1、包子生產機的設計摘 要本畢業設計完成了“包子生產機的設計”，設計目的是實現將包子生產從手工勞動到機械化生產的轉變。通過觀察包子手工生產過程以及借鑒國內外相關食品成型機械的結構特點，采用成型盤為成型元件、螺旋機構為面料輸送元件、滑片泵為輸餡元件的灌腸式滾切成型原理設計包子生產機。該種成型原理生產效率高，可以實現連續式生產，因此在食品機械中得到廣泛應用。本次設計動力源使用電動機、主要變速機構使用蝸輪蝸桿減速器、動力分配機構使用分流軸的傳動方式，并對傳動系統中大部分的傳動部件進行了設計和校核，同時繪制了包子生產機的主要零部件圖紙及總體裝配圖紙。關鍵詞： 包子；食品機械；成型盤；螺旋機構 The De

2、sign of Shaozi Producing MachineAbstractThis graduation design accomplished “the design of shaozi producing machine”. The purpose of this designing is to realize the improvement of the shaozi production method from manual labor to machine manufacturing. Based on the observation of the manual la

3、bor process of the shaozi production and the reference of the analogous food shaping machinerys configuration in home and abroad, with which the shaping principle to design the shaozi producing machine and also with the shaping wheel for shaper, screw mechanism for dough transporter and vane pump fo

4、r stuff transporter. Greater production efficiency and continuous production can be realized by this shaping principle, therefore, it can be widely applied in food machinery industry.This design adapt the electric motor for power, worm reducer for main speed change transmission and shunt shaft

5、for power allocation mechanism as well as to make design and check on most of the driver units in driver system. Besides, both the main parts and the assembly drawing have been rendering. Keywords：shaozi, food machinery, shaping wheel, screw mechanism 目 錄摘要Abstract1 緒論11.1 概述:包餡(夾餡)食品機械的應用前景和發展現狀11.

6、2 包子生產機的相關介紹、研制意義和目標、未來的發展方向12 機械系統總體方案的擬定 32.1動力系統的擬定32.2傳動系統的擬定32.3執行機構的擬定33 工作機構運動需求分析及初步設計43.1包子模型的建立與分析43.2 生產效率與成型盤的設計43.3 橫、豎蛟龍的設計計算53.4 供餡泵的設計63.5 出面嘴的設計64 傳動系統的設計計算741 傳動比的分配74.2 蝸輪蝸桿傳動副的設計74.3 直齒圓錐齒輪傳動副的傳動設計94.4 鏈傳動設計114.5 出面嘴直齒圓柱齒輪設計及校核124.6 豎絞龍直齒圓柱齒輪設計及校核135 分流軸及其附件的設計計算155.1 分流軸的設計與校核15

7、5.2 軸承的設計與校核205.3 鍵聯接的設計與校核215.4 花鍵連接的設計與校核226結論23參考文獻致謝包子生產機的設計1 緒論1.1 包餡(夾餡)食品機械的應用前景和發展現狀包餡(夾餡)食品在我國歷史悠久，伴隨著幾千年的文明的發展已經成為我國食品文化中的代表，如餃子、包子、餛沌是主食的一部分；湯圓、月餅、粽子是傳統節日中必不可缺的食物。如今，經濟的迅速增長、人民生活水平的提高和生活節奏的加快，對食品行業提出了新的要求。而本人認為這些要求可以歸納為兩大類：其一是食品的質量：如食用口感、衛生狀況、營養含量等。其二便是食品供應的速度。而解決這兩個矛盾要求的辦法便是實現食品生產的機械化和自動

8、化，通過機械動作可以極大程度的提高食品的生產率；采用環保的機械材料和嚴格的密封技術可以很好的保證食品衛生；而合理的工藝編排更能改善食品的口感。目前國內外廠家在包餡(夾餡)食品機械化上的研究已經取得了一定的成果,成功研發了餃子機、包子機、餛沌機、湯圓機、月餅機以及自動化程度更高的全自動萬能包餡機。因東西方飲食文化的差異，目前國外包餡成型類機械主要為日本所生產，如日產的自動萬能包餡機，其最大生產能力可達每小時8000個，且加工范圍極廣，能生產各式饅頭、包子、餃子、夾餡餅干、壽司、等等近百種產品，采用可拆卸料斗能實現快速更換餡料，內置的無級變速調控裝置可以實現皮和餡的任意配比。廣泛用于各種帶餡食品的

