说明书-正文 - 图文

本科毕业设计说明书（论文）

1. 引言

第 1 页 共 47 页

我国作为历史文明古国，饮食文化源远流长，作为其中一部分的馒头更有着2000多的年的历史。长时间的手艺沉淀可以说已经将馒头的口感和美观发挥到了极致，但是这一切都建立在劳动者起早贪黑的辛苦劳作上。在社会不断发展的今天，如何解放劳动力是关键。因此，对馒头成型设备的研究急需加快。

1.1 馒头加工设备的演变

“几千年我国的馒头的生产都是手工式生产，直到了六十年代，新中国建立，才出现了机械化的馒头生产设备[1]。”当时使用的是一种将和面机构和成型机构连接在一起的连接设备。设计之初是选择螺旋轧制的方法来生产馒头，源于当时一种轧钢球的方法。“螺旋斜轧是指两根在水平面上上交叉成45°角，做反向旋转带有螺旋型槽的轧辊。使面料一方面在两闸轨之间绕着自身轴线转动的同时，又能够沿着轴线方向移动[2]。”(图1.1)

图1.1 螺旋斜扎钢球

现有馒头成型设备的加工基本原理大致于此一致，卧式螺旋馒头成型设备便是依此来设计而成。但受制于当时的生产制造水平，馒头成型设备并没有大批量投入生产应用。随着社会经济的发展，人们生活节奏加快，馒头的生产方法已无法满足城市居民区、校园区、部队生活区等人口聚居区的大量需求。于是大由机械加工代替手工加工的馒头加工点不断增生。市场对能大批量生产馒头的机械设备需求量也不断增加。并且加工技术也得以大大改善，逐步研发出盘式馒头机、卧式双螺旋成型机和滚式馒头机，三种馒头加工设备各有特点和优缺点。本次课题以现有馒头加工设备为基础，设计刚盘式圆头馒头机的传动部分。

1.2 现有刚盘式馒头机的传动系统

目前市面上所销售的盘式馒头成型机主要有传动部分、输面机构和成型机构组

本科毕业设计说明书（论文）

第 2 页 共 47 页

成。传动部分由电机、皮带轮、减速器和齿轮等组成（图1.3）。传动过程：电动机经两级三带减速，带动轴Ⅰ转动，轴Ⅰ将动力分两路传送给输面机构和成形机构。其传动原理如图1.4。

输面机构

三相电动机→两级V带轮传动→锥齿轮减速器 成型机构

图1.3 盘式馒头成型机 图1.4 盘式馒头机传动原理图

1.3 刚盘式馒头机传动系统设计步骤

一个完整的传动系统主要包括动力输出部分，动力传递部分和执行部分。将带传动、链传动、齿轮传动等传动机构组合在一起，不仅要实现增减速以及运动形式的改变，使执行机构能完成预期的任务要求，还要能够克服阻力做功。因此，完成预期的运动和传递动力是机械传动系统的两个主要要求。其具体步骤结合刚盘式馒头机传动设计如下：

(1) 根据盘式馒头机的生产任务拟定传动方案。

(2) 根据输面机构和成型机构的运动参数和产生阻力，选用电机，确定型号、转

速等参数。

(3) 合理选择机构类型，拟定组合方案，绘制传动系统运动简图。

(4) 由馒头机的输面机构和成型机构的运动参数以及各机构的协调要求确定传动

系统的各项参数。

(5) 由馒头机的生产阻力或电机的额定转矩计算各零件的载荷

本科毕业设计说明书（论文）

2. 传动方案的拟定

第 3 页 共 47 页

盘式馒头机的执行机构由上端的输面机构和中部的成型机构组成。根据两机构的运动要求和位置绘制运动简图（图2.1），拟定传动路线。

图2.1 拟定盘式馒头机运动简图

齿轮6?Ⅲ轴?成型机构

齿轮7电动机1?V型带轮2V型带轮4??轴???轴 V型带轮3V型带轮5链轮9 链轮8?Ⅳ轴?输送机构

2.1 一级传动的选用

选择带传动的原因主要有如下三点：

(1) 皮带轮传动是种挠性传动，不会将工作零件的震动与载荷冲击直接传递到电

动机轴端，起到了缓冲的作用，另外还可以起到过载保护的作用。 (2) 考虑到减速箱外伸轴轴向空间便于电机安装，选用带传动衔接过渡。 (3) 带传动适合配置在高速级。

