雙螺桿榨油機(jī)設(shè)計(jì)（雙螺旋榨油機(jī)）（全套10張CAD圖紙+文檔說明書）

雙螺桿榨油機(jī)設(shè)計(jì)（雙螺旋榨油機(jī)）（全套10張CAD圖紙+文檔說明書）,螺桿,榨油機(jī),設(shè)計(jì),雙螺旋,全套,10,CAD,圖紙,文檔,說明書 目 錄 摘要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 國(guó)內(nèi)外螺旋榨油機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2 課題研究的目的與意義 1 1.3 設(shè)計(jì)要求 1 2 整機(jī)設(shè)計(jì)和工作原理 2 2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2 2.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和方案比較 2 2.1.2 榨螺結(jié)構(gòu)和嚙合方式 4 2.1.3 榨籠結(jié)構(gòu)擬定 5 2.1.4 出餅機(jī)構(gòu)擬定 5 2.2 整機(jī)工作過程 5 2.3 主要技術(shù)參數(shù) 5 2.3.1 電機(jī)的選取 5 2.3.2 理論總壓縮比和長(zhǎng)徑比 5 2.4 本章小結(jié) 6 3 雙螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 3.1 榨螺軸的設(shè)計(jì) 7 3.1.1 榨螺和錐圈數(shù)量的確定 7 3.1.2 榨螺參數(shù)的確定 7 3.1.3 錐圈參數(shù)的確定 10 3.1.4 芯軸的設(shè)計(jì)與校核 11 3.2 榨籠的設(shè)計(jì) 12 3.3 調(diào)節(jié)裝置的設(shè)計(jì) 12 3.4 本章小結(jié) 13 4 帶輪和減速器的設(shè)計(jì) 14 4.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 4.2 裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 15 4.3 減速器齒輪的設(shè)計(jì) 15 4.3.1 高速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 15 4.3.2 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 15 4.4 軸及軸上零件的設(shè)計(jì) 15 4.4.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)及軸承、鍵的選擇 15 4.4.2 Ⅱ、Ⅲ軸的設(shè)計(jì)及軸承、鍵的選擇 16 4.5 軸的強(qiáng)度校核 17 5其他零件的設(shè)計(jì) 18 5.1 扭矩分配器的設(shè)計(jì) 18 5.2 機(jī)架的設(shè)計(jì) 19 5.3 料斗設(shè)計(jì) 20 6 設(shè)計(jì)總結(jié) 21 6.1 結(jié)論綜述 21 6.2 存在不足 21 6.3 展望 21 參考文獻(xiàn) 22 致謝 23 摘要 本論文設(shè)計(jì)了一臺(tái)雙螺桿榨油機(jī)，日處理量為12t/d，殘油率為8%，噸料電耗為13Kw·h/t。該榨油機(jī)螺桿采用上下垂直平行布置形式，喂料段嚙合，壓榨段則是非嚙合。榨籠是左右對(duì)開的形式，榨條與墊片安裝在榨籠框內(nèi)，可裝配不同濾油間隙。 傳動(dòng)系統(tǒng)采用帶輪、減速器和扭矩分配器傳動(dòng)，減速器與扭矩分配器分離，扭矩分配器是兩箱式，便于制造和安裝，對(duì)所有的軸都進(jìn)行了校核。出餅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成簡(jiǎn)單螺桿調(diào)隙，進(jìn)料箱、榨籠和出餅機(jī)構(gòu)裝在兩塊支撐板上，對(duì)集油盤、料斗和機(jī)架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 關(guān)鍵詞：榨油機(jī)設(shè)計(jì)；雙螺桿；榨螺；榨膛 ABSTRACT In this paper , a twin-screw oil press is designed. The daily processing capacity is 12 tons, the residual oil rate is 8%, and the power consumption per ton of material is 13 Kw·h/t. The screw of the oil press is arranged vertically and parallelly. The feeding section is meshed while the pressing section is non-meshed. The squeezing cage is a left-right opposite form. The squeezing strip and gasket are installed in the squeezing cage frame, and different oil filter clearances can be assembled. The transmission system is driven by belt pulley, reducer and torque distributor. The reducer is separated from the torque distributor. The torque distributor is two-box type, which is easy to manufacture and install. All shafts are checked. The discharging