隆鼻尖桨叶式和面机毕业设计论文

2021年2月23日发(作者：湿疹治疗)
本科毕业设计说明书（论文）

摘




要


和面机实际上是一种搅拌机，其作用是进行面团的调制，既将各种原、 辅料加水搅
拌，
调制成即符合质量要求，
又适合机械加工成形的面团，
主要用 于面包、
饼干、
糕点、
膨松食品、夹馅饼等食品和淀粉和谷朊粉生产的面团调制。

传统的和面机一般是在一根轴上安装几片浆叶，按主轴的安装形式，可分为立式 和
卧式两种，立式和面机对面团的拉伸作用较强，适应于调制韧性面团，卧式和面机对面
团的拉 伸作用较弱。适用于调制酥性面团。而卧式和面机主要是指搅拌容器轴线与搅拌
器回转轴线都处于水平位 置，它的特点是，结构简单，制造成本低，卸料清洗方便，所
以在食品加工中，如面包、饼干、糕点及一 些饮食行业的面食中得到了广泛的应用。


在我国国内的和面机产品中，其工 作方式大都为间歇式的，这种和面机工作时要人
工投料，每个工作周期，要手动控制电动机的启动和停止 ，电动机频繁启动。用这种和
面机，在工作中操作人员劳动强度大，需要专人操作和面机，主料、副料及 加水量比例
难以正确控制，稳定性差，和面程度也难以控制一致，这些都影响面团的性能的稳定，
会影响到最终产品的稳定性，会影响到整个生产线的工作效能。




我们所设计新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种单轴式自动和面机，能
实现连续自动 和面作业。淀粉和谷朊粉生产线配用这种和面机，可提高淀粉和谷朊粉生
产线自动化程度。单轴式自动和 面机面向淀粉和谷朊粉生产线中下一个工序熟化机供
料，可实现淀粉和谷朊粉生产线主机部分的平面化布 置，减少建厂投资，操作方便，有
利于提高淀粉和谷朊粉生产线的工作效能。



关键词：
淀粉



和面机


面粉















I
本科毕业设计说明书（论文）

Abstract

Pick to surface and the machine is actually a mixer, its role is the modulation of dough,
will all kinds of raw materials, mixing water, modulation is to meet the quality requirements,
and is suitable for machining the formed dough, bread, biscuits, mainly used for bulk food,
cakes,
pies
and
other
foods
clamped
and
starch
and
gluten
the
production
of
dough
modulation. The traditional and the machine is generally in a shaft mounted several blades,
according
to
the
main
installation
forms,
can
be
divided
into
two
kinds
of
vertical
and
horizontal, vertical and surface machine dough stretching action is stronger, adapted to the
modulation
of
toughness
dough,
horizontal
flour-mixing
machine
dough
stretching
effect
was
weak.
Applied
to
the
modulation
of
short
dough.
While
the
horizontal
flour-mixing
machine mainly refers to the mixing vessel axis and axis of rotation in the horizontal position
of
the
agitator,
which
is
characteristic,
has
the
advantages
of
simple
structure,
low
manufacturing cost, convenient discharging cleaning, so in food processing, such as bread,
biscuits, cakes and catering industry pasta has been widely used. In domestic and machine
products, its way of working are intermittent, the surface and the machine work to artificial
feeding
(
materials,
materials
and
water
),
each
working
cycle,
to
manually
control
the
start-up and stop of the motor, motor launch frequent. With this and the machine, in the work
of the great
labor intensity of the operation personnel,
special operation is
needed and the
machine,
the
main
ingredient,
Vice
materials
and
water
addition
ratio
are
difficult
to
correctly control, stability is poor, and the surface is hard to control, which can influence the
dough
properties
of
stability,
will
affect
the
stability
of
a
final
product,
affect
the
entire
production line efficiency. We design new aiming at the defects of the prior art, and provides
a single shaft type automatic flour-mixing machine, can realize the automatic and continuous
operation. Starch and gluten production lines equipped with the surface and the machine, can
improve
the
starch
and
gluten
production
line
automation.
Single
shaft
type
automatic
flour-mixing machine for starch and gluten production line in a process of maturing machine
feeding, can realize the starch and gluten production line the main part of the plane layout,
reduce
the
construction
investment,
convenient
operation,
improved
starch
and
gluten
production line efficiency.


Key words
：
starch and noodle machine flour




II
本科毕业设计说明书（论文）

目




录


摘

要

........ ........................................
I

1
绪论

.
......................... .........................
1

1.1
和面机概述

.
.................... .................................................. ................................
1

1.2
和面机设计选择

.
.................. .................................................. ..........................
5

2
运动参数、动力参数的设计

...............................
6

2.1
传动系统中传动链的设计及各传动比的分配设计

.
......................................
6

2.2
计算各轴的转速

.
........ .................................................. ....................................
6

2.3
计算各轴的功率

.
.................. .................................................. ..........................
7

2.4
计算各轴的转矩

.
......................... .................................................. ..................
7

3
传动机构结构设计

.......................................
8

3.1
皮带传动设计

.
......... .................................................. .......................................
8

3.2
蜗轮蜗杆传动结构设计

.
............... .................................................. ...............
1
0

3.3
蜗轮轴的尺寸设计

.
................. .................................................. .....................
1
4

3.4
蜗杆轴的尺寸设计

.
................. .................................................. .....................
1
5