9、加工。而國內相關機械雖然在自動化和多功能方面較之日本產品還有一定的差距，但是通過改革開放以后二十余年的發展亦取得了很大的進步。以上海滬信飲料食品機械有限公司生產的水餃機為例：配備1.1Kw的電動機，生產效率達每小時7000個。已相當接近日產餃子機的生產水平。1.2 包子生產機的相關介紹、研制意義和目標、未來的發展方向1.2.1 包子生產機的介紹“包子生產機”顧名思義是以機械動作代替手工操作來進行包子生產的機械。按照食品機械的分類應屬于食品包餡成型類機械，其能實現的功能均為通過機械動作將某一類帶餡并且有特定外型要求的食品生產出來。當前該類機械中比較成熟的有餃子機、包子機、餛飩機、湯圓機。而其他特

10、殊類型的食品包餡成型機械一般通過借鑒以上四類機械的某些結構并加以改良設計從而使之適應本類食品生產加工的需求。本課題所設計的自動包子機便屬于后者。1.2.2 包子生產機的研制意義和目標及未來的發展方向包子是我的家鄉修水縣的一種特色小吃，以其獨特外型和口感在全縣乃至周邊地區博得人們的欣賞，但長期以來它只能通過手工生產，既費時費力，又難以保證衛生，而且無法長期在常溫下保存。因而一般只能是現吃現做（或現買），或者少數人會在做好后將其放入冰箱中冷凍。但是冰箱冷凍過程屬于緩慢凍結，容易在包子中產生大顆粒的冰晶，使得其解凍后無論風味還是外型齊整等方面均較現做的包子有很大的差距。每逢過時過節現做現賣包子往往出

11、現供不應求的現象。當然也有很多人選擇在家里自己做，卻需要提前半天甚至一天進行準備，而包包子的時候更是要叫上好幾個親朋過來幫忙方可。因此如果能研究開發一種能夠以機械動作代替人工勞動的機器，那么除了可以節約大量的時間、降低包子的生產成本、提高利潤之外，更可以免除人們冬日里冒寒排隊購物之苦，一舉多得。包子生產機的初步目標確定為能夠實現包子包餡工藝的機械化。未來可在此基礎上加以改進和擴展，以實現橫縱兩方向發展。即包子生產全過程的無人干預自動化與多功能化。2 機械系統總體方案的擬定2.1動力系統的擬定動力系統可按原動機的類型分為電動式、氣動式、液壓式等。包子生產機功率小、結構較簡單、產品無嚴格精度要求，

12、因此對動力源亦沒有過多限制，且通過從便捷性和適用性方面的考慮決定選用兩相或三項交流電動機作為動力輸出裝置。經比較國內眾多相關機械的電機型號及結合本設計自身特性，選用2.2Kw三相交流電動機Y112M-6。2.2傳動系統的擬定傳動系統按傳動件的不同可分為帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動、等幾大類。包子生產機的傳動系統屬于復合傳動系統，綜合了鏈、齒輪、蝸輪蝸桿以及槽輪機構以實現傳動系統的最優化。具體傳動系統見下圖。圖2-1 傳動系統圖2.3執行機構的擬定執行機構包括三個大部分：其一是實現餡料輸送的供餡機構。即供餡泵。其二是實現面料輸送的供面機構。分為橫、豎絞龍兩小部分。其中豎絞龍為中空結構，

13、內腔充當餡料輸送的通道，即餡管。其三是整個設計的核心部分-成型機構。由兩個同向運動的成型盤構成。3 工作機構運動需求分析及初步設計3.1包子模型的建立與分析根據家鄉包子的實物研究，初步選定包子的外廓尺寸如下圖所示:圖3-1 包子外形尺寸圖根據初選尺寸以及5mm的皮厚使用Solidworks建立如下三維模型：圖3-2 包子三維模型圖使用體積測量功能測得包子總體積為，其中空心部分(即餡部分)體積為，實心部分體積（即面皮部分）。3.2 生產效率與成型盤的設計因本設計為地方特殊食品的生產機械，故沒有完善的理論計算方面的支持，因此在參考了國內外眾多夾餡成型機械后擬定生產效率為個每小時，且由于成型盤每旋轉

