面筋成型机的设计毕业设计

毕业设计（论文）

题 目 系 （院） 专 业 班 级 学生姓名 学 号 指导教师 职 称

面筋成型机的设计

机电工程系

机械设计制造及其自动化

2010级4班

二〇一四年六月二十日

独 创 声 明

本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。

本声明的法律后果由本人承担。

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年 月 日

毕业设计（论文）使用授权声明

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年 月

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面筋成型机的设计

摘 要

本设计是应国内的生产要求而进行的设计，由于目前面筋生产的过程大多为，工作环境很是恶劣，然而面筋的市场需求量又十分巨大(由于其营养价值和市场地位高)，所以面筋的机械化操作就显得尤为迫切。面筋机的设计大体分为三个部分：面筋机的坯片导出和切断装置的设计和卷绕装置的设计。本课题为面筋成型机的设计，着重设计面筋机的坯片导出及切断装置。由于面筋特有的粘弹性质，以及参照之前市场出现的面筋机样机，在此重新提出的改良方案为：一定量的面筋通过螺旋丝杠的挤压从大料斗被送至小料斗，中间通过切料刀具切断，以便控制单个面筋的重量。被切断的面筋通过导出口导出，被送至卷绕装置卷绕。面筋由于要先切断后通过小料斗导出，所以采用凸轮机构来控制比较方便。采用一大一小两个料斗是更利于面筋的导出成型。这样的设计符合工厂的实际生产需要，满足食品生产的卫生要求，有很高的市场经济的价值。

关键词：面筋；成型机；坯片导出

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The Design of The Overall and The Piece Educing Setting Unit of The Spiral Tubular Gluten Machine

Abstract :

The design is requested by Louwang starch factory. The operation of the mechanization of the gluten is especially impendency because the production of the gluten is handiwork at present, the work circumstance is very abominable, and the gluten’s demanding is massive (because of the nutritional value and the market niche). The design of gluten molding machine divided into three parts: the piece educing setting unit, the cutting setting unit and the winding device unit. This project is the design of the overall and the piece educing setting unit of the spiral tubular Gluten machine. It mainly introduce the design the piece educing setting unit and the cutting setting unit because of its unique viscoelastic nature, and the reference to the last design of the gluten molding machine. The solution of the design of the gluten molding machine: The certain amount of gluten is sent from the big hopper to the small hopper through the helical screw extrusion. The gluten is cut by the middle cutting tool materials. The weight of the single gluten is controled by the cutting tool materials. The gluten which is cut is educed by the export of gluten guidance .The device is sent to the winding device unit. Because the gluten should be cut before it is sent to the export of gluten guidance through the small hopper, the use of cam mechanism to control is more convenient. The two hoper is more conducive to the gluten derived molding. The design accords with the practical production need of the factory and meets the sanitation demand of the food production .So the design of the gluten shaping machine has a high market economic value.

Key words：gluten; shaping machine; spiral tubular; piece educing

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第一章 绪论 ....................................................................................................................... 4 1.1概述 ................................................................................................................. 4 1.2国内外的现状 ................................................................................................... 4 1.3课题的选取 ...................................................................................................... 4 第二章 面筋机系统整体设计 ......................................................................................... 5 2.1总体方案论证 ................................................................................................... 5 2.2面筋机坯片导出及切断部分具体设计说明 ........................................................ 6 2.2.1进出料口形状设计 .................................................................................................. 6 2.2.2电动机及减速机选择 .............................................................................................. 8 2.2.3电磁离合器选择 ...................................................................................................... 9 2.2.4联轴器选择 ............................................................................................................ 10 2.2.5链轮设计及校核 .................................................................................................... 10 2.2.6凸轮设计 ................................................................................................................ 12 2.3轴设计与主要轴的校核 .................................................................................. 14 2.3.1传动轴的尺寸设计 ................................................................................................ 14 2.3.2中空轴的尺寸设计 ................................................................................................ 16 2.3.3从动轴的尺寸设计 ................................................................................................ 18 2.3.4传动主轴校核 ........................................................................................................ 20 2.4滑动丝杠副选择 ............................................................................................. 21 第三章 强度校核 ............................................................................................................. 21 3.1螺栓强度校核 ................................................................................................. 21 3.1.1螺纹连接的实效形式 ............................................................................................ 21 3.1.2下料口处螺栓设计计算 ........................................................................................ 21 3.2 键强度校核 .................................................................................................... 22 3.2.1键连接的主要实效形式 ........................................................................................ 22 3.2.2中空轴平键连接的强度计算 ................................................................................ 22

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3.3销强度校核 .................................................................................................... 23 第四章 面筋机的机构仿真 ........................................................................................... 24 4.2面筋机得基本机构 .......................................................................................... 24 4.2.1进出料口形状设计 ................................................................................................ 24 4.2.2传动系统 ................................................................................................................ 25 4.2.3机构 ........................................................................................................................ 26 4.3零件模型的确定 ............................................................................................. 27 4.4 虚拟装配 ....................................................................................................... 30 4.4.1装配过程中出现的常见问题及解决方法 ............................................................ 30 4.5运动仿真的建立 ............................................................................................. 31 4.5.1运动仿真 ................................................................................................................ 31 4.5.2干涉检验 ................................................................................................................ 31 4.5.3保存结果 ................................................................................................................ 32 第五章 结论 ..................................................................................................................... 32 参 考 文 献 ..................................................................................................................... 33 致 谢 ............................................................................................................................... 34

