學(xué)校代碼：10410
序 號：20050409
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計
題目： 漿渣自分離立式磨漿機(jī)
學(xué) 院： 工 學(xué) 院
姓 名： 方 皎
學(xué) 號： 20050409
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級： 機(jī) 制051
指導(dǎo)教師： 涂建平 徐雪紅
二OO九 年 五 月
漿渣自分離立式磨漿機(jī)
摘 要
目前全國的磨漿機(jī)生產(chǎn)企業(yè)分布特點(diǎn)是區(qū)域性的群體生產(chǎn)狀況，我國磨漿機(jī)行業(yè)整體質(zhì)量仍處在一個較低水平。由于磨漿機(jī)生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模小，多為個體企業(yè)，生產(chǎn)設(shè)備陳舊，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。針對我國現(xiàn)有豆制品加工技術(shù)產(chǎn)品存在的一些技術(shù)問題，及對多功能磨漿機(jī)產(chǎn)品的需求狀況，提出一種漿渣自分離的立式磨漿機(jī)的設(shè)計方案。利用由電動機(jī)直聯(lián)驅(qū)動的轉(zhuǎn)軸，使定砂輪片與動砂輪片產(chǎn)生高的相對運(yùn)動，對物料進(jìn)行充分研磨。并利用高速旋轉(zhuǎn)下的離心力原理，使研磨后的漿與渣分離,最大限度的獲取大豆中的蛋白質(zhì)成分。達(dá)到充分利用產(chǎn)品功用，提高豆制品生產(chǎn)效率的目的。
關(guān)鍵詞：
磨漿機(jī)；
定砂輪磨片；
動砂輪磨片；
離心分離篩。
Vertical Type Stuff Grinder of Seprating Bean-milk and Beandregs
Abstract: At the present time, manufacturers of Stuff Grinder is characterized by the distribution of regional groups of production, our quality of Stuff Grinde industry as a whole is still at a lower level. Stuff Grinder as a result of small-scale manufacturing enterprises, and more for individual enterprises, production facilities are old and unstable product quality.To study the problem of today’s bean products’ process technology in our country,and considering the demand conditions of multifunctional stuff grinder ,to raise a kind of design proposal:the vertical type stuff grinder of seprating bean-milk and beandregs automatically .to take advantage of electric motor ,drivie rotating shaft directly.in order to making high relative movement between immobile grinding wheel and mobile grinding wheel .so the materiel can be grindded fully.Besides,basing on the centrifugal force theory in the condition of high speed revolution,to separte bean-milk and beandregs.so subunit of protein from beans can be got utmostly. For carrying the point of improving productivity.
Key words: stuff grinder
immobile grinding wheel
mobile grinding wheel
centrifugal separation screen
I
漿渣自分離立式磨漿機(jī)
目 錄
1 緒 論 - 1 -
1.1 引言 - 1 -
1.2 磨漿機(jī)產(chǎn)品的特性及現(xiàn)狀 - 2 -
1.3 課題研究依據(jù) - 3 -
1.3.1總體設(shè)計參數(shù) - 3 -
1.3.2 現(xiàn)今產(chǎn)品存在的問題 - 3 -
1.3.3 裝配技術(shù)要求 - 3 -
2 原理與設(shè)計要求分析 - 4 -
2.1相關(guān)原理分析 - 4 -
2.1.1 磨漿機(jī)的工作原理 - 4 -
2.1.2 研磨原理 - 4 -
