1、27/27螺旋式連續榨汁機的設計學 生： 指導老師： (湖南農業大學東方科技學院，長沙 410128)摘 要：螺旋式連續榨汁機是采用壓縮體積的方式使果料的固體與液體成分分離，榨取汁液。本文的螺旋連續榨汁機介紹了以壓縮體積為基礎的榨汁機的設計要點、工作原理和設備組成。設計通過研究榨汁機的變徑、斷續、變螺距螺桿，使果料得到充分壓榨，從而達到提高出汁率的目的。也更能提高工廠生產率，降低成本，提高效益。 關鍵詞：螺旋連續榨汁機；分離；壓榨；出汁率；The Design OfTheSpiralContinuousJuicerAuthor：Tutor：(Oriental Science Technolog

2、y College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: The spiral continuous juicer isolates the solid and liquid components from the fruit, and then squeezes the juice by the method of compressing volume. This paper mainly introduces the design features, works and equipment of the Ju

3、icer, which is based on compressing volume. By researching the Variable diameter, intermittent, variable pitch screw of the juicer, the design can help the fruit to be fully squeezed, and then the goal that improving the juice yield will be achieved. It also helps to improve plant productivity, redu

4、ce costs and improve efficiency.Key words: spiral continuous Juicer；separate；press；juice yield目 錄摘要 PAGEREF _Toc325286010 h 1關鍵詞 PAGEREF _Toc325286010 h 1 TOC o 1-3 f h z u 1 前言 PAGEREF _Toc325286010 h 12 研究現狀 PAGEREF _Toc325286011 h 23 作用原理 PAGEREF _Toc325286012 h 24 影響出汁率的因素 PAGEREF _Toc325286013

5、h 35 總體方案設計 PAGEREF _Toc325286014 h 35.1 整體布局設計 PAGEREF _Toc325286015 h 35.2 工作原理 PAGEREF _Toc325286016 h 45.3 螺桿部設計 PAGEREF _Toc325286017 h 45.4 螺桿螺旋直徑和螺距的設計 PAGEREF _Toc325286018 h 55.4.1 螺桿轉速的確定 PAGEREF _Toc325286019 h 55.4.2 螺距的確定 PAGEREF _Toc325286020 h 55.5 功率計算 PAGEREF _Toc325286021 h 66 選擇電動

6、機 PAGEREF _Toc325286022 h 76.1 選擇電動機功率 PAGEREF _Toc325286023 h 76.2 確定電動機轉速 PAGEREF _Toc325286024 h 77 計算總傳動比和分配傳動比 PAGEREF _Toc325286025 h 88 計算傳動裝置的運動和動力參數 PAGEREF _Toc325286026 h 98.1 各軸轉速 PAGEREF _Toc325286027 h 98.2 各軸的輸入功率 PAGEREF _Toc325286028 h 98.3 各軸轉矩 PAGEREF _Toc325286029 h 99 設計V帶 PAGER

7、EF _Toc325286030 h 109.1確定計算功率 PAGEREF _Toc325286031 h 109.2 選擇V帶的型號 PAGEREF _Toc325286032 h 109.3 確定帶輪基準直徑和 PAGEREF _Toc325286033 h 109.3.1 初選主動輪的基準直徑 PAGEREF _Toc325286034 h 109.3.2 驗算帶的速度V PAGEREF _Toc325286035 h 119.3.3 計算從動輪直徑 PAGEREF _Toc325286036 h 119.4 確定傳動的中心距a和帶長 PAGEREF _Toc325286037 h 1

8、19.5 驗算主動輪的包角 PAGEREF _Toc325286038 h 119.6 確定V帶的根數Z PAGEREF _Toc325286039 h 119.7 確定帶的初拉力 PAGEREF _Toc325286040 h 129.8 求帶傳動作用在軸上的壓力 PAGEREF _Toc325286041 h 129.9 V帶設計計算 PAGEREF _Toc325286042 h 1210 帶輪的設計 PAGEREF _Toc325286043 h 1310.1 材料 PAGEREF _Toc325286044 h 1310.2 帶輪的形式 PAGEREF _Toc325286045 h

