材質(zhì)的選擇對(duì)形成榨膛壓力、油與餅的質(zhì)量，生產(chǎn)率和生產(chǎn)成本有很大關(guān)系。 在設(shè)計(jì)中，采用套裝式變導(dǎo)程二級(jí)壓榨型榨螺軸，如圖（2），它將榨螺分成若干段，套裝在芯軸上用螺母壓緊，連續(xù)型榨螺軸的相鄰榨螺緊接，沒(méi)有距圈，結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，榨膛壓力較大，回料少，但齒型復(fù)雜，加工須配置專用機(jī)床，適用于較小型榨油機(jī) 圖 3 榨螺軸 Fig 3 Screw axis 2.6.1 連續(xù)型榨螺軸尺寸如下表所示： 表1 榨螺軸尺寸表 Table 1 Screw shaft size table 榨螺號(hào) 1 2 3 4 5 6 7 節(jié)長(zhǎng) 120 110 80 30 45 45 45 導(dǎo)程 42 42 36 —— 31.5 31.5 —— 螺旋外徑 70 70 70 70 70 70 70 螺旋內(nèi)徑 50 50 50/67 69.2/67 59/64.3 64.3/69.6 69.6/76.6 齒頂寬/齒根寬 6/16 6/16 6/16 —— 8/9.9 11.7/13.6 —— 2.6.2 榨螺齒形 錐形根圓榨螺　　 榨螺齒形尺寸α＝0～30°; β=15～45°,最大為β＝90°;γ<10°; 榨螺最小壁厚δ=(D0-d)/2=6～20 mm,取δ＝6 mm . 圖 4 3號(hào)榨螺 Fig 4 3 Screw 2.6.3 榨螺材料 榨螺用15或20號(hào)低碳鋼經(jīng)氣體滲碳（滲碳層厚度為1.5～2mm）,淬火、回火處理后，表面硬度為HRC58～62 。 3 螺旋榨油機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1電動(dòng)機(jī)的選取 本次設(shè)計(jì)適于大豆、花生等多種油料作物，對(duì)象是中、小型油廠，因此選取的電機(jī)功率不高。 電機(jī)型號(hào) Y160L-8 額定功率 7.5kw 同步轉(zhuǎn)速n=750r/min 額定轉(zhuǎn)速n0 =720r/min 質(zhì)量m=145kg 3.2 總傳動(dòng)比分配 考慮到本設(shè)計(jì)傳動(dòng)路線有兩條，其一：一軸到二軸再到三軸傳動(dòng)：其二：一軸到四軸再到立軸。綜合齒輪帶輪常用傳動(dòng)比的取值范圍并考慮到本設(shè)計(jì)的要求，取總傳動(dòng)比i=6.8第一條路線傳動(dòng)比分配i=i1 i2 =2.25x3.02=6.8;第二條路線傳動(dòng)比分配i= ia i2 =3x2.26=6.8 3.3各軸傳遞的功率 取齒輪傳動(dòng)效率η齒 =0.96，皮帶輪傳遞效率η皮 =0.97 傳遞路線一： （1）各軸的轉(zhuǎn)速 I軸： n1 = n0 =720r/min Ⅱ軸： n2 =n1/ i1 =720/2.25=320r/min Ⅲ軸： n3 = n2/ i2 =320/3.02=106r/min （2）各軸的傳動(dòng)的功率 I軸： p1 =pe =7.5kw Ⅱ軸： p2 = p1 η齒 =7.2kw Ⅲ軸： p3 = p2 η齒 =6.91kw （3）各軸的轉(zhuǎn)矩 I軸： T1 =95.5×105P1/n1 =95.5×105×7.5/720=9.945×104 N·mm Ⅱ軸： T2 =95.5×105P2/n2=2.148×105 N·mm Ⅲ軸： T3 =95.5×105P3//n3=6.226×105 N·mm 傳遞路線二： （1）各軸的轉(zhuǎn)速 Ⅳ軸： n4 = n1/ ia =240r/min 立軸： n5 = n4/ ib =106r/min （2）各軸的傳動(dòng)的功率 Ⅳ軸：p4 = p1 η皮 =7.275kw 立軸：p5 = p4 η齒 =6.984kw （3）各軸的轉(zhuǎn)矩 Ⅳ軸：T4 =95.5×105P4/n4 =2.895x105 N·mm 立軸：T5 =95.5×105P5/n5 =6.292×105 N·mm 3.4Ⅰ軸和Ⅱ軸嚙合齒輪的計(jì)算 3.4.1 齒輪的選用 選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，７級(jí)精度。 