2.1.3 漿渣分離原理 - 5 -
2.1.4 間隙控制原理 - 6 -
2.2 機(jī)器設(shè)計要求分析 - 6 -
3 零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度校核 - 7 -
3.1 電動機(jī)的選擇 - 7 -
3.2 磨片的設(shè)計 - 7 -
3.3 軸的設(shè)計及強(qiáng)度、剛度校核 - 8 -
3.3.1 軸的強(qiáng)度校核 - 8 -
3.3.2 軸的剛度校核 - 9 -
3.4 沉頭螺釘?shù)膹?qiáng)度校核 - 10 -
3.5 離心分離篩的設(shè)計 - 11 -
3.6 螺栓的強(qiáng)度校核 - 11 -
3.7 鍵的強(qiáng)度校核 - 12 -
4 重要零部件材料的選擇及裝配特性 - 13 -
4.1 定、動磨片材料的選擇 - 13 -
4.2 離心分離篩材料的選擇 - 13 -
4.3 機(jī)體、機(jī)蓋材料的選擇及磨漿機(jī)的固定方式 - 14 -
4.4 相關(guān)零部件潤滑方式的選擇 - 14 -
參 考 文 獻(xiàn) - 15 -
致 謝 - 16 -
1 緒 論
1.1 引言
大豆磨漿制品是我國人民的傳統(tǒng)食品, 也是現(xiàn)代科學(xué)公認(rèn)的營養(yǎng)食品。用于豆制品加工主要工序中的制漿設(shè)備在我國具有悠久的歷史。改革開放后，大豆磨漿機(jī)行業(yè)得以迅速發(fā)展。進(jìn)入80年代以來，砂輪磨漿機(jī)以其體積小、效率高、節(jié)能、漿質(zhì)好等顯著優(yōu)勢。深受廣大豆制品加工用戶的歡迎，產(chǎn)銷量增幅較大。在70年代我國磨漿機(jī)年產(chǎn)量在7萬臺左右，80年代年產(chǎn)量已達(dá)10幾萬臺，90年代初，特別是糧食市場放開后的1992～1994年，市場需求量驟增，產(chǎn)品供不應(yīng)求，年產(chǎn)銷量由10幾萬臺增至40萬臺左右。隨著產(chǎn)品的熱銷，1994年后許多小型及個體企業(yè)紛紛上馬生產(chǎn)磨漿機(jī)，生產(chǎn)企業(yè)從100多家增至300多家。據(jù)我國不完全統(tǒng)計，年總產(chǎn)銷量已達(dá)50萬臺，年總產(chǎn)值4億元以上。
社會需求量提高,從而帶動了磨漿機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步,企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模開始向?qū)I(yè)化,產(chǎn)業(yè)化發(fā)展, 特別是分離型砂輪磨漿機(jī)不但被國內(nèi)豆制品加工廠、專業(yè)戶廣泛使用,也是混合型砂輪磨的更新?lián)Q代產(chǎn)品。目前, 具有代表性的有河北滄州產(chǎn)的分離型DM - Z105、125 型漿渣自分離磨漿機(jī)年產(chǎn)銷4 萬臺, 沈陽產(chǎn)FM - 120、175、200 型年產(chǎn)3 萬臺左右, 另外江蘇丹徒地區(qū)磨漿機(jī)年產(chǎn)近10 萬臺,浙江機(jī)電股份有限公司、湖南桑植機(jī)械廠、安徽蒙城礦機(jī)廠等數(shù)十家企業(yè)產(chǎn)品也有較大的社會保有量和年產(chǎn)銷量。湖北石首第四機(jī)械廠、石首畜牧機(jī)械廠多功能磨漿機(jī)近年社會產(chǎn)銷量也較大,據(jù)不完全統(tǒng)計,全國磨漿機(jī)生產(chǎn)企業(yè)約有100 余家, 年產(chǎn)銷量30～40 萬臺, 年總產(chǎn)值約3～4 億元左右。磨漿機(jī)生產(chǎn)企業(yè)90 %以上為小型企業(yè), 隨著產(chǎn)品的發(fā)展, 近年逐漸形成上述幾個行業(yè)骨干企業(yè)。磨漿機(jī)生產(chǎn)方式, 較大企業(yè)產(chǎn)品的關(guān)鍵部件以自己制造為主, 其它零部件靠專業(yè)廠外協(xié), 最后總裝。小企業(yè)(包括個體企業(yè)) 以各部件外購、外協(xié)為主, 最后總裝。從管理水平上,很大一部分企業(yè)缺乏規(guī)范化管理的經(jīng)驗(yàn),沒有可靠的質(zhì)量保證體系,部分行業(yè)骨干企業(yè)開始運(yùn)用質(zhì)量保證體系規(guī)范化生產(chǎn)和經(jīng)營, 并開始向集團(tuán)化方向發(fā)展; 從生產(chǎn)條件看, 大部分企業(yè)加工設(shè)備比較陳舊,工藝工裝手段比較簡單,加工精度不高。從產(chǎn)品發(fā)展看, 磨漿機(jī)是80 年代在我國開始批量生產(chǎn)的新產(chǎn)品,通過幾年的發(fā)展,技術(shù)水平的進(jìn)步,產(chǎn)品的技術(shù)含量有一定的提高, 產(chǎn)品增加了新的品種和規(guī)格, 而且整機(jī)和關(guān)鍵部件不斷出現(xiàn)新結(jié)構(gòu)。從質(zhì)量水平看,隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展, 產(chǎn)品的競爭, 企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量意識普遍提高。1993 年我中心對該產(chǎn)品進(jìn)行了第一次產(chǎn)品質(zhì)量國家監(jiān)督抽查, 其抽樣合格率為57.11 % ,1996 年第四季度我中心對江蘇、遼寧、浙江、湖南、湖北、河南、河北、山東、安徽等我國目前磨漿機(jī)產(chǎn)銷量較大的九個省份的32 家企業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行了第二次國家監(jiān)督抽查, 其抽樣合格率為75.10 % , 基本上代表了我國目前磨漿機(jī)行業(yè)的質(zhì)量水平。