3.5
滚动轴承选择和寿命计算

.
.............. .................................................. ............
1
7

3.6
键连接选择和校核

.
................. .................................................. .....................
1
7

3.7
润滑和密封形式的选择

.
............... .................................................. ...............
1
7

3.8

箱体及附件结构的设计和选择

.
................... ................................................
1
8

3.9
主要传动轴受力分析，画出其弯矩图，并且进行相关的校核计算

.
........
2
2

4
机体的总体结构 设计
....................................
3
1

4.1
容器的结构设计

.
.. .................................................. .......................................
3
1

4.2
其他附件的设计

.
.. .................................................. .......................................
3
1

结

论

........ .......................................
3
3

致

谢

........ .......................................
3
4

参考文献

.................. .............................
3
5

附

录

...............................
错误！未定义书签。




本科毕业设计说明书（论文）

1
绪论



1.1
和面机概述

和面机在食品加工中用来调制粘度极高的浆体或塑性固体 ，主要是揉制各种不同
性质的面团，包括酥性面团、韧性面团、水面团等。

（
1
）

和面机调制基本过程

和面机调制面团的 基本过程由搅拌桨的运动来决定。水、面粉及其他辅料倒入搅
拌容器内，开动电动机使搅拌桨转动，面粉 颗粒在桨的搅动下均匀地与水结合，首先
形成胶体状态的不规则小团粒，进而小团粒相互粘合，逐渐形成 一些零散的大团块。
随着桨叶的不断推动，团块扩展揉捏成整体面团。由于搅拌桨对面团连续进行的剪切 、
折叠、压延、拉伸及揉合等一系列作用，结果调制出表面光滑，具有一定弹性、韧性
及延伸性 的理想面团。若再继续搅拌，面团便会塑性增强，弹性降低，成为粘稠物料。

（
2
）

和面机分类


和面机有卧式与立式两种结构，也可分为单轴、多轴或间歇式、连续式。

1
．卧式和面机

卧式和面机的搅拌容器轴线与搅拌器回转轴线都处于水平位 置；其结构简单，造
价低廉，卸料、清洗、维修方便，可与其他设备完成连续生产，但占地面积较大。这
类机器生产能力（一次调粉容量）范围大，通常在
25
～
400kg/
次左右。它是国内大量
生产合各食品厂应用最广泛的一种和面设备。

2
．立式和面机

立式和面机的搅拌容器轴线沿垂直方向布置，搅拌器垂直或 倾斜安装。结构型式
与立式打蛋机相似，只是传动装置较简单。有些设备搅拌容器作回转运动，并设置了
翻转或移动卸料装置。立式和面机结构简单，制造成本不高。但占空间较大，卸料、
清洗不如卧 式和面机方便。直立轴封如长期工作会使润滑剂泄漏，造成食品污染。

（
3
）

和面机主要零部件

和面机主要有搅拌器、搅拌容器、传动装置、机架、容器翻转机构等。

1
． 搅拌器也称搅拌桨，滚笼式和面机最重要的部件。按搅拌轴数目分，有单轴式
和双轴式两种。卧式的与立 式的也有所不同。

单轴式和面机结构简单、紧凑、操作维修方便，是我国面食加工中普遍使用 的机型。
这种和面机只有一个搅拌桨，每次和面机搅拌时间长，生产效率低。由于它对面团拉
伸 作用较小，如果投料少或操作不当，则容易出现抱轴现象，使操作发生困难。因此
单轴式和面机适用于揉 制酥性面团，不宜调制韧性面团。

双轴式和面机具有卧式和面机的优点。它有两组相对反向旋 转的搅拌桨，且两个
搅拌桨相互独立，转速也可不同，相当于两台单轴式和面机共同工作。运转时，两桨
1
本科毕业设计说明书（论文）

时而相互靠近，时而又加大距离，可加速 均匀搅拌。双轴和面机对面团的压捏程度较
彻底，拉伸作用强，适合揉制韧性面团。缺点是造价高于卧式 和面机，起面较困难，
需附加相应装置，如果手工起面则劳动强度大。

和面机搅拌器的结构形状有多种类型，对应于不同调制物料特性机工艺要求。

（
1
）
Σ
形、
Ζ
形搅拌桨

这 两种搅拌器的桨叶母线与其轴线呈一定角度为的是增
加物料的轴向和径向流动，促进混合，适宜高粘度物 料调制。
Σ
形应用广泛，有很好
的调制作用，卸料和清洗都很方便。
Ζ
形搅拌桨调和能力比
Σ
形叶片低，但可产生高
的压缩剪力，多用在细颗粒与粘滞物料 的搅拌中。

（
2
）桨叶搅拌器

这种搅拌器结构由几个 直桨叶或扭曲直桨叶与搅拌轴组成。和
面过程中，桨叶搅拌对物料的剪切作用强，拉伸作用弱，对面筋的 形成具有一定破坏
作用。搅拌轴装在容器中心，近轴处物料运动速度低，若投粉量少或操作不当，易造< br>成抱轴及搅拌不均的现象。桨叶式搅拌器结构简单，成本低，适用与揉制酥性面团。

（
3
）滚笼式搅拌器

它对面团有举、打、折、揉、压、拉、等多 种连续操作，有
助于面团的捏合。如果搅拌器结构参数选择合理，还可利用搅拌的反转，将捏合好的面团自动抛出容器，这样就省去了一套容器翻转机构，降低了设备成本。滚笼式搅拌
器对面团作用力 柔和，面团形成慢，对面筋机械作用弱，有利于面筋网络的生成。结
其构简单，制造方便，适用于调和水 面团、韧性面团等经过发酵或不发酵的面团。