mechanism is designed as a simple screw clearance adjusting mechanism. The feeding box, the squeezing cage and the discharging mechanism are installed on two supporting plates. The structure of the oil collector, the hopper and the frame is designed. Key words: design of oil press; twin screw extruder; screw; squeezing chamber 374 1 緒論 螺旋榨油機(jī)的型式很多,然而所有螺旋榨油機(jī)都有類似的結(jié)構(gòu)和工作原理,其區(qū)別僅在于主要組成部件的型式。螺旋榨油機(jī)的主要工作部件是螺旋軸、榨籠、喂料裝置、調(diào)餅裝置及傳動(dòng)變速裝置等。下面介紹螺旋榨油機(jī)的主要工作構(gòu)件并以此了解榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)及不同類型榨機(jī)結(jié)構(gòu)上的區(qū)別。 1、螺旋軸 螺旋軸是螺旋榨油機(jī)最重要的一個(gè)部件。工作時(shí)螺旋軸不斷地把榨料推向前進(jìn)并對(duì)其進(jìn)行壓榨。由于螺旋軸對(duì)榨料的強(qiáng)烈擠壓摩擦，所以很容易磨損。螺旋軸的結(jié)構(gòu)型式有為整體式、套裝式、變速螺旋軸三種。 A.整體式螺旋軸是用一根整軸車制而成，榨軸磨損到一定程度后需整軸更換，很不經(jīng)濟(jì)，僅用于小型榨油機(jī)。絕大多數(shù)榨油機(jī)采用套裝式螺旋軸，即將一節(jié)節(jié)榨螺（或榨螺和距圈）順序套裝在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上拼裝成的螺旋軸。 B.套裝式螺旋軸根據(jù)榨螺的連續(xù)與否又分為連續(xù)螺旋式和配置距圈的斷續(xù)螺旋式兩種。前者的特點(diǎn)是壓榨時(shí)間短，榨膛壓力大，回料少，適于冷榨和整籽壓榨。后者的特點(diǎn)是利用距圈與榨膛中刮刀的配合，使榨料在榨膛內(nèi)進(jìn)行翻動(dòng)，避免了榨料隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)和油路閉塞的不良現(xiàn)象，同時(shí)，相對(duì)延長(zhǎng)了壓榨時(shí)間，有利于提高出油效果。 C.變速螺旋軸是按工藝要求將螺旋軸分段變速。如French D-C型螺旋榨油機(jī)采用一個(gè)由分離的齒輪傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)的套筒榨螺，它使得喂料榨螺轉(zhuǎn)得比其它榨螺要快。其進(jìn)料段采用122轉(zhuǎn)/分的高速，壓榨段則采用42轉(zhuǎn)/分的低速。變速螺旋軸的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)制進(jìn)料并在進(jìn)料段起到預(yù)壓作用，從而防止了反壓所造成的回坯或隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，提高了最初壓縮比值，利于延長(zhǎng)壓榨段的壓榨時(shí)間。同時(shí)避免了單純通過增大進(jìn)料段直徑的方法來提高產(chǎn)量。但這種結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，傳動(dòng)配置也麻煩，其合理性有待進(jìn)一步實(shí)踐。 常用套裝式的螺旋軸主要由榨軸以及套在榨軸上的榨螺和距圈組成。榨螺是外面圍繞了一條螺旋筋即“螺紋”的中空的圓柱體或圓錐體。其螺紋頂端的直徑稱作“螺紋外徑”，螺紋底端的直徑即圓柱體或圓錐體的外圓直徑稱作“螺底直徑”或“底圓直徑”，螺紋圍繞一圈所拉開的距離稱為“螺距”。 距圈是表面沒有螺紋的中空的圓柱體或圓錐體，裝置在榨螺與榨螺之間。若前后兩個(gè)榨螺的螺底直徑相同，則其間的距圈為平距圈，否則為錐形距圈。距圈兩端的外圓直徑應(yīng)與相鄰榨螺的螺底直徑相同。距圈的位置與榨膛中刮刀的位置所對(duì)應(yīng)。 當(dāng)螺旋軸與榨籠配合時(shí)將形成一個(gè)螺紋通道形式的空間，俗稱榨膛。榨膛的結(jié)構(gòu)和幾何尺寸將影響壓榨過程，諸如榨機(jī)生產(chǎn)能力、榨膛壓力、壓榨效果等。榨螺的螺紋高度決定了螺旋軸上螺紋頂面和榨籠配合所形成縫隙的大小。若此縫隙大小適宜則可保證榨機(jī)的正常工作，若縫隙增大，將使榨料“回流”增加，或縫隙減少則導(dǎo)致榨料通過這一縫隙時(shí)產(chǎn)生部分過熱。實(shí)踐證明，榨機(jī)中最適宜的縫隙大小為1.25～1.5毫米。榨螺螺底直徑和距圈外徑的改變形成臺(tái)階式的螺旋軸，否則，形成無(wú)臺(tái)階的螺旋軸。而榨螺螺距的改變會(huì)使螺旋軸推料的速度發(fā)生變化。幾個(gè)螺底直徑及螺距不同的榨螺與距圈配合起來，套在一根榨軸上就拼制成為一根螺距逐漸減小、螺底直徑逐漸增大的螺旋軸。 1.1 國(guó)內(nèi)外螺旋榨油機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 國(guó)外著名的制油機(jī)械公司有美國(guó)弗倫奇、英國(guó)西蒙-羅斯丹斯和德國(guó)克虜伯等，它們生產(chǎn)的榨油機(jī)一次壓榨能力高達(dá)200t/d，干餅殘油率僅為3%[1]。他們?nèi)谌胱詣?dòng)控制技術(shù)，給榨油機(jī)加上計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了榨油過程的自動(dòng)控制，依靠高度的自動(dòng)化大幅改善了榨油機(jī)的性能，減少了工人操作時(shí)的困擾，進(jìn)一步降低了殘油率，獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)收入。