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第一章 绪论

1.1 概述

面筋，自古有之。元代关汉杂剧中，已提到“闲时磨豆腐，忙时做面筋”。可是面筋发展至今大都是手工加工成形，很少有相配套的加工机器。下面重点讲述食品机械的发展状况及食品加工机器材料的发展，食品机械装备业是实现食品工业结构调整和产品升级换代,加快食品工业技术创新步伐的关键性配套部门和基础行业。随着我国食品工业产业能力的快速提升,食品机械装备业的落后已成为食品工业上新台阶的“瓶颈”问题。为此就必须要加快发展食品机械装备业,支撑食品工业跨越发展。

1.2 国内外的现状

国外食品机械的发展状况要比我国好很多：美国有各种食品加工机械制造公司，分公司和制造厂遍布世界几十个国家，各公司有自己研究机构，对生产工艺进行系统研究，对机械设备进行开发与改进。德国食品机械工业在德国占有重要地位，食品机械行业职工人数占整个机械制造业的6％。 我国食品机械中直接接触食品的表面材料及相关零部件大都使用不锈钢, 但是不锈钢价格较高, 而且它的不锈和耐蚀是有条件的, 必须根据使用环境选择合适的不锈钢种类和型号。近年来, 在食品机械中开始使用一般碳素结构钢作为基体制成双层或三层复合材料来代替不锈钢, 它是使基体材料经过一定的表面处理后形成一层致密的保护膜来达到防腐的目的。与食品直接接触的材料的表面处理主要用塑料喷涂和电镀等。 1.3课题的选取

面筋机的研究开发和改良迎合了现代食品加工生产的要求：质量好、效率高、能耗低、可靠性强和成套性优。面筋机设计过程中具体要解决面筋固化，面筋脱模以及面筋卷绕放松等问题，通过实验解决以上问题。此外面筋机的防锈也是必须解决的问题。面筋成型机必须充分考虑饮食的加工卫生。与面筋接触的主要附件均要采用不锈钢和铸铝合金, 不容易生锈, 其余零部件表面镀铬。未来的面筋机向着自动、高效、安全、环保以及节能和减少用料等方面靠近。

在设计中通过计算和考虑实际情况选则合适的结构及参数，从而达到设计要求，

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同时尽可能的降低成本，这也是一个综合运用所学专业知识的过程。毕业设计是对四年大学所学知识的一个总结，也是走上工作岗位前的一次模拟训练。

第二章 面筋机系统整体设计

2．1 总体方案论证

由于面筋本身所具有的黏弹性和延展性，面筋很容易恢复原来的形状。而想要使面筋变形就只有靠拉力或者靠压力来完成。面筋很柔软，又很容易被拉断，所以靠拉力来使面筋变形是不理想的。在选择如何挤压面筋使它变形的方案上最终确立的是使面筋变形最实际的方法就是靠压力来实现。本设计主要靠挤压力使面筋成型导出，考虑到面筋的特性，设计选用滑动螺杆的结构。采用大小料斗是有助于其成型成功，因为其具有高粘弹性，所以面筋一次导出的量越多越不容易成型。

本设计方案采用的是推压装置,把面筋放置在一个圆柱形的容器中,靠活塞的运动将面筋从小口中挤压出来,从而达到把面筋变形的目的，然而在模拟实验中发现在相同的速度下面筋从出料口出料时的压力是不均匀的，量越多受到的压力越不均匀。后来把出料口做成漏斗状，并且减少了一次导出的面筋量，出来的面筋料就近似片状了，所以把出料装置设计成了一大一小两个料斗共同作用的方案。

本设计有以下几个特点：首先，滑动螺杆的结构使面筋内部保持完好的网络结构；其次，又能有足够的挤压推进力使面筋的出料保持连续；再次，小料斗处的料较少从而料容易成型导出；最后，滑动螺杆挤压有较好的稳定性能,螺旋转速和下料的速度更容易控制。在以上特点的基础上，螺旋挤压最为可行的就是滑动螺杆的挤压方案，料斗也采用了较复杂的大小料斗共同作用的方案,所以最终确定和使用这种方案。具体的结构简图见图2-1：

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图2-1 面筋成型机坯片导出及切断装置结构简图

1.下料口 2.小料斗 3.螺杆 4.压料板 5.大料斗 6.切料刀具 7.切料推杆 8.弹簧 9.凸台 10. 切料凸轮 11.轴 12.活塞凸轮 13.链轮 14.活塞推杆 15.小活塞

2.2 面筋机坯片导出及切断部分具体设计说明

本设计主要是面筋成型机的坯片导出装置以及切断装置的设计。设计原则基于面筋有很高的弹性及延展性，以及柔性突出，很难将它压制变形。设计的第一个难点就是如何将面筋变成片状，为了弄清楚面筋制作的工艺流程和详细了解面筋的特性，我在网上找到相关资料，也计算过工人卷制时的面筋的尺寸，同时也在资料里找到机器制作时应该达到怎样的尺寸和标准，在设计的时候所依据的就是这些尺寸和标准。由于设计时把坯片导出装置与切断装置设计成一个整体，所以这两个装置的具体设计将一起说明。 2.2.1 进出料口形状设计

根据总体方案的设计，首先要设计的是进料和出料料斗的形状。根据生活中的常识，选用常见的漏斗式进料设计,面筋出料要成片状，所以出料部分末端采用长方口的形状。具体设计分为两部分，大料斗进料和送料，小料斗出料。大料斗上部分

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是圆柱形，方便滚动丝杠螺杆的挤压运动；下部分要方便出料，所以选择了漏斗形状。小料斗上部分也采用圆柱形的，下部分采用圆积方的形状。

工作原理：将大团的面筋原料从送料口送入大料斗装置中，靠滑动螺杆的挤压推力向前运动，直至小料斗的空间被面筋充满，切片装置切断面筋的同时滑动螺杆停止运动，小料斗处的活塞快速向下送料，等活塞恢复原状的同时滑动螺杆再次旋转。