14、一周可生產包子一個，故而確定成型盤的轉速為。通過觀察手工包子生產過程了解到搓制面皮速度越快越易成型，手工生產時速度大約為。因考慮到機器生產效率高的影響，決定將搓制速度提高一倍，初步確定為。則成型盤的基礎直徑應為，圓整后取。3.3 橫、豎蛟龍的設計計算橫、豎蛟龍的作用主要是輸送面皮，即上述三維分析中的實心部分。3.3.1 豎絞龍的設計計算已知每個包子面皮部分體積為, 包子內腔壁直徑，即豎絞龍螺旋管的外徑為，初步擬定豎絞龍的套筒內徑為，螺旋帶厚度為，螺旋帶最外緣半徑，且忽略因螺旋帶扭曲所帶來的體積增加（即認定每個導程內螺旋帶所占體積近似為一個內徑，外徑，厚度的圓環體所占的體積），則：設豎絞龍的轉速

15、與成型盤轉速相同，即豎絞龍每旋轉一周，面料垂直向下運動一個導程，且該導程內的面料恰好能供成型盤生產一個包子，為。則螺旋管的導程可按下式近似計算: （3-1）代入數據有:考慮到面料壓實體積需要收縮,故將導程圓整為。3.3.2 橫絞龍的設計計算初選設計參數：橫絞龍螺旋管外徑；橫絞龍導料槽內徑；螺旋帶厚度；螺旋帶最外緣半徑；考慮到橫絞龍采用單端固定的形式，不適合承受過大彎矩，因此決定增大轉速縮小導程以減小作用在螺旋管上的徑向分力。擬定轉速為成型盤轉速的倍，即。則有: 同理考慮到面料壓實體積需要收縮，將導程圓整為。3.4 供餡泵的設計因為餡料需要在面皮底部搓制完成時方可送入，故需要間歇輸送，擬定采用槽

16、輪機構與雙滑片泵組合使用。輸送頻率在數值上等同于成型盤每秒的旋轉次數，即有Z=1Hz。根據供餡泵為雙滑片偏心泵的結構可確定。3.5 出面嘴的設計為了避免面皮在搓制成型過程中產生撕裂，應當使面嘴轉速等于或接近于面皮在成型盤中的轉速。設面皮與成型盤之間沒有相對滑動，則面皮轉速可由下式確定： （3-2）給公式變形并代入數據有：4. 傳動系統的設計計算41 傳動比的分配4.1.1 電動機轉速的確定 Y112M-6型電動機額定轉速為。4.1.2 傳動比的總體分配及各軸轉速的確定根據總體傳動系統圖和各執行部件所需的轉速可確定出各傳動部件的傳動比。最大傳動比；最小傳動比；確定減速器的傳動比為；確定錐齒輪副的

17、傳動比為；確定橫絞龍鏈輪副的傳動比為；確定成型盤鏈輪副的傳動比為；確定面嘴齒輪副的傳動比為；確定豎絞龍齒輪副的傳動比為；確定槽輪機構的傳動比為；列出各個軸的轉速：電機軸轉速；蝸桿軸轉速；蝸輪軸轉速；分流軸轉速；4.1.3 確定各個執行部件所需的功率根據各個執行機構的運動要求分配其所占的比例： 成型機構40%；橫絞龍 25%；豎絞龍 15%；出面嘴 12%；供餡泵 8%。4.2 蝸輪蝸桿傳動副的設計4.2.1 設計要求蝸桿要求右旋；輸入功率；輸入轉速；傳動比；工作時單向運轉；載荷較平穩；要求累計工作時間不小于；可靠性要求一般；電動機驅動；工作環境通風良好，減速器有效散熱面積A不小于；平均室溫；工