(4) 此外，由于带传动的传动比的限制，在本次设计中选用两组带传动。

2.2 减速箱的设计

二级传动的要求是将水平的力矩转为垂直的力矩，满足此要求主要有：图2.2交错轴斜齿轮机构，图2.3蜗杆机构，图2.4锥齿轮机构。

本科毕业设计说明书（论文）

第 4 页 共 47 页

图2.2 交错轴斜齿轮机构 图2.3 蜗杆机构 图2.4 锥齿轮机构

现有盘式馒头机的减速箱由输入轴、输出轴、立轴、两对锥齿轮和一对直齿轮等组成（图1.4）。结构相对复杂，生产成本相对较高。为降低制造成本决定采用交错轴斜齿轮机构或者蜗杆机构，参考了现有馒头机减速箱的设计，发现减速箱的传动比并不是很高，而蜗杆机构适合与高传动比的减速箱，且成本相对较高。于是选用传动比较低的交错轴斜齿轮机构（图2.5）。由一对螺旋角同是45°的斜齿轮、输入轴和输出立轴组成。具体设计见

图2.5 刚盘式馒头机减速箱

2.3 三级传动的选用

这一级的任务是将动力传送输面机构，选用链传动的主要原因如下： (1) 链传动是一种介于齿轮传动和带轮传动的中间挠性传动。

(2) 相对齿轮传动，制造和安装精度较低，承载能力强，有一定的缓冲减震功能，

中心距可调，这也是选用的主要原因。

(3) 相对带传动，传动效率较高，传动比精确，结构紧凑，寿命较长，由于输面

机构是一个对传动比精确度有较高要求的装置，这也是选用链传动的原因。

本科毕业设计说明书（论文）

3. 电机的选择

3.1 电机转速的确定

第 5 页 共 47 页

查阅现有刚盘式馒头机的研究资料以及查看了市面上所销售的MP30/2型盘式馒头机，螺旋输送的轴的转速大概在45r/min，成型圆盘的转速40～80r/min，取50r/min。这样既可以在保证馒头的成型大小，又可以降低功率的消耗。

查阅《机械设计课程设计指导书》表2-3，各类机构的传动比取值范围一般为

V型带轮传动: 2～4

一级齿轮减速器: 链传动:

3～6 2～6

盘式馒头机的传动系统属于分流传动，由于成型圆盘的转速和输送机构的转速相差不大，且链轮与齿轮的传动比的取值区间大致相同，在计算总传动比的时候以“电机-'成型机构”这条支路为例即可，总传动比ia和电机转速nm。

'''ia?i1'?i2?i3??2～4???2～4???3～6??12～96 'nm?ianw??12～96??50?600～4800r/min

'式中： i1'、i2、i3'分别是一级带传动、二级带传动和齿轮传动的传动比取值范围；

nw为成型转盘的转速。

3.2 电机功率的确定

盘式馒头机消耗的总功率P主要由螺旋输送机构P1和盘式成型机构P2两大部分组成。

P?P1?P2

3.2.1 螺旋输面机构消耗的功率P1

“螺旋输面机构将和好的面团通过入料口，将过螺旋输面机构辊成圆柱型的面团，再由切刀切断掉入成型机构[3-7]。”

P1?GL?0 367

式中： G——馒头机的生产能力（t/h）；

本科毕业设计说明书（论文）

L——螺旋轴长度（m）； ?0——面团的阻力系数。

第 6 页 共 47 页

其中馒头机的预定产量G=0.261t/h，螺旋输送机L=0.5m，阻力系数?0=4，代入式得：

P1=0.0014kw

3.2.2 盘式成型机构消耗的功率P2

1?n?P2=?e6?a?1??.f1?mg?F1cos???f2m?2?e6?a?1???f2F1sin??