通过实验测得0.075kg重的面筋其体积为0.0628L，0.1kg重的面筋其体积为0.0879L。所以小料斗以及大料斗的设计尺寸就是根据这些数据来的。

小料斗一次下料的量在150g～200g之间，符合设计规定的要求。 大料斗一次装料的量为5kg，符合人工加料的要求。 大料斗和小料斗的具体结构尺寸见图3-1和图3-2。

图3-1 大料斗的具体结构及尺寸

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图3-2 小料斗的结构与尺寸

2.2.2 电动机及减速机选择

面筋的绕制过程处于一个轻微耗能的状况。设计中将考虑电动机长时间连续运转，常温下工作，因此此功率的确定仅依靠面筋厂的电动机使用功率。

Y系列(IP44)封闭式三相异步电动机[15]主要性能及结构特点：效率高，耗电少，性能好，噪音低，震动小，重量轻，运行可靠，维修方便。为B级绝缘。结构为全封闭、自扇冷式，能防止灰尘、铁屑等杂物侵入电动机内部。冷却方式为IC411。

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面筋机选用Y90L-6 型号，根据装配的需要选用立式电机，其主要参数为：

额定功率: 1.1KW； 转速 : 1000r/min； 电流: 3.2A； 效率: 73.5%； 功率因数cos?:0.72； 额定转矩:2.0N.m； 额定电流:5.5A； 噪声:65dB； 净重:24Kg；

电动机的满载时转速为910r/min。

根据电动机的满载时转速910r/min以及输出轴的转速20r/min来确定总的传动比为：

i =

910 = 45.5(r/min) 20(3-1)

所以选用减速器的型号为WD80的蜗轮蜗杆双输出轴减速器,其传动比为41。WD型圆柱蜗杆减速器为一级传动的阿基米德型圆柱减速器，具有结构紧凑，安装方便，工作平稳可靠，无噪音，能做正反运转，并有自锁作用等特点。

适用条件：a) 蜗轮滑动速度不大于7.5(m/s)； b) 高速轴运转速度不大于1500(r/s)； c) 工作的环境温度为-40～40(℃)。 2.2.3 电磁离合器选择

由于实验生产时，面料不能一直导出，必须要用离合器，所以要选择离合器。鉴于磁粉离合器的诸多优点，在设计时选用的是磁粉离合器。

磁粉离合器的特点：

a.转矩随激磁电流成线性变化，转矩控制范围广，控制精度高，输出转矩与转速无关，可在主从动轴转速同步或有转速差下工作。

b.接合平稳，动作迅速，响应快，控制功率小（约为输出功率的1%），而且传递转矩大。

c.从动部分转动惯量小，结构简单，重量轻，噪音低。

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d.具有恒转矩特性，过载时有保护作用。

磁粉离合器主要用于接合频率高，要求接合平稳，需要调节起动时间，或过载时能起安全保护作用及要求自动调节转矩，转速和保持恒转矩的转动系统。 2.2.4 联轴器选择

凸缘联轴器是应用最广泛的一种固定式刚性联轴器，它的结构简单，工作可靠，传递转矩大，装拆方便，可以联接不同直径的两轴，也可以联接圆锥形轴伸。凸缘联轴器有三种不同的对中方式。有利用绞制孔螺栓对中的，有利用凹凸对中，还有一种用一对部分环对中的。在这里我们考虑使用第二种凹凸对中的凸缘联轴器。 2.2.5链轮设计及校核

面筋机的传动主要依靠链轮，本设计中的链轮有两对，两对链论的转速一致，其具体的结构设计如下具体说明。

链轮的设计

第一对链轮的具体设计：总传动比为i=45.5,减速机的传动比为i=41,所以链轮的传动比i=1.1098。

已知：n1= 22.195 (r/min)，P1 =1.045(kw)，具体设计尺寸见表3-1：

表3-1 链轮具体设计尺寸表 设计项目 1.选择链轮齿数 （1） 小链轮齿数 （2） 大链轮齿数 （3） 实际传动比 2.初取中心距a0 设计依据及内容 i=1.1098时, 推荐 z1=17 z2=z1×i=17×1.1098，取z2=19 i=z2/z1=19/17=1.1176 以结构定尺寸。 设计结果 Z1=17 Z2=19 i=1.1176 3.确定链节数Lp 待定 待定

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续表3-1 4.计算额定功率p0 （1）工况系数 ka （2）齿数系数 kz （3）链长系数 kl （4）排数系数 km （5）计算额定功率p0 5.选取链条型号，确定链条节距 p 6.验算链速 v 7.计算理论中心距 8.计算对轴的压力 9.结构设计及润滑方式 根据n1,p0, 选单排16A型滚子 链，p=25.4(mm) 待定 FQ=1.2Fe=1.2*1000(p/v) 小链轮d=153.43(mm)，实心式结构，工作如图所示。 大链轮d=154.31(mm)，实心式结构，工作如图所示。 查表得 ka=1.0 查表得 kz=0.887 查表得 kl=1.016 查表得 km=1（单排） ka=1.0 kz=1.34 kl=1.016 km=1（单排） p0=0.92(kw) 单排16A型滚子链， p=25.4(mm) V=0.1597(m/s)（合适） FQ=6912.96(N) 第二对链轮的设计与第一对链轮，只是根据轴的直径选取不同的dk，具体的结构尺寸见图纸。