1.2 磨漿機(jī)產(chǎn)品的特性及現(xiàn)狀
石磨是我國傳統(tǒng)的磨漿設(shè)備, 由軸和上下兩個磨盤組成,磨盤直徑在600～1200mm。以人推、馬拉、電機(jī)傳遞動力運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)為主。缺點(diǎn)是體積大、笨重、生產(chǎn)效率低、勞動強(qiáng)度大, 況且磨齒需經(jīng)常修鑿, 其費(fèi)用較高。目前已基本被鋼磨、砂輪磨所取代。
鋼磨是一種磨漿兼有糧食和飼料粉碎等功能的機(jī)械。目前主要有立式和臥式兩種結(jié)構(gòu)形式, 由軸和鑄鋼動靜片組成,可由電動機(jī)直聯(lián)驅(qū)動或由電動機(jī)、燃油機(jī)傳遞動力作業(yè)。磨片直徑在100～200mm。生產(chǎn)率一般在15～300kg/ h 左右,其特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、體積小、產(chǎn)量高、動靜鑄鋼磨片的使用壽命長。其缺點(diǎn)是噪聲高,豆糊在磨制過程中, 升溫發(fā)熱, 而容易引起蛋白變質(zhì),同時豆糊顆粒較大,出渣率較高,容易造成物料浪費(fèi)。因此近年來在單一用作大豆磨漿方面已很少使用。但由于鋼磨兼有磨漿和粉碎多種作業(yè)功能, 提高了用戶的實(shí)用性。特別是近年來, 某些產(chǎn)品集磨漿、粉碎、磨米等多種作業(yè)功能于一體, 適應(yīng)部分農(nóng)村家庭作業(yè)的需要,深受廣大農(nóng)民的歡迎,提高了產(chǎn)品銷售服務(wù)對象的廣度和深度, 近二三年此類產(chǎn)品的產(chǎn)銷量在部分省區(qū)有跳躍發(fā)展的趨勢。其不足之處是, 該類機(jī)械相互兼顧多種作業(yè)功效, 容易降低各種作業(yè)功能的性能指標(biāo)。
砂輪磨是目前國內(nèi)較先進(jìn)的磨漿設(shè)備, 有混合型和分離型（如圖所示）兩大類,是近年來發(fā)展最迅速,應(yīng)用最廣泛的大豆磨漿機(jī)械?；旌鲜侥{機(jī)分為立式和臥式兩種,主要由軸和動靜砂輪磨片組成, 可由電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動或電機(jī)、燃油機(jī)傳遞動力運(yùn)轉(zhuǎn)作業(yè)。磨片直徑一般在100～400mm , 其砂輪材質(zhì)主要由16 # ～45 # 碳化硅金剛砂粒或氧化鋁白剛玉以及棕剛玉砂粒粘合、燒結(jié)而成。生產(chǎn)率一般為20～500kg/ h ,其特點(diǎn)是作業(yè)時大豆進(jìn)入粗磨區(qū),再進(jìn)入精磨區(qū),磨碎質(zhì)量好,出渣率低,蛋白質(zhì)損失少,而且具有優(yōu)于石磨和鋼磨的自銳性,因此砂輪片比較耐用,另具有體積小、效率高、節(jié)能、噪聲小、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn),適于大豆制漿作業(yè)。分離型磨漿機(jī)械主要以立式結(jié)構(gòu)為主, 是目前我國最為先進(jìn)的磨漿設(shè)備,其結(jié)構(gòu)主要由軸、動靜砂輪磨片、離心分離篩組成, 磨片直徑一般在100～200mm ,生產(chǎn)率一般在35～300kg/ h , 該類機(jī)械除具有混合型磨漿機(jī)的優(yōu)點(diǎn)外, 又增加了分離功能, 制漿過程中, 漿渣自動分離, 大大減輕了用戶的勞動強(qiáng)度。另外漿質(zhì)好,經(jīng)對比實(shí)驗(yàn),按每千克大豆磨漿制作豆腐較傳統(tǒng)磨和鋼磨多出豆腐0.15kg 左右。目前分離式磨漿機(jī)已被豆制品加工廠、個體專業(yè)戶、飯店、食堂廣泛應(yīng)用,也被大豆飲品、豆制品加工成套設(shè)備所采用。自1986年以來, 分離型磨漿機(jī)逐步受到國外用戶的認(rèn)可和重視, 已被德國、俄羅斯、加拿大、烏克蘭、馬來西亞、泰國、日本、香港等國家和地區(qū)用戶選用。這說明作為傳統(tǒng)豆制品加工工藝和現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)步相結(jié)合的砂輪式自分離磨漿機(jī),已有擴(kuò)大國外市場銷售趨勢。
1.3 課題研究依據(jù)
1.3.1總體設(shè)計參數(shù)
外形尺寸
450450950 mm
磨輪直徑
200 mm
額定功率
4 kw
額定轉(zhuǎn)速
2800r/min
額定頻率
50 Hz
