柑橘的榨汁機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)案例1.1.基本結(jié)構(gòu)與工作原理該機(jī)構(gòu)由電機(jī)，減速器，螺旋軸組成。電機(jī)通過(guò)V帶減速轉(zhuǎn)動(dòng)，再由減速器帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，而物料由上方入料口進(jìn)入，水果在螺旋軸的強(qiáng)力作用下，被擠壓出汁水，汁水從下方出汁口流出，而廢料則從側(cè)面廢料口收集。1.2.主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.2.1.螺桿部設(shè)計(jì)螺旋榨汁機(jī)即為螺旋軸在果實(shí)進(jìn)入機(jī)構(gòu)時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，利用旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的巨大壓力將果實(shí)進(jìn)行壓榨，從而產(chǎn)生果汁。螺桿轉(zhuǎn)速的確定：由于本螺桿工作性質(zhì)屬于壓榨范圍，故轉(zhuǎn)速較低，可以參照榨油機(jī)，食品榨汁機(jī)，所以可以選擇轉(zhuǎn)速n=120r/min。螺距的確定：初步選取第一段螺距為t=60mm，其他各段螺距依次遞減。物料的移動(dòng)速度（m/s）計(jì)算：V=nt螺旋式榨汁機(jī)的生產(chǎn)能力公式如下：G=3600FVP?（kg式中的G為螺線桿的生產(chǎn)能力，本設(shè)計(jì)取G=1000kg/h，F(xiàn)為螺旋送料的斷面面積，單位?。╩2），ρ為物料容積密度，本設(shè)計(jì)取ρ=350kg/m3，QUOTE??為充填系數(shù)，本設(shè)計(jì)取QUOTE??=0.2將上述參數(shù)帶入公式4-2得：根據(jù)螺桿螺紋送料的斷面面積計(jì)算公式：F=Π式中的d0為螺桿螺旋送料的斷面大徑，單位?。╩），d1為螺桿螺旋送料的斷面小徑，單位取（m）；本設(shè)計(jì)根據(jù)強(qiáng)度計(jì)算得；將有關(guān)數(shù)據(jù)帶入得，則可求得：故可取螺桿螺旋送料的斷面大徑。圖STYLEREF1\s4SEQ圖\*ARABIC\s11螺桿螺旋壓榨三維圖1.2.2.功率計(jì)算榨汁機(jī)的功率主要包括兩個(gè)部分：一個(gè)是壓縮物料所消耗的功率P1；另一個(gè)是使物料移動(dòng)消耗的功率P2。壓縮物料所消耗的功率P1為：P1=QUOTEΠd02-d1=QUOTE0.033×120×0.00660×0.83×106=3286.8W式中的QUOTE?s?s為相鄰螺距大小之差，設(shè)使物料移動(dòng)所消耗的功率為P2為；P2式中的m為物料的質(zhì)量，單位取（kg）,t為物料所需的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，單位取（s）；因?yàn)閙tv=所以：P2=1000×1202×0.0627200QUOTE則消耗的功率為：P=P==式中的η為傳動(dòng)效率所以有電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)之的總效率為：η=其中QUOTEη1、η2、η取QUOTEη1η1=0.97QUOTE、η2、η2=0.98QUOTE、η3、η3=0.96QUOTE、η4、η4=0.98QUOTE、η5、η=0.97×=0.811.2.3.電機(jī)的選擇選擇電動(dòng)機(jī)的功率榨汁機(jī)所需的電動(dòng)機(jī)輸出功率為：QUOTEPd=P=（P1+==4146.7W1.2.1.