輸入功率P1=7.5 kw ； 小齒輪轉(zhuǎn)速n1=720r/min; 齒數(shù)比u=i1=2.25 條件：帶式輸送機(jī)，工作平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。 1、材料選擇　 Ⅰ軸上的小齒輪材料為45#，硬度為217～255HBS,取硬度為240HBS，嚙合的中齒輪材料為QT500-5(調(diào)質(zhì))，硬度（147～241）HBS,硬度取為200HBS 。 2、齒輪齒數(shù)的選擇 小齒輪的齒數(shù)Z1=13,中齒輪的齒數(shù)為Z2=i×Z1=29.25　，取Z２=30 3、按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) ⑴. 確定公式 d1t≥2.32 （5） 公式（5）內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ①. 試選載荷系數(shù)：K1=1.3 ②. 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距： T1 =95.5×105P1/n1 =95.5×105×7/418.6 =9.945×104 N·mm ③. 齒寬系數(shù)φd=1 ④. 由表查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=181.4 Mpa1/2 ⑤. 由圖冊(cè)按齒面硬度查得： 小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：σHlim1= 650 MPa 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限：σHlim2= 550 Mpa ⑥. 由公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N1 = 60 n1jLh = 60×720×1×( 2×8×300×10) = 2.07×109 N2 =0.92×109 ⑦. 接觸疲勞系數(shù) KHN1=0.9 ，KHN2=0.87 ⑧. 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為 1%， 安全系數(shù)為 S=1， [σH]1 =KHN1·σHlim1/s =0.9×650 = 585 Mpa [σH]2 =0.87×550 = 478.5 Mpa ⑵. 計(jì)算 ①. 試算小齒輪分度圓直徑 d1t , 代入[σH]中較小的值 d1t≥2.32 （6） 經(jīng)計(jì)算得 d1t=67.499 mm ②. 計(jì)算圓周速度 V =πd1tn1/(60×1000) = 3.14×67.499×720/(60×1000) =2.543m/s ③.計(jì)算尺寬 b = φd·d1t = 1×67.499 = 67.499 mm ④. 齒寬與齒高之比 b/h 模數(shù)： mt= d1t/z1 = 67.499/13 = 5.192 mm 齒高： h=2.25 mt =2.25×5.192 =11.683 mm b/h = 5.778 ⑤. 載荷系數(shù) 根據(jù)v=2.543 m/s , 7級(jí)精度， 由圖冊(cè)查得動(dòng)載系數(shù) KV =1.08. 直齒輪，假設(shè) KAFt / b < 100 N/mm , 由表查得：KHα=KFα=1.2 ; 由表查得：使用系數(shù)KA=1 ; 由表查得：7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承，非對(duì)稱布置時(shí) KHβ =1.12+0.18(1+0.6φd2) φd2 + 0.23×10-3b =1.12+0.18(1+0.6×12)×12+0.23×10-3×67.499=1.424 由b/h=5.778, KHβ=1.424 查得 KFβ=1.52 ; 故載荷系數(shù)為: K=KAKVKHαKHβ =1×1.08×1.2×1.424 =1.845 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式（7） d1 = d1t = 67.499× （7） 得 d1 = 75.85 mm ⑥. 計(jì)算模數(shù) m= d1/z1 =75.85/13 =5.835 mm 4、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) m≥ （8） ⑴. 