2?974a?式中： a——函数常量

n——转盘的转速（r/s） ?——形变应力角 m——馒头的质量（kg）

?——馒头的运动的角速度（rad/s） f1——馒头与圆盘的摩擦系数 f2——馒头在模板的摩擦系数 F1——馒头的形变压力（N）

其中a=0.07 ，圆盘的转速n=0.75r/s ，形变应力角?=45°，馒头的质量

m=0.15kg，馒头运动角数度4.71rad/s，馒头与圆盘的摩擦系数f1=1.7 ，馒头在模

板的摩擦系数f2=0.36，馒头的形变压力F1=1N。代入式3-6得：

P2=0.87kw

计算得总消耗功率：

P?P1?P2?0.0014?0.84kw?0.84kw

3.2.3 电机所需要的功率P0

P0?K电?P?

式中：K电——功率备用系数,取1.3；

本科毕业设计说明书（论文）

P——计算总功率；

第 7 页 共 47 页

?——传动效率0.93。 则 P0=1.21kw

3.3 电机参数的确定

符合上述要求的电机共有三个方案，见表3.1。 表3.1 电机选择方案

方案 电机型号 额定功率 (kw) 1 2 3 Y90S-2 Y90L-4 Y100L-6 1.5 1.5 1.5 满载转速 （r/min） 2840 1400 960 电机质量 (kg) 22 27 73 参考价格 (元) 300 370 565 56.8 28 19.2 总传动比 综合考虑电机和传动机构的尺寸、重量和价格，又参照现有盘式馒头机配用的电机，取第2种方案，选用Y90L-4电机，其主要参数见表3.2。 表3.2 Y90L-4电机主要参数

电动机型号 额定功率 (kw) 转速（r/min） 满载时 电流(A) 电压(V) 堵转转矩 额定转矩2.3 最大转矩 额定转矩2.3 Y90L-4 1.4 1400 3.7 220 表3.3 Y90L-4电机安装尺寸 mm

中心高 H 90 外形尺寸 L×(AC/2+AD)×HD 340×258×195 底座安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 A×B 140×125 K 10 D×E 24×50 键位尺寸 F×G 8×20

图3.1 电动机外形、安装尺寸

本科毕业设计说明书（论文）

4. 传动机构参数确定

4.1 传动比的分配

第 8 页 共 47 页

总传动比ia=28，结合各类传动比的取值范围分配各部的传动比。由于有两组带传动，带传动适合设置在高速级，这样才能充分发挥工作能力，所以一级带传动的传动比应该设得尽量小，这样才能留有足够的转速输入到二级带传动。一级带传动比i1=2，二级带传动比i2=3.21。由于交错轴斜齿轮是一种点接触的齿轮传动，传动比不宜太大取齿轮传动i3=4.4。链轮传动比i4=4.84。

4.2 各轴的功率

发动机轴： P0=1.21kw Ⅰ轴： P??P0??12?1.21?0.97?0.99kw?1.16kw Ⅱ轴：

P?=P??1?1.16?0.97kw?1.13kw

Ⅱ轴的功率在接下来的传递过程中分成了两部分，一部分径齿轮减速器输送到成型机构P?1，另一部分经链轮传递到输送机构P?2。由对馒头机输送机构和成型的功率消耗计算，大致P?1=1kw，P?2=0.13kw。 P?=P?1?P?2

Ⅲ轴： Ⅳ轴：

PⅢ?P?1?2?3?1?0.98?0.98kw?0.96kw PⅣ?P?2?2?4?0.13?0.99?0.98kw=0.12kw

式中： ?1——V带轮传动效率，取0.97；

?2——轴承传动效率，取0.99； ?3——齿轮传动效率，取0.98；

?4——链轮传动效率，取0.98。

4.3 各轴的转速

发动机轴： n0?1400r/min

本科毕业设计说明书（论文）

Ⅰ轴： n??第 9 页 共 47 页

n01400?r/min?700r/min i12n?700?r/min?218.07r/min i23.21n?218.07?r/min?49.56r/min i34.4n?218.07?r/min?45r/min i44.85

Ⅱ轴：

n??Ⅲ轴：

nⅢ?Ⅳ轴：

nⅣ?

