螺旋式斬拌機設計【螺旋式折拌機設計】,螺旋式折拌機設計,螺旋式,斬拌機,設計,折拌機 本 科 畢 業(yè) 設 計 (論 文) 螺旋式斬拌機設計 The Design on Spiral Cutting Machine 學 院： 機械工程學院 專業(yè)班級： 機械設計制造及其自動化 機械062 學生姓名： 學 號： 指導教師： 2010 年6 月 畢業(yè)設計（論文）中文摘要 螺旋式斬拌機設計 摘要：本文論述了肉類加工機械—斬拌機的用途，工作原理，主要技術參數(shù)，傳動系統(tǒng)，典型零件的結構設計等。隨著國民經(jīng)濟的提高和人民生活水平的提高，人們對食品的要求也隨之提高，不僅僅是要求吃飽，而且要求吃得有營養(yǎng)。根據(jù)大家的要求，現(xiàn)在的食品已經(jīng)朝著營養(yǎng)、綠色、方便等功能食品主流發(fā)展，而螺旋式斬拌機即是這些食品加工的設備之一。螺旋式斬拌機是應用于食品加工中用于將去皮、去骨的肉塊斬成肉糜，并將同時滲入的調味品及其它配料一起斬拌的機械設備。螺旋式斬拌機的出現(xiàn)不僅減少了勞動力提高了食品加工的效率，更重要的是也保證了食品的衛(wèi)生和營養(yǎng)。該課題來源于生活，對我們綜合大學所學的課程，理論聯(lián)系實際，進行獨立的設計實踐，培養(yǎng)設計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力具有重要的意義。 關鍵詞：斬拌機；擠肉格板；絞刀；變螺距螺桿 畢業(yè)設計（論文）外文摘要 The Design on Spiral Cutting Machine Abstract：In this paper, it states meat processing machines - meat grinder application, principle, main technical parameters, the transmission system, the structural design of typical parts and so on. As the national economy and people's living standards improve, people also will increase food demand, not only demanding enough to eat, but also eating nutritious requirements. According to the demands of everyone, and now the food has been toward to nutrition, green, convenient mainstream functional food development, spiral cutter is one of these food processing equipments. Spiral cutter is the equipment which is used in food processing for the skin, boneless pieces made minced meat, and also infiltrated with spices and other ingredients. The appearance of Spiral cutter is not only reduced the labor force to improve the efficiency of food processing, more importantly, also ensure the health and nutrition of food. The subject is from life, which is of great significance for us to learn universities courses, theory with practicing, an independent design process, training design ability, practical ability and innovative ability. Keywords: Cutter; Squeeze meat Grating; Reamer; Variable Pitch Screw 目錄 1 緒論…………………………………………………………………………1 2 斬拌機結構及操作要點……………………………………………………1 3 傳動系統(tǒng)的設計……………………………………………………………3 3.1 電動機的選擇………………………………………………………………3 3.2 帶傳動設計…………………………………………………………………3 3.3 變螺距螺桿設計……………………………………………………………6 4 