链轮校核

链的静强度校核公式为：

S?Q?4?8 (3—2) KAF?FC?Ff

式中 Q-链的抗拉载荷（N） KA-工况系数

F-有效圆周力（N），F?1000P V2cqv? FC-离心力引起的拉力（N），F

Ff-悬垂拉力（N）Ff?Kfqa?10?2,

Kf为系数，取决于两链轮中心连线对水平线的倾角?；

查表3-2得Q=55.6KN,KA=1.0,FC省略，Ff?Kfqa?10?2，Kf=4，q=2.6(Kg/m?1)

a=350(mm)所以经过计算的S<4,符合设计要求。

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表3-2 滚子链的主要尺寸和极限拉伸载荷

链号 链节距 滚子 P 直径 D1max 销轴内链节内链节外宽 B2min 内链板排距 单排每单排链极直径 内宽 D2max B1min 高度H2 pt 米质量 限拉伸载q/(kg/m) 荷Flim/N 16A 25.400 15.88 7.92 15.88 22.61 24.13 29.29 2.6 55590 2.2.6 凸轮设计

凸轮是一个具有曲线或凹槽的构件，它运动时，通过高副接触可以使从动件获得连续或不连续的任意预期的往复运动。

凸轮机构的优点是 ：只需要设计适当的凸轮轮廓，便可以使从动件得到任意的预期运动，而且结构简单、紧凑、设计方便，因此在自动机床、轻工机械、纺织机械、印刷机械、食品机械、包装机械和机电一体化产品中得到广泛的应用。

凸轮机构一般由凸轮、从动件和机架三个构件组成。本设计中所用的凸轮为盘形凸轮，从动件选用平底从动件。活塞推杆14和切料推杆7分别装在活塞和切料板上方，活塞凸轮12和切断凸轮10通过轴连接到电机上。凸轮与从动件维持高副接触（锁合）的方法为利用弹簧力使其保持良好的接触。因为活塞及压料板的运动速度较小，所以选用等速的运动规律。

具体的凸轮设计的结构参数见表3-3：

表3-3 凸轮设计参数 凸轮机构的基本参数 基圆半径r0 从动件行程 h 推程运动角φ 远休止角φs 回程运动角φ′ 近休止角φs′ 活塞凸轮 70 40 150° 45° 90° 75° 12

压料板凸轮 70 100 75° 165° 60° 60°

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因凸轮的工作轮廓已经确定，所以凸轮的结构设计主要是确定曲线轮廓的轴向厚度和凸轮与传动轴的连接方式。因为活塞及压料板处的载荷较小，所以凸轮的轴向厚度取为凸轮最大矢径的1/10～1/5，最终确定为。根据凸轮尺寸大小以及加工工艺确定凸轮设计成整体式，凸轮的绘制采用描点法，其具体的加工可以使用数控加工。凸轮的具体外形见图3-3 和图3-4。

图3-3 活塞凸轮的轮廓形状

图3-4 切料刀具凸轮的轮廓形状

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2.2 轴设计与主要轴的校核 2.3．1传动轴的尺寸设计

轴的材料种类很多，设计时主要依据对轴的强度，刚度，耐磨性等要求，以及为实现这些要求而采用的热处理方式，同时考虑制造工艺问题加以选用，力求经济合理。综合考虑这些问题所以选用45钢调质，设计过程列表进行。

为方便拆装，轴的结构形式及尺寸如图3-5所示:

图3-5 传动主轴的结构与尺寸

具体的设计过程见表3-4

表3-4 主动轴的具体设计尺寸表 1.确定主动轴运动和动力参数 （1）确定电动机额定功率p和满载转速n1 （2）确定相关件的效率 减速器的效率 选择WD型圆柱蜗杆减速器，型号：WD 63-50 ?减速机=0.75 由 Y90L-6， 查标准JB 3074-82 P=1.1(kw) n1=1000(r/min) ?减速机 连轴器效率?联轴器 一对滚动轴承的效率采用普通对中的连轴器 轴不承受径向力，转速不高，全部采用滚动轴14

?联轴器=0.99 ?轴承=0.98 滨州学院本科毕业设计（论文）

?轴承 电动机-输出轴总效率η总 （3）主动轴的输入功率P1 承 η总=?减速机??联轴器??轴承??轴承 =0.75×0.99×0.98×0.98 P1=p0×η总 =1.1×0.71 P1=0.781(kw) η总=0.71 （4）主动轴的转速n1 n1=n/i=1000/41 （5）主动轴的转矩T1 T1 = 9550n1=24.39(r/min) p10.529?9550?? 305.8 (N·m) T1 =305.8 (N·m) n19.6 2.轴的结构设计 （1）确定轴上零件的装配方案 （2）确定轴的最小直径 1）估算轴的最小直径dmin 2）选择主动轴联轴器型号 机构方案如图所示，链轮由小端装入 右端直径最小 45钢调质处理，查表得确定c值 取C=112 d0min =16(mm) 联轴器的计算转矩 确定工作情况系数 KA Tca 主动轴上联轴器型号 半联轴器长度 L Tca= KA×T1=1.3×305.8(N.mm) 采用普通对中的联轴器 与轴小端连接 取KA=1.3 Tca=397.54(N.mm) L1=54(mm) 取dmin=24(mm) L12=52(mm) 3)确定轴的最小直径 应该满足dmin≥d0min dmin (3)确定轴的各段尺寸 1-2段轴头的长度 L12 为了保证半联轴器的轴向定位可靠性L12应该小于L1 3-4段的直径和7-8段此两段上安装轴承，必须符合轴承内经 15

