本科毕业设计 手动电动两用绞肉机

本科毕业论文(设计)题目手动电动两用绞肉机

专业机械设计制造及其自动化

作者姓名

学号

单位机械与汽车工程学院

指导教师

2015年5月

教务处编

原创性声明

本人郑重声明:所提交的学位论文是本人在导师指导下,独立进行研究取得的成果。除文中已经引用的内容外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得聊城大学或其他教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均在文中以明确的方式表明。本人承担本声明的相应责任。

学位论文作者签名:日期:

指导教师签名:日期:

摘要

目前市场上的绞肉机基本上可以分为电动的和手动的两种。从实际使用情况分析,存在很多的缺点。电动绞肉机在没有电力来源的情况下无法使用,手动绞肉机又要浪费人力。充分考虑到这两种情况,本设计以电机进行驱动,也可以用手摇动,从而良好的应对这种情况,方便了人们的日常使用。整个的机器结构比较简单,具有轻便,效率高的优点。整体的结构包括了绞肉机构、机体,其中的机体部分包括了螺旋推进器、进料口和出料口。在电动方式进行的时候,用皮带进行连接,电机就可以带动绞肉机进行工作;在手动方式进行的时候,安装摇臂即可。本设计的初衷就在于改善单一的绞肉工作形式,发挥人的主观能动性,对不同的肉类可以采取不同的处理方法,以满足自己的需求。

关键词:电动手动两用;电机;绞肉机

Abstract

At present ,there are two kinds ofmeat grinders on the market:motor-driven and manual-operation. From the actual use of the situation, there are many shortcomings. Electric grinder can't be used without power source, and manual cutter is wasting manpower. Give full consideration to the two cases, the design of the motor to drive, you can also hand shake, deal with this situation so good, convenient for people's daily use. The whole machine structure is simple, convenient, high efficiency. The overall structure of the body, including the meat, the body part comprises a feed port and a discharge port, a spiral propeller. When in electric mode, are connected with a belt, the motor can be driven by the meat grinderwork; when in manual mode, the rocker arm can be installed. The design of the original intention was to improve the single meat forms of work, play to people's subjective initiative, for different meat can adopt different processing methods, to meet their needs.

Key words:Manual and electric dual-purpose; Motor; Meat grinder

目录

摘要....................................................................... I Abstract.................................................................. II 目录..................................................................... III 1. 绪论................................................................ - 1 - 1.1研究的目的和意义 .................................................... - 1 - 1.2绞肉机的现状 ........................................................ - 1 -

1.3设计的主要组成 ...................................................... - 1 -

2.绞肉机的方案拟定................................................... - 2 - 2.1绞肉机的工作原理 .................................................... - 2 - 2.2常用绞肉机的结构 .................................................... - 3 -

2.2.1送料机构............................................... - 3 -

2.2.2切肉机构............................................... - 3 -

2.2.3驱动机构............................................... - 3 -

3.绞肉机构的结构设计 ................................................ - 4 - 3.1机体 ................................................................ - 4 - 3.2螺旋供料机构 ........................................................ - 4 -

3.2.1绞笼的设计............................................. - 4 -

3.3 绞碎机构............................................................ - 5 -

3.4刀具 ................................................................ - 5 -

4. 传动机构的设计................................................... - 11 - 4.1电机的选择 ......................................................... - 11 - 4.2带传动的设计 ....................................................... - 12 -

4.2.1功率计算.............................................. - 12 -

4.2.2选定带型.............................................. - 12 -

4.2.3传动比................................................ - 12 -

4.2.4轴间距与带轮基准...................................... - 13 -

4.2.5带轮的结构和尺寸...................................... - 14 -

4.3齿轮传动设计 ....................................................... - 15 -

4.3.1选择材料,确定精度等级................................ - 15 -

4.3.2按接触强度进行初步设计................................ - 16 -

4.3.3校核齿面接触强度...................................... - 17 -

4.3.4校核齿根的强度........................................ - 19 -

4.3.5齿轮及齿轮副精度的检验项目计算........................ - 20 -

4.4轴的设计 ........................................................... - 21 -

4.4.1选择轴的材料,确定许用应力............................ - 21 -

4.4.2设计轴的结构并绘制结构草图............................ - 21 -

4.4.3联轴器的选用.......................................... - 24 -

5. 总结............................................................... - 26 - 参考文献.............................................................. - 27 - 致谢.................................................................. - 28 -