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 ①. 由圖冊(cè)查小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE1=560 Mpa ; 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限σFE2=440 Mpa. ②. 由圖冊(cè)查得彎曲疲勞壽命系數(shù)： KFN1=0.85 , KFN2 =0.88 ③. 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4 [σF]1= Mpa [σF]2= Mpa ④. 計(jì)算載荷系數(shù) K=KAKVKFαKFβ=1×1.08×1.2×1.52=1.97 ⑤. 查取齒形系數(shù) YFa1=3.13 YFa2=2.52 ⑥. 應(yīng)力校正系數(shù)： YSa1=1.48 YSa2=1.625 ⑦. 計(jì)算大小齒輪的并加以比較： 1==0.01362 2==0.01480 大齒輪的數(shù)值大。 ⑵. 設(shè)計(jì)計(jì)算 由公式（8）得： m≥=3.09 mm 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，取按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)的，m=3.09 mm,就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=3 , 按接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算分度圓直徑 d1=75.85 mm ,從而計(jì)算出 小齒輪齒數(shù) z1=d1/m=75.85/3=25.28=26 大齒輪齒數(shù) z2=uz1=2.25×26=58.5 ,取 z2=59 5、幾何尺寸計(jì)算 ①. 計(jì)算分度圓直徑 d1=z1m=26×3=78 mm d2=z2m=59×3=177 mm ②. 計(jì)算中心距 a=(d1+d2)/2=127.5 mm ③. 齒輪寬度 b=φdd1=1×78=78 mm 取 B2=80 mm , B1=85 mm 6、驗(yàn)算 Ft=2T1/d1=2×9.945×104/78=2550N KAFt/b=1×2550/78=32.6N/mm <100 N/mm. 所以，該齒輪設(shè)計(jì)符合要求。 3.4.2 確定小齒輪的齒形參數(shù) 標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪幾何尺寸： 分度圓直徑d : d1=mz1=3×26=78 mm d2=mz2=3×59=177 mm 齒頂高h(yuǎn)a ha=ha*m=1×3=3 mm 齒根高 hf=(ha*+c*)m=(1+0.25)×3=3.75 mm 齒全高 h=ha+hf =(2ha*+c*)m=3+3.75=6.75 mm 齒頂圓直徑 da1=d1+2ha=(z1+2ha*)m=78+2×3=84 mm da2=d2±2ha=(z2±2ha*)m=177±2×3=183 mm 齒根圓直徑 df1 =d1－2hf=(z1－2ha*－2c*)m =(26－2×1－2×0.25)×3=70.5 mm df2=d2±2hf=(z2±2ha*±c*)m=169.5 mm 基圓直徑 db1=d1Cosα=78×Cos20o=73.296 mm db2=d2Cosα=177×Cos20o=166.326mm 齒距p=πm=3π=9.42 mm 齒厚s=πm/2=3π/2=4.7 mm 齒槽寬e=πm/2=4.7 mm 中心距a=(d2±d1)/2=m(z2±z1)/2=127.5 mm 頂隙 c=c*m=3×0.25=0.75 3.5 軸的計(jì)算校核 3.5.1 選材及表面預(yù)處理 1.材料: 軸主要用碳鋼,本設(shè)計(jì)從經(jīng)濟(jì)實(shí)用角度選用45#鋼. 2.熱處理: 高頻淬火,表面強(qiáng)化處理噴丸,提高軸的抗疲勞強(qiáng)度,45#鋼熱處理調(diào)質(zhì) .軸表面淬火處理: 淬硬層深度耐磨. 3.工作條件: 載荷不大,深度 0.5~1.5 mm. 3.5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖5 高速軸（I軸） Fig 5 High speed axis (I axis) 1.