D34=30(mm) 滨州学院本科毕业设计（论文）

的直径d34 d78 3-4段轴颈的长度L34 此段上安装轴承及轴承座，必须长于轴承座的宽度 7-8段轴颈的长度L78 此段安装轴承 4-5段的直径 4-5段轴颈的长度 5-6段轴环的宽度 此段安装小链轮 此段安装链轮，轴颈小于链轮的宽度 根据结构的需要轴颈做的稍微长点 d67=30(mm) L34=70(mm) L78=17(mm) D34=35(mm) L34=53(mm) L45=37(mm) L56=35(mm) 6-7段轴颈的长度L56 此段装轴承座 （4）轴上零件的周向固定 联轴器的平键选择 选A型普通平键，由d12查设计手册 平键截面尺寸 b×h=8(mm)×7(mm),键长为45(mm) 小链轮处的平键选择 选A型普通平键，由d34查设计手册 平键截面尺寸 b×h=10(mm)×8(mm)，键长36(mm) 小链轮与轴的配合 联轴器与轴的配合 滚动轴承与轴的配合 为了保证对中良好，采用较紧的过度配合 采用过渡配合 采用较紧的过渡配合 键7×45 GB 1095-79 键8×36 GB 1095-79 配合为K7/h6 配合为K7/h6 公差n6 取倒角 1×45° 如上图所示 如上图所示 （5）确定倒角和圆角 轴两端的倒角 各轴肩处圆角半径 （6）绘制轴的结构配合尺寸 此轴较小，所以采用1×45°导角 2.3.2 中空轴的尺寸设计

为方便拆装，轴的结构形式及尺寸如图3-5所示:

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图3-5 中空轴的结构和尺寸

中空轴的具体设计过程见表3-5：

表3-5 中空轴的具体设计尺寸表 1.轴的结构设计 （1）确定轴上零件的装配方案 机构方案如图所示，链轮由小端装入 （2）确定轴的最小直径 估算轴的最小直径d12 (3)确定轴的各段尺寸 1-2段轴颈的长度 L12 左右端直径最小 45钢调质处理，轴中间装螺杆 取d12=60(mm) 此段装轴承以及轴承座 L12=124(mm) 6-7段轴颈的长度以及直径 此段上安装轴承，必须符L67和d67 5-6段轴颈的长度L56以及直径d56 4-5段轴颈的长度L45以及直径d45 2-3段的直径d23和轴颈的长度L23 17

L67=69(mm) D67=60(mm) L56=10(mm) 合轴承内经 此段轴肩顶着轴承,所以轴的直径必须符合轴承的安装尺寸 D56=68(mm) 此段安装轴承座的一部分,直径符合轴承座的安装尺寸 此段安装小链轮 D45=70(mm) L45=36(mm) D23=66(mm) L23=53(mm)

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3-4段轴环的宽度 按照经验一般取L34=13(mm) 10(mm)-15(mm) （4）轴上零件的周向固定 小链轮处的平键选择 选A型普通平键，由d45查设键11×45 计手册 平键截面尺寸 b×h=18(mm)×11(mm)，键长45(mm) GB 1095-79 小链轮与轴的配合 为了保证对中良好，采用较紧的过度配合 配合为K7/h6 滚动轴承与轴的配合 （5）确定倒角和圆角 轴两端的倒角 采用较紧的过渡配合 此轴较小，所以采用1×45°导角 公差n6 取倒角 1×45° 各轴肩处圆角半径 （6）绘制轴的结构配合尺寸 如上图所示 如上图所示

续表3－5

2.3.3从动轴的尺寸设计

为方便拆装，轴的结构形式及尺寸如3-6图所示: 18

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图3-6从动轴的结构和尺寸

从动轴的具体设计尺寸见表3-6：

表3-6 从动轴的具体设计尺寸表 轴的结构设计 1.确定轴上零件的装配方案 2.确定轴的最小直径 估算轴的最小直径d12 3.确定轴的各段尺寸 1-2段和5-6段轴颈的长度 L12，L56和直径 d12，d56 两端直径最小 45钢调质处理，轴上装有链轮及凸轮 此段装轴承，直径必须符合轴承内径要求 D12=35(mm) D56=35(mm) L12=90(mm) L56=57(mm) 2-3段的直径 d23和轴颈的长度L23 4-5段轴颈的长度L45以及直径d45 3-4段轴环的宽度 按照经验一般取15(mm) 此段装凸轮和链轮，其长度比链轮和凸轮的总长短一点 d23=35(mm) L23=78(mm) 取d12=35(mm) 机构方案如图所示，凸轮和链轮由小端装入 此段上安装凸轮，其长度比凸轮的长度短一点 L23=38(mm) D45=35(mm) L45=15(mm)

4.轴上零件的周向固定 凸轮处的平键选择 选A型普通平键，由d45查设计手册 平键截面尺寸 b×h=10(mm)×8(mm)，键长30(mm) 键8×30 GB 1095-79 键8×70 GB 1095-79 配合为K6/h7 小链轮处的平键选择 选A型普通平键，由d45查设计手册 平键截面尺寸 b×h=10(mm)×8(mm)，键长70(mm) 小链轮，凸轮与轴的配合 为了保证对中良好，采用较紧的过度配合 19

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滚动轴承与轴的配合 5.确定倒角和圆角 轴两端的倒角 各轴肩处圆角半径 6.绘制轴的结构配合尺寸 采用较紧的过渡配合 公差n6 此轴较小，所以采用1×45°导角 取倒角 1×45° 如上图所示 如上图所示

2.3.4传动主轴校核

轴的强度计算方法主要有三种：按扭转强度计算，按弯扭合成强度计算，安全系数校核。轴按扭转强度计算只需要知道转矩的大小，方法简单，但计算精度较低，它主要用于以下情况：

a) 传递转矩或以转矩为主的传递轴； b) 初步估算轴径以便进行结构设计； c) 不重要的轴的最终计算。

根据传动主轴的受力情况，我们采用按扭转强度计算的校核方法来校核轴，原因是主动轴主要是以传递转矩为主的轴。

轴的扭转强度条件为：

P9.55?106Tn???? ? ?T?TWTWT式中:T-轴传递的转矩,N.mm

WT-轴的抗扭截面系数,mm3,按机械设计手册表19.2中的公式计算[14]； P-轴传递的功率，Kw； n-轴的转速，r/min；

??T?-许用切应力，MPa.