額定電壓
3N-380v
生產(chǎn)能力
155-175 kg/h
篩網(wǎng)目數(shù)
90 目
1.3.2 現(xiàn)今產(chǎn)品存在的問題
1、現(xiàn)有分離式磨漿機(jī)需磨制二到三次，出漿率才能接近100%，重復(fù)磨漿不僅造成營養(yǎng)成份的損失，而且降低了豆?jié){制品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
2、多功能磨漿機(jī)由于兼顧多種作業(yè)功能，各項(xiàng)作業(yè)質(zhì)量不均衡，某項(xiàng)作業(yè)性能質(zhì)量不理想，達(dá)不到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，容易造成物料和能源的浪費(fèi)。
3、磨漿機(jī)接觸食品材料應(yīng)嚴(yán)格符合相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)和國際市場的要求，提高產(chǎn)品的檔次和水平。
4、電壓低是我國目前存在的普遍現(xiàn)象，特別是部分農(nóng)村地區(qū)。現(xiàn)有磨漿機(jī)產(chǎn)品的低電壓工作性能不理想，該指標(biāo)體現(xiàn)了產(chǎn)品的適應(yīng)性和可靠性，產(chǎn)品按現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)只能反映220v的作業(yè)狀況，而當(dāng)電壓過低時，有些磨漿機(jī)產(chǎn)品輕者電機(jī)發(fā)熱，影響分離或停止運(yùn)轉(zhuǎn)，重者燒損電機(jī)，即影響用戶生產(chǎn)又易造成經(jīng)濟(jì)損失。
1.3.3 裝配技術(shù)要求
1、磨漿機(jī)應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)定的圖樣和經(jīng)批準(zhǔn)的技術(shù)文件進(jìn)行裝配。
2、動片、定片裝配后必須進(jìn)行磨合，使兩砂輪片的精加工工作面接觸均勻，接觸面不得少于95%；其間隙調(diào)節(jié)應(yīng)有“粗”、“細(xì)”字樣和相應(yīng)的標(biāo)志。
3、用手驅(qū)動定片時應(yīng)靈活，不允許有阻滯和碰撞現(xiàn)象。
4、對磨漿機(jī)空載運(yùn)轉(zhuǎn)時噪聲的要求，砂輪直徑小于或等于200mm時，其噪聲不得大于70dB。
5、殼體與主軸交貫處應(yīng)采取可靠的防漏措施，工作時出漿口的豆糊應(yīng)暢通無阻，其余部位不得有漿液外溢和滲漏。
6、軸承溫升在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時不得超過35,最高溫度不得超過70
2 原理與設(shè)計要求分析
2.1相關(guān)原理分析
2.1.1 磨漿機(jī)的工作原理
原料通過加料斗進(jìn)入兩個相對高速轉(zhuǎn)動的磨盤之間，使其在磨盤的機(jī)械力的作用下，部分受到磨紋的碾磨，大部分由于原料本身的相互擠壓、摩擦而破碎。漿料最后經(jīng)精磨區(qū)流出，由于精磨區(qū)間隙較小而被細(xì)化（磨碎）。在高速旋轉(zhuǎn)中，離心力的作用下，漿體通過篩孔，經(jīng)出漿口流出，而渣體不能通過篩孔，通過離心作用經(jīng)出渣口流出。工作示意圖如圖二所示。
2.1.2 研磨原理
粉碎是利用機(jī)械的方法克服固體物料內(nèi)部的凝聚力而將其破碎的一種操作，它是食品加工中特別是在食品原料加工中的基本操作之一。
根據(jù)粉碎的粒度大小，可將粉碎分成以下幾種級別：粗破碎——物料被破碎到200-100mm;中破碎——物料被破碎到70-20mm；細(xì)破碎——物料被破碎到10-200目（mesh）標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)；微粉碎——將物料90%以上粉碎刀能通過325目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)；超微粉碎——將全部物料粉碎到微米級的粒度。
食品粉碎的方式有多種，一般可分為：
1、 擠壓 2、彎曲 3、折斷 4、剪切 5、撞擊 6、研磨
對應(yīng)示意圖如下：
研磨是指物料與粗糙工作面之間在一定壓力下相對運(yùn)動而摩擦，使物料受到破壞，表面剝落，這是一種既有擠壓又有剪切的復(fù)雜過程。對于某一種物料而言，當(dāng)兩個工作表面之間的壓力不小于某一個最小的極值，或者兩個工作面之間的間隙不小于某一個最小的極值時，可以得到所需要的粉碎效果。根據(jù)設(shè)計要求，濾網(wǎng)的目數(shù)要求達(dá)到90目。所以屬于細(xì)破碎的范疇。
2.1.3 漿渣分離原理
離心力(Centrifugal force)是一種假想力，即慣性力。當(dāng)物體作圓周運(yùn)動時，向心加速度會在物體的坐標(biāo)系產(chǎn)生如同力一般的效果，類似于有一股力作用在離心方向，因此稱為離心力。具體的計算公式可表示為：
式中： ——離心力，N m——質(zhì)量，kg
——角速度，rad/s R——旋轉(zhuǎn)半徑，m