式中： i1——一级带传动比，取2；

i2——二级带传动比，取3.21； i3——齿轮减速箱传动比，取4.4； i3——链轮传动比，取4.85。

4.4 各轴的转矩

发动机轴： T0=9550P01.21?9550?N?m=8.25N?m n01400P?1.16?9550?N?m=15.83N?m n?700P?1.13?9550?N?m=49.49N?m n?218.07PⅢ0.96 ?9550?N?m=183.36N?m

nⅢ50P0.12Ⅳ ?9550?N?m=27.59N?m

nⅣ45Ⅰ轴： T?=9550Ⅱ轴：

T?=9550Ⅲ轴：

TⅢ=9550Ⅳ轴：

TⅣ=9550

本科毕业设计说明书（论文）

5. 一级带传动的设计计算

由传动参数的确定章节可知一级带传动的设计要求如下：

第 10 页 共 47 页

电机的功率P0=1.21kw ，电机输出转速n0=1400r/min ，一级带传动的传动比i1=2。

5.1 计算功率Pca

由《设计手册》表8-16查得工况系数KA?1.1,则

Pca?KAP0?1.1?1.21kw?1.33kw5.2 V带带型的选用

根据Pca、n0，从《设计手册》图8—12理应选用Z型，但前期计算发现V带的根数过多，易造成载荷分布，部分带过载，降低工作寿命,重新选择带型A型。

5.3 带轮基准直径dd与带速v

(1) 一级小带轮的基准直径dd1的确定。

查《设计手册》表8-7和表8-9，小带轮基准直径dd1=75mm。 (2) 验算带速v。按《机械设计》式（8-14）验算的速度

v1?πdd1n13.14?75?1400? m/s?5.50m/s

60?100060?1000因为5 m/s

根据《设计手册》式（8-16a），计算大带轮的基准直径dd2 dd2?i1dd1?2.0?75 mm?150mm 根据《设计手册》表8-9，取dd2=150mm。

5.4 V带的中心距a和基准长度Ld

(1) 依据《设计手册》式（8-21），初选a0

0.7?dd1?dd2?≤a0≤2?dd1?dd2?

即157.5mm≤a0≤450mm 试选a0=300mm

(2) 由《设计手册》式（8-24）确定带基准长度

本科毕业设计说明书（论文）

第 11 页 共 47 页

?d?dd1?πLd0≈2a0??dd1?dd2?+d224a02??150?75?3.14 ??2?300???75?150??24?300??2??mm?958mm??

由《设计手册》表8-3选带的基准长度Ld=1000mm。 (3) 按《设计手册》式(8-23)计算实际中心距a。

a≈a0?Ld?Ld0?1000?958???300??mm?321mm 22??考虑到带轮的加工误差、安装误差和张紧补偿。

amin?a?0.015Ld?306mm

amax?a?0.03Ld?351mm

5.5 小带轮包角?1

57.3°57.3°°?1≈180??dd2?dd1??180-?150?750?≈170°≥120°

a432°5.6 带的根数z

(1) 单根V带的额定功率Pr。

由dd1=75mm和n0=1400r/min，查《机械设计》表8-4a，得P1=0.67kw。根据=0.17kw。查《设计手册》n0=1400r/min，i1=2.0和A型带，查表8-4b得?P1表8-5得K?=0.98，表8-2得KL=0.89,则

。 Pr??P1??P1??K??KL=?0.67?0.17??0.98?0.89kw=0.73kw(2) V带的根数z。

z?Pca1.33??1.82 取2根。 Pr0.735.7 带轮传动的受力分析

(1) 计算单根V带的初拉力的最小值?F0?