日本SEM公司制造的雙螺桿榨油機(jī)，比單螺桿榨油機(jī)能耗低且油品質(zhì)量更優(yōu)[2]。目前的國(guó)外榨油機(jī)企業(yè)提高榨油機(jī)易損件壽命的方法，通常是在表面噴涂硬度很高的鈷基合金[3]，這樣不僅提高了他們的耐磨性，還減輕了要經(jīng)常換零件的問題，榨油機(jī)整機(jī)的使用壽命也有了明顯的改善。德國(guó)凱姆瑞亞·斯凱特公司與埃森綜合大學(xué)合作設(shè)計(jì)開創(chuàng)的冷榨技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備生產(chǎn)出了高質(zhì)量的冷榨菜籽油[4]。此外，國(guó)外的螺旋式榨油機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)很多是用不同的功率等級(jí)來傳動(dòng)，自動(dòng)化程度比較高。 我國(guó)油廠規(guī)模大型化的起步時(shí)間比較晚，河北南皮榨油機(jī)廠研制的榨油機(jī)的一些性能在相應(yīng)領(lǐng)域已領(lǐng)先國(guó)際，但是還是有不少的機(jī)械性能指標(biāo)跟最好的榨油機(jī)械設(shè)備有著不小的差距[1]。武漢良龍機(jī)械制造有限公司設(shè)計(jì)出的雙螺桿榨油機(jī)有很好的適應(yīng)性，可以滿足數(shù)種油料加工條件，而且壓榨的比單螺桿榨油機(jī)更充分更徹底，干餅殘油率比單螺桿要低近2%，同時(shí)出油效率更高[2]。中糧裝備南皮公司開創(chuàng)的一種已成熟的技術(shù)是堆焊硬質(zhì)合金，他們將榨螺的使用壽命提高到6個(gè)月，北京佳倍德工程技術(shù)有限公司研制的耐磨榨條將使用壽命提高了5倍[3]。由于我國(guó)地域面積大，糧食作物多，所以我國(guó)的螺旋式榨油機(jī)適應(yīng)油料廣，還有特殊油料專用榨油機(jī)。目前，我國(guó)榨油機(jī)亟待解決的主要問題是：關(guān)鍵零件如榨螺榨條等耐磨性不好；榨油機(jī)整體質(zhì)量水平不高；降低殘油率的同時(shí)要獲得較高出油效率；榨油機(jī)自動(dòng)化程度不高，大多數(shù)是人工操縱的榨油機(jī)器[6-9]。 1.2 課題研究的目的與意義 螺旋式榨油機(jī)憑借殘油率少的優(yōu)點(diǎn)，成為使用最普遍的榨油機(jī)械。我國(guó)生產(chǎn)螺旋式榨油機(jī)已經(jīng)有60多年的歷史，但是螺旋式榨油機(jī)的質(zhì)量仍有一些問題。例如，維修率高、能耗高、部分油品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)、干餅殘油率高、缺少安全防護(hù)措施等[10]。高能耗和高殘油率需要研究避免，而零件需經(jīng)常更換降低了生產(chǎn)效率，部分油品質(zhì)量不達(dá)標(biāo)直接造成生產(chǎn)事故。 目前國(guó)內(nèi)最常采用的是單螺桿榨油機(jī)，其結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)單，制造成本低，可對(duì)多種油料進(jìn)行加工，能滿足數(shù)種制油條件。即便如此，單螺桿榨油機(jī)在長(zhǎng)年的使用過程中暴露出許多問題：例如，壓榨性能并不理想、螺桿的軸向推料能力也不好、理論壓縮比小、壓榨含油量高的油料容易出現(xiàn)滑膛現(xiàn)象等[11]。已經(jīng)制造出來的雙螺桿榨油機(jī)盡管功能上有所進(jìn)步，可是出油率、殘油率等沒有很大改變。本次設(shè)計(jì)將通過合理分析計(jì)算來設(shè)計(jì)榨油機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)和零部件，以達(dá)到較低的殘油率。 1.3 設(shè)計(jì)要求 本論文是設(shè)計(jì)一臺(tái)雙螺桿螺旋榨油機(jī)，要求該型號(hào)榨油機(jī)干餅殘油率應(yīng)小于或等于16%,擬選擇常用的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，規(guī)范合理地確定零件參數(shù)，完成重要零件的校核，根據(jù)規(guī)定繪制圖紙，完成三維圖和裝配圖的繪制。 2 整機(jī)設(shè)計(jì)和工作原理 2.1 整機(jī)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 2.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和方案比較 傳動(dòng)系統(tǒng)和傳動(dòng)路線是雙螺桿榨油機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮的重要部分，因?yàn)樵谝欢ǖ闹行木鄡?nèi)的傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)床較難加工。雙螺桿較單螺桿的傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜、制造成本更高、工藝更加困難，工況相同時(shí)雙螺桿榨油機(jī)的螺桿所承受的扭矩更大，但是中心距不能變，這就不可能遠(yuǎn)距離傳遞動(dòng)力，另外，螺桿軸在工作時(shí)要承受油料反作用力形成的軸向力，靠圓錐滾子軸承和止推軸承來承受。根據(jù)機(jī)械生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，不同的軸向力，選用的圓錐滾子軸承和止推軸承外徑也不同，由于雙螺桿之間的中心距是恒定的，如果軸向力過大，就會(huì)超過中心距，無(wú)法裝軸承，現(xiàn)有方案是通過串聯(lián)止推軸承組解決[8]。 