9、 1310.3 帶輪尺寸設計計算 PAGEREF _Toc325286046 h 1311 聯軸器的選用 PAGEREF _Toc325286047 h 1512 螺旋軸的設計 PAGEREF _Toc325286048 h 1612.1 材料的選取 PAGEREF _Toc325286049 h 1612.2 擬訂軸上零件的裝配方案 PAGEREF _Toc325286050 h 1612.3 初步確定軸的最小直徑 PAGEREF _Toc325286051 h 1612.4 根據軸上定位的要求確定軸的各段直徑和長度 PAGEREF _Toc325286052 h 1712.5 軸上零件的周

10、向定位 PAGEREF _Toc325286053 h 1712.6 定圓角半徑值 PAGEREF _Toc325286054 h 1712.7 按彎扭合成條件校核軸的強度 PAGEREF _Toc325286055 h 1712.7.1 軸的計算 PAGEREF _Toc325286056 h 1712.7.2 求軸上所受作用力的大小 PAGEREF _Toc325286057 h 1912.7.3 軸垂直面內所受支反力 PAGEREF _Toc325286058 h 1912.7.4 作彎矩圖 PAGEREF _Toc325286059 h 1912.7.5 作扭矩圖 PAGEREF _T

11、oc325286060 h 1912.7.6 作當量彎矩圖 PAGEREF _Toc325286061 h 1912.8 校核軸的強度 PAGEREF _Toc325286062 h 1913 篩筒部設計 PAGEREF _Toc325286063 h 1914 軸承端蓋的設計 PAGEREF _Toc325286064 h 2014.1 材料 PAGEREF _Toc325286065 h 2014.2 凸緣式軸承端蓋各尺寸計算 PAGEREF _Toc325286066 h 2015 總結 PAGEREF _Toc325286067 h 21參考文獻 PAGEREF _Toc3252860

12、68 h 22致 謝 PAGEREF _Toc325286069 h 221 前言所謂榨汁，就是推進一個物體（擠壓面），把由固體、液體和氣體物質所組成的混合物中的液體和氣體物質從一個有限的空間（擠壓室）中擠壓出去的過程。如果擠壓設備合理，就可以只把氣體和液體物質從擠壓室中擠壓出去，而把固體物質仍然留在擠壓室中。傳統的螺旋榨汁機主要工作部件為螺旋桿，采用不銹鋼材料鑄造、再精加工而成。其直徑沿廢渣排出方向從始端向終端逐漸增大，螺距逐漸減小，因此，它與圓筒篩相配合的容積也越來越小。果漿所受壓力越來越大.壓縮比可達1：20.果蔬汁通過回簡篩的孔眼流出口圓筒篩常用兩個半圓篩合成。外加兩個半圓形加張骨架。

13、通過螺栓緊固成一體，螺旋桿終端成錐形，與調壓頭內錐形相對應。廢渣從兩者錐形部分的環狀空隙排出。通過調整空隙大小.即可改變出汁率。可根據物料性質和工藝要求。調整擠壓壓力，以保證設備正常工作。螺旋式榨汁機雖然結構簡單，故障少，生產效率高，但所制得的果蔬汁中混濁物含夢高，果蔬汁氧化劇烈，出汁率低。進入21世紀后，隨著我國水果產量的大幅度提高和鮮銷市場的逐漸飽和，“賣果難”愈演愈烈。另外，由于我國經濟實力的增強及人民生活水平的提高，果汁加工業又進入一新的發展時期。榨汁機是果品行業的重要組成部分。因此，對榨汁機設備的研究勢在必行。要求設計研究出結構簡單、成本低、效率高的榨汁設備。2 研究現狀根據研究工廠

14、所使用的榨汁機一般是以下兩種：1、螺旋榨汁機，在我國廣泛應用，結構簡單、故障少、生產效率比較高。但出汁率低，大多情況下40-60%，渾濁物3%;2、帶式榨汁機，連續作業，工作效率高，適合大規模生產。出汁率高，78%左右。帶式榨汁機是國內外果汁生產最先進的榨汁設備。螺旋式連續榨汁機以其結構簡單、操作方便、榨汁效率高等優點而得到廣泛應用。就目前來講,螺旋式連續榨汁機主要應用在食品方面,用于榨取蘋果、梨、番茄、菠蘿、桔子、胡蘿卜等果蔬的汁液。而本設計的研究意義在于改進螺旋榨汁機的生產效率，提高處置率。由于在初榨汁中含有較多的渾濁物，影響果汁的濃縮和最終產品質量，需要對初榨汁進行凈化處理，主要用各種分