確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)軸的工作轉(zhuǎn)速為：n=120r/min，按推薦的合理傳動(dòng)比范圍，取帶傳動(dòng)的傳動(dòng)i=2~4，減速器的傳動(dòng)比比i=4~12.5，則合理總傳動(dòng)比的范圍為i=8~50，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的可選范圍為：查表可知所適用的電機(jī)型號(hào)：符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有1500r/min和3000r/min，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，重量以及帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比，可知方案1500r/min比較適合。因此初步選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y112M，根據(jù)查表可以得知所選電動(dòng)機(jī)的額定功率為4kw，滿載轉(zhuǎn)速為1440r/min。圖STYLEREF1\s43電機(jī)的三維圖傳動(dòng)裝置的參數(shù)計(jì)算1.3.1.各軸轉(zhuǎn)速n1n2公式（4-11）（4-12）中，其nm為電機(jī)滿載時(shí)的轉(zhuǎn)速，其值為1440，單位為r/min，而n1為減速器的輸入軸的轉(zhuǎn)速，其值為511.3，n2為為螺旋軸的轉(zhuǎn)速，其值為128.6，其單位為r/min。為電動(dòng)機(jī)到減速機(jī)的輸入軸間的傳動(dòng)比，其值為3，為減速器的傳動(dòng)比，其值為3。當(dāng)知道了電機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速時(shí)，可以算出裝置的總傳動(dòng)比：。1.3.2..各軸的輸入功率P1P2公式（4-13）（4-14）中P電為電動(dòng)機(jī)輸出功率，其值為4，單位為Kw；P1為減速器輸入軸的輸入功率，其值為3.84，單位為Kw，P2則為螺旋軸的輸入功率，其值為3.65，單位為Kw；??01、??12分別為電動(dòng)機(jī)軸與減速器輸入軸、減速器輸入軸與榨汁機(jī)螺旋軸間的傳動(dòng)效率。1.3.3.各軸轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的公式為：T電T1T2式中：T1為減速器輸入軸的扭矩，其值為71.3，單位為N·m；T2為螺旋軸輸入軸的扭矩，其值為271.0，單位為N·m；T電為電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為N·m。表STYLEREF1\s44傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)V帶的設(shè)計(jì)1.1.1.確定計(jì)算功率因?yàn)檎ブ瓩C(jī)最重要的部件為螺旋桿，所以螺旋桿所受的載荷為大量橘子，因?yàn)楣ぷ髅刻煨∮?4小時(shí)/天，所以取KA=1.2，啟動(dòng)形式為軟起動(dòng)。根據(jù)公式QUOTEPc=KAP=1.2根據(jù)Pc=1.8kW，小帶輪轉(zhuǎn)速n1，最終選擇A型普通帶。驗(yàn)算帶速v，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)這一書可知，小帶輪的基準(zhǔn)直徑的推薦值為75~100mm，則取dd1=100mm驗(yàn)證帶的速度VV=3.14V值在5~25m/s范圍內(nèi)，所以帶速合格。計(jì)算出從動(dòng)輪的直徑dd2dd2=idd1=2.8*100=280mm（4-19）確定帶長(zhǎng)Ld和中心距a00.7（dd1+dd2）<=a0<=2（dd1+dd2）266（mm）<=a0<=760（mm）初取中心距a0=500計(jì)算基準(zhǔn)帶長(zhǎng)L0=1000+3.14?190+16.2=1612.8mm故，取Ld=1633（mm）計(jì)算實(shí)際中心距a=驗(yàn)算小帶輪上的包角α1=180=159.4°>120°（符合小帶輪包角α1的要求）確定V帶的個(gè)數(shù)由線性插值法可得：P0=1.14+由線性插值法可得?P由線性插值法可得Kα查表可知，KL=0.96，根據(jù)公式確定V帶個(gè)數(shù)：Z=取整數(shù)，故Z=4根。