雙螺桿榨油機(jī)的兩根榨螺軸異向轉(zhuǎn)動(dòng)，傳動(dòng)方式有內(nèi)、外嚙合齒輪傳動(dòng)如圖1和圖2所示： 1-輸出軸 2-輸出軸 3-輸入軸 1-輸出軸 2-輸出軸 3-輸入軸 圖1 外嚙合齒輪傳動(dòng) 圖2 內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng) 雙螺桿榨油機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)要求有：一、分配到兩根輸出軸上的扭矩大小應(yīng)該均勻一致；二、軸承或軸承組的布置應(yīng)當(dāng)合理且滿足壽命要求；三、用合適的方法降低甚至消除齒輪的徑向力，讓可以傳遞的扭矩增大，可承受軸向力增大。 擬定的幾種傳動(dòng)系統(tǒng)如下： （1）兩軸式傳動(dòng)系統(tǒng) 如圖3和圖4所示，兩箱分開式的傳動(dòng)系統(tǒng)，減速器和扭矩分配器箱體分離 ，減速器輸出軸和扭矩分配器用彈性柱銷聯(lián)軸器連接。這種傳動(dòng)的缺點(diǎn)主要是：裝配精度很難保證；機(jī)器結(jié)構(gòu)不夠緊湊；分配器軸間距離太小，軸承必須錯(cuò)位，使得扭矩分配器的兩個(gè)輸出軸長(zhǎng)度不同，較長(zhǎng)的那根的撓度會(huì)變大，加劇軸承的磨損。而兩箱一體式傳動(dòng)系統(tǒng)兩根榨螺軸也可均勻受力，采用止推軸承時(shí)，兩軸就可以靠的很近，這樣就使兩根軸的受力變形基本一致，但單箱式設(shè)計(jì)制造難度大，成本高，裝配維修也不方便。 圖3 兩箱分開式 圖4 兩箱一體式 （2）三軸式傳動(dòng)系統(tǒng) 如圖5所示，通過一個(gè)三級(jí)減速器，將二分之一的扭矩直接輸出，另外二分之一則由齒輪間接傳遞到另一根軸上輸出，但兩根輸出軸之間的距離是恒定的，這樣就必須減小減速器的齒輪結(jié)構(gòu)，則減速器的傳動(dòng)比減小，而帶傳動(dòng)傳動(dòng)比增大，也即帶輪尺寸變大，大帶輪與小減速器的裝配不便，受力情況更加復(fù)雜。 圖 5 三軸式傳動(dòng)系統(tǒng) 對(duì)以上三種傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，兩箱兩軸式比單箱兩軸式和三軸式結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)制造成本也更低，因此本次設(shè)計(jì)擬定設(shè)計(jì)采用兩箱兩軸式傳動(dòng)系統(tǒng)的榨螺異向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿榨油機(jī)。本設(shè)計(jì)采用兩軸式傳動(dòng)系統(tǒng)，二級(jí)斜齒輪減速器和扭矩分配器分開的兩箱傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)布局，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示： 1.電機(jī) 2.帶傳動(dòng) 3.二級(jí)減速器 4.彈性柱銷聯(lián)軸器 5.齒輪軸 6.彈性柱銷聯(lián)軸器 7.螺桿 圖6 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 2.1.2 榨螺結(jié)構(gòu)和嚙合方式 （1）雙螺桿結(jié)構(gòu)及布置形式 榨螺軸是榨油機(jī)的主要工作部件，由傳動(dòng)系統(tǒng)傳過來的扭矩帶動(dòng)螺桿做連續(xù)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而使榨料不斷向前推進(jìn)，并與榨籠內(nèi)壁的縫隙逐漸減小來進(jìn)行壓榨?，F(xiàn)有榨螺軸主要的結(jié)構(gòu)形式分整體式和套裝式，整體式的榨螺軸在數(shù)控機(jī)床上由一整根圓軸車成，再去進(jìn)行表面處理，達(dá)到壽命極限磨損失效后，需要整根軸更換，既不經(jīng)濟(jì)也不方便。而套裝式則由許多榨螺和錐圈按順序套裝在芯軸上來組成榨螺軸，一旦其中某一節(jié)榨螺磨損，更換磨損的部分即可，減少了材料的浪費(fèi)，加工也更加方便，是目前普遍采用的設(shè)計(jì)方案，因此榨螺選擇套裝式結(jié)構(gòu)。 兩根平行的螺桿有兩種布置形式，即水平方向的左右水平布置方式和豎直方向的上下垂直布置方式，如圖7所示： 圖7 平行雙螺桿的布置形式 雙螺桿的左右水平布置形式存在的主要問題是：上榨籠體外面有餅屑堆積，難以清理，榨出的油液無(wú)法順利排出，部分油液又重新被干餅渣吸收。本設(shè)計(jì)中兩根螺桿采用上下垂直的布置形式。 （2）雙螺桿螺旋嚙合方式 雙螺桿用嚙合式與非嚙合式結(jié)合的形式：在進(jìn)料段，雙螺桿嚙合產(chǎn)生強(qiáng)大的軸向推料能力，還有較好的自清能力，同時(shí)可以減少回流和滑膛；在壓榨段，兩螺桿非嚙合，形成多維間隙并延長(zhǎng)油料的停留時(shí)間，這樣可以實(shí)現(xiàn)薄料層壓榨。 2.1.3 榨籠結(jié)構(gòu)擬定 雙螺桿榨油機(jī)的榨籠結(jié)構(gòu)由兩個(gè)榨籠框體構(gòu)成，每個(gè)框體都有1個(gè)壓條和4塊壓板，榨條就裝在他們之間，一共有3種榨條，在框體里裝配成4段，沿軸向形成不同出油間隙。出油槽間隙不同是因?yàn)橛土蟿傞_始?jí)赫r(shí)，出油最多最快，此時(shí)就要大間隙，避免油脂堆積回流被干餅吸附，降低出油率。 2.1.4 出餅機(jī)構(gòu)擬定 出餅機(jī)構(gòu)包括出餅盤、尾軸、抵餅頭、調(diào)節(jié)螺栓等部分，它和榨螺、榨籠共同建立起榨膛的壓力。調(diào)節(jié)螺栓主要用于調(diào)節(jié)抵餅頭和出餅盤之間的間隙，即調(diào)節(jié)出餅的厚度，本次設(shè)計(jì)擬采用的出餅機(jī)構(gòu)是可移校餅套式，它僅靠抵餅頭的軸向移動(dòng)來改變出餅厚度，而不需要出餅圈和螺母桿移動(dòng)。 