螺旋果蔬榨汁机的设计

摘要

摘要：因为我国的果蔬加工业近年来取得了很大的成就，果蔬加工业在我国农产品贸易中占据了重要的地位。所以，果蔬榨汁机也相应的出现，而本次设计的对象就是螺旋果蔬榨汁机，该螺旋果蔬榨汁机通过螺杆不同程度的挤压从而达到充分榨汁效果。螺旋果蔬榨汁机的设计主要包括螺杆，带轮以及过滤网等，在设计中由于要保证各个部件要安装合适，故经过一系列的计算数据来达到所需的要求。特别是螺杆的设计，螺杆采用不同的螺距以及断面大、小径的不等来使果蔬压榨的更充分，更高效。该果蔬榨汁机结构简单，方便实用，效率高等优点，由于采用的材料都相对便宜，故成本相对较低。

关键词：螺旋榨汁机，螺杆，变径

Design of spiral fruit and vegetable juice squeezing machine

ABSTRACT

ABSTRACT：Press calculation due to the juice is the object of China's fruit and vegetable processing industry in recent years has made great achievements, fruit and vegetable processing industry in China's agricultural products trade occupies an important position. So, fruit and vegetable juice machine corresponding, and the design of the spiral vegetable juicer, and the juice through a screw of compression fault so as to achieve the effect. Juicer design comprises a screw rod belt wheel and a filter net, etc., in the design to ensure that the various components to install appropriate, therefore, after a series of data to achieve the desired requirements. Especially screw design, screw with different pitch and large section, trails, ranging from to make fruits and vegetables more fully, more efficient The fruit and vegetable juice squeezing machine has the advantages of simple structure, convenient and practical use, and the cost is low due to the relatively low cost of the materials used.

KEY WORDS: Screw press, spiral shaft, transmission ratio, V belt

前言 (1)

第1章绪论 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.1.1 螺旋果蔬榨汁机的使用现状 (1)

1.1.2 榨汁机的分类 (1)

1.1.3 螺旋果蔬榨汁机的特点 (1)

1.2 课题研究现实意义 (1)

1.3 设计的主要内容 (2)

第2章总体方案设计 (1)

2.1 整体布局设计 (1)

2.2 工作原理 (1)

2.3 螺杆的设计 (1)

2.4 功率计算 (3)

第3章电动机 (5)

3.1 电动机的选择 (5)

3.2 选择电动机的功率 (5)

3.3 确定电动机转速 (5)

第4章传动比的计算 (7)

第5章传动装置 (8)

5.1计算传动装置和动力参数 (8)

5.2 各轴转速 (8)

5.3各轴输入功率 (8)

5.4 各轴转矩 (9)

第6章 V带的设计 (10)

6.1 确定计算功率

P (10)

6.2 选择V带的型号 (10)

6.3 确定带轮基准直径

D和2D (10)

6.4 确定传动的中心距a和带长

L (11)

6.5 校核主动轮的包角

a (11)

6.6确定V带的根数Z (12)

6.7 确定带的初拉力

F (12)

6.8 计算V带对轴的压力Q (13)

6.9 V带设计计算列表 (13)

第7章带轮的设计 (15)

7.1材料的选择和带轮的形式 (15)

7.2 带轮尺寸设计 (15)

第8章螺旋轴的设计 (18)

8.1材料的选取 (18)

8.2 初步确定轴的最小直径 (18)

8.3 根据轴上定位的要求确定轴的各段直径和长度 (18)

8.4 轴上零件的周向定位 (19)

8.5 定圆角半径值 (19)

8.6 校核轴强度 (19)

8.7 校核轴的强度 (21)

第9章轴承端盖设计 (22)

9.1材料的选取 (22)

9.2凸缘式轴承端盖各尺寸计算 (22)

第10章联轴器的选用 (23)

第11章筛筒设计 (24)

结论 (25)

谢辞 (26)

参考文献 (27)

前言

我国水果和蔬菜资源丰富，年产量均居世界第一。我国果蔬产业已成为仅次于粮食作物的第二大农业产业。丰富的果蔬资源为果蔬加工业的发展提供了充足的原料。同时，果蔬加工业直接关系到制造业和加工业产品科技含量的多少以及深加工附加值的高低，对推进生产力的发展，加快世界工业化进程，都有着十分重要的意义。并且果蔬汁中含有多种有机酸、酶类和芳香物质，可以刺激食欲，有助于消化，又由于各种原因的导致，像大气的污染等等，都对人体造成了不同程度的损害，而多喝果蔬汁也有一定的益处，故受到很多人的青睐。而本次设计是螺旋果蔬榨汁机的整体，该设计本着实用，安全的原则，设计上弥补了以往榨汁机压榨不充分的缺点。