（
4
）其他类型卧式搅拌器

在卧式和面机中，也使用着一些不同 于上述形状的搅
拌器。如花环式、扭叶式、椭圆式、
V
字形。

（
5
）立式和面机的搅拌器

立式和面机的搅拌器有桨叶式、扭环式、象鼻式等。

桨叶式搅拌器与卧式和面机桨叶式结构相似，其轴线与地面垂直。

扭环式搅拌器桨叶 从根部至顶端逐渐扭曲
90
°，有利于促进面筋网络的生成适用
于调制韧性面团与水面 团雷面食。


象鼻式搅拌器通过一套四杆机构模拟人手调粉时的动作来调制面 团，有利于面筋
的揉制，适于调制发酵面团。另外搅拌容器可以从机架上推出，作为发酵使用，既减少了生产设备，又简化了搬运面团的操作。一次调粉可达
300kg
以上。但这种结构复< br>杂，搅拌器动作慢。


（
6
）双轴和面机的搅拌器

双轴式和面机有两组相对反向旋转的搅拌桨。按其相
对位置分为切分式和重叠式。

2
．搅拌容器

卧式和面机的搅拌容器（也称搅拌槽）的典型结构见图
1
多由不锈钢焊接成
。

2
本科毕业设计说明书（论文）


图
1-1
搅拌容器

和面操作时，面团质量的好坏与温度有着很大的关系，而不同性质的面团又 对温
度有不同的要求。高功效和面机常用带夹套的换热式搅拌容器。为降低成本，使用普
通单层 容器，可降低物料调和前的温度来达到加工工艺的要求。为防止工作时物料或
润滑油从轴承处泄漏污染食 品，容器与搅拌轴之间的密封要好。转速低、工作载荷变
化大，轴封处间间隙变化频繁，因此密封装置应 选用
J
型无滑架橡胶密封圈等大变形
弹性元件。新型卧式和面机采用空气端面密封装置 ，密封效果很好。

搅拌容器的翻转机构分为机动和手动两种。机动翻转容器机构由电动机、减 速器
及容器翻转齿轮组成。这种机构操作方便，降低人工劳动强度，但结构复杂，整个设
备成本 高，适宜在大型或高效和面机上使用。手动翻转容器机构适用于小型和面机或
简易型和面机。立式和面机 的搅拌容器有可移式和固定式两种。

3
．机架

小型和面机转速低 ，工作阻力大，产生的振动及噪声都较小，因此不用固定的基础。
机架结构有的采用整体铸造，有的采用 型材焊接框架结构，还有底座铸造而上部用型
材焊接的。

4
．传动装置

和面机的传动装置由电动机、减速器及联轴器等组成，也有的 用皮带传动。和面机工
作转速低，多为
25
～
50r/min,
故要 求大减速比，常用蜗轮蜗杆减速器或行星减速器。

目前国内面食生产企业在和面工序中大多采 用单板式和面机。单板式和面机包括
主轴传动装置、面箱翻转装置、面箱、真空抽管、密封垫，且单板式 浆叶的叶顶为弧
型，主轴以一定角度穿过单板式桨叶的中心。此结构虽可和出整体面团，且致密性和弹性也可满足要求，但此结构在和面时，单板式桨叶在半周内轴向只一个方向受力，
下半周则受相反 方向的力。而面团和成时，阻力大，运转时振动剧烈，寿命短。

3
本科毕业设计说明书（论文）


现在市场上比较高档的是真空和面机，可根 据工艺要求设定和面时间、真空度。缸体
具有密封性能好，面粉无跑冒现象。真空和面机是在真空状态下 模拟手工和面的原理，
使面筋网络快速形成，和面配水量在常规工艺基础上可适量增加约
20%
。快速拌合，
使
小麦蛋白质在最短的时间内吸收水份，比常规状态下和制的面团熟化程 度提高
2
倍以
上，且不损伤已形成的蛋白质面筋网络结构。

使得蛋 白组织结构均衡，使面的筋性、
咬劲、拉力都远远优于其他形式和面机的和面效果。

加工出来的面品，面团均匀、弹
性好、面制品滑爽、可口、有咬劲、面筋力高、透明度高。
V
字形板式桨叶在面箱中
绕主轴的轴线作回转运动，由于桨叶向两边推动面团，所以可以解决受力 不均现象，
使机器运转平稳。

这样可保证固定于主轴上的桨叶在转动时运转轨迹为一 圆柱体。同
时又抵消了推动面团而产生的轴向力。能够使机器在运转时更加稳定，提高整机使用
寿命。真空系统采用水环式真空泵，安全卫生，还有真空表、真空电磁阀及管路。

操
作面板由中英文对照按钮和
PLC
电脑显示屏组成，操作方便。

和面操作时，面团质量的好坏与温度有着很大的关系，而不同性质的面团又对温
度有不同的要求 。高功效和面机常用带夹套的换热式搅拌容器。为降低成本，使用普
通单层容器，可降低物料调和前的温 度来达到加工工艺的要求。为防止工作时物料或
润滑油从轴承处泄漏污染食品，容器与搅拌轴之间的密封 要好。转速低、工作载荷变
化大，轴封处间间隙变化频繁，因此密封装置应选用
J
型无 滑架橡胶密封圈等大变形
弹性元件。新型卧式和面机采用空气端面密封装置，密封效果很好。