我們知道接觸力都是由于分子間作用力宏觀的體現(xiàn)，若在做勻速直線運(yùn)動的物體受到大小不變方向時刻改變的向心力，它是實(shí)際存在的力，力方向指向圓心，就會時刻扭轉(zhuǎn)物體的運(yùn)動方向，這時物體就不是做勻速運(yùn)動了，而是曲線運(yùn)動（圓周運(yùn)動是特例），受向心力物體內(nèi)的分子也并不保持相對彼此近似靜止了，而是由于向心力起初作用物體內(nèi)的那一小塊分子群的后面拉著一連串的分子，而且這個向心力時刻改變，物體內(nèi)這一連串分子的運(yùn)動狀態(tài)也要時刻改變,分子改變運(yùn)動狀態(tài)是靠分子間距離的改變從而改變分子間作用力。而晚改變狀態(tài)的分子會因?yàn)樵绺淖儬顟B(tài)的分子的分子間相互作用力而跟著改變運(yùn)動狀態(tài)，而恰恰是這個分子間延遲效果，把物體內(nèi)的拉伸力體現(xiàn)為了外在的離心力。
渣料有一定的質(zhì)量，在高速旋轉(zhuǎn)的腔體內(nèi)做圓周運(yùn)動，漿體可以通過離心分離篩的篩孔，而渣料則克服篩網(wǎng)的摩擦力，在受離心力作用下，沿著篩網(wǎng)上移而經(jīng)出渣口流出。以達(dá)到漿渣分離的目的。
2.1.4 間隙控制原理
螺旋傳動是利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運(yùn)動的機(jī)械傳動。主要用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成推力。按工作特點(diǎn)，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋。①傳力螺旋:以傳遞動力為主,它用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力,一般為間歇工作,工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機(jī)和螺旋千斤頂上的螺旋。②傳導(dǎo)螺旋：以傳遞運(yùn)動為主，常要求具有高的運(yùn)動精度，一般在較長時間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高，如機(jī)床的進(jìn)給螺旋（絲杠）。③調(diào)整螺旋：用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機(jī)器和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋。
定、動磨盤之間的間隙控制，利用的是螺旋傳動的原理實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)設(shè)計要求，選擇的是調(diào)整螺旋機(jī)構(gòu)。
2.2 機(jī)器設(shè)計要求分析
良好的磨漿機(jī)在具體結(jié)構(gòu)設(shè)計方面必須滿足：
1、 物料必須連續(xù)而均勻地供入磨漿機(jī)。一般可采用在高位供料或用強(qiáng)制的辦法送進(jìn)。
2、 物料在磨碎過程中必須布滿盤面空間，并連續(xù)運(yùn)動。因此，要有良好的磨盤結(jié)構(gòu)（磨紋形式）來實(shí)現(xiàn)這種運(yùn)動。
3、 磨盤必須耐磨，以延長使用周期，一般定片使用砂輪片，動片采用36號粒度碳化硅或氧化鎂金剛砂砂輪。
4、 磨盤上的氣孔盡量少或無氣孔最好，方便洗和防止細(xì)菌污染。
5、 磨漿機(jī)操作時，必須使磨盤面間的磨料壓力相對穩(wěn)定和保證磨盤面間有一個恒定均勻的間隙。
6、 在機(jī)械性能上，要求主軸和磨室殼體有足夠的剛度，磨盤要有足夠的動平衡，機(jī)座要緊固，在運(yùn)轉(zhuǎn)中能把磨盤生產(chǎn)的振動通過機(jī)座被基礎(chǔ)吸收。由于在磨漿中會產(chǎn)生大量的熱。所以必需要有冷卻措施和注意熱脹冷縮對材料的影響。
3 零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強(qiáng)度校核
3.1 電動機(jī)的選擇
磨漿機(jī)選用的電機(jī)應(yīng)符合GB755-81《電機(jī) 基本技術(shù)要求》有關(guān)規(guī)定。電機(jī)的選配應(yīng)符合下表的規(guī)定。
砂輪直徑 （mm）
100
125
150
175
200
250
300
350
400
500
生產(chǎn)能力（kg/h）
20
30
40
100
150
200
250
300
350
400
電機(jī)功率（kw）
0.6
1.0
2.0
3.0
4.0
4.5
5.0
5.5
7.5
10
根據(jù)設(shè)計要求，確定最大轉(zhuǎn)矩：
T——額定轉(zhuǎn)矩，Nm P——額定功率，kw
n——額定轉(zhuǎn)速，min/r
通過查Y系列（IP44）三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)表，選擇112M28型電動機(jī)。并查得其轉(zhuǎn)軸的直徑尺寸為R=28mm。
3.2 磨片的設(shè)計