18、作油溫不高于。4.2.2 初選參數及材料根據使用要求，選用ZA型阿基米德蝸桿，蝸桿頭數，對應的蝸輪的齒數，變位系數，傳動效率,蝸輪使用系數，蝸輪動載系數，減速器散熱系數。蝸桿材料：45鋼淬火，要求達到齒面硬度45HRC。蝸輪材料：ZCuSn10P1離心鑄造。疲勞接觸強度最小安全系數彎曲疲勞強度最小安全系數材料彈性系數則有：蝸輪材料接觸疲勞極限應力；蝸輪材料彎曲疲勞極限應力；4.2.3 初步計算轉速系數；壽命系數；蝸輪材料許用接觸應力：；蝸輪材料許用彎曲應力：；蝸桿轉矩；蝸輪轉矩；工作系數4.2.4 根據齒面接觸疲勞強度條件設計蝸輪蝸桿副 根據設計公式有： （4-1） 據查表數據圓整，并查得；。

19、計算可得：蝸輪分度圓直徑：；實際中心距：；蝸桿速度：；蝸桿齒頂圓直徑：；蝸桿齒根圓直徑：；導程角：；導程角系數：；當量齒數：；蝸輪輪齒齒形系數：；螺桿螺紋部分長度：；蝸輪喉圓直徑：；蝸輪齒頂圓直徑：；蝸輪齒根圓直徑：；蝸輪輪緣寬度：，圓整取。4.2.5 校核蝸輪齒根彎曲疲勞強度和熱平衡根據彎曲疲勞強度校核條件有： （4-2） 可見齒根彎曲疲勞強度合格。根據熱平衡計算條件有： （4-3） 可見減速器熱平衡條件亦滿足要求。4.2.6 蝸輪蝸桿受力計算；。4.3 直齒圓錐齒輪傳動副的傳動設計4.3.1 設計要求輸入功率；輸入轉速；傳動比；工作時單向運轉；載荷較平穩；要求累計工作時間不小于；可靠性要求

20、一般。4.3.2 初選參數及材料工作載荷系數：、；壽命系數：、；齒寬系數：；分度錐角：；齒形系數：；應力修正系數：；節點區域系數：；最小安全系數：、；錐齒輪選擇材料45鋼調質，要求達到齒面硬度230HBS。材料系數；、；4.3.3 初步計算 許用齒面接觸應力：；許用齒根彎曲應力：；輸入轉矩：；工作系數：。4.3.4 根據齒面接觸疲勞強度條件設計直齒圓錐齒輪傳動副根據設計公式有： （4-4） 圓整后取；選取模數：，齒數：；錐距：；齒寬：，圓整后取；圓整齒寬系數：。4.3.5 校核齒根彎曲疲勞強度根據校核公式有： （4-5） 可見齒根彎曲疲勞強度滿足要求。4.3.6 圓錐齒輪受力計算 4.4 鏈傳

21、動設計4.4.1 橫絞龍鏈傳動設計設計要求：輸入功率，輸入轉速，傳動比。橫絞龍鏈傳動采用單排滾子鏈結構，查手冊可知需選用08A型滾子鏈，鏈節距。初選小鏈輪齒數。由傳動比可計算得。鏈速：；工作拉力：；選取壓軸力系數；軸壓力：。4.4.2 成形機構鏈傳動設計設計要求：輸入功率，輸入轉速，傳動比。成形機構鏈傳動亦采用單排滾子鏈結構，查手冊可知需選用08A型滾子鏈，鏈節距。初選小鏈輪齒數。由傳動比可計算得。鏈速：；工作拉力：；選取壓軸力系數；軸壓力：。4.5 出面嘴直齒圓柱齒輪設計及校核4.5.1 設計要求輸入功率，輸入轉速，傳動比，要求中心距，齒寬。4.5.2 模數、齒數及分度圓直徑的計算計算大小齒

22、輪分度圓直徑：初選模數，齒數；。4.5.3 選擇參數與材料并進行初步計算工作系數：、。壽命系數：、；最小安全系數：、；齒形系數：；應力修正系數：；。材料選擇：大小齒輪材料均為45鋼調質，齒面硬度要求達到230HBS；節點區域系數：；材料系數：；重合度系數：、齒數比、；許用齒面接觸應力：；許用齒根彎曲應力：；4.5.4 校核齒輪強度條件校核齒面解除疲勞強度條件： （4-6） 齒面解除疲勞強度合格。校核齒根彎曲疲勞強度： （4-7）齒根彎曲疲勞強度條件合格。4.5.5 受力計算4.6 豎絞龍直齒圓柱齒輪設計及校核4.6.1 設計要求輸入功率，輸入轉速，傳動比，要求中心距，齒寬。4.6.2 模數、齒