搅拌容器的翻转机构分为机动和手动两种。机动翻转容器机构由电动机、减速器
及容器翻转齿轮 组成。这种机构操作方便，降低人工劳动强度，但结构复杂，整个设
备成本高，适宜在大型或高效和面机 上使用。手动翻转容器机构适用于小型和面机或
简易型和面机。立式和面机的搅拌容器有可移式和固定式 两种。

3
．机架

小型和面机转速低，工作阻力大，产生的振动及 噪声都较小，因此不用固定的基础。
机架结构有的采用整体铸造，有的采用型材焊接框架结构，还有底座 铸造而上部用型
材焊接的。

4
．传动装置

和面机的传动 装置由电动机、减速器及联轴器等组成，也有的用皮带传动。和面
机工作转速低，多为
25～
50r/min,
故要求大减速比，常用蜗轮蜗杆减速器或行星减速
器。

目前国内面食生产企业在和面工序中大多采用单板式和面机。单板式和面机包括
主轴传动装 置、面箱翻转装置、面箱、真空抽管、密封垫，且单板式浆叶的叶顶为弧
型，主轴以一定角度穿过单板式 桨叶的中心。此结构虽可和出整体面团，且致密性和
弹性也可满足要求，但此结构在和面时，单板式桨叶 在半周内轴向只一个方向受力，
下半周则受相反方向的力。而面团和成时，阻力大，运转时振动剧烈，寿 命短。

4
本科毕业设计说明书（论文）


现在市场上 比较高档的是真空和面机，可根据工艺要求设定和面时间、真空度。
缸体具有密封性能好，面粉无跑冒现 象。真空和面机是在真空状态下模拟手工和面的
原理，使面筋网络快速形成，
和面配水量在常规 工艺基础上可适量增加约
20%
。
快速拌
合，
使小麦蛋白质在最短的 时间内吸收水份，
比常规状态下和制的面团熟化程度提高
2
倍以上，且不损伤已形成的 蛋白质面筋网络结构。

使得蛋白组织结构均衡，使面的筋
性、
咬劲、
拉力都远远优于其他形式和面机的和面效果。

加工出来的面品，
面团均匀、
弹性好、面制品滑爽、可口、有咬劲、面筋力高、透明度高。
V
字形板式桨叶在面箱
中绕主轴的轴线作回转运动，由于桨叶向两边推动面团，所以可以解决受力不均现象，
使机器运转平稳 。

这样可保证固定于主轴上的桨叶在转动时运转轨迹为一圆柱体。同
时又抵消了推动 面团而产生的轴向力。能够使机器在运转时更加稳定，提高整机使用
寿命。真空系统采用水环式真空泵， 安全卫生，还有真空表、真空电磁阀及管路。

操
作面板由中英文对照按钮和
PLC
电脑显示屏组成，操作方便。


1.2
和面机设计选择

本次设计的和面机生产能力为：调和面粉重量
50kg/
次的桨叶式和面机。


机型：卧式和面机

搅拌型式采用桨叶式，转速在
20
～
50rpm
范围内，制作酥性面团。

因为食品卫生要求，容器采用不锈钢材 料。由于和面机的主轴回转速低，需要较
大的减速比，故本次设计中采用带轮及蜗轮蜗杆减速传动。

5
本科毕业设计说明书（论文）

2
运动参数、动力参数的设计




2.1
传动系统中传动链的设计及各传动比的分配设计


2.1.1
搅拌浆转速

搅拌桨转速
n
浆
=20< br>～
50rpm
，
水性面团的转速低些，酥性面团的转速高些。因此本
次 设计选用
n
浆
=40rpm
。


2.1.2
电动机的主要技术选择



2.1.2.1
电动机功率的确定

和面机的动力参数计算时，电机功率的确 定均采用经验公式，即类比法，主要取
决于和面机的生产能力，推荐值如下：

表
2.1

电机功率推荐值

生产力（
kg/
次）

主电机（千瓦）

12.5
1.1
25
2.2
50
3
75
4
～
5.5
100
7.5

2.1.2.2
电动机型号及其它参数的确定

根据电动机选用手册可查的：

型号额定功率：
Y100L2-4
额定功率：
P=3kw
n
电机同步转速：

电
=1500r/min
，四级电机。

?
1
满载转速：
V=1430
r
?
min

最大转矩

额定转矩
：
T=2.3N
·
M
重量

：
M=38kg
外形尺寸
380 mm
?
282.5 mm
?
245mm
中心高
H=100mm
安装尺寸
160mm
?
140mm
轴伸尺寸
28mm
?
56mm



2.2
计算各轴的转速


n
1
n
电
=
=1430r/min
（
2-1
）

6
本科毕业设计说明书（论文）

n
2
=
n
电
i
带
=1430/1.5≈
947 r/min
（
2-2
）

n
2

n< br>3
i
蜗杆
=
=947/24
≈
40r/min
（
2-3
）


2.3
计算各轴的功率

查机械零件设计手册，效率取
轴承
?
电机
=0.85
，
?
V
带
=0.96
，单头蜗杆
?
蜗杆
=0.8
，滚动
=0.99
，弹性联轴器

联轴器
=0.99
。

p
电机的额定功率

：
电机
=3kw
电机的输出的有效功率：

?
球轴承
?