国外的发达国家生产果蔬的机器比较先进，效率高，能源消耗较低。而我国的果蔬榨汁机实用性差，出汁率低，因此，要求出汁率高的果蔬榨汁机会受到广大人士的喜爱。

第1章绪论

1.1 课题背景

1.1.1 螺旋果蔬榨汁机的使用现状

随着我国果蔬产量大幅度提高和鲜销市场的逐渐饱和，“卖果蔬难”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，果蔬汁加工业进入了一新的发展时期。目前，果蔬汁加工业已形成产业化生产，一些面向国际市场的企业发展壮大，带动了果蔬汁加工业向大规模工业化生产转变。

很多工厂对果蔬榨汁机的需求量大大增加，这就导致市场中出现了很多不同的榨汁机。功能，生产量各有不同。但效率高、实用性强的榨汁机更受厂家的喜爱。

1.1.2 榨汁机的分类

根据外形可分为：单缸榨汁机、双缸榨汁机、三缸榨汁机、四缸榨汁机、圆缸榨汁机；根据功能可分为：搅拌式榨汁机、喷淋式榨汁机、榨汁式榨汁机。而我们讨论的是榨汁式的。

1.1.3 螺旋果蔬榨汁机的特点

从使用现状来看，果蔬榨汁机的特点是：榨汁效率高，榨汁充分等优点。是非常受厂家欢迎的果蔬榨汁机。

1.2 课题研究现实意义

食品加工工业是二十一世纪的主要工业之一，它的发展速度和水平是一个国家人们生活水平及改善程度的一个重要标志，它直接关系到制造业和加工业产品科技含量的多少以及食品深加工附加值的高低。

中国人向来重视养生之道，随着人们饮食消费观念水平的提高，鲜榨果蔬汁将逐步成为人们的一个重要饮品。果蔬汁含有多种有机酸、酶类和

芳香物质，可以刺激食欲，有助于消化，多喝果蔬汁也有利于肠胃吸收。对此，很多的厂家也就需要针对各种果蔬的榨汁机，本设计的是螺旋果蔬榨汁机，能够提高榨汁效率等，满足厂家的需求。

1.3 设计的主要内容

本设计对螺旋果蔬榨汁机的结构设计，主要包括：

1.螺旋果蔬榨汁机的机架设计；

2.螺旋果蔬榨汁机的螺杆设计；

3.螺旋果蔬榨汁机的传动机构设计。

本设计将对螺旋果蔬榨汁机的螺杆进行设计，可以说是创新设计。

第2章总体方案设计

2.1 整体布局设计

为了节省空间，本设计在整体的分布上采用折叠式，即螺杆和减速器在一个水平面上,将电机置于前两者下的另一水平面上。这样布置,一是相应的减少了整体长度、节省空间和原材料、降低了成本；二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；三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塞，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。

2.2 工作原理

该机器由机架、螺杆、进料斗、减速器、三角带、电机等组成。电机通过三角带带动减速器转动,减速器通过联轴器带动螺杆转动,物料由进料斗喂入,在螺杆的作用下,受到挤压,物料中的水分通过筛筒流出,经集液盘排出机外,物料在强大的挤压作用下,汁液越来越少,最后经出料斗排出。

2.3 螺杆的设计

通常螺旋果蔬榨汁机是靠螺杆在筛筒内转动,对放入的物料产生挤压，从而使物料中的果蔬汁被强制压榨出来。螺旋果蔬榨汁机螺杆按不同的分类方法有多种类型。比如按螺杆螺纹直径分类有等径与变径之分；按螺杆螺纹型式分有连续与断续之分；按螺杆螺距分类有等距与变距之分等等。出于对本设计加工对象的综合考虑,确定采用断续、变径、变螺距螺杆。螺杆上的螺旋共分四段。第一段是喂料螺旋，主要作用是进行果蔬的输送；第二段是预压螺旋，主要作用是对果蔬进行轻度挤压，并开始挤出果蔬汁；第三段、第四段是压榨螺旋，主要作用是不断增强对果蔬的进一步压榨，使果蔬的汁液被强制挤出；第四段具有增压作用,进一步提高出汁率。

螺杆螺旋结构简图如图2-1

图2-1 螺杆螺旋结构简图

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。参照榨油机和食品榨汁机，决定选用150r/min n =。

螺距和直径的确定：首先，选定一螺距，第一段为60mm t =，其它各段的螺距依次递减。物料的移动速度：

）（m/s 1.560

60.005160nt v 0=?== 螺旋果蔬榨汁机的生产能力公式为式1-1：

）（kg/h v F G 100φρ= (2-1)