軸肩高度 a=(0.07~0.1)d (d為軸的直徑,軸環(huán)寬度b=1.4a) 按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算 τT=T/wT=9.55×106p/( 0.2nd3 )≤[τT] （9） 其中 [τT] 為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力,單位是 Mpa. 軸45#鋼 [τT]=25~45 Mpa A0=126~103 mm3 2.軸的直徑 d≥= （10） 式中取A0=105 mm3 軸傳遞的功率 p=4 kw, 軸的轉(zhuǎn)速 n=720r/min ∴d≥=22.28 mm 對(duì)于直徑d≤100 mm的軸,有一個(gè)鍵槽時(shí),軸徑增大5%~7%,為將軸徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑, d= mm, L=60 mm 。 下面為軸的校核計(jì)算, 圖6 軸的強(qiáng)度校核 Fig 6 Check the strength of shaft 總彎矩 M==474 N .m 校核軸的強(qiáng)度,按第三強(qiáng)度理論計(jì)算應(yīng)力 （11） 對(duì)于直徑為d的圓軸,彎曲應(yīng)力σ=M/w, 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 τ=T/wT=T/2w （12） 其中,w (mm3) 為軸的抗彎截面系數(shù), W= 式中 b=6,t=4,d=28 mm 則軸的彎矩合成強(qiáng)度條件為: /1842.89=50 Mpa [σ-1]對(duì)稱循環(huán)應(yīng)變力時(shí)，軸的許用彎曲應(yīng)力經(jīng)查表得 [σ-1]=60 Mpa ∴σca<[σ-1] 符合強(qiáng)度要求. 軸所受的載荷是從軸上零件傳來(lái)的。計(jì)算時(shí)，常將軸上的分布載荷簡(jiǎn)化為集中力，其作用點(diǎn)取為載荷分布段的中點(diǎn)，作用在軸上的扭矩，一般從傳動(dòng)件輪轂寬度的中點(diǎn)算起。通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的梁，支反力的作用點(diǎn)與軸承的類型和布置方式有關(guān)。 3.6 皮帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 小帶輪的基準(zhǔn)直徑 d1=71 mm， 大帶輪的基準(zhǔn)直徑 d2=315 mm， 平帶傳動(dòng)　在傳動(dòng)中心距較大的情況下平帶的材質(zhì)選用帆布芯平帶。 帶輪帶寬b=50 mm， 帶輪寬 B=63 mm， i=n1/n4 =3， 初定中心距 a0 1.5(d1+d2)< a0<5(d1+d2)， 則579< a0<1930 ,取a0=860mm， 相應(yīng)的帶長(zhǎng)， Ld0=2a0+(d1+d2)+=2350.83 根據(jù)Ld0 由表選取Ld=2500mm， 實(shí)際中心距 aao+=936mm; 小帶輪的包角 =180°-=159.416>150° 3.7 鍵的計(jì)算校核 3.7.1 鍵的校核計(jì)算 鍵的截面尺寸b×h由軸的直徑d由標(biāo)準(zhǔn)中選定。 I軸 ：根據(jù)d=22mm查表得鍵的截面尺寸為：寬帶b=6mm,高度h=6mm。由輪轂寬度并參考鍵的長(zhǎng)度系列，取鍵長(zhǎng)L=56mm. 假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為 σp=2T×103/(kld) ≤[σp ] （13） T 傳遞的轉(zhuǎn)矩為 T=9.126×104 N· mm K 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h=0.5×6=3 mm L 鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵l=L-b=56-6=50mm d 軸的直徑 d=22 mm [σp] 許用擠壓應(yīng)力 查表取 [σp ] =100～120 Mpa, 取 [σp]=110 Mpa 將數(shù)值代入公式 σp=2×9.126×10×103/(3×56×22)=55.309Mpa≤[σp]=110 Mpa 符合標(biāo)準(zhǔn)。 