WT?0.2d3(1??4) (3—3) 式中：??d1/d ，即空心轴内径d1与外径d之比；

则 ?T?284.394500.2?503?[1?()4]40

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这里的??T?=25～45，T=284.394(N.m),d=50,d1=40,?=0.8,所以?T〈??T? 所以轴的强度符合设计要求。

2.3 滑动丝杠副选择

本方案选用的螺旋传动为滑动螺旋，而且是以传递动力为主的传力螺旋。 滑动螺旋的优点：

a)结构简单，加工方便，成本低廉； b)当螺纹升角小于摩擦角时，能自锁； c)传动平稳；

滑动螺旋传动选用的是螺母转动，螺杆作直线运动的运动方式，这里的螺母在设计时直接在中空轴内攻螺纹，把中空轴当螺母使用。

螺杆的螺纹选用应用最广泛的梯形螺纹。根据生产实践可选梯形螺纹（GB-5796.3-1986），中等精度，螺纹副标记为Tr40×3-7H/7e。

螺杆的运动规律为间隙式的运动，当小料斗中充满了面筋时，通过时间继电器控制磁粉离合器使螺杆停止运动，当小料斗中的活塞向上运动致顶部时，螺杆再次向前送料。螺杆每次送料的时间为0.5s，螺杆转过1/6圈，压料板前进0.5mm，其前进的面筋正好为150g。所以螺杆的设计符合要求。

磁粉离合器的导电时间为0.5s一个周期，周期 T=3(s)。

第三章 强度校核

3．1螺栓强度校核

3．1．1螺纹连接的实效形式

在螺栓连接中，单个连接螺栓的受力形式不外乎是轴向力、轴向力矩与扭矩的联合作用、横向剪切力及挤压力4种。在轴向力或轴向力与扭矩的作用下，螺栓产生拉伸或拉扭组合变形，主要实效形式时螺栓杆螺纹部分发生断裂。

3．1．2下料口处螺栓设计计算

表4-1 螺栓强度校核表

设计项目 设计内容及依据 21

设计结果 滨州学院本科毕业设计（论文）

1.计算螺栓受力 料斗所受合力FQ 单个螺栓所受最大工作载荷Fmax FQ?200(N) Fmax?FQn?2004 FQ?200(N) Fmax?50(N) '''剩余预紧力F0 有紧密性要求，取F0?1.5Fmax，则F0?1.5?100(N) 螺栓所受最大拉力F? 相对刚度系数Kc 预紧力F0 F??Fmax?F0'?25?150?175 用石棉橡胶垫片，查表Kc?0.8 F??175(N) Kc?0.8 F0?145(N) F0?F0'?KcFmax?150?0.8?25 因螺栓受平稳载荷作用，按静强度条件进行设计，45钢，强度等级8.8级 查表，取安全系数S?4，????选择螺栓材料及等级 计算许用应力?B?800(MPa) ?s?640(MPa) ?sS?6404 ????160(MPa) d1?1.35(mm) d2?11.03(mm) ??? 计算螺栓直径d1 d1?5.2F?5.2?175? ????3.14?160

3．2 键强度校核

3．2．1键连接的主要实效形式

普通平建连接的主要实效形式是工作面的压溃，按工作面上的挤压力进行强度校核计算；导向平键和滑键的主要实效形式是工作面的过渡磨损，按工作表面上的压强进行条件性的强度校核计算。只有在严重过载情况下，平键连接才可能出现剪断。

3．2．2中空轴平键连接的强度计算

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图4-1 平键连接受力情况

假设键的工作表面上载荷均匀分布，合成后的集中力F（圆周力）作用于接触面高度中点，参照图4-1，普通平键连接的挤压强度条件：

2T ?p????p???dkl式中：T――传递的转矩，单位为N·mm； k――键与轮毂的接触高度，k=h/2； d――轴的直径，单位为mm； l――键的工作长度，单位为mm；

[σp]――键、轴、轮毂3者中最弱材料的许用挤压力，见参考资料[15]，表12.1，单位为MPa。

?已知： T?305.8(N/mm)；k?5(mm)；d?50(mm)；l?48(mm)；??p???50(MPa)。

∴ ?p?所以此键连接强度足够。 3．3销强度校核

销主要用来固定零件之间的相对位置或作为安全装置中的过载剪断元件。面筋机定位装置处用的是销连接，其主要受的是剪切力，所以强度校核按销的抗剪强度

4R????校核： ???d2z

式中 Z—销数 R—载荷（N）

[τ]为许用切应力，对45钢取[τ]=80MPa.

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2?308.5?0.05(MPa)???p??? 50?5?48滨州学院本科毕业设计（论文）

根据实验测得其载荷为800N.m,d=6,z=1,计算得?〈???。所以符合设计要求。

第四章 面筋机的机构仿真

前面几点都是关于面筋机的每个零件的选择以及强度的计算校核等，但设计一个机械我们不但要对每个零件的有要求，更对其组装之后的运动情况掌握，所以对其做几个结构的仿真设计的必须进行的。机构是一个具有相对机械运动的构件系统,用来传递与变换运动和动力。机构的运 动分析,就是对机构的位移、轨迹、速度、加速度进行分析,根据原动件的运动规律,求解出 从动件的运动规律,这也是机构设计与研究的主要课题川。

4.1 UG简介

UG是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它在诞生之初主要基于工作站，但随着PC硬件的发展和个人用户的迅速增长，在PC上的应用取得了迅猛的增长，目前已经成为模具行业三维设计的一个主流应用。UG的开