23、數及分度圓直徑的計算計算大小齒輪分度圓直徑：初選模數，齒數；。4.6.3 選擇參數與材料并進行初步計算工作系數：、。壽命系數：、；最小安全系數：、；齒形系數：；應力修正系數：；。材料選擇：大小齒輪材料均為45鋼調質，齒面硬度要求達到230HBS；節點區域系數：；材料系數：；重合度系數：、齒數比、；許用齒面接觸應力：；許用齒根彎曲應力：；4.6.4 校核齒輪強度條件校核齒面解除疲勞強度條件： （4-8） 齒面解除疲勞強度合格。校核齒根彎曲疲勞強度： （4-9） 齒根彎曲疲勞強度條件合格。4.6.5 受力計算 5分流軸及其附件的設計計算5.1 分流軸的設計與校核5.1.1 設計要求軸上分布有4個以

24、鍵聯接的傳動件，位置已固定。軸末端加工成花鍵軸。軸靠三個軸承支撐固定。軸材料采用45鋼調質。各個軸端軸向尺寸如下圖（5-1）a所示。5.1.2 分流軸扭矩圖的繪制各軸段扭矩大小分別為：；。扭矩圖如下圖（5-1）b。圖5-1軸結構簡圖及扭矩圖5.1.3 計算初選軸徑由扭矩圖上可見從左向右數第二鍵槽左側位置（設為位置1）與末端花鍵左側位置（設為位置2）受扭情況最壞，故以該兩位置（定位受扭危險截面）扭矩大小計算初選軸徑。由于軸選用45鋼，確定扭轉應力系數 （5-1）。考慮到軸上開鍵槽影響軸的強度，故將軸徑擴大并圓整數據得。 。 考慮到軸徑太小不利于花鍵的加工，因此選取末端軸徑，為花鍵軸的大徑。5.1

25、.4 分流軸各段軸徑的確定因軸段5需要安放軸承，故在軸段6的基礎上略微增大軸徑，確定該段軸徑為；因軸段5上的軸承需要軸段4來進行軸向定位，故確定軸段4軸徑為；軸段1與軸段5同樣需要安放軸承，則該段軸徑亦為；軸段2上開鍵槽以便安裝圓錐齒輪，且兼有給軸段1上軸承做軸向定位之功用，故確定該段軸徑為；軸段3為錐齒輪定位軸環，尺寸選定為。5.1.5 軸的受力分析軸上所有力分布如下圖所示：圖5-2軸受力示意圖將所有受力情況繪制成如下三線表（5-1）：表5-1軸受力狀態表（含未知數）力名稱力大小()509.5-1979.5-509.5-2341.5115.3316.7289.7795.811141.7可見表

26、中有7個未知數，而根據受力平衡可直接列出下列5個方程。故該結構屬于超靜定結構。需要根據軸承處（即3位置）撓度為0列變形協調方程方可求解出表中全部未知數。受力平衡條件方程： （5-2） （5-3） （5-4） （5-5） （5-6）其中（60為圓錐齒輪齒寬中點分度圓半徑值）。變形協調方程： （5-7） （5-8）其中； （5-9）； （5-10）； （5-11）； （5-12）注：上述4式中x代表位置3至位置1的距離；l代表位置1至位置7的距離；a代表力或力矩的作用點至位置1的距離；b代表力或力矩作用點至位置7的距離；E為材料的彈性模量，I為材料截面的極慣性矩（為簡化計算過程，設各個軸徑極慣性矩