p
1?
p
电机
?
?
电机
?
2.2
?
0.85
?
1.87
kw

（
2-4
）

第二根轴功率：



p
2
?
p
1
?
?
V
带
?
?
球轴承
?
2.55
?
0.96
?0.99
?
2.42
kw

（
2-5
）

第三根轴功率：


















p
3
?
p
2
?
?
蜗杆
?
?
球轴承
?
联轴器
?
2.42
?
0.8
?
0.99
?
1.90

（
2-6
）


2.4
计算各轴的转矩

电动机的输出转矩：

T
1
?
9.55
?
10
6
?
p
1

n
电

?
9.55
?
10
6
?
2.55
/143 0
?
17149.65
N
?
mm

（
2-7
）

第二根轴转矩：

T
2?
T
1
?
i
带
?
?
V
带?
?
球轴承


?
17149 .65
?
1.5
?
0.96
?
0.99
?
24448.54
N
?
mm

（
2-8
）

第三根轴转矩：

T
3?
T
2
?
i
蜗杆
?
?
蜗杆
?
?
球轴承
?
?
联轴器

?
24448.54
?
27
?
0.8
?
0.9 9
?
0.99
?
460070.67
N
?
mm
（
2-9
）


7
本科毕业设计说明书（论文）

3
传动机构结构设计



3.1
皮带传动设计



3.1.1
计算功率
Pc
每天工作小时为
10~16h,
载荷变动很小，查表得
K
A
?
1.1
，故


p
c
?
K
A
?
P
电机
?
1.1
?
3
?
3.3
kw




3.1.2
V
带选型

根据
P
c
=3.3kw,
n
1
?
143 0
r
/
min
,
选
A
型。


3.1.3
带轮设计

大，小带轮基准直径
d
1
，
d
2
由表得
d
1min
?
75
mm
,
现取
d
1
?
80
mm
，

d
2
?
n
1
n
?
d
1
( 1
?
?
)
?
1430
/
947
?
80(1
?
0.02)
?
117.56
mm

2
取
d
2
?
118
mm


3.1.4
验算带速
V
验算带速
V
：

?
?
d
1
?
n
1
?
1430

V
?
60
?
1000
?
3.14
?
80
60
?
1000
?
5.99
m
/
s


带速在
5~25
m
/
s
范围内，合适。

3.1.5

求
V
带基准长度
L
d
和中心距

初步选取中心距：


a
0
?
1.5(
d
1
?
d
2
)
?
1.5 (80
?
118)
?
297
mm

取
a
0
?
300
mm
，符合
0.7(d
1
?
d
2
)
?
a
0
?2(
d
1
?
d
2
)

带长：

?
(
d
2

L
2
?
d
1
)
0
?
2
a
0
?
2
(
d
1
?
d
2
)
?
4
a

0
?
(118
?
80)
2
?
2
?
300
?
2
(80
?
118)
?
4
?
300

8 < br>3-1
）
3-2
）
3-3
）
3-4
）
3-5
）
（


（

（

（

（

本科毕业设计说明书（论文）


?
912.063
mm

查表，对
A
型带选用L
d
?
1000
mm
，计算实际中心距：


a
?
a
0
?
L
d
?
L
0
1000
?
912.063
?
344
mm

（
3-6
）


?
300
?
2
2

3.1.6


小包角的计算

验算小带轮包角
?
1
：

d
2
?
d
1
?
57.3
?

（
3-7
）

a

?
1
?
180
?
?
?
180
?< br>?
118
?
80
?
57.3
?
?
1 73.67
?
?
120
?
，合适。

344

3.1.7


求带根数
Z
n
1
?
1430
r
/
min
，
d
1
?
80
mm
，查表得：
P
0
?
0.80
kw


i
?
d
2
?
1.5

（
3-8
）

d
1
(1
?
?)
?
?
P
?
0.128
kw
?
?173.67
0
1
查表得
由
，查表得
K
??
0.98
，查表得
K
L
?
0.89
。


Z
?
P
c

（
3-9
）

(
P
0
?
?
P
0
)
K
d
K
L
?
3.3
?< br>3.23

取
3
根。

(0.80
?
0.128)
?
0.98
?
0.98

3.1.8

计算作用在带轮轴上的压力

F
0
?
?
[
F
Q

500
P
c
2.5
(
?
1)
?
qV
2

（
3-10
）

ZV
K
a
500
?
2.42
2.5
?
(
?
1)
?
0.1< br>?
5.99
2
]
?
108.025
N
3
?
5.99
0.98
d
1
?
647.161
N

（
3-11
）

2
173.67
?
647.161
N

?
2
?
3
?
108.025
?
sin
2
作用 在轴上的压力：


F
Q
?
2
Z
?
F
0
?
sin

9
本科毕业设计说明书（论文）


3.1.9

带轮结构设计


小带轮几何尺寸计算：

由
Y1 00L2-4
型电动机可知：轴身直径
D=28mm
，

长度：
L
?
56
mm

< br>L
?
(1.5
~
2)
D
?
(1.5
~
2)
?
28
?
(42
~
56)
mm
（
3-12
）

取
56
mm
，

h
?
8.7
mm
由表查得：
h
a
min
?
2.75
mm
，
f
min

Z
E
?
147
MP
a
，
f
min
?
9
mm
，
?
0?
34
?