min由《设计手册》表8-3得A型带单位长度质量q=0.10kg/m

本科毕业设计说明书（论文）

?F0?min第 12 页 共 47 页

=500?2.5?K??Pca?qv2??500??2.5?0.98??1.33?0.10?5.502?N?97N

K?zv??0.98?2?5.50??min应使带的实际初拉力F0??F0?(2) 计算带传动的压轴力Fp

。

?Fp?min?2z?F0?minsin?12?2?2?97?sin170N?386N 25.8 带轮结构设计

(1) 带轮材料选用：大带轮和小带轮材料均为 HT200。 (2) 带轮结构形式：小带轮采用实心式，大带轮采用腹板式。

表5.1 一级带轮结构尺寸 mm

参数 基准直径dd 轴径d 轮毂直径d1 外径da 带轮长度B 轮毂长度L 一级小带轮（实心式） 75 24 48 80.5 33 33 2.75 11 8.7 15 9 7 56 34° 一级大带轮（腹板式） 150 30 54 155.5 33 37 2.75 11 8.7 15 9 7 116 38° hamin bd hfmin e fmin C， D1 ? 本科毕业设计说明书（论文）

6. 二级带传动的设计计算

由传动参数的确定章节可知一级带传动的设计要求如下：

第 13 页 共 47 页

二级带传动输入功率P??1.16kw，二级小带轮的转速n??700r/min，二级带传动的传动比i2=3.21。

6.1 计算功率Pca

由《设计手册》表8-8查得工况系数KA?1.2,则

Pca=KAP2?1.2?1.16kw=1.39kw

6.2 V带带型的选用

依据Pca、n1，从《设计手册》图8—12选用A型。

6.3 带轮基准直径dd与带速v

(1) 二级小带轮的基准直径dd3

由《设计手册》表8-7和表8-9，选取小带轮的基准直径dd3=100mm。 (2) 验算带速v。按式（8-14）验算的速度

100×700 v1=πdd3n1=3.14× m/s=3.67m/s

60×100060×1000因为带速选择不低于5 m/s，故带速不合适，通过增加小带轮的基准直径来提高带速，选用dd3=140mm，v=5.13m/s (3) 二级大带轮的基准直径

根据《设计手册》式（8-16a），二级大带轮的基准直径dd4 dd4?i2dd3?3.21?140 mm?450mm 根据《设计手册》表8-9，取dd4=450mm。

6.4 V带的中心距a和基准长度Ld

(1) 根据《设计手册》式（8-21），试选a0

0.7?dd3?dd4?≤a0≤2?dd3?dd4?

本科毕业设计说明书（论文）

即 413mm≤a0≤1180mm 初选a0=450mm

(2) 由《设计手册》式（8-23）确定带基准长度

第 14 页 共 47 页

?d?dd3?πLd0≈2a0??dd3?dd4??d424a022??450?140??3.14??2?450???140?450???mm≈1879mm24?450????

由《设计手册》表8-3选带的基准长度Ld=1800mm。 (3) 按《设计手册》式(8-24)计算实际中心距a。

a≈a0?Ld?Ld0?1800?1879???450??mm≈411mm 22??考虑到带轮的加工误差、安装误差和张紧补偿。

amin?a?0.015Ld?384mm

amax?a?0.03Ld?465mm

6.5 小带轮包角?1

57.3°57.3°°?1≈180??dd4?dd3?=180-?450-140?≈165°≥120°

a411°6.6 带的根数z

(1) 单根V带额定功率Pr。

由dd3=140mm和n3=700r/min，查《机械设计》表8-5a得P0=1.26kw。根据

n3=700r/min，i2=3和A型带，查表8-4b得?P0=0.09kw。查表《机械设计》

8-6得K?=0.91，表8-2得KL=1.01,于是

Pr??P0??P0??K??KL=?1.26?0.09??0.87?1.01kw=1.19kw(2) V带的根数z。

z?Pca1.39??1.16 取2根。 Pr1.196.7 带轮传动的受力分析

本科毕业设计说明书（论文）

(1) 确定单根V带的初拉力的最小值?F0?min

第 15 页 共 47 页

由《机械设计》表8-4得A型带单位长度质量q=0.10kg/m

?F0?min?500?2.5?K??Pca?qv2??500??2.5?0.91??1.39?0.10?5.132?N?113NK?zv??0.91?2?5.13??