式中P0為工作平穩(wěn)情況下，單根普通帶的許用功率值；Kα為考慮包角不同時(shí)的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱包角系數(shù)；Kl為考慮帶的長(zhǎng)度不同的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱長(zhǎng)度系數(shù)。計(jì)算單根V帶的預(yù)緊力F0查表得知q=0.10kg/m，由式得單根V帶的預(yù)緊力F0為F0=500×4.8=136.8計(jì)算V帶對(duì)軸的壓力Q由式得V帶對(duì)軸的壓力Q為Q=2ZF=1074.7圖STYLEREF1\s45V帶的三維圖帶輪尺寸的設(shè)計(jì)與計(jì)算由于前文算出率V帶的帶速為7.54m/s，因?yàn)?.54m/s＜25m/s，所以本文將使用的帶輪的材料為灰鑄鐵HT150，而帶輪的整體結(jié)構(gòu)卻式由帶輪的直徑的大小來(lái)選取的，最終根據(jù)大帶輪和小帶輪的基準(zhǔn)直徑，選取小帶輪的結(jié)構(gòu)為實(shí)心式（D＜（2.5~3）d），大帶輪的結(jié)構(gòu)選擇為腹板式（D＜（2.5~3）d）。1.5.1.小帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算由于小帶輪和發(fā)電機(jī)相連，驅(qū)動(dòng)整體機(jī)構(gòu)，所以小帶輪的直徑根據(jù)電機(jī)所選取，最終確定故d=28mmd故，取d1=50mm，D=（2~3）d，所以取D=100mm。小帶輪的寬度及直徑計(jì)算：B=Z?1D11.5.2.大帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算由于大帶輪與減速器相連接，所以大帶輪的軸孔直徑應(yīng)該和減速器的輸入軸一致，根據(jù)上文的設(shè)計(jì)，最終確定大帶輪的軸孔直徑為50mm。d故，取d1=90mm大帶輪的寬度：B=Z?1L，B與小帶輪一直，故L=69mm，B=65mm。C=20mm螺旋軸的設(shè)計(jì)1.6.1.材料的選取軸的常用材料是碳素鋼和合金鋼，最常用的是45碳素鋼，螺旋桿式螺旋榨汁機(jī)的主要工作部件，所以采用不銹鋼材料鑄造。1.6.2.最小軸徑的估算由于只能確定軸的功率和扭矩等，所以軸的長(zhǎng)度及軸承間的跨距不能確定，因此無(wú)法精確計(jì)算軸的直徑。為此，需先初步估算軸的直徑。其計(jì)算公式為：d≥A式中T—軸傳遞的扭矩，N·mm，其值為QUOTET=9.55×106×Pn（P—傳遞的功率，kW；n—軸的轉(zhuǎn)速，r/minA—與軸材料有關(guān)的系數(shù)，其值為QUOTEA=39.55×1060.2軸的材料查表選用調(diào)質(zhì)處理的45鋼，查表得知A0=110，查表2-6可知P螺=3.65，n螺=128.6故d為：d=A1.6.3.軸的各段直徑和長(zhǎng)度的確定如圖4-6所示為軸的各段長(zhǎng)度：圖STYLEREF1\s46SEQ圖\*ARABIC\s14螺旋軸各尺寸數(shù)值強(qiáng)度校核為了使去皮機(jī)構(gòu)能夠安全平穩(wěn)的運(yùn)行，現(xiàn)對(duì)軸進(jìn)行校核小帶輪的園直徑為：根據(jù)公式（4-30）可以得知，小帶輪的直徑為107mm。根據(jù)上文可得知其轉(zhuǎn)速為511.3r/min，功率為4KW，由此可得小帶輪的扭矩為：（3-8）將值帶入公式中計(jì)算得：（3-9）柑橘的總重量大概為2KG，F(xiàn)t計(jì)算公式如下：g取9.8N/kg,上述值代入公式中計(jì)算得：（3-10）因?yàn)樵撦嗇S徑向力遠(yuǎn)大于軸向力，所以可忽略軸向力，徑向力與軸向力相等，即Fr=Ft=19.6（N）繪制軸的受力圖將帶輪所受的力分解成水平面H和鉛錘面V內(nèi)的力求水平面H內(nèi)的支座反力：