15、離超濾設備，并在分離時進行澄清處理，以提高分離因數和效率。3 作用原理將輸送來的漿料濃縮到適合熱分散的濃度，主要是依靠旋轉的螺旋將漿料輸送到出料端，依靠錐開的軸及逐漸縮小的螺旋葉片的節距，漿料被擠壓，壓力逐漸增大，濾液則分別通過軸內脫水裝置進入濾液槽。4 影響出汁率的因素1、擠壓力：在一定壓力范圍內，出汁率同擠壓力成正比。但這個范圍很關鍵。2、果漿泥的破碎程度3、擠壓層的厚度 4、預排汁5、榨汁的助劑，有無助劑，影響出汁率最多達11.7%。所以在本設計中應當選擇合適的壓力，加大果漿泥的破碎程度，適當增加擠壓層的厚度。5 總體方案設計5.1 整體布局設計螺旋壓榨機主要有：壓榨裝置，傳動裝置，進料

16、裝置，電機，出料裝置，機座組成。本設計在布局上采用折疊式,即螺桿、減速器在一個水平面上,將電機置于另一個水平面上(見圖1)。這樣布置,一是較大幅度減少了整機長度,提高了設備剛度,節省了原材料,降低了成本;二是電機與減速器之間采用三角帶傳動,起到了緩沖作用,可避免故障的發生;三是由于電機位置較低、以及在電機與減速器之間原料帶入異物造成螺桿堵轉、引起瞬間負荷過大時,燒壞電機或損壞減速器等，故采用三角帶傳動,極大地降低了機械振動與噪聲1。基本結構螺旋式連續榨汁機基本結構如圖1。1 電機2 三角帶3 減速器4 聯軸器5 進料斗6 螺桿7 篩筒8 出料斗 9 集液盤 10 機架圖1 螺旋式連續榨汁機結構

17、簡圖Fig.1 Spiralcontinuousjuicerstructure diagram5.2 工作原理該機構由機架、螺桿、篩筒、減速器、電機等組成。其工作原理為電機1通過三角帶2帶動減速器3轉動,減速器3通過聯軸器4帶動螺桿6轉動,物料由進料斗5喂入,在螺桿6的作用下,受到擠壓,物料中的水分通過篩筒7流出,經集液盤9排出機外,物料在強大的擠壓作用下,汁液越來越少,最后經出料斗8排出。5.3 螺桿部設計通常螺旋式連續榨汁機是靠螺桿在篩筒內旋轉,對物料產生壓力，從而使物料中的汁液被強制擠出。螺旋式連續榨汁機螺桿按不同的分類方法有多種型式。如按螺桿螺紋直徑分類有等徑與變徑之分，按螺桿螺距分類

18、有等距與變距之分；按螺桿螺紋型式分有連續與斷續之分等。針對本設計加工對象綜合考慮,確定采用變徑、斷續、變螺距螺桿。變徑和變螺距可以通過減小容積而逐步增大壓力，斷續可增加果漿泥的破碎程度，螺桿上的螺旋共分四段(如圖2)。第一段為喂料螺旋，主要作用是有利于輸送物料使物料能順利的進入擠壓腔；第二段是預壓螺旋，主要作用是其直徑不變而螺距逐漸縮小, 以增加對物料的擠壓程度使物料進一步破碎。；第三段、第四段是為變徑等距螺旋, 主要作用是增加對物料的進一步擠壓, 強制擠出水分。是不斷增加對物料的進一步擠壓，使水果的果汁被強制擠出。特別是第四段具有增壓作用,進一步提高出汁率。圖2 螺旋軸Fig.2 screw

19、 axis5.4 螺桿螺旋直徑和螺距的設計螺桿螺旋結構簡圖如圖32。圖3 螺桿螺旋結構簡圖Fig.3 Screwspiralstructuredesign5.4.1 螺桿轉速的確定由于本螺桿工作性質屬于壓榨范疇，故轉速較低。參照榨油機、油料化機、食品榨汁機，決定選用n=130r/min。5.4.2 螺距的確定 初選螺距，第一段t=50mm，其他各段螺距依次遞減。物料移動速度(m/s)計算：v=1.08m/s 螺旋式連續榨汁機的生產能力公式如下： G=3600Fv(kg/h) （1）式中:：G生產率,本設計取G=1000kg/h； F螺桿螺旋送料的斷面面積(m2)； 物料容積密度，本設計取=40