絞刀設計……………………………………………………………………11 4.1 絞刀的設計…………………………………………………………………11 4.2 刀刃的起訖位置……………………………………………………………12 4.3 刀刃的前角………………………………………………………………13 4.4 刀刃的后角…………………………………………………………………15 4.5 刀刃的刃傾角………………………………………………………………15 4.6 刀刃上任一點位置上絞肉速度……………………………………………17 4.7 刀片的結構…………………………………………………………………18 5 生產能力分析………………………………………………………………19 6 各零部件的選擇和設計……………………………………………………20 6.1 軸承的設計與計算…………………………………………………………20 6.2 格板的選擇與設計…………………………………………………………24 6.3 固緊螺帽的設計……………………………………………………………25 6.4 鍵的選擇和校核……………………………………………………………25 7 機架的設計…………………………………………………………………27 結論…………………………………………………………………………………32 致謝…………………………………………………………………………………34 參考文獻……………………………………………………………………………36 淮海工學院二〇一〇屆本科畢業(yè)設計 第36頁 共36頁 1.緒 論 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，人民對食品工業(yè)提出了更高的要求?，F(xiàn)代食品已朝著營養(yǎng)，綠色，方便，功能食品的方向發(fā)展，且功能食品將成為新世紀的主流食品。食品工業(yè)也成為國民經(jīng)濟的支柱產業(yè)，作為裝備食品工業(yè)的食品機械工業(yè)發(fā)展尤為迅猛。 食品工業(yè)的現(xiàn)代化水平，在很大程度上依賴于食品機械的發(fā)展及其現(xiàn)代化水平，離開現(xiàn)代儀器和設備，現(xiàn)代食品工業(yè)就無從談起，食品工業(yè)的發(fā)展是設備和工藝共同發(fā)展的結果，應使設備和工藝達到最佳配合，一設備革新和創(chuàng)新促進工藝的改進和發(fā)展，以工藝的發(fā)展近一步促進設備的發(fā)展和完善。兩者相互促進，相互完善，是使整個食品工業(yè)向現(xiàn)代化邁進的必要條件。 在肉類加工的過程中，切碎攪拌工序的機械化程度最高，其中絞肉機，斬拌機，攪拌機是最基本的加工機械。幾乎所有的肉類加工廠都具備3種設備。國內一些大型肉類加工廠先后從西德，丹麥，瑞士，日本等引進了先進的加工設備，但其價格十分昂貴。目前，中，小型肉類加工企業(yè)所使用的大部分設備為我國自行設計制造的絞肉機。 螺旋式斬拌機是應用于食品加工中用于將去皮、去骨的肉塊斬成肉糜，并將同時滲入的調味品及其它配料一起斬拌的機械設備。該課題選自針對生產實際中應用的設備進行畢業(yè)設計的課題。課題的完成涉及到的內容較為豐富，對本科生綜合大學所學的課程，理論聯(lián)系實際，進行獨立的設計實踐，培養(yǎng)設計能力、實踐能力和創(chuàng)新能力具有重要的意義。而我這次畢業(yè)設計的要求：①對目前同類產品研制及使用情況進行廣泛的市場調查；②工作原理設計；③傳動系統(tǒng)的設計；④結構設計；⑤各零部件的選擇與設計；⑥完成設計圖樣的繪制?？傮w來看，我設計的東西結構并不是很難，而且思路也算比較清晰的，但是，對于首次獨立設計一臺加工機械的我而言，在設計的過程中，還是存在不少問題的，例如：電動機的選擇不知道該選哪種型號好，送料器的設計等。 2. 斬拌機結構及操作要點 斬拌機的用途比較廣泛，既可用于午餐肉罐頭的肉類加工，也可以用于香腸，火腿，肉包，燒麥，肉餅，餛飩，魚丸，魚醬等的肉類加工，還可混合切碎蔬菜和料等。 圖2-1為一種斬拌機的結構。不同機型的結構有所差異。但是其基本部分和工作原理是一致的。其結構主要由料斗1，螺旋供料器2，十字切刀3，格板4，固緊螺帽5，電動機6，傳動系統(tǒng)及機架等組成。機架為鑄鐵。 圖2—1 斬拌機的結構 1-料斗； 2-螺旋供料器； 3-十字切刀； 4-格板； 5-固緊螺帽； 6-電動機 螺旋供料器2的螺距向著出料口（即從右向左）逐漸減小，而其內徑向著出料口逐漸增大（即為變節(jié)距螺旋），這樣當螺旋旋轉時就對物料產生了一定的擠壓力，這個力迫使肉料進入格板孔眼以便切割。 在螺旋供料器2的末端有一個四方形的突出快，其上裝有十字切刀3（切刀形狀見圖2-2），切刀的四個刀刃與有許多孔眼的格板4緊貼，刀口順著切刀轉向安裝，當螺旋轉動時，影響切割。格板有幾種不同規(guī)格的孔眼，通常粗絞用8—10mm的孔眼，細絞用直徑3—5mm的孔眼。粗絞與細絞的格眼，其厚度都是10—12mm普通鋼板。