磨漿機(jī)的制漿過程中比較重要的工藝要求是沫糊的細(xì)度，理論上沫糊中的顆粒應(yīng)在3微米以下，從感觀上看沫糊應(yīng)是不粗不糙，均勻潔白，沒有粒身。沫糊的細(xì)度，直接影響蛋白質(zhì)在水中的溶解度，這和出品率有直接的關(guān)系。沫糊的細(xì)度與蛋白質(zhì)的溶解度關(guān)系可用曲線表示如上圖：
磨盤是磨漿機(jī)的關(guān)鍵部件。為了磨出良好的漿料，磨盤應(yīng)該具有破碎區(qū)、中間區(qū)（磨漿區(qū)）和精磨區(qū)，這三個區(qū)的工作要求，一般設(shè)計不同形式的磨紋來實(shí)現(xiàn)。
1、 破碎區(qū)——一般將齒設(shè)計成較大的齒和放射狀的形式，齒面較寬，長度不等，寬度由內(nèi)向外逐漸縮小，使大豆在此區(qū)產(chǎn)生擠壓、摩擦而破碎。
2、 磨漿區(qū)——將齒設(shè)計得比破碎區(qū)細(xì)，平行狀，使大豆在此區(qū)磨細(xì)。
3、 精磨區(qū)——將齒條設(shè)計得更細(xì)且相互平行，使大豆在此區(qū)磨細(xì)。
目前我國使用的砂輪磨是將砂輪設(shè)計成齒的形狀來實(shí)現(xiàn)破碎、粗磨和細(xì)磨的目的。在此把砂輪設(shè)計成上砂輪為碟形，下砂輪為圓臺形（如圖），使上下砂輪片之間形成兩個區(qū)域，中間為粗磨區(qū)，四邊沿為精磨區(qū)；在定片裝有螺旋以控制兩片砂輪的間隙，可以磨出較好的漿。大豆磨漿機(jī)砂輪包括砂輪體和軸孔，其特征是在傾斜的工作表面開有徑向?qū)ΨQ的溝槽，優(yōu)點(diǎn)是由于在工作表面開有徑向溝槽，使其摩擦力增強(qiáng)豆瓣在由中心向外緣運(yùn)動過程中，得到充分破碎，因此生產(chǎn)效率提高，質(zhì)量更好，而且減輕了勞動強(qiáng)度，節(jié)省了電能。
3.3 軸的設(shè)計及強(qiáng)度、剛度校核
3.3.1 軸的強(qiáng)度校核
根據(jù)電動機(jī)的選擇型號，可確定轉(zhuǎn)軸軸徑。并按所受的轉(zhuǎn)矩來校核軸的強(qiáng)度（如果還受有不大的彎矩時，可用降低需用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮）。根據(jù)公式：
式中: ——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，；
T——軸所受的扭矩，N*mm；
——軸的抗扭截面系數(shù)，；
n——軸的轉(zhuǎn)速，r/min;
P——軸的傳遞功率，kw；
d——計算截面處軸的直徑，mm；
——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，。
軸常用幾種材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的值如下：
軸的材料
Q235-A 20
Q275、35
45
40Cr、3Cr13
/
15-25
20-35
25-45
35-55
注：表中考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。
作出扭矩圖：
3.3.2 軸的剛度校核
軸的扭轉(zhuǎn)剛度以扭轉(zhuǎn)角來度量。軸的剛度校核計算通常是計算出軸在受載時的變形量，并控制其允許值。軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。圓軸扭轉(zhuǎn)角的計算公式為（階梯軸）：
式中：T——軸所受的扭矩，Nmm
G——軸的材料的剪切彈性模量，，對于鋼材，；
——軸截面的極慣性矩，，對于圓軸，；
L——階梯軸受扭矩作用的長度，mm；
——分別代表階梯軸第i段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前。
Z——階梯軸受扭矩作用的周段數(shù)。
軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為：
式中，為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用場合有關(guān)。對于一般傳動軸，可取。
所以，根據(jù)所選材料設(shè)計的軸，滿足剛度要求。
3.4 沉頭螺釘?shù)膹?qiáng)度校核
根據(jù)螺釘組合的受力分析，可近似按受轉(zhuǎn)矩的鉸制孔用螺栓組連接的公式進(jìn)行校核。
在轉(zhuǎn)矩T的作用下，各螺釘受到剪切和擠壓作用，各螺釘所受的橫向工作剪力和該螺釘軸線到螺釘組對稱中心的連線相垂直。為了求得各螺釘?shù)墓ぷ骷袅Φ拇笮?。各螺釘?shù)募羟凶冃瘟颗c該螺釘軸線到螺釘組對稱中心的距離成正比。
根據(jù)作用力矩平衡的條件得：
又因?yàn)?，i=1，2，…，z
聯(lián)解以上兩式，可求得受力最大的工作剪力為：
受變載荷時，安全系數(shù)，取；，選取性能等級為6.8級的45鋼材質(zhì)的螺釘，經(jīng)查表可知，屈服強(qiáng)度極限480。
，所以許用工作剪力：
所以滿足要求。
3.5 離心分離篩的設(shè)計
篩網(wǎng)是分離漿體和渣料的關(guān)鍵部分，根據(jù)設(shè)計任務(wù)要求，篩網(wǎng)目數(shù)需為90目。目是指一平方英寸上可以打多少個孔，目數(shù)越多，每個孔的直徑就越小，因此經(jīng)常用目數(shù)來表示粉體的細(xì)度。篩目與篩孔內(nèi)徑對照表如下：