20、0kg/m； 充填系數,本設計取=0.2。將參數代入得： 1000=3600F1.084000.2解得：F0.0321(m) 根據螺桿螺旋送料的斷面面積計算公式： F= （2）式中：d螺桿螺旋送料的斷面大徑(m)； d螺桿螺旋送料的斷面小徑(m)；本設計根據強度計算得d=0.09m；將有關數據代入得，則可求得： d0.2213m取螺桿螺旋送料的斷面大徑d=0.24 m。5.5 功率計算 榨汁機的功率消耗包括兩方面：壓縮物料所消耗的功率；使物料移動消耗的功率。在這里，把軸與軸承摩擦等所消耗的功率算入機械效率中3。設壓縮物料所消耗的功率為P：P= (1+2+3+Z)（W） （3）=0.0321=2

21、891.5W式中：相鄰螺距大小之差，m；設使物料移動所消耗的功率為P：P=mv= (W) （4）式中： m物料的質量kg； t物料運動時間s。而 =G (生產能力) v= （5）所以： P=(W) （6） = =60.5w則消耗的功率為： P= (W) （7） = =3657.1w式中：傳動效率。由電動機至工作機之的總效率7(包括工作機效率)為4： 式中：、分別為帶傳動、齒輪傳動的軸承、齒輪傳動、聯軸器、螺桿軸的軸承的效率。取0.96、0.99、0.97、0.97、0.98、則： 0.960.990.970.970.980.816 選擇電動機按已知的工作要求和條件，選用Y型全封閉鼠籠型三相異步

22、電動機5。6.1 選擇電動機功率榨汁機所需的電動機輸出功率為： P= P= (W) （8） = =3657.1w6.2 確定電動機轉速旋轉軸的工作轉速為：n=130r/min6，按推薦的合理傳動比范圍，取帶傳動的傳動i24，減速器的傳動比i412.5，則合理總傳動比的范圍為i850，故電動機轉速的可選范圍為： (8-50)130=1040-6500 r/min符合這一范圍的同步轉速有1500 rmin，3000rmin再根據計算出的容量，查出有這幾種適用的電動機型號見表1，其技術參數傳動比的比較情況見下表。表1 電動機技術參數Tab.1 MotorTechnical parameters電動機

23、型號額定功率電動機轉速傳動裝置的傳動比P/kW同步轉速滿載轉速總傳動比帶減速箱1Y112M41500144011.082.842Y112M43000292022.42.88綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的傳動比，可知方案2比較適合。因此選定電動機型號為Y112M。所選電動機的額定功率4kw，滿載轉速=1440rmin，總傳動比適中，傳動裝置結構較緊湊7。所選電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸如圖4和下表2所示：圖4 電動機結構簡圖Fig.4 Motorstructure diagram表2 電動機的主要尺寸Tab.2 Themain dimensionsofthemotor

24、中心高H外形尺寸L(AC/2+AD)HD底腳安裝AB地腳螺栓空直徑K軸伸尺寸DE裝鍵部位尺寸FGD1124003052651801401228608367 計算總傳動比和分配傳動比由選定電動機的滿載轉速和工作機主動軸的轉速，可得傳動裝置的總傳動比為：i=計算出總傳動比后，應合理地分配各級傳功比，限制傳動件的圓周速度以減小動載荷，降低傳動精度等級。分配各級傳動比時考慮到以下幾點：各級傳動的傳動比應在推拌的范圍內選取；應使傳動裝置的結構尺寸較小、重量較輕；應使各傳動件的尺寸協調，結構勻稱、合理，避免互相干涉碰撞。故 V帶傳功比取2.8，減速器傳功比取4。8 計算傳動裝置的運動和動力參數進行傳動件的