2.2 整機(jī)工作過程 整機(jī)工作過程如下：工人將油料加入料斗，油料落入進(jìn)料箱，隨著進(jìn)料箱中榨螺軸的異向旋轉(zhuǎn)，油料進(jìn)入榨膛，互相擠壓摩擦，榨膛內(nèi)溫度升高，為出油創(chuàng)造了有利條件。榨螺軸沿進(jìn)給方向根徑變大，榨膛空余體積逐漸減小，油料間產(chǎn)生較大的壓榨力，順利擠出油脂。油滴經(jīng)榨條間的出油槽縫隙流出，落入集油盤，油料干餅則從出餅圈排出，完成榨油過程。 2.3 主要技術(shù)參數(shù) 2.3.1 電機(jī)的選取 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，作坊式榨油機(jī)噸料電耗應(yīng)小于或等于45Kw·h/t，選取電機(jī)參數(shù)如下： 表1 Y系列三相異步電動(dòng)機(jī) 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率/Kw 滿載轉(zhuǎn)速/(r/min) 額定轉(zhuǎn)矩 Y160L-6 11 970 2.0 2.3.2 理論總壓縮比和長(zhǎng)徑比 榨螺的理論總壓縮比ε的定義是進(jìn)料端榨螺的空余體積V1和最后一節(jié)榨螺的空余體積Vn之比 [12-14]。實(shí)際壓縮比εn是榨料在壓榨前后體積的比值，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，理論總壓縮須遠(yuǎn)大于實(shí)際壓縮比，本次設(shè)計(jì)理論總壓縮比的設(shè)計(jì)值取18。 雙階多級(jí)形式的榨膛的長(zhǎng)徑比定義為： λ=L1D1+L2D2 式中：L1——榨籠進(jìn)料段長(zhǎng)度，（mm）； L2——榨籠主壓榨段和成餅段長(zhǎng)度，（mm）； D1——榨籠進(jìn)料段內(nèi)徑，（mm）； D2——榨籠主壓榨段和成餅段內(nèi)徑，（mm）。 短榨籠榨油機(jī)的長(zhǎng)徑比λ<10，長(zhǎng)榨籠榨油機(jī)的長(zhǎng)徑比λ≥10。經(jīng)過同等的壓榨時(shí)間，短榨籠榨油機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速小于長(zhǎng)榨籠榨油機(jī)的螺桿轉(zhuǎn)速，直徑相同時(shí)，短榨籠產(chǎn)量低于長(zhǎng)榨籠。因此，本次設(shè)計(jì)采用較高轉(zhuǎn)速的長(zhǎng)榨籠結(jié)構(gòu)，榨籠的長(zhǎng)徑比擬定為12。 2.4 本章小結(jié) 本章初步確定了此次設(shè)計(jì)的雙螺桿榨油機(jī)的傳動(dòng)路線和傳動(dòng)形式，采用減速器和扭矩分配器分離的方案，簡(jiǎn)化了齒輪箱的結(jié)構(gòu)，便于加工和安裝。榨油機(jī)的兩根螺桿采用的是套裝式，避免磨損后需要全部更換而造成的浪費(fèi)，兩根螺桿上下垂直的布置形式減輕了由于餅屑的堆積造成的堵塞。榨油機(jī)的理論總壓縮比為18，遠(yuǎn)高于實(shí)際壓縮比，可以取得較好出油效果，而長(zhǎng)徑比為12，榨螺軸的轉(zhuǎn)速較高，生產(chǎn)效率較高滿足要求。 3 雙螺旋榨油機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3.1 榨螺軸的設(shè)計(jì) 3.1.1 榨螺和錐圈數(shù)量的確定 榨料在壓榨過程中，殘油量會(huì)越來越少，榨料自身也被擠壓的逐漸緊實(shí)，形成固體塞。此時(shí)出油的毛細(xì)孔堵塞，油滴不再能夠順利通過有一定厚度餅粕，此時(shí)錐圈讓榨螺和榨條間距進(jìn)一步減小，餅粕變薄，也提供了瞬時(shí)壓力，部分油滴通過壓力脫離干餅吸附力析出。 榨螺和錐圈的數(shù)量根據(jù)油料的不同會(huì)有差異，以往主要靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。例如，武漢工業(yè)大學(xué)的教授李詩(shī)龍及他的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)研發(fā)出的SZX12×2型的雙螺旋榨油機(jī)有8節(jié)榨螺，5節(jié)錐圈，在實(shí)際壓榨中取得了較好的效果。本次設(shè)計(jì)借鑒生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)采用每根螺桿8節(jié)榨螺，5節(jié)錐圈。 3.1.2 榨螺參數(shù)的確定 （1）榨膛容積的計(jì)算 如何計(jì)算榨膛的空余體積是分析壓榨效果的關(guān)鍵，現(xiàn)成的公式很少，榨螺在嚙合區(qū)的一個(gè)嚙合螺距長(zhǎng)度上的C形室的空余體積可以用杰森公式計(jì)算[15]。如下： V=π4D2?Dm2S?B×L（πDcp）2+S2 式中：D——榨籠內(nèi)徑，（mm）； Dm——榨螺底徑，（mm）； B——螺紋剖面平面寬度，（mm）； L——榨螺長(zhǎng)度，（mm）； Dcp——榨螺平均直徑，（mm）； S——螺距，（mm）。 （2）確定螺桿中心距 雙螺旋榨油機(jī)的每根螺桿的幾何形狀和尺寸是相關(guān)的，嚙合部分的相對(duì)位置和主要尺寸如圖8所示。 設(shè)兩根螺桿的中心距是C，外徑是D，當(dāng)C120° 查閱得單根V帶的基本額定功率為P0=3.77kW，額定功率增量?P0=0.30kW，包角修正系數(shù)Kα=0.93，帶長(zhǎng)修正系數(shù)KL=1.07。單根V帶的額定功率Pr： Pr=P0+?P0?Kα?KL=4.05kW V帶的根數(shù)z為： z=PcaPr=2.98 取3，即B型帶3根。B帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量q=0.170kg/m，初拉力為： F0=500(2.5?Kα)PcaKαzv+qv2=353N 壓軸力為： Fp=2zF0sinα12=2059N 電機(jī)輸出軸直徑42mm，小帶輪基準(zhǔn)直徑200mm，小帶輪腹板式，大帶輪輪輻式。 