学位论文基于pro e螺旋榨汁机的设计.docx
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学位论文基于proe螺旋榨汁机的设计
毕业论文
基于Pro/E螺旋榨汁机的设计
摘要:
Pro/ENGINEERWildfire野火版2.0以其易学易用、功能强大和互连互通的特点,推动了整个产品开发机构中个人效率和过程效率的提高。
它既能节省时间和成本,又能提高产品质量。
基于Pro/E的强大功能,本设计利用Pro/E完成了螺旋式连续榨汁机的设计,螺旋式连续榨汁机以其结构简单、操作方便、榨汁效率高等优点而得到广泛应用。
就目前来讲,螺旋式连续榨汁机主要应用在食品方面,用于榨取苹果、梨、番茄、菠萝、桔子、胡萝卜等果蔬的汁液。
关键字:
Pro/E;榨汁机;螺旋
ThedesignofspiraljuiceextractoronthebasedPro/E
Abstract:
Pro/ENGINEERWildfireprairiefireeditionis2.0easytolearnanduse,notpowerfultowithcharacteristicofinterconnectionandinterflow,promotewholeproductdevelopmentpersonalefficiencyandimprovement,courseofefficiencyintheorganizationwithit.Itcannotonlycansavethetimeandcostimproveproductqualitybutalso.OnthebasisofthestrongfunctionofPro/E,originallydesignthedesignutilizingPro/Etofinishthespiraltypecontinuousjuiceextractor,thespiraltypecontinuousjuiceextractorisofsimplestructure,easytooperate,pressesthehighadvantageofjuiceefficiencybutusedwidelywithits.Astoatpresent,thespiraltypecontinuousjuiceextractorisusedinfoodmainly,forsqueezingthejuicesofsuchfruitsandvegetablesastheapple、pear、tomato、pineapple、orange、carrotetc.
Keywords:
Pro/E;juiceextractor;spiraltype
前言
传统的通用机械产品的设计是首先将产品以平面的形式表达出来,然后进行反复校核和修改,最后由加工者把图样上的内容转化为成形的产品,这样不仅设计周期长,成本高,而且当产品制造出来后,经常会出现零部件之间相互干涉,无法安装和装配到位等重大设计失误,如此反复修改也延长了产品投放市场的周期。
鉴于通用机械的使用范围广,设计行业多,这就对通用机械的可靠性、稳定性和通用性提出了较高的要求。
目前世界上应用最为泛的高档三维商业软件Pro/E就可以很好地解决这些问题。
Pro/E直接采用三维设计,使设计者能了解产品的每一个细节,并利用其参数化设计的思想,使零件的设计、修改变得简单易行,同时还可以完成产品的系列化设计。
另外利用Pro/E的分析功能,可以完成机构运动学、动力学仿真和有限元分析。
进入21世纪后,随着我国水果产量的大幅度提高和鲜销市场的逐渐饱和,“卖果难”愈演愈烈。
另外,由于我国经济实力的增强及人民生活水平的提高,果汁加工业又进入一新的发展时期。
榨汁机是果品行业的重要组成部分。
因此,对榨汁机设备的研究势在必行。
要求设计研究出结构简单、成本低、效率高的榨汁设备。
基于Pro/E的强大功能,本设计利用Pro/E完成了螺旋式连续榨汁机其结构简单、操作方便、榨汁效率高等优点的设计。
1总体方案设计
1.1 整体布局设计
本设计在布局上采用折叠式,即螺杆、减速器在一个水平面上,将电机置于另一个水平面上(见图1)。
这样布置,一是较大幅度减少了整机长度,提高了设备刚度,节省了原材料,降低了成本;二是电机与减速器之间采用三角带传动,起到了缓冲作用,可避免因原料带入异物造成螺杆堵转、引起瞬间负荷过大时,烧坏电机或损坏减速器等故障的发生;三是由于电机位置较低、以及在电机与减速器之间采用三角带传动,极大地降低了机械振动与噪声。
基本结构螺旋式连续榨汁机基本结构如图1。
螺旋式连续榨汁机三维结构图如图2。
图1 螺旋式连续榨汁机结构简图
1-电机 2-三角带 3-减速器 4-联轴器 5-进料斗 6-螺杆
7-筛筒 8-出料斗 9-集液盘10-机架
图2 螺旋式连续榨汁机三维结构图
1.2工作原理
由图2可知:
该机由机架、螺杆、筛筒、减速器、电机等组成。
电机1通过三角带2带动减速器3转动,减速器3通过联轴器4带动螺杆6转动,物料由进料斗5喂入,在螺杆6的作用下,受到挤压,物料中的水分通过筛筒7流出,经集液盘9排出机外,物料在强大的挤压作用下,汁液越来越少,最后经出料斗8排出。
1.3螺杆部设计
通常螺旋式连续榨汁机是靠螺杆在筛筒内旋转,对物料产生压力,从而使物料中的汁液被强制挤出。
螺旋式连续榨汁机螺杆按不同的分类方法有多种型式。
如按螺杆螺纹直径分类有等径与变径之分,按螺杆螺距分类有等距与变距之分;按螺杆螺纹型式分有连续与断续之分等。