27、I均相同）。則有： 聯立方程 聯立方程 根據計算結果重新繪制如下三線表：表（5-2）軸受力狀態表力名稱力大小()5.1.6 軸的校核根據上節內容繪制如下彎矩圖圖（5-3）軸彎矩圖確定危險截面為4位置左側，復合彎矩大小為，該段軸徑為，鍵槽寬度，入軸深度，抗彎截面系數，許用彎曲應力。 （5-13）可見軸強度合格。5.2 軸承的設計與校核5.2.1 軸承的選擇根據轉速及載荷初選1、3位置為圓錐滾子軸承，7位置為深溝球軸承。根據各個軸徑選取具體軸承型號：1、3位置選取圓錐滾子軸承329/32，7位置選取深溝球軸承6005。5.2.2 1位置軸承的校核徑向力 ；軸向力 ；軸頸直徑 ；轉速 ；要求壽命；溫

28、度系數 ；潤滑方式：脂潤滑；基本額定動載荷 ；基本額定靜載荷；極限轉速 ；壽命系數。查表可得判斷系數；軸向載荷系數,；載荷系數；當量動載荷軸承壽命。軸承壽命要求合格。5.2.3 3位置軸承的校核徑向力 ；軸頸直徑 ；轉速 ；要求壽命；溫度系數 ；潤滑方式：脂潤滑；基本額定動載荷 ；基本額定靜載荷；極限轉速 ；壽命系數。查表可得判斷系數；軸向載荷系數,；載荷系數；當量動載荷軸承壽命。軸承壽命要求合格。5.2.4 7位置軸承的校核徑向力 ；軸頸直徑 ；轉速 ；要求壽命；溫度系數 ；潤滑方式：脂潤滑；基本額定動載荷 ；基本額定靜載荷；極限轉速 ；壽命系數。查表可得判斷系數；軸向載荷系數,；載荷系數；

29、當量動載荷軸承壽命。軸承壽命要求合格。5.3 鍵聯接的設計與校核5.3.1 鍵的選型根據2、4、5、6位置軸徑大小選取鍵，2位置鍵尺寸；4、5、6位置鍵尺寸。5.3.2 鍵的校核材料選用：Q235鋼；許用壓強；鍵校核公式： （5-13）位置2鍵的校核：；位置4鍵的校核：；位置5鍵的校核：；位置6鍵的校核：；鍵強度要求均合格。5.4 花鍵連接的設計與校核根據軸末端尺寸查表可得花鍵尺寸為，最小接觸長度；校核參數；許用壓強。 花鍵強度要求合格。6 結論本設計是以家鄉實情為出發點，在參考國內外各種類似機械的結構特點和成型原理后設計而成，其作用為以機械動作替代手工勞動來生產包子。具體設計內容主要圍繞以下

30、三點展開：一，傳動系統的設計。主要為蝸桿減速器、齒輪、鏈輪的設計。二，成型系統的設計。主要為成型盤的設計。三，面料和餡料的輸送系統設計。主要為橫豎絞龍、餡泵、出面嘴的設計。并對上述三點進行有機結合，使之成為一能實現特定功能動作的機械實體。由于該次設計為僅為畢業設計，無論是時間方面還是設計經驗方面均有很大的欠缺，設計內容亦不甚完善，較之國內外主流類似產品有很大差距。亦望本設計中失誤之處能得到師長或同行的不吝指正，甚為感謝。31參考文獻1 普通圖書1 朱理,機械原理M.北京:高等教育出版社,2004.2 侯書林,朱海,機械制造基礎M.北京:北京大學出版社,2006. 3 劉鴻文,材料力學

31、M.北京:高等教育出版社,2004.4 鐘毅芳,吳昌林,唐增寶,機械設計M.武漢:華中科技大學出版社,2001.5 張裕中,食品加工技術裝備M.北京:中國輕工業出版社,2007.6 機械設計手冊編委會,機械設計手冊M.北京:機械工業出版社,2004.7 孫玉芹,孟兆新,機械精度設計基礎M.北京:科學出版社,2003.8 朱輝,曹桄,唐保寧,陳大復等,畫法幾何及工程制圖M.上海:上海科學技術出版社,2003.9 王太辰,寶鋼減速器手冊M.北京:機械工業出版社,1995.10Homer D Eckhardt,Kinematic design of machines and mechanisms.M.北京:機械工業出版社,2002.11Gleason Works,Beleve&Hypoid Gear Design Handbook,197112Shigley J E.