25、設計計算，先推算出各軸的轉速、功率和轉矩8。按內電動機至工作機之間運動傳遞的路線推算各軸的運動和動力參數如表3。8.1 各軸轉速=514.3=128.6式中：為電動機的滿載轉速，單位為；，分別為減速器輸入軸和榨汁機螺旋軸的轉速，單位為；為電動機至減速器輸入軸的傳動比；為減速器的傳動比。8.2 各軸的輸入功率= （9） =40.96=3.84kW=3.840.95=3.65 kW式中：為電動機的輸出功率，單位為kW；、分別為減速器輸入軸和榨汁機螺旋軸的輸入功率，單位為kW；、分別為電動機軸與減速器輸入軸、減速器輸入軸與榨汁機螺旋軸間的傳動效率9。8.3 各軸轉矩= （10）=26.52.80.9

26、6=71.3 Nm=71.340.95=271.0 Nm式中：、分別為減速器輸入軸和榨汁機螺旋軸的輸入轉距，單位為Nm；為電動機鈾的輸出轉矩，單位為Nm。的計算公式為：=9550 （11）=9550=26.5 Nm表3 傳動裝置的運動和動力參數Tab,3 Kinematic and dynamicparametersofthegear軸名 參數電動機軸減速器螺旋軸轉速n/(r/min)1440514.3128.6輸入功率P/kW43.843.65輸入轉矩T/( Nm)26.571.3271.0傳動比i2.84效率0.960.959 設計V帶9.1確定計算功率 因為工作機是螺旋榨汁機，故屬于載荷

27、變動較大的機械，原動機是交流電動機（普通轉矩鼠籠式），工作時間小于10小時/天，啟動形式為軟啟動10。故： =1.2 工作情況系數 取=1.2。9.2 選擇V帶的型號 根據計算功率和小帶輪轉速3，得A，B型均可，選擇A型普通V帶。9.3 確定帶輪基準直徑和9.3.1 初選主動輪的基準直徑 根據所選V帶型號參考3，選取，選。9.3.2 驗算帶的速度V （12）9.3.3 計算從動輪直徑 9.4 確定傳動的中心距a和帶長初定中心距，由即：即：，取500mm。計算基準帶長： （13）選取帶的基準長度，查表3得：計算實際中心距，由公式：考慮安裝調整和補償初拉力的需要，中心距的變動范圍為： 9.5 驗算

28、主動輪的包角 根據公式及對包角的要求，應保證： 9.6 確定V帶的根數Z根， （14）取Z=3根。式中： 在包角=180度，特定長度，工作平穩情況下，單根普通帶的許用功率值； 考慮包角不同時的影響系數，簡稱包角系數； 考慮帶的長度不同的影響系數，簡稱長度系數。查得：=1.37 =0.93 =0.96式中：K材質系數；計入傳動比的影響時，單根V帶所能傳遞的功率的增量。計算公式為：；式中：單根普通V帶所能傳遞的轉矩的修正值； 主動輪的轉速。9.7 確定帶的初拉力單根V帶的初拉力由下式確定： （15）9.8 求帶傳動作用在軸上的壓力式中：Z帶的根數； 單跟帶的初拉力； 主動輪上的包角。9.9 V帶設

29、計計算表4 V帶設計計算列表：Tab.4 V-beltdesign calculationslist設計計算項目結果說明工作情況系數k1.2計算功率P4.8小帶輪直徑D100mm可選比表中大的值大帶輪直徑D280mm驗算V帶的速度V5.23m/s初定中心距a500mm參考實際機械結構確定續表4設計計算項目結果說明初算V帶所需的基準長度L1613.15mm選V帶的基準長度L1633mm定V帶公稱長度L1600mm定中心距a510mm包角158120，合適包角系數k0.93長度系數k0.96材質系數k1化學線繩結構的膠帶單根V帶所能傳遞的功率P0.995單根V帶功率增量P0.12kw單根V帶傳遞扭