故，鍵的標(biāo)記為： 鍵6×6 . 3.7.2 鍵的選擇 （1）Ⅰ軸上的鍵 軸徑 d=22 mm , b×h=6×6 , 鍵長(zhǎng) L=56 mm ; （2）Ⅱ軸上的鍵 軸徑 d=28 mm , b×h=8×7 , 鍵長(zhǎng) L=140 mm ; （3）芯軸上的鍵Ⅰ, 軸徑 d=35 mm , b×h=10×8 , 鍵長(zhǎng) L=180 mm ;. （4）芯軸上的鍵Ⅱ, 軸徑 d=35 mm , b×h=10×8 , 鍵長(zhǎng) L=450 mm . 3.8 軸承的設(shè)計(jì) 3.8.1 軸承壽命 Lh=106/(60n)(c/p)ε （14） 對(duì)于滾子軸承，ε=10/3,我們計(jì)算I軸的滾動(dòng)軸承為圓錐滾子軸承32905。 已知： n=418.6 r/min ,預(yù)期計(jì)算壽命Lh＇=5000h. 由公式得出，C 求比值 Fa/Fr=1284.3/2966=0.43Lh′ （17） 故所選軸承為圓錐滾子軸承32905 ,滿足壽命要求 。 4 螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4.1 榨螺軸的設(shè)計(jì) 榨螺軸是由芯軸，榨軸，出渣梢頭，銷緊螺母，調(diào)整螺栓，軸承等構(gòu)成。裝配榨軸時(shí)，榨螺與榨螺之間必須壓緊，防止榨螺之間出現(xiàn)塞餅現(xiàn)象，必須擰緊銷緊螺母，餅的厚度用旋轉(zhuǎn)的調(diào)整螺栓來(lái)控制。6個(gè)榨螺型號(hào)不同，材料為20# . 4.2 榨籠的構(gòu)造 榨籠是由上下榨籠內(nèi)裝有條排圈，條排，元排所構(gòu)成。條排24件，元排17件，還有壓緊螺母內(nèi)裝有出餅圈，榨膛的兩端分別于齒輪箱和機(jī)架相連接。 4.3 齒輪箱的構(gòu)造及入料器的構(gòu)造 齒輪箱是由齒箱蓋，齒箱體，圓柱齒輪，傳動(dòng)軸，軸承，皮帶輪等構(gòu)成，可從頂部油塞孔加機(jī)油，從油標(biāo)處看加油高度。 入料器的組成主要有立軸，錐齒輪，軸承支座，固定板，錐斗等，使用自動(dòng)進(jìn)料器可以節(jié)省勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。 4.4 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖7 帶輪示意圖 Fig 7 Schematic diagram of belt wheel 大三角帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 基準(zhǔn)直徑 dd=330mm , 帶輪寬B=(Z-1)e+2f=30.3 mm, 槽間距e=120.3 ，取e=12.3 mm . 第一對(duì)稱面至端面的距離 f=81 ,取f=9.15 mm , 基準(zhǔn)線上槽深 ha=2.0 mm , 外徑 da=dd+2ha=334 mm , 最小輪緣厚 =5.5 mm ,取=10 mm . 基準(zhǔn)下槽深 hf=9.0 mm , 輪槽角φ=38° . 基準(zhǔn)寬度 bd=8.5 mm . d1=(1.8～2)d=44 mm , d2=da-2(ha+hf+)=292 mm , h1=290=38.77 mm , h2=0.8h1=31.01 mm , b1=0.4h1=15.508 mm , b2=0.8b1=12.4064 mm , f1=0.2h1=7.754 mm , f2=0.2h2=6.202 mm , L=(1.5～2)d=30.3 mm . 4.5 調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 調(diào)節(jié)裝置的主要目的是調(diào)節(jié)出渣的粗細(xì)，相應(yīng)的改變榨膛的壓力機(jī)構(gòu)，為抵餅圈整軸移動(dòng)或出餅圈同芯軸一起做軸向移動(dòng)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，機(jī)架的受力能在運(yùn)轉(zhuǎn)中調(diào)節(jié)，但芯軸的軸2頭易損壞。由于采用整軸移動(dòng)或夾餅圈，因此螺栓連接松脫現(xiàn)象比較嚴(yán)重，此裝置平穩(wěn)，低速重載的靜載荷，因此采用對(duì)頂螺母，兩螺母對(duì)頂擰緊后，使旋合螺紋間始終受到附加的壓力和摩擦力的作用，工作載荷有變動(dòng)時(shí)該摩擦力仍然存在。 