式2-1中：G ——生产率,本次设计取10000kg/h =G ；

0F ——螺杆螺旋送料的断面面积

）（2m ； 1ρ——物料的容积密度，本次设计取31400kg/m =ρ；

φ——填充系数,本次设计取0.3=φ；

将参数代入式2-1得：

2.04005.136********????=F ；

解得：)m (023.020≈F 。

根据螺杆螺旋送料的断面面积计算公式为式2-2：

(d 21200d F -=π (2-2)

式2-2中：0d ——螺杆螺旋送料的断面大径）（m ；

1d ——螺杆螺旋送料的断面小径

）（m ；

本设计根据强度计算得0.09m d 1=；

将有关数据代入式2-2得：m 195.0d 0≈；

取螺杆螺旋送料的断面大径m 20.0d 0=。

2.4 功率计算

果蔬榨汁机的功率消耗有两个方面：一是使物料移动消耗的功率；二是压缩物料所消耗的功率。这里，把轴与轴承间的摩擦等所消耗的功率算入机械效率中。

设压缩物料时消耗的功率是1P ：

)32160s

n 4d -d (max 21201Z P P +???++???=（）π (2-3)

式2-3中：s ?——相邻螺距大小之差，m ；

Z ——螺距数目；

max p ——物料所受的最大压力，取a 0.83MP ；

0d ——螺旋外径，m ；

1d ——螺旋内径，m ；

将数据代入式2-3得：

101083.060

600.0051023.061?????=P ； W P 5.28631=。

设使物料移动所消耗的功率为2P ：

）（W P 2v t m t 1mv 2

2?=?= (2-4) 式2-4中；m ——物料的质量kg ；

t ——物料运动时间s ；

因为：

G t

m =(生产能力) (2-5) 60

nt v = (2-6)

所以：把式2-5，2-6代入公式1-7：

）（W G ns G P 7200t n 6021222

2=??? ????= (2-7) 可得：

7200

60.0051001002

22??=P ； W P 112.52=。

则消耗的功率为：

)(2

1W p p P η+= (2-8)

.0112.563.528+=P ； W P 3674.1=；

公式2-8中：η——传动效率。

电动机至工作机的总效率为：

54321ηηηηηη????= (2-9)

公式2-9中：1η、2η、3η、4η、5η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0.961=η、0.992=η、0.973=η、0.974=η、0.985=η；

则：

54321ηηηηηη????=；

0.980.970.990.9643???=η；

0.81=η。

第3章电动机

3.1 电动机的选择

按已知的条件，选用Y 型全封三相异步电动机。

3.2 选择电动机的功率

果蔬榨汁机所需的电动机输出功率为式2-1：

)(2

1d W p p P P η+== (3-1)

.0112.563.528d +=P ； W P 3674.1d =。

3.3 确定电动机转速

旋转轴在工作中的转速为150r/min n =，在合理传动比范围内，取带传动的传动比为4~2.5i =，减速器的传动比12~5i =，则合理总传动比的范围为55~7i =，故转速的可选范围为：8250r/min ~105015055)~(7=?。

在这一范围内合适的有1500r/min ，3000r/min 查出有这几种适用的电动机型号，其技术参数传动比的比较情况见下表3-1所示。

表3-1 电动机型号和技术参数及传动比

综台考虑各种因素，可以知道方案2是比较合适的。因此选定电动机型号为2112-M Y 。所选择电动机的额定功率kw 4=ed P ，满载转速1440r /m i n =m n ，总传动比适中，结构较紧凑。

所选电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如下图3-1和下表3-2所示：

图3-1 电动机结构简图

表3-2 电动机的主要外形尺寸和安装尺寸

第4章传动比的计算

所选的电动机的满载转速m n 和工作机器的工作机的主轴的转速w n ，可以得到传动装置的总传动比为：

9.6150

1440n n i w m ===；计算出总传动比之后，应该合理的进行分配各级传动比，依此来减小传动载荷，降低传动的精度等级。分配各级传动比时要考虑以下几方面：各级传动的传动比应在合理的范围内选择；应使传动装置的重量较轻；应使各个传动件的尺寸协调，合理，避免互相干涉碰撞，故V 带传功比选择3，减速器传功比选择5。

第5章传动装置

5.1 计算传动装置和动力参数

进行传动件的设计计算，先推算出各轴的转速、功率和转矩。按电

动机至工作机之间运动传递的路线推算出各轴的运动和动力参数。

5.2 各轴转速

480r/min 3

1440i n 1m 1===n (5-1) 96r/min 5

480212===i n n (5-2) 上式5-1,5-2中：m n ——电动机的满载转速；

1n ——减速器输入轴；

2n ——榨汁机螺旋轴的转速；

1i ——电动机至减速器输入轴的传动比；

2i ——减速器的传动比。