粗絞時孔徑較大，排料較易，故螺旋供料器的轉速可以比細絞時快些，但最大不超過400r/min；因為格板上孔眼總面積一定，即排料量一定，當供料螺旋轉速太快時，使物料在切刀附近堵塞，造成負荷突然增加，對電動機有不良的影響。 斬拌機工作過程為：料斗內的塊狀物料依靠重力落到變節(jié)距推送螺旋上，由螺旋產生的擠壓力推送到格板。這時因為總的通道面積變小，肉料前方阻力增加，而后方又受到螺旋推擠，迫使肉料變形而從格板孔眼中前移。這時旋轉著的切刀緊貼格板空眼中的肉料切斷。被切斷的肉料由于后面肉料的推擠，從格板孔眼中擠出。 圖2—2 切刀形狀 十字刀用工具鋼制造，刀口要求鋒利，使用一段時間后，刀口變鈍，此時應調換新刀片或重新修磨，否則將影響成品的質量，據(jù)有關廠的研究，午餐肉罐頭脂肪嚴重析出的質量事故，往往與此原因有關。 裝配或調換十字刀后，一定要把固緊螺母旋緊，才能保證格板不動，否則因格板移動和十字刀轉動之間產生相對運動，也會引起對物料磨漿的作用。十字刀必須與格板緊密貼合，不然會影響切割效率。 螺旋供料器在機壁里旋轉，要防止螺旋外表與機壁相碰，若稍微相碰，馬上損壞機器。但是他們的間隙又不能過大，過大會影響送料效率和擠壓力，甚至使物料從間隙處倒流，因此這部分零部件的加工和安裝的要求較高。 斬拌機的生產能力不能由螺旋供料器決定，而由切刀的切割能力來決定，因為切割后的物料必須從孔眼中排出，螺旋供料器才能繼續(xù)送料，否則，送料再多也不行，相反會產生物料堵塞現(xiàn)象。 3.傳動系統(tǒng)的設計 3.1 電動機的選擇 根據(jù)設備主要參數(shù)的要求，電動機的功率為3kw，電壓為380v，斬刀主軸的轉速為400r/min。選擇Y132S—6型號電動機，其電動機的轉速為n=960r/min。則該型號電動機的外形結構如圖（3.1—1） 圖3.1-1 Y132S—6電動機的外觀圖 3.2 帶傳動的設計 已知電動機的功率P=3kw，轉速n1=960r/min，傳動比 ，每天工作8小時，按工作要求選用Y系列全封閉式自扇冷式籠型三相異步電動機，電壓為380V.【參考機械設計書】 （1）確定計算功率Pca 由表8—7查得工作情況系數(shù)KA=1.1,則Pca= （3.2—1） （2）選擇V帶的帶型 根據(jù)Pca，n1 由圖8—11選用A型。 （3） 確定帶輪的基準直徑d，并演算帶速v。 ①初選小帶輪的基準直徑d1。由圖8—6和表8—8，以及圖8—11，取小帶輪的基準直徑d1=100mm。 ②演算帶速v。按式（8—13）演算的速度 =5.026 （3.2—2） 因為，所以，帶速合適。 ③ 計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)式（8—15a），計算大帶輪的基準直徑d2。 （3.2—3） 根據(jù)圖8—8，圓整為 。 （4） 確定v帶的中心距a和基準長度Ld ① 根據(jù)式（8—20），初定中心距 a0=500mm （3.2—4） ② 由式（8—22），計算帶所需的基準長度 （3.2—5） 由表8—2選帶的基準長度Ld=1600mm ③ 按式（8—23）選帶的基準長度Ld=1600mm （3.2—6）（5） 演算小帶輪上的包角 =180—（250-100）163.4790 （6） 計算帶的根數(shù)Z ①計算單根V帶的額定功率Pr 由d1=100mm和n1=960 查表8—4a得P00.96kw 根據(jù)n1=960r/min ，i=2.4 和A型帶查表8—4b得△P00.112kw 查表8—5得K=0.957，表8—2得Kl=0.99 于是 Pr=（P0+△P0） =（0.96+0.112）0.957 0.99=1.0156 （3.2—7） ② 計算V帶的根數(shù)Z。 取4根 （3.2—8） （7） 計算單根v帶的初拉力的最小值（F0）min 由表8—3得A型帶的單位長度是q=0.1kg/m，所以 （F0）min= （3.2—9） = 135N 應使帶的實際初拉力F0（F0）min。 （8）計算帶的軸力Fp 壓軸力的最小值為 （Fp）min=2*Z（F0）min （3.2—10） =24135N 1069N 小帶輪的外型結構及尺寸如圖（3.2—1），大帶輪外型結構類此。 圖3.2—1 小帶輪的外型結構及尺寸 3.3 變螺距螺桿設計 螺旋供料器的作用是向前輸送物料，并在前端對肉塊進行擠壓。如圖（3.3—1）所示，設計采用一根變螺距、變根徑的螺旋，即螺距后大前小，根徑后小前大，這樣使其變螺距螺桿與外輪廓之間的容積逐漸變小，從而實現(xiàn)了對物料的擠壓作用。 變螺距螺桿前方形軸處安裝鉸刀，后方由兩個軸承支撐。由于螺旋供料器在機壁里旋轉，要防止螺旋外表與機壁相碰，若稍微相碰，馬上損壞機器，可以看出整根軸上，變螺距螺桿的一端相當于懸臂梁，所以在設計變螺距螺桿時要注意其長度不易過長以及其橫截面不易過小?！