4.6 滾動(dòng)軸承的選擇 4.6.1 Ⅲ軸上的軸承的選擇 Ⅲ軸上的大齒輪 B=95 mm ,B200 , d=35 mm ,內(nèi)徑 D=35 mm ,D1=1.8D=63 , 輪轂厚t ,t==14 mm ,L=(1.2～1.5)D=52.5 mm , =(2.5～4)mn=108 , H1=0.8D=28 ,H2=0.8H1=22.4 ,C=H1/5=5.8 ,但要求 C10 ,取 C=10 ,S=H1/6 ,取 S=10 ； 選用芯軸上的軸承時(shí)，依據(jù)D1來(lái)選，D1=63 mm ,選調(diào)心滾子軸承，型號(hào)為22212 ,尺寸如下： d=60 mm ,D=110 mm , B=28 mm , Cr=81.8 KN ,COr=122 , 脂潤(rùn)滑 n=3200 r/min , 重量 W=1.22 kg . d2=75.7 mm ,D2=93.5 mm ,rmin=1.5 , 安裝尺寸 damin=69 mm ,Damax=101 mm ,ramax=1.5 ; 計(jì)算系數(shù) e=0.28 ,Y1=2.4 ,Y2=3.6 ,YO=2.4 . 4.6.2 Ⅰ軸和Ⅱ軸的軸承 選用相同型號(hào)的軸承，圓錐滾子軸承，型號(hào)為32905 ; 軸徑 d=25 mm , 基本尺寸 d=25 mm ,D=42 mm , T=12 mm , B=12 mm , C=9 ,COr=21 ,Cr=16 , W=0.064 kg ; 計(jì)算系數(shù) e=0.32 ,Y=1.9 ,YO=1 , 其他尺寸 a=8.7 ,rmin=0.3 ,r1min=0.3 ,ramax=rbmax=0.3 , =10°～18°,取=15 4.7 榨螺軸與齒輪軸的聯(lián)接設(shè)計(jì) 為了拆裝方便，本設(shè)計(jì)齒輪箱與榨籠采用法蘭盤連接。而榨螺軸與齒輪軸采用凸緣連軸器聯(lián)接，它是一種剛性聯(lián)軸器，其所要求聯(lián)接的兩軸必須嚴(yán)格對(duì)中，因此對(duì)機(jī)器安裝精度要求較高，否則會(huì)在軸中引起很大的附加應(yīng)力。 本設(shè)計(jì)利用絞制孔用螺栓聯(lián)接來(lái)實(shí)現(xiàn)兩軸的隊(duì)中，靠螺栓桿部承受剪切和擠壓來(lái)傳遞轉(zhuǎn)距。安裝時(shí)不用移動(dòng)軸，但絞孔加工較麻煩。 4.8 本章小結(jié) 本章主要為螺旋榨油機(jī)的總體設(shè)計(jì)，和標(biāo)準(zhǔn)件的選擇。標(biāo)準(zhǔn)件的選用使得榨油機(jī)的易損零件更換起來(lái)更加容易和方便。 5 螺旋榨油機(jī)操作過(guò)程中出現(xiàn)的故障及排除 一般常見(jiàn)故障及排除 （1）榨油機(jī)榨油過(guò)程中，出現(xiàn)一般卡死現(xiàn)象時(shí)，可采用反搬三角帶方法排除。如果反搬三角帶輪也無(wú)濟(jì)于事，那就扭下機(jī)架底角螺栓、松動(dòng)下榨籠，拆下上榨籠，再送動(dòng)壓緊螺栓，依次松動(dòng)圓排。并能清出餅結(jié)塊，一直到能拉出榨軸為止，這一過(guò)程必須趁榨膛沒(méi)有降溫的情況下完成。 （2）突然停車，螺旋軸卡死現(xiàn)象。①壓榨初期，榨膛未磨熱即大量投料引起，可用熱的油料籽（也可用加熱水的干餅）緩緩進(jìn)料，反復(fù)磨機(jī)，使溫度升高。②壓榨過(guò)程中，榨膛斷料，然后又大量投料，造成排料不暢，榨膛被油料堵塞引起。因此，加料時(shí)應(yīng)連續(xù)均勻，餅不能太薄。一旦發(fā)生故障，應(yīng)立即關(guān)閉電源，將進(jìn)料調(diào)節(jié)板插死，停止進(jìn)料，并將排料板打開(kāi)，倒開(kāi)螺旋軸，使之退出。然后清除膛內(nèi)油料，重新壓榨。③油料未清選，有石子、金屬等硬異物進(jìn)入榨膛引起。 （3）新榨油機(jī)或者是新?lián)Q榨軸時(shí)，往往有不走料現(xiàn)象，有時(shí)不出餅或者是少量出餅，此時(shí)只要投入少量的殘餅渣，慢慢投料，并調(diào)整出餅厚度即可。 （4）不出油或出油率過(guò)低?①原料不濕或太干，受潮發(fā)霉，籽料不飽，雜質(zhì)過(guò)多引起。須重新清選油料，并高速好油料水分。②排油縫被油渣堵塞或榨條裝配得太緊引起。