本節(jié)計(jì)算的帶傳動(dòng)，連接電動(dòng)機(jī)和減速器，B型帶3根，基準(zhǔn)長(zhǎng)度3200mm，小帶輪直徑200mm，大帶輪直徑630mm，帶輪中心距877~1021mm，每根帶的初拉力353N，小帶輪按要求選擇腹板式，大帶輪按要求選擇輪輻式。 4.2 裝置運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 表4列出： 表4 各軸運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力參數(shù) 軸 轉(zhuǎn)速n/(r/min) 功率P/kW 轉(zhuǎn)矩T/N?m 傳動(dòng)比 Ⅰ 308 10.56 327.43 1.00 Ⅱ 64.17 10.04 1494.19 4.80 Ⅲ 17.11 9.54 5324.78 3.75 Ⅳ 17.11 9.26 5168.50 1.00 4.3 減速器齒輪的設(shè)計(jì) 4.3.1 高速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 表5 高速級(jí)齒輪基本參數(shù) 名稱 齒數(shù) 齒寬 分度圓直徑 模數(shù) 壓力角 螺旋角 變位系數(shù) 中心距 小齒輪 28 57mm 57.37mm 2mm 20° 12.566° x1=x2=0 167mm 大齒輪 135 52mm 276.63mm 4.3.2 低速級(jí)斜齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 表6 低速級(jí)齒輪基本參數(shù) 名稱 齒數(shù) 齒寬 分度圓直徑 模數(shù) 壓力角 螺旋角 變位系數(shù) 中心距 小齒輪 27 105mm 111.38mm 4mm 20° 14.141° x1=x2=0 264mm 大齒輪 101 100mm 416.63mm 4.4 軸及軸上零件的設(shè)計(jì) 4.4.1 Ⅰ軸的設(shè)計(jì)及軸承、鍵的選擇 軸的結(jié)構(gòu)方案如圖15所示： 圖15 高速軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 參數(shù)如表7： 表7 Ⅰ軸的參數(shù) 名稱 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 直徑/mm 34 39 45 50 56 52 45 長(zhǎng)度/mm 55 60 50 52 6 95 21 4.4.2 Ⅱ、Ⅲ軸的設(shè)計(jì)及軸承、鍵的選擇 Ⅱ、Ⅲ軸的計(jì)算過程與Ⅰ軸類似，現(xiàn)給出計(jì)算結(jié)果如表8： 表8 Ⅱ軸的參數(shù) 名稱 L1 L2 L3 L4 L5 直徑/mm 55 60 65 60 55 長(zhǎng)度/mm 34 48 10 100 35 Ⅱ軸結(jié)構(gòu)如圖16所示： 圖16 Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Ⅲ軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表9所示： 表9 Ⅲ軸的參數(shù) 名稱 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 直徑/mm 80 83 85 90 100 90 85 長(zhǎng)度/mm 180 55 35 95 10 52 34 4.5 軸的強(qiáng)度校核 對(duì)減速器三根軸進(jìn)行受力分析，水平面H受力情況如表10： 表10 軸上水平面H受力情況 軸號(hào) 支反力F/ N 彎矩M/ N?mm 總彎矩/N?mm； 扭矩T/ N?mm Ⅰ軸 FNH1=550.49 FNH2=216.12 MH=27231.62 M1=29590.43 M2=28017.02 T=2.167×104 Ⅱ軸 FNH1=2246.04 FNH2=2050.28 MH=122296.88 M1=133321.6 M2=128126.8 T=1.309×105 Ⅲ軸 FNH1=2267.53 FNH2=959.73 MH=150677.4 M1=161052.4 M2=158772.9 T=6.08×105 繼續(xù)計(jì)算垂直面V的受力情況，結(jié)果如表11所示： 表11 軸上垂直面V受力情況 軸號(hào) 支反力F/ N 彎矩M/ N?mm 總彎矩/N?mm； 扭矩T/ N?mm Ⅰ軸 FNV1=234.12 FNV2=52.28 MV1=11577.23 MV2=6587.28 M1=29590.43 M2=28017.02 T=2.167×104 Ⅱ軸 FNV1=974.95 FNV2=546.24 MV1=53086.03 MV2=38209.49 M1=133321.6 M2=128126.8 T=1.309×105 Ⅲ軸 FNV1=855.83 FNV2=318.8 MV1=56869.9 MV2=50051.6 M1=161052.4 M2=158772.9 T=6.08×105 最大計(jì)算應(yīng)力為： σca1=M12+(αT1)2W=29590.432+(0.6×2.167×104)20.1×353=7.538MPa<σ?1 其中σ?1=60MPa，故可以正常工作。校核Ⅱ軸上的最大應(yīng)力σca2=33.17MPa，同時(shí)Ⅲ軸的最大應(yīng)力σca3=14.52MPa，均小于許用應(yīng)力σ?1，因此，減速器上的三根軸均可以正常工作。 5其他零件的設(shè)計(jì) 5.1 扭矩分配器的設(shè)計(jì) 雙螺桿榨油機(jī)的兩根螺桿中心距只有136mm，榨螺要?jiǎng)蛩佼愊蛐D(zhuǎn)，因此需要扭矩分配器來平衡，已知扭矩分配器的兩根齒輪軸中心距為136mm，距離太近無(wú)法裝兩個(gè)平行的聯(lián)軸器，因此考慮錯(cuò)列布置，則兩根齒輪軸長(zhǎng)度不同，齒輪的齒數(shù)為17，模數(shù)為8僅改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向，分配扭矩，不改變傳動(dòng)比。