緟⒖紮C械設計書】 （1） 變螺距螺桿軸的部分參數(shù)計算 0軸（電動機軸） P0=Pd=3kw n0=960r/min T0==9550=29.844 （3.3—1） 1軸（旋轉軸） P1=P0 （3.3—2） （V帶的傳動效率=0.96） （3.3—3） （2）初步確定軸的最小直徑 先按式(15—2)初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，雖然軸的材料選擇45鋼，但要注意的是，用于軸的左邊那段變螺距螺桿是用于對加工的材料進行擠壓，為了防止其生銹，所以在其表面電鍍一層材料鉻，鍍鉻層具有高的硬度、耐磨性與耐蝕性。軸調質處理。根據(jù)表15—3，取A0=112,于是得 dmin= （3.3—4） （3）確定軸的結構示意圖（3.3—1）所示 圖（3.3—1）軸的結構示意圖 （4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（從右往左） 為了滿足軸的最小直徑要求，確定軸的右端面的直徑定為：d1=30mm。由第2章傳動系統(tǒng)的設計查表可知，大帶輪的寬度的最小值B=63mm，則軸的第一段長度定為：L1=65mm。 為了便于大帶輪的定位，則設計了一段階梯，即第2段軸的直徑定為：d2=35mm，同時為了按裝軸承和軸承端蓋及軸承套杯，從而實現(xiàn)軸的定位，第2段的長度定為：L2=70mm（從右往左），如圖（3.3—2）所示。 由于軸的最左邊無支撐，相當于懸臂梁，為了保證左邊的軸變形小，則第3段的長度較長，定為L3=350mm，直徑d3=d2仍然為35mm。 為了便于軸承的定位以及加工軸時的裝夾，第3段軸的直徑定為d4=38mm，長度定為L4=65mm。 第5段可以說是整根軸最重要的一段，其作用是向前輸送物料，并在前端對肉塊進行擠壓，設計采用一段變螺距、變根徑的螺旋，即螺距后大前小，根徑后小前大，這樣使其變螺距螺桿與外輪廓之間的容積逐漸變小，從而實現(xiàn)了對物料的擠壓作用。變螺距螺桿作為送料器時，其一般有3—5轉，在此，我選擇了4轉。同時還要考慮到第5段軸無支撐物，其相于懸臂梁，由于懸臂梁在轉動的時侯容易產生撓度及橫截面轉角，由式（3.3—5）和式（3.3—6） 橫截面的轉角： （3.3—5） 最大撓度： （3.3—6） （3.3—7） 得撓度和橫截面轉角的大小取決于軸的橫截面的大小，以及軸懸臂出的長度。為了滿足上述條件的前提下，也不影響加工效率。則第5段軸的長度L5=190mm，外輪廓直徑D=50mm，而軸的內輪廓直徑由左端的44mm向右逐漸減小到40mm，以此來便于擠壓。而變螺距從左到右依次變大，其值分別是10mm，20mm，40mm，80mm。 軸的總長L=750mm。 （5）擬定軸上的裝配方案 看圖（3.3—2）所示的裝配方案 圖（3.3—2）裝配方案示意圖 送料變螺距螺桿的支撐主要靠軸承，由于其主要受到的是扭矩，軸向力很小，可忽略，則這里所選用的是常用的深溝球軸承。軸承的選用可參考（GB/T276—1994摘要）。而軸承的定位，左邊采用的是擋圈，右邊采用的是軸承套杯和軸承端蓋。而軸的最左端安裝的是十字絞刀，其主要是通過其中間的方孔，與軸通過過盈配合進行安裝的。 （6）按彎扭合成應力校核軸的強度 根據(jù)軸的結構設計，可計算出軸各個部分所受力的大概值。根據(jù)前面所定的各段軸的數(shù)值，計算肉料對軸的作用力： 肉所占得體積約為： （3.3—8） =706.5 （3.3—9） （h為絞肉時，肉所占軸的長度） 通過查閱知道肉的密度： 則肉對軸的作用力： （3.3—10） =1.558N 由于變螺距桿從左往右，其桿的直徑逐漸減少，而肉的量逐漸變多，所以假設邊螺距那段的桿上受力是均勻分布的，其分布力密度： （3.3—11） 通過傳動系統(tǒng)的計算知道單根v帶的初拉力的最小值（F0）min=135N，共有4根帶，則對帶輪的拉力為： （3.3—12） =540N 根據(jù)各段軸的長度及已知的作用力，計算左右軸承對軸的支撐力，設左邊軸承的支撐力為F1，右邊的支撐力為F2。則其受力示意圖，如圖（3.3—3） 圖（3.3—3）變螺距桿受力示意圖 令L1=190；L2=74；L3=350；L4=94 根據(jù)各軸段的長度，計算F1,F2的大?。? 由 得： （3.3—13） F2的方向為豎直向上 由 得 （3.3—14） F1的方向為豎直向下 根據(jù)所求的力各力的大小畫受力圖如圖（3.3—4）及彎矩圖如圖（3.3—5）所示： 圖（3.3—4）軸的受力圖 各力變化點出的彎矩計算： （3.3—15） M1為逆時針 （3.3—16） M2為逆時針 （3.3—17） M3為逆時針 圖（3.3—4）軸的彎矩圖 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度。根據(jù)式（15—5）及上圖的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取=0.6，軸的計算應力 （3.3—18） 前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，由表15—1查得。因此，故安全。 4.