30、矩的修正值T1.2V帶根數Z3根每米V帶質量0.10kg/m單根V帶的初拉力F111N軸上的壓力Q1090N10 帶輪的設計10.1 材料 帶輪常用材料是鑄鐵，因為帶速v25ms，所以選用HTl50。K, 10.2 帶輪的形式 帶輪的結構由帶輪直徑大小而定3，因帶輪基準直徑D(2.5-3)d(為軸的直徑)，所以小帶輪采用實心式；對于大帶輪，因D=9.06MPa，故安全。13 篩筒部設計篩筒部的篩筒(如圖11)上有許多篩孔,被榨出的汁液就是從這里流出的。篩孔的設計十分重要,它的主要參數包括:篩孔大小和分布密度。為了確保被榨出的汁液能夠及時從篩孔中流出,篩筒篩孔的孔隙率越大越好。又由于篩筒要求承受

31、螺旋擠壓產生的強大壓力,所以孔隙率也不能太大。通常孔隙率選擇原則有:篩筒剛度好時,選大些;篩筒剛度差時,選小些。篩孔大時,孔隙率取較大值;篩孔小時,孔隙率取較小值19。圖10篩筒Fig.10 sieve tube篩孔直徑的選擇:一般來講,篩孔直徑越大,越有利于汁液的排出;相反,篩孔直徑越小,越不利于汁液的排出,過小時,就不能保證汁液的排出。選擇篩孔時,首先要考慮所加工物料的粒徑大小,加工物料的單個粒徑大時,篩孔直徑選擇也要相應大些,以利于汁液排出。但也不能過大,否則,可能會造成較大的料損;加工物料的粒徑小時,篩孔直徑選擇也要相應小些,但也不能太小,因為篩孔太小時,容易造成堵塞,不能保證汁液順利

32、流出。目前,篩孔直徑的選擇方法主要有定性選擇法和經驗選擇法,般要經過兩到三次試驗確定。圓筒篩用2mm厚的lGrl8Ni9Ti不銹鋼板沖直徑為2mm孔制作，孔間距離2mm。圓筒篩的內徑為240mm。長為570mm。為了確保篩筒內物料清理方便,篩筒設計成上下兩半,中間用螺栓連接20。14 軸承端蓋的設計14.1 材料材料選用HT150。因凸緣式軸承端蓋調整間隙比較方便，密封性也好，故選用凸緣式結構8。為了調整軸承間隙，在端蓋與軸承座之間放置由若干薄片組成的調整墊片，同時也起到密封的作用。軸承端蓋簡圖見圖11。 14.2 凸緣式軸承端蓋各尺寸計算D0=D+2.5d=120+2.512=150mmD1

33、=D-(10-15)=120-(10-15)=105-110mm，取D1=110mm。D2=D0+2.5d=150+2.512=180mme=1.2d=12.5mmme=12.5mm，取m=28.5mm。圖11軸承端蓋Fig,11 Bearing cover15 總結本課題所設計的螺旋連續榨汁機以電機為動力，通過皮帶輪傳動，螺旋軸的變徑變螺距實現對果料的擠壓，榨汁工藝性能好，出汁率高，具有良好的應用價值及市場潛力。 此畢業設計是我對大學四年學習的總結和考驗。此次畢業設計總和運用了我大學四年所學的專業知識和理論知識。通過本次設計，使我進一步認識了并設計了一臺完整機器的全過程。鞏固了我學的知識，為

34、以后的工作打下了一定基礎。由于本次是基于理論的，缺乏實踐經驗，本次設計成果如用于實踐生產中會造成或多或少的材料浪費，也可能會有設計不過合理的地方，導致機器不能正常工作。總的來說通過此次畢業設計也有一些心得：設計中，曾多次到學校圖書館查閱資料相關的資料，使我增強了個人查閱資料的能力，還讓我開闊了視野。在此次畢業設計中采用了autoCAD等軟件進行輔助設計，讓我對這些的理解和熟悉程度得到很好的提高。在設計過程出現了一些客觀不足的問題，沒有實踐的條件，缺乏實踐經驗。參考文獻1劉長榮 肖念新 工程力學 M 中國農業科技出版社 2002.22張裕中 食品加工技術裝備M 中國輕工業出版社2000.33劉長榮 鄭玉才 機械設計基礎（下）M 中國農業科技出版社 2002.24朱龍根 簡明機械零件設計手冊 機械工業出版社M 1997.115壟溎義 機械設計課程設計指導書 高等教育出版社M 1982.96楊永才 機械設新標準手冊計M 北京科學技術出版社M 1993.8：75-777 濮良貴，紀明剛，機械設計（第八版）M.高等教育出版社