主動(dòng)軸較短，與聯(lián)軸器相連部分軸徑是80mm，齒輪軸的分度圓直徑是136mm。支撐軸承選用滾針軸承型號(hào)為NA4917，d×D×C=85mm×120mm×35mm，為承受軸向力，在滾針軸承左端套裝單列圓錐滾子軸承，型號(hào)為30217，標(biāo)準(zhǔn)尺寸d×D×T=85mm×150mm×30.5mm。從動(dòng)軸較長(zhǎng)，支承段軸徑為60mm，選擇的滾針軸承型號(hào)為NA4912，d×D×C=60mm×85mm×25mm，滾針軸承左端套裝的單列圓錐滾子軸承，型號(hào)30212，標(biāo)準(zhǔn)尺寸d×D×T=60mm×110mm×23.75mm如果圓錐滾子軸承并排布置，則中間壁厚僅為6mm，因此軸承也必須錯(cuò)位布置。 兩根齒輪軸豎直方向平行，且箱體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，考慮到安裝方便，箱體采用豎直方向的分段式，分為兩段，這種箱體安裝方便但對(duì)接合面的精度要求較高，精密鑄造或者數(shù)控機(jī)床加工都能達(dá)到要求。扭矩分配器輸出端軸徑均為60 mm，與榨螺軸通過帶彈性柱銷聯(lián)軸器相連，型號(hào)為L(zhǎng)X4，分配器的結(jié)構(gòu)圖如圖17所示： 圖17 扭矩分配器結(jié)構(gòu)圖 對(duì)齒輪軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核，功率P=9.26Kw，轉(zhuǎn)矩T=5168500N?mm，主動(dòng)軸和從動(dòng)軸分別承受一半的扭矩，對(duì)齒輪軸進(jìn)行載荷分析，如圖18所示： 圖18 齒輪軸載荷分析圖 軸的彎矩合成條件公式是： σca=M2+(aT)2W≤[σ?1] 式中：σca——軸的計(jì)算應(yīng)力，MPa； M——軸受的彎矩，N?mm； a——折合系數(shù)，取0.6； T——軸受的扭矩，N?mm； W——抗彎截面系數(shù)，mm3； σ?1——許用彎曲應(yīng)力。 算得齒輪軸的計(jì)算應(yīng)力σca=57.72MPa<σ?1=570MPa，齒輪軸工作安全，齒輪軸材料選20CrMnTi，滲碳淬火處理。 5.2 機(jī)架的設(shè)計(jì) 機(jī)架底座采用尺寸300mm×150mm，壁厚6mm的方鋼管焊接而成，底座的總長(zhǎng)為4100mm，總寬1150mm，在方鋼管底座上面焊接已經(jīng)打孔的鋼板，支座通過螺釘和銷釘與鋼板連接固定，支座上用于放置減速器，扭矩分配器，電機(jī)，左右支撐板，為滿足裝配精度可在支座上增加墊片。機(jī)架三維結(jié)構(gòu)如圖19所示： 圖19 機(jī)架結(jié)構(gòu) 5.3 料斗設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)榨油機(jī)用人工加料，料斗不配電機(jī)，無(wú)定量喂料，節(jié)約了成本，適合榨油量需求不大的情況。料斗結(jié)構(gòu)如圖20： 圖20 料斗結(jié)構(gòu) 6 設(shè)計(jì)總結(jié) 6.1 結(jié)論綜述 本設(shè)計(jì)的雙螺桿榨油機(jī)，電機(jī)功率11Kw，通過中心距為1000mm的帶輪傳動(dòng)至二級(jí)斜齒圓柱齒輪減速器，減速器輸出軸與扭矩分配器主動(dòng)軸通過彈性柱銷聯(lián)軸器連接，扭矩分配器的兩根輸出軸與兩根榨螺桿也是通過彈性柱銷聯(lián)軸器連接，帶動(dòng)榨螺桿在榨籠內(nèi)異向轉(zhuǎn)動(dòng)。榨籠由框體、壓條、壓板和榨條組成，榨條和墊片裝在榨籠內(nèi)與壓板和壓條形成過盈配合，油料經(jīng)料斗進(jìn)入進(jìn)料箱，在喂料段榨螺的推送下進(jìn)入榨籠，隨著螺桿根徑變大和螺距減小，空余體積減小，壓力逐漸增大，將油料的油脂擠出，油脂通過榨條間的濾油縫隙流出，殘余的干餅在榨膛末端排出，不同油料要求的干餅厚度不同，通過調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)節(jié)。 6.2 存在不足 該榨油機(jī)的喂料裝置僅靠料斗，可能造成有時(shí)加料過多使榨螺卡死，有時(shí)又加料過少，降低生產(chǎn)效率，目前市面上的榨油機(jī)喂料裝置大多采用兩個(gè)小電機(jī)和絞龍分別水平垂直布置來實(shí)現(xiàn)定量的喂料，這種喂料方式科學(xué)地使機(jī)器即不至于卡死，又保證了生產(chǎn)效率，在生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)盡量選擇定量喂料。 雖然榨籠采用左右對(duì)開方式，清理榨籠時(shí)可以較方便地拆卸，但榨籠體積較大本身仍然比較笨重，查閱文獻(xiàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)有一種帶鉸鏈的榨籠，不必將榨籠取下來，只需松開螺釘然后繞著鉸鏈將榨籠打開即可，這種榨籠結(jié)構(gòu)大大減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，不必搬動(dòng)笨重的榨籠，如果制造精度較高，將來可以大力推廣。 6.3 展望 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，查閱相關(guān)文獻(xiàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)我國(guó)榨油機(jī)這類農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備與世界先進(jìn)水平仍有一定差距，目前的榨油機(jī)械正在向自動(dòng)化的方向發(fā)展，未來的榨油機(jī)僅需通過計(jì)算機(jī)控制即可完成生產(chǎn)。 