1. 绪论

1.1研究的目的和意义

随着国民经济的发展与人民生活水平的提高,人们对食品加工品业提出了更高的要求。现代的食品已经朝着营养、方便、绿色、功能的方向发展,而且功能的食品将成为新世纪的主流食品。食品加工业也成为国民经济的支柱产业,作为加工装备的食品机械加工业发展更加的迅猛。

食品加工业的现代化水平,在很大的程度上取决与食品机械的现代化水平,毕竟离开了现代化的设备还有仪器,现代食品加工业就没有意义了。食品加工业的发展是工艺和设备一起发展的结果,应该让工艺和设备达到一种最佳的配合,以设备的革新和创新促进工艺的改进和发展,以工艺的发展进一部促进设备的发展和完善。两者之间互相促进、互相完善,亦是使整个食品加工业向现代化迈进的先决条件。

1.2绞肉机的现状

在肉类的加工过程中,切割、混合搅拌工序的机械自动化程度较高,其中绞肉机、斩拌机、搅拌机也是其中最基本的主要加工机械,几乎所有的肉类加工厂都具备这3种设备。国内的部分大型肉类加工厂先后从德国、瑞士、丹麦、日本等引进了先进的加工制造设备,但是它的价格都是十分的昂贵。目前国内的中、小型肉类加工厂使用的绝大部分加工设备是我国自己设计制造的,而绞肉机就是为中、小型肉类加工企业设计的比较理想的、能够绞制各种肉酱的机械,比如加工生产午餐肉的罐头还有制造鱼圆、鱼酱之类的产品,它可以把肉可进行粗、中、细三种方式搅拌来满足不同的加工工艺的要求,这台机器也可以当作其他原料的挤压设备。

1.3设计的主要组成

本设计的主要组成有:手动电动两用绞肉机的机体部分,刀具的设计,送料机构以及传动机构。

2.绞肉机的方案拟定

2.1绞肉机的工作原理

工作时,先开机后放料,由于物料本身的重力和螺旋供料器的旋转,把物连续地送往绞刀口进行切碎。因为螺旋供料器的螺距后面应比前面小,但螺旋轴的直径后面比前面大,这样对物料产生了一定的挤压力,这个力迫使已切碎的肉从格板上的孔眼中排出。

用于午餐肉罐头生产时,肥肉需要粗绞而瘦肉需要细绞,以调换格板的方式来达到粗绞与细绞之需。格板有几种不同规格的孔眼,通常粗绞用之直径为8-10毫米、细绞用直径3-5毫米的孔眼。粗绞与细绞的格板,其厚度都为10-12毫米普通钢板。由于粗绞孔径较大,排料较易,故螺旋供料器的转速可比细绞时快些,但最大不超过400转/分。一般在200-400转/分。因为格板上的孔眼总面积一定,即排料量一定,当供料螺旋转速太快时,使物料在切刀附近堵塞,造成负荷突然增加,对电动机有不良的影响。

绞刀刃口是顺着切刀转学安装的。绞刀用工具钢制造,刀口要求锋利,使用一个时期后,刀口变钝,此时应调换新刀片或重新修磨,否则将影响切割效率,甚至使有些无聊不是切碎后排出,而是由挤压、磨碎后成浆状排出,直接影响成品质量,据有些厂的研究,午餐肉罐头脂肪严重析出的质量事故,往往与此原因有关。

装配或调换绞刀后,一定要把紧固螺母旋紧,才能保证格板不动,否则因格板移动和绞刀转动之间产生相对运动,也会引起对物料磨浆的作用。绞刀必须与格板紧密贴和,不然会影响切割效率。

螺旋供料器在机壁里旋转,要防止螺旋外表与机壁相碰,若稍相碰,马上损坏机器。但它们的间隙又不能过大,过大会影响送料效率和挤压力,甚至使物料从间隙处倒流,因此这部分零部件的加工和安装的要求较高。[1]

绞肉机的生产能力不能由螺旋供料器决定,而由切刀的切割能力来决定。因为切割后物料必须从孔眼中排出,螺旋供料器才能继续送料,否则,送料再多也不行,相反会产生物料堵塞现象。