发始于1990年7月，它是基于C语言开发实现的。UG NX是一个在二和三维空间无结

构网格上使用自适应多重网格方法开发的一个灵活的数值求解偏微分方程的软件工具。其设计思想足够灵活地支持多种离散方案。因此软件可对许多不同的应用再利用。

4.2 面筋机得基本机构

面筋机虽然问世时间不长，但经过发展已经有多种型号的面筋机，殊途同归型号不同的面筋机大体部分零件都是一样的，先利用UG做好各个零件的三维图，把机构以及机械UG的装配图的基础画好。重要零件其中包括以前几个零件：

4.2.1 进出料口形状设计

根据生活中的常识，选用常见的漏斗式进料设计,面筋出料要成片状，所以出料部分末端采用长方口的形状。具体设计分为两部分，大料斗进料和送料，小料斗出料。大料斗上部分是圆柱形，方便滚动丝杠螺杆的挤压运动；下部分要方便出料，所以选择了漏斗形状。小料斗上部分也采用圆柱形的，下部分采用圆积方的形状。

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其中大小料斗的三维模型图如下：

图5-1小料斗的三维模型

5-2 大料斗的三维模型

4.2.2 传动系统

根据型号不同常见的分为二级、三级传动。面筋机的传动主要依靠链轮，本设计中的链轮有两对，两对链论的转速一致，其具体的结构设计在上文有。其中链轮与齿轮的三维模型图如下

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图5-3 链轮的三维模型

图5-4 齿轮的三维模型

4.2.3机构

筋机的剪切机构主要是刀具与面筋机的切断装置放置在大小料斗之间，这样的结

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构的好处是可以使坯片导出更容易，而且可以不用辊子辊压的结构就可以使面筋成型，减小机器结构的复杂性，降低了厂家的生产成本。其中刀具的图如下：

图5-5刀具的三维模型

4.3零件模型的确定

现代设计与制造技术发展至今，这一领域的技术人员与专家一致致力于探索更好的设计方法来缩短产品设计与制造的周期，提高生产效率。计算机诞生后，人们开始利用计算机来进行唱片的辅助设计。计算机得辅助设计技术的发展经过了多个发展阶段，从最初的二维设计技术发展到功能强大的三维技术，而三维设计技术在设计方法上法伤了革命性的变化。而UG建模的步骤

（1） 启动UG.

（2） 通过“文件”菜单或工具条中“新建”图标建立部件文件。 （3） 进入建模模块

（4） 通过草图或曲线工具建立模型的二维轮廓 （5） 通过建模工具建立三维模型 （6） 保存文件并推出

其中另外一些零件的模型图入下：

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图5-6轴承的三维模型

图5-7 中空轴的三维模型

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图5-8凸轮的三维模型

图5-9从动主轴的三维模型

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4.4 虚拟装配

在工业生产中，几乎所有的产品都不是单一零件独立形成的，都是由多个零件通过一定的装配关系组合生成的。UG在虚拟装配方面的表现非常优秀，充分体现了作为大型设计软件所拥有的强大功能。

面筋机的虚拟装配就是在前面建模的基础上，按照模块化的思想、自顶向下的原则，根据面筋成型机的总装图，把所建立的箱体、齿轮系等模型按照 UG中装配模块提供的匹配、对齐、插入、坐标系等约束类型和刚性、销钉等连接类型完成面筋机的虚拟装配。

面筋机的虚拟装配过程中，如果像砌墙一样逐个地添加零件，上层零部件的参照关系就会叠加起来依赖于下层零部件，一旦中间某个零件出现问题，就会出现前功尽弃的现象，并且安装过程中，容易漏装、错装零件。因此，按照模块化的思想，将面筋机工作工程中相对静止的零件组合成多个小的模块，然后将这些小模块组合成一个整体，这种方法更科学、更合理。本文中把面筋机机先分为进出料口、主动轴系模块、从动轴系模块和曲柄滑块模块等多个模块，然后再将各模块装配起来。

4.4.1装配过程中出现的常见问题及解决方法

当装配好一个模块后，操作“应用程序/机构”时就经常出现“没有定义的已加亮两个主体连接。如果继续将被隐藏”的提示，如果点击“继续’，就会把虚拟装配中用来设置连接的轴线隐藏掉而导致无法添加齿轮副连接、电动机等。

要解决这个问题，首先:装配一个模块时，例如从动轴模块，在导入第一个零件“从动轴”时，不能采用“缺省”参照约束，要设置为“销钉”连接，并且在此之前先要创建一个基准轴，为轴对齐约束做好准备。

其次，在往轴上装配齿轮时，不能采用传统的“销钉”连接，要用“刚性/对齐”。因为齿轮和键之间的连接约束采用的是“刚性”连接，如果这个连接中既有“销钉”又有“刚性”就产生了约束上的多余，因此添加齿轮时两个约束集都要采用“刚性”连接的方式。

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4.5运动仿真的建立 4.5.1运动仿真

运动仿真是UG模块中的主要部分，它能对任何二维或三维机构进行复杂的运动学分析、动力分析和设计仿真。通过UG的功能建立一个三维实体模型，利用UG的功能给三维实体模型的各个部件赋予一定的运动学特性，再在各个部件之间设立一定的连接关系既可建立一个运动仿真模型。UG的功能可以对运动机构进行大量的装配分析工作、运动合理性分析工作，诸如干涉检查、轨迹包络等，得到大量运动机构的运动参数。通过对这个运动仿真模型进行运动学或动力学运动分析就可以验证面筋机运动机构设计的合理性，并且可以利用图形输出面筋机各个部件的位移、坐标、加速度、速度和力的变化情况，对运动机构进行优化。 运动仿真功能的实现步骤为： 1．建立一个运动分析场景；