應(yīng)根據(jù)含油量高低，調(diào)整榨條的松緊度。③開(kāi)榨初期，榨膛溫度低，出餅太薄或太厚、零件磨損等都會(huì)引起不出油或出油率過(guò)低。④壓榨過(guò)程中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)油析不出來(lái)的現(xiàn)象，有時(shí)不出餅或者是少量出餅，此時(shí)只要投入少量的殘餅渣，情況就會(huì)好轉(zhuǎn)。⑤挺了一班后再榨油，機(jī)膛內(nèi)油排不出來(lái)。此時(shí)可能是圓排的油槽被枯餅堵死，應(yīng)拆開(kāi)上榨籠，取出圓排，在熱水中浸泡十余分鐘，用鋼絲刷將油槽洗凈。 （5） 當(dāng)壓榨含油量高或是粘度較大的油料時(shí)，應(yīng)拆出排骨圈，重新裝配條排。增大其間隙來(lái)解決排油問(wèn)題。 （6） 易損件，如榨軸、出餅圈、導(dǎo)餅環(huán)、圓排等，當(dāng)作業(yè)一個(gè)時(shí)期后，磨損過(guò)于嚴(yán)重就不能再用了，應(yīng)及時(shí)更換。 （7）跑渣過(guò)多?榨油過(guò)程中，榨條間少量跑渣是正常現(xiàn)象。若跑渣過(guò)多，可能有如下原因：①個(gè)別榨條彎曲或間隙過(guò)大。此時(shí)，可卸下榨條，用紗布或油石將甲型榨條三凸方打磨，調(diào)直榨條重裝，必要時(shí)墊些薄鐵皮，使間隙保持在0.05—0.08毫米范圍內(nèi)。②油料塑性不好，出餅困難，使機(jī)膛壓力增加。此時(shí)，應(yīng)將油料適量拌水，并進(jìn)行磨機(jī)，提高機(jī)溫以提高油料塑性。③如果出餅太薄。應(yīng)按說(shuō)明書要求適當(dāng)加大出餅厚度。 （8）出餅不順?原因之一是餅的厚薄不適宜，應(yīng)調(diào)整出餅厚度；之二是由于有干餅或石子、鐵塊等硬異物進(jìn)入機(jī)膛，應(yīng)立即停機(jī)，抽出榨螺，檢查并清除餅圈和機(jī)膛內(nèi)的干餅、雜物。并根據(jù)出餅圈磨損情況，修理或更換新配件。 （9）回油?可能是因油縫堵塞或油縫太小表面不光引起。前者應(yīng)拆除榨條進(jìn)行清洗，后者應(yīng)調(diào)整榨條間隙，用油石磨光油縫。 （10） 不進(jìn)料?①油料的水分過(guò)多，應(yīng)進(jìn)行日曬或炒干。②榨螺表面不光，應(yīng)用砂布打磨榨螺軸或用干渣磨光。③榨條磨損，榨條多邊形被破壞，可翻轉(zhuǎn)使用或損榨條。 （11） 燒膛?原因?yàn)橛土纤制?，榨螺轉(zhuǎn)速偏高，機(jī)溫過(guò)高等引起，應(yīng)提高油料水分含量，改換皮帶輪，降低轉(zhuǎn)速，控制機(jī)體溫度。? 6 結(jié)論 1．在設(shè)計(jì)螺旋榨油機(jī)的過(guò)程中，設(shè)計(jì)的對(duì)象主要是大豆等油料作物，適用于中小油廠，因此所需要得零件的精度要求不高，但榨螺軸的成本比較高，為了提高榨油機(jī)的工作壽命，要求配合精度高一些。 2．設(shè)計(jì)采用二級(jí)減速器，這樣提高了出油效率。在進(jìn)料斗和機(jī)架的設(shè)計(jì)中，通過(guò)觀察成品機(jī)械，在不改變性能的情況下，盡量是機(jī)器靈便，占地面積小。在壓榨過(guò)程中，采用套裝式變導(dǎo)程二級(jí)壓榨，這比傳統(tǒng)的榨油機(jī)在性能上有了很大的改進(jìn)。 3. 本機(jī)械設(shè)計(jì)思想是連續(xù)型，因此出渣不能成餅狀，為了降低成本，設(shè)有設(shè)計(jì)接渣斗，如果為節(jié)省費(fèi)用，用編織袋代替亦能滿足要求。 4．出油口的設(shè)計(jì)，由于出油的位置是在壓力最大的地方，如果設(shè)計(jì)出油孔太大，渣亦會(huì)進(jìn)入油內(nèi)，影響油的質(zhì)量。 參考文獻(xiàn) [1]胡繼強(qiáng).食品機(jī)械與設(shè)備[M].中國(guó)輕工業(yè)出版社.1998:40-45 [2]吳宗澤,羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].高等教育出版社.2006：30-34 [3]IsobeS.平行雙螺桿榨油機(jī)[P].中國(guó)專利：JP2251397.1992. 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