絞刀設計 絞刀的作用是切割物料，它的內孔為方形，按裝在變螺距螺桿的前端的方軸上，隨其一起旋轉，它們之間為過盈配合。安裝方向應與變螺距螺桿的旋向相同，絞刀的規(guī)格如圖（2—2）有2刃，3刃，4刃。 絞刀用ZG65Mn，淬火硬度為HRC55—60，刃口要鋒利，與格板配合平面應該平整、光滑。 4.1絞刀的設計 絞刀的幾何參數(shù)對所絞出肉的粒度以及產品質量有著很大的影響，現(xiàn)對十字刀片的各主要幾何參數(shù)進行設計。 十字刀片如圖（4.1—1）所示。其每一刃部的絞肉（指切割肉的）線速度分布亦如圖所示。從圖上可以看出其刃部任一點位置上只有法向速度Vp. 圖（4.1—1）斬拌機絞刀片示意圖及每一葉片上速度分布 其值為： （4.1—1） 式中： —刀片刃部任一點的線速度m/s； n —刀片的旋轉速度rpm； —刀片刃部任一點至旋轉中心的距離mm； r—刀刃起始點半徑mm； R—刀刃終止點半徑mm； 再從任一葉片的橫截面上來看（圖（4.1—1）A—A截面），其刃部后角較大，而前角及刃傾角都為零。 因此，該刀片的幾何參數(shù)（角度）不盡合理。故再將以一葉刀片的與格板相接觸的一條刀刃為對象，分析刀片上各參數(shù)的作用及其影響，設計各參數(shù)。 4.2 刀刃的起訖位置 絞肉時，絞肉機的十字刀片做旋轉運動。從（式4.1—1）可以看出，在轉速一定的條件下，刀刃離旋轉中點越遠，則絞肉（指切割肉的）線速度越快。并且在螺桿進料速度一定的條件下，假定絞肉時刀片所消耗的功全部轉化為熱能，則任一與格板相接觸的刀刃，在單位時間內產生的熱量為： （4.2—1） 式中： Q—單位時間內任一與格板相接觸的刀刃切割肉所產生的熱量（J/s）； F—絞肉時任一與格板相接觸的刀刃上的切割力（N）；（參照式（4.3—5）） V—任一刀刃切割肉的線速度（m/s）； 所以，絞肉（切割肉）的線速度越快，則所產生的熱量也越大，因此絞肉的線速度不能很高。根據(jù)經(jīng)驗，我們知道一般絞肉時刀刃切割肉的線速度處在30—90m/min之間最為理想，因此由這些數(shù)據(jù)可估算出刀刃的起始和終止的大概范圍，即起點的半徑r和終點的半徑R。 根據(jù)式（4.1—1）得 （4.2—2） 我們已知十字刀片的轉速n=400r/min 當min時，=r ， （4.2—3） 當max時，=R （4.2—4） 圓整后?。簉=12mm R=36mm 即刀刃的半徑范圍為： 12mm—36mm 4.3 刀刃的前角 當十字刀片絞肉時，其任一與格板相接觸的刀刃上受力情況如圖（4.3—1）所示。 圖（4.3—1） 與格板先接觸的刀刃的受力分析 根據(jù)圖（4.3—1）可知： （4.3—1） 其值為： （4.3—2） 因為刀刃與格板的摩擦力為： （4.3—3） 肉與前刀面的摩擦力為： （4.3—4） 整理得： （4.3—5） 式中： —絞肉時任一與格板相接觸的刀刃上的切割力（N） —刀片絞肉時肉的剪切抗力（N） —刀刃與格板的摩擦系數(shù) —肉被剪切時與前刀面的摩擦系數(shù) —刀片的前角 —格板作用于刀刃上的壓力（N） —肉被切割時作用于前刀面得壓力（N） 由于 式中：—肉的抗剪應力，與肉的質地有關 —肉被剪切的面積，與格板的孔眼直徑有關 所以與肉的質地及格板的直徑有關，故選定格板之后可以看成是常數(shù)，故令。 由于是格板作用于刀刃上的壓力，可以看為刀片的預緊壓力，是常量，故令。是刀片切割肉時，肉對前刀面的壓力與速度V有關，故令。 簡化式（4.3—5）得 （4.3—6） 從式（4.3—6）和式（4.2—1）可知，刀刃前角的大小，直接影響著絞肉過程中的切割力，以及切割肉時所產生的溫度。 在刀片旋轉速度以及螺桿進料速度都一定的情況下，前角大，切割肉所需的力和切割肉所產生的熱都??；反之，則大。但前角很大時，則因刀具散熱體積小而使切割肉時所產生的溫度不能很快冷卻。因此，在一定的條件下，前角有一合理的數(shù)值范圍： 一般?。? （肉質軟取大值，反之取小值） 4.4 刀刃的后角 刀刃后角的目的：一是減小后刀面與格板表面的摩擦；二是在前角不變的情況下，增大后角能使刀刃鋒利。 刀片磨損后將使刀刃變鈍，使肉在絞肉（切割）過程中變形增加，同時由于磨損后刀片的后角基本為零，加大了刀片與格板的摩擦，兩者都使絞肉過程中產生的熱量增加。 另外，在同樣的磨鈍標準VB下，后角大的刀片由新用到鈍所磨去的金屬體積較大如圖（4.4—1）所示。這說明增大后角可以提高刀片的耐用度，但同時也帶來的問題是刀片的NB磨損值大（反映在刀體材料的磨損過大這一方面），并且刀刃極度也有所消弱，故后角也有一合理的數(shù)值范圍： 一般取： （肉質軟取大值，反之取小值） 圖（4.4—1）后角與VB、NB的關系 4.5 刀刃的刃傾角 在切削平面內測量的主切削刃與基面之間的夾角。在主切削刃上，刀尖為最高點時刃傾角為正值，刀尖為最低點時刃傾角為負值。主切削刃與基面平行時，刃傾角為零。 從分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃來得知刀傾角對刀片性能的影響情況。 