2.2常用绞肉机的结构

图2.1绞肉机结构图图图2.2摇臂结构图

2.2.1送料机构

包括料斗、绞笼筒,作用是推动物料前移至切肉机构,并在前端对物料进行挤压。料斗有的是托盘形,有的是料斗形,此设计采用的托盘形,绞筒就是在机身内壁上做止推槽,它的主要部件就是绞笼,采用一个变螺距,转动时向前推动物料。[2]

2.2.2切肉机构

包括挤肉样板铰刀,铰刀有很多刀具的规格有:2刃、3刃、4刃、6刃、8刃,旋盖,其作用是对挤压进人样板孔中的物料进行切割.样板孔眼规格有多种,可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更换。

2.2.3驱动机构

包括电机皮带轮,减速器机架等。绞笼的转速不宜太高,因为输送能力并不是随转速的增加而增加。当速度达到一定值时,效率反而下降,且速度太高,物料摩擦生热,容易引起物料变形,影响绞肉质量,电机的转速可以利用带轮的减速得到。

3.绞肉机构的结构设计

3.1机体

机体由电机、传动轮、料斗、绞笼、支架等组成。因设计要求这些组成部分型号有很多种。外部结构也不尽相同。但一般绞肉机总体结构如图2.1所示。

3.2螺旋供料机构 3.2.1绞笼的设计

图3.1绞笼结构图

绞笼的作用是向前输送物料如图所示采用一个变螺距,变跟径的螺距,既螺距后大前小,跟径后小前大,这样使其绞笼与绞筒之间的容积逐渐减小实现了对物料的挤压作用。绞笼前端方形轴处安装绞刀,后端面上安装两个定位键与其主轴前段面上的键配合以传递动力。选择材料HT200。

136.05

.2==PC G

K D ? (3.1)

取D=0.16M G —生产能力,设计为G=1T/H K —物料综合特性系数,得K=0.071 φ—物料填充系数,得φ=0.15 ρ—物料堆积密度,猪肉的ρ=1.5t/3

m C —与螺旋供料器倾角有关系的系数,取C=1

螺旋供料器的转速:由原始数据,得出平均转速为n=320r/min

实体面型螺旋的节距t=D。[3]

3.2.2绞筒的设计

肉在绞筒内受到搅动,会受到挤压力的反作用力,物料具有向后倒流的趋势,因此在绞笼的内壁上设计了8个止退槽,在圆筒内均匀分布,如图,绞筒内壁与绞笼之间的间隙一般为3-5mm。绞筒材料选择铸铁HT200。

图3.2绞笼内壁图

3.3 绞碎机构

其结构中包括刀具及其挤肉样板,绞肉时,绞肉机的十字刀片做旋转运动,绞笼将肉推向挤肉样板。刀具将肉切碎。根据要求不同刀具与样板的型号规格也不同。具体内容由下文一一列出。[4]

3.4刀具

绞刀的作用是切割物料,它的内孔为方形,安装在绞笼前段的方轴上随其一起旋转刀具的规格有2刃,3刃,4刃,6刃,8刃。

绞刀材料为工具钢,其淬火硬度为55-60HRC,刃口要锋利,与样板配合平面应平整、光滑。

绞刀的几何参数对绞出的肉的颗粒以及产品质量有很大影响。

绞肉时,绞肉机的十字刀片做旋转运动。在转速一定的条件下刀刃离旋转中心点越远则绞肉的线速度越快。并且在螺杆进可速度也一定的条件下,假定绞肉时刀片所消耗的功全部转化为热能,则任一与网眼板相接触的刀刃,在单位时间产生的热量为:

Q=F V (3.2)

式中:Q-单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割肉所产生的热量(J/S)

[6]

F-绞肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割绞刀的几何参数对所绞出肉的

颗粒度以及产品质量有着很大的影响,现对十字刀片的各主要几何参数进行设计。 十字刀片如图(3-3)所示每一刃部的绞肉(指切割肉的)线速度分布亦如该图

所示。从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度ρ

v 。

图3.3刀片线速度分布图

图3.3 绞肉机绞刀片示意图及每一叶刀片上速度分布。 其值为:

ρ

π?=

30000

n

v p (R r ≤≤ρ) (3.3)