应使带的实际初拉力F0>(F0)min。 (2) 计算带传动的压轴力Fp

（Fp）（zF0)minsinmin?2?12?2?2?113?sin165N?448N 26.8 带轮结构设计

(1) 带轮材料的选择：大带轮和小带轮材料均为 HT200 (2) 选择带轮的结构形式：

查阅《设计手册》表8-7，二级小带轮采用腹板式，二级大带轮采用轮辐式。

表5.2 二级带轮结构尺寸 mm

参数 基准直径dd 轴径d 轮毂直径d1 外径da 带轮长度B 轮毂长度L 二级小带轮（腹板式） 140 30 54 145.5 33 37 2.75 11 8.7 15 二级大带轮（四椭圆轮辐式） 450 30 46 455.5 33 30 2.75 11 8.7 15 hamin bd hfmin e

本科毕业设计说明书（论文）

第 46 页 共 47 页

致谢

历时三个多月的毕业设计终告一段落，首先感谢李立新老师在百忙之中给予我悉心和细致的指导，教导我们一款机械产品的设计开发到最终成型需要经历的种种步骤，要有耐心，更要有细心。大到一个齿轮，小到一枚螺母都要通过查阅《机械设计手册》。另外还要感谢同组的成员，我们是一个团队，各自分工，互相讨论学习，在讨论学习的过程中得到了我们的最终设计方案，让我意识到团队合作在产品设计开发中的重要性。

通过大学最后一次毕业设计的这个过程，让我再次温故了大学四年所学的课程，尤其是《机械设计》这门课，大学的最后一次设计，也为日后走上了工作岗位积累了一定的经验，大致了解了产品的设计开发流程。

本科毕业设计说明书（论文）

第 47 页 共 47 页

参考文献

[1] 郑建仙. 中国馒头生产的理论与实践[J]. 食品与机械，1994.01：23～25. [2] 武文斌. 卧式螺旋馒头成型机成型机理研究及设计[D]. 合肥：合肥工业大学，

2003.04. [3] 武文斌. 双螺旋辊式馒头成形机速度的确定及成形机理的探究[J]. 农牧与食品

机械，1991，3（3）：24～26.

[4] 朱克庆，吕少芬. 多功能馒头机的成型系统设计[J]. 粮油装备与自动控制，

2008，15（3）：21～24.

[5] 武文斌. 国产盘式馒头成形机的分析和研究[J]. 食品工业科技，2001，22（5）：

76～77.

[6] 武文斌，王万明，于帆. 国内盘式馒头成形机的造型分析[J]. 郑州粮食学院学

报，1998，1（3）：39～40.

[7] 武文斌. 盘式馒头成形机功率计算探讨[J]. 轻工机械，1998，1（1）：30～32. [8] 崔建云. 食品加工机械与设备[M]. 北京：中国轻工业出版社，2006：35～50. [9] 李基洪. 食品机械原理与使用[M]. 广东：广东科技出版社，1988：5～50. [10] 伍水顺. 食品机械自动控制[M]. 北京：中国轻工业出版社，1994：1～50. [11] 濮良贵. 机械设计[M]. 北京：高等教育出版社，2006：143～272. [12] 于惠力. 传动零部件设计实例精解[M]. 北京：机械工业出版社，2009：1～150. [13] 机械传动装置选用手册编委会. 机械传动装置选用手册[M]. 北京：机械工业

出版社，1999：1～200.

[14] 孙元骁. 圆柱齿轮减速器优化设计[M]. 北京：机械工业出版社，2011. 1～200 [15] 库特略夫采夫. 齿轮减速器的结构与计算[M]. 上海：上海科学技术出版

1982. 1～150. [16] 徐玉芹. 多用馒头机[P]. 中国专利：ZL200420091791.5，2005－09－28. [17] 王清博. 馒头机[P]. 中国专利：ZL02269753.5，2003－10－29.

[18] 焦学锋. 馒头机传动机构[P]. 中国专利：ZL200720158276.8，2003－10－29. [19] 机械设计手册编委会. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2007：1～

250. [20] 吴宗泽. 机械设计课程设计手册[M]. 北京：高等教育出版社，2012：1～250. [21] 朱孝录. 齿轮设计手册[M]. 北京：化学工业出版社，2004：211～260.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/230d.html