在任一葉片的法剖面內，當把刀刃放大看時，可以把刀刃看成是一段半徑為的的圓弧如圖（4.5—1），由于刀刃有刃傾角，故在線速度方向剖面內的刀刃將變成橢圓?。ㄐ逼实度袌A柱所得）橢圓的長半徑處的曲率半徑，即為刀刃實際純圓半徑。 圖（4.5—1）刃傾角與刀刃鋒利度 其關系為： （4.5—1） 由此可見，增大刃傾角的絕對值，可減小刀刃的實際純圓，這就說明增大刃傾角就可使刀刃變得較為鋒利。 一旦刀刃的起訖半徑r及R確定后，其最大初始刃傾角就可確定了如圖（4.5—2）所示， 圖（4.5—2） （4.5—2） 初始刃傾角按式（4.5—2）計算，如圖（4.5—3）所示： 圖（4.5—3）初始刃傾角計算用示意圖 （4.5—3） 式中：r — 刀刃起始點半徑（mm） R —刀刃終止點半徑（mm） b — 葉刀片外端寬度（mm） — 初始刃傾角 4.6 刀刃上任一點位量上絞肉速度 由于有了刃傾角，故刀刃上任一點相對于格板的速度，將可以分解為垂直于刃的法向速度分量和平行于刃的切向速度分量，如圖（4.5—4）所示。 即： （4.5—4） 其值為： （4.5—5） （4.5—6） （4.5—7） 圖（4.5—4）刀刃上任一點的速度示意圖 又因為： （4.5—8） （4.5—9） 所以： （4.5—10） 整理得 （4.5—11） （4.5—12） 式中： —刀刃上任一點位置的法向速度分量m/s； —刀刃上任一點位置的切向速度分量m/s； —刀刃上任一點至刀片旋轉中心距離mm； —刀刃的初始刃傾角； —與刀刃相切的圓計算半徑mm； —刀刃的終點半徑mm； — 刀刃的起點半徑mm： 4.7 刀片的結構 刀片的結構至關重要，它不僅決定絞刀的鋒利程度，而且其對加工效率還有很大的影響。根據(jù)以上對絞刀各個幾何參數(shù)的分析，得出絞刀的結構圖，如圖（4.7—1）所示，此絞刀的特點： 1、后角是在正交平面內測量的主后刀面與切削平面的的夾角，一般為正值。在 這里后角取，刀片的壽命較長； 2、前角是在正交平面內測量的前刀面和基面間的夾角。前刀面在基面之下時前角為正值，前刀面在基面之上時前角為負值。在這里前角取，以減小絞肉所需的力及功率； 3、增加刃傾角，以提高刀刃的鋒利度； 4、采用全圓弧形的前刀面結構，以改善刀刃的強度； 5、采用可換式刀片結構，以節(jié)約刀體材料并可選用不同幾何參數(shù)刀片； 6、絞刀安裝在送料器—變螺距螺桿上，絞刀與送料器屬于過盈配合。 圖（4.7—1）2刃、4刃 5.生產能力分析 由計算肉料對軸的作用力： （5—1） =706.5 肉所占得體積約為： （5—2） （h為絞肉時，肉所占軸的長度） 通過查閱知道肉的密度： 則肉對軸的作用力： （5—3） =1.558N 得軸每轉大約加工的質量： （5—4） —螺旋數(shù) 則每小時的生產量約為： （5—5） 由于螺旋式斬拌機的生產能力不僅僅與絞肉機的容積有關，還與十字絞刀以及格板等有很大的關系，絞肉機的生產能力不能單由螺旋供料器決定，而由切刀的切割能力來決定，因為切割后的物料必須從孔眼中排出，螺旋供料器才能繼續(xù)送料，否則，送料再多也不行，相反會產生物料堵塞現(xiàn)象。所以并不能準確的算出絞肉機的生產能力。 6.各零部件的選擇與設計 6.1 軸承的設計與計算 （1）軸承的選擇 滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支撐傳動零件的。滾動軸承絕大多數(shù)已經(jīng)標準化，并由專業(yè)工廠大量制造及供應各種常用規(guī)格的軸承。滾動軸承具有磨擦阻力小，功率消耗少，起動容易等優(yōu)點。 滾動軸承的基本結構如圖（6.1—1）所示，它由內圈、外圈、滾動體、和保持架等4部組成。內圈用來和軸頸裝配，外圈用來和軸承座孔裝配。通常是內圈隨軸頸回轉，外圈固定，但也可用于外圈回轉而內圈不動，或是內、外圈同時回轉的場合。當內、外圈相對轉動時，滾動體即在內、外圈的滾道間滾動。常用的滾動體有球、圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子、非對稱球面滾子、滾針等幾種。軸承內、外圈上的滾道，有限制滾動體沿軸向位移的作用。 圖（6.1—1）滾動軸承的基本結構圖 保持架的主要作用是均勻地隔開滾動體。如果沒有保持架，則相鄰滾動體轉動時將會由于接觸處產生較大的相對滑動速度而引起磨損。 軸承的內、外圈和滾動體，一般是用高碳鉻軸承鋼（GCr15）或滲碳軸承鋼（如G20CrNi4A）制造的，熱處理后硬度一般不低于60HRC。由于一般軸承的這些元件都經(jīng)過的回火處理，所以通常當軸承的工作溫度不高于時，元件的硬度不會下降。 如果僅按軸承用于承受的外載荷不同來分類時，滾動軸承可以概括地分為向心軸承（圖6.1—2）、推力軸承（圖6.1—3）和向心推力軸承三大類。主要承受徑向載荷的軸承叫做向心軸承，只能承受軸向載荷的軸承叫做推力軸承。 圖（6.1—2）向心軸承 圖（6.1—3）推力軸承 螺旋式斬拌機的支撐件—軸承主要受到的是徑向力，軸向力較小，且其是高速運轉，所以選擇向心軸承，這里選擇的是深溝球軸承如圖（6.1—4）所示。