篩目
篩孔內(nèi)徑（mm）
篩目
篩孔內(nèi)徑（mm）
篩目
篩孔內(nèi)徑（mm）
10
2.00
60
0.250
140
0.105
16
1.19
80
0.177
200
0.074
20
0.84
100
0.149
40
0.42
120
0.125
因?yàn)楹Y網(wǎng)的目數(shù)根據(jù)設(shè)計要求為90目，所以篩孔的內(nèi)徑通過計算可得：
3.6 螺栓的強(qiáng)度校核
根據(jù)電動機(jī)的選型，可查得電動機(jī)的質(zhì)量為45kg。便可計算得螺栓組所受的總重力為：
而三個相同的螺栓均勻分布著，所以每個螺栓所受的力的大小為：
,
電動機(jī)與筒體之間采用的是普通螺栓組連接，由工作條件可知，可以利用承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓連接的計算方法來校核螺栓的強(qiáng)度。這種高緊螺栓連接承受軸向拉伸工作載荷后，由于螺栓和被連接件的彈性變形，螺栓所受的總拉力并不等于預(yù)緊力和工作拉力之和。根據(jù)理論分析，螺栓的總拉力除和預(yù)緊力、工作拉力有關(guān)外，還受到螺栓剛度及被連接件剛度等因素的影響。因此，應(yīng)從分析螺栓連接的受力和變形的關(guān)系入手，找出螺栓總拉力的大小。
總拉力的大小為：
式中：——預(yù)緊力，N； ——工作拉力，N；
——總拉力，N； ——螺栓的相對剛度
為了降低螺栓的受力，提高螺栓連接的承載能力，應(yīng)使值盡量小些。一般設(shè)計時，可根據(jù)墊片材料不同使用下列推薦數(shù)據(jù)：金屬墊片（或無墊片）0.2--0.3；皮革墊片0.7，銅皮石棉墊片0.8，橡膠墊片0.9。在此選用的是金屬墊片。所以取0.2為佳。
為了保證連接的緊密性，防止連接受載后接合面間產(chǎn)生縫隙，應(yīng)使(為殘余預(yù)緊力),推薦采用的為：對于有密封性要求的連接，；對于一般連接，工作載荷穩(wěn)定時，；工作載荷不穩(wěn)定時，；對于地腳螺栓連接，。因?yàn)殡妱訖C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，會受到振動的影響，所以選擇工作載荷不穩(wěn)定的情況來計算，取 又因?yàn)椋?
所以，總拉力
設(shè)計中選取的螺栓的公稱直徑為?？紤]到螺栓在總拉力的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊，故將總拉力增加30%以考慮扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響。于是螺栓危險截面的拉伸強(qiáng)度條件為：
計算得：，經(jīng)查表可知，。顯然滿足強(qiáng)度要求。
3.7 鍵的強(qiáng)度校核
平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩時，通過連接中各零件的受力分析可知，對于采用常見的材料組合和按標(biāo)準(zhǔn)選取尺寸的普通平鍵連接（靜連接），其主要失效形式是工作面被壓潰。除非嚴(yán)重過載，一般不會出現(xiàn)鍵的剪斷。因此，通常只按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計算。假定載荷在鍵的工作面上均勻分布，普通平鍵連接的強(qiáng)度條件為：
式中：——傳遞的轉(zhuǎn)矩；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，此處h為鍵的高度，mm；
l——鍵的工作長度，mm，圓頭平鍵，平頭平鍵l=L，這里L(fēng)為鍵的公稱 長度，mm；b為鍵的寬度，mm；
d——軸的直徑，mm；
——鍵、軸，輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，，見下表：
許用擠壓應(yīng)力
連接工作方式
鍵或轂、軸的材料
載荷性質(zhì)
靜載荷
輕微沖擊
沖擊
靜連接
鋼
120-150
100-120
60-90
鑄鐵
70-80
50-60
30-45
選擇鍵的材料為鋼?？芍I的強(qiáng)度滿足設(shè)計要求。
4 重要零部件材料的選擇及裝配特性
4.1 定、動磨片材料的選擇
磨片的材料是決定磨漿機(jī)出漿細(xì)度的重要因素。我國磨漿機(jī)的磨片材料一般使用30號粒度碳化硅經(jīng)過配料——壓制——燒結(jié)——機(jī)加工而成的。優(yōu)點(diǎn)是來源廣泛。缺點(diǎn)是普通的砂輪以金屬加工為對象故約有40%的氣孔率，就會成為數(shù)千億巨量細(xì)菌的貯藏庫，會使食品遭受污染。目前國外已經(jīng)研究出一種具有無氣孔、無滲透的新型陶瓷磨具，這種磨具的粒度有16#-24#共8個類型，根據(jù)原料加以選擇，以磨盤的形狀和磨紋來實(shí)現(xiàn)破碎區(qū)、磨漿區(qū)、精磨區(qū)，三個區(qū)的作用。這種磨盤只要清洗表面就能洗凈，可以防止細(xì)菌污染。
4.2 離心分離篩材料的選擇