B
?
(
Z
?
1)
e
?
2
f?
48
mm

（
3-13
）


d
e
1
?
d
1
?
2
h
a
?
86
mm

（
3-14
）

大带轮几何尺寸计算：

D
?
38
mm

1
2

L
?
(1.5
~
2)
D
?
(1.5
~
2)
?
38
?
(57
~
76)
mm< br>
（
3-15
）

取
76
mm
，

由表查得：
h
a
min
?
2.75
mm

h
f
min
?
8.7
mm
?
f
?
9
mm
?
?
34
e
?
15
mm< br>，
，
min
，
0


B
?
(
Z
?
1)
e
?
2
f
?
50
mm

（
3-16
）


d
e
2
?
d
2
?
2
h
a
?
224
mm

（
3-17
）


3.2
蜗轮蜗杆传动结构设计



3.2.1
选择材料

考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用< br>45
钢；因希望效率高一些，
耐磨性好一些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为
45-55HRC
。蜗轮用铸锡磷青铜
ZCuSn10P1
，金属模铸造。为了节约贵 重的有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而轮芯用灰
铸铁
HT100
制造。


3.2.2

选择蜗杆头数
z
1
，并估计传动效率

10
本科毕业设计说明书（论文）


选
V
s
?
2
~
3
m
/
s
，查表取大值，

?< br>?
?
0.045
?
?
2.5
r
v
当 量摩擦系数
，当量摩擦角

0
.
初选
[
d
1
/
a
]
值
=0.355
，
r
?
13
（
Z
1
?
2
）
，
?
1
?
8
?


3.2.3
计算蜗轮转矩


T
2
?
T
1
i
?
1
?
9.55
?
10
6
?
9.55
?
10
6
P
2
i
?
1

（
3-18
）

n
2
1.795
?
20
?
0.88
?
460 070.67
N
?
mm

953

3.2.4

确定使用系数
K
因工作
载
荷较稳定，故取载荷分布不均 系数
K
?
=1
，使用系数
K
A
=1.15,
由于转速不
高，无冲击，可取动载荷系数
K
v
=1.05
；则K
?
K
A
K
?
K
V
?
1.1 5
?
1
?
1.05
?
1.21



3.2.5

计算转速系数

1
1
?
?
n
2
953
Z
n
?
(
?
1)
8
?
(
?
1)
8
?
0.7858
20
?
8


3.2.6

确定弹性影响系数

因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故
Z
E
?
160
MPa


3.2.7

计算寿命系数

根据蜗轮材料为铸锡磷青铜
ZCuSn10P1
，< br>金属模铸造，
蜗杆螺旋齿面硬度＞
45HRC
，
?
'
?
268
MPa
查表可得蜗轮的基本许用应力
?
H
?
。

应力循环次数

1
2
N
?
60< br>jn
2
L
h
?
60
?
1
?
65
?
58400
?
2.28
?
10
8

寿命系数

K
HN
7
10
?
8
?
0.676

8
2.28
?
10
则
?
?
H
?< br>?
K
HN
?
?
?
H
?
'
?
0.676
?
268
?
181.168
MPa


3.2.8

确定接触疲劳极限和接触疲劳最小安全系数

11
本科毕业设计说明书（论文）

接触疲劳极限查表得：

?
H
lim
?
265
MP
a

接触疲劳最小安全系数：

S
H
min
?
1.2


3.2.9

计算中心距
a
160
?
2.9
2
a< br>?
3
1.05
?
1270880
?
(
)?
206.089
mm

181.168
取中心距
a= 225mm
，
i=23.5
，查表可得模数
m=8mm,
蜗杆分度圆 直径

d
1
?
80
mm

。
d
'
这时

1
?
0.3556
，因为

Z
?
?
Z
?

，因此以上计算可用。

a

3.2.10


确定各类参数

1
）蜗杆

按
Z
1
?
2
轴向齿距
Pa
?
?
m
?
25.13
mm

直径系数
q
?
d
1
?
10

m
*
齿顶圆直径
d
a
1
?
d
1
?
2
h
a
m
?
80
?
2
?
1
?
8
?
96
mm

*
齿根圆直径
d
f
1
?
d
1
?
2(
h
am
?
c
)
?
60.8
mm

分度圆导程角
?
?
21
。
48'05

1
蜗杆轴向齿厚
S
a
?
?
m
?
12.566 4

2
2
）蜗轮

蜗轮齿数
Z
2
?
47
变位系数
X
2
?
?
0
.
3 75
验算传动比
i
?
误差
Z
2
?
23.5

Z
1
24
?
23.5
?
100%
?
2.08%
是允许的，符合条件，故可用。

24
蜗轮分度圆< br>d
2
?
mZ
2
?
376
mm

蜗轮喉圆

d
a
2
?
d
2
?2
h
a
?
386
mm

蜗轮齿根圆直径d
f
2
?
d
2
?
2
h
f2
?
360
.
8
mm

1
蜗轮咽喉圆母半径

r
g
2
?
a
?
d
a
2
?
32
mm

2

3.2.11

验算效率

12
本科毕业设计说明书（论文）

?
?
(0.95
~
0.96)
tan
?

tan(
?
?
?
v
)
已知
?
?< br>21
。
48'05
；
?
v
?
arctan< br>f
v
；
f
v
与相对滑动速度

v
s
有关

v
s
?
?
6.587
m

s
60
?
1000cos
?
?
d
1
n
1
查表的
f
v
=0.0204
、
?
v
=1.1687
；代入式中得
?
?
0.906
，大于原故值，因此不用重
算 。