深溝球軸承主要承受徑向載荷，也可同時承受小的軸向載荷。當量摩擦系數(shù)最小。在高速時，可用來承受軸向載荷。當量摩擦系數(shù)最小。在高轉速時，可用來承受純軸向的載荷。工作中允許內、外圈軸線偏斜量，大量生產，價格最低。 圖（6.1—4）深溝球軸承 由軸的各部分尺寸，則所選擇的一對軸承的代號為6207。 （2）軸承的布置 由于深溝球軸承在這里主要起到的是支撐，則其一對軸承布置在相距較遠的地方，如圖（3.3—2），其作用是使得相當于懸臂梁的變螺距螺桿那段在轉動時不宜產生過大的轉角和撓度。 （3）軸承的壽命 通過查找深溝球軸承（GB/T276—1994摘錄），代號為6207軸承的基本額定動載荷C=25.5kN,由前面的計算得左邊軸承的當量動載荷P1=F1=142.656N,方向豎著向下；右邊軸承的當量動載荷P2=F2=684.256N，方向豎直向上。 左邊軸承的壽命： （6.1—1） 右邊軸承的壽命： （6.1—2） （4）軸承的潤滑 潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱、減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。 軸承常用的潤滑方式有油潤滑及脂潤滑兩類。此外，也有使用固體潤滑的。選用哪一類潤滑方式，這與軸承的速度有關，一般用滾動軸承的dn值（d為滾動軸承內徑，mm；n為軸承轉速，r/min）表示軸承的速度大小。適用于脂潤滑和油潤滑的dn值界限列于下表（6.1—1）。 表（6.1—1）適用于脂潤滑和油潤滑的dn值界限（表值） 由d2=d3=35mm，n=400r/min： （6.1—3） 得深溝球軸承選用脂潤滑，潤滑脂形成的潤滑膜強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相對長的一段時間。對于那些不便經(jīng)常添加潤滑劑的地方，或那些不允許潤滑油流失而致污染產品的工業(yè)機械來說，這種潤滑方式十分適宜。但它只適用于較低的dn值。滾動軸承的裝脂量一般以軸承內部空間容積的為宜。 潤滑脂的主要性能指標為錐入度和滴點。當軸承的dn值大、載荷小時，應選錐入度較大的潤滑脂；反之，應選用錐入度較小的潤滑脂。此外，軸承的工作溫度應低于潤滑脂的滴點，對于礦物油潤滑脂，應低；對于合成潤滑脂，應低。 （5）軸承的密封裝置 軸承的密封裝置是為了阻止灰塵、水、酸氣和其他雜物進入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO置的。密封裝置可分為接觸式和非接觸式兩大類。 在這里采用的是接觸式密封裝置，接觸式密封是在軸承蓋內放置軟材料與轉動軸直接接觸而起密封作用，常用的軟材料有毛氈、橡膠、皮革、軟木等，或者放置減摩性好的硬質材料（如加強墨、青銅、耐磨鑄鐵等）與轉動軸直接接觸以進行密封，這里用的是軟材料氈圈油封，如圖（6.1—5） 圖（6.1—5）用氈圈油封密封 在軸承蓋上開出梯形槽，將毛氈按標準制成環(huán)形（尺寸不大時）或帶形（尺寸較大時），放置在梯形槽中與軸密合接觸如圖（6.1—5）。 6.2 格板的選擇與設計 格板有幾種不同規(guī)格的孔眼，通常粗絞用8—10mm的孔眼，細絞用直徑3—5mm的孔眼。粗絞與細絞的格眼，其厚度都是10—12mm普通鋼板。粗絞時孔徑較大，排料較易，故螺旋供料器的轉速可以比細絞時快些。因為格板上孔眼總面積一定，即排料量一定，當供料螺旋轉速太快時，使物料在絞刀附近堵塞，造成負荷突然增加，對電動機有不良的影響。由此可以看出格板選擇不僅會影響絞肉的大小，而且還會影響斬拌機的工作效率。通過網(wǎng)上查找，可找出如圖（6.2—1）所示的各種孔眼的斬拌機格板。 圖（6.2—1）格板 可以看出各個格板是由突出的兩小塊來進行定位的。而其壓緊是通過固緊螺帽來實現(xiàn)的。 6.3 固緊螺帽的設計 由設計要點可知，裝配或調換十字絞刀后，一定要固緊螺母旋緊，才能保證格板不動，否則因格板移動和十字絞刀轉動之間產生相對運動，也會引起對物料磨漿的作用。十字絞刀必須與格板緊密貼合，不然會影響切割效率?？梢姽叹o螺帽的固緊作用相當重要，要保證其對格板的壓緊作用。固緊螺帽的結構如圖（6.3—1）所示。 圖（6.3—1）固緊螺帽的結構 固緊螺帽的內螺紋，用于與絞肉機相配合，其端面的四個螺紋孔用于螺緊螺釘，使螺釘?shù)种癜?，起到壓緊格板的作用。固緊螺帽的兩邊的手柄更加便于螺帽的拎緊。 6.4 鍵的選擇與校核 （1）鍵的選擇 鍵是一種標準零件，通常用來實現(xiàn)軸與觳之間的軸向固定以傳遞轉矩，有的還能實現(xiàn)軸上零件的軸向固定或軸向滑動的導向。鍵鏈接的主要類型有：平鍵連接、半圓鍵連接、楔鍵連接和切向鍵連接。 而這里鍵的使用主要來連接軸和帶輪，其作用是為了實現(xiàn)軸向固定，從而傳遞轉矩，則選用平鍵中最常用的圓頭（A型）鍵。平鍵的兩側是工作面，工作時，靠鍵同鍵槽側面的擠壓來傳遞轉矩，如圖（6.4—1）所示。鍵的上表面與輪觳的鍵槽底面間則留有間隙。