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)由于時(shí)間有限，有些問題未能深入研究，部分零部件的結(jié)構(gòu)可能也不是最優(yōu)的，比如兩軸式傳動(dòng)系統(tǒng)雖然最理想，但是三軸式或內(nèi)齒分配式傳動(dòng)方式更加安全可靠且耐用，是否有綜合兩者的傳動(dòng)系統(tǒng)還有待研究。本次設(shè)計(jì)的榨油機(jī)由于所學(xué)知識(shí)有限，未能進(jìn)行仿真和有限元分析，可能結(jié)構(gòu)或者受力方式并非最優(yōu)解，這也是需要考慮的問題。 參考文獻(xiàn) [1]李詩(shī)龍.螺旋榨油機(jī)的開發(fā)[J].中國(guó)油脂，2003，28（8）：21-23. 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Wong Department of Mechanical and Production Engineering, National Univerrity of Singapore, lO Kent Ridge Crercent, Singapore ll926O, Singapore Abstract Ball-nose end mill cutters are used extensively in the die and mold industry. However, very little work has been done in the research of chip formation in high speed ball-nose end milling. An experimental investigation has been conducted in this study to establish the chip formation mechanism. Common mold steel H13 hardened to HRc 33 is machined on a high speed machining center under dryconditions at a spindle speed range of 10–30k rpm. Four typical types of chip and three types of chatter have been encountered in this study. Images of the chips are obtained bythe use of SEM. The EDX method is used to analyze the interaction between the cutting edge and the chip in the formation process. Based on the findings of this study, the chip formation mechanism has been proposed in this paper. The locus of cutter movement for the three types of chatter is illustrated to explain the relationship between the chip formation and the chatter behavior. A method to judge process stability by analysis of the chip has been suggested based on the findings of the experiment. It has also been established through this study that the classical ‘‘a(chǎn)diabatic shear’’ does not occur in chip formation in high speed ball-nose end milling. g 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. Keywordr: Ball-nose end mill; Chip formation mechanism; Chatter; High speed machining; Adiabatic shear 1. Introduction In metal cutting, the present tendencyis toward achieving increased material removal rates with a high degree of automation and without close human supervision. This requires very reliable machining processes, where the pre- dictability of surface finish, workpiece accuracy, and tool life are of prime importance. But to maintain stable machin- ing, much attention must also be given to the formation of the desired type of chip and chip controls to facilitate its easy removal. This is because the chip formation and breaking aspect is very significant in machining. Problems with sur- face finish, workpiece accuracy, and tool life can be caused even by minor changes in the chip formation process, especiallyin h