3.2.12

圆柱蜗杆传动的精度设计

确定精度等级：

对于低速，中载的通常先根据其圆周速度确定第Ⅱ公差组的精度等级。


V
2
?
?
d
2
n
3
1000?
60
?
0.49
m
/
s
(3-53)

V
1
?
?
d
1
n
2
1000
?
60
?< br>2.49
m
/
s
(3-54)
参照表选定蜗轮第Ⅱ公差数组为
9
。

蜗杆第Ⅱ公差组为
7
。第Ⅰ公差组比第Ⅱ公差组低一级，

选蜗轮第 Ⅰ公差组为
10
，蜗杆第Ⅰ公差组为
8.
对齿的接触精度有一定的要求，通< br>过与第Ⅱ公差组同级，蜗轮第Ⅱ公差组为
9
，蜗杆第Ⅲ公差组为
9
，< br>蜗杆第Ⅲ公差为
7.
故该蜗轮精度为
10-9-9b GB/T 10089-1988
，蜗杆精度为
8-7-7d GB/T 10089-1988
。

检验项目选择：

蜗杆、蜗轮及其传动的公差组合检验项目：

蜗杆轴的向齿距极限偏差

?
?
px
?
?
0.025

蜗杆轴的向齿距累积偏差

?
?
pxl
?
0.045

蜗杆齿槽径向跳动公差

?
f
r
?
0.017

蜗杆齿形公差

?
f
?
1
?
0.040

13
本科毕业设计说明书（论文）

蜗轮齿距极限偏差

?
f< br>?
t
?
?
0.040
蜗轮齿形公差


?
f
f
2
?
?
0.036


3.3
蜗轮轴的尺寸设计

1
）由前面已知蜗杆轴的功率

、转速、

转矩

、故不用计算

2
）初步确定轴的最小直径。

选取轴的材料为
45
钢，调 质处理，取
A
0
?
112

d
min
?< br>A
0
3
p
1
?
57.2
mm
n
1
输出轴的最小直径显然是安装联轴器出轴的直径。为了使所选轴直径与联轴
器
的
孔
径
相
适
应
，
故
需
同
时
计
算
选
取
联
轴
器
型
号
。
联
轴
器
的
计
算
转
矩

T
a
?
K
A
?
T
3

，
考
虑
到
转
矩
变
化
很
小
，
故
取
K
A
?
1.3

，
则
：

T
a
?
K< br>A
?
T
3
?
1652.144
N
?
m

按照计算转矩

T
ca

应小于联轴器公称转 矩的条件，查标准手册，选用
TL5
型弹性
套柱销联轴器。半联轴器的孔径

d
1
?
60
mm
，
公称扭矩
T
n
?
2000
N
?
m
，
半联轴器
L
?
142
mm
。

3
）轴的结构设计


（
1
）拟定轴上的装配方案，现选用下图所示的装配方案


图
3-1
蜗轮轴

（
2
）

根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1
）
为了满足半联轴器的轴向定位要求，
1
轴段右端需制出一轴肩 ，
故取
2
段的直
径
d
2
?
62
m m
；左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度
L
?
105
mm

，为
了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的断面上，故
1段的长度应略短一些，
取
L
1
?
100
mm
。

2
）初步选择滚动轴承。

因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆
14
本科毕业设计说明书（论文）

锥滚子轴承。
参照工作要求并根据
d
3
?
70
mm
，
由轴承产品目录中初步选取
0基本游隙
组，标准精度级的单列圆锥滚子轴承
30314
，其尺寸
d?
D
?
T
?
70
?
150
?
38
，
故
d
3
?
70
mm
而
L< br>7
?
38
mm
。
右端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册 上查得
30314
型
轴
承
的
定
位
轴
肩
高
度
h
?
6
mm
因
此
取d
3
?
65
mm
?
d
7
因
为
这
两
段
为
一
轴
环
故
l
3
?
14
mm
?
l
7

3)
轴承 端盖的总宽度为
30mm
，
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要
求，取端盖的外断面与半联轴器右端面间的距离
l
?
30
mm
，故取
l
2
?
50
mm

4)
轴上零件的周向定位

半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d
1
?
60
mm
由表查得平键截面
H
7
b
?
h
?
10
mm
?
8
mm
， 键槽用键槽铣刀加工，长为
90mm
，

半联轴器与轴的配合为
，< br>k
6
滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为
m6
。


3.4
蜗杆轴的尺寸设计

1
）由前面已知蜗杆轴的功率

、转速、

转矩

、故不用计算

2
）初步确定轴的最小直径。

选取轴的材 料为
45
钢，调质处理，取
A
0
?
112

d
min
?
A
0
3
p
1
?
21 .9
mm

n
1
输出轴的最小直径显然是安装联轴器出轴的直径。为 了使所选轴直径与联轴器的
孔径相适应，故需同时计算选取联轴器型号。

联轴器的计算转矩

T
a
?
K
A
?
T
3

，考虑到转矩变化很小，故取
K
A
?
1.3

，则：

T
a
?
K
A
?
T
3
?
92.859
N
?
m

按照计算转矩

T
ca

应小于联轴器公称转矩的条件，查 标准手册，选用
TL5
型弹性
套柱销联轴器。半联轴器的孔径

d
1
?
25
mm
，因为蜗杆的齿根圆直径

d
f
1
?
60.8
mm
，
故改取

d
1
?
40
mm
，改用
TL6
型弹性套柱 销联轴器，半联轴器长度
L=82mm
。

3
）轴的结构设计


（
1
）拟定轴上的装配方案，现选用下图所示的装配方案

15
本科毕业设计说明书（论文）












图
3-1
蜗杆轴

（
3
）

根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1
）
为了满足半联轴器的轴向定位要求，
1
轴段右端需制出一轴肩 ，
故取
2
段的直
径
d
2
?
46
m m
；左端用轴端挡圈定位。半联轴器与轴配合的毂孔长度
L
?
82
m m
，为了
保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的断面上，故
1
段的长度 应略短一些，取
l
1
?
80
mm
。