離心分離篩是完成漿渣分離的重要零件，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，它與動砂輪片連接在一體。隨電動機(jī)的轉(zhuǎn)軸，一起做高速圓周運(yùn)動。根據(jù)以上工作要求，分離篩因裝配的精度缺陷，會產(chǎn)生一定的離心慣性力。所以分離篩的材料的質(zhì)量應(yīng)該盡量選擇較輕的材質(zhì)，又由于會與漿渣接觸，必須要滿足食品安全等相關(guān)規(guī)定。并且要便于冷加工成型。綜合考慮各方面的因素，該設(shè)計中選用防銹鋁合金作為加工離心分離篩的材料。所選材料型號為LF21。
4.3 機(jī)體、機(jī)蓋材料的選擇及磨漿機(jī)的固定方式
電動機(jī)高速旋轉(zhuǎn)工作時，其振動影響不容忽視，所以在選擇箱體的材料時，應(yīng)盡量選擇具有吸振性能好的材料，以增加磨漿機(jī)的工作平穩(wěn)性。而機(jī)體與筒體之間采用焊接方式連接，所以所選材質(zhì)應(yīng)具有一定的焊接性能。所以在此設(shè)計中選擇了Q235型號的碳素結(jié)構(gòu)鋼，它有一定的強(qiáng)度，良好的鑄造性和韌性，焊接性好，被廣泛用于制造一般的機(jī)械零件。此外，機(jī)蓋的設(shè)計時，為了使在離心力作用下的渣體能順利的沿著出渣擋板出渣，應(yīng)該在機(jī)蓋的內(nèi)表面加工出一條引槽，以便渣體能順利流出。
磨漿機(jī)裝配完成，考慮工作的安全性，應(yīng)與地面有很好的固定，在此采用地腳螺栓，將筒體與地面連接。以達(dá)到較好的固定效果。
4.4 相關(guān)零部件潤滑方式的選擇
流體膜潤滑是指處于流體膜潤滑狀態(tài)下的兩摩擦表面被一層潤滑膜隔開，不發(fā)生金屬與金屬的直接接觸，摩擦僅發(fā)生在流體內(nèi)部。這種潤滑狀態(tài)具有較小的摩擦系數(shù)，約為0.001-0.008。可通過軸環(huán)的運(yùn)動將潤滑劑帶進(jìn)楔形間隙。產(chǎn)生流體動壓力的方法，形成流體膜潤滑，即動壓式滑動軸承。推力軸承殼采用潤滑脂潤滑。所選潤滑脂的型號應(yīng)考慮工作時的溫升。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]、濮良貴，紀(jì)名剛主編。機(jī)械設(shè)計（第八版）。高等教育出版社，2006
[2]、蔡春源主編。簡明機(jī)械零件設(shè)計手冊。冶金工業(yè)出版社，1996
[3]、譚建榮，張樹有，陸國棟，施岳定編。圖學(xué)基礎(chǔ)教程。高等教育出版社，2004
[4]、楊明忠，朱家誠主編。機(jī)械設(shè)計。武漢理工大學(xué)出版社。2001
[5]、鄧星鐘主編。機(jī)電傳動控制（第三版）。華中科技大學(xué)出版社，2001
[6]、劉鴻文主編。材料力學(xué)Ⅰ（第四版）。高等教育出版社，2004
[7]、張裕中，臧其梅編。食品加工技術(shù)裝備。中國輕工業(yè)出版社，1987
[8]、蔣迪清，唐偉強(qiáng)編。食品通用機(jī)械與設(shè)備。華南理工大學(xué)出版社，2000
[9]、扈文盛編，食品常用數(shù)據(jù)手冊。中國食品出版社。
[10]、程凌敏，徐克非，楊倚云等編。食品加工機(jī)械。中國輕工業(yè)出版社，1983
[11]、徐灝主編。機(jī)械設(shè)計手冊（第三卷）。機(jī)械工業(yè)出版社，1991
[12]、曾志新，呂明主編。機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)。武漢理工大學(xué)出版社，2001
[13]、施平主編。機(jī)械工程專業(yè)英語（第八版）。哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007
[14]、于永泗，齊民主編。機(jī)械工程材料（第七版）。大連理工大學(xué)出版社，2007
致 謝
本學(xué)位論文是在我的導(dǎo)師涂建平和徐雪紅老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。他們嚴(yán)肅的科學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)，深深地感染和激勵著我。從課題的選擇到論文的最終完成，老師都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在設(shè)計過程中，翻閱了很多專業(yè)方面的資料，并充分利用校圖書館的資源。數(shù)月以來，遇到了很多專業(yè)方面的問題，認(rèn)真思考，而且不斷和同學(xué)討論一起解決，同時我的導(dǎo)師給我提出了很多寶貴的意見，為論文進(jìn)一步的完善提供了許多幫助。
雖然設(shè)計的過程是漫長而且辛酸的，但在導(dǎo)師的幫助下，克服了許多困難，學(xué)到了很多東西，包括課堂當(dāng)中一些沒有涉及到的內(nèi)容。經(jīng)過這次設(shè)計，樹立了面對困難，并勇于解決問題的信心。十分感謝導(dǎo)師給我的大力支持和精心指導(dǎo)。
最后，向所有參加答辯的老師評委致意，感謝你們在百忙之中抽出時間來參加我的畢業(yè)設(shè)計答辯，對此我表示真摯的謝意！
- 15 -