2．进行运动模型的构建，包括设置每个零件的连杆特性，设置两个连杆间的运动副和添加机构载荷；

3．进行运动参数的设置，提交运动仿真模型数据，同时进行运动仿真动画的输出和运动过程的控制；

4．运动分析结果的数据输出和表格、变化曲线输出，人为的进行机构运动特性的分析。

4.5.2干涉检验

干涉检验技术是计算机图形学中的一项关键技术，在虚拟装配，虚拟手术.机器人路径规划等领域中有着非常广泛的运用。

建立的面筋机模型需要进行干涉检验，因为在模型的虚拟装配过程中，可能存在诸如齿轮啮合不好、齿轮和箱体之间有干涉现象，如果模型不能正确反映面筋机的运动状态。UG机构运动分析下的运动分析检测模块，其功能主要是负责对模型进行干涉检验，发现干涉的位置并用不同颜色标示出来。

碰撞检测分为三个级别：无碰撞检测、全局碰撞检测和部分碰撞检测。无碰撞检测就是不进行碰撞检测：全局碰撞检测就是对整个模型进行检测：部分碰撞检测就

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是只对选定的部分模型进行检测。

通过运动仿真干涉检验可以把理论结果和实际模型做对比，经修改消除了面筋机模型中存在的干涉现象，达到了理论和实际的结合。

4.5.3保存结果

面筋成型机运动仿真并不仅仅是实现了机构的运动仿真，同时还验证面筋成型机的模型是否存在缺陷，检查在运动过程中是否存在干涉现象，可以利用这种方法在研发期间就及早发现问题进而解决问题，便于设计人员快速有效的对设计方案做出适当的调整。

通过应用UG对面筋成型机进行建模、虚拟装配和运动仿真，可以实现在设计阶段直接检查机构各零部件在空间中的装配及运转情况，并且实现了在产品设计阶段可视化地对面筋成型机进行干涉检验，可以检测产品设计的准确性。与传统的样品实验反馈方法相比，可以缩短面筋成型机的设计研发周期，明显减少样机的实验次数，迅速应对市场变化，并且在降低成本、提高竞争力等方面发挥重要作用，为面筋成型机的开发设计提供了一个有效的途径。

第五章 结论

设计课题是面筋成型机的设计。面筋成型机是一种用机器代替手工来完成面筋绕制的机器。面筋成型机可以完全让操作者的手脱离盐水，而让机器来完成在水里的动作。所以具有较好市场价值，经济效益和较好的社会效益。

面筋机的设计分为坯片导出装置的设计，切断装置的设计以及卷绕装置的设计。此方案在现行面筋机的基础上有所创新。具体体现在以下几点：

1．面筋的坯片导出采用螺旋丝杠的挤压而不采用螺旋轴的结构，采用螺旋丝杠的结构主要的好处是保证了面筋的内部结构，使其导出能够连续不断，方便了卷绕，并且具有良好的口感。

2．面筋机的切断装置放置在大小料斗之间，这样的结构的好处是可以使坯片导出更容易，而且可以不用辊子辊压的结构就可以使面筋成型，减小机器结构的复杂性，降低了厂家的生产成本。

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3．面筋机采用一大一小两个料斗而不采用一个料斗的结构是为了减少面筋粘弹性对导出成型的影响，因为一次挤压的量过多的话，面筋导出就不是片状的而是近似圆状的，近似圆状的面筋不利于卷绕装置的卷绕。

4．小料斗的下料口采用了法兰连接的方法来解决，这样可以根据不同的生产要求来更换下料口的大小，满足了生产需要。

在指导老师乔老师的严格要求下，在最低限度的降低其制作费用的前提下，我对其方案进行了数次修改，但是由于能力所限可以说现在的方案不是最好的，但已尽了我的最大能力。

本次设计中由于自己能力的有限，肯定存在不少错误，一旦用于制造，肯定有不少问题，好多东西都是凭自己的想象，可能在现实生产中却是行不通的，为解决书本和现实的距离，曾亲自去当地淀粉厂实地观看，开拓了我的视野，给我深深的上了一堂课。

参 考 文 献

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[4] 罗园山 螺旋输送机叶片下料法 粮食加工 2006.4

[5] 辰工．高蛋白“素肉”——面筋[J]．中国保健营养，2002，(04)：34-35 [6] 丁玉庭，皱礼根,陈艳,殷亚峰．非水法面筋提取的研究[J]．中国保健营养，2003,

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致 谢

历时三个多月的毕业设计，在指导老师乔老师的带领下，现已划上了圆满的句号。

在毕业设计工作开始，乔老师认真地给我们讲解了各种机械零部件的功能与机械加工方式等知识，丰富了我们对许多机械设备的认识，加深了我们在课堂上的所学习的知识，增长了我们的见识，这些对于我以后的工作学习都有很大的帮助，使我受益匪浅。

在设计过程中，乔老师及时的帮我们解决设计时所遇到的难题。对于我们在设计过程中遇到的缺乏理论支持的问题，乔老师总是耐心地给我们讲解有关方面的知识，提供有关方面的资料，使我们得以在短时间内解决问题。同时，还教育我们以后不管是在工作还是学习中，都要保持科学严谨的态度。这次毕业设计在乔老师的指导下，不仅提高了我自己的认识能力，更锻炼了我的工程结构分析能力。在此对乔老师表示衷心的感谢。

另外，此次设计中还得到了本组其他同学的帮助，在此一并表示感谢。 限于本人水平有限，设计中缺点和错误在所难免，恳请各位老师、专家不吝批评指正。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ifbw.html