式中:

p

v -刀片刃部任一点的线速度m /s ;

n -刀片的旋转速度rpm ;

ρ-刀片刃部任一点至旋转中心的距离mm ;

r -刀刃起始点半径m m ;

R —刀刃终止点半径mm ;

再从任一叶刀片的横截面上来看 [图(3-3)A —A 截面],其刃部后角α较大,而前角γ及刃倾角λ都为零。

因此,该刀片的几何参数(角度)不尽合理。故再将以一叶刀片的与网眼扳相接触的一条刀刃为对象,分析刀片上各参数的作用及其影响,设计各参数。[6]

υ-任一刀刃切割肉的线速度(m/s )。

所以绞肉的线速度越快则所产生的热量也越大,因此绞肉的线速度不能很高。根据经验我们知道一般绞肉时刀刃切割肉的线速度应在30-90m/min 之间最为理想,因此有这些数据可估算出刀刃的起讫位置,即刀刃的起点半经γ和终点半径R.。

υπρ?=

n 30000

(3.4)

我们已知十字刀片的转速n=320r/min

取:r=15mm R=45mm

从分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃来得知刀倾角λ对刀片性能的影响情况[7]。

在任一叶刀片的法剖面内,当把刀刃放大看时,可以把刀刃看成是一段半径为αr 的圆弧由于刀刃有刃倾角λ,故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧(斜剖刀刃圆柱所得)。

椭圆的长半径处的曲率半径,即为刀刃实际纯圆半径e r 0。 其关系为:

λcos 0n e r r =(3.5)

由此可见,增大刀倾角λ的绝对值,可减小刀刃的实际钝圆半径e r 0,这就说明增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利。

一旦刀刃的起讫半径r 及R 确定后,其最大初始刃倾角max 0λ就可确定了[参

见图3.4]:

mm 00.445.132030000

//5.1min /m 90,

7.145.032030000

//m 5.0min /m 30min min =?=

=====?=

====π

ρυρρπ

υργυγ

ρργR R s

m R m m s

R 时,当时,

图3.4倾角分析图

R r /arcsin max 0=λ(3.6)

初始刃倾角按下式计算: [见图3.5]

图3.5 初始刃倾角计算用示意图

)

/(220b R b r arctg --=λ(3.7)

式中:r -刀刃起始点半径(mm); R -刀刃终止点半径(mm);

b -叶刀片外端宽度(mm );

0λ-初始刃倾角;

刀刃上任一点位量上绞肉速度

由于有了刃倾角,故刀刃上任一点相对于网眼板的速度ρ

v

,将可以分解为垂

直于刃的法向速度分量n v 和平行于刃的切向速度分量r v [8]。[参见图3.6]

即:τ

ρv v v n +=(3.8)

其值为:

)

(30000

R p r p n

v ≤≤?=

πρ

γcos v v n =

λsin v v r =

3.6刀刃上任一点的速度示意图

又因为:

ρτλ/sin '=

λτsin 'R =

所以:

30000

sin cos 222

λρλR -=

整理得

30000

/sin 222 λρπR n v n -=

30000/sin λπτnR v =(R p r ≤≤)(3.9)

式中:n v -刀刃上任一点位置的法向速度分度m/s ;

τv -刀刃上任一点位置的切向速度分量m/s ;

ρ-刀刃上任一点至刀片旋转中心距离mm ;

λ-刀刃的初始刃倾角;

'τ-与刀刃相切的圆计算半径mm ; R -刀刃的终点半径mm ; r -刀刃的起点半径mm ;

根据以上对绞刀各个几何参数的分析,得出绞刀的结构,此绞刀的特点: 1、后角取4

,刀片的寿命较长;

2、前角取30 ,以减小绞肉所需的力及功率;

3、增加刃倾角,以提高刀刃的锋利度;

4、采用全圆弧形的前刀面结构,以改善刀刃的强度;

5、采用可换式刀片结构,以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片。[9]

4.传动机构的设计

绞笼只有一种工作转速,从电机至绞笼的运动路线为定比传动,其总的传动比可利用带传动,齿轮传动等机构逐级减速后得到。

绞笼的转速不宜太高,因为输送能力并不是随转速增加而增加。当速度达到一定值后,效率反而下降,且速度太高,物料摩擦生热,容易引起物料变性,影响绞肉质量,因此绞笼的转速一般在200-400r/min 。[10]