平鍵連接具有結構簡單、裝拆方便、對中型較好等優(yōu)點，因而得到廣泛應用。這種鍵連接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。 圖（6.4—1）圓頭平鍵連接 圓頭平鍵宜放在軸上用鍵槽銑刀銑出的鍵槽中，鍵在鍵槽中軸向固定良好。缺點是鍵的頭部側面與輪觳上的鍵槽并不接觸，因而鍵的圓頭部分不能充分利用，而且軸上鍵槽端部的應力集中較大。 在第3章軸的設計中，我們可以知道用于安裝大帶輪的軸的直徑d1=30mm，且L1=65mm，根據(jù)已知的條件，查找平鍵聯(lián)接的剖面和鍵槽尺寸（GB/T1095—1990摘錄）、普通平鍵的型式和尺寸（GB/T1096—1990摘錄）?。烘I GB/T 1096（圓頭普通平鍵（A型），b=8mm，h=7mm，L=56mm）。安裝在電動機上的小帶輪，與其配合的軸的直徑為38mm，長度為80mm，則取：鍵 GB/T 1096（圓頭普通平鍵（A型），b=10mm，h=8mm，L=56mm）。 （2）鍵的校核【參考機械設計書】 鍵、軸和輪觳的材料都是鋼，由表6—2查得許用擠壓應力，取其平均值，。與大帶輪配合的鍵的工作長度，鍵與輪觳鍵槽的接觸高度。由式（6—1）可得 （6.4—1） 與小帶輪配合的鍵的工作長度，鍵與輪觳鍵槽的接觸高度。由式（6—1）可得 （6.4—2） 由上面兩式可知，鍵的選擇符合條件。 7.機架的設計 機架的設計對于整個結構至關重要，從設計的角度看，它要保證設計的合理性；從經(jīng)濟的角度看，它要保證用料少，從而保證經(jīng)濟實惠并且減少其重量；從美學的角度看，它要保證美觀大方?？偠灾?，機架的設計涉及到各方面的問題，所以它的設計過程不容忽視。 圖（7—1） 機架結構示意圖 螺旋式斬拌機的結構如圖（7—1）所示，該機架所用的材料為鑄鐵HT200，為了便于鑄造，螺旋式斬拌機的結構分為上下兩部分，上部分結構主要是用于安置變螺距螺桿，而下半部分用于安置電動機，上下兩部分的結構主要通過雙頭螺柱將他們連接在一起。電動機與下部分的連接，則通過螺釘。下面對上下兩部分分開來進行分析: 上部分的料斗，其主要的形狀主要有v型或u型，這里選用的是v型的料斗，選用v型的料斗，由于其料斗的斜度，則便于肉料下滑，以致注入送料器。 而上部分的結構如機架結構示意圖中的最左側，其內側采用的是階梯式的如圖（7—2）中所示的圓圈內，其作用是便于格板的定位。在其外側有一段外螺旋， 圖（7—2）部分機架示意圖 如圖（7—2）所示，其作用是為了與固緊螺帽配合，便于固緊螺帽的旋緊，因為裝配或調換十字刀后，一定要把固緊螺母旋緊，才能保證隔板不動，否則因隔板移動和十字刀轉動之間產生相對運動，也會引起對物料磨漿的作用。十字刀必須與隔板緊密貼合，不然會影響切割效率。而格板的壓緊，主要是通過安裝在固緊螺帽的螺釘來抵壓。為了便于螺緊螺帽，在固緊螺帽上焊上手柄。送料器—變螺距螺桿與機架的內壁要有2—3mm的空隙，以免變螺距螺桿旋轉時與內壁碰撞，但同時空隙也不能過大，過大的話不利于肉料的擠壓和輸送，如圖（7—1）所示。 在軸承支撐處，機架的內壁有一定的階梯，其作用是軸承的定位如圖（7—3）所示，而軸承的另一端由擋圈來定位和固定。 圖（7—3）局部放大圖 上部分結構的有一段所呈現(xiàn)出階梯的形狀如圖（7—4）所示，是為了裝入軸承套杯，以及軸承端蓋，從而實現(xiàn)軸承的定位和固定。 圖（7—4）軸承定位及固定 由于上機架的所需承受的力比較大，有軸的重力、軸承的力、軸承端蓋的力、絞刀的重力等，所以機架的壁厚要取得較大，這樣才能承受較多的作用力，這里所取的機架的厚度為20mm。這里要特別注意的是由于螺旋式斬拌機是用于食品工業(yè)，所以其材料的選擇十分重要，但同時又考慮到經(jīng)濟實惠與加工的方便，則機架選用的材料為鑄鐵，為了避免對加工肉料的質量的影響，便需要在送料器—變螺距螺桿那段的機架內壁電鍍防腐蝕材料鉻，鍍鉻層具有高硬度、耐磨性和耐蝕性。 上部分結構的支架結構如圖（7—5）所示，通過螺釘，使得上部分與下部分連接。機架采用梯形式的，其不僅節(jié)省了材料，同時也利于支撐。 圖（7—5）機架結構 而由于兩軸承處的支撐力相對來說比較薄弱，則在兩軸承處采用了兩個肋板，從而不僅起到支撐的作用，而且還加大的支撐軸承的強度，其結構如圖（7—6）所示。 圖（7—6）支撐部分結構 將送料器—變螺距螺桿裝入上支架的過程：可以將送料器由上支架的右端送入，然后依次裝上軸承套被、軸承、軸承端蓋，然后擰上螺釘，最后通過鍵將大帶輪裝在變螺距螺桿上，然后通過擋板和螺釘來防止大帶輪在軸上的來回滑動。在上支架的左邊，先裝上十字絞刀，這里要注意的是絞刀和軸的配合是過盈配合。然后裝上格板，格板的定位是通過上支架內壁的階梯來實現(xiàn)的，最后擰緊固緊螺帽。 將送料器—變螺距螺桿從上支架中取出的過程，首先，擰開固緊螺帽，依次取出格板和十字絞刀；接著將上支架的右邊用于使大帶輪定位的螺釘擰開，取下?lián)醢?，取下大帶輪和鍵；接著，取下用于固定軸承端蓋的螺釘，逐個依次取出軸承端蓋、墊圈、軸承套杯、墊圈、軸承，然后，取出送料器—變螺距