2
）初步选择滚动轴承。

因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单 列圆
锥滚子轴承。
参照工作要求并根据
d
2
?
46
mm
，
由轴承产品目录中初步选取
0
基本游隙
组，标准精度级的单列 圆锥滚子轴承
30311
，其尺寸
d
?
D
?
T?
50
?
110
?
29.25
，故
右端滚动轴 承采用轴肩进行轴向定位。
由手册上查得
30311
d
3
?
50
mm
而
l
6
?
29.25
mm
。型
轴
承
的
定
位
轴
肩
高
度h
?
5
mm

因
此
取
d
4< br>?
65
mm
?
d
8
因
为
这
两
段
为
一
轴
环
故
l
4
?
14
mm
?
l
8

3)
蜗
杆
的
长
度
为
L
?
87
.
29
mm，圆整取
L=120mm
。

L
?
d
a
2
?
d
2
2
2
d
?
376
mm


其
中
d
a
2
?
386mm
2

故
4)
轴承端盖的总宽度为
20mm，
根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要
求，取端盖的外断面与半联轴器右端面 间的距离
l
?
30
mm
，故取
l
2
?50
mm

5)
由前面已知蜗杆的齿根圆的直径是
60.8mm
，故取
d
5
?
d
7
?
60
mm< br>
6)
蜗杆的刚度计算得

L
'
?
560
mm

，
L
'--
蜗杆两端支承间的跨距（
mm
）
，视具体
结构要求而定，初 步计算时可取
L
'
=0.9
d
2

故取
l
6
?
120
mm

至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。

7)
轴上零件的周向定位

半联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。按d
1
?
45
mm
由表查得平键截面
H
7
b
?
h
?
10
mm
?
8
mm
， 键槽用键槽铣刀加工，长为
70mm
，

半联轴器与轴的配合为
，< br>k
6
滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为
m6
。



16
本科毕业设计说明书（论文）

3.5
滚动轴承选择和寿命计算
< br>1
、由轴的设计总体思想可知，本设计中均采用圆锥滚子轴承
30000
字型号 ；

2
、根据校对结果，蜗杆轴与蜗轮轴选用中窄系列，蜗轮轴由于所受力很大，各轴
承选用中力求经济、合理；

3
、由于向心推力球轴承受力后将产生一派生力 ，为使各轴上齿轮传动平稳，尽量
减小齿轮处轴的弯曲变形，故结构设计中均采用面对面安装方式。
（大修期为三年，
L
h
?
17520h
）


计算步骤和结果如下：

F
a
1
?
F< br>ae
?
F
d
2
?
6976
.
7N
F
r
1
F
d
1
?
?
354
.
4
N
F
r
1
?
1205
.6
N
F
a
2
?
354
.
4
N
2
Y


F
a
1

F
r
2
?
1205
.
6
N




F
ae
?
F
d
2
?
F
d
1
?
5
.
789
?
e?
0
.
35
F
r
1
F
ae
?
6622
.
3
N
P
.
44
KN
?
C
r

1
?
f
p
(
xF
r
1
?
yF
a
1
)
?
14309
故该滚动轴承符合要求，可用。

用上述方法计算得蜗轮的轴承也符合要求。


3.6
键连接选择和校核

因减速器中的键联结均为静联结
,
因此只需进行挤压应力的校核。

联结处的材料分别为
:
铸铁、
45
钢
(
键
)
、
45
钢
(
轴
)
。

其中联轴器 的强度最低
,
因此按其许用应力进行校核
,
查手册其
[
?< br>p
1
]
?
60
MPa
，该
键联结合格。

3.7
润滑和密封形式的选择

减速器内的传动零件和轴承 都需要有良好润滑，这部仅可以减小摩擦损失、提高
传动效率，还可以防止锈蚀、降低噪声。由于所设计 的减速器的单级蜗轮蜗杆减速器，
两个轴的的转速均不高。减速器的蜗轮采用浸油润滑
,
由于蜗轮、蜗杆
(Z
1
,Z
2
)
的尺寸不
同，< br>因而浸油深度就不一样。
为了使蜗轮蜗杆均润滑良好
,
并考虑到
V1
很小，
约
0.5
m
，
s
1
1
故采用下置式装配，蜗杆浸油深度可多一些
, h
≈
～
分度圆半径
(
从齿顶圆向上算
6
3
1
213.84
?
21mm
,
取
h=20mm,
这样
Z
2
也有
>10mm
的浸油深度
,
但不高于蜗杆
起
)
，取
h=
?
5
2
轴轴承最低滚动体中心，润滑油能带到啮合面上
,
润滑可靠。


17