1

4.43261440

i i i ?===

初步取=0i 1.76 =1i 2.5

根据选用的电机和绞笼转速要求设计传动路线如下:

绞笼电动机---I 2

121-

-Z Z

D D 4.1电机的选择

N=

η

W

G ?=4(KW) (4.1)

G -绞肉机的生产能力,1000kg/h

W -切割1kg 物料耗用能量,其值与孔眼直径有关,d 小则w 大,当d =3mm , 取w =0.0030kw.h/kg 。

η-传动效率,取0.75

所以根据N =4kw ,n =1500r/min ,选用Y112M-4,得Y112M-4电机的结构 [11]。

图4.1 Y112M-4电动机的外观图

4.2带传动的设计 设计功率d P 。

kw P K P A d 8.442.1=?=?=。(4.2)

A K -工况系数,查机械设计基础表6-5(P87),取A K =1.2。 P -传递的功率。 4.2.1功率计算

η

W

G N ?=

(kw) (4.3)

式中:W -切割1kg 物料耗用能量,其值与孔眼有关(kw.h/kg )。

η-传动效率;

由生产能力计算可知,在n 、D 一定的条件下,绞刀的刃数越多,生产能力越大。但是不同刃数的绞刀应与不同孔径的挤肉样板相匹配,才能得到较为合理的生产量和功率消耗。在使用能过程中,可根据附表中推荐的值来选用。[12]

4.2.2选定带型

根据d p 和1n 查机械设计手册图6-8(P87),选取普通V 带A 型,1n -小带轮转速,为1440r/min 。

4.2.3传动比

=0i 1.76 2n =i n 1=min

/81801876

.11440

r =.

小带轮基准直径

1

d d (mm ).

由多功能自动绞肉机设计[J]. 食品与机械, 2006,(02):5-11.

1

d d =100mm>

m in d d =75r/min . 大带轮基准直径

2

d d (mm ).

cm

d i d d d 17610076.112=?=?=

由多功能自动绞肉机设计[J]. 食品与机械, 2006,(02):5-11得

2

d d =180mm

带速验算:

s

m v s m n d v d /3025/54.71000

601440

1001000

60max 1

1

-=<=???=

?=

ππ

4.2.4轴间距与带轮基准

mm

d d a d d 280)(2210=+=

所需带的基准长度

d L (mm ).

2

04)()(2

212210a d d d d a L d d d d d -+

++

280480280228022

?+

?+?π

=886mm

依多功能自动绞肉机设计[J]、食品与机械, 2006,(02):5-11取d L =900mm ,即带型为A -900

实际轴间距 a :

mm L L a a d d 2872886

9002802

0=-+

=-+

小带轮包角1α

3.571801

21?--

=a

d d d d α

=

3.5728780

180?-

=

164

单根V 带的基本额定功率1p 根据带型号、1

d d 和1n 普通V 带查机械设计基础

表6-3(P86),取1.32kw.

1≠i 时单根V 带型额定功率增量1P ?。

根据带型号、1n 和多功能自动绞肉机设计[J]、食品与机械, 2006,(02):5-11,取0.15kw.

V 带的根数Z 。

Z =4

9.387.096.0)15.032.1(8

.4)(11≈=??+=?+L a d k k p p P

a k -小带轮包角修正系数机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2004.取0.96.

L k -带长修正系数查机械设计手册表6-2(P80),取0.87. 单根V 带的预紧力0F .

20)15

.2(

500mv Zv P k F d a +-=

=

2

54.71.054.748

.4)196.05.2(

500?+?-

=134(N )

m -V 带每米长的质量(kg/m )查机械设计手册[M].北京:化学工业出版社,2004取0.1k/gm

作用在轴上的力?F .

)

(106182sin 413422

sin

21

0N Z F F r =???== α

)

(159282sin 413432

sin

31

0max N Z F F r =???== α

max

r F -考虑新带初预紧力为正常预紧力的1.5倍

4.2.5带轮的结构和尺寸

带轮应既有足够的强度,又应使其结构工艺性好,质量分布均匀,重量轻,并避免由于铸造而产生过大的应力。

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