针对本设计加工对象综合考虑,确定采用变径、断续、变螺距螺杆。
螺杆上的螺旋共分四段(如图3)。
第一段为喂料螺旋,主要作用是输送物料;第二段是预压螺旋,主要作用是对物料进行初步挤压,并开始挤出水分;第三段、第四段是压榨螺旋,主要作用是不断增加对物料的进一步挤压,使水果的果汁被强制挤出。
特别是第四段具有增压作用,进一步提高出汁率。
图3螺旋轴
1.4螺杆螺旋直径和螺距的设计[2]
螺杆螺旋结构简图如图4。
图4螺杆螺旋结构简图
1.4.1螺杆转速的确定由于本螺杆工作性质属于压榨范畴,故转速较低。
参照榨油机、油料化机、食品榨汁机,决定选用n=130r/min。
1.4.2螺距的确定初选螺距,第一段t=50mm,其他各段螺距依次递减。
物料移动速度(m/s)计算:
v
=
=
=1.08m/s
螺旋式连续榨汁机的生产能力公式如下:
G=3600F
v
ρ
Φ (kg/h)
式中:
:
G—生产率,本设计取G=1000kg/h;
F
—螺杆螺旋送料的断面面积(m2);
ρ
—物料容积密度,本设计取ρ
=400kg/m
;
Φ—充填系数,本设计取Φ=0.2。
将参数代入得:
1000=3600×F
×1.08×400×0.2
解得:
F
≈0.0321(m
)
根据螺杆螺旋送料的断面面积计算公式:
F
=
式中:
d
—螺杆螺旋送料的断面大径(m);
d
—螺杆螺旋送料的断面小径(m);本设计根据强度计算得d
=0.09m;
将有关数据代入得,则可求得:
d
≈0.2213m
取螺杆螺旋送料的断面大径d
=0.24m。
1.5功率计算[9]
榨汁机的功率消耗包括两方面:
压缩物料所消耗的功率;使物料移动消耗的功率。
在这里,把轴与轴承摩擦等所消耗的功率算入机械效率中。
设压缩物料所消耗的功率为P
:
P
=
(1+2+3+…+Z)(W)
=0.0321
=2891.5W
式中:
——相邻螺距大小之差,m;
Z——螺距数目;
——物料所受的最大压力,取0.83MPa;
——螺旋外径,m;
——螺旋内径,m。
设使物料移动所消耗的功率为P
:
P
=mv
=
(W)
式中:
m——物料的质量kg;
t——物料运动时间s。
而
=G(生产能力)
v=
所以:
P
=
=
(W)
=
=60.5w
则消耗的功率为:
P=
(W)
=
=3657.1w
式中:
——传动效率。
由电动机至工作机之的总效率[7](包括工作机效率)为:
式中:
、
、
、
、
分别为带传动、齿轮传动的轴承、齿轮传动、联轴器、螺杆轴的轴承的效率。
取
=0.96、
=0.99、
=0.97、
=0.97、
=0.98、则:
=0.96×0.99
×0.97
×0.97×0.98
=0.81
2选择电动机
按已知的工作要求和条件,选用Y型全封闭鼠笼型三相异步电动机[7]。
2.1选择电动机功率
榨汁机所需的电动机输出功率为:
P
=P=
(W)
=
=3657.1w
2.2确定电动机转速[6]
旋转轴的工作转速为:
n=130r/min,按推荐的合理传动比范围,取带传动的传动i=2—4,减速器的传动比i=4—12.5,则合理总传动比的范围为i=8—50,故电动机转速的可选范围为:
(8-50)
130=1040-6500r/min
符合这一范围的同步转速有1500r/min,3000r/min再根据计算出的容量,查出有这几种适用的电动机型号见表1,其技术参数传动比的比较情况见下表。
表1电动机型号和技术参数及传动比
方案
电动机型号
额定
功率
电动机转速
传动装置的传动比
P/kW
同步
转速
满载
转速
总传
动比
带
减速箱
1
Y112M
4
1500
1440
11.08
2.8
4
2
Y112M
4
3000
2920
22.4
2.8
8
综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动和减速器的传动比,可知方案2比较适合。
因此选定电动机型号为Y112M。
所选电动机的额定功率
=4kw,满载转速
=1440r/min,总传动比适中,传动装置结构较紧凑。
所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如图5和下表2所示:
图5电动机结构简图
表2电动机的主要外形尺寸和安装尺寸
中心高H
外形尺寸L
(AC/2+AD)
HD
底脚安装A
B
地脚螺栓空直径
K
轴伸尺寸D
E
装键部位尺寸
F
GD
112
400
305
265
180
140
12
28
60
8
36
3计算总传动比和分配传动比
由选定电动机的满载转速
和工作机主动轴的转速
,可得传动装置的总传动比为:
i=
=
计算出总传动比后,应合理地分配各级传功比,限制传动件的圆周速度以减小动载荷,降低传动精度等级。
分配各级传动比时考虑到以下几点:
各级传动的传动比应在推拌的范围内选取;应使传动装置的结构尺寸较小、重量较轻;应使各传动件的尺寸协调,结构匀称、合理,避免互相干涉碰撞。
故V带传功比取2.8,减速器传功比取4。
4计算传动装置的运动和动力参数[7]
进行传动件的设计计算,先推算出各轴的转速、功率和转矩。
按内电动机至工作机之间运动传递的路线推算各轴的运动和动力参数如表3。
4.1各轴转速
=
=
=514.3
=
128.6
式中:
为电动机的满载转速,单位为
;
,
分别为减速器输入轴和榨汁机螺旋轴的转速,单位为
;
为电动机至减速器输入轴的传动比;
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